갤S23의 100배 해상도 LED 만들었다

세종대 홍영준 교수 등 국제공동연구진
풀컬러 마이크로 LED 제조기술 개발

국제공동연구진이 개발한 기술로 만든 수직화소 마이크로 LED. 1000 PPI부터 5100 PPI 해상도로 적, 녹, 청색 전면점등을 비교했다. 세종대 홍영준 교수 제공

[파이낸셜뉴스] 스마트폰 100배 수준의 고해상도 극미세 풀컬러 마이크로 발광 다이오드(LED) 제조기술이 개발됐다. 가상·증강현실을 실감나게 구현할 마이크로 디스플레이의 핵심기술로 우리나라 주력산업인 디스플레이 경쟁력 강화에 기여할 전망이다.

이 기술은 세종대 홍영준 교수, 미국 매사추세츠공대(MIT) 김지환·정광훈 교수, 버지니아대 이규상 교수, 유럽 조지아공대 압달라 오가자덴 교수가 공동으로 개발해 국제학술지 네이처(Nature)에 발표됐다.

홍영준·김지환 교수는 9일 "적층형 마이크로 LED 수직화소는 기존 수평 측면 배열형에 비해 화소 밀도를 최소 3배 이상 향상시킬 수 있다"고 설명했다.

그러면서 "고해상도 초실감형 AR·XR 및 메타버스 디스플레이 응용과 제작에 적합하다"고 말했다.

에피택시 기술로 만든 LED(왼쪽)와 테이프로 떼어낸 2인치 LED 필름막은 1 마이크론 두께로 매우 얇아 여러 필름막을 모아 팬 케이크처럼 여러층으로 쌓을 수 있다. 세종대 홍영준 교수 제공

웨이퍼에 강하게 결합된 LED를 분리하려면 화학적 식각이나 고파워 레이저를 사용해야 해 대면적 고수율의 LED 분리가 어렵고 공정비용과 시간이 많이 필요하다.

연구진은 웨이퍼에서 쉽게 떼어낼 수 있는 신개념 에피택시 기술을 개발했다. 이를 통해 웨이퍼에서 적·녹·청색 발광 LED층을 대면적의 매우 얇은 막 형태로 쉽게 떼어낼 수 있도록 LED를 만들었다.

LED를 작은 칩 형태로 만들고 디스플레이를 제작하는 기존의 방법은 칩이 작아질수록 전사 위치 정확도와 성공률이 낮아져 고해상도 디스플레이를 만드는데 한계가 있다.

이를 극복하기 위해 웨이퍼에서 분리한 적·녹·청색 발광 LED 필름 막을 팬케이크처럼 수직으로 쌓고, 고정밀 광식각 공정으로 4㎛(마이크로미터) 크기로 화소를 패터닝했다.

이 기술을 통해 5100 PPI급 총천연색을 나타낼 수 있는 극미세수직화소를 만들어냈다. 삼성 스마트폰인 갤럭시 S23의 해상도가 약 500 PPI이며, 5000PPI가 되면 100배 수준의 고해상도다.

연구진은 "LED를 떼어낸 웨이퍼는 동일한 품질의 LED를 반복적으로 생산할 수 있어 디스플레이 제작비용 절감도 기대할 수 있다"고 설명했다.


[e-mail] 김만기 기자