저전력과 빠른 응답속도, 뛰어난 유연성을 갖는 마이크로 LED는 차세대 디스플레이로 각광 받는다. 시장조사 기관에 따르면, 마이크로 LED의 시장 규모는 올해 2억 5000만 달러에서 2025년 199억 2000만 달러로 커질 전망이다. 다만 현재 산업계에서는 두꺼운 LED 칩을 소형화해 개별 전사하는 방식으로 마이크로 LED를 생산 중인데, 다수의 LED 칩을 전사해야 하므로 시간, 공정 단가, 양산성에 한계가 있으며 이는 제품 단가를 낮추는 데 걸림돌이 되고 있다. 소니가 세계 최대 가전박람회인 ‘CES 2017’에서 공개한 220인치 4K 마이크로 LED TV의 가격은 약 11억 5000만 원에 달했을 정도다.

이런 가운데 카이스트(KAIST) 이건재 교수 연구팀과 한국나노기술원(KANC) 협력팀이 고효율의 유연 박막 수직형 청색 마이크로 LED를 저비용으로 양산할 수 있는 기술을 개발했다고 한국연구재단이 18일 밝혔다. 

연구팀은 간단한 모노리식 LED 제작 기술로 2μm 두께 청색 LED소자 1000여 개를 한 번에 투명한 유연 플라스틱 기판에 구현했다. 모노리식 LED 제작 기술은 마이크로 LED를 전사 공정 없이 유연 플라스틱 기판에 구현할 수 있는 기술이다.

이 교수팀은 올해 초 두께 2 μm 이하의 박막형 적색 마이크로 LED를 개발한 바 있다. 이어 이번에는 수천 여개의 박막형 청색 마이크로 LED를 한 번에 플라스틱 위에 구현하는 원천기술을 개발하는 데 성공했다. 이는 모든 색깔을 저비용으로 구현하기 위한 핵심 기술이다.

이번에 개발된 청색 마이크로 LED는 수직형 박막 구조로 매우 유연해 구부리거나 비틀어도 손상되지 않는다. 수직형 박막 구조는 LED 칩 내부의 짧은 전류 통로로 인해 기존의 수평형 마이크로 LED 보다 발열이 적고 광 효율이 더 높다.

또 1㎟당 30mW 이상의 강한 빛을 내며, 기존 수평형 박막 마이크로 LED보다 광효율이 3배 이상 뛰어나고, 발열이 적어 기대수명이 10만 시간(10년 이상)에 이른다.

이에 따라 생체 삽입형 유연 전자 시스템으로 사용이 가능할 것으로 보인다. 또 광유전학, 뇌과학 및 광치료, 바이오 센서 분야에도 적용이 가능할 전망이다.

이 교수는 “마이크로 LED 디스플레이의 대중화를 위해서는 박막 전사기술, 고효율 소자 구조, 접속 및 패키징 기술이 필요하다"며 "올해 말까지 새 전사방법을 활용해 스마트 와치급 풀컬러 마이크로 LED 디스플레이를 구현할 예정”이라고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(선도연구센터)의 지원으로 이뤄졌다. 연구성과를 담은 논문(논문명 : Monolithic Flexible Vertical GaN Light-Emitting Diodes for Transparent Wireless Brain Optical Stimulator)은 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)' 5월 18일자 실렸다. 

송강섭 기자 successnews@successnews.co.kr

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