국내 연구진이 발광다이오드(LED) 디스플레이 제작 속도를 1만 배 향상시킨 기술을 개발해 상용화한다. 늘어나는(스트레처블) 디스플레이 등 신시장 주도권을 확보할 것으로 기대된다.
한국기계연구원(원장 박천홍)은 나노응용역학연구실 연구팀이 롤 전사를 이용한 마이크로 LED 디스플레이 제조 기술을 세계 최초로 개발했다고 24일 밝혔다. 기계연은 국내 중견기업 루멘스 등 6개 기업에 관련 기술을 이전했다.
<김재현 기계연 나노응용역학연구실장이 롤 전사 공정 장비로 제작한 마이크로 LED 디스플레이 시제품을 확인하고 있다.>
마이크로 LED는 한 변의 길이가 100㎛ 이하인 초소형 LED다. 이 LED를 화소(픽셀)로 활용한 'LED 디스플레이'는 신뢰성이 높고 자유자재로 형태를 변형할 수 있다. 단결정 무기물 디스플레이여서 유기발광다이오드176(OLED) 디스플레이보다 발광 효율이 3배 좋다. 전력 소모는 절반 수준이다.
높은 생산단가, 낮은 수율이 극복 과제였다. 기계연이 원천 특허를 보유한 롤 전사 공정은 LED 디스플레이 생산 속도를 1만 배 높인다.
<롤 기반 전사 공정 모식도>
롤에 잉크를 묻히듯 박막트랜지스터(TFT)를 들어올려 기판에 내린다. 다시 LED 소자를 들어올려 TFT가 배치된 기판에 내려놓으면 두 소자가 결합된 능동매트릭스형 마이크로 LED 디스플레이가 완성된다.
이렇게 하면 제작 단계가 줄어 초당 1만여 개 LED를 전사할 수 있다. 기존 다이본더 장비는 초당 1~10개 LED를 부착했다. 풀HD급 100인치 사이니지를 제작할 때 30일 이상이 걸렸다. 롤 전사 공정으로는 1시간 안에 제작한다.
기계연은 루멘스에 '롤 전사를 이용한 디지털 사이니지45 제조 장비·공정 기술'을 이전했다. 루멘스가 이 기술을 적용한 양산 라인을 구축하면 우리나라가 이 시장 주도권을 확보할 것으로 기대된다.
시장조사기관 '마켓앤마켓'은 마이크로 LED 시장이 올해 2억5000만 달러 규모에서 2025년 199억200만 달러 규모로 성장할 것으로 전망했다. 연 평균 성장률이 54.7%다. 이 중 디스플레이 분야가 2025년 전체 98%를 차지한다.
김재현 기계연 나노응용역학연구실장은 “정보 유통이 급증할 4차 산업혁명 시대에는 빠른 디스플레이, 형태 변화가 가능한 신축성 디스플레이, 전력 소모가 적은 초고해상도 증강현실용 투명 디스플레이275 수요가 급증할 것”이라고 강조했다.
<윤성욱 기계연 연구원이 마이크로 LED 디스플레이를 제작하는 롤 전사 장비를 점검하고 있다.>
이번 연구 성과는 미래창조과학부가 정부출연연구기관 자율성을 높이기 위해 도입한 묶음예산 지원으로 수행됐다. 기계연은 생산 장비를 포함한 공정 시스템 일체를 개발하는 데 성공했다.
배재웅 미래부 연구성과정책관은 “인공지능(AI)과 사물인터넷80(IoT) 등 첨단기술 발전에 따라 디스플레이 시장에도 신기술이 계속 요구되고 있다”면서 “연구실에 머물던 나노기술이 첨단 산업을 개척하는 신호탄이 될 것”이라고 말했다.
