나노스케일 커버 이미지에 실린 이번 연구 예시. 연구와 관련된 제작 방법의 사용 예시를 보여준다. (자료=카이스트)
나노스케일 커버 이미지에 실린 이번 연구 예시. 연구와 관련된 제작 방법의 사용 예시를 보여준다. (자료=카이스트)

[데일리비즈온 김소윤 기자] 국내 연구진이 반도체 공정 기술을 활용해 초고해상도 디스플레이 제작 가능 기술을 개발했다. 이번 연구 성과에 따라 기존 마이크로 LED 해상도 한계를 극복할 수 있을 것으로 보인다.

6일 카이스트에 따르면 이 대학 전기및전자공학부 김상현 교수 연구팀이 반도체 공정 기술을 활용해 기존 마이크로 LED 디스플레이의 해상도 한계를 극복할 6만 ppi(pixel per inch) 이상 초고해상도 디스플레이 제작 가능 기술을 개발했다.

이에 따르면 디스플레이의 기본 단위인 LED 중 무기물 LED는 유기물 LED보다 높은 효율과 신뢰성, 고속성을 가졌다. 이에 마이크로 크기의 무기물 LED를 픽셀 화소로 사용하는 디스플레이가 새로운 디스플레이 기술로 주목받는다는 설명이다.

연구팀은 무기물 LED를 화소로 사용하기 위해서는 적녹청(R/G/B) 픽셀을 밀집하게 배열해야 한다고 설명했다. 현재 적색과 녹색, 청색을 낼 수 있는 LED의 물질이 달라 각각 제작한 LED를 디스플레이 기판에 전사해야 한다. 이에 마이크로 LED 디스플레이에 관련한 대부분 연구가 이런 패키징 측면의 전사 기술 위주로 이루어지고 있다.

다만 수백만 개의 픽셀을 마이크로미터 크기로 정렬해 세 번의 전사과정으로 화소를 형성하는 것은 전사 시 사용하는 LED 이송헤드의 크기 제한, 기계적 정확도 제한, 그리고 수율 저하 문제 등 해결해야 할 기술적 난제들이 많다는 설명이다. 때문에 초고해상도 디스플레이에 적용하기에는 한계가 있다.

이에 착안한 연구팀은 적녹청 LED 활성층을 3차원으로 적층했다. 이후 반도체 패터닝 공정을 이용해 초고해상도 마이크로 LED 디스플레이에 대응할 소자 제작 방법을 제안하는 한편 수직 적층 시 문제가 될 색의 간섭 문제 등의 효율 개선 방안을 제시했다.

연구팀은 수직으로 픽셀을 결합해도 빛의 간섭 없이 순도 높은 픽셀을 구현할 수 있음을 확인했다. 연구팀은 수직 결합 후 반도체 패터닝 기술을 이용해 6만 ppi 이상의 해상도 달성 가능성을 증명했다.

아울러 초소형 LED 픽셀에서 문제가 될 수 있는 반도체 표면에서의 비 발광성 재결합 현상을 시간 분해 광발광 분석과 전산모사를 통해 체계적으로 조사했다. 이에 초소형 LED의 효율을 개선할 수 있는 중요한 방향성을 제시했다.

이번 연구와 관련 김상현 교수는 “반도체 공정을 이용해 초고해상도의 픽셀 제작 가능성을 최초로 입증한 연구로, 반도체와 디스플레이 업계 협력의 중요성을 보여주는 연구 결과이다”라면서“후속 연구를 통해 초고해상도 미래 디스플레이의 기술 개발에 힘쓰겠다”라고 말했다.

한편, 한국연구재단 이공분야 기초연구사업 기본연구, 기후변화대응기술개발사업 등의 지원을 받아 수행된 이번 연구는 금대명 박사가 1저자로 참여했고 국제학술지 ‘나노스케일’ 지난달 28일자 표지 논문으로 게재됐다.

 

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