OLED에 이은 차세대 디스플레이로 주목받는 마이크로 LED(Micro Light Emitting Diode) 디스플레이의 생산성을 획기적으로 개선할 수 있는 ‘마이크로 LED 롤 전사기술’이 세계최초로 상용화된다.

마이크로 LED디스플레이는 디스플레이의 각 화소마다 단결정 무기물(inorganic)로 구성된 마이크로 LED를 배치하여 기존의 OLED 대비 반응속도와 발광효율을 혁신적으로 개선한 것이다.

OLED 보다 발광효율이 우수해 전력 소모가 적고, 내구성이 우수하며 기판에 대한 제약이 적어 신축성 있는 고무 소재, 또는 투명한 플라스틱 소재 위에도 제작가능하다.

글로벌 기업으로는 ‘애플’이 마이크로 LED 디스플레이를 적용한 웨어러블 기기를 출시할 것으로 알려져 있고, ‘소니’, ‘삼성전자’, ‘폭스콘’ 등이 마이크로 LED를 적용한 TV, 마이크로 디스플레이 등을 구현하고 있다.

이들 기업들은 높은 생산 단가와 낮은 생산 수율을 극복하는 것이 상용화의 최대 숙제로 알려져 있다.

한국기계연구원 나노응용역학연구실 김재현 실장 연구팀이 개발한 ’마이크로 LED 롤 전사 기술‘의 상용화를 위한 연구소기업 ‘㈜와이티에스마이크로테크(대표 남성국)’를 설립하고, 12월 19일 현판식을 개최했다고 과학기술정보통신부(장관 최기영, 이하 ‘과기정통부’)는 밝혔다.

‘마이크로 LED 롤 전사 기술’은 롤 스탬프를 이용하여 임시기판 위에 있는 마이크로 LED소자를 들어 올렸다가 유연회로 기판의 원하는 위치에 올려놓는 공정을 통해 마이크로 LED패널을 만드는 기술로, 마치 롤러잉크로 판화를 찍는 과정과 유사하다고 볼 수 있다.

그러나 이번에 ‘메타구조체’ 개발에 성공하고 이를 롤 전사 공정에 적용함으로써, 전사수율과 전사면적을 획기적으로 향상시켜, 패널의 해상도와 PCB 크기에 따라 기존 기술대비 100~1,000배의 생산성 증대효과를 기대 할 수 있게 됐다.

기존 LED 디스플레이를 제작하는 다이본더 장비는 초당 2~10개의 LED를 기판에 부착할 수 있지만, 롤 전사 기술을 이용하면 초당 1,000~1만여 개 이상의 LED를 전사할 수 있는 것이다.

참고로 메타구조체는 파장보다 작은 메타원자를 배열하여 자연계에 존재하지 않는 성질을 갖도록 만든 인공적인 물질이다.

연구팀은 개발된 기술의 사업화를 위해 다양한 스마트 패드 제조사와 기술 사양 검토를 진행하고 있으며, 연구소기업 설립을 통해 10인치급 스마트 패드 패널을 한 번에 전사할 수 있는 마이크로 LED 롤 전사 장비를 개발하고 시제품양산 라인을 구축할 계획이다.

기계연구원 김재현 나노응용역학연구실장은 “연구소기업 설립으로 높은 생산성을 지닌 마이크로 LED 롤 전사 원천 기술을 바탕으로 응용 제품의 생산과 양산성 검증까지 추진할 수 있는 계기가 마련됐다”면서 “마이크로 LED가 적용된 우수한 화질의 스마트 패드가 양산돼 널리 사용될 수 있도록 사업화에 최선을 다 하겠다”고 밝혔다.

과기정통부 「글로벌 프론티어사업」 ‘파동에너지극한제어연구단’은 메타구조체를 응용해 자연계 물질이 갖고 있는 물성의 한계를 극복하는 원천기술을 개발하고 있다.

마이크로 LED 전사기술 이외에도 자율주행 자동차 등에 활용 가능한 주요 센서의 성능 향상기술, 전투기나 잠수함정에 적용하기 위한 전자기/음향 스텔스 기술 등의 원천기술을 개발하여 관계 기관등과 함께 실용화를 추진하고 있다.

한편 마이크로 LED 시장규모는 연평균 54.7%씩 성장할 것으로 예측되며(2017년 2.5억 달러 → 2025년 199.2억 달러) 이 중 디스플레이 분야가 2025년 전체 시장의 98%를 차지할 것으로 전망된다.