김재현 기계연 연구팀, 전력 소모량 절감·생산 시간 1만배 단축···6곳에 기술이전

롤 전사 공정을 이용하여 실리콘 TFT와 무기 LED를 정렬 중첩 전사하고, 이를 다시 신축성 기판 위에 전사하는 과정을 나타낸 모식도. <자료=한국기계연구원 제공>
롤 전사 공정을 이용하여 실리콘 TFT와 무기 LED를 정렬 중첩 전사하고, 이를 다시 신축성 기판 위에 전사하는 과정을 나타낸 모식도. <자료=한국기계연구원 제공>
국내 연구진이 전력 소모가 적으면서 생산 속도가 빠른 디스플레이 생산 기술을 개발했다. 

한국기계연구원(원장 박천홍)은 김재현 나노응용역학연구실 연구팀이 롤 전자 공정을 이용한 '마이크로 LED 디스플레이' 제조 기술을 개발했다고 24일 밝혔다. 

이는 현재 주로 쓰이는 유기발광다이오드(OLED) 디스플레이보다 발광효율이 3배 뛰어나며 생산 속도는 평균 1만 배 정도 빠르다. 

마이크로 LED는 한 변의 길이가 100㎛ 이하인 초소형 LED다. 이 LED를 화소(픽셀)로 활용한 LED 디스플레이는 신뢰성이 높고 자유롭게 형태를 변형할 수 있다. 

더욱이 단결정 무기물 디스플레이여서 OLED 디스플레이보다 발광 효과가 뛰어나며 전력 소모는 절반 수준이다. 하지만 높은 생산단가, 낮은 수율이 단점으로 작용한다. 

이에 연구팀은 롤 전자 공정을 이용했다. 롤러에 잉크를 묻히듯이 디스플레이의 각 픽셀에 스위치 역할을 하는 TFT 소자를 롤스탬프로 들어 올린 후 원하는 기판에 TFT 소자를 올려놓았다. 

다시 LED 소자를 들어올려 TFT 소자가 배치된 기판 위에 올려놓으면 두 소자가 결합된 구조의 능동 매트릭스형(디스플레이의 각 화소를 능동적으로 제어할 수 있는 제어 방식) 마이크로 LED 디스플레이가 완성된다. 

연구팀은 이번 기술 개발로 제작 단계가 단축되면서 생산속도는 획기적으로 빨라졌다고 설명했다. 기존 LED 디스플레이를 제작하는 다이본더장비는 초당 1~10개의 LED를 기판에 부착할 수 있지만, 롤 전사 기술을 이용한 전사 장비는 초당 1만여 개 이상의 LED를 전사할 수 있다.

다이본더 방식으로 풀HD급 200만 화소의 100인치 디지털 사이니지를 제작할 경우 30일 이상이 소요되지만, 롤 전사 공정을 이용하면 1시간 안에 제작할 수 있고 공정비용도 크게 절감된다. 

또 롤 전사 기술을 활용하면 유연하거나 신축성이 있고, 매우 가벼운 디스플레이의 구현이 가능하다. 

연구원은 이번 기술과 관련해 6건의 기술이전 계약을 체결했다. 루멘스에는 LED 롤 전사 기술을 이용한 디지털 사이니지 제조 장비 빛 제조 공정 기술을, 아이이에스에는 박막 롤 전사 장비 기술을, 플렉스컴에는 실리콘 소자 롤 전자 장비 등을 각각 이전했다. 

김재현 나노응용역학연구실장은 "4차 산업혁명 시대에는 대량의 정보를 실시간으로 전달하는 빠른 디스플레이 등 새로운 디스플레이 기술이 요구된다"며 "연구원이 보유한 롤 전사 원천기술 기반 산·학·연과의 협력으로 세계 고성능 유연소자 생산장비 시장을 선점할 것"이라고 말했다. 

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