KAIST(총장 신성철)는 김상현 전기및전자공학부 교수 연구팀이 6만 ppi(pixel per inch) 이상의 초고해상도 디스플레이 제작 가능 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.

ppi는 1인치(2.54cm)당 픽셀의 수를 나타낸다. 해상도를 나타내는 지표로 보통 숫자가 높을수록 고해상도로 알려져 있다. 

디스플레이의 기본 단위는 LED다. 무기물 LED는 유기물 LED보다 고효율, 고신뢰성, 고속성을 지닌다. 이에 따라 무기물 LED를 픽셀 화소로 사용하는 디스플레이 기술이 주목받고 있다. 

무기물 LED를 화소로 사용하기 위해서는 적녹청(R·G·B) 픽셀을 밀집하게 배열해야 한다. 하지만 현재 적·녹·청색을 낼 수 있는 LED 물질은 각각 다르다. 

이런 이유에서 각각 제작한 LED를 디스플레이 기판에 전사해야 한다. 마이크로 LED 디스플레이에 관련한 대부분의 연구가 이런 패키징 측면의 전사 기술로 이뤄지고 있는 이유다.

그러나 수백만 개의 픽셀을 마이크로미터 크기로 정렬해 세 번의 전사 과정으로 화소를 형성하는 것은 전사 시 사용하는 LED 이송헤드의 크기 제한, 기계적 정확도 제한, 그리고 수율 저하 문제 등 해결해야 할 기술적 난제들이 많은 한계를 지닌다.

KAIST 연구진은 문제 해결을 위해 적녹청 LED 활성층을 3차원으로 적층한 후, 반도체 패터닝 공정을 이용했다. 그 결과 초고해상도 마이크로 LED 디스플레이에 대응할 수 있는 소자 제작 방법을 제안했다. 동시에 수직 적층 시 문제가 될 수 있는 색의 간섭 문제, 초소형 픽셀에서의 효율 개선 방안을 제시했다.

연구 과정에서 3차원 적층을 위해 기판 접합 기술을 사용했고, 색 간섭을 최소화하기 위해 접합 면에 필터 특성을 갖는 절연막을 설계해 적색, 청색 간섭 광을 97% 제거했다. 연구진은 수직 결합 후 반도체 패터닝 기술을 이용해 6만 ppi 이상의 해상도 달성 가능성을 증명했다.

김상현 교수는 "반도체 공정을 이용해 초고해상도의 픽셀 제작 가능성을 최초로 입증한 연구"라며 "반도체와 디스플레이 업계 협력의 중요성을 보여주는 연구 결과로 후속 연구를 통해 초고해상도 미래 디스플레이의 기술 개발에 힘쓰겠다"고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단 이공분야 기초연구사업 기본연구, 기후변화대응기술개발사업 등의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 국제학술지 '나노스케일'에 게재됐다.