기계연, 롤 전사를 이용한 마이크로 LED 제조 기술 세계 최초 개발

[이데일리 이유미 기자] 미래창조과학부 산하 한국기계연구원은 롤 전사를 이용한 마이크로 LED 디스플레이 제조 기술을 세계 최초로 개발했다고 24일 발표했다.

생산속도를 획기적으로 개선할 수 있는 기술로 향후 세계 시장 선점과 함께 관련 국내 산업의 성장을 견인할 것으로 기대를 모은다.

기계연 나노응용역학연구실 연구팀은 롤 전사 공정을 이용해, 발광효율은 3배 뛰어나지만 전력소모는 절반으로 줄인 ‘마이크로 LED 디스플레이’ 생산 기술을 개발했다.

김재현 기계연 실장은“정보의 유통이 크게 증가할 제4차 산업혁명 시대에는 △대량의 정보를 실시간으로 전달하는 빠른 디스플레이, △다양한 형태 변화가 가능한 소비자 적응형 신축성 디스플레이, △전력 소모가 적은 초고해상도 증강현실용 투명 디스플레이 등 새로운 기술에 대한 수요가 급증하고 있는 상황이다”라고 말했다.

(자료=미래부)

이번 연구성과를 활용하면 기계적인 신뢰성이 높고 자유자재로 형태가 바뀌는 투명 디스플레이 등 차세대 디스플레이로 주목받는 마이크로 LED 디스플레이를 기존 LED 디스플레이 보다 평균 1만 배 빨리 제작할 수 있다.

롤 전사 공정은 기계연이 원천 특허를 보유하고 있는 기술이다. 롤에 잉크를 묻히듯이 TFT 소자를 들어 올려 원하는 기판에 내려놓고, 다시 LED 소자를 들어올려 TFT 소자가 배치된 된 기판 위에 내려놓으면 두 소자가 결합된 구조의 능동 매트릭스형 마이크로 LED 디스플레이가 완성된다. 연구팀은 이에 앞서 지난 2012년 연세대학교 안종현 교수 연구팀과 공동으로 TFT 소자 제작기술을 개발한 바 있다.

이처럼 제작 단계가 단축되면서 생산속도는 혁신적으로 빨라졌다. 기존 LED 디스플레이를 제작하는 다이본더 장비는 초당 1~10개의 LED를 기판에 부착할 수 있지만, 롤 전사 기술을 이용하면 초당 1만여 개 이상의 LED를 전사할 수 있다. 기존 방식으로 풀HD급 200만 화소의 100인치 디지털 사이니지를 제작할 경우 30일 이상이 소요되지만, 롤 전사 공정을 이용하면 1시간 안에 제작할 수 있고 공정비용도 크게 절감된다.

기계연은 이번 사업을 통해 총 6건의 기술이전 계약을 체결했다. 디스플레이 분야 중견기업인 루멘스에는 LED 롤 전사 기술을 이용한 디지털 사이니지 제조 장비 및 제조 공정 기술을 이전했다. 향후 루멘스가 마이크로 LED 디스플레이 양산 라인을 구축하면, 우리나라가 해당 분야의 세계적인 주도권을 확보할 뿐만 아니라 중소·중견 기업을 포함하는 국내 산업 생태계 조성에도 크게 이바지할 것으로 기대된다.

시장조사 전문기관인 Market&Markets에 따르면 마이크로 LED 시장은 올해 2억 5000만 달러 규모에서 2025년 199억2000만 달러 규모까지 연평균 54.7%씩 성장할 것으로 예측된다. 이중 디스플레이 분야가 2025년 전체 시장의 98%를 차지할 것으로 전망되고 있다.

배재웅 미래부 연구성과정책관은 “AI(인공지능)와 IoT(사물인터넷) 등 첨단기술의 발전과 함께 디스플레이 시장에도 새로운 기술이 계속 요구되고 있다”며 “이번 연구 성과가 연구실에 머물렀던 나노기술의 첨단 산업분야 시장을 개척하는 신호탄이 될 것”이라고 말했다.

□용어설명

*롤 전사공정

-롤 스탬프로 임시 기판에 있는 마이크로 및 나노 소자를 들어올리고(Picking), 기판 위 원하는 위치에 다시 올려놓는(Placing) 공정이다. 마치 롤러에 원하는 색상의 잉크를 묻히고 종이 위에 그 색을 옮기는 과정과 비슷하다.

*마이크로 LED(Light Emitting Diode) 디스플레이

-각 화소에 단결정 무기물로 구성된 마이크로 LED를 배치해 반응속도와 발광효율을 혁신적으로 개선한 디스플레이