한국기계연구원, 롤 전사를 활용한 마이크로 LED 디스플레이 제조 기술 개발

발광 효율은 높이고, 전력 소모는 줄인 생산 기술

기계연 나노응용역학연구실 연구팀이 롤 전사 공정을 이용해 개발한 마이크로 LED 디스플레이 생산 기술은 발광 효율을 3배 높인 반면에 전력 소모를 절반으로 감소시켰다. 이로 인해 기계연의 신기술을 관련 업체 등이 활용하게 되면, 높은 신뢰성을 갖추고 있는 동시에 형태를 자유자재로 바꿀 수 있는 투명 디스플레이 등과 같은 차세대 디스플레이인 마이크로 LED 디스플레이를 기존 LED 디스플레이보다 평균 1만 배 더 빠른 속도로 제작할 수 있다. 이와 관련해 기계연 연구팀의 김재현 실장은 “정보의 유통이 크게 증가할 제4차 산업혁명 시대에는 대량의 정보를 실시간으로 전달하는 빠른 디스플레이와 다양한 형태 변화가 가능한 소비자 적응형 신축성 디스플레이, 전력 소모가 적은 초고해상도 증강현실용 투명 디스플레이 등과 같은 새로운 기술에 대한 수요가 급증할 것이다”라고 말했다.

기계연의 롤 전사 공정 기술

기계연은 롤 전사 공정 기술을 활용해 롤에 잉크를 묻히듯이 TFT 소자를 들어 올려 원하는 기판에 내려놓은 후, LED 소자를 TFT 소자가 배치된 기판 위에 두어 두 소자가 결합된 구조로 이뤄진 능동 매트릭스형 마이크로 LED 디스플레이를 완성하는 데 성공했다.

이 같은 롤 전사 공정의 기술적 원리로 인해 제작 단계가 단축되면서 생산 속도가 빨라졌는데, 기존의 LED 디스플레이를 제작하는 다이본더 장비를 활용할 때는 초당 1~10개의 LED를 기판에 부착할 수 있었다면, 롤 전사 기술 이용 시에는 초당 1만여 개 이상의 LED를 전사할 수 있다. 또한, 기존 방식으로 Full-HD급 200만 화소의 100인치 디지털 사이니지를 제작하면, 30일 이상의 시간이 소요되지만 롤 전사 공정을 이용하면, 1시간 이내에 제작을 완료할 수 있어 공정 비용을 크게 줄일 수 있다.

큰 성장 잠재력을 지니고 있는 마이크로 LED 시장

시장조사 전문기관인 ‘Market&Markets’에 따르면, 마이크로 LED 시장은 올해 2억 5000만 달러 규모에서 2025년에 199억 2000만 달러 규모까지 늘어날 것으로 보인다. 만약 이 같은 예측 성장치가 정확하다면, 마이크로 LED 시장은 연평균 54.7%의 높은 성장률을 기록하게 되는데, 이 중 디스플레이 분야가 2025년에 이르러서는 전체 시장의 98%를 차지할 것으로 전망되고 있다. 한편, 기계연의 이번 연구는 미래부가 정부출연연구기관의 자율성을 강화하기 위해 도입한 묶음예산의 지원을 받으면서 성과를 낼 수 있었다. 연구팀은 기계연의 ‘나노소재 응용 고성능 유연소자 기술기반구축사업’과 글로벌프론티어 사업인 ‘파동에너지 극한제어연구단’의 지원을 받아 기술 개발을 진행했는데, 생산 장비부터 공정 시스템 일체를 개발해 6개의 국내 중견기업에 기술을 이전했다.

이와 관련해 미래부의 배재웅 연구성과정책관은 “‘AI’ 및 ‘IoT’ 등과 같은 첨단 기술의 발전과 함께 디스플레이 시장에서도 새로운 기술이 요구되고 있다”면서 “이번 연구 성과가 연구실에 머물러 있던 나노 기술의 첨단 산업 분야 시장 개척을 알리는 신호탄이 될 것”이라고 설명했다.

자료 제공 : 한국기계연구원