'차세대 디스플레이 핵심' 초고해상도 적색 마이크로LED 난제 해결

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 전기및전자공학부 김상현 교수 연구팀이 인하대학교 금대명 교수와 공동 연구하고 큐에스아이, 라온텍과 협업해 전력 소모를 크게 줄인 초고해상도 적색 마이크로LED 디스플레이 기술을 개발했다고 28일 밝혔다.

연구팀은 최신 스마트폰 디스플레이 해상도의 약 3~4배, 가상현실(VR)·증강현실(AR) 기기에서도 초고해상도 수준의 화면이 아닌 '현실에 가까운 영상'을 구현할 수 있는 1700 PPI급 초고해상도 마이크로LED 디스플레이를 실제로 구현하는 데 성공했다.

마이크로LED는 픽셀 자체가 발광하는 디스플레이 기술이다. OLED보다 밝기와 수명, 에너지 효율 면에서 뛰어나지만 적색 LED의 효율 저하, 전사 공정의 한계 등 두 가지 핵심 난제가 있다.

연구팀은 이 문제를 동시에 해결했다. 먼저 알루미늄 인듐 인화물/갈륨 인듐 인화물(AlInP/GaInP) 양자우물 구조를 적용해 픽셀이 작아져도 에너지 손실이 거의 없는 고효율 적색 마이크로LED를 구현했다.

양자우물 구조는 전자가 밖으로 빠져나가지 않도록 에너지 장벽을 세워 빛을 내는 공간에 가둬두는 기술이다. 이로 인해 픽셀이 작아져도 에너지 손실이 줄고 더 밝고 효율적인 적색 마이크로LED 구현이 가능해진다.

또 LED를 하나씩 옮기는 대신 회로 위에 LED 층을 통째로 쌓아 올리는 모놀리식 3차원 집적 기술을 적용했다. 이 방식은 정렬 오차를 줄이고 불량률을 낮춰 초고해상도 디스플레이를 안정적으로 제작할 수 있다는 장점이 있다. 연구팀은 이 과정에서 회로 손상을 막는 저온 공정 기술도 함께 확보했다.

이번 성과는 구현이 가장 어렵다고 알려진 초고해상도 적색 마이크로LED를 실제 구동 가능한 디스플레이로 입증했다는 점에서 의미가 크다. 해당 기술은 화면의 입자감이 거의 느껴지지 않아야 하는 AR·VR 스마트 글래스를 비롯해 차량용 헤드업 디스플레이(HUD), 초소형 웨어러블 기기 등 다양한 차세대 디스플레이 분야에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다.

김 교수는 "이번 연구는 마이크로LED 분야에서 오랫동안 해결되지 않았던 적색 픽셀 효율과 구동 회로 집적 문제를 동시에 풀어낸 성과"라며 "상용화가 가능한 차세대 디스플레이 기술로 발전시켜 나가겠다"고 말했다.

KAIST 정보전자연구소 박주혁 박사가 제1저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)에 게재됐다.

jongseo12@news1.kr