칩 크기에 영향받지 않는 신개념 마이크로LED 개발

(광주=뉴스1) 조영석 기자 = 한국광기술원(원장 신용진)은 광반도체디스플레이연구본부 백종협 박사팀이 ZOGAN Semi(류웅렬 박사), 한양대 나노광전자학과(심종인 교수)팀과 함께 칩 크기와 전류밀도에 영향을 받지 않는 고효율 초미세 마이크로LED 개발에 성공했다고 17일 밝혔다.

무기물 마이크로LED의 난제였던 칩 크기 감소에 따른 발광효율의 급격한 저하와 주입 전류 증가에 따라 발광효율이 감소하는 현상을 해결한 것이 특징이다.

무기물 마이크로LED는 TV, 모바일폰, AR/VR 등 초실감 디스플레이 광원으로 활용할 수 있는 무궁한 잠재력에도 불구하고 칩 크기와 전류밀도 변화에 따른 발광효율 변동이 심해 초고해상도 디스플레이 제품에 적용하기 어려운 단점이 있었다.

특히 20μm 이하의 초미세 크기에서는 발광효율이 급격히 감소할 뿐만 아니라 디스플레이 패널 구동에 필요한 저 전류 구간(0.01A/㎠ ~ 1A/㎠)에서 비 발광 재결합 손실이 심하게 증가하는 문제점을 보였다.

1000ppi 이상의 초실감 해상도 구현을 위해서는 수 μm급의 초미세 마이크로LED가 요구되며 칩 크기가 작을수록 디스플레이 제조 비용을 낮출 수 있기 때문에 많은 기업이 초미세 크기의 마이크로LED 개발 경쟁에 뛰어들고 있지만 이러한 문제로 지금까지 상용화되지 못하고 있다.

공동 연구팀은 질화물 반도체상에 p형 산화물 반도체를 단결정 형태로 증착, 새로운 구조를 제작함으로써 무기물 마이크로LED의 난제를 해결했다.

실험 결과 칩 크기가 감소했음에도 표면 비발광 재결합 손실이 획기적으로 낮아지고 높은 발광효율을 유지한다는 것이 확인됐다.

연구팀이 개발한 '초미세 마이크로LED' 구조는 청색뿐만 아니라 녹색, 적색 질화물 발광소자에도 효과가 있는 것으로 확인돼 풀컬러 질화물 반도체로 구성된 마이크로LED 디스플레이 제작이 가능할 것으로 기대된다.

이번 연구를 통해 개발된 '질화물/산화물 반도체 이종 접합구조를 갖는 무기물 발광소자'는 'ZOGAN LED'로 명명, 3건의 관련 특허를 출원하는 한편 기술 상용화를 위해 복수의 글로벌 기업과 협의 중이다.

연구 결과는 내년 1월 미국 샌프란시스코에서 개최 예정인 국제광학 및 포토닉스학회(SPIE Photonics West)에 초청 논문으로 발표될 예정이다.

신용진 원장은 "이번에 개발된 저전력·고효율 초미세 ZOGAN 마이크로LED는 초고해상도 디스플레이를 위한 최적의 광원으로써 메타버스용 초실감 디스플레이의 상용화를 앞당길 것으로 기대한다"고 밝혔다.

kanjoys@news1.kr