LED(Light Emitting Diode)는 발광다이오드라고 하며, 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기에너지를 빛에너지로 전환하여 다양한 용도로 사용된다. 마이크로 LED는 칩의 크기가 100μm이하 수준으로 제작된 것을 말하며 저전력화, 소형화, 경량화가 필요한 모든 광 응용 분야에 적용이 가능하다.
마이크로 LED 기술은 4차 산업혁명 시대 차세대 디스플레이를 위한 최적의 솔루션으로 급부상하고 있다. 전력효율, 해상도, 응답속도, 신기술 적용성, 폼 팩터 혁신, 수명 관점에서 경쟁 기술을 파괴할 수 있는 잠재력을 보유하고 있기 때문이이며, 또한 다양한 크기와 형태로 모듈 구성이 가능하여 베젤이 없는 슬림한 150인치 이상의 초대형 디스플레이(대형 TV, 디지털 샤이니지 등) 구현이 가능하고, 기존 LED 생산 라인 활용이 가능해 OLED 대비 설비투자 비용 절감이 가능하기 때문이다.
이에 한국연구재단 기초연구본부는 지난달 29일 ‘차세대 디스플레이 구현을 위한 마이크로 LED 기술 연구동향’ 브리프를 발간했다(NRF R&D BRIEF 2021-24호/ICT·융합연구단). 브리프 내용을 간략히 소개한다.
■ 최근 많은 연구가 이루어지고 있나?
ㅇ 국내외를 막론하고 최근 마이크로 LED 기술에 대한 관심이 폭발적으로 늘어남에 따라 많은 연구가 진행되고 있으며, 관련 특허 등록 또한 지난 수년간 급증하고 있다.
전 세계적으로 약 250여 개 이상의 기관에서 마이크로 LED 관련 특허를 보유하고 있으며, 그중 35개 선진사들의 특허 비중이 전체의 76%에 달한다. ‵18년 이후에는 start-up 기업과 연구기관보다는 주로 디스플레이 패널 maker들(AUO, BOE, Innolux, Samsung, LG 등)이 강력한 패밀리 특허군 구축을 진행 중이다.
■ 최근 국내·외 연구 동향은?
ㅇ 미국: Big Tech 기업 중심의 마이크로 LED 응용기술 개발 진행 중
▪ 애플社는 `14년 마이크로 LED 광원제조 및 전사분야 원천기술을 보유한 LuxVue Technology를 인수한 이후, 자사의 스마트워치, AR 디바이스 및 스마트폰에 마이크로 LED 기술을 적용하기 위해 응용기술 개발 진행 중
▪ 구글, 아마존, 마이크로소프트 등 전통적으로 소프트웨어 및 웹서비스를 기반으로 성장해왔던 IT 기업들이 자사의 플랫폼 영향력을 강화하기 위해 하드웨어까지 사업영역을 확장하는 경우가 많은데, 페이스북도 마찬가지로 하드웨어를 미래 성장사업으로 보고 AR/VR 디바이스 전문 기업인 오큘러스를 20억불에 인수하여 VR 기기를 직접 출시
▪ 미래에는 밀폐형 가상현실과 개방형 증강현실이 융합된 개발형 혼합현실 발전이 예견됨에 따라 실내에 환경에서 제약을 받지 않는 고휘도 마이크로 LED 디스플레이가 각광받고 있음. 구글社는 미국-스웨덴에 기반을 둔 Glo社에 1,500만불을 투자하여 AR/VR 디스플레이 개발 진행 중
ㅇ 일본: 산업재 대형 디스플레이용 마이크로 LED 기술 확보에 집중
▪ SONY社는 초대형화 및 맞춤형 제조에 우위를 보이는 마이크로 LED 특성을 최대한 활용하여 산업용 대형 TV 및 디지털 샤이니지 등의 응용기술 집중
▪ Kyocera社는 `20년 SID 전시회에서 1.8인치급 full-color 마이크로 LED 디스플레이 시제품 보고
ㅇ 대만: 한국의 OLED 독주 견제를 위해 마이크로 LED 디스플레이 산업 적극 육성
▪ Epistar(晶元)社는 12.7억 위안(약 2,203억 원)을 투자하여 타이완에 Mini/Micro LED 생산라인을 건설하여 타이완 내 제품 생산으로 수요에 대응할 계획임. 중국 대륙에서 경쟁업체들과 경쟁이 더욱 심해짐에 따라 Epistar는 마이크로, 자외선, 적외선 LED의 새로운 응용제품 개발에 치중할 예정임.
▪ Playnitride社는 삼성전자가 `18년 300억 원을 투자한 회사로 대만의 Epistar가 대주주. Epistar Fab. 시설을 이용하여 마이크로 LED 칩을 제작한 후 임시기판에 칩을 대량 전사하여 인터포져 형태로 제작한 후 마이크로 LED 디스플레이 구현. 현재 TCL社와도 기술협력 진행 중
▪ 홍하이 그룹은 삼성전자 및 LG전자의 OLED 독주 견제를 위해 `17년 미국의 eLux를 인수하는 등 애플의 마이크로 LED 기술 확보에 부응
▪ `20년 5월 10일 타이완징지르바오(台湾经济日报)의 보도에 따르면, 애플은 비밀리에 3억 6,000만불 투자를 확대하여 주커룽탄(竹科龙潭) 산업단지에 새로운 생산라인을 구축하여 Mini/Micro LED의 양대 차세대 기술을 적용할 계획으로 Epistar(晶电), AUO(友达)와 합작하여 향후 iPhone과 iPad 등에 쓰이는 하드웨어를 공급할 것이라고 보도
ㅇ 중국: 정부 주도의 마이크로 LED 디스플레이 투자 지속 및 관련 기술 확보 진행 중
▪ Sanan(三安)社는 `19년 비공모 주식발행에 따라 약 70억 위안(약 1조 2,142억 원)의 투자금을 유치. Sanan은 첨단 질화갈륨 LED의 기판, 에피택셜, 칩셋과 갈륨비소 LED의 에피택셜, 칩셋 그리고 고성능 질화갈륨 레이저 및 특수 패키징 응용제품군 생산 등의 사업 분야의 연구개발과 생산시설 건설에 모집 자금을 사용할 예정이라고 보고
▪ 콩카(Konka)는 `19년 11월 초 4K, 8K 마이크로LED 디스플레이인 '스마트 월(Smart wall)'을 출시
ㅇ 한국: 삼성 및 LG 등의 대기업 중심의 마이크로 LED 디스플레이 상용화 기술 확보 진행 중
▪ 삼성전자는 TV 사업에 마이크로 기술 상용화 추진 중에 있으며, 이를 위해 중국의 산안 및 대만의 Playnitride 등을 공급처로 활용
▪ 삼성디스플레이에서는 `19년 국민대 도영락교수의 특허를 매입하여 나노 LED를 이용한 QNED(Quantum-Dot Nano Emittng Diode) 대형 마이크로 LED 디스플레이 기술 개발 진행 중
▪ LG전자는 `20년 CES 전시회에서 145인치급 마이크로 LED TV 시제품 보고
■ 기초연구사업 지원 현황은?
ㅇ 지원과제 현황
ㅇ 성과현황
■ 향후 기초연구사업에서 어떤 연구들이 필요한가?
ㅇ 정 탁 박사/책임연구원(한국광기술원)
차세대 디스플레이로 각광받고 있는 마이크로 LED 기술은 국내외 선진 회사를 중심으로 개발되고 있고, 최근에는 100인치 이상의 대형 마이크로 LED 디스플레이 시제품들이 보고되고 있으나, 칩의 대량이송 및 소재, 실장(본딩), 리페어 및 측정기술 측면에서 개선이 필요한 기술적 요구가 증대되고 있다.
ㅇ 이동선 교수(지스트)
최근 고해상도 디스플레이 및 차세대 대형 디스플레이에 적용하기 위한 Micro LED 연구가 활발하게 진행되고 있음. 기존 LED 대비 픽셀의 소형화에 따른 효율 감소, 정렬 기술 및 본딩 기술과 더불어 소재 차이 극복 등의 요구가 있으며 이를 해결하기 위한 기초 연구가 필수적이다.
■ 향후 중점적으로 추진하여야 할 연구주제가 있다면?
