KAIST, 6만 PPI 초고해상도 디스플레이 제작기술 개발 쾌거

[이뉴스코리아 이정민 기자] KAIST 김상현 교수 연구팀이 반도체 공정기술을 활용한 PPI(Pixel Per Inch) 초고해상도 디스플레이 제작기술을 개발했다. 이는 기존에 사용되던 마이크로 LED 디스플레이의 해상도 한계를 극복할 수 있을 것으로 기대된다.

KAIST 김상현 교수(좌측 위에서 두번째)와 그의 연구팀이 기념 촬영을 하고 있다. (사진제공=KAIST)

디스플레이의 기본 단위인 LED는 무기물 LED와 유기물 LED로 구성되어 있다. 무기물 LED는 유기물 LED보다 높은 효율과 신뢰성, 고속성을 가져 마이크로 크기의 무기물 LED를 픽셀 화소로 사용하는 디스플레이가 디스플레이 신기술로 주목받고 있다.

무기물 LED를 화소로 사용하기 위해서는 화면 구성의 기본이 되는 적녹청 픽셀을 밀집하게 배열하는 것이 필요하다. 하지만, 현재 적녹청이 각각 낼 수 있는 LED 물질이 달라 각각 제작한 LED를 디스플레이 기판에 전사하는 과정을 거쳐야 한다. 때문에 마이크로 LED 디스플레이에 관련한 연구가 대부분 이런 패키징 측면의 전사 기술 위주로만 이루어지는 것이 현실이다.

그러나, 수백만 개의 픽셀을 마이크로 크기로 정렬해 세 번의 전사과정으로 화소를 형성하는 것은 전사 시 사용하는 LED 이송헤드의 크기 제한, 기계적 정확도 제한, 그리고 수율 저하 문제 등 해결해야 할 기술적인 난제들이 많아 디스플레이에 적용하기는 한계가 있었다.

이러한 문제 해결을 위해 KAIST 김상현 교수 연구팀은 적녹청 LED 활성층을 3차원으로 적층해 반도체 패터닝 공정을 이용해 초고해상도 마이크로 LED 디스플레이에 대응할 수 있는 소자 제작 방법을 제안함과 동시에 수직 적층 시 문제가 될 수 있는 색의 간섭문제나 초소형 픽셀에서의 효율 개선 방안을 제시했다.

연구팀은 3차원 적층을 위해 기판 접합 기술을 사용했고, 색 간섭을 최소화를 위해서 접합하는 면에 필터 특성을 가지는 절연막을 설계해 적색과 청색 간의 섭 광을 97% 제거하는 데 성공했다.

해당 설계를 포함해 접합 매개물을 통해 수직으로 픽셀을 결합해도 빛의 간섭 없이 순도 높은 픽셀을 구현할 수 있음을 확인했다. 동시에 수직 결합 이후 반도체 패터닝 기술을 이용해 염원하던 6만 PPI 이상의 해상도 달성 가능성 역시 증명해냈다.

또, 초소형 LED 픽셀에서는 반도체 표면에서의 비 발광성 재결합 현상이 문제가 될 수 있는데, 이 현상을 시간 분해 광발광 분석과 전산모사를 통해 해결해 초소형 LED의 효율을 개선할 수 있는 중요한 방향성을 제시했다.

KAIST 김상현 교수는 “반도체 공정을 이용해 초고해상도의 픽셀 제작 가능성을 최초로 입증한 연구로 반도체와 디스플레이 업계 협력의 중요성을 보여주는 연구 결과다.”라며, “후속 연구를 통해 초고해상도 미래 디스플레이의 기술 개발에 힘쓰겠다.”라고 말했다.

이번 연구의 논문이 게재된 국제학술지 나노스케일의 커버 이미지 (사진제공=KAIST)

한편, 국내 LED 디스플레이 기술의 새 지평을 열었다는 평가를 받고 있는 이 연구의 논문은 국제학술지 ‘나노스케일’의 12월 28일 자 표지 논문으로 게재됐다.

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