현재 차세대 프리미엄 TV로 시장에 출시된 수십 마이크로 크기의 마이크로 LED를 사용한 디스플레이의 생산에는 Laser Lift Off(LLO) 방법이 사용된다. 그런데 이 방식은 수백만 개에서 수천만 개의 써브픽셀에 대응하는 대량 전송 공정에서 불량률이 높아져 디스플레이 제조단가가 증가하는 문제가 있다. 또 LED 웨이퍼의 효율 불균일성을 그대로 전사하기 때문에 웨이퍼에서 얻을 수 있는 칩의 수가 제한돼 칩 단가가 상승하는 문제가 발생해 업계의 고민거리였다.

이 연구과제를 국내 대학 연구팀에서 개발해 주목받고 있다. 국민대 화학과 도영락 교수 연구팀이 개발의 주인공이다. 국민대에 따르면 도 교수 연구팀은 차세대 디스플레이에 적용 가능한 GaN을 기반으로 한 dot-LED의 새로운 디스플레이 기술을 개발해 재료과학 분야의 세계적인 권위지인 Advanced Functional Materials에 발표했다.

국민대 연구진은 문제 해결을 위해 GaN LED 웨이퍼를 기반으로 한 초박형 dot-LED 무기발광 소재 제작과 분리, 전계발광 소자 구현의 혁신 기술을 개발해 수백 나노미터 크기의 직경과 높이를 가진 균일한 dot-LED를 대량으로 제작했다.

dot-LED는 나노임프린팅 및 하향식 건식 식각 공정으로 제작돼 전기화학적 식각 및 음파화학적 분리를 통해 수백 나노미터에서 수 마이크로미터 크기의 직경을 갖는 소재를 대량으로 분리할 수 있는 혁신적인 기술을 포함한다.

또한 dot-LED 소재를 대량으로 분리하는 과정을 통해 생산성을 높이고, 대량 생산 시 불량률을 낮춰 고품질의 dot-LED 소재를 효율적으로 얻을 수 있는 장점이 있다. 이러한 새로운 기술의 도입은 소재의 단가를 낮추고 더불어 디스플레이 산업에서 경제성을 향상하는데 기여할 것으로 기대된다.

해당 연구를 이끈 국민대 화학과 도영락 교수는 “현재는 OLED 디스플레이를 넘어설 수 있는 새로운 무기발광 기술을 선점해 디스플레이 산업의 차세대 게임 체인저 기술을 확보해야 하는 상황”이라며 “세계 첫 번째로 dot-LED 소재 및 전계발광 소자의 구현을 통해 차세대 디스플레이의 플랫폼 기술이 될 수 있는 새로운 무기발광 디스플레이의 원천기술을 개발하게 돼 매우 의미 있다”라고 말했다.

국민대 도영락 교수 연구팀이 발표한 초박형 dot-LED의 분리 기술은 디스플레이 분야의 다양한 응용이 가능한 플랫폼 기술로, 국민대 화학과의 고민지 박사가 제1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 Advanced Functional Materials(JCR 상위 4.2%, IF 19.0)에 우수성을 인정받아 2024년 1월 2일 자 후면 표지논문으로 선정돼 출판됐다. 이번 연구는 한국연구재단의 4단계 BK21사업, 중견연구자지원사업과 한국산업기술평가원의 초대형 마이크로 LED 모듈로 디스플레이 사업의 지원을 통해 이뤄졌다.