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동향
Trend
- 마이크로 LED 적용 디스플레이 분야 -
최근 LED의 선택적인 파장기능 활용, 크기조절의 자유도, 유연한 특성 및 파장별 새로운 반응 효과가 수많은 연구논문을 통
하여 보고되고 있다. 이러한 장점을 활용하여 저전력 유연 디스플레이, 인체 내 삽입형 광유전학 치료, 체외부착 피부치료, 섬
유일체형 의류, 반도체 장비, 자율주행센서 및 빅데이터 서비스용 광원 등과 같이 다양한 응용제품에서 기존 대비 수 배에서
수십배 작은 크기의 LED를 새롭게 적용하려는 시도가 진행되고 있다. 일반적으로 10 ~ 100㎛ 수준으로 제작되는 LED를
마이크로 LED라 정의한다. Al, Ga, N, P, As, In 등의 무기물 재료로 사파이어 또는 실리콘 기판 위에 박막성장을 통하여 제
작되는 LED는 외부충격과 굴곡 시 파손되는 단점을 가지고 있다. 그러나 그 크기를 매우 작게 하거나 유연한 기판에 옮겨 붙
임으로써 접거나 휠 수 있는 디스플레이 화소에서 수 ㎛ 이하의 능수동 소자를 집적화하는 인체삽입형 치료부품까지 실현이
가능하다.
마이크로 LED는 2009년 미국 UIUC 대학의 Rogers 그룹에서 GaAs 기반 적색 마이크로 LED 개발결과를 처음으로 보
고하였다. GaAs 기판상에 GaAs(P-Type)/ AlGaInP(QW)/AlGaAs(N-Type)을 성장시킨 후에 Photo-resist 패터닝
(Patterning)으로 발광층을 고정할 수 있는 앵커(Anchor)를 형성하였고, AlAs 희생층을 제거한 후에 매우 얇은 LED 박막
층을 유연한 플라스틱 기판에 전사함으로써 유연 표시소자로 응용 가능성을 보여주었다. 현재 사파이어 기반의 InGaN 청색
LED 수준은 내부 양자효율이 약 80%, 외부양자효율은 70%, 광효율 200 lm/W 수준이다. 일부 LED 기업에서는 Si 또는
SiC와 같은 이종기판을 활용하여 LED를 성장시키는 기술을 양산에 적용하고 있으나, 효율이나 수율 측면에서 사파이어 기
판에 증착하는 기술에 미치지 못하고 있다.
- 사파이어 기반 청색 마이크로 LED 공정방법 - - 결정질 실리콘 기반 청색 마이크로 LED -
18 _ NEWS LETTER
마이크로 LED 제조업체가 LED 효율과 생산량을 향상하기 위해 가장 많은 연구를 하는 것이 바로 전사기술이다. 마이크로
LED 칩을 빠르고 정확하게 백플레인에 전사하는 것은 현재 마이크로 LED의 상용화와 대량 생산하는데 있어 가장 큰 해결
과제이다. 마이크로 LED 제조공정에 있어 전사기술은 가장 어려운 부분이다. 마이크로 단위의 칩을 정확하고 손상없이 전
사하기는 매우 어렵다. 성공적인 전사과정을 위해서는 장비의 정확도, 수율, 전달시간, 검사, 처리비용 등 많은 요소가 작용
한다. 마이크로 LED 칩을 백플레인에 정확하게 전사하려면 장비의 정확도가 ±1.5㎛ 미만이어야 한다. 그러나 일반적으로
기존 전사 장비의 정확도는 ±34㎛다. 본딩 작업 또한 기존의 칩본딩이나 웨이퍼 본딩을 적용하기엔 생산 능력과 시간이 많
이 소요된다. 결국, 마이크로 LED의 상용화와 대량생산을 위해서는 마이크로 LED의 적합한 전사 기술이 개발되어야 한
다. 현재 몇가지 가능성 있는 마이크로 LED 전사기술로는 정전기 방식(정전기를 이용 칩을 순간적으로 전사), 반데르 발스
힘 방식(원자 또는 분자의 전하분포가 순간적으로 달라지면서 생기는 인력을 이용한 전사), 럭스뷰(Luxvue)사의 정전 헤드
(Electrostatic Head) 방법, X-Celeprint 사의 탄성고무 스탬프 방식 등이 있다.
정전헤드(Luxvue) 탄성고무 스탬프(X-Celeprint)
- 럭스뷰(Luxvue)사의 정전기 전사 방식과 X-Celecprint사의 탄성고무 스탬프 전사방법 -
LED는 단순히 빛을 밝히는 기능으로 간주하던 수 년 전에 비하여 다양한 분야에서 발견되고 있는 파장기능의 잠재성은 무궁
무진하다고 볼 수 있다. 마이크로 LED는 칩을 작게 만들어 전사하는 기술로부터 시작하였으며, 다양한 파장으로 미세전자소
자를 집적화하거나 유연한 소재에 적용하여 전에 없던 새로운 기능을 실현시킴으로써 각 산업분야에서 신기능 혁신기술로서
급부상할 것으로 예견하고 있다.
디스플레이 분야에서는 전력소모, 화질, 동작속도 측면에서 차별화 된 장점으로 상품화가 가능할 것이며, 의료분야에서는 광
파이버를 통해 인가하던 빛을 독립적이고 필요한 크기의 복합파장형 부품으로 자유도를 제공할 수 있을 것이다. 또한 자동차
분야에서는 LED 헤드램프의 진부한 기능에서 카메라 센서와 연동한 안전운행용 가시광 및 근적외선 광원으로 자리잡을 수
있을 것이라 기대한다. 아직 태동기 상태에 머물러 있는 LED 통신은 그 응용분야가 조명에서 광고, 문화예술 및 콘텐츠 산업
등의 다양한 분야에서 융합기술로서 발전이 예측된다. 다양한 응용분야에서 상용화를 앞당기려면 마이크로 LED 제작 및 전
사기술에 대한 원천기술 확보가 절실하다. 특히 전사기술은 LED 에피성장 및 칩 공정용 기판에서 옮겨가는 상대 물질의 특
성에 따라 유연 디스플레이 패널, 스마트 전자섬유 의복, 수송기기 조명, 안전센서 및 무선통신용 송신기 등에서 핵심 요소기
술로 자리잡고 있다. 현재 무기물 발광다이오드 기반의 유연 마이크로 LED 기술 수준은 선진국에 비해 미흡하나, 향후 많은
기술 개발 노력이 필요한 실정이다. [출처 : 세라미스트 제19권 제3호 (2016년 9월)]
2017년 제16호 _ 19