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1000배 빨라진다…마이크로LED 공정 개선기술 세계 첫 상용화

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1000배 빨라진다…마이크로LED 공정 개선기술 세계 첫 상용화

2019.12.19 18:26
파동에너지극한제어연구단 원세정 박사(오른쪽)와 정현준 박사가 마이크로LED를 전사하는 장비를 운영하며 마이크로LED를 확대해 보고 있다. 메타물질은 다양한 곳에 생각하지 못했던 효용을 창출하고 있다. 사진제공 홍덕선 작가
파동에너지극한제어연구단 원세정 박사(오른쪽)와 정현준 박사가 마이크로LED를 전사하는 장비를 운영하며 마이크로LED를 확대해 보고 있다. 메타물질은 다양한 곳에 생각하지 못했던 효용을 창출하고 있다. 사진제공 홍덕선 작가

유기발광다이오드(OLED)에 이어 차세대 디스플레이 소자로 주목 받고 있는 마이크로발광다이오드(마이크로LED) 디스플레이의 생산성을 획기적으로 개선할 수 있는 기술이 세계 최초로 상용화된다.


한국기계연구원은 김재현 나노응용역할연구실장과 이학주 파동에너지극한제어연구단장팀이 개발한 ‘마이크로LED 롤 전사 기술’을 상용화하기 위해 연구소기업 ‘와이티에스마이크로테크’를 설립하고 19일 현판식을 개최했다.


마이크로LED 롤 전사 기술은 롤 스탬프라는 장치를 이용해 임시 기판 위에 있는 마이크로LED 소자를 들어올려 유연회로 기판의 원하는 위치에 올려 마이크로LED 패널을 만드는 기술이다. 마치 도장으로 잉크를 찍어 도화지에 인쇄하는 것과 비슷한 원리다.


마이크로 LED 패널에서 전사 기술이 중요한 이유는, 제품 제작 기간과 비용을 좌우하는 가장 중요한 요소기 때문이다. 마이크로LED는 매우 작은 크기의 LED로 디스플레이에 무수히 많은 수가 들어가기에, 전사 과정이 느리고 비싸면 전체적인 제작 비용과 시간이 크게 늘어난다. 예를 들어 140인치의 대형 디스플레이에는 2500만 개가 들어간다. 현재 최고의 기술은 1초에 2~10개의 마이크로LED를 옮길 수 있는데, 2500만 개를 옮기려면 꼬박 6주가 걸린다. 제작기간 대부분을 LED를 옮기는 데 쓰는 셈이다. 비용도 많이 들어서, 옮기는 데에만 7000만 원 수준이 든다. 마이크로LED 2500만 개의 가격이 1억 원이라는 점을 생각해 보면 막대한 금액이다.


이에 따라 연구팀은 마이크로LED를 빠르고 싸게 옮기는 기술을 연구했다. 연구팀은 ‘메타구조체’를 연구했다. 메타구조체는 자연계에 존재하지 않는 성질을 갖도록 만든 인공 물질이다. 예를 들어 끈적끈적한 도장으로 키가 다른 두 개의 LED를 도장 찍듯 찍어 집으려면, 키에 따라 각기 다른 길이의 도장이 필요하다. 만약 같은 크기의 도장으로 찍으면 키가 작은 LED는 찍히지 않거나, 키가 큰 LED가 부서진다.

 

파동에너지극한제어연구단의 정현준 박사(왼쪽)과 원세정 박사가 마이크로LED를 효율적으로 옮길 수 있는 메타물질 응용 장비를 살펴보고 있다. 메타물질은 특이한 물성을 구현해 기존 기술이나 재료로는 할 수 없던 일들을 수행할 수 있게 해준다. 사진 제공 홍덕선 작가
파동에너지극한제어연구단의 정현준 박사(왼쪽)과 원세정 박사가 마이크로LED를 효율적으로 옮길 수 있는 메타물질 응용 장비를 살펴보고 있다. 메타물질은 특이한 물성을 구현해 기존 기술이나 재료로는 할 수 없던 일들을 수행할 수 있게 해준다. 사진 제공 홍덕선 작가

실제로 LED 디스플레이에 쓰이는 빨강과 초록, 파랑의 마이크로LED는 높낮이가 다르다. 김 실장과 이 단장팀은 길이가 늘어나도 누르는 힘은 가하지 않는 이상한 성질을 갖는 메타물질을 개발해서, 키가 각기 다른 마이크로LED를 효율적으로 집는 기술을 개발했다. 연구팀은 “1초에 1000~1만 개의 LED를 옮길 수 있다”며 “기존 기술 대비 100~1000배 생산성을 높일 수 있다”고 말했다.


연구팀은 이 기술을 사업화하기 위해 스마트패드 제조사와 기술 사양 검토를 진행 중이다. 또 연구소기업 와이티에스마이크로테크를 설립해 10인치급 스마트 패널을 한 번에 옮길 수 있는 마이크로LED 롤 전사장비를 개발하고 시제품 양산 라인을 구축할 계획이다.


김재현 실장은 “연구소기업을 설립해 높은 생산성을 지닌 마이크로LED 롤 전사 원천 기술을 바탕으로 응용 제품을 생산하고 양산성까지 검증할 수 있게 됐다”며 “마이크로 LED가 적용된 우수한 화질의 스마트 패드가 양산돼 널리 사용될 수 있도록 사업화에 최선을 다 하겠다”고 밝혔다.


이번 연구를 공동 진행한 글로벌 프론티어사업 파동에너지극한제어연구단은 메타구조체를 응용해 자연계 물질이 갖고 있는 물성의 한계를 극복하는 원천기술을 개발하고 있다. 마이크로LED 전사기술 이외에도 자율주행 자동차 등에 활용 가능한 센서 성능 향상기술, 전투기나 잠수함정에 적용하기 위한 전자기 및 음향 스텔스 기술 등의 원천기술을 개발하고 있다.
 

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