롤 전사 공정을 이용해 실리콘 TFT와 무기 LED를 정렬 중첩 전사하고, 이를 다시 신축성 기판 위에 전사하는 과정을 나타낸 모식도 (자료제공:한국기계연구원)
롤 전사 공정을 이용해 실리콘 TFT와 무기 LED를 정렬 중첩 전사하고, 이를 다시 신축성 기판 위에 전사하는 과정을 나타낸 모식도 (자료제공:한국기계연구원)

한국기계연구원이 롤 전사 공정을 이용해, 발광효율은 3배 뛰어나지만 전력소모는 절반으로 줄인 ‘마이크로 LED 디스플레이’ 생산 기술을 개발했다. 이번 기술 개발로 스크레처블 디스플레이 등 세계 시장 선점은 물론 관련 국내 산업의 성장도 견인할 것으로 기대를 모으고 있다.

미래창조과학부 산하 한국기계연구원은 24일 롤 전사를 이용한 마이크로 LED 디스플레이 제조 기술을 세계 최초로 개발했다고 발표했다.

마이크로 LED는 한 변의 길이가 100㎛ 이하인 초소형 LED다. 이 LED는 신뢰성이 높고 자유롭게 형태를 변형할 수 있다. 단결정 무기물 디스플레이여서 OLED 디스플레이보다 발광 효율이 3배 이상 좋고 전력 소모는 절반 수준이다.

또 이번 성과를 활용하면 마이크로 LED 디스플레이를 기존 LED 디스플레이 보다 평균 1만 배 빨리 제작할 수 있다.

롤 전사 공정은 기계연이 원천 특허를 보유하고 있는 기술이다.

롤에 잉크를 묻히듯이 TFT 소자를 들어 올려 원하는 기판에 내려놓고, 다시 LED 소자를 들어올려 TFT 소자가 배치된 된 기판 위에 내려놓으면 두 소자가 결합된 구조의 능동 매트릭스형 마이크로 LED 디스플레이가 완성된다.

이처럼 제작 단계가 단축되면서 생산속도는 혁신적으로 빨라졌다. 기존 LED 디스플레이를 제작하는 다이본더 장비는 초당 1~10개의 LED를 기판에 부착할 수 있지만, 롤 전사 기술을 이용하면 초당 1만여 개 이상의 LED를 전사할 수 있다.

기존 방식으로 풀HD급 200만 화소의 100인치 디지털 사이니지를 제작할 경우 30일 이상이 소요되지만, 롤 전사 공정을 이용하면 1시간 안에 제작할 수 있고 공정비용도 크게 절감된다.

기계연은 이번 사업을 통해 총 6건의 기술이전 계약을 체결했다.

디스플레이 분야 중견기업인 루멘스에는 LED 롤 전사 기술을 이용한 디지털 사이니지 제조 장비 및 제조 공정 기술을 이전했다.

향후 루멘스가 마이크로 LED 디스플레이 양산 라인을 구축하면, 우리나라가 해당 분야의 세계적인 주도권을 확보할 뿐만 아니라 중소·중견 기업을 포함한 국내 산업 생태계 조성에도 크게 이바지할 것으로 기대된다.

시장조사기관 '마켓앤마켓'은 마이크로 LED 시장이 올해 2억5000만 달러 규모에서 2025년 199억200만 달러 규모로 성장할 것으로 전망했다. 연 평균 성장률이 54.7%다. 이 중 디스플레이 분야가 2025년 전체 98%를 차지한다.

김재현 기계연 나노응용역학연구실장은 “정보 유통이 급증할 4차 산업혁명 시대에는 빠른 디스플레이, 형태 변화가 가능한 신축성 디스플레이, 전력 소모가 적은 초고해상도 증강현실용 투명 디스플레이 수요가 급증할 것”이라고 강조했다.

이번 연구 성과는 미래창조과학부가 정부출연연구기관 자율성을 높이기 위해 도입한 묶음예산 지원으로 수행됐다. 기계연은 생산 장비를 포함한 공정 시스템 일체를 개발하는 데 성공했다.

배재웅 미래부 연구성과정책관은 “인공지능(AI)과 사물인터넷(IoT) 등 첨단기술의 발전과 함께 디스플레이 시장에도 새로운 기술이 계속 요구되고 있다”며 “이번 연구 성과가 연구실에 머물렀던 나노기술의 첨단 산업분야 시장을 개척하는 신호탄이 될 것”이라고 말했다.

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