이건재 KAIST 신소재공학과 교수팀이 대량의 마이크로 LED 칩 중, 색깔별로 원하는 칩만 선택해 전사할 수 있는 기술을 개발했다.
마이크로 LED는 기존 OLED보다 전기적·광학적 특성이 우수하며, 머리카락 두께인 100μm(마이크로미터) 이하 크기의 무기물 LED 칩을 활용하는 차세대 디스플레이용 광원이다. 마이크로 LED를 상용화하려면 성장 기판에 배열된 대량의 마이크로 LED 칩을 정확한 위치에 원하는 배열로 옮기는 ‘전사 공정’이 가장 중요하다. 하지만 기존 전사 기술은 별도의 접착제 사용, 정렬 오차, 낮은 수율, 칩 손상 등 때문에, 마이크로 LED 상용화에 이용하기 어려웠다.
연구팀은 마이크로진공 흡입력을 조절하는 방식으로 이를 보완했다. 레이저빔을 조사할 때 물질 특성을 조정해 식각하는 레이저 유도 에칭(Laser-induced etching, LIE) 기술을 활용해 미세 관통 홀을 유리 기판에 초당 7,000개 속도로 형성했다. 이어 이를 진공 채널에 연결해 미세진공 흡입력을 발생시키고 마이크로 LED를 전사하는 데 성공했다. 해당 기술은 기존 전사 기술보다 뛰어난 접착력 전환성을 달성하고, 다수의 진공 채널마다 독립적인 진공 조절을 통해 대량의 마이크로 LED 칩을 선택적으로 전사했다. 또 다양한 재료와 크기, 모양, 두께를 가진 초소형 반도체 칩들도 손상 없이 임의의 기판에 높은 수율로 전사하기도 했다.
해당 연구 성과는 얇은 핀으로 칩을 들어 올리는 ‘이젝터 시스템’을 적용하면, 차세대 디스플레이(대형 TV, 유연․신축성 기기 등) 및 광-바이오 융햡형 미용 면 발광 패치 상용화에 이바지할 것으로 보인다. 이건재 교수는 “이번에 개발한 마이크로진공 전사 기술은 가파르게 성장하는 마이크로 LED 시장에서 제품 양산화의 핵심기술로 활용될 것”이라고 말했다.
해당 연구 결과는 국제 학술지 `네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 11월 26일 자 출판됐다.
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