관련기사 등록
검색섹션
검색영역
기사등급
기사형태
검색영역
검색단어 또는
관련기사 검색결과 리스트
관련기사 검색결과 리스트 컨텐츠
검색된 정보가 없습니다.
관련기사 검색결과 리스트
관련기사 검색결과 리스트 컨텐츠
검색된 정보가 없습니다.
게시글 상세보기
정보

2019/10/14 한양뉴스 > 학술 > 이달의연구자 중요기사

제목

[이달의 연구자] 김재균 교수, 마이크로LED를 활용한 미래 디스플레이 연구 박차

마이크로 LED로 '증강현실(AR) 글라스'용 미래 디스플레이에 도전하다

윤석현

URL복사/SNS공유

http://www.hanyang.ac.kr/surl/hYzAB

내용

현존하는 기술보다 더 우수한 기술을 만드는 건 공학인의 숙명이다. 삼성전자 미래기술육성센터는 지난 7월 △혁신적인 반도체 소재 및 소자·공정 기술 △차세대 디스플레이 △컨슈머 로봇 △진단 및 헬스케어 솔루션 등 4개 분야에서 총 15개 연구 지원 과제를 선정했다. 차세대 디스플레이 영역에는 김재균 ERICA캠퍼스 나노광전자학과 교수의 ‘프로그래머블 초고정확도 비접촉 5000ppi 마이크로 발광다이오드(LED) 디스플레이’ 연구 등 5개 과제가 선정됐다.
 
▲김재균 ERICA캠퍼스 나노광전자학과 교수가 마이크로 발광다이오드(LED)가 유기발광다이오드(OLED)보다 우수한 점을 설명하고 있다. 

유기발광다이오드(OLED)는 현재 디스플레이 시장에서 가장 우수한 기술이다. OLED는 별도의 광원이 필요 없는 자발광 소자로 개별픽셀의 제어가 가능해 높은 명암비, 초박형 구조, 기계적 유연성의 장점을 가지고 있다. 최근에는 유기물 기반으로 만들어진 OLED의 내구성과 안정성에 대한 단점을 극복하기 위해 많은 과학자와 기업들이 노력 중이다. 특히 OLED를 뛰어넘는 소자로 마이크로발광다이오드(LED)가 주목 받고 있다. 마이크로 LED가 OLED보다 우수한 이유는 △디스플레이 전력 소비 △밝기 △화면 크기 △내구성 4가지다.
 
△ 디스플레이 전력 소비

이제 스마트폰은 일상생활에서 빼놓을 수 없다. 그만큼 스마트폰 배터리의 수명은 우리에게 중요 관심사다. 휴대폰 디스플레이 전력 소비량은 배터리 소비량 중 절반 이상을 차지한다. 배터리의 용량을 늘리는 것도 중요하지만 디스플레이 전력 소비량 자체를 줄인다면 휴대폰을 보다 오래 사용할 수 있다. 김 교수는 “유기물은 전기에너지를 빛으로 바꿀 때 무기물보다 효율이 떨어진다”며 “유기물인 OLED 대신에 무기물인 마이크로 LED 디스플레이를 사용한다면 모바일 기기의 작동 시간을 늘릴 수 있다”고 말했다..

△ 밝기

마이크로 LED는 기존 OLED보다 동일 전력 기준 1000배 밝다. 모바일 기기 사용 시간을 늘리면서 뛰어난 밝기를 자랑한다. 김 교수는 "미래 모바일 시장의 판도가 스마트폰에서 '증강현실(AR) 글라스'로 바뀔 것"이라고 전망했다. AR 글라스는 안경 렌즈에 0.5인치 이하의 크기를 가진 마이크로 디스플레이를 부착해 사용한다. 손톱만큼 작은 디스플레이를 통해 렌즈에 빛을 쏜다. 야외에서 활동할 경우 실내에서 사용할 때보다 더 강한 빛이 필요하다. 태양으로 인해 주변이 밝기 때문이다. 김 교수는 "마이크로 LED 디스플레이를 AR 글라스 제작에 활용한다면 야외에서 활동해도 사용에 문제 없다"고 전했다.
 
▲ 마이크로 LED로 제작한 서울 신사동 가로수길 애플 매장 내부 대형 스크린(김재균 교수 제공) 

△ 화면 크기

마이크로 LED 디스플레이는 대형 고화질 스크린 제작에 유용하다. 마이크로 LED는 화면 크기에 제한이 없다. 유리판에 화소(픽셀ㆍPixel)를 증착하는 OLED와 달리 레고 쌓듯 모듈을 붙이는 방식이기 때문이다. 테두리(베젤)이라는 개념이 없기 때문에 화면을 제한 없이 크게 만들 수 있다. 서울 강남구 코엑스아티움 SM타운 대형 전광판과 서울 신사동 가로수길 애플 매장 내부 대형 스크린은 마이크로 LED 디스플레이로 제작됐다. 마이크로 LED의 상용화가 이루어진다면 일반 가정 거실 벽면 전체를 TV화면으로 만드는 기술도 가능하다.

△ 내구성

OLED는 유기물이기 때문에 외부의 환경 조건에 영향을 많이 받는다. 반면에 마이크로 LED는 무기물이기 때문에 안정적이다. OLED소자는 빛을 내는 시간에 비례해서 점점 밝기가 떨어진다. 밝기 효율이 떨어질 때마다 보상회로를 통해서 저하된 밝기를 보정한다. 이 과정에서 높은 전류를 필요로 하게 되고, 밝기 저하가 빨라지는 악순환에 빠지게 된다. 결국 우리가 흔히 아는 번인(Burn-in) 현상으로 이어진다. 유기물은 외부습기와 산소에 취약해 디스플레이로 사용하기 위해서는 습기와 산소로부터 보호하는 기술도 필요하다.
 
▲김 교수가 고안한 프로그래머블 초고정확도 비접촉전사 공정(김재균 교수 제공)

마이크로 LED 디스플레이가 상용화되지 못한 이유는 높은 가격과 공정의 복잡성 때문이다. 마이크로 LED를 제작하기 위해서는 물리적으로 화소를 전사하는 공정이 필요하다. 시간이 오래 걸리고 비용이 많이 드는 과정이다. 디스플레이를 이루는 화소는 빛의 적·녹·청(RGB)의 삼원색이 하나로 묶여 구성된다. 마이크로 LED 디스플레이는 삼원색을 따로 만든 뒤에 결합 혹은 전사한다. 김 교수는 "전사과정 속 문제를 해결하지 않으면 마이크로 LED의 상용화는 매우 어렵거나 일부의 제품에만 적용이 가능하다"고 말했다.
 
김 교수는 문제를 극복하기 위해 나노와이어 형태 마이크로 LED를 제작한 후에 프로그래머블 비접촉 전사 방법을 이용해 화소를 구성하는 공정을 고안했다. 나노와이어 형태의 마이크로 LED 소자를 기판에 미리 제작하고 용매에 분산시켜 개별 화소를 준비한다. 용매에 분산된 마이크로LED 소자는 교류전기 신호에 의해 백플레인(배후 기판) 위 정확한 위치에 배치된다. 직접 옮기는 과정이 아니기 때문에 생산성이 높고 빠른 시간 안에 전사 공정을 완료할 수 있다. 김 교수는 "전사 정확도를 높혀줄 삼원색 형성기술을 보유하고 있어 마이크로 LED 디스플레이 상용화 도전할 수 있다"고 밝혔다.

김 교수는 "‘반드시 되게 한다’는 신념으로 3년 안에 기술을 완성하는 것이 목표"라고 말했다. 덧붙여 “궁극적으로 확신과 자신감을 갖고 팀원들과 재밌게 연구를 진행하고 싶다”라고 밝혔다.


글/ 윤석현 기자       aladin@hanyang.ac.kr
사진/ 이현선 기자       qserakr@hanyang.ac.kr
URL복사/SNS공유

기사댓글 0