국민대학교(총장 정승렬)는 화학과 도영락 교수 연구팀이 새로운 GaN 기반 fin-LED 칩 소재와 픽셀 공정 기술을 개발했다고 8일 밝혔다.

차세대 디스플레이 기술로 주목받고 있는 마이크로 LED(Micro-LED)는 뛰어난 색 재현력과 높은 에너지 효율로 많은 관심을 받고 있다. 그러나 현재 마이크로 LED 칩의 크기와 픽셀 조립 방식은 높은 칩 가격, 픽셀 제작 비용 그리고 공정의 불량률 문제로 인해 대중화에 큰 걸림돌이 되고 있다.

기존의 픽셀 조립 기술인 스탬프 프린팅 전송과 레이저 전송 같은 대량 전송 기술은 조립 효율이 낮다. 특히 칩의 크기가 10 μm 이하로 작아질수록 전극라인 접촉 시 불량률이 증가하고 일부 전송기술에서는 칩 손상이 발생하는 문제를 겪는다.

이러한 한계를 극복하기 위해 도 교수 연구팀은 새로운 GaN 기반 fin-LED 칩 소재와 픽셀 공정 기술을 개발했다. 이 픽셀 제조 기술은 선택적 표면-배향 유전영동(Dielectrophoresis, DEP) 조립법을 적용해 서브마이크론 크기의 fin-LED를 효율적으로 조립하는 방식을 채택했다. 이를 통해 기존 마이크로 LED 기술의 한계를 극복할 수 있는 새로운 가능성을 제시했다.

연구팀이 개발한 GaN 기반의 서브마이크론 크기 fin-LED는 원가를 최소화하면서 성능을 극대화할 수 있도록 설계됐다. 이번 연구 성과는 고성능 서브마이크로 LED 조립 기술의 효율성과 성능을 획기적으로 향상시켜 마이크로 LED 디스플레이 산업에 새로운 전환점을 마련할 것으로 기대된다.

도 교수는 “우리는 초소형, 초박형 수직 fin-LED를 구현하고 이를 수직으로 정렬하는 픽셀 제조 기술을 통해 상용화가 가능한 저비용, 고성능 무기 발광 디스플레이의 원천 기술을 개발했다”며 “fin-LED의 소재 생산 기술과 수직 정렬 기술의 발전으로 서브마이크론 fin-LED는 OLED와 기존 마이크로 LED의 한계를 뛰어넘는 차세대 무기 발광 디스플레이의 핵심 기술로 자리 잡을 것”이라고 설명했다.

연구팀이 발표한 선택적 표면-배향 유전영동 조립법을 적용한 fin-LED는 디스플레이 분야의 다양한 응용이 가능한 플랫폼 기술이다. 이번 연구에는 한국전자기술연구원, 포항공대, 경희대가 공동 연구팀으로 참여했으며, 국민대 화학과의 이승제 박사과정 학생이 제1저자로 참여했다.

연구 결과는 2024년 11월 4일 자 ‘Nature Communications’에 출판됐다. 이 연구는 한국연구재단의 나노 및 소재기술개발사업(전략형) 지원사업, 중견연구자 지원사업 그리고 한국산업기술평가원의 초대형 마이크로LED 모듈로 디스플레이 사업의 지원을 받아 진행됐다.