서울대 공대 전기정보공학부 권성훈 교수팀,

유체 자기조립 기술로 차세대 MicroLED 디스플레이 시대 앞당긴다

- 유체 점도 제어 기반 고수율 및 대면적 마이크로LED 유체자기조립 전사 기술 개발

▲ (왼쪽부터) 명지대학교 이대원 교수, 서울대학교 전기정보공학부 조성규 박사, 서울대학교 생명공학공동연구원 박철헌 박사, 서울대학교 융합과학기술대학원 김창순 교수, 서울대학교 전기정보공학부 권성훈 교수

서울대학교 공과대학(학장 홍유석)은 전기정보공학부 권성훈 교수가 융합과학기술대학원 김창순 교수, 화학생물공학부 남재욱 교수, 명지대학교 이대원 교수, 전기정보공학부 조성규 박사, 생명공학공동연구원 박철헌 박사, LG전자와의 공동연구를 통해 차세대 마이크로LED 디스플레이 시대를 앞당기는 선구적 연구결과를 학술지 네이처(Nature)에 게재했다고 밝혔다.

마이크로LED 디스플레이는 밝기, 색구현성, 내구성 등의 기술적 측면에서 기존 디스플레이 대비 월등한 성능을 통해 차세대 디스플레이로 각광받고 있다. 이러한 디스플레이 패널 제작을 위해서는 수천만 개의 초미세 LED가 패널 기판에 정교하게 전사 및 배열되어 픽셀 형성이 필요하다. 전사 과정에서의 기술적 난이도로 인해 현재 출시되어 있는 마이크로LED 디스플레이의 가격은 수억 원에 달한다.

공동연구팀이 개발한 유체 자기조립 기술이 디스플레이 패널 생산현장에 적용되면 양산 시간과 비용이 획기적으로 단축될 것으로 기대된다.

▲ 왼쪽: 유체자기조립 과정 개념 이미지, 오른쪽: 2인치 크기의 청색 발광 패널

공동연구팀은 유체 자기 조립(Fluidic Self Assembly, FSA)이라는 공정을 활용하였다. 용액에 분산된 초미세 LED 칩들이 외력에 의해 움직이도록 하여 LED 칩 상의 금속 전극과 조립용 기판 상에 형성된 액화 금속 결합 부위 사이의 비가역적인 결합을 유도했다. 이 과정에서 유체의 점도 조절을 통해 LED 칩의 움직임을 제어하여 칩 조립 수율을 최대 99.90%로 달성하였다. 또한, 이 기술을 적용해 약 20,000개의 마이크로LED를 배열하여 2인치 크기의 청색 발광 패널 제작을 가능케 하였다.

권성훈 교수는 “공동 연구를 수행한 LG전자 소자·재료연구소의 기술력이 집약된 LED 칩 및 조립용 패널의 활용 덕분에 실험 진행, 메커니즘 규명, 데이터 분석 등에서 함께 연구의 완성도를 높일 수 있었다”고 밝혔다.

논문의 제1저자인 이대원 교수는 “해당 기술이 마이크로LED 양산 공정에 적용될 수 있도록 지속적인 연구개발을 이어가겠다”고 밝혔다. 해당 연구를 총괄한 권성훈 교수는 FSA 공정은 디스플레이 외 다른 분야에도 적용될 가능성이 있으며, 특히 질병 진단 및 신약 개발 등에 활용되고 있는 바이오칩 분야에서 유용하게 활용될 수 있을 것이라고 전망하였다.

한편, 본 연구는 과학기술정보통신부 기초연구사업(리더연구), 해외우수연구기관유치사업, 교육부 이공학 학술연구지원사업, BK21프로그램의 지원으로 진행됐다.

참고자료: Nature, DOI: 10.1038/s41586-023-06167-5