| 초록 |
1. 서언 1962년 최초의 가시광선 LED(light-emitting diode)가 개발된 이래, 1990년대 초 InGaAIP를 이용한 고휘도 LED가 개발되었고[1], 니치아(Nichia) 연구원이었던 나카무라(Nakamura: 2014년 노벨 물리학상 수상)가 1993년 12월 실용 제품화되는 청색 LED를 발명하였다. 나카무라는 원플로우 MOCVD [1] 로 연구하는 동안 수많은 실패를 거듭하며 MOCVD 장비를 개조하여 투플로우 MOCVD를 개발해 GaN(질화갈륨)화합물 반도체를 사용한 세계 최초의 브레이크스루(기술혁신)를 이루었다. 이 발명으로 백색 LED 조명 개발의 열쇠가 되어 비약적인 발전으로 다양한 분야에 응용되고 있다[2]. 2000년대에 들어서면서 LED는 이제 인간 생활 속에 깊이 자리 잡기 시작하였고 최근에는 휴대폰의 액정 표시 소자, 옥외용 대형 디스플레이 전광판, 교통신호등, 자동차 부품, TV를 중심으로 한 가전제품, 일반 가정이나 사무실에서 사용되는 조명 영역 등 모든 분야에서 다양한 용도로 사용되고 있다[1]. 특히 2005년 이후 전광 효율이 급격히 증가하면서부터 디스플레이 산업의 LCD 백라이트 유닛으로서 거대 규모의 시장이 형성되었고, 조명 산업에서는 에너지절약에 대한 우수성을 입증하고 가격 하락이 가속화되면서 향후 2030년까지 LED 조명의 보급과 발전이 꾸준히 증가할 것으로 예측된다. 그러나 현재, 국내 LED 산업은 중국 등과 같은 후발 주자들의 범국가적인 투자와 산업육성 정책에 의해 글로벌 시장경쟁이 심화되면서 국내 기업들의 가격경쟁력은 한계에 봉착하였고, 정부 차원의 투자 지원마저 위축된 상황에 이르고 있다. 이러한 어려운 상황을 돌파할 수 있는 신시장 창출을 위해 차세대 디스플레이, 의료/바이오, 통신, 자율주행기기, 섬유, 농수산 분야 융복합기술 개발이 요구되고 있다. 최근, LED의 크기 조절의 자유도, 유연한 특성, 선택적인 발광 파장의 효과를 응용한 수많은 연구논문이 발표되고 있다. 조명용으로 쓰이는 LED는 크기가 주로 1,000μm×1,000μm이다. 이러한 LED의 면적을 1/100 이하로 줄이면 머리카락 두께 정도인 100μm×100μm 크기가 되는데, 이러한 LED를 마이크로 LED라 한다. 이러한 마이크로 LED는 스트레처블 기판 및 유연기판, 3차원 구조의 기판에 실장할 수 있게 되어 웨어러블 디스플레이, 피부 부착형 의료기기, 반도체 장비, 자율주행센서 및 빅데이터 서비스용 광원 등과 같은 다양한 분야에 적용할 수 있다[3]. 본고에서는 이러한 마이크로 LED에 대한 이해와 기술개발 동향 및 시장 전망에 대하여 고찰해보고자 한다. 2. 마이크로 LED란? 2.1. 마이크로 LED특징 마이크로 LED(MicroLED, micro-LED, mLED, μLED)는 새로 출현하는 평판디스플레이 기술이다. 이름에서 알 수 있듯이 마이크로 LED 디스플레이는 개개의 화소 요소를 이루는 미시 세계 LED 배열로 구성되어 있다. 보편화된 LCD 기술과 비교할 때 마이크로 LED 디스플레이는 더 나은 대비 , 응답시간 , 에너지효율성 을 제공한다. OLED 와 함께 마이크로 LED는 스마트워치 , 스마트폰 과 같이 크기가 작고 에너지가 적은 장치에 주목적을 둔다. OLED와 마이크로 LED는 전통적인 LCD 시스템에 비해 에너지 요구량이 상당히 더 적은 편이다. OLED와 달리 마이크로 LED는 전통적인 GaN LED 기술에 기반을 두고 있어서 OLED 가 내는 총 광량 대비 30배 이상 더 밝은 밝기를 제공할 뿐 아니라 lux/W 면에서도 효율성이 더 좋다. 또, OLED의 짧은 수명으로 인한 문제가 없다[4]. 표 1. Micro LED 주요 특징[5] Micro LED OLED LCD 메커니즘 자체발광 자체발광 Backlight(LED) 시감도 높음 낮음 보통 휘도 (cd/m 2 ) ~10 5 (full color) ~10 7 (blue/green) 1500(full color) ~ 10 3 (yellow) 3000(full color) ~ 10 4 (green) 명암비 매우 높음 >10,000:1 매우 높음 >10,000:1 200:1 응답시간 nanosecond(ns) microsecond(μs) milisecond(ms) 관리온도 -100~120℃ -50~70℃ 0~60℃ 히터 필요 내충격성 보통 높음 보통 수명 길다 보통 보통 비용 높음 낮음 낮음 자료: 미래에셋대우 리서치센터, 2017.3.7. 표 2. Micro LED 개발 관련 주요 연혁[6] 일시 내용 '09. 05. - LuxVue Technology 설립. 본사는 미국 캘리포니아 주 산타클라라 소재 '10. 07. - University of Strathclyde, Micro-LED mLED, 전문 기업 설립 분사 '11. 12. - Texas Tech University, CMOS Micro-LED, VGA(640×480) 디스플레이 제작 '12. 01. - Sony 55 Crystal LED 디스플레이 공개. 622만 개의 Micro-LED를 사용하는 FHD TV '13. 07. - University of Illinois John Rogers교수 X-celeprint사 설립, 전사율을 갖춘 풀컬러 수동(passive) 모듈 완성 - 동 사에 Micro-LED(wafer transfer) 웨이퍼 전사 특허 관련 배타적 권리 이전 '14. 05. - Apple, LuxVue Technology 인수 발표 '15. 04. - Apple, Longtan, Taoyuan, Micro LED 대만 북부에 새로운 공장을 설립하여 비밀리에 첨단기술 개발 - VerLase, Micro-LED 어레이와 색 변환 특허를 통합할 수 있다고 발표 '15. 06. - CEA-LETI, 100만 니트 휘도(brightness) 단색 LED, 10만 니트 휘도의 풀컬러 Micro LED 개발을 위해 III-V Lab과 협력관계 구축 '15. 10. - ITRI, 400ppi 해상도와 99% 이상의 Micro LED(transfer rate) 전사율을 갖춘 풀컬러 수동(passive) 모듈 완성 '16. 04. - PlayNitride, Taiwan Solid State Lighting Show Pixel LED에서 기술 최초 공개 '16. 06. - Sony, Infocomm 2016 CLEDIS에서 새로운 디스플레이 공개 '17. 05. - Apple, 6인치 마이크로 LED 시제품 개발 성공 '17. 07. - 한국기계연구원, 롤 전사 공정을 이용한 마이크로 LED 디스플레이 제조 기술 개발 '18. 01. - KAIST, 유연하고 수직적인 마이크로 LED 개발 '18. 05. - 세미콘라이트, Micro LED 기반 2D Array 및 RGB CSP 독자적 기술개발 성공 '19. 01. - 삼성전자, CES2019 세계 최소형인 75형 ‘마이크로 LED’ 스크린을 최초로 공개 '19. 01. - 하이센스, CES 2019에서 4K 해상도 마이크로 LED 기반의 '아도니스 MD(모듈러 디스플레이)'를 전시, 145인치 크기 '19. 01. - 루멘스, CES 2019에 130인치대 대형 마이크로 LED 디스플레이를 출품, UHD 해상도를 지원하고, 3000니트(nit)급 초고휘도를 구현 '19. 01. - Plessey, CES 2019에서 소형 마이크로 LED 디스플레이 기술을 활용한 AR·VR 안경 공개 자료: ledinside.com, 2016.7.21., 2017~2019년 신문기사 정리 2.2. 마이크로 LED 제조공정 LED 제조공정(웨이퍼 제조 → 칩 가공 → 패키징 → 모듈 제조 → 응용 시스템 적용), 패키징 공정이 생략되거나, 전사공정(Transfer) 형태로 진행된다. 그림 1. 마이크로 LED 모식도와 제조 |
