▲ 토토사이트 재료공학부 윤의준 교수와 정수근 토토사이트팀, 이승민, 김종명, 오제홍, 유정일 정수근 토토사이트원

토토사이트 공과대학은 재료공학부 윤의준 교수 정수근 토토사이트팀이 100 nm 두께의 구조물 (이하 사파이어 나노 멤브레인)을 활용해 고효율 micro-LED (Micro- Light-Emitting Diodes) 디스플레이를 구현하는 원천 기술을 개발했다고 밝혔다.

통상적으로 100 m 크기 이하의 LED를 개별 픽셀로 활용하는 micro-LED 디스플레이가 높은 휘도, 에너지 소비효율, 빠른 반응 속도 등을 보여 LCD나 OLED와 같은 기존 디스플레이 기술들의 한계를 뛰어 넘을 수 있다는 가능성이 대두되고 있다. 이에 학계뿐만 아니라 산업계에서 micro-LED 디스플레이 정수근 토토사이트개발을 활발히 진행하고 있다., 시장 조사기관인 마켓앤마켓에 따르면, 2025년까지 micro-LED를 활용한 디스플레이 시장 규모는 201억 5800만 달러에 이를 것으로 추정된다.

하지만, LED 소자의 크기가 작아지면서 발생하는 여러 문제들로 인해 micro-LED를 활용한 제품 상용화까지는 많은 어려움이 남아있다. 기존 micro-LED 제작 공정은 기판 위에 LED 구조를 성장한 후 원하는 크기로 식각공정으로 micro-LED를 분리하는 공정을 사용하기 때문에 micro-LED 소자의 효율이 급격히 떨어지는 문제가 있다. 또한, micro-LED의 크기가 작아질수록 없어지는 면적이 증가하는 단점이 있다.

윤의준 교수 정수근 토토사이트팀은 100 nm 두께의 사파이어 나노 멤브레인을 기판 위에 어레이 형태로 먼저 형성하여 별도의 식각 공정 없이 질화물반도체 기반 micro-LED를 개별적으로 성장하는 기술을 개발하였다. 질화물반도체의 독특한 성장 거동을 활용하여 서로 분리되어 식각 공정이 필요없는 micro-LED 성장 원천기술을 개발하였다.

해당 정수근 토토사이트는 기존 micro-LED 제작 공정의 한계를 극복할 돌파구를 만들어 micro-LED 디스플레이 기술의 상용화를 앞당길 수 있다는 점에서 큰 의의를 갖는다. 또한, 얇은 사파이어 나노 멤브레인에 기계적 힘을 가해 쉽게 부러뜨리며 개별 micro-LED를 기판으로부터 분리해낼 수 있기 때문에 디스플레이 구동회로에 쉽게 전사할 수 있어 공정 시간 및 비용 감소가 기대된다.

이 정수근 토토사이트에는 토토사이트 외 삼성종합기술원, 한국과학기술원, 한국광기술원이 참여하였으며, 삼성미래기술센터, 교육부 BK21 플러스사업, 한국정수근 토토사이트재단의 지원으로 수행되었다. 정수근 토토사이트 결과는 나노과학기술 전문 저널인 ‘사이언티픽 리포츠 (Scientific Reports)’에 2020년 5월 6일자로 온라인 게재되었다.

▲ 사파이어 나노멤브레인 구조물이 형성된 기판과 그 위에 성장한 micro-LED 어레이의 모식도및 전자현미경 사진, 단일 micro-LED 칩의 발광 이미지

▲ p-GaN에 의해 활성층(MQWs)이 보호되어 성장한 micro-LED의 단면 전자투과현미경 사진과 photoluminescence 측정을 통한 micro-LED의 발광 효율 결과

▲ Cathodoluminescence 측정을 통한 micro-LED의 결정면별 발광 특성 결과