[과학]KAIST, 마이크로 LED 저효율·발열 문제 잡았다

우리 연구진이 마이크로 발광다이오드(LED) 효율 저하를 줄이고 발열을 40% 억제할 수 있는 기반 기술을 제시했다. 향후 상용화에 크게 기여할 것으로 기대된다.

한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 김상현 전기 및 전자공학부 교수팀이 마이크로 LED를 소형화할 때 소자 효율이 저하되는 현상을 재규명하고 이를 '에피택시 구조' 변경으로 해결 가능함을 제시했다고 22일 밝혔다.

마이크로 LED는 소자 크기가 마이크로미터(㎛) 정도로, 유기발광다이오드(OLED) 대비 밝기, 명암비, 수명이 우수한 미래 LED다. 삼성전자가 지난 2018년 마이크로 LED 탑재 제품을 상용화했고, 애플도 2025년에 관련 제품을 상용화할 것이라는 전망이 있다.

마이크로 LED를 제작하려면 웨이퍼 위에 질화갈륨 결정체를 쌓아 올린 에피택시 구조를 식각 공정으로 깎아 픽셀을 형성해야 한다.

식각 과정에는 플라즈마 기반 공정이 동반되는데, 플라즈마가 픽셀 측면에 결함을 일으키는 문제가 있다. 픽셀 사이즈가 작아지고 해상도가 높아질수록 이런 결함이 끼치는 악영향이 커진다. 마이크로 LED 소자 효율이 크게 감소한다.

측면 결함을 완화·제거하는 연구가 진행돼 왔지만 기존에는 에피택시 구조를 성장한 뒤 후공정으로 진행해 개선 정도에 한계가 있었다.

연구팀은 아예 측면 결함에 민감하지 않는 구조를 설계해 마이크로 LED 소자 소형화에 따른 효율 저하 문제를 해결했다. 양자장벽 두께를 조절해 전자가 측면으로 향하는 것을 막는 방식이다. 이런 구조는 디스플레이 구동 시 발생하는 열을 기존 대비 40% 정도 낮출 수 있다. 초고해상도 마이크로 LED 디스플레이 상용화 연구로 의미를 갖는다.

김상현 교수는 “이번 기술 개발이 마이크로LED 소형화의 걸림돌이었던 효율 저하 원인을 규명하고, 이를 에피택시 구조 설계로 해결한 데에 큰 의미가 있다”며 “앞으로 초고해상도 디스플레이에 활용될 것으로 기대된다”고 말했다.

한편 백우진 KAIST 박사과정이 제1저자로 주도하고 김상현 교수, 금대명 충북대 교수(KAIST 박사 후 연구원 재직 당시)가 교신저자로 지도한 이번 연구는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 3월 17일자에 실렸다. 이번 연구는 삼성미래기술육성센터 지원으로 수행됐다.

김영준기자 kyj85@etnews.com