[더테크 이지영 기자]  TV와 스마트워치, 그리고 VR·AR 기기까지. 차세대 디스플레이의 핵심으로 떠오른 마이크로LED 기술에서 한국 연구진이 또 하나의 기술적 전환점을 제시했다. 구현이 가장 어려웠던 적색 마이크로LED를 초고해상도·고효율로 구현하고, 제조 한계를 가로막던 공정을 ‘3차원 적층’으로 돌파했다.

KAIST는 전기및전자공학부 김상현 교수 연구팀이 인하대학교 금대명 교수 연구팀과 공동 연구를 통해, 1700PPI급 초고해상도 적색 마이크로LED 디스플레이를 구현하는 데 성공했다고 밝혔다. 이번 연구에는 화합물 반도체 전문기업 큐에스아이와 마이크로디스플레이·SoC 설계 기업 라온택도 협력했다.

마이크로LED는 픽셀 하나하나가 스스로 빛을 내는 구조로, OLED 대비 밝기와 수명, 에너지 효율에서 강점을 가진다. 그러나 픽셀이 작아질수록 적색 LED의 효율이 급격히 떨어지고, 수많은 LED를 옮겨 심는 전사 공정의 한계로 초고해상도 구현이 어렵다는 문제가 있었다.

연구팀은 먼저 알루미늄 인듐 인화물/갈륨 인듐 인화물(AlInP/GaInP) 기반의 양자우물 구조를 적용해, 픽셀이 미세해져도 에너지 손실이 거의 없는 고효율 적색 마이크로LED를 구현했다. 전자가 빛을 내는 영역에 머물도록 ‘에너지 장벽’을 형성해, 작은 픽셀에서도 밝기와 효율을 동시에 확보한 것이다.

여기에 핵심 돌파구로 제시된 것이 ‘모놀리식 3차원 적층 기술’이다. 기존처럼 LED를 하나씩 옮기는 방식이 아니라, 구동 회로 위에 LED 층을 통째로 쌓아 올리는 구조를 적용했다. 이를 통해 정렬 오차와 불량률을 크게 줄이고, 초고해상도 디스플레이를 안정적으로 제작할 수 있는 길을 열었다. 연구팀은 회로 손상을 막기 위한 저온 공정 기술도 함께 확보했다.

이번 성과는 초고해상도 적색 마이크로LED를 실제 구동 가능한 디스플레이로 구현했다는 점에서 의미가 크다. 특히 화면의 입자감이 거의 느껴지지 않아야 하는 AR·VR 스마트 글래스, 차량용 헤드업 디스플레이, 초소형 웨어러블 기기 등 차세대 디스플레이 분야로의 확장이 기대된다.

김상현 교수는 “적색 픽셀 효율과 회로 집적이라는 마이크로LED의 오랜 난제를 3차원 적층 기술로 동시에 해결했다”며 “상용화 가능한 차세대 디스플레이 기술로 발전시켜 나가겠다”고 밝혔다.