윤의준 교수팀, 100나노 사파이어 나노 멤브레인 공정 개발

서울대 공대 연구팀이 식각 공정이 필요없는 마이크로 LED 제작 기술을 개발했다.

서울대 재료공학부 윤의준 교수 연구팀은 100나노미터 두께의 사파이어 나노 멤브레인을 활용해 고효율 마이크로 LED를 제작할 수 있는 원천 기술을 개발했다고 7일 밝혔다.

마이크로LED는 빛을 내는 개별 소자의 크기가 100마이크로미터보다 작은 초소형 LED를 말한다. 소자 자체의 크기를 작게 만들어 LED를 단순히 백라이트가 아니라 자체발광소자로 활용하고자 한 것. 밝기, 해상도, 응답속도, 에너지 소비효율, 수명 등 모든 부분에서 기존 LCD나 OLED의 한계를 뛰어 넘을 수 있을 것으로 주목되고 있는 기술이다.

시장 조사기관인 마켓앤마켓에 따르면, 2025년까지 마이크로 LED 시장 규모는201억5천800만 달러에 이를 것으로 추정된다.

다만 아직까지 상용화가 가능한 수준의 공정기술은 등장하지 않았다. LED 소자의 크기가 작아지면서 발생하는 여러 문제들을 해결하지 못하고 있는 것. 특히 기존 마이크로 LED 제작 공정은 기판 위에 LED 구조를 성장한 후 원하는 크기로 식각, 분리하는 공정을 사용하기 때문에 소자의 효율이 급격히 떨어지는 문제가 있다.

윤의준 교수 연구팀은 100나노미터 두께의 사파이어 나노 멤브레인을 기판 위에 어레이 형태로 먼저 형성하는 방법을 고안했다. 별도의 식각 공정 없이 질화물반도체 기반 마이크로 LED를 개별적으로 성장하는 기술을 개발했다. 서로 분리돼 성장하는 질화물반도체의 독특한 특성을 활용해 식각 공정이 필요없는 마이크로 LED 성장 원천기술을 개발한 것이다.

또한 얇은 사파이어 나노 멤브레인을 기계적 힘으로 쉽게 부러뜨려 개별 마이크로LED를 기판으로부터 분리해낼 수 있기 때문에 디스플레이 구동회로에 쉽게 전사할 수 있어 공정 시간과 비용을 줄일 수 있다.

연구팀은 "이번 연구 결과가 기존 마이크로 LED 제작 공정의 한계를 극복해 상용화를 앞당길 수 있을 것"으로 기대했다.

이번 연구에는 서울대, 삼성종합기술원,한국과학기술원, 한국광기술원이 참여했으며, 삼성미래기술육성센터, 교육부 BK21 플러스사업, 한국연구재단의 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 나노과학기술 전문 저널인 ‘사이언티픽리포츠(Scientific Reports)’에 5월 6일자로 온라인 게재됐다.