실감형 AR 안경 만들 극미세 마이크로 LED 제작 기술 개발
증강현실(AR) 안경을 만들려면 실감나는 영상을 보여줄 수 있는 마이크로 디스플레이가 필수다. 국내연구진이 가상·증강현실을 실감나게 구현할 마이크로 디스플레이 핵심 기술인 극미세 풀컬러 마이크로 LED 화소 제조 원천 기술을 개발했다. 한국연구재단(이사장 이광복)은 홍영준 세종대 교수 등 한·미·유럽 공동 연구팀이 웨이퍼에서 LED 소자를 쉽게 떼어낼 수 있는 신개념 에피택시 기술과 이를 응용한 초고밀보 배열의 마이크로 LED 수직화소 제조 기술을 개발했다고 9일 밝혔다. 모바일 기기와 가상·증강현실 기술이 발전함에 따라 공간의 제약 없이 높은 몰입감을 제공할 초고해상도, 초실감형, 초소형 디스플레이 개발 경쟁이 치열하다. 하지만 LED를 작은 칩 형태로 만들고 원하는 표면에 전사해 디스플레이를 제작하는 기존 방법은 칩이 작아질수록 전사 위치 정확도와 성공률이 낮아져 고해상도 디스플레이 구현에 한계가 있다. 또 웨이퍼에 화학적으로 강하게 결합된 LED를 분리하려면 화학적 식각이나 고파워 레이저를 써야 해 대면적 기판에서 높은 수율로 LED를 분리하기 어렵다. 공정 비용과 시간도 많이 든다. 홍영준 교수와 김지환·정광훈 MIT 교수와 이규상 버지니아공대 교수, 압달라 오가자덴 유럽조지아공대 교수 공동연구팀은 웨이퍼 표면을 나노소재로 코팅한 후 단결정 반도체를 제조하는 원격 및 반 데어 발스 에피택시법을 개발, 웨이퍼에서 적·녹·청색 발광 LED층을 대면적 멤브레인 형태로 쉽게 떼어낼 수 있는 LED를 제조했다. 에피택시란 웨이퍼 위에 단결정성을 가지는 LED나 트랜지스터 같은 반도체 소자를 제조하는 공정이다. 원격 및 반 데어 발스 에피택시는 그래핀 같은 2차원 나노소재가 코팅된 웨이퍼를 써 에피층을 제조하는 것을 말한다. 에피층을 기판에서 쉽게 떼어낼 수 있으며 겹겹이 쌓아 3차원 구조의 다기능 고집적 소자로 제조할 수 있다. 연구진은 웨이퍼에서 분리한 적·녹·청색 발광 LED 멤브레인을 팬케이크처럼 수직으로 쌓고 고정밀 광식각 공정으로 4㎛ 크기로 화소를 패터닝, 총천연색을 구현하는 5천100 PPI급 극미세수직화소를 제작했다. LED를 떼어낸 웨이퍼는 동일한 품질의 LED를 반복적으로 생산할 수 있어 제작비용 절감도 기대된다. 연구진은 "적층형 마이크로 LED 수직화소는 기존 수평 측면 배열형에 비해 화소 밀도를 최소 3배 이상 향상시킬 수 있어 고해상도 초실감형 AR·XR 및 메타버스 디스플레이 응용과 제작에 적합하다"라고 밝혔다. 이 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 나노및소재기술개발사업, 선도연구센터, 해외우수연구기관유치사업의 지원으로 수행됐으며, 지난 2일 학술지 '네이처(Nature)'에 실렸다.
