KAIST ‘8K TV의 30배’ 초고해상도 디스플레이 기술 개발
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KAIST ‘8K TV의 30배’ 초고해상도 디스플레이 기술 개발
AR·VR 등 미래형 디스플레이 활용 기대
  • 여용준 기자
  • 승인 2020.01.06 11:59
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'나노스케일' 학술지 커버 이미지. [사진=KAIST]
'나노스케일' 학술지 커버 이미지. [사진=KAIST]

[이뉴스투데이 여용준 기자] 8K TV의 30배가 넘는 초고해상도 디스플레이 제작기술이 국내 연구팀에 의해 개발됐다. 

6일 KAIST에 따르면 김상현 KAIST 전기및전자공학부 교수 연구팀이 반도체 공정 기술을 활용해 기존 마이크로LED 디스플레이의 해상도 한계를 극복할 수 있는 6만ppi(pixel per inch) 이상의 초고해상도 디스플레이 제작 가능 기술을 개발했다.

연구팀은 이 연구를 통해 가상현실(VR)과 증강현실(AR) 등 새로운 미디어 플랫폼이나 차량용 LED 조명에 사용할 수 있다고 설명했다. 

연구에 참여한 금대명 박사는 “8K TV의 경우 1000ppi 정도 나오고 일반적인 스마트폰이 200ppi 정도 된다. 디스플레이가 표현할 수 있는 극한에 다다른 것으로 당장 활용 가능한 영역은 AR과 VR 정도 있다”고 설명했다. 

디스플레이의 기본 단위인 LED 중 무기물 LED는 유기물 LED보다 높은 효율, 높은 신뢰성, 고속성을 가져 마이크로 크기의 무기물 LED를 픽셀 화소로 사용하는 디스플레이가 새로운 기술로 주목받고 있다. 

무기물 LED를 화소로 사용하기 위해서는 적녹청(RGB) 픽셀을 밀집하게 배열해야 하지만 현재 적색과 녹색, 청색을 낼 수 있는 LED의 물질이 달라 각각 제작한 LED를 디스플레이 기판에 전사해야 한다. 따라서 마이크로 LED 디스플레이에 관련한 대부분 연구가 이런 패키징 측면의 전사 기술 위주로 이루어지고 있다.

그러나 수백만 개의 픽셀을 마이크로미터 크기로 정렬해 세 번의 전사과정으로 화소를 형성하는 것은 전사 시 사용하는 LED 이송헤드의 크기 제한, 기계적 정확도 제한, 그리고 수율 저하 문제 등 해결해야 할 기술적 난제들이 많아 초고해상도 디스플레이에 적용하기에는 한계가 있다.

연구팀은 문제 해결을 위해 RGB LED 활성층을 3차원으로 적층한 후 반도체 패터닝 공정을 이용해 초고해상도 마이크로 LED 디스플레이에 대응할 수 있는 소자 제작 방법을 제안했다. 또 수직 적층시 문제가 될 수 있는 색의 간섭 문제, 초소형 픽셀에서의 효율 개선 방안을 제시했다.

연구팀은 3차원 적층을 위해 기판 접합 기술을 사용했고, 색 간섭을 최소화하기 위해 접합면에 필터 특성을 갖는 절연막을 설계해 적색-청색 간섭 광을 97% 제거했다. 

이러한 광학 설계를 포함한 접합 매개물을 통해 수직으로 픽셀을 결합해도 빛의 간섭 없이 순도 높은 픽셀을 구현할 수 있음을 확인했다. 연구팀은 수직 결합 후 반도체 패터닝 기술을 이용해 6만 ppi 이상의 해상도 달성 가능성을 증명했다.

또 초소형 LED 픽셀에서 문제가 될 수 있는 반도체 표면에서의 비 발광성 재결합 현상을 시간 분해 광발광 분석과 전산모사를 통해 체계적으로 조사해 초소형 LED의 효율을 개선할 수 있는 중요한 방향성을 제시했다.

김상현 교수는 “반도체 공정을 이용해 초고해상도의 픽셀 제작 가능성을 최초로 입증한 연구로 반도체와 디스플레이 업계 협력의 중요성을 보여주는 연구 결과”라며 “후속 연구를 통해 초고해상도 미래 디스플레이의 기술 개발에 힘쓰겠다”고 말했다.

한편 이번 연구는 국제학술지 ‘나노스케일(Nanoscale)’ 2019년 12월 28일자 표지 논문으로 게재됐다. 한국연구재단 이공분야 기초연구사업 기본연구, 기후변화대응기술개발사업 등의 지원을 받아 수행됐다.


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