▲ LED를 임의로 구겨도 성능을 발위하고, 다양한 표면에 부착은 물론 가위로 재단이 가능하다.

국내 연구진이 구부리거나 접어도 성능이 유지되고, 가위로 재단할 수 있는 LED 패널 제조기술을 개발해 웨어러블 디스플레이 광원용으로 확대가 기대되고 있다.

한국연구재단(이사장 노정혜)은 세종대 홍영준·홍석륜 교수, Moon Kim 교수(미국 텍사스대 댈러스, UTD) 연구팀이 기판에서 쉽게 떼어내어 자유롭게 형태를 바꿀 수 있는 질화갈륨 마이크로 LED를 개발했다고 4일 밝혔다.

웨어러블 전자소자 시대를 맞이해 다양한 변형이 가능하고 변형에도 안정적으로 작동할 수 있는 반도체 소자의 개발이 세계적인 추세다.

디스플레이 광원으로 널리 쓰이는 LED에 유연성을 부여하기 위해 기존에는 미세블레이드나 레이저로 박막 LED를 작게 가공한 후 유연한 기판에 배열했다. 떼어내기 위해서는 화학적 식각이나 고에너지 레이저 조사 등을 통해 기판과의 화학적 결합을 깨트리는 번거로운 과정이 필요한데다, 작은 응력에도 쉽게 깨어져 구부리기도 어려웠다.

이에 연구팀은 그래핀으로 코팅된 단결정 사파이어 기판(1x1cm) 위에 단결정 마이크로 LED(10~30μm 크기) 수 만 개를 성장시켰다.

그래핀이 LED와 직접 결합하지 않기 때문에 기판으로부터 쉽게 박리할 수 있고 자를 수 있는 면광원을 제조한 것이다. LED 패널이 박막이 아닌 마이크로 LED 배열로 제조되었기 때문에 굽히거나 접어도 깨어지지 않는 유연성을 확보할 수 있었다.

개발된 LED 패널은 접착 테이프로 쉽게 떼어낼 수 있고, 떼어낸 패널을 구부러진 표면에 붙여 작동시킬 수 있었다. 또한 LED 패널을 접거나 종이 구기듯 구겨도 전면적에서 청색 발광이 그대로 유지됐으며. 1천회 이상 반복적으로 구부려도 전기적 특성과 발광 성능이 그대로 였다. LED를 떼어낸 사파이어 기판은 재사용도 가능하다.

연구진은 OLED의 단점을 극복할 차세대 디스플레이 광원으로 마이크로 LED가 고부가가치 산업으로 주목받는 가운데, 이번 개발을 기반으로 향후엔 위치조절 리모트 에피택시 기술을 개발해 마이크로 LED 디스플레이와 웨어러블 디스플레이의 연구개발에 기여한다는 계획이다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 해외우수연구기관유치사업과 산업통상자원부 한국산업기술진흥원의 국제공동기술개발사업의 지원으로 수행됐으며, 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 6월4일 게재됐다.