▲ 물리학과 조용훈 교수(왼쪽 두번째) 연구팀 단체 사진

국내 연구진이 차세대 초고해상도 디스플레이 및 초소형 광전자 소자 생산에 활용 가능한 초고해상도 디스플레이 픽셀기술을 개발했다.

KAIST가 물리학과 조용훈 교수 연구팀이 집속 이온 빔을 이용하여 평균 머리카락 굵기(약 100 마이크론)의 100분의 1보다도 작은 0.5 마이크론 스케일의 픽셀을 구현할 수 있는 초고해상도 발광 다이오드(LED) 디스플레이 핵심 기술을 개발했다고 최근 밝혔다.

현재 초고해상도 LED 디스플레이의 픽셀화는 보통 픽셀 주변의 영역을 물리적으로 깎아내는 식각 방법을 사용한다. 주변에 여러 결함이 발생, 픽셀이 작아질수록 누설전류가 증가, 발광 효율이 떨어지는 부작용이 있다. 또 픽셀화를 위한 패터닝 및 누설전류를 막기 위한 후공정 과정 등 여러 복합한 공정이 필요하다.

조용훈 교수 연구팀은 집속 이온 빔을 이용해 복잡한 전후 공정 없이 마이크로 스케일 이하의 크기까지 픽셀 생산 기술을 개발했다. 집속 이온 빔을 약하게 제어하여 물질 표면에 구조적 변형을 일으키지 않고, 발광하는 픽셀 모양을 자유자재로 설정할 수 있다.

집속 이온 빔 기술은 재료공학이나 생물학 등 분야에서 초고배율 이미징이나 나노 구조체 제작 등에 널리 쓰여 왔다. 그러나, LED와 같은 발광체 위에 집속 이온 빔을 사용하면 빔을 맞은 부분과 그 주변 영역의 발광이 급격 감소해 나노 발광 구조를 제작에 장벽으로 작용된다. 조용훈 교수 연구팀은 역발상으로 서브 마이크론 (sub-micron) 스케일의 초미세 픽셀화 방식에 활용할 수 있다는 점을 착안했다.

연구팀은 표면이 깎이지 않을 정도로 세기가 약화된 집속 이온 빔을 사용, 집속 이온 빔을 맞은 부분에 발광이 급격히 줄어들며 국소적 저항도 크게 증가함을 알아내었다. 이로 인해 LED 표면을 평평하게 유지되면서 집속 이온 빔을 맞은 부분은 광학·전기적 격리로 개별 작동할 수 있는 픽셀화가 가능하다.

조용훈 교수는 “집속 이온 빔을 이용해 복잡한 공정이 없이도 서브 마이크론 스케일의 초소형 픽셀을 만들 수 있는 기술을 새롭게 개발했고, 이는 차세대 초고해상도 디스플레이와 나노 광전소자에 응용될 수 있는 기반 기술이 될 것”이라고 말했다.

한편, 물리학과 문지환 석사와 김바울 박사과정이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 한국연구재단의 중견연구자지원사업 및 정보통신기획평가원의 지원을 받아 수행됐다. 재료과학 분야의 세계적 학술지인 ‘어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)’에 2월 13일 字에 온라인 출간되었고, 다음 오프라인 출간호의 내부 표지로도 선정됐다.