롤 전사 이용한 마이크로 LED 제조 기술 세계 최초 개발 ‘꿈의 디스플레이’대량 생산, 국내 산업 성장 견인 AI(인공지능)와 IoT, 빅데이터 등 제4차 산업혁명 시대에는 대량의 정보를 주고받기 위한 다양한 형태의 디스플레이 기술이 필요하다. 현재 대부분의 디스플레이 시장은 LCD(Liquid Crystal Display)와 OLED(Organic Light-Emitting Diode:유기 발광 다이오드) 디스플레이가 점유하고 있지만, 이들 디스플레이보다 신축성이 있고, 전력 소모량은 적으면서, 자유로운 형태를 지닌 차세대 디스플레이 개발에 대한 수요가 증가하고 있다.마이크로 LED는 고밀도화와 고효율화, 투명화, 유연화에 적합한 차세대 광원으로 발전하고 있다. 마이크로 LED 디스플레이는 단결정 무기물로 구성되어, OLED 보다 발광효율이 3배가량 높고, 전력소모는 약 1/2로 적다. OLED보다 내구성이 매우 우수해, 자율주행 자동차용 디스플레이, 모바일 및 웨어러블 디스플레이에 적용할 수 있으며 투명 디스플레이도 적합하다.세계적으로는 애플이 2018년에 마이크로 LED 디스플레이를 적용한 웨어러블 기기를 출시할 것으로 알려져 있고, 소니와 대만 ITRI, 아일랜드의 X-celeprint 등이 마이크로 LED를 적용한 TV, 마이크로 디스플레이 등을 구현하고 있다. 이들 기업들은 아직 마이크로 LED 디스플레이의 생산성을 높이는 데에 어려움을 겪고 있으며, 높은 생산 단가와 낮은 생산 수율을 극복하는 것이 상용화의 최대 숙제로 알려져 있다.시장조사 전문기관인 ‘Market&Markets’는 마이크로 LED 시장이 올해 2억천만 달러 규모에서 2025년 199억2천만 달러 규모까지 연평균 54.7%씩 성장할 것으로 전망하고 있다. 이중 디스플레이 분야가 2025년 전체 시장의 98%를 차지할 것으로 예측했다.‘꿈의 디스플레이’대량 생산이 멀지않아 보인다.미래창조과학부(이하 미래부) 산하 한국기계연구원(이하 기계연)이 롤 전사를 이용한 마이크로 LED 디스플레이 제조 기술을 세계 최초로 개발했다. 생산속도를 획기적으로 개선할 수 있는 기술로 향후 세계 시장 선점과 함께 관련 국내 산업의 성장을 견인할 것으로 기대를 모은다.기계연 나노응용역학연구실(실장 김재현)연구팀은 롤 전사 공정을 이용해, 발광효율은 3배 뛰어나지만 전력소모는 절반으로 줄인 ‘마이크로 LED 디스플레이’ 생산 기술을 개발했다.기계연 김재현 실장은“정보의 유통이 크게 증가할 제4차 산업혁명 시대에는 대량의 정보를 실시간으로 전달하는 빠른 디스플레이, 다양한 형태 변화가 가능한 소비자 적응형 신축성 디스플레이, 전력 소모가 적은 초고해상도 증강현실용 투명 디스플레이 등 새로운 기술에 대한 수요가 급증하고 있는 상황이다”라고 말했다.이번 연구성과를 활용하면 기계적인 신뢰성이 높고 자유자재로 형태가 바뀌는 투명 디스플레이 등 차세대 디스플레이로 주목받는 마이크로 LED 디스플레이를 기존 LED 디스플레이 보다 평균 1만 배 빨리 제작할 수 있다.롤 전사 공정은 기계연이 원천 특허를 보유하고 있는 기술이다. 롤에 잉크를 묻히듯이 TFT 소자를 들어 올려 원하는 기판에 내려놓고, 다시 LED 소자를 들어올려 TFT 소자가 배치된 된 기판 위에 내려놓으면 두 소자가 결합된 구조의 능동 매트릭스형 마이크로 LED 디스플레이가 완성된다. 연구팀은 이에 앞서 지난 2012년 연세대학교 안종현 교수 연구팀과 공동으로 TFT 소자 제작기술을 개발한 바 있다.이처럼 제작 단계가 단축되면서 생산속도는 혁신적으로 빨라졌다. 기존 LED 디스플레이를 제작하는 다이본더 장비는 초당 1~10개의 LED를 기판에 부착할 수 있지만, 롤 전사 기술을 이용하면 초당 1만여 개 이상의 LED를 전사할 수 있다. 기존 방식으로 풀HD급 200만 화소의 100인치 디지털 사이니지(Digital Signage)를 제작할 경우 30일 이상이 소요되지만, 롤 전사 공정을 이용하면 1시간 안에 제작할 수 있고 공정비용도 크게 절감된다.롤 전사 공정은 롤에 잉크를 묻히듯이 디스플레이의 각 픽셀에 스위치 역할을 하는 TFT 소자를 롤 스탬프로 들어 올려 원하는 기판에 올려놓고, 다시 LED 소자를 들어올려 TFT 소자가 배치된 된 기판 위에 올려놓으면 두 소자가 결합된 구조의 능동 매트릭스형 마이크로 LED 디스플레이를 제작하는 공정이다.이 공정을 이용하면 기존 방식으로 풀HD(High Definition)급 200만 화소의 100인치 디지털 사이니지(Digital Signage)를 제작할 경우 30일 이상 걸리던 제작 시간을 1시간 이내로 단축시킬 수 있고 공정비용도 크게 절감된다. 연구팀은 이와 관련된 연구개발을 통해 국내·외 60여건의 논문을 발표하고, 특허 출원 69건, 등록 31건의 실적을 얻었다.한편, 기계연 연구팀은 지난 20일 서울 양재동 The-K호텔에서 '나노소재 응용 고성능 유연소자 기술 기반 구축 사업 성과 보고회」를 개최했다. 보고회에는 기계연에서 해당 기술을 이전 받은 중견·중소기업 대표자, 기술 이전 상담을 희망하는 기업인, 미래부 관계자 등 총 1백여 명이 참석했다. 기계연은 이번 사업을 통해 총 6건의 기술이전 계약을 체결했다.디스플레이 분야 중견기업인 ㈜루멘스에는 LED 롤 전사 기술을 이용한 디지털 사이니지 제조 장비 및 제조 공정 기술을 이전했다. 향후 루멘스가 마이크로 LED 디스플레이 양산 라인을 구축하면, 우리나라가 해당 분야의 세계적인 주도권을 확보할 뿐만 아니라 중소·중견 기업을 포함하는 국내 산업 생태계 조성에도 크게 이바지할 것으로 기대된다. 기계연은 이번 성과 보고회에서 중견기업인 ㈜루멘스와 보다 다양한 기술협력을 위한 MOU도 체결했다.이번 연구성과는 미래부가 정부출연연구기관의 자율성을 강화하기 위해 도입한 묶음예산 지원을 받아 수행되었다. 연구팀은 기계연 ‘나노소재 응용 고성능 유연소자 기술 기반 구축 사업’과 글로벌프론티어사업인 ‘파동에너지 극한제어 연구단(단장 이학주)’의 지원을 받아 기술 개발에 성공했다. 생산 장비부터 공정시스템 일체를 개발하고, 국내 중견기업 6개에 기술을 이전하는 성과를 거뒀다.미래부 배재웅 연구성과정책관은 “AI(인공지능)와 IoT(사물인터넷) 등 첨단기술의 발전과 함께 디스플레이 시장에도 새로운 기술이 계속 요구되고 있다”며 “이번 연구 성과가 연구실에 머물렀던 나노기술의 첨단 산업분야 시장을 개척하는 신호탄이 될 것”이라고 말했다.앞으로도 미래부는 출연연의 연구 성과를 기술사업화로 연계하는데 역점을 두고, 중소기업 지원과 함께 양질의 일자리를 만들어 가는데 정책적 노력을 기울여 나갈 계획이다.

롤 전사 이용한 마이크로 LED 제조 기술 세계 최초 개발

‘꿈의 디스플레이’대량 생산, 국내 산업 성장 견인

기사입력 2017-07-25 09:10:31

[산업일보]

AI(인공지능)와 IoT, 빅데이터 등 제4차 산업혁명 시대에는 대량의 정보를 주고받기 위한 다양한 형태의 디스플레이 기술이 필요하다. 현재 대부분의 디스플레이 시장은 LCD(Liquid Crystal Display)와 OLED(Organic Light-Emitting Diode:유기 발광 다이오드) 디스플레이가 점유하고 있지만, 이들 디스플레이보다 신축성이 있고, 전력 소모량은 적으면서, 자유로운 형태를 지닌 차세대 디스플레이 개발에 대한 수요가 증가하고 있다.

마이크로 LED는 고밀도화와 고효율화, 투명화, 유연화에 적합한 차세대 광원으로 발전하고 있다. 마이크로 LED 디스플레이는 단결정 무기물로 구성되어, OLED 보다 발광효율이 3배가량 높고, 전력소모는 약 1/2로 적다. OLED보다 내구성이 매우 우수해, 자율주행 자동차용 디스플레이, 모바일 및 웨어러블 디스플레이에 적용할 수 있으며 투명 디스플레이도 적합하다.

세계적으로는 애플이 2018년에 마이크로 LED 디스플레이를 적용한 웨어러블 기기를 출시할 것으로 알려져 있고, 소니와 대만 ITRI, 아일랜드의 X-celeprint 등이 마이크로 LED를 적용한 TV, 마이크로 디스플레이 등을 구현하고 있다. 이들 기업들은 아직 마이크로 LED 디스플레이의 생산성을 높이는 데에 어려움을 겪고 있으며, 높은 생산 단가와 낮은 생산 수율을 극복하는 것이 상용화의 최대 숙제로 알려져 있다.

시장조사 전문기관인 ‘Market&Markets’는 마이크로 LED 시장이 올해 2억천만 달러 규모에서 2025년 199억2천만 달러 규모까지 연평균 54.7%씩 성장할 것으로 전망하고 있다. 이중 디스플레이 분야가 2025년 전체 시장의 98%를 차지할 것으로 예측했다.

‘꿈의 디스플레이’대량 생산이 멀지않아 보인다.

미래창조과학부(이하 미래부) 산하 한국기계연구원(이하 기계연)이 롤 전사를 이용한 마이크로 LED 디스플레이 제조 기술을 세계 최초로 개발했다. 생산속도를 획기적으로 개선할 수 있는 기술로 향후 세계 시장 선점과 함께 관련 국내 산업의 성장을 견인할 것으로 기대를 모은다.

기계연 나노응용역학연구실(실장 김재현)연구팀은 롤 전사 공정을 이용해, 발광효율은 3배 뛰어나지만 전력소모는 절반으로 줄인 ‘마이크로 LED 디스플레이’ 생산 기술을 개발했다.

기계연 김재현 실장은“정보의 유통이 크게 증가할 제4차 산업혁명 시대에는 대량의 정보를 실시간으로 전달하는 빠른 디스플레이, 다양한 형태 변화가 가능한 소비자 적응형 신축성 디스플레이, 전력 소모가 적은 초고해상도 증강현실용 투명 디스플레이 등 새로운 기술에 대한 수요가 급증하고 있는 상황이다”라고 말했다.

이번 연구성과를 활용하면 기계적인 신뢰성이 높고 자유자재로 형태가 바뀌는 투명 디스플레이 등 차세대 디스플레이로 주목받는 마이크로 LED 디스플레이를 기존 LED 디스플레이 보다 평균 1만 배 빨리 제작할 수 있다.

롤 전사 공정은 기계연이 원천 특허를 보유하고 있는 기술이다. 롤에 잉크를 묻히듯이 TFT 소자를 들어 올려 원하는 기판에 내려놓고, 다시 LED 소자를 들어올려 TFT 소자가 배치된 된 기판 위에 내려놓으면 두 소자가 결합된 구조의 능동 매트릭스형 마이크로 LED 디스플레이가 완성된다. 연구팀은 이에 앞서 지난 2012년 연세대학교 안종현 교수 연구팀과 공동으로 TFT 소자 제작기술을 개발한 바 있다.

이처럼 제작 단계가 단축되면서 생산속도는 혁신적으로 빨라졌다. 기존 LED 디스플레이를 제작하는 다이본더 장비는 초당 1~10개의 LED를 기판에 부착할 수 있지만, 롤 전사 기술을 이용하면 초당 1만여 개 이상의 LED를 전사할 수 있다. 기존 방식으로 풀HD급 200만 화소의 100인치 디지털 사이니지(Digital Signage)를 제작할 경우 30일 이상이 소요되지만, 롤 전사 공정을 이용하면 1시간 안에 제작할 수 있고 공정비용도 크게 절감된다.

롤 전사 공정은 롤에 잉크를 묻히듯이 디스플레이의 각 픽셀에 스위치 역할을 하는 TFT 소자를 롤 스탬프로 들어 올려 원하는 기판에 올려놓고, 다시 LED 소자를 들어올려 TFT 소자가 배치된 된 기판 위에 올려놓으면 두 소자가 결합된 구조의 능동 매트릭스형 마이크로 LED 디스플레이를 제작하는 공정이다.

이 공정을 이용하면 기존 방식으로 풀HD(High Definition)급 200만 화소의 100인치 디지털 사이니지(Digital Signage)를 제작할 경우 30일 이상 걸리던 제작 시간을 1시간 이내로 단축시킬 수 있고 공정비용도 크게 절감된다. 연구팀은 이와 관련된 연구개발을 통해 국내·외 60여건의 논문을 발표하고, 특허 출원 69건, 등록 31건의 실적을 얻었다.

한편, 기계연 연구팀은 지난 20일 서울 양재동 The-K호텔에서 '나노소재 응용 고성능 유연소자 기술 기반 구축 사업 성과 보고회」를 개최했다. 보고회에는 기계연에서 해당 기술을 이전 받은 중견·중소기업 대표자, 기술 이전 상담을 희망하는 기업인, 미래부 관계자 등 총 1백여 명이 참석했다. 기계연은 이번 사업을 통해 총 6건의 기술이전 계약을 체결했다.

디스플레이 분야 중견기업인 ㈜루멘스에는 LED 롤 전사 기술을 이용한 디지털 사이니지 제조 장비 및 제조 공정 기술을 이전했다. 향후 루멘스가 마이크로 LED 디스플레이 양산 라인을 구축하면, 우리나라가 해당 분야의 세계적인 주도권을 확보할 뿐만 아니라 중소·중견 기업을 포함하는 국내 산업 생태계 조성에도 크게 이바지할 것으로 기대된다. 기계연은 이번 성과 보고회에서 중견기업인 ㈜루멘스와 보다 다양한 기술협력을 위한 MOU도 체결했다.

이번 연구성과는 미래부가 정부출연연구기관의 자율성을 강화하기 위해 도입한 묶음예산 지원을 받아 수행되었다. 연구팀은 기계연 ‘나노소재 응용 고성능 유연소자 기술 기반 구축 사업’과 글로벌프론티어사업인 ‘파동에너지 극한제어 연구단(단장 이학주)’의 지원을 받아 기술 개발에 성공했다. 생산 장비부터 공정시스템 일체를 개발하고, 국내 중견기업 6개에 기술을 이전하는 성과를 거뒀다.

미래부 배재웅 연구성과정책관은 “AI(인공지능)와 IoT(사물인터넷) 등 첨단기술의 발전과 함께 디스플레이 시장에도 새로운 기술이 계속 요구되고 있다”며 “이번 연구 성과가 연구실에 머물렀던 나노기술의 첨단 산업분야 시장을 개척하는 신호탄이 될 것”이라고 말했다.

앞으로도 미래부는 출연연의 연구 성과를 기술사업화로 연계하는데 역점을 두고, 중소기업 지원과 함께 양질의 일자리를 만들어 가는데 정책적 노력을 기울여 나갈 계획이다.