신용카드보다 작은 판에 LED 60만개 넣는다

기존 상용 기술보다 20배 이상 집적도 향상

유연한 플라스틱 기판 위에 비등방성 전도성 접착제를 이용해 마이크로 LED 디스플레이를 만들었다. 성균관대 김태일 교수 제공

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 유기발광다이오드(OLED)의 단점을 극복하고 대면적 디스플레이 개발을 위한 마이크로 무기발광다이오드(LED)를 고밀도도 집적할 수 있는 기술을 개발했다. 연구진은 이 기술을 이용하면 신용카드보다 작은 25㎠ 기판에 마이크로 LED 60만개를 배열할 수 있다고 설명했다. 이는 기존 상용기술보다도 20배 이상 집적도를 향상시킨 것이다.

한국연구재단은 성균관대학교 화학공학과 김태일 교수 연구팀이 삼성전자 연구진과 함께 초소형 전자소자의 고밀도 집적을 위한 전도성 접착제를 개발했다고 13일 밝혔다.

김태일 교수는 "유연한 기판 위에 전자소자를 고밀도로 집적할 수 있어 웨어러블 부품과 고성능 생체 의료기기 개발을 위한 중요한 기술이 될 것"이라고 전망했다. 김 교수는 개발한 공정을 이용해 향후 생체집적 마이크로 부품을 만들기 위해 노력하고 있으며 장기적으로는 고부가가치 산업인 바이오 부품에 응용하는 것을 목표로 하고 있다.

연구진은 저온·저압에서 전도성 접착제를 이용해 머리카락 굵기보다 작은(30μm×60μm) 마이크로 LED 수천개를 유연기판 위에 집적하는 데 성공했다.

비등방성 전도성 접착제를 이용한 전자소자의 전사공정 및 이에 따른 고분자 접착제의 비젖음 현상 유도 공정에 대한 모식도. 성균관대 김태일 교수 제공

비결은 고분자 접착제와 나노금속입자로 만든 전도성 접착제를 이용해 소자와 소자 또는 소자와 전극을 수직으로 연결한 것이다. 스핀코팅이나 UV 노광 같은 비교적 간단한 공정을 이용하는데다 공정의 온도와 압력을 100℃, 1기압 이하로 내려 기판에 미치는 물리적 영향을 줄였다.

연구진은 이를통해 수천개 이상의 초소형 마이크로 LED를 99.9% 이상의 고수율을 유지하며 대면적으로 전사할 수 있었다고 설명했다. 이렇게 만들어진 기판은 -40℃~85℃의 온도 변화와 85℃ 상태에서 85% 습도 상태에서 시험한 결과 안정성이 증명됐다.

연구팀은 연꽃표면에서 물을 튕겨내는 발수현상에서 힌트를 얻어 접착제 표면의 습기를 빨아들이는 성질을 조절할 수 있음을 이용했다. 기판을 덮은 유동성 있는 얇은 접착제 피막의 안정성이 피막의 두께나 소자, 전극의 표면특성에 따라 달라져 서로 접촉하거나 떨어지도록 조절한 것이다.

이번 연구결과는 소재분야 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼스'에 4월 16일 표지논문으로 게재됐다.

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monarch@fnnews.com 김만기 기자

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