마이크로 LED, 상용화를 위한 9가지 과제
마이크로 LED, 상용화를 위한 9가지 과제
  • 이기종 기자
  • 승인 2019.02.28 16:39
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에피택시·칩·전사·풀 컬러·본딩 등
마이크로 LED
마이크로 LED

새 디스플레이 기술로 부상 중인 마이크로 발광다이오드(LED)가 해결해야 할 기술 문제를 LED 전문매체 LED 인사이드가 최근 조명했다.

마이크로 LED는 휘도, 대비, 응답속도, 전력 소모량 등 모든 특성이 액정표시장치(LCD)는 물론 유기발광다이오드(OLED) 보다 앞선다.

하지만 상용화를 위해 해결해야 할 기술 과제가 여럿 있다. LED 인사이드가 본 기술 과제는 모두 9개다. 에피택시(Epitaxy), 칩, 전사(Mass Transfer), 풀 컬러, 본딩, 파워 드라이브, 백플레인, 검사, 복구 기술 등이다. 

마이크로 LED 에피택시 기술의 주요 걸림돌은 파장 및 두께 균일성 개선이다. 에피택시는 기판과 같은 결정구조, 방향성을 보유한 상태로 결정이 자라는 것을 말한다. 파장과 두께가 균일해지면 파장은 더욱 집중되고, 에피택시 제조사의 백엔드 검사 비용을 큰 폭으로 줄일 수 있다. LED 칩을 100마이크로미터(㎛, 100만 분의 1m) 미만으로 줄이면, LED 칩 주변 절단 손상에 따른 불균일성으로 전력 누수가 발생해 전체 발광 특성에도 영향을 미칠 수 있다.

LED 칩을 기판에 옮겨심는 전사(Mass Transfer) 제조 공정은 가장 큰 기술 장벽이다. 칩이 임시 기판에서 실 기판에 올라갈 때 손상을 피해야 한다. 스탬프로 임시 기판의 소자를 들어올리고(pick), 실제 기판 위에 다시 올려놓는(place) 공정은 10㎛ 이상 제품에는 적용할 수 있다. 하지만 이렇게 할 경우 시간이 너무 오래 걸린다는 단점이 있다. 20㎛ 이상 제품에는 유체 조립(Fluidic assembly) 기술을 적용하면 시간당 생산량이 늘 수 있지만, 풀 컬러 구현에 세 번의 전사 시간이 필요하다. 레이저 전사 기술은 1㎛ 이상 제품에 적용할 수 있지만, 레이저 장비가 고가인 데다, 초기 투자는 부담이다.

풀 컬러 기술 솔루션의 경우 RGB 칩 컬러 변환 솔루션은 20㎛ 미만 기술과 관련해 불충분한 휘도 효과, 낮은 수율 문제가 있다. 대신, 양자점 기술은 이러한 격차를 메울 수 있다. 하지만 코팅 균일성과 신뢰성 같은 양자점 솔루션에 직면한 일부 문제는 여전히 풀어야 할 과제다.

본딩 기술도 걸림돌이다. 마이크로 LED 칩이 너무 작기 때문에, 솔더 페이스트의 금속 함량이 많으면 단락이 일어날 수 있다. 이 때문에 접착(adhesion) 공정 기술은 마이크로 LED 공정을 상용화하기 위한 또 다른 큰 걸림돌이다. 현재 금속 범프, 첨가제(Adhesive), 웨이퍼 본딩, 마이크로 튜브 등 네 방향이 있다.

드라이버 기술의 경우, 액티브 매트릭스(Active Matrix) 드라이브 어레이에서 각 픽셀은 회로와 연결돼 별도로 구동한다. 이 때문에 마이크로 LED는 낮은 전력으로 작동하면서도 전체 조명 시간에서 볼 때는 눈에 띄는 디스플레이 밝기 손실 없이 전체 밝기를 유지한다. 하지만 마이크로 LED 드라이브 전류가 매우 작기 때문에, 회로 설계가 복잡해지고 드라이브 파워 모듈의 공간 배치 밀도가 높아지는 문제가 뒤따른다.

백프레인 기술은 네 가지 형태가 있다. 유리, 플렉시블 기판, 실리콘 기판, 인쇄회로기판(PCB)이 주인공이다. 현재 PCB 백플레인이 높은 호환성 때문에 가장 널리 사용된다. 스플라이싱은 다양한 사이즈에 맞출 수 있고, 해당 기판은 요구되는 백플레인에 따라 선택될 수 있다.

검사 및 시험 기술도 과제다. 마이크로 LED 애플리케이션 제품은 다량의 칩을 사용한다. 이외에도 마이크로 LED 모듈의 광발광(Photoluminescence) 및 전기발광(Electroluminescence)은 신속 정확하게 감지해야 한다. 시간과 비용을 아끼려면 대량 시험 방법을 택할 필요가 있다. 신속하고 정확한 우수 제품 식별은 제조 공정에서 중요한 문제이고, 현재 마이크로 LED 시험 기술 과제의 주요 원인 중 하나다.

마지막으로 복구(Repairing) 기술이 있다. 마이크로 LED 복구 솔루션 관점에서 보면 현재 자외선 조사 복구 기술, 레이저 용접 복구 기술, 선별적 선택 복구 기술, 선별적 레이저 복구 기술, 중복회로 설계 솔루션 등이 있다.


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