구부리거나 접을 수 있고 가위로 재단할 수 있는 LED 패널 제조기술이 나왔습니다. 굴곡이 있는 표면이나 인체, 로봇의 관절에 부착할 수 있는 웨어러블 디스플레이용 광원 개발의 새로운 실마리가 될 것으로 기대됩니다.
세종대학교 홍영준·홍석륜 교수와 미국 텍사스주립대학교 달라스 재료공학과 Moon Kim 교수 연구팀이 기판에서 쉽게 떼어내어 자유롭게 형태를 바꿀 수 있는 질화갈륨 마이크로 LED를 개발했습니다. 해당 연구는 <Science Advances>에 게재됐습니다.
- LED(Light-Emitting Diodes)
반도체 p-n접합으로 구성된 발광소자입니다.
- 질화갈륨
넓은 밴드갭을 가지는 반도체로 청자색 LED의 광원소재입니다.
쉽게 박리 가능한 면광원 제조
기존에는 LED에 유연성을 부여하기 위해 미세블레이드나 레이저로 박막 LED를 작게 가공한 후 유연한 기판에 배열하는 방식이었습니다. 떼어내기 위해서는 화학적 식각이나 고에너지 레이저 조사 등을 통해 기판과의 화학적 결합을 깨트리는 번거로운 과정이 필요한데다 작은 응력에도 쉽게 깨어져 구부리기도 어려웠습니다. 이에 유연성을 요구하는 웨어러블 디바이스를 대면적으로 제조하기에 어려움이 있었습니다.
이에 연구팀은 그래핀으로 코팅된 단결정 사파이어 기판 1cm*1cm 위에 단결정 마이크로 LED(10~30μm 크기) 수 만 개를 성장시켰습니다. 그래핀이 LED와 직접 결합하지 않기 때문에 기판으로부터 쉽게 박리할 수 있고 자를 수 있는 면광원을 제조한 겁니다. LED 패널이 박막이 아닌 마이크로 LED 배열로 제조되었기 때문에 굽히거나 접어도 깨어지지 않는 유연성을 확보할 수 있었습니다.
개발된 LED 패널은 접착 테이프로 쉽게 떼어낼 수 있고 떼어낸 패널을 구부러진 표면에 붙여 작동시킬 수 있었습니다. 또한 LED 패널을 접거나 종이 구기듯 구겨도 전면적에서 청색 발광이 그대로 유지됐습니다.
한편 곡률반경 1mm가 되도록 1,000회 이상 반복적으로 구부려도 전기적 특성과 발광 성능이 그대로 유지됐습니다. 또한 LED를 떼어낸 사파이어 기판은 재사용도 가능하다고 합니다. 웨어러블 전자소자 시대를 맞이해 다양한 변형이 가능하고 변형에 안정적으로 작동할 수 있는 반도체 소자의 개발이 필요했습니다.
그래핀이 코팅된 웨이퍼에 상호 이격된 마이크로 LED를 제조하고, 이를 통째로 박리해 여러 모양으로 재단이 가능한 대면적 광원의 개발은 새로운 유연 반도체를 제조하는 기술을 제시했다는 데 의의가 있습니다. 이는 향후 마이크로 LED 디스플레이와 웨어러블 디스플레이의 연구개발에 큰 기여할 것으로 기대됩니다.
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