2023년 10월 18일(수) 10:20

한국광기술원 전경.

한국광기술원은 칩 크기와 주입 전류밀도에 관계없이 내부 양자효율의 90% 내외를 유지하는 ‘고효율 초미세 마이크로LED’ 개발에 성공했다고 18일 밝혔다.

한국광기술원에 따르면 광반도체디스플레이연구본부 백종협 박사팀은 ZOGAN Semi(류웅렬 박사), 한양대 나노광전자학과(심종인 교수)팀과 함께 칩 크기와 전류밀도에 영향을 받지 않는 고효율 초미세 마이크로LED를 개발했다.

이번에 개발된 기술은 무기물 마이크로LED의 난제였던 칩 크기 감소에 따른 발광효율의 급격한 저하와 주입 전류 증가에 따라 발광효율이 감소하는 현상을 해결한 것이 특징이다.

앞서 무기물 마이크로LED는 TV, 모바일폰, AR·VR 등 초실감 디스플레이 광원으로 활용할 수 있는 무궁한 잠재력에도 불구하고 칩 크기와 전류밀도 변화에 따른 발광효율 변동이 심해 초고해상도 디스플레이 제품에 적용하기 어려운 단점이 있었다.

특히 20μm 이하의 초미세 크기에서는 발광효율이 급격히 감소할 뿐 아니라 디스플레이 패널 구동에 필요한 저 전류 구간에서 재결합 손실이 심하게 증가하는 문제점 등을 보였는데, 광기술원과 공동 연구팀이 질화물 반도체상에 p형 산화물 반도체를 단결정 형태로 증착한 새로운 구조를 제작함으로써 무기물 마이크로LED의 난제를 해결했다.

실험 결과 새로운 구조를 통해 에피층에서의 스트레스가 완화돼 발광효율이 증가하고 외부 전기장이나 구조와 관계없이 마이크로LED가 받는 물리적 스트레스 변화를 억제할 수 있었다. 결과적으로 개발 구조는 칩 크기가 감소했음에도 표면 비발광 재결합 손실은 획기적으로 낮아졌으며 높은 발광효율을 유지할 수 있게된 것이다.

개발된 ‘초미세 마이크로LED’ 구조는 청색뿐 아니라 녹색, 적색 질화물 발광소자에도 효과가 있는 것으로 확인돼 풀컬러 질화물 반도체로 구성된 마이크로LED 디스플레이 제작도 가능할 것으로 기대된다.

신용진 한국광기술원장은 “이번에 개발된 저전력·고효율 마이크로LED는 초고해상도 디스플레이를 위한 최적의 광원으로써 메타버스용 초실감 디스플레이의 상용화를 앞당길 것으로 기대한다”고 말했다.

한편, 해당 연구는 ‘산업통상자원부 광융복합산업 글로벌경쟁력강화사업’의 지원을 받아 공동으로 진행됐다.