ETRI "LEDOS 디스플레이 구현 '초미세 접합 기술' 개발"

LEDOS(Light Emitting Diode on Silicon) 디스플레이 구현을 가능케 할 초미세 접합 기술이 국내에서 개발됐다.

LEDOS는 실리콘 웨이퍼 위에 초소형 무기물 발광다이오드(LED)를 정밀하게 배열해 만드는 차세대 마이크로 디스플레이 기술이다. 초고해상도·초소형·초고휘도가 필요한 가상현실(VR) 및 증강현실(AR) 기기의 핵심 부품으로 주로 쓰인다.

ETRI 연구팀이 SITRAB 소재를 이용해 초정밀 접합 공정을 수행하고 있다. 한국전자통신연구원

한국전자통신연구원(ETRI)은 인공지능(AI)과 확장현실(XR)을 융합한 지능형 시각 인터페이스 구현에 필요한 2500PPI급 초고집적 마이크로 LED 디스플레이 기술과 이를 구현할 초정밀 레이저 접합 공정을 개발했다고 11일 밝혔다.

마이크로 LED는 수십 만개 이상의 범프를 동시에 정밀 접합하는 공정이 요구돼 작은 오차만으로도 수율이 크게 저하될 수 있다.

하지만 기존 초미세 접합 공정은 고온으로 기판이 휘는 현상과 미세 오염물 발생, 접합 위치 오차 등 문제가 발생해 마이크로 LED 구현에 어려움이 따랐다.

ETRI는 이를 해결하기 위해 독자 개발한 신소재 'SITRAB'를 이용해 레이저 기반의 동시 전사·접합 공정을 적용했다.

SITRAB은 레이저 공정 과정에서 발생하는 흄(Fume) 형태의 미세 오염물이 만들어지는 것을 억제하는 '흄리스(Fume-less)' 특성을 가졌다. 이는 상온 스테이지 기반의 공정을 가능케 해 열팽창에 따른 기판 변형과 정렬 오차를 줄일 수 있게 한다.

ETRI는 개발한 공정을 적용해 실리콘 CMOS 회로 위에 GaN 기반의 마이크로 LED 칩을 안정적으로 접합하는 데 성공, 2500PPI급 초고해상도 LEDOS 디스플레이를 구현했다.

AR 글래스와 VR 헤드셋 등 XR 기기는 가까운 거리에서 영상을 보여주기 때문에 매우 작은 면적 안에 초고해상도 픽셀을 집적해야 한다. LEDOS는 이러한 요구에 맞춰 초고해상도와 초고휘도, 저전력을 동시에 구현할 수 있다.

무엇보다 밝은 야외 환경에서도 낮은 소비전력으로 선명한 화면을 제공할 수 있어 AI·XR 시대 핵심 디스플레이 플랫폼으로 평가받는다.

연구 성과는 상용화 측면에서도 의미가 있다. ETRI의 SITRAB 소재 기술은 이미 국내 소재 기업에 기술이전 된 상태다. 관련 공정 장비는 국내 반도체 후공정 전문기업(OSAT)의 양산 라인에도 적용돼 실제 제조 환경에서 검증이 이뤄지고 있다.

이는 이번 연구 성과가 단지 실험실 단계에 머무르지 않고, 국내 소재·장비·패키징 산업 생태계와 연계돼 실제 산업현장에 적용할 가능성이 높다는 점에서 의미를 갖는다.

주지호 ETRI 저탄소집적기술창의연구실장은 "SITRAB 기반의 LEDOS 기술은 향후 XR 디바이스를 넘어 차세대 고밀도 이종집적 플랫폼으로도 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.

최광성 ETRI 창의원천연구본부장은 "이번 연구는 해외 공정에 의존하지 않고, ETRI가 독자적으로 개발한 소재·공정 기술만으로 HBM4보다 높은 수준의 초고밀도 접합을 구현했다는 점에서 의미가 크다"고 말했다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr