OFweek: 2025-01-06
https://display.ofweek.com/2025-01/ART-230001-8120-30654888.html
최근 Tianma(天马)의 Micro LED 생산라인의 전체 공정 구축이 순조롭게 완료되었음.
차세대 디스플레이 기술인 Micro LED는 고휘도, 고명암비, 긴 수명, 저전력 소비의 장점을 가지고 있어 디스플레이 제품 중에
가장 뛰어난 기술로 평가받아 "육각형 전사(모든 방면으로
완벽한 조건을 갖춘 사람이나 제품)"로 일컬어지고 있음. Tianma는 2017년부터 고 PPI, 고휘도,
고투명 디스플레이로 기술 초점을 맞춘 Micro LED 기술을 개발해 오고 있음.
이제까지 많은 관심을 받던 Micro LED가 상용화의 문턱에 서 있는 것으로 평가됨.
01디스플레이 기술의 변화: CRT에서 Micro LED로
1897년, 독일의 물리학자 카를
페르디난트 브라운(Karl Ferdinand Braun)이 세계 최초의 전자 디스플레이인 음극선관(CRT, 브라운관)을 발명했음. 그는
이 발명으로 1909년 노벨 물리학상을 수상했음. 이어 1939년 미국은 세계 최초로 흑백 텔레비전을 생산에 성공했음. 기술이
발전함에 따라 CRT는 텔레비전과 컴퓨터 모니터로 널리 사용되었으며,
화면은 점점 더 커지고 디스플레이 효과도 개선되었음. 그러나 부피가 크고 화면 크기가 제한적이며
이동이 자유롭지 못한 단점이 존재하였음.
이어 액정(LCD)의 발명은 디스플레이 기술의 새로운 시대를 열었음. 1888년
오스트리아 식물학자 프리드리히 라이니처(Friedrich Reinitzer)는 온도에 따라 물성이 변하는
고체와 액체 사이의 중간 상태를 가진 물질을 발견했음. 이 물질은 액체의 유동성을 가지고 있으며, 특히 광학적으로 결정의 이방성이 나타났는데, 이를 "액정"이라고 명명함.
1968년, 미국 RCA사에 근무하던 G.H 하일마이어는 동태적 빛 산란 모드를 이용한
액정 디스플레이 장치를 발명했는데, 이는 주로 시계, 계산기, 호출기 등에 사용되었음. 이어
1971년, 독일의 과학자 헬프리(Helfrich)와
스위스의 과학자 샤트(Schadt)는 휴대전화, 텔레비전, 컴퓨터, 평판 디스플레이에 사용되는 트위스트 네마(TN: twisted nematic) 액정 디스플레이를 발명했음. 이후
헝가리의 과학자 브로디(Brody)는 디스플레이 면적 크기를 후 액티브 매트릭스 박막 트랜지스터(AM TFT) 구동 LCD를 발명해 현대적인 TFT LCD 기술의 문을 열었습니다. TFT LCD는 지금에 이르기까지
널리 사용되고 있는 가장 성숙한 주류 디스플레이 기술이며 가장 안정적인 산업 생태계를 갖추고 있음. LCD 디스플레이
원리는 전압을 사용하여 액정 분자의 배열을 제어함으로써 빛의 편광 속성을 변경하여 이미지와 텍스트를 표시하는 원리임.
1987년, "OLED의
아버지"로 일컬어지는 Ching Wan Tang(邓青云) 박사가 유기발광다이오드(OLED)를
발명하였음. 그 이후로 OLED 기술이 상업화의 무대에 올랐음. OLED는 다층 유기 박막 구조를 가진 자체 발광 소자로 LCD와
비교하여 가장 큰 특징은 백라이트 발광원이 필요 없이 자체 발광이 가능함. 또한 자체 발광으로 인해
색공간 제어, 시야각 제어에서 LCD보다 뛰어나며, 빛의 경로를 편광시킬 필요가 없기 때문에 발광 효율이 크게 향상되고 반응 시간이 빠르며 색공간이 더 넓고 대비도도
높음. 디자인면에서 백라이트 발광원이 없기 때문에 디스플레이 두께와 무게도 가벼워짐. 또한 현재에 이르러 회로 기판을 유연한 필름에 코팅하는 기술이 더해져 전체
OLED 디스플레이를 플렉서블하게 할 수 있음. 이는
LCD에서는 구현할 수 없는 기술임. 이러한 성능상의 우위로 OLED는 다양한 새로운 소비자 수요를 충족시킬 수 있는 차세대 디스플레이 기술로 인정받아 빠르게 시장 점유율을
높여가고 있음.
최근 들어 질화갈륨(GaN) 베이스 발광다이오드(LED) 디스플레이 장치가 또다른 차세대
디스플레이 기술로 개발되었음. 그 중 소자의 크기가 20~200μm인 LED를 일반적으로 미니 발광다이오드(Mini
LED)라고 부르고, 크기가 50μm 미만을 마이크로 발광다이오드(Micro LED)라고 부름(참고: 회사마다 Mini LED와 Micro LED 칩의 크기에 대한 기준은 다름). Mini LED 디스플레이는
기본적으로 LCD 디스플레이이지만 더 작은 백라이트를 사용하므로 백라이트를 더 조밀하게 배열할 수 있어
밝기가 더 높아졌고 더욱 미세한 로컬 디밍이 가능함. Mini LED 백라이트 기술의 지원으로 LCD 제품은 더 넓은 색공간, 더 높은 밝기와 대비도를 구현해 냄.
Micro
LED는 기판층, 완충층, 발광구조층, 전극층, 패키징층으로
구성됨. 기판상에 완충층과 발광구조층을 에피택셜 성장시켜 에피택셜 웨이퍼를 얻고, 일련의 나노 공정을 통해 양극 및 음극 전도성 전극 구조와 발광 픽셀 구조를 만들어 Micro LED 매트릭스 소자를 제작함. 캡슐화층은 일반적으로 전자
장치를 산화되는 환경으로부터 보호하는 역할을 함. 또한 형광체 및 양자점과 같은 색 변환 재료를 혼합하여
장치에서 나오는 빛의 색상을 교정할 수 있음. Micro LED는 기존 조명 LED이 가진 높은 안정성과 높은 대비도를 바탕으로 초고해상도, 초고휘도, 소형화 가능 등 뛰어난 특성을 구현할 수 있어 차세대 디스플레이 기술 중 미래가 기대되는 핵심 기술로 평가받고
있음.
과학기술의 발전에 따라 반도체
디스플레이 기술도 끊임없이 발전되고 있으며, 새로운 디스플레이 기술도 끊임없이 등장하고 있음. 현재 디스플레이 기술은 LCD와 플렉서블 AMOLED 디스플레이가 주류 기술이며, Mini LED, Micro LED와
같은 미래 지향적인 기술이 활발히 개발되고 있음. 특히, 최근
몇 년 사이에 등장한 Micro LED 기술은 작은 칩 크기와 자체 발광이라는 특성으로 인해 OLED 디스플레이의 장점을 뛰어넘어 밝기, 대비, 반응 속도, 전력 소비, 수명
및 플렉서블 구현에 있어 더 나은 성능을 보임. 또한 수명이 길고 발열도 안정적임.
02
Micro LED의 두 가지 기술 발전 경로
응용 환경에 따라, Micro LED 디스플레이 장치의 제조 공정은 크게 두 개로 나뉘는데, 하나가
전사이고 다른 하나가 SoC(System on a chip)으로 대표되는 모놀리틱 집적(Monolithic Integration)임.
전사 기술은 마이크로칩을 원기판에서
분리하여 일괄적으로 취합한 다음 단독으로 또는 묶음으로 디스플레이 기판의 해당 픽셀 전극으로 이송하는 기술임. 다양한
크기와 여러 종류 재료로 만든 디스플레이 기판에 적용할 수 있음. 상업용 생산공정에 사용되는 전사 기술의
수율은 99.9999% 이상이어야 하며, 칩 전송 오차는 ±1.5μm를 초과해서는 안 되고, 전송 효율은
50~100M/h 이상이어야 하지만, 기존의 칩 전사, 패키징
기술은 Micro LED가 요구하는 기술 수준을 충족하기가 어려움. 결국
전사 기술은 Micro LED 디스플레이의 양산을 가로막는 걸림돌로 작용하고 있음.
모놀리틱 집적 기술은 본딩을
통해 원기판의 칩을 드라이버 백플레인에 한 번에 통합하는 기술임.것입니다. 모놀리틱 집적 공정을 적용한 실리콘베이스 Micro LED는 전사
기술이 가진 문제를 완벽히 피할 수 있지만, 현재는 단일 색상만 표현할 수 있음(현재 녹색 LED의 발광 효율이 가장 높아 밝기가 100만 니트까지 나옴). 또한 매우 작은 크기의 디스플레이만 제작
가능함(현재 업계에서는 퀀텀닷 착색 솔루션을 적용해 총천연색 디스플레이를 만드려는 시도가 있지만, "블루 백라이트의 심각한 누출 문제"와 "컬러 픽셀 통합 수율 저조" 등의 문제에 직면해
있음). 결국 크기가 작기 때문에 근접형 디스플레이(전자
뷰파인더, VR/AR 등)나 스마트워치와 같은 크기가 작은
고해상도 마이크로 디스플레이 분야에만 한정적으로 적용되고 있음.
Micro
LED 칩의 고정밀 및 고효율 전사에
대한 기술 수요를 만족시키려는 시도로 현재까지 정밀 픽업 전사 기술, 자동 정렬 롤러 전사 기술, 자체 조립 전사 기술, 레이저 보조 전사 기술 등 다양한 대량 전사
기술이 개발되었음. 이 중 레이저 보조 전사 기술은 계면 영역의 재료가 빔 에너지를 흡수하여 빠른 물리적
변화 또는 화학적 반응을 일으켜 구동력을 생성하고, 이를 통해 계면 상태를 제어하는 방식임. 이 기술은 표층 재료와 Micro LED 간의 접착력을 극복하며, 적절한 공정 파라미터 하에서 높은 수율과 정밀도 및 빠른 전사 속도를 구현할 수 있어, Micro LED 전사 분야에서 가장 촉망받는 기술 솔루션 중 하나로 평가됨.
03
중국 내 Micro LED 산업화 급속한 진전, 양산 시대 조만간 도래
신형 디스플레이 기술의 세계적인
발전 추세를 살펴보면, 중국의 디스플레이 산업은 수 년간의 발전을 거쳐 세계의 중심국가로 발돋움하였음. FPD(평판디스플레이) 시장에서는 한국 업체들이 시장에서 철수하게
됨에 따라, LCD 분야에서는 중국 업체들이 기본적으로 시장을 이끌고 있음. 현재, 디스플레이 산업은 차별화와 고수익 달성을 위해 새로운 디스플레이
기술 개발에 눈을 돌리고 있음.
작년 한해 Micro LED 기술은 지속적으로 발전해 왔으며, 관련 단말 응용
분야와 자본 투자 및 자금 조달 역시 이 기술의 상용화를 가속화하고 있음. 일부 Micro LED 프로젝트가 차례로 양산에 들어가면서, 2025년은 Micro LED 기술의 상업적 응용에 있어 중요한 해가 될 것이며, 최종
단말제품 분야도 더 큰 전환점을 맞이하게 될 것임. 특히 중국 업체는 더 이상 단순한 팔로워가 아니라
선도기업으로 자리매김할 것임. 천선광전(辰显光电), Tianma(天马), Leyard(利亚德), Sitan Tech(思坦科技) 등 많은 회사의 Micro LED 프로젝트가 앞다퉈 Micro LED 파일럿 라인 및 양산 라인의 착공, 가동에 들어가서
양산에 돌입하고 있음.
Sitan Tech(思坦科技): 2024년 6월, 샤먼(厦门)시에 약 2만 평방미터 규모의 양산 공장을 정식 가동에 들어갔음. Sitan Tech는 칩 설계부터 양산 공정까지의 전 과정을 아우르는 완전한 생태계를 구축했음. 선전(深圳) 테스트 생산라인과 샤먼 양산라인의 연간 생산능력은 600만 세트 이상임.
TCL
CSOT: 올해 10월, TCL CSOT와 산안(Sanan)의
합작사인 신잉 디스플레이(芯颖显示)의 Micro LED 테스트 생산라인이 완공되었으며, 2025년 소량 테스트 생산을 시작할 예정임
BOE
HC SemiTek: 2024년 11월 6일, BOE HC
SemiTek의 6인치 Micro LED 양산
라인이 주하이(珠海)에서 정식 가동을 시작하였음. 이 프로젝트는 세계 최초의 대규모 Micro LED 양산라인이며, 세계 최초의 6인치 Micro LED
생산라인임. 계획한 생산능력에 도달하게 되면 연간
Micro LED 웨이퍼 24,000장(6인치
기준) 및 Micro LED 픽셀 소자 45,000kk개의 생산능력을 갖추게 됨.
Leyard:
2024년 11월 20일, Leyard의
제1단계 전공정 독자 기술의 신세대 프리미엄 MIP(프리미엄MIP는 기판이 없고 칩 크기가 50μm 미만인 Micro LED 칩을 사용하며, 이는 기존 MIP에서 사용하던 칩보다 더 작음) 생산라인이 우시(无锡) 리징(利晶) 공장에서 공식 생산을 시작하였음. 제1단계
프리미엄 MIP 생산능력은 월 1,200KK에 달할 것으로
예상되며, 제2단계에서는 생산능력을 월 2,400KK로 확장할 계획임.
천선광전(辰显光电): 2024년 12월 19일, 천선광전은 청두(成都)에 30억 위안을 투자한 TFT 베이스
Micro LED 양산라인 가동에 들어갔음. 이 라인은 전사 공정, 백플레인 공정 및 모듈 공정을 포함한 전공정이 자동화된 스마트 생산라인임. 이
생산라인에서는 135인치 Micro LED 스크린 연결 디스플레이
신제품과 Micro LED 투명 스크린 연결 디스플레이, Micro LED
광창 나안 3D 디스플레이 출시를 발표했음.
선전Tianma(深天马): 12월 30일, "티옌마신형디스플레이기술연구원(天马新型显示技术研究院) Micro LED 생산라인"이 전공정
가동에 성공했으며, 올해 소량 생산을 시작할 계획임. 이번
가동 기념식에서는 Tianma가 독자 개발한 PID 표준
디스플레이 유닛 모듈 생산이 개시되었음. 이 표준 모듈은 Tianma의 LTPS 베이스 유리 백플레인을 기반으로 하며, Tianma Micro LED
생산라인의 독자 개발한 레이저 전사 공정을 활용하여 기존 디스플레이의 크기 제한을 극복하여, 마치
레고 블록을 조립하듯 Micro LED 디스플레이를 연결하여 크기에 제한을 극복한 베젤리스 스크린 연결
디스플레이를 구현할 수 있음.
산업 규모의 성장과 맞물려 기술도
빠르게 발전하고 있음. 후베이광구실험실(湖北光谷实验室)과 화중과기대학(华中科技大学)이 협력하여 고성능 퀀텀닷 포토레지스트를 개발했음. 이는 Micro LED 전체 색채 구현 기술에 있어 획기적인 발전을 가져올 것으로 기대됨. 후난대학(湖南大学) 연구팀은 Innovision (诺视科技), Lattice Power(晶能光电) 등과 협력하여 초고휘도 Micro LED 마이크로 디스플레이 칩을 개발했으며, 균일성이 매우 높은 실리콘 베이스 GaN 에피택셜 웨이퍼 위에서
단일 픽셀 밝기가 1000만 니트에 달하는 녹색 Micro LED 디스플레이도
개발했음.
또한, 샤먼대학(厦门大学), 난징대학(南京大学), 산안광전(三安光电), 리야드(利亚德) 등이 전략적 협력 관계 구축을 위한 협약을 체결하고, “중국
Micro LED 전략연맹(中国Micro LED战略联盟)”을 공식 출범시켰음. 이 연맹은 기술 혁신에 대한 요구에 부응하여 산업 생태계 공유 메커니즘을
구축하고 산학연 생태에 사용자 및 금융 요소까지 통합시켜 조화롭게 발전하며 상호 지원하는 산업 생태계를 형성하는 데 주력할 것이라 밝힘. 이 연맹은 중국 Micro LED 디스플레이 기술의 연구 개발 및
응용 수준을 크게 향상시켜 산업화 과정을 가속화할 계획임.
