OFweek: 2023-07-10
https://display.ofweek.com/2023-07/ART-8321307-8220-30602887.html
올해 Micro LED 상용화를 향한 기술의 발전은 최근의
날씨보다 더 뜨겁게 앞으로 나아가고 있음. 최신 정보에 따르면 7 월
초 현재 30 개 이상의 회사가 Micro LED 기술과
관련하여 사업을 확장하고 있다고 함. 이러한 최신 Micro LED 제품
출시 및 기술 발전의 뉴스를 통해서 Micro LED 산업체인이 확연하게 발전하고 있음을 알 수 있음. 또한 관련 응용제품의 출시도 늘어나고 있음.
최근 주목할 만한 Micro LED 기술과 관련된 뉴스를
살펴보면, 다음과 같음.
■ BOE, 99인치
4K Micro LED TV를 출시할 예정이라고 밝힘.
■ 국립타이완대학(國立臺灣大學)과 양밍자오퉁대학(阳明交通大学)
연합 연구팀, Micro LED 풀컬러 연구에서 새로운 진전
■ 난징대학, GaN 베이스 Micro LED 연구에서 새로운 진전
01 BOE, 99인치
4K Micro LED TV를 출시할 예정이라고 밝힘.
최근 BOE는 BOE
IPC·2023 MLED 포럼에서 99인치 4K Micro LED TV를 출시한다고
발표했음.
이 99인치 대형 디스플레이는 LTPS 기술을 적용하고 심리스 디자인을 채택하여 매끄러운 연결이 가능하게 만들어졌음. 화소간 거리는 P0.5 mm 수준으로, 사용자에게 극한의 디스플레이 효과를 느낄 수 있게 함. 이 제품은
고정밀 반도체 기술을 바탕으로 능동 AM 드라이브를 사용하며 깜박임으로부터 눈을 보호함. 유리 표면을 검게 처리하여 더 높은 밝기를 실현함과 동시에 색편차와 밝기 문제를 효과적으로 해결하여 고품질의
화질을 구현함.
이번 99인치 4K Micro
LED TV의 등장으로 대형 LCD 패널을 주로 생산하는 거대 기업들이 속속 Mimico LED TV 진영에 공식 합류하게 될 것으로 예상되며, 향후
Micro LED TV가 시장에서 점유율을 높여가는 동력이 될 것으로 기대됨.
02 국립타이완대학(國立臺灣大學)과 양밍자오퉁대학(阳明交通大学)
연합 연구팀, Micro LED 풀컬러 연구에서 새로운 진전
최근 국립타이완대학의 린졘중(林建中), 우중츠(吴忠帜) 교수와 양밍자오퉁대학의 궈하오중(郭浩中)의 연합 연구팀은 Mciro
LED 풀컬러 연구 분야에서 새로운 기술적 진전을 이루었음. 색채 전환층을 Micro LED에 배열(Array) 공정에서 이 연합 연구팀은 특수
설계된 광학 반사층과 반도체 공정을 결합시켜 양자점 색채 변환층의 광도를 향상시키는데 성공하였음. 동시에
비간섭성 반사 및 투과(incoherent reflection and transmission) 광학
이론을 사용하여 광학 향상 효과 모델에 기초적인 추론을 도출해냈음.
알려진 바에 따르면, 디스플레이 크기와 픽셀 크기 및 해상도에
대한 요구 조건을 맞추기 위해, 업계에서는 풀컬러 및 고효율 발광 기능을 가진 광원을 개발하여 이를
화소로 사용해야 함. 이 기술은 대형 옥외 LED 디스플레이
화면에서 적용될 수 있을 것으로 기대됨. 그러나 소자 크기가 5미크론
미만으로 줄어들면 기존의 많은 조립 기술들은 적용하기가 어려움.
또한 소자의 외부 양자 효율(external quantum
efficiency）도 증가하는 비방사성 매개체 재결합과 상대적으로 큰 측벽면적(sidewall)[1,
2]으로 인해 크게 떨어지며 결과적으로 전력 소비가 크게 증가하게 됨. 전체 모듈에서 이
문제를 해결하려면 전체 모듈의 구조를 근본적으로 변경해야 함.
위와 같은 문제점을 해결하기 위해 두 대학 연합 연구팀은 색채 변환층(color conversion layer)이라는 개념을 도입하였음. 연구팀에
따르면 색채 변환층은 고에너지 광자를 사용하여 저에너지 가시광선 광자(일반적으로 빨간색과 녹색)를 활성화하여 풀컬러 스크린 효과를 얻을 수 있음. 그러나 색채 변환층
구조를 Micro LED 배열과 결합하는 방법은 여전히 해결해야 할 연구 주제임.
<그림 1> 고효율 색채
변환층의 개략 설명도. 보라색 층이 추가된 광학 반사층임. 좌측 상단의 그래프는 기존의 DBR 미러의 반사율(점선)와 본 연구에 사용된 재설계 광학 미러(실선)의 비교도임.
특수 설계된 광반사층을 통해 활성화된 광원의 파장은 높은 반사율을 가질 수 있고, 양자점의 파장대역에서 투과율을 높여 전체 풀컬러 광원의 밸런스를 높일 수 있음[4]. 투과율이 높은 주파수 대역에서 진동하는 일반적인
DBR(Distributed Bragg Reflector)과 달리, 이 연구팀이 보여주는
반사 스펙트럼은 매우 평탄하여 퀀텀닷의 색채 변환층을 설계함에 있어 더욱 편리함. 또한 이 연구에 나타난 구조는 향후 개별 픽셀의 크기를 줄이는 데 매우 적합함.
연구팀은 표준 반도체 제조 공정 및 마스크 정렬 방법을 사용하여 정밀도와 정확도가 크게 향상시킬 수
있었음. 동시에 픽셀 구조에 고밀도 원자층 증착 시스템(Atomic
layer deposition, ALD)의 매개물질층을 추가하여 양자점을 보호할 수 있으며, 색채
변환층의 수명과 신뢰성 문제도 해결할 수 있음.
최종적으로 연구팀은 5미크론 크기의 소자로 된 결과를 구현했음. 신뢰성 측면에서도 on-shelf 저장 수명이 최대 9,000시간 동안 지속되며 양자점의 광도도 크게 변하지 않는 것으로 확인됐음.
또한, 연구팀은 수치적 모델 측면에서 반사율이 다른 광학층과 통합된 후 서로 다른 양자점의
광도 간의 관계에서도 일관된 결과를 얻어냈음.
<그림 2> (a) 주사전자현미경(SEM) 하의 개별 픽셀. (b) 양자점으로 채워진 소자를 UV 형광 현미경 아래에 놓은 모습.
이 연구 성과는 IEEE Photonics Journal에 게재되었음.
03
난징대학(南京大学), GaN 베이스 Micro LED 연구 분야에서 새로운 진전
난징대학 IC학부(School
of Integrated Circuits)의 발표에 따르면, 최근 이 대학의 좡저(庄喆), 류빈(刘斌) 연구팀은 GaN 베이스 Micro
LED용 준(准)수직 MOSFET에 의해 구동되는 전질화물 단일판 집적 공정법을 통해 여러 크기의 Micro
LED 칩의 전류구동을 실현해 냈음.
<그림 3> (a) GaN Micro LED/MOSFET 집적장치의
개략 설명도. (b) 직경
130μm MOSFET 출력 곡선. c) 서로 다른 게이트 전압에서 직경 60μm Micro LED/MOSFET 집적유닛의 발광 다이어그램. (d) 서로 다른 게이트 전압에서 직경 60μm Micro LED/MOSFET 집적유닛의 IV 및 LOP 특성.
자료에 따르면, GaN 베이스 Micro LED와 그 구동장치(예:
HEMT, MOSFET 등)의 균일 집적은 GaN 재료의
장점을 최대한 이끌어 내어 더 빠른 스위칭 속도, 더 높은 온도 및 압력에 대한 저항을 나타내어 Micro LED 투명 디스플레이, 플렉서블 디스플레이 및 가시광선
통신 분야에서 큰 응용 가능성을 가질 수 있음을 보여줬음. 그러나 대부분의 균질 집적에는 선택적 에피택셜
성장이나 식각 깊이의 정밀한 제어가 필요하기 때문에 제조공정에서 난이도가 높고 생산 비용이 크게 증가함.
난징대학 연구팀은 MBE를 이용해 상용 LED 에피택셜 웨이퍼에 고품질 터널결합 구조를 2차로 성장시켜, 터널구조의 한쪽은Micro LED의 전류확산층, 다른 한쪽은 p-n 결합 LED 공통
구조를 가진 준수직형 npn MOSFET을 구성하였음. 제작과정에서 Micro LED 발광 면적과 MOSFET의 채널 길이를 동시에 정의하는
한 단계의 에칭만으로 n형 GaN 수평방향 연결을 통해 Micro LED와 준수직 MOSFET의 균일 집적을 구현함. GaN 베이스 MOSFET은 산화물 박막 트랜지스터와 유사한 전류
구동 능력을 가지고 있으며, 전체적인 집적 솔루션 제조 공정이 쉬우며 기존 칩 구조 및 제조 공정과
함께 사용될 수 있음.
직경 60μm의 Micro LED/MOSFET 집적 유닛은 MOSFET의 게이트 전압이 16V이고 Micro LED의 양극 전압이 5V일 때 Micro LED를 통해 흐르는 전류는 0.3mA(10A/cm2)에 도달하여, 광출력은 0.12mW(4.2W/cm2)에 도달하여 Micro LED 디스플레이의 요구 조건을 완전히 충족시킬 수 있음. 이 연구는 플렉서블 Micro LED 디스플레이, 투명 디스플레이 및 가시광선 통신 분야에서 전질화물 광전자 집적을 가능케 하여 미래 응용 분야에서 새로운 기술의 발전 가능성을
제시하고 있음.
이 연구 성과는 최근 IEEE Electron Device Letters에 게재되었음.
