국내 연구진이 차세대 디스플레이로 주목받는 마이크로LED에 전기와 광학 효율을 동시에 높이는 방법을 찾았다. 

마이크로LED는 수명이 길고 대형화가 쉬워 차세대 디스플레이로 주목받고 있다. 현재 인기가 높은 OLED와 비교해도 장점이 많아 일부 전문가들은 마이크로LED가 앞으로 10년 내에 OLED와 경쟁하는 디스플레이로 부상할 것이라고 전망하고 있다.

김태근 고려대 교수 연구팀이 금속 이온을 이용한 전기화학 도핑 방법으로 마이크로LED에 전기와 광학 효율을 높인 고효율 투명전극을 개발했다고 14일 한국연구재단이 밝혔다.

삼성전자는 OLED를 포기해서인지 마이크로LED를 차세대 디스플레이로 선정하고 양산에 박차를 가하고 있다. LG전자도 최근 대형 마이크로LED TV를 선보이며 기술 개발에 나서고 있는 것으로 알려져 있다. 애플은 수년 간 연구를 진행하고 있는데, 몇 년 뒤부터 스마트워치를 시작으로 휴대기기 디스플레이로 활용할 것이라는 전망이다.

마이크로LED는 OLED보다 더 얇게 만들 수 있고, 광원 전환 효율이 높아 절반 정도로 더 적은 전기를 사용하며, 크기가 작아 몇 배나 더 높은 해상도를 구현할 수 있다. 특히 OLED의 가장 큰 단점인 번인 현상이 마이크로LED에서는 생기지 않는다. 번인은 한 곳에 같은 이미지를 오래 표시하면 이미지 잔상이 남는 현상이다. 하지만 높은 제작 비용이 단점으로 상용화를 가로막고 있다. 제작에 여러 가지 난점이 있어 양산에 들어가도 OLED보다 가격이 3~4배 높을 수 있다는 의견이 있다.

마이크로LED로 고해상도로 구현하려면 작고 제한된 픽셀에 전류를 효과적으로 주고 빛이 최대로 나오게 만들어야 한다. 연구팀은 투과도가 98% 이상으로 매우 높은 밴드갭을 갖는 물질에 선택적으로 금속 이온을 도핑할 수 있다는 사실을 확인하고, 밴드갭 물질 나노 크기로 전류 경로를 만들었다. 그 결과 높은 전기 투과도를 유지하며 효과적으로 전류를 전달할 있는 새로운 투명전극을 만드는 데 성공했다. 밴드갭은 전자가 지닌 에너지 대역 차이로 이 크기에 따라 전기 전도성이 결정된다.

마이크로LED는 일반 LED와 비교해 불투명한 p금속전극에 가려지는 면적이 상대적으로 많아 빛이 외부로 나가지 못하고 내부에서 재흡수되거나 손실된다. 연구팀은 빛 투과도가 매우 높은 질화알루미늄(AlN) 물질 내부에 인듐(In)과 주석(Sn) 같은 금속으로 전류 경로를 만들었다. 높은 빛 투과도를 유지하며 효과적으로 전류를 전달할 수 있는 새로운 투명전극을 성공적으로 개발해냈다. 연구팀이 개발한 투명전극을 사용한 마이크로LED는 기존보다 전류밀도에서 13%, 광출력에서 5% 향상된 결과를 보였다.

김태근 교수는 “다양한 유기와 무기 반도체를 고효율 광전소자로 활용할 수 있는 범용 전류 기술을 개발한 것”이라며, “질화물 반도체 기반 발광소자뿐 아니라 유기물 기반 발광소자, 태양전지 같이 다양한 산업 분야에서 활용할 수 있을 것으로 기대한다”고 연구 의의를 설명했다.

이 연구는 나노와 마이크로 과학 분야 국제학술지 스몰(Small) 10월 4일에 게재됐다. 

[테크M = 박응서 기자(gopoong@techm.kr)]