▲ 리모트 에피택시 기술을 이용한 질화갈륨 마이크로 LED 패널 제조의 공정도 (가) 리모트 에피택시 기술을 이용한 질화갈륨 마이크로막대 LED 성장 / (나) LED 성장 후 투명하고 휨성이 우수한 유기필름으로 몰딩하여 열박리 테이프로 LED를 박리 / (다) 전극 형성 후 금속 호일 또는 전류주입이 가능한 표면에 전사 / (라) 전류를 인가하여 LED를 발광 (휘면서 LED 작동 테스트 수행) 사진제공 : 세종대학교 홍영준 교수   © 특허뉴스

구부리거나 접을 수 있고, 가위로 재단할 수 있는 LED 패널 제조기술이 나왔다. 굴곡이 있는 표면이나 인체, 로봇의 관절에 부착할 수 있는 웨어러블 디스플레이용 광원 개발의 새로운 실마리가 될 것으로 기대된다.

한국연구재단은 홍영준·홍석륜 교수(세종대), Moon Kim 교수(미국 텍사스대 댈러스, UTD) 연구팀이 기판에서 쉽게 떼어내어 자유롭게 형태를 바꿀 수 있는 질화갈륨 마이크로 LED를 개발했다고 4일 밝혔다.

기존에는 LED에 유연성을 부여하기 위해 미세블레이드나 레이저로 박막 LED를 작게 가공한 후 유연한 기판에 배열하는 방식이었다.

떼어내기 위해서는 화학적 식각이나 고에너지 레이저 조사 등을 통해 기판과의 화학적 결합을 깨트리는 번거로운 과정이 필요한데다, 작은 응력에도 쉽게 깨어져 구부리기도 어려웠다.

유연성을 요구하는 웨어러블 디바이스를 대면적으로 제조하기에 어려움이 있었다.

▲ 박리·변형·재단이 가능한 마이크로 LED의 발광 사진 (가) 현미경을 통해 관찰한 마이크로 LED의 발광 사진 / (나) 임의로 구기거나 다양한 표면에 부착된 LED의 발광 사진 / (다) 가위로 LED 패널을 레고® 미니피규어 다리 형태에 맞게 재단 후 부착하여 다양한 자세에서의 LED 발광을 테스트한 사진 / 사진제공 : 세종대학교 홍영준 교수   © 특허뉴스

이에 연구팀은 그래핀으로 코팅된 단결정 사파이어 기판 1cm*1cm 위에 단결정 마이크로 LED(10~30μm 크기) 수 만 개를 성장시켰다.

그래핀이 LED와 직접 결합하지 않기 때문에 기판으로부터 쉽게 박리할 수 있고 자를 수 있는 면광원을 제조한 것이다. LED 패널이 박막이 아닌 마이크로 LED 배열로 제조되었기 때문에 굽히거나 접어도 깨어지지 않는 유연성을 확보할 수 있었다.

개발된 LED 패널은 접착 테이프로 쉽게 떼어낼 수 있고, 떼어낸 패널을 구부러진 표면에 붙여 작동시킬 수 있었다. 또한 LED 패널을 접거나 종이 구기듯 구겨도 전면적에서 청색 발광이 그대로 유지되었다.

곡률반경 1mm가 되도록 1,000회 이상 반복적으로 구부려도 전기적 특성과 발광 성능이 그대로 유지되었다는 설명이다. 한편 LED를 떼어낸 사파이어 기판은 재사용도 가능하다.

이번 연구의 성과는 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 6월 4일 게재되었고, 해외우수연구기관유치사업에 의해 설립된 GRI-TPC 국제공동연구센터의 홍영준/홍석륜 교수팀과 미국 UTD의 Moon Kim 교수팀의 협력연구로 이뤄졌다.