신소재공학과 이건재 교수팀은 미세 진공 흡입력을 조절하여 대량의 초소형 무기물 반도체 칩을 선택적으로 전사하고, 기존 전사 기술 대비 높은 접착력 전환성 달성

마이크로 LED는 머리카락 두께인 100마이크로미터(μm) 이하 크기의 무기물 LED 칩을 활용하는 차세대 디스플레이용 광원으로, 기존 디스플레이용 광원인 LCD, OLED, QD 등에 비해 전기적·광학적 특성이 우수하고 유기물 대비 신뢰성 및 안정성이 뛰어나 많은 관심을 받고 있다.

마이크로 LED의 상용화를 위해선 성장 기판에 배열된 대량의 마이크로 LED 칩을 최종 기판의 정확한 위치에 원하는 배열로 옮기는 ‘전사 공정’이 필수적이지만, 기존 전사 기술들은 별도의 접착제 사용, 정렬 오차, 낮은 수율, 칩 손상 등으로 마이크로 LED 상용화에 많은 어려움이 존재했다.

KAIST(총장 이광형) 신소재공학과 이건재 교수 연구팀은 마이크로진공 흡입력을 조절해 대량의 마이크로 LED 칩을 색깔별 원하는 칩들만 선택적으로 전사하는 기술을 개발하였다.

이 교수팀은 레이저 유도 에칭(Laser-induced etching, LIE) 기술을 활용해 수십 마이크로미터 크기의 고 종횡비(hjgh aspect ratio) 미세 관통홀을 유리 기판에 빠른 속도(초당 7,000개 이상)로 형성했고, 이를 진공 채널 구조체를 갖는 전사 모듈과 병합했다. 이러한 진공 전사 모듈을 이용해 미세 진공홀에 진공 흡입력을 발생시켜 마이크로 LED를 선택적으로 전사하는 데 성공했다.

연구팀이 개발한 마이크로진공 전사 기술은 전사 공정에서 중요한 지표인 접착력 전환성에서 기존 탄성중합체 전사 기술 대비 약 1,000배 높은 수치를 달성했고, 이를 통해 다양한 재료, 크기, 모양, 두께를 지닌 초소형 반도체 칩들을 칩 손상 없이 임의의 기판에 높은 수율로 전사할 수 있었다.

이건재 교수는 “이번에 개발된 마이크로진공 전사 기술은 가파르게 성장하는 마이크로 LED 시장에서 핵심 기술로 활용될 것이 기대된다”면서, “현재 얇은 핀으로 칩을 들어 올리는 이젝터 시스템을 적용해 대량의 상용 마이크로 LED를 전사하고, 이를 통해 디스플레이 및 피부미용 면 발광 패치 상용화를 진행 중이다”라고 말했다.

한편 이번 연구는 웨어러블플랫폼 소재기술 센터, 중견연구자지원사업, 소부장 전략협력 기술개발사업의 지원을 받아 수행됐으며, 국제 학술지 `네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 11월 26일 자 출판됐다.

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Title: Entire process including LIE and µVAST

Vimeo link: https://vimeo.com/894430416?share=copy