
마이크로(Micro) LED(Light Emitting Diode)가 디스플레이는 물론 증강현실, 자율주행 자동차 등 4차 산업혁명에 필수적인 차세대 디스플레이로 부상하고 있다.
마이크로 LED는 크기가 100마이크로미터(㎛) 이하인 초소형 LED로, 크기만 축소한 것이 아니라 기능과 사용처도 LED나 OLED(Organic Light Emitting Diode)와 확연한 차이가 나기 때문에 앞으로 10년 이내에 디스플레이 시장을 석권할 것으로 기대되고 있다.
기존 디스플레이 대체할 첨단제품 부상
마이크로 LED는 LED나 OLED에 비해 얇고 밝다는 점이 장점으로 부각되고 있다.
OLED의 장점 중 하나가 LCD(Liquid Crystal Display)나 LED에 비해 얇다는 점이나 마이크로 LED는 더 얇은 편이다.
OLED는 전류가 흐르면 적녹청 빛을 내는 유기성분을 사용하며 작은 하위 픽셀들이 자체적으로 빛을 내기 때문에 다른 디스플레이와 달리 배면광이 필요 없다. 액정층도 필요 없고 편광층만 있으면 빛을 낼 수 있어 훨씬 얇게 제조할 수 있다.
반면, 마이크로 LED는 배면광이나 액정층이 필요 없는 것은 물론 편광층 조차도 전혀 필요 없고 맨위에 얇은 유리층만 있으면 빛을 낼 수 있어 OLED보다도 얇고 일반 LCD에 비해서는 훨씬 얇게 제조할 수 있다.
마이크로 LED의 또다른 장점은 OLED에 비해 절반 정도의 에너지만으로도 동일한 밝기를 낼 수 있어 배터리를 사용하는 디바이스에 희소식이 되고 있다. 디지털 디바이스에서 배터리를 가장 많이 소모하는 부분이 바로 디스플레이이기 때문이다.
마이크로 LED는 레드(R), 그린(G), 블루(B) 픽셀 자체를 LED 칩으로 구현할 수 있어 백라이트가 필요 없으며 더 높은 해상도와 고휘도 디스플레이로 부상하고 있다.
특히, 무기물 소재의 특성상 휘어질 때 깨지는 단점을 극복할 수 있어 플렉시블(Flexible) 디스플레이나 휘어진 조명과 같은 형태도 가능해 사이니지(Signage)나 스마트워치 등에 적용된 후 TV, 노트북의 디스플레이 등으로 점차 적용을 확대할 것으로 예상된다.
다만, LED를 대량으로 전사(Transfer)하는 기술이 관건이 되고 있다. 마이크로 LED로 디스플레이 하나를 만들기 위해서는 수십개에서 수백만개의 LED가 사용되나 하나하나 붙여 만드는 것은 사실상 불가능하기 때문이다. 0.57인치 디스플레이를 제조할 때 탑재되는 LED가 92만개에 달해 일일이 붙이는 것은 시간낭비이자 코스트 낭비로 평가되고 있다.
신에츠케미칼, 백플레인 이송‧전사 기술 표준화
일본에서는 마이크로 LED 기술 개발이 한창인 가운데 신에츠케미칼(Shin-Etsu Chemical)이 기술 표준화에 도전해 주목받고 있다.
신에츠케미칼은 마이크로 LED 디스플레이 제조공정 가운데 웨이퍼에 형성된 수십마이크로미터대 미세 LED 칩(마이크로 LED 칩)을 회로기판(백플레인)에 이송‧전사하는 중간공정을 표준화하는 것을 목표로 하고 있다.
신에츠케미칼이 최근 개발한 프로세스는 레이저 조사 기술(LLO)을 활용해 마이크로 LED 칩을 웨이퍼에서 합성석영 기판으로 혹은 합성석영 기판 사이에서 대량으로 일괄 이송하고 백플레인에 효과적으로 전사하는 독자적인 기술이며 이송 소재로 사용하는 합성석영 기판과 이송장치 등을 취급하고 있다.

신에츠케미칼은 2020년 웨이퍼로부터 레이저 조사한 칩을 수용하는 합성석영 기판(도너 플레이트)을 SQDP 브랜드로, 전사용 스탬프는 EZ-PETAMP로 출시하는 등 프로세스용 소재 라인업을 확충한 바 있다.
최근에는 도너 플레이트의 대형타입인 SQDP-G(3500mm×300mm)와 전사 스탬프 대형타입, 대형 디스플레이의 고효율 생산에 사용하는 릴리스 플레이트 SQRP 시리즈 등도 추가했다.
새로 사업화를 준비하고 있는 제조장치는 LCD 패널의 점합장치를 생산해온 그룹사 Shin-Etsu Engineering이 개발했으며 웨이퍼로부터 도너 플레이드로 이송‧세정하는 멀티 LLO장치를 접촉형과 비접촉형, 갭 변환 대응형으로 공급할 예정이다.
또 도너 플레이트에서 릴리스 플레이트로 열압착하거나 박리를 통해 이송하는 본드 디본드 장치, 릴리스 플레이트에서 대형 도너 플레이트로 고속 대량 이송하는 레이저 조사장치 등도 개발했으며 도너 플레이트 위에서 불량 칩을 제거하고 1닷 타입인 EZ-PETAMP로 정상 칩을 이송하는 고속 리페어 장치도 준비하고 있다.
상호 호환이 가능한 장치들이며 레이저로 조사한 칩을 기판에서 확실하게 수용하거나 유지하기 위해서는 장치와 소재 사이의 적합성이 중요하기 때문에 일괄제안 및 계약을 추진하고 있다.
레이저 조사 활용으로 코스트 대폭 낮춰
마이크로 LED 칩을 기판에서 효율적으로 떼어낸 후 정확하게 배열해 고속으로 양산할 수 있는 기술은 확립되지 않은 상태이나 신에츠케미칼의 신규 프로세스를 도입하면 효율을 높일 수 있을 것으로 기대되고 있다.
신에츠케미칼에 따르면, 신규 프로세스는 제조 코스트를 5분의 1 이하로 낮출 수 있으며 50인치 4K TV에 필요한 2400만개의 칩을 배열하고 부착하는 공정에 걸리는 시간도 기존 공법의 최대 24시간에서 15분으로 대폭 단축할 수 있다.
플레이트용 실리콘(Silicone) 수지막 설계를 통해 1장의 플레이트로 이송‧세정까지 대응할 수 있고 LLO 활용을 위해 적절한 엑시머 레이저를 장치에 채용한 것도 특징이다.
신에츠케미칼은 생산성 향상을 통한 제조 코스트 감축이 마이크로 LED 디스플레이 보급에 도움이 된다면 장치와 소재로 프로세스 자체를 제안하는 자사의 비즈니스 모델이 표준 기술로 자리를 잡고 시장 확대를 선도할 것으로 예상하고 있다.
양산기술이 확립되지 않은 상태이기 때문에 소재를 확충하고 디스플레이 설계와 사이즈, 종류 수마다 다른 수요기업의 니즈에 대응해 최적화된 소재와 장치 사양을 제안할 수 있는 체제를 갖춤으로써 선제적으로 기반을 다지는 것을 목표로 하고 있다.
앞으로는 수요기업의 니즈에 맞추어 소재를 추가로 확충할 예정이다.
도너 플레이트는 대형타입인 제2세대(515mm×510mm) 공급을 진행할 예정이며 초고속 생산에 대응할 수 있는 소재나 장치 개발에 주력하고 있다. (강윤화 선임기자: kyh@chemlocus.com)