포스트잇처럼 떼내고 접고 자를 수 있는 LED

그래핀 코팅 기판 이용, 박리·변형·재단 가능한 마이크로 LED 패널 제조

□ 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.

□ 한국연구재단(이사장 노정혜)은 홍영준·홍석륜 교수(세종대), Moon Kim 교수(미국 텍사스대 댈러스, UTD) 연구팀이 기판에서 쉽게 떼어내어 자유롭게 형태를 바꿀 수 있는 질화갈륨 마이크로 LED를 개발했다고 밝혔다.

※ LED(Light-Emitting Diodes) : 반도체 p-n접합으로 구성된 발광소자

※ 질화갈륨 : 넓은 밴드갭을 가지는 반도체로 청자색 LED의 광원소재

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

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

ㅇ 유연성을 요구하는 웨어러블 디바이스를 대면적으로 제조하기에 어려움이 있었다.

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

ㅇ 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.

ㅇ 또한 LED 패널을 접거나 종이 구기듯 구겨도 전면적에서 청색 발광이 그대로 유지되었다.

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

□ 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 해외우수연구기관유치사업과 산업통상자원부 한국산업기술진흥원의 국제공동기술개발사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 6월 4일 게재되었다.

ㅇ 특히 해외우수연구기관유치사업에 의해 설립된 GRI-TPC 국제공동연구센터의 홍영준/홍석륜 교수팀과 미국 UTD의 Moon Kim 교수팀의 협력연구로 이뤄졌다.