KAIST 물리학과 조용훈 교수, 김바울 박사과정, 문지환 석사 / KAIST

[더팩트 | 대전=박종명 기자] KAIST는 물리학과 조용훈 교수 연구팀이 집속 이온 빔을 이용해 평균 머리카락 굵기(약 100 마이크론)의 100분의 1보다도 작은 0.5 마이크론 스케일의 픽셀을 구현할 수 있는 초고해상도 발광 다이오드(LED) 디스플레이 핵심 기술을 개발했다고 22일 밝혔다.

초고해상도 LED 디스플레이의 픽셀화는 보통 픽셀 주변의 영역을 물리적으로 깎아내는 식각 방법을 사용하지만 주변에 여러 결함이 발생해 픽셀이 작아질수록 누설전류가 증가하고 발광 효율이 떨어지는 부작용이 있다.

또 픽셀화를 위한 패터닝 및 누설전류를 막기 위한 후공정 과정 등 여러 복합한 공정이 필요하다.

연구팀은 집속 이온 빔을 이용해 복잡한 전후 공정 없이도 마이크로 스케일 이하의 크기까지 픽셀을 만들 수 있는 기술을 개발했다. 이 기술은 집속 이온 빔을 약하게 제어해 물질 표면에 어떤 구조적 변형을 일으키지 않고 발광하는 픽셀 모양을 자유자재로 설정할 수 있다는 장점이 있다.

집속 이온 빔 기술은 재료공학이나 생물학 등의 분야에서 초고배율 이미징이나 나노 구조체 제작 등에 널리 쓰여 왔다. 그러나 LED와 같은 발광체 위에 집속 이온 빔을 사용하면 빔을 맞은 부분과 그 주변 영역의 발광이 급격히 감소하기 때문에 나노 발광 구조를 제작하는 데 장벽으로 작용됐다.

연구팀은 이러한 문제들을 역발상으로 이용하게 되면 서브 마이크론 (sub-micron) 스케일의 초미세 픽셀화 방식에 활용할 수 있다는 점에 착안했다.

헬륨 집속 이온 빔 조사를 통한 마이크로 발광 다이오드의 픽셀화 기술 / KAIST

연구팀은 표면이 깎이지 않을 정도로 세기가 약화된 집속 이온 빔을 사용하면 집속 이온 빔을 맞은 부분에 발광이 급격히 줄어들 뿐만 아니라 국소적인 저항도 크게 증가함을 알아냈다.

이로 인해 LED 표면을 평평하게 유지되면서도 집속 이온 빔을 맞은 부분은 광학적 및 전기적으로 격리가 돼 개별적으로 작동을 할 수 있는 픽셀화가 가능하게 된다.

조용훈 교수는 "집속 이온 빔을 이용해 복잡한 공정이 없이도 서브 마이크론 스케일의 초소형 픽셀을 만들 수 있는 기술을 새롭게 개발했다"며 "차세대 초고해상도 디스플레이와 나노 광전소자에 응용될 수 있는 기반 기술이 될 것" 이라고 말했다.

KAIST 물리학과 문지환 석사와 김바울 박사과정이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 재료 과학 분야의 세계적 학술지인 ‘어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)’에 2월 13일자에 온라인 출간됐으며 오프라인 출간호의 내부 표지로도 선정됐다.

thefactcc@tf.co.kr