Micro-LED 디스플레이

과학(Science)/산업 (Industry)

Micro-LED 디스플레이

SURPRISER - Tistory 2023. 7. 26. 21:05

0. 목차

'Micro-LED 디스플레이'란?
다른 디스플레이와의 비교
'Micro-LED 디스플레이' 제조 공정
'Micro-LED 디스플레이' 상용화의 걸림돌
'Micro-LED 디스플레이' 제조 공정
'Micro-LED 디스플레이' 발전 방향
'Micro-LED 디스플레이' 관련 기업

1. 'Micro-LED 디스플레이'란?

'LED(Light Emitting Diode)'는 전류를 가하면 빛을 발하는 특성을 나타내는 반도체 소자이다. LED의 주요 재료로는 '갈륨질소(GaN)', '갈륨비소(GaAs)' 등이 있으며, 재료에 따라 구현되는 '빛의 색' 즉, '파장'이 다르다. 기본적으로 LED는 단색광원이며, '갈륨질소(GaN)', '갈륨비소(GaAs)' 등에 '알루미늄(Al)', '인듐(In)', '인(P)' 등의 재료를 첨가하여 화합물을 조성하여 빛의 색을 조성한다. 현재까지 개발된 LED는 붉은색부터 푸른색을 나타내는 '가시광선 LED(Visible LED)'에서부터 '적외선 LED(IR LED)', '자외선 LED(UV LED)'까지 구현되고 있다. 단색광원의 LED의 경우 주로 신호등, 전광판 등 전보 전달용 디스플레이로 사용되고, 조명으로 사용하기 위해선 별도의 추가 공정을 통해 백색 LED로 구현하여 사용한다. 백색 LED를 구현하기 위해서 보편적으로 청색 LED 상부에 다른 색상의 형광물질을 도포하거나, 적색·녹색·청색 LED를 조합하여 구현한다.

'Micro-LED(Micro Light Emitting Diode)'는 가로·세로 각각 100 μm 이하의 초소형 LED를 말한다. 'LED 칩(LED Chip)'을 수십 '마이크로미터(μm)' 수준으로 작게 만들면, 무기물 재료의 특성상 휘어질 때 깨지는 단점을 극복할 수 있으며, 유연한 기판에 LED를 전사함으로써 신축성 있는 소재로 구현할 수 있다. 따라서 Micro-LED는 '플렉서블 디스플레이(Flexible Display)', '스마트 섬유(Smart Fiber)', '인체부착 및 삽입형 의료기기', '머리 착용 디스플레이(HMD: Head Mounted Display)' 및 무선통신 분야에 이르기까지 다양한 산업에서 광원으로 활용될 수 있다. 특히 Micro-LED는 디스플레이에 광원으로 사용하여 기존 디스플레이 패널들의 기술적 한계를 극복할 수 있을 것으로 주목받고 있다. Micro-LED 디스플레이는 '컬러필터(COlor Filter)', '백라이트(Backlight)', '편광판(Polarizer)' 없이 자체적으로 발광하여 각 LED 칩이 화소를 구현하므로 저전력화·경량화·소형화가 가능하다는 장점이 있다.

구분	기존 LED	마이크로 LED
크기	300μm~2000μm	1μm~100μm
제조 공정	5단계 (에피 - 칩 - 패키지 - 모듈 - 시스템)	3단계 (에피 - 칩 - 모듈/시스템 통합)
성능기준: 형광등 (소비전력: 30W, 효율80lm/W)	소비전력: 13W	소비전력: 10W
성능기준: 형광등 (소비전력: 30W, 효율80lm/W)	효율: 185lm/W	효율: 230lm/W
기술수명	성숙기	도입기

2. 다른 디스플레이와의 비교

기존의 대표적인 디스플레이로는 'LCD(Liquid Crystal Display)'와 LCD보다 얇게 구현되고 휘도가 높은 'OLED(Organic LED)'가 있다.

LCD(Liquid Crystal Display): 'LCD(Liquid Crystal Display)'는 액정을 사이에 두고 평행하게 정렬된 '편광판(Polarizer)'을 '이중 층(Double Layer)'으로 형성하고, '백라이트(Backlight)'를 광원으로 사용한 디스플레이다. 백라이트는 항상 켜져 있고, 액정에 의해 빛이 통과·차단되는 원리로 작동된다. '컬러필터(Color Filter)'를 통해 RGB 색을 표현하므로 전력 손실이 크고 두께가 두꺼운 단점이 있다.
OLED(Organic LED): LCD의 한계를 극복하기 위해 최근 디스플레이에서 많이 사용되는 'OLED(Organic LED)'는 전기를 가하여 스스로 발광하는 유기물을 사용하여 별도의 백라이트 없이 얇게 구현할 수 있다. OLED는 픽셀 하나하나가 스스로 빛을 내며 색상을 표현하고 이미지를 표시할 때 필요한 픽셀만 발광한다. 검정색은 픽셀을 켜지 않기 때문에 전력 소모를 줄일 수 있다. 또한 OLED 디스플레이는 LCD보다 높은 색 재현율과 응답속도를 가지므로, TV, 스마트폰 분야에서 LCD를 대체하며 시장이 성장하고 있다. 다만, OLED는 유기물의 특성상 수명이 제한적이고, 유기물의 보호를 위한 추가 공정이 필요하다. 또 발광효율이나 전기적 특성이 Micro-LED 디스플레이보다 좋지 않다.
Micro-LED(Micro-Light Emitting Diode): Micro-LED 디스플레이는 Micro-LED를 디스플레이 기판에 이송·전사하여 LED 칩 자체를 화소로 사용함으로써 '컬러필터(Color Filter)', '백라이트(Backlight)', '편광판(Polarizer)' 없이 'RGB(Red, Green, Blue)' 색을 표현할 수 있다. 따라서 LCD와 OLED 디스플레이 패널보다 얇게 구현 가능하며, 섬세한 색 표현과 대형화에 유리하고 소비전력이 절감되는 장점이 있다. 또한 Micro-LED는 OLED와 달리 '직물(Woven Fabrics, 경사와 위사가 아래위로 교차하여 짜여 어떤 넓이의 평면체가 된 천)'과 같이 다양한 종류의 소재를 기판으로 사용할 수 있다. 이러한 점에서 현재 '플렉시블 디스플레이(Flexible Display)'의 최종 진화 단계인 신축성 있는 디스플레이 구현에 더욱 적합하다는 의견도 존재한다. 한편, LCD, OLED는 200인치 이상의 초대형 디스플레이 양산이 곤란하였으나, 삼성에서 Micro-LED를 활용하여 대형 디스플레이 구현이 가능함을 보였다. Micro-LED 디스플레이 전력 효율은 기존의 디스플레이보다 높기 때문에 '웨어러블 기기(Wearable Device)', '스마트 워치(Smart Watch)', 'VR/AR(가상현실/증강현실)'과 같이 대용량 배터리 탑재가 어려운 소형 디바이스에서 경쟁력을 가질 수 있을 것으로 기대된다.

-	Micro-LED	OLED	LCD
메커니즘	자체발광	자체발광	백라이트(LED)
시감도	높음	낮음	보통
휘도(cd/m²)	~10⁵(full color)	1500~(full color)	3000(full color)
휘도(cd/m²)	~10⁷(blue/green/color)	10³(yellow)	10⁴(Green)
명암비	>10000:1	>10000:1	200:1
응답시간	nanosecond	microsecond	milisecond
관리온도	-100~120℃	-50~70℃	0~60℃
내충격성	보통	높음	보통
수명	길다	보통	보통
비용	높음	낮음	낮음

3. 'Micro-LED' 산업

Micro-LED 디스플레이 제조의 핵심은 Micro-LED 제조와 이를 이용한 디스플레이 제조 기술로 나뉜다. 우선 LED는 전력 소모 측면에서 OLED 대비 약 5배 이상 개선되어, 기존 디스플레이보다 전력 소모가 매우 적어 대용량 배터리 탑재가 어려운 '스마트 워치', '스마트 글래스' 등의 소형 디스플레이에 유용할 것으로 생각된다.

Micro-LED는 이외에도 4차 산업혁명 시대 신산업 분야인 '전기차', '사물인터넷(IoT: Internet of Things)', '가전', '항공', '로봇', '스마트 선박' 등과 융합을 통한 시장 창출 효과가 있을 것으로 기대된다. 한국신용정보원 자료에 의하면, Micro-LED 산업의 특징은 '도입기 산업', '대규모 장치 산업', '활용도가 다양한 산업', '기술집약적 산업'으로 요약할 수 있다.

도입기 산업: Micro-LED는 스마트 디바이스나 TV에 이용이 고려되고 있는 기술이다. 화질을 향상시키기 위한 경쟁이 치열하고, 플렉서블 디스플레이에 적용하기 위해 연구되고 있는 시장 수명 주기상 도입기에 위치하고 있다.
대규모 장치 산업: Micro-LED는 설비투자 중 장비 투자 비중이 60% 이상이다. Micro-LED는 규모의 경제와 생산 비용 효율화를 위해 대규모 생산설비 투자가 중요한 대규모 장치 산업이다.
활용도가 다양한 산업: Micro-LED는 기존 디스플레이 장치를 대체하고 '광통신'이나 '의료기기용 광원', '차량용 헤드 램프', '디스플레이' 등 활용처가 다양한 산업이다.
기술집약적 산업: Micro-LED 제조 기술과 전사 기술 등 시장 진입을 위해 기술 개발과 지적재산권을 통한 보호가 필수적인 산업이다.

4. 'Micro-LED' 상용화의 걸림돌

Micro-LED 디스플레이 산업에는 '높은 가격', '기술적 과제' 등의 상용화 걸림돌이 존재한다. TV 등에 사용되는 대형 디스플레이와는 달리 크기는 작으나 높은 해상도를 요구하는 디스플레이를 구현하기 위해서는 높은 픽셀 밀도가 요구된다. LED 크기를 줄일수록 더욱 높은 픽셀 밀도를 구현할 수 있는데, 4인치 웨이퍼를 기준으로 10μm 칩을 증착하면 5000만 개의 픽셀 구현이 가능하므로 적어도 5μm까지 LED를 소형화해야 초고화질을 위한 1억 4000만 개의 픽셀 구현이 가능하다. Micro-LED 디스플레이는 Micro-LED 칩 자체가 픽셀을 구성하므로, 고해상도 및 대형 디스플레이 구현 시 많은 양의 Micro-LED가 필요하여 원가 부담의 요인이 된다.

해상도	픽셀 수	LED칩 수
FHD	1920×1080×RGB(3)	622만 800
4K UHD	3840×2160×RGB(3)	2488만 3200
8K UHD	7680×4320×RGB(3)	9953만 2800
16K UHD	15360×8640×RGB(3)	3억 9813만 1200

5. 'Micro-LED 디스플레이' 제조 공정

Micro-LED는 차세대 디스플레이 기술로 성능과 활용도를 인정받고 있으나, 상용화를 위해서는 고도의 정밀성이 요구되는 공정기술이 필요하다. 고수율을 위한 '에피 성장(Epi-Growth)', '칩 개발', '칩 분리', '칩 전사' 기술 등에 관한 활발한 연구가 이루어지고 있다.

5-1. 에피 성장(Epi-Growth)

'에피 성장(Epi-Growth)'은 '기판(Substrate)' 위에 '유기금속 화학 증착(MOCVD: Metalorganic Chemical Vapor Deposition)'를 이용해 '에피층', '활성층' 등의 화합물 반도체 박막을 생성하는 공정이다. 즉, 기판 위에서 LED 칩 재료의 결정을 특정 방향으로 성장시키는 것을 의미한다. 주로 '실리콘(Silicon)'이나 '사파이어(Sapphire)' 기판에 '갈륨질소(GaN)' LED 에피를 성장시키는 기술이 사용되고 있다.

'기판(Substrate)'과 '에피(Epi)'가 이종일 경우, 다양한 '점 결함(Point Defect)' 및 '선 결함(Line Defect)' 등의 결함이 유발된다. 이러한 결함들은 작게는 수십~수백 nm부터 크게는 수~수십 μm의 크기를 가지므로 Micro-LED 디스플레이 불량 픽셀의 원인이 된다. 일반적으로 조명에 사용되는 LED의 경우, 2인치 혹은 4인치 사파이어 기판 위에 성장된 '갈륨질소(GaN)' 에피는 450nm 파장의 청색을 기준으로 10nm 이상의 파장 편차를 갖는다. 그러나 사람의 눈은 매우 민감하여 파장 편차가 ±1~3μm의 오차 범위를 벗어나게 되면 불량 화소로 인식하게 된다. 따라서 '갈륨질소(GaN)' LED 에피는 이종 기판인 사파이어나 실리콘에 성장시킬 때 발생하는 '격자 상수' 및 '열팽창 계수'의 부정합에서 오는 다양한 결함을 해결하기 위한 연구가 필요하다.

Micro-LED 디스플레이 기술의 최대 난관은 비싼 생산 가격이다. 따라서 이를 극복하기 위해서는, '기판'을 키워 한 번에 제작되는 LED 칩의 개수를 증가시켜 원가를 절감하는 것이 필요하다. 또한 대형 기판을 사용할 경우, LED 칩 가격뿐만 아니라 칩을 기판으로부터 분리하고 전사하는 공정의 비용과 횟수를 크게 줄일 수 있다. 따라서 대형화 가능한 실리콘 기판을 이용하여 고품질의 '갈륨질소(GaN)' 에피를 성장시키는 기술 개발이 요구되고 있다.

5-2. 칩 개발

Micro-LED 칩은 기존 LED에 비하여 미세한 '파티클(Particle)'도 큰 결함이 될 수 있으므로 1000 Class 이하의 '클린룸(Clean Room)' 환경에서 제조 공정이 이루어진다. 1000 Class 이하의 상태란 공기 28.4L에 포함된 입경 0.5μm 이상 미립자가 100개 이하, 세균은 0.1개 이하인 상태를 말한다.

Micro-LED 칩 제조를 위해서는 칩 내부로 전류 주입 시 효율을 높일 수 있는 '설계 기술', 좁은 전극 영역으로 전류 주입 효율을 높일 수 있는 '저항 접촉 기술(Ohmic Contact Technology)', 복잡한 칩 제조 공정 중에 '에피층(Epi Layer)'으로부터 전극이 '필링(Peeling)' 되지 않도록 하기 위한 '접착력 향상 기술' 등이 필요하다.

한편, Micro-LED 칩은 각각의 칩을 기판까지 '건식 식각(Dry Etching)'을 통하여 개별화하는 과정이 필요하다. 이때 칩 손실을 줄이기 위해 해상도에 따라 화소의 간격을 계산하고, 그에 따른 간격으로 칩과 칩 사이를 '플라스마 건식 식각(Plasma Dry Etching)'을 통하여 기판까지 식각한다. 이후 기판을 분리하는 방법을 통해 얇은 Micro-LED 제작이 가능하다. 제조된 Micro-LED 칩은 '분리(Separation)', '이송(Transfer)', '전사(Mass Transfer)'를 통해 '픽셀(Pixel)'로 조립된다.

5-3. 칩 분리

5~100μm의 작은 칩들을 분리하는 과정은 박막 성장에 사용되는 기판의 종류에 따라 '레이저 기판 분리법'과 '화학 기판 분리법'으로 나눌 수 있다. '레이저 기판 분리법(LLO: Laser Lift Off)'은 사파이어 기판 분리에 사용되고, '화학 기판 분리법(CLO: Chemical Lift Off)'은 GaN LED의 실리콘 기판 분리에 사용된다.

레이저 기판 분리법(LLO: Laser Lift Off): 사파이어 기판에 성장된 GaN LED에 p형 반사 전극 및 '본딩 메탈(Bonding Metal)'을 증착하고, 본딩 메탈이 증착되어 있는 '캐리어(Carrier)' 기판에 열과 압력을 주어 '유테틱 본딩(Eutectic Bonding)' 방법으로 접합한다. 이후 '레이저 기판 분리법(LLO)'을 이용하여 원래의 사파이어 기판을 제거 후 염산 용액 등을 이용하여 '유테틱 본딩(Eutectic Bonding)'을 제거하고 '건식 식각(Dry Etching)을 통하여 칩을 개별화한다. 앞서 언급한 과정은 기존의 LED 제조 공정과는 달리 '유테틱 메탈 증착·본딩' 과정과 '본딩 제거 공정'이 추가된 경우로, 이를 생략할 수 있는 공정기법이 요구된다. '레이저 기판 분리법(LLO)'은 정교한 '레이저 빔(Laser Beam)' 제어 기술로 칩의 '크랙(Crack)' 및 '손상'을 최소화시켜 수율과 양산성을 높이는 것이 중요하다.
화학 기판 분리법(CLO: Chemical Lift Off): GaN LED의 실리콘은 특별한 장비 없이 화학용액으로 간단하게 기판을 분리하는 '화학 기판 분리법(CLO: Chemical Lift Off)'을 통해 기판 분리가 가능하다. 같은 방법으로 기판 분리를 하는 적색 파장대인 AlGaInP LED 제조 라인과 통합이 가능하다는 장점이 있다. GaN LED의 실리콘 기판 분리 기술은 'John A. Rogers와 X-Celeprint에서 발표한 기술이 대표적이다. Micro-LED 칩 공정은 일반 LED 공정과 동일하게 진행한 후, '지지층(Anchor)'에 '연결층(Tether)'을 형성하여 연결 후 실리콘 기판의 방향성에 따른 에칭 속도 차를 이용하여 '기판((Substrate)'과 '에피층(Epi Layer)'의 계면을 분리한다. 한국광기술원에서는 지지층이나 연결층을 형성하는 추가 공정 없이 에피층을 분리해 내는 기술을 발표하였다. 해당 기술을 활용할 경우, 지지층을 위해 낭비했던 공간만큼 Micro-LED의 수를 증가시킬 수 있다.

5-4. 칩 전사

'전사(Mass Transfer)'는 LED 칩을 디스플레이 기판에 옮겨 심는 과정을 의미한다. Micro-LED 디스플레이는 칩의 크기가 매우 작고 픽셀 수가 많으므로, 대량 전사 공정의 신기술 개발을 통해 비용을 절감하고 수율을 개선하는 것이 요구된다.

'전사(Mass Transfer)' 기술은 크게 칩을 직접 이동시키는 '직접 전사 기술'과 중간 매개체를 이용하여 이동시키는 '인쇄 전사 기술'로 구분된다. 기존의 LED는 최소 100μm 이상의 크기이므로, '진공 홀(80μm)'을 통한 다이 본딩 공정을 수행하여 LED 칩을 픽업하고 원하는 위치에 실장하는 것이 용이하였다. 그러나 Micro-LED 칩은 크기게 매우 작아서 진공 홀을 이용한 기존의 방식으로는 실장하는 것이 어렵다. 높은 해상도를 갖는 디스플레이의 경우에는 수백만 개 이상의 Micro-LED 칩 전사가 필요하여 공정 시간이 매우 증가하게 된다.

일리노이 대학교의 Mirco-LED 전사 기술: Micro-LED를 위해 연구된 '전사 기술' 가운데 하나는 미국 '일리노이 대학교(UIUC)'의 John A. Rogers 그룹에서 제안한 X-Celeprint 방식이 있다. X-Celeprint 방식은 제안한 접착력이 있는 고무와 같은 '탄성중합체(Elastomer)'를 이용하는 방식이다. 탄성이 있는 고분자 물질 'PDMS(Polydimethylsiloxane)'는 정전기적 접착력으로 접합력을 발생시켜 Micro-LED 칩을 부착시킬 수 있다. 또한 유연성이 있는 PDMS를 떼어낼 때 속도에 의한 힘으로 Micro-LED 칩의 손상이 적게 분리할 수 있는 기술이다. 원리는 '정전기적 접착력(Van Der Waals)'에 의해 접합력이 발생하고 유연성이 있는 Stamp를 떼어 낼 때의 속도에 의한 모션력으로 Micro-LED를 분리하는 기술이다.
Luxvue의 Mirco-LED 전사 기술: '애플(Apple)'사에 인수된 '럭스뷰(LuxVue)'에서는 전사 공정에 '픽업 헤드(Pick up Head)' 방식의 기술을 사용하는 것을 개발하였다. 이 방법은 Micro-LED 칩을 80~160℃의 온도로 '융해(Melting)' 시켜 기판과의 결합력을 약하게 만든 후, 실리콘 소재의 헤드 부분에 전극을 증착하고 전압을 가해 정전기력으로 LED 칩을 들어 올린다. 이때 사용되는 Stamp는 'SOI(Silicone On Insulator)' 기판에 'MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)' 기술을 적용하여 원하는 위치에 전압을 가하면 정전력이 발생하는 기술이다. 분리된 Micro-LED 칩은 이송 후 '리플로우 솔더링(Reflow Soldering)' 기법을 통해 본딩된다.
한국광기술원의 Micro-LED 전사 기술: '한국광기술원(KOPTI: Korea Photonics Technology Institute)'에서는 주변 환경에 따라 접착력이 변하는 환경 가변 '탄성중합체(Elastomer)'를 이용하여 Micro-LED 전사를 100% 수율로 성공하였다. 한국광기술원에서는 해당 기술이 모든 종류의 Micro-LED 칩에 적용할 수 있고, '럭스뷰(LuxVue)'의 정전기를 이용한 전사기술보다 더 강한 접착력으로 안정적인 전사가 가능하다고 발표했다.

6. 'Micro-LED 디스플레이' 발전 방향

Micro-LED 디스플레이의 상용화를 위해서는 여러 가지 기술적 장벽을 넘어 비용을 줄이는 것이 필요하다. '에피 성장(Epi-Growth)' 기술에 있어서 파장 및 두께 균일성의 개선을 통해 수율을 높이고, 불량 픽셀을 방지하는 결함 제어 기술이 요구된다. Micro-LED 칩을 디스플레이 기판에 옮겨 심는 전사 공정에서는 고속·대량 전사 기술이 요구된다. 디스플레이 기판에 Micro-LED 칩을 배치하는 데 사용되는 이송 장비는 1.5μm 이내의 높은 정밀도가 필요하다고 생각된다. 정밀도뿐만 아니라 한 번에 여러 개의 칩을 이송할 수 있어야 생산 속도를 만족시킬 수 있다.

또한 Micro-LED는 전체적으로 볼 때, 눈에 띄는 밝기 손실이 없기 위해서 각 픽셀이 균일한 '휘도(Luminance)'를 가져야 한다. '휘도(Luminance)'란 '광원(Light Source)'의 단위 면적당 밝기의 정도를 나타내는 말이다. Micro-LED 칩의 드라이브 전류가 매우 작으므로, 칩 자체의 '회로 설계(Pattern Generation)'와 함께 픽셀이 연결되는 '구동 회로(Driver Circuit)'의 기술 개발도 필요하다. Micro-LED 디스플레이의 검사·시험 기술도 하나의 과제이다. 제조 공정 중 신속 정확하게 불량을 감지하여 대량 시험 방법을 수행하는 방법도 함께 연구되고 있다.

7. 'Micro-LED 디스플레이' 관련 기업

'애플(Apple)', '삼성' 등의 글로벌 기업들은 Micro-LED 디스플레이의 상용화를 위한 기술적 한계를 극복하기 위해 '에피 성장(Epi-Growth)', 'LED 칩 분리 기술', 'LED 칩을 옮기는 전사 기술' 등을 빠르게 연구하고 있다. 이를 위해 인수 합병을 통한 기술 확보도 활발하게 하고 있다.

7-1. 애플(Apple)

국적: 미국

'애플(Apple)'은 세계 최대 디스플레이 수요 기업 중 하나이다. 애플은 '스마트 워치' 등의 중소형 디바이스에 Micro-LED 디스플레이가 탑재된 제품을 출시하기 위해 기술 개발을 진행 중이다. 애플은 Micro-LED 디스플레이 기술에 적극적으로 관심을 보이며, 2014년 5월에 벤처기업 '럭스뷰 테크놀로지(LuxVue Technology)'를 인수하였다. 이어서 2015년에는 '맥심(Maxim)'으로부터 '미세 전자 기계 시스템(MEMS: Micro Electromechanical Systems)' 생산공장을 인수하였다. 애플은 '스마트 워치(Smart Watch)', '스마트 글래스(Smart Glass)' 등에 적용할 Micro LED 디스플레이 개발을 주목적으로 하고 있다.

7-2. 폭스콘(Foxconn)

국적: 대만

'폭스콘(Foxconn)'은 2016년에 '샤프(Sharp)'를 인수한 후, 대형 LCD 및 Micro-LED 분야의 사업을 확대하고 있다. 폭스콘은 2017년에 Micro-LED 디스플레이 기술을 보유한 벤처 기업인 '이럭스(eLux)'를 인수하고, LED 칩 제조사 '에필레즈(Epileds)'의 지분을 인수하였다. 또한 Micro-LED 기술력 확보를 통해 상용화를 앞당기고, 이를 통해 기존 LCD 패널을 대체한다는 목표를 수립하였다. '이럭스(eLux)'의 Micro-LED 기술은 AR·VR 기기 적용에 초점을 두고 있는 것으로 보인다. '에필레즈(Epileds)'는 2018년 9월, Micro-LED 칩 양산을 위한 MOCVD 12대를 추가 구매하였다. '유기금속 화학 증착(MOCVD: Metalorganic Chemical Vapor Deposition)'은 '트리메틸 갈륨(Trimethylgallium, C₃H₉Ga)' 등의 유기금속 원료가스를 GaAs 기판상에 흘려 GaAIAs와 GaAs의 '에피턱셜 성장(Epitaxial Growth)'에 사용되는 장비이다. '에피턱셜 성장(Epitaxial Growth)'이란 단결정 기판 위에 새로운 층을 적층하여 단결정층을 형성하는 방법이다.

7-3. 소니(Sony)

국적: 일본

'소니(Sony)'는 Micro-LED가 OLED보다 대형화에 유리한 장점을 활용하여 'TV', '사이니지(Signage, 공공장소나 상업공간에 설치되는 디스플레이)' 등의 대형 제품에 집중하고 있다. '소니(Sony)'는 상업 디스플레이 시장을 주요 목표로 하여, CLEDIS라는 이름으로 대형 스크린 개발을 추진하고 있으며, 2016년 5월에 대형 스크린 시제품을 공개한 바 있다. CLEDIS는 RGB Micro-LED를 이용하여 각 화소를 독립적으로 구동시키는 자발광 디스플레이 기술이다. 'ZRD-1(디스플레이 유닛)'과 'ZRCT-100(컨트롤러)'으로 구성되며, ZRD-1의 크기는 403×453mm(화소 수 320×360)'로, 필요한 화면 크기에 따라 ZRD-1의 매수를 추가하며 구성된다. 각 화소 내에서 광원의 크기가 0.003mm²에 불과하여 화면에서 블랙이 차지하는 비율을 99% 이상으로 높일 수 있어 높은 명암비 구현이 가능하다.

7-4. 삼성전자

국적: 한국

삼성전자는 2018 '베를린 국제 가전 박람회(IFA)'에서 대만 '플레이니트라이드(PlayNitride)'의 칩을 탑재한 가정용 75인치 Micro-LED TV를 공개했다. LED 칩 사이즈는 가로세로 각 30μm, 50μm인 것으로 추정된다. 이후 Micro-LED 디스플레이를 적용한 대형화 TV 'The Wall'의 75인치 88인치, 93인치, 110인치, 150인치, 292인치 신제품 라인업을 공개하며 적극적으로 프리미엄 TV에 Micro-LED 디스플레이를 적용하고 있다.

'삼성전자'는 프리미엄 라인 TV를 기반으로 하여, 2020년 3분기 매출액 기준, 전 세계 TV시장 점유율이 33.1%에 달하여 역대 최고 기록을 갱신했다. 이에 따라 초대형 프리미엄 TV로 기술 경쟁에서 우위를 점하며 TV 주도권을 이어가고자 하는 것으로 보인다. 삼성전자의 반도체 사업으로 축적된 실장 기술을 접목하여, 소비자용 Micro-LED TV를 출시하고 주도권을 잡으려는 전략으로 해석된다.

7-5. 서울반도체

국적: 한국
설립: 1987년 3월

'서울반도체(Seoul Semiconductor)'는 국내 최대 LED 제조 업체로, 세계 LED 시장에서 패키지 매출 기준 4위에 오른 글로벌 기업이다. 'LED 칩(LED Chip)'부터 '패키지(Package)'까지 수직계열화 구조를 갖추었으며, 자회사 '서울바이오시스(Seoul Viosys)'를 통해 LED 칩을 조달한다.

'서울반도체(Seoul Semiconductor)'는 2020년 '소비자 가전 전시회(CES: The International Consumer Electronics Show)'에서 '서울바이오시스(Seoul Viosys)'에서 개발한 칩을 사용하여 전사한 "One-Pixel" RGB Micro-LED 디스플레이를 공개했다.

7-6. 루멘스(Lumens)

국적: 한국
설립: 1996년 6월

'루멘스(Lumens)'는 2023년 기준 삼성전자 LED 공급 1위 업체로, 약 30%의 점유율을 차지하고 있다. '루멘스'는 국내 최초로 연구 단계를 뛰어넘는 Micro-LED 디스플레이 제품을 양산한 업체이다. '0.75인치의 HD Micro-LED 디스플레이 모듈 개발', '롤 전사 공정을 이용한 Micro-LED 디스플레이 모듈 개발'에 성공하였다. 2018년에는 세계 최초로 0.8mm '미세 피치(Fine Pixel Pitch)' 초대형 디스플레이를 출시하였다.

7-7. 포인트 엔지니어링

국적: 한국
설립: 1998년

'포인트 엔지니어링(Point Engineering)'은 디스플레이, 반도체 공정 장비 부품 전문 업체이다. '포인트엔지니어링'은 디스플레이 패널을 제조할 때 사용되는 '건식 식각 장비(Dry Etcher)'의 핵심 부품을 제공하며, 표면처리 전문 기술을 활용하여 LED 금속기판을 시장에 선보임으로써 LED 시장에 진출하게 되었다. '양극산화 기술'을 기반으로 만들어진 소재인 '양극산화 알루미늄(AAO: Anodic Aluminum Oxide)'은 Micro-LED 디스플레이 제조 공정에 적용되어 대량 전사기술을 구현할 수 있을 것으로 기대된다.

7-8. 한국기계연구원

국적: 한국
특징: 세계 최초로 '롤 전사 공정'을 이용한 Micro-LED 디스플레이 대량 생산 기술 개발

'한국기계연구원'은 2017년 7월 2일 세계 최초로 '롤 전사 공정(Roll Transfer Process)'을 이용한 Micro-LED 디스플레이 대량 생산 기술 개발을 발표하였다. '롤 전사 공정'을 활용해 생산되는 Micro-LED 디스플레이는 발광효율은 3배 뛰어나지만 전력 소모는 절반으로 줄였다. 무엇보다 생산 속도와 비용을 획기적으로 개선할 수 있어, 향후 세계 시장 선점과 함께 국내 산업의 성장을 견인할 것으로 기대된다.

연구원에 따르면, 기존 방식으로 FHD 급 200만 화소의 100인치 디지털 사이니지를 제작할 경우 30일 이상이 소요되지만, 한국기계연구원의 '롤 전사 공정'을 이용하면 1시간 안에 제작할 수 있고 공정비용도 크게 절감할 수 있다고 주장한다. 연구원은 해당 기술을 '루멘스'에 이전하는 협약을 체결하였다. 향후 루멘스가 마이크로 LED 디스플레이 양산 라인을 구축하면, 우리나라가 Micro-LED 분야의 세계적인 주도권을 확보할 뿐만 아니라, 중소 기업을 포함하는 국내 산업 생태계 조성에도 크게 이바지할 것으로 기대된다.

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