[e돋보기] 마이크로LED

[양태훈기자] LED(Light Emitting Diode)는 전류를 가하면 빛을 발하는 반도체 소자를 말한다.

실리콘, 게르마늄 등 하나의 원소로 이뤄진 단원소 반도체와 달리 갈륨비소(GaAs), 갈륨인(GaP), 갈륨비소인(GaAsP), 갈륨질소(GaN) 등 2종 이상의 원소로 이뤄졌다.

LED는 양(+)의 전기적 성질을 가진 P형(P-type) 반도체와 음(-)의 전기적 성질을 지닌 N형(N-type) 반도체가 하나로 합쳐진 구조(N형이 안쪽, P형이 바깥쪽)로 이뤄져 있다.

전압을 가하면 수 볼트(V)의 전압으로 전류가 발생하는데 n층의 전자가 p층으로 이동해 정공과 결합, 이때 생기는 에너지의 차이에 따라 다양한 색의 빛이 난다.

양쪽의 에너지 차이(ev, 에너지준위)가 클수록 단파장(가시광선 내에서 푸른빛을 내는 영역대의 파장)인 청색 계통의 빛을, 에너지 차이가 작을수록 장파장(가치광선 내에서 붉은 빛을 내는 영역대의 파장)인 붉은 색 계통의 빛을 낸다.

이중 마이크로LED는 크기가 5~10마이크로미터(㎛)에 불과한 초소형 발광다이오드(LED)를 말한다.

LED 칩 자체를 디스플레이 픽셀(화소)로 활용이 가능, 유기발광다이오드(OLED)처럼 얇고 가벼운 고성능 디스플레이를 구현할 수 있다.

특히, 수십 마이크로미터 크기로 구현된 마이크로LED는 무기물 재료의 특성상 휘어질 때 깨지는 단점이 없어 플렉서블 디스플레이, 섬유와 LED가 결합된 스마트 섬유, 인체 부착 및 삽입형 의료기기, 바이오 콘택트렌즈, 가상현실(VR) 디스플레이 등 다양한 분야에서 활용할 수 있다.

아울러 LED 디스플레이의 경우, 전력 절감 측면에서 OLED 대비 약 5배 이상 개선이 가능해 칩 제조단가 및 고속 전사공정·장비가 현실화 되면 OLED를 능가하는 차세대 디스플레이가 될 것이라는 전망도 있다.

현재 마이크로LED와 관련해 적극적인 기업은 애플과 소니다.

애플은 수년 전부터 LED 분야 세계 최고 권위의 미국 산타바바라 대학 SSLED(이하 UCSB) 출신 인력을 채용, 마이크로LED의 전력효율 개선 연구를 진행 중이다.

지난 2014년에는 마이크로LED 디스플레이 업체인 '럭스뷰 테크놀로지'를 인수, 웨어러블 디스플레이나 증강현실(AR) 디스플레이를 개발하고 있다.

오는 2018년께 마이크로LED 기술 기반의 디스플레이 상용화가 예상되고 있는 상황.

소니는 지난 8일 미국 라스베이거스에서 열린 상업용 디스플레이 전시회 '인포콤'에서 마이크로LED를 활용한 디스플레이 기술인 '클레디스'를 공개했다.

클레디스는 화면 표면에 적녹청(RGB) 마이크로LED 소자를 배치, 각 화소를 독립적으로 구동시키는 자체 발광 디스플레이 기술을 말한다.

각 화소 크기가 0.003밀리미터(㎟)에 불과, 나머지 영역의 블랙이 차지하는 비율을 99% 이상 높일 수 있어 고명암비 및 초고도 콘트라스트(대비) 구현이 가능하다.

또 180도에 이르는 광시야각과 1천니트(nit)의 최고 밝기, 10비트 색영역(sRGB 기준 140%), '하이 다이내믹 레인지(HDR)'를 지원한다.

베젤 없이 연결이 가능한 여러 디스플레이 유닛(가로 453mm, 세로 403mm)으로 구성, 용도에 따라 대형 디스플레이를 구현할 수 있다.

소니는 내년 초 클레디스 기술 기반의 사니이지가 첫 출시, 본격적인 마이크로LED 디스플레이 상용화가 이뤄질 것으로 기대하고 있다.