자발광 디스플레이로 주목, 소형부터 대형 디스플레이 구현 가능해

디스플레이 및 조명 구현을 위한 마이크로 LED의 중요성이 부각되면서 기술개발과 정책 지원이 시급하다는 목소리가 높다.

마이크로 LED(Micro Light Emitting Diode)는 별도의 패키징 과정이 필요가 없는 5~100 마이크로미터(μm) 크기의 초소형 발광 다이오드를 말한다.


삼성전자 '더 월 프로페셔널'

현재 디스플레이에 사용된 LED 칩은 약 300마이크로미터이다. 마이크로 LED는 OLED 대비 반응 속도와 밝기가 높고 저전력 요구에 부응한다. 특히 플렉서블 디스플레이 구현이 가능하며 기존 기술 대비 수명이 더 높다.

마이크로 LED 디스플레이는 기존 LCD TV에 들어가는 LED 소자보다 크기가 100분의 1에 불과한 100나노미터(um) 크기의 마이크로 LED 소자를 활용한다. 적, 녹, 청의 마이크로 LED 소자를 디스플레이 패널에 직접 붙여 픽셀을 구성하며 컬러 필터없이 소자들이 스스로 빛을 내서 색을 구현한다. 이를 활용하면 훨씬 얇고 가벼운 TV, 제품 수명이 길고 안정적으로 구동하는 TV를 만들 수 있다.



마이크로 LED를 적용할 수 있는 4차 산업혁명 기술 분야는 무궁무진하다.

초절전 분야의 차세대 디스플레이, IoT 가전, 에너지 신산업은 물론 초소형 분야의 항공, 드론, AR/VR, 로봇 바이오헬스 등에도 적합하다. 초지능 분야의 프리미엄 소비재나 자율주행차에도 쓸 수 있다.

4차 산업혁명과 마이크로 LED

마이크로 LED는 에너지 절감과 기후변화 대응에도 매우 궁합이 잘 맞는 솔루션이다. 조사에 따르면 기존 조명대비 최대 90% 전력 절감이 가능하며, 수은 등 유해물질을 사용하지 않는 청정 에너지원으로 활용할 수 있다. 기존 조명(백열등/형광등) 대비 전력 절감률에 있어 LED가 40%를 절감할 수 있다면 마이크로 LED는 90% 이상을 줄일 수 있다.

마이크로 LED 디스플레이는 2019년 스마트폰, 스마트워치부터 시장을 형성해 나갈 전망이며 2021년 이후 태블릿, AR/VR, 노트북, TV, 모니터로 확대할 것으로 보인다. 판매대수로는 2020년 1900만 대에서 2025년 3억2900만 대에 이를 것으로 예상된다.

초기 시장은 영화관, 상황실, 회의실, 병원, 학교 등 대형 디스플레이를 중심으로 시장을 형성하지만 향후 중소형 디스플레이가 시장을 주도할 것으로 보인다. 전체 50% 이상은 스마트워치, 스마트폰 등이 차지한다.

해외는 마이크로 LED 어떻게

이미 주요 나라는 마이크로 LED의 시장성을 간파하고 정책적으로 적극 지원하고 있다.
미국은 일리노이, 캔자스, 콜롬비아 대학을 중심으로의 에피/칩 수율 향상을 위한 원천기술 개발에 국책연구비를 투입했다. 실리콘밸리에 관련 스타트업 100여 개에 이른다. 이들 대학은 애플, 오큘러스, 구글, eMagin 등 기업과 연계하여 기술을 개발하고 있다.

애플은 2014년에 RGB 화소 픽셀을 개별적으로 세세하게 조정할 수 있는 기술을 보유한 LuxVue를 인수했다. 2017년 말에 프로토타입 개발을 완료, 현재 애플 디스플레이 기술 총괄 Lynn Young 예하 약 300여명의 T159팀이 마이크로LED를 개발하고 있다. 이들은 기존 OLED 대비 다른 발광 화합물 사용하여 더 얇고 밝으며, 저전력 기술에 초점을 맞췄다. 애플의 자체 기술은 3~5년 내에 아이폰/애플워치로 적용할 것을 목표하고 있는 것으로 알려졌다.

구글은 2017년 마이크로 LED 기반의 소형 디스플레이를 양쪽 안경 렌즈에 모두 탑재한 새 구글 글래스 도면을 공개했다.

일본은 디스플레이 전문기관인 JDI를 중심으로 대학/연구소와 LED 전문 기업인 니치아, 쇼와 덴코, 도요타고 세이 등이 협업하고 있다. JDI (JapanDisplay Inc)는 지난 2012년 소니, 히타치, 도시바 3개사가 연합하여 설립한 회사이다. 소니는 CES 2012에서 55인치 크리스탈 TV(마이크로LED)를 공개한데 이어 2016년에 2세대 400인치를 공개했다.

EU는 영국, 독일, 프랑스, 벨기에 등의 대학 및 선진 연구기관을 중심으로 기술 개발과 투자를 진행하고 있다. 옥스퍼드, 스트라스클라이드 대학을 중심으로의 에피/칩/모듈 상용화를 위한 기술투자를 진행하고 있고 프라운호퍼를 중심으로 오스람, 헬라, 다임러, 폭스바겐 등과 마이크로 LED 원천기술을 개발한다. 이들은 공동으로 1024개(종전 24개) 마이크로 LED 배열 기술 확보한 것으로 알려졌다.

타이완은 국책연구기관(ITRI)을 중심으로 디스플레이 및 마이크로 LED 전문 기업 등 20개 기관이 컨소시엄을 구성하여 협업 중이다. 애플과 전략적 제휴를 통하여 타오위안 지역에 2014년부터 마이크로 LED 전용라인 구축을 시작하여 최근에 완성했다.

홍하이(폭스콘)는 마이크로 LED에 역량 집중하고 있다. 샤프와 공동으로 2017년(5월) 벤처기업 이룩스(eLux; VR과 VR 기기를 위한 마이크로 LED 기술)를 2700만 달러에 인수하기도 했다.




한국 업체들은 어떻게 움직이나

한국은 칩사이즈 100~200 마이크로미터의 미니LED 개발에 집중하고 있다. 마이크로와 같이 개별 칩을 화소/발광체로 활용할 수 있고 단가가 마이크로보다 낮아 더 빠른 상용화 가능하다는 평가다. OLED 기술과 TV 및 모바일에서 경쟁력이 충분하며 이론상 칩 1만개만 있으면 된다. 마이크로 LED는 UHD TV 기준으로 2500만 개가 필요하다.

서울반도체, 에버라이트, 하바텍 등 LED 패킹업체 & AUO, 이노룩스 등 패널업체가 개발 중이다. 삼성디스플레이는 2015년 미국 LED 디지털 사이니지 전문 기업 YESCO 인수 후 본격적인 연구개발에 들어갔고 LG디스플레이는 SID 2018에서 최초로 WOLED 공개하기도 했다.

삼성전자는 100인치 이상의 대형마이크로 LED TV(더 월 프로페셔널)를 내년 1월에 공개할 예정이다. 루멘스는 인도 디스플레이 업체에 마이크로 LED 디스플레이 모듈 공급계약 체결하기도 했다.



정부, 초절전 LED 융합산업 전략

정부는 초절전 LED 융합산업을 집중 육성하여 글로벌 Top 3를 달성한다는 목표이다. 이에 따르면 시장 점유율을 9.6%에서 15%까지 늘리고, 에너지를 2023년 16TWh 절감한다는 포부다.

이를 위해 세계 최고 수준의 초절전 마이크로 LED 광원 핵심 원천기술을 개발할 예정이다. 구체적으로 초저 전력 구동 마이크로 LED, 초저가형 천연색 가시광 LED 개발 등이다.

마이크로 LED 기반의 디스플레이, 조명, 센싱 기술과 VR, IR, 에너지 등 신산업과의 융합 시스템 기술을 개발한다는 계획이다. VR/AR, 자율 자동차, 바이오 의료 등의 분야와 융합된 에너지 절감 및 신시장 창출형 LED 융합 기술 개발이 그것이다.

마이크로 LED는 10대 유망기술을 중심으로 집중 지원할 예정인데 ①마이크로 LED 수요기업과 전문 기업이 참여 ②전량 수입되는 마이크로 LED 광원(에피/칩/전사) 공정 국산화를 목표 ③전략적 신시장 창출이 가능한 분야를 선정한다.

한국산업기술평가관리원 시스템산업 PD그룹의 변기영 PD는 “마이크로 LED 육성으로 원천기술 기반 마이크로 LED 산업 강국으로 부상하는 것이 목표”라며, “화소 기술에서는 RGB 색상별 마이크로 LED 집적, 나노형광체, 컬러필터 기술을 개발하고 공정기술에서는 10μ 크기 칩 구조 성장, 전사기술, 검사/밝기 제어기술을 개발하여 차세대 디스플레이나 근거리 무선통신, 고효율 무형광체 백색 LED 등에 응용할 계획이다”고 말했다.