[(왼쪽부터) KAIST 전기및전자공학부 김상현 교수, 박주혁 박사과정, 금대명 박사, 백우진 박사과정]
KAIST(총장 이광형)는 전기및전자공학부 김상현 교수 연구팀이 *모놀리식 3차원 집적의 장점을 활용한 1600PPI에 상응하는 마이크로 엘이디 디스플레이를 구현하는 데 성공했다고 밝혔다.
☞ 모놀리식 3차원 집적: 하부 소자 공정 후, 상부의 박막층을 형성하고 상부 소자 공정을 순차적으로 진행함으로써 상하부 소자 간의 정렬도를 극대화할 수 있는 기술로 궁극적 3차원 집적 기술로 불린다.
☞ PPI: Pixel per Inch. 디스플레이에서 1인치에 포함되는 픽셀의 갯수
KAIST 전기및전자공학부 박주혁 박사과정과 금대명 박사가 제1저자로 주도하고, 백우진 박사과정과 대만의 Jasper Display의 Johnson Shieh 박사와 협업으로 진행한 이번 연구는 반도체 올림픽이라 불리는 ‘VLSI 기술 & 회로 심포지엄 (2022 IEEE Symposium on VLSI Technology & Circuits)’에서 발표됐다.
(논문명 : Monolithic 3D sequential integration realizing 1600-PPI red micro-LED display on Si CMOS driver IC)
최근 수요가 급격히 증가하고 있는 초고해상도 디스플레이를 구현하기 위한 차세대 디스플레이 소자로써 무기물 기반의 III-V족 화합물 반도체를 활용한 마이크로 엘이디 소자가 핵심 소재 및 부품으로써 주목받고 있다. 마이크로 엘이디는 현재 TV, 모바일 기기에 많이 사용되고 있는 OLED, LCD 디스플레이에 비해 높은 휘도와 명암비, 긴 픽셀 수명 등의 장점이 있어 차세대 디스플레이 소자로써 장점이 뚜렷하다.
☞ III-V 화합물 반도체: 주기율표 III족 원소와 V족 원소가 화합물을 이루고 있는 반도체로 전하 수송 특성 및 광 특성이 매우 우수한 소재.
기존 소자기술의 문제 해결을 위해 디스플레이 구동용 Si CMOS 회로 기판 위에 적색 발광용 LED를 모놀리식 3차원 집적하는 방식을 적용하였다. 웨이퍼상에서 연속적인 반도체 공정 과정을 통해 고해상도 디스플레이 데모에 성공하였다. 이 과정에서 조명용으로 활용되어왔던 무기물 기반 LED 반도체가 아닌 디스플레이용 LED 반도체층을 설계하여 발광을 위한 활성층의 두께를 기존의 1/3로 감소시켜, 픽셀 형성에 필요한 식각 공정의 난도를 크게 낮추어 본 연구성과를 얻어내었다. 또한, 연구팀은 하부 디스플레이 구동 회로의 성능 저하 방지를 위해 350oC 이하에서 상부 III-V 소자를 집적하는 웨이퍼 본딩 등의 초저온 공정을 활용해 상부 소자 집적 후에도 하부 Driver IC의 성능을 그대로 유지할 수 있었다.
본 연구결과는 적색 마이크로 엘이디를 3차원 적층 방식으로 집적하여 세계적인 수준의 해상도인 1600 PPI 구현에 성공한 연구로써 본 연구에서 활용된 모놀리식 3차원 집적에 관한 연구 결과는 차세대 초고해상도 디스플레이 구현을 위한 좋은 가이드로써 활용될 것으로 예상된다.
□ 그림 설명
그림 1. 이번 연구에서 제작한 Si CMOS 기판상 적색 발광 다이오드 단면 주사현미경 이미지.
그림 2. 모놀리식 3차원 적층형 마이크로 디스플레이의 구동 이미지.
