켄텍, 초고해상도 디스플레이 효율 개선 가능성 열다

KAIST와 협력 연구…마이크로 LED 응력완화 메커니즘 규명

국내 연구진이 최근 디스플레이 구현 방식으로 주목받는 마이크로 LED 소자의 효율을 개선할 수 있는 길을 찾았다.

한국에너지공과대학교(KENTECH)는 오상호 교수 연구팀이 KAIST 유승화 교수 연구팀과 인듐갈륨질화물(InGaN)/갈륨질화물(GaN) 기반 마이크로 LED의 탄성 응력 완화 현상을 정밀 분석하는데 성공했다고 14일 밝혔다.

연구팀은 이를 통해 마이크로 LED의 측벽에서 발생하는 응력 완화 메커니즘을 처음 규명했다.

켄텍 연구진이 마이크로 LED 측벽에서 나타나는 응력 완화 현상을 확인했다. 원안의 그림은 LED 구조의 두 층이 변형되면서 반대 부를 갖는 전단 응력이 생겨난 모습을 나타낸다.

이 메커니즘 규명에는 고해상도 투과전자현미경(STEM) 변형 맵핑 기법과 유한요소해석(FEM) 기법 등이 활용됐다.

연구팀은 "측벽에서 InGaN과 GaN층이 탄성적으로 변형되면서 반대 방향의 전단 응력이 형성되고, 이를 통해 기계적 평형이 유지되는 독특한 응력 완화 메커니즘을 발견했다"고 말했다.

오상호 교수는 "최근 초고해상도 디스플레이 기술의 핵심으로 마이크로 LED와 다중 양자우물(MQW) 구조가 주목받고 있지만 응력 분포와 탄성 완화 현상에 대한 이해가 많이 부족했다"며 "향후 초소형 광전자 소자의 성능 개선에 기여할 것"으로 기대했다.

다중 양자우물은 매우 얇은 발광층과 절연층을 여러 층으로 교대로 쌓은 구조를 말한다. 이런 방법으로 전자와 정공(양전하를 띤 입자)의 결합 효율을 높일 수 있다.

오 교수는 "마이크로 LED 중심부에서 압축 응력과 인장 응력이 서로 균형을 이루는 구조도 확인했다"며 "다만, LED 측벽에서는 각 층이 본래 격자 구조로 돌아가려는 성질 때문에 전단 응력이 생성된다는 사실을 실험적으로 입증했다"고 덧붙였다.

오 교수는 또 "이 같은 응력 완화 현상이 압전 분극을 변화시켜 발광 파장의 이동 및 스펙트럼 변화를 일으킬 수 있음을 확인했다"며 "향후 LED 소자의 효율 개선 및 발광 파장 제어 기술 개발에 기여할 것"으로 기대했다.

마이크로 LED 응력완화 원리를 규명한 연구진. 왼쪽부터 KENTECH 오상호 교수, KAIST 김종일 박사, 유승화 교수, 여진욱 박사.

연구 결과는 국제 학술지인 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’(2월 26일자)에 게재됐다.