한국연구재단은 성균관대 김태일 교수와 삼성전자 연구팀이 전도성 접착제를 이용해 손톱 크기의 유연한 기판 위에 마이크로 발광다이오드(LED) 수천 개를 배열하는 데 성공했다.

머리카락 굵기보다 작은 100㎛(1㎛ = 100만분의 1ｍ) 이하 크기의 LED 소자를 기판 위에 고밀도로 집적하려면 전극끼리 연결하는 기술이 관건이다.

금속와이어를 이용해 전극을 수평으로 연결하거나 열을 가해 소자를 고정하는 방식이 쓰이고 있지만, 고온·고압 공정이 필요해 열에 의해 변형되는 유연한 기판에는 적용하기 어려웠다.

▲ 유연한 마이크로 LED 디스플레이를 구현한 모습

연구팀은 고분자 접착제와 나노급(1㎚ = 10억분의 1ｍ) 크기 금속 입자를 이용해 전기가 통하는 접착제를 개발했다.

이를 이용해 상온·저압 공정에서 가로 1㎝, 세로 8㎜의 손톱 크기 유연한 기판 위에 초소형(전극 크기 15㎛) 마이크로 LED 수천개를 집적하는 데 성공했다.

이는 가로 5㎝, 세로 5㎝ 크기 기판 위에 60만개의 마이크로 LED를 배열할 수 있는 수준이다. 기존 상용 기술보다 집적도가 20배 이상 높은 것이다.

접착제 표면은 연꽃 꽃잎에서 일어나는 발수 현상 원리를 적용해 '젖음'과 '젖지 않음' 상태를 선택적으로 조절할 수 있도록 설계했다.

▲ 전도성 접착제로 전극(노란색)과 전자소자(파란색)를 기판과 연결한 모습

이렇게 만든 전도성 접착제는 '선택적 전도성'을 가져 접착력과 안정성이 뛰어나다.

또 마이크로 LED 전극을 수평이 아닌 수직으로 연결함으로써 집적 밀도를 최대한 높였다고 연구팀은 설명했다.

섭씨 100도의 온도와 1기압 이하 압력 조건에서도 제작 가능해 유연한 기판에도 적용할 수 있다.

수율도 99.9%(LED 1천개 중 999개가 켜짐) 수준으로 매우 높게 나타났다.

김태일 교수는 "기술이 상용화한다면 유연한 웨어러블 전자소자나 의료용 웨어러블 기기, 유연한 마이크로 LED 디스플레이 등에 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 성과는 국제 학술지 '어드밴스드 머티리얼스'(Advanced Materials) 지난달 16일 자 표지논문으로 실렸다.

윤승훈 기자  press@jeonpa.co.kr

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