선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 또한 선진국 대비 국내 수준은 초기 단계에 머물고 있어 기술 개발 가속화가 필요한 실정에 있다. 본고에서는 마이크로 LED를 개발하여 상용화가 가능한 다양한 분야에서의 시도와 접근 방법에 대하여 소개하고자 한다.
제안 방법
- 특히 마이크로 LED를 적용하여 섬유 및 의복에 상용화하려는 시도가 지속적으로 이루어지고 있는데 네덜란드 필립스 루마리브(Philips Lumalive)는 유연 기판 상에 LED를 형성하여 직물 사이에 20 cm × 20 cm 크기의 섬유 디스플레이를 구현 하였다. LED 보호를 위한 발수 코팅 섬유로 둘러싸는 기술로서 USB가 연결 및 리튬 이온 배터리를 장착한 기술을 선보였다. 또한 신생아 황달 치료를 목적으로 하는 의료용 빌리루빈 담요를 개발하였는데 광역학치료와 융합 시킨 섬유 일체형 기술이 적용 되고 있다.
- 이후 보호막상에 Cr/Pd 접합 금속을 형성하고 Si 기판과 같은 이종기판을 이용하여 LED 기판과 웨이퍼 접합시킨다. 레이저기판분리법(LLO)으로 GaN 성장용 기판인 사파이어를 제거한 뒤 LED를 개별 칩으로 분리하고, 염산 용액을 이용하여 웨이퍼 접합 계면의 InPdx 제거하여 수직형 마이크로 LED를 제작한다.
- 체내삽입형 기기에 활용되는 마이크로 LED는 광유전학 치료법 연구에 주로 적용되고 있다. 신경세포에 채널 로돕신과 같은 단백질을 주입하고, LED 빛을 조사하여 뇌와 연결된 신체조직 변화를 다양한 전임상 실험으로 증명하였다.17~21) 초기에는 쥐의 대뇌에 광파이버로 빛을 인가하여 자극하였으나, 마이크로 needle에 50 um × 50 um 크기의 마이크로 LED와 집적회로를 형성하여 빛을 조사한 결과 쥐의 불안증세를 개선하는 효과가 있음을 확인하였다.
- 이후 n-type 전극 형성을 위하여 Ti/Al/Mo/Au를 n-GaN 상에 증착한 후 Ti/Au 패드 전극을 p형 투명전극 상에 형성한다. 이후 KOH 용액을 이용하여 실리콘 기판을 식각하여 남아있는 GaN층만을 PDMS(Polydimethylsiloxane)로 유연한 기판에 LED 칩을 전사한다.3)
- 인쇄형 전사 방법으로 현재까지 두 가지 방법이 있는 것으로 알려져 있다. 첫 번째 방법으로 미국의 Luxvue사가 정전헤드(electrostatic head)를 이용하는 방법을 제안하였다. 실리콘 재질로 만들어진 헤드 부분에 전압을 인가함으로써 대전현상에 의해 마이크로 LED와 밀착력이 발생하게 하는 원리이다.
- 37인치 마이크로 LED 패널이 결합된 장치를 선보였다. 초록색 글씨와 각종 기호가 표시되는 단색 디스플레이로 시연됐으며, 최근 10 um 크기의 RGB 마이크로 LED를 19.2 um 중심간격으로 배열하여 440 ppi급 Full Color 디스플레이를 개발하였다. 동일한 해상도의 OLED에 비해 10배 밝은 성능으로 전력소모을 획기적으로 감소시킬 수 있는 것으로 보고하였다.
대상 데이터
- 대만 ITRI는 일반 안경과 0.37인치 마이크로 LED 패널이 결합된 장치를 선보였다. 초록색 글씨와 각종 기호가 표시되는 단색 디스플레이로 시연됐으며, 최근 10 um 크기의 RGB 마이크로 LED를 19.
성능/효과
- 1) GaAs 기판상에 GaAs(p-type)/AlGaInP(QW)/AlGaAs(n-type)을 성장시킨 후에 photoresist 패터닝(patterning) 으로 발광층을 고정할 수 있는 앵커(anchor)를 형성하였고, AlAs 희생층을 제거한 후에 매우 얇은 LED 박막층을 유연한 플라스틱 기판에 전사함으로써 유연 표시소자로 응용 가능성을 보여주었다.
- 17~21) 초기에는 쥐의 대뇌에 광파이버로 빛을 인가하여 자극하였으나, 마이크로 needle에 50 um × 50 um 크기의 마이크로 LED와 집적회로를 형성하여 빛을 조사한 결과 쥐의 불안증세를 개선하는 효과가 있음을 확인하였다.
- LED를 적용하는 주된 이유는 연비 개선, 온실가스 감축, 장수명, 디자인 및 사용자 안전성 등의 다양한 요소가 복합적으로 작용하고 있다. 특히 안정성 측면에서 운전자의 51%가 야간 운전 시 시야 확보의 개선을 요구하고 있으며, 약 20% 정도는 야간 운전을 피하는 것으로 조사되었다. 또한 미국 교통부의 연구에 따르면 교통사고의 40%는 야간에 발생하며, 사망사고의 20% 이상이 일일 교통량의 2.
후속연구
- OWC 응용 분야에서 송신기기 광원으로서 마이크로 LED를 적용한 예는 현재까지는 없다. 그러나 전류동작 소자인 LED의 크기를 줄이고 uA 단위의 작은 전류로 동작시키게 되면 집적화 부품과 시스템의 크기를 작게 할 수 있을 뿐만 아니라 빠른 스위칭 속도를 구현할 수 있어 대용량 Data 서비스가 필요한 분야에 수십 Gbps의 Data를 전송할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
- 최근 광민감제를 투여 후 내시경을 통하여 빛을 조사함으로써 체내의 고형암들을 반복적으로 치료하는 방법들이 시도되고 있다. 또한 무선전력 송신 기술을 의료기기에 활용하여 체내에 이식 후 전기적 자극 또는 모니터링용 감지부품으로 활용하는 연구들이 진행되고 있어, 체내 이식용 미세부품에 마이크로 LED를 집적하여 종양 치료에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.20)
- 디스플레이 분야에서는 전력소모, 화질, 동작속도 측면에서 차별화 된 장점으로 상품화가 가능할 것이며, 의료분야에서는 광파이버를 통해 인가하던 빛을 독립적이고 필요한 크기의 복합파장형 부품으로 자유도를 제공할 수 있을 것이다. 또한 자동차 분야에서는 LED 헤드램프의 진부한 기능에서 카메라 센서와 연동한 안전운행용 가시광 및 근적외선 광원으로 자리잡을 수 있을 것이라 기대한다. 아직 태동기 상태에 머물러 있는 LED 통신은 그 응용분야가 조명에서 광고, 문화예술 및 콘텐츠 산업 등의 다양한 분야에서 융합기술로서 발전이 예측된다.
- 국내 코오롱사는 전도성 섬유를 이용하여 발열하는 섬유 소재와 광섬유를 이용하여 빛을 외부로 내보내는 스마트 재킷 기술을 선보였으며, 또한 LED를 의복에 탑재하여 야간 산행과 위급상황 시 위치 파악이 용이한 기술로 보고하였다. 스마트 섬유의 경우, 현재 광원이나 IT 기기를 부착하는 수동형 단계에서 벗어나 향후에는 섬유 스스로 신호의 전달, 생성, 에너지 수급 등이 가능한 능동형 전자섬유 시스템으로 발전될 것으로 기대된다.
- 특히 전 세계 주요 경제분석기관 들이 선정한 미래 10대 핵심기술 중에는 바이오 기술이 다수 선정되어 있으며, 향후 도래하는 건강중심사회에서는 블루오션 산업을 헬스케어 및 바이오 분야로 기대하고 있다. 의료용 광치료기기는 향후 높은 성장률을 예상하고 있으며, 그 응용 범위는 지속적으로 확대될 것이다.10)
- 이 밖에도 진공 포러스 척(vacuum porous chuck)을 이용하여 프린팅 헤드를 제작할 수도 있으며, 선택적으로 LED칩을 픽업 할 수 있는 프린팅 헤드 설계와 이물질에 의한 진공 막힘 현상을 개선할 수 있는 기술이 개발된다면 장비 제조비용과 반복 전사능력의 장점이 있어 향후 경쟁력이 있을 것으로 판단된다.
- 현재는 OWC (optical wireless communication) 표준을 IEEE에서 재정하여 정보수신 소자를 PD (photodiode) 뿐만 아니라 이미지 센서까지 적용할 수 있도록 LED-ID, OCC (optical camera communication) 및 Li-Fi (light fidelity) 3가지로 분류하고 있다. 이에 따라 기존 VLC 응용제품이었던 조명에서 시스템조명, 모바일기기, 신호등, 자동차, 스크린, 디스플레이 및 디지털 사이니지 등으로 OWC 응용분야가 확대될 것으로 기대하고 있다.
- 6과 같이 마이크로 LED 칩 크기는 70um 수준으로 특정 영역의 마이크로 LED 칩만을 선택적으로 분리하여 목표기판(target substrate)에 전사하는 기술이다. 전사 방식은 앞서 언급한 X-Celeprint 사와 유사한 탄성고무 스탬프를 이용하였고, 향후 본 기술을 적용하여 디스플레이, 의료, 바이오 등의 다양한 응용분야에 적용할 계획을 가지고 있다.
- 자율주행의 경우 안전센서의 역할이 매우 중요한 비중을 차지하고 있는데, 최근 라이다 센서의 경우 1 um 이하 파장의 근적외선을 적용하여 원가 절감과 성능을 동시에 만족시키는 기술이 개발되고 있다. 현재에는 반도체 레이져를 적용하고 있으며, 향후 근적외선 마이크로 LED와 광학계 개발을 통하여 중단거리 안전 및 라이다 센서용 광원으로 적용이 가능할 것으로 기대하고 있다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.