최근 수정 시각 : 2024-08-29 21:58:29

마이크로 LED

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1. 개요2. 역사
2.1. 2010년대2.2. 2020년대
3. 타 디스플레이와의 비교
3.1. 미니 LED와의 차이점3.2. OLED와의 비교3.3. 양자점과의 비교

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1. 개요

마이크로 LED 디스플레이는 기존 Mini LED의 1/10 수준의 크기인 초소형 LED를 이용한 디스플레이를 말한다. 어렵게 생각할 것 없이 매우 작은 LED를 다닥다닥 박은 기판을 디스플레이로 활용하는 것이다.[1] 참고로, VR기기에 쓰이는 마이크로 OLED랑 다른 것이니 주의할 것.

통용되는 정의로는 소자크기가 가로세로 각각 100㎛ 이하인 디스플레이를 말한다. 다만 스마트폰 디스플레이 등 작은 기기에 사용되려면 소자 크기를 5~10㎛ 수준까지는 줄여야 한다.[2] 기존의 LED 디스플레이라는 것은 순전히 마케팅 용어로서 실제로는 백라이트를 LED를 쓸 뿐 본질적으로 LCD였지만, 마이크로 LED 디스플레이는 액정 없이 LED 자체가 발광하기 때문에 명암비, 응답속도, 색 재현률, 시야각, 밝기, 최대 해상도, 수명 등 거의 모든 부분에서 기존 LED 백라이트 액정 디스플레이보다 우수한 성능을 가지고 있다. 대신 2020년초 기술로는 LED를 PCB 위에 올릴 때 시간이 오래 걸린다. 삼성의 대형 TV의 경우 한 대를 조립하는데 한 달이 걸렸다고 한다.[3] 조립 시간이 오래 걸린다는 것은 곧 가격 상승으로 이어지며 양산에도 악영향을 끼친다.

현재는 직접 디스플레이 구조재에 이런 미세한 소자를 고정시키는 것이 어렵기 때문에 소자 자체가 수십 개의 LED 발광부를 가진 형태로 제작하고 그것을 여러 개를 하나의 중간기판에 접착한 다음, 드라이버 IC와 결합해 자동화가 가능한 테이프에 접착할 수 있는 작은 부품 크기로 집적해 제작하고 그걸 소재 기판에 조립해 그 기판을 모아서 대형 디스플레이를 만드는 식으로 4-5단계의 집적화 규모를 적용하는 방식으로 개발되고 있다. 자동화가 가능해지면 빠르게 원가를 낮출 수 있게 될 것이다.

LED도 다이오드이기 때문에 "나노급의 공정을 사용하는 CMOS로 만들면 어떨까?"라고 생각해볼 수도 있지만, 이것도 난점이 많다. CPU나 GPU와는 달리 규소가 아닌 사파이어를 토대로 사용해야 하기 때문. 사파이어는 모스 굳기계가 9나 되는 광물이라, 규소와는 달리 나노 단위의 가공이 어마어마하게 힘들다.[4] 바로 이 사파이어의 경도 문제가 마이크로 LED를 상용화하기 어렵게 만드는 원인이다.[5]

2023년 기준으로 차세대 기술로 잘 알려져 있지만 아직까지 가격과 대량생산에 문제가 많아서 그때까진 OLED가 계속 쓰일 것으로 보인다.

마이크로 LED가 상용화된다면 대형, 초소형, 투명 디스플레이로도 발전할 수 있다. #

2. 역사

2.1. 2010년대

연구실 시작품 수준을 처음으로 벗어난 것은 소니가 2012년 CES에서 출전한 'Crystal LED Display'이지만 이 때는 소자 크기가 630㎛ 정도였다.[6] 따라서 소니도 '마이크로' LED라는 명칭을 내세우지 않았다. 그 후, 2016년에 세계 최초로 마이크로 수준까지 소형화된 '클레디스' 디스플레이를 발표했다. 이때부터 소니는 본격적으로 마이크로 LED라는 명칭을 사용한다.[7] 또 클레디스의 발표에 따라 소니는 세계 최초로 마이크로 LED 디스플레이의 상품화에 성공한 사례가 됐다.

다만 클레디스는 기술 완성도가 부족한 상황에서 상용화를 위해 픽셀 피치를 넓혀 블랙의 영역을 극대화한 것이라 PPI가 15~20 수준에 불과하다. # 따라서 자사의 TV 라인업인 브라비아 등에는 채용되지 못하고 디지털 사이니지나 미디어 월과 같은 B2B로만 사용되는 중이다. 현재 소니의 Crystal LED Display를 채용하고 있는 기업은 혼다, NTT 도코모, 스바루 등. 주로 일본쪽에 수요가 집중되고 있지만 애플스토어 한국의 가로수길과 일본의 신쥬쿠에서 사용하는 사이니지에 소니 클레디스가 채용된 것이 확인되고 있다.

“애플이 준비하고 있는” 마이크로LED란 무엇인가?

애플은 후일 애플 워치에서 사용할 디스플레이를 OLED에서 마이크로 LED로 바꾸고자 계획했다지만 번번이 개발이 지연되어 도루묵이 되고 있는 상황이다.[8] 결국 2024년 3월 마이크로 LED 애플워치 출시가 취소되었다. #

삼성전자 마이크로LED TV ‘과장 명칭’ 논란
8월 출시 '삼성 마이크로LED TV', 진짜 아니다?...또 불거진 '네이밍' 논란

2018년 초 삼성전자와 LG전자에서는 각각 QLED, WOLED에 이어서 마이크로 LED로 개발한 TV를 내놓겠다며 시제품을 완성했다는 소식을 전했다. 삼성은 2018년 CES에서 146인치대의 모듈형 마이크로 LED 디스플레이를 공개했는데, 소자 크기가 가로세로 각각 122㎛, 240㎛로 마이크로 LED의 규격(100㎛ 이하)에는 부합하지 않아 QLED 때와 마찬가지로 과장된 명칭을 사용했다는 비판을 받았다. # 초기에는 이처럼 소자 규격만 초과한 제품을 '미니 LED'라 부르기도 했다.

2.2. 2020년대

삼성전자, 마이크로 LED TV 전격 공개

이러나 저러나 결국 세계 최초로 마이크로 LED TV를 상용화한 쪽은 삼성전자가 되었다. 2020년 12월 10일 '더 월'이란 이름의 110인치 마이크로 LED 제품을 선보이며 2021년 1분기 출시 예정임을 밝혔다. 다만 가격은 무려 1억 7천만원이다.

2021년엔 소니에서 일반 소비자용 제품이 나올 예정.

국내 연구진이 마이크로 LED 신공정을 개발함으로써 생각보다 빨리 상용화될 가능성이 높아졌다. 신소재를 이용해서 비용과 시간을 무려 10분의 1로 단축할 수 있다고 하며 필요한 장비들도 기존보다 훨씬 더 싸다고 한다. 거기에다가 불량화소가 나오면 그냥 빼고 새로운 LED로 간단하게 수리할 수 있다는 점도 큰 장점이다. 이미 100mm 제곱 크기에 1,225개의 LED를 성공적으로 박았다고 한다. 해당 연구진에 의하면 2년 내로 기업에 기술을 이전할 예정이라고 하며 상용화가 생각보다 빠를 것으로 추정하고 있다고 한다. 단지 해당 기술을 활용한 설비를 언제 개발해서 상용화할지는 별개의 얘기이므로 적어도 2년 이상 걸릴 수 있을것으로 보인다.

연구진들에 의하면 50㎛ 이하의 마이크로 LED 디스플레이 제작도 가능해진다고 하니 스마트폰같이 매우 작은 기기는 아직도 어렵겠지만 일정 크기의 노트북이나 컴퓨터 모니터, TV라면 해당 기술로 충분히 상용화가 가능한 수준이다. 스마트폰은 마이크로 LED의 소자 크기를 5~10㎛ 수준까지 줄여야 하지만 노트북이나 컴퓨터 모니터라면 PPI가 해상도에 따라 150~300PPI밖에 안 되므로 제작 난이도가 더 쉬울 수 있다. 현재로썬 상용화 및 대량 생산에 돌입하려면 2년 이상은 걸리겠지만 적어도 마이크로 LED 디스플레이를 만드는데 걸림돌이 되는 부분들을 대부분 해결했다는 점으로 인해 높은 평가를 받고 있다.

2023년 5월, 마이크로 LED 조립 난제를 LG 연구원들이 해결했다. 자기력 보조 유전영동 자가조립(MDSAT)이라는 기술을 제시했다. 간단하게 말하면, 수조에 액체를 채우고 니켈을 붙인 마이크로 LED 소자들을 모두 넣은 다음, 수조 밑에서 자성체가 움직이면 소자들이 자성에 끌리면서 알맞은 위치로 움직여 조립하는 기술이다. 이 기술은 획기적인 실험 결과를 보였는데 15분 동안 99.99%의 정확도로 6만4800개의 마이크로 LED 소자로 구성된 디스플레이가 자동으로 조립됐다. 디스플레이의 품질도 기존 방식과 큰 차이를 보이지 않았으며, 소자가 결합하지 않은 불량률도 0.02% 수준으로 나타났다고 한다.

3. 타 디스플레이와의 비교

3.1. 미니 LED와의 차이점

미니 LED는 용어는 비슷하지만 전혀 다른 기술이다. 기술상으론 미니 LED가 백라이트 역할로써 먼저 상용화되고, 그 후에 마이크로 LED가 OLED처럼 백라이트 없이 직접 삼원색을 낸다고 보면 된다. 미니 LED 항목 참조.

3.2. OLED와의 비교

유기발광다이오드( OLED)를 대체할 차세대 디스플레이로 꼽히는데, 가장 큰 장점만 언급하자면 OLED와 달리 유기 소재를 사용하지 않아 번인이 덜 하다는 점이다.[9] 번인을 초기 OLED의 최대 단점이 사용 시간에 비해 사용자가 쉽게 인지했던 번인이었고, 세대가 올라갈수록 이런 번인이 덜 생기도록 개선되고는 있지만 결국 상대적으로 소자 수명이 길어, 번인이 쉽게 인지 되지 않는 mLED에게 대체될 수 밖에 없는 처지다. OLED가 아닌 GaN(질화갈륨) 기반 LED[10]를 사용하므로 발광 효율이나 휘도 등도 높다. 그러면서 OLED와 마찬가지로 쓰지 않는 소자의 밝기를 0에 수렴하도록 할 수 있어[11] 전성비와 명암비도 좋은데 변성되는것도 적어 수명 또한 길다. 이미 미니 LED만 해도 최대 밝기로 인해 점점 불리해지는 상황이고 이마저도 밤 영상처럼 극단적으로 명암비율이 심한 영상에선 블루밍 현상이 일어나고 있다. 하지만 RGB를 구성하는 소자를 옮기는 공정이 매우 어려운 상황이다. 때문에 2019년 미국에서 발매된 해상도 960x540짜리 36인치 패널이 약 2,400만원에 달하며, 이 패널은 16개를 붙여서 140인치 디스플레이를 만드는 용도라 16개 구성 시 가격은 4억 8,000만원 수준에 이른다. 삼성이 만든 '더 월'이라는 110인치 디스플레이는 1억 7천만원이다. 하지만 기존 공정 대비 시간/비용을 10분의 1로 낮춘 신기술이 나옴에 따라 상용화가 더더욱 빨라질 것으로 보인다.

3.3. 양자점과의 비교

QLED[12]라고 부르는 양자점 디스플레이는 OLED의 원리를 따르되 발광물질이 유기물 대신 양자점을 사용하는 디스플레이 방식이다. OLED는 현재 제조 방식으로는 원가의 한계가 존재하기 때문에 다른 방법을 통해 제조원가를 줄이려는 연구들이 많이 진행되고 있다. 양자점은 이러한 방식으로 제조할 수 있는 후보 기술로서 마이크로 LED 방식과 함께 미래형 디스플레이라는 점에서 주목받고 있다.

마이크로 LED와 양자점은 모두 자발광 방식이며 차이점은 색을 구현하는 매커니즘이다. 양자점은 재료의 단위 사이즈를 조절하여 색을 구현하고, 마이크로 LED는 재료의 종류를 바꿔서 색을 구현한다. 특성상 한가지 색상을 나타내는 소자인 LED는 위에서 언급한대로 빛의 3원색(RGB) 화소를 구성하는 공정이 매우 까다롭다. 마이크로 LED 방식은 오랜기간 축적된 기술로 인하여 제조 자체는 가능하나 화소의 구성이 문제이며 이는 곧 가격문제가 될 것이다. 반면, 양자점은 그 특성상 RGB의 구성이 비교적 쉽게 이루어진다. 하지만 마이크로 LED와 달리 완전한 양자점 디스플레이가 시장에 나온적도 없다.

마이크로 LED에 양자점 소재를 융합하는 방식도 검토되고 있다. LED의 RGB 구성이 어려우니, 기존 LCD 방식처럼 파란색 LED만으로 발광 소자를 구성하고, 디스플레이 상단에 RGB로 색깔을 변환시키는 컬러필터(RGB의 B는 원래 파랑색을 그대로 통과)를 넣는 것이다.

현재로선 양자점 디스플레이는 구현 자체가 매우 힘든 상태, mLED는 구현은 충분히 되나 가격과 제작 편의성이 걸림돌인 상태이다.
[1] 전광판과 똑같다. 차이점이라면 LED의 크기밖에 없다. [2] 100㎛면 0.1mm인데, PPI로 따졌을 때 254 PPI밖에 되지 않으므로 기존의 LCD나 OLED 패널에 비해 훨씬 떨어지기 때문이다. [3] 2022년 현재는 연간 300~500 대 수준으로 출하 중이라고 한다. 출처 [4] 사실 규소로도 LED를 만들 수는 있지만 효율이 시궁창이라 도태된 지 오래이다. [5] 사파이어 기판은 파란색 LED를 만드는 것에서 장애물이 되기도 했다. 그래서 파란색 LED를 양산하는 방법을 개발한 나카무라 슈지는 아예 노벨물리학상까지 탔다. [6] 시제기라는 것도 있었지만 당대의 기술 수준으로는 기계로 생산하기에 문제가 있어 소자를 전량 수작업으로 제작했다고 한다. [7] 클레디스의 소자 크기는 30㎛ 수준이다. [8] 같은 시기에 미니 LED와 마이크로 LED를 개발을 시작했지만 미니 LED가 2021년부터 상용화해서 나올 예정이지만 마이크로 LED는 여전히 개발단계라는 점만봐도 난이도가 매우 높다. [9] 그렇다고 번인이 완전히 없다는건 아니다. 사용하는 시간 및 횟수에따라 다를수 있지만 시간이 지남에 따라 소자가 노후화 되는건 어쩔수 없는 부분이다. [10] 사파이어 기판 위에 GaN LED를 올린다. 쉽게 말해 광물이라 타지 않는다. [11] mLED, AMOLED 둘 다 소자가 아예 꺼지지는 않는다. [12] 삼성의 브랜드명인 삼성 QLED와는 다름.

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