2017. 07. 03. (17-51 호 ) 차세대디스플레이로주목받는마이크로 LED 마이크로LED의개요및특징 마이크로LED의디스플레이응용 마이크로LED 디스플레이관련업체동향 향후전망
[Summary] 다양한 IT 기기발전에따라최적의디스플레이를적용하기위한개발경쟁치열 1인치이하의초소형디스플레이에서부터 200인치이상의초대형디스플레이적용을위한디스플레이산업의경쟁가속 초소형크기의 LED 소자를디스플레이로활용하기위한마이크로 LED 기술에주목 칩크기가마이크로미터수준인초소형 LED( 발광다이오드 ) 를디스플레이서브픽셀로사용함으로써, 초소형디바이스적용및기존 OLED의약점이었던대형디스플레이분야에활용하려는업체간움직임 광원인 LED 소자의초소형화와함께, 마이크로LED를원하는위치로이동및부착할수있는제어기술이마이크로LED 디스플레이의실용화의핵심경쟁력 OLED 이후차세대디스플레이기술로선점하기위한주요업체들의참여 스마트폰분야를중심으로 2025년까지약 3억대규모의시장을형성할것으로예상 애플의관련기업인수로주목을받으면서 OLED 기술의후발주자인중화권, 일본업체를중심으로향후차세대디스플레이시장을선점하기위한참여확대 마이크로 LED 의개요및특징 마이크로 LED 는칩크기가 5~100 μm ( 마이크로미터 ) 수준인초소형발광다이오드 (Light Emitting Diode, LED) 1 마이크로LED 는저전력화, 소형화, 경량화가필요한광응용분야에적용가능하며, 휘어질때깨지는기존무기물 LED 단점을작은크기를통해극복가능 - Flexible 디스플레이, 섬유와 LED가결합된 Wearable 디바이스, 인체부착의료기기및 Li-Fi 무선통신분야까지광범위한응용가능 광원인마이크로 LED 소자를제작하기위해 RGB( 적녹청 ) 삼원색요소에따라다양 한기판에서다양한소재를이용하여소자생산 GaAs( 갈륨비소 ), Sapphire( 사파이어 ) 혹은 Si( 실리콘 ) 기판위에서발광색상에 따라 GaN( 질화갈륨 ), GaP( 인화갈륨 ), AlGaAs( 알루미늄갈륨비소 ) 등의무기물기 반의다양한소재를사용 1 LED 는전압을인가함에따라발광하는반도체소자. Direct-Bandgap 을가진 GaAs 등의직접천이 (Direct transition) 형소재가많이사용되며, 발광효율을높이기위해이종접합 (Hetero-Junction), 양자우물접합 (Quantum-Well Junction) 등의구조를사용 1
[ 그림 1] 웨이퍼상에서만들어진 LED Chip 크기에따른응용 자료 : 한국광기술원, KB 경영연구소 [ 그림 2] 적색마이크로 LED 및디스플레이 ( 좌 ), 청색마이크로 LED 및어레이 ( 우 ) 자료 : The Korean Information Display Society 마이크로 LED 의디스플레이응용 차세대디스플레이는 OLED, Flexible 디스플레이, 홀로그램, 투명디스플레이등기 존의디스플레이와차별화된성능을구현하는디스플레이로정의 최근가장많은주목을받는 OLED는기존 LCD에비해빠른응답속도, 자체발광특성, 명암비및전력효율우수등의장점을가짐 - 하지만, 대면적에따른유기물소재균일증착의어려움과발광소재인유기물의수명이짧은단점 마이크로 LED 는 RGB 색상의자체발광이가능한무기물소재로써 OLED 보다높은 내구성을가지며, 웨이퍼 (Wafer) 에서만들어져디스플레이픽셀에배치함으로대형 화용이 2
기존 LCD TV는 BLU(Back Light Unit) 에서나온빛이도광판-확산판-편광판- 액정-컬러필터를통과하지만, 마이크로LED 는이와같은소재와부품없이 RGB 서브팩셀에배치시켜화면을구현 - TV 및 200인치이상초대형전광판등대형디스플레이뿐아니라, 1인치이하의초소형화도가능해 VR/AR 디바이스적용에주목 [ 그림 3] 디스플레이별구조비교개요 - 마이크로 LED 는보다간단한구조구현가능 자료 : LEDinside, KB 경영연구소 마이크로 LED 를디스플레이에응용하기위해해결해야할과제로마이크로 LED 소 자를 Flexible 소재및소자를기반으로하는맞춤형마이크로칩개발필요 애플아이폰4에적용된풀HD급디스플레이의경우, RGB 서브픽셀크기가각각가로 52μm, 세로 26μm이므로, 스마트폰에마이크로LED 디스플레이를적용하기위해칩크기가 26μm이하의구현필요 - 현재 LED업계구현가능최소칩사이즈는 60μm수준이며, 소형화를위한활발한기술개발추진 [ 표 1] 디스플레이방식에따른주요특징 구분 마이크로LED OLED LCD 발광구분 자발광 자발광 외부광원을통한수발광 명암비 >10,000:1 >10,000:1 200:1 응답시간 ~ ns(10-9 s) ~ us(10-6 s) ~ ms(10-3 s) 시야각우수우수취약 화소 ~5000 PPI ~2500 PPI ~ 1000 PPI 수명 Long Medium ~ Low Medium 3
전력소비 OLED 의 1/5 LCD 대비낮음높음 비용높음낮음낮음 주요 장점 - 대면적구현용이 - 긴소자수명 - 자발광 - 우수한특성 - 생산비용저렴 - 높은기술성숙도 특징 단점 - 낮은기술성숙도 - 대면적어려움 - 낮은소자수명 - BLU 존재 - 낮은시야각및화소 자료 : 정보통신기술진흥센터 [ 그림 4] 마이크로 LED 를디스플레이적용에따른핵심기술이슈 자료 : Yole Development, KB 경영연구소 [ 그림 5] 전도성섬유에전사된 Flexible 마이크로 LED [ 그림 6] 디스플레이종류에따른주요 특성비교 자료 : 한국광기술원, KB 경영연구소 자료 : IDTechEx 주 : LCoS(Liquid Crystal on Silicon) 4
또한, 마이크로미터사이즈의 LED 칩을전사 (transfer) 2 및디스플레이픽셀전극 에정확한실장 (Mounting) 의기술적어려움 마이크로미터사이즈의 LED 칩을다루는전사기법의표준화가없기때문에전 사방법이먼저결정된후, 그방법에따라칩을제작 - 칩제작과전사를한공정으로진행하는방법적용 마이크로 LED 디스플레이관련업체동향 애플이마이크로 LED 전문업체 LuxVue Technology 를인수하며시장에서주목 을받았으며, 일본및유럽, 대만등의글로벌업체의기술개발및제품출시준비 [ 애플 ] 마이크로LED 전문업체 LuxVue Technology 를인수 (2014년) 하고, 대만에연구센터를설립하며차기스마트기기에마이크로LED 디스플레이를적용하기위한움직임 - 아이폰디스플레이로 LCD를사용하였으나하반기출시예정인아이폰8에서 OLED가적용예상되며, 차기디스플레이로마이크로LED 기술에관심 - 6인치마이크로LED 디스플레이시제품을개발하였으며 (2016년), 마이크로 LED를탑재한 Wearable 디바이스출시가능성 (2018년) [ 그림 7] 마이크로 LED 기술단계별참여주요기업 자료 : 전자부품연구원, KB 경영연구소 2 웨이퍼에제작된 LED 개별칩을원하는최종위치에이송하는일련의행위 5
[ITRI] 대만의산업기술연구소 (ITRI) 는일반안경과 0.37인치마이크로LED 디스플레이가결합된디바이스를발표 (2013년) - 녹색으로정보가표시되는단색디스플레이로써, 소비전력이 1W에불과해 OLED보다낮은수준보임 [ 소니 ] RGB 마이크로LED 를화면표면에배치하여각화소를독립적으로구동시키는 클래디스 (CLEDIS) 디스플레이를개발 - 클래디스기술을탑재한대면적화면중심의사이니지 (Signage) 를 2017년내에상용화계획 [ 홍하이 ] 폭스콘 (Foxconn) 이소유한일본전자업체샤프는마이크로LED 기술을보유한벤처기업 이럭스 에 700만달러를투자하고지분 31.8% 확보 - 한국 OLED 기술추격의난항으로, 차세대디스플레이인마이크로LED 기술개발을통한시장다변화움직임 [ 그림 8] 마이크로 LED 디스플레이와스마트 Glass 가결합된디바이스 [ 그림 9] 소니클래디스기술이적용된대면적사이니지디스플레이 자료 : The Korean Information Display Society 자료 : CERAMIST [ 큐트서킷 ] 영국의큐트서킷 (CuteCircuit) 은세계최초로 RGB 마이크로LED 디스플레이를내장한 tshirtos 라는셔츠를판매 - 앱을통한디스플레이프로그래밍, 세탁기능, USB를통한충전등섬유및디스플레이가결합된완성도높은일체형 Wearable 제품출시 [ 국내동향 ] LCD 를거쳐 OLED 기술에서앞서있는한국기업은마이크로 LED 분야 에서공개적인기술발표를하지않았으나, 삼성전자가대만의마이크로 LED 전문기 업 플레이나이트라이드 (PlayNitride) 인수추진 삼성전자는자사 VR 기기에마이크로 LED 기술을적용하여응용가능성타진계획 6
또한, 정부의 LED 산업육성정책에따라마이크로 LED 의소자제작기술및화 소기술, 조명및디스플레이응용기술중심으로신성장동력산업의과제로지정하 여원천기술개발계획발표 향후전망 다양한전자기기출시에따라최적의디스플레이를적용하기위한시도확산 스마트Glass 에적용할수있는 1인치이하에서부터, 200인치이상의초대형사이니지디스플레이까지다양한분야에맞는디스플레이필요성 마이크로LED 는우수한디스플레이특성및긴수명, 초소형과대면적크기구현가능성으로차세대디스플레이로주목 마이크로LED 디스플레이시장규모는스마트폰분야를중심으로향후 2025년까지최대약 3억대규모로성장예측 낮은전력소모와우수한응답특성등마이크로LED 디스플레이의장점을활용할수있는 AR/VR 및스마트와치등의분야를중심으로높은침투전망 [ 그림 10] 마이크로 LED 디스플레이 시장규모전망 [ 그림 11] 마이크로 LED 디스플레이의 IT 기기침투율전망 자료 : Yole Development 자료 : Yole Development 향후 5년을전후로급격한성장을바라보는마이크로LED 기술개발에다양한기업들의참여 애플의관련기업인수로주목받기시작하였으며, OLED 이후차세대디스플레이산업을선점하려는대만, 중국, 일본을중심으로참여업체확대 7
하지만, 아직개발단계이기때문에낮은생산수율및기존디스플레이대비높은생산단가, 발광소자초소형화및전사 (transfer) 기술최적화등의과제존재 차세대디스플레이분야인마이크로LED 산업선점을위해다양한업체간의기술개발경쟁 OLED등의디스플레이기술에서앞서있는한국기업들도업계및기술동향을주시하며제품및기술경쟁대비필요 < 연구위원심경석 (kshim@kbfg.com) 02)2073-2783> 8