[전자/TV/디스플레이] "마이크로LED"는 차세대 디스플레이로 성공할 수 있을까?

안녕하세요. "기억하고자 하는 모든 것"을 담아내는 "리멤버미" 입니다.

 

전자제품에 관심이 있다면 한번쯤 들어봤을 단어 "마이크로LED" 가 차세대 디스플레이로 성공할 수 있을까요?

(마이크로LED = Micro LED = u-LED)

 

디스플레이 기술의 발전은 LCD를 시작으로 본격적으로 발전하기 시작해 OLED 그리고 마이크로LED가 잇따라 주목받고 있습니다.

현재 TV시장에서는 아직 LCD의 점유율이 더 높지만 모바일 디스플레이는 OLED로 대부분 대체 되고 있으며

마이크로LED는 TV시장에 먼저 출현하게 됩니다.(그 이유는 뒤에서 설명드릴게요)

바로 2021년 3월 출시된 삼성전자의 110인치 마이크로LED가 그것인데요. 가격은 1.7억으로 책정되어 일반소비자가 구매하기엔 무리가 있는 가격이었죠.

 

마이크로LED는 단순 삼성의 기술력을 보여주기위한 제품으로 끝이 날것인지 상용화를 위한 첫 발걸음이 될 것인지 많은 이들이 주목하고있습니다.

 

그럼 한번 알아볼까요?!

 

1. 마이크로LED의 장점은?

2. 상용화를 위한 조건(가격경쟁력, 양산성, 확장성)을 만족할 것인가?

3. 앞으로의 전망은 어떤가

 

 

마이크로LED의 장점을 설명하기 위해선 OLED와 비교를 해봐야 겠죠.

 

우선 LED란 무엇인가요? Light Emitting Diode의 줄임말, 이걸로는 감이 안오시죠.

(LED 기술에대한 상세 내용을 다루는 글은 차후에 소개해 드릴게요.)

그렇다면 집에 있는 전등을 생각하시면 좋습니다. 집에서 사용하는 백열등이나 백열전구를 LED등으로 많이 교체하는데 효율도 좋고 오래 사용할 수있기 때문이죠.

 

LED는 양극에 전압을 가하면 빛을 내는 자발광 소자로 유기물LED와 무기물LED로 나뉩니다.

유기물LED는 곧 OLED (Organic Light Emitting Diode)를 말하구요

무기물LED는 전등에 사용하는 일반 LED를 말합니다.

 

그럼 제품 관점에서 무기물이 좋을까요? 유기물이 좋을까요?

유기물은 외부 물질과 반응성이 좋기 때문에 수분에 취약하고 특성이 쉽게 변하여 신뢰성면에서 좋지 않습니다.

수분에 취약하여 번인과 같은 불량이 나타나 encapsulation 공정을 추가하여 외부의 수분침습을 예방해주지만 기본적으로 신뢰성에 취약한 물질이라 할 수 있습니다.

(신뢰성이 좋다는 것은 외부 환경과 시간에따른 특성 변화가 적다라는 것을 말합니다.)

 

마이크로LED는 무기물LED로 신뢰성에 유리하고 이름 그대로 마이크로 단위의 초미세 Size의 LED기 때문에 디스플레이 픽셀로 사용했을때 고해상도를 구현할 수 있게됩니다.

(마이크로란?  1㎛ = 0.000001m, 머리카락의 두께는 100㎛입니다. )

 

현재 삼성전자에서 발표한 마이크로 LED의 Chip 사이즈는 35x60㎛이며 해상도는 UHD, 4K(3840x2160)로써 8,294,400 pixel과 RGB가 1개의 pixel인 것을 감안하면 24,883,200개의 마이크로LED Chip이 심어져 있는것입니다.

요약하면, 마이크로LED에는 2천만개의 미세한 LED들이 심어져 있다라고 생각하시면 되요!

 

그래서 마이크로 LED Chip 사이즈가 작을 수록 작은 사이즈의 디스플레이로 제작이 가능하며 기술 집적도가 더 높은 기술이라 할 수 있습니다. TV시장에 먼저 출현한이유기도 하며 2021년에 110인치에서 2023년에 89인치로 줄여가며 출시하는이유기도 합니다.

 

마이크로 LED의 장점은 고신뢰성 뿐아니라 OLED에 비해 높은 색 표현력과 광효율을 가집니다.

게다가 각 픽셀의 LED가 분리되어 있기때문에 OLED보다 플렉서블하게 사용하기 유리합니다.

그리고 마이크로LED는 여러 Module을 붙여서 사용할 수있기 때문에 무제한 확장이 가능합니다.

(LCD나 OLED TV처럼 55인치 TV를 여러대 붙여서 검은 테두리가 포함된 대형 스크린을 구현 하지 않아도 Micro LED는 하나의 자연스러운 화면 구현이 가능합니다.)

 

예시로 110인치 마이크로 LED를 만들기 위해선 아래와 같이 8:9 사이즈의 Module을 200개 붙이면 만들수 있고 고장난 Module만 교체하여 수리가능하고 크기를 붙였다 떼면서 자유자재로 조절할 수있는 장점이 있습니다.

 

그럼 상용화를 위한 조건(가격경쟁력, 양산성, 확장성)을 만족할 것인가?

 

그런데 Micro LED는 현재 1억원 넘는다면서요 ㅠㅠ

네 맞습니다. 비싸도 너무 비쌉니다... 지금 가격의 십분의일 이하로 낮춰야만 가격경쟁력이 있다고 생각됩니다.

그렇다면 왜 이렇게 가격이 비쌀까요? 가격을 낮추기위해선 어떤 기술 발전이 필요할까요?

이유는 많지만 크게 보면 재료비와 생산성(Tact time과 수율)이 있습니다.

 

먼저 재료비를 본다면

UHD 모델에는 LED Chip이 2천만개 들어가며 chip한개에 가격이 1원이라고 해도 2천만원의 재료비가 필요합니다.

LED는 사파이어 wafer에 성장시키는데 6인치 wafer 하나에서 수백만개의 Chip이 나오기 때문에 Wafer를 여러개 써야 1대 제작이 가능합니다.

또한 Wafer 사이즈가 커질수록 단가를 낮출수 있지만 불량율도 함께 올라갑니다.

chip 가격을 0.1원 이하로 낮추는것이 앞으로의 LED 업체에겐 큰 숙제일 것입니다.

 

다음 생산성을 보겠습니다.

OLED는 유기물로 FMM과 증착 장비로 제작가능하기 때문에 양산성이 좋지만

Micro LED는 2천만개의 LED chip을 기판에 심는 공정이 필요합니다.

초창기에 pick and place라는 장비로 chip 하나하나 심었으나 1대 제작을 위한 시간(tact time)이 너무 길어서 양산성이 나오지 않았으며 최근에는 chip wafer의 LED를 접착가능한 전사판을 통해 옮기는 전사 방식으로 생산을 하고있습니다.

한번에 많은 양의 LED Chip을 심기 때문에 양산성은 좋아졌으나 모든 chip이 TFT 기판에 오차 없이 안착되야 불량이 발생하지 않았기때문에 수율이 좋지 않았습니다.

전사 공정을 계속 발전시켜가며 수율을 높이는 것이 현 기술에선 마이크로LED 양산성을 올리는 핵심이라 할 수 있습니다.

그 외에 마이크로 LED 차세대 공정으로 LED Chip을 흘려보내면 TFT기판에 전극간 자기장 인력으로 Chip을 정렬하여 전사시키는 방식도 연구 중입니다.

 

마지막으로 확장성은 어떨까요?

현재는 AM방식의 UHD 해상도 기준으로 삼성전자의 89인치 마이크로LED TV가 가장 작은 사이즈입니다.

마이크로LED는 아직 PCB기판이나 Glass기판으로만 생산을 해봤기때문에 플렉서블을 위한 연구는 지속 되어야합니다.

 

 

앞으로의 전망은 어떤가?

 

위와 같은 상용화를 위한 조건을 표면적인 부분만 살펴봐도 극복해야할 숙제가 많습니다.

LED Chip cost를 혁신적으로 줄이고 생산성 높은 차세대 전사 공정이 개발 되는 시점부터 마이크로LED 시장은 급속도로 성장할 것으로 예상됩니다.

한 전문가는 2026년부터 상용화가 본격화되어 2030년 안으로 정점에 다를것으로 전망하고있습니다. (참고자료 기사 참조)

삼성전자를 비롯한 글로벌 기업들이 앞다퉈 연구 개발하고 있으니 무리한 전망은 아닐거라 생각합니다.

 

디스플레이산업에서 중국의 무서운 추격을 따돌리기 위해 마이크로LED 상용화가 절실해 보입니다.

오늘도 디스플레이 산업 발전에 힘쓰고 계실 한국의 연구개발자분들을 응원합니다. 

 

 

 

※ 참고자료 (출처)

 

https://www.stoneitech.com/ko/lcd-oled-mini-micro-led-micro-oled-technology-fully-explained/

LCD/OLED/Mini/Micro LED/Micro OLED 기술 설명

http://www.thelec.kr/news/articleView.html?idxno=19365 

삼성 89인치 마이크로 LED TV, 마침내 나오나 - 전자부품 전문 미디어 디일렉

https://zdnet.co.kr/view/?no=20220121153257 

마이크로 LED TV 시장 2026년 본격화…전용 칩 매출 5조원대로 성장