성균관대-삼성전자, 마이크로LED 집적도 20배 높일 접착제 개발

2020.05.13 12:00
김태일 성균관대 교수팀이 개발한 전도성 접착제를 휘어지는 회로기판 위에 배치한 뒤 RGB LED와 전자칩을 집적해 만든 소자의 예다. 한국연구재단 제공
김태일 성균관대 교수팀이 개발한 전도성 접착제를 휘어지는 회로기판 위에 배치한 뒤 RGB LED와 전자칩을 집적해 만든 소자의 예다. 한국연구재단 제공

국내 기업과 대학이 머리카락 굵기의 10분의 1 수준인 초소형 전자소자를 고밀도로 이어 붙일 수 있으면서 전기까지 통하는 새로운 접착제를 개발했다. 현재 널리 쓰이는 유기발광다이오드(OLED)를 대신할 대면적 디스플레이 기술인 마이크로유기발광다이오드(마이크로LED)나 휘어지는 전자소자를 개발할 때 활용할 것으로 기대된다.


성균관대 화학공학·고분자공학과 김태일 교수와 이주승 연구원, 삼성전자 연구진은 0.015mm 크기의 초소형 전자소자를 고밀도로 집적할 수 있는 전도성 접착제를 공동 개발했다고 13일 밝혔다.


크기가 마이크로미터(μm, 1 μm 는 100만 분의 1m) 수준인 초소형 전자소자는 기판에 배열하거나 전극과 연결시키기가 까다롭다. 현재는 금속 선(와이어)이나 전도성 필름을 이용한 패터닝 방식으로 LED나 트랜지스터, 저항 등을 기판에 붙이는데, 고온 고압 공정이 필요해 휘어지는 기판에는 사용할 수 없다는 한계가 있었다.


김 교수팀은 고분자 접착제와 나노 금속입자로 전기가 통하는 접착제를 만든 뒤 얇게 기판을 코팅해 소자 사이 또는 소자와 전극을 수직으로 연결하는 기술을 개발했다. 이 때 연꽃 표면이 물을 튕기는 특성에서 단서를 얻어, 접착제 표면의 피막 두께 등을 조절해 표면의 안정성을 바꾸는 방법으로 원하는 부위에서만 소자와 기판이 접촉하게 조절했다. 이 공정은 자외선(UV) 노광 같이 간단한 공정만 써도 되는 데다, 일상에서 느끼는 기압인 1기압에서 작동이 가능하고 온도도 기존보다 훨씬 낮은 100도 수준이면 돼 휘어지는 기판에도 사용할 수 있다. 


연구팀은 실제로 이 기술로 저온 저압 환경에서 머리카락 굵기보다 작은 30~60 μm 크기의 마이크로LED 수천 개를 휘어지는 기판 위에 배치하는 데 성공했다. 이는 신용카드보다 작은 가로세로 5cm 크기의 기판에 100 μm 간격으로 60만 개의 마이크로LED를 배열할 수 있는 수준이다. 기존 상용기술에 비해 집적도를 20배 이상 높였다. 또 영하 40도부터 영상 85도까지의 다양한 환경과 충격에서도 기판이 안정적으로 결합한다는 사실도 확인했다.

 

휘어지는 PET 기판 위에 전도성 접착제를 붙여 휘어지는 마이크로 LED 디스플레이를 만들었다. 한국연구재단 제공
휘어지는 PET 기판 위에 전도성 접착제를 붙여 휘어지는 마이크로 LED 디스플레이를 만들었다. 한국연구재단 제공

김 교수는 “고분자 접착제의 조성 등을 바꿔서 수율을 높여 대형 마이크로LED 디스플레이 상용화 시장에 진출할 계획”이라며 “그 외에 휘어지는 기판에 적용해 웨어러블 소자나 생체삽입형 소자 등으로 적용할 수 있을 것”이라고 말했다.


연구 결과는 소재 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스’ 4월 16일자에 발표됐다.
 

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