차세대 주류 디스플레이 기술인 마이크로 LED에 대해 알아보세요.

현대 사회에서 디스플레이 기술은 스마트폰, VR/AR 기기, 웨어러블 제품, 차량용 디스플레이, 태블릿/컴퓨터, 레이저 프로젝션 등 다양한 분야에 걸쳐 정보 교환의 핵심 수단으로 자리 잡았습니다.

 

마이크로 LED이 기술은 '차세대 주류 디스플레이 기술'로 알려져 있으며, 개발 및 산업화가 가속화되고 있고 시장 기회도 증가하고 있습니다.

국내 주요 기업들의 배치도

 

톈마 마이크로일렉트로닉스는 2017년부터 마이크로 LED 기술에 투자해 왔으며, 높은 PPI, 높은 밝기 및 높은 효율에 집중하고 있습니다. 투명 디스플레이이 회사는 업계를 선도하는 여러 마이크로 LED 제품을 출시했습니다.

 

2022년, 톈마는 대량 이송부터 디스플레이 모듈까지 마이크로 LED의 전 공정을 아우르는 생산 라인 구축에 투자했습니다. 전 세계적으로 상용 기술이 없는 상황에서 레이저 공정과 맞춤형 장비를 활용하여 완전 자동 생산을 실현했습니다. 이 라인은 2024년 6월 26일 첫 가동에 성공했으며, 이 기간 동안 협력 업체들과 함께 30개 이상의 생산 장비와 자재를 개발했습니다.

1월 31일, BOE 화칸 광전자공학 주하이 마이크로 LED 웨이퍼 제조 및 패키징 테스트 기지 프로젝트가 완료되었습니다. 약 217에이커(약 86만 제곱미터) 면적에 약 20억 위안(약 3조 2천억 원)이 투자된 이 프로젝트는 2024년 9월 첫 제품을 가동할 예정이며, 올해 12월부터 양산에 돌입하여 향후 연간 5만 8,800개의 웨이퍼를 생산할 계획입니다.마이크로 LED웨이퍼.

자료에 따르면 2023년 마이크로 LED 칩 시장 규모는 약 3,200만 달러였으며, 2025년에는 전 세계 마이크로 LED 시장 규모가 35억 달러를 넘어설 것으로 예상되고, 2027년에는 100억 달러를 돌파할 것으로 전망됩니다.

 

마이크로 LED - 차세대 주류 디스플레이 기술

 

마이크로 LED(mLED 또는 μLED라고도 함)는 마이크론 크기의 전기발광 단위로 구성된 소자입니다. 대량 전사 기술을 통해 이러한 단위들을 경질 또는 연질 기판으로 전사한 후 보호층과 전극으로 패키징할 수 있습니다.

마이크로 LED 디스플레이 원리

 

마이크로LED 기술의 핵심은 픽셀 구조에 있습니다. 각 픽셀은 빨강, 초록, 파랑의 기본 색상 서브픽셀로 구성되어 있으며, 각 서브픽셀은 독립적으로 제어되어 디스플레이의 밝기, 색상, 명암을 정밀하게 조절할 수 있습니다. 마이크로LED 디스플레이 시스템에서 각 LED에서 방출된 빛은 렌즈와 거울을 거쳐 디스플레이 화면의 픽셀을 형성하고, 컬러 필터를 통해 원하는 색상 표현을 구현합니다. 이 기술의 장점은 매우 높은 밝기, 명암비, 색 정확도를 제공할 수 있다는 점입니다.

 

또한 마이크로 주도의어레이는 수직으로 교차 배열된 양극 및 음극 그리드 전극을 통해 각 마이크로 LED의 양극 및 음극에 연결됩니다. 이러한 연결을 통해 특정 순서로 전극 라인을 활성화하여 마이크로 LED를 스캔 방식으로 점등시켜 이미지를 표시할 수 있습니다.

마이크로 LED 공정

 

마이크로 LED는 박막, 소형화 및 어레이 공정을 통해 제작된 LED 구조로, 크기는 약 1~100μm입니다. 이 기술은 마이크로 LED를 회로 기판(경질 또는 연질, 투명 또는 불투명)에 일괄적으로 전사하는 과정을 포함합니다. 다음으로, 물리적 증착 공정을 통해 보호층과 상부 전극을 추가하고, 마지막으로 상부 기판을 패키징하여 마이크로 LED 디스플레이를 제작합니다.

마이크로 LED 디스플레이는 입자 크기, 패키지, 통합 공정, 백플레인 및 구동 방식 측면에서 기존 LED 디스플레이와 근본적으로 다릅니다.

 

마이크로 LED 제조 공정은 주로 다음과 같은 단계를 포함합니다.

 

첫째, LED 결정은 미세가공 공정 기술을 통해 박막화, 소형화 및 어레이화됩니다.

현재 반도체 및 칩의 소형화 공정은 한계에 다다르고 있지만, 마이크로 LED 공정은 여전히 ​​성장 가능성이 매우 큽니다. 마이크로 LED 공정에는 주로 칩 레벨 용접, 에피택셜 레벨 용접, 필름 전사의 세 가지 방식이 사용됩니다.

 

칩 본딩(칩 레벨 본딩)

 

칩 레벨 용접은 LED를 마이크론 크기의 마이크로 LED 칩으로 분할한 후 SMT 또는 COB 기술을 사용하여 디스플레이 보드에 접합하는 방식입니다. 이 방법은 전송 간격을 조절할 수 있지만 일괄 처리는 불가능합니다.

 

SMT(표면 실장 기술)는 리플로우 용접이나 딥 용접과 같은 용접 조립 방식을 사용하여 칩 부품을 PCB 또는 기타 기판 표면에 장착하는 전자 조립 분야에 널리 사용됩니다. 조립 과정에는 재료 검사, 스크린 페이스트 도포, 패치 작업, 건조, 리플로우 솔더링, 세척, 플러그인, 웨이브 솔더링, 재세척, 검사 및 수리가 포함됩니다.

 

COB는 LED 웨이퍼를 PCB 상에 직접 패키징하여 셀 단위로 결합하는 소형 픽셀 피치 디스플레이 기술입니다. SMD 기술과 비교했을 때, COB 패키징 기술은 고유한 장점을 가지고 있습니다.

웨이퍼 접합(에피택셜 용접)

 

에피택셜 레벨 용접은 유도 결합 플라즈마 이온 에칭(ICP) 기술을 이용하여 LED 에피택셜 박막층 위에 마이크로미터 레벨의 마이크로 LED 에피택셜 박막 구조를 직접 형성하는 방법입니다. 이 구조의 고정된 간격은 디스플레이 픽셀에 필요한 간격입니다.

 

그다음, 에피택셜 층과 기판을 포함하는 LED 웨이퍼를 구동 회로 기판에 직접 연결하고, 물리적 또는 화학적 메커니즘을 이용하여 기판을 제거함으로써 4~5μm 두께의 마이크로 LED 에피택셜 필름 구조만 남겨 구동 회로 기판 상에 디스플레이 픽셀을 형성한다. 이 방법의 장점은 일괄 전사가 가능하다는 것이지만, 단점은 전사 간격을 조절할 수 없다는 것이다.

박막 전사 박막 전사

 

LED 기판은 물리적 또는 화학적 방법을 통해 제거되며, 마이크로 LED 필름 층은 임시 기판을 사용하여 고정됩니다. 그런 다음 유도 결합 플라즈마 에칭을 통해 마이크론 구조를 형성합니다. 또 다른 방법은 먼저 에칭한 후 LED 기판을 박리하는 것입니다. 구동 회로의 표시점 간격 요구 사항에 따라 선택적 전송 도구를 사용하여 마이크로 LED 필름을 드라이버 보드로 일괄적으로 전송하여 표시점 조립을 완료합니다. 이 공정은 저비용이며, 디스플레이 보드의 크기에 제한이 없고, 대규모로 적용할 수 있습니다.

 

둘째, 회로기판으로 일괄 이송 - 대량 이송 기술

 

마이크로 LED 기술의 핵심은 매우 작은 발광체를 칩에 고밀도로 집적하는 것인데, 이를 위해서는 특수 공정인 대형 마이크로 전송(대형 전송이라고도 함) 기술이 필요합니다.

이 기술은 수백에서 수천 개의 LED 소자를 작은 TFT 회로 기판에 정밀하게 납땜하는 것을 포함하며, 극히 낮은 불량률을 요구합니다. 이러한 목표를 달성하기 위한 다양한 기술들이 개발되고 있지만, 대량 전사 방식은 아직 양산 단계에 있는 기술입니다.

물질 전달 기술은 정밀 포착, 자가 조립, 선택적 방출 및 전달의 네 가지 범주로 나뉩니다.

 

고채도 및 고해상도 스크린에 대한 시장 수요가 증가함에 따라 마이크로 LED 컬러화는 연구의 주요 관심사로 떠올랐습니다. 현재 주요 구현 방법에는 다음과 같은 것들이 있습니다.RGB 3색 LED 방식, UV/청색 LED 발광 매질 방식 및 광학 렌즈 합성 방식.

증강현실(AR)/가상현실(VR) 시장이 지속적으로 성장함에 따라 기존 LCD 및 OLED 디스플레이로는 더 이상 충족할 수 없는 고성능 패널에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 시장은 성능을 향상시키고 미래 발전 기준을 충족할 수 있는 새로운 디스플레이 기술을 시급히 필요로 합니다. 이러한 요구를 충족할 수 있는 강력한 대안으로 떠오르는 것이 바로 마이크로 LED 기술입니다.