[디지털데일리 김도현기자] 삼성전자 SK하이닉스 삼성디스플레이 LG디스플레이는 세계 반도체·디스플레이를 주도하고 있다. 하지만 이를 만들기 위한 소재·부품·장비(소부장)는 해외의존도가 높다. 지난 10여년 줄곧 지적했던 문제다. 일본 수출규제는 한국 기업의 약점을 부각했다. <디지털데일리>는 소부장 육성을 위해선 무엇이 필요한지, 우리 기업은 어떤 노력을 하고 있는지 등 유망기업을 만나 현장의 목소리를 들어봤다.<편집자주>

차세대 디스플레이로 불리는 마이크로발광다이오드(LED)의 기술 진전이 이뤄지고 있다. 액정표시장치(LCD), 유기발광다이오드(OLED) 등을 대체할 시점이 가까워진 상황이다.

마이크로LED는 말 그대로 작은 LED다. 크기가 100마이크로미터(㎛) 이하, 기판으로부터 분리된 얇은 박막 형태다. OLED와 달리 무기물로 구성돼 신뢰성, 효율, 속도 등에서 더 우수하다. 빠른 응답으로 가상현실(VR) 기기에 적합하다. OLED 대비 10~100배 이상 밝아, 활용도가 높다. OLED의 단점으로 꼽히는 번인(burn-in) 현상도 일어나지 않는다. 다만 LCD, OLED 대비 기술성숙도와 가격 부분에서 뒤처진다.

마이크로LED 공정은 크게 4가지로 나뉜다. ▲에피 소재 성장 ▲마이크로LED 칩 제조 ▲인터포저 ▲대량 전사 등이다. 인터포저는 사파이어 기판 위 마이크로LED를 분리, 임시기판 위에 재정렬하는 공정이다. 전사는 각각의 마이크로LED를 디스플레이 기판 상부로 전달하는 작업이다.

이 가운데 인터포저 및 전사 기술의 개발과 성숙이 부족하다. 가격이 높은 이유다. 2가지 기술이 발전하면, 원가 절감이 가능하다는 뜻이다.

최근 경기도 수원시 한국나노기술원에서 만난 엘씨스퀘어는 인터포저 기술 및 관련 장비 납품을 준비하고 있었다. 엘씨스퀘어는 한국나노기술원의 연구원 창업 지원 제도를 통해 설립된 1호 업체다. 최재혁 엘씨스퀘어 최고기술책임자(CTO)는 지난 2017년 레이저를 이용한 인터포저 관련 원천기술을 개발했다.

최 CTO는 “일반적으로 마이크로LED는 사파이어 기판 위에서 만들어진다”며 “갈륨나이트라이드(GaN) 박막을 이용해 성장, 증착 과정을 거쳐 완성된다”고 설명했다. 칩 양산 자체는 어렵지 않다. 따라서 가격 경쟁력에서 우위인 중국 업체들이 대부분 제공한다.

기판 위 마이크로LED 칩은 1200도(℃)에서 성장, GaN 박막과 한 몸처럼 붙어있다. 물리적인 힘으로 분리할 경우, 칩에 손상을 입힐 수 있다. 엘씨스퀘어는 레이저 방식을 통해 칩을 분리한다. 자체 제작한 장비로 레이저를 쏘면, 박막이 Ga(갈륨)과 질소(N)으로 분해된다. 이 과정에서 칩이 떨어진다. 칩을 온전하게 분리하는 것이다.

떼어낸 칩은 특수 필름이 부착된 임시기판 위로 이동한다. 해당 필름은 엘씨스퀘어의 특허 기술이 포함됐다. 인터포저 상태에서 레이저 장비를 이용, 마이크로LED 칩을 패널 위로 전사한다. 특수 필름은 접착력이 강하지 않기 때문에 레이저 세기를 약하게 해서 분리시킨다. 이 과정을 거치면 삼성전자, 소니, TCL 등이 마이크로LED 제품을 만들 수 있는 상태가 된다.

현재 대만 플레이나이트라이드가 인터포저 기술을 공급하고 있다. 삼성전자 마이크로LED TV ‘더 월 럭셔리’ 등에 플레이나이트라이드 기술이 제공됐다. 엘씨스퀘어는 후발주자지만 자신감이 있다. 최 CTO는 “경쟁사는 반도체 공정을 이용해 과정이 복잡하고, 원가가 높다”면서 “엘씨스퀘어는 특수 필름 등을 이용, 제조 공정을 단순화했다”고 강조했다.

엘씨스퀘어는 기술 개발을 완료, 고객사들과 계약 협의하고 있다. 최 CTO는 “일본과 중국 업체들의 문의가 계속 들어오고 있다”며 “인터포저 기술은 물론 관련 장비도 납품할 계획”이라고 밝혔다.

한편 시장조사업체 IHS마킷에 따르면 올해 마이크로LED 디스플레이 출하량은 1000대 미만이다. 내년도 비슷할 수준으로 예상된다. 하지만 이후 성장세를 보이며, 2026년에는 출하량이 1550만대에 달할 것으로 전망했다.

<김도현 기자>dobest@ddaily.co.kr