Ⅰ. 서론: 마이크로 LED 디스플레이 마이크로 LED(Light Emitting Diode)는 크기가 수 십 μm인 LED를 의미한다. 마이크로 LED는 반도 체 공정으로 제조되어 무기물로 구현되기 때문에 OLED(Organic Light-Emitting Diode)에 비해 높은 명 암비, 빠른 영상구현 속도, 넓은 시야각, 풍부한 색 재현율, 높은 휘도, 저전력, 긴 수명, 높은 신뢰성, 무한한 디스플레이 구현 가능 등의 장점을 보유하 고 있다. 이러한 장점으로 인해 마이크로 LED는 TV, 사이니지 등 대형 디스플레이, 노트북, 패드 등 중형 디스플레이, 스마트폰, 스마트워치 등 소형 디 스플레이, AR(Augmented Reality)·VR(Virtual Reality) 과 같은 마이크로 디스플레이 등 응용 분야가 다양 마이크로 LED 전사, 접합, 그리고 불량 화소 수리 기술 MicroLED Transfer, Bonding, and Bad Pixel Repair Technology 최광성 (K.-S. Choi, kschoi@etri.re.kr) 저탄소집적기술창의연구실 책임연구원/실장 엄용성 (Y.-S. Eom, yseom@etri.re.kr) 저탄소집적기술창의연구실 책임연구원 문석환 (S.H. Moon, shmoon@etri.re.kr) 저탄소집적기술창의연구실 책임연구원 윤호경 (H.-G. Yun, yunhg@etri.re.kr) 저탄소집적기술창의연구실 책임연구원 주지호 (J. Joo, jihojoo@etri.re.kr) 저탄소집적기술창의연구실 선임연구원 최광문 (G.-M. Choi, gmchoi@etri.re.kr) 저탄소집적기술창의연구실 선임연구원 ABSTRACT MicroLEDs have various advantages and application areas and are in the spotlight as next-generation displays. Nevertheless, the commercialization of microLEDs is slow because of high cost as well as difficulties in the transfer, bonding, and bad pixel repairing process. In this study, we review the development trends of transfer, bonding, and defective pixel repair technologies, which are critical for microLED commercialization, focusing on materials that determine these technologies. In addition, we focus on the simultaneous transfer bonding technology developed by the Electronics and Telecommunications Research Institute, which has been attracting enormous research attention recently. KEYWORDS bonding, microLED, repair, smultaneous transfer and bonding, transfer ©2022 한국전자통신연구원 본 저작물은 공공누리 제4유형 출처표시+상업적이용금지+변경금지 조건에 따라 이용할 수 있습니다. * DOI: https://doi.org/10.22648/ETRI.2022.J.370206 * 논문은 2020년도 정부(교육부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구임[2020M3H4A310638313]. 54 전자통신동향분석 제37권 제2호 2022년 4월 하다. 이에 따라 2027년까지 연평균 65%의 성장률 을 기록하며 관련 시장은 710억 달러 규모로 예측 되고 있다[1]. 이와 같은 상황으로 인해 LCD(Liquid Crystal Display)에 이어 OLED에서도 디스플레이 종 주국으로 대접받는 대한민국의 위상에 도전하기 위 해 대만, 중국, 일본, 미국, 유럽이 마이크로 LED 분 야 핵심 기술 개발에 총력을 다하고 있다. 마이크로 LED 제조 공정은 반도체 공법으로 사 파이어 웨이퍼상에서 마이크로 LED를 제조하는 것 으로 시작한다. 제조된 마이크로 LED를 개별 LED 로 분리한 이후 디스플레이 패널 기판으로 옮겨 (전 사) 심는 (접합) 공정을 수행한 이후에 불량 화소를 수리한 다음 이미지를 구현한다. 중간 테스트 과정 을 거쳐 양품의 마이크로 LED만이 디스플레이 화 소로 구성될 수 있도록 한다. 마이크로 LED는 많은 장점이 있지만, 아직 상용 화에 성공했다고 할 수 없다. 그것은 너무나도 비싼 가격 때문이다[2]. 이와 같은 비싼 가격의 원인은 첫 번째 마이크로 LED 자체의 가격이 비싸기 때문이 다. 이 문제를 해결하기 위해 디스플레이 제조 회사 들은 마이크로 LED 크기를 줄이면서도 휘도를 유 지하는 기술 개발에 힘쓰고 있다. 한 번의 반도체 공 정으로 더 많은 마이크로 LED를 생산함으로써 생 산 단가를 줄이려는 전략이다. 두 번째는 옮겨 심는, 다시 말해 전사와 접합 공정비용을 줄이는 기술 개 발에 총력을 다하고 있다. 예를 들어, 8K 디스플레이는 마이크로 LED 수가 약 1억 개 정도 된다. 이것의 전통적인 방법은 Pick and Place 공법으로, 전사 접합하면 약 11년이 걸린 다고 한다[3]. 불량 요인은 마이크로 LED 자체의 품 질 문제, 전사 및 접합 공정의 문제 등으로 인해 상 존한다. 8K 디스플레이에서 99.99%의 수율을 가정 하면 약 1만 개의 불량 화소가 발생하며 임의의 화 소에서 발생한 마이크로 LED를 1개씩 수리하고, 그 수리 시간이 5분의 시간이 걸린다고 하면 총 5만 분, 다시 말해 약 한 달의 시간이 소요되므로 불량 화소 수리 시간을 줄이는 것이 매우 중요하다. 욜 디벨롭 먼트는 2021 SID에서 마이크로 LED 디스플레이 상 용화, 즉 저가격화를 위한 요인과 효과를 다음 4가 지로 분류하였다[4]. 1) 마이크로 LED 크기 축소 2) 수율 향상과 불량 화소 수리 공정 효율화 3) 전사 및 접합 공정의 생산성 증대 및 관련 공정 의 비용 감축 4) 양산 효율 증대 상기에서 각각의 효과를 분석한 결과 1)은 4~70 배, 2)는 1~50배, 3)은 8~120배, 4)는 1.5~2배에 이 른다고 하였다. 이 분석 결과를 보면 마이크로 LED 자체의 가격 을 낮추는 것보다 전사, 접합 공정의 생산성 증대 및 비용 감축과 수율 향상 및 불량 화소 수리 공정 효율 화가 더 효과적임을 알 수 있다. 대한민국이 강점을 가진 양산 효율 증대 부분은 효과가 미비한 수준이 다. 이것이 의미하는 것은 아직 산업계가 받아들일 만한 생산성과 안정성, 그리고 신뢰성을 가진 전사, 접합, 그리고 불량 화소 수리 공법이 개발되지 않았 다고 받아들일 수 있다. 본고에서는 마이크로 LED의 상용화에 있어 가장 중요하지만, 지금까지 해답을 찾지 못하고 있는 전 사, 접합, 그리고 불량 화소 수리 기술 개발 현황에 대해 논하고자 한다. 먼저 전사, 접합에 사용되는 소 재를 살펴본 이후 공정에 대해 논의할 예정이다. 이 는 소재가 공정을 결정하는 가장 핵심 요인이기 때 문이다.