과학기술정보통신부 산하 한국기계연구원(원장 박상진, 이하 기계연)이 세계 최초로 이미지의 왜곡 없이 25% 늘어나는 신축성 메타 마이크로 LED 디스플레이 기술 개발에 성공해 향후 초실감 디스플레이 개발이 기대된다.

기계연은 최근 나노역학장비연구실 장봉균 선임연구원과 연구진은 잡아당기는 방향에 따라 늘어나면서도 이미지 왜곡이 없는 마이크로 LED 신축성 메타 디스플레이 기술을 개발하고, 관련 연구성과를 Advanced Functional Materials에 발표했다고 14일 밝혔다.

이번 성과는 과학기술정보통신부 글로벌프론티어 사업 파동에너지극한제어연구단(연구단장 이학주, 이하 연구단)의 지원을 받아 2019년도 수행하고 있는 ‘Micro-LED 기반 메타 디스플레이 기술 개발’ 과제를 통해 개발됐다. 기계연 나노역학장비연구실은 2008년부터 마이크로 LED 전사 기술을 연구하고 있다.

연구진은 자연계에 존재하지 않는 역학적인 특성을 갖는 역학 메타물질의 설계와 제조 기술을 활용해 세계 최초로 신축 디스플레이를 잡아당겨도 이미지의 왜곡이 없는 3인치급 마이크로 LED 메타 디스플레이를 구현했다.

고무와 같이 자연계의 신축성이 있는 물질 대부분은 가로 방향으로 늘렸을 때, 세로 방향으로는 줄어든다. 따라서 신축성 디스플레이를 구현했을 때, 표시된 이미지가 왜곡된다. 이는 신축 디스플레이도 마찬가지였다.

연구팀은 오랜 연구개발을 통해 축적된 유연 전자 소자와 메타 구조체의 역학적 설계 기술을 바탕으로 물질을 길이 방향으로 늘렸을 때 폭 방향으로 줄어드는 비율(푸아송 비율)이 -1인 메타 물질을 설계했다. 이를 회로 기판에 적용하면 이미지가 일그러지지 않을 뿐만 아니라 높은 신축성과 균일한 변형을 갖는 디스플레이를 만들 수 있다.

연구팀은 세계 최고 수준의 대면적 마이크로 LED 롤 전사 기술에 역학 메타물질 설계 및 제조 기술을 적용해 이번 메타 디스플레이 제조 기술을 개발했다. 또한 이번 성과를 바탕으로 초실감 메타버스용 마이크로 LED 디스플레이에 관한 후속 연구를 추진할 계획이다.

아울러 현재 성장하고 있는 Mini-LED 산업과 그래핀 산업에 대응하기 위해, 연구소기업 YTS Micro-Tech과 MCK-Tech를 설립해 보유 기술의 실용화를 추진하고 있다.

장봉균 선임연구원은 “신축성 디스플레이가 지니는 근본적인 이미지 왜곡 문제를 메타구조체를 이용하여 해결한 것”이라며 “앞으로 메타 디스플레이 기술이 다양한 전자제품에 활용될 수 있도록 기술 상용화를 위해 노력하겠다”고 말했다.