접고 구기고 자를 수 있는 ‘종이 LED’ 개발

김윤수 기자
입력 2020.06.04 12:00 수정 2020.06.04 14:30
공정 간단한 ‘질화갈륨 마이크로 LED’… "1000회 이상 작게 말아도 성능 유지"
로봇·웨어러블 기기용 광원 활용 기대

연구팀이 가위로 LED 패널을 레고 미니피규어 다리 형태에 맞게 자른 후 붙여 다양한 자세에서의 LED 발광을 테스트하는 모습. /한국연구재단 제공
연구팀이 가위로 LED 패널을 레고 미니피규어 다리 형태에 맞게 자른 후 붙여 다양한 자세에서의 LED 발광을 테스트하는 모습. /한국연구재단 제공
국내 연구진이 종이처럼 접거나 구기고 가위로 자를 수 있는 발광다이오드(LED) 패널을 개발했다.

한국연구재단은 홍영준·홍석륜 세종대 교수와 김문 미국 텍사스대(UTD) 교수 공동 연구팀은 기판에서 쉽게 분리되며 형태를 자유롭게 바꿀 수 있는 ‘질화갈륨 마이크로 LED’를 개발했다고 4일 밝혔다.

현재 광원으로 널리 쓰이는 LED는 유연하지 못해서 표면이 굴곡진 로봇, 웨어러블 기기에 사용하기에는 한계가 있다. 유연한 LED를 만들기 위해서는 유연한 기판 위에 작은 LED 조각들을 붙여 배열한 후, 이를 다시 분리해 원하는 곳에 옮겨 붙여야 한다. 하지만 기판과 LED가 화학적으로 강하게 결합하기 때문에 이를 분리하기 위해서는 에너지가 강한 레이저나 화학적 식각 과정이 필요하다. 비용이 많이 들고 LED를 손상시키는 문제가 있다.

질화갈륨 마이크로 LED 패널 제조 순서. /한국연구재단 제공
질화갈륨 마이크로 LED 패널 제조 순서. /한국연구재단 제공
연구팀은 그래핀으로 코팅된 사파이어 기판 위에 10~30μm(마이크로미터·100만분의 1미터) 크기의 마이크로 LED 수만개를 고르게 배열하는 방법으로 문제를 해결했다. 그래핀은 LED와 화학적으로 직접 결합하지 않기 때문에 레이저나 화학적 식각 없이 쉽게 분리할 수 있다.

미세한 크기의 LED 배열을 만들어 유연성도 높아졌다. 연구팀은 "반경 1㎜의 작은 원 모양으로 LED 패널을 1000회 이상 돌돌 말았는데도 발광 성능이 그대로 유지됐다"고 설명했다. LED 패널을 접거나 구기고 가위로 자를 수도 있다.

연구팀은 "이번 연구결과가 로봇, 웨어러블 기기 등에 실용화될 수 있도록 마이크로 LED 소자의 위치를 조절할 수 있고 더 작게 제조할 수 있는 방법을 연구할 계획"이라고 했다.

이번 연구성과는 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 4일자로 게재됐다.

왼쪽부터 홍석륜·홍영준 세종대 교수와 연구진. /한국연구재단 제공
왼쪽부터 홍석륜·홍영준 세종대 교수와 연구진. /한국연구재단 제공