최근 BOE 연구팀은 Information Display 저널에 '새로운 패키지 디자인으로 마이크로 LED 디스플레이의 광학 효율 향상'이라는 제목의 논문을 게재했습니다.

마이크로 LED 디스플레이 미세구조 패키징 설계 공정 (이미지 출처: Information Display)

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이 연구에서는 마이크로 LED 칩의 강한 측벽 방출, 낮은 광 에너지 활용 효율, 색상 변화와 같은 산업의 기술적 과제를 성공적으로 해결하는 혁신적인 마이크로 LED 패키징 방안을 제안합니다.

픽셀 크기가 50μm 미만으로 작아짐에 따라 칩 측벽의 상대적 면적이 증가하여 마이크로 LED의 측면 발광이 향상되고 전면 발광이 감소하는 것으로 보고되었습니다. 이로 인해 밝기 손실과 색상 편차가 발생하여 고정밀 디스플레이 환경에서 마이크로 LED의 적용이 제한됩니다.

이 문제를 해결하기 위해 BOE 연구팀은 고굴절률 투명 접착제, 백색 고반사 수지, 마이크로렌즈 어레이, 패턴화된 블랙 매트릭스(BM)로 구성된 복합 패키징 구조를 개발했습니다.

연구진은 Micro LED 칩에 구배 굴절률 층을 도입하여 칩 상단에서 나오는 빛의 출사 각도를 효과적으로 개선하여 임계 각도를 25도에서 최대 65.9도까지 늘리고 상단 광 추출 효율을 크게 높였습니다.

백색 반사 수지는 칩 사이에 이등변 사다리꼴 구조를 형성하여 빛을 집중시키고 산란시켜 0° 시야각에서 밝기를 약 27% 향상시킵니다. 또한, 플라즈마 공정을 통해 잔여 접착제를 제거하여 원활한 빛 방출을 보장합니다.

빛 제어 측면에서 연구팀은 나노임프린트 리소그래피 기술을 사용하여 고정밀 마이크로렌즈 어레이를 제작하여 ±60° 이내에서 빛의 효과적인 수렴을 달성했습니다.

시뮬레이션 결과, 렌즈 곡률이 0.03이고 굴절률이 1.85일 때 빛의 세기가 53% 이상 증가하는 것으로 나타났습니다. 또한, 본 연구에서는 패키징 유리층에 패턴화된 블랙 매트릭스를 도입하여 반사율을 2% 미만으로 효과적으로 낮추고 20,000:1을 초과하는 높은 명암비를 달성하여 디스플레이 품질을 크게 향상시켰습니다.

(a) 마이크로 LED 구조, (b) 칩 내부 광 방출 방향, (c) 광 분포 (이미지 출처: Information Display)

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BOE 연구팀은 이 방식이 광학 효율과 균일성 측면에서 획기적인 발전을 이룰 뿐만 아니라 패키징 신뢰성까지 고려했다고 밝혔습니다. 유리 커버와 OCA(Optically Clear Adhesive) 층의 조합은 방수, 산화 방지, 내마모성을 향상시켜 자동차 디스플레이, AR/VR 헤드셋, 웨어러블 기기 등의 분야에서 마이크로 LED의 양산 적용을 위한 신뢰할 수 있는 경로를 제공합니다.

BOE는 최신 Micro LED 연구 성과를 달성했을 뿐만 아니라 Mini/Micro LED 직접 디스플레이 기술과 응용 분야 개발을 지속적으로 추진하고 있습니다.