2019. 7. 11산업테마 2019-10

이 보고서는 코스닥 기업에 대한 투자정보 확충을 위해 발간한 보고서입니다.

산업테마보고서

마이크로 LED 디스플레이

요약

산업 생태계 분석

업계 환경 분석

기술 심층 분석

작 성 기 관 NICE평가정보(주) 황인호 책임연구원작 성 자

■ 본 보고서는 「코스닥 시장 활성화를 통한 자본시장 혁신방안」의 일환으로 코스닥 기업에 대한

투자정보 확충을 위해, 한국거래소와 한국예탁결제원의 후원을 받아 한국IR협의회가 기술신용

평가기관에 발주하여 작성한 것입니다.

■ 본 보고서는 투자 의사결정을 위한 참고용으로만 제공되는 것입니다. 또한 작성기관이 신뢰할

수 있는 자료 및 정보로부터 얻은 것이나, 그 정확성이나 완전성을 보장할 수 없으므로 투자

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지 않습니다.

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급성장이 예상되는 차세대 디스플레이 산업

마이크로 LED 디스플레이

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급성장이 예상되는

차세대 디스플레이 산업

▶ 마이크로 LED의 우수한 성능을 기반으로 다양한 산업과 연계

▶ 기존 디스플레이 시장을 대체하며 급성장 예상

▶ 마이크로 LED 관련 기술선점을 위한 연구개발

마이크로 LED의 우수한 성능을

기반으로 다양한 제품과 연계

마이크로 LED(Light Emitting Diode) 디스플레이는 수~수십 마이크

로 수준의 LED 칩 자체를 하나의 광원으로 사용하여 구현한 제품이다.

기존의 유기물 기반의 OLED(Organic LED)와는 달리 무기물 재료의

특성상 휘어질 때의 깨지는 단점을 극복할 수 있으며, 유연한 기판에

마이크로 LED 칩을 전사함으로써 신축성 있는 디스플레이 구현이 가능

하다. 또한, 기존 디스플레이 대비 마이크로 LED는 전력 효율이 높고

응답시간이 짧고, 수명이 긴 장점이 있다. 이러한 특징으로 인해 마이크

로 LED 디스플레이는 스마트워치, 스마트글래스, 증강현실 기기 등에

적합하다. 한편, 마이크로 LED는 기존의 디스플레이가 갖는 대형화의

한계를 극복하고 TV, 디지털 사이니지 시장에서도 주목을 받고 있다.

기존 디스플레이 시장을

대체하며 급성장 예상

세계 마이크로 LED 시장은 2018년 348백만 달러를 기록하였고 연평

균 78.6% 성장하여 2025년에는 20,158백만 달러 규모를 형성할 것으

로 전망된다. 스마트폰, 스마트워치 등이 포함된 중소형 디스플레이에서

마이크로 LED 기반의 디스플레이는 전체 시장규모의 81%를 차지할

것으로 예상되며, 2025년에는 15,930백만 달러 규모의 시장을 형성할

것으로 기대된다. 한편, 증강현실에 사용될 초소형 디스플레이는 마이크

로 LED의 고휘도 및 저전력 특징을 활용한 제품이 출시되어 시장이 확

대될 것으로 예상되며, 옥외용 광고판과 같은 초대형 디스플레이에도

적용되어 성장할 것으로 전망된다.

마이크로 LED 관련 기술선점을

위한 연구개발

애플은 마이크로 LED 디스플레이 제조 기술확보를 위해 적극적인 업체

중 하나로, LuxVue를 인수하면서 기술력을 확보하였고, 차세대 애플

제품에 적용하기 위해 꾸준히 노력 중이다. 애플은 스마트폰, 스마트워

치와 같은 중소형 제품에 집중하고 있는 것으로 보인다. 한편, 세계 최

대 OLED 디스플레이 제조사인 삼성은 PlayNitride의 지분을 인수하여

기술력을 확보하는 한편, 대형 디스플레이에 적극적인 모습을 보이며

CES에서 마이크로 LED 디스플레이 제품을 공개하였다. 그러나 마이크

로 LED 디스플레이를 제품화하기 위한 생산 기술에 관한 연구가 필요

한 상태이다. 마이크로 LED 칩을 제조하는 과정인 에피 성장, 칩 기판

분리 기술 등에 대한 고도화가 요구되며, 대량의 LED 칩을 고속으로

전사하여 디스플레이를 구성할 수 있는 기술도 요구된다. 국내에는 한

국기계연구원과 한국광기술원 등에서 생산 기술을 연구하고 있다.

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Ⅰ. 산업 생태계 분석

마이크로 LED

디스플레이 정의

마이크로(Micro, ) LED(Light Emitting Diode) 디스플레이는 가로, 세로 각각

마이크로미터() 이하의 초소형 LED를 회로기판에 이송 및 실장하여 LED

자체를 화소로 활용하는 제품이다.

LED 칩은 수십 마이크로 수준으로 작게 만들면 무기물 재료의 특성상 휘어질 때

깨지는 단점을 극복할 수 있으며, 유연한 기판에 LED 칩을 전사함으로써 유연성

을 부여하여 플렉서블 디스플레이, 스마트 섬유(섬유+LED), 인체부착 및 삽입형

의료기기, 바이오 컨텍트 렌즈, HMD(Head Mounted Display) 및 무선통신 분야

에 이르기까지 다양한 산업에 활용될 수 있다. 기존 LED와 마이크로 LED를 비교

하면 [표1]과 같다.

[표1] 기존 LED와 마이크로 LED 비교

구분 기존 LED 마이크로 LED

형태

∼ ∼

제조공정5단계

(에피-칩-패키지-모듈-시스템)

3단계(에피 – 칩 –

모듈/시스템 통합)

성능기준: 형광등

(소비전력: 30W, 효율: 80lm/W)

소비전력: 13W

효율 :185lm/W

소비전력: 10W

효율 :230lm/W

기술수명 성숙기 도입기

*출처: 중소기업 기술로드맵 전략보고서 디스플레이, 2017,

Yole development , MicroLED Displays Report, 2017, NICE평가정보 재가공

마이크로 LED는 기존의 LCD(Liquid Crystal Display)와는 달리, 백라이트 없이

LED 칩이 적녹청(RGB: Red, Green, Blue) 색을 표현하기 때문에 다양한 형태의

플렉서블 디스플레이를 구현할 수 있고, 저전력화, 경량화, 소형화가 가능하다는

장점이 있으며, 집적화 및 유연화에 의한 신기능 및 융합 신제품 창출이 가능하다.

마이크로 LED 디스플레이

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[그림1] 마이크로 LED를 이용한 디스플레이 구현 개략도

LED 칩 성장 칩 분리 칩 전사

*출처: Yole Development MicroLED Displays Report(2017), NICE평가정보 재가공

기존의 대표적인 디스플레이인 LCD, LCD의 단점을 극복하고 급성장 중인

OLED(Organic LED)와 마이크로 LED 디스플레이를 비교하면 [표2]와 같다.

[표2] 마이크로 LED 주요 특징

마이크로 LED OLED LCD

매커니즘 자체발광 자체발광 백라이트(LED)

시감도 높음 낮음 보통

휘도(cd/m2)~105(full color)~107(blue/green

color)

1,500(full color)~103(yellow)

3,000(full color) ~

104(green)

명암비 매우높음>10,000:1 매우높음>10,000:1 200:1

응답시간 nanosecond (ns) microsecond (μs) milisecond (ms)

관리온도 -100~120℃ -50~70℃ 0~60℃, 히터필요

내충격성 보통 높음 보통

수명 길다 보통 보통

비용 높음 낮음 낮음

*출처: 미래에셋대우 리서치센터, 2017

마이크로 LED의 전력 효율은 기존의 디스플레이 보다 높기 때문에 웨어러블 기기

나 스마트워치, VR/AR과 같은 소형 디바이스에서 경쟁력을 가질 수 있을 것으로

기대된다. 또한, 마이크로 LED 디스플레이는 OLED와 달리 직물과 같은 한층 다양

한 종류의 소재를 기판으로 사용할 수 있다는 점에서 현재 플렉서블 디스플레이의

최종 진화 단계인 신축성 있는 디스플레이 구현에 더욱 적합하다는 의견도 존재한

다. 한편, LCD, OLED는 200인치 이상의 초대형 디스플레이 양산이 곤란하였으나

소니에서 마이크로 LED를 활용하여 대형 디스플레이 구현이 가능함을 보였다.

산업테마보고서

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마이크로 LED

산업의 범위 및

특징

마이크로 LED 디스플레이 제조의 핵심은 마이크로 LED 제조와 이를 이용한 디스

플레이 제조 기술로 나뉜다. 우선, 마이크로 LED는 전력 소모 측면에서 OLED 대

비 약 5배 이상 개선되어, 기존 디스플레이보다 전력소모가 매우 적어 대용량 배

터리 탑재가 어려운 스마트워치, 스마트글래스 등의 소형 디스플레이에 유용할 것

으로 예상된다.

[그림2] 마이크로 LED 적용 사례

*출처: 중소기업 기술로드맵 전략보고서 디스플레이, 2017

마이크로 LED는 이외에도 4차 산업혁명 시대 신산업 분야인 전기․자율주행차, 사

물인터넷(IoT, Internet of Things) 가전, 항공, 드론, 로봇, 스마트 선박 등과 융

합을 통한 시장 창출 효과가 있을 것으로 기대된다. 한국신용정보원 자료에 의하면

마이크로 LED 산업은 도입기 산업으로 다음과 같은 특징을 갖는다.

[표3] 마이크로 LED 산업 특징

특징 내용

도입기 산업

▪ 마이크로 LED는 스마트 디바이스나 TV에 이용이 고려되

고 있는 기술로, 화질을 향상시키기 위한 경쟁이 치열하고, 플

렉서블 디스플레이에 적용하기 위해 연구되고 있는 시장 수명

주기상 도입기에 위치하고 있음.

대규모 장치 산업

▪ 마이크로 LED는 설비투자 중 장비 투자비중이 60% 이상

으로, 규모의 경제와 생산비용 효율화를 위해 대규모 생산설비

투자가 중요한 대규모 장치 산업임.

활용도가 다양한

산업

▪ 마이크로 LED는 기존 디스플레이 장치를 대체하고, 광통

신이나 의료기기용 광원, 차량용 헤드램프, 디스플레이 등 활

용처가 다양한 산업임.

기술집약적 산업▪ 마이크로 LED(광원) 제조 기술과 전사 기술 등 시장진입을

위해 기술개발과 지적재산권을 통한 보호가 필수적인 산업임.

*출처: 한국신용정보원 기술보고서

마이크로 LED 디스플레이

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마이크로 LED 디스플레이 산업에는 높은 가격 및 기술적 과제 등의 상용화 걸림돌

이 존재한다. TV 등에 사용되는 대형 디스플레이와는 달리 크기는 작으나 높은 해

상도를 요구하는 디스플레이를 구현하기 위해서는 높은 픽셀 밀도가 요구된다. LED

크기를 줄일수록 더욱 높은 픽셀 밀도를 구현할 수 있는데 4인치 웨이퍼를 기준으

로 10 칩을 증착하면 5,000만 개의 픽셀 구현이 가능하므로 적어도 5까지

LED를 소형화해야 초고화질을 위한 1억 4,000만 개의 픽셀 구현이 가능하다.

[표4] 디스플레이 구현을 위한 마이크로 LED 칩 수

해상도 픽셀 수 / LED칩 수

FHD ×× / 약 6.2백만 개

4K UHD ×× / 약 24.9백만 개

8K UHD ×× / 약 99.5백만 개

16K UHD ×× / 약 398.1백만 개

*출처: NICE평가정보

마이크로 LED 디스플레이는 마이크로 LED 칩 자체가 픽셀을 구성하므로 고해상

도 및 대형 디스플레이 구현 시 많은 양의 마이크로 LED가 필요하여 원가 부담의

요인이 된다. 마이크로 LED 칩의 생산, 칩을 기판 위에 올리는 전사 기술 등의 공

정기술에 관한 연구도 지속되고 있다. 대량 전사와 이에 따른 칩 이송 속도, 피치

일관성 등을 보장받을 수 있는 기술개발이 요구되고 있다.

해외시장 현황 MarketandMarkets(2018)에 따르면 마이크로 LED 시장은 2018년(348백만 달

러)에서 연평균 78.6% 성장하여 2025년에는 20,158백만 달러 규모를 형성할 것

으로 예상된다.

[그림3] 세계 마이크로 LED 시장규모

*출처: MarketsandMarkets(2018), 한국신용정보원, NICE평가정보 재가공

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디스플레이 크기에 따른 시장규모를 살펴보면, 초소형 디스플레이는 증강 혼합현실

분야 등에 near-to-eye 디스플레이(눈 가까이에서 기능을 수행하는 포괄적인 개

념의 스마트 제품)로 적용될 것으로 예상되며, 2019년에 시장이 개화하여 2025년

에는 약 2.8억 달러 규모의 시장이 형성될 것으로 예측된다. OLED 기반의 초소형

디스플레이보다 시장진출이 늦으나 야외에서 활용이 가능한 고휘도 저전력 제품이

적용되어 시장이 확대될 것으로 예상된다.

중소형 디스플레이에서 마이크로 LED 디스플레이는 중소형 디스플레이 시장의

81%를 차지할 것으로 예상된다. 해당 제품으로는 스마트워치, 스마트폰 등이 있

고, 2021년에 본격적으로 적용될 것으로 기대되며, 연평균 115.9%로 성장하여

2025년에는 159억 달러 규모의 시장을 형성할 것으로 예상된다.

광고판, 비디오월 등의 퍼블릭 디스플레이로 명명되는 대형 디스플레이는 소니, 삼

성전자, 파나소닉, 크리스티, Leyard Optoelectronics, Deepsky 등에서 시장을

주도하여 2017년 2.53억 달러에서 2025년 8.7억 달러 규모의 시장이 형성될 것

으로 예상된다.

[그림4] 마이크로 LED가 적용된 세계 초대형 디스플레이 시장규모

*출처: Micro-LED market, Global forecast to 2025, MarketsandMarkets,

NICE평가정보 재가공

국내시장 현황 MarketandMarkets 시장 보고서에 따르면, 국내 마이크로 LED 디스플레이 시장

규모는 2017년 기준 약 110억 원에서 2025년 기준 약 11조 원 규모로 성장할

것으로 예상된다. 국내 중대화면 마이크로 LED 디스플레이 시장은 2016년 89억

원에서 연평균 84.2%씩 성장하여 2021년에는 3,475억 원의 시장규모를 형성할

것으로 전망된다.

마이크로 LED 디스플레이

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[그림5] 국내 중대화면 마이크로 LED 디스플레이 시장규모

*출처: Micro-LED market, Global forecast to 2025, MarketsandMarkets,

국내 시장을 세계시장의 3.9%(2017년 기준)으로 산정, NICE평가정보 재가공

중대형 디스플레이용 FHD 패널을 위한 100 이하 마이크로 광원 및 소자 집적

화 기술 개발은 연구개발 4년, 사업화 2년이 경과 한 후, 시장에 진입하는 시기는

2024년으로 예측되며 2028년까지 중대화면 국내 시장 점유율은 40%, 국외 시장

점유율은 18.7%로 예상된다.

[표5] 국내 마이크로 LED 디스플레이 예상 시장 점유율 (단위 : %)

구분 2025 2026 2027 2028 CAGR

내수시장 20 40 60 70 40

*출처: 중소기업 기술로드맵 전략보고서 디스플레이, 2017

산업테마보고서

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포트폴리오 분석 마이크로 LED 디스플레이와 관련이 있는 종목으로 포트폴리오를 구성하였을 때

주식수익률을 확인할 수 있다. 기업뉴스, IR자료, 사업보고서 등에 기업이 마이크

로 LED 디스플레이와 관련한 사업을 진행하고 있다고 언급된 수준을 기반으로 하

였다. 각 문서에 언급된 빈도 등에 따라 종목별 마이크로 LED 디스플레이 관련도

를 계산하여 TOP 15개 종목을 선정하였다. 마이크로 LED 디스플레이를 주제로

포트폴리오 구성 시 최근 3년간 수익률은 [그림6]와 같다. 종목별 동일 비중으로

구성하고, 매분기말 리밸런싱하며, 거래비용은 없는 것으로 가정하였다. 벤치마크

지수는 KOSDAQ지수로 두었다.

마이크로 LED 디스플레이 포트폴리오 지수는 벤치마크를 능가하는 성과를 나타내

고 있으며, 전반적으로 벤치마크와 유사한 변동추이를 보이고 있다. 수익률(연평

균)은 13.82%, 수익률의 표준편차는 22.31로 벤치마크 대비 높은 수준을 나타내

고 있으나, CAPM(베타)는 0.74로 벤치마크 대비 낮은 수준을 보였다.

[그림6] 포트폴리오 성과 분석항목 포트폴리오 벤치마크(KOSDAQ)

수익률(연평균) 13.82% 3.49%표준편차 22.31 19.44샤프비율 0.56 0.11

CAPM(알파) 11.45 0CAPM(베타) 0.74 1

최대하락폭-38.23%

(18.1.29~ 18.10.29)

-32.07%

(18.1.29~18.10.29)

마이크로 LED 디스플레이

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Ⅱ. 업계 환경 분석

마이크로 LED

관련 업계 현황

차세대 디스플레이 기술로 마이크로 LED는 성능과 융합산업 활용도 측면에서 최

적의 광원으로 평가받고 있으나 제품 구현을 위한 다양한 기술개발이 요구되는 실

정이다. 글로벌 기업들은 기존 보유 기술의 한계를 극복하기 위해 에피 성장, LED

칩 분리 등과 기판에 LED 칩을 옮기는 전사기술을 빠르게 연구하는 한편, 인수합

병을 통한 기술 확보도 활발하게 이뤄지고 있다.

애플과 소니 등의 글로벌 기업은 활발한 투자 또는 인수합병을 통해 최고 수준의

기술력을 보유한 것으로 평가된다.

[표6] 국가별 마이크로 LED 기술격차 (최대 100점 기준)

구분 한국 미국 일본 유럽 중국 평균

기판 93 97 100 91 83 92.8

소재 70 100 95 90 50 81

디스플레이 80 90 90 85 75 84

장비 83 100 97 100 74 90.8

*출처: 한국산업기술평가관리원 16년 기술수준 조사

해외 업체 동향 세계 최대 디스플레이 수요 기업 중 하나인 애플이 중소형 마이크로 LED 디스플

레이가 탑재된 제품을 출시하기 위한 개발을 진행 중으로 파악되고, 소니는 대형

마이크로 LED 디스플레이 시장에 진입하기 위해 노력 중이다.

[미국/애플]은 마이크로 LED에 가장 적극적인 관심을 보이는 기업 중 하나로,

2014년 5월 LuxVue Technology를 인수하였고, 대만의 경제전문지 경제일보는

애플이 터치 타이완 2018 스마트 디스플레이 행사에서 AUO와 징디안과 비밀리

에 만나 차세대 디스플레이 기술 관련 만남을 보도한 바 있다.

애플은 스마트워치, 스마트글래스 등 신기술/신제품에 적용한 마이크로 LED 디스

플레이 개발이 주목적으로 파악된다. AR 기반 웨어러블 기기인 스마트글래스(가칭

iGlass)를 개발 중이며, 일부에서는 2020년에 출시할 것으로 예상하고 있다.

2017년에 열린 세계 개발자 컨퍼런스(WWDC)에서는 개발자들이 아이폰 및 아이

패드용 AR과 VR 애플리케이션을 개발할 수 있는 AR 키트(KIT)가 공개되었고,

애플의 AR 기기에 대해 구체적으로 언급되진 않았지만, 독자적으로 설계한 디스플

레이와 프로세서 칩, 운영체제를 탑재할 것으로 알려졌다.

애플은 디스플레이 관련해서는 삼성전자와 LG전자에 의존하는 상황으로 전개되고

있어, 한국에 대한 디스플레이 의존도를 탈피하기 위한 전략으로 마이크로 LED

디스플레이 개발에 적극적인 것으로 해석되기도 한다.

산업테마보고서

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[일본/소니]는 애플과는 달리 마이크로 LED가 OLED 대비 대형화에 유리한 장점

을 활용하여 TV, 사이니지 등의 대형 제품에 집중하고 있다. 소니는 CLEDIS라는

이름으로 개발을 추진하고 있으며, 2016년 5월 대형스크린을 공개하는 등 상업용

디스플레이 시장을 주요 목표로 개발되고 있다.

CLEDIS는 적녹청(RGB)의 마이크로 LED를 이용, 각 화소를 독립적으로 구동시

키는 자발광 디스플레이 기술이다. ZRD-1(디스플레이 유닛)과 ZRCT-100(컨트

롤러)으로 구성되며, ZRD-1의 크기는 403×453(화소 수 320×360)로, 필요

한 화면 크기에 따라 ZRD-1의 매수를 추가하며 구성된다. 각 화소 내에서 광원

의 크기가 0.003에 불과하여 화면에서 블랙이 차지하는 비율을 99% 이상으

로 높일 수 있어 높은 명암비 구현이 가능하다.

[그림7] 소니의 마이크로 LED 디스플레이 탑재 시제품

CES 2012에서 공개된 Crystal LED Display

Inforcomm 2016에서 공개된 CLEDIS

*출처: LEDinside, 2016

[대만/Foxconn]은 2016년 Sharp를 인수한 후 OLED 시장진출을 시도하였으나,

현재는 대형 LCD 및 마이크로 LED 분야의 사업을 확대하고 있다. Foxconn은 마

이크로 LED 기술력 확보를 통해 상용화를 앞당기고 이를 통해 기존 LCD 패널을

대체한다는 목표를 수립하였다. 2017년 5월 Sharp와 공동으로 마이크로 LED 기

술을 보유한 벤처기업인 eLux 인수를 발표하였다. eLux의 마이크로 LED 기술은

AR․ VR 기기 적용에 초점을 두고 있는 것으로 분석된다. Foxconn은 2017년 7월

미국 위스콘신주에 대규모 디스플레이 공장 건설 계획을 발표하였으나 미국 내 인

건비가 높아 경쟁력이 낮은 것으로 판단하여 공장 설립 계획을 재검토하였다. 그러

나 미국 내 일자리 창출 등, 트럼프 정부의 주요 공약 중 하나인 미국 내 제조업

일자리 증가의 상징으로 평가되며 공장 설립이 추진될 것으로 예상된다.

글로벌 기업들은 마이크로 LED 디스플레이 개발을 위해 대개 관련 분야 전문 기

업들의 인수합병을 통해 기술 확보 속도를 높이고 있으나 실질적인 기술개발, 혁신

등은 신생/창업 기업들이 주도하고 있다.

마이크로 LED 디스플레이

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[표7] 마이크로 LED 관련 업체 현황

구분 업체 내용

마이크로 LED 디스플레이

AUO

(대만)

2018년 12.1인치에세 세계 최대 TFT- 구동 풀컬러 마이크로 LED 디스플레이 프로토타입을 시연

JBD

(중국)

독점적인 하이브리드 모놀리식 통합 기술을 기반으로 근시 및 이미지 프로젝션 애플리케이션을 위한 마이크로 LED 기반 마이크로 디스플레이를 개발

Lumiode

(미국)

헤드 장착형 디스플레이 애플리케이션에 중점을 두고 마이크로 LED 디스플레이를 개발

PlayNitride

(대만)PixelLED 디스플레이와 같은 기술을 브랜딩하는 GaN 기반 마이크로 LED에 주력

LED 개발

Aledia

(프랑스)실리콘 웨이퍼에서 3D GaN LED 성장기술 개발

GLO

(미국)

디스플레이 애플리케이션용 GaN 나노와이어 기반 마이크로 LED를 개발, 2019년 초 최초의 프로토타입을 공개

Micro Nitride

(일본)마이크로 LED 디스플레이용 마이크로 UV LED 칩 개발

Nichia

(일본)마이크로 LED 칩, 전송기술 및 관련 장비를 개발

마이크로 LED 장비 제조

3D-Micromac

(독일)

마이크로 LED 생산을 위해 3D-Micromac은 웨이퍼 및 패널 기판용 레이저 리프트오프 장비를 제공

Aixtron

(독일)

AIX G5+는 마이크로 LED 생성에 사용되는 MOCVD 시스템으로, 웨이퍼상의 균일성 제어, 낮은 입자 수준 및 까다로운 마이크로 LED 요구사항을 위한 독보적인 고급 기능을 제공

ALLOS Semiconductors

(독일)

GaN-on-Si 기술에 중점을 둔 회사로, Veeco와 함께 마이크로 LED 생산을 위해 200mm GaN-on-Si 웨이퍼를 시연

Coherent

(미국)레이저 툴은 마이크로 LED를 수리하고 LED 어레이를 절단하는데 사용

*출처: 마이크로 LED 기술동향과 시장전망, NDSL, NICE평가 재가공

국내 업체 현황 국내 마이크로 LED 디스플레이 분야에서 대기업들은 해외 기업들에 비해 상대적

으로 겉으로 드러나는 움직임은 조용하며, 오히려 최근 관련 중견 기업인 루멘스와

한국기계연구원, 한국광기술원 등에서 연구 성과를 공개하였다.

[루멘스]는 코스닥시장에 상장된 기업으로, 국내 최초로 연구 단계를 뛰어넘는 마

이크로 LED 디스플레이 제품을 공개한 업체로 0.75인치의 HD(1,280×720)급

마이크로 LED 디스플레이 모듈개발, 롤 전사 공정을 이용한 마이크로 LED 디스

산업테마보고서

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플레이 모듈개발에 성공하였고, 세계 최초 0.8mm Fine Pixcel Pitch 초대형 디스

플레이를 출시 (CES 2018)하였다. 2018년, 픽셀 간 간격이 0.8mm에 불과한

139인치 4K 해상도의 마이크로 LED 디스플레이를 공개한 데 이어 2019년에는

초박형·초경량 플렉시블 LED 디스플레이 제품을 처음으로 공개했다.

[그림8] CES 2019, 루멘스

*출처: 데일리안, 2019

[한국기계연구원]은 비상장 기업으로, 2017년 7월 2일 세계 최초로 롤 전사 공정

을 이용한 마이크로 LED 디스플레이 대량 생산 기술개발을 발표하였다. 해당 공

정을 활용해 생산되는 마이크로 LED 디스플레이는 발광효율은 3배 뛰어나지만,

전력소모는 절반으로 줄며, 무엇보다 생산 속도와 비용을 획기적으로 개선할 수 있

어 향후 세계 시장 선점과 함께 국내 산업의 성장을 견인할 것으로 기대된다.

연구원에 따르면, 기존 방식으로 FHD급 200만 화소의 100인치 디지털 사이니지

를 제작할 경우 30일 이상 소요되지만, 이번 개발 공정을 이용하면 1시간 안에 제

작할 수 있고 공정비용도 크게 절감할 수 있다고 주장한다. 연구원은 해당 기술을

루멘스에 이전하는 협약을 체결하였고, 향후 루멘스가 마이크로 LED 디스플레이

양산 라인을 구축하면, 우리나라가 해당 분야의 세계적인 주도권을 확보할 뿐만 아

니라 중소·중견 기업을 포함하는 국내 산업 생태계 조성에도 크게 이바지할 것으

로 기대된다.

마이크로 LED 디스플레이

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[그림9] 롤 전사 방식 마이크로 LED 생산 기술 모식도

*출처: 한국기계연구원

[한국광기술원]은 비상장 기업이다. 수직형 및 수평형 마이크로 LED 칩을 제작하

여 박막형의 (두께 10 마이크로 이하) 마이크로 LED 층만을 기판에서 분리하고

생체 모방 소재를 이용하여 선택적으로 전사하여 픽셀 디스플레이 어레이를 구현

하는 기술을 보유하고 있다.

[그림10] 마이크로 LED 광원 및 픽셀 어레이 구현

*출처: 한국광기술원

[삼성전자]는 유가증권에 상장된 기업이다. 2009년 삼성전기의 LED사업을 분사

하여 DS부문 산하 ‘LED 사업팀’을 운영하고 있으며, 차세대 마이크로 LED 시

장의 초기 주도권 확보를 위해 LED 솔루션 업체인 PlayNitride(대만)의 지분을

산업테마보고서

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인수하였다. 원가 경쟁력이 떨어지는 LED 모듈 생산은 외주로 돌리고 LED 칩 생

산에 주력하고 있다. 2018년에는 Mini LED 수준이었으나 CES 2019에서는 마이

크로 LED(146인치/75인치) 모듈러 방식으로 다양한 공간 특성에 맞도록 설치 가

능한 장점을 지닌 TV로 주목을 받았다.

[그림11] 삼성전자 더 월

*출처: 삼성전자, 2019

이 외 우리이앤엘, 티엘아이 등이 마이크로 LED 디스플레이 관련 기술을 개발 중

에 있다.

[표8] 마이크로 LED 개발 국내 기업

구분 제품 개요

우리이앤엘

한국광기술원과 AR․VR용 마이크로 LED 디스플레이

광원 모듈개발 착수를 2017년 8월에 발표하였으며,

1인치 크기의 SVGA(800×600) 급 마이크로 LED

디스플레이가 개발됨.

티엘아이

-마이크로 LED 구동칩 개발을 완료. 마이크로 LED로

구성되는 수많은 픽셀을 제어하는 시스템 반도체

칩으로, LCD용 티콘(Timing Controller), 구동칩

(Driver-IC) 설계 기술력을 바탕으로 개발됨.

* 볼드 및 밑줄친 기업은 코스닥기업임

*출처: 중소기업 기술로드맵 전략보고서 디스플레이, 2017

마이크로 LED 디스플레이

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Ⅲ. 기술 심층 분석

마이크로 LED 디스플레이를 제조하기 위해서는 에피 성장, 칩 개발, 칩 분리, 전

사 등에 관한 연구가 필요하다.

에피 성장기술 에피 성장은 사파이어 또는 실리콘 기판 위에 MOCVD(Metal Organic Chemical

Vapor Deposition)를 이용해 에피층, 활성층 등의 화합물 반도체 박막을 생성하는

공정이다. 일반적으로 조명에 사용되는 LED의 경우, 2인치 혹은 4인치 사파이어

기판 위에 성장된 GaN 에피는 450 파장의 청색을 기준으로 10 이상의 파

장 편차를 갖는다. 그러나 사람의 눈은 매우 민감하여 파장 편차가 ±1~3의 오

차 범위를 벗어나게 되면 불량 화소로 인식하게 된다. 따라서 GaN LED 에피는 이

종기판인 사파이어나 실리콘에 성장시킬 때 발생하는 격자 상수 및 열팽창 계수의

부정합에서 오는 다양한 결함을 해결하기 위한 연구가 필요하다.

[그림12] GaN LED 에피의 결함

*출처: Yole development, MicroLED Displays Report, 2017

한편, 에피 크기가 증가함에 따라 전사 횟수가 감소하게 되어 비용에 대한 절감이

가능하므로 8인치 및 12인치 등의 큰 실리콘 기판을 이용한 고품질의 GaN 에피

성장기술 개발이 필수적이다.

칩 개발 기술 마이크로 LED 칩 제조를 위해서는 칩 내부로 전류 주입 시 효율을 높일 수 있는

설계 기술, 좁은 전극 영역으로 전류 주입 효율을 높일 수 있는 저항 접촉(Ohmic

contact) 기술, 복잡한 칩 제조 공정 중에 에피층으로부터 전극이 필링(Peeling)

되지 않도록 하기 위한 접착력 향상 기술 등이 필요하다.

한편, 마이크로 LED 칩은 각각의 칩을 기판까지 건식 식각을 통하여 개별화시키

는 과정이 필요하다. 이때 칩 손실을 줄이기 위해 해상도에 따라 화소의 간격을 계

산하고 그에 따른 간격으로 칩과 칩 사이를 플라즈마 건식 식각을 통하여 기판까

지 식각한 후, 기판을 분리하는 방법을 통해 얇은 마이크로 LED 제작이 가능하다.

산업테마보고서

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[그림13] LED 칩 제조공정의 플라즈마를 이용한 식각 공정 효과

*출처: 한국정밀공학회지 제34권 제11호

기판 분리 기술 5~100의 작은 칩들을 분리하는 과정은 박막 성장에 사용되는 기판의 종류에

따라 레이저 기판 분리법(GaN LED의 사파이어 기판 분리에 사용)과 화학 기판

분리법(GaN LED의 실리콘 기판 분리에 사용)으로 나눌 수 있다.

[그림14]는 사파이어 기반의 마이크로 LED 칩 제조 공정을 나타내고 있다. 평판

한 사파이어 기판에 성장된 GaN LED에 p형 반사 전극 및 본딩 메탈을 증착하고

본딩 메탈이 증착되어 있는 캐리어 기판에 열과 압력을 주어 유테틱(Eutectic) 본

딩 방법으로 접합한다. 이후, 레이저 기판 분리법(Laser Lift Off, LLO)을 이용하

여 원래의 사파이어 기판을 제거 후 염산 용액 등을 이용하여 유테틱 본딩을 제거

하고 건식 식각을 통하여 칩을 개별화한다. 앞서 언급한 과정은 기존의 LED 제조

공정과는 달리 유테틱 메탈 증착 및 본딩 과정과 유테틱 본딩 제거 공정이 추가된

경우로, 이를 생략할 수 있는 공정기법이 요구되며, 레이저 기판 분리법은 정교한

레이저 빔 제어 기술로 칩의 크랙 및 손상을 최소화시켜 수율과 양산성을 높일 수

있는 것이 중요하다.

GaN LED의 실리콘은 특별한 장비 없이 화학용액으로 간단하게 기판을 분리하는

화학 기판 분리법(Chemical Lift Off, CLO)을 통해 기판 분리가 가능하며, 같은

방법으로 기판 분리를 하는 적색 파장대인 AlGaInP LED 제조라인과 통합이 가능

하다는 장점이 있다. GaN LED의 실리콘 기판 분리 기술은 John A. Rogers와

X-Celeprint에서 발표한 기술이 대표적이다. 마이크로 LED 칩 공정은 일반 LED

공정과 동일하게 진행한 후, 지지층(Anchor)에 연결층(Tether)을 형성하여 연결

후 실리콘 기판의 방향성에 따른 에칭 속도 차를 이용하여 기판과 에피층의 계면

을 분리한다. 최근 한국광기술원에서는 지지층이나 연결층을 형성하는 추가 공정이

없이 에피층을 분리해내는 기술을 발표하였다. 해당 기술을 활용할 경우 지지층을

위해 낭비했던 공간만큼 마이크로 LED의 수를 증가시킬 수 있다.

마이크로 LED 디스플레이

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[그림14] LuxVue의 마이크로 LED 칩 제조 공정

*출처: Yole development, MicroLED Display Report, 2017

전사기술 전사기술이란 마이크로 LED 소자를 목표 기판에 이송하는 기술로, 직접전사 기술

과 인쇄전사 기술로 구분될 수 있다. 기존의 LED는 최소 200 이상의 크기로

다이본딩 공정을 이용하여 LED를 픽업하고 원하는 위치에 실장하는 것이 용이하

였다. 그러나 마이크로 LED는 진공 홀()을 이용한 기존 방식으로 실장하는

것이 어려우며, 높은 해상도를 갖는 디스플레이의 경우에는 수백만 개 이상의 마이

크로 LED 칩 전사가 필요하여 공정 시간이 매우 증가하게 된다.

대표적인 전사기술인 LuxVue에서 제안한 Pick up Heads 방법과 X-Celeprint,

UIUC에서 제안한 탄성 트랜스퍼 프린팅(Elastomer Transfer Printing) 방법이

있다.

산업테마보고서

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Yole development에서 발간한 마이크로 LED 디스플레이 보고서에 의하면, Pick

up Heads 방법은 [그림14]의 과정을 거쳐 임의의 기판에 유테틱 본딩되어 있는

마이크로 LED를 80~160도 사이 온도로 융해(melting)하여 결합력을 약화시킨

후, 전압을 가해 정전기 힘으로 LED 칩을 들어 올린다. 이때, 사용되는 Stamp는

SOI(Silicone On Insulator) 기판에 MEMS(Micro Electro Mechanical

Systems) 기술을 적용하여 원하는 위치에 전압을 가하면 정전력이 발생하는 기술

이다. LED 칩은 이송 후, Reflow Soldering 기법을 통해 본딩한다.

X-Celeprint와 UIUC의 John A. Rogers 그룹에서는 탄성이 있는 고분자 물

질(PDMS)을 활용하여 마이크로 LED를 기판으로 이송하는 탄성 트랜스퍼 프린팅

기술을 제안하였다. 원리는 정전기적 접착력(Van Der Waals)에 의해 접합력이

발생하고 유연성이 있는 Stamp를 떼어 낼 때의 속도에 의한 모션력으로 마이크로

LED를 분리하는 기술이다.

[그림15] X-Celeprint의 전사기술

*출처: 중소기업 기술로드맵 전략보고서, 디스플레이, 2017

기술개발 동향 마이크로 LED를 디스플레이에 적용할 시 불량 픽셀을 방지할 수 있는 에피 성장

과정에서의 결함 제어 기술이 필요하며, 관련 연구가 진행 중인 것으로 파악된다.

한편, 청색 마이크로 LED와 컬러 필터를 이용한 디스플레이는 청색 LED 광원 파

장의 균일도가 디스플레이 특성에 직접 영향을 주기 때문에, 균일도 향상에 관한

연구가 필요하다.

고해상도 디스플레이 제조를 위해 마이크로 LED 칩을 빠르게 기판으로 옮겨 심을

수 있는 고속 전사기술이 요구된다. 예를 들어, 8K UHD 디스플레이를 구현을 위

해서는 약 1억 개의 마이크로 LED 칩이 필요하며 생산성 향상을 위해서는 빠르게

옮겨 심는 기술이 필수적이다. 한국기계연구원은 100 이상의 LED 칩을 대상

으로 롤 전사 공정을 이용한 마이크로 LED 디스플레이 양산기술을 개발에 성공하

였고, 100 이하의 마이크로 LED를 사용한 롤 전사 공정도 개발 중이다.