사진. 한국전자통신연구원

한국전자통신연구원(이하 ETRI)이 AI·XR 시대 핵심 디스플레이로 주목받는 초고해상도 마이크로 LED 디스플레이와 이를 구현하는 초정밀 접합 기술 개발에 성공했다.

ETRI는 AI·XR용 2,500PPI(Pixel Per Inch)급 LEDOS(Light Emitting Diode on Silicon) 디스플레이 기술과 초정밀 레이저 접합 공정을 개발했다고 밝혔다.

이번 연구 성과는 세계 최대 디스플레이 학회인 SID 디스플레이 위크 2026에서 공개됐으며, 마이크로 LED 분야 ‘피플스 초이스 어워드(People’s Choice Award)’를 수상하며 기술 경쟁력을 인정받았다.

연구진은 10㎛(마이크로미터)급 범프 피치 환경에서 약 92만 개의 범프를 안정적으로 접합할 수 있는 초고밀도 접합 기술을 확보했다. 이는 현재 AI 반도체 패키징의 핵심 기술로 평가받는 HBM4의 약 20㎛급 피치와 20만 개 내외 범프 수준을 뛰어넘는 성과다.

HBM은 AI 가속기와 고성능 GPU 등에 사용되는 대표적인 첨단 반도체 패키징 기술로, 업계에서는 초미세 고집적 연결 기술의 기준으로 평가받고 있다. ETRI는 이보다 더욱 미세한 접합 구조를 상대적으로 경제적인 공정으로 구현하며 기술적 차별성을 확보했다.

초미세 접합 공정은 고온 공정에 따른 기판 휨 현상과 미세 오염물 발생, 정렬 오차 등이 주요 난제로 꼽힌다. 특히 마이크로 LED처럼 수십만 개 이상의 범프를 동시에 접합해야 하는 경우 미세한 오차만으로도 수율이 크게 저하될 수 있다.

ETRI 연구진은 이러한 문제를 해결하기 위해 독자 개발한 신소재 ‘SITRAB’을 활용한 레이저 기반 동시 전사·접합 공정을 적용했다.

SITRAB은 레이저 공정 과정에서 발생하는 흄(Fume) 형태의 미세 오염물 생성을 억제하는 ‘흄리스(Fume-less)’ 특성을 갖고 있으며, 상온 스테이지 기반 공정이 가능해 열팽창으로 인한 기판 변형과 정렬 오차를 최소화할 수 있다.

이를 통해 연구진은 실리콘 CMOS 회로 위에 질화갈륨(GaN) 기반 마이크로 LED 칩을 안정적으로 접합하는 데 성공했다. 또한 2,500PPI급 초고해상도 LEDOS 디스플레이 구현까지 완료하며 공정 기술과 디스플레이 성능을 동시에 검증했다.

ETRI 주지호 저탄소집적기술창의연구실장은 “AI·XR 시대에는 초고해상도 디스플레이 자체뿐 아니라 이를 제조할 수 있는 초정밀 접합 기술 확보가 매우 중요하다”라며 “ETRI의 SITRAB 기반 LEDOS 기술은 XR 디바이스를 넘어 차세대 고밀도 이종집적 플랫폼으로도 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.

LEDOS는 실리콘 CMOS 회로 위에 마이크로 LED를 직접 결합한 차세대 초소형 디스플레이다. AR 글래스와 VR 헤드셋은 눈앞 가까운 거리에서 영상을 구현해야 하는 만큼 매우 작은 면적 안에 초고해상도 픽셀을 집적해야 한다.

LEDOS는 초고해상도와 초고휘도, 저전력을 동시에 구현할 수 있어 AI·XR 시대 핵심 디스플레이 플랫폼으로 평가받는다. 특히 야외 환경에서도 선명한 화면을 제공하면서 전력 소비를 줄일 수 있다는 장점이 있다.

상용화 측면에서도 의미가 크다. ETRI의 SITRAB 소재 기술은 이미 국내 소재 기업에 기술이전됐으며, 관련 공정 장비는 국내 반도체 후 공정 전문기업의 양산 라인에 적용돼 실제 제조 환경에서 검증이 진행되고 있다.

ETRI 최광성 창의원천연구본부장은 “이번 성과는 고가의 해외 공정에 의존하지 않고 ETRI 독자 소재·공정 기술만으로 HBM4보다 높은 수준의 초고밀도 접합을 구현한 사례”라며 “향후 AR 글래스와 VR 헤드셋, 국방·의료용 초소형 디스플레이뿐 아니라 첨단 반도체 패키징 분야까지 확대 적용이 가능할 것”이라고 밝혔다.