시대를 이끄는 리더는 새로운 이론과 기술, 유행을 선도하는 사람이다. 눈앞의 이슈를 따라가는 것이 아니라 새로운 이슈를 만들어내야 한다. 나노와이어 기반 마이크로LED 연구를 통해 ‘2019 삼성미래기술육성사업 지정테마 연구지원 과제’에 선정된 김재균 교수. 앞으로가 더 기대되는 연구로 주목받고 있는 김재균 교수를 만났다.

■ 꼭 필요한 미래 과학기술 연구 수행

기술이 기업의 미래를 좌우하는 시대다. 이 때문에 삼성전자 미래기술육성센터는 미래 과학기술 혁신을 위해 2014년부터 지정테마 과제를 선정하고 해당 연구를 지원하고 있다. 올해에는 △혁신적인 반도체 소재 및 소자·공정 기술 △차세대 디스플레이 △컨슈머 로봇 △진단 및 헬스케어 솔루션 등 4개 분야에서 총 15개의 연구지원 과제를 선정했다. 나노광전자학과 김재균 교수의 ‘프로그래머블 초고정확도 비접촉 5,000ppi 마이크로LED(Microscopic Light-emitting Diode) 디스플레이’ 연구도 차세대 디스플레이 분야 지정테마 과제 중 하나로 뽑혔다.
“삼성미래기술육성사업의 과제 선정률은 다른 정부과제에 비해서 매우 낮다고 합니다. 의무적으로 몇 건의 연구를 선정해야 한다는 할당 개념이 없기 때문에 우수한 연구과제가 많으면 선정되는 과제가 늘어날 수도 있고, 지원할 만한 연구과제가 없으면 아예 선정을 안 하기도 해요. 그래서 과제 제안서를 준비하는 데는 오히려 부담이 적었습니다.”
김 교수는 최선을 다해 준비했지만, 크게 기대는 하지 않고 지원했다고 귀띔했다. 연구지원 과제 선정 소식을 듣고는 차세대나노소자연구실 연구원들과 함께 기쁨을 나눴다고. 김재균 교수는 앞으로 3년간 삼성전자 미래기술육성센터의 지원을 받으며 해당 연구를 추진한다. 과제를 성공적으로 수행하기 위해 필요한 재정 지원을 받을 뿐 아니라 핵심특허 창출을 위한 특허맵 작성, IP 멘토링, 해외특허 출원지원도 받을 수 있다. 관련 사업부와의 교류를 통해 실제 연구 결과물을 어떻게 사업화할 것인지 조언을 얻고, 더 나아가서는 공동연구의 기회도 주어진다.
“제가 진행하는 연구는 디스플레이 개별 화소에 색상을 표현해주는 소자인 마이크로LED를 만들고 배열하여 디스플레이를 제작하는 방법에 대한 것입니다. 국내외의 많은 기업과 기관이 마이크로LED에 관심을 두고 있어요. 이상적인 디스플레이 소자로서의 여러 장점 때문입니다.”
마이크로LED는 컬러 필터 없이 스스로 빛을 내는 초소형 발광물질로 차세대 디스플레이 기술로 손꼽힌다. 현재 가장 최신기술로 평가되는 OLED(Organic light-emitting diode)의 뒤를 잇게 될 기술이다. 최근에 상용화된 OLED는 별도의 광원이 필요 없는 자발광 소자로 개별 화소(픽셀)의 제어가 가능해 높은 명암비와 초박형 구조, 기계적 유연성이라는 장점을 지녔다. 쉽게 말해 이전보다 더욱 선명하고 얇은, 유연한 형태의 패널을 만들어낸다. 마이크로LED는 이런 OLED의 장점에 디스플레이 전력 소비, 밝기, 크기, 내구성 등 4가지 우수성이 더해진 것이다.

■ 시장의 판도를 바꿀 신기술을 연구하다

마이크로LED와 같은 미래 기술을 선도할 수 있는, 연구 파급력이 큰 목표를 실현하기 위해 매일 정진하고 있어요.

현대인과 떼려야 뗄 수 없는 관계인 휴대폰, 노트북 등 휴대용 IT 기기는 디스플레이 전력 소비량이 배터리 소비량 중 절반가량을 차지한다. 디스플레이 전력 소비량을 줄일 수 있다면 배터리 용량을 늘리는 것과 같은 효과를 얻게 된다. 또 야외에서 IT 기기를 사용할 때는 실내에서보다 디스플레이가 더 밝아야 불편함이 없다. 마이크로LED는 OLED보다 전력 소비가 적을 뿐 아니라 동일 전력 기준 1,000배에 달하는 밝기를 자랑한다. 따라서 마이크로LED는 휴대용 IT 기기 사용 시간을 늘리면서도 밝기가 뛰어나기 때문에 향후 발전할 증강현실(Augmented Reality) 기술에도 필수적이다.
더불어 유리판에 화소를 증착하는 OLED와 달리, 스스로 빛을 내는 LED 조각을 이어붙이는 방식으로 패널을 만들기 때문에 테두리(베젤)가 필요 없고 화면 크기와 형태에도 제한이 없다. 커다란 벽면 전체를 선명하고 실감 나는 TV 화면으로 만들 수 있는 것이다. OLED의 경우 유기물이기 때문에 습기와 산소 등 외부 환경의 영향을 많이 받는데, 마이크로LED는 무기물이라 OLED보다 내구성과 안정성까지 뛰어나다.
“여러모로 장점이 많은 기술입니다. 현재도 마이크로LED 디스플레이를 제작할 수는 있어요. 서울 강남구 코엑스아티움 SM타운의 대형 전광판과 신사동 가로수길 애플 매장 내부에 있는 대형 스크린이 그 예죠. 하지만 공정이 무척 복잡하고 제작비용도 커서 대기업의 홍보용 스크린 정도에만 적용되는 실정입니다.”
그의 연구 목적은 복잡한 제작 공정을 단순화하고 높은 비용을 줄일 방법을 찾아 기술을 상용화하는 데 있다. 마이크로LED를 제작하기 위해서는 물리적으로 화소를 옮기는 전사공정(Transfer process)이 필요한데 이 과정이 오래 걸릴 뿐 아니라 비싸다. 기술의 완성도 역시 떨어진다. 마이크로LED 디스플레이의 화소는 적·녹·청(R-G-B)의 삼원색이 하나로 묶여 구성되는데, 현재는 이 삼원색을 따로 만든 뒤에 결합 혹은 전사하는 방식을 거치기 때문이다.
“현재까지 개발된 전사공정은 디스플레이 상용화에 적합하지 않습니다. 따라서 이 전사공정의 문제점을 해결하면서 양산화까지 가능하게 할 방법을 연구 중이에요. 이를 통해 초소형부터 대형 디스플레이까지 적용이 가능한 마이크로LED 기술을 확보하고자 합니다. IT 모바일기기가 널리 사용되면 될수록 얇고, 가볍고, 밝고, 전력 소모 적은 디스플레이가 필요합니다. 마이크로LED 기술이 발전하면 스마트폰, 모니터, TV뿐 아니라 증강현실 안경(AR Glass)과 같은 새로운 폼택터를 가지는 개인 모바일기기도 발전할 수 있어요.”

나노와이어 기반 마이크로LED 연구로 ‘2019 삼성미래기술 육성사업 지정테마 연구지원 과제’에 선정된 김재균 교수 연구팀.
마이크로LED는 여러모로 장점이 많은 차세대 디스플레이 기술이다.
■ 미래를 선도하는 기술을 목표로!

김재균 교수는 삼성전자 종합기술원에서 2011년부터 약 3년간 근무한 이력이 있다. 그 기간에 2012년 삼성전자 연구은상, 2013년 삼성기술상 대상을 받으며 실력을 인정받았다. 세계적인 기업의 연구원으로서 입지를 다져갈 수 있었지만 조금 더 자유롭게 연구하기 위해 교수의 길을 택했다.
“회사는 아무래도 연구의 자유가 떨어질 수밖에 없습니다. 그래서 대학을 선택했죠. 물론 대학에서 연구하기도 쉽지는 않습니다. 연구비를 지원받기 위해서도 많이 노력해야 해요.”
그는 자신이 하고 싶은 연구의 내용을 어떻게 효율적으로 잘 전달할 것인가에 대해서도 다각적으로 고민하게 됐다고 덧붙였다. 김재균 교수는 현재 삼성 미래기술육성사업 선정 과제 수행을 위해 사람과 장비, 환경을 구축하는 데 힘쓰는 중이다. 더불어 ERICA의 차세대나노소자연구실 책임자로서 마이크로LED뿐 아니라 디스플레이 트랜지스터, 센서와 에너지 저장 및 하베스팅 소자에 이르는 다양한 연구주제를 이끌고 있다. 앞으로 3년 이후, 국내에서 손꼽는 연구소로 성장한다는 알찬 계획도 세웠다. 항상 성과가 있는 연구를 지향하지만 늘 좋은 결과만 얻을 수 없는 것이 현실. 좌절의 순간을 맞을 때도 있지만 김재균 교수는 늘 차근차근 문제를 분석하며 해답을 찾는다. 최고의 정답은 아니더라도 최상의 정답으로 가기 위해서다.
“삼성, LG를 비롯한 많은 국내기업이 디스플레이 산업생태계에서 중요한 위치를 차지하고 있어요. 현재 OLED 분야에서는 거의 유일한 공급자로 자리매김했죠. 하지만 중국이 정부의 전폭적인 투자를 통해 우리를 추격하고 있고, 새로운 기술 역시 계속 나올 겁니다. 따라서 현재 기술을 고도화하고 새로운 기술을 개발하는 데 지속적으로 투자해야 합니다. 미래 기술을 선도할 수 있는, 연구 파급력이 큰 목표를 실현하기 위해 매일 정진하고 있습니다.”

Posted by hyuerica