HKC의 GaN-on-Si 마이크로 LED 스크린 기술로 40% 비용 절감

마이크로 LED 스크린 혁신: SiMiP가 대량 전송 과제를 해결하는 방법

HKC와 Lighent Semiconductor가 세계 최초의 실리콘 기반 GaN 모노리식 집적 마이크로 LED 스크린(SiMiP)을 선보이면서 글로벌 디스플레이 산업은 패러다임의 변화를 맞이하고 있습니다. 이 혁신은 기존 제조 방식의 주요 병목 현상인 고비용, 낮은 수율, 그리고 환경 문제를 해결하여 마이크로피치 LED 디스플레이(1.0 이하)를 상업 및 소비자 시장에서 대량 도입할 수 있는 발판을 마련했습니다.

1. SiMiP vs. 기존 마이크로 LED 스크린: 주요 혁신

1.1 물질 전달 복잡성 제거

기존 마이크로 LED 스크린은 수백만 개의 RGB 서브픽셀(1~10µm)을 오류가 발생하기 쉬운 "대량 전사" 공정을 통해 드라이버 백플레인으로 옮겨야 합니다. 정렬 정밀도 요구로 인해 70% 이하에서는 업계 수율이 정체됩니다.

SiMiP의 획기적인 발전은 다음과 같습니다. GaN-on-Si 모놀리식 설계:

• 단일 칩 RGB 통합: 파란색 마이크로 LED와 양자점(QD) 색상 변환 층을 결합하여 별도의 칩 전송을 거치지 않고도 빨간색/녹색 빛을 방출합니다.
• 3배 더 빠른 조립: 픽셀당 배치 단계를 3단계에서 1단계로 줄입니다.
• 99.9% 픽앤플레이스 수율: 특수 이송 도구($1M+/단위) 대신 기존 SMT 장비를 활용합니다.

1.2 양자점 색상 변환의 장점

• 비소 제로 소재: 독성이 있는 AlInGaP 적색 LED를 친환경적인 InGaN 청색 LED + QD 층(EU RoHS 준수)으로 교체합니다.
• 색상 안정성: 전류/온도 변동에 관계없이 파장을 630nm(적색) 및 530nm(녹색)로 고정합니다(ΔE <1.5 대비 업계 ΔE <3).

2. 마이크로 LED 스크린의 비용 및 성능 이점

2.1 40% 웨이퍼 수준 통합을 통한 패키징 비용 절감

SiMiP는 GaN-on-Si 웨이퍼 처리 중에 패키징 구조를 내장합니다.

• 직접 칩 배치: 제조 후 캡슐화 단계가 제거됩니다.
• 재료 절약: 60%로 에폭시 수지와 형광체를 감소시킵니다.

2.2 열 관리 혁신

• 30% 향상된 방열: GaN-on-Si 기판은 기존 사파이어보다 성능이 뛰어나 수명이 100,000시간 이상으로 연장됩니다.
• 균일한 밝기: 4K 패널에서 <5% 휘도 분산을 유지합니다.

2.3 P0.4-P0.9 마이크로 LED 스크린 확장성

HKC의 생산 로드맵 목표:

• 2024: 6.67인치 유리 기반 Micro LED 프로토타입(500니트, 100% NTSC).
• 2025: P0.9 상업용 디스플레이를 위한 월간 웨이퍼 5,000개(비용: $800/㎡ 대비 $2,400/㎡).
• 2026: 5,000 PPI 밀도의 P0.4 AR/VR 화면.

3. 시장 영향: $5.8B 마이크로피치 디스플레이 부문 재편

3.1 COB 및 SMD 기술의 혁신

시미프의 마이크로 LED 패키지(MiP) 접근 방식이 경쟁사보다 우수합니다.

3.2 국내 공급망 성장 가속화

중국의 디스플레이 생태계는 SiMiP를 활용하여 외국 의존도를 줄이고 있습니다.

• 지역화된 구성 요소: 2025년까지 QD 소재 및 GaN 드라이버 70%를 국내에서 조달.
• 특허 리더십: Lighent의 10,000개 이상의 GaN/GaAs 특허는 Samsung/LG의 Micro LED IP에 대응합니다.

4. 마이크로 LED 스크린을 넘어선 미래 응용 분야

4.1 차세대 AR/VR 디스플레이

• 5,000 PPI 밀도: 메타버스 장치에 대한 망막 수준의 해상도를 구현합니다.
• 10,000니트 밝기: 야외 혼합 현실 사용 사례를 지원합니다.

4.2 자동차 및 투명 스크린

• HUD: 150%는 OLED보다 더 넓은 색 영역을 제공하여 증강된 주행을 구현합니다.
• 에너지 효율: 10k 니트당 0.5W의 전력 소모(LCD보다 50%가 낮음).

5. 과제 및 산업 전망

SiMiP가 Micro LED 화면 비용을 대폭 절감했지만 여전히 해결해야 할 과제는 있습니다.

• QD 수명: 현재의 붉은색 QD 층은 20,000시간 후 15%를 저하시킵니다(파란색 LED의 경우 5%).
• 드라이버 IC 복잡성: 16비트 회색조 제어에는 첨단 28nm CMOS 백플레인이 필요합니다.

하지만 HKC의 $1.5B 투자와 창홍/미양 정부와의 파트너십의 목적은 다음과 같습니다.

• 나노입자 합성 혁신을 통해 30%로 QD 비용을 절감했습니다.
• 2026년까지 80% GaN 드라이버 국산화 달성.