KAIST, 체내 이식 가능한 `수직형 마이크로 LED` 개발

국내 연구진이 인체에 이식할 수 있는 유연한 마이크로 LED 기술을 개발했다.

KAIST(총장 신성철)는 이건재 신소재공학과 교수(사진)팀과 김대수 생명과학과 교수팀이 유연한 수직형 마이크로 LED 기술을 개발해 이를 동물의 뇌에 삽입하고 빛으로 행동을 제어하는 데 성공했다고 29일 밝혔다.

마이크로 LED는 기존 LED 칩 크기를 크게 축소시켜 적·녹·청색의 발광소재로 사용하는 기술로, 저전력과 빠른 응답속도, 뛰어난 유연성을 가져 차세대 디스플레이로 주목받고 있다. 현재 산업계에서는 200㎛(마이크로미터·100만분의 1m) 크기 이상의 두꺼운 미니 LED 칩을 소형화해 개별 전사하는 방식을 채택하고 있어 대량 생산이 어렵고 생산단가가 높으며 소요 시간이 오래 걸리는 등의 한계를 갖고 있다.

이번 연구에서 연구진은 수직 LED용 양산 장비를 자체적으로 설계했다. 5㎛의 두께, 80㎛ 이하의 크기를 갖는 2500여 개의 박막 LED를 이방성 도전 필름을 활용해 한 번에 플라스틱 기판으로 전사하는 방식으로 상호 연결된 유연한 수직형 마이크로 LED를 구현했다. 이 수직형 마이크로 LED는 기존 수평형 마이크로 LED와 비교해 3배 이상 광 효율을 높였으며, 박막 LED의 발열로 인한 낮은 수명과 해상도 문제를 해결했다.

이번에 개발한 기술은 뇌의 모든 신경세포를 자극하는 전기자극과 달리 흥분 및 억제 신경세포만을 선택적으로 자극할 수 있어 정밀한 뇌 분석이나 고해상도의 뇌지도 제작, 신경세포 제어 등이 가능하다. 이번 연구에서는 30㎽/㎟ 이상의 강한 빛을 내는 유연 마이크로 LED를 쥐의 뇌에 삽입해 대뇌 표면으로부터 깊은 곳에 위치한 운동 신경세포를 활성화시켜 쥐의 행동을 제어했다.

이건재 교수는 "이번에 개발된 수직 마이크로 LED 및 전사 패키징 기술은 저전력을 필요로 하는 스마트워치, 모바일 디스플레이, 웨어러블 조명 등에 바로 활용될 수 있을 것"이라며 "인간이 아직 풀지 못한 뇌과학 및 광치료, 바이오센서 분야에서도 기여할 것"이라고 말했다.

이번 연구는 국제 학술지 '나노 에너지'(Nano Energy)에 게재됐다.

남도영기자 namdo0@dt.co.kr