현재 우리가 사용하고 있는 디스플레이는 대부분 LCD 또는 OLED를 기반으로 하고 있다. LCD는 전압을 가했을 때 액정 결정 분자들이 새롭게 모양과 배열을 변경하며 빛을 통과시키고, OLED는 여러 층으로 이루어진 유기발광층에 전류를 가해 전자와 정공의 재결합으로 빛을 내도록 하는 원리다. 이러한 방식은 지난 30여 년간 화질과 소비전력, 폼 팩터, 가격 등 모든 면에서 눈부시게 발전해왔다. 그러나 디스플레이의 사용 범위가 넓어지면서, LCD와 OLED의 한계점 또한 드러나고 있다. 액정이나 유기막을 사용하는 LCD와 OLED는 온도, 수분, 산소, 태양광 등에 취약한 특성을 가지고 있다. 또한 다양한 형태의 모양으로 변형하거나 대규모 또는 초소형 디스플레이를 구현하는 데 어려움이 크다. 이러한 문제점을 극복하는데 무기발광 디스플레이가 많은 관심을 받고 있다.

무기발광 디스플레이는 마이크로 LED, 나노 LED, QD 등 무기 소재를 주축으로 하는 발광원을 활용한 디스플레이 방식을 의미한다. 마이크로 LED는 칩의 크기가 5~100마이크로미터^μm 수준의 초소형 발광 다이오드^{LED, Light Emitting Diode}를 배열하는 방식이며, 나노 LED는 1μm 이하인 원통형 발광 소재^{Nano rod}를 이용한 디스플레이 기술이다. 보통 사람의 머리카락 두께가 50~100μm 점을 감안하면 나노 LED 하나는 머리카락 두께의 1/100 혹은 1/50 크기라고 볼 수 있을 정도다. QD^{Quantum Dot}은 매우 작은 나노미터 크기의 구조인 코어셸^Core-Shell을 통해 빛을 효율적으로 방출하며 높은 색 순도를 구현한다. 이러한 무기발광 디스플레이 방식은 발광효율, 밝기, 응답시간, 신뢰성, 소비전력, 수명 등의 특성에서 기존 디스플레이 대비 동등 수준 이상의 우월한 성능을 갖을 것이라는 기대다.

화소는 디스플레이 화면을 구성하는 아주 작은 빛의 점으로 픽셀이라고도 표현한다. 현재 사용 중인 픽셀은 100μm 수준의 미니 LED, 하지만 이보다 작은 5~20μm 크기의 마이크로 LED를 제작하는 기술이 필요하다. 웨이퍼 위에 또 다른 단결정을 성장시키는 에피 성장 기술^{Epitaxial Growth❶}, 칩 제조 기술, RGB 색 변환 기술 등이 대표적이다. 특히 가격 경쟁력과 크기 한계를 극복하기 위해서는 8인치(약 200mm) 이상의 큰 웨이퍼를 사용해 한 번에 더 많은 칩을 만들어내는 것이 효율적이다. 물론 여기에는 결함이 적은 고품질의 반도체 층을 만드는 에피 성장 기술이 필수적이다. 또한 초미세 칩을 만들기 위해서는, 칩의 크기가 줄어들면서 발생할 가능성이 높은 효율 감소 문제, 칩을 자를 때 생기는 손실을 최소화하는 기술 또한 해결해야 한다. 이를 위한 공정용 소재 및 소자 기술, 효율을 높이는 3중 직렬 접합 구조, 나노미터 크기의 구조를 사용하는 나노로드 픽셀화 기술 등이 개발될 예정이다.

디스플레이 패널 기술에는 증착 방식과 전사 방식이 있다. 건축의 개념을 빌려 설명하자면, 디스플레이는 ‘벽’이다. 이 벽을 만들 때 재료가 되는 벽돌(픽셀) 자체를 하나씩 만들면서 벽을 완성하는 것이 기존 증착 방식, 전사 방식은 이미 완성된 벽돌을 가져와 벽을 완성하는 것이라고 비유할 수 있다. OLED는 증착 방식으로 제작되었다. 하지만 무기발광 디스플레이에선 전사 방식이 더 적합하다. 따라서 픽셀을 기판인 백플레인^Blackplane 위에 전사하고 붙이는 것은 물론 이를 검사하고 결함을 수정하며, 단위 패널 모듈러를 만드는 전체 공정이 달라진다. 이때 전사 공정의 수율이 결함 수정과 완성품 제작의 경제성을 결정하기 때문에 99.9999% 이상의 높은 성공률을 요구하게 된다.

실제 무기발광 디스플레이의 주요 응용 제품군으로 기대되고 있는 대면적 8K 디스플레이의 해상도는 7680×4320로, RGB 픽셀을 고려하면 약 9900만5300개의 칩이 전사되어야 한다. 이때 전사 수율이 99.99%에 이른다고 할지라도 이 과정에서 발생하는 불량의 수가 9953개에 이른다. 따라서 효율적인 공정 운영을 위해서는 99.99%가 아닌 99.9999% 수준의 수율을 달성할 수 있는 장비와 공정 개발이 필요하다.

전사 속도 또한 매우 중요하다. 1억 개에 가까운 픽셀을 1초에 하나씩 붙인다면, 최소 3년이라는 시간이 걸릴 것이다. 따라서 시간당 100만 개 이상의 속도를 가진 전사 기술이 요구된다. 이러한 초고속 초고정밀 전사 기술과 더불어 고속 검사 기술, 불량 수리(리페어) 기술이 공동으로 개발되어야만 실제 디스플레이 패널로 제품화가 가능하다.

모듈 형태 역시 무기발광 디스플레이의 특징이다. 모듈 형태의 디스플레이는 여러 개의 조각(타일)을 서로 맞춰 큰 화면으로 만드는 타일링 기술을 통해 수요에 맞는 크기와 형태로 제작할 수 있다. 이를 위해서는 타일 간의 틈을 최소화해 연결부가 눈에 띄지 않도록 하는 베젤리스 타일링과 같은 기술이 필요하다. 베젤이 거의 없는 조각에 구멍을 뚫고 전극을 서로 연결해 타일과 타일 간의 간격을 줄이고 화질 편차를 없앨 수 있는 접합 기술 또한 개발되고 있다.