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  • 기사등록 2020-08-13 13:06:07
  • 수정 2020-08-13 16:37:32
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▲ 기존 2차원 퀀텀닷 화소 제작기술(左)과 KERI의 3차원 퀀텀닷 화소 제작기술(右) 비교


국내 연구진이 3D프린팅 기술로 압도적인 해상도를 자랑하는 나노 디스플레이를 제작할 수 있는 기술을 개발하는데 성공해 디스플레이가 새로운 3D프린팅 어플리케이션으로 주목받을 것으로 기대되고 있다.


과학기술정보통신부 국가과학기술연구회 산하 전기전문 정부출연연구기관인 한국전기연구원(이하 KERI, 원장 최규하)은 나노융합연구센터 표재연·설승권 박사팀이 3D프린터를 이용해 나노미터급 화소를 갖는 초고해상도 디스플레이를 제조할 수 있는 나노포토닉 3D프린팅 기술을 세계최초로 개발했다고 12일 밝혔다.


퀀텀닷은 빛이나 전기 자극을 받으면 다양한 색상의 빛을 발생시킬 수 있는 나노입자로, 색 순도와 안정성이 높아 TV, 스마트폰, 태블릿 등 다양한 전자제품의 디스플레이용 발광재료로 활발하게 사용되고 있다.


현재 퀀텀닷(양자점)은 얇게 도포하는 방식으로 화소(픽셀, Pixel)를 제작하고 있다. 흔히 해상도가 높다는 말은 한 화면 안에 화소의 수가 많다는 것을 의미하는데, 현재 많은 업체들이 화소의 개수를 늘리기 위해 화소의 크기를 줄여 해상도를 높이려고 하지만 줄어진 크기만큼 발생하는 빛의 밝기가 제한되는 문제가 있었다.


이에 KERI 연구팀은 화소를 얇은 막이 아닌 3차원 구조로 제작하면 높은 해상도에도 필요한 밝기의 빛을 확보할 수 있겠다는 점에 착안해 퀀텀닷 화소를 3차원 구조로 인쇄할 수 있는 기술개발에 착수했다. 독자적인 3D프린팅 기술을 기반으로 폭 620나노미터, 높이 1만 나노미터 수준의 화소를 제작했다. 기존 2차원이 아닌 3차원 구조의 화소 제작을 통해 빛의 밝기 제한 문제를 해결한 것이다.


그 결과 기존 얇은 막 대비 2배 이상의 밝기를 풀컬러(적색, 녹색, 청색)로 구현할 수 있었다.


해상도의 지표인 ‘PPI(Pixels Per Inch, 1인치당 화소의 개수)’로 비교하면 KERI의 기술은 5,600PPI 수준의 3원색 컬러 화소를 시현했다. 이는 기존 8K QLED TV(100PPI), 노트북(200PPI), 스마트폰(800PPI)의 수준을 압도적으로 뛰어넘는 것은 물론, 현재 상용기술의 한계수준인 1,000PPI 보다도 5배 이상 높은 해상도다.


초고해상도를 필요로 하는 가상현실 관련기술(VR, AR), 빔프로젝터 등 미래 첨단 디스플레이 분야까지 폭넓게 활용이 가능한 수준이다. 이 밖에도 개발한 3D프린팅 기술을 응용하면 초고밀도 데이터 저장매체 3차원 구조 초고해상도 암호 패턴을 이용한 위조방지 기술 카메라 센서 생명공학 등 다양한 분야에 적용할 수 있다.


특히 KERI의 나노포토닉 3D프린팅 기술은 유연 기판재료인 폴리이미드(Polyimide) PET 필름에도 직접 인쇄가 가능하여 웨어러블 및 롤러블 장치에도 적용할 수 있다.


연구팀은 기술에 대한 원천특허 출원을 완료했으며, 기술에 관심 있는 수요업체를 발굴하여 3D프린팅을 활용한 초고해상도 디스플레이 기술의 사업화를 추진할 예정이다.


기술개발자인 표재연 박사는 “3D프린팅 기술을 디스플레이 산업에 적용한 사례는 전 세계에서도 찾아보기 힘들다“KERI의 기술은 3D프린팅 소재부터 원천기술 및 장비까지 통합 솔루션을 개발한 완전한 기술독립의 실현이라는 점에서 의미가 있다고 밝혔다.


한편 KERI 연구결과는 우수성을 인정받아 미국 화학회(American Chemical Society)가 발행하는 재료과학 분야 최상위급 SCI 학술지인 ‘ACS Nano’에 게재됐다. 논문의 수준을 평가하는 ‘Impact Factor’14.588, 전체 SCI 학술지 중 상위 1.625%에 속한다.


▲ KERI 나노포토닉 3D프린팅 장비


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