작성일 : 20-08-14 15:26
표재연·설승권 전기연 연구팀, '나노포토닉 3D프린팅' 개발 , 스마트폰의 8배···막강 해상도 구현할 '3차원 기술' 탄생
 글쓴이 : happy
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한국전기연구원이 구현한 스마트폰의 8배 초고해

한국전기연구원의 나노포토닉 3D프린팅 기술 소개 영상. <사진=전기연 제공>
 
한국전기연구원 3D프린팅 기술 연구개발팀. (왼쪽부터) 배종천 석사과정, 표재연 박사, 설승권 박사. <사진=전기연 제공 >
전 세계 기업들은 4차 산업혁명의 핵심 키워드인 '가상현실' 구현을 위해 초고해상도 전쟁을 벌이고 있다. 이에 국내 연구진이 3D프린팅 기법을 이용해 압도적인 해상도를 자랑하는 '나노 디스플레이' 제작 기술을 개발해 이목을 끌고 있다. 

한국전기연구원(원장 최규하)표재연·설승권 나노융합연구센터 박사팀3D프린터를 이용해 나노미터급 화소를 갖는 초고해상도 디스플레이 제조 기술 '나노포토닉 3D프린팅'을 개발했다고 12일 밝혔다. 

해당 기술은 디스플레이 패널의 '퀀텀닷(Quantum dot, 양자점)' 화소를 3차원 구조로 인쇄할 수 있도록한 기술이다. TV, 스마트폰 등에 쓰이는 퀀텀닷은 빛이나 전기 자극을 받으면 다양한 색상의 빛을 발생시킬 수 있는 나노입자다.

현재 퀀텀닷을 얇게 도포하는 방식으로 화소(픽셀, Pixel)를 제작하고 있다. 흔히 해상도가 높다는 말은 한 화면 안에 화소 수가 많다는 것을 의미한다. 

이를 위해 많은 업체가 화소 개수를 늘리기 위해 화소 크기를 줄여 해상도를 높이려 하지만 줄어진 크기만큼 빛의 밝기가 제한되는 문제가 있었다. 

이에 연구팀은 화소를 얇은 막이 아닌 3차원 구조로 제작하면 높은 해상도에도 필요한 밝기의 빛을 확보할 수 있겠다는 점에 착안했다. 독자적인 3D프린팅 기술을 활용해 폭 620나노미터, 높이 1만 나노미터 수준의 화소를 제작했다. 기존 2차원이 아닌 3차원 구조의 화소 제작을 통해 빛 밝기 제한 문제를 해결한 것이다. 그 결과 기존 얇은 막 대비 2배 이상의 밝기를 풀컬러(적색, 녹색, 청색)로 구현할 수 있었다.

해상도 지표인 'PPI(Pixels Per Inch, 1인치당 화소의 개수)'로 비교하면 연구팀의 기술은 5600PPI 수준의 3원색 컬러 화소를 시현해 기존 8K QLED TV(100PPI), 노트북(200PPI), 스마트폰(800PPI) 수준을 압도적으로 뛰어넘는다. 또한 현재 상용화 한계 수준인 1000PPI 보다도 5배 이상 높은 해상도를 보여줬다. 

초고해상도를 필요로 하는 가상현실 기술, 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.

무엇보다 연구팀의 나노포토닉 3D프린팅 기술은 유연 기판재료인 폴리이미드(Polyimide)와 PET(Polyethylene terephthalate) 필름에도 직접 인쇄가 가능해 웨어러블(Wearable) 장치에도 적용할 수 있다는 장점이 있다.

기술개발자인 표재연 박사 "3D프린팅 기술을 디스플레이 산업에 적용한 사례는 전 세계에서도 찾아보기 힘들다"며 "흔히 외산 장비에 의존하는 3D프린팅 연구와는 달리, 해당 기술은 3D프린팅 소재부터 원천기술 및 장비까지 '통합 솔루션'을 개발한 완전한 기술독립의 실현이다"라고 말했다.

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

이번 연구결과는 미국 화학회(American Chemical Society)가 발행하는 재료과학 분야 최상위급 SCI 학술지인 'ACS Nano'에 지난달 31일 게재됐다(제1저자 배종천 석사과정, 교신저자 표재연 박사, 과제책임자 설승권 박사). 

한국전기연구원 나노포토닉 3D프린팅 기술 장비. <사진=전기연 제공 >