전기硏, 3D프린터로 초고해상도 QLED 제작기술 개발

[아이뉴스24 최상국 기자] 한국전기연구원(KERI)이 3D프린팅 기법으로 초고해상도의 퀀텀닷 디스플레이를 제작할 수 있는 기술을 개발했다고 12일 발표했다.

전기硏 나노융합연구센터 표재연·설승권 박사팀이 개발한 ‘나노포토닉 3D프린팅 기술’은 디스플레이 패널의 ‘퀀텀닷(양자점)’ 화소를 3차원 구조로 인쇄해 높은 해상도와 밝기를 동시에 구현한 것으로, 디스플레이 분야에 3D프린팅을 적용한 시초가 될 만한 기술이다.

현재 디스플레이 제조공법에서는 퀀텀닷을 얇게 도포하는 방식으로 화소(픽셀)를 제작하고 있다. KERI 연구팀은 화소를 얇은 막이 아닌 3차원 구조로 제작하기 위한 3D프린팅 기술을 개발했다. 단위면적당 화소의 개수를 늘리기 위해 화소의 크기를 줄이면 빛의 밝기가 제한되는 문제가 있지만, 화소를 3차원으로 제작하면 높은 해상도와 밝기를 동시에 획득할 수 있을 것이라는 아이디어를 구현한 것이다.

연구팀은 독자적인 3D프린팅 기술을 활용해 폭 620나노미터, 높이 1만 나노미터 수준의 화소를 제작한 결과 기존 얇은 막 대비 2배 이상의 밝기를 풀컬러(적색, 녹색, 청색)로 구현할 수 있었다.

연구팀은 해상도의 지표인 ‘PPI(Pixels Per Inch)’로 비교하면 5천600 PPI 수준이라고 밝혔다. 기존 8K QLED TV가 100 PPI대 해상도인 것과 비교하면 50배 이상의 해상도를 구현할 수 있는 수준이다.

연구팀은 "화소 간 인쇄 간격을 더욱 줄이면 1만2천 PPI 까지 달성이 가능할 것"이라며 "반대로, 큰 노즐을 이용하면 상용제품 수준인 300 PPI도 대응이 가능한 기술이기 때문에 다양한 응용분야에서 기술대체 효과를 기대할 수 있다"고 설명했다.

특히 3D프린팅 기술은 폴리이미드, PET 등 유연 필름에도 직접 인쇄가 가능하기 때문에 웨어러블, 롤러블 디스플레이에도 적용할 수 있는 것이 장점이다.

연구팀은 이번에 개발한 3D프린팅 기술이 디스플레이 외에도 초고밀도 데이터 저장매체, 3차원 구조 초고해상도 암호 패턴을 이용한 위조방지 기술, 카메라 센서, 생명공학 등 다양한 분야에 적용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

표재연 박사는 “3D프린팅 기술을 디스플레이 산업에 적용한 사례는 전 세계에서도 찾아보기 힘들다”고 전히며 “흔히 외산 장비에 의존하는 3D프린팅 연구와는 달리, KERI의 기술은 3D프린팅 소재부터 원천기술 및 장비까지 ‘통합 솔루션’을 개발한 완전한 기술독립의 실현”이라고 밝혔다.

연구팀은 기술에 대한 원천특허 출원을 완료했으며, 수요업체를 발굴해 기술의 사업화를 추진할 예정이다.

이번 연구결과는 미국 화학회가 발행하는 재료과학 분야 최상위급 학술지인 ‘ACS Nano’에 7월31일 게재됐다.

◇논문명: 3D-Printed Quantum Dot Nanopixels.

◇저자: 배종천 석사과정(제1저자), 표재연 박사(교신저자), 설승권 박사(과제책임자)

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