KERI, 나노포토닉 3D프린팅 기술 세계 최초 개발

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<KERI가 개발한 나노포토닉 3D프린팅 장비.>

한국전기연구원이 3D프린터로 고해상도 나노 디스플레이를 제작할 수 있는 스마트 프린팅 기술을 개발했다. 3D프린팅을 디스플레이산업에 적용한 세계 첫 사례다.

한국전기연구원(KERI·원장 최규하)은 KERI 나노융합연구센터 표재연·설승권 연구원이 나노미터(㎚)급 화소(픽셀)를 패널에 프린팅해 초고해상도 디스플레이를 제조할 수 있는 '나노포토닉 3D프린팅 기술'을 세계 최초로 개발했다고 12일 밝혔다.

'나노포토닉 3D프린팅'은 퀀텀닷(양자점) 디스플레이 픽셀을 3차원 구조로 제작해 인쇄할 수 있는 기술이다.

퀀텀닷은 빛이나 전기 자극을 받으면 다양한 색상을 표출하는 나노입자로 색 순도와 안정성이 높아 TV, 스마트폰, 태블릿 등에 적용이 늘고 있는 디스플레이용 발광재료다. 고해상도 퀀텀닷 디스플레이는 이 나노입자를 얇게 도포해 고밀도 픽셀를 구현하는 방식으로 만든다.

TV, 스마트폰 등 초고화질 디스플레이 경쟁은 선명도를 높이는 게 관건이다. 제한된 면적에 화소수를 높이려면 픽셀 크기를 줄여야 하는데 줄어든 픽셀은 빛의 밝기도 약하다.

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<나노포토닉 3D프린팅 기술을 개발한 KERI 전기재료연구본부 나노융합연구센터 연구팀(왼쪽부터 배종천 연구원, 표재연 선임연구원, 설승권 책임연구원)>

KERI 연구팀은 기존 2차원 픽셀을 3차원 구조로 바꿔 이 문제를 해결했다.

나노포토닉 3D프린팅 기술을 개발, 폭 620㎚, 높이 1만㎚ 크기의 3D픽셀 제작에 성공했다. 기존 얇은 막 형태의 픽셀 대비 2배 이상 밝기를 나타내 고해상도와 필요한 밝기를 동시에 구현했다.

이 기술로 5600PPI(PPI는 1인치당 픽셀수를 나타내는 해상도 지표)급 3원색 컬러 디스플레이 시제품 제작에도 성공했다. 현재 8K QLED TV는 100PPI, 노트북은 200PPI, 스마트폰은 800PPI 수준으로, 상용 한계 수준으로 알려진 1000PPI 보다도 5배 이상 높다.

이 기술은 초고밀도 데이터 저장매체, 3차원 구조 초고해상도 암호 패턴을 이용한 위조방지, 카메라 센서, 생명공학 등 다양한 분야에 응용할 수 있다. 유연 기판재료인 폴리이미드나 PET 필름에 직접 프린팅도 가능하다.

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<3D프린팅 풀컬러(적색, 녹색, 청색) 퀀텀닷 잉크.>

연구팀은 원천 특허 출원을 완료하고, 수요업체를 발굴해 3D프린팅 기반 초고해상도 디스플레이 기술 사업화를 추진할 계획이다.

표재연 선임연구원은 “외산 장비에 의존해 온 3D프린팅 융합기술과 달리 소재부터 원천기술과 장비까지 모두 자체 개발한 디스플레이용 3D프린팅 국산 통합 솔루션”이라며 “초고해상도 수요가 높은 가상현실(VR)·증강현실(AR) 기기, 빔프로젝터 등 차세대 첨단 디스플레이 분야에 폭넓게 활용할 수 있을 것”이라 말했다.

이 기술 개발 성과는 미국 화학회(ACS) 발행 SCI학술지 'ACS나노'에 실렸다.

창원=임동식기자 dslim@etnews.com