한국전기연구원(이하 전기연) 나노융합연구센터 표재연·설승권 박사팀이 디스플레이 패널의 ‘퀀텀닷(Quantum dot·양자점)’ 화소를 3차원 구조로 인쇄할 수 있는 ‘나노포토닉 3D프린팅 기술’을 세계 최초로 개발했다고 12일 밝혔다.
퀀텀닷은 빛이나 전기 자극을 받으면 다양한 색상의 빛을 발생시킬 수 있는 나노입자를 말한다. 색 순도와 안정성이 높아 TV, 스마트폰, 태블릿 등 다양한 전자제품의 디스플레이용 발광재료로 사용된다.
현재 디스플레이 제조공법은 퀀텀닷을 얇게 도포하는 방식으로 화소를 제작한다. 흔히 해상도가 높다는 말은 한 화면 안에 화소 수가 많다는 것을 의미한다. 화소가 고밀도로 많이 모여 있으면 그만큼 영상·사진이 더 섬세하게 표현된다.
이를 위해 많은 업체들이 화소의 개수를 늘리기 위해 화소 크기를 줄여 해상도를 높이고 있지만, 줄어진 크기만큼 발생하는 빛의 밝기가 제한되는 문제가 따랐다.
기존 2차원이 아닌 3차원 구조의 화소 제작을 통해 빛의 밝기 제한 문제를 해결한 것이다. 이는 기존 얇은 막 대비 2배 이상의 밝기를 풀컬러로 구현할 수 있다.
해상도의 지표인 ‘PPI(Pixels Per Inch, 1인치당 화소의 개수)’로 비교하면 전기연의 기술은 5600PPI 수준으로, 기존 8K QLED TV(100PPI), 노트북(200PPI), 스마트폰(800PPI)의 수준을 뛰어넘는다.
초고해상도를 필요로 하는 가상증강현실(VR·AR) 관련 빔프로젝터 등 미래 첨단 디스플레이 분야까지 폭넓게 활용이 가능한 수준이다.
나노포토닉 3D프린팅 기술을 응용하면 초고밀도 데이터 저장매체, 3차원 구조 초고해상도 암호 패턴을 이용한 위조방지 기술, 카메라 센서 등 다양한 분야에 적용할 수 있다. 특히 유연 기판재료인 폴리이미드 및 PET(Polyethylene terephthalate) 필름에 직접 인쇄가 가능해 웨어러블(착용형)·롤러블 장치에도 적용할 수 있다. 이번 연구성과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘ACS 나노’(NANO)에 게재됐다.
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