3D프린터로 8K QLED TV보다 50배 선명한 ‘나노 디스플레이’ 만든다

/자료=전기연

국내 연구진이 8K QLED TV보다 50배 이상 높은 해상도를 구현하는 ‘나노 디스플레이’를 제작할 수 있는 기술을 개발했다.

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.

나노포토닉 3D프린팅 장비/사진=전기연

전기연 연구팀은 화소를 얇은 막이 아닌 3차원 구조로 제작하면 높은 해상도에도 필요한 밝기의 빛을 확보할 수 있다는 점에 착안, 독자 개발한 3D프린터를 활용해 폭 620나노미터(nm), 높이 1만nm 수준의 화소를 제작했다.

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.

3D프린팅 풀컬러(적색, 녹색, 청색) 퀀텀닷 잉크/사진=전기연