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과학기술정보통신부 국가과학기술연구회 산하 전기전문 정부출연연구기관인 한국전기연구원(이하 KERI, 원장 최규하) 나노융합연구센터 표재연·설승권 박사팀이 3D프린터를 이용하여 나노미터급 화소를 갖는 초고해상도 디스플레이를 제조할 수 있는 ‘나노포토닉 3D프린팅 기술’을 개발했다.
  KERI의 성과는 디스플레이 패널의 ‘퀀텀닷(Quantum dot, 양자점)’ 화소를 3차원 구조로 인쇄할 수 있도록 만든 기술이다.
  퀀텀닷은 빛이나 전기 자극을 받으면 다양한 색상의 빛을 발생시킬 수 있는 나노입자로, 색 순도와 안정성이 높아 TV, 스마트폰, 태블릿 등 다양한 전자제품의 디스플레이용 발광재료로 활발하게 사용되고 있다.
  현재 디스플레이 제조공법에서는 퀀텀닷을 얇게 도포하는 방식으로 화소(픽셀, Pixel)를 제작하고 있다.
  흔히 해상도가 높다는 말은 한 화면 안에 화소의 수가 많다는 것을 의미한다.
  화소가 고밀도로 많이 모여 있으면 그만큼 영상이나 사진이 정밀하다는 뜻이고 더 섬세하게 표현된다.
    이를 위해 많은 업체들이 화소의 개수를 늘리기 위해 화소의 크기를 줄여 해상도를 높이려고 하지만 줄어진 크기만큼 발생하는 빛의 밝기가 제한되는 문제가 있었다.
  최근 TV나 스마트폰 등 각종 전자제품에서의 초고화질 경쟁이 대세인 가운데, 화소의 크기를 더욱 줄여 높은 선명도를 확보하는 것이 치열한 시장에서 주도권을 가져올 수 있는 관건이 된 것이다.
  이에 KERI 연구팀은 화소를 얇은 막이 아닌 3차원 구조로 제작하면 높은 해상도에도 필요한 밝기의 빛을 확보할 수 있겠다는 점에 착안하여 연구개발을 시작했고, 독자적인 3D프린팅 기술을 활용해 폭 620나노미터, 높이 1만 나노미터 수준의 화소를 제작했다.
  기존 2차원이 아닌 3차원 구조의 화소 제작을 통해 빛의 밝기 제한 문제를 해결한 것이다.
  그 결과 기존 얇은 막 대비 2배 이상의 밝기를 풀컬러(적색, 녹색, 청색)로 구현할 수 있었다.
  해상도의 지표인 ‘PPI(Pixels Per Inch, 1인치당 화소의 개수)’로 비교하면 KERI의 기술은 5,600PPI 수준의 3원색 컬러 화소를 시현하여, 기존 8K QLED TV(100PPI), 노트북(200PPI), 스마트폰(800PPI)의 수준을 압도적으로 뛰어넘는 것은 물론, 현재 상용기술의 한계수준인 1,000PPI 보다도 5배 이상 높은 해상도를 보여줬다.
  초고해상도를 필요로 하는 가상현실 관련기술(VR, AR), 빔프로젝터 등 미래 첨단 디스플레이 분야까지 폭넓게 활용이 가능한 수준이다.
 
KERI 나노융합연구센터 표·설 박사팀이 개발한 나노포토닉 3D프린팅 기술은 퀀텀닷 화소를 3차원 구조로 인쇄할 수 있는 기술이며 디스플레이용 발광재료로 활발히 사용되고 있다.