국내 연구진, 세계 최초 OLED 인쇄하는 3D 프린팅 기술 개발했다

미국 미네소타대, 박성현 한국생산기술연구원 선임연구원, 안송이 부산대 기계공학부 교수 등 공동연구팀이 3D 프린터만으로 OLED 디스플레이를 제조하는 기술을 세계 최초로 개발했다. 미네소타대 제공

3차원(3D) 프린터 하나로 유기발광다이오드(OLED) 디스플레이를 제조하는 기술이 세계 최초로 개발됐다. 한국인 연구원의 아이디어로 시작된 이 기술을 통해 미래에는 누구나 집에서 저비용으로 OLED 디스플레이를 만들 수 있을 것으로 기대된다.

미국 미네소타대와 박성현 한국생산기술연구원 청정웰빙연구그룹 선임연구원, 안송이 부산대 기계공학부 교수 등 공동연구팀은 3D 프린터로 OLED 디스플레이를 출력해 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 7일자에 발표했다.

OLED 디스플레이는 가볍고, 유연하며, 효율적인 전력 사용으로 TV나 컴퓨터 모니터 등에 널리 사용되고 있다. 단 이를 만들기 위해서는 청정실을 갖춘 대규모 제조시설이 필요하다.

박 선임연구원은 2015~2019년 미국 미네소타대에서 박사후 연구원을 지내며 작은 공간에서도 3D 프린터로 OLED를 인쇄하는 기술을 고안했다. 박 선임연구원은 “보통 3D 프린터는 플라스틱이나 금속 재료를 이용해 어떤 형태를 만들어내는 데 많이 이용되고 있다”며 “3D 프린터 소재의 폭을 넓히고자 전도성, 비전도성, 반도체 소자 등 기능성 소재를 사용해 OLED 디스플레이를 인쇄하는 방법을 떠올렸다”고 말했다.

연구팀은 3D 프린터로 전극, 절연체 등의 소재를 층층이 쌓아 올려 OLED를 제작했다. 얇은 층으로 쌓아 올릴 때 소재를 용매에 녹여 분사하는 인쇄 방식이 적합하지만, 분사 뒤 용매가 증발할 때 소재가 고르게 남아있지 않는 문제가 있었다.

박 선임연구원은 “각 층의 두께가 균일하지 않으면 얇은 쪽으로 전류가 더 많이 흐르거나 OLED의 밝기가 다르게 보이는 문제가 생긴다”고 말했다.

이에 연구팀은 6개 층을 만드는 데 분사인쇄 방식과 더불어 소재를 녹여 직접 출력하는 압출인쇄 방식을 병행했다. 전극, 절연체와 이를 보호하는 필름 등은 압출인쇄 방식으로 진행하고, 전류가 흐르는 활성층은 분사인쇄 방식으로 만들었다. 

이를 통해 주황색의 빛을 내는 약 1.5인치, 64픽셀의 OLED 디스플레이가 완성됐다. 2000번을 굽혀도 안정적으로 작동했다. 

박 선임연구원은 "기판부터 시작해 OLED의 모든 층을 3D 프린터로만 만든 첫 번째 성과"라며 “이후 연구를 통해 모든 색상을 내면서 더 높은 전력효율과 해상도를 갖는 OLED 디스플레이를 만들어 낼 것”이라고 밝혔다.

제조과정 영상보기: https://youtu.be/k7KV_lOIp8o

[서동준 기자 bios@donga.com]