초록 ▼

□ 연구개요
1) 연구개발 목표
● 직하 발광형 고효율 심자외선 마이크로 LED 어레이 기반 3D/4D 프린팅용 근접 광엔진 개발
2) 기존 연구의 한계 및 연구개발 필요성
● 기존 3D 프린팅 기술은 광엔진 성능에 따라 가용 소재, 해상도, 출력물 크기와 품질이 제한됨. 또한, 4D 프린팅 기술에서는 기존의 3D 프린팅 소재를 사용할 수 없고, 더 낮은 파장의 광원이 요구됨.
● 제안 광엔진 구조는 기존 광엔진 대비 (1) 높은 유효 광출력, (2) 고해상도, (3) 낮은 전력 소모, (4) 저비용, (

□ 연구개요
1) 연구개발 목표
● 직하 발광형 고효율 심자외선 마이크로 LED 어레이 기반 3D/4D 프린팅용 근접 광엔진 개발
2) 기존 연구의 한계 및 연구개발 필요성
● 기존 3D 프린팅 기술은 광엔진 성능에 따라 가용 소재, 해상도, 출력물 크기와 품질이 제한됨. 또한, 4D 프린팅 기술에서는 기존의 3D 프린팅 소재를 사용할 수 없고, 더 낮은 파장의 광원이 요구됨.
● 제안 광엔진 구조는 기존 광엔진 대비 (1) 높은 유효 광출력, (2) 고해상도, (3) 낮은 전력 소모, (4) 저비용, (5) 소형화 및 (6) 모듈화 수월성을 가짐.
● 또한, 심자외선 광원을 이용하여 3D/4D 프린팅 가용 소재의 한계 극복 가능.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구에서는, 심자외선 마이크로 LED (μ-LED) 효율 증대를 위한 소자 디자인 및 이를 이용한 심자외선 μ-LED 어레이 제작에 성공함. 또한, 파장에 따른 광경화 형상을 분석함으로써, 심자외선 μ-LED의 3D/4D 프린터 적용 가능성을 탐색함.
● In-plane TM 편광 발광이 우세한 Al_xGa_1-xN (x>0.3) 심자외선 LED의 효율적인 광추출 및 직하 방향성 확보를 위해, (1) 상협하광 원뿔대 구조, (2) 알루미늄 반사경, (3) MgF₂ passivation layer를 도입하여 심자외선 LED를 제작함.
● 개별 구동 청색 μ-LED 어레이를 제작함. 또한, μ-LED 소자 사이의 발광 분리를 위한 블랙 매트릭스(Black matrix, BM) 및 마이크로 렌즈 (μ-Lens) 어레이를 제작하여, 고효율 μ-LED 어레이 제작을 위한 BM 및 μ-Lens 어레이의 도입 가능성을 확인함.
● 심자외선과 근자외선 파장의 광원을 활용하여, 파장 변화에 따른 광경화 형상을 분석함. 심자외선의 짧은 파장으로 인해, 투과 깊이가 제한되어 동일 경화 시간 대비 더 얇은 박막이 경화됨. 이를 통해, 심자외선 광원에 대한 높은 z-해상도를 확보할 수 있을 것으로 예상됨.
초기 제안한 기간 내에 정량적 목표 효율을 달성하지는 못하였으나, 제안 연구에 대한 기초/응용 데이터베이스를 구축하였으며, 이는 향후 더 높은 목표 달성을 위한 초석을 다지는 결과임

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
1) 활용 방안
● 본 연구는 심자외선 광원의 핵심 원천 기술로 3D 프린터 분야로의 적용을 넘어, 심자외선 광원 및 이미징 기술이 요구되는 의료 분야, 환경 분야, 화학 분야, 반도체 공정 분야, 자발광 LED 디스플레이 분야로도 확장 가능하여, 관련 기술/산업에 있어 국가적인 리더십 학보에 크게 기여할 수 있음.
2) 학문적/기술적/경제적 기대 효과
● 본 연구는 심자외선 LED 재료 및 광원의 근본적인 이해를 바탕으로 심자외선 광원 및 3D 프린터에 대한 핵심 원천 기술 개발의 토대가 되어, 선진국과의 3D 프린팅 기술 격차를 줄이고, 연평균 27.5% 성장할 3D 프린터 시장에서 기술적, 산업적 리더십을 확보할 것으로 기대됨. 또한, 4D 프린팅용 가용 소재의 확대로, 연평균 43%로 빠른 성장 속도로 커지고 있는 4D 프린터 시장에서 기술적 리더십을 확보할 수 있음.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구개발의 필요성 ... 4
• 나. 연구개발 최종 목표 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 가. 직하 발광형 고효율 심자외선 μ-LED 소자 구현 ... 6
• 나. 심자외선 μ-LED 어레이 기반 수동구동형 on-wafer 디지털 이미징 광엔진 구현 ... 6
• 다. 심자외선 광원을 이용한 광경화 실험 진행 ... 11
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 13
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 13
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 3) 목표 달성 수준 ... 15
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 16
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 17
• 가. 기술적 파급효과 ... 17
• 나. 학문적 파급효과 ... 17
• 다. 경제적/사회적 파급효과 ... 17
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 가. 추가 연구의 필요성 ... 18
• 6. 자체점검표 ... 19
• 7. 참고문헌 ... 20
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 23
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 29
• 끝페이지 ... 31