[아이티투데이 이재구 기자] 조만간 3D프린터로 눈에 착용할 수 있는 콘택트렌즈형 LED빔 프로젝터를 생산할 날이 올 것 같다. 이 기기 제작 기술의 향상은 구글글래스같은 웨어러블보다 간편한 콘택트렌즈방식 웨어러블의 시대를 가져오게 될 것으로 보인다.

프린스턴대학보는 10일(현지시간) 3D프린터로 콘택트렌즈에 양자점(나노입자)잉크를 정밀하게 인쇄해 LED콘택트렌즈를 만드는 데 성공했다고 보도했다.  연구진은 나노잉크를 콘택트렌즈에 인쇄한 후 이 기기가 오렌지색과 초록색을 내는 광빔프로젝터로 작용할 수 있다는 것을 확인했다.

물론 당장 이 콘택트렌즈형 디스플레이를 눈에 착용해 사용할 수는 없다. 이 시제품 콘택트렌즈디스플레이는 단단한 플라스틱으로 만들어져 눈에 장착하기에 적절하지 않다. 또한 나노입자로 된 양자점잉크LED(QLED)는 외부로부터 전력을 공급받아야 한다.

마이클 맥알파인 프린스턴대 기계항공공학과교수는 "이번 성과는 복잡한 형태를 가진 전자제품을 실용화할 수 있는 가능성을 보여주었다. 우리는 3D프린팅을 통해 완전한 디바이스를 만들 수 있었으며 이번 경우는 LED였다. 우리는 나노입자로도 알려진 양자점을 잉크로 사용해 오렌지색과 초록색을 만들어 낼 수 있었다"고 말했다.

이들이 지난 달 자체 제작한  3D프린터로 만들어 낸 양자점(나노입자)LED는 5개 층으로 구성돼 있다. 맨 아래층에 있는 은나노입자 고리는 기계회로용 금속 전선역할을 한다. 그 위에 있는 2개 폴리머층은 전류를 다음 층으로 공급하고 전달해 준다. 유화아연케이스에 들어있는 카드뮴 셀레나이드 나노입자(양자점) 등으로 구성돼 있다. 맨 위층에는 공융(共融) 갈륨-인듐으로 만들어진 음극층이다.

맥알파인교수는 "전통적인 전자산업은 2D전자기기를 정말 잘 만든다.TV와 전화기의 스크린이 납작해졌다.그러나 3D프린팅은 사람들에게 3차원을 제공한다. 그리고 이는 사람들이 지금껏 상상하지 못했던 몸에 사용될 수 있는 3D구조를 만드는 데 사용될 수 있다"고 말했다.

이 3D프린터로 찍어낸 2가지 컬러를 쏘아내는 렌즈LED(빔프로젝터)는 연구팀의 지속적인 노력으로 이뤄졌다. 연구팀은 지난 해에는 달팽이관이식을 원하는 사람을 위해 3D프린터로 생체조직을 이용한 안테나를 박은 귀를 만들어내기도 했다.

하지만 렌즈에 3D프린팅을 하는 시도는 상당한 어려움을 겪었다. 다양한 재료를 사용해야 하는 이 3D프린팅은 다른 온도와 감도 차를 극복해야 하는 등 호환성 문제를 갖고 있다.

공용린 공동개발자는 "예를 들어 전통적인 마이크로 (반도체)팹기술을 사용하지 않고 얇고 균일하게 한 나노입자와 폴리머를 코팅을 패턴화하는 것은 간단한 문제가 아니다. 그럼에도 3D프린터로 인쇄된 필름의 두께와 균일성은 프린트된 실제 기기의 성능을 결정하게 해 주는 양대 핵심 요소가 되고 있다"고 말했다.

이들은 화학대학원생 이언 타말고, 유체역학전문가인 김형수 배리랜드전기공학과 조교수의 도움을 받아 특별한 디자인한 2만달러(2,200만원)짜리 3D프린터를 만들어냈다.

연구팀은 이 콘택트렌즈형 디스플레이를 만들기 위해 3D스캐닝을 통한 표준형 콘택트렌즈형상을 만들었다. 이는 3D프린터용 데이터로 만들어져 프린터에 입력됐고 양자LED잉크 프린팅 과정을 거쳐 곡면 렌즈표면에 2가지 컬러를 내는 디스플레이(LED)를 만드는데 성공했다.

이 콘택트렌즈 LED를 이용해 헤드업디스플레이를 만들 수 있을까? 이를  위해서는 많은 사전작업이 필요하다. 전원표준을 국제화해야 하며 양자점(나노입자)잉크 LED를 이번 실험에 사용한 딱딱한 플라스틱 대신 소프트렌즈에 인쇄해야 한다.