한국 등 국제 연구진 공동 개발

한국인 과학자들이 대거 포함된 국제공동연구진이 TV 화면으로 사용할 수 있고 발전기로도 활용 가능한 새로운 개념의 디스플레이 기술을 개발했다.

미국 일리노이대 재료공학과·화학생명공학과 연구진과 한국전자통신연구원(ETRI) 실감디스플레이연구그룹, 미국 다우케미컬 전자재료사업부 공동연구팀이 아령 모양의 양자점을 이용해 발광다이오드(LED)와 광센서 두 가지 기능을 모두 갖춘 차세대 디스플레이를 만들었다. 이번 연구 성과는 세계적인 과학저널 ‘사이언스’ 10일자에 실렸다. 이번 기술은 고감도 전자칠판, 동작인식 스크린, 자가충전 발광소자, 빛으로 데이터를 송수신하는 라이파이 디스플레이 등 다양하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

양자점은 자체적으로 빛을 내는 수십~수백 나노미터(㎚) 크기의 반도체 결정으로 국내에서는 이 원리를 활용해 QLED라는 이름의 LED 패널 및 백라이트를 생산하고 있다.

기존의 양자점은 ‘코어’와 ‘셸’이라는 구조의 구 형태로 이뤄져 있다. 코어와 셸이 선택적으로 빛을 흡수한 뒤 에너지 차이에 따라 빛을 방출함으로써 LED나 광검출기, 태양전지 같은 광전자소자로 쓰인다. 문제는 코어와 셸이 떨어져 있기 때문에 발광 기능이나 광검출 기능 중 하나만 수행할 수밖에 없다.

연구진은 기존의 구형이 아닌 코어와 셸이 양쪽 끝에 붙어 있는 아령 형태의 양자점을 개발했다. 코어와 셸 구조를 동시에 갖고 있기 때문에 발광과 광검출 특성 모두를 나타낼 수 있게 된 것이다. 즉 에너지를 잃으면 빛을 방출하는 LED의 원리와 빛 에너지를 얻으면 전류가 흐르는 광센서 원리 모두를 구현할 수 있다.

연구진은 가로세로 각각 1인치 크기의 기판에 100개의 픽셀을 만들어 LED처럼 빛을 방출하고 외부 환경에 따라 빛의 강도를 조절할 수 있을 뿐만 아니라 외부 빛을 이용해 기판에 글자를 쓰는 실험도 성공했다.

ETRI 연구진은 “나노입자의 구조와 성분을 조절해 빛 감지 효율을 높이고 에너지 변환 효율이 더 높은 디스플레이 장치를 개발하는 것이 최종 목표로, 상용화까지는 5~10년 정도 걸릴 것”이라고 설명했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr