"빛으로 글씨 쓰고 데이터 전송"...광반응 차세대 LED 개발

ETRI "상용화 시점 5~10년 후"

한국 과학자들이 주축이 된 공동 연구진이 나노미터(nm) 크기의 반도체 입자인 양자점(Quantum Dot)을 이용, 빛으로 정보통신 및 에너지 획득이 가능한 차세대 디스플레이를 개발했다.

향후 빛으로 쓰는 전자칠판, 동작 인식 스크린, 자가충전 발광소자 뿐만 아니라 빛으로 데이터를 송수신 하는 라이파이(Li-Fi) 디스플레이 등에 적용될 전망이다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 미국 일리노이대, 다우와 공동연구로 아령 모양의 반도체 양자점을 이용해 LED 발광특성 및 광감지 능력이 뛰어난 광반응 디스플레이를 구현했다고 10일 밝혔다. 이번 연구결과는 세계적인 학술지인 사이언스(Science)에 10일자로 게재되었다.

이번 연구에 사용된 물질은 최근 각광받고 있는 양자점이다. 양자점은 자체적으로 빛을 내는 수십~수백 나노미터의 반도체 결정으로, 이미 국내 TV제조사는 QLED라는 이름으로 LCD 패널과 LED 백라이트 사이에 사용중이다.

제조된 광 감응 디스플레이 소자위에 레이저 포인터를 이용해 글자를 표현하는 모습

양자점은 큰 에너지의 빛을 선택적으로 흡수 또는 에너지 차이에 해당되는 빛을 방출하기 때문에 LED, 광검출기, 태양전지와 같은 광전자 소자 등에 응용된다. 하지만 이러한 양자점은 주입된 전자와 정공을 다시 추출 혹은 분리하는 것이 쉽지 않다.

이같은 문제해결을 위해 연구진은 이중 이종접합 나노막대 양자점을 개발했다. 나노막대 끝에 코어와 쉘 구조의 양자점이 아령처럼 붙어있는 구조다.

연구팀은 이러한 아령모양의 양자점을 통해 발광 및 광검출 특성을 모두 높일 수 있음을 발견했다. 특히 기존과 달리 LED가 빛을 방출하는 것 뿐만 아니라 빛을 흡수하기도 해 센서처럼 빛을 감지하는 소자를 개발한 것이다.

이에 따라, 어두운 환경에서 LED가 자동으로 밝아질 수도 있게 되었다. 특히 레이저 포인터로 외부 빛을 가정해 LED 픽셀에 빛이 들어옴을 감지하면 픽셀마다 외부 전기적 신호가 들어 오도록 만들었다. 따라서 연구진이 만든 패널에는 펜이나 손가락 접촉 없이도 글쓰기가 가능하다.

연구팀은 이번 연구개발을 통해 “전자칠판이나 디스플레이 등에도 펜이나 잉크를 통한 판서가 아닌 새로운 방법의 표현도 가능하다”고 덧붙였다.

상용화 시점은 5년~10년 내로 내다보고 있다.