전북대학교 연구진이 전기 신호만으로 자외선부터 가시광선 영역의 빛을 정밀하게 제어하고 양자점(QD) 발광을 조절할 수 있는 차세대 광소자 기술을 개발했다.

전북대학교 이승희 교수 연구팀의 김민수 연구교수(나노융합공학과)는 액정 기반 광 제어 기술과 양자점 발광 기술을 결합해 전압만으로 빛과 발광 세기를 조절할 수 있는 새로운 광소자 기술을 개발했다고 19일 밝혔다.

이번 연구는 기존 OLED 기반 디스플레이의 한계를 극복할 수 있는 새로운 디스플레이 구조인 'QD-LCD(Quantum Dot-Liquid Crystal Display)' 개념을 제시했다는 점에서 주목받고 있다.

연구팀은 고분자 네트워크 액정(PNLC)을 활용해 전압이 없는 상태에서는 높은 투명성을 유지하고, 전압이 인가되면 강한 산란 상태로 전환되는 광학 플랫폼을 구현했다. 전압이 인가되지 않은 상태에서는 약 83%의 높은 투과도와 낮은 헤이즈를 보였으며, 전압이 가해지면 약 90% 수준의 강한 산란 상태로 변해 빛을 효과적으로 차단하는 특성을 나타냈다.

특히 연구팀은 PNLC를 광 셔터로 활용해 양자점에 도달하는 자외선과 청색 여기광의 양을 전압으로 조절하고, 이를 통해 양자점 발광 세기를 간접적으로 제어하는 데 성공했다. 이는 양자점에 직접 전류를 주입하지 않는 새로운 방식이다.

실험 결과 녹색과 적색 양자점 모두에서 최대 92~97% 수준의 높은 발광 변조율을 기록했으며, 밀리초 단위의 빠른 응답속도와 안정적인 반복 동작 특성도 확인했다.

연구팀은 이러한 성과를 바탕으로 LED 백라이트와 PNLC 광 셔터, 양자점 색변환층을 결합한 새로운 디스플레이 구조인 QD-LCD를 제안했다. 기존 QD-OLED가 가진 블루 OLED의 효율 저하, 번인 현상, 수명 문제, 광 손실 등의 한계를 보완할 수 있는 가능성을 제시했다는 평가다.

김민수 연구교수는 "액정 기반 광 제어 기술과 양자점 발광 기술을 하나의 시스템으로 통합해 전기 신호를 통해 빛을 간접적으로 제어하는 새로운 패러다임을 제시했다"며 "학문적·산업적으로 의미 있는 연구 성과"라고 말했다.

이번 연구에는 아르차나 라마다스 박사과정생과 파테카리 망게시 박사과정생이 참여했으며, 교육부 BK21-FOUR 나노융복합에너지혁신소재부품인재양성사업단과 한국연구재단 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐다.

연구 결과는 전자 분야 국제 학술지 npj Flexible Electronics 최신호에 게재됐다.