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김민수 연구교수(나노융합공학과·BK21-FOUR 나노융복합에너지혁신소재부품인재양성사업단)가 상용화 가능한 초저소비전력 액정디스플레이(LCD) 기술을 개발하는 데 성공했다고 5일 밝혔다.
전북대 이승희 교수 연구팀(공과대학JBNU-KIST산학연융합학과·고분자나노공학과·나노융합공학과)에서 연구를 수행하고 있는 김 연구교수팀은 LCD에서 가장 널리 사용되는 프린지-필드 스위칭(FFS) 모드를 초저주파(1 Hz)로 구동할 때 발생하는 고질적 문제, 즉 화면 깜빡임(Flicker) 현상의 원리를 규명하고 이를 억제할 수 있는 새로운 액정 소재를 개발했다.
이번 성과는 전 세계 디스플레이 시장의 약 90%를 차지하는 LCD의 소비전력을 획기적으로 줄일 수 있는 전환점이 될 것으로 기대된다.
LCD는 전기 신호로 액정 분자의 배열을 제어해 영상을 표시한다. 하지만 구동 주파수를 낮추면 전력 소모는 줄어드는 대신, 플렉소일렉트릭 효과(Flexoelectric effect)가 강해져 액정 분자가 불필요한 방향으로 움직이면서 30 Hz 이하에서 ‘깜빡임’ 현상이 나타난다.
이를 해결하기 위해 연구팀은 LG디스플레이와 머크 퍼포먼스 머티리얼즈와 협력해 플렉소일렉트릭 효과를 최소화하는 분자구조를 이론적으로 제안하고, 플렉소일렉트릭 계수를 간단히 측정할 수 있는 두 가지 새로운 방법도 제안했다. 특히 김민수 연구교수가 고안한 ‘변위전류 대칭성 측정법’은 전극의 전압 극성을 바꿔 흐르는 전류의 대칭성을 분석함으로써 액정 배열 상태를 손쉽게 파악할 수 있어, 산업 현장에서 활용도가 높다.
김민수 연구교수는 “이번 성과는 기초 재료과학 원리가 실제 상용 기술로 이어질 수 있다는 가능성을 보여준다”며, “차세대 저전력 LCD 상용화의 중요한 발판이 될 것”이라고 밝혔다.
이번 연구에는 정준호 박사, 정하영 박사과정생, 최규리 석사과정생이 참여했으며, LG디스플레이와 머크 퍼포먼스 머티리얼즈, 교육부 BK21-FOUR 나노융복합에너지혁신소재부품인재양성사업단과 한국연구재단 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 광학분야 상위 3.6% 국제 학술지 『Opto-Electronic Advances (IF=22.4)』 최신호에 “Flicker minimization in power-saving displays enabled by measurement of difference in flexoelectric coefficients and displacement-current in positive dielectric anisotropy liquid crystals”라는 제목으로 게재됐다.
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