와이파이보다 100배 빠른 라이파이…초고속·고보안 광통신 소자 구현

KAIST·KRISS, 온-디바이스 암호화 광송신 소자 개발

조힘찬 한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 교수 연구진은 임경근 한국표준과학연구원(KRISS) 연구원과 협력해, 빛을 이용한 통신기술 '라이파이' 활용을 위한 온-디바이스 암호화 광통신 소자 기술을 개발했다./pixabay

국내 연구진이 기존 광통신 소자의 한계를 뛰어넘어 송신 속도와 보안을 동시에 향상시킬 수 있는 라이파이(Li-Fi)의 새로운 플랫폼을 제시했다. 라이파이는 발광 다이오드(LED) 불빛처럼 눈에 보이는 빛인 가시광선 대역을 활용한 무선통신 기술로, 기존 와이파이(Wi-Fi)보다 최대 100배 빠른 속도를 제공한다.

조힘찬 한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 교수 연구진은 임경근 한국표준과학연구원(KRISS) 연구원과 협력해, 라이파이 활용을 위한 ‘온-디바이스 암호화 광통신 소자’ 기술을 개발했다고 24일 밝혔다. 연구는 국제 학술지 `어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)‘에 지난달 30일 게재됐으며, 속표지 논문으로도 선정됐다.

조힘찬 교수 연구진은 독성이 적고 지속 가능한 초미세 반도체 입자(양자점)를 이용해 고효율 발광 트라이오드 소자를 만들었다. 연구진이 개발한 소자는 전기장을 이용해 빛을 발생시키는 장치다. 특히 투과 전극에 존재하는 아주 작은 구멍(핀홀) 영역에 전기장이 집중되고 전극 너머로 투과되는데, 이 소자는 이를 이용해 두 가지 입력 데이터를 동시에 처리할 수 있다.

이 원리를 이용해 연구진은 ‘온-디바이스 암호화 광송신 소자’라는 기술을 개발했다. 이 기술의 핵심은 기기 자체에서 정보를 빛으로 바꾸면서 동시에 암호화까지 한다는 점이다. 즉 복잡한 별도의 장비 없이도 보안이 강화된 데이터 전송이 가능하다.

이 원리를 이용해 연구팀은 ‘온-디바이스 암호화 광송신 소자’라는 기술을 개발했다. 이 기술의 핵심은 기기 자체에서 정보를 빛으로 바꾸면서 동시에 암호화까지 한다는 점이다. 즉, 복잡한 별도의 장비 없이도 보안이 강화된 데이터 전송이 가능하다.

외부양자효율(EQE)은 전기를 얼마나 효율적으로 빛으로 변환하는지를 나타내는 지표로, 상용화를 위한 기준은 일반적으로 약 20% 수준이다. 이번에 개발된 소자는 17.4%의 EQE를 기록했으며, 휘도(luminance) 또한 스마트폰 OLED 화면의 최대 밝기인 2000nit(니트)를 크게 웃도는 2만9000nit로, 10배 이상의 높은 밝기를 구현했다.

또 연구진은 이 소자가 어떻게 정보를 빛으로 바꾸는지를 더 정확히 이해하기 위해, 아주 짧은 시간 동안 전압을 순간적으로 인가했을 때, 소자에서 발생하는 발광 특성을 분석했다. 이를 통해 수백 ㎱(나노초) 단위에서 소자 내 전하들의 이동을 분석해 단일 소자 내에서 구현되는 작동 메커니즘을 규명했다.

조힘찬 교수는 “이번 연구는 기존의 광통신 소자의 한계를 뛰어넘어 송신 속도를 높이면서도 보안능력을 향상할 수 있는 새로운 통신 플랫폼을 제시했다”며 “추가 장비 없이도 보안을 강화하면서, 암호화와 송신을 동시에 구현하는 이번 기술은 향후 보안이 중요한 다양한 분야에서 폭넓게 응용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

참고 자료

Advanced Materials(2025), DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202503189

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