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신한중 l 제335호 l 2016년 02월 29일 l 조회수:1764
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| 형광체 필요 없는 단일칩 백색 LED 등장 |
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KAIST 연구진, 피라미드형 복합 설계 통해 백색 구현
미래 백색 LED광원의 방향성 제시… 조명 기술 발전 기여 기대
국내 연구진이 형광체를 사용하지 않고 특수한 구조의 3차원 반도체 하나로 백색광을 내는 LED를 개발했다. 이에 따라 해당제품의 상용화 가능성에 관심이 집중되고 있다.
한국과학기술원(KAIST) 조용훈 교수 연구팀은 지난 2월 23일 형광체를 사용하거나 여러 색의 LED를 병렬 조합하는 기존의 백색 LED와 달리, 꼭대기 부분을 잘라낸 피라미드 구조의 마이크로 복합 구조 반도체칩으로 백색광을 내는 LED를 개발했다고 밝혔다.
이제까지 백색 LED는 대부분 청색 LED에 황색 형광체를 도포하거나 R-G-B 삼색의 LED를 조합해서 만들어졌다.
그러나 청색이나 자외선을 흡수해 녹색, 황색, 적색 등 형광을 방출하는 희토류 물질인 형광체는 수입의존도가 높고 낮은 연색성, 변색 등 문제가 있다. 또한 여러 색의 LED 칩을 병렬 조합하는 방식은 단가가 높아지는 단점이 있다.
조교수 연구진에 따르면, 이번에 개발되는 LED는 마이크로 크기의 삼차원 반도체를 동심원 모양으로 꼭대기 부분을 잘라낸 피라미드 구조로 이뤄진 것으로, 구조체 내 변화에 따라 형광체 없이도 백색 빛이 만들어진다.
이 마이크로 크기 삼차원 구조체는 면마다 LED 소자에서 빛을 내는 핵심 구조인 양자우물이 다르게 형성돼 각 면에서 다른 색의 빛을 낼 수 있다. 여러 LED 색을 조합할 필요 없이 이 삼차원 구조 반도체 칩 하나로 다양한 색을 혼합할 수 있게 된 것이다.
연구진은 삼차원 구조체를 만드는 시간과 조건을 조절해 각 결정면의 면적을 변화시키면 다양하게 혼합된 색의 LED를 제작할 수 있다고 설명했다.
특히 각 결정면의 면적을 조절해 하나의 LED 칩으로 무형광체 백색 LED를 만들었으며 이 LED는 전류를 변화시켜도 색이 거의 변하지 않는 것으로 확인됐다.
조 교수는 “이 연구는 무형광체 백색 LED의 초기 단계로 미래의 무형광체 백색광원의 방향성을 제시한 것”이라며 “앞으로 3차원 반도체 공정개발을 통해 효율을 개선하면 저렴하고 색 재현성이 좋은 단일칩 백색광원의 상용화가 이뤄질 것”이라고 설명했다.
한국연구재단 중견연구자 지원사업과 KAIST 기후변화연구 허브사업 지원으로 수행된 이 연구는 국제저널 ‘빛 : 과학과 응용' (Light : Science & Applications, 2월 12일자)’ 온라인판에 게재됐다.
신한중 기자 [ⓒ SP투데이 무단 전재 및 재배포 금지]
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