반도체를 이용한 백색 LED 제조 기술이 개발됐다.
차세대 조명 및 디스플레이에 활용될 것으로 기대된다.
KAIST는 조용훈 물리학과 교수 연구팀이 무형광체 백색 LED기술을 제조하는데 성공했다고 23일 밝혔다.
연구 결과는 네이처 자매지 ‘빛:과학과 응용(Light:Science & Applications)’ 12일자 온라인 판에 게재됐다. 인쇄본 표지 논문으로도 선정됐다.
제1저자는 임승혁 박사과정 연구원이다.
현재 나와 있는 백색 LED는 대부분 청색 LED에 황색 형광체를 조합하거나 여러 색깔을 내는 LED 칩을 병렬로 섞어 만든다.
그러나 황색 형광체는 희토류 물질이다. 수입해야 하고, 연색성이 낮다. 변색도 일어난다. 여러 색을 조합한 LED는 단가도 비싸다.
연구팀은 이 문제 해결을 위해 형광체 대신 반도체 칩을 썼다. 동심원 모양으로 꼭대기 부분을 피라미드 구조가 되도록 잘라 마이크로 복합 구조체를 설계했다.
이렇게 만든 마이크로 크기 3차원 구조체는 각 면마다 다른 조건으로 양자우물이 형성돼 각기 다른 색깔로 빛을 낼 수 있다.
연구팀은 “3차원 구조체를 만드는 시간과 조건을 조절, 각 결정면 면적을 변화시키는 방법으로 다양한 혼합색 LED를 제작했다”고 설명했다.
연구팀은 고배율 대물렌즈를 사용해 3차원 구조체 내부에서 전류주입 정도를 측정하는 방법도 찾았다. 전류를 효율적으로 주입시키는 방안만 개발하면 LED 소자 효율과 색재현성 조절이 가능해진다.
이 연구는 한국연구재단 중견연구자 지원사업과 KAIST 기후변화연구 허브사업 지원을 받았다.
조 교수는 “향후 3차원 반도체 공정개발을 통해 효율을 개선하면 형광체 없이도 값싸고 색 재현성이 좋은 상용화된 단일 칩 백색 광원이 탄생하는 것”이라고 말했다.
◆ 양자우물
LED 소자에서 빛을 발광하는데 핵심 역할을 하는 구조다. 높은 에너지를 갖는 반도체 사이에 수 나노미터(10억분의 1 미터) 두께로 반도체 박막을 형성하는 것을 말한다.
대전=박희범 과학기술 전문기자 hbpark@etnews.com
