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나노하이브리드 형광체 소재 적용… 가격 경쟁력 확보
열에 강하고 효율이 높은 새로운 형광체 소재를 적용해 보다 태양빛에 가까운 빛을 낼 수 있는 백색 LED 제조 기술이 개발됐다.
KAIST 신소재공학과 배병수 교수 연구팀은 신소재 형광염료를 이용해 보다 태양빛에 가까우면서 가격이 저렴한 백색 LED를 개발하는데 성공했다고 26일 밝혔다.
현재 상용화된 백색 LED는 황색이나 적ㆍ녹색 혼합 형광체를 봉지재에 분산한 후 LED 칩 위에 바르면 LED 칩에서 나오는 청색광과 형광체에서 나오는 황색 또는 적ㆍ녹색광과 혼합돼 백색 빛을 낸다. 그러나 형광체 물질로 사용되는 무기 형광체 입자들은 높은 온도에서 복잡한 공정으로 제조해야 하기에 가격도 비싸고 빛을 흡수하고 발광하는 스펙트럼이 좁아 백열등과 같이 자연색에 가까운 빛을 만드는데 어려움이 많았다.
배 교수팀은 무기형광체 입자를 대신해 섬유 등의 착색제로 사용되며 가격이 저렴하고 다양한 색을 낼 수 있는 형광염료를 채택했다. 이 형광염료는 빛을 흡수하고 방출하는 스펙트럼이 넓어 LED 형광체로 사용하면 자연광에 가까운 백색광을 만들 수 있고, 색과 온도 등을 자유자재로 조절할 수 있지만 열에 의해 쉽게 분해돼 고온의 열을 방출하는 LED에 적합하지 않아 형광체로 사용이 어려웠다.
이를 해결하기 위해 배 교수팀은 솔-젤 공정으로 제조한 고내열성 고굴절률 하이브리드 소재에 형광염료를 화학적으로 결합해 열에 강하고 효율이 높은 나노하이브리드 형광체 소재를 개발해 다양한 색온도를 갖는 백색 LED를 제조했다. 이렇게 개발된 백색 LED는 자연광에 가까운 정도를 나타내는 연색지수가 최대 89로 기존 사용하는 3파장 램프 수준까지 높아졌으며, 태양빛의 연색지수는 100, 상용화 중인 백색 LED의 연색지수는 70정도다. 형광램프의 파장이 커질수록 보다 자연의 색에 가깝게 사물을 볼 수 있다.
형광체의 내열성이 뛰어나 120도의 고온에서 1200시간 이상 성능이 변하지 않는 것으로 나타났다.
이 연구결과는 재료분야의 세계적 학술지인 `어드밴스드 머터리얼스 12월호(22일자)` 표지논문으로 게재됐다.
배병수 교수는 "최근 세계 주요 소재업체들이 형광체 원천기술을 확보하기 위한 기술개발에 노력하고 있는 상황에서 나노하이브리드 형광체 소재는 가격이 저렴하고 별도로 형광체를 분산시키지 않고 봉지재 자체가 형광체 역할을 하는 `형광체-봉지재 일체형 소재`로 보다 간단하게 백색 LED를 제조할 수 있는 가격 및 가격 경쟁력이 우수한 신기술"이라고 말했다.
디지털타임즈
이준기 기자 bongchu@dt.co.kr |
