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사파이어 기판 무분극 LED소자 첫 개발
LED산업 저변을 한 단계 끌어올릴 수 있는 혁신적인 무분극 LED소자 기술이 국내 연구진에 의해 세계 최초로 개발됐다.
전자부품연구원과 한국광기술원, 나노특화팹센터는 공동연구를 통해 사파이어 기판을 활용한 무분극 LED소자 개발에 성공했다고 15일 밝혔다.
그동안 무분극 LED소자는 질화갈륨(GaN) 기판 위에서만 구현이 가능했던 것이고, 사파이어 기판에서는 이번이 처음이다. 질화갈륨 기판의 경우, 사파이어 보다 수백배 고가임을 고려하면 이번 사파이어 기판의 상용화는 원가절감이라는 측면에서 혁신적인 결과물로 평가된다.
블루 LED 창시자인 나까무라 슈지 박사조차 사파이어 기판을 적용한 무분극 LED연구를 진행하다 결실을 맺지 못하고 현재 분극과 무분극의 중간인 반분극 LED 개발에 주력하고 있을 정도로, 사파이어 기판을 이용한 LED 소자 개발은 기술적 난이도가 높은 것으로 알려져 있다.
현재까지 LED소자는 분극 LED가 시장을 주도해 오고 있다. 하지만 분극 소자의 경우 칩 내부에 압전분극 현상으로 인한 물리적 제약이 단점으로 지적돼 왔다. 즉 분극 LED는 파장대가 정해져 있고, 높은 전류에서 효율이 급격히 떨어지는 등 여러 가지 물리적인 문제가 있지만, 무분극 LED의 경우는 이론적으로 이러한 문제들을 극복할 수 있다. 현재까지 에피성장의 문제로 상용화되지 못하고 있으나, 캠브리지 대학 등 해외 유수의 기관에서 관련 연구를 수행하고 있다.
이번 국내 연구진이 개발한 무분극 LED 기술은 사파이어 기판의 특성을 활용 편광된 빛을 낼 수 있어 LCD 백라이트유닛(BLU)에 더욱 효과적인 기술로 평가받고 있다. 즉 별도의 편광판을 채용하지 않고도 같은 성능을 구현할 수 있다는 것이다. 또한 이번 기술은 파장이 짧은 자외선부터 적외선 영역까지 LED 활용 분야를 넓힐 수 있는 잠재력을 갖고 있다.
LED 분야의 원천기술이 부족한 우리나라에서 이번 기술 개발은 향후 LED 기술개발 경쟁에서도 유리한 작용할 것으로 보인다.
주관기관인 전자부품연구원 관계자는 "상용화까지는 더 많은 연구가 필요하지만, LED기술에서 의미 있는 발자국을 내딛었다"며 "이번 기술은 원천기술에 해당하는 분야이기 때문에 기술 개발이 성공적으로 완료될 경우 디스플레이 분야 등 LED소자가 적용되는 많은 분야에서 경쟁력을 가져다 줄 것"이라고 설명했다.
현재 관련 연구진들은 특허 출원을 진행중이며, 별도의 논문 게재후 세부 사항을 공개할 계획이다.
◆용어설명 : 무분극(non-polar) LED : 무분극은 극성이 없다는 의미로 구체적으로는 무극성 결합과 무극성 분자의 두 가지 의미로 사용된다. 엄밀한 의미에서 무극성 결합의 경우는 동일한 원자와 원자 사이의 결합만이 무극성 결합이며, 동일한 원자의 경우 전기음성도(electro negativity)가 같아 이들 사이의 결합에서 전자는 어는 특정 원자에 편중돼 이끌리지 않으므로 무극성이 된다. 이러한 특성을 이용한 무분극 LED 소자는 기존 LED뿐만 아니라 적외선, 녹색 이상의 파장대에서 사용이 가능하다.
길재식기자 osolgil@
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