동심원 모양으로 끝이 잘린 피라미드 형태의 마이크로 구조를 갖는 LED의 대한 전자현미경사진과 백색광의 전계발광 스펙트럼.© News1

국내 연구진이 형광체를 사용하지 않은 백색 LED 제조 기술을 개발, 차세대 조명 및 디스플레이 기술 발전에 기여할 것으로 기대를 모으고 있다.한국과학기술원(KAIST)은 23일 물리학과 조용훈 교수 연구팀이 각 결정면의 면적을 조절, 하나의 LED 칩으로 된 무형광체 백색 LED를 개발했다고 밝혔다.

현재 대부분의 백색 LED는 청색 LED에 황색 형광체를 사용하거나, 여러 색의 LED 칩을 병렬 조합해 만드는 방식을 통해 제작된다.

그러나 희토류물질인 황색 형광체는 수입의존도가 높고 낮은 연색성 등의 문제점을 갖고 있으며, 여러 색의 LED 칩을 병렬 조합하는 방식은 단가가 매우 높아진다는 단점이 있다.

동심원 모양으로 끝이 잘린 피라미드 형태의 마이크로 구조체에서 전류 주입으로 백색광을 내는 개념도.© News1

이에 연구팀은 동심원 모양으로 꼭대기 부분을 잘라낸 피라미드 구조가 제작되도록 마이크로 복합 구조체를 설계했다.마이크로 크기 삼차원 구조체는 각 면마다 다른 조건의 양자우물이 형성돼 각 면에서 다른 색의 빛을 낼 수 있어, 한 구조체 내에서도 다양한 색을 혼합할 수 있게 된다.

또 삼차원 구조체를 만드는 시간과 조건을 조절, 각 결정면의 면적을 변화시킴으로써 다양하게 혼합된 색의 LED 제작이 가능하다.

조 교수는 "향후 3차원 반도체 공정개발을 통해 효율이 개선된다면, 형광체 없이도 값싸고 색 재현성이 좋은 단일 칩 백색 광원으로 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.

KAIST 물리학과 조용훈 교수.© News1

임승혁 박사과정 학생이 1저자로 참여한 이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자 지원사업과 KAIST 기후변화연구 허브사업의 지원을 받아 수행됐다.

연구 결과는 네이처가 발행하는 학술지 '빛 : 과학과 응용 (Light : Science & Applications)' 12일자 온라인 판에 게재됐다.


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