돌기 안을 비워둔 새로운 사파이어 기판의 모식도(왼쪽)와 실제 제작된 기판을 전자현미경으로 촬영한 사진. 돌기 안이 비어있는 모습을 확인할 수 있다. 사진제공=서울대학교. 2016.4.18/뉴스1 © News1

국내 대학 연구팀이 발광다이오드(LED) 효율을 10%가량 향상시킬 수 있는 기술을 개발했다. 이 기술을 산업현장에 적용할 때 흔히 쓰이는 LED 조명부터 유기발광다이오드(OLED), 태양전지 등 광학반도체분야에서 전력 소모를 줄일 수 있게 된다.서울대 공대는 재료공학부 윤의준 교수 연구팀과 경희대 응용물리학과 김선경 교수 연구팀이 청색 LED 효율을 높이는 사파이어 기판기술을 개발했다고 18일 밝혔다.

기존 LED는 마이크로미터 크기의 돌기 패턴이 있는 사파이어 기판을 사용한다. LED에서 발생한 빛이 돌기에 부딪혀 여러 방향으로 산란, 반도체 바깥으로 빠져나가는 확률을 높이기 위해서다.

이번 신기술은 사파이어로 채워져 있던 돌기 안에 공기를 넣어 빈 공간으로 만들고, 빛이 장애물을 넘어 바깥으로 나갈 수 있도록 한 것이다. 이 기술을 사용하면 기존의 사파이어 기판보다 LED 효율이 10% 향상된다.

윤의준 교수 연구팀은 사파이어 기판의 구조와 제조공정 전반을 설계했고, 김선경 교수 연구팀은 정량적 측정을 통해 이론을 규명했다. LED 전문기업인 ㈜세미콘라이트는 신기술을 적용한 사파이어 기판을 시험 제작해 기존 기판에 비해 효율이 향상됐음을 확인했다. 빈 공간이 있는 사파이어 기판 제조기술은 관련 기업인 ㈜헥사솔루션으로 이전됐다.

신기술은 반도체 LED 외에도 OLED, 태양전지, 광검출기 등 광학반도체분야로 확대 적용할 수 있다. 실생활에서는 조명 등 LED 사용 제품의 전기 소모를 줄일 수 있다.

연구는 나노과학기술 잡지 '나노레터'의 온라인 홈페이지에 지난 11일 게재됐다.

윤 교수는 "전세계 LED 업계가 1~2%의 효율을 올리기 위해 경쟁하고 있기 때문에, 10%가 향상되는 이번 기술은 의미있는 발견"이라고 말했다.


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