▲ 25도에서 200도까지 온도를 증가시키면서 형광체의 광발광 스펙트럼을 측정하였을 때 초기 25도의 세기와 200도까지의 세기가 변화 없이 일정하게 유지되는 것으로 나타났다..

백색 LED가 작동할 때 고온에서도 빛의 세기가 감소하지 않는 신개념 형광체가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

미래창조과학부(장관 최양희)는 임원빈 전남대 교수 연구팀이 고온에도 빛이 줄지 않아 효율 저하가 없는 ‘스마트 자가치유 형광체’를 개발했다고 1일 밝혔다.

형광체는 LED의 빛을 받아 색을 변환하는 물질로 백색 LED 구현을 위해 가장 중요한 핵심소재이다. 하지만 대부분의 형광체는 온도가 높아지면 내부에서 발생하는 열과 외부 수분에 의해 빛의 세기가 감소하여 효율이 저하된다는 단점이 있었다. 특히 고출력용으로 응용 범위가 확대됨에 따라 형광체의 열적 안정성에 대한 많은 연구가 진행중이다.

이에 임원빈 연구팀은 온도가 증가할 때 능동적으로 물질의 구조 및 결합이 변화하는 상변화를 수행하는 스마트 자가치유 형광체를 개발했다. 이 형광체는 인산염(phosphate) 기반의 나시콘(NASICON) 구조를 가지고 있는데 온도가 증가할 때 나트륨(Na+) 이온이 이동해 형광체 내 LED의 빛을 흡수할 수 있는 결함의 에너지 준위를 생성한다. 이 결함 준위는 에너지를 가둬놓는 역할을 하게 되며, 가둬진 에너지는 온도가 증가할 때 활성제의 발광 중심으로 이동한다.

연구팀은 형광체의 열적 안정성 부분을 획기적으로 개선함에 따라 기존에 존재하는 열적으로 불안정한 다양한 물질을 형광체로 개발할 수 있게 됐으며 국내 LED 산업계의 기술경쟁력을 제고 할 수 있는 원천기술을 확보했다고 밝혔다. 관련 특허는 국내외에 출원·등록됐다.

임원빈 교수는 “이번에 개발된 형광체는 자동차 전조등, 조명 등 고출력 백색 LED 분야에 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 연구의 의의를 설명했다.

한편 임원빈 교수 연구팀(전남대)은 미래창조과학부 기초연구사업(개인연구) 지원으로 연구를 수행했으며, 이 연구는 세계적인 학술지 네이처 머터리얼즈(Nature Materials) 2월 14일자에 게재됐다.