▲ 고굴절률 유리소재(Glass Frit)를 이용한 PiG 모식도 ,기존 형광체(Phosphor)와 유리소재(Glass Frit)의 굴절률은 각각 1.7과 1.5 수준으로 상이하여 광 산란이 발생(그림 좌측)하였으나, 이번에 개발한 1.7 수준의 고굴절률 유리소재(Glass Frit)를 통해 광산란 문제를 해결(그림 우측)하고, LED 발광효율을 5% 이상 향상하는 성과를 창출하였다.

광기술원이 세계최초 굴절률 1.7에 도달하는 색변환 소재를 개발해 미래차를 위한 핵심소재 확보와 고부가치화에 나선다.

한국광기술원(원장 신용진)은 LED 제조 공정에서 발생하는 광 손실 문제를 해결하는, 세계 최초 굴절률 1.7 달성 고효율·고신뢰성 ‘색변환소재를 개발했다고 22일 밝혔다.

현재 LED 산업은 4차 산업혁명을 주도하는 모바일, 웨어러블, 자동차 분야에 적용하기 위한 소형화 및 고출력화에 집중하고 있다. 이를 충족하기 위해 기존 실리콘 소재보다 내열성 및 내구성이 좋은 고기능성 유리소재(이하 ‘Glass frit’ 매우 작은 입자로 제분되는 유리 분말)를 사용하고 있지만, 실리콘 소재 대비 투과율이 낮기에 높은 광손실이 발생하는 문제가 있다.

통상 Glass frit는 형광체 분말과 혼합해 성형 소결된 형광체 글라스(PIG:Phosphor in Glass) 형태를 주로 사용하고 있으며, 이때 사용되는 형광체와 Glass frit의 굴절률은 각각 1.7과 1.5 수준으로 큰 차이가 발생한다.

이러한 굴절률 차이는 광 산란 손실을 발생시켜 LED의 발광효율을 저하하기에 굴절률 차이를 최소화할 방안이 필요하다.

LED의 광손실 문제를 해결하기 위해 한국광기술원 조명소재부품연구센터 송영현 박사 연구팀과 티와이세라㈜(대표: 설세혁)는 공동 연구를 통해 세계 최고 수준의 PiG를 개발했다.

PiG의 광 산란 손실을 최소화하기위해, 세계최초로 형광체 굴절률과 동일한 1.7 수준의 고굴절률을 나타내는 Glass frit를 개발했다.

또, 개발한 Glass frit를 형광체에 적용, 균일하게 혼합해 PiG 내부의 이종 재료 간 광 산란의 문제점을 해결하고 고출력·고휘도 LED 발광효율을 5% 이상 향상하는 성과를 창출했다.

개발 기술은 △자동차 △드론 △선박 △특수차 등 다양한 모빌리티 조명 시장에 적용 예정이며, 앞으로 일반조명뿐 아니라 첨단산업으로 주목받는 초소형 모바일, 웨어러블, 스마트조명 등 다양한 분야에 접목할 수 있어 그 활용시장이 매우 넓다.

한국광기술원 조명소재부품연구센터 김재필 센터장은 “개발기술이 부품산업의 국산화 및 해외 진출의 토대를 마련하는 데 도움이 되길 기대하며, 앞으로 폐유리 재활용을 통한 색변환 소재·부품 개발 등을 추진, 탄소중립 목표를 달성하는 데 최선을 다하겠다“라고 말했다.

한편, 본 기술개발은 중소벤처기업부 중소기업기술혁신개발사업인 「자동차 LED 헤드램프 시장 대응을 위한 고 굴절률(>1.70) PiG 개발」을 통해 이루어졌다.