Update2024.05.28 (화)
백색 LED를 신소재 형광염료를 이용해 보다 태양빛에 가까워지면서, 저렴하게 만들 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발돼 상용화에 큰 도움이 될 전망이다.
한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 배병수 교수 연구팀이 신소재 형광염료를 이용해 다중파장을 지니면서, 형광체 가격은 1/5수준으로 저렴한 백색 LED를 개발하는데 성공했다고 26일 밝혔다.
연구팀은 자체개발한 솔-젤 공정으로 제조된 고내열성 고굴절률 하이브리드소재에 가격이 저렴하고 다양한 색들을 낼 수 있는 형광염료를 화학적으로 결합해 염료분자가 안정하고 균일하게 분포돼 열에 강하고 효율이 높은 나노하이브리드 형광체 소재를 개발했다.
이와 함께 나노하이브리드 형광체 소재 내의 적색 및 녹색 염료의 비율과 농도를 조절해 이를 봉지재로 사용, 다양한 색온도를 갖는 백색 LED 제조에 성공했다.
기존 백색LED 형광체 물질로는 산화물 또는 산화질화물 등 무기형광체 입자들이 사용되는데 높은 온도에서 복잡한 공정으로 제조하기 때문에 가격도 비싸다. 또한 핵심기술은 일본과 미국 등 해외 선진업체들이 선점하고 있어 국내 LED산업 발전의 걸림돌이 되고 있었다.
특히 무기형광체는 빛을 흡수하고 발광하는 스펙트럼이 좁아 백열등과 같이 자연색에 가까운 빛을 만드는 데는 어려움이 많았다.
연구팀이 개발한 염료 나노하이브리드소재 기반의 백색 LED는 자연광에 가까운 정도를 나타내는 연색지수가 최대 89로 기존에 사용하는 3파장 램프 수준까지 높아졌다. 태양빛의 연색지수는 100, 상용화중인 백색 LED의 연색지수는 70 정도다. 또 형광체의 내열성도 뛰어나 120도의 고온에서도 1,200시간 이상 성능이 변화하지 않았다.
형광 나노하이브리드소재는 가격이 저렴할 뿐 아니라 별도로 형광체를 분산시키지 않고 봉지재 자체가 형광체 역할을 함께하는 형광체-봉지재 일체형 수조로 돼있다. 이 때문에 매우 간단하게 백색 LED를 제조할 수 있어 가격 및 기술 경쟁력이 매우 높은 신기술로 평가받고 있다.
배병수 교수는 “최근 세계 주요 소재업체들이 형광체 원천기술을 확보하고 있는 시점에서 원천소재를 개발해 조명 및 백라이트유닛 분야에서 성장하고 있는 국내 백색 LED산업의 발전에 크게 기여할 것”이라며 “이번 연구성과를 바탕으로 형광염료의 안정성과 형광봉지재의 신뢰성을 향상시켜 염료기반 백색 LED 상용화에 주력할 계획”이라고 말했다.
한편, 이번 연구성과는 재료분야 세계적 학술지인 ‘어드밴스드 머터리얼스(Advanced Materials)’ 12월호 표지논문으로 게재됐으며, 관련 특허는 국내외에 출원 중이다.
