규칙적으로 '빈 공간' 배열한 기판 기술 개발
산업계 대비 약 10% 향상…LED 효율 개선 기대
(서울=포커스뉴스) LED(발광다이오드) 조명의 핵심 소자인 청색 LED의 효율을 높이는 신기술이 개발됐다.
서울대학교 재료공학부 윤의준 교수·경희대학교 응용물리학과 김선경 교수 공동연구팀은 빈 공간이 규칙적으로 배열된 사파이어 기판 기술을 개발했다고 18일 밝혔다.
LED가 만들어낸 빛을 사람이 보려면 빛이 반도체 밖으로 나와야 한다. 하지만 기존 LED가 만든 빛의 대부분은 반도체 표면에서 반사돼 안에서만 맴돌아 효율이 낮았다.
이에 대해 LED 업계에서는 마이크로미터(㎛) 크기의 돌기패턴이 있는 사파이어 기판을 사용하고 있다.
돌기에 의해 빛이 여러 방향으로 산란돼 반도체 밖으로 빠져나가는 확률을 높이기 위해서다.
공동연구팀은 빛을 밖으로 잘 뽑아내는 사파이어 기판을 개발했다. 돌기 안에 반도체와 물성 차이가 가장 큰 빈 공간을 인위적으로 넣은 것이다.
이 기술을 바탕으로 청색 LED를 제작해 시험해본 결과 기존 사파이어 기판 위에 제작한 청색 LED에 비해 효율이 월등히 향상됐다. 산업계 평균 효율보다 약 10% 수준이 뛰어나다.
이번 연구는 새로운 개념의 회절기판을 통해 청색 LED의 효율을 높이는 돌파구를 만들었다는 점에서 학문적·산업적 의의를 가진다.
또 반도체 LED 외에도 광효율 향상이 필요한 OLED(유기발광다이오드), 태양전지, 광검출기 등 다양한 광학반도체 분야에도 적용할 수 있다는 장점이 있어 기대를 모으고 있다.
윤의준 교수는 "이번 기술의 핵심은 나노미터 두께의 기판(비정질 산화알루미늄)에 열처리를 함으로써 규칙적인 빈 공간을 만들고 동시에 이를 결정화해 사파이어로 전환하는 것"이라며 "광학반도체의 다양한 분야로 확대돼 기존 LED 효율을 높일 수 있길 바란다"고 말했다.
이번 연구 결과는 지난 11일 나노 과학기술 관련 권위지 '나노 레터(Nano Letters)' 온라인에 게재됐다.윤의준 서울대 재료공학부 교수(왼쪽)와 김선경 경희대 응용물리학과 교수.<사진제공=서울대학교 공과대학>2인치 빈 공간이 배열된 새로운 사파이어 기판(왼쪽)과 돌기 패턴이 적용된 기존의 사파이어 기판(오른쪽). <사진제공=서울대학교 공과대학>
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