[어니스트뉴스=손시훈기자] 색의 따뜻하고 차가운 느낌(색온도)을 제어할 수 있고, 태양광과 같은 자연광에 더욱 근접하여(연색성 지수) 눈에 피로도도 줄일 수 있는 백색 LED(발광다이오드)가 국내 연구진의 순수 원천기술에 의해 처음으로 개발되었다.

고려대 김태근 교수가 주도한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 박찬모)이 추진하는 중견연구자지원사업(핵심 연구)과 글로벌연구네트워크지원사업의 지원을 받아 수행되었고, 연구 결과는 전기전자분야 최고 권위의 학술지인 ‘세계 전기전자학회지(IEEE Journal of Quantum Electronics)’ 9-10월호 표지논문(9월 1일)에 선정되었다.

김태근 교수팀은 박막형(필름형) 형광체가 집적된 단일칩 백색 LED 개발에 성공하였다. 특히 이 LED는 기존의 높은 효율은 유지하면서도, 지금까지 효율을 높이지 못했던 적색의 형광체 효율을 높여 따뜻한 느낌의 백색광을 연출하고, 자연광과 유사한 빛을 내어 눈의 피로도도 크게 줄일 수 있다는 점이 특징이다.

백색 LED는 백열등과 형광등으로 대표되는 기존의 조명기술에 비해 낮은 전력과 긴 수명의 장점으로 차세대 조명기술로 각광받고 있다. 또한 휴대폰, 노트북, LED TV와 같은 디스플레이 백라이팅(Back Lighting)의 모든 색깔을 그대로 구현하는 데에도 매우 중요하다.

(a) 기준 샘플과 (b) 유로피움 실리케이트 박막형 형광체가 집적된 샘플에 대한

LED 소자 구조 및 발광 특성 결과: 박막형 형광체가 집적된 샘플에서의 발광 특성 결과에서 보는 바와 같이

기준 샘플에서 관찰되지 않은 중심파장 560 nm 영역에서 피크가 관찰됨. 

기준 샘플과 유로피움 실리케이트 박막형 형광체가 집적된 샘플 백색 LED에 대한

CIE 1931 색도 다이어그램 비교 결과: 박막형 형광체가 집적된 백색 LED의 경우

색온도가 5606K으로 기준 샘플에서 측정된 특성(색온도=8467K)에 비해 크게 개선되었음. 

지금까지 백색 LED는 일본, 독일 등이 특허권을 소유한 청색 LED에 분말형태의 형광체를 도포하는 방식으로 제작되어, 세계적으로 이 기술에 대한 특허분쟁이 고조되고 있고, 우리나라도 자유롭지 못한 상황이다. 그러나 이 방식은 효율(낮은 전력, 긴 수명)은 높지만, 적색의 형광체 효율이 낮아 차세대 감성조명 개발에 필요한 따뜻하고 균일도가 높은 백색광을 얻는데 한계가 있었다.

김 교수팀은 기존의 백색 LED와 같이 효율이 높고 전기광학적 특성은 저해하지 않으면서도, 분말형태의 형광체 없이도 하나의 칩으로 따뜻하고 차가운 백색 빛을 연출할 수 있는 백색 LED 개발에 성공하였다.

이번 연구결과는 우리 자체 기술로 차세대 감성조명을 개발하여 세계 조명시장을 선도할 수 있는 가능성을 열었다. 

김 교수팀의 이번 연구결과로 ‘감성조명’이라 불리는 차세대 조명을 우리 자체 기술로 개발하여, 2015년 5조원 규모에 달하는 세계 조명시장을 선도할 수 있는 원천기술을 확보하게 되었다.

김태근 교수는 “현재 일본, 독일의 소수 기업만이 발광효율이 우수한 형광체 제조 특허를 확보하고 있는 상황에서, 우리 자체기술로 독창적인 원천기술특허를 확보하고 백색 LED를 개발한 것은 매우 의미 있는 일이다. 이번 연구결과로, 차세대 조명인 감성조명을 개발하는 토대를 마련하여, 우리나라가 세계 조명시장을 선도할 수 있는 가능성을 열었다”라고 연구의의를 밝혔다.

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