국내 연구팀이 차세대 조명광원인 인듐갈륨질소(InGaN) 청색 발광다이오드(LED)의 발광 효율을 최고 30% 이상 증가시킨 원천 제조기술 개발에 성공했다.
광주과학기술원(GIST·총장 선우중호) 정건영 신소재공학부 교수와 정문석 고등광기술연구소 박사 등 연구팀은 기존 LED의 전기적 특성은 그대로 유지한 채 산화아연 나노막대의 광도파로(빛이 지나가는 길) 현상으로 30% 이상의 발광효율을 높이는 데 성공했다고 21일 밝혔다.
연구팀은 백색·청색·녹색·자외선 LED의 활성층을 구성하는 필수적인 물질인 InGaN 청색 LED의 인튬틴옥사이드(ITO) 전극층(전기도 통하면서 빛을 투과시키는 투명한 산화주석막) 위에 저온수열합성법으로 산화아연(ZnO) 막대를 성장시켰다. 이어 자체 개발한 공초점 전계발광 마이크로 현미경을 이용해 산화아연 막대가 LED에서 발생한 빛을 받아들여 효과적으로 방출할수 있도록 했다. 이러한 실험결과 LED 발광시 산화아연 막대를 통해 전달된 빛이 막대 끝 부분으로 효과적으로 추출하는 것으로 관찰됐다. 이는 산화아연 막대가 빛이 지나가는 관 역할을 해 궁극적으로 LED구조의 발광 효율이 증가한다는 사실을 입증한 것이다.
이번 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단이 추진하는 일반연구자지원사업 및 나노원천기술개발사업의 지원으로 이뤄졌으며 재료공학분야에서 세계적으로 권위있는 과학저널 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’ 최근호에 표지논문으로 게재됐다. 연구팀은 이번 연구를 바탕으로 대면적 적용을 위해 리소그라피법을 이용, 산화아연 로드의 수직 정렬연구 등 나노 기술과의 융합 연구에 나설 계획이다.
정건영 교수는 “이번 연구 성과는 비교적 쉽게 광도파로 역할을 하는 산화아연 막대를 저온에서 LED 전극 구조에 영향을 주지 않고 성장시켜 발광 효율을 획기적으로 향상시킨 원천 제조기술에 해당된다”면서 “우리나라가 세계 LED 조명시장에서 우위를 선점할 수 있도록 기술이전을 통한 사업화에 박차를 가할 계획”이라고 말했다.
광주=김한식기자 hskim@etnews.co.kr