“무분극·반분극 발광다이오드(LED) 기술을 이용해 2015년까지 1와트(W)당 LED 발광효율이 250루멘(㏐)까지 높아질 것입니다.”
23일 경기도 일산 킨텍스에서 열린 ‘국제 LED엑스포 2010’ 참석차 한국을 방문한 나카무라 슈지 미국 샌타바버라대 교수는 무분극·반분극 기술을 이용해 LED 발광효율을 획기적으로 끌어올릴 수 있다고 강조했다.
현재 실험실 수준에서 LED 칩의 최고 발광효율은 150루멘, 상용 제품은 100루멘 정도여서 앞으로 5년 내에 두 배 이상의 효율 개선이 가능하다는 설명이다. 이렇게 되면 LED 수를 줄이면서도 같은 밝기를 낼 수 있다. LED 조명 상용화의 걸림돌인 가격 문제도 상당부분 극복할 것으로 기대된다.
무분극·반분극 LED는 특정한 극성을 지니지 않은 LED다. 상용화된 분극 LED와 달리 높은 전류에서도 효율이 떨어지지 않는다. 파장대를 가리지 않고 다양한 파장의 빛을 구현하는 것도 장점이다.
나카무라 교수는 “기판으로 사용되는 질화갈륨(GaN) 성장 기술만 확보되면 무분극·반분극 LED 저변이 넓어질 것”이라며 “GaN 잉곳 성장 기술로는 ‘아모노서멀(Ammonothermal)’법 등을 연구 중”이라고 말했다. 아모노서멀법은 고온·고압의 반응기에 암모니아 가스를 이용해 GaN 잉곳을 성장시키는 방법이다. 현 기술 수준으로는 잉곳 성장 속도가 느려 일반화하지 못했다.
나카무라 교수는 ‘투명 LED 패키지’ 기술의 성장 가능성이 높다고 언급했다. 투명 LED 패키지는 투명 플레이트 위에 LED 칩을 놓고 봉지 작업을 마무리한다. 일반 LED가 윗면 또는 옆면에서만 빛이 나오는 데 비해 투명 LED는 앞뒤 면으로 빛을 낸다. 나카무라 교수는 “당초 와이어 본딩을 통해 LED 칩을 공중에 띄우는 방법도 연구됐으나 방열 문제 탓에 지금은 투명 플레이트를 쓴다”며 “투명 LED 발광 면에 거칠게 패턴을 입히면 발광효율을 더 높일 수 있다”고 설명했다.
나카무라 교수는 일본 니치아화학공업 근무 당시 청색 LED 칩을 처음으로 개발한 세계적인 석학이다. 그가 개발한 청색 LED 칩에 황색 형광체를 결합함으로써 지금과 같은 백색 LED 패키지가 탄생했다. 지난 3월부터 서울반도체 기술고문을 맡아 LED 칩 기술과 관련한 기술을 전수한다. 나카무라 교수는 24일 서울반도체를 들러 기술을 자문한 뒤 출국할 예정이다.
안석현기자 ahngija@etnews.co.kr
무분극LED=일반적으로 쓰이는 분극 LED가 사파이어 기판 위에 갈륨과 니트로젠 층을 각각 증착시키는 반면에 무분극 LED는 갈륨·니트로젠 원자를 합쳐 한 층으로 만든다. 높은 전류를 흘려줘도 발광효율이 떨어지지 않지만 발광 면 중간에 원자가 비는 현상(포인트 디펙트)이 생기기 쉽다.