국내 연구진이 세계 최초로 형광체와 같은 1.7 수준 고굴절률 유리소재를 개발했다. 발광다이오드(LED) 제조 공정에서 발생하는 광 손실 문제를 해결할 기술로 평가받고 있다.
한국광기술원(원장 신용진)은 송영현 조명소재부품연구센터 박사팀이 전자부품 제조기업 티와이세라(대표 설세혁)와 공동 연구를 통해 LED 제조 공정에서 발생하는 광 손실 문제를 획기적으로 해결할 수 있는 굴절률 1.7을 달성한 고효율·고신뢰성 '색변환소재(PiG·형광체와 유리소재가 복합화해 만들어진 디스크 형태 색 변환 소재)'를 개발했다고 22일 밝혔다.
연구팀에 따르면 LED 산업은 4차 산업혁명을 주도하는 모바일, 웨어러블, 자동차 분야에 적용하기 위해 소형화·고출력화에 집중하고 있다. 이를 충족하기 위해 기존 실리콘 소재보다 내열성·내구성이 뛰어난 고기능성 유리소재를 사용하고 있지만 실리콘 소재 보다 투과율이 낮아 높은 광손실이 발생하는 문제점을 갖고 있다.
통상적으로 유리소재는 형광체 분말과 혼합해 성형 소결한 PiG 형태를 주로 사용한다. 이때 사용하는 형광체와 유리소재 굴절률(빛이 입사할 때 빛의 속도가 줄어든 비율)은 각각 1.7과 1.5 수준으로 큰 차이가 발생한다. 굴절률 차이는 광 산란 손실을 발생해 LED 발광효율을 저하시키기 때문에 굴절률 차이를 최소화하는 방안이 필요하다.
연구팀은 PiG 광 산란 손실을 최소화하기 위해 세계 최초로 형광체 굴절률과 동일한 1.7 수준 고굴절률을 나타내는 유리소재를 개발했다. 이를 형광체에 적용해 균일하게 혼합함으로써 PiG 내부의 이종 재료간 광 산란 문제점을 해결하고 고출력·고휘도 LED 발광효율을 5% 이상 향상하는 성과를 거뒀다.
연구팀은 자동차, 드론, 선박, 특수차량 등 다양한 모빌리티 LED 조명 시장에 적용할 예정이다. 일반 조명뿐만 아니라 미래 첨단산업으로 주목받고 있는 초소형 모바일, 웨어러블, 스마트조명 등 다양한 분야에도 접목하는 등 응용 시장이 커질 것으로 기대하고 있다.
김재필 한국광기술원 조명소재부품연구센터장은 “이번에 개발한 기술은 고효율 친환경·에너지 전환 기술로 자동차용 전조등과 같이 LED의 슬림화 및 초소형화와 효율 향상이 요구되는 응용 분야에 관련 기술의 중요도가 더욱 높아질 것으로 전망한다”고 말했다.
이어 “부품 산업 국산화와 해외 진출 토대를 마련할 수 있기를 바란다”며 “폐유리 재활용을 통한 색변환 소재·부품 개발 등을 추진해 탄소중립 목표를 달성하는 데 최선을 다하겠다”고 강조했다.
한편, 이번 기술개발은 중소벤처기업부 중소기업기술혁신개발사업인 '자동차 LED 헤드램프 시장 대응을 위한 고 굴절률(>1.70) PiG 개발' 과제를 통해 이뤄졌다.
광주=김한식기자 hskim@etnews.com
