카이스트, '형광체 없이 빛내는 LED소자' 개가

카이스트 조용훈교수 연구팀이 형광체를 사용하지 않고도 발광다이오드(LED) 소자로 빛을 낼 수 있는 방법을 규명했다. 앞으로 수년 내 이 기술을 이용한 LED가 상용화되면 기존에 일본 니치아·도요타고세이, 미국 크리 등이 보유한 형광체 관련 특허를 피해가면서도 훨씬 성능이 높은 LED칩을 만들 수 있게 된다.

카이스트는 14일 조용훈 교수팀이 나노미터 크기의 육각 피라미드 구조를 적용한 LED 소자에서 다양한 색깔의 빛을 낼 수 있는 현상을 규명했다고 발표했다.

이 내용은 재료 분야의 세계적 학술지인 어드밴스트 머티어리얼즈 12월호 표지 논문에 선정됐다.

조용훈 교수팀은 반도체에 매우 작은 육각 피라미드 구조를 만든 뒤 LED소자에 전류를 흘려주면 육각 피라미드의 면·모서리·꼭지점에서 각각 다른 에너지 크기를 갖는 복합구조가 형성된다는 사실을 발견했다. 각 부분이 에너지 차이로 인해 청녹색(면), 노란색(모서리), 주황색(꼭지점)의 빛을 낸다는 설명이다. 이를 이용해 형광체를 사용하지 않고도 백색LED뿐만 아니라 다양한 빛을 낼 수 있다는 것이 연구팀의 설명이다.

일반적으로 LED는 백색을 구현하기 위해 청색LED에 형광물질을 도포하는 방법을 쓴다. 그러나 여러 가지 색을 내기 위해 별도의 물질을 칩 위에 도포해야 하는 특성상 에너지를 빛으로 전환하는 데 있어 효율이 떨어지는 단점을 드러냈다.

조용훈 교수는 “나노미터 크기의 피라미드 반도체 안에서 위치에 따라 서로 다른 에너지를 갖는 흥미로운 현상을 이용해 단일 칩 백색LED는 물론 신개념의 나노 광원을 개발하는데 응용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

카이스트 물리학과의 고영호,김제형 박사과정 학생이 주도적으로 참여한 이 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단이 추진하는 세계수준의 연구중심대학(WCU)육성사업 등의 지원을 받아 수행됐다.