전조등, 조명 등 백색 LED 분야 적용 기대

형광체의 온도에 따른 발광 및 구조 변화 특성. 25도에서 200도까지 온도를 증가시키면서 형광체의 광발광 스펙트럼을 측정하였을 때 초기 25도의 세기와 200도까지의 세기가 변화 없이 일정하게 유지되었다(그림 a). 자가치유 형광체의 온도에 따른 엑스레이 회절(X-ray diffraction) 패턴 분석 결과 온도구간(25↔200oC)에 변화에 따라서 단사정계(α상)와 육방정계(β, γ상)로 회복 가능하게 변화하는 것을 확인하였다(그림 b).

미래창조과학부(장관 최양희)는 백색 LED가 작동할 때 발생하는 열에 의하여 빛의 세기가 감소하지 않는 신개념 형광체를 개발했다고 1일 밝혔다.
   
*LED(light-emitting diode) : 순방향으로 전압을 가했을 때 발광하는 반도체 소자. 근적외선 및 청색 LED 소자에 형광체를 도포하여 백색을 제작하는 방식으로 디스플레이 및 조명에 사용함.

*형광체 : 근자외선 및 청색 빛을 받아 가시광선 영역의 빛을 내는 무기 재료. LED의 빛과 형광체의 빛을   혼합하는 방식으로 백색 LED를 제작한다.

형광체는 LED의 빛을 받아 색을 변환하는 물질로 백색 LED 구현을 위해 가장 중요한 핵심소재이다. 하지만 대부분의 형광체는 온도가 높아지면 빛의 세기가 감소하여 효율이 저하된다. 연구팀은 온도가 증가할 때 능동적으로 상변화를 수행해 고온에도 빛이 줄지 않아 효율 저하가 없는‘스마트 자가치유 형광체’를 개발했다.

고출력 LED의 적용. a, 365 nm UV LED를 100–1000 mA 범위에서 전류를 증가시켰을 때 UV LED와 상용 청색 형광체(commercial SMS:Eu2+), 자가치유 형광체(NSPO:Eu2+)의 상대적인 빛의 세기를 비교하였다. UV LED와 사용 청색 형광체는 600-800 mA 범위에서 빛의 세기가 감소하지만 자가치유 형광체는 고출력 조건(800 mA 이상)에서도 빛의 세기가 유지되는 것을 확인하였다. UV LED와 형광체를 함께 조합하여 백색 LED를 만들었을 때도 동일하게 상대적인 빛의 세기 변화 특성을 확인할 수 있었다(그림 b). 자가치유 형광체로 제작한 백색 LED의 전류에 따른 스펙트럼(c)과 색좌표(d) 역시 변화가 적음을 알 수 있다. 제작한 백색 LED의 e, 구동 전과 f, 구동 후의 실제 이미지이다.

*상변화(phase transition) : 압력이나 온도 등의 주변 조건에 따라서 물질의 구조 및 결합이 변화하는 현상 
*자가치유 형광체(self-healing) : 형광체 내부에 있는 치유센터를 통하여 온도 증가 시에도 빛의 세기가 줄지 않는 신개념 형광체

임원빈 교수

     
임원빈 교수 연구팀(전남대)은 미래창조과학부 기초연구사업(개인연구) 지원으로 연구를 수행했으며, 이 연구는 세계적인 학술지 네이처 머터리얼즈(Nature Materials) 2월 14일자에 게재됐다.

임원빈 교수는 “이 연구는 온도가 올라가더라도 형광체 빛의 세기가 줄어들지 않는 원천기술을 처음으로 개발한 것이다. 선행연구들은  형광체의 외부에서 물리적인 방법으로 문제점을 해결하려고 했던 것에 비해, 이 연구는 형광체 내부의 특성을 이용해 자체적으로 문제를 해결했다. 자동차 전조등, 조명 등 고출력 백색 LED 분야에 적용할 수 있을 것으로 기대된다”라고 연구의 의의를 설명했다.

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