▲ 기존 LED 신호등의 나노입자 구조와 변화시킨 구조 비교.

빛의 효율성을 높이는 나노구조형태 개발로 LED 수명을 늘리는 기술이 개발됐다.

한국표준과학연구원(KRISS)의 김용성 박사(과학기술연합대학원대학교 교수)가 나노입자구조를 자유자재로 변화시켜 제품의 효율을 극대화하는 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.

전국에 배치된 LED(발광다이오드) 신호등의 경우, 질화갈륨(GaN)을 박막형태로 만들어 사용하고 있는데, 이를 특정 구조의 나노입자로 변화시킬 경우, 지금보다 낮은 전력으로도 지속시간을 2배 이상 늘릴 수 있다.

전국에 배치된 신호등의 개수만도 수만 개. 현재 5년 주기의 신호등의 수명을 늘릴 수 있다면, 국민들의 안전도 지키고, 신호등 교체 비용을 절감해 경제적 효과도 매우 클 것 으로 보인다.

현재 LED는 양(+)과 음(-)의 전기적 성질을 지닌 2종류의 화합물 반도체 원소로 이루어져 있다. 여기에 전압을 걸어주게 되면 음의 전자가 양의 정공과 결합하면서 에너지(빛)가 발생하는데 이 사이의 거리가 짧을수록 더 큰 효율성을 지닌다.

연구팀은 기존 LED신호등을 구성하는 질화갈륨 박막의 나노입자 구조를 박막형태에서 삼각형 형태로 바꾸면 음의 전자와 양의 정공사이의 거리가 최소한으로 줄어드는 것을 확인했다.

또 연구팀은 신호등에 쓰이는 질화갈륨(GaN)이외에도 자동차 전기장치 소자에 활용되는 산화아연(ZnO), 광센서 및 태양광 발전에 필요한 카드뮴 설파이드(CdS)등 주요 반도체 재료에 대한 구조 50여 종을 구현해 효율 개선에 도움을 줄것으로 보인다.

KRISS 김용성 박사는 “질화갈륨 등은 반도체 산업에서 활용도가 높은 만큼 많은 업체들이 제작 물품에 맞게 나노입자의 구조와 공정조건을 참고할 수 있다.”라고 말하며 이를 바탕으로 나노입자를 이용한 광전자 소자 기술개발의 가속화를 기대했다.

한편, KRISS 김용성 연구팀은 해당기술로 파악된 자료를 모두 DB화하여 관련 산업계에서 누구나 이용할 수 있도록 홈페이지에 공개했다.