[한국기술뉴스] 한국공학대학교 나노반도체공학과 이성남 교수 연구팀은 LED 기판의 발광효율을 향상시키는 실리콘 레진층 광전소자를 개발했다. 개발된 기술은 한국공학대학교 산학협력단을 통해 2015년 12월 14일 특허를 출원(출원번호 제1020150177987호)했다. 특허 명칭은 '광전소자 및 이의 제조방법’이다. 현재 특허 등록이 완료돼 산업에서 기술을 활용할 수 있도록 기술이전을 추진할 계획이다.

[기자]

LED는 전기에너지를 빛에너지로 변환하는 반도체로 TV나 휴대전화, 조명 등에 활용되고 있습니다. 백열등에 비해 높은 효율을 지녔으며, 형광등과 달리 수은을 사용하지 않아 이산화탄소를 생성하지 않는 친환경 기술입니다. LED에서 방출하는 빛은 기판이나 에폭시, 공기 등을 지나며 다양한 각도로 굴절됩니다. 이 과정에서 임계각 이내로 입사된 일부의 빛은 밖으로 빠져나가며, 이외의 빛은 내부에서 전반사됩니다. 빛이 전반사되는 과정에서 소자의 열이 상승하게 되며, 최종적으로 광 효율을 떨어뜨리게 됩니다. 최근에는 LED 기판의 표면을 가공해 빛의 방출량을 늘리고 전반사로 인해 문제를 개선할 수 있는 기술이 등장했습니다. 하지만, 해당 공정이 복잡하고 레진을 바르는 과정에서 개선 효과가 떨어질 수 있다는 문제가 있습니다.

한국공학대학교 이성남 교수 연구팀은 실리콘 레진의 표면에 패턴을 형성하여 LED의 광 효율을 향상하는 방법을 개발했습니다.

일반적인 LED 제조법과 같이 사파이어 기판 위에 반도체층과 전도성층, 전극층을 차례로 형성합니다. 형성된 전극층 위로 실리콘 레진을 코팅합니다. 원자층 증착법을 이용해 실리콘 레진층에 패턴을 형성합니다.

연구팀은 실험을 통해 실리콘 레진층의 패턴에 따른 광 효율의 변화를 확인했습니다. 실험 결과 실리콘 레진층의 표면에 형성된 요철에 의해 광의 흡수와 산란이 증가해 광 투과율이 감소한 모습을 보였습니다. 하지만, 패턴에 의해 광의 임계각이 증가하여 최종적으로 방출되는 빛의 세기가 20%가량 향상된 것이 확인되었습니다.

본 기술을 활용할 경우 간단한 공정만으로 빛 방출 임계각을 증가시킬 수 있습니다 본 기술을 통해 LED를 제작함으로써 발광효율이 향상된 LED를 제공할 수 있으며, 전반사로 인한 소자의 발열을 최소화할 수 있어 LED의 성능 저하 문제를 개선할 수 있을 것으로 기대됩니다.`