미래 자동차를 위한 고효율·고신뢰성 핵심소재 확보로 고부가가치화 견인
한국광기술원은 LED 제조 공정에서 발생하는 광 손실 문제를 획기적으로 해결할 수 있는, 세계 최초 굴절률 1.7을 달성한 고효율·고신뢰성 ‘색변환소재(Phosphor in Glass, PiG)’를 개발했다고 밝혔다.
현재 LED 산업은 4차 산업혁명을 주도하는 모바일, 웨어러블, 자동차 분야에 적용하기 위한 소형화 및 고출력화에 집중하고 있다.
이를 충족시키기 위하여 기존 실리콘 소재보다 내열성 및 내구성이 좋은 고기능성 유리소재(이하 ‘Glass frit’)를 사용하고 있지만, 실리콘 소재 대비 투과율이 낮기에 매우 높은 광손실이 발생하는 문제점이 있다.
통상적으로 Glass frit는 형광체 분말과 혼합하여 성형 소결된 형광체 글라스(PIG:Phosphor in Glass) 형태를 주로 사용하고 있으며, 이때 사용되는 형광체와 Glass frit의 굴절률은 각각 1.7과 1.5 수준으로 큰 차이가 발생한다.
이러한 굴절률 차이는 광 산란 손실을 발생시켜 LED의 발광효율을 저하하기에 굴절률 차이를 최소화할 방안이 필요하다.
LED의 광손실 문제를 해결하기 위해 한국광기술원 조명소재부품연구센터 송영현 박사 연구팀과 티와이세라㈜는 공동 연구를 통해 세계 최고 수준의 PiG를 개발하였다.
PiG의 광 산란 손실을 최소화하기 위해, 세계 최초로 형광체 굴절률과 동일한 1.7 수준의 고굴절률을 나타내는 Glass frit를 개발하였다.
또한 개발한 Glass frit를 형광체에 적용하여 균일하게 혼합함으로써, PiG 내부의 이종 재료 간 광 산란의 문제점을 해결하고 고출력·고휘도 LED 발광효율을 5% 이상 향상하는 성과를 창출하였다.
개발 기술은 자동차, 드론, 선박, 특수차량 등 다양한 모빌리티 조명 시장에 적용할 예정이며, 앞으로 일반조명뿐만 아니라 미래 첨단산업으로 주목받고 있는 초소형 모바일, 웨어러블, 스마트조명 등 다양한 분야에도 접목할 수 있기에 그 활용 시장이 매우 넓을 것으로 전망된다.
한국광기술원 조명소재부품연구센터 김재필 센터장은 “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”며 “특히, 개발 기술은 부품 산업의 국산화 및 해외 진출의 토대를 마련하는 데 도움이 되길 기대하며, 앞으로 폐유리 재활용을 통한 색변환 소재·부품 개발 등을 추진하여 탄소중립 목표를 달성하는 데 최선을 다하겠다“라고 말했다.
한편, 본 기술개발은 중소벤처기업부 중소기업기술혁신개발사업인 ‘자동차 LED 헤드램프 시장 대응을 위한 고 굴절률(>1.70) PiG 개발’을 통해 이루어졌다.
헬로티 Master 기자 |
