고온에도 밝게 빛나는 형광물질 개발

전조등, 조명 등 백색 LED 적용

백색 발광다이오드(LED)의 단점을 보완한 새 형광체 기술이 개발됐다.

임원빈 전남대 신소재공학부 연구팀은 백색 LED가 작동할 때 열이 발생해도 빛이 감소하지 않고 여전히 밝게 빛나는 신개념 형광체를 개발해 2월 14일자 국제학술지 ‘네이처 머티리얼즈'(Nature Materials)에 게재했다고 3월 1일 밝혔다.

형광체는 외부의 빛 에너지를 받아 우리 눈에 보이는 빛으로 바꿔주는 물질로, 백색 LED 구현을 위한 핵심 소재다.

백색 LED는 청색 LED에 형광체를 바르는 방식으로 만들어진다. 청색 LED가 파장이 짧은 빛을 내면, 형광체가 그 빛 에너지를 흡수했다가 가시광선으로 내보내는 방식이다.

하지만 형광체는 온도가 높아지면 빛의 세기가 감소해 효율이 낮아지는 단점이 있다. 이런 이유로 고온 환경에서 백색 LED의 효율이 낮아지는 단점을 근본적으로 해결하기는 어려웠다.

고온에도 빛이 줄지 않는 LED 형광체가 개발됐다.  ⓒ 전남대

고온에도 빛이 줄지 않는 LED 형광체가 개발됐다. ⓒ 전남대

연구팀은 온도가 높아질 때 주변 조건에 따라 물질의 구조 및 결합을 변화시키는 상변화를 수행해 고온에도 빛이 줄어들지 않는 ‘스마트 자가치유 형광체’를 개발했다.

연구팀은 인산염 기반의 ‘나트륨초이온전도체'(Na super ionic conductor·NaSICON)로 형광체를 만들면 고온에서도 빛의 세기가 유지된다는 사실을 발견했다.

고온에서는 전도체 속 나트륨이 움직이면서 에너지를 만드는데, 형광체가 이 에너지를 받아 추가로 빛을 낸다는 것이다. 즉, 형광체가 고온에서 빛 에너지를 일부 잃더라도, 나트륨 이온의 움직임으로 다시 그만큼의 빛을 보충하게 된다.

연구팀 관계자는 “이 기술이 자동차 전조등과 실내 조명등을 비롯해 백색 LED를 사용하는 제품에 효율적으로 적용될 것으로 기대된다”고 말했다.

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