LED 형광체 현황 및 연구방향

LED 공정용 세라믹 소재기술개발

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1. 서론

현재 생산되는 거의 모든 백색 LED 소자는 청색 LED 칩을 사용하여 청색 광에 의해 발광하는 녹색, 황색 그리 고 적색 형광체를 사용한다. 특히 반치폭이 넓은 황색 형 광체인 YAG, LuAG, LSN 등에 적색 형광체인 CASN, SCASN을 사용하여 백색광을 구현하고 있다(Fig. 1). 앞 서 나온 형광체는 모두 해외에 원천특허가 있어, 우리나 라에서 사용하는 형광체는 전량 수입에 의존하거나 라이 센스를 취득하여 생산하고 있는 실정이다. 국내 기술로 개발되어 원천특허를 확보한 상태에서 생산되는 상용 형 광체는 전무한 실정이며, 이따금 새로운 조성으로 오인 하거나 또는 무지로 인하여 국내 또는 국외에 특허를 출 원 등록 후 사용하는 경우가 있지만 이는 형광체의 결정 구조를 이해하지 못하고 기존에 해외 원천특허에서 이미 보호를 받고 있는 형광체의 복제제품을 사용하는 것이 대부분의 실정이다. 일례로서 최근 마무리된 일본 M사 와 미국 I사 및 독일 O사와 국내 L사간의 형광체와 직간 접적으로 연관된 특허분쟁은 업계 및 형광체를 연구하는 학계에서는 커다란 이슈였었고 그 최종결과가 준 파장이 상당히 충격적이었음을 기억한다. 특허분쟁 결과 원천특 허 및 결정구조를 이해하는 것이 얼마나 중요한지를 알 수 있는 계기가 되었을 것이며, 형광체 특허상의 중요한 이슈는 특허의 출원 및 등록이 아니라 등록된 특허가 분 쟁 시 재판에서 효력이 있느냐 없느냐의 문제에 있다는 것을 깨달았을 것이다. 즉 특허의 출원 및 등록은 누구나

어떠한 내용으로도 할 수 있으나 그러한 특허의 가치는 분쟁 시 재판결과로서 결정지어 진다는 것이다. 이제는 적어도 LED용 형광체 분야에 있어서 만큼은 불확실하 고 비경제적인 무의미한 특허 남발에 대해 국가적 차원 에서 관리해야 할 시점에 이르렀다. 다시 말해 국내에서 남발되고 있는 수 많은 특허들이 분쟁 시에는 원천 특허 소유자로부터 쉬운 공격의 대상이 될 수 있음을 주지해 야 한다.

2. 본론

2.1. 무엇이 원천 특허인가?

신규조성이라 함은 타인의 원천특허에 제 3의 원소를 도핑 및 치환해서 내 특허로 하겠다는 의도가 은연중에 내포되어 있으며, 이러한 꼼수는 TAG(YAG형광체와 동 일 구조로 Y 원소대신에 Tb 원소로 치환된 같은 구조의

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글

_ 박운배, 손기선

순천대학교, 세종대학교

Fig. 1. CASN

박운배, 손기선

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형광체)의 성공으로 가능해 보이기도 하였다. 하지만 TAG의 출현 이후 모든 형광체 원천특허 소유자들은 새 로 출원되는 모든 특허에서는 정확한 결정구조에 대한 특허청구를 명시함으로써, 현시점에서는 어떠한 조성변 경도 구조가 유지되는 한 원천특허 소유자들에 의해 불 허되고 있는 실정이다. 따라서 신조성 형광체라는 표현 은 신구조 형광체로 대체되어야 하며, 원천특허가 존재 하는 형광체 구조에 도핑 및 치환 실험으로는 원천특허 를 피할 수 없음을 알아야 한다. LED용 형광체 특허의 최근 추세는 기존의 소재와 뚜렷이 구별되는 새로운 구 조 또는 Phase를 요구한다. 따라서, 알려진 형광체 구조에 약간의 변형을 가해서 특허권을 피해가는 고답적인 소재 개발연구는 점점 무의미해지고 있으며 원천특허가 가능 한 신구조, 신조성, 신기능성의 형광체 개발 필요성이 점 증하고 있다. 그러나 불행히도 우리나라의 LED용 형광체 원천특허 보유현황은 현 산업수준과 비교할 때 부끄러운 수준에 머물러 있다. 세계적으로 형광체 관련연구는 무 기물 결정학을 위주로 하는 구조분석의 연구풍토가 자리 잡고 있는 상황임에도 불구하고 국내의 현실은 결정학적 구조를 중심으로 연구하는 집단이 극히 드물다. 따라서 향후 형광체 관련 연구 및 개발에서는 무기물의 고품위 구조분석 경험 및 능력을 배양해야 한다.

우선 결정학적 구조에 대한 이해의 부족으로 인해 무 엇이 원천특허가 가능한 신규형광체인가에 대한 이해가 매우 부족한 상태이며, 이러한 무지를 극복하기 위해 다 음 Tabel 1 같이 신규 LED용 형광체를 분류할 수 있으

며, 특허문제를 피해 부가가치를 창출할 수 있는 신규형 광체는 Type III 또는 새로운 구조를 갖는 Type IV 뿐임 을 명심해야 한다. 형광체 개발의 역사상 가장 활발했던 60년대 이미 개발되어 일부 어플리케이션에 실장 되었던 YAG 계열 형광체가 90년대 청색 LED의 출현과 함께 LED에 사용되면서 새롭게 태어났다. 이러한 종류의 형광 체를 Type I으로 분류한다. 주지하다시피, Type I 형광 체는 과거 청색 LED의 태동단계에서 개발된 형광체들 로 앞으로 이러한 형광체가 다시 출현하기는 불가능할 것으로 예측된다. 즉 청색 LED의 태동단계에서 이미 모 든 기존의 형광체들에 대해서 LED 응용가능성에 대한 테스트가 완료되었으며, 이에 따른 결과로서 산출된 결 과가 바로 YAG 계열과 Orthosilicate 계열이었다. Type II 형광체는 LED 형광체로서 기존의 잘 알려진 형광체 구 조에 치환과 도핑에 의한 약간의 변형물을 의미한다. 앞 서도 밝힌바 있듯이 Type II 형광체는 현재 특허로서 크 게 기대할 수 없는 무의미한 형광체들이다. 다만 이러한 치환과 도핑에 의한 약간의 변형을 원천특허 소유자가 자신의 원천특허물에 적용했을 경우는 다른 사항이다.

즉 타인의 원천특허물에 대한 Type II 형광체의 시도는 큰 효과를 거두지 못할 것으로 인지해야 한다.

실제 현재 각광받고 있는 대다수의 LED용 상용 질화 물계 형광체들은 Type III가 주종을 이룬다. Type III는 모체의 구조가 이미 형광체로의 응용 이전에 명확히 밝 혀져 있었으며 이후 활성제 (activator, 형광체 모체에 미 량 도핑되어 실제 빛을 내는 원소)의 도핑에 의해 형광체 로 다시 태어난 경우를 말한다. 현재 이러한 Type III 형 광체의 개발가능성은 열려 있는 상황으로 찾아내기만 한 다면 특허상의 문제는 전혀 없다. 전남대 임원빈 교수 연 구실과 일본 동북대 가키하나 교수팀 등과 같은 다수의 국내 또는 국외 연구자들이 Type III 형광체의 개발을 위 해 무기물 데이터 베이스를 샅샅이 뒤지는 연구를 경주 하고 있다.

마지막으로 Type IV 형광체는 문자 그대로 신규 형광

체로서 지구상에 존재하는 어떠한 무기물 구조 데이터

베이스에도 등록되어 있지 않는 신규 구조를 가지고 있

으며, 발견자가 반드시 구조를 풀어야 하는 경우를 말한

Table 1. 신규 LED용 형광체의 분류방법

LED 형광체 현황 및 연구방향

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다. 이 또한 개발만 된다면 특허문제는 전혀 야기되지 않 는다. 하지만 지금까지의 LED 형광체 역사에서 이러한 Type IV 신규 형광체가 시장에서 각광받은 적이 없다.

예를 들어 흔히 258 형광체라고 부르는 적색 및 앰버 계 열 순질화물 형광체는 그 성능 및 신뢰성에서 CASN계 열 형광체에 크게 뒤쳐져 결국 빛을 보지 못하고 있으며, 최근 일본의 M사에서 자체 개발해서 시장에 내 놓았던 일명 BUSON 형광체도 곧 퇴출 되고 말았다. 또한 현재 국내에서 발견되어 개발 중인 일명 LCSON 형광체도 상 용화까지는 긴 여정이 남아 있는 실정이다. 따라서 Type IV 형광체의 개발은 말처럼 쉬운 일이 아니지만 포기하 지 않고 정진해야 할 일 임을 주지하는 바이다. 결론적으 로 특허 문제를 피해 부가가치를 창출할 수 있는 신규 형 광체는 Type III 또는 새로운 구조를 갖는 Type IV 뿐임 을 명심해야 한다.

2.2. 국내·외 현황

새롭게 열리는 LED 조명 시장에 맞추어 국내·외에 서 형광체 사업을 시작하는 기업은 계속 늘어나고 있는 추세이다. 비록 현재 국내에서 LED용 형광체를 생산 판 매하는 업체는 미미하지만 조명시장에 맞추어 기술개발 은 활발히 진행되고 있는 상태이다. 하지만 현재 생산되 는 거의 모든 형광체의 원천특허의 소유는 해외에 있으 며, 국내에서 쓰이는 형광체는 대부분 해외에서 수입된 형광체이다. 일부에서는 미량이나마 남의 특허에 Type II 를 시도하여 사용하고 있는 실정으로 볼 때, 위의 특허 분쟁 결과에서 보여 주듯이 원천 특허가 아니면 앞으로 언제 특허 공격을 받을지 알 수 없는 실정이다. 비록 현 재는 규모가 작은 회사에서 소량 생산에 내수용으로 쓰 였을 때 크게 공격받고 있지는 않지만, 시장이 커지며 회 사의 규모가 성장한다면 원천 특허 소유자로부터 특허 공격을 받을 것이라는 것은 당연한 수순이다. 아직 LED 조명 시장이 본격적으로 열리지 않은 시점에서 국내의 형광체관련 회사들은 하루 빨리 원천특허 소유자를 찾아 라이센스를 확보하고 확보한 형광체의 성능을 향상시켜 서 기존의 수입 형광체보다 월등한 성능의 형광체를 더 욱 경제적으로 잘 만드는 기술을 보유하거나, 아니면 새

로운 구조의 원천 특허가 가능한 형광체를 직접 찾는 길 밖에는 해결책이 없을 것이다. I사가 자사 홈페이지에서 스스로 개발 성공하여 특허를 확보했다는 신규 적색형광 체를 선전한 것을 비롯 최근 각종 매체를 통한 많은 기사 와 광고를 쉽게 접할 수 있었으나, 이는 타인의 특허에다 가 앞서 말한 바와 같이 Type II를 시도한 것으로 명백한 특허 침해로 판명 난 바 있다. 우리나라의 업체들뿐만 아 니라 외국 업체들 또한 자사의 소위 ‘신규 신조성 형광 체’를 언론을 통해 광고하지만, 이들 형광체가 진정한 신 구조의 형광체이며, 원천 특허가 가능한지는 여러 면에 서 의문이 드는 경우가 많다. 만약 원천특허가 가능하고 어떠한 기존의 형광체와도 구조적으로 오버랩이 없는 진 정한 신규 형광체를 개발했다면 특허출원 과정에서 정확 한 구조를 공개 해야 할 것이다. 하지만 항상 두리뭉실하 게 신문기사를 내보내며, 이에 맞추어 논문자료 또한 부 실한 실정으로 여러 관련자들을 혼란스럽게 하는 경우가 특히 국내에서 자주 발생하고 있다. 이러한 경우 대부분 은 악의적인 의도라기 보다는 결정학적인 지식의 부재에 서 야기된 사례로 볼 수 있으며, 이렇게 언론에서 발표된 소위 신규 형광체들도 실제 시장에서 특허 경쟁력이 전 무할 가능성이 높다. 대표적인 예로 앞서 말한 바와 같이 I사에서는 CASN을 자사의 신규 적색형광체로 광고하여 판매하다가 M사로부터 특허 공격을 받았으며, L사에서 는 국내의 F사로부터 Orthosilicate 형광체를 공급받아 사용하다가 원천특허 소유자인 O사로부터 특허 공격을 받은 사항을 주지할 필요가 있다. 형광체를 직접 제작하 지 않고 공급받아 사용하더라도 그 형광체의 원천특허 소유자를 정확히 파악하고, 라이센스등 특허 문제를 확 인해서 사용하여야 할 것이다. 다시 강조 하자면 특허 관 련 문제의 끝은 특허의 등록이 아니라 분쟁 시 재판 결과 에 있음을 주지할 필요가 있다.

2.3. 앞으로의 연구 방향

현재에도 새로운 구조의 신규형광체는 계속하여 나오

고 있는 실정이다. 하지만 국내의 연구자들은 기존에 잘

알려진 형광체의 성능 개선 연구로서 치환 및 도핑위주

의 실험만을 할 뿐이지 새로 나온 구조의 형광체 또는 신

박운배, 손기선

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구조의 형광체 연구에는 관심을 갖지 않는 것이 국내의 실정이다. 이것은 매우 잘못된 관행으로 지금 상용으로 쓰이는 모든 형광체는 초기 발견 당시의 휘도가 불과 현 재 사용되는 수준의 그것과 2~10배 이상 차이가 나며, 현재 가장 관심이 고조되고 있는 형광체인 LSN 및 β - SiAlON의 경우 초기 발견 당시 휘도가 현재와 10배 이 상이나 차이가 난다는 것은 학계에서 누구나 아는 사실 이다. 누구나 할 수 있고, 쉬운 것만을 하려는 연구 풍토 를 지양하고 성공가능성이 다소 낮고 힘든 과정이 수반 되더라도 원천특허 확보를 위한 연구 및 개발 풍토를 하 루속히 정착시켜야 한다. 예로 LSN의 경우 처음 발견 당 시에 모든 곳에서 관심을 갖지 않았지만 일본의 M사에 서는 몇 년간의 연구 끝에 현재 상용화 단계에까지 이르 는 기술 개발을 하였다. 그리고 나서 이제서야 사람들은 너도 나도 LSN에 관심을 갖고 뒤 늦게 연구를 시작하고 있다. Fig. 2의 왼쪽의 PL 그림은 M사에서 제조된 LSN 형광체 샘플들로 현재에 이것보다 더욱 휘도가 향상된 것으로 알고 있다. LSN의 초기 PL자료는 갖고 있지 않 지만 현 상태에서 1/10 수준이었다는 사실을 LSN의 최 초 개발자로부터 직접적으로 들었으며, β -SiAlON 형광 체 또한 LSN과 비슷한 상황이었다고 발명자에게 직접적 으로 들었다. 이렇듯 신규형광체에 있어서 초기 휘도는 중요하지 않으며, 왜 신구조의 형광체 탐색이 필요한지 를 다시 한번 강조한다.

2.4. 신구조 형광체

그렇다면 우리는 향후 연구 방향을 어떻게 잡아야 할 것인가? 최근 3년간 국내·외에 원천 특허가 가능한 신 구조의 형광체는 계속해서 발견되고 있다. 대표적인 예 로 국내의 LCSON 및 Ca

Ba

Si

N

O

10)

등의 형광체 가 있으며, 해외에서는 신구조 형광체로 Ba

Ga

N

, AE(Sr, Ca)

Si

O

N

, Sr(Al

Si

)

(N

O

)

등 새로운 구 조의 신규형광체는 계속해서 개발되어 나오고 있다. 이 외에 현재 상용 형광체로 쓰이고 있거나 앞으로 쓰일 가 능성이 높은 형광체를 Table 2에 따로 정리 하였다. 먼저 국내의 형광체를 살펴보면 전술한 두 개의 형광체는 순 천대에서 발견한 신구조 형광체로써 Type IV의 원천 특 허가 가능한 신구조 형광체이다(Fig. 3). LCSON(La

Ca

Si

O

N

:Eu

(x=1.456))의 신구조 형광체는 C2 공간 군의 새로운 단사정계 구조를 가지며, 결정격자 상 수는 a=18.5426 Å, b = 4.8404 Å, c = 10.7007 Å, α=

γ = 90 ˚, β = 108.2555 ˚ 이다. 또한 청색 LED 칩에 적합 한 460 nm 영역까지 넓은 여기 영역을 가진다. 또한 여 기 영역과 상관없이 Eu

농도에 따라 녹색에서부터 노 란색까지 넓은 발광 영역을 나타낸다. 또한 전형적인 산 질화물의 특성인 우수한 열화 및 내수성을 보인다. 두 번 째로 Ca

Ba

Si

N

O

의 신구조 형광체는 Cm 공간 군 의 새로운 단사정계 구조를 가지며, 결정격자 상수는 a=7.07033 Å, b = 23.86709 Å, c = 4.825304 Å, α= γ

= 90 ˚, β = 109.0647 ˚ 이다. 이 형광체 또한 청색 LED

Fig. 2. M사에서 제공 받은 LSN의 PL 및 결정구조 모양.

Wavelength(nm)

Intensity(a.u.)

칩에 적합한 460 nm 영역까지 넓은 여기 영역을 가지며, 여기 영역과 상관없이 적색발광을 한다. Ca

Ba

Si

N

O

결정 구조의 모양은 BaSi

N

O와 MSi

O

N

구조가 합 처진 구조를 이루고 있으며, 460 nm 여기영역에서는 보 이지 않지만 355 nm 여기에서는 BaSi

N

O

의 발광 영역인 470 nm에서도 발광을 하는 하나의 구조에서 두 개의 발광밴드를 갖는 형태의 특별한 형광체이다. 해외 의 신규 형광체를 살펴보면 최근에 나온 AE(Sr, Ca)

Si

O

N

형광체의 경우 Type III에 해당하며, 기존에 잘 알려진 Sr

Al

O

구조와 동일하며 +3가 이온인 Al 원 소 자리에 +4가 이온인 Si 원소가 치환 되면서 -2가 이온 인 O원소 대신 -3가 이온인 N 원소가 치환된 구조이다.

비록 기존의 Sr

Al

O

형광체와 구조가 같고 조성만이 치환 변형된 형태이기는 하지만 기존의 Sr

Al

O

형광체 특허가 광범위한 조성 청구범위를 확보하지 않고 LED 와 상관없이 오래 전에 출원되었기에 AE(Sr, Ca)

Si

O

N

형광체를 본문에서는 Type III 로 분류하였다. 그러나 보 다 논리적인 분석에 의하면 AE (Sr, Ca)

Si

O

N

형광체 는 Type II에 지나지 않음을 주지할 필요가 있다.

Ca

Si

O

N

12)

형광체의 경우 중심파장이 520 nm인 녹색 형광체이며, Sr

Si

O

N

13)

형광체는 중심파장이 585~605 nm인 적색 형광체이다. Ba

Ga

N

의 신구조 형광체는 Type IV에 해당하며, 중심파장이 638 nm인 적색 형광 체이다.

2.5. 신구조 형광체 탐색 방법

신구조 형광체의 탐색 방법은 크게 두 가지로 나눌 수

있다. 첫 번째로 단결정을 만드는 것과 두 번째는 파우더 로 만드는 방법이 있다. 이 중 첫 번째인 단결정의 장점 은 만들어 지면 그 자체가 single phase일 수 밖에 없는 태생적 이점이 존재하며, 더 나아가서는 결정 구조 해석 이 매우 쉽다는 점이다. 단점으로는 단결정을 만들기가 어렵다는 것과 만들었다고 한들 모든 형광체는 실제 파 우더 형태로 쓰이기 때문에 형광체로 적합한지를 파우더 로 다시 만들어 보아야 한다는 점을 들 수 있다. 그렇다 면 두 번째인 파우더로 만드는 방법의 장점으로는 일반 적인 파우더로 신구조 형광체를 탐색할 때 활성제를 넣 고 실험하기 때문에 형광체로 적합한지를 빠른 시간 안 에 판단 할 수 있으며, 파우더는 단결정처럼 합성이 어렵 지 않다. 단점으로는 구조분석시 3 차원의 회절양상을 1 차원으로 단순화하는 과정에서 야기되는 불확실성이 늘 발생할 수 밖에 없고, 더 큰 문제로서 불순물로 인한 결 정 구조 해석이 어렵다는 점이 있다. 이렇듯 단결정과 파 우더 두 가지 방법에 있어 단점과 장점은 서로 반대되며, 앞에 말한 바와 같이 형광체는 파우더 형태로 쓰이며, 만 들기 쉬운 파우더 형태로 탐색하는 방법이 여러모로 유 리하다고 할 수 있다.

그렇다면 파우더 형태의 형광체는 어떤 방법으로 탐색 할 것인가? 가장 쉬운 방법으로 가령 AxByCzOq는 물질 을 탐색하고자 할 때 기본적으로 x,y,z의 stoichiometry

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LED 형광체 현황 및 연구방향

Table 2. 현재 상용화된 형광체와 상용화 가능성이 가장 높은 질화물 및 산질화물 형광체의 여기 파장과 중심 발광파장 및 양자효율

Fig. 3. 국내 Type IV의 신구조 형광체들의 PL 및 결정구조(기존에

없었던 새로운 구조임).

박운배, 손기선

특 집

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를 Ternary 조성체계로 탐색하면서, 각각의 구성 원소인 A, B, C에 해당하는 다양한 원소를 선택하고 이들의 Binary 또는 Ternary를 등 간격으로 나누어 탐색하는 방 법이 있다. 하지만 이 방법에 있어 단점으로 탐색해야 할 조성이 기하급수적으로 늘어난다는 점과 느슨한 간격으 로 조성을 설계하면 선택받지 못한 조성 범위에서 새로 운 구조가 있을 수 있어, 이 부분을 지나칠 수 있다는 치 명적인 단점이 있다. 이 단점을 보완하고자 실험의 수가 기하급수적으로 늘어날 경우 휴리스틱스 최적화 기법을 이용하여 이 문제를 해결하고 더 나아가 실험의 횟수 및 시간을 단축할 수 있다. 그렇다면 휴리스틱스란 무엇인 가? 휴리스틱스(Heuristics)란 실제 개발상황에서 출몰하 는 수많은 소재변수 또는 공정변수들의 결정을 이론적 예측 또는 무작위 선택에 기반을 두지 않고 GA(Genetic algorithm)이나 PSO(Particle swarm optimization)과 같은 컴퓨터 알고리즘을 이용하여 조절함으로써 최종 목적함 수 (물리적 특성)를 빠른 시일 내에 최소의 실험적 노력 으로 최적화할 수 있는 powerful한 도구이다. Fig. 4는

실질적으로 순천대에서 휴리스틱스 기법으로 GA(Genetic algorithm)을 이용하여 찾은 새로운 구조의 형광체를 PSO(Particle swarm optimization)을 이용하여 최적화 한 것으로 앞에서 설명한 신규형광체의 탐색에서부터 최 적화 과정까지 보여 준다.

예를 들어 LED용 신구조의 신규형광체를 개발하기 위해 서로 다른 10개의 원료물질을 섞어서 다성분계의 LED용 형광체 샘플을 만든다고 가정해보자. 이때 10개 의 원료물질 종류 이외에도 실험변수(온도, 분위기, 시간, 두께 등)의 조합으로 발생할 수 있는 샘플의 수는 무한대 에 가까울 것이다. 이를 줄여서 대략적으로 약 1,000,000 개 정도라고 가정한다면, 이 중에서 최고 성능을 보이는 샘플을 어떻게 찾아낼 수 있을까? 만약 1,000,000개의 샘플을 모두 만들어 평가해 볼 수 있다면 매우 바람직 할 것이다. 그러나 이는 현실적으로 불가능하기 때문에 실 험의 노고를 극적으로 줄일 수 있는 휴리스틱스 최적화기 법의 도입이 반드시 필요한 것이다. 물론 이론모델을 이 용한 소위 virtual screening의 경우는 본문에서는 지양한다.

Fig. 4. 휴리스틱스 기법을 이용한 국내 Type IV의 신구조 형광체인 LCSON(La

Ca

Si

O

N

:Eu

(x=1.456))의 탐색 및 최적화 과정.

이제 유전알고리즘 또는 Particle Swarm 최적화법과 같 은 휴리스틱스 최적화법을 이용한다는 전제 아래, 위에 서 제기한 1,000,000개의 LED용 형광체 최적화에 대한 가상의 예를 다시 한 번 생각해 보자. 다시 강조하면, 유 전알고리즘과 Particle Swarm 최적화법의 특징은 한 번 에 많은 수의 LED용 형광체 샘플들을 만들어 모두 평가 한 후 이 결과를 다음 단계를 위해 입력값으로 이용한다 는 점이다. 따라서 한번에 많은 수의 형광체 샘플들을 만 들어야 한다는 부담이 있다. 다행히도 여기서 제시하는

‘많은 수’의 정도는 고속처리기법 (High Throughput Experimentation, HTE)을 도입하면 수월하게 처리될 수 있는 수준이다. 즉 고속처리기법과 함께 사용하면 유전 알고리즘과 Particle Swarm 최적화법을 공정 및 재료의 최적화 문제에 쉽게 적용할 수 있다. 이는 휴리스틱스와 고속처리기법의 융합이며, 이러한 두 기술의 조합으로 실제 재료 및 공정 최적화에 신기원을 이룰 수 있다.

이제 종합적으로 정리해서 요약해 보면, 위에서 가상 의 예로 설정한 LED용 형광체의 최적화를 이루기 위해 서는 1,000,000개의 샘플을 모두 만들어 평가할 필요는 전혀 없고, 고속처리기법을 이용하여 약 수십 개씩의 샘 플들을 동시에 만들고 평가하는 과정을 십여 차례만 반 복하면 최적에 가까운 샘플을 찾을 수 있다는 것이다. 물 론 십여 차례의 과정이 전역최적화(global optimization) 지점에 가까이 가기에 충분치 않을 수도 있으나, 유전알 고리즘 또는 Particle Swarm 최적화법에 의한 결과가 대 략적인 초기 접근방향을 제시할 수 있음을 의미한다. 핵 심내용은 전술한 가상의 예에서 볼 때 1,000,000개나 되 는 엄청난 수의 샘플을 모두 제조하고 평가할 필요는 전 혀 없으며, 그 대신에 고속처리기법을 이용하여 수백개 (대략 한 batch당 수십 개씩 십여 차례) 정도의 샘플만을 실제 제조하고 평가한다면, 유전알고리즘 또는 Particle Swarm 최적화법의 도움으로 어느 정도의 최적화를 달 성할 수 있다는 점이다.

3. 결론

현재 국내외에 원천 특허가 가능하지만 아직 상용화

단계에 못 미치는 발전 가능성을 가지고 있는 형광체가 다수 존재하고 있으며, 현시점에도 계속해서 새로운 구 조의 원천 특허가 가능한 형광체가 나오고 있다. 국내 형 광체 연구자 및 관련 업체들은 일본이나 유럽의 선진 그 룹들보다 늦은 만큼 우리만의 신구조 형광체 발견에 힘 써야 할 것이다. 아직 발견되지 않은 신구조의 형광체는 무궁 무진 하며 발견가능성도 높으므로 남의 원천 특허 에 Type II를 실시하여 특허를 피하려는 노력보다는 하 루 빨리 새로운 구조의 형광체를 찾는 연구 풍토가 자리 잡혀야 할 것이다.

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CERAMIST

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박운배, 손기선

특 집

CERAMIST

박 운 배

2012년 순천대학교 인쇄전자공학과 석사 2012년 순천대학교 인쇄전자공학과 박사과정

손 기 선

1990년 연세대학교 금속공학과 학사 1996년 포항공과대학교 재료금속공학과 박사 2013년 순천대학교 인쇄전자공학과 교수 현재 세종대학교 나노신소재공학과 교수