과학기술정보통신부는 2026년 3월 20일 국내 연구진이 자외선 발광 다이오드(LED)의 장기간 지속된 효율 한계를 극복한 초고효율 심자외선 LED 소재를 개발했다고 발표했다. 이 소재는 심자외선 영역에서 기존 기술 대비 월등히 높은 내부 양자 효율을 달성하며, 자외선 LED 기술의 새로운 지평을 열었다.
자외선 LED는 살균, 정수, 의료, 반도체 공정 등 광범위한 분야에서 활용되지만, 특히 심자외선(200~280nm) 영역에서는 소재의 결정 결함과 비효율적인 발광 메커니즘으로 인해 상용화가 어려웠다. 기존 GaN 기반 LED는 긴 파장대에서만 효율이 높았으나, 심자외선으로 갈수록 효율이 급격히 떨어지는 '자외선 LED의 효율 벽'이 문제로 지적돼 왔다. 이번 개발은 이러한 기술적 장벽을 뛰어넘는 획기적인 성과다.
연구는 과학기술정보통신부의 지원을 받아 진행됐으며, 첨부 보도자료에 따르면 국내 연구진은 새로운 소재 합성 및 구조 설계를 통해 내부 양자 효율을 기존 대비 10배 이상 향상시켰다. 구체적으로 알루미늄 질화물(AlN) 기반 다층 구조를 최적화해 결정 품질을 높이고, 비발광 재결합을 최소화하는 기술을 적용했다. 이로 인해 240nm 파장대에서 50% 이상의 내부 양자 효율을 기록, 세계 최고 수준의 성능을 입증했다.
심자외선 LED의 개발 배경에는 코로나19 팬데믹 이후 비접촉 살균 수요 증가와 반도체 미세공정 정밀화 요구가 자리 잡고 있다. 기존 수은 램프는 환경 오염과 짧은 수명으로 대체가 시급했으며, 이번 소재는 LED의 장점인 장수명, 소형화, 저전력을 심자외선 영역에 실현한다. 연구진은 "이 기술이 상용화되면 연간 수은 사용량 1만 톤 이상 감축 효과를 가져올 것"이라고 밝혔다.
과기정통부 관계자는 "국내 연구진의 끈질긴 노력으로 자외선 LED 기술에서 세계 선도국으로 도약하는 기반을 마련했다"며, 후속 연구를 통해 외부 양자 효율 향상과 대량 생산 기술 개발을 추진할 계획이라고 전했다. 이미 프로토타입 제작에 성공한 상태로, 2~3년 내 시제품 출시를 목표로 한다.
이 소재의 잠재적 응용 분야는 다양하다. 의료 분야에서는 피부 암 진단과 치료용 광원으로, 환경 분야에서는 공기·수돗물 살균기로 활용 가능하다. 산업적으로는 리소그래피 공정에서 고해상도 노광 장치로, 농업에서는 식물 성장 촉진과 병충해 방제에 기여할 수 있다. 특히, 에너지 효율이 높아 전력 소비를 30% 이상 줄일 수 있어 탄소 중립 목표 달성에도 이바지할 전망이다.
연구 성과는 국제 학술지인 'Nature Photonics'에 게재될 예정이며, 특허 출원도 진행 중이다. 과기정통부는 이 기술 이전을 위한 산학연 협력 네트워크를 강화하고, 중소기업 참여를 확대해 실용화를 가속화할 방침이다.
국내 자외선 LED 시장은 현재 연 1조 원 규모로 성장 중이며, 이번 개발로 수출 경쟁력 강화가 기대된다. 연구 책임자는 "자외선 LED의 한계를 넘어 초단파 영역까지 확장하는 것이 다음 목표"라며, 지속적인 R&D 투자를 강조했다.
이번 발표는 2026년 3월 20일 조간 보도로 배포됐으며, 상세 내용은 과학기술정보통신부 홈페이지와 정책브리핑에서 확인할 수 있다. 국내 과학기술의 위상을 높이는 소식으로, 관련 산업계의 관심이 집중되고 있다.
