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NIST (National Institute of Standards and Technology)의 연구팀이 개발한 새로운 LED (발광 다이오드) 설계는 광원 효율의 오랜 한계를 극복하는 열쇠가 될 수 있음. 실험실에서 현미경 LED로 시연된 이 개념은 레이저 광을 생성할 수 있는 능력뿐 아니라 밝기를 극적으로 증가시켜 다양한 대규모 및 소형 응용 분야에서 가치를 높일 수 있는 모든 특성을 제공함. 그들의 장치는 기존의 초소형, 서브 미크론 크기의 LED 설계에 비해 밝기가 100 배에서 1,000 배까지 증가했음. 연구팀이 새롭게 고안한 LED는 기존의 LED와 동일한 재료를 사용하지만 모양에 차이점이 있음.

LED는 수십 년 동안 존재해 왔지만 밝은 LED를 개발함으로써 비로소 노벨상을 수상하고 새로운 조명 시대를 열수 있었음. 그러나 현대 LED조차도 설계자를 좌절시키는 한계가 있는데, 어느 정도까지는 LED에 더 많은 전기를 공급하면 더 밝게 빛나지만 곧 밝기가 떨어지므로 LED가 매우 비효율적이 됨. 업계에서 "효율성 저하"라고 불리는 이 문제는 통신 기술에서 바이러스 제거에 이르기까지 여러 유망한 애플리케이션에서 LED가 사용되는 방식에 항상 존재함.

연구팀의 새로운 LED 디자인은 효율성 저하를 극복하지만, 연구원들은 처음부터 이 문제를 해결하기 위해 착수하지는 않았음. 처음에 그들의 주요 목표는 NIST와 다른 곳의 과학자들이 추구하는 랩 온어 칩 기술과 같은 매우 작은 애플리케이션에서 사용하기 위한 미세한 LED를 만드는 것이었음. 연구팀은 빛나는 LED 부분에 대해 완전히 새로운 디자인을 실험했음. 기존 LED에 사용된 평면형 디자인과 달리 핀(Fins)이라고 하는 길고 얇은 산화 아연 가닥으로 광원을 구축했음. 핀 배열은 작은 빗처럼 보이는데 1 cm나 그 이상의 크기로 확장할 수 있음. 연구팀은 핀의 길쭉한 모양과 큰 측면이 더 많은 전류를 흘릴 수 있다고 생각했기 때문에 핀에서 기회를 모색했음. 처음에 새로운 디자인이 얼마나 버틸 수 있는지 측정하고 싶었음. 따라서 연구팀은 전류를 늘리기 시작했고 그것이 타 버릴 때까지 운전할 것이라고 생각했지만 계속 밝아졌음.

본 연구 성과는 ‘Science Advances’ ("High-brightness lasing at submicrometer enabled by droop-free fin light-emitting diodes (LEDs)") 지에 게재됨