사람 머리카락처럼 얇은 LED가 서버 랙 내부의 데이터 전송부터 차세대 디스플레이 구동에 이르기까지 기존에 레이저가 담당하던 작업을 곧 대체할 수 있을 것으로 보입니다. 캘리포니아 대학교 산타바바라 캠퍼스의 박사 과정 학생인 로아크 차오가 공동 저술한 새로운 연구는 이러한 가능성을 제시합니다. 이 연구는 학술지 *광학 편지*에 게재되었습니다.
전기공학을 전공하는 로아크 차오는 "우리가 이야기하는 장치는 머리카락 굵기만 한 크기입니다. 빛이 방출되는 방식을 설계할 수 있다면, 이러한 초소형 LED가 단거리 데이터 통신에서 레이저를 대체하기 시작할 수 있을 것입니다."라고 말했습니다.
본 연구는 효율과 빔 방향성을 동시에 향상시키는 소형 발광 다이오드(주도의)의 새로운 설계 방식을 제시합니다. 연구진은 발광 영역을 측면으로 둘러싸는 분산 브래그 반사기(디브르)를 사용하여 기준 소자 대비 공기 측 출력은 약 20%, 기판 측 출력은 130% 이상 향상시켰으며, 빔 발산 각도는 약 30% 감소시켰습니다.
빛을 더욱 정밀하게 유도하는 것 외에도, 새롭게 설계된 마이크로LED는 훨씬 높은 효율을 제공합니다. 연구팀은 기존 마이크로LED 설계에 비해 전기 효율이 약 35%, 플러그 효율이 약 46% 향상된 것을 확인했습니다. 이는 새로운 마이크로LED가 전원 콘센트에서 공급받는 전기 에너지를 더 많이 유용한 빛으로 변환할 수 있음을 의미합니다.
일반적으로 폭이 100마이크로미터 이하인 마이크로LED는 단거리 광 링크, 특히 열 관리, 신뢰성 및 에너지 사용이 여전히 과제로 남아 있는 데이터 센터 내에서 레이저를 대체할 유망한 대안으로 떠오르고 있습니다.
로아크 차오(로아크 차오)는 "레이저의 주요 문제점은 비교적 낮은 온도에서 열 문제가 발생하기 시작한다는 것입니다."라고 말합니다. "마이크로LED는 복잡한 냉각 장치 없이 훨씬 높은 온도에서 구동할 수 있습니다. 이는 데이터 센터에서 교체 횟수 감소, 비용 절감 및 유연성 향상을 의미합니다."
클라우드 컴퓨팅과 인공지능이 지속적으로 확장됨에 따라 데이터 센터는 막대한 양의 정보를 신속하고 효율적으로 전송해야 합니다. 광원의 작은 개선조차도 상당한 경제적 영향을 미칠 수 있습니다.
“마이크로LED의 가장 흥미로운 점은 하나의 패키지 안에 다양한 솔루션을 제공한다는 것입니다.”라고 로아크 차오는 말합니다. “마이크로LED는 데이터 통신을 개선하고, 더 밝고 얇은 디스플레이를 구현하며, 증강 현실이나 가상 현실과 같은 분야에도 사용될 수 있습니다. 이 모든 것이 동일한 기본 기술을 기반으로 합니다.”
로아크 차오는 2020년 UC 샌타바버라에 전기공학 학부생으로 입학하여 박사 과정을 밟았습니다. 그는 재료 성장부터 나노 제작, 소자 테스트에 이르기까지 대학의 포괄적인 연구 인프라가 연구 속도를 높이는 데 기여했다고 말합니다.
"캠퍼스 내에서 디자인을 시뮬레이션하고, 결정을 성장시키고, 장치를 제작하고, 테스트할 수 있습니다."라고 로아크 차오는 말합니다. "개념 구상부터 실험까지의 속도가 바로 이곳을 강력하게 만드는 요소입니다."
