LED·광학 부품 코팅 — 파릴렌이 광투과율을 지키는 조건과 헤이즈

이 글의 결론

• 투과율 기본값 — 정상 증착된 Parylene(파릴렌) C는 가시광 영역에서 90 % 이상의 높은 투과율을 보입니다.
• 총투과율의 함정 — 투과율이 80 % 이상 유지되어도 헤이즈가 95 %까지 올라 뿌옇게 변할 수 있으므로, 빛이 통과하는 방식을 함께 검증해야 합니다.
• 헤이즈 발생 원인 — 낮은 열분해 온도로 다이머가 덜 쪼개지면 결정이 남아 표면 거칠기(Rq)가 17.6 nm에서 817.7 nm로 거칠어집니다.
• 최우선 확인 사항 — 광학 성능 검토에 앞서 LED 패키지의 상시 표면 온도가 Parylene C의 연속 사용 한계인 80 °C 이내인지 먼저 확인해야 합니다.

"파릴렌 코팅은 투명하다"는 문장은 사실입니다. 하지만 그 투명함이 재료의 성질만으로 저절로 보장되지는 않습니다.

같은 Parylene C 필름이라도 코팅할 때의 증착 조건에 따라 550 nm 파장에서의 헤이즈(Haze, 탁도)가 10 % 수준에 머물기도 하고, 무려 95 %까지 치솟기도 합니다. 주목할 점은 두 경우 모두 총투과율(Total Transmittance)은 80 % 이상으로 유지된다는 사실입니다.

이 글에서는 Parylene의 가시광 투과율 기본값부터 시작해, 총투과율이 높음에도 왜 뿌옇게 보이는지, 굴절률이 광학계에 미치는 영향, 내열 한계 온도의 중요성, 그리고 눈에 보이지 않는 코팅을 사양서에 제대로 검증하는 방법까지 순서대로 정리해 드립니다.

LED·광학 부품에 코팅하면 빛은 얼마나 손실되는가?

정상적인 증착 조건에서 Parylene C 필름의 가시광 투과율은 90 %를 넘습니다. Parylene C의 광학·전기적 특성을 분석한 연구는 가시광 투과율 90 % 초과를 근거로 이 필름의 투명도가 높다고 평가합니다(참고자료 1). 상온에서 증착되면서 복잡한 형상을 따라 균일한 막을 형성함에도 빛을 거의 가리지 않기 때문에, 렌즈 앞면이나 발광 소자 위에 올려도 밝기 손실이 거의 없습니다.

다만 같은 연구는 흥미로운 부작용도 함께 지적합니다. 필름이 너무 투명한 바람에 코팅이 제대로 되었는지, 결함이 없는지를 육안으로 확인하기 어렵다는 점입니다(참고자료 1). 광학 부품으로서는 큰 장점이지만, 품질 검사 공정에서는 별도의 검증 수단이 필수가 됩니다.

또한 "투과율 90 % 초과"라는 수치는 특정 공정 조건이 갖춰졌을 때 나오는 값입니다. 조건이 달라지면 어떻게 되는지 아래에서 자세히 보겠습니다.

총투과율이 높은데 왜 뿌옇게 보이는가?

빛이 통과하는 양이 아니라 통과하는 방식이 달라지기 때문입니다. 광학에서 헤이즈는 확산 투과광을 총 투과광으로 나눈 비율로 정의합니다(참고자료 1). 쉽게 말해 총투과율이 같아도 빛이 곧게 직진하면 선명하게 보이고, 사방으로 흩어져 통과하면 뿌옇게 보입니다. 맑은 유리창과 표면이 거친 젖빛 유리가 같은 양의 빛을 통과시켜도 다르게 보이는 것과 같은 이치입니다.

실제 측정이 이 차이를 분명하게 보여 줍니다. 증착 공정 중 열분해(Pyrolysis) 온도만 다르게 하여 제조한 Parylene C 필름의 550 nm 헤이즈 측정 결과는 다음과 같습니다(참고자료 1).

• 700 °C 열분해 — 헤이즈 10.2 %
• 500 °C 열분해 — 헤이즈 12.0 %
• 450 °C 열분해 — 헤이즈 85.0 %
• 400 °C 열분해 — 헤이즈 95.0 %

네 가지 조건 모두 550 nm에서 총투과율은 80 % 이상을 유지했습니다. 하지만 헤이즈는 500 °C와 450 °C 사이에서 급격히 증가했습니다.

만약 품질 사양서에 "550 nm 투과율 85 % 이상"이라고만 적어 둔다면, 뿌연 성에가 낀 필름과 투명한 필름 모두 합격 판정을 받게 됩니다. 따라서 렌즈나 발광면 위에 올라가는 코팅이라면 총투과율과 헤이즈를 반드시 함께 규정해야 합니다.

헤이즈는 무엇이 만드는가?

열분해 온도가 너무 낮으면 다이머(Dimer) 원료가 단량체(Monomer)로 충분히 쪼개지지 않은 채 증착되어 미세한 결정 구조가 남게 되고, 이 결정들이 표면을 거칠게 만듭니다. 연구는 400–500 °C 영역의 낮은 열분해 온도가 다이머 절단율(dimer-cleavage rate)을 떨어뜨려 불투명한 필름을 형성한다고 설명합니다(참고자료 1). 미절단 다이머 결정이 늘어날수록 난반사, 곧 확산 투과가 커지고, 이것이 헤이즈 수치로 직결됩니다.

AFM(원자힘현미경)으로 표면 거칠기를 측정한 실측 데이터가 이를 뒷받침합니다. 제곱평균제곱근(RMS) 거칠기 Rq는 700 °C 필름이 17.6 nm, 400 °C 필름이 817.7 nm였고, 최고점–최저점(peak-to-valley) 값은 각각 332.1 nm와 4440 nm였습니다(참고자료 1).

동일한 Parylene C 재료임에도 공정 조건에 따라 표면 거칠기 Rq가 40배 넘게 벌어집니다. 즉, 헤이즈 문제는 재료 자체의 한계라기보다 코팅 업체의 공정 관리 능력에서 비롯됩니다. 열분해 조건과 그 근거는 Parylene CVD 증착 공정 3단계에 정리했습니다.

굴절률은 무엇을 바꾸는가?

공기와의 계면에서 빛의 반사가 발생하며, 편광 광학계에서는 복굴절(Birefringence)이 중요한 변수가 됩니다. Parylene C의 면내(in-plane) 굴절률은 1.639입니다(참고자료 2). 수직 입사 조건에서 공기(n = 1)와 필름 계면의 프레넬 반사율은 R = ((n − 1) ÷ (n + 1))²로 계산되며, 1.639를 넣으면 약 5.9 %가 나옵니다. 단일 계면 하나당 약 5.9 %의 반사 손실이 발생한다는 뜻이며, 검산할 수 있도록 식을 함께 적었습니다.

여기서 주의할 점은 위 수치들이 모두 면내 굴절률이라는 사실입니다. Parylene은 분자 배열 특성상 복굴절성이 있어 진행 방향에 따라 굴절률이 달라집니다(참고자료 2). 따라서 편광을 활용하는 광학계나 위상차가 중요한 정밀 부품을 설계할 때는 단일 굴절률 수치만으로 설계를 마무리해서는 안 됩니다. 물성 전체는 Parylene 물성표에 출처와 함께 실었습니다.

LED 패키지 온도는 왜 먼저 확인해야 하는가?

Parylene C의 연속 사용 상한 온도가 80 °C이기 때문입니다(참고자료 2). 투과율이나 헤이즈보다 더 먼저 체크해야 하는 절대적인 제약 조건입니다. LED 소자는 구동 중 상당한 열을 발산하며, 고출력 패키지일수록 표면 온도가 높게 올라갑니다. 소자의 구동 중 상시 표면 온도가 80 °C를 초과한다면, 광학 특성을 아무리 잘 맞춰도 Parylene C를 적용할 수 없습니다.

• 체크 포인트 — 데이터시트상의 정션 온도(Junction Temperature)가 아니라, 코팅막이 직접 닿는 패키지 표면의 실제 상시 측정 온도를 확인해야 합니다.
• 고온 환경의 대안 — 더 높은 온도 범위를 갖는 Parylene HT(AF-4)가 있으나, (주)와인의 상시 양산 운영 원료가 아니며 원료비와 납기가 크게 올라갑니다.

방열 설계와 구동 조건에 따라 표면 온도가 달라지므로, 실제 구동 상태에서 측정한 값을 알려 주십시오. 종별 차이는 Parylene 종류에, 폴리머별 증착 속도 차이는 코팅 납기 계산에 정리했습니다.

코팅이 제대로 올라갔는지 어떻게 확인하는가?

Parylene은 눈에 보이지 않을 정도로 투명하기 때문에, 발주 단계에서 검사 및 판정 방법을 미리 사양서에 적어 두어야 납품 후 품질 다툼을 막을 수 있습니다. 투명한 막의 장점이 검사에서는 약점이 됩니다. 연구도 코팅 여부와 결함을 눈으로 판정하기 어렵다는 점을 문제로 지적합니다(참고자료 1). 사양서에 반드시 명시해야 할 세 가지 항목입니다.

1. 측정 파장 및 지표 지정 — 예를 들어 "550 nm 기준, 총투과율 90 % 이상, 헤이즈 12 % 이하"와 같이 투과율과 헤이즈를 함께 명시합니다. 총투과율만 적으면 뿌연 막이 합격합니다.
2. 측정 위치 명시 — 발광면의 중앙부인지 테두리 영역인지에 따라 측정값이 다를 수 있으므로 위치를 지정합니다.
3. 동형 시편 동시 코팅 — 실제 완제품 부품을 광학 측정기로 파괴·측정할 수 없는 경우, 해당 배치에 함께 넣은 동일 재질의 유리 시편으로 측정하도록 규정합니다.

광학 투과율 및 헤이즈 측정에는 전용 분광광도계가 필요합니다. (주)와인은 동시 코팅된 시편을 외부 시험기관에 의뢰하여 측정 파장·총투과율·헤이즈 수치가 명시된 성적서를 발급받아 제공해 드립니다. 성적서 발행에는 별도의 기간이 소요되므로 발주 시점에 사전 협의가 필요합니다.

광학 부품을 맡길 때 무엇을 정해야 하는가?

목표 두께, 광학 요구 조건(투과율·헤이즈), 상시 표면 온도, 코팅 제외 영역(마스킹) 네 가지를 확정해 주셔야 합니다. 앞 절들의 판단 근거를 사양서 항목으로 옮긴 것입니다. 특히 전극 패드나 광 결합면(Optical Coupling Interface)은 코팅이 올라가면 기능 장애가 발생하므로 도면에 제외 영역을 명시해야 합니다. 제외 사유(예: 와이어 본딩 부위, 광 결합부 등)를 함께 기술해 주시면 가장 적합한 마스킹 공정을 제안해 드릴 수 있습니다.

위 수치는 2026년 8월 기준 (주)와인의 설비 운영 기준값이며, 규격이 정한 공인 수치가 아닙니다.

안내 사항도 함께 드립니다. 본문에 인용된 광학 측정값은 모두 외부 학술 문헌의 연구 데이터이며, 시험 조건은 유리 기판 위 필름입니다. (주)와인 설비에서 측정한 투과율·헤이즈 데이터는 아직 공개 가능한 형태로 없습니다. 실제 부품의 입체적 형상이나 곡면에서는 치수 및 광로에 따라 값이 다를 수 있으므로, 광학 스펙이 엄격한 제품은 양산 전 시편 샘플 테스트를 선행하시기를 권합니다. 자외선 노출이 걸리는 조건의 정량 데이터도 확인하지 못해 싣지 않았습니다. Parylene이 맞지 않는 경우는 단점 솔직 리뷰에 정리했습니다.

핵심 요약

• 투과율 — 정상 증착된 Parylene C 필름은 가시광 영역에서 90 % 이상의 높은 투과율을 가집니다.
• 헤이즈의 중요성 — 증착 시 열분해 온도에 따라 550 nm 헤이즈가 10.2 %에서 95 %까지 변합니다. 이때 총투과율은 80 % 이상으로 유지되므로 반드시 헤이즈 수치를 별도로 규정해야 합니다.
• 원인 — 낮은 열분해 온도로 인한 다이머 절단율 저하이며, 이로 인해 표면 거칠기 Rq가 17.6 nm에서 817.7 nm로 거칠어집니다.
• 굴절률 — Parylene C의 면내 굴절률은 1.639이며 공기 계면 반사율은 약 5.9 %입니다. 복굴절 특성이 있으므로 편광 광학계는 정밀 검토가 필요합니다.
• 온도 제약 — Parylene C의 상시 연속 사용 온도는 80 °C 이하입니다. LED 패키지 표면 온도가 이를 넘는지 가장 먼저 확인해야 합니다.

LED·광학 부품 도면과 함께 구동 중 상시 표면 온도, 목표 두께, 요구 투과율과 헤이즈, 코팅 제외면을 알려주시면 적용 가능 여부와 검증 방법을 회신드립니다. 문의하기 · 전자·반도체 적용 보기

참고자료

번호는 성격별로 묶어 매겼습니다(학술 문헌 → 물성 자료). 본문 괄호 안의 번호가 해당 항목을 가리킵니다. (주)와인의 두께 범위·마스킹 정밀도·챔버 용량은 자사 설비 운영 기준으로, 문헌이 정한 값이 아닙니다. 프레넬 반사율 약 5.9 %는 참고자료 2의 굴절률에서 계산한 값이며, 문헌이 제시한 측정값이 아닙니다.

학술 문헌

1. Lee, Y.-S., Yoon, J.-H., Raji, A., Baek, S.-Y., Choi, Y., Lee, J., Gasonoo, A. & Lee, J.-H., "Optical and Electrical Characterization of Visible Parylene Films", Materials 15(19), 6717, 2022. https://doi.org/10.3390/ma15196717 — 가시광 투과율 90 % 초과 서술, 너무 투명해 코팅 여부·결함의 육안 확인이 어렵다는 지적, 헤이즈 정의(확산 투과 ÷ 총 투과), 열분해 400–700 °C 조건별 550 nm 헤이즈 실측(700 °C 10.2 % · 500 °C 12 % · 450 °C 85 % · 400 °C 95 %)과 네 조건 모두 총투과율 80 % 이상, 400–500 °C의 낮은 다이머 절단율이 불투명 필름을 만든다는 설명, AFM 표면 거칠기 Rq 17.6 nm(700 °C) 대 817.7 nm(400 °C) 및 최고점–최저점 332.1 nm 대 4440 nm(원문 Figure 6 의 z 스케일 360.76 nm · 4.97 µm 로 배정 확인). 시험 조건은 유리 기판 위 필름이며 400–800 nm 분광 측정입니다. MDPI 오픈액세스(CC BY).

물성 자료

2. 면내 굴절률(N 1.661 · C 1.639 · D 1.669 · HT 1.559)과 연속 사용 온도는 Parylene 물성표에 출처(Fortin & Lu, Chemical Vapor Deposition Polymerization, Springer 2004, DOI 10.1007/978-1-4757-3901-5 · 제조사 기술자료)와 함께 실었습니다. 굴절률은 학술서와 제조사 자료가 일치해 교차 검증된 항목이며, 학술서가 면내(in-plane) 값임을 명시하고 있습니다(Parylene은 복굴절이 있습니다).