LED·광학 코팅 — 투과율·헤이즈·굴절률과 패키지 온도

1분 요약 (Executive Summary)

• 주제 안내 — 이 글은 LED·광학 부품에 Parylene 막을 증착할 때 투과율과 헤이즈, 굴절률이 어떻게 달라지는지와 패키지 온도 한계, 검사 기준을 다룹니다.
• 정상 증착 막의 가시광 투과율 — 정상 증착된 Parylene C 필름은 가시광을 거의 흡수하지 않습니다. 4 µm 막을 측정한 연구에서 가시광 전역의 총투과율이 80 %를 넘었습니다[3].
• 총투과율과 별개인 헤이즈 — 총투과율이 80 % 안팎으로 유지되어도 헤이즈가 95 %까지 올라 막이 뿌옇게 보일 수 있습니다[1, 2]. 광학 사양에는 두 지표를 함께 적습니다.
• 열분해 온도가 만드는 헤이즈 — 열분해 온도가 낮아 다이머가 충분히 쪼개지지 않으면 결정이 남습니다. 표면 거칠기 Rq가 17.6 nm에서 817.7 nm로 커지며 막이 뿌예집니다[1].
• 먼저 확인할 80 °C 상한 — 광학 성능을 검토하기 전에, LED 패키지의 상시 표면 온도가 Parylene C의 연속 사용 온도 80 °C 이내인지 확인합니다[5].
• 시편으로 하는 광학 검사 — 광학 검사는 같은 배치에 넣은 시편으로 합니다. Parylene은 눈으로 판정하기 어려울 만큼 투명하므로, 시편의 측정 파장·총투과율·헤이즈 기준을 발주 때 사양서에 적어 둡니다.

LED 패키지의 발광면이나 렌즈 앞면에 보호막을 형성하면 밖으로 나가는 빛은 모두 그 막을 지납니다. 코팅을 검토할 때는 보통 투과율부터 묻지만, 광학 부품에서 실제로 차이를 만드는 지표는 따로 있습니다.

Parylene(파릴렌) 코팅은 투명하지만, 투명함이 재료만으로 정해지지는 않습니다. 같은 Parylene C 필름이라도 증착 조건에 따라 550 nm 헤이즈(Haze, 탁도)가 10 % 수준에 머물기도 하고 95 %까지 오르기도 합니다. 두 경우 모두 총투과율(Total transmittance)은 80 % 안팎입니다.

LED·광학 부품에 코팅을 검토하는 개발 담당자를 위해, 가시광 투과율 기본값, 총투과율이 높은데도 뿌옇게 보이는 이유와 헤이즈의 원인, 굴절률이 광학계에 미치는 영향, LED 패키지의 온도 한계, 코팅 검증 방법, 발주 때 정할 네 항목을 차례로 정리합니다.

LED·광학 부품에 코팅하면 빛은 얼마나 손실되는가?

정상 증착된 Parylene C 필름은 가시광을 거의 흡수하지 않아, 렌즈 앞면이나 발광 소자 위에 증착해도 밝기 손실이 작습니다[5].

문헌의 90 % 초과와 실측 80 % 초과

Lee 연구진은 광학·전기 특성을 분석한 논문의 초록에서 Parylene C의 가시광 투과율을 90 % 초과로 소개합니다[1]. 이 값은 초록의 일반 서술로, 연구진이 측정한 값이 아니며 막 두께와 측정 기준도 적혀 있지 않습니다.

실측값은 Sim 연구진의 결과에 있습니다. 목표 두께 4 µm로 증착한 막의 투과 스펙트럼을 측정한 결과, 가시광 전역에서 총투과율이 80 %를 넘었고 두께에 따른 간섭으로 물결 모양의 오르내림도 보였습니다[3].

Parylene C는 상온에서 복잡한 형상을 따라 균일한 막을 만들면서도 빛을 대부분 통과시킵니다. 계면 반사에 따른 손실은 굴절률 절에서 따로 다룹니다. 투명성을 포함한 여섯 가지 특성은 Parylene 코팅 장점에 정리했습니다.

투명함의 부작용

Lee 연구진은 필름이 너무 투명해 코팅이 제대로 되었는지, 결함이 없는지를 눈으로 확인하기 어렵다는 부작용도 지적합니다[1]. 투명함은 광학 부품에는 장점이지만, 품질 검사에서는 별도의 검증 수단이 필요합니다.

앞에서 본 높은 투과율은 다이머가 충분히 쪼개진 정상 증착 조건에서 얻는 값입니다. 조건이 달라지면 어떻게 되는지 다음 절에서 봅니다.

총투과율이 높은데 왜 뿌옇게 보이는가?

총투과율이 높아도 뿌옇게 보이는 것은 빛이 통과하는 양이 아니라 통과하는 방식이 달라지기 때문입니다.

헤이즈의 정의

광학에서 헤이즈는 확산 투과광을 총 투과광으로 나눈 비율로 정의합니다[1]. 총투과율이 같아도 빛이 직진하면 선명하게 보이고, 사방으로 흩어져 통과하면 뿌옇게 보입니다. 맑은 유리창과 표면이 거친 젖빛 유리가 같은 양의 빛을 통과시켜도 다르게 보이는 것과 같은 이치입니다.

열분해 온도별 헤이즈 실측

이 차이는 실측에서도 확인됩니다. Lee 연구진이 열분해(Pyrolysis) 온도만 바꿔 만든 Parylene C 필름의 550 nm 헤이즈를 아래에 옮겼습니다[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 %

Lee 연구진은 자신들의 선행 연구를 인용해 네 조건 모두 550 nm 총투과율이 80 % 이상이라고 적었습니다. 그 선행 연구가 보고한 헤이즈 93.6 % 막의 총투과율은 79.5 %였습니다[1, 2]. 총투과율은 80 % 안팎에 머물렀고, 헤이즈는 500 °C와 450 °C 사이에서 급격히 올랐습니다.

이 헤이즈 차이는 막 두께로 설명할 수 없습니다. 같은 연구의 막 두께는 700 °C 1.3 µm, 500 °C 3.4 µm, 450 °C 6.1 µm, 400 °C 3.4 µm였습니다. 두께가 같은 500 °C 막과 400 °C 막의 헤이즈가 12 %와 95 %로 달랐습니다[1].

사양서에 함께 적을 두 지표

품질 사양서에 "550 nm 투과율 80 % 이상"이라고만 적으면, 뿌연 필름과 투명한 필름이 모두 합격합니다. 렌즈나 발광면 위에 증착하는 코팅은 총투과율과 헤이즈를 함께 규정합니다.

헤이즈를 일부러 쓰는 경우

같은 연구진은 뿌연 막을 눈으로 검사하기 쉬운 절연막이나 OLED의 광추출층으로 쓰려고 만들었고, 선행 연구에서는 이 막을 하부 발광 OLED에 적용해 외부 출광 효율이 최대 45.8 % 높아졌다고 보고했습니다[1, 2]. 이런 용도에서 헤이즈는 결함이 아닙니다. 사양값입니다.

헤이즈는 무엇이 만드는가?

헤이즈는 열분해 온도가 낮아 다이머(Dimer) 원료가 단량체(Monomer)로 충분히 쪼개지지 않은 채 증착될 때 생깁니다. 남은 미세 결정이 표면을 거칠게 만듭니다.

Lee 연구진은 400–500 °C의 낮은 열분해 온도에서는 다이머 절단율(Dimer-cleavage rate)이 떨어져 필름이 불투명해진다고 설명합니다[1]. 쪼개지지 않은 다이머 결정이 늘어날수록 빛이 더 흩어지고, 그만큼 확산 투과가 커져 헤이즈가 올라갑니다.

표면 거칠기 실측

AFM(원자힘현미경)으로 측정한 표면 거칠기가 이 설명을 뒷받침합니다. 제곱평균제곱근(RMS) 거칠기 Rq는 700 °C 필름이 17.6 nm, 400 °C 필름이 817.7 nm이고, 최고점–최저점(Peak-to-valley) 값은 각각 332.1 nm와 4440 nm입니다[1].

거친 막은 빛을 더 많이 반사했습니다. 황산바륨 판을 기준으로 측정한 550 nm 상대 반사율은 700 °C 막 8.6 %, 400 °C 막 18.8 %였습니다[1]. 열분해 온도별 헤이즈와 표면 거칠기를 표 1에 정리했습니다.

같은 Parylene C 재료인데도 공정 조건에 따라 표면 거칠기 Rq가 40배 넘게 차이 납니다(이 글에서 계산한 값). 헤이즈 문제는 재료 자체의 한계보다 코팅 업체의 공정 관리에서 비롯됩니다. 열분해 조건과 그 근거는 Parylene CVD 증착 공정 3단계에 정리했습니다.

굴절률은 무엇을 바꾸는가?

굴절률은 막과 공기 사이 계면의 반사량을 정하고, 편광 광학계에서는 복굴절(Birefringence)도 설계 변수가 됩니다.

계면 반사율의 계산

Parylene C의 굴절률(nD23)은 1.639입니다[5]. 수직 입사(Normal incidence)에서 공기(n = 1)와 필름 계면의 프레넬 반사율(Fresnel reflectance)은 R = ((n − 1) ÷ (n + 1))²입니다. 여기에 1.639를 넣어 계산하면 계면 하나당 약 5.9 %의 반사 손실이 생깁니다(이 글에서 계산한 값). 검산하실 수 있게 식을 함께 적었습니다. Parylene 종류별 굴절률을 표 2에 정리했습니다.

단일 값이라는 한계

표 2의 수치는 방향을 나누지 않은 단일 값입니다. 제조사는 아베 굴절계(HT는 ASTM D542)로 23 °C에서 측정한 값을 제시합니다[5]. 이 사이트의 물성표는 학술서를 근거로 이 값을 면내 값으로 표기하지만, 그 학술서 원문은 직접 확인하지 못했습니다.

고분자 박막은 분자 배향에 따라 빛의 진행 방향별로 굴절률이 달라지는 복굴절이 생길 수 있습니다. 편광을 쓰는 광학계나 위상차를 관리하는 정밀 부품은 단일 굴절률만으로 설계를 마치지 않고 실측으로 확인합니다. 물성 전체는 출처와 함께 Parylene 물성표에 정리했습니다.

LED 패키지 온도는 왜 먼저 확인해야 하는가?

Parylene C의 연속 사용 상한 온도가 80 °C이기 때문입니다. 이 상한은 투과율이나 헤이즈보다 먼저 확인하는 제약 조건입니다[5].

제조사 설명에 따르면 이 80 °C는 시험 데이터를 아레니우스 식으로 외삽해, 공기 중에서 10년 동안 쓸 수 있다고 추정한 온도입니다. LED 소자는 구동 중 열을 내고, 고출력 패키지일수록 표면 온도가 높습니다. 구동 중 상시 표면 온도가 80 °C를 넘는 패키지에는 광학 특성을 잘 맞춰도 Parylene C를 쓸 수 없습니다.

• 확인할 온도 — 데이터시트의 정션 온도(Junction temperature)가 아닙니다. 코팅막이 닿는 패키지 표면의 상시 실측 온도를 확인합니다.
• 고온 환경의 대안 — Parylene HT(AF-4)는 사용 온도 범위가 더 높지만, (주)와인은 HT를 현재 운영하지 않습니다.

방열 설계와 구동 조건에 따라 표면 온도가 달라지므로, 검토에는 실제 구동 상태에서 측정한 값이 필요합니다.

자외선 LED와 직사광선

온도와 함께 먼저 확인할 조건은 빛의 파장입니다. 제조사 자료에 따르면 약 280 nm보다 짧은 파장에서는 모든 Parylene이 빛을 강하게 흡수합니다. Parylene을 UV-C 대역 LED의 발광면에 증착하면 출력이 크게 줄 수 있습니다. 같은 자료에서 제조사는 N·C·D가 실내에서는 안정하지만 직사광선(자외선)에 오래 노출되는 용도에는 권하지 않는다고 설명합니다. HT에 대해서는 공기 중 가속 노출 2,000시간까지 물성이 떨어지지 않았다고 적었습니다[5].

Parylene의 자가형광을 연구한 Lu 연구진은 약 5 µm 막에 형광 현미경의 수은등 자외선(340–380 nm)을 최대 1,000분 비춘 결과, Parylene C·D·N 막이 누렇게 변했다고 보고했습니다. 같은 조건의 HT 막에서는 변색이 보이지 않았습니다[4]. 연구진은 변색을 관찰로만 기록했고, 투과율이 얼마나 줄었는지는 제시하지 않았습니다. 종류별 특성 차이는 Parylene 종류에, 종류별 증착 속도 차이는 증착 코팅 납기에 정리했습니다.

코팅이 제대로 되었는지 어떻게 확인하는가?

같은 배치에 넣은 시편을 분광광도계로 측정해 확인합니다. Parylene은 눈으로 판정하기 어려울 만큼 투명하므로, 검사와 판정 방법을 발주 단계에서 사양서에 적어 둡니다.

앞에서 본 대로 투명함은 검사에서는 약점이 됩니다[1]. 기준을 미리 정해 두면 납품 뒤 판정 분쟁을 막을 수 있습니다.

사양서에 적을 세 항목

1. 측정 파장·지표 지정 — 총투과율만 적으면 뿌연 막이 합격하므로, "550 nm 기준, 총투과율 80 % 이상, 헤이즈 12 % 이하"처럼 둘을 함께 적습니다. 투과율을 공기 기준으로 측정할지, 코팅하지 않은 같은 유리 기준으로 측정할지도 정합니다.
2. 측정 위치 명시 — 발광면의 중앙부인지 테두리 영역인지에 따라 측정값이 다를 수 있으므로 위치를 지정합니다.
3. 동형 시편 동시 코팅 — 완제품을 파괴해 측정할 수 없으면, 같은 배치에 넣은 같은 재질의 유리 시편으로 측정하도록 규정합니다.

성적서 제공

투과율과 헤이즈 측정에는 전용 분광광도계(Spectrophotometer)가 필요합니다. (주)와인은 동시 코팅한 시편을 외부 시험기관에 의뢰해, 측정 파장·총투과율·헤이즈가 적힌 성적서를 받아 제공합니다. 성적서 발행에는 따로 기간이 들므로 발주 때 일정을 협의합니다.

광학 부품을 맡길 때 무엇을 정해야 하는가?

목표 두께, 광학 요구 조건(투과율·헤이즈), 상시 표면 온도, 코팅 제외 영역(마스킹) 네 가지입니다.

네 항목은 앞 절들의 판단 근거를 사양서 항목으로 옮긴 것입니다. 전극 패드나 광 결합면(Optical coupling interface)은 코팅되면 기능을 잃으므로, 도면에 제외 영역을 명시합니다. 제외 사유(와이어 본딩 부위, 광 결합면 등)를 함께 적어 주시면 그에 맞는 마스킹 공정을 제안합니다. (주)와인의 광학 부품 코팅 접수·검토 기준을 표 3에 정리했습니다.

위 내용은 (주)와인 자사 운영 기준(2026년 8월)이며, 규격이 정한 값이나 계약 보증 사양이 아닙니다.

이 글이 다루지 않는 것

이 글에 인용한 투과율·헤이즈 측정값은 모두 외부 학술 문헌이 유리 기판 위 필름 같은 연구용 시편에서 측정한 값입니다. (주)와인 설비에서 측정한 투과율·헤이즈 데이터는 아직 공개할 수 있는 형태로 갖추지 못했습니다.

실제 부품의 입체 형상이나 곡면에서는 치수와 광로에 따라 값이 달라집니다. 광학 사양이 엄격한 제품은 양산 전에 실제 부품을 샘플 코팅해 먼저 확인합니다. 자외선 조건은 제조사의 권고[5]와 현미경 자외선 조사에서 변색을 관찰한 연구[4]만 다뤘습니다. Parylene C의 자외선 노출 시간별 투과율 변화 데이터는 확인하지 못했습니다. Parylene이 맞지 않는 경우는 Parylene 코팅 단점에 정리했습니다.

핵심 요약

• 정상 증착 막의 가시광 투과율 — 정상 증착된 Parylene C 필름은 가시광을 거의 흡수하지 않습니다. 문헌 초록은 90 % 초과로 소개하지만 측정값이 아닙니다. 4 µm 막 실측값은 가시광 전역 80 % 초과였습니다[1, 3]. 계면 반사에 따른 손실은 굴절률 1.639에서 계산하면 계면 하나당 약 5.9 %입니다. 편광 광학계는 복굴절 여부를 실측으로 확인합니다.
• 총투과율과 별개인 헤이즈 — 열분해 온도에 따라 550 nm 헤이즈가 10.2 %에서 95 %까지 변하는 동안 총투과율은 80 % 안팎을 유지합니다[1, 2]. 사양서에는 헤이즈 수치를 별도로 규정합니다.
• 열분해 온도가 만드는 헤이즈 — 열분해 온도가 낮으면 다이머 절단율이 떨어져 미세 결정이 남고, 표면 거칠기 Rq가 17.6 nm에서 817.7 nm로 커집니다[1].
• 먼저 확인할 80 °C 상한 — Parylene C의 연속 사용 상한 온도는 80 °C입니다. LED 패키지 표면의 상시 실측 온도가 이를 넘는지 먼저 확인합니다[5].
• 시편으로 하는 광학 검사 — 광학 검사는 같은 배치에 넣은 유리 시편을 분광광도계로 측정해 합니다. Parylene은 눈으로 판정하기 어려울 만큼 투명하므로, 측정 파장·측정 위치·총투과율·헤이즈 기준을 발주 때 사양서에 적어 둡니다.

(주)와인은 고객사 LED·광학 부품의 목표 두께, 투과율·헤이즈 요구 조건, 구동 중 상시 표면 온도, 코팅 제외 영역을 확인하고, 그에 맞는 Parylene 종류와 두께, 검증 방법을 제안합니다.

도면과 함께 목표 두께, 광학 요구 조건(투과율·헤이즈), 상시 표면 온도, 코팅 제외 영역 네 항목을 알려 주시면 코팅 가능 여부와 검증 방법을 회신합니다. 일반 준비 사항은 부품 코팅 견적 체크리스트에 정리했습니다. 문의하기 · 전자 · 반도체 적용 분야 보기

참고자료

번호는 성격별로 묶어 매겼습니다(학술 문헌 → 제조사 기술자료 → 자사 데이터). 본문의 번호가 아래 목록의 번호입니다. (주)와인의 두께 범위·마스킹 정밀도·챔버 용량은 자사 설비 운영 기준(참고자료 6)이며, 문헌이 정한 값이 아닙니다. 프레넬 반사율 약 5.9 %는 참고자료 5의 굴절률에서 계산한 값이며, 문헌이 제시한 측정값이 아닙니다. 학술 문헌 1–4는 유리 기판 위 막, 실리콘 웨이퍼에 증착한 4 µm 막, 현미경 자외선을 비춘 약 5 µm 막 같은 연구용 시편의 결과이며, LED 패키지 위에서 측정한 값이 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 · 전문 Europe PMC PMC9572187 — 열분해 400–700 °C 조건별 550 nm 헤이즈 실측(700 °C 10.2 %부터 400 °C 95 %까지)과 AFM 거칠기(Rq 17.6 nm 대 817.7 nm). 초록의 가시광 투과율 90 % 초과와 「총투과율 80 % 이상」(참고자료 2 인용)은 이 논문의 측정값이 아닙니다. 초록 헤이즈 범위(10–90 %)는 본문 95 %와 어긋남. 연구진은 높은 헤이즈 막을 "visible parylene"으로 다룹니다. MDPI 오픈액세스(CC BY).

2. Gasonoo, A., Lee, Y.-S., Yoon, J.-H., Sung, B.-S., Choi, Y., Lee, J. & Lee, J.-H., "Outcoupling efficiency enhancement of a bottom-emitting OLED with a visible parylene film", Optics Express 28(18), 26724–26732, 2020. https://doi.org/10.1364/OE.397789 — 초록: 400–500 °C에서 열분해한 다이머로 광산란 Parylene C 막을 만들어 총투과율 79.5 %·헤이즈 93.6 % 막을 얻었고, 하부 발광 OLED에 적용해 외부 출광 효율이 최대 45.8 % 향상됨. 참고자료 1이 "네 조건 모두 550 nm 총투과율 80 % 이상"의 출처로 인용한 논문입니다. 본문은 초록과 참고자료 1의 인용 범위에서만 확인했습니다. 오픈액세스(Optica).

3. Sim, J. H., Chae, H., Kim, S.-B. & Yoo, S., "Simple and practical methods for utilizing parylene C film based on vertical deposition and laser patterning", Scientific Reports 12, 9506, 2022. https://doi.org/10.1038/s41598-022-13080-w (Europe PMC 전문 PMC9184507, CC BY 4.0) — KAIST 전기및전자공학부. 목표 두께 4 µm로 증착한 시편의 투과 스펙트럼: 가시광 전역에서 전체 투과율 80 % 초과, 두께 간섭에 따른 사인파 모양 변동, 세워 증착한 시편 9개는 목표 두께 4 µm 대비 2.5 % 이내. 투과 측정 시료의 형태(떼어 낸 막인지)와 측정 기준은 본문에 적혀 있지 않고, 헤이즈와 550 nm 단일 파장 값은 제시하지 않았습니다.

4. Lu, B., Zheng, S., Quach, B. Q. & Tai, Y.-C., "A study of the autofluorescence of parylene materials for μTAS applications", Lab on a Chip 10(14), 1826–1834, 2010. https://doi.org/10.1039/b924855b (Caltech 저장소 공개 PDF https://resolver.caltech.edu/CaltechAUTHORS:20100521-110030265) — California Institute of Technology 등. 약 5 µm Parylene C·D·N·HT 막에 자외선(여기 파장 340–380 nm)을 최대 1,000분 비춤: C·D·N 막은 누렇게 변색(D가 가장 빠르고 크며 N은 느리고 약함), HT 막은 변색 징후 없음. 연구진은 자체 형광 변화를 탈수소화와 광산화로 해석하며 조사를 멈춰도 되돌아가지 않았다고 적음. 변색은 관찰로만 기록했고 투과율 감소량, 현미경 조사 세기, LED·햇빛 조건은 제시하지 않았습니다.

제조사 기술자료

5. Specialty Coating Systems, SCS Parylene Properties, 2018. https://scscoatings.com/parylene-coatings/properties/ · 본문 확인은 공개 미러본 https://nrf.aux.eng.ufl.edu/_files/documents/176.pdf — SCS 물성 문서. 굴절률 nD23 N 1.661 · C 1.639 · D 1.669 · HT 1.559. 공기 중 연속 사용 온도 N 60 · C 80 °C. 가시광 흡수가 매우 적어 투명·무색이며 약 280 nm보다 짧은 파장은 강하게 흡수. N·C·D·ParyFree는 직사광선 장기 노출에 권하지 않음. 굴절률이 면내 값인지는 표기돼 있지 않습니다. 재료 공급사가 발행한 이해관계 있는 1차 자료입니다.

자사 데이터

6. (주)와인 자사 운영 기준 (2026-08) — Parylene C·N 상시 운영(D·VT4는 사양 협의, HT는 현재 운영하지 않음), 두께 0.5–50 µm, 마스킹 경계 약 100 µm, 60L · 300L · 1100L 챔버(표 3). 자사 설비 운영 기준이며 규격이 정한 값이 아닙니다.