무방열 LED

발광다이오드(LED) 조명은 기존 조명에 비해 에너지 절약 효과가 매우 우수하고 수명도 길다. 또 수은을 사용하지 않는 친환경 제품이어서 전세계적으로 그 시장이 천문학적으로 증가하고 있다. 

　문제는 가격과 열발생이다. 가격은 반도체 특성상 공정개선과 시장확대에 따라 해결되고 있지만 열발생은 여러 방열기술의 개발에도 불구하고 여전히 문제로 남아 있다. 이는 LED가 광을 전자로부터 직접 얻기 때문에 전도 또는 대류에 의해 방출돼야 하는, 즉 열에 대한 자연 방출 메커니즘이 없기 때문이다. 또 LED는 반도체이므로 일정 온도 범위의 동작영역을 갖고 있어서 온도를 그 범위 내에서 제어해야 한다.

LED 방열방식으로는 패키지 방열·공랭식·수냉식·열전소자 등이 있고, 지금도 새로운 방열방식이 계속 연구돼 나오고 있다.

▲ LED 방열 개념도.

이중에서 가장 활발하게 연구되고 있는 것이 칩에서 발생한 열을 기판을 통해 방열판으로 전달하는 기술(그림참조)이다. 방열판으로 전달된 열은 방열판 표면에서 공기의 대류 및 복사에 의해 대부분 방출된다. 이때 LED 칩에서 발생한 열을 방열판으로 잘 전달하기 위해서는 기판과 방열판 사이에 열전도성이 우수한 접착제가 필요하다. 또 방열판으로 전달된 열은 공기의 대류에 의해 냉각되는데 이러한 방열판의 표면에 열을 잘 복사할 수 있는 재료를 코팅한다면 기존 대류뿐 아니라 복사에 의해서도 열이 잘 빠져나갈 수 있어 방열효과를 극대화할 수 있다.
　
이와 관련 기판에서 방열판으로 열을 잘 전달할 수 있는 열전도성 접착제와 방열판 표면에 코팅해 기판 및 방열판의 열을 복사·냉각할 수 있는 방열 코팅제에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 또한 LED를 구동하기 위한 전원부의 효율을 향상시켜 LED 구동 에너지를 절약하고 구동전원에서 발생되는 열을 감소시키는 연구도 진행 중이다.
　
박효열 전기연구원 나노융합에너지소재연구센터장은 “최근 일본 업체가 광원효율 150 lm/W LED소자 양산공정을 이미 개발했고 오는 2020년에는 200 lm/W 광원효율 달성도 가능할 것”이라며 “광원효율이 200 lm/W을 넘어 설 경우, 완전히 다른 방열기술 또는 더 나아가 방열장치를 붙이지 않아도 되는 LED소자가 나올 것으로 기대된다”고 말했다.

창원=임동식기자 dslim@etnews.co.kr

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