관련 통계자료 다운로드 LED 방열 개념도 발광다이오드(LED) 조명은 기존 조명에 비해 에너지 절약 효과가 매우 우수하고 수명도 길다. 또 수은을 사용하지 않는 친환경 제품이어서 전 세계적으로 그 시장이 천문학적으로 증가하고 있다.
문제는 가격과 열 발생이다. 가격은 반도체 특성상 공정 개선과 시장 확대에 따라 해결되고 있지만, 열 발생은 여러 방열기술의 개발에도 불구하고 여전히 문제로 남아 있다. 이는 LED가 광을 전자로부터 직접 얻기 때문에 전도나 대류에 의해 방출되는 열의 자연 방출 메커니즘이 없기 때문이다. 또 LED는 반도체이므로 일정 온도 범위의 작동 영역을 갖고 있어서 온도를 그 범위 내에서 제어해야 한다.
LED 방열 방식으로는 패키지식·공랭식·수냉식·열전소자 등이 있고, 지금도 새로운 방열 방식이 계속 연구돼 나오고 있다.
이 중에서 가장 활발하게 연구되고 있는 것이 칩에서 발생한 열을 기판을 통해 방열판으로 전달하는 기술이다. 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, 방열판 표면에 열을 잘 복사할 수 있는 재료를 코팅한다면 기존 대류뿐 아니라 복사에 의해서도 열이 잘 빠져나갈 수 있어 방열 효과를 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. 또 LED를 구동하기 위한 전원부의 효율을 향상시켜 LED 구동 에너지를 절약하고, 구동 전원에서 발생되는 열을 감소시키는 연구도 진행 중이다.
박효열 전기연구원 나노융합에너지소재연구센터장은 “최근 일본 업체가 광원효율이 150㏐/W인 LED소자 양산 공정을 개발했고, 오는 2020년에는 200㏐/W 광원효율 달성도 가능할 것”이라며 “광원효율이 200㏐/W을 넘어설 경우, 완전히 다른 방열기술 또는 더 나아가 방열장치를 붙이지 않아도 되는 LED소자가 나올 것”으로 기대했다.
창원=임동식기자 dslim@etnews.co.kr
