기업지원 케이스 스터디

기업지원성과 사례

방열 효과 30% 향상시킨 LED 초고방열 접착기술 개발
2018.10.15

기술지원기업: (주)올릭스
연구책임자: 전북지역본부 탄소경량소재응용그룹 김광석 선임연구원
 
LED 조명의 가장 큰 장점은 경제성이다. 소비전력이 백열전구의 7분의 1 수준인데다 수명도 20배 이상 길어 환경 친화적이다. 이런 이유로 LED가 백열전구의 130년 역사를 밀어내고 새로운 광원으로 각광받고 있다. 하지만 LED칩에서 발생하는 열을 효과적으로 배출시키지 못 하면 그 성능이 현저하게 떨어진다. 방열 성능을 끌어올리기 위한 LED 업계의 노력이 계속되고 있는 이유이다.
 




LED 조명, 발열 문제를 해결하라

㈜올릭스는 LED칩 기술을 바탕으로 LED모듈 및 조명 제품을 생산하는 LED 전문기업이다. 주력 생산 제품은 30~300W의 고출력·고연색 산업용 LED다. 고연색 LED란 자연광에 가까운 빛을 내는 광원으로 의료, 방송, 박물관, 식물재배용과 같은 특수 산업 분야에서 사용된다.


산업용 LED 조명은 30W 이상 고출력 LED칩이 사용되기 때문에 그만큼 배출하는 열도 올라가게 된다. LED칩에서 발생하는 열을 적절하게 배출하지 못하면 빛의 밝기가 저하되는 것은 물론 수명도 줄어든다. 뿐만 아니라 열로 인해 주변 부품이 손상되기도 한다.


“LED 분야에서 발열 문제 해결은 무엇보다 중요합니다. 보통 LED칩의 수명은 5만 시간인데, 열 방출을 제대로 컨트롤하지 못하면 수명이 50% 가까이 줄어듭니다. 방열기술이 LED 제품의 핵심기술이 되는 이유가 여기에 있습니다.”


㈜올릭스 안종욱 대표는 ‘어떻게 하면 보다 효율 높은 방열기술을 확보할 것인가’에 관심을 집중했다. 그러다 인연을 맺게 된 것이 전북지역본부 탄소경량소재응용그룹 김광석 선임연구원이다. 김 선임연구원은 당시 LED칩의 방열 효율을 높이는 데 탄소나노소재기술을 활용할 수 있을 것이라고 생각해 관련 연구를 진행 중이었다. 두 사람은 의기투합해 2016년부터 기술 개발을 시작했다.


▲ 초고방열 페이스트에 관해 이야기를 나누는 김광석 선임연구원, ㈜올릭스의 배정빈 연구원과 홍석용 연구소장

ⓒ한국생산기술연구원




가격 대중화를 실현한 초고방열 접착기술 개발

고출력 LED 방열기술의 핵심은 LED칩을 기판에 부착할 때 신기술로 제작한 페이스트(접착물질)를 사용함으로써 칩에서 발생하는 열을 잘 방출하도록 한 것이다. 기존에는 주로 에폭시나 실리콘 등 고분자 재료에 무기물 분말을 혼합한 접착물질을 사용해왔는데, 낮은 열전도도로 방열 성능이 제한되는 문제가 있었다. 은을 사용해 높은 방열 효과를 가지는 접착물질도 개발됐지만 가격이 비싸 일반 LED 제품에는 사용하기 어려웠다.


이런 문제를 해결하고자 김 수석연구원은 구리 기반의 탄소나노튜브 소재 페이스트를 개발했다. 이 기술을 적용할 경우 기존 실리콘 기반 페이스트보다 30% 이상 높은 방열 효과를 얻을 수 있다. 은 소재의 페이스트와 거의 유사한 효과를 내는 데 반해 원재료 값은 1/10 정도로 낮출 수 있다. 뿐만 아니라 방열판이나 LED 등기구의 디자인과 구조를 바꿀 필요 없이 모듈만 교체해 주면 바로 방열 성능이 향상되기 때문에 원천소재 기술로서 페이스트 자체를 상품화할 수 있다는 장점이 있다.



​▲ 탄소나노튜브 소재 페이스트 ⓒ한국생산기술연구원

김 선임연구원은 “기존 페이스트를 사용했을 때 137℃였던 LED모듈 온도가 100℃까지 떨어지는 결과를 보였는데, 실험 조건에 따라 편차가 있겠지만 양산화에 성공하면 그 파급효과는 매우 클 것”이라면서 “초고방열 페이스트에 사용하던 은 대신에 구리를 사용함으로써 생산 원가를 크게 낮출 수 있다”고 강조했다. 

 

전기차나 휴대폰 등 전자 디바이스 분야에 원천소재로 활용 가능

현재 관련 특허를 준비하고 있는 김 선임연구원은 초고방열 페이스트는 LED 산업뿐만 아니라 고성능 CPU가 사용되는 노트북, 전기차, 핸드폰 등 점점 소형화, 초박화, 고밀도화되는 전자 디바이스 분야에서도 그 수요가 높을 것으로 예상하고 있다.

안종욱 대표 또한 이번에 개발된 기술에 대한 기대감이 크다. 초고방열 페이스트 기술이 적용된 제품이 양산화 단계에 접어들 것으로 예상되는 2022년 매출액을 3,000~9,000억 원 정도로 기대하고 있다. 세계 고연색 LED 시장의 1~3% 규모다.



▲ ㈜올릭스의 생산설비 ⓒ한국생산기술연구원



“양산화에 필요한 공정 설비를 갖추고 기존에 생산하는 모든 LED 제품에 적용할 계획입니다. 직접적인 매출 확대는 물론 제품의 신뢰성 향상과 글로벌 브랜드로의 진입 등 부가적 효과도 만만치 않을 것이라 생각합니다. 또 페이스트 자체를 상품으로 개발해 판매할 계획도 가지고 있습니다.”


LED에서 발생한 열을 효과적으로 배출시키는 방열 설계 및 소재 개발은 고출력 LED의 핵심기술이지만 고가의 원재료 가격으로 인해 상용화에는 어려움이 있었다. 구리 기반의 탄소나노튜브 소재를 사용한 초고방열 접착기술은 이 같은 문제점을 완벽하게 해결함으로써 국내 고출력 LED 제품의 글로벌화에 촉매제 역할을 할 것으로 기대된다.