국내 교수진이 LED 발열 문제를 획기적으로 개선할 수 있는 기술을 세계 최초로 개발했다.

홍창희 전북대학교 반도체과학기술학과 교수 연구팀은 꿈의 신소재로 주목받고 있는 ‘그래핀(Graphene)’을 이용해 LED의 발열 문제를 획기적으로 개선했다고 지난 15일 밝혔다.

그동안의 LED 기판에 주로 사용된 사파이어 소재는 열전도율이 낮아 고출력으로 작동했을 때 발생되는 열을 제대로 방출 및 분산시키지 못했다. 이로 인해 반도체 칩이 망가지는 등 신뢰성 확보에 어려움이 많았다.

그러나 홍 교수팀은 독자적으로 개발한 ‘그래핀 패터닝 공정’을 이용해 사파이어 기판 위에 그래핀을 포함한 ‘질화갈륨(GaN) 박막’을 만들어 LED제작에 성공했다.

구리에 비해 10배 이상 뛰어난 열전도율을 가지는 그래핀을 이용하면 LED 내에서 발생되는 열을 골고루 방출하고 분산시킬 수 있다. 이에 따라 반도체칩의 온도를 획기적으로 낮춰 제품의 안정성을 확보할 수 있는 것이다.

이렇게 개발된 기술을 통해 열 발생이 많은 수평형 LED에서도 높은 전류 구동이 가능하다. 이에 따라 고출력 LED도 구현할 수 있게 됐다. 이 기술은 LED뿐만 아니라 전기 자동차에 활용되는 전력소자나 태양전지, 유기발광소자(OLED), LED TV 등의 가전제품을 포함한 다양한 분야에 활용할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

특히 홍 교수팀이 독자적으로 개발한 ‘그래핀 패터닝 공정’은 기판의 크기 및 형태에 국한되지 않아 곧바로 대량생산이 가능하고, 고온 열처리를 통해 쉽게 제작이 가능해 빠른 시일 내에 상용화될 것으로 기대하고 있다.

이 기술은 현재 국내 특허 출원이 완료됐고, 미국 등 해외 특허 출원도 진행 중에 있다.

홍창희 교수는 “이번 연구는 꿈의 신소재로 세계 학계의 주목을 받고 있는 그래핀을 LED에 적용한 세계 첫 번째 사례로 큰 의미가 있다”며 “빠른 시일 내에 이 연구 성과가 상용화될 수 있도록 노력하겠다”고 말했다.

한편, ‘그래핀’은 영국 맨체스터대학교의 안드레이 가임 교수와 연구원 콘스탄틴 노보셀로프 박사가 세계 최초로 분리해 2010년 노벨물리학상을 받은 신소재다. △두께 0.7nm △강도는 강철의 100배 △구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고 △반도체 실리콘보다 100배 이상 빠르게 전자를 이동시킬 수 있어 꿈의 신소재로 불리며 세계 학계의 가장 큰 주목을 받고 있다.