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전남대 임원빈 윤현석 교수팀, 발광효율 20% 이상 높인 형광소재 개발

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[아시아경제 노해섭 기자]고출력 백색 LED 구동 시 발광효율을 최대 20%이상 높일 수 있는 형광소재가 전남대학교 연구진에 의해 개발됐다.

전남대학교 공과대학 임원빈(신소재공학부) · 윤현석(고분자융합소재공학부) 교수팀은 최근 저명 국제학술지인 ‘ACS Nano’(피인용지수 12.88)에 ‘그래핀을 코팅한 형광체 플레이트의 고출력 백색 LED 효율 향상’에 관한 논문을 게재했다.
▲논문명: Effective Heat Dissipation from Color-Converting Plates in High-Power White LEDs by Transparent Graphene Wrapping

미래 조명의 대안으로 각광받고 있는 LED는 기존의 모바일기기, 플래시, 보조조명 등 저출력 응용에서 가로등, LCD-BLU, 자동차 headlight 등 고출력 응용으로 급속히 확산되고 있다.

하지만 현재의 형광체를 이용한 백색 LED 구현 방식은 장시간 ·고출력 사용 시 온도 상승과 수분 및 산소 투과에 의한 형광체 열화, 유기바인더의 변색 등이 발생해 응용에 한계를 드러내고 있다. 또한 구동 시 발생하는 열에 의한 성능 저하 문제로 시장 확보에 어려움을 겪고 있다.
이번 연구는 이런 한계를 극복할 수 있는 길을 열었다는 데 의의가 있다.

연구팀은 기존 백색 LED의 단점을 해결하기 위한 방안으로 열적, 화학적 안정성이 높은 유리 소재(glass frit)를 형광체 당지재로 사용해 고온에서의 변성 및 변형을 방지했다. 또한 투과도와 열전도도가 좋은 그래핀을 이용해 형광체 플레이트를 감싸는 방법으로 형광체 플레이트의 열적 안정성을 획기적으로 개선했다.

임원빈 교수는 “기존 형광체 플레이트 제조 공정을 유지하면서도 그래핀을 이용해 간단히 형광체 플레이트를 감쌈으로써 LED칩에서 발생하는 열을 형광체 플레이트 외부로 쉽게 배출할 수 있었다”면서 “이에 대한 체계적인 분석으로 향후 고출력 백색 LED의 효율 향상에 중요한 전환점을 마련해줄 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단이 추진하는 신진연구자지원사업과 산업통상자원부의 전략핵심기술개발사업 등의 지원을 받아 수행됐으며, 전남대학교 고분자융합소재공학부 김성민 교수, 순천대학교 곽준섭 교수가 공동연구자로 참여했다.
노해섭 기자 nogary@
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