MIT기술을 활용해 형광등 호환형 LED 램프와 비교한 모습. 아래 좌측부터 이번에 김현탁 박사가 개발한 구동보드(약 3cm), 다음이 현재 상용제품 구동보드(약 30cm), 상용제품 LED램프의 모습

국내 연구진이 기존 형광등을 발광다이오드(LED) 램프로 전환하는 구동보드에 혁신적인 소자를 사용, 고효율 및 소형화에 성공했다. 이로써 보드의 생산단가를 크게 낮춰 관련 조명시장의 패러다임이 바뀔 전망이다.
 
ETRI(한국전자통신연구원)는 지난 2005년 규명한 바 있는 금속 절연체 전이(MIT) 현상으로 스위칭 기술을 활용, 기존 형광등 호환형 LED 구동보드 보다 훨씬 단순하고 광효율이 높은 LED 구동보드를 개발했다고 21일 밝혔다.

ETRI는 본 기술의 특징으로 MIT소자를 사용하여 광효율이 기존 상용제품 대비 14%이상 상승했을 뿐 아니라, LED 램프 구동보드의 소형화 및 단순화가 가능해졌다. 이에 따라 생산 원가의 획기적인 절감이 가능할 것으로 보인다.

MIT기술을 활용해 형광등 호환형 LED 램프의 구동보드에 적용한 모습. 연구원이 이번 개발에 성공한 구동보드를 보여주고 있다. 

아울러 기존 상용제품 구동보드 길이가 약 30cm에 달하고 부품수도 트랜지스터 등 약 50여개나 됐는데 MIT기술을 활용한 시험용 구동보드는 최소 3cm길이에 부품 수는 MIT 트랜지스터 등 8개에 불과하다. 이에 따라 구(球)형이나 LED 램프의 모양 응용도 가능케 되었다.

이젠 LED 램프에 구동보드가 일체형으로 개발, 보급되고 있는 상황에서 ETRI의 기술개발로 보다 저렴한 가격으로 고효율 소형 구동보드를 갖는 LED 램프의 보급 확산이 가능케 되는 길을 열게 되었다.

ETRI 김현탁 박사가 MIT기술을 활용해 형광등 호환형 LED 램프 시연을 하고 있는 모습

ETRI는 구동보드에 들어가는 핵심기술이 20~60KHz로 고속 스위칭이 가능한 MIT 트랜지스터 스위칭 기술(NDR 스위칭)이라고 밝혔다. 기존 김현탁 박사가 개발한 바 있는 이산화바나듐(VO2)으로 만든 소자와 실리콘 기반 소자를 합쳐 하나의 칩으로 만들었다고 연구진은 설명했다.

이처럼 이번 MIT LED 램프의 개발은 실리콘 반도체 소자에서 MIT 현상을 일으키는 원리를 지난 2013년 논문에서 최초 발표 후 연구하고, 실용화가 가능한 응용제품으로 만든 것에 큰 의미가 있다고 ETRI는 밝혔다.

ETRI 조성우 연구원이 LED 구동 보드에서 MIT 파형을 측정하는 모습

또한 연구진은 본 기술 관련 핵심특허 2건을 출원했다고 밝혔다.

핵심특허로는 전류가 일정하게 흐르게 하는‘정전류 회로기술’과 ‘음의 미분저항인 NDR MIT기술’이라고 밝혔다. NDR MIT 기술이란 일정한 전류에서 MIT 현상이 일어날 때 저항감소로 전압이 작아지는 현상을 말한다. 본 기술은 5개국에 특허출원하여 현재 미국, 일본에 등록 완료 되었다.

ETRI 김현탁 박사와 조성우 연구원이 LED 구동용 보드에서 MIT 파형을 측정하는 모습

ETRI 김현탁 박사는 MIT 기술을 활용 화재감지기를 비롯, 지난해 전자개폐기 및 차단기를 개발, 상용화를 진행 중이다. 두 기술은 MIT 현상의 지속적 현상을 이용했다면 이번 기술은 MIT의 고속 스위칭 성능을 이용한 셈이다. 지난 4월에 김박사는 MIT 소자 대량생산용 8인치 웨이퍼 제작기술 개발에도 성공한 바 있다.

ETRI 김현탁 박사는“MIT 고속 스위칭기술은 고효율과 소형화에 유리하다. 이를 이용하여 빛이 있는 곳에 MIT 기술을 접목하여 세계에 이를 널리 전파할 것이다”고 말했다.

본 기술은 오는 22일부터 일산 킨텍스에서 나흘간 개최되는『국제 LED & OLED 엑스포 2016』에 MIT 소자 전문 생산업체 ㈜모브릭과 함께 MIT 소자 및 응용 기술을 전시, 일반에 처음으로 공개한다.

이번에 개발된 MIT 소자(맨아래 동전의 좌측), LED 구동 보드(맨아래 좌측), 사진중앙은 상용화된 LED램프 바, 맨 위측은 이번에 개발된 MIT를 이용해 LED 램프의 발광 모습

한편 본 기술은 지난 15일, 원내서 기술품평회를 갖고 관련자들로부터 큰 관심과 호응을 얻었다고 ETRI는 밝혔다. 본 기술의 상용화는 기술 품질인증 등을 받고 금년 내로 할 예정이다.

본 연구에 사용되는 스위칭 안정기를 포함하는 스위칭용 소자에서 시스템까지 세계시장 규모는 오는 2020년 약 237.2조원으로 보고되고 있으며 글로벌 LED 조명시장도 약 102조원 정도로 예측되고 있다.

연구진은 본 기술을 관련기업에 기술이전을 통해 시장공략에 나선다고 밝혔다. 김현탁 박사의 논문은 현재 4,600회 이상 전 세계적으로 인용되고 있다. 김박사가 2002년부터 게재한 MIT 관련 논문은 85편, 출원한 특허만도 국내 74개, 국제 193개에 달한다.