[ LED 동작 및 구동 개론 ] LED 소자

■ LED 소자의 전망
■ LED 소자의 원리
■ 백색 LED 소자
■ LED Chip Design 의 발전

 

 

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LED 소자의 전망

 

 

   ▷ LED 조명 기구의 효율

   

    조명장치의 경우 광효율을 사용한다 광효율은

   방사된 광속과 전기 에너지의 비 이다

 

    광속(lm) 은 적분구라는 장치를 이용해 측정하는데

   LED 소자에서 발산하는 모든 빛을 잡아내는 장비이다

 

 

 

   ▷ LED의 전망

[ 출저 : (uvsmt.com) ]

 

 

   ▷ 무어의 법칙 ( Moor's law )

   

    고든 무어는 마이크로 칩의 용량은 2년에 걸쳐 2배가 될 것이라는 법칙이다

   LED의 발전도 무어의 법칙을 따를 것이라 예측했다

   모든 반도체 전자제품의 발전이 무어의 법칙을 따르거나 상회한

 

 

 

   ▷ LED 소자의 법칙

[ 출저 : www.parz.cn ]

 

    LED 또한 무어의 법칙을 잘 따라서 발전함

   가격 또한 기하급수적으로 내려가게 된다

 

 

 

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LED 소자의 원리

 

 

   ▷ 반도체 ( Semi Conductor )

 

    반도체 공정은 수천 개의 동일한 장치를 실리콘 웨이퍼 표면에

   여러 가지 공정을 통하여 만든다

 

    이 장치들을 하나 하나 잘라 반도체 Chip 으로 만드는데

   동일한 성능을 갖기 위해 반도체에서는 다결정 기판이 아닌

   단결정 기판을 사용한다

 

 

   →  LED 에서는 Sapphire(Al2O3) 또는 GaN, GaAs 등 단결정  Wafer 를 사용한다

 

 

 

   ▷ LED 기판( Substrate )

 

 

    LED 기판에 가장 흔한 실리콘 웨이퍼(Si Wafer) 을 사용하지 않는다

   

    반도체나 LED 공정은 단결정의 기판 위에 소자를 장착할 수 있는

   구조로 만드는데, 기판으로 사용되는 물질과 소자로 사용되어지는 물질의

   원자 배열이 다를 경우 소자 층의 결정 구조가 일치하지 않게 되고

   결국 소자 품질에 심각한 문제를 일으킬 수 있다.

 

 

 

   ▷ LED 생산공정

   

   실리콘 공정은 웨이퍼(Wafer)의 크기가 300[mm] 이고

   LCD Display는 몇 미터 크기로 생산 공정이 이루어진다

   → LED는 아직도 4' 정도의 Wafer 를 주로 사용한다

        LED가 300[mm] 웨이퍼를 사용하면 엄청난 생산을 할 것이라 예상

 

 

 

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백색 LED 소자

 

 

   ▷ LED의 역사

 

   태양광과 동일한 백색 빛을 내는 LED는 아직 개발하지 못하였다

 

   백색광 자체는 Red, Green, Blue (RGB) 광의 혼합광이다

 

   백색 LED는 Blue LED 와 형광물질을 이용하여 만들며, 일본의

   Nakamura 박사가 최초로 상용화 하였따

 

   GaN(질화갈륨) 이라는 물질을 이용해 백색 LED의 사용화 시대가 열리였다

 

 

 

   ▷ 청색 LED

 

   Nakamura 박사가 새로운 CVD 공법을 개발하였고, 이를 적용하여

   GaN blue LED 제조를 사용화 하였다.

 

   MQW 구조를 이용하여 LED 효율이 기하급수적으로 발전되었다.

 

   →  PN Junction 이 여러 층으로 중복, 각층은 두께가 20~30[nm]로 아주 얇다

 

 

 

   ▷ 백색 LED 소자

    MQW 구조는 실리콘 반도체 기술에 비하면 약 1만 배 이상의 결함 존재

   이러한 결함으로 인하여 LED에서 열이 과도하게 측정이 된다.

 

 

 

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LED Chip Design 의 발전

 

 

   ▷ 수직형 LED Chip ( Vertical LED Chip )

[ 출저 : www.socled.com ]

   

   기존의 Lateral LED 는 전극이 발광면을 가려 발광면을 최대한으로

   활용하지 못하였다

 

   새로 개발된 Vertical Chip 은 Electrode가 밑면에 위치하여

   그 효율을 최대로 높였다.

 

 

 

   ▷ 플립칩 ( Flip Chip )

[ 출저 : www.lighting.pl ]

   

   가장 최근에 발견된 LED Chip의 디자인이다.

 

   기존의 Lateral Chip을 아예 거꾸로 하여 모든 면을 발광면으로 사용하는 구조이다

   

   장점으로는 Vertical Chip 보다 발광면적이 우수히 넓고

   단점으로는 기판으로 사용하던 사파이어 기판을 LED의 구조로 만든 후

   아주 얇게 갈아 내야 한다는 단점이 있다.

   

 

 

 

   ▷ 기판(Substrate) 의 종류

[ 사피이어 단결정 기판 ]

   LED 기판으로 현재 대부분이 사파이어(Al2O3)이 사용이 된다

 

   가장 좋은 것은 GaN 기판을 사용하는 것인데

   LED 물질과 같은 Lattice Parameter 를 가지고 있어 결함을 100배 이상 줄일 수 있다

   하지만 가격은 고가여서 상용화에 어려움이 있다

 

   Soraa는 GaN base LED를 사용하여 고품질의 LED와

   획기적으로 발열을 낮춘 MR16 Lamp 도 개발했다

 

 

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