LED 산업, 개요, 제조, 구현, 적용 분야, 공정

LED 산업, 개요, 제조, 구현, 적용 분야, 공정


LED(Light Emitting Diode) 개요


1.1 LED 구동원리


- LED는 전류가 흐르면 빛을 내는 반도체


LED의 구동원리


- 양의 전기적 성질을 가진 P(Positive)형 반도체와 음의 성질을 가진 N(Negative)형 반도체 두 화합물이 접합하여 전기가 흐르면 빛을 발생시킴.


- 가시광선뿐만 아니라 적외선, 자외선을 내는 LED도 있고, 가시광선도 Red, Green, Blue 3색 LED를 배합하여 원하는 색상의 빛을 만들 수 있어, 백색을 포함한 적색부터 자색까지 모든 색의 표현이 가능함.

- 자연광과 유사한 빛을 내는 백색 LED의 경우, Red, Green, Blue LED 3개를 조합하거나, 청색 LED에 형광체를 입혀서 구현. 또한, 방향성 광원으로 영역별 선택 조명의 활용영역이 다양.


1.2  LED(Light Emitting Diode) Package 구조


LED Package 구조[LED Package 구조]


1.3  White LED(Light Emitting Diode)의 구현 방법


- 하단, 그림은 일반적으로 빛의 3원색을 이용하여 백색 광원을 얻는 방법에 대한 계략도를 나타내었다. 백색 LED를 구현하는 방법은 크게 3가지 존재.


1) 빛의 3원색인 R, G, B LED를 조합하여, 각 LED의 밝기를 조절하여 가변 혼색으로 만들어지는 방법.

2) Blue LED를 광원으로 사용하여 칩 위에 Yellow 형광체를 발라 백색 광원을 만드는 방법.

3) 자외선(UV) 발광 광원을 가지는 LED 칩 위에 R, G, B 형광체를 바르는 방법이다.


빛의 3원색을 이용하여 백색광원을 얻는 계략도[빛의 3원색을 이용하여 백색광원을 얻는 계략도]


1) 3원색 LED를 이용하여 백색 LED를 구현하는 방법


- 이 방법은 하나의 백색 광원을 만드는데 각각의 R, G, B LED를 조합하여 백색광을 구현하는 방법으로, 그 원리를 하단 아래 그림으로 나타냄.


- 이러한, 방법을 사용하면 하나의 백색 광원을 만들기 위하여 3개의 LED가 필요하고, 각각의 LED 칩마다 동작 전압의 불균일성과 주변 온도에 따라 LED 칩의 출력이 변한다.


따라서, 색 좌표가 달라지는 문제를 가지고 있어, 각각의 LED를 제어하는 기술이 개발되어야 효율이 높은 백색 LED를 얻을 수 있음.


R,G,B 멀티 칩을 이용하여 백색광원을 얻는 계략도[R,G,B 멀티 칩을 이용하여 백색광원을 얻는 계략도]


2) 자외선 발광 광원(UV-LED)에서 R, G, B 형광체를 이용하여 백색 LED를 이용하여 백색 LED를 구현하는 방법


- 하단, 그림은 UV LED Chip을 이용하여 백색 광원을 얻는 방법을 계략도로 나타내었다. 이 방법은 자외선 발광 LED 광원을 이용한 Red, Green, Blue의 3원색 형광체를 발라 백색광을 만드는 방법으로 자외선 형광등 램프를 구현하는 방법과 비슷하다.

백열전구와 같은 넓은 파장대의 스펙트럼을 가질 뿐만 아니라, 고전류에서 사용할 수 있으며, 우수한 색 안정성을 가지고 있음.


- 하지만, 아직 효율이 높은 형광체에 대한 개발이 진행 중이고, UV LED Chip 또한, 많은 연구가 필요한 단계.


UV LED Chip위에 R,G,B 형광체를 도포하여 백색광원을 얻는 계략도[UV LED Chip위에 R,G,B 형광체를 도포하여 백색광원을 얻는 계략도]


3) Blue LED Chip 위에 황색 형광체를 발라 백색 LED를 구현하는 방법


- 고휘도 InGan계 청색(~450nm) LED Chip 위에 황색 형광체를 발라 백색 광을 내는 방법으로, 450nm 영역 대에 강한 스펙트럼을 가지는 황색 형광체가 빛을 흡수하여 백색광을 나타내는 방법.


- 일반적으로 사용되는 황색 형광체는 YAG(Yttrium Aluminum Garnet)로 Y3Al15O12 모체에 부활제로 Ce3+이온이 모체에 치환되는 구조로 황색 빛을 나타냄.


- 그러나 이 방법은 발광효율은 우수하지만, 황색과 청색의 파장범위가 넓어 색 분리로 인한 섬광효과로 인하여 색 좌표가 같은 백색 LED의 양산이 어렵다.


적색 빛 파장대가 부족하여 CT(Color Temperature), CRI(Color Rendering Index)가 낮으며, 전류에 따라 CRI가 변하는 특징 때문에 태양광에 가까운 백색광을 얻기 위해서는 많은 연구가 필요함.


Blue LED Chip위에 YAGCe Yellow 형광체를 도포하여 백색광원을 얻는 계략도[Blue LED Chip위에 YAGCe Yellow 형광체를 도포하여 백색광원을 얻는 계략도]


1.4  LED(Light Emitting Diode) 특장점


1) 고효율 : 전기에너지의 약 90%를 빛에너지로 변환하는 고효율 광원으로서 소비전력이 적어 기존 형광등 대비 30% 이상 전기사용료를 절감할 수 있다.


2) 장수명 : LED는 수명이 5만 시간 이상으로 형광등(1만 시간), 백열등(1천 시간)에 비해 오랜 시간 사용 할 수 있어, 교체주기가 길고 비용을 절감할 수 있다.

3) 친환경 : 기존 형광등, 백열등과 달리 수은, 납 등 유해물질이 포함되지 않은 친환경 광원이다. 저 소비전력, 고효율 제품으로 이산화탄소 배출량을 감소시킬 수 있다.


4) 초슬림 : 소형화가 가능해 적용 범위가 넓고, 응용제품의 디자인 한계를 극복 할 수 있다. 휴대폰, 노트북, TV 등 첨단 디지털 기기의 슬림화를 앞당긴다.


5) 안정성 : 충격에 강하고, 고장률이 낮으며, 방수설계가 가능해 안전사고를 미리 방지할 수 있다. 유리소재가 아니기에 파편 걱정도 없다.


1.5  LED(Light Emitting Diode) 적용분야


LED 적용분야[LED 적용분야]


☆ LED(Light Emitting Diode) 제조공정


2.1  LED(Light Emitting Diode) 전체 제조공정


LED 전체 제조 공정도[LED 전체 제조 공정도]


2.2  LED(Light Emitting Diode) 칩 제조공정


LED 칩 제조 공정도[LED 칩 제조 공정도]


2.3  LED(Light Emitting Diode) 패키지 제조공정


LED 패키지 제조 공정도[LED 패키지 제조 공정도]


LED 산업, 개요, 제조, 구현, 적용 분야, 공정

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