주변온도에따른광특성변화를보면주변온도가증가함에

따라 파장 shift가 발생(일반적으로 0.1에서 0.3nm/K)하고

고효율소자의경우B(-0.05%/oC) => W(-0.3%/oC) => G(-

0.35%/oC) => R(-0.83%/oC) => A(-1.05%/oC) 의 순서로

광량이감소하게되는데제품설계에있어구동조건을제어하

는 것은 비용이 많이 발생하므로 사용할 구동조건에서 최적

인 소자나 제품을 사용하는 것이 바람직하다고 할 수 있다.

여기서특이사항은Blue 칩을사용하는W의거동이다. Blue

의 광속변화가 온도에 상 적으로 둔감한 것에 반하여 W의

변화량은 상 적으로 크다. 이는 칩의 특성이 아니라 형광체

의 온도에 따른 효율 변화가 그 요인으로 판단되며 추가적인

검증이필요한부분이다.

단품의평가에는상 적으로측정이용이한접합전압에따

른 광량변화를 측정하고 접합전압과 접합온도의 상관관계를

이용하여 접합온도 비 광량변화로 도시하고 이를 이용한

측정기준을마련하도록한다. 접합온도가증가하면전압강하

가 일어나는 원리를 이용하여 온도 상승계수 K factor(통상

-1.5 ~ 2.5mV/K)를 산출하고 접합부의 전압(Vf)에 따른 광

량변화를 측정한 후 이를 접합부 온도로 환산하면 접합부 온

도에 따른 광특성 변화를 알 수 있는데 접합부온도와 광량은

일차선형방정식의 관계를 가짐을 알 수가 있다. 또한 주변온

도 비 광량변화는 삼차선형 방정식을 따르고 있는데 단품

과 달리 모듈의 방열설계에 따라 그 경향성이 달라지므로 품

질향상을 위해서 실 제품에 한 구동온도 의존성 평가가 필

요하다.

소개

기존의 경험에 비추어 보면 우리에게 익숙한 광원 즉할로

겐, 형광등, 메탈 할라이드, 제논의 측정은 비교적 간단한 광

학적 지식이나 설비를 가지고 평가를 하더라도 평가 기관이

나업체또는장비간의편차가심하게나타나지않았다. 하지

만LED나그응용제품의평가에있어기존의측정방식은측

정소간의 편차를 심하게 야기 시키고 일부는 완성도가 떨어

지는 측정장비를 사용하므로 혼란을 가중시켜왔다. 특히 높

은정확도의색상을유지해야하는LCD 백라이트의경우초

기에 RGB LED를 사용하여 개발하 으나 박형의 구조와 상

적으로 고온인 구동조건에서 온도제어나 광학설계의 어려

움과광특성변화등의여러가지요인으로인하여현재는다

066

Technical Report_LED

LED 전기광학적특성의구동온도및접합온도의존성평가

LED 소자나 그 응용제품의 평가에 있어 기존에 통용되던 광측

정 방식의 한계점이 이슈로 부각되고 있어 새로운 측정기준을

마련할 필요성이 두되고 있다. 물론 여러 학회나 연구소에서

다양한 형태의 기준이 제시되고 있지만 기관의 특성상 일반적

인 사항을 다루게 되므로 실제 제품개발에 응용하기에 무리가

있는 부분이 있게 마련이다. 따라서 본 실험에서 전기적 특성

과 열특성 및 광학적 특성의 상호관계를 구하고 제품설계에 응

용할 수 있는 방안을 제시하도록 한다.

: 정유진, 권기 , 장민준

(주)제이앤씨테크/ www.jnctech.co.kr

067

수의 백색 LED를 채택하는 방향으로 개발계획이 선회하고

있다. 하지만 색재현성이 중요한 디스플레이의 특성상 고급

제품에는 여전히 R,G,B 칩을 사용하고 있으며 이들 소자간

의 온도에 따른 경향성이 동일하지 않아 칼라센서나 접합점

온도센서를 이용한 실시간 보정을 실시하고 있다. 또한 상

적으로 저휘도 LED를 사용하기 어려운 조명용이나 자동차

헤드램프에 광원으로 채택되고 있는 고휘도 LED의 경우 무

궁무진한 응용분야가 존재하나 온도에 따른 성능 변화가 더

심하여 방열설계 및 개선이 개발자들 사이에서 가장 큰 화두

로 두되고 있다. 따라서 어떤 형태나 제품을 선택하던지

LED나그응용제품에있어열특성의평가나고려는피할수

없는숙제인것만은재론의여지가없어보인다.

기존 측정 방식에 의하면 상온(25�C)에서 측정을 하거나

이를 개선하기 위해 고안된 방식이 소자 하단 접촉부의 온도

를 변화시켜가며 온도 특성을 평가하고 있으나 이에 따른 여

러 가지 문제점들이 두되고 있다. 본 설비는 광원 특히

LED와같은열저항에따른광학특성변화가존재하는샘플

의 정 한 광학측정 및 온도 특성을 파악하기 위하여 설계되

었다.

LED소자나 응용제품의 개발에서 직접 온도제어에 의한

평가나 연구개발이 주를 이루어왔으며 그간 몇몇 선도 연구

기관이나 업체에서만 관심을 보여 왔던 주변온도가 LED나

그 응용제품에 미치는 향에 한 연구에 관심이 집중되고

있다. 따라서2005년당사에서발표한연구결과가현재LED

소자개발및제조기술의눈부신발전과더불어재조명되어야

할 필요성이 여러 분야에서 두되어 보완 논문을 발표하기

로 결정하 다. 5년 전 당사 연구진이 디스플레이 산업에서

LED 산업으로 이동하 을 때만해도 제품공급업체간의 데이

터편차가심하여전혀신뢰하기어려운상태로이분야의측

정기술은 초보단계에 불과하 으나 관련기관과 업체들의 부

단한 노력으로 현재는 그 편차가 다소나마 줄어들어 고무적

인 현상이라 아니할 수 없다. 하지만 아직도 각 사의 측정 데

이터에서전기적특성은연관성을가지나광학특성이나열적

특성의 경우에는 측정자나 측정시기 또는 측정 장비에 따라

상당한 차이를 보이고 있으며 특히 고출력 소자일수록 더 큰

차이를 나타낸다. 이러한 특성들은 LED 만의 고유한 특성인

narrow 지향각과 전원인가와 동시에 발생하는 열저항에 의

하여소자내부의온도가증가하고이에따른주파장의shift

와 광속이 감소하는 특성을 가짐에 따라 발생한다. 고 휘도

LED의 연구 개발은 발광 특성을 높이기 위한 칩 자체의 개

발, 고 효율과 내구성의 향상을 위한 패키지 재료 개발, 광량

과 그 지향성 향상을 위한 기하 광학적 디자인 설계 그리고

패키지 디자인 설계외에도 열적 내구성 향상을 위한 방열설

계등으로구분되어질수있다. 이중에서LED의효율과수명

에직결되는항목이발열에관련된것인데그LED의열구조

분석은 소자온도 직접제어방식과 주변온도 제어방식으로 나

뉘게 된다. 따라서 LED를 조명이나 디스플레이 등에 사용하

는 경우에 소자의 출력을 최 한 활용할 수 있도록 광학계나

방열설계를하는것이중요한데완성제품의구동온도를원하

는조건으로조절하기가어려우므로이광학계나방열설계와

같이 그 제품이 사용될 구동 조건에서 전기광학적특성 평가

를 실시하여 좀더 나은 효율의 부품이나 제품을 선정하는 것

이 중요하다. 또한 온도의 향을 최소화하는 방법의 하나로

PWM(Pulse Width Modulation) 제어가권장되고있으나어

느 조건에서 최적의 output을 내는지는 제품에 따라 검증이

되어야 하며 주변온도에 따라 구동조건을 다르게 설정할 필

요가있다.

결과적으로 측정오차를 줄이기 위한 다양한 방법의 강구

및 표준화가 진행되어야 하며 또한 그 중요성이 부각되고 있

는 방열설계에서 열저항이나 주위온도와 구동조건의 향도

간과할수는없으며본논문에서는그 향을측정및분석하

기위하여열저항측정기및온도조절수단을구비한광속구

시스템에 관하여 설명하고 본 장비에서 측정된 데이터를 도

시하여실제LED나그응용제품개발에적용될수있는방안

을제시하는데그목적이있다.

본 설비는 온도조절수단 내부에 샘플을 장착하고 이에

한 열특성 변화(열저항, K factor, 허용전류)를 측정할 수 있

도록설계되었다. 단일소자의경우에는TE를통한직접제어

가 가능하나 모듈상태로 조립이 되면 특성평가가 용이하지

않은 단점이 있다. 따라서 샘플을 온도조절수단을 구비한 적

LED 전기광학적특성의구동온도및접합온도의존성평가

068

Technical Report_LED

분구 내부에 장착하고 평가를 하게 될 경우 두 종류의 샘

플을 모두 평가할 수가 있다. 후자의 경우 류에 의한 열

전도(Convection heat transfer)와 접촉에 의한 열전도

(Conduction Heat Transfer)의 향을 모두 감안한 평

가방법이라고 할 수 있으며 열특성과 함께 광속, 색온도,

연색성과 같은 분광특성을 동시에 평가할 수 있는 장점이

있다.

System Configuration - 광속측정

본사와 자동차 헤드램프 설계전문회사인 SL(구 삼립산업)

연구소와 공동 개발한 LMS(Lamp Measurement System)

는LED 모듈과BLU 설계에서간이적으로평가해오던광출

력의 온도와 구동조건 의존성을 실 구동 환경에 가장 근접한

조건에서 평가할 수 있도록 설계되어 광학계 설계와 방열설

계에 획기적인 전환점을 가져왔다. 본 설비는 다양한 온도조

건을구현하고특정구동온도조건에서최적의광특성을나타

낼 수 있는 구동조건을 찾아내는데 그 목적이 있다. 또한 광

원의 온도특성을 평가하기 위한 모든 종류의 Heating or,

and Cooling 시스템을포괄적으로의미한다. 시스템의구성

은 하기의 그림과 같이 적분구, 측정부, 전원공급부, 온도제

어부및구동부로구성되어있다.

Integrating Sphere

광원의 광적(광학) 특성을 측정하는 데 이용되는 것으로,

내부에 실질적으로 구형상의 중공이 형성되어 있으며, 중공

의내주면은입사된광을확산반사하도록표면처리되어있

다. 또한, 적분구에는 중공의 내부에서 반사된 광을 검출하

기 위한 검출기가 설치되어 있다. 적분구는 내부에 설치된

광원으로부터 방사되는 광이 중공의 내주 면에서 반사되어

방사된 광량에 비례하는 광량이 검출기로 모아지도록 되어

있어서, 광학적 적분기로 사용된다. LED 측정에서 고려하여

야할중요한요소중의하나가이적분기의사이즈와광학설

계이다. 흡수율보정을 위한 보조램프의 장착이 가능하며 충

분한 확산이 보장될 수 있는 구조이어야 하는데 라인 설치용

의 특별한 경우가 아닐 경우 최소 12″이상의 사이즈를 가지

는것을사용하는것이바람직하다.

일반적으로LED제조사에서는주변온도25oC에서의측정

값을 제공하는데 온도에 따라서 효율이 달라지는 LED의 특

성을 감안할 때 다양한 응용 역에서 사용하기 위해서는 실

사용조건에 적합한 온도범위에서 LED의 광학특성을 측정하

는것이필요하다. 특히, 한정된공간에설치된고휘도LED

는전원이인가되면다량의열이발생하여LED 자체뿐만아

니라주위의공기온도가급격히상승하게되는데LED는광

학계 설계에 있어 얼마나 효율적인 방열구조를 가지는 가에

따라 그 성능에 확연한 차이를 보인다. 따라서 LED의 광학

특성을 실제 사용조건과

동일한 환경에서 검사하

기 위해서는 LED 주변의

공기 온도를 균일하게 유

지하면서 광적 특성을 검

사할수있는측정기가요

청된다. 따라서 측정기로

사용된 적분구의 중공 내

부의 온도조건을 LED의

실제 사용조건과 동일한

온도 조건으로 유지할 필

요가있다. 그림 1. 온도 및 구동 조건에 따른 광원의 광학 특성 평가 장비

069

Type

Type 1의 heating module에 의한 온도제어는 실제 구동

될 환경을 설정해주고 Type 2의 열전소자에 의한 제어를 통

하여 총방열량을 제어함으로 방열 설계의 기준을 마련할 수

있다.

Type 1. Heating module

Heating module에 의한 온도제어는 적분구 외부 port를

통하여 열선에 의해 가열된 공기를 적분구 내부에 공급하여

내부 온도를 제어하도록 구성되어 있으며 실제 광원이나 모

듈이사용될구동환경을재현할수있고사용자설정온도조

건에서 광학 특성평가가 가능하다. 이때 주의하여야 할 부분

이 분위기 온도제어를 위한 기구물의 형상이나 색상이 측정

결과에 향을 미치거나 공급되는 공기의 흐름

이 강제방열에 기여하게 되는데 이를 방지하기

위한 수단이 강구되어야 한다. 그렇지 않은 경

우 실제의 방열성능보다 향상된 성능을 나타낼

가능성을배제할수없다.

Type 2. TEC

열전소자의의한온도제어에는큰직류전류

를흘려주었을때양단간에온도차가발생하는

Peltier 효 과 를 이 용 하 는 열 전 냉 각

(thermoelectric cooling)의 원리를 이용하 으

며 열전소자 위에 측정 상물을 장착하여 샘플

에서발생하는열을강제적으로방출할수있도

록 설계되었으며 기계적인 작동부분이 없어 구

조가간단하며열선에의한제어보다열응답감

도가높고상온이하의온도로제어가가능하다

는장점이있는반면쿨링에따른수분의응축이

발생하므로 적분구의 재질이나 반사율등을 고

려하여 설계하는 것이 바람직하다. 단, 소자의

일정부분을 제어함에 따라 접촉면 이외의 역

에서는상온이나기타의온도에노출되어있으므

로 류에 의한 열전달의 향으로 실 사용조건

과차이가발생할수있다.

Detection Module

모든 광학설비는 교정광원으로 사용되는 Tungsten

Halogen을 사용하여 CIE 시감특성에 맞춘 Photometer를

교정하여 사용하게 되는데 여기에서 감도특성곡선의

matching에 따라 오차율이 커지므로 시중에 일반적으로 유

통되고 있는 저가형 센서는 사용하는 경우 전혀 상반된 결과

가 도출되기도 한다. 따라서 분광방식의 검출기를 사용하는

것이바람직한데일반광원의경우통상10nm 이하, LED 제

품의 경우 5nm이하의 optical resolution을 가진

Spectroradiometer를 사용하여 스펙트럼 분석을 통한 측정

이권장된다.

LED 전기광학적특성의구동온도및접합온도의존성평가

그림 2. 구동온도 제어용 적분구 내부 흐름도

070

Technical Report_LED

파워서플라이

고정 도의 측정이 가능한 정전류 파워와

PWM(24V 2A 32Duty) 및 동기제어가 가능한

sync 파워(PWM, 20V 1.5A 2channel)로 구분

이 되며 샘플의 최적구동조건을 찾을 수 있도록

제어용프로그램으로최적화되어있다.

LED 소자의 특성상 정전류 구동보다는

PWM(Pulse Width Modulation) 구동이 권장되

는데아래와같이정의된다.

White LED를 구현하는 방법은 크게 두 가지

가 존재하며 phosphor를 이용하는 방법과

monochromatic LED를 섞어 만드는 방

법이있는데각각의방법에따른장단점이

있다. 우선 phosphor를 사용하는 경우에

는 비교적 간단하게 팩키징된 white 광을

구현할 수 있으나 온도의 증가에 따른 칩

의 성능 외에 형광체의 효율 저하로 광손

실이 일어나게 된다. 멀티 칩 White LED

의경우에는보다효율적으로백색광을구

현할 수 있으나 각 칼라의 소자가 시간과

온도에 따른 광출력이 달라지고 주파장이

온도에 따라 달라지므로 안정적인 백색광

을 구현하는 것이 생각보다는 복잡해지게

된다. 따라서 sync 파워를 통하여 각각의

소자를다른구동조건을가지고연동하여제어할필요가있다.

오퍼레이션프로그램

본시스템의 기능을 최적화 및자동화하기 위한 제어용 프

로그램으로서그림 7과 같은 구성을 하고 있다. 윈도우를 기

반으로사용자가쉽게시스템교정에서측정및데이터확인,

광속, 색좌표, 색온도, 연색성, 주파장등의 연산에 이르기까

지 전자동으로 진행이 되는 LMS 프로그램은 전기광학특성

평가의 강력한 툴로 사용될 수 있으며 엑셀로의 데이터 전송

이가능하므로추가적인데이터가공이용이하다.

그림 3. CIE 시감감도특성과 포토미터의 감도특성에 따른 오차

그림 4. Pulse Width Modulation의 예

그림 5. 제어용 메인 프로그램

071

아래의그림은전기광학적특성의온도의존성을파악하기

위한Auto sequence 구동의예이다.

Experimental Result

LED 전기광학적특성의구동온도및접합온도의존성평가

그림 7. 주변온도에 따른 광량변화

그림 6. 전자동 측정 Flow Chart

072

Technical Report_LED

그림 8. 전류제어와 Duty 제어에 따른 광속변화

그림 11. 주변온도에 따른 피크 파장

그림 12. 주변온도에 따른 색좌표

그림 13. 구동온도에 따른 Vf

그림 9. 주변온도에 따른 스펙트럼

그림 10. 주변온도에 따른 주파장

073

System Configura

tion - 열저항

LED를 이용한 디스플레이

및 조명장치 등의 시장이

커짐에 따라 소자 개발이

나 설계뿐만 아니라 효율

적인 열제거에 한 관심

이 두되고 있다. 본 시스

템은 LED의 접합부 온도,

열저항 및 허용전류를 측

정할 수 있도록 설계되었

으며 온도제어부와 전원

공급장치, 측정부 및 연산

부로 구성되어 있다. 항온

챔버를 이용하여 소자의

온도를 가변하고 정전류

를 인가하여 온도에 따른

접합전압을 측정하 고

이 값을 토 로 접합온도

와 접합전압의 관계식을

유도하고 heating / bais

전류를 인가하여 접합부

의 전압강하를 측정한 후

이 측정값과 위의 관계식

으로부터 접합부 온도 및

열저항을 산출하 다. 최

종적으로 이 값들로부터

특정 구동온도 조건에서

접합부가 허용하는 전류

를연산하 다. 이측정결

과를 토 로 보다 열특성

이 우수한 device를 선정

하여 응용제품개발에 활

용할수있기를기 한다.

LED 전기광학적특성의구동온도및접합온도의존성평가

그림 16. 시간에 따른 광속, Tb, Tp, 효율

그림 15. 60% Duty, 주파수에 따른 광속

그림 14. 구동온도에 따른 효율

074

Technical Report_LED

K-factor = (온도계수)

DUT에정전류(bias current)를인가한후주변온도(Ta)를

증가시키면서각각의 Vf 를측한후ΔΔVt을통해K-factor를

얻을 수 있다. 실제 LED PN-Junction 부분의 Ti(Junction

temperature)에는 매우 작은 향을 미치기 때문에 설정된

온도(Ta)와7는 동일한 온도로 간주될 수 있다. 일반적으로

TAS-120은3-point를통해K-factor를연산하며기울기는

항상음수를가지는일차함수로표현된다.

열저항(Thermal resistance Rth

LED를 특정 전류(Heat Current)에서 Heating하여

Heating 전/후의 ΔΔVf @Bias Current (1mA)를 측정하여,

각인가전류별열저항계수(Rth)를도출한다. 이는소자의특

성상 접합부에서 발생한 열에 의하여 전압강하가 일어나게

되는데이원리를이용한것이다.

Allowable current

앞서 검토된 인가 전류別 열저항(Rth @ Each IF) 값들을

이용하여 인가 전류별 Tj 를 계산한 후, “전류와 Junction

Temp. (TJ) 의관계식”을도출한다.

Tj = (Rth×× PD)＋＋ Ta

앞서 도출된 인가 전류別 Junction Temp. 관계식을 이용

하여, TJ+25℃=Constant를 가정하여, “Ta에 한

Allowable Current 의관계식”을도출한다.

Tx = (Tj + 25) - Ta

If = (Slope ×× Tj) + Intercept

이 식을 통해 우리는 DUT(LED) PN-Junction의 온도에

따른허용전류를예측할수있게된다.

그림 18

그림 20. Ta에 따른 허용전류

그림 19

그림 17. TAS-120(열저항 측정기)

ΔΔTi

ΔΔVt

075

Operation Program

허용전류측정의이론적배경

Fourier's Law과열저항(Rth)

Fourier's Law의 미분형은 미소면적당 열전도인 heat

flux는 q=-αα▽▽Tth과같이표현되며q(q= /δδS)의단위는

W/m2이며 단위면적당 열선속의 방출을 나타낸다. αα는 물질

이가지는고유의열전도도이며▽▽ 는온도의Gradient이다.

점선으로이루어진물체로열량(Q)가X방향으로S=YLZL의

면적을 가지고 열전도 되었을 경우 Fourier's Law의 적분형

은위의미분형을변형하여다음과같이표현된다.

위에 식에서 시간에 한 열량(Q)의 미분은

열에너지를 나타내며 따라서 Eheat로 정의된다.

전기적인관점에서우리는저항은 라는

사실을 알고 있으며 여기서 σσ는 전도도이다.

따라서 위의 적분형 Fourier's Law에 입하

면열저항 Rth[℃/W]는다음과같이유도된다.

인가된 전기에너지는 DUT(LED)의 P-N junction에서 전

부열에너지로변환되었다고가정하면시간당열에너지(Eheat)

는인가되는시간당전기에너지(전력)과같다고정의할수있

다. 따라서위의식은다음과같이정의된다.

정전류공급시LED 온도변화의수학적모델(주변온도( Tα)

고정)

LED에 정전류가 공급되고 있고 질량이 M, 비열이 C인

LED 칩온도가 Tα를이루는주변온도 내에 있다고가정하

을 경우 LED P-N junction의 온도(Tj)는 다음과 같은 식을

만족한다. 여기서 αα는 열전도도 이며 P는 LED로부터 발생

되는열량이다.

LED 전기광학적특성의구동온도및접합온도의존성평가

그림 21. Allowable Current Measurement Window

그림 22

ΔΔTΔΔQ

ΔΔxΔΔT

LΔΔT

σσSL

δδTδδQ

δδTδδQ

= -α᧧∇∇T∙∙dS

Eheat=

R=

=-ααS =-ααS

Rth

ΔΔTL

ΔΔTEheat= -ααS =

Eheat

T1-T2Rth=

LfVf

ΔΔTj

LfVf KΔΔVfRth=

ΔΔTj

ΔΔVf;K= (k-factor)=

dtdTj(t)

MC (Tj(t)-Tj(O))=P(t)+αα

= -α᧧δδx x+δδT

(( ))

T

→

→ →

→

δδy y+δδT →

δδz z+ ∙∙δδyδδzxδδT →

→

= -αα∫∫zL

0∫∫

yL

0 δδx δδyδδzδδT

076

Technical Report_LED

여기서LED로부터발생되는열량은인가되는전기에너지

와 같다고 간주한다. 또한 정전류를 인가하기 때문에 시간의

변화는Vf만의함수이다.

위에서정의한k-factor를다시정리하면다음과같다.

k-factor를위의식에 입하면다음과같다.

위의 식에서 보는 바와 같이 식은“상수계수의 일계선형

비-제차미분방정식”으로표현되며정의된공식에의해 Vf(t)

에관한일반해를구하면다음과같다.

여기서 P(t)와 Q(t)가 시간에 독립인 함수이므로 위의 식

은다음과같이정리된다.

Vf (t)의 특수해를 구하기 위해 초기조건(t→→ 0)을 적용하면

다음과같다.

따라서Vf (t)는다음과같이정의된다.

위의 식을 통해 우리는 LED 칩에 정전류를 공급할 경우

P-N Junction의 온도변화를 통해 Vf(t)가 시간에 따라 지수

함수적으로 변하며 Bais mode에서 Vf(t)의 최소값과 안정화

되었을 경우의 Vf(0)의 차이를 통해 우리는 ΔVf를 알 수 있

다. 또한ΔVf와위에서구한k-factor를통해우리는ΔTj를

연산할수있다.

앞서 언급한 것과 마찬가지로 고정된 주변온도에서

Heating current를 통해 변하는 ΔVf를 통해 우리는 ΔTj를

알 수 있으며 실제 DUT(LED) PN-Junction의 온도를 연산

할수있다.

위의 식을 바탕으로 다음과 같은 PN-Junction의 온도와

인가된정전류에(If) 관한함수를도출할수있으며이는일차

함수로써온도에따라인가될전류는선형성을가지게된다.

실험결과

Temp. VF

20 ℃

30 ℃

40 ℃

50 ℃

60 ℃

2.62056

2.60788

2.59596

2.58276

2.56971

표 1. 접합온도와 접합전압의 관계

IF PD Rth TJ

20 ㎃ 0.05782 31.906 26.845

40 ㎃ 0.12126 33.614 29.076

60 ㎃ 0.18861 37.147 32.006

80 ㎃ 0.25933 38.359 34.947

100 ㎃ 0.33302 37.366 37.444

표 2. 인가 전류에 따른 열저항 및 접합온도

P(t)=Tf-Vf(t)

K=Vf(t)-Vf(0)Tj(t)-Tj(0)

MC +ααk(Vf(t)-Vf(0)=IfVf(t)

+PVf(t)=Q : [ ]

dtd(k(Vf(t)-Vf(0)+Tj(0))

+ =dtdVf(t)

MCkααk(Vf(t)-Vf(0)

MCkLLf-Vf(t)

P= Q=dtdVf(t)

MCk((ααk-If)

MCααVf(0)

Vf(t)=e-Pt e-Pt( )+KPQQ

Vf(0)=K+ααk-If

ααk-Vf (0)

=Ke -Pt + P

ααk-If

QQ

+ ααk-Vf (0)=Ke

-MCKααk-If

Vf(t)=e e [ ]∫∫ Q(t) dt+K K는는임임의의의의상상수수

:m는는((기기울울기기)),, Tj(0)((설설정정된된 온온도도와와 같같음음))

+ =dtdVf(t)

Vf(t)MCk((ααk-If)

MCααVf(0)

--∫∫P(t)dt

∫∫P(t)dt

Vf(t)=Ke

,t≥≥0e = -

+

ααk-If

IfVf (0)

ααk-If

IfVf (0)

ααk-If

Tj=ΔTj+Tj(0)

If=m(Tj-Tj(0))

Tj= +Tj(0)mIf

ααkVf (0)ααk-If

IfVf (0)

K= -

-MCKααk-If

tt

-MCKααk-If

tt

077

결론

본 실험의 결과를 보면 single chip을 사용한 phosper LED

의 경우 구동온도가 높아짐에 따라 스펙트럼 분포가 장파장

쪽으로이동하고multi-chip을사용한경우Red는단파장으

로 Green과 Blue는 장파장 쪽으로 각각 shift하게 된다. 통

상적으로온도에따른파장변화에는0.1 ~ 0.3nm/K란공식

이 성립한다. 이와 동시에 광량 또한 감소하게 되며 Hi-

Power일경우이경향성은심해지게된다. 또한동일한사양

의 제품이라고 하더라도 그 방열구조(열저항)에 따라 광효율

의차이를나타내게된다. 이는모듈의성능뿐만아니라수명

과직결되는문제이므로LED 모듈의설계에앞서그구동온

도조건에서최적의광학특성을나타내는소자를선정하는작

업이우선되어야하며이를통하여장수명과(전원공급장치의

수명은배제한다는전제조건이있긴하지만) 보다더좋은효

율의 모듈설계가 가능해진다. 목적하는 백색광을 구현하기

위해서전자의경우사용온도에서원하는백색광을나타낼수

있는지 확인해야 하며 후자의 경우 Duty비 조절을 통한 채널

별연동제어가필요하다. 따라서단순한입력파워에 한기준

못지않게측정환경에 한기준을마련하는것이시급하다.

여기까지 열특성과 광특성의 관계에 하여 알아보았다.

당사에서는 본 연구와 병행하여 형광체의 온도의존성 및 최

적조성비 설계기술에 한부분과 반사판이나 확산판과 같은

광학부품의 개발과 선정 및 최적 열광학 설계에 관한 연구가

진행되고있다.

LED 전기광학적특성의구동온도및접합온도의존성평가

그림 23. 주변온도에 따른 허용전류

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