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초록
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본 논문에서는 통상적인 LED 구조 위에 추가적으로 상부 층을 형성하여 LED의 광 추출 효율을 개선하였다. 상부 층의 두께 및 굴절률 변화에 따른 LED의 광 방출 특성을 전산모사하였고 광 추출 효율이 개선되는 조건을 분석하였다. 약 1.05~1.40의 굴절률 범위에서 LED의 광방출이 증가하였다. 또한, 이 범위에서 두께가 증가할수록 광방출이 증가하였다. 굴절률이 1.30@589.3 nm인 인덱스 매칭 액체를 실제 LED의 상부 층으로 형성하여 LED의 광 추출 효율이 약 22% 정도 향상됨을 실험적으로 보였다. 이렇게 LED 위에 상부 층을 형성하는 개념은 간단하게 LED의 광 추출 효율을 개선할 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we improved the light extraction efficiency by considering an additional upper layer on the top surface of a conventional LED. We simulated the LED's light emission as functions of the thickness and the refractive index of the upper layer, and analyzed how the condition improved the l...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이와 관련하여 상부 층의 두께나 굴절률 값에 따른 광방출 특성의 변화를 알아보도록 하자. 우선 그림 5 (a), (b), (c)는 각각의 상부 층 두께에 대해 중심에서 방출된 35개 광선의 광 경로를 나타낸 것으로써 이를 통해 두께 변화에 대한 광 방출 특성을 개략적으로 알아보고자 한다. 그림 5 (a)는 상부 층의 두께가 얇은 경우로써, 측면으로 방출되는 빛이 상대적으로 많으며 그 중 전방향이 아닌 뒷방향으로 방출되는 빛이 다수 존재한다.
  • 본 논문에서는 통상적인 LED 구조 위의 상부 층을 형성하여 그 특성을 고찰하였다. 상부 층의 두께나 굴절률에 따라 광방출 효율이 변화하였다.
  • 본 논문에서는 일반적인 LED 표면에 추가적으로 상부 층을 고려함으로써 공기와의 굴절률 차이를 감소시켜 LED 내부의 빛이 외부로 좀 더 방출될 수 있게 하였다. 이와 관련 하여 상부 층의 두께나 굴절률 변화에 따른 LED의 광방출 특성을 고찰하였다. 상부 층의 두께나 굴절률에 따라 LED의 광방출 특성이 변화하였으며 특히, 다소 낮은 굴절률 범위에서 상부 층의 두께가 증가할수록 광 추출 효율은 증가하였다.
  • 앞서 상부 층이 적절한 두께나 굴절률 값으로 형성되면 LED의 광방출이 증가하였다. 이와 관련하여 상부 층의 두께나 굴절률 값에 따른 광방출 특성의 변화를 알아보도록 하자. 우선 그림 5 (a), (b), (c)는 각각의 상부 층 두께에 대해 중심에서 방출된 35개 광선의 광 경로를 나타낸 것으로써 이를 통해 두께 변화에 대한 광 방출 특성을 개략적으로 알아보고자 한다.
  • 이제 앞서 언급된 결과에 대해 실험을 통해 그 특성을 파악하고자 한다. 통상적인 GaN 기반의 청색 LED (C-LED)와 그 표면 위에 상대적으로 낮은 굴절률의 물질이 올라가 있는 LED (I-LED)의 전기광학적 특성을 비교하고자 한다.
  • 이제 앞서 언급된 결과에 대해 실험을 통해 그 특성을 파악하고자 한다. 통상적인 GaN 기반의 청색 LED (C-LED)와 그 표면 위에 상대적으로 낮은 굴절률의 물질이 올라가 있는 LED (I-LED)의 전기광학적 특성을 비교하고자 한다. 여기서 사용된 LED의 중심파장은 450 nm 이며 LED와 디텍터 사이의 거리는 20 mm이다.

가설 설정

  • 7. (a) Current as a function of operating voltage and (b) light output power as a function of operating current are compared with the conventional LED.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
LED에서 방출되는 빛은 어디에서 생성되는가? 이렇게 다양한 응용으로 인해 최근 들어 LED에 대한 관심이 늘어나고 있으며 활발히 연구되고 있다[1, 2]. LED에서 방출되는 빛은 LED 내부의 활성층(active layer)에서 생성된다. 활성층에서 생성된 빛은 LED 내부의 여러 층을 지나 LED 외부로 방출된다.
발광 다이오드가 현재 이용되고 있는 분야는 무엇인가? 발광 다이오드(LED)는 기존의 여러 광원들을 대체할 차세대 광원으로써, 조명, 자동차, 의료, 디스플레이, 통신 등 최첨단 산업에 널리 사용되고 있으며 점차 응용분야가 확대되고 있는 추세다. 이렇게 다양한 응용으로 인해 최근 들어 LED에 대한 관심이 늘어나고 있으며 활발히 연구되고 있다[1, 2].
LED 내부 디텍터의 수광각도가 넓어짐에 따라 디텍터에 도달하는 광파워가 증가하는 이유는? 수광각도가 넓어짐에 따라 디텍터에 도달하는 광파워가 증가하고 있다. 그 이유는 LED에서 방출되는 빛은 임의의 각도 범위 내에서 발산하므로 수광각도가 증가하면 수광영역이 넓어져 수광되는 광파워가 증가하기 때문이다. 또한, 90°근방에서는 최대 파워와 최소 파워의 차이가 거의 없는 것을 알 수 있다.
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참고문헌 (7)

  1. M. S. Shur and R. Zukauskas, “Solid-state lighting: toward superior illumination,” Proc. IEEE 93, 1691-1703 (2005). 

  2. M. H. Crawford, “LEDs for solid-state lighting: performance challenges and recent advances,” IEEE J. Select. Topics Quantum Electron. 15, 1028-1040 (2009). 

  3. Y. K. Ee, P. Kumnorkaew, R. A. Arif, H. Tong, H. Zhao, J. F. Gilchrist, and N. Tansu, “Optimization of light extraction efficiency of III-Nitride LEDs with self-assembled colloidal-based microlenses,” IEEE J. Select. Topics Quantum Electron. 15, 1218-1225 (2009). 

  4. S. C. Hsu, C. Y. Lee, J. M. Hwang, J. Y. Su, D. S. Wuu, and R. H. Horng, “Enhanced light output in roughened GaN-based light-emitting diodes using electrodeless photoelectrochemical etching,” IEEE Photon. Technol. Lett. 18, 2472-2474 (2006). 

  5. M. Boroditsky, T. F. Krauss, R. Coccioli, R. Vrijen, R. Bhat, and E. Yablonovitch, “Light extraction from optically pumped light-emitting diode by thin-slab photonic crystals,” Appl. Phys. Lett. 75, 1036-1038 (1993). 

  6. J. H. Lee, J. T. Oh, S. B. Choi, Y. C. Kim, H. I. Cho, and J. H. Lee, “Enhancement of InGaN-based vertical LED with concavely patterned surface using patterned sapphire substrate,” IEEE Photon. Technol. Lett. 20, 345-347 (2008). 

  7. P. A. Porta, M. Harries, and H. D. Summers, “Surface plasmon mediated emission in resonant-cavity light-emitting diodes,” Appl. Phys. Lett. 89, 121120-1-121120-3 (2006). 

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