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문제 정의
- 이에 본 논문에서는 먼저 Monte Carlo photon simulation 기법을 이용하여 InGaN/ Sapphire LED의 칩 구조 및 칩 부착 방식이 광추출효율에 미치는 영향을 분석한다. 다음으로 그 분석결과를 바탕으로 LED 램프 패키지 구조설계를 위한 기본 지침을 마련하고자 한다. 이와 같이 마련된 설계지침은 관련 기업이나 연구기관에서 새로운 LED 램프 구조를 설계하는 데에 중요하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
- LED의 전류-광출력 특성을 포함한 제반 특성은 칩의 유형과 칩 마운트의 종류 및 크기(열용량)뿐만 아니라 제작된 단위 LED램프가 궁극적으로 부착되는 PCB (printed circuit board)의 방열특성 등과 같은 매우 다양한 변수에 의해 결정되며, 특히 유전체 칩마운트는 금속 칩마운트는에 비하여 일반적으로 방열특성뿐만 아니라 광자 반사도 (reflectivity)조차도 크게 떨어지기 때문에, 이들 두 종류의 칩마운트 사이에서 광출력의 크기를 단순 비교할 수는 없게 된다. 따라서 본 연구에서는 이전의 연구에서 밝혀진 사실들을 바탕으로 주로 원론적인 차원에서 광출력 특성을 분석하고자 하는데, 우선 그림 9는 칩-칩마운트 조합 유형별 전류-광출력 특성을 도식적으로 표시해본 것이다.
- 이 같은 상황을 종합적으로 고려할 때, InGaN/Sapphire LED의 가시광 LED에서의 독보적 지위는, 탁월한 성능의 대체 발광물질이 개발되지 않는 한, 앞으로도 계속될 것으로 여겨진다. 이 같은 이유에서 본 논문에서는 InGaN/Sapphire LED 칩을 기준으로 하여 LED 램프 패키지 설계에 대하여 다루고자 한다. 이와 같은 전제가 크게 문제가 되지 않는 것은 본 논문에서 도출될 LED 램프 패키지에 관한 이론이나 설계지침은 큰 수정 없이 여타의 LED 칩을 이용하는 LED 램프의 경우에도 그대로 적용될 수 있기 때문이다.
가설 설정
- 앞의 두 절에서 살펴본 LED 칩의 유형과 칩 부착 방식에 대한 검토 내용을 바탕으로 다음과 같은 중간 결론을 내릴 수 있을 것이다. 우선 그림 3(b)의 대면적 칩은 광추출효율이 손상될 뿐만 아니라 내부양자효율까지도 손상될 개연성이 큰 만큼, 특수 상황이 아니면 사용하지 않는 것이 유리하다. 그리고 그림 3(c)의 기판이 제거된 수직구조 칩은 광추출효율이 심각하게 손상된다는 단점에도 불구하고 방열관점에서 잠재력을 가지고 있기 때문에 방열특성이 우수한 칩마운트와 결합될 경우, 최대 광출력을 늘릴 수 있는 개연성이 있다.
- 본 논문에서는 광추출효율의 계산을 위해서 그 동안 LED 칩이나 램프 구조의 분석을 위해 많이 사용되어 온 Monte Carlo photon simulation 기법이 사용되었는데, 그 기법에 대한 자세한 설명과 주요 simulation 변수들에 대해서는 다른 자료들로부터 찾아볼 수 있다 [3-5] . 다만 이하의 모든 광추출효율의 계산의 경우, LED 칩은 80%의 반사도 (reflectivity)를 갖는 금속 칩마운트의 표면 위에 부착된 다음 그 전체가 굴절률 1.50의 밀봉재(encapsulant) 속에 파묻혀 있는 것으로 가정하였음을 밝힌다.
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