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문제 정의
- 따라서 본 논문에서는 이러한 구동방식에 대하여 안정적인 파형들을 제공하고 구동전압에 따른 광학적 . 전기적 특성을 측정하기 위하여, 그림 1과 같이 실험 장치를 구성하였다.
- 이 논문에서는 각각의 5mm 고휘도 발광다이오드와 1W, 5W 고출력 발광다이오드에 대하여 직류와 PWM 구형파, 전파정류 구동전압을 인가할 경우에 있어서의 전기적 . 광학적 특성을 비교 .
제안 방법
- 표 1은 측정대상으로 사용한 각각의 발광다이오드의 특성을 나타내고 있다. 5W 발광다이오드의 경우, 적색 발광다이오드가 아직까지 실용화되어 있지 않아서 측정대상에서 제외하였으며, 녹색과 청색 발광다이오드는 다이오드 자체를 사용하면 특성변화가 심하고 다이오드 칩 파괴가 발생하므로 방열판(길이 3cm, 폭 1.5cm, 높이 0.5cm)을 사용하여 측정하였다.
- 광학적 특성과 시동특성을 측정하였다.
- 있어서의 전기적 . 광학적 특성을 비교 . 분석하였으며, 각각의 구동전압에 따라서 발광다이오드의 시동특성을 비교 .
- 그리고 발생된 전압파형을 발광다이오드에 인가하고, 오실로스코프를 이용하여 발광다이오드의 전압과 전류를 측정하였으며 적분구를 이용하여 광출력을 측정하였다.
- 특히 동작전류가 400mA이상일 경우에 접합온도가 약 1000이상으로 상승하여 다이오드 접합온도의 최고온도에 도달하게 되어 다이오드 칩이 파괴된다. 따라서 이 논문에서는 5W 발광다이오드에 방열판을 사용하여 특성변화를 안정화시켰지만, 약 500mA 이상에서는 칩 파괴현상이 나타나서 450mA를 최고전류로 하여 측정하였다. 그림에서 녹색 발광다이오드는 방열판을 사용한 경우가 방열판을 사용하지 않는 경우보다 동일 동작전류에 대해서 동작 전압이 작게 나타남을 알 수 있으며, 이러한 특성 때문에 5W 발광다이오드를 사용할 경우에는 온도 특성을 신중하게 고려해야 함을 알 수 있다.
- 분석하였다. 또한 각각의 발광다이오드에 전원전압(AC 220V)을 직류와 전파정류 구동전압을 발광다이오드에 인가할 수 있는 구동시스템을 구성하여 발광효율을 비교하였다.
- 먼저 다양한 전압파형을 구성하는 소프트웨어를 이용하여 원하는 전압파형을 구성하고, 구성된 전압파형을 GPIB 통신을 이용하여 전력공급장치에 인가하여 전압파형을 발생하도록 하였다. 그리고 발생된 전압파형을 발광다이오드에 인가하고, 오실로스코프를 이용하여 발광다이오드의 전압과 전류를 측정하였으며 적분구를 이용하여 광출력을 측정하였다.
- 발광다이오드에 직류전압과 전파정류전압을 인가할 수 있는 간단한 회로를 구성하여 구동시스템의 효율을 측정하였다. 그림 9는 이러한 직류전압구동시스템과 전파정류전압 구동시스템의 구성을 보여주고 있다.
- 발광다이오드의 시동특성을 측정하기 위하여 측정대상 발광다이오드에 각각 DC 전압, 구형파 (Duty비 50%), 전파정류(주파수 100 Hz)파형을 각각 인가하고 동일한 광출력이 발생하도록 구성하였다. 표 2은 초기 30초에 측정된 측정값과 10분동안 안정된 후의 측정값을 비교하여 그 변화값을 나타내었다.
- 광학적 특성을 비교 . 분석하였으며, 각각의 구동전압에 따라서 발광다이오드의 시동특성을 비교 . 분석하였다.
- 이 연구에서는 5mm 고휘도 발광다이오드와 1W, 5W 고출력 발광다이오드에 직류전압, 전파정류전압, 구형파전압을 인가하여 전압-전류 특성과 광학적 특성, 시동특성을 측정하였고 간단한 구동시스템을 구성하여 시스템 효율을 비교 분석한 결과, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 그림 9는 이러한 직류전압구동시스템과 전파정류전압 구동시스템의 구성을 보여주고 있다. 직류전압 구동시스템은 교류전원( 220V AC 60Hz)을 트랜스포머를 거쳐서 12V 레귤레이터를 사용하여 발광다이오드에 직류전압을 인가시 켰고, 전파정류회로는 트랜스포머의 출력측에 직접 연결하여 전파정류전압을 인가하였다.
대상 데이터
- 5mm 발광다이오드는 10개를 병렬로 연결하고 1W 발광다이오드는 2개를 병렬로 연결하여 측정하였으며, 측정장비는 PM3300을 사용하였다.
- 이 논문에서는 많은 응용분야에 사용되고 있는 5mm 고휘도 RGB 발광다이오드와 조명용으로 각광받고 있는 1W, 5W 고출력 RGB 발광다이오드를 측정대상으로 하였다. 표 1은 측정대상으로 사용한 각각의 발광다이오드의 특성을 나타내고 있다.
성능/효과
- 1. 5mm 발광다이오드는 전류에 따른 전압과 광출력 특성은 비례적으로 변화되며 매우 안정적인 특성을 나타내며, 1W와 5W 발광다이오드는 전류의 증가에 따라 광출력의 변화가 크게 나타나고 정격전류에서 최대 광출력이 나타나지 않는다. 따라서 1W와 5W 발광다이오드는 전류의 상승에 따른 접합온도를 상승을 억제할 수 있는 최적의 방열판 설계가 필요하다.
- 2. 발광다이오드에 직류, 구형파, 전파정류전압을 인가하여 약 10분간 시동특성을 분석한 결과, 직류전압일 때 전기적 . 광학적 특성 변화가 매우 크게 나타났으며 방열판을 사용할 경우에는 특성변화가 양호하게 나타났다.
- 3. 발광다이오드에 직류 전압과 전파정류 전압으로 구동하는 간단한 시스템을 구성하여 효율을 측정한 결과, 전파정류전압이 효율이 좋게 나타났으며 역률도 직류전압보다 높게 나타났다.
- 5mm 발광다이오드는 동작전류에 비례하여 광출력이 변화하였으며, 비교적 안정적인 광출력을 나타내었다. 그림 4는 1W 발광다이오드의 동작전류에 따른 광출력 변화를 보이고 있으며, 청색과 녹색 발광다이오드는 비교적 안정적인 광출력 특성을 나타내고 있으나, 적색 발광다이오드의 경우 방열판을 사용하지 않으면 낮은 광출력과 정격전류에서 광출력이 낮게 나타난다.
- 발광다이오드에 직류, 구형파, 전파정류전압을 인가하여 약 10분간 시동특성을 분석한 결과, 직류전압일 때 전기적 . 광학적 특성 변화가 매우 크게 나타났으며 방열판을 사용할 경우에는 특성변화가 양호하게 나타났다. 그리고 전파정류와 구형파 전압의 주파수가 높을수록 시동특성은 좋아짐을 알 수 있다.
- 광학적 특성 변화가 매우 크게 나타났으며 방열판을 사용할 경우에는 특성변화가 양호하게 나타났다. 그리고 전파정류와 구형파 전압의 주파수가 높을수록 시동특성은 좋아짐을 알 수 있다.
- 그림에서 5mm와 1W 발광다이오드의 전압-전류 특성이 매우 유사하였으나, 1W 발광다이오드가 5mm 발광다이오드보다 전압에 따른 전류의 변화가 완만하게 변화하는 것을 알 수 있었다. 특히 적색 발광다이오드가 다른 광색 발광다이오드보다 전압에 따른 전류변화가 상당히 완만하게 나타나며, 이러한 적색 발광다이오드에 방열판(길이 3cm, 폭 1.
- 07 높게 나타남을 알 수 있다. 따라서 발광다이오드의 출력측의 효율은 직류전압방식이 매우 높으나, 전원교류전압을 직류로 전환하기 위하여 시스템 효율의 저하를 가져와서 전체 효율은 낮게 나타남을 알 수 있다.
- 또한 5mm 적색과 5W 발광다이오드를 제외하고 전파정류 전압이 구형파보다 광출력 효율이 높게 나타나고 있다.
- 표 3에서 발광다이오드의 구동시스템을 적용할 경우에는 직류전압방식보다 전파정류전압방식이 효율이 매우 좋게 나타났으며, 역률도 직류전압방식보다 약 0.07 높게 나타남을 알 수 있다. 따라서 발광다이오드의 출력측의 효율은 직류전압방식이 매우 높으나, 전원교류전압을 직류로 전환하기 위하여 시스템 효율의 저하를 가져와서 전체 효율은 낮게 나타남을 알 수 있다.
후속연구
- 4. 앞으로 구동전압 유형에 따른 각각의 발광다이오드의 특성을 이용하여 발광다이오드의 방열판설계와 다이오드 어레이 구성방법, 구동전압 제어방식을 결정하고 최적의 구동시스템을 구성하는 연구가 진행되어야 한다.
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