LED

 

○ LED란 :

PN 접합된 화합물 반도체. 원소의 종류와 혼정 비율에 따라 발광파장이 결정  PN접합부에서 소수Carrier의 재결합에 의해서 발광

 

 ○ 발광원리 :

LED 전극에 순방향 전압 ( P층/N층 )을 가하면 전도대의  전자가 가전자대의 정공과 재결합을 위해 천이될 때 그 에너지 만큼 빛으로 발광한다. Color 역시 반도체 결정의 재료 및 농도등에 의하여 차이를 가짐에 따라 변한다. 인간의 눈에 보이는 가시광 파장은 380nm ~ 760nm 이고, 단파장은 청색계, 장파장은 적색계이다.

 

○ LED 특징 :  

- 소형, 경량 및 발열이 적다.  

- 반 영구적 이다.  

- 고속 응답이 가능하다.  

- Pulse 동작가능, 직류 및 교류 동작 가능하다.  

- 전류에 의해 광출력 제어가 가능하다.

 

○  LED 발광색   

- LED의 발광색은 LED 구성원소와 그 비율에 따라서 다름.  

- 전통소재 : GaAsP, GaP / GaAlAs ( 녹, 황, 적 저휘도 )  

- 최근소재 : AlInGaP ( 녹, 황, 적 고휘도 )  InGaN ( 청, 녹 고휘도 )

 

○ 최대 절대 정격 :   

- 제품의 시험, 검사, 사용, 보존, 보관에 있어서 절대로 초과해서는 안되는 물리적 한계 규격.  

- 최대절대정격은 제품에 따라 다르지만 전압, 전류, 허용손실, 동작온도,보존온도,  납땜온도 등이 

   있음.  

- 최대절대정격을 초과한 경우에는 과전압, 과전류, 열응력 등에 의하여 제품내부의 열화가 발생한

   다.  

- 최악의 경우에는 발열에 의한 배선의 용단이나 반도체 CHIP의 파괴가 일어날 수 도 있다.

 

 ○ Power Dissipation(PD)  

LED가 소비할 수 있는 최대전력(최대허용손실) PD = IF * VF 

 

○ Forward Current(IF) 

 LED에 인가할 수 있는 순방향 최대전류 주위온도에 따라서 Derating 필요

 

○ Peak Forward Current(IFP)  

Pulse Mode로 LED를 구동할 때 인가할 수 있는 순방향 최대전류 Pulse 폭, Duty 비 주의 

 

○ Reverse Voltage(VR) 

 LED에 인가할 수 있는 역방향 최대전압. 

 

○ Operating Temperature (Topr) 

 LED를 동작시킬 수 있는 주위온도 범위 

 

○ Storage Temperature (Tstg)  

LED를 특성변화 없이 보관 가능한 보관온도 범위

 

 ○ Soldering Temperature (Tsol)  

LED를 실장할 때 soldering온도 및 시간

 

○ 발광 스펙트럼 (Spectrum)   

1> 피크 발광파장 (Peak Wavelength)     

- 최대 강도로 발광되는 파장    

- 반도체결정의 재료, PN접합을 형성하는 불순물의 종류, 농도, 구조 등에 의해 결정.   

 

2> 스펙트럼 반치폭 (Spectrum half Bandwidth)    

- 최대 발광강도의 ½의 강도를 가진 두 파장 사이의 간격    

- 반치폭이 작을수록 사람의 색감각과의 차이가 적다.    

* 사람의 눈은 555nm의 빛에 대한 감도가 좋고, 장파나 단파에 대해 감도가 떨어진다.   

* 온도 변화에 대한 스펙트럼 변위는 1℃상승에 따라 LED 방사스펙트럼은 0.1~0.2nm  장파장으로 변위하나, 사람의 시감도상 색의 변화는 거의 느낄수 없다.

 

- 반사각 0도 에서의 광도가 ½이 되는 좌우 반사각

- LED Package or Lens 형성에 따라 변화

- 광도와 반치각의 반비례 관계

 

○ Luminous Intensity (IV)  

- LED를 어떤 정해진 방향으로 방사되는 빛의 단위 면적당 광속  

- 광도단위 : 칸델라 (cd), 루멘/스테라디안 (lm/sr)   : 어떤 정해진 방향으로 전파되는 단위 입체각

  (sr)당의 광속.  

- 같은 Power를 갖는 LED chip일지라도 지향성이 좁을수록 광도가 높다. 

- 같은 지향특성의 LED에서는 LED chip의 발광효율이 높을수록 광도가 높다.

  * 1 [cd] : [cd]단위는 Candle에서 유래된 것으로 통상 촛불 1개의 밝기로 정의한다.

 

○ Luminous Intensity (IV)  

- LED는 주위온도 및 LED의 발열을 포함한 Chip의 온도(Tj : 발광부인 junction온도)에  따라서 특성이 변화한다.    LED는 Tj가 상승하면 광량이 저하한다. 이는 발광에 기여하지 않는 전자와 정공의 재결합 이 증가하기 때문이다.

 

- 온도 상승에 의하여 발생하는 비발광  재결합을 줄이기 위해 온도상승을 피하여  설계는 중요하

   다. (Pulse구동, 열방출이 우수한 외주기)

 - 온도변화에 의하여 발광파장도 변화한다.    주로 온도가 변화하는 것에 의하여  반도체의 금지대

    폭이 변화하기 때문에     파장변화 가 발생한다.

- 파장 변화량은 재료에 따라 다르지만   InGaAIP계의 LED는 온도상승에 따라 λd가 0.1nm/℃ 정도

   변화한다.

 

○ Forward Voltage (VF)   

- 순방향전압의 변화도 금지대폭의 변화에 의해서 발생하는 것이다.    

   온도상승에 따른 VF는 2mV/℃ 정도의 비율로 저하한다.    

   LED를 정전류 구동할 경우에는 VF 의 변화는 회로정수로서 심각한 문제가되지 않음.

  그러나 정전압 구동시는 문제시 될 경우가 발생함.

 

- LED의 동작이 정전압 구동 또는 정전압과 근사(유사)한 경우에는 온도상승에 의해 전류에 대한

   VF 특성이 변화하여 전류가 증가하게 된다.전류가 증가하면, 한층 Tj가 상승하고 전류도 증가하여

   평형상태가 될 때까지 전류가계속 증가하게 된다. 역으로 저온영역에서는 전류가 감소하게 되므로

   정전압 구동에서는 필요한 광도 가 얻어지지 않는 경우가 있음.

 

○ 점등 방식  

- LED 점등방식에는 시간적으로 연속해서 일정전류를 흘리는 Static점 등과 시간적으로 점멸을 반

  복하는 Dynamic점등이 있다.  점멸시간이 짧으면 눈으로 보았을 경우 Static점등하고 있는것 처럼

  보인다.