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성능을 향상시키는 새로운 LED 패키

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글쓴이 김대웅 등록일 12-10-02 19:45
조회 3,079

    많은 연구자들이 LED 자체의 특성을 향상시킴으로써 LED 기술의 진보를 이루려고 노력하였다. 그러나 LED를 보호하고자 하는 패키지 또한 LED의 전반적인 성능에 영향을 미친다. 새로운 연구에서, 타이완의 과학자들은 LED 패키지를 위한 “플립 글래스 기판(flip glass substrate)”을 디자인하여 더 넓은 관측각과 더 좋은 색상 균일성을 가지게 하였고, 다른 LED 패키징 방법에 비해 생산 중에 결함을 더 일찍 확인할 수 있게 하였다. 

    타이완 국립 칭화(Tsing Hua) 대학의 교수인 웨일른 팡(Weileun Fang) 박사가 이끄는 연구진은 그들의 플립 글래스 기판 LED 패키징에 대한 최근의 연구 결과를 “Journal of Micromechanics and Microengineering”에 발표하였다. 연구진이 설명한대로, 오늘날 사용되고 있는 대부분의 상업용 LED는 플라스틱으로 만든 리드달린 칩 캐리어(PLLCs), 프린트 회로 보드(PCBs), 세라믹 홀더, 또는 비슷한 재료 안에 패키지되어 있다. 이런 패키지의 대부분은 부분적으로 투명하지 않아서 LED 광이 옆벽을 투과할 수 없다. 

    이에 비해서, 플립 글래스 기판은 LED를 담을 수 있는 공동을 가진 인으로 커버된 완전히 투명한 글래스 기판으로 이루어졌다. 사용할 때, LED는 뒤집어져 투명 유리의 뒷벽과 옆벽을 통하여 방출한다. 패키지 구조의 관점에서, 플립 글래스 기판과 PLCCs 또는 PCBs 패키지 구조 사이의 차이는 투명한 옆벽과 LED 칩 상보다는 패키지 바깥의 원격 인코팅이라고 연구진은 말하였다. 

    이런 새로운 패키징 시스템의 가장 큰 장점들 중 하나는 그것이 140도의 넓은 관측각을 제공한다는 것이다. 상업용 LED의 95%는 관측각이 125도 이하이다. 이런 빛의 향상된 결과는 기판의 옆벽을 직접적으로 투과할 수 있어 비투명 패키징에서 발생하는 반복되는 반사 손실을 줄일 수 있다. 다른 중요한 LED 특징은 빛의 따뜻함 또는 차가움을 결정하는 각 CCT(상관된 색 온도)의 균일성이다. 비록 빛의 품질은 여러 가지 다른 요소에 의존하지만, 더 균일한 CCT가 바람직하다. 

    플립 글래스 기판의 최대 각 CCT 편차는 1300K로, 다른 LED의 2500 K에 비해서 단지 반 밖에 안된다. 연구진은 이런 향상이 기판의 균일한 인 코팅이 바깥 패키지 상에 존재하기 때문이라고 설명하였다. 더구나, 패키징 및 LED가 두 개의 성분이 실제로 함께 하기 전에 테스트될 수 있도록 함으로써, 연구진은 제작공정에서 다른 종류의 패키징 방법보다 더 이른 단계에서 색상 품질 문제를 평가하고 고칠 수 있다. 이런 좋은 기판을 아는 공정으로 인해서 연구진은 패키지된 LED가 좋은 색도(chromaticity)를 가진 것을 미리 알 수 있고 이런 장점은 제작단가를 줄일 수 있다는 이점도 가져다 준다. 

    프로세스 관점에서 보면, 구조 디자인은 LED 칩이 캡슐 재료 안에서 숙성된 후가 아닌 LED칩 안에서 그전에 색도 좌표(chromaticity coordinate)를 연구자들이 조절할 수 있게 해준다. 이런 장점에도 불구하고, 연구진은 그들이 아직도 플립 글래스 기판의 투과성을 향상시켜야만 할 것이라고 말하였다. 또한 열 발산과 안정성에 대해서도 테스트해야 한다고 덧붙였다. 그들은 앞으로 이런 부분을 향상시켜 이런 패키징이 고출력 LED에 유용할 수 있기를 희망하고 있다. 

    프로세스 디자인과 패키지 구조 디자인에서, 연구진은 현재 LED 패키지의 아키텍처를 바꾸기 위해 노력하고 있다고 말하였다.디자인된 LED 패키지는 추가적인 광학적 요소 없이 응용 스펙을 만족시켜야 한다고 연구진은 말하였다. 연구진은 자신들의 최근 연구에서, 패키지의 마이크로구조가 LED 패키지의 방사 패턴의 효율을 향상시키거나 개조할 수 있을 것이라고 덧붙였다. 
    New LED packaging technology improves performance
    첨부그림 1: (위) 인 코팅을 가진 투명한 글래스 기판 안에 패키지된 LED의 두 횡단면 관측. (아래) 실리콘이 추가되기 전(왼쪽) 과 후(오른쪽)의 LED 패키지 이미지. 
    첨부그림 2: 테스트는 글래스 기판 안에 패키지된 LED 칩에 대한 향상된 성능을 인 몰딩(a)과 인몰딩이 아닌 것(b)과 비교하여 보여주고 있다.
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