High power light emitting diode(LEDs), a strong candidate for the next generation general illumination applications are of interest. With major advantages of power saving, increased life expectancy and faster response time over traditional incandescent bulb, the LEDs are rapidly taking over many applications such as LCD backlighting, traffic light, automotive lighting, signage, etc. The increased electrical currents used to drive the LEDs have focused more attention on the thermal management because the efficiency and reliability of the solid-state lighting devices strongly depend on successful thermal management. There exist some problems that are caused by heat generation in the LED package, such as wire breakage, yellowing of epoxy resin, lifted chip caused by reflow of thermal paste chip attach and interfacial separation between LED package and silicon resin. The goal of this study is to analyze high power LED thermal properties of using pulsating heat pipe.
LED조명장치는 자동차분야, 항공, 디스플레이, 전송장치 그리고 특수조명등의 응용장치로의 활용이 증가하고 있다. 일반적으로 고출력 RGB 멀티칩 LED는 표시용이나 경관조명용 또는 감성조명용으로 적용되고 백색 LED는 표시용 조명에서 최근 들어 일반조명용으로 적용되고 있으며, 고출력 백색 LED의 출시와 광효율의 증가는 이를 더욱 가속화하고 있다. 본 논문에서는 백색 LED와 RGB 멀티칩 LED 조명장치를 동일한 사양으로 제작하여 물리적, 전기적, 광학적 조명특성을 분석하여 향후 LED조명시스템의 제작에 정량적 데이터를 제공하고자 한다. 이를 위해 LED의 주요한 물리적 특성인 방열특성에 대한 성능분석, 전기적 특성의 분석을 위한 전력 및 드라이브 효율에 대한 성능분석을 수행하였고 조명특성을 위한 연색성, 배광특성, 광효율을 측정하였다. 백색 LED와 RGB 멀티칩 LED 조명장치를 활용한 응용장치의 적용방법을 확립하고 나아가 다양한 조명시스템에 LED 조명장치를 적용하는데 참고가 되는 기초 데이터를 제시하고자 한다.
본 연구에서는 의료용 신조명 부품으로 주목받고 있는 고출력 LED를 사용해 구강구조 확인을 위한 치과영역, 진료 및 수술실에서 환부에 대한 작은 범위(국소부위)의 무영 촬영이 가능한 휴대용 LED Light를 설계 개발하였다. 개발에 적용한 LED는 피사체 고유의 Tone에 대한 섬세한 표현력과 입체감을 부각시키기 위해 다양한 색상 구현 및 광량조절이 가능하도록 3색 LED를 사용했다. 사용된 LED의 전기적 특성 및 광학적 특성을 고려해 고효율의 Light Module를 개발했으며 휴대 사용을 위해 낮은 전압에서도 구동이 가능한 SMPS를 제작했다. 또한 PWM 제어방식을 이용해 단색광부터 백색광까지 32,768개의 다양한 색상 구현이 가능했다.
작업량과 시간, 기계를 뛰어넘어 수만 번의 출력에도 일관적인 고품질의 인쇄를 유지하는 '오세 다이렉트 프레스' 는 사용자의 신뢰를 얻기에 충분하다. 가변 데이터 처리를 통해 기존 출력 방식의 LED, 정착 온도, 습도, 정전하, 디벨로퍼와 폐토너의 영향을 받지 않는 안정성과 컬이 없는 일관성 있는 출력품질은 오세의 타협 없는 자부심이 낳은 결과다.
본 연구에서는 240 W급 고출력 LED 집어등의 특성을 기존 메탈 집어등과 비교하여 배광 패턴의 특성 및 광효율을 분석하고, 파장 대역의 특성을 해양 투과 특성 및 시감도를 고려하여 집어등 광원으로써 적정성을 분석하였다. 색온도 6500 K, white LED 패키지를 적용한 240 W LED 집어등의 특성을 보면 배광각은 ${\pm}45^{\circ}$, 조도 변화률이 0.8로 개선되었으며, 광효율은 98.8 lm/W로 향상되었다. LED 집어등의 해수의 투과율과 인간의 암순응시 시감도를 1,500 W 메탈등 1개와 4개의 240 W LED 집어등에 적용하여 비교한 결과, 방사출력이 수심 50 m에 이르면 거의 동등하였으며, 암순응시 시감도만을 적용한 경우에도 LED 집어등이 약 5 % 정도 높은 광속을 나타내었으며, 수심 50 m의 방사출력에 암순응시 시감도를 적용한 경우 LED 집어등의 광속이 14 % 높게 나타나 메탈등의 대체 가능성을 확인할 수 있었다.
고출력 LED 패키지의 방열 특성 향상을 위하여, 다이 접합부에 실리콘 접착제와 금속 패턴의 병렬 접합 구조를 적용하여 열 유동 해석을 수행하였다. 그 결과, LED 칩에서 발생한 열은 주로 금속 패턴 구조물을 통해 기판으로 효과적으로 전달되고 있으나, 패턴 구조물의 크기에 따라 효율의 차이가 있음을 확인하였고, 그 효과를 정량화하기 위해 정규화 길이를 도입하여 칩과 금속 패턴 구조물의 면적에 따른 열 저항을 비교하였다. 정규화 길이가 길어지면 금속 패턴 구조물에 의한 열 우회 경로가 칩에 고르게 분포하여 열 저항이 감소하였으며, 그 값은 단순 병렬 열 저항 이론 값보다 다소 큰 수치로 수렴하지만, 충분한 열 저항 개선 효과를 얻을 수 있었다.
$8{\sim}12$인치의 원형(또는 사각) PCB 기판에 수백 개의 고휘도 반도체 발광 다이오드(Light Emitting Diode. LED)와 구동 회로로 구성되는 LED 교통 신호등은 특정 파장대의 단색광을 발광하므로, 기존의 백열전구식 신호등에 비해 시인성이 좋고, 80 % 이상의 에너지 절약이 가능하다. 그러나 LED는 주위 온도에 따라 밝기가 변화하는 특성이 있다. 신호등은 기능상 외부 온도의 영향 없이 항상 일정한 광도를 유지해야 하므로, 본 논문에서는 외부 온도의 변화에 관계없이 일정한 광출력을 유지할 수 있는 LED 구동회로를 설계한다 이를 위해 정전압 및 정전류로 구동되는 LED의 온도에 따른 광출력 특성 실험이 수행되고, 이러한 데이터들을 바탕으로 정광출력 LED 신호등 구동회로가 설계되고 그 성능을 평가한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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