• 한국산학기술학회논문지
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• 제13권7호
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• pp.3146-3151
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• 2012

LED가 의료장비용 LCD 패널의 광원으로 사용되는 경우, 밝기, 휘도 균일성, 고출력, 백색의 조절 능력, 온도 등을 고려한 우수한 광학 기구의 설계 및 제작이 필요하다. 본 논문에서는 휘도 및 균일도, dimming 범위의 증대, 잡음 발생 억제 등에서 측면발광 방식의 45인치 의료기기 등의 LED 후면광 시스템 및 구동회로를 설계하고 그 시제품을 제작하였다. 시제품의 휘도, dimming 범위, flicker 잡음, black level, 온도 특성 등을 측정한 결과, 휘도의 범위는 3,000 ~ 25,000[$cd/m^2$], 색 좌표는 x 좌표 0.3144, y좌표 0.3076의 평균값을 보였으며, 온도 특성은 휘도가 20,000[$cd/m^2$]이상의 제어에서 냉각 시스템이 필요한 것으로 나타났다. 한편, dimming의 범위는 27.0[$cd/m^2$] ~515[$cd/m^2$], flicker noise는 80kHz에서 발생하지 않았고, black level 0.7[$cd/m^2$]~0.1 [$cd/m^2$]를 얻어 의료기기 등의 LCD 패널에 적용할 수 있을 것으로 판단되었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.463-463
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• 2010

고휘도 고효율 백색 LED (lighting emitting diode)가 차세대 조명광원으로 급부상하고 있다. 백색 LED를 생산하기 위한 공정에서 MOCVD (유기금속화학증착)장비를 이용한 Epi wafer공정은 에피층과 기판의 격자상수 차이와 열팽창계수차이로 인하여 생성되는 에피결함의 제거를 위하여 기판과 GaN 박막층 사이에 완충작용을 해줄 수 있는 버퍼층 (Buffer layer)을 만들고 그 위에 InGaN/GaN MQW (Multi Quantum Well)공정을 하여 고휘도 고효율 백색 LED를 구현할 수 있다. 이 공정에서 기판의 온도가 불균일해지면 wafer 파장 균일도가 나빠지므로 백색 LED의 yield가 떨어진다. 균일한 기판 온도를 갖기 위한 조건으로 기판과 induction heater의 간격, 가스의 흐름, 기판의 회전, 유도가열코일의 디자인 등이 장비의 설계 요소이다. 코일에 교류전류를 흘려주면 이 코일 안 또는 근처에 있는 도전체에 와전류가 유도되어 가열되는 유도가열 방식은 가열 효율이 높아 경제적이고, 온도에 대한 신속한 응답성으로 인하여 열 손실을 줄일 수 있으며, 출력 온도 제어의 용이성 및 배출 가스 등의 오염 없다는 장점이 있다. 본 연구에서는 유도가열방식의 induction heater를 이용하여 회전에 의한 기판의 온도 균일도 측정을 하였다. 기초 실험으로 저항 가열 히터를 통하여 대류에 의한 온도 균일도를 평가하였다. 그 결과 gap이 3 mm일 때, 평균 온도 $166.5^{\circ}C$ 에서 불균일도 6.5 %를 얻었으며 이를 바탕으로 induction heater와 graphite susceptor의 간격이 3 mm일 때, 회전에 의한 온도 균일도를 측정을 하였다. 가열원은 induction heater (viewtong, VT-180C2)를 사용하였고, 가열된 graphite 표면의 온도를 2차원적으로 평가하기 위하여 적외선 열화상 카메라(Fluke, Ti-10)을 이용하여 온도를 측정하였다. 기판을 회전하면서 표면 온도의 평균과 표준 편차를 측정한 결과 2.5 RPM일 때 평균온도 $163^{\circ}C$ 에서 가장 좋은 5.5 %의 불균일도를 확인할 수 있었고, 이를 상용화 전산 유체 역학 코드인 CFD-ACE+의 모델링 결과와 비교 분석 하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.311-311
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• 2014

III-N계 물질로 이루어진 GaN 기반의 광 반도체는 직접 천이형 넓은 밴드갭 구조를 갖고 있기 때문에 적외선부터 가시광선 및 자외선까지를 포함한 폭 넓은 발광파장 조절이 가능하여 조명 및 디스플레이 관련 차세대 광원으로 많은 관심을 받고 있다. 하지만, GaN기반의 발광 다이오드는 많은 연구기관들의 오랜 연구에도 불구하고 고출력을 내는데 있어 여전히 많은 문제들이 존재한다. 그 중, 주입전류 증가에 따른 효율감소 현상은 출력을 저해하는 대표적인 요소로 알려져 있는데, 이전의 연구 결과에서 알려진 효율감소 현상의 원인으로 결정결함에 의한 누설전류, Auger 재결합, 이송자 넘침 현상 그리고 p-n접합부의 온도 상승 등의 현상이 알려져 있다 [1-2]. 하지만 여전히 주입 전류 증가에 따른 효율 감소 현상의 원인에 대해 명확한 해답은 없으며 아직도 많은 논의가 이루어 지고 있다. 따라서, 본 연구에서는 GaN기반의 청색 및 녹색 LD와 LED소자를 이용하여 주입전류 밀도의 변화에 따른 자발 발광 영역에서의 효율감소 현상의 원인을 규명하고 한다. 유기금속화학증착법(MOCVD)를 이용하여 c면 사파이어 위에 서로 다른 발광파장을 가지는 InGaN/GaN 다중양자우물구조의 질화물계 LED와 LD 박막을 제작하였으며 성장 구조에 의한 특성으로 인해 발생하는 효율 저하 현상을 방지하고자 InGaN/GaN으로 이루어진 다중양자우물층의 조성만 제어하여 청색과 녹색으로 발광하도록 하였다. 청색 및 녹색 LD 웨이퍼들을 이용하여 주입전류 증가에 따른 발광특성을 조사하기 위해 LD와 LED는 표준 팹 공정에 의해 제작되었다. 전계 발광 측정을 위해 상온에서 직류 전류를 주입하여 GaN계 청색 및 녹색 LED와 LD에 각 5 mA/cm2에서 50 mA/cm2까지 전류밀도를 증가시킴에 따라 LD 및 LED칩 형태에 상관없이 청색 LD와 LED의 파장은 약 465nm에서 약 458nm로 감소하였고 녹색 LD와 LED의 파장은 약 521nm에서 약 511~513 nm까지 단파장화가 발생했다. 이는 동일한 웨이퍼에 동일한 전류 밀도를 주입하였기 때문에 발생하는 것으로 판단된다. 그러나, 청색 LED의 효율은 50 mA/cm2에서 약 70%정도로 감소하고 반면 녹색 LED의 경우 동일한 전류밀도 하에 약 52%정도로 감소하였지만, 청색과 녹색 LD의 경우 동일한 전류 밀도의 범위 내에서 더욱 낮은 효율저하 현상을 나타내었다. 또한, 접합 온도를 측정한 바 청색소자가 녹색 소자에 비하여 낮은 접합 온도를 나타낼 뿐아니라, 청색 및 녹색 LD의 경우 LED 보다 낮은 접합 온도를 나타내고 있었다. 이는 InGaN 활성층의 In 조성이 증가할수록 비발광 센터에 의한 접합온도 상승 뿐 아니라, LD ridge 구조에서 더 많은 열이 방출되어 접합 온도가 감소될 수 있는 것으로 판단된다. 우리는 동일한 웨이퍼에 LED와 LD를 제작하였고, 동일한 전류 주입밀도를 인가하였기 때문에 LD와 LED의 효율 감소 현상의 차이는 이송자 넘침 현상, 결정 결함, 오제 재결합 등이 원인보다 활성층의 접합 온도 상승이 가장 큰 영향이 될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국광학회지
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• 제25권4호
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• pp.221-224
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• 2014

고출력 LED 소자의 활용이 많아지면서, 온도상승 문제를 극복하고 신뢰성을 향상해야 하는 요구가 높아짐에 따라 광원 패키지의 방열이 매우 중요해졌다. 패키지에 칩을 접합하는 열전달 물질(TIM, Thermal Interface Material)은 열전도도가 높은 물질과 폴리머를 혼합하여 재료 자체의 열전달 특성을 향상시키는 방안이 사용되어 왔으나, 실제 패키지의 열 특성은 칩 부착계면의 높은 열저항으로 인해 기대에 미치지 못하고 있다. 본 연구는 diamond 분말과 epoxy의 혼합으로 열 특성을 개선함에 있어서, 과산화수소를 적용하면서도 기포를 효율적으로 제거하여, 각 계면의 친화성을 높이고 전체 점도를 낮추어 diamond 분말의 분산을 촉진하고, 결과적으로 대부분의 경우에 전체 열 저항을 약 30% 이상 개선하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제25권4호
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• pp.149-154
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• 2018

가로등 및 방폭등용 고출력 LED 조명 시스템의 광원으로서, 다수의 LED 칩이 실장된 50와트급 LED 어레이 모듈을 chip-on-board형 고방열 세라믹-메탈 하이브리드 기판을 사용하여 제작하였다. 고방열 세라믹-메탈 하이브리드 기판은 고열전도 알루미늄 금속 열확산 기판에 저온소결용 글라스-세라믹 절연 페이스트와 은 전극 페이스트를 후막 스크린 공정에 의해 도포한 다음, 건조 후 $515^{\circ}C$에서 동시소성하여 LED 칩을 실장할 세라믹 절연층과 은전극 회로층을 형성하여 제조하였다. 이 하이브리드 기판의 방열특성 평가를 위한 비교 샘플로서 기존의 에폭시 기반 FR-4 복합수지로 만든 써멀비아형 PCB 기판에도 동일한 디자인의 LED 어레이 모듈을 제작한 다음, 다중채널 온도측정장치와 열저항 측정기로 방열특성을 비교 분석하였다. 그 결과, $4{\times}9$ type LED 어레이 모듈에서 세라믹-메탈 하이브리드 기판의 열저항은 써멀비아형 FR-4 기판에 비하여 약 1/3로 나타났으며, 이것은 곧 방열성능이 적어도 3배 이상 높은 것으로 볼 수 있다.

• 한국항해항만학회:학술대회논문집
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• 한국항해항만학회 2015년도 추계학술대회
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• pp.322-323
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• 2015

육지초인용으로 사용하고 있는 전구식 회전형 대형등명기는 고압방전등을 사용하고 있어 고장발생 빈도가 높고 긴급수리에 장시간이 소요되어 기능 유지가 어려우며, 제품 가격이 높아 신규 설치 시 및 등명기 교체 시 비용 부담이 가증되는 문제점이 대두되고 있다. 따라서 기존 광원(메탈할라이트 램프 또는 텅스텐할로겐 램프)의 문제점을 개선하고, 국제항로표지협회(IALA)에서 권고하는 규격을 만족하는 효율성과 안정성이 뛰어난 대형 LED등명기 기술개발의 필요하게 되었다. 본 연구에서는 대용량 LED 모듈 및 반사경을 적용한 광학계를 설계하고, 광도와 반사경의 회전속도 제어하는 광출력/등질 제어시스템을 개발하여 20M부터 27M까지의 광달거리의 광도 가변형 육지초인용 LED 대형 등명기 개발을 수행하였다.

• 스마트미디어저널
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• 제11권9호
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• pp.21-29
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• 2022

센서 및 분석 경화시장에서 폭넓게 사용되고 있는 기존의 UV 광원들이 점차 LED로 교체 적용되고 있다. 그러나 UV LED의 광 성능이 기존 램프에 비하여 여전히 낮고 광 효율성도 낮아 효능성 감소 및 수명 저하 문제가 존재한다. 현재 환경과 UV램프의 기술적인 문제로 인하여 점차 LED교체가 이루어지고 있는 시점에서 UV LED의 성능 향상이 매우 중요하다. 본 연구에서는 UV LED의 수명 증가 및 성능 향상을 위한 new package 설계 및 분석을 실행하였다. 광소자에서 발생하는 열을 직접 방출하기 쉽도록 방열특성이 우수한 packaging 설계가 매우 중요한데, 본 연구에서는 열적 안전성을 기반으로 안정성이 우수한 패키지 구성 및 UV LED용 new packaging을 설계 구현하였다. 이를 통하여 광 효율 및 방열성능 향상을 위한 새로운 UV LED용 new packaging을 구성하고 전기적 광학적 특성을 각각 분석하였다. 또한 UV LED package의 방열성능 향상을 위해 높은 반사율 특성을 가지는 알루미늄(Al)를 이용, 최적의 렌즈 포커싱를 적용함으로서 광출력 효율을 증가 시킬 수 있었다. 기존 은(Ag)대비 광효율 결과가 약 ~30%이상 개선되었으며, 새로 적용된 광소자 패키지에서 광출력 저하 특성이 약 10% 이상 향상됨을 확인 할 수 있었다.

• 한국재료학회지
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• 제29권2호
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• pp.116-120
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• 2019

We prepared $Y_3Al_5O_{12};Ce^{3+},Pr3^{+}$ transparent ceramic phosphor using a solid state reaction method. By XRD pattern analysis and SEM measurement, our phosphors reveal an Ia-3d(230) space group of cubic structure, and the transparent ceramic phosphor has a polycrystal state with some internal cracks and pores. In the Raman scattering measurement with an increasing temperature, lattice vibrations of the transparent ceramic phosphor decrease due to its more perfect crystal structure and symmetry. Thus, low phonon generation is possible at high temperature. Optical properties of the transparent ceramic phosphor have broader excitation spectra due to a large internal reflection. There is a wide emission band from the green to yellow region, and the red color emission between 610 nm and 640 nm is also observed. The red-yellow phosphor optical characteristics enable a high Color Rendering Index (CRI) in combination with blue emitting LED or LD. Due to its good thermal properties of low phonon generation at high temperature and a wide emission range for high CRI characteristics, the transparent ceramic phosphor is shown to be a good candidate for high power solid state white lighting.

• 한국광학회지
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• 제24권5호
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• pp.224-230
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• 2013

레이저 리프트 오프(Laser Lift-Off: LLO)는 수직형 LED 제조를 위하여 GaN 또는 AlN 박막을 사파이어 웨어퍼로부터 레이저를 이용하여 제거하는 공정으로 광원, 레이저의 출력 파워를 조절해주는 감쇠기, 빔의 형태를 잡아주는 빔 성형 광학계, 원하는 빔 사이즈를 만들어 주고 빔을 균일하게 섞어주는 빔 균일 광학계, 기판에 투사 이전에 빔을 한번 잘라주는 조리개 부분과 마스크 단에서 잘린 빔을 기판에 투사해주는 투사렌즈 부분으로 구성되어 있다. 본 논문에서는 LLO 시스템을 구성하고 있는 광학계 중 감쇠기와 투사렌즈 부분의 설계 및 분석을 진행하였다. 투사렌즈의 $7{\times}7mm^2$ 빔 사이즈 구현을 위하여 광학 설계 프로그램인 지맥스를 통해 설계 및 초점심도를 분석하였으며, 조명 설계 프로그램인 라이트 툴을 사용하여 빔 사이즈 및 균일도를 분석하였다. 성능 분석 결과 사각형 빔의 크기 $6.97{\times}6.96mm^2$, 균일도 91.8%, 초점심도 ${\pm}30{\mu}m$를 확인하였다. 또한 고출력의 엑시머레이저의 빔 강도를 감쇠시키기 위한 장치인 감쇠기의 투과율을 높이기 위하여 에센설 맥클라우드 코팅 프로그램을 사용하여 유전체 코팅을 실시한 결과 총 23층의 박막과 s 편광의 입사각도 $45{\sim}60^{\circ}$에서 10-95%의 투과율을 확인 할 수 있었다.