형광체 기반 백색 LED Packages의 색 균일도 특성과 향상

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, various design factors that could give influences on the color uniformity of a LED package were numerically analyzed by Monte Carlo ray-tracing simulation, and a surface texture on a LED array package was introduced and optimized in order to improve its color uniformity.

In order to obtain high color uniformity of white LED package based on phosphor, recent studies have focused on optimization of the structure of phosphor layer and its coating method. However, various design factors of the LED package could influence its optical properties, and thus the optimization of phosphor and chip structure only is not a proper approach to make LED package having high color uniformity. In this study, effect of phosphor design on the commercial LED package, chip size, chip type, and encapsulation property was simulated by Monte carlo ray-tracing simulation to numerically analyze effect of color uniformity on these design factors.

Based on this result, LED array package having textures onto its surface which had been proposed for enhancing efficiency was numerically analyzed by ray-tracing simulation, in order to understand variation of color distribution and luminous efficacy of the LED array package according to texture structure, and then optimized model was designed.

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 형광체 기반의 백색 LED package를 설계하는데 있어서 색 분포에 영향을 미치는 여러 가지 설계 인자를 시뮬레이션을 통해 분석하였으며, LED array package의 표면에 texture를 형성하고 이를 최적화 하여 높은 색 균일도를 갖는 package를 설계하였다.

기존의 연구에서는 형광체 기반의 백색 LED package의 색 균일도를 향상시키기 위해 형광체의 도포 형태를 최적화 또는 개선하는데 집중했다. 그러나 package 내에는 광학적 특성에 영향을 줄 수 있는 다양한 요인들이 있으므로 단순히 칩과 형광체의 최적화가 그대로 package에 적용된다고 보기 어렵다. 본 연구에서는 형광체의 최적화 이외에 색 균일도에 영향을 줄 수 있는 칩의 종류와 크기, encapsulation의 특성 등을 상용 LED를 모델링하여 Monte Carlo 방식의 광선추적 시뮬레이션을 통해 수치해석적으로 분석하였다.

위의 결과를 바탕으로 광 추출효율 향상을 목적으로 제안되었던 textured surface를 texture의 구조, 형태에 따른 색 분포 변화를 살펴보았으며 색 균일도 및 광 효율을 동시에 향상시키기 위한 최적화 모델을 광선 추적시뮬레이션 관점에서 체계적으로 분석해 보았다

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 1
• 제 2 장 형광체 기반 백색 LED 3
• 2.1. 백색 LED의 원리 3
• 2.2. 형광체의 발광원리 6
• 2.3. 색좌표 와 색온도 정의 8
• 2.4. 형광체 기반 백색 LED의 색 편차 12
• 제 3 장 LED package 모델링 15
• 3.1. 단일 칩 LED package 모델링(SMD) 15
• 3.2. LED array package 모델링(COB type) 19
• 제 4 장 단일 칩 LED package의 색 균일도 분석 22
• 4.1. 형광체 도포 형태의 영향 22
• 4.2. LED 칩 종류와 크기의 영향 24
• 4.3. Encapsulation 특성의 영향 27
• 제 5 장 LED array package의 색 균일도 향상 29
• 5.1. 전반사 현상에 의한 색 분포 29
• 5.2. 표면 패턴 형성을 통한 색 균일도 향상 31
• 제 6 장 결론 42
• 참고문헌 43