[논문 리뷰] Electrical, thermal and optical characterization of power LED assemblies

A. Poppe, Gábor Farkas외 1명|ArXiv.org|2007. 09. 12.

Semiconductor Lasers and Optical DevicesEngineering참고 문헌 17인용 수 18

한 줄 요약

이 논문은 고전력 LED 어셈블리의 통합 전기-열-광 특성 평가 프레임워크를 제안한다. 이는 보드 수준의 전기-열 시뮬레이션과 맞춤형 측정 시스템을 통합하여 열 및 복사계량 데이터를 확보한다. 연구는 시뮬레이션 결과와 실험 결과 간에 높은 일치도를 보이며, 고전력 LED 설계에서 접합 온도 및 광학 성능 평가의 정확성을 입증한다.

ABSTRACT

Besides their electrical properties the optical parameters of LEDs also depend on junction temperature. For this reason thermal characterization and thermal management play important role in case of power LEDs, necessitating both physical measurements and simulation tools. The focus of this paper is a combined electrical, thermal and optical characterization of power LED assemblies. In terms of simulation a method for board-level electro-thermal simulation is presented, for measurements a combined thermal and radiometric characterization system of power LEDs and LED assemblies is discussed. Comparison of measurement and simulation results is presented in a case study.

연구 동기 및 목표

• 고전력 LED에서 접합 온도가 광학 성능에 미치는 영향을 해결한다.
• LED 어셈블리의 전기적, 열적, 광학적 성질을 동시에 특성화하기 위한 종합적인 방법론을 개발한다.
• 모델링과 실제 측정 간의 격차를 해소하여 고전력 LED 시스템의 신뢰할 수 있는 열 관리에 기여한다.
• 검증된 모델링을 통해 다양한 열 조건에서의 LED 성능 예측을 정확하게 가능하게 한다.
• 통합 다중 도메인 특성 평가를 통해 고전력 LED 패키지의 설계 최적화를 지원한다.

제안 방법

• 고전력 LED 어셈블리의 열 거동을 모델링하기 위해 보드 수준의 전기-열 시뮬레이션 방법을 제안한다.
• 고전력 LED를 특성화하기 위한 통합된 열 및 복사계량 측정 시스템을 설계하고 구현한다.
• 측정 시스템에서 확보한 실험 데이터를 바탕으로 시뮬레이션 결과를 검증한다.
• 전기적, 열적, 광학적 데이터를 통합된 특성 평가 프레임워크로 통합한다.
• 시뮬레이션과 측정된 접합 온도 및 광출력을 비교하는 사례 연구를 적용한다.
• 측정 정확도를 확보하기 위해 열저항 및 복사계량 校정 기법을 활용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 접합 온도가 고전력 LED의 광출력과 전기적 특성에 미치는 영향은 어떠한가?
• RQ2 보드 수준의 전기-열 시뮬레이션은 고전력 LED 어셈블리의 열 거동을 얼마나 정확하게 예측할 수 있는가?
• RQ3 통합된 열 및 복사계량 측정 시스템은 LED 특성 평가를 위한 신뢰성 있고 재현 가능한 데이터를 제공할 수 있는가?
• RQ4 실제 LED 어셈블리에서 시뮬레이션된 접합 온도와 측정된 접합 온도 간의 일치 수준은 어떠한가?
• RQ5 통합된 전기-열-광 특성 평가 방법은 고전력 LED 시스템의 열 관리 및 신뢰성 향상에 어떻게 기여할 수 있는가?

주요 결과

• 접합 온도는 고전력 LED의 광출력과 전기적 거동에 상당한 영향을 미친다.
• 보드 수준의 전기-열 시뮬레이션 방법은 LED 어셈블리의 열 기울기와 접합 온도를 정확하게 예측할 수 있다.
• 통합 측정 시스템은 정밀하고 동시에 열 및 복사계량 데이터를 확보할 수 있다.
• 사례 연구에서 시뮬레이션된 접합 온도와 측정된 접합 온도 간에 높은 상관관계가 관찰되었다.
• 통합된 특성 평가 접근법은 다양한 열 조건에서의 광학 성능 예측을 신뢰성 있게 가능하게 한다.
• 실험 데이터를 통한 시뮬레이션 검증을 통해 이 방법이 고전력 LED 응용 분야의 열 설계 최적화에 적합함을 확인하였다.