LED(Light Emitting Diode)의 내부 온도에 대한 열화모델 및 가속열화시험법

Abstract

발광다이오드(Light Emitting Diode, LED)는 광기술과 공정기술이 융합된 21세기 새로운 광원으로, 기존의 백열등 형광등에 비하여 효율 및 수명 등에서 큰 장점을 가지고 있어 에너지절감 및 환경 친화적 제품으로 주목 받고 있다. LED는 전기, 전자, 통신 분야의 신호용에서 광고/교통/각종 디스플레이의 용도에서 기존 조명의 대체용으로 사용가능하다. 따라서 LED를 구성하고 있는 칩, 패키지, 기타 부품의 신뢰성을 개선하고, 사용 환경에 적합한 신뢰성 시험을 수행하는 것이 필요하다. LED는 5만 시간 이상의 긴 수명을 가지고 있어 높은 신뢰성의 특성으로 수명을 예측하기에 적어도 5000시간 이상의 시험시간을 수행하고 있으며 이에 따라 시간과 비용이 많이 소요된다는 문제점이 발생한다. 일반적으로 LED의 경우 고장이 잘 발생하지 않고, 시간이 경과함에 따라 빛의 양이 점차 줄어드는 현상을 보이므로 수명을 추정하는 연구방법으로 가속열화시험을 많이 수행하고 있다. 가속열화시험을 진행함에 따라, 광학적 열화현상에 맞는 열화패턴을 찾는 것이 중요하고, 기존 전류가속시험에서 실제 고장을 발생하는 원인인 내부온도(Junction Temperature)의 의한 수명평가가 필요하다. 이에 본 연구에서는 LED 가속열화시험을 진행하여 시간 경과에 따른 열화패턴에 적합한 열화모형을 선정하고, 전류가속조건에서 정상조건에서의 수명추정 방법인 역자승가속모형을 사용하여 수명을 추정하였다. 기존에 열화모형인 지수모형이 잘 맞지 않음을 확인하여 본 열화패턴에 적합한 로지스틱 모형을 선정하였고, 실제 전류가속조건에서의 고장메커니즘인 내부온도 측정을 통하여 아레니우스 가속모형을 적용하여 수명을 평가하였다. 이에 두 가속모형을 비교분석 함으로써 수명추정에 적합한 가속열화시험을 제안한다. 이를 통해 실제 고장원인인 내부온도를 고려한 수명추정 방법이 적합함을 확인하므로 다른 LED 타입 에도 적용하여 가속열화시험에 있어 효율적인 방법이 될 것으로 기대된다.