지난 시간에 LED에 대해 알아봤는데요.
이번 시간엔 LED는 LED인데 UV를 방사하는 LED, UV-LED에 대해 알아보겠습니다.
‘UV-LED’란 웨이퍼 위에 약100 미크론 두께의 에피 성장시킨 GaN (갈륨 나이트라이드) 칩을 팩키징하여 집광 시스템과 방열을 극대화 한 LED칩 소자를 말합니다.
예전에는(2005년경) 전력이 인가되면 1~8%가 UV에너지로 방사되며 80%이상이 열에너지로 방사되었으나 최근에는 70%이상의 UV 에너지를 방출하기까지 이르렀습니다.
여담인데 불과 5년 전까지는 칩 제조사가 서너군데에 불과했으나 현재 제조사가 수십군데는 되어 좋은 칩을 얼마나 저렴하게 들여오는지에 따라 제품 발주의 향방이 달라집니다. 중국제가 단가면에서 가장 유리하다고하나 품질 상으로 문제가 많은 경우가 많았습니다. ‘싼 게 비지떡’이라고 무조건 저렴하다고 좋은 것은 아니겠죠. 좋은 UV-LED칩의 수배는 UVLED경화기의 품질향상과 직결됩니다.
일부 특성이 LED와 중복되는 내용이 많으나 UV-LED가 가지고 있는 주요 특성은 다음과 같습니다.
ⓐ 0.3 ~ 2mm의 소형 칩을 사용하고 지향성 광원이므로 부품 및 모듈의 슬림화가 가능.
ⓑ 수십 나노(10의 -9승 ~ 10의 -8승)초 단위의 고속응답 속도를 가지므로 On-Off 전환이 램프에 비해 매우 빠름.
ⓒ 초기 출력 대비 50% 감소시점을 수명으로 볼 때 일반 사용조건에서 GaN 계열 LED는 10만 시간, GaAs계 LED는 100만 시간으로 수명이 김.
ⓓ 스펙트럼의 선 폭이 작으므로 색 순도가 좋고 고속변조가 가능.
ⓔ 칩에서 방사되는 파장과 광 출력이 칩 온도에 매우 민감.
UV-LED 칩 제조 시 주로 GaN(갈륨나이트라이드)이라는 물질을 넣어 만드는데 UV-LED를 다른 말로 GaN LED라고 부
르기도 합니다.
UV-LED칩의 발광 메커니즘은 다음과 같습니다.
① P, N 반도체를 아래 그림과 같이 붙여 놓고 전압을 가해 주면, P형 반도체의 정공은 N형 반도체 쪽으로 가서 가운데층으로 모입니다. 이와는 반대로 N형 반도체의 전자는 P형 반도체 쪽으로 가서 전도대(conduction band)의 가장 낮은 곳인 가운데층으로 모입니다.
② 이 전자들은 가전대(valence band)의 빈자리(정공)로 자연스럽게 떨어지며, 이 때 전도대와 가전대의 높이 차이 즉 에너지 갭(energy gap)에 해당하는 만큼의 빛 에너지를 발산합니다.
이렇게 발산된 빛 에너지의 파장이 가시광선 대역이면 일반 Visible LED로 사용되고, 파장이 UV대역이 되면 UV-LED가 됩니다.
