LCD TV 새 광원으로 급부상..
백열등, 형광등에 이은 새 조명 부각
↑LED를 적용한 교통 신호등
언제부터인가 신호등이 밝아졌다. 신호등 속 사람 모습은 더 선명해졌고 좌회전(←), 우회전(→) 신호도 눈에 더 잘 들어오기 시작했다. 밤거리는 한층 밝아졌고 차량 내부와 사무실도 환해졌다. TV를 비롯한 전자제품 속의 인물이나 배경 같은 영상도 보다 선명해졌다. '미래의 빛' 발광다이오드(LED, Light Emitting Diode)가 어느 사이 우리 일상을 파고들고 있다.
LED가 제2의 '빛의 혁명'을 선도하고 있다. 인류에 있어 빛의 혁명은 불의 발견에서 시작해 19세기 에디슨이 백열전구를 발명하며 전환기를 맞았다.
21세기는 LED가 주인공이다. LED는 기존 광원을 빠른 속도로 대체하며 세상을 환하게 밝히고 있다. 도로, 거리, 자동차, 빌딩, 집안 등 생활 곳곳에서 '빛의 혁명'을 일으키고 있다.
LED는 양(+)과 음(-)의 성질을 가진 2개 이상의 화합물로 구성, 전류를 흘려주면 빛을 발산해 '빛의 반도체'로 불린다.
LED는 △저전력 △장수명 등의 장점을 가진 친환경 광원이다.
전 세계가 '친환경' 정책을 강조하는 추세와 발맞춰 LED가 차세대 광원으로 각광 받을 수밖에 없는 이유다.
삼성, LG, 효성 등 대기업이 신성장 동력으로 LED 사업을 집중 육성하고 미국, 일본, 유럽 등 세계 각국 정부가 자국의 LED 산업을 장려하는 것도 같은 맥락이다.
업체간 경쟁도 본격화되고 있다. 삼성전자는 지난달 에지 방식(LED를 LCD 패널 테두리에 두는 방식)의 LED TV 2개 모델, 총 6개 제품을 일시에 출시하며 시장 선점에 나섰다.
화질과 슬림 특성 등을 더욱 강화한 후속 제품들도 잇따라 선보일 예정이다. LG전자도 이달부터 직하 방식(LED를 LCD 패널 바로 뒤에 두는 방식)의 새 모델을 추가로 선보이고, 하반기에는 에지 방식의 LED TV도 선보여 맞불을 놓을 예정이다. 지난 2006년 가장 먼저 LED TV를 선보였던 소니는 아직 본격적인 양산 일정을 내놓지 않고 있다.
↑글로벌 LED 시장 점유율. 2006년)
시장조사기관 스트래티지스 언리미티드(Strategies Unlimited)에 따르면 2006년 현재 세계 LED 시장 점유율은 일본이 50%로 절반을 차지하고 있고 대만(14%), 미국(13%), 유럽(10%)에 이어 한국은 5위(9%)를 기록하고 있다. 중국은 4%로 6위에 올라 있다.
올해 글로벌 시장은 지난해 46억 달러 대비 약 13% 성장한 52억 달러를 기록한 후 2013년 약 120억 달러로 증가할 전망이다. 이는 D램, 낸드플래시 등 메모리반도체 시장과 동등한 수준이다.
하지만 이같은 성장 가능성에도 불구하고 LED 업계에서 해결해야 할 과제도 적지 않다. 우선 가격경쟁력 확보가 문제다.
업계에 따르면 현재 유통 중인 벌브(Bulb) 형태의 LED 전구는 2만 원 이상으로 3파장 형광등 전구보다 3배 이상 비싸다. 사무실이나 복도 등에 주로 쓰이는 LED 평판조명은 15만~25만 원대로 기존 조명의 2배 이상이다.
디스플레이서치에 따르면 TV용 후면광(BLU)은 기존 냉음극형광램프(CCFL)를 채용한 BLU 가격이 약 140달러인 반면 LED BLU는 500달러로 3배가 넘는다.
이렇게 LED가 기존 조명에 비해 비싼 것은 단일 LED칩의 광량이 형광등, 백열등 같은 기존 조명에 비해 낮아 다수의 칩을 써야 하기 때문이다.
따라서 하나의 LED 칩이 하나의 전구가 될 수 있도록 단일 칩에 주입될 수 있는 전류량을 높이고 광량을 확보하는 것이 우선돼야 한다는 게 전문가들의 공통된 지적이다.
LED 조명 시장이 활성화되려면 하나의 칩에 2암페어(A) 이상의 전류가 주입될 수 있어야 한다. 현재 휴대폰용 LED칩에 주입 가능한 전류는 20~350mA 정도다.
LED의 성능을 극대화할 수 있는 최적의 조명 시스템 구축도 넘어야 할 산이다. 업계에 따르면 LED칩 자체의 효율을 100으로 볼 때 LED 조명 시스템의 효율은 약 57%에 불과하다.
구동칩(Driver IC) 등의 시스템 구성요소와 특히 LED의 약점으로 꼽히는 방열 문제를 해결하지 않는 한 ‘장수명’은 이론으로 끝날 수밖에 없다.
LED 시장 활성화의 가장 큰 걸림돌은 역시 '원천특허'다. LED 관련 특허는 크게 청색 LED 칩 구조와 형광체 기술로 나뉜다.
우선 칩 구조 관련 특허 가운데 다수가 1990년대 초반 등록된 것이어서 특허 인정 기간이 20년 정도임을 감안하면 향후 2~3년 안에 중요한 일부 특허가 만료되기 시작한다.
그러나 보다 중요한 형광체 관련 특허는 만료 시점이 2015년 이후 돌아와 풀어야 할 '숙제'로 남아있다.
빛을 내는 반도체의 발광 원리
전기에너지를 빛에너지로 전환..파장 따라 다른 색 구현
↑LED 발광원리. N층(-)의 전자가 P층(+)으로 이동, 결합하면서 에너지를 '빛'으로 방출한다
LED는 전압을 가하면 빛을 발해 '빛의 반도체'로 불린다. 전기에너지를 빛 에너지로 변환시키는 반도체다.
이와는 반대로 태양으로부터 받은 빛에너지를 전기에너지로 바꿔주는 이극반도체(다이오드)는 포토다이오드라고 불리며 이는 태양전지에 자주 활용된다.
LED가 빛을 낼 수 있는 것은 LED가 양(+)과 음(-)의 전기적 성질을 지닌 2개 이상의 화합물로 구성돼 있기 때문이다.
LED는 통상적으로 주기율표상의 3족과 5족 원소를 조합해 만든다. 4족이 4개의 전자를 가져 가장 안정적인 가운데 3족은 4족에 비해 전자가 하나 적고 그 자리는 정공(Hole)이 차지하고 있다. 5족은 4족보다 전자를 하나 더 갖고 있다.
3족 원소처럼 정공이 하나 있는 것은 P(Positive)형 반도체, 5족 원소처럼 전자가 하나 많은 것은 N(Negative)형 반도체로 불러 LED를 'P-N형 반도체'의 결합이라고도 부른다.
이런 화합물에 전압을 걸어주면 N층의 남는 전자가 P층의 정공으로 이동, 결합하면서 에너지를 발산한다. 이 에너지는 주로 열이나 빛의 형태로 방출되는데 빛으로 발산되는 게 LED다.
LED가 빛을 내는 발광 원리를 쉽게 이해하려면 널뛰기와 비교할 수 있다.
명절 때 하는 널뛰기처럼 한쪽에서 먼저 힘을 가하면 반대쪽 사람이 그 힘에 의해 공중으로 올라가면서 불안정한 상태가 되고, 그 사람이 중력에 의해 안정을 되찾기 위해 제자리로 돌아오면서 자신에게 가해졌던 힘과 같은 힘을 반대쪽 사람에게 전달하는 형태가 된다.
널뛰기는 이 때 위치에너지가 동일한 위치에너지로 바뀌지만 LED에서는 위치에너지가 빛에너지 형태로 외부로 방출되는 것이 다르다. 물리학에서는 에너지보존의 법칙에 따라 위치에너지만큼의 동일한 에너지가 나오는데 이것이 빛일 수도 있고 열일 수도 있다.
LED를 만드는데 쓰이는 대표적인 화합물로는 갈륨 아세나이드(GaAs), 갈륨 아세나이드 포스파이드(GaAsP), 갈륨 포스파이드(GaP), 갈륨 나이트라이드(GaN) 등이 있다.
화합물의 종류가 LED의 색상도 결정한다. 파장이 짧은 인듐갈륨나이트라이드(InGaN)의 경우 청색 계열, 파장이 긴 알루미늄갈륨아세나이드는 적색의 빛을 낸다.
일반 조명과 같은 흰 빛을 내는 백색(White) LED를 만드는 방법은 크게 3가지로 분류할 수 있다. 빛의 3원색인 △적색, 녹색, 청색 LED를 조합하거나 △청색 LED에 황색 형광체를 도포하거나 △UV(자외선) LED에 적·녹·청 3색 형광체를 사용하는 방식이다.
현재 상용화된 백색 LED는 대부분 청색 LED에 황색 형광체를 씌우는 방식으로 만들어진다.
LED가 처음 발견된 것은 1923년. 당시 반도체 소재인 실리콘카바이드(SiC)에 직류 전류를 흘려 발광된 물질이 최초의 LED로 알려져 있다.
실용적인 최초의 LED는 1962년 미국 제너럴일렉트릭(GE)이 GaAsP 화합물을 이용해 개발한 LED이며 1968년 미 몬산토사가 본격 양산하기 시작했다.
이후 1986년 일본의 아카사키 교수가 질화물(나이트라이드)계 반도체를 처음 소개했고 이듬해 일본 니치아화학공업의 슈지 나카무라 박사가 청색 LED를 최초로 개발했다.
니치아는 이어 1997년 청색 LED에 황색 형광체를 도포해 단일 칩으로는 최초의 백색 LED를 구현했다.
LED 공정
LED 조명 에피부터 세트까지 5단계 거치며 탄생
제2의 빛의 혁명을 이끄는 LED는 어떻게 만들어 지고, 어떤 특징을 지니며, 어디에 사용될까?
LED는 조명을 기준으로 할 경우 '
에피(Epi)-팹(Fab)-패키지(PKG)-모듈(Module)-조명(Set)' 등 5가지 공장을 거쳐 제작된다.
우선 에피 공정은
1.유기금속화학증착기(MOCVD)를 이용해 사파이어, 실리콘카바이드(SiC) 등의 기판 위에 화합물 반도체를 성장시켜 에피 웨이퍼(Wafer)를 제조하는 과정이다.
2.에피 웨이퍼 상에 P(+), N(-) 전극을 형성하고 칩 크기 별로 절단 및 가공하는 게 팹 공정이다.
3.이렇게 만들어진 칩에 전극과 와이어(Wire)를 연결, 조립 후 수지로 밀봉하는 공정이 패키지다. 백색 LED를 제조하기 위해 칩에 황색 계열의 형광체를 바르는 과정도 패키지 공정에 포함된다.
에피에서 패키지에 이르는 3단계 공정이 끝나면 하나의 완전한 단일 LED 칩 제품이 탄생한다.
4.패키지가 끝난 LED 칩 여러 개를 특정 프레임에 배열, 부착하는 과정이 모듈이고 여기에 전원공급장치, 인버터 등을 연결하고 외관을 씌우면 LED 조명이 만들어진다.
*5개 공정 가운데 에피, 팹 등 전(前)공정으로 갈수록 부가가치가 높고 고도의 기술력을 요구한다. 특히 에피에서 패키지에 이르는 3단계 공정은 LED 제조의 핵심공정으로 진입장벽이 높고 수십~수백억 원 상당의 대규모 투자를 수반한다.
LED는 △저전력 △장수명 △고휘도 △빠른 응답속도 △디자인 자유 △온도 저항력 △다양한 색상 등의 장점을 두루 가진 '팔방미인'형 광원이다.
우선 백열등, 형광등 같은 기존 등기구 대비 전력 소모가 적은 게 큰 특징이다. 전기에너지를 빛으로 전환해주는 비율인 광 변환 효율이 백열등 5%, 형광등 40%인데 반해 LED는 최고 90%에 달한다.
LED는 2~3볼트(V)의 낮은 전압으로도 동작해 전기 소비량이 일반 전구 대비 약 5분의1이다. 그만큼 이산화탄소(CO2), 이산화질소(NO2), 이산화황(SO2) 같은 온실효과 유발 물질 배출을 줄일 수 있다.
LED는 또 수은(Hg), 납(Pb) 등의 유해물질이 없는 친환경 광원이며 수명이 최대 10만 시간으로 백열등(1000시간)과 형광등(1만 시간) 대비 각각 100배, 10배에 달해 폐기물 처리 걱정을 덜어준다.
휘도(밝기) 역시 LED는 와트(W)당 169루멘(lm)으로 형광등(80루멘) 대비 2배 가량 밝다. LED는 이론상으로는 270루멘 까지 구현할 수 있는 것으로 알려져 있다.
온도 저항력도 강점이다. 섭씨 25도에서의 LED와 형광등의 휘도를 모두 100으로 볼 때 0도에서의 휘도는 각각 110, 85로 LED 휘도는 향상되고 형광등은 떨어진다. 영하 30도로 가면 LED가 125로 형광등(20) 대비 6배를 넘어선다.
LED는 또 크기가 작아 제품 디자인을 자유자재로 구사할 수 있는 데다 응답속도도 빠르다. 점등과 소등 속도가 백열전구의 200만 배에 달한다.
또한 색재현성이 뛰어나 다양한 색상을 자연광과 유사하게 구현할 수 있고 기존 광원처럼 가스나 필라멘트가 없어 충격에도 강하다.
다양한 장점을 등에 업고 LED는 '빛이 나는' 모든 곳으로 영역을 확대하고 있다.
초기 시장은 휴대폰용이 성장을 견인했다. 휴대폰용 시장은 2007년 현재 전체 시장의 37%(17억 달러)를 점유, 최대 시장이었지만 2011년 14억 달러로 5% 역성장할 전망이다. 수량은 오름세이나 판가가 내림세이기 때문이다.
디스플레이서치에 따르면 노트북의 LED 채택 비중은 2008년 12%에서 2009년 38.4%, 2010년 52%로 급증할 전망이다.
올해와 내년은 TV용 후면광(BLU)이 시장을 주도하고 최대 시장인 LED 조명은 2011년부터 활성화될 것으로 업계는 기대하고 있다.
적용처가 확대되면서 LED 전체 시장도 급성장하고 있다. 스트래티지스 언리미티드에 따르면 최대 시장인 조명은 2008년 말 현재 약 1087억 달러인 가운데 LED 조명이 차지하는 비중은 3% 정도로 집계됐다. 같은 해 백열등과 형광등의 점유율은 각각 62%, 35%.
그러나 오는 2015년에는 LED 조명 점유율이 30%로 급증할 것으로 업계는 보고 있다. 아울러 LED 조명 시장 규모는 2008년 35억 달러에서 2015년 463억 달러로 연평균 45% 성장할 전망이다.
국내 LED 시장은 2007년 4013억원, 2008년 6127억원에서 오는 2015년 약 5조 원 시장을 형성할 것으로 업계는 내다보고 있다.
LED에피웨이퍼 와 에피칩 제조공정
'빛의 반도체' 제조 핵심부품 성능 차이가 LED 밝기 좌우
사파이어 기판에 금속 증착시켜 제작
국내업체 13곳 불과… 균형개발 필요
최근 세계적으로 LED산업이 빠르게 성장하고 있습니다. LED(Light Emitting Diode)는 발광다이오드라고 흔히 불리는데, 서로 다른 성질을 가진 화합물에 전류를 흘려주면 빛이 발생, 빛의 반도체로 불리기도 합니다. LED는 일반 조명램프나 자동차용 램프 등 현재 조명제품을 대체할 차세대 조명과 LCD TV나 모니터 등에 들어가는 차세대 백라이트 등으로 널리 사용되고 있고, 장차 친환경 그린 광원으로 급성장할 전망입니다.
LED는 방출하는 빛의 종류에 따라 가시광선 LED, 적외선 LED, 자외선 LED로 분류됩니다. 가시광선 LED는 전체 LED 시장의 90∼95%를 차지하고 있으며 적색, 녹색, 청색, 백색 LED 등이 있습니다. 일반적으로 말하는 LED제품은 LED의 빛이 눈에 보이는 가시광선 LED를 의미합니다. 적외선 LED는 리모콘, 적외선 통신(IrDA) 등에 사용되고 있으며, 자외선 LED는 살균, 피부치료 등 생물, 보건 분야에 쓰입니다.
◇LED 어떻게 만들어지나=
LED를 만들기 위한 제조공정은 LED 기판 제작, 에피웨이퍼 공정, 에피칩, 칩 패키징, 모듈화, 완제품 등의 단계로 나뉩니다. LED 에피웨이퍼를 만들기 위한 원판으로 가장 널리 쓰이는 것은 사파이어 기판이며, 탄화규소(SiC)나 갈륨비소(GaAs) 기판도 사용됩니다. 사파이어나 탄화규소 기판은 주로 녹색과 청색 LED를 만드는데 쓰이고, 갈륨비소 기판은 주로 적색 LED를 만드는데 씁니다. 동그란 기판 위에 유기금속화학증착장비(MOCVD)를 이용해 유기금속화합물을 얇게 증착시킨 것이 에피웨이퍼입니다. 에피웨이퍼는 노광, 식각, 금속전극증착 등 반도체와 같은 공정을 거친 뒤 낱개로 절단하는 과정을 거치면 에피칩이 됩니다. 이어 에피칩에 전극다리(리드)를 연결하고 수지 등 보호물질로 싸는 패키징 공정을 거쳐 제품 용도별로 모듈화하면 완제품 제조에 바로 사용할 수 있게 되는 것입니다.
◇LED 기술력 가르는 에피웨이퍼와 에피칩=
차세대 광원으로 LED 제품의 가장 중요한 특성은 바로 밝기입니다. LED 밝기는 에피웨이퍼로부터 생산되는 에피칩 성능차이로 결정됩니다. 그만큼 LED 산업 전체에서 에피웨이퍼와 에피칩의 중요성이 강조되는 추세입니다. 에피(Epi)라는 말은 에피택셜(Epitaxial)의 줄임말로 같은 결정구조로 2개의 층을 만드는 것을 의미합니다. 즉 단결정 기판과 같은 단결정 구조의 박막 유기금속화합물을 증착시켜 반도체화는 것을 말합니다. 증착공정은 알킬계 유기금속화합물과 수소화물계 가스를 열분해 반응시키는 것입니다.
에피칩 제조는 에피웨이퍼 위에 마스크를 대고 금속을 증착해 전극을 형성하는 칩 공정과 일정한 크기로 각각의 에피칩을 자르는 다이싱(Dicing)공정, 잘려진 각각의 칩 간격을 넓혀주는 확장(Expanding)공정으로 구분됩니다.
에피웨이퍼 제조기술을 보유한 대부분의 업체는 에피칩 생산공정도 보유하고 있습니다. 올해 4월 현재 국내 LED 관련 업체는 모두 457곳에 달하지만, 이 가운데 63%에 달하는 283개 업체가 LED조명 등 완제품 사업을 하고 있습니다. 또 LED 패키징 업체는 35곳이지만, LED 에피웨이퍼와 에피칩 관련 업체는 전체 2.8%인 13곳에 불과합니다. 대표적인 해외 에피웨이퍼와 에피칩 제조업체는 일본의 니치아, 도요타고세이 등이 있고, 국내에는 삼성LED, 에피밸리 등이 있습니다.
정부는 LED 산업을 21세기 신성장동력 선두주자로 육성할 것을 밝히며, 2012년까지 3조원 규모의 투자를 단행해 세계 3대 LED 생산국이 되는 것을 목표로 삼았습니다. 또 `LED 조명 15/30 보급 프로젝트'를 통해 2015년까지 국내 전체 조명의 30%를 LED조명으로 대체해나간다는 계획입니다. 그러나 진정한 LED 강국이 되려면 완제품은 물론 LED 기판, 에피웨이퍼, 에피칩 등 핵심 요소기술 개발과 관련 산업의 균형적 육성이 가장 중요하다고 전문가들은 입을 모으고 있습니다.
대량생산 가능한 나결정 LED 형광체 합성
Eu2+, Ce3+와 같은 란탄족이 도핑된 질화 실리케이트 그리고 산화 실리케이트는 백색발광 다이오드로 응용하는데 있어 매우 효율이 좋은 발광 재료 (형광체)로서의 가능성을 보여주었다. 근자외선 혹은 청색광으로 여기시키면 Eu2+가 도핑된 형광체가 가시광선을 발광하게 된다. 이것은 Eu2+의 발광이 4f ? 5d parity 허용 천이이기 때문에 가능하며 이러한 전자의 이동은 주어진 모체의 결정장과 공유결합성에 매우 민감하다. 질화물 모체에서 Eu2+의 여기와 발광 밴드는 산화물에 비하여 상당히 장파장쪽으로 이동을 하게 되는데 이것은 Eu2+와 N 리간드 사이의 공유결합성 때문이다. 이는 Nephelauxetic effect로 잘 알려져 있다. 이러한 특성으로 인해 Eu2+가 도핑된 형광체는 백색 발광 다이오드용 down-conversion 발광 재료로 사용될 수 있다.
Eu2+으로 활성화된 질화물 형광체는 양자 효율이 높으며, 광 안정성과, 열 안정성이 우수한 특성을 지닌다. 또한 Eu2+ 이온은 2개 혹은 3개의 형광체를 이용하여 백색발광 다이오드를 제조하는 데 있어, 적절한 밴드 모양을 나타내므로 다양한 백색발광 다이오드에 적용할 수 있다. 그러한 우수한 형광체의 대표적인 예는 CaAlSiN3:Eu2+ 와 Sr2-x-yBaxCaySi5N8:Eu2+ (소위 2-5-8 형광체라고도 불린다.)이다. 그러므로, 새로운 질화실리케이트 모체를 만들기 위해 만은 노력이 이루어졌다. 그러나 이 외에도 이미 알려진 질화물계 형광체에 대한 최적화된 합성법을 개발하는 것도 중요한 연구의 목표가 된다.
질화 실리케이트를 합성하기 위해서는 질화 규소, 메탈, 그리고 산화물과 같은 원료물질을 이용해 1500 에서 1650 oC의 고온 공정을 거쳐야 한다. 산화물의 Carbothermal reduction and nitridation (CRN)과 같은 새로운 방법을 사용해서 합성 온도를 1400?1500 oC로 낮출 수 있다. 그러나 CRN 방법은 합성된 물질에 상당량의 탄소가 포함되며 이것은 형광체의 발광 효율을 떨어뜨린다. 합성 온도를 낮추는 또 다른 방법이 MSiN2 (M = Ca, Sr, Ba)의 합성에 대해 보고되었으며 이 경우 900?1000 oC에서 합성이 이루어졌다. 그러나 알칼리 금속 융제가 탄탈륨 앰플 안에서 사용이 되어야 하기 때문에 대량 생산을 위한 스케일-업에 장애가 된다. AlN 혹은 GaN과 같은 이원계 질화물의 결정성장에 대해 Ammonothermal 방법을 통해 상대적으로 낮은 온도 (500?700 oC)에서 합성이 이루어졌다. 반면, 다원계 질화 실리케이트를 합성하기 위한 유사한 저온 solution-based 합성 방법은 거의 연구되지 않았다.
최근, CaAlSi 화합물을 원료로 supercritical ammonia와 연속적인 열처리를 통한 저온 공정을 통해 CaAlSiN3를 합성하는 방법이 보고되었다. 광화제로서 NaNH2를 첨가할 때 최적화된 수율이 얻어졌으나, 이 경우 입자에 균열이 나타나고, 막대 모양의 결정이 형성되었다. 최근에 우리는 질화 실리케이트 형광체에 대한 또다른 저온 합성 방법을 소개하였고, 결정모양과 발광 특성에 대한 금속 아미드의 영향을 보고하였다.
독일의 Wolfgang Schnick연구팀은 효율이 높은 Sr2Si5N8:Eu2+와 Sr2-xBaxSi5N8:Eu2+를 합성하기 위해 supercritical 암모니아를 포함한 one-pot approach 안에서 단일 전구체를 사용한 합성을 미국화학회지 Chemistry of materials 6월 23일자로 발표하였다. 질화 실리케이트가 상대적으로 저온인 1300?1400 oC에서 단일 전구체를 열처리하여 얻어졌다. 이 방법을 통해 생성물의 조성을 쉽게 조절할 수 있고, 생성물 안에서 활성제 및 각 원소들이 균일하게 분포될 수 있다. 더욱이 나노 결정질 실리콘을 사용하여 약 200 nm의 크기를 가지는 구형 형광체 결정립을 합성하였다. 결정 모양 및 형광체의 발광 특성에 대한 실리콘 원료 (실리콘 다이이미드, 실리콘 파우더, 나노 결정질 실리콘)를 이용하였고 그에 대한 영향이 조사되었다.
900 oC 이상에서 Sr2Si5N8:Eu2+ phosphor의 상이 형성되기 시작하며 1400 oC 이하에서 생성물이 형성되었다. 이 조건에서 질화 실리케이트 형광체는 200 nm의 구형으로 합성되었다. 발광 다이오드 안에서 빛의 추출효율이 빛의 trapping과 재흡수의 감소를 통해 증가할 수 있으므로 구형 형광체가 발광 다이오드로 적용되는데에 적합하다. 이 one-pot 전구체 approach의 장점으로서 Sr2-xbaxSi5N8:Eu2+에서 Sr/Ba 비율을 정확히 조절할 수 있으며 Eu2+의 도핑 농도를 쉽게 조절 할 수 있다. 동시에 atomic level에서의 원소들의 혼합 혹은 적어도 나노 스케일의 혼합이 solution approach를 통해 이루어질 수 있으며, 결과적으로 불순물을 유발할 수 있는 milling이나 pre-reaction 단계가 필요하지 않다. 또한 이 방법은 대량 생산으로도 쉽게 확장이 될 수 있다. 본 연구에서 합성된 형광체는 conventional한 고온 제조 방법으로 합성된 마이크로 크기의 질화 실리케이트 형광체와 비슷한 수준의 발광 특성을 나타내었다.
고휘도,고품질,고수율을 위한
LED사파이어판 신공정
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 | 일본의 디스코는 고휘도 LED용 사파이어 기판의 칩공정의 품질과 수율의 대폭적인 향상을 위한 새로운 기술로서 사파이어 기판의 [스텔스 다이싱프로세스]를 개발했다고 밝혔다.
최근 조명이나 자동차 부품 등의 용도에 LED의 수요가 크게 늘어나고 있어, LED의 고품질화, 저소비전력화, 장수명화와 함께 저가격화에 대한 요구가 높아지고 있는 상황이다. 이 때문에 제조공정에 있어서도 프로세스의 혁신이 요망되고 있다. 그 중에서도 칩 공정에서 사용되는 종래의 다이아몬드 스크라이버 공정은 오퍼레이터의 기술에 크게 의존하기 때문에 품질의 안정성 측면이나 수율에 문제를 안고 있었다. 따라서 현재는 이를 대신할 새로운 가공방법으로 레이저를 이용하는 사파이어 가공법이 주류로 자리잡고 있다.
이번에 디스코는 이미 사용되고 있는 사파이어의 레이저 스크라이빙 가공 공정과 함께 하마마츠포토닉스에서 기술 라이선스를 공여받은 스텔스다이싱(SD) 기술을 응용한 사파이어의 SD 프로세스를 새롭게 개발하였다. 스텔스 다이싱 프로세스의 특징은 다음과 같다.
SD 기술을 응용한 사파이어 가공 프로세스의 가장 큰 특징은 LED의 휘도 저하를 막으면서 고수율로 칩 공정을 수행할 수 있다는 점이다. 레이저 스크라이빙 가공 공정의 경우, 다이아몬드 스크라이버 공정과 비교하여 약간의 휘도 저하가 발생하는 경우가 있다. 이러한 문제에 대해 SD 프로세스는 휘도 저하 없이 고수율로 가공이 가능하기 때문에 고휘도 LED의 칩공정에 최적인 가공 방법이다. 이러한 이유 때문에 국내외 업체들도 고휘도를 요구하는 고부가가치 디바이스에는 이 공정을 적용하는 경우가 많아지고 있다.
SD 프로세스 적용에 의한 사파이어 가공 공정의 주요 장점은 다음과 같다. 먼저 높은 수율을 얻을 수 있다는 점이다. 전자동 운전방식이기 때문에 오퍼레이터 개인의 기술에 의존하지 않고 높은 수율로 생산이 가능하다. 두 번째로 지금까지는 칩 공정이 어려웠던 두꺼운 웨이퍼의 경우에도 칩 분할이 가능하다. 세 번째로 기존의 다이아몬드 스크라이버 공정에 비해 전자동으로 고속운전이 가능하여 생산성을 대폭 향상시킬 수 있다. 앞으로 디스코는 이 기술을 활용한 제품 및 공정 평가를 위한 테스트를 진행할 계획이라고 한다.
[주1] 레이저 스크라이빙 가공: 레이저를 작업대상 표면의 미세한 영역에 매우 짧은 시간 집광시켜 피가공물을 승화 증발시키는 가공 방법에 의해 사파이어의 표면에 홈을 만들어 절단함으로써 칩을 분할하는 가공 방법이다.
[주2] 스텔스 다이싱: 레이저를 작업대상 내부에 집광시킴으로써 내부에 개질층을 형성하여 칩을 분할하는 공정이다.
그림은 스텔스 다이싱 공정의 공정 기구를 설명한다.
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