LED의 기본 원리와 종류

안녕하세요 시제품 개발 전문기업 디자인웨일입니다.

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LED는 일반 가정/전시 등에 사용되는 실내조명과 TV, 자동차, 휴대폰, 전광판 등

우리 실생활 곳곳에서 쉽게 접할 수 있습니다.

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오늘은 이러한 LED의 기본 원리와 종류에 대해 알아보겠습니다.

 

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1.LED란?

(Light Emitting Diode)

‘발광다이오드’라고 표기하며, 전류를 가하면 빛을 발하는 반도체 소자입니다.

LED는 화합물 반도체에 속합니다.

LED는 주로 갈륨비소(GaAs), 갈륨인(GaP), 갈륨비소인(GaAsP), 갈륨질소(GaN) 등으로 만들어지며,

어떤 화합물을 쓰느냐에 따라 LED 빛의 색깔이 달라집니다.

 

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2. LED의 원리

LED는 전기에너지를 빛에너지로 변환시켜주는 ‘광반도체’입니다.

기본적으로 LED는 양(+)의 전기적 성질을 가진 p형 반도체와 음(-)의 전기적 성질을 지닌 n형 반도체의 이종접합 구조를 가집니다.

전자(electron)가 많아 음의 성격을 띤 n형 반도체와 전자의 반대 개념인 정공(hole)이 많아

양의 성격을 띤 p형 반도체가 얇은 층 형태로 붙어 있습니다.

순방향으로 전압을 가하면, 수 볼트의 전압으로 전류가 흘러 발광합니다.

즉, n층의 전자가 p층으로 이동해 정공과 결합하면서 에너지를 발산하는 것입니다.

이 때 에너지는 주로 열이나 빛의 형태로 방출되며, 빛의 형태로 발산하는 것이 바로 LED입니다.

n층의 전자와 p층의 정공이 결합하면서 전도대(Conduction Band, Ec)와

가전자대(Valance Band, Ev) 사이의 에너지 준위(eV) 차이에 따라 에너지를 발산합니다.

이 에너지 준위 차이인 밴드갭 에너지(Eg)에 따라 빛의 색상이 정해집니다.

즉, 에너지의 차이가 크면 단파장인 보라색 계통의 빛을 나타내고, 에너지 차이가 작으면 장파장인 붉은색 계통의 빛이 나옵니다.

 

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3. LED의 종류

 

LED는 방출하는 빛의 종류에 따라 가시광선 LED(VLED), 적외선 LED(IR LED), 자외선 LED(UV LED)로 구분됩니다.

가시광선 LED는 전체 LED 시장의 가장 큰 비중을 차지하고 있으며 적색, 녹색, 청색, 백색 LED 등이 있습니다.

적외선 LED는 우리가 자주 사용하는 리모콘이나 적외선통신, cctv 적외선 카메라 등에 사용되고 있으며,

자외선 LED는 살균, 피부치료 등 생물•보건 분야와 검사 목적 등으로 사용되고 있습니다.

 

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4. LED의 장점

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1 ) 에너지 효율은 증가하고 전력소모는 감소됩니다.

전력 소모가 적다는 것은 많은 사람들이 알고 있는 사실 중 하나로, 같은 밝기의 조명이라면

최대 80%까지 절약할 수 있는 게 바로 LED 조명의 특징입니다.

보통 '전기를 많이 먹는다' 라고 말하는 옥외 투광등이나 거실 조명등도 100W 내외에서 해결 되는 게 많지만

일반 등의 경우 최소 300W 이상인 경우가 많습니다.

전력 소모가 적다면 전기 요금 또한 절약이 됩니다.

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2 ) 수명이 깁니다.

수명이 길다는 것은 조명 교체 기간이 길다는 것을 의미합니다.

LED 조명은 조명 자체의 수명도 깁니다.

예전에 사용하던 전구나 형광등은 어느 정도 시간이 지나면 등이 나가서 교체를 해야만 했는데

LED 조명의 경우는 최소 3배 이상 수명이 길기에 이런 교체 부담이 크게 덜합니다.

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3 ) 열발생이 적고, 이산화탄소가 발생하지 않는 친환경 기술입니다.

LED 조명은 우리 눈에 보이지 않는 자외선과 적외선 배출이 없습니다.

우리가 쬐는 햇빛에도 자외선과 적외선이 포함되어 배출되고 있지만, 이러한 광선에 단시간 노출되는 것은 좋습니다.

하지만 오랜 시간 노출되면 피부와 눈에 좋지 않은 영향을 미칩니다.

아울러 LED 조명의 경우 전력 소모가 적기에 전기 에너지를 아낄 수 있을뿐더러

제조 과정상 수은을 사용하지 않기 때문에 친환경적입니다.

지구를 위해서도 LED 조명은 탁월한 선택입니다.

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3 ) 시간에 따른 밝기 변화가 적습니다.

기존 조명은 처음 조명을 사서 장착하면 굉장히 밝고 환하지만,

시간이 지나 노후화 됨에 따라 구입 당시의 밝기를 잃어버리는 경우가 많습니다.

특히 형광등 같은 경우는 끝부분이 검게 변화하는 흑화현상이 생기는데,

LED 조명은 자신의 수명을 다하는 날까지 처음 샀을 때의 밝기를 유지하는 편입니다.

SMPS 고장 등으로 인해 빛이 약해지는 경우가 있긴 하지만 그래도 수명이 제법 긴 편입니다.

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흑화현상이란?

전구 내부의 필라멘트는 열에 강한 텅스텐이 사용되는데, 아무리 열에 강하다고 해도 장기간 노출되면 조금씩 녹게 됩니다.

녹은 텅스텐은 날아가 버리지만 그 증기가 얼룩으로 남아 검게 보이는 현상을 흑화현상이라고 합니다.

 

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오늘은 LED의 기본 원리와 종류에 대해서 알아봤는데요.

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