LED 조명 원리

LED(발광 다이오드)전기 에너지를 가시광선으로 변환할 수 있는 고체 반도체 소자입니다. 전기를 빛으로 직접 변환할 수 있습니다. LED의 핵심은 반도체 칩이다. 칩의 한쪽 끝은 브래킷에 부착되고 한쪽 끝은 음극, 다른 쪽 끝은 전원 공급 장치의 양극에 연결되어 전체 칩이 에폭시 수지로 밀봉됩니다.

반도체 웨이퍼는 두 부분으로 구성됩니다. 한 부분은 정공이 지배하는 P형 반도체이고, 다른 한 부분은 전자가 주로 존재하는 N형 반도체이다. 하지만 이 두 반도체를 연결하면 그 사이에 P-N 접합이 형성됩니다. 전류가 와이어를 통해 웨이퍼에 작용하면 전자가 P 영역으로 밀려나고 그곳에서 전자가 정공과 재결합한 후 에너지가 광자의 형태로 방출됩니다. 이것이 LED 발광의 원리이다. 빛의 파장, 즉 빛의 색은 P-N 접합을 구성하는 물질에 따라 결정됩니다.

LED는 빨간색, 노란색, 파란색, 녹색, 청록색, 주황색, 보라색 및 흰색 빛을 직접 방출할 수 있습니다.

처음에는 LED가 기기의 표시등 광원으로 사용되었습니다. 이후에는 다양한 광색의 LED가 신호등과 대면적 디스플레이 화면에 널리 사용되어 경제적, 사회적으로 좋은 이점을 가져왔습니다. 12인치 빨간색 신호등을 예로 들어 보겠습니다. 미국에서는 수명이 길고 저조도 시각 효율성을 지닌 140W 백열등을 광원으로 사용하여 2,000루멘의 백색광을 생성합니다. 적색 필터를 통과하면 빛의 90%가 사라지고 200루멘의 붉은 빛만 남습니다. 새롭게 디자인된 램프에서 Lumileds는 18개의 빨간색 LED 광원을 사용하며 동일한 조명 효과를 내기 위해 회로 손실을 포함해 총 14와트의 전력을 소비합니다. 자동차 신호등은 LED 광원 애플리케이션의 중요한 영역이기도 합니다.

일반 조명의 경우 백색 광원이 필요합니다. 1998년에는 백색광을 방출하는 LED 개발에 성공했다. 이런 종류의 LED는 GaN 칩과 이트륨 알루미늄 가넷(YAG)을 패키징하여 만들어집니다. GaN 칩은 청색광(λp=465nm, Wd=30nm)을 방출하며, 고온 소결로 만들어진 Ce3+를 함유한 YAG 형광체는 청색광에 의해 여기된 후 황색광을 방출하며, 피크값은 550nLED 램프m입니다. 파란색 LED 기판은 그릇 모양의 반사 공동에 설치되고 약 200~500nm의 YAG가 혼합된 얇은 수지 층으로 덮여 있습니다. LED 기판에서 방출되는 청색광의 일부는 형광체에 의해 흡수되고, 청색광의 나머지 부분은 형광체에서 방출되는 황색광과 혼합되어 백색광을 얻는다.

InGaN/YAG 백색 LED의 경우 YAG 형광체의 화학적 조성을 변경하고 형광체층의 두께를 조절하면 색온도 3500~10000K의 다양한 색상의 백색광을 얻을 수 있습니다. 청색 LED를 통해 백색광을 얻는 방식은 구조가 간단하고 비용이 저렴하며 기술 완성도가 높아 가장 많이 사용되고 있다.