LED란 무엇인가?

LED란 무엇인가?         LED란?   LED란 「발광 다이오드」로 일컬어지는 반도체로, "Light Emitting Diode"의 이니셜을 조합한 것입니다.1993년에 질화갈륨을 베이스로 한 고휘도 청색 LED가 실용화됨에 따라, 백색 LED가 실현되어, 제4의 조명용 광원으로서 주목받고 있습니다.   LED는 왜 발광하는가?   LED는 전자 (마이너스 성질)이 많은 N형 (－ : negative) 반도체와 정공 (플러스 성질)이 많은 P형 (＋ : positive) 반도체를 접합한 것입니다.이 반도체에 순방향 전압을 인가하면, 전자와 정공이 이동하여 접합부에서 재결합하고, 이러한 재결합 에너지가 빛이 되어 방출됩니다.전기 에너지를 일단 열 에너지로 변환하고, 그 후 빛 에너지로 변환하는 기존의 광원에 비해, 전기 에너지를 직접 빛 에너지로 변환하기 때문에 전기 에너지가 낭비되지 않아 고효율의 빛을 얻을 수 있습니다. <img src="https://t1.daumcdn.net/cfile/cafe/275FE84357D9F60D21" class="txc-image" width="420" style="clear: none; float: none;" border="0" vspace="1" hspace="1" data-filename="09.jpg" exif="{}" actualwidth="420" id="A_275FE84357D9F60D215BF8"/> LED는 전자 (마이너스 성질)이 많은 N형 (－ : negative) 반도체와 정공 (플러스 성질)이 많은 P형 (＋ : positive) 반도체를 접합한 것입니다.이 반도체에 순방향 전압을 인가하면, 전자와 정공이 이동하여 접합부에서 재결합하고, 이러한 재결합 에너지가 빛이 되어 방출됩니다.   LED의 종류   <img src="https://t1.daumcdn.net/cfile/cafe/2163874357D9F64721" class="txc-image" width="351" style="clear: none; float: none;" border="0" vspace="1" hspace="1" data-filename="07.jpg" exif="{}" actualwidth="351" id="A_2163874357D9F64721B59E"/>  LED에는 램프 타입 (리드 타입)과 칩 타입 (면실장 타입)의 2가지 종류가 있으므로, 용도에 따라 사용할 수 있습니다.     파장과 색   LED는 사용 재료에 따라 발광색 (발광 파장)이 다릅니다.특정 용도의 교통 신호 및 자동차의 스톱램프 등과 같이 공적인 규격이 존재하는 것은 전구를 광원으로 규격화되어 있는 경우가 많아, 이러한 파장 사양을 만족시키는 LED를 선택해야 합니다.파장의 규격에는 λP (피크 파장)과 λD (주파장 또는 도미넌트 파장)의 2종류가 있으며, λD가 실제로 눈으로 봤을 때의 색상에 해당됩니다. (λ=람다)   <img src="https://t1.daumcdn.net/cfile/cafe/215F184157D9F6F325" class="txc-image" width="400" style="clear: none; float: none;" border="0" vspace="1" hspace="1" data-filename="08.gif" exif="{}" actualwidth="400" id="A_215F184157D9F6F3256CD5"/>    백색은 어떻게 만듭니까? LED에서 백생광을 얻기 위해서는 몇가지의 방법이 있습니다. 본 페이지에서는 대표적인 발광 방법을 소개하고자 합니다.   <img src="https://t1.daumcdn.net/cfile/cafe/231B194557D9F71016" class="txc-image" width="771" style="clear: none; float: none;" border="0" vspace="1" hspace="1" data-filename="08.jpg" exif="{}" actualwidth="771" id="A_231B194557D9F710164677"/>     LED 용어 설명   발광 광도 Iv [cd] : 일정 방향에서 보았을 때의 밝기를 나타냅니다. 단위는 "cd (칸델라)"입니다. 광도를 비교하는 경우에는, 지향각에 주의해야 합니다. 광도는 단위 입체각당 빛의 양을 규정한 것입니다. LED의 패키지가 형성하는 렌즈를 통해, 일정 방향으로 광출력을 집중 (렌즈로 집광)시킬 수 있으므로, 광출력이 작아도 집광을 통해 광도는 커집니다. 기술 자료 비교 시에는 지향각과 광도를 모두 고려하여 판단해야 합니다.   광속 Φv [lm] : 광원에서 출력되는 빛의 전체 광량을 뜻합니다. 단위는 "lm (루멘)"입니다.   피크 파장 λP [nm] : LED에서발광되는광스펙트럼의출력치가가장높은파장이며,단위는"nm(나노 미터)"입니다. LED자체를설계하는경우에는피크파장을사용하지만, 실제로 눈에 보이는 파장의 비교에는 주파장(도미넌트파장)을 사용합니다.   주파장 (도미넌트 파장) λD [nm] : 일반적으로 LED는 색을 파장으로 나타냅니다. 눈에 보이는 색에 상당하는 파장으로, 발광 파장의 피크 파장과는 차이가 있습니다. 단위는 "nm (나노 미터)"입니다.     LED 사용상 주의해야 할 특성     1. 온도에 대한 특성 변화 <광도 파장 순방향 전압 (VF)>   LED의 특성은 주위 온도 및 LED의 발열을 포함한 칩 온도 (Tj : 발광부인 Junction 온도)에 따라 특성이 변화합니다.하기는 대표적인 특성 변화에 대한 설명입니다.   <광도>   LED는 Tj가 상승하면 광량이 저하됩니다.이는 발광에 기여하지 않는 전자와 Hall의 재결합이 증가하기 때문입니다.   <파장>   광도 변화와 같이, 온도의 변화에 따라 발광 파장도 변화합니다.주로, 온도가 변화함에 따라 반도체의 Band gap 폭이 변화하므로, 파장 변화가 발생하는 것입니다.파장 변화량은 재료에 따라 달라집니다. InGaAlP계 LED는 온도 상승에 따라 λd가 0.1nm/℃ 정도, 장파장측으로 변화합니다.까다로운 파장 규격 용도에서는 세트의 동작 보증 온도 범위에서의 파장 변화를 검토할 필요가 있습니다.   <순방향 전압(VF)>   VF의 변화는 특수한 경우를 제외하고, 발광 파장과 같이 반도체 Band gap 폭이 변화하기 때문에 발생하는 것입니다.온도 상승에 따라VF는 2mV/℃ 정도의 비율로 저하됩니다.VF의 변화는 회로 설계에서 중요한 요소입니다.LED의 동작이 저전류인 경우에는 VF의 변화는 회로 정수로서는 심각한 문제는 아닙니다. 그러나, LED의 동작이 저전압인 경우, 또는 저전압에 가까운 경우에는 온도 상승에 따라VF가 저하되어 전류가 증가합니다.전류가 증가하면, Tj가 높아지고VF가 낮아져 평형 상태가 될때까지 전류가 증가하게 됩니다.또한, 반대로 저온이 되면VF가 높아지고 전류가 감소하여, 저전압 동작에서는 필요 광도를 얻을 수 없는 경우가 있습니다.   2.특성의 편차   LED는 제조 단계에서 특성치의 분포, 즉 편차가 발생하므로, 광도 랭크 및 전기적 특성에서도 최소치 등을 규정하고 있습니다.따라서, 광학 설계 · 회로 설계 시에는 편차를 고려하여 설계해야 합니다.예를 들어 VF는 온도에 따라 변화하기 이전에, 분포 상 편차를 가지고 있습니다.따라서, 설계 마진이 없을 경우에는, VF 편차가 큰 제품의 경우 온도 변화 시에도 원하는 특성을 얻을 수 있는 지를 검토해야 합니다.회로 특성 및 세트의 특성에 따라서는 LED 특성치의 편차폭을 좁게 할 필요가 있습니다.이 경우, 특별 규격 도입 검토와 그 대응이 가능한지를 판단할 필요가 있습니다.