LED는 무엇일까? 핵심 장점도 같이 알아가기.

 

LED는 무엇일까? 핵심 장점도 같이 알아가기…

 

 

저는 태양을 닮은 광원 'LED(Light Emitting Diode)를 자세히 알고 싶어하시는 분들을 위해 작성하였습니다. 'LED란 무엇인가?'에서 'LED의 장점' 에 대해 이번 시간에 이야기 하고자 합니다.

 

 

[ LED란 무엇인가? ]

 

LED는 전기를 빛으로 바꿔 주는 반도체입니다. 반도체 다이오드의 p-n접합에서 전자(electron)와 정공(Hole)이 재결합(recombination)할 때 나오는 광자(Photon)를 이용하는 반도체 소자이다.

 

p-n접합이라는 말에서도 알 수 있듯이 LED는 p형 반도체와 n형 반도체의 결합으로 되어 있다. 즉, 정공이 다수인 Ⅲ족 p형 반도체와 전자가 다수인 Ⅴ족 n형반도체를 접합하면 접합면에서 열평형 상태가 되는데, 열평형 상태에서는 에너지 장벽이 높아 더 이상 전류가 흐르지 않는다. 

 

 

이 때 순방향 전압을 인가하면 에너지 장벽이 낮아져 정공은 n형 영역으로, 전자는 p형 영역으로 확산되어 재결합을 하여 빛이 나오게 되는 것이다. 빛의 색을 결정하는 빛의 파장인데, 그 파장은 p-n접합 재료의 밴드갭(bandgap) 에너지에 따라 변하게 된다.

 

가장 처음으로 상용화된 색상은 적색 LED이다. 적색 LED는 GaAs 기판 위에 AlGaInP를 성장시켜 만들며, 적색에서 오렌지 색까지 표현이 가능하며, 사파이어 기판이나 SiC 기판에 성장시킬 때에는 청색이나 녹색 LED를 만들 수 있다.

 

가장 관심을 갖게 되는 백색 LED는 칩 자체로 백색 발광할 수 없으며, 빛의 삼원색인 Red·Green·Blue의 세 가지 칩을 이용한 멀티칩 형태나 청색 LED나 UV LED에 형광체를 섞어서 백색을 내는 방법이 있다. 이 중에서 청색 LED에 형광체를 섞어 백색을 구현하는 방법이 가장 보편적으로 사용되고 있다.

 

LED는 칩 사이즈가 작은 광원이라 모듈의 슬림화도 가능하고 디자인 자유도도 굉장히 높다. 또한 지향성(빛 갖는 방향성)을 갖고 있기 때문에 불필요한 방향으로 빛을 보내지 않아 광학적 효율도 좋다.

 

 

전기신호에 대한 응답속도가 수십 나노초 단위로 매우 빨라 조명 뿐 아니라 디스플레이와 LED TV의 백라이트로도 강점을 가지고 있으며, 광원 두께도 얇기 때문에 최근의 슬림 TV 실현도 LED 덕분에 가능하다고 생각된다. LCD TV를 볼 때 잔상 때문에 눈이 불편했던 사람들은 LED TV로 바꾸면 빠른 응답속도로 인해 선명한 화질을 확인할 수 있다.

 

이번 월드컵에서 광고판들이 빠르게 바뀌는 것을 보셨을 겁니다. 남아공의 뜨거운 햇빛에서도 선명한 색을 유지하고 순식간에 다른 회사의 광고로 바뀔 수 있는 것도 바로 LED이기 때문에 가능하다.

 

 

 

[ LED 장점 1. LED는 고효율 ]

 

LED는 뜨겁지 않은 Cold light(냉광원)으로 전기에너지가 빛에너지로 변환되는 비율이 매우 높다. 따라서 같은 양의 빛을 내더라도 전력이 기존 백열등 대비 80% 적게 사용된다.

 

 

백열램프는 텅스텐 필라멘트를 고온으로 가열할 때 발광하는 열방사를 이용한 광원으로, 저렴하고 연색성이 좋기는 하지만 인가된 전기에너지의 대부분이 열로 바뀌기 때문에 효율이 낮아서 장기적으로 사용할 때 경제적이지 않다. 또한 점등시간이 경과됨에 따라 텅스텐 필라멘트가 조금씩 증발되어 광속이 감소되는데, 즉 점점 어두워진다는 단점이 있다.

 

그러나, LED 조명은 빨갛고 뜨겁게 달궈지는 필라멘트가 없는 반도체이므로 에너지 소모가 훨씬 적다.

 

지식경제부에서도 2015년까지 전체 조명의 30%를 LED로 교체하는 1530 프로젝트를 진행하고 있다. 그러나, 백열전구는... 지난 6월 15일에 지식경제부가 발표한 내용에 따르면,  [국내소식] 백열전구 2013년까지 단계적 완전 퇴출... 합니다. (클릭하시면 관련 내용을 보실 수 있어요.)

 

 

[ LED 장점 2. LED는 장수명 ]

 

텅스텐 필라멘트를 가열하는 일반전구는 점등이 지속되면 텅스텐이 산화되기 때문에 수명이 짧다. 일반전구의 수명은 수천시간입니다.(~ 3천시간) 이에 반해서 LED의 수명은 4~5만시간 입니다. 감이 잘 안 오시죠? 하루에 10시간씩 사용한다고 가정하면 일반전구는 9~10개월 정도 사용이 가능하고, LED 조명은 13년 8개월 이상 사용이 가능합니다.

 

 

 

[ LED 장점 3. LED는 친환경 ]

 

일반전구는 열방사를 이용한 점등이기 때문에 광학 효율이 매우 낮다. 따라서 전기 소비도 크고, 더 나아가 전력 생산을 위한 화석 에너지 소비도 클 수 밖에 없습니다.

 

LED는 고효율·장수명 조명이기 때문에, 소량의 에너지로 밝은 빛을 만들 수 있다. 기존 조명보다 10배 이상의 기간동안 사용할 수 있어 유지관리에 장점을 가지고 있습니다. 그리고, 전기 생산과 제품 생산할 때 발행할 수 있는 이산화탄소의 양도 같이 줄어드는 친환경 광원이라고 할 수 있다. 즉, LED 조명을 사용하는 순간, 우리의 아이들에게 좀더 좀더 깨끗한 지구를 물려주게 됩니다.

 

LED는 환경규제 물질인 수은과 방전용 가스를 방출하지 않는 깨끗한 조명입니다.조명에서 나오는 자외선으로부터 피부를 지키기 위해 실내에서도 선크림을 바르는 분들도 많지요? LED 조명은 자외선은 물론 적외선도 나오지 않는 인체에 무해한 조명입니다.

 

 

흔히들 자외선에 의한 유해성만 생각하지만 적외선도 해로울 수 있습니다. 강한 적외선을 받으며 일하는 전기기사, 용광로의 화부, 용접공들은 흔히 초자공 백내장이 발생하며, 0.1~0.4W/cm2의 출력을 갖는 백열표면의 적외선에 10년 이상 노출되면 위험할 수 있습니다. 누워만 있는 신생아가 있는 곳에서는 유해파장이 없는 LED조명을 사용하는 것을 추천합니다.

 

형광램프는 방전관내에 수은을 주입하고 저전압으로 저압수은증기를 방전시킬 때 발생하는 253.7nm의 강한 자외선을 유리관 내벽에 칠한 형광체에 조사하여 가시광으로 발광시킨다. 수은증기를 사용하는 광원으로 유리관이 파괴될 때 유해한 수은의 방출될 수 있다.

 

출처: 노무라 증권

 

또한 자외선이 발생하기 때문에 반도체 공정 중 노광 공정에서는 자외선이 투과하지 못하도록 자외선 차단 램프를 사용해야 한다. 노광실의 작업은 노란색 불빛 아래서 행해지기 때문에 클린룸에서도 환경이 가장 열약한 곳에 속한다. 이러한 노광실 역시 자외선이 나오지 않는 LED 램프로 교체하면 일반적인 조명에서 작업할 수 있다.

 

※노광공정 : 필름에 빛을 가해 인화지 위에 형상을 만드는 사진 제조과정과 같이, 반도체 제조공정에서 photo mask위에 자외선을 쪼여 웨이퍼 위에 pattern을 형성하는 공정.

 

현재 LED램프는 일반 백열 전구에 비해 많이 비쌉니다. 하지만 에너지 효율이 훨씬 높고, 장수명 사용할 수 있다는 점에서 장기적으로 비교하면 오히려 더 경제적인 조명입니다. LED조명 사용으로 보다 경제적인 소비활동, 친환경적인 삶도 이뤘으면 좋겠습니다. 

 

Source : samsungled.tistory