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LED는 어떻게 전기를 직접 빛으로 바꾸나요?
백열전구는 필라멘트를 가열해서 빛을 내는데 LED는 열을 거의 안 내면서 빛을 낸다고 배우는데, 반도체가 어떤 원리로 전기를 곧바로 빛에너지로 변환시키는지 궁금합니다.
7개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 장철연 전문가입니다.
쉽게 비유하면 산 위에 있던 공이 아래로 굴러 내려오면서 에너지를 방출하는 것과 비슷합니다.
일반 반도체에서는 그 에너지가 대부분 진동으로 변해 열이 되지만, LED에 사용하는 질화갈륨(GaN) 같은 재료는 그 에너지를 광자로 내보내기 쉽습니다.
전기에너지가 중간에 뜨겁게 달구는 과정 없이 비교적 직접적으로 빛으로 변환됩니다. 또한 LED 색깔이 재료마다 다른 이유도 여기 있습니다. 전자가 떨어지는 에너지 차이(밴드갭)가 크면 파란색처럼 에너지가 큰 빛이 나오고, 작으면 빨간색처럼 에너지가 작은 빛이 나옵니다
참고로 LED도 실제로는 전력의 일부를 열로 잃습니다. 그래서 고출력 LED 가로등이나 공장 조명 뒤쪽에 알루미늄 방열판이 붙어 있습니다. 만약 LED가 정말 100% 빛만 만들었다면 방열판이 필요 없었을 것입니다. 다만 백열전구가 전력의 대부분을 열로 버리는 데 비해, LED는 상당 부분을 빛으로 바꾸기 때문에 훨씬 시원하고 효율적인 것입니다
채택된 답변안녕하세요. 설재훈 전문가입니다. 백열전구는 전기가 필라멘트를 지나가면서 저항 때문에 열이 발생하고, 그 열로 필라멘트를 아주 높은 온도까지 올려서 빛을 내는 방식입니다. 그래서 전기에너지가 바로 빛에너지로 바뀌는 것이 아니라 효율이 떨어집니다.
반면 LED는 필라멘트를 뜨겁게 달구는 방식이 아니라 반도체 내부에서 전자와 정공이 만나면서 가지고 있던 에너지를 빛의 형태로 내보내는 방식입니다. 쉽게 말하면 전기가 반도체 안에서 이동하면서 바로 빛으로 바뀌는 거라 효율이 좋은 것입니다.
그래서 백열전구는 빛을 내기 위해 엄청난 열을 같이 발생시키지만, LED는 이런 방식이 아니기 때문에 상대적으로 열이 훨씬 적고 전기 효율도 높은 것입니다.
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.
LED는 P형과 N형 반도체를 붙여서 만든 구조입니다. 전기를 가하면은 전자와 정공이 접합면으로 끌려갑니다. 그리고 두 입자가 만나서 재결합하는 순간, 전자가 갖고 있던 높은 에너지가 낮아지게 됩니다. 이때 줄어든 에너지 차이가 열 대신 곧바로 빛 형태의 알갱이로 튕겨 나오는데, 이게 전계발광 원리입니다. 흔히 볼수있는 필라멘트를 뜨겁게 달궈서 빛을 내는 백열전구랑은 작동 방식이 완전히 다른 구동방법이죠. 그래서 버려지는 열에너지가 거의 없이 전력이 직접 빛으로 변환되는 원리이니까, 열도 당연히 거의 안나고 효율도 훨씬 높은겁니다.
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
LED는 전류가 흐를 때 반도체의 전자오 정공이 만나면서 에너지 차이만큼 광자를 방출하는 원리로 빛을 냅니다 즉 백열전구처럼 전기를 먼저 열에너지로 바꾼 뒤 빛을 내는 것이 아니라 반도체의 에너지 띠 구조를 이용해 전기에너지를 비교적 직접적으로 빛 에너지로 변환합니다 사용하는 반도체 재료에 따라 에너지 차이가 달라져 방출되는 빛의 파장과 색상이 결정되며 일부 전기에너지는 열로 손실되기 때문에 LED도 완전히 열이 없는 것은 아닙니다
안녕하세요. 강세훈 전문가입니다.
LED는 필라멘트를 가열하는게 아니라 반도체 안에서 전자와 정공이 만나 재결합할 때 에너지 차이만큼 광자를 방출해서 빛을 내 열을 거의 안 거치고 전기에너지가 직접 빛으로 바뀌는 전계발광 원리라서 백열전구보다 훨씬 효율이 높습니다.
안녕하세요. 박재화 전문가입니다.
LED는 반도체 안에서 전자와 정공이 만나면서 가진 에너지를 빛으로 내보내는 전기발광 원리를 이용합니다.
전압을 걸면 전자와 정공이 접합부로 이동하고 서로 재결합하는 과정에서 에너지 차이만큼 광자가 방출되게 됩니다. 이때 반도체의 밴드갭이라는 에너지 차이에 따라 나오는 빛의 파장이 달라지기 때문에 빨강이나 파랑 같은 색도 결정되게 되는 것입니다. LED에는 전기에너지를 빛으로 바꾸기 좋은 직접천이형 반도체 재료가 주로 활용됩니다.
백열전구처럼 필라멘트를 매우 뜨겁게 달궈서 빛을 얻는 과정이 없기 때문에 같은 밝기를 만드는 데 필요한 전력 또한 훨씬 적은 특징이 있어서 인기가 많습니다. 물론 100% 다 빛으로 바뀌는 것은 아니기 때문에 열이 발생하기도 하고, 고출력 LED 같은 경우는 방열판이 필요한 경우도 많습니다.
LED의 높은 효율은 열을 이용해 빛을 만드는 단계를 거치지 않고 반도체 내부의 전자 에너지를 바로 빛으로 바꾼다는 데 핵심이 있습니다.
안녕하세요.
LED는 전기를 받아서 필라멘트를 뜨겁게 만드는 기존의 조명 방식이 아닌 반도체 안에서 전자의 움직임을 이용해 빛을 만드는 원리가 사용되요.
LED에는 주로 P형 반도체와 N형 반도체가 붙어 있는데, 이걸 PN 접합이라고 부르고, 여기서 전류가 흐르면 전자와 정공이 서로 만나면서 에너지를 내놓게 돼요. 이때 나온 에너지가 빛의 형태로 방출되는 것이 LED가 빛나는 기본 원리죠. 어떤 반도체 재료를 사용하느냐에 따라 나오는 빛의 색도 달라져요. 에너지 차이가 크면 파장이 짧은 빛이 나오기도 하죠.
감사합니다.