가정용 LED 조명이 적은 전력으로 밝은 빛을 내는 원리는 반도체 소자 전기 에너지 전환인데요. LED 발광 소자의 핵심 원리는 무엇인가요?

Question

가정용 LED 조명이 적은 전력으로 밝은 빛을 내는 원리는 반도체 소자 전기 에너지 전환인데요. LED 발광 소자의 핵심 원리는 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

발광 다이오드라고 하는 LED 조명은 p-n 접합 반도체에 순방향 전압을 걸어줄 때, 전자와 양공이 결합하면서 발생하는 에너지 차이를 열이 아닌 빛의 형태로 방출하는 조명입니다.

LED 조명이 빛을 내는 과정은 먼저, 양공(+)을 가지고 있는 p형 반도체와 자유 전자(-)를 가지고 있는 n형 반도체가 접합된 구조에 순방향 전압을 걸어주면, n형 반도체의 전자와 p형 반도체의 양공이 접합면으로 끌려 들어갑니다. 전자와 양공은 높은 에너지 상태에 있던 전자가 낮은 에너지 상태에 있는 양공의 빈자리에 들어가며 결합합니다. 이때 전자가 아래 에너지 준위로 떨어질 때, 두 상태의 에너지 차이인 띠 간격에 해당하는 에너지가 열이 아닌 빛으로 직접 방출하게 되는 것입니다.

반도체 재질의 띠 간격 크기에 따라 방출되는 빛의 파장이 결정되므로, 단일 반도체는 한 가지 색의 빛만 내지만, 가정용 백색 조명은 주로 청색 LED 표면에 황색 형광체를 도포하는 방식을 사용하여, 청색 빛 일부가 형광체를 통과하며 노란색으로 변하고, 남은 청색 빛과 혼합되어 시각적으로 깨끗한 백색광을 만들어냅니다.