발광 다이오드(LED) 전구가 백열등보다 전력 소모가 적고 열이 덜 나는 원리를 반도체 내부의 전자와 양공의 결합으로 설명해 주세요.

Question

발광 다이오드(LED) 전구가 백열등보다 전력 소모가 적고 열이 덜 나는 원리를 반도체 내부의 전자와 양공의 결합으로 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

백열등은 필라멘트에 전기에너지를 공급하면 아주 높은 온도로 가열되어 열을 내면서 빛을 방출되는 원리로 투입되는 전기에너지의 약 90% 이상이 빛이 아닌 열에너지로 손실되기 때문에 열효율이 많이 떨어집니다. 반면, LED 전구는 반도체 소자에 전압을 가하면 전자와 양공이 결합하면서 전기에너지가 직접 빛에너지로 변환되기 때문에 백열등의 열 복사 방식보다 에너지 전환 효율이 훨씬 높습니다.

LED의 핵심 원리는 p형 반도체와 n형 반도체가 접합된 구조로 n형 반도체에는 전자가, p형 반도체에는 전자가 부족한 상태인 양공이 많기 때문입니다. 두 반도체를 접합시키고 순방향 전압을 가하면 전자는 p형 반도체 쪽으로, 양공은 n형 반도체 쪽으로 이동하여 두 반도체의 접합부에서 만나게 되고 전자가 양공과 만나서 결합할 때, 전자가 가지고 있던 에너지가 빛의 형태로 방출됩니다.