안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
발광 다이오드(LED)는 p형 반도체와 n형 반도체를 접합한 p-n 접합 구조를 활용해 전기에너지를 빛에너지로 직접 변환하는 반도체 소자입니다.
LED의 작동 원리는 양극(+)에 p형 반도체, 음극(-)에 n형 반도체를 연결하고 순방향 전압을 가하면, n형 영역의 전자와 p형 영역의 양공이 p-n 접합부를 향해 이동하면, 접합면에서 만난 전자가 양공과 결합하면서 낮은 에너지 상태로 이동합니다. 전자가 에너지 준위가 높은 전도대에서 낮은 가전자대로 떨어질 때, 에너지 차이 만큼의 에너지를 빛의 형태로 방출합니다. 반도체를 구성하는 물질의 종류에 따라 밴드갭 크기가 달라지며, 이 밴드갭에 따라 빨간색, 초록색, 파란색 등 방출되는 빛의 파장이 결정됩니다.
백열전구나 형광등은 열 또는 기체 방전을 거치는 간접적인 방식으로 빛을 내는 반면, LED는 전기를 즉시 빛으로 바꾸는 냉광 방식이므로 에너지 손실이 매우 적습니다. 백열전구는 투입된 전력의 95% 이상을 불필요한 열로 버리지만, LED는 전력 대부분을 빛을 내는 데 사용하여 동일한 밝기를 내는 데 필요한 전력이 백열전구의 1/8~1/10 수준에 불과합니다. 또한, 작동 중 발생하는 열이 매우 적어 여름철 실내 온도를 높이지 않으므로, 에어컨 사용량 등 냉방에 드는 부가적인 에너지 비용도 줄여줍니다.