LED 조명, LED 스트립, LED 조명 컵 등 다양한 종류의 LED 조명이 있습니다. LED 조명, LED 에너지 절약 램프, LED 장식 조명, LED 지하 조명, LED 윤곽 조명, LED. 투광 조명. . . .
1. LED의 구조와 발광 원리
반도체 재료가 빛을 낼 수 있다는 기초 지식은 이미 50년 전인 1960년에 처음으로 상용화됐다. . LED는 영어로 Light Emitting Diode(발광 다이오드)의 약어입니다. 기본 구조는 전자발광 반도체 소재 조각으로, 납을 첨가한 선반 위에 놓고 내부 심선 기능을 보호하기 위해 주변을 에폭시 수지로 밀봉하여 LED의 내진성이 우수합니다. .
LED 구조도는 아래 그림과 같다
발광다이오드의 핵심부분은 p형 반도체와 n형 반도체로 구성된 웨이퍼이다. p-n 접합이라고 불리는 전이층. 일부 반도체 물질의 PN 접합에서는 주입된 소수 캐리어가 다수 캐리어와 재결합할 때 과잉 에너지가 빛의 형태로 방출되어 전기 에너지가 직접 빛 에너지로 변환됩니다. PN 접합에 역전압을 인가하면 소수 캐리어의 주입이 어려워 빛을 내지 못한다. 주입 전계발광(Injection Electroluminescent)의 원리를 이용하여 제작된 이러한 다이오드를 발광다이오드(Light Emitting Diode)라고 하며, 흔히 LED라고 부른다. 순방향 작동 상태(즉, 양단에 순방향 전압이 인가됨)에 있을 때 LED 양극에서 음극으로 전류가 흐르면 반도체 결정은 자외선에서 적외선까지 다양한 색상의 빛을 방출합니다. 빛은 전류와 관련이 있습니다.
2. LED 광원의 특성
1. 전압: LED는 저전압 전원을 사용하며, 공급 전압은 6~24V이며 제품에 따라 다릅니다. , 그래서 고전압 전원 공급 장치는 더 안전한 전원 공급 장치이며 특히 공공 장소에 적합합니다.
2. 효율성: 동일한 광 효율성을 지닌 백열등보다 에너지 소비가 80% 적습니다.
3. 적용 가능성: 매우 작습니다. 각 단위 LED 칩은 3-5mm입니다. 정사각형이므로 다양한 모양의 장치로 제작 가능하며 다양한 환경에 적합합니다.
4. 안정성: 100,000시간, 광 감쇠는 초기 50%입니다.
5. 시간: 백열등의 응답 시간은 밀리초이고 LED 램프의 응답 시간은 나노초입니다.
6. 환경 오염: 유해한 금속 수은 없음
7. 색상 변화형 발광 다이오드는 화학적 변형 방법을 통해 재료의 에너지 밴드 구조와 밴드 갭을 쉽게 조정하여 빨간색, 노란색, 녹색, 파란색 및 주황색의 다색 발광을 달성할 수 있습니다. 예를 들어, 전류가 작을 때 빨간색이었던 LED는 전류가 증가함에 따라 주황색, 노란색, 최종적으로 녹색으로 바뀔 수 있습니다.
8. 가격: LED는 백열등에 비해 상대적으로 비쌉니다. 거의 LED 하나의 가격이 백열전구 가격과 맞먹고, 보통 신호등 한 세트는 300~500개의 다이오드로 구성되어야 한다.
3. 단색광 LED의 종류와 개발 이력
반도체 P-N 접합 발광 원리를 응용해 만든 최초의 LED 광원은 1960년대 초에 나왔다. 당시 사용된 물질은 적색광(λp=650nm)을 방출하는 GaAsP였는데, 구동전류가 20mA일 때 광속은 수천분의 1루멘에 불과하고, 그에 따른 발광효율은 약 0.1루멘/와트이다. .
1970년대 중반에는 LED가 녹색광(λp=555nm), 황색광(λp=590nm), 주황색광(λp=610nm)을 생성하기 위해 In과 N 원소가 도입되었으며, 조명 효율도 1루멘/와트까지 높아졌습니다.
1980년대 초반에는 GaAlAs LED 광원이 등장해 적색 LED의 광효율이 10루멘/와트에 달했다.
1990년대 초반에는 빨간색과 노란색 빛을 내는 GaAlInP와 녹색과 파란색 빛을 내는 GaInN이라는 두 가지 신소재 개발에 성공해 LED의 광효율을 크게 향상시켰다.
2000년 전자가 만든 LED의 발광효율은 빨간색과 주황색 영역(λp=615nm)에서 100루멘/와트에 이르렀고, 후자가 만든 녹색 영역(λp=530nm)의 발광효율은 100루멘/와트에 달했다. 50루멘/와트.
4. 단색 LED의 적용
처음에는 LED가 계기판의 표시광원으로 사용됐고, 이후에는 신호등이나 대면적 디스플레이 화면에도 다양한 광색의 LED가 사용됐다. .그것은 널리 사용되며 좋은 경제적, 사회적 이익을 가져왔습니다. 12인치 빨간색 신호등을 예로 들면, 미국에서는 수명이 길고 효율이 낮은 140와트 백열등이 광원으로 사용되어 2,000루멘의 백색광을 생성합니다. 빨간색 필터를 통과하면 빛이 90% 손실되어 200루멘의 빨간색 빛만 남습니다. 새로 디자인된 램프에서 Lumileds는 18개의 빨간색 LED 광원을 사용하며 동일한 조명 효과를 내기 위해 회로 손실을 포함해 총 14와트의 전력을 소비합니다.
자동차 신호등 역시 LED 광원 적용의 중요한 영역이다. 우리나라에서는 1987년부터 LED의 빠른 반응 속도(나노초 수준) 덕분에 뒤따르는 차량의 운전자가 주행 상황을 조기에 파악하고 후방 충돌 발생을 줄일 수 있도록 자동차에 상부 브레이크등을 장착하기 시작했습니다.
이 밖에도 LED 조명은 실외용 레드, 그린, 블루 풀컬러 디스플레이, 열쇠고리 소형 손전등 등 다양한 분야에 활용됐다.
5. 백색 LED 개발
일반 조명을 위해서는 백색 광원이 필요하다. 1998년에는 백색광을 방출하는 LED 개발에 성공했다. 이런 종류의 LED는 GaN 칩과 이트륨 알루미늄 가넷(YAG)을 패키징하여 만들어집니다. GaN 칩은 청색광(λp=465nm, Wd=30nm)을 방출하며, 고온 소결을 통해 만들어진 Ce3를 함유한 YAG 형광체는 청색광에 의해 여기된 후 황색광을 방출하며 피크값은 550nm입니다. 파란색 LED 기판은 그릇 모양의 반사 공동에 설치되고 약 200-500nm의 YAG가 혼합된 얇은 수지 층으로 덮여 있습니다. LED 기판에서 방출되는 청색광의 일부는 형광체에 의해 흡수되고, 청색광의 나머지 부분은 형광체에서 방출되는 황색광과 혼합되어 백색광을 얻는다. 이제 InGaN/YAG 백색 LED의 경우 YAG 형광체의 화학적 조성을 변경하고 형광체 층의 두께를 조절하면 색온도 3500~10000K의 다양한 색상의 백색광을 얻을 수 있습니다. (아래 그림 참조)
표 1에는 현재 백색 LED의 종류와 발광 원리가 나열되어 있다. 첫 번째 상용화된 제품은 청색광 단일 칩에 YAG 황색 형광체를 더한 것으로 최고 발광 효율은 약 25루멘/와트다. YAG는 대부분 일본 니치아(Nichia)사에서 수입하며 가격은 2,000위안/kg이다. 일본 스미토모전기(Sumitomo Electric)도 ZnSe를 소재로 백색 LED를 개발했지만 발광효율이 좋지 않다는 것이다.
또한 표에서 볼 수 있듯이 특정 유형의 백색 LED 광원은 4가지 종류의 형광체, 즉 희토류 빨간색, 녹색, 파란색 분말 및 가넷 구조 노란색의 3원색과 분리될 수 없습니다. 선호되는 것은 무기자외선 웨이퍼와 R.G.B 3색 형광체를 이용해 LED 백색광을 봉지한 3파장광이다. 올해 기회. 그러나 여기에서 세 가지 원색 형광체의 입자 크기 요구 사항은 상대적으로 작고 안정성 요구 사항도 높으며 구체적인 응용 분야는 아직 연구 중입니다.
표 1 백색 LED의 종류와 원리
칩 수
여기원
발광 재료
발광 원리
1
청색 LED
InGaN/YAG
InGaN의 청색광과 InGaN의 황색광 YAG를 백색광으로 혼합
청색 LED
InGaN/형광체
InGaN의 청색광에 의해 여기된 적색, 녹색, 청색의 3원색 형광체가 백색을 방출합니다. 빛
청색 LED
ZnSe
박막층에서 방출되는 청색광과 기판에 여기된 황색광이 혼합되어 백색광으로
>UV LED
InGaN/ 형광체
InGaN의 자외선 여기 빨간색, 녹색 및 파란색 원색 형광체는 백색광을 방출합니다.
2
파란색 LED
노란색-녹색 LED
InGaN, GaP
보색이 있는 두 개의 칩을 함께 패키징하여 흰색 LED를 형성합니다.
3
파란색 LED
녹색 LED
빨간색 LED
InGaN
AlInGaP
3가지 기본 색상을 방출하는 3가지 종류의 작은 칩이 함께 패키징되어 흰색 LED를 형성합니다.
여러 개의
다양한 빛 색상의 LED
InGaN, GaP
AlInGaP
가시광선 영역에 분산된 다양한 조명 칩을 함께 패키징하여 백색 LED를 형성합니다.
조명에는 LED 광원을 먼저 사용합니다. 전력 소모가 많은 백열등을 교체하고 점차적으로 전체 조명 시장에 진출하여 많은 전력을 절약합니다. 최근 백색 LED는 단일 장치가 1와트(W) 이상의 전력을 소비하고 광 출력이 25루멘에 달해 실용성도 높일 수준에 이르렀다. 표 2와 3에는 백색 LED의 성능 진행 상황이 나열되어 있습니다.
표 2 단일 백색 LED 성능 추이
연도
광효율(루멘/와트)
비고
1998
5
199
15
백열등과 유사
2001
p>25
텅스텐 할로겐 램프와 유사
2005
50
추정
표 3 장기 개발 목표
단일 흰색 LED
입력 전력
10와트
조명 효율
100루멘/와트
출력 광 에너지
1000루멘/와트
6. 업계 개요
LED 업계 선수 중 니치아는 앞서 언급한 기술을 이용해 다양한 파장의 고휘도 LED와 청자색 반도체 레이저(Laser Diode; LD)를 최초로 개발한 청색 LED에 대한 특허권을 보유한 업계 선두주자다. 니치아는 청색 LED 생산, 전극 구조 등 다수의 기초 특허를 획득한 뒤 시장 독점을 위해 외부 허가를 제공하지 않고 자체 생산 전략만 채택해 청색 LED 가격을 높게 만들었다. 그러나 이미 생산 능력을 갖춘 다른 기업들은 니치아의 전략으로 인해 점차적으로 일본이 청색 및 백색 LED 경쟁에서 유럽, 미국 및 기타 국가의 LED 기업들에게 우위를 잃게 될 것이라고 믿고 있습니다. 이는 일본 LED 산업 전반에 심각한 피해를 입혔다. 따라서 많은 산업계에서는 청색 LED를 개발하고 생산하기 위해 최선을 다하고 있습니다.
현재 니치아화학, 스미토모전기 외에 도요다 고세이, 로무, 도시바, 샤프, 미국 기업 크리(Cree), 세계 3대 조명 제조사 GE, 필립스, 오스람, HP, 지멘스, 리서치, EMCORE 등이 있다. .는 이 제품에 투자하여 백색 LED 제품의 산업화와 시장화를 촉진하는 데 긍정적인 역할을 했습니다.