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강진호
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2009-08-29 04:06:20, 조회 : 377, 추천 : 64 |
LED(light emitting diode)라고도 한다. 반도체에 전압을 가할 때 생기는 발광현상은 전기 루미네선스(전기장발광)라고 하며, 1923년 탄화규소 결정의 발광 관측에서 비롯된다. 1923년에 비소화갈륨 p-n 접합에서의 고발광효율이 발견되면서부터 그 연구가 활발하게 진행되었고, 1960년대 말에는 이들이 실용화되기에 이르렀다.
발광다이오드에 적합한 재료로는 ①발광파장이 가시(可視) 또는 근적외영역(近赤外領域)에 존재할 것, ②발광효율이 높을 것, ③p-n접합의 제작이 가능할 것 등의 조건을 만족시키는 것으로서 주로 비소화갈륨 GaAs, 인화갈륨 GaP, 갈륨-비소-인 GaAs1-x Px, 갈륨-알루미늄-비소 Ga1-xAlxAs, 인화인듐 InP, 인듐-갈륨-인 ln1-xGaxP 등 3B 및 5B족인 2원소 또는 3원소 화합물 반도체가 사용되고 있는데, 2B, 6B족이나 4A, 4B족인 것에 대하여도 연구가 진행되고 있다.
발광기구는 크게 나누어 ①자유 캐리어의 재결합에 의한 것과, ②불순물 발광중심에서의 재결합에 의한 것이 있다. ①에서 발광파장은 대략 hc/Eg과 같다. 이때 c는 광속, h는 플랑크 상수, Eg는 금지띠(band gap)의 에너지폭이며, 비소화갈륨의 경우에는 파장이 약 900nm인 근적외광이 나온다. 갈륨-비소-인에서는 인의 함유량 증가에 따라 Eg가 증가하므로 가시발광 다이오드가 된다.
한편, ②에서는 발광파장은 반도체에 첨가되는 불순물의 종류에 따라 다르다. 인화갈륨인 경우, 아연 및 산소 원자가 관여하는 발광은 적색(파장 700nm)이고, 질소 원자가 관여하는 발광은 녹색(파장 550nm)이다. 발광 다이오드는 종래의 광원(光源)에 비해 소형이고, 수명은 길며, 전기에너지가 빛에너지로 직접 변환하기 때문에 전력이 적게 들고 효율이 좋다.
또한 고속응답이라 자동차 계기류의 표시소자, 광통신용광원 등 각종 전자기기의 표시용 램프, 숫자표시 장치나 계산기의 카드 판독기 등에 쓰이고 있다. 또, 주입형 반도체 레이저는 주입 밀도가 매우 높은 발광 다이오드의 일종이며, 반전분포(反轉分布)가 발생하여 간섭성(干涉性) 빛을 생기게 할 수 있다.
발광다이오드(LED)를 사용하여 만든 조명기구이다. 제2차 세계대전이 끝난 뒤 보급된 형광등보다 에너지 효율이 높을 뿐 아니라 수명이 매우 길고 오염물질도 방출하지 않는다. 생산원가가 너무 비싸다는 단점이 있지만 미국과 일본 등이 발광다이오드 조명 개발을 국책사업으로 추진하고 있으며 세계 유명 조명 업체들도 시제품을 선보이는 등 많은 투자를 하고 있기 때문에 멀지 않은 미래에 형광등과 백열등을 대체할 것으로 기대된다.
발광다이오드 형광등의 가장 큰 특징은 형광물질을 사용하는 형광등보다 전력소비량이 적다는 점이다. 미국의 경제주간지 《비즈니스위크》가 2004년 말 '2005년 가장 주목해야 할 혁신적 과학기술'을 선정하며 첫 번째로 다이오드 형광등을 꼽은 까닭도 전기소비량이 기존 형광등에 비해 20%에 불과하기 때문이다. 또 10년에 달하는 수명과 납이나 수은 같은 중금속을 사용하지 않아 환경을 파괴하지 않는다는 것도 장점이다.
반도체의 빛나는 성질을 이용한 발광다이오드는 주로 휴대폰의 액정표시장치(LCD)나 전광판, 자동차 계기판 등에 쓰이고 있지만 앞으로는 자동차 실내등, 간판, 액정표시장치의 백라이트유닛(BLU), 일반 조명 등에도 사용될 전망이다. 발광다이오드 가운데 자외선 발광다이오드(UV LED)는 조명 외에 살균 및 멸균기구, 의료기구 등으로도 사용될 수 있다. 특히 수요가 빠르게 늘어나는 일반 조명의 경우 유럽의 루미레즈와 오스람, 미국의 크리 등 다국적기업들과 한국의 삼성전기, LG이노텍, 서울반도체 등이 개발을 진행 중이다
전조등의 종류
전조등은 크게 유닛가동형 전조등과 반사경가동형 전조등으로 나눌 수 있다. 유닛가동형 전조등에는 조립형, 세미실드빔(semisealed beam)형, 실드빔(sealed beam)형, 메탈백 실드빔(metal-back sealed beam)형, 프로젝트(project)형이 있다. 초기에는 렌즈·전구·반사경이 각각 조립된 조립형이 대부분이었으나 습기나 먼지에 의해 조명 효율이 감소하여, 최근에는 일체식 구조로 된 실드빔형이 많이 사용된다.
전조등의 요건
일반적으로 어둠 속에서 전방 100m 거리에 있는 물체를 확인할 수 있는 밝기가 필요하다. 나라마다 성능과 배치 기준이 다르지만, 광선을 아래쪽으로 비추는 하향등(low beam: 가시거리 40m) 기능과 위쪽으로 비추는 상향등(high beam: 가시거리 100m) 기능을 갖추고 있다. 램프는 보통 백색의 고휘도 LED(발광다이오드)를 사용하고, 빛의 세기를 강화한 HID(High Intensity Discharge: 고전압방출)램프를 장착하기도 한다.
주의점
자동차의 전조등을 지나치게 밝게 하거나 상향등을 사용하면 맞은편 차량 운전자의 시야를 방해할 수 있으므로 주의해야 한다. 또한 전조등은 자주 점멸할 경우 수명이 단축된다.
형광(螢光)·인광(燐光) 등은 그 대표적인 예이다. 백열전구와 같이 물질은 일반적으로 고온이 되면 빛을 방출하는데, 열이 아닌 다른 자극에 의해 빛을 방출하는 경우를 말하며 따라서 냉광(冷光)이라고도 한다. 일반적으로 물질이 빛·X선·복사선 및 화학적 자극을 받아 그 에너지를 흡수해서 빛을 방출하는 현상 중에서 열복사·체렌코프복사·레일리산란·라만산란 등 특수한 것을 제외한 발광현상을 말한다.
처음에 주어지는 자극의 종류에 따라서 광루미네선스·X선루미네선스·마찰루미네선스·음극선루미네선스·전기루미네선스·화학루미네선스 등이 있다. 반딧불이나 야광충 등의 생물이 스스로 빛을 발하는 생물발광도 결국 산화환원반응을 일으키는 화학루미네선스라고 할 수 있다.
루미네선스를 형광과 인광으로 분류하는 경우도 있으나, 이 분류는 무기물과 유기화합물에서는 다르다. 무기발광체에 대해서는 정의가 여러 가지인데, 특히 형광은 동의어로 쓰인다. 유기화합물에서는 전자전이(電子轉移)에 관여하는 2개의 전자상태의 스핀다중도에 의해 구별하며, 같은 다중도를 가진 전자상태 사이의 전이에 의한 발광을 형광이라 하고 그렇지 않은 경우를 인광이라 한다.
원자가 들뜬상태로 들뜨게 된 후, 보다 낮은 에너지준위로 떨어져 결국 바닥상태로 돌아가며 빛을 방출한다. 이 경우 들뜬상태가 될 때 흡수한 빛에너지와 이후의 과정에서 방출된 빛에너지는 일치하지 않는다. 이는 분자의 경우에 흡수한 빛에너지의 일부를 분자진동의 형태로 소비하는 경우가 많기 때문이다. 이리하여 일반적으로 흡수광의 진동수에 비해 발광의 진동수가 작다. 이 진동수의 관계를 경험적으로 보여준 것이 G.G.스토크스(1819~1903)이며, 이것을 스토크스의 법칙이라 한다.
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