발광 다이오,
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이 기사는 발광 다이오드의 기본에 관한 것입니다. 지역 조명에 적용하려면 LED 램프를 참조하십시오 .<script data-ad-client="ca-pub-4162949345545299" async src="https://pagead2.googlesyndication.com/pagead/js/adsbygoogle.js"></script>
LCD 와 혼동하지 마십시오
.
발광 다이오드 ( LED가 ) A는 반도체 광원 이 방출하는 빛이 있다는 현재 그것을 통해 흐른다. 반도체의 전자 는 전자 구멍 과 재결합하여 광자 의 형태로 에너지를 방출 합니다. 빛의 색 (광자의 에너지에 해당)은 전자가 반도체 의 밴드 갭 을 가로 지르는 데 필요한 에너지에 의해 결정됩니다. 백색광은 복수의 반도체 나 반도체 장치에 발광 형광체 층을 사용함으로써 얻어진다.
발광 다이오드 (LED)작동 원리발명첫 번째 생산핀 구성전자 기호,
5mm 확산 케이스의 파란색, 녹색 및 빨간색 LED
HJ 라운드 (1907)
올렉 로세 프 (1927)
제임스 R. 비아 드 (1961)
닉 홀로 냐크 (1962)
1962 년 10 월
기존 LED의 부품. 앤빌의 평평한 바닥 표면과 에폭시 내부에 내장 된 포스트는 앵커 역할을하여 도체가 기계적 변형이나 진동을 통해 강제로 당겨지는 것을 방지합니다.
표면 실장 LED 이미지 닫기
주전원 전압에서 작동하는 내장 전원 공급 장치를 사용하는 알루미늄 방열판 , 광 확산 돔 및 E27 나사 베이스가 있는 전구 모양의 현대적인 개 조형 LED 램프
1962 년에 실용적인 전자 부품으로 등장한 최초의 LED는 저 강도 적외선 (IR) 빛을 방출했습니다. 적외선 LED가 사용된다 리모콘 등의 가전 제품의 다양한 사용되는 것과 함께, 회로. 최초의 가시 광선 LED는 강도가 낮았고 빨간색으로 제한되었습니다. 최신 LED는 가시 광선 , 자외선 (UV) 및 적외선 파장에서 높은 광 출력을 제공합니다.
초기 LED는 종종 작은 백열등을 대체하는 표시 등 및 7 세그먼트 디스플레이로 사용되었습니다 . 최근 개발로 실내 및 실외 조명에 적합한 고출력 백색광 LED가 생산되었습니다. LED는 새로운 디스플레이와 센서로 발전했으며 높은 스위칭 속도는 고급 통신 기술에 유용합니다.
LED는 낮은 에너지 소비, 더 긴 수명, 향상된 물리적 견고성, 더 작은 크기 및 빠른 스위칭을 포함하여 백열등 광원에 비해 많은 이점을 가지고 있습니다. LED는 항공 조명 , 자동차 헤드 램프 , 광고, 일반 조명 , 교통 신호 , 카메라 플래시, 조명 벽지 , 원예 용 조명 및 의료 기기와 같은 다양한 애플리케이션에 사용됩니다.
레이저 와 달리 LED에서 방출되는 빛은 분 광적으로 일관 적이지도 않고 단색 도 아닙니다 . 그러나 그 스펙트럼 은 사람의 눈 에 순수한 ( 포화 ) 색상 으로 보일 정도로 충분히 좁습니다. 또한 대부분의 레이저와는 달리, 그 방사선이없는 공간적으로 간섭 성 이 매우 높은 접근 할 수 있으므로, 휘도 의 특성 레이저 .
내용
역사
발견 및 초기 장치
SiC 결정의 점 접촉에서 나오는 녹색 전계 발광 은 1907 년 Round 의 원래 실험을 재현 합니다.
현상으로서의 일렉트로 루미 네 선스 는 1907 년에 영국의 실험자 인 Marconi Labs 의 HJ Round 가 실리콘 카바이드 결정 과 고양이 수염 탐지기를 사용하여 발견했습니다 . 러시아의 발명가 인 Oleg Losev 는 1927 년 최초의 LED를 만들었다 고보고했습니다. 그의 연구는 소련, 독일 및 영국 과학 저널에 배포되었지만 수십 년 동안이 발견을 실용적으로 사용하지 않았습니다.
1936 년에 Georges Destriau 는 황화 아연 (ZnS) 분말이 절연체에 매달려 있고 여기에 교류 전기장이 적용될 때 전기 발광이 생성 될 수 있음을 관찰 했습니다. 그의 출판물에서 Destriau는 종종 발광을 Losev-Light로 언급했습니다. Destriau는 라듐에 대한 연구를 통해 발광 분야의 초기 개척자이기도 한 Madame Marie Curie 의 실험실에서 일했습니다 .
헝가리 Zoltán Bay 는 György Szigeti 와 함께 1939 년에 SiC 기반 조명 장치에 대한 특허를 획득하여 헝가리에서 LED 조명을 선점했습니다. 이는 불순물에 따라 흰색, 황백색 또는 녹색을 띠는 백색을 방출하는 탄화 붕소 옵션이 있습니다.
Kurt Lehovec , Carl Accardo, Edward Jamgochian은 1951 년 배터리 또는 펄스 발생기의 전류원과 함께 SiC 크리스탈을 사용하는 장치를 사용하여 1953 년에 변형 된 순수 크리스탈과 비교하여 이러한 최초의 LED를 설명 했습니다.
미국 Radio Corporation의 Rubin Braunstein 은 1955 년 갈륨 비소 (GaAs) 및 기타 반도체 합금의 적외선 방출에 대해보고 했습니다. Braunstein은 갈륨 안티몬화물 (GaSb), GaAs, 인듐을 사용하여 간단한 다이오드 구조에서 생성 된 적외선 방출을 관찰 했습니다. 인화물 (InP) 및 실리콘-게르마늄 (SiGe) 합금은 실온 및 77 켈빈에서 사용 됩니다.
1957 년에 Braunstein은 기초적인 장치가 근거리에서 비 무선 통신에 사용될 수 있음을 추가로 입증했습니다.
Kroemer Braunstein이 언급했듯이 "… 간단한 광 통신 링크를 설정했습니다. 레코드 플레이어에서 나오는 음악은 GaAs 다이오드의 순방향 전류를 변조하는 데 적합한 전자 장치를 통해 사용되었습니다. 방출 된 빛은 PbS 다이오드에 의해 감지되었습니다.
이 신호는 오디오 증폭기로 공급되고 확성기로 재생되었습니다. 빔을 차단하면 음악이 멈췄습니다. 우리는이 설정으로 매우 재미있게 연주했습니다. " 이 설정은 광통신 애플리케이션을 위한 LED 사용을 예고했습니다 .
TO-18 트랜지스터 금속 케이스에 포함 된 1962 Texas Instruments SNX-100 GaAs LED
년 9 월 1961 년에서 작업하는 동안 텍사스 인스트루먼트 에서 달라스 , 텍사스 , 제임스 R 비어드 와 게리 피트 맨은에서 근적외선 (900 nm의) 발광을 발견 터널 다이오드 가 GaAs 기판에 건설했다. 10 월 1961들은 갈륨 비소의 pn 접합 발광 소자와 전기적으로 절연 된 반도체 수광 소자 간의 발광 효율 및 신호 결합을 입증 하였다.
1962 년 8 월 8 일, Biard와 Pittman은이 연구 결과를 바탕으로 "반도체 방사 다이오드"라는 제목의 특허를 제출했습니다.이 특허 는 이격 된 음극이 있는 아연 확산 pn 접합 LED를 설명했습니다.접촉을 통해 순방향 바이어스 에서 적외선을 효율적으로 방출 할 수 있습니다. 에서 제출을 낳은 엔지니어링 노트북을 기반으로 업무의 우선 순위를 설정 한 후 GE 연구소, RCA 리서치 연구소, IBM 리서치 연구소, 벨 연구소 , 그리고 링컨 연구소 에서 MIT 의 미국 특허 사무소는 갈륨 비소에 대한 특허는 광 - 적외선 두 발명가 발행 발광 다이오드 (미국 특허 US3293513 ), 최초의 실용적인 LED. 특허 출원 직후, Texas Instruments(TI)는 적외선 다이오드 제조 프로젝트를 시작했습니다.
1962 년 10 월 TI는 순수한 GaAs 크리스탈을 사용하여 890nm 광 출력을 방출하는 최초의 상용 LED 제품 (SNX-100)을 발표했습니다. 1963 년 10 월 TI는 최초의 상업용 반구형 LED 인 SNX-110을 발표했습니다.
최초의 가시 스펙트럼 (빨간색) LED는 1962 년 10 월 9 일 뉴욕 시러큐스 에있는 General Electric 에서 근무하는 동안 Nick Holonyak, Jr. 가 시연했습니다 . Holonyak 고와 Bevacqua 저널이 LED보고 응용 물리 편지를 12 월 1 일 1962 년에 M. 조지 크래 포드가 ,
Holonyak 고의 전 대학원생, 최초의 노란색 LED를 발명하고 개선 1972 년에 적색 및 적색-주황색 LED의 밝기가 10 배 증가했습니다.
1976 년 TP Pearsall은 광섬유 전송 파장에 특별히 적합한 새로운 반도체 재료를 발명하여 광섬유 통신을위한 최초의 고휘도, 고효율 LED를 설계했습니다.
초기 상업 개발
최초의 상업용 가시 파장 LED는 일반적으로 백열등 및 네온 표시등의 대체품으로 사용되었으며 , 7 세그먼트 디스플레이 에서는 처음에는 실험실 및 전자 테스트 장비와 같은 고가의 장비에 사용되었고 나중에는 계산기, TV와 같은 장비에 사용되었습니다.
라디오, 전화 및 시계 ( 신호 사용 목록 참조 ). 1968 년까지 가시 광선 및 적외선 LED는 단위당 미화 200 달러 정도로 매우 비 쌌기 때문에 실용성이 거의 없었습니다.
HP ( Hewlett-Packard )는 1962 년부터 1968 년 까지 HP Associates 및 HP Labs의 Howard C. Borden, Gerald P. Pighini 및 Mohamed M. Atalla 의 연구 팀에 의해 실용적인 LED 에 대한 연구 개발 (R & D)에 참여했습니다 . 이 기간 동안 Atalla는 HP 에서 갈륨 비소 (GaAs), 갈륨 비소 인화물 (GaAsP) 및 인듐 비소 (InAs) 장치에 대한 재료 과학 조사 프로그램을 시작했으며 최초의 개발을 위해 Monsanto Company 와 협력했습니다. 사용 가능한 LED 제품. 사용 가능한 최초의 LED 제품은 HP의 LED 디스플레이 였습니다.그리고 Monsanto의 LED 표시등 은 1968 년에 출시되었습니다.
Monsanto는 1968 년 GaAsP를 사용하여 표시기에 적합한 적색 LED를 생산하여 가시광 LED를 대량 생산 한 최초의 조직입니다. Monsanto는 이전에 HP에 GaAsP를 공급하겠다고 제안했지만 HP는 자체 GaAsP를 성장 시키기로 결정했습니다.
1969 년 2 월, 휴렛 패커드 HP 모델은 5082-7000 숫자 표시기 사용하는 최초의 LED 장치를 도입 하는 집적 회로 (집적 LED 회로 ) 기술. 최초의 지능형 LED 디스플레이였으며 Nixie 튜브를 대체하는 디지털 디스플레이 기술 의 혁명이었습니다.향후 LED 디스플레이의 기반이됩니다.
Atalla는 HP를 떠나 합류 페어차일드 반도체를 1969 년 그는 전자 및 광전자 사업부의 부사장 겸 제너럴 매니저이었다, 11월 1971 년 5 월까지 1969 년까지 년에 그것의 처음에서 그는 계속 그의 작품에 LED 는 1971 년에 표시등 과 광학 판독기 에 사용될 수 있다고 제안 했습니다.
1970 년대에는 페어차일드 옵토 일렉트로닉스가 각각 5 센트 미만의 가격으로 상업적으로 성공한 LED 장치를 생산했습니다. 이러한 장치 는 평면 공정으로 제조 된 화합물 반도체 칩을 사용 했습니다 ( Jean Hoerni에 의해 개발 됨 , Atalla에 기초의 표면 보호 방법 ). 칩 제조를 위한 평면 처리와 혁신적인 패키징 방법을 결합하여 광전자 공학의 선구자 인 Thomas Brandt가 이끄는 Fairchild 팀은 필요한 비용 절감을 달성 할 수있었습니다. LED 생산자는 이러한 방법을 사용하는 것을 계속한다.
플라스틱 렌즈를 사용하여 눈에 보이는 숫자 크기를 늘리는 TI-30 공학용 계산기 (1978 년경) 의 LED 디스플레이
초기 적색 LED는 광 출력이 영역을 비추기에 충분하지 않았기 때문에 표시기로만 사용할 수있을만큼 밝았습니다. 계산기의 판독 값이 너무 작아서 각 자리에 플라스틱 렌즈를 만들어 가독성을 높였습니다. 나중에 다른 색상이 널리 보급되어 가전 제품 및 장비에 등장했습니다.
초기 LED는 트랜지스터와 비슷한 금속 케이스에 포장되어 빛을 방출하는 유리창이나 렌즈가 있습니다. 최신 표시기 LED는 투명 성형 플라스틱 케이스, 관형 또는 직사각형 모양으로 포장되며 종종 장치 색상과 일치하도록 착색됩니다. 적외선 장치는 가시 광선을 차단하기 위해 염색 될 수 있습니다.
고전력 LED 에서 효율적인 열 방출을 위해 더 복잡한 패키지가 채택되었습니다 . 표면 실장 LED는 패키지 크기를 더욱 줄여줍니다. 광섬유 케이블 과 함께 사용하도록 고안된 LED 에는 광 커넥터가 제공 될 수 있습니다.
파란색 LED
마그네슘 도핑 질화 갈륨을 사용하는 최초의 청자색 LED 는 1972 년 스탠포드 대학 에서 재료 과학 및 공학 박사 과정 학생 인 Herb Maruska와 Wally Rhines에 의해 만들어졌습니다. 당시 Maruska는 RCA Laboratories 에서 휴가를 보내면서 Jacques Pankove와 관련 작업을 함께했습니다.
Maruska가 스탠포드로 떠난 다음 해인 1971 년, 그의 RCA 동료 인 Pankove와 Ed Miller는 아연이 도핑 된 질화 갈륨으로부터 최초의 청색 전계 발광을 시연했지만, 후속 장치 인 Pankove와 Miller가 제작 한 최초의 실제 질화 갈륨 발광 다이오드가 방출되었습니다. 초록불.
1974 년 미국 특허청Maruska, Rhines 및 Stanford 교수 인 David Stevenson은 1972 년 작업에 대한 특허를 받았습니다 (미국 특허 US3819974 A ). 오늘날 질화 갈륨의 마그네슘 도핑은 모든 상업용 청색 LED 및 레이저 다이오드 의 기초로 남아 있습니다 . 1970 년대 초, 이러한 장치는 실제 사용하기에는 너무 어둡고 질화 갈륨 장치에 대한 연구가 느려졌습니다.
1989 년 8 월 Cree 는 간접 밴드 갭 반도체 인 실리콘 카바이드 (SiC)를 기반으로하는 최초의 상용 청색 LED를 출시했습니다 . 의 SiC LED는 더 약 0.03 %보다 매우 낮은 효율을 가지고 있지만, 가시 광선 스펙트럼의 청색 부분에 발광했다.
1980 년대 후반, GaN 에피 택셜 성장과 p 형 도핑 의 주요 혁신이 GaN 기반 광전자 장치의 현대 시대를 열었습니다. 이러한 기반을 바탕으로 Boston University의 Theodore Moustakas 는 1991 년 새로운 2 단계 공정을 사용하여 고휘도 청색 LED를 생산하는 방법에 대한 특허를 받았습니다.
2 년 후인 1993 년 Nichia Corporation 의 Shuji Nakamura 가 질화 갈륨 성장 공정을 사용하여 고휘도 청색 LED를 시연했습니다 . 에있어서 평행 이사 무 편저 및 아마노 히로시 의 나고야 중요한 개발에 노력 하였다 된 GaN , 사파이어 기판 상에 증착 및 데모의 p 형 도핑 된 GaN을. 이 새로운 개발은 LED 조명에 혁명을 일으켜 고출력 청색 광원을 실용적으로 만들어 Blu-ray [ 인용 필요 ] 와 같은 기술을 개발했습니다 .
Nakamura는 그의 발명으로 2006 Millennium Technology Prize 를 수상 했습니다. 나카무라 아마노 히로시 와 이사 무 편저가 수여되었다 물리학 노벨상 청색 LED의 발명에 대한 2014 년. 2015 년에 미국 법원은 3 개 회사가 Moustakas의 이전 특허를 침해했다고 판결하고 그들에게 미화 1,300 만 달러 이상의 라이선스 비용을 지불하도록 명령했습니다. [62]
1995 년, Cardiff University Laboratory (GB) 의 Alberto Barbieri 는 고휘도 LED의 효율성과 신뢰성을 조사하고 (AlGaInP / GaAs)에서 인듐 주석 산화물 (ITO)을 사용하는 "투명 접촉"LED를 시연했습니다.
2001 2002, 성장 공정 질화 갈륨 의 (질화 갈륨)의 LED 실리콘 성공적으로 시연 하였다. 2012 년 1 월 Osram 은 실리콘 기판에서 상업적으로 성장한 고전력 InGaN LED를 시연했으며 및 GaN-on-silicon LED는 Plessey Semiconductors 에서 생산 중 입니다.
2017 년 현재 일부 제조업체는 LED 생산을위한 기판으로 SiC를 사용하고 있지만, 사파이어는 질화 갈륨과 가장 유사한 특성을 가지고있어 사파이어 웨이퍼를 패터닝 할 필요성을 줄이기 때문에 더 일반적입니다 (패턴 화 된 웨이퍼는 epi 웨이퍼). 삼성 , 캠브리지 대학교 ,Toshiba 는 Si LED에 대한 GaN 연구를 수행하고 있습니다. Toshiba는 낮은 수율로 인해 연구를 중단했습니다.
일부는 실리콘 에서 어려운 에피 택시를 선택 하는 반면, 캠브리지 대학과 같은 일부는 다층 구조를 선택합니다. (크리스탈) 격자 불일치 및 다른 열팽창 비율을 줄이기 위해 고온 (예 : 제조 중)에서 LED 칩의 균열을 방지하기 위해 열 발생을 줄이고 발광 효율을 높입니다. 에피 택시 (또는 패턴 사파이어)는 나노 임프린트 리소그래피 로 수행 할 수 있습니다 . GaN으로 자주 사용되는 증착 유기 금속 기상 성장 (MOCVD)을하고, 또한 이용하는 리프트 오프 .
백색 LED와 조명 혁신
개별 적색, 녹색 및 청색 LED를 사용하여 백색광을 생성 할 수 있지만, 빛의 좁은 파장 대역이 3 개만 방출되기 때문에 연색성이 저하됩니다. 고효율 청색 LED를 획득 한 직후 최초의 백색 LED 가 개발되었습니다 . 이 장치에서 Y
삼Al/ 5영형/ 12: Ce ( " YAG "또는 Ce : YAG 형광체 로 알려짐 ) 세륨 도핑 형광체 코팅은 형광을 통해 노란색 빛을 생성합니다 .
노란색과 나머지 파란색 빛의 조합은 눈에 하얗게 보입니다. 다른 형광체 를 사용하면 형광을 통해 녹색 및 빨간색 빛이 생성됩니다. 적색, 녹색 및 청색의 혼합물은 청색 LED / YAG 형광체 조합의 파장에 비해 향상된 연색성 과 함께 백색광으로 인식됩니다 .
수직 축에 대수 눈금을 사용하여 시간 경과에 따른 LED 당 광 출력의 개선을 보여주는 Haitz의 법칙 그림
최초의 백색 LED는 비싸고 비효율적이었습니다. 그러나 LED의 광 출력은 기하 급수적으로 증가했습니다 . 최신 연구 개발은 Panasonic , Nichia 와 같은 일본 제조업체와 Samsung , Kingsun 등과 같은 한국 및 중국 제조업체 에서 전파되었습니다 . 이러한 생산량 증가 추세를 Roland Haitz 박사 이후 Haitz의 법칙 이라고 합니다.
청색 및 근 자외선 LED의 광 출력과 효율이 증가하고 신뢰할 수있는 장치의 비용이 하락했습니다. 이로 인해 백열등과 형광등을 대체하는 조명용 비교적 고전력 백색광 LED가 탄생했습니다.
실험적인 백색 LED는 2014 년에 전력 와트 당 303 루멘 (lm / w)을 생산하는 것으로 입증되었습니다. 일부는 최대 100,000 시간까지 지속될 수 있습니다. 그러나, 시판되는 LED는 / 223 LM 최대의 효율을 가지고의 2018 w 135lm 이전 기록 / 2010 니치아 달성 하였다 w 백열전 구에 비해 전기 효율이 크게 증가하고 있으며, LED는 구입비가 비싸지 만 백열전 구보다 전체 비용이 훨씬 저렴합니다.
LED 칩은 작은 플라스틱 흰색 몰드 안에 캡슐화되어 있습니다. 수지 ( 폴리 우레탄 기반), 실리콘 또는 에폭시 함유 (분말) 세륨 도핑 YAG 형광체를 사용하여 캡슐화 할 수 있습니다 . 용매가 증발하도록 한 후 LED는 종종 테스트 되고 LED 전구 생산에 사용 하기 위해 SMT 배치 장 비용 테이프에 부착 됩니다.
인듐 주석 산화물을 사용하여 프로브, 다이 싱, 웨이퍼에서 패키지로 다이 전송, 와이어 본딩 또는 플립 칩 장착 후 캡슐화가 수행됩니다., 투명한 전기 전도체. 이 경우 본드 와이어는 LED에 증착 된 ITO 필름에 부착됩니다. 일부 "원격 인광체"LED 전구는 단일 칩 백색 LED에 인광체 코팅을 사용하는 대신 여러 개의 청색 LED에 YAG 인광체가있는 단일 플라스틱 커버를 사용합니다.
빛의 생성과 방출의 물리학
주요 기사 : 발광 다이오드 물리학
발광 다이오드에서 반도체의 전자와 전자 정공의 재결합은 빛 (적외선, 가시광 또는 UV)을 생성하며,이를 " 전계 발광 "이라고합니다. 빛의 파장은 사용되는 반도체 의 에너지 밴드 갭 에 따라 다릅니다 . 이러한 재료는 굴절률이 높기 때문에 효율적으로 빛을 방출하기 위해서는 특수 광학 코팅 및 다이 모양과 같은 장치의 설계 특징이 필요합니다.
그림 물감
다양한 반도체 재료 를 선택 함으로써 근적외선에서 가시 광선 스펙트럼을 통해 자외선 범위로 좁은 파장 대역의 빛을 방출하는 단색 LED를 만들 수 있습니다. 파장이 짧아지면 이러한 반도체의 밴드 갭이 커지므로 LED의 작동 전압이 증가합니다.
파란색과 자외선
파란색 LED
외부 비디오
“The Original Blue LED” , 과학사 연구소,
청색 LED에는 클래딩 층이라고하는 더 두꺼운 GaN 층 사이에 끼워진 하나 이상의 InGaN 양자 우물 로 구성된 활성 영역이 있습니다. InGaN 양자 우물에서 상대적인 In / Ga 분율을 변경함으로써 이론적으로 발광은 보라색에서 호박색까지 다양 할 수 있습니다.
다양한 Al / Ga 분율의 알루미늄 갈륨 질화물 (AlGaN)은 자외선 LED 용 클래딩 및 양자 우물 층을 제조하는 데 사용할 수 있지만, 이러한 장치는 아직 InGaN / GaN 청색 / 녹색 장치의 효율성 및 기술적 성숙도 수준에 도달하지 못했습니다. 이 경우 비 합금 GaN이 활성 양자 우물 층을 형성하는 데 사용되는 경우 장치는 약 365nm를 중심으로하는 피크 파장을 가진 근 자외선을 방출합니다. InGaN / GaN 시스템으로 제조 된 녹색 LED는 비질화물 재료 시스템으로 제조 된 녹색 LED보다 훨씬 더 효율적이고 밝지 만 실제 장치는 여전히 고휘도 응용 제품에 비해 너무 낮은 효율을 나타냅니다. [ 인용 필요 ]
AlGaN 및 AlGaInN을 사용하면 더 짧은 파장도 달성 할 수 있습니다. 약 360 ~ 395nm 파장의 근 자외선 방출기는 이미 저렴하며, 예를 들어 문서 및 지폐의 위조 방지 UV 워터 마크 검사 및 UV 경화를 위한 블랙 라이트 램프 대체품 으로 자주 사용됩니다 . 훨씬 더 비싸지 만 더 짧은 파장의 다이오드는 240nm까지의 파장에 대해 상업적으로 이용 가능합니다.
미생물의 감광성 약의 흡수 스펙트럼과 일치하는 바와 같이 DNA를, 약 260 nm에서 피크를 나타내며 250–270 nm에서 방출되는 UV LED는 향후 소독 및 살균 장치에서 예상됩니다. 최근 연구에 따르면 상용 UVA LED (365nm)는 이미 효과적인 소독 및 살균 장치입니다. UV-C 파장 사용 실험실에서 얻어진 질화 알루미늄 (210 nm의) 질화 붕소 (215 ㎚) 과 다이아몬드 (235 ㎚)
하얀
백색 발광 다이오드 를 생산하는 두 가지 주요 방법이 있습니다. 하나는 빨강, 녹색 및 파랑의 세 가지 기본 색상 을 방출하는 개별 LED를 사용한 다음 모든 색상을 혼합하여 백색광을 형성하는 것입니다. 다른 하나는 형광등 재료를 사용하여 단색광을 청색 또는 UV LED에서 형광등 과 유사한 넓은 스펙트럼의 백색광으로 변환하는 것 입니다.
노란색 형광체는 패키지에 현탁되거나 LED에 코팅 된 세륨 도핑 된 YAG 결정체입니다. 이 YAG 인광체는 꺼져있을 때 흰색 LED가 노란색으로 보이게하고 크리스탈 사이의 공간을 통해 파란색 빛이 통과 할 수 있습니다. 또는 백색 LED는 망간 (IV) 도핑 된 칼륨 플루오르 실리케이트 와 같은 다른 형광체를 사용할 수 있습니다.(PFS) 또는 기타 엔지니어링 된 형광체. PFS는 적색광 생성을 지원하며 기존 Ce : YAG 형광체와 함께 사용됩니다.
PFS 형광체가있는 LED에서 일부 청색광은 형광체를 통과하고 Ce : YAG 형광체는 청색광을 녹색 및 적색광으로 변환하며 PFS 형광체는 청색광을 적색광으로 변환합니다. 형광체의 농도를 변경하여 LED의 색온도를 제어 할 수 있습니다.
생성 된 빛의 '백색'은 사람의 눈에 맞게 설계되었습니다. metamerism으로 인해 흰색으로 보이는 매우 다른 스펙트럼을 가질 수 있습니다. 그러나 그 빛에 의해 조명되는 물체의 모양은 스펙트럼이 다양함에 따라 달라질 수 있습니다. 이것은 색온도와는 매우 별 개인 연색성의 문제입니다.
주황색 또는 청록색 물체는 LED 또는 형광체가 반사하는 파장을 방출하지 않기 때문에 잘못된 색상으로 훨씬 더 어둡게 나타날 수 있습니다. 최고의 연색성 LED는 형광체를 혼합하여 사용하므로 효율성은 떨어지지 만 연색성은 향상됩니다.
RGB 시스템
청색, 황록색 및 고휘도 적색 고체 반도체 LED에 대한 결합 된 스펙트럼 곡선. FWHM 스펙트럼 대역폭은 세 가지 색상 모두에 대해 약 24–27 nm입니다.
RGB LED
백색광을 생성하기 위해 적색, 녹색 및 청색 소스를 혼합하려면 색상 혼합을 제어하기위한 전자 회로가 필요합니다. LED는 발광 패턴이 약간 다르기 때문에 RGB 소스가 단일 패키지에 있더라도 화각에 따라 색상 균형이 변경 될 수 있으므로 RGB 다이오드는 흰색 조명을 생성하는 데 거의 사용되지 않습니다. 그럼에도 불구하고이 방법은 다양한 색상을 혼합 할 수있는 유연성 때문에 많은 응용이 가능하며 원칙적으로이 메커니즘은 백색광을 생성 할 때 더 높은 양자 효율을 가지고 있습니다.
다색 백색 LED에는 di- , tri- 및 tetrachromatic white LED 와 같은 여러 유형이 있습니다 . 이러한 서로 다른 방법에서 작용하는 몇 가지 핵심 요소에는 색상 안정성, 연색성 기능 및 발광 효율이 포함됩니다. 종종 높은 효율은 낮은 연색성을 의미하며, 이는 발광 효율과 연색성 간의 균형을 나타냅니다. 예를 들어, 이색 성 백색 LED는 최고의 발광 효율 (120lm / W)을 갖지만 연색성 기능은 가장 낮습니다. 그러나 4 색 백색 LED는 연색성이 우수하지만 발광 효율이 떨어지는 경우가 많습니다.
삼색 백색 LED는 그 사이에 있으며 우수한 발광 효율 (> 70lm / W)과 공정한 연색성을 모두 갖추고 있습니다.
과제 중 하나는보다 효율적인 녹색 LED를 개발하는 것입니다. 녹색 LED의 이론적 최대 값은 와트 당 683 루멘이지만 2010 년에는 와트 당 100 루멘을 초과하는 녹색 LED가 거의 없습니다. 파란색 및 빨간색 LED가 이론적 한계에 도달합니다.
다색 LED는 또한 다양한 색상의 빛을 형성하는 새로운 수단을 제공합니다. 대부분의 지각 가능한 색상 은 세 가지 기본 색상을 서로 다른 양으로 혼합하여 형성 할 수 있습니다. 이를 통해 정확한 동적 색상 제어가 가능합니다. 그러나 이러한 유형의 LED의 방출 전력 은 온도 상승에 따라 기하 급수적 으로 감소 하여 색상 안정성에 상당한 변화를 가져옵니다. 이러한 문제는 산업적 사용을 저해합니다. 형광체가없는 다색 LED는 각 LED가 협 대역 소스이기 때문에 우수한 연색성을 제공 할 수 없습니다. 인광체가없는 LED는 일반 조명에 적합하지 않지만 LCD 백라이트 또는 직접 LED 기반 픽셀의 디스플레이에 가장 적합한 솔루션입니다.
백열등의 특성에 맞게 다색 LED 소스를 디밍하는 것은 제조 편차, 수명 및 온도가 실제 색상 값 출력을 변경하기 때문에 어렵습니다. 조광 백열등의 모양을 모방하려면 색상을 능동적으로 모니터링하고 제어 할 수있는 색상 센서가있는 피드백 시스템이 필요할 수 있습니다.
인광체 기반 LED
GaN 기반 LED (약 465nm에서 피크)에서 직접 방출되는 청색광과 약 500 ~ 700nm에서 방출되는 Ce 3+ : YAG 인광체에서 방출되는 보다 광대역 Stokes-shifted 빛을 보여주는 백색 LED의 스펙트럼,
이 방법은 한 가지 색상의 LED (대부분 InGaN으로 만들어진 청색 LED )를 서로 다른 색상의 형광체 로 코팅 하여 백색광 을 형성합니다. 결과 LED는 인광체 기반 또는 인광체 변환 백색 LED (pcLED)라고합니다.
청색광 겪을 이상으로 짧은 파장에서 변환 스톡스 시프트의 분율. 원래 LED의 색상에 따라 다양한 컬러 형광체가 사용됩니다. 고유 한 색상의 여러 인광체 레이어를 사용하면 방출 된 스펙트럼이 넓어 지므로 연색 지수 (CRI)가 효과적으로 증가합니다 .
인광체 기반 LED는 스톡스 시프트 및 기타 인광체 관련 문제 로 인한 열 손실로 인해 효율성 손실이 있습니다. 일반 LED에 비해 발광 효율은 결과 광 출력의 스펙트럼 분포와 LED 자체의 원래 파장에 따라 달라집니다. 예를 들어, 일반적인 YAG 황색 인광체 기반 백색 LED의 발광 효율은 인간의 눈이 청색보다 황색에 더 민감하기 때문에 원래 청색 LED의 발광 효율의 3 ~ 5 배 범위입니다
( 광도 기능 에서 모델링 한대로)). 제조가 간단하기 때문에 형광체 방법은 여전히 고휘도 백색 LED를 만드는 데 가장 널리 사용되는 방법입니다. 형광체 변환 기능이있는 단색 이미 터를 사용하는 광원 또는 조명기구의 설계 및 생산은 복잡한 RGB 시스템 보다 간단하고 저렴하며 현재 시장에 나와있는 대부분의 고휘도 백색 LED는 형광체 광 변환을 사용하여 제조됩니다.
LED 기반 백색 광원의 효율성을 향상시키기 위해 직면 한 과제 중 하나는보다 효율적인 형광체의 개발입니다. 2010 년 현재 가장 효율적인 노란색 형광체는 여전히 YAG 형광체로 10 % 미만의 Stokes 이동 손실이 있습니다. LED 칩 및 LED 패키징 자체의 재 흡수로 인한 내부 광학 손실로 인한 손실은 일반적으로 효율성 손실의 또 다른 10 ~ 30 %를 차지합니다.
현재 인광체 LED 개발 분야에서는 이러한 장치를 더 높은 광 출력과 더 높은 작동 온도로 최적화하는 데 많은 노력을 기울이고 있습니다. 예를 들어, 더 나은 패키지 디자인을 적용하거나 더 적합한 유형의 형광체를 사용하여 효율성을 높일 수 있습니다. 컨 포멀 코팅 공정은 다양한 형광체 두께 문제를 해결하기 위해 자주 사용됩니다.
일부 인광체 기반 백색 LED는 인광체 코팅 에폭시 내부에 InGaN 청색 LED를 캡슐화합니다. 대안으로, LED는 인광체 물질로 코팅 된 미리 형성된 폴리 카보네이트 조각 인 원격 인광체와 쌍을 이룰 수 있습니다. 원격 형광체는 더 많은 확산 광을 제공하므로 많은 응용 분야에 적합합니다. 원격 인광체 설계는 또한 LED 방출 스펙트럼의 변화에 더 관대합니다. 일반적인 옐로우 형광체는 세륨 - 도핑 된 이트륨 알루미늄 가넷 (CE 3+ : YAG).
백색 LED는 적색과 청색을 방출하는 고효율 유로퓸 기반 형광체와 녹색을 방출하는 구리 및 알루미늄 도핑 황화 아연 (ZnS : Cu, Al) 의 혼합물로 근 자외선 (NUV) LED를 코팅 하여 만들 수도 있습니다 . . 이것은 형광등이 작동 하는 방식과 유사한 방법 입니다. 이 방법은 YAG : Ce 인광체를 사용하는 청색 LED보다 덜 효율적입니다.
스톡스 시프트가 더 크기 때문에 더 많은 에너지가 열로 변환되지만 더 나은 스펙트럼 특성을 가진 빛을 생성하여 색상을 더 좋게 만듭니다. 청색 LED보다 자외선 LED의 방사 출력이 더 높기 때문에 두 방법 모두 비슷한 밝기를 제공합니다. 문제는 UV 광선이 오작동하는 광원에서 누출되어 사람의 눈이나 피부에 해를 끼칠 수 있다는 것입니다.
기타 백색 LED
실험용 백색광 LED를 생산하는 데 사용 된 또 다른 방법은 형광체를 전혀 사용하지 않았 으며 활성 영역에서 청색광을 방출하고 기판에서 황색 광을 동시에 방출하는 ZnSe 기판 에 호모 에피 택셜 성장 된 아연 셀렌화물 (ZnSe)을 기반으로 했습니다 .
질화 갈륨 (GaN-on-Si)으로 구성된 새로운 스타일의 웨이퍼는 200mm 실리콘 웨이퍼를 사용하는 백색 LED를 생산하는 데 사용되고 있습니다. 이는 상대적으로 작은 100mm 또는 150mm 웨이퍼 크기 의 일반적인 값 비싼 사파이어 기판 을 피합니다 . 사파이어 장치 달리 낭비 될 것이라고 광을 반사하는 미러 형 집 전체와 결합해야한다. 2020 년 이후 모든 GaN LED의 40 %가 GaN-on-Si로 만들어 질 것으로 예측되었습니다. 대형 사파이어 재료를 제조하는 것은 어렵지만 대형 실리콘 재료는 저렴하고 풍부합니다. 사파이어 사용에서 실리콘으로 전환하는 LED 회사는 최소한의 투자 여야합니다.
유기 발광 다이오드 (OLED)
주요 기사 : 유기 발광 다이오드
유기 발광 다이오드 ( OLED )에서 다이오드의 발광층을 구성하는 전계 발광 물질은 유기 화합물 입니다. 유기 재료에 의한 도전성을 비편 재화 의 파이 전자 의한 접합 분자의 전부 또는 일부를 통해, 및 복합재 따라서 함수 유기 반도체 . 상기 유기 물질은 작은 유기 할 수있는 분자 A의 결정질 상 또는 중합체 .
OLED의 잠재적 인 장점은 낮은 구동 전압, 넓은 시야각, 높은 콘트라스트 및 색 영역을 갖춘 얇고 저렴한 디스플레이를 포함합니다 . 고분자 LED는 인쇄 및 추가적인 장점이 플렉시블 디스플레이. 의 OLED는 휴대폰, 디지털 카메라, 조명 및 텔레비전 등의 휴대용 전자 기기에 대한 시각적 표시를하기 위해 사용되어왔다.
종류
LED는 다양한 모양과 크기로 생산됩니다. 플라스틱 렌즈의 색상은 종종 실제 방출되는 빛의 색상과 동일하지만 항상 그런 것은 아닙니다. 예를 들어 보라색 플라스틱은 종종 적외선 LED에 사용되며 대부분의 파란색 장치에는 무색 하우징이 있습니다. 조명 및 백라이트에 사용되는 것과 같은 최신 고전력 LED는 일반적으로 표면 실장 기술 (SMT) 패키지 (표시되지 않음)에서 발견됩니다.
LED는 다양한 애플리케이션을 위해 다양한 패키지로 제작됩니다. 표시 등 또는 파일럿 램프로 사용하기 위해 하나 또는 몇 개의 LED 접합부가 하나의 소형 장치에 포장 될 수 있습니다. LED 어레이는 동일한 패키지 내의 제어 회로를 포함 할 수 있으며, 이는 간단한 저항, 깜박임 또는 색상 변경 제어, 또는 RGB 장치 용 주소 지정 가능 컨트롤러 범위 일 수 있습니다. 고출력 백색 발광 장치는 방열판에 장착되어 조명에 사용됩니다.
도트 매트릭스 또는 막대 형식의 영숫자 디스플레이는 널리 사용 가능합니다. 특수 패키지를 사용하면 고속 데이터 통신 링크를 위해 LED를 광섬유에 연결할 수 있습니다.
세밀화
가장 일반적인 크기 의 소형 표면 실장 LED 사진 . 왼쪽 상단에 표시된 기존의 5mm 램프 유형 LED 보다 훨씬 작을 수 있습니다 .
금색 와이어 본딩 디테일이있는 매우 작은 (1.6 × 1.6 × 0.35mm ) 적색, 녹색 및 청색 표면 실장 소형 LED 패키지 .
이들은 대부분 표시기로 사용되는 단일 다이 LED이며 2mm에서 8mm까지 다양한 크기, 스루 홀 및 표면 실장 패키지로 제공됩니다. 일반 전류 등급은 약 1 mA에서 20 mA 상기 범위. 유연한 백킹 테이프에 부착 된 여러 LED 다이는 LED 스트립 조명을 형성합니다 .
일반적인 패키지 모양에는 둥근, 돔형 또는 평평한 상단이있는 직사각형, 평평한 상단이있는 직사각형 (막대 그래프 디스플레이에 사용됨), 평평한 상단이있는 삼각형 또는 정사각형이 포함됩니다. 캡슐화는 명암과 시야각을 개선하기 위해 투명하거나 착색 될 수도 있습니다. 적외선 장치는 적외선을 통과하는 동안 가시 광선을 차단하기 위해 검은 색조를 가질 수 있습니다.
직사광선에서 볼 수 있도록 설계된 초고 출력 LED
5V 및 12V LED는 5V 또는 12V 전원 에 직접 연결하기위한 직렬 저항이있는 일반 소형 LED입니다 .
고출력
LED 스타베이스에 부착 된 고전력 발광 다이오드 ( Luxeon , Lumileds )
참조 : 고체 조명 , LED 램프 및 고전력 LED의 열 관리
고전력 LED (HP-LED) 또는 고출력 LED (HO-LED)는 다른 LED의 수십 mA에 비해 수백 mA에서 1 암페어 이상의 전류로 구동 할 수 있습니다. 일부는 천 루멘 이상을 방출 할 수 있습니다.
LED의 전력 밀도를 / cm 300 W까지 2 유무가 달성되었다. 과열은 파괴적이므로 HP-LED는 방열을 위해 방열판에 장착해야합니다. HP-LED의 열이 제거되지 않으면 장치가 몇 초 안에 실패합니다. 하나의 HP-LED는 종종 손전등 의 백열 전구를 대체 하거나 어레이에 설정하여 강력한 LED 램프 를 형성 할 수 있습니다.
이 카테고리에서 잘 알려진 HP-LED로는 Nichia 19 시리즈, Lumileds Rebel Led, Osram Opto Semiconductors Golden Dragon 및 Cree X-lamp가 있습니다. 2009 년 9 월 현재 Cree에서 제조 한 일부 HP-LED는 105lm / W를 초과합니다.
시간이 지남에 따라 광 출력과 LED의 효율이 기하 급수적으로 증가 할 것으로 예측하는 Haitz의 법칙에 대한 예 는 2009 년에 105lm / W 를 달성 한 CREE XP-G 시리즈 LED 와 전형적인 효율을 가진 Nichia 19 시리즈입니다. 140 lm / W, 2010 년 출시.
AC 구동
서울 반도체가 개발 한 LED는 DC 컨버터없이 AC 전원으로 동작 할 수있다. 각 반주기마다 LED의 일부는 빛을 내고 일부는 어두워지며 다음 반주기 동안 반전됩니다. 이러한 유형의 HP-LED의 효율은 일반적으로 40lm / W입니다. 일련의 LED 소자의 다수의 라인 전압으로부터 직접 동작 할 수있다.
서울 반도체는 2009 년 간단한 제어 회로로 AC 전원으로 구동 할 수있는 'Acrich MJT'라는 이름의 고전압 LED를 출시했다. 이러한 LED의 저전력 소모는 원래 AC LED 설계보다 더 많은 유연성을 제공합니다.
애플리케이션 별 변형
섬광
깜박이는 LED는 외부 전자 장치 없이도주의 추구 표시기로 사용됩니다. 깜박이는 LED는 표준 LED와 비슷하지만 통합 전압 조정기 와 LED가 일반적인 1 초 동안 깜박이도록 하는 멀티 바이브레이터 회로가 포함되어 있습니다 . 확산 렌즈 LED에서이 회로는 작은 검은 색 점으로 보입니다. 대부분의 깜박이는 LED는 한 가지 색상의 빛을 방출하지만보다 정교한 장치는 여러 색상 사이에서 깜박이고 RGB 색상 혼합을 사용하여 색상 시퀀스를 통해 희미해질 수도 있습니다.
이색
2 색 LED는 한 케이스에 두 개의 서로 다른 LED 이미 터를 포함합니다. 두 가지 유형이 있습니다. 한 유형은 서로 역 평행 한 동일한 두 개의 리드에 연결된 두 개의 다이로 구성됩니다 . 한 방향의 전류 흐름은 한 가지 색상을 방출하고 반대 방향의 전류는 다른 색상을 방출합니다.
다른 유형은 두 개의 다이를위한 별도의 리드와 공통 양극 또는 음극을위한 다른 리드가있는 두 개의 다이로 구성되어있어 독립적으로 제어 할 수 있습니다. 가장 일반적인 2 색 조합은 빨간색 / 전통적인 녹색이지만 사용 가능한 다른 조합에는 호박색 / 전통적인 녹색, 빨간색 / 순수한 녹색, 빨간색 / 파란색 및 파란색 / 순수한 녹색이 있습니다.
RGB 3 색
3 색 LED는 한 케이스에 3 개의 서로 다른 LED 이미 터를 포함합니다. 각 이미 터는 별도의 리드에 연결되어있어 독립적으로 제어 할 수 있습니다. 4 리드 배열은 일반적으로 하나의 공통 리드 (양극 또는 음극)와 각 색상에 대한 추가 리드를 사용합니다. 그러나 다른 것들은 단 두 개의 리드 (양극 및 음극) 만 있고 내장 전자 컨트롤러가 있습니다.
RGB-SMD-LED
RGB LED는 1 개의 빨간색, 1 개의 녹색 및 1 개의 파란색 LED로 구성됩니다. 을 독립적으로 조절하는 세 개의 각각, RGB LED는 폭 넓은 색 영역을 생성 할 수있다. 그러나 전용 컬러 LED와 달리 순수한 파장을 생성하지 않습니다. 부드러운 색상 혼합을 위해 모듈이 최적화되지 않을 수 있습니다.
장식용 멀티 컬러
장식용 멀티 컬러 LED는 2 개의 리드 아웃 와이어로 공급되는 여러 색상의 이미 터를 통합합니다. 색상은 공급 전압을 변경하여 내부적으로 전환됩니다.
영숫자
1608/0603 유형 SMD LED를 사용 하는 11 × 44 LED 매트릭스 옷깃 이름표 디스플레이 의 합성 이미지 . 위 : 21 × 86mm 디스플레이의 절반이 조금 넘습니다 . 중앙 : 주변 조명의 LED 클로즈업. 하단 : 자체 빨간색 표시등의 LED.
영숫자 LED는 7 세그먼트 , 스타 버스트 및 도트 매트릭스 형식으로 제공됩니다.
7 세그먼트 디스플레이는 모든 숫자와 제한된 문자 세트를 처리합니다. Starburst 디스플레이는 모든 문자를 표시 할 수 있습니다.
도트 매트릭스 디스플레이는 일반적으로 문자 당 5x7 픽셀을 사용합니다. 7 세그먼트 LED 디스플레이는 1970 년대와 1980 년대에 널리 사용되었지만 , 전력 요구량이 낮고 디스플레이 유연성이 향상된 액정 디스플레이의 사용이 증가 하면서 숫자 및 영숫자 LED 디스플레이의 인기가 감소했습니다.
디지털 RGB
디지털 RGB 주소 지정 가능 LED에는 자체 "스마트"제어 전자 장치가 포함되어 있습니다. 전원 및 접지 외에도 데이터 입력, 데이터 출력, 클록 및 때때로 스트로브 신호에 대한 연결을 제공합니다. 이것들은 데이지 체인 으로 연결됩니다 . 체인의 첫 번째 LED로 전송되는 데이터는 각 LED의 밝기와 색상을 다른 LED와 독립적으로 제어 할 수 있습니다.
크리스마스 및 LED 매트릭스 용 스트링과 같이 최대 제어 및 최소 가시 전자 장치의 조합이 필요한 경우에 사용됩니다. 일부는 kHz 범위의 재생률을 가지고있어 기본적인 비디오 애플리케이션을 허용합니다. 이러한 장치는 부품 번호 (공통은 WS2812) 또는 NeoPixel 과 같은 브랜드 이름으로 알려져 있습니다.
필라멘트
LED 필라멘트가 공통 기판 상에 길이 직렬로 접속 된 복수의 LED 칩을 형성하도록 구성되어 기존의 백열 필라멘트의 얇은 봉 연상. 이 많은 국가에서 단계적으로되고있는 기존의 전구를위한 저가의 장식 대안으로 사용되고있다.
필라멘트는 다소 높은 전압을 사용하므로 주 전압으로 효율적으로 작동 할 수 있습니다. 단일 다이 LED에 필요한 저전압, 고전류 컨버터의 복잡성없이 기존 전구를 저렴한 비용으로 대체하기 위해 간단한 정류기와 용량 성 전류 제한이 종종 사용됩니다. 일반적으로 교체 용으로 설계된 램프와 유사한 전구에 포장되어 열을 효율적으로 제거하기 위해 불활성 가스로 채워집니다.
칩 온보드 어레이
표면 실장 LED는 COB ( chip on board ) 어레이 에서 자주 생산 되므로 유사한 발광 출력의 단일 LED보다 열 방출이 더 좋습니다. LED는 실린더 주위에 배치 될 수 있으며, 때문에 노란색 LED의 행 "옥수수 속대 등"이라고한다.
사용?
전원
주요 기사 : LED 전원
전류 제한을위한 저항이있는 간단한 LED 회로
LED 또는 기타 다이오드의 전류는 적용된 전압에 따라 기하 급수적으로 상승하므로 ( Shockley 다이오드 방정식 참조 ) 전압의 작은 변화는 전류의 큰 변화를 유발할 수 있습니다. LED를 통과하는 전류는 손상을 방지하기 위해 정전류 소스 와 같은 외부 회로에 의해 조절되어야합니다 . 대부분의 일반적인 전원 공급 장치는 (거의) 정전압 소스이므로 LED 고정 장치에는 전력 변환기 또는 적어도 전류 제한 저항이 포함되어야합니다. 일부 애플리케이션에서 소형 배터리의 내부 저항은 LED 정격 내에서 전류를 유지하기에 충분합니다.
전기 극성
주요 기사 : LED의 전기 극성
기존의 백열등과 달리 LED는 다이오드의 순방향으로 전압이인가 될 때만 켜집니다. 전압이 역방향으로 가해지면 전류가 흐르지 않고 빛이 방출되지 않습니다. 역 전압이 항복 전압을 초과하면 큰 전류가 흐르고 LED가 파손됩니다. 역전 류가 손상을 방지 할 수있을만큼 충분히 제한되면 역전도 LED가 유용한 노이즈 다이오드 입니다.
안전과 건강
특정 청색 LED 및 냉 백색 LED는 "ANSI / IESNA RP-27.1–05 : 램프 및 램프 시스템의 광 생물학적 안전을위한 권장 사례"와 같은 눈 안전 사양에 정의 된 소위 청색광 위험 의 안전 한계를 초과 할 수 있습니다. 한 연구는, 국내 조도에서 보통 사용하는 위험의 증거가 없었다, 그주의는 단지 특정 직업 상황 또는 특정 집단을 위해 필요하다. [128] 2006 년 국제 전기 기술위원회가 발표 램프와 램프 시스템의 IEC 62471 광 생물학적 안전성을 LED 광원의 분류를위한 초기 레이저 지향 표준의 응용 프로그램을 대체.
LED는 수은을 포함하지 않는다는 점에서 형광등에 비해 장점이 있지만 납 과 비소 와 같은 다른 위험 금속을 포함 할 수 있습니다 .
2016 년에 미국 의학 협회 (AMA) 는 도시 거주자 의 수면-각성주기 에 파란색 거리 조명이 미칠 수있는 악영향에 관한 성명을 발표했습니다 . 업계 비평가들은 노출 수준이 눈에 띄는 영향을 미칠만큼 충분히 높지 않다고 주장합니다. [131]
장점
- 효율성 : LED는 백열 전구보다 와트 당 루멘을 더 많이 방출합니다. LED 조명기구의 효율은하지 형광 전구 또는 튜브는 다른 모양 및 크기에 의해 영향을 받는다.
- 색상 : LED는 기존 조명 방법에 필요한 색상 필터를 사용하지 않고도 원하는 색상의 빛을 방출 할 수 있습니다. 이것은 더 효율적이고 초기 비용을 낮출 수 있습니다.
- 크기 : LED는 매우 작을 수 있으며 (2 mm 2 미만 ) 인쇄 회로 기판에 쉽게 부착 할 수 있습니다.
- 예열 시간 : LED가 매우 빠르게 켜집니다. 일반적인 빨간색 표시기 LED는 마이크로 초 이내에 최대 밝기를 달성 합니다. 의 통신 장치에 사용되는 LED는 더 빠른 응답 시간을 가질 수있다.
- 사이클링 : LED는 자주 순환 할 때 더 빨리 고장 나는 백열등 및 형광등이나 다시 시작하기까지 오랜 시간이 필요한 고강도 방전 램프 (HID 램프) 와는 달리 자주 on-off 순환이 발생하는 사용에 이상적입니다 .
- 디밍 : LED가 매우 용이하게 할 수 흐리게 하여 하나 의 펄스 폭 변조 또는 순방향 전류를 낮추는. 이 펄스 폭 변조 LED 조명, 카메라 또는 어떤 사람들이 볼 자동차에 특히 헤드 라이트, 플래시 또는 깜박임 보인다 이유이다. 이것은 일종의 스트로보 스코프 효과 입니다.
- 차가운 빛 : 대부분의 광원과 달리 LED는 민감한 물체 나 직물에 손상을 줄 수있는 IR 형태로 열을 거의 방출하지 않습니다. 낭비되는 에너지는 LED 바닥을 통해 열로 분산됩니다.
- 느린 고장 : LED는 주로 백열 전구의 갑작스러운 고장보다는 시간이 지남에 따라 어두워 져 고장납니다.
- 수명 : LED는 상대적으로 긴 수명을 가질 수 있습니다. 한 보고서는 수명이 35,000 ~ 50,000 시간으로 추정되지만 고장을 완료하는 데 걸리는 시간은 더 짧거나 길 수 있습니다. 일반적으로 형광등은 1,000 ~ 2,000 시간의 사용 조건, 백열 전구를 부분적 따라 약 10,000 내지 25,000 시간으로 평가한다. 여러 DOE 시연에 따르면 LED 제품의 회수 기간을 결정하는 주요 요인은 에너지 절약이 아닌이 연장 된 수명으로 인한 유지 관리 비용 감소입니다.
- 내 충격성 : LED는 고체 부품으로 깨지기 쉬운 형광등 및 백열등과 달리 외부 충격으로 손상되기 어렵습니다.
- 초점 : LED의 견고한 패키지 는 빛 을 집중 하도록 설계 할 수 있습니다 . 백열등과 형광등은 종종 빛을 모으고 사용 가능한 방식으로 지향하기 위해 외부 반사기가 필요합니다. 대형 LED 패키지의 경우 내부 전반사 (TIR) 렌즈가 동일한 효과를내는 경우가 많습니다. 그러나 많은 양의 빛이 필요한 경우 일반적으로 많은 광원이 배치 되어 동일한 대상 에 초점을 맞추거나 시준 하기 어렵습니다 .
단점
- 온도 의존성 : LED 성능은 주로 작동 환경의 주변 온도 또는 열 관리 속성에 따라 달라집니다. 높은 주변 온도에서 LED를 과도하게 구동하면 LED 패키지가 과열되어 결국 장치 오류가 발생할 수 있습니다. 긴 수명을 유지하려면 적절한 방열판 이 필요합니다. 이는 장치가 광범위한 온도에서 작동해야하고 낮은 고장률이 필요한 자동차, 의료 및 군사 용도에서 특히 중요합니다.
- 전압 감도 : LED는 임계 전압 보다 높은 전압 과 정격보다 낮은 전류를 공급해야합니다 . 인가 전압의 작은 변화로 전류와 수명이 크게 변합니다. 따라서 전류 조절 전원 (일반적으로 표시기 LED 용 직렬 저항기)이 필요합니다.
- 연색성 : 대부분의 차가운 백색 LED 는 태양이나 백열등과 같은 흑체 방사체와 크게 다른 스펙트럼을 가지고 있습니다 . 460nm의 스파이크와 500nm에서의 딥은 메타 메리 즘 으로 인해 태양 광 또는 백열 광원보다 차가운 백색 LED 조명에서 물체의 색상이 다르게 나타날 수 있습니다 . 적색 표면은 전형적인 형광체 기반 냉각에 의해 특히 좋지 않게 렌더링됩니다. 백색 LED. 녹색 표면도 마찬가지입니다. LED의 연색성 품질은 CRI (Color Rendering Index )로 측정됩니다 .
- 영역 광원 : 단일 LED는 구형 배광을 제공하는 점 광원 에 가깝지 않고 램버 시안 분포를 제공합니다. 따라서 LED는 구형 라이트 필드가 필요한 용도에 적용하기 어렵습니다. 그러나 서로 다른 광학 장치 또는 "렌즈"를 사용하여 서로 다른 필드를 조작 할 수 있습니다. LED는 몇도 이하의 발산을 제공 할 수 없습니다.
- 빛 공해 : 백색 LED 는 고압 나트륨 증기 램프 와 같은 광원보다 더 많은 단파장 빛을 방출하기 때문에 암갈색의 청색 및 녹색 감도 증가는 실외 조명에 사용되는 백색 LED가 훨씬 더 많은 하늘 빛을 유발한다는 것을 의미합니다.
- 효율 저하 : 전류가 증가함에 따라 LED의 효율이 감소합니다. 또한 전류가 높을수록 가열이 증가하여 LED 수명이 저하됩니다. 이러한 효과는 고전력 애플리케이션에서 LED를 통한 전류에 실질적인 제한을 둡니다.
- 야생 동물에 미치는 영향 : LED는 나트륨-증기 조명보다 곤충에게 훨씬 더 매력적이어서 먹이 그물 파괴 가능성에 대한 추측이있었습니다 . LED 거북이 새끼를 죄수와 그들을 대신 내륙 방황 할 수 있습니다 근처 해변, 특히 강렬한 파란색과 흰색 색상, 조명. 만, 가시 스펙트럼의 좁은 부분에 손상을 감소시키기 위해 보존기로 권장 발광한다는 「거북 안전 조명 "LED의 용도.
- 겨울철 사용 : 백열등에 비해 열을 많이 발산하지 않기 때문에 교통 통제 용 LED 등은 눈이 가려져 사고로 이어질 수 있습니다.
- 열 폭주 : LED의 병렬 스트링은 순방향 전압의 제조 공차로 인해 전류를 균등하게 공유하지 않습니다. 단일 전류 소스에서 두 개 이상의 스트링을 실행하면 장치가 예열 될 때 LED 오류가 발생할 수 있습니다. 순방향 전압 비닝이 불가능한 경우 병렬 스트랜드 사이에 전류가 고르게 분포되도록 회로가 필요합니다.
응용
자동차 주간 주행 등 LED
LED 사용은 네 가지 주요 범주로 나뉩니다.
- 빛이 소스에서 사람의 눈으로 다소간 직접 전달되어 메시지 나 의미를 전달하는 시각적 신호
- 빛이 물체에서 반사되어 이러한 물체에 시각적 반응을주는 조명
- 인간의 시각이없는 프로세스 측정 및 상호 작용
- LED가 역 바이어스 모드에서 작동하고 빛을 방출하는 대신 입사광에 반응하는 협 대역 광 센서
표시기 및 표시
낮은 에너지 소비 의 LED, 낮은 유지 보수 및 작은 크기는 장비 및 설비의 다양한 상태 표시 등 및 디스플레이로 사용하게되었다. 대 면적 LED 디스플레이 는 경기장 디스플레이, 동적 장식 디스플레이 및 고속도로의 동적 메시지 표시로 사용 됩니다. 얇고 가벼운 메시지 디스플레이는 공항과 기차역에서 사용되며 기차, 버스, 트램 및 페리의 목적지 디스플레이로 사용됩니다 .
적색 및 녹색 LED 교통 신호
단색 조명은 신호등 및 신호, 출구 표지판 , 비상 차량 조명 , 선박의 내비게이션 조명 및 LED 기반 크리스마스 조명에 적합합니다.
긴 수명, 빠른 스위칭 시간, 높은 출력과 초점으로 인한 대낮의 가시성으로 인해 LED는 자동차 브레이크 라이트 및 방향 지시등에 사용되었습니다. 브레이크를 사용 하면 백열 전구보다 약 0.1 초 더 빠른 [ 인용 필요 ] , 완전 점등에 필요한 시간이 크게 감소하거나 상승 시간이 빨라져 안전성이 향상됩니다 . 이를 통해 뒤에있는 운전자는 반응 할 시간이 더 많아집니다.
이중 강도 회로 (후면 마커 및 브레이크)에서 LED가 충분히 빠른 주파수로 펄스되지 않으면 팬텀 어레이를 생성 할 수 있습니다., 눈이 어레이를 빠르게 스캔하면 LED의 고스트 이미지가 나타납니다. 백색 LED 헤드 램프가 나타나기 시작했습니다. LED를 사용하면 LED가 포물선 형 반사경 이있는 백열등보다 훨씬 얇은 조명을 형성 할 수 있기 때문에 스타일링 이점이 있습니다.
인해, 저출력 LED의 상대적 저렴함으로, 또한 같은 임시 많은 용도에서 사용된다 glowsticks , 위스 (throwies) 및 광 섬유 Lumalive . 예술가들은 또한 LED 예술을 위해 LED를 사용했습니다 .
조명
주요 기사 : LED 램프
고효율, 고출력 LED의 개발로 조명과 조명에 LED를 사용할 수있게되었습니다. 으로의 전환 장려하기 위해 LED 램프 등 고효율 조명, 2008 년 미국 에너지 부는 생성 된 L 수상 경쟁을. 필립스 조명 북미 LED 전구가 성공적으로 집중적 인 현장, 실험실, 제품 테스트 18 개월을 완료 한 후 8 월 3 일에 첫 경기를 이겼다.
지속 가능한 건축을 위해서는 효율적인 조명이 필요합니다 . 2011 년 현재 일부 LED 전구는 최대 150lm / W를 제공하고 저렴한 저가형 모델도 일반적으로 50lm / W를 초과하므로 6 와트 LED는 표준 40 와트 백열 전구와 동일한 결과를 얻을 수 있습니다. LED의 낮은 열 출력은 또한 공조 시스템 에 대한 수요를 감소시킵니다 . 전 세계적으로 LED는 백열 램프 및 CFL 과 같은 덜 효과적인 소스를 대체 하고 전기 에너지 소비 및 관련 방출을 줄이기 위해 빠르게 채택 되고 있습니다. 태양열 LED는 가로등 및 건축 조명으로 사용 됩니다.
기계적 견고성과 긴 수명은 자동차, 오토바이 및 자전거 조명의 자동차 조명 에 사용됩니다 . LED 가로등 은 기둥과 주차장에 사용됩니다. 2007 년 이탈리아 마을 Torraca 는 가로등을 LED로 전환 한 최초의 장소였습니다.
최근 에어 버스 및 보잉 제트기의 실내 조명은 LED 조명을 사용합니다. LED는 공항 및 헬기장 조명에도 사용되고 있습니다. LED 공항 설비에는 현재 중강도 활주로 조명, 활주로 중앙선 조명, 유도로 중앙선 및 가장자리 조명, 안내 표지판 및 장애물 조명이 포함됩니다.
LED는 DLP 프로젝터 의 광원으로도 사용되며 LCD TV ( LED TV 라고 함 ) 및 노트북 디스플레이 를 백라이트 하는 데 사용 됩니다. RGB LED는 색 재현율을 45 %까지 높여줍니다. 백라이트 용 LED를 사용하여 TV 및 컴퓨터 디스플레이 용 화면을 더 얇게 만들 수 있습니다.
LED는 작고 내구성이 뛰어나며 전력이 거의 필요하지 않으므로 손전등 과 같은 휴대용 장치에 사용됩니다 . LED 스트로브 조명 또는 카메라 플래시 는 크세논 플래시 램프 기반 조명 에서 흔히 볼 수있는 250V 이상이 아닌 안전한 저전압에서 작동합니다 . 이는 공간이 부족하고 부피가 큰 전압 상승 회로가 바람직하지 않은 휴대폰의 카메라에서 특히 유용합니다 .
LED는 보안 카메라를 포함한 야간 투시 용 적외선 조명에 사용 됩니다. 역 반사 배경 으로 향하는 비디오 카메라 주변의 LED 링은 비디오 제작 에서 크로마 키잉 을 허용 합니다.
광산 내부의 가시성을 높이기위한 광부 용 LED
파란색 LED로 조명 된 로스 앤젤레스 Vincent Thomas Bridge
LED는 광부에게 빛을 제공하는 캡 램프로 광업 작업에 사용됩니다 . 광업 용 LED를 개선하고 눈부심을 줄이고 조명을 증가시켜 광부의 부상 위험을 줄이기위한 연구가 수행되었습니다.
LED는 기분 향상과 같은 의료 및 교육 응용 분야에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다.
NASA는 심지어 우주 비행사의 건강을 증진하기 위해 LED의 사용에 대한 연구를 후원하고있다.
데이터 통신 및 기타 신호
빛은 데이터 및 아날로그 신호를 전송하는 데 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 조명 백색 LED는 사람들이 필요한 방이나 물건을 검색하는 동안 폐쇄 된 공간에서 탐색 할 수 있도록 지원하는 시스템에서 사용할 수 있습니다.
많은 극장과 유사한 공간의 보조 청취 장치 는 적외선 LED 어레이를 사용하여 청취자의 수신기로 소리를 보냅니다. 발광 다이오드 (반도체 레이저 포함)는 TOSLINK 케이블을 통한 디지털 오디오 에서 인터넷 백본을 형성하는 매우 높은 대역폭의 광섬유 링크에 이르기까지 다양한 유형의 광섬유 케이블을 통해 데이터를 전송하는 데 사용됩니다 . 얼마 동안 컴퓨터에는 일반적으로 IrDA 인터페이스가 장착되어있어 적외선을 통해 근처의 기계와 데이터를 송수신 할 수있었습니다.
LED는 초당 수백만 번 켜고 끌 수 있으므로 매우 높은 데이터 대역폭을 얻을 수 있습니다.
머신 비전 시스템
주요 기사 : 머신 비전
머신 비전 시스템은 종종 밝고 균일 한 조명이 필요하므로 관심있는 기능을 더 쉽게 처리 할 수 있습니다. LED가 자주 사용됩니다.
바코드 스캐너 는 머신 비전 애플리케이션의 가장 일반적인 예이며 이러한 스캐너 중 다수는 레이저 대신 빨간색 LED를 사용합니다. 광학 컴퓨터 마우스는 LED를 마우스 내의 미니어처 카메라의 광원으로 사용합니다.
LED는 작고 안정적인 광원을 제공하기 때문에 머신 비전에 유용합니다. LED 램프는 비전 시스템의 요구 사항에 맞게 켜고 끌 수 있으며 생성 된 빔의 모양은 시스템 요구 사항에 맞게 조정할 수 있습니다.
생물학적 탐지
미 육군 연구소 (ARL)의 AlGaN (알루미늄 갈륨 질화물) 합금에서 방사성 재조합이 발견됨에 따라 생물 약제 검출에 사용되는 광 유도 형광 센서에 통합되는 UV 발광 다이오드 (LED)가 개념화되었습니다 .
2004 년 에지 우드 생화학 센터 (ECBC)는 TAC-BIO라는 생물학적 검출기를 생성하기위한 노력을 시작했다. 이 프로그램은 DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency )에서 개발 한 SUVOS (Semiconductor UV Optical Sources )를 활용했습니다 .
UV 유도 형광은 생물학적 에어로졸의 신속한 실시간 감지에 사용되는 가장 강력한 기술 중 하나입니다. 제 UV 센서 필드에서 사용 실용성이 결여 레이저였다. 이를 해결하기 위해 DARPA 는 SUVOS 기술을 통합하여 저비용, 소형, 경량, 저전력 장치를 만들었습니다. TAC-BIO 검출기의 반응 시간은 생물학적 제제를 감지 한 후 1 분이었습니다. 또한 감지기가 한 번에 몇 주 동안 실내 및 실외에서 무인으로 작동 할 수 있음이 입증되었습니다.
에어로졸 화 된 생물학적 입자는 UV 광선 아래에서 빛을 형광 및 산란시킵니다. 관찰 된 형광은 적용된 파장과 생물학적 제제 내의 생화학 적 형광 단에 따라 달라집니다. UV 유도 형광은 생물학적 제제 검출을위한 빠르고 정확하며 효율적이며 물류적으로 실용적인 방법을 제공합니다. 이는 UV 형광의 사용이 시약이 적거나 반응을 생성하기 위해 추가 화학 물질이 필요하지 않거나 소모품이 없거나 화학 부산물을 생성하지 않는 공정이기 때문입니다.
또한 TAC-BIO는 위협과 비 위협 에어로졸을 안정적으로 구분할 수 있습니다. 저농도를 감지 할 수있을만큼 민감하다고 주장되었지만 오탐을 일으킬 정도로 민감하지는 않습니다. 장치에 사용 된 입자 계수 알고리즘은 형광 및 산란 검출기에서 단위 시간당 광자 펄스를 계수하고 값을 설정된 임계 값과 비교하여 원시 데이터를 정보로 변환했습니다.
원래 TAC-BIO는 2010 년에 출시되었으며 2 세대 TAC-BIO GEN II는 2015 년에 플라스틱 부품이 사용됨에 따라 더 비용 효율적으로 설계되었습니다. 작고 가벼운 디자인으로 차량, 로봇 및 무인 항공기에 장착 할 수 있습니다. 2 세대 장치는 병원, 비행기 또는 심지어 가정에서도 곰팡이와 곰팡이를 탐지하기 위해 대기 질을 모니터링하는 환경 탐지기로 활용 될 수 있습니다.
기타 응용
무대 공연 자용 LED 의상
Meystyle의 LED 벽지
LED의 빛은 매우 빠르게 변조 될 수 있으므로 광섬유 및 자유 공간 광학 통신에 광범위하게 사용됩니다 . 여기에는 적외선 LED가 자주 사용되는 텔레비전과 같은 리모컨 이 포함 됩니다. 광 절연 기는 광 다이오드 또는 광 트랜지스터 와 결합 된 LED를 사용하여 두 회로 사이에 전기적 절연이있는 신호 경로를 제공합니다. 이것은 저전압 센서 의 신호가있는 의료 장비에 특히 유용합니다.
살아있는 유기체와 접촉하는 회로 (일반적으로 배터리로 작동)는 잠재적으로 위험한 전압에서 작동하는 기록 또는 모니터링 장치의 가능한 전기 오류로부터 전기적으로 절연되어야합니다. 광 분리기를 사용하면 공통 접지 전위를 공유하지 않는 회로간에 정보를 전송할 수도 있습니다.
많은 센서 시스템은 신호 소스로 빛에 의존합니다. LED는 센서의 요구 사항으로 인해 종종 광원으로 이상적입니다.
Nintendo Wii 의 센서 바는 적외선 LED를 사용합니다. 맥박 산소 측정기 는 산소 포화도 를 측정하는 데 사용합니다 . 일부 평판 스캐너는 일반적인 냉 음극 형광등이 아닌 RGB LED 어레이를 광원으로 사용합니다. 세 가지 조명 색상을 독립적으로 제어 할 수 있으므로 스캐너가 더 정확한 색상 균형을 위해 자체적으로 보정 할 수 있으며 예열 할 필요가 없습니다. 또한 스캔되는 페이지는 한 번에 한 가지 색상의 빛으로 만 비추기 때문에 센서는 단색 만 있으면됩니다.
LED는 광 다이오드로도 사용할 수 있으므로 광 방출 및 감지 모두에 사용할 수 있습니다. 예를 들어 손가락이나 스타일러스 에서 반사 된 빛을 등록 하는 터치 스크린 에서 사용할 수 있습니다 .
많은 물질 및 생물학적 시스템은 빛에 민감하거나,에 의존한다. 조명 성장 증가 LED를 사용 광합성 에 식물을 , 및 박테리아와 바이러스가 물에 대한 UV LED를 사용하여 다른 물질로부터 제거 될 수 살균 .
스펙트럼 범위가 247nm ~ 386nm 인 Deep UV LED는 물 / 공기 정화, 표면 소독, 에폭시 경화, 자유 공간 비가 시선 통신, 고성능 액체 크로마토 그래피, UV 경화 및 인쇄와 같은 다른 용도로 사용됩니다. , 광선 요법, 의료 / 분석 기기 및 DNA 흡수.
LED는 전자 회로 의 중간 품질 기준 전압 으로도 사용되었습니다 . 저전압 조정기에서 제너 다이오드 대신 순방향 전압 강하 (적색 LED의 경우 약 1.7V 또는 적외선의 경우 1.2V)를 사용할 수 있습니다 . 빨간색 LED는 무릎 위에 가장 평평한 I / V 곡선을 가지고 있습니다. 질화물 기반 LED는 I / V 곡선이 상당히 가파르 며이 용도로는 쓸모가 없습니다. LED 순방향 전압은 제너 다이오드보다 전류에 훨씬 더 의존적이지만 항복 전압이 3V 미만인 제너 다이오드는 널리 사용되지 않습니다.
LED 및 OLED와 같은 저전압 조명 기술의 점진적 소형화는 저두 께 재료에 통합하기에 적합한 LED 벽지 형태로 내부 벽의 광원과 벽을 덮는 표면을 결합하는 실험을 촉진했습니다 .
디스크 자키 뒤에있는 대형 LED 디스플레이
4 자리 숫자와 포인트를 표시 할 수있는 7 세그먼트 디스플레이
식물 생장 실험에 사용되는 LED 패널 광원 . 이러한 실험의 결과는 장기 임무에서 우주에서 식량을 재배하는 데 사용될 수 있습니다.
연구 및 개발
주요 과제
LED는 형광체 재료 및 양자점 과 같은 지속적인 개선에 의존하기 위해 최적화 된 효율성이 필요합니다 .
하향 변환 프로세스 (재료가 더 에너지가 많은 광자를 다른 에너지가 적은 색상으로 변환하는 방법)도 개선이 필요합니다. 예를 들어, 오늘날 사용되는 적색 형광체는 열에 민감하며 온도에 따라 색상이 변하지 않고 효율이 떨어지지 않도록 그 측면에서 개선해야합니다.
적색 형광체는 또한 더 좁은 스펙트럼 폭을 통해 더 많은 루멘을 방출하고 광자를 변환하는 데 더 효율적이 될 수 있습니다.
또한 전류 효율 저하, 색상 이동, 시스템 신뢰성, 배광, 디밍, 열 관리 및 전원 공급 장치 성능 영역에서 작업이 수행되어야합니다.
잠재적 인 기술
페 로브 스카이 트 LED (PLED)
새로운 LED 제품군은 페 로브 스카이 트라고하는 반도체를 기반으로합니다 . 발견 된 지 4 년이 채되지 않은 2018 년에는 페 로브 스카이 트 LED (PLED)가 전자에서 빛을 생성하는 능력이 이미 최고 성능의 OLED에 필적했습니다 . 들이 용액 처리 될 수 있으므로 이들은 비용 효과의 가능성이 큰 영역이 페 로브 스카이 트 (perovskite) 기반 장치를 허용 할 수 저비용 및 낮은 기술에있어서, 매우 낮은 비용으로 이루어질 수있다. 그들의 효율성은 비 복사 손실, 즉 광자를 생성하지 않는 재조합 경로를 제거함으로써 우수합니다 . 또는 아웃 커플 링 문제 (박막 LED의 경우 일반적)를 해결하거나 전하 캐리어 주입의 균형을 조정하여EQE (외부 양자 효율). 최신 PLED 장치는 EQE를 20 % 이상으로 촬영하여 성능 장벽을 허 물었습니다.
2018 년에 Cao et al. 및 Lin et al. EQE가 20 % 이상인 페 로브 스카이 트 LED 개발에 관한 두 개의 논문을 독자적으로 발표했으며,이 두 논문은 PLED 개발의 이정표가되었습니다. 그들의 장치는 유사한 평면 구조를 가지고 있습니다. 즉, 활성층 (페 로브 스카이 트)이 두 전극 사이에 끼어 있습니다. 높은 EQE를 달성하기 위해 그들은 비 방사성 재조합을 감소 시켰을뿐만 아니라 EQE를 개선하기 위해 미묘하게 다른 자체 방법을 사용했습니다.
Cao와 그의 동료들의 연구에서 그들은 박막 LED의 광학 물리학이 반도체에서 생성 된 대부분의 빛이 장치에 갇히게하는 아웃 커플 링 문제를 해결하는 것을 목표로했습니다. 가 자발적 효율적 장치로부터의 광 추출 할 submicrometre 스케일 혈소판 결정을 형성 할 수있는 액 처리 된 페 로브 스카이 증명, 이러한 목표를 달성한다. 이러한 페 로브 스카이 트는 아미노산 첨가제를 페 로브 스카이 트 전구체 용액에 도입하여 형성됩니다 . 또한, 그들의 방법은 페 로브 스카이 트 표면 결함 을 부동 태화 할 수 있습니다.비 방사성 재조합을 줄입니다. 따라서 광 아웃 커플 링을 개선하고 비 복사 손실을 줄임으로써 Cao와 그의 동료들은 EQE를 최대 20.7 %까지 사용하여 PLED를 성공적으로 달성했습니다.
그러나 Lin과 그의 동료의 작업에서는 높은 EQE를 생성하기 위해 다른 접근 방식을 사용했습니다. 그들은 페 로브 스카이 트 층의 미세 구조를 수정하는 대신 장치의 구성 분포를 관리하기위한 새로운 전략을 채택하기로 결정했습니다. 이는 높은 발광성 과 균형 잡힌 전하 주입 을 동시에 제공하는 접근 방식입니다 . 즉, 그들은 여전히 평평한 발광층을 사용했지만, 전하 캐리어를 가장 효율적으로 사용하기 위해 페 로브 스카이 트에 주입 된 전자와 정공의 균형을 최적화하려고했습니다. 또한 페 로브 스카이 트 층에서 결정은 MABr 첨가제 (MA는 CH 3 NH 3). MABr 쉘은 그렇지 않으면 페 로브 스카이 트 결정에 존재할 수있는 비 방사성 결함을 부동 태화하여 비 방사성 재조합을 감소시킵니다. 따라서 전하 주입의 균형을 맞추고 비 복사 손실을 줄임으로써 Lin과 그의 동료들은 EQE가 최대 20.3 % 인 PLED를 개발했습니다.
양방향 LED
"나노로드"라고하는 장치는 빛을 감지하고 흡수 할 수도있는 LED의 한 형태입니다. 이들은 두 개의 반도체 물질과 직접 접촉 하는 양자점 으로 구성됩니다 (기존의 LED에서와 같이 단 하나가 아니라). 하나의 반도체는 양전하의 이동을 허용하고 다른 하나는 음전하의 이동을 허용합니다. 그들은 빛을 방출하고 빛을 감지하며 에너지를 수집 할 수 있습니다. 나노로드는 전자를 모으는 반면 양자점 껍질은 양전하를 모아 점이 빛을 방출합니다. 전압이 전환되면 반대 과정이 발생하고 도트가 빛을 흡수합니다. 2017 년까지 개발 된 유일한 색상은 빨간색이었습니다.
LCD 이어 OLED 패널 시장도 맹추격
日 JOLED와 中 CSOT 자본제휴도 ‘관심’
중국과 일본이 앞선 기술력을 바탕으로 글로벌 유기발광다이오드(OLED) 시장을 주도하는 한국 디스플레이 산업을 집중 견제하고 있다.
소송을 걸어 특허침해를 주장하거나 기업 간 자본제휴 등을 통해 부족한 자금과 기술력을 상호 보완하고 있다. 중국과 일본이 손을 잡으면서 LCD에 이어 OLED에서도 추격을 허용하는 것 아니냐는 우려의 목소리가 나온다.
/ 각사 홈페이지
1일 업계에 따르면 일본 JOLED와 중국 CSOT는 자본제휴를 통해 중형 OLED 패널 개발·생산에 나설 것이란 전망이다.
최근 중국 가전 제조업체 TCL 산하 디스플레이 제조사 차이나스타(CSOT)는 일본 디스플레이 업체 JOLED에 200억엔(2246억원)을 출자해 약 11% 지분을 얻는 방식의 자본제휴를 체결했다. 일본 경제산업성은 최근 JOLED가 자본제휴를 위해 제출한 '사업재편계획'을 승인했다.
JOLED는 지난해 독자 개발한 잉크젯 프린팅 기술을 적용한 5.5세대 OLED 공장을 준공한 바 있다. 잉크젯 프린팅 기술은 DOD(Drop on Demand) 방식으로 잉크젯 헤드를 이용해 각 픽셀에 잉크를 도포, 열처리를 거쳐 패턴을 형성하는 기술이다.
잉크젯 프린팅 기술 / LG디스플레이 블로그
잉크젯 프린팅 기술을 도입하면 공정 단계를 단순화할 수 있어 비용 절감뿐만 아니라 대량 생산에도 용이하다. 높은 프린팅 정밀도 또한 지니고 있어 우수한 품질의 디스플레이를 제작할 수 있다.
다만, 기술 난도가 높고 수율 확보가 어려워 많은 투자와 연구개발이 필요하다. 삼성디스플레이는 잉크젯 프린팅 공정을 활용해 퀀텀닷(QD) 디스플레이를 개발하고 있는 것으로 알려졌으며, LG디스플레이도 잉크젯 프린팅 공정 관련 연구개발을 진행 중이다.
JOLED도 관련 기술을 확보했지만, 자금난을 겪고 있어 안정화와 양산 등에 추가적인 비용을 투자하기 부담스러운 상황이다. CSOT의 풍부한 자금력을 활용하려는 이유다.
OLED 관련 기술이 부족한 CSOT는 JOLED 기술을 확보해 OLED 시장에서 경쟁력을 키워가려는 전략이다.
디스플레이 업계관계자는 "일본 업체는 기술을 보유했지만 자금력이 부족하고, 중국은 자금을 확보했지만 기술이 부족한 상황에서 둘의 니즈가 맞아떨어진 것"이라며 "한국 디스플레이 산업을 견제하기 위해 앞으로도 합종연횡이 이어질 것"이라고 내다봤다.
일본 JOLED는 CSOT와 자본 제휴에 앞서 삼성전자를 상대로 특허침해 소송을 제기하기도 했다. JOLED가 보유한 OLED 관련 특허를 삼성이 침해했다는 주장이다.
박재근 한국반도체디스플레이산업협회장은 "OLED 관련 특허로 소송을 제기하거나 기업 간 기술제휴를 통해 견제에 나선 것은 한국 기업의 OLED 기술을 위협적으로 보고 있다는 증거"라며 "중국과 일본이 적극적으로 움직이고 있는 만큼 앞선 기술력으로 견제를 극복해야 한다"고 말했다.
또한,,,
- 디스플레이 기술의 역사
- LED 문신
- 발광 전기 화학 전지
- LED 고장 모드 목록
- 광원 목록
- 태양 광
- SMD LED 모듈
- 초 발광 다이오드
- 마이크로 LED
- 태양 광 램프
- 고체 조명
- 고전력 LED의 열 관리
- UV 경화
참고 문헌
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추가 읽기
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외부 링크
Wikimedia Commons에는 발광 다이오드 및 발광 다이오드 (SMD) 와 관련된 미디어가 있습니다 .
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