발광 다이오드(LED) 설명

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LED의 전체 형태는 발광 다이오드입니다. LED는 단자에 인가된 전위차에 반응하여 빛을 방출하는 특수한 유형의 반도체 다이오드이므로 발광 다이오드라고 합니다. 일반 다이오드 LED와 마찬가지로 양극과 음극이라는 극성이 있는 두 개의 단자가 있습니다. LED를 밝히기 위해 양극과 음극 단자에 전위차 또는 전압이 가해집니다.

오늘날 LED는 고휘도 첨단 LED 램프 제조에 광범위하게 사용됩니다. 이들은 또한 장식용 LED 스트링 조명 및 LED 표시등 제조에 널리 사용됩니다.



약력

LED가 오늘날 하이테크 반도체 산업의 제품으로 간주된다는 사실에도 불구하고 LED의 조명 특성은 수년 전에 처음에 확인되었습니다. LED 조명 효과를 처음 알아차린 사람은 Marconi의 엔지니어 H. J. Round였습니다. 그는 여러 진공관 및 라디오 발명품으로도 유명합니다. 그는 1907년에 Marconi와 함께 점 접촉 수정 검출기에 대해 연구하던 중 우연히 이것을 발견했습니다.

1907년에 Electrical World 잡지는 이러한 혁신에 대해 처음으로 보고했습니다. LED 개념은 1922년 러시아 과학자 O.V. 로소프.



로소프는 제2차 세계 대전에서 비극적으로 사망한 레닌그라드에 거주했습니다. 그의 디자인 대부분이 전쟁에서 소실되었을 가능성이 있습니다. 그는 1927년에서 1942년 사이에 총 4개의 특허를 출원했지만 그의 연구는 그가 죽을 때까지 인정받지 못했습니다.

LED 개념은 1951년 K. Lehovec의 과학자 그룹이 그 효과를 조사하기 시작하면서 다시 나타났습니다. 조사는 W. Shockley(트랜지스터의 발명가)를 포함한 다른 조직과 연구원들의 참여로 진행되었습니다. 결국 LED 개념은 상당한 개선을 거쳐 1960년대 후반에 상용화되기 시작했습니다.

LED 접합에 사용되는 반도체 재료는 무엇입니까?

본질적으로 발광 다이오드는 화합물 반도체를 사용하여 만든 특수 PN 접합입니다.

실리콘과 게르마늄은 가장 널리 사용되는 두 가지 반도체이지만, 이것들은 단지 원소이기 때문에 LED를 만들 수 없습니다.

반대로, 갈륨 비소, 갈륨 인화물 및 인듐 인화물과 같은 재료는 두 개 이상의 요소를 결합하여 LED를 만드는 데 자주 사용됩니다. 예를 들어 갈륨 비소는 원자가가 3이고 비소는 원자가가 5이므로 둘 다 III-V족 반도체로 분류됩니다.

III-V족에 속하는 물질은 다른 화합물 반도체를 만드는 데 사용할 수도 있습니다.

반도체 접합이 순방향 바이어스되면 일반 다이오드에서와 마찬가지로 P형 영역의 정공과 N형 영역의 전자가 접합부에 들어가 결합합니다.

전류는 이러한 방식으로 접합부를 통해 이동합니다.

결과적으로 에너지가 방출되며 그 중 일부는 광자(빛)처럼 방출됩니다. 최소한의 광자(빛)가 구조에 흡수되도록 보장하기 위해 대부분의 경우 대부분의 빛을 생성하는 접합의 P면이 장치 표면에 가장 가깝게 위치합니다.

접합부는 완벽하게 최적화되어야 하며 가시광선을 생성하려면 올바른 재료를 사용해야 합니다. 스펙트럼의 적외선 영역은 순수한 갈륨 비소가 에너지를 방출하는 곳입니다.

LED가 색상을 얻는 방법

알루미늄은 알루미늄 갈륨 비소를 생산하기 위해 반도체에 도입되어 LED 빛을 스펙트럼의 밝은 빨간색 끝(AIGaAs)으로 이동시킵니다.

적색광은 인을 추가하여 생성할 수도 있습니다.

다른 LED 색상에는 다양한 재료가 활용됩니다. 예를 들어, 갈륨 인화물은 녹색 빛을 방출하는 반면 노란색과 주황색 빛은 알루미늄 인듐 갈륨 인화물에 의해 생성됩니다. 대부분의 LED는 갈륨 반도체로 만들어집니다.

LED는 두 가지 구조로 제조됩니다.

면 발광 다이오드와 에지 발광 다이오드는 그림 도 1A 및 B는 각각 LED에 사용되는 두 가지 기본 아키텍처입니다. 면발광 다이오드는 더 넓은 각도에서 빛을 생성하기 때문에 가장 널리 사용됩니다.

LED 구조는 제조 후 LED에 손상을 주지 않고 안전하게 사용할 수 있도록 밀봉해야 합니다.

대부분의 작은 LED 표시기는 반도체와 주변 공기의 굴절률 사이에 있는 굴절률을 가진 에폭시 접착제로 캡슐화되어 있습니다(아래 그림 2 참조). 따라서 다이오드가 완벽하게 보호되고 빛이 가장 효과적인 방식으로 외부 세계로 전달됩니다.

LED 순방향 전압(VF) 사양

LED는 전류에 민감한 장치이므로 인가된 전압은 LED의 최소 순방향 전압 사양을 초과해서는 안 됩니다. LED(VF)의 순방향 전압 사양은 단순히 LED를 안전하고 밝게 비추는 데 사용할 수 있는 최적의 전압 레벨입니다. 전류가 LED의 순방향 전압 사양을 초과하면 LED가 타서 영구적으로 손상됩니다.

공급 전압이 LED의 순방향 전압보다 높은 경우 계산된 저항이 공급과 직렬로 사용되어 LED에 흐르는 전류를 제한합니다. 이를 통해 LED가 최적의 밝기로 안전하게 조명될 수 있습니다.

오늘날 대부분의 LED의 순방향 전압 값은 약 3.3V입니다. 빨간색, 녹색 또는 노란색 LED에 관계없이 일반적으로 양극 및 음극 단자에 3.3V를 인가하여 모든 LED를 밝힐 수 있습니다.

LED에 대한 공급 전압은 DC여야 합니다. AC도 사용할 수 있지만 LED에는 정류 다이오드가 연결되어 있어야 합니다. 이것은 AC 전압의 극성 변경이 LED에 해를 끼치지 않도록 합니다.

전류 제한

LED는 일반 다이오드와 마찬가지로 고유한 전류 제한이 없습니다. 결과적으로 배터리를 통해 직접 연결하면 화상을 입을 수 있습니다.

공급 DC가 약 3.3V이면 LED에 제한 저항이 필요하지 않습니다. 그러나 공급 전압이 3.3V보다 높으면 LED 단자와 직렬로 저항이 필요합니다.

저항은 LED의 양극 단자와 직렬로 연결하거나 LED의 음극 단자와 직렬로 연결할 수 있습니다.

손상을 방지하려면 저항을 회로에 연결하여 전류를 제어해야 합니다. 일반 표시등  LED의 최대 전류 사양은 약 20mA입니다. 전류가 이 미만으로 제한되면 LED의 광 출력이 비례하여 감소합니다.

위의 그림 3에 나와 있는 것처럼 LED 자체에 걸리는 전압은 소비되는 전류의 양을 추정할 때 고려해야 할 수 있습니다. 전압이 증가하면 전류 소비도 비례하여 증가하기 때문입니다.

제한 저항을 계산하는 공식은 다음과 같습니다.

R = V - LED FWD V / LED 전류

  • 여기서 V는 입력 DC 전원을 나타냅니다.
  • LED FWD V는 LED의 순방향 전압 사양입니다.
  • LED 전류는 LED의 최대 전류 처리 용량을 나타냅니다.

V = 12V, LED FWD V = 3.3V, LED 전류 = 20mA라고 가정하면 R 값은 다음과 같은 방식으로 풀 수 있습니다.

R = 12 - 3.3 / 0.02 = 435 Ohms, 가장 가까운 표준 값은 470 Ohms입니다.

와트는 12 - 3.3 x 0.02 = 0.174와트이거나 단순히 1/4와트가 됩니다.