LED의 발광 원리

모두충전식 작업등 휴대용 캠핑 조명그리고다기능 헤드램프LED 전구 유형을 사용합니다. 다이오드 LED의 원리를 이해하려면 먼저 반도체에 대한 기본 지식을 알아야 합니다. 반도체 재료의 전도성은 도체와 절연체의 중간입니다. 반도체의 독특한 특징은 외부의 빛과 열 조건에 의해 자극을 받으면 전도성이 크게 변한다는 것입니다. 순수 반도체에 소량의 불순물을 첨가하면 전기 전도성이 크게 증가합니다. 실리콘(Si)과 게르마늄(Ge)은 현대 전자공학에서 가장 일반적으로 사용되는 반도체이며, 최외각 전자는 4개입니다. 실리콘이나 게르마늄 원자가 결정을 형성할 때, 인접한 원자들은 서로 상호작용하여 최외각 전자를 두 원자가 공유하게 되는데, 이로 인해 결정 내에 공유 결합 구조가 형성됩니다. 공유 결합은 분자 구조로서 구속력이 거의 없습니다. 상온(300K)에서 열 여기를 받으면 일부 최외각 전자가 공유 결합에서 벗어나 자유 전자가 될 만큼 충분한 에너지를 얻게 되는데, 이 과정을 고유 여기라고 합니다. 전자가 자유 전자가 된 후 공유 결합에는 빈자리가 남게 되는데, 이 빈자리를 정공이라고 합니다. 반도체와 도체를 구분하는 중요한 특징 중 하나는 구멍이 존재한다는 점입니다.

인과 같은 5가 불순물을 소량 첨가하면, 이 불순물은 다른 반도체 원자와 공유 결합을 형성한 후 전자 하나를 더 갖게 됩니다. 이 여분의 전자는 아주 작은 에너지만으로도 결합에서 벗어나 자유 전자가 될 수 있습니다. 이러한 불순물 반도체를 전자 반도체(N형 반도체)라고 합니다. 반면, 붕소와 같은 3가 원소 불순물을 소량 첨가하면, 이 불순물은 최외각 전자가 3개뿐이므로 주변 반도체 원자와 공유 결합을 형성한 후 결정 내에 빈자리를 생성합니다. 이러한 불순물 반도체를 정공 반도체(P형 반도체)라고 합니다. N형 반도체와 P형 반도체가 접합되면 접합면에서 자유 전자와 정공의 농도 차이가 발생합니다. 전자와 정공은 농도가 낮은 쪽으로 확산되어, 전하를 띠지만 이동하지 못하는 이온이 남게 되면서 N형과 P형 영역의 원래 전기적 중성이 파괴됩니다. 이러한 움직이지 않는 대전 입자는 종종 공간 전하라고 불리며, N 영역과 P 영역의 경계면 근처에 집중되어 매우 얇은 공간 전하 영역을 형성하는데, 이를 PN 접합이라고 합니다.

PN 접합의 양쪽 끝에 순방향 바이어스 전압(P형의 한쪽에 양의 전압)을 가하면 정공과 자유 전자가 서로 주위를 이동하며 내부 전기장을 생성합니다. 새로 주입된 정공은 자유 전자와 재결합하면서 때때로 과잉 에너지를 광자 형태로 방출하는데, 이것이 바로 LED에서 방출되는 빛입니다. 이러한 스펙트럼은 비교적 좁고, 각 물질의 밴드갭이 다르기 때문에 방출되는 광자의 파장도 다릅니다. 따라서 LED의 색상은 사용된 기본 물질에 따라 결정됩니다.