백색 발광 다이오드
화이트 LED 정의
화이트 LED는 다양한 방법을 사용하여 LED에서 백색광을 생성하는 조명 기술로, 현재 여러 조명 응용 분야에서 널리 사용되고 있습니다.
화이트 라이트 발광 다이오드 또는 화이트 LED는 조명을 혁신시켰습니다. 초기에는 LED는 표시기, 디스플레이, 비상 조명 등에 제한적이었습니다. 이제 화이트 LED는 실내 조명부터 가로등, 플러드 조명까지 거의 모든 조명 응용 분야에서 사용되며, 이를 통해 보편적으로 사용되고 있습니다.
LED는 자연적으로 백색광을 방출할 수 없습니다. 그러나 특정 기술을 통해 이를 가능하게 합니다. LED에서 백색광을 생성하는 주요 방법은 파장 변환, 색상 혼합, Homo-epitaxial ZnSe 기술입니다.
파장 변환
파장 변환은 LED의 복사 에너지를 백색광으로 변환하는 방법입니다. 이 방법에는 파란색 LED와 노란색 형광체, 여러 형광체, 자외선 LED와 RGB 형광체, 또는 파란색 LED와 양자점 등을 사용하는 방법이 포함됩니다.
파란색 LED와 노란색 형광체
이 파장 변환 방법에서는 파란색 복사를 방출하는 LED를 사용하여 노란색 형광체(이트륨 알루미늄 간석)를 활성화합니다. 이로 인해 노란색과 파란색 빛이 방출되며, 이러한 파란색과 노란색 빛의 혼합물은 백색광처럼 보입니다. 이 방법은 백색광을 생산하는 가장 저렴한 방법입니다.
파란색 LED와 여러 형광체
이 파장 변환 방법은 파란색 LED와 여러 형광체를 사용합니다. 각 형광체는 파란색 LED가 방출하는 복사 에너지에 의해 다른 색의 빛을 방출합니다. 이러한 다양한 색의 빛이 원래의 파란색 빛과 결합하여 백색광을 생성합니다. 여러 형광체를 사용하면 노란색(YAG) 형광체만 사용하는 경우보다 더 넓은 파장 스펙트럼과 더 나은 색 재현율(CRI) 및 색온도(CCT)를 가진 백색광을 생성할 수 있습니다. 그러나 이 과정은 YAG 형광체만 사용하는 경우보다 비싸게 됩니다.
자외선 LED와 RGB 형광체
세 번째 파장 변환 방법은 자외선 복사를 방출하는 LED와 빨간색, 초록색, 파란색(RGB) 형광체를 함께 사용하는 것입니다. LED는 인간 눈에 보이지 않는 자외선을 방출하며, 이 자외선이 빨간색, 초록색, 파란색 형광체에 도달하여 이를 활성화합니다. 이러한 RGB 형광체가 활성화되면 방출되는 복사 에너지가 혼합되어 백색광을 제공합니다. 이 백색광은 앞서 논의된 기술들보다 더 넓은 파장 스펙트럼을 가지게 됩니다.
파란색 LED와 양자점
이 방법에서는 파란색 LED를 사용하여 양자점을 활성화합니다. 양자점은 2nm에서 10nm 사이의 매우 작은 반도체 결정체로, 직경이 10-50개의 원자에 해당합니다. 양자점이 파란색 LED와 함께 사용될 때, 그들은 33 또는 34쌍의 카드뮴 또는 셀레늄으로 구성된 얇은 나노 결정 입자층을 형성하여 LED 위에 코팅됩니다. LED가 방출하는 파란색 빛은 양자점을 활성화시키며, 이 활성화 결과로 UV LED와 RGB 형광체를 사용하여 생성된 백색광과 거의 유사한 파장 스펙트럼을 가진 백색광이 생성됩니다.
색상 혼합
여러 개의 LED(일반적으로 빨간색, 파란색, 초록색 등의 기본 색상을 방출)가 램프 내부에 장착되어 있으며, 각 LED의 강도를 적절히 조절하여 백색광을 생성합니다. 이것이 색상 혼합 기법의 기본 아이디어입니다. 색상 혼합 기법은 최소 두 개의 LED, 즉 파란색과 노란색 빛을 방출하는 LED를 함께 사용하여, 그 강도를 조절하여 백색광을 생성합니다. 또한, RED, BLUE, GREEN, YELLOW를 동시에 사용하는 4개의 LED를 사용하여 색상 혼합을 수행하기도 합니다. 색상 혼합에서는 형광체를 사용하지 않으므로, 변환 과정에서 에너지 손실이 없으며, 따라서 색상 혼합 기법은 파장 변환 기법보다 효율적입니다.
Homo-epitaxial ZnSe
일본 오사카의 Sumitomo Electric Industries, Ltd.와 대만 타이베이의 Procomp Informatics, Ltd.가 공동 벤처인 Supra Opto, Inc.를 설립하여 새로운 백색광 생산 기술을 개발하고 상용화했습니다. 이 새로운 기술은 Homo-epitaxial ZnSe 기술로 알려져 있습니다.
이 기술에서는 아연 셀레나이드(ZnSe) 기판 위에 에피택셜 파란색 LED층을 성장시켜 백색광을 생성합니다. 이렇게 하면 활성 영역에서 파란색 빛이, 기판에서 노란색 빛이 동시에 방출됩니다. LED의 에피택셜층은 483nm의 청록색 빛을 방출하며, ZnSe 기판은 동시에 595nm의 주황색 빛을 방출합니다. 이 청록색 빛(483nm)과 주황색 빛(595nm)의 혼합으로 백색광이 생성되며, 관련 색온도(CCT)가 3000K 이상인 백색 LED가 만들어집니다. 이 백색 LED의 평균 수명은 약 8000시간입니다.
현재 이 LED는 조명, 표시기, 액정 디스플레이 백라이트 등에 사용되고 있습니다. 그러나 평균 수명이 증가함에 따라 이 백색 LED는 추가적인 조명 응용 분야에도 적합해질 것입니다.
