LED의 원리와 특성

소개

LED의 개념, 역사 및 동작원리, 기본 특성, 제조공정, 패키징, 장점과 단점, 새로운 용도, 기술동향 및 전망 등에 대하여 서술하였습니다.

목차

1. LED란?

2. LED 역사 및 동작원리

3. LED의 기본특성

4. LED 제조 공정
1) 사파이어 기판(Al2O2): Substrate
2) Epi wafer
3) Chi 제조: Fab 공정
4) Packaging 공정

5. LED 패키징

6. LED의 장점과 단점
1) LED의 장점
2) LED의 단점

7. LED의 새로운 용도

8. LED 시장의 기술 동향 및 전망

참고자료

본문내용

1. LED란?

LED는 전기 에너지를 빛 에너지로 바꿔주는 광 반도체 소자이다. LED는 p-n 접합 다이오드의 일종으로, 빛이 발생되는 원리는 n영역의 전자가 외부에서 공급되는 전류에 의해 p영역으로 이동하게 되고 접합부(Junction)에서 전자와 정공이 재결합하게 된 후 전자(Electron)가 기저상태로 환원하면서 에너지(빛)를 발산하게 된다.
이 때 발광하는 빛의 파장 대는 에너지 밴드 갭에 따라 다양한 형태로 형성되는데 파장에 따라 빛의 색(Color)이 결정된다.
LED는 전류구동소자로서 전류에 따라 밝기가 달라진다. 단일 LED는 낮은 전압장치이다. 단일 인디케이터 LED는 2~4V의 직류전압과 1~50mA 범위의 전류를 필요로 한다. 조명용 LED는 단일 반도체 LED가 필요로 하는 동일 전압을 요구하나, 동작전류는 상대적으로 매우 높다. 보편적으로 수 백 mA이다. 직렬로 연결된 다중 요소를 포함한 LED 램프는 비례적으로 높은 전압을 요구한다.
LED파장에서 방출하는 색깔은 보라, 파랑, 녹색, 노랑이며 자세한 것은 아래 표와 같다.

2. LED 역사 및 동작원리

1962년 제너럴 일렉트릭(General Electric)의 연구원이던 홀로냑(Holonyak)이 갈륨-비소-인(GaAsP)이라는 화합물 반도체 물질을 이용하여 만든 적색 LED를 시작으로 비약적인 발전이 이루어졌다. 1968년에는 갈륨-비소(GaAs)와 알루미늄-비소(AlAs)를 이용한 적색 LED가 상용화 되었으며, 1980년대에 알루미늄-갈륨-비소(AlGaAs)를 사용한 고휘도 적색 LED가 상용화되고, 인듐-갈륨-질소(InGaN)를 사용한 순녹색 LED가 개발되었다. 90년대에 들어서면서는 인듐-갈륨-알루미늄-인(InGaAlP)을 사용한 초고휘도 적색 및 주황색 LED가 개발되었다.
이상에서와 같이 초기에는 적색에서 녹색 사이라는 색 제한이 있었으나, 1993년 일본 니치아 화학의 나카무라에 의해 갈륨-질소(GaN)를 이용한 고휘도 청색 LED가 만들어지면서 풀 컬러(fullcolor)를 구현 할 수 있게 되었다. 1995년에는 고휘도 녹색 LED가 제작되면서 적, 녹, 청 LED가 모두 상용화되어 LED 응용시장의 본격적인 풀 컬러화가 시작되었다.
1996년에는 청색 LED에 형광물질을 덮어서 백색 LED가 개발되었고, 2000년에는 형광등보다 효율이 높아 100(lm/W)를 능가하는 고휘도 적색 LED가 개발되어 LED 조명 시대가 도래 하게 되었다.

참고자료

· 김강오, 국내조명용LED시장은 얼마까지 성장할까?, 대신증권, 2006.
· 메리츠 종금증권, LED 시장 전망, 2011.
· 백광현․김지현, 고효율 LED 소자 기술 개발 동향, NICE, 제 29권 제 4호, 2011.
· 신무환․김재필, LED 패키징 기술 입문, 북스힐, 2008.
· 안선영, 반도체 광원(LED) 시장 동향 및 전망, 주간기술동향 통권 1234호, 2006.