컬러 LED: 다양한 색상을 얻는 방법은 무엇입니까?

롯 컬러 LED 그들은 최근 몇 년 동안 우리와 동행했습니다. 모든 경우에 쉽지 않았기 때문에 새로운 LED 음영이 나타날 때마다. 예를 들어 호기심으로 백색광 LED와 청색광 LED가 시장에 가장 늦게 출시되었다는 사실을 알아야 합니다.

현재 그들은 다이오드의 일종 많은 분야에 필수적입니다. 따라서 이 글에서 배우게 될 당신이 알아야 할 모든 것 이것들에 기본 전자 부품, 왜 그들이 빛을 발산하는지, 왜 그런 색깔을 내는지 등에 대해...

반도체 발광원

아시다시피 반도체 장치에서 나올 수 있는 두 가지 발광 소스는 다음과 같습니다. 레이저 다이오드 및 LED 다이오드. LED는 자발적 방출을 기반으로 하는 반면 레이저는 유도 방출을 기반으로 합니다. 그것이 둘의 차이점입니다.

롯 발광 다이오드(Light Emitting Diode) 그들은 전자 장비 중에서 가장 일반적인 광원입니다. 디지털 시계에 시간을 표시하거나 배터리 작동 또는 충전 신호를 보내는 데 사용됩니다. 응용 프로그램은 다양하며 이제 새로운 LED 전구로 조명에 뛰어들어 모든 유형의 방과 심지어 차량을 비추고 있습니다.

이러한 LED 장치는 다음 그룹에 속합니다. 광반도체, 전류를 빛으로 변환할 수 있습니다. 이 조명기구는 전구처럼 타지 않아 내구성이 뛰어나다는 큰 장점이 있고, 효율도 훨씬 높아 기존 전구보다 소비량이 훨씬 적다. 또한 제조 비용이 매우 낮기 때문에 인기가 높아졌습니다.

다른 반도체 장치와 마찬가지로 LED는 다음과 같은 기본적인 주요 요소를 가지고 있습니다. 정공(+)이 있는 P 영역과 전자(-)가 있는 N 영역즉, 모든 반도체의 일반적인 전하 캐리어입니다. 그리고 이것은 다음을 만듭니다.

• P 측이 전원 공급 장치에 연결되고 N 측이 접지에 연결되면 연결이 순방향 바이어스되어 다이오드를 통해 전류가 흐르고 우리 모두가 볼 수 있는 빛을 방출합니다.
• P 측이 접지에 연결되고 N 측이 전원 공급 장치에 연결되면 그 연결을 역방향 바이어스라고 하여 전류의 흐름을 방지합니다. 다이오드가 한 방향으로 흐르는 전류를 막는다는 것은 이미 알고 있습니다.
• 순방향 바이어스가 가해지면 P측 및 N측 다수 및 소수 전하 캐리어가 서로 결합하여 PN 접합의 공핍층에서 전하 캐리어를 중화합니다. 그리고 전자와 정공의 이러한 이동은 일정한 양의 광자를 방출합니다. 즉, 에너지의 일부가 일정한(단색) 파장을 가진 빛의 형태로 방출됩니다. 이것은 방출하는 파장에 따라 IR, 파란색, 노란색, 녹색, 노란색, 호박색, 흰색, 빨간색, UV 등이 될 수 있기 때문에 LED의 색상을 특징짓는 것입니다.
• 전자기 스펙트럼의 방출 파장과 그에 따른 색상은 다이오드의 PN 접합을 형성하는 반도체 재료에 의해 결정됩니다. 따라서 반도체 화합물은 스펙트럼 또는 가시 범위 내에서 새로운 색상을 생성하기 위해 변경되거나 활용될 수 있습니다.

빨간색, 파란색 및 녹색(RGB 또는 Red Green Blue) 색상을 쉽게 결합하여 백색광 생성. 반면에 LED의 작동 전압도 색상에 따라 달라집니다. 예를 들어 빨간색, 녹색, 호박색 및 노란색이 작동하려면 약 1.8볼트가 필요합니다. 그리고 발광 다이오드의 작동 전압 범위는 LED 제조에 사용되는 반도체 재료의 항복 전압에 따라 결정될 수 있다는 것이다.

LED 유형

LED는 여러 가지 방법으로 분류할 수 있으며, 주요 방법 중 하나는 방출하는 파장에 따라 분류하는 것입니다. 두 가지 범주:

•  보이는 LED: 400nm에서 750nm 사이의 가시 스펙트럼 내에서 파장을 방출하는 것입니다. 이 범위는 음장에서 20Hz와 20Khz 사이에서만 들을 수 있는 것처럼 사람의 눈으로 볼 수 있는 범위입니다. 20Hz 미만은 우리가 들을 수 없는 초저주파이고 20Khz 이상은 포착할 수 없는 초음파입니다. 빛의 경우에도 비슷한 일이 발생합니다. 400nm 이하로 내려가면 적외선 또는 IR이 있고 750nm 이상이면 자외선이 나타납니다. 둘 다 인간의 눈에는 보이지 않습니다.
•  보이지 않는 LED: IR 다이오드나 UV 다이오드의 경우처럼 우리가 볼 수 없는 파장입니다.

가시광 LED는 주로 조명이나 신호용으로 사용됩니다. Invisible LED는 광센서를 이용하여 광스위치, 광통신 및 분석 등의 응용분야에 사용됩니다.

능률

아시다시피 LED 조명은 보다 효율적인 기존보다 훨씬 적은 에너지를 소비합니다. 이는 LED의 특성 때문입니다. 그리고 다음 표에서 광속과 LED에 공급되는 전기 입력 전력 사이의 관계를 볼 수 있습니다. 즉, 와트당 루멘(lm/W)으로 표현할 수 있습니다.

LED 공사

출처: ResearchGate

La 발광다이오드의 구조와 구성은 일반 다이오드와 매우 다릅니다., 제너 등과 같은 PN 접합이 순방향 바이어스되면 LED에서 빛이 방출됩니다. PN 접합부는 대기 교란, 진동 및 열 충격으로부터 LED 내부를 보호하는 투명한 플라스틱 반구형 돔과 단단한 에폭시 수지로 덮여 있습니다.

PN 접합은 다음을 사용하여 형성됩니다. 준비물 비화갈륨, 비화갈륨 인화물, 인화갈륨, 질화인듐갈륨, 질화갈륨알루미늄, 탄화규소 등의 밴드갭이 낮은 화합물 예를 들어, 적색 LED는 갈륨 아세나이드 기판에, 녹색, 노란색 및 주황색은 인화 갈륨 기판 등에 구축됩니다. 적색에서 N형 층은 텔루륨(Te)으로 도핑되고 P층은 아연(Zn)으로 도핑됩니다. 한편, 접촉층은 P측에 알루미늄을 사용하고 N측에 주석-알루미늄을 사용하여 형성된다.

또한 이러한 접합부는 많은 빛을 방출하지 않으므로 에폭시 수지 돔 그것은 PN 접합에 의해 방출된 빛의 광자가 이를 통해 가장 잘 반사되고 집중되는 방식으로 구성됩니다. 즉, 보호막 역할을 할 뿐만 아니라 집광 렌즈 역할도 합니다. 방출된 빛이 LED 상단에서 더 밝게 보이는 이유입니다.

LED는 다음을 보장하도록 설계되었습니다. 대부분의 전하 캐리어 재결합은 PN 접합 표면에서 발생합니다. 명백한 이유로 다음과 같은 방식으로 달성됩니다.

• 기판의 도핑 농도를 증가시키면 추가 소수 전하 캐리어 전자가 구조의 상단으로 이동하여 재결합하고 LED 표면에서 빛을 방출합니다.
• 전하 캐리어의 확산 길이를 늘림으로써, 즉 L = √Dτ, 여기서 D는 확산 계수이고 τ는 전하 캐리어의 수명입니다. 임계값 이상으로 증가하면 장치에서 방출된 광자가 재흡수될 가능성이 있습니다.

따라서 LED 다이오드를 순방향 바이어스로 연결하면, 화물선 그들은 PN 접합에서 기존의 전위 장벽을 극복하기에 충분한 에너지를 얻습니다. P형 및 N형 반도체 모두에서 소수 전하 캐리어가 접합부에 주입되어 다수 캐리어와 재결합합니다. 다수 캐리어와 소수 캐리어의 조합은 두 가지 방식이 될 수 있습니다.

• 복사: 재결합 시 빛이 방출되는 경우.
• 방사성 아님: 재결합하는 동안 빛이 방출되지 않고 열이 발생합니다. 즉, 적용된 전기 에너지의 일부는 빛이 아닌 열의 형태로 손실됩니다. 빛이나 열을 발생시키는 데 사용되는 에너지 비율에 따라 이것이 LED의 효율이 됩니다.

유기 반도체

최근에 그들은 또한 시장에 침입했습니다 OLED 또는 디스플레이에 사용되는 유기발광다이오드. 이 새로운 유기 다이오드는 유기 분자의 일부 또는 전체에서 전도가 허용되는 유기 성질의 재료, 즉 유기 반도체로 구성됩니다.

이러한 유기 물질은 결정상 또는 고분자 분자. 이것은 매우 얇은 구조, 저렴한 비용, 작동하는 데 매우 낮은 전압이 필요하고 높은 밝기와 최대 대비 및 강도를 갖는 이점이 있습니다.

LED 색상

일반 반도체 다이오드와 달리 LED는 앞에서 언급한 것처럼 사용하는 화합물로 인해 빛을 방출합니다. 일반적인 반도체 다이오드는 실리콘이나 게르마늄으로 만들어지지만 발광 다이오드는 화합물 같은 :

• 갈륨비소
• 갈륨 비소 인화물
• 탄화 규소
• 인듐 갈륨 질화물

이러한 재료를 혼합하면 원하는 색상을 얻기 위해 독특하고 다른 파장을 생성할 수 있습니다. 서로 다른 반도체 화합물은 가시 광선 스펙트럼의 정의된 영역에서 빛을 방출하므로 서로 다른 수준의 빛 강도를 생성합니다. LED 제조에 사용되는 반도체 재료의 선택에 따라 광자 방출의 파장과 방출되는 빛의 색상이 결정됩니다.

방사 패턴

방사 패턴은 발광면에 대한 발광 각도로 정의됩니다. 출력, 강도 또는 에너지의 최대량은 방출면에 수직인 방향에서 얻을 수 있습니다. 발광 각도는 방출되는 색상에 따라 다르며 일반적으로 약 80°에서 110° 사이에서 변합니다. 다음은 다양한 색상과 소재:

LED에서 방출되는 빛의 색상은 LED에 의해 결정되지 않습니다. 플라스틱 바디 색상 LED를 감싸고 있습니다. 이것은 매우 명확해야 합니다. 앞서 언급했듯이 에폭시 수지는 광 출력을 개선하고 LED가 꺼졌을 때 색상을 표시하는 데 사용됩니다.

다색 LED

시중에는 다양한 LED 사용 가능, 모양, 크기, 색상, 출력 광 강도 등이 다릅니다. 그러나 가격면에서 확실한 왕은 직경 5mm의 갈륨 비소 인화물 적색 LED라고 말해야 합니다. 그것은 세계에서 가장 많이 사용되는 것이므로 가장 많이 생산되는 것입니다.

그러나 보시다시피 현재 다양한 색상이 있으며 여러 색상을 결합하여 하나의 색상을 생성하기도 합니다. 다색 LED 이 섹션에서 보게 될 것과 같은…

바이 컬러

XNUMX색 LED는 이름에서 알 수 있듯이 두 가지 다른 색상으로 발광할 수 있는 LED. 이는 동일한 패키지에 두 개의 서로 다른 색상의 LED를 결합하여 달성됩니다. 이런 식으로 한 색상에서 다른 색상으로 변경할 수 있습니다. 예를 들어, 충전 중일 때는 빨간색으로, 이미 충전되었을 때는 녹색으로 바뀌는 배터리 충전 상태를 나타내기 위해 일부 장치에 표시되는 LED와 같습니다.

이 LED를 만들기 위해서는 병렬로 연결되어 있다, 한 LED의 양극이 다른 LED의 음극에 연결되고 그 반대도 마찬가지입니다. 이러한 방식으로 양극에 전원이 공급되면 양극을 통해 전원을 공급받는 하나의 LED만 켜집니다. 두 양극에 동시에 전원이 공급되는 경우 동적 전환을 통해 두 양극을 동시에 켤 수도 있습니다.

삼색기

우리는 또한 삼색 LED, 즉 세 가지 다른 색상을 발산 할 수 있습니다 두 개 대신. 이들은 XNUMX개의 LED를 동일한 패키지의 공통 음극과 결합하고 한두 가지 색상을 밝히려면 음극을 접지에 연결해야 합니다. 그리고 제어하거나 켜고자 하는 색상의 양극에서 공급되는 전류.

즉, XNUMX색 또는 XNUMX색 LED조명을 위해서는 양극에 대한 전원 공급 장치 개별적으로 또는 동시에. 이러한 XNUMX색 LED는 휴대폰과 같은 다양한 장치에서 알림 등을 표시하는 데 자주 사용됩니다. 또한 이 유형의 다이오드는 서로 다른 순방향 전류 비율에서 두 개의 LED를 켜서 기본 색상의 추가 음영을 생성합니다.

LED RGB

이것은 기본적으로 XNUMX색 LED의 한 유형이며, 이 경우에는 다음과 같이 알려져 있습니다. RGB (빨강 녹색 파랑), 그것은 세 가지 색상의 빛을 발산하기 때문입니다. 알다시피 이들은 컬러 트림 스트립과 게임 장비에서 매우 인기가 있습니다. 그러나 기본 색상이 있다고 해도 모든 색상과 음영을 생성할 수는 없습니다. 일부 색상은 RGB 삼각형 외부에 있으며 분홍색, 갈색 등과 같은 색상은 RGB에서 찾기 어렵습니다.

LED의 장점과 단점

이제 주요 항목이 무엇인지 확인할 시간입니다. 장점과 단점 이러한 LED 다이오드 중:

이점

• 소형
• 낮은 생산 비용
• 긴 보관 수명(녹지 않음)*
• 높은 에너지 효율 / 낮은 소비
• 저온 / 적은 복사열
• 설계 유연성
• 그들은 다양한 색상과 심지어 백색광을 생성할 수 있습니다.
• 높은 스위칭 속도
• 높은 광도
• 빛을 한 방향으로 집중시키도록 설계 가능
• 솔리드 스테이트 반도체 장치이므로 더 견고합니다. 열충격 및 진동에 더 강합니다.
• 자외선의 존재 없음

단점

• 방사 출력 전력과 LED 파장의 주변 온도 의존성.
• 과도한 전압 및/또는 과도한 전류로 인한 손상에 대한 민감도.
• 이론적인 전체 효율은 특수 저온 또는 펄스 조건에서만 달성됩니다.

응용 프로그램

마지막으로 중요한 것은 무엇인지 보여줄 필요가 있습니다. 가능한 응용 프로그램 다음과 같은 색상의 LED가 사용됩니다.

• 차량 조명용
• 표지판: 표시기, 표지판, 신호등
• 대시보드에 시각적 정보 표시
• 픽셀이 LED로 구성된 디스플레이의 경우
• 의료 응용
• 장난감
• 조명
• 리모컨(IR LED)
• 등등