[스크랩] LED패키지의 구조

 

 발광다이오드(LED)

반도체 통과한 전기 형형색색 마법의 빛으로


발광다이오드(LED)는 1923년 반도체에 전압을 가할 때 생기는 발광현상을 관측하면서 세상에 나오게 됐습니다. 하지만 여러 가지 기술상의 문제로 1960년대 말부터나 실제 사용되기 시작했습니다.

초기에는 적색계통의 LED만 개발됐으나, 현재는 새로운 반도체 재료가 개발되면서 청색과 녹색의 LED도 개발돼 천연색 및 백색의 빛을 구현할 수 있게 됐습니다.

이런 LED는 크게 SMD타입과 램프타입으로 구분됩니다.(그림1 참조) 램프타입의 경우 주로 투명한 몰드(mold)로 싸여져 있으며 내부에 반도체(LED칩)가 들어 있습니다. 몰드에는 플라스틱의 일종인 에폭시 수지가 사용되는데 몰드는 내부를 보호하고, 발생된 빛을 모아주는 렌즈 역할을 맡습니다.

LED 아래에는 두발(Lead)이 달려있는데, 이 두 발은 전극 역할을 합니다. 몰드 내부에는 반도체 칩에 전원을 공급하기 위한 음전극과 양전극이 있으며, 반도체 칩은 그 중 한 전극 위에 올려져 있습니다. 이 전극과 반도체 칩을 연결하기 위해 금으로 된 가는 전선(Wire)이 사용됩니다.

SMD은 표면실장소자(Surface Mount Device)의 약자로 부품의 다리를 인쇄회로기판(PCB)의 구멍에 끼워서 납땜하지 않고, 부품을 회로기판에 단지 얹어 놓은 상태로 납땜, 사용합니다. 따라서 SMD타입 LED는 소형화가 가능해 주로 휴대폰 등 모바일 기기에 사용되고 있지요.

◇반도체 칩이 핵심역할=LED는 기존의 전구 필라멘트가 가열되며 얻어지는 빛과는 다른 방식으로 빛을 냅니다. 전기가 직접 반도체를 통해 빛으로 전환되므로 효율이 높으며 반도체의 종류에 따라 빛 색깔도 조절할 수 있습니다.

LED에 있어 색을 결정하는 등 핵심 역할을 담당하는 것이 바로 칩, 반도체인데 순수 반도체는 부도체와 마찬가지로 전기가 흐르지 않는 특성을 갖고 있습니다. 다만, 부도체와 달리 빛이나 열, 또는 불순물 등의 외부적인 자극(에너지)을 가할 경우 전기가 통하게 되며 이 전기의 흐름은 인위적으로 조절할 수 있습니다. 대표적인 순수물질로는 Si(실리콘)와 Ge(게르마늄)등이 있습니다.

◇LED 발광원리=물질을 구성하는 미세 단위인 원자의 경우, 중심에 원자핵이 있고 원자핵 주변을 전자가 돌고 있습니다. 전자는 각자 궤도를 돌고 있는데 안쪽의 궤도는 비교적 낮은 에너지를 가지며, 바깥쪽 전자는 높은 에너지를 갖습니다.

낮은 궤도(안쪽)에서 돌고 있던 전자가 외부로부터 어떤 형태로든 에너지를 받으면 흥분해서 높은 궤도로 뛰어 올라가게 됩니다.(그림 2 참조) 높은 궤도로 올라간 전자는 본 궤도에 정공(hole)을 남기게 되는데, 전자와 정공은 서로 합치려는 경향이 매우 강합니다. 따라서, 높은 궤도에서 돌아다니던 전자는 낮은 궤도로 내려와 정공과 합치게 되는데, 이때 높은 궤도에서 높은 에너지를 지니던 전자는 낮은 궤도로 내려오면서 낮은 에너지 상태로 변하게 됩니다. 전자는 이 에너지 차이를 여러 가지 다른 에너지 형태로 바꿔 내보내는데, 그 중 한 가지 방법이 바로 빛을 내보내는 것입니다.

이때 빛의 색깔은 전자가 올라갔다 내려가는 에너지 준위차(Energy Band Gap)에 의해 결정됩니다. 즉, 밴드 갭이 클 경우 단파장의 빛, 즉 파란색 계통의 빛이 나오고 작을 경우 장파장을 갖는 빨간 색 빛의 나오고 가시광선 영역을 벗어나면 자외선이나 적외선이 나오는 것입니다.

 

출처 : LED 조명

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