기   술

1.

LED는 최근 거리에서 자주 눈에 띄는 새로운 광원이다. 종래의 백열전구가 필라멘트를 가열하여 빛을 내는 것에 비해 LED는 전기를 직접 빛으로 바꾸기 때문에 에너지의 변환 효율이 매우 좋아 백열전구에 비해 전력을 매우 절약할 수 있다. 뿐만 아니라, 필라멘트가 자주 끊어지는 백열전구와 달리 수명도 수십 배 정도로 길어서 조명이나 통신, 교통, 전자 분야에서 각광받고 있다.

2.

그럼 LED는 어떻게 빛을 만들어 내는 것일까? LED는 p형 반도체와 n형 반도체를 접합한 구조로 이루어져 있다. 원자핵의 주위에는 전자가 존재할 수 있는 2개의 에너지대가 존재한다. 즉, 전자가 자유롭게 움직이지 못하고 고정된 것처럼 되어 있는 '가전자대'와 전자가 자유롭게 돌아다닐 수 있는 '전도대'가 있다. 전자의 에너지가 낮은 쪽이 가전자대이고 높은 쪽이 전도대이다. n형 반도체의 전도대에는 전자가 없는 대신에 가전자대에 전자가 빠진 구멍, 즉 정공이 있다. 그리고 전도대와 가전자대 사이에는 전자도 정공도 없는 '금제대'가 존재한다.

3.

pn 접합부에서는 가장 p형 측에 접하고 있는 n형 측의 전자가 어느 정도 p형 측으로 확산된다. 그러면 n형 측은 확산한 전자에 상당하는 만큼 플러스 전기를 띠게 된다. 마찬가지로 p형 측의 정공도 어느 정도 n형 측으로 확산되기 때문에 그만큼 마이너스 전기를 띠게 된다. 이와 같이 p형과 n형 측에는 확산에 의해 전기를 띠게 되고 이로 인해 전위(전하의 위치 에너지)의 차이, 즉 전압이 발생한다. 이 전위차(Vd)로 인해 전자는 p형 영역에서 멀어지고 마찬가지로 정공도 n형 영역에서 멀어진다. 결국 pn 접합의 아주 가까운 곳은 전자도 정공도 없는 '공핍층'이 생기게 된다. 그런데 외부로부터 pn 접합에 대해 Vd를 상쇄할 크기의 순방향 전압을 가하면 전자는 n형 영역에서 p형 영역 쪽으로, 정공은 p형 영역에서 n형 영역 쪽으로 이동하고 정공의 이동 방향을 따라 전류가 흐른다. 이때 전도대에 있던 전자가 가전자대에 떨어져 정공과 결합하면서 에너지가 빛과 열이 되어 나오게 된다.

4.

LED 기술은 표시등이나 일부 디스플레이 영역에 국한하여 이용되었으나, 최근에는 그 영역을 넓혀 자동차의 내부 조명 및 브레이크등, 교통신호등, 총천연색 디스플레이, 옥외 전광판, 휴대폰이나 PDA의 백라이트 조명, 기타 장식용 조명 등 많은 응용성을 보여주고 있다. 또 광 효율의 개선과 제작에 필요한 가격 절감의 노력 덕분에 기존의 백열전등, 형광등, 네온등, 나트륨램프 등이 차지하고 있는 약 400억불 규모의 조명 시장을 놓고 경쟁하는 단계에까지 이르고 있다.

◆ 2014년 3월 사설 모의고사(대성), 국어A 독서 영역 '기술' 지문

◆ 개요 : 구기준, 『LED의 발광 원리』→ LED의 원리와 특징을 설명한 글이다.