LED

LED의 원리

LED는 Diode의 일종으로, 순방향 전압을 걸어줬을 때 P type 반도체와 N type 반도체의 정공과 전자가 결합하면서 에너지를 생성하고, 이 에너지가 빛의 형태로 방출되는 것이다.

LED 회로 구현 시 고려해야 할 요소들

Threshold Voltage (문턱 전압)

: LED가 빛을 방출하기 시작하는 데 필요한 최소 전압

 

• LED 소자는 반도체 소재로 이루어져 있으며, 전압이 특정 값(문턱 전압)이상으로 올라가야 전류가 흐르고 빛을 방출한다.

• 이 값은 LED의 소재(예:GaAs, GaN 등)와 밴드갭 에너지에 의해 결정됨

• 일반적으로 0.7~3V 범위에서 나타나며, 소재 및 색상에 따라 다르다 (요즘에는 0.7보다 더 낮은 것도 있다)

 

◆ 물리적 의미

• 반도체 PN접합에서 전자가 전도대에 도달하여 재결합(recombination)하면서 빛을 방출하려면, 밴드갭 에너지에 상응하는 전압이 필요함

Forward Voltage (순방향 전압)

: LED가 정상적으로 동작하면서 전류가 흐를 때 소자 양단에 걸리는 전압

 

• LED가 Threshold Voltage 이상에서 동작할 때, LED에 흐르는 전류(I)에 따라 전압(V)가 증가

• 이는 소자의 저항 성분(직류 저항)과 접한 특성 때문에 발생하는 전압 강하임

• 전류가 증가할수록 전압도 약간씩 증가하지만, 큰 변화는 없으며 대개 특정 전류(예: 20mA)에서 Forward voltage를 표기한다

• 데이터시트에 명시된 값은 정상 작동 시의 전압을 의미함

 

🍏예시

- Threshold Voltage: 2.0V (LED가 빛을 내기 시작하는 전압)

- Forward Voltage: 2.2V @ 20mA (정상 작동 전류에서 측정된 전압)

☛ threshold voltage는 작동 시작점, forward voltage는 작동 중 전압 특성으로 이해하면 된다