LED조명과 형광등

LED의 정의

LED는 반도체 p-n 접합에 순방향 전압을 가해 빛을 내는 고체 발광소자다.

백열등은 필라멘트를 가열하고, 형광등은 수은 방전으로 생긴 자외선을 형광체로 바꾼다.

LED는 열이 아니라 전자의 재결합으로 빛을 낸다. 이 차이가 발광 원리의 출발점이다.

발광 원리

LED 칩에 순방향 전압을 걸면 n형의 전자가 접합을 넘어 p형 쪽으로 주입된다.

주입된 전자와 정공이 발광층에서 만나 재결합하며, 그 에너지 차이가 광자로 방출된다.

방출되는 빛의 파장은 밴드갭 폭으로 정해진다. 그래서 재료에 따라 빛의 색이 달라진다.

빛을 내지 않는 비복사 재결합은 열이 되어 발광 효율을 떨어뜨린다.

백색 LED

백색 LED는 청색 LED 칩에 황색 형광체를 씌우는 방식이 널리 쓰인다.

청색광 일부가 형광체를 여기시켜 황색광을 내고, 두 색이 섞여 백색으로 보인다.

형광체 조성에 따라 색온도와 연색성이 달라진다. 두 값은 서로 다른 특성이다.

형광등과 비교

LED와 형광등은 같은 기준으로 놓고 보면 특성 차이가 분명하다.

LED는 예열 없이 즉시 최대 밝기에 도달한다. 형광등은 점등 후 광속이 안정될 때까지 예열이 필요하다.

LED는 잦은 점멸과 조광에 강하다. 형광등은 점멸하면 수명이 짧아지고, 저온에서 점등이 어렵다.

구동 장치 구성이 다르므로 교체할 때는 안정기 호환 여부도 함께 본다.

효율과 수명

정답은 짧아진다. 형광등은 점멸 시 전극이 손상되어 수명이 줄어든다.

발광효율은 lm/W로 비교한다. 상용 최고 수준 LED 램프는 200lm/W를 넘고, 백열등은 약 14~17lm/W다.

LED는 광속 감소로 수명을 정한다. 형광램프는 점등 시간과 점멸 횟수에 따라 수명이 달라진다.

색온도는 광원의 겉보기 색이고, 연색성은 물체색을 얼마나 충실히 재현하는지를 나타낸다.

장단점

LED 조명의 장점은 높은 효율, 긴 수명, 즉시 점등, 소형화, 수은 미사용이다.

단점은 초기 비용이 높고 광 출력이 줄어든다는 점이다. 접합 온도가 오르면 광속과 수명이 함께 떨어진다.

형광등은 초기 비용이 낮고 색 재현이 비교적 양호하지만, 수은을 포함해 폐기 관리가 필요하다.

핵심 정리

정리한다. LED는 전자와 정공의 재결합으로 빛을 내고, 발광 색은 밴드갭이 정한다.

효율은 lm/W로, 수명은 광속 유지율로 비교한다. 이 두 기준을 구분해 쓰는 것이 핵심이다.