자동차 램프의 LED

LED는 우리 말로는 발광 다이오드라고 표기하며

반도체에 전압을 가할 때 생기는 파장이 가시광선 영역에 속할 때 이를 활용하여 발광 효과를 내도록 하는 반도체 소자이고 p n 접합 반도체 칩에 전압을 인가하고 전기에너지를 광 에너지로 전환하여 빛을 방출하는 반도체 발광소자를 말하며 반도체는 크게 단원소 반도체 화합물 반도체 그리고 유기물 반도체로 분류되는데 LED는 이 중 화합물 반도체에 속하기도 하며 화합물 반도체란 실리콘 게르마늄 등 하나의 원소로 이루어진 단원소 반도체와 달리 2종 이상의 원소로 이루어진 반도체이며 LED는 주로 갈륨비소 갈륨인 갈륨비소인 갈륨 질소 등으로 만들어지며 어떤 화합물을 쓰느냐 에 따라 LED 빛의 색깔이 달라지며 유기물 반도체는 탄소와 불소 등으로 구성되어 얇고 유연한 것이 특징인데 CES 2013에서 공개되었던 플렉시블 OLED 윰 이 바로 유기물 반도체의 일종인데 LED는 전극을 붙인 전도 물질에 전류가 통화하면 전자와 정공이라고 불리는 플러스 전하입자가 이 전극 중앙에서 결합해 빛의 광자를 발산하는 구조로 이루어져 있는데 이 물질의 특성에 따라 빛의 색깔이 달라집니다.

 

LED는 PN 접합의 구조로 이루어져 있는데

이는 P형 반도체와 N형 반도체를 접합하여 만든 것으로 P형 반도체에서는 양 의 성분이 N형 반도체에서는 음의 성분이 많이 포함되어 있고 PN 접합 반도체에 전류를 흘려보내게 되면 PN 접합면에서 정공과 전자가 결합하면서 빛이 발생하게 되며 N층의 전자가 P층의 정공이 결합하면서 전도대와 가 전자대사이의 에너지 준위 차이에 따라 에너지를 발산하고 에너지 준위 차이인 밴드갭 에너지에 따라 빛의 색상이 정해지고 에너지의 차이가 크면 단파장인 보라색 계통의 빛을 나타내고 에너지 차이가 작으면 장파장인 붉은색 계통의 빛이 나오게 되기에 또한 어떤 화합물을 쓰느냐에 따라 LED 빛의 색이 달라지고 이는 화합물의 재료에 따라 에너지 준위 차이가 달라지기 때문입니다.

 

LED는 방출하는 빛의 종류에 따라 눈에 보이는 빛을 발광하는 LED

눈에 보이지 않는 빛을 발광하는 적외선 LED 자외선 LED로 크게 3종류로 구분되는데 가시광선 LED는 전체 LED 시장의 가장 큰 비중을 차지하고 있으며 적색 녹색 청색 백색 LED 등이 있으며 적외선 LED는 우리가 자주 사용하는 리모컨이나 적외선 통신 CCTV 적외선 카메라 등에 사용되고 있으며 자외선 LED는 살균 피부 치료 등 보건 분야에서 사용되고 있고 LED의 가장 큰 특징은 바로 고효율 저전력 장수명이며 전 세계적인 에너지고갈과 환경오염으로 고효율 저전력 기술에 관한 관심과 기대가 커지고 있는데 친환경 특성으로 차세대 광원으로 주목받고 있는 LED는 기존 백열등 대비 5분의 1 수준의 전력만 소비하기 때문에 에너지를 크게 절감할 수 있는 것이 특징이며 또한 현재 1만에서 5만 시간에 이르는 반영구적인 장수명도 큰 장점인데 이는 백열등 대비 15배 이상의 긴 수명으로 하루 10시간씩 1년을 사용한다고 가정했을 때 기본적으로 30년 이상 사용할 수 있는 장수명 이기에 이렇게 사용했을 때 기존 조명 대비 전기요금이 최대 약 87프로 수준으로 절감되는 것 또한 큰 특징을 띠며 LED는 지구를 보호하는 친환경 기술이고 환경규제 물질로 지정된 수은 Hg을 사용하는 형광등과 달리 LED는 수은 Hg을 전혀 함유하지 않아 이산화탄소 CO2 가 발생하지 않는 친환경 기술인데 자외선과 다른 유해성분 방출이 없습니다.

 

LED로 제조된 자동차 헤드램프 전구는

장수명 고휘도 및 장거리 투사와 같은 중요한 장점을 가지며 넓은 지역의 할로겐램프 및 크세논램프를 대체하기 위한 선호 광원이 되었으며 지능형 멀티 빔으로 제조된 적응 형 자동차 빛이고 도로 조명의 관점에서 LED 조명이 있는 헤드램프가 시각 밝기 및 투사거리 측면에서 할로겐램프가 있는 헤드라이트보다 훨씬 뛰어나다는 것을 보여주며 LED는 점등 시간이 오래 걸리지 않고 발열이 적어 절전에 유리하고 이 때문에 브레이크를 밟았을 때 즉시 표시등 점등이 가능해서 후속 차량의 충돌 사고를 방지할 수 있고 수명도 매우 긴 편에 속해 헤드램프의 디자인을 자유롭게 만들 수 있다는 장점이 있어 차세대 자동차 헤드램프의 추세가 되었기에 자동차 헤드램프는 원래 램프 본체 시스템을 사용해야 하기 때문에 LED는 자동차 부품 및 애프터 마켓의 관점에서 새로운 종류의 조명 소스이지만 LED 헤드램프 전구의 치수 및 고정 방법이 설계에 사용되고 인터페이스 전원 공급 및 제어 조명 영역 모양 밝기 및 광속은 할로겐전구 및 크세논 전구와 일치해야 합니다.

 

자동차 헤드램프용 LED PKG 조명의 시장은 급속히 증가

하고 있으며 시장조사협회 LED 인사이드에 따르면 2015 년에는 12 억 1000 만 달러 한화 1 조 4000 억 원 규모의 시장을 형성하여 매년 8프로 대의 성장세를 기록하며 오는 2020 년에는 22 억 9000 만 달러 한화 2 조 6000 억 원으로 전망하고 있고 특히 자동차의 고사양화에 따라 고성능 고효율 LED 제품의 탑재 비중이 높아지면서 가격 또한 견조한 상승세를 나타낼 것으로 보이며 자동차용 LED 조명은 전조등 방향지시 햄프 등과 같은 외장램프가 내장 램프보다 더욱 성장할 것으로 전망되기에 방향등 안개등 헤드라이트 등을 비롯한 고전력 LED 부문이 빠르게 성장하고 있고 중장기적으로 더 성장할 여지도 많고 외장램프 시장의 성장이 두드러지는 것은 기존의 할로겐 및 제논 램프가 LED 램프로 교체되는 것에 기인합니다.

 

※ 참조문헌 : 자동차 헤드램프용 LED Package의 환경온도 신뢰성 시험 규격 국내 도입을 위한 연구 (강민규 2019)