LED 이야기 (3) White LED

LED 이야기 (3) White LED

LED 이야기 (3) White LED

이전 두 번의 글을 통해 LED가 만들어진 역사와 기본원리에 대해 알아보았습니다. 이제는 본격적으로 조명장비로 사용하는 White LED에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

Super Bright White LED

White LED를 만드는 방법이 매우 다양합니다. 크게 단일칩을 사용하는 방법과 두개 혹은 세개의 칩을 사용하는 멀티칩 제조방법으로 나눌 수 있습니다.

가장 먼저 개발된 방법은 청색 LED와 황색 형광체를 이용하여 만드는 방법입니다. 이 방법은 청색 LED와 형광체의 보색관계를 이용하여 White를 만드는 것입니다. 가장 간단하고 밝게 만들 수 있어 현재까지 많이 활용되고 있습니다. 하지만 적색영역의 스팩트럼이 부족하여 연색성이 떨어지고 약간 차가운 느낌을 주는 단점이 있습니다.

청색 LED와 황색 형광체

이를 보완하기 위해 적색 혹은 적색과 녹색 형광체를 조합하여 백색광을 만드는 방법이 개발되었습니다.

청색 LED와 황색+적색 형광체

청색 LED와 황색+적색+녹색 형광체

청색 LED와 황색 형광체를 이용하는 방법은 1칩 2단자의 단순한 구조로 제조단가를 절감할 수 있고 발광효율이 높아 현재에도 White LED를 만드는데 가장 많이 사용되고 있습니다. 하지만 청색과 황색의 파장 간격이 넓어 스펙트럼 특성이 좋지않고 색좌표가 동일한 White LED를 양산하기 힘들다는 단점이 있습니다.

두 번째 방법으로는 RGB 3가지 색상의 LED를 사용하여 White LED를 만드는 방법입니다. RGB 각각의 LED를 사용하면 좋은 스펙트럼 특성을 가진 백색광을 얻을 수 있습니다. 색상별로 LED의 칩이 동작하는 전압이 다르고 밝기나 특성의 차이가 있기 때문에 백색광을 만드는 것보다 다양한 연출이 필요한 특수 조명에 사용되고 있습니다.

RGB 3가지 색상의 LED 조합

세 번째 방법은 UV LED와 적색,녹색,청색 형광체를 사용하여 백색광을 만들어 내는 방법입니다. 이 방식은 3파장 형광등의 원리와 동일한 방법으로 자외선을 발광하는 LED로 RGB 색상의 형광체를 비추어 백색광을 만들어 냅니다. 백열전구와 같은 넓은 스펙트럼 특성을 가질 뿐 아니라 높은 CRI를 확보할 수 있습니다. CCT(상관색온도)나 CRI(연색성 평가지수)룰 쉽게 조절할 수 있다는 장점이 있습니다. 현재 White LED를 만드는 방법 중 가장 우수한 방법으로 각광받고 있습니다. 하지만 UV LED로 적색,녹색,청색 형광체를 모두 비추어 빛을 얻기 때문에 츨력이 약한 단점이 있습니다. 앞으로 츨력을 높이기 위한 형광체 개발이 이루어지면 좋은 품질의 White LED 장비를 기대할 수 있을 것 같습니다.

UV LED와 적색+녹색+청색 형광체

이외에도 보색관계에 있는 2개의 LED를 결합하는 방법이나 청색 LED와 황색 형광체로 만드는 방법에 적색 LED를 추가하는 방법도 있습니다.

청색 LED와 황색 형광체 + 적색 LED

앞서 언급한 3가지 방식이 현재 가장 많이 사용되는 방식입니다. 방식에 따라 특성이 다르고 장단점을 가지고 있습니다. 사용하고자 하는 목적이나 상황에 따라 필요한 LED를 선정하여 사용해야 합니다. CRI나 스팩트럼 특성이 좋은 장비를 사용하면 좋지만 그만큼 밝기나 효율이 떨어지고 가격이 비싼 경우가 많습니다. 또한 밝기나 광특성은 좋으나 장비마다 CCT의 차이가 많이 나는 경우도 있습니다. 단일 CCT를 사용할 것인지, CCT를 변환하여 사용할 지에 따라서 LED의 방식을 고려해야 합니다.

요 몇 년사이 방송용 LED 조명장비가 많은 발전을 이루어 밝기나 광특성이 좋아졌습니다. 하지만 아직도 많은 선진연구진들이 고효율 백색 LED를 만들기 위해 연구와 개발에 많은 노력을 기울이고 있고 더 좋은 장비가 나올 것은 어쩌면 당연한 일일 것입니다. 하지만 많은 장비들 중에서 꼭 필요한 장비를 골르는 것은 조명감독의 몫이겠지요.