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1. 개요
Light Emitting Diode / 발광 다이오드전류의 방향이 일정 전극 방향과 일치하면 불빛이 나는 다이오드. 1962년 10월 9일, 닉 홀로니악(Nick Holonyak)이 발명하였다. 이후 1970년대 초에 김향수 아남그룹 창업주의 아들 김주진이 보머라는 사람을 만나서 LED를 소개받고 그것을 한국으로 가지고 와서 재소개했다. 지금은 지속된 연구와 개량으로 인해 성능이 이전에 비해 많이 향상되었다. 형광등과 함께 조명의 주요 시장이 되어가고 있다. 즉 네온사인을 넘어선 도시 야경의 상징으로, 실제 사이버펑크 시대가 도래한다면 네온사인보다는 차라리 LED를 사용할 가능성이 높다.[1] 심지어 2020년대 들어서는 형광등도 수은으로 인한 유해성 문제와 저가 LED의 보급으로 사실상 퇴출 수순을 밟고 있다.
LED는 저전력 및 장수명 등의 특징을 가진다. 정격 범위 내에서 사용하는 한 발광 소자 자체는 비교적 긴 수명이며, 열에 의한 열화가 수명 결정 요인이 된다.
LED 조명은 수명과 전기 효율이 백열등보다 몇 배 이상 높으며 대부분의 형광등보다 훨씬 효율적이다.
LED는 크게 정보 표시용의 저휘도 LED와 조명용의 고휘도 LED로 나뉘어진다. 가격은 저휘도 LED일 경우 개당 100원 이하(도매가 기준), 고휘도 LED는 300원쯤 한다. 조명용 백색 고휘도 LED는 물론 상당히 비싸다.
다른 전자부품들이 그렇듯 낱개로 구매할 때보다 100개 단위로 대량구매하면 엄청나게 싸다. 20mA 일반 LED의 경우 100개당 1,300원, 1W의 130루멘대 LED는 100개당 3,300원 정도 한다. 여담으로 공구상가 등에서 LED를 대량구매하면 하나씩 개수를 세는 게 아니라 무게로 달아 파는 모습을 볼 수 있다.[2]
2. 원리
발광 다이오드는 반도체를 이용한 PN 접합이라고 불리는 구조로 만들어져 있다. 발광은 PN 접합에서 전자가 가지는 에너지가 직접 빛 에너지로 변환되기 때문에 거시적으로 열이나 운동에너지를 필요로 하지 않는다. 전극으로부터 반도체에 주입된 전자와 양공은 다른 에너지띠 (전도띠나 원자가띠)를 흘러 PN 접합부 부근에서 띠틈을 넘어 재결합한다. 재결합할 때 띠틈에서 상당한 에너지가 광자, 즉 빛으로 방출된다.p-n 접합에 그 기초를 두고 있으며 작동원리는 전자와 양공이 만나면 가지고 있던 에너지 차이, 즉 에너지 밴드 갭에 해당하는 파장의 빛을 내는 구조이다. 고등학교에서 물리학Ⅰ을 배웠다면 [math(E=h\nu)]를 떠올려 보자. 고등학교 과정에서는 [math(E=hf)]라고 배운다.[3]
이 과정에서 사용하는 원소를 다르게 하면 방출되는 에너지의 양이 달라지는데 이러한 에너지의 양의 차이에 따라 빛의 파장의 길이가 결정되고 다른 색을 낼 수 있게 된다. 빨간색은 주로 Ga As[4]를, 초록색과 파란색은 주로 GaN( Ga, N)를 기반으로 한다. 밴드위스상 초록색은 Ga P로 만들지만 실제로는 GaN에 Al이나 In 등의 도핑을 다르게 해서 사용하는 경우가 많다. 셋 다 인듐 등의 원소 첨가량을 바꾸며 밴드 갭을 조절한다. 적외선이나 자외선을 내는 LED도 있는데, 적외선은 Al Ga As, 자외선은 다이아몬드로 만들 수 있다. RGB를 모두 소화하는 단일 LED도 있다.[5]
양자점 LED라는 방식도 있는데, 이는 물질의 크기가 작아지면 양자역학에서 말하는 양자제한효과가 일어나 유효 밴드갭(띠틈)이 변화하는 것을 이용한다. 따라서 동일한 물질을 가지고 입자의 크기만 달리해서 발광하는 색을 달라지게 할 수 있는데, 이를 이용하면 고효율 단색 LED로 품질 높은 백색 LED를 만들 수도 있다. OLED보다 색 순도가 매우 높고 무기물인 데다가 OLED처럼 작게 만들 수도 있고, LED보다 싸므로 차세대 광원 및 디스플레이용으로 각광받는 연구분야이다. 기존에는 Cd S가 주로 사용되었으나 최근에는 이를 InP로 대체하여 유해성을 제거하는 연구가 진행되고 있다.
흰색 LED는 일반적인 디스플레이의 구현법과 같이 R, G, B 3원색의 LED[6]로 묶거나, 파란색 LED에 노란색 빛을 내는 형광 물질을 도포[7]하여 제작하는데 단가가 싸므로 저성능 LED부터 고성능 LED까지 가장 많이 사용되는 방법이다.[8] 눈에 편한 흰색을 구현하기 위해 UV LED에 R, G, B 형광물질을 이용하는 방법도 있다.[9]
실리콘으로도 만들 수 있지만 간접천이형이라 직접천이형인 위 물질들에 비해 효율이 극히 떨어진다. 덕분에 실리콘 기반 LED는 거의 사장되었고 이렇게 효율이 떨어지는 건 태양전지도 마찬가지이다. 다만 태양 전지의 경우 C I G S 등 직접천이면서 흡수 파장대가 넓은 물질이 비싸서 실리콘 기반 태양 전지가 쓰이고 있다.
여기에 사용되는 에너지 띠 그래프의 x축은 브릴루앙 영역인데[10] 전도대역이 최소값을 가지는 x값과 가전자대역이 최대값을 가지는 x값이 같으면 직접천이형으로 밴드 갭에 해당하는 에너지가 모두 빛으로 나오지만 x값이 다르면 간접천이형으로 밴드 갭에 해당하는 에너지가 모두 빛으로 나오지 않고 일부가 포논이 되므로 격자 진동을 일으켜 열로 소모된다. 더 자세히 알고 싶다면 고체물리를 공부하면 된다.
LED 조명의 여명기에는 청색 LED의 복잡한 생산 공정 때문에, 그에 기반한 백색 LED의 가격이 굉장히 비쌌다. 그러나, 그마저도 중국의 힘으로 기존 조명에 쓰일 만한 정도의 저성능 LED는 대량 생산에 성공해 매우 싼 가격에 구할 수 있게 되었다. 고성능 LED는 예전에는 Cree 사나 오스람사, 니치아 사 정도에서만 생산되어 수요에 비해 공급이 따라가지 못하지만, 지금은 LG이노텍, 삼성전자, 서울반도체 같이 고성능 LED를 생산하는 회사가 늘어났다.
3. 청색 LED
▲ 청색 LED 발명에 대한 다큐멘터리
적색과 녹색 LED는 비교적 손쉽게 발명되어 보급되었고, 여기에 더해 청색 LED가 등장하면 빛의 삼원색이 전부 모이므로 어마어마한 활용 가치가 있을 것은 극히 자명했다. 하지만, 청색 LED의 개발은 극도로 어려웠다. 긴 세월 동안 수 많은 대기업들이 막대한 연구 비용을 쏟아붓고 학계에서도 굉장한 노력이 있어왔지만 청색 LED는 사실상 불가능한 물건으로 평가될 지경이었다. 오죽하면 최초의 LED를 발명한 사람이 '청색 LED는 불가능하기 때문에, LED는 잡다한 가전의 전원 표시등 따위로 밖에 못 쓸 것' 이라고 자조할 정도였다.
일본에서 청색 LED가 기어코 발명된 이후로도 청색과 청색에 기반한 백색 LED는, 중국을 통해 염가 제품이 나온 후에도 여전히 적색과 녹색 대비 비싸다. 이는 청색 LED의 재료와 구조 공정 모두가 적색, 녹색 LED보다 아주 복잡하며, 공정 중에서도 특히 증착이 매우 어렵기 때문이다.
청색 LED를 만들기 위해서는 결정의 품질이 절대적으로 중요한데, 조금만 결정이 불균일해도 청색 빛이 나는 대신 백열전구 마냥 열 에너지로 유출이 발생하여 효율이 폭락하기 때문이다. 이것은 아주 오랜 시간 청색 LED의 발명이 사실상 불가능한 것으로 취급된 원인이었다. 청색 LED로 향하는 첫 단추인데 이것부터가 어지간히 답이 안 나오는 난제였던 것.
청색이 가능한 재료를 발굴하는 과정도 어지간히 고역이었지만, 이후 그 재료들을 바탕으로 증착을 시키는 과정은 더욱 노답이었다. 개발 과정에서 후보 소재가 2가지였는데, 두 소재 모두 반도체 물질의 받침으로 주로 사용되는 사파이어 기판과 격자상수가 차이가 좀 많이 나서 결정의 배열이 불균일해져 계면이 쩍쩍 갈라지는 난장판이 벌여지기 십상이었다. 그리고 이렇게 계면이 갈라져 있으면 열 에너지로 손실이 생겨 LED의 효율이 폭락하게 되어 실용성이 없게 된다.
결과적으로 GaN 소재를 쓰게 되었지만 그 GaN 소재는 청색 LED 개발 과정에서 오랜 시간 무시받았는데, 가뜩이나 격자 상수 차이가 극심한 ZnSe와 GaN 두 소재 중에서 GaN 쪽이 압도적으로 격자 상수 차이가 커서 그럭저럭 실현 가능성은 보이던 ZnSe의 증착법 개선과 달리 GaN는 첫 삽부터 막혀, 균일한 고품질 결정을 만드는 게 불가능했기 때문이다. 이런 이유로 ZnSe를 연구하는 비중이 압도적으로 컸다. 하지만 ZnSe를 이용한 연구도 지지부진이긴 마찬가지였다.
당시 청색 LED를 만드는데 최고의 난제는 3가지였다.
- 고순도의 결정을 만드는 증착법
- P-Type 소자의 제조 방법
- 발광 출력
ZnSe는 1번에서 압도적으로 유리했기 때문에 각광받았지만, 아무도 P-Type 소자를 만들 수 없었다. 여기서 막혀버렸던지라 ZnSe를 이용한 청색 LED 개발 연구가 활발했음에도 진전은 전혀 없었고, 그렇게 수많은 기업들이 거액을 ZnSe에 꼬라박고 있는 동안 극히 소수의 기업과 연구자들만이 GaN을 연구했다. 도중 RCA 사의 엔지니어 허버트 마루스카가 GaN 소자를 이용한 청색 LED 시제품을 만드는데 성공하긴 했지만, 너무 비효율적이라 도저히 상용화가 불가능했고 RCA사는 해당 연구를 실패로 판단하여 포기하였다.
이렇게 GaN 소재가 버려진 동안, 아카사키 이사무와 아마노 히로시가 AlN 버퍼를 사파이어에 증착시킨 후 GaN을 그 위에 증착시키는 방식으로 결정 품질을 개선할 수 있는 공정을 발명하였다. 이것은 GaN 소재 연구에 매우 중대한 개선이었지만, 이 둘의 연구는 결정 제조에 쓰이는 장비인 MOCVD가 알루미늄과 상성이 영 좋지 않아 AlN 버퍼와 GaN 층을 균일하고 안정적으로 증착시키기 어렵다는 문제에 봉착하게 되었다.
이러던 중 나카무라 슈지가 MOCVD를 개조하여 비활성 기체를 분사하여 GaN층을 균일하게 퍼트릴 수 있게 하는 돌파구를 발견한다.
그의 회사에는 MOCVD를 다룰 수 있는 인원은 커녕 해당 장비가 없었기 때문에, 미국에 연수를 가서 고장난 MOCVD를 만지작 거리면서 겨우 MOCVD를 다루는 방법을 배워다 직접 MOCVD를 구비해서 연구를 하고 있었는데, 당시 그의 MOCVD는 AlN 버퍼를 증착은 커녕 GaN의 증착 자체가 전혀 되지 않는 하자가 있는 물건이었기에 진전이 도저히 되지 않았다.
나카무라는 몇달을 휴일에도 쉬지 않고 일하면서 MOCVD를 만지며 이런저런 개조를 해왔고, 갈륨과 질소를 균일하게 증착시키기 위해 무언가 위에서 눌러서 펴주면 좋겠다는 생각을 하게 된다. 이를 따라 비활성 기체를 증착판 위에서 분사하는 또다른 노즐을 설치하는 개조를 감행한다. 이 발상 자체는 오래 전부터 있었지만, 비활성 기체를 균일하게 펴서 뿌리지 못하면 그냥 구멍을 만들어 놓는 꼴이었기에 아무도 굳이 시도하진 않았던 것인데, 나카무라는 노즐을 깔데기 모양으로 설치해 기체를 펼쳐서 분사하는 것으로 이 문제를 해결해버린 것이다. 그 결과 GaN 결정이 너무나 잘 증착이 되었고 GaN 결정 위에 더 균일한 GaN 결정을 증착하는 것이 가능해져 GaN 자체를 버퍼로 증착시키는 증착법을 발명하게 되었다. 이로 인해 MOCVD에 문제를 일으키던 AlN 버퍼가 필요 없어졌다.
하지만 나카무리는 P-Type 소자를 만드는 것에서는 진전을 보지 못하고 있었는데, 아카사키와 아마노가 GaN에 마그네슘을 도핑하고 여기에 전자를 쏘이면 어째서인지 P-Type의 특성이 생긴다는 것을 발견한다. 그런데 왜 그런지를 전혀 알 수 없었고, 그들이 발명한 방법은 수율이 매우 나쁜데다가 전자를 많이 쐰 쪽만 P-Type이 되는 한계가 있었다.
이 발견을 전해들은 나카무라는 곰곰히 생각한 끝에 전자를 쐬서 그리 된 게 아니라, 전자를 쐬는 처리에서 가해진 에너지가 원인이 아닌가?라는 추측을 하게 된다. 그래서 나카무라는 아주 간단하게 GaN:Mg를 열처리해보았는데, 이렇게 열처리를 했더니 P-Type 소자가 만들어졌다. 이후 밝혀진 진상은 GaN을 증착하는 과정에서 질소를 제공하는 재료로 쓰는 암모니아 분자에서 수소 불순물이 발생해 GaN 결정에 끼어드는 결함이 있었다는 것. 이 수소 때문에 전자 흐름에 문제가 생겨서 P-Type이 되지 못했던 것인데, 여기에 충분한 에너지를 공급하면 수소가 떨어져 나가면서 문제가 해결되는 원리였던 것이다. 나카무라는 이 공정을 논문으로 발표했고, 이것의 나카무라가 발표한 최초의 논문이었다.[11]
그리하여 나카무라는 마침내 GaN 버퍼, N-type GaN, P-Type GaN을 쌓아 청색 LED 시제품을 만드는데 성공하고 발표에서 기립 박수를 받았다.
하지만 그가 만든 LED는 순도 높은 파란색이 아닌 보라색 빛을 상당히 많이 포함하고 있었고, 여전히 대부분의 에너지가 열로 소실되어 충분히 밝을 만큼 효율이 높지 못하였다. 나카무라는 이를 해결하기 위해, P타입과 N타입 사이에 GaN에다 인디움을 도핑한 InGaN 층을 넣는 방법을 고안한다. 이것은 P-N간의 갭을 줄여 LED가 발생시키는 빛의 주파수를 조율, 보라색 파장에서 순도 높은 파란색 파장으로 바꿔내었다. 이것도 가능성이 제안은 되어있었지만 In층이 아예 증착이 되질 않는 탓에 불가능한 상태였던 것을, 나카무라가 MOCVD를 개조해 만든 이중 분사 MOCVD 덕분에 위에서 증착판을 눌러주는 중성기체로 In 소재를 때려 박아서 해결한 것이다.
그리고 여전히 부족했던 효율 문제는 InGaN 층을 AlGaN 층으로 덮어 "벽"을 만드는 것으로 해결했다. InGaN으로 개조한 N-P 접합부에서 전자가 새어나가는 문제가 있었는데 AlGaN으로 그걸 막아버린 것이다. 그리하여 탄생한 결과물은 질화 사파이어, GaN 버퍼, N 타입 GaN, N 타입 Al GaN, InGaN, P 타입 AlGaN, P타입 GaN으로 구성된 온전한 청색 LED였다. 이 LED에 형광 물질을 도포하면 백색 LED가 된다.[12]
결국 청색 LED의 개발의 공로를 인정받아 아카사키 이사무, 아마노 히로시, 나카무라 슈지가 2014년 노벨물리학상을 공동 수상하였다. 아카사키와 아마노가 GaN 소자를 만드는 핵심 원리를 발견했고, 나카무라는 해당 공정의 결함을 해소하여 증착법을 고안, 실용화에 필요한 핵심 공정을 발명하여, 끝에 불가능한 것으로 여겨진 청색 LED를 실현시킨 것이다.
이 가운데 GaN의 실용적인 증착법을 개발한 나카무라 슈지는 자신의 회사인 니치아화학 사로부터 고작 2만 엔을 받았다. 낙관주의적 엔지니어였던 니치아 화학 사의 전대 CEO와 달리 그 후예 CEO는 굉장히 깐깐해서 나카무라가 삽질을 계속하는 걸 보고 지속적으로 중단을 요구했는데 나카무라는 그것을 무시하고 연구를 속행하는 억지를 부린 것에 굉장히 화가 나서 제대로 보너스를 지급하지 않고 그를 내쫓으려 했던 것이다. 특히, 나카무라가 중단 명령까지 무시하고 회사 돈을 멋대로 써먹은 것에 악감정이 어지간히 심했던 모양.
나카무라는 실망한 채로 크리 사로 이직하여 크리 사의 LED 연구를 지도하였는데, 니치아 화학 사가 이를 두고 기술 유출이라며 소송을 걸면서 나카무라와 니치아 사의 관계가 완전히 틀어지게 된다. 이러한 처사에 격분한 나카무라는 역으로 니치아 화학을 대상으로 200억엔을 청구하는 소송을 제기하여 승소, 니치아가 200억 엔을 아득히 상회하는 금액을 지급하라는 판결을 받았으나, 이후 니치아 화학 사의 항소가 받아들여져 딱 8억 엔을 배상받았다. 이것은 나카무라가 들인 법무 비용이나 겨우 메꿀 수준의 금액이었다고 한다.[13][14]
이 최초의 상용 청색 LED 이후 공정 개선이 여러번 있었고, 지금도 증착에 앞서 기판에 버퍼층을 두거나 기판을 바꾸거나 하는 방법으로 격자상수 차이를 완화하는 것이 필수적이다. 현재 실제로 시판되는 청색 LED들은 계면에서 이런 헬게이트를 방지하고자 10여 층의 단결정 박막을 증착한다.
백색은 앞에서 볼 수 있듯이 청색을 기반으로 형광 물질을 도포하는 경우가 대다수이다.[15] 정확히 말하면, 청색이 좀 늦게 나왔다. 옛날 컴퓨터들의 본체에 쓰인 발광체들을 보면 알 수 있지만 예전에 주로 쓰이던 LED 색상은 적색과 노란 녹색. 청색은 SiC를 기반으로 한 간접천이형이나 적색 LED에 청색 형광 물질을 사용하여 구현했으나 효율이 극히 떨어졌다. GaN이 청색을 발광하는 성질이 있다는 것은 이전에도 알려져 있었지만 위의 격자상수 문제 때문에 실험실 수준에서만 제조가 가능할 뿐이었다. 그러다 일본에서 결함을 일부러 만들어내는, 통념을 깨는 방식으로 접근해 청색 LED의 반도체 물질인 GaN의 실용적인 증착법을 개발하고, 순수 청색과 동시에 백색을 구현하는데 성공한 것이다.
LED와 비슷한 우수한 광원으로 무전극램프(고주파 여기등)이 있는데 방전관에 고전압을 걸어 전극에서 전자방출로 여기시키는 게 아니라 고주파 유도로 직접 여기시켜 유도(induction) 발광하게 하는 방식. 인덕션 히터에서 열 대신 빛을 내는 셈. LED와 비슷한 80-90 lm/W 이상의 높은 광효율과 LED의 10만 시간에 버금가는 6만 시간 이상의 장수명을 가지고 있고 다양한 색온도 등 LED와 비슷한 장점을 가지고 있다. LED보다 연색성이 뛰어나고 점광원이 아니어서 눈이 덜 부시고 가격이 LED등 보다는 훨씬 저렴하고 유지비도 적게 든다. 발라스트의 역률도 매우 높다. 다만 가정용으로는 다소 크기가 있고 가격도 비싸므로 일반 가정용보다는 상업 매장이나 극장 공장 등 상업조명이나 환경조명에는 LED보다 더 우수한 점이 많다. 조명 목적에 따라 LED와 무전극등을 선택적으로 사용하는 것이 좋다. 보통 70W ~ 500W 정도가 많지만 LED등을 사용하기 어려운 훨씬 고광도의 산업용 제품도 있다. 형태가 보통 환형 형광등처럼 고리형이라 가로등에는 다소 적용하기 어렵다. 영국의 빅 벤 시계의 시계면 조명으로 무전극 램프가 사용되고 있다.
4. 장단점
4.1. 장점
▲ LED를 이용한 1000 와트/90000 루멘짜리 휴대용 조명.
민간에 있어서는 대개 조명계의 혁명 정도로 받아들여진다. 특히 LED를 이용한 손전등 방면에서는 일대 혁명을 일으켰다. 휴대성을 중시한 소형 손전등이 이전까지 아무리 날고 기어봤자 20루멘의 영역을 못 벗어났다면 LED 도입 이후의 손전등은 새끼손가락만한 게 100루멘, 엄지손가락 만한 게 350루멘, 한손에 여유있게 잡고 쓸만한 건[16] 손쉽게 1000루멘을 넘고 2000루멘~4000루멘까지도 넘보는 경지에 이르렀다.[17] 또한, 고효율이라 건물 내에서 태양 없이 식물을 경작하기도 한다. 여기에는 적색과 청색 LED를 사용하는데 식물이 이 파장대의 빛을 광합성에 가장 많이 사용하는 원리를 이용한다.
즉 백열등이나 형광등에 비해 LED는 작고 견고하고 등기구가 제대로 만들어진 경우 수명도 길며, 밝기도 더 밝고 전력 소모량도 훨씬 낮다.[18] 괜히 조명계의 혁명이라 불리는 게 아니다. 백열등의 단점으로 인해 대한민국에서는 2010년대 초중반에 백열전구가 절판되었고, 대부분 LED로 옮겨가는 추세이다.
현재로는 전구형 LED로는 100 lm/W 에서 215 lm/W (840lm/4W 4000K, 10 유로)의 초고효율 제품도 나오고 있다.
크기로는 쌀알만큼 작아질 수 있어서(그리고 더 나아가 먼지만큼 작아질 수도 있다.) 이미 얇은 핸드폰 LCD 백라이트로 일찌감치 들어갈 수 있었으며, 쉽게 필라멘트가 타버리는 백열구나 유리가 깨질 위험이 있는 형광등에 비해 조그마한 플라스틱 덩어리로 이루어진 구조라 비교할 수 없이 내구성이 높다. 애초에 속이 빈 형광등이나 백열전구와는 달리 속이 전부 메워져 있기 때문에 잘 깨지지도 않는다. 어쩌다 강한 충격이나 압력이 가해져도 LED가 아닌 기판이 망가지는데 그치고 잘해야 플라스틱 쪼가리가 떨어져 나오는 정도니 안전상으로 봐도 날카로운 유리 파편을 흩뿌리는 백열전구나 형광등에 비할 바가 아니다. 그리고 적절한 환경에서 사용할 경우 백열구(수백 시간)나 형광등(수천 시간)에 비해 천배 만배 (수십만 시간) 가까운 수명을 자랑한다. 또한 일반적으로 동일하고 작은 LED 여러 개를 묶은 집적형태로 조명기구가 만들어지기 때문에 LED 한두 개가 나가버린다고 조명이 한꺼번에 없어지지 않으며 고칠 때도 고장난 부분 한두 개만 갈아주면 되므로 유지관리 측면에서 경제적이다.[19] 또한 형광등은 수은이 들어가는지라 환경 문제가 있지만[20] LED는 환경 문제가 없다.
텔레비전의 적외선 리모컨 수신부가 형광등의 전자식 안정기에서 나오는 전자기파의 간섭을 받아 오동작 하는 경우가 있는데, LED 등은 그런 점이 없다는 부수적인 장점이 있다.
기술의 발전과 LED등의 개량에 힘입어 연색성은 다른 조명에 필적할 정도로 개선하는데 성공했고[21] 회로도 계속해서 상향평준화가 이루어지고 있기 때문에 저가 제품군도 평균적인 질이 좋아지고 있다.
가격 역시 2009년 이후 중국제 LED 조명의 약진[22]으로 품질을 유지하면서 계속 단가를 떨어트리는 데 성공해서, 민간시장에 있어 LED는 더이상 비싼 조명기구가 아니다. 오히려 휴대용 조명분야에서 LED가 아닌 다른 조명들은 HID 정도를 제외하면 다 사장되어가는 분위기다.
사진이나 영화 촬영 현장에서도 조금씩 도입되고 있는 추세라고 한다.
표면 한정으로 발열이 거의 없다. 전구를 오래 켜두면 표면온도가 많게는 100°C까지도 오른다는 것을 생각해보면 화상 위험과 불필요한 에너지 손실이 없다.
4.2. 단점
연색성[23]이 다른 조명에 비해 상대적으로 떨어지고[24] 조명으로 사용할 경우 점광원이라 눈이 부시므로 광확산 PC나 광확산필름 같은, 빛을 분산시키기 위한 부품이 필요하다.[25] 문제는 싸구려 LED기구의 경우 이런 빛 분산 부품 또한 반투명 플라스틱 쪼가리가 전부이므로 밝기 효율이 떨어지는 문제가 벌어진다.싸구려 저가형 LED 조명 중에서는 회로가 시원찮아서 60 Hz(교류) 주파수에 따라 옛날 형광등처럼 깜빡거리는 LED도 있다. 눈이 쉽게 피로해지고 카메라에서는 플리커링 현상이 일어나서 매우 안 좋은데도 은근히 시중에 함정같이 많이 깔려 있으므로 주의. 대부분의 저가형 LED등이 싸구려 커패시터와 브릿지 다이오드 하나(요즘은 다이오드에 몇가지 기능을 추가해 스마트 드라이버IC라고 칭한다), 저항기 2개로 구성된 아주 단순한 회로를 사용하기 때문에 플리커링이 매우 심하고 전원환경에 민감해 잘 고장난다. 이 중에서 콘덴서가 전압을 평활화시켜주어[26] 어느 정도 플리커링 현상을 완화할 수 있는데, 진짜 싸구려 등기구는 안그래도 저품질이라[27] 저렴한 RCD 방식의 회로에서 또 원가를 절감하겠다고 콘덴서마저 빼버린다.
커패시터가 있어야 할 C1, C2 자리만 뻥뻥 비어있는 것이 보이는가? 이러면 진짜로 답이 없다.
또한 이런 회로[28]가 장착된 LED등은 보통 1년이 안 되어 빛이 약해지거나 고장난다. 거기다가 LED가 직렬로 연결되어 있어 LED 하나가 고장나면 회로가 끊어져 모든 LED가 다 꺼진다. 플리커링은 직접 켜보고 테스트한 후 사면 되는데, 플리커링이 있는 램프에 핸드폰 카메라를 갖다대면 세로줄이 생긴다. 스마트폰의 셔터 닫히는 주기와 LED가 깜빡거리는 주기가 달라서 생기는 현상으로, 집에서 동영상 촬영을 자주 한다면 절대 사지말자.[29] 요즘은 플리커링 없는 고품질 회로도 제품 경쟁력 중 하나라 보는지 잘 알려지지 않은 제조사에서는 플리커링 없는 제품은 알아서 "플리커링 현상이 없다" 또는 " SMPS 전원부를 사용했다"며 홍보를 한다. 반대로, 제품에 플리커링 현상이 없다는 등의 문구가 없다면 100% 플리커링 당첨. 다만 필립스나 국내 대기업 LED 등기구에는 고품질 회로를 사용함에도 이런 말이 없다. 품질에 자신이 있다는 뜻. 문제는 고품질 회로를 사용한 기구들은 그에 걸맞게 가격도 높아 가성비를 떨어뜨리며, 어떤 제품이 어떤 회로를 채용했는지는 분해해 보기 전에는 모른다는 것.
유럽에서는 법적으로 플리커링이 있는 싸구려 등기구는 판매가 금지되어있는데, 우리나라에서는 플리커링이 시력에 악영향을 주는데도 통 관심이 없다. 상식적으로 1초에 120번씩[30] 깜빡깜빡 거리는 전구가 시력에 좋을 리는 만무하며, 연구결과로도 그 악영향이 검증되었다.
저가제품은 방열처리가 제대로 되어있지 않거나 전원부가 부실해서 기존에 쓰던 형광등에 비해 더 빨리 고장나는 경우가 많다. 다른 전자제품도 마찬가지지만 저가의 제품은 폭발할 수도 있다.
천장에 다는 형태의 등기구 대부분은 방열판이 없이 오로지 회로기판이 LED에서 나오는 모든 열을 소화하는 구조로 되어있다. 구입할 때 직접 등기구 뒤를 확인해보는 것도 좋다.
이런 식으로 알루미늄 덩어리 대신 회로기판만 보인다면 천장이 통풍이 매우 잘 되지 않는 이상 수천 시간도 못 쓰고 고장날 확률이 매우 높다. 사진에서 LED가 있는 부분만 갈색으로 열화되어 있는 것을 본다면 LED의 발열이 얼마나 심각한지 짐작할 수 있다. 방열판이 없는 경우 그 발열은 80~100도 정도 된다. 이 상태로는 1년도 못 간다. 아파트 형광등 수거장에 버려져있는 LED 등기구를 보면 제조된 지 1~2년 남짓한 물건들이 많다.
LED 구조상 열에 상대적으로 매우 약하다. 물론 발광에 필수적으로 열이 필요한 백열등이 발열량은 훨씬 많지만, LED는 형광등을 오래 켜 둔 정도의 온도조차 치명적이라는 것. 백열전구는 LED에 비해 열에 매우 강하고 발열 면적도 넓다. 그러나 LED는 좁쌀만한 작은 크기에서 열이 발생하고 구조상 열발산이 잘 안 된다. 열발산을 위한 방열판이 필요한 것. 자동차용 LED 전구에는 진짜 쿨러가 달려 있고[31], 온도가 높게 올라가는 오븐에는 아예 LED 전구가 들어가지 않는다.
조명으로 사용할 정도의 고성능 LED들은 정션온도가 무지무지하게 높다, 방열판이 없을 경우 바로 타버릴 정도. 220볼트의 교류 전류를 직접 LED에 공급할 순 없기에[32] 따라서 컨버터(직류 변환기)를 장착하게 되는데 이 컨버터에서 나온 열도 LED에 영향을 미치기 때문에 문제가 된다. 시중에 파는 백열전구 대체형 LED 전구가 무거운 방열판을 덕지덕지 달아둔 이유가 바로 그것. 적정한 온도에서의 LED 수명은 수십만 시간이지만, 온도가 조금씩 더 올라갈수록 수명은 제곱분의 1로 깎인다. 100도가 넘는 상황이라면 수천 시간도 못 쓸 수 있으니 주위 여건을 신경써야 한다. 비록 300도 정도 환경에서도 동작하는 LED 칩이 양산되었다고 하더라도 # 아직까지는 오븐에 교체형 전구로 들어가지 않는 것도 같은 이유. 요즘 형광등은 수명이 8,000시간 이상인데 아직도 개당 가격차가 많다는 걸 생각해보면 비싼 전등 사서 오히려 손해를 보는 셈. 욕실이나 오븐처럼 밀폐형 전등갓을 쓰는 곳엔 설치할 수 없다.
LED가 형광등보다 광효율이 좋긴 한데, 홍보에서 주장하는 것처럼 월등하지는 않다. 싸고 흔해빠진 길쭉한 T8 형광등 효율이 12–15%인데, 일반적인 LED는 잘 나오는 게 25% #. 그나마 값비싼 고효율 제품으로 가야 20%~25%의 효율이 나오는데 그만큼 더 비싸서 의미가 있는지는 의문.[33]
값싼 T5/T8 직관 형광등 + 전자식 안정기도 요즘은 효율이 80-105 lm/W 가 나오는데 전구형 LED 램프는 70-80 lm/W 가 나오는 저가형 제품이 흔하고 고휘도 고효율을 자랑하는 고가제품에서야 형광들을 어느 정도 뛰어넘는 효율을 달성했으니 요즘의 개선된 형광등보다 효율이 썩 좋다고 볼 수는 없다. 값은 LED 등이 아직은 월등히 비싼데 효율은 현재의 형광등과 큰 차이가 없다. 게다가 언급한 빛 분산부품에서 그 효율조차 까먹는 경우도 많다. 상업조명이라면 고효율 메탈할라이드 전구나 무전극등이 LED보다 효율도 좋고 값도 싸고 수명도 충분하다. 더구나 가로등 등 환경 조명용으로는 메탈 할라이드 효율의 150-200lm/W급인 LED제품이 최근에 나오긴 했으나 보급이 느리다. 남은 장점은 긴 수명 정도뿐이지만 그나마도 중국산 저가 LED 제품은 고장이 잦고 수명도 짧아 경제적이라고 말하기 어렵다.
특히 수명이 짧다는 것은 치명적인데 형광등의 경우 수명이 다 하면 등만 교체하면 되며 이는 일반인도 쉽게 할 수 있다. 안정기 등 형광등 기구의 수명은 5~10년 정도인데 이 또한 표준화가 되어 있어 설령 수명이 다해도 안정기만 사서 교체할 수도 있다.[34] 하지만 LED 제품은 고장나면 전체를 갈아야 한다. 등(LED)만 교체할 수도 없고, 회로기구 또한 전등마다 제각각이라서 교체가 어렵다. 결국 통째로 갈아야 하는데 등기구의 가격도 가격이지만 교체 기사의 인건비가 등기구의 가격보다 더 크다.[35] 즉 한 번 고장나면 비용이 엄청나다는 것.[36] 다만 이 문제는 기존 백열등, 형광등 슬롯에 사용 가능한 제품도 나오고있어 줄어들고 있다. [37]
최악의 단점으로는 반도체이기 때문에 전원환경에 매우 민감하다는 것이다. 누전, 고전압, 정전기 등 찰나의 충격에 한 방에 훅하고 고장나는 일이 많다. (RCD 방식만 해당, SMPS 방식은 관계없음) 다만 이건 기술 노하우가 쌓이지 않은 일부 제조업체가 처음부터 잘못 만들어서 문제가 되는 경우거나, 저출력의 싸구려 LED를 여러 개 갖다붙인 형식의 전구일 경우 부하를 이기지 못하고 고장나는 경우가 꽤 있다. 노란색 입자도 잘 안보일 정도의 싸구려 LED 수십개 갖다 붙인 형식은 나중에 고장날 염려도 크기 때문에 오랫동안 쓸 생각은 하지 않는 것이 좋다. 쓰다 보면 슬슬 LED가 하나 둘씩 고장나서 못 쓰게 되어 가는 경우가 있다. 물론 이건 그만큼 싸기 때문에 딱히 금전적으로 손해볼 일은 별로 없기는 하다.
라디오로 FM방송을 듣는데 LED등을 사용하고 있다면 전파방해가 일어난다.[38][39] 해결법은 LED등, 특히 거실등을 끄거나 DSP 수신기(디지털 수신기)를 사용하는 것밖에 없다. 거실등은 크기가 크고 아름답기 때문에 거실등이 켜지면 일부 대역에서 전파방해가 있다. 전등과 라디오 둘 다 포기할 수 없다면 SMPS(LED 컨버터, 어댑터라 쓰여있는 경우도 있다)를 절연처리한 다음에 호일로 꽁꽁 감싸고, SMPS에서 LED로 가는 전선에 노이즈필터와 인덕터를 달아 주면 직류전류는 그대로 흐르되 교류전류는 상쇄되어 전자기파 노이즈가 줄어들게 된다. 근데 이런 짓 할 바에 그냥 처음부터 검증된 브랜드의 제품을 사라. EMI 인증을 받았다거나.
자전거에 전조등으로 거치할 수 있는 겸용 플래시라이트의 경우, 무선 속도계에 전파 간섭을 일으켜 속도가 잘못 기록되는 일이 있다. 자전거가 시속 100km/h를 넘는 것으로 기록되기도 한다. 유선 속도계로 바꾸거나, LED 플래시를 앞바퀴 축이나 포크에 브라켓으로 설치해 속도계 본체와 떨어뜨리면 된다.
그렇지만 기술이 발전되면서 전력에 대한 통제가 잘 되어 갈수록 무결점 완전체가 되어가고 있다. 사실 위의 단점 대부분은 LED 자체의 단점이 아니라 LED 기구에 관한 문제이며, 조금이라도 더 원가절감 하려는 업자들의 문제가 더 크다. 고급 전원부와 방열판을 사용한다면 광고하는 대로 수십만 시간의 수명을 뽑아낼 수 있다. 그러나 그렇게 만들면 가격 또한 크게 치솟으며 방열판은 육안으로 관찰이 된다 쳐도[40] 전원부가 어떤지는 전기 전문가가 분해해 보기 전에는 모르며, 수명이나 플리커 문제는 장착해서 써보기 전에는 알 방법이 없으니 고급 전원부라고 광고하고 실제로는 싼 부품을 썼는지도 모르는, 악화가 양화를 구축하는 전형적인 예가 된다. 따라서 산업용이나 전문가용 제품을 제외하고는 딱 기준에 맞는 수준의 저렴한 부품을 사용하여 만들고 소비자들도 얼마 못 쓴다는 것을 알고 구매하는 것이 현실이다.
5. 용도
한국에서는 가로등, 신호등[41], 비상구 유도등, LED 광고판, 행선안내표시기, 키보드, 자동차의 각종 등화류, 소방시설 등 쓰이고 있으며 백색 LED의 개발에 따라 형광등을 대체할 조명기구로 각광받고 있다.소니에서는 화소로 LED를 이용한 LED TV를 발표하기도 했으나 전시회 출품용으로, 실제 판매될지는 알 수 없다. 좋은 색 재현성이나 빠른 화면 응답 속도 등은 장점이지만 문제는 이미 LCD, LED 백라이트[42], PDP 등이 치열하게 경쟁하는 상황이었고 LED BLU[43] 또한 소니에서는 OLED(=유기발광다이오드)를 이용한 TV를 출시하기는 했지만 48인치 짜리가 1,000만 원으로 말 그대로 프로토타입인 셈이었으나, 기술발전이 매우 빨라 2022년 기준으로 OLED TV는 55인치가 100만 원대에 팔리고 있다.
대형 전광판은 LED로 화면을 만드는 경우가 많으며, 각종 스포츠 경기에서도 광고판으로 사용하고 있다. 자세한 내용은 LED 광고판 참조.
소비 전력이 낮고 수명이 길어서 많은 전자기기에 사용되고 있다. 그리고 1개의 소자로 여러 가지 색을 낼 수 있는 구조의 발광 다이오드도 있다. 전자기기의 동작 모드에 따라서 색을 바꿀 수 있게 되어 기기의 소형화에 기여하였다. 초기에는 휘도가 낮았기 때문에 전자기기의 동작 표시등이나 실내 용도에 한정되었지만 빨강이나 녹색의 고휘도 종류의 발광 다이오드가 실용화되고 나서는, 역의 행선지 안내판같은 옥외용 디스플레이 장치에도 사용되었다. 게다가 고휘도의 파란색이나 흰색 발광 다이오드가 생산되고 나서는 경기장의 스크린같은 완전한 색의 대형 디스플레이, 전구 대신한 손전등이나 신호기, 자동차의 방향 표시등이나 미등 같은 다양한 조명에 이용되고 있다. 특히 미등에 사용했을 경우 전구보다 브레이크 페달을 밟은 후 점등할 때까지의 시간이 짧기 때문에 안전성이 향상된다. 또한, 보행자나 다른 운전자가 차량을 쉽게 알아볼 수 있도록 하여, 교통사고를 막아주는 자동차의 주간주행등(daytime running light(lamp))에도 많이 쓰인다. 그리고 철도, 버스의 방향 표시에도 롤지식이나 안내판 대신 사용되고 있다. 실제로 신칸센 N700계 전동차에서 사용된 행선판에서는 풀컬러 LED가 사용되었다. 또 냉음극 형광 램프에서 발생되는 흰색빛을 컬러 필터에 투과해 얻을 수 있는 색깔인 빨강, 녹색, 파랑에 비해서 발광 다이오드가 발생하는 빛이 색순도가 높다. 그렇기 때문에 액정 디스플레이의 백라이트를 냉음극 형광 램프에서 발광 다이오드로 변경하여서 색 재연 범위를 크게 개선할 수 있다. 그러나 발광 다이오드는 점광원이기 때문에 넓은 면적을 조사하려면 얼룩 번짐이 생기기 쉽고, 백라이트용으로는 휴대용 소형 디스플레이에 주로 이용되었다. 대형 디스플레이용 발광 다이오드 백라이트는 2004년 11월에 소니에서 액정 텔레비전이 실용화시켰다. 또한 발광 다이오드 자체의 수명은 길지만 사용 목적에 따라서 수지의 열화에 의한 조도 저하의 진행이 빨리 되기도 하기 때문에 발광 다이오드 교환이 필요한 정도까지 조도가 떨어졌을 때 기판의 교환을 포함하여 대규모 보수가 필요하게 되는 것이 앞으로 풀어야 할 과제이다. 소비 전력이 낮고 수명이 길다는 점은 가로등, 신호등 등의 대규모 인프라에서 훨씬 더 빛을 발한다. 효율이 단 몇%만 좋아지더라도 전국에 깔린 300만개 이상의 가로등 전체가 바뀌면 그만큼 이득을 본다.
라이브 공연장에서 조명으로 애용하고 있다. 더 밝고 전기료가 적게 드는 기존의 장점은 물론이고 덜 뜨겁다는 예상 못한 장점이 부각되면서 공연자들로부터 환영받았다. 카게야마 히로노부는 과거 라이브 때 조명이 너무 뜨거워서 힘들었는데 LED로 바뀌면서 온도가 낮아져 땀도 덜 나고 체력소모도 줄어서 좋다며 극찬했다.
자동차에서도 여러 군데 사용 중이다. 가장 많이 쓰이는 곳이 각종 등화류들. 순정 자동차를 기준으로 계기판 및 실내 스위치 조명을 시작으로 보조제동등(테일램프의 브레이크등과 같이 들어오는 것), 사이드미러의 방향지시등, 테일램프의 브레이크등[44], 최근에는 주간주행등과, 방향지시등[45], 심지어 옵션이지만 전조등까지 사용되고 있다.[46] (2017년 이후는 오히려 LED 전조등이 대세이다. 밝기, 원가, 효율, 내충격성, 수명 등 거의 모든 면에서 필라멘트 방식 전구를 능가하기 때문, 다만 내부에 불빛을 확산, 집중시키는 프리즘 (다면 촛점 집중 반사판타입. MFR타입이다.)이나 볼록 렌즈를 사용한 프로젝션 헤드램프 구조가 들어가며, 그것이 화려하고 복잡하기 때문에 가격이 더 싸지는 않다.) 단, 순정으로 달려나온 차량이 아닌데 장착할 경우 문제가 생길수 있는데, 대표적으로 안개등의 경우 순정이 할로겐전구인 차량에 대놓고 LED를 심으면 자동차종합검사에 걸린다. 규격에 맞지 않는 LED 주간주행등을 구조변경허가 없이 장착해도 검사에서 빠꾸를 먹으니 LED 좋다고 막 심는것은 주의가 필요하다.[47] 번호판등은 전구색이나 백색에 한정 후방을 비추지 않고 하단만을 비추는 경우에는 별도의 승인없이 자유롭게 장착이 가능하다. 실내등도 경미한 튜닝으로 분류되어 규격만 맞으면 쉽게 교체가 가능하다. 2019년 10월 14일부터 국토부 인증받은 전조등은 구조변경신고없이 할로겐전구 대신 장착이 가능하다.
또한 자동차의 경우 LED를 사용하게 되면서 차체 외장 디자인에 엄청난 혁명을 일으키게 된다. 일단 커다란 벌브(둥근 전구)와 벌브의 특성상 조명의 방향성이 적기 때문에 넓은 면적의 반사판을 이용해야 함으로 램프의 면적이 굉장히 클 수 밖에 없다. 그러나 아우디에서 LED 주간주행등을 사용하기 시작하면서 전과는 다르게 램프룸을 굉장히 가늘고 길게 뽑아낼 수 있다는 것을 보여주었고 이게 발전하면서 전조등, 후미등, 심지어 방향지시등까지 적용되게 되었다. 앞, 뒤의 램프들은 거의 자동차를 상징하는 모양이라고 봐도 모자라기 때문에 이전과 다르게 자동차 제조사들은 램프룸을 가늘게 만들기 시작하면서 미래지향적이고 날렵한 디자인을 쉽게 만들어낼 수 있게 되었다. 램프 자체 크기가 작아져서 램프룸에 온갖 고급스런 장식을 넣을 수 있음은 물론 LED조명 자체가 고급스러워 보이며, 휘도가 밝아 시인성도 좋고[48] 수명과 효율까지 좋으니 말 그대로 신세계가 따로없었다. 따라서 현재는 'LED 떡칠 = 고급차(처럼 보인다)'라는 공식이 성립한다.[49] 아직 조명용 LED의 단가가 싼것도 아니고 제조사에서 고급스럽게 만든다고 이것저것 집어넣어서 외장 옵션이 비싸긴 하지만 말이다. 또한 차량 조명을 너무 파버린 나머지 반 농담쯤으로 조명회사라고 불리는 아우디의 경우 '매트릭스 LED 헤드램프'라는 신기술도 개발했었는데, 상향등을 상시 켜놔도 앞차나 옆차선의 차만 피해서 상향등의 빛이 뻗어나가는 기술이다. 참고 자료 상대 차를 인식하고 자동으로 상향등 끄거나 켜는 오토 하이빔과는 다른, LED가 존재해서 가능한 더 발전된 기술이다. 원래 수억~수천만원대 고급 수입차에만 적용되던 편인데 이번에 르노 탈리스만( SM6) 페이스리프트에 옵션으로 들어가서 화제가 되기도 하였다. 이제는 단순히 상향등 기능을 지능형으로 업그레이드하는 것에 그치지 않고 매트릭스 LED 헤드램프로 글자를 써제끼는 미친 시대가 코 앞에 와 있다.
이에 더하여, 현재 Bulb 사양 및 LED 사양이 각가 저가형/고가형 차량에 달려 판매되는 기존 자동차 업계의 분위기에서, 차량의 고급화 뿐 아니라, 전기차량의 보급속도가 빨라짐에 따라, LED 단일 사양 보급의 속도가 점차 가속화 되고있다. 이는, 전체 조명 시스템의 소비전력 관점에서 LED가 약 2배 정도 유리한 위치에 있기 때문이다. (전기차 보급 전 시장은 중급 세단까지는 대체로 일반사양에는 BULB, 고급사양에는 LED 가 장착된 LAMP 가 사용되는게 일반적인 분위기였다.) 단적인 예로, 현대의 아이오닉의 경우, 일반사양에는 범퍼 하단 장착되는 별도의 방향지시등이 전구 사양이나 (물론 옵션 선택시 LED로 변경된다.), 발매 시점이 상대적으로 뒤로 배치된 KIA 의 EV6의 경우, REAR 를 포함한 전체 LAMP가 LED 사양으로 적용되었다. 이 흐름은 국내 뿐 아니라 영미권 국가의 완성차에도 동일하게 적용이 되고있다. 참고로 세계 최초로 전체 LAMP가 LED 사양으로 적용된 양산차는 메르세데스-벤츠 S클래스/9세대이다.
또한 최근 차량은 각종 전자제어 시스템, 전열기구, 에어컨, 충전기 등 전기를 사용하는 부품이 굉장히 많아지는 만큼 기존 등화류에서 빨아가는 에너지를 줄여 제네레이터와 배터리에 여력을 줄 수 있으며, 특히나 전기자동차인 경우 항속거리 문제 때문에라도 거의 무조건 LED 등화류를 사용한다.
각종 응원기구나 장난감 안에 쓰이는 전구도 LED 전구인 경우가 많다. 아무리 흔들고 떨어트리고 막 다뤄도 웬만해선 안 망가지는 어마무시한 내구성과 전기를 적게 먹는다는 장점 등으로 여러 기구들의 발광 부분에 쓰이는 경우가 많다. 귀이개라든가 USB Micro-B 단자에도 들어가는 경우도 있다.
한국철도공사, 서울교통공사 등 한국의 철도차량에서도 가시성 향상과 효율성을 고려해 2016년부터 기존 백열등과 HID인 철도 차량들의 라이트를 LED로 교체하는 작업이 진행 중이며 2013년 이후에 제작된 철도 차량들은 전부 LED 등을 달고 나왔다. 황색 빛을 내던 기존 백열등과는 달리 이 차량용 LED는 백색 빛을 내며, 다이오드의 점등 수를 줄이거나 늘림으로써 밝기를 조절할 수 있다. 이는 외국도 마찬가지. 물론 외국에는 자동차처럼 상향/하향을 조절할 수 있게 전조등을 설계하는 경우도 있다.
2010년 중후반기에 RGB를 한개의 소자로 쓸 수 있는 LED가 개발되어 조립식 컴퓨터에서 튜닝용으로 거의 모든 부품들에서 징하게 쓰인다. 케이스 부터 시작해서 CPU쿨러[50], 램, 그래픽 카드, 파워 서플라이, 메인보드 등등 심지어 파워 연장 케이블에도 RGB LED가 들어간다. 또한 메인보드 제조사에서 이런 RGB LED를 제어하는 기술도 만들었다.[51] PC부품 외 주변기기에도 LED가 들어가는데 키보드와 마우스는 기본이요, 모니터에도 RGB LED가 들어간 제품이 있으며 마우스패드, 심지어 게이밍 의자에도 LED가 들어간 제품이 있다. 마우스에 장착된 LED의 경우 RGB 밝기를 100%로 설정하여 항상 켜짐 상태로 두면 따뜻해져서 겨울철 마우스를 사용하는 데 도움이 된다. 문제는 LED 탑재 제품이 대중화되는 과정에서 일부 중급형 제품이 LED를 탑재하면서도 메인보드 동기화 기능은 단가 문제로 인해 탑재하지 않는 경우가 늘었는데, 이런 경우 대부분 색상을 바꾸지 못하는 것은 물론 LED를 끌 수도 없다.
단점에서 언급되었다시피 LED의 푸른색 파장을 방출하는 성질을 이용해 포충기에서는 이 파장으로 곤충들을 유인해서 포충할 수 있다.
2020년대 들어 만달로리안, 왕좌의 게임 등의 유명 영화와 드라마 시리즈들의 배경 CG 합성에 LED 스크린이 활용된다. 촬영 시 그린스크린과 CG 기술을 이용한 기존 방식과는 다르게, 언리얼 엔진을 기반으로 미리 만들어놓은 배경을 초대형 LED 스크린에 띄워놓고 촬영하는 기법이다. 할리우드 등에서 도입한 이유는 기존의 그린스크린 촬영에서는 그린스크린 뒤에서 배우가 연기를 한 후 후반작업을 할 때 감독 마음에 들지 않은 장면이 찍혔다면 배우를 불러서 그걸 다시 찍어야 했지만, 실시간 렌더링 기술을 쓰면 배우가 연기할 때 감독이 바로 찍은 장면을 보고 지적할 수 있고, 배우 입장에서 실제 배경을 보며 연기하기 때문에 연기에 몰입하기 쉬워지는 건 물론이고, 영상미 측면에서 상당히 두드러지는 여러가지 장점이 많다. 또한 그린스크린 방식은 초록색 반사광이 실제 투사체에 보이는 그린 스필(Green Spill) 현상이 있어 빛을 자유롭게 조절하는 데에 한계가 많은데, 이에 비해 버츄얼 세트 방식은 빛을 마음대로 조절할 수가 있다는 큰 장점이 있다. 특히 만달로리안에서 극 중 만달로리안의 코스튬을 보면 반짝거리면서 빛을 반사하는 재질인데, 이런 소재로 그린스크린 앞에서 촬영하면 초록 빛이 돌기 쉽기 때문에 조명을 엄청나게 제한적으로 사용해야 한다는 한계가 있다. 그러나 만달로리안은 버츄얼 세트를 사용했기 때문에 이런 한계 없이 조명을 사용할 수 있었고, 이 덕분에 자연스러운 빛과 명암을 구현할 수 있었다. 영상, 영상 2
작고 빛나기에 공대개그로 종종 쓰인다. 예를 들면 이런 거
LED 마스크 등 미용기기에도 쓰인다. 특정 파장을 쪼여서 피부를 개선하는 원리인데, 시중에 돌아다니는 것은 의료기기 인증을 받지 않은 것들이라 효과에 대해 논란이 많다.
5.1. LED 가로등
현재 도로의 가로등들도 점차 LED 가로등으로 교체되고 있는데 이에는 장단점이 있다.순수한 광효율만 보면 LED는 가장 효율적인 가로등은 아니다. 현재 가로등 조명 기술의 광효율을 보면 고압 나트륨등(HPS High Pressure Sodium)이 150 lm/W 으로 으뜸이고 메탈할라이드등(MH Metal Halide) 이 85 lm/W 가량이고 LED는 약 83-86 lm/W 이다. 즉 LED는 고압 나트륨등에 비해 크게 광효율이 떨어진다. 하지만 인간의 시감도는 야간에는 파장이 짧은 청색광에 민감해지므로 (시신경의 흑백을 구분하는 간상세포는 색을 구분하는 원추세포보다 짧은 파장에 민감) 광효율 * 광감도를 감안한 실효조명효율을 따지면 백색 LED(색온도 5700K)는 260 lm/W, 메탈할라이드등(4000K)은 215 lm/W 정도가 되어 고압나트륨등(2700K)의 150 lm/W 보다 효율이 높다. 실제 연구 조사에서도 LED 가로등이 적은 전력으로도 밤에 훨씬 멀리서 도로상의 물체를 식별하게 하는 등 절전과 도로 안전 향상에서 좋은 성과를 보이고 있다. 또 고압나트륨등의 오렌지색보다는 LED의 백색광이 물체의 색채를 왜곡하는 효과가 적고 또 부자연스러운 오렌지색 조명 자체를 싫어하는 사람도 있다.
다만 백색 LED는 색온도가 높기 때문에 인간이나 동식물의 밤낮주기(circadian rhythm)를 혼란시키는 효과가 고압 나트륨등보다 3배나 되어 운전자의 수면 리듬을 방해할 수 있다. 소위 블루라이트의 부작용인 것이다. 색 온도를 4000K 정도로 낮추면 그런 효과를 다소 줄일 수 있지만 대신 광효율도 떨어져 실효조명효율이 195 lm/W로 떨어지고 이 정도면 비슷한 색온도의 메탈할라이드등보다 낫다고 하기 어렵다. 다만 LED는 수명이 훨씬 길어 수명이 짧은 메탈할라이드등보다는 램프 교체 등 유지보수비가 덜 들어가는 장점은 있다.
또 가로등으로 인한 도시의 광오염 문제에 대해서는 LED가 더 저전력이어서 광출력 자체가 적고 또 점광원에 가까워 렌즈와 반사경으로 필요한 도로면 외에 측면으로 새어나오는 잡광을 줄일 수 있어서 도로 인근의 주택이나 동식물에 미치는 영향을 줄이는 데 유리하다. 다만 이런 효과를 거두려면 가로등 램프만 바꿔서는 안되고 가로등 기구를 바꿔서 LED의 용도에 맞게 재설계된 집광렌즈와 반사갓으로 바꿔야 한다.
또 LED 조명의 전원은 보통 스위칭전원( SMPS)이므로 방전등보다는 역률(power factor)이 낮아 전력이 낭비될 수 있기 때문에 전원에 역률보정회로 (power factor corrector)가 필요하다. 역률보정을 빼먹은 저가 LED 가로등은 무효 전력이 많아져 전력손실이 많아진다.
또 가로등으로 경제성을 따질 때 중요한 요소로 수명이나 교체 주기도 있는데 LED 가로등은 구입 가격은 방전등보다 훨씬 비싸지만 수명이 훨씬 길어서 평균유지비가 적게 들고 또 교체 주기가 길어져 교체에 드는 인력의 인건비도 줄일 수 있다. 하지만 중국제 저가 LED 가로등은 표기된 공칭수명보다 수명이 훨씬 짧고 조기에 어두워지거나 고장이 나는 경우도 적지 않은데다 이를 구매자가 시험하기도 어려우므로 최저가격만으로 선택하지 말고 신뢰할 수 있는 제품을 선택하고 장기간 실제수명을 모니터링 해야 한다.
6. 제조사와 시장상황
| 순위 | 회사명 | PKG매출($M) |
| 1 |
|
1,766 |
| 2 |
|
1,171 |
| 3 |
|
898 |
| 4 |
|
891 |
| 5 |
|
758 |
| 6 |
|
643 |
| 7 |
|
407 |
| 8 |
|
386 |
| 9 |
|
343 |
| 10 |
|
286 |
청색 LED를 개발한 나카무라 슈지가 다니던 니치아가 장기간 1위를 지키고 있다. 대한민국에서 이 분야 본좌 기업은 서울반도체라는 벤처기업이다. 과거 저가 LED칩을 직접적으로 생산하지는 않고 타사에서 공급받은 칩을 포장했으며 MOCVD(metal-organic chemical vapor deposition), 유기금속화학증착 생산설비를 보유하며 아크리치 같은 교류·고전압 LED 같은 고부가가치 하이엔드 시장을 공략하고 있다. 하지만 자본이 넘사벽인 삼성전자와 LG이노텍 같은 대기업들이 점유율을 확대하면서 MOCVD 생산 설비보유는 서울반도체가 이미 국내 3위로 밀려났다. 그 외에 타이탄코리아, 마이크로하이테크 등 LED를 패키징하거나 저가칩을 생산하는 업체들이 국내에도 몇몇 있다. 다만 저가 LED칩 생산은 중국발 저가칩들이 엄청나게 쏟아져 들어오며 치킨게임를 벌이고 있어 대기업과 기술력을 가진 기업 외에는 위기를 겪고있다. 삼성전자 LED 관련 기사.
이 분야에서 특이하게 중동의 두바이가 고효율의 LED 램프로 두각을 나타내고 있다. 두바이는 LED기술 강자인 필립스와 공동사업으로 초고효율 장수명 LED 전구를 개발했다. 두바이 국왕이 직접 이 사업을 주도하여 새로 건설하는 모든 빌딩에 전구형 LED등을 사용하도록 의무화하고 있다. 보통 LED 전구가 70-100 lm/W 인데 두바이 램프는 무려 200 lm/W 의 초고효율로 2-3배의 효율인 달성하고 있다. (3 W = 600 lm = 일반 60 W 전구급) 일반LED 전구와도 다른 구조로 LED 를 필라멘트처럼 20여개를 직렬로 배열하여 원가절감과 광효율을 극대화하고 있다. 아직은 두바이 내에서만 구입할 수 있지만 머지않아 세계적으로 보급될 가능성이 높다.
7. 기타
LED 조명의 수명이 긴 것은 사실이나 조명 특성이 처음 상태와 같이 계속 유지되는 것은 아니므로 실제 교체 주기는 수명보다 더 짧을 수 있다. 2012년 정부종합청사의 조명을 LED로 교체하고 10여년이 흐른 2023년에 조명 특성을 시험한 결과, 소비전력·역률·고조파 함유율과 같은 전기적 특성은 큰 변화가 없었으나 색온도가 2,200K 상승하고 전광속은 40% 감소하고 광효율 역시 떨어졌으며 연색성이 7Ra 상승했다. 즉 전체적으로 붉은 빛을 띠면서 밝기가 감소했다. 전문가는 공기 중의 일반 가스나 황 등 불순물들이 형광체와 반응해 변색을 일으킬 수 있다면서 이 경우 눈 건강과 업무 효율을 저하시킬 수 있으므로 교체 주기에 대한 기준 마련이 필요하다고 지적했다. #8. 관련 문서
[1]
실제로 외국인이 서울에 와서 사이버펑크를 느끼는 지점 중 하나가 상가 건물마다 최소 하나씩 달린 LED 전광판이라고 한다.
[2]
개수 단위로 파는 것이지만 하나하나 세는 대신 낱개와 전체 무게를 재서 몇개인지 세주는 장치를 사용하는 것이다.
[3]
frequency를 써서 f라고 하기도 한다.
[4]
P이 첨가되기도 한다.
[5]
이건 구조상 4극관이라 정확히는 LET(Light Emitting Tetrode)이다.
[6]
LED를 사용한 전광판은 이렇게 서브픽셀을 구현해서
디스플레이의 역할을 한다.
[7]
이렇게 하면 파란색 빛과 노란색 빛이 섞이는데, 이 두 색은
보색이기 때문에 두 빛이 섞인 빛은 우리 눈에는 흰색으로 보인다. 다만, 이렇게 만든 흰색 LED는 연색성이 낮고(종이에 불을 쬐어 보면 그 부분이 퍼렇게 나온다), 청색광 때문에 상대적으로 눈을 피로하게 하는 경향이 있다.
[8]
주로
YAG 계열의 형광 물질이 사용된다.
[9]
초고가의 전문가용 LED 모니터에 사용된다.
[10]
역격자 공간에서 결정격자가 가지는 주요 방향을 의미한다.
[11]
그는 박사 학위조차 없이 연구를 해왔던 것이다!
[12]
노란색이다. 적색과 녹색이 합쳐져 있다고 보면 된다.
[13]
해당 유튜브 링크(일본 ANNnewsCH, 일본어). 소송 후에 기자 회견(영상 2분 21초부터 시작)에서 일본의 사법제도는 썩어빠졌다고 언급한다. 뿐만 아니라 노벨상 수상 후 2015년에 한 강연(
유튜브링크,일본어)에서 일본 사법제도의 문제점을 미국 사례와 비교하며 신랄하게 비판하였다.
[14]
(한국 위키페디아 링크)
[15]
빨간색 LED와 청록색 형광 물질로, 또는 녹색 LED와 분홍색 형광 물질로도 만들 수는 있다고 한다.
[16]
대개 18650,21700 리튬이온 전지를 사용한다.
[17]
2000루멘 정도면 어지간한 자동차 전조등 이상인 수준이다.
[18]
전구는 전력의 약 10%도 안 될 정도의 적은 양만 빛으로 바꾼다. 수명도 그리 길지 않다. 형광등은 그나마 훨씬 나아서 전력의 약 80% 정도를 빛으로 바꾸며 수명도 나쁘지 않다. 다만 수은이 들어간다. 이에 비해 고효율의 LED는 전력의 90% 이상을 빛으로 바꾸며, 수명도 1만 시간 이상 간다. 물론 LED의 역률이 낮으면 오히려 형광등보다 전기효율이 떨어져서 열의 형태로 전기가 손실된다. 따라서 제품을 고를 때 역률을 봐야한다.
LED 조명이 전기 더 소모한다? 역률의 역설
[19]
다만 띠 형태로 나오는 LED는 일부만 교체하는게 거의 불가능하고, 한 기판에 LED 여러개가 박힌 형태는 같은 종류의 LED를 사서 고장난 LED의 납땜을 제거하고 바꿔야 해서 좀 번거롭긴 하다.
[20]
국제수은협약에 의해 수은 함량이 기준치를 넘어선 형광등은
2020년에 퇴출 예정이며, 2027년부터는 모든 형광등의 생산, 판매, 수입이 완전히 금지될 예정이다.
[21]
오히려 자유자재로 색온도를 조절할 수 있는 정도까지 다다랐다. 비결은 LED에 특정
형광 물질을 섞어서 색온도를 인위적으로 떨어트리는 것. 이 덕분에 LED로도 기존 할로겐등이나 전구등의 빛색상을 그대로 재현할 수 있게 되었다.
[22]
LED 방면에서만큼은 중국제가
기존의 싸구려 중국산 제품이 아니라 오히려 유럽제보다 훨씬 싼 데다가 품질마저 유럽제를 뛰어넘는 경우까지 생겨서 현재 LED 조명은 중국산이 독점하다시피 하고 있다. 하지만 LED칩의 품질이 좋더라도 중국산 조명은 전원부가 엉망이라, 플리커링 현상은 거의 모든 중국산 조명에 일어나고 1년도 안되어 고장나는 경우가 흔하다. 물론 전원부가 고장 나는 것.
[23]
조명을 받은 대상이 얼마나 자연색(태양아래 색)에 가까운지를 의미하는 수치.
[24]
LED 스탠드 상품 설명을 보면 연색지수(CRI)가 90을 넘는다고 광고하는데 광고의 사실유무를 떠나서 형광등은 대부분 90을 넘고
할로겐이나 백열전구는 거의 100에 가깝다. 다만 백열등은 CRI지수가 높더라도 청색광이 부족하기 때문에 청색 표현력이 떨어진다.
[25]
다만 손전등계에서는 오히려 면광원 취급을 받는다. (사실 면광원의 본좌인 형광등을 제외하면 LED는 조명계에서도 그다지 점광원 취급도 못 받는다.) 손전등에 쓰이는 광원 중에서는 가장 넓은 발광면적을 지니기 때문.
HID가 아크 발광으로부터 극단적인 점광원을 얻어서 비교를 불허하는 집광성을 자랑하는 것에 비하면 LED는 빛이 광범위하게 퍼져서 SMO 반사경을 사용하더라도 웬만하면 조사거리가 500m대를 잘 못 벗어난다.
[26]
콘덴서와 축전기는 같은 것으로, 매우 빠르게 충전되고 방전되는 배터리라고 생각하자. 핸드폰에 충전기를 연결해서 사용하다가 충전기를 분리한다고 핸드폰이 작동을 멈추지는 않는다. 이는 핸드폰에 어느 정도 충전되어 있던 배터리가 전력을 유지하는 것과 마찬가지로, 교류전원의 전압이 사인파 형태로 오르락 내리락 변화하더라도 콘덴서에 충전되어 있던 전하가 전압을 거의 일정하게 유지시켜 준다. 이를 전압의 평활화라고 한다. 물론 전압이 완전히 평탄해지지는 않는다.
[27]
모든 RCD 방식이 싸구려라는 것은 아니다. 하지만 고품질의 RCD 전원부를 사용하면 가격 경쟁력이 사라지므로 시중에서는 거의 볼 수 없다.
[28]
RCD 방식. 저항, 콘덴서, 브릿지 다이오드의 준말.
[29]
충격적이게도 시중의 LED 등 절반 이상이 플리커링 현상이 매우 심하다. 업자가 설치해 주는 등은 99%확률로 플리커 현상이 있다.
오스람, 금호전기, 시그마, 코콤, 히포 같은 회사의 제품이 싸구려 회로를 사용한다. 따라서 저렴하다.
[30]
![파일:브릿지다이오드.png]()
교류는 0V가 되는 부분이 한 주기당 2번 존재하므로 브릿지 다이오드를 통해 직류로 바꾸더라도 정류하기 전 1Hz의 시간동안 2번, 즉 120번 깜빡거리게 된다.
[31]
은색 부분이 바로 방열판이다. ![파일:아반떼 CN7 LED 전조등 후면.png]()
[32]
다이오드에 극성이 있다는 것을 상기해 보자. 극성의 반대 방향으로 무리하게 전류가 들어올 경우 박살난다. (이를 다이오드의 항복 현상이라고 한다.) 그리고 교류는 그런 극성 변화가 1초에 수십 번 일어난다.
[33]
이는 LED가 역전압을 걸어주면 그냥 파괴되는 특성상
AC를 그대로 쓰기 어렵기 때문. 2006년에 아크로치(AC-LED)라고 하는 AC를 그대로 쓰는 신형 LED가 개발되긴 했지만 10년이 지났는데도 보급까지는 아직 멀었다. AC-DC 변환회로가 의외로 수명이 짧은 것들이 많아 저가형 LED 조명기구의 경우 1~2년 사이에 고장나는 경우도 허다하다. 이 때문에 LED의 긴 수명과는 달리 LED 등기구의 수명은 의외로 백열전구기구만 못 한 것도 많다.
[34]
몇몇 제품들은 등기구를 떼지 않고 안정기만 교체할 수도 있다. 이러면 분해장착 난이도가 무척 내려간다.
[35]
원칙적으로 전기 관련 자격증이 없는 일반인은 교체가 불가능하다. 자격증 없이 교체한다 해도 어느 정도 전기에 대해 아는 사람만 가능하다. 그런 사람이라도 기구 전체 교체는 형광등 갈아끼우는것과는 비교하기 어려울 정도의 노동이다. 게다가 오래된 주택의 경우 기구 고정나사 장착이 어려워 한번 등기구를 분해하면 특수장비 없이 교체장착이 불가능한, 즉 일반인은 도저히 할 수 없는 곳들도 많다.
[36]
이 문제는 자동차용 LED에서 극대화된다. 과거 전구를 사용할 시절에는 전구가 나가면 전구만 교체하면 되고, 조금 손재주 있는 운전자라면 수천원짜리 전구 하나 사서 스스로 할 수 있는 일이다. 그러나 LED를 사용한 방향지시등, 후미등의 경우 LED가 나가면 해당 등 전체를 교체해야 한다. 만원 이하로 끝날 문제가 수십만원, 수입차의 경우는 일이백만원 깨지는 지출이 된다는 것. 부분수리의 경우도 개인은 못하고 사설 업자들이나 가능한데 분해가 불가능하게 설계된 것을 칼로 절단해서 회로부속을 바꾸는 고난이도의 작업을 해야 하고, 비용 역시 교체비용보다 저렴할 뿐 십만원대 이상 들어가는 것은 마찬가지다.
[37]
엄밀히 말하면 이 문제는 LED자체의 문제라기보단 LED조명이 대중화 되는 과정의 과도기적 문제로 봐야한다. 전구나 형광등은 수명이 길지않다보니 교체하기 용이하게끔 조명을 소켓에 장착하는 형태로 만들어졌는데 LED는 수명이 길다보니 교체를 고려하지않고 시공해버리는 일이 많은 것이다.
[38]
아마 단가 후려치기 등의 원인으로 불요파 대책을 법적 기준치 내로만 나오게 해서 그렇다. 사실 라디오 주파수대 밖까지 따지고 보면 전신주, TV, LED전광판 등 일반적인 전자기기에서도 나온다. 참고로 LED전광판의 불요파 발생원인은 SMPS 때문이니 아마 LED등도 비슷한 원인일지도 모른다. 참고하길 바람.
[39]
AM 라디오는 LED 뿐만 아니라 백열등, 형광등이나 일반 가전제품으로도 영향을 받는다.
[40]
이것 또한 설계를 잘못하면 있으나 마나다.
[41]
대한민국의 신호등은 거의 대부분 LED로 교체되었다. 교체 사업을 무려 2000년대 초반에 시작했고, 대부분 2010년 전후로 모두 교체되었다. 전기료 절약과 압도적인 시인력이라는 장점과 더불어 긴 수명 덕분에 불나간 신호등 찾기가 어려워 진 것은 덤.
[42]
액정 뒤쪽에서 LED가 비춰주는 것. 따지고 보면 LCD의 종류 중 하나이지만 원래 쓰이던 백라이트와 차이가 있기 때문에 LED가 백라이트인 것을 따로 표시한다.(화소가 LED인 것과 헷갈리는 경우가 많다. 대부분의 LED TV는 이쪽.
[43]
Backlight Unit.
[44]
최근에는 면발광을 사용하는 경우가 많다.
[45]
주간주행등이 있으면 2way LED를 사용하는 경우가 많다.
[46]
최신 차량들이나 지금까지 판매되는 자동차들은 경차를 제외하고 기본사양은 아닐지라도 LED 램프 옵션이 없는 경우가 거의 없다. 경차는 단가 문제와 차급에 맞지 않는 고급옵션이라 브레이크등과 주간주행등만 선택옵션으로 있고 헤드램프는 벌브타입 헤드램프가 들어간다
[47]
상위 순정옵션으로 변경 하는것은 가능하다. 자세한 것은
전조등 문서 참조.
[48]
특히 LED 주간주행등과 안개등, 미등을 적용한 차량의 조명은 빛이 얇고 날카롭게 뻗어나가기 때문에 짙은 안개속에서도 굉장히 멀리서도 시인성이 좋아 훨씬 안전하다. 밝은 대낮에도 주간주행등이 잘 보여 보행자에게도 안전한 것은 물론이고.
[49]
차량 제조사에서도 주로 팔리고 저렴한 준중형 세단, 소형 SUV같은 일명 볼륨 모델에서는 LED 헤드램프나 리어램프는 꽤나 상위 트림에서 옵션까지 넣어야 넣어주는 경우가 대부분이며 심지어 룸램프나 방향지시등은 LED채용을 거의 하지 않는다. 물론 옵션 가격좀 올리고 넣어주는 것엔 아무런 문제가 없으나 이런 면에서 '이건 고급차가 아님' 하는 급 나누기를 하는 것이다. 애초에 소비자 입장에서도 조금이라도 저렴한 것이 볼륨 모델에선 좋기도 하고. 그래서 급이 낮은 차량들은 LED 조명을 사용해도 깜빡이를 켜거나 실내등을 켜면 누런 호박등이 켜지며 좀 깨는 이미지가 있다.
[50]
라이젠 번들 쿨러 중 고급형 모델인 레이스 프리즘 쿨러에 LED가 들어간다.
[51]
ASUS AURA SYNC,
MSI Mystic Light,
GIGABYTE RGB Fusion,
ASRock POLYCHROME 등등
[52]
일본명 日亜化学工業株式会社
[53]
중국명 무린썬(木林森), 오스람에서 분사한
레드밴스의 현 소유주이다.
[54]
중국명 궈싱광뎬(国星光电)
[55]
필립스에서 분사한 led 사업부