LED 파장 가이드: 색상표, 공식 및 분류

물결 마루 사이의 간격처럼, 파장은 반복되는 거리를 나타냅니다. 빛은 전자기파이며, 1나노미터는 1미터의 10억분의 1입니다. LED 사양에 표기되는 파장 값은 일반적으로 공기 또는 진공 상태에서의 빛을 기준으로 합니다.

컬러 LED는 특정 파장 하나만 방출하는 것이 아니라, 스펙트럼의 피크와 유한한 대역폭을 가지고 있습니다. LED의 색상은 전체 스펙트럼과 눈의 반응에 따라 달라지므로, 파장만으로는 색상을 완벽하게 설명할 수 없습니다.

각기 다른 스펙트럼 대역은 서로 다른 용도에 적합합니다. 가시광선은 디스플레이 색상을 구현하는 데 사용되는 반면, 자외선과 적외선은 특수 공정 및 센싱에 활용됩니다. 눈에 보이지 않는 광선이나 특정 색상이 특정 용도에 자동으로 안전하거나 효과적인 것은 아닙니다.

핵심적인 관계는 광자 에너지입니다.

• 보라색이나 파란색과 같이 파장이 짧은 색은 광자당 더 많은 에너지를 전달합니다.
• 붉은색과 같이 파장이 긴 빛은 광자당 전달하는 에너지가 더 적습니다.

이는 파란색 LED가 반드시 더 많은 전력을 소비하거나 더 많은 총 광 출력을 생성한다는 것을 의미하지는 않습니다.

"625nm 적색 LED"의 경우, 허용 오차와 625nm가 피크 파장인지 주 파장인지에 대한 명시가 필요합니다. 아래 그림은 대략적인 색상 영역을 보여주며, 해당 경계는 설명적인 용도일 뿐 구매 사양은 아닙니다.

색상 이름은 대략적인 경계를 가지며 때로는 겹치기도 합니다. 아래의 넓은 가시광선 범위는 색상을 나타내고, 더 좁은 범위의 예는 LED 제품을 나타냅니다. 공급업체를 비교할 때 이 두 가지를 혼용하지 마십시오.

1. 가시 광선: 보라색, 파란색, 녹색, 노란색, 주황색, 빨간색을 포함합니다. RGB 디스플레이는 빨간색, 녹색, 파란색 빛을 혼합하여 다양한 색상을 만들어냅니다.
2. 보이지 않는 방사선: 자외선은 가시광선의 단파장 영역 너머에 있고, 적외선은 장파장 영역 너머에 있습니다.

RGB는 빨강, 초록, 파랑을 의미하며, 이는 풀컬러 LED 스크린에 사용되는 가산 혼합색입니다. 각 채널은 고유한 스펙트럼을 나타냅니다. 각 채널의 상대적인 출력값을 조절하면 흰색을 포함한 혼합색이 생성되지만, 단일 파장의 빛으로 바뀌는 것은 아닙니다.

적색 LED는 표시등, 간판 및 디스플레이에 흔히 사용됩니다. 예를 들어, 루미레즈(Lumileds)의 LUXEON Rebel Color 표에는 620~645nm 파장대의 적색 제품과 650~670nm 파장대의 진적색 제품이 나와 있습니다. 이는 제품 색상 범위일 뿐이며, 보편적인 정의나 적색이 항상 가장 효율적인 선택이라는 것을 의미하는 것은 아닙니다.

약 660nm 부근의 진한 붉은색 빛은 원예용 조명에도 사용됩니다. 이 빛은 광합성에 기여하지만, 해당 파장만을 선택한다고 해서 개화나 수확량 증가가 보장되는 것은 아닙니다. 전체 스펙트럼, 광자 전달 방식, 작물 종류, 조명 스케줄 등을 모두 고려해야 합니다.

청색 LED는 RGB 디스플레이와 다양한 형광체 변환 백색 LED를 지원합니다. 예를 들어, 루미레즈(Lumileds)는 460~485nm 파장의 청색 LED와 440~460nm 파장의 로열 블루 LED를 판매합니다. 백색 LED에서는 형광체가 일부 여기광을 더 긴 파장으로 변환하여, 이들을 합친 스펙트럼이 백색으로 나타납니다.

기타 용도: 보라색 또는 파란색 광원은 경화 시스템에서 적합한 광개시제를 활성화할 수 있습니다. 일반적으로 415nm 광원은 보라색으로 표현되지만, 이는 보편적인 경화 사양은 아닙니다. 재료의 흡수율, 조사 강도, 노출 시간 및 형상을 장비 공급업체의 검증된 공정에 맞춰야 합니다.

녹색 LED는 일반적으로 520~540nm 부근에서 작동하며, 455nm는 청색입니다. 주간 시각에 사용되는 표준 광시 반응은 황록색 영역인 555nm 부근에서 최고점을 나타냅니다. CIE 광시 스펙트럼 효율 데이터를 참조하십시오.

인지되는 밝기: 서로 다른 파장에서 동일한 복사 에너지가 동일한 광 출력을 생성하는 것은 아닙니다. 광시 감도 피크에 가까운 빛은 더 큰 가중치를 받습니다. 동일한 전기 에너지 비교는 LED 변환 효율 또한 다르기 때문에 다른 접근 방식입니다.

디스플레이 색 영역: 녹색은 RGB 기본색 중 하나입니다. 세 채널의 색도, 선택된 화이트 포인트 및 캘리브레이션에 따라 사용 가능한 색 영역이 결정됩니다. 녹색 파장만으로는 사실적인 이미지를 보장할 수 없습니다.

색상 이름이 아닌 의도된 작동 온도에서의 밝기와 전력을 비교하십시오. 아래 RGB 차트는 예시이며, 파란색, 녹색, 빨간색 곡선은 각각 약 450nm, 520nm, 630nm에서 최고점을 나타냅니다. 세로축은 임의 단위(au)로 표시되며, 동일한 최고 높이가 표시된다고 해서 와트, 루멘 또는 전기 효율이 동일한 것은 아닙니다.

노란색과 주황색은 스펙트럼 색상이거나 혼합색일 수 있습니다. 보라색은 단일 스펙트럼 파장이 아니라 혼합색이며, 흰색은 여러 파장의 조합이 필요합니다. 이러한 구분은 오해의 소지가 있는 사양을 방지합니다.

1. 노란색 LED: 그림에서 노란색은 대략 570~590nm입니다. 직접 발광형과 형광체 변환형 제품은 스펙트럼이 다를 수 있습니다. 파란색 칩에 노란색 형광체를 사용하면 출력에 파란색 빛이 남아 있을 때 흰색을 생성하는 경우가 많지만, 이러한 구조만으로 노란색 LED를 정의할 수는 없습니다. 측정된 색 좌표를 확인하십시오.
2. 주황색 LED: 그림에서 주황색은 약 590~610nm이며, 인접한 황색 및 적황색 제품 라벨은 제조업체에 따라 다릅니다. 지시등 및 표지판은 색상 이름만 사용하는 것이 아니라 측정된 색상과 적용 가능한 요구 사항을 명시해야 합니다.
3. 보라색 LED: 붉은색과 파란색 빛이 섞이면 보라색으로 보일 수 있습니다. 하지만 보라색을 나타내는 단일 파장은 없습니다. 보라색은 가시광선의 단파장 영역에 속하는 색이며, 365nm는 자외선이지 보라색 가시광선이 아닙니다. 보라색으로 보이는 제품은 구성 성분의 스펙트럼 또는 색도로 설명해야 합니다.
4. 백색 LED: 형광체 변환 또는 가산 색 혼합을 통해 백색광이 생성됩니다. 상관 색온도(CCT), 색도 또는 Duv, 그리고 조명에 대한 관련 색 재현 측정값을 명시하십시오. 동일한 CCT를 가진 두 제품이라도 색조, 스펙트럼 및 조명된 물체의 표현 방식이 다를 수 있습니다.

자외선 및 적외선 LED는 가시광선 영역을 넘어 다양한 색상을 구현합니다. 필요한 스펙트럼 대역과 광 출력은 물론, 검출기 호환성, 노출 한계 및 적용 테스트에 대한 사양을 명시하십시오.

• UV : 자외선 영역은 대략 100~400nm에 걸쳐 있지만, LED 제품이 이 영역의 모든 파장을 포함하는 것은 아닙니다. UVC 광원은 소독 시스템에 사용되지만, 파장만으로는 소독량이나 효과를 보장할 수 없습니다. 미국 식품의약국(FDA) 지침은 UVC 노출이 눈과 피부에 손상을 줄 수 있다고 경고합니다..
• IR: 근적외선 LED는 리모컨, 센서 및 카메라 조명에 사용됩니다. 방출기의 스펙트럼을 수신기의 감도에 맞춰야 합니다. 눈에 보이지 않는다고 해서 무해하다고 생각해서는 안 됩니다.

두 데이터시트에서 유사한 나노미터 값을 제시하면서도 서로 다른 측정 방법을 설명할 수 있습니다. 파장 범위를 선택하거나 대체 부품을 승인하기 전에 파장 정의를 확인하십시오.

피크 파장과 주 파장은 컬러 LED의 서로 다른 특성을 나타냅니다.

• 최대 파장(λp): 스펙트럼 전력 분포에서 최대값을 갖는 파장.
• 주 파장(λd): 스펙트럼 피크의 위치가 아니라 색도와 기준 백색점을 기반으로 도출된 색도 측정 방식입니다.

루미너스는 백색 LED에서 주파장 대신 색온도(CCT)와 듀레이션 분포(DUV)를 사용해야 하는 이유와 그 차이점을 설명합니다 .

디스플레이 색상 비교를 위해서는 색도와 공급업체의 색좌표 정의를 요청하십시오. 검출기, 필터 또는 광화학 공정의 경우 전체 스펙트럼과 대역폭을 검토하십시오. 피크 파장과 주 파장 값이 서로 대체 가능하다고 절대 가정하지 마십시오.

반도체 구성은 발광 및 전기적 특성 모두에 영향을 미치지만, 순방향 전압은 파장을 측정하는 기준이 아닙니다. 적색 발광체는 일반적으로 청색 또는 녹색 발광체보다 순방향 전압이 낮지만, 실제 값은 부품, 전류 및 온도에 따라 달라집니다. 드라이버의 크기는 색상에 기반한 규칙이 아닌 데이터시트에 제시된 순방향 전압 범위와 전류 제한을 사용하여 결정해야 합니다.

생물학적 응용 분야에서 파장은 전체 노출 사양의 일부일 뿐입니다. 전달되는 강도, 지속 시간, 거리, 그리고 실제 장치 또는 배양 시스템에 대한 증거 또한 똑같이 중요합니다.

• 청색광 피부 관리: 일부 기기는 염증성 여드름을 치료하지만, 결과는 다양하며 빛이 모든 유형의 여드름을 치료하는 것은 아닙니다. 미국 피부과학회의 여드름 가이드라인 이러한 제한 사항을 설명합니다.
• 적색광 치료: 연구에는 피부 문제 해결을 위한 적색 및 근적외선 장치가 포함되지만, 특정 장치나 프로토콜의 결과만으로 유사한 파장의 모든 LED에 효과가 있다고 단정할 수는 없습니다. AAD의 적색 신호등 지침 증거 부족 부분을 지적합니다.

적절한 용도에 맞는 기기를 선택하고 사용 설명서와 전문가의 조언을 따르십시오. 디스플레이 LED 사양은 의료 치료 처방이 아닙니다.

원예 시스템에서는 일반적으로 파란색과 빨간색을 조합하며, 때로는 광범위 스펙트럼의 흰색이나 다른 띠를 추가하기도 합니다.

• 약 450nm 부근의 파란색: 광합성과 식물 발달에 기여합니다.
• 약 660nm 부근의 붉은색: 광합성에 기여하며, 반응은 전체 조명 조건에 따라 달라집니다.

녹색광은 식물의 성장에도 기여하며, 단순히 잎이 녹색으로 보인다고 해서 낭비되는 것이 아닙니다.

작물 잎의 광합성 광자속 밀도(PPFD), 일일 광량 적산값(DLI), 균일성 및 에너지 사용량을 평가하십시오. 미시간 주립대학교의 묘목 실험은 스펙트럼과 작물 반응을 함께 평가해야 하는 이유를 보여줍니다. 수확량이나 투자 수익을 예측하기 전에 실제 작물과 재배 조건에 맞춰 레시피를 검증하십시오.

LED는 전기발광을 통해 빛을 생성합니다 . 전기 주입을 통해 반도체의 활성 영역에서 전자와 정공이 재결합하면서 에너지의 일부를 광자로 방출합니다.

기본 접합부는 다음을 포함합니다:

1. N형 소재: 여기서 전자는 주요 전하 운반체입니다.
2. P형 재료: 여기서 정공은 주요 전하 운반체입니다.

순방향 바이어스가 가해지면 전하 운반체가 활성 영역으로 주입됩니다. 최신 LED 구조는 방사 재결합을 촉진하도록 설계되었습니다. 공급되는 전기 에너지가 모두 빛으로 변환되는 것은 아닙니다. 비방사 과정과 전기적 손실로 인해 열도 발생합니다.

• 반도체의 밴드 구조는 방출될 수 있는 광자 에너지에 영향을 미칩니다.
• 에너지가 높은 광자는 파장이 짧고, 에너지가 낮은 광자는 파장이 길다.

광자 에너지의 관계는 E = hc/λ 입니다 . 에너지를 전자볼트(eV)로, 파장을 나노미터(nm)로 사용하면 다음과 같습니다.

λ (nm) ≈ 1239.84 / E (eV)

여기서 λ는 파장, E는 광자 에너지 , h는 플랑크 상수, c는 진공에서의 빛의 속도입니다. 변환은 NIST 기본 상수를 따르며 , 1240은 편의상 반올림한 분자 값입니다.

예시: 2.00 eV의 광자는 약 620 nm의 파장을 가집니다. 이 계산은 광자 에너지를 파장으로 변환하는 것이며, LED의 정확한 생산 등급을 예측하는 것은 아닙니다.

반도체 밴드갭은 대략적인 발광 에너지 가이드 역할을 할 수 있지만, 소자 구조 및 작동 조건에 따라 측정된 스펙트럼이 달라질 수 있습니다. LED의 순방향 전압을 광자 에너지 공식에 직접 대입하지 마십시오.

제조업체들은 서로 다른 색상을 얻기 위해 다양한 반도체 합금과 활성 영역 설계를 사용합니다. 구성 성분의 변화는 가능한 전자 전이를 변화시킵니다.

• 인듐 갈륨 질화물(InGaN): 청색 및 녹색 발광체에 널리 사용됩니다.
• 알루미늄 갈륨 인듐 인화물(AlGaInP): 적색, 주황색, 황색 발광체에 널리 사용됩니다.

재료 이름은 기본적인 접근 방식을 설명하지만, 구성 요소 데이터시트와 측정된 스펙트럼이 선택의 기준이 됩니다. 형광체는 최종 출력 스펙트럼을 추가로 변경할 수 있습니다.

스펙트럼 전력 분포(SPD) 차트는 광 출력이 파장에 따라 어떻게 분포되는지 보여줍니다. 이 차트는 대역폭, 다양한 방출 대역, 그리고 단일 명목 파장이나 색상 라벨에 가려진 차이점을 드러냅니다.

• 가로축: 파장은 일반적으로 나노미터(nm) 단위로 표시됩니다.
• 세로축: 분광 출력은 W/nm와 같은 단위 또는 상대/정규화된 스케일로 표시됩니다. 라벨을 읽어보세요.
• 최고점과 너비: 최대값을 확인하고, 지정된 경우 반치폭(FWHM)을 확인합니다.
• 백색광: 많은 형광체 변환 LED는 청색 피크와 더 넓은 장파장 방출 영역을 나타냅니다.

• 정도: 명시된 전류 및 온도 조건에서 측정된 스펙트럼을 비교하십시오.
• 비닝: 공급업체의 파장, 색도 및 출력 빈 테이블을 사용하십시오. SPD 이미지만으로는 허용 한계를 정의할 수 없습니다.
• 색상 일치: 서로 다른 스펙트럼은 유사한 색 좌표를 생성할 수 있지만 카메라, 필터 또는 조명 재료에 따라 다르게 동작할 수 있습니다. 전체 애플리케이션을 테스트하십시오.

1. 목표를 정의하십시오: 색상, 조명, 감지, 식물 조명 또는 검증된 처리/공정을 표시합니다.
2. 외형을 정확하게 지정하세요: 색상 일치를 위해 색도와 허용 오차를 사용하고, 백색광에 대해서는 색온도(CCT)와 색조 기준을 추가합니다.
3. 전체 제품 사양서를 요청하세요: 피크 파장 대 주 파장, SPD, 대역폭, 출력, 전류 및 테스트 온도를 확인합니다.
4. 쓰레기통 배치 전략을 합의하세요: 프로젝트 요구사항과 재고 보충 계획에 맞는 허용 오차를 선택하십시오. 가장 정밀한 보관함이 반드시 필요한 것은 아닙니다.
5. 작동 안정성을 확인하십시오: 예상 온도 및 구동 레벨에서 디밍 및 열 안정화 기능을 포함한 테스트를 수행합니다.
6. 공급업체 승인 검사 설정: 샘플을 승인하고, 구성 요소/빈 참조를 기록하고, 조립된 디스플레이의 균일성과 교정을 확인합니다.

LED 파장은 색상 및 스펙트럼 성능을 정의하는 데 유용한 출발점입니다. 하지만 신뢰할 수 있는 선택을 위해서는 정확한 측정 정의, 허용 오차, 작동 조건 및 적용 테스트 또한 필수적입니다. 단일 나노미터 값에 의존하기보다는 전체 사양을 비교하는 것이 중요합니다.

디스플레이의 경우, 보정된 화면뿐만 아니라 개별 LED 구성 요소도 평가해야 합니다.

디스플레이 크기, 시청 환경, 색상 목표 및 유지 관리 요구 사항에 대해 논의하십시오. EagerLED제안된 시스템에 대해 사용 가능한 구성 요소 데이터 및 샘플 테스트가 무엇인지 문의하십시오.

문의 EagerLED LED 디스플레이 프로젝트에 대해 팀과 상의해 보세요. 생산 전에 측정 가능한 승인 기준에 합의해야 합니다.