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세상을 바꾼 발명 파란빛 발광다이오드(LED)

  • 2015.07.14.
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세상을 바꾼 발명 파란빛 발광다이오드(LED)

오늘날 빛을 이용한 장비들을 구매하기 위해 상품을 찾다보면 ‘LED’라는 단어를 많이 듣게 됩니다. LED를 이용해 수명이 늘고 전기를 절약했다는 이야기들입니다.

생각해보면 1879년 에디슨의 무수한 노력으로 백열등이 발명된 이래로 인류는 전기를 적게 쓰고 발열이 적으며 크기는 작은 전구를 만들기 위해 지속적으로 노력해 왔습니다.

형광등은 백열등보다는 효율이 높고 발열이 적지만, 전기를 상당히 소모하고 인체에 해로운 물질을 사용하기 때문에 원하는 바에는 조금 부족한 면이 있었습니다. 이러한 문제는 1960년대에 LED(발광다이오드)가 개발되면서 전기를 적게 사용하되 발열은 적은 빛에 대한 희망이 생겨났습니다.

하지만 초기의 LED(발광다이오드)는 파란색이 없어 지금처럼 완전한 백색광을 낼 수 없었다고 합니다. 그래서 오늘은 세상을 바꾼 발명으로 발광다이오드와 파란 발광다이오드의 발명에 대해 이야기해보려 합니다.

 

세상을 바꾼 발명 파란빛 발광다이오드(LED)

 

◆ LED란 무엇이고 누가 만들었나요?

‘LED’ 란 무엇일까요?

반도체 장치로, 모든 반도체는 내부 구조의 불순물(미량의 화학 첨가물로 인해 발생) 때문에 전류를 전도하는 다양한 능력을 보유합니다.

N타입 불순물은 반도체에 여분의 전자를 추가하고 P타입 불순물은 ‘*정공’을 생성하며, 음전기를 띤 입자인 전자는 자연적으로 ‘전자가 많은 곳’에서 ‘전자가 적은 곳’으로 이동하게 됩니다.

*정공: 플러스(+) 전하를 가진 전자와 같은 거동을 하는 가상 입자로, p형 반도체에서 전류를 운반하는 것을 이야기합니다.

 

다이오드 내부에는 N타입 물질이 P타입 물질 옆에 놓이며, 전류가 N타입 쪽 전극으로부터 P타입 쪽 전극으로 한 방향으로만 흐르게 만들어 ‘정공’으로 빠지는 순간 전자는 빛(광자)의 형태로 에너지를 내보내며, 그 결과 전자들이 다이오드의 한 쪽에서 다른 쪽으로 이동할 때 빛이 발생되는 원리입니다. 반도체에 사용된 물질의 종류에 따라 붉은색, 노란색 등 다양한 빛의 파장들이 생성됩니다.

LED는 1962년 닉 홀로니악에 의해 만들어졌는데 그는 합성 갈륨비소인 결정으로 구성된 다이오드를 만들었는데, 이 다이오드는 가시광선을 생성하였기 때문에 최초의 가시 스펙트럼 LED가 되었습니다. 또한 유사한 원리를 사용하여 오늘날 CD 판독 레이저의 전신이 된 반도체 레이저 원형을 고안하기도 하였습니다.

이후 파란색 발광다이오드가 발명되면서 LED는 디지털 벽시계, 손목시계, 텔레비전, 교통 신호등, 디스플레이 화면, 디스플레이의 백라이트 등 수많은 전자 제품에 쓰이고 있으며 또한 기존의 전구보다 열에너지를 적게 소비하기 때문에 효율적 에너지 조명 시스템, 램프 등에도 사용되고 있습니다.

 

세상을 바꾼 발명 파란빛 발광다이오드(LED)

 

◆ ‘파란색 발광다이오드의 발명’이 중요한가요?

앞서 파란색 발광다이오드가 발명되면서 완벽한 백색광을 낼 수 있었다고 이야기했는데 그것만으로는 파란색 발광다이오드의 발명이 얼마나 대단한지 실감할 수 없을 것입니다.

그런데 사실 LED는 이론적으로 전기에너지를 100% 빛으로 바꿀 수 있었습니다. 무수한 연구와 개발의 노력 끝에 빨간색, 주황색, 노란색, 녹색 빛을 내는 LED가 잇달아 1980년대까지 개발되었지만 파란색 LED 만은 개발되지 못하였습니다.

파란빛을 만드는 조건(파장이 짧고 높은 에너지 준위가 필요)이 까다로워 만들기 매우 어려웠습니다. 그래서인지 대부분의 과학자들은 20세기 안에는 파란색 LED를 만들기 어려울 것이라 생각했습니다.

하지만 파란색 LED가 있어야 완전한 백색광 LED 전구를 만들 수 있었기 때문에 골머리를 앓고 있었습니다. 파란색 LED가 만들어져야 ‘빛의 3원색’이 완성돼 LED를 조명기기로 활용할 수 있기 때문입니다.

질화갈륨으로 파란색 LED를 만들 수 있다는 사실을 이론적으로 처음 밝혀낸 사람이 바로 나고야대의 아카사키 이사무 교수와 아마노 히로시 교수이고 파란색 LED를 개발하는데 성공하였지만 품질이 떨어진다는 문제가 있었지만 나카무라 슈지 교수가 이런 문제를 해결하면서 1992년 상업적으로 사용할 수 있는 파란색 LED가 발명이 되었고, 이를 본격적으로 활용할 수 있게 되었습니다.

LED 발전 역사에 중요한 이정표를 찍은 것이지요. 세계 전기 소비량의 4분의 1이 조명에 사용된다는 점에서 LED는 에너지 절약에도 큰 역할을 할 것으로 기대되며, 오늘날 많은 전자기기에 사용되고 있습니다.

 

우리가 흔하게 사용하는 LED가 사실은 매우 많은 사람들의 노력이 있었습니다. 오늘날 LED는 밝은 빛으로 각종 제품 사용되고 있고 이런 제품들이 전 세계에 어려운 나라에 지원하는 아이디어 제품을 만드는 곳에도 사용되고 있습니다.

예를 들면 에너지를 절약을 위해 공원이나 인도의 가로등 불을 LED로 교체한다거나, 전기가 안 들어오는 어려운 나라의 사람들을 위해 무거운 물체를 매달아두면 빛을 만들어 내는 그라비티 라이트(Gravity Light) 등과 같은 제품을 만들 때도 LED가 사용됩니다.

이처럼 파란색 발광다이오드의 발명은 현대의 발명품 중에 가장 쓰임새가 많은 기술 중 하나였습니다.

 

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