[Tech Trends]청색 LED 발명, 백색 LED 광원시대 열다 LED란 ‘Light Emitting Diode’의 약자로 발광 다이오드를 뜻하며 이는 화합물반도체의 특성을 이용해 전기신호를 적외선 또는 빛으로 변환시켜 신호를 보내고 받는데 사용되는 반도체 소자로서, 가정용 가전제품, 리모컨, 전광판, 각종 자동화 기기 등에 사용된다.현재까지도 많이 활용되고 있는 백열구나 형광등은 그 효율이 5% 미만인데 비해 LED는 열 소실이 적고 저전압에서 구동할 수 있어 10~40%의 에너지 효율을 얻을 수 있으며, 또한 발광소자로서 다른 발광체에 비해 수명이 길며, 소비전력이 낮고, 내 충격성이 우수한 장점을 지니고 있다. 또한 소형 경량화가 가능하다는 장점이 있어 표시용도를 중심으로 응용이 확대되고 있다.그러나, LED를 조명의 용도로 활용하기 위해서는 백색광을 만들 수 있어야 하는데 이를 위해서는 빛의 삼원색 원리에 따라 녹색(Green), 적색(Red), 청색(Blue)의 3색광이 필요하다.적색 LED의 경우, 1964년 미국에서 처음 개발됐고, 5년 후 녹색 LED가 개발됐으나, 청색 LED의 개발은 기술적 한계와 제조상의 어려움으로 실패를 거듭했으며, 현재와 같은 총 천연색(Full color)의 구성이 불가능 했다.학계에서는 청색 빛을 얻을 수 있다는 이론상의 정립은 확립됐으나, 푸른빛은 짧은 파장을 가지므로 다른 색의 빛에 비해 에너지 효율이 현저히 떨어져, 청색 LED 개발은 21세기 내에는 해결하지 못할 것이라는 인식이 팽배했다.그러던 중 1989년 아카사키와 아마노 교수가 저온 상태에서 마그네슘을 주입해 최초로 청색 LED에 필수적인 질화갈륨 결정 생성에 성공했고, 이후 나카무라 교수가 1991년에 자체 개발한 유기금속화학 증착기술을 활용해 질화갈륨을 이용한 청색 LED의 대량 생산의 길이 열였다.이러한 청색 LED기술은 앞서 말한 것처럼 열 소실이 적고 에너지 효율이 높아 기존의 전구나 형광등을 대체한다면 전력소모 감소, 긴 수명을 통한 교체비용 감소, 오염물질 감소 등과 같이 환경보호는 물론 비용까지 절감할 수 있을 것으로 예상된다.또한 산업적인 측면에 있어서도 LED TV, 캡슐 내시경, 농작물 재배를 위한 광원, LED 모니터 등 다양한 산업 분야에 적용될 수 있을 것으로 전망되며, 특히 적은 전력과 저렴한 설치비, 유지비 등으로 충분한 양의 빛을 낼 수 있기 때문에 아프리카와 같이 전력수급이 용이하지 않는 저개발국에 더욱 유용하게 활용될 수 있을 것으로 예상된다.2014 노벨위원회가 언급한 것처럼, 청색 LED기술은 기술 자체가 지니고 있는 혁신적 기술로써의 우수성 뿐만 아니라 기술발전을 통해 일반조명등까지 그 영역이 확대돼 사용된다면, ‘인류에게 최대의 혜택을 주는 발명’ 이라는 측면에서도 그 가치가 더욱 높게 평가될 전망이다.한편 미래창조과학부(장관 최양희, 이하 '미래부')는 최근 서울 명륜동 소재 성균관대학교에서 2014년 노벨물리학상을 수상한 일본 나고야대학의 아마노 히로시(Amano Hiroshi, 이하 ‘아마노’) 교수를 초청해 국내외 연구자 및 과학을 꿈꾸는 미래과학자들과 소통의 장을 가졌다고 밝혔다.아마노는 청색 발광다이오드(Light Emitting Diode, 이하 ‘LED’) 개발에 성공한 업적으로 2014년 노벨물리학상을 수상했다. 청색 LED 개발로 비로소 온전한 백색 LED 광원(光源)이 가능해졌으며, 과거 백열등과 형광등으로 대표되는 인공조명 시대에서 현대와 미래를 대표하는 LED 빛에너지 시대가 전격 도래했다.미래부는 특별 강연을 통해 아마노 교수의 LED 개발 연구성과 뿐 아니라 미래 에너지 분야를 전망해보는 시간으로 그 의미가 컸다고 밝혔다.아울러 노벨상 수상까지의 개인 경험담 등도 청취함으로써, 국내의 신진연구자 및 기업연구자들 뿐 아니라 미래 노벨상을 꿈꾸는 젊은 학생과 일반인에게도 동기 부여의 뜻 깊은 시간이었을 것으로 평가했다.초청강연에 참석한 이석준 미래부 차관은 축사를 통해, 아마노 교수와 같은 연구자들의 끊임없는 열정과 노력의 덕분으로 인류는 유사 이래 가장 효율적이고 친환경적인 조명을 갖게 됐음을 치하하고 이것이 바로 과학기술이 인류의 행복과 발전에 기여하는 공헌 사례임을 강조했다.특히 이번 아마노 교수의 성과는 기초과학 이론이 실용 연구와 연계돼 인류공영에 이바지하게 된 생생한 사례로서 우리에게 시사하는 바가 크며, 우리나라에서도 이러한 성과가 나올 수 있도록 기초과학 지원확대와 연구실용화를 위한 지원 의지를 밝혔다.

[Tech Trends]청색 LED 발명, 백색 LED 광원시대 열다

기사입력 2015-03-14 06:48:06

[산업일보]
LED란 ‘Light Emitting Diode’의 약자로 발광 다이오드를 뜻하며 이는 화합물반도체의 특성을 이용해 전기신호를 적외선 또는 빛으로 변환시켜 신호를 보내고 받는데 사용되는 반도체 소자로서, 가정용 가전제품, 리모컨, 전광판, 각종 자동화 기기 등에 사용된다.

현재까지도 많이 활용되고 있는 백열구나 형광등은 그 효율이 5% 미만인데 비해 LED는 열 소실이 적고 저전압에서 구동할 수 있어 10~40%의 에너지 효율을 얻을 수 있으며, 또한 발광소자로서 다른 발광체에 비해 수명이 길며, 소비전력이 낮고, 내 충격성이 우수한 장점을 지니고 있다. 또한 소형 경량화가 가능하다는 장점이 있어 표시용도를 중심으로 응용이 확대되고 있다.

그러나, LED를 조명의 용도로 활용하기 위해서는 백색광을 만들 수 있어야 하는데 이를 위해서는 빛의 삼원색 원리에 따라 녹색(Green), 적색(Red), 청색(Blue)의 3색광이 필요하다.

적색 LED의 경우, 1964년 미국에서 처음 개발됐고, 5년 후 녹색 LED가 개발됐으나, 청색 LED의 개발은 기술적 한계와 제조상의 어려움으로 실패를 거듭했으며, 현재와 같은 총 천연색(Full color)의 구성이 불가능 했다.

학계에서는 청색 빛을 얻을 수 있다는 이론상의 정립은 확립됐으나, 푸른빛은 짧은 파장을 가지므로 다른 색의 빛에 비해 에너지 효율이 현저히 떨어져, 청색 LED 개발은 21세기 내에는 해결하지 못할 것이라는 인식이 팽배했다.

그러던 중 1989년 아카사키와 아마노 교수가 저온 상태에서 마그네슘을 주입해 최초로 청색 LED에 필수적인 질화갈륨 결정 생성에 성공했고, 이후 나카무라 교수가 1991년에 자체 개발한 유기금속화학 증착기술을 활용해 질화갈륨을 이용한 청색 LED의 대량 생산의 길이 열였다.

이러한 청색 LED기술은 앞서 말한 것처럼 열 소실이 적고 에너지 효율이 높아 기존의 전구나 형광등을 대체한다면 전력소모 감소, 긴 수명을 통한 교체비용 감소, 오염물질 감소 등과 같이 환경보호는 물론 비용까지 절감할 수 있을 것으로 예상된다.

또한 산업적인 측면에 있어서도 LED TV, 캡슐 내시경, 농작물 재배를 위한 광원, LED 모니터 등 다양한 산업 분야에 적용될 수 있을 것으로 전망되며, 특히 적은 전력과 저렴한 설치비, 유지비 등으로 충분한 양의 빛을 낼 수 있기 때문에 아프리카와 같이 전력수급이 용이하지 않는 저개발국에 더욱 유용하게 활용될 수 있을 것으로 예상된다.

2014 노벨위원회가 언급한 것처럼, 청색 LED기술은 기술 자체가 지니고 있는 혁신적 기술로써의 우수성 뿐만 아니라 기술발전을 통해 일반조명등까지 그 영역이 확대돼 사용된다면, ‘인류에게 최대의 혜택을 주는 발명’ 이라는 측면에서도 그 가치가 더욱 높게 평가될 전망이다.

한편 미래창조과학부(장관 최양희, 이하 '미래부')는 최근 서울 명륜동 소재 성균관대학교에서 2014년 노벨물리학상을 수상한 일본 나고야대학의 아마노 히로시(Amano Hiroshi, 이하 ‘아마노’) 교수를 초청해 국내외 연구자 및 과학을 꿈꾸는 미래과학자들과 소통의 장을 가졌다고 밝혔다.

아마노는 청색 발광다이오드(Light Emitting Diode, 이하 ‘LED’) 개발에 성공한 업적으로 2014년 노벨물리학상을 수상했다. 청색 LED 개발로 비로소 온전한 백색 LED 광원(光源)이 가능해졌으며, 과거 백열등과 형광등으로 대표되는 인공조명 시대에서 현대와 미래를 대표하는 LED 빛에너지 시대가 전격 도래했다.

미래부는 특별 강연을 통해 아마노 교수의 LED 개발 연구성과 뿐 아니라 미래 에너지 분야를 전망해보는 시간으로 그 의미가 컸다고 밝혔다.

아울러 노벨상 수상까지의 개인 경험담 등도 청취함으로써, 국내의 신진연구자 및 기업연구자들 뿐 아니라 미래 노벨상을 꿈꾸는 젊은 학생과 일반인에게도 동기 부여의 뜻 깊은 시간이었을 것으로 평가했다.

초청강연에 참석한 이석준 미래부 차관은 축사를 통해, 아마노 교수와 같은 연구자들의 끊임없는 열정과 노력의 덕분으로 인류는 유사 이래 가장 효율적이고 친환경적인 조명을 갖게 됐음을 치하하고 이것이 바로 과학기술이 인류의 행복과 발전에 기여하는 공헌 사례임을 강조했다.

특히 이번 아마노 교수의 성과는 기초과학 이론이 실용 연구와 연계돼 인류공영에 이바지하게 된 생생한 사례로서 우리에게 시사하는 바가 크며, 우리나라에서도 이러한 성과가 나올 수 있도록 기초과학 지원확대와 연구실용화를 위한 지원 의지를 밝혔다.