[MT리포트]LED를 뒤집으면 '태양광○○'

[발광반도체 LED의 재발견]⑥전압을 가하면 빛을 내는 원리...이를 역이용하면 전지로도 활용 가능

LED(발광다이오드)는 실리콘과 그 주변 원소인 게르마늄, 갈륨, 비소 등 반도체 물질에 전기가 흐를 때 물질 내부의 에너지 차이로 빛을 내는 원리를 이용한 소자다. 전류가 흐를 때 서로 다른 물질에서 과잉된 전자가 빈자리로 이동하면서 빛을 내는 원리다.

널뛰기에 비유하면 공중으로 뛰어올랐던 사람이 내려와 널뛰기판을 치면 반대편 사람이 뛰어오르는 것과 같다. 널뛰기에선 위치에너지가 또 다른 위치에너지로 바뀌지만 LED에선 전자의 위치에너지가 빛에너지 형태로 방출된다.

이 원리를 뒤집으면 태양광전지가 된다. LED는 전기를 빛으로, 태양광전지는 빛을 전기로 변환시키는 장치다. 둘 다 반도체 소자를 이용한다.

LED 원리가 처음 발견된 것은 1900년대 초반이다. 실리콘 게르마늄에 전기가 흐르자 빛이 나오는 현상이 처음 발견됐다. 하지만 반세기 가까이 초창기 LED는 사람의 눈에 보이지 않는 적외선을 방출하는 반도체 소자에 불과했다.

1962년 미국의 GE(제너럴일렉트릭)에서 닉 홀로냑(사진)이 LED에 전기를 흘려줄 때 다양한 빛을 자유자재로 조절할 수 있다는 사실을 발견하면서 LED 개발이 본격적으로 시작됐다. 이때 처음으로 적색 LED가 개발됐다. 얼마 지나지 않아 녹색 LED도 세상에 나왔다.

전세계 과학자들이 빛의 3원색 중 마지막 남은 청색 LED 개발에 몰입했지만 적색 LED 이후 청색까지 가는 데는 30년이 넘게 걸렸다.

현재 전세계 5대 LED 제조사 가운데 하나인 일본 니치아화학의 나카무라 슈지를 포함한 일본 과학자 3명이 1993년 질화갈륨을 이용한 청색 LED를 처음으로 만들었다. 이들은 이 업적으로 2014년 노벨물리학상을 받았다.

LED가 적녹청 순으로 만들어진 것은 에너지 크기 때문이다. 빛은 붉은색보다 푸른색에 가까울수록 에너지가 강하다. 청색의 바깥쪽에 있는 자외선이 살균력이 강한 이유다. 상대적으로 작은 에너지를 방출해 다루기 쉬운 물질부터 개발됐던 것이다.

청색 LED는 휴대폰 뒷면의 플래시에서 흔히 볼 수 있다. 플래시를 보면 조그마한 노란색 부품이 보이는데 이것이 투명한 노란색 형광물질이 덧칠된 청색 LED다. 우리 눈에는 백색으로 보인다.

LED가 백열전구의 130년 시대를 밀어내고 새로운 광원으로 각광받는 것은 먼저 지금까지 개발된 어떤 광원보다 태양광에 가깝다는 점 때문이다. 또 적녹청의 3원색을 조합하면 1670만개의 천연색을 낼 수 있다.

소비전력이 백열전구의 7분의 1 수준인 데다 수명도 20배 이상 길어 환경친화 제품이다. 유럽에선 지구 온난화를 막기 위해 2009년 100W(와트) 백열등 판매를 금지한 데 이어 2010년 75W, 2011년도 60W 제품도 판매를 금지했다. 중국 , 미국, 일본 , 브라질 등에서도 2012년부터 백열전구의 판매금지정책을 시행했다.

GE(제너럴일렉트릭)의 닉 홀로냑.