[미리보는 '금요일에 과학터치'] LED 빛의 향연

우리 삶에 있어 빛이란 꼭 필요한 존재다. 빛은 자연에서 태양빛이 대표적이고 그 외 수많은 전자 기기들로부터 접하고 있다. 빛은 전자파의 일종이고 에너지다. 일반적으로 빛이란 전자파 중에서도 눈으로 지각할 수 있는 가시광선을 말한다. 가시광선이 나타내는 색깔의 차이는 사실은 빛의 '파장' 차이에서 비롯된 것이다. 색깔로 말하면 빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 남색, 보라의 순으로 빛의 파장이 짧아진다.

어떤 물체의 색이 보이는 것은 물체 그 자체가 색을 발광하는 것이 아니라 물체가 빛을 받아 일부는 흡수하고 일부는 반사하기 때문이다. 예를 들어 파란색이 보이는 것은 다른 색은 흡수하고 파란색만 반사하는 것이 원인이다. 검은색은 모든 색을 흡수하고 흰색은 모든 색을 반사한 것이며, 투명하게 보이는 것은 모든 빛을 통과시킨 것이다.

인류는 19세기 텅스텐 램프에서 20세기 방전 램프(형광등) 시대를 열었다. 21세기는 고체 램프(LED)가 대세. LED로도 불리는 발광다이오드(Light Emitting Diode)는 전류를 흐르게 할 때 적외선이나 가시광선을 방출하는 반도체 장치다. 더 자세히 말하면 반도체 PN 접합소자로 전기 에너지를 빛 에너지로 바꿔주는 발광 반도체다. 발광다이오드의 빛을 잘 이용하려면 빛과 색에 대한 이해가 필수적이라고 할 수 있다. 다양한 파장의 빛을 이용해 다양한 빛을 내는 발광다이오드 구현이 가능할 것이다.

국민대학교 생명나노화학과 도영락 교수 연구팀은 2010년부터 교육과학기술부의 기초연구사업-중견연구자(도약연구) 사업단의 지원으로 '고효율'대면적'풀칼라 LED display 구현을 위한 소자구조, 소재, 제조공정에 관련된 융합원천기술 개발' 연구를 수행하고 있다. 이러한 연구 사업은 TFT-LCD를 대체할 수 있는 새로운 개념의 고효율'풀칼라 디스플레이 구현이 목표다.

고효율'대면적'풀칼라 LED display 개발은 NT, 광학, 소재화학, 재료공학, IT의 융합 산물인 LED 디스플레이와 디스플레이 공학의 발전에 이바지할 수 있는 좋은 모델을 제공할 것으로 기대된다. 이는 LCD 디스플레이의 치명적 약점인 효율 저하라는 문제를 극복할 수 있는 신개념 디스플레이 개발에 관한 원천적인 연구이기도 하다. 이를 통해 디스플레이의 광범위한 분야에서 응용 분야 및 관련 산업을 창출할 것이다.

이번 강연에서는 발광다이오드와 빛, 그리고 색에 대해 살펴볼 예정이다. 특히 빛과 색의 기본 특성, 발광다이오드의 원리를 소개하고 현재 산업에서 어떻게 응용되고 있는지, 앞으로의 발전 가능성은 어떠한지 설명한다. 빛은 파장으로 이뤄져 있으며 파장의 차이로 여러 가지 다양한 색으로 보이게 된다. 또 색은 물체가 발광하는 것이 아니라 흡수되지 않고 반사된 빛 때문에 우리 눈에 보이는 것이다.

미국 일리노이대학의 닉 호로니악이 1962년 최초로 개발한 발광다이오드에는 여러 가지 특징이 있다. 발광다이오드는 형광등에 비해 8배 이상 수명이 길고 유지와 보수에 드는 노력이 적다. 또 형광등에 비해 67%나 소비 전력이 적을 뿐 아니라 무수은 광원이라는 점에서 친환경적인 광원이라 할 수 있다. 선명한 빛 발광, 밝기와 무관한 색 온도를 가져 다양한 색상을 연출할 수 있는 것도 발광다이오드의 장점이다. 발광 색은 사용되는 재료에 따라 다르다.