LED 이야기(1) LED의 역사

LED 이야기(1) LED의 역사

LED 이야기(1) LED의 역사

LED는 우리 주변에서 사용하는 모든 제품에서 찾아볼 수 있습니다. 오히려 LED를 사용하지 않은 제품을 찾는 것이 더 어렵겠지요. 휴대폰, TV와 같은 디스플레이부터 제품의 표시등과 조명까지 생활의 모든 곳에서 우리와 함께 하고 있습니다. 하지만 생각해보면 LED에 대해서 우리가 아는 것이 별로 없다는 사실이 더 놀랍습니다. 이렇게 가까이에서 항상 사용하고 있는데도 말이죠.

누가 언제 어떻게 만들었을까?
LED의 역사는 약 100년을 거슬러 영국으로 갑니다. 1907년 영국의 라디오 엔지니어 헨리 조셉 라운드가 진공 다이오드의 대체품을 찾기 위해 여러가지 테스트를 진행하던 중에 고체 화합물에서 빛이 방출되는 현상을 발견하게 되었습니다. 이 전자발광(electroluminescence)현상을 짧은 글로 정리해서 저널에 발표하면서 세상에 처음 소개되었습니다. 아쉽게도 당시에는 큰 주목을 받지 못했지만 이 우연한 발견이 새로운 혁신의 시초가 되었습니다.

Electrical World 저널에 실린 헨리 조셉 라운드의 연구 (출처:삼성반도체 이야기)

이후 LED에 대한 연구는 많은 광자를 생성하고 가능한 많은 빛을 추출하는 것을 목표로 발전해 왔습니다. 이와 동시에 화합물의 조합에 따라 달라지는 빛의 색상에 대한 연구도 같이 진행되었습니다. 처음에는 적색-노란색의 장파장 영역에서 적색 발광 다이오드를 개발했습니다. 상대적으로 효율이 낮은 청색-자색의 단파장 영역에서는 개발에 많은 어려움을 겪었습니다. 1990년대 초에 이러러서야 녹색 LED 개발에 성공하고 이어 청색 LED 개발이 이루어지면서 현재 사용하고 있는 백색 LED도 탄생할 수 있었습니다.

LED의 역사 (출처:삼성반도체 이야기)

백색 LED의 개발
LED는 기본적으로 단색광원입니다. 화합물의 조합에 따라 장파장 영역의 적색에서부터 단파장 영역의 청색까지 나타나게 됩니다. 이런 단색 LED는 보통 색의 삼원색인 Red, Green, Blue 세 가지 색상의 LED를 주로 사용했습니다. 초창기에는 신호등과 전광판과 같은 정보 전달용 디스플레이에 적용되었습니다. 청색 LED가 개발에 성공한 후에야 백색 LED를 구현할 수 있게 되면서 조명시장으로 진출하게 되었습니다.

청색 LED와 노벨상
LED에 대한 이야기를 하면 빼놓을 수 없는 이야기가 이웃나라 일본의 한 노벨상 수상자입니다. 일본의 노벨상 수상은 한국인들에게 언제나 배아픈 스토리입니다. 특히 이 인물이 관심을 끌었던 이유는 기초 과학을 전공하는 학자가 아니라 기업에서 일하는 ‘흔한 직원’ 중 한 사람이라는 사실입니다. 나고야의 작은 기업 니치아에서 형광체 개발을 하던 나카무라 슈지는 1994년 고휘도 청색 LED를 개발한 공로를 인정받아 2014년 노벨 물리학상을 받았습니다. 청색 LED를 개발하기 전에 슈지는 회사의 핵심 인재라기 보다는 별다른 성과를 내지 못하는 인재였다고 합니다. 그의 자서전 ‘좋아하는 일만 해라’를 보면 회사 내에서 아웃사이더에 가까웠던 슈지는 독자적인 연구를 진행하면서 개발 과정에서 빠른 의사결정과 새롭고 다양한 시도로 아무도 성공하지 못한 성과를 이룰 수 있었습니다. 하지만 노벨상 수상으로 일본의 자랑거리가 된 그는 오히려 일본의 주입식 교육과 경직된 기업 문화를 비판하면서 또한번 세간의 관심을 끌었습니다. 그는 지금 미국에 위치한 대학교에서 정교수로 일하고 있습니다. 일본과 비슷한 교육체계와 사회구조를 가진 우리에게도 시사하는 바가 크다고 할 수 있습니다.

나카무라 슈지

Blue LED
20세기 초반에 개발된 LED는 적색과 녹색을 일찌기 상용화하였습니다. 1960대 아폴로 우주선의 표시등에 사용되었을 정도입니다. 파란색에 비해서 화합물의 증착이 쉬웠기 때문입니다. 하지만 청색 LED는 반도체 물질의 받침으로 사용되는 사파이어 기판에 화합물을 증착하기 어려워 좀처럼 쉽게 개발할 수가 없었습니다. 1980년대만 해도 청색 LED는 21세기 전에는 나올 수 없다고 말할 정도였습니다.
하지만 조명으로 사용하는 백색광을 만들기 위해서는 Blue LED가 필요했습니다. 그것도 강한 Blue LED가 절실히 필요했습니다. 수십년간 많은 개발자들의 도전이 실패로 돌아가고 1994년 슈지박사는 이론상으로는 가능하지만 실현이 어렵다고 여겨졌던 물질을 사용하여 개발에 성공했습니다. 이 성공으로 LED를 사용한 백색조명은 물론이고 디스플레이 산업의 판도가 완전히 바꾸게 되었습니다.

Blue LED

지금까지 간단하게 LED 개발의 역사에 대해 알아보았습니다. 우리들이 흔히 사용하고 있는 LED조명이 개발되기까지 많은 사람들의 연구와 노력이 있었고 지금도 더 나은 광원을 만들기 위한 시도가 끊이지 않고 있습니다.

다음편에서는 LED의 작동원리에 대해서 알아보겠습니다.