2019.01.21 (월)

이상기 특허 변호사

대박난 발명품들 100가지 이야기 (59) - 미래의 조명 LED

어떻게  하면 대박이 나고, 부자가 될 수 있을까?  과거에 많은 사람들을 부자로 만든 대박 발명품들과 아이디어들!! 이 발명품들 속에 담긴 이야기들을 지금부터 만나보도록 할까요? 그래서 우리도 본받고 다들 대박이 나고 부자가 됩시다.

저자는 어렸을 때 실수로 뜨거운 백열등을 만지면서, 손에 살짝 화상을 입을뻔한 일들이 기억난다.  또 백열등이 전기를 많이 소모하기에 어머니들이 할머니들이 저자를 비롯한 아이들을 따라다니면서 불 스위치를 끄고 다녔던 것이 기억이 난다.  어느덧 그 백열등 전구가 상점에서, 그리고 우리 주변에서 사라지고 있다.  

대신 LED 전구가 상점 진열장을 채우고 있고 우리 주변을 점령하고 있다.  손이 데일 염려도 없이 차갑고, 전기도 적게 쓰고, 또 반도체이기에 수명도 길다는 LED!  어떻게 발명 되었을까?

집안의 리모컨부터 휴대전화기, TV, 전광판, 전구 등 우리 생활 곳곳에 함께 하는 화합물 반도체인 LED(발광다이오드)의 역사는 약 100년을 거슬러 올라간다. 

1907년 영국의 라디오 엔지니어인 헨리 조셉 라운드(Henry Joseph Round)는 진공 다이오드의 대체물로서 금속-반도체 탄화규소(SiC) 정류기의 전기적 특성을 조사하던 중, 고체상의 재료에서 빛이 방출되는 현상을 우연히 발견했다. 라운드는 이 전자발광(electroluminescence) 현상을 두 문단의 짧은 글로 Electrical World 저널에 발표했다. 하지만 그 당시에는 큰 주목을 받지 못했는데, 이때만 해도 우연한 발견이 훗날 혁명을 가져올 것이라곤 생각하지 못했던 것이다.
Nick Holonyak Jr. 는  가시광선 영역의 발광소자를 실현하는데 집중해 1962년 적색 발광 다이오드 개발에 성공했다. 이는 최초의 실용적인 발광소자로 인정받고 있다. 

청색~자색의 가시광선 단파장 영역 발광소자에 대한 연구는 1960년대 후반부터 시작되었다. 여러 기업과 기관에서 청색 발광소자 개발에 도전하였으나 낮은 효율성 등의 문제로 성공이 쉽지 않았는데, 1990년대 초에 이르러서야 GaN 기반의 재료를 이용한 청색 LED 개발에 성공했다.  여전히 결함이 많았지만, GaN 기반의 LED가 성공을 거둔 것만으로도 획기적인 일이었다. 이를 바탕으로 녹색 LED도 개발되었으며, 오늘날 백색 LED도 탄생할 수 있었기 때문이다.

LED는 기본적으로 단색 광원이다.  화합물의 조합에 따라 가시광의 장파장 영역부터 단파장 영역까지의 각기 다른 빛을 발한다.  이러한 단색 광원으로서의 LED는 주로 신호등, 전광판 등 정보 전달용 디스플레이로 사용되어왔는데, 1990년대 청색 LED 개발에 성공한 이후 드디어 백색 LED를 구현할 수 있게 되면서 조명시장에 LED가 등장했다.  백색 LED를 구현하는 데에 청색 LED가 중요한 이유는, 빛의 특성과 밀접한 관련이 있다. 우리 어렸을 때 학창 시절 미술 시간에 배웠듯이 빛의 3 원색(빨강, 초록, 파랑)을 모두 섞으면 신기하게도 흰색을 발하는 성질을 적용한 것이다. 백색 LED를 구현할 때에도 청색 또는 자색의 LED 칩 위에 다른 색상의 형광물질을 도포하거나, 두 개 또는 세 개의 LED 칩을 조합해서 백색을 얻는다.

2014년도 노벨 물리학상은 청색 발광다이오드(LED)의 발명으로 보다 효율적이며 오래가는 광원인 백색 LED의 고안을 가능케 한 아카사키 이사무, 아마노 히로시, 나카무라 슈지 등 에게 돌아갔다.

노벨상 위원회는 이 발명을 "혁명적"이라고 칭하며  "21세기는 LED 램프가  밝혀줄 것" 이라는 말을 남겼다.  


우연히 발견된 반도체 광원에서 조명으로 발전한 LED. 반도체이기 때문에 빛의 색상이나 색온도, 밝기 등 제어가 가능한데, 따라서 LED는 기존 조명만 대체하는 것이 아니라, 전체 광원 산업의 혁명을 불러오고 있다.

빌딩 전면에 LED를 설치해 아트월로 활용하거나, 도심 곳곳을 LED로 장식하는 등 조경 분야에서는 LED를 이미 활발히 활용하고 있다. 가정 내에서도 백열등과 형광등을 대체하고 있는데, 또한 기분이나 컨디션에 따라 색상을 달리하여 연출하는 감성 조명이 등장하고 있다. 이 외에도 각종 전자/IT 기기의 디스플레이의 성능이 향상되고, LED를 이용한 에너지 절감형 조명모듈과 시스템이 개발되어 우리 삶에 많은 변화를 가져오고 있다. 

한 때 인류 역사상 최고의 발명으로 꼽히던 백열등, 그리고 현대 사회에서 가장 널리 사용되고 있는 조명 중 하나인 형광등. 그러나, 이들 조명은 높은 전력소비와 수은 사용, 그리고 짧은 수명으로 인한 환경오염의 문제를 내포하고 있다.
이 때문에 지금은 유럽과 일본 그리고 한국 미국에서 모든 종류의 백열등을 생산, 수입, 판매 금지를 발표했다.  대신 높은 에너지 효율과 친환경적 특징을 가진 LED로 대체하고 있다.

이제 우리 세대가 백열등을 아는 마지막 세대가 되었으며, 앞으로 우리 후세들은 영화 속에서만 볼 수 있게 된, 구닥다리인  원시적인 조명 ‘백열등’에 대해서 구박사 (Google) 에게 물을 것이다.

앞으로도 발명자들뿐만 아니라 우리들도 부자로 만들 수 있는 대박 발명품들에 대해서 재미있는 이야기는 계속된다. 

영문판은 아마존에서 보실 수 있습니다:

https://www.amazon.com/s/ref=nb_sb_noss?url=search-alias%3Daps&field-keywords=




이상기 변호사 

·      미국 특허 상표청 등록 특허 변호사

·      로욜라 대학 법대, 법학박사

·       랜다우어 수석 연구원

·       파나소닉 연구원

·       일리노이 주립대학 – 전산학과 석사

·       일리노이 주립대학 - 전산학과 학사


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