관련 통계자료 다운로드 LED 패키지의 구조·LED 발광원리 지난 1879년 12월. 인류에게 잠을 자는 시간에 그쳤던 밤이 새로운 활동 시·공간으로 다가오는 위대한 발명이 이루어졌다. 토머스 에디슨이 수많은 실패 끝에 대나무를 탄화한 필라멘트를 사용한 백열전구를 개발한 것이다. 이후 백열등은 주로 필라멘트 기술 발전에 따라 수명이 길어지고 빛의 광도가 한층 자연색에 가까워졌다.
백열등이 전 세계를 밝히고 있던 1938년 형광등이 탄생했다. 형광체를 이용한 형광등은 더 높은 전력 효율성, 높은 수명 등으로 조명의 주역을 바꿔 나갔다. 현재는 이 형광등의 원리를 이용한 삼파장 전구가 새로이 개발돼 주위에서 손쉽게 볼 수 있게 됐다. 그런데 이 같은 백열등·형광등과는 전혀 다른 새로운 광원이 우리 곁에 다가오고 있다.
반도체 조명인 발광다이오드(LED)가 그 주인공이다. 주로 전기신호를 전달하고 계산하는 것으로 알고 있던 반도체가 빛을 내는 셈이다. 전문가들은 오는 2015년쯤이면 전체 조명의 30% 이상이 LED로 전환될 것으로 예상한다. 바야흐로 반도체 조명 시대가 열리고 있는 셈이다.
◇LED란=LED는 1923년 반도체에 전압을 가할 때 생기는 발광현상이 관측되면서 과학자들에게 알려지기 시작했다. 보통의 반도체는 전압을 가하면 전류가 흐르면서 전기가 통하지만 일부 재료에서는 빛을 내기도 한다. 실제로 사용된 것은 지난 1960년대 말부터다. LED는 기존의 전구 필라멘트가 가열되며 얻어지는 빛과는 다른 방식으로 빛을 낸다. 전기가 직접 반도체를 통하여 빛으로 전환되므로 효율이 높다.
또 반도체의 종류에 따라 빛의 색깔도 조절이 가능하다. 보통 적색·녹색·청색 등이 제품으로 나와있으며 청색 LED에 노란색 형광체를 입힌 백색 LED가 주로 조명으로 사용된다. LED는 크게 SMD타입과 램프타입으로 구분된다.(그림1) 램프타입의 경우 주로 투명한 몰드(mold)로 싸여져 있으며 내부에 반도체(LED칩)가 들어 있는 형태다. 몰드에는 플라스틱의 일종인 에폭시 수지가 사용된다.
몰드는 내부를 보호하고, 발생된 빛을 모아주는 렌즈 역할을 한다. LED 아래에는 두발(lead)이 달려있는데, 이 두발은 전극 역할을 하게 된다. 몰드 내부에는 반도체칩에 전원을 공급하기 위한 음전극과 양전극이 있으며, 반도체칩은 그중 한 전극 위에 올려져 있다.
이 전극과 반도체칩을 연결하기 위해 금으로 된 가는 전선(wire)이 사용된다. SMD는 표면실장소자(Surface Mount Device)의 약자로 부품의 다리를 회로기판의 구멍에 끼워서 납땜하지 않고, 부품을 회로기판에 단지 얹어 놓은 상태로 납땜, 사용하는 제품이다. SMD타입 LED는 소형화가 가능해 주로 휴대폰 등 모바일 기기에 사용된다.
◇재간둥이 LED=LED는 기존 조명에 비해 많은 장점을 갖고 있다. 우선 백열전구 수명이 5000시간인 반면에 LED는 백열전구의 20배 이상이다. 백열전구를 1년에 한 번씩 갈아줘야 한다면 LED는 10년에 한 번만 교체하면 되는 셈이다. 또 LED의 전력소비량은 백열전구의 5분의 1 수준에 불과하다. 이러한 낮은 전력소모는 최근 들어 더욱 장점으로 부각된다. 미국의 캘리포니아, 호주 등에서 백열등 사용을 중지하는 법안을 제출했기 때문이다. 유한한 에너지 사용을 최대한 억제해 미래를 담보하고 에너지 사용으로 발생하는 환경 오염을 막는 것은 전 세계적인 과제다. 이런 측면에서 낮은 전력을 소비하는 LED는 앞으로 더욱 사용이 확대될 것으로 전망된다.
산업자원부 조사 결과 국내 조명의 30%만 LED로 교체할 경우 300만 TOE(석유환산 톤), 1조 6000억원의 에너지를 절감할 수 있을 것으로 기대된다. 필라멘트에 전류를 흘려 빛을 내는 백열등은 에너지 대부분이 열로 바뀌어 매우 뜨겁지만 에너지의 대부분이 빛으로 바뀌는 LED는 열이 거의 나지 않는다.
친환경 및 높은 안정성도 큰 장점으로 꼽힌다. 형광등의 경우 인체에 매우 해로운 수은이 함유돼 있다. 반면에 LED는 전혀 수은이 포함돼 있지 않다. 또 낮은 전압을 사용하기 때문에 누전, 감전 가능성이 낮고 파손 시 화재위험이 없으며 유해전자파도 방출되지 않는 것으로 알려졌다. 일반 조명과 달리 선명한 발광 및 균일한 표면 휘도, 높은 시인성(분명한 색경계)을 갖췄으며 빠른 응답속도와 디자인 자유도(점광원)가 높아 다양한 영상 표현이 가능한 것도 조명 기기업체에서 LED를 조명으로 주목하는 이유다.
그러나 LED가 조명으로 확산되지 못하는 이유는 아직까지 일반 조명에 비해 상당히 고가인데다가 빛의 밝기 측면에서도 형광등에 못 미치고 있기 때문이다. 그러나 기술 발전속도가 빠르게 진행되고 있기 때문에 내년부터는 LED 조명을 손쉽게 볼 수 있을 것으로 전망된다.
◇응용분야 무궁무진=LED가 조명으로서의 첫걸음을 뗐다면 다른 분야에서는 빠르게 LED 응용제품이 출시되고 있다. 휴대폰을 보자. 휴대폰에 LCD 화면창에는 광원으로 LED가 많게는 3개까지 사용된다. 키패드에도 6∼20개가 사용되며 카메라 플래시용으로도 1∼3개가 사용된다.
자동차에도 LED가 사용된다. 이미 많은 차량에서 브레이크등으로 LED를 사용하며 내부 램프에도 LED 사용이 확대되고 있는 추세다. 월드컵 거리응원 열풍을 일으켰던 전광판 역시 LED의 작품이다. 적·녹·청 3가지 색상을 조합해 TV 못지않은 화질을 자랑한다.
대형 LCD 광원으로도 LED가 사용된다. 현재 LCD용 광원으로는 형광램프의 일종인 CCFL(냉음극형광램프)가 주로 사용되고 있으나, 고(高)색재현성, 빠른 응답속도, 장수명, 친환경의 장점으로 일부 고급 제품에 LED를 광원으로 사용하고 있다. LED를 광원으로 사용하면 색재현율을 10%포인트 이상 끌어올릴 수 있다. 미쓰비시전기는 3가지 LED를 사용해 냉장고의 성능을 높이기도 했다. 이 냉장고에는 2종류의 자외선(UV) LED를 사용해 제균기능을 지원하고 야채를 신선하게 하는 폴리페놀을 증가시켰으며 광합성 기능도 지원한다. 요즘은 오징어 낚싯배에도 LED가 집어등으로 사용된다. 오징어가 청색 파장에 민감하게 반응하는 점을 이용한 것. 요즘 보이는 신호등도 대부분 LED를 사용한 제품들이다. 도움 주신 곳: 삼성전기
유형준기자@전자신문, hjyoo@
◆인터뷰-한국광기술원 LED·반도체조명연구부 유영문 부장
한국광기술원은 우리나라 광산업을 발전시키기 위해서 산업자원부와 광주광역시가 함께 설립한 전문생산기술연구소다.
광제품기술개발과 광기술관련 기업지원을 주로 수행한다. 특히 이곳에서 가장 집중하는 분야 중 하나가 LED와 반도체 조명 분야다. 한국광기술원의 LED·반도체조명연구부를 맡고 있는 유영문 부장은 LED 조명 등장이 머지않았다고 확신한다.
-LED 조명의 장점은.
▲LED는 수명이 길고 효율이 높다. 현재 상용화된 LED의 효율은 40%인데 이는 공급한 전기에너지의 40%가 우리가 원하는 단색파장의 빛으로 바뀐다는 얘기다. 40%의 효율을 가진 LED로 60루멘(lm)/W의 LED조명기기를 만들 수 있다. 백열전구는 15lm/W 정도이므로 LED는 백열전구보다 4배의 높은 효율을 지니고 있다. 지금 선진국의 연구실에서 얻은 세계 최고의 효율은 60%고 138lm/W까지 개발됐다. 수명도 현재는 약 2만 시간이지만 사용조건에 따라 10만 시간까지 가능하다.
-LED 조명의 상용화 시기는.
▲일반형광등 효율이 80lm/W인 점을 감안하면 2010년께부터 LED 조명이 형광등을 대체할 수 있는 경제성에 도달하고 2015년쯤에는 LED 조명이 일반화될 것이라고 보고 있다. 특히 2015년께 LED 조명이 형광등보다 2배의 에너지절감 효과가 기대된다. 최근 각국의 에너지 절약 움직임에 따라 보급 시기가 더 빨라질 가능성이 높다.
-LED는 어느 곳에 사용되나.
▲현재 교통신호등은 전부 LED신호등으로 바뀌고 있다. LCD 광원으로 LED가 사용된다. 또 용산역과 같이 건물 외벽과 계단에 LED를 이용해 건축물의 이미지를 바꾸는 데도 이용된다. 의료 분야에도 병실건강조명뿐만 아니라 광의료진단, 살균소독, 수술치료, 무영등, LED내시경 등 LED 조명이 사용된다. 바다의 항로표지등, 도서벽지 무전원 가로등, 오징어잡이 집어등 등 해양수산 분야에서의 LED 조명이 응용된다.
◆신문보내기 참여기업- 한국후지쯔
한국후지쯔(대표 박형규 kr.fujitsu.com)는 국내 IT 성장과 궤를 같이 해온 대표적 글로벌 기업이다. 74년 창립 당시 국내 최초로 한국어정보처리시스템(KEF)을 개발했는가 하면, 국내 최초 컴퓨터 화콤222(FACOM)를 선보이기도 했다.
현재 한국후지쯔는 ‘토탈 IT 솔루션 프로바이더’라는 이름에 걸맞게 하드웨어 플랫폼·솔루션·IT 서비스 등 고객이 필요로 하는 모든 IT 자원을 제공하고 있다. 주력 사업인 하드웨어 플랫폼으로는 메인프레임, 유닉스 서버, IA 서버, 스토리지 등을 공급하고 있으며 제조·병원·물류 등 업종별 솔루션과 서비스도 선보이고 있다. 노트북PC, 하드디스크드라이브(HDD), 정맥인식을 이용한 첨단보안제품 등의 매출도 상당하다.
한국후지쯔의 최초 기록은 기업 문화에서도 이어진다. 국내 최초로 주 5일제를 실시했고 최근에는 후지쯔 아시아 태평양 장학생 제도, 정보화 마을 지원 등 다양한 사회공헌활동을 통해 상생경영을 실천하고 있다.
◇인터뷰-박형규 한국후지쯔 대표이사
“인재는 하루아침에 길러지지 않습니다.”
박형규 한국후지쯔 대표이사는 기업의 핵심 경쟁력 원천은 인재고 IT강국 코리아의 미래도 우수 인재에 달렸다고 강조했다.
박 대표는 “그런 인재 양성에는 반드시 체계적이고 지속적인 노력이 뒷받침돼야 가능하다”면서 “전자신문의 신문보내기 캠페인은 어린 학생들에게 신문을 읽고 스스로 생각하는 습관을 길러준다는 점에서 의의가 있다”고 평했다.
박 대표는 “자칫 접근하기 어려운 IT 분야를 신문을 통해 자연스럽게 다가설 수 있는 기회를 제공해주기를 바란다”면서 “IT한국의 밝은 미래를 위해 한국후지쯔도 지원을 아끼지 않겠다”고 덧붙였다.
류현정기자@전자신문, dreamshot@
