최초의 LED - 초기 실험에서 스마트 조명까지 이어진 기술 진보

 

지금은 방 안의 조명, TV와 스마트폰 화면, 신호등과 자동차 램프까지 온통 LED로 둘러싸여 있지만, 이 기술의 출발점은 의외로 작고 흐릿한 빛에서 시작되었다. 초창기 연구자들은 전류를 흘렸을 때 반도체 표면에서 어딘가 애매하게 새어 나오는 빛을 관찰했고, 그것이 오늘날의 LED로 이어질 것이라고는 상상하기 어려웠다. 이 글에서는 최초의 LED가 어떤 실험에서 시작됐고, 누가 어떻게 현재의 ‘실용적인 LED’ 수준까지 끌어올렸는지, 그리고 파란색 LED가 왜 한 번 더 역사를 갈라놓았는지 차근차근 살펴보자. 

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1. LED는 무엇이고, 빛은 어디에서 나오는가

LED(발광 다이오드, Light Emitting Diode)는 전기를 빛으로 바꾸는 반도체 소자다. n형 반도체와 p형 반도체를 맞붙인 p-n 접합에 전압을 걸면, 서로 다른 에너지 상태에 있던 전자와 정공이 재결합하면서 여분의 에너지가 빛의 형태로 방출된다. 이 과정을 전계발광(electroluminescence)이라고 부른다.

 

전구처럼 필라멘트를 가열해 빛을 내는 방식이 아니라, 전자 에너지 준위 차이에서 직접 빛이 나오기 때문에 에너지 효율이 높고 수명이 길다는 것이 LED의 핵심 장점이다. 다만 이러한 원리를 실제로 사용할 수 있을 만큼 안정적인 소자로 만드는 데는 오랜 시간이 필요했다.

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2. 1907년과 1920년대: 보였지만 쓰이지 못한 ‘초기의 LED’

LED의 뿌리를 거슬러 올라가면, 1907년 영국 마르코니 회사의 엔지니어 헨리 조지프 라운드(Henry Joseph Round)가 규화규소(실리콘 카바이드, SiC)에 전류를 흘렸을 때 약한 빛이 발생하는 현상을 보고한 기록이 나온다. 다만 그는 짧은 메모 형태로만 이 현상을 남겼고, 이를 실제 소자로 발전시키지는 못했다.

 

1920년대 러시아의 올레그 로세프(Oleg Losev)는 같은 실리콘 카바이드 결정에서 더 체계적으로 전계발광을 연구하며, 오늘날 기준으로 보면 분명한 LED에 해당하는 소자를 제작했다. 그는 여러 편의 논문에서 구조, 특성, 이론까지 상세히 다루었지만, 당시에는 라디오 검파 소자 수준으로 취급되었고 ‘새로운 조명 기술’로 받아들여지지 못했다.

연도	인물	내용
1907년	H. J. 라운드	SiC에서 전류를 흘렸을 때 약한 빛이 나오는 전계발광 관찰
1920~30년대	올레그 로세프	SiC 기반 발광 다이오드 제작 및 특성 연구, 이론 제안

이 시기의 LED는 매우 어둡고 비효율적이어서 실용 조명이나 표시장치로 쓰이기 어려웠다. 그래서 ‘최초의 LED가 누구 작품인가’라는 질문에는 라운드와 로세프를 모두 언급하는 경우가 많지만, 오늘날 우리가 떠올리는 상용 LED의 모습과는 거리가 있는 단계라고 보는 편이 정확하다.

 

최초의 LED 발명자: 헨리 조지프 라운드 출처 - Electroninics Weekly

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3. 1962년: 닉 홀로냑과 ‘실용적인 최초의 가시광 LED’

오늘날 대부분의 교과서와 대중 자료에서 “최초의 실용적인 LED”의 개발자로 꼽는 인물은 미국의 전자공학자  닉 홀로냑 주니어(Nick Holonyak Jr.)다. 그는 제너럴 일렉트릭(GE) 연구소에서 갈륨비소인산(GaAsP) 반도체를 이용해, 눈에 보이는 빨간색 빛을 내는 p-n 접합 다이오드를 1962년에 시연했다.

 

이 장치는 상온에서 안정적으로 동작했고, 이후 등장한 상용 LED 소자의 기반이 되었다. 그래서 역사적으로는 “발광 현상을 처음 본 사람(라운드)”, “LED를 처음 체계적으로 연구한 사람(로세프)”, “실용적인 가시광 LED를 만든 사람(홀로냑)”으로 역할을 구분해 기억하는 것이 일반적이다.

 

홀로냑이 만든 초기 빨간 LED는 매우 비쌌고, 밝기도 지금 기준으로 보면 약했기 때문에 주로 전자기기의 작은 표시등, 신호용 램프로 활용되었다. 그래도 이 시점부터 ‘LED를 산업 제품으로 만든 최초의 세대’가 시작되었다고 볼 수 있다.

 

Nick Holonyak Jr.가 만든 최초의 ‘가시광(빨간색) LED

 

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4. 청색 LED와 노벨상: 진짜 의미의 ‘LED 시대’가 열린 순간

빨간색과 녹색 LED는 1960년대 후반부터 상용화되었지만, 파란색 LED는 수십 년 동안 난제로 남아 있었다. 흰색 조명을 만들려면 적·녹·청(RGB) 삼원색이 모두 필요하거나, 파란 LED에 형광체를 조합하는 방식이 필요했기 때문이다. 파란색이 없으면 LED는 어디까지나 표시등 수준에 머물 수밖에 없었다.

 

1990년대에 들어 일본의 아카사키 이사무, 아마노 히로시, 나카무라 슈지가 질화갈륨(GaN) 반도체를 이용한 고효율 청색 LED를 개발하면서 상황이 완전히 달라진다. 이 업적은 2014년 노벨 물리학상으로 이어졌고, “20세기를 비춘 것은 백열등, 21세기를 비추는 것은 LED”라는 평가까지 나왔다.

 

청색 LED 덕분에 오늘날의 고효율 백색 LED 조명, LCD 백라이트, 스마트폰 플래시, 자동차 헤드램프 등 대부분의 광원이 가능해졌다. 최초의 LED가 겨우 작은 표시용 빛에 불과했다면, 청색 LED는 ‘조명 산업 전체를 LED 중심으로 재편한 결정적인 마지막 퍼즐’에 해당한다.

LED색갈 발명순서. 녹색과 노랑색은 비슷한 시기(1960년대 말~1970년대 초)에 발명되었다.

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5. 최초의 LED가 바꿔놓은 오늘의 일상

초기의 LED는 연구자 몇 명만 들여다보던 희미한 녹색 점에 불과했지만, 지금은 전 세계 전력 소비의 상당 부분을 차지하던 조명 에너지를 크게 줄이는 핵심 기술이 되었다. 백열등과 형광등에 비해 훨씬 긴 수명과 높은 광효율을 가지는 LED 조명은, 에너지 비용 절감뿐 아니라 이산화탄소 배출 감소에도 직접적인 영향을 준다.

 

또한 LED는 단순한 조명을 넘어, 통신(가시광 통신), 의료기기, 센서, 차량 조명 디자인, 대형 디스플레이, 초고해상도 스크린 등 다양한 분야에서 새로운 제품과 서비스를 가능하게 했다. 우리가 길에서 보는 전광판, 실외 간판, 경기장 조명, 심지어 신호등까지도 대부분 LED 기반으로 바뀐 지 오래다.

 

‘최초의 LED’를 한 사람, 한 시점으로만 단정하기는 어렵다. 다만 1907년과 1920년대의 실험, 1962년 홀로냑의 가시광 LED, 1990년대 청색 LED의 완성까지 이어진 연속적인 흐름을 하나의 역사로 보면, 현재 우리가 누리는 LED 시대가 얼마나 많은 실패와 시행착오 위에서 만들어졌는지 조금 더 선명하게 보이게 된다.

 

오늘날의 led는 일상속 뿐만 아니라 전문분야에서도 다양하게 활용되고 있다.

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더 알아보기

• Oleg Losev와 초기 LED 연구
• Nick Holonyak Jr.와 최초의 가시광 LED
• Blue LEDs – Filling the world with new light (Nobel Prize 해설)