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사인닥터

LED로 모든 컬러를 표현할 수 있나요?

Q : K군의 궁금증 얼마 전 밤에 길을 가다 풀컬러 LED전광판을 봤습니다. 제가 듣기로는 LED를 조합하면 모든 색깔을 표현할 수 있다고 하던데 그 전광판은 전체적으로 색깔이 선명하지 않고 노르스름했습니다. 왜 그런 걸까요? 알려주세요 사인닥터~

A : 네. 아마 그 이유는 두 가지 중에 하나일 것입니다. 전광판이 고휘도 청색 LED가 출시되기 전에 제작된 것이거나 비용절감을 위해 고품질의 R(Red), G(Green), B(Blue) LED를 이용하지 않은 것이죠. 원칙적으로 고품질 R,G,B LED를 이용하면 모든 컬러를 표현할 수 있습니다.

LED는 전류가 순방향으로 흐를 때 발광하는 다이오드를 말합니다. 즉 LED는 전기에너지를 직접 변환하는 것인데 어떤 화합물 반도체(GaP, GaAs)를 쓰느냐에 따라 빛의 색깔이 달라집니다. 적색이나 녹색 빛을 내는 LED는 수십 년 전에 개발해 각종 다양한 산업 및 생활 가전 등에 폭 넓게 쓰고 있지만 청색 LED는 최근 개발해 사용하고 있습니다. 따라서 청색 LED가 개발되기 전까지는 LED를 통한 총천연색을 구현하지 못했습니다. 총천연색을 만들기 위해서는 적색, 녹색, 청색(RGB)의 세 가지 빛이 있어야 가능하기 때문입니다. 따라서 K군이 본 LED전광판은 고휘도 청색 LED가 개발, 보편화하기 전에 제작한 것일 수 있습니다.
두 번째는 LED 파장과 관계가 있습니다. LED컬러가 선명하느냐 선명하지 않느냐는 빛의 파장과 연관 있으며 인간은 빛의 파장이 400~700nm(나노미터 : 10억분의 1미터)사이 가시광선 범위에 있을 때 빛의 색을 볼 수 있습니다. 적색 같은 경우는 700nm대, 녹색은 565nm대의 비교적 긴 파장일 때 보여지게 되나 청색 같은 경우는 400~450nm대의 짧은 파장일 때 보입니다. 그런데 파장이 짧을수록 빛을 만들어 내는 화합물 반도체 개발이 어려워 세계 주요 연구기관이 셀렌(Se)이나 실리콘탄화물(SiC)을 이용해 500nm 이상의 장파장 녹-청색 소자는 개발하나 450nm 이하 고휘도 청색 LED는 개발하지 못했습니다. 결국 수많은 도전 끝에 1990년 일본 연구팀이 질화갈륨(GaN)을 이용해 450nm 이하 단파장 고휘도 청색 LED를 개발하게 됩니다. 이후 고휘도 청색 LED를 상용화하기는 하나 만들기 힘든 만큼 가격이 비싼 것도 사실입니다. 따라서 단가를 낮추기 위해 정확한 파장대의 고품질 LED를 사용하지 않고 근접한 파장대의 LED를 이용해 전광판을 만드는 경우가 있고 이는 선명한 컬러를 표현할 수 없게 됩니다.
LED의 적색, 녹색, 청색(R,G,B)를 이용해 총 천연색 전광판이 가능해졌음은 물론 R,G,B를 합쳐 빛의 색을 내 LED가 기존 전등 시장에 위협적인 존재로 부상했습니다. 기존 전등 기구인 백열전구는 전기에너지의 90%를, 형광등은 70%를 열에너지로 사용하기에 전력 소모가 있지만 LED는 전기 에너지의 거의 100%를 빛 에너지로 변환하기 때문에 전력 소모가 없습니다. 또한 가시적 효과가 높기 때문에 기존 전구를 대체할 새로운 발광체로 평가받습니다. 그러나 아직 가정용으로 사용하기에는 전기 조명 장치나 사람들의 눈이 편안함을 느낄 정도에 수준은 아니라 미흡하며 이후에 지속적인 연구, 개발을 통해 이를 보완한다면 가정에서 쉽게 LED를 볼 수 있게 될 것입니다.

공정선sarrara9@signmunhwa.co.kr
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