청색 LED 와 노벨상 그리고 나카무라 슈지

2014년 노벨 물리학상
  수상자 : 아카사키 이사무(일본 나고야대 명예교수), 아마노 히로시(일본 나고야대 교수), 나카무라 슈지(미국 UC 샌타바버라대 교수)
스웨덴 왕립과학원 노벨상위원회는 2014년 10월 7일  일본인 아카사키 이사무(Akasaki Isamu), 아마노 히로시(Amano Hiroshi), 나카무라 슈지(Nakamura Shuji) 등 3명을 노벨 물리학상 수상자로 선정했다고 발표했다.
스웨덴 왕립과학원은 “효율이 높은 청색 LED를 세계 최초로 개발해 RGB(Red · Green · Blue)의 3원색을 구현했고, LED 조명이 상용화돼 에너지 시장에 획기적 변화를 가져왔다.”며 노벨상 선정 이유를 밝혔다.

■ 3인의 업적
발광다이오드(LED)는 전류가 흐르면 빛을 내는 반도체 소자로 기름 램프, 백열등, 형광등에 이어 ‘제4의 빛’으로 불린다. 1950년대 말에 적색 LED가, 1960년대 후반에 녹색 LED가 개발됐으나 청색 LED는 상용화되지 못했다. 그때부터 전 세계 과학자들은 청색 LED를 개발하기 위해 경쟁하기 시작했다. 아카사키 교수와 그의 제자였던 아마노 교수가 갈륨질소화합물(GaN)로부터 청색 빛을 얻을 수 없다는 물리학계의 오랜 난제인 ‘P형 도핑의 딜레마’를 풀어냈고, 1992년 질화갈륨을 이용해 청색 LED를 개발해 냈다.

  니치아 화학 공업 회사에 다니던 회사원  나카무라 슈지가 상용화가 가능한 청색 LED를 발명했다. 일본 니치아화학공업사는 1993년 나카무라 슈지가 발명한 특허(일본 특허번호 제2,628,404호: 반도체 결정막의 성장방법)을 기반으로 세계 최초로 청색 LED 상용화에 성공했다.
  이러한 연구 성과로 에너지 효율이 높고 수명이 긴 LED 조명이 본격적으로 상용화될 수 있었다.

  빛의 3원색인 빨간색, 녹색, 청색이 모두 있으면 다양한 색의 구현이 가능해져 형광등이 내는 흰색 조명을 비롯해 1,600만 종류에 이르는 색상의 빛을 낼 수 있다. 청색 LED는 에너지 효율도 우수하기 때문에 노트북 · 컴퓨터 · 스마트폰 · 신호등 · TV 등에 활용되며 전 세계의 조명기술을 변화시키고 있다.

■ 발광다이오드(LEDㆍLight-Emitting Diode)의 탄생
전기를 흘리면 반도체로 빛을 만드는 장치이다. 전자가 높은 에너지 상태에서 낮은 상태로 바뀌면서 원래 갖고 있던 에너지를 빛으로 내보내는 원리로 작동된다. 영국의 과학자 헨리 라운드가 이 사실을 규명한 공로로 1909년 노벨 물리학상을 받았다.
LED가 내는 빛의 색깔은 전자의 에너지 차이로 결정되는데, 에너지의 차이가 클 경우 파장이 짧은 청색 빛이 나오고, 에너지의 차이가 작을 경우 긴 파장인 적색 빛이 나온다. 1990년대 청색 LED가 개발됐고, 이 빛을 기존에 개발됐던 적색과 녹색 LED에서 나오는 빛과 합쳐 백색 LED 조명이 탄생했다.
  LED 조명은 백열등이나 형광등과 비교해 월등히 높은 효율을 발휘하는데, 같은 전기로 형광등보다 4배 이상 밝은 빛을 낸다. LED로 낼 수 있는 가장 강한 빛은 형광등 70개, 일반적인 전등 16개를 함께 켜 둔 것과 같다. 또 LED 조명은 수명도 약 4배가량 긴데, 같은 전력으로 백열등 1,000시간, 형광등을 1만 시간 밝힐 수 있는 데 반해 LED는 10만 시간 이상 사용이 가능하다.
   
  LED 조명은 백열등 · 형광등과 달리 열이 거의 발생하지 않는 것도 장점이 있다. 전문가들은 21세기 중으로 전 세계 모든 조명이 LED로 대체될 것으로 전망하고 있다. [네이버 지식백과] 2014년 노벨 물리학상 (시사상식사전, 박문각)