인듐 및 갈륨: LED 조명과 2014 노벨 물리학상에서 중요한 역할 수행

여러분,

미국 에너지 자립의 중요한 요소는 조명용 에너지 사용 절감입니다.  백열등은 전성기때 역사 상 가장 위대한 발명 중 하나였으며, 극히 에너지 효율적이었습니다. 연구에 의하면, 모든 전기의 19%가 조명을 위해 사용되고 있습니다. 백열등에 사용되는 에너지 중 최대 90%는 사실 조명이 아닌 발열을 위한 것입니다.  더운 기후에서 사무실과 가정을 시원하게 유지하기 위해 냉방을 더 많이 해야 하듯 이러한 추가적인 열은 더 많은 전기 사용을 초래할 수 있습니다.

이러한 에너지 문제를 해결하는 데 LED 조명이 현저한 기여를 할 것이라는 점에서 전망이 밝습니다. LED 조명은 백열등의 전기 에너지 와트당 15루멘에 비해 와트당 약 100루멘의 빛을 냅니다.  6배 이상의 에너지 효율성이라는 장점이 LED의 유일한 강점은 아닙니다. 백열등의 수명인 1,000시간에 비해 LED의 수명은 그 30배인 약 30,000시간입니다.

단점으로는 현재 LED 조명이 더 고가이고 LED 빛은 방향성이기 때문에 구형 설계가 어렵습니다(이점에 대한 대응도 우수함).  도 1 참조. 또한 많은 사람들이 LED의 청백색 빛이 약간 강하다고 생각합니다.

도 1.  LED의 빛은 방향성이 강하지만 이와 같은 설계는 표준 백열등의 전방향성 빛과 흡사합니다.

LED 조명의 가격은 빠르게 하락하고 있어서 기분좋은 백색광을 내는 다양한 색 온도의 LED를 구입할 수 있는 것도 단지 시간 문제일 뿐입니다.  이러한 LED 조명 문제는 진지하게 논의되어 왔습니다.

백색광 LED는 존재하지 않습니다.  백색광을 내기 위해 도 2에 예시된 것처럼 적색, 녹색 및 청색 LED가 함께 사용되는 경우가 많습니다. 

도 2.  백색광을 내기 위해 LED의 적색, 녹색 및 청색광이 자주 혼합됩니다.

이러한 단색 LED는 빛을 내기 위해 인화 알루미늄 갈륨 인듐, 질화 인듐 갈륨 및 기타 인듐 또는 갈륨 반도체 부품 등 반도체 소재에 인듐과 갈륨을 통합합니다.

적색광, 녹색광 및 청색광 LED 중 청색광 LED가 생산이 가장 힘들어 많은 사람들은 생산이 불가능할 것으로 생각하기도 했습니다.  청색 LED가 없이 효율적인 LED 백색광을 만들기는 힘들었을 것입니다. 그러나 1990년대 초 슈지 나카무라, 이사무 아카사키 그리고 히로시 아마노의 연구를 통해 고효율 청색광 LED가 가능해 졌습니다.  이 연구에서 "밝고 에너지를 절약하는 백색광 소스를 가능하게 하는 효율적인 청색 발광 다이오드 발명"의 공로를 인정받아 그들은 2014년 노벨 물리학상을 공동 수상하였습니다.

따라서 LED 조명 혁신의 전개에 있어 오늘날 우리에게 더 밝은 빛을 제공하는 한편 막대한 양의 에너지를 절약하는 데 갈륨 및 인듐이 중요한 역할을 했다는 것을 잊지 마십시오.

감사합니다.

론 박사

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