[조수아의 과학 칼럼 5] 새로운 조명 장치

요즘 사람들은 인공 광(光) 없이는 살아갈 수 없을 만큼 햇빛보다 실내조명에 노출되는 시간이 훨씬 많아졌다. 그만큼 조명은 많이 발전하고 더욱 편리해졌다. 조명은 어떻게 발전하고 변했을까?
 
전기를 사용하는 초창기 조명 장치는 에디슨이 발명한 백열 전구였다. 애디슨은 오랫동안 빛을 낼 수 있는 필라멘트의 재료를 찾기 위해 6,000여 종이 넘는 물질을 실험했다. 에디슨은 탄소가 묻은 실을 이용해서 약 15시간동안 전구를 켤 수 있는 필라멘트를 만들었다.
 
백열전구의 필라멘트는 전류가 흐르면 온도가 높아지고 이로 인해 빛을 낸다. 전류가 흐르는 필라멘트는 최고 약 3,000도까지 온도가 올라간다. 그런 이유로 필라멘트는 높은 온도에서도 녹지 않는 재료로 만들어야 오래 사용할 수 있다. 백열전구는 다른 전등에 비해 가격이 저렴하고 전원을 켜는 순간 형광등보다 빨리 빛을 낼 수 있지만 쉽게 피로해지는 단점이 있다. 수명이 짧고, 넓은 공간에서는 사용하기가 어려우며 에너지 변환 효율도 매우 낮아 사용하는 전기 에너지 중 95%는 열로 방출되고 겨우 5% 정도만 빛을 내는데 사용된다.
 
형광등은 인광 막의 형광에 의해 빛을 발하는 전기 방전등으로 백열등에 비해 발열이 적고 에너지 효율이 높다. 형광등은 이르곤 및 수온 증기의 혼합기체로 채워진 유리관과 금속전극으로 이루어져있다. 양단의 금속 전극들에는 알칼리 토 금속산화물이 입혀져 있어 전자 방출을 용이하게 한다. 전극들 사이에서 이온화된 기체 사이에 전류가 흐르면 자외선이 방출되며 이 자외선이 유리관의 형광물질과 반응하여 가시광선을 만든다. 스타 터와 안정기는 점등 시 기체의 이온화에 필요한 동작전압의 4배에 달하는 추가적인 전압을 공급한다. 형광등은 백열 전구 보다 수명이 길고, 열을 적게 낸다. 하지만 형광등을 켜고 끄는데 많은 전력을 사용하는 단점이 있다. 하지만 LED 조명은 수명이 기존 전등에 약 30배 이상이고, 자연 빛과 가깝다. 또한 최고 90%까지 에너지를 절감할 수 있기 대문에 백열등이나 형광등을 대체하는 광원으로 점점 더 많이 사용하고 있다. LED전구는 백열등 이나 형광등 보다 비싼 단점이 있다.
 
그리고 최근에는 OLED (유기 발광 다이오드)로 만든 조명장치가 개발되었다. OLED는 형광 또는 인광 유기물 박막에 전류를 흘리면 전기장 발광의 원리를 이용해 자체적으로 빛을 발하는 장치이다.
 
OLED는 형광등 절반의 전력으로 같은 밝기가 구현 가능하여 저전력 조명기구가 하다는 장점을 가지고 있다. LG 디스플레이에서 개발한 OLED 조명은 제공하는 빛이 자연광과 가장 비슷한 스펙트럼을 띄고 있다고 한다. 인간의 안구에 유해한 청색 광 파장대가 적게 발생하여, 인간 친화적이고 눈에 편안한 이며 OLED는 빛이 고르게 퍼지는 분포를 가지고 있기 때문에 눈부심이 적고 그림자가 세게 지지 않아 한층 더 편안하고 안정적인 실내공간 연출이 가능하다고 한다.
 
OLED조명은 무한한 디자인 가능성이 있다. OLED 조명은 얇고 가벼워, 기존 광원과는 다른 색다른 디자인이 가능하다고 한다. 특히, 자유자재로 휘어지는 플렉서블 조명 패널은 OLED 조명 패널을 활용하면 다양한 조명 디자인을 가능하게 해준다고 한다. OLED 패널의 두께는 불과 0.88mm 이며, 알루미늄 케이스를 씌우더라도 2.2mm 수준이다. 플라스틱에 OLED를 활용하면 기존에는 불가능 했던 유연한 곡면이다 투명한 조명 디자인 설계가 가능하다. OLED는 장시간 켜놔도 발열이 적고, 실내 온도는 거의 변화가 없다.
 
최근에 절전과 에너지 절약의 큰 흐름에 편성하여 LED조명 채용이 증가하고 있으나, LED 광원은 면 광원이 아니라 점 광원이기 때문에 효율이 증가하고 휘도가 높아지면 눈이 부셔 확산 막과 렌즈 등을 사용해야 한다. 이 경우에는 효율이 낮아지는 모순이 발생한다. 반면에 OLED 조명은 면 광원이므로 이를 극복할 수 있는 장점이 있다. 하지만 OLED는 아직 까지 생산비용이 비싸다.
 
OLED는 가볍고 얇아 생산 비용만 줄이면 사람들의 생활에 큰 도움이 되고 발전 할 수 있을 것이다. 새로운 조명 장치로 더욱 개선된 환경에서 사람들이 생활할 수 있을 것이고, 에너지 절약을 통해 여러 가지 환경 문제를 해결할 수 있을 것이다. 앞으로 어떤 조명 장치들이 개발될지 기대된다.
 
 
칼럼 소개: 우리 주위의 모든 것은 과학과 연결되어있다. 이것에 대한 나의 생각을 쓰는 것이 과학 칼럼이다.
 

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