특히 이번 월드컵을 통해 탄생한 세계적 히트작 중 하나는 우리나라의 응원단 붉은 악마들이 펼치는 거리응원이다.
수많은 인파가 질서정연하게 모여 ‘대~한민국’을 외치는 거리응원 장소에는 필수적으로 자리를 지키는 요소가 있다.
바로 거리응원의 핵심인 대형 전광판이다.
수많은 사람들에게 경기의 현장감을 생생하게 전달해주는 대형 전광판은 어떤 원리로 작동하는 것일까. 총천연색을 자랑하는 대형 전광판에는 일반적으로 ‘발광다이오드’라 불리는 LED(Light Emitting Diode)가 사용된다.
특히 최근 설치되는 대형 전광판은 모두 수백만개의 적색, 청색, 녹색의 LED로 구성되며, 이들의 조합으로 총천연색을 구현할 수 있다.
1960년대 말부터 실용화되기 시작한 LED는 최근에는 월드컵 인파가 모이는 곳이 아니더라도 대도시의 각종 건물 옥상에서도 쉽게 발견할 수 있다.
기존의 전구는 필라멘트가 가열되면서 빛을 냈지만, LED는 전기가 반도체를 통해 빛으로 전환되는 방식이다.
따라서 발광하는 빛의 색깔도 반도체의 종류에 따라 마음대로 바꿀 수 있다.
예를 들어 적색 LED에 사용되는 물질은 인듐-갈륨-인이고, 청색 LED는 인듐이 조금 포함된 인듐-갈륨-질소가 사용된다.
그렇다면 반도체가 빛을 내는 원리는 무엇일까? 물질은 전기가 흐르는 도체와 전기가 흐르지 않는 부도체로 나뉜다.
반도체는 말 그대로 전기가 흐를 수도, 흐르지 않을 수도 있는 물질을 일컫는다.
즉 순수한 반도체는 부도체처럼 전기가 흐르지 않지만, 빛이나 열 또는 불순물 등의 외부 자극을 가해주면 도체처럼 전기가 통하고 그 흐름도 인위적으로 조절할 수 있다.
반도체에서 빛이 나오는 이유는 반도체의 에너지 밴드 구조를 살펴보면 이해할 수 있다.
에너지 밴드란 에너지가 비슷한 전자들이 모인 방을 말한다.
전자는 외부 자극이 없을 경우 이 방안에서만 돌아다닐 수 있다.
도체의 에너지 밴드 구조에는 전자가 반쯤 차 있어 자유롭게 돌아다닐 수 있는 반면, 부도체나 반도체의 구조는 전자들이 차 있는 아랫방과 비어 있는 윗방, 그리고 전자들이 존재할 수 없는 공간으로 이루어져 있다.
예를 들어 반도체의 경우 빛이나 열 등의 자극에 의해 아랫방 전자가 비어 있는 윗방으로 돌아다닐 수 있는데, 이렇게 이동할 때 위에서 높은 에너지를 갖고 있던 전자가 아래로 내려오면서 낮은 에너지 상태로 변한다.
전자는 이 차이를 다른 에너지로 바꿔 내보내는데, 그중 한가지 방법이 바로 빛을 내보내는 것이다.
LED는 기존 백열전구에 비해 에너지 효율이 훨씬 높고 전력 소모는 12분의 1 정도로 매우 적으며, 수명이 반영구적이라는 장점이 있다.
백열전구는 필라멘트에 전류를 흘려 여기에서 나오는 빛을 사용하는데, 이 과정에서 거의 대부분의 에너지가 열로 바뀐다.
백열전구가 뜨거운 이유도 이 때문이다.
하지만 LED는 열이 발생하지 않는다.
전류의 대부분이 빛으로 전환되기 때문이다.
LED의 응용분야는 무궁무진하다.
모니터나 충전기 등 각종 전자기기의 전원 표시, 자동차 내부에 장착된 디지털 계기판, 지하철이나 공항 등의 안내판이나 교통표지판 등이 대표적 사례다.
우리나라의 일부 횡단보도에 최근 등장하고 있는 모래시계형 LED 보행 신호등도 전력 소모가 적고 수명이 길다는 장점 때문에 조만간 모든 신호등을 대치할 것으로 기대된다.
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