[물리학] 2014년 – 세계 최초 청색 LED에 필요한 고품질 결정 기술 발명 성공

아마노 히로시(Hiroshi Amano)

아마노 히로시

출생: 1960년 9월 11일, 일본, 하마마츠
수상 당시 소속: 일본, 나고야 시, 나고야 대학
분야: 반도체 기술
 

생애

아마노 히로시는 일본 하마마츠 태생으로 1989년 나고야 대학에서 전기공학 박사학위를 받았다. 2002년 나고야의 메이조 대학 교수가 되었고, 이후 나고야 대학교로 옮겼다.

업적

조명은 우리의 삶의 질에 중요한 역할을 한다. 발광 다이오드(LED)의 발견은 더욱 효율적인 광원 공급을 가능하게 만들었다. 조명에 사용될 수 있는 백색광 제작을 위해서는 적색, 녹색, 청색 빛의 조합이 필요하다. 청색 LED는 적색이나 녹색 다이오드보다 만들기가 훨씬 어려운 것으로 입증되었다. 1980년대와 1990년대, 아카사키 이사무, 아마노 히로시, 나카무라 슈지는 다루기 어려운 반도체 질화갈륨을 사용하여 효율적인 청색 LED를 만드는데 성공했다.

 

나카무라 슈지(Shuji Nakamura)

나카무라 슈지

출생: 1954년 5월 22일, 일본, 이카타
수상 당시 소속: 미국, 캘리포니아 주, 캘리포니아 대학 샌타바버라 캠퍼스
분야: 반도체 기술
 

생애

나카무라 슈지는 일본 이카타 태생으로 도쿠시마 대학에서 전기공학을 공부한 뒤, 도쿠시마 니치아의 화학전기회사에서 근무했다. 이곳에서 그는 노벨상 수상 연구를 실시했다. 1994년 도쿠시마 대학교에서 박사학위를 받고 1999년 니치아를 떠나 미국 캘리포니아 대학 샌타바버라 캠퍼스의 교수가 되었다.

업적

조명은 우리의 삶의 질에 중요한 역할을 한다. 발광 다이오드(LED)의 발견은 더욱 효율적인 광원 공급을 가능하게 만들었다. 조명에 사용될 수 있는 백색광 제작을 위해서는 적색, 녹색, 청색 빛의 조합이 필요하다. 청색 LED는 적색이나 녹색 다이오드보다 만들기가 훨씬 어려운 것으로 입증되었다. 1980년대와 1990년대, 아카사키 이사무, 아마노 히로시, 나카무라 슈지는 다루기 어려운 반도체 질화갈륨을 사용하여 효율적인 청색 LED를 만드는데 성공했다.

 

아카사키 이사무(Isamu Akasaki)

아카사키 이사무

출생: 1929년 1월 30일, 일본, 치란
수상 당시 소속: 일본, 나고야, 메이조 대학 / 일본, 나고야, 나고야 대학
분야: 반도체 기술
 

생애

아카사키 이사무는 일본 가고시마 시 치란 태생으로 교토 대학에서 전기공학을 공부한 뒤, 전기회사인 고베 코교사에서 근무를 시작했다. 그는 학계로 다시 돌아와 1964년 나고야 대학교에서 박사학위를 받았다. 전기회사 마쓰시타에서 다년간 근무한 뒤, 1981년 나고야 대학 교수가 되었고, 이후 역시 나고야에 위치한 메이조 대학교로 옮겼다.

업적

조명은 우리의 삶의 질에 중요한 역할을 한다. 발광 다이오드(LED)의 발견은 더욱 효율적인 광원 공급을 가능하게 만들었다. 조명에 사용될 수 있는 백색광 제작을 위해서는 적색, 녹색, 청색 빛의 조합이 필요하다. 청색 LED는 적색이나 녹색 다이오드보다 만들기가 훨씬 어려운 것으로 입증되었다. 1980년대와 1990년대, 아카사키 이사무, 아마노 히로시, 나카무라 슈지는 다루기 어려운 반도체 질화갈륨을 사용하여 효율적인 청색 LED를 만드는데 성공했다.

<시상식 연설>

국왕 폐하, 왕실가족 여러분, 그리고 신사숙녀 여러분

많은 동화 속에서 빛은 악마의 세력을 내쫓는데 사용되는 힘입니다. 톨킨(J.R.R. Tolkien)의 1954년작인 반지의 제왕에서 요정 여왕은 반지를 가진 자에게 반짝이는 크리스털 병을 주면서 “모든 빛이 사라질 때, 어둠 속에도 너에게 빛을 밝히리(May it be a light to you in dark places, when all other lights go out).”라고 말했습니다.

우리 조상들은 약 30만 년 전에 불을 사용하여 열원이나 야생동물에 대한 무기로 사용했습니다. 불은 모든 빛이 사라져도 어둠 속에서 빛이 납니다.

19세기 후반, 미국의 발명가 토마스 에디슨(Thomas Edison)은 백열등을 발명하고 실용화했습니다. 그는 약 2천 번의 실험 끝에 성공했다고 알려져 있습니다. 사람들이 실패했다고 지적할 때, 그는 “아니오, 나는 실패하지 않았소. 전구를 만들지 못하는 2천 가지 방법을 발견했잖소.”라고 대답했습니다. 전기 송전선망이 확장되고 전구가 개선되면서, 수백만, 머지않아 수십억의 인구가 저렴하고 오래 사용 가능한 광원을 얻었습니다. 전구는 모든 다른 빛이 사라진 어둠 속에서도 빛이 납니다.

제2차 세계대전 이후, 반도체 재료를 기반으로 하는 전자제품들이 개발되었습니다. 과학자들은 초기 단계에서 특정 반도체 물질의 조합인 다이오드가 빛을 발산할 수 있다는 것을 발견했습니다. 전구에서는 필라멘트가 가열되면서 빛을 발하기 시작하지만, 발광 다이오드는 전기를 직접 빛으로 전환하기 때문에 전구보다 훨씬 효율적입니다. 이들은 크리스털로 만들어지기 때문에 유럽에서는 크리스털 램프라고 부르며, 미국에서는 LED라고 부릅니다.

최초 LED는 적색 빛을 발산했지만, 곧 녹색 빛을 발하는 LED가 등장했습니다. 적색, 녹색, 청색 빛을 혼합하면, 백색 빛을 얻을 수 있습니다. 백색광원을 만들려면 청색 LED도 필요합니다. 1960년대부터 기업과 대학들은 청색 LED를 만들기 위해 많은 노력을 투자했지만, 개발에 필수적인 질화갈륨 결정체는 분말로 바뀌어 버리고 말았습니다. 많은 연구자들이 노력과 실패를 거듭하다 결국 포기했습니다. 1970년대 초반, 질화갈륨 결정체를 얻는 새로운 기술이 개발되었습니다. 이 새로운 연구와 실험은 또다시 실패로 이어졌습니다. 너무나 어려운 과업이었습니다.

아카사키 이사무 교수는 일본 나고야 대학에서 당시 그의 박사과정 학생이었던 아마노 히로시 교수, 도쿠시마의 한 소기업 연구원이었던 나카무라 슈지 교수와 함께 다른 사람들이 포기한 영역에서 성공을 거두었습니다. 1980년대 후반, 끊임없는 노력과 기술 그리고 약간의 운을 동반한 수 년간의 연구 끝에 그들은 미세한 질화갈륨 결정체를 만들어 효율적인 청색 발광 LED를 개발하였습니다. 이 수상자들은 2천 번 이상의 실험을 거쳐 청색 LED를 생성하지 않는 수많은 방법들을 발견했고, 결국 성공을 거두게 되었습니다.

청색 발광 다이오드 덕택에, 백색 램프 생산이 가능하게 되었습니다. 오늘날에는 휴대전화, 자전거, 자동차, 도시, 가정 등 어디에서나 볼 수 있습니다. 백열등이나 형광등 대신 LED 조명을 사용함으로써 우리는 에너지를 절약하고 환경을 보호할 수 있습니다. LED 조명은 또한 그 수명이 약 10만 시간, 약 11년 정도로 상당히 깁니다. 매우 효율적이기 때문에 배터리로 여러 시간 동안 사용할 수 있습니다. 태양빛을 사용하여 배터리를 충전 할 수 있으므로, LED 조명은 전기 송전선이 없는 지구 어느 곳이라도 빛을 비출 수 있습니다. 모든 다른 빛이 사라진 어둠 속에서도 빛이 납니다.

알프레드 노벨(Alfred Nobel)은 약 100여년 전 유언장에 노벨 물리학상은 인류에게 가장 큰 혜택을 가져온 사람들에게 수여되어야 한다고 남겼습니다. 올해의 상은 노벨의 바람을 잘 반영하였습니다.

아카사키 교수님, 아마노 교수님, 나카무라 교수님,

여러분은 효율적인 청색 발광 다이오드 발명으로 2014년 노벨 물리학상을 받게 되었습니다. 에너지 소모가 적으면서 밝은 백색 광원을 이용할 수 있게 되었습니다. 스웨덴 왕립과학 아카데미를 대표해서 여러분의 뛰어난 업적에 축하의 말씀을 전하게 되어 영광입니다. 이제 국왕께서 노벨상을 수여하시겠습니다.