소비전력 백열등 7분의1·수명은 20배…

LED광원 공기·물 살균·식물생장 촉진

콜라겐 생성 마스크로 주름발생 억제도

조명의 신세계 넘어 팔색조 활용가치

작은 전류로 빛을 낸다는 장점 때문에 ‘조명의 신세계’로 여겨졌던 발광다이오드(LED)는 조명을 넘어 농업, 헬스케어, 미용 등으로 그 범위를 넓혀가고 있다.

LED는 전기를 만나면 빛을 내는 반도체라 할 수 있다. 실리콘과 게르마늄, 갈륨 등 반도체 물질에 전기가 흐르면 물질 내부의 에너지 차이로 빛이 발생한다. 자외선과 적외선, 가시광선 등 모든 범위의 빛을 낼 수 있어, 활용도가 높다. 1900년대 초반 LED의 원리가 처음 발견됐지만, 본격적으로 다양한 빛을 내는 LED를 개발하며 활용하게 된 것은 1960년대였다.

당시 미국의 제너럴일렉트릭(GE)에서 적색 LED와 녹색 LED를 연달아 개발하면서 활용 방안이 열렸다. 30여년 후에 일본 니치아화학에서 청색 LED를 개발하면서 빛의 3원색이 완성되자, 다양한 분야에서 소재의 신세계인 LED를 맞았다. 적색과 녹색, 청색의 3원색을 조합하면 1670만개의 천연색을 낼 수 있다고 알려졌다.

LED 활용의 첫 시도는 조명 분야였다. 소비전력이 백열전구의 7분의 1 수준으로 낮고, 수명은 20배 이상 길어 환경 보호에 도움을 주는 제품으로 자리잡기 시작했다. 유럽에서는 2009년부터, 중국과 미국, 일본 등에서는 2012년부터 지구 온난화를 방지하기 위해 백열전구 판매 금지 정책을 시행했다. 대신 LED가 고효율 친환경 조명으로 자리잡았다.

역설적으로 조명 분야에서의 LED 성장은 이내 한계를 맞았다. 백열전구보다 수명이 20배 길다보니 시장 성장이 예상만큼 속도가 나지 않았다. 국내에서는 2011년부터 2014년까지 LED 조명을 중소기업적합업종으로 정해 대기업의 참여를 제한하기도 했다. 국가 보조금을 등에 업은 중국이 저가공세를 펼치며 글로벌 LED 조명 시장을 무서운 속도로 공략하는 가운데, LED 조명을 탄생시킨 GE가 조명사업을 접는 사태까지 이르렀다.

새로운 길은 헬스케어 분야에서 열렸다. LED 조명의 자외선(UV)영역을 강화하면 살균 램프로 사용할 수 있다. 기존 자외선 살균 램프는 수은이 포함돼 인체에 미치는 영향에 대한 우려가 있지만, LED를 쓰면 수은 등 중금속 걱정 없이 물이나 공기를 살균하게 된다.

아이엘사이언스가 도전하고 있는 분야인 식물 생장 촉진에서도 성과가 나타나고 있다. 식물 성장을 촉진하는 파장의 LED 광원을 쬐어주면 적은 비용으로 농업 생산성을 향상시키는 효과를 기대할 수 있다.

일반 소비자들에게 조명과 더불어 LED가 가장 친숙한 분야는 ‘LED 마스크’로 대표되는 미용기기 분야다. 그 시초는 LED 빛을 비춰준 피부, 근육의 세포는 그렇지 않은 경우보다 3배 가량 빨리 성장한다는 1999년 미국 항공우주국(NASA)의 연구였다. 당시 NASA는 우주에 식물을 가져가 생장시킬 때, 그 속도를 빠르게 하려는 용도로 LED를 고려했다. 그러나 국내 업체들은 이 연구에 착안해 피부 미용 기기에 활용했다.

LED 광원을 피부에 쬐면 콜라겐과 엘라스틴 생성이 촉진된다. 콜라겐, 엘라스틴 등은 주름 주름 발생을 억제해 피부 탄력을 높여주는 역할을 한다. 또 청색 LED 빛을 쪼이면 여드름 등 피부 질환의 원인이 되는 모공 속 박테리아를 소멸시키면서 염증을 가라앉히는 효과가 있다.

단, 빛의 출력이 피부 특성에 맞게 조절됐는지와, LED 광원이 피부에 얼마나 깊이 침투됐는지 등이 미용 효과에 영향을 준다. 적합한 파장을 선정해, 적정 출력으로 피부에 침투시키는 것이 미용 효과를 좌우한다는 것이다. LED의 미용 효과가 입증됐다 해도, 식품의약품안전처는 LED 마스크를 의료기기로 오인하게 하는 행위에 대해서는 제재하고 있다.

도현정 기자