세상소식 백열전구 사라지고 고효율 ‘LED전구’가 세상 밝힌다!

[핑크요정]

전기가 발명된 이래 세상의 어둠을 밝히는 작은 태양으로서 소임을 다 해온 백열전구가 역사 속으로 사라질 운명이다. 100년 넘게 인류를 밝혀왔지만 결국 LED 전구에 밀려 설 자리가 없어졌기 때문이다. 게다가 대표적인 저효율 조명기기라는 이유로 우리나라를 비롯해 세계 주요 국가에서는 백열전구의 생산 및 수입이 금지되었거나 단계별로 퇴출당하는 분위기이다. 당장 우리 주변을 둘러봐도 신축 건물에는 LED를 실내조명으로 쓰고 있으며, 기존 백열전구 소켓에는 LED 전구가 자리를 대신하고 있다. 마트에는 LED 전구가 전면에 진열되어 있으며, 심지어는 가로등도 LED로 바뀌고 있다. 거리의 신호등과 간판은 LED가 밝은 빛을 내며, 자동차 실내등도 이제는 LED의 몫이다.

 

LED는 빛을 내는 반도체

불과 10여 년 전만 해도 LED는 실생활에서 조명으로써 관심을 받지 못했다. 기껏해야 숫자로 표시되는 시계, 전원 표시와 같은 전자제품의 상태 지시등으로 썼다. 더 밝은 빛을 내는 고휘도 LED도 나왔지만 가까운 곳을 비춰주는 손전등이 전부였다. 그러나 시간이 흐르면서 LED의 효율은 높아지고, 더 밝은 빛을 낼 수 있게 되자 일반 조명을 대신하기 위한 실내등, 방호등, 신호등, 그리고 경관 조명 등 빛이 필요한 모든 분야에 LED가 사용되기 시작했다.

 
▲ 지시등으로 사용했던 LED(발광다이오드)

쌀 한 톨 크기로 밝은 빛을 내며, 색도 자유롭게 바꿀 수 있는 LED는 사실 반도체의 한 종류이다. LED(Light Emitting Diode)는 우리 말로 '발광다이오드'라고 부르며, 전기 에너지를 빛 에너지로 바꿔주는 광반도체 소자이다. 반도체에 전압을 가하면 전류가 흐르고 이때 내부에서는 전자가 이동하면서 에너지가 발생되는데 빛의 형태로 에너지가 바뀌면서 밝은 빛을 내는 것이 바로 LED이다., 또한 LED는 2종 이상의 원소로 이루어진 화합물 반도체이며, 여기에 어떤 화합물을 쓰느냐에 따라 에너지 준위(eV)가 달라져 LED 빛의 색깔도 바뀐다. 에너지 준위 차이가 크면 보라색 빛이 나며, 차이가 적은 경우에는 붉은빛이 난다. 에너지 준위 차이를 조절하면 원하는 색을 낼 수 있으며, 가시광선 바깥 영역인 적외선과 자외선 방출도 가능하다. 야간 감시를 위한 적외선 카메라나 TV 리모컨에는 적외선 LED를 사용하고 있으며, 살균이나 피부치료에는 자외선 LED를 쓰고 있다.

 
▲ LED 빛 발생 원리 (출처 : 삼성전자 반도체 블로그 ‘삼성반도체이야기’)

LED는 원래 단색 광원으로서 적색, 황색 등 제한적인 색으로 빛을 내 초기에는 신호 표시와 같은 정보 전달용 디스플레이에 적용되었다. 하지만 1990년대에 청색 LED가 개발되었고, 빛의 3원 색인 빨강과 초록, 파랑을 섞어 흰색을 내는 것처럼 세 가지 색의 LED를 조합하거나 두 색상의 LED에 다른 색상을 입히는 등 방법을 사용함으로써 오늘날 우리가 쓰는 백색 LED가 탄생하게 됐다.

미래의 빛 ‘LED’
LED가 조명기기로서 인기를 얻고 있는 가장 큰 이유는 고효율, 저전력, 긴 수명이다. 전 세계가 에너지 절감, 환경오염 등으로 고효율 및 저전력 제품에 눈을 돌리기 시작한 시기와 딱 맞아떨어지면서 차세대 조명으로 급부상했다. 기존 백열전구 대비 소비전력은 10~15% 정도에 불과하며, 백열전구보다 대략 25~40배 이상 긴 수명을 보여준다. 제품에 따라 차이는 있으나 대개 60W 전력을 소비하는 백열전구는 8~9W LED 전구와 밝기가 비슷하다. 하루에 10시간씩 쓴다고 가정해도 10년은 거뜬하며, 매달 부담해야 할 전기 요금도 줄어 오래 쓰면 쓸수록 비용 절감 효과가 크다. 때문에 천원 미만인 백열전구보다 비싼 LED 전구를 구매하더라도 결국 전구 교체 비용과 전기 요금으로 회수되기 때문에 LED 조명이 적극 권장되고 있다. 비용 부담으로 백열전구 대신 안정기내장형 전구를 사용하기도 하지만 아래 표와 같이 비교하면 LED 전구가 뛰어난 특성을 지니고 있어 LED 전구의 수요는 크게 늘어나고 있다.

● 전구별 에너지 효율 및 전기요금

	에너지 효율(lm/W)	수명(시간)	가격(원)	전기요금 (연간 사용량) / 가정용, 1일 8시간
백열전구	10~15	1,000	1,000	약 18,370원(172.8kWh)
안정기내장형 전구	50~80	5,000~15,000	3,000~5,000	약 4,460원(57.6kWh)
LED전구	60~80	25,000~50,000	5,000~15,000	약 2,040원(23.04kWh)

*. 백열전구는 60W, 안정기내장형 전구는 20W, LED전구는 8W를 사용할 경우(누진제 미적용)

백열전구	30W	60W	100W
안정기내장형 전구	10W	20W	30W
LED전구	4~5W	8~9W	12W

 ▲ 전구별 소비전력이 큰 차이가 있어 교체 기준이 되곤 한다.

또한 환경규제 물질로 지정된 수은(Hg)을 사용하는 형광등과는 달리 LED는 수은을 전혀 포함하고 있지 않고, 이산화탄소 발생도 없어 지구를 지킬 수 있는 친환경 제품이다. 자외선과 다른 유해 성분 방출도 없기 때문에 피부 건강도 지킬 수 있다.

LED 전구는 특성상 날벌레가 모이지 않는 것도 장점이다. 벌레는 자외선 파장을 좋아하며, 형광등의 경우 자외선이 함께 방출되기 때문에 날벌레가 형광등 주위로 모이지만 우리가 가정에서 쓰는 LED 조명은 자외선이 나오지 않아 나방이나 모기가 달려들지 않는다.

LED가 갖고 있는 디지털 특성도 차세대 조명으로 급부상하고 있는 이유 중 하나이다. 백열전구나 형광등은 아날로그 조명이지만 LED는 앞서 언급한 바와 같이 반도체의 한 종류이며, 빛의 색상이나 밝기, 색온도 등을 쉽고 간단하게 제어할 수 있어 단지 어두운 곳을 밝혀주는 조명에서 진일보하여 분위기 연출을 위한 조명으로 활용 범위를 넓힐 수 있다.

이외에도 LED는 다양한 장점을 갖고 있다. 백열전구나 형광등에 비해 효율이 높아 발열량이 적다. 백열전구는 전기 에너지의 5%만 빛으로 전환되고 나머지 95%는 공기 중 열로 방출되며, 형광등도 빛 전환율은 14%에 불과하다. 하지만 LED 전구의 효율은 40%로 월등히 높다. 무더운 여름에 LED 조명 바로 아래 있어도 다른 조명에 비해 상대적으로 뜨거운 열기가 덜 느껴진다. 형광등처럼 깜박임도 없고, 스위치를 올리면 바로 켜지는 것도 LED 전구의 매력이다.

그러나 단점도 있다. 일단 백열전구나 형광등에 비해 제조과정이 복잡하기 때문에 가격이 다소 비싸다. 최근에 가격이 많이 내려가기는 했으나 기존 조명보다 여전히 가격대가 높다. LED 특성상 빛의 직진성도 사용자 입장에서는 눈이 부신 문제가 나타난다. 이를 위해 LED 전등 제조사는 빛을 분산하기 위한 필름 등을 이용한다.

LED의 가장 큰 단점은 열에 매우 약하다는 것. 효율이 높아 백열전구나 형광등보다 발열량은 낮지만 LED 입장에서는 형광등에서 발생되는 온도의 열조차 오래 켜 두게 되면 치명적이다. LED에 전원을 공급하기 위해서는 AC220V 교류를 DC로 변환해야 하는데 이 과정에서 열이 발생되며, LED 소자에 영향을 줘 결국 LED 전구의 수명을 떨어뜨리는 원인이 된다. 때문에 시중에 판매되고 있는 LED 전구에는 열을 식혀주기 위한 방열판이 부착되어 있으며, 소비전력이 높아 매우 밝은 빛을 내는 LED 전구는 냉각팬이 들어가는 경우도 있다.

 
▲ 열을 식히기 위해 LED 전구는 사진과 같이 방열판이 부착되어 있다.

주광색과 전구색… 색에 따라 선택하는 LED 전구
사용 환경에 따라 매우 다양한 형태의 조명이 나와 있는 것처럼 LED도 여러 형태로 출시되고 있다. 그중에서도 가장 활발하게 소비되는 것은 기존 백열전구 형태의 LED 전구. E26 혹은 E27로 부르는 기존 전구와 동일한 크기의 소켓을 그대로 사용하기 때문에 쓰던 백열전구 대신 LED 전구를 바로 꽂아 사용할 수 있으므로 매우 편리하다.

그런데 시중에 보면 LED 전구는 크게 두 가지 색으로 나뉜 것을 볼 수 있다. 제품 포장 한쪽 면에 인쇄된 ‘주광색’ 혹은 ‘전구색’이 그것. 주광색과 전구색은 각각 빛의 색온도를 나타내며. 주광색(6500K)은 형광등이 내는 하얗고 시원한 빛을, 전구색(3000K)은 백열전구가 내는 따뜻하고 은은한 느낌의 빛을 낸다. 따라서 백색 계열의 주광색은 공부를 하거나 작업 또는 업무 등 집중력이 필요한 상황에 필요하고, 전구색은 긴장을 풀어주는 효과가 있어 휴식을 취할 때나 안정이 필요할 때 쓰면 좋다. 주광색은 공부방에, 전구색은 거실이나 안방에 어울린다. 주광색과 전구색의 중간인 주백색(5000K)을 내는 LED전구도 나와 있다.

최근에는 LED의 디지털 특성을 이용, 주광색과 전구색 연출이 모두 가능한 신개념 LED 전구도 나왔다. 필립스 듀얼 LED 램프는 스위치를 껐다가 5초 이내에 켜기만 하면 주광색과 전구색 사이에서 선택이 가능하다. 대부분 우리나라 가정은 형광등 아래에서 생활하다 보니 주광색을 선호하는 경향이 있지만 최근에는 공간과 상황에 어울리는 적절한 조명 색을 찾는 이가 늘면서 전구 색도 선호하는 추세이다. 하나의 전구로 필요에 따라 분위기 전환이 가능해 일석이조의 효과를 누릴 수 있다.

 
▲ 필립스 듀얼 LED 램프(좌) / 실제 가정 적용(우)

밝기에 따라 집중력 좌우… 너무 밝으면 피로감만 높아져
효율이 높고 장점도 많아 가정에도 LED 확산이 가속화되고 있다. 당장 교체가 쉬운 백열전구부터 LED 전구로 바꾸는 추세이다. 전기 요금에 대한 부담도 없으니 이왕이면 실내 분위기를 더욱 밝게 하기 위해 무조건 소비전력이 높은 제품을 고르는 경우가 있다. 하지만 이때 주의해야 할 것이 있다. 지나치게 밝은 조명은 오히려 해가 되므로 적절 밝기의 조명을 설치해야 한다. 특히 공부방의 경우 최대한 밝게 하려는 경향이 있는데 이는 조명에 대한 큰 오해 중 하나이다. 책을 보며 학습 중인 학생은 오랜 시간 시선이 한 곳에 고정되어 있기 때문에 조명이 너무 밝으면 눈으로 들어오는 빛의 양이 많아져 오히려 눈이 쉽게 피로해진다. 이는 곳 집중력 저하로 이어지므로 학습 효과를 떨어뜨리게 된다. 특히 실내등은 꺼 주변을 어둡게 한 후 스탠드로 특정 부분만 밝게 해 쓰는 경우가 있는데 이것도 피해야 한다. 방 전체와 책상 위의 밝기 차이가 적을수록 눈이 안정감을 느끼기 때문이다. 특정 부분만 밝게 만들어주는 것보다는 전체적인 방안 분위기가 고르게 형성될 수 있도록 해주는 것이 좋다.

환경 별로, 그리고 작업 별로 요구되는 실내 밝기의 기준은 차이가 있으며, 일반적인 실내 밝기는 500~700Lux가 권장된다. 1Lux는 촛불 1개가 1미터 거리의 사방 1M 표면에 비치는 밝기를 의미하며, 사무실은 700~1500Lux, 독서를 하거나 공부를 할 경우에도 마찬가지로 700~1500Lux 면 충분하다. 참고로 환경에 따른 조도 기준(표준번호 : KS A 3011)이 국가표준으로 지정되어 있으며, 국가기술표준원이 운영하는 e나라표준인증 사이트(http://standard.go.kr/)에서 검색을 통해 확인할 수 있다.