국내 연구진이 사람의 일주기 리듬 교란을 최소화할 수 있는 백색 발광다이오드를 이용한 스마트 조명을 개발했다. 자연광 스펙트럼과 유사한 광원을 개발함으로써 자연광의 일주기성을 모사하는 스마트 조명개발의 실마리가 될 것으로 기대된다.
* 일주기리듬(Circadian rhythm) : circa (대략), dies (하루) 라는 라틴어 단어처럼 생명체에서 생화학적, 생리학적, 또는 행동학적 흐름이 거의 24시간의 주기로 나타나는 현상을 의미한다.
* 발광다이오드(Light-emitting diode, LED) : 반도체의 p-n 접합구조를 이용하며 주입된 전자 또는 정공의 재결합에 의해 빛을 내는 소자

국민대 생명나노화학과 도영락 교수, 오지혜 박사과정, 양수지 석사과정 연구원이 수행한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업(도약)의 지원으로 수행되었고 네이처출판그룹(NPG)이 발행하는 국제학술지 Light: science & applications 2월 14일자 온라인판에 게재 되었다.
(논문명 : Healthy, natural, efficient and tunable lighting: four-package white LEDs for optimizing the circadian effect, color quality and vision performance)

수명이 길고 소비전력이 적은 발광다이오드가 조명으로 각광받으면서 밝기, 효율, 색상 등에 대한 최적화 연구가 활발하다.

반면 백색 발광다이오드 조명이 건강 등에 미치는 영향을 평가할 수 있는 성능지표에 대한 연구는 최근에야 주목을 받고 있다.

연구팀은 적색, 호박색, 녹색, 청색 4가지 형광체를 조합하여 색조절 가능한 고 색상품질, 고효율의 백색 광원을 개발했다.

색 조절을 통해 자연광의 일주기성을 모사하여 일주기 리듬의 교란을 최소화 하고 나아가 일주기 리듬을 유지시켜주는 스마트 조명 개발에 기여할 것으로 기대된다.

연구팀은 자연광(태양)의 일주기에 맞춰 낮에 활동시에는 차가운 백색이, 해가 질수록 따뜻한 백색이 일주기 리듬 교란 최소화에 도움이 될 것이라는 점에 착안했다.

저녁에 따뜻한 백색에 비해 청색 빛을 많이 나타내는 차가운 백색의 빛에 많이 노출되면 청색 빛에 의해 멜라토닌 분비가 억제되어 숙면을 방해받을 수 있어 조명에 쓰이는 빛의 색을 일주기 리듬에 맞도록 조절할 수 있도록 했다는 설명이다.
* 멜라토닌 : 송과선에서 생성, 분비되는 호르몬으로 밤과 낮의 길이나 계절에 따른 일조시간의 변화 등과 같은 광주기를 감지하여 생체리듬에 관여한다.

한편 연구팀이 개발한 형광체 주입한 백색 발광다이오드가 형광체를 이용하지 않고 발광다이오드 자체의 색에 의존하는 기존 반도체 발광다이오드와 비교할 때 색온도에 따라 조절이 가능하고, 특정 온도 구간에서는 시각적 효율이 약 1.5 배 증가하는 등(96 lm/W 이상) 효율이 뛰어난 것으로 나타났다.

도 교수는 “효율과 색상의 품질을 모두 만족시키면서 일주기 리듬 교란을 최소화하고 리듬을 유지시켜주는 자연광에 가까운 고효율백색 발광다이오드를 개발한 것” 이라고 설명했다.