스위치를 켜면 방이 환하게 빛나요. 옛날식 전구는 달걀을 익힐 만큼 뜨거워져요. 그런데 스탠드에 있는 LED 전구는요? 몇 시간이 지나도 손가락으로 만질 수 있어요. 오래된 전구가 목마른 코끼리처럼 전기를 벌컥벌컥 마시는 동안, LED 전구는 전기를 아주 조금만 홀짝여요. 그 비밀은 무엇일까요?

LED를 이해하려면 전자를 만나야 해요. 전자는 모든 원자 안에 있는 아주 작은 입자로, 벌처럼 빠르게 움직여요. 전자는 에너지를 가지고 있어요. 전자가 에너지가 높은 곳에서 낮은 곳으로 움직일 때, 남는 에너지를 어딘가에 내보내야 해요. 내리막길을 달리는 것과 같아요. 속도가 붙으면 그 힘을 밖으로 내보내야 하니까요.

오래된 백열전구에서는 전기가 얇은 전선을 하얗게 뜨거워질 때까지 달구어요. 필라멘트라고 부르는 그 전선은 말 그대로 불타고 있는 셈이에요. 다만 불꽃이 없을 뿐이죠. 에너지의 대부분, 약 90%는 빛이 아니라 열로 빠져나가요. 작은 빛을 얻으려고 작은 오븐을 켜는 셈이지요. 엄청나게 비효율적이에요.

LED는 완전히 다른 방법을 써요. LED는 "light-emitting diode", 즉 빛을 내는 다이오드라는 뜻이에요. 전자가 뛰어넘을 수 있는 특별한 재료로 만든 샌드위치 같지요. 이 샌드위치 안에서 전자가 높은 에너지에서 낮은 에너지로 폴짝 내려가면, 남는 에너지를 광자, 곧 순수한 빛의 알갱이로 내보내요.

여기에 마법 같은 일이 있어요. LED에서는 거의 모든 에너지가 곧장 광자를 만드는 데 쓰여요. 수천 도까지 뜨거워지는 전선도 없어요. 공기를 데우느라 버려지는 열도 없지요. 전자가 떨어지고, 광자가 톡 튀어나오고, 모닥불 없이도 빛이 생겨요. 에너지가 들어가면 빛이 나오는, 바로 그 교환이에요.

재료는 엄청나게 중요해요. 엔지니어들은 반도체로 LED를 만들어요. 반도체는 알맞은 조건에서만 전기를 통하게 하는 결정이에요. 비밀번호를 말하면 열리는 문 같지요. 서로 다른 반도체를 층층이 쌓아 올리면, 전자가 미끄러지듯 내려갈 완벽한 길이 만들어져요. 그리고 전자가 뛸 때마다 정확히 알맞은 색의 빛이 나와요.

재료가 다르면 색도 달라져요. 전자가 뛰어내리는 거리가 다르기 때문이에요. 크게 뛰면 파란빛이 나요. 중간쯤 뛰면 초록빛이 나요. 작게 뛰면 빨간빛이 나지요. 흰색 LED요? 보통은 파란 LED에 특별한 코팅을 입힌 거예요. 그 코팅이 파란 광자 몇 개를 붙잡아 노란빛으로 다시 내보내요. 파란색과 노란색이 함께 있으면 우리 눈은 흰색으로 보게 돼요.

그래서 스위치를 켜면 전자들이 조심스러운 춤을 추고 있는 거예요. 에너지 계단을 폴짝폴짝 내려가며 색종이 조각처럼 광자를 던지고, 열로 낭비되는 에너지는 거의 없지요. LED는 오래된 전구와 같은 밝기를 내는 데 전기를 약 6분의 1만 써요. 그래서 전기요금도 고마워하고, 전구도 만질 수 있을 만큼 시원하게 남아 있는 거예요.