LED의 무한 가능성…
IT-BT-NT 융합기술로 신시장 개척한다
IT 강국인 우리나라는 휴대폰, LCD TV 및 자동차 등의 꾸준한 수요가 예상되며 일반조명 시장이 LED로 대치되면서 생산은 40% 정 도로 증가세를 유지, 자동차 전조등이 LED로 대치되면서 내수 시장이 더욱 커질 것으로 전망된다. 한국산업기술평가관리원이 발표한 ‘LED 광산업 IT 전력기술 로드맵’에 따르면 LED는 융합기술 형태로 발전, 여타 산업의 새로운 고부가가치 창출이 기대된다.
김혜숙 기자(eltred@chomdan.co.kr)
LED(Light Emitting Diode)는 반도 체로 빛을 발생시키는 소자로서 LED 조명은 21세기 생활 혁명을 주도할 수 있는 핵심 산업이다. 구체적으로는 빛 을 활용하는 경제·사회적 공간에 감 성·융합·친환경을 접목시켜 다양한 고부가가치를 파생산업을 창출하는 등 신성장동력의 원천 기능을 수행한다.
반도체 조명은 기존의 형광등, 백열 등 등의 진공상태 조명이 아닌 LED 또 는 OLED와 같이 반도체를 이용한 조명 을 통칭한다. LED는 기존 산업에 폭넓 게 응용되어 신산업 창출과 함께 한계 산업에 돌파구를 제공할 것으로 기대된 다. LED 조명은 LED를 이용한 조명기 구(LED 모듈과 방열 및 광학 기구로 구 성) 및 시스템(전원장치, 구동회로, S/W 및 시스템 제어)을 통칭한다.
LED는 기존의 광원 대비 월등한 고 효율과 저전력 소모, 장수명(반영구적), 빠른 응답속도, 친환경성(무수은) 등의 장점을 앞세워 기존 광원 시장으로 영역을 확대하고 있으며, 각종 전자기기 와 조명기기, 자동차 계기판의 전자 표 시판에 주로 활용되고 있다.
또한 고효율 LED의 대량 생산을 위 해서는 장비의 대형화, 안정성 확보를 통한 비용절감 및 이익 확보가 필수적이 다. LED 모듈 소재는 광소자 생산성 및 부품의 특성에 직접적으로 영향을 미치고 이는 조명의 내구성과 신뢰성에도 직결되므로 온도, 물리·화학적 안정성 및 내구성 확보가 중요하다.
기존 조명을 LED 조명으로 20% 교체 시 1조원/년의 전기료를 절감할 수 있을 것으로 보인다.
LED는 기존 반도체와 유사한 공정 으로 소자를 제작하며 제조 공정은 기 판 위에 단결정의 얇은 막을 성장시키 는 에피텍시(epitaxy) 웨이퍼 제작 공정 이다. 에피텍시 웨이퍼에 전극을 형성 시키고 각각의 소자로 분리하는 칩 공
LED 생산을 위한 에피텍시 웨이퍼 제작을 위해 MOCVD 등의 장비를 이용한다.
<LED 모듈 소재>
화합물 반도체 특성을 이용하여 전기 에너지를 빛에너지로 효율적으로 전환 하여 최적의 효율로 안정적으로 방출되 도록 하는 소재로 정의하며, 기판 소재, 형광체 소재, 봉지 소재, 고방열 소재 및 혼성 복합 소재로 구분한다.
<LED 조명 및 응용>
응용 분야에 따라서 일반 조명과 더 불어 디스플레이, 수송 조명, 농생물, 의 료, 해양수산과 같은 LED-IT/NT/BT 융복합 기술을 활용한 특수조명 및 이 에 대한 특성·신뢰성 평가 분야로 분 류된다.
<융합 광기술>
세계 전통 조명시장 규모는 2012년에 는 1,300억 달러 규모의 시장이 형성될 것으로 전망되며, 2015년에는 약 30% 의 일반조명 시장을 LED 조명이 침투 하여 380억 달러 이상의 시장을 형성하 면서 연평균 성장률 32%의 고속 성장을 이룩할 것으로 전망된다.
국내외 기술개발 현황 … 융복합 기술 형태로 발전
국내에서는 고효율 및 고기능성 LED 조명 제품 개발을 위한 광손실 저감 기 술 및 방열·광학·기구 설계 기술개발 과 더불어 고효율 및 고기능성 LED 실 내외 조명 제품 개발 및 판매가 진행중 으로 시장 진입 초기 단계이다. 또 핵심 요소기술 및 융합기술 개발을 통해 LED 조명 네트워크 시스템을 개발 추 진 중이다.
3D TV용 LED BLU 경쟁력을 위한 색 제어 및 효율 증대와 고효율 헤드램 프용 LED 광원, 지역별 LED 특화 클러 스터 조성으로 농생명, IT, 해양 항만· 수산·조선 융합기술 개발이 활발하며 심리학의 인지과학, 아트 디자인 감성 이미지를 조명 콘텐츠화해 제품의 고급 화를 추구하고 있다. 세계적으로도 광 색변화 혹은 백색과의 색온도 변화가 가능한 감성조명 시스템 분야의 영역이 확대되고 있으며 대형 LCD TV 적용을 위한 열원해석 및 제어기술 확보를 위 한 연구 개발이 한창이다.
승용·승합차를 중심으로 LED 광원 이식이 추진중이며 의료·농업·환경 분야에 기존 광원이 LED 램프로 전환 되고 있으며, 특히 의료 임상 분야에 적 용되는 사례가 증가하는 추세이다.
이와 함께 조명기기 고효율성, 기능 성 및 높은 디자인 자유도로 조명 환경 을 구현할 수 있는 제품 개발이 확대되 고 있으며 비구면 형상 봉지, 색불균일 제어기술 등 요소기술 개발로 고성능 제품 개발이 활발하다. 한편 대형 조명 회사 및 LED 칩 제조사와 전략적 제휴 를 통한 다양한 LED 제품에 활용할 수 있는 드라이버 IC 개발과 LED와 음성 인식 및 무선통신기술을 결합한 조명기 기 개발도 주목할 만하다.
LED의 휘도 향상에 대한 과거 진척 및 향후 전망이 표시되어 있는 미국 OIDA 로드맵을 보면 2012년이 되면 발 광효율은 스몰 칩 기준 150lm/W, 수명 은 10만 시간, 연색성 지수 80 이상, 루 멘당 단가는 5달러/klm가 될 것으로 전 망하고, 2020년 발광효율은 200lm/W, 수명은 10만 시간, 연색성 지수 85 이 상, 루멘당 단가는 2달러/klm 미만이 될 것으로 전망하고 있다.
LED 조명은 IT-BT-NT 기술 및 전 통산업(건설, 의료, 자동차 등)과의 융합 기술로 전환하여 새로운 건축·의료· 수송·농업·해양시장 등이 형성될 것 으로 전망된다. 일반조명의 경우 에너 지절약형 그린홈 조명시스템 실현을 중 심으로 방열 및 광학 최적화 기술, 고효 율 파워 SOC 개발로 진행할 것이다.
대형 LCD TV용 LED BLU 기술은 부품·소재 중심의 개별 기술 개발 단 계에서 벗어나, IT기술과의 융복합 기 술로 미래지향적‘LED-IT 융합기술’ 등의 형태로 발전될 것으로 예상된다.
자동차 조명 LED의 경우는 헤드램프 용 LED 광원 개발을 중심으로 기술적 진화가 예상되며, 대형 LCD TV와 마찬 가지로‘열+광원+드라이버+기구+렌즈 +디자인’이 상호 융복합 기술 형태로 발전할 것이다.
국내 R&D의 평가 및 경쟁력 분석
일반조명 기술은 선진국의 최고 기술 수준 대비 60% 수준으로 전반적으로 낮은 실정이나, BLU용 LED 패키지 및 모듈 구조 설계 및 관련 기구 설계, 기본 구동회로 설계 분야에서는 선진국 대비 경쟁력을 갖고 있다.
LED 관련 기업 약 450개 중 LED 조 명 업체는 283개로 62%를 차지하고 있 으나, 10여 개 기업을 제외하면 대부분 영세·중소기업형 산업 구조로 기술력 이 낮고 빠른 LED 기술 변화로 경쟁력 확보에 어려움을 겪고 있다. 국내 LED 산업계는 중소기업 중심의 영세한 산업 구조여서 기술의 변화 속도가 빠른 세 계 LED 시장에서 경쟁력 확보에 한계 가 있으며 특히, 최대 잠재 시장인 조명 분야의 경우 엔드-서플라이어의 영세 성으로 인해 시장 및 기술 경쟁력이 극 히 취약하다. 또 최근 국내 대기업의 LED 분야 진출이 가시화되고 있으나 선진 기업 대비 기술력과 브랜드 인지 도는 아직 열위이다.
고신뢰성 조명기기 개발을 위한 모 듈·구동회로·조명기기 시스템 신뢰 성 평가 및 고장 분석기술 또한 미약하 다. 국내에는 아직 LED 전용 드라이버 가 개발되지 않았지만 일부 업체에서 드라이버 IC를 개발중이거나 개발 계획 을 수립중이다. 또 감성조명 등 고급 조 명을 위한 색온도 조절에 대한 기존의 연구를 바탕으로 LED 조명용 색 제어 에 대한 연구가 진행되고 있다.
LED의 주요 견인 요인이라고 하면 역시 고유가와 국제적 환경 규제에 따 른 대체 조명의 필요성 증대 및 차세대 성장동력 움직임의 확대이다. 고유가 시대로 에너지 효율이 높은 광원의 필 요성 증가 및 계속되는 국제적 환경 규 제 움직임으로 친환경 제품 개발이 요 구되고 있다. 미국, 일본 등 LED 조명 산업을 국가 전략산업으로 육성하여 집 중 투자하고 있다. 한편 고체 광원을 이 용한 조명산업을 포함해 LCD BLU 광 원, 자동차 전장용 등 응용시장이 확대 할 것으로 예상된다. 여기에 LED 조명 보급을 위한 정부의 지원 의지 표명과 대기업(삼성, LG) 및 중소기업의 LED 조명 산업 진출도 확대되고 있다.
반면 원천 기술력 부재 및 시장 수요 등 산업 기반이 취약하고, 기술 선두업 체들의 연대에 따른 시장 장벽 및 높은 가격과 저조한 시장 보급이 저해 요인 으로 작용하고 있다.
국내 애플리케이션 기업들은 해외 선 진기업의 특허 공세를 회피하기 위해 에피텍시/칩·패키징 등 고가의 핵심 부품을 수입에 의존하고 있는 실정이 다. 또 선진국 대비 핵심 원천기술이 취 약할 뿐 아니라 엔드 서플라이어의 영 세성으로 시장 및 기술 경쟁력이 매우 취약한 실정이다.
이는 원천기술 부족에 따른 국제 특 허 분쟁 소지는 국내 업체의 사업 규모 확대 및 해외 시장 개척에 있어 부담으 로 작용하고 있다. LED/OLED의 등장 으로 조명산업이 첨단 업종으로 변화되 고 있으나, 고전적 제조 산업이라는 사 회적 인식이 여전한 것 또한 사실이다
기술적·경제적 기대효과
LED는 정보통신, 디지털가전, 교통, 자동차, 의료, 조명산업 등 응용분야의 급속한 저변 확대가 예상되는 가운데 광원으로서 월등한 고효율과 장수명, 소형화·박형화, 광제어, 발광 대역 조 정 등의 혁신적 기능을 구현할 것으로 기대된다. LED의 혁신적 기능은 기존 산업 전반에 폭넓게 응용되며 신산업 창출과 함께 한계산업에 획기적인 돌파 구를 제공할 것으로 보인다.
특히 부품·소재 중심의 기술적 경계 에서 벗어나 대한민국의 강점인 요소기 술(IT, 반도체)과의 융복합 기술로의 전 환을 통한, 미래지향적‘LED-IT, BT, NT 융합기술’등을 개발함으로써 원천 기술 확보 및 선진국과의 기술 경쟁력 이 강화될 것이다. LED 산업의 경제적 효과로는, 성장 동력화가 성공적으로 추진되면 산업 생산은 2009년 20억달 러에서 2015년 120억달러로 증가, 일자 리 창출은 2009년 8천 개에서 2015년 4 만 개로 증가할 것으로 보인다.
LED 산업은 조명을 필요로 하는 휴 대가전기기, 자동차, 건축, 의료기기, 디 스플레이 등 산업 전반에 걸쳐 응용되 는 부품산업이다. 차세대 조명용 광원 으로 평가받는 LED는 향후 5년 이내 주택과 사무실의 일반 조명 등을 대체 하기 시작할 것으로 예상된다. IT 강국 인 우리나라는 휴대폰, LCD TV 및 자 동차 등의 꾸준한 수요가 예상되며, 일 반조명 시장이 LED로 대치되면서 생산 은 40% 정도로 증가세를 유지하고, 자 동차 전조등이 LED로 대치되면서 내수 시장이 더욱 커질 것으로 전망된다.
이외에도LED는Pb, Hg등유해물질 을 포함하지 않으며, CO2, NO2, SO2 등 온실효과 배출 가스를 줄일 수 있어 연 간약680만톤의CO2 배출을저감한다.
LED는 에너지절감, 친환경 광원이란 측면에서 국가 경쟁력 제고에 중요한 산업이며 거대 조명시장으로의 진입을 위해 필수적인 차세대 성장동력산업으 로서 다양한 기술적, 경제적 장점으로 인해 거의 모든 산업분야에서 일반 조 명등을 대체할 전망이다
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