LED조명, 전기요금 걱정 뚝!

[올리버]

횃불로 시작되었던 조명의 역사는 발전을 거듭하며 LED까지 이어졌습니다. LED가 각광을 받는 이유는 이전까지의 어떤 조명보다 가장 적은 에너지를 이용해 빛을 만들어내기 때문이죠. 이런 특성 탓에 LED 산업은 에너지 절약을 위한 미래성장산업으로 인정받으며 기업들이 앞 다투어 관련 기술개발을 위해 노력하고 있습니다. 전류를 통해 빛을 만드는 LED칩은 LED용 사파이어 단결정 소재로 만들어지며 현재 50% 이상(국산화율 44% 2011. 4. 29 매일신문)을 수입에 의존하고 있습니다.

이에 정부의 적극적인 지원에 힘입어 국내 LED용 사파이어 단결정 소재 개발이 본격적으로 진행되고 있습니다. 자, 그럼 선진 기술을 따라잡고 무역역조 현상을 바꿀 중요한 기술로 떠오르고 있는 LED용 사파이어 단결정 소재 사업에 대해 한 번 알아볼까요?

“퇴근 후 집에 도착한 R양. LED 등 아래에서 책을 읽으며 저녁시간의 여유를 즐기고 있다. 집안의 등을 모두 LED로 교체한 뒤 집안은 이전보다 훨씬 밝아졌지만 전기료는 오히려 줄어들었다. LED의 편리함은 이것만이 아니다. 어두운 지하 주차장과 거리의 가로등, 신호등까지 LED를 사용하면서 거리는 더욱 밝아졌고, 최근에는 자동차의 헤드라이트까지 LED로 교체되면서 밤 운전이 훨씬 쉬워졌다.”

이처럼 LED는 세상을 이전보다 훨씬 밝고 안전하며 편리하게 만들어가고 있습니다.

지난 2008년 LED TV가 선풍적인 인기를 끌었습니다. 기존의 LCD TV에 비해 선명도도 뛰어나고 고장률도 줄어들었을 뿐만 아니라 대기전력 소모도 적어 전기요금도 크게 감소했죠. 그러나 가장 큰 특징이자 매력은 믿겨지지 않을 정도로 TV의 두께가 얇아졌다는 것입니다. 발광체를 위한 공간 확보가 필요 없기 때문입니다. 벽걸이용으로도 훌륭합니다. 

LED는 TV뿐만 아니라 디스플레이, 자동차, 가전제품, 조명 등 여러 산업 전반에 응용이 가능합니다. 선진국들도 이미 대규모 개발 프로젝트에 투자하고 있어 국가 간 기술경쟁도 치열한 상태입니다. 국내 또한 신성장동력과 저탄소녹색성장산업으로 많은 기업들이 LED에 높은 관심을 보이고 있죠.

이같이 차세대 광원으로 각광받는 LED의 원료는 바로 사파이어잉곳입니다. 단결정으로 이뤄진 잉곳을 얇게 잘라 웨이퍼를 만드는데, 이 웨이퍼가 LED 칩의 바탕이 되죠. 그러나 우리나라는 LED 수요의 폭발적인 증가에도 불구하고 이 소재를 대부분 수입에 의존해왔습니다. 이러한 현상을 개선하고자 산업통상자원부는 지난 2010년 WPM (World Premier Materials)사업의 하나로 LED용 사파이어 단결정 소재를 선정했습니다.

당시 산업통상자원부 관계자는 “LED TV 및 조명시장이 확대되고 있는 상황에서 LED 산업의 기술 및 시장을 선도할 필요성이 있다”며 “선진 기술력에 비해 격자 정합(lattice match)이 매우 좋고, 경제성을 갖춘 세라믹 소재로서 그 활용도가 높아 WPM사업으로 선정했다.”고 밝혔습니다. 사파이어 단결정 소재의 세계시장 규모는 약 2조 4,000억 원(출처: 2009년 12월 한화증권)에 이릅니다.

LED용 사파이어 단결정 소재 사업에는 사파이어테크놀로지, 한국표준과학연구원, KCC(주), 한솔테크닉스, 서울대학교 산학협력단 등 산학연 총 16개 기관이 사업단으로 참여했습니다. 산업통상자원부는 이 사업에 2018년까지 총 800억 원 규모의 지원을 할 예정입니다. 주관기관은 사파이어 제조 독자공법을 개발한 사파이어테크놀로지이며 2018년까지 무결함 300mm(12인치) 대응 가능한 회수율 50% 이상의 사파이어 잉곳·기판 개발이 목표입니다.

사파이어 잉곳은 공업용 사파이어 덩어리를 말합니다. 이를 얇게 자른 웨이퍼는 아직까지 4인치가 주를 이루고 있죠. 4인치 웨이퍼는 2인치 대비 LED칩 생산효율 증가폭은 6.6% 정도이고, 6인치 웨이퍼로 전환 시 효율은 8.9%까지 오르게 됩니다.

6 또는 8인치 이상의 대구경화가 중요시되는 이유도 바로 이러한 잉곳·웨이퍼의 단위 면적 증가 시 LED 칩 생산효율을 높여 원가경쟁에서 우위를 차지할 수 있기 때문입니다.

이희춘 사파이어테크놀러지 사장은 “현재 사파이어 잉곳 시장은 치열한 원가 싸움을 벌이고 있다.”고 말하고 “따라서 50% 이상을 사용할 수 있는 잉곳 효율을 지닌 300mm 대구경화가 이뤄지면 세계를 선도하는 소재기술이 확보되는 셈”이라고 밝힙니다. 아울러 그는 “이를 통해 TV, 컴퓨터, 스마트폰, 자동차, 미래 조명 등에서 새로운 산업 수요 창출도 기대할 수 있다.”고 주장했습니다.

또한 개발에 성공하면 수입대체 효과와 원가절감 등으로 인해 사파이어 잉곳 세계시장의 30% 점유가 가능해질 것으로 점쳐지고 있습니다. 이로 인한 매출 예상액은 7,200억 원이며 3,000명의 신규 고용인력 창출 효과도 기대할 수 있습니다. / 산업자원부- 경제다반사