세계를 휩쓰는 LED조명/현황과 전망은??

[민병직]

세계를 휩쓰는 LED조명, 그 현황과 전망은?

한국조명산업신문

▲ 조명은 높은 에너지 절약효과, 긴 수명, 다양한 컬러 연출이란 장점을 바탕으로 21세기 첨단 미래조명의 주인공으로 떠올랐다.     ©한국조명산업신문

 
세계는 지금 LED조명에 집중하고 있다. 일찌감치 LED램프 개발에 뛰어든 업체들은 램프의 효율을 높이는 경쟁에 몰두 중이다. 조명기구 제조업체들 역시 LED램프를 이용한 조명기구 개발에 여념이 없다. 정부는 정부대로 기존 조명기구들을 LED제품으로 교체하는 데 막대한 비용을 투입하고 있다. 미국과 일본, 중국, 대만은 이미 2010년대에 기존 조명기구의 30~50%를 LED로 대체한다는 계획을 추진 중이다. 우리나라도 LED조명 육성에 나섰다. 이제 거스를 수 없는 세계적인 조명 트렌드가 된 LED조명에 대해서 알아본다.
 
LED조명은 첨단 반도체 기술 필요한 블루 오션
국내 LED조명 2015년엔 15조원 시장으로 성장
에너지 절약, 감성조명 바람타고 급속히 확산 중
 
1879년 10월 21일 밤, 미국 뉴저지주 멘로파크 시(市)에 자리잡은 한 연구실에서 32살의 젊은이가 무명실로 만든 필라멘트를 뚫어져라 바라보고 있었다. 얼마 후 그는 자기도 모르게 탄성을 질렀다. 1500가지의 재료를 이용한 1만번의 실패 끝에 마침내 오래도록 꺼지지 않는 백열 필라멘트를 만드는 데 성공했기 때문이다. 이 젊은이의 이름은 바로 토머스 에디슨. 수명이 불과 몇 시간에 지나지 않는 기존 탄소 필라멘트의 문제점을 개선한 새로운 백열 필라멘트가 탄생하는 순간이었다.   

토마스 에디슨의 백열 필라멘트 전구 발명 이후 120여 년이 흘렀다. 그 사이에 램프(Lamp)도 진화에 진화를 거듭해 왔다. 1938년 미국의 테슬라에 의해 백열전구보다 효율이 좋은 형광램프가 발명돼 실내조명에 일대 혁명을 가져 왔다. 1964년에는 효율이 높은 고압방전램프가 개발되어 도로와 산업현장의 광원으로 각광을 받았다. 1970년대에는 연색성이 뛰어난 할로겐램프가 발명돼 컬러의 재현력을 중요시하는 상업공간 조명에 혁명을 일으켰다. 또 텅스텐 필라멘트 대신에 자기코일 필라멘트를 사용하는 무전극램프도 1970년대 초에 개발돼 전기조명(electric lighting)에서 전자조명(electronic lighting)으로 전환하는 계기를 마련했다. 이렇게 전자조명의 문을 연 무전극램프의 뒤를 이어 개발된 최신 램프가 바로 최근 주목 받는 LED(Light Emiting Diode)램프이다.
 
에너지 효율 좋아 절전용으로 인기
 
LED램프는 백열램프, 형광램프, 고압방전램프, 할로겐램프, 무전극램프와는 매우 다른 특성을 지닌 광원(light source)이다. 백열램프, 형광램프, 고압방전램프, 할로겐램프, 무전극램프 등은 모두 필라멘트를 사용해 빛을 내는 구조로 만들어져 있다. 이런 램프에 사용되는 필라멘트는 텅스텐코일(백열램프, 할로겐램프)에서 자기코일(무전극램프)에 이르기까지 소재나 제작형태 등이 조금씩 다르긴 하지만 필라멘트에 전류를 흐르도록 하고, 여기서 나오는 빛을 광원(light source)으로 사용한다는 발광원리는 모두 같다. 형광램프는 필라멘트에서 나오는 전자가 램프 내부에 든 형광물질과 충돌할 때 나오는 빛을 이용한다는 점에서 열을 이용하는 백열램프와는 구별되지만, 필라멘트를 갖고 있다는 점에서는 동일하다.

그러나 LED램프에는 필라멘트가 없다. 이것은 LED램프가 광(光) 반도체에 전기 에너지를 주입하면 빛 에너지로 바뀌는 원리를 이용하기 때문이다. 전자가 전류를 흘려주는 N반도체와, 정공(hole)이 전류를 흘려주는 P반도체를 전기적으로 접합(junction)시키면, 전자와 정공이 만나면서 빛이 발생한다. 이 때 반도체가 빛을 내는 원리는 높은 곳에 있는 물체가 낮은 곳으로 떨어지는 것으로 비유해서 설명할 수가 있다.

높은 곳에 있는 물체는 높이에 비례하는 위치에너지를 갖고 있다. 물체가 낮은 곳으로 떨어지면 지면에서는 그 위치에너지에 해당하는 만큼의 운동에너지를 갖게 된다. 마찬가지로 반도체에서는 높은 에너지 상태의 전자가 낮은 에너지 상태로 바뀌면서 원래 갖고 있던 에너지를 빛으로 내보낸다. 말하자면 LED램프는 가열된 필라멘트가 내는 빛이 아니라, 반도체의 에너지 상태가 높은 곳에서 낮은 것으로 변화될 때 생기는 빛을 광원으로 사용하는 것이다. 이렇게 전기를 바로 빛으로 전환하기 때문에 LED램프는 효율이 높다. 백열램프의 필라멘트에 전기를 통하면 필라멘트가 섭씨 2000도까지 달궈지면서 열과 함께 빛을 낸다. 이 때 에너지의 90%가 열로 발산되며, 나머지 10%가 빛으로 이용된다. 결국 백열램프의 빛 효율은 10%에 불과한 셈이다.

형광램프는 필라멘트에서 방출된 전자가 램프 내부에 채워진 형광물질(phosphoresce)에 부딪칠 때 나오는 빛을 이용한다. 형광램프의 빛 효율은 약 40~50%로 백열램프보다는 상대적으로 높다. 하지만 아직도 에너지 효율이 충분할 만큼 높다고는 할 수가 없다.
하지만 LED램프는 이론적으로는 전기에너지의 거의 100%를 빛 에너지로 전환시킬 수가 있다. 관련 업계에서는 2010년이면 LED램프의 효율이 약 90%에 이를 것으로 보고 있는 데, 그만큼 에너지 효율이 높은 것이다. 실제로 보는 LED램프의 효율은 백열램프의 10배, 형광램프의 2배 정도이다. 같은 빛을 내기 위해 백열램프의 10분의 1, 형광램프의 2분의 1 정도의 에너지만 있으면 된다는 얘기이다. 
 
1760만 가지 컬러 연출이 장점
수명이 길다는 것도 LED램프의 장점이다. 1900년대 백열램프의 수명은 40시간에 지나지 않았다. 요즘 사용되는 백열램프의 경우, 수명이 많이 늘어났다고는 하지만 1000~1500시간 대에 불과하다. 할로겐램프의 수명도 3000시간대이다. 형광램프는 수명을 2400~1만 시간 정도로 본다. 하지만 LED램프의 경우 수명이 반영구적이다. 초기 LED램프의 수명은 약 3만5000시간 정도였다. 그러나 시간이 흐르면서 수명도 향상돼 6만~10만 시간으로 늘어났다. 그만큼 램프 유지와 보수에 들어가는 비용을 줄일 수 있게 됐다는 이야기다.

그러나 LED램프의 가장 큰 장점은 역시 다양한 빛을 자유자재로 낼 수 있다는 점이다. 기존의 램프들은 색온도(light temperature)에 따라 차이는 있지만 대부분이 단색광(mono light color)을 냈다. 예를 들면 백열램프는 색온도가 3000캘빈도(K) 정도로 따뜻한 느낌이 드는 주황색 빛을 낸다. 색온도가 4000~6000캘빈도(K)인 형광램프는 차가운 느낌의 흰색 빛을 발산한다.
그러나 LED램프는 적색, 청색, 녹색에서 백색에 이르기까지 다양한 빛을 낼 수가 있다. LED램프가 내는 빛의 컬러는 반도체 전자가 뛰어내린 높이, 즉 에너지의 차이로 결정된다. 에너지 차이가 클 경우, 파장이 짧은 빛인 파란색 계통의 빛이 나온다. 에너지 차이가 작을 때에는 파장이 긴 빨간색 계통의 빛이 나오는 것이다. 그러므로 반도체의 전자가 뛰어내리는 높이를 조절하면 발생하는 빛의 파장, 즉 컬러를 바꿀 수가 있는 것이다. 빛의 삼원색인 적색, 청색, 녹색을 모두 합하면 흰색이 된다. 이런 빛의 삼원색 원리를 이용하면 다양한 색을 구현해 내는 것이 가능하다. 이런 원리를 이용한 것이 바로 LED 전광판이다.

그러나 LED램프가 내는 빛은 훨씬 다양하다. 적색, 녹색, 청색의 LED 하나하나가 256가지 컬러를 구현한다. 따라서 3색의 LED를 조합하면 256Ｘ256Ｘ256=1670만 가지의 컬러가 나온다. 이렇게 다양한 컬러를 내는 램프는 LED램프가 유일하다. 그렇기 때문에 LED램프와 LED조명은 다채로운 컬러 연출이 요구되는 장소에서 먼저 사용되었다. 그 대표적인 분야가 건물의 파사드를 비롯한 옥외 경관조명, 사인조명과 같은 곳이다. 이런 곳에 사용된 LED는 전압이 높은 파워LED가 대부분이었다.

램프의 크기가 매우 작다는 점도 조명분야에서 LED램프를 주목하는 이유 가운데 하나이다. LED 칩(chip) 하나의 크기는 가로 0.3mm, 세로 0.3mm, 높이 0.1mm 정도에 불과하다. 1mm 이하인 칩 32개를 조합해서 형광램프 수준의 밝기를 낼 수가 있다. 1mm보다 작은 램프들이 모여서 빛을 내기 때문에 조명기구의 크기나 모양이 얼마든지 작고 다양해질 수가 있다. 그렇기 때문에 LED램프의 등장은 곧 조명기구 디자인의 혁명을 의미한다고 해도 좋을 것이다.
 
LED조명 꾸준히 적용범위 넓혀
 
이처럼 LED램프의 장점은 다양하다. 무엇보다 LED램프에 주목하게 만드는 것은 LED램프가 조명이 추구하는 이상적인 특징을 모두 갖추고 있다는 점이다. 높은 빛 효율, 높은 에너지 절약성, 작은 사이즈, 그리고 다양한 컬러야 말로 그 동안 조명이 찾아 헤맸던 이상적인 광원, 바로 그 자체였던 것이다.

이런 특성 때문에 LED램프의 적용범위는 계속 확대돼 왔다. LED의 기본원리가 처음 정립된 것은 1910년대였다. 그러나 실제로 LED조명의 가능성이 제시된 것은 1962년 당시 미국 GE의 연구원이던 홀로니악(Holonyak) 일리노이대학 석좌교수가 갈륨 비소 포스파이드(GaAsP) 반도체 실험을 하다가 우연히 붉은 빛을 내는 현상을 발견하면서부터이다. 붉은 색 LED는 1969년 처음으로 사용화 되면서 알람시계와 같은 곳에 쓰이기 시작했다.

그러나 LED가 21세기의 빛으로 주목 받게 된 것은 1990년대부터였다. 1993년에 청색 LED가 개발된 데 이어 1995년에는 녹색 LED가 개발됐다. 이에 따라 적, 청, 녹색 3색 LED를 조합시켜서 천연 컬러를 구현하는 것이 가능해졌고, 이어서 백색 LED까지 등장함으로써 미래 첨단 광원인 LED조명의 시대가 활짝 열리게 됐다.   

이런 LED의 진화와 더불어 LED조명의 응용범위도 빠르게 확대돼 왔다. LED램프 도입 초기에는 시계, 전자기기, 기계설비 같은 곳에 사용되었으나 핸드폰 시대가 열리면서 핸드폰의 액정표시와 같이 IT분야로 이용범위가 넓어졌다. 그러다가 LED램프의 광속이 향상되면서 기존의 백열램프나 형광램프, 고압방전램프를 대체할 수 있는 차세대 광원으로 주목 받기 시작했고, 마침내 미래의 조명을 이끌 첨단 광원으로 떠오르게 되었다.

조명분야에서도 LED램프는 빠르게 확산돼 왔다. 맨 처음 LED를 이용한 조명을 시도한 것은 미국의 컬러 키네틱스와 같은 옥외 조명업체들이었다. 컬러 키네틱스는 건물의 파사드를 컬러 연출할 수 있는 LED 바(bar)를 내놓아 옥외 경관조명의 새로운 전기를 마련했다. 또 세계적인 조명기구 디자이너인 잉고 마우러는 2000년도에 열린 프랑크푸르트 국제조명전시회(LIGHT+BUILING 2000)에서 LED램프를 광원으로 이용한 소형 테이블 스탠드를 내놓아 주목을 끌었다.

이런 시도 이후에 LED는 빠르게 확산되기 시작했다. 옥외 경관조명에서는 다양한 파워 LED 조명기구가 등장해 기존의 투광등기구로는 불가능했던 다채로운 컬러 연출로 각광을 받았다. 또 LED 전광판과 사인조명이 개발돼 사인 광고분야에서 LED시대를 열었다.
실내조명 쪽에서도 LED의 확산 속도는 예상을 앞지르고 있다. LED가 실내조명에 처음 적용된 것은 잉고 마우러의 스탠드와 같은 테이블 또는 플로어 스탠드였다. 그러나 다양한 컬러 연출 가능성에 주목하면서 패션샵과 같은 상업공간에 사용되기 시작했다. 이어서 LED 주택용 조명기구가 등장하면서 LED조명은 보편화 단계에 접어들게 되었다.

요즘 LED조명은 주택조명에서 상업조명, 사인조명, 옥외 경관조명, 도로조명, 터널조명, 생활건강조명, LED아트 등 조명의 전 분야로 확산되고 있는 상황이다. 특히 가로등과 보안등, 터널조명 같은 분야가 LED조명의 새로운 영역으로 떠오르고 있다. 또 백색 LED램프가 등장하고 LED램프의 효율이나 수명이 계속 개선되면서 거실등이나 침실등과 같은 주택의 메인 조명(main lighting)으로 사용하기 위한 노력이 꾸준하게 이뤄지고 있다. 
 
미래 조명은 LED조명으로 재편될 것
 
지금까지 백열등기구나 형광등기구를 생산하던 업체들 가운데 상당수가 LED 주택용 조명기구 생산에 돌입했거나 개발에 착수했으며, 가로등을 생산하던 업체들 중 대다수가 LED 개발에 돌입한 실정이다. 경관조명의 경우, 이미 LED조명이 대세를 굳혔으며, 사인조명 분야에서는 정부의 간판정비 사업에 힘입어 기존의 형광램프용 간판을 LED 간판으로 교체하는 작업이 활발하게 추진되면서 많은 업체들이 LED조명에 진출하고 있다.

그러나 가장 주목되는 부분은 전기, 전자, IT와 같이 그 동안 조명과는 관련이 없는 것으로 여겨지던 분야의 업체들이 LED조명을 계기로 삼아 속속 조명산업에 뛰어들고 있다는 점이다. 그런 대표적인 업체로는 삼성전기, LG이노텍, KDT, 다노테크 등을 들 수 있다. 이런 업체들의 LED조명 진출은 LED조명의 미래나 성장가능성이 매우 높다는 것을 실감하게 만드는 사례들이다.

이런 새로운 업체들의 참여 못지 않게 기존 조명업체들의 LED조명 사업 진출도 활발하다. 오스람, GE, 필립스 같은 글로벌 기업들은 이미 LED조명 사업에 뛰어들었고, 금호전기나 필룩스 같은 조명 선도기업들도 LED조명 사업을 시작했다. 여기에 중견 조명업체나 중소 규모 업체까지 가세하면서 LED조명은 빠르게 저변을 넓혀 가고 있다.

그러나 LED조명과 관련해서 가장 눈여겨 보아야 할 부분은 국가 차원의 LED조명 발전정책이다. LED는 에너지 절감 효과가 매우 높을 뿐만 아니라, 생산과정에서 납과 같은 환경오염물질이 들어가지 않는다. 각국 정부는 바로 이런 LED조명의 특성에 주목하고 LED조명을 보급, 확산시킨다는 정책을 적극 추진 중이다. 미국이나 EU, 호주 등은 2~3년 내에 효율이 낮은 백열램프를 퇴출시킨다는 계획을 추진 중이며, 그 과정에서 전체 조명의 30% 정도를 LED조명으로 대체한다는 목표를 세워 추진 중에 있다.

기존의 조명을 빛 전환 효율이 높은 LED조명으로 교체하면 기존 조명 대비 최고 90%까지 에너지 절감이 가능하고, 기존 조명의 30%를 LED로 대체할 경우 연간 1조6000억원, 원자력발전소 2기 분에 해당하는 전력을 절감할 수가 있기 때문이다.

또 무수은, 장수명, 높은 안전성을 지닌 LED조명은 환경규제나 기후변화협약 등에 대응할 수 있는 미래 신 환경산업이다. 그런 만큼 LED조명의 사용이 확대되면 자연스럽게 환경규제와 기후변화 협약이란 장애물을 극복할 수가 있다. 이렇게 보면 정부로서는 LED조명이야말로 일석삼조, 일석사조의 효과를 노리기에 가장 적합한 아이템이다.
 
각국 정부 LED조명 육성에 전력투구
 
그렇기 때문에 각국 정부에서는 전략적 차원에서 LED조명을 육성, 발전시키기 위한 정책을 펴고 있다. LED분야에서 가장 앞서 가는 일본은 ‘21세기 광 프로젝트’와 ‘의료혁신 지적창성 클러스터’ 사업을 추진 중이다. 미국은 ‘Next Generation Lighting Initiative’(Vision 2020) 계획을 세우고 2020년까지 200lm/W LED램프를 개발하고, 조명시장의 50%를 LED조명으로 전환한다는 목표를 추진 중이다. 중국은 5개 지역에 ‘국가 반도체조명 산업화 기지’를 지정해서 운영 중이고, 이미 LED가로등의 규격을 마련해 가로등을 LED 기구로 바꿔나가고 있는 실정이다. 대만의 경우 ‘차세대 광원 프로젝트’의 3단계를 실시 중에 있다.

우리나라도 LED조명 육성에 박차를 가하고 있다. 2006년 10월 산업자원부 디지털융합산업팀에서는 ‘조명산업 발전전략’을 수립해서 2015년까지 세계 7대 조명산업 기술 강국을 실현한다는 목표를 제시했다. 이 조명산업 발전전략 가운데 핵심이 바로 LED조명의 육성이다.
산업자원부에서는 미래 조명산업의 주요 트렌드는 ‘보다 적은 에너지로 보다 밝은 빛을 구현하는 것’이라 전망하고, 교체가 불필요한 반영구적인 조명, 납과 수은이 없는 친환경 조명, 다양한 색감과 분위기 연출이 가능한 인간 친화적 감성조명을 실현하는 방향으로 조명산업이 전개될 것이라고 예측했다. 그리고 이런 트렌드를 만족시키는 조명의 신기술, 신광원이 바로 LED라는 전제 아래 2015년에는 형광등이 거의 사라지고 LED조명 등 새로운 고효율, 친환경적인 조명으로 대체될 것이라고 예상했다. 이어서 산업자원부는 2015년까지 기존 조명의 30%를 LED로 대체한다는 ‘1530계획’을 내놓았다.

한편, 산업자원부 미래생활산업본부는 지난 12월 7일 ‘차세대 LED조명산업 발전방향’ 추진계획을 제시했다. 산업자원부는 조명산업의 트렌드는 백열램프, 형광램프, 방전램프에서 LED 및 반도체조명으로 전환될 것이며, 2015년 LED조명은 전체 조명시장의 30%를 차지하는 규모로 성장할 것이라고 내다 봤다. 이러한 변화에 부응하기 위해 2012년까지 160lm/W의 LED 칩을 개발하고, 고효율 LED조명의 보급을 지원하며, LED 및 신조명의 사회적 수요 기반을 조성한다는 목표를 제시했다.
 
LED 조명 시장규모는?
2015년 LED조명시장 15조원 될 듯
 
이와 같은 각국 정부의 LED조명 육성 프로젝트에 힘입어 LED조명시장은 빠르게 성장 중이다. 2005년 현재 조명기구와 램프를 포함한 전 세계 조명시장의 규모는 약 970억 달러인 것으로 추산된다. 이 가운데 LED조명은 160억 달러 정도로, 전체 조명시장의 16%가 약간 넘는 규모를 차지하고 있다. 그러나 휴대폰, 일반조명, 자동차전조등, 도로 및 가로등, LCD TV용 BLU 등 각 분야에 걸쳐서 LED조명은 높은 성장세를 나타내고 있다. 실제로 일반조명용 LED의 경우 2010년까지 연 평균 52% 정도씩 성장할 것으로 예상된다. 이런 성장세를 감안하면 2015년 경에는 약 1000억 달러(LCD 및 BLU 포함)의 시장을 형성할 것으로 예측된다.
국내 LED조명시장의 규모 역시 확대일로 중이다. 2005년 현재 국내 조명시장은 약 2조4000억원 정도로 추정된다. 이 가운데 LED조명시장은 약 8000억원 규모로 전체 조명시장의 33% 이상을 차지한다. 그러나 2015년에는 시장 규모가 약 15조원으로 확대될 전망이다.

2006년 현재 국내에서 LED조명에 참여하고 있는 업체는 약 450개 정도로 추산된다. 이 가운데 65%가 수도권에 몰려 있고, 광주에 18.5%, 경상 및 충청권 등지에 16.5%가 산재해 있는 것으로 알려졌다. 그러나 기존의 조명업체 가운데 LED조명에 뛰어드는 업체가 많고, 조명 이외의 사업체를 운영하다가 새로운 고부가가치, 고수익 시장을 찾아서 LED조명에 진출하는 업체들이 속속 나타나는 상황이어서 앞으로 LED조명업체는 더욱 증가할 것으로 보인다.
그럼에도 불구하고 LED조명은 현재 수요가 공급을 초과하는 상황이다. 2006년 관세청 발표에 따르면 국내 LED조명 제품의 수출은 4억2200만 달러인데 비해 수입은 9억 7900만 달러로 5억5700만 달러의 무역수지 적자를 나타내고 있다. 이것을 뒤집어보면 5억5700만 달러 규모의 국산 제품 대체시장이 존재한다는 이야기가 된다. 따라서 국내 LED시장은 무한한 잠재력과 성장가능성을 안고 있다고 봐야 옳다. 특히 기존의 조명과는 달리 LED는 웰빙 바람을 타고 빛 테라피, 컬러 테라피 같은 웰빙조명으로, 또 의료나 생활건강용 조명으로, 노인 인구가 급증하는 실버시대를 맞아 실버주택용 조명으로 얼마든지 영역을 넓혀 나갈 여지가 많다. 그렇기 때문에 LED조명은 국내 조명산업의 신성장 동력이자, 블루 오션(blue ocean)이라고 불리우는 것이다.
 
광속 100lm/W 돼야 기존 조명 대체 가능해
 
하지만 LED조명이 안고 있는 문제점도 적지 않다. 가장 문제가 되는 것은 아직도 충분하지 못한 광속(luminous flux)이다. 그 동안 LED램프가 일반조명용으로 많이 활용되지 못한 이유는 형광램프나 고압방전램프와 같은 기존의 램프에 비해 광속이 낮기 때문이었다.
기존 형광램프의 경우 광속이 대략 70lm/W 선이다. 그러나 지금까지 LED램프는 이런 광속에도 미치지 못했다. 그러나 최근 60lm/W를 넘어서는 것을 기점으로 LED램프의 광속이 빠르게 향상되어 일반조명용 광원으로 주목을 받게 된 것이다. 따라서 광속의 개선은 LED램프나 LED조명의 성장 여부를 판가름하는 결정적인 요인이라고 할 수 있다. 현재 시장에 공급되는 LED램프의 광속은 50~70lm/W 수준에 머물고 있다.

그러나 올해 10월 홍콩에서 열린 ‘홍콩국제조명전시회’에서 일본의 니치아가 100lm/W 제품을 선보인 데다가, 이론적으로는 200lm/W까지도 가능하다는 주장도 나오고 있다. 따라서 예상보다 빨리 100lm/W 제품이 상용화될 가능성이 높은 것으로 보인다. 이럴 경우 LED램프가 백열램프나 형광램프, 고압방전램프를 대체하는 속도는 더욱 빨라질 것이 분명하다.

LED 칩의 수명과 LED 칩을 광원으로 만든 LED조명기구 완성품 사이에 존재하는 제품 수명의 불일치 문제도 LED조명이 해결해야 하는 중요한 문제 가운데 하나이다. LED램프는 수명이 6만~10만 시간이라고 알려져 있다. 애초에 LED램프나 조명이 주목을 받은 것도 뛰어난 에너지 절감 효과와 더불어 긴 수명 때문이었다. 램프의 수명이 10만 시간에 이른다는 것은 하루 8시간 점등하는 것을 기준으로 봤을 때 34.24년을 사용할 수가 있다는 얘기가 된다. 조명용 램프로서는 수명이 거의 영구적인 셈이다.

그러나 이런 LED 칩의 수명은 말 그대로 LED 칩 자체의 수명을 나타내는 데 불과하다고 해야 옳다. LED 칩을 광원으로 사용하는 LED조명기구의 경우 실제 수명은 10만 시간에 이르지 못 하는 것이 현실이다. 이것은 LED램프에 필수적으로 사용되는 컨버터의 수명이 1만~1만5000시간 정도로 LED 칩의 평균수명인 5만~10만 시간보다 짧은 데서 오는 현상이다.
현재 사용 중인 LED램프는 대부분 직류전원(DC)를 사용한다. 그러나 일반적인 전기 시스템은 교류(AC)를 기반으로 한다. 따라서 LED램프를 사용하기 위해서는 교류를 직류로 전환시켜 줘야 한다. 이렇게 교류를 직류로 바꿔주는 장치가 바로 컨버터이다.

문제는 요즘 사용되는 컨버터의 제품 수명이 1만~1만5000시간에 불과하다는 것이다. 따라서 컨버터의 수명이 끝나는 1만~1만5000시간이 되면 LED램프가 꺼지는 현상이 나타나게 된다. 따라서 완성품의 수명을 기준으로 본 LED 조명기구의 수명은 컨버터의 수명인 1만~1만5000시간 정도라고 말해도 결코 틀린 말이 아니다.

이런 문제를 해결하는 방법은 크게 2가지이다. 하나는 컨버터의 수명을 늘리는 길이다. 그러나 컨버터의 수명을 당장 획기적으로 향상시키는 일은 현재의 기술로는 어려움이 있는 것으로 알려졌다.

또 하나의 방법은 문제가 되는 컨버터를 사용하지 않는 길을 찾는 것이다. 컨버터를 사용하지 않게 되면 LED 칩의 수명만큼 LED 조명기구의 수명도 늘어나게 된다. 즉, LED램프의 수명이 곧 LED 조명기구 완성품의 수명이 될 수가 있는 것이다. 그 방안으로 직류를 사용하는 대신 교류를 사용하는 LED램프의 개발이 제시되고 있다. 교류를 사용하는 LED램프는 이미 일부 LED램프 업체에 의해 개발된 상태이다.
 

램프의 광속이 급격하게 저하되는 현상도 LED램프가 해결해야 할 문제점이다. 지금까지 시범 설치된 LED 조명기구의 경우, 설치 초기에는 광속이 높게 나오다가 어느 정도 시간이 흐르면 급격하게 떨어지는 현상이 목격되는 경우가 많았다. 이런 현상은 조명기구가 설치된 장소나 환경, 기후 등이 램프의 성능에 영향을 미쳤기 때문인 것으로 추정된다. 또 회로설계가 잘못 되는 경우에도 이런 현상이 나타날 수 있는 것으로 알려졌다.

그러나 그 원인이 어디에 있든 램프의 광속이 급속하게 저하된다는 것은 문제가 될 수 있다. 일반적으로 기존의 램프는 광속이 초기광속에 비해 80% 이하로 떨어지면 비록 불이 들어온다고 하더라도 램프의 수명은 다한 것으로 본다. 램프의 광속이 80% 수준에 도달하는 것을 램프의 수명으로 보는 이유도 이런 이유에서이다.

그러나 현재 LED램프는 광속이 초기광속에 비해 50%선으로 떨어지는 시점을 기준으로 수명을 계산하는 경우가 흔한 것으로 알려지고 있다. 따라서 LED램프의 수명을 언제까지로 볼 것이냐 하는 점이 숙제로 대두되는 것이다. 만일 기존의 일반조명과 같은 기준을 적용한다면 LED램프의 수명은 지금 우리가 생각하는 5만~10만 시간보다 훨씬 줄어들게 된다.
그러나 LED램프나 LED조명이 시급하게 해결해야 하는 문제는 또 있다. 바로 열 문제이다. LED램프는 기존 램프에 비해 열이 적게 발생하는 것으로 알려졌다. 그러나 LED램프는 실제로 사람들이 생각하는 것보다 많은 열을 발산한다. 그래서 LED램프나 조명기구를 제조할 때 가장 고심을 하는 부분이 열 문제 해결이 되고 있는 것이 업계의 현실이다.

열을 감소시키는 방법으로는 조명기구에 방열판을 설계하는 것이 가장 일반적이다. 일부 업체에서는 열을 강제로 식혀주는 팬(fan)을 부착하기도 한다. 방열시트를 부착시키는 방법도 있다. 그 방법이 어떤 것이 됐든 LED램프에서 발생하는 열을 최소화 시키지 않으면 LED 조명기구에서 발생하는 열이 실내의 온도를 높이게 된다. 이렇게 올라간 실내온도를 낮추기 위해서는 에어컨과 같은 공조시스템을 가동해야 한다. 여기에 들어가는 에너지가 LED램프를 사용함으로써 얻어지는 에너지 절감 양보다 많아지면 사실 LED램프의 장점으로 얘기되는 ‘에너지 절약’이란 의미는 퇴색될 수밖에는 없게 된다. 그런 만큼 어떻게 해서든 열 문제를 해결해야 하는 것이다.
 
높은 가격도 LED조명 보급에 장애
 
기존의 램프에 비해 가격이 높다는 것도 해결해야 하는 과제이다. 현재 LED램프의 가격은 백열램프나 형광램프에 비해서 매우 높은 편이다. 비록 LED램프 도입 초기에 비해 많이 떨어졌다고는 하지만 아직도 기존의 램프에 비해서 LED램프가 가격경쟁력을 갖추었다고는 할 수가 없는 상태이다.
실제로 LED램프의 가격은 백열램프 대비 100배, 형광램프 대비 50배 수준 정도인 것으로 추정된다. 고급 형광램프 수준의 밝기를 내는 LED 조명기구의 가격은 100만원에 가까운 것으로 알려졌다. 미국에서는 60W 전구 수준의 LED가 60달러에 팔리기도 한다. 이렇게 높은 LED램프의 가격은 LED조명기구의 가격을 높이는 요인이 되고 있다. 따라서 LED램프나 LED 조명기구의 가격을 기존의 조명기구 수준으로 떨어뜨리는 것이 시급한 과제가 되지 않을 수 없다.

그러나 LED조명은하이츠(haitz)의 법칙에 따르고 있는 분야이다. 이것은 10년마다 LED 가격은 10분의 1로 떨어지고, 성능은 20배씩 향상된다는 것을 말한다. 그렇기 때문에 머지 않아 LED가 기존의 백열램프나 형광램프에 대한 경쟁력을 갖추게 될 것으로 전망된다. LED 전문가들은 2007년에는 LED램프가 백열램프와, 2010년이면 형광램프와 경쟁할 수 있을 것으로 전망한다. 가격적인 면에서도 최근 1~2년 사이에 LED가격이 절반 수준으로 떨어졌다. 1~2년 뒤엔 또다시 절반 수준으로 떨어질 것으로 예상된다. LED가 기존 램프나 조명을 대체할 가능성이 점점 높아진다는 말이다.
 
기존 램프와 역할 분담하는 스마트조명 돼야
 

▲ 조명의 확산에 따라 LED 조명기구 개발에도 가속도가 붙고 있다. 사진은 LED 램프와 칩이다.     © 한국조명산업신문

 
LED조명은 세계 조명산업이나 조명시장에서 가장 확실한 미래 트렌드로 자리잡았다. 원유 가격이 1배럴 당 100달러를 바라보는 고유가 시대의 개막, 친환경을 추구하는 시대적 조류, 국가 별로 탄소 배출을 규제해야 할 만큼 다급해진 환경 오염, 웰빙과 감성을 중요시하는 21세기적인 분위기, 컬러와 개성적인 연출을 중요시하는 사회 분위기, 조명을 즐기고 활용함으로써 생활의 품질을 높이려는 ‘조명시대’의 개막…. 이런 흐름에 대응할 수 있는 대안이 바로 LED조명이다. 그렇기 때문에 LED조명은 21세기의 조명산업과 조명시장을 주도해 나갈 것이 틀림 없다.

여기서 우리가 다시 짚어봐야 할 것은 기존의 조명과 LED조명의 포지셔닝(positioning)이다. 기존의 조명과 LED조명이 어떻게 역할을 분담하면서 사람들의 삶의 질(quality) 향상에 기여할 것인가가 문제라는 것이다.
비록 LED조명이 시대적 대세이고, 다양한 장점을 갖고 있다고 해도 LED만으로 모든 조명을 해결한다는 것은 불가능하다. 따라서 백열램프, 형광램프, 고압방전램프, 할로겐램프, 무전극램프 등 기존의 광원이 지닌 특성과 장점을 최대한 적절하게 활용하면서 LED조명과 조화를 이루도록 하는 ‘현명한 조명(smart lighting)’을 추구하는 것이 바람직하다.

예를 들어 색온도가 낮은 반면에 따뜻한 광색으로 안온하고 정감 어린 분위기를 연출하는데 적합한 백열램프와 백열 조명기구는 침실의 조명에, 색온도가 높은 형광램프는 사무실과 공장의 조명에, 오랜 시간 동안 계속 점등하기 때문에 램프의 수명이 길고 에너지 절감효과가 뛰어난 램프가 필요한 곳이나, 다양한 컬러 연출로 다이내믹한 조명효과를 내야 하는 곳에는 LED조명을 사용하는 식으로 전체적으로 ‘올바른 공간에 올바른 조명을 올바른 방법으로’ 실현하자는 것이다.

이처럼 다양한 광원과 조명기구를 최대한 유효적절하게 활용해 각각의 공간이 필요로 하는 기능과 심미성, 편리성을 실현하는 조명이야말로 앞으로 우리가 추구해야 할 ‘현명한 조명’이라고 해도 좋을 것이다.      

2007/12/15 [15:38] ⓒ 한국조명산업신문