LED가 새로운 디스플레이 기술로 급부상하고 있다. LCD TV, 노트북 PC, 휴대폰은 물론 옥외광고판, 전광판, 신호등, 자동차용 부품, 일반 조명기기에 이르기까지 LED를 활용할 수 있는 곳이 날로 늘어나고 있기 때문이다. LED 기술의 취약점으로 알려진 빛의 밝기 문제와 높은 가격문제가 해결되면서 본격적인 상용화의 길로 접어들고 있다. 머지않아 우리 생활 곳곳에서 LED기술을 체험할 수 있게 될 것이다.
전자제품의 표시등, 휴대폰의 BLU, LCD TV의 광원, 자동차 계기판과 전조등, 브레이크등, 길거리 광고판, 신호등에 이르기까지 LED가 생활 속으로 들어오고 있다.
전기와 신호를 주면 빛을 내는 화합물 반도체의 일종인 LED(Light Emitting Diode)는 기존 광원에 비해 전력소모가 적고 반영구적으로 사용할 수 있는 장점을 가지고 있다. 백열전구는 전력의 10%만을 빛으로 전환시키는 반면 LED는 90%를 빛으로 변환시키기 때문에 전력소모가 백열전구의 10분의 1 수준이다.
실제로 LED의 수명은 10만 시간 정도. 여기에 환경의 변화 및 물리적인 악조건을 감안해도 4만~5만 시간의 수명을 자랑한다. 이는 기존 전구의 수명인 1,000~4,000시간에 비해 비교할 수 없을 정도의 긴 수명으로 조명기기의 유지보수를 대폭 절감할 수 있는 장점이 있다.
LED가 각광받는 또 다른 이유는 친환경성에 있다. 현재 대부분의 조명이 수은을 사용하는 것과 달리 LED는 수은과 납을 사용하지 않기 때문에 미래 광원으로 급부상할 것으로 보인다. 유럽의 환경규제로 수은과 납의 사용을 제한하고 있는 점을 감안할 때 LED가 기존의 조명을 대체하는 것은 ‘시간문제’라는 것이 전문가들의 의견이다. 실제로 LED가격은 10년마다 10배 이상 떨어지고 있으며 성능은 20배 이상 좋아지고 있어 사용이 날로 늘어나고 있다.
LED는 이러한 기술적인 장점을 가지고 조명시장은 물론 자동차, LCD TV, 휴대폰 백라이트, 광고판, 신호등 등 다양한 분야에서도 응용될 수 있다는 점에서 차세대 광원으로 주목받고 있다.
RGB LED 모두 상용화 풀컬러 구현
LED는 지난 1960년대 초 연구되기 시작해 60년대 후반부터 상용화가 이뤄졌다. LED의 발광원리를 보면 LED 안쪽에 위치한 발광 소자에 전기에너지가 가해지면 발광소자가 전기에너지를 빛으로 변환해 출력하는 것이다.
모든 물질은 원자로 이루어져 있으며 원자 내부에는 핵이 있다. 그 주위를 돌고 있는 전자는 궤도를 형성하면서 회전하는데 궤도가 핵에서 멀어질수록 궤도를 돌고 있는 전자는 많은 에너지를 가지고 있어야만 한다. 낮은 궤도에서 돌고 있던 전자가 외부로부터 에너지를 받으면 높은 궤도로 뛰어 올라가게 되며, 높은 궤도에서 불안하게 머물러 있는 전자는 궤도로 내려갈 때 에너지를 발산한다. 이때 발산되는 에너지를 빛의 형태로 조절하는 것이 바로 LED다.
LED소자는 사용하는 재료의 종류에 따라 전자가 올라갔다 내려가는 준위의 차이가 있으며 이런 준위 차는 곧 만들어내는 에너지의 차이로 이어진다.
결국 같은 빛이라도 낮은 에너지 준위에서 만들어지는 빛은 긴 파장을 가지고 있는 적색으로, 높은 에너지 준위에서 만들어지는 빛은 짧은 파장을 가지고 있어서 청색으로 나타난다. 결국 3원색인 적(R), 녹(G), 청(B) 소자를 조합해 컬러를 구현하는 것이다.
LED 가운데 가장 먼저 상용화된 68년경 갈륨비소(GaAs), 알루미늄비소(AlAs)는 웨이퍼를 사용해 개발한 적색 LED다. 이후 미국의 몬산토가 갈륨비소포스파이드(GaAsP)란 물질의 결정성장법을 특허 출원, 미국을 중심으로 연구 및 실용화가 진행됐다.
GaAs 기판 위에 GaAlAs를 성장한 이종접합 적색 LED가 개발된 이래 80년대 일본을 중심으로 연구가 진행되면서 고휘도 LED인 GaAlAs 재료를 이용한 적색 LED가 상용화됐다.
AlGaAs를 소재로 사용한 녹색 LED는 그동안 1%에 불과한 에너지 변환효율을 기록했던 백열전구보다 높은 수준을 구현하며 각광 받았다. 이후에도 지속적으로 신물질에 대한 연구가 이어져 최근 일본에서는 인듐갈륨알루미늄포스파이드(InGaAlP)와 같은 4원계 조성의 화합물 반도체 박막성장 기술 발달에 따라 백열전구보다 높은 고휘도의 조명효율을 확보한 것으로 알려졌다.
녹색 LED의 경우는 알루미늄포스파이드(AlP)와 갈륨포스파이드(GaP)가 가장 좋지만 AlP는 산화하기 쉬워 GaP를 중심으로 개발이 시도됐다. 그러나 이들 소재로 생산하는 반도체는 간접 천이형 반도체여서 발광효율을 향상시키기 어려워 순녹색의 광원을 얻을 수 없었다. 그러나 인듐갈륨나이트라이드(InGaN)란 새로운 결정체에 대한 박막 성장 기술 개발에 성공하면서 고휘도, 순녹색 LED가 등장하게 됐다.
90년대 들어서는 인듐갈륨알루미늄포스파이드(InGaAlP)란 웨이퍼가 개발됨으로써 초고휘도 적색 및 주황색 LED 상용화의 문을 열었다.
R·G·B 등 LED를 구성하는 3가지 요소 중 가장 늦게 등장한 것이 청색. 청색 LED는 93년경 일본 니치아화학이 인듐갈륨나이트라이드(InGaN)를 소재로 한 고휘도 청색 LED를 내놓으면서 이른바 ‘블루 LED’시대를 열었다.
니치아는 이후 95년 고휘도 녹색 LED까지 개발하면서 저전력 광원을 개발하고자 하는 인류의 오랜 숙원을 풀었다. 이를 계기로 적·녹·청 등 3색 LED가 모두 상용화됨으로써 LED 응용시장의 풀 컬러화를 여는 첫 단추를 꿰었다. 그러나 순수 백색 LED 구현이라는 LED 연구계의 꿈은 남아 있었다.
이어 96년에는 청색 LED에 형광물질을 첨가한 백색 LED가 개발됐으며, 2000년에는 LED의 성능이 기존 주력 광원인 형광등 보다 훨씬 높은 100㏐/W(루멘)를 능가하는 고휘도 적색 LED가 세상에 등장했다.
바야흐로 LED 조명시대가 열린 것이다. 초고속 멀티미디어 서비스 제공을 위한 광전송 소자부품 응용소자로 통신용 LED가 개발되는 등 LED 기술의 영역의 한계가 속속 무너지고 있다.
백색·고휘도로 진화
최근 들어 백색, 고휘도 LED가 출시되면서 LCD BLU와 휴대폰 플래시 시장에서 수요가 큰 폭으로 늘어나고 있으며 이 시장에서 연 28%의 고성장을 이어가고 있다. 백색 LED의 경우 신호등, 자동차 부품, 전광판 등 여러 분야로 급속하게 퍼지고 있다.
아이서플라이에 따르면 휴대폰 BLU용 LED 세계 시장 규모가 2004년에는 11억 9,400만 달러였으며 지난해 13억 2800만 달러로 16%의 성장율을 보였다.
또한 향후 데스크톱, 노트북 PC, LCD TV용 LED 시장도 연평균 28% 성장해 2008년이면 17억 5,000만 달러에 이를 것으로 전망했다. 반면, 휴대폰 키패드 LED 시장은 지난해부터 수요가 주춤한 분위기이다. 이는 무기EL의 등장과 맞물려 상대적으로 시장 수요가 줄어들었기 때문으로 분석된다.
더구나 휴대폰 플래시용 LED는 카메라 폰이 보편화되기 시작한 2003년부터 성장해 카메라 화소수와 비례해 지속적으로 시장규모가 증가하고 있는 추세이다. 이 시장은 2004년 1,200만 달러 규모의 시장을 형성했으며 매년 65%씩 성장해 2008년이 오면 9,000만 달러 규모로 확대될 것으로 보인다.
빛을 내는 반도체, LED - 응용분야
고휘도·친환경으로 비상하는 LED
LED기술이 급격히 발전함에 따라 관련 응용분야가 넓어지고 있다. 지금까지 LED 소자를 모듈화 한 전광판이나 자동차용 조명등시장을 중심으로 성장해왔다면 앞으로는 LCD BLU 광원으로 휴대폰, 신호등, 통신용전송장치, 광계측기 등 광 응용 분야, 조명시장으로까지 발전할 것으로 보인다. 반영구적 수명에 친환경적이라는 장점을 가지고 있음에도 불구하고 그동안 가격이 비싸다는 단점 때문에 일부 시장에만 적용되어 왔던 LED가 관련 기술의 눈부신 발전에 힘입어 다양한 분야로의 발전 가능성을 높여가고 있다.
생활 속으로 파고든 LED
최근 고휘도, 백색LED 개발 등 LED기술이 급진전되면서 그 적용분야도 다양화되고 있다.
지난 2002년에 월드컵 경기의 길거리 응원을 가능하게 했던 것도 광화문 네거리에 설치된 대형 LED 디스플레이가 아니었다면 불가능했을 것이다. LED는 디스플레이 광고판 시장에서는 물론 휴대폰 BLU, LCD TV와 모니터용 BLU용 광원, 교통신호등, 자동차 조명, 일반 조명시장에 이르기까지 다양하게 적용되고 있다. 특히 LED의 친환경성은 수은을 함유하고 있는 LCD BLU용 광원인 CCFL을 대체할만한 적격 기술로 떠오르고 있어 이슈가 되고 있다.
최근 EU에서는 환경에 치명적인 악영향을 주는 수은의 사용량을 규제하고 있는데 LED가 기존의 수은함량이 높은 제품을 생산하고 있는 전자, 디스플레이 메이커들의 고민을 해결해줄 해결사로 부상하고 있다.
BLU용 광원으로의 LED의 채택은 TV시장은 물론, 모니터, 휴대폰 등 LCD를 사용하는 모든 제품에 적용된다는 점에서 어마어마한 시장규모를 가지고 있다. 더욱이 LED 기술의 최종목표인 백색 LED의 구현은 형광등을 대체할 수 있는 유력한 기술로 관련 업계의 뜨거운 관심의 대상이 되고 있다.
세계적인 시장조사업체인 Strategies Unlimited가 최근 발표한 자료에 따르면 세계 고휘도 LED 시장은 약 37억 달러 수준으로, 지난 2002년 18억 달러 수준에서 약 2배 이상 성장한 것으로 나타났다.
각 분야별 시장 점유율은 모바일용 58%, 자동차/수송용 13%, 사인/디스플레이 13%, 간접조명 5% 등으로, 여전히 모바일 분야의 강세가 두드러졌다.
특히, 국내 조명시장은 2조원대에 이르는 거대시장이라는 점을 감안할 때 LED 조명기기의 상용화는 생활을 바꾸는 혁명적인 사건이 될 것으로 보인다.
차세대 LED기술개발은 고효율과 저가의 백색 LED로 LCD TV의 BLU와 조명용 형광등, 자동차용 헤드라이트의 대체품으로 각광 받을 것으로 전망되고 있다.
신소재 개발, 특허도 활발
지난해 특허등록 현황을 보면 LED 분야의 특허가 대다수를 이를 정도로 관련 기술개발열기가 뜨겁다. 지난 2005년 후반 3사분기 전 세계적으로 등록된 유기반도체 기술특허 1,600여건 가운데 82.5%에 해당하는 1,300여건이 LED관련 특허인 것으로 밝혀졌다.
지난해 7월부터 9월까지 유기반도체 기술 분야 특허등록건수는 유럽과 미국은 1,923건, 일본은 1,553건인 것으로 나타났다.
2005년 3사분기에 승인, 발행된 유럽, 미국의 유기 반도체 특허는 732건으로, 전 사분기에 비해 20%, 전년도에 비해 41% 상승했다. 2005년 2/4분기에 발행된 일본 특허는 866건이었으며 전 사분기에 비해 26%, 전년도에 비해 27% 상승했다.
LED 신소재개발도 급속하게 이루어지고 있다. 조명소재업체인 헤파스가 개발한 빛 투과율과 확산성이 뛰어난 LED 조명용 신소재가 대표적이다. 이 제품은 광확산 효과가 뛰어나 LED 소자 사용량을 줄일 수 있으며 가공성과 내충격성이 좋아 LED에 적용하면 최대 1,600만 색상을 구현할 수 있다. 또, 광 투과성과 확산성이 우수하면서도 압출과 성형, 절단이 쉬워 완제품으로 만들때 균열과 파손이 적어 다양하게 응용될 수 있다. 각종 수지와 나노물질로 만든 이 소재는 표면에 미세한 요철을 형성, 광 확산 특성을 증가시켜 LED 광원을 이용한 각종 디스플레이 조명기기, 간판 등 전면소재로 널리 활용될 것으로 보인다.
삼성전기도 지난해 말 소재기술, 무선고주파기술, 광학기술 등 3대 전략기술과 8대 제품군으로 사업구조를 전환하고 단품 위주에서 기술과 시스템모듈 중심의 사업을 전개할 것이라고 발표했다.
또 간접조명이나 자동차 전조등으로 쓰이는 2,500루멘스급 백색조명용 LED 광원모듈기술도 개발됐다. 광주광기술원 LED반도체조명연구사업부 김태훈 박사팀이 개발한 이 기술은 세계 최고 수준의 1캘빈/와트(K/W) 이하의 열 저항과 자동차 전조등으로 사용되는 할로겐 등을 능가하는 루멘스 값을 가진 백색조명용 LED 광원모듈이다. 이 제품은 2,500루멘스로 경관조명, 건축조명, 자동차전조등으로 활용될 것으로 기대된다.
유니모테크놀로지도 한양대학교와 공동으로 차세대 LED소재기술개발을 추진 중이다. 이들이 추진하는 수직형 LED/LD 개발은 기존의 발광다이오드가 사파이어 기판위에 GaN 발광층을 성장시켜 제조한 것과 달리 사파이어를 제거하고 수직으로 전극형성이 가능한 발광다이오드이다.
현재 조명용 LED 관련 시장은 6,000억 원 규모로 추산되며 현재까지 국내기업 가운데 수직형 LED를 생산 판매하는 곳은 없기 때문에 이번 기술 개발로 생산이 실현될 경우 시장에서 큰 수익이 발생할 것으로 기대된다.
응용 1_ LCD BLU 광원
LCD TV 분야에서 경쟁을 벌이고 있는 삼성전자와 LG필립스LCD가 LED를 광원으로 사용하는 LCD TV 출시를 앞 다투고 있다. LCD는 스스로 빛을 발하지 못하기 때문에 BLU(백라이트유닛)가 필수적으로 필요하다. 현재 이 BLU의 광원으로 사용되고 있는 CCFL(냉음극형광램프). CCFL을 LED로 교체하려는 움직임이 올해 하반기부터 본격화되고 있는 것이다. 이유는 CCFL이 수은을 함유하고 있는데 환경규제로 수은이 없는 LED가 대체광원으로 적격이기 때문. 하지만 LED의 가격이 고가라는 단점 때문에 걸림돌이 되고 있다.
최근 들어 가격 문제도 점차 다운되고 있어 LCD BLU용 광원으로 LED가 급부상하고 있다. 전문가들은 이러한 기술적인 문제들은 관련 기술개발추세로 볼 때 향후 1~2년 사이에 해결될 것으로 보고 있다.
삼성전자는 하반기에 LED BLU를 채택한 대형 TV용 패널을 출시할 예정이다. 그동안 일본 소니의 요청으로 LED BLU를 채택한 32인치와 40인치, 46인치 대형 TV패널을 생산해왔던 삼성은 자체 제품을 시장에 내놓겠다는 계획이다. LG필립스도 높은 색 재현율과 최고 1만대 1 명암비의 우수한 영상표현이 가능한 세계최대 크기의 47인치 LCD 패널을 선보일 예정이다. 관련 전문가들은 “그동안 상용화의 걸림돌이 되었던 비싼 가격과 높은 소비전력, 발열문제 등 기술적인 문제들을 개선되고 있어 LED BLU의 채택이 급속하게 확산되고 있는 추세”라고 말한다.
이런 움직임에 따라 TV BLU 시장진출을 서두르고 있는 LED 업체들이 늘어나고 있다. 삼성전기는 LCD TV에 사용되어온 기존 CCFL(냉음극형광램프) 백라이트를 대체할 수 있는 LED BLU의 양산에 들어갔다. 이번에 양산에 들어간 LED BLU는 40인치 이상의 프리미엄급 LCD TV에 먼저 채용될 예정이며 유럽 시장에 우선적으로 상용화될 예정이다.
LG이노텍, 루미마이크로, 알티 등 LED 생산업체들도 TV BLU로 적녹청(RGB) LED개발에 앞장서고 있다. 실제로 적녹청 LED는 백색 LED에 비해 가격이 3분의 1 수준으로 저렴하고 TV용 휘도에 적합한 RGB LED가 적합한 것으로 알려졌다. 또, 백색 LED에 비해 휘도가 다소 떨어지지만 제조가격을 줄일 수 있다는 점에서도 관련 업체들 사이에서 채택이 늘어나고 있다.
LG이노텍은 TV와 모니터용 BLU를 LED로 생산할 계획인 것으로 알려졌다. RGB LED 보다 휘도가 30% 정도 밝은 백색 LED의 경우, 실외에 많이 사용하는 소형휴대단말기에 적합한 반면 RGB LED는 30인치 이상의 120W의 전력 소모량과 300니트의 밝기를 제공하는 TV용으로 적격이라는 것이 이 회사의 판단이다.
루미마이크로에서도 올 초 32인치 RGB LED BLU를 출시했다. 현재 국내 TV 패널업체들과 시제품 검증을 진행하고 있으며 해외시장개척도 추진할 예정이다. 알티전자도 40인치 RGB LED BLU를 출시하여 삼성전자와 성능테스트를 하는 등 관련 시장진출에 나서고 있다.
응용 2_ 노트북, 휴대폰
노트북 모니터와 휴대폰 플래시를 중심으로 LED를 채택한 제품이 늘어나고 있다. 내년부터 LCD TV와 마찬가지로 노트북과 컴퓨터 모니터로 사용되는 LCD의 광원을 LED로 교체하려는 움직임이 본격화 될 예정이다.
특히, 노트북컴퓨터와 데스크톱모니터 시장을 중심으로 LED 탑재가 늘어나고 있는데 LCD TV와 같이 전력소모를 줄여주는 것은 물론 친환경적인 특성으로 채택이 빨라질 것으로 보인다. 또 LED BLU의 가격이 CCFL에 비해 10~20% 높은 수준이 되면 LED가 LCD의 주요 광원이 될 것으로 예측된다.
삼성전자의 관계자는 “LED가 LCD의 핵심 광원이 될 것”이며 “오는 2008년에는 LED와 CCFL의 경쟁이 치열해질 정도로 LED시장이 성장할 것”으로 내다봤다.
한편, 아이서플라이의 시장조사에 따르면 데스크톱과 노트북PC, LCD TV용 LED시장은 연평균 28% 성장해 오는 2008년에는 17억 5,000만 달러의 거대시장을 형성할 것으로 보인다. 또한 휴대폰 BLU용 LED 세계시장규모는 지난 2004년 11억 9,400억달러에서 지난해에는 13억 2,800만 달러를 기록한 것으로 나타났다.
휴대폰 키패드 LED 시장은 수요가 줄어들고 있는 반면 휴대폰 플래시용 LED는 카메라 폰이 보편화되면서 2003년부터 급속하게 성장하고 있다. 특히 카메라의 화소수와 비례하여 LED 사용량이 늘어나고 있다. 지난 2004년 1,200만 달러 규모의 시장을 형성한바 있으며 매년 65%대의 고성장을 구가하고 있다. 오는 2008년에는 9,000만 달러로 확대될 전망이다.
응용 3_ 자동차
자동차 시장은 일반조명시장과 함께 LED의 보편화를 이끄는 중요한 분야라는 점에서 관심이 증폭된다고 관련전문가들은 말한다. 엄청난 수요를 자랑하는 자동차에 LED가 탑재될 경우 파급효과가 크기 때문이다.
최근 고급승용차에만 탑재되던 LED 램프가 준 중형차와 SUV 시장을 중심으로 늘어나고 있다. 현대자동차가 출시한 ‘아반테’의 실내등은 LED이다. 보통 준중형차 실내등이 노란색인데 비해 ‘아반테’는 LED를 이용해 은은한 푸른빛의 실내등을 선보여 인기를 얻고 있다. 현대자동차는 실내등 이외에 브레이크등, 안개등, 방향지시등에 LED 램프를 사용하고 있으며 내년부터는 헤드램프도 LED로 바꿀 방침이다. GM대우자동차의 전략제품인 ‘윈스톰’에 LED 시그널 램프가 내장된 사이드미러가 장착되는 등 국내 최초로 SUV차에도 LED가 장착됐다.
이처럼 자동차 부품으로 LED를 채택하는 경우가 늘어나고 있어 관련 LED 제조업체들의 발걸음도 빨라지고 있다. 국내 최대 LED업체로 알려진 서울반도체는 최근 국내외 자동차 업체들로부터 자동차 광원용 발광다이오드(LED) 승인을 획득함으로써 자동차용 LED시장에 본격적으로 진출했다. 서울반도체는 지난 2004년 8월 현대차와 기아차를 시작으로 2005년 르노삼성자동차, 2006년 상하이GM, 현대차(미국), GM(미국), IPF(일본) 및 Asahi Rise(일본)에 이르는 등 신규 모델의 승인을 취득했다. 현재 서울반도체 LED제품이 양산 적용되는 모델은 현대차가 새롭게 출시하는 아반테와 뉴싼타페를 비롯해 GM의 Chevrolet 등 16개 모델이다. 이 회사의 관계자는 “자동차용 LED 시장의 성공은 신뢰성 있는 제품의 생산능력 여부에 달려있다”며 “품질 승인 획득에만 최소 1년 반에서 2년이 걸리는데다 전 세계적으로 신뢰성을 인정받아 공급하는 회사는 서울반도체를 비롯해 일본의 루미레드(Lumiled)와 니치아(Nichia) 등 몇 개 업체에 불과하다”고 밝혔다.
LG이노텍도 현대자동차 에쿠스 차량의 후미등용 LED를 공급하고 있다. 한편, 자동차용 LED 시장은 지난해 5,200억원의 시장을 형성했으며 기존 광원 대비 뛰어난 LED의 장점인 빠른 반응속도, 장수명, 저전력 및 디자인 때문에 향후 급성장이 예상된다.
특히 자동차 메이커들이 기존 조명을 LED로 급격히 대체하려는 움직임이 빨라지고 있으며 오는 2007년과 2008년에는 헤드램프를 LED로 대체할 계획으로 시장 규모가 급팽창할 것으로 보인다.
응용 4_ 신호등
90년대 중반부터 기존의 신호등을 LED 신호등으로 교체하려는 움직임이 커지고 있다.
신호등은 적, 황, 녹색의 특정 파장대의 빛을 요구하는데 기존에 사용해온 백열전구가 특정파장대의 발광을 위해 착색렌즈를 탑재해야하는데 이로 인한 빛 손실이 55%~90%에 달하여 비효율적이라는 지적에 따라 LED 신호등이 부상하기 시작했다.
또한 정격수명도 4,000시간으로 시스템 효율이 낮고 24시간 지속적인 점등에 따른 에너지소비와 전력소모도 커서 관리에 어려움이 많은 것으로 나타났다.
LED로 교체할 경우 기존 전구식 신호등에 비해 80%의 에너지를 절감할 수 있는 것은 물론 수명이 길어 유지보수에 드는 비용도 획기적으로 줄일 수 있다.
현재 국내 신호등은 80만개 정도. 전체 LED 신호등 시장은 교통신호등이 3,000억원을 포함하여 1조원에 달하는 거대시장이라는 점에서 관심이 집중되고 있다.
응용 5_ 전광판
적녹청(RGB) LED 소자를 탑재한 대형 LED 전광판은 새로운 영상정보전달매체로 자리 잡아가고 있다. 월드컵 응원에 사용되었던 것이 바로 LED 전광판. 이처럼 대형 전광판이나 광고용 디스플레이로 LED가 각광받고 있는 것은 TV 수준에 맞먹는 색상표현과 선명도가 가능하게 되면서 부터이다. 이런 기술적인 진보는 불과 5~6년 사이에 이루어졌다. 천연색 컬러 구현에 필수적인 파란색 LED가 90년대 중반 들어서 실용화되었기 때문이다. 최근에는 기존 옥외용 전광판의 해상도 보다 3배가 높은 30만화소급 해상도를 갖춘 HDTV급 고선명 LED 전광판까지 등장했다.
이런 높은 품질은 임대용 전광판, 빌딩 전체를 휘감는 LED 전광판까지 등장하게 되었으며 지하철역사, 증권사, 은행, 공항, 생산 공장 등 옥내용 전광판으로의 활용도 커지고 있다. 시장규모를 보면, 99년 이후 전광판 시장은 급속한 성장을 보여 2002년에 LED 전광판 세계시장은 약 5,000억원으로 늘어났다.
이 가운데 총천연색 전광판이 80%를 차지하는 것으로 나타났다. 국내 LED 전광판 시장은 약 2,000억원 정도. 2002년 월드컵을 계기로 LED 전광판에 대한 인지도가 높아졌으며 연평균 5~7%대의 성장률을 보이고 있다.
응용 6_ 조명 LED
LED가 조명시장의 패러다임이 바꿔놓고 있다. 관련 전문가들은 LED가 기존의 조명시장을 급속하게 대체할 것이라고 전망하고 있다. LED 조명은 2007년에 백열등을, 2012년에는 형광등을, 2020년에는 모든 조명을 대체하여 시장규모가 연간 수십조에 달하는 황금시장이 될 것이라는 예측이다.
이처럼 LED가 일반조명으로 활용이 가능하게된 것은 기술적으로 밝기 문제가 개선되면서부터이다. 물론 기존의 형광등 보다 가격이 10배나 비싸다는 단점도 점차 개선되고 있다.
때문에 관련업계에서는 LED 조명시장을 향한 행보가 빨라지고 있다. 대진디엠피는 지난 1월 일반조명용 LED인 ‘XLEDs’를 발표하면서 LED 조명 상용화의 물꼬를 텄다. 이 회사가 독자 개발한 조명은 냉각기술을 적용, 열 발생이 거의 없어 광 효율이 높은데다 일반 할로겐램프 보다 수명이 25배 이상이나 길고 전력 소비량은 15~25%에 불과하다.
삼성전기도 조명시장에 출사표를 던졌다. LED조명에 필요한 칩, 패키지, 형광체, 렌즈기술 등을 이미 확보하고 광 효율이 높은 조명용 LED의 양산 라인을 구축했다. 삼성전기는 지난해 한국전자전에서 자체 제작한 LED 조명을 공개해 관심을 모으기도 했다.
국내 최대 LED업체인 서울반도체도 지난해 진출한 조명사업을 본격 가동한 상태이다. 지난해 4%에 머무른 조명시장 관련 매출을 올해 15%까지 끌어올리겠다는 계획을 세우고 있다. 특히, 일반조명 보다 가로등, 터널 조명, 건물외곽 장식용, 손전등 시장을 집중 공략할 방침이다.
우리조명도 신규 사업으로 일반조명 LED사업에 진출했다. 이 회사는 빠르면 올해 하반기부터 일반 조명 LED의 다양한 애플리케이션 라인업 구축을 시작해 내년 하반기에는 의료용 및 자동차용 등 LED의 응용제품에 대한 신규 매출 발생이 기대된다.
산업연구원에 따르면 현재 한국의 기술 경쟁력은 일본의 70% 수준인 것으로 분석하고 있다. 일본 보다 시장진입이 늦은데다 원천 기술의 대부분이 일본 기업에 있기 때문이다. 최근 일본 니치아사에서는 와트당 100루멘을 돌파한 백색 LED를 개발하는 등 LED조명의 상용화를 위한 움직임이 빨라지고 있다.
실제로 백색 LED는 2008~2010년쯤 100ml/W가 가능할 것으로 보았으나 니치아는 2007년까지 150lm/W 소자를 만든다는 로드맵을 세우고 있어 LED조명의 보편화가 더욱 빨라질 것으로 예상된다. 백색 LED는 10년마다 발광효율이 30배씩 증가하는데 반해 가격은 10년마다 10분의 1 수준으로 하락하고 있다.
산업자원부에서도 오는 2015년께에는 LED가 완전히 형광등을 대체할 것으로 전망하고 있다. 이처럼 LED조명의 일반화는 백색 LED기술의 진보와 직결되어 있으며 최근 급격한 성능향상은 LED가 형광등을 대체할 수 있는 가능성을 높여준다는 점에서 의미가 크다.
하지만 현재 백색 LED는 발광효율, 열 방출, 신뢰성 등의 기술 확보를 위해서는 아직도 해결해야 할 문제점을 많이 갖고 있다. 일반적인 LED는 기본적으로 약 0.3×0.3㎟의 크기를 갖고 있으며 이에 따른 단위 칩 당 광속이 작고 제한이 있다. 따라서 높은 루멘을 낼 수 있는 LED의 대면적 및 고전류 구동할 수 있는 칩의 개발이 절실히 필요하다는 것이 관련 전문가들의 지적이다.
이처럼 LED 시장에 대한 가능성이 커지면서 관련 업체들의 움직임이 활발해지고 있지만 국내업체들의 경쟁력이 세계적인 수준에 미치지 못한다는 우려의 목소리도 높다.
하지만 오는 2010년에는 일본과 대등한 기술경쟁력을 확보할 것으로 전망한다.
한편 세계 조명용 광원시장은 약 200억 달러 규모로 오스람, GE, 필립스 등이 70~80%의 시장을 점유하고 있으며 국내 시장규모는 6,000억원으로 80% 이상을 수입에 의존하고 있는 실정이다.