밤 거리 반짝이는 네온사인, 아기자기 소품으로 꾸며진 거실 조명등, 자동차 사이드 미러까지. 일상 생활 속 우리는 쉽게 'LED'를 접할 수 있습니다. LED는 전기신호가 가해졌을 때 빛을 발산하는 화합물 반도체 종류 중 하나인데요, 기존 광원에 비해 수명은 길고 소비전력은 낮고 몸에 해로운 물질이 없기 때문에 ‘21세기 광원’으로 불리고 있습니다.
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▲ LED 조명 ⓒ 구글 이미지
'LED'는 스탠드 부터 시작해서 LED전광판, LED전구 등 지금까지도 우리의 삶과 함께 하고 있는데요, 과거 미래성장 동력으로 주목 받았던 LED는 포화된 LED 업계의 과도한 경쟁과 떨어지는 성장가능성으로 인해 현재 극심한 부진을 벗어나지 못하고 있죠. LED산업이 침체위기를 벗어나기 위해 색다른 돌파구로 많은 연구가 진행되고 있는데요. LED 종류 중 시장 점유율은 낮지만 발전 가능성이 큰 IR(적외선)LED가 'LED산업'의 떠오르는 아이템이 되고 있습니다. LED원리부터 미래 LED먹거리 산업까지! 지금부터 블로그기자가 쉽게 설명해드릴께요.
LED의 원리를 알아보자.
일상 생활 속 많이 접하는 단어지만, LED의 정확한 뜻을 모르는 분들이 많은데요, 'LED'는 Light Emitting Diode의 줄임말로써 발광다이오드, 즉 빛을 내는 다이오드(반도체 소자)라고 합니다.
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▲ LED 구조(원리) ⓒ 삼성반도체이야기
그림에서 확인할 수 있듯 'LED'는 P형 반도체와 N형 반도체의 이종접합 구조를 가집니다. 전자(electron)가 많아 음의 부호를 띄는 N형 반도체와 전자의 반대 개념인 정공(hole)이 많아 양의 부호를 띄는 P형 반도체가 얇은 층 형태로 결합되어 있죠. N층의 전자가 P층의 정공과 결합하면서 에너지를 방출하는데, 이 때 에너지는 주로 열이나 빛의 형태로 방출되는데 이때 발산하는 것을 'LED'라고 합니다.
LED 빛을 살펴보면 다양한 발광 색을 확인 할 수 있는데요, n층의 전자와 p층의 정공의 에너지의 차이가 크면 단파장의 (보라)빛을 나타내고, 에너지 차이가 작으면 장파장의 (빨강)빛을 내는 것을 볼 수 있죠.
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▲ 빛의 파장에 따른 에너지 준위 차이 ⓒ 삼성반도체이야기
그래프에서 알 수 있듯이 'LED'는 파장에 따라 3종류로 나뉩니다. 첫번째 '자외선 LED', 두번째 '가시광 LED' 그리고 세번째 '적외선 LED'으로 나타나죠. 빛의 차장에 따라 다른 에너지를 나타나고 활용범위도 다른데요, 3가지 종류 중 시장 점유율은 가장 낮지만 발전 가능성이 가장 큰 'IR LED'의 활용분야를 알아보도록 하겠습니다.
작은 고추가 맵다! 'LED'의 활용분야
LED의 대표 활용분야는 우리가 익히 알고 있는 '자동차'분야 입니다. 그 중 차량용 나이트 비전 시스템에 이용되고 있는데요, 야간 주행 시 운전자에게 편리하게 사용되고 있죠.
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▲ 차량용 나이트비전 시스템 ⓒ 오토트리뷴
나이트 비전 시스템(Night Vision System)은 야간 주행 시 운전자에 개선된 시야를 제공해 주기 위해 적외선 영역을 이용하여 시야를 확보하는 시스템인데요, 근적외선 방식과 원적외선 방식의 두 가지 종류가 있습니다. 근적외선 방식은 적외선 방사기(IR Generator)를 통하여 방사된 적외선이 물체에 도달한 후 반사된 근적외선(파장 : 800~1,000nm)을 카메라를 통하여 감지하고 이를 LCD나 다른 디스플레이 장치를 통하여 운전자에게 표시하는 방법이고요, 원적외선 방식은 물체가 발산하는 열(파장: 1,000nm이상)을 원적외선 카메라를 이용하여 감지하고 이를 LCD나 다른 디스플레이 장치를 통하여 운전자에게 표시하는 방법으로 이용되고 있습니다. 차량 시스템 외에도 적외선 LED는 군사용 나이트비전 시스템 및 차세대 동작인식 센서 등 다양한 분야에 적용되고 있죠.
미래 먹거리 'LED 시장'
이렇게 다양한 분야에 널리 이용되고 있는 'LED'산업은 세계 LED시장의 공급과잉 문제로 LED칩과 패키지 생산량을 늘리며 공급과잉을 유발하는 문제를 낳았는데요, 이는 수요 대비 공급이 넘쳐나 가격이 많이 떨어지면서 관련업체들이 실적악화 되는 악순환을 지속시켰습니다.
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▲ 2016년 전 세계적으로 약 18%의 LED 칩 공급과잉이 예상(자료:IHS)
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다양한 분야에 활용할 수 있는 LED 산업의 악순환을 막고자 'LED'산업에 대한 연구가 지속되고 있는데요, 니치아, 오스람 등 일본과 독일의 주요 기업들은 차세대 시장인 적외선 LED 부문의 개발에 투자하는 모습을 보이며, 적외선 LED 시장이 보안, 헬스케어 등 스마트 기기의 기능 확대에 힘입어 2020년에는 5억달러 이상을 기록할 것으로 예상하고 있습니다. 위 그래프에서 확인 할 수 있듯 'LED'산업은 앞으로도 활용 영역을 다양화하며 5년간 큰 성장률를 기록할 것으로 기대하고 있는데요, 해외에서는 이미 다양한 활용분야에서 LED 산업이 이용되고 있으며, 먹거리 아이템으로 자리매김 하고 있는 것을 확인 할 수 있었습니다.
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한편 2015년 5월, 기초과학연구원 연구진이 '피부 부착형 양자점 LED'을 개발하여 우리나라 LED 산업의 청신호를 알렸는데요, 기초과학연구원(IBS)의 나노입자연구단 연구팀이 개발한 '피부 부착형 양자점 LED'는 자유롭게 휘어지고 늘어나며, 해상도는 가장 높은 양자점 발광다이오드(QLED, Quantum dot light emitting diode) 소자로 어러블 기기 시장의 판도를 바꿀 것으로 기대하였습니다. 이 기술이 상용화 되면 영화에서나 봐왔던 ‘사람 손목 피부 위의 디스플레이’가 현실화 되는 것으로 확인할 수 있죠. 해상도 역시 세계최고 수준인 2,460ppi로 유기발광다이오드(OLED)나 액정화면(LCD)을 사용하는 최신 스마트폰(갤럭시 S6: 577 ppi; G3: 538 ppi; 아이폰 6: 326 ppi)의 4~7배, 고해상도 티브이(HD TV)의 42배나 높은 것으로 확인되었는데요, 넓은 면적에 간단하게 적용할 수 있어 대량생산에도 용이하다고 합니다.
위에서 확인 할 수 있듯 우리나라 LED 연구성과는 지금도 계속되고 앞으로도 확대될 전망인데요, 반짝이는 LED의 빛처럼 해외 시장에도 뒤쳐지지 않을만큼 사회 트렌드에 맞는 다양한 활용분야의 LED 산업을 기대해봅니다.
-미래창조과학부 블로그 기자단 이상건 작성-
첫댓글 아 배꼽사진...안보여요...
엘이디 정보는 잘 보고 갑니다~ 사진이 안뜨네요;;;
아는것이 힘입니다