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LED 기술 진보로 활용시장 가속화
진보하는 LED, 빛의 패러다임 바꾼다
빛을 발하는 소자 LED는 지난 20년간 급속한 기술발전을 거듭해왔다. 세계 각국은 다가올 LED조명 시장 선점을 위해 경쟁적으로 LED 기술을 개발하고 있으며, 국내 역시 이를 대비해 기술개발 및 지원에 박차를 가하고 있다.
현재 추산되는 LED 세계시장은 약 37억 달러로, 향후 고휘도 LED 기술발전에 의해 응용시장이 더욱 커져, LED 전체 시장도 확대될 것으로 예상된다. 특히 LED 유력기업인 일본니치아(Nichia)社가 최근 와트 당 100루멘을 돌파한 백색 LED를 개발하고 이의 생산을 본격화 하고 있어, LED조명의 범용화 시기는 더욱 앞당겨질 것으로 전망된다.
글 / 오경림 기자 popo@popsign.co.kr 사진 / 변순재 기자 ph50mm@popsign.co.kr
LED(Light Emitting Diode)는 전류가 흐르면 빛을 방출하는 다이오드의 한 가지로, P형 반도체와 N형 반도체를 붙여놓고 전압을 가해주면 에너지가 방출돼 빛을 발하는 반도체 소자이다. 즉 전자가 가지고 있던 에너지가 빛으로 변환되는 것.
이러한 특성으로 LED는 기존 광원에 비해 소형이며 가볍고, 저전력으로 구동돼 소비전력이 적을 뿐 아니라, 칩 상태에서 수명이 거의 반영구적이다.
처음 LED는 GaAsP 반도체를 이용해 1962년 발명됐으며, 이때는 저휘도의 효율로 적색의 빛을 냈다. 그 후 GaN을 기반으로 한 청색 및 녹색 LED가 생산되면서 LED의 고휘도화가 가능해졌고, 시장 거래는 크게 성장했다. 그리고 적, 녹, 청의 기본색을 조합함으로써 모든 색을 나타낼 수 있게 됐고, 백색 빛도 실현케 되면서 LED는 차세대 광원으로 주목받게 된다.
이러한 기술발전으로 LED 관련 응용시장은 점차 활발해져 전 세계적으로 LED 시장이 형성되었으며, 시장 크기 역시 빠르게 성장하고 있다.
전 세계 LED시장, 성장세 지속
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. 그리고 각 분야별 시장 점유율은 모바일용 58%, 자동차/수송용 13%, 사인/디스플레이 13%, 간접조명 5% 등으로, 여전히 모바일 분야의 강세가 두드러졌다.
또한 LED 주요 기업의 시장점유율은 일본의 니치아社가 세계시장의 절반을 차지할 정도로 강세를 보였으며 니치아(Nichia), 도요다고세(Toyoda Gosei), 오스람(Osram), 루미레드(Lumileds), 크리(Cree)社 등 빅 5가 전체 시장의 85%를 차지해 과점화가 심화되고 있음을 나타냈다. 또한 생산되는 LED의 70%가 아시아에서 소비되고 있음을 보여줬다.
특히 사인/디스플레이 시장은 지난 2002년 16%에서 13%로 시장 점유율은 다소 줄었지만, 전체 시장의 크기가 확대됐다는 점을 볼 때 2억 8800만 달러에서 4억 8100만 달러로 시장이 성장됨을 보였다.
한편 국내 시장의 고휘도 LED 시장은 약 7,280억 원 정도로 추산되며, 세계시장의 18% 이상을 차지할 정도로 큰 시장을 이루고 있다(LEDs magazine, 2005). 국내 LED 시장의 수요 역시 전 세계시장 분포와 마찬가지로 모바일 관련 수요에 집중되어 있지만 각 분야별 사용되는 LED의 60% 이상이 수입품에 의존해 오고 있어, 핵심부품의 국산화가 시급한 것으로 드러났다.
기술 진보에 따른 활용시장 전개
LED는 휘도가 크게 개선되고 색상이 다양해지면서 응용성 역시 크게 증가됐다. LED는 크게 휴대용가전제품 LED, 자동차용 LED, 교통신호등용 LED, 백라이트용 LED, LED전광판, LED조명 등으로 활용되고 있으며, 고휘도화로 LED의 활용 영역은 점차 확대되고 있다. 또한 LED 관련 응용시장 역시 활발하게 성장세를 이어가고 있다.
신호등용 LED 시장
신호등은 적색, 황색, 녹색의 특정 파장대 빛을 필요로 한다. 그동안 사용되어 온 백열전구는 특정 파장대 발광을 위해 착색렌즈가 필연적이었으며, 이로 인해 빛의 손실이 55%(황색)~90%(적색)까지 발생했다. 또한 정격수명이 4000시간으로 시스템효율이 낮고, 24시간 지속적 점등에 따른 대량의 에너지 소비가 발생됐으며, 전력 수요 관리가 어려워 잦은 보수가 이뤄졌다. 따라서 관리비용이 증가되고, 교통장애를 유발하며, 나쁜 시감특성 등의 단점을 가졌다.
그러나 신호등용 LED는 수백 개의 고휘도 LED와 구동회로로 구성돼 발열에 의한 열 손실이 거의 없으며, 특정 파장대의 단색광을 발광해 착색렌즈 사용에 따른 빛 손실이 매우 적다. 또한 전구식의 신호등에 비해 80% 이상 대폭적인 에너지 절약이 가능하다.
이러한 특성으로 LED 신호등은 1990년대 중반 이래 극적인 시장성장을 기록해왔다. 특히 에너지 절감과 도로교통 안전효과를 개선시킬 수 있다는 점에서 선진국의 모든 나라와 일부 국가에서 시범 보급 및 실용화를 확대해 왔다.
국내 같은 경우 1997년 한국에너지기술연구원에서 연구를 통해 LED 신호등 기술이 소개된 이래, 1999년 적색 차량신호등 및 전체 신호등에 대한 도로현장시험과정을 거쳐 한국형 LED 신호등 규격(안) 및 표준시스템이 개발됐으며, 2002년 월드컵 개최도시와 일산, 용인, 성남, 천안시 등 일부 지자체를 중심으로 시범적으로 설치되기 시작했다.
현재 국내 교통신호등은 약 28만 개 정도이며, 신호등 수는 80만개 정도. 전체 LED 신호등 시장은, 교통신호등 총 3000억원 시장을 포함해 LED 안전표지, 철도용 LED 신호등을 합쳐 1조 원 이상을 형성할 것으로 예상되고 있다.
또한 LED 신호등 교체율이 5% 내외로 미미한 수준이지만, 매년 신규로 설치되는 교통신호등이 전체 신호등의 10% 정도로, 당분간 신규 및 교체용 LED 시장이 형성될 것으로 예상된다. 또한 도시화가 확산되고 철도, 공항 등 인프라 확충에 의해 수요가 일어, 어느 정도의 시장 규모 증가는 가능할 것으로 보인다.
LED전광판 시장
1993년 고휘도 청색 LED가 개발되고 1995년에는 녹색 LED가 개발되면서 총천연색 LED가 가능해졌고, 이후 LED 기술발전에 따라 색순도와 시야각의 문제도 개선됐다. 따라서 1999년 이후 전광판 시장은 급속한 성장세를 이어갔으며 이러한 성장세에 따라 2002년 LED전광판 세계시장은 약 5천억 원으로, 이 중 총천연색 전광판이 80%를 차지하게 된다.
한편 약 2000억 원 정도로 추산되고 있는 국내 LED 전광판 시장은 2002년 한일 월드컵을 계기로 전광판에 대한 인지도가 높아져, 연평균 5~8% 수준의 증가세를 이어가고 있다. 그러나 2002년 이후 LED전광판 시장을 큰 폭으로 상승시킬 만한 이벤트가 없었고, 대부분의 대형 전광판 시장이 성숙된 것으로 드러나, 관련 업계는 고속도로 표지판, 공항표지판, 은행, 주식시세판, 지하철 안내판 등에 설치되는 LED전광판 시장으로 눈을 돌렸다. 또한 국내 전광판 업체의 일부는 해외 수출에 주력해 큰 성과를 올려 꾸준히 시장을 개척해 나갔다.
그런데 지난 3월, “도시 중심이나 상업지역에 있는 15층 이상 고층건물의 벽면 전체를 이용한 전면광고를 허용해 도시 경관 조성과 LED(발광다이오드) 등 관련 산업의 투자 활성화를 유도한다”는 내용을 담은 ‘옥외광고 규제합리화 방안’이 확정·발표됨으로 LED전광판 업계에 호재가 되고 있다. 특히 최근 신흥시장과 쇼핑몰을 중심으로 LED전광판에 대한 수요가 일고 있어 이와 관련한 신흥 시장이 새로운 수요처로 떠오를 전망이며, 관련 업계는 건물 외벽 광고가 허용되면 25~30%의 추가 수요가 나올 것으로 예상하고 있다.
한편 국제적으로 2008 중국 베이징 올림픽과 2010년 상하이 국제박람회가 열릴 예정이어서, 이에 맞추어 큰 폭의 잠재 시장도 형성될 전망이다.
LED조명 시장
1962년 발명된 LED는 종래의 GaAsP, GaP와 같은 LED 반도체재료에서, AlGaAs, AlGaInP, AlInGaN과 같은 재료를 활용함으로 높은 효율의 발광을 낼 수 있게 됐다. 이러한 반도체 성장기술의 발달로 빛의 출력은 급속히 향상됐으며, 마침내 반도체 조명으로 거듭나게 됐다. 무엇보다도 백색 LED가 일반 조명기구로 자리 잡을 수 있다고 예상되는 근거로는 10년마다 발광효율이 30배씩 증가하는데 반해, 칩 가격은 10년마다 10분의 1로 하락하고 있다는 점이다.
특히 최근 일본 니치아(Nichia)社가 와트 당 100루멘을 돌파한 백색 LED를 개발해 눈길을 끈다. 전문가들의 이전 예상으로는 백색 LED가 2008~2010년쯤에나 100ml/W가 가능할 것으로 보았으나 니치아는 2007년까지 150lm/W 소자를 만든다며 자사의 로드맵을 조정하고 나서, 더욱 희망적이다.
또한 LED의 친환경적이란 특성은 LED조명 범용화시기를 앞당길 것으로 전망된다. 유럽의 경우 올해부터 유해물질규제(RoHS)를 본격화하고, 수은이나 납 등을 사용한 제품은 종류와 상관없이 전면 금지한다. 물론 일반 조명제품은 대체물질이 여의치 않아 형광등의 사용규제 시기는 미룬 상태이지만, 이런 상황 속에서 LED는 수은을 사용하지 않는 광원 가운데 가장 현실적 대안으로 인정받고 있다.
그러나 LED조명이 일반조명으로 활용되기에는 많은 문제들이 산적한 것이 사실. 우선 단순히 가격만 비교했을 때 백색 LED는 형광등보다 10배가 더 비싸며, 낮은 운영비와 추가회로가 필요 없는 LED의 장점을 고려한다 하더라도, 여전히 기존 램프보다 여러 배 더 비싸다.
또한 조명제품으로의 응용을 위해서 용도에 맞는 배광을 가질 수 있도록 적절한 렌즈 및 조명기구에 대한 기술개발이 이루어져야 하며, LED의 전기적 특성에 부합하는 절전형의 고효율 구동회로에 대한 기술개발 또한 수행되어야 한다. 특히 LED 전원장치 시스템의 신뢰성 역시 중요하다. LED 칩 자체의 수명은 매우 길지만, 시스템의 측면에서 수명을 결정하는 것은 바로 전원장치의 수명이기 때문이다.
이러한 제한적 문제들을 가졌지만, 전문가들은 LED가 기존 조명시장을 빠른 속도로 대체해갈 것이라고 전망한다. LED조명은 2007년에는 백열등을, 2012년에는 형광등을 대체할 것으로 보고 있으며, 2020년까지는 모든 조명 제품을 대체해, 시장 규모가 연간 수십조 원에 달할 것으로 전망하고 있는 것.
한편 한국의 조명 시장은 2조원(무역위원회 조사자료 2003, 10)으로 추산되며 점차 LED로 대체되어 가고 있는 실정이다. 현재 일부 시장인, 경관조명용 시장에서 제한적으로 LED조명이 적극 사용되고 있으나, 2007년을 전후로 일반 가정용 백열등을 대체하고 2010년 이후 형광등까지 대체해 갈 것으로 예상된다.
특히 이러한 예상이 가능한 것은 최근 업계의 움직임을 통해 읽을 수 있다. 서울반도체는 지난 2004년 교류전원에서 직접 작동하여 변압기가 필요 없는 AC LED를 최초로 개발한데 이어, 올해 파워 LED의 품질을 향상시키는 등 조명사업에 속도를 붙이고 있다. 또한 루멘스는 지난해 선보인 LED조명 ‘Bendito’의 휘도를 높여 새롭게 시장에 제공할 예정이다. 그리고 최근에는 대진디엠피가 일반 전구용 소켓에 직접 사용할 수 있는 ‘XLEDs’를 출시한 바 있으며, 엘이디피아 역시 형광등 소켓에 바로 적용할 수 있는 LED조명을 준비하고 있다.
[출처 : 팝사인]
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