LED 조명기술 및 관련 산업 동향

 

LED조명은 타 조명에 비하여 에너지절감의 효과가 크고 친환경적이라는 점 등의

 

다양한 장점을 가지고 있지만, 높은 가격으로 인해 그 이용률이 저조하다는 단점도

 

함께 가지고 있다.

 

이에 지식 경제부는 지난해 LED 산업을 21세기 신 성장동력 산업으로 규정하고

 

국내 LED 기업들을 오는 2012년까지 집중 육성하기로 결정했다.

 

지식 경제부 장관은 올해를 LED 산업의 원년의 해로 삼겠다고 밝혔고, 앞으로의

 

LED 산업 육성을 위한 아낌없는 지원을 약속한바 있다.

 

그 이후로 LED 관련 산업시장은 정부의 지원 속에 크게 탄력을 받아 현재 고속

 

성장을 거듭하고 있으며, LED조명은 앞으로 높은 발전가능성과 시장성이 있는

 

분야로 손꼽혀 집중 육성되고 있다.

 

전 세계적으로 에너지고갈과 환경문제가 사회적 이슈로 대두되고 있는 이 시점

 

에서 에너지절감과 친환경적 요소를 갖추고 있고, 다양한 분야로의 활용까지

 

가능한 LED조명 산업의 현황과 앞으로의 발전 가능성에 대하여 알아보고자 한다.

 

 

 

 

 

조명의 역사와 LED의 발전

 

 

 

 

수백만 년에 걸쳐 보았을 때 인류의 역사에서 가장 위대한 발견은 불이다.

 

인류에 있어서 불은 생활의 변화뿐 아니라 자연광에 의존하던 삶에 빛을 가져다

 

주었다.

 

인간은 두 물체의 마찰로 인하여 물체가 연소할 때 발생하는 불을 이용하여 무서운

 

야생동물로부터 보호받을 수 있었고, 이 밖에도 어둠을 밝히는 조명의 수단으로

 

이용하기도 했다.

 

인류 최초의 조명은 등불이라 할 수 있다.

 

수 세기를 지나오며 만들어진 등기름(쇠기름, 돼지기름, 정어리기름, 피마자기름

 

등)과 초로 인하여 불은 좀 더 많은 공간에서 조명의 역할을 대신해 왔다.

 

그 뒤, 석유와 석탄가스 등의 사용으로 빛과 조명에 대한 변화가 많았으나, 그을음의

 

문제와 가스발생장치, 가스배관시설 등에 경비가 많이 사용된다는 이유로 널리 보급

 

되지는 못했다.

 

1802년 Davy가 탄소에 전류를 흘리면 빛이 발생하는 것을 발견하여, 파리의 콩코드

 

광장에 2,000개의 전지로 탄소아크 가로등을 점등시킨 것이 전등의 역사적 출현

 

이었다.

 

그런데 탄소아크등은 불똥이 튀고 탄소봉이 자주 닳아서 새 것으로 계속 갈아

 

넣어주어야 했으며, 빛도 너무 강해서 눈이 쉽게 피로해진다는 문제점을 갖고

 

있었다.

 

최초로 등장한 백열등은 1879년 에디슨이 면사를 탄화시켜 만든 진공전구였다.

 

그 때의 백열등은 카본 램프로서 카본 필라멘트로 사용하였으나, 카본의 온도가

 

높아지지 않기 때문에 빛의 양도 적었고 수명도 짧았다.

 

에디슨의 백열전구 발명 이후 1894년에는 셀룰로오스를 사용한 탄소 필라멘트가

 

발명돼 백열전구의 수명이 한 차례 길어지게 되었고, 이후 텅스텐 필라멘트 개발로

 

인류는 자연광에 가까운 빛을 얻게 될 수 있었다.

 

이후 자연광에 가까운 빛은 특수한 조명용으로 개발되어 사용되고 있고, 일반적인

 

조명 분야는 형광등, 할로겐램프, 각종 가스램프 등의 여러 가지 종류가 에너지

 

효율적인 방향으로 개발되어 사용되고 있다.

 

그러나 21세기 들어 인류의 조명사용은 필라멘트나 가스를 이용하는 조명에서

 

보다 에너지 효율적이고 제어가 용이한 반도체를 이용한 발광다이오드(LED)조명의

 

사용으로 변화하고 있다.

 

 

 

 

 

LED 기술의 개요

 

 

 

LED조명은 전기를 흘려주면 자체적으로 적색, 녹색, 청색 등의 빛을 내는 LED

 

소자를 하나, 또는 여러 개 묶어서 모듈로 구성해 사용하는 것이다.

 

LED의 발광 원리는 1907년 전압을 가한 반도체에서 빛이 나오는 것이 관측됨에

 

따라 발견하게 되었다.

 

반도체의 전자(e)는 외부 전압에 따라 에너지의 편차가 생기게 되는데, 이 때 높은

 

에너지에서 낮은 에너지로 바뀌는 순간 빛이 발생된다는 원리를 갖고 있다.

 

전자의 에너지 차이가 크면 청색, 작으면 적색, 중간 정도면 녹색의 빛을 낸다.

 

이와 같은 원리를 이용하여 1962년 미국 제너럴일렉트로닉스(GE)가 처음 적색

 

LED를 상용화하기 시작했고, 1993년에는 일본 니치아화학공업의 수지 나카무라

 

박사가 청색 LED를 개발해냈다.

 

이어 니치아가 1997년 청색 LED에 노란색 형광체를 사용해 하얀 빛을 내는 백색

 

LED를 개발하는데 성공했다.

 

LED는 색의 기본요소인 적, 녹, 청에 추가로 백색까지 낼 수 있게 되면서 오늘날

 

총천연색의 빛까지 만들 수 있게 되었다.

 

특히 백색 LED 개발로 인해 LED조명이 전자제품 디스플레이용에서 일반 조명을

 

대신할 수 있는 램프로 확산할 수 있는 계기가 마련되었다.

 

초창기 LED를 활용한 조명제품들은 적색 LED를 사용한 것들이 많았는데, 이는

 

주로 전광판에 많이 사용됐고 교통 신호등, 경관 조명용으로 적용됐었으며, 이후

 

작은 소비 전류 특성으로 인해 에너지 효율이 요구되는 휴대폰과 같은 모바일

 

기기에 적용되었다.

 

또한 적, 녹, 청, 백 LED들은 초창기 휴대폰의 시그널 램프로 사용되다가, 이후엔

 

보다 높은 해상도의 화면의 요구로 인해 휴대폰 LCD창 뒤에서 빛을 밝혀주는

 

백라이트유닛(BLU) 역할로 전환 적용되었다.

 

LED램프는 다른 램프와 비교해 볼 때 빛의 파장대역이 순수하여, 자동차 방향지시

 

등이나 보조 등으로도 적용되었고, 앞으로는 헤드램프까지 적용될 것으로 예상되고

 

있다.

 

이미 LED는 노트북 모니터나 LCD TV 등 일반 디스플레이 가전제품의 BLU로도

 

적용되고 있으며, 기존의 일반 형광등이나 할로겐램프, 백열전구를 대체하는 직접

 

조명제품으로도 상용화되고 있다.

 

또한 기존 조명기기들을 사용할 수 있는 전기소켓에 바로 꽂을 수 있는 LED램프들이

 

국내에 속속 등장하고 있고, 사무실이나 음식점, 백화점 진열장, 가로등용으로 이용

 

되는 제품도 등장하고 있다.

 

이처럼 앞으로는 일반 조명 대체 시장이 LED 산업에서 성장성이 가장 높은 분야가

 

될 것이라 예측된다.

 

특히 LED조명은 일반 백열전구의 5분의 1, 형광등의 3분의 1 수준의 전력만 있으면

 

작동이 가능하기 때문에 에너지 효율성이 좋다는 특징을 갖고 있다.

 

또한 LED조명의 수명은 약 5만 시간으로, 일반 백열등이나 형광등에 비해 10배

 

이상 길기 때문에 현재의 비싼 모듈 생산단가가 현실화된다면 기존 램프에 비해

 

경쟁력을 가질 수 있게 된다.

 

이미 몇몇 기업에서 생산되고 있는 조명용 백색 LED의 경우 밝기 또한 형광등과

 

비슷한 수준에까지 올라와 있으며, 형광등처럼 수은 등의 유해물질이 전혀 사용

 

되지 않기 때문에 친환경적인 제품으로 각광받고 있다.

 

LED램프는 여러 개의 LED소자를 결합해서 하나의 램프를 구성하기 때문에 가격은

 

비싸지만, 앞으로 하나의 LED소자로도 충분한 밝기를 낼 수 있는 고출력 LED제품이

 

등장할 것으로 예상되기 때문에 그 가격은 점차 내려갈 것으로 전망되고 있다.

 

이처럼 LED조명 시장은 오는 2010년 300억 달러 수준에서 2015년 600억 달러,

 

2020년에는 1000억 달러로까지 성장할 것으로 예상되고 있다.

 

 

 

 

 

LED조명의 에너지 효율

 

 

 

 

 

 

LED소자의 경우, 반도체에서 전기 에너지가 빛 에너지로 직접 변환되기 때문에

 

에너지 효율이 좋다.

 

백열전구에서는 인가된 전기 에너지의 총 95%가 적외선 또는 열로 변환되어 손실

 

되는 반면, LED의 경우 전기적 에너지의 85%가 열로 변환되어 손실하는데 이는

 

칩의 결정 결함에서 발생하므로 공정이 개선되면 보다 효율적으로 개선될 수 있는

 

부분이다.

 

LED는 LED소자의 열 특성 면에 있어서도 효율적이지만, 그 패키징에서 효율적인

 

구조를 가진다.

 

LED는 기본적으로 소자의 정면 발광문에 기존 램프에 비해 광 손실을 감소시킬

 

수 있으며, 소자마다 각각의 파장대역이 달라 소자별로 다양한 Color를 발광하고

 

이를 조합하여 여러 가지 색(White, Blue, Red, Green, Amber, Cyan 등)을 직접

 

발광할 수 있기 때문에 필터를 사용하는 램프에 비해 여러 면에서 효율적이다.

 

또한 소자의 패키징 형태에 따라 다양한 광 패턴(Narrow, Wide angle, Special

 

pattern)형성이 가능하다는 특징을 갖고 있다.

 

 

 

 

 

 

 

 

이것은 국내 대표적인 LED 생산업체인 서울반도체의 제공 스펙을 기준으로 LED와

 

기존 광원의 특성을 비교한 표이다.

 

이처럼 최근에 개발된 AC LED의 경우 수명은 3만 시간으로 백열등(1천 시간),

 

할로겐(3천 시간), 형광등(8천 시간) 등 기존 조명에 비해 그 수명이 훨씬 길며,

 

소비 전력도 백열등보다 75%, 형광등보다는 약 40% 줄일 수 있다.

 

최근 AC용 LED소자의 와트당 80루멘(lm) 고효율 신제품이 발표되었는데 이는 기존

 

DC LED 대비 효율이 낮았으나