LED, 미래를 밝히다
빛을 넘어 에너지 솔루션으로 진화하는 LED

LED 조명은 단순히 빛으로서의 역할을 넘어 센서나 네트워크 산업과 결합되면서 동반 성장할 가능성이 클 뿐더러
LED 조명만의 차별화된 영역을 구축할 가능성이 있다.
LED 조명 산업은 조명 제조 산업이라기보다 에너지 솔루션 산업으로서의 성격을 띠게 되고,
이를 지원할 각종 소재/물질/반도체/센서/소프트웨어 등의 업스트림(Upstream) 산업 역시 확대될 것으로 예상할 수 있다.

김혜숙 기자 (eltred@hellot.net)


세계 조명시장 규모는 2012년에는 1,300억 달러 규모의 시장이 형성될 것으로 전망되며, 2015년에는 약 30%의 일반조명 시장을 LED 조명이 침투하여 380억 달러 이상의 시장을 형성하면서 연평균 성장률 32%의 고속 성장을 이룩할 것으로 전망된다.
우리나라 LED 시장은 휴대폰, LCD TV, 자동차 등 전방산업이 발달해 있어 국내 시장이 성숙되어 있고, 2012년 이후 반도체조명 시장이 크게 성장할 것으로 전망되므로 ‘LED 에피/칩/패키지/부품소재’ 산업은 2020년까지 지속적 고속성장이 예견된다.
LED 조명은 다른 산업과 융합되면서 지능형 조명·컨버전스 조명으로 확장, 발전할 것으로 예상된다. 특히 IT 기술 및 에너지 기술과 접목되어 우리 생활에 상상도 못할 변화를 가져올 잠재력을 갖고 있다. 전 세계가, 미래의 빛 LED에 주목하고 있는 이유이기도 하다.
LED 조명은 센서와 네트워크 산업과 결합되면서 동반 성장할 가능성이 있고, LED 조명만의 차별화된 영역을 구축할 가능성이 있다.
LED 조명 산업은 조명 제조 산업이라기보다 에너지 솔루션 산업으로서의 성격을 띠게 되고, 이를 지원할 각종 소재/물질/반도체/센서/소프트웨어 등의 업스트림(Upstream) 산업 역시 확대될 것이다.
또 다른 산업과 컨버전스되면서 LED 조명이 점차 지능형 조명/컨버전스 조명으로 활발하게 확장될 것을 예상해 볼 수 있다. LED 조명이 센서, 네트워크, 스마트그리드 시스템 등과 연결되고 이를 중앙에서 컨트롤하는 조명 제어 시스템 및 소프트웨어가 접목되는 것이다. 상황이나 시간이나 전력 요금에 따라 조명 시스템이 자동적으로 LED 조명을 조절하고, 나아가 외부에서 스마트폰을 통해 가전제품을 제어할 때 스마트폰의 지시가 LED 조명을 통해 가전제품에 전달되는 등의 활동도 진행될 수 있다. 그때는 애플의 앱스토어처럼 조명 제어를 위한 스마트폰의 애플리케이션이나 상황이나 분위기에 맞는 조명 솔루션 프로그램을 다운받아 조명 제어 시스템에 깔아놓고 즐기는 조명 시대가 열릴 것도 기대해 볼 수 있을 것이다.
2006년 이후의 국내 파워 LED 시장에 대한 분석에서도 휴대폰 시장의 포화가 두드러지게 나타나고 있으나, 2006년 이후 LED BLU 시장은 연평균 130% 이상의 성장이 유지되고 있으며, 향후 2015년까지 국내 시장은 중대형 LED BLU 제품이 성장을 주도할 것으로 예상된다.

형광등 이제 LED로 켠다… LED 램프 안전인증 실시

형광등기구(형광등 점등용 전기기구)에는 안정기가 내장되어 있어 기존의 전용 형광등을 꽂아야만 하며, 에너지 절감효과가 있는 LED 램프를 꽂을 경우 호환성 문제가 발생한다.
정부는 이런 문제를 해결하기 위해 기존 형광등을 대체하여 사용할 수 있는 LED 램프에 대하여 안전기준을 신규로 제정하고 자율안전 확인 인증을 실시할 예정이다.
지금까지는 기존의 안정기를 제거하고 컨버터(교류를 직류로 변환하여 LED를 구동하는 기기)를 별도로 설치하는 컨버터 외장형 LED 램프에 대해서만 생산·판매를 허용하였으나, 이번 조치로 기존 형광등기구에 바로 LED 램프를 꽂아 쓸 수 있는 컨버터 내장형 LED 램프(호환형)에 대해서도 생산·판매가 가능하게 되었다. 기존 형광등기구에서 형광등을 직접 대체 사용 가능한 LED 램프에 대한 안전기준은 현재 국제표준에서도 논의 중이며, 2014년경에 제정될 것으로 보인다.
이미 일부 국내 업체들은 안전기준을 강제하지 않는 외국시장에 진출하고 있으며, 이번 조치로 국내 판매도 가능함에 따라 LED 조명의 국제표준화를 선도하고 기술력 향상도 이룰 수 있을 것으로 기대된다.
향후 기술표준원은 램프 베이스가 한쪽에만 있는 단일캡 형광램프를 대체할 수 있는 LED 램프(U자형)에 대해서도 안전성 조사를 실시하고, 위해 요인을 안전기준에 반영하여 생산·판매가 가능하도록 할 예정이다.



지능형 LED 조명시스템 국제표준화

기술표준원은 조명제품과 관련해, 부품에 관한 국제표준을 관장하는 국제전기기술위원회(IEC) 산하 조명 기술위원회(TC 34)에서 램프, 등기구 등 조명과 관련한 국제표준을 다루는 회의로 한국은 LED 국제표준화에 중점적으로 참여하고 있다. 특히 한국이 주도하는 LED 조명 국제표준화는 2009년부터 지속적으로 추진해 현재 LED 램프류(컨버터 외장형) 안전표준과 성능표준 및 관련 부품 6종과 지능형 조명 시스템 국제표준화가 추진 중이다.
지능형 조명시스템은 기존 조명기기에 IT 기술을 융합한 기술로 한국이 2011년도부터 국제표준의 필요성을 지속적으로 제기하였고, 최근 서울에서 열린 회의에서 지능형조명시스템 일반 요구사항을 IEC 국제표준으로 공식 제안한 바 있다.
IEC에도 조명 제어 표준은 있으나 한국이 제안한 지능형 LED 조명은 LED 램프를 인터넷망이나 무선으로 연결하여 사무실, 가정 및 빌딩의 실내·외 환경변화를 센서로 감지하여 밝기나 색상을 조절하는 방식으로 최적화된 조명 환경을 제공한다.

LED 조명의 Unmeasurable Benefit

페이백 기간으로 계산되는 에너지 절약 측면 외에 LED 조명이 소비자에게 줄 수 있는 가치에는 어떤 것이 있을까?

- 차별화된 디자인
기존 조명은 크게 광원(Lamp)과 등기구(Fixture)로 이루어져 있다. 광원은 백열전구, 형광등, 할로겐램프 등을 말하여 등기구는 이러한 광원을 꽂아서 사용하는 외부 기구부이다. 소비자가 인지하는 디자인은 광원이 아닌 등기구의 외관이다.
그런데 등기구의 디자인은 광원에 영향을 받는다. 광원 자체나 소켓(광원과 등기구의 연결부)의 크기와 모양에 맞추어 등기구가 제작된다. 기존 광원들은 진공 기술을 기반으로 하고 있기 때문에 기본적으로 광원과 소켓부의 크기가 크며 모양에도 제한이 많다. 따라서 등기구의 디자인도 상대적으로 제한적이다.
반면 LED는 반도체 기술을 기반으로 하고 있는 점광원(Point Light Source)이기 때문에 크기와 모양에 거의 제한이 없다. 즉, 아주 다양한 크기와 모양의 광원 제작이 가능하며 등기구의 디자인도 훨씬 다양해질 수 있다. 특히 기존 조명처럼 광원과 등기구를 나누지 않고 일체화가 가능하기 때문에 기존 조명에서 불가능했던 디자인들이 LED 조명에서는 가능하다.
이렇게 광원과 등기구가 일체화된 조명을 LED Luminaire라고 부른다. 일반적으로 LED 조명이라고 하면 백열전구나 형광등의 크기와 모양 그대로 제작한 LED Lamp를 떠올린다. 이러한 LED Lamp가 많이 만들어져서 팔리는 이유는 아직까지는 기존 건물에 이미 설치되어 있는 기존 등기구에 광원만을 교체하는 시장이 크기 때문이다. 하지만 신축 건물이나 리모델링 시에는 차별화된 디자인이 가능한 LED Luminaire가 적용될 가능성이 크다.

- 다양한 기능과 편리함
앞에서 설명한 것처럼 LED의 출현은 조명의 디지털화를 의미한다. LED 조명의 광원부는 일반 전자제품처럼 인쇄회로기판(PCB; Printed Circuit Board) 위에 광원 역할을 하는 LED 칩(Chip)뿐만 아니라 여러 가지 다른 기능을 수행할 수 있는 각종 회로 부품을 동시에 붙이는(Mounting) 것이 가능하다.
따라서 IT 기술과 접목하여 광특성 (多色, 연색성, 밝기 등)을 조절하고 센서/통신 등의 연결을 통해 자동 제어 시스템을 구현할 수 있다. 스마트폰에 전용 앱(Application) 하나만 다운받으면 언제 어디서나 집안의 조명을 자유롭게 제어할 수 있다거나 사람의 움직임에 따라 조명의 커짐과 꺼짐, 밝기가 자동적으로 조절된다거나 음식의 종류에 따라 가장 먹음직스럽게 보이도록 조명의 색깔을 바꿀 수 있는 것 등의 예를 생각할 수 있다.

- 감성 조명
인간이 가장 좋아하는 빛은 태양광이다. 조명이 없었던 태초부터 인간에게 가장 밝음을 주었던 빛의 근원이다. 인간에게는 태양광이 가장 자연스러운 빛이며 모든 빛의 기준이 된다. 따라서 조명에서 나오는 빛을 태양광에 가깝게 만들수록 소비자의 만족도는 올라간다. 효율 측면에서는 벌써 사라졌어야만 할 백열전구가 아직도 많이 팔리는 것도 이 때문이다. LED 조명은 향후 기술이 발전한다면 가장 태양광과 유사하게 만들 수 있는 가능성이 있다. 일출, 일몰, 한낮의 시간 변화에 따른 태양빛의 변화를 실내에서 그대로 연출할 수 있으며 색온도(Color Tem-perature)도 2,000K~ 8,000K 범위에서 자유롭게 조절이 가능하다. 또한 RGB(Red, Green, Blue) 조합에 의해 1,670만가지 색의 표현이 가능하다. 소비자는 점점 진화한다. 조명도 단순히 밝음을 제공하는 것을 넘어서서 감정이나 분위기에 맞게 빛의 특성을 실시간 변화시킬 수 있어야 한다. 즉, 감성 조명을 필요로 한다.

- Well-Being
LED 조명의 대표적인 특징 중에 하나는 적외선과 자외선을 방출하지 않는다는 점이다. 백열등이나 할로겐램프의 경우 많은 에너지를 적외선으로 방출하고 형광등의 경우는 자외선을 방출한다.
방출되는 적외선이나 자외선은 의료용 등의 특수한 용도로 사용하는 경우를 제외하곤 인간에게 이롭지 않다. 방출된 적외선의 경우 대개 열에너지로 전환되며 실내 온도 상승의 원인이 된다. 국부적으로 온도가 너무 많이 올라가면 화재를 일으키기도 한다.
할로겐램프를 많이 사용하는 일반 상점이나 백화점에서는 조명으로부터 방출되는 적외선에 의해서 실내 온도가 많이 상승하며 이를 만회하기 위해 에어컨을 더 강하게 틀어야 한다. 즉, 조명이 냉방비 증가의 원인이 될 수도 있다. 자외선은 이미 잘 알려져 있듯이 인간의 피부에 해롭다. 물론 형광등에서 방출되는 양은 인간에게 해롭지 않은 거의 미미한 수준이지만 벌레들은 이를 인지하고 형광등에 모여든다. 게다가 형광등은 수은을 사용한다. 수은은 인간에게 유해한 대표적인 환경 규제 물질이다. 이에 비해 LED조명은 인간 친화적, 자연 친화적 조명이라고 볼 수 있다.

- 장(長) 수명·지향성·내구성
① 장(長)수명
LED는 5만 시간 이상의 수명을 가진다고 알려져 있다. 따라서 신뢰성이 높고 장시간 사용이 가능한 조명을 필요로 하는 경우 램프 교체에 따른 유지비용을 낮출 수 있다. 예를 들면 교회나 성당의 높은 천장 조명, 교통 신호등, 잦은 교체 시 영업에 방해가 되는 상점 조명 등에 효과적이다.
② 지향성(Directional Light)
LED 조명은 직진성이 강하다. 한 방향으로의 빛이 요구되는 실내등이나 간판 같은 경우 기존 조명에 비해 절반의 광속(광원으로부터 나오는 빛의 양)으로도 같은 조도(단위면적당 밝기의 정도)를 얻을 수 있다. 또한 점등을 위한 반응시간도 매우 빨라서 지시등이나 통신용으로 적합하다.
③ 내구성
진공 기술을 사용하는 기존 광원과 달리 LED 광원은 깨지기 쉬운 유리나 유리관을 사용하지 않는다. 에폭시 수지(Epoxy Resin) 등으로 패키징하기 때문에 내구성이 우수하며 안전하다.
비(非)화석 연료를 이용한 에너지 공급을 강화하여 온실 가스를 감축하려던 정책이 글로벌 경제 위기와 일본 원전 사태로 한계에 부딪치고 있다. 각국 정부들은 신재생 에너지에 대한 지원금을 축소하고 있다. 또한 일본과 독일 등의 원전 가동 중단에 따라 화석 연료 사용 증가가 불가피해지고 있다. 따라서 에너지 공급 측면보다 에너지 소비 감축에 대한 국가별 정책이 활성화될 전망이다. 건물, 공장, 가전제품, 자동차 등에 대한 에너지 효율 규제가 더욱 강화될 것으로 예상된다. 이러한 에너지 절약의 중심에 있는 것 중에 하나가 LED 조명이다.
정부에서 LED 조명 확산을 위해 발표한 ‘LED 2060’ 정책에 따르면 오는 2020년까지 국가 전체 LED 조명 보급률을 60%까지 끌어올리기 위해 공공 부문이 앞장서 대형 LED 조명 보급 사업을 추진하고, 민간 부문의 보급 활성화 차원에서 건물과 주택에 LED 조명 사용 의무화를 단계적으로 시행하게 된다.
LED 조명 시장 성장의 가장 큰 걸림돌은 높은 초기 구입 가격이다. 빠른 기술 개발을 통해 기존 조명과 견줄 만한 혁신적인 낮은 가격에 조기에 도달할 수 있도록 기업과 연구소, 학교를 적극적으로 지원함과 동시에 소비자들이 LED 조명에 진정한 가치를 느낄 수 있도록 LED의 숨은 장점들을 적극적으로 알리는 것이 필요해 보인다.

새로운 시장 성장의 견인차, OLED

2010년 TV 시장에서 LCD TV의 비중이 70%를 넘어서면서 새로운 시장 성장의 견인차로 3D TV, 스마트 TV 등이 등장했지만 소비자들에게 큰 어필을 하지 못하고 유럽 재정위기 등을 겪게 되자 성숙기에 들어선 디스플레이 산업에 돌파구가 필요해졌다. OLED는 높은 색재현성과 명암비, 높은 응답 속도와 작은 픽셀 사이즈 등의 장점 외에 스스로 발광하는 성질의 물질로 구현되기 때문에 투명/양면/플렉서블 디스플레이 등 차세대 기기 적용에 유리해 디스플레이 산업 성장 동력으로 주목받아 왔다. 특히 OLED는 부품 및 재료비 비중이 LCD에 비해 낮아 공급자에게 더 많은 부가가치를 제공할 수 있어 현재 디스플레이 산업에서 우위를 차지하고 있는 삼성, LG 등 한국의 디스플레이 업체들은 OLED 산업에서도 우위를 지속하기 위해 상용화 개발을 가속하고 있다. 중장기적인 관점에서 OLED의 성장성은 여전히 긍정적이라는 것이 시장 및 업계의 전망이며, 이에 따라 잠시 유보되고 있는 OLED 패널 업체들의 설비투자는 2013년 하반기부터 재개될 것으로 예상된다. 2013년 OLED 시장의 성장을 위해서는 수율개선, 고해상도 달성, 플렉시블 디스플레이 출시 그리고 OLED TV 양산이라는 과제가 해결되어야 할 것으로 보이며, 이 문제 해결 여부에 따라 시장 성장의 속도가 가늠될 것으로 보인다.



  OLED의 원리와 주목받는 이유

TFT-LCD(Thin Film Transis-tor-Liquid Crystal Display)는 후면의 광원으로부터 발생한 빛이 액정의 변화와 편광판을 통해 빛을 조절하는 방식으로 영상정보를 표시하는 디스플레이 소자이다. 반면 OLED (Organic Light Emitting Diodes)는 전극에 전계를 가하면 양극에서는 정공이 주입·운송되고, 음극에서는 전자가 주입·운송되어 발광층 내에서 재결합하면서 가시광을 발생시켜 영상정보를 표시하는 디스플레이 소자이다.
LCD는 빛을 보내는 백라이트와 빛을 통과시키는 여러가지 부품들로 적층된 구조인 반면, OLED는 전기 신호에 따라 스스로 빛을 발광하는 유기물질이어서 컬러필터, 액정 등이 없는 얇은 박막형 디스플레이의 구현이 가능하다.
OLED는 구동방식에 따라 PMO-LED(Passive Matrix OLED)와 AMOLED (Active Matrix OLED)로 나뉜다.
PM형은 패널 구조가 단순하여 제작이 쉽고 저렴한 반면 전력 효율과 수명면에서 불리해 대면적화가 불가능하며, AM형은 제작이 어렵고 비싸기는 하지만 대면적화가 가능하다.
LCD와 비교할 때 OLED는 높은 색재현성과 명암비, 높은 응답속도와 작은 픽셀 사이즈로 3D 디스플레이에 최적이라는 강점을 가지고 있다.
OLED의 가장 큰 장점은 여러 부품들로 조합된 LCD는 각 부품들의 배열을 위해 전후좌우를 단단한 물체로 고정해야 하는 한계가 있지만, OLED는 빛을 내는 유기물질로만 구성되어 있어 디자인 제약에서 자유롭다는 점이다.
OLED는 외부 요인에 의한 파손에 견딜 수만 있다면 유리보다 유연한 플라스틱이나 얇은 필름 형태, 플렉서블 형태, 투명 형태, 접거나 마는 형태로도 구현이 가능하다는 것이 가장 큰 차이다. LCD 디스플레이 제조업은 다양한 부품의 조립으로 완결이 되는 부품 기반 산업으로서의 특성이 강했지만, OLED 디스플레이는 부품보다는 재료 기반 산업으로 변모된다는 차이도 있다.
LCD 디스플레이 제조 과정에서 필요했던 백라이트 유닛(광원) 등 다양한 부품이 OLED 제조에서는 필요하지 않으며, 공정 특성상 소재 의존도는 더 높아지게 된다.
북미와 유럽, 일본 등 선진 시장의 TV 보급률이 포화되면서 성장 정체에 들어선 데다가 소비자들이 두께 이외에는 LED TV와 LCD TV의 큰 차이를 느끼지 못해 대체 수요 이상의 소비를 이끌어 내지 못했다. 이후 디스플레이 및 세트 업체들은 3D TV, 스마트 TV 등 새로운 사용자 경험을 통해 성장 정체를 돌파하려 했지만 소비자들에게 큰 어필을 하지 못한 상태에서 유럽 재정위기 등을 겪으며 시장 위축에 들어섰다. 3D TV의 경우 영화 아바타의 성공 이후 확대 가능성이 제기됐으나 3D 콘텐츠의 부족으로 시장에서 기대만큼의 관심을 끌지 못하고 있다.
스마트 TV는 대용량 트래픽이 유발되는 문제를 해결하지 못한 상태에서 전자업체와 콘텐츠 사업자, 통신 사업자들의 헤게모니가 정리되지 않아 획기적인 서비스 유형이 제시되지 못하고 있는 상태이다. 이러한 시장 정체 영향으로 2012년 세계 TV 시장은 대수 기준으로는 사상 최초로 -5.4%의 시장 감소를 나타냈다.
더 이상 TV의 크기나 두께, 테두리, 화질 경쟁으로는 성숙기에 들어선 TV 산업의 한계를 돌파하기 어렵다는 현실을 인식한 전자·디스플레이 업계는 디스플레이의 뉴 패러다임을 통해 위기를 돌파하려고 한다. 디스플레이 뉴 패러다임은 기존의 TV, 모니터, 노트북, 휴대폰 등과 같은 기기 형태에서 벗어나, 자동차, 창문, 테이블, 벽 등에 디스플레이가 투사되는 투명 디스플레이를 포함해 구부려지거나 접을 수 있어 휴대성이 높아지는 플렉시블 디스플레이 등으로, 기존에 생각하지 못했던 새로운 제품의 출현을 뜻한다.
이와 같은 디스플레이의 뉴 패러다임을 구현할 수 있는 소재가 OLED라는 점에서 디스플레이 업계는 OLED 개발 및 상용화를 준비해 왔다. OLED는 백라이트가 없고 유기물 형태라 형태상 플렉시블 디스플레이나 투명 디스플레이에 최적이라고 평가받고 있다. 따라서 OLED의 출현은 기존 기기를 업그레이드시키는 기능으로서가 아니라 새로운 전자제품의 출현을 앞당길 수 있는 소재로서 주목받고 있는 것이라 할 수 있다.
OLED는 새로운 디스플레이 제작에 용이하다는 장점 외에도 공급자에게 더 많은 부가가치를 제공한다는 점에서 디스플레이 업체들에게는 매력적이라는 측면도 있다. OLED는 LCD에 비해 부품 비중이 낮기 때문에 전체적으로 재료비 비중이 낮아 영업 레버리지를 높일 수 있다.
현재 중소형 OLED에서 높은 원가 비중을 차지하고 있는 공정설비인 LTPS 기판도 현재 수율 향상 중인 Oxide 기판으로 교체하게 될 경우 원가 개선 효과가 커질 수 있다. 이러한 이유로 현재 디스플레이 산업에서 우위를 차지하고 있는 삼성, LG 등 한국의 디스플레이 업체들은 OLED 산업에서도 우위를 지속하기 위해 상용화 개발을 가속화하고 있다.
특히 높은 투자비용 부담으로 투자여력이 있고 고객 기반이 확실한 선발 업체들만이 OLED 개발을 할 수 있기 때문에 시장점유율이 높고 전자 세트 업체와 연계가 있는 한국 기업들이 유리한 상황이며, 공급자가 제한적이어서 가격 결정력도 높아질 수 있다.
따라서 시장에서 OLED가 대두된 것은 공급자 주도 성격이 강한 디스플레이 산업에서 공급자들이 더 높은 부가가치를 얻기 위해 드라이브를 건 측면이 높다.