LED, '저탄소 녹색성장'의 핵심 축

'미래의 빛' 발광다이오드(LED)가 정부가 추진하는 '저탄소 녹색성장'의 핵심 축으로 부상하고 있다.

LED가 지닌 다양한 장점이 이산화탄소 등 온실 가스 배출을 줄여 환경을 보호하면서 성장을 꾀한다는 녹색성장 취지와 일맥상통하기 때문이다.


LED는 △저전력 △장수명 △고휘도 △빠른 응답속도 △디자인 자유 △온도 저항력 (온도가 떨어져도 성능이 떨어지지 않는 능력)△다양한 색상 등의 다양한 장점을 지녀 광원계의 '팔방미인'으로 불린다.

전문가들은 '빛이 나는' 모든 제품이 점차 LED로 바뀔 것으로 내다보고 있다. 삼성, LG, 효성 등 대기업이 LED 사업을 집중 육성하고 미국, 일본, 유럽 등 세계 각국 정부가 자국의 LED 산업을 장려하는 것도 이런 이유에서다.

시장조사기관 스트래티지스 언리미티드(Strategies Unlimited)에 따르면 글로벌 LED 시장은 오는 2015년 약 240억 달러를 기록, 지난해 전 세계 D램 시장과 동등한 규모로 성장할 전망이다. 세계 반도체 시장 통계기구인 WSTS에 따르면 D램 시장이 정체를 보여 2013년에 230억달러 내외를 기록할 것으로 예상돼 2015년이면 D램 시장을 넘어설 것이라는 전망이 나오고 있다.


LED, 빛을 내는 화합물반도체

LED는 양(+)과 음(-)의 성질을 가진 2개 이상의 화합물로 구성, 전류를 흘려주면 빛을 발산해 '빛의 반도체'로 불린다.

화합물에 전압을 걸어주면 양과 음이 결합해 열 또는 빛에너지를 발산하는데 이중 빛으로 발산되는 게 LED다.

LED는 조명을 기준으로 '에피(Epi)-팹(Fab)-패키지(PKG)-모듈(Module)-조명(Set)' 등 5가지 공정을 거쳐 만든다.

에피 공정은 유기금속화학증착기(MOCVD)를 이용해 사파이어, 실리콘카바이드(SiC) 등의 기판 위에 화합물 반도체를 성장, 에피 웨이퍼(Wafer)를 제조하는 과정이다. 에피 웨이퍼 상에 P(+), N(-) 전극을 형성하고 칩 크기별로 절단 및 가공하는 게 팹 공정이다.

이렇게 만들어진 칩에 전극과 와이어(Wire)를 연결, 조립 후 수지로 밀봉하는 공정이 패키지다. 에피에서 패키지에 이르는 3단계 공정이 끝나면 하나의 완전한 단일 LED 칩 제품이 탄생한다.

패키지가 끝난 LED 칩 여러 개를 특정 프레임에 배열, 부착하는 과정이 모듈이고 여기에 전원공급장치, 인버터 등을 연결하고 외관을 씌우면 LED 조명이 만들어진다.

LED, 광원계의 '팔방미인'

LED는 '팔방미인'형 광원이다.

우선 백열등, 형광등 같은 기존 등기구 대비 전력 소모가 적다. 전기에너지를 빛으로 전환해주는 비율인 광변환 효율이 백열등 5%, 형광등 40%인데 반해 LED는 최고 90%에 달한다.

전기 소비량은 일반 전구의 약 5분의1이다. 그만큼 이산화탄소(CO2), 이산화질소(NO2), 이산화황(SO2) 같은 온실효과 유발 물질 배출을 줄일 수 있다.

LED는 또 수은(Hg), 납(Pb) 등의 유해물질이 없는 친환경 광원이며 수명이 최대 10만 시간으로 백열등(1000시간)과 형광등(1만 시간) 대비 각각 100배, 10배에 달해 폐기물 처리 걱정을 덜어준다.

휘도(밝기) 역시 LED는 와트(W)당 169루멘(lm)으로 형광등(80루멘) 대비 2배가량 밝다. LED는 이론상으로는 270루멘까지 구현할 수 있는 것으로 알려져 있다.

온도 저항력도 강점이다. 섭씨 25도에서의 LED와 형광등의 휘도를 모두 100으로 볼 때 0도에서의 휘도는 각각 110, 85로 LED 휘도는 향상되고 형광등은 떨어진다. 영하 30도로 가면 LED가 125로 형광등(20) 대비 6배를 넘어선다.

LED는 또 크기가 작아 제품 디자인을 자유자재로 구사할 수 있는 데다 응답속도도 빠르다. 점등과 소등 속도가 백열전구의 200만 배에 달한다. 색재현성이 뛰어나 다양한 색상을 자연광과 유사하게 구현할 수 있고 기존 광원처럼 가스나 필라멘트가 없어 충격에도 강한 것도 강점이다.

2015년 240억 달러 규모.. 지난해 D램 시장과 '동급'

초기 LED 시장은 휴대폰용이 성장을 견인했다. 휴대폰용 시장은 2007년 현재 전체 시장의 37%(17억 달러)를 점유, 최대 시장이었지만 2011년 14억 달러로 5% 위축될 전망이다.

노트북의 LED 채택 비중은 지난해 12%에서 올해 38.4%, 2010년 52%로 급증할 전망이다.

올해와 내년은 TV용 후면광(BLU)이 시장을 주도하고 최대 시장인 LED 조명은 2011년부터 활성화될 것으로 업계는 기대하고 있다.

적용처가 확대되면서 글로벌 LED 시장은 지난해 52억 달러에서 오는 2015년 240억 달러로 성장할 전망이다. 지난해 전 세계 D램 시장과 맞먹는 규모다.

일반 조명 시장은 2008년 말 현재 약 1087억 달러인 가운데 LED 조명이 차지하는 비중은 3% 정도로 집계됐다. 같은 해 백열등과 형광등의 점유율은 각각 62%, 35%.

오는 2015년에는 LED 조명 점유율이 30%로 급증, LED 조명 시장 규모가 지난해 35억 달러에서 463억 달러로 연평균 45% 성장할 전망이다.

LED 조명은 종류에 따라 수십~수백 개의 LED칩을 사용하는 데다 전원장치, 방열장치 등이 필요하기 때문에 순수 광원으로서의 LED 시장 규모보다 LED 조명 시장 규모가 커질 수밖에 없다고 전문가들은 설명한다.

업계 한 전문가는 "LED 조명은 다수의 LED 칩 단품을 사용하고 어플리케이션에 따라 전원장치, 방열장치 등의 구성품을 필요로 한다"며 "순수 광원으로서의 LED 시장보다 LED 조명 시장 규모가 큰 이유이자 LED 조명 시장을 LED 시장과 구분해야 하는 이유"라고 설명했다.

한편 국내 LED 시장은 2007년 4013억원, 2008년 6127억원에서 오는 2015년 약 5조 원 시장을 형성할 것으로 업계는 내다보고 있다.