[논문]우리나라 LED산업의 현황과 전망

유영문

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문제 정의

현재 우리는 조명의 패러다임이 백열전구, 할로겐전구, 형광등으로부터 LED 조명으로 전이하는 역사적 시점 속에 살고 있으며, 2020년경에 완성될 “반도체조명 사회”를 어느 선진국보다도 먼저 우리의 과학 기술력과 산업 경쟁력으로 실현해 내도록 창의적인 노력을 요구받고 있다. 이러한 관점에서 본고에서는 우리나라 LED산업의 태동과 현황, 기술의 발전 방향에 대해 간략히 고찰해 보고자 한다.

성능/효과

LED가 형광등에 대해 경제성을 얻는 시기는 2012년경이 될 것이며, 이 때부터 활발한 대체가 시작되어 2015년경부터 LED가 형광등 대체의 주류를 이루면서 2018년경 포화에 이르기까지 시장이 고속 성장해 나갈 것으로 전망된다. 또한 조선, 수산 등 바다와 관련되는 LED-해양 융합기술, LED식물공장 등과 같은 LED-농생명 융합기술, 지능형 전조등 등 LED-IT 융합기술, UV LED를 이용하는 LED-환경 융합기술과 시장은 지금부터 서서히 싹을 내리면서 2015년부터 시장이 성장하기 시작하여 2020년까지 사이에 고속성장이 이루어질 것으로 전망된다.

후속연구

우리나라도 하루 빨리 180 lm/W 이상의 광소자 성능개발이 필수적이다. LED의 성능을 향상을 위한 향후 기술 개발 방향은 광소자의 각 구조별 기술이 모두 최적화하여 고방열, 고신뢰성, 고양자효율, 고추출효율의 특성을 확보하는 것이다. 그림3은 기술적으로 검토해야하는 과제들을 요약하였다.
이를 위해서는 LED의 특성을 최대한 발휘하게 하는 설계를 통해 에너지절감 효과가 크고, 조명으로써의 갖추어야 할 기본적인 조명 조건을 충분히 만족하며, 고부가가치 인지과학적 기능성을 가진 디지털 조명 시스템이 되어야 한다. 즉, 태양광과 가장 유사한 색온도와 연색성을 가진 디지털 조명을 실현해 인간의 생체리듬, 심리, 생리에 일치하는 편안하고 건강한 조명이 되거나, 인간의 감성에 부합하는 조명이 되어야하며, 원격제어, 건물에너지 관리, active local dimming, 온습도 및 날씨 인지, 화재 및 도난방지, 건강 등 각종 유익한 정보통신 기능 등이 병합된 컨버전스 스마트 조명으로 진화되어야 할 것으로 생각된다.
향후 LED BLU와 조명 분야는 고급기술과 전문 인력, 대량생산 역량 보유 기업을 중심으로 시장이 점유될 점유될 전망이며, 대기업의 협력사로 존재하거나 타 기업이 침해할 수 없는 독자시장을 확보하는 기업만이 중견기업으로 성공할 전망이므로 어느 경우이든 특허기반 독자기술력 확보가 매우 중요한 점이라 생각된다.
향후 LED는 인간을 대상으로 하는 일반조명을 넘어서, 동물과 식물의 생육 촉진과 억제 등을 제어하는 LED시장을 창출하게 될 것이다. 이를 위해서는 대상 생명체의 광반응 연구와 응용목적과 사용 환경에 부합되는 기능과 신뢰성을 확보하는 것이 필수적이다.
5W LED조명기기로 대체하면서도 공장도가는 15,000원 수준으로 제조할 수 있는 양산기술, 저가화 기술이 요구되고 있다. 향후의 트렌드는 interactive 조명, monolithic 조명, 광품질의 제고, 경량화, 특수조명 등의 개발이 될 것으로 전망한다.
그림3은 기술적으로 검토해야하는 과제들을 요약하였다. 현재 기술로부터 180 lm/W 이상의 성능을 얻기 위해서는 기존의 기술 사상을 버리고 새로운 발상의 기술을 탐구해야하며, 다른 분야의 과학기술을 융합하여 새로운 LED기술을 창조하는 것도 중요한 발명에 도달하는 한 방법이 될 것이다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

우리나라 LED 중소·벤처 기업은 시장 경쟁 치열화에 따라 어떤 어려움을 겪게 될 것으로 예상하는가?

LED산업이 활황이고 향후 계속 성장을 지속해 나갈 전망임에도 불구하고 대기업의 LED 주력시장 진출, 업체 난립으로 인한 시장 경쟁 치열화에 따라 중소·벤처 기업에게는 기회와 위기가 동시에 나타나며, 성장 속에서도 경쟁력이 취약한 기업은 퇴출되게 될 전망이다. LED 중소·벤처 기업은 시장 따라잡기 위한 설비투자 압박, LED제품의 고성화와 동시 저가화 압박, 수요자의 LED제품에 대한 고신뢰성 압박, 전문인력과 산업현장 인력 부족, 적절한 부품소재의 수급 부재, 독자생존할 수 있는 틈새시장 발견의 어려움, 대기업과 협업 관계 설정 어려움, 아직 충분히 열리지 않은 시장을 위한 선기술 개발 압박 등의 어려움을 겪게 될 것이다.

180 lm/W 이상의 성능을 가지는 LED를 얻기 위한 향후 기술 개발 방향은?

우리나라도 하루 빨리 180 lm/W 이상의 광소자 성능개발이 필수적이다. LED의 성능을 향상을 위한 향후 기술 개발 방향은 광소자의 각 구조별 기술이 모두 최적화하여 고방열, 고신뢰성, 고양자효율, 고추출효율의 특성을 확보하는 것이다. 그림3은 기술적으로 검토해야하는 과제들을 요약하였다.

니치아는 LED 특허 중 어떤 부분의 강력한 원천특허를 보유하고 있는가?

성능수준 격차가 좀처럼 메워지지 않는 원인은 개발역사가 짧아 LED에 대한 기술적 기반이 부족한 상태에서 약 2만개로 추산되는 해외 LED특허를 회피하면서 제품의 상용화에 급급한 성능향상에 개발의 주력을 두어 왔기 때문에 기초원천기술의 확보와 우수한 전문 인력 양성에 미흡했던 때문이라고 생각된다. 그 반면에 니치아는 30여년의 연구개발 역사와 약 4천건에 이르는 LED 특허를 보유하고 있으면서 (1) 표면요철 구조라는 PSS 원천기술, (2) 저온 GaN 버퍼, (3) 고 ESD 에피, 클래드층 성장, (4) 저 저항 p-GaN, (5) 대각선 전극구조, (6) Droop 최소화되는 활성층 에피, (7) 고 양자·추출의 고효율 에피, (8) 고 신뢰성 에피, 칩 공정, (9) Ce:YAG 형광체, (10) 독자적 MOCVD 장비 기술 등 강력한 원천특허를 보유하고 있어 후발주자의 추격을 어렵게 하며 선구적 연구로 새로운 신기술을 계속 창출하고 있다. 특히 실험실적 연구결과는 이미 2006년에 150 lm/W를, 2009년에는 250 lm/W를 초과하는 효율을 실현했다고 발표한 바 있다.

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