LED조명 기술 및 관련 산업 동향
① LED 산업의 발전
② LED 기술과 시장의 요구 - LED 시장 보고서
③ 감성 조명으로서의 LED 발전 가능성
[제공 : 중앙대학교 ITRC 홈네트워크 연구센터]
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 지식경제부는 지난해 LED 산업을 21세기 신성장동력 산업으로 규정하고 국내 LED 기업들을 오는 2012년까지 집중 육성하기로 결정했다. 이윤호 지식경제부 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 고속성장을 거듭하고 있으며, LED조명은 앞으로 높은 발전가능성과 시장성이 있는 분야로 손꼽혀 집중 육성되고 있다. 전 세계적으로 에너지고갈과 환경문제가 사회적 이슈로 대두되고 있는 이 시점에서 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. 수세기를 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 보급되지는 못했다.
1802년 Davy가 탄소에 전류를 흘리면 빛이 발생하는 것을 발견하여, 파리의 콩코드 광장에 2,000개의 전지로 탄소아크 가로등을 점등시킨 것이 전등의 역사적 출현이었다. 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 한차례 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 LED소자를 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 방향지시등이나 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 이용되는 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 사용되지 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 손실되는 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 소바별로 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, 지난해 11월 유럽의 CE나 TUV 인증 등을 통해 그 안정성이 인정을 받게 되었고, 이번 80lm/W 개발로 DC와 거의 대등한 수준으로 기술수준이 향상되어 앞으로의 AC LED의 시장 가능성은 점점 높아지고 있는 추세이다.
우리나라 전체 조명 시장에 LED가 사용될 경우 그 절전효과가 6백억Kwh에 이를 것으로 예상되며, 이는 원자력 발전소 기준으로 연간 6백만 톤의 이산화탄소 배출량을 줄일 수 있는 규모이다. 또한 LED조명은 기존 조명에 포함돼 있는 수은이나 질소, 납 같은 환경유해물질이 없어 친환경적이기도 하다.
기후변화 협약 요약
지구온난화에 대한 과학적 자료들이 증가하여 과거에 비해 환경보존에 대한 범지구적 차원의 노력이 필요하다는 인식이 확산되었고, 이와 더불어 UN의 주관으로 지난 1992년 브라질 리우데자네이루에서 열린 환경회의에서는 ‘기후변화에 관한 UN협약(UNFCCC)’이 채택되어 지난 1994년 3월에 발효되었다. 우리나라는 지난 1993년 12월에 47번째로 가입하였고, 2004년 2월 현재 총 188개국이 가입한 상태이다. 이 협약에서는 차별화된 공동부담 원칙에 따라 가입 당사국을 부속서 국가와 비부속서 국가로 구분해 각기 다른 의무를 부담시키기로 결정하였다.
- 기본내용
- 국가별 대응 방안
온실가스가 대부분 에너지사용의 결과로 인해 발생되므로 에너지사용량을 줄이기 위한 에너지절약 및 이용효율향상이야말로 기후변화를 완화시킬 수 있는 기본적인 방안이라 할 수 있다. 이에 대부분의 선진국들은 기후변화 방지를 위하여 에너지 절약사업과 효율향상 위주로 정책의 틀을 짜고 있으며, 신재생에너지(풍력, 태양에너지 등) 및 저탄소연료 사용의 확대 등에도 관심을 갖고 이를 적극적으로 추진하고 있다.
● EU
EU는 공동대응을 원칙으로 유럽의회 차원에서 공동정책을 구상하고 있다. 기후변화 문제를 지난 1980년대부터 ‘주요지구 환경문제’로 분류하여 유럽이 주도권을 행사해야 한다는 입장을 갖고 있다.
선진국은 5.2%의 온실가스 삭감을 결정하였지만, EU측은 대기 중 온실가스를 안정화시키기 위해서는 50~70% 수준의 삭감이 필요함을 주장하였으며, 현재 ‘유럽의 에너지 2020’정책을 수립하여 6% 이산화탄소 감축계획을 수립하고 있다.
유럽의 자동차제조자협회(ACEA)는 지난해까지 신규 자동차 이산화탄소 배출량을 지난 1990년 대비 25% 감축(140g/km)하고, 앞으로도 2012년까지 신규 자동차 이산화탄소 배출량을 120g/km 이하로 줄이기로 합의하였다.
● 프랑스
프랑스는 총리실 산하로 ‘온실가스 대응 범정부 위원회’를 설치하여 지난 2000년 1월에 ‘기후변화 대응 국가프로그램’을 발표하였다. 또한 제조업체들이 새로운 시장 환경에 적응할 수 있도록 유도하기 위해 탄소세를 도입하였는데, 최대 탄소세액을 500프랑(US$76)/TC로 결정하였다.
● 영국
지난 2000년 3월 ‘기후변화 프로그램(UK Climate Change Program)’을 발표하여 오는 2010년까지 CO2 배출을 20% 감축하겠다는 목표를 갖고 있다. 이를 위해 청정자동차 개발에 820만 달러를 투자하였다.
● 일본
일본은 내각에 ‘지구온난화 대책 추진본부’를 설립하였고, 지난 1998년에는 지구온난화방지대책법을 제정하였다. 일본의 감축 목표는 2008년부터 2012년 동안에 지난 1990년 대비 6%로, 청정 연료 및 신·재생에너지 사용량을 증가시키고 원자력 발전소를 추가로 건설함으로써 이산화탄소 배출 안정화 시키겠다는 것이다.
● 독일
독일의 기후변화 관련 정책은 지난 1990년 6월 연방정부에 의해 설립된 범정부 CO2감축실무반(CO2 Reduction Inter-Ministerial Working Group: IWG)의 주관으로 마련되었다. 독일은 현재 에너지부문에서 전력소비 감소, 석탄소비 감소, 신재생에너지 이용촉진방안과 천연가스 시장의 활성화를 통한 온실가스의 감축을 추진하고 있다.
● 미국
미국은 지난 2001년 3월 기후변화에 대한 과학적 불확실성과 개도국 불참 및 자국 경제에 미치는 파급영향 등을 이유로 교토의정서 비준을 거부했다. 그러다가 지난 2003년 3월 별도기준(온실가스 집약도 방식)에 의한 18% 감축계획을 발표하고 현재 에너지부, 환경청 등 관련부처를 중심으로 하여 지속적인 경제성장을 보장하며 기후변화에 대응할 수 있는 대책을 추진하고 있다.
● 호주
호주는 개도국들의 감축의무 참여, 국가경제 고려 등의 이유를 들어 미국에 동조하며 교토의정서 비준을 거부하였다.
● 한국
한국은 현재 온실가스 감축의무 부담이 없는 상황에서 범국가적 추진체계를 구축하고 제 1, 2, 3차 종합대책을 수립하여 분야별로 실천계획을 내실 있게 추진하고 있다.
교토 의정서 요약
- 기본 취지
기후변화협약의 내용은 전 세계 국가들이 지구기후변화 방지를 위한 노력을 하겠다는 것이고, ‘교토의정서’란 이 협약의 내용을 이행하기 위하여 누가, 얼마만큼, 어떻게 줄이는가에 대한 문제를 결정한 것이다.
교토의정서는 지난 1998년 3월 16일부터 1999년 3월 15일까지 뉴욕의 유엔본부에서 서명을 받아 채택되었고, 그 후 각 협약 당사국들은 의정서가 발효될 수 있도록 자국의 비준을 위해 노력해왔다. 그러나 지난 2001년 3월 최대 온실가스 배출국인 미국이 의정서가 자국의 경제에 심각한 피해를 줄 수 있다는 점과 중국, 인도 등 개발도상국들이 의무감축대상에서 제외되어 있다는 이유를 내세워 반대 입장을 표명하였다. 이에 교토의정서는 그 실효성에 큰 타격을 입게 되었지만, EU와 일본 등이 중심이 되어 협상을 지속적으로 추진한 결과 지난 2004년 11월 러시아의 비준서 제출로 교토의정서의 발효조건이 충족되어져 정해진 규정(의정서 25조)에 의해 드디어 지난 2005년 2월 교토의정서는 발효되었다.
- 주요 내용
첫째 선진국(Annex I)의 구속력 있는 감축목표 설정 (제 3조)
둘째 공동이행, 청정개발체제, 배출권거래제 등 시장원리에 입각한 새로운 온실가스 감축수단의 도입 (제 6조, 12조, 17조),
셋째 국가 간 연합을 통한 공동 감축목표 달성 허용 (제 4조) 등이다.
- 세부 사항
의정서에 따르면 기후변화협약 Annex I 국가들은 2008~2012년 기간 중 자국 내 온실가스 배출 총량을 지난 1990년대 대비 평균 5.2% 감축하여야 하며, 그 세부사항은 다음과 같다.
◇ 대상 국가 : 38개국 (협약 Annex I 국가 40개국 중 1997년 당시 협약에 가입하지 않은 터키, 벨라루스 제외)
◇ 목표 연도 : 2008년 ~ 2012년
◇ 감축 목표율 : 1990년 배출량 대비 평균 5.2% 감축 (각국의 경제적 여건에 따라 -8 ~ +10%까지 차별화된 감축량 규정)
◇ 감축대상 온실가스 : CO2, CH4, N2O, HFCs, PFCs, SF6 6종 (각국 사정에 따라 HFCs, PFCs, SF6 가스의 기준년도는 1995년도 배출량 이용 가능)
◇ 온실가스 배출원 : 에너지 연소, 산업공정, 농·축업, 폐기물 등으로 구분
◇ 온실가스 감축 도입 수단 : 교토 메커니즘 도입
LED 기술의 환경 개선 효과
교토의정서에 가입한 이행 대상국은 오스트레일리아, 캐나다, 미국, 일본, 유럽연합(EU) 회원국 등 총 38개국이며, 각국은 1차 감축기간(2008년 ~ 2012년) 사이에 온실가스 총배출량을 지난 1990년 수준보다 평균 5.2% 감축시켜야 한다. 기후변화협약에서 개발도상국으로 분류된 한국은 2차 감축기간(2013년 ~ 2017년)부터 의무대상국으로 분류된다. 감축대상 가스는 이산화탄소, 메탄, 아산화질소, 불화탄소, 수소화불화탄소, 불화유황 등 총 6가지이다. 또한 온실가스의 감축 이외에도 에너지효율 향상, 온실가스 흡수원·저장원 보호, 신·재생에너지 개발연구 등이 이행 대상에 포함된다.
따라서 LED는 에너지 효율이 월등해 에너지 절감효과가 크고, 환경 보호 및 이산화탄소 배출 절감과 같은 현실적인 문제와도 연동돼 있기 때문에 정부의 주도이든 산업적인 요구이든 간에 기존의 조명시장이 LED조명시장 중심으로 급격히 변화될 것으로 보인다. 이미 미국의 캘리포니아, 호주, EU 등에서는 백열전구 사용을 규제하는 법안을 만들고 있으며, 이런 현상은 전 세계적으로 퍼져나갈 것이다.
또한 지난 1973년 오일 쇼크 발생 후, 전 세계적으로 에너지 절약에 대한 요구가 생겨남과 함께 지구 온난화 방지를 위한 대대적인 노력이 진행 중이고, 지난 1997년 채택된 교토의정서를 근거로 하여 2010년까지 이산화탄소를 지난1999년 수준으로 돌리려는 노력도 확산되어가고 있다.
이러한 사회적 노력에 발맞춰 조명분야에서는 초절전형, 장수명, 그리고 친환경적 특성을 갖는 백색 LED(발광다이오드)와 백색 OLED(유기발광다이오드) 등을 차세대 조명으로 이용하려는 신 광원 기술이 등장하게 되었다. 미국 Agilent사와 Sandia 연구소 보고서에 따르면, 2025년까지 기존 일반 조명기기의 50%를 신 광원을 이용한 조명기기로 대체할 경우 전 세계 전기에너지를 약 10% 절감할 수 있게 되고 이를 돈으로 환산하면 연간 1000억 달러에 이르며, 동시에 2억 톤 규모의 탄소배출 절감효과를 가져 올 수 있다고 보고하였다. 또 2015년부터는 전 세계적으로 수은을 사용하는 제품(형광등)의 사용이 금지되므로 새로운 조명기술의 개발은 필연적이라고 할 수 있다.
이에 따라 미국, 일본, 그리고 유럽 등은 향후 기하급수적으로 커질 것으로 전망되는 신 광원 시장을 장악하기 위하여 국가 차원의 프로젝트를 수립하여 시행 중에 있으며, 특히 일본의 경우 2010년까지 전체 조명기기의 14%를 신 광원 조명기기로 대체함으로써 조명용 원유소비량의 7%를 절감할 예정이다. 미국의 경우에는 신 광원의 개발을 통하여 전체 전기 에너지 소비량의 7%(발전소 30개에서 생산하는 전기량)를 절감시키려는 계획을 갖고 있으며, 이것은 연간 약 250억 달러 절약의 효과에 해당한다.
고효율로 인해 전력 소모가 적고 친환경적이며, 다양한 분야로 응용 가능하다는 장점 때문에 수요가 확산되고 있는 LED 관련 산업은 ‘녹색 경제’ 정책, ‘에너지 절약’이라는 도입 필요성과 함께 나날이 성장하여 현재 그 시장 규모 또한 점점 커지고 있다. LED는 현재 휴대전화를 비롯하여, 자동차용 램프, 교통신호등, 전광판, 각종 조명 등 다양한 산업 분야에서 사용되고 있으며, 관련 개발 업체들의 활발한 응용기술 개발 경쟁으로 인해 앞으로는 더 좋은 품질의 LED가 더 많은 곳에 사용되어질 것으로 예상되고 있다. 여러 장점들을 바탕으로 우리 생활에서 다양하게 응용되고 있는 LED, 그 관련 산업에 대한 현 주소와 앞으로의 발전 가능성, 관련 시장의 동향에 대하여 알아보도록 하자.
LED 시장 보고서
다음의 내용은 LED 산업 동향 및 주요 이슈(산업은행 경제연구소 2007.07.19)에 기반 해 작성되었다.
세계 시장 동향
지난 2006년 기준 전 세계 LED 시장은 42억 달러 규모였으며, 오는 2011년에는 그 규모가 90억 달러에 이를 전망이다. LED 시장은 지난 2001년부터 2004년까지 휴대폰을 비롯한 모바일기기의 급격한 성장을 통해 40%가 넘는 고성장을 이루어왔던 반면, 휴대폰 시장이 주춤했던 2004년부터 2006년까지는 상대적으로 낮은 6%대의 성장을 기록해왔다. 그러나 앞으로는 LED 시장이 지난 2006년을 시작으로 하여 오는 2011년까지 16%의 높은 성장률을 보이면서 2011년에는 시장 규모가 약 90억 달러에 육박할 전망이다.
LED 시장은 용도에 따라 모바일용, 자동차용, Sign / Display용, 일반 조명용 등으로 구분된다. 지난 2006년에는 LED 시장에서 휴대폰을 포함한 모바일용 시장이 48%로 가장 높은 비중을 차지했고, 그 외 자동차용이 15%, Sign / Display 14%, 일반 조명 5%, Signals 2%, 기타 분야가 16%를 차지했다.
시장 개요
LED는 대부분의 산업에 응용되는 부품으로, 현재 에피, 칩 그리고 다이오드 형태의 패키지 제품 시장에 대한 조사가 주로 이루어지고 있다. 전광판, 신호등, 자동차용 램프, LCD BLU(Back Light Units) 등 응용제품 시장은 제품별로 집계되고 있으며, 통상 다이오드 시장의 3~6배 정도로 평가되고 있다.
LED 시장은 그 용도에 따라 크게 모바일용, 자동차 / 수송용, Sign / Display, 간접 조명으로 나누어지는데, 그 용도별 시장 상황을 살펴보면 다음과 같다. 모바일용 LED는 전체 시장 중 40% 정도를 차지하고 있는데, 주로 소형 LCD 백라이트와 키패드에 사용되고 있으며 최근에는 휴대전화 카메라 플래쉬 모듈에 사용되는 백색 LED의 수요가 크게 증가하고 있다. 또한, 자동차와 사인 / 디스플레이(Sign / Display) 분야는 각각 13%의 점유율을 기록하고 있다. 조명 시장은 간접 조명 등 특수 분야에서 일부 형성되고 있으나, 일반 조명용 LED 시장은 아직 제대로 형성되어 있지 않다. 효율 향상, 방열 특성 개선 등 기술적으로 해결해야 할 문제들이 많고, 가격 면에서도 일반 조명등에 비해 매우 불리한 실정이다.
국내 시장
- 시장 규모
LED 관련 국내 시장 규모는 오는 2010년 1조 백억 원 대로 증가될 전망이다. 특히, 지금까지 가장 큰 시장을 견인해 오던 휴대폰 분야가 포화현상으로 인해 시장 정체될 것으로 예상되는 반면, 조명 분야와 LCD의 BLU 광원이 CCFL에서 LED로 변환될 것으로 예상됨에 따라 앞으로 높은 성장률을 보일 전망이다. 추이를 살펴보게 되면 기존 휴대폰 분야에 이어 BLU용 LED 수요가 먼저 급증하고, 이후 상업용 조명 분야가 급격히 성장할 것임을 알 수 있다. 이러한 상황은 해외보다 강점을 지닌 우리나라 디스플레이 분야에서 특히 두드러질 것으로 보인다.
국내 LED 시장 규모는 오는 2010년 3조 7500억 원, 2015년 15조 7000억 원으로 형성될 것으로 전망하고 있다. 이는 한국의 LED 시장 점유율이 세계 기준으로 오는 2012년 12%, 2015년에는 15.3%로 커질 것이라는 분석이다.
산업군 별로 살펴보면, 최대 시장이 형성될 것으로 보이는 LED 응용기기 중에서도 휴대전화 LED 모듈이 올해 큰 시장을 형성할 것으로 예상된다. 그러나 휴대전화 LED 모듈은 오는 2010년 1조 1000억 원을 시작, 2012년 8000억 원, 2015년 4000억 원으로 점차 그 수요가 감소될 것으로 전망된다. 반면, 자동차용 LED 모듈은 오는 2010년 600억 원, 2012년 6500억 원, 2015년 7000억 원으로 큰 성장이 예상되는 분야이다. 또 LCD용 LED BLU 모듈도 오는 2010년 1500억 원, 2012년 9000억 원, 2015년에는 4조원 규모로 그 증가가 예상된다.
신규 애플리케이션의 성장도 주목된다. 그 중에서도 그동안 시장이 형성되지 않았던 의료, 농수산업, UV 살균소독탈취, 경화응용 LED 시장 진입이 눈에 띈다. 집어등 LED를 비롯한 농수산업 분야는 규모는 작지만 오는 2010년 약 100억 원, 2015년에는 1500억 원의 시장이 형성될 것으로 보인다. UV 살균소독탈취, 경화응용 시장도 오는 2010년 100억 원, 2012년 2900억 원, 2015년 9500억 원으로 비교적 높은 성장률이 예상되는 분야이다. LED 응용기기 산업군은 오는 2015년 6조 9300억 원으로 그 시장이 대폭 확대될 전망이다. LED 칩, 패키지 시장은 오는 2010년에는 1조 4900억 원, 2015년 5조원 시장 진입이 가능할 것으로 보이며, 이 중 LED 에피, 칩 시장은 오는 2010년 4600억 원, 2015년 1조6000억 원의 시장 형성이 전망된다. LED 패키지 시장 또한, 오는 2010년 9200억 원 2015년 3조 2000억 원으로 높은 성장이 예상되는 분야이다.
LED 산업군 중 가장 성장성이 높은 LED 조명 분야의 경우, 오는 2010년 6651억 원으로 지금보다 약 3배 이상 성장할 것으로 보이며, 2015년에는 3조 7000억 원대의 시장 형성이 가능하리라 예상되고 있다. LED 조명 중 성장률이 가장 높은 제품은 가로등과 경관조명등이다. LED 가로등은 오는 2010년 1040억 원, 2015년에는 6810억 원으로 그 수요가 급격히 증가할 것으로 보이며 특히, LED 경관조명은 오는 2015년에 6057억 원의 시장 형성이 예상돼 ‘특수’를 맞을 전망이다.
- 수출입 현황
LED의 경우 지난 2005년까지는 생산 물량보다 수입 물량이 많았지만, 2006년 이후부터 국내 생산량이 수입 물량을 추월하기 시작했다. 그러나 해외 수출 물량은 여전히 수입 물량에 비해 저조한 실정이며, 일단 국산화에 주력하고 있는 모습이다. 이러한 현상은 상대적으로 해외에서 더 견고하게 보호받고 있는 선진업체들의 특허권에 기인한다고 볼 수 있다. 니치아, 크리 등의 선진업체들이 국내에서는 특허소송 패소 및 기술 제휴 등으로 배타적 특허권 실시에 어려움이 있고, 일본이나 미국에서는 강력한 특허권 실시로 진입이 어렵기 때문이다. 또한, 이후에도 이러한 상황은 지속될 것으로 여겨진다. 수출 증대를 위해 무엇보다도 선결되어야 할 것은 경쟁력 있는 원천 특허권 확보를 통한 cross lisence 등이라 업계 측은 보고 있다.
해외 시장
‘Strategies unlimited’에 의하면, 전 세계 시장에서 LED 분야 중 절반에 가까운 양이 휴대폰에 사용되었고, 그 다음은 표지판이나 디스플레이용으로 사용되었다고 한다. 특히, 앞으로는 디스플레이 부분의 성장이 가장 증가할 것으로 전망되고 있으며, 이 부분은 국내와 마찬가지로 LED BLU를 사용한 TFT-LCD 시장의 성장에 따른 것이다. 특히, 주목해야 할 점은 차량용으로 사용되고 있는 LED가 상당하다는 것이다. 기존에 차량에서 사용된 LED는 대부분 계기판이나 버튼을 밝혀주는 간접 조명의 목적이었다. 그러나 최근에는 후미등을 LED로 사용하는 비율이 점차 높아지고 있고, 전조등에도 LED를 사용하고자 하는 시도가 지속되고 있어 자동차에 사용되는 LED의 비중은 앞으로 점점 더 증가할 것으로 보인다.
LED 생산량을 생산 국가별로 살펴보면 일본, 중국, 대만, 한국을 포함한 아시아권이 전체 물량의 75% 가량을 담당하고 있음을 확인할 수 있다. 특히, 백색 LED 분야의 원천기술을 보유한 니치아가 속해있는 일본의 독점 상황이 두드러지고 있다.
국내 업체
국내 LED의 수요는 대부분 휴대전화 키패드, 액정 화면 및 플래쉬 모듈이 차지해 왔다. 현재 국내에는 삼성전기, LG이노텍 등 대기업에서부터 에피플러스, 에피밸리 등의 벤처업체까지 시장에 참여하고 있는 상황이다. 대기업들은 칩에서부터 패키지, 모듈, SET까지 Full lineup을 통한 개발을 추진하고 있는 반면, 벤처나 중소업체들은 각 공정에서 일부분만을 담당하여 그것을 주력으로 삼고 있는 상황이다. 국내 업체들은 지금까지는 휴대폰용 LED 중 사이드 뷰 타입 LED에 주력하여 매출 규모를 늘려왔으나, 최근 급속도로 증가하고 있는 LED BLU용 시장과 조명용 광원 시장에 진입하기 위한 제품을 경쟁적으로 개발해 선보이고 있다.
- 삼성전기
삼성전기는 광 픽업용 적색 LED와 백라이트용 청색 LED를 주류로 삼고 있으며, 현재 삼성종기원의 기술을 이전받아 GaN 청자색 LED 시제품을 출시한 상태다. 청색 및 백색 LED는 전량 휴대전화의 백라이트를 삼성전자에 납품되고 있다. 삼성전기는 질화물 반도체의 MOCVD 에피 공정 및 LED 제조 공정라인을 가지고 있으며, 최근에는 백라이트에서 축적한 광 기술을 응용하여 조명 분야로의 출사표를 던지고 관련 연구인원을 확충하고 있는 중이다. 지난 2006년 TV용 LED BLU를 첫 출시한 삼성전기는 이후 잇달아 신제품을 출시하면서 TV용 LED BLU에서 독보적인 위치를 점하고 있다. 이는 삼성전기가 국내에서는 드물게 LED 칩부터 패키징까지 전 공정에 대한 기술력 및 양산 설비를 갖추었기 때문이다.
삼성전기는 노트북 내 LED 채용율이 지난해 10% 수준에서 올해 40% 이상까지 급격하게 성장할 것으로 예상하고 있다. 특히, 지난해에는 LED가 프리미엄급 모델을 위주로 채용되었던 반면, 올해부터는 보급형 모델로까지 그 채용이 점점 확산되고 있으며, 무엇보다 넷북 등 저가 노트북에서의 LED 채용이 급격히 증가될 전망이라고 밝혔다.
또한, 삼성전기는 조명 시장의 경우 에너지 위기 및 온난화 우려에 따른 고효율 조명기구 시장의 도래로 LED 조명 도입이 본격화 될 것으로 보고, 미들 및 하이파워 LED 등 제품 라인업을 확대하고 품질과 경쟁력을 올리는 데 주력할 것이라고 밝혔다. 또 다운라이트, 평판 조명 등 조명용 제품군을 다양화시켜 시장을 적극 공략하는데 주안점을 둘 계획이다. 삼성전기는 LED 패키지 기술력은 물론, 국내 최대의 LED 칩 생산능력을 갖고 있으며 전원기술, 광학기술, 무선제어기술 등 LED 조명에 필요한 토털솔루션 제공이 가능하다는 경쟁력을 보유하고 있다. 지난해에는 국내 최초로 4인치 웨이퍼 기술을 양산에 적용하는 등 삼성전기는 제조 기술력에서도 높은 수준에 올라있다.
(출처 : 디지털 타임즈)
- LG이노텍
LG이노텍은 정보통신용 부품, A/V용 부품, 범용 부품, 광 부품, 인터넷, 네트워크 장비, 통신용 계측기 등의 전자 부품 사업과 고도 정밀 기술관련 방위시스템 사업을 하는 업체이다. LG이노텍은 지난 2000년도 10월 광주 광 산업 단지 안에 광 부품 공장을 건립하여 광 부품 사업을 본격적으로 진행하고 있다. LG이노텍은 최근 실리콘 반도체 공정 기술을 융합한 LED 조명 패키지 자이오비(XiOB)를 출시하였고, 각종 전자제품 및 자동차 내부 조명용 LED에 이어 실내 조명용 LED로까지 사업을 확대키로 하고 광주 공장에 LED용 에피웨이퍼 개발에서 소자 생산(FAB), 패키지, 모듈에 이르는 전체 생산라인을 구축해 생산 효율과 가격 경쟁력 및 신뢰성을 높이고 있다.
LG이노텍은 지난 2008년부터 LED 사업을 핵심 성장동력 사업으로 육성한다는 전략 아래, LED BLU와 LED 조명 사업을 핵심 축으로 강화시켜 나가고 있다. 앞으로도 계속해서 대형 LED BLU의 기술 경쟁력을 강화하고 초슬림 LED BLU 등 차별화된 제품 개발에 박차를 가할 예정이다. LG이노텍은 LED 칩에서 패키지, 응용제품에 이르기까지 기술 및 가격 경쟁력을 갖춘 제품을 제공, 고객에게 고품질의 LED 종합 솔루션을 제공한다는 계획이다. 이 회사는 이미 LED용 에피웨이퍼 개발에서 소자생산(FAB), 패키지, 모듈에 이르는 전 공정의 생산라인을 구축했으며, LED 분야의 R&D 및 생산 부문에서 확실한 시너지 효과를 창출해내고 있다. LG이노텍의 LED 생산라인은 소재와 칩, 패키징에 이르는 모든 LED 관련 제품을 생산하고 있다. 1억 개 이상의 LED 칩을 찍어낼 수 있는 규모도 갖췄다.
특히, 이 회사의 LED 부문 경쟁 우위는 바로 자이오비(XiOB)라는 독자적인 기술력에 있다. 기존 LED 패키지가 리드 프레임(lead frame)이나 PCB 타입의 패키지 프레임에 LED 칩을 넣어 만든 것이라면, 자이오비는 반도체 공정에서 쓰이는 실리콘 웨이퍼를 사용한다. 공정 또한 반도체 공정과 거의 유사하다. 패키징(Packaging) 비용이 저렴하고 패키징 디자인의 융통성이 커서, 세트 업체들이 요구하는 신규 휴대폰 모델 개발과 적용 소요 시간을 획기적으로 줄일 수 있는 점이 장점이다.
또한, 웨이퍼 레벨이어서 대량 생산이 가능하며 크기가 작고 두께가 얇아 콤팩트한 고출력 LED 패키지에 적합하다는 특징이 있다. 이러한 기술력으로 LG이노텍은 휴대폰에 들어가는 카메라 플래시용 초슬림 0.4mm 두께 LED WLP(Wafer Level Package)를 개발한 바 있다. 특히, LG이노텍은 앞으로 지방자치단체, 공공기관 등의 LED 조명 시범사업 수주를 통해 제품 경쟁력뿐만 아니라 설치 및 운영 능력까지 입증할 계획이며, 이를 통해 국내 LED 조명시장을 선점하고 프리미엄 브랜드 이미지를 구축한다는 전략을 갖고 있다.
LG이노텍은 지난 해 경기도 광주 곤지암 리조트에 LED 보안등과 실내등을 설치했으며, 서울시 상암동 디지털미디어시티(DMC) 1차 가로등 설치를 완료한 바 있다. 또한 부천 상동 호수공원 보안등, 우체국 조명 설치 사업, 광주광역시 김대중 컨벤션 센터 조명교체 사업 등을 수주하며 경쟁력을 입증해 가고 있다.
(출처: 디지털 타임즈)
- 서울반도체
서울반도체는 LED 관련 응용제품을 생산하고 있다. 서울반도체는 주로 LED 램프 자동화 라인과 칩 LED 라인을 확보하여 COB(chipon board), dot matrix, custom display 등 각종 패키징을 전문 생산하는 업체로, 현재 SMD 형태의 청색, 백색 LED 생산에 주력하고 있다. 서울반도체의 LED는 밝기 면에서 일본 업체와 거의 비슷한 수준의 기술력을 가지고 있으며, 파워 LED는 루미레드와 거의 같은 수준의 기술력을 보유하고 있다.
이 회사는 조명과 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 R&D 부분에 7~10%의 비중을 두고 기술 개발에 집중하고 있다. 특히, 서울반도체는 고휘도 LED 시장에서 지난 2007년 세계 매출 6위를 차지한 글로벌 LED 전문 기업으로, 지난 2006년과 2007년에는 각각 포브스와 비즈니스위크로부터 ‘2006년 아시아 최고 유망기업’으로 선정된 바 있으며, 지난 15년간 연속 성장과 순이익을 실현하며 계속된 성장을 거듭하고 있다.
서울반도체는 지난 2002년 처음으로 매출 1000억 원을 돌파하였고 2007년에는 2502억 원의 매출을 기록했다. 특히, 교류 전류에서 구동되는 주력 제품인 ‘아크리치(Acriche)’를 비롯해 고휘도 Z-파워 LED, 사이드 뷰 및 탑 뷰용 칩과 램프, 고객 맞춤형 모듈 등 다양한 제품군을 보유하고 있다. 이 제품들은 실내외 조명, 간판 조명, 휴대폰, TV, 노트북 PC, 자동차, 가전제품 등의 광원으로 사용되고 있다.
회사의 대표 제품인 교류 전원용 광원 ‘아크리치’는 교류-직류 변환과정 없이 교류 전원에서 직접 구동되는 반도체 광원으로, 전류변환기 자체 수명으로 인해 조명기구의 수명 또한 줄어드는 단점을 해결하고 LED의 일반적인 수명인 약 3〜4만 시간을 그대로 사용할 수 있게 만든 제품이다. 아크리치의 발광 효율은 올해 와트랑 100루멘까지 개선될 예정으로, 앞으로 신성장 분야로써 각광을 받고 있는 차세대 광원 시장을 이끌 것으로 기대되고 있다.
350㎃에서 120루멘을 방출해 세계 최고급의 광 효율을 자랑하는 Z-파워 LED 시리즈 P4 제품도 고효율 발광 다이오드 조명에 부합하는 제품이다. 또 소자 두께가 1.2㎜에 불과한 초박형 Z1 제품은 고온에서도 신뢰성을 유지할 수 있도록 세라믹을 적용하고, 방열판을 넓혀 열처리가 용이하도록 설계해 다양한 실내외 조명기구에 적합하다.
(출처: 디지털 타임즈)
- 최근 제품 동향
최근 LED 시장은 기존 핸드폰 위주의 시장 구조에서 탈피해 점차 신규 시장 분야로 기울고 있는 추세이다. 그 중 가장 빠른 성장을 보일 것으로 예상되는 분야는 LED BLU 분야로, LED BLU가 갖는 다양한 장점에 힘입어 빠른 속도로 기존 CCFL을 대체해 나갈 것으로 보인다.
전 세계 LCD 시장이 수십조 원 규모로 방대하기 때문에 관련 부품 소재의 시장 규모도 대단히 큰 규모이다. LED는 현재까지 휴대폰용 소형 LCD의 BLU에 적용되어져 그 가능성을 충분히 보여준 상태여서 앞으로 대형 LCD에도 빠른 속도로 적용될 것이 기대되고 있다.
또 다른 시장 분야는 일반 조명 분야이다. 전 세계적인 에너지 위기로 인해 가장 낮은 에너지 효율을 보이는 백열전구가 앞으로는 퇴출될 상황에 처해져 있으며, 이를 대체할 광원으로 LED가 가장 유력한 후보로 떠오르고 있다. 이때, 더 낮은 가격으로 무장한 경쟁 광원인 Compact Fluorescent Lamp(CFL)과의 경쟁에서 어떻게 우위에 서는가가 LED 조명 시장이 당면하고 있는 과제일 것이다. LED 업체들은 이러한 트렌드에 대처하기 위하여 빠르게 움직이고 있는 상황이다.
LED BLU의 경우에는 가장 중요한 특징인 색 안정성과 색 혼합을 극대화시키기 위해 렌즈 구조 및 확산 구조를 갖는 LED의 개발에 전력투구하고 있다. 또한, 기존 small chip에서 1W급 이상의 power chip으로 개발 방향이 바뀌어가고 있으며, 더 나아가 여러 개의 칩을 하나로 패키징한 multi chip module에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다. 또 조명으로 사용하기 위한 주요 특성인 연색성을 확보하기 위해 기존 청색 LED+황색 형광체의 조합에서 청색 LED+황색, 적색 형광체로 그 조합을 바꾸는 등 새로운 연구 개발을 지속하고 있다.
해외 업체
해외의 주요 생산 업체 중에서는 일본의 니치아가 세계 시장의 1/4를 차지할 정도로 강세를 보이고 있으며, 니치아를 비롯해 도요타고세이, 오스람, 루미레드, 크리 등 빅 5 업체가 전체 시장의 절반을 차지하고 있다. 이러한 세계 정상급 LED 생산 업체들은 각 업체 간의 특허 공유를 통해 후발 생산자들에 대한 진입 장벽을 높이고 있는 상황이다.
- 니치아
니치아는 최근 교통신호등, LCD 조명을 생산하고 있으며, 풀 컬러 디스플레이 부분에 주력하고 있다. 니치아는 200개의 자국 특허 및 세계 10%가 넘는 GaN계 특허를 보유하고 있다. 업계에서 세계 1위를 고수하고 있는 니치아는 지난 2002년 소모적인 특허관련 분쟁을 관련 업체들과의 cross-lisence로 끝낸 상황이다. GaN 관련 원천특허를 대부분 보유하고 있는 니치아는 경쟁 업체의 진입을 막기 위해 특허 분쟁을 시작했으며, 국내 수위업체인 서울반도체와도 특허 분쟁을 지속 중에 있다.
- 도요타고세이
도요타고세이는 지난 1993년부터 GaN LED 개발에 참여하여 1990년도 후반에는 LED 시장에서 니치아와 경합을 벌였다. 도요타고세이의 지난 1999년도 LED 매출은 1억 달러로 추정된다. 도요타고세이는 1990년도 후반에 벌어진 니치아와의 특허권 분쟁으로 한때 LED 시장에서 위기를 맞았으나, 최근 니치아와의 특허권 상호 인정으로 InGaN LED 제품 개발에 다시 활기를 찾고 있다. 하지만 백색 LED 항목에 관한 니치아와의 합의로 향후 YAG를 사용한 백색 LED에 대해서는 로열티를 지불해야만 한다.
- 오스람
오스람은 가시광 LED, 적외선 제품, 램프 모듈, 디스플레이, 그리고 고출력 레이저로 자동차, 공업 생산품 및 조명 응용 분야 산업에서의 업체 위치 강화를 목표로 하고 있다. 또한 오스람은 적외선 영역에서 UV 라이트까지의 LED 제조와 패키지에 주력하고 있다. 오스람은 오는 2010년까지 휘도와 안정성을 증대시켜 자동차 전조등에도 LED 램프를 상용화 시킬 예정이다. 주력 제품으로는 자동차 내외장식 뿐만 아니라 LED 마커, 교통신호등, LCD 백라이트, 터널과 도로에 쓰이는 조명 등 다양한 응용제품 및 조명용 백색 LED에까지 이르고 있다.
- 루미레드
루미레드는 지난 1998년 중반 HP와 조명 업체인 필립스의 합작 벤처로 설립되었다. 루미레드는 애질런트의 고효율 LED 기술과 필립스의 조명 기술을 융합하여 light fixtures, 교통신호등, 자동차용 시그널스, LCD 디스플레이 및 조명, 백색광원 등 일반 제품으로까지 그 영역을 확대시켜 나가고 있으며 특히, 고휘도 LED 제조 및 패키지 기술로 Luxeon이라 불리는 다양한 제품에 응용시켜 판매하고 있다. 최근 필립스가 전 지분을 확보하여 LED 조명 분야의 개발을 가속화하고 있다.
- 크리
지난 1987년 설립된 크리는 SiC계 반도체 기판, 광소자, RF 및 파워 소자의 개발·생산 및 판매에서 세계 선두인 기업으로, 현재 SiC 기판 위에 성장시킨 청색, 청녹색, 녹색, 그리고 UV-LED가 전 생산품의 50% 이상을 차지하고 있다. SiC 기판을 사용하고 있어 사파이어 기판을 이용할 때와 달리 패키지에서 타 업체보다 이점을 가지고 있다. 최근 2년 동안에는 패키지 기술을 발전시켜 고휘도 LED를 계속 발표하고 있다.
LED는 현재 에너지 절약과 환경 문제 해결 차원뿐만 아니라, 화려하고 다양한 색감을 자랑하고 소비자 요구에 따른 감성적 제어가 가능하다는 장점을 기반으로 하여 점차 다양한 분야로 응용되고 있다. 이 차세대 감성 조명을 홈네트워크 시스템과 연계시키고, 보다 저렴하면서도 소비자의 취향에 부합하는 다양한 제품들을 제공하기 위해 각계각층에서는 LED 감성 조명 관련 기술 개발에 매진하고 있으며, 상용화 방안을 모색하는 등 관련 연구 진행에 한창이다. 최근 고유가와 에너지 고갈 문제, 소비자 취향과 감성까지 고려한 새로운 LED 조명 산업 발전에 귀추가 주목되고 있는 가운데, LED가 감성 조명으로써 상용화되기 위해 해결해나가야 할 문제점들에 대해 살펴보고, 그 해결방안에 대해 알아보고자 한다.
기존 LED 산업의 문제점
이미 LED는 최근 급격한 성능 향상과 가격 하락으로 인해 기존 단순 표시 조명에서 벗어나 일반 광원으로까지 그 영역을 확장하고 있는 중이다. 더 나아가 기타 광원들이 갖는 한계를 뛰어넘는 많은 장점들을 지니고 있어 기존 광원들을 대체하여 모든 광원이 LED로 바뀌게 될 가능성까지 지니고 있다. 특히 최근 불거지고 있는 고유가와 에너지 고갈 문제를 해결할 저효율 광원으로서 LED는 지속 가능한 성장을 이루기 위해서라도 발전되어야 할 광원임에 분명하다.
게다가 LED는 기존 광원이 갖지 못했던 점 광원, 단색 광원으로써의 특징을 지니고 있어 새로운 구조와 모양을 갖는 조명기기의 개발이 가능하고, 자유로운 색 혼합과 색상 조절 특성을 이용한 감성 조명 분야 또한 새롭게 등장할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 뿐만 아니라 바이오 영역에도 진출하여 식물 생장에 꼭 필요한 적절한 광을 내뿜는 광원으로도 작용 가능하고 곰팡이 등 유해 생물을 억제하는 등의 역할도 가능하기 때문에 새로운 시장이 열릴 수 있는 수많은 가능성을 지니고 있다. 이러한 전망의 핵심에는 단순 조명이 아닌 LED 감성 조명으로의 발전 가능성이 있다.
현재 LED 소자의 기술은 크게 보면 작은 크기에 다양한 제어가 가능한 기술 방향과 에너지 효율이 높으면서 기존 조명을 대신할 수 있는 기술 방향으로 나뉘고 있다. 작은 크기에 다양한 제어의 경우 일반적인 소형 DC LED 방향이 될 것이고, 에너지 효율이 높으면서 기존 조명 대체 기술의 경우에는 AC LED 방향이 될 것이다. 이러한 LED 소자의 발전 방향은 곧 소비자의 수요에 직접적인 영향을 받는다. 소비자들에게는 직접적으로 연관된 경제적인 부분과 감성적인 부분이 중요하지 기술적인 수준이 중요하지는 않다. 따라서 LED 소자들이 산업 전반에 사용되고 소비자들에게 구매되기 위해서는 경제적으로 기존 조명기기보다 나은 방향이거나 감성적으로 기존 조명의 한계를 해결하는 방향으로 발전되어야 한다.
기존 LED 조명 기기들은 초기 DC LED 기반으로 발전되어 왔다. 하지만 DC LED 소자들은 AC 전압을 DC 전압으로 바꾸는 컨버터와 DC LED를 제어하는 콘트롤러에 가장 큰 문제를 가지고 있었다. 컨버터는 에너지 효율적인 측면에서 대략 80% 수준이기 때문에 조명기기에서 장기간 사용할 경우, 기존 조명기기에 비해 에너지 효율이 많이 차이나지 않는다는 문제가 있다. 또한 컨트롤러의 경우, 단순한 전류 제어뿐만 아니라 PWM 제어를 이용하게 되어 기존 조명에 비해 비교적 고가로 생산된다는 문제가 있다. 때문에 LED 조명은 이 두 가지 부분에 의해 특수한 분야, 예를 들면 화려한 무대 조명용이나 정보 전달을 위한 전광판에 많이 사용되어 왔으며, 균일한 색 발현 특성으로 LCD 모니터의 BLU로 사용되어 왔다. 최근에는 AC LED가 발전되고 있지만, 효율적인 부분은 향상되고 있으나 아직은 백색에 제한적이다. 이러한 LED 소자가 가지는 한계와 기존 조명과의 차이를 이해해야 한다.
LED 조명은 화려한 색감을 자랑하며, 소비자의 요구에 따른 감성적인 제어가 가능하다는 장점이 있다. 이것은 기존 조명기기가 가지지 못한 장점으로, 기존 감성 조명의 한계를 극복할 수 있는 중요한 포인트다. 또한 반도체 소자로 구성되어 기존 조명에 비해 최소 단위당 소모되는 전류량이 작아 기존 조명기기보다 제어 부분의 크기를 줄일 수 있고 에너지 효율을 높일 수 있는 가능성이 충분하다. 따라서 앞으로의 LED 조명은 기존 조명에서 기술적인 한계로 제어되지 못했던 색온도이상의 디밍 제어와 화려한 색감의 도움을 통해 감성 조명으로 발전되어야 한다.
새로운 감성 조명으로서의 LED 기술 개발 방향
중앙대학교에 설립된 IITA 지원 ‘홈네트워크연구센터’에서는 이러한 차세대 감성 조명을 홈네트워크에 적용하고, 이를 활용한 차세대 홈네트워크 및 U-City 시스템에 대한 연구를 진행하고 있다.
사용자의 활용도를 직접적으로 높이려면 감성조명은 크게 단순함(Simplicity)과 직관성(Intuition)을 가져야 한다. 단적인 예로 오늘날에는 다양한 정보통신 수단과 교통수단의 발달로 대부분의 도시민이 과거 라이프스타일에 비해 빠른 삶을 살고 있다. 우리가 많이 사용하는 이메일은 쉽고 빠르게 메시지를 전달함으로써 우리의 시간과 비용을 크게 줄여주는 역할을 하고 있다. 하지만 일정 규모 이상의 조직을 이끌고 있는 리더가 평균 100~150통 이상의 메일을 받는다는 통계를 보면 이야기는 달라진다. 나이의 적고 많음을 떠나 휴가나 개인 사정으로 며칠 동안 메일을 확인하지 않으면 한, 두 시간은 꼬박 컴퓨터 앞에 앉아 있어야 할 정도로 많은 이메일과 관리해야 할 커뮤니티가 있기 마련이다. 이쯤 되면 우리 생활을 편리하게 만들기 위해 고안된 것들을 사용하기 위한 복잡성(complexity)때문에 난감해진다.
지난 2005년 영국의 이동통신 업체인 보다폰에서 출시한 제품인 ‘보다폰 심플리(Vodafone Simply)’의 특징이자 최대 장점은 단순하다는 것이다. 기본적인 전화 기능에 음성과 문자 메시지만 주고받을 수 있는 기능이 전부이다. 액정화면이나 버튼 및 크기 역시 기존 이동 전화들과 비교할 수 없을 정도로 크다. 이 폰이 출시된 가장 큰 원인은 사용자층에 대한 수요 조사의 결과에서였다. 보다폰은 서비스 사용자 중 35 ~ 55세 5000명을 대상으로 한 마케팅 조사를 실시하였고 그 결과 응답자 3분의 1 이상이 ‘문자메시지 기능을 사용할 줄 모른다’고 답했다.
심지어 상당수는 메시지 도착을 알리는 편지봉투 아이콘을 전화요금 고지서가 온 것으로 생각하는 사람도 있었으며, 자신의 휴대전화 번호 자체를 모르는 사례도 있었다. 여기에 착안한 보다폰 심플리는 이름 그대로 쓰기 쉽게 만들어졌다. 배터리가 줄어들면 바로 액정화면에 ‘배터리가 없으니 충전 하십시오’라는 문자가 뜬다. 또 음성 메시지가 도착하면 조그마한 아이콘이 화면에 뜨는 대신 휴대전화의 붉은 등이 계속 반짝이거나 ‘문자 메시지가 도착했습니다’라는 문자가 직접 뜨는 방식이다.
이에 반해 같은 시기에 ‘SX1’이라는 휴대전화를 출시한 지멘스의 사례를 보자. 지멘스는 지난 2004년 말 최첨단 가상 키보드 기술을 접목한 차세대 휴대전화라는 이름 아래 고가의 SX1을 출시했다. SX1은 휴대전화 단말기 앞쪽에 레이저로 가상의 키보드를 만들어 사용자가 휴대전화 사용 시 컴퓨터를 다루듯 텍스트 작업을 할 수 있도록 했다. 휴대전화를 컴퓨터 자판 치듯 편리하게 사용할 수 있게끔 하겠다는 의도다. 이러한 개발 의도에도 불구하고 SX1은 일반 고객에게 판매된 지 1년도 채 되지 않아 생산을 중지했다. 판매 부진이 심각해 추가 생산이 의미가 없었기 때문이다. 비싼 가격과 불필요하게 많은 기능을 비롯, 그들의 핵심 기술이었던 가상 키보드 기술은 평평한 바닥 위에서만 유효하다는 것이 밝혀져 휴대전화가 갖는 본래 의미인 이동성 자체를 상실하게 했기 때문이다.
비슷한 사례는 휴대용 게임기인 닌텐도 DS와 소니 PSP(플레이스테이션 포터블)에서도 찾을 수 있다. 닌텐도 DS는 단순한 2차원 게임만을 지원하는 게임기이고, 이에 비해 소니 PSP는 화려한 3차원 그래픽이 화면을 장식한다. 가격은 닌텐도 DS가 소니 PSP보다 3만 원 가량 더 저렴하다. 국내 누적 판매량은 지난해 말 기준으로 닌텐도 DS가 80만대, 소니 PSP는 36만대다. 닌텐도 DS가 2배 이상 격차로 PSP를 앞서고 있다. 화려한 색감과 다양한 기능보다는 사용이 편리하고 단순한 게임에 초점을 맞춘 닌텐도 DS의 승리라고 할 수 있다. 또한 애플의 MP3플레이어도 단순함의 대표적인 사례다. 보이스 레코더, 외장 하드 등 다른 기능이 필요할 때에는 별도 구매를 통해 필요한 사람만 추가할 수 있도록 했다.
오늘날 제품과 서비스, 그리고 그 기능의 수와 종류, 정보의 양은 무한대로 늘어나고 있다. 기업들은 너나 할 것 없이 앞 다퉈 더 많은 것을 전달하고 제공하기 위해 분주하다. 때문에 ‘상황이 이런데 복잡성을 버리는 것이 어리석은 일은 아닐까’하는 의문이 들 수도 있다. 물론 규모가 곧 경쟁력이었던 20세기에는 당연히 더 크고, 더 많은 것을 제공해 주는 것이 성공의 정석이었다. 그러나 지금 우리는 다른 시대를 살고 있다는 것을 기억해야 한다. 따라서 제품의 단순함이라는 콘셉트는 중요한 요인이 된다.
이러한 단순함은 매우 직접적으로 ‘직관적’이라는 말과 연관된다. 사람들은 어려운 동작 방식을 선호하지 않는다. 하지만 이러한 직관적이라는 것은 사람마다 다른 정도의 차이를 가질 것이다. 예를 들어, ‘카 오디오의 인터페이스가 과연 직관적인가’라고 묻는다면 사용하는 사람마다 다른 답을 할 것이다. 그러나 직관성 평가를 위해 생각해보면 결국 ‘직관은 경험에 의거하는 습관에 가깝다’라는 의미로 직관성을 평가해야 할 것이다. 이처럼 인터페이스의 직관성에 대해 많은 사람들이 오해하고 있는 것은 그 직관이 ‘자신의 경험에 의거한 습관과 부합하는 것’이라는 것을 놓치는 것에 있다.
기기의 인터페이스는 자신이 사용했을 때, 습관적으로 인지할 수 있어야만 ‘직관적이다’라고 판단하게 되는 것이고, 습관적으로 인지하지 못했을 때는 ‘직관성이 없다’라고 판단하는 심각한 오류를 가지고 있다. 일반인의 범주에서 벗어난 UI 설계자 혹은 디자이너가 한 기기의 인터페이스를 평가할 때 직관성을 따지는 부분에 있어서는 자신의 경험으로 판단하게 되고 그를 설명하기 위한 전문성이 따른다.
직관이라는 것을 모든 사람들이 ‘경험에 의거하여’ 모두 가지고 있는 반면, 전문성은 실제로도 존재한다. 예를 들면, 디자인 세미나 같은 곳에 갔을 때, 프리젠테이션하는 자료들을 자세히 살펴보면 디자이너들의 용어들을 쓰면서 수많은 일반인이 알아듣기를 요구한다. 이것은 직관성을 떠나 전문성을 요구하고 있는 것이고, 실제로 작성한 발표자 역시도 ‘이렇게 하면 직관적일거야’라고 생각하며 자신의 전문성을 녹여놓게 된다.
따라서 인터페이스 디자이너는 기기를 디자인 하거나 GUI를 디자인할 때 많은 사람들이 직관적으로 인지할 수 있는 Interface model을 마련해야만 한다. 그래서 Icon의 Metaphor를 고민하고, 타이포그래피를 효과적으로 보여줄 수 있는 방법에 대해 고민한다. 일반적인 소비자들이 경험하는 많은 요소들(문화, 습관, 가치, 일상 등)을 자신이 디자인하는 인터페이스에 녹여서 소비자들이 그것을 경험에 의거하여 별도의 학습이 없이도 바로 자신의 수족처럼 부릴 수 있어야만 좋은 직관성을 가진 인터페이스라고 볼 수 있다.
또한 감성 조명이 간단하고 직관적이기만 해서는 의미가 없을 수도 있다. 감성이란 무척 복잡하고 다양하며, 여러 가지 변수를 많이 가지는 분야이기 때문이다. 따라서 감성 조명에 대한 연구를 위해서는 단순한 제어 또는 UI가 아니라 인간이 느끼는 감성공학적인 측면에서의 접근이 필요하며, 상당히 많은 연구도 필요하다. 이에 해당 센터에서는 관련 연구를 실제 상용화하는 방향으로 여러 협력 업체와 함께 감성 조명을 구현한 시제품을 개발해오고 있다. 그 중에서 오로라디자인랩과 함께 터치와 조명을 하나로 묶은 새로운 LED 기반 감성 조명 제품인 터치 무드등을 개발하였다. 오로라디자인랩은 지난 2007년에 LED 소자를 이용한 감성 조명기기 분야를 주요 사업 분야로 설립된 회사로서, LED 소자를 이용한 감성 조명을 위주로 관련 제어 기술 특허를 보유하고 있다.
오로라디자인랩의 터치 무드등
가정 내 조명 시스템에 있어 스위치는 굉장히 직관적인 위치와 UI를 가지고 있다. 그러나 디자인 또는 실내 인테리어의 측면에서 보면 거의가 비슷한 형태와 제한을 가지고 있다. 기존 스위치와 동일한 위치에 대체되면서도 간접 무드등으로써의 역할을 수행하며, 동시에 감성 조명등의 제어 역할을 담당할 수 있는 기기로서 디자인되었다. 디자인된 터치 무드등은 조명부에 터치를 함으로써 직관적인 피드백 기능을 제공하여 감성 조명 제어 또는 디밍 제어에 유리한 기능을 제공한다. 그리고 전면부의 자유로운 디자인을 통해 실내 인테리어의 새로운 아이콘으로서 기대한다.
또한 기존의 홈네트워크 시스템과의 연동을 위한 지원 기능을 포함하여 원격 제어, 긴급 모드, 방문자 알림 및 동작 인식을 통한 노약자 및 환자의 U-Healthcare 지원이 가능하다.
홈네트워크연구센터의 감성 조명 시스템
지난 2008년 ITRC 포럼 중 홈네트워크연구센터 전시부스에 설치된 그룹 연동형 LED 타일 시스템으로 LED 전광판과 비슷한 모습이지만 개별적인 LED 컨트롤러들을 P2P 통신으로 연결하여 연동 이미지 또는 글자를 표현할 수 있도록 한 시스템이다. 개별 LED 타일은 PWM 제어로 RGB를 제어하는 하나의 픽셀을 나타내고, 각 픽셀 간 연결은 1개의 통신 라인으로 구성되기 때문에 픽셀을 자유롭게 배치할 수 있으며, 픽셀과 픽셀 사이를 얼마든지 유동적으로 배치할 수 있는 장점이 있다.
이러한 프로토타입은 LED 제어 기술에 있어 색과 밝기의 조절이 LED 조명을 기존 조명과 차별성을 둘 수 있는 큰 기술임을 보여준다. 또한 LED의 특성상 단기간 내에는 할로겐램프의 안정기처럼 AC-DC 변환기가 필요한데, 감성 조명을 위해서는 안정기에 디밍 기능을 직렬 통신형태로 제공하고 이를 제어하는 스위치와 연결될 수 있는 새로운 배선 방법도 고안해야 할 필요가 있음을 보여준다.
지금까지 여러 가지 방향으로 LED를 이용한 관련 산업과 기술 발전 방향에 대해 알아보았다. 2009년 대한민국 정부는 녹색성장을 정책방향으로 결정하고 LED 관련 산업을 육성하기 위해 많은 자금을 투자하고 있다. 또한 기존 대기업을 비롯하여 많은 기업들이 LED 조명 및 관련 산업에 많은 관심을 가지고 있다. 그러나 아직까지 기존 조명 대체에만 연구 및 기술 개발의 방향이 편중되는 문제가 있다. 이에 앞으로는 LED가 가지는 장점인 효율적인 제어가 가능하다는 점을 핵심으로 기술이 개발되어야 할 것이다.
이처럼 LED 산업의 발전을 위해서는 일단 비싸게 팔 수 있는 고부가 가치 제품을 연구 개발하는 것이 무엇보다 필요하다. 따라서 고부가 가치가 있는 감성 조명과 관련 감성 공학에 대한 연구가 진행되어야 한다. 또한 LED 소자에 대한 원천기술 획득 또는 크로스 라이세싱을 통한 원가 절감과 함께 소자 패키징 기술의 향상이 필요하다. 그리고 기존 형광등이나 백열전구 소켓처럼 소자들을 모아 만든 모듈의 경우 연결을 위한 커넥터 표준화가 무엇보다 절실히 요구된다.
감성조명으로의 LED 조명 발전
전력 소비량이 낮고 친환경적이며, 색온도 조정이 가능하다는 장점을 가진 감성조명에 대한 일반의 관심과 수요가 최근 점차 늘고 있다. 이는 소비자들이 조명을 그저 어둠을 밝히는 수단으로만 여기는 것이 아니라 인간의 웰빙 생활과 환경, 분위기까지 모두 고려한 필수조건으로 생각한다는 점을 시사한다. 현재 많은 조명 관련 업체에서는 쾌적성과 고도의 기능성을 동시에 갖춘 LED 감성조명 제품 개발에 한창이다. 이번호에서는 감성조명의 기술 동향과 앞으로의 발전 방향에 대해 살펴보고자 한다.
LED 감성조명 기술 동향
감성조명 기술
감성조명이란 인간이 만들어낸 인공조명을 최대한 자연조명과 유사하게 만든 인간친화적인 조명을 지칭한다고 할 수 있다. 과거 인간은 수십만 년 동안 일출부터 일몰까지, 그리고 달빛이나 별빛과 같은 자연조명에 의해 끊임없이 변하는 색온도와 밝기의 리듬 속에서 살아왔다. 하지만 인간사회의 발전으로 인해 현대인들은 주거환경이 실내로 옮겨진 후 기술적인 한계와 경제적인 이류로 인해 단순히 어둠을 밝혀주는 기능조명에만 의존하여 왔었다. 그러나 최근에는 인간 친화, 환경 친화 등과 같이 과거의 기능조명보다는 실내에서도 보다 인간 중심적인 자연조명의 변화를 연출할 수 있기를 원하는 사회적인 수요가 늘어나고 있다.
모든 인간은 빛과 함께할 때 보다 편안함을 느낄 수 있으며, 안정된 마음으로 아름다움과 행복을 추구하려는 본능을 가지게 된다. 더구나 모든 동·식물들은 태양빛의 스펙트럼 특성과 하루의 빛의 리듬, 계절적인 빛의 변화에 대해 다양한 생리적 반응을 일으키도록 되어 있는 만큼, 색온도의 심적인 효과를 조명계획에 의도적으로 사용하는 것은 공간을 한층 더 쾌적하게 만드는 수단이 될 수 있다. 이린 이유로 현대인들이 가장 많은 시간을 보내는 실내 공간에는 감성조명이 필요하다.
감성조명 기술은 조명의 색온도를 2,300 ~ 8,000K 범위에서 자유롭게 조정할 수 있는 조명 시스템이라고 할 수 있다. 그러나 현재 LED가 실내조명에 직접적으로 사용되면서 그 의미는 차츰 넓어지고 있는 실정이다.
빛의 영향과 감성조명의 필요성
우리가 사물을 볼 수 있는 것은 그 물체가 빛을 반사시키기 때문이다. 빛의 주요 원천은 태양이며, 그 태양의 빛은 여러 의미를 가진다. 인간이 생활을 영위할 수 있도록 할 뿐 아니라 생명을 잉태시키는 에너지의 근원이다. 우리 조상들이 빛이 쩡쩡한 날 장독의 뚜껑을 부지런히 열어두고 옷과 이불을 마당 한 가운데 널어 말렸던 이유를 생각해본 적이 있는가? 그 이유는 습기가 너무 많거나 지하에 집이 있으면 창문으로 들어오는 빛이 차단되어 각종 세균과 곰팡이가 잘 번식하므로 면역력이 약한 어린이들은 기관지염, 폐렴 등과 같은 호흡기 질환이 쉽게 발생할 수 있기 때문이다. 인간도 일조량에서 자유로울 수 없다. 인간 역시 자연의 일부분이고, 태양은 인체의 건강을 유지하는 데 큰 역할을 하기 때문이다.
빛이 인체에 미치는 영향에 관한 예는 여러 의학 보고에서 찾아 볼 수 있다. 연간 2,000시간 이상의 일조량을 보이는 뉴질랜드나 칠레는 자살률이 10만 명당 6명 이하로 아주 낮은 편이며, 유럽 중에서도 일조량이 많은 나라에 속하는 이탈리아나 스페인 역시 6~10명으로 낮은 편이다. 반면, 상대적으로 일조량이 부족한 스칸디나비아 제국, 스위스, 독일 등은 자살률이 10만 명당 25명 이상으로 자살 상위국에 속한다는 사실은 빛이 신체적인 영향뿐만 아니라 정신적 건강에도 매우 중요한 역할을 한다는 것을 입증한다. 따라서 우리는 빛을 이해하는데 있어 단지 태양광선의 하나로만 여겨서는 안 되며, 인간이 살아가는데 없어서는 안 될 공기처럼 삶에 꼭 필요한 필요조건으로 인식해야 한다.
감성조명은 조명기기에서 나오는 색의 온도와 밝기를 사람의 심리상태와 생체리듬에 알맞게 적용시키면서 공간을 변화시킬 수 있는 조명기술을 말한다. 앞에서도 언급했듯이 빛은 인류가 시작된 이래로 오늘날까지 인간과 그들이 영위하는 생활에 시공을 초월하여 커다란 영향을 미치고 있는 동적인 에너지이다. 이로 인해 모든 인간은 빛과 함께 할 때, 보다 편안함을 느낄 수 있으며, 안정된 마음으로 아름다움과 행복을 추구하려는 본능을 가지게 된다.
더군다나 태양빛의 스펙트럼 특성과 하루의 빛의 리듬, 계절적인 빛의 변화에 모든 동식물들은 다양한 생리적 반응을 일으키도록 되어있는 만큼, 색온도의 심적인 효과를 조명 계획에 의도적으로 사용하는 것은 공간을 한층 더 쾌적하게 만드는 수단이 될 수 있다. 이런 이유로 현대인들이 가장 많은 시간을 보내는 실내공간에는 감성조명이 필요하다. 이미 조명은 빛을 발하는 단순 기능에서 벗어나 생활과 사회 전 분야에 걸쳐 하나의 예술문화로 자리매김했다. 감성조명은 이러한 시대의 요구에 부응하고, Well-Being을 추구하는 현대인들에게 꼭 필요한 기술이다.
감성조명 시장 동향
감성조명은 조명의 밝기(조도)와 색온도를 자유롭게 조절함으로써 시간대·연령대별로 인간의 생체리듬, 뇌파·두뇌활동, 신체리듬이 달리 나타나는 데에 효율적으로 적용할 수 있다는 장점이 있다. 예컨대 감성조명을 적용하면 시간에 따라 조명이 밝아지기도 하고 조명의 색온도가 붉은색, 주황색 등으로 다양하게 바뀌는가 하면, 저녁이 되면 조도가 스스로 낮춰지는 등의 기능을 하게 된다.
이러한 감성조명은 조명의 색온도를 2천 200~8천K(캘빈) 범위에서 자유롭게 조정하고 조도를 일정 범위 내에서 자유로이 조절함으로써 일출, 일몰, 한낮 시간의 변화에 따른 태양빛의 변화를 실내에서 그대로 연출할 수 있다는 게 장점이다. 하지만 국내는 물론, 세계적으로 감성조명 시장은 아직 걸음마 단계에 불과하다. 감성조명 시장에 대해서는 아직 정확한 통계조차 나와 있지 않으며, 감성조명은 현재 주로 아파트에 적용되고 있는 정도다.
감성조명 업계 국내 선두주자는 ㈜필룩스라고 할 수 있다. 국내에서 대기업들은 주로 LED 산업 쪽에 관심을 기울이고 있는 가운데 일부 중소업계가 감성조명 시장에 후발주자로 뛰어든 정도로 알려지고 있다. 현재 세계적으로 감성조명의 대표주자로는 필립스, 오스람, 필룩스 정도를 꼽을 정도다.
이 가운데 필룩스는 형광등 기반의 감성조명 기술을 보유하고 있으며, 유럽에 현지 판매 법인을 두고 독일, 영국, 이탈리아, 프랑스 등 유럽국가에 감성조명 제품을 수출해오는 등 지난해 연간 자사 매출액 1천여억 원 가운데 60% 정도를 해외수출에서 달성했다. 일례로 세계적 조명기기 업체인 독일 오스람은 지난 2008년 중반에 필룩스와 계약을 체결하고 필룩스의 조명제품들을 수입해가고 있으며, 미국도 올해부터 필룩스의 조명기기들을 수입하고 있다.
현재 LED를 접목한 감성조명은 아직 상업화되지 못한 상태로, 필룩스 관계자는 LED칩에 대한 최종검증만 마치면 올해 안으로 LED를 접목시킨 감성조명을 출시할 계획이라고 말했다. 필룩스 관계자에 따르면 아파트에 감성조명 시스템을 적용해 시공할 경우 3.3㎡(1평)당 20만원, 100㎡(약 30평형)당 600만원 정도의 비용이 추가되기 때문에 LED 기반 감성조명 시스템에 있어서도 결국 생산 단가가 중요한 경쟁 요소일 것으로 보인다.
룩스노바(대표 유희숙, www.luxnova.co.kr)는 수년간 국내외 엘리베이터 업체에 안정기와 조명등을 납품하고 있는 업체로, 한국광기술원 및 럭스피아와 공동으로 엘리베이터 LED 감성조명 제품을 개발했다. 제품의 핵심기술은 계절이나 시간에 따라 실시간으로 태양의 색온도와 LED 조명 제품의 색온도를 일치시키는 제어기술을 통해 인간의 생체리듬을 왜곡시키지 않는 감성적이고 쾌적한 조명환경을 구현한다는 것이다. 또 정전이나 비상시에는 동일제품에 비상전원으로 구동될 수 있는 LED 점등회로 기능을 구현, 현재 사용하는 별도의 비상조명을 설치하지 않아도 돼 비용절감 효과가 있는 제품이다.
다음은 오로라디자인랩(www.auroradesignlab.com)에서 제안하고 있는 HARWER LED 조명이다. 해당 제품은 전력사용 효율 및 사용자 인터랙티브에 따라 본체에 감춰진 보이지 않는 움직임감지 센서 및 조도 센서로 센서 기반 자동제어가 가능하여 LED 조명의 에너지 절감에 도움이 되는 솔루션이다. 또한 확장 가능한 MCU 기반 제어보드를 통해 감성조명에 적합한 색온도 조절이 가능하고 네트워크 기반의 그룹제어 등으로 확장성이 높으며, 센서가 보이지 않는 구조로 인해 디자인 면에서도 강점을 가진다.
이렇게 감성조명을 지원하는 조명 제품들을 살펴보았다. 대부분의 제품들은 여전히 형광등 및 전구 기반의 색온도 조절이 대부분이며, 최근 LED를 사용해 색온도 조절이 가능한 제품들을 LED 감성조명이라고 지칭하고 있다. 이러한 조명 제품의 경우 제품개발사에서는 색온도 조절을 위한 제어기능으로 인해 제품의 단가가 상승하기 때문에 전반적으로는 다양한 서비스를 제공하는 하나의 시스템으로 개발하려고 한다.
그래서 감성조명 제품의 경우 대부분 시스템인 경우가 많지만, 위에서 언급한 엘리베이터 내 센서등과 같이 단품의 경우도 있다. 하지만 감성조명 시장의 활성을 위해서는 오로라디자인랩의 HARWER LED 조명과 같이 단품으로서도 네트워크로도 사용될 수 있는 형태가 보다 유리해 보인다. 감성조명의 활성화를 위해서는 설치 장소 및 요구되는 서비스에 맞춰줄 수 있는 확장성 높은 감성조명 기술의 개발이 요구되고 있다.
LED 감성조명 기술
백색광 LED 기반 감성조명 기술
전 세계적으로 에너지 절약에 대한 경각심이 고조되고 전기, 가스와 같은 고급 에너지에 대한 수요가 폭발적으로 증가하게 되면서 새로운 조명 기술에 대한 관심이 증폭되었다. 이런 상황에서 반도체 발광소자(LED)를 이용한 반도체 광원의 개발이 시작되었다. 절전 제품에 대한 관심이 높아지고 있는 추세에서 전력 소비량이 낮고 광 변환 효율이 높은 LED는 기존의 백열등과 형광등을 대체할 수 있는 차세대 광원으로 주목 받고 있다.
빛에 의한 시각적 연출은 공간 자체의 물리적 변화 없이 공간의 결점을 수정 보완해 주기도 하며, 쾌감과 관계되는 심리적 효과로 나타난다. 이와 같은 조명 계획의 궁극적인 목적은 그 공간 주체인 인간에게 기능적, 심리적으로 쾌적한 조명 환경을 제공하는 것이기 때문이다. 따라서 조명 환경의 쾌적성을 보장함과 동시에 고도의 기능성을 갖춘 LED 조명 환경을 구축하는 것이다. LED 조명 환경을 구축하기 위해서는 LED 조명이 가지는 광학적 특성을 분석하고 그 특성에 따라 반응하는 사람들의 감성 특성을 체계적으로 분석, 규명하는 연구가 절실히 필요하다.
이러한 LED 감성조명 기술 확보에 있어 가장 먼저 고려되어야 할 조명 분야는 LED를 이용한 백색광 분야일 것이다. 왜냐하면 앞에서도 예기된 감성조명은 일반적으로 태양광과 유사한 백색광의 색온도 조절에 기반을 두고 있기 때문이다. 또한 LED 소자 중에 가장 전력변환 효율이 높은 소자는 백색 LED이기 때문이기도 하다. 그러나 우리가 물체를 볼 수 있는 것은 백색광의 표면 반사율에 따라 색을 구분하기 때문에 가장 기초적이면서 필수적인 백색광 LED 기반의 감성조명 기술이 먼저 확보되어야 한다.
‘LED 기반 백색조명의 색온도 및 연색지수에 따른 감성 평가’라는 논문을 살펴보면 약 120명 정도의 평가그룹에 조명의 평가성을 묻는 10문항과 조명의 역량성(Potency)을 묻는 5문항, 전체 조명 감성이미지와 관련된 1문항을 선정하여 평가모델을 만들어 실험한 결과 색온도와 연색지수에 관한 다음과 같은 결과를 도출하였다.
활동성요인에 있어서 색온도에 대한 감성 평가는 색온도 8300K인 조명이 상쾌하며, 뚜렷하고 활기 있는 조명으로, 5800K인 조명을 선명한 조명으로, 활동성요인에서는 8300K>5800K>3800K 순으로 색온도가 높을수록 더 높은 평가를 하였다.
안정감요인에 있어서 색온도에 대한 감성 평가는 색온도가 낮은 3800K인 조명이 정감 있으며, 편안하고 중후하며 눈부심 없는 조명으로 채택되었다. 또 5800K 조명은 편안한 조명으로만 평가되었다. 즉, 안정감요인에서는 색온도가 3800K>5800K>8300K 순이었으며, 즉 색온도가 낮을수록 더 높은 평가를 하였다.
역량성요인에 있어서 색온도에 대한 감성 평가는 강렬하고 현대적이며 화려한 조명으로는 색온도가 높은 8300K인 조명이, 따스한 조명으로는 색온도가 낮은 3800K인 조명을 선호하였다. 역량성요인에서는 색온도가 8300K>5800K>3800K 순으로 평가하였다.
감성이미지요인에 있어서 색온도에 대한 감성 평가는 5800K>8300K> 3800K 순서로, 이는 형광등의 색온도에 익숙해 있으며, 우리나라의 경우는 청색 계통을 선호하는 것과 관련이 있는 것으로 사료된다.
또한 활동성요인에 있어서 연색 지수에 대한 감성 평가는 연색 지수 89>79>65 순으로 집계되었으며, 선명하고 상쾌하며 뚜렷하고 활기가 있느냐는 시각적 현상을 평가하는 활동성요인에서는 고연색 지수 조명을 높게 평가한 것으로 나타났다.
안정감요인에 있어서 연색 지수에 대한 감성 평가는 연색 지수 89>65>79 순이었으며, 고연색 지수 조명은 편안하고 자연스러우며 아름다운 조명으로, 저연색 지수 조명은 중후한 조명으로 평가하였다.
역량성요인에 있어서 연색 지수에 대한 감성 평가는 연색 지수가 79>89>65 순으로, 고연색 지수 조명은 입체적이고 현대적이며 시원한 느낌을 주는 조명으로, 중연색 지수 조명은 강렬하고 화려한 조명으로, 저연색 지수 조명은 은은하고, 따스한 느낌을 주며, 고풍스럽고 수수한 조명으로 선택되었다.
감성이미지요인에 있어서 연색 지수에 대한 감성 평가는 연색 지수가 89>79>65 순으로 매겨졌으며, 고연색 지수 조명을 선호하는 것으로 나타났다.
LED 감성조명 발전 방향
실내조명의 경우 다양한 소비자의 수요에 맞추어 발전되고 있으며, 그로 인해 실내 조도를 제공하는 기본조명에서 분위기를 변경하는 감성조명에 사용자의 프로파일 및 스케줄에 따라 자동적으로 제어되는 지능형 조명에 이르기까지 다양한 분야로 다양한 기술들이 개발되고 있는 현실이다. 그 중에서도 LED를 사용한 조명은 기본조명에 활용될 때에는 에너지 효율과 수명이 기존의 조명보다 유리한 점이 장점이며, 감성조명 및 지능형 조명일 경우에는 다양한 제어가 가능한 점이 장점이 될 것이다. 따라서 LED 감성조명은 기존 형광등 기반의 감성조명보다 다양한 색과 제어 가능한 색온도 범위가 넓어야하며, 폭넓은 제어 범위에 따라 단순하면서도 쉽고 직관적으로 제어 가능한 사용자 인터페이스를 가져야 한다.
LED 감성조명을 위한 기반 기술로 다양한 색상 및 색온도로 제어될 수 있는 LED 집적화 기술과 고효율 제어 기술이 필요하며, 그와 같이 사용자 인터페이스 기술이 요구된다.
▲ LED 집적화 기술
· 집적화에 따른 제어부의 면적 및 단가 상승
· 제어 효율의 증가를 위한 계층 설계 기술
· 소자 집적에 따른 열 증가 해결
· 폭넓은 색 조절을 위한 LED에 최적화된 brightness 및 chroma 제어 기술
▲ 사용자 인터페이스 기술
· 다양한 실내 공간에 따른 사용자 인터페이스의 적응
· 가변적인 사용자 인터페이스를 직관적인 모델로 통합하는 기술
다음은 오로라디자인 랩에서 개발된 LED 감성조명을 위한 터치 무드조명이다. 해당 기술은 직관적인 사용자 UI를 적응적으로 중앙 시스템에서 변경 용이하며, 진동 및 직접적인 조명으로 사용자에게 제어 방향을 피드백 함으로써 간단하고 직관적인 사용자 인터페이스를 제공할 수 있는 장점을 가진다.
이처럼 앞으로의 LED 감성조명 발전을 위해서는 보다 직관적이고 간단하며 다른 서비스와 연동될 수 있는 네트워크 인터페이스 기반의 사용자 인터페이스가 필요하며, 이러한 사용자 인터페이스와 조명 간에 발생할 수 있는 네트워크에 적합한 확장성 높은 프로토콜 및 네트워크 프리엠워크에 관한 연구가 필요하다.
가까운 미래에 LED 조명산업은 보다 고부가 조명으로서 시장을 형성할 것으로 보인다. 지금은 단순히 기존의 조명을 대체하는데 목적을 두고 있으나, LED 소자의 장점으로 감성조명이나 인터랙티브 조명, 지능형 조명 등 여러 가지 새로운 콘셉트와 아이디어들이 접목되어 많은 발전을 이루게 될 것이다. 그 중에서도 감성조명은 단순히 색온도 조절뿐만이 아니라 네트워크를 통한 인터랙티브 조명으로 발전할 것으로 예상된다.
Source : 월간 홈네트워크&시큐리티 NS
(www.aptns.co.kr)
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