▒▒▒▒ (주)도경L.E.D ▒▒▒▒

HOME / 센서등 상식 / L.E.D 상식

사용하는 LED의 색상(전압규격이 다름)과 전류 SPEC(규격)에 따라 사용전압과 저항값이 달라집니다.
(아래표 참조)

색상	구 분	최소전압	최대전압	전류(일반)	전류(최대)
적 ●	Red	1.8V	2.3V	20㎃	50㎃
등 ●	Orange	2.0V	2.3V	30㎃	50㎃
황 ●	Real Yellow	2.0V	2.8V	20㎃	50㎃
초 ●	Emerald Green	1.8V	2.3V	20㎃	50㎃
초 ●	Real Green	3.0V	3.6V	20㎃	50㎃
청 ●	Sky Blue	3.4V	3.8V	20㎃	50㎃
청 ●	Real Blue	3.4V	3.8V	20㎃	50㎃
자 ●	Pink	3.4V	3.8V	20㎃	50㎃
백 ○	White	3.4V	4.0V	20㎃	50㎃

발광다이오드 (Light Emitting Diode 또는 luminescent diode, LED)란 갈륨비소 등의 화합물에 전류를 흘려 빛을 발산하는 반도체소자이다. LED는 컴퓨터 본체에서 하드디스크가 돌아갈 때 깜빡이는 작은 불빛, 도심의 빌딩위에 설치된 대형 전광판, TV리모콘버튼을 누를 때마다 TV본체에 신호를 보내는 눈에 보이지 않는 광선 등을 만들 때 필요한 것이다.
LED는 아래 위에 전극을 붙인 전도물질에 전류가 통과하면 전자와 정공이라고 불리는 플러스 전하입자가 이 전극 중앙에서 결합해 빛의 광자를 발산하는 구조로 돼 있다. 이 물질의 특성에 따라 빛의 색깔이 달라진다.
1968년 미국에서 적색 LED가 개발된 이후 황색, 녹색, 청색, 백색 LED가 우리생활 곳곳에서 쓰이고 있다.

국내에서는 삼성전기, LG이노텍 등의 대기업과 광전자, 서울반도체 등의 중소기업등 320여개 업체가 LED 관련 분야에서 사업을 하고 있다. 더욱이 LED 관련 시장규모 확대와 제조설비, 생산라인의 규격화에 따라 LED 관련 사업으로의 진입이 쉬워지고 있다.
그러나 전세계 LED시장이 매년 40% 이상씩 고성장을 구가함에 불구하고 국내시장 현황은 그리 밝은 편만은 아니다.

국내시장의 일부 벤처기업들의 노력으로 고휘도 LED의 개발성과들이 나오고 있으며 높은 성장성에 대한 기대감으로 신규 창업 열기도 달아오르고 있다. 하지만 품질에 대한 검증이 되지 않고 선진업체들이 장악하고 있는 기술특허 사용문제도 제대로 해결되지 않은 상황이어서 신제품 연구개발과 제품 생산에 막대한 지장을 초래하고 있는 실정이다.
이 때문에 국내 고휘도 LED 개발제품은 미미한 시장을 형성하기 시작했을 뿐이다.

발광다이오드(LED) 조명을 사용하는 분야가 확대일로를 걷고 있다. LED 조명은 건물의 외부 경관을 좋게 만들던 역할 정도에 그쳤지만 최근에는 실내등을 비롯해 자동차용 조명과 가로등으로까지 영역이 넓어졌다.

이처럼 LED 조명의 쓰임새가 넓어지는 것은 LED 조명의 장점이 매우 많기 때문이다. LED 조명은 전력 소모가 일반 형광등의 20% 수준이다. 반면 수명은 10만 시간 이상이다. 하루 8시간 기준으로 34년을 넘게 쓸 수 있는 수치다. 수은이나 납 등 유해 물질이 없어 친환경적일 뿐더러 다양한 크기와 색을 낼 수 있다.

실내등 시장에서는 LED 조명이 백열등·형광등과 겨룰 준비를 하고 있다. 아직 가격이 상대적으로 비싸다는 단점이 있지만 3년 전에 비해 가격이 절반 수준으로 떨어졌기 때문에 전망은 밝다.

전자제품의 표시등, 휴대폰의 BLU, LCD TV의 광원, 자동차 계기판과 전조등, 브레이크등, 길거리 광고판, 신호등에 이르기까지 LED가 생활 속으로 들어오고 있다.
전기와 신호를 주면 빛을 내는 화합물 반도체의 일종인 LED(Light Emitting Diode)는 기존 광원에 비해 전력소모가 적고 반영구적으로 사용할 수 있는 장점을 가지고 있다. 백열전구는 전력의 10%만을 빛으로 전환시키는 반면 LED는 90%를 빛으로 변환시키기 때문에 전력소모가 백열전구의 10분의 1 수준이다.
실제로 LED의 수명은 10만 시간 정도. 여기에 환경의 변화 및 물리적인 악조건을 감안해도 4만~5만 시간의 수명을 자랑한다. 이는 기존 전구의 수명인 1,000~4,000시간에 비해 비교할 수 없을 정도의 긴 수명으로 조명기기의 유지보수를 대폭 절감할 수 있는 장점이 있다.
LED가 각광받는 또 다른 이유는 친환경성에 있다. 현재 대부분의 조명이 수은을 사용하는 것과 달리 LED는 수은과 납을 사용하지 않기 때문에 미래 광원으로 급부상할 것으로 보인다. 유럽의 환경규제로 수은과 납의 사용을 제한하고 있는 점을 감안할 때 LED가 기존의 조명을 대체하는 것은 ‘시간문제’라는 것이 전문가들의 의견이다. 실제로 LED가격은 10년마다 10배 이상 떨어지고 있으며 성능은 20배 이상 좋아지고 있어 사용이 날로 늘어나고 있다.
LED는 이러한 기술적인 장점을 가지고 조명시장은 물론 자동차, LCD TV, 휴대폰 백라이트, 광고판, 신호등 등 다양한 분야에서도 응용될 수 있다는 점에서 차세대 광원으로 주목받고 있다.

LED는 지난 1960년대 초 연구되기 시작해 60년대 후반부터 상용화가 이뤄졌다. LED의 발광원리를 보면 LED 안쪽에 위치한 발광 소자에 전기에너지가 가해지면 발광소자가 전기에너지를 빛으로 변환해 출력하는 것이다.
모든 물질은 원자로 이루어져 있으며 원자 내부에는 핵이 있다. 그 주위를 돌고 있는 전자는 궤도를 형성하면서 회전하는데 궤도가 핵에서 멀어질수록 궤도를 돌고 있는 전자는 많은 에너지를 가지고 있어야만 한다. 낮은 궤도에서 돌고 있던 전자가 외부로부터 에너지를 받으면 높은 궤도로 뛰어 올라가게 되며, 높은 궤도에서 불안하게 머물러 있는 전자는 궤도로 내려갈 때 에너지를 발산한다. 이때 발산되는 에너지를 빛의 형태로 조절하는 것이 바로 LED다.
LED소자는 사용하는 재료의 종류에 따라 전자가 올라갔다 내려가는 준위의 차이가 있으며 이런 준위 차는 곧 만들어내는 에너지의 차이로 이어진다.
결국 같은 빛이라도 낮은 에너지 준위에서 만들어지는 빛은 긴 파장을 가지고 있는 적색으로, 높은 에너지 준위에서 만들어지는 빛은 짧은 파장을 가지고 있어서 청색으로 나타난다. 결국 3원색인 적(R), 녹(G), 청(B) 소자를 조합해 컬러를 구현하는 것이다.
LED 가운데 가장 먼저 상용화된 68년경 갈륨비소(GaAs), 알루미늄비소(AlAs)는 웨이퍼를 사용해 개발한 적색 LED다. 이후 미국의 몬산토가 갈륨비소포스파이드(GaAsP)란 물질의 결정성장법을 특허 출원, 미국을 중심으로 연구 및 실용화가 진행됐다.
GaAs 기판 위에 GaAlAs를 성장한 이종접합 적색 LED가 개발된 이래 80년대 일본을 중심으로 연구가 진행되면서 고휘도 LED인 GaAlAs 재료를 이용한 적색 LED가 상용화됐다.
AlGaAs를 소재로 사용한 녹색 LED는 그동안 1%에 불과한 에너지 변환효율을 기록했던 백열전구보다 높은 수준을 구현하며 각광 받았다. 이후에도 지속적으로 신물질에 대한 연구가 이어져 최근 일본에서는 인듐갈륨알루미늄포스파이드(InGaAlP)와 같은 4원계 조성의 화합물 반도체 박막성장 기술 발달에 따라 백열전구보다 높은 고휘도의 조명효율을 확보한 것으로 알려졌다.
녹색 LED의 경우는 알루미늄포스파이드(AlP)와 갈륨포스파이드(GaP)가 가장 좋지만 AlP는 산화하기 쉬워 GaP를 중심으로 개발이 시도됐다. 그러나 이들 소재로 생산하는 반도체는 간접 천이형 반도체여서 발광효율을 향상시키기 어려워 순녹색의 광원을 얻을 수 없었다. 그러나 인듐갈륨나이트라이드(InGaN)란 새로운 결정체에 대한 박막 성장 기술 개발에 성공하면서 고휘도, 순녹색 LED가 등장하게 됐다.
90년대 들어서는 인듐갈륨알루미늄포스파이드(InGaAlP)란 웨이퍼가 개발됨으로써 초고휘도 적색 및 주황색 LED 상용화의 문을 열었다.
R·G·B 등 LED를 구성하는 3가지 요소 중 가장 늦게 등장한 것이 청색. 청색 LED는 93년경 일본 니치아화학이 인듐갈륨나이트라이드(InGaN)를 소재로 한 고휘도 청색 LED를 내놓으면서 이른바 ‘블루 LED’시대를 열었다.
니치아는 이후 95년 고휘도 녹색 LED까지 개발하면서 저전력 광원을 개발하고자 하는 인류의 오랜 숙원을 풀었다. 이를 계기로 적·녹·청 등 3색 LED가 모두 상용화됨으로써 LED 응용시장의 풀 컬러화를 여는 첫 단추를 꿰었다. 그러나 순수 백색LED 구현이라는 LED 연구계의 꿈은 남아 있었다.
이어 96년에는 청색 LED에 형광물질을 첨가한 백색 LED가 개발됐으며, 2000년에는 LED의 성능이 기존 주력 광원인 형광등 보다 훨씬 높은 100㏐/W(루멘)를 능가하는 고휘도 적색 LED가 세상에 등장했다.
바야흐로 LED 조명시대가 열린 것이다. 초고속 멀티미디어 서비스 제공을 위한 광전송 소자부품 응용소자로 통신용 LED가 개발되는 등 LED 기술의 영역의 한계가 속속 무너지고 있다.

최근 들어 백색, 고휘도 LED가 출시되면서 LCD BLU와 휴대폰 플래시 시장에서 수요가 큰 폭으로 늘어나고 있으며 이 시장에서 연 28%의 고성장을 이어가고 있다. 백색 LED의 경우 신호등, 자동차 부품, 전광판 등 여러 분야로 급속하게 퍼지고 있다.
아이서플라이에 따르면 휴대폰 BLU용 LED 세계 시장 규모가 2004년에는 11억 9,400만 달러였으며 지난해 13억 2800만 달러로 16%의 성장율을 보였다.
또한 향후 데스크톱, 노트북 PC, LCD TV용 LED 시장도 연평균 28% 성장해 2008년이면 17억 5,000만 달러에 이를 것으로 전망했다. 반면, 휴대폰 키패드 LED 시장은 지난해부터 수요가 주춤한 분위기이다. 이는 무기EL의 등장과 맞물려 상대적으로 시장 수요가 줄어들었기 때문으로 분석된다.
더구나 휴대폰 플래시용 LED는 카메라 폰이 보편화되기 시작한 2003년부터 성장해 카메라 화소수와 비례해 지속적으로 시장규모가 증가하고 있는 추세이다. 이 시장은 2004년 1,200만 달러 규모의 시장을 형성했으며 매년 65%씩 성장해 2008년이 오면 9,000만 달러 규모로 확대될 것으로 보인다.

LED기술이 급격히 발전함에 따라 관련 응용분야가 넓어지고 있다. 지금까지 LED 소자를 모듈화 한 전광판이나 자동차용 조명등시장을 중심으로 성장해왔다면 앞으로는 LCD BLU 광원으로 휴대폰, 신호등, 통신용전송장치, 광계측기 등 광 응용 분야, 조명시장으로까지 발전할 것으로 보인다. 반영구적 수명에 친환경적이라는 장점을 가지고 있음에도 불구하고 그동안 가격이 비싸다는 단점 때문에 일부 시장에만 적용되어 왔던 LED가 관련 기술의 눈부신 발전에 힘입어 다양한 분야로의 발전 가능성을 높여가고 있다.

최근 고휘도, 백색LED 개발 등 LED기술이 급진전되면서 그 적용분야도 다양화되고 있다.
지난 2002년에 월드컵 경기의 길거리 응원을 가능하게 했던 것도 광화문 네거리에 설치된 대형 LED 디스플레이가 아니었다면 불가능했을 것이다. LED는 디스플레이 광고판 시장에서는 물론 휴대폰 BLU, LCD TV와 모니터용 BLU용 광원, 교통신호등, 자동차 조명, 일반 조명시장에 이르기까지 다양하게 적용되고 있다. 특히 LED의 친환경성은 수은을 함유하고 있는 LCD BLU용 광원인 CCFL을 대체할만한 적격 기술로 떠오르고 있어 이슈가 되고 있다.
최근 EU에서는 환경에 치명적인 악영향을 주는 수은의 사용량을 규제하고 있는데 LED가 기존의 수은함량이 높은 제품을 생산하고 있는 전자, 디스플레이 메이커들의 고민을 해결해줄 해결사로 부상하고 있다.
BLU용 광원으로의 LED의 채택은 TV시장은 물론, 모니터, 휴대폰 등 LCD를 사용하는 모든 제품에 적용된다는 점에서 어마어마한 시장규모를 가지고 있다. 더욱이 LED 기술의 최종목표인 백색 LED의 구현은 형광등을 대체할 수 있는 유력한 기술로 관련 업계의 뜨거운 관심의 대상이 되고 있다.
세계적인 시장조사업체인 Strategies Unlimited가 최근 발표한 자료에 따르면 세계 고휘도 LED 시장은 약 37억 달러 수준으로, 지난 2002년 18억 달러 수준에서 약 2배 이상 성장한 것으로 나타났다.
각 분야별 시장 점유율은 모바일용 58%, 자동차/수송용 13%, 사인/디스플레이 13%, 간접조명 5% 등으로, 여전히 모바일 분야의 강세가 두드러졌다.
특히, 국내 조명시장은 2조원대에 이르는 거대시장이라는 점을 감안할 때 LED 조명기기의 상용화는 생활을 바꾸는 혁명적인 사건이 될 것으로 보인다.
차세대 LED기술개발은 고효율과 저가의 백색 LED로 LCD TV의 BLU와 조명용 형광등, 자동차용 헤드라이트의 대체품으로 각광 받을 것으로 전망되고 있다.

지난해 특허등록 현황을 보면 LED 분야의 특허가 대다수를 이를 정도로 관련 기술개발열기가 뜨겁다. 지난 2005년 후반 3사분기 전 세계적으로 등록된 유기반도체 기술특허 1,600여건 가운데 82.5%에 해당하는 1,300여건이 LED관련 특허인 것으로 밝혀졌다.
지난해 7월부터 9월까지 유기반도체 기술 분야 특허등록건수는 유럽과 미국은 1,923건, 일본은 1,553건인 것으로 나타났다.
2005년 3사분기에 승인, 발행된 유럽, 미국의 유기 반도체 특허는 732건으로, 전 사분기에 비해 20%, 전년도에 비해 41% 상승했다. 2005년 2/4분기에 발행된 일본 특허는 866건이었으며 전 사분기에 비해 26%, 전년도에 비해 27% 상승했다.
LED 신소재개발도 급속하게 이루어지고 있다. 조명소재업체인 헤파스가 개발한 빛 투과율과 확산성이 뛰어난 LED 조명용 신소재가 대표적이다. 이 제품은 광확산 효과가 뛰어나 LED 소자 사용량을 줄일 수 있으며 가공성과 내충격성이 좋아 LED에 적용하면 최대 1,600만 색상을 구현할 수 있다. 또, 광 투과성과 확산성이 우수하면서도 압출과 성형, 절단이 쉬워 완제품으로 만들때 균열과 파손이 적어 다양하게 응용될 수 있다. 각종 수지와 나노물질로 만든 이 소재는 표면에 미세한 요철을 형성, 광 확산 특성을 증가시켜 LED 광원을 이용한 각종 디스플레이 조명기기, 간판 등 전면소재로 널리 활용될 것으로 보인다.
삼성전기도 지난해 말 소재기술, 무선고주파기술, 광학기술 등 3대 전략기술과 8대 제품군으로 사업구조를 전환하고 단품 위주에서 기술과 시스템모듈 중심의 사업을 전개할 것이라고 발표했다.
또 간접조명이나 자동차 전조등으로 쓰이는 2,500루멘스급 백색조명용 LED 광원모듈기술도 개발됐다. 광주광기술원 LED반도체조명연구사업부 김태훈 박사팀이 개발한 이 기술은 세계 최고 수준의 1캘빈/와트(K/W) 이하의 열 저항과 자동차 전조등으로 사용되는 할로겐 등을 능가하는 루멘스 값을 가진 백색조명용 LED 광원모듈이다. 이 제품은 2,500루멘스로 경관조명, 건축조명, 자동차전조등으로 활용될 것으로 기대된다.
유니모테크놀로지도 한양대학교와 공동으로 차세대 LED소재기술개발을 추진 중이다. 이들이 추진하는 수직형 LED/LD 개발은 기존의 발광다이오드가 사파이어 기판위에 GaN 발광층을 성장시켜 제조한 것과 달리 사파이어를 제거하고 수직으로 전극형성이 가능한 발광다이오드이다.
현재 조명용 LED 관련 시장은 6,000억 원 규모로 추산되며 현재까지 국내기업 가운데 수직형 LED를 생산 판매하는 곳은 없기 때문에 이번 기술 개발로 생산이 실현될 경우 시장에서 큰 수익이 발생할 것으로 기대된다.

LED가 조명시장의 패러다임이 바꿔놓고 있다. 관련 전문가들은 LED가 기존의 조명시장을 급속하게 대체할 것이라고 전망하고 있다. LED 조명은 2007년에 백열등을, 2012년에는 형광등을, 2020년에는 모든 조명을 대체하여 시장규모가 연간 수십조에 달하는 황금시장이 될 것이라는 예측이다.
이처럼 LED가 일반조명으로 활용이 가능하게된 것은 기술적으로 밝기 문제가 개선되면서부터이다. 물론 기존의 형광등 보다 가격이 10배나 비싸다는 단점도 점차 개선되고 있다.
때문에 관련업계에서는 LED 조명시장을 향한 행보가 빨라지고 있다.
산업연구원에 따르면 현재 한국의 기술 경쟁력은 일본의 70% 수준인 것으로 분석하고 있다. 일본 보다 시장진입이 늦은데다 원천 기술의 대부분이 일본 기업에 있기 때문이다. 최근 일본 니치아사에서는 와트당 100루멘을 돌파한 백색 LED를 개발하는 등 LED조명의 상용화를 위한 움직임이 빨라지고 있다.
실제로 백색 LED는 2008~2010년쯤 100ml/W가 가능할 것으로 보았으나 니치아는 2007년까지 150lm/W 소자를 만든다는 로드맵을 세우고 있어 LED조명의 보편화가 더욱 빨라질 것으로 예상된다. 백색 LED는 10년마다 발광효율이 30배씩 증가하는데 반해 가격은 10년마다 10분의 1 수준으로 하락하고 있다.
산업자원부에서도 오는 2015년께에는 LED가 완전히 형광등을 대체할 것으로 전망하고 있다. 이처럼 LED조명의 일반화는 백색 LED기술의 진보와 직결되어 있으며 최근 급격한 성능향상은 LED가 형광등을 대체할 수 있는 가능성을 높여준다는 점에서 의미가 크다.
하지만 현재 백색 LED는 발광효율, 열 방출, 신뢰성 등의 기술 확보를 위해서는 아직도 해결해야 할 문제점을 많이 갖고 있다. 일반적인 LED는 기본적으로 약 0.3×0.3㎟의 크기를 갖고 있으며 이에 따른 단위 칩 당 광속이 작고 제한이 있다. 따라서 높은 루멘을 낼 수 있는 LED의 대면적 및 고전류 구동할 수 있는 칩의 개발이 절실히 필요하다는 것이 관련 전문가들의 지적이다.
이처럼 LED 시장에 대한 가능성이 커지면서 관련 업체들의 움직임이 활발해지고 있지만 국내업체들의 경쟁력이 세계적인 수준에 미치지 못한다는 우려의 목소리도 높다.
하지만 오는 2010년에는 일본과 대등한 기술경쟁력을 확보할 것으로 전망한다.
한편 세계 조명용 광원시장은 약 200억 달러 규모로 오스람, GE, 필립스 등이 70~80%의 시장을 점유하고 있으며 국내 시장규모는 6,000억원으로 80% 이상을 수입에 의존하고 있는 실정이다.