◎'차세대 광원 LED의 부상과 대응방안'

삼성경제연구소 '차세대 광원 LED의 부상과 대응방안'

LED 세계 시장 규모 전망 jpg 150x84 8.0 KB jpg 300x169 24.8 KB jpg 567x319 13.7 KB 다양한 광원의 성능 및 가격 비교 jpg 150x82 8.3 KB jpg 300x164 25.4 KB jpg 567x310 15.6 KB 세계 LED시장 점유율 (2005년) jpg 150x84 10.6 KB jpg 300x167 31.9 KB jpg 567x316 21.7 KB 세계 LED 관련 특허 라이센싱 현황 jpg 150x99 9.9 KB jpg 300x197 32.5 KB jpg 567x373 25.2 KB

(서울=뉴스와이어) 2007년04월23일-- 삼성경제연구소 '차세대 광원 LED의 부상과 대응방안'

1. 고성장이 예상되는 LED시장

수년 내 주요 반도체 시장 규모에 육박

세계 LED시장은 향후 고속 성장하여 DRAM, 낸드플래시 등에 버금가는 규모가 될 것으로 전망. 2006년 63억 달러인 세계 LED시장은 매년 15%씩 성장하여 2010년 110억 달러에 이를 전망. 2010년 LED 시장은 현재 낸드플래시 시장의 약 90%, DRAM의 40%에 상당하는 규모. LED시장이 15%의 성장률을 지속한다면 2017년 경 현재의 DRAM시장규모에 도달. 최근 LED시장의 성장세는 DRAM 등 기타 반도체 시장이 양과 음의 성장률을 반복하며 성장이 둔화되고 있는 추세와는 대조적

LED는 반도체 광원으로서 저전력 및 소형이 장점

LED는 전류가 흐르면 빛을 내는 반도체. LED(발광다이오드, light emitting diode)는 양과 음의 전기적 성질을 가진 두 화합물이 접합하여(PN접합) 전기가 흐르면 빛이 발생되는 원리. 접합하는 화합물의 종류를 바꾸어 빛의 색깔을 조절 가능. 가시광선 뿐만 아니라 적외선, 자외선을 내는 LED도 있고 가시광선의 경우에도 적색부터 자색까지 모든 색의 표현이 가능. 하나의 LED는 하나의 색만을 나타내고 백색의 경우 적(R)ㆍ녹(G)ㆍ청(B) LED 3개를 조합하거나 청색 LED에 형광체를 입혀서 구현

LED 기술개발의 역사

- 1907년 LED의 발광현상을 최초로 관찰
- 1962년 적색 LED 상용화, 1968년 녹색 LED 발명
- 1970년대 초 RCA가 청색 LED를 발명한 이후, 1993년 니치아의 나카무라 슈지가 고효율 청색 LED를 최초로 상용화
- 1996년 니치아의 나카무라 슈지가 백색 LED를 발명

기존 광원 대비 효율이 높아 전력 소모가 적고 소형 구현이 쉽다는 장점. 기존 조명용 광원인 백열등이나 형광등 대비 소비전력 대비 밝기가 우수. 필라멘트를 가열하는 방식의 백열등은 소비전력의 5%만을 빛으로 전환. 노트북PC나 LCD TV의 백라이트로 사용되는 CCFL에 비해서는 두께가 얇고 수은 등 유해물질이 포함되지 않았다는 것이 장점. CCFL 튜브의 경우 직경이 약 2mm이나 LED이 경우 0.6mm. 방향성 광원이라 영역별 선택 조명이 가능하고 3색 LED를 배합하여 원하는 색상의 빛을 만들 수 있다는 설계상의 유연성도 장점

성능 대비 가격 하락으로 용도가 확대

가격이 기존 광원 대비 높은 수준이나, 기술개발로 인해 급속도로 하락. LED분야에서의 '무어의 법칙'인 '하이츠의 법칙'에 따라 성능 대비 가격이 급격히 하락하는 추세. 애질런트의 과학자인 롤랜드 하이츠(Roland Haitz)가 제안한 법칙으로, 10년마다 LED의 가격이 10배 하락하며 성능은 20배 향상된다는 내용. 새로운 화합물 및 형광체의 발견과 화합물 제조 등 공정의 개선이 주된 기술혁신 분야. 니치아의 나카무라 슈지가 고효율 청색 LED를 상용화한 비결은 질화갈륨을 질소 대기중에서 가열하여 전자의 흐름을 개선한 프로세스 발견. 기존 2, 3인치 웨이퍼를 대체하는 4인치 웨이퍼가 2007년 하반기부터 활용될 전망

응용분야가 현재의 휴대폰 위주에서 디스플레이 백라이트, 자동차용 조명, 일반 조명 등으로 점차 다양화. 현재 주된 사용처는 휴대폰으로, LCD 패널의 백라이트, 키패드, 카메라폰 플래시 등에 활용. 용도별 시장점유율: 휴대폰 50%, 광고물 15%, 자동차 14% (2006년). 수십~수백 개의 LED가 소요되는 대형 디스플레이의 백라이트, 자동차의 브레이크등 및 전조등이 향후 LED의 주된 응용분야가 될 전망. 도시바, 소니 등에 이어 2007년 애플, HP 등도 LED 백라이트를 탑재한 노트북PC를 출시할 예정. 자동차 미등, 브레이크등에 이어 2007년 봄 출시되는 렉서스 모델에서는 최초로 전조등에도 LED가 채택. 건축, 의료, 농업, 환경 등의 분야에서도 다양하게 용도가 개발되는 중

2. LED산업의 구조와 경쟁 현황

일본 및 구미업체들이 기술 및 시장을 주도. 일본과 유럽, 미국업체들이 세계시장 점유율에서 상위를 차지. 니치아, 오스람 등 6대 기업이 세계 시장의 약 60%를 차지(2005년). 6대 기업 이외에는 대만의 에버라이트, 한국의 서울반도체, 삼성전기 등대만과 한국 업체들이 대부분

핵심기술을 보유한 니치아가 오랜 특허전쟁을 종료하고 기타 주요 기술을 보유한 구미업체들과 협력관계를 구축. 질화갈륨, 청색 LED칩, 청색 LED와 형광체를 이용한 백색 LED 등 LED산업의 핵심특허를 보유한 니치아는 오스람 등과 특허를 공유. 니치아는 구미업체들과 수년 간 소송을 통해 특허권을 주장했으나 실패하여 2002년부터 크로스 라이센싱으로 전략을 선회

대만업체들이 부품시장 진출과 대형화를 통해 최근 성장

제품 및 주요 부품에서 세계 1, 2위의 점유율을 확보. 국별 점유율에서 대만이 21%로 39%의 일본을 근접 추격(2006년). 2007년 이후 디스플레이 백라이트에 LED 채택이 늘어남에 따라 디스플레이에서 강세를 보이는 대만업체들의 점유율이 증가할 것으로 예상. 대만은 핵심 부품인 웨이퍼 및 칩의 제조에서도 세계 1위 부문을 보유ㆍ청색 칩 등에서 세계 시장점유율이 35~80%

대만업체들은 주로 유럽 및 미국업체들과 라이센싱 계약을 체결하여 시장에 진출. 에버라이트, AOT 등 대만의 주요 업체들은 독일 오스람, 미국 크리, 일본 도요타합성의 특허를 활용. 니치아화학이 대만업체의 특허침해소송을 지속적으로 제기하고 있으나 대부분 실패

대만 LED산업은 최종 공정인 패키징에서 출발하여 지속적으로 상류 웨이퍼 부문으로 사업분야를 확대하고 대형화를 통해 경쟁력을 확보. 대만 LED산업은 1980년대 킹브라이트, 라이트온, 에버라이트 등이 패키징 사업을 개시하여 출발. 최근 10년간 웨이퍼 제조 부문으로의 진출을 지속적으로 추진하여 일본, 한국 업체들에 비해 보다 완전한 수직통합모델을 구축. 2004년 이후 사업자간 인수합병을 적극적으로 추진하여 에피스타, 아리마옵토, 포모사에피 등 3대 대형업체 중심으로 산업을 재편. 산업 재편의 배경은 가격하락으로 인한 실적부진 만회

LED의 제조 프로세스

- 웨이퍼 제조, 칩 가공, 패키징 등 3단계 공정으로 구성
- 웨이퍼 제조는 LED의 종류에 따라 갈륨비소, 사파이어 등의 소재를 사용, 웨이퍼를 증식하는 공정
- 칩 가공은 도금, 세척, 절단, 검사 등을 수행하는 공정으로 검사 공정에 대규모 인력이 필요
- 패키징은 접착, 배선 등을 통해 LED칩을 LED램프 등으로 만드는 공정

대형 IT기업들도 시장에 참여

대만 디스플레이 업체들은 향후 노트북PC 및 LCD TV의 핵심부품으 로부상한 LED 분야에 직ㆍ간접적으로 참여. AUO, CMO 등이 LED분야 자회사를 설립하거나 지분참여를 통해 LED산업에 교두보를 확보. 대만의 제조 아웃소싱 업체인 혼하이도 AOT 등에 지분을 참여할 계획

조명 및 자동차 업계도 LED 분야 투자를 확대. 필립스가 HP와의 합작사인 루미레즈를 2005년 완전히 인수하여 조명사업의 확장을 모색. 필립스는 오스람, GE 등과 함께 세계 조명시장의 3대 메이저 업체. 일본 내 최대 조명기기업체인 마쓰시타도 2007년 4월부터 LED 간판사업에 신규 진출. 도요타는 자회사인 도요타합성을 통해 자동차 헤드램프용 LED를 안정적으로 공급받고 있음

3. 시사점 및 대응방안

차세대 조명의 활용방안을 다각적으로 모색

LED는 에디슨이 백열전구를 발명한 이후 별다른 변화를 보이지 않았던 전구 시장에 일대 변혁을 가져올 전망. 백열전구가 개척한 조명 시장은 1879년 발명 이래 별다른 기술진보 없이도 인간 생활의 필수품으로 확고하게 자리매김. 현재 전구의 평균수명이 에디슨이 발명했을 때와 큰 차이가 없을 정도로 기술진보가 지연. 2006년 약 1천억 달러에 달할 것으로 추정되는 세계 조명기기 시장에서일부만 LED로 대체되어도 막대한 규모

전기ㆍ전자분야 이외에도 LED의 장점을 활용할 수 있는 새로운 응용분야를 지속적으로 발굴할 필요. LED는 점광원으로서 화합물에 따라 모든 종류의 색상을 얻을 수 있고 점의 배치에 따라 다양한 디자인이 가능. 천진, 남창 등 중국의 도시에서는 LED로 건물 외벽의 전면을 장식하여 디스플레이화 함으로써 도시의 이미지를 경쟁적으로 업그레이드. LED는 점멸 반응시간이 빨라서 수십Mbps급의 데이터 통신(가시광통신)에도 활용 가능. 자체 시장 뿐 아니라 기존 제품의 고부가가치화에도 활용할 필요. 미쓰비시 전기는 야채실에 LED 광원을 부착하여 채소의 비타민 C를 증가시켜 주는 냉장고를 2005년 출시하여 매출 증대

LED산업 내 입지를 확대하는 전략을 수립

대만업체의 성공사례를 벤치마킹하여 최종제품 분야의 강점을 활용하고 라이센싱을 적극 활용. 핵심특허를 보유한 업체들의 크로스 라이센싱을 적절히 활용하여 시장참여를 확대. 향후 LCD 백라이트의 경우 백색 LED가 아닌 적ㆍ녹ㆍ청색 LED를 사용하게 되므로 특허로 인한 문제가 보다 용이하게 해결 가능. 디스플레이 등 최종제품 분야의 경쟁력을 LED산업에서의 경쟁력 제고에 활용할 필요. 대만이 LED산업에서 경쟁력을 확보할 수 있었던 원인 중의 하나도 전자산업의 아웃소싱에서 확보한 세계 최고 수준의 점유율

전략적 유연성을 발휘하여 크로스 라이센싱, 인수합병 등을 통해 적극적으로 기술을 획득. 오스람, 크리 등의 경우처럼 주요 기술을 일정 부분 확보할 경우 크로스라이센싱을 통해 기술적인 장벽을 해소 가능. 인수합병을 통해 기술을 확보하는 방안도 적극적으로 고려. 중국 제2위 LED업체인 다롄루메이 옵토일렉트로닉스는 2003년 미국의 AXT의 광전자 부문을 960만 달러에 인수하여 중국 LED시장을 선도

정부 차원에서의 지원책도 지속적으로 추진될 필요

에너지 절약 및 환경보호를 이유로 세계 각국에서 LED 사용을 장려. 중국은 에너지 위기를 극복하기 위해 2003년 이후 LED 진흥 프로젝트를 추진 중. 중국의 경우 전체 전력의 12%를 조명에 소비. 조명의 30%를 LED로 대체할 경우 연간 580억 KWh(세계 최대의 발전시설인 산샤댐의 연간 발전량)의 전력을 절약 가능. 미국 캘리포니아주와 호주 등에서는 2010~2012년까지 백열전구의 판매또는 사용을 중지하는 법안을 추진 중. 전 세계적으로 발전 전력량의 약 20%를 조명이 소비하고 있고, LED를 활용하면 소비량을 절반으로 줄일 수 있음

세계 각국은 LED기술의 개발과 보급을 위한 장기 계획을 수립. 미국은 'Next Generation Lighting Initiative (Vision 2020)"을 통해 조명의 50%까지 LED를 보급시킬 계획. 산업자원부도 'LED조명 15/30 보급프로젝트'를 통해 2015년까지 LED조명비중을 30%로 높일 계획...최병삼 수석연구원