LED 조명 산업 기술 분석 및 전망

LED, 스마트기기와의 융합으로 도약의 발판 마련
2014 LED 조명 기술 및 시장 전망 세미나 - ETRI 경제분석연구실 전황수 박사

고효율, 긴 수명 등의 장점을 갖고 있는 LED 조명은 초기 설치 비용이 높다는 이유로 큰 성장률을 보이지 못하고 있다. 그러나 전 세계적인 백열 전구 생산 및 사용 규제, 국내 전기요금 상승 등의 요인으로 민간 시장에서도 LED 조명등의 사용량이 늘어날 것으로 예상되고 있다. 이와 관련, 본지에서는 ‘2014 LED 조명 기술 및 시장 전망 세미나’에서 발표된 LED 조명 산업 기술 분석 및 전망을 정리했다.

정리 김희성 기자 (eled@hellot.net)


고도의 기술력이 요구되는 LED 조명

세계 조명 산업을 살펴보면 과거에는 오스람, 필립스, GE의 3개사가 형광등, 백열등 시장을 석권했다. 그리고 최근 조명 시장의 주류로 주목받고 있는 LED의 경우 오스람, 필립스 루미네즈, 크리가 시장을 주도하고 있다. 여기서 재미있는 것은, LED 조명 시장과 의료기기 시장의 메이저 업체가 거의 유사하다는 점이다. MRI, CT 촬영장비 등을 개발하는 의료기기 3대 제조사는 미국의 제너럴 일렉트릭, 필립스, 지멘스이며 이들 업체가 세계 시장의 약 80%를 차지하고 있다. 그 이유는 의료 분야에서 사용되는 기계의 경우, 각각 체질이 다른 환자의 생명을 다루는 경우가 많으므로 적어도 10년 이상 인증된 신뢰성 높은 회사의 제품이 선호되기 때문이다. LED 조명 분야도 의료기기 분야와 마찬가지로 고도의 기술력을 필요로 하므로 시장 장벽이 생각보다 높다고 할 수 있다.
현재 조명용 광원으로는 백열등, 형광등, LED, OLED 등이 사용되고 있다. LED는 점 광원이라는 특징을 갖고 있으며 다른 광원에 비해 효율이 100lm/W로 가장 좋다(다른 광원들은 70lm/W 이하). 그러나 백열등 및 다른 조명에 비해 연색성이 약간 떨어지고 단가가 비싸다는 단점도 있다. 최근에는 단가가 많이 낮아져 다양한 분야로 확산되고 있는 추세이다. 수명은 10만 시간 정도로 매우 긴데, 긴 수명은 장점일 수도 있지만, 교체 주기가 길어진다는 점에서 제품을 판매하는 기업 입장에서는 단점이 될 수도 있다.

다양한 활용 분야

LED 조명이 사용되는 분야는 큰 폭으로 확산되고 있다. 감성형 실내 조명등, 차량용 조명등, 아웃도어 조명등 뿐만 아니라 의료 기기, 전시·인테리어 조명, 가시광 통신에도 사용되고 있으며 오징어배, 식물 공장 등과 같은 곳으로도 그 사용처가 확대되고 있다.
LED 경관 조명은 기존의 조명에 비해 전기사용량이 20∼30%에 불과하며 다양한 색상 표현이 가능하다. 초기 설치 비용은 다른 조명에 비해 높지만, 전기 사용량이 낮고 수명이 길기 때문에 장기적으로 봤을 때 경제적이라고 할 수 있다.
일례로 올해 1월에는 잠실 롯데월드와 부산 사상구의 굴다리에 LED 경관 조명이 설치되었다. 굴다리라고 하면 약간 어둡고 음침한 분위기가 많은데, 터널 옹벽에 꽃을 형상화한 LED 경관 조명이 설치되고 터널 내부에 LED 조명이 설치됨에 따라 칙칙한 굴다리에서 화사한 꽃길로 바뀌었다.
또한 서울시, 산업통상자원부, 필립스전자에서는 기존 백열등의 LED 전구 교체를 촉진하기 위한 백열등 퇴출 캠페인의 일환으로, 관악구 신사시장(구 신림4동 시장)을 ‘초록전통시장’으로 선정 및 지원했다. LED는 초기 구입 비용이 높아 구매율이 낮은 편인데, 이러한 캠페인을 통해 민간 부분의 막혔던 활로가 어느 정도 뚫린 효과를 얻을 수 있었다.

글로벌 메이저 업체 … 턴키 방식으로 총괄

국내 업체의 경우 LED 조명 관련 기술이 하나의 업체에서 총괄되는 것이 아니라 광원, 모듈, 조명 기구 개발 및 유통 등 여러 회사로 나뉘어 있는 경우가 대부분이다. 삼성의 경우 기판이나 칩 등은 삼성전자 DS에서, 조명 기구는 삼성전자 CE에서 담당하고 있고, LG의 경우 LG 이노텍에서 광원을, LG 전자에서 조명 기구를 개발하고 있다. 또한 서울반도체는 서울 옵토디바이스에서 칩을, 서울반도체에서 패키징을, 포스코 LED에서 조명기구를 개발하고 있으며, 루멘스의 경우 루멘스는 패키징을, LED 라이텍은 조명기구를 담당하고 있다. 그리고 금호전기의 경우 데리즈에서는 칩을, 루미마이크로에서는 패키징을, 금호전기에서는 조명기구를 담당하고 있다.
그러나 해외 3대 업체의 경우 광원(기판, 칩, 패키징)과 같은 원천 기술과 핵심 부품을 비롯하여 모듈, 엔진, 조명 기구, 유통에 이르기까지 거의 턴키 방식으로 총괄되고 있다.
그리고 LED 조명 관련 매출(2012년)을 살펴보면, 필립스가 2조 7천억원으로 가장 높았고, 뒤를 이어 오스람이 2조원, 크리가 2013년 1분기에 4천억원(1년 단위로 하면 약 1조 6천억원)을 달성했다. 국내 업체의 경우, 삼성은 3천억원∼4천억원, LG는 천억원, 서울반도체는 4천억원, 루멘스는 450억원, 금호전기는 630억원으로 해외 메이저 업체에 비해 매출 규모가 작다.
국내 LED 조명 업체가 글로벌 메이저 업체로 성장하기 위해서는 M&A 또는 수직 계열화 등의 방법을 사용하여 해외 메이저 업체와 같이 광원에서 모듈, 엔진, 유통까지 총괄할 수 있는 일괄적인 턴키를 갖출 필요가 있다.

백열 전구 사용 규제로 LED 수요 촉진

최근 전 세계적으로 백열 조명의 생산 및 사용이 규제되고 있다. 그러므로 시간은 걸리겠지만, 지금까지 사용되던 백열등, 형광등 등은 LED 조명으로 대체될 수밖에 없는 상황이다. 이와 같은 백열 조명 사용 규제는 LED 수요 촉진 요인 중 가장 큰 부분을 차지하고 있다. 또한 민간 부문의 경우, 지금까지는 소비자가 초기 비용이 많이 드는 LED로 굳이 바꿀 필요를 느끼지 못했지만, 작년부터 전기요금이 큰 폭으로 상승함에 따라 LED 보급률이 점점 늘어날 것으로 예상되고 있다.
세계 각국의 백열 조명 규제 현황을 살펴보면, 미국의 경우 2012년 100W 백열 전구, 올해 40∼60W 이상 백열 전구의 생산 및 판매 금지와 같이 단계적으로 규제하고 있으며, 환경에 가장 민감한 EU는 2012년에 40W 및 25W 백열 조명의 생산, 판매를 금지했다. 또한 중국은 2016년에 15W 이상 제품의 수입 및 판매를 금지할 예정이다. 우리나라는 올해부터 백열 전구의 생산과 수입이 전면 금지된다.
그러나 여기에는 LED 조명의 기술 수준이 걸림돌로 작용하고 있는데, LED 조명 및 응용 분야에 있어서 디스플레이, 정보 가전 쪽은 우리나라가 세계적으로 앞선 경쟁력을 갖고 있지만, 일반 조명이나 농생물 분야는 기술 경쟁력이 약간 부족한 편이다. 또한 수송, 의료, 해양수산, 환경, 신뢰성 평가, 고장 분석 분야는 경쟁력이 취약한 실정이다.
뿐만 아니라 칩이나 핵심 부품 등과 같은 원천 기술은 미국이나 유럽의 메이저 기업에 비해 기술 수준이 낮은 편이며, 단순 조명 기구 쪽에서는 중국이 저가 공세를 펼치고 있어 핵심 기술력, 가격경쟁력 면에서 해외 업체와의 격차를 좁히지 못하고 있다.

LED 조명의 기술 이슈

■ 연색성
LED의 연색 지수(CRI ; Color Rendering Index)는 70∼80으로, 백열등이나 할로겐 등에 비해 떨어지며 최근 이를 보완하기 위해 CQS, R96a, CIECAM02 등과 같은 새로운 색채공학적 방법이 도입되고 있다.


■ 표준화
LED 램프나 등기구, 가로등은 국내 표준화가 어느 정도 진행된 반면, LED 감성 조명에 대한 표준화는 아직 논의조차 되지 않고 있다. 이와 관련, 글로벌 업체들은 140조원에 달하는 세계 LED 조명 시장의 표준 안전 규격 심사를 앞두고 각축을 벌이고 있다. 이 업체들은 크게 두 진영으로 나뉘는데, 먼저 접속 소켓이 일자형인 기존 형광등과 달리 L자형 접속 소켓인 ‘JE801’ 규격 사용을 주장하는 파나소닉/도시바 진영이 있고, 다음으로 접속 소켓 형태가 형광등과 같지만 전압 조정 안전기가 교체되는 ‘G13’ 규격 사용을 주장하는 필립스/삼성전자/리코 진영이 있다. 이 중 해외 시장에서는 G13 규격이 주류를 이루고 있으므로, 향후 우세가 점쳐진다.
■ 분광 분포
LED를 조명으로 사용할 경우 자연광에 가까운 분광 분포가 필요하지만, 실내등으로 사용했을 때 약간의 눈부심 현상이 발생하는 등 현재의 기술력으로는 한계가 있다. 그러나 많은 업체들이 이 부분에 대한 기술을 개발하고 있으므로, 가까운 미래에는 상당 부분 해결될 것으로 보인다.
■ 광생물학적 안전성
생체시계, 바이오리듬은 다른 가시광보다 청색 파장(460nm)이 큰 영향을 미친다. 이 청색 파장은 호르몬 분비의 변화를 초래하고 코티솔이라는 각성 효과를 지닌 호르몬의 양을 줄이며 숙면에 도움이 되는 멜라토민 호르몬 생성을 촉진한다. 이와 관련, 유럽과 북미에서는 광생물학적 안전성 기준 4개를 마련했지만, 국내의 경우 정부와 관련 협회, 업체들을 중심으로 약간씩 논의되고 있을 뿐 완전히 정리된 기준이 없어 안전성 논의와 표준안 마련이 시급한 실정이다.

LED 시장의 차세대 성장 동력 … 스마트홈

LED는 실내 조명·가로등·감성 조명 등과 같은 일반 조명을 비롯하여 자동차·선박 등의 수송 조명, BLU 모듈·LCD TV 등의 디스플레이, 환경 및 해양·의료·지능형 조명과 같은 응용 조명에 이르기까지 다양한 분야로 이용 범위가 확산되고 있다.
예전에는 자동차에 적용되는 LED 조명도 헤드라이트, 안개등 정도가 대부분이었지만, 이제는 자동차 전체에 장착되고 있다. 일례로 벤츠 S클래스는 모든 조명이 LED로 구성되어 있으며 실내등, 번호판등 등을 비롯하여 차량에 장착된 LED 조명이 약 500개에 달한다.
또한 LED 조명을 스마트폰과 융합하는 기술도 개발됐는데, 미쓰비시 전기社에서는 작년에 조명 상태가 일괄적으로 표시된 스마트폰 화면을 보면서 관리 담당자가 조명의 밝기 및 채도 등을 개별적으로 조정할 수 있는 상업 시설의 조명 시스템을 발표했다.
그리고 Checkolite社에서는 iHome 가정용 조명 시스템을 발표하며 LED 조명과 아이팟·아이폰·아이패드를 결합시켰다. 뿐만 아니라 Signcomplex社는 아이폰, 안드로이드폰을 통해 WiFi 컨트롤 시스템으로 조명 색상과 밝기를 조절하는 기술을 선보였으며, 필립스는 스마트폰과 태블릿 PC의 애플리케이션을 통해 실내 조명의 밝기와 색을 자유롭게 조절하는 Hue 시스템을 발표했다.
이와 같이 최근에는 스마트기기와 조명과의 융합이 LED 조명 시장에서 가장 큰 주류로 대두되고 있다.
최근 LED 산업은 세계적으로 고성장과 가격 하락이 동시에 진행되고 있어 업체들의 수익성이 악화되고 있으며, 10년 이상의 제품 교체 주기로 인해 수요가 위축되고 있다. 또한 중국산 저가품이 대량 유입되어 국산 제품의 가격경쟁력이 열세에 놓여 있고, 해외 메이저 업체에 비해 기술력이나 브랜드 이미지가 뛰어난 것도 아니라는 점에서 국내 업체들의 어려움이 가중되고 있다.
또한 공공 부문에서는 정부 시책 등에 따라 LED 조명으로 교체되는 곳이 많아졌지만, 민간 부문에서는 LED 조명으로 교체할 필요성을 느끼지 못해 시장이 크게 오픈되지 않고 있다. 이와 같은 이유들로 인해 LED 조명이 유망한 분야임에도 불구하고 산업화가 부진한 상황이다.
이러한 문제점 때문에 LED 산업이 단기간에 활성화되기는 어렵다는 의견이 많지만, 다음과 같은 요인들로 인해 최근 LED 조명 산업이 성장세로 돌아섰다고 보는 의견들도 있다.
① 올해부터 25W 이상, 70W 미만의 백열등 생산 금지
② 작년 말 전기요금 인상으로 공장, 사무실 등에서 자발적으로 LED 조명 교체(삼성전자의 경우 사업장 전체 전등을 LED로 교체)
③ 산업통상자원부의 LED 교체 사업 지원 - 올해 1월부터 복지시설, 전통시장, 양계농가, 소상공인을 대상으로 427억원의 예산을 투입하여 LED 교체 지원
④ LED 조명 가격 하락 - 60W 백열등을 대체할 8W LED가 1∼2만원대
현재 조명과 스마트기기의 융합은 조명 시장에 있어서 큰 흐름이며, LED 시장의 차세대 성장 동력은 스마트홈, 즉 홈 자동화 시스템이라고 볼 수 있으므로 다양한 색 조명, 원격 조정, 음향기기, WiFi 기능 등이 가능한 융합형 고급 제품과 무선 인터넷(WLAN)을 이용한 새로운 방식의 조명 시스템 개발에 이목을 집중할 필요가 있다.
향후 조명 시장에서는 LED 조명과 휴대기기, 정보 시스템을 연동하는 기술, 그리고 고객의 니즈에 부합하는 조명 시스템부터 보수, 설치, 사용에 필요한 비용 해결 수단까지 제공하는 토털 솔루션이 요구될 것이다. 또한 설치, 보수비용, 절전효과 등에서 가치를 극대화하기 위해 건축설계자, 조명시스템 개발자 등과 긴밀하게 협력할 필요도 있다.
현재 46∼60W의 LED 조명 제품이 약 9,500원 정도 하는데, 이 가격이 어느 정도까지 낮아지면 구매할 의사가 있는가 하는 소비자 설문 조사에서 5,000원이라는 의견이 많았다고 한다. 따라서 대량 생산을 통한 혁신적 가격 인하로 짧은 자금 회수 기간을 달성할 필요가 있을 것으로 보인다.
LED는 반도체의 일종이므로 생산라인 구축에 규모의 경제가 필요하며 글로벌 조명 기업들과 경쟁하기 위해서는 대기업의 참여가 필요하다고 할 수 있다. 이 경우 대기업은 대량 생산과 유통이 중요한, 가정용에 특화된 제품을 개발하고, 중소기업은 맞춤형 다품종 소량 생산에 필요한 가로등, 간판등과 같이 산업용에 특화된 제품을 개발함으로써 대기업과 중소기업의 협력 관계를 강화하고 상호보완적인 산업 생태계를 구축할 필요가 있다.
마지막으로 부가가치가 큰 설비, 유통 서비스 등의 다운스트림 분야를 강화하고, 공급 과잉으로 인한 내수 부진을 탈피하기 위해 해외 시장을 적극적으로 개척할 필요도 있을 것으로 보인다.