Update2024.06.16 (일)
LED 및 OLED 현황 및 전망과 개발 방향
■국가별 동향(미국)
◇주요 정책 및 연구개발 프로그램
미국은 미국 내에서 조명에 의한 에너지 소모가 많기 때문에 이를 해결하기 위해 에너지부(DOE)가 주축이 돼 LED 조명산업을 집중적으로 육성하는 정책을 추진 중이다. DOE는 ‘2005 에너지법(Energy Policy Act of 2005)’內 ‘차세대 조명 이니셔티브(Next Generation Lighting Initiative)’에 근거해 기초과학 연구에서부터 상용화, 표준화 개발에 이르기까지 포괄적인 LED(OLED 포함) 산업육성 전략을 추진하고 있다.
에너지부 포괄적 LED 조명 산업 육성전략인 ‘차세대 조명 이니셔티브 프로그램’의 주요 내용은 다음과 같다.
사업 명 : Next Generation Lighting Initiative(NGLI) Program
최종목표 : 200lm/W light source 개발(최종 년도 : 2020년)
기간 : 1단계 2006년~2011년
2단계 2011년~2020년
사업규모 : 2007년~2009년 5,000만달러/년
2010년~2013년 5,000만달러/년
추진방법 : DOE 지원, 미국 산학연 전체가 참여하는 프로젝트
- 기초과학연구 : DOE내 과학국(Office of Science)에서 소재과학 등 기초과학 연 구를 통해 SSL(LED 등 고체광원조명) 등 응용 연구기술에 활용
- 핵심기술연구 : DOE와 SSL 파트너들은 제품 효율성을 제고하고 상용화 를 촉진 시킬 수 있는 연구주제를 R&D 어젠다로 설정 (응용연구를 중심으로 학계, 국책 연구소, 민간 연구기관에서 수행)
주요 개발 내용
LED 및 OLED 조명을 위한 고효율·저전압·안정성이 우수한 소재의 개발, 외광 효율을 향상시키기 위한 기술개발, 소자 특성 향상과 저가격화를 위한 소자 구조의 개발로 구성돼 있으며 제품 개발 관련, 고체 조명용 디자인 개발 과제가 진행 중
미국내 LED 및 OLED 관련 연구에는 Philips·General Electric·OSRAM Opto Semiconductors·Universal Display Co.·Dow Corning Co.·Dow Chemical Co.·Princeton Univ. 등의 산학연 기관들이 참여하고 있다.
■국가별 동향(일본)
◇주요 정책 및 연구개발 프로그램
LED의 원천 기술분야에서 한발 앞서 나가고 있는 일본은 중·대형 백라이트용 LED 및 자동차용 LED 등에서의 앞선 기술력을 바탕으로 고휘도·저전력의 LED 개발을 위한 프로젝트를 진행하고 있다.
조명을 포함한 산업 전반에 걸쳐 LED 및 OLED의 상용화를 진행하고 있으며 이와 관련된 건축조명·일반조명·특수조명 분야의 전시회가 상시로 개최되고 있어 기술 발전을 촉진하고 있다.
일본은 1999년부터 2002년까지 3년간 ‘Light for the 21st Century’를 Yamagata 등 13개 대학 및 업체가 공동으로 추진했다. 또 일본 경제산업성/NEDO(신에너지 산업기술 종합개발기구) 주관으로 2004년 4월부터 2011년 3월까지 7년 동안 43억엔의 연구비를 투입해 백라이트 및 일반조명 개발을 목표로 다수 기관이 참여해 광원용 백색 LED 및 OLED 소재 및 소자 개발을 진행해 왔다.
■국가별 동향(유럽)
◇주요 정책 및 연구개발 프로그램
유럽에서는 LED와 OLED와 관련된 다양한 정책적인 지원이 이루어지고 있으며, 특히 조명 분야에서 2009년 할로겐 등의 사용을 금지했고, 올해부터는 EU에서 백열등의 사용을 전면적으로 제한하는 정책을 추진하고 있다. 따라서 기존의 백열전구를 LED 및 OLED로 대체하기 위한 움직임이 가속화되고 있다.
LED의 규격 표준화를 진행했고, LED 및 OLED 관련 원천 기술을 보유하고 있는 오슬람과 필립스를 중심으로 시장 진입 장벽을 설정하고 시장 지배력을 강화하고 있다.
최근 유럽의 연구개발 프로그램은 주로 OLED 분야에 집중되고 있는데 대표적인 연구개발 프로젝트는 다음과 같다.
OLLA (Organic Light emitting diodes of ICT & Lighting Application)프로젝트는 2004년 10월에서 2008년 8월까지 진행됐으며, Siemens·Osram·Philips·Novaled·Merck 등 24개 업체와 대학이 참여했다.
European Interreg III (BMBF) 프로젝트는 Philips와 AIXTRON사에 의해 5년간 수행되며 외광효율 향상, 고효율·장수명 대면적 OLED 증착법을 개발하는 것을 목표로 하고 있다.
쪾Rolled 프로젝트는 VTT사가 참여하며 Roll to Roll 기술로 저가격 대면적 OLED 기술을 개발하는 것을 목표로 하고 있다.
CombOLED 프로젝트는 4개국 7개 기관(예; Osram, Seimens)에 의해 3년간수행됐으며 저가격의 OLED Lighting을 목표로 2008년 1월부터 진행 됐다.
Fast2light 프로젝트는 2008년부터 2011년까지 Philips·OTB·IMEC 등 15개 기관이 참여해 지능형 PLED 조명을 위한 저가격, Roll-to-Roll, 대면적 공정 기술 개발을 목표로 진행 됐다.
Aeviom프로젝트는 2008년부터 2011년까지 Philips·IAPP 등 10개 기관이 참여해 2세대급 OLED 조명용의 100 lm/W 소자구조 개발을 목표로 진행 됐다.
LED 기술, 선진국 70~80% 수준
OLED 기술, 선진국 90% 수준
■국가별 동향(한국)
◇주요 정책 및 연구개발 프로그램
한국은 LED와 관련된 연구개발 분야에서 아직 선진국의 반열에 오르지 못한 것이 사실이다. 기술력은 일본에 훨씬 뒤쳐져 있을뿐 아니라 생산량에서도 대만을 따라가지 못하고 있다.
하지만 서울반도체·삼성전기·LG이노텍·루미마이크로 등에서 실제 생산과 기술 연구가 활발히 진행되고 있으며, 산학연의 기술관련 투자도 빠르게 늘어나는 상황으로 특허 부분을 제외하면 앞으로의 전망은 매우 밝다고 할 수 있다.
실제로 정부에서도 구체적으로 국내 LED 조명 기술개발 수준을 고려해 품목별로 지원시기를 조정할 계획이다. 분야별로 살펴보면 교통신호등은 이미 2002년부터 보급하고 있는 품목으로 2010년까지 100% 보급하고 유도등과 할로겐 대체 LED조명의 시범 보급 사업을 진행하고 있으며, 형광등과 가로등 대체용 LED 조명 보급 사업을 정책적으로 지원하고 있다.
정부는 LED조명시장을 선점하기 위해 ‘LED/반도체조명산업 발전전략’을 2003년부터 차세대 성장동력사업으로 추진해오고 있다. 최근 ‘LED조명 15/30 보급프로젝트’를 병행 추진함으로써 ‘LED조명사회’를 실현하는 데 전략의 실효성이 제고될 것으로 예상된다. 이 국책사업에서는 우수한 LED 소재를 개발하고 소재 국산화를 추진해 소재에서의 자립도를 높이기 위한 기술 개발을 추진하고 있다.
한국에서 이루어지는 LED와 관련된 가장 대표적인 국책 사업은 다음과 같다
사업 명: ‘LED조명 15/30 보급프로젝트’, ‘LED / 반도체조명산업 발전전략’
최종목표
2015년까지 LED조명비중 30% 달성
2010년까지 120lm/W급(선진국 수준)
2012년까지 140lm/W급 LED 기술 개발
한국의 경우 기술 개발은 주로 LED 관련 소재 및 소자에 집중되고 있어 OLED 관련 소재 및 소자 개발은 활발하지 못한 실정이다. 지식경제부에서 OLED 조명을 가정에 보급하기 위한 정책을 추진 중에 있으나 LED에 비하여 정책적인 지원은 미흡한 상황이다.
OLED 관련 소재 개발과 관련해서 차세대 소재인 용액공정용 소재 개발을 위한 정부 지원 프로젝트가 수행 중에 있으며, 차세대 조명 개발을 위한 소재 개발 과제가 정부의 지원으로 추진되고 있다.
국내의 LED 및 OLED 관련 소재 연구는 연구소와 대학을 중심으로 활발히 연구되고 있다.
◇기술경쟁력 분석
LED용 무기 발광소재 분야에서는 기판 소재 관련 기술이 매우 낙후돼 선진국 대비 70 % 수준이며, 무기반도체 소재 분야의 기술 수준도 선진국의 80% 수준에 머물고 있다. OLED용 소재 관련 기술수준은 일본·미국 등의 선진국에 비해 낮은 상태였으나 그 동안의 지속적인 노력을 통해 선진국 대비 90% 수준까지 발전된 상황이다.
■국내외 주요 기업의 생산활동
LED의 소재인 기판과 GaN 등의 반도체 소재들은 소재로서 공급되는 것이 아니라 에피공정을 통해 칩으로 제작돼 공급되고 있다. 따라서 LED 소재 업체들은 칩생산업체로 분류될 수 있다.
국내의 LED 관련 소재를 이용한 기판 및 칩생산은 삼성 LED·LG 이노텍 등의 회사가 진행하고 있으나 아직까지 시장 점유율이 낮은 상황이며 최근 생산량을 증가시키고 있는 상황이다.
전 세계적으로는 일본의 Nichiya Chemical이 시장을 주도하고 있으며 미국의 Cree, 대만의 Epistar와 같은 업체들이 LED 소재를 이용한 칩 시장을 주도하고 있다.
최근 OLED 소재는 소재 업체와 소자 생산 업체 사이의 긴밀한 협력을 통해 개발되고 있다.
국내의 경우 OLED와 관련된 분야의 소재 생산이 매우 활발한 상황이며 OLED 관련 주요 업체로는 국내의 덕산하이메탈·SFC·다우전자소재·두산전자 등이 있으며, 해외 기업으로는 UDC·Merck·Idemitsu 등의 업체가 발광소재 및 전하수송층 소재를 생산해 양산 공급 중에 있다.
국내 OLED 소재 산업은 최근 몇 년 동안 급격하게 성장해 현재 국내 업체의 시장 점유율이 다른 소재 산업 분야에 비하여 매우 높은 상황이다.
■시장규모 및 전망
국내 및 세계의 LED 시장은 최근 급격히 성장하고 있으며 2007년부터 연평균 19%의 성장률을 보이고 있다.
최근 시장에서는 LCD용 백라이트로 사용되는 LED의 비중과 조명용으로 적용되는 LED의 비중이 증가하고 있으며, 이러한 경향은 향후에도 지속될 것으로 예상된다. 따라서 고휘도 및 고출력을 요구하게 되며 이에 따라 청색과 백색 LED용 GaN칩을 중심으로 시장이 성장할 것으로 예측된다.
OLED 시장은 2009년 본격적인 소형 디스플레이 양산을 통해 급격하게 성장하고 있으며, 향후 SMD의 라인 증설과 LGD의 양산 라인 가동이 시작하면 시장 규모가 급격히 팽창할 것으로 예상되고 있다.
향후 OLED 시장은 지속적으로 국내 규모의 비중이 증가할 것으로 예측되고 있으며 용도별로는 주로 소형 디스플레이 소재 위주로 증가할 것으로 예측된다.
고효율 유/무기 발광 소재 기술 개발 관건
LED·OLED 원천기술 개발, 정부 지원 ‘절실’
■향후 연구개발 과제
◇기판 소재 개발
LED에 있어서 기판 소재는 기판 위에 형성되는 반도체 소재의 종류와 구조를 결정하는 역할을 하므로 기판 소재의 개발은 고효율 및 고출력의 LED 개발을 위해 필수적이다. 따라서 현재 주로 사용되는 반도체 소재인 GaN의 특성을 최적화할 수 있는 새로운 기판 소재 개발은 향후 LED 개발에 있어서 매우 중요하다.
◇고효율 유무기 발광소재 개발
LED 발광소재로 사용되는 적색·녹색·청색 중 고효율 적색 및 청색 LED는 개발돼 있으나 고효율의 녹색 LED가 개발돼 있지 못한 상황이다. 대형 디스플레이·LCD TV·조명 등에 적용되는 LED는 고효율의 녹색 LED를 필수적으로 요구하고 있으므로 고출력 및 고효율의 녹색 LED의 개발이 시급히 요구되고 있다.
LED 시장은 점진적으로 고효율 및 고출력을 요구하는 시장인 조명 및 LCD TV의 백라이트로 적용 범위가 확대되고 있으므로 이러한 용도에 사용 가능한 고효율의 백색 및 청색 LED의 개발 또한 중요하다.
OLED의 경우 경쟁 상대인 LCD와 경쟁하기 위해서는 소비전력 개선이 요구되며 이를 위해서는 고효율 인광 발광소재의 개발이 필요하다. 인광을 적용할 경우 고효율 구현에 의한 소비전력 개선이 가능하므로 상용화돼 있지 않은 녹색 및 청색 인광 발광소재의 상용화를 통한 소비전력 개선이 필수적으로 요구된다.
◇수명
유기 발광소재를 적용하는 OLED 소자의 경우에는 무기 발광소재를 사용하는 LED에 비해 수명 측면에서 취약하며 특히 이에 대한 지속적인 개선이 요구된다. OLED 시장이 소형 디스플레이 위주로 형성돼 수명이 중요한 이슈가 아니었으나 점진적으로 OLED 시장이 TV 및 조명 시장으로 이동함에 따라 장수명에 대한 요구가 매우 중요하다. 따라서 OLED 소자의 수명을 증대시킬 수 있는 안정성이 우수한 유기 발광소재의 개발이 시급히 추진돼야 한다.
■경쟁력 강화 방안
◇정부의 적극적인 지원 프로그램
LED 및 OLED 산업은 응용 분야가 방대할 뿐만 아니라 메모리 반도체 및 디스플레이 산업을 능가하는 차세대 조명으로서 매우 유망한 분야다. 그러나 국내의 LED 관련 기술 수준은 일본·미국·독일 등의 선진국에 비해 매우 낙후돼 있는 상황이므로 단기간 내에 선진국과의 격차를 줄이기 위해서는 소재 분야에 대한 정부의 지원 확대가 절실히 요구되고 있다.
OLED 분야는 국내의 업체들이 세계 시장을 주도하고 있는 상황이며 유기 발광소재 분야에서도 국내업체들의 지속적인 연구개발 노력과 국내 패널 업체의 적극적인 소재 업체 육성 전략으로 국내 기술 수준이 높은 상황이다.
그러나 최근 정부의 OLED 소재 분야에 대한 지원이 대폭 감소하고 있으며 해외 업체들이 적극적인 투자를 통해 국내 유기 발광소재 시장을 잠식하고 있는 상황이다. 따라서 국내 유기 발광소재 산업이 경쟁력을 지속적으로 확보하기 위해서는 성장기에 있는 OLED 소재 분야에 대한 보다 적극적인 지원이 반드시 뒷받침돼야 할 것이다.
◇원천기술 및 지적 재산권 확보
LED의 경우 국내의 기반이 취약하며 특히 특허 부분에서 원천기술 및 특허권의 확보가 매우 취약한 상황이다. 따라서 LED의 후발 주자인 한국이 선발 업체들과 경쟁하기 위해서는 정부의 적극적인 지원과 함께 기업체의 지적 재산권 확보를 위한 노력이 병행돼야 한다. 특히 LED 산업은 발광소재의 특성에 크게 좌우되는 특성을 가지고 있으므로 차세대 고효율·고출력의 LED용 원천 소재 개발을 적극 지원해 선진업체와의 기술 격차를 줄일 수 있도록 해야 할 것이다.
기술적으로 낙후돼 있는 LED 산업 분야에 비해 시장에서의 경쟁력은 확보하고 있으나 원천 기술의 보유도가 낮은 OLED 시장에서의 어려움을 극복하기 위해서는 차세대 유기 발광소재인 청색 인광 발광소재 및 용액공정용 발광소재에 대한 지원을 적극적으로 추진해야 할 것이다.
