[빛의 혁명 LED③]LED 이렇게 만든다

제2의 빛의 혁명을 이끄는 LED는 어떻게 만들지고, 어떤 특징을 지니며, 어디에 사용될까?

LED는 조명을 기준으로 할 경우 '에피(Epi)-팹(Fab)-패키지(PKG)-모듈(Module)-조명(Set)' 등 5가지 공장을 거쳐 제작된다.

우선 에피 공정은 유기금속화학증착기(MOCVD)를 이용해 사파이어, 실리콘카바이드(SiC) 등의 기판 위에 화합물 반도체를 성장시켜 에피 웨이퍼(Wafer)를 제조하는 과정이다.

에피 웨이퍼 상에 P(+), N(-) 전극을 형성하고 칩 크기별로 절단 및 가공하는 게 팹 공정이다.

이렇게 만들어진 칩에 전극과 와이어(Wire)를 연결, 조립 후 수지로 밀봉하는 공정이 패키지다. 백색 LED를 제조하기 위해 칩에 황색 계열의 형광체를 바르는 과정도 패키지 공정에 포함된다.

에피에서 패키지에 이르는 3단계 공정이 끝나면 하나의 완전한 단일 LED 칩 제품이 탄생한다.

패키지가 끝난 LED 칩 여러 개를 특정 프레임에 배열, 부착하는 과정이 모듈이고 여기에 전원공급장치, 인버터 등을 연결하고 외관을 씌우면 LED 조명이 만들어진다.

5개 공정 가운데 에피, 팹 등 전(前)공정으로 갈수록 부가가치가 높고 고도의 기술력을 요구한다. 특히 에피에서 패키지에 이르는 3단계 공정은 LED 제조의 핵심공정으로 진입장벽이 높고 수십~수백억 원 상당의 대규모 투자를 수반한다.

LED는 △저전력 △장수명 △고휘도 △빠른 응답속도 △디자인 자유 △온도 저항력 △다양한 색상 등의 장점을 두루 가진 '팔방미인'형 광원이다.

우선 백열등, 형광등 같은 기존 등기구 대비 전력 소모가 적은 게 큰 특징이다. 전기에너지를 빛으로 전환해주는 비율인 광변환 효율이 백열등 5%, 형광등 40%인데 반해 LED는 최고 90%에 달한다.

LED는 2~3볼트(V)의 낮은 전압으로도 동작해 전기 소비량이 일반 전구 대비 약 5분의1이다. 그만큼 이산화탄소(CO2), 이산화질소(NO2), 이산화황(SO2) 같은 온실효과 유발 물질 배출을 줄일 수 있다.

LED는 또 수은(Hg), 납(Pb) 등의 유해물질이 없는 친환경 광원이며 수명이 최대 10만 시간으로 백열등(1000시간)과 형광등(1만 시간) 대비 각각 100배, 10배에 달해 폐기물 처리 걱정을 덜어준다.

휘도(밝기) 역시 LED는 와트(W)당 169루멘(lm)으로 형광등(80루멘) 대비 2배가량 밝다. LED는 이론상으로는 270루멘까지 구현할 수 있는 것으로 알려져 있다.

온도 저항력도 강점이다. 섭씨 25도에서의 LED와 형광등의 휘도를 모두 100으로 볼 때 0도에서의 휘도는 각각 110, 85로 LED 휘도는 향상되고 형광등은 떨어진다. 영하 30도로 가면 LED가 125로 형광등(20) 대비 6배를 넘어선다.

LED는 또 크기가 작아 제품 디자인을 자유자재로 구사할 수 있는 데다 응답속도도 빠르다. 점등과 소등 속도가 백열전구의 200만 배에 달한다.

또한 색재현성이 뛰어나 다양한 색상을 자연광과 유사하게 구현할 수 있고 기존 광원처럼 가스나 필라멘트가 없어 충격에도 강하다.

다양한 장점을 등에 업고 LED는 '빛이 나는' 모든 곳으로 영역을 확대하고 있다.

초기 시장은 휴대폰용이 성장을 견인했다. 휴대폰용 시장은 2007년 현재 전체 시장의 37%(17억 달러)를 점유, 최대 시장이었지만 2011년 14억 달러로 5% 역성장할 전망이다. 수량은 오름세이나 판가가 내림세이기 때문이다.

디스플레이서치에 따르면 노트북의 LED 채택 비중은 2008년 12%에서 2009년 38.4%, 2010년 52%로 급증할 전망이다.

올해와 내년은 TV용 후면광(BLU)이 시장을 주도하고 최대 시장인 LED 조명은 2011년부터 활성화될 것으로 업계는 기대하고 있다.

적용처가 확대되면서 LED 전체 시장도 급성장하고 있다. 스트래티지스 언리미티드에 따르면 최대 시장인 조명은 2008년 말 현재 약 1087억 달러인 가운데 LED 조명이 차지하는 비중은 3% 정도로 집계됐다. 같은 해 백열등과 형광등의 점유율은 각각 62%, 35%.

그러나 오는 2015년에는 LED 조명 점유율이 30%로 급증할 것으로 업계는 보고 있다. 아울러 LED 조명 시장 규모는 2008년 35억 달러에서 2015년 463억 달러로 연평균 45% 성장할 전망이다.

국내 LED 시장은 2007년 4013억원, 2008년 6127억원에서 오는 2015년 약 5조 원 시장을 형성할 것으로 업계는 내다보고 있다.