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LED 산업분석 보고서
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LED 산업분석 보고서

  • 비피기술거래
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  • 비피기술거래
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  • 2016-05-01 출간
  • |
  • 85페이지
  • |
  • 297 X 210 mm /721g
  • |
  • ISBN 9791195770366
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북스크린영상으로 만나보는 한 권의 책 이야기

출판사서평




서론 LED 산업 개요

조명은 전 세계 연간 이산화탄소 배출량 중 약 19억 톤을 차지하며 환경규제의 큰 이슈 중 하나로 부각되고 있다. 전력소모 역시 전체의 약 25%를 차지하고 있어 기존의 조명인 백열등은 현재 주요국에서 규제가 시작돼 사용이 크게 줄어들고 있으며, 형광등도 2020년부터 본격적인 규제가 시작돼 2015년부터는 관련 시장이 크게 감소할 것으로 예상된다.

이러한 추세에 따라 조명 자체의 고효율 화와 납, 수은 등을 함유하지 않은 친환경 조명 제품의 개발문제가 시장의 화두로 떠올랐고 LED 조명은 미래 조명 시장을 선도할 광원으로 부각 되고 있다.

LED 조명은 조명산업에서 우리나라가 글로벌 리더로 도약할 수 있는 절호의 기회를 제공하는 분야이나, 아직은 기술개발이나 시장여건이 성숙되지 않은 상황에서 향후 LED 시장에서 성공하기 위한 방안을 살펴보았다.

1. LED의 개요 및 원리

1) LED 원리

LED는 전기에너지를 빛에너지로 변환시켜주는 ‘광반도체’이다. LED는 크게 2가지 구조 물질로 이루어져 있다. 양(+)의 전기적 성질을 가지고 있는 p형 반도체와 음(-)의 성질을 가지고 있는 n형 반도체가 바로 그것이다. 전자(electron)가 많아 음의 성격을 띤 n형 반도체와 전자의 반대 개념인 정공(hole)이 많아 양의 성격을 띤 p형 반도체가 얇은 층 형태로 붙어 있다. 이 두 물질은 서로 붙어있어도 큰 반응이 없다가 전기에너지 즉, 순방향으로 전압·전류를 흘려주게 되면, 수 볼트의 전압으로 전류가 흘러 발광한다. 이 때 (+)와 (-)가 만나 에너지를 발생시키는데 이 에너지가 빛의 형태로 방출되는 것이 LED가 발광하는 원리인 셈이다1)1) (출처 : 삼성반도체이야기)
.

[그림 1. LED의 원리]

n층의 전자와 p층의 정공이 결합하면서 전도대(Conduction Band, Ec)와 가전자대(Valance Band, Ev) 사이의 에너지 준위(eV) 차이에 따라 에너지를 발산하는데, 이 에너지 준위 차이인 밴드갭 에너지(Eg)에 따라 빛의 색상이 정해진다. 즉, 에너지 차이가 크면 단파장인 보라색 계통의 빛을 나타내고, 에너지 차이가 작으면 장파장인 붉은색 계통의 빛이 나온다.
또한, 어떤 화합물을 쓰느냐에 따라 LED 빛의 색깔아 달라지는데 이는 화합물의 재료에 따라 에너지 준위(eV)차이가 달라지기 때문이다.

반면, OLED는 LED처럼 스스로 빛을 내지만, 그 과정은 조금 다르다. 전류를 흘려주면 전자(-)주입층과 정공(+)주입층의 전자와 정공이 운송 층의 도움을 받아 발광 층에서 만나 빛을 내는 방식이다. LED와는 빛을 내는 방식에 다소 차이가 있다. 즉, OLED 전극에 전압을 가하면 Anode에서는 Hole이 주입· 운송되고 Cathode에서는 Electron이 주입· 운송되어 발광층(EML) 내에서 재결합하게 되며, 이때 생성된 Exciton이 기저상태로 전이하면서 빛을 내게 된다2)2) (출처 :LG화학)
.

[그림 2. OLED 물질]

(1) LED
● 양과 음의 전기적 성질을 가진 화합물이 접합하여 전기가 흐르면 빛을 내는 반도체로 장수명, 무수은, 저전력의 친환경 조명으로 각광받고 있다.
● Bulky 조명(방열팬, 방열판)이며 플렉서블과 투명조명이 불가능하다.

(2) OLED
● 유기재료에 전계를 가하여 전기에너지를 빛으로 바꾸어주는 소자로 점광원, 선광원, 면광원의 형태로 구현 가능하다.
● Ultra-slim 조명(2~3mm)이며 플렉서블과 투명조명이 가능하다3)3) (출처 : 지식경제부 보도자료, 2010)
.

[그림 3. LED면조명과 OLED면조명의 비교]
2) LED 장점

새로운 광원으로서 LED가 각광받는 이유는 기존의 광원보다 많은 장점을 보유하고 있기 때문이다.

첫째, 자연 친화적이다. LED는 지금까지 나온 광원 중에 가장 태양광에 가깝다. RGB(적색/녹색/청색, Red/Green/Blue)의 3색을 적절히 조합하여 1,670만개의 천연색을 구현할 수 있다. 높은 색 재현성으로 인해 LED는 인류가 필요로 하는 다양한 제품에 적용이 가능하다.

둘째, 환경 친화적이다.
● 우선 소비 전력이 낮다. 백열등의 80%, 형광등의 20% 에너지를 절감할 수 있다. 이러한 에너지 절감은 지구 온난화 방지 정책과 연결된다.
● 무수은, CO2 저감, 유해 전자파 저감, 폐기물 처리가 용이함 등의 장점이 있다.

셋째, 사용자 친화적이다.
● 수명이 길다. LED의 수명은 5만 시간 이상으로 백열등의 100배, 형광등의 10배 이상이다.
● 경박단소(輕薄短小)의 제품 생산이 가능하다.
● 충격에 강하다.
● 반응 시간이 짧다. 형광등에 비해 백만분의 일, 백열등에 비해 십만 분의 일에 불과하다.

이러한 장점에도 불구하고 아직은 LED가 고가라는 단점이 있다. 그러나 하이츠의 법칙
(Roland Haitz: 10년동안 LED의 가격은 1/10 하락하고 효율은 20배 증가)이 증명하듯 가격이 꾸준히 하락하고 있기 때문에 점차 다양한 어플리케이션에 적용되고 있으며, 장기적으로는 LED가 주된 광원이 될 수밖에 없을 전망이다. 세계 각국에서도 이러한 추세에 맞춰 다양한 LED 개발 및 보급 프로젝트를 진행 중이다.

[그림 4. LED 개발 역사와 응용 분야의 전개]
3) LED의 역사

LED는 1962년 미국 GE의 연구원 홀로냑(Holonyak)이 적색 LED를 개발하면서 탄생하였다. 이때의 LED는 단순 기계 장치를 표시하는 정도였다. 적색만 가능했던 LED는 1993년 일본 니치아(Nichia)화학의 슈지 나카무라(Shuji Nakamura가 사파이어 기판에 InGaN 발광층을 형성하는 기술을 사용해서 고휘도 청색 LED개발에 성공하게 되면서 빛의 3원색인 RGB를 모두 구현해 총천연색과 White Color를 만들 수 있게 되었다4)4) (출저 :　한국과학기술정보연구원, 대우증권리서치센터)


목차


Ⅰ. 서론 LED 산업 개요 1

1. LED의 개요 및 원리 1
1) LED의 원리
(1) LED
(2) OLED
2) LED의 장점
3) LED의 역사
4) LED 파장대역
5) 백색 LED
(1) 3원색(R·G·B)을 조합하여 백색을 구현하는 방법
(2) 청색 LED와 황색 발광형광체를 조합하는 방법
(3) 자외선 LED와 3원색(R·G·B) 혼합형광체를 조합한 방법
6) UV LED
7) LED 소재별 분류
8) LED Chip 형태벽 분류
9) LED 응용분야

Ⅱ. 본론 1. LED 제조공정 및 산업구조 13

1. Value Chain 13

2. 기판(Epi Wafer) 14

3. 에피성장 16
1) LED 색상결정
2) GaN 에피성장과정
3) GaN 결정구조

4. 칩공정 20

5. 패키지 및 형광체 LED 21
1) 패키지 과정

6. 모듈 및 제품 22

Ⅲ. 본론 2. 국내외 LED 시장현황 24

1. 세계 시장 개관 24
1) LED 조명을 중심으로 새로운 성장궤도 진입
2) 글로벌 공급과잉
3) 업계 재편 - 수직계열화
4) 특허분쟁

2. 부문별 시장전망 32
1) 휴대폰
2) LCD BLU/광고판
(1) 저가직하형 LED TV 확산
(2) UHD TV
3) 자동차용 조명시장
4) 조명시장
(1) LED 스마트 조명 시장 전망
(가) 한국
(나) 일본
(다) 중국
(라) 미국
(마) 백열전구 퇴출

3. 업계동향 49
1) 해외 메이저 동향
(1) 주요 업체별 현황
(가) Philips
(나) Cree
(다) Osram
(라) GE
(마) Epistar
(2) 조명가격 하락
(3) Light Module/Engine 부문 경쟁 심화
2) 국내 업계 동향
(1) 국내 시장 규모
(2)　수출입 동향
（3）업계 지형

Ⅳ. 본론 3. 핵심기술 개발 현황 56

1. 국내외 기술개발 현황 56
1) LED 기술 구분 및 주요 이슈
2) 해외 주요 LED기업의 기술동향
(1) 니치아(Nichia)
(2) 크리(Cree)
(3) 오스람(Osram Opto Semiconductor)
(4) 도요다 고세이(Toyoda Gosei)
(5) 필립스(Philips)
3) 국내 주요 LED 기업의 기술동향
(1) 삼성LED
(2) 서울반도체
(3)　LG이노텍

2. 분야별 기술개발 현황 60
1) 기판
(1）사파이어 기판
(2) SiC 기판
(3) GaN 기판
(4) 무분극 기판
(5) ZnO 기판
(6) 실리콘 기판
2) 에피성장 기술
(1)　MOCVD(Metal Organic Chemical VaporDeposition)
(2）MBE(Molecular Beam Epitaxy)
(3) LPE(Liquid Phase Epitaxy)
(4) HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)
(5) ALE(Atomic Layer Epitaxy)
3) 에피 양자효율 향상 기술
(1) Chip Shaping
(2) 광결정 (Photonic Crystal) 구조
(3) 나노구조체
(4) 표면 플라즈몬 기술
4) 패키지 기술
(1) Flip Chip
(2) 웨이퍼레벨 패키지(WLP)
(3) 칩 스케일 패키지(CSP)
5) 방열설계 기술
(1) 칩 본딩 방열 기술
(2) 패키지 방열 기술
(3) 멀티칩 방열 기술
(4) LED 시스템 방열 설계
(5) 세부 요소 기술
(가) 고방열 MPCB 부품소재 기술
(나) 경량 고방열 Al 소재 기술
(다) LED조명용 고방열 고분자 소재기술

Ⅴ. 결론 - LED 산업 전망 및 82

1. LED 칩과 에피 시장의 전망 82
1) LED 원가혁신 기술 (must-have for survival)
2) 광/LED 응용기술 (신산업/시장 창출)
3) Premium LED 소자기술 (차별화 전략)

표 목 차 · 그 림 목 차
〈표 차례〉
[표 1. LED 파장별 응용분야] 6
[표 2. LED소재별 분류] 8
[표 3. LED산업 분류표] 11
[표 4. 조명분야 분류표] 11
[표 5. LED 파장] 18
[표 6. 계 LED칩 시장 전망 및 성장률] 32
[표 7. LED BLU 세부품목별 수요비중] 33
[표 8. 주요 국가별 백열전구 규제 정책] 49
[표 9. 사파이어 단결정을 성장시키는 공법] 61
[표 10. LED용 고방열 MPCB 소재 유망기술] 79
[표 11. LED조명용 경량․고방열 Al 부품소재 분야 유망기술] 80
[표 12. LED조명용 고방열 고분자소재 유망기술] 80

〈그림 차례〉
[그림 1. LED의 원리] 1
[그림 2. OLED 물질] 2
[그림 3. LED면조명과 OLED면조명의 비교] 3
[그림 4. LED 개발 역사와 응용 분야의 전개] 4
[그림 5. 파장대역별 LED 종류] 5
[그림 6. LED 파장별 응용분야] 6
[그림 7. LED Chip구조] 10
[그림 8. LED 응용분야] 10
[그림 9. LED 조명시장 Value Chain] 13
[그림 10. LED 제품 생산 흐름] 13
[그림 11. LED제품의 수익성] 14
[그림 12. 기판 제조 및 가공] 14
[그림 13. LED 기판의 종류와 특성] 15
[그림 14. GaN, SiC 기판 시장전망] 16
[그림 15. MOCVD 에피성장 과정] 16
[그림 16. GaN 결정 구조] 17
[그림 17. LED 색상] 17
[그림 18. GaN 형성 과정] 18
[그림 19. 에피층의 성장] 18
[그림 20. Wurtzite 구조] 20
[그림 21. LED Chip 공정 과정] 21
[그림 22. LED 패키징 과정] 22
[그림 23. LCD 사업의 성장 히스토리] 24
[그림 24. 세계 LCD 시장현황 및 전망] 25
[그림 25. LED 수요 전망] 26
[그림 26. 글로벌 MOCVD 장비 시장공급 추이] 26
[그림 27. LED MOCVD용 Precursor 시장 및 산업 분석] 27
[그림 28. 글로벌 수급현황] 28
[그림 29. 글로벌 MOCVD 장비 출하량 조사] 28
[그림 30. 2015년 업체별 MOCVD장비 구매 현황 예상] 29
[그림 31. 국가별 MOCVD장비 설치 현황] 30
[그림 32. 국내외 LEDm업체 수직계열화 현황] 31
[그림 33. LED 특허분쟁] 32
[그림 34. BLU 수요 전망] 34
[그림 35. TV용 BLU 시장수요 전망] 35
[그림 36. 저가직하형 TV 수요전망] 35
[그림 37. UHD TV전망] 36
[그림 38. UHD 점유비 전망] 37
[그림 39. 자동차용 LED시장 전망] 38
[그림 40. 자동차용 LED 응용분야] 39
[그림 41. 글로벌 LED 조명 시장 전망과 조명 침투율 전망] 39
[그림 42. 글로벌 조명시장의 응용분야별 비중] 40
[그림 43. 조명시장에서의 LED Package 매출 전망] 41
[그림 44. 조명시장에서의 LED Package 출하량 전망] 41
[그림 45. 전체 램프시장의 광원별 시장점유율전망] 42
[그림 46. LED 시스템 조명의 용도별 시장 성장 요인 분석] 43
[그림 47. LED 스마트 조명의 시장전망] 44
[그림 48. LED 스마트 조명의 용도별 시장 점유율 전망] 44
[그림 49. 지역별 LED 조명시장 현황] 45
[그림 50. 일본 LED 조명시장 현황 및 전망] 46
[그림 51. 중국 LED 조명 보급 계획] 47
[그림 52. 미국 LED 조명시장 현황 및 전망] 47
[그림 53. 글로벌 LED 업체 2014년 매출액성장률과 영업이익률 전망] 50
[그림 54. 주요 제조사 조명제품 판가] 52
[그림 55. LED 국내 시장 규모] 53
[그림 56. LED 수출입 동향 ] 54
[그림 57. 국내 LED 업체 현황] 54
[그림 58. 사파이어웨이퍼 구경별 공급규모 전망] 62
[그림 59. MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition)방법에 의한 GaN 박막성장] 66
[그림 60. MOCVD 시스템 구성도 ] 67
[그림 61. 다양한 기하학적 구조의 LED] 70
[그림 62. 표면 플라즈몬에 의한 발광 효율의 향상] 71
[그림 63. Flipchip 시장점유율 전망] 73
[그림 64. LED 내부의 빛의 전반사 구조] 74
[그림 65. Vertical Chip 구조] 74
[그림 66. CSP] 75
[그림 67. WLCSP] 75
[그림 68. (좌)발열로 인한 LED 휘도 감소/(우) 세계 방열부품 시장규모] 76
[그림 69. Non flip chip vs. Flip chip] 77
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