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2013 정보분석보고서 융합 조명서비스 기술사업화 전략 로드맵 김근환 한국과학기술정보연구원 중소기업정보지원센터 경인지원 주성후 대진대학교 신소재공학과 장태종 한국과학기술정보연구원 중소기업정보지원센터 경인지원 정보분석_융합 조명서비스 (완).indd 1 2013-10-28 오후 4:11:07

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2013 정보분석보고서

융합 조명서비스

기술사업화전략 로드맵김근환 한국과학기술정보연구원 중소기업정보지원센터 경인지원

주성후 대진대학교 신소재공학과

장태종 한국과학기술정보연구원 중소기업정보지원센터 경인지원

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융합 조명서비스 기술사업화

전략 로드맵

2013년 9월 30일 인쇄

2013년 10월 1일 발행

발 행 인 | 박영서

지 은 이 | 김근환, 주성후, 장태종

펴 낸 곳 | 한국과학기술정보연구원 정보분석연구소

주 소 | (분원)서울특별시 동대문구 회기로 66

주 소 | (본원)대전광역시 유성구 대학로 245

전 화 | 031-888-9843

팩 스 | 031-888-9850

ISBN | 978-89-294-0337-9 93560

ㆍ이 책은 저작권법에 따라 보호받는 저작물이므로 무단전재와 무단복제를 금지하며,

이 책 내용의 전부 또는 일부를 이용하려면 반드시 저작권자와 한국과학기술정보연구원의

서면동의를 받아야 합니다.

ㆍ이 글의 내용은 필자의 견해이며, 한국과학기술정보연구원의 공식적인 의견이 아님을 밝힘니다.

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융합 조명서비스

기술사업화전략 로드맵 목

LED란 무엇일까? 05

의료용 LED의 응용분야와 개발동향은? 19

의료용 LED 조명 및 응용시장의 규모와 전망은? 29

LED 관련 기술의 연구개발은 계속되고 있다 47

의료용 LED의 성장 가능성은 매우 크다 65

참고문헌 69

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LED란

무엇일까?

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06 I 07 융합 조명서비스 기술사업화 전략 로드맵

LED란 무엇일까?

LED(Light Emitting Diode, 발광다이오드)는 p-n 접합 다이오드

의 일종으로 순방향으로 전압이 걸릴 때 단파장광(monochromatic

light)이 방출되는 현상인 전계발광(electroluminescence) 효과를 이

용한 반도체 소자이다. 양과 음의 전기적 성질을 가진 p-n 두 화합물

이 접합하여 전기가 흐르면 빛이 발생되는 원리로, 접합하는 화합물의

종류에 따라 빛의 색을 조절할 수 있어 적외선, 자외선뿐만 아니라 가

시광선도 빨강에서 보라색까지 모든 색의 표현이 가능하다.

LED는 광색제어, 에너지절감, 친환경 측면에서 이상적인 광원으로

반도체 소자의 디지털 제어 성능과 고효율, 장수명 등의 장점을 기반

으로 조명, 가전, 차량, 의료용 등 다양한 분야에 활용이 가능하다. 특

히 기존 광원을 대체하면서 조명 산업 전반에 영향을 미칠 것으로 예

상된다.

LED 특성은

LED는 백열등이나 형광등으로 대표되는 기존의 광원에 비해 고효

율, 장 수명, 무수은 등의 장점을 지닌다.

LED는 필라멘트를 광원으로 사용해 빛을 내는 구조인 백열등, 형광

등, 고압방전램프, 할로겐램프, 무전극 램프와는 달리 필라멘트를 사

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I 07 LED란 무엇일까?

용하지 않는 독특한 구조로 만들어져 있다. 필라멘트를 사용하는 기

존의 램프들은 필라멘트에 전류를 흘려 2000 ℃까지 달구면 에너지의

90%는 열로 발산되고, 나머지 10%의 에너지가 빛으로 이용된다. 따

라서 백열등의 빛 효율은 10%에 불과하다. 반면 LED는 필라멘트가

없는 구조로 광 반도체에 전기 에너지를 주입하면 바로 빛으로 전환

하기 때문에 이론적으로 100%의 효율을 가지며, 실제효율은 약 90%

에 이를 것으로 보고 있다. 또한 2~4 V의 저전압에서 동작하기 때문

에 일반 전구에 비해 전기 소비량이 5~10배 정도 절감되어 에너지를

절약할 수 있다. 그리고 일반전구처럼 필라멘트가 단락되는 일이 없

으며, 수명 측면에서도 백열등이 1,000~1,500시간대, 할로겐램프가

3000시간대, 형광등이 2,400~1만시간대인데 비해, LED는 6만~10

만시간대 정도로 월등히 길다. 따라서 램프유지와 보수에 들어가는 비

용 절감에 따른 경제적 효과를 얻을 수 있다.

표 1-1. 전등별 가격대비 효율성 비교 (등기구를 제외한 광원 가격 비교)

항목 백열등 할로겐 형광등 콤팩트 형광등 LED

광원효율(lm/W) 15 30 70 50 100

전원효율(%) 100% 100%80~87%

안정기손실

80~90%

인버터손실

80%

컨버터손실

광원의 실효율(%) 30~50% 30~50% 60~70% 50~60% 95%

실시스템 효율 (lm/W) 7 14 38 23 76

소비전력(W)

(800 lm 기준)114 57 21 35 10.5

등 수명

(6시간/일 기준)1,000 (167일) 3,000 (500일) 8,000 (1,333일) 8,000 (1,333일) 50,000 (8,333일)

개당 소요 W 60 75 40 20 5

개당 lm 420 1,050 1,520 460 380

형광등1개와 동일한

광속을 위해 필요한 개수3.6 1.4 1 3.3 4

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08 I 09 융합 조명서비스 기술사업화 전략 로드맵

개당 가격 (원) 900 4,400 2,000 2,000 5,000

총비용 (원) 3,240 6,160 6,160 6,600 20,000

수명을 감안한 비용

(원, 6시간/일 기준)25,920 16,430 2,000 6,600 3,200

LED는 칩 부분을 에폭시로 패키징해서 고열로 장시간 경화시키기

때문에 강한 충격에도 손상을 입지 않으며, 반도체라는 특성으로 인해

형광등과 달리 전류를 인가(印加)하면 바로 불이 들어온다.

기존의 조명을 LED 조명으로 20% 교체하였을 때 연간 1조원의 전

기료 절감이 가능하고, 원자력/화력 발전소 건설비, 유지관리비의 절

감에 따른 화석연료 소모 및 CO2 배출량도 감소된다(세계 2억톤/년,

‘10년). 전통조명과는 성질이 다른 반도체 광원을 사용한 조명이기 때

문에 특성평가 방법의 표준화가 진행되고 있으며, 광반도체 기술과 바

이오, 의료, 수송 및 통신기술의 융복합화로 지능·감성조명을 구현하

기 쉽다.

LED의 가장 큰 장점은 적색, 청색, 녹색, 백색 등 다양한 빛을 자

유자재로 낼 수 있다는 점에 있다. 적색, 녹색, 청색의 LED 하나하

나가 256가지의 컬러를 구현하기 때문에 3색의 LED를 조합하면

256x256x256=1670만 가지의 컬러를 낼 수 있어 건물의 파사드를 비

롯한 옥외 경관조명, 사인조명과 같은 곳에서 먼저 사용되었다.

하지만 LED 산업은 높은 기술력과 특허, 장비 등이 요구되는 산업

특성 때문에 대기업 위주의 구조로 형성되어 있으며, 기술개발 정도,

경제성 등을 고려할 때 현재 산업 초기 단계이므로 신규 투자가 요구

된다. 그러므로 기술개발, 인력양성, 산업생태계 구축 등에 공공부문

의 지원이 요구되며, 지역 내 다양한 관련 기관의 참여가 필요하다.

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I 09 LED란 무엇일까?

LED 종류는

LED는 사용하는 재료의 종류에 따라 전자가 올라갔다 내려가는 준

위의 차이가 나타난다. 높은 에너지 준위에서 만들어지는 빛은 짧은

파장을 가지고 있어 청색으로 나타나는 반면, 낮은 에너지 준위에서

만들어지는 빛은 긴 파장을 가지고 있어 적색으로 나타난다. 이러한

원리로 3원 3색인 적·녹·청 소자를 조합해 컬러를 구현한다.

LED는 방출하는 빛의 종류에 따라 가시광선 LED(Visible LED,

400~700nm), 적외선 LED(Infra Red LED, 700~1,000,000nm),

자외선 LED(Ultra Violet LED, 100~400nm) 등으로 구분되며, 파

장에 따라 그 응용범위가 다르다. LED는 파장별로 개발이 가능하

며, 가시광선 LED가 전체 LED 시장의 93%를 차지하고 있고, 적외선

LED는 전체의 5% 수준이며, 자외선 LED는 2% 미만의 규모를 차지

하고 있다. 가시광선 LED는 현재 가장 많이 개발된 소자로써 디스플

레이 표시 소자로 널리 이용되고 있으며, 조명 및 Illumination 분야

등으로 응용분야를 빠르게 확대하고 있다.

가시광선 LED

가시광선 LED 중에서 적색 LED가 가장 먼저 개발되었으며 이후 녹

색, 백색 LED 등이 개발되어 총천연색 구현이 가능하게 되었다. 특

히 2000년 이후로 RGB 및 백색 LED의 효율과 출력이 빠른 속도로

증가하면서 다양한 분야로 응용 분야가 확대되고 있다. 적외선 LED

는 LED 파장대가 증가하면서 광통신 검출기, 자동개폐기, 적외선 사

진기, 감정, 위조, 근육치료, 농산품건조기, 공기정화, 탈취 등 다양한

수요시장이 생성 가능해졌으며 특히 근거리 광통신용 IR LED는 적은

비용으로 인해 각광받을 것으로 예상되고 있다.

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10 I 11 융합 조명서비스 기술사업화 전략 로드맵

자외선 LED

자외선 LED는 파장대가 과거의 405 nm에서 현재 200~405 nm로

파장대가 확대되면서 응용시장 또한 확대되고 있다. 아직 응용시장이

초기 단계에 머물고 있으나 향후 살균, 물, 공기, 폐수처리, 탈취, 의료

용, 피부병 치료, 위폐감별, 조명, 섬유/화학산업, 환경 센서 등에 응

용 가능할 것으로 예상되고 있다.

BLU용 LED

BLU용 LED는 색상 구현 방식에서 RGB LED와 백색 LED 제품으

로 구분되며, RGB LED는 빨강(R), 녹색(G), 파랑(B)의 3원 3색을 켜

서 색을 구현하는 방식으로 사람의 눈으로 보는 것처럼 선명한 화질을

구현할 수 있으나 화질의 우수성에도 불구하고 낮은 신뢰성과 복잡한

설계로 인해 생산수율이 낮은 것이 단점으로 지적되어 왔다.

백색 LED

백색 LED는 파랑색 LED를 켜놓고 빨강과 녹색의 형광체를 덮는 방

식으로, 가격 경쟁력이 높고 설계가 비교적 단순하여 BLU뿐만 아니라

가장 큰 응용분야인 내부 조명으로 쓰일 수 있을 것으로 전망됨에 따

라 더 효과적인 백색 LED 구현이 LED 산업의 이슈가 되고 있다.

LED 구조는

LED(Light-Emitting Diode)는 p-n접합 다이오드의 일종으로, 순

방향으로 전압이 걸릴 때 단파장광(monochro-matic light)이 방출되

는 현상인 전계발광효과(electroluminescence)를 이용한 반도체 소자

이다. 즉 순방향 전압 인가시 n층의 전자와 p층의 정공(hole)이 결합

하면서 전도대(conduction band)와 가전자대(valance band)의 높이

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I 11 LED란 무엇일까?

빛방출 빛방출

반사판

음극(Cathode) 양극

(Anode)

Cathode Lead

Gold Wire

Heatsink SlugReflector Cup

Solder Connection

LED Chip

SiliconeEncapsulent

Plastic Lens

PC Board

LED Chip

차이(energy gap)에 해당하는 만큼의 에너지를 발산한다. 이때 발생

하는 에너지는 주로 열이나 빛의 형태로 방출되는데, 빛의 형태로 발

산되면 LED가 되는 것이다.

그림 1-1. LED의 발광 원리 그림 1-2. LED 구조

p-n 호모접합

전자는 p-타입 영역에 주입되고, 양공은 n-타입 영역에 주입되는

데, p-n 접합을 함으로써 빛을 발생하게 되며, 전자와 정공의 에너지

의 차에 의해 빛의 파장과 색이 결정된다. 이렇게 단순한 타입의 LED

는 효율이 매우 낮아 현재는 사용하지 않고 있다.

헤테로 구조체

LED의 여러 가지 에피택셜형(epitaxial) 구조를 응용하여 LED 제

작에서의 주요 목표인 빛의 발생을 최대화할 수 있다. 헤테로 구조체

는 화학적 성분이 다르고 밴드갭이 상이한 다른 반도체 물질로 구성되

어 있으며, 현재 높은 조명도를 갖는 LED의 제작은 헤테로 구조체 기

반이다.

저차원 구조 (Low-dimensional structures)

양자정(quantum wells, QW)과 양자도트(quantum dots, QD)와

같은 저차원 구조를 만들어 헤테로에피택셜(heteroepitaxial) 충돌에

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12 I 13 융합 조명서비스 기술사업화 전략 로드맵

서 방사성 재결합을 함으로써 더욱 효율을 향상시킨다. 전자와 정공의

파동함수를 겹치게 하여 증가시키며, 저차원 구조에서 밴드갭에 인접

한 상태의 전자밀도가 3차원 물질에 비해 높기 때문에 저차원 구조를

도입함으로써 발광다이오드의 효율이 증대된다.

혁신적인 새로운 LED 구조

인장 및 압축 변형된 LED

이 구조는 새로운 인장 변형을 방지하는 피복(TSBC) 구조를 도입하

였고, 효과적으로 잠재적 방지능력을 증가시키고 AlGaInP(알루미늄-

갈륨-인듐 인화물) 황-녹색 LED의 전류의 누수를 줄일 수 있다.

터널접합

p+/n+ 터널접합(Tunnel junction) 구조를 가진 LED가 p-타입

Mg-GaN(마그네슘-질화갈륨) 억류층의 톱에 형성되는데, 이 터널접

합은 횡 방향 전류를 발산하게 하고, 반투명전극 및 저항이 큰 p-타

입 AlGaN(알루미늄-갈륨 질화물)의 필요성을 없앤다. 터널접합을 택

하면 LED 구조 내에서 두 개의 n-전극을 형성하게 하고, 터널접합

LED의 빛 발산 강도는 기존 LED에 비해 두 배 정도 높아지게 된다.

역 p-다운 LED (Inverted p-down LED)

최근에 p-다운 구조와 n+/p+ 터널접합을 가진 InGaN/GaN

MQW(Multiple Quantum Well) LED가 개발되었는데, 기존 LED에

비해 20mA에서 작동하였을 때 광 출력이 거의 2배에 달하였고, 외부

양자효율은 기존 LED가 9.5%인데 비해 17%로 높아졌다.

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I 13 LED란 무엇일까?

전자 저장층을 가진 LED

n-GaN(n타입 질화갈륨) 피복층과 다중 양자 우물구조(Multiple

Quantum Well, MQW)층 사이에 전자 저장층을 도입함으로써 MQW

LED층의 방사효율 증대를 가져온다.

양자도트 LED

양자점(Quantum Dot, QD)에서는 전자상태가 공간적으로 국한되

고 에너지는 완전히 양자화 되어 QD 구조는 열적 혼란에서 보다 안정

적이다. 또한 전자의 분산을 크게 줄이고 비방사성의 재결합률을 줄일

수 있다.

플립칩 구조를 가진 LED

플립칩 구조는 기판재료로부터 빛 추출을 제공하기 때문에 반투명

금속전극에 의한 빛의 감소가 없고, 높은 반사 금속화 채택에 의해 빛

의 흡수를 최소화한다. 또한 기존 LED의 얇은 전류전파층에 비해 높

은 전류밀도를 갖고 작동하게 하며, 장치 위의 와이어본드를 제거하기

때문에 빛의 어둡게 함을 크게 줄이며, 생성된 열을 반도체로부터 발

산하도록 해줄 수 있다.

공진 공동 및 포토닉스 수정체 LED

포토닉스 수정 방사체는 장치 내에 InGaAsP/InP(인듐갈륨비소인/

인듐인) 미세기둥의 벌집모양 배열을 구성함으로써 평면 웨이퍼에 비

해 10배가 넘는 광 발광을 나타냈으며, 최근에는 녹, 청 및 자외선 발

광체를 개발할 목적으로 Ⅲ-질소화물 포토닉스 수정체 연구가 수행되

었다.

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14 I 15 융합 조명서비스 기술사업화 전략 로드맵

LED 기술의 범위

LED 에피/칩/패키지/장비

LED는 기존 반도체와 유사한 공정으로 소자를 제작하며 제조 공정

은 기판 위에 단결정의 얇은 막을 성장시키는 에피텍시(epitaxy)웨이

퍼 제작 공정이다. 에피텍시 웨이퍼에 전극을 형성시키고 각각의 소자

로 분리하는 칩 공정으로 습기 충격 등 외부로부터 칩을 보호하는 패

키징 공정 등으로 나눌 수 있으며, 각각의 제조 공정에 따라 다양한 세

부 기술이 요구된다. LED 생산을 위한 에피텍시 웨이퍼 제작을 위해

MOCVD 등의 장비를 이용한다.

LED 모듈 소재

화합물 반도체 특성을 이용하여 전기 에너지를 빛에너지로 효율적으

로 전환하여 최적의 효율로 안정적으로 방출되도록 하는 소재로 정의

하며, 기판소재, 형광체 소재, 봉지 소재, 고방열 소재 및 혼성 복합 소

재로 구분한다.

LED 조명 응용

응용 분야에 따라서 일반 조명과 더불어 디스플레이, 수송 조명, 농

생물, 의료, 해양수산과 같은 LED-IT/NT/BT 융복합 기술을 활용한

특수조명과 이에 대한 특성·신뢰성 평가 분야로 분류된다.

융합 광기술

융합 광기술은 LED/LD/PD/수동광소자 등 광 부품의 고유 특성을

이용하여 새로운 산업과 융합하는 응용 기술로 정의하며 나노 광 응용

기술, 정보통신용 광소자, 차세대 광 응용기술 분야로 분류한다.

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I 15 LED란 무엇일까?

나노 광 응용 기술은 기존 광통신 부품기술의 고도화 및 차세대 컴퓨

터, 디스플레이, 태양광, 센서 분야에 활용 가능한 융합 응용기술이다.

정보통신용 광소자 기술은 광가입자용 부품 기술과 대용량 정보 전

송 부품 기술, 유무선 통합 시스템용 광 부품 기술이며 차세대 광 응용

기술은 광인터커넥션 기술, 광센서 기술, 광학식 터치, 입출력 패널 기

술로 구분된다.

표 1-2. LED 기술범위

중분류 소분류 관련 요소기술

LED 및 광

LED 에피/칩/패키지/장비

독자기술자립형 R, G, B

UV LED

고집적 chip on module 수직형 LED

180 lm/W급 White LED

High Power LED칩

친환경응용 deep UV LED

Chip Scale Wafer Level Package 등

대용량 MOCVD, 칩공정, 검사장비 등

LED 소재/모듈

신기능 기판

고방열 Heat Spreader metal PCB

단파장/내열성/내습성 실리콘 봉지재

고효율 적색/황색/녹색 형광체

다기능 제어 IC 및 고효율 AD/DC converting IC 등

LED 조명일반조명용 백색 LED조명기기

총천연색 색가변 LED조명기기

LED 제조 공정

LED 제조 공정 기술은 기본적으로 에피(Epi) 웨이퍼 성장 → 칩공

정 → 패키지 → 모듈 → 시스템 단계로 구성되어 있다.

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16 I 17 융합 조명서비스 기술사업화 전략 로드맵

그림 1-3. LED 제조 공정 단계

기판

기판 위에 성장되는 박막층의 품질은 박막과 기판과의 격자 불일치

정도와 기판의 품질에 의해 결정되므로 격자 불일치가 작고 성장하는

방법이 가장 우수한 박막을 얻을 수 있다. 현재 상용화된 LED 에피웨

이퍼는 사파이어와 SiC 기판에서 성장하여 제작되고 있으며, 고휘도

LED를 만들기 위해서 GaN이나 ZnO를 기판으로 사용하여 LED를 만

드는 연구가 활발하게 진행 중이다.

에피 성장 기술

에피란 단결정 기판 위에 금속 유기 화학 증착법(Metal Organic

Chemical Vapor Deposition, MOCVD) 장비를 사용하여 화합물 반

도체를 성장시켜 에피 웨이퍼를 제조하는 과정을 말한다.

예를 들어 청색 LED의 경우 청색을 내는 반도체 재료로 GaN가 있

으며 Sapphire(Al203)나, SiC 기판 상에 n형 반도체(n-GaN)와 활성

층(InGaN), p형 반도체(p-GaN)가 MOCVD로 차례로 증착된다. 그

윗면에는 전압을 걸어 주기 위한 (+)전극이 형성되어 있으며, (-)전극

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I 17 LED란 무엇일까?

을 절연체인 기판 상에 형성될 수 없으므로 Dry 에칭방식으로 가장 위

쪽에서 n-GaN의 일부분까지 식각한 후 (-)전극(Ti/Al)을 형성한다.

그림 1-4. 청색 LED

칩생산

칩생산 공정은 전극을 형성하고 개별 칩으로 절단하는 단계이다. 고

출력 LED 필요성이 증가함에 따라 칩사이즈도 대형화 되고 있어 칩의

면적 증가는 광효율 및 생산이 저하된다.

LED칩은 성장된 에피웨이퍼를 가지고 제작하며 전(前) 공정과 후

(後) 공정으로 나뉜다. 전공정은 p-n 전극형성 공정, 식각 공정, 보호

막 형성 공정이 있으며, 후공정은 기판을 얇게 연마하는 랩핑공정, 칩

을 분리시키는 스크라이빙 공정, 전기적·광학적 전수측정, 등급분류,

외판검사가 있다.

LED 칩의 제작공정은 InGaAlP/GaAs 계열의 공정과 InGa(Al)N/

GaN 계열의 공정으로 분류한다. InGaAlP/GaAs 계열은 n+-GaAs

기판을 사용하고 그 위에 n형 반도체와 MQW 구조의 활성층 및 P형

반도체와 콘덱층의 에피층으로 구성되며, p+GaAs 기판을 사용하는

경우 p형 반도체와 MQW 구조의 활성층 및 n형 반도체와 콘덱층의 에

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18 I 19 융합 조명서비스 기술사업화 전략 로드맵

피층으로 구성된다. 대부분이 SiC 또는 사파이어 기판을 사용한다.

패키징 및 모듈 공정

LED 산업의 중심축은 과거 Epi-chip 중심이었으나 패키징 및 모듈

중심으로 이동하고 있다. 패키징 공정은 제조된 칩과 리드(lead)를 연

결하고 빛이 최대한 외부로 방출되도록 패키징하는 단계이며 모듈공정

은 패키징이 완료된 LED를 이용하여 일정한 프레임에 LED를 부착시

키는 단계이다.

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I 19

의료용 LED의

응용분야와 개발동향은?

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20 I 21 융합 조명서비스 기술사업화 전략 로드맵

2000년대 들어 웰빙(Well-bing) 문화로 대변되는 인간 삶의 질 회

복에 대한 가치 인식이 크게 확산되면서 건강한 삶에 대한 욕구가 모

든 산업분야에 화두가 되고 있다. 고급 의료서비스를 위한 PET-

CT(양전자방출단층 촬영기)와 같은 첨단의료기기의 수요가 크게 증가

하고 있고, 보다 정확한 진단과 치료를 위해 최첨단 차세대 의료기기

가 연구개발 되고 있다. 또한 예방의학 측면에서 IT 기술이 접목된 개

인용 의료기기는 만성질 환자 및 적극적 건강관리자를 중심으로 수요

가 크게 증가하고 있다.

LED는 개발 초기에는 표시램프, 전광판 등 제한된 영역에서만 사용

되었으나 백색 LED가 개발되면서 활용범위가 점차 확장되고 있다. 현

재는 의료분야에 IT 기술의 융합을 통한 제품개발이 활발히 이루어지

고 있으며, 고성능 의료기기의 기술구현이 가능해짐에 따라 LED 램프

를 접목시키고 있는 추세이다.

LED는 각 산업 분야에 LED를 적용한 제품의 상용화 및 사업화가

이루어지면서 관련 분야에 대한 시장이 날로 커져가고 있으며, 의료분

야에서도 인간의 평균 수명이 늘어나고 고령화 사회의 도래와 소득 수

준의 향상으로 의료기기 산업에 국가적인 집중투자가 이루어지고 있

다. LED를 이용한 치료기 및 검사기에 대한 기술 및 시장은 도입기에

있으며, 고출력 LED의 특성을 활용한 의료기기로 광 의료 산업이라는

의료용 LED의 응용분야와 개발동향은?

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I 21 의료용 LED의 응용분야와 개발동향은?

새로운 산업이 태동되고 있다. 그 중에서도 피부과와 치과에서 LED를

이용한 관련 기술 및 제품이 다양하게 출시되고 있는 중이다.

LED를 이용할 경우 기존의 의료기기에 비해 다양한 이점이 있다.

영상진단 부분에 있어 다양한 파장의 조절을 통해 성격이 다른 악성세

포를 형광영상의 형태로 얻을 수 있고, 투과광을 통한 무체혈 생체신

호의 측정이 가능해 개인용 소형 생체진단기기를 제작할 수 있다. 다

양한 파장을 이용해 피부 및 외과적 치료에 활용할 수 있으며, LED 조

명을 통한 광역학, 심미치료와 더불어 대체의학적 분야에 다양하게 적

용할 수 있고, 병실 조명, LED 무영등, 국소조명등, 노인용 LED 조명

등의 병원용 조명에 범용으로 활용이 가능하다.

LED 광치료는 비수술적이고, 비침습적인 동시에 복합 효과를 기대

할 수 있어, 변화하는 환자의 욕구를 충족시킬 수 있는 간편한 치료법

으로 각광을 받고 있으며, LED 의료기기는 LED라는 광원을 활용하

여 의료산업의 기반을 이루는 의료기기를 만들거나 활용하는 대표적인

융·복합 산업기술 영역으로, 최근 의료기기에 LED를 활용하고자 하

는 노력이 빈번하게 일어나고 있다.

표 2-1. 의료용 LED 분류

형광현미경(형광단백질추적용)

•특정 단백질에 선택적 조영•분자영상구현에 활용

내시경타입 형광영상진단기•환부 표면영상 조영•인체내부장기 조영방법

지방검사형광기기•신체 부위별 체지방 측정 가능•신체에 자극을 주지 않음

소동물용 광학영상기기•생체 내에서 발현되는 빛 검출•Probe의 이동 경로를 파악

안면색 진단영상기기•촬영된 영상으로 사상체질 판독•한의학 소견을 검증하는데 쓰임

설진영상기기 •영상을 가지고 혀의 상태 등을 분석

IR카메라(or 적외선체열촬영기)

•간단하며, 통증이 없는 검사•치료 전 후 효과 확인 가능

광영상유방암 진단기•근적외선광을 이용하여 신체에 무해•자택에서 간편히 검사 가능

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22 I 23 융합 조명서비스 기술사업화 전략 로드맵

무채혈 산소포화도측정기

(혈류/혈당측정기)

•미량채혈에 의한 실시간 분석 기술

•혈당측정 기술 개선

복합 혈행측정기

(advanced-SPO2)

•혈행을 측정할 수 있는 기술

•산소포화도 검사기 기능 개선

•광센싱기술에 의한 정밀도 및 기능 향상

혈류, 혈압측정기•광기술을 이용한 혈류의 흐름 측정 기술 구현

•혈류의 속도, 방향 측정 기술

실시간 맥박 및 호흡수측정기 •광원을 이용하여 혈류의 신호 측정

호흡가스분석기

• 산소와 이산화탄소를 측정하여 폐기능,

운동능력을 측정함

• 혈액가스 및 BNA를 실시간에 분석할 수 있는

소형 혈액가수 분석센서 및 분석시스템

광살균기,

진균(여드름,비듬)치료기,

골밀도 강화기기

•살균성은 원자외선 영역효과

•치료성은 근자외선 영역효과

•기능성은 전영역에 각기효과

LED 피부치료기

(아토피, 주름, 황달)

•내적 피부질환은 근자외선

•외적 피부질환은 기시광 효과

심미치료기, LED광욕기기,

LED인큐베이터

• 심미 작용(정신과 치료 등)은 가시광 영역에서 효과

•생체기능은 가시광 영역효과

비염/중이염 치료기•이비인후과는 근적외선 영역

•직접적 살균은 근자외선 영역

수술환부 광조사기

(세포성장촉진기)•환부세포 재생은 근적외선

Biostimulation

(통증치료기)

•통증완화는 근적외선 영역

•통증치료는 원적외선 영역

수술용 LED 무영등

수술보조등

• 그림자를 없애는 조명으로 그림자가 생기면 다른

각도에서 비추는 LED칩 빛으로 이를 상쇄시켜

그림자를 없애는 원리

병원조명

(입원실/병원내 조명 등)

• 인체감성조절을 위한 “그린 LED 조명” : 조도나

색상 등 빛의 상태에 따라 인간의 감정이 변하는

것을 이용한 ‘라이트테라피’

• 최근 청색 LED가 흐릿한 적색 광에 비해 생체

리듬을 바꾸는데 더 효과적이라는 결과 발표

국소조명등, 진단용/치과용/

이비인후과 검사 초소형 조명

• 캡슐에 백색 LED를 설치해 체내를 촬영한 후 전송

•국소조명등

•진단용 : 검이경/내시경류

•치과용 검사 초소형 조명

•이비인후과 검사 초소형 조명

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I 23 의료용 LED의 응용분야와 개발동향은?

미백기기•피부 토닝레이저 활용

•가시광 대역 레이저

주름제거기기•콜라겐을 통한 피부재생활용

•IPL EH는 프락셀 레이저

모발촉진기기•600 대역 가시광 활용

•혈류증가를 통한 모발촉진

피부미용광조사기• 다양한 레이저를 이용한 활성작용을 촉진하고

광중합을 동시에 활용하는 기법

치아미백광조사기•가시광을 통한 광중합 발생

•미백물질의 활성화

skin 케어 활성화 조명기•기미 제거, 박피, 모공축소

•LED 광원과 같은 저출력광원을 이용한 LLLT 활용

진단기기분야

의료용 LED 중 진단기기분야는 영상진단과 생체진단 영역으로 구분

된다. 영상진단영역은 세포조직 검사에서 체외 세포조직 검사에 활용

되는 형광영상진단부분, 체내 조직상태 검사에 활용되는 내시경형 영

상진단 부분 등으로 구분할 수 있다. 생체진단영역은 당뇨환자의 혈당

측정에 활용하는 무채혈 산소포화도 측정기, 복합 혈행 검사기 등이

포함된다.

광기반 영상진단기기는 레이저, LED 등의 광원을 기초로 하고 있

다. 일반적으로 광영상(photonic imaging)은 빛을 이용해 비침습적인

방법으로 생체의 구조나 생화학적인 변화를 영상화하는 기법을 의미한다.

광영상의 최대 장점은 방사선을 사용하지 않기 때문에 생체에 가해

지는 유해한 요소가 적고, 영상 장치의 구성에 있어 소규모로 구성할

수 있다는 것이다.

내시경 기술은 생체내부를 비침습적이고 광학적인 방법을 이용하거

나 초음파를 이용해 영상화하여 병변을 진단하고, 필요에 따라서 생검

(biopsy)하거나 또는 폴립(polyp)을 수술하여 제거하는 기술을 말한다.

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24 I 25 융합 조명서비스 기술사업화 전략 로드맵

형광내시경은 신체내부 기능을 관찰하는 것과 동시에 광섬유를 통해

서 전달된 여기광을 질병부위로 보내 종양 등 질병의 종류에 따라 발

현된 형광의 강도를 측정하여 신체기관과 조직의 기능 상태를 관찰할

수 있다는 장점이 있다. 형광내시경은 위내시경, 기관지경, 대장내시

경, 담도경, 인후경, 십이지장경 등으로 응용할 수 있어 지속적인 수요

가 발생하고 있다.

LED를 기반으로 하는 생체진단시스템은 광원을 센서로 활용하여 혈

류의 정보를 취득해 생체정보로 전환한 후 진단에 활용하는 기술 및

의료기기를 의미한다. 여기서 광센서(optical sensor)는 사람의 눈에

해당하는 장비로 물체의 모양이나 상태, 움직임 등을 감각하는 것으로

기계에서 큰 빛을 내었을 때, 빛이 부딪혀 반사되어 오는 것을 토대로

그 물체의 정보를 얻는다.

치료분야

치료분야는 의료용 LED가 적극적으로 활용되고 있는 분야로, 피부

치료, 외과적 치료, 광역학 치료 영역으로 구분할 수 있다. 피부치료영

역은 지난 수년간 집중적으로 연구된 분야로 국내를 비롯해 여러 국가

에서 이미 임상 단계를 마치고, 의료시장에 출시되고 있다. 피부치료

는 구체적으로 아토피, 백반증, 건선증, 경피증, 두피케어(탈모치료)와

같은 체내 환경 변화에 대응하는 피부반응에 대한 치료영역, 여드름,

무좀균, 비듬균 등과 같은 진균성 치료영역, 피부노화에 따른 주름개

선을 위한 항노화 치료영역이 있다. 외과적 치료영역은 외과 수술 후

환부의 봉합을 촉진하는 환부봉합 촉진 치료, 시신경 치료, 녹내장 치

료에 관여하는 영역 등이 있다. 광역학 치료분야는 신생아 황달, 근골

격계 통증 치료 등이 있으며, 의료용 LED에서 가장 주목받고 있는 영

역이다.

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I 25 의료용 LED의 응용분야와 개발동향은?

Before After

* An example of UV Phototheraphy effect

표 2-2. LED 광원 파장별 광치료 적용성 검토

파장범위 구분 작용효과 및 응용분야 활용광원

UV-C원자외선

(100-280nm)

- 살균 및 청정작용

- Bio-medical sensor

LED 광원 (250nm)

UV 형광램프

UV-B중자외선

(280-320nm)

- 비타민D 형성

- 백반증, 건선치료기

LED (315nm)

UV 형광램프

UV-A근자외선

(320-400nm)

- 아토피 피부염 치료

- 경피증, 진균증 치료

LED (365,380nm)

UV 형광램프

가시광선R,G,B

(400-780nm)

- 신생아 황달 치료

- 여드름, 기미 치료

- 피부개선, 시신경치료

- 우울증, 심미치료

LED (전파장대)

IR-A근적외선

(780nm-2.5㎛)

- 통증치료(완화)

- 피부재생 촉진

- 수술후 환부봉합 촉진

LED/LD (830nm)

할로겐램프

IR-B원적외선(의학)

(2.5㎛-50㎛)

- 통증치료(온열치료)

- 근골격계 치료

할로겐-텅스텐램프

(4-18㎛)

IR-C원적외선(물리)

(50㎛-1mm)- 알려진바 없음

LED를 이용하는 피부치료의 경우 특정 파장의 영역에서 효과가 있

는 것으로 알려져 있으며, 아토피 치료에서도 일부 효과가 확인되고

있다. LED를 이용하는 피부 치료 영역에서 미용의료의 활성화에 힘입

어 안면피부에 대한 치료기술이 등장하고 있으며, 여러 연구기관에서

관련 의료기기를 개발하고 있다.

그림 2-1. LED를 이용한 피부치료 연구

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26 I 27 융합 조명서비스 기술사업화 전략 로드맵

외과적 수술 이후 봉합부위에 발생하는 세균성 염증을 완화하고자

LED광원을 조사한 결과 자연 상태로 두었을 때보다 빠른 세포증식이

이루어지는 것이 확인되었다. 수술환부 봉합촉진에 사용된 LED는 적

색계열의 LED를 조합한 형태이며, 미량의 광량에 의해서도 살균과 더

불어 세포증식 속도 개선이 이루어졌다.

중이염 및 비염 치료용 LED 의료기기는 소형 할로겐 타입의 광원이

이용되고 있지만, 최근 LED를 이용하고자 하는 시도가 진행되고 있

다. LED를 이용하였을 경우 치료 효과를 극대화시키기 위해서는 정확

한 치료파장대의 선별과 LED광원의 출력 향상이 필요하다.

그림 2-2. 중이염 치료용 LED 의료기기 모식도

융·복합 및 기타 분야

융·복합 분야는 대체의학적 영역과 병원용 조명, LED광원이 활용

된 관련 보조기기와 운영시스템에 관한 영역이 있다. 병원용 조명은

LED투영등, 치과용 LED조명등이 개발되어 시판 중이며, 향후 입원실

조명등에 적용될 것으로 보인다. LED를 이용한 기타 영역으로는 노인

용 지팡이에 적용된 LED조명, 환자용 휠체어에 적용되는 LED조명 등

이 있다.

LED는 전력소비와 효율이 낮아 LED를 채택한 의료조명기기들이

등장하고 있다. 수술실에서 사용되는 조명용 기기는 물론 조명의 스펙

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I 27 의료용 LED의 응용분야와 개발동향은?

트럼을 이용해 서로 다른 두 조직을 찾아내는 기술개발까지 진행되고

있다. LED를 이용한 조명용 의료기기의 경우 열 상승이 없으며, 자외

선, 적외선 등의 유해파장을 완전히 차단해 세포에 대한 악영향을 없

앨 수 있다는 장점이 있다. 또 수술용 조명기기의 경우 다초점 광원기

술을 활용해 시술시 그림자에 의해 발생하는 조명 차단을 없앨 수 있

도록 설계되고 있다.

그림 2-3. LED 무영등 그림 2-4. LED 수술보조등

일반적으로 백색 광원을 사용하는 내시경 시스템과는 달리 LED 광

원배열과 흰색, 적색, 황갈색, 녹색, 청색 등 각 LED광원을 내시경 기

기에 탑재한 후 밝기 비율을 조정하면 특정 광원에서 정상세포와 구분

되는 세포를 쉽게 구별해낼 수 있다.

광학 기술을 이용한 피부치료는 광원을 이용하여 Photothermal,

Photomechanical효과와 Photodynamic Therapy기술 등을 이용해

조직의 선택적 파괴 및 피부 질환 시술을 통해 피부를 치료하는 새로

운 형태의 광 의료기기 기술이다. 이 기술은 광 치료기기의 장점을 이

용함과 동시에 시술과정에서 발생하는 피부조직 파괴로 인한 부작용을

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28 I 29 융합 조명서비스 기술사업화 전략 로드맵

최소화하고, 빠른 시간 내에 피부 대사 촉진 및 회복, 관리가 가능하

면서도 가격이 저렴하다는 장점이 있다. 또한 개인의 병변에 효과적인

광원을 선택적으로 시술함으로써 치료비용과 효율성을 극대화하여 만

성 피부질환을 효과적으로 관리할 수 있다.

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I 29

의료용 LED

조명 및 응용시장의 규모와 전망은?

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30 I 31 융합 조명서비스 기술사업화 전략 로드맵

전 세계 LED 응용기기 시장은 2005년에 122.6억불에서 연평균 9%

의 성장률을 나타내며, 2012년에 226.2억불 규모를 형성하는 것으로

나타났다. 그 중에서도 LED 의료기기 조명시장은 의료 임상 분야에서

기존 광원이 LED 램프로 전환되는 사례가 증가하는 추세에 있다. 이

로 인해 2008년 1억불 규모의 시장이 4년 후인 2012년에 약 10배 성

장한 10억불 규모의 시장을 형성하는 것으로 파악되었다.

표 3-1. 세계 LED 시장 규모 (단위: 억 불)

구분 제품명 2005년 2008년 2010년 2012년

LED응용

(융합)기기

휴대전화 모듈 83.2 67.2 56 48

LCD BLU 모듈 3.7 14.6 41

자동차 모듈 22.8 30.4 38 55.2

LED Display 16.6 26.7 36.7 44

의료 1 5 10

농수산업 3 8

정보가전, 통신 3 10

UV살균소독탈취,경화응용 1 5 10

LED응용 합계 122.6 130 161.3 226.2

의료용 LED 조명 및 응용시장의 규모와 전망은?

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I 31 의료용 LED 조명 및 응용시장의 규모와 전망은?

LED

조명

기기

옥내

할로겐전구대체 2 10 30

백열전구대체 3.3 17 39

형광등대체 1 4.9 27

옥내외

Outdoor Lighting 8.2 12.5 16.5 22

Down Lighting 0.33 4 6.7

Task Lighting 0.61 4.5 9

LED 사인조명 4.3 7.5 11.5 16.5

옥외LED 건축조명 1.1 3.4 6 15

LED 도로조명 1 20 40

LED 조명 합계 13.6 31.64 94.4 205

세계 LED 응용 및 조명 총계 136.2 161.64 255.7 431

국내 LED 응용기기 시장은 2005년에 1.7조 원이었으나 휴대전화

모듈의 감소로 2008년에는 1.6조 원, 2010년에 1.5조 원으로 시장 규

모가 수축되는 경향을 보이고 있다. 그러나 2012년에는 LED BLU,

자동차조명, LED Display, 해양 및 농수산, 의료 환경 분야에서의 응

용이 확대되면서 시장규모가 2.6조 원으로 비약적인 성장을 이루었다.

국내 LED 의료기기는 파장대별 생물학적 안전성 및 광원 영향 평가

기술, 생체 친화 의료 조명 기반 및 응용 기술, 치과용 진단 및 치료용

유닛 시스템, 수술용 무영등 시스템 등 기존 산업기술과 융·복합된

시스템 원천기술 개발에 주력하고 있는 상태이며, 2010년에 100억 원

의 시장을 형성하기 시작해 2012년에는 600억 원 규모의 시장을 확보

하였다.

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32 I 33 융합 조명서비스 기술사업화 전략 로드맵

표 3-2. 국내 LED 시장 규모 (단위: 억 원)

구분 제품명 2005년 2008년 2010년 2012년

LED응용

(융합)기기

휴대전화 모듈 16,640 14,000 11,000 8,000

LCD BLU 모듈 1,000 1,500 9,000

자동차 모듈 90 160 600 3,000

LED Display 460 1,115 2,100 3,357

의료 100 600

농수산업 50 500

정보가전, 통신 50 400

UV살균소독탈취,경화응용 20 100 1,400

LED응용 합계 17,190 16,295 15,500 26,257

LED

조명

기기

옥내

할로겐전구대체 200 700 1,800

백열전구대체 330 1,250 3,000

형광등대체평판형 100 500 2,000

옥내외

Down Light 33 138 252

Task Light 30 61 92 168

LED Sign 364 490 787 1,379

Outdoor Lighting 147 500 1,100 1,700

옥외 LED 가로등 209 1,040 2,538

LED 조명 합계 541 1,923 5,607 12,837

국내 LED 응용 및 조명 총계 17,731 18,218 21,107 39,094

국내외 업체

해외업체 동향

Photo Therapeutics Ltd.

영국의 Photo Therapeutics Ltd.사(이하 PTL사)는 2000년대 중반

부터 피부질환 치료용 LED 치료기의 연구개발을 시작하였다.

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I 33 의료용 LED 조명 및 응용시장의 규모와 전망은?

그림 3-1. Omnilux-Revive

PTL사는 Omnilux를 통해 LED 광 치료기기를 상용화하였고, 다양

한 제품군과 휴대용 광 치료기기를 시판하고 있다. PTL사는 시장점유

율 및 기술적인 측면에서 가장 앞선 기업으로 평가받고 있으며, LED

를 이용한 광 치료기기 제품들이 대부분 Photo Therapeutics Ltd.사

의 제품과 비슷한 광조사 출력을 사용하고 있다.

Lightwave

미국의 Lightwave사는 Omnilux와

비슷한 형태로 420 nm, 630 nm,

880 nm 대역의 LED를 이용해 시스

템을 구성하고 있는데, Omnilux가

광원부 전체를 교체하여 사용하는데

비해 Lightwave사의 제품은 광원 패

널부를 조정하는 형태로 사용하고 있

으며, 두 가지 파장을 동시에 조사할

수 있는 것이 특징이다.

그림 3-2. DELUXE

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34 I 35 융합 조명서비스 기술사업화 전략 로드맵

Quantel

프랑스의 Quantel사는 다른 제품들과 비슷한 대역의 파장을 사용하

고 있으며, 세계 최초로 고출력밀도를 갖는 handheld형 의료기기를

출시하였다.

그림 3-3. LEDA HP 그림 3-4. LEDA SCR

국내 업체 동향

피부질환 치료를 위한 LED 치료기의 경우 아직까지 본격적으로 연

구 개발이 진행되고 있지 않은 상태이며, 국내 레이저 치료기 제작 업

체나 일부 수입업체들에 의해 외국 제품을 수입 판매하거나 외국 기업

의 제품을 낮은 가격에 복제하는 수준에 머물러 있는 상태이다.

영세한 관련업체에서 LED를 이용한 피부질환 치료기를 제작 시판하

고 있으나 선진 제품에 비해 성능, 인지도, 안정성 등 시장 경쟁력에서

많은 편차를 보이고 있다.

국내 의료기기 제조업체의 영세성과 관련 분야의 연구기반 부족으로

의료용 LED 칩을 포함한 광원 관련업체와 의료기 제조업체 사이의 공

동연구가 전무한 상황이며, 광 치료기 및 진단기기 개발에 가장 기초

가 되는 피부 광학 분야에 대한 기반 또한 매우 취약한 상태이다.

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I 35 의료용 LED 조명 및 응용시장의 규모와 전망은?

루트로닉

국내 최대의 레이저 치료기 생산업체인 루트로닉은 상처 치유용

LED 치료기인 HEALITE를 개발하여 판매하고 있지만 현재까지 개발

및 시장진입 초기 단계에 머물러 있는 상태이다.

그림 3-5. HEALITE Ⅱ

유티아이

국내 레이저 의료기기 판매업체인 유티아이는 420 nm, 515 nm,

635 nm의 세 가지 파장별로 Screen의 변경이 가능한 Bionain 등의

제품을 출시하고 있다.

그림 3-5. HEALITE Ⅱ

그림 3-6. Bionain

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36 I 37 융합 조명서비스 기술사업화 전략 로드맵

엠아이텍

엠아이텍은 국내 생산제품 중에서 가장 높은 인지도를 가지고 있는

Nouvo를 판매하고 있는데, 이 제품은 LED Screen 타입으로 제작되

었으며, 410 nm, 480 nm, 630 nm의 파장별 Screen으로 변경이 가

능하다.

LED 의료기기 관련 제품 동향

LED 의료기기 제품은 크게 진단분야, 치료분야, 그리고 융·복합

및 기타 분야로 나눌 수 있다.

LED 의료기기가 산업적으로 활용되고 있는 분야는 치료영역이다.

의학적 치료에 있어 ‘광’을 이용한 방법은 과거에는 흔치 않던 영역이

었으나 최근 과학적 기술의 발달과 함께 인공 광원이 개발됨에 따라

새롭게 인식되고 있는 분야이다. 인공 광원을 이용한 가장 직접적인

분야는 ‘레이저’인데, 이미 피부과나 안과 등에서 주요 수술 및 치료용

기기로 활용되고 있다. 특히 피부치료영역은 집중적으로 연구되어 국

내를 비롯한 여러 국가에서 이미 임상 단계를 마치고 의료시장에 출시

되고 있다.

그림 3-7. Nouvo

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I 37 의료용 LED 조명 및 응용시장의 규모와 전망은?

진단분야

안면색 영상진단기기는 한의학에서 얼굴에 나타나는 생리 상태와 체

질 특성에 따라 몸의 건강상태를 진단하는 것을 재현하는 기기로, 주

로 피부과에서 많이 활용하고 있다. 한방 의료에서 사용하는 망진·설

진과 동일한 기술적 원리를 지니고 있어 양·한방에서 활용도가 높다.

디지털영상기기로 촬영한 얼굴의 이목구비 생김새와 안색으로 사상

체질을 판독하고 인체 각각의 장부별 건강 수준을 진단할 수 있으며,

콧날이 낮은 사람은 심폐기능이 떨어진다는 등의 한의학 소견을 검증

하는 데에도 사용이 가능하다. 최근에는 피부의 형태나 개질에 더불어

색상에 의한 병변의 진단을 요구하고 있어 표준 색상 구현을 위한 표

준광원으로 LED 광원을 이용하고자 하는 연구가 진행 중이다.

치료분야

모발촉진기기는 660 nm의 저출력 레이저를 탈모 부위에 조사하여

피부 속의 혈관을 확장시키고 모세혈관을 생성시켜 모낭세포에 산소와

영양공급을 원활하게 한다.

LLLT(Low Level Laser Therapy, 저레벨 레이저 요법)를 두피에

그림 3-8. 안면색 진단영상기기

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38 I 39 융합 조명서비스 기술사업화 전략 로드맵

응용함으로서 모발의 생성과 성장을 촉진시킬 수 있으며, 레이저를 두

피에 쐬어 빛에너지가 피하조직에 침투해 모근을 포함한 모모세포, 모

유두세포 등을 활성화시킨다. 또한 결과적인 혈류량을 증가시켜 모낭

세포의 케라틴 형성을 유도해 모발 성장을 돕는다.

뼈가 부실하면 임플란트를 할 때 어려움이 있어 부족한 골을 보장하

기 위해 골 이식재를 이식한다. 이 때 ‘얼마나 건강하게 재생되었느냐’

의 문제가 생기는데, 최대한 빨리 재생되도록 도움을 주는 기기로 임

플란트 골융합 촉진기가 있다.

이 제품은 골 생성을 빠르게 하고, 골 밀도를 증가시킬 수 있으며,

흔들리는 자연치를 고정하고자 할 때 쓰인다. 골 융합을 촉진시켜 2차

시술기간을 앞당길 수 있으며, 임플란트 수술시 신경선에 영향을 주었

을 때 빠르고 단단한 골 형성을 유도할 수 있다.

그림 3-9. Hair-660(㈜네오메디) 그림 3-10. OAZE (원테크놀로지)

그림 3-11. OsseoPulse (LED 레이저 조사 촉진기, DIO Health Care)

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I 39 의료용 LED 조명 및 응용시장의 규모와 전망은?

적외선 치료등은 시술 후 효과 증진용 적외선 광선으로, 기존의 적

외선 치료 등을 개선한 기기로 통증치료와 함께 사용되는 적외선 램프

이다. 피부에 적외선을 투과시켜 피로물질을 제거하며 근육긴장, 관절

염, 요통 등을 치료한다. 필립스의 인프라케어는 할로겐 램프의 각도

와 높이를 조절할 수 있어 치료 부위를 자유롭게 선택할 수 있도록 제

작되었다.

국내 제조업체인 루트로닉은 대표적인 염증 성분인 사이토카인

TNF-alpha 농도를 감소시켜 여드름 치료에 효과를 나타내는 힐라이

트Ⅱ를 출시하였다.

힐라이트Ⅱ는 830 nm LED를 이용한 광 치료기기로 각종 시술 후

상처 치유 촉진, 피부 재생, 통증 완화 등의 효과가 있으며, 병행 치료

시에 환부조직 세포를 빨리 회복시키고 세포증식을 도와 치료결과를

향상시켜 시술의 질을 높일 수 있도록 해준다. 특히 이 제품은 1,080

개의 LED를 장착해 치료효과를 극대화하였으며, 현재 국내 식약청 승

인과 유럽연합 CE 승인이 완료되어 국내와 유럽 등에 판매가 가능하다.

그림 3-12. 인프라케어 (필립스)

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40 I 41 융합 조명서비스 기술사업화 전략 로드맵

메드믹스는 수술·시술 후 생긴 부기와 멍을 감소해주는 Yellow

파장과 통증을 감소시켜주는 IR(Infrared, 적외선) 파장을 세포

에 반응할 수 있도록 최적의 비율로 조합한 제품인 스마트룩스 듀얼

(SMARTLUX DUAL)을 출시하였다. 광조사기의 효과는 한정된 면

적 안에 얼마나 많은 수의 광조사 칩을 구성하였는지에 따라 나타나는

데, 이 제품의 경우 한 헤드 안에 Yellow 칩 1,120개와 IR 칩 1,330

개, 총 2,450개의 광조사 칩이 소싱되어 있어 높은 기술력을 반영하고

있다. 스마트룩스 듀얼은 기존 제품인 스마트룩스 FX의 red 파장으로

인한 눈부심을 최소한으로 줄여 좀 더 편안하게 이용할 수 있게 한 제

품이다.

그림 3-13. 힐라이트Ⅱ (㈜루트로닉)

그림 3-14. 스마트룩스 듀얼 (㈜메드믹스)

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I 41 의료용 LED 조명 및 응용시장의 규모와 전망은?

융복합 및 기타 분야

Oncothermia는 대전된 두 전극에 인체를 놓고 인체에 13.56 MHz

의 고주파를 유도하여 심부 조직 내에 38.5~42℃의 온도를 가해 피부

에는 온도 변화가 없이 암세포만을 파괴한다. 피부 온도의 변화 없이

흩어져 있는 세포 하나하나에 작용해 기존의 치료법을 개선시켰으며,

열을 직접적으로 전달하지 않고 에너지가 암세포의 세포막에 작용하면

서 부작용을 줄인다.

그림 3-15. Oncothermia

필룩스(FeelLux)의 조명박물관에 있는 라이트 테라피 병원은

SIH(Sun In Home) 기술을 이용해 실내에서도 인간 중심적인 자연조

명의 변화를 연출할 수 있도록 설계되어 있다. SIH(Sun In Home)는

자연의 빛을 재현하는 첨단 인공조명 시스템으로서, 일출부터 일몰까

지 끊임없이 변하는 자연조명과 같이 인간의 생체리듬에 맞추어진 인

간중심의 자연조명 연출을 의미한다. 라이트 테라피 병원은 칼라테라

피를 포함한 빛 치료 요법으로 뇌파에 전달하는 빛의 미세한 파장과

조명 색, 조도 등을 통해 사람의 병증을 치료하며, 조명의 빛을 통한

빛 치료로 현대인의 우울증과 비만 등을 부작용 없이 치료할 수 있으

며, 이외에도 조명을 통해 사람의 많은 병증을 치료하는데 주·보조로

사용되고 있다.

그림 3-15. Oncothermia

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42 I 43 융합 조명서비스 기술사업화 전략 로드맵

시장 전망

세계 의료용 LED 조명시장

전 세계 LED 응용기기 시장은 2005년에 122.6억불에서 연평균

13%의 성장률을 나타내며 2018년에는 621.4억불까지 성장할 것으로

전망되고 있다.

표 3-3. 세계 LED 시장 전망 (단위: 억 불)

구분 제품명 05년 08년 10년 12년 15년 18년

LED 응용

(융합)기기

휴대전화 모듈 83.2 67.2 56 48 45 42

LCD BLU 모듈 3.7 14.6 41 130 220

자동차 모듈 22.8 30.4 38 55.2 100 145

LED Display 16.6 26.7 36.7 44 55 64

의료 1 5 10 25 40

농수산업 3 8 20 32

정보가전, 통신 3 10 25 46.4

UV 살균소독탈취,경화응용 1 5 10 20 32

LED응용 합계 122.6 130 161.3 226.2 420 621.4

그림 3-16. 라이트 테라피 병원 (FeelLux)

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I 43 의료용 LED 조명 및 응용시장의 규모와 전망은?

LED

조명

기기

옥내

할로겐전구대체 2 10 30 60 90

백열전구대체 3.3 17 39 70 100

형광등대체 1 4.9 27 65 104

옥내외

Outdoor Lighting 8.2 12.5 16.5 22 33.3 50.6

Down Lighting 0.33 4 6.7 10 13

Task Lighting 0.61 4.5 9 15 21

LED 사인조명 4.3 7.5 11.5 16.5 26.9 46.4

옥외LED 건축조명 1.1 3.4 6 15 30 45

LED 도로조명 1 20 40 70 100

LED 조명 합계 13.6 31.64 94.4 205 380 570

세계 LED 응용 및 조명 총계 136.2 161.64 255.7 431 800 1191.4

LED 의료기기 세계 조명시장은 2008년에 1억불에서 연평균 45%의 높은

성장률에 나타내며 2018년에는 40억불까지 성장할 것으로 전망된다.

이와 같은 고성장은 병실 조명, 수술실 무영등 조명기기, 내시경용

조명기기, 혈류 진단기 등의 내과용 의료기기, 치과 수술용 고연색성

LED, 잇몸 질환 치료기 등으로 의료용 LED 모듈의 상용화가 견인할

것으로 분석되고 있다.

그림 3-17. 세계 LED 시장 전망

정보분석_융합 조명서비스 (완).indd 43 2013-10-28 오후 4:11:16

44 I 45 융합 조명서비스 기술사업화 전략 로드맵

기존의 레이저 치료기기는 단기간에 피부 세포를 제거하거나 파괴하

는 방법을 통해 기미, 제모, 흉터 제거 등에 이용된 반면, LED 치료기

기는 치료기간이 길고 시간이 많이 소요되는 만성 피부질환, 피부 항

노화, 창상치료, 기미 등의 분야에 집중적인 기술 개발이 이루어지고

있다. 지속적인 기술 개발을 통해 LED 칩의 출력 및 효율의 향상이 기

대되고 있어 현재 광 치료기기의 대부분을 차지하고 있는 레이저나 램

프 기반의 광 치료기를 대체하면서 시장 규모가 더욱 확대될 것으로

전망된다.

국내 의료용 LED 조명시장

국내 LED 응용기기 시장은 2005년에 1.7조 원, 2012년에 1.6조 원

이었으며, 2018년에는 11.5조 원까지 성장할 것으로 전망된다. 국내

LED 응용융합기기 시장은 연 평균성장률이 21.6%에 이르며, 그 중에

서도 의료, 환경, 수산어업, 가시광통신 등이 주목을 받고 있다.

표 3-4. 국내 LED 시장 전망 (단위: 억 원)

구분 제품명 05년 08년 10년 12년 15년 18년

LED 응용

(융합)기기

휴대전화 모듈 16,640 14,000 11,000 8,000 4,000 3,100

LCD BLU 모듈 1,000 1,500 9,000 40,000 75,000

자동차 모듈 90 160 600 3,000 7,000 10,000

LED Display 460 1,115 2,100 3,357 5,000 6,400

의료 100 600 1,500 2,400

농수산업 50 500 1,800 3,300

정보가전, 통신 50 400 3,000 5,400

UV 살균소독, 탈취,

경화응용 20 100 1,400 7,000 9,500

LED 응용 합계 17,190 16,295 15,500 26,257 69,300 115,100

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I 45 의료용 LED 조명 및 응용시장의 규모와 전망은?

LED

조명

기기

옥내

할로겐전구대체 200 700 1,800 5,017 8,970

백열전구대체 330 1,250 3,000 7,024 11,297

형광등대체평판형 100 500 2,000 8,028 14,111

옥내외

Down Light 33 138 252 454 3,703

Task Light 30 61 92 168 303 666

LED Sign 364 490 787 1,379 2,405 444

Outdoor Lighting 147 500 1,100 1,700 2,651 3,464

옥외 LED 가로등 209 1,040 2,538 10,603 19,911

LED 조명 합계 541 1,923 5,607 12,837 36,485 62,566

국내 LED 응용 및 조명 총계 17,731 18,218 21,107 39,094 105,785 177,666

국내 LED 의료기기 조명시장규모는 2010년에 100억 원에서 연평

균 약 50%의 성장률을 나타내며, 2018년에는 2,400억 원까지 성장할

것으로 전망되고 있는 차세대 유망시장으로 평가되고 있다.

현재 우리나라는 LED 의료기기의 원천 기술을 확보하고 있는 상태

이며, 2020년까지 피부치료나 치과치료, 심리치료는 물론 생체 삽입

형 시스템 기술 등 생체 친화적인 의료기반 기술 및 응용 기술을 확보

할 계획이다. LED 의료기의 개발 시기가 선진 외국 기업들에 비해 다

그림 3-18. 국내 LED 시장 전망

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46 I 47 융합 조명서비스 기술사업화 전략 로드맵

소 늦었지만, 국내 연구진이 보유한 우수한 LED 관련 기반 기술과 탁

월한 광선요법 관련 의료기관의 연구 결과를 접목시킨다면 향후 충분

한 경쟁력을 갖춘 피부질환 치료용 LED 치료기가 개발되어 지속적인

성장이 가능할 것으로 기대된다.

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I 47

LED 관련 기술의

연구개발은 계속되고 있다

정보분석_융합 조명서비스 (완).indd 47 2013-10-28 오후 4:11:17

48 I 49 융합 조명서비스 기술사업화 전략 로드맵

시장 분석

세계 소비전력의 12~15%를 차지하는 조명 분야 세계 시장은 2008

년에 1천억 달러 규모로 백열등과 형광등이 대부분을 차지하였지만,

환경 및 에너지 문제로 LED 조명의 필요성이 증대되고 있어 LED 일

반 조명 시장의 고성장이 전망되고 있다.

세계 LED 산업은 LED 칩 제조에서 조명어플리케이션까지 수직 계

열화를 통한 “규모의 경쟁구도”가 확산되고 있다. 국내 LED 산업계는

6천 5백 개 업체(3만 3천 명) 중 약 82%가 5인 미만의 영세기업에 해

당하는 중소기업 중심의 영세한 산업구조를 가지고 있어 기술의 변화

속도가 빠른 세계 LED 시장에서 경쟁력을 확보하는데 한계가 있으며,

특히 최대 잠재시장인 조명 분야의 경우 End-Supplier의 영세성으로

인해 시장 및 기술 경쟁력이 극히 취약한 상황이다. 최근 들어 국내 대

기업에서 LED분야로 진출하려는 계획이 가시화되고 있는 상태이지만,

선진기업과 대비하여 기술력이나 브랜드 인지도는 아직 열위하다.

한국의 LED 생산은 2009년도에 세계 시장의 15%를 달성하며 세계

3위의 생산국으로 떠올랐으며, LCD BLU의 수요가 급증하면서 계속

적으로 성장할 것으로 전망되고 있다. LED 응용분야 중 가장 큰 부분

LED 관련 기술의 연구개발은 계속되고 있다

정보분석_융합 조명서비스 (완).indd 48 2013-10-28 오후 4:11:17

I 49 LED 관련 기술의 연구개발은 계속되고 있다

을 차지하고 있는 분야는 Mobile Application으로 약 40%의 시장 점

유율을 확보하였으나 휴대폰 시장이 포화상태로 접어들면서 더 큰 성

장을 기대하기 어려워졌다.

한국 LED 조명시장은 패키지로부터 시작되며, Epi Wafer와 Chip,

형광체, 기타 핵심 부품은 주로 일본 및 대만, 말레이시아, 중국 등으

로부터 수입하고 있다. 국내에서 가장 큰 시장을 형성하는 것은 LED

패키지이며 전체 시장에서 62%를 차지하고 있다. 국내 산업구조를 살

펴보면 LED 소자 관련 핵심 기술 업체는 전체의 18% 수준이며, 응용

분야가 약 73% 정도인데, 핵심 소재 및 응용관련 업체는 대부분 소규

모 업체들이기 때문에 해외 선진사들에 비해서 경쟁력이 낙후되어 있

는 실정이다.

LED 일반조명 기술은 선진국의 최고 기술 수준과 대비하여 60% 수

준으로 전반적으로 낮은 실정이다. 하지만 BLU용 LED Package 및

Module 구조설계 및 관련 기구 설계, 기본 구동회로 설계분야에 있어

서는 선진국과 대비하여 경쟁력을 가지고 있다. 하지만 국내의 LED

관련 기업 약 450개 중에 LED 조명과 관련된 업체는 283개로 62%를

차지하고 있지만, 그 중 10여개의 기업을 제외하면 대부분 영세·중

소기업형 산업구조로 기술력이 낮고, LED 기술의 빠른 변화로 경쟁력

확보에 애로사항이 있다. 특히 고신뢰성 조명기기의 개발을 위한 모

듈·구동회로·조명기기 시스템의 신뢰성 평가 및 고장 분석기술이 미

약하다. 또한 국내에는 아직 LED 전용 Driver가 개발되어 있지 않은

상태이나 일부 업체에서 Driver IC를 개발 중이거나 개발 계획을 수립

중에 있다. 최근 관심이 높아지고 있는 감성조명 등 고급조명을 위한

색온도 조절에 대한 기존의 연구를 바탕으로 LED 조명용 색 제어에

대한 연구가 진행되고 있으며, LED LCD BLU 기술은 세계 최고 수준

의 성능과 가격경쟁력을 보이고 있다.

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50 I 51 융합 조명서비스 기술사업화 전략 로드맵

표 4-1. LED 조명 및 응용(융합) SWOT 분석

Strength Weakness

•세계 1위 수준의 DRAM 기술 대국

• 대외 경쟁력이 강한 자동차, 선박 산업과

밀접히 연관

•조선, 반도체 등 관련기술우수

• LED산업 육성을 위한 투자 및 혁신 자원

집중 지원

• 세계최초로 LED조명 국내규격 작성 및

국제표준화 제안

•세계 최고의 디스플레이 강국

•LED 소자 최대 수요국

• 소량 다품종 산업으로 다양한 제품 및 기술

요구에 대한 대응 미흡

• LED 조명의 원천기술 해외의존도 심화 및

전략제품 개발 취약

• 중소기업 위주로 자본력 취약 및 단기투자

성향

•핵심 인력 자원 부족

•산학연 협력 추진체계 취약

Opportunity Threat

• LED 응용분야 확대로 수요증대 및 신규

시장 창출 기대

•LED 조명시장의 폭발적 증가 추세

• IT 및 반도체 요소기술과 LED의 융합기술

강점을 이용한 원천기술 확보

•미국, 일본 등 선진국에서도 시장초기상황

• 원천기술개발을 위한 국가 차원의 전폭적

지원

•효과적인 에너지 절감의 효과 기대

• 선진국 기업의 기술봉쇄로 원천기술 개발

어려움

• 선진국의 기술장벽 강화로 인한 기술적

예속우려

• 기술 선진국과의 기술격차 심화 및 기술

후발국의 기술추월 압박

•중국과 대만의 저가 공세에 의한 시장 왜곡

• 높은 기술 난이도 및 소요 비용으로 기업

단독 투자 한계

국내 대기업과 중소·벤처기업들 간에 전략적인 파트너쉽을 통하여

글로벌 경쟁체제를 구축할 필요가 있다. 또한 에피/칩에서 제품어플리

케이션까지 수직계열화를 유도해야 한다. 특히 칩 제조와 패키징, 어

플리케이션 분야에서 국내 대·중소기업간 전략적 제휴를 통해 LED

산업의 국제 경쟁력을 제고하고, 중소기업의 제품 어플리케이션·전문

성과 대기업의 기술·브랜드·마케팅 능력을 결합하려는 시도가 필요

하다.

정보분석_융합 조명서비스 (완).indd 50 2013-10-28 오후 4:11:17

I 51 LED 관련 기술의 연구개발은 계속되고 있다

대기업(칩·패키징)

대기업(브랜드/마켓팅)

해외선진기업

중소기업(어플리케이션)

중소기업

(경쟁)기술개발디자인 지원

그림 4-1. LED 대·중소기업 협력 모델

기술 분석

기술 개발 현황

세계 조명시장에서 표준규격 선점을 위해 LED 조명의 표준화를 위한

컨소시엄을 만들고 있으며, 표준화에 활동을 강화하고 있는 추세이다.

현재 LED 조명 제품에 있어서 가장 우수한 기업은 미국의

LumiLEDs이며, 일본의 조명 회사들이 우수한 제품을 출시하며 세계

시장에서 경합 중에 있다. 일본은 Nichi, Toyoda Gosei, Rhom 등 우

수한 광소자 전문회사와 Citizen 등 패키지 전문회사가 있으며, 이러

한 기업들에 우수인력도 많이 확보되어있는 상태이다. 위의 기업들은

실험실 기준으로 120 lm/W의 백색 LED를 실현하였으며, 양산 수준

으로는 80 lm/W에 도달하였다. 그에 비해 한국은 60 lm/W 정도로

일본에 비해 기술 수준이 다소 뒤떨어져있는 상황이다.

미국은 2005년 당시 13% 수준이었던 LED 변환효율을 2015년

까지 56%로 향상시키려는 목표를 가지고 NGLI(Next Generation

Lighting Initiative) 프로그램을 추진하고 있다.

정보분석_융합 조명서비스 (완).indd 51 2013-10-28 오후 4:11:17

52 I 53 융합 조명서비스 기술사업화 전략 로드맵

표 4-2. 미국 NGLI 개발 목표

연도 Driver

LED 광소자광학부품,

등기구

조명기기

효율LED내부

양자

외부

양자

전기

주입형광체

산란

손실

2005 85% 13% 60% 50% 70% 70% 80% 70% 8%

2015 90% 56% 90% 90% 85% 85% 90% 90% 45%

유럽은 세계적인 선진기업인 Osram을 선두로 하여 세계 LED 조명

시장의 확대에 대비하기 위하여 EU 차원에서 개발을 추진하고 있다.

중국은 실험실에서 다소 뒤쳐진 상태이지만 최근 미국계 광소자 회사

를 매입하는 등 공격적인 투자를 실시하고 있다. 최근 LED 조명제품

을 제조하는 회사가 많이 설립되어 각종 조명모듈을 출시하고 있지만,

열이나 광학설계 능력은 다소 낙후되어 있다.

표 4-3. 해외 주요국의 기술개발 현황

기술명 개발단계 개발내용 개발주체

백색 LED 상용화

백색 LED side-view 패키지 2.0cd

노트북 BLU용 2.0 cd 이상 LED 패키지

TV BLU용 7 lm 이상 LED 패키지

일 니치아,

TG

에피성장상용화

대구경 사파이어 공정 3“. 4”, 6” 일 TG, SDK

수직형 칩 레이저 Lift-off 수직형 구조 LED 독일 Osram

백색 LED

Pilot

UV LED 기반 백색 LED 구현 일 TG

형광체적, 녹 형광체가 첨가된 Blue LED 기반 백색

LED 적색 질화물 형광체

일 TG

일 미츠비시화학

고효율 LED 150 lm/W 이상의 고효율 LED

일 니치아

미 Cree

독 Osram

에피 성장 기술검토 비극성 기판 에피 성장 기술일 니치아

미 UCSB

정보분석_융합 조명서비스 (완).indd 52 2013-10-28 오후 4:11:17

I 53 LED 관련 기술의 연구개발은 계속되고 있다

현재 LED 광원의 상용화 제품수준은 미국과 일본이 70 lm/W인데

반해 한국과 대만은 40 lm/W 수준으로 다소 뒤쳐진 상태이다. 국내

기업의 기술은 원천 특허가 확보되지 않았고, LED 칩은 세계 수준과

차이가 있는 만큼 세계시장에서의 점유율 또한 정체되어 있는 상태이

다. Blue LED의 경우에는 오픈 마켓에서 세계 3위급 수준으로 나타

나고 있다. 선진기업의 원천 특허를 회피하기 위한 방어용 특허를 출

원하고 있지만, 일부 기업에서는 선진기업과의 특허 소송이 진행 중에

있다. 특히 형광체와 같은 경우 물질 특허의 부재로 매출액 대비 로얄

티를 지불하고 있어 가격 경쟁력에 있어 취약한 상황이다.

표 4-4. 국내 주요 LED 기술 업체

기술명 개발단계 개발내용 개발주체

백색 LED상용화

1.7cd Side-view 백색 LED삼성전기

에피밸리

형광체 실리네이트 계열 황색 형광체 Force4

수직형 LED

Pilot

레이저 Lift-off 수직형 LED 엘지이노텍

고효율 LED 100lm/W 이상의 고효율 백색 LED 서울반도체

Wafer Lever 패키지 SIOB를 이용한 Wafer level 패키지 엘지이노텍

에피 성장 기술검토 비극성 에피 성장 기술삼성전기

엘지이노텍

기술 개발 전망

표 4-5. LED 기술개발 전망

구분 세부분야 11~15 16~20년

LED

에피/

칩/

패키지/

장비

에피

• GaN계 내부양자효율 향상을 위한 고품위

결정성 기술 개발

• 적색, 녹색, deep UV LED구조 성장기술

개발

•내정전압등 고신뢰성 기술 개발

•대구경 MOCVD 에피기술 개발(6인치)

• GaN계 내부양자효율 극대화를 위한

결정성 향상 기술 개발

• 적색, 녹색, Deep UV LED 성장 기술

선진화

• 에피 신뢰성 최적화 기술 개발

• 대구경 MOCVD 에피기술 개발(8인치

이상)

정보분석_융합 조명서비스 (완).indd 53 2013-10-28 오후 4:11:17

54 I 55 융합 조명서비스 기술사업화 전략 로드맵

LED

에피/

칩/

패키지/

장비

• 외부양자효율 개선을 위한 광추출 효율

개선 기술 개발

• 외부 양자효율 개선을 위한 저저항 전극

형성 기술 개발

• 고출력/대면적 chip의 고수율, 고신뢰성

기술 개발

•나노기반 고효율 LED 원천기술개발

• 외부양자효율 개선을 위한 광추출 효율

극대화 기술 개발

• 외부양자효율 극대화를 위한 저저항

전극 형성 최적화 기술 개발

• 고출력/대면적 chip의 고수율, 고신뢰성

최적화 기술 개발

• 나노기반 고효율 LED 상용화 기술개발

패키지

• 고출력용 LED의 고신뢰성 패키지 기술

개발

•고신뢰성 멀티칩 패키지 기술개발

•고 방열 패키지 기술 개발

•웨이퍼레벨 패키지 기술 개발

• 대면적 LED chip 실장용 고방열 패키지

기술 개발

• 구동회로 일체형 멀티칩 패키지

기술개발

•웨이퍼레벨 패키지 통합공정 개발

장비

• 대면적 MOCVD 균일성/재현성 등

양산성 검증으로 상용화(6인치)

•Cluster 방식, 자동회로 양산성 향상

•검사장비, fab/패키징 장비 개발

•장비 대용량화

•Multi PM In-line 자동화

•대구경 Wafer 적용(8인치)

• 신공정장비, 후공정 라인자동화장비

개발

LED

모듈

소재

기판

소재

• 생산성 향상 및 원가절감을 위한 8inch

웨이퍼의 양산 기술 개발

•2inch GaN 단결정 성장 기술

•GaN 웨이퍼의 가공 기술 개발

•4inch GaN 웨이퍼의 양산 기술 개발

•GaN 웨이퍼 대구경화 기술 개발

•품질 평가 기술 개발

형광체

• 고효율 고신뢰성 적/황/녹색 형광체

상용화 기술 개발

• 양자점/나노/glass ceramic 형광체 기술

개발

•유무기 일체형 형광 렌즈 소재 기술 개발

• 양자점/나노/glass ceramic 형광체

상용화 기술 개발

• 저가격 질화물 형광체 양산 및 성형 공정

최적화 기술 개발

• 유무기 일체형 형광 렌즈 소재 상용화

기술 개발

봉지제•고출력 저열팽창율 봉지 소재 개발

•고 열전달 접착제 개발

•광학 렌즈 일체형 고분자 수지 개발

•고열전달 접착제 상용화 기술 개발

고방열

소재

•고방열 Metal PCB 양산기술 개발

• 다양한 폼팩터의 고방열 Metal PCB 기술

개발

• 고열전 filer 제조기술, 표면 구조 개질

기술 개발

• 유무기 템플릿 제조 및 계면 접합부 소재

물성 제어기술 개발

•광산란 방지 기술 개발

•템플릿 infiltration 기술 개발

• 고방열 소재 하이브리드 결합 및 적층

기술 개발

정보분석_융합 조명서비스 (완).indd 54 2013-10-28 오후 4:11:17

I 55 LED 관련 기술의 연구개발은 계속되고 있다

LED

조명

일반조명

건축조명

• 고효율, 고신뢰성 고연색성 조명 제품

개발

•고기능 감성조명 제품 개발

•Green 홈 조명 시스템 기반 구축

•환경건축 조명 시스템 구축

경관조명

싸인,

Screen

•고기능 고효율 심리조명 제품 개발

•고시인성 에너지절감형 제품 개발

•심리조명 시스템 고도화

•도시미관 고도화 시스템 구축

도로조명 •고에너지절감 안전조명 제품 개발 •에너지절감형 안전조명시스템 구축

산업용

조명•고출력 산업용 조명 제품 개발 •지능형 산업용 조명시스템 구축

U-City

조명• 능동지능형 정보조명 융합 제품 개발

• 물리적 네트워크와 가상네트워크의 상호

공동 플랫폼 표준화 구축

평가/

표준/

인증기술

• 고속 광/열/전기 특성 측정 및 Screening

기술 개발

•시험방법, 표준물질 개발

• KS인증 및 고효율기자재 인증 시스템

구축

• 신뢰성향상, 고장분석 설계고도화 기술

확보

• 국내 우수기술의 국제표준 제안 및

국제표준화 리드

• 국제상호인증구축과 시험기관 국제화

LED

응용

디스

플레이•3D LED BLU 기반기술 구현 •LED BLU 융합기술의 상용화 추진

수송기기

• 지능형 LED Head Lamp 등 차세대

자동차용 조명 선도융합기술 구현

• 크루저, LNG, 항공기 등 선박/항공 조명

기반 및 선도융합기술 구현

• 기술의 진보성 가속화 및 상용화 기술

구현

• 해양환경에 적합한 조명기술 기반 확대

및 상용화 기술 구현

농업•에너지절감 및 고부가가치 농생물 기술

•식물농장 기술 확보•고기능 조명 상용화 구현

의료 •LED 의료기기 원천기술 확보• 생체 친화 의료기반 기술 및 응용기술

확보

해양항만• 고부가가치 및 고기능 해양항만용 조명

개발

• 염수환경 부합 LED조명제품의 디자인

고급화와 상용화 기술구현

수산 •어패류, 해양식물 양식기술 개발 •고기능 조명 상용화 구현

환경 •수질/대기 오염 방제기술 확립 •친환경 방제조명 시스템 상용화

정보통신 •가시광통신 시스템 개발• 기술 활용 분야 확대 및 상용화 기술

구현

정보가전 •가전 기반의 IT 융합 기술 개발 •유비쿼터스 가전분야 상용화

LED

응용

군사과학 •특수상황 대응 지능형 군사시설조명• 병영생활, 전투환경에 적합한 조명기술

기반 확대 및 상용화기술 구현

평가기술 • 응용제품 가능성, 특성/신뢰성 평가 기술 •인증 시스템 구축

정보분석_융합 조명서비스 (완).indd 55 2013-10-28 오후 4:11:17

56 I 57 융합 조명서비스 기술사업화 전략 로드맵

융합 광

기술

나노

포토닉스

• 양자점/선 레이저 및 광증폭기 등의

능동 나노 광소자기술 개발

• 나노 광결정/플라즈모닉 기반 수동소자

기술 개발

• 나노 광능동 및 수동소자가 광 집적회로

구현

정보통신

광소자

• 초소형 녹색반도체 레이저 요소기술

개발

• 가입자 및 유무선 통합용 10G 부품 및

요소기술 개발

• 초소형 프로젝션용 RGB 광원 모듈 개발

• 기간망용 초고속 100G 광부품 및

요소기술 개발

터치센서

입출력

모듈

• 광학식 멀티터치 센서 모듈 상용화 및

고효율화에 대한 연구

• 광터치센스 및 광입출력 모듈

휴대단말기 시스템 적용기술 개발

광 인터

커넥션

• 컴퓨터용 광인터커넥션 집적화 모듈

개발

•광전 USB 기술 개발

• 광인터커넥션 활용 새로운 컴퓨터

시스템 기술개발

• 광기반 컴퓨터용 일체형 외부 I/O port

기술 개발

한국은 LED 산업을 산·학·연·관 협력체제를 통해 범국가적인

新성장동력으로 육성할 계획을 가지고 있으며, LED 분야의 핵심·원

천기술에 대한 R&D의 집중 투자로 단계적인 선진기술력 확보 및 반

도체·IT 기술을 기반으로 新LED분야의 선진강국을 실현하고자 하

고 있다. 세계 최고의 LED 기술 강국의 실현을 위해 2015년까지 160

lm/W급의 제품을 개발할 계획을 가지고 있으며, 동일한 시기까지 미

국·일본·독일 또한 160 lm/W급, 대만은 150 lm/W급, 중국은 130

lm/W급 수준의 제품을 개발할 것으로 전망된다. 기술 개발뿐만 아니라

표준 규격을 고시하고, KS인증과 고효율 인증·보급의 상호 연계를

통해 LED 산업화 기반을 초기에 정착시키려는 계획을 꾀하고 있다.

정보분석_융합 조명서비스 (완).indd 56 2013-10-28 오후 4:11:17

I 57 LED 관련 기술의 연구개발은 계속되고 있다

그림 4-2. LED 조명 발전 전망

LED 조명은 IT-BT-NT기술 및 전통 산업 건설, 의료, 자동차 등과

의 융합기술로 전환하여 새로운 건축, 의료, 수송, 농업, 해양, 시장 등

이 형성될 것으로 전망되고 있다.

일반조명의 경우 에너지절약형 Green 홈조명 시스템 실현을 중심으

로 방열 및 광학 최적화기술, 고효율 Power SOC 개발로 진행할 것이

며, 대형 LCD TV용 LED BLU 기술은 부품·소재 중심의 개별 기술

개발단계에서 벗어나 IT기술과의 융·복합 기술로 미래지향적 ‘LED-

IT 융합기술’ 등의 형태로 발전될 것으로 예상된다. 자동차조명 LED

의 경우 Head Lamp용 LED 광원 개발 중심으로 기술적 진화가 예상

되며 대형 LCD TV와 마찬가지로 “열광원 Driver+기구렌즈 Design”

이 상호 융복합기술 형태로 발전할 것이다.

정보분석_융합 조명서비스 (완).indd 57 2013-10-28 오후 4:11:17

58 I 59 융합 조명서비스 기술사업화 전략 로드맵

핵심발전 동인분석

견인요인

고유가 시대로 에너지 효율이 높은 광원의 필요성이 증가하고, 계속

되는 국제적 환경 규제의 움직임으로 친환경 제품의 개발이 요구되고

있으며, 미국과 일본 등에서는 LED 조명 산업을 국가적인 전략산업으

로 육성하기 위한 집중적인 투자가 이루어지고 있다. 이러한 상황에서

고체 광원을 이용한 조명산업을 포함하여, LCD BLU 광원, 자동차 전

장용 등 응용시장의 확대가 예상된다. 국내에서도 LED 조명의 보급을

위해 정부의 지원 의지가 보이고 있으며, 삼성과 LG를 비롯한 국내 대

기업과 중소기업에서 LED 조명 산업으로의 진출이 점차 확대되고 있다.

저해요인

국내의 어플리케이션 기업들은 해외 선진기업의 특허공세를 회피하

기 위해 에피/칩·패키징 등 고가의 핵심부품을 수입에 의존하고 있으

며, 선진국과 비교하여 핵심 원천기술이 취약하고, End-Supplier의

영세성으로 시장 및 기술경쟁력이 매우 취약한 상황이다. 이러한 원천

기술 부족에 따른 국제 특허분쟁 소지는 국내 업체의 사업규모 확대와

해외시장 개척에 있어 부담으로 작용하게 될 우려가 있다. 또한 선진

업체들의 전 방위적인 특허 공세와 합종연횡, 상호간 전략적 M&A 등

방어적인 태도로 인해 후발기업들이 성장에 어려움을 겪고 있다. 마지

막으로 기존 조명의 가격이 1천~10만 원대인데 비해 LED 조명의 경

우 3만~50만원으로 10~100배 이상 차이가 나 높은 가격과 초기 투

자비용이 시장 보급 및 확산에 가장 큰 장애 요인으로 나타나고 있다.

정보분석_융합 조명서비스 (완).indd 58 2013-10-28 오후 4:11:17

I 59 LED 관련 기술의 연구개발은 계속되고 있다

잠재요인

LED는 반도체 소자의 디지털제어 성능과 고효율, 장수명 등의 장점

을 기반으로 조명, 가전·차량·의료용 등 다양한 분야에 활용이 가능

하다는 장점이 있다. 또한 전통조명(진공조명)을 반도체조명으로 대체

함으로써 조명에너지 소비의 38% 이상을 절감할 수 있다. 특히 전 세

계적으로 환경규제가 강화되고 있어 유럽연합에서는 2009년, 호주와

캘리포니아 주는 2010년, 캐나다 온타리오 주는 2012년부터 백열등

의 사용과 판매를 금지하도록 하는 법안이 확정되는 등 LED 조명 이

용에 유리한 환경이 조성되고 있다. LED 조명은 그동안 장식용 등 일

부 용도에 한정되었지만 기술발전과 가격하락으로 일반 조명용으로 이

용이 확대될 전망이다. 실제 LED 조명과 형광등의 가격 차이는 20배

이상에서 최근 약 10배로 좁혀졌으며, 영국의 DOE(Department of

Environment)에서는 2015년까지 전통조명의 약 30%(473억 불)가

LED로 대체될 전망임을 밝혔다.

발전 시나리오

표 4-6. LED 달성목표 및 시나리오

분류 구분 1단계(~‘10) 2단계(‘11~’15) 3단계(‘16~’20)

LED

에피/

칩/

패키지/

장비

달성

목표

•효율 : 120 lm/W

•수명 : 50 kh

•Cost : 8 $/klm

•CRI : 80

•효율 : 160 lm/W

•수명 : 70 kh

•Cost : <5 $/klm

• CRI : 85

• 효율 : 200 lm/W

• 수명 : 100 kh

• Cost : <2 $/klm

• CRI : 90

시나

리오

• 120lm/W급 고효율 고휘도

LED 구현을 위한 EPI 구조

설계 및 시뮬레이션 도입을

통한 최적 구조 개발

• 캐리어 농도 =5x1017/㎠

p-GaN epi 성장기술 및

표면평탄도 개선기술 개발

• 160lm/W급 고효율 고휘도

LED 구현을 위한 EPI 구조

설계 및 시뮬레이션 도입을

통한 최적 구조 개발

• 동작전압 증가와

누설전류에 관련하여

신뢰성 및 생산수율 해결책

개발

• LED 칩의 구조, 패키지

구조, 방열, 형광물질의

효율 개선하여 LED의

에너지 변환 효율을 향상

시켜 200 lm/W 효율 달성

• 대면적/고출력의 백색

LED 패키지 기술 확보를

위해 열설계, 광학 설계,

방열구조 최적화, 고집적

패키지 실장 기술 개발

정보분석_융합 조명서비스 (완).indd 59 2013-10-28 오후 4:11:17

60 I 61 융합 조명서비스 기술사업화 전략 로드맵

LED

에피/

칩/

패키지/

장비

시나

리오

• 120 lm/W급 LED 침

공정기술 개발

• 고휘도 LED chip용 최적의

방열 시스템을 갖는 PKG

개발

• 대형 MOCVD 공정조건

확보를 위한 수요기업과의

협력관계 확보

• 내부양자효율(IQE)과

외부양자효율(EQE)을 각각

90%와 80%까지 향상

기술 개발

• 고연색성(CRI85) 확보와

고색순도 확보를 위해

반치폭 및 피크 파장의

형광체 D/P하여 최적화된

PKG 기술 개발

• HW 안정성/균일성/재현성

등 양산성 확보를 위한

수요기업에 의한 장비검증

및 생산성 향상을 위한

Cluster 검증

• 장비 이용측면에서 기존

인프라 활용도를 높여

원천기술로 특허 신청

• 해외 R&D Lab 및

우수 기업과의 전략적

Alliance를 통해 Global

R&D Network 구축

• 대구경 Wafer(~8”)

공정조건 확보 및 In-line

검증, 양산성 극대화를

위한 국내외 대기업과

혐력관계 구축

LED

모듈

소재

달성

목표

• 소재 합성 및 측정 기반

기술 확보

• LED가 고휘도화, 고출력화,

고신뢰성화 등 고품질화

요구에 따른 핵심 원천

소재(형광소재, 기판소재,

봉지소재, 고방열 소재)의

IP 확보 및 상용화

• 형광소재, 기판소재,

봉지소재, 고방열 소재를

활용한 새로운 혼성 복합

소재 상용화

시나

리오

• 원천 소재 기술 전략에

의한 협력 체계 구축

• 소재 선정 및 기술 개발

네트워크 구축 및 자금지원

• 핵심 소재 개발을 위한

산학연 협력 기반 구축

• 핵심 소재별 상용화 추진

• 핵심 원천 소재 개발

컨소시엄 운용

• 형광소재, 기판소재,

봉지소재, 고방열 소재를

활용한 새로운 혼성 복합

소재 기술 중점 개발

• LED/모듈 소재

컨소시엄을 통한 맞춤형

소재 지원 및 소재 은행

구축

LED

조명 및

응용

(융합)

달성

목표

• 원천기술 기반 확보를 통한

고효율 LED 조명시스템

구축

• 융복합기술 확보로

고부가가치화 - IT, BT, NT

접목 핵심 기술 상용화

• 차세대 주도적

에너지절약형 Green 홈

조명시스템 실현

시나

리오

•고효율 조명 개발

• 제품 및 기술 전략

플랫폼에 의한 협력체계

구축 및 개발

• 개발품목 선정 및 관련

기술 개발 전후방 업체

네트워크 구축

•제품 수준별 산업화 추진

• 신성장동력 산업 견인을

위한 인프라 및 국내외

네트워크 강화

• 핵심기자재 국내개발을

위한 산학연 협력기반 구축

• 블루오션 개척(신개념 제품

개발)

• 핵심융합기술을 바탕으로

미래형 조명광원시스템의

세계규격 및 시장 선도

•Global Top 실현

정보분석_융합 조명서비스 (완).indd 60 2013-10-28 오후 4:11:18

I 61 LED 관련 기술의 연구개발은 계속되고 있다

융합

광기술

달성

목표

• 융합 광 핵심 기술 및

응용기반 기술 확보

• 융합 광 핵심 부품 및 신개념

응용 부품/시스템 개발

• 신개념 융합 광 응용 제품

상용화 기술 개발

시나

리오

• 나노 양자점/선 광소자의

저차원 특성 규명

• 나노 입자/박막에서의 강한

광자-전자 흐름 제어 및

플라즈모닉 도파현상 규명

• LCD, LED 프로젝션용 광원

개발

• 가입자용 FTTH 고도화

광부품 기술 개발

• 광인터커넥션

단위기술개발

•광센서 핵심 기술 개발

• 융합 광기술 요소부품

설계, 제작 및 집적화 기술

확보

• 신기능 양자 나노광소자

집적화 기술/광집적회로

기술 개발

• 고속변조형 초소형 RGB

광원 모듈 상용화 개발 및

응용 연구

• 대용량 데이터 통신을 위한

10G급 광송수신 기술 개발

• CMOS 호환 광인터커넥션

모듈 기술 및 시스템

기술개발

• 광 입출력 부품 및 시스템

개발

• 신개념 광학식 터치 센서

모듈 개발

• 양자 나노 광소자 기반

응용 제품 상용화

• 초소형 광원 내장형

프로젝션 및 TV 상용화

• 100G급 통신 장비 상용화

및 대용량 데이터 통신

서비스

• 전광 인터커넥션 응용기술

및 상용화 기술

• 신개념 광입출력 소자

적용 제품 상용화

• LED 가시광 통신 제품

상용화 및 서비스

1단계에서는 선도적 시장수요 창출을 목표로 공공부문을 통해 초기

시장 창출을 주도하고, 민간수요 창출을 위한 보급 펀드를 조성하며,

고효율 LED 제품 인증을 확대하도록 한다. 이후 2단계에서 R&D에

집중적으로 투자를 하여 핵심 유망기술을 확보하고, 국제표준을 선점

하여 특허에 대응한 역량을 제고해 글로벌 경쟁역량을 강화시킨다. 마

지막 3단계에서는 LED 전문벤처기업을 집중적으로 육성함과 동시에

지역별로 특화된 클러스터를 조성, 시장진입 촉진을 위한 법과 제도를

개선하여 안정적인 성장기반을 구축하는 것을 계획으로 한다.

전략품목 사업군 구성

전략품목을 구성하는 주요 핵심 부품 공급 업체와 결속력 있는

Supply Chain을 형성하고 시장이 요구하는 수준에 대응하는 공동 협

력 체제를 구축한다. 공동 협력 체제 구축을 통해 상황에 맞는 성능과

가격을 요구사항에 맞게 신속히 대처하며, 우수 기술을 중심으로 중·

소·대기업의 협력 파트너쉽을 지속적으로 유지하고, 경쟁력 있는 우

수 기술을 보유·확보하려는 동기를 동시에 부여시킬 수 있다.

정보분석_융합 조명서비스 (완).indd 61 2013-10-28 오후 4:11:18

62 I 63 융합 조명서비스 기술사업화 전략 로드맵

전략품목

전략품목

전략품목

공통기술

국가 에너지정책

고효율 저가화 R&D

ESCO

일반소비재

그림 4-3. 전략품목 중심의 산업군 체제

니즈 대응형 R&D 협력 체제 확립

성능 및 가격 경쟁력 확보를 위한 R&D 협력 체제를 확립한다. 주요

핵심 기업의 사업 전략과 연동하는 산학연 R&D 협력 체제를 확립하

고, 전략품목별 공동 핵심 기술 공유를 위한 전략품목 사업군간 협력

을 확대시키는데, 이는 전략품목 사업군별 동시 다발적인 중복투자를

배제하려는 목적을 가진다.

또한 LED 선진국의 시장 진입 장벽 강화에 적극적으로 대응해야 한

다. 국가적으로 LED 기술을 지적 재산화 및 공동 활용 시스템을 통한

산업을 환성화하여 국내 기업간 전략적 제휴를 통해 국제표준을 선점

하고 국가주도로 개발할 수 있다. 주요 기업별로 자체 기술을 제외한

공통 핵심 기술을 국가 주도로 개발하고, 새로운 비즈니스 플레이어의

산업 진입을 지원한다.

전략품목 가격에 따른 사업 추진 체계 및 방법 다각화

먼저 시장이 원하는 수준 이상의 가격일 경우 B2B 사업을 유도하여

ESCO(Energy Saving Company) 사업 제휴 및 ESCO 니즈를 반영

하고 국내 및 주요 선진국의 시장 진입을 위한 전략으로 추진한다. 그

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I 63 LED 관련 기술의 연구개발은 계속되고 있다

다음 가격 경쟁력을 확보한 후 완전경쟁 구도로 진입하는데, 이 때 전략

품목 사업군 중심의 일반 소비재 시장의 점유를 확대한다. 신규 전략

품목과 그 사업군을 위한 공동핵심 기술을 제공하고, 고효율 LED 조

명 시장의 완전 경쟁 체제의 활성화 및 국가 간 경쟁 우위를 선점한다.

그림 4-4. LED 로드맵

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의료용 LED의

성장 가능성은 매우 크다

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66 I 67 융합 조명서비스 기술사업화 전략 로드맵

그림 5-1. 의료용 LED 전략 사업화 로드맵

의료용 LED의 성장 가능성은 매우 크다

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I 67 의료용 LED의 성장 가능성은 매우 크다

핵심 기술을 확보하기 위해 2010년까지 의료용 LED와 관련된 광

원을 개발하였으며, 생물학적 안정성 검증 기술과 라이트 테라피 제어

기술을 개발하였다. 현재는 빛의 주기적인 변화와 세기 변화에 따른

생물학적 평가와 진단 기술을 개발 중에 있으며, 2020년까지 피부·

치과·심리치료를 비롯하여 생체 삽입형 시스템 기술을 개발할 계획이다.

의료용 LED는 타 산업의 차세대 핵심전략제품 개발과 연계하여

LED의 IT/BT/NT 융복합 기술, 원천기술 확보 및 기술경쟁력 강화를

목표로 연구를 진행하고 있다. 특히 생물학적 안정성에 대한 평가기술

과 생체 친화적인 의료조명의 기반이 되는 기술을 개발하는 것에 중점

을 두고 있으며, 특히 치료기기에서 수요가 많은 치과용 진단 및 치료

용 유닛 시스템 개발과 수술용 무영등 시스템을 개발하는데 주력하고

있다. 이러한 기술들을 개발하기 위해 기존 산업기술과 융·복합된 시

스템 원천기술 개발에 주력하며, 관련업계, 대학, 연구소의 기술교류

를 통한 응용기술 장벽을 해결함과 동시에 기술/시장 동향분석을 통한

단계별 우선순위에 따른 기술을 개발하고 상용화할 예정이다.

향후 전망

세계적인 의료시장 트렌드는 첨단화, 정밀화, 고급화, 그리고 U-헬

스케어로 통칭되는 예방의학, 대체의학 분야의 활성화라고 할 수 있

다. 광기술이 의료기기에 활용된 것은 레이저가 산업 기술적으로 진보

되면서부터이다. 일부 분야에서 LED 의료기기가 실용화되었지만 기본

적으로 LED 산업기술의 역사가 짧기 때문에 기술적·산업적으로 성숙

하지 못한 실정이며, 세계 어느 나라도 주도권을 확보하고 있지 못하

고 있다. LED 소비와 관련하여 가장 큰 성장이 예상되는 분야는 광선

요법, 위생, 세포재생, 치료, 수처리, 의학, 건강 및 의료 목적의 광선

역학적 치료(PDT)가 포함된 치료분야이고, 특히 치과기기의 성장세에

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I 6968 I 69 융합 조명서비스 기술사업화 전략 로드맵

힘입어 치료분야는 매해 급속한 성장이 기대되고 있다. 또한 LED를

이용하는 피부재생(skin Rejuvenation)은 콜라겐을 생성하거나 증가

시키기 위해 세포 수용제를 활성화하는 광 상호작용으로 PDT용 황색

LED의 사용이 시장에서 약진할 전망이며, 발진, 부기, 염증을 가라앉

히고 화상의 미용치료 목적으로 황색 LED가 상용될 것으로 전망되고

있다.

의료용 LED 시장은 기술 확보가 이루어지지 않아 극히 제한된 영역

에서 연구개발이 진행되는 정도이지만, 진료가 병이 발생한 이후의 행

위가 아닌 예방적 차원에서의 행위로 그 개념이 변화하고 있어 이러한

세계 보건의료산업의 트렌드에 비추어 볼 때 그 성장 가능성이 무한하

다고 볼 수 있다. 특히 심리적 치료 또는 심미치료 영역에서 LED 기

술은 탁월한 성과를 보이고 있어 현대인의 우울증, 고령화 사회에 따

른 치매와 같은 노인성 질환의 치료 방법이 심도 있게 검토되고 있다.

LED 의료기기는 의료기기 산업과 광산업의 핵심 분야인 LED 산업과

의 융합을 토대로 형성될 수 있는 새로운 산업이며, 국가적으로도 세

계 의료기기 시장에 진출할 수 있는 기회가 될 것으로 기대된다.

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I 69 참고문헌I 69

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