Nikkei Electronics Asia 2006년 12월호
한국과 타이완의 제조업체들조차도 LED, 그 중에서도 특히 화이트 LED 업계에 불어닥칠 소용돌이에 휩싸일 가능성이 농후해지고 있다. 지적재산권 처리 문제로 한층 복잡해진 업체간 관계뿐 아니라 시장 및 업계 구조의 예상되는 급격한 변화 때문이다. 이로 인해 LED 사용자와 디바이스 제조업체도 영향을 받게 될 전망이다. <니케이 일렉트로닉스 아시아-코리아>
화이트 LED는 옥외, 사무실 및 가정용 조명 제품뿐 아니라 PC용 LCD 패널의 백라이트에서 헤드라이트 및 기타 자동차 디바이스에 이르기까지 광범위한 애플리케이션에 사용된다. LED 제조업체들은 한층 밝은 화이트 LED를 생산하기 위해 치열한 기술 경쟁을 벌이고 있다.
이러한 경쟁의 이면에는 일본, 미국 및 유럽의 대형 LED 제조업체 간 크로스 라이센스(Cross License) 계약이 있다. 이 계약은 특허관련 분쟁을 예방하여 기술 개발에 집중하려는 것이 목적이다. 그 결과, 애플리케이션 업체들은 시판된 수많은 LED 제품 중 가장 적합한 제품을 선택할 수 있었으며, 업체들은 특허 분쟁에 휘말릴 걱정을 덜 수 있었다.
그러나 4년 전만해도 상황은 완전히 정반대였다. 그 당시 LED 업계의 선두 제조업체인 니치아(Nichia)는 일본 도요다 고세이(Toyoda Gosei), 미국 필립스 루밀레즈(Philips Lumileds Lighting), 독일 오스람(OSRAM) 및 기타 대형 LED 업체에 대해 수많은 특허침해 소송을 제기하였다.
제품에 LED를 사용하는 애플리케이션 업체들도 이 분쟁에서 결코 자유로울 수 없었다. 하지만 2002년 하반기에 그 소송이 연이어 해결됐고 니치아를 선두로 한 5개 대형 LED 제조업체가 시장 점유율을 높여가며 부상하기 시작했다.
하지만 빠르게 성장하고 있는 화이트 LED 시장은 대형 업체들이 통제할 수 있는 규모를 넘어설 정도로 확대됐다. 대형 업체들이 중대형 LCD 패널용 백라이트 장치, 조명 장치 및 기타 애플리케이션 등 걸음마 단계인 신규 LED 시장에서 항상 우위에 설 수 있을 것이라는 확신을 가질만큼 여유로운 상황이 아니기 때문이다. 더구나 한국 및 타이완의 LED 업체들은 시장 점유율을 높여가면서 시장을 재편해 가고 있다(그림 1).
기존 대형 업체들이 라이센스 업체 및 라이센스 기술을 늘리거나 LED 제조업체가 업계 재편에 협력한다면 애플리케이션 업체들은 저렴하고 밝은 LED를 전보다 쉽게 구매할 수 있게 된다. 하지만 한편으로 업계 재편이 순조롭게 진행되지 않는다면 LED 제조업체들은 대규모 특허 소송을 벌였던 과거로 되돌아갈지도 모른다. LED 애플리케이션 업체들은 그 어느 때보다도 LED 제조업체의 동향을 주시해야 한다.
LCD 패널용 화이트 LED
업계가 재편될 가능성이 높아지는 데는 한국 및 타이완 제조업체의 시장 잠식도 한 몫하고 있지만, 특허 및 기타 지적재산권에 대한 LED 제조업체 간 관계가 점점 복잡해지고 있다는 점도 주요 원인이다. 시장 구조의 변화를 살펴보면, 휴대폰에서부터 10인치 이상의 디스플레이를 사용하는 노트북 PC용 대형 LCD 패널로 화이트 LED 시장의 견인차가 바뀔 것으로 예상된다(그림 2a). 
노무라 연구소의 조사에 따르면 이들 시장은 2010년경에 규모 면에서 서열이 바뀔 것으로 예상된다. 하지만 단위 판매량 기준으로 휴대폰 제조업체용 화이트 LED 시장은 계속 확대될 것이다. 그 이유는 휴대폰 단말기 시장은 신규 시장 특히 BRICs(브라질, 러시아, 인도, 중국)의 성장 덕분에 계속 팽창할 것이기 때문이다(그림 2b).
하지만 가격 면에서 휴대폰 애플리케이션용 LED 시장규모는 급격한 단가 하락으로 2010년 시장규모는 2005년 규모의 약 60%로 감소할 것으로 예상된다. LED 제조업체가 휴대폰 제조업체에 계속 의존한다면 수익은 늘어나지 않을 것이다. 다시 말해서 노트북PC 및 기타 신규 애플리케이션 시장에서 사업 기반을 잡지 못한 LED 제조업체는 휴대폰 시장의 성장 둔화와 함께 주저앉게 될 것이다.
한국, 타이완의 부상
휴대폰 시장의 성장 둔화 이외에도 한국 및 타이완 LED 제조업체의 빠른 성장으로 인해 일본, 미국 및 유럽의 기존 LED 제조업체는 사업 방향을 수정해야 할 상황이다. 1993년 이후 처음으로 2005년에 전년보다 매출이 하락한 니치아 등 일본, 미국 및 유럽의 많은 LED 제조업체의 매출 증가율은 주춤한 반면, 한국 및 타이완 LED 제조업체는 순조로운 매출 증가세를 나타내고 있다(그림 2c).
일례로 한국 휴대폰 제조업체에 대한 판매가 전체 매출의 절반 이상을 차지하는 서울 반도체(Seoul Semiconductor)는 휴대폰 제조업체의 성장에 힘입어 사업을 확장할 계획이다. 타이완의 아리마 옵토일렉트로닉스(Arima Optoelectronics)의 제이 왕(J Wang) 사장은 "현재 월 매출이 전년대비 50% 이상 증가했다"면서 엄청난 매출 성장을 거두고 있다고 말했다.
신흥 제조업체의 출하량 및 기술 수준도 선두 제조업체와 엇비슷한 수준이다. 니치아 옵토일렉트로닉스 제품부의 노보루 다자키(Noboru Tazaki) 부사장은 "일본, 미국 및 유럽을 제외하면 타이완이 화이트 LED에 들어가는 블루 LED 칩을 생산하는 전 세계 최대 생산국으로, 현재 블루 LED 칩 전세계 출하량의 40%를 생산한다"고 말했다.
또한 그는 "실제 시장에 출시되는 타이완제 칩의 양은 전세계 시장에서 거래되는 전체 양의 25%에서 20%로 감소했다"면서, "하지만 생산 수율, 가동률 및 기타 요인 덕분에 전 세계 시장에서 블루 LED 칩의 약 4분의 1을 여전히 타이완 칩이 차지하고 있다"고 설명했다.
또한 타이완제 LED 칩의 휘도가 일부 고부가가치 제품을 제외하면 일본, 미국 및 유럽 제조업체가 만든 칩과 비슷하다는 데에 수많은 LED 엔지니어들의 의견이 일치하고 있다.
타이완 최대 LED 칩 제조업체인 에피스타(Epistar)의 비 제이 리(B J Lee) 사장은 "일본, 미국 및 유럽 제조업체가 판매하는 고부가가치, 측면 LED 제품의 1700mcd와 비교해 보면 에피스타의 제품을 제외한 타이완 제조업체들의 제품은 기껏해야 1400mcd 제품을 생산할 수 있다"면서, "에피스타는 1700mcd 화이트 LED 제품에 사용할 수 있는 블루 LED 칩을 생산할 수 있다. 하지만 그 같은 칩을 시장에 출시하지 않은 이유는 우리 제품이 다른 업체의 특허를 침해했는지 여부를 아직 판단하지 못했기 때문"이라고 밝혔다.
이는 기존 제조업체가 타이완 제조업체와 LED 생산 계약을 체결한다면, 타이완 업체는 기존 업체의 LED 칩과 비슷한 성능의 LED 칩을 공급할 수 있는 수준이 됐다는 것을 의미한다.
특허, 유효기간
한국 및 타이완 LED 제조업체의 성장뿐 아니라 특허, 의장권 및 기타 지적 재산권에 관한 분쟁도 꾸준하게 증가하고 있다. 기존 LED 제조업체들은 서로 간에 직접적으로 분쟁에 뛰어들지 않았지만, 최근에는 간접적으로 얽히기 시작했다. 일례로 화이트 LED 관련하여 특허 침해를 주장하는 오스람은 시티즌 일렉트로닉스(Citizen Electronics) 및 타이완 킹브라이트 일렉트로닉스(Kingbright Electronics)에 소송을 제기한 상황인데 시티즌과 킹브라이트는 화이트 LED 라이센스 계약을 각각 니치아, 크리(Cree)와 체결했다.
상황이 좀더 복잡해진 이유는 LED 관련 주요기술 특허의 내용이 지역별로 다양하기 때문이다. 일본 시장에서 니치아의 특허권은 광범위하게 미친다.
타이완 에버라이트(Everlight Electronics)와 에피스타의 LED 제품을 거래하는 E&E(E&E Japan)의 마사오 구무라(Masao Kumura) 사장은 "특히 화이트 LED와 관련해서 니치아의 특허No.3724498는 매우 중요한 내용"이라면서, "이로 인해 우리는 일본 국외에서 생산된 타이완제 제품을 일본 시장으로 반입하는 것을 중지했다"고 말했다.
미국 시장에서 크리의 화이트 LED관련 미국 특허No.6600175는 광범위한 영역까지 특허권이 미치며, 심지어 미국 시장에서 화이트 LED를 거래하기만 해도 이 특허권을 침해하는 것이라고 얘기하는 사람까지 있다.
주요 특허의 소유권자와 영역은 시장별로 다르지만 명심할 것은 모든 지적 재산권은 유효기간이 있다는 점이다. 1990년대 초에 신청한 특허권은 2010년이면 그 해당 유효기간인 20년을 넘어서게 된다. 따라서 개발 초기 단계부터 발휘됐던 기존 LED 제조업체의 주요 특허권들은 점차 그 효력을 상실할 것이다.
신규 시장, 보호
이처럼 화이트 LED 시장이 급격하게 변해가면서 기존 LED 제조업체뿐만 아니라 신생업체들도 비슷한 이유로 다양한 전략을 강구하고 있다(그림3). 이러한 움직임은 중대형 LCD 패널, 조명 및 기타 제품용 백라이트 장치와 같은 신규 LED 시장을 겨냥한 제품 종류를 강화하여 가급적 빨리 시장에 안착하기 위한 것이다. 또한 수익률의 하락이 예상되지만 여전히 규모가 큰 휴대폰용 LED 시장에서 점유율을 확대하는 것도 하나의 전략이다. 
수많은 LED 제조업체들이 신규 애플리케이션용 LED 제품을 서둘러 개발하고 있다. 고출력 화이트 LED 제품 시리즈 '룩시온(Luxeon)'을 제조하는 필립스 루밀레즈에 따르면 고출력 화이트 LED 시장은 꾸준히 커지고 있으며 룩시온의 판매량은 1년 전보다 1.5배 높아졌다고 한다. 특히 필립스 루밀레즈는 신규 시장이 예상보다 일찍 형성될 것으로 전망하고 있다. 한편 타이완 제조업체에 점점 시장을 잠식당하는 니치아 및 다른 기존 업체들은 기존 애플리케이션 분야에서 시장 점유율을 지키려고 안간힘을 쓰고 있다.
2배의 광출력
신규 애플리케이션 시장을 선점하려는 LED 제조업체는 세 가지 중요한 조치를 취해야 한다. 1) 10배 정도로 광출력을 높이는 한편, 휴대폰에 사용되는 현재 LED의 가격을 낮춘다. 2) 광학 부품을 추가하여 화이트 LED의 부가가치를 높인다. 3) 다른 산업의 제조업체와 협력하여 부족한 기술을 보완한다.
(1)을 달성하려면 목표치는 발광 효율 100lm/W 및 단가 ￥1/lm은 되어야 한다. 발광 효율 목표치는 과거에는 0.07W급 제품으로 가능했지만 지금은 동일한 효율을 1W급 제품으로 달성해야 한다. 니치아 옵토일렉트로닉스 제품부의 마사유키 기노시타(Masayuki Kinoshita) 제너럴 매니저는 "부품 단가의 목표치는 자동차 및 조명 제품 제조업체의 요구에 따른 것"이라고 말한다.
발광 효율 100lm/W은 머지않아 1W급 제품으로 달성될지 모른다. 크리는 1W 입력에 광출력이 370mW인 화이트 LED용 블루 LED 칩을 출시했다. 크리의 기존 칩과 비교할 때 광출력이 두 배로 증가한 것이다.
블루 LED 칩으로 화이트 LED를 만들 때는 칩에 형광 물질을 결합한다. 2006년 6월에 개최된 'LED기술 심포지엄 2006'에서 크리는 100lm/W 화이트 LED를 약 360mW 출력의 블루 LED 칩으로 만들 수 있다고 발표했다.
￥1/lm 가시권
1.5W와 3.5W로 구동되는 제품을 생산하는 시티즌 일렉트로닉스는 2007년에 100lm/W는 아닐지라도 자사의 모든 모델의 발광 효율을 85lm/W로 향상시킨다는 계획이다.
1mm2의 큰 칩을 사용하는 크리와 달리 시티즌은 3×3mm인 일반 블루 LED 칩 여러 개를 사용하여 휘도를 높인다. 시티즌은 이 방법으로 칩이 생성한 빛을 분리하기가 더 용이하다고 설명했다. 시티즌은 사파이어 기판에 형성된 블루 LED 칩을 사용하며 이 칩은 측면 내부에서 생성된 빛의 대략 절반에 해당하는 빛을 발산한다. 측면의 빛 발산을 높이려고 더 큰 칩 하나를 사용하는 대신에 몇 개의 작은 칩을 배치하는 게 더욱 효과적이다.
니치아는 "목표치 ￥1/lm가 가시권에 들어왔다고 발표했다. 출시 일정은 아직 결정되지 않았지만 1W 제품은 2007년 초에 출시될 예정이다. 효율을 높이고 동시에 원가를 낮추려고 니치아도 일반 크기의 블루 LED 칩을 여러 개 사용한다.
추격하는 타이완
큰 칩을 사용한 제품들도 지속적으로 증가하고 있다. 칩이 더 커져도 패키지 크기가 더 작아지는 이유는 작은 칩은 여러 개로 나뉘는 반면에 큰 칩은 패키지에 실장되는 칩의 갯수가 적기 때문이다.
오스람 옵토(OSRAM Opto)의 히로유키 하시모토(Hiroyuki Hashimoto) 마케팅 매니저는 "큰 칩은 더 밝은 점 광원을 원하는 고객의 요구를 만족시킨다"고 설명한다. 이 같은 요구를 해결하려고 개발된 기술이 오스람 옵토의 'ThinGaN'이다. 이 기술로 칩 표면에서 발산되는 전체 빛의 97% 이상을 추출할 수 있다. 오스람 옵토는 2005년에 ThinGaN 칩 양산을 시작했다.
ThinGaN 칩은 블루 LED구조를 사파이어 기판에 형성하여 만들며 이후 사파이어 기판은 Ge 기판으로 교체된다. 타이완 제조업체도 기판 교체 기술을 기반으로 블루 LED 칩을 개발하고 있다. 아리마 옵토일렉트로닉스는 2007년 여름 쯤에 사파이어 기판을 Mo 또는 GaP 기판으로 대체하여 생산된 블루 LED 칩을 대량 판매할 계획이다. 타겟 애플리케이션은 휴대폰 키보드 등 저가 제품 용도가 아니라 고출력이 필요한 자동차 디바이스 및 중대형 LCD 패널이다. 
광원으로 사용할 수 있을 만큼 화이트 LED의 다용도성을 높이려는 노력 중 하나가 패키지 광학 설계 기술이다. 이 분야에 매진하는 회사들은 오스람 옵토와 필립스 루밀레즈, 니치아, 그리고 시티즌 일렉트로닉스 및 스탠리(Stanley Electric)가 있다. 화이트 LED 광 방출각으로 요구되는 수치는 애플리케이션 별로 매우 다양하기 때문에 이런 조건에 따라 렌즈 설계가 채택된다(그림 5). 스탠리의 시니치 가타노(Shinichi Katano) 디렉터는 "시장에 더 밝은 LED 칩이 출시되면 가격은 그에 따라 하락한다"면서, "그러나 광학 기술을 통해서 화이트 LED의 부가가치는 높일 수 있다"고 설명했다.
사토시 오쿠보(Satoshi Ookubo)
웹사이트:
Arima Opto: www.aocepi.com.tw
Avago: www.avagotech.com
Citizen Electronics: www.c-e.co.jp/e
Cree: www.cree.com
Epistar: www.epistar.com.tw
Everlight: www.everlight.com/eng
Nichia: www.nichia.co.jp
Nomura Research: www.nri.co.jp/english
OSRAM Opto: www.osram-os.com
Philips Lumileds: www.lumileds.com
Seoul Semiconductor: www.seoulsemicon.co.kr
Stanley Electric: www.stanley.co.jp/e
Sumitomo: www.sumitomocorp.co.jp/english
Toyoda Gosei: www.toyoda-gosei.com
