나노 LED 특허 12건 분석

나노 LED를 화면에 올리는 방법은 둘입니다. 따로 만들어 눕히거나, 그 자리에서 세워 키우거나. 정반대인 두 방법이 모두 대학 실험실에서 나왔고, 두 계보 모두에서 특허가 삼성으로 넘어갔습니다. 미국 특허청 양도기록에 2018년 9월 7일 하루가 통째로 남아 있습니다. 그런데 지금 양산 라인을 세우고 있는 곳은 특허를 팔지 않은 프랑스 Aledia입니다.

1. 개요

1.1 분석 배경 및 목적

나노 크기의 발광다이오드를 화면 위에 올리는 방법은 크게 둘이다. 하나는 LED를 웨이퍼에서 따로 만들어 액체에 띄운 뒤 기판에 뿌리고 전기장으로 눕혀 세우는 방식이고, 다른 하나는 기판 위에서 그 자리에 수직으로 키우는 방식이다. 전자는 삼성디스플레이가 QNED라는 이름으로 개발해 온 방식이고, 후자는 프랑스 Aledia가 증강현실용 마이크로디스플레이 양산 라인으로 끌고 간 방식이다.

이 두 방식은 물리적으로 정반대다. 그런데 등록특허의 서지사항을 따라가 보면 공통점이 하나 나온다. 두 계보 모두 대학과 국가연구소에서 출발했고, 두 계보의 특허가 모두 삼성으로 넘어갔다. 한쪽은 삼성디스플레이가, 다른 한쪽은 삼성전자가 사들였다. 그런데 지금 라인을 세워 물건을 만들고 있는 곳은 특허를 팔지 않은 쪽이다.

이 편은 그 구도를 특허 서지사항과 청구항으로 확인하고, 눕히는 방식이 왜 어려운지를 청구항에 적힌 숫자로 따져 본다.

1.2 분석 범위

등록특허 12건을 표본으로 잡았다. 눕히는 쪽 8건, 세워 키우는 쪽 3건, 그리고 비교를 위한 대비군 1건이다. 전수조사가 아니라 각 진영의 랜드마크를 고른 표본이며, 선정 기준은 파이프라인의 다섯 지표(패밀리 국가 수, 등록 여부, 포기·소멸, 분할·계속출원 파생, 같은 날 출원 클러스터)와 이 편의 축인 양도 이력이다.

의도적으로 뺀 것이 둘 있다. 하나는 마이크로LED 대량전사다. 소자 크기가 한 자릿수 마이크로미터 이상으로 올라가면 다루는 힘도 공정도 달라져 같은 편에 넣으면 초점이 흐려진다. 다른 하나는 **QNED의 색변환층(퀀텀닷)**이다. 이 편의 축은 소자를 자리에 앉히는 문제이지 앉힌 뒤 색을 바꾸는 문제가 아니다.

1.3 데이터 소스 및 검색식

구글특허 단일 소스다. 국내 등록원부(KIPRIS)는 확보하지 못했다. 이 차이가 뒤에서 한 번 문제가 되는데, 한국 등록건의 권리 이전은 구글특허 서지사항에 나타나지 않는다. 이 편에서 확인한 양도는 전부 미국 등록건의 미국 특허청 기록이다.

숫자는 전부 공개문헌 건수다. 같은 발명이 한국·미국·중국에 각각 공개되면 세 건으로 잡힌다. 패밀리 단위가 아니므로 회사 간 비교에는 쓰지 않고, 한 회사 안에서의 시간 분포를 볼 때만 썼다.

1.4 기술분류체계

이 편은 특허를 두 축으로 나눠 읽는다. 무엇을 바꾸는가(레버)는 소자 구조, 잉크와 용매, 전기장 조건, 장비와 검사, 기판 성장의 다섯이고, 무엇을 없애려 하는가(목적)는 분산과 주입, 각도, 극성, 개수와 수율, 색의 다섯이다.

목적 축을 이렇게 잡은 이유는 3절과 4절에서 드러난다. 잉크로 뿌려 앉히는 방식에는 서로 다른 무작위성이 세 가지 있고, 열두 건의 청구항은 그 셋을 각각 다른 수단으로 공격하고 있다.

2. 정량 스케치

2.1 두 계보의 시간축

가로축은 우선일이다. 위 줄이 눕히는 쪽, 가운데가 세워 키우는 쪽, 아래 점선이 대비군이다.

읽어야 할 곳은 세 군데다. 첫째, 두 계보의 출발이 1년 5개월밖에 차이 나지 않는다. 국민대와 피에스아이가 2011년 4월에 출원했고, Aledia와 프랑스 원자력대체에너지위원회(CEA)가 2012년 9월에 출원했다. 둘째, 붉은 세로선이 2018년 9월 7일이다. 셋째, 그 선 바로 오른쪽에 삼성디스플레이 자체 출원 두 건이 붙어 있다. 뒤에서 다시 본다.

2.2 2018년 9월 7일에 무슨 일이 있었나

미국 특허청 양도기록은 구글특허의 법적이벤트란에 그대로 노출된다. 표본에 넣은 미국 등록건의 이 항목을 하나씩 열어 보면 같은 날짜가 반복된다.

무작위로 고른 것이 아니라 이 조건으로 검색해 나온 결과를 앞에서부터 열 건 열어 본 것이고, 그중 아홉 건이 같은 날이었다. 나머지 한 건은 양도 이후에 출원된 계속출원이라 양도 이벤트 자체가 없다.

US9112112B2 하나만 펼치면 권리가 옮겨 다닌 경로가 네 단계로 남아 있다.

발명자에서 대학과 회사의 공동 보유로, 다시 회사 단독으로, 마지막에 대기업으로 간 4단계가 공적 기록에 그대로 있다.

2.3 열두 건이 놓인 자리

빈 칸은 그 회사가 하지 않는다는 뜻이 아니라 이 표본에 없다는 뜻이다. 열두 건 중 대비군인 LG전자 건은 이 격자에 넣지 않았다. 레버가 자기력이라 축이 다르다.

한눈에 보이는 것은 아래 줄이다. 눕히는 쪽은 분산과 각도와 극성과 개수를 네 칸에 나눠서 공격하는데, 세워 키우는 쪽은 왼쪽 세 칸을 한 덩어리로 지운다. 성장할 자리를 기판 표면의 재료 배치로 정해 버리면 위치도 각도도 극성도 애초에 무작위가 아니다.

2.4 삼성디스플레이가 이 방식에 쌓아 둔 양

이 표는 해석하지 않는다. 두 가지 이유가 있다.

첫째, 2024년과 2025년의 급감은 감소가 아닐 수 있다. 특허출원은 우선일로부터 18개월이 지나야 공개된다. 이 조사 시점에서 2025년 우선일 출원은 대부분 아직 공개되지 않았다.

둘째, 이 개발이 중단됐다는 보도가 여럿 있으나 공시나 자사 발표 같은 1차 자료로 확인하지 못했고, 표본에서는 2022년 우선일이 81건으로 가장 많다. 보도와 표본이 어긋나므로 어느 쪽으로도 단정하지 않는다.

셋째로 덧붙일 것은 검색식 자체의 한계다. "dielectrophoresis"로 걸린 345건 안에는 나노로드 정렬과 무관한 건도 들어 있다. 실제로 이 표본을 짜면서 US11170688B2를 후보에 올렸다가 청구항을 읽고 뺐다. 유전영동 물질을 포함한 유기발광소자를 전압 구간으로 나눠 구동하는 방법이었고 나노로드를 눕히는 기술이 아니었다.

3. 정성 분석: 특허 12건

우선일 순으로 배열했다. 청구항 1의 요지와 명세서가 직접 밝힌 문제, 수치 한정을 원문에서 옮긴다.

피에스아이 US10910512B2 등록 · 현 삼성디스플레이

발명의 명칭

Nano-scale LED element for horizontally-aligned assembly (수평 배열 조립용 나노스케일 LED 소자)

독립항(청구항 1) 요지

제1·제2 반도체층과 그 사이의 활성층, 활성층의 외주면을 적어도 덮는 절연막, 그리고 반도체층 중 적어도 하나 위에 직접 배치되며 절연막의 윗면과 옆면 일부에 접촉하는 전극을 포함하는 LED 소자. 종속항 3은 그 단면이 면봉형 또는 아령형임을 한정한다.

이 특허가 다루는 문제

로드를 눕혀 두 전극에 걸치려면 양쪽 끝이 전극에 닿아야 하는데, 옆면은 닿으면 안 된다. 그래서 옆면은 절연막으로 덮고 양 끝에만 금속 캡을 씌운다. 그 결과 단면이 면봉이나 아령을 닮게 된다. 아래 도면의 오른쪽이 그 모양이다.

명세서에는 정렬 전압과 주파수를 특정하지 않겠다는 문장이 들어 있다. 조건이 소자의 종횡비에 따라 달라지기 때문이라고 적었다.

수치 한정

소자 길이100nm~10μm

소자 지름100nm~5μm

절연막 두께5~50nm

금속 마스크층30~150nm

FIG. 4와 FIG. 5 (US10910512B2): 왼쪽은 두 전극 사이에 놓인 나노로드에 전하가 유도되는 모습, 오른쪽은 양 끝에 금속 캡(50d·50e)이 씌워진 (a) 면봉형과 (b) 아령형 소자. 원문 도면.

Aledia · CNRS US10424692B2 등록

발명의 명칭

Optoelectronic device comprising three-dimensional electroluminescent diodes

독립항(청구항 1) 요지

기판 위에 피라미드 형상의 제1 극성 반도체부와 그와 다른 제2 극성의 반도체부를 함께 두고, III-V 또는 II-VI 화합물을 주로 포함하는 제1·제2 활성영역이 각각 그에 접하는 광전소자.

이 특허가 다루는 문제

같은 기판 위에 피라미드와 와이어를 섞어 세운다. 명세서는 단면의 지름과 경사면이 다르면 인듐이 들어가는 양이 달라져 발광 파장이 달라진다고 적었다. 즉 같은 성장 조건에서 형상만 바꿔 색을 나눈다.

눕히는 쪽은 색마다 다른 소자를 따로 만들어 따로 뿌리거나, 청색 하나로 만들고 색변환층을 얹어야 한다. 이 특허는 그 공정을 성장 단계로 밀어 넣는다.

수치 한정

와이어 단축5nm~2.5μm (선호 100~800nm)

와이어 높이500nm 이상 (선호 1~50μm)

피라미드 높이100nm~수백 μm

Fig 1과 Fig 2 (US10424692B2): 같은 기판 위에 서로 다른 두 종류의 발광 요소(DEL_A, DEL_B)가 교대로 배치된 단면. 원문 도면.

피에스아이 US10361246B2 등록 · 현 삼성디스플레이

발명의 명칭

Ultra-small LED electrode assembly having improved luminance (휘도가 향상된 초소형 LED 전극어셈블리 및 그 제조방법)

독립항(청구항 1) 요지

복수의 LED 소자를 포함하는 용액을 전극라인에 투입하고, 수식 1에 따른 비대칭 조립전압이 10V 이상인 전력을 인가해 소자들을 자기실장시키되 각 소자의 적어도 한쪽 끝이 제1 전극에 접하게 하는 제조방법.

이 특허가 다루는 문제

이 편에서 가장 중요한 청구항이다. 명세서는 제1 도전형 반도체가 제1 전극에 닿는 소자의 개수가 전체의 60% 이상이어야 한다고 적었다.

전기장은 로드를 눕히기는 해도 어느 끝이 어느 전극에 닿을지는 정하지 못한다. 대칭 파형이면 절반은 반대로 눕고, 직류로 구동하면 그 절반은 켜지지 않는다. 그래서 위아래가 다른 비대칭 파형을 걸어 한쪽 방향의 비율을 끌어올린다. 그래도 40퍼센트는 반대다.

주파수 하한에 대해서도 명세서가 이유를 직접 적었다. 50kHz 미만이면 전압 범위를 만족해도 실장되는 소자의 수가 줄어든다고 했다. 각도가 흐트러진다가 아니라 개수가 준다는 서술이다. 4.2절에서 이 문장을 계산으로 따라가 본다.

수치 한정

비대칭 조립전압10V 이상 (종속항 18V·25V)

주파수50kHz~1GHz

실시예 파형0~+30V 사인파, 950kHz

극성 정합전체의 60% 이상

FIG. 8 (US10361246B2): 실시예의 인가 파형. 0V와 +30V 사이를 오가는 비대칭 사인파이고 실효값은 18.4V다. 마이너스 쪽으로 내려가지 않는다. 원문 도면.

LG전자 대비군 EP3731276B1 등록

발명의 명칭

Apparatus and method for self-assembling of semiconductor light-emitting diodes

독립항(청구항 1) 요지

자성체를 갖는 반도체 발광소자를 담는 유체 챔버와, 기판을 조립 위치로 보내는 공급부와, 챔버에서 떨어져 배치돼 발광소자에 자기력을 가하는 복수의 자석과, 자석의 위치를 제어하는 위치 제어기를 포함하되, 기판이 전기장을 형성해 발광소자가 정해진 위치에 실장되게 하는 자가조립 장치.

이 특허가 다루는 문제

흔히 LG의 방식을 자기조립이라고 부르지만, 청구항을 읽으면 자기력과 전기장을 나눠 쓴다. 자석은 유체 속에서 소자를 끌고 다니는 운반을 맡고, 기판이 만드는 전기장이 최종적으로 자리에 앉힌다. 조립 후 챔버에 남은 소자를 자석으로 회수해 재사용할 수 있다는 서술도 명세서에 있다.

다만 이 방식이 다루는 소자는 나노가 아니라 마이크로 크기다. 이 편의 표본에서 이 건만 크기 대역이 다르고, 그래서 격자에 넣지 않았다.

FIG. 6 (EP3731276B1): 유체 챔버(162) 위에 기판(161)이 놓이고, 그 위를 자석(163)과 위치 제어기(164)가 지난다. 챔버 바닥에 남은 소자(1050)가 보인다. 원문 도면.

삼성디스플레이 US11685154B2 등록

발명의 명칭

Inkjet printing device, dipole aligning method, and display device

독립항(청구항 1) 요지

스테이지부와, 쌍극자와 용매를 포함한 잉크를 스테이지에 놓는 잉크젯 헤드부와, 용매를 제거하는 열처리 장치와, 잉크의 위치를 재는 제1 센싱부, 헤드의 위치를 재는 제2 센싱부, 그리고 스테이지 위에 놓인 각각의 쌍극자의 위치를 재는 제3 센싱부를 포함하는 잉크젯 프린팅 장치.

이 특허가 다루는 문제

청구항에 센싱부가 셋 들어 있는데 세 번째가 이 편의 관심사다. 잉크 방울의 위치도 아니고 헤드의 위치도 아니고 개별 쌍극자, 즉 나노로드 하나하나의 위치를 잰다.

장비 청구항에 이런 항목이 들어간다는 것은 정렬 결과를 소자 단위로 세어야 했다는 뜻으로 읽힌다. 다만 이것은 청구항 구성에서 나온 추정이고, 실제 양산 라인에서 어떻게 운용하는지는 확인할 수 없다.

수치 한정

교류 전압±10~50V

주파수10kHz~1MHz

FIG. 5 (US11685154B2): 왼쪽은 스테이지에 놓인 쌍극자들의 위치, 오른쪽은 보정 후. 간격(P)과 폭(W)이 소자마다 다르게 표기돼 있다. 원문 도면.

4. 비교분석

4.1 무작위성은 하나가 아니라 셋이다

로드를 액체에 띄워 뿌린 뒤 전기장으로 앉히는 공정에는 성격이 다른 무작위성이 셋 있다. 열두 건의 청구항은 이 셋을 서로 다른 수단으로 공격하고 있고, 셋을 구분하지 않으면 왜 이렇게 많은 특허가 필요한지 설명되지 않는다.

이 표가 이 편의 뼈대다. 아래 두 절에서 각도와 극성·개수를 차례로 따진다.

4.2 각도는 문제가 아니었다

먼저 각도부터 계산해 봤다. 유전영동으로 막대를 눕히는 힘이 열운동과 어떻게 겨루는지를 보는 시뮬레이터다. 특허가 청구한 전압과 주파수 범위를 물리적 한계 위에 그대로 겹쳐 놓았다.

기본값에서 읽히는 값이 셋이다.

첫째, 열운동과 비기는 전압이 0.011V다. 특허가 쓰는 60V의 5,000분의 1이다. 길이 4μm짜리 막대에 10의 7제곱 볼트 매 미터 수준의 전기장을 걸면 정렬 에너지가 열에너지의 천만 배가 된다. 막대를 나란히 눕히는 일 자체는 어렵지 않다. 이 크기에서 브라운 운동은 상대가 되지 않는다.

둘째, 위 벽은 용매의 절연파괴다. 전극 간격 3μm에서 약 120V이고, 특허 상한인 100V(±50V)가 바로 그 아래에 앉아 있다.

셋째, 그래서 실제로 남는 벽은 왼쪽 하나다. 주파수 슬라이더를 왼쪽으로 밀면 전극 표면의 이중층이 전기장을 차폐해 용액 안에 걸리는 전기장이 줄어든다. 이 모델에서 안정선은 약 25kHz로 나오는데, US10361246B2가 청구한 하한 50kHz는 그 위에 있고 US11685154B2가 청구한 하한 10kHz는 그 아래에 있다.

그리고 이 벽의 위치를 정하는 것은 용매다. 전도도 슬라이더를 10의 마이너스 2제곱까지 올리면 안정선이 252kHz로 올라가 청구 범위의 절반이 사라진다.

여기서 조심할 것이 있다. 이 모델이 그리는 벽은 이중층 차폐와 교류 전기삼투 유동을 근거로 한 근사이고, 명세서의 50kHz는 실험으로 얻은 값이다. 두 숫자가 가까운 것을 모델이 맞았다는 증거로 읽지 않는다. 다만 명세서가 하한을 두면서 든 이유가 “실장되는 소자의 수가 줄어든다”였다는 점은 이 방향과 어긋나지 않는다. 전기장이 약해지면 흐트러지는 것은 각도가 아니라 붙잡히는 개수다.

그리고 각도가 정말 문제가 아니었다면, US10145518B2가 왜 ±30도를 청구항에 넣었을까. 계산은 열운동만 다루기 때문이다. 실제 산포는 열운동이 아니라 다른 데서 온다. 유체의 흐름, 이미 앉은 로드가 다음 로드의 전기장을 일그러뜨리는 것, 전극 가장자리에서 전기장이 균일하지 않은 것 같은 요인이다. 계산이 말해 주는 것은 “정렬이 잘된다”가 아니라 “산포의 원인이 열운동은 아니다”이다.

4.3 전기장이 정하지 못하는 것

각도를 잡아도 남는 문제가 극성이다. 막대를 눕히는 힘은 막대의 양 끝을 구별하지 않는다. 유도되는 쌍극자는 전기장 방향을 따라 정렬하지만, 그 축을 180도 돌려놓아도 에너지는 똑같다. 그래서 대칭 파형에서는 p형이 어느 전극에 닿을지가 동전 던지기가 된다.

US10361246B2가 비대칭 파형을 쓰는 이유가 여기 있다. 위 도면의 파형은 마이너스 쪽으로 내려가지 않고 0V와 +30V 사이만 오간다. 실효값은 18.4V다. 이렇게 하면 한 방향으로 치우친 힘이 생겨 정합 비율을 끌어올릴 수 있고, 명세서가 적은 도달점이 60% 이상이다.

뒤집어 말하면 나머지 40%는 반대로 누워 있다. 직류로 구동하면 그 40%는 켜지지 않는다.

4.4 개수가 곧 휘도다

이제 위치의 무작위성으로 간다. 잉크로 뿌리면 화소마다 앉는 개수가 흩어지고, 그중 극성이 맞는 것만 켜진다. 화소 휘도가 켜진 개수에 비례한다면 그 산포가 그대로 휘도 산포가 된다.

뿌린 개수를 평균으로 하는 푸아송 분포를 가정하면, 극성이 맞는 것만 남겨도 분포는 다시 푸아송이 된다. 그래서 휘도 변동계수는 켜진 개수의 제곱근에 반비례한다. 계산이 아주 단순해진다.

여기에 2011년 원조 특허의 숫자를 넣어 본다. US9059114B2 청구항 1이 요구한 것은 화소당 최소 다섯 개였다. 극성 60퍼센트를 적용하면 켜지는 것은 평균 세 개이고, 휘도 변동계수는 58퍼센트가 된다. 화소마다 밝기가 절반씩 차이 난다는 뜻이다.

무라가 눈에 보이기 시작하는 기준을 3퍼센트로 잡으면 필요한 개수가 나온다.

3퍼센트를 맞추려면 화소당 1,852개를 뿌려야 한다. 로드 하나가 4μm 곱하기 0.6μm의 자리를 차지한다고 보면, 65인치 4K의 서브픽셀(짧은 변 125μm)에서는 면적의 9.5퍼센트다. 들어간다.

같은 개수를 모바일 서브픽셀(짧은 변 20μm)에 넣으면 370퍼센트다. 들어가지 않는다.

화소가 작아질수록 개수를 늘릴 자리가 없고, 개수를 못 늘리면 산포가 커진다. 이 방식이 처음부터 텔레비전으로 향한 것이 우연이 아니라 면적의 문제였다고 읽을 수 있다.

다만 이 계산은 실제보다 낙관적이다. 로드마다 밝기가 같다고 두었고, 이미 앉은 로드가 다음 로드의 자리를 막는 효과와 전극 근처에 몰리는 위치 상관을 넣지 않았다. 실제 산포는 이보다 크다.

4.5 세워 키우면 셋이 한꺼번에 사라진다

US9245948B2 청구항 1로 돌아가 본다. 지지체 표면을 두 가지 재료의 영역으로 나눠 두고 한쪽 영역에서만 와이어가 자라게 한다.

이 한 문장이 앞 절의 표 세 줄을 동시에 지운다. 위치는 마스크가 정하고, 각도는 성장 방향이 정하고, 극성은 성장 순서가 정한다. n형을 먼저 깔고 활성층을 올리고 p형을 덮으면 위아래가 뒤집힐 방법이 없다.

대신 다른 문제가 온다. 실리콘 위에 질화갈륨을 키우는 격자 부정합, 웨이퍼 전면에서 와이어의 높이와 지름을 고르게 유지하는 문제, 그리고 색이다. US10424692B2는 마지막 문제를 형상으로 푼다. 같은 성장 조건에서 단면 지름과 경사면을 달리하면 인듐이 들어가는 양이 달라져 파장이 달라진다.

두 진영의 소자 치수가 겹친다는 점은 짚어 둘 만하다. 눕히는 쪽이 다루는 로드와 세워 키우는 쪽이 만드는 와이어는 크기 대역이 거의 같다. 물리적으로 같은 크기의 물건을 한쪽은 만들어서 옮기고 한쪽은 그 자리에서 키운다.

4.6 2018년 9월 7일, 그리고 2주 뒤

시간축으로 돌아간다. 표본 안에서 삼성디스플레이 자체 출원 가운데 우선일이 가장 이른 것은 US12004412B2로 2018년 9월 21일이다. 양도가 이뤄진 9월 7일에서 2주 뒤다.

그 특허의 청구항은 앞선 것들과 층이 다르다. 피에스아이 특허들이 소자와 용매와 전압 조건을 다뤘다면, 이 특허는 잉크가 떨어지는 도중의 공중에 전기장을 걸어 미리 방향을 잡는 장비를 청구한다. 그리고 넉 달 뒤의 US11685154B2는 개별 쌍극자의 위치를 재는 센싱부를 장비 청구항에 넣는다.

소재와 조건에서 장비와 계측으로 축이 옮겨 간다. 다만 이 관찰은 표본 열두 건 위에서 세운 것이고, 삼성디스플레이가 그 전에 관련 출원을 하지 않았다고 말하는 것은 아니다.

4.7 팔지 않은 쪽

Glo AB의 특허 이력에는 앞의 어느 계보와도 다른 것이 남아 있다.

담보권이 설정됐다가 풀린 기록까지 남아 있다. 스웨덴 룬드대에서 나온 나노와이어 LED 특허가 손을 여러 번 옮긴 끝에 삼성전자로 갔다.

같은 시기 Aledia는 등록특허 193건을 자기 이름으로 들고 있다. 프랑스 원자력대체에너지위원회와 국립과학연구센터가 공동 권리자로 남아 있는 건도 여럿이다. 2012년 12월 28일 하루에 낸 세 건 가운데 FR3000613B1은 연차료를 내지 않아 소멸했다. 버릴 것은 버리면서 나머지를 쥐고 있다.

정리하면 이렇다. 국민대에서 나온 특허는 삼성디스플레이로 갔고, 룬드대에서 나온 특허는 삼성전자로 갔다. 프랑스 국가연구소에서 나온 특허는 팔리지 않았다. 그리고 지금 나노 LED로 양산 라인을 세웠다고 발표한 곳은 팔지 않은 쪽이다.

이 문장은 인과가 아니다. 특허를 팔았기 때문에 양산에 이르지 못했다는 뜻이 아니고, 그 반대도 아니다. 다만 서지사항이 그리는 그림이 그렇다.

4.8 양도 이후

2018년 9월 7일로 이야기가 닫히는 것처럼 보인다. 그렇지 않다.

양도 열아홉 달 뒤인 2020년 4월 27일, 「마이크로-나노핀 LED 소자」가 출원된다. 출원인은 피에스아이가 아니라 국민대학교 산학협력단이고 발명자는 도영락이다. 보도에 따르면 과학기술정보통신부 연구센터 과제를 비롯한 국가 연구개발 과제의 결과물이다.

주목할 것은 청구항이 아니라 명세서의 배경기술이다.

여기서 지목된 제10-1436123호가 어디서 온 것인지도 같은 명세서가 밝힌다.

명세서의 배경기술은 출원인이 직접 쓰고, 선행기술을 밝히는 것은 특허법이 요구하는 일이다. 그러니 이 대목은 감추지 않았다는 뜻이지 그 이상은 아니다. 읽어 둘 것은 다른 데 있다. 지목된 한계가 무엇인가.

목적하는 효율을 내려면 많은 개수를 실장해야 한다는 것. 4.4절에서 시뮬레이터가 도달한 지점이 여기다. 화소당 몇 개가 앉느냐가 휘도 산포를 정하고, 개수를 늘리는 길은 서브픽셀 면적에서 막힌다. 그 계산은 우리가 청구항 두 개를 겹쳐 놓고 뒤늦게 세운 것인데, 발명자는 2020년 명세서에 그것을 한 문장으로 적어 두었다. 이 방식의 한계는 바깥에서 지적되기 전에 안에서 먼저 문서가 되어 있었다.

나노핀은 그 문장에 대한 답이다. 막대를 판으로 바꾸면 같은 부피에서 빛이 나오는 면적이 넓어지고, 개수를 덜 써도 된다.

이 계보는 지금도 이어진다. 2020년의 마이크로-나노핀은 2021년부터 초박막 핀 LED로 이름을 바꾸며 소자와 잉크 조성물과 전극어셈블리로 갈래를 늘렸고, 확인한 가장 최근 출원은 2025년 11월 19일이다. 그중에는 전기장 대신 소자와 같은 모양으로 뚫은 홀에 끼워 정렬하는 방식도 있다(KR102739686B1). 대칭축이 없는 모양이라 뒤집히면 들어가지 않고, 그래서 극성이 기하로 정해진다는 것이 청구의 요지다. 다만 유체에 띄운 소자를 모양이 맞는 홈에 앉히는 발상 자체는 새로운 것이 아니어서 마이크로LED 조립에서 이미 시도돼 왔고(US10276754B2), 등록된 권리가 곧 굴러가는 공정은 아니다. 이 편은 그 계보를 표본으로 읽지 않았으므로 여기까지만 적는다.

현재 권리자는 국민대학교 산학협력단이다. 최근 다섯 건의 서지사항을 열어 확인했고, 2018년과 같은 일괄 양도 기록은 아직 없다. 같은 기간 삼성디스플레이 명의 출원에도 같은 발명자가 계속 이름을 올린다. 표본 범위 밖이라 내용은 확인하지 않았고, 서지사항이 그렇다는 것까지만 적는다.

5. 반증 및 한계

한국 등록건의 이전은 확인하지 못했다. 구글특허 서지사항에는 국내 등록건의 권리 이전이 나타나지 않는다. 이 편에서 확인한 양도는 전부 미국 등록건이고, 같은 발명의 한국 패밀리가 언제 어떻게 이전됐는지는 별도 확인이 필요하다.

나노핀 계보를 표본으로 읽지 않았다. 2020년 출원분을 보도는 6건으로 적고 있으나 이 편에서 서지사항으로 확인한 것은 5건이다. 이후의 초박막 계보도 검색으로 훑었을 뿐 청구항을 표본으로 정독하지 않았다. 4.8절은 그 계보가 존재하고 이어지고 있다는 사실까지만 말하며, 규모나 기술적 우열, 양산 가능성을 판단하지 않는다.

이전 대금은 확인하지 못했다. 100억 원이라는 금액이 보도에 있으나 1차 자료로 확인하지 못해 본문에 쓰지 않았다.

보도 수치와 검색 수치가 우연히 일치한 사례가 있었다. 2.2절에 적은 대로다. 숫자가 맞아떨어질 때 목록을 펼쳐 보지 않으면 잘못된 교차검증이 그대로 기사에 들어간다.

개발 중단 여부를 판단하지 않았다. 보도는 있으나 1차 자료로 확인하지 못했고, 표본에서는 2022년 우선일이 가장 많다. 2024년 이후의 급감은 18개월 공개 유예로 설명될 수 있다.

시뮬레이터 두 종은 원리를 보여주는 모델이며 실측이 아니다. 4.2절의 벽은 이중층 차폐와 전기삼투 유동을 근거로 한 근사이고 명세서의 50kHz는 실험값이다. 두 숫자가 가깝다고 모델이 검증된 것이 아니다. 4.4절의 변동계수는 로드마다 밝기가 같다는 가정 위에서 나온 낙관적 하한이다.

용매 특허가 한정한 것은 전도도가 아니다. 점도와 끓는점과 증기압이다. 시뮬레이터의 전도도 축은 모델이 예측하는 별개의 축이며, 이 특허가 그것을 노렸다고 읽지 않는다.

시간 순서를 인과로 읽지 않는다. 양도 2주 뒤에 출원이 나왔다는 사실이 그 출원의 내용이 양도받은 특허에서 나왔다는 뜻은 아니다. 출원 준비 기간을 감안하면 오히려 그 이전부터 진행되던 작업일 가능성이 크다.

표본 매트릭스의 빈 칸은 부재가 아니다. 열두 건의 표본에서 그 조합이 나오지 않았다는 뜻이다.

중국 진입에 대해 단정하지 않는다. BOE 15건, 심천 차이나스타 0건, TCL 0건은 "dielectrophoresis"라는 검색어 하나로 본 결과다. 중국 출원인이 다른 용어를 쓰고 있을 가능성을 배제하지 못한다.

대비군 한 건으로 LG전자의 방식 전체를 대표하지 않는다. 자가조립 등록 121건 가운데 한 건을 읽었다.

6. 결론 및 시사점

열두 건을 관통하는 것은 무작위성을 어느 단계에서 없앨 것인가라는 하나의 선택이다.

눕히는 쪽은 소자를 먼저 만들고 나중에 자리를 잡는다. 그래서 위치와 각도와 극성이 모두 공정 후반의 문제가 되고, 그 셋을 각각 다른 수단으로 공격해야 한다. 절연막과 소수성막으로 분산을 만들고, 형상으로 눕기 쉽게 하고, 용매의 점도와 증기압을 맞추고, 비대칭 파형으로 극성을 60퍼센트까지 끌어올리고, 마지막에는 개별 소자의 위치를 세는 센서를 장비에 단다. 특허가 많은 이유가 기술이 어려워서가 아니라 문제가 여러 개로 나뉘기 때문이다.

세워 키우는 쪽은 자리를 먼저 정하고 그 자리에서 소자를 만든다. 세 가지 무작위성이 성장 단계에서 한꺼번에 사라지는 대신, 격자 부정합과 균일 성장이라는 다른 문제를 떠안는다.

그리고 개수의 문제는 크기의 문제였다. 화소당 몇 개가 앉느냐가 휘도 산포를 정하고, 몇 개를 앉힐 수 있느냐는 서브픽셀 면적이 정한다. 무라 3퍼센트를 위해 필요한 1,852개는 65인치 텔레비전 서브픽셀에는 들어가고 모바일 서브픽셀에는 들어가지 않는다. 이 방식이 큰 화면 쪽에 머문 데에는 면적이라는 이유가 있다.

그리고 그 한계는 바깥에서 지적되기 전에 명세서 안에 먼저 적혀 있었다(4.8절). 두 계보가 삼성으로 수렴했다는 이 편의 그림은 2018년에서 멈춘 사진이고, 같은 발명자의 이름은 그 뒤로도 대학과 회사 양쪽 출원에 남아 있다.

다음 편에서는 이 편에서 의도적으로 뺀 마이크로LED 대량전사를 다룰 예정이다. 소자가 커지면 다루는 힘도 달라지고, 대만 업체들이 주인공인 전혀 다른 지형이 나온다.

7. 부록: 특허 스펙 표

권리 상태는 조사 시점의 구글특허 표기 기준이다. 만료 예정일은 US10145518B2가 2036-12-01, US10361246B2가 2037-10-19, US10910512B2가 2035-11-13으로 확인됐다.