삼성 무효심판을 버틴 인화인듐 양자점 합성 특허 4건

양자점은 크기가 고를수록 색이 선명합니다. 나노코는 카드뮴 없는 인화인듐 양자점을 고르게 키우려고, 모두 똑같이 생긴 아연·황 분자를 시드로 넣는 방법을 특허로 받았습니다. 삼성이 특허를 없애 달라는 심판을 냈지만 합성 특허 네 건은 모두 살아남았습니다. 삼성이 증거로 낸 문헌의 금 입자는 크기가 제각각이었고, 앞선 논문의 아연은 출발점이 아니라 조금 섞은 첨가물(도펀트)이었습니다.

1. 개요

1.1 같은 특허 넷, 세 번의 결말

영국 양자점 회사 Nanoco는 2020년부터 2026년까지 미국 법정에서 세 번 다퉜다. 상대는 삼성, LG전자, 일본 쇼에이화학이었고, 세 번 모두 합의로 끝났다. 그리고 세 번 모두 같은 특허 네 건이 한가운데 있었다. 양자점 입자를 만드는 방법에 관한 특허다.

금액만 나란히 놓으면 1억 5천만 달러, 500만 달러, 0이다. 이 편은 그 숫자의 이유를 추측하지 않는다. 대신 삼성이 무효심판에서 이 특허들을 무너뜨리지 못한 기술적 이유를 결정문 원문으로 읽는다. 뒤의 두 소송은 그 결정문 위에서 벌어졌다.

1.2 분석 범위

1.3 용어

2. 시드가 필요했던 이유

2.1 크게 부으면 온도가 갈린다

핫 인젝션은 작은 플라스크에서 잘 된다. 문제는 양을 키울 때다. ’423 특허 명세서의 배경기술은 그 한계를 이렇게 적었다.

양자점은 같은 재료라도 입자가 작으면 짧은 파장(푸른 쪽), 크면 긴 파장(붉은 쪽) 빛을 낸다. 인화인듐 양자점의 실측 크기 곡선(Almeida 외, Nano Letters 2023)으로는 사면체 모서리 약 1.5 nm가 첫 흡수 봉우리 약 450 nm, 약 2.5 nm가 약 530 nm, 약 5.6 nm가 약 650 nm다. 청색에서 적색까지가 모서리 길이 약 4 nm 차이 안에서 갈린다. 같은 재료로 디스플레이의 녹색과 적색을 내려면 입자 크기를 달리한다. 그래서 입자 크기가 제각각이면 한 색을 내야 할 양자점들이 조금씩 다른 색을 내고, 발광 스펙트럼이 넓어져 색 순도가 떨어진다. 아래 모델에서 크기와 크기 퍼짐을 움직여 보면 된다. ’828 명세서도 합성 중 발광 봉우리를 지켜보다가 「원하는 발광에 이르면(원하는 입자 크기에 이르렀다는 뜻이기도 하다)」 반응을 식힌다고 적었다.

명세서가 내놓은 해법은 핵을 반응 중에 만들지 않는 것이다.

그림 1. 두 합성법의 개념도. 왼쪽은 크게 부을 때 생기는 온도차, 오른쪽은 똑같은 클러스터를 시드로 미리 넣은 경우. 어느 구역에서 큰 입자가 나오는지는 명세서에 없어 크기를 구역과 무관하게 섞어 그렸다. 측정 데이터가 아니다

틀이 되려면 시드끼리 같아야 한다. 명세서는 그 조건을 정의로 박아 두었다. 분자 클러스터란 모든 분자가 같은 상대 분자량(’828은 분자식)을 가질 만큼 구조가 잘 정해진 클러스터이고, 「물 분자 하나가 다른 물 분자와 같듯이」 서로 같다고 적었다. 이 한 줄이 3절에서 다시 나온다.

2.2 인화인듐은 같은 재료로 시드를 만들기 어렵다

Nanoco는 LG전자 상대 소장에서 카드뮴이 독성 때문에 여러 나라에서 소비자 전자제품에 금지됐다고 적었다. 카드뮴 없는 양자점의 대표 재료가 인화인듐(InP)이다. 그런데 인화인듐으로 된 시드를 쓰기가 어렵다고 ’828 명세서 스스로 적었다.

이것은 출원인이 자기 발명이 왜 필요한지를 말한 대목이다. 지금도 그런지는 이 편이 확인하지 않았다. 명세서가 택한 답은 다른 재료의 시드를 빌리는 것이었다. 아연과 황으로 된 II-VI족 클러스터 위에 III-V족 인화인듐을 키운다.

그림 2. US7588828B2 도 3. 아연·황 분자 클러스터 [Zn10S4(SPh)16](310)에 인듐 전구체(320)와 인 전구체(330)를 넣으면 클러스터 위에 인화인듐 코어(350)가 자란다. 원본 도면을 90도 돌려 실었다

실시예는 수치도 적었다. 아연·황 클러스터 0.94 g으로 합성을 시작해 **「아연·황 분자 클러스터 위의 인화인듐 나노입자」**를 얻었고, 불산으로 처리한 코어의 발광 봉우리는 약 567 nm, 반치폭 약 60 nm, 양자효율 약 25~50 %였다. 아연·황 껍질을 입힌 뒤에는 약 535 nm, 반치폭 약 50~65 nm, 양자효율 약 35~90 %로 적혀 있다. 비교 기준이 명세서에 없어 이 수치의 좋고 나쁨은 판단하지 않는다.

2.3 소송에 나온 합성 특허 네 건

네 건 모두 Nanoco 명의 그대로다. 같은 소송의 다섯 번째 특허 ’068은 양자점을 담은 필름을 만드는 방법이라 이 줄기와 다르다.

3. 삼성의 선행문헌은 두 곳에 걸렸다

3.1 법원이 먼저 정의를 확정했다

Nanoco는 2020년 2월 14일 삼성전자, 삼성디스플레이, 삼성종합기술원, 삼성전자 VD사업부, 삼성전자 미국법인을 텍사스 동부지법에 제소했다. 삼성은 그해 11월 특허 다섯 건 모두에 무효심판을 청구했다.

법원의 청구항 해석(2021-05-11)에서 삼성은 「분자 클러스터 화합물」이라는 말이 불명확하다고 주장했다. 법원은 받아들이지 않았다. 특허권자가 명세서에서 이 말을 스스로 정의했다고 보고, 뜻을 **「금속 원자 셋 이상과 리간드로 된 클러스터로, 모든 분자가 같은 상대 분자식을 가질 만큼 구조가 잘 정해진 것」**으로 확정했다. 법원은 이 해석이 **「피고가 제안한 것과 실질적으로 같다」**고 덧붙였다.

특허심판원은 2021년 5월 19일 심판을 개시했고, ’423·’557·’365 결정문에서 **「법원의 해석에 동의한다」**고 적었다. 2022년 5월 16일 다섯 건의 최종결정이 나왔다. 삼성이 문제 삼은 청구항 가운데 무효가 된 것은 하나도 없었다.

그림 3. 삼성이 낸 무효심판 5건의 결과판. 가로줄 하나가 심판 한 건이고, 위 머리글은 삼성이 앞세운 선행문헌(괄호 안은 첫 저자), 칸 색은 그 논리가 무너진 이유다. 파랑은 「금 클러스터는 분자 클러스터 화합물이 아니다」, 주황은 「아연은 도펀트였다, 클러스터로 바꿀 이유가 없다」, 회색은 삼성이 구술심리에서 철회한 근거, 보라는 필름 특허에만 쓰인 별도 사유다

합성 특허 네 건(00183~00186)에는 모두 파랑과 주황이 함께 있다. 삼성이 앞세운 선행문헌이 네 건 모두에서 같은 두 곳에 걸렸다는 뜻이다. 이 두 곳이 2절의 시드 이야기와 그대로 겹친다.

3.2 첫째: 금 클러스터는 모든 분자가 같은 시드가 아니었다

Banin의 국제특허출원(WO 03/097904, 2003)은 금속 촉매로 반도체 나노막대를 키우는 방법이다. 촉매로 「지름 1.4 nm, 추정 분자식 Au101(PPh3)21Cl5」인 금 클러스터를 썼다. 삼성은 이 금 클러스터가 곧 분자 클러스터 화합물이라고 주장했고, 근거로 이 「추정 분자식」과 「평균 지름」을 들었다(’557 결정 p25).

심판원은 그 분자식이 어디서 왔는지를 거슬러 올라갔다. Banin은 금 클러스터를 Hutchison 연구진(Weare 외, 2000년 JACS)의 방법으로 만들었고, 그 논문은 분자식을 이렇게 얻었다고 적었다. 결정문은 이 과정을 **「평균 입경 1.5 nm를 바탕으로 금속 코어 속 금 원자 수를 추정했다」**고 풀었다(’423 결정 p23, ’557 결정 p26).

이 판단은 심판원의 것이다. 심판원은 Nanoco 측 전문가(Brandi Cossairt)의 증언이 설득력 있다며 받아들였다. 그 증언은 Hutchison이 금 입자를 「1.5 nm ±0.4 nm」, 곧 대략 1.1~1.9 nm에 걸친 분포로 적었다는 점을 짚었다. Banin 스스로 이 금으로 키운 나노막대의 지름 분포가 20~25 %라고 적은 것도 근거로 들었다. 두 문헌의 전자현미경 사진에 대해서는 **「의미 있는 차이를 가려낼 수 없다」**고 적었다.

평균 크기에서 분자식을 뽑으면 그 식에 딱 맞는 입자가 얼마나 될까. 아래 모델에서 크기 퍼짐을 움직여 보면 된다.

퍼짐을 0.4 nm로 두면 원자가 정확히 101개인 입자는 2 %가 안 된다. 퍼짐을 0으로 내리면 모든 입자가 같은 식을 갖는다. 그것이 특허가 정의한 분자 클러스터 화합물이다. 금 클러스터에 붙은 Au101은 이름표였지 모든 분자가 공유하는 식이 아니었다.

Banin을 앞세운 근거는 네 결정 모두에서 이 판단에 걸렸다. ’365 결정문은 이 판단이 Banin 신규성 근거와 Banin 단독 진보성 근거를 함께 처리한다고 적었다(p30).

3.3 둘째: 인화인듐에 넣은 아연은 시드가 아니라 도펀트였다

삼성의 두 번째 길은 Zaban의 1998년 논문(Langmuir)이었다. 산화티타늄 전극을 감광시키려고 인화인듐 양자점을 만든 논문이다. 인듐 옥살산염과 인 전구체를 260~280 °C에서 사흘 동안 가열했고, 여기에 아세트산아연을 넣었다. 인화인듐 합성에 이미 아연이 들어가 있었던 셈이다.

삼성은 이 아세트산아연 자리에 아연 원자 열 개짜리 클러스터를 넣으면 청구항이 된다고 주장했다. ’828·’365 심판에서는 Farneth 논문의 Zn10S6Ph12를, ’423·’557 심판에서는 Ptatschek 논문의 Zn10O4(OAc)12를 가져왔다.

걸린 곳은 아연의 역할이었다. Zaban은 아연을 도펀트로 넣었고, 인듐과 아연의 비율을 **「입자마다 평균 Zn2+ 이온 하나」**가 되도록 맞췄다. 결정문 하나(’557 결정, p35)가 든 비율로는 인듐 약 1,000개에 아연 하나다.

그림 4. 인화인듐 입자 속 아연. 왼쪽은 도펀트로 넣은 아연 하나(Zaban), 오른쪽은 아연 열 개가 한 분자로 묶인 클러스터 위에 코어를 키운 경우(’828 실시예). 개수만 원문에서 가져왔고 위치와 크기는 개념도다

Nanoco는 서면에서 **「그 클러스터를 넣은 양자점은 어느 것이든 Zaban이 요구하는 아연의 최소 열 배를 갖게 된다」**고 주장했다. 심판원은 이 주장이 옳다고 받아들였다(’828 결정 p40~41, ’423 결정 p34, ’365 결정 p45). 그리고 스스로 이렇게 판단했다.

네 결정은 이 대체가 **발명을 본 뒤에 거꾸로 맞춘 재구성(hindsight)**에 기댄다고도 적었다. 하나 조심할 점이 있다. ’365 결정은 청구항이 입자당 아연 하나를 요구하는 것은 아니다라고 먼저 밝혔다(p45). 심판원이 가른 것은 시드와 도펀트의 과학적 경계가 아니라, 도펀트로 설계된 공정에 아연 열 개짜리 클러스터를 넣을 이유가 있었느냐였다.

3.4 그 밖의 근거

• Herron (’828·’365): 삼성은 Banin의 금 촉매 자리에 Herron 논문의 황화카드뮴 클러스터를 넣자고도 했다. ’365 결정은 금 클러스터 판단과 별도로, Banin의 방법은 금속 촉매가 필요한데 그 클러스터는 **「금속이 아니다」**라는 이유를 하나 더 들었다(p36). ’828 결정도 이 차이를 삼성이 설명하지 못했다고 적었다(p31)
• Lucey와 Ahrenkiel (’423·’557·’365): 삼성이 2022년 2월 23일 구술심리에서 이 근거를 스스로 철회해 판단이 없다
• 필름 특허 ’068 (00182): 선행문헌 Dubrow의 서로 다른 두 단락이 같은 실시예라는 입증이 없다는 이유로 유지됐다. 합성과 무관해 이 편의 분모에서 뺐다

4. 결정문 뒤의 두 소송

4.1 삼성: 항소 기각과 필름 특허의 이동

삼성은 합성 특허 결정에 항소했다. 연방항소법원은 2023년 2월 8일 항소 네 건(22-1848~1851)을 당사자 합의에 따라 기각했다. Nanoco를 대리한 로펌은 합의 규모를 1억 5천만 달러로 발표했다. 한 달 뒤인 2023년 3월 7일, 필름 특허 ’068과 그 계속출원 세 건, 모두 네 건이 삼성전자로 양도됐다(미국 양도기록). 합성 특허 네 건은 Nanoco에 남았다.

4.2 LG전자: 결정문이 소장의 근거가 됐다

Nanoco는 2025년 4월 24일 합성 특허 네 건으로 LG전자와 LG전자 미국법인을 제소했다. 소장은 문제 삼은 제품으로 양자점이 든 LG 제품 전부를 들고 LG전자 QNED TV(LCD) 시리즈를 열거했다. 그리고 특허가 유효하다는 근거로 삼성 사건의 최종결정문 네 건을 각주에 직접 인용했다. 「특허심판원이 40개가 넘는 청구항을 심리해 신규성과 진보성을 확인했다」는 주장이다.

소장에는 두 회사의 과거도 적혀 있다. LG가 2007년부터 Nanoco의 양자점 기술을 평가했고 2012~2017년 함께 일했으며, 2012년 3월 Nanoco가 ’828 특허를 LG에 적시했다는 내용이다. 모두 원고의 주장이다.

2025년 11월 20일 Nanoco는 **「잘못을 인정하지 않는 합의(no-fault agreement)」**로 LG전자와의 소송을 끝냈다고 공시했다. 총액은 500만 달러이고 나머지 조건은 비공개다. 이듬해 1월 15일 LG전자와 LG전자 미국법인에서 원천징수 10 %를 뺀 450만 달러를 받았다고 공시했다.

4.3 쇼에이: 공급사가 먼저 법원에 갔다

쇼에이를 알려면 Nanosys부터 봐야 한다. Nanosys는 Nanoco와는 다른 미국의 양자점 제조사다. Nanoco 공시에 따르면 일본 전자재료 회사 쇼에이화학이 2023년 9월 Nanosys의 자산 대부분을 금액을 밝히지 않고 사들였다. 쇼에이 소장에 따르면 캘리포니아 밀피타스에 있는 미국법인(Shoei Electronic Materials)이 쇼에이 양자점 기술의 연구개발과 판매를 맡는다. Nanoco는 공시에서 쇼에이를 「세계적인 기술 기업 여러 곳에 양자점을 공급하는 회사」라고 적었다. 쇼에이는 Nanoco 특허를 산 회사가 아니라, 다른 양자점 회사를 사서 양자점 공급사가 된 회사다.

LG 사건이 취하된 2025년 11월 21일, 쇼에이화학과 미국법인이 버지니아 동부지법에 자신들은 Nanoco 특허를 침해하지 않는다는 확인을 구하는 소송을 냈다.

쇼에이의 소장은 이유를 적었다. 쇼에이 양자점이 LG의 일부 제품에 쓰였고, Nanoco가 LG 사건의 침해 주장에서 쇼에이 제품과 제조 방법을 광범위하게 인용했다는 것이다. Nanoco가 LG 사건에서 보낸 질문서가 「2023년 9월 이후 캘리포니아 밀피타스에서 쇼에이 기술로 만들어 LG 제품에 들어간 양자점 생산 기록」을 요구했다는 대목도 인용했다.

Nanoco는 2026년 1월 12일 같은 네 건으로 반소를 냈고, 2월 23일에는 애플을 공동당사자로 추가하겠다고 신청했다고 공시했다. 신청 이유와 법원의 결정은 공시에도 공개 도켓에도 나오지 않는다. 3월 26일 두 회사는 합의로 끝냈다.

여기서 센서 분야는 빛을 내는 쪽이 아니라 받는 쪽이다. Nanoco는 회사 소개에서 자사 양자점이 센서·전자·디스플레이 시장을 겨냥한다고 적고, 그중 근적외선을 흡수하도록 맞춘 제품군은 카메라와 이미지 센서에 쓰인다고 밝혔다. 두 회사는 서로 다른 쪽을 하나씩 비워 준 셈이다.

이 합의로 특허 주인이 바뀌지는 않았다. 합성 특허 네 건은 그대로 Nanoco 명의다. 쇼에이가 얻은 것은 디스플레이용 양자점을 만들어 팔아도 Nanoco에게 고소당하지 않는다는 약속이고, 그 약속은 쇼에이 양자점을 쓰는 고객에게도 미친다.

5. 이 분석이 말하지 않는 것

• 소장의 내용은 원고의 주장이다. 어느 제품이 어느 청구항을 실제로 침해했는지는 어느 법원도 판단하지 않았다
• 합의 금액이 줄어든 이유는 모른다. 1억 5천만 달러, 500만 달러, 0은 날짜와 함께 나란히 놓았을 뿐 특허 만료나 결정문과의 인과는 자료로 댈 수 없다
• 「III-V족 클러스터는 만들기 어렵다」는 2000년대 명세서의 서술이다. 지금의 기술 수준은 확인하지 않았다
• 아연 조건에서 심판원이 판단한 것은 「바꿀 이유가 없다」이다. 시드와 도펀트를 가르는 과학적 기준을 세운 것이 아니다
• 결정문 안에서 정의 문구가 「같은」과 「대략 같은」으로 섞여 쓰인다. 이 편은 법원 해석의 문구를 따랐다
• 애플 공동당사자 추가 신청은 원문을 보지 못했다. 공개 도켓에 없고 유료 조회 시스템에만 있다
• 삼성·LG 합의의 나머지 조건, 삼성 합의가 라이선스를 포함하는지는 원문으로 확인하지 못했다
• 독일·중국 등 미국 밖 절차는 다루지 않았다

6. 언제 풀리는가

그림 5. 세 소송의 기간과 합성 특허 네 건의 만료일. 붉은 선이 이번 호(2026-09-22)다. 날짜만 놓았고 사건 사이의 인과를 뜻하지 않는다

아연·황 클러스터 위에 인화인듐을 키운 입자를 청구한 ’828은 이번 호가 나가고 35일 뒤 만료된다. 같은 날 우선권을 가진 ’365는 이미 끝났고, 시드 합성 방법 자체를 청구한 ’423이 2028년 1월까지 가장 오래 남는다.

만료는 그 청구항으로 그 뒤의 사용을 막을 수 없게 되는 날이다. 만료 전 기간의 사용을 두고 다투는 일까지 그날 사라지는 것은 아니다. 이 편에 그 예가 있다. ’365는 Nanoco가 LG전자를 제소하고 사흘 뒤인 2025년 4월 27일에 만료됐는데도 소장에 적힌 네 건 안에 들어 있었다.

무엇이 언제 풀리는지는 그 특허가 물건을 청구했는가 방법을 청구했는가에 따라 다르다. 네 건 중 물건을 청구한 것은 둘이다. ’365(분자 클러스터 위에 코어를 올린 입자)는 이미 끝났고, ’828(12·16족 클러스터 위에 13·15족 코어)이 2026년 10월 27일에 끝난다. 그날이 지나면 이 특허군에서 입자 자체를 청구한 권리는 남지 않는다. 남는 둘은 방법이다. ’557은 코어에 껍질 두 겹을 올리는 제조 방법을 2027년 1월까지, ’423은 분자 클러스터를 넣어 키우는 제조 방법을 2028년 1월까지 청구한다.

방법 특허는 물건 특허와 미치는 자리가 다르다. 미국 특허법은 그 방법으로 만든 물건을 미국에 들여오거나 파는 행위도 침해로 본다(35 U.S.C. §271(g)). 삼성 상대 소장은 방법을 청구한 ’423과 ’557에 이 조항을 걸었고, 물건을 청구한 ’365에는 걸지 않았다. 그래서 양자점을 나라 밖에서 사다 쓰는 쪽에도 ’423의 만료일이 의미를 갖는다.

세 번의 분쟁은 모두 이 기간 안에서 일어났다. 삼성은 2023년 2월에 1억 5천만 달러로 끝냈고, LG전자는 2025년 11월에 잘못을 인정하지 않는 합의로 끝냈다(합의금 500만 달러는 2026년 1월에 받았다). 쇼에이화학은 2025년 11월에 먼저 법원에 가 침해가 아니라는 확인을 구했다. 이 기사가 다루는 네 건에 관해 지금 확인되는 사실은 여기까지다.

7. 그래서 지금은 어디에 있나

이 편이 다룬 특허는 양자점 알맹이(코어)를 만드는 법이다. 2004~2005년 출원이고 앞으로 1~2년 안에 끝난다. 그 사이 양자점 재료의 싸움터는 코어 바깥으로 옮겨 갔다. 합의 한 달 뒤 삼성전자로 넘어간 ’068은 양자점을 담은 필름을 만드는 방법이고 2035년까지 남는다. 지난 호에서 다룬 양자점 색변환층 특허 316건은 청색 빛을 적색·녹색으로 바꾸는 윗판, 곧 입자가 아니라 입자를 어떻게 배치하고 가두는가를 청구한다. 만료도 대부분 2030년대다.

그러나 이 편의 주제인 크기 균일성은 지금도 끝난 문제가 아니다. 시뮬에 쓴 2023년 논문은 인화인듐 양자점을 「독성 때문에 규제받는 카드뮴계의 주된 대안」이라고 부르면서, 같은 논문에서 이렇게 적었다.

같은 논문에서 입자 하나의 발광 폭은 60~80 meV인데, 그 입자들을 모아 재면 200 meV를 넘었다. 차이는 입자마다 크기가 다르다는 데서 온다. 2004년 명세서가 「온도차 때문에 크기 분포가 넓어진다」고 적은 문제와 같은 자리다. 나노코가 시드로 답했고, 그 답이 법정에서 지켜졌지만, 재료 쪽에서는 여전히 풀리는 중이다.

회사들의 자리는 갈라졌다. 나노코와 쇼에이화학은 2026년 3월 합의에서 디스플레이와 센서로 분야를 나눠 서로를 제소하지 않기로 했다. 나노코의 2026년 7월 결산 속보를 보면 라이선스를 뺀 매출은 150만 파운드이고, 영업은 「주로 센서 쪽」이라고 적혀 있다. 양자점 코어를 누가 만드느냐의 다툼은 이렇게 정리됐고, 남은 자리는 그 코어를 어디에 어떻게 얹느냐로 옮겨 갔다.