성공하는 IP-R&D전략 - 특허로 본 LED융합조명 기술동향
IP-R&D 성공전략은 한국산업기술진흥협회 와 한국지식재산전략원간 협력사업의 일환으로 한국지식재산전략원에서 제공합니다.
서론
LED 조명의 등장으로 조명산업이 ‘전자기기’ 산업으로 변하고 있다. 전통조명은 램프, 안정기, 등 기구로 부품이 분리되어 등기구 조립 및 가공기술이 중요했다면 LED 조명은 램프와 등기구의 구분이 무의미해지고 IT기술을 통해 Dimming, Color Control 등 다양한 기능을 갖춘 전자제품화가 되어 감성조명, 빌딩 네트워크 조명 등 다양한 공간연출 기능을 지닌 융·복합 조명이 주류가 될 것으로 보인다.01
이와 같은 융·복합 조명분야는 LED 조명기술과 이종산업 기술과의 융합을 통해 정보통신(IT), 의료, 재생에너지, 엔터테인먼트 등 다방면으로 활용되어 산업발전에 큰 영향을 미칠 것으로 사료된다.
따라서 여기에서는 LED융합조명 분야에 대한 특허분석을 통해 특허관점의 유망 연구개발 아이템을 제시하고자 한다.
환경분석
2014년 LED 관련시장은 조명시장이 본격화되면서 새로운 성장기에 접어들고 있다.
휴대폰산업에서 휴대폰 키패드와 LCD BLU에 LED가 채용되면서 LED의 1차 성장기를 열었고, 2008년 이후 Note PC, Monitor, TV 등에 Backlight로 채용되면서 2차 성장기를 맞이했었다.
이제 친환경 정책의 흐름을 타고 기존 백열등, 형광등 시장이 LED조명 위주로 변화하기 시작하면서 본격적으로 3차 성장기가 열리고 있다.02
현재 고효율, 친환경 광원산업인 LED 조명산업은 국가적 차원에서 에너지정책 추진의 중요한 부분을 차지하고 있는 관계로 에너지 절감, 신성장 동력 창출 및 국가경쟁력 확보를 목표로 정부차원에서의 지원확대가 매년 증가하고 있다.
미국, 유럽연합, 중국, 일본의 경우 모두 현재 LED 조명기술의 한계로 인해 가격측면에서 향후 경쟁력 확보가 어렵다는 것을 인지하여, 정책적으로 고효율 원천기술 확보의 필요성을 시사했고, 우리나라의 경우 LED성장동력산업 지정 광주산업지역 특화 LED시험센터 설립(2004년), LED산업 신성장 동력화 발전전략(2008년) 등을 통해 공공기관의 LED조명 보급률을 향상시켰으나, 민간부문에서는 다소 부진했던 것이 사실이다.
그러므로 시장유통 중인 LED조명의 사후관리와 관련된 제도적 측면의 구체적 보완이 필요할 것으로 판단된다.
LED 조명시장의 경우 융·복합 시대로의 진화에 따라 단순조명 LED시장에서 LED융합 기술로 발전하고 있으며, 기존 대체형 시장에서 감성중심, 디자인 요소를 고려하고 새로운 기능성을 갖는 LED시스템조명, 농생명, 해양 등과의 융합을 통한 다양한 신(新)비즈니스 모델 창출이 예상된다.03
다만 기술적 측면에서 원천기술이 미비하여 전략제품 개발이 취약할 뿐 아니라, 중소기업 위주의 산업특성으로 자본력이 취약하고 단기투자의 성향을 가진 약점이 있다.
또한 국내외 선진 기업의 기술봉쇄 및 견제에 따른 대-중소기업간의 기술 격차가 높으며 후발국들의 기술추월에 따른 압박이 예상된다.
특허동향 분석
2014년 2월부터 LED분야 및 레이저분야 전반에 걸쳐 진행한 LED/광산업 분야의 청사진 구축사업은 약 15만건의 유효특허(로데이터: 40여만건)를 기반으로 구축되었고, 이중 LED 융합조명 분야로 분류된 약 6만 3천여건의 핵심특허를 구분하여, 1993년 이후 출원된 한국, 미국, 일본, 유럽 및 PCT특허를 대상으로 관련특허를 추출·분석하였다.
(1) LED/광 산업분야 IP전략기술 체계
청사진 구축사업에서는 ① 사회Needs 반영, ② 기반산업 경쟁력강화, ③ 미래선도형 원천기술 확보, ④ 신산업 수요창출 등 4가지 Mega Trend를 큰 방향꼭지로 삼아 LED광을 성숙산업인 LED/OLED와 발전산업인 레이저광으로 1차적 분류를 했고, LED와 레이저산업은 각 제품에 활용되는 부품/소자 등을 생산하는 후방산업인 기반산업과, R&D결과물을 제품으로 연계하는 전방산업인 응용산업으로 탐색방향을 차별화해 IP전략기술 체계를 구축하였다. 여기에서 다루는 LED 융합조명 분야는 LED/OLED대분류에 포함된 중분류이다.
(2) LED 조명분야 특허동향 분석
특허의 양적 측면으로 볼 때 융합조명을 포함한 LED/광 조명분야 전체의 20년간 출원점유율을 조사한 결과, 1993년부터 최근까지 꾸준한 출원양상을 보이는데, 주요국 특허청 모두에서 2005년 이후의 출원점유율이 급증한 것이 특징이다.
특히 미국 출원량은 전체건의 30%를 차지하며 가장 높게 조사되었고, 뒤를 이어 일본 및 중국/대만의 출원량이 비슷한 양상을 나타냈다. 해당 주요국의 경우 매년 약 2,000건 이상의 관련특허가 출원되고 있다( 그림 2 참조).
(3) LED 조명분야 주요출원인 현황분석
LED조명분야 전체특허건의 메이저 출원인 조사결과, PHILIPS(社)가 가장 많은 출원점유율을 기록한 다출원인으로 분류되었다.
해당기업은 포트폴리오 강화를 목적으로 2007년에 COLOR KINETICS(社)를 매입하였는데, 이는 다양한 분야의 응용제품 개발에 착수하려는 취지라 추측된다.
전반적 출원인 현황을 살펴보면 대기업 중심의 특허활동이 진행되는 것으로 나타나는데, 중국/대만 시장을 기점으로 미국 - 일본 - 한국 출원인의 진입경쟁률이 높은 것으로 파악되었다. 또한 한국 국적의 KEY Player로 삼성전자(社)와 엘지이노텍(社) 이외에 서울반도체 등의 출원활동이 높은 것으로 파악되었다( 그림 3 참조).
(4) LED 융합조명분야 특허소송 동향
글로벌화 된 세계경제에서 치열한 경쟁을 벌이는 국내외 기업들의 사활을 결정하는 주요요인으로 특허가 대두되고 있다.
최근들어 각 기업간 특허전쟁은 보다 공격적 형상을 취하면서 시장방어를 위한 소송을 뛰어넘어 특허소송 자체를 비즈니스화한 모델들도 등장하는 추세이다.
해당분야에서 많은 분쟁이 일어난 분야를 파악한 결과, 원자력발전소 및 수력/화력발전소 와 같은 극한환경에서도 안정적 성능을 구현해야 하는 내장형 LED조명기구 분야에서 많은 분쟁이 야기되고 있었다.
주목할 점은 극한환경 조명기술에 대한 핵심특허 128건 중약 80%에 해당하는 104건의 특허분쟁이 최근 출원한 특허들로 구성되었다는 점이다.
극한환경 기술은 극지/극한 환경/광대역 온도범위에서 조명신뢰성을 확보할 수 있는 내환경성(기밀/방열/구동/전원/방수/방진 등) LED 조명기술로서, 관련 특허문헌을 통해 도출된 연구집중 분야를 살펴본 결과, 방열향상을 위한 방열/냉각수단 개선기술 및 발광효율 향상을 위한 반사/굴절률 제어 및 광원의 색/파장 제어기술과 같은 분야에 집중하고 있으며, 최근 들어 발광효율성 향상을 목적으로 첨가제 및 충진제를 첨가하는 특허를 출원하는 추세를 보였다.
다만 국내기업이 출원한 특허의 경우 휴대성이 용이하도록 배터리/전지를 내장하거나 회로구조/기판을 개선한 기술 등으로 구성된 해외 선도기업의 특허에 비해 출원율이 다소 떨어지는 양상을 보인 관계로 이와 관련한 개선책이 필요한 시점이다( 그림 4 참조).
극한환경 조명분야의 경우 기업 중심의 특허출원 활동이 지속되고 있으며, 최근 대학/공공기관의 출원이 급증하고 있는데, 올해 부경대학교(책임: 유영문 LED - 해양융합기술센터장)에서 점화능력을 본질적으로 억제하는 방폭구조를 적용하여 정상상태뿐만 아니라 사고시에도 가연성 물질에 의해 폭발할 위험이 없는 해양/선박/플랜트등 고부가가치 선박에 사용가능한 LED조명 기술을 개발하여 시제품 제작 및 상용화를 추진한 사례를 통해 뒷받침할 수 있다.
또한, 많은 소송을 제기하는 원고기업 TOP 3(SIMON NICHOLAS SIMON NICHOLAS RICHMOND(社), PHILIPS(社), INNOVATIVE DISPLAY TECHNOLOGIES(社))의 제소기술 분야를 살펴본 결과, SIMON NICHOLAS SIMON NICHOLAS RICHMOND(社)의 경우 극한환경 조명기술과 재생에너지 이용 고효율 조명기술에 대해 높은 제소율을 나타냈고, PHILIPS(社)의 경우 농업조명과 대용량 고출력이 가능한 경기장 조명기술에 높은 제소율을 보이면서 농업/도로/경관/무대 등 다양한 융합조명분야에서도 분쟁을 야기하는 것으로 나타났으므로, 해당분야에 대한 꾸준한 모니터링이 필요할 것으로 사료된다.
최대 소송제기기업 TOP 3 중 하나인 PHILIPS(社)의 경우 다양한 분야의 응용제품 개발을 위해 2007년 6월에 포트폴리오 강화를 목적으로 2007년 COLOR KINETICS(社)를 매입한 것으로 추측 되는데, 특허침해 소송이 발생한 경쟁기업 보유의 특허문헌을 살펴본 결과, 대다수가 다기능성 위주의 융합조명제품으로 조사되었다.
(5) LED융합조명 분야 미래유망 기술 2선
청사진 구축사업에서는 각 핵심기술별로 IP부상성 평가, IP장벽성 평가 및 IP유망성을 평가하여 LED/광 분야 10대 유망기술을 도출하였는데, 이중 LED융합조명 기술과 관련된 미래 유망기술 2선을 제시해본다.
LED시스템 조명기술은 크게 지능형조명/구동회로/쌍방향통신 기술을 포함한다. 이중 대표적으로 시스템 조명기술에 대한 특허분석 결과를 요약해 보고자 한다.
지능형조명 기술은 AFLS를 이용하여 스티어링휠 조향방향에 따라 전조등의 방향을 조절하거나 도로 및 주행환경에 따라 운전자에게 최적의 시야를 확보하는 기술로서, LED램프에 공급되는 전류를 제어하여 운행간 마주오는 차량 또는 보행자의 눈부심 방지가 가능함이 주요특징이다.
이와 관련한 특허문헌을 살펴본 결과, 주변 환경의 변화에 따라 헤드램프 배광패턴을 생성하기 위하여 LED조명 내부 반사판/렌즈의 구조나 수량을 변경하는 기술들이 주를 이루고 있으며, 최근 발광색 개선을 위하여 개별광원의 색온도를 설정하거나 발광효율(광 출력, 휘도 등)의 향상을 목적으로 반도체 소재/구조를 변경하는 기술과 관련한 특허출원이 급증하는 것으로 나타났다.
그리고, 또다른 미래유망 기술로 도출된 LED 환경안전 기술은 ① 사람에 대한 환경안전 기술로 안구/피부에 자외선이 흡수됨을 방지하거나 인체에 유해한 자외선을 분해하는 조명 분야, ② 빛 공해로 인한 생태계 및 농작물, 인체건강과 활동에 미치는 해로운 영향을 방지하는 조명기술로 빛공해 방지를 위한 조명기구 및 조명방식, LED전용 조명갓 및 반사판, 차단막기술 분야, ③ 시각장애인(신체 적약자)에게 정보전달을 위한 조명분야 및 ④ 화재발생 감지 및 표시장치/기술, 피난유도 시스템, 사고 및 재난·재해발생시 발광면 신호 및 점멸패턴으로 탈출경로를 알리고 조명하는 비상 조명 시스템, 건물 통합 조명시스템과 연계된 비상조명시스템 분야로 분류된다.
해당기술은 점·소등, 광도조절 등 디밍제어를 위하여 정지, 회전각, 속도 등 차량 주행상태를 검출하여 제어하는 기술과 조명 유닛/조명영역별로 개별제어하는 기술, 광 출력/휘도 등 발광효율의 향상을 위하여 나노입자/형광체 등 광학소재를 변경하는 기술 및 쉐이드(빛 차단 부재)의 구조를 변경하는 기술에 대한 특허 출원이 꾸준히 지속되고 있었으며, 특히 구조적으로 발광부/수광부를 설치하거나 조명밀폐 개선을 통해 광출력/배광패턴을 제어하여 외부전압 공급회로로 설정하는 분야에 대한 특허출원을 집중하고 있다.
맺으며
점차적으로 LED 조명기기의 실생활 이용추세가 점차 확대되고 있으나, 관련 원천기술을 보유한 해외 선도기업이 세계시장을 선점하고 있는 상황이다.
또한 중국/대만 업체의 거센 저가공습이 더해져 국내업체들의 경쟁력 확보가 난해한 현실을 볼 때 이를 타계하기 위해 LED의 특수기능을 다양한 분야로 활용한 융합산업의 토양을 마련하고, 기존제품 또는 기술을 좀더 새롭고 편리하게 개량하여 경쟁력을 강화한 개량특허 개발을 통해 글로벌 시장선점을 위한 선제적 대응이 필요한 시점이다.
즉 종래에 보편화된 단순 LED 응용 기술이 아닌 LED기반 고유의 기능적 측면을 최대한 활용하여 전·후방산업으로 다방면화된 융합기술 개발이 뒷받침되어야만 경쟁력 확보가 가능할 것으로 판단된다.
따라서 향후 해당분야 지재권에 대한 세밀한 조사/분석을 선행한 R&D활동이 적극 필요할 뿐 아니라, 도출된 결과물을 통한 전략적 특허경영을 통해 우리나라가 잘할 수 있는 영역에 집중한다면 원천기술이 강한 기술 강국으로 도약할 수 있을 것으로 기대한다.
01 LED 조명기기 EMI 국제표준화 동향, 성관영(2012)
02 LED 스마트 조명산업 및 시장 동향, 남정호(2014)
03 산업기술 R&BD 전략, KEIT(2014)