희토류 필요 없다

지난 30년 백색 LED를 만들려면 [그림 1]와 같이 Blue CHIP에 YAG(Yttrium Aluminum Garnet) 등 희토류가 있어야만 만들 수 있었다. 그러나 이번 서울바이오시스는 희토류 없이 10㎛의 MICRO 크기까지 백색을 발광하는 CHIP을 개발, 양산에 성공했다고 28일 밝혔다.

서울바이오시스와 서울반도체는 반도체 60년 역사에 혁명이라 할 수 있는 Package가 필요 없는 WICOP기술로 눈에 안보이는 100㎛ 이하 크기의 UV, Blue, Green, Red, IR LED를 개발 양산하며 MICRO LED의 시장을 열었다. 두 회사는 WICOP CHIP에 희토류(REE·Rare Earth Elements)가 필요 없이 백색까지 구현하는 WICOP 3세대 광반도체를 개발했다.

[그림1] 새로운 발명 백색 ‘WICOP3’

█ 경제적 의미
1) 백색 LED시장
금번 희토류가 필요 없는 백색 광 반도체의 경제적 의미는 첫째, 전체 LED 패키지 기준 세계시장 규모 $15B에서 백색 LED시장 약 $10B을 이번 희토류가 필요 없는 WICOP 3세대 기술로 대체할 수 있게 되었다는 것이다.  둘째, 보다 중요한 것은 세계최초로 눈에 보이지 않는 100㎛ 이하 크기의 MICRO LED로 백색 광 반도체를 구현할 수 있게 되었다는 것. 셋째, 희토류와 패키지가 필요 없어 많은 환경 오염을 만드는 희토류 등 사용하지 않는 것은 물론, 인공으로 만든 실리콘 수지, 플라스틱, 리드프레임 등을 사용하지 않아 매우 친환경 제품이라는 것과 제조원가가 1/2수준이라는 것이다.

2) 새로운 시장 창출
진공관에서 소형화된 트랜지스터 발명으로 전자분야에 엄청난 새로운 시장을 창출했듯 MICRO 백색 광 반도체가 수명측면에서도 인공으로 만든 유기물인 플라스틱이나 실리콘 등을 사용하지 않고 자연의 물질인 GaN만으로 백색을 구현 반영구적이어서, 수십 년 사용할 수 있다. 예를 들어 조명 시장에서 등기구를 사용 벌브를 교체해야 하는 번거러움과 높은 비용구조의 등기구 없이 벽지나 창문 글라스에 눈에 안 보이는 MICRO 광 반도체로 조명을 할 수 있게 하며 기존 백색 LED시장 $10B의 몇 십배의 새로운 시장을 창조할 수 있을 것으로 기대한다.

█ 성능
이번 첫 양산 제품은 국제표준 CIE좌표의 백색 영역 내에서 눈에 안보이는 MICRO 25㎛×10㎛ 인 칩에서 0.015lm를 구현했다. 밝기 효율로는 첫 양산부터 100lm/W 가까이 달성하였고 2년내 200lm/W를 목표로 하고 있다. 특히 기존 Chip 크기 1000㎛×1000㎛에서 50 lm을 달성했다.

[그림 2]WICOP 3 크기별 밝기 비교

█ 기술적 의미
중요한 기술적 포인트는 그 동안 백색을 만들려면 WICOP기술로 CHIP을 작게 만들어도 희토류로 패키지를 해야 백색을 구현할 수 있었기 때문에 1000㎛이하를 만들 수 없어 Cost를 획기적으로 낮출 수 없었고, 크기도 눈에 안 보이는 0.1㎜ 즉, 100㎛이하 마이크로 백색 LED를 구현할 수 없었다. 그러나 이번 희토류가 필요 없는 기술 발명으로 1000㎛이상 큰 CHIP도, 100㎛이하의 MICRO LED도 백색을 구현할 수 있게 되어 1948년 미국 벨 연구소가 진공관 시대에서 트랜지스터 시대를 연 것 같이 서울반도체와 서울바이오시스가 보기 위해 눈에 보이는 LED를 만들던 시대에서 눈에 보이지 않는 R, G, B, IR, UV는 물론 백색까지 구현할 CHIP을 발명하게 되어 다양한 AR과 AI통신까지 보다 넓은 광 반도체 시대를 열게 되었다.

[그림 3] 반도체 Flip CHIP과 WICOP CHIP비교

※ WICOP기술 COPY하며 Flip CHIP이라 말하는 나쁜 기업이 있다. 그것을 알면서도 사용하는 거대 기업도 있다.

█ 개발배경과 진화 역사
2010년대부터 한국에 10개 넘는 거대 기업들이 LED 시장에 진입하고, 중국에서는 300개가 넘는 기업들이 LED시장에 진입하며 갈수록 가격 경쟁이 치열해지는 LED시장에서 생존하고 성장하기 위해서는 “전략적인 획기적 차별화 기술이 필요하다” 판단한 이정훈 창업자는 물리학을 전공한 배경으로 때로 수익이 안 나고 어려운 환경에도 매년 $100M내외를 연구 개발에 지속 투자하며 신발명에 집중해왔다. 실리콘 반도체도 광 반도체도 모두 물질이 소프트하고 먼지, 습도에 취약해 지난 60년 모두 패키지를 사용했다.

1) WICOP 1세대

서울반도체 창업자 이정훈은 어느 날 밤 “왜 반도체는 패키지를 해야 하지?”라는 심플한 의문과 도전으로 오랜 연구 끝에 반도체 역사 처음으로 패키지가 필요 없는 WICOP CHIP을 2018년 개발, 대량양산에 성공하였다. 그리고 이 패키지가 필요 없는 WICOP기술은 마치 실리콘 반도체에서 진공관 튜브가 트랜지스터로 그 다음 트랜지스터(TR) 수십, 수백 개를 하나의 IC로 만들며 발전했듯, 광 반도체에서도 ‘패키지가 필요 없는 WICOP기술이 눈에 보이지 않는 100㎛이하의 MICRO LED도 만들 수 있다’ 확신하고 미국 UCSB대학과도 지난 20년간 공동 연구 개발도 하며 1㎛급 개발도 성공했다.

2) WICOP 2세대
또 하나 획기적 기술 발명은 LED는 빛에 방향을 조절하려면 렌즈가 필요했다. 그러나, 이정훈 창업자는 다시 “왜 렌즈를 써야만 하지?”라는 물음에서 렌즈가 필요 없이 빛에 방향을 조절하는 그리고, “왜 가정용 전원은 110V, 220V인데 반도체는 꼭 3V에서만 작동해야 하지?”라는 물음에서 기존 3V보다 높은 고전압 12V or 24V에서도 작동하는 WICOP 2를 개발 성공했다. WICOP 2는 전기 자동차나 하이브리드 자동차가 고전압 배터리를 쓰므로 고전압 광반도체를 사용시 전력 소비를 20%줄일 수 있어 미국 테슬라 등 글로벌 회사에 공급중이다.

3) WICOP 3세대
그리고 3세대 WICOP 제품은 “왜 백색을 만들려면 희토류를 써야만 하지?”라는 의문에서 “이번 발표된 백색을 구현할 수 있는 WICOP 3를 개발 성공, 양산을 시작하게 되었다”고 이정훈 서울반도체 창업자는 밝혔다.

[그림 4] Package없는 반도체 WICOP 기술 진화

█ 향후 계획

서울 그룹(서울반도체·서울바이오시스)은 이번 4분기부터 WICOP 3를 양산 시작하며 그동안 지식 재산을 존중하며 자사의 제품을 주력으로 사용해온 고객들부터 우선적으로 공급할 것이라고 밝혔다. 이제 WICOP 3기술은 희토류 없이 백색을 구현함은 물론 눈에 보이지 않는 100㎛급 이하 크기에서도 반영구적인 꿈의 백색 광원을 구현할 수 있게 되었지만, ‘회사는 고객과 경쟁하지 않는다는 원칙을 지킨다(Keeping Principle)’며 중요 고객들과 새로운 응용 시장도 함께 개척해 나갈 예정이다.

█ 그리고 Supply Chain 파트너를 찾고 있다며…

광 반도체 시장은 서울반도체 계열사인 서울바이오시스에서 WICOP기술로 눈에 보이지 않는 100㎛이하의 MICRO광반도체를 만들 수 있게 하며 이제 AI의 대용량 data전송을 1㎝이내부터 수십 m거리를 WICOP 기술의 MICRO LED로 통신할 수 있게 했다. 그 동안 근거리는 구리선에 질량이 있는 전자로 data를 보낼 수 있었으나, AI시대, Big Data를 보내면서 속도가 느려지고 열도 발생해 전력 소모가 급증했으나 질량이 없는 Photon, 빛으로 보낸다는 발상으로 WICOP 10㎛내외의 칩을 1㎟이내의 작은 공간에 1000개의 MICRO LED를 바둑판 같이 Matrix구조로 만들어 빛으로 전송 시, 10배 빠르고 1/10의 전력소모로 AI시대 Big data를 전송할 수 있게 하며 AR과 함께 5년내 현 DRAM메모리 시장의 1/2인 $60B의 새로운 시장이 만들어질 것으로 글로벌 Omdia등 시장 조사기관들은 예측하고 있다.

눈에 안 보이는 10㎛이하의 WICOP1,2,3 세대 기술로 AR 글라스와 AI data통신 시장에서 세상사람들이 좀더 나은 삶을 살도록 기여하기 위해 이제 신뢰할 수 있는 AR Display분야와 AI Transmitter분야의 MICRO LED전후방 관련 Supply chain 파트너를 찾고 있다며 함께 $60B의 새로운 시장에 기여하고 싶다고 이정훈 창업자는 밝혔다.

[그림 5] AI 통신용 WICOP CHIP Array: 1000개 WICOP CHIP × 1GHz = 1000GHz

서울반도체 회사소개

서울반도체는 글로벌 LED 전문기업이다. 15,000여 개의 특허기술을 보유하고 있으며, 차별화된 제품 포트폴리오를 기반으로 실내외 조명, 자동차, IT(핸드폰, 컴퓨터 등), 자외선 분야 등 전 영역에 적용 가능한 LED 제품을 연구개발 및 양산해 글로벌 고객에게 공급하고 있다. 세계 최초 개발 및 양산한 제품들은 LED 산업의 표준이 되고 있으며, 패키지 없는 LED ‘와이캅(WICOP)’; 교류 및 고전압 LED ‘아크리치(Acrich)’; 기존 LED보다 10배 이상 밝은 ‘엔폴라(nPola)’; 최첨단 자외선 청정기술 ‘바이오레즈(Violeds)’; 전방향으로 빛을 발산하는 ‘필라멘트 LED’ 기술; 자연광 LED ‘썬라이크(SunLike)’ 등 혁신제품은 글로벌 시장을 리드하고 있다. 보다 자세한 사항은 회사 홈페이지(http://www.seoulsemicon.com/)와 SNS 채널(YouTube, LinkedIn)에서 확인 가능하다.

서울바이오시스 회사소개

서울바이오시스는 200nm부터 1,400nm까지 6,000개의 특허로 전 파장대 광반도체 칩을 생산할 수 있는 기술 역량을 보유하고 있으며, VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)과 레이저 다이오드까지 제조가 가능하다. 또한 세계 최초로 디스플레이용 R·G·B를 하나의 칩에 구현한 ‘와이캅 픽셀(WICOP Pixel)’을 양산하고 있다. 2002년 설립해 현재 UV LED 분야 세계 1위 시장점유율을 차지하고 있으며, 특허 15,000개를 보유한 모회사인 서울반도체와 연계해 세계 시장에서 기술 우위를 선점하고 있다. 보다 자세한 사항은 회사 홈페이지(www.seoulviosys.com)에서 확인 가능하다.