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태훈 여
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1 KEIT PD ISSUE VOL 11-4 이슈 1 탄소나노튜브 (CNT) 의상용화현황및시장전망 최영진나노융합 PD - 1 -

3 1. 나노융합탄소나노튜브 (CNT) 의상용화현황및시장전망 CNT 현황및조사목적 ㅇ CNT는다양한응용분야에적용될수있는소재로주목받아왔으나, 현재까지괄목할만한시장성장이이루어지지않고있는상황ㅇ현재나노복합소재중심으로시장확대가점진적으로이루어지고있는상황에서 CNT 시장확대를위해시장및기술개발현황을조사하고, 사업화장애요인을분석하여효율적인투자방향모색 CNT 양산및응용기술동향 ㅇ유동층방식의 MWCNT 양산기술을바탕으로현재연간 400톤규모의생산능력을보유한회사가전세계적으로최소 4개이상존재 - 국내의경우현재연간 100톤생산규모수준이나, 양산핵심기술을확보한상태로시장확대에따른급격한수요에충분히대처가능ㅇ CNT 특성을이용하여복합소재 *, 전계방출 **, 나노소자 ***, 에너지 **** 등응용분야에대한연구개발이진행중 * 전도성복합소재, 방열복합소재, 투명전극, ** 면광원, X-ray, *** 인쇄전자용반도체잉크, **** 수명특성향상이차전지 CNT 사업화현황ㅇ대전방지용나노복합소재를중심으로시장이확대되고있으며, 투명전극과방열코팅필름분야에서사업화가빠른속도로진행중이며, 에너지등다양한응용분야에파급될전망 CNT 시장성장가능성 ㅇ우수한특성으로다수의기업이관심을가지고있어가격, 분산기술, 표준화, 인체유해성등의장애요인이해소될경우, 시장확대가가능할전망 - 3 -

4 Ⅰ. CNT 산업및기술개발현황 1. CNT 산업의 Value chain 및시장현황 CNT 산업의 Value chain ㅇ CNT 소재의주요시장은복합소재이며, Value chain 은원소재 ( 합성 / 제조 ), 중간재 ( 복합재료, 가공 / 패키징 ), 최종제품 ( 모듈제품, 완제품 ) 으로구성 * 복합소재유형 : 벌크형, 박막형, 섬유형복합소재 - 원소재인 CNT에서부터최종제품에이르기까지상용화를위한장벽이각단계별로여전히존재하며, - 이를극복하기위한핵심성공요인은고순도의 CNT 대량합성및저가격화기술, 호스트물질내 CNT 소재의분산기술등임 [ 그림 1 : CNT 산업의 Value chain 개념도 ] - 4 -

국내외 CNT 시장현황ㅇ MWCNT(Multi-Wall CNT) 소재의경우, 현재전세계적으로생산능력은연간최소 2,000톤이상인것으로파악됨 - 시장가격은 $100~120/kg을유지하고있으며, 2013년경 $50/kg 수준이될것으로예상되며, - 이로인해 ESD/EMI용복합소재, 2차전지, 나노복합섬유분야등에서시장이활성화될것으로전망됨 [ 그림 2 : CNT

5 국내외 CNT 시장현황ㅇ MWCNT(Multi-Wall CNT) 소재의경우, 현재전세계적으로생산능력은연간최소 2,000톤이상인것으로파악됨 - 시장가격은 $100~120/kg을유지하고있으며, 2013년경 $50/kg 수준이될것으로예상되며, - 이로인해 ESD/EMI용복합소재, 2차전지, 나노복합섬유분야등에서시장이활성화될것으로전망됨 [ 그림 2 : CNT 생산규모및품질에따른 CNT 시장요구가격 ] ㅇ SWCNT(Single-Wall CNT) 의경우주로전기방전법에의해생산 판매되고있음 - 현재 $200~300/g 수준이지만 CNT 투명전극의수요급증시상용화가가능한가격수준인 $50/g 이하로생산이가능한수준임ㅇ해외 CNT 제조업체는주로 MWCNT 의생산에주력하고있고, SWCNT 는소량생산수준에머물러있음 - 대표적인 MWCNT 제조업체는 Bayer( 독 ), Nanocyl( 벨 ), Arkema( 프 ), C-nano ( 중 ) 등이며, 고기능성복합소재 * 를제조하는업체에공급중임 * 고전도성고분자복합소재, 경량고강도복합소재 - 5 -

6 - 고기능성복합소재는 RTP( 미 ), Hyperion( 미 ), Kuraray( 일 ), Toray( 일 ) 등의업체에서개발중이며, 일부는판매를개시하였음 [ 표 1 : CNT 소재분야의생산기업현황 ] ㅇ CNT 응용분야에서현재시장에서활성화되고있는분야는복합소재가유일함 - 벌크형복합소재는차량용플라스틱내 / 외장재, fuel line/tank, quick connects, O-ring, pump modules 등이차량용연료시스템등의자동차산업에서현재일부제품화가되고있음 - 향후 CNT 가격이 $50/kg 이내로급락할것으로예상되어벌크형 CNT 복합소재의시장이본격화될것으로예상됨 - 6 -

- 박막형복합소재의경우저가 ITO 필름및전도성고분자필름대체목적으로소규모시장규모로상용화가이미시작되었고, - 현재대전방지용투명필름및저가형저항막방식의투명전극이상용화가진행되고있는등향후 5년내시장이크게활성화될것으로전망됨 [ 표 2 : CNT 주요응용분야시장동향 ] 2.

7 - 박막형복합소재의경우저가 ITO 필름및전도성고분자필름대체목적으로소규모시장규모로상용화가이미시작되었고, - 현재대전방지용투명필름및저가형저항막방식의투명전극이상용화가진행되고있는등향후 5년내시장이크게활성화될것으로전망됨 [ 표 2 : CNT 주요응용분야시장동향 ] 2. CNT 산업시장구조및경쟁현황 SWCNT(Single Wall CNT) ㅇ SWCNT는중소및중견기업수준에서합성하여시장에공급하고있는상황으로, 시장내경쟁이높지않음 - 투명전극필름용으로는 Arc-discharge법을이용하여소재를생산하는국내의한화나노텍, 나노솔루션, 그리고해외업체인 Carbon Solutions ( 미 ), Meijo( 일 ) 등이경쟁하고있음 - 반도체분야로응용되는 CVD 로합성된 SWCNT 는 Southwest Nanotechnologies ( 미 ), Unidym( 미 ), ThomasSwan( 영 ) 등의업체가경쟁구도를형성하고있음 - 7 -

8 ㅇ SWCNT 응용제품의시장중고전도성분야는투명전극필름이상용화의도입기에도달해있고반도체성분야는아직개발단계에머물러있음 - 투명전극필름분야는국내의상보와탑나노시스, 그리고해외업체인 Eikos( 미 ), Unidym( 미 ), C3nano( 미 ) 등의업체가경쟁구도를형성하고있음 MWCNT(Multi-Wall CNT) ㅇ MWCNT는화학업종기반의대기업중심으로양산기술을개발하여경쟁이격화되고있음 - 국내의한화나노텍, 제이오, 해외업체인 Nanocyl( 벨 ), Arkema( 프 ), Bayer ( 독 ), C-nano( 중 ) 등이경쟁구도를형성하고있음 - 특히, Bayer, Arkema 등의글로벌업체에서 CNT 양산설비를바탕으로 MWCNT 의저가격화를유도하고있으며, 향후 5년이내에 CNT 소재분야에서과다경쟁에의한조정이불가피할전망임ㅇ사업초기 CNT 소재에국한하여사업화를진행하던대기업이점차소재생산과더불어응용제품동시개발을추진 - 한화케미칼, 효성, 금호석유화학등의대기업은 MWCNT의소재생산과응용제품을동시에개발및사업화를진행중에있음 - 그러나업체들은대부분각사에서개발한특화된제품에국한하여사업을진행하고있으므로현재까지경쟁구도가심화되고있지는않으며, 오히려소재기업과응용기업간에개발및상용화를위한파트너쉽도강화되는경향이있음 - 8 -

9 3. 국내외 CNT 기술개발현황 국외ㅇ Arkema( 프 ) 는 2011년 2분기경연간 400톤수준으로 CNT 소재의양산규모를증설할계획을가지고있음 - CNT가최대 45% 함유된고성능마스터배치및컴파운드제품을개발하였고, ESD, adhesive, yarn, 보강재적용목적으로개발이진행중임ㅇ Bayer( 독 ) 는 2010년초 200톤규모의생산설비구축한바있으며, 회사의세계적인지도를앞세워판매를시도하고있음 - 최근구조재 * 로적용가능성을모색하고있으며, 리튬 2차전지에적용하여사이클특성향상, 급속충방전, 용량이증대됨을확인하였으며, 알루미늄과복합화를통한초초경량, 고안정성, 고전도도특성을구현한바있음 * wind power generator, 스포츠용품, 자동차부품 - OECD 기준에따라독성테스트실시하여실제 CNT 노출수준에서실험한결과, 인체유해성과는상관관계가없음을밝힌바있음 ㅇ Hodogaya( 일 ) 는전도성수지, 전자파차폐수지, 고강도경량재료, 면상발열체를제작하여시현한바있음 - 특히, 생체반응성테스트등의안정성평가시험결과를제시하여향후본격제품화시유해성에대한대비를하고있음ㅇ BYK( 독 ) 는 2차전지및코팅기반복합소재제품적용을목적으로 8wt.% 이상의고농도 CNT 분산액을개발하고있으며, 수계및비수계용매기반의코팅제품을출시한바있음ㅇ Nanocyl( 벨 ) 는 ESD, 자동차 fuel tubing 및커넥터에적용할목적으로다양한고분자수지를대상으로 CNT 컴파운드를제조하여상용화에거의임박한수준에도달하고있음 - 9 -

10 - 작년말미국벤처회사로부터 200억을투자받고 400톤규모의 CNT 양산시설 2기구축한바있으며, 대전방지용 MWCNT 코팅액, 고투과성 (88% 수준 ) 의투명대전방지필름관련하여일본업체와공동개발중에있음ㅇ Future Carbon( 독 ) 의 Carbo e-therm" 제품은탄소나노소재를기반으로하는난방코팅용으로, 위험성이없는저저압에서구동이가능한코팅액으로실제차량에적용한시제품을전시한바있음 - 차량이외에도바닥난방 ( 욕실등 ), 벽면난방, 작업대예열, 얼림방지용제품에적용이가능 - 건물안의공간, 기술장비, 전자제품및부품등을전자기파로부터보호하기위한차단코팅제품출시ㅇ Xinray Systems( 미 ) 는 Xintek 에서개발한 Few-walled CNTs를이용한 X-ray source를개발하였으며, 상용화를위한개발을진행중에있음 - Xintek은대만에 Xinnano라는회사를설립하여 Few-walled CNT의대량생산기술을개발하였음ㅇ Nanointegris( 미 ) 는금속 / 반도체 SWCNTs 를분리하는기술을개발한후기술의 Scale-up을시도하고있으며, - Polyera( 미 ) 는 Nanointegris에서분리하여얻어낸반도체 SWCNT 를이용한 Photovoltaic 소자를개발하고있음 국내ㅇ한화나노텍과한화케미칼은 SWCNT 및 MWCNT의대량합성기술을개발하고, 이를이용한고전도성도료및고분자복합소재를개발하여제품을출시하였음 - 아울러, 소재의특성및복합소재제조공정을개선하기위한기술개발을진행중임

11 ㅇ효성은유동층반응기를이용한 MWCNT의대량합성기술을개발중이며, 방열복합소재를개발하고있음 - 나노미래와공동으로 ATM 기기적용을위한전도성사출품을개발하였음ㅇ LG화학은고전도성 MWCNT 복합소재에대한연구개발을수년동안진행하여다양한제품을출시하였음 - 최근에는경량고강도복합소재, 고열전도성복합소재의연구도병행하고있음ㅇ제일모직은 ESD/EMI용고전도성복합소재개발을수년간진행하고있으며, MWCNT 의내재화를목표로유동층반응기를이용한 MWCNT 의대량합성도병행하고있음 - 최근에는자동차내장재용전도성복합소재를개발하고있음ㅇ MK전자는최근 CNT면광원기술을개발한나노퍼시픽을인수하고이기술을상용화하기위한기술개발을진행중임ㅇ탑나노시스는 PET 및 PC를기반으로한투명전극을개발하였으며 (85~86% 투과도, 600ohm/sq. 면저항 ), 전자수첩에 CNT 투명전극을채용하여기존 ITO 전극과비교하여성능의우수성을확인한바있음 - 최근 LCD 장비의대전방지용투명전극과 LED 사인보드용 CNT 투명전극을상용화하였으며, 네비게이션용 CNT 투명전극상용화를시도하고있는중임ㅇ KH Chemical( 한 ) 은 SWCNT 순도 80% 이상의고순도 SWCNT 생산능력을보유하고있으며, 고분산용 SWCNT 제조및분산액출시하여투명전극 (87~88% 투과도, 300~500ohm/sq. 면저항 ), 센서, 복합소재적용중임 - 생산량 1톤 / 년확보하였으며, 한기업당매년 100kg 공급가능함 - 코팅관련하여일본업체와전략적으로제휴하고있음

12 Ⅱ. CNT 의응용분야별상용화현황및예측 1. CNT 의주요응용분야 벌크형복합소재분야ㅇ현재는주로전기전도성을요구하는정전기방지용고분자복합소재의상용화가이루어지고있으며, - 향후 2~3년내에고전기전도성을요구하는 EMI 차폐용복합소재가상용화될전망임ㅇ CNT 발열및방열복합소재시장도상용화가시작되어 LED 조명적용시장이증대될것으로예상됨ㅇ경량 / 고강도복합소재는골프클럽헤드, 알루미늄부품적용등일부스포츠용품을중심으로시장에출시된적은있지만아직은시장이크지않음 - 그러나향후 5년내에자동차및항공기내외장재에사용될가능성이매우크므로이분야의사업화전망이매우밝음 박막형복합소재분야ㅇ SWCNT 를이용한저가형투명전도성필름의상업화가이루어졌으며, 모바일기기의급격한증대와맞물려시장확대가예상됨ㅇ MWCNT를이용한정전기방지용도료의상용화가이루어졌으며, 향후 2~3년내에고전도성을요구하는 EMI 차폐용도료의출시가가능할것으로생각되며이와더불어방열도료도매우유망한분야임

13 에너지분야 ㅇ리튬이온전지의양극에전도성충진제로쓰이는카본블랙을대체하는분야가가장유망한분야임 - 현재주요전지업체들이 CNT를양극첨가재로사용하여특성이개선된전지를개발하였으며, 향후급격한시장확대가예상되는모바일기기, 전기자동차등에사용이예상됨 전기전자분야 ㅇ향후 2~3년이내에 CNT의우수한전계방출특성을이용한조명및 X-ray source 의상용화가이루어질전망임 ㅇ SWCNT를이용한인쇄전자기술의발달로 SWCNT-RFID 상용화가 2~3년이내에이루어질전망임 2. CNT 소재및응용분야의사업화현황및전망 2011 년현재 CNT 사업화현황 ㅇ CNT 응용분야에서현재사업화가진행되고있는분야는복합소재분야로서정전방지목적의복합소재가소규모로시장을형성하고있으며점차확대되어가는상황임 [ 표 3 : CNT 소재및응용분야별사업화현황 ] 응용분야 세계시장국내매출주요업체규모 * ( 억 ) ( 억 ) 국외국내 벌크형복합소재 30, GSI Creos/Hodogaya/ LG화학 / 제일모직 / 효성 / 나노 GE Plastic 미래 / 신일화학등 박막형복합소재 2, Unidyme/Eikos 한화케미칼 / 상보 / 탑나노시스 방열필름 7, 엑사이엔시 CNT 소재 2, Nanocyl 한화나노텍 계 39, * 세계시장규모는기존소재의대체가능잠재시장포함

CNT 소재사업화전망ㅇ CNT 가격은합성기술등의발전에따라, 최근 10년간급격하게가격이하락하고있어가격경쟁력제고에따라시장이빠르게성장할것으로전망됨 - MWCNT 시장가격의경우현재 100$/kg 수준을형성하고있으나, 2013 년경 $50/kg 이하로시장가격이형성될전망임 - SWCNT는물성이 MWCNT보다우수하나, 전기방전법으로대량생산이곤란한상황임.

14 CNT 소재사업화전망ㅇ CNT 가격은합성기술등의발전에따라, 최근 10년간급격하게가격이하락하고있어가격경쟁력제고에따라시장이빠르게성장할것으로전망됨 - MWCNT 시장가격의경우현재 100$/kg 수준을형성하고있으나, 2013 년경 $50/kg 이하로시장가격이형성될전망임 - SWCNT는물성이 MWCNT보다우수하나, 전기방전법으로대량생산이곤란한상황임. 최근국내 KH Chem. 에서 CVD법으로생산량 1톤 / 년확보하였으며, 현재소재성능의검증확인중임ㅇ기존카본소재시장점유율이높은일본에서는 CNT 상용화에있어서소재보다는소재를이용한제품화개발이빠르게이루어지고있음 - 반면, 한국과중국, 유럽은국가적으로탄소나노튜브소재산업을집중육성함과동시에응용시장접근을병행하고있는상황임 [ 그림 3 : CNT 시장가격및시장규모추이 ] CNT 응용분야별사업화전망 ㅇ복합소재분야 - 현재벌크형복합소재시장이시장을주도하고있는가운데박막형복합소재및방열 / 발열용시장이급속히성장할것으로예상됨

- 제품의트렌드가과거단순대전방지기능에서 EMI/ 경량화 / 방열등의이슈가대두됨에따라 CNT 및기존탄소섬유와의하이브리드를통한시장확대가예상됨 [ 그림4 : CNT 복합소재의상용화발전방향 ] - 벌크형복합소재는자동차경량화를위한플라스틱외장재 * 와전기전자및반도체산업에적용되는부품및제품이개발되면서향후시장이크게활성화될전망임 * on-line painting을위한

15 - 제품의트렌드가과거단순대전방지기능에서 EMI/ 경량화 / 방열등의이슈가대두됨에따라 CNT 및기존탄소섬유와의하이브리드를통한시장확대가예상됨 [ 그림4 : CNT 복합소재의상용화발전방향 ] - 벌크형복합소재는자동차경량화를위한플라스틱외장재 * 와전기전자및반도체산업에적용되는부품및제품이개발되면서향후시장이크게활성화될전망임 * on-line painting을위한 fender, door handles, mirror housing 등 - 박막형복합소재는유연성, 투명성, 대면적, 휴대성, 가벼움, 저가등의특성을확보할수있어 energy, display, electronics 등의플렉시블소자분야에서신규시장을창출할수있을것으로전망됨 우선, CNT 투명박막필름은저항막터치패널에적용되어시장확대가이루어질것으로전망된 - 전자부품, LED 조명기기등에서의방열문제를효율적으로해결할수있는고방열특성의 CNT 복합소재제품이앞으로시장에서크게주목을받을것으로예상됨

16 ㅇ에너지분야 - 현재리튬 2차전지의전극보조재로사용되고있고, 점차시장이확대되고있으며, 향후슈퍼커패시터, 연료전지등의전극보조재로사용되어질것으로예측되어전망이매우밝은편임 - 이에, 2015년경 1.5억불시장규모로예상된시장보고서가있으나시장규모가낮게평가된측면도있음 ㅇ면광원분야 - CNT 면광원은고효율, 고연색성, 친환경, 면광원의특성을지니고있어가정및사무실용실내조명으로서각광을받을것으로전망됨 - 특히, 면조명의특성으로인해다양한디자인이중요한호텔, 레스토랑등상업용인테리어조명시장에서새로운수요를창출할것으로예상됨 - 또한연색성이우수한백열전등의퇴조에맞추어고연색특성을지니고있는고효율 CNT 면광원이고연색성을요구하는상업건물용실내조명분야 ( 상품전시용조명등 ) 에서강한경쟁력을보일것으로예측됨 [ 표 4 : CNT 신광원조명기기의국내외시장규모 ( 단위 : US백만불 )] CNT 조명기기시장 국내시장규모 해외시장규모 , , , ,518.8 전세계시장규모 , , , , ,791.5 ( 출처 : Private communication with Vu1, Teco Nanotech., Nanopacific, etc.)

17 Ⅲ. CNT 상용화의장애요인및해결방안 CNT의높은가격ㅇ현재시장가격이 $100/kg 수준인 MWCNT 가격이양산공정기술개발과설비증설에따라, 2년이내에 $50/kg 수준이가능하기때문에 MWCNT의경우가격이상용화에장애요인이되지않을전망임ㅇ SWCNT 가격은여전히고가이므로 CVD 방법에의한획기적인제조공정개선이요구됨 - 단, 투명전극용 SWCNT의경우, 현생산능력으로 $50/g 수준까지가격대응이가능하기때문에소재가격이상용화의장애요인이되지않을것임 각응용분야별성능부족ㅇ CNT 소재의분산성및순도향상합성기술, CNT 전자구조제어기술등소재차원의물성향상기술을통하여각응용분야에서의수 % 수준의성능향상이요구됨 - 최근각광을받고있는그래핀소재역시단독으로상용화시 CNT 소재와유사한문제점의가능성을내포하고있으므로, - CNT와그래핀소재간하이브리드화를통해소재물성향상이가능할것으로전망될뿐만아니라, 단순혼합기술의공정최적화를통해서도상당한물성향상이기대됨ㅇ고분자, 금속, 세라믹소재의고유특성을유지하기위해서는 CNT를가능하면저함량으로유지하면서복합소재물성을확보하는것이중요 - 현재사출시 CNT 배향문제와분산공정에따른 CNT 손상문제를최소화하는것이상용화의선결조건임

18 제품의신뢰성 / 안전성ㅇ CNT 소재차원에서규격화는필수적으로요구되며, 현재 ISO/IEC JWG에서표준화토의중에있어서규격화방법이도출될것으로기대됨ㅇ CNT 물질의건강및환경에대한유해성수준이확실히정립되지않아상용화에걸림돌이되고있으며, 유럽등의선진국에서규제움직임이있어불확실성을제거해야할필요가있음ㅇ유해성평가법이개발진행중에있으며, OECD에서는 EHS 기준을마련중임 - 최근 Bayer에서이방법에의거유해성이없다고확인한바있으며, 영국의 DEFRA 및미국의 EPA에서도 CNT를포함한나노물질의유해성평가기준을마련중임 지적재산권ㅇ MWCNT의경우물질원천특허에대한시효가만료된상황이며, 1991년도출원된 NEC와 IBM에서보유한 SWCNT 물질특허의경우도 2년이내에물질특허가만료될예정임ㅇ미국의 Unidyme 의경우응용분야, 특히복합소재관련특허가수백건에해당할정도로세밀하게특허를작성하였으므로, - 공백특허및 cross licensing 전략을통해국내기업이특허장벽없이 CNT 응용제품을상용화할수있는특허전략이필요

19 Ⅳ. 정책적시사점 ㅇ CNT 분야는현재소규모시장규모로형성되어있지만, 상기장애요인을해결할경우시장성장가능성이매우높은것으로판단됨ㅇ현재전세계적으로글로벌업체에서부터중소벤처기업까지수많은기업들이여전히많은투자를하고있는것은 CNT 소재의상용화가능성을여전히높게평가하고있는것을반증 - 유수컨설팅업체들이다양한나노소재중에서 CNT 소재를가장높게평가하는이유도경제성및미래가능성이높기때문ㅇ기개발된원천 핵심기술을기반으로, 응용분야별상용화장벽을분석하여기업중심으로기술개발에대한투자가지속적으로이루어진다면, 3~5년후 CNT 응용분야의큰잠재시장에서국내기업들의글로벌경쟁력이강화될것으로예상됨ㅇ현재개발된 CNT기반응용제품사례에서볼때, 기존제품을대체할수있는수준의기술이확보되었으나, 최종수요기업에서채용을일부꺼리고있는상황으로정책적인구매유도를통해 CNT 상용화를촉진할필요가있음ㅇ선진국들의나노물질에대한환경및안전성규제에대한대비가필요 - CNT는기존의우려와는달리독성이없는것으로밝혀지고있지만, - 안전성테스트및 EPA, REACH 등에등록하는비용이막대한금액으로정부의지원이절실함 * EPA 등록시물질 1 개당 20 억원정도의비용이소요

<C1A1C1A2C2F8C1A6BDC3C0E55F E786C7378>

<C1A1C1A2C2F8C1A6BDC3C0E55F E786C7378> 점접착제 1-No. 20150900 Multi Client Report 점 접착제시장분석및전망 (2015) Sep., 2015 화학경제연구원 CHEMICAL MARKET RESEARCH INC. #1204, JnK Digital Tower, 111 Digital 26th, Guro-gu, Seoul 152-050, Korea TEL : +822-6124-6660