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1 중소 중견기업기술로드맵 Technology Roadmap for SME - 세라믹소재 -

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3 CONTENTS 전략분야 세라믹소재 1. 개요 3 2. 국내외정책동향 7 3. 산업이슈및동향 시장동향및전망 기술동향및이슈 중소기업시장대응전략 중소기업전략제품 35 전략제품 바이오세라믹 1. 개요 산업환경분석 시장환경분석 기술환경분석 중소기업환경 기술로드맵기획 74 광 전자세라믹 1. 개요 산업환경분석 시장환경분석 기술환경분석 중소기업환경 기술로드맵기획 116

4 기계 구조세라믹 1. 개요 산업환경분석 시장환경분석 기술환경분석 중소기업환경 기술로드맵기획 160 에너지 환경세라믹 1. 개요 산업환경분석 시장환경분석 기술환경분석 중소기업환경 기술로드맵기획 213 차세대유리 1. 개요 산업환경분석 시장환경분석 기술환경분석 중소기업환경 기술로드맵기획 262

5 세라믹소재 전략분야현황분석

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7 전략분야현황분석 세라믹소재 1. 개요 가. 정의 세라믹스는비금속무기원료에열을가하여제조하는제품을통칭하는용어로물질, 제품, 제조공정등을모두나타내는포괄적의미로정의 세라믹스는정제된원료를배합, 합성한후정밀한성형, 소성공정을통해원하는독자적인특성을발현시키는기술집약적제품을의미 세라믹스를구성하는세라믹소재는금속및비금속재료에산소, 질소, 탄소등이결합한산화물, 질화물, 탄화물형태의무기질소재로정의 세라믹스는원료자체성질로전기적, 자기적, 광학적, 기계적기능을발휘하는제품을제조할수있는특성을갖는소재및부품으로정의 세라믹복합소재는복합재료에서의소재의경량화와고강도화를목적으로함 탄소섬유, 실리콘카바이드섬유, 알루미나섬유등이강화섬유로이용되어고온용특수용도로사용 비금속무기물질인세라믹은금속, 고분자, 섬유등의소재대비내열성, 내부식성, 내마모성및광전기특성이탁월하며고유의지능형 다기능성으로첨단산업의핵심소재는물론생활에꼭필요한인류친화적소재로서다음과같은가치사슬을가지고있음 * 출처 : 산업통상자원부, 2016 년도산업기술 R&BD 전략보고서 [ 세라믹소재의가치사슬 ] 3

8 세라믹소재 [ 5 대기술분야별정의 ] 특징구분정의 광 전자세라믹 전자 (electron) 또는광자 (photon) 의제어를위한매개세라믹소재로서극단의물성, 안정성등을갖는최첨단소재 기계 구조세라믹 자동차 / 정밀기계, 반도체 / 디스플레이, 환경 / 에너지, 항공우주산업등에서세라믹소재의탁월한기계적, 열적, 화학적물성을활용하여응용되는세라믹소재 세라믹소재 에너지 환경세라믹 에너지저장및변환, 오염물흡착 / 여과 / 분해등의기능을통해에너지및환경분야에활용되는세라믹소재 바이오세라믹 인체내에이식되어단기간또는장기간동안손상된인체조직이나기관의기능을치료 대체 회복시키는데사용되는세라믹소재 융 복합세라믹 서로다른특성의두가지이상의소재가융합되어보다우수한기능을갖는세라믹소재로첨단산업에활용되는거의모든소재 4

9 전략분야현황분석 나. 범위및분류 (1) 범위 구석기시대에인류가사용하면서부터인류문명과그발전궤적을함께하고있는전통세라믹, 그리고정제된광물및인공합성원료를응용, 기존소재의한계를극복하는지능형 극한기능의첨단세라믹으로분류함 전통세라믹 : 도자기, 유리, 시멘트, 콘크리트, 타일, 내화물, 법랑등 첨단세라믹 : 광 전자, 기계 구조, 에너지 환경, 바이오세라믹등 첨단세라믹의경우, 기능에따라서는전기 전자적기능, 기계구조적기능, 광학적기능, 열적기능, 생화학적기능으로구분하고, 용도에따라서는광 전자세라믹, 기계 구조세라믹, 에너지 환경세라믹, 바이오세라믹등으로구분 세라믹소재 부품산업은소재의가공을통해서여러가지형태의다양한기능을발휘하는부품을제조하는산업을의미 IT/BT/NT 등의기술과융합하여새로운성능을부여할수있기때문에융합소재및부품분야의신산업창출이가능 [ 5 대세라믹소재기술범위 ] 구분 범위 광 전자세라믹 반도성및자성세라믹소재기술, 투광성기능세라믹소재기술, 선형 / 비선형광학세라믹소재기술, 양자물성을갖는나노세라믹소재기술등이포함 기계 구조세라믹 내열 방열소재기술, 구조소재기술, 극한환경소재기술, 기계가공성소재기술, 다공성정밀소재기술등이포함 에너지 환경세라믹 내열 방열소재기술, 에너지저장소재기술, 에너지변환소재기술, 환경기능성소재기술, 기타에너지환경소재등이포함 바이오세라믹 조직재생소재기술, 조직대체소재기술, 체외진단소재기술등이포함 융 복합세라믹 조직재생소재기술, 조직대체소재기술, 체외진단소재기술등이포함 5

10 세라믹소재 (2) 분류 세라믹소재분야의기술분류는산업기술분류표상에서화학분야에포함되며, 세라믹재료분야에서 11개의소분류로나누어짐 [ 세라믹소재분야산업기술분류 ] 구분산업기술 _ 대분류산업기술 _ 중분류산업기술 _ 소분류 시멘트, 콘크리트, 내화물원료및나노세라믹분말유리, 유약, 법랑도자기, 타일등단결정 세라믹소재화학세라믹재료 세라믹제조공정기술 화학ㆍ생체기능재료광ㆍ전자세라믹스고강도ㆍ열기능재료나노세라믹복합재료기술기타세라믹재료 6

11 전략분야현황분석 2. 국내외정책동향 정부차원의소재분야미래세계시장선점을위한지원확대 정부는소재분야미래세계시장선점을위한 10대핵심소재 (WPM) 개발지원정책지원중이며, WPM은세계시장을선점할수있는소재로우리나라가세계최초로상용화또는시장창출을통해시장지배력을확보할수있는세계최고수준의소재로이에대한지원을확대 2018년까지 1조원정부자금투입예정이며, 핵심소재원천기술개발, 전략적핵심소재개발, 산업소재산업융합원천등기술개발정책및자금지원확대 기술개발뿐아니라개발성과의사업화지원을통해실질적인소재브랜드화및세계시장진출을지원할수있는프로그램마련 소재개발및개발된소재의사업화촉진을위해 2007년부터금속 화학 세라믹 3대소재분야의핵심연구소를 3대허브기관으로지정, 공동기관으로참여한소재정보은행운영하며, 소재정보은행은국가정보자원으로서소재의물성정보등다양한자료에서수집하고직접실험을통해생성하면서가공하여제공하는소재전문인프라를구축 정책지원필요성 차세대성장동력산업의핵심기반기술로서의역할이중요해지고 IT/BT/NT 등의연관산업의지속적성장으로융합산업으로서의위상이증가 첨단산업의필수기술로인식되어정부의적극적육성의지가크며그린산업으로신규시장의확대와이에따른대기업의참여의지가활발 정부의적극적인중소기업지원정책에부응하여세라믹중소기업의경쟁력강화및히든챔피언도출지원 에너지부족과저탄소문제로인한스마트그리드, 전기자동차, 고효율광원, 고용량이차전지등의개발이정책적으로추진 환경세라믹소재개발을위한정부 / 지자체와기업의환경세라믹개발및에너지기술개발등공동협력활동확대 지속적인오일가격의상승으로정부는수요억제를위해소비세를증가시키는추세로서에너지효율증대를위해경량복합소재적용증가추세 투자자및수요자연계형융복합소재부품개발사업등을중심으로한연구개발투자규모증가 첨단산업성장에따른용도다양화로소재에서제품까지전산업범위로의응용확대되어무역수지의큰폭증가가예상되어수입대체품목의확대가능 7

12 세라믹소재 기술개발수준향상및축적에의한전방산업의지속적인성장과더불어정밀제품에대한국산화수요가지속적으로증가 급격한생활환경의변화및기후변화등에대한인식제고로관심분야의수요가크게증가할것으로예상 미래시장을선점하기위한돌파구로서여러가지기능을동시에구현하는융 복합소재에대한수요증가 지구온난화, 환경오염, 물부족, 자원의고갈에따른차세대환경문제에대한대책및에너지저장 효율향상에대한요구가증대 웰빙생활의추구과고령화사회도달에따른의료서비스및국민복지증진을위한 U healthcare 산업등신규산업에대한응용제품및수요증가확대 핵심분야의기술및시장확보를위한소재, 부품, 공정관련전문인력의연계개발노력증진과생산경쟁력확보 물질의나노화, 소재의융합화, 부품의고집적화및입체화, 제품의고효율화등의기술변화에대한연구개발대응이신속, 적절 디지털회로기술과통신기술의비약적발전으로부품의고주파화, 경박단소화, 복합기능화등소재 부품의융합화기술에대한연구개발이확대 반도체 / 디스플레이산업의발전으로이들제품에필요한기능성박막및코팅소재, 제작설비등핵심부품개발에대한수요가증가 정책지원문제점 세라믹소재에특화된연구개발부족과중소기업위주의연구개발한계로인하여시장규모확대에의한산업활성화에기여하기가어려운문제점 작은내수시장규모로기초원료의해외의존도가큰것과선진국의원천기술독점에의한원천기술확보의어려움 투자에대한리스크가큰세라믹소재시장의선점을위협하는세계환경규제등에대한대비부족 기술선진국과신흥공업국의상호견제로성장저하우려 소재개발과제조에필요한장비등설비투자에소요되는비용의증가로응용범위확대에따른적절한대응노력이부족 세계경기침체등의영향에따른중소기업의적절한대응책및소비위축가능성에대한극복방안마련미약 8

13 전략분야현황분석 선진국의높은시장지배력과후발개도국의가격경쟁력에대응하기위한대체수요및시장지배력강화에필요한노력부족 자동차등일부핵심분야소재 부품의선진국대비기술수준의낙후로대외기술도입을통한제품생산및완성품공급 많은자본과시간이요구되는산업특성에도불구국내 외시장확보를위한기술개발및설비투자환경부족및투자회수에대한성급한기대 높은기술수준을필요로하는첨단복합소재및부품의국내기술력부족과시장진입장벽으로글로벌제조회사의세계시장잠식률증가 첨단제품의발전과수명단축에따른핵심소재 부품의개발주기단축, 개발기술의난이도증대및자체기술력미확보 대응력부재 선진국소재 부품의모방형기술개발한계에봉착하여, 국내가아닌세계적제품수준요구 제품의기술개발투자및생산설비규모의확대요구로신사업분야로의중소기업진입장벽증가 소재 부품및제품의연관된가치사슬확대로관련기술의동시발전과시장대응에필요한전체산업의능동적인대처의어려움 선진국 주요국의시장선점을위한투자강화및희소금속과같은세라믹자원무기화경향 희소자원에대한수출금지 ( 제한 ), 자원세인상등 자원무기화 에따라대체소재개발노력활발 일본 : 20년까지희유금속대체기술개발 * 일본은 JST를중심으로한희소금속대체재료개발프로젝트를 07년부터추진 * 미국 IBM 社는일본쇼와셀社와희소금속을사용하지않는태양전지공동개발 미국 : SOFC 개발에연간 900억원투자, 에너지부산하통합재료연구소에서희소금속소재 R&D 수행중 일본, 미국, 유럽에서는성장동력아이템을위주로중장기 대형프로젝트를추진중 ( 일본 ) 2010년과학기술진흥기구 (JST) 에서창조연구프로젝트 CREST & 선도 와 2012년문부과학성의 신원소전략프로젝트 를 10년간추진, 06년 차세대반도체개발프로젝트 를수립, SiC 웨이퍼개발을통해 15년까지반도체 1위목표 ( 미국 ) 미국정부는중국의희토류사태이후, 국방과관련된분야에서해결방안을모색하기위해재료에대한연구에집중투자 - Next Generation Material & Energy (Vision 2020) 발표 ( 06, 美 DOE) - Critical Material Strategy, 전략물질을등록및연구추진 ( ) 9

14 세라믹소재 - REACT( 희토류대체기술프로젝트 ), 14 개과제, 자석, 모터및발전기용소재에예산 3,160 만달러 - BEEST( 자동차용배터리 ), 3,500 만달러 - ARPA-E, 자석과배터리, 660 만달러 표준화정책 첨단세라믹산업의미래시장창출 선점및빠른추격자 (fast follower) 전략을위해선진국들이그들의국내표준중심에서국제표준중심으로국제표준화활동대폭강화추세 KS( 한국 ), JIS( 일본 ), ASTM( 미국 ), EN( 유럽 ) 등국가및단체표준의상이성이국내세라믹산업발전의저해요소로작용, 국제표준제정강화요구중가 국제표준화기구 (ISO) 내 ISO/TC 206 위원회를운영하여분말, 단일체, 복합체, 코팅등세라믹소재관련국제규격제정및개발활동진행중 IOC/TC 206 위원회에는한국, 일본등총 33개회원국참여하고있으며총 13개의실무그룹이활동 Participating countries: 한국, 일본등 19개국 / Observing countries: 캐나다, 스페인등 14개국 국내는 04년부터 ISO/TC 206 위원회의국제표준화활동을본격시작하여 Chairman, Convener 등을수임하여국제표준제정의주도적역할수행 국내전문가가제안한세라믹분말의벌크밀도, 충진성, 건조손실, 유동성등이반영되어국제표준으로제정 국내외적으로자동차및신규선박에대한배기가스규제와같은환경규제가강화되는추세로, 이에대응하기위한소재기술의선점은사회적환경적측면뿐아니라관련사업에서의경쟁력강화와도직결됨 2014년 EU의자동차배기가스기준인유로6를국내에적용계획. 디젤차의경우일산화탄소 500mg/km, 미립자 5mg/km, 질소산화물 180mg/km 등이전의유로5 대비입자상물질 50%, 질소산화물 80% 감소가요구됨 수송용산업용배기가스의오염물질에대한규제는선진국을중심으로강화되고, 국내에서도이를도입 시행하는추세이므로, 오염물질저감에대한핵심세라믹소재의기술확보가필요 10

15 전략분야현황분석 3. 산업이슈및동향 가. 산업이슈 산업특성및구조 세라믹스산업은전기 전자, 정보 통신, 기계, 에너지 환경, 화학, 항공 우주, 바이오산업등의산업전반에걸쳐파급효과를갖는기반산업 중요부품산업 (5T 산업 : 기계, 자동차, 건설, 우주 항공, 원자력 ) 이자국가전략산업 ( 차세대성장동력산업, 10대주력기간산업 ) 막대한파급효과 (2015년세계시장규모약 75,445백만달러 ) 가존재하는뉴패러다임의신성장산업 세라믹스산업은소재-공정-부품의핵심기술이하나의밸류체인을이루어융합된기술집약적산업 핵심소재가제품의성능을좌우하고소재-부품간의구별이없어지는추세로장기간의기술개발과다양한평가등이필요한맞춤형기술집약적산업 모바일뉴패러다임의신성장핵심소재및부품산업으로소재-조성설계-공정기술-부품기술이융합된, High Risk, High Return의기술집약적산업 첨단산업의동반성장산업으로글로벌경쟁이가장심하고신기능을갖는제품개발로지속적인신규시장창출이필요한산업 용도의다양성, 첨단기능의복합화, 초소형 / 경량화추세로정보 통신, 에너지 환경분야의신수요증가에따른지속적성장이진행중인산업 국내세라믹소재 부품산업은모바일, 디스플레이등의발전과함께급성장중으로미래사회의패러다임변화에따라급성장도약기에도래 세라믹소재가근간이되는신성장동력첨단산업에서의추세는핵심소재가제품의성능을좌우하고소재, 부품사이의기술적구별이없어지는구조를구축 소재 부품 시스템산업의융합화를통한동반성장구조를갖고있으나밸류체인이취약하여영세성의악순환이발생하여대규모산업화에한계가존재 영세중소기업이 99%( 세라믹총생산액의 73%) 인산업구조상작업환경이열악하여현장인력이부족 핵심연구인력확보와생산인력의수급부족등첨단기술력을담보하기어려운문제가존재 세라믹스소재 부품은제품용도의다양화, 첨단기능의복합화, 초소형 / 경량화추세에따라전후방전체산업의경쟁력을좌우하는첨단산업의근간으로서정보 통신, 에너지 환경분야의신수요증가에따른지속적인변화가진행 세라믹소재분야의기술혁신은신기술및신제품창출의원천으로, 세라믹전후방산업전체의경쟁력을좌우 11

16 세라믹소재 세라믹스관련국내기업은약 1000 여개에이르는것으로조사되었고, 전체기업중약 90% 가 매출액 100 억이내인중소기업으로다품종소량생산에의한대표적인중소기업중심의산업구조 를형성 [ 세라믹소재분야산업연관구조 ] 후방산업세라믹소재전방산업 유전체, 자성체, 압전체, 반도체, 절연체유리기판, 실링재, 보호막필터, 안테나, 진동자, 엑츄에이터칩캐패시터, 칩저항, 칩인덕터기계, 공구, 치구전극, 전해질, 밀봉재정화용필터, 인공뼈, 인공관절, 인공치관 전자 ( 정보 통신 ) 세라믹기계구조세라믹에너지 환경 바이오세라믹 일반 IT 기기 ( 가정, 산업용 ) 디스플레이 (FPD 등 ) 통신용 IT 기기 ( 스마트폰, 노트북등 ) 기계설비및수송기계용구조재료이차전지 ( 리륨이온전지 ) 연료전지 (SOFC) 환경정화용기기 ( 공기청정기, 환기장치 ) 바이오소재 산업현안 세라믹소재는금속, 화학 ( 고분자 ), 섬유등의타소재에비해내열성, 내마모성, 내구성, 내화학성및광전기특성이탁월할뿐만아니라지능형 다기능성발현을통해첨단산업의각종부품 (component) 과소자 (device) 는물론가장생체친화적인바이오소재로서임플란트, 뼈대체재로필수적으로사용되는고부가가치핵심소재임 과거섬유산업용부품, 단순기판용및벌크소재등으로부터탈피하여고부가가치기술집약적인반도체 디스플레이, 자동차, 항공 우주, 기계산업등고기능신규시장창출을통한첨단주력산업및미래성장동력산업을위한핵심기간산업의하나로급부상중 철강, 비철금속, 화학산업제품등각분야의기초소재로활용되기에기초소재산업에대한후방파급효과가지대하며, 각종기계장치구성의핵심부품으로사용되기때문에전방파급효과또한매우큰산업임 세라믹소재는 14 창조경제산업엔진프로젝트의신성장동력산업 13개과제중 IT, 바이오, 에너지, 환경및융합신산업등주요산업분야에핵심기능을책임지는주력소재 전통세라믹소재응용분야 : 건축용, 디스플레이판넬, 자동차, 철도, 항공기, 선박, 식기등의유리, 법랑, 제철, 유리, 도자기, 시멘트등에사용되는정형 부정형내화물, 도기, 자기, 타일, 벽돌및위생도기인도자기, 건축토목용, 산업용및석회석고등의시멘트, 다이아몬드휠및절삭공구등의연마제와일상생활에적용되는소재 첨단세라믹소재응용분야 : 자율주행자동차, 차세대반도체 디스플레이, 이차전지, 연료전지등전기ˑ전자, 정보통신, 항공ˑ우주, 에너지 환경, 융합바이오생체소재등의산업전반에사용되며, 수요산업의메가트렌드변화에따라융ˑ복합화됨으로써신성장산업의핵심소재로사용 - 스마트폰에쓰이는세라믹소재 부품의비중 : 약 70% - 다층세라믹콘덴서 (MLCC): 스마트폰에 600개, LCD TV에 700개, 전기자동차에 10,000개장착되어핵심기능수행 12

17 전략분야현황분석 * 출처 : 산업통상자원부, 2016 년도산업기술 R&BD 전략보고서 [ 삼성스마트폰의부품분석 ] 한 중 FTA 대응위한고부가가치제품개발의필요성과중요성이강조됨에따라전통및첨단세라믹소재 부품의수요증대전망 FTA 체결의영향으로중국의저가제품수입증가에따른대중무역수지악화가예상되며국내산업간치열한경쟁이불가피 이에따라, 고부가가치세라믹신소재개발및기존공정개선을통해관세철폐로인한국내세라믹산업의체질강화가시급 [ 세라믹소재이용산업분야 ] 수요산업메가트렌드구성부품부품세라믹소재 디스플레이 대면적 고효율 경량화 친환경 LCD PDP OLED 전자종이 패널 백라이트 ITO 유리 IR 투광세라믹 격벽재 유전체 실링제 전극재 형광채 기판재등 스마트카 항공우주 대면적 고효율 경량화 친환경 고온내열 초경량 지능화 고안전성 경량소재 전장품 카메라 고속헬기 소형위성 무인항공 우주수송 센서 엑츄에이터 GPS 로켓엔진 연료전지 열차폐재 희토류마그넷 압전체 복합제 고인성 복합제 초고온 고절연재 고강도 13

18 세라믹소재 수요산업메가트렌드구성부품부품세라믹소재 지능형로봇 감성화 인간화 지능화기능 서비스로봇 의료로봇 바이오센서 MEMS 통신모듈소재 바이오소재 고집적소재 바이오 고속화 저전력화 집적화 대용량화 임플란트 지자체 바이오칩 약물전달체 인공치아 인공골 지지체 생체활성코팅 생분해성 고강도 고인성 골전도성 생체적합성 반도체 디지털화 지능화 융합화 친환경 SoC 나노소자 광대역 IR 투광세라믹 SoC 광부품 저장장치 반도성소재 센서소재 광섬유 광소자 융합가전 소형화 집적화 고주파화 융합화 네트워크소자소속정보처리 오감센서 엑츄에이터 유비쿼터스장치 고속통신 고집적 감성 친환경소재 이동통신 신재생 고효율 고용량 무공해 시스템텔레메틱스 고주파부품 MCM 고집정 LTCC 고유전율 엠브레인 에너지 신재생 고효율 고용량 무공해 이차전지 수소에너지 태양광에너지 연료전지 이차전지전국 고체전해질 전지모듈 / 팩 SOFC 스택 SOFC 전극및전해질소재 이차전지전극및전해질소재 환경 청정환경 리사이클링 배기가스정화기 분진필터 다공성반응기 재생부품 에너지절감용코팅소재 나노기공소재 스마트윈도우코팅제 전통 에너지절감 안전 대형건축물 내외장재 산업용부자재 생활용품 경량고내열성판넬 발열및안전유리 고강도도자식기 건축용소재 고강도 고내열성소재 산업용고온 고강도소재 이동용차량소재 세라믹전반주요이슈 최근의산업기술이슈는다자기술간융 복합화를통한최첨단기술의구현및핵심성능개선을위한새롭고다양한기능구현의소재개발임. 특히, 전자제품의경우급변하고다양화되는수요자들의욕구를충족시키기위해매우빠른기술발전속도가요구되고있으며, 따라서관련세라믹산업또한첨단기술력기반의신속하고선제적인대응이필요함 14

19 전략분야현황분석 세라믹산업분류에따른이슈 가전, 컴퓨터, 통신기기, 전자의료기기, 디스플레이등의핵심소재인광 전자세라믹은인간감성자극및반영이가능한전혀새로운기능의신소재및가격경쟁력강화를위한신공정개발중심으로발전예상 광 전자세라믹제품은인간이직접착용하는방향으로개발되고있으며 (wearable device), 이의대응을위해유연전자부품 (flexible) 개발이필수적임. 그러나웨어러블일렉트로닉스에서주로소프트웨어기술에치중하고있으며, 기기제조에필요한관련유연소재개발및열관리기능세라믹소재, 복합소재화기술에대한연구는크게주목받고있지못함 전자기기의착용으로인체에미치는전자파의영향등건강관련문제가크게대두되고있음. 광 전자특성뿐만아니라전자파차단등안전에대한기능을부가한전자부품개발이필요함 광 전자소자의고집적화에따라더욱많은열이발생하게되며, 이러한열은소자의기능을저하시킬뿐만아니라주변소자의오작동, 기판열화등의원인이되고있어방출열을제어하는기술에대한산업적요구가꾸준히증가하고있음 테슬라모터스, BMW, 현대자동차를비롯한국내외완성차업체의리튬이온전지기반상용전기자동차가이미출시되었으며고성능전지기반의후속모델출시도잇따를전망임 이차전지시장이소형전지에서중대형전지로이동하면서저가전지및이를뒷받침할수있는저가소재의필요성대두 반도체 디스플레이산업이국내기계구조세라믹시장을주도하여왔으며태양광, LED산업이신규시장으로급부상하였으나, 산업침체로시장악화 반도체, LED 및전자제품의첨단화, 고집적화, 고출력화로대형화, 나노화, 임계성능극복이가능한신소재요구증대 바이오세라믹은주로치과재료, 골수복재료, 암치료용재료, 의료용시멘트, 인공장기용, 약물전달소재, 항균항부패재료, 생체성분분리 정제재료등으로사용되고있음 고령사회를맞이하여노화에따라저하되는운동및저작능력의향상을통한인간의삶의질향상에관한관심도의증대로맞춤형치료에의한보다빠르고정확한의료기술에대한욕구가증대되고있음 이에따라 3D프린팅기술을이용한환자맞춤형치과및정형외과용세라믹재료개발에대한관심과기능성골대체재개발에대한수요가크게증가하고있음 일본, NEDO 사업으로 3D프린터로제조한인산칼슘계인공골의임상실험완료및 2014년의약품의료기기종합기구 (PMDA) 에제조승인신청 초고온 / 고강도, 내마찰 / 내마모성및경량화가능한극한환경용세라믹복합소재개발을통한기술력향상및제품의고부가가치화필요 경제발전과생활의질적향상에따라대규모의전시, 유통, 레저및체육시설등대공간건축물에대한필요성이크게높아지고있는실정 광명스피드돔, 부산컨벤션센터, 일산한국국제전시장, 대구컨벤션센터, 제주도국제컨벤션센터등미래의공간구조가요구하는복합화, 통합화를만족시키기위해첨단기술이융합된다기능세 15

20 세라믹소재 라믹소재가필요함 생활속의안전에대한인식변화로불연단열재및막재, 난연성페브릭스크린, 고굴절유리비드등새로운건설소재에의접근이용이해졌으며대부분이세라믹기반복합소재임 야간, 우천, 안개등어려운운전여건시노면표시, 표지판및도로작업자표시등에고굴절유리비드를적용, 시인성향상을통한안전하고편리한도로환경을조성 나. 핵심플레이어동향 해외선도기업현황 해외선진사들은미래유망산업에중요한첨단세라믹소재개발에주력하고있으며, 에너지, 환경, 자원고갈문제에관련된소재개발을위해수요기업들과전략적제휴를강화하고있는추세 선진기업들은희소자원에대한수출금지 ( 제한 ), 자원세인상등 자원무기화 에대응하기위한대체소재기술개발이활발, 미국 IBM 社는일본쇼와셀社와희소금속을사용하지않는태양전지공동개발 웨어러블 플랙서블기기, 전기자동차등미래소자에대응위한기능성소재개발이활발. 고방열세라믹소재, 단열코팅기술등미국, 유럽, 일본등에서상용화된기술을제시하고있으며, 일본의 covalent 세라믹, 프랑스의생고방등선진업체의기술수준은분야별로특성화에주력 자국의전지산업규모확장에따라한 중 일 3국의소재업체들이적극적인사업화를진행하고있으며특히, 최근중국의시장에서의영향력이급격히증대되고있는상황임 자동차 / 정밀기계, 반도체 / 디스플레이, 환경 / 에너지, 항공우주산업등의수요산업고도화에따른극한물성요구에대응하기위한세라믹소재기술개발에주력및소재기술을바탕으로신산업용도확장모색 3D 프린팅용바이오세라믹및 3D 프린팅시스템공정제공사는현재오스트리아의 Lithoz GmbH와프랑스의 FCP가글로벌리딩중 임플란트회사들을중심으로전통적골충진재와더불어약물및성장인자를포함한기능성골충진재를개발하고있음. 또한환자의골질및골재생능력에따른맞춤형골충진재개발에관심 일본및유럽의건축용막재제품들이세계시장에서통용되고있으며, 고품질기능성제품은일본및유럽산, 저렴한막재는중국산 PTFE 코팅막재는 1974년에개발되어 PVC계열의막재보다는가격이비싸고제작기술이어렵다는단점이있지만, 내구성, 불활성, 자정능력, 외부환경에대한저항능력, 불연성등이탁월 고굴절 Glass beads는다국적기업인미국의 3M사용도별다양한타입의제품을생산하여전세계에공급중이며, 최근에는중국의업체들도고굴절제품의개발에나서고있는추세임 16

21 전략분야현황분석 [ 세라믹분야해외기업현황 ] 분야업체명사업영역및주요내용 광 전자세라믹 기계 구조세라믹 에너지 환경세라믹 Kyocera Toshiba, Kyocera, Saint-Gobain, Heraeus Hitachi Metals, TDK Hitachi Chemical, DENKA Fraunhofer IKTS Kawaken Fine Chemical Corning Applied Ceramics Covalent Maerials IBIDEN 이데미츠흥산 Ohara Sumitomo 전자부품, 반도체패키지, 파인세라믹의절연체, 광단결정기술 자동차및태양전지등향후통신, 자동차, 환경에너지, 의료분야확대 고열전도성파워모듈용회로기판등을다양한열관리부품을산업화하고있음 등고열전도성원재료공급 나노입자및복합소재개발을통한전자파차폐및흡수기능소재상용화 고방열필러배향기술을활용한고열전도세라믹-폴리머복합소재개발 고열전도세라믹, 금속대체를위해추가기술개발진행중 고열전도기판 (AIN, Silicon Nitride) 용후막소재개발 방열기판과후막소재를활용한고출력전자부품개발에응용시험중 NEDO 프로젝트를통해알루미나 nanofiber sol을제조 알루미나 nanofiber sol을다양한기능성복합소재로개발추진 : 코팅소재, 투명 low CTE 필름, 환경및에너지효율향상분야등다양한분야에적용을위한기술개발중 광섬유, 글라스기판, 디젤용필터등의제품생산 광통신, 실리콘포토닉스등향후초박막화, 대면적화, 초경량화를목표 실리콘, 쿼츠, 사파이어부품제조, 알루니마, 실리콘, 질화규소, 유리등의고정밀제품주도 공업용으로소모품인내화갑, 내화판, 지르코니아내화벽돌, 친환경세라믹 파인세라믹, 형광재료응용제품등의부품 재료의개발, 제조, 판매 NASA 스페이스셔틀의고성능펌프의부품으로채용되는등세계적으로인정받는세라믹베어링제작기업. 최근 AIN 등기능성기판과풍력발전에적용될수있는질화규소베어링볼제작을위한연구 패키지기판, SiC DPF, 특수탄소등세라믹관련제품생산 2014년순매출액 3.3조원규모이며, 패키지기판등전기전자분야가 48.5%, DPF 및특수탄소등기계구조분야가 31.8% 점유 이데미츠흥산은 2009년전고체리튬이온전지를개발하였으며, 현재까지황화리튬을주성분으로하는고체전해질을사용하여이온전도도를상당히향상시킴 유리질계세라믹복합체로서계를사용하여의중상을갖는고체전해질 (Li 치환 NASICON 형 ) 제조공급 현재오하라에서제작된 NASICON sheet을사용하여 Li-Air, Li-Cu, Li-Ni 등다양한전지에대한연구가진행되고있음 2011년기존의리튬이온전지보다 10배정도저렴하고낮은온도에서작동가능한나트륨이온전지를개발하여 2015년상용화예정 17

22 세라믹소재 분야업체명사업영역및주요내용 융복합세라믹 바이오세라믹 전통세라믹 수백kW급 SOFC 시스템제조및설치운영기술보유 (SOFC Bloom Energy 시장점유율 1위 ) 1kW급스택의양산기술보유 1-2kW급 SOFC 상용시스템제조기술보유 CFCL 세계최고전기효율 (60%) 의스택기술보유 일본내독보적 SOFC 스택기술보유 ( 상용화제품 ) Kyocera 스택의양산기술의확보및장기안정성확보 패키지기판, SiC DPF, 특수탄소등세라믹관련제품기술보유 IBIDEN 2012년매출총액은 3조 2천억원규모 실리콘, 쿼츠, 사파이어부품제조, 알루니마, 실리콘, 질화규소, 유리등의고정밀제품주도 Applied Ceramics 공업용로소모품인내화갑, 내화판, 지르코니아내화벽돌, 친환경세라믹 강도, 전기절연성, 내열성과수지의치수안정성이우수한유리섬유 Owens Corning 철강, 목재, 콘크리트및기타일반플라스틱소재보다탁월한성능구현 카본섬유나텅스텐섬유를심선으로이위에 CVD법으로코팅하여 AVCO( 미국 ) 제조한 150μm이상의직경을가지는섬유생산 Vienna University of Technology에서개발하여사업화한기업으로광조형법으로고정밀고강도세라믹 3D프린팅부품생산시스템판매 LITHOZ 국내에서는 AM Solution에서판매대행을하고있으나장비및소재가고가로아직국내판매는이루어지지않음 알루미나, 지르코니아, 인산칼슘을원료로판매하고있음 1954년에스위스에서설립되어치과용임플란트및구강조직재생분야의글로벌리더기업 Straumann 임플란트, 골충진재, 골시멘트및기능성단백질을포함한골이식재등을개발, 판매하고있음 FGT_PTFE 막재 ( 유리섬유를기재로하는막재 ) CHUKOH 유리섬유를기재로테프론코팅막재생산 VERSEIDAG duraskin _PTFE 막재 ( 유리섬유를기재로하는막재 ) Chemfab _PTFE, SHEERFILL, Fabrasorb 등은다양한종류의 Saint-Gobain PTFE 막재생산 고굴절 Glass beads 및반사쉬트제품생산 3M 다국적기업으로중공 ( 中空 ) Microsphere 등다양한 Glass beads 제품생산 고굴절 Glass beads 및반사쉬트제품생산 Viz Reflectives 미국 / 유럽공장에서도로표지용및일반생활용등다양한반사쉬트제품생산 고굴절 Glass beads 및반사쉬트제품생산 XING WEI 대량생산을통한가격경쟁력확립추세 원료 공정및설비 Tosoh Sumitomo 전세계고품위지르코니아분말에대한기술선점 고순도알루미나세계시장의독과점형성, 국내자회사인동우화 인켐을통해생산기반구축 18

23 전략분야현황분석 국내기업현황 국내는정보통신전방산업이세계시장과기술을리드하는데비해광 전자세라믹소재부품은 아직도글로벌경쟁력이매우미약함. 이러한국내기업의경우핵심소재및가공국내기술 기반이취약하며, 아직까지국산소재의전구체및소재반제품에대한해외의존도가높음 [ 세라믹분야국내기업현황 ] 분야업체명사업영역및주요내용 삼성전기 수동칩부품, 통신모듈등의품목을위주 경박단소, 고용량화를지향하며디지털컨버전스분야전자부품 소전력무선충전용자성세라믹소재 광 전자세라믹 KCC 삼화페인트, 삼성 SDI, LG 화학, 율촌화학 아모텍, 삼화전자, 이수페타시스 저 중출력파워디바이스용알루미나, 사파이어기판생산 Ag, Cu, 탄소섬유등의도전성소재를이용한전자파차폐페인트, 시트, 정전기방지필름생산 칩부품, 안테나등의제품 고기능화및소형화방향으로 EMI/ESD 복합소자연구개발추진 코아등자성세라믹소재 쌍용머티리얼 첨단세라믹부품류, 절삭공구와산업용소재등자동차, 전자, 전기및기계산업용제품을생산판매 자동차모터용 ND-Fe-B 계희토류자석양산화 기계 구조세라믹 SKC 솔믹스 반도체, LCD 세라믹부품소재, 정밀세정분야 14 년매출액 1,152 억원 ( 세라믹 :788 억원, 태양광 :364 억원 ) 탄화규소진공척, 정밀이동 stage 용알루미나, 실형상성형기술등개발 에너지 환경세라믹 원익큐엔씨 L&F 신소재 삼성종기원 주요사업분야는쿼츠, 세라믹, 반도체용세정사업, 램프사업등 쿼츠부문은단일공장으로는세계 1 위의생산량을기록하고있음 세라믹부문은알루미나제품을위주로하여다양한비산화물제품을생산 14 년매출액 1,207 억원 ( 쿼츠제품이전체매출의 83%) LCO, NMC, LMO 등다양한리튬이온전지용 diddrmrwo 에대한사업을전개하고있으며월 8500 톤규모의양산라인을갖추고있음 일본소재의요코하마연구소에서황화물계전도체를이용하여전고체전지를개발하는데성공하였음 포스코에너지 민간발전사업, MCFC 기반의연료전지발전사업전개중 SOFC 10kW 급건물용시스템개발진행 (10kW 급스택제작기술보유 ) 19

24 세라믹소재 분야업체명사업영역및주요내용 미코 반도체장비의주요세라믹부품 ( 세라믹히터, 정진척 ) 기술보유 가정용 1kW 급 SOFC 시스템용스택제조기술및고용량 (5kW 급 ) 스택기술개발 쌍용머티리얼 첨단세라믹부품류, 절삭공구와산업용소재등자동차, 전자, 전기및기계산업용제품생산 자동차모터용 ND-Fe-B 계희토류자석양산화 융 복합세라믹 SKC 솔믹스 한국화이바 KCC 반도체, LCD 세라믹부품소재, 정밀세정분야, 매출액 1075 억원 ( 세라믹 :836 억원, 태양광 :239 억원 ) 연구는반응소결탄화규소, cold spray coating 분야 상하수도용유리섬유복합관 (GPR) 을개발, 동양최대규모공장설립 친환경복합재료교통수단 : 전기 FRP 벗, 복합재료경전철, 탄소섬유열차, 바이모달트램, 원자력발전소냉각수용파이프개발및건설 ( 인천국제공항 ), 풍력발전, 우주항공 ( 나로호복합구조체제작 ) 산업적용 2003 년카펫과타일의강점을살린바닥재인카펫타일출시 2008 년유리섬유보온단열재인그라스울화이트를제품화 바이오세라믹 오스템 치과용임플란트국내 1 위, 세계 6 위선두그룹 (2400 억원 ) 인산칼슘계생체활성세라믹코팅기술 성장인자를포함한골충진재 전통세라믹 MEGAGEN 한국타코닉 KCC 한글라스 치과용임플란트국내 3 위선두그룹 (410 억원 ) 인산칼슘계생체활성세라믹임플란트코팅기술 인산칼슘계골충진재제조및기능화 SOLUS 대형판유리, 자동차유리, 유리섬유등다양한유리제품생산 건축용판유리, 자동차유리, 특수유리 조선내화 알루미나질, 점토질, 탄화규소질, 특수질, 내산내열질, 내화단열, 마그카본질의정형내화물 다양한부정형내화물 원료 공정및설비기술 유니쎄라 AVACO 연구용및치과재용소결용소형마이크로웨이브소결로제작 TFT-LCD 및 OLED 용투명전극및패턴전극을대면적코팅에서도고품질, 균일한두께로제조할수있는마그네트론스퍼털이장비를국산화하여 LG-display 에납품 20

25 전략분야현황분석 [ 핵심플레이어분석종합 ] 구분 세라믹소재 주요내용전자세라믹기계구조세라믹에너지환경세라믹 주요제품 / 기술 유전체 / 자성체 압전체 / 형광체 격벽재 / 실링재 기판재 초고온 / 고강도복합재 고온내산화재 SOFC 소재 이차전지소재 나노기공소재 Kyocera, Toshiba, Saint-Gobain, Heraeus. 해외기업 Hitachi Chemical, Hitachi Metals, Fraunhofer IKTS, Applied Ceramics, Covalent Maerials, IBIDEN 이데미츠흥산, Ohara, Sumitomo, Bloom Energy, CFCL, Kyocera Kawaken Fine Chemical, Corning 국내기업 삼성전기, 제일모직 LG 이노텍삼화콘덴서, 아모텍, 써모텍, 파티클로지이노칩테크놀로지 포스코, 포스코엠텍쌍용머티리얼, 코미코, 대구텍, SKC 솔믹스원익규엔씨 삼성 SDI, LG 화학포스코에너지, 세라컴, 월드나노텍, 미코 중소기업참여정도 중소기업시장점유정도 * 중소기업참여정도와점유율은주요제품시장에참여하는중소기업의참여규모와정도 ( 업체수, 비율등 ) 를고려하여 5 단계로구분 ( 낮은단계 :, 중간단계 (,, ) 높은단계 : ) 21

26 세라믹소재 4. 시장동향및전망 가. 세계시장 전체세라믹소재의글로벌시장규모는 2013년 365억달러, 2015년 418억달러, 2018년 512억달러로연평균약 7.0% 씩성장할것으로전망 세라믹소재분야의고도성장은정보 통신분야, 에너지 환경 바이오관련분야의새로운수요증가에기인 일본과미국이각각 40%, 29.8% 로세계최대시장을형성하고있으며, 공급측면에서도일본이전체생산의 50% 이상을차지 구분 전자세라믹소재 부품 기계구조세라믹소재 부품 환경세라믹소재 부품 바이오세라믹소재 부품 [ 세계세라믹소재산업의시장규모및전망 ] ( 단위 : 백만달러, %) CAGR ('13~'15) 19,333 20,435 21,600 22,831 24,132 25,507 26, ,702 12,661 13,700 14,823 16,038 17,353 18, ,508 5,999 6,533 7,114 7,747 8,437 8, ,434 11,846 12,258 12,770 13,483 13,954 14, 합계 36,556 39,109 41,848 44,784 47,934 51,315 53, * 출처 : Advandced Ceramics Industry Study #2794, Freedonia, September 2011 ( 미국시장을전체세계시장의 30% 로보고추정 ) * 바이오세라믹관련, BCC Research, Acmite Market Intelligence 등의자료참고하여전망치추정 전자세라믹소재 부품 전자세라믹소재의주요시장인디스플레이, 이동통신, 메카트로닉스용세라믹부품관련시장은연평균 20% 이상의성장이진행 반도체세계시장은 PC, 모바일기기에이어, DTV, 전기자동차, 태양광등으로확대되어지속적인성장진행 기계구조세라믹소재 부품 국가별시장점유율은미국 27%, 일본, 19%, 한국 2% 그리고유럽및기타국가가 52% 를차지 구조세라믹시장은전자세라믹시장과달리일본편중현상이두드러지지않은편으로미국시장의경우 2012년 33억달러에서연평균 13% 의성장률로 2017년에는전체시장이약 59억달러로늘어날것으로예상 22

27 전략분야현황분석 에너지 환경세라믹소재 부품 세계세라믹시장중에서는환경세라믹소재 부품분야의시장점유율은가장낮으나, 향후연평균성장률은가장높을것으로예상 에너지분야에서는친환경자동차, 소형로봇, 전동공구, 우주항공및방위산업등에서의신시장창출로리튬이차전지및연료전지에대한수요가크게증가할것으로예상 바이오세라믹소재 부품 바이오세라믹스소재는최근인구고령화와함께의료복지산업규모가커지고있어관련소재및제품수요가확대되고저변도넓어질전망 나. 국내시장 국내세라믹소재 부품산업은맞춤형고기능성소재의시장확대에따른신성장동력산업의급 성장세로지속적인성장이예상 국내파인세라믹소재에대한수요는 2018 년까지연평균약 18% 이상의고도성장이지속될 것으로예상 구분 전자세라믹소재 부품 기계구조세라믹소재 부품 환경세라믹소재 부품 바이오세라믹소재 부품 [ 국내세라믹소재산업의시장규모및전망 ] ( 단위 : 억원, %) CAGR ('13~'15) 92, , , , , , , % 35,750 40,330 45,524 51,418 57,793 65,167 69, % 15,650 17,372 19,282 21,403 23,757 26,370 28, % 3,342 3,459 3,580 3,704 3,834 3,968 4, % 합계 147, , , , , , , % * 출처 : 2011 산업기술로드맵주력산업화학공정소재, 지식경제부 / 한국산업기술진흥원, 으로부터추정 전자세라믹소재 부품 국내전자세라믹산업은전기전자, 정보 통신, 자동차산업등의빠른발달에따라연 14% 이상으로크게성장 향후에너지 환경, 의료, 우주 항공산업이발달함에따라성장세는더욱증가할것으로예상 23

28 세라믹소재 기계구조세라믹소재 부품 국내구조세라믹소재시장은반도체및디스플레이제조산업의성장과이에따른세라믹부품의수요증가에기인 국내시장중알루미나제품은 1,500억원, 실리카제품은 1,800억원, 반응소결탄화규소제품은 1,000억원, 질화알루미나제품은 1,000억원, 석영제품은 1,300억원규모 에너지 환경세라믹소재 부품 환경관련에너지, 자원분야는전체환경시장의 46.8% 를차지하고환경분야의세라믹관련소재시장도그수요가크게증가할것으로예상 바이오세라믹소재 부품 국내바이오세라믹스소재시장도치과용, 정형외과용, 생체이식용전자기기, 수술및진단기기용세라믹스를포함하여수요가크게증가할것으로예상 24

29 전략분야현황분석 5. 기술동향및이슈 해외업체동향 전자세라믹부품에서가장큰시장규모를확보하고있는적층형캐패시터는세계적으로일본 Murata가꾸준히우위를점하고있으며, 대부분의소재를자체생산하고독자적인공정기술을확보하고있음 일본의아사히글라스는 1980년대부터비정질실리콘박막태양전지용투명전도막코팅유리기판을개발하기시작하여다양한표면형상을갖는제품을출시하였고, 영국의필킹톤을인수한 NSG(Nippon Sheet Glass) 는태양전지용기판유리제품을시장에지속적으로공급 아사히사는업용및건축분야복합소재에주력하여, 강화재인유리섬유의세계시장점유율은 4.3% 이고, 복합소재의세계시장 2.3% 를점유 일본과대만이수요기업으로 50% 이상을형성하고있는터치패널은일본의니샤, 대만의 Jtouch, Young Fast, Wintek 등이생산을주도하고, 기판소재용글라스분말은일본의 NEG, AGC 등과미국의 DuPont과 Ferro 등, 필러소재는 Sumitomo, Showadenko, Nikei 등의일본메이저업체가대표적생산업체 Ag 및 Cu 전극페이스트는일본업체로 Shoei, Daiken, Toshiba Chemical이, 미국업체로는 DuPont과 Heraeus가주로생산하고, BaTiO3 유전체분말은 Sakai, Fujititan, Kyoritsu, Tosoh 등의일본업체가 Ni 페이스트의경우에는가와데쯔, 스미토모, 쇼에이등의일본업체가생산을주도 적층형세라믹에사용되는그라스프리트분말은일본의아사히글라스, NEG, Nihon Yamamura Glass, 미국의 Ferro, Viox 등이주로생산하고, 이들로부터원료를구입하여 Taiyo Yuden, Toko, TDK, Murata 등이칩인덕터등의부품을생산, 전세계시장의 70% 이상을점유 공업용합성다이아몬드는세계시장규모가현재약 6억달러정도로미국의 GE와드비어스가전체시장의 1, 2위를점유하고, 코팅용타겟은 2013년에수요가 7억달러를상회할것으로예상되고있는데 Sputtered Films( 미국 ), Plansee( 오스트리아 ), Polema( 러시아 ) 등의기업이주로생산 반도체장비용소재 부품은원소재의경우일본, 미국, 독일위주로공급되고있으며, 고기능성부품은일본이공급을주도하고, 원소재업체로는일본의신에츠, 미국의모멘티브, 독일의헤라우스, 프랑스의생고방, 부품업체로는일본의 NGK, Covalent, Kyocera, 신코, 도카이카본, 도요탄소등 세라믹필터는발전및가스정제설비의구성부품으로전체시스템의성능을좌우하는핵심원천소재로미국의 Corning, 일본의 NGK 등이 Cordierite 원료를사용하여허니컴형태로필터를생산 25

30 세라믹소재 일본의소프트페라이트는 TDK, 후지전기화학, 동북금속, 스미토모금속, 태양유전등의 5사가집중생산하고있으며, 이중 TDK사의점유율은약 50% 를차지 일본의하드페라이트업계는 TDK, 히다찌금속, 스미토모금속, 동북금속등의 4개사가생산량의대부분을점유 세라믹복합소재의주요업체는 ECM, Hitco, SGL Carbon Group, SIGB, BOOSTEC, Ceramic Composites, SAFRAN, Honeywell Advanced Composites, Hyper-Therm, Ultramet, Systerials, Textron, Composites Optics 등이세계시장을주도 국내업체동향 국내적층형캐패시터는삼성전기가독보적으로생산중이며, 세계시장점유율면에서일본 Murata와치열한경쟁을벌이고있음. 삼화콘덴서도꾸준히생산을유지하고있음 국내디스플레이, 태양전지용투명전도막기판소재는영국의필킹톤이나일본의아사히글라스에서전량수입하여사용 유리소재의경우에는 KCC와한글라스가국제적규모의플로트유리를생산하고, 현재태양광산업에서주로사용하고있는저철분유리는한글라스만이주문량에따라탄력적으로생산 프랑스생고방계열사인한국하니소 ( 구한국가공유리 ) 에서는중국에서원판유리를수입해국내에서강화후공급하고, 누리코퍼레이션에서는강화된완제품유리를수입하거나원판을수입하여가공, 판매 LTCC용글라스파우더는이글래스, SCC( 주 ), 써모텍, 휘닉스피디이등의업체가생산을위한개발및샘플진행등을추진 은, 구리페이스트등전극용소재의경우제일모직의생산량이가장많고그다음에 IMD, 대주전자재료, 창성등에서틈새시장의제품을생산하여국내및해외에공급 자화전자, 삼화콘덴서, 조인셋, 하이엘등은써미스터용핵심소재를생산하는선도업체로시장에참여하고있으며, 적층형인덕터의주요생산업체는삼성전기, 세라텍, 필코씨엔디, 삼화전자등이며삼화콘덴서등이있음 반도체용정밀가공세라믹소재및제품의수요는연 30% 이상증가하는추세이며, 연마용제품인다이아몬드의경우일진다이아몬드가국내유일한제조회사로연매출 100억이상을기록 반도체및디스플레이공정장비에사용되는구조용세라믹소재인 Y2O3, SiO2, SiC, AlN 등은원재료의경우일부내화물급을제외한분말전량을수입에의존 현재이들소재를사용한반도체 / 디스플레이장비의핵심부품에대한개발은 SKC솔믹스, 코미코, 월덱스, 원익쿼츠등다수의국내기업이시도 그러나여전히대부분의소재를수입에의존하고있으며기술력이낮은구조재에한해서약 70% 정도의국산화율을달성 26

31 전략분야현황분석 미국쿠어스텍의투자를받은쿠어스텍코리아는기술집약형알루미나제품인세라믹돔 (dome) 을개발, 생산 코미코는질화알루미늄정전척 (ESC) 을개발하였고, 최근단성일렉트론은 LCD용정전척과반도체용정전척을개발 세라믹담체필터는전체담체시장의 18% 정도를차지하고있으며지속적인증가를통해 2007 년에국내시장이약 90억원정도형성된것으로파악 국내외기술개발전망 세라믹소재는인간생활의감성 편리 안전 오락등의제공을위한주요기능을담당하는미래산업의핵심소재중심으로개발되는추세. 즉, 반도체, 디스플레이같은전자용과기계, 자동차와같은구조용이주류를이루고있지만향후스마트자동차, 차세대반도체, 우주항공, 환경 에너지및첨단바이오소재등으로급성장중 일본은장기간의기초 응용연구기반기술력을바탕으로새로운세라믹소재 부품을신속하게개발, 세트업체에제공함으로써전방산업의세트업체를선도하고있으며, 중국은세트제품의가격경쟁력기반의수익창출및재투자를통해전자부품기술수준이빠르게향상되고있음 광 전자세라믹분야는휴대전화, 디스플레이등전방산업의소형, 경량화, 저가격화이슈에따른글로벌경쟁심화 휴대전화의기능향상에따른탑재부품수량은증가하는반면최종제품의두께감소로내부에적용가능소재부품의기능을획기적으로향상시키기위한혁신적아이디어경쟁이치열 초고속통신을위한 5세대기술, 투명디스플레이, 플렉시블디스플레이등완제품의특성을획기적으로변화할수있는기능탑재를위하여다양한신소재의기능및기술의도약이요구됨 자동차분야의경우, 자율주행도입과차량내네트워크강화및다양한전자장치의사물인터넷도입확산에따른각종센서, 무선충전, 통신및전자부품수요가급격히증가 자동차산업의국제경쟁력확보를위하여전장부품, 무선충전시스템, 통신모듈및센서의국산화개발요구증가 웨어러블기기로인한전자파영향이이슈화됨에따라전자파저감기술의필요성이대두되고있으며, 광 전자기기의글로벌트렌드인경량화, 박형화, 소형화, 다기능화의추구로인해, 고방열디바이스에서도전자파차폐기능이부여된융복합세라믹소재의연구개발이필요함 에너지 환경분야의경우에는디바이스의효율향상, 신뢰성제고, 원가경쟁력강화중심으로기술개발이집중되는추세 일본스미토모전기는 15년저융점용융염 (NaFSA+KFSA 화합물 ) 을전해질로사용한나트륨이온전지개발및상용화에성공 27

32 세라믹소재 바이오분야의경우, 건강한삶제공을위한맞춤형임플란트및진단 / 치료통합시스템개발등을중점적으로연구개발진행 환자맞춤형고기능성임플란트소재, 환자의골결손부위의완벽재건을위한 3D 프린팅기술활용맞춤형골대체제, 빠른골조직재생유도를위한다공성소재기공구조의 3차원적제어기술개발이주요이슈 최근, 산업기술간융 복합화를통해첨단기술의구현및핵심성능개선을위한다양한기능의소재개발이이슈화 초고온고강도와내마찰 내마모성을가지며동시에경량화가가능한세라믹섬유강화복합재료연구개발에집중 AVCO 社 SCS-6 섬유 : 티타늄금속과복합재료로전투기 (F/A-18E) 의 landing gear piston에사용, 기존금속대비 45% 중량감소 고기능성세라믹원료는선진국의존도가과도하여국산화가시급하며, 반도체, 생체, 에너지및디스플레이등의응용분야에맞는마이크로웨이브소결로나원자층증착장비등의첨단공정및설비기술개발이요구 세라믹분말의국내생산기반은 KC의알루미나, 엘티씨의지르코니아정도에불과한실정이며알루미나, 지르코니아, 질화알루미늄, 질화규소, 탄화규소, 질화붕소, 티탄산바륨등의기초원료또한개발이시급 전통세라믹은오랜기간축적된기술이현대의첨단기술과적극적으로융합되고있으며, IT 산업성장에부응, 시장고도화추세 기존의도자기, 유리, 연마제, 내화물, 시멘트등과같이제품그대로를사용하던것에비해, 첨단전자부품의부자재, 건축물의고기능화및안전목적의세라믹소재등의다양한기능을부여하여적용 경량패널, 기능성섬유, 고강도도자식기, 안전및강화유리, 고굴절유리, 전자부품제조용대용량지그, 경량내화물등 28

33 전략분야현황분석 [ 현재기술및개발방향 ] 분야현재기술 (~ 에서 ) 개발방향 (~ 로 ) 유전체소재 High-k 성장기술, 복합유전체성장 저온공정기술 금속및반도체와의열역학적으로안정한계면특성확보 초박막화및초고집적화실현 광 전자세라믹 에너지 환경세라믹 압전체소재 반도성세라믹 자성소재 광 / 단결정소재 MEMS/NEMS 기술을이용한소형화 압전효과를이용한나노발전기술 대면적화, 고집적화, 저비용기술 저온, 유연, 투명, 고전도성기술 마이크로 / 나노자성체, 초상자성효과 Reproducibility 고투자율, 단자구크기제어기술 고품질의세라믹단결정제조기술 대변위, 저전압구동, 환경친화적압전재료개발 대면적화및모듈화실현 0 고성능의초박막화, 대면적화 고이동도, 고전도도화 고전도성전자파차혜와 저전력, 대용량화, 저손실 고감도화, 고집적화, GHz 고주파화 경량고전자파흡수화 광학적비선형나노소재개발 소자연계성성장기술 초전도소재 박막및선재형초전도재료성정 저비용고성능의공정기술개발 절연소재 센서소재 에너지저장소재 에너지변환소재 환경기능성소재 고온에서의소결공정기술 MEMS 기술을 이용한 센서의 소형화 및집적화 리튬이온전지중심의에너지저장 유기계액체전해질기반전지 SOFC 단전지, 밀봉재, 분리판, 집전체등핵심부품개발단계 생활용품용저효율열전냉각소재및모듈기술 할로겐계난연재, 흄드실리카단열재 흡수제, 고분자분리막을통한수처리및기체분리기술 고절연성, 고내열성, 고방열성의복합재료 저온공정을통한후막제조기술 인체모니터링을위한웨어러블바이오센서소재개발 나트륨이온전지등 리튬이온전지중심의에너지저장 고체전해질기반의전고체전지 SOFC 스택및구성소재양산기술, 스택소재의국산화및저가화 정밀전자부품, 공조시스템용고ㅗ효율열전냉각소재기술 친환경초단열에어로겔단열재 극한환경에서구동가능나노기공다공성세라믹멤브레인기술 기타소재 수송기기및플랜트용세라믹촉매지지체및필터의수입 소각로용금속열교환기튜브 산화물계스마트윈도우코팅재 세라믹촉매지지체및필터기술고도화를통한환경규제대응 고온열교환기용세라믹튜브 Calcogenide 계스마트윈도우코팅재 내열 방열소재 저열전도성기판기술 중온용접합소재기술 고전기 / 열전도성소재제조기술 초고온용접합소재기술 기계 구조세라믹 구조소재 극한환경소재 고강도고인성조절기술 비산화물계내화물제조기술 마이크로스케일코팅구조제어기술, 고온대기스프레이코팅기술 고경도내구성하드코팅기술 대형초정밀구조소재기술 비산화물구조소재초정밀가공기술 나노 - 스케일표면구조제어기술, 치밀질고속대면적진공증착기술 항공우주용열차폐소재및고내구성코팅기술 기계가공성소재 난삭세라믹연마기술 수마이크론정밀가공기술 쾌속정밀대형세라믹소재및가공기술 수십나노미터정밀가공기술 다공성정밀소재 다공성소재의가공기술 고강도, 고인성, 경량화기술 기공배열에의한저항제어진공척 정밀가공을통한 반도체, LCD용 치구 응용기술 29

34 세라믹소재 분야현재기술 (~ 에서 ) 개발방향 (~ 로 ) 나노소재및하이브리드소재 나노 wire/sheet 제조기술 이종재료복합화기술 기능성나노 wire/sheet 제조기술 다기능성 (multi-functional) 나노잉크소재 첨가제에의한고분산기술 물리화학적전면코팅기술 다목적분산기술 나노잉크용저가분말제조기술 융 복합세라믹 탄소복합소재 단결정및소결용분말합성기술 카본소재합성기술 습식공정 TCO 박막코팅기술 세라믹섬유 섬유용프리세라믹합성기술 세라믹섬유방사기술 극세사섬유복합재제조기술 초고온 / 내열섬유복합재제조 바이오세라믹 기타나노 융복합소재 조직재생소재 조직대체소재 포토, 에칭을이용한탑다운패턴기술 2 차원나노패터닝기술 3 차원매크로기공구조제어기술 생체활성물질표면흡착기술 고강도내마모성의료부품제작기술 표면코팅에의한생체활성향상기술 나노잉크를사용한바텀업패턴기술 3 차원나노패터닝기술 기능맞춤형계층적기공구조및형상구현기술 장기서방형생리활성물질담지기술 세포 - 세라믹프린팅기술 이식부위별형상및기계적물성맞춤형제작기술 표면구조제어및기능성물질을이용한생체적합성및치료효율향상기술 유리 IR 투과유리광통신 생활용품용장섬유유리제조기술 광대역 IR 윈도우투명세라믹 메가구조체적용을위한안전유리섬유및직조기술 전통세라믹 포틀란트 / 기능성시멘트 산업폐기물함유시멘트 경화속도중심개발 메가구조체적용을위한기능성시멘트 탄소저감지오폴리머및나노복합체 도자세라믹 단순평면디자인, 색상한계 저해상도스크린프린팅 디지털기술과융합된물절약기능추가 3 차원디자인 ( 양각, 음각 ), 색상다양화 내화물 고내열, 고강도내화물기술 저가제조기술 다양한소재를적용한경량내화물제조기술 분체및원료합성기술 전자산업용소재분야 기계산업적용소재분야 에너지환경소재분야 휴대 / 고집적전자기기적용소재분야 원료 공정및설비기술 소성기술 박막및코팅기술 전통적인소결기술 가압소결 (HP,HIP) 반도체소자용박막 단일소재, 단순구조박막공정 FAST(Field Assisted Sintering Tech) Microwave Sintering 대형화, 박형화를위한박막공정 Atomic, Layer Deposition(ALD) 을이용한고정밀, 초박형화 30

35 전략분야현황분석 분야별국내업체투자현황 ( 광전자세라믹 ) 국내의전자산업은반도체 디스플레이및휴대단말기를중심으로세계시장을견인하고있기때문에다양한관련소재부품분야에도시장이창출될수있는특성이있으며, 이때디스플레이는주로대기업이, 전자부품은중소기업이주도함 ( 에너지 환경세라믹 ) 리튬이온전지국내산업의빠른성장과더불어에너지저장소재분야에서의국내민간업체의투자가잇따르고있음. 양극재의경우국산화율이 50% 이상이지만이온전도성세라믹은전고체전지의상용화가지연되고있으며, 나트륨이온전지등차세대전지에대한업체수준에서의상용화대응움직임또한더디게진행되고있음 ( 기계 구조세라믹 ) 국내기계구조세라믹시장을반도체 디스플레이분야가주도하여왔으나, 수요산업침체로시장환경이어려운상황에있어수요산업새로운니즈대응및신시장개척등돌파구를마련할수있는저비용신기술개발에대한국가적지원이필요함 ( 바이오세라믹 ) 최근, 바이오세라믹 3D프린팅기술관련기업이주목받고있으며세라믹전용프린팅기술개발위한벤처회사가늘고있으나특히, 융합연구가필요한분야로서정부의전략적투자가필요함. 기능성골이식재는경쟁력확보를위해기업차원의 R&D가활발히진행중이나세라믹공정의태생적한계점을벗어나지못하고있는실정임 ( 융복합세라믹 ) EV차량, 하이브리드카, 수소연료전지차등미래친환경자동차에대한사회적기대로향후 5년이내에폭발적인보급증대가예상되어완성차생산기업중심의민간투자가적극추진중이나, 산학연협력체제구축등정부의적극적인지원이요망됨 ( 전통세라믹 ) 국내전통세라믹분야는지속적인매출을이어왔으나, 근래시장상황의악화로새로운기술을접목한고부가가치제품에대한관심은커지고있으나, 정보부재와다양한제품의기술접목을위한연결고리를찾지못해실제투자가이루어지지는않고있음 31

36 세라믹소재 [ 기술분류별민간 R&D 투자현황및정부 R&D 지원의필요 ] 분류민간 R&D 투자동향정부투자방향 광 전자세라믹 에너지 환경세라믹 통신기기, 디스플레이, 전자기기등에대한 LG 디스플레이, 삼성전자등민간투자가대부분. 아모텍 NFC, 파트론안테나등상용화하였으나그외원천소재기술에대한투자는미미한수준 향후자율주행자동차, 전기자동차시스템의개발은정부차원에서활발히연구기획을추진하고있으나, 이에대응하는미래전자산업용핵심세라믹소재기술개발은아직민간차원연구가미흡함 현대자동차, LG 화학중심으로 HEV, PHEV, EV 용전원개발에대한투자와개발을진행하고있으며이에필요한양 음극소재및기타전지소재에대한개발및투자가이차전지소재부품업체를중심으로진행 SOFC 연료전지시스템국책과제중심의 R&D 투자가진행중 ( 매칭펀드수준 ) AGC 의스마트윈도우코팅제가도요타자동차에적용됨에따라현대 기아차에서도자체개발을시작하고있음 이온전도성세라믹소재자체의개발보다는 GS 나노텍등박막전지업체를중심으로응용분야에투자집중 중국, 일본등해외수입세라믹원료로첨단전자소자등을제작하기때문에, 이에대한정부의연구지원이필요 국내휴대단말기생산기지의중국등해외이전에따라국내소재부품기업이매우어려운환경으로추격형의단기사업화개발보다는선도형의미래소재기술개발에정부지원이집중필요 유연 투명한다기능세라믹복합소재, 플러그리스전기자동차용대전력무선충전소재등하이리스크-하이리턴형미래기술에대해정부연구지원이절실 현재까지는첨단세라믹소재, 부품에대한대중수출비중이한국이높지만기술격차가크게좁아지고있어향후대중수입비중이오히려증가할것으로전망 리튬이온전지소재및부품에대한개발지원에적극적이었으나최근리튬이온전지산업의성숙으로차세대전지용소재및부품에대한정부지원필요성이부각 연료전지의경제성확보를위해세라믹기술이기반이되는고신뢰성의스택과그의소재에대한양산및저가화기술의확보가시급 저탄소발생의녹색기술개발정책을장려하고, 건물에너지의효율화와자동차산업에서의전기에너지사용량저감을위한스마트소재기술에관한지원이활발해지는추세임 최근산화물계혹은하이브리드계리튬이온전도성소재에대한연구개발지원이이루어짐 기계 구조세라믹 디스플레이시장침체로세라믹시장이축소되었으나 OLED 설비투자와수출확대, 비산화물세라믹수요확대예상으로관련분야 R&D 강화 기계소재고부가가치화를위한대형정밀스테이지, 진공척등대형제품및초정밀가공기술개발추진 모바일, 디스플레이산업의활성화에따라차세대방열소재, 기능성구조재개발을위한자체 R&D 투자확대 산업고도화 ( 고집적, 고출력, 초고온등 ) 로극한환경하에서의적용확대 기존시장침체로고강도, 고온, 고부식환경하에서적용되는신규시장및관련기술개발모색 국방관련소재및연관기술이민수영역으로확장 반도체 디스플레이산업은구조세라믹산업의핵심수요산업이며대기업형수요산업으로, 중소기업형구조세라믹산업특성을고려하여적극적인정부지원이요청되며, 고부가가치시장및산업경쟁력확보를위한핵심품목및관련기술에대한적극적인정부지원이필요 핵심소재의기술진보는친환경자동차산업, 에너지환경산업, 해양플랜트산업등수요산업혁신및경쟁력제고를견인하므로전후방산업활성화를위한수요산업니즈에부합된기술개발에대한지원이타당 32

37 전략분야현황분석 분류민간 R&D 투자동향정부투자방향 융 복합세라믹 바이오세라믹 융복합소재의고부가가치화를위한대형제품및초정밀가공기술개발이필수적이나국내업체들은인력및자금등의한계로시장경쟁력확보가어려움 다공성골이식재개발에투자되고있으나생체기능성물질이포함된생체세라믹골이식재개발은아직미흡함 각바이오세라믹부품관련업체에서고분자소재용 3D 프린터를구매하여기술도입가능성을타진하고있는상황이며, 세라믹전용 3D 프린팅공정개발은기술적초기단계임. 최근벤처기업과정부출연연중심으로연구가활성화되고있음 우주환경및초고출력반도체산업등에적용되는극한환경소재분야로장기적인정부지원이요구되는소재분야임 국방전략소재로해외기술도입불가 치아와뼈와같은경조직부분에있어서는세라믹 3D프린팅기술이반드시개발되어져야하나, 국내에서는고분자, 금속소재에비해도입초기단계로써빠른추격을위해소재, 공정, 시스템, 임상등이융합된기술집약이필요하므로정부의선택적 / 집중적연구개발지원이반드시필요함 고령화사회에있어경조직의건강은국민의삶의질을보장하는매우중요한요소이며, 기능성골이식재는치과및외과에서신속정확한치료를위해반드시필요한다학제간융합분야이므로정부투자가반드시필요함 전통세라믹 일부기업에서단열에대한 R&D 투자및제품개발이이루어지고있으나, 대부분기능에대한투자에한정되며소재에대한직접적인투자는거의없는실정임 최근산업부를중심, 세라믹소재산업육성에따라세라믹섬유개발및실용화에대한 R&D가추진되어진행중 정부는다양한단열에대한투자를진행하고있으나, 다양한고기능성건축용세라믹소재에대한투자는부족한실정임 원료 공정및설비기술 세라믹분말의일본등기술선진국의전도가심함. 최근에는원광을확보한저가의중국제품이국내에공급 국내는유니세라등의영세업체에서연구용마이크로웨이브소결등의혁신적인공정이연구되고있음 다양한제품에필수원료의국내생산기반이없음. 원광으로부터원재료공급 line 확보및이로부터중간화합물과최종소재제조기술개발을위해국가의지원이절실히필요함 관련장비의병행개발이필수사항 33

38 세라믹소재 6. 중소기업시장대응전략 Factor 기회요인위협요인 정책산업시장기술 정부차원의중장기적신기술연구및제품개발지원강화 기술개발표준화를통한기술력확보및확산 기후변화협약에의한이산화탄소배출량감소정책등전세계적환경감시체제의강화 정부에서에너지효율증대를위해경량복합소재적용증가추세 국내자체기술개발에의한시장창출에대한기대증가 산업의융 복합화추세로전문인력의연계확대 최종수요제품의글로벌시장확보노력집중 국내의고급인력및첨단제품수요풍부 소비지출증가에따른웰빙생활추구에대한전국민적관심증대 제품의응용범위확대에따른수입대체수요증가 기술개발축적및수준향상으로지속적인성장예측 첨단제품에대한국산화요구증가로지속적인수요보장 경제발전에따른응용분야에확대로다양한소재요구증가 다기능을동시에구현하는융 복합소재에대한수요증가 소재 성형 가공기술의빠른 발전과 관련 표준화 규격축적 관련제품기술의비약적발전과이를따른국내원료및생산설비수요의증대 첨단반도체부품및디스플레이제품생산에따른설비핵심부품수요증가 연구개발및생산관련전문인력이풍부 주요선진국글로벌기업들의세계시장경쟁치열 세라믹소재에특화된연구개발부족과중소기업위주의생산한계 선진국의원천기술독점에의한원천기술확보곤란. 세라믹소재와관련된세계환경규제에대한대비책부족 기술선진국과신흥공업국의상호견제로성장저하우려 소비수요감소와글로벌제조회사의세계시장잠식률증가 소재평가기술의후진성과국내원료사용의활성화부족 조기투자회수에대한기대로많은자본과시간투자미약 원료분말수입에따른기술집약적신제품개발및사업화곤란 제품수요확대에대한적절한설비투자부족 세계경기의영향에따른소비위축가능성상존 선진국대비부품기획및생산기술력부족 미래지향적인기술성격으로산업체의즉각적인투자부담 전방산업침체에따른수요변동가능성존재 소재 부품의짧은라이프싸이클과높은기술난이도 핵심제품의기능확대로첨단기술력확보의어려움 중소기업의자체기술력부족에따른높은기술진입장벽 선진국소재 부품의모방형기술개발한계에봉착하여, 국내가아닌세계적제품수준요구 영세중소기업중심의산업구조로인한개발, 생산기술발전의불균형 관련산업지원정책확대 신산업육성에따른신시장창출 기존주력산업의경쟁력악화 환경친화적기술개발필요 고부가가치기술개발요구 수입의존적공정장비 중소기업의시장대응전략 정부의중장기적연구지원에맞추어세라믹제품에관련된기술의지속적인개발및전문인력양성 34

39 전략분야현황분석 7. 중소기업전략제품 가. 중소기업기술수요 세라믹소재분야중소기업의니즈분석을통한제품및기술개발현황을살펴보면다음과같은제품및기술을개발 콘크리트블록, 고강도. 고연성섬유복합체와보강재개발 등의시멘트, 콘크리트, 내화물재료개발 단열재대량성형기술, 잉크안료개발기술, 코팅기술 등의제조공정기술개발 프리즘시트레진, 고강도세라믹기판, 나노파우더 등의나노세라믹복합재료제품을개발 세라믹소재분야중소기업이관심있는중소기업청기술개발과제에대한수요분석결과, 다음과같은제품및기술의개발에대한수요요구 중소기업이기술개발에관심이높은품목은 시멘트, 콘크리트, 내화물, 세라믹제조공정기술, 나노세라믹복합재료기술 등의품목과관련된기술개발과제를다수신청 중소기업, 대기업 공기업등에대하여설문조사및방문조사를통하여기술수요조사를실시 조사결과윈도우글라스, 이중사출금형, 삼중사출금형, 센서표면처리, 특수형상성형기술, PTFE Film 제조, 산업용파이프성형, 가전제품도장, 드라이브샤프트단조, 에너지절감용접장치등의수요가있는것으로조사 [ 중소기업청 R&D 지원사업신청과제현황 ] 주요품목 과제건수 합계 점유율 (%) 평균증가율 (%) 세라믹소재 고강도ㆍ열기능재료 광ㆍ전자세라믹 % 66% % 15% 기타세라믹재료 % -6% 단결정 % 41% 도자기, 타일등 % 9% 세라믹제조공정기술 시멘트, 콘크리트, 내화물 % 8% % 25% 유리, 유약, 법랑 % 67% 합계 % - 35

40 나. 중소기업전략제품 중소기업적합성이높은수준으로평가된합성수지및첨가제고분자물질, 나노탄소재료복합체및편광성재료관련기술군은국내중소기업의출원활동이활발한것으로평가되며, 기술성장성과기술수준이낮게평가되어국내중소기업이접근하기용이한기술군으로사료 차세대유리제품은현재기술개발이활발하며, 관련제품의시장에서중소기업의활동이증가하고있어전략제품으로선정 [ 세라믹소재분야전략제품 ] 전략제품 개요 광ㆍ전자세라믹 전자 (electron) 또는광자 (photon) 의제어를위한매개세라믹소재로, 극단의물성, 안정성등을갖는최첨단소재 기계ㆍ구조세라믹 자동차 / 정밀기계, 반도체 / 디스플레이, 환경 / 에너지, 항공우주산업등에서세라믹소재의탁월한기계적, 열적, 화학적물성을활용하여응용되는세라믹소재로, 경량화및고강도의소재개발을위해필수적제품임 세라믹소재 에너지ㆍ환경세라믹 에너지저장및변환, 오염물흡착 / 여과 / 분해등의기능을통해에너지및환경분야에활용되는세라믹소재 바이오세라믹 인체내에이식되어단기간또는장기간동안손상된인체조직이나기관의기능을치료. 대체. 회복시키는데사용되는세라믹소재 차세대유리 스마트윈도우, 디스플레이글래스, 플렉서블글래스등을포함하는차세대기능성유리로, 친환경, 에너지저감기능및첨단산업분야에적용가능 36

41 바이오세라믹 전략제품현황분석

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43 전략제품현황분석 바이오세라믹 정의및범위 정의 : 의료용바이오세라믹이란생체가가지고있는구성원소들과유사한원소로이루어져있거나독성이없는재료로구성되어생체친화성이우수하며이를생체에이식시켰을경우뼈와강한화학결합을하는등의생체적합성을가지는세라믹소재로서인공관절, 인공뼈등의경조직대체재료로서주로사용되는소재 범위 : 생체불활성, 생체활성, 생분해성세라믹소재로서금속산화물계, 유리 ( 결정화유리포함 ), 카본계소재를포함정부지원정책 산업융합기술과신성장동력산업육성 국산화에대한지속적투자와선진국독점대응산업육성 한미, 한EU, 한중 FTA 체결 바이오세라믹소재관련원천소재기술수준은일본, 독일등의선진국에비해열세 원천소재개발은장기간의시간과비용지출이필요 중소기업시장대응전략 강점 (Strength) 약점 (Weakness) 소수에의한독점체제의장벽 국내의료진의우수성 연구기관의뛰어난연구능력기회 (Opportunity) 고령화사회진입에따른시장확대 BT-NT-IT 기술융합에따른신시장개척 기술개발의응용화로고부가가치의료산업개편용이 투자대비효율이높은고부가가치산업 산업화기술수준이낮음 신뢰성이높은공급사슬체계미흡 원천특허부족위협 (Threat) 낮은인지도로인한시장진입장애 선진국의지적재산권권리강화추세 대외의존도로인한산업의종속화 관련법규및표준화미비 중소기업의시장대응전략 고령화사회로의진입과의료복지확장으로의료용세라믹스소재수요가성장할것으로전망 골조직을조직공학적으로제조하기위하여골세포가부착, 증식, 분열할수있는담체, 즉다공성지지체의수요증가 BT, NT, IT 등산업의고도화에따라고성능, 다기능성소재로서의료용소재에대한니즈증가 39

44 세라믹소재 - 바이오세라믹 핵심기술로드맵 40

45 전략제품현황분석 1. 개요 가. 정의및필요성 의료용바이오세라믹이란인체내에이식되어단기간또는장기간동안손상된인체의조직이나기관의치료또는대체시키는데필요한세라믹소재로정의 통계청자료에의하면, 국내 65세인구비율의증가로인해임플란트시술환자는 2010년 500 만명에서 2030년에는 1,200만명으로증가전망 한편기존임플란트는환자시술후조직재생율이떨어져임플란트시술기간이길기때문에생체친화적이고조직접합및재생율이높은바이오세라믹특성개발및니즈증가전망 [ 의료용바이오세라믹제품 ] 의료용바이오세라믹소재는골조직과화학적으로유사하거나우수한기계적특성및생체친화성때문에골조직의재생이나재건에주로사용 의료용바이오세라믹소재는인체내생물학적활성에따라적용할수있는부위및요구물성이달라지므로생물학적반응정도에따라생체활성 (Bioactive), 생체불활성 (Bioinert), 생분해성 (Biodegradable) 소재로구분 생체활성 (Bioactive) 세라믹은생체친화성 (bio-compatibility) 이높아신체에삽입되면주위조직과화학적으로결합하는재료를지칭하며, 생체유리와인산칼슘계세라믹이대표적소재 생체불활성 (Bioinert) 세라믹은생체활성세라믹스와달리활성을띠지않는소재로신체에삽입되면염증과독성은유발하지않지만생체조직과직접결합을하지못하고주위에섬유조직이생성되면서결합하는재료를지칭하며, 알루미나와지르코니아등이대표적소재 41

46 세라믹소재 - 바이오세라믹 생분해성 (Biodegradable) 세라믹은생체내에서상처입은조직을치환할뿐만아니라손상된조직을치료하며생체가본래가지고있는자기수복기능을돕는역할을하며, 치료용재료를뼈의결합등에삽입하였을경우, 뼈가서서히자라면서이러한이식재료는녹아서없어지게되고결국은새로운뼈로교체 바이오세라믹은화학조성에따라금속산화물계, 유리 ( 결정화유리포함 ), 카본계소재로구분 금속산화물계바이오세라믹은알루미나 (Al2O3), 지르코니아 (ZrO2), 티타니아 (TiO2), 하이드록시아파타이트 (HA) 를포함 유리및결정화유리계바이오세라믹은 Na2O-CaO-SiO2-P2O5계기반의조성물 카본계바이오세라믹은섬유, 다이아몬드, 결정질, 비결정질, 열분해카본을포함 뼈및관절부분의기능치료및대체, 치골용소재및코팅소재등제품의수요가증대하고있으나, 바이오세라믹소재의대부분을수입에의존하고있기때문에의료기기산업손실및환자의의료비부담도커지고있어바이오세라믹관련원료합성, 환자맞춤형형상설계및성형기술, 물리적 / 화학적 / 플라즈마용사등코팅기술개발이필요 나. 범위및분류 (1) 제품분류관점 의료용바이오세라믹은임상적용위치와치료목적에따라제품의제조공정을달리할수있고, 또한인체내에서바이오세라믹의기계적, 화학적, 생물학적특성과역할을향상시키기위해다양한형상을제조하여사용 바이오세라믹은형상에따라분말재, 섬유재, 코팅재, 벌크재로구분 분말제품은골충진및재생, 섬유제품은기계적강도향상을위한강화재로사용 코팅용제품은임플란트와생체조직간결합을강화시키는데사용 벌크용제품은골조직대체용으로사용 42

47 전략제품현황분석 [ 바이오세라믹제품분류관점의범위 ] 대분야중분야용도 알루미나 인공골두, 인공뼈, 안과보철기구, 치과용임플란트, 상악골재건, 이비인후과용 생체불활성 지르코니아 인공골두, 치관코어, 임플란트지대주 카본 인공심장판막, 인공관절및내고정장치 생체활성 바이오글라스결정화유리 수산화아파타이트 코팅재, 치조융선보강, 치주포켓소실용, 상악골재건, 이비인후과용, 경피접촉기구, 척추대체재료 - 골결합용코팅, 골대체소재등 생체분해성 TCP CMP - 임시골충진재, 치주포켓소실용, 조직공학용지지체등 (2) 공급망관점 의료용바이오세라믹기술은분말합성, 성형공정, 코팅, 열처리, 후처리등각종공정을통해생체세라믹제품을제조하는데요구되는모든기술을총칭하며, 바이오세라믹소재제조공정의최적화및신공정개발에요구되는생산기술과생체친화성기능을향상시키거나부여하는기반기술로구분 [ 공급망단계별주요기술분류표 ] 대분야중분야세부내용 분말합성기술 바이오세라믹을분말형태로합성하는기술 생산기술 코팅관련공정기술 바이오세라믹을임플란트표면에코팅하는기술 3 차원성형기술바이오세라믹을 3 차원형태의치밀체또는다공체로제조하는기술 후처리관련공정기술 생체활성표면처리및소독기술 기반기술 나노복합화기술 2 종이상의바이오세라믹을나노수준에서복합화하는기술 미세구조제어기술 바이오세라믹을나노 / 마이크로 / 마크로수준별로구조제어하는기술 43

48 세라믹소재 - 바이오세라믹 2. 산업환경분석 가. 산업특징및구조 (1) 산업의특징 대부분의의료용바이오세라믹산업은조직공학 (tissue engineering) 과연계하여재료자체의개발에만국한되지않고인체내에서재료와생체조직간의생체적합성까지고려한제품을공급하는산업 최근바이오세라믹에관한연구에서는생체모방법 (biomimetic process) 을이용한인체친화적인공정과생체분해성인산칼슘계세라믹다공체를조직공학용지지체 (scaffold) 로이용하는연구가수행되고있으며, 조직공학과연계하여바이오인공장기에대한연구개발이활발한산업 의료용바이오세라믹는대부분인체내에서사용되기때문에세포반응을통한 in-vitro 시험, 동물체내에서의 in-vivo 시험등을통해재료자체의특성향상뿐아니라인체내에서재료의세포조직적합성에대한연구가필수적이어서학제간연구가필요한산업 의료용바이오세라믹시장은소수의다국적기업이지배하는독과점구조이지만, 산학연협력체계와임상데이터관리로틈새시장공략이가능한산업 (2) 산업의구조 전방및후방모두에산업파급효과가큰수준이며, 국내의료용바이오세라믹소재기술은아 직초기시장진입단계로, 일부중소기업을중심으로부품산업분야에서점차상용화시장이확 대되고있는형태 [ 의료용바이오세라믹소재의연관산업구조 ] 후방산업바이오세라믹전방산업 세라믹분말합성, 프리커서, 솔젤원료, 나노분말제조, 진공열처리, 각종성형장비, 세라믹코팅장비, 세라믹산업 치과용, 정형외과용, 이식형 제조업체의총판, 딜러, 병원, 등 후방산업은세라믹분말합성, 프리커서, 솔젤원료, 나노분말제조, 진공열처리, 각종성형장비, 세 라믹코팅장비, 세라믹산업등의의료용생체조직의의료, 치과, 진단기기제조분야등이존재 전방산업은제조업체의총판, 딜러, 병원등 44

49 전략제품현황분석 나. 경쟁환경 소재를포함한바이오세라믹가공제품은대부분다국적기업이지배하는시장구조임 국내바이오세라믹공급업체는주로치과용소재및골재를생산하는중소 / 중견기업들임 국내바이오세라믹시장은 2015년기준약 3,600억원규모로전년대비 3.5% 이상증가하였으나, 고가인고관절용제품은대부분수입 과점폐쇄시장으로시장은미국의 Zimmer, Stryker, Howmedica, Johnson & Johnson, 영국의 Smith & Nephew, 일본의 Kyocera 등몇개의다국적기업이지배 Kyocera의경우에는자사고유의기술을바탕으로소재, 소자및장치의개발과판매를전개했있지만, 시장점유율에서는기대에미치지못함. 따라서, 기술력을가지고세계적인업체들의분업화파트너로써사업에참여하는전략이필요 [ 해외의대표적인업체별생산제품및기술 ] 기업명 Zimmer( 미국 ) 주요생산품및기술 인공골, 척추용 Stryker( 미국 ) 고관절시스템 3M ESPE( 미국 ) 인공치아용지르코니아블록 Interpore Cross( 미국 ) 아파타이트골대체물 Himed( 미국 ) 아파타이트 CeramTec( 독일 ) 인공관절 VITA( 독일 ) 인공치아용지르코니아블록 Biomatlante( 프랑스 ) 합성골시멘트 Novel Biocare( 스웨덴 ) 골유착형임플란트 Straumann( 스위스 ) 임플란트나노표면처리 Kyocera( 일본 ) 고관절, 인공치아 45

50 세라믹소재 - 바이오세라믹 국내의경우현재, 세계적인업체들의분업화와연계될수있을정도로기술력이있는업체는 제한적이며, 다국적기업화와의료용구라는특수성으로인하여새로운기업의시장참여는상당 히어려운상황 [ 국내의대표적인업체별생산제품및기술 ] 기업명오스코텍나이벡메가젠텐티움오스젠 주요생산품및기술골충진제치과용골이식재치과용골이식재인공치아용지르코니아블록아파타이트계분말 소재기술이지배시장으로, 인공관절의경우장치디자인과소자구성에대한기본적인개념이초기에서현재에이르기까지크게변화되지않고있어, 시장을이끌어가는구동요인은소재기술 특히기존소재의표면개질공정, 생체활성및생체재생유도표면기능화기술이중요한기술로, 시장이폐쇄적이기는하지만소재기술의도입에대해서는개방적이고경쟁적인시장참여가가능 [ 의료용바이오세라믹주요참여업체종합 ] 공급망단계 주요내용 바이오세라믹소재 새라믹스분말로성형, 소결, 가공, 표면코팅의연계 주요제품 / 기술 골충진제, 골대체제, 세라믹코팅재, 수술용기구, 진단용기기등바이오세라믹 해외기업 Wright Medical Group, Inc, Royal DSM Zimmer Biomet Holdings, Inc CeramTec Amedica Corporation CAM Bioceramics BV Berkeley Advanced Biomaterials, Inc Straumann Nobel Biocare Collagen Matrix, Inc Morgan Technical Ceramics Kyocera Corporation DOCERAM Medical Ceramics GmbH Dentsply International Smith & Nephew plc CIRTEC Medical Systems CoorsTek Medical DePuy Synthes Stryker Corporation Tosoh Corporation, 등 국내기업 ( 주 ) 셀루메드, ( 주 ) 나이벡, ( 주 ) 메타바이오메드, 오스코텍, ( 주 ) 코렌텍, ( 주 ) 쿠보텍, 코웰메디, ( 주 ) 서한케어등 46

51 전략제품현황분석 다. 전후방산업환경 의료용바이오세라믹산업은생체용소재중생체친화성과조직공학의접목으로의료기술의고도화에기여 바이오세라믹산업은세라믹소재의우수한다공성조직및비표면적특성을기반으로의학뿐아니라에너지, 화학, 화장품등산업바이오, 비료, 식폼포장재등그린바이오분야로전후방산업의연결매체로산업생태계확장예상 바이오세라믹소재산업은생체친화성, 생체물질담지능을보유한세라믹소재를원료로사용하거나, 생산공정에서이소재를이용하여의료, 생명공학등바이오산업관련제품을제조하는산업으로확장이가능 세라믹은바이오컨텐츠융합에필요한최적의핵심소재로서생체친화성이뛰어나생체내거부반응발생률이낮고, 다기공구조를이용한비표면적이다른소재대비높아바이오컨텐츠고정화및감도증진효과가우수하여바이오화장품소재, 바이오센서 칩소재, 바이오연료전지소재, 바이오세라믹비료, 세라믹코팅포장재, 바이오필터등융합바이오세라믹소재산업으로확장전망 [ 융합바이오세라믹소재산업범위 ] 분야전방산업품목예시 의약바이오세라믹의약바이오 ( 보건, 의료등 ) 조직재생소재, 의료진단소재, 인공관절, 장기소재등 산업바이오세라믹산업바이오 ( 에너지, 화학등 ) 바이오화장품소재, 바이오센서 칩소재, 바이오연로전지소재등 그린바이오세라믹그린바이오 ( 농업, 식품등 ) 바이오비료, 세라믹코팅포장재, 바이오필터등 세라믹소재의다공질화에따라진단소재, 임플란트소재, 산업및뷰티케어소재에각각응용할 수있으며, 인체내에매식되어기능을다한후인체에흡수될수있는생분해성바이오세라믹 의경우는조직공학기술을사용하여환자의조직과동일한조직재생이가능 47

52 세라믹소재 - 바이오세라믹 [ 다공성바이오세라믹소재응용분야 ] 진단소재임플란트소재산업및뷰티케어소재 세라믹소재와바이오기술의융합을통해고부가가치신제품개발로시장영역확장 자성세라믹소재의고담지성, 고자화력특성을이용해항체 ( 바이오컨텐츠 ) 의고정화효율증진및빠르게암세포측정가능 ( 진단시간 3일 30분이내 ) 무기담체의고담지및고기능특성을이용해선도유지제 ( 바이오컨텐츠 ) 의서방형방출제어를통한기능성패키징개발가능 ( 선도유지기간 3일 2주 ) [ 융합바이오세라믹소재를통해미래수요기술구현 ] 현재제품융합바이오세라믹소재기술미래수요제품 감염성질환진단 ( 진단시간 : 3 일 ) 자성세라믹소재 자성분리를통한자동화 신속현장진단 ( 진단시간 : 30 분이내 ) 단순임플란트 ( 골재생시간 : 6 개월 ) 생체친화성다공성세라믹소재 약물고담지성방출제어 자가치료형임플란트 ( 골재생시간 : 1 개월이내 ) 패키징 ( 선도유지기간 : 3 일 ) 다공성세라믹소재 선도유지제방출제어 기능성패키징 ( 선도유지기간 : 2 주 ) 48

53 전략제품현황분석 융합바이오세라믹소재산업은세라믹소재와바이오컨텐츠의융합으로기존바이오제품의기능 을향상시켜산업생태계확장이가능 실리카겔 10 만원 /kg ( 기존 ) 항체고정화자성실리카입자 1 천만원 /kg ( 미래 ) [ 바이오세라믹소재의전후방산업생태계구성도 ] 분야원료핵심소재바이오컨텐츠중간제품최종제품전방산업 진단산화철자성소재 항체 진단용탐침진단키트 초고속질병진단시스템 진단산업 ( 축산업, 수산업, 식품 ) 유전자 (DNA) 분리 / 정제키트 분리 / 정제자동화장비 분리정제산업 조직재생 인산칼슘, 알루미나, 지르코니아 골소재 조직재생약물 본칩본시멘트본스캐폴드 자가치료형임플란트 의료산업 ( 동물산업 ) 뷰티케어 탈크, 마이카, 일리아트 판상분체 비타민 방출제어형기능성캡슐 기능성화장품 화장품산업 ( 화학산업 ) 산업 다공성실리카, 제올라이트, 일리이트 무기담체 선도유지제 방출제어형기능성소재 기능성패키징 항산화물질기능성원사코스메틱섬유 패키징산업 ( 식품, 유통업 ) 섬유산업 ( 아웃도어 ) 49

54 세라믹소재 - 바이오세라믹 3. 시장환경분석 가. 세계시장 2022 년세계의료용바이오세라믹시장은 억불규모로성장이추정되고있고, 연평균 성장률은약 6.2% 로예상 [ 의료용바이오세라믹세계시장규모및전망 ] 구분 ( 단위 : 억달러 ) 성장률 (%) 세계시장 * 출처 : Grand View Research, Inc., 년기준세계의료용바이오세라믹시장의지역별분포는중국, 인도를포함한아시아 권역의성장이지속 바이오세라믹소재시장은치과용, 정형외과용, 생체이식용세라믹을포함하며주요재료는알 루미나및지르코니아세라믹소재로구성 용도별로고관절등정형외과용수요다음으로인공치관용이약 38% 점유 세계의료용바이오세라믹시장을주도하는 38 개기업중에서미국기업이 26 개사, 유럽기업이 22 개사로서미국과유럽기업이바이오세라믹시장을지배하며, 일본도 4 개기업이활발히활동 인공관절산업의세계시장점유율은미국의 CeramTec, Zimmer, DePuy, Stryker, Biomet 사 와영국의 Smith & Nephew 사가 90% 정도를장악하고있으며, CoorTek 사는고관절사업 확장 5 개년계획추진중 세계치과용골이식재시장은 Geistlich, Dentsply, Osteotech, Regeneration Technology, Tutogen Medical 상위 5 개사가전체시장의 80% 이상을점유하고있는과점시장 바이오세라믹등생체소재는의료기기특성상다른산업과구별되게각국가들의정부에서제 조과정, 생산시설, 품질관리를엄격하게규제 대부분의생체소재제조기업들은일반산업용동일원소재도함께생산하지만, 각나라별식품 의약품안전청의사전제조허가를받아생산하기때문에일반산업용생산량에비해의료용은 소량 인공관절분야시장은고령인구의급증, 국가보험체제에의한보호, 성장은점진적이나국가차 원에서보호되는시장특성 인공관절은고부가가치시장으로, 현재시판되는인공관절의가격은소재제조및가공원가에 비해서대단히높게책정 50

55 전략제품현황분석 바이오세라믹소재중인산칼슘계세라믹소재는생체적합성이다른소재에비해우수해인공골대체물로사용돼왔으나, 인산칼슘계세라믹소재자체가가지는낮은기계적물성때문에큰하중을받지않는부위와치과용영역에국한돼응용 골대체물로서인산칼슘계소재의기계적강도를획기적으로향상시키는연구보다는원료합성, 미세기공도입및콜라겐등의골형성물질코팅을도입해골전도성과골유도성을향상시키면다양한외과적활용효과기대 고령화에따른치과용및정형외과용임플란트의보급이활성화됨에따라이들표면에생체활성을갖는표면개질신기술이개발되면생체세라믹원료분말에대한수요가지속적으로증가할것으로기대 고관절보철물로생체불활성생체세라믹골두가 1990년대초부터사용돼왔는데, 지금까지유럽지역에서만약 2백만개이상의알루미나골두를사용 골두를알루미나보다높은기계적강도와인성을지닌지르코니아를사용해환자에따라골두의크기를작게하거나지지대 (stem) 의골두삽입부분길이를조절하는등고관절전치술보철물디자인에융통성을부여할수있게돼, 인공관절용세라믹소재산업은지속적으로성장전망 자연치아와동일한투과성을가질뿐만아니라인공치아로서적합한기계적물성과생체특성을갖는지르코니아소재를이용한심미보철치료산업이급성장 인공치아용지르코니아원료분말및블록의수요등이급증할것으로기대되며, 인공치아제작을위한 CAD/CAM 시스템이개발돼전도재관및브릿지제작공정이더쉬워져인공치아용바이오세라믹소재시장이획기적으로커질것으로기대 1990년대중반부터활발한조직공학적골재생에대한연구는현재의골조직이식방법에서발생가능한모든문제점을해결할수있는가장이상적인방법으로서, 조직공학적골조직을이용해선천적또는후천적인골조직의결함을효과적으로치료할수있을것으로예상 조직공학적으로골조직을재생하는기술이상업화단계까지이르지않아바이오세라믹지지체시장형성은초기단계이지만, 조만간시장이형성될것으로기대전망 의료용바이오세라믹소재별시장은알루미나및지르코니아가년 6% 이상성장하며, 북미시장규모는약 40억불이며, 유럽시장규모는전세계시장의약 40% 점유 51

56 세라믹소재 - 바이오세라믹 [ 미국의바이오세라믹소재별시장전망 ] * 출처 : Grand View Research, Inc., ( 단위 : 백만달러 ) 임플란트와생체와의접합을위해생체활성세라믹을포함하여의료기기의표면코팅산업분야 의성장이커질것으로전망 [ 의료기기표면코팅산업의지역별시장전망 ] * 출처 : BBC Research., ( 단위 : 백만달러 ) 52

57 전략제품현황분석 나. 국내시장 국내의료용바이오세라믹시장은 2016 년약 3,700 억규모로서 2020 년에는 4,250 억규모로 성장예상 [ 의료용바이오세라믹국내시장규모및전망 ] 구분 ( 단위 : 억원 ) 성장률 (%) 국내시장 3,580 3,705 3,835 3,969 4,108 4, * 출처 : 치과용충진재관련, 메티바이오메드자료, 인공관절관련, 건강보건심사평가원보험수가로추정 국내에서개발 생산되는바이오세라믹소재관련제품은다양하지않으나, 생산하는업체의숫 자는많은편으로, 대부분치과용임플란트업체를모기업으로하는기업과작은규모의영세 한기업등이대부분 제품으로는대부분인공적으로합성한인산칼슘계세라믹을이용한골대체재가주를이루고, 인산칼슘계세라믹을이용한치과용임플란트의표면개질제품과골시멘트도생산 치과용으로세라믹도재가생산되고있고, 최근들어올세라믹 (All Ceramic) 타입의지르코니 아블록제조회사가많이등장하고있으나, 생산규모와기술적인면에서세계적인기업과많은 격차를보이고있음 현재많은기업들이골형성이향상된골대재소재를개발하기위해골성장인자나약물을골 이식재에접목시키는기술을상품화진행하고있고, 국내여러치과용임플란트회사들은임플 란트표면에생체적합성이우수한인산칼슘계세라믹으로코팅하는기술을개발중 유 무기나노복합체를개발해골대체물로이용하는기술, 고내마모성인공관절개발, 생체활 성결정화유리를이용한경추및요추추간판대체재개발등이진행중 국내인공관절시장은거대자본과기술력을바탕으로한외국계기업에점유되었으나, 한국형 체형에적합한인공관절이국산화개발이되고있어수입대체효과가클것으로기대 국내에서는 1998 년설립된오스코텍이 18 년이상의임상사용으로국내시장을선점하고있으 며, 바이오세라믹시장은인공치아, 뼈이식재, 인공관절순으로성장이예상 오스코텍은골다공증치료제, 관절염치료제등의신약개발, 뼈관련유전체사업, 뼈이식재료를 포함한신소재및생체재료의개발, 항생제및항암제의약물전달계개발등을목적으로설립 된연구개발중심의뼈전문생명공학업체 53

58 세라믹소재 - 바이오세라믹 다. 무역현황 바이오세라믹기술로품목의무역현황을살펴보았으며, 수출량에비하여수입량이급격히감소하는추세 바이오세라믹기술의수출현황은 11년 384만달러에서 15년 593만달러수준으로증가하였으며, 수입현황은 11년 1,473만달러에서 15년 1,079만달러수준으로감소하여무역수지적자폭이증가 최근 5년 ( 11~ 15년) 간연평균성장률을살펴보면수출금액은 -37.3% 로감소하였으며, 수입금액은 -7.5% 로감소하여전체무역수지는 -1.6% 감소한것으로나타남 무역특화지수는 11년(-0.59) 부터 15년(-0.90) 까지감소한것으로나타나국내기업의수출량이감소하고있는것으로나타났으며, 국내의바이오세라믹제품의해외시장진출이줄어들고있는것으로분석 [ 바이오세라믹관련무역현황 ] 구분 ( 단위 : 천 $) CAGR ('11~'15) 수출금액 3,841 2, % 수입금액 14,734 12,608 12,972 13,601 10, % 무역수지 -10,893-9,624-12,780-13,003-10, % 무역특화지수 * * 무역특화지수 = ( 상품의총수출액 - 총수입액 )/( 총수출액 + 총수입액 ) 으로산출되며, 지수가 0 인경우비교우위는중간정도이며, 1 이면완전수출특화상태를말함. 지수가 -1 이면완전수입특화상태로수출물량이전혀없을뿐만아니라수입만한다는뜻 * 자료 : 관세청수출입무역통계 HS-Code(6 자리기준 ) 활용 54

59 전략제품현황분석 4. 기술환경분석 가. 기술개발트렌드 생체활성을증대시켜골전도성과골유도성을향상시키는골대체용세라믹스개발 조직공학기법을이용하여골조직을재생시킬때, 골세포가잘부착하여증식하고분열할수있는다공성세라믹담체개발 생체친화성이향상된인공관절용고인성, 내마모세라믹에대한요구증대 바이오세라믹은그기능을다한후에도인체내에서잔류함으로서이물질반응을야기하기도하기때문에, 최근에는생체친화성이더우수한재료, 기능을다한후인체내에흡수되는생분해성바이오세라믹, 또한조직공학을이용하여인체외부에서조직재생에대한연구진행 바이오세라믹은생체재료로사용되는파인세라믹스의한종류로, 알루미나, 카본등의생체불활성세라믹스 (1세대) 에서아파타이트, AW유리, β형인산 3칼슘등의생체활성 흡수세라믹스 (2세대) 로발전하였으며, 최근에는생체를학습하는세라믹스 (3세대) 까지개발진행중 실용화단계에있는인체에대한안전성이입증된바이오세라믹을이용하여복합재료를제조하거나특정형상을구현하는연구 인산칼슘계세라믹스의활용범위확대 ( 고분자, 금속, 다른세라믹재료와의복합재료화 ) 인산칼슘계세라믹을이용하여금속재료의표면개질연구 골조직의결합이나성장을위한다공체의제조 생분해성인산칼슘계세라믹제조 골또는치아재생을위한조직공용지지체제조 내마모성및파괴인성향상 생체활성경사기능화 기존의의료용구의문제점을근본적으로해결하려는연구, 즉, 인체내에서이물질로존재하지않으면서조직을재생하는조직공학을이용하여인체의조직이나장기를재생하는연구 골세포의생명력을유지시켜주고, 세포의분열과증식을잘될수있도록생체친화성이우수하고생분해되며, 기계적인강도도우수한세라믹다공체 ( 지지체 ) 개발을위한기계적인인성향상기술 생분해성세라믹다공체를제조하여뼈나연골세포를복합화한후복합화근골격계조직을조직배양하여체외나체내손상된조직에재생시키는기술 현재강도와인성면에서가장우수한알루미나와지르코니아가정형외과용인공관절로사용을많이하고있으나, 세라믹소재의가장큰고유의약점인갑작스런파절의문제를해결하기위한연구진행 55

60 세라믹소재 - 바이오세라믹 인체에서장기간사용시지르코니아소재에서발생가능한저온열화문제를억제하는연구 인공고관절관절면접촉소재인 Metal on Plastic(Polyethylene, UHMWPE), Metal on Metal(MoM), Ceramic on Plastic(UHMWPE) 조합보다인공관절의수명과신뢰성을획기적으로향상시키는 Ceramic on Ceramic(CoC) 조합을이루는소재로서기계적특성이균형잡힌질화규소를이용한기술개발 바이오세라믹의성형기술에서는치아, 임플란트등개인맞춤형제품이필요한영역에서 3D 프린팅이빠르게도입될전망 환자의턱뼈를대체할수있는임플란트를 3D 프린팅으로제작하여, 근육과신경이지나는자리까지고려하여기존생산기술로는제작하기어려운디자인성형공정 현재인공치관으로심미성이우수한전도재관 (All Ceramic Jaket Crown) 소재인 Glass-ceramic, 알루미나보다심미성과기계적물성이우수한지르코니아소재의원료분말및블록의제조연구 3D 프린팅기술의진보에따라사람의뼈와같은하이어라키구조를모방하여중량을줄이면서내구성이큰제품을제작하는것이가능해질것으로예상 56

61 전략제품현황분석 나. 주요업체별기술개발동향 (1) 해외업체동향 2018년세계바이오세라믹스시장은 136억불규모로성장이추정되고있고, 년성장률은약 3.5% 로예상 세계바이오세라믹스시장을주도하는 38개기업중에서미국기업이 26개사, 유럽기업이 22 개사로서미국과유럽기업이바이오세라믹스시장을지배하며, 일본도 4개기업이활발히활동 인공관절산업의세계시장점유율은미국의 Zimmer, DePuy, Stryker, Biomet 4개사와영국의 Smith & Nephew 포함 5개사가 90% 정도를장악 세계치과용골이식재시장은 Geistlich, Dentsply, Osteotech, Regeneration Technology, Tutogen Medical 상위 5개사가전체시장의 80% 이상을점유하고있는과점시장 (2) 국내업체동향 국내인공관절시장은거대자본과기술력을바탕으로한외국계기업에점유되어있는실정이나, 한국체형에적합한인공관절의국산화개발이진행되고있어수입대체효과가클것으로기대 국내에서는오스코텍이 14년이상의임상사용으로국내시장을선점하고있으며, 바이오세라믹스시장은인공치아, 뼈이식재, 인공관절순으로성장이예상 57

62 세라믹소재 - 바이오세라믹 다. 기술인프라현황 미국의생체세라믹소재에대한연구개발은유럽이나일본에비해다양하지않고임상에활용도낮은편으로, 일반적으로유럽이나일본에서먼저임상에사용되다가시간이지난후에미국의 FDA에서승인을해주는보수적인정책을유지 미국의선도연구기관은미국국립보건원 (NIH) 으로 Freeze casting 법으로이방성기공의 HA 지지체, 생체모방형고기능성바이오세라믹, 고인성, 고강도바이오세라믹복합소재, 인공뼈및인공고관절바이오세라믹개발에주력 일본의바이오세라믹소재에관한연구는세계어느나라보다도다양하고, 일본내많은대학과연구소에서개발된바이오세라믹소재는바로산업화및임상에연계되는우수한연구체계를구축하고, 특히인공골의개발에관한연구개발에대한지속적인정부의지원및산업체의참여가활발 일본의바이오세라믹관련주요연구기관은나고야국립공업연구소 (NIRIN), 도쿄대학교, 물질재료연구소 (NIMS), 동북대학교, 교코 / 추부대학교등임 유럽의연구현황을보면, 인공골두소재로서알루미나세라믹이 1990년대초부터유럽을중심으로사용돼왔으며, 보다높은강도와인성을갖는지르코니아를이용해환자에따라골두의크기를작게하거나지지대의골두삽입부분길이를조절하는등고관절전치술보철물디자인에융통성을부여할수있는연구에집중하고있으며, 영국의 Imperial 대학, Leeds 대학, Burmingham 대학, 스위스의연방기술연구소등이바이오세라믹소재에대한연구개발이활발 중국의바이오세라믹소재관련연구는다른산업분야와마찬가지로거대한자국시장규모와자국제품의보호정책에힘입어최근들어급속하게성장하고있으며, 다. 생체세라믹소재관련모든분야에걸쳐연구개발을하고있으며, 중국과학원상하이규산염연구고, 천진대학, 국립생체재료연구소등이선진국과공동연구등국제교류를통해세계어느나라보다다양하고빠르게발전중 국내의생체세라믹소재관련연구는주로인공골대체물, 임플란트코팅재개발등치과분야에서연구개발과산업화가이루어짐 국내의연구개발은정부주도로이루어지고있는데교육과학기술부는기초연구, 지식경제부는산업화연구, 보건복지부는임상시험연구등에많은연구비를지원 국내연구개발프로그램도 1980년대초반에는아파타이트 (HA) 합성및코팅에대한기초연구를수행했으나, 1990년대중반부터는정부의의료기기국산화에대한의지가커지면서보건복지부선도기술개발사업을통해임상시험및제품화까지연구하는시스템을구축 2000년부터시작된지식경제부차세대신기술개발사업에서는관련업체의주도적인참여로골대체소재및조직공학용지지체등에대한제품화연구개발이진행중이며, 교육과학기술부의프런티어사업, 지방자치단체의다양한특화지원사업을통해생체세라믹소재관련산업이빠르게발전하는추세 58

63 전략제품현황분석 국내선도연구기관으로는한국세라믹기술원, 한국과학기술연구원, 재료연구소등이있음 [ 국내주요기관연구현황 ] 인프라 주요연구분야 한국세라믹기술원융합바이오세라믹소재센터 조직재생, 질병진단, 산업바이오및뷰티케어용융합바이오세라믹소재연구개발 바이오세라믹소재 / 제품의안전성및유효성평가기반구축및시험분석인증지원 한국과학기술연구원생체재료연구단 자성나노입자의콜로이드결정화에의한자기민감도제어및이를이용한바이오마커의고효율자성분리 무기나노소재를활용한세포지지체디자인연구 재료연구소 생체활성바이오세라믹저온코팅기술 나노세라믹 / 약물저온복합화코팅기술 생체소재개발 바이오세라믹소재와관련된한국의기술수준은선진국과비교해정확하게평가할수는없으나, 일반적인제조기술수준은약 80% 정도로평가되며, 고기능성바이오세라믹소재및표면활성용세라믹소재기술의경우약 70% 수준으로평가 국내바이오세라믹소재를의학이나치의학에적용하는기술수준은선진국과비교해약 60% 정도로예상하며, 이는바이오세라믹소재의특성상임상적으로실용화되기까지기술및자금투자가다른제품에비해길기때문에지금까지장기적인기술개발투자보다는선진국의기술및제품수입을선호하기때문임 국내바이오세라믹소재관련산업을활성화하고제품화를촉진시키기위해서는대학 연구소 산업계 의학 치의학분야의공동연구시스템이필수적이며, 연구팀의연구활성화를위해서분야별로대표적인연구팀을구성할수있도록제도적인지원이필요 국내의대학 연구소 기업체 병원등에서바이오세라믹소재관련연구시애로점은장기적으로바이오세라믹소재관련연구개발에경험이있거나전문성을갖춘인력이절대부족하기때문에장기간연구를수행할수있도록하는연구체계의확립이필요 기존노후장비의교체및인증을위한시설보완투자와안정적인운영인력확보를위한대책마련필요 59

64 세라믹소재 - 바이오세라믹 라. 특허동향분석 (1) 연도별출원동향 바이오세라믹분야의지난 7년 ( 10~ 16) 간출원동향 1) 을살펴보면연도별로출원경향이지속적으로감소하는경향을보임 각국가별로살펴보면미국과한국의출원경향은유지-감소추세, 일본의출원경향은감소-증가-감소추세, 유럽은전구간에서감소추세를보임 국가별출원비중을살펴보면미국이 57.4% 로최대출원국으로바이오세라믹분야를리드하고있는것으로나타났으며, 일본이 20.4%, 한국이 14.0% 로비슷한수준의출원비중을보이고있음 [ 바이오세라믹분야연도별출원동향 ] 1) 특허출원후 1 년 6 개월이경과하여야공개되는특허제도의특성상실제출원이이루어졌으나아직공개되지않은미공개데이터가존재하여 2015, 2016 년데이터가적게나타나는것에대하여유의해야함 60

65 전략제품현황분석 (2) 국가별출원현황 한국의출원현황을살펴보면 12년이후출원이점차감소하는경향을보이고있으며, 외국인의출원이점차감소함. 또한출원인대부분이자국출원으로한국내의기술력이우수한것으로추정 외국인의출원감소현상이두드러지는이유를살펴보면바이오세라믹분야의국내시장에대한외국인의선호도가감소하고있는것으로추정 일본의출원현황은 10년부터꾸준히감소하다가 13년부터 14년까지는증가로전환되는추세를보임 미국의출원현황은 11년이후로감소하는경향을보이며, 내국인및외국인의출원비율이비슷하게나타나고있음 유럽의출원현황은 10년이후지속적으로감소하는추세를보임 [ 바이오세라믹분야국가별출원현황 ] 61

66 세라믹소재 - 바이오세라믹 (3) 투입기술및융합성분석 바이오세라믹분야의투입기술을확인하기위하여특허분류코드인 IPC Code 2) 를통하여살펴본결과바이오세라믹분야의가장높은 IPC는 A61과 A61F 기술분야가 344건으로가장많이차지하고있으며, 이어서 A61C가 328건, A61K가 243건으로다수를차지 이외에 G01N 166건, A61B 160건, C04B 97건, C03C 84건, A61N 74건, B01D 66건순으로기술이투입되어있어바이오세라믹분야에다양한기술이융합되어존재 더불어해당 IPC의특허인용수명을살펴보면 A61C와 B01D 기술분야의수명이 10년으로가장긴것으로나타났으며, C03C 기술분야는 7년으로가장짧은것으로분석 [ 바이오세라믹분야상위투입기술 ] IPC 기술내용특허인용수명 (TCT) 3) A61L A61F 재료또는물건을살균하기위한방법또는장치일반 ; 공기의소독, 살균또는탈취 ; 붕대, 피복용품, 흡수성패드또는수술용품의화학적사항 ; 붕대, 피복용품, 흡수성패드, 또는수술용물품을위한재료혈관에이식할수있는필터 ; 보철 ; 인체의관상구조를개존시키는또는붕괴를방지하는장치 ; 정형외과용구, 간호용구또는피임용구 ; 찜질 ; 눈또는귀의치료또는보호 ; 붕대 ; 피복용품또는흡수성패드 ; 구급상자 9 년 9 년 A61C 치과 ; 구강또는치과용위생 10 년 A61K 의약용, 치과용또는화장용제제 8 년 G01N 재료의화학적또는물리적성질의검출에의한재료의조사또는분석 9 년 A61B 진단 ; 수술 ; 개인식별 9 년 C04B 석회 ; 마그네시아 ; 슬래그 ; 시멘트 ; 그조성물 8 년 C03C 유리, 유약또는유리질법랑의화학적조성 ; 유리의표면처리 ; 유리, 광물또 는슬래그로부터의섬유또는필라멘트의표면처리 ; 유리와유리또는타물 질과의접착 7 년 A61N 전기치료 ; 자기치료 ; 방사선치료 ; 초음파치료 8 년 B01D 분리 10 년 2) 전세계적으로통용되고있는국제특허분류 (IPC: International Patent Classification) 를통해특허정보기술분야에서공지기술을조사할수있으며, 기술및권리정보에용이하게접근가능 3) 특허인용수명지수는후방인용 (Backward Citation) 에기반한특허인용수명의평균, Q1, Q2( 중앙값 ), Q3 에대한통계값을제시함. 특히이와같이산출된 Q2 는 TCT(Technology Cycle Time, 기술순환주기또는기술수명주기 ) 라고부름 62

67 전략제품현황분석 투입기술이가능많은 A61L 분야와융합이높게이루어진기술은 A61F 분야로나타났으며, A61K, A61C 분야와도나타융합된기술의건수가높은것으로분석 이외에 A61F 분야와융합된기술은 A61B, B05D, A61K 분야와융합된기술이많은것으로나타났으며, A61C 분야와융합된기술은 A61K, C04B, A61B 기술로분석 [ 바이오세라믹분야 IPC 기술및융합성 ] (4) 주요출원인분석 세계주요출원인을살펴보면주로미국의출원인이다수의특허를보유하고있는것으로나타났으며, 치과및의료기기분야의출원인이대부분 주요미국출원인을살펴보면 3M INNOVATIVE PROPERTIES, WARSAW ORTHOPEDIC, BOSTON SCIENT SCIMED, DENTSPLY INT, MEDTRONIC 등의료기기및의료제품기업이다수출원을하고있는것으로나타났으며, 이들미국출원인은주로미국본국에출원건수가높은것으로나타남 한국출원인으로는서울대학교등 1개기업이상위출원인으로나타나바이오세라믹관련기술을다수보유 63

68 세라믹소재 - 바이오세라믹 가장많은특허를보유하고있는 IVOCLAR VIVADENT AG 의의 3 극패밀리수가 84 건으로다 국적으로시장을확보하며출원을하고있는것으로보이며, 스위스의 STRAUMANN HOLDING 가 24 건으로다국적시장을확보 미국기업인 DENTSPLY INT 가확보한특허의피인용지수가 24 로가장높게나타나기술의 파급성이높은원천기술을다수보유하고있는것으로분석됨 [ 주요출원인의출원현황 ] 0 주요 IP 시장국 ( 건수 %) 3 극 주요출원인 국가 한국미국일본유럽 IP시장국종합 패밀리수 ( 건 ) 피인용 지수 주력기술분야 IVOCLAR VIVADENT AG 리히텐슈타인 % 71% 9% 10% 미국 치과전문제품 3M INNOVATIVE PROPERTIES 미국 % 60% 6% 34% 미국 접착제, 광학제품및의료제품 WARSAW ORTHOPEDIC 미국 % 94% 3% 3% 미국 16 2 정형외과장치 STRAUMANN HOLDING 스위스 % 59% 16% 13% 미국 24 0 치과전문제품 BOSTON SCIENT SCIMED 미국 % 97% 0% 3% 미국 의료기기및용품 SMITH&NEPHEW 영국 % 91% 9% 0% 미국 의료기기및용품 RAUTER VITA ZAHNFABRIK 독일 % 60% 20% 10% 미국 치과전문제품 DENTSPLY INT 미국 0% 74% 11% 16% 미국 8 24 치과전문제품 서울대학교 한국 89% 11% 0% 0% 한국 MEDTRONIC 미국 0% 78% 11% 11% 미국 10 1 의료기기 64

69 전략제품현황분석 (5) 국내출원인동향 국내출원인동향을살펴보면대기업은삼성전자의출원건수가가장높게나타났으며, 중소기업에서는유앤아이의출원건수가높게나타남 그밖에대기업의주요출원인은 KCC, 삼성전기등이있으며, 중소기업의주요출원인은유앤아이, 디알하이텍, 아이센스, 하스, 오스템임플란트등이주요출원인인것으로나타남 기업이외의주요출원인을살펴보면한국과학기술연구원, 한국세라믹기술원, 한국생명공학연구원, 한국전자통신연구원등연구소 / 공공기관의출원이다수나타났으며, 대학은서울대학교, 고려대학교, 한양대학교, 전남대학교, 연세대학교의출원이높은것으로분석됨 기업의경우출원건수가작게나타나는것으로볼때, 바이오세라믹분야의경우대학에서주로연구를진행중인것으로분석됨 [ 국내주요출원인의출원현황 ] 65

70 세라믹소재 - 바이오세라믹 5. 중소기업환경 가. 중소기업경쟁력 바이오세라믹분야의중소기업경쟁력은기술분류별로차이가있으나바이오세라믹기술은중소기 업이다수참여하여시장에서의역할이큰분야로나타났으나, 바이오세라믹기술은원천기술및 높은기술력을요구하는분야로중소기업의경쟁력이낮은것으로분석됨 [ 바이오세라믹분야중소기업현황 ] 기술분류주요기술대기업중소기업중소기업참여영역중소기업 참여정도 세라믹스분말로성형, 소결, 가공, 표면코팅으로연계 골충진제, 골대체제, 세라믹코팅재, 수술용기구, 진단용기기등바이오세라믹스 - 셀루메드, 나이벡, 메타바이오메드, 오스코텍, 코렌텍, 쿠보텍, 코웰메디 * 중소기업참여정도와점유율은주요제품시장에참여하는중소기업의참여규모와정도 ( 업체수, 비율등 ) 를고려하여 5 단계로구분 ( 낮은단계 :, 중간단계 (,, ) 높은단계 : ) 66

71 전략제품현황분석 나. 중소기업기술수요 바이오세라믹분야의중소기업의기술수요를파악하기위하여중소기업기술수요조사및중소기업청 R&D신청과제 (2013~2015년) 를분석한결과아래표의내용과같은수요들이다수있는것으로분석 바이오세라믹분야중소기업은최근에열처리장비및제반기술과관련된기술개발에다수수요가있는것으로나타났으며, 이는최근기술트렌드인융복합기술에관심이높아지고있는추세를반영한것으로분석됨 [ 바이오세라믹분야과제신청현황및수요조사결과 ] 전략제품기술분류관심기술 이식가능소재 세포친화성 3 차원겔을이용한이식 HA 를함유한생분해성고분자를결합시킨골이식용티타늄복합차폐막 성장인자및항생제가탑재된캐널 비드형골이식재개발 이종연골을이용한주입형의연골이식재개발 바이오세라믹 생분해성소재 생분해성연질 PBAST 의중합체조성물개발및 PBAST Foam Sheet 제품개발 안와골절재건용생분해성메쉬플레이트의개발 생분해성마이크로구조체를이용한메디컬마이크로패치기술개발 67

72 세라믹소재 - 바이오세라믹 다. 중소기업핵심기술 (1) 데이터기반요소기술발굴 바이오세라믹기술의특허및논문데이터검색을통해도출된유효데이터를대상으로데이터마이닝기법 (Scientometrics 기법 ) 을통해클러스터링된키워드의연관성을바탕으로요소기술후보군을도출 바이오세라믹기술의특허및논문유효데이터를기반으로키워드클러스터링을통하여 8개의요소기술후보군을도출 제품별 dataset 구축 : 바이오세라믹기술관련특허 / 논문데이터를추출하여노이즈제거후제품별 dataset 구축 1차클러스터링 : 키워드맵을통한고빈도키워드확인-빈도수 (tf-idf) 4) 가상위 30% 에해당하는키워드를대상으로 1차추출 2차클러스터링 : 1차클러스터링에서추출된고빈도키워드사이에서고연관도키워드를 2차추출 ( 고연관도기준은연관도수치 5) 가 2이상인클러스터로제한 ) 다음그림은키워드간연관네트워크를시각화한것으로, 각키워드를나타내는원과키워드간의연관도를나타내는직선으로구성 각키워드가특허와논문중어느데이터에서도출되었는지원의색으로구분하였으며, 키워드로도출된클러스터는황색음영으로표시 키워드를나타내는원은고빈도의키워드일수록원의크기가크게표현되며, 연관도를나타내는선은키워드사이의연관도수치가높을수록굵게표현 바이오세라믹기술전략제품의특허 논문유효데이터에대하여키워드클러스터링결과를기반으로요소기술도출 데이터기반의요소기술도출은키워드클러스터링을통해도출된요소기술에대하여전문가의검증및조정을통하여요소기술을도출 4) 빈도수 (tf-idf) : 각키워드가출현되는특허또는논문수를의미 5) 연관도수치 : 두개이상의키워드사이의특허또는논문수를의미 68

73 전략제품현황분석 [ 바이오세라믹분야키워드클러스터링 ] [ 바이오세라믹분야주요키워드및관련문헌 ] No 클러스터 01 클러스터 02 클러스터 03 클러스터 04 주요키워드 implant, parts, compound nanotechnology, ceramic compostie, structural component x-y plane, semiconductor device, bioactivity ceramic body, dielectric layer, ceramic membrane 연관도수치 3~5 3~5 2~6 3~5 관련특허 / 논문제목 1. FLANGED INTERBODY FUSION DEVICE WITH FASTENER INSERT AND RETAINING RING 2. PATELLA IMPLANT SYSTEMS AND PATELLA TRIALS FOR SELECTING 3. DENTAL IMPLANT SYSTEM HAVING ENHANCED SOFT-TISSUE GROWTH FEATURES 4. Methods of Using Water-Soluble Inorganic Compounds for Implants 1. Nanoparticulates as controlled and targeted drug delivery 2. Polymeric and ceramic nanoparticles in biomedical applications 3. Fabrication of the SiOC/HfO 2 ceramic composites by the sol-gel method 1. MULTILAYER ELECTRONIC STRUCTURE WITH STEPPED HOLES 2. CERAMIC/COPPER CIRCUIT BOARD AND SEMICONDUCTOR DEVICE 3. Development and bioactivity evaluation of bioglasses with low Na2O content based on the system 4. Effect of heat treatment on the properties of SiO2-CaO-MgO-P2O5 bioactive glasses 1. CERAMIC BODY COMPRISING SILICON CARBIDE AND METHOD OF FORMING 2. METHOD FOR PRODUCING A RECEPTACLE FOR A SENSOR ELEMENT 3. MULTILAYER CERAMIC ELECTRONIC COMPONENT 4. NANOPOROUS CERAMIC MEMBRANE AND PREPARATION METHOD THEREOF 69

74 세라믹소재 - 바이오세라믹 No 클러스터 05 주요키워드 biomaterials, scaffold, sol-gel method 연관도수치 3~5 관련특허 / 논문제목 1. Bone tissue engineering 2. Processing and bonding of dental ceramics 3. Osteochondral tissue engineering: Scaffolds, stem cells and applications 4. Biphasic calcium phosphate (BCP) macroporous scaffold with different ratios of HA/β-TCP by combination of gel casting and polymer sponge 클러스터 06 silicon nitride, silicon carbide, Si3n4 2~4 1. Microstructure and mechanical performance of silicon nitride ceramics with seeds addition With Y 2O 3 2. Silicon nitride as biomaterial Among the ceramic materials investigated for biomedical purposes, 3. Oxidation kinetics of single crystal silicon carbide using electron microscopy 클러스터 07 nanotechnology, ceramic compostie, structural component 3~5 1. Nanoparticulates as controlled and targeted drug delivery 2. Polymeric and ceramic nanoparticles in biomedical applications 3. Fabrication of the SiOC/HfO 2 ceramic composites by the sol-gel method 클러스터 08 winding, capacitor, coil 2~4 1. DEVICE FOR ASSEMBLING CAMERA MODULE HAVING ANISOTROPIC CONDUCTIVE FILM 2. Nanocomposite film dielectrics for high temperature power conditioning capacitors 3. Implantable Medical Tube Arrangement 70

75 전략제품현황분석 [ 바이오세라믹분야데이터기반요소기술 ] No 요소기술명키워드 요소기술 01 생체활성유리조성개발 bioactivity, ceramic 요소기술 02 치과용골이식재 structural component, compound 요소기술 03 생체활성물질탑재및방출제어기술 bioactivity, biomaterials 요소기술 04 인공관절용탄화규소및질화규소세라믹스제조 structural component, ceramic 요소기술 05 치과임플란트용지르코니아제조기술 implant, zircornia 요소기술 06 생분해성인산칼슘계세라믹스제조 biomaterials, ceramic 요소기술 07 화장품용무기분체 ceramic, silicon 요소기술 08 의료용세라믹코팅제 ceramic, implant 71

76 세라믹소재 - 바이오세라믹 (2) 요소기술도출 산업 시장분석, 기술 ( 특허 ) 분석, 전문가의견, 타부처로드맵, 중소기업기술수요를바탕으로로드맵기획을위하여요소기술도출 요소기술을대상으로전문가를통해기술의범위, 요소기술간중복성등을조정 검토하여최종요소기술명확정 분류요소기술출처 생체활성유리조성개발 [ 바이오세라믹분야요소기술도출 ] 기술 / 시장분석, 기술수요, 특허 / 논문클러스터링, 전문가추천 생체활성소재 생체불활성소재 치과용골이식재생체활성물질탑재및방출제어기술인공관절용탄화규소및질화규소세라믹스제조치과임플란트용지르코니아제조기술의료용세라믹코팅제 기술 / 시장분석, 전문가추천 기술 / 시장분석, 전문가추천 특허 / 논문클러스터링, 전문가추천 기술 / 시장분석, 전문가추천 기술수요, 특허 / 논문클러스터링 생분해성소재 화장품용무기분체 생분해성인산칼슘계세라믹스제조 기술수요 기술 / 시장분석, 기술수요, 특허 / 논문클러스터링, 전문가추천 72

77 전략제품현황분석 (3) 핵심기술선정 확정된요소기술을대상으로산 학 연전문가로구성된핵심기술선정위원회를통하여중소기업에적합한핵심기술선정 핵심기술선정은기술개발시급성 (10), 기술개발파급성 (10), 단기개발가능성 (10), 중소기업적합성 (10) 을고려하여평가 [ 바이오세라믹분야핵심기술 ] 분류핵심기술개요 생체활성유리조성개발 SiO2-CaO-Na2O-P2O5 계조성에기타첨가물조성제어로 HCA 층형성시간을제어하는기술개발 생체활성소재 치과용골이식재 치주치료와상실된치아수복을위한임플란트수술에서골결손부에대한골이식재의형상유지기술개발 생체활성물질탑재및방출제어기술 고비표면적세라믹분말기반의나노인갭슐레이션기술을적용하여생체활성물질의흡착능력향상기술개발 생체불활성소재 인공관절용탄화규소및질화규소세라믹스제조 치과임플란트용지르코니아제조기술 고관절의비구컵라이너와골두재료간의조합에서 마모량을 감소시켜 임플란트의 수명을 연장시키는 기술개발 반투명성과심미적이고, 알루미나에비해두배의굴곡강도와파괴인성을갖는지르코니아블록의기계적특성향상기술개발 생분해성소재 생분해성인산칼슘계세라믹스제조 하이드록시아파타이트계골시멘트의기공율, 기공간연결성, 기공크기조절로생분해특성과조직공학과의적합성향상기술개발 73

78 세라믹소재 - 바이오세라믹 6. 기술로드맵기획 가. 바이오세라믹기술로드맵 최종중소 중견기업기술로드맵은기술 / 시장니즈, 연차별개발계획, 최종목표등을제시함으로 써중소기업의기술개발방향성을제시 74

79 전략제품현황분석 나. 연구개발목표설정 로드맵기획절차는산 학 연전문가로구성된로드맵기획위원회를통해선정된핵심기술을대 상으로기술요구사항, 연차별개발목표, 최종목표를도출 [ 바이오세라믹분야핵심기술연구목표 ] 분류핵심기술기술요구사항 연차별개발목표 1 차년도 2 차년도 3 차년도 최종목표 생체활성유리조성개발 HCA 형성시간 2 일이내 10 시간이내 - 임플란트와생체조직의결합성향상 생체활성소재 치과용골이식재 압축강도증가 130% 이상 150% 이상 - 치조골의형상유지능력향상 생체활성물질탑재및방출제어기술 흡착량 130% 이상 150% 이상 200% 이상 담체물질의흡착능력향상 생체불활성소재 인공관절용탄화규소및질화규소세라믹스제조 치과임플란트용지르코니아제조기술 3점굴곡강도 950Mpa 이상 마모부피량 30% 이내 30% 이내 10% 이내 1,000Mpa 이상 1,050Mpa 이상 비구컵라이너 on 골두재료의수명연장 지르코니아블록의기계적특성향상 생분해성소재 생분해성인산칼슘계세라믹스제조 평균기공경 100μm 이상 200μm 이상 300μm 이상 골시멘트의기공조직제어로신조직재생속도향상 75

80 세라믹소재 - 바이오세라믹 다. 핵심기술심층분석 생체활성유리조성개발 기술개발 필요성 임플란트와생체조직의결합성향상을위해필요 기술개발전략 원래의세라믹원료조성에다양한첨가물을넣어생체내에서더잘결합할수 있도록하는조성물을만듬 No 명칭출원인 1 임플란트와생체조직간결합용충전물 TAKIRO 관련특허현황 2 임플란트표면의생체활성과골결합력및골융합을증진시키는물질이코팅된임플란트와그제조방법및임플란트의보관방법 오스템임플란트 3 생체인공임플란트및이의용도및이식후결합조직의형성위험을감소시키는방법 티코메드에이비 적용가능분야 생체내이식혹은활성가능한조직 관련기업 오스템임플란트, TAKIRO, 티코메드에이비 76

81 전략제품현황분석 치과용골이식재 기술개발 필요성 골이식재를만들기위함 기술개발전략 치주치료와상실된치아수복을위한임플란트수술에서골결손부에대한골이식재 의형상유지기술개발 No 명칭출원인 관련특허현황 1 치과보철을위한골이식및바이오복합재료 2 DENTAL BONE MAKING PROCESS ARMBRUSTER BIOTECHNOLOGY GMBH VITAL SOURCE GROUP LLC 3 BONE AND/OR DENTAL CEMENT COMPOSITION AND USES THEREOF UNIV SINGAPORE 적용가능분야 치과용골이식재 관련기업 ARMBRUSTER BIOTECHNOLOGY GMBH, VITAL SOURCE GROUP LLC Geistlich, Dentsply, Osteotech, Regeneration Technology, Tutogen Medical 77

82 세라믹소재 - 바이오세라믹 생체활성물질탑재및방출제어기술 기술개발 필요성 담체물질의흡착능력향상시켜생체활성을높이고자함 기술개발전략 고비표면적세라믹분말기반의나노인갭슐레이션기술을적용하여생체활성물질의 흡착능력향상기술개발 No 명칭출원인 1 생분해성또는생체적합성다공성세라믹나노입자를포함하는약물전달체및이의제조방법 서울대학교 관련특허현황 BIOCERAMIC COMPOSITIONS AND BIOMODULATORY USES THEREOF PARTICULATE SUBSTANCES COMPRISING Ceramic particles for delivery of biomolecules 생체활성인자가포함된유무기혼성코팅층을가지는다공성세라믹지지체및이의제조방법 멀티플에너지테크놀로지스오스트레일리안뉴클리어사이언스앤드테크놀로지오가니제이션 서울대학교 적용가능분야 식품및제약산업 화장품산업 관련기업 Multiple Energy Source 여러대학기관 78

83 전략제품현황분석 인공관절용탄화규소및질화규소세라믹스제조 기술개발 필요성 인공관절용재료의수명연장 기술개발전략 고관절의비구컵라이너와골두재료간의조합에서마모량을감소시켜임플란트의 수명을연장시키는기술개발 관련특허현황 No 명칭출원인 1 2 Zirconia-Alumina Ceramic Compositions for Artificial Joint and Method Thereof CERAMIC SANDWICH INSERT FOR AN ARTIFICIAL HIP JOINT 서울대학교 CERAMTEC AG 3 Ceramic femur head for artificial joint NGK SPARK PLUG 적용가능분야 인공관절 관련기업 Zimmer, DePuy, Stryker, Biomet, Smith & Nephew NGK SPARK PLUG, CERAMTEC AG 79

84 세라믹소재 - 바이오세라믹 치과임플란트용지르코니아제조기술 기술개발 필요성 결손된치아나기능저하를일으킨치아를대체하기위한목적 기술개발전략 자연치아와유사한강도, 투광성, 색상을가지게하기위해서지르코니아를사용 반투명성과심미적이고, 알루미나에비해두배의굴곡강도와파괴인성을갖는지 르코니아블록의기계적특성향상 No 명칭출원인 1 지르코니아소결체및치과용제품 KURARAY NORITAKE DENTAL 관련특허현황 2 강도, 투광성, 색상구배를지닌치과용지르코니아블록및이의제조방법 하스 3 지르코니아질소결체및그제조방법및분쇄용부품재료및치과교정용브래킷재료 SHINAGAWA REFRACTORIES 4 PROCESS FOR PRODUCING A ZIRCONIA BASED DENTAL IMPLANT 3M INNOVATIVE PROPERTIES 적용가능분야 인공치아 관련기업 3M INNOVATIVE PROPERTIES, SHINAGAWA REFRACTORIES, KURARAY NORITAKE DENTAL 하스 80

85 광 전자세라믹 전략제품현황분석

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87 전략제품현황분석 광 전자세라믹 정의및범위 정의 : 광 전자세라믹은세라믹의전기적특성을이용하여전기, 전자, 반도체, 이동통신, 디스플레이등에사용되는주요핵심소재및부품을말함 범위 : 광 전자세라믹스는 IT기기등에사용하는압전성세라믹, 자성세라믹, 반도성세라믹, 절연성세라믹, 유전성세라믹및디스플레이제품등에이용하고있는투명전도성소재와기타기능성소재등을포함하며, 또한기술적으로는각소재와부품의제조기술, 성능향상기술, 저가격화기술, 소재국산화기술등을포함정부지원정책 정부조직개편과창조경제정책에따른정보통신분야의정책지원이확대 중국, 인도및중동국가등의잠재수요시장확대와정부의시장다변화정책으로세계시장으로의제품수출이큰폭으로증가 미국, 일본등해외선진국들이기존시장의유지를위해축적된기술및노하우를보호하는정책을추진 중국등후발개도국이가격경쟁력에의존, 대체수요시장에대한지배력을확보, 세계시장에대한영향력을높이고있음 기술력을확보한중소기업에대한지속적인관심과지원을늘리고정부차원의세제지원등을통해자생력있는기업의선택과집중투자를통해기초산업의경쟁력을확보해야함중소기업시장대응전략 강점 (Strength) 세계최고의평판디스플레이제품생산력 스마트폰, 태블릿 PC 등첨단 IT기기시장수요 IT, 반도체등국내연관산업의고도성장 일부원료소재국내생산기반구축 IT, 휴대폰, 디스플레이등우수한전방산업보유기회 (Opportunity) 제품의짧은 Life cycle로신규및대체수요창출활발 소재의고성능화, 기능화, 다양화및전문화에의해 21세기첨단기술시대에적합한제품 중국, 동남아시아지역등대규모수출시장인접 IT, 디스플레이등관련산업의지속적성장 약점 (Weakness) 기능적현장인력의수급부족 기초연구기반취약및핵심원천기술의부족 연간매출액 100억원이내의영세중소기업이다수 핵심원료생산기술미비로원료의수입의존도심화 중장기적대규모산업화연구개발투자부족위협 (Threat) 기술이전시장선점에의한높은진입장벽 일본에의한기술개발종속과중국에의한추격 중국, 동남아국가등개발도상국이경쟁업체로급부상 선진국의기술보호장벽심화로기술이전곤란으로인한특허분쟁소지의증가 중소기업의시장대응전략 국내의광 전자세라믹은원료정제기술과소재 부품에대한신뢰성기술을확보한다면다양한제품을개발할수있을뿐만아니라가격경쟁에있어서도유리한위치를점할수있어서지속적으로신규시장을창출가능 광 전자세라믹스시장은현재를기점으로폭발적인성장이예상되는만큼, 관련중소기업들에대한정부의지원책이향후전자세라믹스분야가국가의중추산업으로발전할수있는초석이될수있음 83

88 세라믹소재 - 광 전자세라믹 핵심기술로드맵 84

89 전략제품현황분석 1. 개요 가. 정의및필요성 광 전자세라믹은산화물반도체, 투명디스플레이, 초소형세라믹콘덴서, LED조명, 로봇용첨단센서, 고감도기상장비등전자 정보통신분야에활용하는주요핵심소재및부품을말함 광 전자세라믹은특이한전기 전자적성질을이용한것으로유전체, 압전체, 써미스터, 바리스터, 이온전도성고체전지, 태양전지및페라이트등무수히많은전자 정보통신용부품및소재로활용 이동통신용부품의경우소형화, 다기능화, 초고속화이며, 디스플레이의경우대형화, 경량화, 고화질화, 플렉서블화및저가격화를요구 디스플레이용광 전자세라믹은디스플레이제품의대형화, 경량화, 고화질화, 저가격화추구에따라, 제품의신뢰성을담보하는필수소재로결정립미세화, 미세구조제어, 단분자입자형성등의세라믹스핵심요소기술확보를필요 이동통신부품의경우소형화, 다기능화, 초고속화에대응하기위한고집적화및융복합화추세에따라단위부품의크기가줄어드는것은물론, 가능한많은부품들을하나의부품속에포함시키는멀티칩모듈로서의제품화진행중 광 전자세라믹은최종제품의특성을향상시키기위한소재개발노력이지속적으로진행되고있으며, 다양한요구성능을만족시키기위한융 복합기능화가트렌드가될것으로예상 [ 광 전자세라믹주요활용분야 ] 활용분야 주요내용 산화물반도체투명디스플레이초소형세라믹콘덴서 LED 조명로봇용첨단센서 Flexible IT 제품등첨단제품의핵심 고속정보처리가능소재 초슬림디자인 편리성제공 높은투명성 강도및얇고가벼움 첨단제품의초슬림화구현 전류의안정성및회로노이즈제거 초절전 친환경조명실현 환경친화형, 에너지절감소재 극미세 초정밀센서구현 내열성, 고강도 내마모성우수 고감도기상장비 고감도 고정밀기상관측실현 관측신뢰성및장비내구성향상 * 출처 : 2016 세라믹기술백서 85

90 세라믹소재 - 광 전자세라믹 나. 범위및분류 (1) 제품분류관점 ( 절연세라믹 ) 전력, 전자기기및도체등에서전류의유 출입을막기위해이들을부도체로써둘러싸거나저지하는것을절연 (insulation) 이라하고이와같은목적에사용하는부도체를절연재료라정의 절연세라믹은전기적인절연특성이우수한재료로스테아타이트 (steatite: MgO SiO2) 를중심으로알루미나 (Al2O3) 나포스테라이트 (Forsterite: 2MgO SiO2) 가개발되었고최근에는 Si3N4, AlN, BN 등이개발되어사용 절연세라믹은 IC Package용기판, Spark Plug, 마스크유리, 히터용절연체, 반도체용단결정절연체, 반도체및 LCD용알루미나절연체, 반도체용실리카절연체, 반도체용 SiC 절연체, Metallizing Ceramic, 저항용부재 (Rod, 기판 ), 통신용 Ferrule, 전기로및전자부품용부재등으로사용 ( 유전세라믹 ) 절연체에자기장을걸어주면재료의결정구조에유전성이라부르는전기분극현상이발생하는물질을유전소재라정의 유전소재는전하를축적하는콘덴서용과통신기기용으로구분할수있으며. 보통단층형과다층 ( 적층 ) 형으로구분 유전소재및부품중특히유전율이큰티탄산바륨세라믹스를이용한캐패시터는적층형으로보다소형화하고전기용량을크게하여통신, OA, 가전, 고주파모듈등에필수적으로사용 ( 압전세라믹 ) 결정이인장, 압축또는뒤틀림등의응력을받아서 strain이발생하면결정에유전분극이발생하거나또는반대로결정에전계를인가해서분극을발생시키면결정이 strain을발생하는성질인압전성을이용하는소재를압전소재로정의 압전소재는기계적에너지를전기에너지로변환시키는압전직접효과와전기적에너지를기계적에너지로변환시키는압전역효과를활용하는것 압전소재는 Saw 필터, 압전착화소자, 압전트랜스, 세라믹필터, 신호지연소자, 압전부자, 스피커, 엑츄에이터, 수정진동자, 수정발진기, 수정필터등으로사용범위가매우넓은소재 ( 자성세라믹 ) 어떤물질을자계중에놓으면전자가갖는자기모멘트가자장의방향에평행또는반평행으로배향하는것에의해자화 (magnetization) 하는자기적성질이나자기현상을이용한재료를자성소재로정의 세라믹자성소재는단결정, 복합체, 박막, 비정질형태로구분되고특수자기재료, 소프트페라이트, 하드페라이트로구분가능 소프트페라이트는자화가외부자계의작은변화에대해민감하게반응하는성질을이용하여주로트랜스나코일의자심으로사용하고있으며, Fe2O3를주성분으로하여스핀넬형의결정구조를갖는화합물로서나머지금속성분에따라망간-아연페라이트, 니켈-아연페라이트, 마그네슘-아연페라이트등으로구분 86

91 전략제품현황분석 하드페라이트는자계를가하여자화하면전류를흘리지않아도외부의자계를계속해서유지하고그자성을영구히보전하여주로에너지변환기능에활용 ( 반도성세라믹 ) 도전현상에따라전자전도성과이온전도성으로구분하며전자전도성은부온도계수 (NTC) 써미스터, 정온도계수 (PTC) 써미스터및배리스터 (Vaistor) 가대표적이며, 이온전도성세라믹은고체전해질, 산소센서, 나트륨초이온전도체, 고온용전극등을포함 [ 광 전자세라믹의제품분류관점의범위 ] 대분야중분야세부제품 압전성 압전부저, 음향필터, 진동자, 압전착화소자 전기라이터, 가스기기점화소자, 진동센서, 혈압센서, 압전발음체, 초음파세정기, 세라믹발진자, 세라믹필터등 유전성 캐패시터, 마이크로파유전체 IT 기기의발진회로용캐패시터, 동조회로용캐패시터, 바이패스회로용캐패시터, 이동통신용부품, 위성통신용부품등 반도성 서미스터, 바리스터 온도검출제어용, 과전류보호용, 온도보상용, 전자기기의피뢰용, 가스누출경보기및소자의써지보호용등 자성 Soft/Hard Ferrite, Ferrite 자석 자기헤드, 트랜스포머, 코일용코어, 각종영구자석, 모터, 스피커, 소형발전기및리드릴레이등 절연성 전도성 알루미나기판, LTCC 기판, IC 패키지재료등 전자전도체, 이온전도체, 초전도체 IC 패키지, HID 기판, 다층배선기판, 점화플러그, 고주파절연용및고열전도성기판등 전기로용히터, 자동차연소제어용산소이온센서, Na-S 고체전해질전지등 (2) 제품공급망관점 광 전자세라믹은광업및기초산업에서산출되는원료 (Raw Materials) 를 1차가공하여전기전자적인성능을발휘하거나, 이를응용하여기계및기구를조립하는데사용하는세라믹소재와전기 전자적기능을이용하여제작된일부광 전자부품을포함 무선통신관련전자제품의최종형태는휴대전화, 위성방송시스템, PC나 DVD 등과같은시스템형태로이들시스템은듀플렉서필터, GPS 안테나, MLCC 등과같은광 전자세라믹부품으로구성되어있고이들부품은또한 Disk, Sheet, Film, Paste 형태의세라믹전자소재및기초소재로이루어져있어서, 관련전략제품은기초소재의형태에서부터시스템까지다양하게분포 전자세라믹소재는재료에가공및처리기술이부가되면형상이나특성이달라지면서전자세라믹소재및부품으로서의기능도상이 가공기술에는세라믹스의분쇄, 성형, 소결, 절단, 연마등이포함 처리기술에는각종부품의코팅, 도금, 에칭, 열처리등이포함 87

92 세라믹소재 - 광 전자세라믹 화학적으로는신규박막물질의제작 / 표면개질등에필요한막생성기술등이포함 물리적으로는증착, 스퍼터링및이온플레이팅등의방법이포함 [ 광 전자세라믹의공급망관점의범위 ] 대분야중분야세부제품 원료소재 산화물및질화물, 복합산화물 광 전자세라믹 전기 전자부품소재 칩인덕터 / 캐패시터 / 레지스터, 유전체필터, 압전진동자, 칩안테나, 저저항기판, 엑추에이터 디스플레이제품소재 투명전극재, 산소이온센서, 고체전해질전지 88

93 전략제품현황분석 2. 산업환경분석 가. 산업특징및구조 (1) 산업의특징 광 전자세라믹산업은일본과유럽에서는세계최고역량의소재기업을중심으로원천기술선점과전주기생태계가확고히구축, 국내는영세중소기업위주로경쟁력취약 선진국의기술장벽과첨단기술에대한보호정책으로인해원천소재개발에대한정부의지속적인투자가확대되어야함 미국, 일본등의해외소재부품선진국들은기존시장의유지를위해축적된기술및노하우를바탕으로고기능성, 고부가가치제품개발에치중하면서시장지배력을높이고있으며후발개도국인중국등은가격경쟁력에의존하면서대체수요시장에대한지배력을확보, 세계시장에대한영향력을강화 부품소재가격의급등과높은해외의존도로인한수급의불안정성으로인해소재및부품의국산화가필요 다양한 IT 기기와디스플레이산업의지속적인발전및시장안정성을확보하기위해필요한소재 부품분야가계속증가하고있으며앞으로그수요가급증할것으로예상되므로원료의국산화를통한수급균형과생산성및경제성을세라믹소재의기술발전트렌드와잘부합시켜부가가치측면에서의경쟁력확보필요 어떤전자세라믹스소재를사용하는가에따라신제품의성능과특성이획기적으로달라지는미래에는우수한전자소재를개발하여사용하는것이전자부품산업및 IT전자기기, 첨단디스플레이제품등의전방산업경쟁력을좌우 산업적으로파급효과가높은부품소재의경우, 시장확대를위한지속적인수요창출이필요 세라믹스소재와관련된전 후방산업품목들은부가가치면에서원료-핵심소재-부품-기기등으로후방에서전방으로갈수록부가가치가더해져서시장규모가비약적으로증가 국내전자 정보통신산업등이국제경쟁력을확보하기위해서는핵심소재의자립을통한제품다변화없이는불가능하므로국내대기업및중소전자부품제조업체들이이에대한투자본격화 지속적인기술성장이요구되는고부가가치산업인부품소재의경우, 중소기업육성및지원에대한정부의지속적인투자가필요 일부원재료의국산화가미진하여글로벌대기업으로부터공급받아야하는약점을갖고있으나압전소자, 절연소자등의이동통신용부품분야나초음파탐촉자및발전소자등의산업용기기분야등에서사용되는소재 부품은정부지원을통한중소기업의기술축적으로제품공급에있어서전문성을확보 광 전자세라믹산업은충분한자금력, 장기간에걸친시설및인력투자, 조직화된판매망과영업력을바탕으로하는대기업및중견기업에국한되어중소기업이고전하는경우가많으므로이에대한관심과지속적인지원이필요 89

94 세라믹소재 - 광 전자세라믹 (2) 산업의구조 우리나라이동통신산업경쟁력은세계최고수준이나이를유지하기위한소재 부품산업은매우취약하므로고기능성광 전자세라믹소재, 부품개발및생산에대한지원을강화하여이를이용한첨단디바이스등의조기양산화를이룩할필요가절실 압전단결정성장및응용기술의경우, 미국에서는 25개주요차세대성장기술가운데하나로선정하여국가적인차원에서전폭적인지원하에연구개발을진행하고있는상태이나, 국내에는소재, 부품, 완제품의전산업구조가매우취약한상태 국제경쟁우위에있는무선통신기기, 반도체, 컴퓨터, 디스플레이등의전자소재 부품산업은평균적으로원자재의 60% 이상을수입에의존 이러한수입을유발하는산업구조로인해국내산업간전후방연관효과와외화가득률이저하되어성장잠재력을약화시키고있는실정 자동차용센서등은주력수출상품가운데하나인자동차의지능화, 고품질화와병행하여지속적으로시장의규모가증가할것이지만, 대기업에서위험부담을감수하며국내중소기업의제품을사용하지않을것으로예측되므로지속적인대일무역적자가예상 전자 정보통신산업의지속적인발전으로 IT기기와디스플레이분야에서필요한소재 부품에대한수요가크게증가하고있으므로원료의국산화를통한수급균형과원료-핵심소재-부품-기기등으로밸류체인을보다공고히구축하여부가가치확보에주력해야함 광 전자세라믹기술구성으로볼때선진국에서는소재업체와그소재를가지고부품을만드는부품업체그리고부품을세트에적용하는세트업체가기술확보에있어서수직적결합을이루고있는실정 광 전자세라믹산업은소재및부품업체와세트업체가기술적수직결합관계를통해제품특성의향상과새로운제품개발이동시에가능하여기술확보중요성으로볼때기존시장의지속적인성장과아울러신규시장창출에도크게기여할것으로판단됨 미래의자동차, 항공기산업은현재보다지능화, 무인화될것으로예측되고, 이에따라정밀하고신뢰성이높은다기능압전센서등의부품수요가발생하게되므로전자세라믹스에대한개발투자는우리나라의첨단산업의경쟁력에매우큰영향을줄것으로예상 90

95 전략제품현황분석 나. 경쟁환경 고화질, 고성능형태의디스플레이, 스마트폰을위한각종광 전자세라믹소재의초박형, 초소형, 플렉시블소재및사물인터넷시장에필요한센서소재연구개발에집중 코닝은제 3세대저온및고온공정에적합한고화질디스플레이패널용유리 ( 기존대비 60% 향상 ) 인 Corning Lotus NXT Glass 출시 ( 15), 생고뱅세큐리트와코닝은자동차용경량유리솔루션개발을위한합작사설립 ( 16) 아사히글라스는차세대 5mm 이하, 플라스틱보다강도 (20배), 열팽창률 (8배이상 ), 습기팽창률 (100배) 개선된초박형 LCD TV 도광판용디스플레이글라스 XCV 출시 ( 15) 무라타제작소는 MLCC 0402mm 0201mm 세계최초개발 ( 12) 및양산을시작하였으며 ( 14), 중국전자기기부품용세라믹원료생산기지구축 ( 14) 교세라는애플이 15. 9월에출시한아이폰6S 시리즈부품수요가지속적으로증가하면서스마트폰고급핵심소재수요가늘어요코하마에연구개발센터개설추진 ( 15) 파나소닉, 교세라, 무라타등은수요사물인터넷발달및스마트폰, 웨어러블, 자동차등의센서개발및이미지기술을조합한선진운전시스템 (ADAS) 과 SW 개발 ( 15) 다. 전후방산업환경 광 전자세라믹제조관련장비는반도체, 디스플레이산업관련설비와유사한특성이있어한 국은세계적인기술경쟁력을단시간에확보할수있는분야 국내휴대폰, 디스플레이, 반도체산업이글로벌기업으로지속성장하고있으나, 수요산업의 빠른발전에광 전자소재기술이따라가지못하는실정 [ 전자세라믹스의연관산업구조 ] 후방산업광 전자세라믹산업전방산업 전자 / 통신부품및디스플레이용원료및소재 필터, 엑츄에이터, 센서, 진동자, 투명전극재, 칩저항 / 인덕터 / 캐패시터, 써미스터, 배리스터, MLCC, 기판 평판 TV 등디스플레이, 스마트폰등이동통신기기, 유비쿼터스산업 91

96 세라믹소재 - 광 전자세라믹 3. 시장환경분석 가. 세계시장 세계광 전자세라믹시장의확대에따라광 전자세라믹소재의수요가지속적으로확대될전망 광 전자부품용세라믹소재, 세계시장은 2015년기준으로 423억달러 (46.6조원 ) 정도 광 전자부품용세라믹소재시장은세계시장의 70% 이상을미국과일본이차지하고있음 세계수요는 2015년에 423억달러였던것이계속적으로연평균 4.3% 로성장하여 2020년에는 517억달러가될것으로예상되는데세계수요의대부분을현재도미국과일본이차지하고있으며, 이는앞으로도계속될것으로예측 [ 광 전자세라믹세계시장규모및전망 ] 구분 성장률 (%) 원료 16,780 17,300 17,836 18,389 18,996 19, 소재및부품 압전성세라믹 유전성세라믹 절연성세라믹 전도성세라믹 자성세라믹 반도성세라믹 3,840 4,013 4,194 4,383 4,598 4, ,352 4,548 4,753 4,967 5,210 5, ,632 5,885 6,150 6,427 6,742 7, ,536 1,605 1,677 1,752 1,838 1, ,448 8,828 9,225 9,640 10,112 10, ,792 1,873 1,957 2,045 2,145 2, 합계 42,380 44,052 45,792 47,603 49,650 51, * 출처 : Advanced Ceramics, Industrial Study #2794, Freedonia, 참조 1: 미국시장을기준으로세계시장은미국시장의 4 배로추정, 한국시장은세계시장의 1/20 로추정하였으며환율은 1,100 원 / 달러로하여계산, 추정함 ( 단위 : 백만달러 ) 92

97 전략제품현황분석 (1) 유전 / 압전세라믹기술 ( 시장현황 ) 유전 / 압전체시장은 20세기후반반도체산업성장을기점으로스마트폰시장이정점에이르는최근까지꾸준히성장하여왔으며, 2013년하반기부터 OLED, Smart TV, Tablet 을중심으로디스플레이신성장산업이주력화되며, 관련유전 / 압전체시장의성장을주도 ( 시장전망 ) 세계의유전 / 압전체시장은모바일산업, 디스플레이 / 반도체산업, 자동차산업에의해촉진되어지속적으로성장해왔으며, 향후 OLED, LED 기술및 3D, 투명전자기기및플렉서블기기분야시장의지속적성장이예상되며, 향후 2020년까지약 500억불의시장전망이예상 (2) 반도성 / 센서세라믹소재 ( 시장현황 ) 반도성세라믹스와이를응용한각종전자부품 (varistor 등 ) 과센서 ( 온도 : PTC/NTC thermistor, 화학 ) 의세계시장 (2016년) 은각각 19억달러와 136억달러로형성 ( 시장전망 ) 전자정보통신산업의지속적인발전으로스마트 IT 기기와디스플레이및 IoT 산업분야에필요한소재부품의수요가계속증가할것으로예상되며, 향후반도성세라믹관련산업은세계 28억달러 (2025년, CAGR 4.5%), 온도및화학센서는세계각각 109억및 149억달러 (2025년, CAGR 6.1% & 8.3%) 로성장할것으로예상 (3) 자성세라믹기술 ( 시장현황 ) 국내자성세라믹소재및부품의 2014과 2015년도매출액은각각 9780억원과 9860억원으로정체상태를보이고있다. 세계시장은 2012년 5조9천억원에서 2017년 6조8 천억원으로증가가예상 ( 시장전망 ) 스마트폰에 NFC 및무선충전기능의탑재가일반화됨에따라관련자성소재및부품의시장의지속적인성장이예상되며, 기존의인덕터, 페라이트코어등의성장은저하될것으로예상된다. 한편, 자동차용의소형모터및 EV/HEV 관련구동모터관련자성소재및부품은증가가예상 (4) 광 단결정소재 ( 시장현황 ) GaN 기판시장은 LD와 LED 기반의광소자를중심으로시장을형성하고있으며특히고출력 LED용기판시장이지속적으로증가추세 ( 시장전망 ) 2017년부터는파워전력용소자에 GaN 기판이적용되고고출력, 고신뢰성 LED 시장에서활용도가급격히증가되며매년 25% 이상의고성장이가능할것으로예상 93

98 세라믹소재 - 광 전자세라믹 (5) 전력반도체용세라믹단결정소재 ( 시장현황 ) 차세대전력반도체에적용되는단결정세라믹소재는 SiC 와 GaN 등와이드밴드갭단결정벌크기판과에피박막에대한니즈가높다. 산업고효율화및에너지신산업성장으로인하여전력반도체용에너지단결정의수요는지속적으로증가 ( 시장전망 ) 현재까지는실리콘기반의전력반도체가널리사용되고있으나 SiC, GaN 등소재는실리콘대비우위의성능을갖고있어하이엔드시장을중심으로성장중이며, SiC 및 GaN 에너지단결정의전체시장규모는 `13년 1억불에서 `20년 30억불, `25년 350억불로연평균 60% 이상급격성장할것으로예상 나. 국내시장 국내광 전자세라믹시장의확대에따라광 전자세라믹소재의수요가지속적으로확대될전망이며, 반도체, 자동차, 디스플레이분야세계최고기술을보유하고있는역량을기반으로광 전자세라믹기술우위확보가가능하고특히광 전자세라믹소재관련시장은더큰효과를볼것으로예상 국내전자세라믹산업의수요를미국시장을기준으로추정해보면, 2015년에 2조 3천억에서 2020년에는 2조 8천억원으로증가할것으로예상 국내광 전자세라믹스수요는 2015년이후매년 4% 내외의성장을지속하고있음 [ 광 전자세라믹국내시장규모및전망 ] 소재및부품 구분 ( 단위 : 억원 ) 성장률 원료 9,229 9,515 9,810 10,114 10,448 10, 압전성세라믹 유전성세라믹 절연성세라믹 전도성세라믹 자성세라믹 반도성세라믹 2,112 2,207 2,306 2,410 2,528 2, ,398 2,506 2,619 2,737 2,871 3, ,102 3,242 3,388 3,540 3,713 3, ,016 1, ,642 4,851 5,069 5,297 5,557 5, ,035 1,082 1,131 1,186 1, (%) 합계 23,320 24,241 25,200 26,198 27,325 28, * 출처 : Advanced Ceramics, Industrial Study #2794, Freedonia, 참조 1: 미국시장을기준으로세계시장은미국시장의 4 배로추정, 한국시장은세계시장의 1/20 로추정하였으며환율은 1,100 원 / 달러로하여계산, 추정함 94

99 전략제품현황분석 다. 무역현황 광 전자세라믹기술로품목의무역현황을살펴보았으며, 수출량에비하여수입량이급격히감소하는추세 광 전자세라믹기술의수출현황은 11년 1억 803만달러에서 15년 1억 4548만달러수준으로증가하였으며, 수입현황은 11년 3억 5,323만달러에서 15년 1억 8529만달러수준으로감소하여무역수지적자폭이대폭감소 최근 5년 ( 11~ 15년) 간연평균성장률을살펴보면수출금액은 7.7% 로증가하였으며, 수입금액은 -14.9% 로감소하여전체무역수지는 36.5% 감소한것으로나타남 무역특화지수는 11년(-0.53) 부터 15년(-0.12) 까지증가한것으로나타나점차수출특화상태로국내기업의수출량이증가하고있는것으로나타났으며, 국내의광 전자세라믹제품의해외시장진출이활발하게이루어지고있는것으로분석 [ 광 전자세라믹관련무역현황 ] 구분 ( 단위 : 천 $) CAGR ('11~'15) 수출금액 108, , , , , % 수입금액 353, , , , , % 무역수지 -245, , ,844-26,479-39, % 무역특화지수 * * 무역특화지수 = ( 상품의총수출액 - 총수입액 )/( 총수출액 + 총수입액 ) 으로산출되며, 지수가 0 인경우비교우위는중간정도이며, 1 이면완전수출특화상태를말함. 지수가 -1 이면완전수입특화상태로수출물량이전혀없을뿐만아니라수입만한다는뜻 * 자료 : 관세청수출입무역통계 HS-Code(6 자리기준 ) 활용 95

100 세라믹소재 - 광 전자세라믹 4. 기술환경분석 가. 기술개발트렌드 (1) 유전 / 압전세라믹기술 미래신산업트렌드가웨어러블, 에너지산업으로전환되면서구조적으로유연하면서에너지생성이가능한유전 / 압전체소재기술연구가주도적으로진행되고있으며, 태양광, 열전, 압전, RF 에너지의전기에너지변환기능을갖는유전 / 압전체소재를중심으로사물인터넷센서응용을위한발전소재기술에관한연구가활발 비유연성을갖는유전 / 압전세라믹소재로부터유 무기소재의복합화및필름화제조기술을통해휘어지고접고늘릴수있는기능을강화할수있는소재연구또한활발히진행 전자기기산업분야에서부품의집적화기술의성장으로인하여저전력소비전력기능의유전 / 압전세라믹스의고기능화연구도진행되고있으며, 나아가바이오, 항공우주분야등새로운산업분야에적용하기위한유전 / 압전체소재의친환경, 극한환경기능강화의연구가주목받음 (2) 반도성 / 센서세라믹소재 자동차, 가전등전자기기산업의발전으로반도성세라믹을이용한각종전자소재및부품 (PTC/NTC 서미스터, Varistor...) 은고성능, 고효율, 고용량등의기술을바탕으로초소형, 저전력화기술을통해스마트 IT 기기산업과 IoT 산업의주요핵심제품으로꾸준히대응 반도성세라믹소재를사용한화학센서는그응용분야를넓히기위한핵심기술의개발을위해다항목화학물질의선택적검출과장수명을갖는저전력초소형센서소재및부품의개발이지속적으로진행 주요국가들은반도체및디스플레이산업을미래전략산업으로규정하고투명산화물반도체 (ZnSnO, ZnO, a-ingazno...) 를이용한 TFT의개발과상용화에집중하고있으며, p형산화물반도체소재와 p-n 접합형성기술의개발을통하여투명세라믹산업으로의응용을위한연구개발이진행중 국내업체 ( 자화전자, 삼화콘덴서, 조인셋, 하이엘, 래트론, 아모텍, 이노칩테크놀로지등 ), 국외업체 (TDK, Murata, Kyocera, 마츠시타등 ) (3) 자성세라믹기술 고투자율, 고자속밀도를갖는자성소재는전기자동차및발전설비용모터의성능및효율향상 을위해신자성소재설계, 입자의배향, 미세구조제어등을연구 96

101 전략제품현황분석 스마트폰과같은디지털기기의사용주파수증대에따라파워인덕터, 인버터, 컨버터및변압기와같은관련전력변환소자의고주파수에서의전력변환효율을향상시키기위하여고주파수에서저손실의고투자율자성소재가요구되고있으며육방정페라이트의복합소재화, 코어쉘구조의자성소재등의다양한연구를진행 MRI 진단및온열치료용의고포화자화값을갖는초상자성나노자성입자합성및응용분야에대한연구도지속적으로증가 (4) 광 단결정소재 광 단결정소재기술은전기광학, 자기광학, 비선형광학, 레이저발진및광굴절특성을갖는광학재료의제조에이용 특히광학재료로사용하기위한단결정은내부에불순물의혼입이나 cracks 등이없어야하며 striation, 광흡수, 광산란센터, 광손상, 굴절률변동등도없어야하므로광학용단결정제조기술은매우높은기술수준을필요로하며세라믹스재료에대한지식을필요 대부분고온에서용융한후단결정을성장시키므로융액의대류, 고액계면에서의물질이동및열전달, 휘발성분의제어, 로내의온도분포조절, 분위기조절에따르는재료의조성변화그리고도가니나내화물과의반응등일반적인단결정성장기술과각각의재료에대한개별기술등이뒷받침 (5) 전력반도체용세라믹단결정소재 SiC 기판및에피 : SiC 분말을출발물질로사용하는승화재결정법 (PVT법) 으로현재까지 6인치웨이퍼가상용화되어유통되고있으며 8인치웨이퍼도시제품이나온상태이다. SiC기판은결정품질에대한이슈가있는상태로이를개선하기위해고온CVD법 (HTCVD법) 과용액성장법 (TSSG법) 등의신공법이개발중이다. SiC 에피탁시는결함을제어하고기판의특성을부여하기위한필수공정으로유럽산공정장비에상당히의존하는경향 GaN 기판및에피 : GaN 기판은제조가어려워해외에서도아직연구단계의소구경단결정에머물러있다. 따라서 GaN 에피는 Si, SiC, 사파이어등다양한웨이퍼상에버퍼층을올려성장시키는기술이다양하게연구 97

102 세라믹소재 - 광 전자세라믹 나. 주요업체별기술개발동향 (1) 해외업체동향 칩인덕터에사용되는글라스원료의대표적인회사로는일본의 Asahi Glass, NEG, Nihon Yamamura Glass, 미국의 Ferro, Viox 등이있으며 Taiyo Yuden, Toko, TDK, Murata 등일본의주요적층형세라믹칩인덕터제조사들은이들회사에서원료분말을구입하여사용하고있고국내업체도마찬가지실정 칩인덕터용페라이트원료분말은국내기업에서원료를일부제조하고있으나 Glass-Ceramic 분말은전량외국 ( 미국, 일본 ) 기업으로부터수입 유전체세라믹스인 BaTiO3의경우 Sakai, Fujititan, Kyoritsu, Toho 등일본업체가주도 COG 원료의경우일본의 Kyoritsu 등이생산을주도하고있으며 MLCC 기업들이자체조성을가지고각자생산라인을구축 전자부품전극용 Ni Paste의경우일본의대표적인 Paste 기업들인가와데쯔, 스미토모, Shoei가생산을주도 절연세라믹스선도업체는일본의 Murata, Kyocera 이고 TDK 역시제품을생산하고있으며글라스파우더의선도업체로는일본의 NEG, AGC 등이있고미국의 Dupont와 Ferro등이대표적업체 절연기판소재에서사용되는세라믹필러는일본의스미토모사가메이저업체로판매가가가장높고 Showadenko, 니케이순으로판매가격이낮아서제품의원가절감을위하여제품가가낮은 Showadenko, 니케이제품을주로사용하고있는추세 일본에서 Ag 및 Cu 전극을생산하는주요업체로는 Shoei, Daieken, 도시바케미컬등이있으며이외에도미국의듀퐁, 헤라우스등이활동 패키지부품은일본의교세라, NTK, 스미토모사가세계시장의 95% 이상을장악하고우수한기술력을토대로시장을선도하고있으며모듈부품은일본의무라타등이세계시장을선도하면서적용분야를다양하게확대하려는노력을진행 가전및휴대단말기등은국내업체들이새로운핵심부품을적용하고세계시장을주도해나가고있지만, 자동차분야는해외에서검증된부품이적용되고있는추세 압전세라믹스는일본의무라타, 교세라, TDK 등이전체시장의 50% 이상을차지하고있으며, 지속적으로새로운제품을출시하여세라믹제품시장을선도 New Scale Technologies(USA), Nanomotion(USA), Physik Instrumente(Germany) 등 3 개사는적층형엑추에이터와초음파모터분야에서전체시장의 70~90% 를점유하며세계시장을이끌어가고있는실정 98

103 전략제품현황분석 (2) 국내업체동향 국내업체의적층형인덕터시장점유율은약 40% 정도로, 나머지약 60% 의시장은일본의무라타와 TDK가점유 유전체세라믹스인 BaTiO3의경우국내에서는삼성정밀화학, 한화등이대표적인생산기업 초고용량에서내부전극기술이핵심기술로인식됨에따라 MLCC 생산업체들이자체적으로 Ni 전극을개발하고생산하는경우가많아지고있으며최근에는삼성전기, 삼화콘덴서등국내기업들도자체적으로전극 Paste를생산 절연세라믹스는국내의경우삼성전기와삼화콘덴서등이초기시장을선점하고있었으나새로운국내업체가다수시장에뛰어들어기판및패키지등각분야에서빠르게선도업체로성장 교세라가주도하고있는세라믹기판은국내에서는삼성전기가다양한기술개발을진행하고있으며본격적인사업화를진행하기위해준비중 모듈부품은국내에서아이엠텍이 ASM을생산하고있고기타다수의업체가안테나및듀플렉서모듈을개발, 판매하고있으나고사양의고부가가치제품의개발및생산에는어려움을겪고있는실정 99

104 세라믹소재 - 광 전자세라믹 다. 기술인프라현황 세라믹소재와관련산업은정부의신성장동력및주력산업고도화에필수불가결한핵심소재로지속적인지원과집중투자가요구되는산업으로서, 최근의 ICT 융합기술고도화및기술융복합을통한주력산업고부가가치화견인을위해세라믹소재원천기술과핵심소재기술개발이시급함 16년도산업소재핵심기술개발사업세라믹분야의정부지원규모는 137억원이었으며차년도예산은 167억원으로약 22% 증액으로증가추세이나, 소재부품기술개발사업의경우는최근 3년간 15% 14% 11% 로감소세를보이고있음 산업핵심기술개발사업으로지원되는창의산업, 시스템산업및소재부품산업총예산은 6,200 억원 ( 16년) 에서 6,059억원 ( 17년) 규모로소폭감소추세이나세라믹분야가차지하는비중은 2.2% 에서 2.8% 로소폭증가추세를보임 2015년발표된정부의소재기술혁신방안에따르면소재기술개발혁신, 소재공정혁신, 지속가능소재산업생태계구축및소재신뢰성확보를위한인프라확충에중점지원타당성이부각되고있으며, 이를위해혁신적인공정기술개발에주안점을둔세라믹분야연구개발을위한집중적인 R&D 기획이필요 또한, 2016년국가과학기술심의회에서제시한 2017년도정부연구개발투자방향및기준에의하면소재분야는미래산업수요대응소재와시장선도핵심소재기술을개발하고수요산업과의연계및연구성과의산업적활용지원강화예정 한편, 산업통상자원부의 R&D 투자방향으로는국내기업들이글로벌시장에서수출전략품목을확보할수있도록산업기술 R&D 예산을효율적으로투자하기위한중점투자방향을설정 100

105 전략제품현황분석 라. 특허동향분석 (1) 연도별출원동향 광 전자세라믹분야의지난 7년 ( 10~ 16) 간출원동향 6) 을살펴보면연도별로출원경향이지속적으로감소하고있음 각국가별로살펴보면일본출원경향은급격히감소-유지-감소추세, 미국과한국은증가-감소-감소추세, 유럽은꾸준히감소하는경향을보임 국가별출원비중을살펴보면일본이 51.4% 로최대출원국으로광 전자세라믹기술을리드하고있는것으로나타났으며, 미국이 22.2%, 한국이 17.5% 로출원비중을보이고있음 [ 광 전자세라믹분야연도별출원동향 ] 6) 특허출원후 1 년 6 개월이경과하여야공개되는특허제도의특성상실제출원이이루어졌으나아직공개되지않은미공개데이터가존재하여 2015, 2016 년데이터가적게나타나는것에대하여유의해야함 101

106 세라믹소재 - 광 전자세라믹 (2) 국가별출원현황 한국의출원현황을살펴보면 11년이후출원이감소하는경향을보이고있으며, 내국인및외국인모두출원이점차감소 외국인의출원감소현상이두드러지는이유를살펴보면광 전자세라믹기술의국내시장에대한외국인의선호도가감소하고있는것으로추정 일본의출원현황은 10년부터꾸준히감소하는추세를보이며, 출원인대부분이자국출원으로일본내의기술력이우수한것으로추정 미국의출원현황은감소하는추세, 유럽의출원현황은지속적으로유지되고있는추세를보이고있으며, 출원인대부분이외국인으로미국과유럽은자국인의출원이미미 [ 광 전자세라믹분야국가별출원현황 ] 102

107 전략제품현황분석 (3) 투입기술및융합성분석 광 전자세라믹분야의투입기술을확인하기위하여특허분류코드인 IPC Code 7) 를통하여살펴본결과광 전자세라믹분야의가장높은 IPC는 C04B 기술분야가 750건으로가장많이차지하고있으며, 이어서 H01L이 221건, H01G가 92건으로다수를차지 이외에 H01M 49건, C23C 34건, C09K 32건, C01G 31건, B41J 25건, H01B 24건, H01F 21건순으로기술이투입되어있어광 전자세라믹분야에다양한기술이융합되어존재 더불어해당 IPC의특허인용수명을살펴보면 C04B, H01M, C01G, H01B, H01F 기술분야의수명이 8년으로가장긴것으로나타났으며, H01L, B41J 기술분야는 6년으로가장짧은것으로분석 [ 광 전자세라믹분야상위투입기술 ] IPC 기술내용특허인용수명 (TCT) 8) C04B 석회 ; 마그네시아 ; 슬래그 ; 시멘트 ; 그조성물 8 년 H01L 반도체장치 ; 다른곳에속하지않는전기적고체장치 6 년 H01G 콘덴서 ; 전해용콘덴서, 정류기, 검파기, 개폐장치감광장치또는감온장치 7 년 H01M 화학적에너지전기적에너지직접변환하기위한방법또는수단 8 년 C23C 금속재료의피복 ; 금속피복재료 ; 표면확산, 화학적전환또는치환에의한금속재료의표면처리 ; 진공증착, 스퍼터링, 이온주입또는화학증착에의한피복, 일반 7 년 C09K 그밖에분류되지않는응용되는물질 ; 그밖에분류되지않는물질의응용 7 년 C01G 서브클래스 C01D 또는 C01F 에포함되지않는금속을함유하는화합물 8 년 B41J H01B 타이프라이터 ; 선택적프린팅기구, 즉조판이외의수단으로프린팅하는기구 ; 오타의수정 케이블 ; 도체 ; 절연체 ; 도전성, 절연성또는유전성특성에대한재료의선택 6 년 8 년 H01F 자석 ; 인덕턴스 ; 변성기 ; 자기특성을위한재료의선택 8 년 7) 전세계적으로통용되고있는국제특허분류 (IPC: International Patent Classification) 를통해특허정보기술분야에서공지기술을조사할수있으며, 기술및권리정보에용이하게접근가능 8) 특허인용수명지수는후방인용 (Backward Citation) 에기반한특허인용수명의평균, Q1, Q2( 중앙값 ), Q3 에대한통계값을제시함. 특히이와같이산출된 Q2 는 TCT(Technology Cycle Time, 기술순환주기또는기술수명주기 ) 라고부름 103

108 세라믹소재 - 광 전자세라믹 투입기술이가능많은 C04B 분야와융합이높게이루어진기술은 H01L 분야로나타났으며, H01B, H01G 분야와도나타융합된기술의건수가높은것으로분석 이외에 H01L 분야와융합된기술은 B41J, C09K, H02N 분야와융합된기술이많은것으로나타났으며, H01G 분야와융합된기술은 C03C, C01F, H01C 기술로분석 [ 광 전자세라믹분야 IPC 기술및융합성 ] (4) 주요출원인분석 세계주요출원인을살펴보면주로일본의출원인이다수의특허를보유하고있는것으로나타났으며, 전자부품분야의출원인이대부분 주요일본출원인을살펴보면 TDK, CANON, MURATA MANUFACTURING, SEIKO EPSON, TAIYO YUDEN, MITSUBISHI MATERIALS 등전자부품전문기업과 KYOCERA, NGK INSULATORS, IDEMITSU KOSAN 등다른주력분야와함께전자재료를취급하고있는기업이다수출원을하는것으로나타났으며, 이들일본출원인은주로일본본국에출원건수가높은것으로나타남 한국출원인으로는삼성전기만상위출원인으로나타나광 전자세라믹관련기술을다수보유 두번째상위출원인인 CANON의 3극패밀리수는 108건으로, 다국적으로시장을확보하여 104

109 전략제품현황분석 출원을하고있는것으로보임 일본기업인 NGK INSSULATORS 가확보한특허의피인용지수가 0.54 로가장높게나타나기 술의파급성이높은원천기술을다수보유하고있는것으로분석됨 [ 주요출원인의출원현황 ] 주요출원인 국가 주요 IP시장국 ( 건수 %) 한국미국일본유럽 IP 시 장국 종합 3 극 패밀 리수 ( 건 ) 피인용 지수 주력기술분야 TDK 일본 % 10% 73% 3% 일본 전자부품 CANON 일본 % 18% 49% 15% 일본 광학기기 MURATA MANUFACTURING 일본 % 23% 52% 2% 일본 전자부품 삼성전기 한국 % 29% 28% 한국 전자부품 KYOCERA 일본 % 6% 84% 9% 일본 세라믹및전자기기 SEIKO EPSON 일본 % 58% 13% 일본 전자부품 NGK INSULATORS 일본 % 20% 51% 19% 일본 전자부품및세라믹 TAIYO YUDEN 일본 % 11% 68% 4% 일본 전자부품 MITSUBISHI MATERIALS 일본 % 8% 68% 20% 일본 금속및전자부품 IDEMITSU KOSAN 일본 % 13% 67% 4% 일본 석유화학및전자재료 105

110 세라믹소재 - 광 전자세라믹 (5) 국내출원인동향 국내출원인동향을살펴보면대기업은삼성전기의출원건수가가장높게나타났으며, 중소기업에서는코리아스타텍과케이세라셀의출원건수가 2건씩나타남 그밖에대기업의주요출원인은삼성디스플레이, SKC, 삼성전자, 삼성SDI, LG하우시스, CORNING( 前삼성코닝정밀소재 ) 등이있음 기업이외의주요출원인을살펴보면한국과학기술원, 한국기계연구원등연구소 / 공공기관의출원이 2건으로나타났으며, 대학은서울시립대학교, 포항공과대학교, 경기대학교의출원이 2건씩으로분석됨 [ 국내주요출원인의출원현황 ] 106

111 전략제품현황분석 5. 중소기업환경 가. 중소기업경쟁력 광 전자세라믹분야의중소기업경쟁력은기술분류별로차이가있으나중소기업이다수참여하여 시장에서의역할이큰분야로나타났으나, 광 전자세라믹기술은원천기술및높은기술력을요구 하는분야로중소기업의경쟁력이낮은것으로분석됨 기술분류주요기술대기업중소기업중소기업참여영역중소기업 원료 알루미나, 지르코니아 [ 광 전자세라믹분야중소기업현황 ] KCC, 동진쎄미켐, 한화케미칼, 롯데정밀화학 참여정도 대주전자재료, 창성 절연성기판, 패키지 - 아모텍 유연성 MLCC 삼성전기아모텍, 삼화콘덴서 압전성세라믹필터 - 이글래스, 래트론 소재 / 부품 자성인덕터삼성전기 삼화전자, 아비코, 아모텍 반도성써미스터, 배리스터자화전자삼화콘덴서, 아모텍 전도성투명전도막동진쎄미켐대주전자재료, 창성 * 중소기업참여정도와점유율은주요제품시장에참여하는중소기업의참여규모와정도 ( 업체수, 비율등 ) 를고려하여 5 단계로구분 ( 낮은단계 :, 중간단계 (,, ) 높은단계 : ) 107

112 세라믹소재 - 광 전자세라믹 나. 중소기업기술수요 광 전자세라믹분야의중소기업의기술수요를파악하기위하여중소기업기술수요조사및중소기업청 R&D신청과제 (2013~2015 년 ) 를분석한결과아래표의내용과같은수요들이다수있는것으로분석 광 전자세라믹분야중소기업은최근에센서및소자적용이나출력향상에관련된기술개발에다수수요가있는것으로나타남 [ 광 전자세라믹분야과제신청현황및수요조사결과 ] 전략제품기술분류관심기술 센서및소자적용광 전자세라믹기술 Structural Condition Monitoring용자가발전센서노드기술 자동차엔진용고신뢰성온도센서소자 다기능세라믹전자소자 광대역서미스터를이용한 400 급온도센서 광 전자세라믹 광 전자세라믹출력향상기술 고전압서지보호용 ZnO 바리스터개발 고출력소자제조를위한 AlN 기판용후막저항소재 초내전압초고전력 RF Resistor 개발 고주파고출력저항의기판과도체막간의접착력향상 108

113 전략제품현황분석 다. 중소기업핵심기술 (1) 데이터기반요소기술발굴 광 전자세라믹기술의특허및논문데이터검색을통해도출된유효데이터를대상으로데이터마이닝기법 (Scientometrics 기법 ) 을통해클러스터링된키워드의연관성을바탕으로요소기술후보군을도출 광 전자세라믹기술의특허및논문유효데이터를기반으로키워드클러스터링을통하여 10개의요소기술후보군을도출 제품별 dataset 구축 : 광 전자세라믹기술관련특허 / 논문데이터를추출하여노이즈제거후제품별 dataset 구축 1차클러스터링 : 키워드맵을통한고빈도키워드확인-빈도수 (tf-idf) 9) 가상위 30% 에해당하는키워드를대상으로 1차추출 2차클러스터링 : 1차클러스터링에서추출된고빈도키워드사이에서고연관도키워드를 2차추출 ( 고연관도기준은연관도수치 10) 가 2이상인클러스터로제한 ) 다음그림은키워드간연관네트워크를시각화한것으로, 각키워드를나타내는원과키워드간의연관도를나타내는직선으로구성 각키워드가특허와논문중어느데이터에서도출되었는지원의색으로구분하였으며, 키워드로도출된클러스터는황색음영으로표시 키워드를나타내는원은고빈도의키워드일수록원의크기가크게표현되며, 연관도를나타내는선은키워드사이의연관도수치가높을수록굵게표현 광 전자세라믹기술전략제품의특허 논문유효데이터에대하여키워드클러스터링결과를기반으로요소기술도출 데이터기반의요소기술도출은키워드클러스터링을통해도출된요소기술에대하여전문가의검증및조정을통하여요소기술을도출 9) 빈도수 (tf-idf) : 각키워드가출현되는특허또는논문수를의미 10) 연관도수치 : 두개이상의키워드사이의특허또는논문수를의미 109

114 세라믹소재 - 광 전자세라믹 [ 광 전자세라믹분야키워드클러스터링 ] [ 광 전자세라믹분야주요키워드및관련문헌 ] No 주요키워드 연관도 수치 관련특허 / 논문제목 클러스터 01 electrolyte, interface, substrate, metal 4~7 1. Read/write tip, head and device, and use thereof, and method for manufacturing same 2. TRANSLITERATING METHODS BETWEEN CHARACTER-BASED AND PHONETIC SYMBOL-BASED WRITING SYSTEMS 3. SPIN TRANSITION MATERIAL 4. NANOPARTICLES OF A SPIN TRANSITION COMPOUND 클러스터 02 ferroelectric, elements, activation, doping 4 1. Manganese doping effects on interband electronic transitions, lattice vibrations, and dielectric functions of perovskite-type Ba 0.4Sr 0.6TiO 3 ferroelectric ceramics 2. Domain-switching embedded nonlinear electromechanical finite element method for ferroelectric ceramics 3. The origin of giant dielectric relaxation and electrical responses of grains and grain boundaries of W-doped CaCu3Ti4O 12 ceramics 4. Preparation and electrical properties of double-doped perovskite structured conducting ceramics Sm0.9Sr0.1 Al1-xCoxO3-δ 110

115 전략제품현황분석 No 주요키워드 연관도수치 관련특허 / 논문제목 클러스터 03 conductivity, condition, structure, frequency 5~8 1. Preparation and characterization of PEO-LATP/LAGP ceramic composite electrolyte membrane for lithium batteries 2. In situ ceramic fillers of electrospun thermoplastic polyurethane/ poly (vinylidene fluoride) based gel polymer electrolytes for Li-ion batteries 3. CERAMIC SUBSTRATE FOR LIGHT EMITTING ELEMENT MOUNTING AND LIGHT EMITTING DEVICE 4. Effect of Nb 2O 5 addition on the physical and electrical properties of lead-free (Na 0.5Bi 0.5)TiO 3 -Ba(Sn 0.08Ti 0.92)O 3 ceramics 클러스터 04 ceramic, electrode, dielectric, capacitor 4~7 1. Dielectric ceramic composition, complex electronic device and multilayer ceramic capacitor 2. Failure analysis of electroplating on sliver termination in multilayer ceramic capacitors (MLCCs) 3. Characterization of borosilicate glass-coated cu electrode for internal electrode of multilayer ceramic device 4. Electrically-heated ceramic composite tooling for out-of-autoclave manufacturing of large composite structures 클러스터 05 crystal, structure, dielectric 4~8 1. Microstructure and piezoelectric properties of Bi0.5(Na 0.82K0.18) 0.5TiO3 -NaSbO3 ceramics 2. Enhanced high Q material compositions and methods of preparing same 3. Microstructures and dielectric properties of spark plasma sintered Ba 0.4Sr0.6TiO3/CaCu3Ti 4O12 composite ceramics 4. Study on Ce and La doped 0.85NBT-0.144KBT-0.006BT lead-free piezoelectric ceramics 5. Structure, dielectric and magnetic properties of Ba 6FeNb 9O 30 tungsten bronze ceramics 클러스터 06 oxide, electronic, component, ceramic 5 1. METHOD OF MANUFACTURING PEROVSKITE POWDER, PEROVSKITE POWDER MANUFACTURED BY THE SAME AND MULTILAYER CERAMIC ELECTRONIC COMPONENT 2. DIELECTRIC CERAMIC, LAMINATED CERAMIC ELECTRONIC COMPONENT, LAMINATED CERAMIC CAPACITOR, AND METHOD FOR PRODUCING LAMINATED CERAMIC CAPACITOR 3. DIELECTRIC COMPOSITION AND CERAMIC ELECTRONIC COMPONENT INCLUDING THE SAME 4. Reduction-resistant dielectric composition and ceramic electronic component including the same 클러스터 07 thin, film, mixture, pzt 5~7 1. Sol-gel derived multiwalled carbon nanotubes ceramic electrode modified with molecularly imprinted polymer for ultra trace sensing of dopamine in real samples 2. Ceramics for Electricity, Energy Conversion and Storage 3. Composition for ferroelectric thin film formation, method for forming ferroelectric thin film, and ferroelectric thin film formed by the method thereof 4. Determination of metal impurities in advanced lead zirconate titanate ceramics by axial view mode inductively coupled plasma optical emission spectrometry 111

116 세라믹소재 - 광 전자세라믹 No 주요키워드 연관도 수치 관련특허 / 논문제목 클러스터 08 plasma, sintering, technical 4~8 1. Transport, thermoelectric, and magnetic properties of a dense Cr 2S 3 ceramic 2. Spark plasma sintering of Ti ynb 1-yC xn 1-x monolithic ceramics obtained by mechanically induced self-sustaining reaction 3. Microstructures and dielectric properties of spark plasma sintered Ba 0.4Sr0.6TiO3/CaCu3Ti 4O12 composite ceramics 4. Enhanced magnetization and suppressed current leakage in BiFeO 3 ceramics prepared by spark plasma sintering of solgel derived nanoparticles 클러스터 09 temperature,ra nge, dependence 4~7 1. Dielectric relaxation and electrical conduction properties of La 2NiO 4+δ ceramics 2. Thermal and electrical transport properties of spark plasma-sintered HfB2 and ZrB2 ceramics 3. Enhanced dielectric and piezoelectric properties of xbazro 3-(1-x)BaTiO 3 ceramics 4. Magnetic memory effects in a chiral-glass phase of a superconductive ceramic YBa2Cu4O8 클러스터 10 chip, combination,re sistance 4 1. Electric field dependence of the mode i energy release rate in single-edge cracked piezoelectric ceramics: Effect due to polarization switching/dielectric breakdown 2. Electric field analyses and optimization of multilayer ferroelectric ceramics 3. Improved piezoelectric properties of (K xna 1- x) 0.94Li 0.06NbO 3 lead-free ceramics fabricated by combining two-step sintering 4. Enhanced piezoelectric properties of 001 textured lead-free (K xna 1-x) 0.946Li 0.054NbO 3 ceramics with large strain 112

117 전략제품현황분석 [ 광 전자세라믹분야데이터기반요소기술 ] No 요소기술명키워드 요소기술 01 투명전도성산화물박막제조기술 conductivity, thin 요소기술 02 고성능세라믹스코팅기술 oxide, resistance 요소기술 03 산화물반도체제조및응용기술 oxide, ceramic 요소기술 04 다층세라믹기판제조기술 dielectric, structure 요소기술 05 고열전도성세라믹스기판제조기술 temperature, electrode 요소기술 06 강유전성페로브스카이트개발기술 combination, ferroelectric 요소기술 07 세라믹단결정제조기술 ceramic, structure 요소기술 08 이차전지용복합전해질세라믹 mixture, combination 요소기술 09 소재색감제어의다양화기술 dependence, range 요소기술 10 광원소재개발기술 technical, electronic 113

118 세라믹소재 - 광 전자세라믹 (2) 요소기술도출 산업 시장분석, 기술 ( 특허 ) 분석, 전문가의견, 타부처로드맵, 중소기업기술수요를바탕으로로드맵기획을위하여요소기술도출 요소기술을대상으로전문가를통해기술의범위, 요소기술간중복성등을조정 검토하여최종요소기술명확정 [ 광 전자세라믹분야요소기술도출 ] 분류요소기술출처 박막조성및공정개발기술 투명전도성산화물박막제조기술 고성능세라믹스코팅기술 산화물반도체제조및응용기술 기술 / 시장분석, 전문가추천 기술 / 시장분석, 기술수요, 전문가추천 전문가추천, 특허 / 논문클러스터링 이차전지용복합전해질세라믹 특허 / 논문클러스터링 후막조성및공정개발기술 벌크조성및공정개발기술 다층세라믹기판제조기술고열전도성세라믹스기판제조기술강유전성페로브스카이트개발기술세라믹단결정제조기술 기술 / 시장분석, 전문가추천 기술 / 시장분석, 전문가추천 기술 / 시장분석, 기술수요, 전문가추천 기술수요, 특허 / 논문클러스터링, 전문가추천 소재개발기술 소재색감제어의다양화기술 광원소재개발기술 특허 / 논문클러스터링 기술수요 114

119 전략제품현황분석 (3) 핵심기술선정 확정된요소기술을대상으로산 학 연전문가로구성된핵심기술선정위원회를통하여중소기업에적합한핵심기술선정 핵심기술선정은기술개발시급성 (10), 기술개발파급성 (10), 단기개발가능성 (10), 중소기업적합성 (10) 을고려하여평가 [ 광 전자세라믹분야핵심기술 ] 분류핵심기술개요 투명전도성산화물박막제조기술 플렉시블디스플레이용전도성산화물조성및박막제조기술 박막조성및공정개발기술 고성능세라믹스코팅기술 전기전도성등의기능이안정화된세라믹스박막제조기술 산화물반도체제조및응용기술 PN Junction 을이용한발광소자용산화물반도체제조기술 후막조성및공정개발기술 다층세라믹기판제조기술 고열전도성세라믹스기판제조기술 수동소자집적용세라믹스기판및모듈제조기술 고출력 LED H/S 용방열세라믹스조성및구조설계기술 벌크조성및공정개발기술 강유전성페로브스카이트개발기술 세라믹단결정제조기술 이온전도성복합산화물조성개발및응용기술 고유전율고압전상수압전체단결정제조기술 115

120 세라믹소재 - 광 전자세라믹 6. 기술로드맵기획 가. 광 전자세라믹기술로드맵 최종중소 중견기업기술로드맵은기술 / 시장니즈, 연차별개발계획, 최종목표등을제시함으로 써중소기업의기술개발방향성을제시 116

121 전략제품현황분석 나. 연구개발목표설정 로드맵기획절차는산 학 연전문가로구성된로드맵기획위원회를통해선정된핵심기술을대 상으로기술요구사항, 연차별개발목표, 최종목표를도출 [ 광 전자세라믹분야핵심기술연구목표 ] 분류핵심기술기술요구사항 연차별개발목표 1 차년도 2 차년도 3 차년도 최종목표 투명전도성산화물박막제조기술 유전체소재및박막제조 고투명성유전체소재 유전체소재박막화 박막의장기안정성 가시광선투과도 95% 이상박막장기안정성확보 박막조성및공정개발기술 고성능세라믹스코팅기술 표면코팅및계면제어 결합강도 40MPa 코팅두께 200 μm 결합강도 50MPa 코팅두께 150 μm 결합강도 60MPa 코팅두께 100 μm 결합강도 60MPa 코팅두께 100 μm 산화물반도체제조및응용기술 Junction 구성및발광특성 N-type 산화물반도체제조 P-type 산화물반도체제조 P-N 접합구조형성및평가 투명 P-N 접합디바이스제조 후막조성및공정개발기술 다층세라믹기판제조기술 고열전도성세라믹스기판제조기술 그린시트제작및전극매칭성 구조확보및방사효율평가 저온소성용금속페이스트제조 열전도도 0.6W/m K 방사효율 0.7 그라스세라믹스소재조성설계및시트제작 열전도도 0.7W/m K 방사효율 0.8 그린시트및전극매칭 열전도도 0.8W/m K 방사효율 0.9 저온소성다층기판모듈제조 열전도도 0.8W/m K 방사효율 0.9 벌크조성및공정개발기술 강유전성페로브스카이트개발기술 세라믹단결정제조기술 고용한계및전도성평가 압전체단결정제조 도핑원소조사및선택, 이온전도도 > 0.05 S/cm dielectric constant 4000 d pc/n k 복합화방법 ( 건식, 습식 ), 이온전도도 > 0.08 S/cm dielectric constant 4500 d pc/n k 물성평가 ( 고용한계, 이온전도도 ), 이온전도도 > 0.1 S/cm dielectric constant 5000 d pc/n k 복합산화물전해분리막제조이온전도도목표 ( 전해온도조건 ) dielectric constant 5000 d pc/n k

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123 기계 구조세라믹 전략제품현황분석

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125 전략제품현황분석 기계 구조세라믹 정의및범위 정의 : 기계 구조세라믹은세라믹소재의탁월한기계적, 열적, 화학적물성을활용하는소재를의미하며주로자동차 / 정밀기계, 반도체 / 디스플레이, 환경 / 에너지, 항공우주산업분야등에서이용 범위 : 기계구조세라믹은알루미나 (Al2O3), 지르코니아 (ZrO2), 질화규소 (Si3N4), 탄화규소 (SiC) 등과같은고도로정제된합성원료를사용하여고순도원료, 소비재, 공구및연마재, 산업용소재등으로기계부품, 자동차, 발전, 우주 항공등제조산업전반에걸쳐사용되고있으며기술적으로는각소재와부품의제조기술, 성능향상기술, 저가격화기술, 국산화기술등을포함하고고내구성및고효율을추구하기위한나노소재화및유무기복합화를통한스마트구조화기술등을포함함정부지원정책 지구온난화문제로새로운에너지원에대한관심고조 산업구조전반에대한재배치확대 일본, 중국등의배타적민족주의의대두 새로운기술보호주의정책이부상중소기업시장대응전략 강점 (Strength) 약점 (Weakness) 전방산업의발달에따른수요증가 전 후방산업의협력시스템구축 기반수요산업의지속적성장 수급기업간의협력연구활성화 우수한공정기술및인력확보 고부가가치지향의산업성장기회 (Opportunity) 첨단소재및부품의폭발적수요증가 기술집약적산업으로독자기술확보가능 선택과집중에의한상품화가능 내수시장확대와국제경쟁력향상 관련분야기술개발지원강화 환경관련규제의강화등으로새로운시장의창출 관련사업기반미약과핵심원료의수입의존도심화 기능적현장인력의수급부족, 대형설비및활용인프라부족 소재강국일본과추격해오는중국에의존하는원료정제기술 고부가가치형소재핵심원천기술부족위협 (Threat) 선진국기술보호장벽에의한기술이전곤란 타소재산업과의연계및통합부족 국내기업해외진출로인한산업공동화가속 지적재산권분쟁및환경장벽강화 선진업체의국내업체고사전략 유해환경유발원인규제수준변동 / 변화 중소기업의시장대응전략 국내기계 구조세라믹은생산기술과첨단장비기술을접목하면다양한어플리케이션을개발할수있을뿐만아니라가격경쟁에있어서도유리한위치를점할수있음 기계 구조세라믹시장은현재를기점으로폭발적인성장이예상되는만큼, 관련중소기업들에대한정부의지원책은향후기계 구조세라믹분야가국가기계장치산업발전의초석이될수있음 121

126 세라믹소재 - 기계 구조세라믹 핵심기술로드맵 122

127 전략제품현황분석 1. 개요 가. 정의및필요성 기계 구조세라믹은세라믹소재의탁월한기계적, 열적, 화학적물성을활용하는소재를말하며, 주로자동차 / 정밀기계, 반도체 / 디스플레이, 환경 / 에너지, 항공우주산업분야등에서이용 대표적인구조세라믹소재는내열 방열소재, 구조소재, 내화 극한환경소재, 기계가공성소재, 연마 절삭세라믹공구등이있음 [ 다양한기계 구조세라믹부품들 ] 123

128 세라믹소재 - 기계 구조세라믹 나. 범위및분류 파인세라믹은세라믹의기능적특성에따라크게광 전자세라믹, 기계 구조세라믹등으로구분하고있으며, 산업및기술의융복합화추세에따라분류간경계가약화되고있음. 구조세라믹중에서생체적기능을이용하는소재는바이오세라믹으로, 환경분야에사용되는소재는환경세라믹으로별도로분류되기도함 기계 구조세라믹은이용되는특성에따라서여러가지용도로산업에응용될수있음 [ 기계 구조세라믹의기능별분류 ] 기능분류 기계적기능 이용특성 강도, 인성, 경도 기계 구조세라믹 열적기능 내마모기능 단열, 내열, 열충격저항성 강도, 인성, 내마모성 내화학기능 내산성, 내플라즈마성 [ 기계 구조세라믹의용도별제품예 ] 용도 생활용품 공구및연마재 제품 장식용 : 시계부품 ( 테두리, 줄, window), 인조보석등 생활용 : 칼가위, Faucet seal, 레포츠용 : 낚시대 ring guide, 골프헤드 절삭공구, 연마지석, 연마지립, 연마포, 금속인발용 die, 코팅공구등 내마모재 : Mechanical Seal, Bearing, Lift valve, Yarn guide 발열체 : SiC element, ignition heater, SiC 질 disk 발열체등 정화필터 : 정수용, 정기용, 폐기물용등 산업용 자동차용 가스터빈용 반도체용 : Boat, tube, 금석 capillary, 기판등 광통신용 : ferrule, TiB2 tile 등 특수내화재료 : 고로용 SiC, 재결정 SiC, 소각로용, 열교환기 특수건축재료 : 시멘셔스재료, 방음재료등 로커암칩, 예비연소쳄버, 글로우프로그, 밸브, turbocharger rotor, honeycomb, 마찰재등 발전용, 항공기용, 자동차용, 선박용등 우주항공용 본체, 외장타일, nozzle corn, brake 등 방산용 방탄조끼, 헬리콥터용방탄의자, 장갑재료등 124

129 전략제품현황분석 기계 구조세라믹은사용되는산업에따라서다음과같이반도체용, 우주항공용, 국방용등으로 구분하고있으며, 이산업에서의응용이점차증가하는추세임. 이들종류의구조세라믹스를 좀더자세히소개하면다음과같음 기계 구조세라믹산업별분류 반도체산업용 전통적으로반도체산업에사용되는기계 구조세라믹재료는주로세라믹의고온강도를이용하는내열부품소재로이용되었음 사용공정은반도체공정중가장고온공정인확산공정 (Diffusion Process) 와화학증착공정 (CVD Process) 등이었음. 이때사용되는기계 구조세라믹소재는거의대부분석영유리 (Quartz Glass) 이었음 SiO2 (quartz glass) 의경우고순도가가능하고가공이용이하며저렴한장점이있어반도체공정의거의모든공정에널리사용되고있으나내구성, 고온물성, 내플라즈마성이취약한단점때문에에쳐나확산로같은부분에서는제한적으로사용. Al2O3, SiC 등은 SiO2보다는순도, 가공성, 비용에서취약하나우수한내구성으로인하여에쳐의챔버내부소재, 확산로의고온내구소재로사용가능함 최근들어반도체공정의식각공정이건식플라즈마공정으로진화하면서기계 구조세라믹의용도가내플라즈마부품분야로확장되고있음. 또한실리콘웨이퍼크기가 300mm로커짐에따라서내열부품의종류도석영유리에서탄화규소제품으로변화하고있는추세임 이러한추세에의해반도체공정에사용되는기계 구조세라믹의종류가전통적인산화물계에서비산화물계로이동하고있음 125

130 세라믹소재 - 기계 구조세라믹 [ 주요소재의용도 ] 세부분야주요용도비고 SiO2(quartz) Al2O3 Si SiC C(graphite) AlN 확산로, CVD용내부부품 crucible 등 내플라즈마성에쳐, CVD용내구부품, 정전척등기능성부품 에쳐용각종소모품 확산로용부품, 에쳐, CVD등내구성, 내플라즈마성소재 웨이퍼성장로 crucible 정전척, 히터, 치구 장점 : 경제적, 가공이용이 단점 : 내구성, 내플라즈마성취약 장점 : 내구성, 내플라즈마성 단점 : 초고순도불가, 내열충격성약함, 가공이어려움 장점 : 경제적, 전도성, 가공유리 단점 : 내구성, 내플라즈마성취약 장점 : 내구성, 내플라즈마성, 초고순도 (CVD) 단점 : 순도, 고가 장점 : 가공이용이, 경제적, 단점 : 내구성취약 장점 : 고열전도도, 내플라즈마성 단점 : 고가, 가공이어려움 Y2O3 내플라즈마성에쳐부품벌크, 코팅으로적용 장점 : 내플라즈마성탁월, 단점 : 가공이어려움, 고가, 내구성취약 ( 코팅 ) 반도체용기계 구조세라믹예 - 석영유리 : 보트, 튜브등 - 알루미나 : 튜브, 링류 - 탄화규소 (SiC) : 보트, 튜브, 캐소드등 항공우주산업용 항공우주산업의주요제품군은항공기, 인공위성, 발사체, 우주선으로나눌수있으며이들주요제품군의부품으로사용되는재료들중에서세라믹부품은주로초고온내열성, 고강도, 내마모성등의특성이요구되는수동부품으로사용. 주요소재로는 Carbon, SiC, Si3N4, HfB2, ZrB2 등비산화물계, Al2O3/Al2O3 compsotite, C/C, C/SiC, SiC/SiC composite 등복합재료계, thermal barrier coating 재질에이용되는저열전도소재등으로구분할수있음. 소재의가공형태로는치밀질소결체, 초경량다공체, 다공질소결체, 복합재료, 코팅등의형태로구분 최근에는우주항공분야나원자력발전분야에서 SiC/SiC 복합재료의응용이시도되고있음 항공우주산업용구조세라믹예 - 탄소 / 탄소복합재료 (C/C Composite) : 노즐등 - 탄소 / 탄화규소복합재료 (C/SiC Composite) : 터빈블레이드, 브레이크패드등 - 탄화규소 / 탄화규소복합재료 (SiC/SiC Composite) : 터빈블레이드, 튜브, 노즐등 126

131 전략제품현황분석 국방산업용 국방산업분야에서기계 구조세라믹은방탄용, 전파투과용돔, 미사일노즐등여러분야에서사용되고있음 방탄재료로는대부분의고경도세라믹재료가적용되고있으며, 이들중가장많이사용되는재료는알루미나와탄화규소계재료이며, 특수한목적을위해서는탄화붕소, 붕화티타늄이나투명한 AlON 등이사용 - 최근에는투명방탄재로사용되어온적층유리를대체하고자하는 AlON계세라믹방탄재의적용도보고되고있음 전자파투과재료가사용되는대표적무기체계부품은레이돔으로레이돔소재는전자파를잘투과해야된다는기본특성이외에도다양한열, 기계적특성요구 - 레이돔소재로써는유전율이낮고내열충격성이우수한실리카가많이사용되고있으며, 코디어라이트, 결정화유리등도적용 - 유도무기가더욱고속, 고기동화되면고강도의질화규소가적용되며최근에는반응소결혹은반응소결후소결공정을통하여제작된질화규소계레이돔도적용 특수한세라믹섬유나원료분말은전락소재로분류되며다양한전략적이유로수출입이제한되고있음. 고순도의 SiC 장섬유, 초고순도의 SiO2 섬유, 질화규소나탄화규소위스카, 각종탄화물, 붕화물등의세라믹원료분말등이유럽연합이나미국등에서제작되어전략적인용도에사용 [ 국방용기계 구조세라믹재료적용분야 ] 무기체계 발전방향 정밀성 요구특성기능분류관련재료 고기능재료 전자파투과재료 적외선투과재료 실리카, 코디어라이트결정화유리, 질화규소 사파이어, AlON 대형광학재료 탄화규소 고속화 고온재료 단열재료 섬유단열재, 나노단열재 도포재료 도포단열재 생존성 방호재료 내열재료방탄재료 질화규소, 탄화규소세라믹섬유복합재 Al2O3, SiC, B4C, TiB2 AlON 기만 / 은닉재료 스텔스재료 전략성 전략소재 세라믹섬유 Quartz Fiber, Ultra Fine Fiber 원료분말 B4C, 나노재료 국방산업용구조세라믹예 - 방탄판 - 투명세라믹 : 방탄판, 돔등 127

132 세라믹소재 - 기계 구조세라믹 기계 구조세라믹원료별분류 기계 구조세라믹의사용원료는알루미나 (Al2O3), 지르코니아 (ZrO2), 질화규소 (Si3N4), 탄화규 소 (ic) 등과같은고도로정제된합성원료를사용하고있으며, 사용원료에따라기계 구조세 라믹을산화물계와비산화물계의두종류로분류할수도있음 [ 기계 구조세라믹의원료별분류 ] 제품기능분류이용특성 산화물계 알루미나 (Al2O3), 지르코니아 (ZrO2), 실리카 (SiO2), 마그네시아 (MgO), 이트리아 (Y2O3) 등 기계 구조세라믹 비산화물계 탄화규소 (SiC), 질화규소 (Si3N4), 질화알루미뉴 (AlN), 탄화붕소 (B4C), 질화붕소 (BN) 등 128

133 전략제품현황분석 2. 산업환경분석 가. 산업특징및구조 (1) 산업의특징 기계 구조세라믹산업은다른산업의기초가되는소재를생산하는산업이며, 기초소재산업과장치 기계산업과의중간적위치의전후방파급효과가높은산업임. 다른세라믹소재도그러하지만특히기계 구조세라믹산업은연관되는후방산업발전의기초가됨. 이에우리나라구조세라믹산업은 60년대에는섬유산업과함께태동되었고, 현재에와서는최첨단반도체산업이나항공우주산업과함께발전하고있음 국내기계 구조세라믹산업은과거섬유산업용부품, 단순기판용및벌크소재등으로부터탈피하여반도체 디스플레이, 자동차, 항공 우주, 기계산업등에고기능신규시장창출을통한첨단주력산업및미래성장동력산업의핵심기간사업임 반도체, 자동차, 자동화기기, 항공 우주산업등에필수적인소재로써고부가가치기술집약적인첨단산업지향적구조로의전환됨 철강, 비철금속, 화학산업제품등각분야의기초소재로활용되고있어기초소재산업에대한후방관련효과가크며, 각종장치기계를구성하는핵심부품으로사용되기때문에전방관련효과도큰산업임 기계 구조세라믹은첨단산업의발달을위해서반드시필요한소재이며, 기계 구조세라믹발달에의해산업의수준이결정되는산업임. 우리나라산업은현재패스트팔로우단계에서퍼스트무버로넘어가는과도기인데, 현수준에서한단계더위로올라서기위해서는구조세라믹산업의발전이필수적임. 반도체산업에서는금속배선의선폭이줄어들면서에칭공정의플라즈마강도가점점더강해지고있음. 이에따라서에칭공정에서사용되는세라믹소재의내플라즈마저항성도더강해져야만되는데, 이세라믹소재의성능에의해부식공정의생산성이향상되며반도체산업의경쟁력이올라갈수있음 항공우주산업에서사용되는복합재료는수천도의고온에서사용되는극한소재인데, 이러한소재를생산할수있는지여부에의해우주선추진체를제조할수있는지가결정될만큼중요한소재임 최첨단산업이나국방산업의필수조재이기때문에국가간기술이전이거의되지않기때문에반드시자체개발해야만하는소재임 특히기계 구조세라믹소재는국방산업에서가장기초적인방탄판소재에서부터최첨단미사일의전파투과소재, 미사일발사체소재등에서사용되는소재이기때문에절대로타국가에제조기술이나성능수준을공개하지않는경향이강함 우주항공분야나반도체산업에서사용되는기계 구조세라믹소재의경우에도어떤소재를사용하는지에대해거의공개되지않고있음 우리나라기계 구조세라믹산업은원료-소재-부품산업간가치사슬이단절된기형적산업구조를 129

134 세라믹소재 - 기계 구조세라믹 가지고있음 일부원료소재를제외하고는대부분의원료분말을거의전량수입에의존하고있어부품-원료소재간의공급체인은거의없음 원료-소재-부품산업의규모가이상적인원추형구조보다는최종수요산업만이팽창된역삼각형구조를가짐 원료소재의경우, 산업적중요성에도불구하고장치산업특성상대단위투자가요구되고내수시장도작아산업적기반이매우취약함 특히국내원료수요기업이신제품개발력과장기간의신뢰성으로선진제품사용을선호하고있어시장진입장벽으로작용함 (2) 산업의구조 최근국내기계 구조세라믹산업은새로운발전의전기를맞고있어서기존의섬유산업용각종부품, 단순기판용및벌크소재등으로부터탈피하여자동차, 정밀기계, 반도체 디스플레이, 항공우주산업의발달에따라고기능성신규시장이창출되고있음. 기계 구조세라믹은고부가가치기술집약적인반도체, 자동차, 자동화기기, 항공 우주산업등에필수적인소재임. 향후, 차세대자동차와항공 우주, 미래형반도체, 퍼블릭디스플레이, 방산, 에너지, 원자력등선진산업분야의단계적진입과활성화에따라산업기반의조정및제품의변화가예상됨 국내세라믹산업은 1980년대후반대구를중심으로한섬유산업의내마모성부품으로부터본격적인발전을시작하였으나섬유산업의불황에따른수요감소와중국산부품의사용에인한단가하락등으로섬유관련부품의국내생산액은급감하였음 자동차산업의발전으로연관기계부품산업의발전을동반하여금속기계가공수요가크게늘어나는계기가되었고구조세라믹의역할확대에도기여하였음. 또한자동차및환경처리용허니컴소재는새로운대형시장으로성장하고있으나미국, 일본등의선진업체 ( 코닝사, NGK, 이비덴등 ) 가국내시장을지배하고있음 일부국내업체가자체기술력을확보하여대응, 선전하고있으며, 세라컴과 ( 주 ) 칸세라는디젤자동차용 DPF필터개발상용화성공하였으나, OEM 시장이아닌 A/S 시장에서만판매되고있음 관련소재로는코디어라이트, SiC, 질화규소, AlTiO3계등이있으며생산및연구개발이꾸준히진행되고있고소재시장은약 3,000억원정도의규모로추산됨 반도체 디스플레이산업의지속적발전으로국내기계 구조세라믹산업도지속적으로발전하고있으며, 국내기계 구조세라믹산업의기술적성장을견인하고있음 과거에는반도체 디스플레이산업에의세라믹소재적용은미미한수준이었으나, 최근이분야에서의국내생산이급격히증가하고있음 반도체공정에서고밀도플라즈마가도입되고 300mm 웨이퍼의생산이보편화됨에따라금속부품을대치할수있는내플라즈마성이강하고안정성, 강성이뛰어난세라믹소재적용이급격히확산되고있고, 국내생산도증가하고있음 130

135 전략제품현황분석 LCD 생산라인에서도유사한이유로세라믹소재가널리적용되고있으며 7,8세대로변천하며소재의대형화추세가진행되고있음 대표적으로기업으로 SKC솔믹스, 코미코, 원익 Q&C 등의업체가있음 우주, 항공, 원자력, 방위산업분야로의신규시장형성및응용범위확대가예상되고있으나초고온, 고강도, 내열성, 등의극한환경을요구하는분야에대해국산화가부족한실정이나, 기계 구조세라믹부품 / 소재의대형화, 세라믹 / 세라믹복합재료등의개발에여지가많음 세라믹원료소재산업기반이매우취약하여거의전량수입에의존하고있으며, 전방산업인부품, 완제품산업의성장잠재력제한및무역역조의요소로작용하고있음 원료소재산업의특성상초기설비투자리스크가크고국내시장협소라는이유로사업화가거의전무함 핵심세라믹소재의경우, 기술선점기업의특허, 높은생산기술및수요기업의엄격한규격으로후발업체의신규진입이어려워소수선진기업이시장을독과점하고있음 - LED용 AlN : 일본토쿠야마 (70%), 반도체용 SiC : 독일 Starck사 (40%) 전량해외의존수입소재의상황에서는중국등후발국의추격이가속화되어시장잠식은시간문제로경쟁력에한계에봉착할수있으며이에대한대응방안으로첨단소재의국산화및소재산업육성요구가급부상하고있음 나. 경쟁환경 반도체산업분야에서는많은업체들이기계 구조세라믹을생산하고있음 항공우주분야용이나자동차등의수송기기분야에서사용되는세라믹복합재료는거의연구소에서실험하는수준이고생산업체는거의없음 국내 3D프린팅시장은 2012년기준 300억원규모로전년대비 30% 이상증가하였으나, 고가산업용장비는 90% 이상수입 국내반도체산업용기계 구조세라믹부품을제조하는대표적인업체는미코, SKC 솔믹스, 원익 Q&C가있음 미코는알루미나부품등일반제품과 ESC나 AlN 히터등복잡구조의고난도제품들을개발하여삼성전자, 하이닉스등에납품하고있음 SKC 솔믹스는반도체, LCD 분야에서사용되는구조세라믹부품소재을생산중. 탄화규소튜브등내열제품과진공척, 정밀이동 stage용알루미나등의부품을제조. 2015년구조세라믹매출액 860억원이었음 (Si 포함 ) 원익 Q&C는석영유리, 세라믹, 반도체용세정및램프사업등의사업을영위하고있음. 쿼츠부문, 단일공장으로는세계 1위의생산량 ( 15년전체 1,160억원, 국내매출액 730억원 ). 구조세라믹부문에서는대형, 알루미나제품및다양한비산화물제품을생산하고있으며, 2015년매출 131

136 세라믹소재 - 기계 구조세라믹 140억원이었음 쌍용머티리얼은첨단세라믹부품류, 절삭공구와산업용소재등자동차, 전자, 전기및기계산업용제품을생산중임. 2015년매출은 1,066억원이었음 코오롱데크컴포지트는국내유일세라믹복합재생산기업임. 데크컴포지트에서최근코오롱에인수되어사명이코오롱데크컴포지트로변경되었음 코오롱데크컴포지트는탄소 / 탄소복합재, 탄소 / 세라믹복합재를생산하는복합재료생산전문업체임. 탄소 / 탄소복합재브레이크패드를개발하여포르쉐에장착한바있으며, 2015년매출은 300억원이었음 [ 주요경쟁업체 ] 산업분야주요제품및기술해외기업국내기업 반도체산업용 쿼츠부품, 튜브, 보트 탄화규소보트, 튜브 에지링, 어퍼링등 Coors Tek( 미국 ), Saint Gobain( 미국 ), Covalent Material( 일본 ), Asahi Glass( 일본 ) 원익 Q&C, SKC 솔믹스, 미코등 기계 구조세라믹 항공우주산업용 복합재터빈블레이드 발사체용연소실등 GE ( 미국 ), Ultramet ( 미국 ), SGL Carbon( 독일 ) 코오롱데크컴포지트 Kennametal( 미국 ), 일반산업용 절삭공구등 Iscar( 이스라엘 ), Sandvik Coromant( 스웨덴 ), NTK Cutting Tools( 일본 ) 쌍용머티리얼, 대구텍, 와이지원등 132

137 전략제품현황분석 다. 전후방산업환경 3D 프린팅산업은전자, 항공, 자동차, 의료, 교육등전통산업에재도약기회를제공할것이고, 기술집약형산업구조화에기여 전통적인기획, 생산, 유통단계에서기획, 유통, 생산방식으로변화해수요처에서즉시원격생산을하는소비지생산방식이확산예상 세라믹산업은전방산업의필수핵심소재 부품공급으로고부가가치창출을통해국가경제를견인하는후방소재산업임 기계, 자동차, 섬유, 조선, 반도체, 스마트폰, 디스플레이산업등주력산업제품의다기능 고성능 고효율및편의성등을책임지는핵심소재부품이며, 반도체, 우주항공등신산업실현을위한필수소재산업임 직접적인경제파급효과뿐만아니라관련산업에미치는간접적인효과가더욱크고차세대산업구조의새로운패러다임을주도하는첨단소재산업으로향후더욱중요성이커질것으로전망됨 기계 구조세라믹은고부가가치기술집약적인반도체, 자동차, 자동화기기, 항공 우주산업등에필수적인소재임. 향후, 차세대자동차와항공 우주, 미래형반도체, 퍼블릭디스플레이, 방산, 에너지, 원자력등선진산업분야의단계적진입과활성화에따라산업기반의조정및제품의변화가예상됨 기계 구조세라믹산업은연관된전방산업의요구에따라신재료나신기술이개발되는시장이며, 이분야의기술수준에의해전방산업의공정조건이결정되는경향이있어국내주력산업인반도체나디스플레이산업이퍼스트무버로성장하기위해반드시선진국수준으로기술수준을올려야만하는산업임 133

138 세라믹소재 - 기계 구조세라믹 3. 시장환경분석 가. 세계시장 세계기계 구조세라믹시장은반도체디스플레이시장및자동차산업, 신재생에너지산업및미래항공 / 우주산업시장의성장에따라 20년까지 190억불규모로성장이전망됨 세라믹시장은광 전자세라믹과기게 구조세라믹으로대별할수있는데이중기계 구조세라믹시장은전체시장의약 30% 정도를차지하고있음 * 출처 : 소재기술백서 2009 [ 세계파인세라믹시장 ] 반도체시장의내플라즈마소재, 고경도, 내마모성, 내화학성등의특성이요구되는베어링, 노즐, 미캐니컬실 (Mechanical Seal), 라이닝, 롤러 / 가이드, 금형, 용접기치구등의부품으로사용되며항공 기계, 섬유및방위산업의대인 차량용방탄세라믹소재및자동차용발열스파크, 터보차져블레이드, 열교환기부품, 등분야에서최근기술발전에힘입어응용분야의확대가기대되어급속한시장확대전망 134

139 전략제품현황분석 ( 단위 : 백만달러 ) 구분 성장률 (%) 원료시장 (SiC, B4C, Si3N4) 1,652 3,904 3,308 4,204 5, 세라믹스 2,752 3,792 5,376 7,144 9, 코팅세라믹스 2,772 2,860 2,740 3,302 3, 복합세라믹스 합계 7,520 11,032 11,920 15,242 18, * 출처 : 2016 세라믹기술백서 ( 세라믹기술원발행 ) 재구성 [ 세계구조세라믹시장규모및전망 ] 일반산업용기계 구조세라믹시장의경우, 크게베어링, 노즐등으로대표되는내마모세라믹스와방탄세라믹소재로시장이구분되며내마모세라믹스의북미시장규모는약 740백만달러 (2015년), 방탄세라믹소재의북미시장규모는 730백만달러 (2015년) 로파악됨 세계시장은 2015년기준고강도세라믹, 내마모세라믹, 고인성세라믹세징이각각 29.2억달러, 45.2억달러그리고 15.5억달러규모이며, 이시장은 2020년까지 35.6억달러, 58.7억달러그리고 16.6억달러규모로확장될것으로전망됨 내마모 내식세라믹소재는다양한산업에응용되고있는데, 대표적인해외기업으로는 Ceradyne( 미 ), CoorsTek( 독 ), HC Starck( 독 ), Kennametal( 미 ), Kyocera( 일 ), Morgan Crucible( 영 ) 등이있음 선진국에서는항공 / 우주분야의기계 구조세라믹분야에집중된기술개발투자가이루어지는것으로알려져있으며, 특히항공용엔진분야의경우세라믹복합소재를활용한초고온용내열부품의개발이급격히진행되고있음. 미국의경우일본, 프랑스등과의합자를통한 value chain 구축으로기술독점및관련시장선점을가속화하고있음 우주항공용구조세라믹시장은 2015년현재 23억달러정도의규모이나, 2020년에는 30억달러까지성장할것으로전망됨 135

140 세라믹소재 - 기계 구조세라믹 GE 항공은프랑스의사프란에어크래프트엔진사와합작회사인 CFM 인터내셔널사에서설립하여세 라믹복합재료를이용한항공기용엔진을개발하고있음 나. 국내시장 국내기계 구조세라믹시장은세라믹소재시장을주심으로성장할전망임 년까지는 1 조원정도의규모로성장할예상이며, 성장률은 7.5% 로빠른성장을할것으로전망됨 ( 단위 : 백만달러 ) 구분 성장률 (%) 원료시장 (SiC, B4C, Si3N4) 913 2,145 1,815 2,310 2, 세라믹스 1,518 2,090 2,959 3,927 5, 코팅세라믹스 1,529 1,573 1,507 1,815 2, 복합세라믹스 합계 4,147 6,072 6,556 8,382 10, * 출처 : 2016 세라믹기술백서 ( 세라믹기술원발행 ) 재구성 [ 국내구조세라믹시장규모및전망 ] 국내반도체 / 디스플레이산업의성장에따른수요증가효과와제조기술발전에따른새로운소재의요구등에의해지속성장할것으로전망됨. 최근에는오염입자의저감을위한세라믹코팅, 플레시메모리소재의다층화에따른증착, 식각장비의증대, OLED의고정밀화에따른관련부품사용증가등이예상됨. 종합적으로는 2025년까지년평균 9.1% 의성장률로높은성장률을가지고있는것으로파악됨 136

141 전략제품현황분석 반도체 / 디스플레이산업용구조세라믹스의주요소재로는 Al2O3, Y2O3, AlN, Si, SiO2 등으로이루어진소결체, 코팅등의제품으로응용되고있음. 국내시장의경우 2013년기준약 9,300 억원정도의규모로추산됨 내열세라믹소재의국내동향은현재자동차산업에서의엔진효율향상및배기관련부품의성능 / 내구성개선과함께친환경과관련된연소기술관련소재 / 부품기술등의적용이전망됨 차세대자동차용배터리, 패키지부품및고용량모터시스템에서도고효율을확보하기위한고온내구성소재및코팅의적용이적극적으로검토되고있어시장확대가전망됨 신재생에너지및기존발전시설의효율향상과친환경성확보를위한고온 고압의사용환경에대응가능한소재및부품기술이개발중 다. 무역현황 기계 구조세라믹기술로품목의무역현황을살펴보았으며, 수입량에비하여수출량이급격히증가하는추세 기계 구조세라믹기술의수출현황은 11년 1억 7,572만달러에서 15년 1억 3,091만달러수준으로감소하였으며, 수입현황은 11년 1억 5,592만달러에서 15년 5,057만달러수준으로감소하여무역수지흑자폭이대폭증가 최근 5년 ( 11~ 15년) 간연평균성장률을살펴보면수출금액은 13.7% 로증가하였으며, 수입금액은 0.4% 로증가하여전체무역수지는 2.7% 감소한것으로나타남 무역특화지수는 11년(-0.73) 부터 15년(0.59) 까지증가한것으로나타나점차수출특화상태로국내기업의수출량이증가하고있는것으로나타났으며, 국내의기계 구조세라믹제품의해외시장진출이활발하게이루어지고있는것으로분석 [ 기계 구조세라믹관련무역현황 ] 구분 ( 단위 : 천 $) CAGR ('11~'15) 수출금액 64,203 72,545 81,361 97, , % 수입금액 412, , , , , % 무역수지 -348, , , , , % 무역특화지수 * * 무역특화지수 = ( 상품의총수출액 - 총수입액 )/( 총수출액 + 총수입액 ) 으로산출되며, 지수가 0 인경우비교우위는중간정도이며, 1 이면완전수출특화상태를말함. 지수가 -1 이면완전수입특화상태로수출물량이전혀없을뿐만아니라수입만한다는뜻 * 자료 : 관세청수출입무역통계 HS-Code(6 자리기준 ) 활용 137

142 세라믹소재 - 기계 구조세라믹 4. 기술환경분석 가. 기술개발트렌드 반도체디스플레이산업용기계 구조세라믹분야에서는대형화, 고순도화, 그리고내플라즈마특성향상등의추세가진행되고있음 항공우주산업분야에서는수천도정도의극한고온환경용복합재료, 자동차분야에서는경량소재용복합재료개발이진행되는추세임 반도체디스플레이산업용기계 구조세라믹 반도체공정장비용소재에대한국내의연구는최근 10여년전부터본격적으로시작되었으며최근급부상하고있는비산화물계인 AlN, SiC는약 5, 6년전부터본격적인연구시작되었음. 알루미나, 쿼츠등을이용한가공제품의경우국내기술개발이조기에진척이있어국산화율도상당히높은편에속하며쿼츠제품은해외에도수출중임. 그러나원소재인쿼츠는전량, 알루미나대형소재의경우상당부분수입에의존하고있음. 비산화물계세라믹인탄화규소는난소결소재로고온에서의소결이불가결하여장치설비의대형화에따른고가화가불가피하여경제성측면에서심각한제약요인으로작용. 국내에서는상대적으로저비용으로생산할수있는반응소결법을활용하여 SKC 솔믹스, ( 주 ) 이노쎄라에서국산화성공하여생산. 정전척이나 AlN 히터등기능성부품의경우내구성제품에비하여세라믹소재기술외의복합적인기술요구및지적재산권미확보로국산화지연 138

143 전략제품현황분석 [ 반도체디스플레이산업용구조세라믹개발현황 ] 구분주요제품기술및현황개발기업 알루미나내구성소재 챔버용내플라즈마부품 이송용강성부품 대형품성형, 소결, 가공기술 일반적인부품국산화완료 초대형품의경우벌크상당부분수입 SKC솔믹스 원익쿼츠 잉곳처리기술 쿼츠소재 챔버용부품 확산로용부품 불순물제어성형기술 잉곳의경우전량수입 원익쿼츠 금강쿼츠 주요수입처 ( 신에츠, GE) 비저항제어기술 AlN 소재 정전척 / 히터 소결조건의최적화및열처리 설계, 시뮬레이션, joining등핵심기술내재화 히터의경우국내개발이완료된상태 미코 이나시장진입에고전 성형체조성및성형공정최적화 반응소결 SiC edge ring 대형용반응소결탄화규소 소결조건최적화 미세구조균질화기술 이노쎄라 SKC솔믹스 특수용도, 초고순도를제외한국산화완료 두꺼운 CVD SiC 증착기술 CVD SiC 소재 에쳐용내플라즈마소재 전처리및후처리기술 TCK CVD SiC 코팅기술 고순도화는관련세라믹부품전반에걸쳐진행되고있는데소결체의경우 99.99%, 확산로의경우 %, 쿼츠소재의경우 ppb 레벨의불순물요구 내플라즈마성향상을위하여벌크소재의경우기공을완전히제거한고밀도이트리아, 알루미나제품의개발이이루어지고있고, 코팅제품의경우기존의용사법을뛰어넘는새로운기술개발중임 대형화는전부품에걸쳐서진행되고있으며웨이퍼의대형화로경량화, 강성소재적용및온도균일도확보등의요구증가. 일본을중심으로해외선진업체에서는 450mm 웨이퍼공정대응제품출시됨 우주항공산업용기계 구조세라믹 세라믹복합재료는항공, 우주, 국방, 자동차, 발전등의국가기간산업전반에미치는효과가클뿐만아니라에너지, 환경산업으로의응용도폭넓게확대. 연구및산업기반이아직은취약하므로세라믹복합재료의국내산업은단시일내에활성화되기에는어려운측면이있으나, 극한환경용산업소재로점차응용분야가확대됨에따라기술개발에대한수요가증가할것으로예측 139

144 세라믹소재 - 기계 구조세라믹 국내탄소복합재료는외국으로부터의수입에전량을의존하고있고, 특히항공산업과관련된소재부품은 ITAR(International Traffic in Arms Regul -ations) 및 MTCR (Missile Technology Control Regulation) 에의하여기술의해외유출이정부의엄격한통제하에있으며, 또한전세계에서미국, 러시아및프랑스등의일부업체들만이독점생산공급 세라믹섬유의제조에관한연구는한국세라믹기술원에서 SiC 섬유제조의기초기술을확보하였고초고온 SiC 섬유용고분자전구체제조기술개발진행 SiCf/SiC 복합체는 KAERI에서 CVD 및 CVI 공정, 탄화규소분말을이용한고온가압소결공정, 고분자함침공정 (PIP) 등을적용하여복합체제조를위한기반기술과세라믹섬유의인성강화를위한섬유코팅기술보유 국방용기계 구조세라믹 방탄분야에서사용가능한알루미나, 탄화규소, 탄화붕소, 붕화티타늄등다양한세라믹소재의제작기술개발중이며, 고성능의투명방탄재로적용가능한 AlON계소재의경우대형화기술은미확보상태 세라믹섬유, 휘스카, 세라믹원료분말등은일반용실험목적으로는소량수입이가능하나대량수입등은제한되어있어국산화개발이시급한실정임. 현재연구실규모에서세라믹섬유에관한연구가진행되고있음 직경 10um급고순도의 SiC 장섬유, 초고순도의 SiO2 장섬유개발필요 질화규소나탄화규소위스카의파일롯규모의생산기술및 B4C, TiB2, TaC, ZrB2, HfB2등의탄붕화물등의세라믹원료분말의파일롯규모의생산기술을확보할수있는기술개발필요 대형질화규소계레이돔소재, 대면적사파이어성장기술및가공기술은개발이필요함 정밀기계및자동차용기계 구조세라믹 절삭공구는질화규소개발이후, 복합세라믹 ( 알루미나-TiC, 알루미나-지르코니아 ), 휘스커세라믹 ( 탄화규소휘스커-알루미나 ), Cermet(TiC-Co, TiC-Ni), 세라믹코팅초경, PCD, CBN 등이개발진행중임 절삭공구를제외한기타내마모부품의경우, 비교적소재개발속도가느려한두종류의소재가장기간시장을점유하여왔으며, 섬유, 제지기계부품은알루미나, 탄화규소가, 펌프용부품은알루미나와지르코티아가, 베어링부품은질화규소가시장을점유. 최근풍력발전기용대형베어링볼의경우, 질화규소대신사이알론 (SiAlON) 의개발필요성대두됨 140

145 전략제품현황분석 [ 정밀기계용구조세라믹기술개발현황 ] 구분개발단계개발내용개발주체 메카니컬씰상용화 RBSC, sintered SiC 개발한국씰마스터 Cutting tool tip 지르코니아내마모소재 쌍용머티리얼 상용화 고인성화및 DLC 코팅기술 대구텍 상용화 입성장억제, 치밀화기술, 복잡형상성형기술 BIEMT 기타내마모소재기술개발표면에카본이있는 SiC 개발고려대 베어링상용화세라믹베어링및볼, 로봇베이링 SBB, 코페코 난소결기계 구조세라믹소결장비개발 구조세라믹소재들은대표적인난소결세라믹소재들임. 이러한소재를대형으로소결하기위한새로운소결기술과장비들이개발중에있음. 이중스파크플라즈마신터링장비는독일 FCT사에서대형화에성공하여실제생산에적용되기시작하였음. 이외에도 FAST(Field Assisted Sintering Technology), 마이크로웨이브소결등새로운소결기술이개발되고있음 [ 구조세라믹활용분야 ] 활용분야 주요내용 항공우주용 내화단열재 극한환경용초내열소재구현 불연성 내열성우수한초고온소재 가스터빈내열코팅 발전설비의고효율성구현 열전달차단으로가스터빈작동온도향상 반도체공정 나노반도체공정구현 플라즈마내화학성매우우수 세라믹절삭공구 기계부품정밀절삭및가공가능 우수한고온경도및고강도 내마모성 개인방호용방탄 착용편의성및임무수행력증진 다발성총탄공격방어우수 141

146 세라믹소재 - 기계 구조세라믹 나. 주요업체별기술개발동향 (1) 해외업체동향 주요선진업체에서는자동차 / 정밀기계, 반도체 / 디스플레이, 환경 / 에너지, 항공우주산업등의수요산업고도화에따른극한물성요구에대응하기위한세라믹소재기술개발에주력및소재기술을바탕으로신산업용도확장모색중임 코발렌드머티리얼이나쿠어스텍등반도체, 디스플레이용구조세라믹업체들은이트리아, 질화규소, 질화알루미늄등새로운내플라즈마세라믹개발및공정적용을선도하고있음. GE항공은세라믹복합재료를사용하여연비를향상시킨항공기엔진개발에주력하고있음. 동사는프랑스의사프란에어크래프트엔진사와합작회사인 CFM인터내셔널사에서 LEAP-16 제트엔진을개발하였는데이엔진의연료노즐은 3D 프린팅기술로제작하였으며, 엔진은세라믹복합재료를사용하여무게가기존의 1/3 수준이어서연소효율을 15% 정도향상하였음 미국세라다인사는비산화물방탄판등국방용구조세라믹소재분야를선도하고있음 [ 기계 구조세라믹해외업체 ] PFC 사알루미나부품 Morgan Advanced Materials GE Composite Turbine Blade Ceradyne 사의 세라믹방탄판 (2) 국내업체동향 최근국내기계 구조세라믹산업은새로운발전의전기를맞고있어서기존의섬유산업용각종부품, 단순기판용및벌크소재등으로부터탈피하여자동차, 정밀기계, 반도체 디스플레이, 항공우주산업의발달에따라고기능성신규시장이창출되고있음 국내세라믹산업은 1980년대후반대구를중심으로한섬유산업의내마모성부품으로부터본격적인발전을시작하였으나섬유산업의불황에따른수요감소와중국산부품의사용에인한단가하락등으로섬유관련부품의국내생산액은급감하였음 자동차산업의발전으로연관기계부품산업의발전을동반하여금속기계가공수요가크게늘어나는계기가되었고구조세라믹의역할확대에도기여하였음. 또한자동차및환경처리용허니컴소재는새로운대형시장으로성장하고있으나미국, 일본등의선진업체 ( 코닝사, NGK, 이비덴등 ) 가국내시장을지배하고있음 142

147 전략제품현황분석 일부국내업체가자체기술력을확보하여대응, 선전하고있으며, 세라컴과 ( 주 ) 칸세라는디젤자동차용 DPF필터개발상용화성공하였으나, OEM 시장이아닌 A/S 시장에서만판매되고있음 관련소재로는코디어라이트, SiC, 질화규소, AlTiO3계등이있으며생산및연구개발이꾸준히진행되고있고소재시장은약 3,000억원저도의규모로추산됨 반도체 디스플레이산업의지속적발전으로국내기계 구조세라믹산업도지속적으로발전하고있으며, 국내구조세라믹산업의기술적성장을견인하고있음 과거에는반도체 디스플레이산업에의세라믹소재적용은미미한수준이었으나, 최근이분야에서의국내생산이급격히증가하고있음 반도체공정에서고밀도플라즈마가도입되고 300mm 웨이퍼의생산이보편화됨에따라금속부품을대치할수있는내플라즈마성이강하고안정성, 강성이뛰어난세라믹소재적용이급격히확산되고있고, 국내생산도증가하고있음 LCD 생산라인에서도유사한이유로세라믹소재가널리적용되고있으며 7, 8세대로변천하며소재의대형화추세가진행되고있음 대표적으로기업으로 SKC솔믹스, 코미코, 원익 Q&C 등의업체가있음 우주, 항공, 원자력, 방위산업분야로의신규시장형성및응용범위확대가예상되고있으나초고온, 고강도, 내열성, 등의극한환경을요구하는분야에대해국산화가부족한실정이나, 기계 구조세라믹부품 / 소재의대형화, 세라믹 / 세라믹복합재료등의개발에여지가많음 세라믹원료소재산업기반이매우취약하여거의전량수입에의존하고있으며, 전방산업인부품, 완제품산업의성장잠재력제한및무역역조의요소로작용하고있음 원료소재산업의특성상초기설비투자리스크가크고국내시장협소라는이유로사업화가거의전무 핵심세라믹소재의경우, 기술선점기업의특허, 높은생산기술및수요기업의엄격한규격으로후발업체의신규진입이어려워소수선진기업이시장을독과점 - LED용 AlN : 일본토쿠야마 (70%), 반도체용 SiC : 독일 Starck사 (40%) 전량해외의존수입소재의상황에서는중국등후발국의추격이가속화되어시장잠식은시간문제로경쟁력에한계에봉착할수있으며이에대한대응방안으로첨단소재의국산화및소재산업육성요구가급부상 143

148 세라믹소재 - 기계 구조세라믹 다. 기술인프라현황 국내의기계 구조세라믹연구를위한인프라는상당한수준임. 연구기관으로는세라믹기술원 ( 이천분원 ) 과재료연구소가있으며, 강릉과목포에파인세라믹센터가있음. 이들기관에는구조세라믹원료처리, 성형, 소결등생산전공정을수행할수있는자비를갖추고있으며, 대부분의분석장비들도구비하고있음 그외에도서울대, KAIST 등여러대학교에도기계 구조세라믹연구장비들을보유하고있음. 그러나대학교장비들은제조할수있는시펀에크기가작아서연구에한계가있음 세라믹기술원이천분원의엔지니어링세라믹센터를중심으로기계 구조세라믹연구를수행하고있음 연구분야는반도체디스플레이공정용내플라즈마소재, 복합기능세라믹소재및초온복합재료등을연구하고있음 세라믹기술원이천분원의특징은 HIP, HP, CVD SiC 증착장비등고가의대형기계 구조세라믹연구장비를갖추고있다는것임 재료연구소에서는분말 / 세라믹연구본부산하엔지니어링세라믹연구실과복합재료연구본부에서기계 구조세라믹에관한연구를수행하고있음 엔지니어링세라믹연구실의주연구분야는고강도 / 고인성 / 내마모 / 저비용소재및초고온세라믹소재, 방탄 /IR윈도우투명세라믹소재, 극한환경용섬유강화복합세라믹재료개발등임 복합재료연구본부에서는탄소복합재료연구실과복합재료구조시스템연구실에서주로복합재료에관한연구를수행하고있는데, 주요연구분야는다음과같음 - 고성능탄소섬유복합재료소재기술 - 탄소섬유복합재료성형및응용기술 - 탄소나노튜브 / 그래핀복합소재및 3차원탄소나노구조체기술 - 탄소나노기반에너지발전 / 저장복합재료기술 - 섬유 / 텍스타일기반스마트재료및멀티센서 / 소자기술 - 친환경및극한환경 ( 초고온 / 우주 / 심해환경 ) 복합재료기술 144

149 전략제품현황분석 [ 구조세라믹기술인프라현황 ] 인프라장비구축현황인력연구성과차별화및특화분야 세라믹기술원 ( 이천분원 ) 고온진공로, CIP, HIP, HP 일축가압프레스 석박사 10 명포함학연연구원다수 반도체산업용탄화규소부품 후막세라믹제조공정 세라믹 - 금속복합재 대형장비보유 HIP, HP 등특수장비다수보유 재료연구소 초고온 SPS 장비, Hot Press, 진공로 석박사 20 여명포함총 40 여명 탄소섬유복합재제조기술 반응소결질화규소제조기술 극한환경용복합재료제조기술 복합재료등극한소재연구 국제공인시험기관인증 강릉파인세라믹센터 대형로, 대형정수압성형장비 석박사급 5 명포함총 18 명 대형세라믹성형 세라믹가공기술 산화물계세라믹중심 파일롯생산지원 목포파인세라믹센터 HIP, HP, 대형진공로 - 진공소결기술 비산화물계세라믹중심 파일롯생산지원 145

150 세라믹소재 - 기계 구조세라믹 라. 특허동향분석 (1) 연도별출원동향 기계 구조세라믹분야의지난 7년 ( 10~ 16) 간출원동향 11) 을살펴보면연도별로출원경향이증감을반복하나지속적으로감소하는경향을보이고있음 각국가별로살펴보면미국의출원경향은감소-유지-급격히감소추세, 일본과유럽은지속적으로감소하는추세, 한국은증가-감소-급격히감소경향을보임 국가별출원비중을살펴보면미국이 50.5% 로최대출원국으로기계 구조세라믹분야를리드하고있는것으로나타났으며, 일본이 27.8%, 한국이 16.2% 의출원비중을보이고있음 [ 기계 구조세라믹분야연도별출원동향 ] 11) 특허출원후 1 년 6 개월이경과하여야공개되는특허제도의특성상실제출원이이루어졌으나아직공개되지않은미공개데이터가존재하여 2015, 2016 년데이터가적게나타나는것에대하여유의해야함 146

151 전략제품현황분석 (2) 국가별출원현황 한국의출원현황을살펴보면 13년이후출원이대폭감소하는경향을보이고있으며, 출원인대부분이자국출신으로한국내의기술력이우수한것으로추정 일본의출원현황은 10년부터지속적으로감소하는경향을보이고있으며, 출원인대부분이자국출신으로일본내의기술력이우수한것으로추정 미국의출원현황은지속적으로감소되고있는추세를보이고있으며, 유럽의경우출원이미미하게나타남 [ 국가별출원현황 ] 147

152 세라믹소재 - 기계 구조세라믹 (3) 투입기술및융합성분석 기계 구조세라믹분야의투입기술을확인하기위하여특허분류코드인 IPC Code 12) 를통하여살펴본결과기계 구조세라믹분야의가장높은 IPC는 C22C 기술분야가 945건으로가장많이차지하고있으며, 이어서 H01L이 568건, C21D가 314건으로다수를차지 이외에 C23C 189건, H01M 173건, B01J 139건, C04B 137건, B23K 94건, B32B 75건, F01N 68건순으로기술이투입되어있어기계 구조세라믹분야에다양한기술이융합되어존재 더불어해당 IPC의특허인용수명을살펴보면 B01J 기술분야의수명이 9년으로가장긴것으로나타났으며, H01L과 F01N 기술분야는 6년으로가장짧은것으로분석 [ 기계 구조세라믹분야상위투입기술 ] IPC 기술내용특허인용수명 (TCT) 13) C22C 합금 8 년 H01L 반도체장치 ; 다른곳에속하지않는전기적고체장치 6 년 C21D 철계금속의물리적구조의개량 ; 철계또는비철계금속또는합금의열처리를위한일반적장치 ; 탈탄, 소려또는타처리에의한금속의가단화 8 년 C23C 금속재료의피복 ; 금속피복재료 ; 표면확산, 화학적전환또는치환에의한금속재료의표면처리 ; 진공증착, 스퍼터링, 이온주입또는화학증착에의한피복, 일반 7 년 H01M 화학적에너지전기적에너지직접변환하기위한방법또는수단 8 년 B01J 화학적또는물리적방법 9 년 C04B 석회 ; 마그네시아 ; 슬래그 ; 시멘트 ; 그조성물 8 년 B23K 납땜또는비납땜 ; 용접 ; 납땜또는용접에의하여클래딩또는피복 ; 국부가열에의한절단 8 년 B32B 적층체, 즉평평하거나평평하지않은형상 8 년 F01N 기계또는기관을위한가스유소음기또는배기장치일반 6 년 12) 전세계적으로통용되고있는국제특허분류 (IPC: International Patent Classification) 를통해특허정보기술분야에서공지기술을조사할수있으며, 기술및권리정보에용이하게접근가능 13) 특허인용수명지수는후방인용 (Backward Citation) 에기반한특허인용수명의평균, Q1, Q2( 중앙값 ), Q3 에대한통계값을제시함. 특히이와같이산출된 Q2 는 TCT(Technology Cycle Time, 기술순환주기또는기술수명주기 ) 라고부름 148

153 전략제품현황분석 투입기술이가능많은 C22C 분야와융합이높게이루어진기술은 C21D 분야로나타났으며, C22F, B21B 분야와도나타융합된기술의건수가높은것으로분석 이외에 H01L 분야와융합된기술은 H05K, B82Y, G11C 분야와융합된기술이많은것으로나타났으며, C21D 분야와융합된기술은 C23C, B21B 기술로분석 [ 기계 구조세라믹분야 IPC 기술및융합성 ] (4) 주요출원인분석 세계주요출원인을살펴보면주로일본출원인이다수의특허를보유하고있는것으로나타났으며, 철강, 자동차분야의출원인이대부분 주요일본출원인을살펴보면 JFE STEEL, KOBE STEEL, NIPPON STEEL 등철강기업과 TOYOTA MOTOR 등자동차기업이다수출원을하고있는것으로나타났으며, 이들일본출원인은주로일본본국에출원건수가높은것으로나타남 한국출원인으로는현대제철, 포스코, 현대자동차등 3개기업이상위출원인으로나타나기계 구조세라믹관련기술을다수보유 149

154 세라믹소재 - 기계 구조세라믹 가장많은특허를보유하고있는 JFE STEEL 의 3극패밀리수가 146건으로다국적으로시장을확보하며출원을하고있음 미국기업인 APPLIED MATERIALS가확보한특허의피인용지수가 36.18로가장높게나타나기술의파급성이높은원천기술을다수보유하고있는것으로분석됨 [ 주요출원인의출원현황 ] 주요출원인 국가 주요 IP시장국 ( 건수 %) 한국미국일본유럽 IP 시 장국 종합 3 극 패밀 리수 ( 건 ) 피인용 지수 주력기술분야 JFE STEEL 일본 % 14% 57% 17% 일본 철강 KOBE STEEL 일본 % 23% 62% 9% 일본 철강및건설장비 현대제철 한국 % 2% 0% 0% 한국 5 0 철강 NIPPON STEEL 일본 % 18% 66% 10% 일본 철강및금속 포스코 한국 % 8% 6% 6% 한국 34 0 철강 IBM 미국 % 미국 IT TOYOTA MOTOR 일본 % 83% 8% 일본 자동차 현대자동차 한국 % 33% 19% 0% 한국 자동차 APPLIED MATERIALS 미국 % 미국 반도체 GEN ELECTRIC 미국 % 45% 36% 18% 미국 전기및항공 150

155 전략제품현황분석 (5) 국내출원인동향 국내출원인동향을살펴보면대기업은현대제철의출원건수가가장높게나타났으며, 중소기업에서는에스제이테크의출원건수가높게나타남 그밖에대기업의주요출원인은포스코, 현대자동차, LG화학, 대유신소재, 삼성전자등이있으며, 중소기업의주요출원인은한국분말야금등이주요출원인인것으로나타남 기업이외의주요출원인을살펴보면한국기계연구원, 한국원자력연구원, 한국과학기술연구원, 한국세라믹기술원등연구소 / 공공기관의출원이다수나타났으며, 대학은포항공과대학교, 한국산업기술대학교의출원이높은것으로분석됨 [ 국내주요출원인의출원현황 ] 151

156 세라믹소재 - 기계 구조세라믹 5. 중소기업환경 가. 중소기업경쟁력 기계 구조세라믹분야의중소기업경쟁력은기술분류별로차이가있으나기계 구조세라믹기술은 중소기업이다수참여하여시장에서의역할이큰분야로나타났으나, 기계 구조세라믹기술은원 천기술및높은기술력을요구하는분야로중소기업의경쟁력이낮은것으로분석됨 [ 기계 구조세라믹분야중소기업현황 ] 기술분류주요기술대기업중소기업중소기업참여영역중소기업 참여정도 원료 원료정제및합성 한세라믹스아세아세라텍나노랩케이씨주식회사 소재 성형, 소결, 가공기술 씨멕스다이섹이노세라한국씰마스터화인세라믹 제품 초대형소결및가공기술 SKC 솔믹스, 쌍용머티리얼 영진세라믹스, 코미코 수요 MOCVD, Sputter, Etcher 삼성전자, 하이닉스, 현대제철 토다이수 * 중소기업참여정도와점유율은주요제품시장에참여하는중소기업의참여규모와정도 ( 업체수, 비율등 ) 를고려하여 5 단계로구분 ( 낮은단계 :, 중간단계 (,, ) 높은단계 : ) 152

157 전략제품현황분석 나. 중소기업기술수요 기계 구조세라믹분야의중소기업의기술수요를파악하기위하여중소기업기술수요조사및중소기업청 R&D신청과제 (2013~2015년 ) 를분석한결과아래표의내용과같은수요들이다수있는것으로분석 기계 구조세라믹분야중소기업은최근에복합재료제조기술과관련된기술개발에다수수요가있는것으로나타났으며, 이는최근기술트렌드인융복합기술에관심이높아지고있는추세를반영한것으로분석됨 [ 기계 구조세라믹분야과제신청현황및수요조사결과 ] 전략제품기술분류관심기술 기계 구조 세라믹 기계 구조세라믹 물성향상기술 초고온내화단열재용무기바인더개발 1850 급초고온용세라믹발열체제조및신뢰성향상기술개발 반도체급고밀도고열전도도상압소결탄화규소개발 고온안정 Core-Shell 형초고온발열및내열가공세라믹소자개발 내수성및평탄성을확보하는포트홀보수용신속개방형무기슬러리충전재개발 고출력 LED 세라믹패키지용고열전도특성을갖는 LTCC 소재개발 표면경도를상승시킨고강도세라믹복합소재캐필러리개발 세라믹복합재료 제조기술 지르코니아계복합재료를이용한 Scintillator 단결정성장용복합내화재 개발 환경친화적고내구성유 무기복합세라믹표층마감재개발기술 153

158 세라믹소재 - 기계 구조세라믹 다. 중소기업핵심기술 (1) 데이터기반요소기술발굴 기계 구조세라믹분야의특허및논문데이터검색을통해도출된유효데이터를대상으로데이터마이닝기법 (Scientometrics 기법 ) 을통해클러스터링된키워드의연관성을바탕으로요소기술후보군을도출 기계 구조세라믹기술의특허및논문유효데이터를기반으로키워드클러스터링을통하여 8개의요소기술후보군을도출 제품별 dataset 구축 : 기계 구조세라믹기술관련특허 / 논문데이터를추출하여노이즈제거후제품별 dataset 구축 1차클러스터링 : 키워드맵을통한고빈도키워드확인-빈도수 (tf-idf) 14) 가상위 30% 에해당하는키워드를대상으로 1차추출 2차클러스터링 : 1차클러스터링에서추출된고빈도키워드사이에서고연관도키워드를 2차추출 ( 고연관도기준은연관도수치 15) 가 2이상인클러스터로제한 ) 다음그림은키워드간연관네트워크를시각화한것으로, 각키워드를나타내는원과키워드간의연관도를나타내는직선으로구성 각키워드가특허와논문중어느데이터에서도출되었는지원의색으로구분하였으며, 키워드로도출된클러스터는황색음영으로표시 키워드를나타내는원은고빈도의키워드일수록원의크기가크게표현되며, 연관도를나타내는선은키워드사이의연관도수치가높을수록굵게표현 기계 구조세라믹기술전략제품의특허 논문유효데이터에대하여키워드클러스터링결과를기반으로요소기술도출 데이터기반의요소기술도출은키워드클러스터링을통해도출된요소기술에대하여전문가의검증및조정을통하여요소기술을도출 14) 빈도수 (tf-idf) : 각키워드가출현되는특허또는논문수를의미 15) 연관도수치 : 두개이상의키워드사이의특허또는논문수를의미 154

159 전략제품현황분석 [ 기계 구조세라믹분야키워드클러스터링 ] [ 기계 구조세라믹분야주요키워드및관련문헌 ] No 주요키워드연관도수치관련특허 / 논문제목 클러스터 01 ceramic matrix composite 1 1. Development of a novel ultrasonic unit for grinding of ceramic matrix composites 2. Non-traditional drilling of SiC based ceramic matrix composites: A literature review 3. Ceramic Matrix Composites to make breakthroughs in aircraft engine performance 클러스터 02 exhaust gas, catalyst 10~12 1. EXHAUST PURIFICATION CATALYST, EXHAUST GAS PURIFIER OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE, AND EXHAUST GAS PURIFICATION FILTER 2. HONEYCOMB BASE MATERIAL FOR EXHAUST GAS CLEANING CATALYTIC CONVERTER HAVING EXCELLENT OXIDATION RESISTANCE AT HIGH TEMPERATURE AND CATALYTIC CONVERTER FOR CLEANING EXHAUST GAS 3. EXHAUST GAS PURIFICATION CATALYST AND EXHAUST GAS PURIFICATION DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE 클러스터 03 plasma effluent, substrate processing region 7~9 1. Remotely-excited fluorine and water vapor etch 2. Selective etch of silicon by way of metastable hydrogen termination 3. Selective titanium nitride etching 155

160 세라믹소재 - 기계 구조세라믹 No 주요키워드연관도수치관련특허 / 논문제목 클러스터 04 layer, plurality, heater 5~9 1. Flash memory cell on SeOI having a second control gate buried under the insulating layer 2. Matching layer thin-films for an electromechanical systems reflective display device 3. Slider having heater with adjacent high thermal conductivity layer 클러스터 05 heater, plurality 5~7 1, HEAT-RESISTANT ELECTRIC HEATER 클러스터 06 semiconduct or layer 1 1. Graphene growth on a carbon-containing semiconductor layer 클러스터 07 mechanical property Fabrication and mechanical property of BaNb 2O 6/Al 2O 3 composite ceramics 2. The effect of low temperature aging on the mechanical property & phase stability of Y-TZP ceramics 3. Mechanical property of CO2 laser welded joint of 1420 aluminum-lithium alloy 클러스터 08 aluminum, oxidation, steel 6~21 1. Microstructures and properties of ceramic layer on high strength aluminum alloy by Micro-Arc oxidation 2. Dry sliding tribological behavior of continuous ceramic frames reinforced aluminum-based composites 3. Factors affecting aluminum depletion during cyclic oxidation of Fe-base alumina-forming alloys 156

161 전략제품현황분석 [ 기계 구조세라믹분야데이터기반요소기술 ] No 요소기술명키워드 요소기술 01 지르코니아세라믹스의파괴인성향상기술 mechanical, ceramic 요소기술 02 고경도내마모세라믹스 ceramic, mechanical 요소기술 03 고온세라믹스제조및응용기술 heat, ceramic 요소기술 04 세라믹섬유 / 매트릭스복합소재제조기술 ceramic matrix,composite 요소기술 05 열차폐및고내구성코팅기술 heat, mechanical 요소기술 06 연소가스정화용세라믹스필터 exhaust gas, catalyst 요소기술 07 세라믹히터제조기술 ceramic, heater 요소기술 08 내플라즈성반도체공정용세라믹제조기술 plasma, semiconductor 요소기술 09 알루미나복합산화물의기계적특성향상기술 oxidation, aluminum 요소기술 10 특수목적용고강도결정화유리 mechanical, composite 157

162 세라믹소재 - 기계 구조세라믹 (2) 요소기술도출 산업 시장분석, 기술 ( 특허 ) 분석, 전문가의견, 타부처로드맵, 중소기업기술수요를바탕으로로드맵기획을위하여요소기술도출 요소기술을대상으로전문가를통해기술의범위, 요소기술간중복성등을조정 검토하여최종요소기술명확정 [ 기계 구조세라믹분야요소기술도출 ] 분류요소기술출처 기계구조세라믹스물성향상기술 지르코니아세라믹스의파괴인성향상기술 고경도내마모세라믹스 내플라즈성반도체공정용세라믹스제조기술 기술 / 시장분석, 기술수요, 전문가추천 전문가추천, 특허 / 논문클러스터링 특허 / 논문클러스터링 특수목적용고강도결정화유리 기술 / 시장분석, 기술수요 세라믹스복합재료제조기술 고온세라믹스제조및응용기술 세라믹섬유 / 매트릭스복합소재제조기술 열차폐및고내구성코팅기술 기술 / 시장분석, 기술수요, 전문가추천 특허 / 논문클러스터링, 전문가추천 전문가추천, 특허 / 논문클러스터링 알루미나복합산화물의기계적특성향상기술 기술 / 시장분석, 전문가추천 세라믹스형상구조제어기술 연소가스정화용세라믹스필터 세라믹히터제조기술 기술 / 시장분석, 기술수요, 전문가추천 기술 / 시장분석, 기술수요, 전문가추천 158

163 전략제품현황분석 (3) 핵심기술선정 확정된요소기술을대상으로산 학 연전문가로구성된핵심기술선정위원회를통하여중소기업에적합한핵심기술선정 핵심기술선정은기술개발시급성 (10), 기술개발파급성 (10), 단기개발가능성 (10), 중소기업적합성 (10) 을고려하여평가 [ 기계 구조세라믹분야핵심기술 ] 분류핵심기술개요 기계구조세라믹물성향상기술 지르코니아세라믹스의파괴인성향상기술 고경도내마모세라믹스 지르코니아세라믹스의조성을변화시키거나공정을개선하여기공제거나결정입자크기를감소시켜파괴인성을증진하는기술 고경도세라믹스로내마모특성이우수한산업기계용및공구용세라믹스제조기술 고온세라믹스제조및응용기술 제강용내화재료나고온로용내열세라믹스제조및평가기술 세라믹복합재료제조기술 세라믹섬유 / 매트릭스복합소재제조기술 우주항공산업및자동차산업용세라믹섬유 / 세라믹혹은세라믹섬유 / 탄소복합재료제조기술 열차폐및고내구성코팅기술 고온터빈블레이드용열차폐세라믹스조성개발및코팅공정기술 세라믹형상구조제어기술 연소가스정화용세라믹스필터 세라믹히터제조기술 배기가스내유해물질분해용촉매담체용다공성복합세라믹스지지체제조기술 고내구성, 고효율세라믹히터제조기술및응용기술개발 159

164 세라믹소재 - 기계 구조세라믹 6. 기술로드맵기획 가. 기계 구조세라믹기술로드맵 최종중소 중견기업기술로드맵은기술 / 시장니즈, 연차별개발계획, 최종목표등을제시함으로 써중소기업의기술개발방향성을제시 160

165 전략제품현황분석 나. 연구개발목표설정 로드맵기획절차는산 학 연전문가로구성된로드맵기획위원회를통해선정된핵심기술을대 상으로기술요구사항, 연차별개발목표, 최종목표를도출 [ 기계 구조세라믹분야핵심기술연구목표 ] 분류핵심기술기술요구사항 기계구조세라믹스물성향상기술 지르코니아세라믹스의파괴강도개선기술 고경도내마모세라믹스 고인성지르코니아조성및제조공정 고경도세라믹재료조성 연차별개발목표 1 차년도 2 차년도 3 차년도 강도 12.5GPa 인성 13 MPam1/2 경도 13 GPa 경도 16GPa 강도 800M Pa 인성 6.5 강도 12.5GPa 인성 13 MPam1/2 경도 13 GPa 경도16.5G Pa 강도850M pa 인성7.0 강도 12.5GPa 인성 13 MPam1/2 경도 13 GPa 경도 17GPa 강도 900M Pa 인성 7.5 최종목표 강도 12.5 GPa 인성 13 MPam1/2 경도 13 GPa 경도 17.5GPa 강도 900MPa 인성 7.5MPam1/2 고온세라믹스제조및응용기술 고온세라믹스용세라믹조성및공정 고온강도 (5 00 ) 700MPa 인성 5.6 고온강도 (5 00 ) 800MPa 인성 5.9 고온강도 (5 00 ) 900MPa 인성 6.1 고온강도 (500 ) 900MPa 인성 6.1 세라믹스복합재료제조기술 세라믹섬유 / 매트릭스복합소재제조기술 섬유강화복합재료제조공정및조성 기공률 15% 인장강도 200MPa 곡강도 400MPa 기공률 13% 인장강도 250MPa 곡강도 450MPa 기공률 10% 인장강도 300MPa 곡강도 500MPa 기공률 10% 인장강도 300MPa 곡강도 500MPa 열차폐및고내구성코팅기술 고온특성이우수하고내구성이좋은코팅재료및공정 열전도율 1.8W/mk 내구성 EOH 열전도율 1.6W/mk 내구성 EOH 열전도율 1.4W/mk 내구성 EOH 열전도율 1.4W/mk 내구성 EOH* 세라믹스형상구조제어기술 연소가스정화용세라믹스필터 세라믹히터제조기술 압출공정용원료제조및튜브성형 / 소결 복잡형상세라믹히터제조및단자용부품설계 셀밀도 200cps 기공률 50% 효율 90% 사용온도 1000 셀밀도 250cps 기공률 55% 효율 94% 사용온도 1100 셀밀도 300cps 기공률 60% 효율 97% 사용온도 1200 셀밀도 300cps 기공률 60% 효율 97% 사용온도

166

167 에너지 환경세라믹 전략제품현황분석

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169 전략제품현황분석 에너지 환경세라믹 정의및범위 정의 : 화석에너지고갈에따른기후변화, 수소경제및녹색환경시대의산업구조에따라기공조절, 미세구조제어, 고이온전도성, 내구성등의특성을갖춘에너지및환경용고효율세라믹스소재및부품 범위 : 에너지 환경세라믹스는리튬이온전지로대표되는이차전지및 SOFC/MCFC 연료전지용세라믹스소재와환경오염으로야기된물질정화및에너지청정화등을위해사용하는세라믹스소재및부품등을모두포함 정부지원정책 전산업에서의수요증대및신성장동력산업육성 선진국의독점에대응하기위한국가계획및창조산업육성 한 미, 한 중, 한 EU FTA 등다자간무역협정체결 기술선진국과신흥공업국의상호견제및보호장벽으로성장잠재력미비 중소기업시장대응전략 강점 (Strength) 연관산업의지속적성장과타산업과의연계가능 세계수준의세라믹스공정기술보유 신소재의관련연구자풍부 ( 학계, 연구계및산업계 ) 첨단산업분야차세대성장동력사업지원 약점 (Weakness) 중소기업위주의연구개발체계 전문생산기업부재및작은내수시장규모 기초연구기반취약및통합협력시스템미흡 핵심소재의해외의존과경쟁국의기술공개기피 기회 (Opportunity) 위협 (Threat) 그린산업의신규시장확대 녹색성장정책및환경규제강화의무화 기능성고품질제품에대한시장의요구 삶의질향상에대한인식확산 선진국의원천기술독점으로기초기술확보곤란 다국적기업의국내시장잠식 규제수준의기술변동 / 변화와환경장벽의강화 특정분야의경쟁집중과투자우선순위미확보 중소기업의시장대응전략 에너지 환경세라믹스는이차전지및연료전지용에너지관련필수소재, 촉매담체, 각종필터에서부터성분분리막등환경관련산업에필요불가결한공업용소재로서오래전부터많은연구로그응용분야가확대 에너지 환경세라믹스소재관련원천기술및관련산업은여타소재분야와마찬가지로선진국의기술및제품수입에만의존하고있으므로국가경쟁력확보차원에서범국가적지원아래산 학 연협동이절실히필요한실정 165

170 세라믹소재 - 에너지 환경세라믹 핵심기술로드맵 166

171 전략제품현황분석 1. 개요 가. 정의및필요성 에너지 환경소재는에너지의절약, 대체에너지의이용등과관련된태양전지, 연료전지, 이차전지및그부품으로분류되는에너지소재와공기, 수질등을정화하는데필요한다양한여과막, 여재등을주요기술로하는환경소재로구분할수있으며, 각각의제조프로세스는상호간에연계및응용가능성을내포하고있음 에너지소재는전력을생산하기위한태양전지, 연료전지, 이차전지, 슈퍼커패시터, 고체전해질등에너지저장소재, 열전변환소재, 광변환소재, 압전소재등에너지변환소재등을포함함 환경소재는기체, 액체, 분진등물질분리를위한필터소재, 흡착, 분해, 전환반응을위한촉매기능소재및담체용다공성소재, 자원재활용, 대체용소재인재활용기능성소재등으로구성됨 그밖에도이러한에너지 환경소재를제작하기위한재료기술과공정기술이정립되어있으며, 대체로다공성소재를제조하는공정을적용함 석탄, 석유와같은전통적에너지자원은점차고갈되어가고있으며, 언젠가는한계상황을맞이하게될것으로예상되므로, 이를대체함은물론, 전통적에너지자원이갖는환경적문제를개선하고, 고갈의염려없이무한히사용할수있도록하기위하여에너지소재의개발이필요한실정임 일방향성개발이아닌다양한에너지소재의개발을통하여에너지공급의안정성을추구할수있으며, 따라서에너지대체성을높일수있도록하는연구개발이필요함. 그러므로, 다양한에너지소재의동반발전이중요하다고할것임 기후변화협약으로신재생에너지의중요성이재인식되었고, 차세대가장중요한성장동력의하나로주목받고있음. 따라서, 에너지소재의개발의필요성은그어느때보다높다고할수있음 산업발전, 인구증가등으로인하여각종공해가유발되고있으며, 이중물질공해, 즉대기, 수질공해는심각한위협을초래하고있음. 대체에너지개발의부진으로인하여아직석탄발전소가가장큰에너지원으로기능하고있으며, 이에중국, 한국, 일본등에서는미세먼지로인하여국민들의건강이위협받고있음. 또한, 기후변화, 유독물질의배출에따른수질오염또한매우심각한실정임 따라서, 환경오염으로야기된물질정화및에너지청정화등을위해소재의다공질특성을이용하여특정물질의분리정제및가스개질등과같은기능을발휘할수있도록하기위한환경소재의개발이그어느때보다필요한실정임 167

172 세라믹소재 - 에너지 환경세라믹 나. 범위및분류 에너지소재는에너지변환소재, 에너지저장소재등으로주로구분할수있고, 환경소재는 필터및분리막소재, 촉매기능소재, 담체소재등으로주로구분할수있음 에너지변환소재 열전소재 열전현상은고체상태에서열과전기사이의가역적, 직접적인에너지변환현상임. 열전에너지변환기술은전기에너지를열에너지로변환시키는열전냉각과열에너지를전기에너지로변환시키는열전발전으로대별됨. 산업고도화에따른정밀온도제어및친환경냉각기술수요가급증하고있으며, 통신산업의급속한발전과확대에따른마이크로냉각및다양한전원장치개발이요구되고있음 에너지자원고갈과유가급증, 다양한에너지수요증가에따른새로운에너지자원의확보방안으로서배 폐열에너지의재활용과기존발전시스템과의복합화를위해열전에너지변환기술에대한관심이증대되고있음 열전재료는전기를통하면, 그양단에온도차를발생하거나 (Peltier 효과 ), 역으로그양단에온도차이를부여하면전기를발생하는 (Seebeck 효과 ) 재료를말함. 열전재료는냉매를사용하지않는열전냉각 (thermoelectric cooling) 이나, 열을직접전기로변환하는열전발전 (thermoelectric generation) 에사용됨 온도구간에따라사용가능한열전재료가다르며약 200 이하에서는 BiTe계가우수하고, 약 500 까지는 PbTe계가쓰이며그이상의온도에서는 SiGe계가가장우수한성능을갖는다고알려져있음 현재열전특성이우수하여실용화되고있는재료로는 (Bi,Sb)2, (Te,Se)3계, PbTe계및 SiGe계등 chalcogenide계와 silicide계가주종을이루고있음. 최근고체물리학과재료과학의발달과더불어우수한열전특성을갖는신물질 ( 신소재 ) 개발에박차를가한결과, skutterudite, clathrate, half-heusler 등의결정구조를갖는물질이열전특성향상에획기적으로기여할수있다는가능성이제시됨 압전소재 압전소재는기계적에너지를전기에너지로변환하거나혹은전기에너지를기계적에너지로변환할수있는소재로서, 전자산업분야에서중요한역할을담당함 압전소재의주재료는대표적인페롭스카이트물질인 BaTiO3와기계적성질이우수한 Pb(Zr,Ti)O3 등의복합페롭스카이트구조를가진소재를중심으로개발이이루어져왔으나, 최근에는휘발성유해물질인 PbO가함유되지않으며, 물리적성질과기능이우수한비납계압전소재의개발과응용에관한연구가활발히진행됨 168

173 전략제품현황분석 압전소재기술은통신기기분야, 의료기기분야, 가정용전자기기분야, 정밀계측기기분야, 군용분야등다양한산업분야에응용이되어왔으며, 최근에는주변의무제한활용되고있지않은진동, 충격, 풍력, 조력등각종물리적기계에너지를소재및부품화기술을통하여고효율전기에너지로변환, 활용하는압전에너지하베스팅기술에도적용되고있음 친환경기반의에너지하베스팅은유비쿼터스, 무선모바일시대의전자기기에필요한수마이크로와트급의대체소형에너지원으로서뿐만아니라, 도로, 철로, 활주로등의사회기반시설등에대규모로설치할경우수메가와트급의전력공급이가능한신개념의에너지원으로하베스팅시스템의고출력화, 장수명화, 그리고저장장치의고효율화를구현하기위한소재및구조의개발에관한연구가필요한실정임 에너지저장소재 이차전지 이차전지는화학에너지와전기에너지의가역적상호변환을이용해충전과방전을반복할수있는화학전지임. 2차전지는전기화학반응을이용해충전과방전을연속적으로반복함으로써반영구적으로사용할수있는특징이있음 종류로는고성능이차전지에는 Ni-MH 이차전지와리튬이차전지가있으며, 리튬이차전지에는리튬금속이차전지, 리튬이온이차전지 ( 각형, 원통형, 파우치형 ), 리튬이온폴리머이차전지, 리튬폴리머이차전지등이개발됨 이차전지는집전체라는극판상에양극활물질또는음극활물질이도포된양극과음극사이에분리막이삽입된것을말하며이차전지는전지셀에전해액을주입하여사용되고있음. 리튬이온전지에서의분리막은전자전도를차단하고, 리튬이온을전도할수있는분리막으로구성됨 이차전지의응용분야는휴대폰, 노트북PC, PDA, 캠코더, 디지털카메라, 전기자동차등이있으며, 1회충전후폐기되는 1차전지에비하여그응용범위가매우넓음 연료전지 연료전지는수소와산소의전기화학반응을통해전기와열에너지를생산하는고효율 친환경발전시스템임 연료전지는전극, 전해질및분리판으로구성된셀이적층된구조이며, 스택에서생산되는전류를교류로변환함 연료전지는알카리, 인산형, 용융탄산염형, 고체산화물형, 고분자전해질형, 직접메탄올등으로구분됨 연료전지는생산시성, 연료전지발전단지등에서사용되며, 하수처리장, 쓰레기매립지, 가스저장소에설치되어바이오가스, BOG, 부생가스활용발전에사용되고, LNG선, 유조선, 컨테이너선, 여객선등선박용으로응용됨. 그밖에도도심용, 건물용으로사용되며, 병원, 소방서, 방송국등에서무정전비상전원으로도사용되고있음 169

174 세라믹소재 - 에너지 환경세라믹 환경소재 환경소재는환경을정화하거나깨끗한환경을유지하는데필요한수단에서중추적인역할을하며, 소재는대체로다공성의성상적특징을가짐 필터 필터는다공성소재의기공을이용하여공기는통과시키고유해물질을걸러내는데, 사용되며, 촉매를담지하여유해물질을화학적으로처리하는촉매담체기술과는다소구분이됨 필터는세라믹재질이주로사용되며, 알루미나, 규사등세라믹입자를유리로결합시킨것이며, 내약품성이우수하고현탁액의분리와액체, 기체, 분체의여과흡수등에이용됨 멤브레인은광의의필터의한종류로서, 특정물질을선택적으로분리, 정제하는기능을가지는소재로서, 특히내열성, 화학적안정성, 내구성등이우수하여화학공정, 환경정화, 에너지, 반도체산업등에서기체및액체혼합물의정밀여과소재로응용이기대됨 담체 담체는물질을저장하는저장소란의미로서, 촉매, 미생물등을저장하는데사용하는일종의구조물임. 대기정화용촉매를저장하는담체, 처리에사용되는수중미생물의농도와특성을향상시킬목적으로사용되는담체등이존재함. 수처리용담체의경우담체의재질및형태가미생물의특성에맞도록제작되어있어미생물이밀집하여성장할수있는장소를제공함 대기정화용촉매담체로사용되는세라믹스계담체는주로압출공정으로만든벌집모양의모노리스 (extruded monolithic honeycomb) 가사용되고있으며, 불활성지지체와활성지지체등은코디어라이트, 뮬라이트, 실리카성분의벌집모양의모노리스담체에촉매활성물질또는조촉매와촉매활성물질이혼합된담층을코팅하여사용하거나, 이산화티탄과같은촉매활성물질상호작용지지체의경우담체분말과촉매활성물질을혼합한분말을이용하여벌집모양의모노리스를제조하여사용함 유기물용담체는다공상기본구조체의표면에활성탄의흡착능을유지하도록특수코팅하여제조한것으로타담체에비하여월등히넓은표면적 (35,000m2/m3) 을미생물에게제공하여하. 폐수중의유기물을고속 (2Kg BOD/m3/day이상 ) 으로처리할수있는담체임 질산화용담체는친수성재질을이용하여다공상구조체의형태로제조되었고고농도의질산화균을선택적으로부착시켜높은질산화율 (0.6Kg NH4-N/m3/day이상 ) 을이룰수있으며저온에서도질산화반응을수행할수있는담체임 170

175 전략제품현황분석 [ 에너지 환경소재제품분류관점의범위 ] 대분야중분야소분류및제품 열전소재 (Bi,Sb)2, (Te,Se)3 계, PbTe 계및 SiGe 계등 chalcogenide 계와 silicide 계 skutterudite, clathrate, half-heusler 계열전소재 압전소재 페롭스카이트물질인 BaTiO3 와기계적성질이우수한 Pb(Zr,Ti)O3 등의복합페롭스카이트구조를가진소재, 비납계압전소재 에너지소재 에너지 환경세라믹 이차전지 Ni-MH 이차전지, 리튬금속이차전지, 리튬이온이차전지 ( 각형, 원통형, 파우치형 ), 리튬이온폴리머이차전지, 리튬폴리머이차전지 연료전지 알카리, 인산형, 용융탄산염형, 고체산화물형, 고분자전해질형, 직접메탄올 필터 / 멤브레인 고온용필터, 대기정화용필터, 수처리용필터, 기체용분리막 환경소재 담체 대기정화용담체, 유기물용담체, 질산화용담체 171

176 세라믹소재 - 에너지 환경세라믹 2. 산업환경분석 가. 산업특징및구조 (1) 산업의특징 에너지변환소재 열전소재 폐열을이용한열전발전은폐열을재활용하여전기에너지를직접회수할수있이때문에, 그린에너지기술로주목받고있음 국내에서도산업현장에서발생하는폐열을이용한열전발전시스템연구개발을단계적으로추진하고있음 자동차폐열을이용한열전발전개발이가장활발한와중에, 자동차업체에서는폐열을이용한차량열선시트기술을중심으로연구개발을진행하고있으며, 이의시장은 2020년이후본격적으로형성될것으로전망됨 압전소재 세계적으로나노테크놀로지가 21세기유망산업으로부상하면서나노급정밀도를요구하는 반도체 고해상도디스플레이 초소형전자기기 센서 통신장비 의료기기등의고부가가치산업에서초정밀측정장비의수요가증가하고있음 반도체회로의고집적화, AMOLED, OLED 등의고해상도디스플레이의상용화에맞춰초정밀제어및측정장비에대한수요가늘어날전망임 진단 / 치료를위한초정밀제어및측정장비기술이도입된로봇이개발되면서향후의료분야에서초정밀측정장비에대한수요가있을발생할것으로보임 에너지저장소재 이차전지 세계주요국은에너지저장산업에대한주도권을잡기위해연구개발지원및다양한보급사업을추진하고있음 - 미국, 일본, 유럽등주요선진국들은연구개발및실증을활발하게추진중이며사업화단계에진입함 - 특히리튬이차전지업체들은정부와협력을통해시장창출을노력중임 일본은 2012년부터 360억엔규모의보급사업추진 년 3월부터에너지저장시스템설치보조금사업을추진. 지방자치단체 ( 도쿄 / 사이타마현 ) 별에너지저장시스템보조금지급 172

177 전략제품현황분석 - 신재생에너지발전용, 가정용등다양한분야에서기술개발을추진하여 NaS, 리튬이차전지등에서앞선기술력을확보함 미국은대형전력회사를중심으로기술개발및실증연구집중추진중임 - 에너지저장시스템설치의무화법안발표 ( 캘리포니아주전력회사 ) 년부터공급전력의 2.25%, 2020년 5% 설치공급 유럽은국책과제로스마트그리드와연계한에너지저장기술개발 - Solion 프로젝트를통해에너지저장신기술및이를제어할수있는관련기술개발을서두르고있음 한국은현재기술검증을위한실증단계이며, 초기시장에진입한단계임. - 에너지저장기술은전력산업특성상장기신뢰도가매우중요하며, 이를위한 track record가많이필요한분야임. 풍력산업의경우 track record 부족으로수출에크게애로를겪고있는것처럼, 에너지저장기술도실제현장에적용되기위해선많은실증기록이필요함 - 일본, 미국, 유럽등은본격적인실증사업에착수하였으나, 국내의경우가정용 ESS가실증초기단계이고큰수요가예측되는전력망용대규모 ESS 실증은전무함 - 에너지저장산업이풍력산업의전철을반복하지않기위해선국가차원의실증을위한초기시장활성화가필요함 연료전지 연료전지분야를보면, 분산발전용연료전지분야는기존화력발전소에비해청정 / 고효율발전장치로경쟁기술은가스터빈을들수있음 분산발전용연료전지는스택부, 기계적 BOP(Mechanical BOP, M-BOP), 그리고전기적 BOP(Electrical BOP, E-BOP) 로구성됨. 특히, 스택이외에 M-BOP에해당하는개질기, 연료펌프, 공기 / 연료블로어그리고 E-BOP 내각종센서, 컨버터, 제어소프트웨어등이핵심기술임 휴대용연료전지분야는기술집약적인산업에해당되며, 경쟁기술은배터리산업으로민수용및군용모두적용가능한기술에해당함 휴대용연료전지분야를구성하고있는시스템은구성기능기준으로, 스택, 전기적 BOP, 기계적 BOP로구분됨. DMFC는 DMFC 단전지로구성된스택부분이외에, 기계적 BOP에해당하는메탄올저장부와연료를연료전지스택에공급하는마이크로펌프, 공기를공급하는소형 blower 등으로구성되어있으며, 전기적 BOP 부분은 DC-DC 변환기및각종센서를포함하고있음. 마이크로개질기와 PEMFC 또는개질기일체형 SOFC로구성된휴대용연료전지시스템은수소제조개질기술, 탈황기술, 열관리기술, 촉매연소기술, 물관리기술등이요구됨 연료전지산업은다양한산업의특징을복합적으로갖고있는응용산업으로기계, 화학, 전기, 전자, 재료등다양한전문기술과지식의융합이이루어지고있음. DMFC을이용한휴대전원산업의발전은 MEA 관련소재산업과소형화산업등으로구성됨. 마이크로개질기와 PEMFC, 개질기일체형 SOFC을이용한휴대전원산업의발전은탄화수소를이용한수소제조산업, MEA관련소재산업, 소형화산업등으로구성됨 173

178 세라믹소재 - 에너지 환경세라믹 수소화합물 (chemical hydride) 과 PEMFC을이용한휴대전원산업은수소저장산업, MEA 관련소재산업, 소형화산업등으로구성됨 스택산업은전극, 전해질, 분리판과같은소재산업부분과열관리및가스분배를위한시뮬레이션산업부분으로구성됨 환경소재 디젤엔진자동차의배기가스중에서해로운입자를걸러내는디젤미립자필터 (DPF) 는세계적으로 CO2의배출이적은엔진수요가늘어남에따라지금부터그사용이확대될것으로예상됨 금속산업에서금속내에녹아있는불순물을세라믹필터가제거하는데사용되어금속제품의품질을향상함. 또촉매, 촉매운반체및흡착체가고온혹은부식성환경에서사용될때비표면적이큰세라믹다공체가사용됨 미세다공체로서, 제올라이트가사용되는데, 이의특징은크게나누면흡착기능과이온교환기능이있다는점임. 제올라이트에는미세한기공이무수히많이있어서이기공에원하는물질을흡수하여제거할수있음. 예를들면냄새, 습기, 암모니아, 인, 질소등을제거할수있는것으로알려짐 (2) 산업의구조 에너지 환경소재는그미래발전가능성과필요성에의거, 기술개발이나상품화를위한투자가활발히전개될것으로예상됨. 현재우리나라는기술적으로뒤쳐져있으며, 투자도미흡하기때문에, 정부단위의육성책과함께기업들의자각이요망됨 완제품보다는부품의기술력이중요하기때문에, 이를제조판매하는중소기업단위의투자가절실히이루어져야됨 에너지 환경소재는소재기술에있어서매우강점을가지고있는일본에비하여기술수준이수십년뒤쳐져있으므로, 원료의질이좋지않으며, 따라서양질의제품을제조하기위해서는수입에의존하여야하는실정임 에너지 환경소재는규모에따른제조방법이매우다르며, 따라서소규모의제품을제조하는데있어서의기술력을이용하여대규모의제품을제조하는데한계가있으므로, 이런점에취약점을가지고있는우리나라는공정기술의개발이무엇보다필수적으로요구됨. 현재우리나라는대규모의제품을제조할수있는기반기술이매우취약한상태임 금융위기이후기업단위의투자가거의이루어지지않고있으며, 연구개발이부진함은물론양질의연구인력의수급도원활하지않은것으로판단됨. 특히소재제조기술뿐아니라이를구현하기위한장치기술도선진국들에비하여뒤쳐져있는상태임 174

179 전략제품현황분석 [ 3D 적층제조시스템분야산업구조 ] 후방산업에너지 환경소재전방산업 다공성분리막, 벌크소재, 필터, 담체, 전극, 전해질, 연료극, 공기극 압전체, 유전체, 열전물질, 양극활물질, 음극활물질, 금속물질, 절연체, 다공체, 복합체, 휘스커, 나노와이어 자동차, 스마트그리드, 대용량저장장치, 발전소, 액츄에이터, 자전거, 운동기구, 충전장치, 수처리산업, 폐기물처리산업, 건설산업 전방산업은자동차산업, 전력산업, 발전소, 액츄에이터제조업, 자전거, 운동기구등레저산업, 충전장치산업, 수처리산업, 폐기물처리산업, 건설업등이존재함 후방산업은에너지 환경소재의기본부품으로서, 다공성분리막, 다공성벌크소재, 필터, 담체, 연료극, 공기극등전극, 전해질등기반소재및부품제조업을망라함 [ 3D 적층제조시스템전방산업비중 ] 구분 소비재 가전 자동차 의료 치과 산업용 기계류 우주 항공공학 교육공공 국방건축 이용률 (%)

180 세라믹소재 - 에너지 환경세라믹 나. 경쟁환경 에너지저장소재 휴대전화의 7,000배, 노트북의 700배용량의이차전지를탑재하는전기자동차의확산은이차전지시장을폭발적으로성장시킬것으로기대됨. 특히정부의의지가강하게반영되는전기버스는승용차의열배용량을사용하여각국정부의이차전지정책을직접적으로노출하고있음 중국정부는홍콩전기버스폭발사고이후에너지밀도가높은 NCM방식의배터리에대해보조금지급을제외 ( 국내기업은 NCM방식의리튬이온전지에주력 ) 하였음 시장의확대와더불어리튬이온전지의가격또한연평균 10% 수준으로지속하락이전망되며, 테슬라의기가팩토리운영등규모의경제확산으로급격한가격하락을보일수도있음 LG화학에서이차전지를납품받는 GM은 2020년경에나달성가능할것으로예상되던가격인145 달러 /kwh를 2016년공급받을가격으로발표하여시장에파장을불러일으켰음 리튬이온전지시장은한국과일본, 중국이세계시장을과점하고있으며, 경쟁구도는향후전기자동차시장에대한대응에따라변화될것으로전망되었음 글로벌전자기업을캡티브마켓 ( 계열사내부시장 (ex 삼성SDI 이차전지의주요고객인삼성전자 )) 으로보유한국내기업들은우수한기술력을바탕으로글로벌전기자동차메이커들과의협력강화를추진하고있음 2016년상반기전기자동차배터리생산 10대업체에한국은 LG화학, 삼성 SDI, SK이노베이션이포함되었음. 하지만핵심부품은일본에서수입하는형편으로, 매출이증가할수록대일적자폭이확대되는구조임. 이차전지핵심기술을다수보유한일본은한국에뒤쳐진리튬이온전지시장에서전기자동차시장확대를기회로적극적공략을추진하고있음 LNG 최대수입국인우리나라와일본이중대형연료전지분야에서도두각을나타내고있는가운데최근우리나라의포스코에너지, 미국의블룸에너지, 일본의후지전기가새로운제품을선보이며시장점유율경쟁이촉발됨 한국의포스코에너지는사업초기美퓨어셀에너지에서용융탄산염방식의연료전지 (MCFC) 를들여왔으나곧핵심부품국산화를서둘렀으며, 2013년 11월포항연료전지단지에 2만790m2규모로연간 70MW 생산능력을갖춘셀공장을착공했음. 원천기술을확보하고수입대체효과를거둬연료전지생산단가를절감하였음 미국의블룸에너지는 25W 연료전지를적층해 200kW에서최대 MW단위의독립형연료전지발전시설을고안했음. 발전효율은 1kW 스택으로 2.5가구, 200kW 시스템으로 500가구에열과전기공급이가능함. 기존연료전지발전시설이가스압력이낮을때제대로작동하지않았지만블룸에너지의연료전지는美허리케인샌디에도아무영향없이운영되었음. 또계통에백업발전기와이차전지가맞물린기존에너지공급모델과달리블룸버그의모델은시스템을계통에물리면완성되기때문에시설비가저렴함 176

181 전략제품현황분석 후지전기는교류 105kW 백금촉매방식의연료전지 (PAFC) 를생산하였음. 전압은 V이며전기효율은평균 42% 에달한다. 90도의온수를생산하는 50kW급모델의효율은 62% 이며 6 0 의온수생산모델인 123kW모델의효율은 91% 에달함. 후지전기는기존연료전지와같이전기와열을배출하면서도낮은농도의산소를배출해기존시설보다소음과에너지소비를절감하였음 에너지변환소재 압전소재는일본이전세계시장을 50% 이상과점하고있으며, 기술및시장지배력이매우큼 일본은세계적인선도업체를보유하고있으며, Murata, TDK, NEC NEC-TOKIN, Hitachi, NGK, Canon, 마쯔시다마쯔시다, Seiko Epson 등이있음. 주력분야는민수용으로서각종전자제품, 카메라, 정밀기계, 자동차소형분야등이있음 미국과유럽은일본에이어압전소재분야의 2위를점유하고있음. 전세계파인세라믹시장의 30% 를점유함 미국의 Morgan, Matroc Matroc, AVX/Kyocera, Burleigh, Allied Signal 등은군사용으로서 SONAR 차량, 항공, 우주분야의제품을주력으로하고있으며, 유럽의 Philips, Simens, Cedrat, Physik, Instrumente, Hoechst, CeramTec 등은정밀계측기기분야로서액츄에이터, 정밀위치제어, 자동차의중소형부품을생산함 열전소재는미국이가장앞서고있는것으로보임. 미국은 NASA, 버클리대, 하버드대, MIT 등에서초격자, 나노와이어, 나노점등의구조를이용한고효율열전소재개발을활발히추진중임 MIT 미디어랩은신발뒤축에압전물질을붙여사람이걸을때발생하는충격으로 1.3mV의전기를얻었음. 캘리포니아공대재료과학과제프리스나이더박사팀은 2011년 5월높은변환효율을갖는열전소자재료를개발함. 납과텔루르, 셀레늄합금의나노구조를개선해약 576도 (850K) 에서성능지수 1.8을얻었음 퍼듀대연구진은 2010년 12월자동차의폐열로부터전기를얻는새로운시스템인열전발전기를개발하였음. 열전발전기는충전배터리와자동차전기시스템으로부터전기를생성시켜서엔진의부하를경감하고연비를개선시킴 유럽의열전소자연구는 EU의 FP-7을중심으로대학과프라운호퍼 (Fraunhofer) 등연구소를중심으로기술개발이수행되고있으며, 벤츠, BMW, 폭스바겐등자동창업체들은폐열을회수해연료효율을높이는데중점을두고있음 열전소자관련프로젝트로는 NEDO 프로젝트 / 나노구조의열전소자개발과 JST(Japan Science and Technology Agency: 일본과학기술진흥기구 ) 프로젝트 / 고효율열전소자및시스템개발등이있다. 2011년부터 New NEDO 프로젝트가개시되었는데철강의폐열회수를위한열전발전기술개발을목표로하였음 177

182 세라믹소재 - 에너지 환경세라믹 환경소재 유동상담체공정기술은독일 Linde사의 Linpor공정과일본 Biomaterial Co. 의 Aquacel 공정이개발되어있음 Linpor 공정은일반적인활성슬러지공정에서미생물을고정화하기위해공극이많은약 10-12mm크기의폴리우레탄스폰지가포기조안을마음대로움직일수있게한공정임. 질소를제가하는공정의상품명은 LINPOR-CN인데포기조에 LINPOR용담체를추가하는것이외에는일반적인무산소-호기조시스템과유사함 Aquacel 공정은흡착에의해질산화, 탈질화미생물을고정시킨양이온을갖는다공성담체를이용하는공법으로담체는 polyethyleneimine(pei) 로처리하여 Ion Exchange Capacity가 meq/g 정도되도록만들고, 비표면적 3-7m2 /g, 공극율 97%, 비중 1.06 g/ cm3정도이며정육면체형태로제조하여사용함 충진형담체공정으로는유럽지역의풍부한사업실적을기반으로하여국내에 Biofiltration System 을소개한 OTV사와 Degremont사의공법등을들수있음 [ 반도체디스플레이산업용구조세라믹개발현황 ] 기관형태기술수준비고 Biodynactor( 일 ) 부유형설계및시공기술확보 PVA/AC 재질 Aquacel( 일 ) 부유형 Pilot test Cellulose 재질 Linpor( 독 ) 부유형설계및시공기술확보 PU 재질 Captor( 미 ) 부유형설계및시공기술확보 PU 재질 Saran-lock( 일 ) 고정상설계및시공기술확보 PVC 재질 Ring-lace( 일 ) 고정상설계및시공기술확보 PVC 재질 Munter( 독 ) 고정상설계및시공기술확보 T/F process Flex-ring( 미 ) 충진형설계및시공기술확보 PE 재질 OTV( 프 ) 충진형설계및시공기술확보 Biofilter Degremont( 프 ) 충진형설계및시공기술확보 Biofilter 178

183 전략제품현황분석 다. 전후방산업환경 전자, 자동차등세계최고수준으로떠오른대형고객사들이국내에포진하고있기때문에세계유수소재기업이한국을거점으로삼고있음. 반면이런국내전방대기업과충분한밸류체인을형성하지못하고있음 휴대폰등단말기에들어가는부품의 70% 이상이세라믹소재로만들고있으며, 태양광소재로서다양한세라믹소재가연구되고있고, 연료전지, 압전및폐열을이용하는열전발전등다양한신재생에너지에도핵심적인기능을구현하는소재이며, 환경개선및보호를위해서도소재의중요성은매우큰실정임 국내소재산업은소재와부품이다품종소량품인이유로 90% 이상의소재관련기업이연 100 억원미만매출의영세기업으로구성돼있다. 또한이런상황이 R&D 투자부족으로이어져기술면에서도일본등선진국에비해 3~5년뒤져있는실정임 이렇게국내소재산업이영세할수밖에없는원인은주력산업의전방기업들이다품종소량이기때문임. 긴개발기간을요하는소재및부품의연구개발보다는선진사제품의수입에의존해국내소재기업은틈새시장에서만생존해영세성을벗어날수없었음. 결국국내소재산업은전방산업과의가치사슬이전혀형성되지못하는악순환이계속되고있음 3~4년후현실화될신성장동력산업은핵심소재산업을효과적인가치사슬내에두어전후방산업의균형발전을이룰필요가있음. 이때선진국과의개방된협력관계에서도시장선점과최대의부가가치를얻을수있을것으로예상됨 이를위해전후방산업의중간에위치하는소재형모듈산업육성등견실한가치사슬형성을위해정부와업계가협력해효과적인정책을개발하고강력하게추진해야할시점이라고판단됨. 이차전지의산업환경은기술의발전과, 응용기술분야의쇠퇴기진입또는느린확장속도에따른가격의하락세가예상됨 리튬이온전지가격하락세지속전망 : 리튬이온전지가격은응용처의제품수명주기에따라상이한흐름전개전망. 이에따른성장기분할가설제시. 소형-리튬이온전지의가격은등락없는단순한하락세전망. 이는주응용처인스마트폰이성숙기진입을기다리고있기때문. 중대형-리튬이온전지의가격은가파른하락세전망. 이는예상응용처인 xev와 ESS가도입기수준에위치해있기때문임 xev( 친환경차 ) 시장은올해도변화의계기를맞이할전망임. 주목하고있는성장배경은지속적인신규모델출시와가격인하를통한성장성강화, 각국정부보조금지급정책과환경규제강화를통한제도적장치강화등임. 추가로보급확대의걸림돌이었던충전관련문제가해결된다면시장성장은가속화될전망임 글로벌 xev 시장은 2015년 216만대 2020년 1,044만대로 CAGR +37% 예상. xev용리튬이온전지시장도 2015년 9GWh 2020년 159GWh로 CAGR +76% 전망 에너지효율개선요구및신재생에너지전력안정화필요로 ESS에대한수요는지속확대될전망임. 추가로각국정부가 ESS 보급확대를위한지원정책을활발히추진중에있는상황임. 글로벌 ESS 시장은 2015년 24GWh 2020년 52GWh로 CAGR +17% 예상. ESS용리튬이온전지시장도 2015년 2GWh 2020년 20GWh로 CAGR +52% 전망됨. 179

184 세라믹소재 - 에너지 환경세라믹 연료전지산업은시스템생산자를정점으로다수의부품및소재생산자가참여하는융ㆍ복합산업으로, 고용창출효과크게기대되는산업임 선진국의경우 supply chain 구성이잘형성되어있으나, 국내의경우대기업중심의시스템분야를제외하면아직까지산업구조형성은미숙함 수송용, 건물용의일부부품은국산화가이루어져있으나, 스택핵심소재 부품은아직대부분수입에의존하고있는실정임. 기술집적도가매우높아초기투자비와연구개발에많은노력과자금이필요하지만이에반해높은기술장벽이존재하여초기시장진입시시장을지배할수있는특성이있음 연료전지의핵심부품인스택과수소제조장치, 전력변환장치등부품과전체시스템에서부가가치가발생할수있으며, 적용기술측면에서도담수화설비, 선박등과연계하여고부가가치를창출할수있음 180

185 전략제품현황분석 3. 시장환경분석 가. 세계시장 에너지저장소재 에너지저장소재는생산된전력을저장했다가전력이가장필요한시기에공급하여에너지효 율을높이는에너지저장시스템의핵심요소임. 미래전력산업의지형을바꿀핵심기술로서 전략적중요성이증대되고있음 한국수출입은행해외경제연구소산업투자조사실에따르면에너지저장시스템의시장은 2012 년도기준으로 142억달러로기록되었으며, 2020년에 536억달러까지증대될것으로전망됨. 또한, 에너지저장용리튬이차전지시장규모는 2015년 27억달러에서연평균 49% 씩증가하여 2020년기준으로 193억달러까지증가할것으로예상됨 [ 리튬이차전지세계시장규모및전망 ] 구분 ( 단위 : 억달러 ) 성장률 (%) 세계시장 * 출처 : 한국수출입은행해외경제연구소산업투자조사실 용도별로보면 2020 년기준전력용시장규모가 7.7 억, 비상전원용시장규모가 5.9 억, 가정용 시장규모가 5.7 억을차지함 에너지저장산업에대한주도권을잡기위해미국, 일본, 유럽주요국가들은연구개발지원 및다양한보급사업을추진하고있음 연료전지의경우, 일본후지경제에따르면, 2025년연료전지세계시장규모를 47,439억엔 ( 한화약 693,226억원 ) 으로예측하였으며, 2025년의시장은 2010년 (350억엔) 대비약 135.5배의시장을형성할것으로예상됨 PEMFC, SOFC, DMFC가많은분야에서적용되고있어서, 3가지타입의연료전지시스템이본격적으로보급되는 2025년에는연료전지전체시장의 85% 이상을차지할것으로예측됨 특히, PEMFC는수송용연료전지로사용되고있어서, 산업경쟁력을높이는데중요한역할을담당할것으로예상됨 SOFC는산업 업무분야에서사용되고있지만, 일본에서는가정용으로사용범위가확대될전망임 181

186 세라믹소재 - 에너지 환경세라믹 * 출처 : 후지경제오사카마케팅본부전지프로젝트, 2011 년도연료전지관련기술시장의장래전망, [ 연료전지세계시장전망 ] 일본의연료전지관련시장규모가가장큰것으로나타났으며, 2025년에서는시장규모가 13,072억엔에이를것으로전망됨. 특히, 일본은 PEMFC 시스템을중심으로성장하고있고, 주로가정용연료전지로시장이확대되고있음 미국에서는 MCFC와 PEMFC 관련시장이형성되고있으며, SOFC는발전성능과저가생산의잠재력이높아향후지속적인시장성장이예상됨 유럽에서는 SOFC 관련양산계획이진행되고있으며, 다임러 (Daimler) 社의연료전지자동차도입이확대되면서 PEMFC 시장이성장할것으로예상됨. 특히, 후지경제는유럽에서연료전지시장이급격하게성장하여, 2025년에는 2010년대비 547.5배인 8,213억엔규모가될것으로전망하였음 에너지변환소재 세계열전소자시장을살펴보면, 열전소재의시장을가늠할수있으며, 열전소자에서열전소재가차지하는비중을 30% 로보수적으로가정하였을때에도상당한시장규모가예상됨. 따라서, 열전소재의시장규모를열전소자의시장규모의 30% 라고가정하고추정함 세계열전소자시장은 2015년도 57백만달러로부터 2020년에약 521백만달러로성장할것이며, 연평균성장률은 37.1% 를기록할것으로전망됨 전술한바와같이, 열전소재시장규모를열전소자시장규모의 30% 라고가정하면, 2015년도 17백만달러로부터 2020년에약 156백만달러로성장할것으로전망됨 182

187 전략제품현황분석 [ 열전소재세계시장규모및전망 ] 구분 ( 단위 : 백만달러 ) 성장률 (%) 세계시장 * 출처 : 전자통신연구원, 열전소자시장및개발동향 (2014) 휴대폰 디스플레이 RFID 등에서압전필터 공진기 압전변압기등과같은전자세라믹스부품이차 지하는비중이 50% 이상이고, 정보통신시장이급격하게팽창하고있기때문에압전소자와같 은전자세라믹스소자의시장도매우빠르게성장할것으로전망되고있음 또한석유자원의고갈에따라에너지수확 (Energy Harvest) 시장도크게성장할것으로예상 된다. 영국 IDTechEx 의예측에따르면 2019 년에너지수확시장은약 40 억달러로추정되며, 이가운데 22% 정도가압전소재를이용할것으로예측되고있음 재료연구소발간소재기술백서에따르면, 2010 년도세계압전소재시장규모는 2823 억원이고, 연평균성장률은 12.4% 인것으로조사되었음. 연평균성장률이동일하게유지된다고가정하 고, 이로부터 2020 년세계압전소재시장규모를추정할수있으며, 이는하기표와같음 [ 압전소재세계시장규모및전망 ] 구분 ( 단위 : 억원 ) 성장률 (%) 세계시장 * 출처 : 재료연구소소재기술백서 (2011) 환경소재 재료연구소발간소재기술백서에따르면, 2007 년수처리용분리막시스템시장은 61 억달러 수준으로추산되고있으며연평균 19.5% 성장으로 2016 년에는 303 억달러규모로커질것으 로예상됨. 분리막방식은기술진입장벽이존재하기때문에기술차별화를가진기업들이전세계시장을 대상으로과점하고있다. 현재분리막시장은매출상위 5 개기업의점유율합계가전체시장 의 75% 이상을차지하고있음 현재분리막신규투자규모에서산업용분야가 50% 를차지하지만 2016 년에는전체분리막 투자규모에서공공용과산업용비중이 8:2 수준으로바뀔것으로예상하고있다. 현재주목받 고있는담수와더불어하수재이용시장이빠르게성장할것으로기대됨 183

188 세라믹소재 - 에너지 환경세라믹 위와같은전망치와연평균성장률을기초로 2020 년도시장규모를예측하면아래와같음 [ 수처리용분리막소재세계시장규모및전망 ] 구분 ( 단위 : 억달러 ) 성장률 (%) 세계시장 * 출처 : 재료연구소소재기술백서 (2011) 토대추정치 나. 국내시장 에너지저장소재 에너지기술평가원의 에너지기술국내시장전망보고서에따르면, 에너지저장기술분야의 2012년국내시장규모는 710억원이며, 2020년국내시장전망은약 8,629억원임. 이때, 연평균성장률은약 35% 인것으로예상되고있음. 이중리튬이온배터리시장이 95.7% 를차지하여에너지저장기술분야의대부분을점유하고있다고할것임. 이를기초로리튬이온배터리의연도별시장규모를추정하여정리하면아래와같음 [ 리튬이차전지국내시장규모및전망 ] 구분 ( 단위 : 억원 ) 성장률 (%) 국내시장 * 출처 : 재료연구소소재기술백서 (2011) 토대추정치 ( 단위 : 억원 ) 단기적으로는에너지저장시장이활성화되기어려우나대부분의실증프로젝트가완료되는 2017년이후본격적으로성장할것으로기대됨 정부및국내기업은당분간다양한 ESS 기술에투자하면서미래시장을선점할기술에대한탐색전략이필요 에너지저장기술은초기시장 (nascent market) 이며단기적으로는전기자동차시장이정부주도의인센티브정책으로우선성장할것으로예상됨 고정형에너지저장시스템은정부정책이최근에수립 시행되어단기내시장의성장은어려우나중장기적으로성장잠재력이높음 2020년까지는전체시장의약 76% 가전기자동차용으로고정형은 24% 수준이지만장기적으로는고정형시장이전기자동차용시장이상으로커질전망 에너지경제연구원에따르면, 국내연료전지시장은 2013 년도 133 백만불에서 2018 년 237 백 184

189 전략제품현황분석 만불로증가할것으로예상되었음. 특히발전용연료전지를중심으로수요가점차증가될것으로예상되며, 연료전지시장의성장을대세적으로이끌것으로판단됨 이로부터연평균성장률을살펴보면, 약 12.2% 인것으로산정됨. 향후 12.2% 의성장률이그대로유지된다고가정하여 2020년의시장규모를예측하고, 하기표와같이나타냄. 소수점이하의단위는버림하였으므로다소간의오차는발생될수있음 [ 연료전지국내시장규모및전망 ] 구분 ( 단위 : 백만불 ) 성장률 (%) 국내시장 * 출처 : 연료전지사업현황및전망토대추정치, 에너지경제연구원 (2014) 에너지변환소재 재료연구소발간소재기술백서에따르면, 2010년도국내열전기술응용시장규모는 0.1조원이고, 2018년 6.7조원으로성장할것으로예상하였음. 이로부터계산되는연평균성장률은 69.1% 임. 연평균성장률이동일하게유지된다고가정하고, 이로부터 2020년국내열전소재시장규모를추정할수있으며, 이는하기표와같음 [ 열전소재국내시장규모및전망 ] 구분 ( 단위 : 조원 ) 성장률 (%) 국내시장 * 출처 : 재료연구소소재기술백서 (2011) 토대추정치 ( 단위 : 조원 ) 재료연구소발간소재기술백서에따르면, 2010 년도국내압전소재시장규모는 96 억원이고, 연 평균성장률은 12.4% 인것으로조사되었음. 연평균성장률이동일하게유지된다고가정하고, 이로부터 2020 년국내압전소재시장규모를추정할수있으며, 이는하기표와같음 [ 압전소재국내시장규모및전망 ] 구분 ( 단위 : 억원 ) 성장률 (%) 국내시장 * 출처 : 재료연구소소재기술백서 (2011) 토대추정치 185

190 세라믹소재 - 에너지 환경세라믹 다. 무역현황 에너지 환경세라믹기술로품목의무역현황을살펴보았으며, 수출량에비하여수입량이급격히증가하는추세 에너지 환경세라믹기술의수출현황은 11년 9억 1,416만달러에서 15년 8억 6,927만달러수준으로감소하였으며, 수입현황은 11년 5억 6,587만달러에서 15년 5억 9,472만달러수준으로증가하여무역수지적자폭이대폭증가 최근 5년 ( 11~ 15년) 간연평균성장률을살펴보면수출금액은 -1.3% 로감소하였으며, 수입금액은 1.3% 로증가하여전체무역수지는 5.8% 감소한것으로나타남 무역특화지수는 11년(0.24) 부터 15년(0.19) 까지감소한것으로나타나국내기업의수출량이감소하고있는것으로나타났으며, 국내의에너지 환경세라믹제품의해외시장진출이줄어들고있는것으로분석 [ 에너지 환경세라믹관련무역현황 ] 구분 ( 단위 : 천 $) CAGR ('11~'15) 수출금액 914, , , , , % 수입금액 565, , , , , % 무역수지 348, , , , , % 무역특화지수 * * 무역특화지수 = ( 상품의총수출액 - 총수입액 )/( 총수출액 + 총수입액 ) 으로산출되며, 지수가 0 인경우비교우위는중간정도이며, 1 이면완전수출특화상태를말함. 지수가 -1 이면완전수입특화상태로수출물량이전혀없을뿐만아니라수입만한다는뜻 * 자료 : 관세청수출입무역통계 HS-Code(6 자리기준 ) 활용 186

191 전략제품현황분석 4. 기술환경분석 가. 기술개발트렌드 에너지저장소재 이차전지 양극재는리튬이차전지소재가격중약 44% 를차지하는핵심소재로리튬코발트산화물, 리튬망간산화물, 리튬인산철산화물이많이사용됨. 한국및일본기업들은활성이높은리튬코발트산화물 (LCO), 니켈코발트망간 (NCM) 계열을개발하고있으며, 미국및중국기업들은리튬인산철산화물 (LFO) 개발에집중하고있음 - 리튬코발트산화물은에너지출력및높은수명으로상업화초기에가장널리사용돼왔으나, 희귀금속인코발트높은가격과안정성문제로코발트성분의일부를망간및알루미늄으로대체되는추세임 - 리튬인산철산화물코발트대신철을사용하기때문에가장저렴하고안정성이높으나순도및전기전도도등성능측면에서개선이필요한실정임 - 그에따라더작고오래가는리튬이온전지생산하기위해서는 200mAh/g이상의용량을지닌양극재개발이요구됨. 리튬이온전지에쓰이는양극재용량은 150mAh/g 수준으로, Nano-Technology 활용및여러금속조합을통한성능개선연구들이전세계적으로활발히연구중임 음극재는천연흑연, 인조흑연, 저결정성탄소, 금속음극제가있으며, 가장많이이용되는것은천연흑연 (NG-core) 과인조흑연임. 천연흑연은가격이저렴하나충전효율이낮아잘사용되지않았으나, 중대형이차전지의가격적문제로최근들어천연흑연과인조흑연을혼합해서사용하는추세임 - 중대형리튬이차전지상용화를위해서는셀의용량을늘려야하고, 이를위해서는음극재고용량화가필요한데, 탄소질물질은안정성과가역성 (Li 이온을주고받는능력 ) 은뛰어나나용량측면에서한계가존재해왔음. 즉, 리튬이차전지는지금보다최소두배이상의용량을가져야하며, 이를위해서는새로운음극활물질이필요한실정임 - 현재음극재국산화율이 0.1% 인분야이나최근 GS칼텍스, 포스코켐텍, 애경유화등국내기업들의진출이활발해국산화가능성이높아지고있음 분리막의조건들을충족하는재료로써폴리에틸렌 (PE: Poly Ethylene), 폴리프로필렌 (PP: Poly Propylene) 등의폴리올레핀계다공막들이사용되고있음 - 분리막은제조공정에따라습식과건식으로구분할수있는데, 습식막은분리막의성형과정에서첨가한가소제를유기용매로추출할때발생한기공을연신해확장한것이며, 건식막은압축필름을저온에서연신해결정계면에서미세균열을발생시키는방식임 - 나노섬유를분리막으로제작하는기술이개발되면서배터리용량및성능안정성개선이기대되나기술및경제성검증에는상당한시간이소요될것으로전망됨 187

192 세라믹소재 - 에너지 환경세라믹 연료전지 일본의원전사고및한국의 9.15 정전사태로새로운에너지대안필요함. 기존중앙집중식발전및송배전망방식의한계도래및문제점이대두됨 연료전지는전력난해결을위한분산전원으로서에너지솔루션이됨 - 국토가좁으며인구가도시에집중되고산업이발전하여양질의상시발전필요하며, 설치면적작고효율이가장높으며, 대기오염물질의방출이없고소음이없음 현재최신기술연구개발에서의주요논제는 1 양성자-교환막연료전지 (PEMFC), 직접메탄올연료전지 (DMFC), 직접에탄올연료전지 (DEFC), 고체산화물연료전지 (SOGC) 및미생물연료전지 (MFC) 를중심으로하는이동성및고정성계통용연료전지기술 ; 2 생산, 저장, 분배와연료재공급을위한환경-보존적수소기술 ; 3 국가적 / 국제적프로그램과전망, 환경적논점, 경제성과재원, 사회적수용성등수소의환경보존성및경제적실용성으로대별되고있음 - 최근에, PEMFC 계통을위한저가의저-Pt 부하음극과질소-치환탄소나노튜브 (N_CNT) 양극, 저가의무기나노입자-함유나노복합체-막및탄소나노여과기 / 그래핀-함유고효율-나노복합체 2극성- 판이고찰되었음 - 한편, 최근의 DEFC를대상으로한저온직접연료전지와더불어, DEFC에서의 Ru, Sn 및 Pt의촉매성능이고찰되었고, DMFC용복합나피온 /Pd/SiO2 나노여과기-막에대한새로운결과가제시되었으나, 전극-막접합체 (MEA) 가열압착최적화와가동-중 DMFC 열화에대한연구가더요구되고있음 - 최근의연료기술인미생물연료전지연구분야에서는, 음극용폴리아닐린나노입자의산도개량에의한전극촉매개선및 Cu-프탈로시아닌및니켈나노입자로된새로운양극물질의적용이고찰되었음. - 더불어, 광전기화학전지용광-음극물질에대한연구에서는광-민감물질로서의몰리브덴-디티올렌복합체및 Ga-도핑텅스텐삼산화물이고찰되었으며, 재생가능메탄올연료-사용연료공정에서의메탄올-개질용 Cu-기저촉매가재검토된동시에, 새로운 PTFE-나피온-막반응기에대한결과도제시되었음 에너지변환소재 열전소재 온도구간에따라사용가능한열전재료가다르며약 200 이하에서는 BiTe계가우수하고, 약 500 까지는 PbTe계가쓰이며그이상의온도에서는 SiGe계가가장우수한성능을갖는다고알려져있음 - 현재열전특성이우수하여실용화되고있는재료로는 (Bi,Sb)2, (Te,Se)3계, PbTe계및 SiGe계등 chalcogenide계와 silicide계가주종을이루고있음. 최근고체물리학과재료과학의발달과더불어우수한열전특성을갖는신물질 ( 신소재 ) 개발에박차를가한결과, skutterudite, clathrate, half-heusler 등의결정구조를갖는물질이열전특성향상에획기적으로기여할수있다는가능성이제시됨 188

193 전략제품현황분석 압전소재 압전소재의주재료는대표적인페롭스카이트물질인 BaTiO3와기계적성질이우수한 Pb(Zr,Ti)O3 등의복합페롭스카이트구조를가진소재를중심으로개발이이루어져왔으나, 최근에는휘발성유해물질인 PbO가함유되지않으며, 물리적성질과기능이우수한비납계압전소재의개발과응용에관한연구가활발히진행됨 - 압전소재기술은통신기기분야, 의료기기분야, 가정용전자기기분야, 정밀계측기기분야, 군용분야등다양한산업분야에응용이되어왔으며, 최근에는주변의무제한활용되고있지않은진동, 충격, 풍력, 조력등각종물리적기계에너지를소재및부품화기술을통하여고효율전기에너지로변환, 활용하는압전에너지하베스팅기술에도적용되고있음 - 친환경기반의에너지하베스팅은유비쿼터스, 무선모바일시대의전자기기에필요한수마이크로와트급의대체소형에너지원으로서뿐만아니라, 도로, 철로, 활주로등의사회기반시설등에대규모로설치할경우수메가와트급의전력공급이가능한신개념의에너지원으로하베스팅시스템의고출력화, 장수명화, 그리고저장장치의고효율화를구현하기위한소재및구조의개발에관한연구가필요한실정임 환경소재 최근국내에서활발하게개발되고있는고분자막에비해서세라믹막의개발은현재까지거의진행되고있지않음 1990년대후반에는실험실규모로세라믹막을이용한호기성처리및혐기성소화공정에대한연구가진행되었음. 하 폐수처리분야는아직까지실험실규모혹은파일럿연구단계이며실규모현장적용사례는거의없음 효성에바라에서일본 NGK 막을이용한정수처리공정을연구한바가있으며, 수자원공사연초정수장에전오존과결합된세라믹막수처리공정을도입하였음 막모듈제조기술은아직까지국내기술개발이거의진행되지않아선진국기술과의격차는큰편임 (5~10년). 국내의세라믹소재관련기반기술수준을고려할때집중적인연구개발을통해서기술격차를줄일가능성있음 세라믹막을이용한수처리및 MBR 공정기술은국내에서는아직까지실험실혹은파일럿단계에있기때문에선진국기술과의격차가큰편임 ( 약 5년 ). 선진국에서도아직까지세라믹막을이용한대규모수처리시설의사례가많지않은편이므로, 향후사업추진등에따라서엔지니어링기술의격차를줄일수있는가능성이있음 흡착기술의경우 2000년이전까지는국외흡착기술에비하여미미한수준이었음. 방독면용첨착활성탄을전량수입하여공급할정도로대부분의흡착관련물질을수입또는외국기술력에의존하였음. 그러나이후많은연구와투자를통해상당수준의흡착기술력을확보하였음 나노세공소재를이용한에너지절감형하이브리드나노흡착제가개발되었음 ( 한국화학연구원바이오리파이너리연구센터 : 2010년 03월 31일 ). 본흡착제는세계적화학회사인독일바스프사의하이브리드나노세공소재보다표면적과기능, 수열안정성면에서성능이향상되었다는평가를받음 189

194 세라믹소재 - 에너지 환경세라믹 해양리튬추출특성을지닌흡착제가개발되었음 ( 한국지질자원연구원개발 ; 포스코상용화 : 2010 년 11월 29일 ). 해양리튬추출기술상용화에따른경제성향상을위해흡착제로평가됨. 기존 PVC ( 폴리염화비닐 ) 성분을이용해해수리튬을추출하는일본의방식에비해환경오염이없고, 흡착제가반영구적사용가능 정수장및폐수처리장, 정밀산업에적용가능한기능향상용흡착제가개발됨 ( 한일그린텍 : 2010년 01월 27일 ). 고기능성필터용흡착소재, BCT 바이오담체등환경소재용흡착제생산 다이옥신제거용흡착제가개발됨 ( 포항산업과학연구원 : 2004년 11월 15일 ). 나트륨이담지된활성탄흡착제와분코크스를이용한흡착제를통해다이옥신제거가능 나. 주요업체별기술개발동향 (1) 해외업체동향 열전소재 미국은초창기우주 군사용으로개발된국가주도형기술군에서최근에는다양한상용분야로스핀오프 (Spin-off) 화하는단계이며, 가장역동적인열전변환기술관련 R&D가수행되고있는국가임 DARPA의 MPG(Micro Power Generation) 프로젝트에서는열전발전기술을이용한모바일초소형동력발생장치를적극적으로연구개발하고있고, 남가주대학 (USC) 칼텍 (CalTech) 미시건 (Michigan) 주립대학 MIT UCLA 등의연구팀도마이크로동력발생장치에대한연구를수행하고있음 일본은금속계열전소재및모듈의경우이미기업주도의상용기술군으로분류하고있음. 각기업에대응한맞춤형기술들이기업자체적으로개발될정도로산업화의준비가잘갖춰진상태이나각보유기술의구체적현황에대해서는대외적으로잘알려지지않고있음. 국가 R&D 에서금속계는기업주도, 산화물계는학연주도로수행되는특징이있음 녹색기술의선진국인독일도최근열전분야의지원을크게늘려실용가능한기술중심으로다양한연구를활발하게진행하고있으며마이크로모듈화기술분야에서강점을나타내고있다. 특히독일주도하에 2008년을기점으로유럽연맹공동연구프로젝트인 F7프레임워크프로그램에열전소재분야가포함됨으로써유럽연맹에서의본격적연구가진행중이며, 독일내에열전연구관련팀만브라운호프연구소를비롯해최소 30개이상으로알려지고있음 압전소재 전세계압전소재및소자시장의 50% 이상을점유하고있는일본기업을지원하기위한일본정부의투자는주로기초기술을주관하는문부과학성 (MEXT) 과산업기술을주관하는경제산업성 (METI) 을통해이루어짐. 문부과학성에서주관하는대표적인연구개발프로그램으로는 2007년도부터수행되고있는 WPI (World Premier International Research Center Initiative) 를들수있음. WPI에속해있는 5개의 190

195 전략제품현황분석 연구센터가운데, 도호쿠대학에설치돼있는 AIMR(Advanced Institute for Materials Research) 의 'The Device/System Construction Group' 를중심으로압전소재연구가진행되고있음 NIMS의 Sensor Materials Center에서는무연압전소재인 BZT-BCT을개발했고, 이들의발표에따르면압전상수 (d33) 가 620pC/N에이르고있어, 세계최고수준의무연압전소재일뿐만아니라유연압전소재의압전상수를넘어서고있음 일본의 Murata는일본최대의압전소재생산업체로서, 압전액츄에이터, 공진기, 필터, 초음파센서등을주력품목으로하고있으며, Tokin은자동차, 의료기기용압전소자제조업체로서, 압전트랜스포머, 압전자이로센서, 압전액츄에이터등을주력품목으로하고있음. 또한, 일본의 NTK 는압전 ignitor 최대공급업체로서, 압전 ignitor, 압전액츄에이터등을주력생산하고있음 미국에서압전소재관련연구개발프로그램의대부분은국방성 (DOD) 이진행하고있고그다음으로국립보건원 (NIH) 국립항공우주국 (NASA) 에너지부 (DOE) 등에서많이진행하고있음 국방성의연구개발프로그램은 DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency) 에의해수행되며, 구조재료및지능형재료부분에는 2010년약 1억3,000 만달러의연구예산이편성돼있음 중점추진연구는로봇, 우주 항공, 심해탐사용압전세라믹에대한연구임. 로봇을위한거리측정용초음파센서는주로폴라로이드에서양산되고있고, 촉각센서는일리노이대에서연구되고있다. 잠수함이나심해탐사를위한정밀소나 (Sonar), 전장에서전원을얻기위한압전발전기등이개발되고있고일부는민수용으로양산되고있음. 또한진공상태인우주에서사용하기위한각종압전엑츄에이터 ( 예, 초음파드릴 초음파모터등 ) 들이 AVX Morgan Matroc 등에서개발되고있음 미국의 Edo는미국최대의압전소재생산업체로서, 의료용초음파센서, 압전분말등을취급하고있으며, 독일의 PI는적층형압전액츄에이터, 압전센서등을생산하고있음 이차전지 양극재는국산화율이 70% 에달하며, 한국이강국이나, 일본의니치아도높은비중을차지함 음극재와관련하여, 전지제조업체인 Maxell에서는신에츠에서개발한 10 ~ 20% SiOx/C를흑연에섞어이용한전지를개발하였으며, 삼성전자 ( 스마트폰 ) 에납품하였음. 쿠레하社의하드카본은 1세대전기자동차용음극재로좋은평가를받고있으며, 美 EnerDel사및 LG화학의전기차용소재로납품하였음 히타치케미칼, 일본카본, JFE 케미칼 3대선도기업들의시장점유율이 % 에서 2011년 74% 로확대되어시장지배력이더욱더강화되는양상 191

196 세라믹소재 - 에너지 환경세라믹 * 출처 : 리튬이차전지산업동향, 한국수출입은행해외경제연구소 [ 음극재생산현황및업체시장점유율 ] 분리막과관련하여, 2010년일본의 3대업체 ( 아사히카세이, 폴리포어, 토레이토넨 ) 로전체의 70% 를공급하고있음 우베, SK Entek 등의 2위권업체들의시장점유율이빠르게확대되고있고, BenQ, Wuhu chery engineering 등대만및중국업체들이 2012년상업생산을목표로새롭게분리막시장에진입하고있음 전해질과관련하여, 전해액의공급능력은리튬염 (LiPF6) 생산능력에영향을받으며일본의칸토덴카, 스텔라케미파, 모리타화학 3사가대부분을공급하고있음 연료전지 SOFC 방식은 MCFC와더불어 Stationary 시스템의주력기술이며, 선두업체로는과거 12년간재정적보조를받았던 Bloom Energy가있음 Bloom Energy는 SOFC 기반의수소연료전지글로벌리딩업체로서, Boom Box라는제품명으로글로벌대표기업들의건물용보조전원으로공급중 Bloom Energy의 CFO는 2012년인터뷰에서매출급성장과매출원가감소를통해턴어라운드가가까운시일내에가능할것으로전망 현재까지 Bloom Energy는미국내영업에집중하였으나일본 3위통신업체인 Softbank와의 JV(50:50) 을통해해외진출을시작함 192

197 전략제품현황분석 [ Bloom Energy 연료전지제품및 ebay 설치사례 ] MCFC 기반수소연료전지글로벌리딩업체인 FCE는 100 MW급이상의대형발전용분야에집중하고있으며디자인, 제조, 판매, EPC, 서비스를턴키로공급하고있음 2013년매출은전년대비 56% 성장한 188M$ 를기록함에따라수익성개선도지속되고있고, 고객기반은주로북미, 유럽, 아시아이며, Clean natural gas와신재생바이오가스분야에서 12 조규모의시장창출이가능할것으로전망함 2013년 1월코네티컷주 Bridgeport 근교에천연가스를연료로하는 15MW급연료전지발전소를건설할것이라고발표함 한국파트너인포스코에너지와연료전지역사상가장큰규모인 212.8MW 규모의 Cell 공급계약을통해아시아시장에진출함 미국의 PEMFC 연료전지시스템업체로물류에사용되는지게차용연료전지판매가주력사업이며 2013년 4분기말수주액은 43백만달러를달성하였음 (2) 국내업체동향 열전소재 선진국대비기술경쟁력이부족하지만, 수요산업과의연계를통한성장잠재력보유 최근열전기술분야에대한중요성을인식해국가주도형대형과제가진행중으로지식경제부에서지원하고있는에너지중대형사업 나노기반열전소재및모듈화기술 개발사업 ( 총괄 : 한국전기연구원 ) 및 차세대열전반도체고차나노구조소재기술개발 사업 ( 총괄 : 한국세라믹기술원 ) 이대표적임 압전소재 한국의경우최근몇개의대기업이압전소재등과같은지능형소재연구를시작했지만현재까지는중소기업을중심으로하는다품종소량의압전소자등이생산되고있는데품질이낮은중저가제품이주류를이루고있음 현재지식경제부를중심으로연구계에서개발된압전소재를상용화하기위한연구개발프로그램이진행중임. 대표적으로차세대소재성형기술개발사업과소재원천기술개발사업등을통해압전소재에대한연구가진행되고있음 193

198 세라믹소재 - 에너지 환경세라믹 삼성전기에서는압전필터, 공진기, 압전센서등을, 래트론에서는공진기, 압전변압기, 압전필터등을생산하고있으며, 동일기연에서는압전변압기, 압전액츄에이터등을, 경원훼라이트는가습기용압전액츄에이터, 압전센서등을주력품목으로하고있음 2012년또는그이후에 RoHS가발효돼언젠가는유연계압전소재는사용이금지될것이다. 따라서현재의 PZT를대체할수있는고성능무연압전소재의개발이필수적임 LiNbO3와같이큐리온도가높은압전소재가있지만압전상수가낮기때문에엑츄에이터로사용하는것이불가능함. 따라서고온에서도높은압전상수를가지는압전소재의개발이필요함 기계분야 ( 예, 자동차 로켓 잠수함 ), 전기전자분야 ( 예, LCD TV 스마트폰 ) 등의여러분야와결합된연구를통해새로운압전시장을개척함으로써압전소재의가치를높일수있음 이차전지 삼성SDI, LG화학, SK에너지, 한화솔라원, 코캄등전지제조업체로구성되며그리드저장용, EV용, 신재생에너지용리튬이온전지를생산함 양극 (cathode), 음극 (anode), 전해질 (electrolyte), 분리막 (separator) 등전지를구성하는핵심소재를제조업체에공급하는업체로구성됨 음극제조업체로는유미코아, L&F 신소재, 대정 EM, 에코프로, STM 등이있으며, 양극제조업체로는 GS칼텍스, 썬텔, 일진머티리얼즈가있고, 전해질제조업체로는파나스이텍, 솔브레인, 후성, 리켐등이있으며, 분리막제조업체로는 SK에너지, LG 화학, 삼성 SDI 등이있음 분리막의경우, 리튬이온전지를생산하는업체에서동시에생산하고있음 리튬이온전지는이차전지중에서국내기업의주요수출품목이며, 총매출의 90% 이상이내수가아닌수출에서발생됨 리튬이온전지는국내기업의세계시장점유율이지속적으로증가할것으로전망됨 수출을목적으로자동차, 항공, 전자기기, 국방등다양한산업에적용할수있도록애플리케이션포트폴리오다양화필요함 세계시장진입을위한글로벌경쟁력향상을위해서는글로벌실증프로젝트통한국제적인지도가필요할것으로판단됨 연료전지 SOFC 분야에서, LG Fuel Cell Systems는평관표면을분할하여양극, 전해질, 음극을엇갈리게피복하고단위셀사이를세라믹 interconnect로연결한세라믹일체형의독자평관모델을개발하고있으며, 현재로는가장앞선모델로평가됨 PEMFC 시스템분야에서, Clear Edge Power는 2003년설립하여. 현재연료전지 stack, 연료개질기, 통합 BOP 시스템분야에서주목할만한활동을보이고있음. 2013년 2월 UTP Power를합병, 건물과차량에공급할수있는연료전지생산에집중함 2014년 7월두산그룹에인수되어, 두산퓨얼셀아메리카로사명이바뀜 194

199 전략제품현황분석 환경소재 환경소재는국내기술력의급격한신장으로해외기술과의비교에있어서상당한경쟁력을가지고있음 해양유류유출오염에대한대응가능한흡착기반기술력이상대적으로약함 대표적인흡착제인활성탄에대한국내시장이영세한규모의생산업체들의난립으로가격경쟁이심화 이미상용화된저가의중국산제품의수입이대폭증가하여새로운신소재의개발에영향을줌 195

200 세라믹소재 - 에너지 환경세라믹 다. 기술인프라현황 국내에너지환경소재인프라로활용할수있는시설에는한국세라믹기술원, 전자부품연구원, 에너지기술연구원, 한국산업기술시험원재료기술센터등이있음 [ 국내인프라현황 ] 인프라장비구축현황인력연구성과차별화및특화분야 세라믹기술원 2 세대급단결정성장용파일럿장비, 소자특성평가장비구축 석박사 17 명포함총 21 명 고온내열다공성축열소재 SOFC 용구성소재제조기술 특허출원및등록 35 건 에너지재료용분말합성 슈퍼캐패시터소재제조 신뢰성평가 스타컴퍼니육성 전자부품연구원차세대전지연구센터 2 세대급전지제조용파일럿및특성평가장비구축 석박사 23 명포함총 42 명 EV용고용량 / 고출력리튬이온이차전지양음극소재 SO2 무기전해질기반이차전지전력저장용 Redox Flow Battery 2 세대급전공정지원가능 사업화지원 신뢰성시험, 평가, 분석등인프라제공 에너지기술연구원에너지소재연구실 2 세대급슈퍼커패시터, 이차전지제조용파일럿장비 석박사급 15 명포함총 16 명 고투과선택성팔라듐계치밀복합수소분리막 흐름전지고성능탄소전극기술 산업용공정기술개발 부품 / 소재지원 한국산업기술시험원재료기술센터 무기소재특성평가장비 총 30 명 소재 / 공정평가지원 공인시험기관 부품 / 소재기업지원 기존의인프라를통하여에너지환경소재의발전을도모하여왔으나, 소재기술의선제적확보의필요성에도불구하고이를확보하지못하였다는점과선진국의소재무기화로인하여국내연구개발은한계에봉착하고있음 차세대핵심소재인에너지환경재료개발을통한신에너지환경산업의기술경쟁력의확보가매우시급함 기존노후장비의교체및인증을위한시설보완투자와안정적인운영인력확보를위한대책마련필요 196

201 전략제품현황분석 에너지와환경분야국가연구개발사업을현재수행하고있는인력의소속학과를보면대부분환경공학과, 소재, 화공등에너지및환경분야와직접관련있는학과의교원이지만전체의 30% 이상의연구책임자는경제학과, 전기공학과, 기계공학과, 의학과등직접적인관련성이떨어지는학과의소속으로확인됨 연구인력의학사-석사-박사전공을분석한결과, 전공분류의중분류수준에서학사-석사-박사전공이일치하는인력은전체의약 55% 에불과하였고절반이상의인력은교육과정또는학위취득후경력선택과정에서전공의이동을경험하고있음 공학계열의토목공학, 화학공학, 자연계열의수학 / 물리 / 천문 / 지리분야는학부의전공자비중은높으나현소속비중은낮아향후의광범위한응용의기반이되는기초학문의육성이필요함 학위취득이후현재까지동일한분야에서연구를지속하는인력은약 25% 에불과한것으로파악됨. 따라서, 연구를지속할수있는환경의구축이요망됨 박사급핵심연구인력의경우양적수급은더이상정책초점이아니며교육과정보다는양성이후의경력개발과정을거쳐핵심인력으로성장하는과정이중요함 기존학과체제는기술과산업의빠른발전과변화를더이상따라갈수없으므로오히려교육단계에서는어느분야에서도적응할수있는기초역량을축적하는데더욱집중하여야할것이며, 교육을통해잠재적인력풀을확보하고연구개발을통해전략분야핵심인력으로성장시키는교육 -연구연계전략이필요함 국내기업이세계시장의리더가되기위해서는제품기술의우위와함께표준 인증 실증분야의인프라형성이중요 ( 표준 ) 한국이컨비너를맡고있는 IEC TC34내의 OLED조명 WG에대한지원이필요하며현재제정된 KS표준들의개정작업도시급 ( 인증 ) KS보완및국제표준이제정되는것에맞추어성능표준에대한인증기관선정및인증을위한성능측정장비구축필요 ( 실증 ) 성능지표의확인및신뢰성향상연구를위한 실증프로그램 이필요하며, 대국민홍보를겸한 생활형실증단지 구축필요 국내주요인프라를보유하고있는기관으로는 ETRI, 전자부품연구운, 서울대, 경희대, 전북나노기술집적센터등이있음 (ETRI) OLED 조명관련국책사업을통하여 OLED 조명연구개발을진행하고있으며, 백색 OLED와조명패널, 색가변 OLED 조명등다양한형태의 OLED 조명패널을개발하고있으며, OLED 조명디자인공모전을진행하여왔으며 OLED 조명표준화를주도 ( 전자부품연구원 ) 백색 OLED 조명을주로개발하였으며, Flexible OLED 조명등을개발하고있음. 투명 OLED 조명등을개발 ( 대학 ) 서울대, 경희대, 순천향대, 조선대등에서 OLED 조명을위한백색 OLED 기초기술을개발 197

202 세라믹소재 - 에너지 환경세라믹 전북나노기술집적센터 제품명 / 사진제작사용도 SNU precision PLED & OLED 공정 Color Filter 프린팅공정 Flexible Display & OTFT 공정 Substrate Size : 370 x 470mm(0.5~1.1t) Deposition Uniformity : ± 7% ILMARE SYSTEM Thin Film Encapsulation System SNU precision 고분자 무기박막증착 Flexible 디스플레이공정개발 박막 Passivation System Configuration : - Monomer Process zone - UV Curing zone - Sputter zone 에프엔에스 FPD 제조공정중식각및기판상의 PR 을제거 System Configuration - Loader & Unloader - Etch Unit - Strip Unit Etcher/Stripper 198

203 전략제품현황분석 라. 특허동향분석 (1) 연도별출원동향 에너지 환경세라믹분야의지난 7년 ( 10~ 16) 간출원동향 16) 을살펴보면연도별로출원경향이증가, 감소를반복하고있으며지속적으로에너지 환경세라믹관련기술개발이감소하는추세 각국가별로살펴보면일본출원경향은감소-증가-감소추세, 미국은감소-증가-감소추세, 한국은소폭증가-감소하는추세, 유럽은소폭의증감을보이며감소하는경향을보임 국가별출원비중을살펴보면일본이 33.7% 로최대출원국으로에너지 환경세라믹기술을리드하고있는것으로나타났으며, 미국이 33.1%, 한국이 27.5% 의출원비중을보임 [ 에너지 환경세라믹분야연도별출원동향 ] 16) 특허출원후 1 년 6 개월이경과하여야공개되는특허제도의특성상실제출원이이루어졌으나아직공개되지않은미공개데이터가존재하여 2015, 2016 년데이터가적게나타나는것에대하여유의해야함 199

204 세라믹소재 - 에너지 환경세라믹 (2) 국가별출원현황 한국의출원현황을살펴보면 13년이후감소하는추세를보임. 또한출원인대부분이자국출원으로한국내의기술력이우수한것으로추정 일본의출원현황은 10년부터조금씩감소하는경향을보이고있으며, 13년에서 14년까지외국인의출원증가로인해증가하였다가다시감소하는추세를보임. 일본역시출원인대부분이자국출원으로일본내의기술력이우수한것으로추정 미국의출원현황은소폭의증감을보이며 12년부터지속적으로감소되고있는추세를보이고있으며, 유럽의경우출원인대부분이외국인으로자국인의출원이미미하게나타남 [ 에너지 환경세라믹분야국가별출원현황 ] 200

205 전략제품현황분석 (3) 투입기술및융합성분석 에너지 환경세라믹분야의투입기술을확인하기위하여특허분류코드인 IPC Code 17) 를통하여살펴본결과에너지 환경세라믹분야의가장높은 IPC는 B01J 기술분야가 438건으로가장많이차지하고있으며, 이어서 B01D가 342건, H01M가 123건으로다수를차지 이외에 C04B 102건, C01B 87건, C07C 79건, C02F 60건, C10G 58건, H01L 39건, F01N 35건순으로기술이투입되어있어에너지 환경세라믹분야에다양한기술이융합되어존재 더불어해당 IPC의특허인용수명을살펴보면 B01D 기술분야의수명이 10년으로가장긴것으로나타났으며, H01L와 F01N 기술분야는 6년으로가장짧은것으로분석 [ 에너지 환경세라믹분야상위투입기술 ] IPC 기술내용특허인용수명 (TCT) 18) B01J 화학적또는물리적방법 9 년 B01D 분리 10 년 H01M 화학적에너지전기적에너지직접변환하기위한방법또는수단 8 년 C04B 석회 ; 마그네시아 ; 슬래그 ; 시멘트 ; 그조성물 8 년 C01B 비금속원소 ; 그화합물 8 년 C07C 비환화합물또는탄소환화합물 9 년 C02F 물, 폐수, 하수또는오니 ( 슬러지 ) 의처리 8 년 C10G 탄화수소유의분해증류 ; 액체탄화수소혼합물의제조 9 년 H01L 반도체장치 ; 다른곳에속하지않는전기적고체장치 6 년 F01N 기계또는기관을위한가스유소음기또는배기장치일반 6 년 17) 전세계적으로통용되고있는국제특허분류 (IPC: International Patent Classification) 를통해특허정보기술분야에서공지기술을조사할수있으며, 기술및권리정보에용이하게접근가능 18) 특허인용수명지수는후방인용 (Backward Citation) 에기반한특허인용수명의평균, Q1, Q2( 중앙값 ), Q3 에대한통계값을제시함. 특히이와같이산출된 Q2 는 TCT(Technology Cycle Time, 기술순환주기또는기술수명주기 ) 라고부름 201

206 세라믹소재 - 에너지 환경세라믹 투입기술이가능많은 B01J 분야와융합이높게이루어진기술은 B01D 분야로나타났으며, C01B, C07C 분야와도융합된기술의건수가높은것으로분석 이외에 B01D 분야와융합된기술은 C04B, F01N, C02F 분야와융합된기술이많은것으로나타났으며, H01M 분야와융합된기술은 H01L, B22F, 01G, H01G 기술로분석 [ 에너지 환경세라믹분야 IPC 기술및융합성 ] (4) 주요출원인분석 세계주요출원인을살펴보면주로일본의출원인이다수의특허를보유하고있는것으로나타났으며, 화학분야의출원인이대부분 주요일본출원인을살펴보면 MITSUBISHI CHEMICAL, NAT INST FOR MATERIALS SCIENCE, JX NIPPON OIL ENERGY 등화학기업과 NGK INSULATORS 등전자기업이다수출원을하고있는것으로나타났으며, 이들일본출원인은 NGK INSULATORS를제외하고는주로일본본국에출원건수가높은것으로나타남 한국출원인으로는한국화학연구원이상위출원인으로나타나에너지 환경세라믹관련기술을다수보유 가장많은특허를보유하고있는일본의 NGK INSULATORS의 3극패밀리수가 45건으로다국적으로시장을확보하며출원을하고있는것으로보이며, 미국의 CORNING과영국의 202

207 전략제품현황분석 JOHNSON MATTHEY 도각각 24 건, 22 건으로다국적시장을확보 영국기업인 JOHNSON MATTHEY 이확보한특허의피인용지수가 3.86 으로가장높게나타 나, 기술의파급성이높은원천기술을다수보유하고있는것으로분석됨 [ 주요출원인의출원현황 ] 0 주요 IP 시장국 ( 건수 %) 3 극 주요출원인 국가 한국미국일본유럽 IP시장국종합 패밀리수 ( 건 ) 피인용 지수 주력기술분야 NGK INSULATORS 일본 % 32% 29% 미국 세라믹및전자부품 MITSUBISHI CHEMICAL 일본 % 10% 80% 7% 일본 13 4 화학및전자부품 CORNING 미국 % 31% 6% 미국 특수유리및세라믹 NAT INST FOR MATERIALS SCIENCE 일본 % 88% 4% 일본 3 0 유기 / 무기재료 JX NIPPON OIL ENERGY 일본 % 56% 12% 일본 15 0 석유화학및에너지 JOHNSON MATTHEY 영국 8% 84% 8% 미국 촉매및금속 한국화학연구원 한국 95% 5% 한국 0 0 화학산업전반 BASF 독일 18% 64% 18% 미국 15 6 화학제품 DOW GLOBAL TECHNOLOGIES 미국 % 37% 26% 11% 미국 19 0 화학제품및촉매, 코팅 203

208 세라믹소재 - 에너지 환경세라믹 (5) 국내출원인동향 국내출원인동향을살펴보면대기업은삼성전자의출원건수가가장높게나타났으며, 중소기업에서는알란텀, 지메텍, 청호환경개발의출원건수가높게나타남 그밖에대기업의주요출원인은 LG하우시스, 현대자동차, LG화학, SK이노베이션, 동진쎄미켐, EMW, 도레이케미칼등이있으며, 중소기업의주요출원인은알란텀, 지메텍, 청호환경개발, 아이앤비에어등이주요출원인인것으로나타남 기업이외의주요출원인을살펴보면한국화학연구원, 한국에너지기술연구원, 한국과학기술연구원, 한국기계연구원등연구소 / 공공기관의출원이다수나타났으며, 대학은한국과학기술원, 서울대학교, 인하대학교, 서강대학교, 성균관대학교, 한양대학교의출원이높은것으로분석됨 [ 국내주요출원인의출원현황 ] 204

209 전략제품현황분석 5. 중소기업환경 가. 중소기업경쟁력 에너지 환경세라믹분야의중소기업경쟁력은기술분류별로차이가있으나중소기업이다수참여 하여시장에서의역할이큰분야로나타났으나, 에너지 환경세라믹분야기술은원천기술및높은 기술력을요구하는분야로중소기업의경쟁력이낮은것으로분석됨 [ 에너지 환경세라믹분야중소기업현황 ] 기술분류주요기술대기업중소기업중소기업참여영역중소기업 참여정도 원료 고온안정성, 고이온전도성, 다공성, 흡착성 애경 백석화학, 나노랩, 나노스페이스, 제오빌더 금속산화물양극재, 음극재, 다공성활성탄소 한화케미칼 코스모신소재, 대정이엠, 신기화학 소재 멤브레인가스분리막 Separator SK 이노베이션 나노기공소재, 칸세라, 허니컴촉매담체 - 세라컴, 칸세라, 코센테크 수처리용필터 일진머티리얼 세라컴, 나노기공소재 부품 전해질막이온전도막전극막 LG 화학, 삼성 SDI, 솔브레인 CSTech NOx SOx 저감촉매 세라컴, 칸세라, YJC * 중소기업참여정도와점유율은주요제품시장에참여하는중소기업의참여규모와정도 ( 업체수, 비율등 ) 를고려하여 5 단계로구분 ( 낮은단계 :, 중간단계 (,, ) 높은단계 : ) 205

210 세라믹소재 - 에너지 환경세라믹 나. 중소기업기술수요 에너지 환경세라믹분야의중소기업의기술수요를파악하기위하여중소기업기술수요조사및중소기업청 R&D신청과제 (2013~2015 년 ) 를분석한결과아래표의내용과같은수요들이다수있는것으로분석 에너지 환경세라믹분야중소기업은최근에에너지및환경세라믹조성공정과관련된기술개발에다수수요가있는것으로나타남 [ 에너지 환경세라믹분야과제신청현황및수요조사결과 ] 전략제품기술분류관심기술 저탄소및자원순환 관련세라믹 제조기술 동절기제설제에강한자원순환형콘크리트보도블록개발 순환자원 (FNS & dba) 을유효이용한내구성강한반강성도로포장재개발 보크사이트부산물을활용한탄소저감형보강토옹벽블록의제품화기술 폴리실리콘생산시발생되는부산물을활용한저탄소콘크리트결합재및콘크리트 2차제품제조기술 에너지 환경 세라믹 친환경세라믹 친환경고효율초고온단열재개발 소취형혼화제및친환경레미콘개발 활성슬러지를사용한친환경콘크리트제조기술 친환경액상 PVAc 복합폴리머를이용한콘크리트구조물의고내구성보수재개발 시멘트몰탈및페인트대체를위한친환경황토미장재개발 206

211 전략제품현황분석 다. 중소기업핵심기술 (1) 데이터기반요소기술발굴 에너지 환경세라믹분야의특허및논문데이터검색을통해도출된유효데이터를대상으로데이터마이닝기법 (Scientometrics 기법 ) 을통해클러스터링된키워드의연관성을바탕으로요소기술후보군을도출 에너지 환경세라믹기술의특허및논문유효데이터를기반으로키워드클러스터링을통하여 8개의요소기술후보군을도출 제품별 dataset 구축 : 에너지 환경세라믹기술관련특허 / 논문데이터를추출하여노이즈제거후제품별 dataset 구축 1차클러스터링 : 키워드맵을통한고빈도키워드확인-빈도수 (tf-idf) 19) 가상위 30% 에해당하는키워드를대상으로 1차추출 2차클러스터링 : 1차클러스터링에서추출된고빈도키워드사이에서고연관도키워드를 2차추출 ( 고연관도기준은연관도수치 20) 가 2이상인클러스터로제한 ) 다음그림은키워드간연관네트워크를시각화한것으로, 각키워드를나타내는원과키워드간의연관도를나타내는직선으로구성 각키워드가특허와논문중어느데이터에서도출되었는지원의색으로구분하였으며, 키워드로도출된클러스터는황색음영으로표시 키워드를나타내는원은고빈도의키워드일수록원의크기가크게표현되며, 연관도를나타내는선은키워드사이의연관도수치가높을수록굵게표현 에너지 환경세라믹기술전략제품의특허 논문유효데이터에대하여키워드클러스터링결과를기반으로요소기술도출 데이터기반의요소기술도출은키워드클러스터링을통해도출된요소기술에대하여전문가의검증및조정을통하여요소기술을도출 19) 빈도수 (tf-idf) : 각키워드가출현되는특허또는논문수를의미 20) 연관도수치 : 두개이상의키워드사이의특허또는논문수를의미 207

212 세라믹소재 - 에너지 환경세라믹 [ 에너지 환경세라믹분야키워드클러스터링 ] [ 에너지 환경세라믹분야주요키워드및관련문헌 ] No 주요키워드연관도수치관련특허 / 논문제목 클러스터 01 electrode, porous carbon electrode, lithium-ion battery 4~8 1. Boron-doped diamond electrodes for the electrochemical oxidation and cleavage of peptides 2. Surface conductivity measurements for porous carbon electrodes 3. Hydrothermal carbon-based nanostructured hollow spheres as electrode materials for high-power lithium-sulfur batteries 클러스터 02 air, filter 5 1. Alumina/TiO 2/hydroxyapatite interface nanostructure composite filters as efficient photocatalysts for the purification of air 2. Elimination of toxic products formation in vapor-feed passive DMFC operated by absolute methanol using air cathode filter 3. An investigation on the efficiency of air purification using a biofilter with activated bed of different origin 클러스터 03 permeability, porous ceramic membrane 2~3 1. Fractal geometry model for through-plane liquid water permeability of fibrous porous carbon cloth gas diffusion layers 2. Synthesis of ceramic hollow fiber supported zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) membranes with high hydrogen permeability 3. Permeability, strength and filtration performance for uncoated and titania-coated clay wastewater filters 4. Comparative study of structure and permeability of porous oxide films on aluminum obtained by single- and two-step anodization 208

213 전략제품현황분석 No 주요키워드연관도수치관련특허 / 논문제목 클러스터 04 fuel cell, current density 5~6 1. Preparation and growth of N-doped hollow carbon nanospheres and their application as catalyst support in direct borohydride fuel cell 2. Next-generation polymer-electrolyte-membrane fuel cells using titanium foam as gas diffusion layer 3. Nitrogen-doped ordered porous carbon catalyst for oxygen reduction reaction in proton exchange membrane fuel cells 클러스터 05 adsorbent, adsorption capacity 4~8 1. Biomass derived low-cost microporous adsorbents for efficient CO2 capture 2. Adsorption and separation of CO2/CH4 mixtures using nanoporous adsorbents by molecular simulation 3. Textural and adsorption characteristics of carbon xerogel adsorbents for removal of Cu (II) ions from aqueous solution 클러스터 06 filter, ceramic foam filter, filtration 4~5 1. Effect of electromagnetic fields on the priming of high grade Ceramic Foam Filters (CFF) with liquid aluminum 2. Wetting and its influence on the filtration ability of ceramic foam filters 3. LOW EXPANSION CORROSION RESISTANT CERAMIC FOAM FILTERS FOR MOLTEN ALUMINUM FILTRATION 클러스터 07 fuel cell, current density 5~6 1. Preparation and growth of N-doped hollow carbon nanospheres and their application as catalyst support in direct borohydride fuel cell 2. Next-generation polymer-electrolyte-membrane fuel cells using titanium foam as gas diffusion layer 3. Nitrogen-doped ordered porous carbon catalyst for oxygen reduction reaction in proton exchange membrane fuel cells 클러스터 08 gas, carbon dioxide, nitrogen oxide 7~14 1. EXHAUST GAS PURIFIER 2. Palladium coated porous anodic alumina membranes for gas reforming processes 209

214 세라믹소재 - 에너지 환경세라믹 [ 에너지 환경세라믹분야데이터기반요소기술 ] No 요소기술명키워드 요소기술 01 고효율열전냉각소재 ceramic, capacity 요소기술 02 리튬전지음극재다공성산화물 lithium-ion battery, anode 요소기술 03 연료전지가스개질용촉매담체필터 filter, fuel cell 요소기술 04 기상오염물제거용멤브레인 air, filtration 요소기술 05 다공성세라믹제조기술 porous ceramic 요소기술 06 수질정화용필터 filter, filtration 요소기술 07 이산화탄소및개질미세기공세라믹 porous ceramic, carbon 요소기술 08 메탄산화촉진탄소전극 electrode, catbon 210

215 전략제품현황분석 (2) 요소기술도출 산업 시장분석, 기술 ( 특허 ) 분석, 전문가의견, 타부처로드맵, 중소기업기술수요를바탕으로로드맵기획을위하여요소기술도출 요소기술을대상으로전문가를통해기술의범위, 요소기술간중복성등을조정 검토하여최종요소기술명확정 [ 에너지 환경세라믹분야요소기술도출 ] 분류요소기술출처 에너지세라믹소재조성및공정개발 고효율열전냉각소재 리튬전지음극재다공성산화물 연료전지가스개질용촉매담체필터 기술 / 시장분석, 전문가추천 기술 / 시장분석, 전문가추천, 특허 / 논문클러스터링 특허 / 논문클러스터링, 전문가추천 메탄산화촉진탄소전극 기술수요 환경세라믹소재조성및공정개발 기상오염물제거용멤브레인 다공성세라믹제조기술 수질정화용필터 기술 / 시장분석, 전문가추천, 특허 / 논문클러스터링 기술 / 시장분석, 전문가추천, 특허 / 논문클러스터링 특허 / 논문클러스터링, 전문가추천 이산화탄소및개질미세기공세라믹 기술수요, 특허 / 논문클러스터링 211

216 세라믹소재 - 에너지 환경세라믹 (3) 핵심기술선정 확정된요소기술을대상으로산 학 연전문가로구성된핵심기술선정위원회를통하여중소기업에적합한핵심기술선정 핵심기술선정은기술개발시급성 (10), 기술개발파급성 (10), 단기개발가능성 (10), 중소기업적합성 (10) 을고려하여평가 [ 에너지 환경세라믹분야핵심기술 ] 분류핵심기술개요 고효율열전냉각소재 열과전기를상호가역적으로변환하는열전모듈의 냉각능향상에요구되는열전소재의성능지수향상 및차량등응용범위확대를위한고강도화기술 에너지세라믹 소재조성및 공정개발 리튬전지음극재다공성산화물 리튬이차전지음극재용다공성탄소전극세라믹스제 조기술 연료전지가스개질용촉매담체필터 미연소가스흡착용금속촉매담지용담체세라믹스 제조기술 기상오염물제거용멤브레인 실내공기질정화용세라믹스필터소재및제조기술 환경세라믹 소재조성및 공정개발 다공성세라믹제조기술 분진등입자상기상오염물제거용필터제조기술 수질정화용필터 하 폐수정화용세라믹스필터설계및제조기술 212

217 전략제품현황분석 6. 기술로드맵기획 가. 에너지 환경세라믹기술로드맵 최종중소 중견기업기술로드맵은기술 / 시장니즈, 연차별개발계획, 최종목표등을제시함으로 써중소기업의기술개발방향성을제시 213

218 세라믹소재 - 에너지 환경세라믹 나. 연구개발목표설정 로드맵기획절차는산 학 연전문가로구성된로드맵기획위원회를통해선정된핵심기술을대 상으로기술요구사항, 연차별개발목표, 최종목표를도출 [ 에너지 환경세라믹분야핵심기술연구목표 ] 분류핵심기술기술요구사항 연차별개발목표 1 차년도 2 차년도 3 차년도 최종목표 고효율열전냉각소재 열전소재및냉각모듈고효율화기술 소재 ZT >1.1(n,p 형, 상온 모듈 Z >2.6x10-3/ K 모듈 Z >2.8x10-3/ K 고성능다결정열전소재및열전냉각모듈개발 에너지세라믹소재조성및공정개발 리튬전지음극재다공성산화물 흑연전극제조셀제조, 평가 천연흑연기반다공성탄소전극제조 300mAh/g (0.5C, 100 회수명이상 ) 인조흑연기반다공성탄소전극제조 320mAh/g (0.5C, 100 회수명이상 ) Si, 그래핀등신소재전극제조및평가 450mAh/g (0.5C, 100 회수명이상 ) 다공성탄소전극제조및상품화 연료전지가스개질용촉매담체필터 멤브레인및촉매담체제조 다공성분리막및담체제조 촉매입자담체및분리막코팅 연료및연소가스개질평가 연료및연소가스개질다공성멤브레인촉매담체제조 기상오염물제거용멤브레인 고비표면적흡착및탈착성 NOx, SOx 제거용필터제조 CO 및미연소반응물제거필터제조 VOC 제거용필터제조 복합기능성 VOC 제거필터제조 환경세라믹소재조성및공정개발 다공성세라믹제조기술 고온기체세라믹스분리막제조 막형태및소재선정기공제어 20nm 모듈형상결정기공제어 20nm 분리공정적용기공제어 10nm 세라믹스기체분리막제조기공제어 10nm 수질정화용필터 대면적 / 고효율분리막제조 인제거 0.3ppm 질소제거 30ppm 인제거 0.2ppm 질소제거 20ppm 인제거 0.1ppm 질소제거 10ppm 방류수질확보수질정화용필터제조 214

219 차세대유리 전략제품현황분석

220

221 전략제품현황분석 차세대유리 정의및범위 정의 : 기존의창유리, 병유리와같은전통적인유리와차별화하여고강도나신기능등을갖는유리재료로서디스플레이, 반도체, 자동차, 에너지분야등에서다양한용도로사용되고있는고기능성첨단유리제품을말함 범위 : 차량이나주택의외부에서유입되는태양광에너지를차단하거나투과율을조절하여쾌적한실내환경을제공하는스마트윈도우, 일반적인조성의유리를화학적으로처리하여유리의강도를높여높은기계적특성이요구되는휴대전화의커버글라스등의분야에사용되는화학강화유리, 대형 LCD TV 용초대형글라스기판등 3가지로나뉨정부지원정책 각국정부의그린빌딩정책으로인하여관심이높아지는상황 차세대신산업으로생각하며유망기술로지정 에너지절약및효율을높이기위해기술개발및투자장려 중소기업시장대응전략 강점 (Strength) 약점 (Weakness) 미적, 기능적으로우수 건설업체, 제조업체, 원료공급업체의수익률향상 높은가격 기회 (Opportunity) 위협 (Threat) 에너지절약에대한의식고취상황에서에너지절약 에효과적 중국, 인도및라틴아메리카등후발국가들의급격한 경제성장 중소기업의시장대응전략 신기술확보로글로벌경쟁력강화 고효율, 고부가가치화기술확보를통한시장경쟁력강화 217

222 세라믹소재 - 차세대유리 핵심기술로드맵 218

223 전략제품현황분석 1. 개요 가. 정의및필요성 차세대유리혹은스마트유리 (Smart Glass) 란기존의창유리, 병유리와같은전통적인유리와차별화하여고강도나신기능등을갖는유리재료로서디스플레이, 반도체, 자동차, 에너지분야등에서다양한용도로사용되고있는고기능성첨단유리제품을말함. 매우다양한차세대유리가있으나다음의세가지유리가가장산업적으로중요한분야임 차량이나주택의외부에서유입되는태양광에너지를차단하거나투과율을조절하여쾌적한실내환경을제공하는스마트윈도우 (Smart Window), 수동형 (Passive Smart window) 과능동형 (Active Smart window) 의두가지방식이있음 일반적인조성의유리를화학적으로처리하여유리의강도를높여높은기계적특성이요구되는휴대전화의커버글라스등의분야에사용되는화학강화유리. 통상적으로사용되는물리적방법에의한강화유리나접합유리보다고강도를나타냄 대형 LCD TV 용초대형글라스기판 [ 차세대글라스예 ] * 출처 : CORNING [ LCD 용초대형글라스기판 ] 219

224 세라믹소재 - 차세대유리 스마트윈도우 (Smart Window) 란주택이나차량등의외부에서유입되는태양광의투과율을임의로조절하여실내의온도상승을억제하거나상승시켜서냉방이나난방에사용되는에너지손실을줄이거나에너지효율을향상시켜사용자에게쾌적한환경을제공하는기능을제공하는윈도우를말함. 전원을투입하면투명상태가불투명하게되어유입되는태양광이줄어들게하거나, 또는바깥온도가올라가면색이짙어져태양광에너지를차단하여실내의온도를낮추고, 다시실내온도가내려가면색이옅어져서태양열에너지를흡수하여실내의온도를올리는등태양열에너지의흡수율을스스로조절하는것이가장대표적인기능임. 스마트윈도우에는자외선차단특성, 가시광선조절기능및적외선반사특성이이용되는데, 자동차, 버스, 항공기, 기차등수송분야뿐만아니라, 최근에는주택 인테리어등건축분야, 디스플레이 반도체등정보표시분야등에다양하게응용되고있음 스마트윈도우에는수동형스마트윈도우와능동형스마트윈도우의두종류가있음 수동형스마트윈도우는화학증착법 (CVD) 이나스퍼터링법 (Sputtering) 등의박막증착법으로유리표면에특정물질을증착하여일정파장의태양광을차폐또는투과시키는방법을말함. 전기적또는전자적시스템이없어외부의자극에의해수동적으로스마트한기능 (UV 차단, 태양광으로부터열 /IR 흡수 ) 을수행하는방식이기때문에수동형이라함. 이미이기술은 15년이상사용되고있으며, 기술이성숙되어많은부분에서시장이형성되어있으나, 이방식은필요할때스위치에의해스마트한기능을작동시킬수없다는단점이있음 능동형스마트윈도우는외부에서전류를투입하면자외선 (UV) 나태양광등의투과율이변화되는물질을이용하여원하는때에자유롭게외부로부터유입되는태양광에너지의흡수율을조절할수있는윈도우를말함. 이방식은고분자분산액정 (Polymer Dispersed Liquid Crystal, PDLC) 방식, 전기변색방식 (Electrochromic, EC) 등의방식이있음. 이기술은새롭게개발되어시장에진입하는단계로여러가지장점이있어주택이나수송기기등의여러분야에서응용될것으로기대됨 화학강화유리는화학적으로처리하여높은강도를갖도록제조한유리를말함. 일반적인유리강화방법은물리적방법과화학적방법으로나눌수있는데, 화학적방법은유리표면의조성을변화시켜강도를높이는방법을말함 21세기들어와서는전산업에서에너지절감이빅트렌드중의하나임. 이에주택산업이나승용차등수송기기분야에서도냉난방비용을절감하는것이매우중요한에너지절감방법이기때문에외부에서유입되는태양열에너지를적절히차단하거나이용하는것이매우중요해지고있음. 이러한기능을하는유리를스마트윈도우라하는데, 스마트윈도우는향후주택산업이나수송기기산업에서경쟁력강화를위한매우중요한요소가될것으로생각됨 2012년전체스마트윈도우세계시장은 420억달러였으며, 2019년엔전체스마트윈도우시장은 870억달러, 이중윈도우필름시장은 23억달러 (2.64%), 윈도우글라스시장은 849억달러 (97.36%) 에이를것으로전망됨. 2012~2019년사이의전체스마트윈도우시장의연평균성장률은 11% 로예측되며, 윈도우필름시장의구성을보면, 2012년수동형 6.4 억달러 (61.6%), 능동형 4억달러 (38.4%), 2019년수동형 11억달러 (46.9%), 능동형 12 억달러 (53.1%) 로전망되어, 미래에는능동형필름의수요 (CAGR 17.33%) 가수동형수요 (CAGR 7.72%) 를훨씬앞지를것으로예상됨. 이와같이급성장하는스마트윈도우시장에진입한국내기업은현재거의없는실정임. 따라서이분야에서국내기업들의경쟁력을높이 220

225 전략제품현황분석 기위해서는연구개발투자가절실하게필요함 최근들어고부가가치제품인고사양스마트폰분야에서는전통적인하드웨어기술적인사양의격차는점차줄어드는추세임. 따라서각업체에서는 IT 산업에서경쟁력의원천인각업체의차별성을부각하기위해커버글라스등소재부분의기술개발에집중하고있음. 따라서향후국내 IT 산업의경쟁력을향상시키기위해서는스마트폰이나 TV 등의핵심소재인차세대유리분야의기술개발이필수적이라고판단됨 221

226 세라믹소재 - 차세대유리 나. 범위 유리제품은크게전통유리와차세대유리로구분할수있음. 다음표는두가지유리를비교하여보여주고있음 기존의전통유리제품은단순한수동적기능을가지고주로우리의일상생활에직접활용된데비해차세대유리제품들은소재자체에고도의기술이접목되거나여러복합기능이가미되어산업용제품들의핵심부품으로서중요한기능을발휘하고있음 차세대글라스는크게스마트윈도우와화학강화유리로구분할수있음. 스마트윈도우는주택이나수송기기분야에서자외선차단이나사생활보호용도등으로사용되며, 화학강화유리는핸드폰의전면커버글라스, 터치스크린, 노트북스크린등에이용되고있음. 스마트윈도우는차단기능을임의로조작할수있는지여부에의해수동형과능동형으로구분됨 [ 유리종류의비교 ] 전통유리 차세대유리 판유리용기유리광학유리전자용유리코팅유리 건축용판유리 자동차용판유리 산업용판유리 내열유리 병유리 식기유리 법랑유리 공예유리 안경용유리 카메라렌즈 광학렌즈 형광등유리 전구유리 TV 브라운관유리 거울 반사유리 미장유리 스마트윈도우 단말기기판유리 ( 휴대전화, 네비게이션등 ) LCD 기판유리 태양전지용기판유리 고내열결정화유리 (vision) 고강도식기유리 ( 코닝 ) 광학필터 디카용렌즈 포토크로믹유리 레이저유리 석영유리 ( 포토마스크용 ) 저온소결기판 LTCC유리 광학디스크 전도성코팅유리 무반사코팅유리 발수코팅유리 적외선차단유리 (Low-E 유리 ) 박막형태양전지 222

227 전략제품현황분석 (1) 수동형스마트윈도우 (Passive Smart Window) 기술분류 초창기에개발된스마트윈도우로화학적이나물리적으로증착된필름에의해외부환경에의해수동적으로특정파장의태양광을차폐 외부환경변화에따라태양광의 UV 차단혹은 IR 반사등의역할을수행 사용자가원하는시기에자유롭게차폐기능을켜거나끌수없다는단점이있음 15년전부터상업적으로사용되고있으며현재시장에서많은점유율을보이고있음 로이 (Low-E) 글라스 빌딩유리로서해로운태양광선이나열을차폐하여냉난방등에소요되는에너지를절감하는기능을가진유리 현재에너지절감을위한스마트윈도우제품중가장성숙된시장으로이미큰시장을형성하고있으나, 향후에도큰성장이기대됨 이미성숙시장을선점한기술이있어, 향후기술적차별성을가지기어려움시장임 필름코팅유리 기능이나용도는거의 Low-E 유리와유사하나, 구별되는특징은이유리는유리와필림의두부분으로구성되어있다는점임 Low-E 유리와는달리주로수송기기용으로널리사용되고있음 열변색유리 (Thermochromic Glass) 주위의온도변화에의해유리의투명도나색이변화하는기능을가지유리로서건축이나수송기기분야에서모두사용되고있음 산업적으로이용될수있는기능이나현재까지기능이뛰어나제품이출시되어있지는않음 광변색유리 (Photochromic Glass) 열변색유리와기능은비슷하나열에의해변화가발생하는열변색유리와달리외부의빛에의해변색되는특징이있음 에너지절약을위한분야에서열변색유리와비슷한용도로사용되고있음 223

228 세라믹소재 - 차세대유리 (2) 능동형스마트윈도우 (Active Smart Window) 기술분류 능동형스마트윈도우는기본적으로전기변색 (Electrochromic) 을이용하는기술로전류와같은외부자극 ( 스위치 on/off) 에응답하여필요시햇빛을차단또는투과하는기능이있음 외부환경이변할때사용자가자유롭게차폐기능을수행할수있다는장점이있음 수동형에비해능동형은신속한응답시간, 에너지보존 / 절약, 프라이버시보호등많은편리한기능이있음 고분자분산형액정기술 (Polymer Dispersed Liquid Crystal, PDLC) 두유리판사이에전기자극에의해배향이변하는액정을폴리머매트릭스에분산시킨형태의스마트윈도우. 액정의배향에따라서투과되는빛의양을조절하여빌딩내로유입되는태양에너지의양을조절할수있음. 현재큰시장을건축물용스마트윈도우시장에서큰점유율을갖고있음. 향후건물내부사생활보호용도로도그이용범위가넓어질것으로기대됨 분극입자배향형소자기술 (Suspeneded Particle Device, SPD) 이기술은폴리머매트릭스에분산된분극입자를전기자극에의해조절하여투과되는빛의양을조절하는기술임. 이기술의주요특징은전기자극의세기에의해점진적이색의변화를나타낼수있다는것임 SPD 방식은주로건축분야에서사용되는 PDLC 방식과달리자동차나비행기등의수송기기분야에도널리사용되고있어, 향후 PDLC에비해더큰시장을형성할것으로예상됨 전기변색기술 (Electro-chromic Technology) 이방식은전기자극에의해유리의투명도와색을변화시킬수있는기술임 현재수송기기분야에서널리사용되고있으나, 건축분야에서의응용은아직초기단계임 224

229 전략제품현황분석 [ 스마트윈도우기술비교 ] 구분 분극입자소자 (SPD) 고분자분산액정 (PDLC) 전기변색유리 (Electrochromic) 광변색유리 (Photo chromic) 열변색유리 (Thermochromic) 원리 분극입자배향 ( 광산란 ) 분극입자배향 ( 광산란 ) 전하이동 ( 광흡수 ) 광여기 상전이 주요소자분극입자 Nematic 액정 WO3/EL/ PB 유기물 AgCl, 유기물 Mo doped VOx 구동조건 AC V AC V DC 1.5V UV 열 응답속도 100msec 10msec ~1min ~5min ~3min 광 투과율 (%) 5~70 70~80 5~80 60~80 10~30 광차단성우수나쁨우수보통보통 제조비용보통적정비쌈저렴저렴 개발회사 HGI, RFI NSG, Saint Gobain PB Asahi, Saint Gobain Schott Hoya 225

230 세라믹소재 - 차세대유리 (3) 화학강화유리기술분류 일반적인유리강화방법은물리적방법과화학적방법으로구분될수있음 화학강화유리는화학적으로처리하여높은강도를갖도록제조한유리를말함. 이러한화학강화방법으로는다음의 3가지방법이있음 링거병등의제조에이용되는유리표면의알칼리원자를추출하여강화하는방법 냉장고에사용되는법랑형유리타일제조공정에이용되는열팽창계수가작은유리를피복하는방법 최근휴대전화커버글라스등의제조공정에이용되는알칼리용탕의그속이온과유리표면의알칼리이온을교체하는방법 일반적으로현재상용화된강화유리는세번째방법인이온교환법에의해제조된 하는데, 화학적강화방법은다시고온형과저온형으로구분됨 유리를말 고온형방법은 Chemcor법이라고하는데, 이방법은유리전이온도이상의고온에서열처리하여 Li 이온이유리내의 Na 이온을치환하여표면부에열팽창계수가작은층을유도하여강화하는방법을말함 저온형방법은유리의서냉온도이하인 400~500 의저온의알카리염용액내에유리를담근후수시간동안유지하여유리표면부의알카리이온과용융염내의알칼리이온이교환되면서유리표면부에압축응력을발생시켜강화하는방법을말함 226

231 전략제품현황분석 2. 산업환경분석 가. 산업특징및구조 (1) 산업의특징 유리산업은철강, 화학, 시멘트산업과같이국가발전의기반이되는기간산업의하나로서국내산업발전의원동력이된기초소재산업임 유리산업은그동안건축용, 자동차용및식기등생활용유리로서우리생활에서중요한핵심소재산업의하나로자리를잡고있으며, 단일소재로서연간 10조원이상의큰국내시장규모를형성하고있음 그러나이러한기존의유리제품들은더이상의시장확대및발전을기대하기어려운성숙기의산업이되면서 2000년대이후새로운신기능이접목된중요산업소재로서의 스마트유리 로변혁이진행되어져왔음 최근전기 / 전자, 디스플레이, 반도체, 신재생에너지분야에서새롭게활용이기대되는 LCD 및 PDP 와같은평면 TV용기판유리, 컴퓨터, 휴대폰, 디지털카메라와같은가전제품의액정기판유리, 반도체및디스플레이용포토마스크석영유리, 태양전지모듈용기판유리등의시장이확대되고있음 차세대 ( 스마트 ) 글라스산업의특징은일반유리가장치산업으로서단순히대량생산체제를통해제조되는데반해, 차세대 ( 스마트 ) 글라스는대량생산체제속에서도기술집약적인제품제조가필요하므로독창적이고차별화된원천기술의확립이산업적으로성공하기위한필수요소라는것임 스마트윈도우는자외선차단특성, 가시광선조절기능및적외선반사특성을이용하여자동차, 버스, 항공기, 기차등수송분야뿐만아니라, 최근엔주택 인테리어등건축분야, 디스플레이 반도체등정보표시분야등에다양하게응용되고있음 스마트윈도우는에너지절감및고기능성부여를위한미래형기술로서스마트윈도우는미국, 유럽, 일본등의선진국에서지속적으로용도를개발하고있고일부분야에서는실제로상품화되고있어향후급속한시장확대가예상되고있음 오랜기간틈새시장에불과하던스마트윈도우시장은에너지보존, 그린빌딩, 고연비자동차, 소비자의새로움과편리함에대한욕망및고품질제품을선호하는신흥국 ( 인도, 중국, 브라질등 ) 의중산층인구출현에의해계속확대되고있음 스마트윈도우기술은이미건축 ( 주거용및상업용빌딩 ) 및수송 ( 자동차, 비행기, 선박등 ) 부문에서큰시장을갖고있음 스마트윈도우시장은재료 / 코팅공급업자에서유리제조업자, 스마트윈도우제조업자, 그리고최종사용자 ( 건축업자, 빌딩 주택소유주, 수송수단 ( 차량 ) 소유자 ) 에이르기까지누구에게나성장기회를제공하고있음 이중유리제조업자가스마트윈도우성장의최대수혜자가될것으로예상 227

232 세라믹소재 - 차세대유리 스마트윈도우기술의주된구성요소는스마트필름또는스마트글라스임. 따라서스마트윈도우시장에서유리공급업자는가치사슬내에서그리고최종시장에서상당한영향력을갖게될것으로기대됨 화학강화유리는초기에는작은보안경용으로개발되었으나 IT 기기의경박단소트렌드에의해점진적으로그응용범위가넓어지고있으며, 최근에는 IT 기기의차별화를위한중요요소인핵심부품으로까지그역할이커지고있음 2000년이전까지화학강화유리는주로하드디스크용원판으로연구개발되었으나, 터치스크린패널의산업용응용이확대되면서점차그용도가다양화되고있음 열강화유리는 3mm 이하의유리는제조불가능하나화학강화유리는 0.5~17mm의유리가제조되고있고외부충격에도 2~4배강하고가시광투과율이 7% 더높으며자외선및경시변화에따른변형, 변색도없다는장점이있음 현재가장큰시장을형성하고있는화학강화유리분야는스마트폰의터치패멀커버글라스시장임 이시장에서사용되는화학강화유리는거의전부미국코닝사의고릴라글라스만이양산화되고산업적으로공급되고있음 그외 IT 기기의터치스크린패널분야에서도코닝글라스가주류이나, 최근들어일본의아사히글라스제품이국내스마트폰에적용되면서급성장중에있음 228

233 전략제품현황분석 (2) 산업의구조 스마트윈도우분야의밸류체인에서중요플레이어들은유리제조업자, 배급업자, 마케팅업자, 판매업자, 유리조립업자그리고빌딩이나자동차등에스마트윈도우를설치하는업자등으로구성됨 스마트윈도우의재료와기술에따라서시장의플레이어들을변하는데일반적으로유리기판공급업자 ( 유리기판혹은필름제조 ), 재료공급업자그리고마케팅이나영업그리고기타서비스제공자로구성되어있음 스마트윈도우시장의가장핵심플레이어인유리기판, 필름과재료의주요공급업체들은다음표와같음 [ 공급업체 ] 스마트그라스공업업체스마트필름공급업체화학소재공급업체 Saint-Gobain Pilkington/NSG Group Cardinal Guardian Asahi Glass AFG Industries PPG Industries Schott Glass Soladigm Sage Electronics Architectural Glass Projects Gentex Switch Materials Ravenbrick Polytronix Pleotint US E-Chromics Beijing All Brilliant Sun-TEC Chromogenics DaiNippon Chemicals Hitach Chemicals 3M Solutia Performance Films GlasNovations Chiefway Citala DuPont Teijin Films Toray(Film substrates) SKC(Film substrates) Dai Nippon Ink Landec Intelligent Materials Material Sciences Corp Momentive(Silicone) Dow(Silicone) Solutia Perfomance Films(ITO) Bayer MaterialScience 화학강화유리원판시장은다른기초소재시장과유사하게선진적인몇몇회사가공급을과점하고있는상태임. 즉원판공급자수는적고, 최종제품생산자는매우많은공급자우위시장을형성하고있음 특히국내에는원판유리생산업체가거의없어전량수입에의존하고있으며, 국내업체는이를임가공하여터치스크린패널을생산대기업에납품하는구조를가지고있음 화학강화유리의공급사슬은유리원판공급업체, 화학강화혹은 TCO (Transparent Conductive Oxide) 증착업체, 패널이나모듈제조업체그리고마지막으로 IT 기기세트업체로구성됨 현재국내에는유리원판제조업체는없으며, TCO 증착분야와터치패널제조분야에주소기업위주로참여하고있으며, 세트업체는주로대기업이참여하고있는형태를이루고있음 미국의코닝사는 2007년부터 Gorilla라는이름으로, 일본의 AGC는드래곤트레일을통해 2012년부터화학강화유리를대량생산하고있음. 국내에도 60~70개의중소기업에서화학강화유리를취급하고있음 229

234 세라믹소재 - 차세대유리 나. 경쟁환경 스마트윈도우나화학강화유리분야의유리원판제조업체는국내에없어전량해외에서수입하여가공한후판매하거나모듈혹은패널을제조하여대기업에납품하는산업구조임 국내화학강화유리분야업체는주로중소기업으로수입한유리원판에 TCO 코팅을하여공급하고역할을하고있음 국내의스마트윈도우시장은이제막형성되기시작하였으며, 정확히시장규모를추정하기어려운실정이나최근기술의발달과더불어그응용분야의확대에따라수천억원에달할것으로추정됨 스마트폰용이나터치스크린용화학강화유리의국내시장은수천억원대로추정되나, 원소재는전량수입에의존하고있는실정임 스마트윈도우용유리원판소재나화학강화유리원판은국내에서전혀생산되지않고있기때문에전량수입에의존하고있음. 수입된원판에 TCO를코팅하거나패널을제조하는분야에는소수중소기업이참여하고있으며, 최종소비단계인 IT 세트업체는대기업과주소중견기업이세계최고수준의제품을대량생산하고있음. 따라서기초소재분야는약하고최종단계인제품조립분야는매우강한기형적인산업구조를가지고있음 스마트폰용강화유리는미국코닝사가거의도점적으로고릴라글라스라는제품을공급하고잇고, 최근일본의아사히글라스가시장에진입하고있음 유리원판에 TCO 등을코팅하는분야에는아바텍, 태양기전등 10여개업체가참여하고있으나, 중국의 Biel Crystal, Lens Tech 등의업체에서가공한제품을수입하여조립하는업체가다수임 스마트윈도우분야에서기초소재분야는스마트글라스제조, 스마트필름제조그리고스마트윈도우생산용화학소재공급업체로구성되어있음. 현재이세분야중에서국내업체가참여하고있는분야는화학품소재제조분야뿐으로국내의스마트윈도우분야의기술수준이매우낙후되어있음 스마트윈도우용글라스기판을공급하는국내업체는없음. 해외에서는 Saint-Gobain, Pilkington, Asahi Glass, Schott Glass 등세계각국의대표적이유리제조업체에서글라스원판을생산하고있음 스마트필름제조업체로는 Switch Materials, Ravenbrick, Polytronix, Sun-Tec, DaiNippom Chemical, Hitachi Chemical, 3M 등이있음 스마트윈도우용화학소재제조업체로는 DuPont Teijin Film, Toray, Dai Nippon Ink 등이있으며, 국내업체로는 SKC가유일하게 Film Substrate를공급하고있음 이새로운차세대윈도우는빌딩의실내온도제어시스템의구성요소로진화함에따라 HVAC( 냉난방공조 ) 제품, 블라인드, 커튼, 차양 (shade) 제조업및조명시스템제조업등많은산업에직접적인영향을줄것으로기대됨 230

235 전략제품현황분석 다. 전후방산업환경 친환경및에너지절약건축물이나수송기기의중요성이강조되고있어에너지절약분야의스마트윈도우분야는향후큰폭의성장이기대됨 화학강화유리분야는스마트폰을중심으로수요가증가하고있으며, 점차곡면유리등 3D 형상의응용이확대될전망임 스마트윈도우나화학강화유리분야의전방산업인유리원판생산분야업체는국내전무하여국내의차세대유리분야의기초는매우취약한상태임 스마트윈도우는에너지절감및고기능성부여를위한미래형기술로서미국, 유럽, 일본등의선진국에서지속적으로용도를개발하고있고일부분야에서는실제로상품화되고있어향후급속한시장확대가예상됨 화학강화유리는스마트폰, 공업용터치스크린, 내비게이션, 게임기, 태블릿 PC, 노트북, 디지털카메라등다양한후방산업의 IT 기기에서사용되고있음. 따라서이분야의발전은후방산업발전에큰영향을미칠것임 스마트폰등첨단 IT 기기분야에서의제품의주요마케팅포인트인차별성은주로소재분야에서나타나는추세임. 이에화학강화유리분야에서우위를점하면세계시장에서우리나라 IT 제품의경쟁력이강화될것으로예상됨 스마트윈도우산업은현재국내에서는진입초기단계임. 후방산업인건축분야나자동차산업분야에서에너지절감이주요이슈로부각되어있어급격한시장성장이예상됨 [ 화학강화유리응용분야 ] 231

236 세라믹소재 - 차세대유리 3. 시장환경분석 가. 세계시장 스마트윈도우시장은환경친화적건축물과수송기기수요증가에의해향루큰폭으로성장할것으로예상됨 스마트윈도우시장은크게수동형과능동형으로구분할수있음. 현재시장은건축분야에사용되는 Low-E 글라스를주축으로하는수동형스마트윈도우가주류를이루고있으나, 향후기술발전에따라능동형스마트윈도우시장도급속히성장할것으로전망됨 [ 세계스마트윈도우시장규모및전망 ] ( 단위 : 백만달러 ) 구분 성장률 (%) Low-E glass 40,266 45,814 53,477 61,043 72,574 77,654 79,313 81, ( 건축 ) 수동형 , 능동형 합계 41,815 47,658 55,709 63,531 75,692 81,481 83,473 87, * 자료 : Nanomarkets (March 2012), Smart Windows Market(2012) 재구성 세계스마트윈도우시장은전체적으로 2012년기준 420억달러 (Low-E 약 400억달러, 그외수동형스마트윈도우시장약 6.4억달러, 능동형스마트윈도우시장약 9억달러 ) 규모를이루고있으며, 전반적으로년평균 9.6% 의높은성장률을보일것으로예상됨. 이시장은향후매우빠른성장세를보일것으로예상되는데, 2019년에는전체시장이 870억달러 (Low-E 약 820억달러, 그외수동형스마트윈도우시장약 10억달러, 능동형스마트윈도우시장약 42억달러 ) 로 2012년시장규모의두배이상까지확대될것으로전망됨 수동형스마트윈도우인 Low-E( 건축 ) 시장은현재 400억달러의매우큰시장을형상하고있으며, 전체스마트윈도우시장의 96% 를점하고있음. 이시장은향후 9% 이상의연평균성장률을보일것으로예상됨. 그외수동형시장은 2012년현재약 6.4억달러의상대적으로작은시장점유율을보이고있으며, 향후성장률도 7% 정도로상대적으로 Low-E보다낮은성장을할것으로예상됨 능동형스마트윈도우시장은 2012년현재현재 9억달러의시장을형성하고있으나, 향후년평균 21% 이상의높은성장을하여 2019년에는시장규모가 42억달러까지확장될것으로전망됨 232

237 전략제품현황분석 [ 세계스마트윈도우시장규모및전망 ] ( 단위 : 백만달러 ) 구분 성장률 (%) PLDC( 건축 ) SPD( 수송 ) SPD( 건축 ) 전기변색유리 ( 수송 ) 전기변색유리 ( 건축 ) 전기변색필름 ( 수송 ) 전기변색필름 ( 수송 ) ,338 1,861 1,912 2, 합계 910 1,121 1,425 1,660 2,204 2,860 3,172 4, * 자료 : Nanomarkets (March 2012), Smart Windows Market(2012) 재구성 * 자료 : Nanomarkets (March 2012), Smart Windows Market(2012) 재구성 [ 세계스마트윈도우시장전망 ] 능동형스마트윈도우세계시장은 2012년현재약 9억달러정도의규모이나, 향후년평균 24.5% 의매우높은성장률을보여 2019년에는 42억달러의큰시장을형성할곳으로기대됨. 건축용으로주로사용되는수동형에비해능동형은주로수송기기용을중심으로성장할것으로예상됨 능동형스마트윈도우시장은주로수송기기분야에서응용될것으로전망되는데, 여러기술중전기변색유리와 SPD 기술이양대기술로성장할것으로예상됨 수송기기분야의전기변색유리세계시장은 2012년현재 5억달러규모이나, 향후년평균 25% 이상의빠른성장세를보여 2019년에는 25억달러까지성장하여현재보다약 5배정도 233

238 세라믹소재 - 차세대유리 시장규모가커질것으로전망됨. 건축분야에사용되는전기변색유리는 2015년이후년평균 70% 이상의매우빠른성장률로성장하여 2019년에는 5억달러정도까지확장이전망됨 수송기기분야의 SPD의세계시장규모는 2012년현재 1.3억달러의작은시장을형성하고있으나, 2019년에는 6.6억달러까지커질것으로전망됨 전기변색기술이창출하는시장은대체로자동차용전기변색거울, 전기변색스마트윈도우, 및전기변색방식디스플레이, 전자가격표시기 (Electronic Shelf Labels: ESL) 등으로예상되고있은데, IDTechEx(2013), Tech-Navio(2014), NanoMarket(2013) 및 Frost & Sullivan(2013) 의분석자료를종합하면본기술과관련된제품들전체의세계시장규모는 2014년 22억달러에서연평균 20.8% 성장을통해 2018년에는 47억달러규모가될것으로전망됨 현재전기변색기술로형성된시장중에서가장큰시장을차지하고있는전기변색자동차거울의세계시장은 2014년 19.8억달러에서연평균 20.4% 성장을통해 2018년에는 41.7억달러규모가될것으로전망되고있으며스마트윈도우중에서전기변색기술만으로만들어지는세계시장의규모는 2014년 0.21억달러에서연평균 45.8% 성장을통해 2018년에는 0.95억달러규모가될것으로전망되고있음 아직투명디스플레이용광셔터시장은형성되고있지는않지만, 전기변색을이용한반사형디스플레이나전자가격표시기의시장은 2018년까지 1억달러에 4억달러정도의규모로성장할것으로예측되고있음 Low-E를제외한수동형스마트윈도우세계시장은 2012년현재전체스마트윈도우시장에서큰비중을차지하고있지않으며, 향후성장성도크지않을것으로전망됨 234

239 전략제품현황분석 [ 수동형스마트윈도우세계시장규모및추이 ] ( 단위 : 백만달러 ) 구분 성장률 (%) 창문필름 ( 수송 ) 창문필름 ( 건축 ) 열변색필름 ( 수송 ) 열변색필름 ( 건축 ) 광변색필름 ( 수송 ) 광변색필름 ( 건축 ) 합계 , * 자료 : Nanomarkets (March 2012), Smart Windows Market(2012) 재구성 * 자료 : Nanomarkets (March 2012), Smart Windows Market 재구성 [ 수동형스마트윈도우세계시장추이 ] Low-E를제외한수동형스마트윈도우시장에서는윈도우용필름시장이가장큰시장을형성할것으로기대되는데, 2012년현재건축과수송기기용시장이각각 2.5억달러와 3.7억달러의시장을형성하고있으며, 이시장은 2019년에는각각 4.4억달러와 5.9억달러까지성장할것으로기대됨 수동형스마트윈도우시장은주로 Low-E 글라스를중심으로시장이형성되며주로건축용으로사용될것으로전망됨 세계건축용윈도우필름시장은 2012년 479백만달러에서연평균 10.31% 로성장하여 2018년에는 863백만달러에도달할것으로전망됨 235

240 세라믹소재 - 차세대유리 국가별기후조건에따라단열필름혹은윈도우필름의성능에서는다소차이가있지만, 세계공통적으로는에너지절약형필름을중심으로시장이성장중임 미국이나선진국에서는고기능성과고내구성을검증받은필름사용이의무화되어일종의건축자재로인식되고있음 동남아시아지역은고온다습한열대성기후로인해차량과상업용건물의유리대부분에열차단용필름을사용하면서연평균 10% 이상성장이예상됨 * 자료 : Solar Control Window Films Will Be a $863 Million Market by 2018, Lux Research Inc, [ 세계건축용윈도우필름시장전망 ] 세계자동차용윈도우필름시장은 2012년 3.3억달러에서 2013년 4.1억달러로성장함. 2013년이후연평균 21.45% 성장하여 2018년에는 10.9억달러에이를것으로전망됨 전세계시장중미국시장이차지하는비중이 50% 로평가되고있으며, 윈도우필름들이기존에단순한 VLT 차단기능에서고기능성필름으로전환되고있으며그비중이갈수록높아지고있음 화학강화유리의가장중요한응용분야인터치스크린패널시장은큰게스마트폰, 태블릿 PC, 노트북 PC, 데스크탑 PC 그리고기타분야로구분할수있음. 이중가장큰시장을차지하고있는것은스마트폰시장이며 2012년현재약 76억달러의시장규모를나타내고있으며, 2016년에는 126억달러규모로성장할것으로전망됨 그외에도태블릿 PC와노트북 PC의터치스크린패널세계시장이큰시장을형성하고있음 태블릿 PC용터치스크린패널세계시장은 2012년현재 48억달러규모로스마트폰에이어두번째로큰시장을형성하고있음. 이시장은향후 37% 에이르는큰성장세를보일것으로예상되며, 2016년에는 87억달러까지성장할것으로기대됨 노트북 PC의터치스크린패널세계시장은 2012년현재 2억달러정도의작은시장을형성하고있으나, 향후성장성은매우커서년평균 100% 이상의성장을보일것으로기대되며, 2016년에는 37억달러까지성장할것으로전망됨 스마트폰분야에서세계최대화학강화유리인고릴라글라스를공급하고있는미국의코닝사는이분야매출액이 2009년에는 7500만달러였으나, 2010년에는 2억 5000만달러로, 236

241 전략제품현황분석 2012 년에는 10 억달러로매년몇배씩매출액이고속성장하고있음 현재화학강화유리응용분야는여러새로운시장이개발되고있으며, 이에향후예상보다 더큰시장으로성장할수있을것으로기대됨 [ 세계화학강화유리사용터치스크린시장규모및전망 ] ( 단위 : 백만달러 ) 구분 f 2014f 2015f 2016f 성장률 (%) 스마트폰 2,125 3,750 5,877 7,663 9,484 11,238 11,891 12, 태블릿 PC ,275 4,820 6,889 7,823 8,439 8, 노트북 PC ,441 2,744 3,459 3, 데스크탑 PC ,428 2,060 2,601 2, 기타 1,812 2,678 2,940 3,232 3,439 3,632 3,766 3, 합계 4,029 7,912 12,488 16,487 22,681 27,497 30,156 31, * 자료 : 월간세라믹 2016 년 2 월호 화학강화유리동향과전망 재구성 * 자료 : 월간세라믹 2016 년 2 월호 화학강화유리동향과전망 재구성 [ 세계터치스크린시장규모및전망 ] 237

242 세라믹소재 - 차세대유리 나. 국내시장 국내의스마트윈도우시장은이제막형성되기시작하였으며, 정확히시장규모를추정하기어려운실정이나최근기술의발달과더불어그응용분야의확대에따라수천억원에달할것으로추측됨. 현재는주거용 인테리어용으로한정되어사용되고있으나향후용도확대에따라그파급효과는상당히클것으로예상됨 현재국내기업중스마트윈도우시장에직접참여하고있는업체는 SKC가유일함. 따라서선진국에비해기술적으로많이뒤져있는상태이나, 여러가지스마트재료중액정을사용한필름에대한기초연구가수행되고있어향후이분야에서큰발전이있을것으로기대됨 스마트윈도우시장중전기변색유리분야의국내시장규모는세계시장의경우를추론하여시장규모를산정하였을경우에 2014년 238억원에서연평균 31.1% 성장을통해 2018년에는 703억원규모가될것으로전망할수있음 국내건축용윈도우필름시장은 2011년 800억원이며, 세계기능성필름시장과동일한성장률 9.24%(BCC Research) 를가정하면 2013년 955억원규모로추정되고 2018년에는 1,485억원에도달할것으로전망됨 정부의지속적인저탄소정책추진으로우선적으로는공공기관중심으로건축용윈도우필름적용이늘어나고, 민간에서도에너지절감을위해점진적으로구매가확대될것으로전망됨 * 자료 : 2011 년 : 그린리모델링을위한창유리용필름기술동향, 녹색기술정보포털, 2012 성장률 : 기능성필름시장성장률 9.24%(BCC Research, Green Technologies and Global Markets, 2011) 적용추정 [ 국내건축용윈도우필름시장전망 ] 국내자동차용윈도우필름시장은 2012년 68억원에서 2013년 82억원으로성장함 년이후연평균 20.51% 성장하여 2018년에는 207억원에도달할것으로전망됨 현재국내자동차용윈도우필름은수입브랜드가 70% 의점유율을차지하고있어외화낭비로인한경제적손실이매우큰상태임 238

243 전략제품현황분석 * 자료 : Smart Windows Markets, Nanomarkets, , 김경호, 스마트윈도우, KISTI, 2015, 자동차통계월보, 한국자동차산업협회, 2014, 2014 자동차산업, 한국자동차산업연구소, 2014 산출근거 : 세계시장규모 2012 년기준세계자동차판매량에서국내내수판매량이차지하는비중 1.80% 적용추정연평균환율 1$ = 1, 원 ( 12), 1, 원 ( 13), 1,053.22( 14~ 18)) [ 국내자동차용윈도우필름시장전망 ] 국내화학강화유리시장에대한자료는구하기어려워정확한시장규모를추정하기는어려움. 그러나국내에서생산되는스마트폰의생산량은세계시장의약 30% 정도로추정되며, 이를바탕으로세계시장자료로부터추산해보면국내에서사용되는쇼마트폰용터치스크린패널시장규모는 2012년약 2조 3000억 ( 환율 1200원 / 달러 ) 로추정되며 2016년에는 4조 5000억의큰시장규모를가질것으로기대됨 현재국내화학강화유리분야는벤처기업이나중소기업주도의시장임. 큰시장규모를가진시장이나여러업체가참여하여매우경쟁이심한시장이형성되고있어시장교란이우려되는실정임. 그러나향후몇년간스마트폰을비롯하여태블릿이나노트북 PC의인기가상승하여큰폭의성장이예상되며, 이에따라경쟁력을가진기업이시장에서주도권을확보하야성장하는구조의변화가있을것으로전망됨 239

244 세라믹소재 - 차세대유리 다. 무역현황 차세대유리기술로품목의무역현황을살펴보았으며, 수입량에비하여수출량이급격히증가하는추세 차세대유리기술의수출현황은 11년 4억 5,480만달러에서 15년 7억 8,304만달러수준으로증가하였으며, 수입현황은 11년 19억 2,245만달러에서 15년 11억 285만달러수준으로감소하여무역수지적자폭이대폭증가 최근 5년 ( 11~ 15년) 간연평균성장률을살펴보면수출금액은 14.5% 로증가하였으며, 수입금액은 -13.0% 로감소하여전체무역수지는 31.7% 감소한것으로나타남 무역특화지수는 11년(-0.62) 부터 15년(-0.17) 까지증가한것으로나타나점차수출특화상태로국내기업의수출량이증가하고있는것으로나타났으며, 국내의차세대유리제품의해외시장진출이활발하게이루어지고있는것으로분석 [ 차세대유리관련무역현황 ] 구분 ( 단위 : 천 $) CAGR ('11~'15) 수출금액 454, , , , , % 수입금액 1,922,458 2,247,614 2,129,899 1,398,915 1,102, % 무역수지 -1,467,649-1,740,316-1,513, , , % 무역특화지수 * * 무역특화지수 = ( 상품의총수출액 - 총수입액 )/( 총수출액 + 총수입액 ) 으로산출되며, 지수가 0 인경우비교우위는중간정도이며, 1 이면완전수출특화상태를말함. 지수가 -1 이면완전수입특화상태로수출물량이전혀없을뿐만아니라수입만한다는뜻 * 자료 : 관세청수출입무역통계 HS-Code(6 자리기준 ) 활용 240

245 전략제품현황분석 4. 기술환경분석 가. 기술개발트렌드 스마트윈도우분야는국내에서최근들어주목하고있으며, 스마트필름분야에서연구가수행되고있음 화학강화유리분야에서는글라스슬리밍, 미세가공기술그리고공정자동화분야의개발이활발히진행되고있음 화학강화공정개선 ( 강화유리 ) 일반적인화학강화방법으로는유린원판을용융알카리용탕에넣어표면의알카리원소를교환하는방법이사용되고있음. 그러나이방법은공정시간이오래걸려서생상성이떨어진다는단점이있음. 최근들어유리원판을용탕에담그지않고표면에강화물질을코팅하는공정이개발되고있음 스프레이코팅방식에의한강화방법은연속식생산이가능하며생상성이높고항상일정한공정조건으로작업이가능하다는공정측면의장점이많아서현재많은연구가진행되고있음 그외에도열처리온도가낮아에너지비용이절감되며, 알카리용융염의소모량도적다는환경적측면에서도장점이많아향후대표적강화방법이될가능성이높음 글라스슬리밍 ( 강화유리 ) Glass slimming은 Display Panel를케미컬로양면식각해경박단소화하는기술을말함. Glass slimming의효과는패널의두께와무게가약 40% 이상절감가능하고, 얇아진만큼화면굴절율이감소되고투과율이증가되어 Display 품질이개선됨 Glass slimming 주요공정은다음과같음 - Display panel업체가각각 0.5mm의원판 Glass에 Color filter와 TFT를제조한뒤합착해 1+αmm 두께의 panel을완성 - Glass slimming 업체가 Panel 양면을케미컬로식각해총두께 0.4~0.6mm 의경박화된 Panel 을완성 과거 Glass slimming은고가 Handset에한정적용되었으나, 2009년 Apple ipad에채택됨에따라본격적인시장성장기를맞이함. 최근 Ultrabook 출시이후 Note PC 까지적용범위가확대되는추세임. 따라서슬리밍기술의중요성이더욱커질전망임 국내 Slimming 관련상장사는솔브레인, 아바텍, 지디, 켐트로닉스등이있음. Slimming 사업을영위하는비상장업체 ( 스마트에이스, 이코니, 큐리어스등 ) 이있음 Slimming에서 Cover glass까지수직계열화를통한신성장동력마련움직임활발함. 이러한수직계열화는 Panel업체에게도제조공정이동시시간과비용이절감된다는측면에서긍정적임 241

246 세라믹소재 - 차세대유리 미세가공기술 ( 강화유리 ) 커버글라스분야에서화학강화기술은거의한계에도달하였다고판단됨. 그러나아직가공분야에서는해결해야할문제들이남아있음 화학강화유리에서내부의균열크기가 10μm이하이면강도에큰영향을미치지않으나크기가그이상이되면강도저하가일어남. 따라서커버글라스가공중이러한큰균열이발생하지않도록하는것이매우중요함 이러한가공기술확보여부에의해가공수율이결정되므로커버글라스분야에서가격경쟁력을결정하는매우중요한기술임 최근액세서리, 주방기구, 생활용품, 조명기구등다양한영역에서 3D 프린팅으로제작된창의적인디자인의제품들이속속등장하고있으며, 네덜란드의디자이너 Iris vanharpen가 3D프린팅으로제작한독특한디자인의의류와악세서리를선보인이후, 3D 프린팅으로제작된구두, 드레스, 수영복등이등장 신생기업 ContinuumFashion은 SLS 방식을이용해서나일론입자로제작한비키니수영복과신발을판매하고있어, 3D 프린팅으로제작된패션아이템들은대부분수많은점과선으로구성되어있어기존생산기술로는제작하기어려운경우가다수임 공정자동화 ( 강화유리 ) 휴대폰터치패널강화유리는중국이나대만이세계시장을장악하고있음. 이는공정이많고불량률이높기때문에인건비가낮은두나라의저가공세에한국기업이경쟁할수없기때문임. 이러한문제를해결하기위해서는공정자동화를통해불량률을낮추고생산성을올려야함 수동작업시의높은불량률을공정자동화에의해불량률을매우낮은수준으로낮출수있다고알려져있음. 강화유리가공, 코팅, 인쇄의각라인을모두한라인에서한작업장에서생산하는 One Stop 생산공정을갖추어야경쟁력을확보할수있음. 윈도우성능개선 ( 스마트윈도우 ) 현재까지개발된스마트윈도우는광투과율의연속적변화, 색상문제, 가격문제, 그리고내구성문제등으로인해사용에많은제한을받고있는실정임. 따라서이러한문제를해결하기위한연구가지속적으로이루어질필요가있음 고객이원할때, 고객과가까운곳에서고객이원하는제품을제작하는것이가능해질수있기때문에필요할것으로예상되는재고를비축하는대신, 필요할때제품디자인을다운받아제품을생산이가능 이런변화는궁극적으로생산공정및공급망을간소화시킴으로써비용절감을가져올뿐만아니라, 자연재해를포함해서예기치못한국지적사고로인한피해감소도가능 242

247 전략제품현황분석 그린빌딩과에너지절감운동은시장에서스마트윈도우에대한인지도를높이고있음. 최근스마트윈도우는가시광선의투과율조절뿐아니라자외선차단및적외선반사기능을동시에구비한것이개발되고있음 기존액정제품의대체와함께커튼이필요없는건축용창호등새로운수요를창출하고있다. 이는실내의조명부하와냉 난방부하를줄일수있는이점이있음 차스마트윈도우는빌딩의실내온도제어시스템의구성요소로진화함에따라 HVAC( 냉난방공조 ) 제품, 블라인드, 커튼, 차양 (shade) 및조명등많은분야에응용될것으로기대됨 기능성코팅재료와필름재료개발 ( 스마트윈도우 ) 기존에실내로유입되는열선을제어하기위한시도로는틴트유리 (tinted glass), 틴트필름, 스퍼터코팅유리및스퍼터코팅필름등의기술이개발되어일부상용화된바있음. 그러나아직기술적이나특성적으로문재점이남아있어이의개선에대한여구가많이진행되고있음 스퍼터코팅유리는고가의공정을필요로하고, 산화및변색에약한단점이있으며, 틴트필름은내구성이떨어지는단점이있어이에대한개선이필요함 최근에는열차단특성이우수한것으로알려진스퍼터코팅유리를복층으로하고, 중간에아르곤과같은불활성가스가채워진형태의단열창호 ( 저방사유리, low-e 유리 ) 를개발하여사용하고있는데, 박막금속코팅을입히는기술은높은투과율과열선차단특성구현이어느정도가능하나, 습도가높은지역에서는부식이발생하여막이분리되거나변색이발생하고, 이동전화송수신에방해가되는문제가있음 열저항필름이속하는단열필름은일반적으로자외선을차단하는기능을가지는제품이많음. 단열필름의경우요구되는기능성이단열, 비산방지, 미러 ( 거울 ) 효과, 대전방지기능등다양하기때문에복수의기능을가지는필름에대한시장의요구가많음. 이에대한여구가다양하게시도되고있음 최근에는에너지절약에대한의식향상에의해투명한필름을기반으로하여에너지절약성을가지는필름개발이꾸준히진행중임. 단열필름의응용처로는건축물이나자동차의윈도우, 식품또는의약품의포장재, 농업에쓰이는비닐하우스, 디스플레이의전자파차단필터등다양함 새로운응용분야개발 ( 스마트윈도우 ) 윈도우필름산업은건축용필름과자동차용필름시장이차지하는비중이높으며건축용의경우필름에대한요구조건이자동차용필름에비해까다로우며고도기술이요구되는고부가가치산업의특성을보임 윈도우필름은가시광선투과율, 자외선차단율, 내부열차단율측면에서비슷한성능을보유하고있어, 앞으로는두께를줄이면서도기존필름과동등한기능을구현하고안전성도향상된윈도우필름이개발될전망임 243

248 세라믹소재 - 차세대유리 태양광투과율뿐만아니라태양열의흡수나차단을자동적으로조절하는윈도우필름, 고층건물이나아파트에부착된유리는바람등외부충격에강해야하므로, 단열기능외에내충격성이향상된윈도우필름, 유해자외선차단외에공기를정화하는필터기술, 살균용 ( 대장균, 포도상구균, 살모넬라균 ) 나노복합체적용등다양한기능을포함하는윈도우필름등의개발이진행중임 자동차용스마트윈도우는운전석및조수석유리, 선루프, 선바이저, HUD(Head Up Display) 등여러자동차부품에적용될수있어활발한연구가진행되고있음 에너지절감형스마트윈도우의기능이태양광투과도의능동적조절을통해이루어진다는점과태양전지와의결합가능성이매우높다는사실을고려하면장기적으로는신재생에너지산업과더불어미래형친환경자동차시장을주도하는데있어서한축을담당할것으로기대됨 나. 주요업체별기술개발동향 (1) 해외업체동향 주요선진국 ( 미국, EU, 일본등 ) 의선진업체들의주도로다양한분야로의응용을위한기술개발집중투자중이며, 실용화가진행되고있음 헤드업디스플레이기술은자동차의전면유리에주행정보나주변상황에대한정보를표시하여안전성과성능을동시에향상시킨시스템을말하는데, 현재여러자동차업체에서싱용화에싱공하였으며성능개선에노력중임. 헤드업디스플레이 (HUD) 기술이탑재된차종이이미출시되어있으며대표적인완성차업체로는 GM, BMW, Toyota, PSA Pugeot 등을들수있음. GM사는 1988년세계최초로 Cultlass Supreme 모델에 HUD 기술을적용한바있음. Toyota Lexus사에서는운전대에장착된버튼을이용하여전면유리에비치는영상의위치와밝기를자유롭게조절할수있도록설계하였고, PSA Pugeot사에서는차량속도, 내비게이션등주행정보를전면유리에투영시킨장치를탑재해판매하고있음. Mercedes-Benz사에서는 2015년에출시되는 S클래스 와 C클래스 모델에 HUD를장착할예정으로있는데, 해외완성차업체에서는 HUD를장착한차량의비중이점차증가하는추세임 코닝 (NYSE: GLW) 은고성능디스플레이용 Corning LotusTM Glass, 차세대 Corning Gorilla Glass, 울트라-슬림플렉서블유리, EAGLE XG Slim 기판유리등신제품유리를개발하여중국상하이신국제전시장 (SNIEC) 에서개최되는 FPD China 2012 전시함. 전시된소비자전자제품에광범위하게채택된스크래치에강한커버글라스 Corning Gorilla Glass의후속작인 Corning Gorilla Glass 2는기존제품보다유리두께를최대 20% 까지줄였으며, 해상도가뛰어나고향상된성능의내구성이강하다는특징이있음 그외코닝은디스플레이산업의스크린대형화, 더얇으면서도, 해상도가뛰어나고향상된성능의내구성이강한첨단디스플레이를유리등시장트렌드에부응할수있도록제품포트폴리오를다변화하고있음 244

249 전략제품현황분석 독일마인츠에본사를두고있는테크놀로지그룹으로 130년의역사를자랑하는특수재료및부품, 시스템개발분야의선도기업인쇼트는특수유리및글라스세라믹분야를주도하는세계적인기술그룹으로스마트폰용화학강화유리와디스플레이용플렉서블유리등의연구개발을진행하고있음 쇼트는힘강도나유연성은좋으나긁힘에약한기존커버글라스의약점을보강한하드앤클리어 (hard & Clear) 코팅솔루션을개발하였음. 이제품은기존커버글라스에비해긁힘저항성은 95% 이상, 눈부심방지기능은 85% 까지개선하였음. 이는눈부심방지코팅기술중최고수준으로밝은햇빛아래에서도문자메시지를읽을수있다고함 그외쇼트사는수만번구부려도깨지지않는두께 70μm의매우얇은글라스기판을개발하였음. 이유리는코닝사의플렉서블글라스인윌로우에대항하기위해개발된글라스로쇼트사는이글라스가코닝사제품에비해더강하다고주장하고있음 (2) 국내업체동향 미래나노텍은 IT디스플레이소재전문기업으로주요제품은광학필름, 터치패널, 윈도우필름, 재귀반사필름등이있음. 동사의윈도우필름은축적된미세코팅기술을바탕으로다양한제품생산과규모의경제효과를통한원가경쟁력확보를위한노력을지속하고있음. 동사는 2012년 7월 SKC와합작법인 'SKC MNT( 주 )' 를설립하고소수수입업체의과점형태인열차단윈도우필름시장에성공적으로진입하여향후지속적인수입대체효과및매출증대가예상됨 SKC MNT는 2012년 4월윈도우필름의연구개발, 생산, 판매를목적으로미래나노텍과 SKC가합작하여설립한기업으로서주요생산품목은 LCD 광학필름, 터치패널, 윈도우필름등임 두회사의합작법인 SKC MNT는 2016년매출액 3,000억원달성, 2020년윈도우필름글로벌톱 3 진입이라는비전을제시한바있음 SKC MNT의지분 51% 를보유하고있는미래나노텍은지난 2010년윈도필름개발에착수하여제품개발을완료하고양산에돌입한바있는데, 이후자체적으로윈도우필름사업을영위하고있던 SKC가합작법인설립을제의하여 SKC MNT가설립되었음 한화첨단소재는 1969년에한국화성공업으로설립되어 1994년에한국종합화학 ( 주 ) 으로, 2007 년에한화L&C로, 2014년에한화첨단소재 ( 주 ) 로사명이변경되었음. 하이브리드제조공법 (sputter IR Film) 을도입하여고기능성윈도우필름과건축용유리의기능을향상시키기위해개발된 IR-Cut Film( 단열필름 ), 유리비상방지용필름등의제품을총판을통해판매하고있음 245

250 세라믹소재 - 차세대유리 다. 기술인프라현황 국내연구소중스마트윈도우분야를연구하고있는곳은 ETRI, KETI, KIST, 화학연구소등이있음 900 m² 면적의크린룸에 2세대급파일럿라인보유 유리기판및 flexible 기판대응장비를활용해 TABOLA라는연구개발 - 제품을이용한수익모델구축중 여러기업과대학을상대로한공용인프라로서의역할은제한적 국내 OLED 조명인프라로활용할수있는시설에는광주나노기술집적센터, 전자부품연구원, 철원플라즈마산업기술연구원, 충남테크노파크등이있음 국내의스마트윈도우와화학강화유리분야인프라는선진국대비취약한실정임 전자부품연구, 한국전자통신연구원, 한국과학기술원등에서스마트윈도우에대한연구를진행하고있음 화학강화유리연구는주로기업체에서행하여지고있음. 세라믹기술원에서수규모연구진행중 [ 연구소현황 ] 인프라장비구축현황연구성과차별화및특화분야 나노박막코팅상온공정조건확보. 전자부품연구소한국전자통신연구원한국과학기술원 RF 스퍼터링 플라즈마방식 나노박막코팅장비 박막증착장비 나노입자제조장비 소자테스트장비 액정제조장비 확보된상온공정조건을제어를통해다층나노박막코팅을실시하여원하는근적외선영역의열선차단기술 하이브리드구조의다층박막구조를통한근적외선및원적외선동시차폐조건확립 전기변색용전극나노입자의합성기술및고정화기술 박막증착공정의최적화를통한특성제어기술 분자구조가나선형인액정소재와아조벤젠계화합물을혼합해새로운형태의액정 스마트윈도우제품의투명도조절가능 근적외선및원적외선동시차폐 플렉서블세라믹및폴리머기판에코팅가능 기존의전기변색소자에비해월등히빠른변색속도 변색폭이크고, 블랙및계조구현이가능한광셔터기술 공정기술개발 세라믹기술원 화학강화장비 - - 국내주요인프라를보유하고있는기관으로는 ETRI, 전자부품연구소, 화학연구소등이있음 (ETRI) 박막타입전기변색스마트윈도우분야연구수행. 전기변색용전극나노입자의합성기술및고정화기술, 박막증착공정의최적화를통한특성제어기술개발 ( 전자부품연구원 ) RF 스퍼터링플라즈마방식으로상온에서적외선차단나노박막코팅박막증착기술개발 246

251 전략제품현황분석 ( 한국과학기술원 ) 새로운형태의광차단액정개발 247

252 세라믹소재 - 차세대유리 라. 특허동향분석 (1) 연도별출원동향 차세대유리기술의지난 7년 ( 10~ 16) 간출원동향 21) 을살펴보면연도별로출원경향이증가, 감소를반복하고있어지속적으로차세대유리관련기술개발이활발 각국가별로살펴보면한국의출원경향은증가-감소추세, 미국과일본은증가-감소-증가-감소추세, 유럽은약간의증감을보이며감소하는경향을보임 국가별출원비중을살펴보면일본이 34.5% 로최대출원국으로차세대유리기술을리드하고있는것으로나타났으며, 미국이 29.3%, 한국이 29.0% 의출원비중을보이고있음 [ 차세대유리분야연도별출원동향 ] 21) 특허출원후 1 년 6 개월이경과하여야공개되는특허제도의특성상실제출원이이루어졌으나아직공개되지않은미공개데이터가존재하여 2015, 2016 년데이터가적게나타나는것에대하여유의해야함 248

253 전략제품현황분석 (2) 국가별출원현황 한국의출원현황을살펴보면 13년이후출원이감소하는경향을보이고있으며, 외국인의출원이점차감소 외국인의출원감소현상이두드러지는이유를살펴보면차세대유리기술의국내시장에대한외국인의선호도가감소하고있는것으로추정 일본의출원현황은 11년과 13년을기점으로증가추세에서감소추세로변화하였으며, 출원인대부분이자국출원으로일본내의기술력이우수한것으로추정 미국의출원현황역시 11년과 13년을기점으로증가추세에서감소추세로변화하였으며, 유럽의경우출원이미미하게나타남 [ 차세대유리분야국가별출원현황 ] 249

254 세라믹소재 - 차세대유리 (3) 투입기술및융합성분석 차세대유리분야의투입기술을확인하기위하여특허분류코드인 IPC Code 22) 를통하여살펴본결과차세대유리분야의가장높은 IPC는 C03C 기술분야가 1008건으로가장많이차지하고있으며, 이어서 C03B가 387건, C08L이 130건으로다수를차지 이외에 E06B 128건, B32B 1105건, G02F 59건, B29C 53건, C08J 53건, G02B 36건, G06F 33건순으로기술이투입되어있어차세대유리분야에다양한기술이융합되어존재 더불어해당 IPC의특허인용수명을살펴보면 C03B와 E06B 기술분야의수명이 10년으로가장긴것으로나타났으며, G02F, G02B 및 G06F 기술분야는 6년으로가장짧은것으로분석 [ 차세대유리분야상위투입기술 ] IPC 기술내용특허인용수명 (TCT) 23) C03C 유리, 유약또는유리질법랑의화학적조성 ; 유리의표면처리 ; 유리, 광물 또는슬래그로부터의섬유또는필라멘트의표면처리 ; 유리와유리또는타 물질과의접착 7 년 C03B 제조, 성형또는보조공정 10 년 C08L 고분자화합물의조성물 8 년 E06B 건축물, 승용물, 펜스또는유사한울타리에있어서개구부를위한고정 10 년 B32B 적층체, 즉평평하거나평평하지않은형상 8 년 G02F 광의강도, 색, 위상, 편광또는방향의제어를위한장치또는배치 6 년 B29C C08J 플라스틱의성형또는접합 ; 가소상태에있는물질의성형일반 ; 성형품의후처리일반적혼합방법 ; 서브클래스 C08B, C08C, C08F, C08G 또는 C08H에포함되지않는후처리 9 년 7 년 G02B 광학요소광학계또는광학장치 6 년 G06F 전기에의한디지털데이터처리 6 년 22) 전세계적으로통용되고있는국제특허분류 (IPC: International Patent Classification) 를통해특허정보기술분야에서공지기술을조사할수있으며, 기술및권리정보에용이하게접근가능 23) 특허인용수명지수는후방인용 (Backward Citation) 에기반한특허인용수명의평균, Q1, Q2( 중앙값 ), Q3 에대한통계값을제시함. 특히이와같이산출된 Q2 는 TCT(Technology Cycle Time, 기술순환주기또는기술수명주기 ) 라고부름 250

255 전략제품현황분석 투입기술이가능많은 C03C 분야와융합이높게이루어진기술은 C08B 분야로나타났으며, B32B, G06F 분야와도융합된기술의건수가높은것으로분석 이외에 C03B 분야와융합된기술은 B28D, B23K 분야와융합된기술이많은것으로나타났으며, C08L 분야와융합된기술은 C08K, C08J 기술로분석 [ 차세대유리분야 IPC 기술및융합성 ] (4) 주요출원인분석 세계주요출원인을살펴보면주로일본및미국출원인이다수의특허를보유하고있는것으로나타났으며, 유리, 디스플레이분야의출원인이대부분 주요일본출원인을살펴보면 ASAHI GLASS, NIPPON ELECTRIC GLASS, CENTRAL GLASS 등유리및디스플레이기업이다수출원을하고있는것으로나타났으며, 이들일본출원인은주로일본본국에출원건수가높은것으로나타남 주요미국출원인을살펴보면 CORNING, GUARDIAN INDUSTRIES 등유리기업과 APPLE 등전자제품기업이다수출원을하고있는것으로나타났으며, 이들미국출원인은주로미국본국에가장많은출원을하는것으로나타남 251

256 세라믹소재 - 차세대유리 한국출원인으로는 LG하우시스와코닝정밀소재등 2개기업이상위출원인으로나타나차세대유리관련기술을다수보유 가장많은특허를보유하고있는미국의 CORNING의 3극패밀리수가 197건으로다국적으로시장을확보하며출원을하고있음 미국기업인 APPLE이확보한특허의피인용지수가 76으로가장높게나타나기술의파급성이높은원천기술을다수보유하고있는것으로분석됨 [ 주요출원인의출원현황 ] 주요출원인 국가 주요 IP시장국 ( 건수 %) 한국미국일본유럽 IP시장국종합 3극패밀리수 ( 건 ) 피인용지수 주력기술분야 CORNING 미국 % 57% 14% 15% 미국 특수유리및세라믹 ASAHI GLASS 일본 % 25% 58% 2% 일본 유리및디스플레이 NIPPON ELECTRIC GLASS 일본 % 8% 80% 0% 일본 28 0 특수유리및디스플레이 GUARDIAN INDUSTRIES 미국 % 89% 0% 7% 미국 유리 APPLE 미국 % 38% 19% 19% 미국 전자제품 LG 하우시스 한국 % 21% 7% 10% 한국 11 0 건축자재및인테리어소재 CENTRAL GLASS 일본 % 22% 66% 6% 일본 유리및디스플레이 코닝정밀소재 한국 % 3% 41% 0% 한국 9 0 유리및디스플레이 ASAHI CHEMICAL 일본 % 0% 100% 0% 일본 2 0 화학제품 252

257 전략제품현황분석 (5) 국내출원인동향 국내출원인동향을살펴보면대기업은 LG하우시스의출원건수가가장높게나타났으며, 중소기업에서는태성기연의출원건수가높게나타남 그밖에대기업의주요출원인은코닝정밀소재, LG화학, 삼성전자, 동우화인켐, 삼성SDI 등이있으며, 중소기업의주요출원인은태성기연, 엘티에스, 제우스등이주요출원인인것으로나타남 기업이외의주요출원인을살펴보면한국세라믹기술원, 전자부품연구원등연구소 / 공공기관의출원이다수나타났으며, 대학은선문대학교, 연세대학교, 한밭대학교의출원이높은것으로분석됨 [ 국내주요출원인의출원현황 ] 253

258 세라믹소재 - 차세대유리 5. 중소기업환경 가. 중소기업경쟁력 차세대유리분야의중소기업경쟁력은기술분류별로차이가있으나차세대유리기술은중소기업 이다수참여하여시장에서의역할이큰분야로나타났으며, 특히화학강화유리의경우벤처기업 이나중소기업의경쟁력이높은것으로분석됨 [ 차세대유리분야중소기업현황 ] 기술분류주요기술대기업중소기업중소기업참여영역중소기업 참여정도 차세대유리 스마트윈도우, 열변색유리, 광변색유리, 화학강화유리 SKC, 한화첨단소재 미래나노텍 * 중소기업참여정도와점유율은주요제품시장에참여하는중소기업의참여규모와정도 ( 업체수, 비율등 ) 를고려하여 5 단계로구분 ( 낮은단계 :, 중간단계 (,, ) 높은단계 : ) 254

259 전략제품현황분석 나. 중소기업기술수요 차세대유리분야의중소기업의기술수요를파악하기위하여중소기업기술수요조사및중소기업청 R&D신청과제 (2013~2015 년 ) 를분석한결과아래표의내용과같은수요들이다수있는것으로분석 차세대유리분야중소기업은최근에스마트윈도우와관련된기술개발에다수수요가있는것으로나타났으며, 이는최근기술트렌드인스마트시스템에관심이높아지고있는추세를반영한것으로분석됨 [ 차세대유리분야과제신청현황및수요조사결과 ] 전략제품기술분류관심기술 변색유리 색상변경이가능한복층색유리의개발 차세대유리 강화유리 건축용초대형접합유리생산기술개발 자동차유리용열차단코팅기술개발 모바일용핸드폰의화학강화유리 강화유리패널상부에증착을통한표면개질 255

260 세라믹소재 - 차세대유리 다. 중소기업핵심기술 (1) 데이터기반요소기술발굴 차세대유리기술의특허및논문데이터검색을통해도출된유효데이터를대상으로데이터마이닝기법 (Scientometrics 기법 ) 을통해클러스터링된키워드의연관성을바탕으로요소기술후보군을도출 차세대유리기술의특허및논문유효데이터를기반으로키워드클러스터링을통하여 7개의요소기술후보군을도출 제품별 dataset 구축 : 차세대유리기술관련특허 / 논문데이터를추출하여노이즈제거후제품별 dataset 구축 1차클러스터링 : 키워드맵을통한고빈도키워드확인-빈도수 (tf-idf) 24) 가상위 30% 에해당하는키워드를대상으로 1차추출 2차클러스터링 : 1차클러스터링에서추출된고빈도키워드사이에서고연관도키워드를 2차추출 ( 고연관도기준은연관도수치 25) 가 2이상인클러스터로제한 ) 다음그림은키워드간연관네트워크를시각화한것으로, 각키워드를나타내는원과키워드간의연관도를나타내는직선으로구성 각키워드가특허와논문중어느데이터에서도출되었는지원의색으로구분하였으며, 키워드로도출된클러스터는황색음영으로표시 키워드를나타내는원은고빈도의키워드일수록원의크기가크게표현되며, 연관도를나타내는선은키워드사이의연관도수치가높을수록굵게표현 차세대유리기술전략제품의특허 논문유효데이터에대하여키워드클러스터링결과를기반으로요소기술도출 데이터기반의요소기술도출은키워드클러스터링을통해도출된요소기술에대하여전문가의검증및조정을통하여요소기술을도출 24) 빈도수 (tf-idf) : 각키워드가출현되는특허또는논문수를의미 25) 연관도수치 : 두개이상의키워드사이의특허또는논문수를의미 256

261 전략제품현황분석 [ 차세대유리분야키워드클러스터링 ] [ 차세대유리분야주요키워드및관련문헌 ] No 주요키워드연관도수치관련특허 / 논문제목 클러스터 01 layer, ceramic membrane, polymer 4~6 1. NANOSILICA SINTERED GLASS SUBSTRATE FOR SPECTROSCOPY 2. SOLAR RADIATION CONTROL AND ENERGY HARVESTING FILM 3. NANOPOROUS CERAMIC MEMBRANE AND PREPARATION 4. Anti-biofouling Membrane for Water-Treatment 클러스터 02 chemical, strength GLASS FOR CHEMICAL STRENGTHENING AND CHEMICALLY STRENGTHENED GLASS 2. GLASS AND CHEMICAL STRENGTHENED GLASS 3. GLASS FOR CHEMICAL STRENGTHENING, CHEMICALLY STRENGTHENED GLASS, AND METHOD FOR MANUFACTURING CHEMICALLY STRENGTHENED GLASS 클러스터 03 glass, change Glass of Automobile using Color Changeable Film 2. A color changeable glass 3. A color changed window glass by conductive polymer film 클러스터 04 mechanical property Fabrication and mechanical property of BaNb 2O 6/Al 2O 3 composite ceramics 2. The effect of low temperature aging on the mechanical property & phase stability of Y-TZP ceramics 3. Mechanical property of CO2 laser welded joint of 1420 aluminum-lithium alloy 257