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Carbon Fibers(III): Recent Technical and Patent Trends
Carbon Fibers(III): Recent Technical and Patent Trends
Carbon letters. 2009. Mar, 10(1): 43-51
Copyright ©2009, Korean Carbon Society
  • Received : February 02, 2009
  • Accepted : March 03, 2009
  • Published : March 30, 2009
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Min-Kang Seo
Dept. of Chemistry, Inha University, 253, Nam-gu, Incheon 402-751, Korea
Sang-Hee Park
Jeonju Institute of Machinery and Carbon Composites, 750-1, Deokjin-gu, Jeonju 561-844, Korea
Shin Jae Kang
Jeonju Institute of Machinery and Carbon Composites, 750-1, Deokjin-gu, Jeonju 561-844, Korea
Soo-Jin Park
Dept. of Chemistry, Inha University, 253, Nam-gu, Incheon 402-751, Korea
sjpark@inha.ac.kr
Abstract
Carbon fibers are a new breed of high-strength materials. The existence of carbon fiber came into being in 1879 when Edison took out a patent for the manufacture of carbon filaments suitable for use in electric lamps. However, it was in the early 1960s when successful commercial production was started, as the requirements of the aerospace industry for better and lightweight materials became of paramount importance. In recent decades, carbon fibers have found wide applications in commercial and civilian aircraft, along with recreational, industrial, and transportation markets as the price of carbon fiber has come down and technologies have matured. The market for carbon fiber has experienced a good growth in recent years. The growth rate for the last 23years was about 12%. The article reviewed 9,641 Korea,U.S., Japan, Europe patents issued in the carbon fibers in order to offer additional insight for researchers and companies seeking to navigate carbon fiber patent landscape. This article will provide you with all the valuable information and tools you will need to investigate your study successfully within the carbon fiber field. This article also will save you hundreds of hours of your own personal research time and will significantly benefit you in expanding your business in the carbon fiber market.
Keywords
1. 서 론
탄소섬유란 탄소원소의 질량 함유율이 90% 이상으로 이루어진 섬유장의 탄소재료로서 폴리아크릴로니트릴 (Polyacrylonitrile,이하 PAN), 석유계·석탄계 탄화수소잔류물인 피치 (Pitch,아스팔트) 또는 레이온으로부터 제조된 섬유형태의 유기 전구체물질 (Precursor, 탄화시키기 전의 물질)을 불활성분위기에서 열분해하여 얻어지는 섬유를 의미하며, 전구체의 종류에 따라 크게 PAN계와 피치계로 구분한다 [1 - 5] .
탄소섬유의 특징은 구성원소에 있는 탄소재료로서의 구조, 조직특성과 섬유형태의 특성을 합친 재료로서, 내열성, 화학적 안정성, 전기 열전도성, 저열팽창성에 따른 치수안정성, 저밀도, 마찰마모 특성, X선 투과성, 전자파 차폐성, 생체친화성, 유연성 등의 우수한 특징을 지니고 있으며, 활성화(activation) 조건에 따라서는 매우 우수한 흡착특성 부여도 가능하다 [6 - 10] . 탄소섬유를 특성과 제조법으로 분류하면, 고성능 탄소섬유는 인장강도 및 인장탄성률과 같은 재료의 역학적 특성을 중시한 선진 복합재료 강화용 섬유이며, 특히 인장탄성률이 300 GPa 이상의 섬유를 흔히 Type의 고탄성률(HM, 탄소원소 함량 99% 이상) 탄소섬유라 하고, 인장강도가 4.0 GPa 이상의 섬유를 Type의 고강도(HT, 탄소원소 함량 92% 이상) 탄소섬유로도 불리며, 그 차이는 열처리 온도 등과 같은 제조방법에 따라 달라진다 [11 - 20] .
특히, PAN계 탄소섬유는 비강도, 비탄성률이 우수하여 금속을 대체할 수 있는 첨단 복합재료로서 항공·우주, 고성능 스포츠 용품 등에 널리 사용되어 왔다. 1980년경 미국의 보잉사가 민간항공기의 1차 구조재로 적용하기 위한 고강신도 탄소섬유의 개발을 탄소섬유 제조회사에 요청한 것을 계기로 하여고강도화의 경쟁이 시작되었다. 1983년부터 1985년에 걸쳐서하기 Table 1 에 나타낸 바와 같이, Torayca T800H, Magnamite IM-6, IM-7, Besfight IM-500 등의 중탄성률 고강도 탄소섬유가 시판된 이후로 고성능 CFRP용 제 2세대 탄소섬유의 수요가 확대되고 있다. 1986년에는 강도가 PAN계 범용형의 2배인 7 GPa, 절단신도가 2.4%로서 종래의 벽이었던 2.0%를 처음으로 뛰어넘은 초고강도 탄소섬유인 Torayca T1000이 도레이사에서 출시되었다. 이의 출시를 계기로 각 회사들은 다시 고강도화의 기술개발에 주력하게 되었다.
탄소섬유는 다른 재료에 비해서 단가가 높아서 초기에는 골프 샤프트, 낚싯대 등 스포츠·레저 용품 등을 비롯하여 항공기·우주 관련 등의 한정된 분야에서만 사용되어 왔다. 그러나 현재는 탄소섬유의 가격이 많이 하락하여 다른 소재의 대체 재료로서 그 수요가 늘어나고 있다. 최근에는 지구 환경 면에서 가솔린이 아닌 천연 가스나 연료 전지를 자동차 연료로 사용하려는 움직임이 있는데, 이 천연 가스 자동차의 연료 탱크에 PAN계 탄소섬유가 사용되기 시작하였다. 또한 풍력 발전의 발전효율을 높이기 위해 철제 블레이드 대신에 탄소섬유
제조업체별 PAN계 고강도 탄소섬유
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제조업체별 PAN계 고강도 탄소섬유
를 사용하려는 시도가 있으며, 심해 해저의 철제 파이프 대체재로서 고압력에 견디는 해저 유전 송유파이프, 에너지 효율을 높이기 위한 트럭 차체로서 응용이 유망하다. 또한 경량, 고강도 특성을 가진 탄소섬유는 철의 대체 소재로서 여러 용도에서 시장이 확대될 것으로 전망된다 [21 - 27] .
최근 탄소섬유의 수요를 다시 증대시키기 위한 노력들이 활발히 이루어지고 있다. 특히 토목·산업 분야에서 수요 확대가 이루어질 경우에는 비약적인 발전이 예상된다. 하지만 현재 국내의 경우는 탄소섬유 전량을 일본에서 수입하여 사용하고 있고, 응용 분야도 스포츠 용품 분야에 대부분 치중해 있기 때문에 국내 생산 기술 확보와 응용 분야의 다양화를 위한 노력이 우선적으로 이루어져야 할 것이다.
본 총설에서는 탄소섬유와 관련된 특허 정보를 중심으로 특허맵(Patent Mapping)을 작성하고 조사·분석하여 탄소섬유에 관한 1974년부터 2007년까지 지난 30여 년간의 기술 흐름의 추이와 최근의 기술 동향, 출원인 분석을 통한 기술의 우위 현황 및 기술의 주요 분포도 등을 국가 및 기술 분야별 등으로 세분화·체계화 다각적으로 분석함으로써 도식화된 그래프를 이용하여 특허의 동향을 분석하고 이를 통해 탄소섬유의 기술개발 동향을 파악하고자 하였다.
2. 특허 분석의 범위 및 방법
탄소섬유에 관한 특허 정보 분석은 한국과학기술정보연구원에서 제공하는 특허 정보 데이터베이스를 기준으로 하여 한국, 미국, 일본, 유럽의 공개 및 등록특허를 분석대상으로 하였으며, 현재의 미등록건을 고려하여 특허출원일을 기준으로 하였다 [28] . 본 특허분석에서는 핵심 키워드인 탄소섬유와 이와 관련된 세부기술, 탄소섬유 제조기술 및 탄소섬유 성형기술을 사용하여 특허검색을 실시하였으며, 우선적으로 각 세부기술에
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국가별 특허 출원 동향(국내외).
해당하는 특허를 개별적으로 검색한 후 이를 병렬적으로 종합하여 특허분석 대상건을 확정하는 bottom-up 방식으로 진행하였다. 각 세부기술의 대상특허 검색 시 세부기술 단독의 키워드를 사용하는 대신에 핵심, 세부기술의 키워드를 상호 직렬적으로 연결하여 검색식을 작성함으로써 해당 핵심기술 이외에 타 기술분야의 특허가 검색되는 것을 되도록 배제하려고 하였다. 한편, 본 분석은 세부기술을 최대한 반영하되 핵심기술 단위로 통합하여 이루어졌기 때문에 각 분류간 중복될 수있으며, 특허 분석과정에서 어떤 특정분야에 특허출원 또는 특허등록이 수치적으로 나타나지 않았다고 하더라도, 그 분야에 특허활동이 전혀 이루어지지 않음을 의미하는 것이 아님을 분석결과를 언급하기에 앞서 명시한다.
상기의 방법으로 조사된 탄소섬유 관련 특허 정보의 총 검색 건수는 10,000여건이었으나, 정확한 특허 분석을 위하여 중복 및 노이즈(검색 키워드로 추출은 되었으나 검색의 결과가내용과 동떨어진 것) 특허를 제거하고 탄소섬유 기술을 분류하여 분류 기준에 적합하지 않은 특허를 걸러냄으로써 최종적으로 관련도가 높은 9000여건을 추출하여 양적인 통계를 의미하는 정량분석과 각 특허가 갖는 기술적인 내용을 의미하는 정성분석으로 나누어 특허 분석을 진행하였다. 정량분석 방법은 특허를 출원연도별, 국가별 및 출원인별로 분류하여 각 부문별 특허건수, 점유율 및 증가율 등으로 구분하여 수행하였으며, 정성분석 방법은 기술분류별로 기술의 흐름을 파악하였다.
3. 특허 출원 현황
- 3.1. 정량분석
- 3.1.1. 전체 특허 동향
- (1) 국가별 특허 출원 동향
탄소섬유의 특허 출원 동향을 국가별로 살펴보면 Fig. 1 에서알 수 있듯이 일본이 1981년부터 현재까지 출원된 탄소섬유 관
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출원연도별 특허 출원 동향(국내외).
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출원인별 특허 출원 동향(국내외).
련 특허의 전체 건수인 9,641건의 79%(7,680건)를 차지하고 있고, 그 뒤를 이어서 미국, 유럽, 한국이 각각 10%(986건), 7%(636건), 4%(339건)를 차지하고 있다. 이것은 탄소섬유에 있어서 일본이 월등하게 앞서가고 있음을 보여주는 결과이다.
- (2) 출원 연도별 특허 출원 동향
Fig. 2 는 국내 및 일본, 미국, 유럽에서 출원된 탄소섬유 관련 특허를 출원 연도별로 검토한 결과로서, 1981년 290건을시작으로 1990년까지는 출원 건수가 꾸준히 증가하였으며, 특히 1990년에는 770건으로 가장 많은 특허가 출원되었다. 그러나 그 후 특허 건수는 감소하기 시작하여 1996년에는 123건의 특허만이 출원되다가 1997년부터 다시 출원 건수가 증가하기 시작하여 2000년에는 465건의 특허가 출원되었으나, 다시 2002년에는 2건으로 특허 출원이 감소되었다.
- (3) 출원인별 특허 출원 동향
Fig. 3 은 탄소섬유 관련 전체 출원 건수(9,641건)를 출원인별로 분류하여 상위 7위까지만 살펴본 결과로서, 출원인 국적은 모두 일본이었으며, 총 1,912건의 특허를 출원하여 전체 출원건수의 약 20%를 차지하고 있다. 출원인 중의 1위는 도레이사로서 576건을 출원하였으며, 미쯔비시 레이온 및 오사카 가스
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출원연도별 특허 출원 동향(국내).
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출원인별 특허 출원 동향(국내).
가 각각 418건과 229건을 출원하여 2위와 3위를 차지하였다.
- (4) 국제 특허 분류(IPC)별 특허 출원 동향
1981년부터 2002년까지 국내와 일본, 미국, 유럽에서 출원된총 9,641건의 탄소섬유 관련 특허를 국제 특허 분류(IPC)별로 살펴본 결과로서, 전체 출원 건수의 50%에 해당하는 4,844건이 상위 10개의 분류에 포함되며, 그중 가장 비율을 많이 차지하는 것은 D01F(인조 필라멘트사, 섬유, 강모 또는 리본의 제조에 있어서 화학적 특징을 갖는 것 ; 탄소 필라멘트 제조에 특히 적합한 장치)로 전체 9,641건 중 1,405건을 차지하였다.
- 3.1.2. 국내 특허 동향
- (1) 출원 연도별 특허 출원 동향
Fig. 4 는 1981년부터 현재까지 국내에서 출원된 총 339건의 탄소섬유 관련 특허를 출원 연도별로 살펴봄으로서 20여 년간의 특허 출원 동향을 검토한 결과이다. 1980년대(1981-1990)에출원된 특허 건수와 1990년대(1991-2000)에 출원된 특허 건수를 비교해보면 1980년대에는 73건으로 총 출원 건수의 21.5%,1990년대는 238건으로 총 출원 건수의 70%를 차지하고 있으
주요 출원인의 특허 출원 건수(국내)
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주요 출원인의 특허 출원 건수(국내)
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국적별 특허 출원 비율(국내).
며, 2000년대 이 후로 28건으로 8.5% 탄소섬유 전체 동향과 같은 결과를 가졌다. 이는 국내에서 출원된 탄소섬유 관련 특허가 대부분 1990년대에 출원되었음을 나타내며, 이 시기에 탄소섬유 관련 기술이 가장 활발히 연구되었음을 의미한다.
- (2) 출원인별 특허 출원 동향
국내에 출원된 탄소섬유의 주요 출원인 현황을 살펴보면, Fig. 5 와 같이 일본 기업인 미쯔비시 레이온과 도레이사가 각각 13건씩으로 가장 많은 출원을 하였고, 국내의 새한, 포스코, 산업과학기술연구소 등이 각각 11건, 11건 및 10건으로 그 뒤를 잇고 있다. 그러나 일본의 미쯔비시 레이온의 경우는 Table 2 에서 나타나듯이 출원한 13건 중 10건은 1980년대에 출원된 특허이고 3건은 2000년대 들어 출원된 건수로 1990년대에는 국내에서는 특허를 출원하지 않았다. 하지만, 국내 기업들의 경우에는 1990년부터 현재까지 기업들의 수는 많지 않지만 꾸준하게 특허를 출원하고 있는 것을 알 수 있으며, 특히 대우중공업은 1995년도 특허 출원 5건으로 단일년도 최대 건수를 차지한 것으로 보아 1990년 대 중반이 국내에서의 탄소섬유에 대한 연구가 가장 활발하였음을 알 수 있다.
- (3) 국적별 특허 출원 동향
Fig. 6 은 국내에 출원된 탄소섬유 관련 특허의 출원인을 내국인과 외국인으로 나누고, 외국인 출원인을 다시 국적별로 나타낸 것이다. 전체 출원인 중, 외국인이 차지하는 비율은 53%로서 47%의 내국인 출원 비율보다 많은 비중을 차지하고 있는 것으로 나타났다. 그리고 외국인 출원인 비율을 국적별로 다시 살펴본 결과에서는 일본과 미국이 각각 31.3%와 15.0%를 차지하였고, 독일을 비롯한 영국, 프랑스, 스위스 등의 유
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출원연도별 특허 출원 동향(일본).
럽의 출원인 비율은 모두 합쳐도 6% 미만으로 나타나, 일본과 미국의 특허 출원 점유율이 매우 높음을 알 수 있었다.
- 3.1.3. 해외 특허 동향
- (1) 일본
- (가) 출원 연도별 특허 출원 동향
Fig. 7 은 1981년부터 현재까지 일본에서 출원된 총 7,680건의 탄소섬유 관련 특허 출원 동향을 나타낸 결과이다. 일본의 경우는 1990년을 기준으로 감소하는 경향을 나타내며 이때까지의 출원 건수가 4,769건으로 전체 출원 건수의 62%를 차지하고 있다. 그리고 1994년부터 1996년까지 3년 동안 특허 출원 건수가 149건으로 급격하게 줄어들다 1997년부터 다시 출원 건수가 늘어나는 동향을 나타내었다.
- (나) 출원인별 특허 등록 동향(일본)
Fig. 8 은 1981년부터 2002년까지 일본에서 출원된 탄소섬유관련 특허를 출원인별로 살펴본 결과로서, 상위 7개 회사가 모두 일본 회사인 것으로 나타났다. 또한, 전체 탄소섬유 관련 출원 건수인 7,680건의 22%에 해당하는 1,680건이 이 7개 회사에 의해 출원되었다. 출원 건수가 가장 많은 회사는 전체 특허건수의 6.2%에 해당하는 479건을 출원한 도레이사였으며, 미
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출원인별 특허 출원 동향(일본).
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출원연도별 특허 출원 동향(미국).
쯔비시 레이온, 아사히 켐 및 오사카 가스 등이 각각 357건, 210건, 그리고 203건으로 그 뒤를 따르고 있다.
- (2) 미국
- (가) 출원 연도별 특허 출원 동향
Fig. 9 는 1981년부터 2002년까지 미국에서 출원된 총 986건의 탄소섬유 관련 특허를 출원 연도별로 나타낸 결과이다. 미국의 경우는 1980년대에 총 391건, 1990년대에 589건이 출원되어 일정 기간에 집중 출원을 하지 않고 일정 출원 건수를 유지하며, 20여 년간에 걸쳐서 특허가 꾸준히 출원되고 있다. 이것은 미국의 경우 탄소섬유에 관한 연구가 특정 기간에 이루어지는 것이 아니라 꾸준히 지속적으로 이루어지고 있음을 보여주는 결과이다.
- (나) 출원인별 특허 출원 동향
Fig. 10 은 1981년부터 현재까지 미국에서 출원된 986건의탄소섬유 관련 특허를 출원인별로 살펴본 결과로서, 상위 7개
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출원인별 특허 출원 동향(미국).
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출원연도별 특허 출원 동향(유럽).
회사 중 7개 회사 모두가 일본 회사인 것으로 나타났으며, 전체 탄소섬유 관련 출원 건수인 986건의 9%에 해당하는 89건이 이들 7개 회사에 의해 출원되었다. 출원 건수가 가장 많은회사는 전체 건수의 3.1%에 해당하는 31건을 출원한 도레이사였으며, 미쯔비시 레이온사와 듀퐁사가 각각 23건, 18건을 출원하여 2위와 3위를 차지하고 있다.
- (3) 유럽
- (가) 출원 연도별 특허 출원 동향
Fig. 11 은 1981년부터 2002년까지 유럽에서 출원된 총 636건의 탄소섬유 관련 특허 출원 동향을 나타낸 결과로서, 유럽의 경우는 일본과 미국에 비해 특허 총 건수는 작지만 지난 20여 년 동안 몇 년을 제외하고는 특허 출원 건수가 계속해서 증가하고 있는 경향을 나타내고 있다. 특히, 2001년에는 46건의 특허가 출원되었는데, 이것은 1980년대 초기 출원 건수에 비해 거의 5배가 증가한 것이다.
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출원인별 특허 출원 동향(유럽).
- (나) 출원인별 특허 출원 현황
탄소섬유에 관한 유럽 특허의 출원인별 특허 출원 현황을 살펴보면 일본, 미국과 마찬가지로 Fig. 12 처럼 상위 7개 회사가 출원한 건수가 139건으로 탄소섬유 관련 전체 특허 636건수의 22%를 차지하고 있다. 그리고 139건의 81%에 해당하는 113건이 일본 회사들에 의해 출원된 특허들이며, 그중 가장 많은 특허를 출원한 출원인은 일본 회사인 도레이사로서 총 53건의 특허를 출원하였다.
- 3.1.4. 탄소섬유 복합재료 출원 동향
2006년 상반기의 탄소섬유 복합재료 관련하여 공개된 상위 7개 일본 회사의 특허 현황을 탄소섬유 메이커별, 원료, 가공,용도별로 정리하여 Table 3 에 나타내었다. 전체 건수 98건 중탄소섬유 관련하여 약 9%, 매트릭스 수지 관련 12%, 중간재3%, 성형재료 24%, 성형가공 16%, 그리고 기타 36%를 나타냈으며, 출원건수가 가장 많은 메이커는 탄소섬유와 마찬가지
일본 탄소섬유 복합재료 특허 동향(2006년 상반기 공개)
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일본 탄소섬유 복합재료 특허 동향(2006년 상반기 공개)
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국가별 탄소섬유 복합재료 기술발전 포트폴리오 (X축 : 출원인수 Y축 : 출원건수 분석범위: 특허출원일 기준 한국/미국/일본/유럽 특허 '05~'03 '02~'00 '99~'97... '75~'73 ~72)
로 도레이, 미쓰비시 레이온, 그리고 토호 테넥스로서 전체 출원 건수의 65%를 차지하였다.
- 3.2. 정성분석
- 3.2.1. 국가별 탄소섬유 관련 기술발전 포트폴리오 분석
본 분석은 탄소섬유 핵심기술에 대한 국가별 출원건수(Y축)와 출원인수(X축)변화의 상관관계를 통하여, 출원국별 기술의 발전단계를 파악하는 포트폴리오 분석으로, 출원인수와 출원건수가 함께 증가하는 발전기, 출원인수는 안정되는 반면 출원
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탄소섬유 복합재료에 대한 한국특허 내외국인 점유율변화(X축: 출원연도 Y축: 점유율 분석범위: 특허출원일 기준 한국특허 ~'95 '96~'98 '05~'07).
한국특허 지역 연도별 건수*분석범위 : 특허출원일 기준, 한국특허, ~'87, '88~'90, '03~'05, '06~'07*특허출원의 경우 통상적으로 출원을 한 후 18개월이 경과한 때에 일반에게 공개되기 때문에 ‘06~’07년 출원건수는 당해연도의 전체적인 정보를 반영하지 못함.
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한국특허 지역 연도별 건수 *분석범위 : 특허출원일 기준, 한국특허, ~'87, '88~'90, '03~'05, '06~'07 *특허출원의 경우 통상적으로 출원을 한 후 18개월이 경과한 때에 일반에게 공개되기 때문에 ‘06~’07년 출원건수는 당해연도의 전체적인 정보를 반영하지 못함.
건수가 감소하는 성숙기, 출원인수와 출원건수가 함께 감소하는퇴조기 등으로 구분하여 발전 단계를 파악하여 Fig. 13 에 나타
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한국특허의 지역별 특허활동지수.
내었다. 탄소섬유, 복합소재 제조 및 성형기술 분야는 모든 국가에서 1990년대 후반부터 출원건수 및 출원인수가 급격히 증가하는 것으로 나타나, 현재 탄소섬유 복합소재에 대한 연구 개발이 활발히 진행되고 있는 발전기에 있는 것으로 판단된다.
- 3.2.2. 한국특허의 지역 및 국적별 분석
본 분석은 분석 대상특허 중 한국특허 출원인의 핵심기술에 대한 지역별 출원건수, 내외국인 국적 동향, 특허활동지수 등을 분석하여 지역별 기술 분포를 파악하였다. Table 4 에 나타낸 바와 같이 지역 연도별 특허동향을 살펴보면, 1990년대 후반부터 본격적인 특허출원 활동이 시작되었으며, 2003년~2005년에 특허출원이 가장 활발한 것으로 분석되었다. 지역별로는 서울시 및 경기도의 출원이 가장 많았으며, 기계탄소기술원이 있는 전북은 6위를 차지하고 있는 것으로 조사되었다.
Fig. 14 는 탄소섬유의 한국 특허에 대한 내외국인의 출원동향을 나타낸 것으로서, 2001년도까지는 외국 국적 출원인의 출원비율이 30%정도 차지하였으나, 2002년 이후부터 외국인의 국내출원이 다소 증가하여 2005년 이후 40%가량을 차지하는 것으로 나타났다. 이는 탄소섬유 복합소재 관련 기술을 보유한 해외 기업들이 관련 시장을 선점하기 위해 우리나라에 특허출원 활동을 증가시킨 것에 따른 것으로 판단된다.
Fig. 15 는 탄소섬유 복합소재 제조 및 성형기술 전체에 대한 한국내 상대적 기술 집중도를 살펴보기 위해 특허활동지수(Activity Index)를 각 지역별로 도시한 것으로서 그 값이 1보다 큰 경우에는 상대적 특허활동이 활발함을 의미한다. 결과로서, 광주와 경북의 기술집중도가 가장 높았으며, 지역별 특허활동지수를 살펴보면 충남이 6.2로 가장 높아 해당 특허활동이 매우 활발함을 알 수가 있으며, 그 다음으로 전북과 대전이 4.8과 4.2를 나타내었다.
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미국 특허의 주요 국가별 패밀리 현황(X축:출원인 국적 Y축:패밀리수/패밀리 국가수).
- 3.2.3. 미국 특허의 국가별 시장성 분석
Fig. 16 은 분석대상 특허 중 미국특허의 출원인 국적별 패밀리수와 패밀리국가수를 분석한 것이다. 일반적으로 특허 패밀리수는 해당 특허의 연속, 분할, 우선권 출원 등과 같이 밀접하게 연계된 특허그룹의 크기를 나타내며, 패밀리 국가수는 해당 특허가 출원된 국가수로서, 해당 특허의 시장성을 나타내는 지표로 활용된다. 따라서, 높은 패밀리수 및 패밀리 국가수를 나타내는 국가는 관련분야에서 높은 시장성을 가지는 특허를 다수 보유하여 높은 경쟁력을 가지는 것으로 파악할 수 있다.
- 3.2.4. PAN계 탄소섬유에 대한 주요 출원인 분석
PAN계 탄소섬유에 대한 주요 다수 출원인은 앞서 정량분석과 마찬가지로 탄소섬유 관련하여 주요 핵심기업인 도레이사와 미쓰비시 레이온사가 차지하였다. 도레이사에 대한 특허출원 분석에서 도레이사는 '76년~'06년까지 총 314건의 특허를 출원하였으며, 총 건수의 다수를 차지하는 279건이 출원된 일본이 주요 타겟 시장으로 보고 있는 것으로 나타났으며, 한국에는 불연속적으로 1997년과 2006년에 2건의 특허를 출원하였다. 미쓰비시 레이온사에 대한 특허출원 분석에서 미쓰비시레이온사는 ‘75년~’ 06년까지 총 254건의 특허를 출원하였으며, 출원건수의 대다수인 230건을 일본특허로 출원할 만큼 도레이와 마찬가지로 일본을 주요 시장으로 선정하였으며, 한국에는 불연속적인 출원으로 1987년과 1993년에 2건만을 출원하였다. 그리고 이 두 핵심 출원인이 출원한 특허는 탄소섬유 제조를 위한 전구체 개발이 다수를 차지하였으며, 그 다음으로 탄화방법에 대한 특허가 81건을 차지하였다.
4. 결 론
본 총설에서는 1981년부터 2000년대까지의 일본, 미국, 유럽 및 국내에서 출원된 탄소섬유 관련 특허에 대한 동향을 분석하고자 하였다. 국가별 출원 건수를 비교해 보면, 일본이 전체 출원 건수의 79%에 해당하는 출원을 하였으며, 미국과 유럽, 그리고 한국이 10%, 7% 및 4%를 각각 차지하였다. 이처럼 국가별 출원 건수에서 알 수 있듯이 탄소섬유 관련 기술에 대한 특허는 대부분 일본에서 출원되고 있기 때문에 일본의특허 출원 동향을 살펴보면 전 세계적으로 출원되고 있는 탄소섬유 관련 특허에 대한 출원 동향을 파악할 수 있으며, 그 결과로서 탄소섬유 관련 기술의 개발 진행 정도 및 방향도 파악할 수 있다.
출원 년도별 출원 건수에 대한 분석을 살펴보면, 1980년대에는 특허 출원 건수가 많았으나 1990년대 초반에는 특허 출원 건수가 상당히 감소한 것으로 나타났으나 최근 들어 다시 출원이 늘어나는 경향을 보이고 있는데, 이는 높은 단가로 인하여 항공, 우주 및 군사 목적으로만 사용되던 탄소섬유의 수요가 1990년대 초 냉전체제의 종식과 함께 감소하였지만, 최근에는 탄소섬유의 경량, 고강도 특성을 살릴 수 있는 착실한 용도 개발의 노력에 힘입어서 건재, 콘크리트 구조물·내진 보강 등의 토목·건축 분야, CNG 탱크, 풍력 발전용 블레이드, 원심분리 로터, 플라이 호일 등의 대체 에너지·클린 에너지분야, 선박, 차량 등의 고속 운송 기기 분야, 해양 개발·심해저 유전 채굴 분야, 기기의 고성능화, 의료 복지 기기, 전기·전도, 초내열 용도 등의 다양한 산업 분야에 대한 적용이 활발히 이루어지고 있다. 따라서 앞으로는 더욱 다양한 분야에서 탄소섬유가 광범위하게 사용될 것이라 판단되기 때문에 1990년대에 다소 주춤했던 개발에 대한 노력이 2000년대 이후에는 더욱 새로운 활력으로 나타날 것이라 기대를 하고 있다.
또한, 탄소섬유 복합소재 제조 및 성형기술 분야는 출원건수 및 출원인수가 증가하는 발전기에 해당하는 향후 발전가능성이 높은 분야로 판단되므로, 국내시장 보호는 물론 국제시장에서의 경쟁력 확보를 위해 관련 분야에 대한 기술개발 및 특허출원이 절실히 요구된다. 따라서 일본과 같이 국내의 메이저급 대기업들 또한 기술개발을 통한 특허확보가 반드시 필요하며, 이에 대한 학계, 연구계 및 정부의 지원이 충분하게 이루어져야 할 것이라 판단된다. 이러한 산학연정 협력체계 구축을 통해 우리나라가 미래 성장을 이끌 꿈의 신소재로 불리며 7조 원대에 이르는 세계 탄소소재 시장에서 탄소산업 강국으로 우뚝 서야 할 것이다.
Acknowledgements
본 연구는 교육과학기술부의 지원으로 수행하는 21세기 프론티어연구개발사업 (수소에너지사업단)의 일환으로 수행되었습니다.
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