전기에너지 특허 및 시장정보

차세대 플렉서블 박막 태양전지 적용기술 및 시장전망

태양광 산업에서 제조원가 절감과 다양한 제품의 필요성이 대두되면서 최근 플렉서블 태양전지(Flexible Solar Cell)가 많은 관심을 받고 있다. 기존의 상용화된 대부분의 태양전지는 Wafer나 Glass와 같은 단단한 기판 위에 형성되어있기 때문에 어느 정도의 힘을 주면 변하거나 부서지게 된다. 하지만 차세대 태양전지로 주목 받고 있는 플렉서블 태양전지는 마음대로 구부리거나 휠 수 있는 태양전지이다. 따라서 유연성을 위해 주로 박막형 태양전지를 사용하기 때문에 상황에 따른 변형이 가능하고 가볍고 휴대성도 매우 뛰어나다.

이러한 플렉서블 태양전지의 장점을 활용하여 유연한 기판의 개발이 선행되고 그 기판에 맞는 제조기술의 최적화가 이루어지게 될 경우 기존의 상용화된 태양전지들과 충분히 경쟁할 수 있고 장차 다양한 용도로의 활용도가 크게 기대된다.

현재 Flexible 기판(Metal Foil, Plastic)을 이용한 박막 태양전지는 제조공정의 복잡함과 대량공정의 비효율적인 측면들로 인해 원가 절감에 불리한 상황에 놓여있으며 이를 위한 원가절감의 많은 연구와 투자가 필요한 실정이다. 플렉서블 태양전지는 2009년까지 미국의 유니솔라(United Solar Ovonic)를 중심으로 한 a-Si 태양전지가 시장을 주도하였으며 2010년부터 신규 CIGS 및 기타 플렉서블 태양전지 업체들이 가세하면서 본격적인 성장을 했다.

2011년부터는 전세계 경기침체와 태양전지 공급초과 현상으로 인해 비교적 참여하는 업체 수가 적은 플렉서블 태양전지는 그 생산량이 급격히 감소하게 되었지만 2013년부터 다시 증가추세를 보여 2014년경부터는 예년수준을 회복 할 것으로 보이며 이후 높은 성장률을 기록하며 2020년에는 1.6GW급의 생산량을 보일 것으로 전망된다.

리튬이차전지 핵심 특허분석 : 고전압 전해질

리튬이차전지의 성능 개선을 위한 여러 가지 Trend 중에서 배터리 전압을 높이려는 고전압 기술이 현재 주목받고 있다. 그런데 고전압화를 위해서 핵심적인 것들 중 하나가 바로 고전압용 전해질이다. 고용량의 에너지를 저장하기 위한 이차전지 핵심기술 중 양극재, 음극재와 더불어 일반 전해질에 비해 더 높은 전압에서 충전할 수 있는 고전압용 전해질 개발이 이차전지 업계의 핵심 개발 이슈이다.

2012년 12월까지 발행된 한국, 미국, 일본, 유럽의 고전압 전해질 분야의 특허를 대상으로 모집단 8,758건 중 1,455건의 유효특허를 선별하여 조사분석을 실시하였다. 이를 통해 고전압 전해질의 특허출원 동향과 관련 핵심특허를 살펴보는 데 도움이 될 것으로 기대된다.

본 보고서에서는 전해질을 유기용매 전해질, 고전압 겔 고분자 전해질, 폴리머 고체 전해질, 액체이온 전해질, 무기고체 전해질 등 모두 다섯 가지의 영역별로 구분하여 분석을 실시하였다. 그리고 고전압용 전해질 첨가제 영역에 대해서도 별도로 분석을 실시 하였으며 이들 영역 중에서는 유기용매 전해질 영역의 특허출원이가장 활발하다.

10대 고전압용 전해질 특허출원 기관에서는 일본기업이 7개로 절대적이며, 한국기업이 3개가 포함되어 있는데 일본의 Ube Industries와 Mitsubishi Chemical은 절대적으로 많은 수의 특허들을 출원하고 있었다. 특기할만한 사항으로는 자동차 기업인 Toyota의 특허가 전체 12위로 많은 관심을 보이고 있다는 것이다. 삼성SDI도 꾸준히 특허를 출원하고 있으며, LG화학과 Hitachi Maxell의 꾸준한 출원량 증가가 돋보인다.

분석된 핵심특허는 모두 140건으로 미국에만 이 중 113이 출원되어 있다. 대부분의 핵심특허가 소수의 Leading Company에 집중되어 중요국가에 대부분 출원되어 있는 것을 알 수 있고, 고전압 전해질에 대한 기업별 핵심 특허 분석 결과에서도 Leading Company 들이 핵심특허의 대부분을 점유하고 있는 것으로 나타났다.

LED 핵심특허분석 : 니치아 YAG 형광체 특허분석

최근 글로벌 기업들은 자사제품의 경쟁력을 유지하는 방안 중 하나로 특허를 무기화하는 경향이 강해지고 있다. 특히, 원천기술에 대해서는 독점체제를 유지하기 위해 특허를 적극 활용하고 있다.

LED 분야도 선두 업체 간 특허망을 구성하여 후발주자의 참입을 어렵게 하고 있는 대표적인 제품 중 하나이다. 특히, LED 시장의 본격 성장을 가져온 백색 LED를 처음으로 구현하게 한 황색 형광체(YAG)에 대한 원천특허권은 니치아가 보유하고 있으며 니치아의 LED 사업에 커다란 기여를 하고 있다. 이러한 YAG 핵심특허의 만료가 도래하면 업계에 많은 변동을 가져올 수 있어 업계의 관심이 커지고 있다.

최근 업계 동향 기사를 통해 보더라도 니치아 YAG계열 특허가 조만간 만료되고, YAG계 형광체를 사용 가능성에 대해 언급하는 내용이 종종 등장하고 있다. 그러나, YAG 형광체 특허 만료에 대한 영향과 니치아 YAG계열 특허 포트폴리오의 실체에 대한 객관적인 분석 정보는 잘 나타나 있지 않아 이를 뒷받침할 수 있는 명확한 분석 내용이 필요하다.

니치아 YAG계열 만료예정 원천특허인 US Patent No. 5998925의 특허청구범위를 집중 분석하고, US, KR, JP, EP의 Family 특허의 청구범위를 분석하고, 주변특허에 대한 분석을 통하여, 니치아 YAG계열 원천특허의 만료 의미와 그 예상 영향과 관련 특허조사 분석 데이터를 분석하여 보고서로 발간하게 되었다.

(니치아 YAG계열 원천특허인 US Patent No. 5998925와 그 US, KR, JP, EP Family 54건에 대한 특허 정보 및 상기 핵심특허와 그 Family의 Independent Claim을 중심으로 특허청구범위 분석을 실시하였고, 아울러 US Patent No. 5998925의 Family 특허 외에 니치아의 YAG 주요특허와 타사의 주변특허, 니치아 YAG관련 미국 소송 현황 정보도 제시하였다.)

니치아 YAG계 존속기간 만료예정 원천특허에 대하여 사전에 체계적이고, 심층적으로 정보를 수집, 분석하여 제공함으로써 관련 산업체의 R&D 효율을 높이고 LED YAG계 형광체에 대한 불필요한 특허분쟁을 사전에 예방하는 효과가 있을 것으로 기대된다.

Next generation TV market Insight

2010년부터 지속되고 있는 미국 및 유럽의 천문학적인 재정적자 및 유가급등에 따른 경기 악화가 지속되면서 세계경기도 동반하여 하락하였고 각국의 소비자들은 지갑을 닫으면서 생계에 필요한 최소한의 지출만을 하여 신제품 출시에도 불구하고 실 판매로 연결되지 못했고 교체시기가 지난 제품들도 신제품으로 교체되지 않고 기존 보유 제품을 지속 사용하는 생계형 소비 패턴이 지속되고 있는 현실이다.

특히 Smartphone 및 Tablet을 제외한 거의 모든 IT 및 가전제품 등의 판매는 정체 또는 역성장을 보였으며 특히 IT 및 TV Set 업체들의 강력한 가격 인하 Promotion 정책에도 불구하고 실판 매는 증가되지 않았고 이에 따라 가장 중요한 부품 중의 하나인 Display Panel은 Set 업체들의 적자 보존을 위해 거래가격은 매달 하락하였고 심지어 Cash Cost 이하의 가격으로 거래가 지속되어 Display Panel 업체들은 구조조정까지 하는 심각한 현실을 직면하게 되었다.

2012년 상반기부터 다소 회복세에 들어서면서 업계 선두 업체인 한국업체들을 중심으로 적자에서 흑자로 전환하고 있지만 그동안 고성장을 해온 가장 TFT LCD 시장이 성숙기 접어들었고 위에서 언급한 변화한 소비패턴 변화, Set 업체들의 강력한 구매정책 등으로 DIsplay 업계 특히 LCD 업체들의 수익성 악화에 따른 새로운 돌파구를 위하여 기존 LCD Panel의 대형화 및 고해상도화와 중소형 제품에 적용하였던 OLED 기술을 TV에 적용 및 상용화하여 제3의 빅뱅을 도모하는 동시에 차세대 기술 프리미엄 시장을 선점하기 위해서 초고해상도(UD) TV와 50인치 이상의 대형 TV를 2012년부터 경쟁적으로 출시하고 있다.

대형 LCD 패널 가격이 지속적으로 하락하여 대형 TV를 선호하는 소비자들의 수용할 수 있는 가격대로 근접하면서 50인치 이상 초대형(Super Large) 고해상도(4K2K:UD) TV 시장이 빠른 속도로 성장하고 있다.

LCD 패널의 급속한 가격 하락과 경기 침체에 따른 수익성 악화에 따라 차세대 대형 Line 투자를 하기가 어려운 각 LCD 패널 업체들은 감가상각이 끝난 Line(8세대 이하)들을 사용하여 현재의 약 90%~95% 수준인 Glass 효율을 95%~98% 수준으로 끌어올리는 개선을 위해 한 장의 원판 유리에서 Size가 다른 모델을 동시에 생산할 수 있는 방법으로 MMG(Multi Model Glass)을 추진하면서 MMG와 Glass 효율 극대화를 통한 새로운 Size와 초고해상도를 지원하는 초대형의 새로운 패널들을 개발 양산되면서 새로운 Size의 Panel과 Set 제품들이 중국시장을 시작으로 전 세계 시장으로 확대 판매 되기 시작하였다.

디스플레이의 해상도는 Processor, Memory의 발전과 디스플레이 디바이스의 기술 발전에 따라 더욱 선명한 영상을 위해 빠르게 초고해상도화로 변화하고 있다. 해상도에서 SD에서 HD의 변화가 아날로그 Era 1.0에서 디지털 Era 2.0d로 진화인 제1의 Display Wave라면 HD에서 4K2K(UD)로 진화는 디지털 Era에서 Consumer Electronics 3.0이라는 제2의 Display Wave라 보여진다. 단순히 TV 해상도만 변화는 것이 아니라 Clouding Computing의 거대한 Umbrella 아래에 방송 System, Network, 콘텐츠, 영상기술 등의 근본적인 변화이며 혁신이기 때문이다.

최근에 디지털 TV(FHD: 1920×1080)를 뛰어넘는 새로운 차별화 시장을 겨냥한 4K2K(UD: 3840×2160) TV가 출시되고 있고 수년 전부터 일본에서 NHK를 중심으로 디지털 TV의 세대를 위한 SHV(Super High Vision: 8K4K)의 초고해상도화를 연구 개발을 추진하고 있으며 Sony, Sharp, Panasonic 등 글로벌 TV 시장의 주도권을 빼앗긴 일본 업체들과 거대 중국 내수시장을 선점을 위해 중국 Local 6대 업체들의 적극적인 제품 개발과 마케팅 전략이 전개되고 있다.

4K2K(UD) TV의 해결과제는 LCD 나 OLED 패널 모두 수율 향상, 저가격화 및 다양한 Contents (방송, S/W)지원 등이다. 한국업체들은 차세대 TV의 핵심을 OLED와 스마트 기능으로 보고 있었고 4K2K(UD) TV 시장이 본격적으로 열리려면 최소 2~3년이 걸릴 것으로 전망했으나 4K2K(UD) TV는 생각보다 한 걸음 더 우리 곁에 다가와 있음을 2012년 IFA(베를린가전제품박람회) 및 CES 2013(The International Consumer Electronics Show)서 실감하게 되었다.

이는 소비자들이 스마트폰을 비롯한 다양한 고해상도 기기에 익숙해 고해상도에 대한 가치를 충분히 인식하고 있으며 LCD 패널 업체들도 대형 패널로 새로운 돌파구를 열고 싶어하기 때문에 4K2K(UD) TV 시대가 생각보다 빨리 도래할 것으로 보인다. 실제 50인치 이상 대형 패널에서 FHD(1920×1080) 해상도는 고화질을 제공하기에는 부족한 해상도이다. 현재 차세대 Display 기술로 한국/일본/대만/중국에서 핵심 역량을 집중하고 있는 OLED 산업의 키워드는 최신 기술이 아니라 양산능력과 공정기술이며 향후 TV 시장에서는 대면적 및 고해상도(4K2K 이상)에 적합하고 양산 수율이 기존 LCD 수준 정도의 높은 증착 기술이 OLED 표준 증착 방식 될 것이며 사업의 성패를 좌우할 것이다.

<2012년 4Q> 전 세계 분기별 IT용 LIB 시장 분석 및 전망

2012년 전 세계 LIB의 공급 능력은 2011년 5,858만 셀, 2012년 6,567만 셀로 2011년 대비 2012년에 12.1%가 증가하였다.

반면 전 세계 LIB 출하량은 2011년 4,525만 셀, 2012년 4,911만 셀로 2011년 대비 2012년에 8.5%가 증가하여 전세계 IT용 LIB의 공급 능력 대비 출하량의 비율이 감소하였다.

각 Type별로 자세히 보면, 폴리머 전지의 경우 LIB의 공급 능력이 2011년에 1,030만 셀, 2012년에 1,478만 셀로 43.5%가 성장하였고 출하량은 2011년에 788만 셀, 2012년에 1,281만 셀로 62.6%가 성장하여 가동률이 76.5%에서 86.7%로 증가하였다. 원통형 전지의 경우 LIB의 공급 능력이 2011년 2,403만 셀, 2012년 2,421만 셀로 0.7% 증가하였으나 출하량이 2011년 1,766만 셀, 2012년 1,641만 셀로 -7.1% 역 성장하면서 가동률이 73.5%에서 67.8%로 감소하였다. 각형 전지의 경우 LIB의 공급 능력이 2011년 2,425만 셀, 2012년 2,669만 셀로 10.1% 증가하였고 출하량은 2011년 1,971백만 셀, 2012년 1,986만 셀로 0.9% 증가하여 가동률이 81.3% 에서 74.5%로 감소하였다.

2013년 업체별 투자 계획에 따라 전 세계 LIB의 공급 능력은 7,161만 셀로 집계되었으며, 특히 폴리머 전지의 투자에 집중되고 있어 폴리머 전지 출하에 따른 고객사 확보의 경쟁이 치열할 것으로 전망된다. 또한 원통형 전지의 생산 라인에 투자를 하지 않더라고 원통형 전지의 생산라인 가동 비율이 70% 이하로 떨어진 상황에서 업체별로 남는 원통형 전지의 Capacity를 해결할 신규 Application의 발굴이 중요한 문제로 떠오르고 있다.

LED 조명 핵심 특허분석 : COB LED

현재 LED 조명은 기존의 조명기구인 백열등이나 형광등에 비하여 발광효율이 뛰어나 에너지를 크게 절약할 수 있는 대표적인 에너지 절감기술 중 하나로 자리 잡고 있다. 2012년 말부터 유럽을 중심으로 백열등의 판매금지가 본격화됨에 따라 2013년 LED 조명시장은 점차 성장기에 들어설 것으로 전망되고 있다. 그러나 LED 조명시장이 좀 더 빠르게 성장하기 위해서는 보다 고출력, 저가격의 LED 조명제품이 필요하다.

COB LED는 부품을 일체화해 기판에 장착하는 POB(Package On Board)와 달리 집적회로를 기판에 부착하는 COB(Chip On Board) 형태의 LED 광원 모듈 기술로 LED 조명의 가격을 낮출 수 있는 기술로 주목받고 있다. 또한 COB LED는 작기 때문에 LED 조명 디자인 및 설계의 유연성이 뛰어나다. 그리고 광학계를 여러 개 사용하지 않고 하나만 사용하기 때문에 일반 LED 제품에 비해 우수한 배광 패턴을 구현할 수 있다. 이에 따라 많은 업체들이 앞다투어 COB LED 제품을 선보이고 있으며 기술개발도 매울 활발하여 향후 특허 분쟁이 예상된다.

<출처: SNS리서치>