ko ko ko ko ko en ko ko en ko ko ko ko ko en en ko ko ko ko ko la ko en ko ko en ko ko ko ko en en ko ko ko ko ko ko en ko en ko en ko ko en ko ko ko ko ko de en en en en fr la ko en ko en en en en en ko fa en ko en ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko en en en en en en en en en en en en en ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko ko en ko ko ko ko ko en
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A Bibliometric Analysis on LED Research 계량서지적 기법을 활용한 LED 핵심 주제영역의 연구 동향 분석
Author: Kim Hee-Jung, Yu So-Young, Lee Woo-Hyoung, Kim Pan-Jun, Kang Dae-Shin, Lee Jae-Yun
Publish: Journal of Information Management Volume 42, Issue3, p1~26, 30 July 2011
The domain of LED is analyzed for describing the current status of Korea's R&D in the domain comparing with those of others quantitatively. Fourteen sub-domains of LED manufacturing technology are selected and the time span for analysis is ten-year: 2001-2010.Bibiliometric analysis is performed by the unit of publication, core researcher, institution and country. Strategical diagram is also produced with devised two indicators: NGI and NPI. As a result, Korea is competitive in the area of Chip Scale Package, but R&D supports in another promising areas, such as large-caliber sapphire wafer, are necessary. It is also revealed that research activities are expanded dominantly in academia, but practical technologies are developed in industrial circle. It is suggested that to support core corporate and to encourage industrial-academic collaboration is essential for systematical technology development and high achievement in prominent areas.
이 연구에서는 계량서지적 기법으로 LED 제조기술 분야의 핵심 연구주체와 동향을 파악하여 관련 연구개발 전략 수립을 위한 기반을 제공하고자 하였다. 최근 10년의 논문 데이터를 대상으로 핵심 소주제별 동향 및 핵심 연구자와 연구기관, 주요 국가별 연구경향을 분석하고, 주제 및 기관 차원의 전략 다이어그램을 도출하였다. 이를 위해서 효과적인 전략 다이어그램을 도출할 수 있는 개선된 방법론을 제안하였다. 분석결과, 우리나라는 일부 LED 생산 기술 부분에서 경쟁력이 있는 것으로 판단되나, 차세대 LED 제조 기술과 같은 미래 유망 영역에 대한 연구개발 지원이 필요한 것으로 나타났다. 연구기관 차원에서는 주요 대학 및 연구기관을 중심으로 LED 분야에 대한 연구의 저변이 확대되고 있는 가운데, 최근 LED 분야에 대한 실제적인 기술 개발은 주로 대기업 중심으로 이루어지고 있었다. 따라서 LED 분야에 대한 계열화된 기술과 유망 영역의 기술을 확보하기 위해서는 세부 영역별 관련전문기업에 대한 지원 및 육성과 함께, 공동연구 및 산학협력 등 기관 간 협력활동을 확대할 필요가 있을 것이다.
Bibliometrics , LED , R&D , Strategic Diagram , Bibliometric Analysis , Normalized Performance Index , Normalized Growth Index
계량서지적 분석 방법을 통한 연구 동향 분석이 최근 활발히 이루어지고 있다. 국내에서연구 동향 분석을 시도한 논문도 문헌정보학 분야와 과학기술정책 분야에서 다수 발표되고 있다(김판준, 이재윤 2007; 유종덕, 최은주 2011; 이우형, 이명호, 박준철 2009; 이재윤 2008; 정의섭 등 2007). 연구개발 의사 결정에 근거가 될 수 있는 정량적인 자료를 만들고자 하는 시도는 첨단 과학기술 분야의 연구 개발 현황파악 및 기획 분야에서 특히 활발하다. 국내외적으로 신성장 동력이라고 여겨지는 신재생 에너지, 나노 기술 등의 분야에 대한 계량서지학적 분석 시도가 다수 발표된 바 있다(Celiktas, Sevgili, and Kocar 2009; Kostoff et al. 2006; Small and Upham 2009; Uzun 2002).
첨단 과학기술 분야 중에서 LED 및 광 분야는 응용학문 분야로써 최근 각광받고 있으며 막대한 연구개발 투자가 계속되고 있지만, 아직까지 연구개발 전략의 관점에서 계량서지학적 기법으로 LED 분야의 연구개발 동향을 분석한 연구는 없었다. 인접분야인 OLED를 다룬 연구(여운동, 이우형, 이상필 2007; Kajikawa and Takeda 2009)나 나노 기술 분야에 대한 분석에서 LED 제작을 위한 나노 기술을 부분적으로 다룬 사례(Kostoff et al. 2006)만 있을 뿐이다.
LED는 Light Emitting Diode의 약자로 전기신호가 인가되면 빛을 발산하는 화합물 반도체의 일종인 발광(發光)다이오드를 말한다. 이는 화합물 반도체의 조성비를 조정함에 따라 다양한 색상구현이 가능하며 빛의 종류에 따라 가시광선 LED(V LED), 적외선 LED(IR LED), 자외선 LED(UV LED)로 구분될 수 있다. 따라서 현재 모바일 기기 분야, 자동차 분야, 전자제품 및 간판 분야, 조명 분야 등에서 다양하게 응용되고 있다(산은경제연구소 2007).
LED의 유용성을 반영하듯 최근 국내외적으로 LED 연구 및 응용에 대한 관심이 크게 증가하고 있다(지식경제부 2008; 정보통신연구진흥원 2009; 장선호, 권영희 2009). 뿐만 아니라 LED에 대한 연구 및 실용화의 국내 전망도 밝은 편이다. 예를 들어 KIAT의 "산업원천기술 로드맵-나노융합" 최종 보고서(2009)에서 “반도체는 국가 전략산업으로 2015년 세계2강 달성을 위해서는 LED 및 레이저 등 나노광반도체의 중추적인 역할이 필요하며, LED 조명 산업은 에너지절감, 친환경, 감성생활 등으로 고속 성장하여 D램, NAND플래시 버금가는 규모로 성장할 것으로 예상”하였다.
LED 기술과 같이 연구 활동이 급속히 성장하는 분야에서는 연구 전략 수립을 위한 계량적 분석 도구의 활용이 필수적이다. Callan 등(1991)은 동시출현단어분석(co-word analysis)기법을 적용하여 연구 혁신에 관한 전략을 수립할 때 활용할 수 있는 전략 다이어그램을 제안하였는데, 많은 연구에서 이를 사용하여 R&D동향을 분석하고 전략을 수립하는데 활용하고 있다. 전략 다이어그램은 연구가 이미 성숙된 영역과 성장 중인 유망 영역 등을 구분함으로써 효율적인 연구 정책 수립 등을 돕게 된다.
이 연구에서는 동시출현단어분석과 같이 단어가 분석 단위인 경우에만 아니라 기관과 같은 연구 수행 주체가 분석 단위인 경우에도 적용할 수 있는 새로운 전략 다이어그램 구성 방법을 제안하고자 하였다. 이를 위하여 두 개의 새로운 축을 제시하고, 이를 정규화된 지수 형태로 제시하였다. 이를 통해 LED 분야의 논문을 대상으로 키워드 단위 및 기관 단위의 분석을 수행하고, 이 방법의 유용성에 대하여 논의하고자 하였다.
이 논문은 “계량분석 기법을 활용한 연구 동향 분석” 연구보고서의 일부 내용을 수정, 보완한 것임.
이 논문과 관련된 연구는 LED 인접 분야의 계량서지학적 분석 연구와 전략적 다이어그램을 사용한 연구로 나누어 볼 수 있다.
LED 분야를 직접 다룬 계량서지학적 분석연구는 없었으나, 인접 분야인 LCD, OLED, 디스플레이를 위한 나노 기술 등에 대해서 계량서지학적 분석을 수행한 연구는 다수 수행되었다(노현숙, 고병열, 백종협 2005; 여운동, 이우형, 이상필 2007; Chen and Chen 2011; Kajikawa and Takeda 2009; Lee 2010; Li et al. 2010; Small and Upham 2009).
이 연구들은 관련 분야에서 특정 기관이나 국가가 갖는 연구 역량과 혁신 잠재성을 분석하였다. 분석 방법은 계량서지학적 방법 및 네트워크 분석을 주로 사용하였으며 이 외에도 설문지를 통한 커뮤니케이션 분석, 연구 역량관련 요소와 결과 간의 인과관계의 통계적 모형화 시도 등이 주를 이루었다. 또한 다양한 분
[그림 1] 밀도 축과 중심성 축으로 구성된 전략 다이어그램(Callan et al. 1991 166)
석 방법을 결합함으로써 신기술개발 식별 및 유망 분야를 도식화하는 시도들도 활발히 이루어졌다.
3. 데이터 및 분석 방법
LED 분야의 주요 경향 및 유망 분야를 파악하기 위하여 계량서지학적 분석 방법을 사용하였다. 분석의 단위는 국가 및 기관을 주로 하였으며, 논문 수 및 주요 연구자 파악과 같은 기본적인 계량서지적 분석도 수행하였다.
먼저 LED 분야의 적절한 데이터 수집을 위하여 세부 분야 확인 및 검색식을 작성하였다. 특히 LED 분야는 고도로 전문화된 분야이므로 데이터 수집을 위한 검색 및 추후 분석의 정확성을 높이기 위하여, 해당 분야 전문가를 통한 세부 분야 및 주요 검색어 후보를 검토한 결과를 반영하였다. 이에 따라 먼저 분석 대상 분야를 ‘LED 에피/칩/패키지/장비’와 ‘LED소재/모듈’로 선정하였고, 이를 다시 총 14개 소주제 분야로 구분하였다(상세 소주제명은표 1> 참조). 또한 전문가의 검토에 따라 작성하여 데이터 수집에 사용한 구체적인 논문검색식은 부록에 제시하였다.
LED 분야 논문 데이터는 Web of Science(SCI(E))에서 수집하였고, 데이터의 검색 및 수집 기간은 2010년 7월 19일에서 7월 23일이었다. 논문 수집 후에는 전처리 과정을 거쳤다.
전처리 과정에서는 분석 대상의 한정, 국가명 및 기관명 전거 제어, 논문에 부여된 키워드전거 제어를 실시하였다. 검색된 논문 중 문헌유형을 ‘Article’과 ‘Proceedings Paper’로 한정하였으며, 소주제 간에 중복된 문헌을 확인하여 전체 분석에서는 이를 제거하였다. 그리고 출현한 모든 국가명 제어 및 출현빈도 7회 이상의 모든 기관명에 대한 전거 제어를 하였다. 출현빈도를 7회로 제안한 것은 모든 기관명의 출현빈도인 7,000여회의 0.1%를 기준으로 한 것이다. 마지막으로 키워드 전거 제어는 저자키워드와 Web of Science 부여 키워드를 대상으로 모든 논문에 대하여 실시하였다. 또한 전처리 과정 이후 LED 전문가의 검토 의견에 따라 분석 대상 분야를 ‘LED 제조기술’ 분야로 한정하였다. 최종 분석 데이터의 규모 및 소주제명은 표 1>과 같다.
정련된 데이터를 이용하여 논문 수 및 증가추이 분석, 피인용 빈도에 의한 핵심 연구자 파악, 주요 기관 및 국가 분석, 전략 다이어그램작성의 분석을 수행하였다. 논문 수 및 피인용빈도 산출 범위는 2001년~2010년 이었지만,성장 추이는 2001년~2009년만을 살펴보았다. 이는 수집 시점이 2010년 중반이기 때문에 2010년의 연구 성과가 모두 포함되지 않았기 때문이다.
전략 다이어그램은 기관 단위 및 키워드 단위로 도출하였다. 전략 다이어그램(quadran diagram, strategic diagram)을 정교화하기
[표 1] 분석 데이터의 규모 및 소주제명
위한 방법으로 ‘표준 성과 지수’와 ‘표준 성장지수’를 고안하였다.
표준 성과 지수(Normalized Performance Index, NPI)는 분석대상 기관의 논문 건수에 자연 로그를 취한 후 z점수로 표준화한 것으로 식(1)과 같다.
NPIa는 기관 a의 표준 성과 지수이며, TPa는 기관 a의 총 논문 건수이고, n은 분석대상기관의 수를 뜻한다. 각 기관별로 논문 건수의 자연로그에 대한 z점수를 구하기 위해서 각 기관마다 산출한 값의 평균을 뺀 다음 표준편차로 나누었다. 표준 성과 지수가 음수이면 성과가 평균보다 상대적으로 낮은 것이며, 양수이면 평균보다 상대적으로 높은 것이다. 여기서 논문 수에 자연 로그를 취한 이유는 연구 주체별 논문 수 분포가 대부분 멱함수 분포를 보이기 때문에 비교를 위해서 정규화한 것이다.
연구 동향을 파악하는데 있어서는 논문 수와 함께 성장 추세를 보여주는 지수를 함께 살펴보아야 한다. 성장 추세를 측정하는 지수로는 연간 성장률에 기반한 다양한 지수가 사용되고 있으나(Lysaght and Reyes 2001; Yoon, Lee, and Lee 2010), 대부분의 지수들은 기준이 되는 해의 수치가 0일 때 지수를 계산할 수없는 한계를 가지고 있다. 또한 회귀 분석을 통해서 산출되는 회귀계수를 이용하여 성장 추세를 분석할 수도 있으나, 회귀 계수는 변수의크기 수준에 영향을 받으므로 규모를 나타내는 성과 지수와 연관될 가능성이 높다. 따라서이 논문에서는 이와 같은 한계를 보안할 수 있는 새로운 성장 지수를 제시하고자 하였다.
표준 성장 지수(Normalized Growth Index, NGI)는 아래에서 소개하는 성장 지수(Growth Index, GI)를 z점수로 표준화한 것으로 음수이면 성장 추세가 평균보다 상대적으로 낮은 것이며, 양수이면 성장 추세가 평균보다 상대적으로 높다고 할 수 있다.
이 논문에서 제안하는 성장 지수는 0에서 1사이의 값으로 성장 추세를 나타낸 것으로써, 분석 기간 중에서 앞 시기에 성과가 많을수록 낮은 값이 산출되고, 반대로 뒷 시기에 성과가 많을수록 높은 값이 된다. 성과가 첫 해 이후 전혀 없을 경우에 최저인 0이 되고, 최종 연도에 모든 성과가 집중되어 있으면 최고인 1의 값을 가진다. 0.5보다 크면 분석 기간 중 후반기의 성과가 더 비중이 높음을 뜻하고, 0.5보다 작으면 전반기의 성과가 비중이 높음을 뜻한다. 기관 a의 총 논문 건수를 TPa, 기관 a의 j번째 기간의 논문 건수를 pa(j), 분석 대상 기간의총 연도 수를 y라고 하면 기관 a의 성장 지수 GIa는 다음 식으로 산출할 수 있다.
또한 성장 지수는 발표된 실적의 평균 발표시기로 해석할 수도 있다. 분석 대상 기간의 첫해와 마지막 해를 각각 BY와 EY라고 하고 i번째 논문의 발표년도를 py(i)라고 하면 기관 a의 성장 지수 GIa는 다음 식(3)과 같이 산출할 수 있으며, 산출결과는 식(2)와 동일하다.
식(3)에서 분자의 첫 번째 항은 기관 a의 전체 실적의 평균 발표 연도이며, 이를 0에서 1 사이로 정규화하기 위해서 평균에서 시작 연도를 뺀 다음 마지막 연도에서 시작 연도를 뺀 값으로 나누었다. 결국 성장 지수는 실적발표 연도의 평균을 분석 대상 시기 구간 범위 내에서 0에서 1사이 값으로 정규화한 것이다. 이와 같은 성장 지수는 평가 대상 기간 중 어느 한 시기의 실적 건수가 0이더라도 적용할 수 있으며 회귀계수와 달리 평가 대상의 규모에 좌우되지 않는다.
예를 들어, 2006년부터 2009년까지 4년 동안가상의 네 기관 A, B, C, D의 실적과 성장 지수산출 과정은 표 2>와 같다. 이 표에서 보듯이 성장 지수는 실적이 전반기에 많으면 0.5보다 작고 후반기에 많으면 0.5보다 크며 연도별로 고른 실적 분포를 보이면 0.5로 결정된다. 매 연도 실적의 규모만 10배로 차이나는 기관 B와 기관 D를 보면 성장 지수는 동일하지만 회귀계수는 규모의 경우와 같이 10배로 나타난다.
[표 2] 성장 지수 계산의 예시
표준 성장 지수는 절대적인 성장 추세를 나타내는 성장 지수를 다른 기관들의 성장 추세와 비교하여 상대적인 수준으로 나타내기 위해서 다음 식(4)와 같이 표준 점수화한 것이다.
NGIa는 기관 a의 표준 성장 지수이며, n은 분석대상 기관의 수를 뜻한다. 각 기관별로 성장 지수의 z점수를 구하기 위해서 성장 지수의 평균을 뺀 다음 표준편차로 나누었다. 표준 성장 지수가 음수이면 성장 추세가 평균보다 상대적으로 낮은 것이며, 양수이면 평균보다 상대적으로 높은 것이다.
이 논문에서 제안하는 표준 성과 지수 및 표준 성장 지수는 기관이 아닌 키워드, 개인, 국가 등의 단위로도 산출할 수 있다.
4.1 논문 수 분석
표 3>은 14개 소주제 분야의 논문 수 비중과 연도별 논문 수 변화를 보여준다. 데이터 수집시점이 2010년 중반이므로 증가 추세는 2009년까지의 데이터를 대상으로 분석하였다. 논문 수 합계 기준으로 연구 규모가 큰 소주제 분야는 ‘LED 에피/칩/패키지/장비’의 소주제 분야인 ‘RGB LED’(주제1), ‘고휘도 백색 LED’(주제2), ‘UV LED’(주제3), ‘적외선 LED’(주제4) 분야임을 알 수 있다.
표 3>에서 회귀계수는 한 주제 분야 내에서 2001년부터 2009년까지 9년 동안의 논문
[표 3] 소주제 분야의 연도별 논문 수와 추세 지수
수 증가추세를 나타내는 지수이다. 이는 성장추세와 비례할 뿐만 아니라 주제 분야가 클수록 절대값도 커지는 경향이 있다. 앞에서 정의한 성장 지수도 회귀계수와 마찬가지로 연구 성과의 성장 추세를 나타내는 추세 지수의 일종이다. 이 지수는 앞 시기에 성과가 많을수록 0에 가까운 낮은 값이 산출되고, 뒷 시기에 성과가 많을수록 1에 가까운 높은 값이 된다.
회귀계수를 통해 볼 때 주도적인 성장 분야는 주제1과 주제2인데, 이들은 논문 수 비중이 각각 41.7%와 22.3%로 최상위권인 연구 규모가 큰 분야이다. 규모에 영향 받지 않는 성장지수를 통해 볼 때 성장 추세가 뚜렷한 분야는‘다기능 제어 IC 및 고효율 AC/DC’ 분야(주제14), ‘고방열 heat spreader metal PCB’ 분야(주제11) 및 ‘chip scale package’ 분야(주제6), ‘고휘도 백색 LED’ 분야(주제2) 및 ‘고효율 적색/황색/녹색 형광체’ 분야(주제13)이다. 이 분야들은 0.7 이상의 성장 지수 값을 보이고 있다. 이는 분석 기간 초반의 논문 수는 적었으나, 2009년에 가까울수록 현격하게 논문 수가 증가하고 있음을 나타낸다. 따라서 이 분야들은 추후 연구의 지속적인 성장이 기대되는 분야이다. 이에 반하는 분야로는 RGB LED(주제1)을 들 수 있다. 이 분야는 높은 회귀계수 값을 갖는데 비하여 비교적 낮은 성장지수(GI) 값을 보여주고 있으므로 연구가 이미 성숙기에 접어들어서 급격한 추가 성장 가능성은 낮다고 볼 수 있다.
한편 LED 분야 전문가 검토를 거친 결과분석 시점 현재 논문 수 비중이 0.8%에 불과한 ‘대면적/대용량 MOCVD’ 분야(주제7)와 비중이 2.0%로 적은 편인 ‘신기능 기판’ 분야(주제9)에 대해서 신흥 소주제 분야라는 의견이 제시되었다. 그러나 성장 지수(GI)나 회귀계수로는 이를 확인하기 어려웠으므로 이 분야는 미개척 분야인 것으로 추정된다.
4.2 핵심 연구자 분석
개별 연구자가 2001년부터 2010년 사이에 발표한 논문들의 인용빈도 총합을 이용하여 핵심 연구자와 이의 소속 기관을 분석하였다. 이는 14개 주제 분야 전체 및 논문 수가 가장 많은 두 개 소주제 분야로 나누어 살펴보았다.
전체 논문수를 대상으로 한 경우, univ.Groningen의 Hummelen, J. C., Natl Cheng Kung univ.의 Chang, S. J.와 Su, Y. K., univ. S Carolina의 Khan, M. A., 그리고 Princeton univ.의 Forrest, S. R. 등이 핵심 연구자로 파악되었다. Hummelen, J C와 Forrest, S R은 비교적 적은 논문건수(각각 10편, 9편)에 비하여 높은 인용빈도를 보였으며, 이는 평균 피인용(각각 147.60, 116.44)으로도 확인할 수 있다. 이들 핵심 저자의 소속 국가는 주로 대만과 미국인 것으로 나타났지만, 가장 많은 인용을 받은 연구자의 소속 국가는 네덜란드인 것으로 나타났다.
전체 대비 논문 수 비중이 41.7%로 가장 규모가 큰 ‘Red, Green, Blue LED’ 분야의 핵심연구자를 파악한 결과는 표 4>와 같다. 앞서 전체 논문을 통해 상위에 위치한 Natl Cheng Kung univ.의 Chang, S. J. 와 Su, Y. K.가 상위 1,2위를 차지하고 있다. 대만의 Natl Cheng Kung univ.에 소속된 저자들이 많이 확인된 것으로 보아 이 분야에서 대만이 주요한 연구 성과를 내고 있다고 할 수 있다. 특히 이 분야의 전체 저자를 살펴볼 때 미국의 저자들은 발표 논문건수가 적으나 발표한 개별 논문의 인용빈도는 높은 편이다.
전체 대비 논문 수 비중이 22.3%로 두 번째로 규모가 큰 ‘고휘도 백색 LED’ 분야의 핵심 연구자를 파악한 결과는 표 5>와 같다. Princeton univ.의 Forrest, S R과 Kanno, H, univ. So Calif의 Thompson, M E, Natl Inst Mat Sci의 Hirosaki, N와 Xie, R. J가 주요 핵심 저자로 파악되었다. 특히 Princeton univ.의 Forrest, S R은 전체 논문을 통해 분석하였을 때 상위의 핵심 저자였으며, 모든 발표 논문이 이 분야의 논문인 것으로 나타났다. 이 분야에서 핵심 연구자의 소속 국가는 주로 미국, 일본, 한국이었으며, 특히 부경대 김종수 교수(Kim, J S)를 비롯한 국내 연구자들의 논문이 활발히 인용되고 있어 두드러진 활약을 보이고 있다.
[표 4] Red Green Blue LED 분야의 핵심 연구자(피인용빈도 기준 2001-2010년)
[표 5] 고휘도 백색 LED 분야의 핵심 연구자(피인용빈도 기준 2001-2010년)
4.3 주요 기관 및 국가 분석
LED 제조기술 분야 전반에 대하여 2001년에서 2010까지 10년 동안 논문을 가장 많이 발표한 상위 10개 기관들의 연도별 논문건수의 추이를 살펴보았다. 그림 2>를 통해 볼 때, 10개 기관들 중 10년 동안 논문건수가 가장 많은 기관은 Natl Cheng Kung univ.로서 총 158건(2010년의 16건 포함)을 발표하였다. 그 뒤를 이어 Chinese Acad Sci가 총 105건(2010년의10건 포함), 그리고 Natl Chiao Tung univ.가 94건(2010년의 12건 포함)을 발표하였다. 그리고 2003년과 2004년에는 Natl Cheng Kung univ.의 출간건수가 특히 두드러지고, 2007년과 2008년에는 Chinese Acad Sci의 논문발표가 활발한 것으로 나타났다. 표 6>은 10년간 40편 이상의 논문을 발표한 기관의 회귀계수와 성장 지수(GI)를 나타낸 것이다. 회귀 계수와 성장 지수는 2010년을 제외한 2009년까지
[그림 2] 전체 시기 기관별 논문건수 추이
의 데이터로 산출하였다. KAIST와 GIST는 그림 2>에는 포함되지 않았지만, 비교를 위하여표 6>에는 포함하였다. 성장 지수(GI)가 가장 높은 기관은 대만의 Sun Yat Sen univ.로 나타났으며, 회귀계수가 가장 높은 기관은 중국의 Chinese Acad Sci로 나타났다. 한국의3개 기관 중 전북대학교(Chonbuk Natl univ.)는 논문 수가 국내 다른 2개 기관보다 많으나, 회귀계수와 성장 지수(GI)는 KAIST와 GIST가 더 높은 것으로 나타났다.
LED 제조기술 분야의 14개 소주제 중에서 논문발표 건수에 기초한 상위 6개 소주제별로 가장 논문을 많이 발표한 기관들과 해당 소속국가는 표 7>과 같다.
논문 증가 추이로 볼 때 향후 성장이 예측되는 ‘고효율 적색/황색/녹색 형광체’ 분야에서 논문 수 상위 5위 내 기관 중 3개 기관이 한국의 대학이다. 반면에 현재 연구 규모가 큰 ‘고휘도 백색 LED’ 분야의 논문 수 상위 5개 기
[표 6] 주요 기관의 연도별 논문 수와 추세 지수
[표 7] 6개 소주제별 주요 기관의 소속국가 및 최근 논문건수(2005년-2010년)
[그림 3] 전체 시기 국가별 논문건수 추이
관 중 3개 기관은 미국에 소속된 것을 알 수 있다. 이를 통해 볼 때, 현재 한국은 LED 분야 중 성장 가능성이 높은 분야에 연구 성과를 내며 진입하고 있음을 알 수 있다. 이미 규모적으로 성장 단계에 이른 분야에서도 한국의 대학 및 연구 기관들이 성과를 내고 있지만, 미국 등의 규모에는 미치지 못하는 것을 알 수 있다.
LED 제조기술 분야 전반에 대하여 10년간 논문건수 상위 10개 국가의 연간 논문 발표 건수 변화 추이를 살펴보았다. 그림 3>을 보면 대체로 미국, 중국, 한국, 일본, 대만의 5개국이 주도하는 상황이며, 2006년을 정점으로 미국의 성장은 정체 상태에 이른 반면, 중국이 급부상하면서 2007년부터는 가장 많은 논문을 발표하고 있는 것으로 나타나고 있다. 또한 일본이 2007년 이후 논문건수가 점차 감소하고 있는 한편, 한국과 대만은 상승 추세를 보이고 있다. 특히 한국은 2001년부터 매 해 논문건수가 꾸준히 증가하고 있다. 표 8>은 상위 10개 국가의 회귀계수와 성장 지수(GI)를 측정한 결과이다. 중국이 가장 높은 회귀계수를 보였으며, 한국과 대만이 뒤를 이었다. 중국은 또한 가장 높은 성장 지수(GI)를 보였고, 인도와 한국이 그 뒤를 이었다. 따라서 중국은 연구 성과의 성장 속도와 증가량이 모두 두드러졌다. 한국과 대만도 중국과 비슷한 추세를 보였다. 반
[표 8] 주요 국가의 연도별 논문 수와 추세 지수
[표 9] 논문건수 상위 10개 국가의 소주제별 논문건수
면에 인도는 성장 속도는 뚜렷하나 증가량은 크지 않았다.
4.4 연구 주제와 국가간 교차 분석
LED 제조기술 분야의 논문건수 상위 10개국가의 14개 소주제별 논문건수와 소주제 분야 내 점유율은 표 9>, 표 10>과 같다. 여기서 논문 점유율 1위인 소주제 분야가 가장 많은 국가는 미국으로서 6개 분야(주제3, 4, 5,
[표 10] 논문건수 상위 10개 국가의 소주제별 논문 점유율 단위: %
7, 11, 12)에서 1위로 나타났으며, 중국이 그 다음으로 4개 분야(주제2, 9, 11, 13)에서 1위 였고, 대만은 3개 분야(주제1, 8, 14), 한국은 2개 분야(주제6, 13), 일본은 1개 분야(주제10)에서 점유율이 가장 높은 것으로 나타났다.
[그림 4] 주제 분야별 논문건수 비중과 우리나라의 분야별 점유율
그림 4>는 연구기관이 겹치는 정도로 14개 소주제 분야 간의 유사성을 산출하여 생성한 연구주제 개관 지도이다. 이 그림은 논문 건수의 주제-기관 교차표를 입력 데이터로 하여 SPSS의 PROXSCAL 프로시저로 작성된 MDS 지도이다. 원으로 표현된 각 주제 간의 거리가 가까울수록 해당 주제를 연구하는 공통된 기관의 수가 많음을 의미한다. 원의 크기는 전체 논문 중에서 각 소주제의 논문건수 비중을 나타낸 것이며, 막대그래프는 논문건수 상위 5개 국가의 소주제 분야별 점유율을 중국, 미국, 대만, 한국, 일본 순으로 표시한 것이다.
그림 4>에서 보는 바와 같이 한국이 주제 분야 내 점유율 면에서 1위인 분야는 주로 지도의 오른쪽에 위치하고 있는 것으로, 44.4%인 chip scale package(주제6)와 28.7%인 고효율 적색/황색/녹색 형광체(주제13)이다. 또한 한국의 점유율이 전체 점유율 15.7%보다 더 높게 나타난 분야는 단파장/내열성/내습성 실리콘 봉지재(주제12), 고휘도 백색 LED(주제2), 고집적 chip on module 수직형 LED(주제5)인 것으로 나타났다. 반면 한국의 주제 분야 내 점유율이 10% 미만으로 낮은 분야는 주로 지도의 왼쪽에 위치하고 있는 것으로, 0%인 대면적/대용량 MOCVD(주제7), 6.3%인 신기능 기판-Gan기판, non-sapphire 기판(주제9),7.1%인 대구경 사파이어 기판(주제8)이다.
4.5.1 기관 단위 전략 다이어그램
기관 및 키워드 단위의 전략 다이어그램을 표준 성장 지수와 표준 성과 지수를 바탕으로 도식화하였다. 그림 5>는 2001년 이후 2010년까지 논문건수 상위 106개 기관을 대상으로 10년간의 논문건수 데이터와 2009년까지 9년간의 성장 추세를 분석하여 작성한 기관 수준의 전략 다이어그램이다. 기관 수준의 전략 다이어그램에서 각 기관은 소속 국가에 따라서 표식을 다르게 설정하여 표현하였다.
표준 성장 지수와 표준 성과 지수를 두 축으로 하는 전략 다이어그램에서 주목할 부분은 두 값 중 어느 하나라도 양수로 나타나는 제1,제2, 제3사분면이다. 제1사분면은 두 지수가 모두 양수인 영역으로서 규모가 평균보다 크며 성장 추세도 평균보다 강할 경우에 속하는 영역이므로 ‘성장 영역’이라고 부를 수 있다. 제2사분면은 표준 성과 지수는 평균보다 낮고 표준 성장 지수가 평균보다 커서 규모가 작지만 성장 추세가 강할 경우에 속하는 영역이므로 ‘유망 영역’이라고 부를 수 있다. 제3사분면은 표준 성과 지수가 평균보다 크고 표준 성장지수는 평균보다 작으므로 현재 규모는 크지만 성장 추세가 평균보다 낮거나 오히려 감소하는 경향인 경우에 속하는 영역이므로 ‘성숙영역’이라고 부를 수 있다.
그림 5>에서 중국의 연구기관들(사각형)은 대부분이 표준 성장 지수가 양수 값을 보여서 사분면의 상단에 위치하고 있으며, 유망 영역과 성장 영역에 비슷한 정도로 분포하고 있음을 알 수 있다. 반면 한국의 연구기관들(삼각형)은 약 2/3 정도가 상단에 위치하고 있지만 유망 영역 보다는 성장 영역에 더 많이 자리하고 있다.
[그림 5] 각 기관의 논문건수와 성장 지수로 분석한 기관 수준의 전략 다이어그램
기관 수준 전략 다이어그램에서 각 영역에 속한 기관들에 대한 상세 정보는 표 11>과 같다. 여기서 각각 성숙 영역, 성장 영역, 유망 영
[표 11] 전략 다이어그램의 영역별 기관과 주요 지수
역에 속한 기관들과 소속국가, 성장 지수(GI), 표준 성과 지수(NPI), 표준 성장 지수(NGI)를 제시한 것이다.
4.5.2 키워드 단위 전략 다이어그램
2001년 이후 2010년까지 20회 이상 출현한 상위 100개 키워드를 대상으로 출현빈도 데이터와 2009년까지 9년간의 성장 추세를 분석하여 작성한 키워드 단위의 전략 다이어그램을 그림 6>과 같이 도출하였다. 이러한 전략 다이어그램은 기관 수준 전략 다이어그램과 마찬가지로 표준 성과 지수와 표준 성장 지수로 표현하였다. 여기서 유망 영역에 속한 주요 키워드는 wide band gap semiconductors, Gallium compounds, III-V semiconductor, Sr, red phosphor, Ba, ION, europium 등이며, 성숙영역에 속한 주요 키워드는 GaN, multiple quantum well, molecular beam epitaxy, InGaN, sapphire 등인 것으로 나타났다. 또한 성장 영역에 속한 주요 키워드로는 phosphor, energy transfer, white LED, luminescence등이 있다.
키워드 수준 전략 다이어그램에서 각 영역에 속한 기관들에 대한 상세 정보는 표 12>에 제시하였다. 성숙 영역, 성장 영역, 유망 영역에 속한 키워드들과 이에 해당하는 논문건수, 성장 지수(GI), 표준 성과 지수(NPI), 표준 성장 지수(NGI)이다.
[그림 6] 각 키워드의 출현 논문건수와 성장 지수로 분석한 키워드 수준의 전략 다이어그램
[표 12] 전략 다이어그램의 영역별 키워드와 주요 지수
이 연구에서는 LED 제조 기술 분야를 대상으로 하여 연구 성과의 양적 측면 및 연구 주체단위별 분석, 그리고 고도화된 전략 다이어그램을 통해 유망영역을 제시함으로써, 연구 현황 파악 및 연구 개발 정책 수립의 근거 자료를 마련하고자 하였다. 이를 위하여 연구 성장 추세를 반영할 수 있는 표준 성과 지수와 표준 성장 지수를 제안하고 이를 분석에 활용하였다.
LED 제조기술의 14개 소주제별로 10년간의 연도별 논문 수와 논문 수의 증가 추이를 살펴본 결과 ‘RGB LED’ 분야와 ‘고휘도 백색LED’ 분야는 논문건수 증가 추이가 다른 소주제 분야에 비해 매우 높고 논문건수 비중도 높은 성장 분야로 파악되었다. 반면에 ‘고방열 heat spreader metal PCB', ‘단파장/내열성/내습성 실리콘 봉지재', ‘고효율 적색/황색/녹색 형광체' 분야 등은 현재 논문건수는 비교적 적지만, 논문 증가 추이를 볼 때 후속 분석 대상으로 고려할 만한 유망 분야인 것으로 나타났다. 마지막으로 ‘대면적/대용량 MOCVD’ 분야와 ‘신기능 기판(Gan 기판, non-sapphire 기판)’ 분야는 논문건수가 많지 않고 뚜렷한 증가 추이가 보이지 않았지만, 전문가 의견을 바탕으로 개발여지가 많은 미개척 분야로 추정하였다.
LED 제조기술 분야의 주요 연구 주체는 핵심 연구자 및 연구기관 및 주요 국가별 분석을 통해 파악하였다. 피인용 빈도 기준 핵심 연구자가 속한 기관은 univ. Groningen(네덜란드), Natl Cheng Kung univ.(대만), Harvard univ.(미국), Princeton univ.(미국), Nichia Corp(일본) 등으로 나타났다. 그리고 소주제 분야 중에서 대표적 성장 영역인 RGB LED 분야의 경우 Natl Cheng Kung univ.(대만), Harvard univ.(미국)이 높은 피인용도를 보이고 있어, 이 분야의 핵심 연구기관으로 나타났다. 또한 소주제 분야 중에서 고휘도 백색 LED 분야의 경우는 Princeton univ.(미국), univ. So Calif(미국)의 피인용도가 가장 높게 나타났으며, 우리 나라의 부경대, 연세대와 한국화학연구원연구자도 피인용도 기준 상위에 속해서 핵심연구자인 것으로 파악되었다.
국가별 분석 결과, 미국은 주제7(대면적/대용량 MOCVD), 주제12(실리콘 봉지재), 주제3(UV LED) 분야의 점유율이 높게 나타났다. 이에 따라 기존의 주제12, 주제3 분야 이외에도 향후 성장이 예상되는 주제7 분야에 대한 활발한 연구를 통해 기반을 확장하고 있음을 알 수 있었다. 반면에 일본은 주제8(대구경 사파이어 제조), 주제9(신기능 기판), 주제10(원료가스) 등 LED 제조 기반 연구 부분에 연구역량을 집중하는 경향을 보이고 있다. 한국은 주제6(Chip scale Package), 주제12(실리콘봉지재), 주제13(고효율 형광체) 분야에 상대적으로 집중하는 경향을 보이는데, 이는 백라이트유닛(BLU) 등 LED 응용 제품 생산에 필요한 기술 분야로, 체계화된 연구 개발 정책이 필요할 것으로 예상된다. 한국과 유사하게 중국도 주제2(고휘도 백색 LED), 주제12(실리콘 봉지재), 주제13(고효율 형광체) 등 현재LED 산업에 필요한 실제적인 기술 개발에 집중하고 있음을 알 수 있었다. 마지막으로 대만은 다른 국과들과는 달리 주제1(RGB LED), 주제8(대구경 사파이어 기판), 주제14(AC/DC Converting) 분야에 더 집중하는 경향을 보이고 있다.
앞서 살펴본 주요 국가 및 주요 기관의 연구경향과 함께, 키워드를 활용한 주제 수준과 기관 수준의 전략 다이어그램 분석을 통해 LED영역의 연구 활동이 다각적으로 분석되었다.
키워드를 이용하여 성장 지수와 성과 지수를 고려한 전략 다이어그램 분석 결과, Sapphire, Molecular Beam Epitaxy 등 기존의 LED 제조 방법 및 소자에 대한 연구가 성숙 영역으로 나타났고, Phosphor, Photoluminescent 등 형광체 관련 연구가 성장 영역으로 나타났다. 또한 형광체 재료인 silicate, Nanocrystal 기술을 활용한 고효율 확보 등의 기술이 유망영역으로 파악되었다.
기관 단위의 전략 다이어그램을 통해서는 연세대, 오사카대, Ressenlaer Polytech Inst 등이 성숙영역에 포함되며, UC Santa Barbara, 서울대, 국립 대만대 등이 성장영역에 속한 것으로 나타났다. 또한 유망영역에는 다수의 중국 대학 및 연구소가 포진하여, LED 분야 내에서의 중국의 성장 가능성을 확인할 수 있었다.
결과를 종합하여 볼 때, LED 분야는 적용 범위가 광범위하고 향후 고속 성장이 예상되는 유망한 분야인 만큼, 주요 국가의 기술 선점을 위한 경쟁이 치열한 상황에 있는 것으로 나타났다. 이 분야에서 우리나라는 Chip Scale Package등 LED 제조 기술 부분에서 경쟁력이 있는 것으로 판단되나, 신기능 기판 등 신기술 개발 분야는 아직까지 연구개발 및 기술선점이 활발하지 않은 상황에 있다. 특히 신기능 기판, 대구경 사파이어, 대면적/대용량 LED 제조 등과 같은 미래 유망 영역에 대한 연구개발 지원이 이루어져야 할 것이다. 이를 위해서는 이 분야에 대한 연구를 선행하고 있는 미국, 일본 등과의 협력연구를 확대하는 방안을 추진할 필요가 있다. 우리나라는 LED 분야에 대한 연구와 기술개발이 양적으로는 성장하였으나 질적인 부분에 있어서는 이에 미치지 못하고 있어, 이러한 불균형을 극복하기 위해서는 원천기술을 개발하기 위한 연구 및 파급효과가 큰 분야에 대한 연구와 기술개발이 선행되어야 할 것이다.
또한 기관 차원에서 서울대, 연세대, 한국화학연구원 등 주요 대학 및 연구기관을 중심으로 LED 분야에 대한 연구의 저변이 확대되고 있는 가운데, 최근 LED 분야에 대한 기술 개발은 주로 삼성, LG 등 대기업 중심으로 이루어지고 있다. 따라서 LED 분야에 대한 계열화된 기술과 유망 영역의 기술을 확보하기 위해서는 세부 영역별 관련 전문기업에 대한 지원 및 육성과 함께, 공동연구 및 산학협력 등 기관 간 협력활동을 확대할 필요가 있다.
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[ 그림 1 ]  밀도 축과 중심성 축으로 구성된 전략 다이어그램(Callan et al. 1991 166)
[ 표 1 ]  분석 데이터의 규모 및 소주제명
[ 표 2 ]  성장 지수 계산의 예시
[ 표 3 ]  소주제 분야의 연도별 논문 수와 추세 지수
[ 표 4 ]  Red Green Blue LED 분야의 핵심 연구자(피인용빈도 기준 2001-2010년)
[ 표 5 ]  고휘도 백색 LED 분야의 핵심 연구자(피인용빈도 기준 2001-2010년)
[ 그림 2 ]  전체 시기 기관별 논문건수 추이
[ 표 6 ]  주요 기관의 연도별 논문 수와 추세 지수
[ 표 7 ]  6개 소주제별 주요 기관의 소속국가 및 최근 논문건수(2005년-2010년)
[ 그림 3 ]  전체 시기 국가별 논문건수 추이
[ 표 8 ]  주요 국가의 연도별 논문 수와 추세 지수
[ 표 9 ]  논문건수 상위 10개 국가의 소주제별 논문건수
[ 표 10 ]  논문건수 상위 10개 국가의 소주제별 논문 점유율 단위: %
[ 그림 4 ]  주제 분야별 논문건수 비중과 우리나라의 분야별 점유율
[ 그림 5 ]  각 기관의 논문건수와 성장 지수로 분석한 기관 수준의 전략 다이어그램
[ 표 11 ]  전략 다이어그램의 영역별 기관과 주요 지수
[ 그림 6 ]  각 키워드의 출현 논문건수와 성장 지수로 분석한 키워드 수준의 전략 다이어그램
[ 표 12 ]  전략 다이어그램의 영역별 키워드와 주요 지수
[ 201 ]  데이터 수집을 위한 검색식
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