발명 특허 - 디자인 특허 융합 분석을 통한 기술기회 발굴 지원 방법론

1. 서 론

현대 사회에서는 신제품 및 신기술 개발 계획을 통해 기업 지속 가능한 경쟁력 확보하는 활동이 필수적이다(Zeng et al., 2012; Jin et al., 2015). 고객들은 다양해진 매체 수단을 통해 정보 접근성이 높아졌고 신제품 니즈에 대한 사이클이 단축되어 끊임없이 고객 요구사항이 증가하고 있다(Mihartescu and Negrut, 2014; Nazari-Shirkouhi and Keramati, 2017).

이에 따라 기존 연구들은 신제품 기회 발굴을 위해 많은 방법론들을 제안해왔다(Livotov, 2015; Lee et al., 2020). 신제품 개발 영역 중에서도 많은 기업들은 시장 선점을 위해 기술 중심 개발보다 먼저 디자인 중심 개발을 선행하는 경향이 있다(Chen and Chen, 2007). 기술 발전이 고도화 되면서 주요 기업들의 기술 수준은 평준화가 진행되고 있고 제품 디자인 개발 선도를 통해 고객들의 니즈를 선점하고자 하는 활동들이 증가하고 있다. 이러한 디자인 개발에 대한 관심도 증가에 따라, 개발된 디자인의 법적 권리를 보호 받기 위한 디자인 특허의 중요성이 대두되고 있다. 특허 문서는 기술적이면서도 합법적인 고유한 정보이다. 특허 분석은 경쟁자의 연구 개발을 이해하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 기업이 시장 기회를 파악 할 수 있다(Huang et al., 2008). 더욱이 최근에는 디자인 특허권에 대한 소송 규모가 점차 확대되고 있고, 이는 기업의 수익과 시장 진출 상황과 직결되기 때문에 디자인 특허는 그 가치로 인정을 받고 있다(Jeong et al., 2019). 이에 따라서 최근 디자인 특허 출원 수가 증가하고 있고 디자인 특허 분석을 활용하면 경쟁사 제품을 구매할 필요 없이 주요 기업들의 디자인 개발 동향을 살펴볼 수 있다.

디자인 특허 가치가 인정받으면서 기존 연구들에서도 디자인 특허를 활용하여 주요 기업들의 디자인 개발 동향을 살펴보는 여러 연구가 진행되고 있다. 디자인 특허에는 제품 형태 등의 외관 자료가 포함되어 있기 때문에 디자인 중심의 기술 동향을 살펴볼 수 있다(Chen, 2009). 디자인 특허는 기술적 특징을 분석하기 위한 특허 정보와 달리 제품 디자인 동향을 조사하기 위한 중요한 자료로 취급된다. 그러나 기존 연구에서는 발명 특허와 디자인 특허를 동시에 분석한 연구는 거의 없다. 또한, 디자인 특허를 활용한 연구는 디자인 출원 동향 등 거시적 분석에 국한되어 있고, 구체적인 제품의 개발 기회를 찾기 위한 체계적인 연구가 부족하다.

이러한 격차를 줄이기 위해, 발명 특허 및 디자인 특허 융합 분석을 통해 신제품 개발 기회를 모색하는 접근 방법을 제안한다. 먼저, 본 연구에서는 디자인 특허의 가치를 분석하였다. 또한, 디자인 특허의 도면 특징에서 키워드를 추출하고, 발명 특허와 연결하여 신제품 개발 기회를 발굴하는 가이드를 제시 하였다. 제안한 접근방법은 차량 도어 제품에 적용하여 활용성을 검증하였다. 이론적으로 본 연구는 발명 특허와 디자인 특허의 융합분석을 통해 기술 가치를 알아보고자 하였다. 실질적으로 신제품 개발 자원이 부족하거나 기술융합을 추구하는 중소기업이 발명 특허와 디자인 특허 융합분석을 통해 새로운 사업기회를 발굴하는데 도움이 될 것으로 기대된다.

본문의 구성은 다음과 같다. 먼저, 제2장에서는 특허 분석을 통한 신제품 개발 기회에 대한 기존의 접근 방식을 검토하고, 제3장에서는 신제품 개발 아이디어 개발을 위한 발명 특허와 디자인 특허의 융합 분석 방법을 제안한다. 제4장에서는 사례 연구를 통해 결과가 제시되고, 마지막으로 제안된 접근법의 기여도와 한계는 제5장에서 논의한다.

2. 이론 배경

2.2 디자인 특허의 특징 및 중요성

최근 글로벌 기업들의 과열된 기술 경쟁으로 인하여 기술 개발 수준들이 평준화에 수렴함에 따라 새로운 제품 개발 컨셉에 대한 경쟁력 확보가 중요해지고 있다. 이에 따라 발명 특허의 기술 소유권 분쟁뿐만 아니라 디자인 컨셉 소유에 대한 특허 분쟁이 증가하고 있다. 디자인 특허 분석을 통해 법적 권리 범위를 회피하면서 경쟁력 있는 제품 컨셉을 개발하는 연구의 중요성이 대두되고 있지만 관련 연구는 아직 활발히 이루어지고 않고 있다. 본 섹션에서는 디자인 특허의 활용 가치에 대해 살펴보고자 한다.

디자인 특허는 발명 특허에 비하여 정형화된 형태의 디자인 컨셉이 도면이 세부적으로 기재되어 있다. 디자인 특허 특성상 무형의 기술 형태보다 제품 컨셉을 보호 받기 위한 데이터이기 때문에 디자인 컨셉 해석이 용이하다. 발명 특허는 기존에 공개되어 있는 특허를 개량하기 위해 청구항 구성 요소의 세부적인 분석과 개발이 필요하지만 디자인 특허는 기존 디자인 컨셉을 참고하고 개량하여 새로운 컨셉을 확보하기 위한 유연성이 높다. 이러한 특성으로 디자인 특허는 제품 디자인 컨셉 해석에 용이할 뿐만 아니라 새로운 디자인 컨셉 개발을 위한 참고 데이터로서 그 가치가 높다.

디자인 특허는 발명 특허와 동일하게 출원 정보, 서지정보들을 포함하고 있다. 따라서 발명 특허의 유망성 평가나 기술 세부 속성 분석을 위해 사용되는 기술 분류 정보, 출원인 정보, 발명자 정보 등의 지표들을 디자인 특허에서도 동일하게 활용할 수 있다. 이를 통해 제품 디자인 개발 관련 주요 기업들의 전략 방향이나 서로 영향을 미치고 있는 디자인 분야들의 네트워크 분석 등을 다양한 동향을 살펴볼 수 있다.

발명 특허에서는 서지 정보뿐만 아니라 특허의 abstract, claim, description 등 비정형 형태의 텍스트 데이터로부터 주요 키워드들을 추출하여 기술의 세부 특성을 분석하거나 기술 간 유사도 측정을 통해 산재되어 있는 특허들의 군집 분석을 통해 기술 분류를 수행하기도 한다. 하지만 발명 특허의 텍스트 데이터 고유의 복잡한 구조 및 형태로 인하여 텍스트마이닝을 통해 해당 기술의 특성을 대표하는 키워드들을 추출하는 등 분석의 정확도 부분에서 많은 한계를 지니고 있다. 반면 디자인 특허는 도면 중심으로 기재하는 특성으로 인하여 청구항 중심으로 텍스트 데이터가 복잡하지 않고 간결하다. 따라서 발명 특허에 비해서 텍스트마이닝을 통해 디자인 특허의 특성을 분석할 수 있는 주요 키워드 추출의 정확도가 높다. 디자인 특허의 대표 청구항 텍스트 데이터는 ‘⋯ Design for A .. for B’ 형태로 구성되어 있다(<Figure 1> 참조).

Figure 1.

Structure of a Design Patent Document

Chen(2009)은 자동차 산업의 디자인 특허를 수집하고 10명의 디자인 특허 심사관과 29명의 산업 디자이너 전문가들을 통해 디자인 특허 맵을 구축하여 디자인 전략 수립을 지원하였다(Chen, 2009). Yoshiok-Kobayashi(2018) 은 디자인 경진대회에서 수상한 우수한 디자인들을 수집하고 해당 디자인들이 실제 디자인 특허권에 등록하여 지식재산권 보호를 잘 받고 있는지 비교하여 기업의 특성, 산업 분야, 경영 전략에 따라 디자인 특허권을 활용성 관계를 분석하여 기업의 디자인 특허권 전략 방향을 제시하였다. Chan and Sosa(2018)은 미국 디자인 특허 중 신제품 디자인 그룹을 추출하고 난류 함수를 적용하여 시간에 따라 신제품 디자인의 난류 파라미터가 증가하는 경향을 발견하였고 이에 따른 디자인 개발 전략을 지원하였다.

기존 연구들에서 살펴본 바와 발명 특허뿐만 아니라 디자인 특허는 제품 디자인 트렌드 파악에 용이한 가치를 갖는다. 기술 개발이 고도화되면서 그 수준이 평준화되고 있기 때문에 발명 특허 분석뿐만 아니라 디자인 특허 분석을 동시에 활용하면 기술트렌드와 제품 디자인적인 측면에서도 트렌드를 동시에 고려할 수 있다. 발명 특허 트렌드와 함께 유사한 제품 디자인 트렌드는 어떤 영역이 있는지, 혹은 발명 특허 트렌드와 상이하게 흘러가는 디자인 트렌드는 어떠한 영역인지 확인할 수 있다. 이를 통해 제품 개발 단계에서 기술 수준이나 필요 요소 기술들을 합리적으로 동시 반영하여 향후 제품 상용화시 설계 프로세스를 재수정하는 등의 리스크를 최소화할 수 있다.

이러한 중요성에도 불구하고 발명 특허와 디자인 특허를 동시에 고려한 연구들은 거의 없다. 디자인 특허를 활용한 동향 분석 연구가 일부 존재하지만 거시적인 관점에서의 전략 지원 수준으로 한계가 일부 존재한다. 본 연구에서는 발명 특허와 융합 분석을 기반으로 기업들의 기술 및 디자인 개발의 구체적인 전략 수립을 지원하기 위한 방법론을 제안하고자 한다.

3. 연구 프레임워크

3.1 전체 연구 프로세스

전체 연구 프로세스는 총 3단계로 구성된다(<Figure 2> 참조). 본 프로세스의 주요 목적은, 디자인 특허의 동향과 발명 특허의 동향을 비교하고 기술 개발-제품 디자인 관점을 모두 고려하여 개발 전략 수립을 지원한다.

Figure 2.

Research Process

첫 번째는 데이터 수집 및 주요 키워드 추출 단계이다. 디자인 특허를 수집하고 디자인 특허 내 대표 청구항으로부터 target object (i.e., specific design component) 키워드 및 field (i.e., industry field to which the design component belongs) 키워드를 추출한다. 두 번째 단계에서는 디자인 특허 동향을 파악을 위해 주요 디자인 트리를 도출한다. 앞서 첫 번째 단계에서 디자인 특허에서 추출한 target object keyword와 design field keyword를 기반으로 디자인 트리를 도출한다. 세 번째 단계에서는 발명 특허 동향 파악을 위해 특허 기술 트리를 도출한다. 특허 기술 트리는 명칭, 초록, 대표 청구항으로부터 추출한 키워드와 CPC를 특허 간 얼마나 공유하는지 유사도 측정을 기반으로 군집 분석을 통해 트리를 도출한다. 마지막 단계에서는 발명 특허에서 도출된 기술 트리와 디자인 특허에서 도출된 디자인 트리의 유사성을 분석하여 기술기회 영역을 도출한다.

3.2 디자인 특허 수집

디자인 특허 수집의 목적은 디자인 트리를 도출하기 위한 과정이다. 디자인 특허는 DB 건수 자체가 많지 않기 때문에 수집 기간을 별도로 두지 않으며, US 특허를 대상으로 수집한다. 검색 대상은 디자인 특허의 명칭, 초록, 전체 청구항을 대상으로 검색 조건을 설정하여 수집한다. 데이터 수집 후 target object (i.e., specific design component) 키워드 및 field (i.e., industry field to which the design component belongs) 키워드를 추출한다(<Table 1> 참조). 디자인 특허에서 도출된 다양한 target object 키워드는 사전에 정의된 키워드 사전을 통해 표준화되며 키워드 사전은 유사한 단어들을 정성적으로 그룹핑하여 정의한다(<Table 2> 참조).

Table 1.

Design Keyword Definition & Derivation Method

Table 2.

Keyword Dictionary for Standardization of Target Object Keywords

3.3 디자인 트리 도출

3.2에서 추출한 target object keyword, field keyword를 통해 디자인 트리를 도출한다. 디자인 트리의 도출 목적은 디자인 특허와 동일한 분야에서 수집된 발명 특허 기술 트리와 비교 분석을 위해 도출한다. 디자인 트리는 상위 분류와 하위분류로 나누어지며 상위 분류는 도메인 분야를 나타내는 field keyword로 구성하고 하위분류는 디자인 목적의 대상을 나타내는 target object keyword로 구성 한다. 기술 트리에 나타나는 field keyword, target object keyword의 대표 키워드는 미리 정의된 키워드 사전에 의해 그룹핑된 키워드로 구성한다(<Table 3> 참조).

Table 3.

Design Patent Tree Structure

3.5 발명 특허 기술 트리 도출

각 특허들의 명칭, 초록, 대표 청구항으로부터 추출한 키워드와 CPC들을 기반으로 얼마나 서로 키워드와 CPC를 공유하는지에 대한 유사도를 분석한다. 유사도 분석은 코사인 유사도를 활용하며 코사인 유사도의 분모는 동일 키워드 공유 여부 binary 벡터 값(1,0)과 동일 CPC 공유 여부 binary 벡터 값(1,0)이 곱해져 연산 된다. 즉, 동일한 키워드를 다수 공유하여도 CPC 공유가 없다면 유사도는 0값으로 도출 된다. 각 도출된 군집의 대표 키워드와 CPC를 참조하여 정성적으로 군집명을 정의하여 기술 트리를 최종 구축한다(<Figure 3> 참조).

Figure 3.

Utility Patent Tree Structure

4. 사례 분석

4.2 트리 도출 결과

‘차량 인스트루먼트 패널’ 관련 디자인 특허 수집은 검색 조건에서 최대한 분석 건수를 다수로 확보하기 위하여 연도 제한을 두지 않고 차량 종류도 승용/상용 등 다양한 분야를 조건으로 구축하였다. 검색 결과, 총 374건이 수집 되었다(<Table 4> 참조). 디자인 특허 연도별 트렌드는 꾸준히 증가하다가 2010년 이후 크게 증가하는 추세를 보인다(<Figure 4> 참조).

Table 4.

Search Formula for Utility Patents and Design Patents

Figure 4.

Trends in Design Patents

수집한 디자인 특허들로부터 target object 키워드, field 키워드를 각각 추출하고 사전에 정의된 키워드 사전을 통해 target object 키워드, field 키워드를 표준화 시켜 디자인 트리를 도출한다(<Figure 5> 참조). Field는 일반 승용, 상용 및 작업 차량, 오프로드 차량 3가지로 도출 되었고 target object는 디스플레이 시스템 등 9개 트리가 도출되었다.

Figure 5.

Design Patent-tree

발명 특허 데이터는 디자인 특허 검색식과 동일하게 조건을 설정하여 검색하였고 수집 결과, 총 5,634건이 수집되었다(<Table 4> 참조). 발명 특허의 출원 트렌드는 꾸준히 증가 추세를 보이면서 ‘차량 인스트루먼트 패널’ 분야는 발명 특허 및 디자인 특허 모두 과거부터 증가 추세를 보이는 것으로 나타난다(<Figure 6> 참조). 특허 기술 트리는 각 특허의 명칭, 초록, 대표 청구항 키워드와 CPC의 코사인 유사도를 통해 군집 분석을 수행하였다. 해당 군집명은 각 군집의 주요 키워드 및 CPC를 기반(<Table 5> 참조)으로 정성 분석을 통해 정의하였다. 특허 기술 트리는 총 5개 군집이 도출되었다(<Figure 7> 참조).

Figure 6.

Trends in Utility Patents

Table 5.

Characteristics of Each Utility Patent Group

Figure 7.

Utility Patent-tree

4.3 개발 기회 영역 도출 결과

디자인 특허 트리 및 발명 특허 기술 트리 유사성 분석을 위해 각 특허의 텍스트 데이터로부터 키워드를 기반으로 코사인 유사도를 측정한다. 여기서 디자인 특허 텍스트 데이터는 발명 특허에 비해 텍스트가 극히 적기 때문에 코사인 유사도 연산 과정에서 분모 값이 크고 분자 값이 매우 작게 도출된다. 이에 따라 본 연구에서는 유사도 값은 Max-Min 표준화 작업을 진행 한다(<Table 6> 참조).

Table 6.

Result of Similarity Analysis between Utility Patent-tree and Design Patent-tree

발명 특허 군집 중 ‘홀더 부착 장치’ 분야는 타 분야 대비 부품사 비중이 높고 발명 특허 5개 분야와 모두 유사성이 높은 디자인 특허 트리 ‘일반 승용-센터페시아’ 분야는 OEM 비중이 높은 것으로 나타났다. 반면 발명 특허 5개 분야와 모두 유사성이 가장 낮은 디자인 특허 트리 ‘상용 및 작업 차량-커버 구조’는 모두 부품사 중심으로 개발이 이루어지고 있었다.

본 연구에서 분석 결과를 토대로 기술기회 전략을 수립한 총 3가지 방안은 다음과 같다(<Table 7> 참조). 첫 번째, ‘일반 승용-센터페시아’ 디자인 분야는 해당 디자인 컨셉 개발과 관련하여 ‘대시보드 지지 연결 구조’, ‘디스플레이 제어 시스템’, ‘대시보드 주변 안전 장치’ 분야 발명 특허와 연관성이 높게 도출되어 있었다. 이에 따라 승용차 내 센터페시아 디자인 컨셉 개발 시에 경쟁사들과 빠르게 캐치업 하기 위해서 위 3개 분야 기반 기술을 병행하며 개발을 고려할 필요가 있다(<Table 5> 참조). 또한 OEM은 ‘일반 승용- 센터페시아’ 디자인 분야 개발 비중이 높지만 ‘대시보드 지지 연결 구조’, ‘디스플레이 제어 시스템’, ‘대시보드 주변 안전장치’ 발명 특허에서는 Others보다 비중이 낮다. 따라서 아직 OEM의 점유율이 비교적 적고 Others 점유율이 산재되어 있는 위 3개 발명 특허 분야에서 기회 영역이 될 수 있다.

Table 7.

Direction of Strategy for Discovering Technology Opportunities Linked between Utility Patents and Design Patents

두 번째 전략은 ‘일반 승용 - 스티어링 휠’ 분야에서 디자인 컨셉 개발 시 ‘에어백 모듈 구성 요소’ 발명 특허들과 유사성이 가장 높게 도출되었으므로 ‘에어백 모듈 구성 요소’ 기반 기술들의 특징을 고려하여 개발을 병행할 필요가 있다. 아울러, ‘일반 승용 - 스티어링 휠’ 분야에서는 OEM 비중이 높지만 ‘에어백 모듈 구성 요소’ 발명 특허에서는 비중이 아직 높지 않다. 이에 따라 Others 점유율이 아직 산재되어 있는 해당 영역은 새로운 진입 영역의 기회가 될 수 있다.

마지막으로 5개 발명 특허들과 가장 연관성이 낮았지만 ‘상용 및 작업 차량 - 커버 구조’는 디자인 컨셉이 먼저 선행되어 있는 것으로 보이고 기반 기술에 대한 관련 발명 특허가 거의 존재하지 않는 것으로 보여 진다. 따라서 해당 영역의 기술 선점의 기회가 있으므로 해당 영역을 공백 영역으로 정의하여 지속적인 모니터링을 수행해야 한다. 또한 ‘상용 및 작업 차량 -커버 구조’는 OEM의 비중이 거의 없고 Others 점유가 매우 산재되어 있기 때문에 선점할 수 있는 기회 영역이 가장 높다.

5. 결 론

본 연구는 발명 특허와 디자인 특허 데이터를 통합 분석하여 기술 개발과 동시에 디자인 컨셉 개발의 전략 수립을 지원하기 위한 방법론을 제안하였다. 최근, 디자인 특허 분석을 통해 법적 권리 범위를 회피하면서 경쟁력 있는 제품 컨셉을 개발하는 연구가 중요해 지지만 기업의 전략적 활용으로 이루어지지 않고 있다. 그 이유는 디자인 특허는 텍스트 데이터가 간략한 구조이기 때문에 텍스트마이닝 분석 노이즈가 적지만 텍스트 데이터가 적은 만큼 분석을 통해 트렌드 분석 이상의 시사점을 도출하기에는 한계점이 있기 때문이다. 따라서 본 연구는 이러한 부분을 보완하기 위해 발명 특허와 디자인 특허 데이터를 병행하여 기술기회 영역을 발굴할 수 있는 방법론을 제안하였고, 기술뿐만 아니라 디자인 개발 동향을 고려한 전략 수립을 지원할 수 있다. 또한, 차량 인스트루먼트 패널 분야는 미래 자율주행, 모빌리티 패러다임 속에서 기술뿐만 아니라 디자인 컨셉 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 본 연구의 사례 분석을 통해 미래 자율주행, 모빌리티 산업 변화에 대응할 수 있는 전략을 지원 할 수 있을 것으로 기대 된다.

이러한 기여 점에도 불구하고, 본 연구는 몇 가지 한계점도 존재한다. 첫째, 디자인 특허의 수는 대부분 산업 및 기술 분야에서 출원 건수가 아직 많지 않기 때문에 향후 시간에 따라 더욱 누적되는 디자인 특허를 대상으로 사례 분석을 보완할 필요가 있다. 둘째, 디자인 특허 트리를 도출하는 프로세스 보완이 필요하다. 본 연구에서는 대표 청구항에서 키워드를 도출하여 이를 키워드 사전과 매칭시켜 표준화를 통해 트리를 도출하였다. 향후 연구에서는 각 디자인 트리의 대표성을 강화하기 위해 디자인 분류 코드 등 다른 서지사항을 추가하여 디자인 트리를 도출하는 프로세스 보완이 필요하다.

Acknowledgments

이 논문은 2021년도 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 정보통신기획평가원의 지원을 받아 수행된 과제임 (No.2021000292, 디지털트윈 기반의 제조 최적화 RPA 학습/생성/평가/적용 S/W 플랫폼 개발).

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