[창간 34주년 특집1-新]펨토초 레이저 광원기술 확보로 세계시장 넘봐

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차세대 광원으로 불리는 레이저 광원은 일반 수은 램프에 비해 수명이 10배가량 길다. 문제는 가격이 비싸다는 점인데 수명이 길기 때문에 유지비용을 낮출 수 있다.

레이저 기술은 자동차, 조선, 반도체 등 타산업 제조과정에서 `공정기술`로 활용되고 최종 제품의 품질경쟁력 제고에 필수 요소다. 신성장동력 산업을 구현하는 초정밀·고도공정으로 미래시장 선점을 위한 역할을 수행한다.

ⓒ게티이미지뱅크

최근 산업 간 융합으로 패러다임이 변화하면서 융합시대 핵심 요소로 레이저 기술이 급부상하고 있으며 기존 산업을 명품 산업으로 재편하고 새로운 비즈니스 모델 육성을 가능하게 하는 고부가가치 창출 핵심 기술로 조명 받고 있다.

올해 세계 레이저 광원 시장 규모는 106억달러로 추산되는데 2020년 137억달러까지 증가할 것으로 보인다. 2013년부터 2020년까지 연평균 4.9% 성장세가 예상된다.

세계 레이저 광원 시장은 독일과 미국 주요기업이 전체 시장의 40%가량을 점유하고 있다. 이들 기업의 특징은 매출의 30% 이상을 자국 내에서 소비한다는 점이다.

국내 레이저 광원·장비 시장 규모는 각각 1조7570억원과 2조2640억원으로 추산된다. 2020년에는 각각 2조1770억원과 3조800억원까지 증가할 것으로 예상된다. 레이저 광원·기기 수입액은 2010년 이후 꾸준히 증가세를 유지하고 있는 반면에 수출은 감소세다.

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국가별 기술수준 평균은 미국 98.9점, 일본 94.6점, 유럽 93.3점으로 90점을 넘긴 반면에 중국 은 74.6점 수준이다. 우리나라는 IT컨슈머가 94.3점으로 높고 나머지는 낮은 편이다. 작년 기준 선진국 대비 기술격차는 평균 1.3년으로 IT컨슈머 레이저가 그나마 0.5년으로 가장 적다.

국내 주요 산업별로 보면 외산 대비 국내 레이저 활용률이 극히 떨어진다.

자동차는 국내 광원 활용이 전무한데 엔진, 파워 트레인, 전장 등 일부 부품에서 레이저 시스템을 활용하고 있다. IT산업에서는 디스플레이, 반도체, 모바일, 가전부문이 외산을 80% 이상 활용했다.

반면에 의료산업 장비·시스템에서 치료기기·수술기기는 레이저 광원의 50%, 시스템의 70%를 국산으로 사용했다.

최근에는 모바일 프로젝터에 레이저 광원을 탑재하는 사례가 늘고 있다. 긴 수명과 높은 에너지 효율을 갖추고 있으며 무게 또한 가볍다.

실제 중소기업인 크레모텍은 SK텔레콤과 협력해 작년 5월 세계 최초로 레이저 광원 기반 빔 프로젝트 제품화에 성공했다. 이 제품은 주먹 하나 크기지만 초고화질을 적용해 기존 LED 제품보다 밝아졌고 전력소모도 대폭 줄였다. CES 2016에서 혁신상을 수상했다.

KERI RSS에서 우리나라와 러시아 공동 연구진이 개발한 펨토초레이저시스템 장비를 점검하고 있다.

세계적으로 관심이 높은 차세대 레이저 `펨토초(femto second) 레이저 광원 제작기술`도 확보했다.

한국전기연구원이 개발한 이 기술은 크기가 작고 장시간 작동이나 장비를 결합할 때도 1% 이하 출력 안정도를 갖는다.

펨토초 레이저는 1000조분의 1초라는 극히 짧은 펄스폭을 갖는 레이저를 말한다. 기존 나노초 레이저나 연속파 레이저에 비해 펄스폭이 짧고 첨두출력(peak power)이 세다. 이 때문에 극한의 시간 동안 발생하는 자연현상을 이해할 수 있는 기반을 제공한다. 광범위한 분야 적용이 가능한 미래 산업 기본 기술이다.

모든 재료의 비열 가공과 선택적 가공이 가능한 극초단 레이저 광원의 원천기술을 확보함으로써 반도체, 디스플레이, 태양전지 등 다양한 산업 분야에서 차세대 초미세 레이저 가공 응용성도 확보했다.

연간 8000억원의 수입대체 효과는 물론 차세대 레이저 광원기술 분야에서 선진국 대비 기술수준도 30%대에서 90%대로 끌어올리게 됐다.

전기연구원은 지난해 이 기술을 레이저 관련기업 한빛레이저와 이오테크닉스에 각각 기술 이전해 상용화를 앞두고 있다.


국내 레이저 광원 시장 규모 및 전망 (단위: 억원)

국내 응용산업별 레이저 시장 규모 및 전망

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이성민 코스피 전문기자 smlee@etnews.com