광 ( 光 ) 기반융 복합신산업 DOI: 10.3938/PhiT.24.019 안선영 신용진 Photonics-based New Convergence Industry Sun young AHN and Yong Jin SHIN As a core growth engine industry, the photonics industry will create a new industry through convergence with other industries. Photonics technology affects various industrial sectors, such as the IT, CT, BT, MT, car, military, energy, construction, design, and medical sectors, and has tremendous potential. 광산업은타산업과의융복합을통해산업전반에새로운 활력을가져다줄핵심성장동력으로서신산업을창출해나 갈것이다. 광기술은산업간융합에있어서 IT, CT, BT, MT, 자동차, 국방, 에너지, 건설, 디자인, 의료분야등전방산업의 고도화및생산성향상등에많은영향을미칠수있는기술 로서향후산업융합과연계되어수요증가의가능성이클것이 다. 저자약력 서 광산업은빛을생성 제어하여정보를저장하거나전달하는데 필요한부품 소재 장비 시스템을포괄하는산업으로기존산업과 의융복합을통해우리나라산업에새로운활로를가져다줄 핵심신성장동력산업이다. 우리나라에서는 2000 년도에광 산업이지역전략산업진흥사업으로정부로부터지정되면서광주 첨단산업단지를중심으로국내광산업클러스터를구축하여양 안선영박사는 2012 년전남대학교에서박사학위를받았으며, 현재한국광산업진흥회정책기획부부장으로재직중이다. (asybig@kapid.org) 신용진교수는 1990 년 New York University (Polytechnic Institute) 에서박사학위를받은후, 현재조선대학교물리학과교수로재직중이다. (yjshin@chosun.ac.kr) 언 적측면뿐만아니라, 관련연구인프라, 기업, 기업지원기관등질적측면에서도세계적인광산업클러스터로성장하였다. 그러나국내광산업및관련기업들은최근들어조선, 자동차, 에너지, 의료등타산업과융 복합을통해기존산업의획기적인고부가가치화실현이라는중대한해결과제와함께치열한경쟁에서살아남기위한기업경쟁력확보라는어려운환경에직면해있다. 국내광산업의경우대내외여건에쉽게흔들리는취약한구조에서벗어나지못하고, 뚜렷한미래성장동력을확보하지못하고있으며, 일부토종강소기업이출현하였으나글로벌수준의기업화에는다다르지못한상황이다. 이를해결하기위해서는무엇보다기업의경영효율성과생산성제고를통해기업의경쟁력을확보하는것이중요한과제중의하나이지만무엇보다도광기술을기반으로한광기반융 복합신산업발굴및기술경쟁력확보가중요하다. 본고에서는최근광산업의국내 외기술현황과국내광산업의한계점이무엇인지살펴보고, 광기반융 복합신산업발전방안에대해생각해보았다. 광 ( 光 ) 산업개요광산업이란특정파장이나에너지의빛이가지고있는성질을이용및활용하여다양한분야의첨단제품을생산및제조하는산업으로빛을만들고, 제어하고, 활용하는것과관련된소자, 기기및시스템산업을총칭한다. 전통적으로광학및광원 ( 조명기기 ) 분야에국한되었으나 1960 년대레이저가발명된이후광전자, 초정밀계측, 의료기기등다양한분야로확장되어가고있다. 특히빛을특정에너지와운동성을가지는입자로취급하는광자 (photon) 의성질을이용하기때문에물리학및광공학분야에서는기술적인용어로광자기술, 즉포토닉스 (Photonics) 산업이라고부르기도한다. 이러한빛은에너지를갖고있을뿐아니라파동성과입자성이있어오늘날정보를전송할수있는광통신기술로발전되었으며, 정보를저장및변환할수있는광학드라이브 (CD-ROM) 등의분야로도확장되었다. 30
Grupp(1992) 가과학집적도가가장높은분야로 Laser, Laser medicine, Genetics & Pharmacy, Polyimides, Fuel Cell 등이고, 과학집약도가평균이상인분야로 Optics, Image Transmission, Sensors, Coating 등으로제시한바와같이광산업은과학적집중도가매우높은과학기반산업의특성을가지고있다. 따라서광산업은아이디어및기술력의비중이크며원자재와인건비부담이적은지식기반형산업으로서, 환경친화형산업이며타산업에비해기술변화가빠르다는특성을지니고있다. 따라서기술인력의질과수준이산업경쟁력을좌우하는전형적인기술집약적산업이다. 2000 년대들어광산업의발전없이는미래정보화사회의실현이불가능할정도로그중요성은매우높아지고있다. 반도체레이저, 발광소자 (LED) 등세기와파장대가조절되는광원이개발되고, 이러한광원의특성에맞는응용분야의개척이이루어지면서광산업이비약적으로발전되었다. 최근에는급증하는인터넷통신의수요로인해대용량의정보를초고속으로송수신하고자광통신기술이접목되어통신수단의혁신적인변화를가져왔다. 또한생명기술 (BT), 나노기술 (NT), 환경기술 (ET) 등미래유망분야와국방, 생산가공및측정등다양한분야의기반을이루고있으며, 인류의복지증진과지구환경에기여하는국가의공통자산이자국내모든산업에영향을미치는기반산업이다. 광산업의범위는산업의특성상첨단제품들로구성되어있다. 따라서그기준과분류에있어한국표준산업분류에별도로부여되지않은상황으로, 국내산업계및학계등에서는 2000 년도에한국광산업진흥회에서만든광산업분류표를기준으로광산업의범위로간주하여분류하고있다. 학문적이고기술적인범위는물리학또는광공학을중심으로전자공학, 전기공학, 기계공학등과결합하거나융합한형태를나타내고있으며, 빛관련기술및요소기술즉, 소자, 모듈, 재료, 설계이론, 가공기술등을포괄하며이들을위한소프트웨어등도포함된다. Fig. 1. Definition of Photonics Industry and application sector. Table 1. Classification of Photonics Industry. 대분류중분류세분류 광통신 광원및광전소자 광정밀기기 광소재 광정보기기 광학기기 광통신시스템 광통신부품 광원 광전변환기 레이저기기 광계측및센서기기 광재료 광소재부분품 광정보입출력기기 광정보저장매체 영상표시기 관측검사기기 화상기록재생 자료출처 : 한국광산업진흥회홈페이지 기간망전송장치, 분배망전송, 능동형장치, 수동형장치 통신용수발광소자, 수동형부품, 능동형부품, 통신용광섬유 반도체광원, 방전용광원, 특수광원 반도체광검출기, 태양전지, 비반도체광변환기 의료용레이저기기, 산업용레이저기기, 연구용레이저기기 의료용광계측및센서기기, 산업용광계측및센서기기 비결정광재료, 광결정 비통신용광섬유, 광학재료부품 입출력가능기기, 출력전용기기 저장반복매체, 일회저장매체 평판디스플레이, 3 차원디스플레이, 프로젝션디스플레이 일반용, 산업용 일반용, 산업용 국내 외광산업기술현황최근광산업시장이슈는광통신분야의경우중국등신흥국가들이광통신제품의저가공세로시장을급격하게잠식하고있으며, 스마트폰보급률확대및통신서비스의폭주등으로인해통신량을수용하기위한새로운개념의통신, 소자, 망구현법이개발되고있다. 아울러통신트래픽이증가함에따라현재의 IP라우터중심의전달망환경에서광파장스위치및캐리어이더넷중심으로전달망환경이변화될것으로예상되고있다. LED 분야의경우 Cash-Cow 의불연속성및원가하락에의한시장상황이악화되어어려움을겪고있는데이는 LED 조명분야국내외대기업의표준화선도및폐쇄적인정책으로인한국내중소기업들의대외경쟁력이약화된것으로예상된다. 그러나 2015 년 1월에 LED 품목의경우중소기업적합업종지정이해제되어국내 LED 대중소기업간상생협력을통해국내 LED 시장을견인할수있을것으로예상된다. LED 산업의경우기존단순조명으로써의 LED 조명시장에서 LED 융합기술로발전하고고효율, 저가격화실현방향으로조명시장이변모될것으로보이며, 고효율 / 고방열, 장수명 LED 조명으로 31
발전하여최근이슈가되고있는 OLED 조명과의차별화가필요한실정이다. 광정밀기기분야의경우국제적인기술경쟁력확보를위한연구, 투자등으로인해상용화가급속히진행중이나, 아직시장진입기로 5년이상의선진국과의기술격차해소를위한다양한연구가필요하며, 해외에서는노후화된교량, 건물등의보수와관련하여실시간광계측기술개발등이러시를이루고있으며, 구조물과센서시스템이일체화된스마트구조가이슈가되고있고수년내다양한산업분야로확대가예상되고있다. 고출력다이오드는최근각광을받고있는다이오드레이저를위한여기광으로사용되며이러한여기광방식의레이저는수명, 빔품질, 신뢰도등에서우수하여각광을받고있다. 레이저가공기술은레이저빔의집속과시 공간적정밀제어가가능하여반도체, 전자, 자동차, 메카트로닉스등첨단산업분야에서고품질부품을가공하는필수적인기술로활용되고있고, 펨토초레이저출력이테라와트 (terawatt, TW 10 12 W) 급으로증가되면서응용영역이급속도로확대되기시작하였다. 고출력광섬유레이저개발로다양한산업분야에서활용이급속히확대됨에따라광섬유기반의다중펌프광원결합기및출력편광조정기의개발과상품화가활발히추진되고있다. DPSSL 은 CO 2 레이저, Flash Lamp 펌핑형고체레이저, Excimer 레이저등기존의레이저를대체하는새로운레이저시스템으로부상하고있다. 국내에서는기존의레이저산업분야에대한지원은레이저자체를이용하여새로운응용분야에접목시키는연구를하는데치중되어있어서산업용레이저자체를개발하고이를지원하는시스템구축이매우시급한실정이다. 태양광분야의경우가동률과출하량이증가하고일부기업들이투자를재개하고있는상황에서글로벌공급과잉의여파로 11년 13 년에대다수의국내태양광기업들은사업을철수했지만 13년 2분기에국내기업들의재고가상당부분소진되었고많은태양광모듈기업들이최근높은가동률을보이고있으며일부기업들은늘어난주문에대응하고자생산용량을확대하고있는추세이다. 광소재분야의경우비구면광학렌즈의연구개발은군수산업이발달된미국, 독일의일부업체 ( 미국 LightPath 사, 독일 Umicore 사등 ) 들이관련핵심기술및노하우를독점하면서주도하며, 민수분야로의시장확대를모색하고있다. 비정질실리콘 (a-si) 을이용한 microbolometer 어레이센서는세계많은연구기관들과기업에의해개발및상용화되고있다. 플라스틱비구면렌즈는초기에안경렌즈나뷰파인더용으로주로사용되 Table 2. Technical standard of Korea for major photonics industry fields. (from Ref. [8]) 었으나최근에는 PC 카메라, 디지털카메라, 광저장장치픽업, IMT-2000 용단말기용소형렌즈에서프로젝션 TV용대형렌즈에이르기까지폭넓게활용되고있다. 높은광선투과율, 고해상도, 복굴절없음이요구되는휴대폰카메라렌즈에글라스렌즈의채용이증가할전망이며, 비구면글라스렌즈용초정밀몰드금형을비롯한광학정밀렌즈용광학유리소재의개발에대한연구들이추진되고있다. UV 경화소재의광학적특성한계로고품질렌즈모듈의양산성에문제가있으나이를해결하기위한소재관련기술개발이활발하게진행되고있다. 국내광산업의한계점우리나라광산업은 LED BLU, 디스플레이등광정보기기분야와광통신분야중광섬유와수동부품에서는세계최고의기술경쟁력을확보하고있으며, LED 및태양광분야에서는선진국대비 90%, 레이저분야에서는 80% 의기술경쟁력을확보한것으로파악된다. 그러나국내광통신분야의경우광통신벨류체인내에서중간연결계층인전송장비 / 서브시스템의계층이취약하여국내광통신부품업체가해외로수출한부품으로만든모듈이나장비를수입하여사용하고있으며, 상당수의부품마저도중국에서수입하는상황이초래되었다. 이는광통신시장의흐름이전체적인시스템및모든부품의모듈화를통한패키징화된제품의수요가증가하고있는반면, 국내업체들은부품및단품위주의제품만을생산하여판매하고있어선진사에비해시장경쟁력이약화되는것으로예상된다. LED 분야의경우일반조명에비해고가인 LED 조명제품에대한소비자의선호도가아직까지높지않아시장이확대되지못하고있는상황이며, 다수의경쟁자로시장이포화상태가되어신규진입또한어려운상황이다. 또한중국저가제품 32
Fig. 2. Innovation of photonics-based convergence technology. (from Ref. [10]) 에비해가격경쟁력에서취약성이있는국내제품에대한차별화 ( 방열기술등 ) 및고부가가치 ( 광의료등 ) 틈새시장에진출할수있는제품개발이시급한상황이다. 또한 LED 시장이점차확대될것으로예상되고있으나이에따른소비자의눈높이도올라가고있어자발적인품질제고노력이시장진입및시장점유율확대에중요한요소로작용할것으로예상된다. 국내광산업체시장창출능력차원에서분석해보면국내광산업은그간 R&D 중심의지원정책으로판로개척, 마케팅, 사업화지원등의지원이상대적으로부족하여신시장창출이나과잉경쟁을초래한것으로보이며, 기업들사이의기술협력및공동마케팅등의상생협력이필요한상황이다. 광산업뿐만아니라국내산업의고질적인문제인우수인재영입과관련해서는국내광산업의경우낮은급여문제등으로우수한인재의채용이사실상어려우며, 생산인력의채용에있어서도정착률이낮은실정으로인력부족, 특히숙련공부족의문제가지속적으로발생되고있는것으로파악된다. 시장선순환구조측면에서는국내광산업은부품산업위주로각각의부품을생산하여업체별로개별마케팅이이루어지고있는상황이다. 반면에해외대기업들은시스템에서부터부품까지수직계열화를통해마케팅이이루어지고있어시장경쟁력을확보하고있는것으로보인다. 광기반융 복합신산업도출최근사회는물질문명의진보와경제적풍요로인해산업사회이전의의식주에대한기본적인욕구는이제전혀다른차원의산업적 경제적욕구로변화되고있다. 경쟁심화에따른신시장창출의필요성과기술혁신에따른가능성증대, 무엇보다도소비자의욕구 / 니즈의향상에따라사람들은건강하고안전한사회, 편리하고즐거운사회, 소통하여감정을공유하는공감의사회를요구하고있다. 이러한사회와연결되는서비스나기술, 제품은미래사회의가장유망한산업이될것으 Fig. 3. Optical technology and specialized field related with cutting edge perception-photonics convergence industry. (from Ref. [10]) 로예상되고있다. 이러한소비자니즈의다양화및고도화를해결하기위한수단으로광기술을기반으로한융 복합기술개발의필요성이제기되고있다. 광기반기술활용의여건이마련되면산업간융합또한산업의지능화를촉진하고, 기존산업에서의새로운가능성을제고할수있다. 산업연구원에서 2014 년말에선정한 10대미래유망기술 산업및정부정책동향을살펴보면 WoT/IoT 플랫폼기술, 빅데이터및클라우드기술, 5G 무선통신시스템기술, 초다시점콘텐츠및방송시스템기술, 신재생에너지기술, 에너지저장장치기술, 줄기세포치료제기술, 차세대의료기기기술, 멀티스케일융 복합소재기술, 친환경자동차기술등을 10대미래유망기술및산업으로분류하고있다. 특히최근에는정부에서창조경제의기반으로가장중점을두는 ICT(Information and Communications Technologies) 산업과빅데이터, 모바일, 웨어러블이새로운화두가되고있다. 더나아가사물인터넷은가장핫이슈로미래유망기술로떠오르고있다. 광산업은제조업과의융합도활발하나, 광산업특성상 ICT 산업과의융합이가장용이한것으로보인다. 그동안광산업과자동차, 가전산업등이결합한형태로융합산업을발굴하였고, 광역경제권정책을통해조선산업으로확장하였다. 또한의료, 환경, 건설, 농수산등틈새시장을겨냥한융합아이템발굴도활발히진행중에있다. 하지만무엇보다도국내광산업이경쟁력을확보하기위해서는만물통신 (IoE) 플랫폼, 감성형단말기술, 지능형 ICT 융합모듈, 5세대 (5G) 이동통신등핵심기술을접목하여광산업을한단계더도약시킬수있는광기반융합기술개발및틈새시장발굴이필요하며, 이를바탕으로광기반융 복합신산업을도출해낼수있다. 안전에관련된광기술미래유망분야는구조물진단, 식품안전, 교통안정, 재난관리등이있다. 건강 / 생활분야는식물공장, 진단및수술, 광의료기기, 바이오로봇등이다. 환경 / 에너지분야는광 33
감응기술, 에너지저장 / 절감기술, 전력전송분야, 환경모니터링기술등이고, 문화 / 삶의질과관련분야는유비쿼터스, 사물인터넷, 디스플레이, 감성 / 방송조명등이미래유망기술및시장분야로도출되었다. 이를통해광을기반으로한신산업분야를첨단인지- 광융합산업으로육성하여국내광산업의구조고도화, 기업의핵심역량강화, 광기업의사업화실현을통한기술경쟁력제고및세계시장선점이가능할것으로예상된다. 결론우리나라의광산업은그동안많은정책적, 경제적지원이이루어진것에비해신제품개발이나신시장창출활동이다소부족하여중국저가제품과의경쟁에서시장성을잃어버리는현상이발생되고있다. 이를해결하기위해서는무엇보다도새로운광응용기술과광융합분야에서의신기술창출을기반으로경쟁력을확보해야할것이다. 지적재산권확보에있어서는광기술관련대학및연구소와공동연구를통해핵심 / 원천특허를확보할수있는종합적인지원책마련과시장 / 기업중심의연구개발지원이필요할것이다. 기술및고급인력부족문제를해결하기위해서는기술및지식을보유한주변대학 및연구소로부터맞춤형컨설팅지원으로개별기업의인적자 원의역량을강화해야할것이다. 국내광산업제품의고부가 가치를높이기위해서는해당분야의기술적우위확보가중 요하지만, 무엇보다도타산업과융합이나타기술과의융 복 합으로신규틈새기술발굴이중요할것으로사료된다. REFERENCES [1] Promoting Gwangju Photonics Industry and Integration Plan, KIET (2000). [2] Y. J. Shin, Research Report on Photonics Industry (Biophotonics), KAPID (2003). [3] White paper for Photonics Industry, KAPID (2005). [4] Y. J. Shin et al., Medium and long term development plan for Photonics Industry, Gwangju City (2005). [5] Y. J. Shin, The here & hereafter of Korea photonics industry, KSA (2006). [6] Planning Report for Photonics 2020, KIET (2010). [7] Y. J. Shin, Gwangju Photonics smart specialisation strategy, OECD outreach workshop, 83 (2013. 4. 3). [8] Current status and prospect of 2014 domestic and international Photonics Industry, KAPID (2014). [9] Analysis report for Photonics Industry Technology competitiveness, KAPID (2014). [10] Medium and long term development strategy for 2nd leap of Gwangju Photonics Industry, GJTP (2015). 34