2011년도 국가 광과학기술 로드맵 개요

1. 비전 및 목표

※ 광산업 : 빛의 생성과 제어를 포함하여 빛의 다양한 광학적 특 성을 이용하는 소재, 부품, 기기 및 시스템 산업

2. 필요성 및 중요성

• 오늘날 세계 각국은 화석에너지 고갈, 지구온난화 및 식량부족 문제에 직면하고있으며, 이를 극복하기 위해서 혁신적인 노력을 진행 중임

- 이를 위해 새로운 에너지원을 찾아내며, 저탄소기

술을 개발하고, 다양한 식량생산 방법을 연구함으 로써 새로운 산업혁명을 일으키고 있음

- 따라서, 다가올 미래사회에서는 대체 에너지 개발 과 에너지의 효율적인 사용이 일류국가 산업 구조 의 근간을 이룰 것으로 보임

• 광과학기술은 저전력화, 고속화, 융합화를 통해 세 분야의 한계 극복에 핵심적인 역할을 하며, 녹색산 업 발전에도 크게 기여하고 있음

- 예를 들어, LED(Light-Emitting Diode) 조명과 레이저 가공기술을 통해 일상생활과 산업현장에 서 에너지 소비를 대폭 줄이고, 태양광을 통해 청 정에너지를 생산하며, LED 식물공장을 통해 지 하에서도 식품을 재배하고 있음

• 광과학기술에 기반한 광산업은 지식집약산업, R&D 산업, 고부가가치산업, 환경친화적산업, 첨단산업, 미래 유망산업 등의 특성을 갖고 있어서,

• 자원이 부족한 우리나라가 빠른 시간 내에 기초연구 와 기술개발을 통하여 국가중추 산업으로 성장시키 기에 적합한 분야임

• 또한, 광과학기술은 IT(Information Technology:

정보기술), NT(Nano Technology: 나노기술), ST(Space Technology: 우주기술) 등과 융합하여 신산업을 창출하고, BT(Bio Technology: 생명공 학) 및 의료분야와 결합하여 인간 삶의 질 향상에 크

2011년도 국가 광과학기술 로드맵 개요

2011년도 국가 광과학기술 로드맵 개요 특집 2 ■ 국가 광과학기술 로드맵 요약본Ⅰ

게 기여하는 방향으로 발전할 것임

• 이와 같이 광과학기술의 중요성을 고려하여 선진국 들을 중심으로 국가 광과학기술 로드맵과 기술개발 전략을 수립하고 있음

- 예: Consolidated European Photonics Research Initiative “Photonics for the 21st Century” 및 일본의 “2030년대를 향한 광기술 로드맵 책정”(2011)

• 한국광학회는 미래 우리사회가 초고속/대용량의 스 마트 정보통신 사회, 그린/고효율의 스마트 에너지 사회, 무병장수/안전의 스마트 건강 사회로 발전할 것으로 예측하고,

• 기존의 광산업을 각각의 부문에서 요구되는 관련 분 야별로 새로이 분류 정리하였으며, 이를 바탕으로 광 과학기술 로드맵을 구축하였음[그림 2]

• 광산업의 세계 시장규모는 2005년도 270조원 수준 에서 2008년도 338조원, 2010년에는 386조원으로 꾸준한 성장을 해 왔으며, 2011년에는 413조원, 2015년에는 573조원, 2020년에는 850조원에 이를 것으로 예상됨[그림 3]

• 2010년도 기준 광산업 세계시장은 미주지역 29.5%, 아시아 26.8%, 일본 19.1%, 유럽 17.5%, 기타 7.1%

의 비중이며, 중국 및 유럽지역의 비중이 점차 확대 될 전망임

• 세계 시장 대비 국내 시장의 점유율은 2005년도에 는 5.5%(15조원)으로부터 2008년에는 10.4%(35조 원), 2010년도에는 11.8%(46조원)로 성장해 왔으며, 이를 바탕으로 2011년에는 12.1%(50조원), 2015년에 는 13.5%(77조원), 2020년에는 15.5% 점유율에 약 130조원 규모의 시장으로 성장할 것으로 전망

• 국내 광산업체의 수는 2003년에 858개로부터, 2008년 1,679개, 2010년 2,127개로 급격히 증가하 고 있으며, 2011년에는 2,300개로 추정. 고용인원은 2003년에 약 5만 명으로부터, 2008년 9만 3천명, 2010년 11만 2천명으로 급격히 증가하고 있으며, 2011년에는 약 12만 1천명으로 추정됨 [광산업진흥회 자료 (2010)]

• 국내의 한정된 인력과 재원으로 광산업 분야에서 글 로벌 세계 2위 국제 경쟁력을 확보하기 위해서는

- 국가 광산업과 광융합산업의 SWOT(Strength, Weakness, Opportunity, Threat)를 정밀하게 분석하고

- 국가 광과학기술의 세계적 수준을 파악하여 - 단기 및 중장기 핵심기술의 발전전략을 수립하

는 것이 필요함

• 최근의 세계적 광산업 및 광기술 분야의 분류 추세 에 맞추어 [표 1]과 같이 12개의 세부분야(Working Group)로 구분하고,

• 각 분야별로 국내 전문가들의 기술분석과 전문지식

그림 1. 미래 사회와 광과학기술 및 광산업 전망

그림 2. 광산업 세계시장 및 국내시장 전망 [자료: 정밀광학산업 기술로드맵 (2007) 및 광산업진흥회 자료 (2010) 참조. 세계 시장 대비 국내 시장 규모는 2015년에 13.3% 및 2020년에 15.5%로 예상]

을 모아 단기 및 중장기 전략을 수립하고 산업의 발 전 모델을 제시하였음

3. 광과학기술의 발전방향 및 전망

• 광과학기술은 IT, BT, NT 등과 결합하여 새로운 광 융합기술로 발전하고 있고, 전자, 에너지, 자동차, 환 경, 보안/방위, 의료 산업 등과 융합되어 새로운 광 융합산업을 창출하고 있음 [그림 3]

• 광과학기술은 자외선, 가시광선, 적외선, 테라헤르 츠에 이르는 넓은 전자기파 영역을 수용하는 분야로

- 정보의 생성과 처리, 통신, 저장, 복원 및 디스 플레이 분야에서 기존 기술을 대체하여 수천 배 이상의 정보를 초고속으로 처리하고[스마트 정 보통신 사회, 그림 4의 기술 발전 로드맵 참조]

- 저전력 고효율 조명, 태양광에너지, 고효율 레 이저 가공 장비 등 에너지산업분야의 핵심기술 로 발전하며[스마트 에너지 사회, 그림 5의 기 술 발전 로드맵참조]

- 초정밀 원격 계측, 저통증 진단 및 치료, 보안 및 방위 기술 개발로 풍요롭고 안전한 건강사회 구축을 가능케 할 것이며[스마트 건강 사회, 그 림 6의 기술발전 로드맵 참조]

- 또한, 향후 미시세계[나노, 광자, 양자, 메타물

질, 아토초(10-18초)]의 탐지 및 차세대 광과학 기술(레이저기반 입자가속, 레이저 핵융합, 3차 원 홀로그램, 차세대 리소그래피 등) 분야에서 기술적 진보를 이루어 새로운 광산업의 창출로 이어질 것으로 예상함[차세대 광과학기술, 그림 7의 기술 발전 로드맵 참조]

• 이와 같이 광과학기술은 기존의 광산업은 물론이고 광통신, 디스플레이, 반도체 조명 등의 전자산업, 레 이저 치료기 및 바이오센서 등의 의료산업, 우주항 공, 보안, 방위, 에너지, 환경 등 거대산업 분야에서 도 광융합산업의 경쟁력을 결정할 첨단 핵심기술로 활용되고 있음

• 즉 광융합 신산업을 추진할 수 있게 하는 가능기술 (Enabling Technology)로, 광산업의 선순환적 가 치 사슬 형성에 기여할 것으로 전망함

• 또한, 테라헤르쯔, 양자광학, 나노포토닉스, 메타물질

WG 4 태양광 에너지 (Solar Energy) 광변환기기

WG 5 반도체조명 (Solid-State Lighting) 광원

WG 6 산업용 레이저 및 레이저 가공(Industrial Laser and Laser Processing) 레이저 발생기기, 정밀가공 WG 7 생명 및 의료광학(Bio and Medical Photonics) 의료광학기기

WG 8 보안 및 방위산업(Security and Defense) 레이저기기, 광계측 및 센서

WG 9 광계측 (Optical Metrology) 광계측기기

WG 10 광소재 및 부품(Optical Materials and Devices) 광재료, 광학부품 WG 11 차세대 광기술(Next Generation Optical Technologies) (해당사항 없음) WG 12 교육 및 연구(Education and Research ) (해당사항 없음)

그림 3. 광융합 기술과 광융합 신산업

2011년도 국가 광과학기술 로드맵 개요 특집 2 ■ 국가 광과학기술 로드맵 요약본Ⅰ

그림 5. 스마트 에너지 사회 분야의 광기술 발전 로드맵 그림 4. 스마트 정보통신 사회 분야의 광기술 발전 로드맵

그림 7. 차세대 광과학기술 기반 분야의 광기술 로드맵

2011년도 국가 광과학기술 로드맵 개요 특집 2 ■ 국가 광과학기술 로드맵 요약본Ⅰ

및 극초단 광펄스 등 새로운 기능의 차세대 광과학기술 은 연구실에서 곧 바로 신규 광산업으로 발전될 전망임

• 광산업의 모든 세부분야를 경쟁력 있게 뒷받침하려 면 국내에서 가치 사슬의 첫번째 단계인 광학 소재 및 부품 기술의 발전이 반드시 필요하고, 이와 더불 어 국제적인 경쟁력을 갖춘 고급 전문 인력이 광산 업계에 공급되어야 함

4. 광산업 발전을 위한 추진 방향 및 전략 (1) 국내 광산업의 SWOT 분석

• 광산업은 국내 주력 기간산업인 전자, 반도체, 디스 플레이, 자동차, 조선, 신재생에너지 분야에서 품질 및 기능을 향상시키는 고부가가치 핵심 후방 산업임

• 최근 광산업은 광융합산업 시장의 성장, 고효율 에 너지 및 녹색산업, IT, NT, BT, 의료 분야에서 광과 학기술의 활용 확대 등으로 새로운 성장 기회 도래

• 특히, 광과학기술은 LED/OLED 조명, 디스플레이 등 고효율 에너지기술 분야에서 중요한 역할 담당

(2) 국내 광산업 발전을 위한 기본 추진방향

• 광과학기술 혁신과 확산을 통한 세계 적 광산업 강국 실현

- 세계 최고 수준의 광과학기술을 확 보하고 미래 광융합산업을 신산업 으로 육성하기 위해 광과학기술 분 야의 핵심원천 기술개발 중점 추진

• 광과학 융합기술 확산을 통한 신산업 창출

- 2020년을 대비한 광과학기술의 새로운 성장동력 발굴

- 광과학기술을 응용한 광융합산업

육성을 위한 정책개발

- 광융합 산업의 생태계 강화를 위한 이업종간 협 력체계 구축

• 광과학기술 혁신을 통한 고효율 에너지 및 녹색산업 강화

- 고효율 LED 조명, LED 디스플레이, 레이저가 공 기술 등을 이용한 일상생활 및 산업현장의 에너지 소비 감소, 태양광에너지를 이용한 고효 율 에너지 사회 기여

• 광과학기술 역량강화를 통한 광산업 구조고도화 - 돌파기술 개발을 위한 투자 확대

- 제조기술 혁신을 통한 원가절감 및 가격경쟁력 강화

• 광과학 기반기술 구축을 통한 핵심원천 기술개발 역 량 확보

- 광과학기술 혁신을 위한 R&D 인프라 확충 - 미래 신기술 확보를 위한 핵심 원천기술 개발사

업 강화

- 광과학기술의 세계 표준을 선도하기 위한 사업 - 광학산업 혁신지원기관의 글로벌 인증, 평가 기

능 강화

- 창의적인 인력공급 확충을 위한 광과학기술 인 력양성 체계 구축

표 2. 국내 광산업의 SWOT 분석

강 점 (Strength) 약 점 (Weakness)

- 반도체, 디스플레이, 광통신, 스마트폰 분야에서 높은 국제경쟁력 확보 - IT, NT 관련 우수한 개발/제조 기술력 - 과감한 도전정신이 활성화된 사회

새로운 제품 수요가 활발한 사회

- 원천 기술 및 핵심 부품 소재 분야의 외국의존 심화

- 초정밀 광시스템의 설계 및 제작 기술취약

- 국가 차원의 광기술 지원 부족 - 기반시설 및 전문기술인력 부족 - 국제 표준 미흡

기 회 (Opportunity) 위 협 (Threat) - IT, NT, BT 등과의 광융합기술 분야

확대

- 첨단 광융합산업의 급속한 시장 성장 - 고효율 에너지 및 녹색산업 강화 정책 - 광통신인터넷 인프라 확충 계획 - 해외시장 진출 기회 확대

- 선진국의 전략적 지적재산권 보호 - 개방화로 외국 업체와의 경쟁 - 중국, 인도의 급속한 추격 - 특허 및 표준화 경쟁 심화 - 전문기술인력 확보 어려움 심화

심 후방산업이므로, 전주기적인 생태계 조성이 시급함 - 전방산업인 전자(반도체, 모바일, LED, 디스플 레이), 조선, 자동차 등 국가 주력산업을 뒷받침 하기 위해서는 광산업 분야의 전주기적인 생태 계 조성이 중요

• 핵심 원천기술이 필요한 광산업 부문(레이저 광원, 정밀광학기기, 광계측, 광소재 및 부품 등)에서는 기 술 및 산업 경쟁력이 취약하므로, 정부 지원 및 정책 적 육성을 통한 경쟁력 강화 정책이 필요함

- 거대시장인 응용산업 부문(광통신, 레이저 가공, 반도체조명, 디스플레이 산업등)에서는 정부와 민간 기업의 활발한 기술개발 투자로 인하여, 현 시점에서 기술 및 산업 경쟁력을 확보하고 있음

• 취약한 주기의 광산업 부문(주로 원천기술산업 분 야)에서는 정부주도의 전략적인 투자로 광학산업 전 체에 대한 경쟁력 향상을 도모해야 할 것임

R&D 자원의 효율성 제고

• 광산업 분야 기업의 지역적 분포를 고려하여 지역특 화 분야와 연계된 광융합산업 클러스터 조성 및 활 성화 대책 필요

• 강력한 산학연 컨소시엄 구성

- 독일, 일본, 미국 등 광과학기술 선진국에서는 기술개발 초기단계부터 산학연 컨소시엄 구성을 통해, 종합적이고 체계적으로 개발하고 있음 - 광학산업을 효율적으로 육성하기 위해서는 광과

학기술 선진국의 성공 전략을 벤치마킹하여 추진 하는 것이 필요함

• 우수 전문인력 육성(창의적 인재 교육) 및 인력 재교 육(현장형 맞춤 교육)

- 광과학기술 관련 산업을 선도산업(First Mover)으 로 육성하기 위해서는 핵심광과학기술로 무장한

형 교육 확대

Two Track Approach 기술 개발 전략

• 선택과 집중(Top-Down) + 뿌리기술(Bottom-Up) 개발 동시 추진

• 3 ~ 5년 내에 큰 부가가치와 시장을 창출할 수 있는 광융합기술 분야는 중규모 이상의 사업으로 집중 투 자하는 전략이 필요

• 창의적 아이디어를 갖는 광융합기술 관련 씨앗 기술 (Seed Technology)은 새로운 산업 분야를 창출해 내 므로 원천기술형 사업으로써 투자가 필요

한국 광산업 50대 전략 기술 및 제품

표 3. 광산업 50대 전략 기술 및 제품

분 야 50대 전략 기술/제품

광통신

- 에너지 절감형 IP/WDM IDC/백본 네트워킹 기술 - 스마트 IDC 캐리어 이더넷 기술

- WDM-PON 기술 - TDM-PON 기술 - Monolithic 광집적 기술

디스플레이

- LED BLU 다기능 복합 광학시트 - 고성능 대면적 디스플레이 기술 - 실감형 3D 기술

- 플렉서블 AMOLED

- 플렉시블 디스플레이 상용화 기술

정밀 광학기기

- 우주진공 산업용 핵심측정 기술 - 고배율 Long Working 현미경 대물렌즈 - 고해상도 대면적 PCB 노광기 - 제 11세대 LCD 실시간 검사 모듈

태양광 에너지

- 하이브리드 태양전지용 솔라시뮬레이터

- 차세대 태양광 소자용 Lock-in Thermography 장치

- 초고속 레이저 Rail-roading 스크라이빙 장비 요소기술

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5. 정책 제언

• 한국 광산업 50대 전략 기술/제품에 기반한 대형 프 로젝트 추진

- 각 광산업 분야별로 미래형 원천기술과 전략제 품을 개발할 수 있는 대형 프로젝트를 발굴하 여, 산학연 중심으로 중장기적인 지원이 필요 - 미래 유망 산업으로 성장할 수 있는 차세대 광

과학기술 분야에의 과감한 투자 필요

- 새로운 광과학기술의 발전과 광제품의 수명에 따라 한국 광산업 50대 전략 기술/제품은 매년 업데이트 필요

• 광기술융합 산업클러스터 기반조성

- 다양한 광융합기술 개발과 새로운 광융합 제품 의 제조를 위해 산·학·연 기관들로 구성된 첨 단 광융합산업 클러스터 설립 및 운영 활성화 필요

- 특히 전자, 자동차, 조선 등에서 광기술은 핵심 가능기술로 부각되고 있으며, 광융합 산업으로 서의 중요성 및 파급 효과가 큼

- 일본(기술)과 중국(가격)의 샌드위치 상황에서 나아가기 위하여 첨단 광과학기술을 연구개발 하는 R&D 전문기업의 육성

- 진입장벽이 높은 고부가가치 광과학기술을 기 술개발 단계에서 곧바로 광제품/광융합제품으 로 연계시킬 수 있는 특허 전문기업의 육성 - 광학관련 기업의 기술지원단을 구축하여 연구

인력 및 장비·재료가 부족한 중소 광학기업의 현장 애로기술을 해결하는 제도 마련

• 광과학기술 융합연구 및 교육 기관 설립 운영 - 향후 광기술을 기반으로 하는 광융합제품 시장

이 본격적으로 성장할 전망이므로, 이를 선점하 기 위해 R&D 기반을 조기에 마련해야 함 - 광과학기술 관련 유능한 고급인재가 모여드는

세계적인 국책 광과학기술 융합연구 및 교육기 관의 설립과 운영이 시급함

- 기업이 요구하는 현장 맞춤형 융합인력 교육 및 재교육 프로그램 강화

반도체 조명

- GaN용 대면적 기판기술 - 고효율 고연색성 조명용 LED 광원

- 고해상도 Micro-PL 매퍼 및 광전류 동시측정기 - Mesopic Vision 기반 능동형 LED 도로 조명 시스템 - 고효율/고휘도/고연색 백색 OLED 기술 - AC-LED 집적화 시스템 조명 모듈(플랫폼 기술)

산업용 레이저 및 레이저

가공

- 고출력 반도체 레이저 어레이 기술 - 광섬유 기반 고출력 녹색 레이저 기술

- 대구경 광결정 광섬유 기반 고에너지 고반복 펄스 레이저 기술

- 강화 유리의 레이저 고속 절단 및 미세 천공 장비 기술

- 레이저 광 변조 광학계 모듈 기술

생명 및 의료광학

- 고정밀 레이저 수술장비 - 광의료장비용 파장가변 레이저 - OCT 및 내시경을 위한 광프로브기술 - 차세대 3차원 내시경 시스템 - 나노소재를 이용한 생체영상 시스템

보안 및 방위산업

- 수중 광통신 및 감시용 청록색 레이저 기술 - 군용 고에너지 고체 레이저 기술 - 군용 고에너지 광섬유 레이저 기술 - 우주감시용 적응광학기술

- 포토닉스 기반 테라헤르츠 스캐너 기술

광계측

- 수중탐사 3차원 레이저 스캐너 - 2 m 대면적 자유곡면 형상 측정 기술 - 고속 분광 이미징 기술

- 차세대 반도체산업 수요 충족 나노패턴 광측정 장비 - 구경 합성 형광 공초점 현미경 국산화 기술 - 다파장 형광 공초점 현미경 국산화 기술 - 분자 진동모드 이미징 CARS 현미경 기술 - 액체 환경 구동 근접장 현미경 기술

광소재 및 부품

- 야간감시 카메라용 적외선 광학렌즈 시스템 - 캐스트몰드를 활용한 프리즈마/다이나믹 토릭형

차세대 콘택트렌즈

- 휴대폰 카메라용 리플로우(Reflow) 렌즈

- Full HD급 CCTV 카메라용 가변초점(Variable Focal Length) 렌즈

- 비냉각형 열상용 적외선 센서 - 무손실 저비선형 분산조절 광섬유 기술

차세대 광기술

- 고비선형성 규소(Si) 기반 플라즈모닉스 집적 광도파로와 양자정보 처리 및 계측 기술

- 무손실 메타물질 및 3차원 광학 위장 기술 - 아토초 정밀도 신호발생 및 신호처리 기술 - 레이저 기반 양성자/이온 암치료기

- 병렬 광프로브 이용한 20nm급 플라즈모닉 리소그래피 장치기술

- 세계시장 진출시 기업부담을 완화할 수 있는 제 품 분야별 국제 표준 인증 기관의 지정을 위한 지원이 필요하며,

- 이를 위해 국제적 인증을 받기 위한 소재특성평 가 및 신뢰성 평가 설비를 구축하고, 전국의 관 련 기관을 정책적으로 지원할 필요가 있음

• 한국 광산업 분류의 재정립 및 광산업 전담부서 신설 - 최근의 광산업 제품의 빠른 주기 변화와 광과학

기술의 발전 추세에 맞추어 한국 광산업 분류를 현실에 맞게 재정립 필요

- 조명용 광제품으로 활용되는 LED와 광관련 기 술이 핵심 요소기술인 광통신과 디스플레이 등 은 광산업으로 재분류하는 것이 필요

- 광산업 협(진흥)회에서 매년 광산업 관련 통계 자료 및 시장동향 분석자료 작성 필요

- 장기적인 관점에서 미래 유망산업인 광산업/광 융합산업을 포괄적으로 전담할 수 있는 중앙부 처의 부서 신설 필요

기 진작책 마련

- 광과학기술인과 광산업인의 학술대회 및 교류 의 기회 제공

- 광과학기술의 중요성과 이미지 제고를 위한 홍보

• 한국형 광과학기술 로드맵의 지속적 업데이트 - 빠르게 발전하는 광과학기술의 추세에 맞추어

기업의 광제품 생산과 경영전략수립도 변해야 하므로,

- 한국형 광산업이 글로벌 선도 산업으로서 자리 매김할 때까지 광과학기술 로드맵의 주기적인 업데이트 필요

- 본 광과학기술 로드맵을 기반으로 하여, 각 광 산업분야 별로 글로벌 시장에 적합하고, 좀 더 상세하게 미래 시장을 예측할 수 있는 “광융 합 제품 및 시장 로드맵(Product and Market Roadmap)”의 작성이 필요