한국광기술원은 국내 광융합산업 선도 및 기술개발 거점기관이다. 지난 2001년 개원한 이후 발광다이오드(LED)·레이저·센서·렌즈 등 빛의 원천을 연구해 왔으며 최근에는 에너지·환경·헬스케어·자율주행차·정보통신기술(ICT)융합·디스플레이·국방 분야로까지 연구 분야를 확대했다. 중소·중견기업에 대한 기술지원에도 적극 나서고 있으며 타 산업 혁신기술과 접목해 기존 산업의 고부가가치화를 실현하고 있다.
한국광기술원은 광융합산업 기술창업 생태계 조성을 위한 혁신 플랫폼도 운영하고 있다. 이를 통해 4차 산업혁명시대 글로벌 경쟁력을 강화해 국가 성장동력을 견인하고 있다. 광융합산업의 싱크탱크인 한국광기술원 6개 본부의 역할과 비전, 주요 사업, 성과 등을 살펴본다.
◇선임연구본부
선임연구본부(본부장 김두근)는 국가전략산업을 지원하고 지속 가능한 기술혁신 선도를 추진하고 있다. 최신 산업·기술 이슈를 감안해 에너지 분야 연구본부를 신설하고 일부 본부 명칭을 변경했다. 기존 4개 연구본부에서 5개 연구본부로 확대하되 기존 본부별 연구 분야 연속성을 유지하고 있다.
본부는 광소재부품 소재·부품·장비(소부장) 연구·개발(R&D) 성과를 기반으로 기존 5대 연구분야를 △반도체 △디스플레이 △첨단 모빌리티 △우주·국방 △인공지능(AI)·에너지 △안전 등 6대 전략융합 분야로 확대했다.
반도체 분야에서는 광소재부품을 초미세 광반도체, 반도체 공정용 소재부품, 전력반도체 R&D로 세분화했다. 디스플레이 분야에서는 기존 메타버스를 구체화해 무기발광 디스플레이, 인터렉티브 디스플레이, 확장현실(XR) 광학부품·모듈 등 핵심기술을 개발하고 있다. 첨단 모빌리티 분야에서는 미래차 광융합 센서 및 정보표시장치, 항공 모빌리티 기술을 개발하고 우주·국방 분야에서는 우주용 태양전지, 잠수함 전자광학 핵심기술 확보에 힘을 쏟고 있다. AI·에너지 분야에서는 지능형 전력망, 에너지 절감 직류(DC)조명에 집중하고 사회안전 분야에서는 교통·사회망, 원자력발전 안전 R&D에 주력하고 있다.
◇광반도체·디스플레이연구본부
광반도체·디스플레이연구본부(본부장 김영우)는 '초지능·초연결 미래사회 광기술 강국 실현'이라는 비전 아래 반도체·디스플레이·미래차·우주항공·바이오 분야 광반도체 기술 개발 선도를 목표로 하고 있다. 광반도체연구센터, 레이저연구센터, 마이크로발광다이오드(LED)디스플레이연구센터 등 총 3개 센터에 43명의 석·박사 전문 인력이 근무하고 있다.
광반도체연구센터는 수나노미터(㎚) 단위로 입자를 쌓아 올려 결정질을 만드는 에피웨이퍼를 기반으로 수십㎚ 크기의 초미세 칩을 개발하고 있다. 스마트워치, 증강현실(AR) 글라스 광원으로 수백만개 적녹청(RGB) 삼원색 마이크로LED를 적층하는 핵심 원천기술을 확보했다.
레이저연구센터는 수입 의존도가 높은 고출력 레이저 부품·모듈 국산화를 목표로 하고 있다. 에피 기반 고출력 레이저다이오드(LD) 칩, 부품 및 시스템을 개발하고 있으며 초정밀 객체인식, 오염감지에 활용하는 수직공진표면발광레이저(VCSEL), 양자폭포레이저(QCL)에 대한 연구도 활발히 진행하고 있다.
마이크로LED디스플레이연구센터는 마이크로LED 칩을 디스플레이 화소로 적용하는 밝고 에너지 효율이 높은 디스플레이를 개발하고 있다. 투명 디스플레이 및 초대형 디지털 사이니지 등에 50% 이상 에너지 효율을 높일 수 있는 IC칩 및 구동기술 확보에 성공했으며 마이크로LED 디스플레이 인프라를 구축해 기업에 다양한 장비를 지원하고 있다.
◇광영상정보연구본부
광영상정보연구본부(본부장 이동길)는 기술사업화연계 연구개발(R&BD)로 광영상정보 핵심 광학기술 확보를 목표로 하고 있다. 광학 소재·부품에서부터 광학렌즈 모듈 및 광영상정보 시스템에 이르는 지능형 광학기술 분야 중심의 R&D를 담당하고 있다. 고부가가치 광학소재부품 분야 연구선도 및 산업화 지원, 국가연구시설을 통한 기업 시제품 생산 테스트베드 지원, 광 기반 공간정보 획득 및 표시 분야 기술 개발도 추진하고 있다. 우주항공 분야와 방산 분야 광학 모듈 국산화, 광학 산업기업 육성에도 연구 역량을 집중한다.
광영상정보연구본부는 광학렌즈소재연구센터, 지능형광학모듈연구센터, 공간광정보연구센터 총 3개 센터로 구성돼 있으며 박사급 연구원 26명, 석사급 연구원 13명 등 총 46명이 근무 중이다. 주요 사업으로 △(산업부)카메라렌즈용 광학소재 산업화 지원 △(과기부)지능형광학모듈연구센터 시설·장비 고도화 △(산업부)XR 전방산업 선도형 핵심 광학 부품·모듈 시험제작 서비스 지원 등을 맡고 있다. 성형이 가능한 원적외선 광학소재 국산화, 5세대(5G) 광통신용 광학 부품 국산화, 콘텍트렌즈 기반 AR 디스플레이 개발 등이 대표 성과다.
◇광ICT융합연구본부
광ICT융합연구본부(본부장 노병섭)는 안전 분야 광섬유센서·테라헤르츠센서, 자율주행 분야 라이다센서·AI기반 영상센서, 바이오헬스케어 분야 체외진단기기, 헬스케어기기 분야를 연구하고 있다.
광정밀계측연구센터는 박사급 연구원 11명이 광학·전자회로설계·하드웨어·펌웨어·소프트웨어·AI 분석 등 다양한 분야를 담당하고 있다. 광섬유센서·테라헤르츠센서 등 고성능 광센서를 개발하고 중소기업에 기술이전하는 등 기술사업화에 힘쓰고 있다. 대표 성과는 통신용으로 흔히 사용하는 광케이블을 이용해 진동·과열·변형 등이 발생하는 정확한 위치를 빠르게 감지할 수 있는 광섬유분포센서를 개발했다. 감시 대상에 포설된 광섬유를 통해 사고징후와 위치를 초기에 찾을 수 있으며 AI를 활용한 데이터 분석으로 정확도를 높였다.
지능형광사물인터넷(IoT)연구센터는 박사급 연구원 10명이 레이저 광 기반 자율주행용 라이다 센서, AI 기반 광영상 센서, 결함 탐지용 레이저초음파 센서, 다중복합가스 센서 등 미래 모빌리티 분야를 연구하고 있다. 산업 안전 분야 광센서 제품도 개발해 광융합기업 제품 상용화에 기여하고 기술지원을 수행하고 있다. 레이저초음파 기술을 이용한 엔진 이상상태 모니터링, 대형 구조물 결함 등을 분석해 사고 예방을 위한 기술을 개발했으며 AI 기술을 적용해 카메라 선명도를 향상시키는 영상변환 기술을 개발해 기업에 이전하는 성과도 거뒀다.
광바이오헬스연구센터는 박사급 연구원 8명이 분자분석, 생체재료, 의료영상, 광소자 및 시스템, AI, 영상처리 등 광융합 바이오헬스 분야 연구를 수행하고 있다. 다파장 광원을 이용한 안과용 영상기기 개발을 비롯한 4개 범부처 전주기 의료기기 연구개발과 구강 건조증 개선을 위한 헬스케어기기 개발을 위한 광융합 휴먼케어 연구개발 등의 주요 과제를 수행 중이다. 소형 중합효소연쇄반응(PCR) 기기 광학설계, 근적외선 형광영상기기, 치아 및 치주 염증 개선을 위한 LED 기반 헬스케어 기기 등을 개발했으며 매년 1억원 이상 기업에 기술이전하고 있다.
◇디지털조명연구본부
디지털조명연구본부(본부장 조미령)는 '2025년 조명 융합 글로벌 히든 챔피언 20개사 육성'을 목표로 하고 있다. 조명소재부품연구센터, 모빌리티조명연구센터, 스마트조명연구센터로 구성돼 있으며 박사급 연구원 16명, 석사급 연구원 9명 등 총 40명이 근무하고 있다. 광원, 모듈, 엔진, 방열, 광학, 기구, 회로, 시스템 등 조명 융합 분야 핵심 원천기술과 차별화된 상용화 제품개발·실증에 주력하고 있다.
주요 연구과제로 △자율주행차 인지성능 향상을 위한 신개념 형광 유리알 소재 △자동차용 다목적 램프에 적용 가능한 질화물 기반의 형광체 및 후방램프 △파장제어필터를 적용한 전동 수직 이착륙기(eVTOL) 버티포트의 고시인 지능형 등화장치 시스템 △서비스 콘텐츠 구현을 위한 홀로그램 및 인터랙티브 프로젝션 기술 기반의 다목적 모빌리티(PBV) 캐빈 디자인 △불면개선 및 수면 질 향상을 위한 광자극 호르몬 제어 조명 기술 △운전자 관점 시운동·도로조명 광학특성 연구 및 실증 개발 등을 추진하고 있다. 다양한 형상 구현이 가능한 전장 부품용 전도성 전사 필름과 차량용 레이저·LED 하이브리드 헤드램프, 운전자 동적 시감 반영 차도용 고보조명(바닥조명) 등을 개발했다.
◇광에너지연구본부
광에너지연구본부(본부장 김상묵)는 '혁신적인 광에너지 기술 개발로 AI 기반 에너지시스템 분야 선도'라는 비전 아래 광융합 에너지 소재 효율 향상과 AI 기반 에너지시스템 핵심기술 개발로 탄소중립 실현을 목표로 하고 있다. AI에너지연구센터·광융합에너지소재연구센터 등 2개 센터로 구성돼 있으며 박사급 연구원 16명 등 25명이 근무 중이다.
AI에너지연구센터는 △AI 중심 산업융합형 집적단지 조성 △신재생에너지 기반 마을단위 마이크로그리드 실증기술 개발 △소음저감과 탄소중립을 위한 철도적함 태양광 실증 △소용량 노후 태양광(열) 설비 성능개선 등을 통해 보다 효율적이고 지속 가능한 에너지 시스템을 구축하고 있다.
광융합에너지소재연구센터는 높은 효율과 경제성을 갖는 광융합에너지 소재를 개발해 에너지 솔루션 제품화를 추진하고 있다. △우주용 고효율 역변성 다중접합(IMM) 3-5족 화합물 반도체 태양전지 △고품위 질화갈륨(GaN) 멤브레인 성장 기술 △GaN 기반 수직형 전력반도체용 GaN 기판 기술 △전력반도체용 대구경 질화갈륨-실리콘(GaN-on-Si) 에피웨이퍼 제조 및 상용화 기술 등 효율적이고 경제적인 광융합에너지 소재를 개발하고 있다.
주요 성과로는 에너지 데이터를 수집·분석해 에너지 사용량을 최적화하는 에너지 관리 시스템, 실시간으로 전력 수요를 예측해 전력 공급을 최적화하는 전력 수요관리 시스템, AI를 활용한 태양광 발전량 예측 시스템, 전력 손실 최소화 기술 등이 있다. 신재생에너지 연계 핵심 소재 기술 확보, 분산자원 활용 기술 확대, 고효율 화합물 태양전지 개발, 우주용 응용 분야 개척, 화합물 반도체 광전소자 기술 개발, 전력반도체 기술 산업화 등도 대표 성과로 꼽을 수 있다.
광주=김한식기자 hskim@etnews.com
