기획특집: 2013년 국내 레이저응용 산업의 현황과 전망은?
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2013년 국내 레이저응용 산업의 현황과 전망은?

글 / 메탈넷코리아(월간 용접저널) 취재부 김가애 기자
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레이저는 초정밀, 친환경, 고효율을 특징으로 스마트폰, 자동차, 조선 등 우리 주력제품의 質과 성능을 결정하는 핵심 기반산업이자 의료기기 등 신 산업 창출을 위한 새로운 동력산업이다.
특히, 레이저 제조산업은 수요자 맞춤형 설계, 제작을 특징으로 중소·중견기업에 적합하고 향후 글로벌 전문기업으로의 성장 가능성이 충분한 분야이기도 하다.

그러나, 우리 레이저산업은 미국·독일·일본 등 레이저강국 대비 기술력이 절반을 약간 상회하는 수준이며, 글로벌 레이저업체들의 수직계열화, 대형화 추세 가속화로 우리 제조업체들의 설 자리가 점차 감소할 우려가 있다.
이에 산업통상자원부는 지난 6월21일 레이저산업이 주력산업 경쟁력을 한 단계 상승시키고, 새로운 성장동력을 찾을 핵심 기반산업이라는 인식 하에, 업계현실을 충분히 반영한 정책방향을 모색하기 위한 ‘레이저산업 연구회’를 출범했다.

산업용레이저, 광통신, 광의료, IT컨슈머, 광소재, 광계측 등 6대 분과, 70여 개 업체로 구성된 연구회는 업계 현실을 반영한 정책방향과 세부과제가 도출될 수 있도록 활동할 예정이다.
레이저가공기술은 고전적인 산업분야인 철강, 자동차, 조선, 항공산업 등 중공업분야는 물론 최근 초단파 레이저 소스의 개발로 인한 초고속, 초정밀·초미세 가공이 가능하게 돼 전기, 전자, 반도체 분야로 확대되고 있는 추세다.

레이저 가공의 장점은 비접촉 가공이 가능해 여타의 기계가공이나 EDM에서 발생할 수 있는 공구의 마모문제를 최소화할 수 있다. 또한, 솔벤트 계열의 화학 물질이 필요 없는 친환경 공정으로써 폐기물 처리 비용 감소 및 에칭 공정을 대체할 수 있다.
레이저의 파장과 출력을 조절했을 때, 선택적으로 재료를 제거 할 수 있으며, 최근 갈바노미터 스캐너의 활용으로 인한 고속가공도 가능하게 됐다.

이러한 레이저 미세가공 기술을 활용해 반도체, 전자, 자동차, 의료기기 분야의 첨단산업 분야에서 고품질의 부품을 가공하는데 널리 활용하게 됐다.
그리고 이 외에도 레이저의 응용분야는 무궁무진하다. 이번 용접저널 8월호에서 레이저응용 분야의 범위, 과연 어떠한 것들이 있는지 이들의 현황과 전망은 어떠한 지 심도 깊게 짚어봤다.

Ⅰ. 레이저응용 산업의 정의 및 개요
1. 레이저의 정의 및 종류
“레이저는 죽음의 광선입니까?” 지난 1960년 5월 세계 최초로 레이저 발진장치를 발명한 미국의 캘리포니아 휴즈연구소의 물리학자 시어도어 메이먼(Theodore Mainman)의 기자회견장에서 가장 많이 쏟아졌던 질문이다.
당시 레이저가 발표되자 당시의 사람들은 그것을 치명적인 무기로 생각했다. 훗날 레이저가 수많은 분야에서 인간의 이기로 사용될 줄은 아마 메이먼 자신도 충분히 예측하지 못했을 것이다.
레이저의 실질적인 개발은 미국의 캘리포니아 휴즈연구소의 물리학자 시어도어 메이먼(Theodore Mainman)이 세계 최초로 레이저 발진장치를 발명했던 1960년 보다 훨씬 전인 1927년 알베르트 아인슈타인(Albert Einstein)이 제안한 ‘유도방출 이론’에서부터 시작한다.
훗날 이것이 레이저의 중요한 기초원리가 됐고, 이를 토대로 레이저라는 개념을 처음 생각한 사람은 미국의 물리학자 찰스 타운스(Charles Hard Townes)다.
타운스는 암모니아의 특성을 이용해 1953년 마이크로파를 발진하고 증폭 기능이 뛰어난 장치인 메이저 (MASER: Microwave Amplification by the Stimulated Emission of Radiation, 유도방출에 의한 마이크로파 증폭이란 뜻)를 발명했다.
이는 레이저의 전신으로, 빛 대신 마이크로파를 이용한다는 것만이 달랐다. 같은 시기에 구소련 레베데프 물리학연구소에 근무하던 니콜라이 바소프(Nikolai Genn Basov)와 알렉산드르 로호로프(Aleksandr Mikhailovich Prokhorov)도 암모니아 메이저를 개발하는 데 성공했다. 그리고 결국 1960년 5월 시어도어 메이먼이 최초로 레이저를 실험적으로 성공시키게 된다.

(1) 레이저의 원리
(2) 레이저 시스템의 구조
(3) 레이저의 매질 종류 및 특징
1) 기체 레이저(Gas laser)
2) 고체 레이저(Solid-state laser)
3) 액체 레이저 (Liquid laser)
4) 반도체 레이저 (Semicondector laser)
5) 다이레이저 혹은 색소레이저 (Dye laser)
6) 엑시머레이저(Excimer laser)
7) 화학레이저(Chemical laser)
2. 레이저응용 시장
(1) 산업분야
(2) 의료분야
(3) 방위산업
(4) 교육
(5) 통신
(6) 홀로그래피
3. 소재에 따른 응용시장 분류
(1) 금속
1) 용접
① 열전도형
② 깊은 용입형
③ 플라즈마 비드형
2) 절단
3) 클래딩
4) 열처리
(2) 플라스틱 및 아크릴
1) 용접
2) 절단
3) 마킹
① 인그레이빙 및 어블레이션을 통한 마킹
② 변색 및 포밍을 통한 마킹
③ UV 레이저를 통한 마킹
(3) 유리 및 세라믹
1) 절단
2) 마킹
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Ⅱ. 레이저응용 산업의 현황 및 전망
1. 레이저 응용산업의 현황
2. 레이저응용 산업의 시장구성
(1) 반도체
(2) 디스플레이 분야
(3) PCB분야
(4) 의료분야
(5) 자동차
3. 국내 레이저응용 산업의 기술력
4. 국내 레이저응용 산업의 해외경쟁력
5. 국내 레이저응용 산업의 전망
(1) IT.모바일 분야
(2) 디스플레이 분야

Ⅲ. 레이저응용 산업의 세계시장 동향
1. 세계 주요국 레이저응용 산업의 동향
(1) 중국 레이저응용 산업의 동향
(2) 일본 레이저응용 산업의 동향
(3) 독일 레이저응용 산업의 동향
(4) 미국 레이저응용 산업의 동향
2. 레이저응용의 세계적인 기술개발 흐름
(1) 파이버레이저(Fiber laser)
(2) UV레이저
(3) 고출력
(4) 피코초/펨토초레이저

Ⅳ. 레이저응용 산업의 문제점 및 당면과제
1. 원천기술 부족
2. 범국가적인 지원체계 인프라구축
3. 전문인재 양성
4. 과당경쟁 지양
5. 레이저 안전성 확보
(1) 레이저 클래스 (Class)
1) Class 1 :
2) Class 2 :
3) Class 2a :
4) Class 3a :
5) Class 3b :
6) Class 4 :
(2) 레이저 실험실의 안전수칙

Ⅴ. 맺음말
레이저는 개발의 대상에서 응용의 툴로 그 역할이 변해가고 있다. 레이저는 양자광학, 분광학, 비선형 광학, 바이오 이미징과 같은 첨단 연구분야에서 뿐만 아니라 반도체 미세가공, 의료 등과 같은 산업응용 분야에서도 널리 이용되고 있다.
선진국에서는 이미 레이저 소스 및 가공기술에 대한 개발이 국가 대형 프로젝트로 정책적으로 추진하고 있는 분야다. 국내에서도 최근 스마트폰, 반도체, 디스플레이 분야에서 레이저 가공장비 개발이 활발하게 진행되고 있으며, 최근 몇 년간 레이저 업체의 매출액이 급격히 상승하고 있다. 산업용 레이저 기술은 주력기간산업과 신성장동력 산업의 핵심기반기술이다.
독일, 미국, 일본 등 선진국들은 오래 전부터 레이저 분야의 국가적인 연구개발과 산업화에 적극적으로 투자해 원천기술을 확보하고 있다. 우리나라는 레이저 응용기술 분야에서 높은 수준에 도달했지만, 핵심부품·모듈은 거의 수입에 의존하고 있어 기술종속으로 인한 무역역조가 심각하게 우려되는 현실이다.
레이저 기술의 초창기에 레이저는 매우 섬세한 기계였으므로 특정의 가공에서 레이저의 타당성은 인정됐으나, 생산 공정에서의 직접적인 도입은 힘들었다. 그러나 레이저의 설계와 기술의 급속한 발전으로 공장 분위기에서 충분히 견딜 수 있고 정비하는데 비교적 간단하며, 가격이 저하된 레이저 가공기가 많이 보급되고 있다.
따라서 레이저에 의한 가공 방법이 신뢰성이 있고, 융통성이 있는 효율적인 장비로 증명됐으며, 그 응용은 매년 급속도로 증가하고 있다. 특히 기존의 기술과 비교 및 경쟁되는 경우에는 대체로 다음의 세가지 범주 중 하나에 속해야 한다.
눈에 보이는 것부터 눈에 보이지 않는 부분에까지, 레이저는 우리가 눈치채지 못하고 있는 사이 우리 주변 생활 속 깊숙하게 들어와 있다. 이제는 ‘레이저’라고 하면 모르는 사람이 없을 정도로 우리에겐 친숙한 용어가 되어 버렸다. 의학 기술의 새로운 패러다임으로 부각되고 있는 레이저는 카멜레온 같은 적용성과 다양성으로, 이미 산업계에서도 알아주는 큰 거물로 존재하고 있다.
현대의 고도화 된 산업사회에서 레이저응용 기술의 발전은 제품의 생산성과 품질을 더욱 향상시키고 있다. 이에 따라 레이저응용 산업은 향후 놀라운 성장이 예상되지만 모든 업체들이 핵심 경쟁력과 성장 잠재력을 갖춘 것은 아니다. 지난 세월 동안 꾸준히 제기돼왔던 고질적인 병폐에 해당하는 문제점들의 직접적인 해결 의지는 아직까지 뚜렷하게 보이지 않고 있다. 무엇보다도 업계의 실질적인 극복 의지가 필요한 시점인 것으로 보인다.
■ 참고자료
·파스웰드풍산레이저㈜
·광주과학기술원
·코히런트코리아(유)
·대한용접.접합학회 ‘Ⅲ.공정 및 열가공’
·한국조폐공사
·Industrial Laser Solution, January/February 2012)
·유로비젼㈜
·레이저라인코리아㈜
·한국트럼프지엠비에이취㈜
·로핀바젤코리아㈜
·한국무역협회
·우리투자증권
·디스플레이서치
·디스플레이뱅크
·Research In China ‘Global and China Laser Equipment and Processing Industry Report, 2012-2014’
·Sinotes
·Wireless Intelligence
·eMarketer
·Wireless Intelligence
·Industrial Laser Solution, January/February 2012)
·㈜IPG포토닉스코리아
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