"광융합 기술은 4차산업의 핵심, 한국광기술원 역할 중요한 시점"

□ 한국광기술원(원장 신용진)은 국내 유일의 ‘광융합기술 전문연구소’로서 핵심역량 확보를 위해, 광소재부품, 메타버스, 탄소중립, 

       우주·국방, 미래차 분야 등 5대 전략융합분야에 연구개발 역량을 강화하고 있다.

  ○ 특히, 미래 차 분야에서 빠르게 지능화되고 있는 자율주행차 관련 인지센싱, 정밀계측, 고정밀 카메라 기술 등 신규 광융합 기술

        개발 사업을 기획하는 한편, 감성인지 융합조명, 고출력 레이저 가공기술 등을 고도화하면서 미래 차 시장을 선도하고 있다.

  ○ 이를 위해, 한국광기술원은 작년부터 한국자동차연구원 등 미래차 관련 기업 및 기관과의 협력을 강화하고 공동연구개발을 추진

        하는 등 자동차 관련 사업 확대를 위한 다각적인 노력을 기울이고 있다.

  ○ 또한, 한국자동차연구원과의 협업의 결과로, 2022년 신규과제로 ▲자율주행차 대응 편의 내장 부품산업 고도화, ▲미래 차 

        디스플레이 적용 전장부품 기술개발, ▲초고난도 자율주행 모빌리티 인지예측센서 기술개발 등에 착수하였다.

□ 한국광기술원의 대표 연구성과로서 ▲국내 최초 레이저/LED 하이브리드 헤드램프 상용화 기술, ▲인공지능을 활용한 자율주행

      차용 야간환경 저조도 영상변환 기술, ▲국내 최초 자동차용 3D 리어램프 개발 등을 들 수 있다.

  ○ 국내 최초 「레이저/LED 하이브리드 헤드램프 상용화 기술」은 차량 전방 600미터 이상까지 고광도(@ 1lux) 빔을 비추는 세계 

        최고 수준의 성능을 구현하여, 디자인 자유도를 높임과 동시에 상대방 운전자 시야 방해를 최소화하면서도 먼 거리 시인성을 확보

        할 수 있는 강점이 있다.

  ○ 「인공지능을 활용한 자율주행차용 야간환경 저조도 영상변환 기술」은 야간환경에서의 고정 객체 및 도로 상황 인식 등 자율주행에서

         요구되는 난제를 해결한 기술로, 부가적인 야간환경 데이터 수집이나 추가적인 인공지능 학습이 필요하지 않아 주야간 모든 환경에서

         선명한 영상을 제공하는 강점이 있다.

  ○ 「국내 최초 자동차용 3D 뒤쪽 램프」는 기존 1·2차원 형태의 국내 제품 대비 컴팩트한 3D 구조를 구현하여, 소비자 감성을 만족

        시키는 동시에 조립성이 우수한 단순 구조로 양산화가 쉬운 강점이 있다.

□ 한국광기술원은 한국자동차튜닝산업협회와 협약을 통해 튜닝용 등화장치 단체품질인증 시험기관으로 지정됨으로서, 판로 개척

     에 어려움을 겪는 자동차 튜닝 산업계의 시장 접근성과 제품 신뢰성을 높여 튜닝시장 활성화에도 도움을 주고 있다.

  ○ 자동차 산업은 현재 기존 내연기관 자동차에서 미래 전기차, 수소차, 자율주행 등 초정밀, 초지능, 초연결 기술의 집약체로 패러다임

        이 변모하고 있으며 특히, 광을 이용한 융합기술의 중요성이 점점 더해지고 있다.

  ○ 이에 발맞추어 자동차 대체부품과 튜닝부품 인증 시험기관인 한국광기술원은, 자동차 등화장치와 부품에 대한 기술자문과 전문

        인력 양성교육, 아이템 발굴·선정, 시제품 제작, 시험분석평가 등의 기업지원 업무를 수행하고 있다.

□ 한편, 한국광기술원은 광(光) 관련 기술개발 및 기업지원을 통해 국내 광융합산업 육성과 발전에 기여하고자, ‘산업기술혁신

      촉진법’에 따라 2001년 설립한 산업통상자원부 산하 광융합기술 분야 전문생산기술연구소이다.

  ○ 2018년 제정된 ‘광융합기술개발 및 기반조성 지원에 관한 법률’에 따라, 2020년 국내에서 유일하게 광융합기술 전문연구소로 

       지정되었으며, 광융합기술 개발 및 기업지원을 위한 거점기능을 담당하고 있다.

  ○ 한국광기술원은 기업이 겪고 있는 기술적 난제들을 해결함은 물론, 기업이 필요로 하는 시험생산, 시험인증, 창업보육, 인력양성,

        기술이전과 사업화 지원 활동을 다각적으로 추진하고 있다.

□ 신용진 한국광기술원장은 “올해는 한국광기술원이 본격적으로 지역전략산업을 뛰어넘어 국가전략산업의 지원거점기관으로서 중추

      적인 역할을 실행해 나가야 하는 중차대한 시기이다.”라며, “한국광기술원은 국내 유일의 「광융합기술 전문연구소」로서 미래 차 

      분야의 핵심역량 확보를 위해 ▲자율주행차 관련 감성인지 기반 융합조명을 개발하고, ▲라이다 광원 및 시스템을 개발하기 위한 

      광융합기술 과제를 기획하여 광융합기술 관련 미래 차 시장을 선도해 나가고자 한다.”라고 밝혔다.

LED가 조명 광원으로 본격적으로 사용되기 시작한 것은 불과 10여 년에 불과하지만, LED의 등장은 조명 기술 패러다임의 대전환을 가져왔다. LED 조명 기술의 급격한 발전과 시장 확대와 보급으로 인해 백열등, 형광등, 방전등 등은 이미 자취를 감추었거나, 점점 그 자리를 LED에 내어주고 있다.

또한 최근 ICT 기술의 발전과 힘입어 LED 조명기기와 센서, 유·무선 통신, 운용 소프트웨어 등이 결합하여 조명의 밝기, 색온도, 색상 등을 주변 환경이나 사용자 요구에 따라 제어가 가능한 스마트조명이 등장하면서 이제 LED를 제외하고 조명을 논하기 어려운 단계까지 이르렀다고 할 수 있다.

이렇듯 백열등, 형광등과 같은 전통 조명에서 LED 조명으로, LED 조명에서 스마트조명으로 급격한 기술 발전을 거듭하고 있는 조명산업에서, 스마트조명 다음으로 시장을 선도할 기술로 ‘인간중심 조명(Human-Centric Lighting: HCL)’이 주목받고 있다.

2000년대 초에 인간 망막에서 제3의 광수용기인 광민감신경절세포(intrinsic photosensitive Retinal Ganglion Cells: ipRGC)가 발견되면서 빛과 조명의 비시각적 효과에 관한 연구가 진행되었으나, 유럽의 국제조명협의회(Global Lighting Association: GLA)가 ‘글로벌 조명산업 육성 로드맵’에서 인간의 건강, 행복 등을 추구할 수 있는 인간중심 조명을 중요한 전략 중 하나로 발표하면서부터 본격적으로 주목받기 시작했다.

최근 스마트 조명에 대한 관심과 기술개발이 증가하여, ICT 기술을 적용하여 사용 편의성을 극대화하고자 하는 시도들이 진행되고 있으나, 사용자 편의성 및 에너지 절감에 초점이 맞추어져 있어 조명의 비시감적·생물학적 효과 및 감성적 효과에 대한 고려는 거의 이루어지지 않고 있다.

일찍이 해외에서는 Philips(現 Signify), Osram 등과 같은 글로벌 조명기업들이나 Rensselaer Polytechnic Institute(RPI)의 Lighting Enabled Systems & Applications Center, 독일의 Fraunhofer와 같은 연구소를 중심으로 인간 시각과 생체리듬 영향 등 생물학적 문제에 관심을 두고 기초연구를 수행해 왔다. 이러한 연구 결과를 바탕으로 최근 해외에서는 인간중심 조명을 표방하는 다양한 제품들이 시장에 출시되고 있으며, 전통적으로 조명기업으로 불리어온 기업뿐만 아니라 처음부터 색 품질과 빛의 인체에 미치는 영향 등을 중심으로 사업화를 추진해온 전문 기업 등 다양한 기업들이 인간 중심조명시장을 주도하고 있다.

반면 국내의 경우, LG이노텍의 장시간 노출시 망막에 손상을 일으키는 유해한 블루라이트에 속하는 415~455nm의 Blue 파장을 최소화하여 조명 빛으로 인한 망막의 스트레스를 줄여주는 Eye Pleasing LED(이하 EP LED), 서울반도체의 태양과 가장 가까운 스펙트럼을 구현하는 썬라이크 LED, 가장 최근에는 삼성전자의 청록색 파장대 조절을 통해 멜라토닌 분비에 대한 영향을 최소화한 LED 패키지(LM302N DAY/NITE) 등 인간중심 조명용 LED PKG를 개발에 집중하고 있으나, 생리학적이고 심리적인 부분에 조명이 미치는 영향에 관한 체계적인 연구와 그에 따른 기술개발은 상대적으로 미비한 실정이다.

인간중심 조명은 실내조명, 옥외조명 등 일반 조명 분야뿐만 아니라 병원조명, 자동차 조명 등 특수조명 및 비시각적 효과를 이용하여 치매, 수면장애, 정서장애 등을 치료하는 조명제품들도 개발되고 있으며 상당히 긍정적인 성과들이 보고되고 있다.

인간중심 조명은 고령사회, 건강, 삶의 질, 웰빙 등의 사회적 트렌드와 맞물려 조명이 인간과 사회에 줄 수 있는 가치를 극대화하는 수단으로서 그 영역을 더욱 확장할 수 있을 것으로 보인다. 또한 인간중심 조명은 4차 산업혁명 시대의 초연결 사회에서 다양한 첨단기술들을 융합하는 장(場)으로서도 중요한 역할을 수행할 수 있을 것으로도 기대된다.

이렇든 다양한 분야와 시장 확장성을 가진 인간중심 조명은 2018년 약 12.5억 달러 규모에서 2025년 60억 달러 규모로 크게 성장할 것으로 전망(Global Market Insights)되며, 연평균성장률(CAGR) 약 25% 이상의 매우 높은 성장률을 보이는 매력적인 시장이 될 것으로 예상된다.

2018년 CIE S 026/E:2018 ‘CIE System for Metrology of Optical Radiation for ipRGC-Influenced Responses to Light’이 출판된 이후, ISO TR 21783 “LIGHT AND LIGHTING - INTEGRATIVE LIGHTING - NON-VISUAL EFFECTS”, UL DG 24480, ‘Recommended Practice and Design Guideline for Promoting Circadian Entrainment with Light for Day-Active People‘ 등 인간중심 조명 시장의 보급/확대를 위한 표준 및 인증 제도 역시 마련되고 있다. 또한 지난해부터 독일인증기관 VDE는 인간중심 조명에 대한 시험인증 프로그램을 시작하였으며 안전성에 대한 시험과 CIE S 026의 비시감적 항목들을 평가하여 인증을 부여하고 있는 상황이다.

지금까지 국내 조명산업은 LED 조명으로 전환되는 대전환기를 맞이하면서 많은 변화에 직면했으며, 그 변화에 성공적으로 적응한 기업과 그렇지 못해 시장에서 사라진 기업도 많은 것이 사실이다. 인간중심 조명은 국내 조명산업에 주어진 또 하나의 기회이며, 이러한 변화에 순응하여 국내 기업들이 한 단계 더 성장할 수 있도록 정부의 관심 및 제도적 지원과 대학, 연구기관의 기술지원이 필요하며, 무엇보다 기업 스스로 기술개발의 의지와 사업화를 위한 노력이 필요한 시점이다.

한국광기술원 스마트조명연구센터

신 경 호 센터장

□ 한국광기술원(신용진 원장)은 조선대학교(건축공학과, 황태연 교수)와의 협업을 통해 국내 최고 성능을 보이는 “건물 조명에너지 절약을 위한 실내 차양자동제어와 이와 연동하는 광센서조광제어시스템”을 개발하였다고 밝혔다.

  ○ 「실내 차양자동제어 연동 광센서조광제어시스템」은 실내 차양 자동제어를 통해 ▲실내로 유입되는 직사일광

         은  차단하고 ▲확산 주광량에 따라 실내 조명기구의 밝기를 제어하는, 조명에너지 절감을 위한 조광제어

         시스템이다.

  ○ 본 개발은 한국광기술원과 한국건설기술연구원(주관기관), 한국에너지기술연구원, 한국교육녹색환경연구원, 

         ㈜이젝스, ㈜제로엔, ㈜금성종합건축사사무소, 대전대학교, 한밭대학교, 조선대학교(이하 ‘개발 컨소시엄’)가 

         참여하는 한국에너지기술평가원(전담기관)의 에너지기술개발사업인 「에너지자립형 학교건물 구현을 위한 

          패시브·액티브 기술 융복합 모델 및 가이드라인 개발(사업기간 : 2018.05월 ~ 2021.10월, 총 3년 4개월)」을 통한  

          “학교건물의 에너지 절감 기술개발 및 실증 연구”를 수행/완료한 결과물이다.

□ 정부는 온실가스 감축을 위해, 제로에너지빌딩 건축의 단계적 의무화를 위한 세부 로드맵을 개편하여, 본격적인 「제로에너지건축물 인증 의무화」를 시행 중이다.

  ○ 건축물 중 공공건물로 분류되는 학교 건물은 학생 수가 지속해서 감소하는 추세임에도 불구하고, 방과 후 활동 

         등 교내 활동의 증가에 따라 에너지 소비량은 꾸준히 증가하고 있다.

  ○ 또한 학교 건축물은 학교보건법에 따른 채광 기준을 만족하기 위해 남향에 창문을 설치하고 있기에, 실내로 

        유입되는 직사일광에 따라 학생들의 눈부심과 실내 온도 상승으로 냉부 부하가 증가하고 있다.

  ○ 불필요한 직사일광을 차단하고자 암막 커튼이나 블라인드를 설치하여 눈부심 및 냉방효율을 높이고자 하지만, 

         실상은 단순 직사일광만을 차단하는 수준에 머물고 있다.

□ 학교 건물에 사용되는 실내 차양을 세밀하게 조절하여 ▲실내로 유입되는 직사일광의 주광량을 적절히 이용

       하면서 ▲실내 인공조명의 밝기를 교실 조명 조도 기준으로 제어한다면, 조명 및 냉방 에너지를 절감할 수 있다.

  ○ 이러한 기술적 요구에 따라 스마트조명연구센터 김유신 박사팀은 제어 정확도 96.4%의 실내 “차양 자동제어 

         연동 광센서조광제어시스템” 개발하고, 관련 연구 결과를 국제저널 Sustainability와 Energies에 각각 게재

         하였다.

  ○ 김유신 박사팀이 개발한 시스템의 제어 정확도 96.4%는, 글로벌 기술을 선도하고 있는 미국 Luton 社의 제어

          시스템이 가진 제어 정확도 85%보다 높은, 세계 최고 수준이다.

  ○ 또한 개발 시스템을 경기도 연천군 소재 전곡중학교에 설치하고 약 8개월간(2021.03.01.~10.31.)의 실증 

         연구를 진행하여, “차양 자동제어 연동 광센서 조광 제어시스템” 적용 시 기존 LED 조명 대비 약 43%의 에너지 

         절감 효과가 있음을 확인하였으며, 관련 연구 결과는 국내 한국조명전기설비학회 논문지에 게재하였다.

□ 스마트조명연구센터 김유신 박사팀은 후속 연구로 한국에너지기술평가원(전담기관)의 2020년 에너지기술개발사업인 「기존 공공건물 에너지 효율 진단 및 리모델링 기술 개발 실증(사업기간 : 2020.07월 ~ 2024.06월, 총 4년, (재)한국건설생활환경시험연구원(주관기관), 한국광기술원, 한국건설기술연구원, 서울대학교, 한양대학교, 세종대학교, 한국에너지공단, LX하우시스, 롯데건설 등 총 25개 기관)」을 통해, 기존에 개발한 차양자동제어 연동 광센서조광제어시스템을 기반으로 재실자의 생체리듬을 고려한 조명제어시스템을 개발 및 실증 연구를 진행 중이다.

  ○ 실증 대상은 현재 리모델링을 추진 중인 전라남도 순천시 별량면 행정복지센터이며, 올해 8월에 개발한 시스템을 

          설치하여  에너지 절감 효과 분석 연구를 진행할 예정이다.

□ 한국광기술원 스마트조명연구센터 김유신 책임연구원은 “앞으로도 지속해서 국내 건축물의 에너지 절감을 위한 다양한 조명제어 시스템을 연구하고자 한다.”라며, “개발한 차양자동제어 연동 광센서조광제어시스템을 향후 사무실, 상가, 주거 등 다양한 건축물에 적용할 수 있게 된다면, 국내 건축물의 제로 에너지 빌딩 구현을 통한 온실가스 감축에 큰 역할을 할 수 있을 것이다.”라고 밝혔다.

□ 한국광기술원(원장 신용진)은 교량 안전진단을 위해 레이저 센서를 이용하여 교량 하중에 대한 변위를 실시간으로 계측할 수 있는 「비접촉 레이저 검사 기술」을 개발했다고 07일 밝혔다.

  ○ 기존의 교량 안전진단을 위한 변위 계측은 접촉식 센서를 주로 사용하며, 고정된 하나의 기준점으로부터 

        계측지점의 위치 변화를 파악하기 때문에, 교량 하부 환경(하천, 바다, 도로, 철도 등)에 따라 설치가 어렵

        거나 제한되는 어려움이 있었다.

  ○ 또한, 교량과 같은 거대 구조물의 경우 넓은 범위 계측을 위한 다수의 센서가 필요하기에 케이블 설치, 신호 오류

          와 같은 문제가 발생하며, 설치 위험성과 장시간 교통통제의 문제가 있다.

  ○ 비전 센서와 같은 비접촉 센서도 원격 변위 측정이 가능하지만, 미소 변위 측정이 어렵고 고가인 점 등 해결해야 

         할 문제가 남아 있다.

□ 한국광기술원 지능형광IoT연구센터 김경화 박사팀과 ㈜미래건설안전(대표 윤양실)의 협업을 통해 개발한 「레이저 센서 계측 기술」은, 원거리에서 사용 가능한 비접촉 방식으로 교량 안전진단을 위한 재하시험에 적용 가능한 기술이다.

  ○ 개발 기술은 교량 측정점 수광부의 레이저 빔 입사 위치별 출력값을 통해 교량 변위를 산출하는 기술로, 접촉식 

         센서에 의한 실제 교량 재하시험 측정 데이터와 비교 시에도 높은 정확도를 가지는 것이 검증되었다.

  ○ 더불어 ▲원거리에서도 정밀 계측이 가능하고, ▲구조가 단순하여 다양한 노이즈 요인으로부터 강건한 계측

        이 가능하며, ▲설치 및 해체 작업이 간단한 장점이 있으며, 계측 데이터는 무선통신을 통해 컴퓨터로 전송·

        저장하기에 사용자 데이터 관리의 편의성을 가진다.

  ○ 개발 기술은 교량뿐만 아니라 접근이 어려운 구조물의 변위 계측에 적용할 수 있어 다양한 시설물의 유지

        관리 시스템에 널리 활용 가능할 것으로 기대된다.

□ 김정호 한국광기술원 지능형광IoT연구센터장은 “이번에 개발한 교량 안전진단 기술을 통해, 재난 안전을 위한 효율적인 시설물 유지관리 시스템 분야가 확장될 것으로 기대한다.”라며, “한국광기술원은 광-ICT 융합기술 거점기관으로서 국내 시설물 안전진단 기술 관련 분야의 산업 생태계 활성화에 최선을 다하겠다.”라고 밝혔다.