미래창조과학부 산하 한국기계연구원(KIMM·원장 임용택)이 펨토초 레이저를 이용한 초정밀 하이브리드 가공기술을 개발하고 잇단 기술이전에 성공하면서 사업화 성과를 거두고 있다.

기계연 첨단생산장비연구본부 광응용기계연구실은 펨토초 레이저 초정밀 하이브리드 가공기술을 이용해 세계 최초로 레이저 가공면의 거칠기와 기울기를 조절하는데 성공했다. 또 가공 정밀도도 세계 최고 수준인 50 나노미터까지 향상시켰다.

연구팀은 ㈜에이치피케이 등 삼성전자와 삼성디스플레이, 엘지전자 같은 대기업 협력사에 펨토초 레이저 초정밀 하이브리드 가공기술을 지금까지 모두 10건 기술 이전했고 12억여 원의 기술이전 수입을 올렸다.

라식 수술이나 백내장 수술 등에도 많이 활용되고 있는 펨토초 레이저는 1000조 분의 1초 간격으로 펄스를 발생시킨다. 레이저는 펄스의 폭이 짧을수록 열이 덜 발생한다. 또 가공 대상물과 직접 접촉하지 않기 때문에 가공 부위의 주변에 열로 인한 변형이 적어 미세하고 매끄럽게 가공을 할 수 있다.

이 기술은 삼성이나 LG에서 만드는 스마트폰에 쓰이고 있는 유기발광디스플레이(AMOLED)* 내부의 불량을 복원하는데 활용되고 있다. 제작 공정에서 발생하는 전선 접촉 등의 불량을 50 나노미터(nm) 수준의 미세한 레이저로 수리할 수 있다. 50 나노미터는 머리카락을 2000/1 수준이다.

*능동형 유기발광 다이오드(AMOLED) : 스스로 빛을 내는 형광물질을 사용한 디스플레이. 기존 디스플레이들이 별도의 광원장치를 필요로 했던 것과 달리 스스로 빛을 내기 때문에 얇은 두께의 디스플레이 제작이 가능하다. 시야각의 제약이 없으며 이 같은 장점을 바탕으로 주로 스마트폰 디스플레이에 활용되고 있다. 세계적으로 삼성디스플레이가 양산하고 있으며 시장의 96%를 점유하고 있다.

연구팀은 삼성디스플레이 등 세계 최고 수준의 국내 디스플레이 산업계와 지속적인 교류를 통해 최신 기술 수요를 파악하고 연구개발을 진행할 수 있었다. 연구팀은 기존 레이저 가공기술의 한계를 뛰어넘는 기술 수요에 따라 레이저와 초음파를 결합한 하이브리드 기술을 개발했다.

조성학 광응용기계연구실장은 “현재 레이저 가공분야는 세계적으로 한국이, 국내에서는 기계연이 주도하고 있는 만큼 앞으로도 기술격차를 더욱 높이는데 매진하겠다”며 “현재 세계 최고 수준인 50나노미터 정밀도를 넘어 레이저 가공에서 불가능하다고 여겨지는 10나노미터 급 가공 연구를 지속해 산업계 수요에 선제적으로 대응하겠다”고 말했다.

한편 연구팀은 10일 열린 ‘2016 기계의 날’ 행사에서 올해의 10대 기계기술에 선정돼 수상했으며 이에 앞서 지난 7월에는 2016 국가연구개발우수성과 100선에 선정되기도 했다. 이번 과제는 산업통상자원부(제조기반산업핵심기술개발)의 ‘고에너지 빔 응용 초정밀 하이브리드 가공 시스템 개발’ 과제의 지원을 받아 수행됐다.