자외선 LED란?
자외선 LED는 자외선을 발광하는 LED입니다.
LED는 ‘light-emitting diode’의 약자로 발광하는 다이오드를 말합니다. 자외선은 보라색보다 파장이 짧은 빛이다. 영어로는 자외선(Ultraviolet)이라고 하는데, 일부를 떼어내어 UV로 약칭합니다.
장시간 자외선을 쬐면 일광화상과 피부암의 원인이 되어 인체에 해롭지만, 살균 효과 등 유용한 특징도 있습니다. 자외선은 파장 영역에 따라 UV-A(320~380nm), UV-B(280~320nm), UV-C(200~280nm)의 세 가지로 분류됩니다.
자외선 LED의 사용 용도
자외선 LED는 기본적으로 산업용에 사용되지만, 자외선 LED 펜라이트 등도 판매되고 있습니다. 산업 분야에서는 다양한 용도로 사용됩니다.
구체적인 사용 사례는 다음과 같습니다.
- 아토피 치료
- 감광제를 이용한 암의 광 역학 치료(PDT)
- 냉장고나 에어컨의 곰팡이 방지
- 정수기 등의 살균
- 접착제 및 도료의 건조 설비
- 보수용 수지의 경화용
의료 분야에서는 자외선에 의한 면역억제 작용 등을 활용하고 있습니다. 산업용으로는 자외선 경화 수지의 경화에 사용됩니다. 자외선 경화 수지는 자외선에 의해 경화되는 수지로, 보수 및 인쇄에 사용됩니다. 이 수지는 자외선 LED로 경화시킬 수 있습니다.
자외선 LED의 원리
LED는 n형과 p형 반도체의 접합부에서 전자와 정공의 상호작용을 이용하여 발광하는데, PN 접합된 반도체에 순방향으로 전계를 인가하면 전도대 전자가 원자가대로 전이되어 정공과 쌍소멸할 때 밴드갭에 따른 파장의 빛을 방출합니다.
밴드갭은 반도체를 구성하는 물질에 따라 달라지기 때문에 조성을 바꾸면 파장을 튜닝할 수 있습니다. 대부분의 자외선 LED는 질화알루미늄 갈륨을 재료로 한 반도체로 제작됩니다.
자외선 LED의 기타 정보
1. 심자외선 LED
최근 수은 램프를 대체할 수 있는 광원으로 심자외선 LED가 주목받고 있습니다. 심자외선은 100~280nm의 짧은 파장을 가진 자외선입니다. 자외선 중 가장 에너지가 높고 생체 파괴력이 강한 자외선입니다.
심자외선 LED는 이러한 파괴력을 활용해 물과 공기 정화 등 환경 분야에서 활용됩니다. 또한 의료 분야에서는 병원 내 바이러스 감염 예방에 기여합니다. 산업용으로는 인쇄, 코팅 등의 영역에서 활용되고 있습니다.
심자외선 LED는 환경 부하가 적고 에너지 절약과 10,000시간 이상의 긴 수명이 특징입니다. 다만, 인체에 악영향을 미칠 수 있기 때문에 보호안경 등을 통해 심자외선 빛이 눈에 직접 닿지 않도록 주의해야 합니다.
2. 자외선 LED 시장
2020년 이후 소비자들의 살균에 대한 인식이 크게 높아지면서 자외선 LED의 수요가 급증하고 있습니다.
자외선 LED 시장은 2019년부터 2024년까지 연평균 60%의 성장률을 기록할 것으로 예상됩니다. 자외선 살균 기능과 결합된 위생 제품 등이 자외선 LED 시장 수요를 견인하고 있는 것이 특징입니다.
앞으로 사람들이 점점 더 위생에 대한 인식이 높아지면서 시장은 더욱 확대될 것으로 보입니다. 또한 자외선 LED의 가격은 성능에 따라 수십만 원에서 수천 원 정도까지 다양합니다. 파장이 짧고 출력이 클수록 비쌉니다. 하지만 향후 시장이 확대되고 양산화 기술이 발전하면 가격은 더욱 저렴해질 것으로 예상됩니다.
참고: Chong Wei Gong Zuo Shi
3. 자외선 LED 개발 현황
자외선 발생원은 수은, 메탈할라이드 등의 램프가 일반적이었습니다. 하지만 램프는 수명이 짧고 광원이 안정화되기까지 시간이 걸린다는 단점이 있어 LED로 대체할 필요성이 높은 분야였습니다.
최근에는 질화알루미늄 갈륨을 사용한 LED가 보급되고 있다. 자외선 LED는 고휘도화가 어려워 출력이 낮다는 문제가 있었습니다. 그러나 최근 기술 발전으로 특히 고출력화가 어려웠던 UV-C에서도 출력을 확보할 수 있게 되었습니다. 또한, 변환 효율의 개선뿐만 아니라 빛의 추출 효율의 향상도 진행되고 있습니다.
기존에는 방사된 빛이 기판에 흡수되어 손실되는 구조적인 문제가 있었습니다. 최근에는 기판 표면에 나노기술을 이용한 표면 처리 등을 통해 이러한 문제도 개선되고 있습니다.