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도아고세이, 심자외선 칩‧모듈 개발 … 2026년 출력 5배로

심자외선(UV-C) LED(Light Emitting Diode)가 수은램프를 대체할지 주목된다.
도요고세이(Toyo Gosei)는 청색 LED 기술을 응용해 고출력‧장수명 특성을 모두 갖춘 LED 칩과 모듈을 개발했으며 수은램프 대체용으로 제안을 가속화하고 있다.
물 정화용 혹은 표면‧공기 중 세균 제거용으로 사용하는 대형기기 용도 뿐만 아니라 워터서버, 에어컨 등 소형 및 신규 용도로도 제안하고 있으며 LED 칩의 출력을 2024년 3배, 2026년 5배로 확대해 수은램프를 완전히 대체할 계획이다.
도요고세이는 1986년부터 노벨 물리학상(2014년) 수상자인 아카사키 이사무 교수의 지도 아래 LED 개발을 추진해 1995년 청색 LED, 2001년 백색 LED 양산에 성공했고 이후 백라이트‧조명용 LED가 범용화됨에 따라 2017년경부터 고부가가치 심자외선 LED 개발을 추진하고 있다.
심자외선 LED는 수은 프리여서 친환경적이고 수명이 길며 자체 크기가 작아 적용제품 소형화에 기여할 수 있으며 스위치 조작으로 점등‧소등이 가능하고 동작전압이 낮아 다양한 용도에서 수은램프 대체가 가능할 것으로 기대되고 있다.
2021년 수처리 기술 개발기업 WOTA가 도요의 심자외선 LED로 제조한 물 정화 유닛을 순환형 세면대 소재로 채용했으며 이후 히트펌프 급탕기 관련 채용까지 확보했다.
심자외선 LED 모듈은 다른 세균 제거 방식보다 살균 효과가 뛰어나고 가격경쟁력이 우수하며 도아고세이 자체적으로도 공기 중 혹은 대상물질 표면의 바이러스와 세균을 제거하는 장치로 제조해 공급하고 있다.
현재 자체 개발한 칩으로 수은램프의 출력을 따라잡을 수 없기 때문에 외부에서 조달한 칩과 조합해 공급하고 있으나 LED 칩과 패키지 구조를 개량해 2024년까지 출력을 3배 높인 후 2026년 5배까지 향상시켜 수명 연장 및 고출력화를 모두 실현할 계획이다.
심자외선 LED는 소재가 복잡한 층으로 구성돼 있고 심자외선 파장인 280나노미터의 빛을 흡수하는 소재를 사용하지 않으면 전류가 제대로 흐르지 않아 수명이 짧아지는 것이 과제이다.
일반적인 백색, 청색 LED는 칩을 패키지에 탑재해 투명 실리콘(Silicone)으로 감싸는 방식으로 빛을 효율적으로 추출하나 심자외선은 실리콘을 열화시키기 때문에 빛 추출이 용이한 다른 소재를 사용해야 패키지 단계에서 출력을 늘릴 수 있을 것으로 파악된다.
도아고세이는 모듈 설계에 주력하며, 특히 과거 청색 LED 사업에서 축적한 노하우를 활용해 모듈의 부가가치를 높이고 있다.
수처리 모듈은 유수에 자외광을 얼마나 오랜 시간 비출 수 있는지가 살균 성능을 좌우하며 난반사 때문에 넓게 퍼지는 LED 빛을 집광시키는 방법이나 LED 칩의 발열을 억제하는 방법 등 유체‧광학‧방열 설계가 고부가화 포인트가 될 것으로 판단하고 있다.
앞으로는 히트펌프 급탕기 채용실적을 활용해 수처리 등 대형 인프라와 웨터서버, 에어컨 등 소형 신규 용도 개척을 본격화할 예정이다.
인프라용은 수처리 플랜트 관련기업에게 시험제품 및 샘플을 공급하고 있으며 인증에 시간을 요하는 공공 분야는 해외시장 조사를 진행하고 있다.
2022년에는 양식장 정수장치용으로 제안을 시작했으며 에어컨 세균 제거 방식이 다양화되고 있는 가운데 초소형 모듈을 제작함으로써 경쟁력을 강화할 방침이다.
다만, 심자외선 LED가 완벽하게 수은램프를 대체할 수 있을지는 미지수로 평가된다.
수은과 관련된 미나마타(Minamata) 조약은 LED로 대체 가능한 조명 용도에서 이미 2021년부터 수은램프의 제조 및 수출입을 금지했으나 수은램프를 사용하는 자외선 램프는 규제 대상에서 제외했기 때문이다.
또 심자외선 LED의 출력이 수은램프를 따라잡기까지 상당 시간이 걸릴 것으로 예상되기 때문에 도아고세이는 자체 개발한 칩을 활용하는 패키지, 모듈 개발을 본격화하고 있다. (강)