KRICT 한국화학연구원

KRICT 일비

* 일비는 ‘가까이에서 도움이 되는 존재’를 뜻하는 순우리말입니다.

UV LED의 새로운 미래

전 세계적인 감염병 사태 속에 일상과 방역을 공존할 수 있게 하는 기술과 제품의 수요가 크게 증가하고 있습니다.
이 가운데 특히 ‘자외선 살균 장치’는 스마트폰, 칫솔 등의 개인용품부터 병원 의료장비,
각종 수처리 시설과 다중이용시설의 실내공기까지 광범위한 분야에서 활용 가능한 신속하고 편리한 방역 방법으로 주목을 받고 있습니다. 

새로운 살균광원을 찾아서
자외선(UV, Ultra Violet)의 존재가 처음 알려진 것은 천문 학자 허셜이 적외선을 발견한 바로 다음 해인 1801년입니다. 독일의 화학자 빌헬름 리터가 적외선의 추가 실험 도 중 사람의 눈에 보이지 않는 가시광선의 보라색 영역 바깥에서 염화은에 반응하는 빛이 있다는 것을 알아낸 것이지요. 태양광선의 9% 정도를 차지하며 강한 화학반응 작용을 일으키는 자외선은 방전램프를 통해 인공적으로 만드는 기술이 발전하며 소독, 살균과 산업용 경화기, 위폐 검사기, 비타민D 합성 등 다양한 분야로 활용범위가 넓어지 게 되었습니다. 하지만 기존에 시중에서 주로 사용되어 온 UV 램프 방식은 치명적인 단점이 있었습니다. 위험물질인 수은이 자외선 방출에 사용된다는 것이었습니다. 국제사회는 수은과 수은 화합물로부터 건강과 환경을 보호하기 위한 미나마타 협약(Minamata Convention on Mercury)으로 2020년 부터 수은이 들어간 형광등, 체온계, 치과용 아말감, 전지와 광원 등의 제조와 수출입도 규제하고 있는데요. 이에 따라 최근 대안으로 각광받고 있는 것이 UV LED 방식입니다. 화합물 종류와 설계 방법에 따라 근자외선 (UVA), 중자외선(UVB), 원자외선(UVC) 등 각기 다른 파장의 빛을 낼 수 있는 UV LED는 대부분 상용 전원을 그대로 쓸 수 있고 순간적으로 온오프가 가능하기 때문에 가전제품·의료용 장비·산업용 장비 등 파장대별로 다양한 분야에 활용할 수 있습니다. 또한 UV램프에 비해 살균 효과도 뛰어나고 독성 물질이 없다는 게 큰 장점입니다.

살균시장의 미래를 열어라

하지만 UV LED는 높은 기술력을 필요로 하고 제작 또한 어렵기 때문에 일반 LED보다 가격이 비싸고 출력도 여전히 썩 만족스럽지 못하다는 단점이 있습니다. 2019년 설립된 경기도 수원 소재 벤처기업 ㈜일렉필드퓨처는 나노소재 합성, 엑스레이 발생 장치, 면광원 제조 등의 주력사업과 함께 높은 출력의 살균 파장과 효율성을 충족할 만한 살균광원 개발에 힘을 쏟고 있었습니다. 새로운 메커니즘의 자외선 광원을 찾는 데 한계를 느끼던 중 한국화학연구원이 개발한 특별한 형광물질에 주목하게 됩니다. 20여 년간 형광물질 연구에 몰두해온 김창해 박사팀이 찾아낸 이 ‘특별한 조성의 산화물 계통 물질’을 회사가 보유하고 있는 탄소나노튜브 기반의 전계방출 진공 소자제조기술과 접목하면 높은 자외선 출력은 물론 오랜 수명과 경제적인 가격의 자외선 살균장치 제조가 가능하다고 판단했지요. 화학연의 ‘친환경 자외선 발광램프 및 장치’ 특허를 기술이전 받은 ㈜일렉필드퓨처는 요즘 제품출시를 위한 연구개발에 한창입니다. 형광체 분야는 기업 입장에서 새로운 도전이기 때문에 실험부터 장비까지 갖춰야 할 부분이 많지만 중소기업지원 전담인력제도 등 화학연과의 적극적인 협력을 통해 차근차근 연내 상용화를 향해 나아가고 있습니다. 이들의 가까운 목표는 기존 UV LED보다 출력은 30배 이상 높으면서 가격은 절반 수준인 경제적인 광원과 살균장치를 만드는 것입니다.

바이러스 이기는 햇볕의 힘 
이와 함께 ㈜일렉필드퓨처는 화학연과 인체에 해롭지 않은 파장대의 혁신적인 자외선살균장치를 개발한다는 계획도 세우고 있습니다. 이한성 ㈜일렉필드퓨처 대표는 “표면 살균에 쓰이는 자외선은 에너지 강도가 약하면 바이러스와 박테리아를 제거하지 못하고, 너무 강하면 피부나 각막을 손상시킬 수 있다”며 “화학연이 개발한 형광물질과 회사의 자산인 나노 기술 노하우를 접목해 친환경적이면서 성능 좋은 자외선 살균장치를 개발하겠다”는 포부를 밝혔습니다. 예부터 햇볕이 좋은 날이면 이불과 빨래를 널어 소독하던 모습은 우리나라뿐만 아니라 세계 어느 곳에서나 볼 수 있는 풍경이었습니다. 덴마크 과학자인 닐스 핀센은 이 자외선 소독으로 피부결핵을 치료하는 방법을 개발해 1903년 노벨 생리의학상을 수상했는데요. ㈜일렉필드퓨처와 화학연이 함께 만들어가는 새로운 자외선 살균장치가 바이러스의 공포로부터 인류를 해방시키는 데 중요한 역할을 하게 되기를 기대합니다.