자외선

로봇과 낯선 기계는 코로나바이러스에 오염되었을 수 있는 표면을 소독하기 위해 특정 자외선 대역을 사용해 왔습니다. 병실이나 항공기 객실과 같이 넓은 공간을 오염 제거해야 하는 곳에서는 전력을 많이 소모하는 대형 수은 램프를 사용하여 자외선 C 빛을 생성합니다. 전 세계 기업들은 보다 작고 효율적인 대안을 제공하기 위해 UV-C 생산 LED의 능력을 향상시키기 위해 노력하고 있습니다. 이달 초 서울바이오시스는 자외선 LED를 이용해 코로나19를 유발하는 코로나바이러스인 SARS-COV-2를 99.9% 살균하는 사례를 최초로 선보였다.

UV LED는 100~280나노미터 파장의 C-밴드가 유전 물질을 파쇄하기 때문에 바이러스와 박테리아에 치명적입니다. 불행하게도 이는 공기 중의 질소에 의해 강하게 흡수되기 때문에 원거리에서 효과를 나타내려면 소스가 강력해야 합니다. (공기는 매우 강력한 장벽이므로 태양의 UV-C가 지구 표면에 도달하지 않습니다.) 서울에 있는 고려대학교 연구진과 협력하여 회사는 Violed LED 모듈이 SARS-COV를 99.9% 제거할 수 있음을 보여주었습니다. -2센티미터 거리에서 30초 간격으로 바이러스를 공격합니다.

불행하게도 회사는 이를 달성하기 위해 얼마나 많은 LED가 사용되었는지 공개하지 않았습니다. 대학 연구원들이 단일 Violed CMD-FSC-CO1A 통합 LED 모듈을 사용했다고 가정하면 30초 투여량은 최대 600밀리줄의 에너지를 전달했을 것입니다. 이는 기대와 어느 정도 일치합니다. N95 마스크에 있는 인플루엔자 A 바이러스를 죽이는 UVC의 능력에 대한 연구에 따르면 제곱센티미터당 약 1줄의 효과가 있는 것으로 나타났습니다.

3cm 거리는 공기 필터나 정수기(이미 UV LED가 사용되는 제품)와 같은 좁은 공간에서는 작동할 수 있지만 병실 소독 로봇에는 적합하지 않습니다. 예를 들어, GermFalcon 비행기 객실 소독기는 항공기 객실을 약 30cm 거리에서 몇 초 만에 바이러스를 죽일 수 있을 만큼 강한 빛으로 비춰야 한다고 이 장치를 발명한 Arthur Kreitenberg 박사는 지난 달 IEEE Spectrum에 말했습니다. 오늘날의 UV-C LED는 작업에 충분한 빛을 생성할 수 없다고 그는 말했습니다. 그러나 출력을 와트 단위로 측정하는 GermFalcon의 수은 램프를 사용하면 해당 전력은 에너지와 부피 측면에서 큰 비용이 듭니다. 시스템의 인산철 배터리 팩은 필요한 UV 전력을 생산하기 위해 100암페어를 공급해야 합니다.

수은 램프에 비해 UV-C LED의 잠재적인 이점에는 독성 수은이 부족하고, 견고성이 향상되고, 수명이 길어지고, 시작이 빨라지고, 다양한 파장에서 방출이 가능해 살균 역할에 도움이 될 수 있다는 점 등이 있습니다. 그러나 가장 중요한 것은 효율성에 대한 잠재력입니다.

현재 수은 램프는 현재 시장에 나와 있는 UV-C LED보다 벽면 플러그 효율(전력 입력 대비 광 출력 출력)이 더 좋습니다. 서울바이오시스의 모회사인 서울반도체 기술연구위원이자 부사장인 정재학 부사장에 따르면 오늘날 UV-C LED의 벽면 플러그 효율은 R&D 단계에서 시스템 효율이 3.3%에 불과한 2.8%에 불과하다. 수은 램프는 15~35%를 자랑합니다.

연구자들은 UV-C LED가 고체 조명의 청색 LED와 유사한 효율 개선 경로를 따를 것으로 예상하기 때문에 수은 램프의 장점은 지속되지 않을 것으로 예상됩니다. 그러나 UV-C 장치는 갈 길이 멀다. 청색 LED는 일반적으로 내부 양자 효율, 즉 LED의 특정 부분에 주입되어 광자를 생성하는 전자의 비율인 약 90%를 갖습니다. UV-C의 경우 30~40%라고 정 씨는 말합니다. 외부 양자 효율(LED를 통과하는 전자에 대해 방출되는 광자의 비율)의 경우 비교가 훨씬 더 나쁩니다. 청색 LED의 경우 약 70%, UV-C 장치의 경우 10~16%입니다.

정씨에 따르면, 이러한 수치를 높이려면 제조 공정과 LED를 구성하는 반도체 결정의 성장인 에피택시 모두가 개선되어야 합니다. 이러한 LED는 일반적으로 사파이어 웨이퍼 위에 결정질 알루미늄 질화물 층을 성장시키기 위해 에피택시를 사용하여 제작됩니다. 크리스탈의 결함은 LED 성능을 제한하는 주요 요인이므로 에피택시 공정을 개선하는 것은 더 밝은 LED를 향한 한 가지 방법입니다.