마이크로 가공기술 적용한 광섬유 측면발광 가공기술
광기술 벤처기업인 솔라옵틱스는 플라스틱 광섬유의 초정밀가공을 통해 고광도 측면 발광형 광섬유 시제품을 개발했다고 밝혔다.
빛을 전달하는 매체인 광섬유는 물리학에서 스넬의 굴절법칙(Snell's law)으로 알려진 빛의 전반사원리를 적용해 개발됐다. 1842년 프랑스 파리의 콜라돈과 바비네(Daniel Colladon and Jacques Babinet)는 처음으로 ‘광도파관(light pipe)’이라는 빛의 전달을 시현했다. 이후 꾸준한 기술개발로 광섬유는 광통신, 의료, 센서, 조명등 산업 전 분야에 걸쳐서 활용되고 있다.
특히, 태양광의 가시광선 영역에서의 빛의 전달매체는 값이 저렴하고 가공성이 좋은 플라스틱 재질이 주로 사용되고 있으며, 1990년대에 들어 폴리머(Polymer)기반의 광섬유가 좋은 특성을 보이면서 활용성이 넓어지게 됐다.
국내의 광섬유산업은 유리광섬유(Silica based optical fiber)에 집중돼 통신용광케이블시장이 크게 성장해 있지만, 통신용을 제외한 타 산업분야의 광소재는 대부분 수입제품이 사용되고 있다. 세계 플라스틱광섬유 시장에서 한국은 전혀 두각을 내지 못하고 있으며, 국내에서 소비되는 제품도 거의 전량을 수입에 의존하고 있다.
조명분야에서는 자연채광조명기술에 적용돼 일본과 유럽에서 많은 연구가 됐고, LED조명기술이 발달하면서 이와 연계한 기술과 제품이 소개돼 인테리어조명과 산업조명분야에 적용되고 있다.
조명용 광섬유는 끝단면 발광(End emitting)과 측면발광(side emitting)기술이 상용화돼 있으며, 이를 활용해 일부 응용제품들이 개발돼 사용되고 있다. 측면발광기술은 점광원이 아니라 2차원의 넓은 부분에 빛을 전달할 수 있다는 장점이 있어 활용 분야가 많지만, 끝단면 발광에 비해서 빛의 광도가 낮아 활용이 극히 제한적이었다. 기존의 유리광섬유는 손실특성이 좋기 때문에 많은 분야에 적용됐지만, 단가가 높기 때문에 조명용에 적용하기가 어려웠다.
솔라옵틱스에서 개발된 플라스틱 광섬유(O.S.L. Optical Fiber Side Lighting)는 기존의 유리광섬유가 갖지 못한 가격경쟁력을 확보하고, 기존의 플라스틱 광섬유의 낮은 휘도문제를 해결해 고휘도 측면 발광을 실현한 기술이다.
이와 같은 혁신기술은 플라스틱 광섬유 클래딩층의 일부분을 3D 필터 구조 형태로 균일한 고광도의 빛을 인출하도록 하는 초정밀 마이크로가공기법이 적용됐으며, 초미세렌즈를 광섬유에 적용해 원하는 파장대역의 빛을 도출할 수 있어 다양한 분야에 응용함으로써 신산업을 창출할 수 있을 것으로 기대된다.
회사측은 “빛의 파장에 따라600nm 대역의 적외선은 의료 및 의류, 미용분야 등에 바로 적용해 제품화 가능하고, 450~660nm 대역은 식물성장 촉진을 위한 스마트팜 조명 분야에도 적용될 수 있다”고 밝혔다.
실제로 이 기술이 조명 제품에 활용될 경우 기존 LED 칩셋의 사용 개수를 1/3 이하로 줄여 에너지 절약에도 획기적인 기술로 평가된다. 도로표지판에 적용될 경우 광섬유의 사용 수량을 1/10이하로 크게 줄일 수 있어 뛰어난 가격경쟁력을 확보하고 제조공정에서도 큰 효율을 볼 수 있기 때문에 관련 산업의 성장을 도모할 수 있을 것으로 보인다.
특히, 솔라옵틱스의 태양광 발전 유니트에 대한 특허는 기존의 태양광발전의 효율을 획기적으로 상승시킬 수 있는 원천 기술을 보유하고 있다.
집광형태양광(C-PV : Concentration Photovoltaic) 기술에 적용될 경우 솔라셀의 동작에 필요한 에너지밴드갭에 해당하는 태양광원을 초미세렌즈 광섬유롤 통해서 원하는 파장을 도출해 발전에 적용시켜 효율을 높일 수 있다. 이 기술은 집광된 태양광원을 광섬유를 통해 전달, 고밀도로 직접화된 태양광패널을 통해 발전을 하는 구조로 돼있다.
O.S.L. 기술은 기존의 플라스틱 광섬유 시장에서 새로운 혁신이돼 수많은 응용제품의 설계에 변혁을 가져오게 되는 등 신제품 개발은 물론 기존 제품의 경쟁력 재고를 가능케해 광섬유 산업의 패러다임을 바꿀 수 있다.
현재, 솔라옵틱스는 광섬유 초정밀 가공기술을 활용한 제품개발을 위해 200억원대의 투자와 기술이전, 사업 협업 등을 위해 국내외 기업과 활발한 교류를 진행 중에 있다.
솔라옵틱스 측은 “기술의 사업화를 위해 특허기술교류와 생산라인을 위한 생산기술 업체와의 협의를 통해 상용화를 앞당기고, 관련 응용기술의 확보를 위한 연구개발을 동시에 추진하고 있다”고 밝혔다.
한편 솔라옵틱스는 오는 2020년 6월경에 대량생산을 위한 양산설비계획을 진행 중이며, 이후 관련업체에 제품을 공급할 계획이라고 밝혔다. 솔라옵틱스는 지난해 9월 관련 특허 4건을 획득한바 있다. 아울러 국제특허 9건을 출원 중이며, 리앤목특허법무법인에서 기술가치평가를 획득하는 쾌거를 이룩했다.
전자신문인터넷 소성렬 기자 hisabisa@etnews.com
