높은 조도·균일도·색온도 조절·가격 경쟁력 핵심

치과용 조명등은 치과 진료 의자에 장착하는 부품이다. 일반 조명과는 달리 환자의 눈부심을 제거하기 위해 구강 내부만 비추는 것이 특징이다. 과거 치과 조명은 주로 할로겐 램프를 사용했다. 발치나 충치 치료 등 단순 의료에 머물러 시술에 큰 문제가 없었다. 그러나 현재는 임플란트, 신경치료 등 복잡한 시술이 늘어나면서 진료 효율성을 향상하기 위한 조명이 필요하게 됐다.

이를 바탕으로 한국광기술원 연구원은 LED 광원 설계 및 색변환 소재 기술을 이용해 진료등에 최적화한 조명 모듈을 개발하고, 진료 목적에 따라 선택 사용할 수 있는 치과진료용 LED조명등을 개발했다. 기술 개발의 핵심은 높은 조도와 균일도, 색온도 조절, 슬림한 제품 구조, 가격 경쟁력 등이다.

할로겐 램프대비 LED 광원은 대부분 가시광 영역대 빛으로 구성돼 적외선에 의한 발열이 없다. 형광체 함량에 따라 다양한 색온도를 구현한다. 또 기존 조명에서 달성하기 어려웠던 3만lux 이상 높은 조도와 환자의 눈부심 예방을 위한 명확한 Cut-off line도 가능하다.

연구진이 개발한 진료등은 레진모드, 보철모드, 수술모드 총 3가지다. 70cm 거리의 조도는 최소 1만5000lux부터 최대 5만3000lux다. 또 160X100mm의 넓은 조도 영역과 전체 조도 영역 내 중심 영역(최대 조도의 75% 범위) 비중이 70% 이상일 정도로 조도 균일도가 높다.

치과 진료용 조명등의 조도 분포는 환자의 눈부심을 최소화하기 위해 가로축이 세로축 보다 넓은 타원 또는 직사각 형태다. 이를 구현하기 위해 프로젝션 타입의 광학렌즈를 사용하고 있다. 기존의 백색 LED 광원을 사용할 경우 발광면의 형상이 치과 조명의 배광 분포와 일치하지 않고 위치별 광색 분포가 다르게 나타나 고가의 라이트가이드를 추가해 적합한 조도 분포와 균일한 빛을 구현했다.

연구진은 원가 상승의 가장 큰 원인인 라이트 가이드를 제거하기 위해 직사각형으로 균일하게 발광하는 LED 패키지를 만들었다. 이를 이용해 1개의 LED 광원과 1개의 렌즈만으로 치과조명의 특성을 만족하는 기술을 개발한 것.

LED 패키지에는 LED 칩과 색을 변환하는 형광체를 분리하는 이격 형광 기술을 적용했다. 가로축으로 긴 형태의 발광면을 구현하기 위해 LED 칩 2개를 배치하고 그 위 유리 기판에 균일하게 코팅한 형광층을 상부에 뒀다. 이 칩에서 발광한 빛이 일정한 두게의 형광층을 통과하면서 직사각형으로 균일하게 발광한다.

또 LED 패키지와 PCB, 렌즈, 경통을 통합해 하나의 모듈로 구성했다. 각각의 모듈은 형광층의 형광체 함량을 조절해 색온도가 각기 다른 빛을 낼 수 있도록 했다. 이 색온도가 다른 모듈을 조합해 진료 목적에 따라 3가지로 색온도가 변하는 LED 조명등을 만든 것이다.

이 진료등은 메이저 업체의 고가 제품과 동등 또는 그 이상의 성능과 신뢰성을 갖추면서도 가격은 60% 수준으로 저렴한 것이 강점이다. 600억원 규모의 국내 진료등 시장 대부분을 차지하는 해외 제품을 대체하는 효과를 얻을 수 있다. 다수 개발된 진료등 조명 모듈을 조합해 수술용 의료 조명(무영등) 분야에도 활용이 가능하다.

전시욱 선임연구원은 "보유한 기술을 바탕으로 치과용 진료등 외 외과 수술 무영등과 같이 고가의 의료 조명 시장과 LED를 이용한 광의료기기 시장으로 확대 진출할 것"이라고 말했다.