LED 어레이와 광 확산 구조를 이용한 웨어러블 헬스케어용 표면 광원 기기

Abstract

최근 스마트 헬스케어 시장에서는 빛을 이용한 빛치료(Phototherapeutics) 기기에 대한 관심이 가파르게 증가하고 있다. 적외선 영역의 빛은 상처치료 효과를 촉진시키며, 자외선 B 영역대의 빛은 현대인들에게 부족한 비타민 D를 보충하는데 도움을 준다. 그 외의 가시광선들은 피부 질환 및 상태 개선에 큰 효과를 보인다는 연구 성과가 보고되었다. 효율적인 빛치료를 위해서는 환부에 균일하게 빛을 조사 할 수 있는 균일한 표면 광원이 요구된다. 균일하지 못한 표면 광원에서의 빛 부족은 치료의 효과를 부족하게 하며, 반대로 높은 세기의 빛은 홍반 및 피부암과 같은 부작용이 발생할 수 있다. 이에, 다양한 파장 영역대에서 높은 균일도의 표면 광원을 만드는 방법이 필요하다. 또한, 빛치료의 특성상 지속적으로 환부에 빛을 비추어야 하기 때문에 휘어질 수 있으며, 착용이 편한 웨어러블 빛치료 기기가 필요하다. 본 연구에서는 유연한 성질을 가지는 PDMS(Polydimethylsiloxane)를 이용한 오목렌즈 기반의 광확산렌즈가 가지는 광특성을 분석하였다. 이를 기반으로 하여 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED) 어레이에 광확산렌즈와 확산층을 적용하여, 얇은 두께에서도 높은 균일도를 가지는 표면 광원을 구현하였다. 더 나아가 표면 광원이 인체에 부착되어 곡률을 형성하는 경우에 대해서도 높은 수준의 균일한 표면 광원을 구현하였다. 이에 따라 웨어러블 형태를 가지는 빛치료 장비의 개발이 가능하게 한다.