Green vs Blue

산업용 레이저의 성능은 출력뿐만 아니라 파장에 따라 결정됩니다. 적외선, 그린, 블루, 다파장 레이저의 차이점과 응용 분야를 비교해보세요. 정밀 가공, 고반사 금속 용접, 다층 소재 대응까지 파장의 선택이 품질을 좌우합니다.

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Apr 10, 2025

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산업용 레이저에서 파장이 중요한 이유 블루 레이저와 그린 레이저, 어떻게 다를까?그린 vs 블루 레이저: 발광 방식 중심 비교 그린 레이저 – SHG 방식의 간접 발광 시스템 블루 레이저 – 직접 발진형 다이오드 기반 구조 블루 레이저의 등장 블루 레이저의 전도 유망한 미래

산업용 레이저 가공 시스템은 단순히 ‘빛으로 자르고 새긴다’는 차원을 넘어, 빛의 파장이라는 정밀한 도구를 통해 소재의 물리적, 화학적 특성에 맞춘 맞춤형 가공이 가능하다는 점에서 큰 매력이 있습니다. 그중에서도 파장은 레이저 가공의 성능과 효율을 결정짓는 핵심 변수 중 하나입니다.

파장이 짧을수록 미세 가공에 유리하고, 파장이 길수록 고출력, 범용 가공에 강합니다. 하지만 중요한 것은 ‘좋은 파장’이 아니라 ‘적합한 파장’을 고르는 것이며, 최근에는 한 장비에서 여러 파장을 활용할 수 있는 다파장 시스템도 보급되며 유연한 생산이 가능해지고 있습니다. 앞으로 레이저 시스템을 선택할 때, 출력(W)뿐만 아니라 파장(nm)의 힘도 함께 고려해 보시길 추천드립니다.

산업용 레이저에서 파장이 중요한 이유

산업용 레이저 가공 시스템의 성능과 정밀도는 단순히 출력(Watt)만으로 결정되지 않습니다. 레이저의 파장(Wavelength) 역시 소재의 흡수율, 가공 품질, 공정 효율성에 결정적인 영향을 미칩니다. 레이저의 파장은 빛의 색과 에너지를 결정하는 핵심 요소로, 다음과 같은 특성에 직결됩니다: 아래는 산업용 레이저 가공에서 사용되는 적외선(IR), 그린(Green), 블루(Blue) 레이저 및 다파장 레이저의 주요 파장, 발진 원리, 대표 응용 분야, 장단점 등을 표 형태로 정리한 내용입니다.

파장대역	대표 파장	발진 방식 / 광원	주요 적용 소재	대표 응용 분야	주요 장점	주요 단점
🔴 적외선 (IR)	1064nm (파이버/Nd:YAG) 10.6μm (CO₂)	파이버 레이저 Nd:YAG CO₂ 튜브	금속, 세라믹, 플라스틱, 유기물	절단, 마킹, 용접, 드릴링, 어닐링	고출력, 범용성, 다양한 소재 대응	고반사 금속(구리 등)에 낮은 흡수율
🟢 그린	532nm (Nd:YAG SHG)	적외선(Nd:YAG) 2차 고조파 생성 (SHG)	반사율 높은 금속 (Cu, Au 등), 유리, 세라믹	미세 마킹, 정밀 용접, 전자부품 가공	열 영향 최소화, 정밀도 우수	고출력 구현이 어려움, 시스템 복잡
🔵 블루	450~480nm (LD)	직접 다이오드 발진 (GaN 기반)	구리, 알루미늄, 금 등 고반사 금속	전기차 배터리 탭 용접, 정밀 접합	고반사 소재에 높은 흡수율, 열손실 ↓	상대적으로 낮은 출력, 고가
🌈 다파장	355nm, 532nm, 1064nm 등 다중 파장	SHG/THG, 다이오드 어레이, 슈퍼컨티넘	복합소재, 멀티층 구조	정밀 가공 + 검사 통합, 소재별 최적화	유연성, 공정 통합, 생산성 ↑	가격 상승, 광학계 복잡성 ↑

그린 레이저는 왜 정밀한가요?

532nm 그린 레이저는 1064nm 적외선 레이저를 비선형 결정(SHG Crystal)을 통해 절반 파장으로 줄여 만듭니다. 이 과정에서 빛의 파장이 짧아지면서 초점이 더 작아지고, 가공 열 영향도(HAZ)가 줄어듭니다. 덕분에 미세한 마킹, 크랙 없는 고정밀 가공에 적합합니다.

블루레이저가 뜨는 이유는?

기존 적외선 레이저는 구리나 금처럼 반사가 강한 금속에 잘 흡수되지 않아, 용접 효율이 낮았습니다. 반면 블루 레이저는 450nm 대역에서 구리의 흡수율이 최대 60~70%에 달합니다. 이는 마치 기름에 젖은 종이에 먹물을 들이붓는 것처럼, 빛이 잘 스며들어 가공이 깔끔하게 이뤄진다는 의미입니다. 그래서 EV 배터리 탭이나 고밀도 회로 접합처럼 민감한 가공에서 각광받고 있습니다.

다파장 레이저는 어떻게 가능한가요?

다파장 기술은 크게 3가지 방식으로 구현됩니다.

SHG/THG 방식: 하나의 레이저를 비선형 결정에 통과시켜 파장을 2배(532nm), 3배(355nm)로 줄이는 기술입니다.

다이오드 어레이: 서로 다른 파장의 LD를 결합하여 출력 → 선택적으로 원하는 파장만 사용 가능

슈퍼컨티넘 광원: 넓은 파장의 연속 스펙트럼을 발생시키고, AOTF(음향광학 필터)나 필터링 기술로 특정 파장을 선택

그러나 산업용 레이저 가공에서는 대부분 단일 파장 레이저가 사용됩니다. 다파장 레이저는 구조적 한계와 비용 효율성 문제로 인해 실제 현장에서는 드물게 사용됩니다. 그 이유는 명확합니다. 우선, 출력이 여러 파장에 분산되기 때문에 고출력 가공에 필요한 에너지를 집중시키기 어렵습니다. 또, 광학계 설계가 복잡해지고 정렬 민감성이 높아지며, 이로 인해 시스템 비용이 상승합니다. 열 관리와 파장 간 간섭 문제로 가공 품질도 예측하기 어려워지므로, 일반적인 절단, 용접, 마킹 같은 응용에는 적합하지 않습니다.

하지만 예외적으로 다파장 레이저가 유용한 분야도 있습니다. 대표적으로는 의료, 센서, 정밀 분석, 3D 프린팅과 같은 고기능 응용입니다. 예를 들어, 피부 치료나 조직 절개처럼 서로 다른 깊이의 조직에 선택적으로 작용해야 하는 경우에는 적외선과 가시광선이 함께 사용됩니다. 또는 특정 소재의 파장별 반응을 측정하는 분광 분석이나, 복합 소재를 가공하는 3D 프린팅 공정에도 쓰일 수 있습니다.

이처럼 다파장 레이저는 고출력 단일 파장 기반의 일반 가공에는 비효율적이지만, 파장 선택성이 중요한 정밀 가공이나 분석 응용에는 특화된 가능성을 갖고 있습니다. 특히, 고기능 센서, 디스플레이 제조, 바이오 공정 분야에서의 수요는 앞으로 점차 늘어날 것으로 예상됩니다.

블루 레이저와 그린 레이저, 어떻게 다를까?

레이저를 ‘빛나는 도구’로만 본다면, 그린 레이저든 블루 레이저든 단지 색깔만 다른 것으로 여길 수 있습니다. 하지만 실제 산업 현장에서 이 둘은 광원 구조, 발광 원리, 시스템 구성, 그리고 응용 적합성에서 본질적으로 다른 기술입니다.

구분	그린 레이저	블루 레이저
발광 방식	적외선의 2차 고조파 변환 (SHG)	직접 발진형 (LD)
구조 복잡도	고조파 생성용 비선형 결정 필요	단일 모듈로도 구현 가능
정렬 및 유지보수	민감, 정렬 필수	구조 단순, 안정성 우수
출력 효율	낮음 (변환 손실)	비교적 높음 (직접 발진)
응용 예	정밀 마킹, 유리/세라믹 가공	고반사 금속의 정밀 용접 (EV 배터리, FPCB 등)

그린과 블루 레이저는 같은 가시광 범주에 속하는 파장을 지녔지만, 그 생성 메커니즘은 전혀 다릅니다. 그린 레이저는 정밀하지만 복잡하고, 블루 레이저는 단순하지만 고급 소재에 강한 응용성을 보여줍니다.

산업용 레이저를 선택할 때는 단순히 출력이나 브랜드가 아닌, 레이저가 어떤 방식으로 만들어지는지를 이해하는 것이 매우 중요합니다. 왜냐하면 그 발광 메커니즘이 곧 장비의 복잡성, 유지비, 소재 호환성, 공정 안정성에 직결되기 때문입니다. 한마디로, “레이저는 색이 아니라 구조로 말합니다.”

그린 vs 블루 레이저: 발광 방식 중심 비교

항목	그린 레이저 (SHG 방식)	블루 레이저 (직접 발진형 다이오드)
기본 파장	532nm (가시광, 녹색)	445~480nm (가시광, 청색)
발광 원리	적외선(IR) 레이저 → 비선형 결정에서 2배 주파수 변환	GaN 기반 반도체에서 직접 전기 발광
레이저 타입	고체 레이저 + 비선형 광학소자	반도체 레이저 다이오드 (LD)
발광 구조	간접형 (SHG)	직접형 (E→hv)
주요 소재	Nd:YAG 또는 Nd:YVO₄ + KTP/LBO 등	GaN, InGaN, AlGaN 등
출력 효율	낮음 (10~30% 수준, 변환 손실 존재)	비교적 높음 (50% 이상 가능)
시스템 구성	발진기 + SHG 결정 + 정렬 시스템 필요	다이오드 모듈 단일화 가능
열 안정성	민감, 온도 제어 필수	비교적 안정적이나 열 분산 필요
출력 확장성	SHG 한계로 인해 고출력 구현이 제한적	다중 다이오드 병렬로 확장 가능

그린 레이저 – SHG 방식의 간접 발광 시스템

그린 레이저의 발광 메커니즘은 전형적인 비선형 광학 변환 과정, 그 중에서도 제2고조파 발생(SHG: Second Harmonic Generation)을 중심으로 이해할 수 있습니다. 이 방식은 직접적으로 녹색 파장의 빛을 만들어내는 것이 아니라, 적외선 파장을 갖는 고체 레이저를 발진한 뒤, 그 파장을 절반으로 줄여 녹색광을 생성하는 간접적인 발광 구조입니다.

대표적인 사례로는 Nd:YAG(1064nm) 또는 Nd:YVO₄(1064nm) 고체 레이저가 있습니다. 이 발진된 적외선 빔은 KTP (Potassium Titanyl Phosphate)나 LBO (Lithium Triborate) 같은 비선형 결정에 통과되며 주파수가 두 배로 변환됩니다. 이 때 원래 빛의 위상과 속도가 결정 내에서 특정 조건을 만족해야만 SHG 변환이 일어나므로, 이를 위상 정합(Phase Matching)이라 합니다. SHG는 선형 광학 현상과는 달리, 매우 강한 전기장(즉 고출력 레이저 빔)이 비선형 매질에 입사될 때 발생합니다.

이러한 메커니즘에서 중요한 점은 출력 광의 파장은 정밀하게 제어할 수 있으나, 전체 시스템의 구성 요소가 복잡하고 정렬에 민감하다는 것입니다. SHG 결정은 특정 온도에서 가장 높은 효율을 내기 때문에, 발진기에서의 출력을 안정화하고, 결정의 온도를 미세하게 제어하며, 광학 정렬 상태를 유지하는 시스템 기술이 병행되어야 합니다. 따라서 고정밀 마킹, 미세 커팅과 같이 짧은 파장과 정밀도가 요구되는 분야에서 널리 사용되지만, 고출력 안정성이나 양산성 측면에서는 한계가 존재합니다.

블루 레이저 – 직접 발진형 다이오드 기반 구조

반면 블루 레이저는 반도체 기반의 직접 발진 방식으로 구성되어 있습니다. 이 방식은 전형적인 pn 접합 다이오드 구조에서 동작하며, 전압을 인가하면 전도대의 전자와 가전자대의 정공이 재결합하면서 광자를 방출하게 됩니다. 여기서 방출되는 빛의 파장은 반도체의 밴드갭(Bandgap)에 의해 결정됩니다. 청색 영역의 빛을 방출하려면 높은 에너지를 가지는 전자 전이, 즉 넓은 밴드갭이 필요하며, 이를 위해 주로 GaN(Gallium Nitride) 계열 소재가 사용됩니다.

GaN은 약 3.4eV의 밴드갭을 가져 약 365nm의 자외선 영역부터 450~480nm의 청색광 영역까지 발광이 가능합니다. 일반적으로 GaN 기반의 다이오드는 InGaN, AlGaN 등을 조합한 이종 접합 구조를 가지며, 발광 효율을 높이기 위해 다중 양자우물(MQW) 구조가 사용됩니다. MQW는 전자가 머무는 시간과 발광 확률을 높여주어 효율적인 광 방출을 가능하게 합니다.

블루 다이오드는 이러한 구조를 통해 외부에서 복잡한 변환이나 정렬 없이도 바로 원하는 파장의 빛을 방출할 수 있으며, 전기적으로 ON/OFF가 가능해 높은 반응속도와 시스템 간소화가 가능합니다. 또한 파장이 짧고 금속에 대한 흡수율이 높기 때문에 고반사성 금속(예: 구리, 금, 알루미늄)에 효과적으로 작용하여, FPCB 절단, 배터리 탭 용접 등 최신 제조 공정에서 각광받고 있습니다.

블루 레이저의 등장

블루 레이저는 기술적으로 매우 유망한 특성을 갖고 있음에도 불구하고, 비교적 최근에서야 산업 현장에 본격적으로 도입되기 시작했습니다. 그 이유는 다이오드 레이저의 구조적 한계, 그리고 산업 생태계 전반의 성숙도 부족이라는 두 가지 측면에서 설명할 수 있습니다.

다이오드 레이저의 구조적 한계: 밴드갭과 결정 성장 기술의 난이도

블루 레이저의 핵심 소재는 GaN(Gallium Nitride)입니다. 이 소재는 청색광(약 450nm)을 생성하기 위해 필수적인 넓은 밴드갭(약 3.4eV)을 가지고 있습니다. 그러나 GaN을 실제로 다이오드 구조에 적용하기 위해서는 다음과 같은 기술적 과제를 해결해야 했습니다.

결정 성장(Substrate Compatibility)

초기에는 GaN을 성장시킬 수 있는 적절한 기판(Substrate)이 없었습니다. 일반적으로 사파이어(Sapphire)나 SiC 위에 GaN을 이종접합으로 성장시키는 방식이 사용되었는데, 이질적인 결정 격자 간의 불일치(Lattice Mismatch)로 인해 많은 결함(Dislocation)이 생겼고, 이로 인해 발광 효율이 급격히 저하되었습니다.

p형 GaN 도핑의 어려움

전류를 흘리기 위해서는 p형 및 n형 영역이 모두 필요하지만, GaN에서 p형 도핑(특히 Mg 도핑)은 기술적으로 매우 까다로웠습니다. 이 문제는 1990년대 중반 일본의 나카무라 슈지 교수가 p형 GaN 도핑 기술을 개발하면서 해결되었고, 이로 인해 블루 LED와 레이저의 개발이 본격화되기 시작했습니다.

파괴 한계와 수명 문제

짧은 파장을 갖는 블루 레이저는 발진 시 에너지 밀도가 높아 레이저 다이오드 칩 자체의 열적 스트레스와 광열 손상이 문제가 되었습니다. 따라서 고출력 안정화를 위해 히트싱크 설계, 패키징 기술, 광결합 방식 등 여러 분야의 동시 발전이 필요했습니다.

산업 생태계의 성숙 부족: 수요와 공급의 병목

기술적인 진보가 일정 수준에 도달했음에도 불구하고, 산업 생태계의 성숙도 부족이 블루 레이저의 확산을 더디게 만들었습니다.

기존 파장의 독점적 시장 구조

산업용 레이저 가공 시장에서는 이미 적외선 기반의 파이버 레이저(1064nm), CO₂ 레이저(10.6μm), 그린 레이저(532nm) 등의 생태계가 안정화되어 있었습니다. 이들 기술은 관련 광학계, 스캐너, 프로세스 레시피, 제어 시스템이 모두 최적화되어 있었기 때문에, 새로운 파장을 위한 전면적 시스템 교체는 비용과 리스크 측면에서 큰 부담이었습니다.

응용처의 명확성 부족

짧은 파장을 가진 블루 레이저는 금속에 대한 흡수율이 높아 많은 장점을 지니지만, 과거에는 이를 적용할 구체적 산업 수요(특히 미세금속 가공 분야)가 충분히 성숙하지 않았습니다. 그러나 전기차 배터리, FPCB, LED 패키지, 정밀 센서 등의 제조 공정이 활성화되면서, 정밀하고 얇은 소재 가공의 수요가 폭발적으로 증가했고, 이는 곧 블루 레이저의 필요성을 시장에서 인식하게 만든 계기가 되었습니다.

가격과 대량 생산성 문제

블루 레이저 다이오드는 고가였고, 고출력 다이오드의 수율도 낮았습니다. 대량 생산이 어려운 기술은 산업 도입에 제약이 크며, 이는 광원 제조사 및 장비 제작사의 제품 개발을 지연시키는 요인이 되었습니다. 그러나 최근 들어 고출력 다이오드 바(bar)와 다이오드 스택 기술이 상용화되면서 이러한 장벽이 빠르게 허물어지고 있습니다.

블루 레이저가 산업에 늦게 등장한 이유는 단순히 “신기술”이기 때문이 아니라, 구조적으로 매우 어려운 기술적 조건을 극복해야 했고, 기존 산업 생태계와의 마찰이 컸기 때문입니다. 하지만 오늘날, 결정 성장 기술의 향상, 고출력 다이오드 설계, 새로운 응용 시장의 부상 등 여러 요소가 맞물리면서 블루 레이저는 본격적으로 제2의 파장 혁신을 이끌고 있습니다.

블루 레이저의 전도 유망한 미래

블루 레이저는 이제 막 산업 현장의 중심 무대로 떠오르기 시작한 **"미래형 레이저 광원"**입니다. 특히 전통적인 그린 레이저와 비교했을 때, 여러 측면에서 경쟁 우위를 가지며 정밀 제조, 전자 패키징, 배터리 가공 등 차세대 산업에서 핵심 솔루션으로 부상하고 있습니다.

고반사 금속에 탁월한 흡수율

블루 레이저(파장 약 450nm)는 금, 구리, 알루미늄처럼 고반사성 금속에 대해 높은 흡수율을 보입니다. 이는 가공 효율을 획기적으로 높여주며, 특히 다음 분야에서 핵심적입니다:

전기차 배터리의 구리 탭 용접

FPCB(연성 인쇄회로기판)의 미세 패턴 형성

반도체 패키지의 금속 리드 프레임 마킹 및 트리밍

→ 그린 레이저(532nm)보다 흡수율이 더 높기 때문에, 동일한 출력에서도 더 낮은 열 영향을 주면서 빠른 가공이 가능합니다.

직접 발진 방식의 구조적 이점

블루 레이저는 다이오드 직접 발진형이기 때문에, 그린 레이저처럼 SHG(Second Harmonic Generation, 2차 고조파 변환)를 필요로 하지 않습니다. 이로 인해 생기는 장점은 다음과 같습니다:

소형화, 경량화 용이 → 콤팩트한 시스템 설계 가능

변환 손실 없음 → 전력 효율이 우수

광학계 단순화 → 정렬 민감도 감소, 시스템 안정성 향상

가격 하락 가능성 → 대량 생산성과 칩 기반 확장성 확보

이는 장비 설계자나 시스템 통합자에게 매우 매력적인 요소로 작용합니다.

높은 빔 품질과 정밀 가공성

고출력 블루 다이오드는 최근 멀티 다이오드 결합(Bar 또는 Stack)을 통해 고출력을 실현하면서도, 높은 빔 품질(M² 지수)을 유지할 수 있도록 발전해왔습니다.

결과적으로 블루 레이저는 다음과 같은 정밀 작업에 적합합니다:

미세 홈 가공, 미세 절단, 얇은 코팅 박리

나노미터 단위의 정밀 조각 및 클리닝

저열변형 가공이 요구되는 첨단 부품 공정

친환경 공정과 생산성 향상

블루 레이저는 높은 에너지 효율과 저열 영향 덕분에 냉각 시스템이 간단하고, 재료 손상이 적기 때문에 폐기물과 재작업을 줄일 수 있습니다. 이러한 친환경성과 생산성은 다음과 같은 산업 트렌드와 잘 맞아떨어집니다:

지속가능한 제조(Sustainable Manufacturing)

친환경 소재 및 회로 설계 트렌드

제로 디펙트(Zero-Defect) 기반 고신뢰성 제조 시스템

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언제든지 친절하게 안내해 드리겠습니다.

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