Special  차세대 인공지능산업 주도를 위한 세라믹센서 기술 개발 동향(1) 

적외선 센서의 기술개발 동향 

조 정 호_ 한국세라믹기술원 수석연구원 

정 영 훈_ 한국세라믹기술원 책임연구원 

전 창 준_ 한국세라믹기술원 위촉연구원 

최 용 호_ 한국세라믹기술원 위촉연구원 

1. 서론 

그림 1에 나타낸 바와 같이 2003년 사스(중국), 2009년 신종플루(미국), 2014년 에볼라(콩고), 2015년 메르스(한국), 2016년에는 지카바이러스(브라질)까지 21세기에 들어오면서 전 세계적으로 신종 급성 전염병이 유행함에 따라 이를 조기에 확인 및 차단하기 위한 열화상 카메라가 널리 보급되면서 적외선 센서에 대한 관심이 고조되고 있다. 특히, 2015년 6월 우리나라에서 크게 유행했던 메르스 사태 경우, 공항, KTX역, 지하철역 등 사람이 많이 모이는 공공장소에서는 어김없이 열화상 카메라를 확인할 수 있었다(그림 2). 이러한 열화상 카메라의 핵심 소자인 적외선 센서 개발은 4차 산업혁명 시대의 도래와 함께 그 중요성이 점차 증대되고 있다. 

그림 3은 적외선 센서의 다양한 응용 분야를 나타낸 것이다. 군사적 목적으로 제작된 야간 투시경 및 미사일 추적 장치뿐만 아니라 민수용으로 보안 및 방범용 카메라, 체열 감지 센서, 건축물 안전 진단 장비 등으로 사용할 수 있다. 특히 최근 자동차 야간 운전의 보조용 나이트 비전으로 응용하기 위한 개발이 활발히 진행되고 있는 고부가가치의 핵심 소재이다. 

1800년대에 영국의 윌리엄 허셜(William Hersch el)은 프리즘을 이용해서 가시광선 온도를 측정하는 실험 중 붉은색 밖의 영역에서도 온도계 온도가 올라가는 것을 발견하고 이를 적외선이라고 최초로 명명하였다. 1879년 슈테판(Stefan)은 적외선의 복사량은 온도의 4 제곱근에 비례한다고 발표하였고 1884년 볼츠만(Boltzmann)은 슈테판의 주장을 이론적으로 증명하였다. 1896년 빈(Wien)은 적외선 복사량이 온도와 파장의 함수임을 제시하였고 1900년 막스 플랑크(Max Planck)는 절대온도 0도 이상의 모든 물체에는 자신의 온도에 해당하는 에너지를 빛의 형태로 방출한다는 흑체이론을 완성하였다.1,2) 그림 4는 온도변화에 따른 흑체 복사 스펙트럼을 나타낸 것이다. 

적외선은 가시광선보다 파장이 길며 0.75μm에서 1,000μm 범위에 속하는 전자기파로 인간의 눈으로는 구분되지 않는다. 표 1에 나타낸 바와 같이 적외선은 파장 대역에 따라 분류할 수 있는데 0.75~1.4μm 까지를 근적외선, 1.4~3μm 까지를 단적외선, 3~8μm 까지를 중적외선, 8~15μm 까지를 장적외선, 15~1,000μm 까지를 원적외선, 5개 영역으로 세분하고 근적외선과 단적외선은 반사된 적외선(Reflected Infrared)이라고 부르기도 하며 중적외선과 장적외선은 열 적외선(Thermal Infrared)이라 부르기도 한다. 

자세한 내용은 본지 7월호에서 확인하실 수 있습니다.