최근 국내 연구진이 태양광과 LED를 정확하게 평가할 수 있는 표준기를 국산화하는데 성공해 태양광산업과 디스플레이산업 발전에 기여할 것으로 기대된다.
한국표준과학연구원(원장 김명수 이하 KRISS) 온도광도센터(센터장 박철웅)는 LED조명과 인공태양광 평가를 위한 측정 표준기인 복사휘도·조도표준기 ‘KRISS-RISE’(크리스 라이즈) 개발에 성공했다고 밝혔다.
연구팀은 ‘KRISS-RISE’에 들어가는 고성능 분광복사계를 자체 개발하고 3,500K(켈빈, 절대온도의 단위)에 도달할 수 있는 흑체를 러시아 표준기관(VNIIOFI)과 공동으로 설치했다. 흑체는 불투명한 물체로 같은 온도로 가열할 경우 가장 많은 복사에너지를 방출한다.
연구팀은 분광복사조도 표준을 250nm(나노미터, 1 nm는 10억분의 1 m)부터 2.5μm(마이크로미터, 1 μm는 100만분의 1 m) 수준까지 확립했으며 이는 세계 최고 수준이다.
현재 이 기술을 사용해 조도 표준전구를 공급하는 나라는 미국(NIST), 독일(PTB), 영국(NPL) 국가표준기관뿐이다. 그동안 한국은 미국 국가표준기관에서 공급받은 표준전구를 사용해 국가표준을 유지해왔으나 이번 기술개발로 독자적인 표준을 유지할 수 있을 뿐만 아니라 외국표준기관에도 표준전구를 공급할 수 있어 수출 가능성도 기대된다.
태양광 기술개발의 궁극적 목표는 광전기 변환효율을 높여주는 고효율 태양전지 양상 기술을 확보하는 것이다. 태양전지의 광전기 변환효율이 2%만 증가하더라도 태양광발전시스템 비용을 10% 정도 낮출 수 있게 된다.
절전형 기구이면서 반영구적이어서 차세대 조명으로 부상하고 있는 LED조명 역시 전력대비 방출되는 광출력을 판단하는 조명효율을 향상시키는 것이 필수적이다.
LED에서 나오는 빛이나 태양으로부터 오는 빛의 출력은 파장에 따라 세기 분포를 정량적으로 측정할 때 조명효율이나 변환효율의 정확한 평가가 가능하다. 자연태양광을 이용할 때 일기에 따라 달라지는 지표면에 떨어지는 복사조도를 정량적으로 측정해야 한다. 인공태양광을 사용할 때는 이 광원이 파장별로 자연태양광과 그 세기가 얼마나 일치하는가를 정량적으로 평가하는 것이 중요하다.
연구팀은 개발한 표준을 전달용 표준전구에 이전해 국가교정시험기관이나 태양전지, LED, 디스플레이 등 관련 산업체에 보급할 계획이다. 이 표준전구는 ‘KRISS-RISE’를 기준으로 빛을 분광시켜 각각의 파장별로 세기를 정확하게 측정해 만들어진 것으로 그 동안은 미국에서 도입해 왔다.
연구를 주도한 신동주 박사는 “태양광산업의 필수 평가 장비인 인공태양광산업의 신뢰도를 높이는 것은 물론 인공위성 탑재용 표준광원 및 카메라의 성능 평가에도 활용될 것”이라고 말했다.
인공위성 탑재용 표준광원은 지구에서 방출되는 빛을 재거나 별빛 관측 등에 활용할 수 있으며 광원의 분광분포는 광원이 발산하는 색을 결정하기 때문에 디스플레이 평가의 핵심표준으로 활용될 수 있다.
확립한 측정표준은 최근 국내 반도체 산업에서 활용도가 급격히 증가하고 있는 분야인 자외선복사계의 교정은 물론 자외선 차단제의 차단지수 평가나 자외선 지수·예보와 같은 생활 기상에도 활용할 수 있다.