[논문]등기구 형태에 따른 조명용 LED의 효율 향상 시뮬레이션

황명근; 허창수

문제 정의

디스플레이 산업과 접목이 가능하고 국가의 에너지 절약정책과 첨단 광원시스템 기술이며 전력절감 효과와 환경 친화, 초경량, 에너지절약형 다기능 광원 시스템 기술임에는 틀림 없다하겠으며 HB LED 어레이 배열과 등기구의 글로브 형태에 따른 효율과 광도 분포도를 고찰해 봄으로써 앞으로 21C. 디지털 조명이라고 일겉는 LED를 사용한 LED 광원 (light source) 개발에 많은 도움이 되고자 하였다.
따라서 본 고에서는 조명용 LED광원을 제작하기 전에 Photopia 프로그램을 사용하여 LED 어레이의 배열과 글로브의 여러 형태에 따른 효율을 시뮬레이션으로 비교 분석하여 HB LED를 이용한 조명 개발에 실질적인 도움을 주고자 하였다. 사용된 HB LED의 사양은 표 1과 같고 광속 2.

제안 방법

"Photometric Output Specification" 은 EULUMDAT, TM14, IES file format 등이 있는데 일반적으로 국내에서 많이 사용하는 IES로 배광데이터를 사용하였고 Ptotometry typee C로서 각도는 수평각도 0(22.5)90, 수직각도 0(5)90으로 하여 측정거리 (test distance)는 약 6.0〔m〕로 설정하여 수행하였다.
LED의 간격을 LED의 중심부로부터 각각 8.2(mm) /10.0〔mm〕/15.0〔mm〕의 거리 간격을 두어 LED를 어레이로 배열한 LED광원에 글로브의 사용 유 . 무와 엠보의 형태에 따른 27가지를 포토피아에서 수행하였다.
그림 4는 시뮬레이션상에서 HB LED 49개를 가로x 세로(7x7)로 배열한 형태이며 LED의 중심 축으로 각각의 LED 간격을 10.01mm), 15.01mm) 3가지 형태의 어레이로 배열하여 수행하였다.
다음은 시뮬레이션 과정을 나열한 것으로써 ACAD에서 작업한 LED 어레이 램프로 배열된 파일을 포토피아에서 불러들여 그림 8과 같은 레이어 (Layer)의 단위를 인식할 수 있어 LED램프의 발광과 반사갓이 인식되었는지 여부를 확인하였다.
등기구 반사판 및 엠보싱 형태에 따른 고휘도 백색 HB LED를 Photopia 프로그램을 사용하여 LED 광원의 효율을 분석하였다.
등기구에서 글로브 하단부분 엠보는 반구 형태로서 각도는 45°, 지름은 각각 8.2〔mm〕, 5.0〔mm〕로 하였고 LED발광면의 중심부로부터 거리는 30[mm], 50 [mm] 하였다.
光산업과 반도체기술이 접목되는 고부가가치 산업으로써 조명 . 디스플레이 산업과 접목이 가능하고 국가의 에너지 절약정책과 첨단 광원시스템 기술이며 전력절감 효과와 환경 친화, 초경량, 에너지절약형 다기능 광원 시스템 기술임에는 틀림 없다하겠으며 HB LED 어레이 배열과 등기구의 글로브 형태에 따른 효율과 광도 분포도를 고찰해 봄으로써 앞으로 21C. 디지털 조명이라고 일겉는 LED를 사용한 LED 광원 (light source) 개발에 많은 도움이 되고자 하였다.
그 크기는 230(mm] 원형으로 하였다. 또한 그림 7과 같이 반사갓을 부착한 등기구의 글로브는 5가지 형태로해서 수행하여 비교 검토하였다.
0〔mm〕의 거리 간격을 두어 LED를 어레이로 배열한 LED광원에 글로브의 사용 유 . 무와 엠보의 형태에 따른 27가지를 포토피아에서 수행하였다. LED광원 발광 효율과 광도를 어떤 형태의 LED광원이 효율적인가를 비교 검토하였으며 그 결과를 요약하면 표 3과 같다.

대상 데이터

실질적인 도움을 주고자 하였다. 사용된 HB LED의 사양은 표 1과 같고 광속 2.15〔hn〕인 HB 백색 LED이며 반사판 및 등기구의 글로브 사양은 표 2와 같이 Alanod 410G/3 및 Generic사의 Clean Acrylic를 사용하였다.

성능/효과

1) LED를 8.2〔mm〕간격으로 어레이로 배열한 결과, 등기구의 글로브가 없는 반사갓의 효율이 94.3 %로 가장 높았고, 글로브의 엠보 지름이 8.2 mm이고 반사갓으로부터 50〔mm〕떨어진 반사갓이 88.6%로 그 다음으로 효율이 높았다.
2) LED를 간격으로 배열한 결과, 등기 구의 글로브가 없는 반사갓의 효율이 94.8 %로 가장 높았고, 그림 3의 (c) 번과 같은 글로브의 반사갓의 효율이 89 %로 두번째로 높았다.
3) LED를 간격으로 배열한 결과, 글로브가 없는 반사갓의 효율이 95.2%로 가장 높았고, 그림 7 (e)에서 그림 2의 글로브의 지름이 8.2〔mm〕로 한 것과 5〔mm〕로 한 형태가 반사갓의 효율이 89.4 % 그 다음으로 높았다.
그림 15는 등기구의 글로브가 없을 때 LEp를 각각 8.2/ 10/ 15〔mm〕로 어레이 배열했을 때 광도값을 나타낸것으로써 각각 449〔cd〕/ 449〔cd]/ 448 〔cd〕이며 , 그림 16은 글로브가 있을 때 LED 발광면 중심로부터 글로브가 30[mm) 떨어져 있을 때 49개의 LED를 각각 8.2/ 10/ 15〔mm〕로 어레이 ;배열했을 때 효율 분포도를 나타낸것으로써 418〔cd)/ 411 〔cd〕/ 416〔cd〕로 8.2〔mm〕로 한 것이 가장 높은 광도의 값을 얻을 수 있었다.
2/ 10/ 15〔mm〕로 배열했을 때 각각의 효율 분포도는 86.6。시 86.8 %/ 86.7 %로써 10〔mm〕로 한 것이 86.8 %로서 가장 높은 효율로 나타났다.
이 결과 글로브를 사용하여 등기구를 제작할 경우 위 3번의 경우에서 즉 LED를 15〔mm〕간격으로 배열 후 그 중에서도 엠보 형태 글로브의 지름이 8.2 〔mm〕인 형태로 하는 것이 가장 좋은 효율의 결과를 얻었다. 만약 글로브가 엠보 형태가 아닌 볼록 원형 형태로 할 경우에는 그림 7의 ("처럼 설계를 하면 비용이 가장 적게 들것으로 예상된다.

후속연구

이상 절전 효과)하고 장수명 . 고신뢰성으로 간단한 구동회로와 R/G/B 색상제어가 용이하므로 앞으로 21세기 성장동력산업의 접목기술인 디지털 조명 (digital lighting) 을 특징으로 한 선도 기술로 자리매김할 것으로 예상된다.

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