조명용 백색 LED광원의 등기구 형태에 따른 광도 및 기구효율 분석 The Luminous Intensity and Luminaire Efficiency Analysis of White LED as Luminaire types for General Lighting원문보기
본 논문에서는 조명용 고휘도(HB, high brightness) 백색 LED(light emitting diode)램프의 배열 및 여러 가지 등기구 글로브(globe)의 형태에 따른 광도(luminous intensity)값과 기구효율(luminaire efficiency)을 컴퓨터 시뮬레이션으로 수행하여 비교분석 하였다. 즉, LED의 배열은 가로${\times}$세로(7개${\times}$7개)가 정사각형 형태로 49개를 배열하고, LED 간격은 LED의 발광면 중심부로부터 8.2[mm], 10.0[mm], 15.0[mm]로 각각 3가지로 하였으며, 등기구의 글로브는 LED발광면 중심부에서 30[mm], 50[mm] 떨어진 거리로 구분하였다. 또한 등기구 글로브가 없을 때와 있을때로 구분하여 있을 때에는 글로브 형태를 볼록 원형과 엠보(embossing)형태로 구분하고 엠보는 8.2[mm], 5.0[mm]의 크기에 따른 선택으로 시뮬레이션 27가지로 수행하여 등기구의 글로브 형태에 따른 광도 및 기구효율을 고찰해 봄으로써 앞으로 21세기 디지털조명이라고 일컫는 LED를 사용한 LED 광원(light source) 및 등기구 개발에 많은 도움이 되고자 하였다.
본 논문에서는 조명용 고휘도(HB, high brightness) 백색 LED(light emitting diode)램프의 배열 및 여러 가지 등기구 글로브(globe)의 형태에 따른 광도(luminous intensity)값과 기구효율(luminaire efficiency)을 컴퓨터 시뮬레이션으로 수행하여 비교분석 하였다. 즉, LED의 배열은 가로${\times}$세로(7개${\times}$7개)가 정사각형 형태로 49개를 배열하고, LED 간격은 LED의 발광면 중심부로부터 8.2[mm], 10.0[mm], 15.0[mm]로 각각 3가지로 하였으며, 등기구의 글로브는 LED발광면 중심부에서 30[mm], 50[mm] 떨어진 거리로 구분하였다. 또한 등기구 글로브가 없을 때와 있을때로 구분하여 있을 때에는 글로브 형태를 볼록 원형과 엠보(embossing)형태로 구분하고 엠보는 8.2[mm], 5.0[mm]의 크기에 따른 선택으로 시뮬레이션 27가지로 수행하여 등기구의 글로브 형태에 따른 광도 및 기구효율을 고찰해 봄으로써 앞으로 21세기 디지털조명이라고 일컫는 LED를 사용한 LED 광원(light source) 및 등기구 개발에 많은 도움이 되고자 하였다.
In this paper, luminaire optical efficiency and luminous intensity according to array of HB(high brightness) white LED(light emitting diode) and globe types of luminaire were simulated by computer and made a comparative analysis. LEDs were arranged by square of 7ea X 7ea. LED space has been divided ...
In this paper, luminaire optical efficiency and luminous intensity according to array of HB(high brightness) white LED(light emitting diode) and globe types of luminaire were simulated by computer and made a comparative analysis. LEDs were arranged by square of 7ea X 7ea. LED space has been divided into 8.2mm, 10mm and 15mm that mean distances between luminous centers of LEDs, and luminaire globes were classified into 30mm and 50mm 묘묘 from luminous center of LEDs. Also the simulations were made with / without globe, globe types were specified by convex and embossing types of which sizes are 8.2mm and 5.0mm, So total 27 classes of simulation were performed. This paper is to help luminire development using LED light source called digital lighting of 21th century, by studying luminire effciency and luminous intensity of different types of globes.
In this paper, luminaire optical efficiency and luminous intensity according to array of HB(high brightness) white LED(light emitting diode) and globe types of luminaire were simulated by computer and made a comparative analysis. LEDs were arranged by square of 7ea X 7ea. LED space has been divided into 8.2mm, 10mm and 15mm that mean distances between luminous centers of LEDs, and luminaire globes were classified into 30mm and 50mm 묘묘 from luminous center of LEDs. Also the simulations were made with / without globe, globe types were specified by convex and embossing types of which sizes are 8.2mm and 5.0mm, So total 27 classes of simulation were performed. This paper is to help luminire development using LED light source called digital lighting of 21th century, by studying luminire effciency and luminous intensity of different types of globes.
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문제 정의
따라서 본 논문에서는 LED의 배열과 글로브의 여러 형태에 따른 광도와 기구효율을 시뮬레이션으로 비교 분석하여 LED조명 개발에 실질적인 도움을 주고자 하였다. 사용된 LED는 표 1과 같으며 광 효율이 29.
제안 방법
하였다. 그리고 "Ray termination"은 세 부분으로 나뉘 어 지는데 그 중 "Number of Rejections"은 초기 광원에서 발산된 빛이 소멸되어 질 때까지 몇 번의 반사를 수행할 것인지를 정하는 것으로써 그 수를 20으로 설정하고 "Spawn Limit" 광원에서 빛이 반사판에 비추어지면서 빛이 몇 개로 쪼개어지는 지를 정하는 부분으로 1개를 선택하였다.
ACAD에서 작업한 LED 램프 파일을 시뮬레이션 프로그램에서 불러들여 그림 7과 같이 레이어(Layer)의 단위를 인식하고 LED램프의 발광과 반사갓이 인식되었는지 여부를 확인하였다. 이 중에서 "Layer to orient"는 CAD에서 작업한 레이어를 선택하는 부분이고 "surface orioitation method"는 반사판을 인식하기 위한 여러가지 방법을 나열해 놓은 것이다.
LED의 간격을 LED의 중심부로부터 각각 8.2 / 10 / 15[mm]의 거리 간격을 두어 LED를 배열한 LED광원에 글로브의 사용 유·무와 엠보의 형태에 따른 27가지를 수행하였다 LED광원의 기구효율과 광도는 어떤 형태의 LED광원이 더 효율적인가를 비교 검토하였으며 시뮬레이션 결과를 요약하면 표 4와 같다
0[mm]의 엠보 크기로 3개를 하였을 때 엠보의 중심부로 하여 글로브의 형태를 나타낸 것이다. 그림 3은 시뮬레이션 상에서 LED 49개를 배열한 형태이며 LED의 중심축으로 각각의 LED 간격을 8.2[mm], 10.0[mm], 15.0[mm] 3가지 형태, 즉 8.2[mm] / 10.0[mm] / 15.0[mm] 간격으로 배열하여 표 3과 같이 27가지를 수행하였다.
등기구에서 글로브 하단부분의 엠보는 반구 형태로서 각도는 45°, 지름은 각각 8.2[mm], 5.0[mm]로 하였고 LED발광면의 중심부로부터 거리는 30[mm], 50[mm] 하였다.
등기구의 Reflector Material은 Alanod 410G/3 88%와 Globe Material은 Gmeric사의 Clean Acrylic 92%를 적용하고, 그 후 그림 9와 같이 동일한 조건을 지정하여 시뮬레이션을 수행하였다.
원형으로 하였다. 또한 그림 6과 같이 반사 갓을 부착한 등기구의 글로브는 5가지 형태로 해서 수행하여 비교 검토하였다.
조명용 HB 백색 LED를 사용하여 등기구의 형태에 따른 광도 및 기구효율을 비교 분석한 결과로서 어떤 형태의 LED광원이 더 효율적인가를 분석하였다
대상 데이터
"Photometric Output Specification"에서는 국내에서 가장 많이 사용되는 IES 파일을 배광데이터로 사용하였다. "Report Type"에서는 Roadway로 Photometry type은 C로서 각도는 수평 0(22.
15(lm)인 HB 백색 LED이다. 또한 적용시킨 반사판 및 등기구의 글로브 사양은 표 2와 같이 반사율 88%, 투과율 92%인 Alanod 410G/3 및 Generic사의 Clean Acrylic을 사용하였다.
하였다. 사용된 LED는 표 1과 같으며 광 효율이 29.86[lm/W]이고 빔 각도(beam angle)가 20°인 Nichia사(日)의 5[min] LED(NSPW-500)로서 소비전력은 72[mW], 광속은 2.15(lm)인 HB 백색 LED이다. 또한 적용시킨 반사판 및 등기구의 글로브 사양은 표 2와 같이 반사율 88%, 투과율 92%인 Alanod 410G/3 및 Generic사의 Clean Acrylic을 사용하였다.
성능/효과
1) LED를 8.2[mn]간격으로 배열한 결과 등기구의 글로브가 없는 반사갓의 효율이 943%로 가장 높았고 글로브의 엠보 지름이 8.2[mm]이고 반사갓으로부터 50[mm]떨어진 반사갓이 88.6%로 그 다음으로 효율이 높았다.
2) LED를 간격으로 배열한 결과, 등기구의 글로브가 없는 반사갓의 효율이 94.8%로 가장 높았고 그림 2의 (c)번과 같은 글로브의 반사갓 효율이 89%로 두 번째로 높았다.
3) LED를 15[mm]간격으로 배열한 결과 글로브가 없는 반사갓의 효율이 95.2%로 가장 높았고, 그림6(e)에서 그림 2의 글로브의 지름이 8.2[mm]로 한 것과 5[mm]로 한 형태가 반사갓의 기구효율이 89.4% 그 다음으로 높았다.
글로브가 없을 때 49개의 LED를 각각 8.2 / 10 / 15[mm]로 배열했을 때 각각의 기구효율 분포도는 94.3 % / 94.8 % / 95.2 % 로서 15[nm]로 한 것이 95.2 %로서 가장 높은 효율로 나타났으며, 등기구의 글로브가 있고 LED발광면 중심으로부터 글로브가 30[mm] 떨어진 거리에서 49개의 LED를 각각 8.2 / 10 / 15[mm]로 배열했을 때 각각의 기구효율 분포도는 86.6 % / 86.8 % / 86.7 %로서 10[mm]로 한 것이 86.8 %로서 가장 높은 효율로 나타났다.
이 결과 글로브를 사용하여 LED광원용 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 6의 (c)처럼 설계를 하면 비용이 가장 적게 들것으로 예상된다.
후속연구
LED광원은 RoHS에 대한 환경친화와 다기능 광원 시스템 기술이므로 LED의 배열 및 등기구와 글로브 형태에 따른 LED광원의 광도 및 기구효율을 비교·고찰해 봄으로써 앞으로 LED를 사용한 광원용 등기구 개발에 도움이 되리라 생각된다.
참고문헌 (18)
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