[논문]면광원 램프 및 이를 이용한 조명 기기의 효율 특성 연구

박종리; 임성규

doi:10.5207/jieie.2007.21.7.006

면광원 램프 및 이를 이용한 조명 기기의 효율 특성 연구
Flat Fluorescent Lamp(FFL) and Analysis of Optical Efficiency of FFL Lighting 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.21 no.7, 2007년, pp.6 - 12

박종리 (단국대학교 전자컴퓨터공학과 대학원) , 임성규 (단국대학교 전자컴퓨터공학과 대학원)

초록
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LCD(liquid crystal display) TV용 백라이트의 광원으로서 면광원이 개발되었으며, 이를 이용한 조명 기기를 제작 및 평가하였다. 면광원은 유리성형을 통하여 채널을 형성하였으며 채널의 모양을 최적화하여 면광원을 이용한 조명 기기의 효율을 향상시킬 수 있었다. 본 논문에서는 특히 현재 주로 사용되고 있는 형광등과의 비교 평가를 통하여 조명용 면광원의 광 효율 및 조도 특성에 관한 성능을 평가하였다. 채널의 구조가 최적화된 면광원을 이용하여 제작된 32"형 조명 기기의 광 효율은 72.7[1m/W]이었다.

Abstract ▼ AI-Helper

A flat fluorescent lamp (FFL) developed as a light source for LCD TV backlight was used as a light source for general lighting application and its electro-optical characteristics were measured and evaluated. The channels of FFL were formed from a flat glass at high temperature by using a mold. The performance of FFL with lighting future was shown to improve by optimizing the channel profile of FFL. In this paper, the brightness efficiency of FFL with lighting fixture was evaluated and compared with that of the hot cathode fluorescent lamp (HCFL), the major light source for general lighting. The optical efficiency of FFL with future was shown to be 72.7[1m/W].

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

램프를 제작하였다. 본 논문에서는 면광원 램프가 일반 조명으로 사용할 경우의 특성을 HCFL과비교 평가하였다. 그러나 LCD TV용 면광원 램프의 색온도는 약 10, 000[須로 HCFL과 동등한 평가가 불가하다.
본 논문에서는 면광원 및 면광원을 이용한 조명기기의 특성에 대하여 연구하였다. 면광원의 채널 형상은 Optical Simulation을 통하여 설계하였다.
본 논문에서는 최적의 채널 형상을 갖는 면광원을설계한 후 이 면광원을 이용하여 조명기기를 제작하였다. 조명기기의 효율은 면광원을 이용하여 빛을 확산 시켜 주는 역할을 하는 확산판을 이용하여 확산 판을 투과하여 나온 빛은 바라보는 방향에 관계없이 모든 방향으로의 휘도가 동일한 Lambertian 확산분포를 이루도록 구성한 후 2D 휘도측정기를 사용하여 확산면 전체의 평균휘도를 측정하여 광 효율을 산출하였다.
면광원 채널 형상의 설계를 통하여 조명기기의 광 효율을 향상시킬 수 있으므로 면광원에서의 채널 형상은 조명 기기의 광 효율을 결정하는 주요 요소이다. 본 연구에서는 이러한 면광원을 이용하여 조명기기를 제작하고, 현재 주로 사용되고 있는 형광등과의 비교 평가를 통하여 면광원을 이용한 조명기기의 광 효율을 평가하고자 한다.

가설 설정

셋째, 면광원은 장수명의 램프이다. 면광원은 LCD TV의 광원으로 사용할 정도로 긴 수명을 자랑하고 있으므로 일반 조명으로 사용하게 될 경우 램프를 교체하여야 하는 수고스러움을 없앨 수 있다.
첫째, 면광원은 램프 자체가 면이 발광하는 면광원 램프라는 점이다. 면광원을 조명용으로 사용하게 되면 직접 조명과 간접 조명의 역할을 동시에 수행할 수 있게 된다.

제안 방법

이와 같이 최적의 휘도 균일도를 갖는 채널 형상을 이용하여 32" LCD TV의 Backhght에 적합한 면광원 램프를 제작하였다. 본 논문에서는 면광원 램프가 일반 조명으로 사용할 경우의 특성을 HCFL과비교 평가하였다.
조명기기로부터 2, 500[mm]되는 지점에 조도계(Minolta, T-10)를 위치하여 조도를 측정하였으며, 광원에 의한 배광 특성을 파악하기 위하여 조명기기의 수직이 되는 지점으로부터 500[mm] 간격으로 조도를 측정하였다. HCFL을 이용한 조명기기는 32W급 HCFL 4ea로 구성된 조명기기를 사용하였으며 면광원 조명기기의 조도 측정 방법과 같은 방법으로 측정하였다. 그림 10는 면광원과 HCFL见 조도 측정 결과를 분석한 그래프이다.
2D 휘도 측정기는 3*51923) , 216(768 Point를 한번에 측정하여 면 전체의 평균 휘도를 산출할 수 있다. 광 효율을 측정하기 위한 소비전력은 광원을 구동하기 위한 회로에 투입되는 입력 전력을 기준으로 산출하였다. 그림 5에서는 본 논문에서 광 효율을 측정하기 위한 실험 개략도를 보여주고 있다.
면광원을 이용한 조명기기의 광 효율을 산출하기 위하여 2D 휘도 측정기를 이용하여 발광 면적 전체의 평균 휘도를 측정하여 산출하였다. 그림 8에서는 2D 휘도 측정기를 이용하여 면광원을 이용한 조명기기와 HCFL을 이용한 조명기기의 평균 휘도를 측정한 자료를 보여주고 있다.
면광원이 HCFL과 비교하여 어느 정도의 조명기기로서의 특성을 보여주는지를 평가하기 위하여 현재 주로 사용하고 있는 HCFL과 비교하여 평가하였다. 그림 9에서는 면광원 조명기기의 조도를 평가하기 위한 실험 개략도를 보여주고 있다.
본 논문에서는 기전에 제작된 면광원 램프 및 그 자재의 광 특성을 수집한 후 광 Sim讪ation을 이용하여 실제의 광 특성과 Simulation과의 광 특성을 비교분석하여 최종적으로 면광원 램프의 채널 형상을 설계 및 제작하였다. 그림 6에서는 기전에 제작된 면광원 램프의 휘도 균일도와 Simulation 결과를 비교한 그래프를 보여주고 있다.
의하여 결정된다. 본 논문에서는 면광원의채널 형상을 광 Simulation을 이용하여 설계하였다. 본 논문에서 사용된 광 Simulation Programe 미국의 BRO(Breault Research Organ赤前曲의 ASAP (Advanced Systems Analysis Program) 을 이용하였다 U4-15].
이러한 방법으로 제작된 상/하판에 코팅되어 있는 보호막, 형광체 및 실링 재 등을 유리에 소성 시킨 후에 양 판을 정렬하여 접합 시킨다. 봉착된 유리에 존재하는 잔류 불순 가스를 제거하고 진공 배기한 후 방전 가스 및 수은을 주입하며, 각종 주입구를 최종 봉합한다. 그 후에 면광원을 구동하기 위한 회로인 인버터를 전기적으로 연결시켜 줌으로써 면광원 램프에 전계를 공급하기 위한 외부 전극을 형성하고 최종 제품의 크기에 맞도록 원하는 크기로 유리를 절단한다.
그림 9에서는 면광원 조명기기의 조도를 평가하기 위한 실험 개략도를 보여주고 있다. 조명기기로부터 2, 500[mm]되는 지점에 조도계(Minolta, T-10)를 위치하여 조도를 측정하였으며, 광원에 의한 배광 특성을 파악하기 위하여 조명기기의 수직이 되는 지점으로부터 500[mm] 간격으로 조도를 측정하였다. HCFL을 이용한 조명기기는 32W급 HCFL 4ea로 구성된 조명기기를 사용하였으며 면광원 조명기기의 조도 측정 방법과 같은 방법으로 측정하였다.
조명기기의 효율은 면광원을 이용하여 빛을 확산 시켜 주는 역할을 하는 확산판을 이용하여 확산 판을 투과하여 나온 빛은 바라보는 방향에 관계없이 모든 방향으로의 휘도가 동일한 Lambertian 확산분포를 이루도록 구성한 후 2D 휘도측정기를 사용하여 확산면 전체의 평균휘도를 측정하여 광 효율을 산출하였다. 2D 휘도 측정기는 3*51923) , 216(768 Point를 한번에 측정하여 면 전체의 평균 휘도를 산출할 수 있다.

이론/모형

특성에 대하여 연구하였다. 면광원의 채널 형상은 Optical Simulation을 통하여 설계하였다. 특히면광원 조명기기의 발광 면적에 대한 평균 휘도를 측정한 결과를 바탕으로 면광원 조명기기의 광 효율을 산출하였으며 72.
본 논문에서는 면광원의채널 형상을 광 Simulation을 이용하여 설계하였다. 본 논문에서 사용된 광 Simulation Programe 미국의 BRO(Breault Research Organ赤前曲의 ASAP (Advanced Systems Analysis Program) 을 이용하였다 U4-15].

성능/효과

둘째, 면광원은 두께가 약 4[mm]의 얇은 광원이므로 단순하면서도 고급스러운 형태의 조명 연출이 가능하다. 앞으로는 조명을 통해 자유로운 디자인 구현뿐만 아니라 다양한 분위기의 연출도 중요해 질 것이다.
7[Lm/W]의 광 효율을 얻을 수 있었다. 또한 면광원과 HCFL을 이용한 조명기기의 조도를 비교 평가함으로써 현재 조명기기로의 적용의 가능성을 가늠할 수 있었다.
수 있었다. 여러 형태의 채널의 형상을 광 Simulation을 이용하여 설계한 결과 채널의 형태는 휘도 균일도가 가장 좋은 타원형 구조를 사용하였고, 채널의 높이는 휘도와 휘도 균일도를 고려하여 4.4[mm]로 하였다. 채널과 채널 사이의 실링 폭은 금형으로 제작 가능한 최소 길이인 1.
Table 1에는 면광원을 이용한 조명기기의 광 효율 산출 결과를 정리하였다. 이러한 실험 결과를 통하여 면광원의 조명기기의 광 효율을 측정 할 수 있었다.
결과를 보여주고 있다. 최종적으로 면광원 램프의 휘도 균일도에 기인하는 요소들올 Optical Simulation을 통하여 휘도 균일도 83.7[%]의 최적의 휘도 균일도를 갖는 면광원 램프의 채널 형상을 설계할 수 있었다[16].
면광원의 채널 형상은 Optical Simulation을 통하여 설계하였다. 특히면광원 조명기기의 발광 면적에 대한 평균 휘도를 측정한 결과를 바탕으로 면광원 조명기기의 광 효율을 산출하였으며 72.7[Lm/W]의 광 효율을 얻을 수 있었다. 또한 면광원과 HCFL을 이용한 조명기기의 조도를 비교 평가함으로써 현재 조명기기로의 적용의 가능성을 가늠할 수 있었다.

후속연구

앞으로는 조명을 통해 자유로운 디자인 구현뿐만 아니라 다양한 분위기의 연출도 중요해 질 것이다. 그러므로 조명기기는 더욱 소형화, 슬림화될 것이며 이런 추세에 면광원은 적합한 광원이다.

참고문헌 (17)

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Breault Research Organization, Inc, 'ASAP Reference Guide', Breault Research Organization,1997
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Choi Hong Kyoo, Kang Tae Eun, Choi Byung Sook, Kim Jung Han, Park Hyung Min, Won Jin Hui, Cho Gae Sool and Cho Kyung Nam, 'Illumination Equipment and Design', Sung An Dang, 2004

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