본 논문에서는 광학설계 프로그램을 이용하여 LED 광원의 위치 변화에 따른 배광분포에 대하여 연구하였다. 사용한 LED 조명기구는 엣지형의 LED 배열을 이용하였으며 반사판을 중심으로 도광판 및 확산판을 위와 아래에 배치한 구조이다. LED 칩을 반사판 에지 중심에서 위로 1mm, 2mm 및 3mm로 위치를 바꾸어 시뮬레이션 하였다. LED 칩이 중심에 위치한 경우는 전반확산 배광분포를 보였으며 2mm 이상에서는 효율 0.56의 반직접 배광 분포를 보였다. 3mm 위에 LED 칩을 위치시키면 0.31 효율을 갖는 직접 배광분포를 갖는 배광특성을 나타내었다. 도광판은 평면형 보다 칩 위치에서 밖으로 작아지는 쐐기형의 구조에서 더 좋은 효율을 나타내었다. 그리고 반사면에 반구형의 형상을 0.015mm 씩 증가시키며 방사 형태로 배치한 경우는 파워 1.02W, 효율 0.25, 최대광도 0.104W/sr로서 패턴을 형성하지 않은 경우보다 더 우수한 광 특성을 얻을 수 있었다.
본 논문에서는 광학설계 프로그램을 이용하여 LED 광원의 위치 변화에 따른 배광분포에 대하여 연구하였다. 사용한 LED 조명기구는 엣지형의 LED 배열을 이용하였으며 반사판을 중심으로 도광판 및 확산판을 위와 아래에 배치한 구조이다. LED 칩을 반사판 에지 중심에서 위로 1mm, 2mm 및 3mm로 위치를 바꾸어 시뮬레이션 하였다. LED 칩이 중심에 위치한 경우는 전반확산 배광분포를 보였으며 2mm 이상에서는 효율 0.56의 반직접 배광 분포를 보였다. 3mm 위에 LED 칩을 위치시키면 0.31 효율을 갖는 직접 배광분포를 갖는 배광특성을 나타내었다. 도광판은 평면형 보다 칩 위치에서 밖으로 작아지는 쐐기형의 구조에서 더 좋은 효율을 나타내었다. 그리고 반사면에 반구형의 형상을 0.015mm 씩 증가시키며 방사 형태로 배치한 경우는 파워 1.02W, 효율 0.25, 최대광도 0.104W/sr로서 패턴을 형성하지 않은 경우보다 더 우수한 광 특성을 얻을 수 있었다.
In this paper, we studied a light distribution for the LED chips arrangement using an optical design software. The structures of the edge type LED luminaires are reflector plane, LGP(lighting guide plane) and diffuse plane. The reflector plane is on the middle of the overall structure. We had simula...
In this paper, we studied a light distribution for the LED chips arrangement using an optical design software. The structures of the edge type LED luminaires are reflector plane, LGP(lighting guide plane) and diffuse plane. The reflector plane is on the middle of the overall structure. We had simulation that placing LED chips on the reflector center of the reflector edge by changing the position of LED chips above the reflector center at 1mm, 2mm, and 3mm respectively. In the case, when LED chips are on the center of the reflector, it shows the light distribution of the general diffuse illumination, the semi-direct distribution with 0.56 efficiency and the direct distribution with 0.31 efficiency. And the wedge type LGP shows more efficiency than the flat type. Gradually increasing shape of semi-spherical type by 0.015mm has power of 1.02W, efficiency of 0.25, and maximum luminous intensity of 0.104W/sr, it also and shows the better optical characteristics than the reflector plane that have no patterns. This semi-spherical type shows the better optical characteristics than the reflector plane that have no patterns.
In this paper, we studied a light distribution for the LED chips arrangement using an optical design software. The structures of the edge type LED luminaires are reflector plane, LGP(lighting guide plane) and diffuse plane. The reflector plane is on the middle of the overall structure. We had simulation that placing LED chips on the reflector center of the reflector edge by changing the position of LED chips above the reflector center at 1mm, 2mm, and 3mm respectively. In the case, when LED chips are on the center of the reflector, it shows the light distribution of the general diffuse illumination, the semi-direct distribution with 0.56 efficiency and the direct distribution with 0.31 efficiency. And the wedge type LGP shows more efficiency than the flat type. Gradually increasing shape of semi-spherical type by 0.015mm has power of 1.02W, efficiency of 0.25, and maximum luminous intensity of 0.104W/sr, it also and shows the better optical characteristics than the reflector plane that have no patterns. This semi-spherical type shows the better optical characteristics than the reflector plane that have no patterns.
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문제 정의
3D로 제작된 조명기구의 배광분포를 얻기 위해 사용된 재질의 반사율, 투과율, 흡수율 등의 광학특성과 광원을 설정하여 입력하고 LED 위치를 가변 시켰다. 반사판과 확산판을 고정시키고 가변된 LED 위치에 따른 시뮬레이션을 진행하였으며 이에 따른 배광 분포에 대하여 연구하였다.
본 연구에서는 BLU 도광판 방식을 조명에 적용한 엣지형 조명 기구에 부착된 LED 칩의 위치 배열에 따른 배광특성을 연구하였다. 가장자리 반사면이 있는 경우 배트위의 특성을 가지나 0.
제안 방법
사용된 시뮬레이션 소프트웨어는[13,14] 조명 광학 설계용 라이트 툴[15]을 사용하였다. 3D로 제작된 조명기구의 배광분포를 얻기 위해 사용된 재질의 반사율, 투과율, 흡수율 등의 광학특성과 광원을 설정하여 입력하고 LED 위치를 가변 시켰다. 반사판과 확산판을 고정시키고 가변된 LED 위치에 따른 시뮬레이션을 진행하였으며 이에 따른 배광 분포에 대하여 연구하였다.
1]에서 원형의 조명기구에 내측 면에 LED 칩이 장착되어 있고 각층이 적층되어있다. 그리고 원형의 외측은 사용된 재질로 유지한 구조와 100% 반사판으로 마감한 구조로 설계하였다.
시뮬레이션에 사용한 소프트웨어는 몬테카를로 광선추적법의 이론을 적용하고[15] 1,000,000개의 추적광선을 사용하였다. 또한 리시버는 Far field receiver로 구성하여 광도, 배광곡선, CIE 색좌표 및 색온도 등을 얻었다.
085W/sr의복사 강도가 더 우수하였다. 반사판의 중심에서 LED를 1mm, 2mm, 3mm 등의 배열 위치 변화에 따라 전반확산 배광 분포, 반직접 배광분포, 및 직접 배광방식 등의 배광 변화를 얻었다. 또한 LGP의 모양이 평면형에서는 0.
LED는 반지름87mm의 원에 38개를 배치하였다. 배치된 LED는 상하 방향으로 위치변화를 줌으로서, 직접 조명 방식 및 반간접 조명방식의 배광 특성을 갖게 하고 이를 조명 시뮬레이션 툴을 활용하여 분석하고자 한다. 시뮬레이션에 사용한 소프트웨어는 몬테카를로 광선추적법의 이론을 적용하고[15] 1,000,000개의 추적광선을 사용하였다.
본 논문에서는 LED TV 에서 사용되는 엣지형 도광판 원리를 이용하여 LED 조명 광원으로 LED칩을 설치하고 LED 칩의 위치를 상하로 이동시켰다. 기존의 일반 조명에서는 5개의 배광 특성 중 한 개의 배광특성을 나타내는 공간 조명 특성을 갖는다.
그러나 LED 칩의 위치 이동과 반사판 및 도광판의 적절한 배열로 다양한 배광 특성을 가질 수 있다. 이러한 배광 분포 및 특성을 나타내는 최적의 위치 선정 및 원하는 배광 곡선을 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 그 기능을 확인하였다.
또한 기존에 V groove 형이나 스크린 기법에 의한 PMMA 도광판을 패턴 형성 없이 사용함으로서 제작의 간편함을 기하였다. 적층 구조는 반사판을 중심으로 상하에 도광판과 확산판을 두었다. 반사판은 PMMA 소재로 두께는 1.
2] 의 빨강의 경우처럼 가운데는 복사 광도가 낮고 광원 위치를 중심으로 위와 아래로 모두 배광분포를 나타내는 특성을 보인다 이는 기존의 조명 방식 중 전반 확산조명의 배광 형태를 나타낸다. 측정에 사용한 수신기는 원시야 수신기를 사용하여 광도를 측정하였다. 복사 광도는 수직으로 나타나며 최소 0.
대상 데이터
5mm의 두께이며 투과율 80% 제품을 시뮬레이션에 사용하였다. LED는 반지름87mm의 원에 38개를 배치하였다. 배치된 LED는 상하 방향으로 위치변화를 줌으로서, 직접 조명 방식 및 반간접 조명방식의 배광 특성을 갖게 하고 이를 조명 시뮬레이션 툴을 활용하여 분석하고자 한다.
5mm, 투과율은 30%이다. 도광판은 폴리카보네이트 소재로 두께는 3.0mm이며 반사는 15%를 갖는다. 또한 확산판은 1.
0mm이며 반사는 15%를 갖는다. 또한 확산판은 1.5mm의 두께이며 투과율 80% 제품을 시뮬레이션에 사용하였다. LED는 반지름87mm의 원에 38개를 배치하였다.
적층 구조는 반사판을 중심으로 상하에 도광판과 확산판을 두었다. 반사판은 PMMA 소재로 두께는 1.5mm, 투과율은 30%이다. 도광판은 폴리카보네이트 소재로 두께는 3.
본 연구의 시뮬레이션에 사용된 LED Package의 크기는 3×5.3mm, SMD 타입이며 광속은 35lm, 순방향 전압은 3.1V, 이고 CRI 값은 82이다.
1V, 이고 CRI 값은 82이다. 색온도는 약 5000K로서 많이 사용하는 6500K 보다는 약간 낮으나 편안한 분위기를 갖게 하여 펜던트 등으로 사용되는 LED 조명광원으로 사용하였다. 또한 기존에 V groove 형이나 스크린 기법에 의한 PMMA 도광판을 패턴 형성 없이 사용함으로서 제작의 간편함을 기하였다.
075W/sr로 나타났다. 수집된 파워는 0.95W, 효율은 0.23이고 최대광도 0.096W/sr이다. 또한 LED를 기준으로 램버시안 형태를 보여주며 90°를 기준으로 상 방향 157° ～ 202° 에는 적은 배광특성을 나타내고 이는 가운데가 비어있는 도넛 형상의 조명기구를 채택하였기 때문이다.
중앙 위 2mm에 위치한 경우에는 배광분포가 위쪽으로 분포하기 시작하며 상방향의 반직접 배광분포의 형태를 띄기 시작한다. 수집된 파워는 2.29W, 효율은 0.56이며 최대 광도는 0.45W/sr이다. 중앙에서 3mm 위쪽에 LED 칩을 배치시킨 경우에는 상방향으로 배광되는 직접 배광분포로 나타나며 수집된 파워는 1.
이론/모형
사용된 시뮬레이션 소프트웨어는[13,14] 조명 광학 설계용 라이트 툴[15]을 사용하였다. 3D로 제작된 조명기구의 배광분포를 얻기 위해 사용된 재질의 반사율, 투과율, 흡수율 등의 광학특성과 광원을 설정하여 입력하고 LED 위치를 가변 시켰다.
배치된 LED는 상하 방향으로 위치변화를 줌으로서, 직접 조명 방식 및 반간접 조명방식의 배광 특성을 갖게 하고 이를 조명 시뮬레이션 툴을 활용하여 분석하고자 한다. 시뮬레이션에 사용한 소프트웨어는 몬테카를로 광선추적법의 이론을 적용하고[15] 1,000,000개의 추적광선을 사용하였다. 또한 리시버는 Far field receiver로 구성하여 광도, 배광곡선, CIE 색좌표 및 색온도 등을 얻었다.
성능/효과
본 연구에서는 BLU 도광판 방식을 조명에 적용한 엣지형 조명 기구에 부착된 LED 칩의 위치 배열에 따른 배광특성을 연구하였다. 가장자리 반사면이 있는 경우 배트위의 특성을 가지나 0.076의 효율, 0.045W/sr의 복사 광도를 얻어 반사면이 없는 경우 0.23 효율, 0.085W/sr의복사 강도가 더 우수하였다. 반사판의 중심에서 LED를 1mm, 2mm, 3mm 등의 배열 위치 변화에 따라 전반확산 배광 분포, 반직접 배광분포, 및 직접 배광방식 등의 배광 변화를 얻었다.
광 효율을 고려하면 반사판위 2mm의 경우에서 최적의 효율을 얻을 수 있었으며,단순히 LED 칩의 위치 변화를 주고 배광분포의 변화를 얻는다면 반사판 중앙을 중심으로 1mm 까지는 전반확산 배광을 얻을 수 있으며, 반사판 위 2mm에 칩을 위치시킬 경우에는 반직접 배광 형태를 갖게 되며 3mm 이상의 경우에는 직접배광 분포를 얻을 수 있었다. 이를 이용한다면 한 개의 조명기구에서 칩의 위치를 변화시킴으로써 다양한 배광 분포를 연출함으로써 LED가 갖는 감성조명을 나타낼 수 있을 것이다.
015mm 간격 및 크기로 LED 칩으로부터 방사상으로 증가시키면서 형상화한 경우는 LED 칩이 반사판의 중심에 위치한 경우 결과가 패턴이 없는 배분포 그림 2와 거의 같은 결과를 얻었다. 그러나 수집된 파워는 1.02W, 효율 0.25를 얻었고 최대광도는 0.104W/sr로서 패턴이 없는 경우보다 우수한 광특성을 나타내었다.
색온도는 약 5000K로서 많이 사용하는 6500K 보다는 약간 낮으나 편안한 분위기를 갖게 하여 펜던트 등으로 사용되는 LED 조명광원으로 사용하였다. 또한 기존에 V groove 형이나 스크린 기법에 의한 PMMA 도광판을 패턴 형성 없이 사용함으로서 제작의 간편함을 기하였다. 적층 구조는 반사판을 중심으로 상하에 도광판과 확산판을 두었다.
23을 얻어 쐐기형 구조로 만든다면 더 좋은 광특성을 얻을 것으로 사료된다. 또한 반사판에 0.015mm 반구형의 크기를 LED 칩이 위치한 주변으로부터 방사상으로 증가시켜 배치할 때 효율 0.25, 최대광도는 0.104W/sr로서 패턴이 없는 경우보다 우수한 특성을 나타내었다.
후속연구
광 효율을 고려하면 반사판위 2mm의 경우에서 최적의 효율을 얻을 수 있었으며,단순히 LED 칩의 위치 변화를 주고 배광분포의 변화를 얻는다면 반사판 중앙을 중심으로 1mm 까지는 전반확산 배광을 얻을 수 있으며, 반사판 위 2mm에 칩을 위치시킬 경우에는 반직접 배광 형태를 갖게 되며 3mm 이상의 경우에는 직접배광 분포를 얻을 수 있었다. 이를 이용한다면 한 개의 조명기구에서 칩의 위치를 변화시킴으로써 다양한 배광 분포를 연출함으로써 LED가 갖는 감성조명을 나타낼 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
정부가 LED 조명 2060계획을 발표하여 목표로 한 것은?
3%로서 LED 조명시장으로 전체 조명시장이 재편될 것으로 예상한다. 국내의 경우 2011년 정부에서는 “LED 조명 2060계획”을 발표하였고 이에 따라 LED 조명 보급률 비중을 2010년 2.5%에서 2020년 까지 60%까지 확대하고 공공기관은 100%로 확대하기로 하였다[1]. 또한 기존의 조명 광원이 백열등에서 형광등 그리고 HID 램프 개발로 발광효율이 증가하였으며 LED 조명도 1996년 이후부터 발전을 거듭하여 120lm/W 까지 발전하였으며 미국의 경우 2020년까지 200lm/W의 고효율 파워칩 개발을 목표로 하고 있다[2,3,4].
에지형 LED 칩 배열 방식에 따른 LED 조명 장치는 어떤 문제를 보완하기 위하여 개발되는가?
LED 조명 광원은 점 광원으로서 직하 LED 조명에 의한 글레어 및 좁은 배광 특성을 갖는다. 그러나 직하 LED 방식은 LED의 직진성이 우수하여 직하 조도는 매우 높지만 주위 조도가 낮아직진성을 필요로 하는 스포트 라이트 등에는 적용이 우수하나 주변의 조도를 포함하는 폭넓은 조도를 얻기는 불리하며 글레어의 특성을 나타내어 확산판의 선정이 매우 중요하다. 이러한 배광특성 및 글레어를 제어하기 위해 에지형 LED 칩 배열 방식에 따른 LED 조명 장치가 개발되고 있다.
국외의 경우 전체 조명시장에서 LED 비중은 어느 정도인가?
2013년 백열등의 생산 및 판매가 전면 중단되고 LED 조명이 대두되면서 기존의 조명들이 LED조명으로 바꾸고 있는 추세이다. 국외의 경우 전체 조명시장에서 LED 비중은 2011년 23.95%에서 2016년 82.86% 까지 가파르게 성장하며 2020년에는 97.3%로서 LED 조명시장으로 전체 조명시장이 재편될 것으로 예상한다. 국내의 경우 2011년 정부에서는 “LED 조명 2060계획”을 발표하였고 이에 따라 LED 조명 보급률 비중을 2010년 2.
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