[논문]국내 LED 조명등에서 플리커 현상에 관한 연구

허민; 고재준; 김충혁

doi:10.4313/jkem.2016.29.11.729

국내 LED 조명등에서 플리커 현상에 관한 연구
A Study on the Condition of LED Lights Flicker 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.29 no.11, 2016년, pp.729 - 735

허민 (광운대학교 플라즈마바이오디스플레이학과) , 고재준 (한국화학융합시험연구원 광융합팀) , 김충혁 (광운대학교 인제니움학부대학)

Abstract ▼ AI-Helper

It is highly important issue to use an energy efficiently for sustainable prosperity of mankind. From this point of view, using LED lighting can be a good alternative because it has a lot of advantages such as high efficiency, long life time and eco-friendly manufacturing process. That is the reason why using LED lighting has been encouraged worldwide. However, in situations that LED lighting is replacing traditional lighting quickly, the problem of the flicker of LED lighting has emerged as an important issue. Therefore, in foreign countries like US or Japan in order to ensure the reliability of LED lighting, study for flickering effects of the human body and test methods are have been actively conducted. But related research in domestic situation is an insufficient condition. In this study, a flicker characteristic was measured conventional lamps such as incandescent lamps or fluorescent lamp and 81 items of LED lightings which are distributed in domestic markets.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 표 3과 같이 시중에 판매되고 있는 전통조명과 LED 조명에 대하여 플리커를 측정하였으며, 에너지스타, PSE의 플리커 기준과 비교하여 안전위해성을 평가하였다.
본 논문에서는 현재 시중에 판매되고 있는 4품목 99개의 LED 조명과 전통조명 4품목 18개에 대하여 플리커 측정을 실시하였다. 측정기기는 에버파인사의 Light flickering analyzer LFA-2000을 사용 하였다.
본 연구를 통해 국내 시판 중인 LED 조명의 플리커 실태에 대하여 기존 전통 조명과 비교하고 분석을 실시하였다. 연구 결과 기존의 전통 조명에 비해 LED 조명은 플리커 특성이 불량한 것으로 파악되었으며, LED 조명의 경우 제조자가 LED 모듈 및 컨버터를 어떻게 구성하느냐에 따라 광 특성의 차이가 현저하게 달라질 수 있으므로 LED 조명의 신뢰성 확보를 위한 제도적 장치 마련이 필수적이라 할 수 있겠다.

제안 방법

구체적인 수치를 근거로 안전 위해성을 판단하기 위하여 에너지 스타에서 2012년 Draft 버전에서 제시한 기준과 2014년 이후부터 현재까지 적용되고 있는 기준에 의해 평가를 실시하였다. 2012년 Draft 버전에서 제시한 에너지스타 기준에 따르면 LED 조명 플리커에 의한 안전 위해성을 없는 것으로 평가하기 위해서는 퍼센트 플리커 20 이하, 플리커 인덱스 0.
그림 5와 같은 암실 환경에서 측정을 실시하였으며, 또한 각 시료당 5분 간 안정화를 한 뒤 측정기기와 시료는 1 m 떨어진 지점에서 플리커를 측정 하였다. 측정 파라미터는 표 2와 같이 sampling rate 10 kS/S, sample Time 1 s, 광 출력 값은 illuminance (lx) 값을 측정하였다.
본 논문에서는 LED 조명의 퍼센트 플리커, 플리커 인덱스, 광 출력값 측정을 통해 미국과 일본의 현행 플리커 기준과 비교하여 현재 국내 LED 조명의 플리커 실태를 조사 하였으며, 측정한 값을 바탕으로 플리커 특성이 불량한 제품에 대하여 구조분석을 실시하였다.
본 연구에서는 플리커 인덱스, 퍼센트 플리커, 광출력 최대 및 최솟값을 사용하여 플리커를 정량적으로 측정하였다. 하지만 조명의 특성상 광원, 공간, 수행하는 작업 등과 같이 환경 조건에 따라 개인이 느끼는 정도가 다를 수 있는 만큼 플리커가 미치는 영향을 정량적인 분석과 더불어 정성적으로도 고려할 필요가 있다고 사료된다.
안정기 내장형 LED 램프 시료 중에서 플리커 특성이 가장 불량한 하위 3개 품목과 가장 양호한 상위 3개 품목에 대하여 컨버터의 구조 분석을 실시하였다. 판단 기준은 퍼센트 플리커와 플리커 인덱스 값이 낮을수록 플리커 특성이 좋은 것으로 판단하였다.
안정기내장형 LED 램프, 고정형 및 매입형 LED 등기구, AC direct LED 램프 및 등기구 총 81개 품목에 대하여 광원에서 발생하는 플리커를 측정하였다.

성능/효과

측정 결과 값을 미국 에너지스타 규격과 일본 PSE규격에 대입해 본 결과는 아래 표 5와 같다. LED 조명의 경우 2014년 이전 에너지스타 플리커 규격을 기준으로 위해성을 평가하였을 때 약 27%인 81개 중 22개 품목만 규격을 만족하였으며, 현행 일본 PSE기준에는 72%인 81개 중 59개 품목이 규격을 만족하였다. 특히 AC LED 램프의 경우 측정한 시료 5개 모두 퍼센트 플리커가 100%로 측정되어 플리커 안전위해성이 취약한 것으로 파악되었다.
반대로 하위 3개 품목은 브릿지 다이오드만으로 구성되어 있거나 브릿지 다이오드와 전원부 감전 보호를 위한 최소한의 절연 부품으로만 구성되어 있는 것으로 파악되었다. LED 조명의 플리커 측정결과 LED 조명의 플리커의 변조폭이 기존의 전통 조명보다 큰 것으로 확인되었으며, 특히 AC direct type LED의 경우 플리커 특성이 매우 취약한 것으로 확인되었다. 본 연구를 통하여 플리커와 관련된 규제가 미흡한 상황에서 원가상승, 부품개수 최소화, 설계면적 협소 등의 이유로 조악한 품질의 LED 조명이 무분별하게 시장에 유통되고 있는 것으로 확인되었다.
LED 조명의 플리커 측정결과 LED 조명의 플리커의 변조폭이 기존의 전통 조명보다 큰 것으로 확인되었으며, 특히 AC direct type LED의 경우 플리커 특성이 매우 취약한 것으로 확인되었다. 본 연구를 통하여 플리커와 관련된 규제가 미흡한 상황에서 원가상승, 부품개수 최소화, 설계면적 협소 등의 이유로 조악한 품질의 LED 조명이 무분별하게 시장에 유통되고 있는 것으로 확인되었다.
본 연구를 통해 국내 시판 중인 LED 조명의 플리커 실태에 대하여 기존 전통 조명과 비교하고 분석을 실시하였다. 연구 결과 기존의 전통 조명에 비해 LED 조명은 플리커 특성이 불량한 것으로 파악되었으며, LED 조명의 경우 제조자가 LED 모듈 및 컨버터를 어떻게 구성하느냐에 따라 광 특성의 차이가 현저하게 달라질 수 있으므로 LED 조명의 신뢰성 확보를 위한 제도적 장치 마련이 필수적이라 할 수 있겠다.
본 논문에서 측정한 전통조명의 퍼센트 플리커와 플리커 인덱스 값을 표 4와 같이 정리하였다. 측정을 진행한 18개의 조명에 대하여 모든 제품이 퍼센트 플리커 20 이하 플리커 인덱스 0.15 이하를 만족하는 것을 확인 하였으며, 현재 일본에서 적용되고 있는 플리커 규격 또한 모두 만족하고 있음을 확인하였다. 따라서 전통 조명에 대한 플리커의 안전위해성은 낮은 것으로 판단된다.
LED 조명의 경우 2014년 이전 에너지스타 플리커 규격을 기준으로 위해성을 평가하였을 때 약 27%인 81개 중 22개 품목만 규격을 만족하였으며, 현행 일본 PSE기준에는 72%인 81개 중 59개 품목이 규격을 만족하였다. 특히 AC LED 램프의 경우 측정한 시료 5개 모두 퍼센트 플리커가 100%로 측정되어 플리커 안전위해성이 취약한 것으로 파악되었다.
플리커 특성 상위 3개 품목은 그림 7과 같으며, 하위 3개 품목은 그림 8에 나타내었다. 플리커 특성 상위 3개 품목은 입력되는 AC 전원에 대하여 리플 평활을 위한 커패시터 단이 들어가 있으며, 또한 트랜스포머에 의해 1차 측과 2차 측이 절연된 2 stage 형태로 제작 되어있음을 확인하였다. 반대로 하위 3개 품목은 브릿지 다이오드만으로 구성되어 있거나 브릿지 다이오드와 전원부 감전 보호를 위한 최소한의 절연 부품으로만 구성되어 있는 것으로 파악되었다.
현재 LED 조명의 플리커를 저감하기 위한 기술적인 방법은 이미 모두 구현이 되어있으나 이는 가격경쟁으로 인한 원가 절감으로 인하여 사용되는 부품 개수와 안정기 내장형 LED의 경우 협소한 설계 공간과 관련되어 있으므로 일부 제품의 경우 조악한 형태로 컨버터가 제조되었음을 알 수 있었다. 이는 곧 광품질 및 사용자의 안전과도 직결된 부분이며 특히 AC direct LED의 경우 미점등 구간이 발생하게 되어 플리커 특성이 매우 불량한 것으로 측정되었다.

후속연구

이러한 상황으로 미루어 볼 때 LED 조명 제품군의 신뢰성 향상을 위하여 향후 LED 조명의 플리커 관련 규격의 제정은 필수적이며, 업계에서도 규격제정의 필요성을 충분히 인지하고 있는 상황이다. 그러므로 향후 규격제정 이전에 LED 조명의 플리커에 대하여 실태조사가 선행되어야 할 필요가 있다.
또한 다양한 상황 및 인체에 미치는 영향을 고려한 체계적인 표준은 없는 상태로서 해외 각국에서 실효성 있는 플리커 규격 제정을 위한 연구가 다각도로 진행되고 있다. 따라서 향후 LED 조명의 플리커에 대한 관련연구를 지속하여 우리나라에서 플리커 규격제정 시 규제 항목 및 시험 방법 등에 대하여 구체적으로 연구하고자 한다. 본 연구 결과가 국내 LED 제조 업체 및 사용자들에 있어 플리커 관련 이슈에 관하여 구체적으로 이해하고 이를 바탕으로 고품질의 LED 조명을 제작 하는데 도움이 될 것으로 예상한다.
따라서 향후 LED 조명의 플리커에 대한 관련연구를 지속하여 우리나라에서 플리커 규격제정 시 규제 항목 및 시험 방법 등에 대하여 구체적으로 연구하고자 한다. 본 연구 결과가 국내 LED 제조 업체 및 사용자들에 있어 플리커 관련 이슈에 관하여 구체적으로 이해하고 이를 바탕으로 고품질의 LED 조명을 제작 하는데 도움이 될 것으로 예상한다.
본 연구에서는 플리커 인덱스, 퍼센트 플리커, 광출력 최대 및 최솟값을 사용하여 플리커를 정량적으로 측정하였다. 하지만 조명의 특성상 광원, 공간, 수행하는 작업 등과 같이 환경 조건에 따라 개인이 느끼는 정도가 다를 수 있는 만큼 플리커가 미치는 영향을 정량적인 분석과 더불어 정성적으로도 고려할 필요가 있다고 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	플리커 현상이란?	플리커 현상은 자극 광의 위상이 주기적으로 교번할 때에, 그 주파수가 낮으면 깜빡거리는 빛의 감각으로 인식되는 현상을 말한다. 주파수가 일정 이상 증가하게 되면 명암 감각이 융합하여 중간 명도의 감각으로 인식하게 되며, 이때의 주파수를 임계 융합빈도 또는 임계융합 주파수라고 한다.
	조명의 플리커에 장시간 노출 될 경우 발생하는 문제는?	현재 국내에서는 LED 조명이 전통 조명을 빠르게 대체해나가고 있는 상황에서, LED 조명의 플리커가 인체에 미치는 영향에 대한 관심이 국내뿐만 아니라 전 세계적으로 증가하고 있다. 조명의 플리커에 장/단기적으로 노출되면 두통, 시력저하, 집중력 저하 등이 나타나게 되고 심각한 경우에는 광 과민성 뇌전증에 의한 발작 증세가 나타나기도 한다 [1].
	LED 조명의 플리커가 인체에 미치는 영향으로 인한 국내외의 연구 실정은 어떠한가?	따라서 미국을 비롯한 유럽, 일본 등 해외 각국에서는 플리커가 인체에 미치는 영향, 플리커의 측정방법 및 기준에 관한 연구가 활발히 진행 중이나 국내에서는 서울시가 2013년 발표한 표 1의 ‘LED 시스템 조명의 성능지표’를 통해 광 출력 플리커 항목을 8개 성능지표 중의 하나로 포함 시켰을 뿐 플리커에 관한 구체적인 수치 및 관련연구가 미흡한 상황이다.

참고문헌 (7)

R. S. Fisher, G. Harding, G. Erba, G. L. Barkely, and A. Wilkins, Epilepsia, 46, 1426 (2005).

상세보기
A. Wilkins and B. Lehman, IEEE Standard P1789 (2010).
http://env.seoul.go.kr/files/2013/12/529c4737c073b0.35338380.pdf (2013).
A. Bierman, ASSIST, 11 (2015).
http://grouper.ieee.org/groups/1789
JIS C 8159-1 : 2013 Non-intergrated Linear Led Lamps With Gx16t-5 Cap For General Lighting Services-Part1: Safety Specifications (Japanese Standards Association, 2013).
A. J. Wilkins, I.M.N. Smith, A. Slater, and L. Bedocs, Lighting Research and Technology, 21, 18 (1989). [DOI: http://dx.doi.org/10.1177/096032718902100102]

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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