[논문]RGB LED를 이용한 광원의 광학적 배치에 따른 White Light 구현에 관한연구

이현룡; 이성진; 황경준; 김관규; 김용갑

[국내논문] RGB LED를 이용한 광원의 광학적 배치에 따른 White Light 구현에 관한연구
A study on the white light incarnation that optical arrangement for light-source using RGB LED 원문보기

이현룡 (WONKWANG UNIVERSITY) , 이성진 (WONKWANG UNIVERSITY) , 황경준 (WONKWANG UNIVERSITY) , 김관규 (WONKWANG UNIVERSITY) , 김용갑 (WONKWANG UNIVERSITY)

As the brightness of LED is getting higher, the lighting products using LED are actively being developed. On this study, we researched the characteristics and changes caused by the optical arrangement of LED light source, which applies to illumination by using the optical design programme. The changes were estimated by simulating regarding the arrangement of each form and measurement distance. As a result of the experiment. Intensity increased by 1 and Illuminance increased by around 10, as It changed a triangle into a pentagon. To realize white light, RGBG LED formation was the most efficient in case of square arrangement.

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문제 정의

고휘도 LED를 이용한 조명광원은 그 제품개발에 앞서 충분한 광학적 특성평가와 배치를 통한 광학적 설계가 이뤄져야 한다. 이와 같이 본 논문에서는 LED를 이용한 조명광원의 적용에 앞서 광학설계프로그램인 LightTools을 이용하예4] 시뮬레이션 하였으며 Red, Green, Blue LED의 구성에 따른 광색 제어에 관한 연구를 하였다[5].
본 논문에서는 광학설계프로그램을 통한 LED의 광학적 배치와 특성분석 하고자 하였다. 먼저, 기준광원을 선정하여 형태별 배치와, 간격별기본 배치를 하였으며 각각의 형태별 배치에 따른 시뮬레이션 결과 값인 Intensity와 Illuminance를 통해 변화를 확인할 수 있었다.
본 논문에서는 광학설계프로그램을 이용하여 LED 광원의 광학적 배치를 형태별 배치에 따른 광학적 특성 변화를 실험 하였다. 실험 결과삼각형에서 오각형으로 변하는 형태별 배치에 따라 Intensity는 1, Illuminance는 10 내외의 증가를 나타내었다.

제안 방법

연구에 사용된 각각의 LED특성은 표1과같다. 검출단면과 LED 광원과의 간격이 40[mm] 떨어진 Z축 방향에 Intensity를 검출하기 위해 Intensity Receiver를 설정하였으며, 20[mm] 떨어진 곳에 Illuminance를 검줄하기 위해 Illuminance Receiver를 설정하였다. 각기 Receiver의 간격 설정은 유형별 동일하게 적용하여 검출하였다.
검출단면과 LED 광원과의 간격이 40[mm] 떨어진 Z축 방향에 Intensity를 검출하기 위해 Intensity Receiver를 설정하였으며, 20[mm] 떨어진 곳에 Illuminance를 검줄하기 위해 Illuminance Receiver를 설정하였다. 각기 Receiver의 간격 설정은 유형별 동일하게 적용하여 검출하였다.
위와 같이 선정된 기준광원을 이용하여 형태별 배치와 측정거리에 따른 결과를 예측하였으며, 이와 같은 각기 다른 배치의 결과 값은 앞으로고휘도 LED를 이용한 조명광원의 배치에 기본이 될 수 있는 형태를 근간으로 하였다. 고휘도 LED의 형태별 기본 배치에 따른 자세한 내용을살펴보면 그림 1에서와 같이 삼각형, 사각형, 오각형으로 형태로 나누었다.
각 형태별 CIE 좌표를 측정하였다. 형태별 배치에 따른 CIE 좌표계는 표2, 3, 4, 5와 같다.

대상 데이터

광학설계프로그램을 통한 시뮬레이션하기 위해서 무엇보다 중요한 것은 신뢰할수 있는 기준광원의 설정이다. 연구에 사용된 각각의 LED특성은 표1과같다. 검출단면과 LED 광원과의 간격이 40[mm] 떨어진 Z축 방향에 Intensity를 검출하기 위해 Intensity Receiver를 설정하였으며, 20[mm] 떨어진 곳에 Illuminance를 검줄하기 위해 Illuminance Receiver를 설정하였다.

성능/효과

하고자 하였다. 먼저, 기준광원을 선정하여 형태별 배치와, 간격별기본 배치를 하였으며 각각의 형태별 배치에 따른 시뮬레이션 결과 값인 Intensity와 Illuminance를 통해 변화를 확인할 수 있었다. 광학설계프로그램을 통한 시뮬레이션하기 위해서 무엇보다 중요한 것은 신뢰할수 있는 기준광원의 설정이다.
그림 3은 형태별 배치에서 Illuminance의 변화를 나타낸 그래프이다. 그래프에서 나타난 것과 같이 삼각형에서 오각형으로 증가할수록 10 내외의 균일한 Illuminance의 증가를 나타내었고 중심축 0에서 분포의 형태가 오목해졌다. 이는 삼각형에서 오각형으로 LED의 개수가 증가할수록 내부의 빈 공간이 넓어지기 때문이다.
형태별 배치에 따른 CIE 좌표계는 표2, 3, 4, 5와 같다. 형태별 평균 CIE 색도좌표 값은 삼각형 (0.3667, , 0.2846), 사각형은(0.3402, 0.3575), 오각형(0.4318, 0.3410), 스타형 (0.3531, 0.3232) 값을 얻었다. 실험결과 그림 4와 같이 사각형 형태 배치가 LED 구성은 R, G, B, G구성이, 그리고 측정거리는 40[mm]에서 가장 좋은 백색광을 얻은 것을 확인 하였다.
3232) 값을 얻었다. 실험결과 그림 4와 같이 사각형 형태 배치가 LED 구성은 R, G, B, G구성이, 그리고 측정거리는 40[mm]에서 가장 좋은 백색광을 얻은 것을 확인 하였다.
형태별 배치에 따른 광학적 특성 변화를 실험 하였다. 실험 결과삼각형에서 오각형으로 변하는 형태별 배치에 따라 Intensity는 1, Illuminance는 10 내외의 증가를 나타내었다. 삼각형, 사각형, 오각형에서 중심축 0에서 조도 분포도가 오목한 것에 대한 대안으로 스타형 배치로 해결을 하였지만 균일도 면에선 효율이 떨어지는 것으로 확인하였다.
실험 결과삼각형에서 오각형으로 변하는 형태별 배치에 따라 Intensity는 1, Illuminance는 10 내외의 증가를 나타내었다. 삼각형, 사각형, 오각형에서 중심축 0에서 조도 분포도가 오목한 것에 대한 대안으로 스타형 배치로 해결을 하였지만 균일도 면에선 효율이 떨어지는 것으로 확인하였다. 또한 백색광 구현은 R, G , B, G 구성된 사각형 형태 LED 배치로측정거리는 40[mm]에서 가장 좋은 백색광을 얻은 것을 확인할 수 있었다.
삼각형, 사각형, 오각형에서 중심축 0에서 조도 분포도가 오목한 것에 대한 대안으로 스타형 배치로 해결을 하였지만 균일도 면에선 효율이 떨어지는 것으로 확인하였다. 또한 백색광 구현은 R, G , B, G 구성된 사각형 형태 LED 배치로측정거리는 40[mm]에서 가장 좋은 백색광을 얻은 것을 확인할 수 있었다. LED를 사용한 BLU에서 백색광 구현과, 균일한 휘도 설계에 도움을 줄 것으로 예상된다.

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