[논문]실내조명용 LED 광천장 조명기구 설계

김기훈; 김진홍; 송상빈

문제 정의

본 논문에서는 실내 전반 조명용 LED 광천 장 모듈 설계를 위해서 실내조명의 기준과 요건을 조사하고 LED 광천장 모듈이 광학적으로 달성해야 할 목표배광의 설정을 위하여 실내 전반조명에 사용되는 조명제품의 배광 성능을 조사하였다. 그리고 광천 장 모듈에 적용될 0.

제안 방법

다음의 그림 2와 표 4는 이들 제품의 배광과 광학적, 전기적 성능측정 결과를 나타내고 있다. 0.2W 의 포탄형 LED는 sanple 하나만을 선정하여 측정 데이터로 활용한다면 생산되는 LED Package 전체에 대한 신뢰성이 없으므로 5개의 샘플을 선정하여 배광, 전기적, 광학적 성능을 측정하였다.
광천 장 모듈의 광학 설계를 위하여 실내 다운 라이트용 조명기구 배광의 종류를 조사하였다. 표 3은 옥내다운 라이트용 조명기구의 배광의 종류를 나타내고 있고 그림 1은 그 사례와 조명제품의 배광을 나타내고 있다.
다소 감소하였음을 알 수 있다. 그러나 감소량이 그리 크지 않으므로 그림 7과 같은 형태의 광천장 모듈을 선정하여 이후 생산 제품으로 적용하기로 하였다. 또한 이번에 개발한 광천 장 모듈의 통합형 렌즈는 LED 개별적으로 광선을 제어하기 때문에 광천 장 LED 모듈의 사이즈가 변하고, LED 개수가 변화하여도 LED 각각에 대한 렌즈 구조로 금형가공을 하면 동일한 목표 배광을 달성할 수 있다는 장점이 있다.
조사하였다. 그리고 광천 장 모듈에 적용될 0.2W 의 포탄 타입 LED Package의 광학적, 전기적 성능을 측정하여 분석하고 광천 장 모듈의 사이즈와 LED의 배열 방식을 결정하였다. 또한 목표 배광의 달성을 위한 광학 설계를 실시하고 설계된 LED 광천 장 모듈을 가지고 사무실 작업 면의 조도분포, 평균 조도, 균제도 등을 계산하여 사무실 조명설계를 하였다.
2W 의 포탄 타입 LED Package의 광학적, 전기적 성능을 측정하여 분석하고 광천 장 모듈의 사이즈와 LED의 배열 방식을 결정하였다. 또한 목표 배광의 달성을 위한 광학 설계를 실시하고 설계된 LED 광천 장 모듈을 가지고 사무실 작업 면의 조도분포, 평균 조도, 균제도 등을 계산하여 사무실 조명설계를 하였다.
본 연구에서는 조명광학 설계 전용 프로그램인 Photopia 2.0과 조명계산 전용 프로그램인 LumenMcro 2000을 활용하여 LED 광천 장 모듈의 통합형 렌즈를 설계 하고 사무실에 적용하여 작업 면의 조도를 계산하였다. 광학설계 결과 실내 전반조명의 요건을 만족시키는 배광을 구현하였으며, 조도 계산 결과 사무실조명의 조도 기준을 만족시키기 위한 LED 광천장의 개수는 100x100mm의 0.
지금까지 수행한 LED 광천 장 모듈을 가지고 실제 사무실에 적용하여 조도 및 균 제도를 계산하였다. 조명계산에 이용된 프로그램은 LumenMicro 2000이다.

대상 데이터

LED 광천 장 모듈에 적용하기 위한 LED Package는 국내 L(사)에서 직접 제작한 0.2W 포탄형 5® LED로 하였다. 다음의 그림 2와 표 4는 이들 제품의 배광과 광학적, 전기적 성능측정 결과를 나타내고 있다.
광천 장 모듈의 크기는 100시 00mm, 200x50mm, 200x200mm 등 3가지로 설계하기로 하였다. LED 배치는 100x100mm의 모듈 크기에 대해서는 4개x4개를 등간격으로 배치하였고 200x50mm의 모듈 크기에 대해서는 2개x8개를 등간격으로 배치하였다 또한 200x200mm 의 모듈 크기에 대해서는 8개 개를 등간격으로 배차하였다.
실시하였다. 그림 1의 목표 배광을 달성하기 위한 LED 개별 렌즈의 형상은 그림 5와 같으며 렌즈 재료는 Standard acrylic으로서 굴절율 1.49이다. 조명용 렌즈 재료로는 Standard acrylic이 가장 일반적이므로 이와 같은 재료로 사용하였으며 렌즈 경사면의 역할은
2W 포탄 타입의 White LED> 그림 3과 같이 배치하였을 때의 배광곡선과 Ray tracing 결과는 그림 4와 같다. 시뮬레이션에 사용된 소프트웨어는 Photopia 2。이고 시뮬레이션에 적용된 LED 모듈의 크기는 100x100mm 크기의 LED 4개 x4개가 배열된 형태이다. 200x200m, 200x50mm 크기의 시뮬레이션 결과도 동일한 배광으로 시뮬레이션 되었으므로 특별히 본 문에서 제시하지는 않는다.

이론/모형

65m 간격으로 배치하였을 때의 조명기구 배치도를 나타내고 있다. 조명기구의 배치는 지그재그 식으로 배열하였다. 그리고 이때의 사무실의 작업 면 조도 분포는 그림 10과 같고 사무실 내 작업면의 조도분포 값을 표로 나타내면 표 5와 같다

성능/효과

0과 조명계산 전용 프로그램인 LumenMcro 2000을 활용하여 LED 광천 장 모듈의 통합형 렌즈를 설계 하고 사무실에 적용하여 작업 면의 조도를 계산하였다. 광학설계 결과 실내 전반조명의 요건을 만족시키는 배광을 구현하였으며, 조도 계산 결과 사무실조명의 조도 기준을 만족시키기 위한 LED 광천장의 개수는 100x100mm의 0.2W 16개의 LED가 포함된 광천장 모듈을 사용할 경우 약 100대가 설치되어야 한다.
231mAV 보다 매우 높다. 따라서 발광효율 면에서는 0.2W 포탄형 White LED가 1W Lambertian White LED 보다 매우 우수하다는 것을 알 수 있다. 그리고 지향각이 1W Lambertian White LED의 경우에는 약 119°, 0.
그러나 감소량이 그리 크지 않으므로 그림 7과 같은 형태의 광천장 모듈을 선정하여 이후 생산 제품으로 적용하기로 하였다. 또한 이번에 개발한 광천 장 모듈의 통합형 렌즈는 LED 개별적으로 광선을 제어하기 때문에 광천 장 LED 모듈의 사이즈가 변하고, LED 개수가 변화하여도 LED 각각에 대한 렌즈 구조로 금형가공을 하면 동일한 목표 배광을 달성할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 LED의 종류가 변화하여 LED 자체의 배광이 변화하면 렌즈 경사면의 기울기와 세그먼트의 길이는 변화시켜야 한다.

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