마이크로파 방전 무전극 황전등은 마그네트론에서 발생된 마이크로파로 이원자 황을 여기하여 방출되는 빛을 조명에 사용하는 차세대 조명기구이다. 이원자 황에서 방출된 빛은 자외선과 적외선이 매우 적고 가시광선 영역에서 연속적인 분광 분포를 가지며 발광 효율은 100[1m/W] 이상으로 매우 높다 본 논문에서는 전력연구원에서 국내 최초로 개발한 마이크로파 여기형 무전극 방전등을 소개한다. 방전구의 회전, 방전전력과 압력의 조정, 및 Na 등의 첨가를 통해 전등의 상관색온도를 가변(2,500 - 10,000 K 범위)하였다. 아울러 연색성 평가수를 90 이상으로 개선 할 수 있음을 보였다.
본 조사 연구에서는 박물관 사용 조명에 대한 조사 방법이 주로 조도에 국한된 것에서 나아가 조도, 휘도, 연색성 등 좀 더 다양한 항목의 조사를 통해 조명에 대하여 객관적으로 평가하고자 하였다. 특히 이번 조사에서는 박물관 조명이 가지고 있는 문제점을 시각적으로 측정하여 도출하였고, 박물관의 조도 기준에 적합하면서도 쾌적하게 관람할 수 있는 조명에 대하여 제시하고자 하였다. 물론 앞으로도 박물관의 조명은 문화재의 보존이 우선시 되어야 하지만 효과적인 관람을 위해 휘도와 색온도, 연색성 등을 같이 고려하여 조명하는 것이 안전하면서도 효과적인 전시가 될 것이다.
본 연구에서는 방송 촬영용 LED Spot 조명기기를 두 가지 형태로 개발하여, 현재 방송용 스튜디오 조명기기가 설치되어 있는 공간에서 다수 사용되고 있는 영국의 Arri사 650W와 1000W Fresnel Spot 조명기기와 조도, 색온도, 연색성 등의 비교 데이터 측정과 피사체의 촬영 시 영상 및 연색성에 따른 색상을 비교 측정하였다. 그리고 방송 촬영용으로 LED Spot 조명기기가 대체 가능한지를 판단하기 위하여 성능평가분석 하였다. 실험평가에서 할로겐 조명기기의 대체용으로 LED Spot 조명기기의 가능성을 확인하였다.
광원의 상관색온도와 연색성을 측정할 수 있는 간단한 시스템을 개발하였다. 전원전압과 전원주파수 변동시 백열전구와 각종 형광등의 색온도 및 연색성이 변화하는 경향을 측정하였다. 측정 결과, 통상 발생될 수 있는 전압변동의 범위 내에서 백열전구와 형광등의 색온도는 비교적 많이 변화하나, 연색평가수는 거의 변화하지 않는 것을 알 수 있었다. 또한 50kHz 까지의 주파수 변동 범위에서 형광등의 색온도와 연색성은 변화가 적었으나. 50kHz 이상으로 되면 많은 변화가 있을 것으로 예측된다.
본 연구에서는 방송 촬영용 LED Spot 조명기기를 두 가지 형태로 개발하여, 현재 방송용 스튜디오 조명기기가 설치되어 있는 공간에서 다수 사용되고 있는 영국의 Arri사 650W와 1000W Fresnel Spot 조명기기와 조도, 색온도, 연색성 등의 비교 데이터 측정과 피사체의 촬영 시 영상 및 연색성에 따른 색상을 비교 측정하였다. 그리고 방송 촬영용으로 LED Spot 조명기기가 대체 가능한지를 판단하기 위하여 성능평가분석 하였다.
최근 에너지 절감과 친환경 정책에 따라 LED조명에 대한 관심이 높아지면서 방송제작 현장에서도 LED조명의 활용이 많아지고 있다. 방송조명은 출연자의 인물을 사실적으로 재현하고, 영상의 전체적인 분위기와 느낌을 자연스럽고 감성적으로 표현하는 것이 중요하다. 특히 TV 스튜디오에서 요구되는 LED조명의 중요한 광원 특성은 연색성, 색온도, 조도의 평탄도, 색공간 균일성 등이다. 이에 본 논문은 방송현장에서 요구하는 광원특성을 기초로 제정된 TTA(한국정보통신기술협회)의 "방송용 LED조명 인증기준"에 따라서 기존의 할로겐 조명 및 국내 외 제조사별 LED조명 기구의 특성을 측정하여 비교분석 하였다.
이 논문은 LED 조명을 방송용 광원으로 실용화하는 과정에서 필수적으로 고려해야 할 기술적 측면에 대한 고찰이다. 방송용 LED 광원의 실용화를 위한 기술적 개발은 사실적이고 자연스러운 영상, 특히 방송 영상의 대부분을 차지하는 인물의 얼굴색을 사실적으로 재현하는 것을 목표로 한다. 이 목표를 달성하려면 LED 조명의 고효율과 분광분포 특성이 최대한으로 자연광에 가까워야 한다. LED를 스튜디오 방송조명의 광원으로 활용하기 위해서는 조도, 연색성, 색온도, 색공간, 디밍 커브, 배광 곡선, 소음과 관계한 구체적인 기술적 특성이 요구되고 있다.
UV용 청색 형광체 $CaMgSi_2O_6:Eu^{2+}$를 환원 분위기 속에서 고상반응법(Solid-state reaction)으로 합성하였다. 합성된 형광체의 결정성을 확인하기 위해 X-선 회절(X-ray diffraction) 패턴 측정결과 C2/c(15)의 공간군과 단사정계(Monoclinic) 구조를 가지는 JCPDS No.75-1092와 일치하는 단일상임을 확인하였다. 광 여기 및 발광 스펙트럼을 통하여 350 nm 부근에서 최대 흡수치가 나타나며, 450 nm의 청색 발광을 보인다. 이는 $Eu^{2+}$이온의 $4f^7-4f^65d$의 천이에 기인한다. 온도에 따른 형광체의 발광 스펙트럼을 확인한 결과 $100^{\circ}C$에서 54%의 휘도 유지율을 보였다. 상기 합성된 $CaMgSi_2O_6:Eu^{2+}$와 400 nm의 Ultra Violet 발광 다이오드를 이용하여 상용 녹색, 적색 형광체와 혼합하여 백색 LED를 구현 하였다. 구현된 백색 LED는 구동 전류 350 mA, 구동 전압 3.45 V에서 색좌표 x=0.3936, y=0.3605, 색온도(CCT) 3500 K, 연색성(CRI) 87, 발광 효율 18 lm/w로 나왔다. 또한 400시간 기준 수명 시험 결과 초기광도 대비 97%의 유지율을 보였다. 따라서 본 연구를 통해 합성한 청색 형광체 $CaMgSi_2O_6:Eu^{2+}$는 UV LED기반의 백색 조명용 형광체로서의 가치가 있는 것으로 생각된다.
A computer program to calculate the color temperature (To) and color rendering index (Ra) of the light source was developed. Using this program and a measuring system with a monochromator and a integrating sphere, To and Ra of incandescent lamp and fluorescent lamp was calculated. As a result, it is known that To of the I/L and the F/L with a reactor ballast is changing about 40˚K with varying source voltage of 5 V. Ra variations of these lamps have a trend but can be disregarded.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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