한국산업기술대학교가 주최하고 (주)모던하이테크가 후원한 '글로벌 COB형 LED 조명 솔루션 기술교류회'가 지난 7월 6일 한국산업기술대학교 TIP 아트센터에서 개최됐다. 이에 (주)모던하이테크는 독일 옵시라(opsira) 제품을 전시하였으며, 강연자로 옵시라의 폴케르 슈마커(Volker Schumacher) 대표를 초청해 'Near-field 측정과 COB 광원 모델링'을 주제로 강의를 진행했다.
LED 기술의 발달은 LED를 광원으로 하는 기존의 등명기의 광달거리를 현저히 증가 시키게 되었다. 물론 이를 위해서는 발달된 LED광원 뿐만 아니라 이를 집광 시킬 수 있는 렌즈의 개발, 열에 취약한 LED의 방열을 해결 할 수 있는 방열 구조의 개발 등, 전체적인 기술 개발을 동반해야한 한다. 이를 적용한 고광도 등명기는 기존의 배후광이 심한 지역 및 육지초인 표지에 사용할 수 있으며, 이러한 제품의 개발은 국내 제품의 기술력 및 성능을 향상 시키고 이를 바탕으로 해외 시장에 진출할 수 있는 계기를 마련 할 수 있다.
종래의 전구식 등명기의 경우 중량이 많이 나갈 뿐만 아니라 전구의 교체시기가 짧고 전력소모가 심하다는 문제가 있었다. 또한 5mm 포탄형 저휘도 LED램프의 경우에는 수명이 길고 저전력이라는 장점이 있으나, 근래에는 해상의 배후광이 높아져 개당 소비전력이 1W(와트) 이상인 고휘도 파워 LED를 광원으로서 채택하는 등명기가 등장하고 있는 실정이다. 그런데, 이러한 고휘도 파워 LED의 경우 종래의 포탄형 LED에 비하여 광도는 매우 높으나, 소비전력이 상대적으로 매우 높으며, 그에 따라 발열이 심하다는 문제가 있다. 따라서, 고휘도 파워 LED를 채용하여 등명기의 광도를 높이는 경우에는 반드시 방열 문제를 고려해야 한다. 그렇지 않으면, 고휘도 파워 LED의 발열로 인하여 제품이 안정적으로 구동할 수 없으며, 결국에는 관련 부품의 고장이나 파손으로 이어지기 때문이다. 본 연구는 종래의 전구식 램프나 저전력 포탄형 LED램프를 대체하여 고휘도 파워 LED램프를 광원으로 적용함에 있어, 등명기의 중량을 증가시키지 않는 구조로서 보다 효과가 우수한 방열기술을 개발하기 위한 것이다.
고체기반 조명인 LED를 적용시킨 건축조명 설계사례는 최근 수적으로 증가하고 있으나, 조명기구의 개발 및 설계적용기법은 새로운 광원에 적합하지 못한 경우가 많다. 본 논문에서는 디지털 기술로 제어되는 조명설계기법 관련 요소를 살펴보고, 디지털 광원 모듈을 개발하여 건축조명설계에 적용해봄으로써 센서와 연동되는 인터랙티브 라이팅 기법의 효용성을 검토하였다. 자연의 아날로그적 변화를 센서로 검출하여 연출하는 인터랙티브 라이팅은 디지털 기술이 조명대상공간을 획일화시킬 수 있다는 부정적 측면을 극복할 수 있는 하나의 새로운 대안이 된다 하겠다.
이제까지 주로 LCD가 대화면화가 진행될 때 CCFL의 기술 개발 동향을 살펴 보았다. CCFL lamp는 LCD module의 BLU에서 광원으로 중요한 자리를 차지해 왔고, 원가 절감 및 성능향상이라는 목표로 지속적으로 기술 개발이 되어 왔다. 하지만 현재 LCD TV가 FPD 시장의 주도적인 역할을 하기 위해서 혁신적인 기술 개발이 요구되어서 EEFL, FFL, LED 광원, CNT 광원 등의 다양한 형태의 광원이 CCFL의 자리를 넘보고 있는 실정이다. 이에 CCFL 메이커들 또한 다른 광원들의 장점을 CCFL 내에서 구현하고, 자신만이 가지고 있는 기술로 주력광원으로서의 자리를 잃지 않기 위해 기술 개발이 더욱 빠르게 이루어져 가고 있다.
LED는 저 전력, 긴 수명, 고 휘도, 빠른 응답, 친환경적인 특성의 여러 장점을 갖고 있기 때문에 청색과 녹색 LED는 교통신호, 옥외 디스플레이, 백색 LED는 LCD 후면광 등의 응용 제품에 사용되고 있다. 여기서 LED의 성능을 향상하기 위하여 출력전력과 소자의 신뢰성을 높이고, 동작전압을 낮추어야 LED 칩의 고효율화가 이루어져야 하는데, 이는 에피택셜층, 표면요철, 패턴이 있는 사파이어 기판, 칩 설계의 최적화, 특수 공정의 개선 등의 기술이 우수해야 한다. 본 연구에서는 측면 에칭 기술과 절연층 삽입기술을 이용하여 사파이어 에피 웨이퍼 위에 GaN-기반 백색 LED 칩을 제작하여 그 성능을 조사하였다. LED 칩의 성능을 개선하기 위한 최적화 설계와 CBL(current blocking layer) 삽입 기술의 개선된 공정을 통하여 LED 칩 성능의 향상을 확인할 수 있었으며, 출력 전력은 광 출력 7cd, 순방향 인가전압 3.2V의 값을 얻었다. 현재의 LCD 후면광원으로 사용되고 있는 LED 칩의 출력에 비하여 성능이 개선되었으며, 의료기기 및 LCD LED TV의 후면광원으로 사용할 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구에서는 유리 온실에서 자연광과 인공 광원 (LED ; PROLED사(社) L6201, L6203)를 활용한 상추를 재배하는 경우, 자연광 및 인공광원의 효과를 극대화 하고 최적 조건을 얻기 위해 여러 가지 조명 시뮬레이션 소프트웨어들 중에서 DIAlux 프로그램을 이용하여 자연광 및 인공 광원을 고려한 조명 시뮬레이션을 하였다. 유리 온실의 제작 시 배향 각도에 대한 시뮬레이션 결과를 보면, $90[^{\circ}]$(북남방향)로 설치하는 것이 좋고, 유리 온실의 유리 재질의 투과율에 따른 시뮬레이션 결과 유리 재질의 투과율이 높을수록 자연광 효과는 크게 됨을 알았다. 유리 온실에서 상추를 기준 하여 재배 시 인공 광원만을 활용 할 경우 대비 자연광 효과를 활용하여 인공 광원 (LED)으로 상추 재배 시 소비 전력 측면 41% 수준의 전력 소비로 가능함을 알았다. 이 결과로 부터 에너지 절약형 유리 온실에서 상추를 재배하는 방안을 제시코자 하고자 한다.
터널은 주·야간 모두 인공조명을 사용해야 되는 특성으로 인해 에너지 소비가 가장 많이 발생하는 도로 공간으로, 전기요금 절감 등을 위해 기존 터널조명 광원 대비 낮은 소비전력, 장수명의 장점을 갖는 LED램프로 교체 중에 있다. 터널구조물은 공용 중 부속시설 교체라는 일련의 중장기적이고 지속적인 과정이 수반되므로, 시설물 공용기간 동안의 생애주기비용을 고려해야 사회간접자본의 효율적인 활용을 기대할 수 있다. 따라서 본 연구에서 터널 조명광원을 고압나트륨램프에서 LED램프로 교체 시 LCC측면의 절감효과를 정량적으로 분석하였으며, 터널 조명 광원을 LED램프로 교체 시 램프의 수명증대에 의한 교체주기 감소 및 이로 인한 유지관리 비용 감소효과가 매우 큰 것으로 나타났다.
터널구조물의 특성상 터널조명은 일반 도로의 조명과 달리 주간에도 조명이 필요하므로, 터널 유지관리 비용 가운데 터널조명을 위한 전력요금은 가장 높은 비율을 차지하고 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 유지비용 절감 등을 위하여 터널조명을 낮은 소비전력, 장수명 등의 장점이 있는 LED램프로 교체 중에 있다. 본 연구에서는 기존 터널조명이 고압나트륨램프인 10개소 터널을 대상으로 터널조명 광원을 LED램프로 교체 시 효과 분석을 위하여, 광원 교체 전·후 터널 조도측정결과 및 1년간의 월별 전력사용량을 조사하였다. 터널조명 광원을 고압나트륨램프에서 LED램프로 교체 후 조도는 27.9~490% 향상되었으나, 터널조명용 전력사용량은 평균 47.1% 감소한 것으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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