본 연구의 목적은 형광등조명기구와 LED 조명기구와의 물리적 특성을 비교하여 LED조명기구의 기본적인 특성을 분석하는데 있다. 여기서 두가지 조명기구의 균제도 및 휘도분포 측면에서 비교 분석하여 LED조명기구를 건축실내공간에 적용하기 위한 자료를 작성하였다. 연구는 4단계로 나누어 진행하였다. 첫째, 기존의 조명기구와 비교한 LED조명광원의 이론적인 검토를 하였다. 둘째, 연구의 목적에 부합되도록 실험변인을 조절할 수 있는 실물대모형(Mock-up)을 제작하였다. 셋째, 설치된 실물대의형을 이용하여 조명기구별 균제도 휘도분포를 측정하였다. 최종적으로, 기존의 형광등기구와 LED조명기구간의 균제도 휘도분포 특성을 비교분석하였다. 연구결과 LED조명기구가 균제도 0.569로 기존 형광등조명기구의 균제도 0.522보다 높아 균일한 조도분포 특성을 보이고 전반확산이 양호한 것으로 나타났다. 또한 휘도분포를 측정한 결과 LED조명기구가 보다 균일한 휘도분포 특성을 보였고, 벽면의 휘도분포는 형광등조명기구에 의한 최대휘도가 $180.6[cd/m^2]$, LED조명기구는 $155.26[cd/m^2]$로 형광등이 높고, 평균휘도는 형광등조명기구가 $44.32[cd/m^2]$, LED조명기구가 $58.65[cd/m^2]$로 LED조명기구가 높게 나타났다. 이상의 결과로 볼 때, LED조명기구가 형광등조명기구보다 재실자에게 보다 쾌적한 작업환경을 구성할 수 있는 조명이라 판단된다.
현재, 새로운 조명광원으로서 백색 LED가 기대되고 있으며, 이를 이용하는 조명이 확대되어 실용화 될 것으로 예상된다. LED 광원을 이용하여 조명기구를 제작하고 이것을 실내조명으로 사용할 때 조명기구에 의한 글레어가 편안함을 주는지 불편함을 주는지에 대한 평가가 요구된다. 실내 조명환경에 대한 불쾌글레어를 평가하기 위해 UGR(Unified Glare Rating)을 추천하고 있다. 그러나 균일한 글레어 광원의 평균휘도를 이용하여 계산된 종래의 불쾌글레어 평가법들은 불균일한 휘도를 갖는 LED 조명기구에 대해서는 적용하기 어렵게 될 것으로 판단된다. 그래서 UGR를 이용하였을 경우, 균일한 휘도를 갖는 조명기구와 불균일한 휘도를 갖는 조명기구에 대해서 어떠한 차이가 있는지 다음의 불쾌글레어의 주관평가 실험을 수행하였다. 평균휘도가 같고 최대 휘도와 최소 휘도가 다른 조명기구(균일한 휘도를 갖는 조명기구 1종과 불균일한 휘도를 갖는 조명기구 2종)를 글레어 광원으로 사용하였다. 입체각(${\omega}$)과 위치지수(Position Index)를 고정시키고 배경휘도($L_b$)와 광원휘도($L_s$)를 임의로 변화시켰다. 주어진 환경에서 피험자로 하여금 얼마나 편안하진 또는 불편한지에 대한 느낌을 값으로 평가하도록 하였다. 우선, UGR과 주관평가 사이에 차이가 나타났으며, 이는 동 서양에 따른 문화적 및 생리적 차이에 기인한다고 생각된다. 다음으로 균일한 휘도를 갖는 조명기구보다 불균일한 휘도를 갖는 LED 조명기구가 더 높은 값을 할당 받아 LED 조명기구가 불쾌감을 더 유발시키는 것으로 나타났다. 또한 LED 소자 간격에 따른 영향은 글레어 광원의 휘도가 높아질수록 크게 나타났으며, 배경휘도에 대해서도 광원의 휘도가 높아질수록 LED 소자 간격의 차이에 의한 영향이 나타났다. 따라서 UGR식은 균일한 휘도를 갖는 조명기구에 적용하기에는 적합하지만, 불균일한 휘도를 갖는 조명기구에 적용하기에는 부적합하다고 판단된다.
최근 들어 기존 조명기구를 대신하여 LED 조명기구가 크게 각광을 받고 있다. 이는 LED의 장점인 낮은 소비전력과 긴 수명 때문인 것으로 생각된다. 하지만, 빛을 확산시켜야 하는 조명관점에서 본다면 LED 조명기구에도 개선해야 할 부분도 많아지는 것도 사실이다. 본 논문에서는 LED 조명기구에서 빛의 확산을 위해 사용되어지는 고가의 반사판에 대해 실제 개발된 조명기구의 배광곡선 분석과 시뮬레이션을 통해 확산효과를 면밀히 분석함으로써 향후 LED 조명기구의 설계에 있어서 기술 및 경제적 관점에서 도움을 주고자 한다.
본 연구에서는 무대 방송용 LED 스폿 조명기구를 자체적으로 설계, 제작하여 조도, 배광 및 색온도를 측정하였으며, 동일한 피사체를 LED 조명과 텅스텐 할로겐 조명을 번갈아 설치하여 인물의 영상을 카메라로 촬영한 영상을 비교하여 LED 조명기구의 대체 가능성을 연구하였다. 촬영한 피사체를 분석한 결과 LED 144[W] 조명기구가 텅스텐 할로겐 1[kW] 조명기구보다 더 영상이 밝기와 색감 면에서 더 우수하였다. 144[W] LED조명기구와 텅스텐 할로겐 1[kW] 조명기구의 사용 에너지를 측정한 결과 동일 조도기준으로 LED가 80[%] 이상의 에너지 절약효과가 있는 것으로 나타났다. 할로겐 텅스텐 1[kW] 조명기구와 LED 144[W] 조명기구의 배광과 조도 분포를 비교 검토한 결과 피사체를 집중적으로 조명하는 경우, 피조면의 조도가 높아 효과적인 조명이 가능하다. 6[m]정도 천고의 공연장이나, 스튜디오에서는 LED144[W] 조명기구는 조도 문제가 없어, 기존의 텅스텐 할로겐 1[KW] 조명기구를 1:1로 대체하는 것이 가능하다.
이 원고는 Toshiba Lighting&Technology(주) LED사업부 LED기술총괄부 LED광원기술부 광원기술 제2담당인 오가와 코우조우씨가 월간 Optronics(통권 349호)에 기고한 내용이다. 본고에서는 현재 급속히 보급이 확대되고 있는 백열전구치환의 LED전구 LED유닛과 업계 최초로 HID램프사용 Downlight 치환의 LED Downlight에 대해서 LED조명보급을 위한 제품 콘셉 및 LED조명기구에 대한 광학설계를 소개했다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제35권5호
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pp.654-660
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2011
본 논문에서는 함정용 노출 방수형 형광등기구 대체를 위한 LED 조명기구의 설계방안에 대하여 연구하였다. 조명기구에 대한 한국산업규격(KS), 국방규격(KDS) 및 미국방규격(MIL)의 안전 및 성능 요구사항을 비교하였다. LED 등기구의 설계기준을 도출하기 위하여 기존 형광등기구의 소비전력, 총광량 및 배광 등 전기 광학적 특성을 실험적으로 분석하였다. 기존 조명기구의 성능을 기초하여 4가지 LED 조명기구를 시제작하였다. 기존 형광등에 비해 소비전력은 44~51 [%] 절감되고, 총광속은 8~13 [%] 증가하는 함정용 LED 조명기구의 설계방안을 제시하였다.
RGBY LED PKG를 이용하여 무대 사용을 위한 100W 급 LED 조명기구를 설계하고 무대에 적용하였을 때의 조명 환경을 예측, 분석 하였다. 이를 위하여 색온도 및 광색가변에 적합한 4 in 1 LED Package를 선정하고, 이를 이용하여 광원모듈을 구성하였으며, 또한 무대조명에 적용하기 위한 렌즈를 제작하였다. 이러한 LED 조명기구를 또한 무대조명에 적용하여 조명상황을 시뮬레이션 하고 무대 또는 객석에서의 평균조도 및 조도균제도 등을 계산하였다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제40권9호
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pp.812-817
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2016
본 논문은 함정용 LED 조명기구의 전기적, 광학적 요구사항을 제시하고 실증으로 요구사항 만족여부를 확인하였으며, 2012년 함정에 최초 적용된 이후 현재까지 비용 효과를 분석하였다. 함정용 LED 조명기구의 요구사항을 도출하기 위하여 한국산업규격(KS), 국방규격(KDS) 및 미 해군규격(MIL)의 요구사항을 비교하여 함정용 LED 조명기구의 요구사항을 제시하였다. 형광등기구와 LED 조명기구의 전기적 특성과 광학적 특성을 실험으로 분석하여 요구사항 적용 타당성을 검증하였고, 제시된 함정용 LED 조명기구의 요구사항으로 A1함정에 주 조명등으로 설치되었다. LED 조명기구로 설치된 이후 형광등에 비해 소비전력은 약 40% 감소되었고, 광속은 10 ~ 15% 증가하였다. 또한, 2012년에서 2015년까지 함정 10척에서 약 4,900개의 형광등기구가 감소되는 효과가 있었고, 약 5.6억원의 절감효과를 확인하였다. 향후 지속적으로 함정에 LED 조명기구를 설치하고 있어 많은 절감효과가 기대된다.
LED를 광원으로 사용하는 조명기구는 용도에 맞는 적합한 배광을 가져야 한다. LED 조명기구의 배광을 달성하는 LED 2차 렌즈의 설계를 위해서는 LED의 기본 배광이 고려되어야 하며 일반적으로 기본 배광은 LED 돔의 형태에 따라 달라진다. 일반적으로 사용되는 램버시안 배광을 갖는 LED를 기본으로 하여 돔 형태 및 기본배광이 다른 각각의 LED에 대한 2차 렌즈를 설계하고 시뮬레이션을 통해 그 성능을 평가하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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