Channel letter용 High Power LED Module 개발하기 위하여, 1W 백색(단색) LED 1EA LED Module과 1W 백색(단색) LED 3EA LED Module, 3W RGB LED 1EA LED Module에 대한 3종의 제품 개발하고, 고효율 RGB LED SMPS 회로 설계, 광색 가변을 위한 RGB LED 최적 배치 및 렌즈 설계, 고출력 1W LED Module 방열 설계 및 기구 개발, SMPS 회로 및 RGB LED 배열 회로 통합 시제품 직접 제작하였다, 신뢰성 평가 및 성능 시험 등을 실시하였으며, T자형 Channel letter에 기존 고휘도 LED Module과 개발된 고출력 LED Nodule을 동시에 적용한 결과, 기존 고휘도 LED Module를 사용하였을 경우에는 $1W{\times}10$개로 10W의 전력을 소비하였으나 개발된 고출력 LED Nodule은 $3W{\times}3$개로 9W의 전력을 소비하였으며 1W의 에너지가 절감되었음에도 불구하고 평균 휘도는 약 2.5배, 균제도는 1.43 배가 더 우수한 결과를 얻었다.
많은 기업들이 사업화를 추진하고 있는 LED 조명은 대표적인 녹색에너지 기술로 현재 우수한 제품들이 비교적 많이 공급되고 있다. 그러나 방송영상용 LED조명은 일반 가로등, 광고용 또는 운송기구용 LED조명 장치들에 비해 출력이 높으면서 휴대가 간편해야한다. 따라서 방송영상 촬영 시 크기가 크고 취급 또한 불편한 할로겐등과 형광등의 대체광원으로 LED를 사용한다면 장비의 경량화를 통하여 방송영상조명 장비산업의 활성화가 될 것으로 예측된다. LED 모듈 보드는 양산성과 칩 마운터의 SMT 생산 가능 사이즈를 고려한 후 모델별 제품의 전체적인 사이즈를 고려하여 보드 사이즈를 결정하였다. 본 논문에서는 80W 보드를 제작해기위해 20W LED보드 4장을 세로로 배치하였다. 즉 모델별 LED 모듈 보드 사이즈를 공용화하여 120W, 200W의 고출력 LED 조명장비를 보드 수의 증가로 선택할 수 있다.
최근 LED 기술을 활용한 LED 조명은 밝기와 수명 및 저전력이라는 장점으로 인하여 현재 시중에 급속도로 퍼저 나가고 있다. 이러한 LED를 조명으로 사용하기 위한 기반 기술은 SMPS(Switching Mode Power Supply) 설계 기술이라 할 수 있다. 또한 LED 성능은 입력 전원 상태 및 LED 조명의 부하 조건에 따라 오차가 발생하여 LED등의 균일한 밝기를 유지하는데 기술적으로 많은 어려움이 있다. 본 논문에서는 12[W] 급 LED 다운 라이트에 대하여 LED SMPS의 전류 출력에 대하여 정전류제어를 함으로서 입/출력 조건의 변동에 대응하여 보다 안정적인 LED 등의 균일한 밝기를 유지하기 위한 12[W] 급 LED 다운 라이트용 SMPS에 PFC(Power Factor Correction) 회로를 추가하여 역율을 개선을 하며, 전압 위상에 따른 전류 위상 분포를 규일 비율로 제어 하여 보다 안정적인 밝기를 제공하는 12[W] 급 LED 조명용 SMPS를 개발하여 상품화를 제안하고자 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.
We proposed 50W-LED modules of using Heat-pipe and Stack-fin and produced LED modules was evaluated heat dissipation characteristics with comparison of the conventional die-casting type. It verified the application of products by applying it to 150W-LED road luminaires through simulation. The LED module was measures aimed design temperature of the Stack-fin and showed 26% upward heat dissipation effect than a conventional die-casting type. The luminous efficacy of 150W-LED road luminaires using this LED module reached over 112lm/W, and the simulation results showed average of horizontal luminance, overall luminance uniformity($U_O$) and lane luminance uniformity($U_I$) that is suitable for five-lane road with the KS standards.
20W 급 LED Tube의 개발을 위하여 LED Package의 광효율이 70lm/W이상을 갖는 Package를 자체 제작하고 이를 적용하여 LED Tube의 광학, 방열 및 기구 구조 설계를 하여 시제품을 제작하였다. 그 결과 시제품의 성능은 광속 1081 lm, 상관색온도 6818 K, Ra 75.71이 성능을 갖는 20W LED Tube를 개발하였다.
In this study, optical analysis for 100W LED safety street lighting was conducted. Experimental research on such single LED was the first undertaken. simulation modeling based on optical properties of single LED has compared single LED product also designed 100W simulation modeling has compared average road illuminance with Korean Industrial Standards for LED safety street lighting(KS C7658:2009). 100W safety street lighting (model: CE180-ST-OS) designed by simulation has been also compared between product and 100W simulation modeling, and error rates have showed average 5.6[%]. Designed 100W LED safety street lighting base on simulation modeling was proven by comparison experiments. Through the simulations and the corresponding analysis, it was found that the tested 100W LED safety street lamp had reasonable performance. Design method for LED safety Street lamps have been summarized, based on the optical analysis.
차세대 친환경 조명인 LED소자는 온도가 올라갈수록 LED의 발광효율이 떨어지고 $80^{\circ}C$이상 올라갈수록 수명이 감소하고 스펙트럼선의 파장이 본래의 파장보다 장파장 쪽으로 이동하는 Red Shift현상 및 $T_j$ 상승에 따라 광 출력이 감소되는 큰 문제점이 대두되고 있어 열을 최소화 할 수 있는 방열설계 연구가 진행 중이다. COB Type LED의 경우 보드에 LED 칩을 직접 결합시켜 열 저항을 낮췄지만 주거용 13.5W의 경우 방열판을 통해 발열 문제를 해결해야한다. 본 논문에서는 주거용 13.5W COB LED 다운라이트에 맞게 Heat Sink를 설계하고, 그 설계한 Heat Sink와 13.5W COB를 패키징하여 Solidworks flow simulation을 통해 최적의 Fin두께를 선정하여 접촉식 온도계를 사용한 열적 특성을 분석 하고 평가 하였다.
방송 조명 카메라 촬영 시 텅스텐 할로겐 조명기가 너무 뜨겁고 전기용량이 많이 소비되어 전기에너지 절약 및 영상의 질을 향상 시키고자 방송 조명 등기구를 36[W]급 LED로 대치하고자 연구하였다. 그리고 다음과 같은 결과를 얻었다. 방송조명에서 사용되는 할로겐 1[kw]조명 등기구 보다 36[w] LED 등기구 조도가 떨어진 반면 파사체 부분의 조도는 높아진 것을 불수 있었고, 영상이 매우 부드럽고 환하게 나타나는 것을 볼 수 있었다.
신성장 동력 산업으로 분류된 LED 조명등은 점차 수요가 확대되고 있으나 본격적인 대중화를 이루기 위해서는 여전히 LED 방열 설계 최적화를 통한 긴 수명과 고효율 확보가 매우 중요하다고 하겠다. 본 연구에서는 기존 10W LED 조명등에 비하여 방열 성능이 더욱 개선된 LED 조명등을 개발하고자 하였다. 이를 위하여 기존 램프의 방열 성능 실험을 통하여 수치해석 모델을 완성하였고 이러한 수치 모델을 이용하여 방열핀 형상, PCB 종류 및 LED 개수 등과 같은 방열 설계 인자들을 최적화하였다. 또한, 시제품을 제작한 후 방열 성능을 실험으로 검증함으로써 방열 성능이 획기적으로 개선된 10W LED 조명등을 성공적으로 개발하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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