Microsoft Word - 황규석.doc

Size: px

Start display at page:

Download "Microsoft Word - 황규석.doc"

용준 정
5 years ago
Views:

1 LED 조명시스템기술 황규석 * 황보승 ** 정주현 *** 이영환 **** LED 조명시스템분야는최근 LED 의기술개발수준이이미 150lm/W 의효율을나타내고있으며 2010 년에 120lm/W 이상의 LED 가상용화될것으로예상되어 LED 조명시장이급속히확대될것으로예상된다. 그러나, LED 소자의국산화율이낮고중국업체에비해가격경쟁력이취약함으로써주로내수시장에만의존하고있는형편이다. 이에따라미래거대조명시장을선도할 LED 조명에대한고효율기능성신제품개발과새로운시장개척의필요성이매우높기때문에본고에서는 LED 조명시스템의응용분야및기술개발현황에대해기술하고자한다. 목 I. 서론 차 I. 서론 조명에너지는총전기에너지의약 20% 내외를 소비하고있어서현재의고유가시대를맞이하여고 II. LED 조명시스템기술 III. LED 조명시스템개발동향 IV. 결론 효율및저전력화, 장수명등을이룰수있는 LED 조명시스템이서서히부각되고있으며, 약 100 조가넘는거대세계조명시장과 21 세기반도체조명및감성조명사회구현을지향하는시장성및기술성이매우높은산업으로 IT 기술및에너지절전시스템등과결합하여다양한분야에조명컨셉을융 합할수있는장점을가지고있으며, 친환경적산업 ( 무수은 CO 2 2 억톤 / 년절감및폐기물절감 ) 으로 공공이익을추구하는산업의한분야이다. * 남부대학교의료공학과 / 부교수 ** 호남대학교광전자공학부 / 부교수 ** * 건양대학교안경광학과 / 조교수 ** ** 전남과학대학자동차과 / 전임강사 LED 조명시스템은기존광원에비해고효율및 저전력화를이룰수있을뿐만아니라다양한구조 및배광표현, 감성조명, 광색가변, 높은색재현성 13

등의장점을가지고있으며, 일반조명, 디스플레이, 자동차, 의료, 농업등다양한분야에광학, 열, 회로, 시스템및디자인설계등 LED

특히백열등, 방전등등의기존광원시스템보다긴수명과높은효율을가지고있는 LED 조명시스템이구현되면국가적으로는에너지절감 (2010 년 1.

를나타내는큰효과가가능함과동시에문화생활의발달에따른야간활동의증가와색상과휘도를자유롭게디지털원격제어할수있는인간의심리및생리적인상태의능동조명에대한관심증가로조명분야가주목받고있는시점에서 LED

2 주간기술동향통권 1403 호 등의장점을가지고있으며, 일반조명, 디스플레이, 자동차, 의료, 농업등다양한분야에광학, 열, 회로, 시스템및디자인설계등 LED 조명의기술요소를융합함으로써신개념의응용제품을창출할수있는기술로써현재는개발초기단계로해외선진기술과의차이가비교적적고넓은분야에파급효과가크기때문에빠른기술선점이중요해지고있다. 특히백열등, 방전등등의기존광원시스템보다긴수명과높은효율을가지고있는 LED 조명시스템이구현되면국가적으로는에너지절감 (2010 년 1.4 조원 ) 및친환경효과 (836 억원 ) 를나타내는큰효과가가능함과동시에문화생활의발달에따른야간활동의증가와색상과휘도를자유롭게디지털원격제어할수있는인간의심리및생리적인상태의능동조명에대한관심증가로조명분야가주목받고있는시점에서 LED 가이를충족시킬수있다. II. LED 조명시스템기술 반도체조명분야는고효율및장수명을특징으로하는반도체광원을이용한고효율ㆍ친환경성의신개념조명시스템을가리키며, 용도및반도체광원에대하여 LED 일반조명시스템과 LED 자동차조명시스템, LED 디스플레이조명시스템, LED 응용시스템, 무기 / 유기 EL 조명시스템으로대별할수있고, 반도체광원의반도체기술 ( 에피성장, 칩공정, 패키지 / 모듈 ) 을근간으로하여조명기술 ( 광원모듈, 조명기구, 시스템 ) 을이용하여완성하는융복합산업이다. 에피성장칩공정패키징 / 모듈조명기구조명시스템 반도체기술 조명기술 기판 ( 웨이퍼 ) 에피웨이퍼 LED 칩 형광체 Discrete PKG Array PKG 구동회로 조명기구 조명설계 제품디자인 시스템제어 광소자 패키지 / 모듈 조명기기 시스템 ( 그림 1) LED 조명시스템의구성 14

1. LED 일반조명시스템이분야는 LED 광소자및패키지의성능에종속되었던산업의범위를이미넘어서서막대한규모의조명시장에침투하고있으며, 고효율화가이루어지면서실내조명 ( 사무실, 가정, 학교, 공장등 ), 실외조명 ( 도로조명, 교량조명, 건축조명, 공항조명, 경기장조명등 ), 심리조명 ( 호텔, 레스토랑, 병원, 테마공원, 카지노, 백화점, 전시장등 ), 생리조명

3 1. LED 일반조명시스템이분야는 LED 광소자및패키지의성능에종속되었던산업의범위를이미넘어서서막대한규모의조명시장에침투하고있으며, 고효율화가이루어지면서실내조명 ( 사무실, 가정, 학교, 공장등 ), 실외조명 ( 도로조명, 교량조명, 건축조명, 공항조명, 경기장조명등 ), 심리조명 ( 호텔, 레스토랑, 병원, 테마공원, 카지노, 백화점, 전시장등 ), 생리조명 ( 병원회복실, 실버타운, 어린이교실등 ), 경관조명 ( 실내ㆍ외장식조명, 분수조명, 벽면조명등 ), 기타 ( 박물관, 미술관, 갤러리, 스튜디오, 영화관, 스테이지, 예술, 레저등 ) 다양한분야에 LED 조명시스템군이형성되고있다 (( 그림 2) 참조 ). ( 그림 2) LED 일반조명시스템실례 신광원인 LED 가기존의일반조명시스템에침투하기위해서는 LED 광원의대전력화에따른효율향상, LED 광학및조명기구최적설계, LED 조명시스템의컴팩트화및저가격화, 인간친화기능성 LED 조명제어, 첨단기술과의융합기술등이필요하다. LED 가기존조명시스템을대체하기위해서는 1 충분한광출력과광원의면적이제공되어야하기때문에 LED 패키지및어레이의대전력화가필수적이며, LED 패키지및어레이의대전력화에따른자체발열로 LED 조명시스템의저효율화, 색온도및색상변화, 광출력저하, 신뢰성저하등의문제점발생하므로, LED 의자체발열에따른문제를해결하기위한 PCB, reflector, heat sink 등의방열설 15

4 주간기술동향통권 1403 호 계및구조설계, 구동회로 (SMPS) 회로설계기술이필요함과동시에 LED 의자체발열과고온동작및동작시간에따른광출력및색상 ( 색온도, 색좌표값등 ) 변화제어가요구된다. 2 또한기존광원에비해 LED 모듈광원은발광면의불균일성, 집적화, 유연성등의특징을갖고있으므로, 다양한적용분야에적합하도록신개념의광학및조명기구설계가필요하고, LED 일반조명시스템에서는집적화된발광면적에대한눈부심의감소가적절한렌즈및반사판설계가요구된다. 3 LED 조명시스템의컴팩트화및저가격화기술개발을위해서는 LED 조명시스템의방열및광학, 구동회로의최적설계및재료개발, 구성요소의표준화에의한저가격화, LED 조명시스템제어용 ASIC 기술및고집적화 IC 의개발에의한 LED 구동회로의컴팩트화및 LED 의특성에적합한구동방식과인버터기술개발에의한 LED 제어시스템의고효율화가요구된다. 4 인간친화기능성 LED 조명제어를위해서는백색주조명을위한백색및혼합색 LED 광원에따른인간의심리적ㆍ생리적영향분석에따른제어기술, 기존광원에비해 LED 의초발광면적에따른공간적배열 / 배치및형태에따른영향분석을통한기구설계기술, 터널조명, 침실조명, 병실조명, 공장조명등의다양한조명상황에따라인간의감성을자극하는광색 / 색온도정밀제어기술및미래자동조명제어및오락 (Entertainment) 적요소를구현하기위한전력선통신, 인공지능형센싱등의인공지능형디지털조명제어기술이요구된다. 끝으로 5 태양전지, 풍력등재생에너지에의한조명구현을위해서는자연친화적인신재생에너지인태양전지와 2 차전지를이용한태양에너지전원시스템과결합된고효율ㆍ절전형시스템기술과 LED 의빠른응답성의특성과고휘도화추세에따라 LED 에통신신호를추가하여조명과통신을동시에만족할수있는가시광통신조명시스템 (Visual Light Communication: VLC) 기술이요구된다. 2. LED 자동차조명시스템자동차조명시스템은자동차, 버스, 오토바이등의각종자동차류에서사용하는 LED 조명시스템제품군으로, 특히 LED 전조등, DRL 등기술적으로극복이어려운고효율자동차용조명시스템을총칭한다. 자동차조명시스템은전광 (Front Lighting), 후광 (Rear Lighitng), 센서, 통신으로구분할수있으며, LED 응용이가능한부분으로 Head lamp, Turn signal, Fog lamp, Room lamp, CHMSL(Center High Mount Stop Lamps) 과계기판 Back light, HUD(Head Up Display) 등이있다. 자동차에 LED 조명시스템을성공적으로적용하기위해서는 1 방열설계기술및방열재료경량화가요구되는데자동차의엔진열및히터, 냉각기등의영향에의한 LED 조명제품의신 16

( 그림 3) 자동차에의 LED 조명응용 뢰성저하를방지하기위한방열구조기술, LED 의자체발열에따른문제를해결하기위한 PCB, reflector, heat sink 등의방열설계및구조설계, 구동회로 (SMPS) 회로설계기술및 LED 조명시스템의중량증가는자동차주행효율의저하를가져오기때문에 LED 조명시스템에서가장많은중량을차지하는방열재료의경량화가매우중요요소기술이다.

5 ( 그림 3) 자동차에의 LED 조명응용 뢰성저하를방지하기위한방열구조기술, LED 의자체발열에따른문제를해결하기위한 PCB, reflector, heat sink 등의방열설계및구조설계, 구동회로 (SMPS) 회로설계기술및 LED 조명시스템의중량증가는자동차주행효율의저하를가져오기때문에 LED 조명시스템에서가장많은중량을차지하는방열재료의경량화가매우중요요소기술이다. 2 자동차조명에적합한 LED 광학및조명기구기술로는자동차의디자인의특성을살리면서자동차조명관련광학기준 (KS 규격등 ) 에적합하도록하는 LED 의배치와광학렌즈및반사판설계기술및자동차외부환경의악조건에대응하기위한방수및방염, 충격, 진동에강한광학및조명기구재료및구조설계기술이필요하다. 3 자동차환경에적합한조명제어및저가격화기술로는에너지절감효과및배터리수명보장을위한 LED 조명제어기술 ( 주행속도에따른 DRL 및전조등제어, 주위밝기에따른전조등밝기조절등 ) 과 LED 의고효율화에따른 LED 개수절감과이에따른광학및반사판의재질의효율화에따른저가격화기술이요구된다. 3. LED 디스플레이조명시스템디스플레이조명시스템은 LED 전광판과중소형스크린 / 문자디스플레이뿐만아니라, 소형 Mobile Phone, 모니터, TV 등의 TFT LCD 에사용되는 Back Lighting Unit 로써 CCFL 대신고효율 LED 를광원하고있는 LCD BLU 와, LED 를광원으로하여대화면중소형프로젝션디스플레이가여기에속하며이를분류해보면 LED 전광판 ( 고해상도대화면 LED 스크린디스플레이, 건축조명디스플레이, 소형문자 / 스크린디스플레이등 ), 중형디스플레이용 LED Back 17

6 주간기술동향통권 1403 호 (a) 전광판 (b) LCD BLU (c) 프로젝터 ( 그림 4) 디스플레이조명시스템 Light(Car-navigation, Notebook 등 ), 대형모니터용 LED Back Light(15", 20", 23", 24" 모니터등 ), 대형 TV 용 LED Back Light(32", 40", 46", 47" TV 등 ) 및프로젝션용디스플레이 (Portable, Mobile Phone, Home application, Data & AV Projector 등 ) 등으로분류된다. 디스플레이용 LED 조명의최적화를위한요소기술에는 1 LED BLU/ 프로젝션디스플레이컴팩트화기술이있으며, 이를위해소형경량화를위한기구와광학이조합된광학기술및해석기술, LED 패키지슬림화설계및어레이기술과 Thin Film 관련기술및소형경량화및고신뢰성확보를위한방열구조설계및제조기술이요구된다. 2 고색균일광학설계및색보상제어를위해서는균일한색상및특성구현이뛰어난 LED 배치및광학계구조설계및제조기술및 RGB LED 의동작시간및온도에따른광출력과스펙트럼의변화에대한색보상회로및제어기술이요구되며, 3 대화면및저소비전력구현을위해서는 LED 구동전압을낮추기저소비전력기술, 대형 LCD 용 Waveguide 분석을통한렌즈설계및제조기술및 LED 광 Coupling 및광속효율의개선과고효율광학기구설계가요구된다. 4. 기타 LED 응용시스템 LED 응용시스템은의료 / 농업 / 환경분야에 LED 조명시스템이사용되어인간및동식물에유익한환경을제공하는분야로서의료분야 ( 휴대용의료기기, 치료용광원시스템, 저침술의료기기, 고성능진단기기등 ), 농업분야 ( 식물육성 Chamber 조명, 식물및유전자조직배양조명, 식물공장조명, 우주식물재배등 ) 및환경분야 [ 살균 / 정화용조명 ( 정수기, 살균기, 공기청정기 ), 어선의집어등등 ] 등의분야에이용이가능하다. 의료 / 농업 / 환경분야에의응용을위해서는 1 고연색성백색구현을위한광색혼합정밀제어가요구되며이를구현하기위해 RGBYOW LED 를이용한고연색성광색혼합제어기술과최적광색혼합을위한 LED 배치및렌즈 / 반사판의광학계설계기술이필요하다, 2 의료 / 농업 / 환 18

(a) 수술실 (b) 휴대용치료기 (c) 식물생장조명 ( 그림 5) 기타 LED 응용조명시스템 경조명환경에적합한색온도및파장정밀제어에는계절, 온습도, 시간, 식물성장조건, 치료및수술환경등의조명환경 ( 의료 / 농업 ) 에적합한색온도정밀제어알고리즘설계, 치료및농업, 살균을위한정밀파장제어기술및온도및습도의주위환경에따른색온도및파장보상제어기술이필요하며, 3

7 (a) 수술실 (b) 휴대용치료기 (c) 식물생장조명 ( 그림 5) 기타 LED 응용조명시스템 경조명환경에적합한색온도및파장정밀제어에는계절, 온습도, 시간, 식물성장조건, 치료및수술환경등의조명환경 ( 의료 / 농업 ) 에적합한색온도정밀제어알고리즘설계, 치료및농업, 살균을위한정밀파장제어기술및온도및습도의주위환경에따른색온도및파장보상제어기술이필요하며, 3 고출력대용량에따른방열설계및신뢰성확보에는 LED 의자체발열에따른문제를해결하기위한 PCB, reflector, heat sink 등의방열설계및구조설계, 제어회로설계기술과신뢰성확보를위한제조및공정기술확보가요구된다. III. LED 조명시스템개발동향 1. 세계기술개발동향현재상용화된 LED 는발광효율이 70~100lm/W 수준으로건설, 환경, 건축및무대조명등보조조명에서주조명으로이동되고있는상황이며, 2010 년이후부터는일반조명제품의대체가가능할것으로예상된다. 특히 LED 의특성을활용하여광색변화혹은백색과의색온도변화가가능한감성조명분야로영역을확대할것으로판단된다. 미국은에너지부가주관하여 NGLI 이라는이름하에국가주도사업으로 2002 년부터고출력, 고효율조명용 LED 개발추진중이며, Color Kinetics 사는점ㆍ선ㆍ면광원의형태로다양한광색가변제품을약 20 종이상개발 (3~10W) 하여시판하고있고, LEDTRONICS 사는고휘도 LED 를이용하여 Protable 에서부터가로등까지다양한제품이출시되고있다. 특히 LED 조명분야의선도기업이라고할수있는 Color Kinetics 사는기존단순한광색표출보조조명에서백색주조명제품개발 (MR16, Bulb 등 ) 을추진하고있고, 네오네온사는약 50 여종의 LED 조명제품을출시하고있으며현재 50~100W 급태양광을이용한가로등을개발하여시판하고있다. 일본은 1998 년 8 월 ~2003 년 8 월 (5 년간 ) 21 세기빛 국책사업을수행하여 발광영역변 19

환형조명시스템 과 LED 를이용한신개념에근거한조명기구 를연구개발하였고, 山田照明, 北島製作所, LEDFX, 등의

등의실내조명과 LED Buried Light, 수중조명, LED Wall Bracket, Garden light

대만의 LED 모듈및응용업계는고출력 LED 패키징기술을상당한수준까지발전시킴으로써선도기업인 Lumiled

Elumina Technology 사가고휘도 LED 를이용한다양한제품과고출력 LED 를 1~35

LED 조명제품을생산하고있고미국, 대만계회사와합자를도모하고있어국내업체와의기술격차가급격히줄어들것으로예상된다.

를개발하여제품화하고있고태양광을이용한 LED 정원등, 가로등이집중개발되어출시되고있으며, 정부에서 LED

해외선진업체는 LED 칩기술과 IT 기술을융합한무선자동제어, 무선실시간동영상방송등디지털프로세스기술을도입함으로써

건축조명분야는 1,870 만개의 LED 로치장한원통형전광판 ( 뉴욕나스닥 ),

8 주간기술동향통권 1403 호 환형조명시스템 과 LED 를이용한신개념에근거한조명기구 를연구개발하였고, 山田照明, 北島製作所, LEDFX, 등의 LED 조명시스템회사들은 Pendant ceiling light, Down light, Foot light 등의실내조명과 LED Buried Light, 수중조명, LED Wall Bracket, Garden light 등의실외조명기기를생산하고있고 Solar Cell 을이용한 LED 가로등을제조ㆍ판매하는기업도있다. 대만의 LED 모듈및응용업계는고출력 LED 패키징기술을상당한수준까지발전시킴으로써선도기업인 Lumiled 제품과거의동등한성능의제품을생산하고있다. Elumina Technology 사가고휘도 LED 를이용한다양한제품과고출력 LED 를 1~35 개어레이한제품을제조하고있고 TSAM Group 은 M16 Type(5W) 으로 16 컬러광색가변을할수있는조명등을출시하고있다. 중국의 LED 조명관련제품은아직조잡하고, 출력에한계를가지고있어성능면에서국산제품에비해다소떨어지나, 많은수의기업들이 LED 조명제품을생산하고있고미국, 대만계회사와합자를도모하고있어국내업체와의기술격차가급격히줄어들것으로예상된다. 특히중국은 small chip( 50mA) 을 Multi-Array 하여 10~40W 급 LED Bulb 를개발하여제품화하고있고태양광을이용한 LED 정원등, 가로등이집중개발되어출시되고있으며, 정부에서 LED 제품보급에힘을기울이면서 LED 조명제품의기술개발수준이국내수준과비슷해지고있다. 해외선진업체는 LED 칩기술과 IT 기술을융합한무선자동제어, 무선실시간동영상방송등디지털프로세스기술을도입함으로써 LED 디스플레이스크린및전광판에단순한동영상표시가아닌새로운정보매개체로서기능을부여하였다. 건축조명분야는 1,870 만개의 LED 로치장한원통형전광판 ( 뉴욕나스닥 ), 빌딩전체를휘감는슬림형전광판등유연한디자인과다양한분위기연출이가능한 LED 조명의등장으로커다란변혁에직면하고있으며, Daktronics, Barco, Light house, Mitsubishi 등의선진업체가 LED 건축조명업계를선도하고있으며, LED Color kinetics 사 - 1~50W, 고출력 LED million(dc/ac) TSMA Group - 12VDC~240VAC - 16 color, 5W, Solor Sys. LED TRONICS 사 - 1~20W, 고휘도 LED - 약 50 종이상의제품 Neo-Neon - 1~50W 조명제품 - 약 50 종이상의제품 ( 그림 6) 국외에서출시되고있는 LED 일반조명시스템 20

이를통해발전기등의소형화, 경량화설계가가능해에너지절약효과가큼은말할것도없고다양한모양으로설계가가능하여디자인의자유도가높은장점이있다. 세계최초로 LED 전조등을장착한차량은토요타의렉서스 LS600h 이며, 아우디의 R8 은현재장착되어판매되어있다.

9 ( 그림 7) LED 전조등을장착한도요타렉서스 LS 600h L LCD 용 BLU 는초기에중소형위주로채용되기시작하여 LCD 모니터및 LCD TV 용으로영역을넓혀서현재는대형 LCD TV 용 BLU 에도색재현성의장점을들어 LED 가채용되고있다. 자동차용 LED 조명의경우보조등, 미등및안개등의경우는거의상용화가완료된단계이나전조등은몇개의자동차모델에서적용하고있는형편이다. LED 전조등의전력소비량약 30W 가소비되며, 이는기존광원이 55W 소비되는데반해전력소비량이적다. 이를통해발전기등의소형화, 경량화설계가가능해에너지절약효과가큼은말할것도없고다양한모양으로설계가가능하여디자인의자유도가높은장점이있다. 세계최초로 LED 전조등을장착한차량은토요타의렉서스 LS600h 이며, 아우디의 R8 은현재장착되어판매되어있다. 또한캐딜락 Escalade Platinum, 아우디 A8, 볼보 XC90, 토요타크라운등이장착예정이어서빠른시간내에증가할것으로전망되고있다. LED 응용조명시스템은일본에서활발한연구가진행되고있으며, 특히 야마구찌의료혁신지적차성클러스터사업 을수행중으로산학연약 35 개사가약 10 억엔 / 년 (2004~2008 년 5 년 ( 그림 8) 일본 Castrade 사 LED 미니어처프로젝터 CV-MP01[3] 21

주간기술동향통권 1403 호 2009. 7. 1. 간 ) 사업비로 LED 로수술네비게이션시스템, 살균장치등을개발한바있다. 최근청색 LED 를이용한집어등을개발하여상용화단계에있으며, 식물에대해각파장과광출력, 색온도및색도에따른영향에대하여심도있는연구가진행되고있다.

분이하의조사만으로도콜라겐을활성화시켜광변색된피부를재생할수있는것으로알려져있다.

10 주간기술동향통권 1403 호 간 ) 사업비로 LED 로수술네비게이션시스템, 살균장치등을개발한바있다. 최근청색 LED 를이용한집어등을개발하여상용화단계에있으며, 식물에대해각파장과광출력, 색온도및색도에따른영향에대하여심도있는연구가진행되고있다. 미국 FDA 는눈가의주름개선용으로출시한 Light BioScience, LLC(Virginia Beach: VA) 의 GentleWaves LED Photomodulation System 의사용을허가한바있는데, 미용이나화상치료용으로사용이가능한이 LED 시스템은 2,000 개의노란색 LED 로구성된 2 개의패널로이루어져있으며, 약 1 분이하의조사만으로도콜라겐을활성화시켜광변색된피부를재생할수있는것으로알려져있다. 한편 FDA 의승인을얻은또다른 LED 적외선시스템은 BioCare Systems 사의 PremIR 818(TM) 으로작은상처를회복시키거나스트레스및운동등으로경직된목및등의근육을정상적으로풀어주는효과를가진것으로알려져있으며, 적색 LED 를사용하여환부에 Photobiostimulation 이라는효과를일으켜인체의자연치유력을돕거나근육조직을활성화시키는원리로치료하는기기로알려져있다. 현재는조작의안정성, 적합하고안정적인파장및강도조절등의문제가해결이완료되어시판되고있다. 최근에는미국의 H2 GLOW 사가아이디어제품인물온도에따라빛의색이변하는 LED 수도꼭지 를소개하였다. 이수도꼭지는온도감지센서가달려있어따뜻한물에는붉은빛을, 차가운물에는푸른빛을비추는것이특징이다. ( 그림 9) 미국 Light BioScience 사의 GentleWaves LED Photomodulation 시스템 [4] ( 그림 10) 미국 H2 GLOW 사의온도가변형 LED 수도꼭지 [5] 2. 국내기술개발동향삼성전기, LG 이노텍등대기업은 LED 백라이트 (BLU) 및카메라플래시용 LED 등 LED 조명제품양산을위한시설투자를늘리는동시에일반조명시장에진출을위한본격적인사업추진계획을발표한바있으며, 금호전기, ( 주 ) 장우엔지니어링등은고휘도 LED 를이용하여 22

11 1W 전구와광색가변 MR16(LED-288, 25W) 제품을출시하고있고, 중부전기전자 ( 주 ) 는고출력 LED 를이용한 Line bar, Flood light, Street lightingm Controller 등의약 50 여종제품을제조하고있으나가격이높은단점때문에보편화가되지못하고있다. 서울반도체는최근보조적인전원장치없이상용전원에서동작되는 AC-LED 를개발하여다양한조명분야에적용할수있도록하였으며, 대진디엠피의경우에는 9W, 18W, 30W 급의 MR16 및 PAR 타입의국부조명제품을개발하고시판하고있다. 일부중소업체에서태양전지와연축전지, 니카드전지등이차전지를결합한실외조명제품을선보이고있으나, 저온특성이나쁘고과방전에따른성능저하등이문제점으로지적되고있다. 국내 LED 조명시스템제조업체는대부분영세업체로서독자적인하이엔드제품개발을위한여력이없음으로방열및광학구조설계등기반기술제공또는정부주도의신제품연구개발프로젝트추진등정부의적극적인지원이절실하며, 국내전광판업체는뉴튼테크놀러지, 대한전광, 삼익전자, AP 전광, 한맥, 빛샘전자등이있고, 월드컵이후뚜렷한국내수요처가없는상태에서일부업체는해외수출에주력하여큰성과를올리고있다. 중부전기전자 - 20~200W/ 구동회로 - 약 30 종제품 ( 경관조명 ) 대진디엠피 - MR16, PART 20, 30-1~3W, 5~220V 엘이디라이텍 - 20W 투과등, PDS - 색가변, 디스플레이겸용 서울반도체 - AC LED 이용제품 - 30,000hr, 40lm/W ( 그림 11) 국내에서출시되고있는 LED 조명제품 전자소재업체인멤스웨어는 LED 면광원조명의빛을고르게퍼뜨리는역할을하는 LED 조명용금속도광판을개발하였다. 기존도광판은주로아크릴소재를이용 LED 칩에서발생하는고열에변형되거나빛이플라스틱소재일부에흡수되어효율을떨어뜨리는문제점이있었지만이회사는금속판을사용열방출로인한도광판변형문제를해결하고실질효율도크게향상시켰다. 도광판소재로는고반사코팅이된두장의금속판이사용되었으며, 이중한장의금속판에미세한구멍을뚫어 LED 에서발생된빛이금속판사이의빈공간을지나다가미세한구멍을통해골고루방출되도록했는데, 이업체는그동안쌓아온나노공정기술을적용 5 μm ( 미크론 ) 미만의미세한구멍을형성시켰고, 또한아크릴도광판사이로빛이진행되면서빛이흡수되는것과달리공기중으로빛이진행되어손실을줄여실질효율도증대시켰다. 23

국내 LCD BLU 산업은세계시장을주도하고있는국내 LCD 산업의시장장악력을십분활용함으로써비교적쉽게 LCD LED BLU 시장을선점할수있을것으로판단되며, 현재 LED 는 LCD 분야의 Hot Item 으로서색재현성및동영상재현을위한부분적인제어및잔상효과제거등기존 CCFL 로써구현하기어려운특성을지니고있으므로삼성전자는 82" LED LCD BLU 를개발하였고

12 주간기술동향통권 1403 호 국내 LCD BLU 산업은세계시장을주도하고있는국내 LCD 산업의시장장악력을십분활용함으로써비교적쉽게 LCD LED BLU 시장을선점할수있을것으로판단되며, 현재 LED 는 LCD 분야의 Hot Item 으로서색재현성및동영상재현을위한부분적인제어및잔상효과제거등기존 CCFL 로써구현하기어려운특성을지니고있으므로삼성전자는 82" LED LCD BLU 를개발하였고 42", 46" 를상용화한바있으며, LG 필립스는 32", 47" 에대하여저가격화및경량화를실현하기위하여많은노력을기울이고있다. 또한디에스 LCD 는자회사인엘티아이를통하여 26", 32", 40" 를개발하였으며, 루미마이크로는저전력 LED 를사용하여소비전력 110W 에수명 10 만시간을실현하였다. 삼성및 LG 등의대기업과소수중소업체가시장성이우수한프로젝션디스플레이응용제품의개발에박차를가한결과, LED 를이용한 BLU 는거대한시장을형성하고있으며, LED 응용미니츄어프로젝터는소형화, 경량화및고휘도구현이가능하여향후관련시장이확장될것으로예상된다. ( 그림 12) 멤스웨어가개발한금속판소재 LED 조명용도광판 [6] ( 그림 13) 삼성전자가출시한 LED BLU 채용 LCD TV(46 인치 ) 기존의자동차조명업체인에스웰 ( 구삼립산업 ), ( 주 ) 금호 HT Autonix 와럭스피아, 원반도체등 LED 패키징업체는이미자동차용 LED 정지등, 후미등및방향지시등을포함한 LED 자동차조명제품의개발을완료하였다. 외부조명으로서 DRL 및안개등뿐만아니라전조등까지기존램프를 LED 로대체하기위한연구개발에박차를가하고있다. 금호 HT Autonix 에서는근래에저전력, 장수명, 고출력및전방투시력이우수한 LED 안개등을출시하여기존 LED 안개등의시인성및밝기문제를해결하고자하였다. 밝기구현을위해고휘도 POWER LED 6 개를장착하여집중광원이매우밝고뛰어난직진성을구현하였고, 색온도 6,500K 를연출하여기존고급 HID LAMP 와의조화도실현하였다. 또한현대모비스는자동차헤드램프용 LED 및모듈의공동개발을위해삼성 LED 와기술협력계약하고헤드램프와 LED 에대한각각의기술정보 24

13 ( 그림 14) 농촌진흥청에설치된식물생장용 LED 조명시스템 [9] 를공유하는한편, 자동차헤드램프용 LED 소자의국산화를위한공동개발에착수하고있다. 자동차용 LED 헤드램프는광학구조ㆍ렌즈기술ㆍ방열시스템ㆍ ECU 모듈ㆍ반도체소자등다양한핵심기술이총망라된첨단부품으로현대모비스는현재개발에착수한 LED 헤드램프를인공지능형전조등시스템 (AFLS) 에도적용하는등고부가가치제품으로발전시키는작업도병행해나갈계획이다. 현재, 상용화된자동차용 LED 헤드램프는일본의도요타의렉서스 600h 차종 ( 하향등 ) 과아우디의 R8 차종 ( 상ㆍ하향등 ) 에적용된것이유일할만큼, 세계적으로관련기술개발이초기단계에있으므로, 관련기술을선점하기위한선진업체들의치열한경쟁이예상된다. LED 응용조명시스템분야는매우미미한수준에있으며, 최근고출력 LED 를이용한치과용수술보조조명과칫솔용살균기등이개발되고있으나, 국내의의료ㆍ환경에의응용을위한 UV LED 관련연구는거의없는상태이나, 현재한국광기술원에서반도체조명기기를위한 UV-A 영역에해당한 380nm UV LED 개발을시작한상태이고, 산업계에서는대기업보다는벤처기업을중심으로 UV-A LED 개발을시도하고있는상태이다. 의료나환경쪽의거대한잠재시장을겨냥하여 R&D 를위한보건복지부, 환경부등에서 LED 관련프로젝트를제안하고있는상황이다. LED 를농업적인활용은연구개발의완료단계에접어들었으며농촌진흥청의홍성창박사팀의연구결과에의하면, 잎들깨재배에서백열등대신적색 LED 광으로대체하여전조재배한결과, 전기요금은 70% 절약되는반면에잎들깨와국화의생산량과품질은 10~20% 증가되는결과를얻었다. 이로써전국의전조재배면적 2,864ha 를적색 LED 로대체할경우농업용전기에너지를연간약 120 억원절감하고, 잎들깨, 국화, 딸기의생산량및상품성향상으로연간 311 억원의농가소득증대효과가있을것으로예상하고있다. 또한농업전기에너지절감으로이산화탄소배출을연간약 14 만톤저감하고, 농업부문의 LED 조명산업의활성화에도크게기여할것으로기대하고있다. 감성조명은제각기다른실생활환경에따라사람들의신체변화에적합한조명을연출하는것 25

주간기술동향통권 1403 호 2009. 7. 1. ( 그림 15) 국제 LED 엑스포 & FDP 코리아 2008 에전시된감성조명 [10] ) 을의미하는것으로, 이를활용한학습영역에따른빛의변화가성적향상에도움을줄수있는것으로알려지고있다.

14 주간기술동향통권 1403 호 ( 그림 15) 국제 LED 엑스포 & FDP 코리아 2008 에전시된감성조명 [10] ) 을의미하는것으로, 이를활용한학습영역에따른빛의변화가성적향상에도움을줄수있는것으로알려지고있다. 예를들어수리영역시간에는 7,600 8,000K 인푸른빛조명이, 언어영역시간에는 4,200 4,600K 의일반조명을, 미술이나음악시간에는 2,200 2,600K 의붉은색조명이가장학습효과가높은것으로알려졌다. 이러한조명의밝기와색온도가뇌파와심리상태에미치는영향을기반으로 LED 를광원으로사용해수험생이나학생들이더욱효율적으로학습할수있도록최적의색조명을유지하는데초점을둔맞춤형조명제품이출시되고있는상황이다. IV. 결론 LED 가각응용분야의기존광원을대처하기위해서는다음과같은핵심기술개발이요구된다. 1 일반조명시스템은기존광원과차별화하기위해첨단기술과결합하여다양한기능을구현할수있는시스템개발이필요하며, 2 디스플레이조명시스템의경우에는 LED 의특성을충분히발휘할수있는광학및방열, 기구, 회로설계에의한컴팩트화와고신뢰성확보, 대면적화가필요하며, 특히기존광원 CCFL 이나할로겐전구등에대한제조원가를낮추는것이필요하다. 3 자동차조명시스템은주위온도및상황 ( 진동, 습도등 ) 에영향을받고디자인과안전이매우중요한요소이므로방열및광학, 구조설계와온도보상및고출력화가요구되며, 4 LED 응용시스템부문에서는인간과동식물에대한파장별영향과광출력및색온도변화에따른영향, LED 의단파장성과고휘도다발면체에대한영향을분석하여최적의 LED 조명시스 26

15 템을구현할필요가있다. 고유가시대를맞이하여에너지절전및자원순환을위한신개념조 명시스템은미래를준비하고미래투자가치가높은성장산업으로써고효율 / 고휘도신광원 LED 를이용한시스템의개발은미래거대세계조명시장을선도하기위해서매우중요하다. < 참고문헌 > [1] 광주지역광기반융합산업기술로드맵, [2] 일본광산업기술진흥협회 (OITDA), [3] [4] LED Magazine, LED medical treatments approved by FDA, 10 Jan [5] [6] LED 조명용금속도광판개발, 전자신문, [7] [8] [9] 홍성창, LED 의농업적이용기술개발, 농경과원예, , pp [10] LED. IT. News [11] 광산업진흥회광산업체현황보고서, [12] [13] SIL Proceeding 2008, Strategies Unlimited. [14] Strategies Unlimited, Report OM-44, * 본내용은필자의주관적인의견이며 IITA 의공식적인입장이아님을밝힙니다. 27

백색 LED를 사용한 조명용 광원의 설계 및 분석

백색 LED를 사용한 조명용 광원의 설계 및 분석 1879 년백열등 1938 년형광램프 1964 년 HID 램프 1990 년대초 ( 신광원 ) 무전극방전램프 LED 램프 에너지절약기술개발활성화대두 Solid-State Lighting 고효율, 장수명, 고연색성, 에너지및자원절약 쾌적성, 안전성, 지구환경보호, 다양한색가변가능 1000 0.3 x CIE 비시감도곡선 (CIE) 발광효율