국내 LED 조명제품기술수준 - LED 제품실증현황과기술현황 - 류우찬 한국광기술원시험인증센터 ucryu@kopti.re.kr 2012. 4. 30. 0
차례 1. LED 및 LED 조명의개요 2. LED 조명관련용어 3. LED 조명실증현황 4. LED 평판조명 vs 형광등기구 5. LED 조명 vs. 형광등기구 6. 요약 1
차례 1. LED 및 LED 조명의개요 2. LED 조명관련용어 3. LED 조명실증현황 4. LED 평판조명 vs 형광등기구 5. LED 조명 vs. 형광등기구 6. 요약 2
LED 조명기구의구성 SS LG LED PKG LED조명기구 (LED등기구) SS SMPS/Controller LM 외함 (Case) LED모듈확산판 / 유리판 3
LED Chip & Module Chip/Package Module LED Chip LED Package LED Module LED 조명 4
LED 조명 LED 조명 = 반도체조명 = Solid State Light = SSL Inner Outer 5
LED 의동작원리 + - p-type n-type Anode GaN GaN Cathode p-type GaN n-type GaN In Al p-type GaN n-type GaN 전자 정공 전도대 빛 Positive terminal Negative terminal ( 금지대 ) 페르미준위가전자대 LED Chip 의구조및전압인가 전압인가에따른 LED Chip 의동작 6
White LED 구현방법 (1) LED with wavelength ( ) converter Multiple light-emitting diodes ( 출처 :LED for Solid-State State Lighting and Beyonnd, E. F. Schubert, APOC 2006.) 7
White LED 구현방법 (2) 8
LED 의장점 - 장수명 50,000 hours & Other LED Fairy Tales* 9
차례 1. LED 및 LED 조명의개요 2. LED 조명관련용어 3. LED 조명실증현황 4. LED 평판조명 vs 형광등기구 5. LED 조명 vs. 형광등기구 6. 요약 10
전광선속 & 광도 Total Luminous Flux( 전광선속, lm) 전공간 (4 ) 으로퍼져나가는광선속 Luminous Intensity( 광도, cd) 단위입체각으로복사하는광선속 - cd = lm/sr - 파장 555 nm인단색광을방출하는광원의복사강도가어떤주어진방향으로스테라디안 (sr) 당 1/683 W 일때, 이방향의광도 11
조도 (1) Illuminance ( 조도, lx) 단위면적으로입사하는광선속 - lx = lm/m 2 - 단위면적의피사체에투사되는광속의양 ( 밀도 ) ( 출처 : http://www.anees.com/7.html) 12
조도 (2) 조도와거리와의관계 -E = L / S =lx/m 2 E 4 E 9 조도 E L 거리 1 2 3 13
조도 (3) 조도의분포 - 평균조도의산출 (KS C 7612:2007, 조도측정방법 ) (1) 4 점법 (2) 5 점법 (3) 다점법 E g E mi 1 Eㅁ E Ei 2 Eo M 1 2... N 1 1 1 E E i E ( 4 E 2 E g ) ( m i E E Eo ) 6 E 2 4MN 4 ㅁ 14
소비전력 (Power, P) LED 의소비전력 : DC - 소비전력 P, 정격전압 V f f, 정격전류 I f -P DC = V f I f LED 조명의소비전력 : AC - 소비전력 P, 입력최대전압 V m, 입력최대전류 I m, 전류전압위상차 - P AC = ½ V m I m cos - 여기서 cos : 역률 15
조명기구효율 조명기구효율 (lm/w) LED efficacy constant 전류 efficacy 접합온도(T ) LED efficacy (lm/w) j efficacy F Luminous Flux(I I V (I ) System efficacy LED efficacy (lm) System efficacy (lm/w) L (W) P AC F F F,T ) j L(lm) (W) LED efficacy (lm/w) Electric efficiency (%) Optical Efficiency(%) P DC 16
조명기구효율 형광등기구조명기구효율계산 ( 예시 ) 3200 lm 형광등 ( T8)1 개 : 100 lm/w 32 W 형광등 2개: 3200 lm 2 6400 lm 형광등반사갓 : 반사율 60% 3200 100% 3200 60% 5120 lm 5120 lm 반사갓을통과한형광등기구: 80lm/W 64 W 5120 lm 90% 4608 lm Gril 투과율 90%: 72 lm/w 64 W 64 W 4608 lm LED 90 lm/w : 90 lm/w 51.2 W LED 50 W 형광등기구 64 W 17
차례 1. LED 및 LED 조명의개요 2. LED 조명관련용어 3. LED 조명실증현황 4. LED 평판조명 vs 형광등기구 5. LED 조명 vs. 형광등기구 6. 요약 18
LED 조명실증현황 (1) 사업의필요성 LED 조명보급 확산에실제환경 Field Test 를통한신뢰성및질적우수성검증의중요성부각 국내 LED 조명테스트베드기반을확립하고 LED 조명제품실증지원및관리시스템구축필요 Field Test 신뢰성시험 고장분석 LED 조명 TEST BED 조성 기술개발 LED 조명실증센터운영 LED 조명신뢰성 효과검증 LED 조명 Field Test Data 구축 실증을통한 LED 조명기술선점 LED 조명테스트베드기반확립 제품모니터링데이터기업체제공 실증지원을통한기업체지원 19
LED 조명실증현황 (2) (1) 한국광기술원내열린실증공간 장소 : 한국광기술원 위치 : 홍보관, 사무실, 회의실, 복도, 정원, 광장, 주차장 설치된 LED조명의수 : 14 종 (152개) - LED 평판조명 :5 종 (5 개사 ) - LED DL : 3 종 (3 개사 ) - LED보안등 : 5종 (5개사) - MR-16 : 1종 (1개사) 작동시간 : 오후 7시점등, 오전 6시소등 (12시간/ 일 ) 20
LED 조명실증현황 (3) (2) 광주광역시 13 개공공기관실내조명실측 장소 : 광주광역시청사외 12 개공공기관 ( 구청, 도서관, 노인복지관등 ) 위치 : 민원실, 사무실, 로비, 조리실, 열람실등 기관별 실별 설치전 조도 (lx) 2000 2,000 시간후 색온도 비고 시청사 1 층민원실 600 640 5,063 기준 400 동구청사 1 층민원실 440 590 4942 400 북구청사 광산구청사 1 층세무과 425 537 5300 400 1 층민원봉사과 350 369 5200 400 1 층로비 190 343 4995 100 1 층민원실 300 585 4991 400 1층디지털자료실 190 430 4800 400 무등도서관 2 층자료실 235 622 5430 400 3층 2열람실 400 600 5020 400 1층어린이실 280 366 4816 400 사직도서관 2 층종합자료실 250 679 5749 400 3 층열람실 390 615 5500 400 동구노인복지회관 1 층로비, 접수실 250 656 5453 100 별관아가페 180 452 5000 200 서구노인복지회관 1 층조리실 460 805 5428 400 남구노인복지회관 1 층로비 120 290 5053 - 북구노인복지회관 4 층대강당 450 430 4800 - 광산구노인복지회관 1층로비 150 517 5428 100 2층로비 150 225 5191 100 광주공원노인복지회관 1층로비 200 317 4928 100 21
LED 조명실증현황 (4) (3) 광주광역시 9 개 LED 가로등야간실측 (1) - 조도 LED가로등설치공사구간에대한설치후평가지원 ( 측정 : 2010. 3. 30) - 대상 : LED가로등설치광주광역시청사부근 9개소 - 내용 : 조도및조도분포, 휘도및휘도분포측정, KS 규격조건과비교 설치 구간 설치위치제품형식 1 제품형식 2 차선종류비고 1 구간등기국앞 LED 가로등, 174 W LED 보안등, 60 W 편도 3 차선편측배열 2 구간견인소앞 LED 가로등, 150 W LED 보안등, 70 W 편도 3 차선편측배열 3 구간 LH 공사앞 LED 가로등, 150 W LED 보안등, 60 W 편도 3 차선편측배열 4 구간대신증권앞 LED가로등, 160 W LED보안등, 60 W 편도 3 차선, 편측배열 5 구간서부교육청앞 LED 가로등, 135 W LED 보안등, 55 W 왕복 4 차선, 지그재그배열 6 구간주택금융공사앞 LED 가로등, 169 W LED 보안등, 55 W 왕복 4 차선지그재그배열 7 구간양달수횟집 LED 가로등, 150 W LED 보안등, 60 W 왕복 4 차선, 지그재그배열 8 구간상무소각장앞 LED 가로등, 150 W LED 보안등, 80 W 왕복 5 차선, 지그재그배열 9 구간시청사거리 LED 가로등, 95 W LED 보안등, 55 W 왕복 5 차선, 지그재그배열 22
LED 조명실증현황 (4) (3) 광주광역시 9 개 LED 가로등야간실측 (2) - 조도 LED 가로등설치구분 1 2 3 4 5 6 7 8 9 평균조도 (E ave ) 20.02 25.76 23.14 18.96 29.53 25.11 25.26 26.62 27.99 최소조도 (E min ) 13.10 4.40 11.50 13.80 15.40 12.70 5.70 5.70 12.50 최대조도 (E max ) 27.00 46.80 35.20 26.40 44.20 39.00 49.90 45.90 42.90 종합조도균제도 (UE 0 ) 0.65 0.17 0.50 0.73 0.52 0.51 0.23 0.21 0.45 차선축조도균제도 (UE 1 ) 0.49 0.09 0.33 0.52 0.35 0.33 0.11 0.12 0.29 비고 편도 3 차선, 편측배열 왕복 4 차선, 지그재그배열 왕복 5 차선, 지그재그배열 * ( 붉은색표시안 ) 도로조명등급 M1, 포장도로등급 R1 ** 5 구간 : 135 W, 9 구간 : 95 W 23
LED 조명실증현황 (5) (4) 광주광역시 10 개 LED 가로등야간실측 (3) - 휘도 LED 가로등설치및측정조건 - 측정기 : LMK Camera Photometer - 측정위치수 : 500개지점 - 측정사례 :2 구간 (LED 가로등 150 W) 24
LED 조명실증현황 (5) (4) 광주광역시 10 개 LED 가로등야간실측 (4) - 휘도 LED 가로등설치구분 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 평균휘도 (L ave ) 1.85 2.16 1.47 1.14 1.82 1.51 1.64 1.81 1.92 1.3 최소휘도 (L min ) 0.31 0.1 0.17 0.07 0.24 0.17 0.11 0.29 0.34 0.1 최대휘도 (L max ) 4.85 5.12 3.53 2.7 5.34 3.45 4.02 6.45 4.08 3.72 종합휘도균제도 (UL 0 ) 0.17 0.0404 0.11 0.0707 0.13 0.12 0.0707 0.16 0.18 0.0707 차선축휘도균제도 (UL 1 ) 0.06 0.02 0.05 0.03 0.04 0.05 0.03 0.04 0.08 0.03 비고 편도 3 차선, 편측배열 왕복 4 차선, 지그재그배열 왕복 5 차선, 지그재그배열 25
차례 1. LED 및 LED 조명의개요 2. LED 조명관련용어 3. LED 조명실증현황 4. LED 평판조명 vs 형광등기구 5. LED 조명 vs. 형광등기구 6. 요약 26
LED 평판조명실측결과 (1) 50 W 급 LED 평판조명 Simulation 과실측비교 (1) 등기구종류등기구크기전광선속소비전력광효율등기구간격 [mm x mm] [lm] [W] [lm/w] [mm] LED Flat Panel 1 1200 x 300 4322 50 86 2100 조도예측실측 Floor 53.7% Ceiling 90.9% wall 73.6% -MF = 1 최대 534 589.9 최소 233 222.4 평균 399 442.3 UE 0 0.58 0.50 균제도 UE 1 0.44 0.38 27
LED 평판조명실측결과 (2) 50 W 급 LED 평판조명 Simulation 과실측비교 (2) 등기구종류등기구크기전광선속소비전력광효율등기구간격 [mm x mm] [lm] [W] [lm/w] [mm] LED Flat Panel 2 600 x 600 4259 67.2 75.9 1800 조도예측실측 Floor 51.86% Ceiling 77.55% wall 71.57% - MF = 0.93 최대 1120 1179.5 최소 469 483.6 평균 868 851.2 UE 0 0.54 0.57 균제도 UE 1 0.42 0.41 28
LED 평판조명 vs. 형광등기구 50 W 급 LED 조명과형광등기구비교 시뮬레이션 (1) - 시뮬레이션조건등기구 - 등기구배열 : 4 개 2 열 - 반사율 : 0 % 세로간격 -MF = 1 -방의크기: 가변 - 벽면위치 : ½ 간격 - 조도분포 : 방전체 가로간격 29
LED 평판조명 vs. 형광등기구 50 W 급 LED 조명과형광등기구비교 시뮬레이션 (2) 등기구종류등기구크기전광선속소비전력광효율 [mm x mm] [lm] [W] [lm/w] LED Flat Panel 1200 x 300 4322 50 86 일반형광등기구 1200 x 300 4403 59 76 30
LED 평판조명 vs. 형광등기구 50 W 급 LED 조명과형광등기구비교 시뮬레이션 (3) LED Flat Panel 조명간격 2.5m 3m 3.5m 4m Eavg 483 lx 439 lx 402 lx 369 lx Emin 402 lx 388 lx 324 lx 266 lx Emax 551 lx 503 lx 479 lx 458 lx UE 0 0.83 0.88 0.81 0.72 UE i 0.73 0.77 068 0.68 0.58 일반형광등기구 조명간격 2.5m 3m 3.5m 4m Eavg 464 lx 423 lx 387 lx 356 lx Emin 351 lx 330 lx 318 lx 310 lx Emax 594 lx 534 lx 463 lx 399 lx UE 0 0.76 0.78 0.82 0.87 UE i 0.59 0.62 0.69 0.78 31
LED 평판조명 vs. 형광등기구 50 W 급 LED 조명과형광등기구비교 시뮬레이션 (4) - 최적조건에서의시뮬레이션결과비교 - 세로간격 (LED 평판조명, 형광등기구 ) : 2.5 m, - 가로간격 :3m(LED 평판조명 ) 및 4m( 형광등기구 ) Illuminance Illuminanc Illuminanc Uniformity Uniformity AVG MIN MAX Min/Avg Min/Max LED Flat Panel 439 388 503 0.88 0.77 일반형광등기구 356 310 399 0.87 0.78 32
차례 1. LED 및 LED 조명의개요 2. LED 조명관련용어 3. LED 조명실증현황 4. LED 평판조명 vs 형광등기구 5. LED 조명 vs. 형광등기구 6. 요약 33
LED 조명 vs. 형광등기구 LED 조명과형광등기구비교 등기구종류 총전력 최소조도 최대조도 평균조도 [W] [lx] [lx] [lx] UE0 형광등 (T5, 28W 2) 504 360 570 481 0.75 0.63 LED다운라이트 (9W) 315 430 470 454 0.95 0.91 UE1 34
LED 조명 vs. 형광등기구 LED 평판조명과형광등기구비교 등기구종류등기구크기전광선속소비전력광효율 [mm x mm] [lm] [W] [lm/w] 형광등 (FPL 32W 3) 600 x 600 4850 95 62 LED 평판조명 600 x 600 5949 48 101 35
LED 조명고장예시 실내용 LED 조명고장현상 원인 : SMPS 용량부족 or 접촉불량대책 : SMPS 용량증가 or 접촉개선 실외용 LED 조명고장현상 Illum minance[lx] 700 600 500 400 300 200 100 0 May-2010 March-2011 1 6 11 16 21 26 Measured Point 흐린날깜빡임 원인 : 태양전지충전량부족 대책 : 태양전지판교체검토 원인 : 개별렌즈사용 대책 : 렌즈접착강화 or 판렌즈 36
요 약 1. LED 및 LED조명의개요 - LED 의원리및관련제품 - LED조명에사용되는용어 / 단위 2. LED 조명실증사업 - LED 조명의장수명, 에너지효율, 신뢰성에대한검증 - 실제설치한상태에서의검증및사용자반응조사 3. LED 평판조명 vs. 형광등기구 - 시뮬레이션 vs. 실측 - LED 평판조명과형광등기구의성능비교 - LED조명고장내용확인 37