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C022 LED

LED(무기발광 다이오드)

구성 및 작동원리

  • Light Emitting Diode의 약자이며 흔히 발광다이오드라고 불리기도 한다
  • LED는 화합물 반도체 특성을 이용해서 전기 신호를 적외석 또는 빛으로 변환시켜 신호를 보내고 받는 데 사용하는 반도체의 일종이다

특징

1)장점

  • 소형 경량화 및 슬림화를 할 수 있다
  • CCFL 대비 1.5배 시상이며 동작전압 및 온도특성이 맞으면 수명이 배가된다
  • 점등용 인버터 회로가 필요없음
  • 휘도에 비해 전력이 작게 들어간다
  • 저전압으로 동작하여 소비전력이 작아진다

2)단점

  • LED는 온도 및 동작전압에 의하여 수명이 반감된다
  • 정전기나 전기적 충격에 약하다

조명기구 설계 시 고려해야 할 주요 특징

  • 구조적 으로 기존의 광원과는 달리 작은 점광원으로 유리전극, 필라멘트 및 수은(Hg)을 사용하지 않아 매우 견고하고, 수명이 길며, 환경친화적이다
  • 광학적으로 선명한 단색광을 발광하여 연색성이 나쁜 반면, 색을 필요로 하는 조명기구에 적용시 빛 손실이 매우 적고 시인성이 향상되며, 지향성 광원으로써 등기구 손실을 줄일 수 있다
  • 전기적으로 특정전압 이상에서 점등을 시작하고 점등 후에는 작은 전압변화라도 민감하게 전류와 광도가 변화한다
  • 온도상승시 허용전류와 광출력이 감소하고 많은 열이 발생한 등 주위 온도및 동작온도 변화에 대해 매우 민감하게 동특성이 변화한다. 만약 허용치 이상의 전류가 흐를 경우 수명이 대폭 감소하고 성능이 크게 저하되므로 적절한열처리 장치(Heat Sink)와 전류를 제어하는 구동장치(Ballast)를 필요로 한다

LED특성

1)전기적 동특성

  • 구동전압- 전류 특성(IF-VF특성)

LED에 인가되는 전압에 대한 전류의 변화특성으로, 저항소자와는 달리 LED는 일정전압이 인가될 때까지 전류가 흐르지 않다가 임계전압 이상에서는 작은 전압변화에 대해 급격히 전류가 변화하는 특성을 가지고 있다.

  • 구동전류-광출력 특성
    • LED에 흐르는 순방향 전류에 대한 광도의 변화특성으로 정격 허용전류 내에서는 전류와 광도는 서로 비례한다
    • 그러나 허용전류보다 큰 전류가 흐를 경우 열 손실로 직진성이 없어지며, 이는 발광효율의 저하 및 소손 등 수명단축의 원인이 될 수 있어 각별한 주의를 요한다
  • 조광제어 특성
    • LED의 광출력은 위의 그림에서 보듯 정상동작 범위 내에서 순방향 전류의 크기에 비례하여 넓은 범위에서 조광이 가능하며, 이는 정전압 상태에서 펄스폭 변조(PWM)방법으로 구현할 수 있다
    • 즉, 임력 정전압을 일정주파수 이상으로 펄스폭을 조절함으로써 깜빡거림 없이 시각적인 조광효과를 얻을 수 있으며, 디지털 기술과 접목하여 전기적으로 쉽게 구현할 수 있어 널리 사용되고 있다.
  • LED드라이버(Ballast)
  • LED드라이버는 LED에 흐르는 전류의 흐름을 조절하는 것으로 방전램프의 안정기()와 유사한 기능을 수행한다
  • LED드라이버는 LED조명기기의 조명 성능과 수명을 좌우할수 있는 중요 장치로써 LED어레이의 배열구조, 동작조건 및 조명환경 등을 고려하여 설계해야 한다.

2)열적 동특성

  • 온도상승에 따른 광출력 특성
    순방향 전류를 일정하게 흐르게 하고 주위 온도 변화에 대한 광도의 변화특성으로 온도가 상승함에 따라 광도가 크게 감소한다
  • 온도상승에 따른 허용전류 특성
    • 주위 온도변화에 대한 허용 순방향 전류의 변화특성으로 주위온도가 높을수록 열저항이 클수록 허용전류가 크게 감소한다
    • 따라서 LED램프의 안전운전과 효율 및 수명 향상을 위해 동작온도 상승을 억제하는 적절한 방열장치의 부착이 요구된다.
  • 온도와 구동전압에 따른 전류 특성
    • 온도 상승에 따른 정전류 운전에 팔요한 구동전압의 변화를 보여 주고 있다. 온도가 1[℃]상승 시 약 2[m]가 감소해야 정전류 운전이 가능하다
    • 만약 정전압원인 SMPS(Switching Mode Power Supply)로 구동할 경우 온도상승에 따라 전류가 크게 증가하여 LED의 허용전류 범위를 벗어나 수명에 영향을 주게 된다
    • 이러한 특성으로 LED조명기구는 설치장소와 주위환경에 따라 조명 성능이 크게 변화하고 심할경우 소손될 수 있으므로 조명기구 설계시 적절한 전류제어장치()와 방열처리장치()를 신중히 고려해야 한다
  • 온도상승에 따른 스펙트럼 변이 특성
    • LED의 발광 파장은 접합부의 온도에 의해 전이하며, LED에 흐르는 전류의 변화는 접합부 온도에 영향을 끼친다.
    • 즉, 구동전류제어에 의한 조광제어 시 접합부온도 변화에 따른 색 변이가능성이 있다. 이때 빨간, 노랑의 AlGaInP LED는 파랑, 녹색, 백색의 InGa LED보다 더 큰 스펙트럼 전이를 갖는다. 이에 따라 백색을 생성하기 위해 다양한 색상의 LED를 혼합하여 사용 시 문제가 발생될수 있다.

LED조광제어

1)구성 및 원리

센서->조광관리기->조광제어기->드라이버->모듈

  • 센서 : 동작도조 등을 감지하는 부분
  • 조광관리기 : 센서에서 받은 신호를 이용하거나 자체 프로그램 운용에 의한 제어신호
  • LED조광제어기 : 조광관리기에서 받은 신호에 의해 조도및 색상에 대한 제어신호를 LED드라이버에 전손
  • LED드라이버 : LED조광제어기에서 받은 신호에 의해 전압 전류제어
  • LED모듈 : 1개 이상의 LED소자로 구성된 모듈

2)조광제어방식

  • 재실감지 방지
  • 동작감지하는 방식
    • 독립장치 제어방식
    • 구역조광 제어방식
  • 중앙조광 제어방식
    • 중앙에서 전체건물의 조광을 네트워크 이용 제어하는 방식
    • DALI-System
      • 컨버터
        역률95%이상, 외형률30%이상
        전자파 장애 감소 대책
      • MOCVD : 유기화학 금속 증착 장비
        수량 14.11
        약400여대
        SS-150, 서울 10, GG:140
      • SMPS 2차 출력이 높은이유
        50~70[]
        콘덴서 용량이 120에 비해 작다(원가 절감)
조명기기
백열전구
할로겐전구
HID램프
초정압방전램프
제논램프
삼파장램프
T5
냉음극 형광램프
외부전극 형광램프
무전극램프
LED
LED의 조광제어
DALI 프로토콜
LED 백색구현
사무실에서 사용되는 LED조명의 색온도에 대하여 설명하시오
OLED
CDM램프
코스모폴리스 램프
조명용 광원의 종류
탄소나노튜브
수중 조명등
재래식 안정기와 전자식안정기
옥내조명기구
점멸장치와 타임스위치
방폭형 조명기구의 구조와 종류, 폭발위험장소의 등급 구부