백색LED조명의 밝기와 연색성 評價

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

White LED Illumination is a next generation product that is treated as a policy in world wide including our country; Called as, "revolution of lighting". Therefore, the object of this thesis is to measure physical and optical features of LED, which replaces the original fluorescent light, and compare the result of its research with inner and outer country level which is to export the effect that it causes to original light source and find out its place in a long run road-map.
For theoretical consideration, this thesis narrated light's specialty as a light source, color temperature, color rendition and color coordinate. Moreover, it listed LED's concept, developing history and difference between the original lighting and LED. Furthermore, it researched the production process of LED in order to find out the drawback of its structural problem. Production method is differed as a blue LED and a yellow fluorescent substance, two to three fluorescent substance and Ultra Violet(UV) ray LED and difference on production method shows, according to the light specialty, difference on light's wavelength distribution and can see each light source's effect of color rendition.
The research was done by purchasing six LED light source products which can be bought in the market as a replacement of fluorescent lighting and measured their intensity of illumination, brightness, color temperature, color rendering index and evaluating them by comparison. Among them we chose three best products, then made Light Box and evaluated its brightness and color rendition.
Results of White LED Illumination's research evaluations are:
1)Difference on brightness were clear depending on the way the lighting is consisted - directly or edge type.
2)Difference on color rendition is that fluorescent substance's effect for white lighting, used blue LED and single yellow fluorescent substance commonly - which resulted BLUE-450nm and YELLOW-550nm range shows great color rendition but RED-670nm range showed noticeably low color rendition rate. This needs to fix the measurement method of original "color rendering Index" - which is measured by average color rendering Index originally - in order for the LED's measurement method.
3)World wide evaluation systems are SSL QUALITY ADVOCATES, ENERGY STAR certification system, CALiPER , GATEWAY DEMONSTRATIONS by United State's Department of Energy which are shown to be very systematic but sadly, there needs to be more development on certification system in Korea which is recognized as a one source of fact that decreases our LED products' credibility.
4)Rather replacement of original lighting based on White LED Illumination's brightness and color rendition needs more research development.

국문 초록 (Abstract)

백색LED조명은 “조명의 혁명”이라 칭하며, 우리나라를 비롯한 각 국가의 정책으로 다뤄지는 차세대 제품이다. 따라서 본 논문의 목적은 기존 형광등을 대체하는 LED면광원 제품을 물리적, 광학적 특성을 측정하여 결과를 국내수준과 해외수준과를 비교평가하며 장기적 로드맵의 위치를 파악하고 광원에 미치는 각 영향요소를 추출하는데 목적이 있다.
이론적 고찰을 위하여 조명의 광원별 특성과 색온도, 연색성, 색좌표를 서술하였으며 LED의 개념과 개발 역사, 기존조명과의 차이점을 나열하고, LED조명의 구성상 문제점을 파악하기 위하여 제조방법을 조사하였다. 제조방법으로는 청색LED와 황색형광체, 2가지형광체, 3가지형광체 및 자외선LED와 2,3가지 형광체로 크게 구분되어 제조되고 있으며 제조방법의 차이는 광특성상 빛의 파장분포의 차이를 나타내며 각 광원의 연색성의 영향을 관찰할 수 있다.
실험에는 국내에서 판매 되고 있는 형광등 대체용 LED면광원 제품 중에서 6개의 제품을 구입하여 조도, 휘도, 색온도, 연색지수를 측정하여 비교 평가하였으며 그 중 우수제품 3개를 추출하여 실험실에서 Light Box를 제작, 이용하여 밝기감 및 연색성 평가를 실시하였다.
백색LED조명의 실험평가 결과는
1)조명제품 구성방법에 따라 밝기감의 차이가 뚜렷하였으며
(직하방식, 엣지방식)
2)연색성의 차이는 백색조명을 위한 형광체의 영향으로 대부분 청색LED와 단일 황색형광체를 사용하였으며 그 결과 BLUE-450nm 와 YELLOW-550nm 영역은 우수한 연색성을 보이며 RED-670nm 영역의 연색성이 현저히 낮은 지수로 나타나 평균연색지수로 표현하는 방법의 기존 “연색성 지수”는 LED의 측정방법으로는 개선의 필요성을 갖게 한다.
3)국제적 평가 시스템은 미국의 에너지성(DOE)에서 주관하는 SSL QUALITY ADVOCATES, ENERGY STAR 인증제도, CALiPER , GATEWAY DEMONSTRATIONS 체계적 시스템이 조사되었으나 국내에는 아쉽게도 미흡한 상태로 LED제품에 대한 신뢰도를 떨어뜨리는 한 요인으로 인식된다.
4)백색LED조명의 밝기와 연색성을 기반으로 하는 기존 조명의 대체할 수 있는 자리매김은 연구개발이 더욱 필요한 부분이다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구의 배경 및 목적 1
• 1.2 연구의 내용 및 방법 7
• 1.3 연구의 제한점 8
• 제 2 장 이론적 고찰 9
• 2.1 광원의 특성 9
• 2.1.1 빛과 조명 9
• 2.1.2 색온도 14
• 2.1.3 연색성 17
• 2.1.4 CIE 색좌표 (CIE color coordinates) 21
• 2.2 백색 LED광원 24
• 2.2.1 LED 광원의 개념 및 특성 24
• 2.2.2 백색 LED광원의 동향 30
• 제 3 장 실험방법 49
• 3.1 실험의 개요 49
• 3.2 실험장치 50
• 3.3 실험용 광원 52
• 3.4 피험자 구성 60
• 3.5 항목별 평가방법 61
• 제 4 장 실험결과 및 분석 63
• 4.1 물리량 평가 63
• 4.2 밝기감 평가 65
• 4.3 연색성 평가 66
• 제 5 장 결 론 70
• 참고문헌 72
• 국문초록 75
• ABSTRACT 77