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감성조명으로의 LED 조명 발전 Essential News

전 력 소비량이 낮고 친환경적이며, 색온도 조정이 가능하다는 장점을 가진 감성조명에 대한 일반의 관심과 수요가 최근 점차 늘고 있다. 이는 소비자들이 조명을 그저 어둠을 밝히는 수단으로만 여기는 것이 아니라 인간의 웰빙 생활과 환경, 분위기까지 모두 고려한 필수조건으로 생각한다는 점을 시사한다. 현재 많은 조명 관련 업체에서는 쾌적성과 고도의 기능성을 동시에 갖춘 LED 감성조명 제품 개발에 한창이다. 이번 호에서는 감성조명의 기술 동향과 앞으로의 발전 방향에 대해 살펴보고자 한다.



LED 감성조명 기술 동향

감성조명 기술


감성조명이란 인간이 만들어낸 인공조명을 최대한 자연조명과 유사하게 만든 인간친화적인 조명을 지칭한다고 할 수 있다. 과거 인간은 수십만 년 동안 일출부터 일몰까지, 그리고 달빛이나 별빛과 같은 자연조명에 의해 끊임없이 변하는 색온도와 밝기의 리듬 속에서 살아왔다. 하지만 인간사회의 발전으로 인해 현대인들은 주거환경이 실내로 옮겨진 후 기술적인 한계와 경제적인 이류로 인해 단순히 어둠을 밝혀주는 기능조명에만 의존하여 왔었다. 그러나 최근에는 인간 친화, 환경 친화 등과 같이 과거의 기능조명보다는 실내에서도 보다 인간 중심적인 자연조명의 변화를 연출할 수 있기를 원하는 사회적인 수요가 늘어나고 있다.


모든 인간은 빛과 함께할 때 보다 편안함을 느낄 수 있으며, 안정된 마음으로 아름다움과 행복을 추구하려는 본능을 가지게 된다.

더구나 모든 동·식물들은 태양빛의 스펙트럼 특성과 하루의 빛의 리듬, 계절적인 빛의 변화에 대해 다양한 생리적 반응을 일으키도록 되어 있는 만큼, 색온도의 심적인 효과를 조명계획에 의도적으로 사용하는 것은 공간을 한층 더 쾌적하게 만드는 수단이 될 수 있다. 이린 이유로 현대인들이 가장 많은 시간을 보내는 실내 공간에는 감성조명이 필요하다.


감성조명 기술은 조명의 색온도를 2,300 ~ 8,000K 범위에서 자유롭게 조정할 수 있는 조명 시스템이라고 할 수 있다. 그러나 현재 LED가 실내조명에 직접적으로 사용되면서 그 의미는 차츰 넓어지고 있는 실정이다.



빛의 영향과 감성조명의 필요성


우리가 사물을 볼 수 있는 것은 그 물체가 빛을 반사시키기 때문이다. 빛의 주요 원천은 태양이며, 그 태양의 빛은 여러 의미를 가진다. 인간이 생활을 영위할 수 있도록 할 뿐 아니라 생명을 잉태시키는 에너지의 근원이다.

우리 조상들이 빛이 쩡쩡한 날 장독의 뚜껑을 부지런히 열어두고 옷과 이불을 마당 한 가운데 널어 말렸던 이유를 생각해본 적이 있는가? 그 이유는 습기가 너무 많거나 지하에 집이 있으면 창문으로 들어오는 빛이 차단되어 각종 세균과 곰팡이가 잘 번식하므로 면역력이 약한 어린이들은 기관지염, 폐렴 등과 같은 호흡기 질환이 쉽게 발생할 수 있기 때문이다. 인간도 일조량에서 자유로울 수 없다. 인간 역시 자연의 일부분이고, 태양은 인체의 건강을 유지하는 데 큰 역할을 하기 때문이다.


빛이 인체에 미치는 영향에 관한 예는 여러 의학 보고에서 찾아 볼 수 있다. 연간 2,000시간 이상의 일조량을 보이는 뉴질랜드나 칠레는 자살률이 10만 명당 6명 이하로 아주 낮은 편이며, 유럽 중에서도 일조량이 많은 나라에 속하는 이탈리아나 스페인 역시 6~10명으로 낮은 편이다.

반면, 상대적으로 일조량이 부족한 스칸디나비아 제국, 스위스, 독일 등은 자살률이 10만 명당 25명 이상으로 자살 상위국에 속한다는 사실은 빛이 신체적인 영향뿐만 아니라 정신적 건강에도 매우 중요한 역할을 한다는 것을 입증한다. 따라서 우리는 빛을 이해하는데 있어 단지 태양광선의 하나로만 여겨서는 안 되며, 인간이 살아가는데 없어서는 안 될 공기처럼 삶에 꼭 필요한 필요조건으로 인식해야 한다.


감성조명은 조명기기에서 나오는 색의 온도와 밝기를 사람의 심리상태와 생체리듬에 알맞게 적용시키면서 공간을 변화시킬 수 있는 조명기술을 말한다. 앞에서도 언급했듯이 빛은 인류가 시작된 이래로 오늘날까지 인간과 그들이 영위하는 생활에 시공을 초월하여 커다란 영향을 미치고 있는 동적인 에너지이다. 이로 인해 모든 인간은 빛과 함께 할 때, 보다 편안함을 느낄 수 있으며, 안정된 마음으로 아름다움과 행복을 추구하려는 본능을 가지게 된다.

더군다나 태양빛의 스펙트럼 특성과 하루의 빛의 리듬, 계절적인 빛의 변화에 모든 동식물들은 다양한 생리적 반응을 일으키도록 되어있는 만큼, 색온도의 심적인 효과를 조명 계획에 의도적으로 사용하는 것은 공간을 한층 더 쾌적하게 만드는 수단이 될 수 있다.

이런 이유로 현대인들이 가장 많은 시간을 보내는 실내공간에는 감성조명이 필요하다. 이미 조명은 빛을 발하는 단순 기능에서 벗어나 생활과 사회 전 분야에 걸쳐 하나의 예술문화로 자리매김했다. 감성조명은 이러한 시대의 요구에 부응하고, Well-Being을 추구하는 현대인들에게 꼭 필요한 기술이다.



감성조명 시장 동향


감성조명은 조명의 밝기(조도)와 색온도를 자유롭게 조절함으로써 시간대·연령대별로 인간의 생체리듬, 뇌파·두뇌활동, 신체리듬이 달리 나타나는 데에 효율적으로 적용할 수 있다는 장점이 있다. 예컨대 감성조명을 적용하면 시간에 따라 조명이 밝아지기도 하고 조명의 색온도가 붉은색, 주황색 등으로 다양하게 바뀌는가 하면, 저녁이 되면 조도가 스스로 낮춰지는 등의 기능을 하게 된다.


이러한 감성조명은 조명의 색온도를 2천 200~8천K(캘빈) 범위에서 자유롭게 조정하고 조도를 일정 범위 내에서 자유로이 조절함으로써 일출, 일몰, 한낮 시간의 변화에 따른 태양빛의 변화를 실내에서 그대로 연출할 수 있다는 게 장점이다.

하지만 국내는 물론, 세계적으로 감성조명 시장은 아직 걸음마 단계에 불과하다. 감성조명 시장에 대해서는 아직 정확한 통계조차 나와 있지 않으며, 감성조명은 현재 주로 아파트에 적용되고 있는 정도다.


감성조명 업계 국내 선두주자는 ㈜필룩스라고 할 수 있다. 국내에서 대기업들은 주로 LED 산업 쪽에 관심을 기울이고 있는 가운데 일부 중소업계가 감성조명 시장에 후발주자로 뛰어든 정도로 알려지고 있다. 현재 세계적으로 감성조명의 대표주자로는 필립스, 오스람, 필룩스 정도를 꼽을 정도다.


이 가운데 필룩스는 형광등 기반의 감성조명 기술을 보유하고 있으며, 유럽에 현지 판매 법인을 두고 독일, 영국, 이탈리아, 프랑스 등 유럽국가에 감성조명 제품을 수출해오는 등 지난해 연간 자사 매출액 1천여억 원 가운데 60% 정도를 해외수출에서 달성했다.

일례로 세계적 조명기기 업체인 독일 오스람은 지난 2008년 중반에 필룩스와 계약을 체결하고 필룩스의 조명제품들을 수입해가고 있으며, 미국도 올해부터 필룩스의 조명기기들을 수입하고 있다.

현재 LED를 접목한 감성조명은 아직 상업화되지 못한 상태로, 필룩스 관계자는 LED칩에 대한 최종검증만 마치면 올해 안으로 LED를 접목시킨 감성조명을 출시할 계획이라고 말했다. 필룩스 관계자에 따르면 아파트에 감성조명 시스템을 적용해 시공할 경우 3.3㎡(1평)당 20만원, 100㎡(약 30평형)당 600만원 정도의 비용이 추가되기 때문에 LED 기반 감성조명 시스템에 있어서도 결국 생산 단가가 중요한 경쟁 요소일 것으로 보인다.


룩스노바(대표 유희숙, www.luxnova.co.kr)는 수년간 국내외 엘리베이터 업체에 안정기와 조명등을 납품하고 있는 업체로, 한국광기술원 및 럭스피아와 공동으로 엘리베이터 LED 감성조명 제품을 개발했다. 제품의 핵심기술은 계절이나 시간에 따라 실시간으로 태양의 색온도와 LED 조명 제품의 색온도를 일치시키는 제어기술을 통해 인간의 생체리듬을 왜곡시키지 않는 감성적이고 쾌적한 조명환경을 구현한다는 것이다.

또 정전이나 비상시에는 동일제품에 비상전원으로 구동될 수 있는 LED 점등회로 기능을 구현, 현재 사용하는 별도의 비상조명을 설치하지 않아도 돼 비용절감 효과가 있는 제품이다.

다 음은 오로라디자인랩(www.auroradesignlab.com)에서 제안하고 있는 HARWER LED 조명이다. 해당 제품은 전력사용 효율 및 사용자 인터랙티브에 따라 본체에 감춰진 보이지 않는 움직임감지 센서 및 조도 센서로 센서 기반 자동제어가 가능하여 LED 조명의 에너지 절감에 도움이 되는 솔루션이다.

또한 확장 가능한 MCU 기반 제어보드를 통해 감성조명에 적합한 색온도 조절이 가능하고 네트워크 기반의 그룹제어 등으로 확장성이 높으며, 센서가 보이지 않는 구조로 인해 디자인 면에서도 강점을 가진다.

이렇게 감성조명을 지원하는 조명 제품들을 살펴보았다. 대부분의 제품들은 여전히 형광등 및 전구 기반의 색온도 조절이 대부분이며, 최근 LED를 사용해 색온도 조절이 가능한 제품들을 LED 감성조명이라고 지칭하고 있다.

이러한 조명 제품의 경우 제품개발사에서는 색온도 조절을 위한 제어기능으로 인해 제품의 단가가 상승하기 때문에 전반적으로는 다양한 서비스를 제공하는 하나의 시스템으로 개발하려고 한다. 그래서 감성조명 제품의 경우 대부분 시스템인 경우가 많지만, 위에서 언급한 엘리베이터 내 센서등과 같이 단품의 경우도 있다.

하지만 감성조명 시장의 활성을 위해서는 오로라디자인랩의 HARWER LED 조명과 같이 단품으로서도 네트워크로도 사용될 수 있는 형태가 보다 유리해 보인다. 감성조명의 활성화를 위해서는 설치 장소 및 요구되는 서비스에 맞춰줄 수 있는 확장성 높은 감성조명 기술의 개발이 요구되고 있다.



LED 감성조명 기술

백색광 LED 기반 감성조명 기술


전 세계적으로 에너지 절약에 대한 경각심이 고조되고 전기, 가스와 같은 고급 에너지에 대한 수요가 폭발적으로 증가하게 되면서 새로운 조명 기술에 대한 관심이 증폭되었다. 이런 상황에서 반도체 발광소자(LED)를 이용한 반도체 광원의 개발이 시작되었다. 절전 제품에 대한 관심이 높아지고 있는 추세에서 전력 소비량이 낮고 광 변환 효율이 높은 LED는 기존의 백열등과 형광등을 대체할 수 있는 차세대 광원으로 주목 받고 있다.


빛에 의한 시각적 연출은 공간 자체의 물리적 변화 없이 공간의 결점을 수정 보완해 주기도 하며, 쾌감과 관계되는 심리적 효과로 나타난다. 이와 같은 조명 계획의 궁극적인 목적은 그 공간 주체인 인간에게 기능적, 심리적으로 쾌적한 조명 환경을 제공하는 것이기 때문이다. 따라서 조명 환경의 쾌적성을 보장함과 동시에 고도의 기능성을 갖춘 LED 조명 환경을 구축하는 것이다. LED 조명 환경을 구축하기 위해서는 LED 조명이 가지는 광학적 특성을 분석하고 그 특성에 따라 반응하는 사람들의 감성 특성을 체계적으로 분석, 규명하는 연구가 절실히 필요하다.


이러한 LED 감성조명 기술 확보에 있어 가장 먼저 고려되어야 할 조명 분야는 LED를 이용한 백색광 분야일 것이다. 왜냐하면 앞에서도 예기된 감성조명은 일반적으로 태양광과 유사한 백색광의 색온도 조절에 기반을 두고 있기 때문이다. 또한 LED 소자 중에 가장 전력변환 효율이 높은 소자는 백색 LED이기 때문이기도 하다. 그러나 우리가 물체를 볼 수 있는 것은 백색광의 표면 반사율에 따라 색을 구분하기 때문에 가장 기초적이면서 필수적인 백색광 LED 기반의 감성조명 기술이 먼저 확보되어야 한다.


‘LED 기반 백색조명의 색온도 및 연색지수에 따른 감성 평가’라는 논문을 살펴보면 약 120명 정도의 평가그룹에 조명의 평가성을 묻는 10문항과 조명의 역량성(Potency)을 묻는 5문항, 전체 조명 감성이미지와 관련된 1문항을 선정하여 평가모델을 만들어 실험한 결과 색온도와 연색지수에 관한 다음과 같은 결과를 도출하였다.


활동성요인에 있어서 색온도에 대한 감성 평가는 색온도 8300K인 조명이 상쾌하며, 뚜렷하고 활기 있는 조명으로, 5800K인 조명을 선명한 조명으로 평가하였다. 즉, 활동성요인에서는 8300K>5800K>3800K 순으로 평가를 하였는데 색온도가 높을수록 더 높은 평가를 하였다.


안정감요인에 있어서 색온도에 대한 감성 평가는 색온도가 낮은 3800K인 조명은 정감 있으며, 편안하고 중후하며 눈부심 없는 조명으로 평가가 되었으며, 5800K 조명은 편안한 조명으로만 평가되었다. 즉, 안정감요인에서는 색온도가 3800K>5800K>8300K 순으로 평가하였으며, 즉 색온도가 낮을수록 더 높은 평가를 하였다.


역량성 요인에 있어서 색온도에 대한 감성 평가는 강렬하고 현대적이며 화려한 조명으로는 색온도가 높은 8300K인 조명이, 따스한 조명으로는 색온도가 낮은 3800K인 조명을 선호하였다. 역량성 요인에서는 색온도가 8300K>5800K>3800K 순으로 평가하였다.


감성이미지요인에 있어서 색온도에 대한 감성 평가는 5800K>8300K> 3800K 순으로 평가하였는데, 이는 형광등의 색온도에 익숙해 있으며, 우리나라의 경우는 청색 계통을 선호하는 것과 관련이 있는 것으로 사료된다.


또한 활동성요인에 있어서 연색 지수에 대한 감성 평가는 연색 지수 89>79>65 순으로 평가하였는데, 선명하고 상쾌하며 뚜렷하고 활기가 있느냐는 시각적 현상을 평가하는 활동성요인에서는 고연색 지수 조명을 높게 평가한 것으로 나타났다.


안정감요인에 있어서 연색 지수에 대한 감성 평가는 연색 지수 89>65>79 순으로 평가하였는데, 고연색 지수 조명은 편안하고 자연스러우며 아름다운 조명으로 평가하며, 저연색 지수 조명은 중후한 조명으로 평가하였다.


역량성 요인에 있어서 연색 지수에 대한 감성 평가는 연색 지수가 79>89>65 순으로 평가하였는데, 고연색 지수 조명은 입체적이고 현대적이며 시원한 느낌을 주는 조명으로, 중연색 지수 조명은 강렬하고 화려한 조명으로, 저연색 지수 조명은 은은하고, 따스한 느낌을 주며, 고풍스럽고 수수한 조명으로 평가하였다.


감성이미지요인에 있어서 연색 지수에 대한 감성 평가는 연색 지수가 89>79>65 순으로 평가하였는데 고연색 지수 조명을 선호하는 것으로 나타났다.



LED 감성조명 발전 방향


실내조명의 경우 다양한 소비자의 수요에 맞추어 발전되고 있으며, 그로 인해 실내 조도를 제공하는 기본조명에서 분위기를 변경하는 감성조명에 사용자의 프로파일 및 스케줄에 따라 자동적으로 제어되는 지능형 조명에 이르기까지 다양한 분야로 다양한 기술들이 개발되고 있는 현실이다.

그 중에서도 LED를 사용한 조명은 기본조명에 활용될 때에는 에너지 효율과 수명이 기존의 조명보다 유리한 점이 장점이며, 감성조명 및 지능형 조명일 경우에는 다양한 제어가 가능한 점이 장점이 될 것이다.

따라서 LED 감성조명은 기존 형광등 기반의 감성조명보다 다양한 색과 제어 가능한 색온도 범위가 넓어야 하며, 폭넓은 제어 범위에 따라 단순하면서도 쉽고 직관적으로 제어 가능한 사용자 인터페이스를 가져야 한다.


LED 감성조명을 위한 기반 기술로 다양한 색상 및 색온도로 제어될 수 있는 LED 집적화 기술과 고효율 제어 기술이 필요하며, 그와 같이 사용자 인터페이스 기술이 요구된다.



▲ LED 집적화 기술

· 집적화에 따른 제어부의 면적 및 단가 상승

· 제어 효율의 증가를 위한 계층 설계 기술

· 소자 집적에 따른 열 증가 해결

· 폭넓은 색 조절을 위한 LED에 최적화된 brightness 및 chroma 제어 기술



▲ 사용자 인터페이스 기술

· 다양한 실내 공간에 따른 사용자 인터페이스의 적응

· 가변적인 사용자 인터페이스를 직관적인 모델로 통합하는 기술

다음은 오로라디자인 랩에서 개발된 LED 감성조명을 위한 터치 무드조명이다. 해당 기술은 직관적인 사용자 UI를 적응적으로 중앙 시스템에서 변경 용이하며, 진동 및 직접적인 조명으로 사용자에게 제어 방향을 피드백 함으로써 간단하고 직관적인 사용자 인터페이스를 제공할 수 있는 장점을 가진다.


이처럼 앞으로의 LED 감성조명 발전을 위해서는 보다 직관적이고 간단하며 다른 서비스와 연동될 수 있는 네트워크 인터페이스 기반의 사용자 인터페이스가 필요하며, 이러한 사용자 인터페이스와 조명 간에 발생할 수 있는 네트워크에 적합한 확장성 높은 프로토콜 및 네트워크 프리엠워크에 관한 연구가 필요하다.


가까운 미래에 LED 조명산업은 보다 고부가 조명으로서 시장을 형성할 것으로 보인다. 지금은 단순히 기존의 조명을 대체하는데 목적을 두고 있으나, LED 소자의 장점으로 감성조명이나 인터랙티브 조명, 지능형 조명 등 여러 가지 새로운 콘셉트와 아이디어들이 접목되어 많은 발전을 이루게 될 것이다.

그 중에서도 감성조명은 단순히 색온도 조절뿐만이 아니라 네트워크를 통한 인터랙티브 조명으로 발전할 것으로 예상된다.









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