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LED사업과 전구기술ㆍUV를 중심으로 확대되는 산업용 LED의 이용 LED Resource - I


LED사업과 전구기술


근래 에너지 절감, 환경부하 저감을 위한 활동이 전개되고 있으며, 이에 따라 각 회사도 차세대 신제품 개발을 진행하고 있다. 특히, LED의 가치를 살리고, 어떻게 에너지 절감 효과를 얻으며, 광을 진화시킬 것인가를 고려하여 사업전개를 시도하고 있다.

오랫동안 친숙한 백열전구의 좋은 이미지, 분위기, 광원특성의 가치를 LED에서 재현하여 기존의 환경에서 사용할 수 있는 제품을 완성하려고 노력하고 있다. 이렇게 개발된 제품은 종래 백열전구의 발광부분과 같은 필라멘트 모양을 탑재한 것이다. 광원부분에는 형광체의 조합기술과 별도 LED 마운트 방식을 채용하여 광의 색이나 램프 형상을 백열전구에 가깝게 하는 동시에 백열전구 10W와 동등한 밝기를 실현하였다.

이 제품은 백열전구에서 나오는 따뜻한 광색을 재현하여 조명 공간 분위기에 적합하게 연출이 가능하다. 주요 기술적 특징은 다음과 같다.

① 형광체 조합기술 : 백열전구의 따뜻한 발광색에 가깝게 하기 위해 형광체 조합기술을 구사하여 2,500 K, 2,700 K의 색온도를 실현하였다.

② LED 투명 패키지 채용 : LED 패키지는 통상 평면 발광이나 독자적으로 개발한 투명 패키지의 채용에 의해 전방위에서 발광이 가능하다.

③ 3차원 마운트 구조 : 백열전구의 코일 필라멘트 형상을 재현하기 위해 투명 패키지의 LED를 필라멘트 형태의 3차원으로 하였다. 이 구조는 광을 균일하게 분산시켜 유연한 광을 볼 수가 있다.

기존의 미니 레브 램프형 백열전구는 점포나 사무실에서 사용되고 있으며, 에너지 절감을 위해 LED화가 진행되고 있다. 소비자의 요구에 만족하는 밝기, 성능, 형상과 호환성이 있는 LED 전구가 필요하게 되었다. 이에 기존의 미니 레브 램프형 백열전구와 호환성이 높은 LED 제품이 상품화되고 있다.

이 전구는 표면 실장형태의 1W 고휘도 LED 3개를 탑재하고, 미러와 렌즈를 조합하여 3.5W의 소비전력으로 기존의 백열전구 40 W의 밝기를 나타내고 있다. 또한, 광이 넓으며, 균일하고, 20,000시간 수명과 수명 말기까지 광량이 감쇄하지 않는다.

또한, 방열성과 절연성을 고려하여 알루미나 세라믹 동체를 채용하여 디자인과 방열성을 해결하였다. 기존의 미니 레브 램프의 교환에서도 밝기, 광 이미지, 공간의 분위기에 대한 위화감이 없다.

주요한 기술적인 특징은 다음과 같다.

① 1W 고휘도 LED : 열에 의한 출력저하를 억제하기 위해 방열성이 우수한 알루미나 세라믹을 사용하여, 수명 말기까지 광속의 감쇄를 감소시켰다.

② 미러(반사경) : 광학설계와 광 제어기술을 기본으로 최적의 곡률을 부여하는 설계방법과 3차원 배광 시뮬레이션, 광선 추적에 의해 3개의 LED의 광을 최적으로 제어하는 동시에 집광 효율이 상승되었다.

③ 독특한 렌즈 : 집광제어와 광확산 성능에 우수한 렌즈는 미러에 의해 집광된 광을 혼합하는 효과를 발휘하는 구조이다.

④ 알루미나 세라믹 동체 : LED는 열에 의한 품질, 성능의 열화, 효율이나 밝기 저하가 문제가 된다. 방열성과 절연성이 우수한 알루미나 세라믹을 채용하여 열에 의한 영향을 억제하였다.

금후 일반 조명용 백열전구의 교환에 의한 수요가 높아질 것으로 예상된다. 따라서 백열전구의 광색, 이미지, 광원특성을 재현하여 일반조명에 요구되는 밝기를 만족하는 제품 개발이 요구된다. 동시에 에너지 절감, 환경부하 저감이라는 특성을 인식하고, 장기적으로 소비자의 편리성을 위해 표준화와 품질향상이 필요하다.

출처 : 松岡 智巳, "LED事業とLED電球關聯技術", 58(10), 2010, pp.109~111






확대되는 산업용 LED의 이용-UV를 중심으로



낮은 소비전력·장수명화의 “에코” 조명으로 LED가 폭발적으로 확대되고 있다. 조명용 LED의 고성능화와 같이 자외선(UV)영역의 LED도 고효율화·고출력화가 진전되고, 이의 산업 이용도 확대되고 있다.

산업용 광원 램프 중에서 UV영역 (파장 200~400 ㎚)은 포톤 에너지가 높고, 조사물에 대해 각종 화학변화를 일으킬 수 있어 많은 용도에 이용되고 있다. 예로서, 경화(레지스트의 노광, 인쇄 잉크·접착제의 경화), 살균, 표면개질, 의료 등이 있으며 광원으로는 수은램프와 메탈할라이드 램프 등이 이용된다.

최근 LED는 고출력화에 의해 365 ㎚보다 큰 장파장 영역에서도 강력한 램프 광에 필적하는 조도가 실현되게 되었다. 램프 광원 대신에 LED를 채용하면 다음과 같은 장점이 있다.

① LED는 방사 파장 폭이 좁고, 특정 파장이 필요한 경우에 전력효율이 높다. 또한, 순간 점등·소등이 가능하여 에너지가 절약된다,

② 소형·경량화가 가능하다,

③ 발광면적이 작고, 발광 설계가 자유롭다,

④ 수은 등의 환경부하가 큰 물질을 사용하지 않는다.

그러나 LED를 채용함에 따른 과제는

① 램프에 비해 가격이 높다,

② 광원 휘도(광원면적·방사각의 방사량)가 램프에 비해 1단위 정도 적고, 집광조사에는 부적합한 문제가 있다.

LED 이용은 지폐판별 등의 센서에서 시작하여 서서히 파워가 필요한 분야로 확대되고 있다. 특히, 접착에 이용되는 스폿 조사장치는 가장 먼저 LED화가 진행되고 있으며, 판매 수량의 절반이 LED 방식이다. 금후 노광 분야에 적용도 기대된다. 또한, 365 ㎚보다 큰 장파장의 고출력 LED가 구현되면 살균이나 표면개질 등의 용도까지 이용이 확대될 것으로 예상된다.

UV 잉크젯 프린터는 종래의 잉크젯 프린터가 용제잉크(용제 휘발에 의해 경화)를 이용하였으나, UV조사에 의해 순간 경화하는 잉크를 이용하는 프린터도 있다. 잉크에 VOC(휘발성 유기화합물)을 사용하지 않아 환경부하가 작은 프린터이다.

종래에는 경화용 광원으로 메탈할라이드 램프 등이 사용되었으나, 다음과 같은 장점으로 UV-LED를 이용한 것이 개발되고 있다.

① 순간 점등·소등이 가능하여 사용 시에 소비전력을 줄이 수 있다,

② 소형·경량으로 헤드에 실장이 용이하다,

③ 200 ㎚ 이하의 작은 파장이 나오지 않아 오존 발생이 없으며 배기 닥트가 필요 없다,

④ 발열이 작고, 광원 직하에도 고온이 되지 않는다,

⑤ 용지 크기에 적합한 조사 폭의 제어가 가능한 점이다.

램프 광원에서는 밀러를 이용하여 인쇄면에 UV광을 집광하나, LED는 밀러 집광이 곤란하기 때문에 출력 창에서 인쇄면까지 근접거리(표준 5 ㎜)에서 인쇄면에 조도가 균일하게 되도록 설계되어 있다. 조사 파장은 잉크 특성에 따라서 365~405 ㎚ 중에서 선택이 가능하다.

프린터의 고속화에 대응하기 위해서 광원뿐만 아니라 LED에 적합한 잉크, 프리터 헤드의 개선도 각 업체가 협력하여 진행되고 있다. 그러나 잉크의 대폭적인 감도 향상이 어렵고, 광원출력 향상(비용 절감)도 과제이다.

금후 LED의 고성능화, 비용절감이 진행되면 응용영역은 확대될 것으로 예상된다. LED 산업에서 이용확대는 광원, 재료, 시스템업계가 협력하여야 할 것이다.

출처 : 小田 史彦, 外, “擴大する産業用LEDの利用-UVを中心として”, 「JETI(日本)」, 58(10), 2010, pp.96~98



Source
: KISTI-ReSEAT 프로그램





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