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LED 조명의 보급현황과 금후의 동향 LED Resource - I


LED 조명의 보급현황과 금후의 동향



1. 서언

○ LED는 발광다이오드(Light Emitting Diode)의 두문자로, 전류가 흐르면 발광하는 반도체이다.

1960년대에 적색과 황록색 LED가 개발되었고, 빠른 단계로부터 표시용 광원으로 실용화 되었다.

1993년에는 청색LED의 개발에 의하여, 빛의 3원색이 갖추어져서 LED의 백색화나 풀 컬러화가 가능하게 되었다.

더욱 훨씬 밝은 LED의 개발이 진전되어 일반 조명분야에서 LED 조명의 활약이 기대되고 있다.

LED는 형광등에 이어서 「제4의 광」으로도 세계적으로 주목을 집중시키고 있다.

○ LED의 특징: LED의 특징은 ① 높은 발광효율, ② 에너지 절약, ③ 장수명, ④ 소형․밀집, ⑤ 열선․자외선을 거의 함유하지 않는다, ⑥ 저온에서 발광효율이 저하하지 않는다, ⑦ 환경에 유해한 물질을 함유하지 않는다, ⑧ 충격․진동에 강하다, ⑨ 조광․점멸이 자유자재이다, ⑩방수구조가 용이하다.

이들의 특징을 활용하여, 초기에는 사인디스플레이나 실외조명에 도입되었다. 고출력화․고효율화가 진전된 현재는, 점포․업무공간이나 주택 등의 실외조명에 도입이 증가되고 있다.

○ LED의 발광과 백색화의 원리

– 발광원리: LED는 전기를 통하면 발광하는 작은 반도체를 투명한 에폭시수지로 피복시킨 광원이다. 이 반도체는 전기의 플러스(정공)가 작동하는 p형 반도체와, 마이너스(전자)가 작동하는 n형 반도체를 합쳐서 전기를 흘리면, 플러스와 마이너스가 충돌하여 접합면으로부터 빛이 나온다. 종래 광원의 전구가 필라멘트를 가열하고 열로부터의 빛이 나오는 것에 대해서, LED는 전기를 직접 빛으로 바꾸기 때문에, 에너지의 변환효율이 매우 크다.

– 백색화의 원리: 백색은 가장 중앙에 존재하고 있다. 즉, 적색․녹색․청색의 모든 빛이 혼합되면, 인간의 눈은 뇌에서 백색이라고 인식하게 된다.

적․녹․청의 발광색을 이용하여 각종의 색을 표현하고 있는 TV가 우리들의 주변에 있다.

TV는 아주 작은 적․녹․청 빛의 집합으로 형성되어 있다.

각각의 색의 강약으로 여러 가지 색을 발광하고, 적․녹․청의 3색을 발광했을 때에 백색이 얻어지고 있다.

– 백색 LED를 실현하는 방법: 1990년대 이후, LED는 적색으로부터 청색까지 각종의 색을 발광시킬 수 있게 되었다.

이들의 LED를 사용하여 백색 LED로 하는 주된 방법은 다음과 같다.

(1) 청색 LED + 형광체에 의한 백색 LED, (2) 적․녹․청색 LED에 의한 백색 LED



2. 조명용 LED의 기술개발 현황

○ LED의 수직 분업체제

– 특정 비영리 활동법인 LED 조명추진 위원회(JLEDS)에는 150개를 넘는 기업이 각종 업태로 LED에 관한 기업 활동을 수행하고 있다.

LED의 원재료로부터 반제품․완성품에 이르기까지의 프로세스에 대해서 설명하면 다음과 같다. 카테고리(A)는 고순도 재료 등의 원재료나 전기적 결합이나 열적 결합 및 형광체의 접합을 위한 재료이다.

카테고리(B)는 LED 성장을 위한 기판이고, 카테고리(C)는 LED를 성장시킨 웨이퍼나 이것을 절단해서 가공한 것이다.

– 카테고리(D)는 팁을 패키지 기판에 접합하고, 와이어 접속이나 수지로 봉지한 LED 단체이다. 카테고리(E)는 LED 단체를 집적하고, 방열부재와 조합시킨 것이나 최종제품이다.

카테고리(F)는 모듈이나 응용품을 제조할 때의 부재이고, 카테고리(G)는 LED의 선별이나 특성측정에 사용되는 검사 장치이다.

○ LED의 발광효율 진전: 백색 LED는, 요즈음 급속히 발광효율이 향상되어 있다. 이미 백열등을 훨씬 상회하고 있으며, 앞으로 형광등을 추월하는 레벨까지 성능이 향상될 전망이다.

현재는 100lm/W(광출력/소비전력)로 되어 있다.

○ 차세대 조명(LED 조명)의 성장전략

– 차세대 조명의 기반 기술개발: 차세대의 고효율․고품질 조명의 성능개발 및 재료․제조프로세스의 코스트 저감을 진전시키는 것에 의하여 다음의 수치달성을 목표로 하고 있다.

발광효율 형광등 기구평균 65lm/W → LED 조명기구 130lm/W, 평균연색 평가 수 Ra 80 이상, 수명․광원 당 코스트 0.3 엔/lm․yr 이하이다.

현재, 독립행정법인 신에너지․산업기술 종합개발기구의 사업으로, 돌파구가 기대되는 「조명용 GaN 기판의 결정성장 재료기술개발」이나 「제조공정 고속화를 위한 프로세스 기술개발」이 실행 중에 있으며, 이 실현에 의

하여 상당히 큰 효과가 기대되고 있다.

– 전략적 국제표준화 추진: 조기 국제표준화로의 의식을 공유하는 주요국가로 가속화나 시험소 인정제도 및 제품 인정제도의 확립이 진전되고 있으며, 일본은 그의 주도적인 역할을 하고 있다.

차세대 조명의 보급촉진을 위한 국제표준화의 추진이나, 차세대 조명의 용도개발을 위하여 노력하고 있다.

– 일본의 국제표준화 대응체제: 전략적 국제표준화의 추진을 위해서는 국제기관의 결집과 협력이 중요하다.

정부(경제산업성)를 비롯하여 연구․시험기관(산업기술 종합연구소, JET, 제품평가기술 기반기구), 학회․국제표준화 조직(조명학회, 일본조명위원회), 산업계(일본 조명기구공업회, 일본 전구공업회, JLEDS, 각 기업) 등이 긴밀한 연휴를

수행하여 대응을 도모하고 있다.



3. 법령․규격의 정비 상황

○ LED 조명에 관계되는 법령․규격의 체계: 개발속도가 빠르고, 시장에 도입되는 LED에 관련되는 법령․규격 제정의 느린 것이 지적되어 왔지만, 관계자의 노력에 의하여 차츰 정비되는 상황이다.

○ 전기용품 안전법의 정령개정으로 LED가 대상화: LED 조명을 정확히 보급시키기 위해서 노력하고 있다.

병행해서 성령개정에 의하여 「전기용품 기술기준」의 공통사항에서는 현재의 조명기구에 적용되고 있는 기준에 추가해서 개별사항과 깜박임의 억제나 수명의 안정성 확보 등 LED 특유의 것이 성행되고 있다.

○ LED 조명에 관한 JIS 규격 등의 정비진전: 2012년부터 2013년에 걸쳐 제정이 예정되고 있으며, 이것에 의하여 거의 나올 것으로 예상된다.



4. 토픽스

○ LED 조명의 종합전시회 개최: JLEDS에서는 2012년 3월 6~9일, 동경 빅 사이트 서관에서 「LED Next Stage 2012」를 일본 경제신문사와 공동으로 주최하고, 전회(2010년)보다 많은 6만 9천 명의 입장인을 모았다.

○ LED 조명 핸드북의 개정과 공개: JLEDS의 기술위원회에서는 LED 조명의 전반적 이해를 목적으로 하는 『LED 조명 핸드북』(Ohm 사)을 간행하고 있다.

또한, 최신의 내용으로 개정하고 Web판도 공개했다.

○ LED 조명의 계몽활동: 일반인에게도 가벼운 마음으로 LED 조명에 관한 지식의 습득이나 보충을 위해서 폭넓은 콘텐츠를 JLEDS 홈페이지(http:/www.led.or.jp)에서 공개하고 있다.



5. 결언

○ LED 기술은 현재, 일본이 우위성을 확보하고 있는 상황이지만 세계의 기술개발 경쟁은 격렬하며, 특히 최근에는 한국, 대만, 중국이 LED를 전략적으로 중요한 기술로 취급하고, 국가적인 기술개발계획을 진전시키고 있다.

유럽에서도 기술개발의 움직임이 활발하다.

따라서 신기술을 사회에 빨리 정착시키기 위해서는 기술개발의 경쟁과 병행해서 기술보급 경쟁을 수행할 필요가 있다.

출처 : 松本稔, “LED照明の普及の現狀と今後の動向”, 「PETROTECH(日本)」, 35(11), 2012, pp.813~818



◃전문가 제언▹

○ LED 조명은 발광다이오드(Light Emitting Diode)를 이용한 불꽃, 백열등, 형광등에 이어서 제4의 전등이라고 말하고 있다.

반도체를 이용한 LED 조명의 특징은, 종래의 형광등이나 백열등과 비교한 경우, ① 높은 발광효율, ② 에너지 절약, ③ 장수명, ④ 소형․밀집, ⑤ 열선, 자외선이 거의 없음, ⑥ 저온에서 발광효율이 저하되지 않음, ⑦ 환경유해 물질을 포함하지 않음, ⑧ 충격․진동에 강함, ⑨ 조광․점멸이 자유로움, ⑩ 방수구조가 용이함 등이다.

○ LED 기술이 확립된 것은 1960년대 이후로 적색, 녹색, 청색의 3원색 중에서 적색과 녹색이 최초로 개발되었고, 70년대에 황색이, 90년대에 청색이 개발되었다.

청색 LED 발광은 화합물 반도체인 GaN을 이용하여 1993년에 실현되었으며, 1996년에는 청색 LED와 YAG형 광체를 조합한 백색 LED가 출현하였다.

백색광의 출현에 의하여 표시형 뿐만이 아니고, 조명분야에 이르기까지 응용이 확대되었기 때문에, LED에 대한 기술경쟁이 세계적으로 일어나게 되었다.

○ LED의 국제표준화는 세계 어느 곳에서든지 용도에 맞게 사용이 가능하고, 제품의 개념에도 보편성이 있어야 한다.

조명분야 국제표준화 관련기구로 기초측광, 측색에 대한 관련은 국제조명위원회(CIE: Commission Internationale del' Èclairage), 제품 및 관련 전기공학 특성에 관해서는 국제전기표준회의(IFC: International Electro-technical Commission)라는

2개의 기관이 조명분야의 표준화 기관으로 기능을 수행하고 있다.

국제표준화기구(ISO: International Organization for Standardization)도 통계수법 및 재료규격 등 측면에서 공헌하고 있다.

○ LED 조명은 다양한 용도로 급속히 확대되어 나가고 있으며, 특히 에너지 절감이 더욱 강조되고 있기 때문에, 앞으로는 더욱 각광을 받을 것으로 예상되고 있다.

재생 가능한 에너지를 이용한 발전시스템과 LED의 혁명을 불러오리라고 생각된다.

그러나 새로운 기술을 도입하는 초기에는 좋은 측면만이 부각되기 때문에, LED의 경우도 현재 늘어나고 있는 문제점은 물론 많은 실용시험을 거쳐서 개선 보완할 필요가 있다.


한국과학기술정보연구원/전문연구위원 정평진(
pyjinchung@reseat.re.kr)


Source
: KISTI





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