LED 라이트에 대해서 (2.LED의 특성 및 장단점)

 

Flashlight Story 7

 

-  LED 라이트에 대해서 -

 

1. LED의 특성 및 장단점

 

현재 LED는 플래시라이트 뿐 만이 아니라 인디케이터, 조명, 디스플레이, 신호등, 리모컨 등에 이르는 매우 다양한 분야에 응용되고 있으며, 앞으로도 그 범위는 계속 커질 것으로 전망하고 있습니다.

 

그렇다면 LED는 기존 광원들로는 불가능한 것을 가능케 했다거나 개선의 효과가 있음이 분명한데 적용 분야에 따라서 차이가 있기는 하겠지만,

이 자리에서는 주로 플래시라이트를 이야기하는 자리이니 만큼 조명 또는 조사용의 LED의 특성에 대하여 살펴 보도록 할텐데,

그 전에 다른 광원들에 대해서도 잠깐 살펴 보도록 하겠습니다.

 

광원은 자연적인 것과 인공적인 것으로 나눌 수 있는데,

플래시라이트나 조명은 당연히 인공적인 조명에 해당됩니다.

 

인공조명은 발광 현상을 통해 빛을 방사하는데,

이러한 인공 발광은 크게 2가지로 나뉘어 집니다.

하나는 열을 에너지로 하는 열방사에 의한 것이고, 다른 하나는 열에너지가 아닌 다른 에너지를 사용하는 것인데 이를 총칭하여 루미네선스(luminescence)라고 합니다.

 

 

위 도표를 통해 광원 및 발광의 종류를 간략하게 살펴 볼 수 있습니다.

 

이 중에서 우리가 흔히 접할 수 있는 것이 백열전구, 할로겐전구, 형광수은램프, LED 정도인데,

백열전구와 할로겐전구는 필라멘트에서 방출하는 열이 충진된 가스로 복사되면서 빛에너지로 바뀌게 되어 광원으로써 역할을 하게 됩니다.

그런데 방식은 조명으로 사용할 수 있는 가시광선 파장 이외에도 적외선 등의 비가시광선도 함께 만들어 내므로 전력이 낭비되어 효율이 떨어지게 됩니다.

 

이와 달리 루미네선스는 열에너지를 직접 복사하는 것이 아니라 분자, 원자 등을 변형시켜 이를 빛에너지로 전환하는 방식입니다.

예를 들면 형광수은램프(우리가 흔히 사용하는 형광등입니다)는 유리관 안에 수은증기가 채워져 있고 유리관 안쪽에는 형광도료를 칠한 것입니다.

여기에 전기를 넣으면 유리관 내부의 전극에 열이 가해지고 이것이 수은증기를 분해시켜 자외선을 방출하게 됩니다.

여기서 방출된 자외선은 형광도료가 칠해진 유리관을 통과하면서 가시광선으로 바뀌게 되어 우리가 사용할 수 있는 조명이 됩니다.

이는 발광의 에너지로 전기를 사용하는 것이므로 전기 루미네선스라고도 합니다.

 

전기를 에너지로 사용하지만 전극을 가열하는 방식과는 달리 발광체 속에 전극을 넣어 바로 빛에너지로 바꾸는 방식을 일렉트로루미네선스라고 합니다.

이를 통칭하여 전기장발광이라고 하며  EL(electroluminescence)이라고도 하는데,

스타워즈 광선검이나 디스플레이 모니터용의 백라이트 등에 사용되고 있습니다.

 

이러한 전기장발광과 원리는 같지만 반도체에 전류를 주입하여 발광시키는 방식을 주입형일렉트로루미네선스라고 하는데 이것이 바로 발광형 다이오드 즉 LED가 됩니다.

 

각각의 광원에는 각각의 특장점이 있은데

이제 LED의 장점을 알아 보도록 하겠습니다.

 

1) 높은 효율

효율이 높다는 것은 투자되는 자원에 비해 기대할 수 있는 생산성이 높다는 의미가 됩니다.

이를 전기를 사용하는 라이트로 바꾸어 보면 같은 전기 에너지를 가지고도 보다 높은 광량을 조사한다는 의미가 됩니다.

아래의 표를 보면 각 광원별 효율이 있는데,

LED의 경우 형광등보다는 낮지만 백열전구나 할로겐전구보다는 높은 것을 알 수 있습니다.

또한 이 도표의 기준은 과거 룩시온의 기준이므로 현재의 차세대 LED는 거의 형광등에 육박하는 높은 효율을 보여 주고 있습니다.

 

램프 종류	전력 (W)	효율 (Lumens/ W)	평균 수명(hr)
백열전구	25–200	11‑20	750‑5,000
할로겐전구	50–150	18‑25	2,000‑3000
형광등(4 ft)	32	88	20,000
Light Emitting Diode	1.2–1.4	16‑53	60,000‑100,000 White is lower

 

2) 긴 수명

일반적으로 백열전구는 수천시간, 형광등이 2만 시간인 것에 비하면 LED의 수명은 10만 시간에 육박합니다.

 

3) 소형화 

백열전구, 특히 형광램프에 비하면 LED는 매우 소형이므로 휴대용 라이트에 사용하기 적합하며 이를 위한 주변 장치의 설치 비용도 절감할 수 있습니다.

 

4) 견고함

LED는 발광체를 반도체칩으로 하고 그 위에 합성수지 재질의 덮개를 씌운 것이므로 유리 튜브, 유리관 등에 증기나 가스를 채운 형태인 백열등, 형광등에 비해 매우 충격에 강합니다.

보통 LED 라이트의 경우에 헤드에는 렌즈가 있고,

그 안에 LED 모듈이 장착되는데,

LED는 외부 렌즈나 덮개가 파손된다고 해도 칩에 직접적인 충격을 가하지 않은 한 발광에는 지장이 없습니다.

그에 비해 형광등이나 백열등은 충격에 매우 취약합니다.

 

5) 색상 조합의 용이

백열등과 같은 전구들은 색상을 변환하려면 필터 등을 사용해야 하지만,

LED는 조합에 의해 매우 다양한 색상을 만들어 낼 수 있고,

RGB LED처럼 하나의 LED에서도 여러 색상을 표현할 수 있습니다.

 

6) 광량 조절의 용이

LED는 입력 전류를 조절하여 최대 밝기로도 최소 밝기로도 일정 시간을 유지하는 것이 가능하지만 기타 광원은 조절이 되지 않거나 그 폭이 매우 좁습니다.

 

7) 신속한 점등/소등 

형광등의 경우에는 전극의 예열이 필요하지만,

LED는 그러한 과정이 없이 마이크로초 단위로 반응하며,

반복적인 점등/소등은 형광등에 치명적인 영향을 주는 반면 LED에는 영향을 주지 않으며,

이러한 특성은 인디케이터 등에 응용되고 있습니다.

 

8) 환경 친화적 

LED의 구성물질은 대개 반도체와 일치하며 형광등처럼 수은 등을 사용하지 않습니다.

 

9)적은 유지비 

효율이 높다는 것은 전기 소모가 적다는 것이며,

수명이 길다는 것은 교체 주기가 길다는 것이고,

내구성이 높다는 것은 파손이나 고장률이 낮다는 것으며,

기타 추가되는 부품이 거의 없으므로 부품 교체로 인한 추가 비용 발생이 거의 없기 때문입니다.

 

이상이 다른 광원에 비해 우수한 LED의 장점인데

물론 LED에도 단점이 있는데,

이번에는 단점을 소개해 보기로 하겠습니다.

 

1) 높은 제조 비용 

LED는 많은 장점에도 불구하고 현재로서는 광량 대비 제조비용이 높은 편이며,

특히 같은 방식으로 광량을 늘려가는 백열전구나 형광등에 비하여 제조 방식 자체가 달라지는 특성이 있어 고출력 LED는 상대적으로 가격이 높은 편입니다.

 

즉 백열전구나 형광등은 밝기에 비례하여 상승되는 가격이 일정한 배율로 올라가지만,

 LED의 밝기 등급을 올리거나 출력을 올리기 위해서는 일정단계까지는 비슷하지만,

(현재로서는 1W와 3W, 3W와 5W 간의 비용차이가 많이 줄었지만 과거에는 그 차이가 상당했습니다.) 그 이후부터는 단순히 몇 배 정도가 아니라 몇 십배도 차이가 날 수 있습니다.

하지만 이는 메모리처럼 기술적인 향상이 지속되므로 점차 그 가격은 낮아질 것으로 보입니다.

 

2) 높은 발열 

LED는 반도체에 전류을 주입하여 빛을 내는 과정에서 칩 주변 온도를 상승시키게 되므로 장기적으로는 기판 및 칩 자체에 영향을 주어 오작동 또는 수명을 단축시키는 결과를 초래합니다.

그러므로 상대적으로 발열이 심한 고출력 LED일 경우 충분한 열배출 공간 또는 설계를 하여야 합니다.

 

3) 색상의 불일치 

LED라이트, 특히 조명으로 주로 사용되는 화이트 LED는 그 스펙트럼 자체가 짧기 때문에 자연광에서 느끼는 인체지각 색상과 차이가 백열등이나 형광등보다 더 큽니다.

이를 CRI(Colour Rendering Index) 지수라고 하는데,

자연광 하에서의 지각 색상과의 일치도를 0 에서 100 까지의 수치로 표기합니다.

(물론 지수가 100 이면 완전 일치입니다.)

이 CRI 지수가 백열등은 100 이며, 형광등은 75 ~ 90, LED는 70 ~ 90입니다.

 

이상으로 LED의 장단점을 살펴 보았고,

그를 통해 LED가 아직 발전 단계에 있기는 하지만 써치라이트, 조명, 촬영용으로는 다소 부족하기는 해도 휴대용 라이트에 사용할 경우에는 매우 높은 장점이 있다는 것을 알 수 있습니다.

 

물론 유지비는 적게 든다고 하여도 휴대용 라이트의 광원으로써는 아직 비싼 편인데,

최근 중국 메이커들의 제품을 보면 이제 상당한 가격 경쟁력도 함께 갖추고 있다고 보여 집니다.

 

출처: http://www.ohled.com/20070504004  작성자: curse