엉터리 다이빙

Flashlight Story 7

-  LED 라이트에 대해서 -

6. LED의 등급

앞서 말씀드린 것처럼 LED를 제조할 때는 일정한 오차가 있어 제조된 제품 간에도 차이가 발생하기 마련입니다.

이 차이는 광량, 색온도, 사용전압 등에 관한 것이므로 제조측에서는 이를 몇 개의 등급으로 묶어 생산된 LED를 분류하게 됩니다.

이렇게 LED를 헤쳐 모여시키게 되며,

각 등급별로 기호나 숫자 등으로 해당등급의 내용을 약자로 표기하게 됩니다.

이를 랭크라고 하며,

용기에 담는다라는 의미인 Binning 이라는 말을 쓰기도 하는데, 통상적으로 빈(Bin) 이라고 합니다.

LED에 있어 빈은 해당 제품을 설명하는 기호조합 코드로 이는 제조사별로 차이가 있습니다.

빈은 단지 기호나 숫자일 뿐이므로 빈코드 설명이 없으면 이해할 수 없는데,

자작, 개조를 위해서는 빈을 제대로 읽어낼 줄 알아야 합니다.

빈코드 해석 에 대해서는 각 메이커의 홈페이지에 소개되어 있는데,

여기서는 룩시온의 빈에 대해서 설명하도록 하겠습니다.

룩시온 스타의 뒷면을 보면 알파벳 대문자와 숫자로 이루어진 빈코드가 찍혀 있는데,

2줄이며 첫째줄은 제품의 특성이며 둘째줄은 생산일자와 파트넘버를 나타내는데,

예를 들면 다음과 같습니다.

룩시온 스타의 빈코드는 위와 같으며,

각 숫자와 문자가 의미하는 것은 다음과 같습니다.

1번은 밝기의 등급으로 알파벳 J ~ X 까지의 등급이 있습니다.

참고로 룩시온 백색 LED의 등급표는 다음과 같습니다.

(룩시온 1W는 S빈까지 입니다)

위의 예는 T 등급이므로 이 제품은 통상 T빈 또는 T랭크로 불리워지며,

T 랭크의 광량은 67.2 ~ 84.4 루멘이 됩니다.

해당 제품이 출력을 보려면 8번의 제품번호(모델명)을 먼저 보아야 하는데,

이 제품의 모델명은 LXHL-LW3C 이므로 White Luxeon III Lambertian Star 백색의 3W 하이돔형 LED임을 알 수 있습니다.

2번의 두자리 기호는 색온도를 의미하며,

2004년 6월 29일 이후 몇가지 모델은 한자리의 숫자로 표기합니다.

각 등급의 평균 온도는 다음과 같습니다.

(하단의 표는 보통 화이트라고 불리우는 색온도이며 그 외에도 다양한 색온도가 존재합니다)

위 예에서 색상은 V1이므로 평균색온도 5000K를 의미합니다.

그런데 이 색온도는 일정대역을 하나의 등급으로 묶어 버리므로 같은 색상등급이라고 하여도 역시 색온도차이가 나기 마련입니다.

(이 색온도에 너무 신경을 쓰면 정신건강에 매우 해롭습니다)

3번의 알파벳 기호는 전압에 관계된 것으로 H라면 3.03V ~ 3.27V 에 해당됩니다.

전체전압 등급은 다음과 같습니다.

4번은 본 제품의 색상을 나타내는 것으로 W는 화이트를 의미합니다.

(이는 백색에만 해당되면 기타 색상은 모델별/색상별로 1자리 숫자로 나타냅니다)

5번은 시리얼 또는 롯트 번호에 해당됩니다.

6번은 생산일을 의미하는데 숫자는 주단위이므로 15는 그 해의 15번째 주가 됩니다.

7번은 생산연도를 의미하며 04는 2004년입니다.

8번은 앞서 말씀드린 것처럼 모델명에 해당되며 전체 모델번호는 다음과 같습니다.

이처럼 빈에 대한 설명은 각 메이커에서 채택한 고유의 코드이므로 해당 메이커의 제품은 그 메이커에서 배포한 코드표를 보고 이해하시면 됩니다.

물론 자작이나 모드를 하기 위해서는 각 랭크의 특성에 대하여 자세히 알아 두시면 좋겠지만 보통은 맨앞의 밝기 랭크만 알아 두어도 상당히 유용합니다.

이로써 간략하게 LED의 빈에 대하여 설명을 드렸는데

이번에는 실제 제품의 예를 들어 보겠습니다.

위 룩시온 스타의 뒷면에는 빈코드가 찍혀 있는데,

우선 어떠한 제품인지를 살펴 보도록 하겠습니다.

둘째 줄의 4305  다음의 8자리 코드는 제품명을 의미하는데,

이 코드로 이 제품이 White Luxeon III Lambertian Star 임을 알 수 있으며,

첫줄이 시작이 U라면 87.4 ~ 113.6 루멘인 U랭크 제품임을 알 수 있습니다.

X1은 평균색 온도 6300K이며, K는 3.51V ~ 3.75V 용의 제품임을 W는 백색 LED임을 의미합니다.

둘째 줄의 4305는 2005년의 43번째 주에 생산되었다는 의미입니다.

이상으로 LED에 대한 간략한 역사와 구조, 룩시온 제품을 중심으로 한 등급 설명에 대하여 살펴 보았습니다.

이는 원론적인 것으로 기존의 광원과는 다른 LED 라이트에 대한 이해를 돕기 위한 설명입니다.

다음 장에서는 실제 LED 라이트들을 살펴 보기로 하겠습니다.

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

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5. LED의 구동

LED 자체가 광원이므로 전기에너지만 공급할 수 있으면 빛을 발하게 됩니다.

다만 일반적인 필라멘트 방식의 가스 충진 전구 등과는 달리 LED 자체가 반도체이므로 비록 소형이지만 전기 회로를 통하여 이를 통제하게 되며, PCB 기판에는 LED 에미터 이외에 컨덴서, 저항 등의 부속 장치 등이 내장됩니다.

이 회로가 내장된 보드는 전류, 전압 등을 통제하여 광량, 사용시간 등을 조절하게 됩니다.

LED 라이트에 있어서 좋은 랭크의 LED를 구하는 것도 중요하지만,

이 PCB와도 조합이 잘 이루어져야 훌륭한 제품이라 할 수 있습니다.

대개 LED 라이트는 밝기를 높이거나 사용시간을 늘이는 쪽으로 설계되어 있는데,

이 두가지의 균형이 얼마나 조화를 이루느냐가 관건이 됩니다.

보통 PCB 회로에는 레귤레이터라는 전압안정장치가 있어 승압/강압을 모두 적용하는 것으로 미리 설정된 정격전압이 있고 입력전압이 그보다 낮으면 이를 높히고, 높으면 낮추는 역할을 하여 일정시간 동안 일정 밝기를 유지하는 역할을 합니다.

그렇게 되면 대체로 일정시간은 동일 밝기(최고모드)이다가 그 시간이 지나면 밝기가 확 떨어지게 됩니다.(최저모드)

그래서 LED 라이트(특히 파워 LED 라이트)에는 레귤레이터 시스템이 있습니다.

다만 저항이나 회로없이 직접 LED 에미터를 전지에 연결하는 방식이 있는데,

이를 다이렉트드라이브라고 합니다.

이는 주로 소형 열쇠고리용 LED 라이트에 사용되는 방법인데 이 방식은 사용시간에 따라 밝기가 점차 감소하게 됩니다.

또한 기존 제품을 교체하는 용도로 만들어지는 회로들은 판매용도 있는데 이러한 제품들은 아예 LED와 PCB가 조립된 상태로 있으므로 기존 제품에서 해당 부분과 교체만 하면 되는 간편한 방식입니다.

이를 드랍인(Drop In) 모듈이라고 하여 여러 모델이 판매되고 있으며,

소형 메이커들은 아예 드랍인 모듈만을 별도로 판매하기도 합니다.

사용시간, 밝기도 빼놓을 수 없겠지만 LED 구동에 있어서 가장 고려해야 할 부분은 효과적인 발열이라 하겠습니다.

LED의 장점 중 하나가 수만 시간에 이르는 수명인데 칩자체에 열이 많이 가해지면 성능 저하와 함께 수명도 짧아지게 됩니다.

이는 사용전류와 기판부의 온도와 관계있는데 표로 정리하면 다음과 같습니다.

위 표의 입력전류는 해당 제품들의 최대전류와 비슷하므로 최고밝기를 조사하는 상황에서의 광량감소율로 볼 수 있으며,

이를 보면 1W.3W LED에 비해 5W LED의 광량감소율이 훨씬 높은 것을 알 수 있습니다.

비록 수명 자체는 수만시간에 이르더라도(1W,3W LED는 그래도 오래 갑니다만......) 초기 밝기에 비하여 75%로 광량이 떨어진다면 플래시라이트로서의 수명은 다 한 것으로 생각해야 하는데,

그런 점에서 5W LED는 효율, 수명 등에서 다른 제품들보다 열세라고 할 수 있겠습니다.

물론 500시간이라고 해도 하루에 한시간 정도 사용한다면 1년 반은 사용할 수 있는 시간으로 기존의 광원들보다는 매우 긴 셈이지만,

수만시간에 이르는 수명이라는 것에는 이러한 맹점이 있습니다.

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4. LED의 구분

앞서 언급한 것처럼 LED에도 밝기별로 색상별로 각각 구분을 하게 되는데,

처음 접하시는 분들은 그 체제가 다소 복잡하여 LED의 구분에 대하여 꽤 혼동을 하시는 것 같습니다.

LED의 제조사는 여럿이 있고 각기 다른 구분법을 적용하고 있으며 생산되는 LED의 타입도 여러 종류이므로 여기서는 플래시라이트용으로 가장 많이 알려진 룩시온(그 중에서 화이트 LED)을 기준으로 살펴 보겠습니다.

룩시온은 LED 메이커인 루미리즈의 상표명으로 W급의 소비전력을 가진 고출력, 고광량의 파워 LED입니다.

현재는 K2라는 새로운 라인업이 있지만,

그 전에는 통상 룩시온, 럭시온, 럭션 등의 이름으로 불리워지는 제품군이 주류를 이루었고,

현재도 대다수의 파워 LED 제품은 룩시온을 채용하고 있습니다.

그 이유 중 하나는 LED의 형태가 제조사별로 조금씩 차이가 있어 LED 자체를 바꾸려면 그에 따라 반사경이나 옵틱의 광학 부속품, 그리고 더 나아가서는 헤드 베젤의 직경이나 높이도 달라지게 됩니다.

그러므로 아예 처음 시작하는 업체나 소규모 업체는 대응이 빠른 편이지만,

대량생산을 하고 있는 메이커로서는 빠른 대응이 쉽지 않기 때문입니다.

1) 제품상의 구분

룩시온 LED가 제품으로써 출시될 때 기본적으로 에미터 형과 스타 형이 있습니다.

에미터형은 위 사진처럼 LED 자체로써 돔형이 본체와 전극 막대로만 구성되어 있는 가장 간략한 형태입니다.

위 사진은 스타형으로 에미터에 전극부와 힛싱크가 합쳐진 형태입니다.

초기의 파워 LED 제품들은 스타형을 사용하기도 했습니다만,

이후에 보다 다양한 형태의 제품들이 만들어 지면서는 에미터형을 많이 사용하기도 했습니다.

그리고 스타형을 구했다고 하더라도 필요에 의해서는 에미터만을 분리해 내기도 합니다.

이 두 가지는 흔히 볼 수 있는 형태이며,

스타형 중에는 다른 형태도 존재합니다.

스타의 C형은 소켓형 기판에 에미터가 결합된 형태입니다.

그리고 스타 O형은 아예 옵틱이 포함된 형태이며 라이트용으로도 사용하기는 하지만 주로 신호용 램프로 사용하는 경우가 많습니다.

2) LED 형태의 분류

앞서 설명한 것처럼 LED는 칩 위에 수지 재질의 돔형 외피를 씌우게 되는데,

이는 렌즈의 역할을 하며 이 돔의 형태에 따라 하이돔, 로우돔, 사이드에미팅의 3가지로 구분합니다.

돔의 형태가 위 도면처럼 반구를 이루는 형태를 하이돔(High Dome)이라고 하며 램버티안(Lambertian)이라고도 합니다.

하이돔 모델은 조사각도가 120 ~150도(3W.5W), 140 ~ 160도(1W) 정도로 다른 돔타입들에 비하면 넓은 편이며 중심부와 주변부의 경계가 부드럽고 고른 편입니다.

위 도면은 로우돔(Low Dome) 모델로 돔의 상단부가 평평한 형태입니다.

이를 뱃윙이라고도 하는데 이 돔타입은 1W 모델에만 적용되었습니다.

조사각도는 약 110도로 좁은 편이며 중심부와 주변부의 경계가 뚜렷한 편입니다.

파워 LED 라이트 초기에는 1W 모델들이 많았읍니다.

아크라이트에서는 하이돔의 H 모델과 로우돔의 L 모델을 구분하여 판매하였는데,

당시에는 조사범위가 넓고 부드러운 빔을 가진 하이돔 모델이 더 인기가 있었습니다.

돔의 형태가 마치 절구형으로 생긴 타입을 사이드에미팅 타입이라고 하는데,

조사각도가 75 ~ 85도인 집광형입니다.

현재 사용되고 있는 파워 LED는 대개 하이돔 타입으로 여기에 각종 옵틱이나 반사경을 사용하여 조사각도, 집광성 등에 변화를 주고 있습니다.

3) 출력상의 분류

룩시온 제품은 크게 1W. 3W. 5W 로 나눌 수 있는데,

이는 소비전력상의 분류이며 이를 순서대로 Luxeon I, Luxeon III, Luxeon V 이라고 합니다.

그런데 1W/3W 제품은 백색을 포함한 기타 색상들도 같은 명칭을 사용하나,

5W일 경우 화이트 LED를 별칭하여 Luxeon V Portable 이라고 하는데,

포터블이라는 명칭에서 보듯이 5W의 화이트 LED는 플래시라이트처럼 휴대용 조명에 사용할 것을 염두에 둔 것입니다.

어쨌든 이들 룩시온 제품을 출력이 낮은 순으로 살펴 보도록 하겠습니다.

룩시온 1(1W)

통상 1W LED로 불리우는 LED로 실제 출력은 1.25 ~ 1.33 이라고 합니다만,

편의상 1W라고 하고 있습니다.

출력은 전류압과 관계가 있는 것이며,

이는 여기서 말하는 1.25 ~1.33은 최대 출력을 의미하며 이는 각 LED의 랭크에 따라 다릅니다.

그리고 이는 최대치이므로 설정에 따라서 허용전류보다 이 보다 더 낮은 출력으로도 구동시킬 수 있습니다.

허용치 이하의 전류로 구동하는 것을 다운 드라이브라고 하는데,

이렇게 되면 밝기는 떨어지나 사용시간이 늘어 나고 LED 자체의 수명도 오래 갑니다.

반대로 허용치 이상의 전류로 구동하는 것을 오버 드라이브라고 하며 밝기는 높아지고 사용시간과 LED의 수명을 짧아 집니다.

특히 룩시온 파워 LED의 경우 원래 열이 많이 발생하는데,

거기에 오버 드라이브를 할 경우 더욱 열이 많이 발생하므로 방열 등에 대한 사항을 충분히 고려해야 합니다.(이는 1W, 3W, 5W LED에 공통된 사항입니다)

룩시온 1은 정젹전압 3.42V(랭크에 따라 다름), 최대전류 350mA로 구동되며 평균 광량은 최저 14루멘 평균 25루멘 정도입니다.

파워 LED 초기에는 3V 리튬 전지로 구동하는 고광량 제품 등에 많이 사용되었습니다만,

5W 제품 출시 이후에는 주로 AA 건전지를 사용하여 사용시간이 긴 제품에 많이 사용되고 있습니다.

룩시온 3(3W)

통상 3W LED로 불리우는 제품으로 1W 제품의 출력을 높힌 것으로 외관상의 형태는 거의 동일합니다.(자동차로 치면 보다 배기량이 큰 엔진을 탑재한 것으로 보면 됩니다)

룩시온 3의 700mA 구동시 정격 전압은 3.7V, 광량은 약 65루멘이 되며,1000mA 구동시에는 졍격 전압 3.9V, 85 루멘의 광량을 조사합니다.(이 역시 랭크에 따라 다릅니다)

3W 제품은 밝기 대 효율면에서 다른 제품군들보다 우수한데,

파워 LED 초기에 5W LED가 너무 빨리 등장하여 한동안은 1W 제품을 대체하는 용도로 사용되었습니다만,

가변 전압이나 허용전류의 폭이 크고 전력소모가 적어 주로 자작용 또는 커스텀 메이드 용으로 많이 사용되었고 후에 3W LED의 개량이 본격적으로 시작되면서는 우수한 효율을 내세워 5W LED들을 대체하기 시작합니다.

특히 3V 건전지 1개를 사용하는 제품들은 2004년 이후에 기존 1W LED 대신 3W LED로 교체되었으며 현재 휴대용 LED 라이트의 주력을 이루고 있는 제품입니다.

룩시온 5(5W)

5W LED로 불리우는 제품으로 정격전압 6.4V, 최대전류 700mA, 광량은 평균 120루멘입니다.(랭크에 따라 다름)

특히 백색 5W LED은 Luxeon V Portable 이라는 명칭으로 별도로 구분하는데 파워 LED를 대표하는 존재였습니다.

5W LED는 1W용 LED 칩 4개를 조합한 것인데 당초에는 자체 개발 계획이 있었다고 합니다만 여의치 않자 급조한 것이라고도 합니다.

어쨌든 단일칩이 아니므로 전력의 소모가 높아 효율이 떨어지고 아무리 작다고 하여도 각 칩간에는 틈이 있어 가까이에서 조사하면 중간에 어두운 부분이 생기는 등의 문제가 있기는 했지만,

기존의 제논 램프 등에 필적하는 높은 광량을 조사한다는 점이 높이 부각되어 많은 플래시라이트에 사용되었습니다.

외형은 1W.3W 제품과 큰 차이가 없으나 중심의 칩 부분을 그 면적이 4배 정도되는 것을 알 수 있습니다.

5W LED는 특히 높은 열을 발생시키는데 방열이나 열분산에 대한 충분히 고려하지 않으면 그 수명이 급격히 짧아지고 효율에서도 3W LED 보다 떨어지므로 건전지 1개를 사용하는 소형 제품은 잘 사용되지 않았고 건전지 2개 이상 사용 제품에 많이 사용되었습니다.