LED(SMD와 COB)램프 비교

| 2019년 11월 15일 | 0 Comments

(1) 간단한 전등의 역사

18세기 말 에디슨의 전구 발명으로 지금까지 다양한 전등이 개발되어 사용되고 있습니다. 다른 분야와 비교하면 변화의 속도가 그렇게 빠르다고 생각되지 않습니다. 백열전구는 에디슨이 발명한 이래로 물론 그 사이에 단점이 많이 보안 되면서 사용되었지만 몇 년 전에 단종 되었으니(사실 지금도 인터넷에서는 판매 중 입니다.) 거의 100년 이상 사용된 것 입니다. 전등 뿐 아니라 테슬라가 발명한 전동기(직류, 교류) 개념도 지금까지 사용 되고 있으므로 다른 공학에 비하면 변화가 매우 느린 듯 합니다.

요즘은 전 세계적으로 환경 보호 및 에너지 Saving에 관심이 점점 높아져서 각 전기기기의 효율 개선에 노력을 기울이고 있습니다. 전등의 경우 수십 년 전부터 LED(Lighting Emit Diode)가 소개 된 이후 효율 개선된 전등이 계속해서 발전되고 있습니다. 처음 소개 되었을 때는 광속이 너무 약해서 컴퓨터나 기기 등에 표시등으로 주로 사용 되었습니다. LED가 상용화가 된 것은 얼마 되지 않았습니다. LED 이전에 전등의 수명을 획기적으로 향상시킨 무전극 램프도 발명 되었는데 결국 상용화 되지는 못했습니다. LED의 가장 큰 장점 중에 하나는 수명입니다. 스마일서브도 서버실에서 LED가 사용되고 있는데 5년 전에 일반 삼파장등에서 LED로 교체되어 사용되고 있습니다.

(2)일반등과 LED의 차이점

 1.발광원리

일반 형광등을 예로 들어서 발광관 양단 전극에 전압이 가해지면 관내에 전자가 방출되는데 이 전자가 봉입된 기체(수은,아르곤 등)의 전자물질과 충돌해서 빛이 발생하게 됩니다. 이때 대부분 253.7[nm]의 자외선이 나오는데 인간은 가시광선만 빛으로 느끼므로 발광관 내부에 형광물질을 발라서 여기에 반사가 되도록 합니다. 그러면 자외선이 가시광선의 파장으로 변환되어 인간이 볼 수 있는 빛의 형태로 됩니다. 형광등에 형광 물질이 없는 것은 자외선 소독용으로 사용됩니다. 식당에서 컵에 자외선을 사용하거나 화장실에서 손 세척기에 나오는 빛도 자외선입니다. 참고로 이 빛이 눈에 들어가게 되면 않좋습니다.

LED(Light Emitting Diode)의 발광 원리는 반도체를 이용하는 것입니다. 다이오드에서 정방향바이어스(정방향으로 전압을 인가해서 전류가 흐르도록 하는 방법) 를 이용해서 전류를 흐르게 하면 다이오드 P(positive,정공)N(Negative,전자)의 경계면 즉 접합부에서 에너지가 발생하는데 이것이 빛으로 발광합니다. 높은 전자의 전위와 정공과 전압의 결합으로 낮은 전위를 만들어서 그 전위차에 의해 전류가 흐르도록 하는 원리입니다. 이는 태양광 발전도 마찬가지 원리입니다. 광전지도 반도체 소자로 이루어진 것이므로 태양빛을 통해서 태양전지 내부에서 전위차를 만들어냅니다. 다른 등에 비해 열손실이 적기 때문에 효율이 높다거나 수명이 길다고 합니다. 초기 100년전에 아크등이라는 것을 사용했는데 접접에 아크를 발생시켜서 빛으로 발광하는 원리입니다. 이렇게 되면 거의 난로 수준입니다. 마치 난로를 사용한 램프인 것 입니다. 결국은 효율과 수명은 열손실을 얼마나 줄이느냐가 관건 이겠습니다.

 2. 수명

일반등에는 수명이 지나면서 흑화되고 열화되거나 필라멘트가 끊어지면 수명이 다 된 것으로 봅니다. 시중에는 LED의 수명이 반영구적이라고 하지만 LED 수명을 고려할 때는 효율에 의해 결정됩니다. 시간이 지날수록 광속의 밝기가 어느 정도(70%이하) 낮아지면 LED의 수명이 다 되었다고 간주되고 교체를 하게 됩니다.

 3. 환경문제

일반등에는 관내에 봉입가스를 넣어서 전자 충돌원리를 이용하여 광속이 발산되는데 이 봉입가스 중 수은이 환경문제를 일으킬 수 있습니다. 반도체 원리의 LED는 봉입가스가 없습니다.

 4. 경제성

LED가 처음 소개 되었을 때 일반등에 비해 광효율이 떨어지고, 초기 투자 비용(구매비용)이 높았습니다. 현재 LED 광효율은 많이 개선되어서 많은 장소에서 다양한 용도로 사용되고 있으며 처음 구매 비용도 많이 저렴해졌습니다. 수명은 백열전구와 비교하면 25배정도 긴 수명을 가지고 있고 전력 사용량도 적기 때문에 경제적인 면에서 많은 장점을 가지고 있습니다. LED가 다른 기존의 획기적인 여타 전등(예를들어 무전극 램프)에 비해 상용화가 가능할 수 있는 점은 경제적인 면의 장점이 가장 큰 이유라고 생각됩니다.

(3) SMDCOB

LED의 종류에는 SMD(Surface Mounted Device)COB(Chip On Board)가 있습니다. SMD는 가장 대중화된 제품으로 대부분의 LED 전등이 SMD 입니다. 스마일 서브 서버실에서 사용되고 있는 LED는 전부 SMD입니다.

SMD는 표시형 전등에서 일반 전등으로 사용되며 다양한 형태로 제작될 수 있는 장점이 있습니다. SMD 의 구조적 특징은 여러개의 다이오드가 한 개씩 따로 각각 기판에 붙어 있고, 각각의 다이오드마다 개별 회로로 되어 있습니다. 이러한 구성으로 SMD를 다양하게 사용 할 수 있으며 빨강, 초록, 파랑의 색을 표현 하여 다양한 색상을 구현 할 수 있습니다. 즉 다양한 색상을 가진 LED 제작이 가능합니다. SMD의 밝기는 1와트당 50에서 100 루멘정도로 밝습니다.

 

COB는 최근에 개발된 LED 조명으로 효율이 향상되고 SMD는 다이오드가 한 개씩 개별로 설치된 반면 COB는 다수의 다이오드(9개 이상)가 함께 설치 되었습니다.

, 다이오드의 수와 관계없이 두 단자에 한개의 회로오 구성되어 있습니다. 그래서 여러 다이오드가 마치 하나의 큰 다이오드 즉 큰 광원처럼 보이게 됩니다. 그러나 이러한 구성으로 SMD와는 달리 COB는 여러 색을 표현할 수 없습니다. 이런 단색의 표현으로 다양한 용도로 사용되기가 어렵다는 단점이 있습니다.(사실 시중에는 식물 재배용, 휴대용 작업등, 손전등 등 여러 용도로 사용되는 COB가 있습니다.) 장점으로는 SMD에 비해 같은 전력소모로 더 밝은 광색을 발산 합니다. , 기존의 LED(대부분 SMD)로는 강한 빛을 만들 수 없어서 운동 경기장이나 콘서트에서 사용하는 투광 조명등이나 무대 그리고 진열창에 제품을 강조하기 위한 Spot light(집중 광선)에는 사용 할 수 없었습니다. 그러나 COB는 적은 전력으로 강한 빛을 발산할 수 있으므로 투광기와 진열 조명 외에도 강한 빛을 필요로 하는 장소에 사용할 수 있습니다. COB 밝기는 최소 1와트당 80루멘입니다.

 

 

 

위의 그림은 COB와 SMD입니다. 차이가 보이시나요? COB는 다이오드가 마치 한 덩어리로 된 것 처럼 모여있습니다. 반면 SMD는 각 다이오드가 행렬을 맞추어서 배열되어 있습니다. 

50W SMD의 빛의 밝기 입니다. 

30W COB의 밝기 입니다. 개인적으로는 COB가 전력 소모가 적어도 더 밝아 보였습니다. 빛에 직접 눈에 들어왔을 때는 눈에 상이 수십분간 지속 되었습니다. 둘다 너무 집중적으로 밝아서 전반 조명용으로는 부족해 보였습니다. COB는 LED로서 전력 소모는 적고 매우 밝은 광원을 갖출 수 있기 때문에 앞으로 할로겐 램프나 HID(High Intensity Discharge Lamp,고휘도 방전 램프)를 대신에 사용 될 가능성이 커보입니다. 

왼쪽은 사장님이 주신 손전등입니다. 오른쪽 그림은 아마존에서 찾은 손전등입니다. 옆의 다이오드 모양이 다른점이 보이시나요? 사장님이 주신 것도 매우 밝은데 COB는 너무 밝을 것 같습니다. 

Category: IDC구축

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I'm in charge of maintaining electric facilities. So, I am an electrical engineer.