고효율 및 장수명

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고효율 및 장수명

고효율 및 장수명

LED 온도 관리

LED의 특성은 주위 온도 및 LED의 발열을 포함한 칩 온도 (Tj : 발광부인 Junction 온도)에 따라 특성이 변화합니다. 하기는 대표적인 특성 변화에 대한 설명입니다.

1. 광량(Lumen)

LED는 Tj가 상승하면 광량이 저하됩니다. 이는 발광에 기여하지 않는 전자(electron)와 홀(hall)의 재결합이 증가하기 때문입니다.

[온도에 따른 LED 발광 효율]

2. 파장 (Wavelength)

광도 변화와 같이, 온도의 변화에 따라 발광 파장도 변화합니다.
주로, 온도가 변화함에 따라 반도체의 Band gap 폭이 변화하므로, 파장 변화가 발생하게 됩니다.
파장 변화량은 재료에 따라 달라집니다.
예를 들어 InGaAlP계 LED는 온도 상승에 따라 λd가 0.1nm/°C 정도, 장파장측으로 변화합니다.
결과적으로 LED의 색온도가 변하는 원인이 되며, 등기구의 품질에 영향을 줍니다.

[LED 정션 온도에 따른 색온도 변화]

3. 순방향 전압(VF, Forward Voltage)

VF의 변화는 특수한 경우를 제외하고, 발광 파장과 같이 반도체 Band gap 폭이 변화하기 때문에 발생하는 것입니다.
온도 상승에 따라 VF는 2mV/°C 정도의 비율로 저하됩니다.
VF의 변화는 회로 설계에서 중요한 요소입니다.
LED의 동작이 정전압인 경우, 또는 정전압에 가까운 경우에는 온도 상승에 따라VF가 저하되어 전류가 증가합니다.
전류가 증가하면, Tj가 높아지고 VF가 낮아져 평형 상태가 될때까지 전류가 증가하게 됩니다.
또한, 반대로 저온이 되면 VF가 높아지고 전류가 감소하여, 정전압 동작에서는 필요 광량을 얻을 수 없는 경우가 발생할 수 있습니다.

방열 성능

모든 전자기기는 발열로부터 자유로울 수 없으며, 앞서 기술한대로 특히 LED는 전력의 약 85%를 열로 소비하는 특성을 가지고 있어 LED 소자에 전력을 높게 인가할수록 발생하는 열은 높아져 효율이 떨어지게 됩니다.

LED 소자에서 발생된 열을 외부로 얼마나 잘 방출시킬 수 있는가 하는 것이 기본적인 전기적, 광학적 특성과 함께 가장 중요한 요소입니다.

LED소자의 접합온도가 상승할 수록 발광효율이 저하되고 이는 등기구 품질에 치명적이며 제품 성능 유지를 위해서는 적정 온도 이하 관리가 필수 입니다.

또한 LED소자의 접합온도가 상승할 수록 수명이 짧아지는 문제가 발생하며 LED 소자 제조사에서는 북미조명학회(IESNA)가 제정한 TM-21 수명 예측방법으로 수행한 LM-80 Report를 제공하여 수명에 대한 신뢰성을 보장하고 있습니다.

[온도에 따른 LED 수명]

대면적 공간을 원거리까지 기준 조도 및 균제도를 유지하기 위해서 고출력 LED가 사용되며, 고출력 LED는 발열 온도가 매우 높아 고도화된 방열시스템이 구축되어야 합니다.

고효율 및 장수명

앞서 설명한 고도화된 방열시스템을 적용하여 LED 소자의 열관리가 가능한 등기구를 제조할 경우, LED 소자 제조사에서 제시한 LM-80 Report를 통해 등기구 수명을 보장할 수 있고, 충분한 광량을 확보할 수 있어 광효율 상승을 통한 고효율 및 장수명을 실현할 수 있습니다.

예를 들어 당사의 고출력 LED 등기구에 적용되는 LED 소자의 경우, LED 온도를 85℃ 이하로 온도 유지 시 LED소자 제조사에서는 98,500시간동안 90% 이상의 초기 광량을 유지를 보장하고 있으며, LED 등기구 설치 시 기존 메탈할라이드 조명 대비 15배 이상의 장수명으로 유지보수비용이 감소하며, 높은 광효율로 에너지 절감효과를 얻을 수 있습니다.

No Nominal Case
& Ambient Temp.
Drive Current
[IF]
ANSI CCT
Target
Reported TM-21
Lifetimes
1 85℃ 700mA
(12V)
3000K
  • L90(14k) = 98,500 hrs
  • L80(14k) > 145,000 hrs
  • L70(14k) > 145,000 hrs

[자사 사용중인 LED Chip LM-80 수명 예측 결과]