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LED 조명

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1. 개요

LED 조명은 1960년대에 개발된 저전력 발광 다이오드(LED)를 활용한 조명 기술이다. 최초의 LED는 붉은색 빛만 냈지만, 1994년 청색 LED 개발을 통해 백색 LED가 등장하면서 일반 조명으로 사용되기 시작했다. LED 조명은 백열전구, 형광등에 비해 긴 수명, 낮은 소비 전력, 높은 내구성을 가지며, 다양한 용도로 사용된다. LED 조명은 소형화가 가능하여 디자인에 유리하며, 다양한 색상 구현이 가능하다는 장점이 있다.

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LED 조명
LED 램프
230볼트 LED 램프
230볼트 E27 베이스 LED 램프 (10와트, 806 루멘, 3000 켈빈)
종류발광 다이오드, 전구

2. 역사

LED 램프 등장 이전에는 백열 전구, 형광등, 메탈 할라이드 램프 등이 일반 조명으로 사용되었다. 백열 전구는 비효율적이고 수명이 짧지만, 햇빛과 유사한 연속적인 흑체 복사 스펙트럼을 생성하여 높은 연색 지수(CRI)를 가진다. 형광등은 백열등보다 효율적이고 수명이 길지만, 수은 성분 때문에 환경에 유해하다. 메탈 할라이드 램프는 LED 이전에는 가장 효율적인 백색 전등 중 하나였지만, 예열 시간이 필요하고 수은을 포함한다. 이러한 기존 램프들은 모두 에너지 효율이 낮아, 가시광선보다 폐열로 더 많은 에너지를 방출했다.

1960년대 초, 저전력 적색 LED가 개발되었고, 1968년에는 최초의 상업용 LED 램프인 휴렛 팩커드LED 디스플레이와 몬산토 컴퍼니의 LED 표시 램프가 출시되었다.[11] 그러나 초기 LED 램프는 효율이 낮고 짙은 적색만 표시할 수 있어 일반 조명으로는 부적합했다.[11]

1994년, 니치아나카무라 슈지가 최초의 고휘도 청색 LED를 시연하였다.[12] 아카사키 이사무, 아마노 히로시, 나카무라는 청색 LED 발명으로 2014년 노벨 물리학상을 수상했다.[13] 청색 LED와 고효율 LED의 존재는 백색 LED 개발로 이어졌고,[14] 이는 일반 조명으로의 활용 가능성을 열었다.

2000년대 초, 미국(Cree)과 일본(니치아, 파나소닉, 도시바)에서 LED 조명이 시장에 진입하기 시작했으며, 2004년부터는 한국(삼성, 킹선, 솔스티스, 호욜 등)과 중국에서도 시장에 진입했다.[15]

미국에서는 2007년 에너지 독립 및 안보법(EISA)에 따라 미국 에너지부가 브라이트 투모로우 조명상 대회를 설립하여[16] 백열전구 대체 LED 램프 개발을 촉진했다.[17] 필립스는 2008년에 소형 형광등 연구를 중단하고 고체 조명에 연구 개발 예산을 집중하기 시작했다.[41] 2009년, 필립스는 표준 60W A-19 "에디슨 나사 소켓" 전구를 대체하기 위한 램프를 제출하여[76] DOE로부터 상을 받았다.

초기 LED 램프는 색도가 백열 램프와 크게 달랐지만, ANSI C78.377-2008 표준이 개발되어 색상 범위를 지정했다.[19] 2008년, 미국 국립표준기술연구소는 고체 조명에 대한 표준을 발표했다. 영국의 에너지 절약 신탁과 미국의 에너지 스타 프로그램은 에너지 절약 및 성능 기준을 충족하는 조명 제품을 식별하기 위한 프로그램을 시작했다.[21][20]

도시바 라이텍은 2008년에 최초의 LED 필라멘트 램프를 출시했고,[22] 필립스는 2009년에 첫 번째 LED 램프를 출시했다.[23] 2010년에는 세계 최초의 60W 상당 LED 램프가 출시되었고,[24][25][26][27] 2011년에는 75W 상당 버전이 출시되었다.[28] 북미 조명 공학회(IESNA)는 2008년에 고체 조명 제품의 광 출력, 효율, 색도를 테스트하는 방법을 설명하는 표준 LM-79를 발행했다.

2016년, 천연 자원 보호 협의회는 미국 에너지부의 새로운 표준으로 인해 미래에는 대부분의 전구가 LED가 될 것이라고 예상했다.[29] 2019년, 미국의 전기 사용량은 LED 조명으로의 교체 등으로 인해 감소했다.[30] 2023년, Signify N.V.는 EU 효율 등급 A의 고효율 LED 램프를 출시했다.[31]

1990년대에 청색 발광 다이오드가 개발된 이후, LED를 이용한 백색광 조명의 실용성이 높아지면서 국소 조명을 중심으로 시판 제품이 등장했다.[149]

노무라 종합 연구소는 백색 LED 조명 시장이 2012년에 2009년의 3배에 가까운 약 4782억 엔에 이를 것으로 예측했다. 후지 경제는 일본 국내 LED 조명 시장이 2008년 133억 엔에서 2012년 578억 엔으로 성장할 것으로 예측했다.[150]

백열전구는 세계적으로 환경 및 에너지 절약 정책에 따라 사용 중지를 요구받았고, 일본에서는 2012년까지 백열전구 판매 자제를 요청했다. 대한민국에서는 "15/30 프로젝트"를 통해 2015년까지 전체 조명의 30%를 LED 조명으로 전환하는 계획을 추진했다. 중국, 미국, 중화민국(대만) 등도 LED 조명 개발에 정부 지원을 했다.

LED 조명은 조명기구 산업의 구조 변화를 가져왔다. 반도체 산업에서 LED 광원 제조사가 진입할 기회가 생겼고, 신규 진입 기업들은 직관형 형광등 대체 용도로 제품 개발 및 판매를 진행했다.[151][152] 2010년, 일본 전구 공업회는 기존 형광등 기구에서 직관형 LED 조명을 사용하는 것의 위험성을 고려하여 새로운 규격인 "L형 베이스 부착 직관형 LED 램프 시스템 (JEL801)"을 제정했다.[154] LED 조명은 긴 수명으로 인해 교체 수요가 작아, 제조사들은 초기 판매 기회를 잡기 위해 노력했다.[156] 2014년, 파나소닉은 2015년까지 일반 주택용 기존 조명기구 생산을 종료하고 LED로 전환한다고 발표했다.

2. 1. 초기 사례

2003년에는 LED를 사용한 최초의 수술용 고글이 시연되었다.[32] 아우디는 LED 헤드라이트를 장착한 아우디 누볼라리 콘셉트카를 선보였다.[33][34][35]

2004년, 아우디는 LED 주간 주행등과 방향 지시등이 장착된 최초의 자동차인 2004년형 아우디 A8 W12를 출시했다.[32][36][37]

2005년에는 모나리자를 비추기 위해 LED 램프가 설치되었다.[38] LED는 네덜란드 브레다의 카지노, 비엔나 국립 오페라 극장, 상하이 그랑프리 경기장 등에서 사용되었다. LED 손전등과 머리 램프도 시판되었다.[33]

2008년, 미국 위스콘신주 오코노모웍의 Sentry Equipment Corporation은 새로운 공장 내부와 외부를 거의 전적으로 LED로 조명할 수 있었다. 초기 비용은 백열등과 형광등의 전통적인 조합보다 3배였지만, 추가 비용은 전기 절약을 통해 2년 안에 회수되었고, 램프는 20년 동안 교체할 필요가 없을 것으로 예상했다.[41] 2009년에는 인도 IT 회사인 iGate의 첸나이 마나파캄 지사가 LED로 약 5295.47m2의 사무 공간을 조명하는 데 3700000INR (80000USD)를 지출했다. 이 회사는 새로운 조명이 5년 안에 투자 비용을 회수할 것으로 예상했다.[42]

2010년까지 상업 및 공공 용도로 LED 조명을 대량으로 설치하는 것이 일반화되었다. LED 램프는 실외 조명 및 LED 가로등을 위한 여러 시범 프로젝트에 사용되었다. 미국 에너지부는 여러 지방 자치 단체의 실외 조명에 대한 많은 파일럿 프로젝트의 결과를 보고했으며,[46] 많은 추가 가로등 및 지방 자치 단체의 실외 조명 프로젝트가 곧 이어졌다.[47]

3. 기술

LED 램프는 주로 표면 실장 LED 모듈(SMD LED) 배열로 만들어진다. LED는 "람베르트" 방사체로, 축에서 약 60° 떨어진 반전력점을 가진 빛의 원뿔을 생성하여 지향성 빛을 방출하는 특징이 있다.[63][64]

일반 조명에는 2700K의 "따뜻한 백색"(백열전구와 유사)에서 약 6500K의 "주광색"에 이르기까지 지정된 온도에서 흑체를 모방하는 백색광이 필요하다. 백색 LED는 다음 두 가지 주요 방법으로 만들어진다.


  • 여러 색상의 LED 혼합: RGB 또는 삼색 백색 LED는 적색, 녹색, 청색 LED 칩을 사용하여 백색광을 생성한다. 이 방식은 방출되는 파장의 범위가 좁아 연색성 지수(CRI)가 일반적으로 25~65로 낮다.[49] 그러나 셋 이상의 LED 색상을 사용하면 더 넓은 파장 범위를 포괄하여 더 높은 CRI 값을 얻을 수 있다.
  • 형광체 기반 백색 LED: 이 방식은 청색 LED와 황색 형광체를 결합하여 백색광을 생성한다. 청색 LED에서 나오는 빛의 일부가 형광체 분자에 흡수되어 형광을 일으키고, 스토크스 이동을 통해 다른 색상의 빛을 방출한다. CRI 값은 70 미만에서 90 이상까지 다양하며, 일반적으로 약 82의 연색성 지수를 가진다.[49] 2021년 현재 생산 기준으로 210 lm/W에 도달한 효능의 지속적인 증가에 따라[50] 이 유형은 삼색 LED의 성능을 능가했다. 형광체는 2,200K(디밍된 백열등)에서 7,000K 이상의 상관 색온도를 제공할 수 있다.[51]

3. 1. 색상 변화 LED 조명

조정 가능한 조명 시스템은 각 색상별로 개별 제어할 수 있는 여러 색상의 LED 뱅크를 사용하거나, 칩 수준에서 색상을 결합하여 제어하는 멀티칩 LED를 사용한다.[52] 예를 들어, 서로 다른 색온도의 백색 LED를 결합하여 밝기 조절(디밍) 시 색온도가 감소하는 LED 전구를 구성할 수 있다.[53]

3. 2. LED 드라이버

LED 칩은 제어된 직류 (DC) 전력을 필요로 하며, LED 드라이버와 같은 적절한 회로가 필요하다. LED 드라이버는 전원 공급 장치의 교류를 LED에서 사용되는 규제된 전압 직류로 변환한다.[52]

LED 드라이버는 램프의 수명과 성능을 보장하기 위해 LED 램프의 필수적인 구성 요소이다. 드라이버는 디밍 및 원격 제어와 같은 기능을 제공할 수 있다. LED 드라이버는 다이오드 어레이와 동일한 램프 인클로저에 있거나, 발광 다이오드와 원격으로 장착될 수 있다. LED 드라이버는 허용 가능한 AC 라인 고조파 전류에 대한 규정을 충족하기 위해 추가 부품이 필요할 수 있다.

3. 3. 열 관리

LED 칩은 제어된 직류 전력을 필요로 하며, 램프의 수명과 성능을 보장하기 위해 LED 드라이버와 같은 적절한 회로가 필요하다. 고출력 LED의 경우, 접합 온도를 주변 온도에 가깝게 유지하는 것이 중요하다. 온도가 상승하면 광 출력이 감소하고 고장을 유발할 수 있기 때문이다.[23]

LED 램프는 낮은 작동 온도 덕분에 복사를 통해 많은 열을 손실할 수 없으므로, 열은 다이 뒷면에서 방열판이나 냉각 핀으로 전달되어 대류를 통해 방출된다.[23] 산업용 고출력 램프는 냉각 팬을 장착하기도 한다.[54] 일부 제조사는 헬륨 가스를 채우거나,[55] 알루미늄 뒷면을 사용하여 열을 전도하는 방식을 사용한다.

LED 램프 주변의 대류 냉각이 중요하므로, 밀폐되거나 통풍이 잘 안 되는 조명 기구 또는 단열재 근처에 램프를 설치할 때는 주의해야 한다.

LED 발광 소자의 접합 온도 상승은 수지, 형광체, 납땜 등의 열화 요인이 되므로, 접합 온도 억제가 수명 연장에 중요하다.

3. 4. 효율 저하

"효율 저하"는 전기 전류가 증가함에 따라 LED의 광효율이 감소하는 현상을 말한다.[57] 전류량을 증가시키는 대신, 일반적으로 한 램프에 여러 개의 LED 발광체를 병렬 및/또는 직렬로 연결하여 광 출력을 증가시킨다. 효율 저하 문제를 해결하면 가정용 LED 램프에 더 적은 수의 LED가 필요하게 되어 비용이 크게 절감될 것이다.[57][58][59][60]



초기에는 LED의 효율 저하가 높은 온도에 의해 발생하는 것으로 의심되었다. 과학자들은 온도가 효율 저하의 근본적인 원인이 아님을 밝혀냈다.[61] 효율 저하를 일으키는 메커니즘은 2007년에 오제 재결합으로 확인되었으며, 이에 대한 반응은 엇갈렸다.[60] 2013년 연구에서 오제 재결합이 원인임을 결정적으로 밝혀냈다.[62]

4. 특징

LED 조명은 백열전구, 형광등과 같은 기존 조명에 비해 다음과 같은 특징을 가진다.


  • '''긴 수명 및 높은 신뢰성''': 백열전구나 형광등보다 수명이 수 배 이상 길어 램프 교체와 같은 번거로운 작업을 줄여준다.[123]
  • '''저소비 전력 및 낮은 발열성''': 공급되는 전력의 대부분이 발광에 사용되어 소비 전력이 적고, 줄열로 손실되는 전력이 적어 덜 뜨겁다.
  • '''높은 가격''': 흰색을 내는 고휘도 LED 제조에는 고가의 반도체 제조 장치와 고도의 기술이 필요하며, LED 조명 자체의 생산 및 판매량이 적어 대량 생산 효과를 내지 못한다. 전원 회로, 방열판, 배광용 렌즈, 산란 패널 등도 기구 전체의 가격을 높인다. LED 전구 가격은 낮아지고 있지만, 직관 형광등 형태나 원형 형광등 LED 조명은 아직 시장 규모가 크지 않고 기술적, 생산 비용 측면에서 발전 과정에 있어 가격 경쟁력이 약하다. 그러나 가격 하락, 발광 효율 개선 및 생산성 개선이 진행되어 기존 형광등 교체가 진행되고 있다.
  • '''RoHS 준수''': LED 조명은 RoHS 지령에서 규정하는 6가지 종류의 인체/환경 오염 물질을 사용하지 않고 생산할 수 있다. 형광등은 수은을 사용해야 하지만, LED 조명은 수은을 사용하지 않는다.
  • '''내충격성''': 진공관이나 필라멘트가 필요하지 않아 충격에 비교적 강하다.
  • '''소형 및 점광원''': 점광원이기 때문에 발광부를 작게 만들 수 있어 설치 공간을 작게 할 수 있다는 디자인상 장점이 있지만, 방열, 배광각 등 빛의 조사 범위를 넓히는 설계가 필요하다. 비교적 오래된 제품의 배광각은 약 120도에 불과했지만, 기술 발전으로 2011년 파나소닉이 약 300도를 달성했고, 2015년에는 최대 약 350도까지 향상되었다.
  • '''고속 응답성''': LED 조명은 열 관성이 거의 없어 공급 전원이 단속되면 고속으로 명멸[124]하여 형광등, 백열전구, 수은등에 비해 매우 빠르게 명멸하며, 명멸을 반복하는 곳에도 효과가 있다. 사람의 눈으로는 감지할 수 없지만, 점멸 속도는 전원이 교류일 경우 상용 전원 주파수에 의존하기 때문에 비디오 카메라로 영상을 기록하는 경우 문제가 될 수도 있다.[125]
  • '''직류 저전압 구동''': LED 발광 소자는 직류전압 전원에 의해 발광하므로, 100V 교류 상용 전원에 연결하여 사용하기 위해서는 복잡한 전원 회로 설계가 필요하다. 가정용 조명 기구는 전원 회로를 내장하고 있으며, 고휘도 발광을 위해 대전류를 가하기 때문에 발열로 인해 소자 자체 및 주변 봉지 패키지가 열화되어 최악의 경우 LED 소자가 손상될 수 있다. 이를 피하고 장수명, 고신뢰성을 실현하기 위해서는 방열성이 높은 케이스 설계 및 냉각용 핀 장착 등 올바른 방열이 필요하다.[126] 따라서 LED 전구는 발열이 방열을 초과하지 않는 한계인 "백열전구 100W 상당" 루멘이 기준 상한으로 시판되고 있다.[127]
  • '''기타''': 내장된 각 색상 LED의 발광을 전환하여 발광색을 쉽게 변경할 수 있다. 적외선을 방출하지 않아 방사열도 나오지 않으며, 자외선을 방출하지 않아 자외선을 좋아하는 벌레가 거의 꼬이지 않는다.[128]

5. 기본 발색

LED 램프


LED 소자의 대역은 레이저와 같은 선 스펙트럼 정도는 아니지만, 기존의 광원에 비하면 훨씬 좁아 단일 LED로는 백색광을 내는 것은 불가능하다.[129]

하지만, 형광체를 사용하여 단파장의 빛을 장파장의 빛으로 변환할 수 있기 때문에, LED 자체는 청색만으로 하고 다른 색은 형광에 의해 낼 수도 있다. 어느 경우든 청색 LED가 필수적이며, 청색 LED의 발명으로 처음 LED 조명이 현실화되었다.

가장 널리 보급된 방식은 청색 LED와 황색 형광체를 사용한 것이다. 이른바 "의사 백색"이다. 이 타입의 스펙트럼 분포는 청색의 460nm 근처에 날카로운 피크가 있으며, 형광체에 의한 500~600nm 부근을 중심으로 한 완만한 피크를 갖는다(형광체의 피크 위치나 피크의 완만함은 형광체에 의존한다). 주광색 타입의 경우 청색 피크가 압도적으로 높고, 황색 형광체의 피크는 낮아진다. 한편, 전구색 타입은 형광체의 피크가 청색 피크보다 높다.[130]

매우 드물지만, 청색 LED+적색・녹색 형광체, 혹은 근자외선(혹은 자색) LED+적색・녹색・청색 발광체를 사용한 것도 있다.[131] 이 타입은 RGB 3색에 의한 발광이 되므로 연색성이 높은 반면, 가장 발광 효율이 나쁜 적색 형광체에 맞춰 다른 형광체의 양을 결정하므로, 전체적으로 의사 백색에 비해 효율이 나쁘다.[132]

이상은 단일 LED 칩을 사용한 예이지만, 적색・녹색・청색의 단색 LED를 조합한 멀티 칩 타입의 LED도 존재한다. 이 타입은 비용이 많이 들고, 또한 백색을 실현하기 위해서는 복잡한 구동 회로가 필요하기 때문에,[133] 형광체의 개량이 진행됨에 따라 조명으로의 응용 예로서는 거의 보이지 않게 되었다.

6. 조명 기구 비교

LED 램프는 백열전구, 형광등, 메탈 할라이드 램프 등 기존 조명 기구에 비해 여러 가지 장점을 가진다.

조명 기구 비교 2023년 12월 현재[134][142]
특성LED 조명백열전구형광등HID 램프
발광 강도2023년 보급형
810lm
(7.3W)
800lm
(60W)
3,100lm
(40W)
40,000lm
(400W)
발광 효율63% (200lm/W 제품)8 - 14%25%20 - 40%
에너지 변환율
발광 스펙트럼470nm과 575nm에 피크400nm부터 700nm까지 증가형광체의 두 피크와 400nm, 550nm, 570nm에 수은의 휘선이 있음
색온도2,700 - 15,000K2,400 - 3,000K4,200 - 6,500K3,800 - 6,000K
연색성
(평균 연색 평가 수)
73~9510061 - 7465 - 70
수명2만 - 8만 시간1000시간1만 2000시간1만 2000시간
발열열 손실
37% (200lm/W 제품)
열 손실+적외선 방사
90%
열 손실+적외선 방사
75%
열 손실+적외선 방사
80%
응답성100나노초 이하0.15 - 0.25초1 - 2초안정까지 수 분
지향성광 확산 기구에 따라 가변등방성
전류 - 광 출력
(광 출력∝전류n)
비례 관계
n<1
n=6 정도비례 관계
n<1
비례 관계
n>1
온도 - 광 출력온도 의존성 소온도 의존성 대온도 의존성 소


  • 백열전구: 전구 내 필라멘트를 가열하여 빛을 내는 방식으로, 광효율이 10-17 lm/W로 매우 낮고 수명도 1000시간 정도로 짧다. 흑체 복사 스펙트럼을 생성하여 연색 지수(CRI)가 높다. 일반 조명에서 점차 퇴출되고 있다.
  • 형광등: 수은 증기 속 글로우 방전으로 자외선을 생성하고, 이를 형광 코팅으로 가시광선으로 변환한다. 광효율은 50-100 lm/W, 수명은 6,000-15,000시간이다. 수은 성분 때문에 유해 폐기물로 처리해야 한다.
  • 메탈 할라이드 램프: 아르곤, 수은 및 기타 금속과 요오드/브롬 혼합물에서 아크 방전으로 빛을 낸다. 광효율은 75-100 lm/W, 수명은 6,000-15,000시간이다. 예열 시간(5-7분)이 필요하며, 수은을 포함한다.


파나소닉에 따르면, LED 조명은 백열등 대비 약 87%, 형광등 대비 약 30% 소비 전력을 절감할 수 있다.[147] 초기 설치 비용은 높지만, 에너지 절감 효과로 인해 2-3년 내에 투자 비용을 회수할 수 있다고 한다.[147]

7. 고휘도 LED 구조

고휘도 LED는 포탄형, 표면 실장형(SMD형), 멀티 칩 표면 실장형 등 다양한 형태로 분류된다. LED는 역전압에 약하므로, 역접속 다이오드를 갖추거나 정전기에 대한 보호 소자를 내장하기도 한다.

LED 램프는 표면 실장 LED 모듈 배열로 만들어지는 경우가 많다.[70] 빛이 지향적인 특성을 가지는데, LED는 "람베르트" 방사체로, 축에서 약 60° 떨어진 곳에 반전력점을 가진 빛의 원뿔을 생성한다.[70]

LED 램프는 에디슨 나사 베이스, MR16 형태, GU5.3 (바이핀 캡), GU10 (베이요넷 피팅)과 같은 표준 소켓에 맞는 전압으로 제작된다.[70] 또한 AC 전원을 정류하고 전압을 적절한 값으로 변환하는 드라이버 회로(스위치 모드 전원 공급 장치)를 포함한다.[70] 일부 LED 램프는 디머와 호환된다.[72]

7. 1. 포탄형

포탄형 LED는 직경 3mm 또는 5mm가 많은 편이다. 배선의 극성은 포탄형의 경우 애노드(양극) 측 리드선이 길고, 표면 실장형의 경우 캐소드(음극) 측에 표시가 있는 경우가 많지만 예외도 있으므로 주의해야 한다.[82]

5종류의 LED와 발광색
소재GaAsP계GaP계AlGaAs계AlGaInP계InGaN계
발광색
구조 개략
발광 효율0.2 - 1.0lm/W2.0 - 3.0lm/W6 - 12lm/W15 - 40lm/W10 - 50lm/W


7. 2. 표면 실장형 (SMD)

표면 실장형(SMD형)은 다양한 형태가 존재한다. 2009년 현재 등장한 "파워 LED"라고 불리는 새로운 조명용 LED의 패키지는, 방열성과 발광 특성을 고려하여 각 회사마다 다르기 때문에 그 형태가 제각각이다. 패키지 뒷면에 방열판(히트 싱크)이 밀착되어 부착되므로 방열에 유리하다.

기본적으로 표면 실장형에서는 배선이 그려진 소형 기판 위에 리플렉터가 부착되고, 그 중앙에 소자가 놓여 다이 본딩되며, 소자와 기판 사이가 와이어 본딩으로 연결된다. 형광체와 수지가 리플렉터로 둘러싸인 위에 부어져 소자를 덮고 있다. 소형 기판에는 수지, 금속, 세라믹이 사용된다.

SMD (surface mount device)형은 일반적으로 페이스 업 실장과 플립 칩 실장 방식이 있다. 이 외에, 칩의 새로운 구조로 접합 타입이 있다.

; 페이스 업 실장

: 페이스 업 실장에서는, 소자의 윗면을 외부로 향하게 하여 패키지의 리드나 서브스트레이트에 실장하고 와이어 본딩한다. 수지의 열 변형으로 와이어가 단선될 위험이 있다. 와이어가 발광 효율을 낮추는 것을 방해한다. 발광 소자의 사파이어 기판은 열전도율이 낮기 때문에 방열은 본딩된 와이어에도 의존하지만, 그래도 열을 밖으로 빼내기 어렵다.

; 플립 칩 실장

: 플립 칩 실장에서는, 발광 소자를 서브마운트 위에 플립 칩 실장한 후, 서브마운트를 패키지의 리드나 서브스트레이트에 실장한다. 와이어 본딩은 서브마운트에 대해 수행한다. 발광 소자는 상하가 반대가 되므로, 빛은 사파이어 기판을 투과하여 외부로 향한다. 발광에 의해 열이 발생하는 활성층은 서브마운트 근처에 있으므로, 범프를 통해 방열이 용이하다. 단, 발광 소자를 범프로 서브마운트에 부착할 때, 열과 초음파 진동이 가해지기 때문에 소자 및 주변에 부담이 가해진다.

:; 범프

:: 범프는 금선을 사용한 와이어 본딩을 이용하여 만든다. 토치로 금선의 선단을 가열하여 볼을 만든다. 볼을 캐필러리로 발광 소자의 배선 패드 위에 눌러, 하중과 초음파, 가열에 의해 배선 패드와 금선을 합금화함과 동시에 범프를 형성한다. 캐필러리를 배선 패드에서 떼어내고, 범프만 남긴다. 가열은 범프 형성 시 약 230℃이다.

접합 타입은 플립 칩 소자와 비슷하지만 형태가 약간 다르며, 플립했을 때 외부를 향하는 사파이어층은 제거되고 반대로 기부가 되는 층으로서 전도성 기판이 접합된다.

7. 3. 패키지 직접 실장

세라믹 패키지에 직접 실장하는 COB(Chip on board) 방식은 서브 마운트를 생략하여 공정을 간소화하고 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 복수의 소자를 하나의 큰 패키지에 직접 실장한 모듈 형태로 방열성을 높일 수 있다.[23]

7. 4. 멀티칩 실장

멀티칩 LED는 하나의 패키지 안에 여러 개의 LED 발광 소자를 탑재한 복합 구조이다. 멀티칩 구현에는 표면 실장형과 그 외 다양한 형태의 패키지가 있다. 싱글칩에서는 소자(칩)가 고광 출력으로 크기가 1mm 각 이상으로 큰 라지 사이즈 칩이 사용되는 경우가 많지만, 멀티칩에서는 0.6mm 각 정도의 미들 사이즈 칩이나 0.35mm 각 정도의 노멀 사이즈 칩이 사용되는 경우가 많다.

멀티칩에서는 소자 자체의 발광색 조합에 따라 다음 2가지 구성이 있다.

  • 모두 청색 발광을 하여, 황색 계열과 적색 계열의 형광체로부터의 색을 포함한 혼색으로 백색을 얻는다.
  • 여러 개의 발광 소자를 이용하여 RGB 각 색상의 발광을 하고, 이들의 혼색으로 백색을 얻는다.


전자는 연색성에 문제가 적어 일반 조명 용도에 적합하다. 후자는 각 색상의 스펙트럼이 좁아 연색성에 문제가 있어, 일반 조명 용도에는 적합하지 않지만 컬러 액정백라이트에는 적합하다.[135][136][137]

멀티칩에서는 발열원이 분산될 수 있지만 발열이 증가하므로 싱글칩 이상으로 방열이 요구된다. 또한, 발열 부분이 집중되어 온도가 부분적으로 지나치게 상승하지 않도록 유의할 필요가 있다.[142]

7. 5. 형광체 충전

백색 LED에서 형광체를 사용할 때, 형광체는 반사경에 의해 만들어진 홈 등에 채워진다. 이때 형광체 분자가 발광 소자 근처에만 밀집되어 분포하지 않도록 균일하게 분산되어야 하며, 충전량도 모든 제품에서 동일하고 정확한 양이어야 한다. 이러한 조건이 지켜지지 않으면, 제품은 색상 얼룩으로 인한 불량품이 된다.[142]

8. 싱글 칩 vs 멀티 칩

싱글 칩과 멀티 칩은 형태뿐만 아니라 특성과 용도도 다르다.

'''특성'''

싱글 칩의 라지 사이즈 칩은 비교적 고출력을 얻을 수 있지만, 발광 효율은 낮아진다. 반대로 멀티 칩의 노멀 사이즈 칩은 하나씩은 고출력을 얻을 수 없지만, 발광 효율은 높아진다. 멀티 칩은 방열 설계가 쉬워지는 경향이 있다.[142]

'''용도'''

싱글 칩은 광원이 하나이므로 광학 설계가 단순하며 렌즈나 반사경을 사용하는 조명에 적합하다. 멀티 칩은 광원이 여러 개이므로 집광하는 용도 등에는 적합하지 않지만, 면을 비추는 조명이나 사람의 눈에 닿는 조명에는 점광원별 휘도가 낮으므로 적합하다. 강한 빛을 내는 점광원에서는 그림자가 강하게 나타나, 용도에 따라 기피되기도 하며, 도광판이나 확산판을 사용하여 면광원으로 만들기도 한다.[142]

'''공정에서의 차이'''

반도체 소자는 같은 공정을 거치더라도 제조할 때마다 미묘하게 특성이 변화한다. 싱글 칩을 조명 용도로 나란히 사용할 경우, 발광색의 파장이나 광도에 편차가 있으면 사용에 지장이 있으므로, 제조 공정에서 칩의 발광 특성만은 가능한 균일하게 유지해야 한다. 칩을 패키지에 실장하기 전에 전류를 흘려 빛을 분석하여 분류하고, 각각의 특성을 조정하는 형광체를 첨가할 필요가 있다. 멀티 칩의 경우 하나의 패키지 내 칩끼리도 동일한 문제가 있지만, 특성이 다른 복수의 칩을 조합함으로써 해결할 수 있으며, 손이 많이 가는 형광체에 의한 조정은 필요하지 않다.[142]

9. 구동 회로

LED는 직류로 구동되며, 전용 전원이 필요하다. LED는 다이오드이므로 순방향 전류와 순방향 전압 간에 상관관계가 있다. 따라서 수 볼트 정도의 낮은 내압에 맞는 순방향 전압이 조금만 상승해도 과도한 순방향 전류가 흘러 쉽게 손상될 수 있다.[82] 이를 방지하기 위해 전류 제한 저항이나 정전류 소자(정전류 다이오드, 정전류 IC 등)를 LED에 직렬로 삽입하여 전압 변동의 영향을 줄인다.

9. 1. 기본 회로

LED 램프는 전기 램프 연결 및 형태, 예를 들어 에디슨 나사 베이스, 바이핀 베이스의 MR16 형태 또는 GU5.3 (바이핀 캡) 또는 GU10 (베이요넷 피팅)과 같은 표준을 사용하여 소켓에 공급되는 전압과 호환되도록 제작된다. 이들은 AC 전원을 정류하고 전압을 적절한 값으로 변환하는 드라이버 회로 (보통 스위치 모드 전원 공급 장치)를 포함한다.[70]

LED 조명은 일반적으로 여러 개의 LED 소자를 사용하며, 이들의 연결 방식에는 다음 3가지가 있다.

; 직렬 방식

: 여러 개의 LED를 직렬로 연결한다. 전류 제한 저항은 단 하나를 직렬로 삽입한다. 이 방식은 개별적인 전원 회로나 배선을 설치할 필요가 없지만, LED 하나가 쇼트 모드로 고장나면 순방향 전압의 총합이 낮아져 순방향 전류가 증가하고, 하나가 오픈 모드로 고장나면 해당 회로 전체가 소등된다. 쇼트 시 순방향 전류 증가를 막기 위해 전류 제한 저항보다 정전류 소자가 더 좋다.

; 병렬 방식

: 여러 개의 LED를 병렬로 연결한다. 전류 제한 저항은 각 LED 소자마다 하나씩 삽입한다. 하나의 소자가 고장나도 다른 회로에 미치는 영향이 적다.

; 직병렬 방식

: 직렬 방식과 병렬 방식 두 가지를 모두 사용하여, 몇 개의 병렬 연결된 그룹을 직렬로 연결하여 회로는 사다리꼴 모양이 된다. LED 소자 중 하나가 쇼트 모드로 고장나도 다른 병렬 그룹이 계속 발광하고, 하나가 오픈 모드로 고장나도 고장난 LED 소자 이외의 LED 소자가 발광을 유지할 수 있을 것으로 기대된다.

LED 소자 단품 고장 시, 발광이 유지되더라도 규정된 전류·전압에서 벗어나기 때문에 조도나 수명을 고려하면 고장난 LED 소자를 교체하는 것이 좋다.

LED의 순방향 전압 총합이 전원 전압에 가까워지는 만큼 직렬 연결하면, 전원 회로를 생략하고 100V교류 상용 전원에 바로 연결하는 것이 가능하다. 하지만 소자 수 제약뿐만 아니라, LED 소자는 내압이 매우 낮아 약간의 서지에도 쉽게 손상될 가능성이 있다. 또한 상용 전원 주파수의 영향을 그대로 받아 사람에 따라서는 깜빡거리는 점멸을 반복하는 조명이 되므로 상품으로서의 설계에는 적합하지 않다.

9. 2. 실용 회로

LED 칩은 제어된 직류 (DC) 전력을 필요로 하므로, LED 드라이버와 같은 적절한 회로가 필요하다. 이는 전원 공급 장치의 교류를 LED에서 사용되는 규제된 전압 직류로 변환한다.

LED 드라이버는 램프의 수명과 성능을 보장하기 위해 LED 램프의 필수적인 구성 요소이다. 드라이버는 디밍 및 원격 제어와 같은 기능을 제공할 수 있다. LED 드라이버는 다이오드 어레이와 동일한 램프 인클로저에 있거나, 발광 다이오드와 원격으로 장착될 수 있다. LED 드라이버는 허용 가능한 AC 라인 고조파 전류에 대한 규정을 충족하기 위해 추가 부품이 필요할 수 있다.

LED 구동에는 전압 변동을 줄이기 위해 정전압 회로에 의한 구동이 고려된다. 또한 순방향 전압은 음의 온도 특성을 가지며, 온도가 올라가면 순방향 전압이 내려가므로, 온도 특성에 따른 광량 변화를 피하고 싶은 경우에는 정전류 회로로 구동하는 것도 고려할 수 있다.

다른 조명기구에서는 고려할 필요가 없지만, LED는 미약한 전류에서도 이에 상당하는 약한 빛을 방출하므로, 소등 시에는 전원 회로로부터의 누설 전류가 LED에 가해지지 않도록 할 필요가 있다. 수 μA 정도의 미약한 전류라도 어둠 속에서는 점등을 판별할 수 있으므로, 전원 회로의 설계에는 주의가 필요하다.

9. 3. 순방향 전압

순방향 전압(Forward voltage)은 Ta:25℃ If:20mA일 때이다.[142][138]

  • 적색 LED: 2.1V - 2.6V
  • 녹색 LED: 3.3V - 3.9V
  • 청색 LED: 3.2V -
  • 백색 LED: 3.1V -

9. 4. EMC 대책

LED 조명은 전원 회로에서 발생하는 전원 코일의 자기력으로 인해 노이즈가 발생할 수 있다. 이러한 노이즈를 줄이기 위해 필터 회로를 사용한 전자기 적합성(EMC) 대책이 필요하다.[139]

2012년 7월부터 일본에서는 LED 램프 및 LED 전등 기구와 같은 LED 관련 기기가 전기 용품 안전법(PSE) 규제 대상이 되어, 제품 안전 시험과 더불어 불필요한 방사(EMI 측정)가 필수로 요구된다. 규제 이전에는 저가 제품을 중심으로 EMC 대책이 미흡한 경우가 많았다.[140]

이러한 EMC 대책이 미흡한 제품들은 LED 조명이 켜져 있을 때 노이즈를 발생시켜 텔레비전, 라디오 등 무선 통신 수신에 악영향을 줄 수 있다. 실제로 가로등 광원을 LED 전구로 교체한 후 텔레비전에 혼신이 발생하여 불필요한 방사 대책 제품으로 다시 교환한 사례도 보고되었다.[140]

10. 수명

LED 소자 자체는 비교적 수명이 길지만,[141] 강한 빛이나 발열로 인해 소자를 둘러싼 수지 재료가 열화될 수 있다. 이 때문에 발광 소자가 정상이더라도 투명도를 잃어 실용에 적합하지 않게 될 수 있다. 또한, 전원 회로의 콘덴서 등 수동 부품, 전원 공급용 반도체, 기판·배선 등도 온도·습도의 변화에 영향을 받아 조명 기구의 수명을 결정하는 요소가 된다.[142][143]

조명 기구 전체의 온도나 습도에 대한 내구성이 요구되지만, 발광부나 전원 회로뿐만 아니라 스위치나 전선 등도 시간이 지남에 따라 노후화되기 때문에 다른 전기 기기와 마찬가지로 10년 정도를 기준으로 교환하는 것이 권장된다.[142][143]

; 수지 재료의 열화

백색 LED 초기에는 기존의 적색 LED와 마찬가지로 에폭시 수지가 사용되었지만, 정격 동작만으로도 형광등과 동등하거나 그보다 빨리 열화가 진행되었다. 백색 LED의 출력이 향상되면서 이러한 현상은 더욱 두드러졌다. 현재는 실리콘 수지를 봉지 재료로 사용하여 상당한 개선을 이루었지만, 여전히 열에 의한 열화와 투명도 저하는 LED 소자의 수명을 결정하고 있다.

; 수명 판정 기준

기존 LED는 상태 표시 등에 사용되었기 때문에 밝기 저하가 장치 전체의 성능에 결정적인 영향을 미치지는 않았다. 그러나 조명 기구로서의 백색 LED는 밝기 저하가 사용자의 편의를 해칠 뿐만 아니라 에너지 낭비로 이어지므로 밝기 저하의 허용 범위는 제한적이다. 기존 LED는 전자 부품의 수명을 "휘도가 초기 50%가 될 때까지"로 정의했지만, 조명 용도에서는 이러한 기준을 적용하기 어렵다. 예를 들어 일반 형광등은 광속이 초기 70%가 될 때까지를 수명으로 정의하고 있으며, LED 조명도 이와 비슷한 규정을 따를 것으로 예상된다.[144]

11. 환경 특성

LED 발광 소자는 빛을 제외하면 대략 반도체의 순방향 전압에 의한 전력 소비와 그 외 내부 저항에 의한 전력 소비로 인해 발열한다. 반도체 부분의 온도는 접합 온도라고 불리며, 가장 고온이 되는 부위이다. 접합 온도는 다음의 식으로 표현된다.

: T_j=\Delta T_{j-b}+\Delta T_{b-a}+T_a=(R\theta_{j-b}+R\theta_{b-a})\cdot P+T_a

: T_j:접합 온도

: \Delta T_{j-b}:접합부와 보드 간의 온도 차

: \Delta T_{b-a}:보드와 환경 간의 온도 차

: R\theta _{j-b}:접합부와 보드 간의 열 저항[K・W-1]

: R\theta _{b-a}:보드와 환경 간의 열 저항[K・W-1]

: T_a:환경 온도

: P:소비 전력

LED 발광 소자의 접합 온도 상승은 수지, 형광체, 납땜, 전극 금속, 반도체 결정 등의 열화 요인이 되므로, 접합 온도 억제가 수명 연장 및 불량 감소에 유효하다. 접합 온도 억제에는, 상기 식이 나타내는 바와 같이, 소비 전력, 열 저항, 환경 온도를 각각 낮추는 것이 유효하다.

조명기구는 저온 환경에서의 사용도 고려해야 한다. 저온 환경에서는 고온으로 인한 열화와 같은 부정적인 효과는 피할 수 있지만, 수분 침투로 인한 동결 팽창, 결로, 단락, 수분 흡수에 의한 부재의 화학 변화 등에 유의해야 한다.

열화는 고온에 의해 가속되기 때문에, 열을 효율적으로 배출하여 과도한 고온 상태가 되지 않도록 하는 것이 요구된다. 따라서 조명용 LED는 충분히 넓은 면적의 방열판에 부착하는 것이 권장되며, 이것이 불가능한 경우에는 강제 공냉을 하거나 구동 전류를 줄여 조도를 작게 하거나, 그렇지 않으면 수명 단축을 감수해야 한다. 조명 기구로 이용하는 경우, 기존의 백열등이나 형광등, HID 램프와 동등하게 시공업자가 취급하여 방열 대책을 완벽하게 하지 않을 경우에는 수명이 극단적으로 짧아질 우려가 있다.

과거의 적색 LED는 발광에 의한 열화가 그다지 일어나지 않았던 에폭시 수지도, 청색 또는 자외선 발광에서는 광자의 에너지가 크기 때문에 국부적으로 황변하는 것으로 알려져 있다. 조명 용도에서는 광 열화를 일으키기 어려운 실리콘 수지의 채용이 요구된다.

외부 기기나 전원 라인에서 침입하는 "정전기", "과전압", "전자기파"로부터 보호하여 고장이나 오작동을 일으키지 않도록 하는 성능이 요구된다. 또한, LED 조명 자체가 전원선이나 공간에 외부로 방출하는 전자기파(불요 복사)로 인해 주변에서 사용되는 전기 제품이 오작동하거나, 라디오나 텔레비전의 수신 장애가 발생하지 않도록 하는 성능도 요구된다.

; 정전기

: 일반적으로 반도체 소자는 정전기에 취약하다. 이는 많은 반도체 회로와 마찬가지로 규모가 미세하며, 정전기 방전에 의한 줄열에 의해 회로의 일부가 용단되는 등 파괴되거나 절연 파괴를 일으키기 때문이다. LED 소자의 정전기에 대한 내전압은 200 - 2,000V 정도이지만, 정전기 방전 시에는 수 kV - 30kV 정도가 된다. 이때의 전류값에 따라 LED 소자가 파괴될 가능성이 있다. 따라서, LED를 구동하는 전원을 경유해 오는 정전기 충격을 차단하는 회로를 내장하거나, LED가 직접·간접적으로 접촉하는 배선이나 도체 부분을 외부로부터의 정전기 방전에 노출되지 않도록 차폐 등으로 보호할 필요가 있다[134]

; 과전압

: 전원선을 통해 침입하는 과전압으로부터 보호하기 위한 대책이 필요하다. 예를 들어, 낙뢰, 인버터 탑재 기기의 기동·정지에 따른 전압 변동, 변전소에서의 배전(송전) 경로 전환, 개폐기의 작동으로 인해 다양한 과전압이 발생한다.

; 전자기파

: 외부에서 비래(조사)하여 내부로 침입하는 전자기파와, LED 조명이 외부로 방출하는 전자기파(불요 복사)에 대한 양쪽 모두의 대책이 필요하다. 예를 들어, 제어 회로용과 LED 점등 회로에 서로 다른 전압이 필요한 제품에서는, 내부에서 사용하는 복수 종류의 직류 전압을 발생시키는 회로로 구성되어 있는데, 변환 회로에 발진기가 있는 경우, 전파 장해가 발생하거나, 전자 기기에 영향을 주는 주파수의 전자기파가 방출되어 혼신의 원인이 될 수 있다.

12. 비시감도

LED 조명은 사람의 눈에 좋은 백색광을 사용한다. 백색 LED의 발광 원리는 여러 가지가 있지만, 발광 효율이나 파장에 대한 강도가 다르므로 LED 조명의 사용 목적에 맞춰 적합한 종류를 선택한다.

발광 특성에서 고려해야 할 점은 인간이 조명으로 사용하는 경우, LED의 발광 효율을 단순히 물리적인 빛의 에너지로 측정하는 것만으로는 불충분하며, 인간의 비시감도까지 고려해야 한다는 점이다.

사람의 눈은 밝은 환경에서는 파장 555nm의 녹색을 가장 민감하게 밝기를 감지하며, 그보다 길거나 짧은 파장에서는 감도가 서서히 낮아져 적외선이나 자외선에서는 전혀 보이지 않게 된다. 이 때문에 조명의 발색을 설계할 때에는 사람이 육안으로 보았을 때 자연스럽게 느껴지도록 사람의 눈의 감도도 고려해야 한다. 이 점은 비교적 발광 효율이 좋은 장파장의 적색 영역에서는 문제가 되지 않지만, 발광 효율이 그다지 좋지 않은 단파장의 청색 영역에서 그만큼 많은 전력을 소비하게 된다.[146]

13. 색 성능

조명 기구의 성능은 전력 소비나 수명 외에도 빛 자체의 성능도 중요하다. 조명 기구의 색 성능은 색도도, 상대 색온도, 연색성으로 표현된다. 색도도와 상대 색온도는 조명 용도에 맞는 특성이 요구되며, 연색성은 0에서 100 사이의 값으로 표현되며, 수치가 높을수록 좋다.

일반 조명은 2700K의 "따뜻한 백색"(백열전구와 유사)에서 약 6500K의 "주광색"에 이르기까지 지정된 온도에서 흑체를 모방하는 백색광을 필요로 한다.[51] 최초의 LED는 LED를 만드는 데 사용된 반도체 물질의 에너지 띠 간격 특성을 가진 색상, 즉 매우 좁은 파장대에서 빛을 방출했다. 백색광을 방출하는 LED는 여러 색상의 LED에서 나오는 빛을 혼합하거나, 형광체를 사용하여 빛의 일부를 다른 색상으로 변환하는 두 가지 주요 방법으로 만들어진다. 빛은 진정한 흑체와 같지 않기 때문에 백열전구보다 색상이 다르게 나타난다. 색상 재현 품질은 연색성 지수(CRI)로 지정되며, 많은 LED 전구는 약 80, 더 비싼 고연색성 LED 조명은 95 이상이다(100이 이상적인 값).[49]

RGB 또는 삼색 백색 LED는 빨간색, 녹색, 파란색 파장을 방출하는 여러 LED 칩을 사용하며, 이 세 가지 색상이 결합되어 백색광을 생성한다. 방출되는 파장의 범위가 좁아 CRI는 일반적으로 25~65로 좋지 않다.[49] 세 가지 이상의 LED 색상을 사용하여 더 넓은 파장 범위를 커버하면 더 높은 CRI 값을 얻을 수 있다.

대부분의 상업적으로 이용 가능한 LED 램프는 단일 LED에서 보색을 생성하기 위해 LED와 형광체를 함께 사용한다. LED에서 나오는 빛의 일부는 형광체 분자에 흡수되어 형광하며, 스토크스 이동을 통해 다른 색상의 빛을 방출한다. 가장 일반적인 방법은 파란색 LED 발광체와 노란색 형광체를 결합하여 좁은 범위의 파란색 파장과 녹색에서 빨간색까지 스펙트럼을 포괄하는 넓은 대역의 "노란색" 파장을 생성하는 것이다. CRI 값은 70 미만에서 90 이상까지 다양할 수 있지만, 이 유형의 광범위한 상업용 LED는 약 82의 연색성 지수를 가지고 있다.[49] 2021년 현재 생산 기준으로 210 lm/W에 도달한 효능의 지속적인 증가에 따라[50] 이 유형은 삼색 LED의 성능을 능가했다. 백색광 LED에 사용되는 형광체는 2,200 K (디밍된 백열등)에서 7,000 K 이상까지의 상관 색온도를 제공할 수 있다.[51]

조정 가능한 조명 시스템은 각 색상별로 개별적으로 제어할 수 있는 여러 개의 색상 LED 뱅크를 사용하거나, 칩 수준에서 색상을 결합하여 제어하는 멀티칩 LED를 사용한다.[52] 예를 들어, 서로 다른 색온도의 백색 LED를 결합하여 디밍 시 색온도가 감소하는 LED 전구를 구성할 수 있다.[53]

13. 1. 색도도

색도도 상에서 외곽선 상의 각 점은 단색광에 가깝고 색 순도가 높다. 외곽선 상에 있는 색상은 각 주 파장이 되며 색 순도(색 포화도)가 100%가 된다. 색 순도는 a/a+b로 표현되며, LED 발광은 스펙트럼에 폭이 생기기 때문에 그만큼 안쪽으로 빗나간다. LED에 국한되지 않고 넓은 스펙트럼 폭을 가진 빛은 색 순도가 저하되어 중심에 가까워진다.[145]

13. 2. 상대 색온도



흑체 복사에 따른 발광 현상에서 발색을 나타내는 데 색온도가 사용되지만, 백색 LED는 흑체 복사에 의한 발광이 아니므로, 그 근사치로서 상대 색온도(Correlated Color Temperature, '''CCT''')를 사용한다.[149]

; 각종 광원의 상대 색온도[149]

  • 촛불 - 1,800 이하
  • 100W 백열전구 - 2,675
  • 백색 LED - 5,000
  • 백주의 태양광 - 5,400

13. 3. 연색성

연색성 지수(CRI)는 광원이 물체의 색을 얼마나 정확하게 재현하는지를 나타내는 지표이다. 백주의 태양광을 최대로 하는 100으로 표시하며, 일반 연색 지수(CRI) 또는 평균 연색 평가수(Ra)로 나타낸다.

2009년 기준으로, 청색 LED에 YAG계 황색 형광체를 사용한 LED 조명은 Ra 값이 60-85 정도이다.[147] 이는 백열 전구나 태양광에 비해 색 재현성이 떨어진다는 것을 의미한다. Ra 값이 90 이상인 고연색성 LED도 있지만, 청색 LED와 황색 형광체 조합에 비해 발광 효율이 20-30% 낮다.[147]

형광체를 사용하지 않고 RGB(빨강, 녹색, 파랑) LED를 혼합하여 백색을 만드는 방식은 연색성이 낮고, 색상에 얼룩이 생길 수 있어 조명용으로는 잘 사용되지 않는다. LED의 연색성을 높이려면 여러 형광체를 사용하여 발광 스펙트럼을 넓히는 것이 좋다. 자외선 LED에 청색, 적색, 녹색 형광체를 조합하는 방식이 더 높은 연색성을 얻을 수 있지만, 아직 발광 효율이 낮아 상용화되지 않았다.

14. 경제성

다음은 2009년 봄을 기준으로 램프 비용, 전기 요금, CO2 배출량을 4만 시간 사용 기준으로 산출한 표이다.[142][148][156]

조명 기구의 경제성 비교
특성백색 LED 조명
(5mm 램프)
백색 LED 조명
(파워 타입)
백열전구형광 램프
(전구형)
전광속·소비 전력
(점등 회로 포함)
800lm
12W
800lm
17W
790lm
60W
810lm
13W
광원 효율100lm/W70lm/W13lm/W62lm/W
종합 효율66lm/W46lm/W
정격 수명4만 시간1,000 시간6,000 시간
램프 비용7,000엔
(램프 1개, 점등 회로 포함)
5,000엔
(램프 1개, 점등 회로 포함)
3,200엔
(램프 40개, 단가 80엔)
6,300엔
(램프 7개, 단가 900엔)
전기 요금
23엔/kWh
11,100엔15,800엔55,200엔12,000엔
CO2 배출량267kg382kg1,350kg290kg



위 표의 내용은 2009년 자료이므로, 이후 기술 혁신과 대량 생산으로 가격과 성능이 크게 향상되었을 수 있다. 따라서 현재 시점에서는 최신 판매가, 배광 및 수명 등의 성능, 소비 전력을 기준으로 다시 계산해야 한다. 또한, 전구형 형광등과 백열전구는 많은 제조업체에서 생산을 중단하여 구하기 어려울 수 있다.

15. 시장과 산업

1990년대에 청색 발광 다이오드(LED)가 개발된 이후, LED를 이용한 백색광 조명의 실용성이 높아지면서 국소 조명을 중심으로 LED 조명 시장이 성장하기 시작했다.[149]

노무라 종합 연구소는 2012년 세계 백색 LED 조명 시장 규모가 2009년의 약 3배인 478200000000JPY에 이를 것으로 예측했다. 후지 경제는 일본 내 LED 조명 시장이 2008년 13300000000JPY(전체 조명 시장의 3%)에서 2012년 57800000000JPY(전체 조명 시장의 12%)으로 성장할 것으로 예측했다.[150]

세계적으로 백열전구 사용 중지를 요구하는 환경 및 에너지 절약 정책이 추진되면서, 일본에서는 2012년까지 백열전구 판매 자제를 요청하고 주요 제조사들이 생산을 축소했다.

대한민국은 '15/30 프로젝트'를 통해 2015년까지 전체 조명의 30%를 LED 조명으로 전환하는 계획을 추진했다. 중화인민공화국은 '10개 도시 가로등 보급 프로젝트'를 통해 21개 도시에 LED 가로등을 시범 설치했다. 중화민국 정부는 2008년부터 4년간 2000000000TWD를 LED 연구 개발에 지원했다.

중국, 미국도 LED 조명 개발에 막대한 자금을 지원하고 있으며, 일본에서도 LED 사업 및 공장 유치를 위한 노력이 이루어졌다.

조명 산업은 오랫동안 큰 변화 없이 광원 제조사와 기구 제조사가 역할을 분담해 왔으나, LED 조명의 등장으로 산업 구조에 변화가 나타나고 있다. 반도체 산업에서 LED 광원 제조사로 진출하는 기회가 생겨났으며, 신규 및 기존 제조사들은 LED 조명의 특성을 활용한 다양한 제품을 출시하고 있다.

직관형 형광등을 대체하는 직관형 LED 조명도 개발되었는데, 초기에는 기존 형광등 기구에 그대로 사용하거나 안정기를 제거하는 등 다양한 방식이 있었다.[151][152][153] 그러나 안정기 제거는 기구 제조사의 보증을 받을 수 없고, 형광등으로 다시 전환하기 어렵다는 문제가 있었다. 또한 안정기를 남겨두는 방식은 부품 증가로 인해 문제를 악화시켰다.

직관형 LED 조명은 형광등과 달리 한 방향으로만 빛을 방사하고 무게가 더 나가기 때문에, 기존 형광등 기구에 사용 시 빛의 특성상 부적합하거나 소켓 손상 및 낙하 위험이 있었다. 또한 수명이 다한 소켓이나 안정기로 인해 LED 조명의 장점을 살리지 못하는 경우도 있었다.

2010년 10월, 일본 전구 공업회는 이러한 문제점을 해결하고 경제산업성의 지도를 받아 새로운 규격인 'L형 베이스 부착 직관형 LED 램프 시스템(JEL801)'을 제정했다.[154] 도시바 라이텍, 파나소닉 라이팅 디바이스 등은 이 규격에 맞는 제품을 출시했으며, 기존 G13 베이스를 사용하는 직관형 LED 램프는 규격 외 제품으로 취급되었다. 2011년 2월 개정된 그린 구매법에서도 G13 베이스 직관형 LED는 당분간 제외되었다.[155]

LED 조명은 긴 수명으로 인해 교체 수요가 적어, 제조사들은 초기 판매 기회를 잡기 위해 노력하고 있다.[156]

2014년 3월, 파나소닉은 2015년까지 일반 주택용 기존 조명기구 생산을 종료하고 LED로 전환한다고 발표했다. 이러한 움직임은 다른 제조사로 확산되었으며, 백열전구 생산은 2012년에 대부분 종료되었다.

16. 주요 LED 조명 제조사 (일본)

제조사비고
파나소닉 라이팅 시스템즈
도시바 라이텍일반 가정용 실링 라이트와 전구 생산은 2019년부터 중국 뢰사조명의 일본 법인인 NVC Lighting Japan에 위탁
미쓰비시전기조명LED 전구 중 "주광색"은 비생산. 볼형 LED 전구는 생산 종료. LED 조명기구의 일부 제품은 도시바 라이텍에 생산 위탁
히타치 글로벌 라이프 솔루션즈구 히타치 라이팅. LED 전구는 2021년 12월까지, 일반 주택용 LED 조명 기구는 2022년 12월까지 각각 생산을 종료하고 재고품 한정으로 판매 종료. 향후 히타치 체인 스톨에 공급되는 LED 조명 기구 및 전구는 파나소닉, 도시바 라이텍, 미쓰비시전기조명, 다이코 덴키, 아이리스 오야마 등 타사 제품으로 변경
호타르쿠스구 NEC 라이팅. LED 전구 생산에서 철수했으므로 LED 전구 기구의 램프는 파나소닉, 도시바 라이텍, 미쓰비시전기조명 등에서 공급
이와사키 전기
티넷 재팬
세이와 덴키
엔도 조명
다이코 덴키LED 전구 기구의 램프는 비생산이므로 파나소닉, 도시바 라이텍, 미쓰비시전기조명 등에서 공급
YAMAGIWA
코이즈미 조명LED 전구 기구의 램프는 비생산이므로 파나소닉, 도시바 라이텍, 미쓰비시전기조명 등에서 공급
아이리스 오야마DCM 홀딩스・야마다 홀딩스에도 OEM 공급. 그 외, 일부 가전 양판점 전용품도 공급. LED 전구 중 "주백색"은 비생산
오데릭LED 전구 기구의 램프는 비생산이므로 파나소닉, 도시바 라이텍, 미쓰비시전기조명 등에서 공급
트윈버드LED 전구 기구의 램프는 비생산이므로 파나소닉, 도시바 라이텍, 미쓰비시전기조명 등에서 공급
아사히 전장
옴 덴키
다이토쿠
야자와 코퍼레이션LED 전구 중 "주광색"은 비생산
야마다 조명LED 전구 기구의 램프는 비생산이므로 파나소닉, 도시바 라이텍, 미쓰비시전기조명 등에서 공급
샤프경영 재건에 따른 구조 조정의 일환으로 2014년에 철수
로옴AGLED 브랜드로 전개. LED 소자 자체는 계속 생산하고 있지만, LED 조명 기구는 2016년에 아이리스 오야마에 사업 양도하고 철수



LED 전구 중 "미니 레프형(E17 구금)"을 생산하는 일본 국내 메이커는 파나소닉, 아사히 전장(ELPA), 옴 덴키 3사뿐이다. 전구형 형광등 전용 다운라이트 기구 대응 "T형"은 파나소닉, 도시바 라이텍, 미쓰비시전기조명, 옴 덴키, 야자와 코퍼레이션이 생산하고 있다. 또한 콘센트・벽 스위치를 자사 생산하고 있는 일본 국내 메이커는 현재 파나소닉, 도시바 라이텍, 진보 덴키 3사뿐이다.

17. 용도

LED 램프는 일반 조명과 특수 조명 모두에 사용된다. 색상이 있는 빛이 필요한 경우, 단일 색상의 빛을 본질적으로 방출하는 LED는 에너지 흡수 필터가 필요없다. LED 램프는 전구나 조명 기구를 대체할 수 있도록 다양한 형태로 제공된다. 예를 들어, 형광 트로퍼를 대체하는 LED 조명 패널, 할로겐 조명 기구를 대체하는 LED 스포트라이트, 트로퍼 내부의 형광 램프를 대체하는 LED 튜브, HID 조명 기구 내부의 HID 전구를 대체하는 LED HID 대체 램프 등이 있다. 조명 기구를 교체하는 경우(예: LED 패널), LED나 드라이버가 고장나면 패널 전체를 교체해야 한다.[65] 반면, 전구만 LED로 교체하는 경우에는 램프가 고장나면 조명 기구와 별개로 교체할 수 있다. 일부 LED 교체 램프는 조명 기구의 안정기를 제거하고 LED 램프를 주 전원에 직접 연결하는 등 조명 기구를 수정해야 하지만, 다른 램프는 수정 없이 작동 가능하다.[66]

백색광 LED 램프는 적절한 온도에서 사용하면 대부분의 다른 조명보다 수명이 길고 효율적이다. LED 광원은 소형이므로 조명 기구 설계에 유연성을 제공하며, 작은 반사경이나 렌즈를 사용하여 빛의 분배를 제어할 수 있다. LED의 작은 크기는 조명의 공간적 분포를 매우 유연하게 제어할 수 있게 해주며,[68] LED 어레이의 빛 출력과 공간적 분포는 효율 손실 없이 제어 가능하다.

색상 혼합 원리를 사용하는 LED는 각 기본 색상에서 생성되는 빛의 비율을 변경하여 다양한 색상을 방출할 수 있다. 이를 통해 서로 다른 색상의 LED가 있는 램프에서 완전한 색상 혼합이 가능하다.[69] 다른 조명 기술과 달리 LED 방출은 지향성(또는 최소한 램버트) 경향이 있어, 필요에 따라 유리하거나 불리할 수 있다. 비지향성 빛이 필요한 경우 디퓨저를 사용하거나 여러 개의 개별 LED 이미터를 사용하여 다른 방향으로 방출한다.


  • '''LED 전구''': 백열전구 소켓[157]에 장착 가능한 LED 전구는 가격 경쟁으로 인해 가격이 많이 하락했다. LED 전구는 제품 수명과 소비 전력을 고려하면 백열전구나 전구형 형광등보다 저렴하지만, 출시된 지 얼마 되지 않아 제조사에서 제시하는 공칭 수명(40,000시간[158])에 도달한 예가 거의 없고, 점등/소등 반복 및 연속 점등이 수명에 미치는 영향은 아직 검증되지 않았다. 밝기나 조사 범위는 형식에 따라 다르며, 전구에 가까운 것, 광 배광을 내세우는 것, 아래 방향만 비추는 것 등 종류가 다양하다. 2012년 6월 소비자청은 실제 밝기보다 더 밝다고 부적절하게 표시(우량 오인)한 혐의로 12개 제조사[159]에 경품표시법에 따른 조치 명령[160]을 내렸다. 이후, 많은 LED 전구 제품 패키지에는 밝기가 전광속(루멘)으로 표기되고 있다. 시간이 지나면서 LED 전구 본체는 "기존 백열전구와 같은 크기"로 소형화되었고, 램프 소비 전력도 초기 모델보다 대폭 감소되었다.
  • 조광(밝기 조절) 기구에는 반드시 조광 기구 대응 LED 전구를 사용해야 한다.[161]
  • 인체 감지 센서가 있는 LED 전구는 아래가 열린 형태의 기구 전용이며, 커버로 덮인 밀폐형 기구(옥외 현관등, 욕실등 등)에는 사용할 수 없다(센서가 감지하지 못하기 때문).
  • 다운라이트 등의 단열재 시공 기구에는 "단열재 시공 기구 대응" LED 전구를 사용해야 한다(일반형 LED 전구는 단열재에 의해 열 방출이 제대로 되지 않기 때문).
  • 광색은 "전구색"·"주광색"·"주백색", 배광은 "전방향"·"광배광"·"하향"의 3종류가 있다.
  • LED 전구의 모델명은 JIS C 8157로 정해져 있으며, "LD-형상-정격 전압(100V 이외만 표기)-소비 전력-색상-배광각-구금 종류(E26의 경우 표기하지 않음)"으로 표기된다. (예: "LDA9D-G"는 A형(일반 전구형), 정격 전압 100V, 소비 전력 9W, 주광색, 배광각 180도 이상, E26 구금)
  • '''베이스 라이트''': 2010년대 초반까지 시설 조명용 LED 조명은 조도가 부족하여 형광등 기구가 많이 채택되었다. 그러나 2010년대 중반부터 기술 혁신으로 형광등에 뒤지지 않는 조도를 얻을 수 있게 되었고, 수요/공급 증가에 따른 비용 절감, 환경 문제 대응, 동일본 대지진 이후의 전력 사정 대응 등을 위해 LED 조명이 시설에 신설/갱신되고 있다. 여객기, 여객 철도 차량, 버스, 선박의 실내 조명용으로도 도입되고 있으며, 구나 관의 소재가 유리에서 폴리카보네이트로 바뀌면서 탈것에서는 비산 방지 대책이 불필요해졌다.
  • 기존 형광등용 기구에 직관형 형광등을 모방한 LED 관을 부착하는 기구는 형광등보다 무게가 증가하여 소켓이 무게를 견디지 못하고 낙하할 위험이 있으며, 기존 기구의 안정기를 제거하거나 회로에서 차단해야 한다.
  • 일본에서는 「에너지 사용의 합리화 등에 관한 법률」에 의해 조명의 절전화가 요구되는 편의점 등이 점내 조명을 LED 조명으로 교체하고 있으며, 이는 기업 이미지 향상 효과도 기대된다.
  • 수은에 관한 미나마타 협약에 따라 형광등 사용에 대한 규제가 이루어지고 있다. 2023년에는 2027년 말까지 형광등의 제조/수출입을 전면 금지하기로 결정했다.
  • '''유도등''': 건물 내 비상구와 피난 경로를 표시하는 소방 설비인 유도등에도 LED 조명이 도입되었다. 기존 형광등이나 냉음극관(CCFL)을 사용한 유도등에 비해 열/자외선에 의한 변색이 적고, 휘도가 높아 시인성이 뛰어나며, 저소비전력으로 정전 시 배터리 보상 점등 시간을 늘릴 수 있고, 수명이 길어 램프 교체 부담과 비용이 적다는 장점이 있다.
  • '''소형 부분 조명 기구''':
  • 손전등이나 자전거용 전조등으로 이용된다.
  • '''탈것'''
  • 오토바이, 자동차, 철도 차량과 같은 탈것에서는 전조등, 미등, 방향 지시등, 번호판 등, 계기 등, 차폭등 등에 채용되고 있다.
  • 자동차의 경우, 전방 방향 지시등, 차폭등, 주간 주행 램프를 겸한 다기능 타입도 있다.
  • 선박이나 항공기를 포함하여 실내등을 갖춘 것에서는 기본적인 조명 외에 장식용 일루미네이션으로도 사용되고 있다.
  • 기존 백열전구나 형광등의 교체용으로 소켓이나 단자를 맞춘 제품도 판매되고 있다.
  • '''도로 교통 분야'''
  • 교통 신호등에서의 LED 사용은 보급기를 맞이하고 있다.
  • '''옥외 조명'''
  • 주유소가로등과 같이 높은 곳에 조명이 있는 경우, 초기 도입 비용 외에 설치 후 보수/교체 작업의 수고와 비용까지 고려하면 비용 효율이 높다.[156]
  • 2016년 미국 의사 협회는 운전, 수면, 생태계에 미치는 영향을 줄이기 위한 가이드라인을 작성했다.[163] LED 가로등 등의 옥외 야간 조명은 건강/안전 면에서 악영향을 줄이기 위해 색온도를 3000K 정도로 억제하고, 블루 라이트가 최소화되도록 조명을 컨트롤해야 한다.[164]
  • '''미술품/전통 공예품''': LED 조명은 발광 파장이 설계/제조 시에 결정되어 자외선이나 적외선을 포함하지 않도록 쉽게 만들 수 있으므로, 자외선/적외선에 의한 열화를 피하고 싶은 미술품/전통 공예품에 채용되는 경향이 있다.
  • '''어화(집어등)''': 오징어 어업에서는 집어등(漁火)으로 해중의 오징어를 해면 가까이 모아 포획한다. 청색 LED 조명으로 바꾸면 기존 메탈 할라이드 램프보다 훨씬 적은 전력으로 충분하며, 연료 소비를 크게 절감할 수 있다. 이는 LED의 높은 발광 효율, 푸른 빛의 해중 전달 용이성, LED 조명의 단방향 방사 특성 등이 효과를 높이기 때문이다.
  • '''의료 시설/반도체 공장''': 정밀 기기에 영향을 미치는 전자기파 노이즈를 방출하지 않는 LED 조명이 선호된다. 형광등과 달리 MRI실과 같은 강한 자력을 방출하는 방에도 설치 가능하다.
  • '''치과 치료용 광경화 수지 조사 광원''': 치과의 충치 치료에 사용되는 광중합형 레진 충전재는 청색광으로 경화되는 경우가 많으며, 광량이 높은 청색 LED 광원이 사용된다. 펜 모양의 LED 광원과 작은 전원부만으로 구성된 LED 조사기는 기존 할로겐 조사기/제논 조사기에 비해 장치가 작고, 적외선 자극이 없으며, 예열 운전이 불필요하고, 광원 램프 교체 작업이 필요없으며, 가격도 저렴하다.
  • '''식물 육성용 라이트''': 실내 공간에서 식물을 재배하는 식물 공장에도 LED 조명을 활용하는 아이디어가 있다. 식물 재배에는 적색광(640 - 680nm)과 청색광(450 - 480nm)이 필요하며, LED의 단파장 특성이 이러한 용도에 적합하다.
  • '''영상 라이팅''': 조명 용도와 함께 경관 구성을 위한 영상 표시를 겸한 "영상 라이팅"이 상업 시설 등에서 활용되고 있다. 벽면이나 천장면 전체의 조명 자체가 그림을 투영하는 방식이다.
  • '''냉장/냉동고 내 조명''': LED 조명은 저온에서 조도 저하나 점등 불능 현상이 일어나지 않으며,[156] 열량이 적어 냉각 효율을 높일 수 있다. 또한, 저온에서도 즉시 재점등이 가능하여 잦은 점멸이 가능하므로 에너지 절약에 유리하다.
  • '''블랙라이트''': LED의 단파장 특성과 낮은 소비 전력으로 인해 375nm 부근을 발광하는 블랙라이트로 채택이 늘고 있다.

18. 개발 중인 기술

LED 조명 기술은 현재 저가화, 발광 효율 및 방열성 향상을 목표로 활발히 개발되고 있다. 2015년 1월 현재, 이러한 기술 개발은 서로 연관되어 있으며, 발광 효율과 방열성 향상은 저가화로 이어진다. 또한, 수명 연장은 사용자에게 경제적 이점을 제공하므로, 수명에 큰 영향을 미치는 방열성 개선이 중요하다. 그러나 방열 부품 추가는 비용 상승의 요인이 될 수 있다. 2009년 현재 시판되는 LED 조명 제품은 1세대 제품으로, 전원 회로와 케이스에 개선 여지가 많다. 발광 소자 자체에서도 다음과 같은 개선이 이루어지고 있다.


  • 전반사 저감: 빛은 굴절률이 다른 계면에서 굴절되지만, 임계각 이상에서는 전반사가 일어난다. 반도체 소자 내부나 봉지 수지 표면에서 전반사가 발생하면 외부로 방출되는 빛이 줄어들기 때문에, 이를 줄이기 위한 노력이 이루어지고 있다.
  • 반도체 소자: 반도체 소자 발광층 표면에 나노 임프린트 기술로 요철을 형성하여[167] 빛을 회절시켜 전반사를 방지한다. 사파이어 기판 측에도 요철을 형성한다.
  • 봉지 수지: LED 램프는 반도체 소자와 배선을 보호하기 위해 투명한 수지로 봉지되는데, 반도체 소자에서 멀리 떨어진 수지 계면에서는 빛의 각도가 얕아 전반사가 일어나기 쉽다. 봉지 수지를 구형으로 만들어 입사각이 임계각을 넘지 않도록 한다.[156]

  • 형광체: 백색 LED는 반도체 소자에서 나오는 청색광 일부를 황색 등의 형광체에 쬐어 색을 바꾼 후 방출한다.
  • 도포 위치: 형광체를 봉지 수지에 혼합하면, 청색광은 점 형태로 방출되는 반면, 형광체에서 나오는 황색광은 전체적으로 퍼져나가 색 얼룩이 발생한다. 반도체 소자 표면에 형광체를 도포하여 이 문제를 해결한다.
  • RG 형광체·RGB 형광체: 2009년 현재 LED 조명에는 주로 황색 형광체가 사용되는데, 이는 청색과 황색의 2색으로 의사 백색을 만들기 때문에 연색성이 떨어진다. 적색과 녹색의 RG 형광체를 사용하면 청색, 적색, 녹색의 3색 빛을 얻을 수 있어 연색성이 개선된다.[168] 근자외선 발광 LED와 RGB 형광체를 사용하여 청색도 형광체 발광으로 만들어 더 자연스러운 빛을 얻을 수도 있다.

  • 뒷면 방열: 기존에는 반도체 소자를 금속 기판에 탑재하여 방열성을 높였지만, 0.2mm 두께의 절연성 수지판에 구리 기둥(Cu 범프)을 매립하여 뒷면 방열성을 높이는 기술이 개발되고 있다. 세라믹 기판(AlN판에 Ag 페이스트로 배선 인쇄)도 있지만 비용이 높다. 구리 채용 세라믹 패키지 리드 프레임도 개발 중이다.[156]

  • m면-GaN 소자: 반도체 내 결정 구조 뒤틀림에 의한 "피에조 전계"는 발광 효율을 저하시키므로, 이를 피할 수 있는 m면을 사용한 GaN 소자 개발이 진행 중이다. 사파이어 기판 대신 GaN 결정을 m면에 따라 잘라낸 기판 위에 GaN 층을 결정 성장시켜 소자를 만든다. 현재 양산성이 낮아 2015년경 양산을 목표로 개발 중이다. m면-GaN 소자는 단독으로 200 - 300lm/W의 발광 효율을 낼 수 있다고 알려져 있다.[156]

19. 규격

L형 구금 부착 직관형 LED 램프 시스템(JEL 801)[154] 외에도 대한민국 정부가 제정한 표준 규격인 "KS 규격"이 존재한다. KS 규격 내에서는 2009년부터 새롭게 LED 조명의 안전 및 성능 요구 사항을 규정에 추가했으며, 대한민국은 이것이 국제 규격으로 채택됨으로써 세계 시장에서 자국 기업의 국제 경쟁력 강화로 이어지기를 희망했다.[156]

LED 전구 및 기타 LED 조명 기구의 등장이 선행되었지만, 일본산업규격(JIS) 규격의 정비가 이루어지고 있다. JIS 규격은 LED 조명 기구 전체 또는 그 주요 부품(LED 모듈, 제어 장치 등)을 대상으로 제정되었으며, 안전성, 성능, 호환성(소켓 등)을 규정한다. 조명 기구의 배광 측정 방법을 정한 JIS C8105-5는 LED 조명 기구를 포함하여 개정되었다. 2012년 6월 현재 최신 JIS는 C8157(2011년 12월 제정) - 일반 조명용 전구형 LED 램프(전원 전압 50V 초과) - 성능 요구 사항이다.

산업표준화법에 근거한 국가 규격인 일본산업규격(JIS)에 의해 LED·LED 조명의 규격이 차례로 제정, 정비되었다. 자세한 내용은 일본산업규격(전기·전자) 목록 (C 8000-8999)를 참조하라.

20. 관련 법령

2009년을 기준으로, 일본에서 LED 조명과 관련된 법령은 다음과 같다.


  • '''(PSE법)''' : 2012년 7월 1일부터 "LED 램프" 및 "LED 전등 기구" 두 품목이 특정 전기 용품 이외의 전기 용품에 추가되었다.
  • 제조 또는 수입자는 제품이 PSE법 기술 기준에 부합하는지 확인 후, (○PSE 기호)를 제품에 표시해야 한다.
  • 경제산업성에 신고 및 제품 검사, 기록 보관 의무가 있다.
  • 노이즈 허용치 및 측정 방법을 포함한다.
  • 가정용 E26, E17 소켓 LED 전구를 포함한다.
  • 기존 PSE법 적용 LED 광원 전기 제품: 전기 스탠드, 충전식 휴대 전등, 핸드 램프, 광고등, 정원등 기구, 장식용 전등 기구.
  • -
  • '''전기사업법''': 경제산업성 관할. 전기 사용자의 이익 보호, 전기 사업 발전, 전기 설비 규제를 통해 공공 안전 및 환경 보전을 목적으로 한다.
  • 전기 설비 기술 기준: 전기 설비 설계, 공사, 유지 성능 기준.
  • '''전기공사업법''': 경제산업성 관할. 전기 공사 작업자 자격 및 의무 규정, 재해 방지 목적.
  • '''건축기준법''': 국토교통성 관할. 건축물 부지, 구조, 설비, 용도 최소 기준.
  • 전기 설비 기준 포함, 비상용 조명 설비 설치 기준 및 밝기 규정.
  • 2015년부터 국토교통대신 인정 LED 조명 사용 비상용 조명 기구 출시.
  • '''소방법''': 유도등, 유도 표지 규정. 소방법 시행령, 시행규칙에 세부 사항, 지방 자치 단체별 차이 존재.

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[123] 문서 LED照明器具には「発光部が器具と一体化した機種」と「ランプ交換が可能な機種」とに二分されており、前者の場合・ちらついて寿命を迎えた場合は、器具ごと交換となる(蛍光灯と異なり、LED素子のみの交換は不可)。
[124] 문서 LED素子は10-6秒程度で明滅する。
[125] 문서 LEDの高速応答性が欠点となる例では、[[交通信号機]]に使用されるLEDの光が車載の画像記録機「[[ドライブレコーダー]]」に映らないことである。
[126] 서적 LED照明信頼性ハンドブック 日刊工業新聞社 2008-02-25
[127] 문서 産業用では、それ以上のルーメンの製品もあるが、放熱に特別に配慮しており、高価である。
[128] 뉴스 「DC」の旗の下に集結せよ 夢物語ではなくなる 日経エレクトロニクス 2009-03-23
[129] 문서 市場に出回っている「白色LED」は、蛍光体を使ったり、2色(互いに[[補色]])または3色(おおよそ[[光の三原色]])の光源を組み合わせることで白色光を出している。
[130] 웹사이트 各種照明のスペクトル比較 http://www.techno-sy[...] 有限会社テクノ・シナジー 2023-12-04
[131] 웹사이트 CERAPHIC®が発光する仕組み https://www.kyocera.[...] 京セラ株式会社 2023-12-04
[132] 웹사이트 LEDの基礎 https://www2.panason[...] パナソニック株式会社 2023-12-04
[133] 논문 環境に優しい白色LED照明 一般社団法人 色材協会 2008-07
[134] 서적 LED照明ハンドブック 日刊工業新聞社 2006-07-01
[135] 문서 複数の発光素子を使用する場合、発光色ごとに求められる電圧や電流の特性が異なり調整が個別に必要になる他、素子のボンディング位置が上下面のものと上面だけのものが混在すると取り付けに工夫が求められる。また、発光効率の面でも緑色LEDの効率が著しく低いためにすべてが青色発光のものに比べると効率で劣る。緑色LEDの発光効率は青色発光から蛍光体によって変換したほうが良いほどである。
[136] 문서 2009年7月16日に住友電気工業は純緑色光を出力できる半導体レーザの開発に成功したと発表した。この波長531mmで発光する素子はGaN([[窒化ガリウム]])結晶を使用しており、他の色の光から波長変換によって緑色を作る必要がなくなり、低消費電力、低発熱での純度の高い緑色が得られると期待される。
[137] 웹사이트 住友電工プレスリリース「世界初の純緑色半導体レーザの発振に成功」2009年7月16日 http://www.sei.co.jp[...]
[138] 서적 発光ダイオードの本 日刊工業新聞社 2008-01-28
[139] 웹사이트 技術の話 http://www.semitec.c[...] 石塚電子
[140] 뉴스 LED電球で「受信障害」、街路灯交換へ https://web.archive.[...] 読売新聞 2010-04-07
[141] 문서 発光素子単体の寿命はおおむね2万時間から6万時間程度とされている。
[142] 서적 白色LED 照明技術のすべて 工業調査会 2009-04-30
[143] 문서 JIS C 8105-1 解説 解説表2
[144] 문서 日本産業標準調査会|JISCの標準仕様書においては、LED単体の寿命を規定条件下でLEDの全光束、もしくはCIE平均化LED光度が点灯初期の値に対して70%になるまでの総点灯時間とし、同様に、LEDモジュールと電球型照明用白色LEDの寿命を規定条件下でその全光束が点灯初期の値に対して70%になるまでの総点灯時間としている(LED照明推進協議会Webより)。
[145] 서적 発光ダイオード 朝倉書店 2010-01-25
[146] 서적 よくわかるLED活用入門 日刊工業新聞社 2007-05-03
[147] 간행물 当たり前になったLED照明 費用対効果が大幅に改善 日経エレクトロニクス 2009-03-23
[148] 문서 別の経済性比較では、白熱電球60Wとそれに相当する電球型LEDで比較して、寿命はLED製品で4万時間に対し白熱電球は1,000時間、総合コストではLED製品の1万円ほどに対して白熱電球では5万円強、電球型蛍光灯でも1万6000円程になるとしている。この例では1万4000時間(1日10時間の換算では4年弱)を越えると電球型LED照明の方が電球型蛍光灯よりも割安となる。
[149] 서적 高輝度LED材料のはなし 日刊工業新聞社 2005-12-15
[150] 문서 日本市場で言えば、当初、照明器具大手の[[東芝ライテック]]がE26型の口金に対応する40W相当のレフランプ・ミゼット型ランプを2007年12月に発売し、その後、2008年8月に60W相当のものを実売価格9,000円程で発売した。電球型ランプとしては40W相当のものを2009年3月に実売価格8,000円程で発売した。[[シャープ]]は2009年6月に60W相当の電球型ランプを実売想定価格4,000円程で発表したため、東芝ライテックは対抗上、60W相当品を同じ価格帯まで引き下げた。[[エコリカ]]や[[アイリスオーヤマ]]、[[ホタルクス]]、[[パナソニック ライティングデバイス]]も同様の価格帯でLED電球市場に参入してきた。
[151] 문서 [[三菱化工機]]は2009年7月に台湾LEDTECH ELECTRONICS社やシスコ社と共同開発した直管型蛍光灯用の灯具にそのまま取り付けられる40W型のLED照明を発売した。
[152] 문서 [[三菱化学]]は2008年に三菱電線工業のLED事業の買収を完了し、2010年からは日欧で「Verbatim」ブランドで製品を出荷する予定。
[153] 문서 既設の直管型蛍光灯器具を使用するLED製品や専用のLED照明器具が無秩序に混在するようになると、LED照明の明確な規格が(韓国を除けば)存在しないこともあって、直管型LED照明用灯具に従来型蛍光灯を誤って取り付ける事態や、従来型蛍光灯より重い製品が落下した場合のような、何らかの事故が起きた時の責任はそれを取り付けた者が負わなければならない。
[154] PDF 日本電球工業会 L形口金付直管形LEDランプシステム(概要) http://www.jelma.or.[...]
[155] PDF 環境物品等の調達の推進に関する基本方針(平成23年2月4日変更閣議決定)-グリーン購入.net https://www.env.go.j[...]
[156] 간행물 LED照明戦国時代 日経エレクトロニクス 2009-09-21
[157] 문서 E26型・E17型が中心
[158] 웹사이트 パナソニック社のLED電球の例 http://ctlg.panasoni[...]
[159] PDF 12社の概要 http://www.caa.go.jp[...]
[160] PDF LED電球販売業者12社に対する景品表示法に基づく措置命令文 http://www.caa.go.jp[...]
[161] 문서 玄関灯など人感センサー付き調光器具には、LED電球・電球型蛍光灯いずれも(調光器具対応であっても)使用不可なので、そちらには従来型ミニクリプトン電球(口金サイズE17型、最大60Wまで)を用いる事になる(調光器具対応のLED電球・電球型蛍光灯は、スライド及びロータリーつまみで調光するアナログ式器具にのみ対応)。
[162] 문서 グロースタータータイプの蛍光灯器具では、元の[[点灯管|グローランプ]]を外し、取り替える製品に付属するダミーバルブに替えるだけで良い。
[163] 웹사이트 AMA Adopts Community Guidance to Reduce the Harmful Human and Environmental Effects of High Intensity Street Lighting http://www.ama-assn.[...] アメリカ医師会 2016-08-08
[164] 뉴스 「LEDの街灯は健康・安全面に問題がある」と米国医師会が発表、一体どんな影響があるのか? https://gigazine.net[...]
[165] 문서 ラスベガスのフリーモント・エクスペリエンスのものでは400mのアーケードの天井に1200万個以上のLEDが配された。
[166] 서적 照明のことがわかる本 日本実業出版社 2007-03-01
[167] 문서 赤と緑は[[原色#加法混合|混色]]すると黄色となる。
[168] 웹사이트 平成21年度国土交通省告示第242号 http://www.njr.or.jp[...] 2010-03-29
[169] 문서 平成21年度国土交通省告示第242号 http://www.njr.or.jp[...] 2010-03-29
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