LED를 이용한 조명 기구는 친환경적 조명으로 국가별 정부에서 백열등 사용금지 정책에 의한 시장 확대가 예상 되며, 에너지 절감 등 효율이 높아 미래 조명으로서 매우 적합하며 고부가가치를 창출할 수 있는 분야로서 LED 조명광원이 사용 될 것이다. LED 방폭등은 국내외 조명기기 인증에서 무게 및 광학성능에 대한 요구 항목이 강화 되고 있는 실정이다. LED 방폭등의 경우 전체적인 중량 부분을 차지하고 있는 방열판의 경우가 제품의 무게를 결정하고 있다. 이에 방열판의 중량을 줄이기 위한 많은 노력 및 대응이 필요하다.
본 논문은 상기와 같이 LED 조명 시장이 급격히 증가해가는 시점에 기존 램프타입의 대체 광원으로 집중 관심을 받고 있는 LED에서 COB LED 방폭등으로 방열구조 변경을 통한 개선으로 제품의 실 제작 단계 이전에 CBO LED를 적용하여 첫 번째 부피와 무게를 절감하였으며, 두 번째 열로 인한 에너지 손실을 줄여서 광효율을 향상 시키고, 세 번째 조명특성에 맞는 렌즈를 제작하여 120도 이상의 우수한 배광각을 구현하고, 네 번째 조명비용을 감소시키는 구조에 관하여 연구하였다. COB LED 방폭등의 광학 성능에 가장 영향을 미치는 인자는 부품 신뢰성이며 COB LED와 방열판 구조는 제품의 광학 성능 및 수명을 결정하는 중요 요소이다. 따라서 2가지 핵심 부품을 대상 부품으로 선정하여 LED 방폭등의 조명부에서는 COB LED를 적용하여 구조적으로 열전달의 자연대류 촉진 및 열기정체를 방지하는 공기통로를 형성하여 방열이 잘되도록 하여 광학 성능을 향상시키고 AL방열판 기구물의 무게를 감소시켰다. 전원부는 SMPS의 교체가 용이한 구조 및 케이스 방열 성능을 높이기 위해 회로 발생 열을 SMPS 케이스로 직접 전달하는 구조형태로 만들었다. 렌즈부는 COB LED의 이점인 단일 렌즈만을 적용하여 우수한 배광각을 구현하도록 연구하였다. 방폭규정상 투광부의 재질은 유리재질만 사용하여야 하며, 평면 또는 구면 형태의 렌즈가 방폭기준에 적합한 강도를 가져야 한다. 선정된 COB LED의 사양은 소비전력 240W, 동작전압 60~68V, 전류 3,500mA, 총광량 18,000lm인 LED를 적용하였다.
조명부의 방열특성 평가는 주변온도 27℃에서 조명부(Heat sink)에 200W COB LED를 조립하여 동작 3시간 동안의 온도를 측정하였다. 온도 측정위치는 예상되는 문제점을 고려하기 위해 납땜부, LED모듈 전선홀, 조명부 뒤(SMPS case 내부로 전달되는 열), COB Plate, COB와 기구물의 접합면, 히트싱크 날개 시작위치 및 끝의 7군데를 설정하였다. 테스트 결과는 COB Plate 온도가 73℃ 로 측정되어 COB LED의 적정온도인 75℃ 보다 낮아 유효한 방열 성능을 보였으며, COB LED 발열 온도 186℃ 대비 113℃ 차이를 보였다. 또한 조명부(히트싱크)는 113℃의 온도를 낮출 수 있는 방열 성능을 가졌으며, COB Plate와 기구물 접합면 사이는 3℃의 온도 차이를 보였고 이는 COB LED와 조명부 기구물의 접합성이 잘 되었다는 결과를 보임을 알 수 있었다. 온도의 검증 및 전체적인 온도 분포를 적외선 카메라로 측정 동작 후 1시간 경과시점부터 열평형이 이루어졌다.
할로겐 방폭등 보다 높은 수명을 가졌으며, LED 패키지로 구성되어 복잡한 회로 구성으로 이루어진 LED 방폭등 보다 고출력 COB LED를 적용하여 설계비용 감소 및 중량의 경량화와 안정적인 방열구조를 확인 할 수 있었다. 또한 방열온도 시험 및 전기 광학적 시험, 신뢰성 시험으로 COB LED 방폭등의 적합한 구조형태임을 검증하여 방열구조 변경을 통한 성능의 효과를 연구 확인하였다.