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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

김종오 (부경대학교, 부경대학교 대학원)

지도교수
류우찬
발행연도
2021
저작권
부경대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수2

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이 논문의 연구 히스토리 (18)

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For outdoor lighting products, important evaluation factors were luminous efficacy, luminance, correlated color temperature (CCT) and Scotopic/Photopic (S/P) ratio. The higher the S/P ratio, the better the energy savings and visual performance. Recently color rendering properties of outdoor lightings gain interest, and parameters such as color fidelity (Rf), color gamut (Rg), and color quality scale (Qa) were proposed to replace color rendering index (CRI) because saturated lightings such as LEDs score lower values. However, as the S/P ratio is in trade-off relation with CRI, it is difficult to improve both of them simultaneously. In this paper, the change in S/P ratio and color rendering characteristics was confirmed through combination of multi-chip LEDs composed of RGB or RGBY or phosphor-converted LEDs consisted with warm and cool white LEDs by simulation and measurement.

First, CCT-tunable RGB or RGBY multi-chip LED lighting was fabricated on the Planckian locusand its characteristics were evaluated after optimization through simulating spectral combinations. Compared to the existing multi-chip LED lighting, the S/P ratio and color rendering characteristics have been improved. The RGB multi-chip LED lightings gave Ra>78, Qa>84, R9-14>59, Rf>82, and Rg>100 with S/P ratio values of 1.55, 1.73, 1.84, 2.07, 2.26, 2.34, 2.38, and 2.58 accordin to CCTs. Compared to the typical S/P ratios of IESTM-12-12, it was improved by 0.45 to 0.2. The RGBY multi-chip LED lightings offered Ra>85, Qa>87, R9-14>75, Rf>82 and Rg>97 with S/P ratios of 1.46, 1.52, 1.79, 1.91, 20.3, 2.17, 2.29, 2.46 for CCTs. Compared to the typical S/P ratios of IESTM-12-12, it is improved by 0.4 to 0.11.

Second, color rendering properties ans S/P ratio around the Plankian locus were investigated with different Duv ranges from the locus for each CCT. With the optimized RGB multi-chip LED lighting S/P ratio increased from 0.05 to 0.09 on the Duv-0.015 and decreased from 0.03 to 0.09 on Duv+0.015. On the other hand, Ra and R9∼14 decreased by 1∼4 on Duv-0.015, increased by 2∼6 on Duv+0.015, and Qa decreased with the changes of Duv. Rf and Rg increased as moving from Duv-0.015 to Duv+0.015. With the optimized RGBY multi-chip LED lighting S/P ratioincreased by 0.04~0.06 on Duv-0.015 and decreased by 0.03~0.08 on Duv+0.015. To the contrary, Ra and R9∼14 decreased by 1∼4 on Duv-0.015, increased by 1∼6 on Duv+0.015, and Qa decreased with the changes of Duv. Rf and Rg increased as moving from Duv-0.015 to Duv+0.015.

Third, 5,000 K phosphor-converted LED lighting was optimized by simulation and fabricated to evaluted S/P ratio and color rendering characteristics. The manufactured 5,000 K LED module gave a luminous efficacy of 140 lm/W, Ra of 96, R9∼14 of 94, Qa of 95, Rf of 91, Rg of 97. and S/P ratio of 2.22, which is higher by 0.18 than 2.04 of the IES TM-12-12

Fourth, a combination of WW-LED, CW-LED and single wavelength LED was silmulated and fabricated to evaluate the characteristics tracing the Planckian locus. Optical properties were Ra>86, Qa>89, R9-14>76, Rf>89, and Rg>86 with S/P ratios of 1.56, 1.63, 1.79, 1.87, 1.99, 2.06, 2.17, and 2.22 according to CCTs. S/P ratio was improved by 0.35∼0.66 than the typical value 1.21 of WW-LED and by 0.02∼0.18 than the typical value 2.18 of CW-LED in IES TM-12-12.

Finally, through the results of this paper design guideline for LED lighting system with high S/P ratio and color rendering properties for RGB LED, RGBY LED, phosphor-converted WW-LED and CW-LED, and CCT-tunable LED lighting composed of WW and CW-LED. By locating the position of LED lighting around the Plankian locus in the color chromaticity, optical characteristics can be changed according to the changes of Duv.

목차

Ⅰ 서 론 1
Ⅱ 이론적인 배경 4
1. 눈의 구조와 반응 4
가. 눈의 구조 4
나. 눈의 세포 4
2. 휘도에 따른 눈의 반응 7
3. 조명의 광학특성 9
가. Scotopic to Photopic Ratio(S/P Ratio) 9
나. 연색지수(Color Rendering Index) 12
다. 색상품질척도(Color Qquality Scale) 13
라. 색재현도(Color Fidelity)과 색재현영역(Color Gamut) 18
마. 복사 발광효능(Luminous Efficacy of Radiation, LER) 20
4. LED조명 개요 21
가. LED(Light Emitting Diode) 개요 21
나. LED조명의 특징 22
5. 조명평가 및 측정방법 24
가. 제곱평균제곱근(Root Mean Square) 24
나. 적분구 시스템(Integrating Sphere System) 25
Ⅲ. 시뮬레이션 프로그램 및 LED조명 제어시스템 27
1. 시뮬레이션 프로그램 구성 28
2. 프로그램의 유효성 검증 30
3. LED 및 LED조명의 광학특성 31
4. LED조명 제어시스템 구성 32
Ⅳ. CCT조절형 멀티칩 LED조명 시뮬레이션, 제작 및 특성평가 35
1. CCT조절형 멀티칩 LED 스펙트럼 조합 시뮬레이션 35
가. Planckian Locus 추적 시뮬레이션 방법 35
나. Planckian Locus 추적 시뮬레이션 결과 37
(1) RGB 멀티칩 LED 시뮬레이션 결과 37
(2) RGBY 멀티칩 LED 시뮬레이션 결과 44
다. Planckian Locus 부근의 범위 변화 시뮬레이션 방법 51
라. Planckian Locus 부근의 범위 변화 시뮬레이션 결과 53
(1) RGB 멀티칩 LED 시뮬레이션 결과 53
(2) RGBY 멀티칩 LED 시뮬레이션 결과 58
2. CCT조절형 멀티칩 LED조명 제작 및 측정결과 63
가. CCT조절형 멀티칩 LED조명 제작 63
나. Planckian Locus 추적 시 멀티칩 LED조명 측정방법 66
다. Planckian Locus 추적 시 멀티칩 LED조명 측정결과 67
(1) RGB 멀티칩 LED조명 측정결과 67
(2) RGBY 멀티칩 LED조명 측정결과 72
라. Planckian Locus 부근의 멀티칩 LED조명 측정결과 77
(1) RGB 멀티칩 LED조명 측정결과 77
(2) RGBY 멀티칩 LED조명 측정결과 82
Ⅴ. CCT조절형 형광체형 LED조명 시뮬레이션, 제작 및 특성평가 87
1. 형광체형 LED 스펙트럼조합 시뮬레이션 87
가. 455 nm Blue LED와 7종 형광체 시뮬레이션 방법 87
나. 455 nm Blue LED와 7종 형광체 조합에서 Planckian Locus 추적 시뮬레이션 결과 89
다. 455 nm Blue LED와 형광체 2종 조합 결과 93
라. 455 nm Blue LED와 형광체 3종 조합 결과 98
마. 455 nm Blue LED와 형광체 4종 조합 결과 103
2. CCT조절형 형광체형 LED 스펙트럼조합 시뮬레이션 106
가. CCT조절형 형광체형 LED 시뮬레이션 방법 106
나. Planckian Locus 부근에서 시뮬레이션 결과 108
3. 형광체형 LED조명 제작 111
가. 단일 형광체형 LED조명 제작 111
나. CCT조절형 형광체형 LED조명 제작 112
다. 단일 형광체형 LED조명 측정결과 115
라. CCT조절형 형광체형 LED조명 측정결과 117
Ⅵ. 결 론 121
참고문헌 124
Abstract 132

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