[Tech] LED 조명의 수명 (2)

[Tech] LED 조명의 수명 (2)

[Tech] LED 조명의 수명 (2)

지난 LED 조명의 수명 (1)에서 말한 것처럼 LED는 시간에 따라 밝기가 어두워지고 그에 따라 수명시간을 정할 수 있습니다. 하지만 같은 LED를 사용해서 장비를 만들어도 다양한 환경과 조건에 따라 수명이 달라질 수 있습니다. 한마디로 LED 장비의 수명에 영향을 주는 여러가지 요소가 존재한다는 것입니다.

흔히 LED를 설명하는 또다른 특성으로 “열이 나지 않는 광원”이라고 합니다. 스튜디오에서 주로 사용하던 텅스텐 장비와 단순하게 비교하면 상대적으로 열이 적게 나는 것은 사실입니다. 하지만 LED도 많은 열을 만들어 냅니다. 그리고 수명에 가장 영향을 가장 많이 미치는 것도 바로 LED의 온도입니다. LED에서 발생하는 근본적인 발열의 원인은 n층과 p층사이에서 발생하는 접합 온도입니다. LED는 Junction에서 전자와 정공을 주고 받으며 전기 에너지를 빛으로 변환합니다. 이때 일부의 에너지는 빛으로 변환되고 65~75%의 에너지가 열로 방출되어 칩의 온도가 올라가게 됩니다. 여기서 발생하는 열을 Juntion Templeture(TJ)라고 합니다.

 

LED의 수명은 Juntion Templeture를 얼마나 잘 관리하느냐에 달려있다고 해도 과언이 아닙니다. 그래서 요즘 만들어지는 대부분의 LED 칩은 Juntion에서 발생하는 열을 Solder Point로 보내는 열 전도 경로를 가지도록 디자인됩니다. Solder Point는 LED와 PCB나 Heatsink가 맞닿은 부분을 말합니다. 이 부분의 온도를 Case Templeture (TC)라고 합니다. 그 외에도 PCB 기판과 Heatsink가 맞닿는 부분을 온도를 Board Templeture(Tb)라하고, 최종적으로 외부로 노출된 부분의 온도를 Ambient Temperature(Ta)라고 합니다. 이와 같이 LED를 구성하는 각 부분별로 다른 온도가 존재하고 각 부분별로 방열처리를 어떻게 하는지가 LED의 수명에 큰 영향을 미치는 것입니다.

LED에서 발생하는 열을 조절하기 위해서 여러 단계에 걸쳐 방열기술을 적용해야 합니다. 우선 LED 칩이 장착되는 부분으로부터 열 전달 경로를 제대로 만드는 것이 중요합니다. 그리고 LED 패키지를 만드는 과정에서 PCB 기판에 장착하는 방식에 따라 방열 특성이 달라지게 됩니다. LED의 용량과 특성 그리고 비용적인 부분을 고려해서 적절한 bonding 방식을 선택해야 합니다.

 

그리고 제대로된 Heatsink를 사용해야 효과적으로 외부로 열을 전달하여 적절한 온도를 유지할 수 있습니다. Heatsink의 형태나 종류는 LED의 종류만큼 다양합니다. 장비의 특성과 디자인에 따라 달라지고, 방열특성에 따라 재료와 방식도 달라지게 됩니다. LED의 방열 시스템은 어쩌면 광학시스템보다 더 중요하고 복잡하다고 할 수 있습니다. 아무리 성능이 좋은 광원을 만들어도 방열을 성공적으로 할 수 없다면 그만큼의 성능을 발휘할 수 없습니다.

 

방열 시스템과 함께 LED 수명에 영향을 미치는 것은 LED drive와 Power supply입니다. 이 장치는 LED가 안정적인 전원을 공급받아 적절한 출력을 만들어낼 수 있게 하는 역활을 합니다. 만일 출력이 기준 이상으로 높아지거나 전원을 안정적으로 공급받지 못하면 안정적인 수명을 보장하기 힘듭니다.

마지막으로 LED 장비를 사용하는 환경도 수명에 영향을 미칩니다. 적절한 온도와 습도를 유지해주는 것이 좋고, 진동이나 충격은 LED뿐만 아니라 모든 전자제품의 수명을 단축시키는 요인이 됩니다. 또한 주기적인 관리를 통해서 먼지를 제거해주는 것이 장비의 수명을 연장하는 좋은 방법입니다.

높은 효율과 긴 수명을 가진 LED를 사용할 수 있는 장점도 있지만, 좋은 장비를 선택하기 위해서 확인해야하는 부분도 많습니다. 좋은 장비를 오랫동안 문제없이 사용하기 위해서는 관리도 그만큼 중요하다는 사실을 잊지말아야 겠습니다.