1. 광원의 광학적 매개변수를 설명하는 데 사용되는 기본 용어는 무엇입니까?
일반적으로 광원에서 방출되는 빛을 설명하는 매개변수에는 아래 그림과 같이 휘도, 광속, 광도 및 조도가 포함됩니다.
광속은 광원이 단위 시간당 방출하는 빛의 양으로, 루멘(lm) 단위로 측정됩니다. 이 값은 광원이 방출하는 총 빛의 양을 나타내며, 광속이 클수록 더 많은 빛을 방출합니다. 광속은 광 출력에 비례합니다.
주어진 방향으로 단위 입체각당 광원이 방출하는 광속은 해당 방향에서의 광원의 광도로 정의되며, 칸델라(CD) 단위로 측정됩니다. 광도는 점 광원을 기준으로 광원의 밝기를 나타냅니다. 광도가 클수록 광원은 더 밝게 보이며, 동일한 조건에서 해당 광원에 의해 조명된 물체 또한 더 밝게 보입니다.
휘도는 광원 표면에서 방출되는 빛의 강도를 나타내는 물리량입니다. 사람의 눈이 한 방향에서 광원을 관찰할 때, 그 방향의 광도와 눈에 비치는 광원의 면적의 비율을 단위 면적당 휘도, 즉 단위 면적당 광도라고 합니다. 휘도의 단위는 칸델라/제곱미터(CD/m²)입니다. 휘도는 인간이 인지하는 빛의 강도입니다.
조도는 조명된 표면의 단위 면적당 받는 광속을 룩스(럭스) 단위로 측정한 값입니다. 조도는 주변 환경 조건을 나타내는 중요한 지표입니다. 달빛이 비치는 밤의 조도는 일반적으로 0.02~0.3룩스이고, 흐린 날 실외 조도는 일반적으로 50~500룩스이며, 맑은 날 실내 조도는 일반적으로 100~1000룩스입니다. 독서에 필요한 조도는 일반적으로 50~60룩스입니다.
2. 광 분포 곡선이란 무엇이며, 광 분포가 필요한 이유는 무엇입니까?
광 분포 곡선은 광원 또는 조명기구의 공간적인 광도 분포를 나타내는 곡선입니다. 이 곡선에는 광속, 광원의 개수, 조명기구의 출력과 같은 정보가 기록됩니다. 공간상의 구 중심에 램프나 광원을 놓고, 중심을 지나는 단면에서 광도를 측정하면 광 분포 곡선을 얻을 수 있다고 상상해 볼 수 있습니다. 물론, 광원이나 램프에서 방출되는 빛의 공간적 분포를 더 잘 이해하기 위해서는 여러 공간 각도에서 광도 데이터를 측정할 수 있습니다.
(광 분포 곡선은 광원 또는 램프의 공간적 광도 분포를 나타냅니다.)
광원에서 빛이 방출되면 빛은 모든 방향으로 퍼져 나갑니다. 원하는 조명을 얻기 위해 광원을 활용하려면 빛을 제어하고 공간적 분포를 재조정하여 원하는 효과를 내는 특정한 메커니즘이 필요합니다. 이러한 제어를 광 분배라고 합니다.
3. LED의 스펙트럼은 다른 조명기구의 스펙트럼과 어떻게 다른가요?
스펙트럼이란 프리즘이나 회절 격자와 같은 분산 장치에 의해 분산된 단색광의 패턴을 파장(또는 주파수)에 따라 순차적으로 배열한 것입니다. 이를 광학 스펙트럼이라고도 합니다. 전체 전자기 스펙트럼에는 전파, 적외선, 자외선, X선이 포함됩니다. 이들은 파장이 서로 다릅니다. 스펙트럼의 가장 큰 부분인 가시광선 스펙트럼은 인간의 눈에 보이는 전자기 스펙트럼의 영역으로, 400~760나노미터 사이의 파장이 일반적인 가시광선을 구성합니다.
현재 대부분의 LED는 청색 주도의 칩을 사용하여 하나 이상의 형광체를 여기시키고, 최종적으로 청색광과 형광체에서 방출된 빛을 혼합하여 백색광을 생성합니다. 따라서 일반적인 LED의 스펙트럼은 일반적으로 두 개 이상의 피크를 가지며, 다른 파장 영역에서는 상대적으로 낮은 복사 강도를 나타냅니다.
(주도의 스펙트럼과 다른 조명기구 스펙트럼의 차이점)
4. 색온도란 무엇인가요? 서로 다른 색온도는 어떤 감각을 불러일으키나요?
색온도는 광원의 색(색면)을 나타내는 척도입니다. 광원에서 방출되는 색이 특정 온도에서 흑체가 방출하는 색과 같을 때, 그 온도에서의 흑체 온도를 광원의 색온도로 정의하며, 켈빈(K) 단위로 표현합니다. 대부분의 광원은 일반적으로 백색광이라고 불리는 빛을 방출하기 때문에, 광원의 색면 온도 또는 상관 색온도는 광원의 빛이 상대적으로 얼마나 백색에 가까운지를 나타내는 지표로 사용되며, 광원의 색 성능을 정량화하는 데 활용됩니다. CIE 색 좌표계에서 흑체의 궤적은 아래 그림과 같이 흑체가 빨간색에서 주황색-빨간색, 노란색, 황백색, 흰색, 청백색으로 변하는 과정을 보여줍니다.
(색온도가 다르면 불러일으키는 감정도 다릅니다.)
광원의 색온도가 다르면 빛의 색깔도 달라집니다. 색온도가 높을수록 푸른빛이 도는 차가운 백색광이, 색온도가 낮을수록 붉은빛이 도는 따뜻한 백색광이 만들어집니다. 3300K 이하의 색온도는 안정적이고 따뜻한 분위기를 조성하며, 3000K에서 5000K 사이의 색온도는 중간 정도의 시원함을, 5000K 이상의 색온도는 차가운 느낌을 줍니다. 다양한 광원에서 나오는 각기 다른 색깔의 빛은 최적의 환경을 만들어냅니다.