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학위논문
저자정보

강대희 (한국산업기술대학교, 한국산업기술대학교 지식기반 에너지대학원)

지도교수
현동훈
발행연도
2021
저작권
한국산업기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수6

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

초록· 키워드

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본 논문에서는 현재 LED조명용 광학계 개발 제품의 제작 방식은 정밀 시작 금형을 활용한 시험사출 방식과 CNC 기계가공에 의한 PMMA 소재를 가공하는 방법으로 제작되고 있다. 그러나 최근 들어 다양한 기능과 디자인이 요구되면서 짧은 시간에 광학계를 개발할 필요성이 대두되고 있다.
산업시장에 충족하기 위한 새로운 공법을 활용하여 정밀한 광학계를 제작하는데 있어 진공주형 공법으로 LED조명용 광학계를 제작하고 옥외 조명에 충족하는 성능을 구현하여 기존 생산방식의 광학계와 진공주형 공법으로 제작한 광학계의 성능의 차이를 분석하고 다품종 소량생산에 적합한 진공주형 공법의 LED조명용 광학계 제작에 관한 생산성 연구를 진행하였다.
먼저 광학계 설계의 첫 번째는 배광각 30°, 배광각 15° 두 가지 렌즈를 설계 후 시뮬레이션을 통해 배광각 30°, 배광각 15°를 확인하였고, 조명시뮬레이션을 통해 조명성능도 확인하였다.
두 번째로는 두 가지의 진공주형 공법용 실리콘 몰드를 제작하기 위해 2가지 몰드를 설계 후 제작하였다.
다음으로는 실리콘 몰드로 제작한 두 가지 광학계의 결과물을 도출하였고, 여러 번의 실험과 측정을 반복하여 다양하게 진행하여 데이터를 추출하고 목적에 맞는 광학계 특성, 조명성능특성을 확보하였다. 제작한 광학계는 조명성능평가, 광학계 배광측정 평가, 기존 광학계 성능 비교 평가의 결과물도 함께 도출하였다.
이에 진공주형 공법으로 제작한 배광각 30°, 15°는 목적에 맞는 배광특성을 시뮬레이션에서 구현한 배광각도와 동일하게 구현하였으며, 조명성능에서도 옥외조명 기준인 NEMA Beam Type 2H x 2V( 15° 광학계), 4H x 4V(30° 광학계)도 동일하게 결과를 도출하였고 기존 렌즈의 성능과 진공중형 공법으로 제작한 렌즈는 다품종 소량생산에 만족하는 연구 결과를 확인하였다.
마지막으로 제작공법에 따라서 오차율을 비교하여 진공주형 공법에 대한 신뢰성을 보완하였다.

목차

List of Tables vi
List of Figures vii
Nomenclatures xii
국문요약 xiv
제 1장 서 론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 연구 동향 2
1.3 연구 목적 3
1.4 논문 구성 4
제 2장 관련 이론 5
2.1 쾌속조형 5
2.2.1 쾌속조형의 원리 및 기술 6
2.2 진공주형법 15
2.2.1 진공주형법 15
2.2.2. 진공주형법 프로세스 17
2.2.3 진공주형법 비교 39
2.3 진공주형 실리콘 몰드 소재 41
2.4 광학계 소재 44
2.4.1 Polyurethane 44
2.4.2 Epoxy 45
2.5 LED 기본 이론 46
2.5.1 LED 개요 및 구조 46
2.5.2 LED 동작 원리 50
2.5.3 LED 특징 52
2.5.3.1 전기적, 광학적 특징 52
2.5.3.2 온도 특징 55
2.5.3.3 파장에 따른 발광 색상 57
2.6 패키지 기본 이론 59
2.6.1 패키지(Package) 개요 59
2.6.2 패키지 공정 63
2.6.3 패키지 재료 64
2.6.3.1 Mold resin 64
2.6.3.2 Metal lead frame 64
2.6.3.3 Au wire 64
2.6.3.4 Die paste 64
2.6.3.5 Phosphor 65
2.6.3.6 Silicone 65
2.6.4 패키지의 전기 및 구조 해석 66
2.6.4.1 전기 해석 66
2.6.4.2 구조 해석 68
2.7 광학 이론 70
2.7.1 비구면 방정식 70
2.7.2 ID 설계 이론 73
2.8 조명 이론 79
2.8.1 방사속 (그림설명, 참고문헌 작성) 79
2.8.2 광속 79
2.8.3 광도 80
2.8.4 조도 81
2.8.5 휘도 83
2.8.6 광속발산도 85
2.8.7 효율 85
2.8.8 입체각 86
2.9 광원 87
2.9.1 광원 파장의 이해 87
2.9.2 광의 시각 작용 89
2.9.2.1 시감도 89
2.9.2.2 명암순응 91
2.9.2.3 눈부심 93
2.10 배광곡선 95
2.11 사출에서의 유동해석 이론 98
2.11.1 분수 흐름(Fountain flow) 98
2.11.2 전단변형률과 마찰열 99
2.11.3 사출 속도 100
2.11.4 보압 설정 102
제 3 장 연구 장비 및 방법 104
3.1 실험장비 104
3.1.1 쾌속조형장비(SLA타입장비) 104
3.1.2 차압식 진공주형기기 106
3.1.3 열풍건조시스템 109
3.2 렌즈 가공 장비 111
3.3 측정 장비 116
3.3.1 배광분석장비 116
3.4 설계 소프트웨어 117
3.4.1 3D 설계 소프트웨어 117
3.4.2 조명 시뮬레이션 소프트웨어(LightTools) 118
3.4.3 Photometric cooper 119
3.4.4 DIALux 120
3.4.5 Moldex 3D 시뮬레이션 소프트웨어 121
3.5 실리콘 몰드 제작 조건 122
3.6 광학계 제작 조건 125
3.7 광학계 평가 기준 127
3.7.1 IESNA 배광 패턴 기준 및 NEMA beam type 127
제 4 장 설계 및 시뮬레이션 130
4.1 배광 30° 광학계 설계 및 시뮬레이션 130
4.1.1 배광 30° 광학계 설계 130
4.1.1 배광 30° 시뮬레이션 131
4.2 배광 15° 광학계 설계 및 시뮬레이션 133
4.2.1 배광 15° 광학계 설계 133
4.2.2 배광 15° 광학계 시뮬레이션 135
4.3 진공주형 몰드 설계 137
4.3.1 배광 30° 실리콘 몰드 설계 137
4.3.2 배광 15° 실리콘 몰드 설계 138
제 5 장 연구결과 139
5.1 광학계용 실리콘 몰드 제작 결과 139
5.2 광학계 제작 결과 145
5.2.1 배광 30° 광학계 제작 및 성능 결과 145
5.2.2 배광 15° 광학계 제작 및 성능 결과 148
5.3 광학계 제작 결과 152
5.3.1 배광 30° 광학계 조명 성능 결과 152
5.3.2 배광 15° 광학계 조명 성능 결과 153
5.4 제작공법 및 광학계 소재에 따른 비교 결과 154
5.4.1 소재에 따른 광학계 성능 비교 결과 154
5.4.2 소재에 따른 IESNA 배광 분석 및 NEMA Beam 등급 비교 결과 161
5.4.3 시뮬레이션 결과와 성능 결과 비교 165
제 6 장 결 론 166
References 169
Abstract 174

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