LED 조명의 장점

LED 조명의 장점

현재 출시된 LED 조명은 백열전구와 비교할 때, 소비전력은 75%에서 최대 90%까지 절감되고, 효율(lm/w)은 5~7배 가량 높으며, 수명은 13배에서 많게는 50배 길어집니다.

하지만 가격은 평균적으로 약 20배 정도 비싼 상태입니다.

할로겐 램프와 비교할 때, 소비전력은 70~80% 절감되고, 효율(lm/W)은 4~6배 높으며, 수명은 10~20배 정도 깁니다.하지만 가격은 평균 2배에서 많게는 7배 가량 비쌉니다.

형광등과 비교할 때, 소비전력은 13~25% 정도 절감되고, 효율(lm/W)은 비슷하거나 5% 정도 향상되며, 특히 수명이 4배 정도 길다는 장점이 있습니다.가격은 평균 4~5배 비싼편입니다.

차세대 조명과 기존 조명 성능 비교표

CCT는 Color Correlated Temperature(상관색온도), CRI는 Color Rendering Index(연색 평가 지수)

기존 조명과 LED 조명 성능 비교표

LED 조명과 기존 조명의 경제성 비교를 통해 LED 조명의 투자 회수 기간을 산출해보면 이렇습니다.

경제성은 조명 구입비와 전기요금을 포함하며, 시뮬레이션을 위해 공통적으로 조명 사용 시간을 매일 10시간, 전기요금을 98원/1KWh로 가정했습니다.

백열전구(60W급)와 비교할 때, LED 조명은 당장 2년차부터 경제성이 우월하고, 해를 거듭할수록 경제성 격차는 더욱 커집니다.

형광등(32W*2)과 비교할 때,LED 조명은 6년차에 경제성이 대등해지고,그 이후로는 우월하게 됩니다.

물론, LED 조명의 효율이 높고 수명이 긴 만큼, 매일 조명 사용 시간이 길수록, 전기 요금이 비싸질수록 LED 조명의 투자 회수 기간은 짧아질 것입니다.

게다가 최근 LED 조명 가격은 빠르게 하락하고 있습니다. 

LED 조명과 백열전구 전기요금 경제성 비교

LED 조명과 형광등 전기요금 경제성 비교

LED 조명의 경쟁 요인은 아래와 같습니다.

1. 광효율 및 칩 성능.

2. 가격

3. 제어 구동 기술

4. 유통 채널 장악력

먼저 광효율의 진화 과정을 보면, Cool White LED의 광효율은 2000년에 15lm/W, 2004년에 40lm/W에 불과했지만,

2010년에는  160lm/W를 구현했습니다.

Warm White LED의 광효율은 2004년에 34lm/W에 불과했지만, 2010년에는 109lm/W를 구현했습니다.

lW Cool White LED 패키지당 평균 광효율은 2000년 15lm/W에서 2010년에는 130lm/W로 진화했습니다.

White LED의 광효율 진화 그래프

LED의 광효율은 2009년을 기점으로 100lm/W를 넘어섰습니다.

100lm/W가 가지는 의미는 마침내 형광등과 경쟁이 가능한 수준에 올랐다는 점입니다.

광효율 측면에서 향후 존속 가능한 조명은 LED, Metal Halide, CFL(Compact Fluorescent Lamp), OLED 조명입니다.

LED가 현재 가장 높은 광효율을 실현하는 단계이고, 잠재력도 가장 높습니다.

CFL은 1980년대에 등장해 역사가 짧은 편인데, 현재 70lm/W의 효율을 구현하고 있고, 개선 여지가 남아있습니다.

OLED는 신뢰성, 효율, 가격 등의 측면에서 해결해야 할 과제가 많지만 면광원으로서 OLED가 가지는 고유한 장점으로 인해 성장 잠재력은 확실합니다.

이에 반해 백열등과 할로겐 램프는 저효율 상태에 머물러 있고 향후 개선 여지가 거의 없기 때문에 단시일 내 퇴출 운명에 처해있습니다.

형광등과 수은등도 비교적 효율이 높기는 하지만 현재 상태에서 개전 여지는 제한적이고 환경 문제를 가지고 있습니다.

반도체 조명과 기존 조명 광효율 진화 과정 비교 그래프

전통 조명 시스템은 반사판을 사용하는 과정에서 빛의 손실이 불가피합니다.

즉, 반사율이 낮거나, 빛이 반사판에 흡수되거나, 빛이 반사판에 닿지 않거나, 램프 자체의 그림자가 발생하는 등의 요인으로 효율이 떨어지게 됩니다.

이에 반해 LED 조명은 빛이 한쪽 방향으로 방출되기 때문에 반사판이 필요 없고, 빛의 손실이 최소화됩니다.

이에 따라 LED 조명은 전통 조명과 동일한 광효율로도 1.3배의 성능을 가집니다.

다시 말해 70lm/W급 LED 조명의 성능이 100lm/W급 다른 광원과 맞먹습니다.

현재와 같은 기술 개발 속도라면, 2020년에 Cool White LED와 Warm White LED의 보편적인 광효율은 각각 150lm/W, 130lm/W를 넘어설 것이 거의 확실합니다.

LED 조명의 광효율은 LED 칩의 효율뿐만 아니라 Driver, 방열 기구, 등기구 효율의 조합으로 실현됩니다.

과거 2007년에 Warm White LED의 효율이 50lm/W일 때 Driver 효율 79%, 방열 기구 효율 83%, 등기구 효율 73%를 반영하면, 실질적인 유효 효율은 24lm/W 수준이었습니다.

이에 대해 2020년에 Warm White LED의 효율은 130lm/W 이상으로 개선되고, Driver, 방열 기구, 등기구 효율이 모두 90%로 개선될 것으로 예상됨에 따라, 유효 효율은 95lm/W를 넘어설 전망입니다.

같은 반도체 조명으로서 LED 조명과 OLED 조명을 비교해 보겠습니다.

LED는 점광원인데 반해, OLED는 면광원이라는 점에서 두 조명의 관계는 대체재 성격보다는 보완재 성격이 강합니다.

OLED 조명은 친환경성, 고효율, 장수명 등 LED의 장점을 계승하면서, LED 대비로는 면광원의 특성상 넓은 면적에서 빛의 균일도를 구현할 수 있고, 발열 문제가 없으며, 디자인과 미적 감각을 더욱 살릴 수 있는 장점을 가집니다.

하지만 광효율이나 수명, 가격이 LED에 크게 미치지 못하고 있어 본격적으로 상용화되기에는 아직 이른 상황입니다.

현재 OLED 조명의 진화 상태를 보면, 광효율은 23lm/W의 제품이 출시되고, R&D 상으로는 62lm/W까지 구현되고 있습니다.

연색지수는 80까지 개선돼 컴팩트 형광램프 수준에 도달했고,머지않아 95에 이를 전망입니다.

다만, 수명은 5,000~10,000 시간 정도로 아직 넘어야 할 산이 많습니다.