무전극형광램프의 고온 신뢰성 연구

Abstract

무전극형광램프는 내부에 전극이 존재하지 않아 장수명이 가능하며, 높은 연색성, 고효율 등의 우수성으로 LED와 함께 차세대 조명으로서 많은 주목을 받고 있다. LED와 마찬가지로 무전극형광램프는 매우 긴 수명을 지니고 있지만, 그 수명에 대한 검증과 열화에 대한 연구는 부족한 실정이다. 무전극형광램프는 LED와 동등 이상의 3만 시간 이상의 수명을 지닌 걸로 생각되며 이러한 시간을 실질적으로 검증한다는 것은 2년 이상의 걸리기 때문에 현실적으로 쉽지 않은 일이다. 본 연구에서는 무전극형광램프의 고온에서의 열화 특성을 연구하고 수명예측에 적합한 열화 모델을 찾았으며, 고온에서의 가속성에 대한 연구를 통해 가속성이 발견되지 않음을 밝혔다. 먼저, 여러 형태의 무전극램프 중에 실내용 조명으로 가장 많이 사용되는 벌브타입의 [H방전]방식의 무전극램프를 선정하였다. 선행연구와 무전극램프에서 발생할 수 있는 고장의 요인들을 고려하여 온도를 가속 요인으로 설정하고 60 ℃, 75 ℃, 90 ℃의 조건으로 시험을 설계하였다. 지나치게 온도가 높으면 내부의 코일의 절연이 파괴되어 단선 될 수 있으므로 램프자체의 발열을 고려하여 100 ℃이상의 높은 온도는 배제하였다. 시험은 램프와 구동 전원이 별개로 구분되어 램프만 항온챔버에서 구동되는 형태로 시험하였으며, 이러한 시험을 통하여 약 100시간 간격으로 1600 ~ 2000 시간 동안 지속적으로 광특성과 전력특성을 측정하였다. 이렇게 얻은 데이터들을 토대로 3가지의 열화모델을 가정하여 통계적으로 회귀분석을 수행하였다. 회귀분석을 수행한 결과, 결정계수(R-squared)값을 얻었고 이를 비교하여 가장 적합한 열화모델을 찾아내었으며, 그 결과 Time-log모델이 가장 적합한 열화 모델이라는 것을 밝혀 내었다. 이렇게 얻은 회귀분석 결과를 통하여 수명을 추정하였고 LED에 버금가는 수명을 가지고 있다는 것을 알 수 있었다. 또한 이렇게 추정한 수명을 토대로 가속성을 검증하였으며 온도에 대한 가속성은 없고, 온도에 따라 초기의 열화속도는 차이가 나지만 초기 열화 이후에 특성을 유지한다는 결과를 얻을 수 있었다. 스펙트럼 분석결과, 열화에 가장 영향을 미치는 부분은 410nm ~ 530 nm 영역의 파장을 담당하는 형광체로 추정할 수 있었으며 이 영역에 약 3가지의 형광체가 관여한다는 것을 알 수 있었다.