LED 조명의 광원별 최소 분광분포를 사용하여 자연광 색온도를 재현하는 방법

• Published in: Inteonet jeongbo hakoe nonmunji = Journal of Korean Society for Internet Information 2023-04, Vol.24 (2), p.19-26
• Main Authors: 김양수, Yang-soo Kim, 오승택, Seung-taek Oh, 임재현, Jae-hyun Lim
• Format: Article
• Language: Korean
• Subjects: LED CCT Control; LED 색온도 제어; Natural Light Reproduction; SPD; Spectral Power Distribution; 분광분포; 자연광 재현
• ISSN: 1598-0170; 2287-1136

인간은 자연 빛에 적응하고 진화해왔으나 현재는 실내 생활의 비중이 높아짐에 따라 생체리듬 교란의 문제가 유발되었다. 이의 해결을 위해 일출~일몰간 다채롭게 변화하는 자연광의 색온도를 재현하는 조명이 연구되고 있다. 자연광 색온도의 재현을 위해서는 색온도가 다른 다수의 LED 광원을 사용하여 조명을 제작한 후 수백에서 수천 단계의 광원별 인가전류의 조합에 대한 광특성을 측정 및 수집하여 제어지표 DB를 구성하고 광특성 매칭 방법을 통해 조명을 제어하였다. 이러한 제어 방법은 인가전류의 조합 단계를 세밀하게 할수록 많은 시간 및 경제적 비용이 발생한다는 문제가 있다. 이에 본 논문에서는 LED 광원별 최소 분광분포로 보간 및 조합연산을 수행하여 자연광 색온도를 재현하는 방법을 제안한다. 먼저 색온도가 다른 광원 채널로 구성되고 각 채널별 256단계의 인가전류 제어 기능을 구현한 LED 조명을 대상으로 채널별 5개의 최소 분광분포(Spectral Power Distribution, SPD)를 실측·수집한다. 이후 수집한 SPD를 대상으로 각 채널별 256단계의 SPD를 생성하는 보간 연산을 수행하고, 채널별 SPD의 조합 연산을 통해 LED 조명의 모든 제어 조합에 대한 SPD를 생성한다. 생성된 SPD를 통해 조도와 색온도를 산출하여 제어지표 DB를 구축한 후 매칭 기법을 통해 자연광의 색온도를 재현한다. 성능 평가에서는 실내 권장 조도 기준을 충족하면서도 평균 오차율 0.18%의 범위 내에서 자연광의 시간별 색온도를 제공하였다. Humans have adapted and evolved to natural light. However, as humans stay in indoor longer in modern times, the problem of biorhythm disturbance has been induced. To solve this problem, research is being conducted on lighting that reproduces the correlated color temperature(CCT) of natural light that varies from sunrise to sunset. In order to reproduce the CCT of natural light, multiple LED light sources with different CCTs are used to produce lighting, and then a control index DB is constructed by measuring and collecting the light characteristics of the combination of input currents for each light source in hundreds to thousands of steps, and then using it to control the lighting through the light characteristic matching method. The problem with this control method is that the more detailed the steps of the combination of input currents, the more time and economic costs are incurred. In this paper, an LED lighting control method that applies interpolation and combination calculation based on the minimum spectral power distribution information for each light source is proposed to reproduce the CCT of natural light. First, five minimum SPD information for each channel was measured and collected for the LED lighting, which consisted of light source channels with different CCTs and implemented input current control function of a 256-steps for each channel. Interpolation calculation was performed to generate SPD of 256 steps for each channel for the minimum SPD information, and SPD for all control combinations of LED lighting was generated through combination calculation of SPD for each channel. Illuminance and CCT were calculated through the generated SPD, a control index DB was constructed, and the CCT of natural ligh