세계최초 300W 초고주파 방전램프 개발

[산업일보]
국내 조명산업의 최대 국책과제인 ‘초고주파 방전 신광원시스템 개발(2001년 12월~2004년 11월)사업’이 완료되고 내년 상용화를 앞두고 있다.
한국조명기술연구소가 주관하고 LG전자와 태원전기산업, 세종대학교 등 24개 기관이 참여한 이 프로젝트는 정부와 민간 출원금이 92억원을 웃도는 대규모 사업으로 관심을 모아왔다.

3개년 과제는 300/100W급 초고주파(마이크로파) 방전신광원시스템 개발과 무전극 신광원시스템의 규격을 개발하는 것. 초고주파 방전 신광원시스템 개발 운영위원회는 성공적으로 연구개발을 마친 후, 지난 10월 15일 연구결과 총괄발표회를 열기도 했다.



고효율 조명기기 시대 활짝

현재 전 세계적으로 에너지 절약과 환경개선 측면에서 고효율 조명기기의 개발 및 보급이 활발하게 추진되고 있다. 특히 형광등, 백열등 등의 광원은 기술적으로 그 효율의 향상과 응용성이 포화상태에 이르고 있어 선진국에서는 새로운 소재와 기술을 활용한 신광원 개발에 많은 부분을 할애하고 있다. 더욱이 형광등 안에 포함된 수은이 환경규제물질로 정해지면 더더욱 고효율 위주로 시장이 재편될 전망이다.
대표적으로 부각되는 신광원 기술로는 ‘고휘도 무전극 광원’과 LED 등을 활용한 ‘반도체광원’기술을 꼽을 수 있다.



내년 ‘초고주파 방전 신광원시스템’ 상용화


3년에 걸친 연구결과 세계 최초로 300W급 자연냉각 마그네트론 개발에 성공했으며, 100W급 2.45GHz용량 결합 방전램프 시제품을 선보일 수 있게 됐다. 또 무전극 신광원시스템 KS규격 개발 등의 성과를 얻었다.

이번에 개발된 제품은 기존 광원보다 광효율이 높고 연색성도 자연광과 유사해 매우 수준 높은 조명으로 평가받고 있다. 또 무전극이기 때문에 수명이 6만 시간 이상으로 반영구적이다. 주요 수요처로는 도로․터널․가로등․공원조명 등이며 적용하기에 따라 운동경기 시설, 경관조명 등에도 쓰일 것으로 보인다.
우리나라는 내년 중 ‘초고주파 방전 신광원시스템’의 상용화가 예정돼 있으며, 탄소나노튜브를 활용한 신광원, 무전극 램프 등의 기술개발과 차세대조명시스템의 고효율화 등을 연구하고 있다.

사업을 주관하고 있는 조명기술연구소는 이번 연구과제 완료시 즉각적인 실용화가 이루어질 것으로 기대하고 있다. 기존 조명 대체 또는 신규 발생으로 5년 이내 내수시장 창출규모를 약 3,000억원 수준으로 내다보고 있다.
아울러 300W급 초고주파방전 신광원시스템 평가 및 규격을 개발하고 초고주파 방전에 의한 100W급 고집적, 비형광 광원시스템 평가 및 규격을 제정해 제품 보급과 확산에 기여할 방침이다.
세부적으로는 각 부문별로 전압․전류․전력 특성 및 소음․전력변동 동작, 마그네트론 효율 및 출력, EMI관련 기본파 누설, 재점등/초기점등 시간, 광속, 휘도, 배광특성, 시스템 열해석, 시뮬레이션 분석, 광학적 특성 DB 등 24개 항목별 평가안을 정립할 예정이다.
아울러 IEC60598, IEC60335, UL, CE, 안전인증에 부합하는 표준화 및 규격화를 제안하고 CISPR11, CISPR15에 부합하는 EMC규격의 표준화를 제안, 초고주파 신광원시스템의 범용화를 위해 주력할 예정이다.

LG전자가 개발한 300W PLS(Plasma Lighting System), 자연냉각 마그네트론은 무전극램프로 광효율이 높고 연색성도 95로 거의 태양광과 유사하다. LG전자는 이 제품을 개발하기 위해 연세대, 해양대, 인하대 등 학계 및 여러 업체들과 협력했다. LG전자는 약 39억원을 자체투입하고, 정부출연금 21억원을 보조받는 등 모두 60억6,000만원을 투입했다. 300W PLS가 상용화될 경우 현재 수입광원이 대부분을 차지하고 있는 경관/투광조명 시장에 폭넓게 뛰어들 수 있을 것으로 보인다. LG전자는 앞으로 조명사업부를 크게 확대하고 국내외 영업에 뛰어들 방침이다.
100W급을 개발한 태원전기산업은 이를 프로젝션 TV용으로 적극 활용할 수 있을 것으로 내다보고 있다. 그동안 필립스 등 외국업체에서 100% 수입해 오던 터라 시장에 출시될 경우 수십억원의 수입대체 효과를 거둘 것으로 기대하고 있다.



향후 개발과제 무궁무진

전세계 조명시장 규모는 1,000억 달러로 추정된다. 이중 GE․오스람․필립스가 80%를 점유하고 있다. 그러나 국내 조명산업은 1999년 이전까지 중소기업 고유업종 또는 전형적 전통산업 등으로 분류돼 투자 등 기술연구가 부진했고, 전문연구기관마저 존재하지 않아 경쟁력이 크게 떨어진 분야였다. 정부가 IT 등 첨단분야에만 집중 투자했던 것도 커다란 요인으로 볼 수 있다. 게다가 조명기업은 대부분 영세규모를 면치 못해 저가경쟁에 급급, 전체 시장발전으로 이어지지 못했다.

조명기술연구소측은 LED를 이용한 에너지 초절전형 조명램프 및 카본나노튜브 소자 등 앞으로 개발해야할 조명기구는 무궁무진해 대기업 등과 유기적인 협조를 이끌어낼 것이라고 밝혔다. 또한 전형적 전통사업으로 인식되고 있는 한국 조명산업에 대해 기술지원 및 대외 경쟁력 조사, 세계시장 동향분석 등 지원책을 마련해야 한다고 지적하고 있다.


자료 제공/ 한국조명기술연구소
정리/ 미디어 다아라 이루리 기자(roori@daara.co.kr)



사진- LG전자의 PLS가 적용된 투광등