JP6483363B2 - 照明装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、照明装置に関する。
発光ダイオード(LED)は、電気エネルギーを光に変換する半導体素子の一種である。発光ダイオードは、蛍光灯、白熱灯などの従来の光源に比べて、低消費電力、半永久的な寿命、素早い応答速度、安全性、環境にやさしいという長所を有する。そこで、従来の光源を発光ダイオードに代替するための多くの研究が進められており、発光ダイオードは、室内外で用いられる各種ランプ、液晶表示装置、電光板、街灯などの照明装置の光源としての使用が増加する傾向にある。
様々な実施形態の目的は、ターゲット(Target)にする目標色座標と色温度を具現することができる照明装置を提供することにある。
また、様々な実施形態の目的は、高いCRIを有する照明装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の実施形態による照明装置は、青色光を放出する青色発光素子と赤色光を放出する赤色発光素子とを含む光源部と、前記光源部の上に配置され、前記青色発光素子と前記赤色発光素子から離隔して配置され、少なくとも一つ以上の蛍光体を含む光励起部と、前記光源部と電気的に連結され、前記青色発光素子と、前記赤色発光素子のオン/オフを制御する電源提供部と、を含み、前記電源提供部によって前記青色発光素子がオンになり、前記赤色発光素子がオフになると、前記光励起部から放出される光は、CIE 1931色度ダイアグラム上の特定領域内に配置され、前記特定領域は3つの色座標をつなぐ領域であり、前記3つの色座標は(0.32,0.4)、(0.36,0.5)、及び(0.368,0.49)であり、前記電源提供部によって前記青色発光素子と前記赤色発光素子がオンになると、前記光励起部から放出される光は、CIE 1931色度ダイアグラム上の予め設定された目標色座標の範囲内に配置される。このような実施形態による照明装置は、ターゲット(Target)にする目標色座標と色温度を具現することができ、高いCRIを有する利点がある。
本発明の様々な実施形態による照明装置を使用すれば、ターゲット(Target)にする目標色座標と色温度を具現することができる利点がある。
また、本発明の様々な実施形態による照明装置を使用すれば、高いCRIを有する利点がある。
実施形態による照明装置を説明するための図面である。 他の実施形態による照明装置を説明するための図面である。 図1及び図2に示された二つの実施形態による照明装置の光励起部から放出される光をCIE 1931色度ダイアグラムに表示したものである。
図面において各層の厚さや大きさは、説明の便宜及び明確性のために、誇張されたり、省略されたり、又は、概略的に示されている。また、各構成要素の大きさは、実際の大きさを全面的に反映するものではない。
本発明による実施形態の説明において、いずれか一つのエレメント(element)が他のエレメントの「上又は下(on or under)」に形成されるものと記載される場合において、上又は下(on or under)は、二つのエレメントが互いに直接(directly)接触したり、又は一つ以上の別のエレメントが前記二つのエレメントの間に配置されて(indirectly)形成されることを全て含む。また、「上又は下(on or under)」と表現される場合、一つのエレメントを基準として上側方向だけではなく下側方向の意味も含まれる。
以下、添付された図面を参照して本発明の実施形態による照明装置を説明する。
図1は、実施形態による照明装置を説明するための図面である。
図1を参照すると、実施形態による照明装置は、放熱体110、光源部130、反射体150、光励起部170、及び電源提供部190を含む。
放熱体110は、光源部130からの熱の伝達を受けて外部に放出することができる。放熱体110は熱放出効率に優れた金属材質又は樹脂材質で形成されてもよいが、これに限定されはしない。例えば、前記放熱体110の材質は、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、銀(Ag)、錫(Sn)のうち少なくとも一つを含む。
放熱体110は、光源部130が配置される一つの面を有する。前記面には光源部130の基板131が配置されてもよい。ここで、前記面は平らな面であってもよく、上又は下に所定の屈曲を有する面であってもよい。
放熱体110は、放熱フィン115を有してもよい。放熱フィン115は、放熱体110の外面又は表面から外側方向に突出又は延長したものであってもよい。放熱フィン115は、放熱体110の放熱面積を広げる。したがって、放熱フィン115により、実施形態による照明装置は放熱効率が向上し得る。
放熱体110は、ホール119を有してもよい。ホール119には、電源提供部190と光源部130とを電気的に連結する導電性部材195が配置される。
光源部130は、放熱体110の上に配置され、所定の光を放熱体110の上に放出する。
光源部130は、基板131と発光素子133を含む。
基板131は、一般的なPCB、金属コアPCB(MCPCB)、標準型FR−4 PCB、又はフレキシブルPCBのいずれか一つである。基板131は、放熱体110と直接接触してもよく、基板131と放熱体110との間に熱伝導性部材が配置されてもよい。
基板131は、円形、楕円形、又は多角形のいずれか一つである。
基板131は放熱体110の一面上に配置されてもよい。基板131の下面が放熱体110の一面と接触してもよい。
基板131の上には一つ以上の発光素子133が配置される。基板131の上面に複数の発光素子133が所定の形態で配置されてもよい。複数の発光素子133は、複数の列と複数の行で配列されてもよく、放射状に配列されてもよい。
基板131の上面には、発光素子133からの光を容易に反射するため、光反射物質がコーティング又は蒸着されてもよい。
基板131は、構造的な目的上及び/又は放熱体110への熱伝達を向上させるため、選択的に放熱テープ又は放熱パッドなどを有してもよい。
発光素子133は、基板131の上に複数に配列されてもよい。複数の発光素子133は、同じ波長の光を放出することができ、互いに異なる波長の光を放出することができる。また、複数の発光素子133は、同じ色相の光を放出することができ、互いに異なる色相の光を放出することができる。
複数の発光素子133は、可視光スペクトル上の青色光を放出する青色発光素子と、可視光スペクトル上の赤色光を放出する赤色発光素子を含む。
複数の発光素子133は、少なくとも一つ以上の青色発光素子と少なくとも一つの赤色発光素子とを含んでもよい。
複数の発光素子133は、430nmから480nmの範囲で中心波長を有する第1発光素子と、600nmから650nmの範囲で中心波長を有する第2発光素子とを含む。ここで、複数の発光素子133は、少なくとも一つ以上の第1発光素子と少なくとも一つ以上の第2発光素子とを含んでもよい。
複数の発光素子133は、発光ダイオード(LED)チップ(Chip)であってもよい。具体的に、発光素子133は可視光スペクトルの青色光を放出する青色LEDチップ、赤色光を放出する赤色LEDチップを少なくとも一つ以上含んでもよい。また、発光素子133は、430nmから480nmの範囲で中心波長を有する第1LEDチップと、600nmから650nmの範囲で中心波長を有する第2LEDチップを少なくとも一つ以上含んでいてもよい。
反射体150は、光源部130からの光を反射する。
反射体150は光源部130を取り囲んで、光源部130から放出された光を光励起部170に反射することができる。
反射体150の下端は放熱体110と結合し、上端には光励起部170が配置される。
反射体150によって、光源部130と光励起部170は所定間隔離隔されてもよい。
反射体150は、光源部130からの光を反射する反射面を有してもよい。前記反射面は、基板131と実質的に垂直をなしてもよく、基板131の上面と鈍角をなしてもよい。すなわち、前記反射面と基板131の上面との間の角度は90度以上180度未満である。前記反射面は、光を容易に反射することができる材料でコーティング又は蒸着されたものであってもよい。
光励起部170は、光源部130から放出された光を励起させる。また、光励起部170は、光源部130から放出されて反射体150に反射した光を励起させることができる。
光励起部170は、光源部130から所定間隔離隔して配置される。光励起部170は、光源部130から所定間隔離隔配置されるため、反射体150の上端部に配置されてもよい。
光励起部170は平らな板状であってもよい。しかし、これに限定されるのではなく、光励起部170は、特定部分が上または下に膨らんだ形状を有する板であってもよい。
光励起部170、反射体150及び放熱体110によって、ミキシング空間(mixing space)160が形成されてもよい。ミキシング空間160は、光源部130から放出される空間、又は、光源部130から放出されて反射体150で反射された光がミキシングされる空間、を意味する。
光励起部170は、蛍光体を少なくとも一つ以上含んでもよい。具体的に、光励起部170は、黄色蛍光体、緑色蛍光体、及び赤色蛍光体のうち少なくとも一つ以上を含んでいてもよい。たとえば、光励起部170は単一の黄色蛍光体を含んでいてもよく、黄色蛍光体と緑色蛍光体を含んでいてもよい。また、黄色、緑色、及び赤色蛍光体をすべて含んでいてもよい。
光励起部170は、黄色、緑色、及び赤色のいずれか一つの蛍光体を含むが、中心波長が互いに異なる二つ以上の蛍光体を含んでいてもよい。
光励起部170は、557.5nmから562nmの範囲内において中心波長を有する第1蛍光体を含んでいてもよい。また、光励起部170は、537.5nmから542.5nmの範囲において中心波長を有する第2蛍光体と、547.5nmから552.5nmの範囲において中心波長を有する第3蛍光体とをさらに含んでいてもよい。
電源提供部190は、外部から提供された外部電源の提供を受けて、光源部130の複数の発光素子133をオン(on)させるための駆動信号を生成し、生成された駆動信号を光源部130に提供する。ここで、複数の発光素子133をオンさせるための駆動信号は電流であってもよい。
電源提供部190から複数の発光素子133に提供される駆動電流は、発光素子133の種類によって異なり得る。具体的に、複数の発光素子133が一つ以上の青色発光素子(又は、第1発光素子)と一つ以上の赤色発光素子(又は、第2発光素子)とを含む場合、電源提供部190は、200mA以上300mA以下の駆動電流を青色発光素子(又は、第1発光素子)に提供し、240mA以上350mA以下の駆動電流を赤色発光素子(又は、第2発光素子)に提供することができる。青色発光素子(又は、第1発光素子)と赤色発光素子(又は、第2発光素子)に提供される駆動電流によって、実施形態による照明装置から放出される光のCRIを向上させることができ、目標(Target)にする色座標(Cx,Cy)と色温度(CCT)を具現することができる。これに対する具体的な説明は、図3を参照して後述することにする。
電源提供部190は、放熱体110の下に配置されてもよい。また、図面に別途示さなかったが、電源提供部190は放熱体110の内部に配置されてもよい。この場合、電源提供部190は、放熱体110の内部に形成された収納部(図示せず)に配置されてもよい。
電源提供部190は、導電性部材195を含んでもよい。導電性部材195は、電源提供部190と電源部130を電気的に連結することができる。具体的に、導電性部材195は、電線(wire)又は電極ピン(pin)である。このような導電性部材195は、放熱体110のホール119に配置され得る。
図2は、他の実施形態による照明装置を説明するための図面である。
図2に示された他の実施形態による照明装置は、図1に示された実施形態による照明装置と対比してみるとき、図1に示された反射体150がなく、図1に示された光励起部170と形状が相違した光励起部170’を含む。他の構成は同一であるため、以下では光励起部170’を中心に説明することにする。ここで、図2に示された光励起部170’は、図1に示された光励起部170と比べて、形状を除いては他の内容は同一である。
図2を参照すると、光励起部170’は球形状であり得る。このような光励起部170’は、バルブ(bulb)タイプの照明装置のグローブ(globe)の内面又は外面に配置されてもよく、光励起部170’が前記グローブを代替することもできる。
光励起部170’が球形状に限定される訳ではない。例えば、光励起部170’は半球形状であってもよく、楕円体形状であってもよく、多角筒形状であってもよい。
光励起部170’は放熱体110の上に配置され、放熱体110と結合することができる。
図1及び図2に示された二つの実施形態による照明装置の光励起部170、170’から放出される光は、複数の発光素子133のうち赤色発光素子(又は、第2発光素子)のオン(ON)/オフ(OFF)と印加される駆動電流によってCIE 1931色度ダイアグラム上の色座標、色温度、及びCRIが変わり得る。言い換えれば、図1及び図2に示された二つの実施形態による照明装置は、赤色発光素子(又は、第2発光素子)のオン(ON)/オフ(OFF)と印加される駆動電流とによって、ターゲットにする色座標と色温度を具現することができ、CRIを向上させることができる。具体的に、図3を参照して、図1及び図2に示された二つの実施形態による照明装置の光励起部170、170’から放出される光の特性を説明することにする。
図3は、図1及び図2に示された二つの実施形態による照明装置の光励起部から放出される光をCIE 1931色度ダイアグラムに表示したものです。
図3を参照すると、図1及び図2に示された二つの実施形態による照明装置の光励起部170、170’から放出される光は、CIE 1931色度ダイアグラム上の特定領域P1、P2、P3から目標色座標の範囲(Ansi 3000K)に移動することができる。このようなCIE 1931色度ダイアグラム上における座標移動は、赤色発光素子(又は、第2発光素子)の動作と、赤色発光素子(又は、第2発光素子)に印加される駆動電流とによって制御され得る。
青色発光素子(又は、第1発光素子)がオンになり、赤色発光素子(又は、第2発光素子)がオフになった状態で、すなわち、図1及び図2に示された二つの実施形態による照明装置内の複数の発光素子133のうち、青色発光素子(又は、第1発光素子)のみが動作する場合には、光励起部170、170’から放出される光は、CIE 1931色度ダイアグラム上の特定領域P1、P2、P3内に位置する。前記特定領域は、CIE 1931色度ダイアグラム上のP1、P2及びP3をつなぐ領域であり、P1の色座標は(0.32,0.4)であり、P2の色座標は(0.36,0.5)であり、P3の色座標は(0.368,0.49)である。ここで、電源提供部190から青色発光素子(又は、第1発光素子)に印加される駆動電流は、200mA以上300mA以下である。
光励起部170,170’から放出される光が、前記特定領域P1,P2,P3に位置した状態で赤色発光素子(又は、第2発光素子)をオンさせると、すなわち、電源提供部190から赤色発光素子(又は、第2発光素子)に所定の駆動電流を印加すると、光励起部170,170’から放出される光は、前記特定領域P1,P2,P3内から目標色座標の範囲(Ansi 3000K)内に移動することができる。ここで、電源提供部190から赤色発光素子(又は、第2発光素子)に印加される駆動電流は、240mA以上350mA以下である。
このように、図1及び図2に示された二つの実施形態による照明装置は、複数の発光素子133のうち、赤色発光素子(又は、第2発光素子)に所定の駆動電流を印加して、CIE 1931色度ダイアグラム上に特定領域P1,P2,P3内に位置した光をターゲットにする目標色座標の範囲(例えば、Ansi 3000K)内に移動させることができる。したがって、目標とする色温度を具現することができ、目標色座標の範囲(Ansi 3000K)が黒体輻射曲線(Black Body Locus)上に位置したり隣接した場合には、高いCRIを具現することができる。
下の[表1]は、上述した図1及び図2に示された二つの実施形態による照明装置の効果を証明する実験データである。
Figure 0006483363
上の[表1]を参照すると、第1のケース(Case 1)は、光励起部170,170’が単一の第1蛍光体を含む場合である。ここで、第1蛍光体の重量比(wt%)は、12.5以上15.5以下である。
第1のケース(Case 1)において、電源提供部190から青色発光素子(又は、第1発光素子)にのみ250mA以上270mA以下の駆動電流を印加した場合、光励起部170,170’から放出される光のCIE 1931色度ダイアグラム上の色座標は、(0.3410,0.4339)であった。前記色座標は、図3に示された特定領域P1,P2,P3内に位置する。
一方、電源提供部190から青色発光素子(又は、第1発光素子)に250mA以上270mA以下の駆動電流を印加し、赤色発光素子(又は、第2発光素子)に240mA以上260mA以下の駆動電流を印加した場合、光励起部170,170’から放出される光のCIE 1931色度ダイアグラム上の色座標は(0.4396,0.3980)であった。前記色座標は、図3に示された目標色座標の範囲(Ansi 3000K)内に位置し、CRI値が66(Ra)から92(Ra)に向上することが確認できる。
再び、[表1]を参照すると、第2のケース(Case 2)は、光励起部170,170’が第2蛍光体と第3蛍光体を含んだ場合である。ここで、第2蛍光体の重量比(wt%)は、4.5以上7.5以下であり、第3蛍光体の重量比(wt%)は5.5以上8.5以下である。
第2のケース(Case 2)において、電源提供部190から青色発光素子(又は、第1発光素子)にのみ210mA以上230mA以下の駆動電流を印加した場合、光励起部170,170’から放出される光のCIE 1931色度ダイアグラム上の色座標は(0.3437,0.4491)であった。前記色座標は、図3に示された特定領域P1,P2,P3内に位置する。
一方、電源提供部190から青色発光素子(又は、第1発光素子)に210mA以上230mA以下の駆動電流を印加し、赤色発光素子(又は、第2発光素子)に320mA以上340mA以下の駆動電流を印加した場合、光励起部170,170’から放出される光のCIE 1931色度ダイアグラム上の色座標は(0.4354,0.4071)であった。前記色座標は、図3に示された目標色座標の範囲(Ansi 3000K)内に位置し、CRI値が63(Ra)から90(Ra)に向上することが確認できる。
再び[表3]を参照すると、第3のケース(Case 3)は、光励起部170,170’が第2蛍光体と第3蛍光体を含む場合であって、第2のケース(Case 2)と同一であるが、第2蛍光体と第3蛍光体の重量比(wt%)が互いに異なる。具体的に、第2蛍光体の重量比(wt%)は5.5以上8.5以下であり、第3蛍光体の重量比(wt%)は4.5以上7.5以下である。
第3のケース(Case 3)において、電源提供部190から青色発光素子(又は、第1発光素子)にのみ220mA以上240mA以下の駆動電流を印加した場合、光励起部170,170’から放出される光のCIE 1931色度ダイアグラム上の色座標は(0.3436,0.4427)であった。前記色座標は、図3に示された特定領域P1,P2,P3内に位置する。
一方、電源提供部190から青色発光素子(又は、第1発光素子)に220mA以上240mA以下の駆動電流を印加し、赤色発光素子(又は、第2発光素子)に325mA以上345mA以下の駆動電流を印加した場合、光励起部170,170’から放出される光のCIE 1931色度ダイアグラム上の色座標は(0.4369,0.4096)であった。前記色座標は、図3に示された目標色座標の範囲(Ansi 3000K)内に位置し、CRI値が64(Ra)から90(Ra)に向上することが確認できる。
以上で、実施形態を中心に説明したが、これは単に例示に過ぎず、本発明を限定するものではなく、本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、本実施形態の本質的な特性を外れない範囲で、以上に例示されない様々な変形と応用が可能であることが分かるはずである。例えば、実施形態に具体的に示された各構成要素は、変形して実施することができるはずである。そして、このような変形と応用に係る相違点は、添付の特許請求の範囲において規定する本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
110 放熱体 115 放熱フィン
119 ホール 130 光源部
131 基板 133 発光素子
150 反射体 160、160’ ミキシング空間
170、170’ 光励起部 190 電源提供部
195 導電性部材

Claims (5)

  1. 青色光を放出する青色発光素子と赤色光を放出する赤色発光素子とを含む光源部と、
    前記光源部の上に配置され、前記青色発光素子及び前記赤色発光素子から離隔して配置され、少なくとも一つ以上の蛍光体を含む光励起部と、
    前記光源部と電気的に連結され、前記青色発光素子及び前記赤色発光素子のオン/オフを制御する電源提供部と、
    を含み、
    前記電源提供部によって前記青色発光素子がオンになり、前記赤色発光素子がオフになると、前記光励起部から放出される光は、CIE 1931色度ダイアグラム上の特定領域内に配置され、
    前記特定領域は3つの色座標をつなぐ領域であり、前記3つの色座標は(0.32、0.4)、(0.36、0.5)、及び(0.368、0.49)であり、
    前記電源提供部によって前記青色発光素子及び前記赤色発光素子がオンになり、所定の駆動電流が前記電源提供部から前記赤色発光素子で提供されると、前記光励起部から放出される光は、CIE 1931色度ダイアグラム上の予め設定された目標色座標の範囲内に配置さ
    前記光励起部の蛍光体は、537.5nmから542.5nmの範囲において中心波長を有する第2蛍光体と、547.5nmから552.5nmの範囲において中心波長を有する第3蛍光体と、を含み、
    前記第2蛍光体のwt%は4.5以上7.5以下であり、
    前記第3蛍光体のwt%は5.5以上8.5以下であり、
    前記電源提供部から前記青色発光素子に印加される駆動電流は210mA以上230mA以下であり、前記赤色発光素子に印加される前記駆動電流は320mA以上340mA以下であり、
    前記目標色座標の範囲はAnsi 3000Kである、照明装置。
  2. 前記青色発光素子は、430nmから480nmの範囲で中心波長を有し、
    前記赤色発光素子は、600nmから650nmの範囲で中心波長を有する、請求項に記載の照明装置。
  3. 前記光励起部の蛍光体は、557.5nmから562nmの範囲において中心波長を有する第1蛍光体を含む、請求項1又は2に記載の照明装置。
  4. 前記目標色座標の範囲は、前記CIE 1931色度ダイアグラム上の黒体輻射曲線上に位置するか、又は、前記黒体輻射曲線と隣接する、請求項1ないしのいずれか一項に記載の照明装置。
  5. 前記光源部が配置された放熱体をさらに含み、
    前記電源提供部は、前記放熱体の下、又は、前記放熱体の内部に配置され、
    前記放熱体は、前記電源提供部と前記光源部とを電気的に連結する導電性部材が配置されるホールを有する、請求項1ないしのいずれか一項に記載の照明装置。
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