KR100855732B1 - 평판형 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

평판형 조명 장치가 개시된다. 평판형의 도광판과, 도광판 측면에 위치하여 도광판 내부로 청색광을 출사하는 청색 LED와, 도광판 하면에 위치하는 반투과시트와, 청색 LED에서 출사된 청색광의 경로에 위치하되, 청색광을 백색광으로 변환시키는 광 여기 시트를 포함하는 평판형 조명 장치는 박형의 형태로서 장시간의 수명을 보장할 뿐만 아니라, 협소한 공간에 설치 가능하다.
청색 LED, 도광판, 광 여기 시트, 반투과시트, 보호 필름

Description

평판형 조명 장치{Lighting apparatus of flat panel type}
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 평판형 조명 장치의 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 프레임을 제외한 평판형 조명 장치의 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 평판형 조명 장치의 설치 사진.
도 4는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 광 여기 시트의 단면도.
도 5는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 광 여기 시트의 단면도.
도 6은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따라 소형 볼을 부착한 광 여기 시트의 사진.
도 7은 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 광 여기 시트의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
21: 도광판 22: 광 여기 시트
23: 반투과시트 24: 청색 LED
25: 인쇄회로기판 26 프레임
야간 또는 실내에서 광을 제공하거나 물체를 조명하기 위해 다양한 종류의 조명등이 이용되고 있다. 이와 같은 조명등은 전원을 공급받아 전기 에너지를 광 에너지로 변화시켜 물체를 조사하는 것으로서, 대체로 백열전구 또는 형광등을 사용하는 것이 일반적이다. 그러나 백열전구나 형광등은 소비전력이 크고 발열 특성이 있으며, 수명이 약 6개월 정도로 짧아서 자주 교체하여야 하는 단점을 가지고 있다.
뿐만 아니라 형광등은 발암 물질인 수은을 사용하고 있어 규제의 대상이 되고, 직접조명으로 광원의 깜빡거림으로 시력저하의 요인으로 작용되고 있으며, 넓은 설치공간이 필요하며 설치 방법과 색조절이 어려운 점 등의 단점을 많이 가지고 있다.
본 발명은 청색 LED를 백색광으로 구현할 수 있으며, 다양한 인테리어에 적용가능한 평판형 조명 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 평판형의 도광판과, 도광판 측면에 위치하여 도광판 내부로 청색광을 출사하는 청색 LED와, 도광판 하면에 위치하는 반투과시트와, 청색 LED에서 출사된 청색광의 경로에 위치하되, 청색광을 백색광으로 변환시키는 광 여기 시트를 포함하는 평판형 조명 장치가 제공된다. 이러한 평판형 조명 장치는 박형의 형태로서 장시간의 수명을 보장할 뿐만 아니라, 협소한 공간에 설치 가능하다.
이때, 상기 광 여기 시트는 상기 도광판 상면에 위치하며, 상기 반투과시트는 상기 청색광 일부는 반사시키고, 나머지는 외부로 출사시키는 것을 특징으로 할 수 있다. 이러한 구조의 반투과시트를 사용할 경우 일면은 조명역할을 하는 백생광을 출사시키고, 타면은 실내분위기를 연출하는 청색광을 출사시키는 평판형 조명 장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 도광판, 상기 청색 LED, 상기 반투과시트, 상기 광 여기 시트는 외곽을 둘러싸는 프레임으로 지지되는 것이 바람직하며, 상기 청색 LED와 상기 프레임은 열적으로 연결되어 있어, 상기 청색 LED에서 발생한 열을 외부로 방열시키는 것이 바람직하다. 청색 LED의 수명은 작동중에 발생하는 열을 얼마나 효율적으로 외부로 방출시키느냐에 따라 결정되며, 따라서, 상기 프레임은 청색 LED와 열전달이 효과적으로 이루어지도록 결합되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 광 여기 시트는 매트릭스 수지층과, 매트릭스 수지층 내부에 포함된 형광체와, 매트릭스 수지층 상하면에 적층된 보호 필름을 포함하는 것이 바람직하며,
상기 보호 필름에는 조도(Roughness)나 얼룩방지용 소형 볼이 부착되는 것이 바람직하다. 이러한 형태의 광 여기 시트는 도광판이나 기타 다른 시트와 적층 중에 발생하는 얼룩현상을 방지한다.
이하, 본 발명에 따른 평판형 조명 장치의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 평판형 조명 장치의 사시도이며, 도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 프레임을 제외한 평판형 조명 장치의 분해 사시도이다. 도 1과 도 2를 참조하면, 도광판(21), 광 여기 시트(22), 반투과시트(23), 청색 LED(24), 인쇄회로기판(25), 프레임(26)이 도시되어 있다.
도광판(21)은 일정한 두께를 가지는 평판형 투명층으로, 점광원인 청색 LED(22)의 광을 면광원으로 전환하는 기능을 한다. 이러한 도광판(21)의 크기는 설정되는 면광원의 넓이에 맞추어 제작할 수 있다.
도광판(21)의 측면에는 청색 LED(22)가 위치한다. 청색 LED(22)는 도광판(21) 내로 광을 출사할 수 있도록 도광판(21) 측면에 접하도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 청색 LED(22)를 선택한 이유는 출사되는 파장이 단파장으로 다양한 형광체를 통과 후 장파장으로 변환할 수 있기 때문이며, 가격면에서 저렴하기 때문이다. 한편, 청색 LED(22)는 인쇄회로기판(25) 상면에 부착되어 외부 전원으로부터 전력을 공급 받게 된다.
조명 장치의 휘도를 높이기 위해서는 청색 LED(22)의 개수를 증가시키는 것이 바람직하다. 뿐만 아니라 도광판(21)의 일측면에만 부착하는 것이 아니라 다른 측면에도 청색 LED를 부착할 수 있다. 이로서 고휘도의 조명 장치를 구현할 수 있게 된다. 또한, 전력을 통재함으로써 다양한 휘도의 조명을 구현할 수 있어, 하나의 조명 장치로 다양한 실내 분위기를 연출할 수 있게 된다.
도광판(21) 하면에는 반투과시트(23)가 위치하고 있다. 반투과시트(23)는 도광판(21)에 부착하는 것이 바람직하다. 도광판(21)에 반투과시트(23)가 부착됨으로써 일종의 거울과 같은 역할을 하게 된다. 반투과시트(23)는 반사효율을 높이기 위하여 은으로 된 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 반투과시트(23)가 도광판(21)에 부착됨으로서 측면에서 출사된 청색 LED의 청색광이 도광판(21) 전면으로 출사된다. 따라서, 점광원의 청색 LED(22)의 청색광이 면광원으로 전환되는 성질을 가진다. 반사효율을 높이기 위한 패턴을 반투과시트(23)에 형성할 수 있으며, 또한, 도광판(21)을 일정하게 경사를 지게하고 그 면에 반투과시트(23)를 부착할 수 있다. 이 경우 청색 LED(22)에서 출사된 청색광은 경사면을 따라 도광판(21) 전면으로 출사되게 된다.
한편, 반투과시트(23)의 반사율을 조절하여 일부 청색광은 반투과시트를 통과하도록 할 수 있다. 결과적으로 청색광은 도광판(21)을 기준으로 양면으로 출사된다.
도광판(21)으로 출사된 광은 여전히 청색이나, 도광판(21) 상면에 위치하는 광 여기 시트(22)를 통과할 경우 백색광으로 변환된다. 이러한 광 여기 시트(22)의 구조는 이후 상세히 설명하도록 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 반투과시트(23)의 반사율을 100%미만인 것을 사용할 경우 도광판(21)을 중심으로 청색광은 양면으로 출사되고, 이중 도광판(21) 일면으로 출사되는 청색광은 광 여기 시트(22)를 통과함으로써 백색광으로 구현된다. 반면, 광 여기 시트(22)를 통과하지 않은 청색광은 도광판(21) 타면으로 출사된다. 결과적으로, 하나의 청색 LED(24)로서 일면은 백색광 타면은 청색광이 출사되는 조명 장치를 제공할 수 있게 된다. 도 3과 같이, 평판형 조명 장치(20)를 천창이나 벽면에서 일정한 이격거리를 두고 설치할 경우 백색광을 출사하는 면은 조명 역할을 하며, 동시에 반대쪽 면에서는 청색광이 출사되어 은은한 실내외 분위기를 연출할 수 있게 된다.
광 여기 시트(22)는 도광판(21)에 부착하지 않고 자연스럽게 올려 놓는 것이 바람직하다. 도광판(21)에 부착할 경우 출사된 광이 도광판(21) 내부에서 전반사가 일어나지 않고 굴절될 가능성이 있기 때문이다.
상기 도광판(21), 광 여기 시트(22) 반투과시트(23), 인쇄회로기판(25), 청색 LED(24)는 프레임(26)에 의해서 보호된다. 프레임(26)은 열전도율이 좋은 금속성 재질인 것이 바람직하며, 알루미늄을 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 청색 LED(24)는 작동중 고열이 발생한다. 이러한 열을 방출하기 위해서 청색 LED(24)와 프레임(26)은 열적으로 연결되는 것이 바람직하다. 열적으로 연결되어 있다는 의미는 열전도성이 좋은 물질을 개재하여 연결될 수 있다는 의미이다.
한편, 일면으로 백색광만 출사되도록 하려면, 상기 반투과시트(23)의 반사율을 100%로 할 수 있다. 이 경우, 광 여기 시트(22)의 위치는 청색광의 출사경로의 어디에 위치하더라도 무방하다. 즉, 도광판(21)의 측면과 청색 LED(24) 사이에 위치할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 광 여기 시트의 단면도이다. 도 4를 참조하면, 황색 형광체(41a), 적색 형광체(41b), 녹색 형광체(41c), 형광체(41), 매트릭스 수지층(42), 확산제(43), 보호 필름(44), 광 여기 시트(40)가 도시되어 있다.
도 2에 도시된 광 여기 시트(40)는 400nm~500nm 파장의 청색 LED의 광을 백색 광으로 전환하는 기능을 가진다. 기본적으로 박막의 매트릭스 수지층(42) 내부에 형광체(41)가 고르게 분산된 형태이다.
도 4에는 도시되지 않았으나 매트릭스 수지층(42) 내부에는 경화제와 첨가제가 포함될 수 있다. 경화제는 액상의 열경화성 수지를 경화하는 용도로 사용되며, 첨가제는 형광체를 액상의 열경화성 수지 내부에 고르게 분산하기 위하여 사용된다. 확산제(43)는 광원의 굴절을 촉진시켜 형광체(41)의 여기율을 높여주는 역할 및 균일화 역할을 한다.
보호 필름(44)은 매트릭스 수지층(42)을 보호하는 역할을 한다. 일반적으로 청색 LED의 수명은 수만시간에 이른다. 이러한 장시간의 청색 LED의 수명에 상응하도록 광 여기 시트(40)의 내열성 및 내습성을 보장하기 위해서는 형광체(41)를 보호해주는 보호 필름(44)는 필수적이다.
본 발명의 보호 필름(44)으로 사용가능한 수지로는 광 투과도가 우수한 것으로서 무색 투명한 합성 수지를 사용하는데, 특별히 한정되는 것은 아니나 예를 들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트( Polyethylene terephthalate : PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylene naphthalate), 아크릴 수지, 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리스틸렌(Polystyrene) 등이 있다. 이중에 폴리에틸렌 테레프탈레이트( Polyethylene terephthalate : PET)필름은 투명성이 우수하고, 강도 및 휨성이 뛰어나다. 또한 내열성, 내화학성이 필요한 경우에는 보호 필름(44)을 폴리카보네이트(Polycarbonate)로 하는 것이 바람직하다. 보호 필름(44)의 두께는 5 ~ 50μm 이내의 필름을 사용하는 것이 바람직하다. 10μm 이하의 필름은 취급이 난해하고, 50μm 이상의 필름은 광 투과도가 떨어지기 때문이다.
형광체(41)는 무기 형광체를 이용한다. 대표적인 광 여기 무기 형광체는 가넷계(Gd) 물질인 Y3Al5O12 (YAG)에 세륨(cerium)을 도핑(doping)한 형광체로 구성되어진다. 예를 들면, 광 여기 무기 형광체는 (Y1-x-yGdxCey)3Al5O12 (YAG:Gd,Ce), (Y1-xCex)3Al5O12 (YAG:Ce), (Y1-xCex)3(Al1-yGay)5O12(YAG:Ga,Ce), (Y1-x-yGdxCey)3(Al5-zGaz)5O12(YAG:Gd,Ga,Ce), (Gd1-xCex)SC2Al3O12 (GSAG)등이 될 수 있다.
일반적으로 YAG계 형광체는 (Y1-x-yGdxCey)3(Al1-zGaz)O12 (단, x+y≤1; 0≤x≤1; 0≤y≤1; 0≤z≤1) 로 표시된다. 형광체(41)에서 발광하는 주 파장은 상기에서 기술한 물질에 따라 다르다. 가넷계(garnet composition)에 의존하는 Ce3+ 발광은 광 효율의 감소없이 녹색 (~ 540 nm; YAG:Ga,Ce)에서 적색 (~ 600 nm; YAG:Gd,Ce)까지 다양하게 발광 시킬 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 대주전자의 (Y, Gd, Ce)3(Al, Ga)5O12와 Phosphor Technology사의 Y3Al5O12:Ce 을 사용하였다. 또한, 심적색을 발광시키기 위한 대표적인 무기 형광체는 SrB4O7:Sm2 + 이다. SM2 +는 주로 적색의 파장을 나타내는데 기여한다. 특히 상기와 같은 심적색 무기 형광체는 600 nm 이하의 가시광 영역 전체를 흡수하여 심적색 즉, 650 nm 이상의 파장을 갖고 발광을 한다. 휘도 향상을 위해 Phosphor Technology사의 SrS:Eu계열의 620nm 파장대의 형광체를 사용한다. 또한, 녹색을 발광시키기 위한 대표적인 무기 형광체는 SrGa2S4:Eu2+ 이다. 상기와 같은 녹색 무기 형광체는 500 nm 이하의 광을 흡수하여 535 nm의 주 파장을 방출한다. 또한 청색을 발광시키기 위한 대표적인 무기 형광체는 BaMg2Al16O27:Eu2+ 이다. 상기와 같은 청색 무기 형광체는 430 nm 이하의 광을 흡수하여 450 nm의 주 파장을 방출한다.
황색 형광체는 YAG계열 뿐만 아니라 TAG계(Tb3Al5O12)와 Silicate계(Sr2SiO4:Eu)중 하나를 사용하는 것도 가능하다. 또한, 적색 형광체도 CaS:Eu와 SrS:Eu와 SrB4O7:Sm 중 하나를 사용할 수도 있으며, 녹색형광체를 SrGa2S4:Eu로 사용 할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 광 여기 시트의 단면도이며, 도 6은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따라 소형 볼을 부착한 광 여기 시트의 사진이다. 도 5을 참조하면, 형광체(51), 매트릭스 수지층(52), 확산제(53), 보호 필름(54), 소형 볼(55), 접착층(56), 광 여기 시트(50)가 도시되어 있다.
본 발명의 제3 실시예는 광 여기 시트(10)의 표면에 소형 볼(55)을 부착하는 것을 특징으로 한다. 소형 볼(55)이 광 여기 시트(10)의 표면에 고르게 분산되어 부착될 경우, 다른 종류의 시트가 상하면에 위치하더라도 표면의 밀착에 의한 얼룩현상은 일어나지 않는다.
이러한 소형 볼(55)도 수지로 이루어지는 것이 바람직하며, 휘도를 떨어뜨리지 않도록 투명한 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 소형 볼(55)은 직접 광 여기 시트(50) 표면에 부착될 수 있으나, 접착층(56)을 상면에 도포하는 것이 소형 볼(55)이 이탈되지 않고 안정되게 부착되도록 한다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 광 여기 시트의 단면도이다.
도 7을 참조하면, 형광체(71), 매트릭스 수지층(72), 확산제(73), 보호 필름(74), 접착층(76), 광 여기 시트(70)가 도시되어 있다.
제7 실시예의 경우 보호 필름(74)에 조도(roughness)를 형성하였다. 이는 광을 효과적으로 분산하기 위한 것이다. 즉, 매트릭스 수지층(72)을 입사하는 광은 두 번 보호 필름(74)을 거치게 되고, 보호 필름(74)의 조도에 의해 광의 경로는 다양하게 분산된다. 따라서, 이러한 광 여기 시트(70)에는 분산재(73)를 사용하지 않을 수 있다. 또한 보호 필름(74)의 거친 표면은 다른 종류의 시트가 상면에 위치할 경우 표면의 밀착에 의한 얼룩 현상을 방지하는 기능도 동시에 가지게 된다.
본 발명의 기술 사상이 상술한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상술한 실시예는 그 설명을 위한 것이지 그 제한을 위한 것이 아니며, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
상기와 같은 구성을 갖는 실시예에 의하면, 하나의 광원으로 백색 조명과 청색 조명이 가능하여 미적 분위기를 연출할 수 있는 조명 장치를 제공할 수 있다. 또한, 박형의 조명 장치이므로 천정 및 벽면 설치가 자유롭다. 또한, 저가의 청색 LED를 이용하므로 백색 LED를 사용하는 것 보다 가격대비 고휘도의 광원을 얻을 수 있다. 또한, 청색 LED를 사용함으로써, 기존 형광등 또는 백열전등에 비해 수명이 매우 길다. 이러한 청색 LED의 수명에 상응하도록 보호 필름을 적층한 광 여기 필름을 이용함으로써, 평판형 조명 장치의 신뢰성을 보장받을 수 있다.

Claims (7)

  1. 평판형의 도광판;
    상기 도광판 측면에 위치하여 도광판 내부로 청색광을 출사하는 청색 LED;
    상기 도광판 하면에 위치하되, 상기 도광판의 일면에서 방출되는 광의 일부를 투과시켜 상기 청색광이 시인되도록 하고, 이와 동시에 상기 도광판으로 광을 반사시키는 반투과시트; 및
    상기 청색 LED에서 출사된 상기 청색광의 경로에 위치하되, 상기 청색광을 백색광으로 변환시키는 광 여기 시트를 포함하는 평판형 조명 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도광판, 상기 청색 LED, 상기 반투과시트, 상기 광 여기 시트는 외곽을 둘러싸는 프레임으로 지지되는 것을 특징으로 하는 평판형 조명 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 청색 LED와 상기 프레임은 열적으로 연결되어 있어, 상기 청색 LED에서 발생한 열을 외부로 방열시키는 것을 특징으로 하는 평판형 조명 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광여기 시트는 매트릭스 수지층과;
    상기 매트릭스 수지층 내부에 포함된 형광체와;
    상기 매트릭스 수지층 상하면에 적층된 보호 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 평판형 조명 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 보호 필름의 표면에 요철이 형성된 것을 특징으로 하는 평판형 조명 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 보호 필름의 표면에는 얼룩방지용 소형 볼이 부착되는 것을 특징으로 하는 광 여기 시트.
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