KR100981960B1 - 평판형 엘이디 조명등 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 매트릭스 형태로 설치되는 돗트(dot)형 엘이디 모듈판의 전면에 내열성 투명 수지 매트릭스(matrix)에 조명색 변환용 형광체 및/또는 광학산체가 혼입된 조명색 변환용 형광판과 광확산판을 설치함으로써, 고가인 고휘도 백색 LED를 사용하지 않고서도 장수명의 고휘도 청색 LED나 보라색 LED 또는 자외선 LED로부터 간단하고도 저렴하게 조명용 백색광 내지 황백색광을 얻을 수 있는 평판형 엘이디 조명등에 관한 것이다. 상기 평판형 엘이디 조명등은, 다수개의 엘이디 장착 유니트가 행과 열을 이루어 매트릭스 형태로 설치되 는 돗트(dot)형 엘이디 모듈판과; 상기 엘이디 장착 유니트에 장착되어 설치되며 인쇄회로 기판에 전기적으로 연결되는 복수개의 엘이디와; 상기 돗트형 엘이디 모듈판에 설치되는 상기 복수개의 엘이디로부터 발광되는 발광색을 변환하는 조명색 변환용 형광판과; 상기 조명색 변환용 형광판에서 변환되어 방출되는 광을 외부로 발광하기 위한 투명 발광판과; 상기 엘이디 모듈판, 상기 조명색 변환용 형광판, 상기 투명 발광판을 그 내부에 수용하여 고정하는 하우징으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
엘이디, 조명
Description
본 발명은 엘이디(LED(Light Emitting Diode)) 조명등에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 매트릭스 형태로 설치되는 돗트(dot)형 엘이디 모듈판의 전면에 내열성 투명 수지 매트릭스(matrix)에 조명색 변환용 형광체 및/또는 광학산체가 혼입된 조명색 변환용 형광판과 광확산판을 설치함으로써, 상대적으로 단수명이고 고가인 고휘도 백색 LED를 사용하지 않고서도 장수명의 고휘도 청색 LED나 보라색 LED 또는 자외선 LED로부터 간단하고도 저렴하게 조명용 백색광 내지 황백색광을 얻을 수 있음과 아울러, 광확산체에 의한 산란 작용에 의해 조명색 변환용 형광체를 엄격히 균일하게 분포시키거나 코팅시켜야할 필요성이 없고, 고휘도 LED 조명으로 인한 눈부심 현상을 효과적으로 완화시켜 보다 온화하고 안락한 조명을 얻을 수 있는 평판형 엘이디 조명등에 관한 것이다.
엘이디(LED)는 특정한 화합물로 된 반도체의 특성을 이용하여 전기 에너지를 빛 에너지로 변환시키는 반도체 소자의 일종으로서, 광 변환 효율이 높기 때문에 소비전력이 매우 적으며, 광원이 소형이므로 소형화, 박형화 및, 경량화에 적합하면서도 무한 확장 설치가 가능하고, 수명이 반영구적으로 매우 길며(청색, 보라색, 또는 자외선 LED의 경우 수명은 대략 100,000 시간이고 백색 LED의 경우 대략 30,000 시간)이고, 열적 또는 방전 발광이 아니므로 예열이 불필요하여 응답 속도가 대단히 신속하고, 점등회로가 매우 간단하며, 방전용 기체 및 필라멘트를 사용하지 않으므로 내충격성이 크고 안전하며 환경오염 유발 요인이 적고, 고(高)반복 펄스 동작이 가능하며, 시신경의 피로가 덜하고, 풀 칼라의 구현이 가능하다는 장점이 있으므로, 휴대폰, 캠코더, 디지털 카메라 및 개인 휴대 정보 단말기(PDA) 등의 액정 디스플레이(LCD) 배면 조명(back light)용 광원, 신호등, 전광판, 차량 전조등 및 후미등, 각종 전자기기, 사무기기, Fax 기기 등의 디스플레이부 발광등, 리모콘이나 감시카메라의 야간조명, 적외선 통신용, 적녹청 픽셀(pixel)의 다양한 조합에 의한 옥외 광고판의 정보전달용 디스플레이용, 초정밀 전광판 디스플레이용, 고급 실내외 조명용으로 널리 사용되고 있으며, 특히 종래 LED의 일반적인 문제점이었던 저휘도 문제를 개선한 고휘도 LED가 상업적 규모로 시판됨으로 인하여 그 용도 및 사용처는 급속히 확대되고 있다.
특히, 백색 LED는 액정 디스플레이(LCD) 배면 조명(back light)용 광원과 실내외 조명용으로 매우 유용하므로 그 사용 빈도는 급격히 증대되고 있으며 형광등에 의한 백열전구의 시장 축출 경향과 동일하게 오래지 않아 조명 시장을 석권하게 될 것으로 예상되고 있다.
LED에 의해 백색광을 얻기 위한 방법은 다음과 같다.
먼저, 고전적 방법으로서 적색, 녹색, 청색의 3가지 LED를 조합하여 백색광을 얻는 방법이 있으나, 제작비용이 상대적으로 높고 구동회로가 복잡하여 제품의 크기가 커지며 3가지 LED의 온도특성이 상이하여 제품의 광학적 특성 및 신뢰성이 열등하다는 문제점이 있으므로 현재 거의 사용되고 있지 못하다.
따라서, 근자에는 백색광을 생성하는 단일 LED로서의 백색 LED를 채택하고 있으며, 상기한 백색 LED의 표면을 형광체로 코팅하거나 또는 그 주변부나 렌즈를 형광체를 혼합하여 몰딩하고, 특정한 파장의 단일 LED에 의해 생성된 광이 형광체를 여기시켜 다른 파장의 광을 생성하고 이를 상기 단일 LED 칩에 의해 생성된 광과 혼합하여 백색광을 얻는 방법이 사용된다.
그러나 이러한 종래의 방법은 청색, 보라색, 또는 자외선 LED의 표면에 직접 형광체를 코팅하거나 또는 그 주변부나 렌즈부에 형광체를 혼합하여 몰딩하는 방법을 사용하고 있으므로, 방열 특성이 저하되어 LED의 열화로 인하여 LED의 수명이 약 1/3 이하로 현저하게 단축된다는 문제점이 있으며, 특히 형광체의 대단히 균질한 코팅 또는 분산 분포가 이루어지지 않으면 발광 색조가 불균질하게 된다는 문제점이 있고 형광체의 균질한 코팅 또는 분산 분포를 달성하기 상당히 곤란하다는 심각한 문제점이 있다.
널리 실용화된 가장 오래된 형태의 백색 LED는 450㎚의 파장을 가지는 InGaN계 청색 LED에 황색 형광체(일반적으로는 이트륨-알루미늄-가넷: Y3Al5O12 : Ce, YAG계 화합물)를 코팅하거나 또는 몰딩하여 상기 청색 LED의 청색광이 YAG 황색 형광체를 여기(exciting)시켜 상기 청색 LED의 좁은 피크를 갖는 청색광과 YAG 계 황색 형광체에 의한 넓은 피크의 황색광으로 된 단 2파장역을 보강간섭(complementary)시켜 인간의 눈에 백색광으로 인식되게 한 것으로서, 이 기술은 Nichia사에 의한 미국특허 제5,998,925호에 개시(開示)되어 있다.
그러나 이 백색광은 완전한 상보 관계에 있지 않은 두 파장의 광이 혼합된 것으로서 가시광선 영역의 일부 스펙트럼만을 보유할 뿐이므로 연색성이 60-75 정도로서 전체적으로 자연광에 가까운 백색광으로 인식되지 못하므로 일반 실내조명용으로는 그다지 만족스럽지 못하며 청색 LED는 약 405㎚의 여기광원에 가장 높은 효율을 나타내는 반면 YAG계 형광체는 450∼460㎚의 청색광에 여기되므로 휘도가 낮다는 문제점이 있고, 특히 YAG계 형광체의 코팅 또는 몰딩에 있어 균질하고도 일정한 분산성을 담보하기 곤란하므로 백색광의 휘도 및 분광 분포 등에 있어 제품의 균일성과 재현성이 낮으며 LED 수명도 현저히 단축된다.
또한, 종래의 엘이디를 이용한 평판형 엘이디 조명등에서 매트릭스 형태의 돗트(dot)형 엘이디 모듈판을 이용하여 일정한 분산성을 이용하여 제품의 높은 균일성과 재현성을 갖기 어려움 한계점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 상대적으로 단수명(사용수명 약 30,000 시간)을 갖는 종래의 고휘도 백색 LED를 사용하는 일 없이 장수명(사용 수명 약 100,000 시간)의 고휘도 청색 LED나 보라색 LED 또는 선택적으로 자외선 LED로부터 간단하고도 용이하게 조명용 백색광 내지 황백색광을 얻음으로써 백색 발광용 LED 조명 기기의 수명을 획기적으로 증대시킬 수 있는 평판형 엘이디 조명등을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 돗트(dot)형 엘이디 모듈판이 격자형태의 엘이디 장착 유니트를 갖는 사각 판상으로 되어 있어, 다양한 크기의 막대형, 정방형(正方形) 또는 장방형(長方形)의 조명등에 부합되게끔 절단하여 사용할 수 있어 사용상의 편의성이 증대되는 평판형 엘이디 조명등을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 생산자가 아닌 사용자나 시공자가 저렴한 비용으로 손쉽게 직접 백색광을 원하는 강도로 조정하거나, 또는 기존의 고가인 고휘도 백색 LED 대신에 상대적으로 저가인 청색 LED나 보라색 LED 또는 자외선 LED를 이용하여 온화한 백색광을 얻을 수 있는 평판형 엘이디 조명등을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 조명색 변환용 형광체의 불균일한 분포나 코팅으로 인한 발광 색조 불균일 문제 발생 우려를 효과적으로 손쉽게 제거할 수 있는 평판형 엘이디 조명등을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 고휘도 백색 LED 조명으로 인한 눈부심 현상을 효 과적으로 완화시켜 보다 온화하고 안락한 조명을 얻을 수 있고, 우수한 내열성으로 인하여 조명 기기의 열화 우려를 저감시킬 수 있는 평판형 엘이디 조명등을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 평판형 엘이디 조명등은, 다수개의 엘이디 장착 유니트가 행과 열을 이루어 매트릭스 형태로 설치되도록 복수개의 장착 홀을 갖는 돗트(dot)형 엘이디 모듈판과; 상기 엘이디 장착 유니트에 장착되어 설치되며 전원에 전기적으로 연결되는 복수개의 엘이디 또는 엘이디 칩과; 상기 돗트형 엘이디 모듈판에 설치되는 상기 복수개의 엘이디 또는 엘이디 칩으로부터 발광되는 발광색을 변환하는 조명색 변환용 형광판과; 상기 조명색 변환용 형광판에서 변환되어 방출되는 광을 외부로 발광하기 위한 투명 발광판으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 돗트(dot)형 엘이디 모듈판은 적어도 하나의 엘이디 유니트 단위로 절단되어 평판형 엘이디 조명등을 이루는 것이 바람직하다.
또한, 상기 조명색 변환용 형광판과 상기 엘이디 모듈판 사이 또는 상기 투명 발광판과 상기 조명색 변환용 형광판 사이에는 광확산판이 개재되어 산란에 의해 상기 조명색 변환용 형광판이 발광색 전환이 수행됨이 바람직하다.
또한, 상기 엘이디 또는 엘이디 칩은 상기 엘이디 모듈판의 전후에 각각 형성되는 "+" 및 "-" 격자형 전극판에 배선되어 상기 전원에 연결됨이 바람직하다.
또한, 상기 각 엘이디 장착 유니트는 상기 돗트(dot)형 엘이디 모듈판의 각 장착홀에 대응하는 내측 일단부에 형성됨이 바람직하다.
또한, 상기 엘이디 모듈판의 후부 및 측부로는 반사판이 더 형성됨이 바람직하다.
또한, 상기 조명색 변환용 형광판은 매트릭스(matrix) 수지 중에 형광체와 안료가 균질하게 분산되어 있고, 상기 광확산판도 매트릭스(matrix) 수지 중에 광확산체와 안료가 균질하게 분산됨이 바람직하다.
또한, 상기 조명색 변환용 형광판 및 광확산판이 일체로 형성될 수 있다.
또한, 상기 매트릭스 수지는 실리콘(silicon) 수지, 폴리메칠 펜텐(polymethyl pentene) 수지, 폴리에테르 설폰(polyether sulfon) 수지, 폴리에테르 이미드(polyether imide) 수지, 폴리아릴레이트(polyarylate) 수지 및, 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacylate) 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종의 내열성 투명 매트릭스 (matrix)인 것이 바람직하다.
또한, 상기 조명색 변환용 형광체가 YAG계의 (YGd)3Al5O12: Ce 황색 형광체로서 청색 LED의 백색 LED로의 전환을 위한 것이 바람직하다.
또한, 상기 조명색 변환용 형광체가 적색 형광체와 녹색 형광체이며, 상기한 적색 형광체가 Y2O2S:Eu,Gd, Li2TiO3: Mn, LiAlO2: Mn, 6MgO·As2O5:Mn4+, 또는 3.5MgO·0.5MgF2·GeO2: Mn4+이고, 상기한 녹색 형광체가 ZnS:Cu,Al, Ca2MgSi2O7:Cl, Y3(GaxAl1-x)5O12: Ce(0<x<1), La2O3·11Al2O3: Mn, 또는 Ca8Mg(SiO4)4Cl2: Eu, Mn으로서, 청색 LED의 백색 LED로의 전환을 위한 것이 바람직하다.
또한, 상기 조명색 변환용 형광체가 적색 형광체와 녹색 형광체와 청색 형광체이며, 상기한 적색 형광체가 Y2O2S:Eu,Gd, Li2TiO3: Mn, LiAlO2: Mn, 6MgO·As2O5:Mn4+, 또는 3.5MgO·0.5MgF2·GeO2: Mn4+이고, 상기한 녹색 형광체가 ZnS:Cu,Al, Ca2MgSi2O7:Cl, Y3(GaxAl1-x)5O12: Ce(0<x<1), La2O3·11Al2O3: Mn, 또는 Ca8Mg(SiO4)4Cl2: Eu, Mn이며, 상기한 청색 형광체가 BaMgAl10O17 또는 (Sr,Ca,BaMg)10(PO4)6Cl2:Eu로서, 보라색 LED 또는 자외선 LED의 백색 LED로의 전환을 위한 것이 바람직하다.
또한, 상기 광확산체가 실리콘 수지(silicon resin: 굴절율 1.43), 폴리아크릴레이트(polyacrylate: 굴절율 1.49), 폴리우레탄(polyurethane: 굴절율 1.51), 폴리에틸렌(polyethylene: 굴절율 1.54), 폴리프로필렌(polypropylene: 굴절율 1.46), 나일론(Nylon: 굴절율 1.54), 폴리스티렌(polystyrene: 굴절율 1.59), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate: 굴절율 1.49), 폴리카보네이트(polycarbonate: 굴절율 1.59), 실리카(silica: 굴절율 1.47), 알루미나(alumina: 굴절율 1.50∼1.56), 글래스(glass: 굴절율 1.51), 탄산칼슘(CaCO3: 굴절율 1.51), 탈크(talc: 굴절율 1.56), 마이카(mica: 굴절율 1.56), 황산바륨(BaSO4: 굴절율 1.63), 산화아연(ZnO: 굴절율 2.03), 산화세슘(CeO2: 굴절율 2.15), 이산화티탄(TiO2: 굴절율 2.50∼2.71), 산화철(2.90), 또는 이들의 임의의 혼합물이고, 상기한 광확산체가 수지인 경우 상기한 내열성의 투명한 매트릭스 수지와 동일 수지는 아닌 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 평판형 엘이디 조명등에 의하면, 매트릭스 형태로 설치되는 돗트(dot)형 엘이디 모듈판의 전면에 내열성 투명 수지 매트릭스(matrix)에 조명색 변환용 형광체 및/또는 광학산체가 혼입된 조명색 변환용 형광판과 광확산판을 설치함으로써, 상대적으로 단수명이고 고가인 고휘도 백색 LED를 사용하지 않고서도 장수명의 고휘도 청색 LED나 보라색 LED 또는 자외선 LED로부터 간단하고도 저렴하게 조명용 백색광 내지 황백색광을 얻을 수 있음과 아울러, 광확산체에 의한 산란 작용에 의해 조명색 변환용 형광체를 엄격히 균일하게 분포시키거나 코팅시켜야할 필요성이 없고, 고휘도 LED 조명으로 인한 눈부심 현상을 효과적으로 완화시켜 보다 온화하고 안락한 조명을 얻을 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 평판형 엘이디 조명등의 개략적인 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 평판형 엘이디 조명등의 엘이디 모듈판의 확대도이고, 도 3은 본 발명에 따른 평판형 엘이디 조명등의 개략적인 결합 단면도이고, 도 4는 도 1에 적용된 조명색 변환용 형광판 및 광확산판 시트 또는 필름의 확대 모식도로서 편의상 함께 설명하기로 한다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 평판형 엘이디 조명등(도면 번호 미부여)은, 다수개의 엘이디 장착 유니트(11)가 매트릭스 형태로 설치되도록 복수개의 장 착홀(13)되는 돗트(dot)형 엘이디 모듈판(10)과, 상기 엘이디 장착 유니트(11)에 장착되어 설치되며 인쇄회로 기판(40)에 전기적으로 연결되는 다수개의 엘이디(12)와, 상기 엘이디(12)로부터 발광되는 발광색을 변환하는 조명색 변환용 형광판(20)과, 상기 조명색 변환용 형광판(20)에서 변환되어 방출되는 광을 외부로 발광하기 위한 투명 발광판(30)과, 상기 엘이디 모듈판(10), 상기 조명색 변환용 형광판(20), 상기 투명 발광판(30) 등을 그 내부에 수용하여 고정하는 사각 하우징(60)으로 크게 이루어진다.
여기서, 상기 빛을 외부로 발광하는 투명 발광판(30)은 아크릴, 유리 또는 PVC 등의 투명 소재가 바람직하며, 상기 하우징(60)은 대략 박형의 직육각 박스형태로 이루어져 설치할 벽면 등에 간단히 부착하거나 벽면에 형성된 홈에 삽입하여 설치할 수 있도록 함이 바람직하다.
또한, 선택적으로 조명색 변환용 형광판(20)과 엘이디 모듈판(10) 사이 또는 투명 발광판(30)과 조명색 변환용 형광판(20) 사이에는 광확산판(21)을 개재하여 산란에 의해 조명색 변환용 형광판(20)이 충분한 발광색 전환을 수행할 수 있도록 한다.
아울러, 선택적으로 엘이디 모듈판(10) 및 인쇄회로 기판(40)의 후측으로는 반사판(50)을 형성하여 후부측으로 발산되는 광(光)을 전면으로 반시키는 역할과 함께 방열판으로서의 기능을 수행하도록 되어 있다.
상기한 돗트(dot)형 엘이디 모듈판(10)은 대략 격자형태의 사각판상으로서, 사각형상의 엘이디 장착 유니트(11)가 행과 열을 이루어 다수개가 매트릭스 형태로 설치되도록 격자형태의 복수개의 장착홀(13)을 가지며, 다수개의 엘이디(12)가 엘이디 장착 유니트(11)의 원형홀(11a)을 통해 인쇄회로 기판(40)에 돗트(dot)형태로 전기적으로 연결되는 구조로 되어 있다.
상기 장착홀(13)은 도시된 예에서는 대략 정사각 형태를 하고 있지만, 원형, 타원형이나, 또는 삼각형, 직사각형, 오각형, 마름모형 등의 다각형 등 다양한 형태를 할 수도 있다.
여기서, 다수개의 엘이디(12)가 띄엄띄엄 형성하더라도 조명색 변환용 형광판(20) 및 광확산판(21)을 통해 충분한 휘도를 발휘 할 수 있음으로 모든 엘이디 장착 유니트(11)에 엘이디(12)를 장착할 필요는 없다.
또한, 도시된 예에서는 다수개의 엘이디(12)를 엘이디 장착 유니트(11)의 원형홀(11a){원형홈, 타원형 또는 다각형홈(삼각, 사각, 오각형등)도 가능}을 통해 장착되는 구조를 나타내고 있으나, 다양한 형태의 엘이디 부착 구조가 가능하며, 엘이디(12)에 전기적으로 연결하는 인쇄회로 기판(40)도 돗트(dot)형 엘이디 모듈판(10)의 전후면에 실장되는 구조를 나타내고 있으나, 즉 매트릭스 형태의 돗트(dot)형 엘이디 모듈판(10)의 전후에 각각 "+" 및 "-" 격자형 전극판(41)(42)을 연결하는 구조로 해서 장착된 다수개의 엘이디(12)에 전원을 공급하도록 되어 있 다. 도시된 예에서는 "+" 및 "-" 격자형 전극판(41)(42)이 엘이디 모듈판(10)의 전후에 형성되는 인쇄회로 기판(40) 구조를 나타내고 있으나, 다양한 형태의 인쇄회로 기판 구조(단순히 "+" 및 "-" 전극의 전원 배선 연결 구조도 포함)도 가능하며 본 발명에서 그 구조 및 종류를 한정하는 것은 아니다.
한편, 상기한 돗트(dot)형 엘이디 모듈판(10)이 격자형태의 엘이디 장착 유니트(11)를 갖는 사각 판상으로 되어 있음으로, 다양한 크기의 정방형(正方形) 또는 장방형(長方形)의 조명등{투명 발광판(30)}에 부합되게끔 절단하여 사용할 수 있어 사용상의 편의성이 증대된다.
상기한 조명색 변환용 형광판(20) 또한 대략 사각판형상으로 다수개의 엘이디(12)가 장착된 돗트(dot)형 엘이디 모듈판(10)의 전방에 면방향으로 일정 거리 이격되어 하우징(60) 내에 부착 설치되어 있다. 따라서, 후술하는 바와 같이, 본 발명에 따른 엘이디(12)가 청색 LED, 보라색 LED, 자외선 LED, 백색 LED와 같이 미리 정해진 색조와는 무관하게 본 발명에 따른 적절한 조명색 변환용 형광판(20)을 하우징내에 끼우는 것만으로 발광색을 간단하고 용이하게 변환시킬 수가 있다.
한편, 아크릴, 유리 또는 PVC 등의 투명 소재로 이루어져 빛을 외부로 발광하는 투명 발광판(30)의 상면은 평활면으로 된 형태를 나타내고 있으나, 사출 조명광을 온화하게 하기 위한 빗살무늬 상면 또는 다수의 도트형 상면의 형태일 수 있다. 아울러, 필요하다면 상면 중앙에 개구를 갖는 형태일 수도 있고, 전방으로 돌출된 볼록한 형태로 하거나 평활면으로 하거나 또는 오목면으로 하거나, 또는 특정한 다른 형상일 수도 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 조명색 변환용 형광판(20) 및 광확산판(21)은 각각 시트(sheet)나 필름 형태로 제작된다.
즉, 조명색 변환용 형광판(20)은 매트릭스(matrix) 수지(20a) 중에 형광체(20b)와 안료(20c)가 균질하게 분산되어 있고, 광확산판(21)도 매트릭스(matrix) 수지(21a) 중에 광확산체(비드)(21b)와 안료(21c)가 균질하게 분산되어 있다.
여기서, 도시된 예에서는 조명색 변환용 형광판(20) 및 광확산판(21)이 분리된 두 개의 시트 또는 필름의 형태로 이루어져 있으나, 상술한 매트릭스 수지 중에 안료, 형광체 및 광확산체가 균질하게 분산된 하나의 시트 또는 필름의 형태로 이루어질 수 있음은 물론이다.
도 4로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 조명색 변환용 형광판(20) 및 광확산판(21)은, 발광 LED 자체는 건드리는 일 없이 독립적으로 평판형 엘이디 조명등에 적용되어 간단하고도 저렴하게 LED의 발광색을 청색, 보라색, 자외선으로부터 백색광 내지 황백색광으로 전환시킬 수가 있음과 아울러, 광학산판(21)의 광확산체(비드)(21b)에 의한 산란에 의해 조명색 변환용 형광판(20)의 형광체(20b)가 충분한 발광색 전환을 수행할 수 있게 하므로 형광체의 엄격히 균질한 분포가 특별히 문제가 되지 아니함과 동시에, 광원을 직접 바라볼 경우의 LED의 고휘도로 인한 눈 따가움이나 피로도를 현저히 경감 내지 완화시킬 수가 있다.
또한 필요하다면, 도시하지는 않았지만 상기한 광학산판(21)의 저면에, 예컨대, 500㎚ 이하의 파장의 광은 통과시키고 그 이상의 파장의 광은 반사시키는 굴절율 1.4∼1.6의 이색성 필터를 위치시킬 수도 있다. 상기한 이색성 필터는 형광체가 존재하는 쪽의 상면에 네오디움 또는 홀미늄과 같은 유전층을 형성함으로써 형광체에 의한 빛의 후방산란에 의한 LED 소자의 손상을 저감시킴으로써 발광 모듈의 안정화에 기여하여 LED 소자의 수명 증대를 도모할 수도 있다.
상기한 매트릭스 수지(20a)(21a)로서는 투명성과 내열성이 우수한 것들이 바람직하게 사용될 수 있으며, 투명성과 내열성이 양호한 것이라면 본 발명에 있어 특별한 제한은 없지만, 바람직한 내열성의 투명한 매트릭스 수지로서는 실리콘(silicon) 수지, 폴리메칠 펜텐(polymethyl pentene) 수지, 폴리에테르 설폰(polyether sulfon) 수지, 폴리에테르 이미드(polyether imide) 수지, 폴리아릴레이트(polyarylate) 수지, 또는 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacylate) 수지를 들 수 있으며, 이들 매트릭스 수지의 첨가량은 조성물 전 중량 기준으로 50∼99중량%, 바람직하게는 82∼97중량%의 범위이다.
이들 내열성의 투명한 매트릭스 수지의 함량이 조성물 전 중량 기준으로 50중량% 미만인 경우에는 투명성이 열등하게 되고, 산란에 의한 후광 효과로 인하여 휘도가 지나치게 저하될 우려가 있으며, 역으로 97중량%를 초과하는 경우에는 조명색 변화효과가 미흡하거나 고휘도로 인한 눈부심 현상의 완화 정도가 충분하지 못하게 될 우려가 있다.
상기한 수지 모두는 당업계에 내열성의 투명한 수지로서 공지된 것들이므로 이에 대한 부연은 생략하기로 한다.
한편, 본 발명에 적용 가능한 백색광으로의 조명색 변환용 형광체(20b)로서는, 청색 LED를 이용할 경우에는 당업계 공지의 YAG계 황색 형광체만을 이용할 수 도 있으나, 바람직하게는 녹색 형광체 및 적색 형광체를 사용하는 것이 3파장의 자연스러운 백색광을 얻을 수 있다는 점에서 바람직하며, 보라색 LED 또는 자외선 LED를 이용할 경우는 녹색 형광체 및 적색 형광체와 청색 형광체를 사용하는 것이 마찬가지의 이유로 바람직하다.
청색 LED와 YAG 황색 형광체를 사용할 경우 얻어지는 백색 LED는 Nichia 사가 개발한 (YGd)3Al5O12: Ce가 전형적이며 상기한 YAG 황색 형광체는 550∼560㎚에서 여기된다.
한편, 청색 LED(425㎚∼475㎚ 파장 영역)와 녹색 형광체 및 적색 형광체와 청색 형광체를 사용할 경우, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 당업계 공지의 다양한 것들이 사용될 수 있기는 하지만 430㎚-480㎚의 파장 영역에서 여기될 수 있는 적색 형광체의 예로서는 Y2O2S:Eu,Gd, Li2TiO3: Mn, LiAlO2: Mn, 6MgO·As2O5:Mn4+, 또는 3.5MgO·0.5MgF2·GeO2: Mn4+를 들 수 있으며, 515㎚-520㎚의 파장 영역에서 여기될 수 있는 녹색 형광체의 예로서는 ZnS:Cu,Al, Ca2MgSi2O7:Cl, Y3(GaxAl1-x)5O12: Ce(0<x<1), La2O3·11Al2O3: Mn, Ca8Mg(SiO4)4Cl2: Eu, Mn를 들 수 있다.
청색 LED와 적색 및 녹색 형광체 이용한 3 파장 백색 LED는 적색 및 녹색형광체 혼합물을 여기시켜 상기 청색 LED 칩의 청색광과 혼합되는 적색광 및 녹색광을 생성함으로써 3파장 백색광을 발광하게 된다.
또한, 상기한 청색 LED에 의해 여기될 수 있는 적색 및 녹색 형광체는 산화물 형태로서 안정성이 크고 연장된 수명을 갖는다.
본 발명에 있어서는 상기한 녹색 형광체와 적색 형광체를 적절한 비율로 혼합하여 직간접적으로 청색 LED 칩에 직접 코팅하여 3 파장 백색광을 얻는 것이 아니라, LED 와는 직접적인 관련이 없이 그에 별도의 부재(member)로서 장착하는 조명색 변환용 형광판(20) 필름이나 시트를 형성시키는 것에 의해 3 파장 백색광을 얻는 것임을 유의할 필요가 있다.
상기한 적색 및 녹색 형광체 중 적색 형광체는 발광 피크 파장이 약 659㎚일 경우에는 Li2TiO3:Mn이 바람직하며, 발광 피크 파장이 약 670㎚일 경우에는 LiAlO2:Mn이 바람직하고, 발광 피크 파장이 약 650㎚일 경우에는 6MgO·As2O5:Mn4+이 바람직하며, 발광 피크 파장이 약 650㎚일 경우에는 3.5MgO·0.5MgF2·GeO2:Mn4+이 바람직하다.
상기한 적색 및 녹색 형광체 중 녹색 형광체는 발광 피크 파장이 약 520㎚일 경우에는 La2O3·11Al2O3: Mn이 바람직하고, 발광 피크 파장이 약 516㎚일 경우에는 Y3(GaxAl1-x)5O12: Ce(0<x<1)이 바람직하며, 발광 피크 파장이 약 515㎚일 경우에는 Ca8Mg(SiO4)4Cl2: Eu, Mn이 바람직하다.
상기한 녹색 형광체와 적색 형광체는 다양한 비율로 혼합될 수 있으며 분홍 또는 청백색과 같은 중간색의 LED를 형성할 수도 있다. 한편, 상기한 청색 LED 칩은 InGaN형, SiC형 또는 ZnSe형일 수 있다.
한편, 보라색 LED 또는 자외선 LED의 경우에는 상기한 녹색 형광체와 적색 형광체 외에, 청색 형광체로서는 BaMgAl10O17 또는 (Sr,Ca,BaMg)10(PO4)6Cl2:Eu를 사용할 수 있다.
상기한 적색, 청색 및 녹색 형광체의 적절한 배합에 의해 백색광 또는 다양한 색상의 광이나 또는 색 온도가 상이한 다양한 광을 얻을 수가 있다.
얻어지는 백색광은 적색, 청색 및 녹색 형광체의 적절한 배합에 의해 수요자의 요구에 따라 3200∼7500K 범위 내에서 적절히 조절될 수 있음은 물론이다.
상기한 적색 형광체, 청색 형광체, 녹색 형광체, 또는 이들의 조합물의 함량은 전 조성물 중량 기준으로 0.8∼30중량%, 바람직하게는 2.0∼15중량%이며, 청색 LED에 대하여 적색 형광체와 녹색 형광체를 사용할 경우 그 중량 비율은 1: 0.2∼1.2의 비율, 바람직하게는 1:0.3∼0.8의 비율이며, 보라색 LED 또는 자외선 LED에 대하여 적색 형광체, 청색 형광체 및, 녹색 형광체를 사용할 경우의 그 중량 비율도 1: 0.2∼1.2: 0.2∼1.2의 비율, 바람직하게는 1:0.3∼0.8:0.3∼0.8의 비율이다.
상기한 형광체의 함량이 전 조성물 중량 기준으로 0.8중량% 미만인 경우에는 만족스러운 백색광이 얻어지지 않을 우려가 있으며 역으로 30중량%를 초과하면 휘도가 지나치게 저하될 우려가 있으므로 바람직하지 못하다.
한편, 첨가되는 광확산체(21b)의 예로써는, 실리콘 수지(silicon resin: 굴절율 1.43), 폴리아크릴레이트(polyacrylate: 굴절율 1.49), 폴리우레탄(polyurethane: 굴절율 1.51), 폴리에틸렌(polyethylene: 굴절율 1.54), 폴리프로필렌(polypropylene: 굴절율 1.46), 나일론(Nylon: 굴절율 1.54), 폴리스티렌(polystyrene: 굴절율 1.59), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate: 굴절율 1.49), 폴리카보네이트(polycarbonate: 굴절율 1.59) 등의 호모 중합체나 이들의 단량체의 공중합체 등과 같은 유기계 광확산제와; 실리카(silica: 굴절율 1.47), 알루미나(alumina: 굴절율 1.50∼1.56), 글래스(glass: 굴절율 1.51), 탄산칼슘(CaCO3: 굴절율 1.51), 탈크(talc: 굴절율 1.56), 마이카(mica: 굴절율 1.56), 황산바륨(BaSO4: 굴절율 1.63), 산화아연(ZnO: 굴절율 2.03), 산화세슘(CeO2: 굴절율 2.15), 이산화티탄(TiO2: 굴절율 2.50∼2.71), 산화철(2.90) 등의 무기계 광확산제, 또는 이들의 임의의 혼합물을 들 수 있으나, 바람직한 것은 유기계 광확산제이며, 가장 바람직한 것은 높은 투명성 측면에서 폴리메틸메타크릴레이트이고, 매트릭스 수지와 같은 종류를 첨가하지 않는 것이 의도하는 적절한 광확산에 의한 형광체의 충분한 여기를 담보한다는 측면에서 필요하다.
상기한 광확산체(21b)는 평균 입경 0.2∼30㎛, 바람직하게는 0.5∼5㎛, 특정하게는 1.0∼3.5㎛인 것이 사용되며, 그 첨가량은 조성물 전 중량 기준으로 0.2∼20중량%, 바람직하게는 0.5∼10중량%, 특정하게는 1.0∼3.0중량%이다.
광확산체(21b)의 평균 입경이 0.2㎛ 미만일 경우에는 투명성이나 투광성이 열등하게 될 우려가 있어 바람직하지 아니하며 역으로 30㎛를 초과하는 경우에는 형광체의 여기가 불충분하거나 균일하지 못하게 될 우려가 있어 마찬가지로 바람직하지 못하다.
상기한 광확산체(21b)의 전 조성물에 대한 첨가량이 0.2 중량% 미만에서는 형광체의 여기가 불충분하거나 균일하지 못하게 될 우려가 있어 바람직하지 못하며, 역으로 20중량%를 초과하면 투명성이나 투광성이 열등하게 될 우려가 있어 바람직하지 아니하다.
또한 드물게는 조명색과 같은 기호도에 따라 무기 또는 유기 안료를 0.1∼ 3.0중량%, 바람직하게는 0.1∼1.0중량% 포함시킬 수도 있으며, 투명성 측면을 고려하면 유기 안료가 바람직하며, 이러한 안료의 예로서는 니트로계 안료, 아조계 안료, 인단트렌계 안료, 티오인디고계 안료, 페릴렌계 안료, 디옥사진계 안료, 퀴나트리돈계 안료, 프탈로시아닌계 안료, 퀴노프탈론계 안료 공지된 다양한 종류를 사용할 수 있다. 예컨대, 따뜻한 느낌을 주는 황색 안료의 경우로서는 모노아조, 디아조, 나프탈아조벤젠, 황벽, 황련 또는 이들의 임의의 혼합 안료를 들 수 있으나, 이는 어디까지나 본 발명에 있어서 선택적이다.
도 5a 내지 도 5c는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 엘이디 장착 유니트의 예를 나타내는 개략적인 측단면도들이다.
여기서, 도 3에 도시된 매트릭스 타입의 엘이디 모듈판을 갖는 큰 사각형태의 평판형 엘이디 조명등이 아니라, 큰 사각 형상의 돗트형 엘이디 모듈판을 단일의 엘이디 유니트 단위, 막대형의 다수개의 엘이디 유니트 단위, 또는 약간 작은 사각 형태의 정방형(正方形) 또는 장방형(長方形)의 다수개의 엘이디 유니트 단위로 절단하여, 다양한 크기 및 다양한 형태의 조명등에 부합되게끔 절단하여 사용할 수 있다. 이 경우, 조명색 변환용 형광판, 광확산판 및 반사판도 함께 바로 절단되어 평판형 엘이디 조명등으로 바로 적용할 수 있어 사용상의 편의성이 매우 증대되는 큰 장점이 있다.
먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 평판형 엘이디 조명등(100)은, 엘이디 칩(112)이 장착홀(113)내에서 "+" 전극판(141) 및 "-" 전극판(142)에 각각 전기적으로 접속되어 배선되며, 그 전면으로 조명색 변환용 형 광판(120) 및 광확산판(121)이 순차 형성되어 막대형, 정방형(正方形) 또는 장방형(長方形)의 단일 또는 다수개의 엘이디 유니트 단위로 절단하여 평판형 엘이디 조명등으로 사용될 수 있다.
여기서, "-" 전극판(142) 후측으로 반사판(150)이 형성되어 있으나, 이러한 반사판(150)을 "-" 전극판으로 대체 가능하다. 이 경우, 엘이디 칩(112)이 보다 안정적으로 반사판(150)의 전면에 안착되는 장점이 있다.
물론, 도시된 예에서는 인쇄회로기판(전극판)으로서의 "+" 전극판(141) 및 "-" 전극판(142)이 엘이디 모듈판(110)의 전후로 분리된 형태를 하고 있으나, 두 개의 전극판이 모두 엘이디 모듈판(110)의 전면이나 후면에 함께 배치될 수도 있다.
이어서, 도 5b에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 평판형 엘이디 조명등(200)에서는, 엘이디 칩(212)이 "+" 전극판(141) 및 "-" 전극판(142)에 각각 안정적으로 전기적으로 접속하기 위해 돗트형 엘이디 모듈판(210)의 각 장착홀(213)에 대응하는 내측 일단부에 배치하여 배선되는 점을 제외하고는 도 5a의 그것과 실질적으로 동일하다.
마직막으로, 도 5c에 도시된 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 평판형 엘이디 조명등(300)에서는, 엘이디 칩(312)이 "+" 전극판(341) 및 "-" 전극판(342)에 각각 안정적으로 전기적으로 접속하기 위해 돗트형 엘이디 모듈판(310)의 각 장착홀(313)에 대응하는 내측 일단부에 배치하여 배선되는 점과 함께 각 장착홀(313)에 대각 형태로 추가 반사판(360)을 "-" 전극판(242)에 연장형성한 점을 제외하고는 도 5b의 그것과 실질적으로 동일하다.
지금까지 본 발명에 따른 바람직한 구체예를 들어 본 발명을 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 예증하기 위한 것일 뿐 본 발명을 제한하려는 것은 아니며, 당업자라면 본 발명의 영역으로부터 일탈하는 일 없이도 다양한 변화 및 수정이 가능함은 물론이나 이 또한 본 발명의 영역 내임을 유의하여야만 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 평판형 엘이디 조명등의 개략적인 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 평판형 엘이디 조명등의 엘이디 모듈판의 확대도이다.
도 3은 본 발명에 따른 평판형 엘이디 조명등의 개략적인 결합 단면도이다.
도 4는 도 1에 적용된 조명색 변환용 형광판 및 광확산판 시트 또는 필름의 확대 모식도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 돗트(dot)형 엘이디 모듈판 11: 엘이디 장착 유니트
11a: 원형홀 12: 엘이디(LED)
20: 조명색 변환용 형관판 20a, 21a: 매트릭스(matrix) 수지
20b: 조명색 변환용 형광체 20c, 21c: 안료
21b: 광확산체 30: 투명 발광판
40: 인쇄회로기판 50: 반사판
60: 사각 하우징
Claims (15)
- 다수개의 엘이디 장착 유니트가 행과 열을 이루어 매트릭스 형태로 설치되도록 복수개의 장착 홀을 갖는 돗트(dot)형 엘이디 모듈판과,상기 엘이디 장착 유니트에 장착되어 설치되며 전원에 전기적으로 연결되는 복수개의 엘이디 또는 엘이디 칩과,상기 돗트형 엘이디 모듈판에 설치되는 상기 복수개의 엘이디 또는 엘이디 칩으로부터 발광되는 발광색을 변환하는 조명색 변환용 형광판과,상기 조명색 변환용 형광판에서 변환되어 방출되는 광을 외부로 발광하기 위한 투명 발광판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 평판형 엘이디 조명등.
- 제 1 항에 있어서,상기 돗트(dot)형 엘이디 모듈판은 적어도 하나의 엘이디 유니트 단위로 절단되어 평판형 엘이디 조명등을 이루는 것을 특징으로 하는 평판형 엘이디 조명등.
- 제 1 항에 있어서,상기 조명색 변환용 형광판과 상기 엘이디 모듈판 사이 또는 상기 투명 발광판과 상기 조명색 변환용 형광판 사이에는 광확산판이 개재되어 산란에 의해 상기 조명색 변환용 형광판이 발광색 전환이 수행되는 것을 특징으로 하는 평판형 엘이디 조명등.
- 제 2 항에 있어서,상기 엘이디 또는 엘이디 칩은 상기 엘이디 모듈판의 전후에 각각 형성되는 "+" 및 "-" 격자형 전극판에 배선되어 상기 전원에 연결되는 것을 특징으로 하는 평판형 엘이디 조명등.
- 제 4 항에 있어서,상기 각 엘이디 장착 유니트는 상기 돗트(dot)형 엘이디 모듈판의 각 장착홀에 대응하는 내측 일단부에 형성되는 것을 특징으로 하는 평판형 엘이디 조명등.
- 제 1 항에 있어서,상기 돗트(dot)형 엘이디 모듈판의 각 장착홀은 그 단면 형상이 원형, 타원형 또는 다각형인 것을 특징으로 하는 평판형 엘이디 조명등.
- 제 3 항에 있어서,상기 엘이디 모듈판의 후부로는 반사판이 형성되는 것을 특징으로 하는 평판형 엘이디 조명등.
- 제 7 항에 있어서,상기 반사판이 상기 전원에 전기적으로 연결되는 전극판 또는 방열판인 것을 특징으로 하는 평판형 엘이디 조명등.
- 제 3 항에 있어서,상기 조명색 변환용 형광판은 매트릭스(matrix) 수지 중에 형광체와 안료가 균질하게 분산되어 있고, 상기 광확산판도 매트릭스(matrix) 수지 중에 광확산체와 안료가 균질하게 분산되는 것을 특징으로 하는 평판형 엘이디 조명등.
- 제 3 항에 있어서,상기 조명색 변환용 형광판 및 광확산판이 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 평판형 엘이디 조명등.
- 제 9 항에 있어서,상기 매트릭스 수지는 열성 투명 매트릭스 (matrix)인 것을 특징으로 하는 평판형 엘이디 조명등.
- 제 9 항에 있어서,상기 조명색 변환용 형광체가 황색 형광체로서 청색 LED의 백색 LED로의 전환을 위한 것을 특징으로 하는 평판형 엘이디 조명등.
- 제 9 항에 있어서,상기 조명색 변환용 형광체가 적색 형광체와 녹색 형광체로서 청색 LED의 백색 LED로의 전환을 위한 것을 특징으로 하는 평판형 엘이디 조명등.
- 제 9 항에 있어서,상기 조명색 변환용 형광체가 적색 형광체와 녹색 형광체와 청색 형광체로서 보라색 LED 또는 자외선 LED의 백색 LED로의 전환을 위한 것을 특징으로 하는 평판형 엘이디 조명등.
- 제 1 항에 있어서,상기 투명 발광판과 상기 조명색 변환용 형광판이 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 평판형 엘이디 조명등.
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