KR101066009B1 - 백색광 엘이디를 이용한 조명기구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 백색광 엘이디를 이용한 조명기구에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 백색광 엘이디를 사용하는 조명기구에서는 출력되지 않지만, 자연광에서 사람의 시신경이 시각 활동을 하는 데에 필요로 하는 필수적인 파장의 광을 부가적으로 출력함으로써, 연색성과 선명도를 향상시킬 수 있는 조명기구에 관한 것이다.
본 발명은, 백색광 엘이디를 사용하는 엘이디 조명기구에 있어서,
주된 광원으로서 440nm 파장과 460nm 파장 사이에 제1 피크치를 가지고 520nm 파장과 600nm 파장 사이에 제2 피크치를 가지는 광을 방출하는 백색광 엘이디들(1);
보조 광원으로서 선명도 향상을 위하여, 492nm 파장과 497nm 파장 사이에 제3 피크치를 가지는 광을 방출하는 제1 엘이디들(2);
보조 광원으로서 연색성 개선을 위하여, 610nm 파장과 619nm 파장 사이에 제4 피크치를 가지는 광을 방출하는 제2 엘이디들(3);
상기 백색광 엘이디들(1)과, 제1 엘이디들(2)과, 상기 제2 엘이디들(3)이 배치되는 기판(4);
상기 백색광 엘이디들(1)과, 제1 엘이디들(2)과, 제2 엘이디들(3)을 구동하는 구동장치(12);
상기 기판(4)과 구동장치(12) 사이를 연결하는 배선(6, 7)을 포함하는 것을 특징으로한다.

Description

백색광 엘이디를 이용한 조명기구{Lighting Apparatus Using White Light LED}

본 발명은 백색광 엘이디를 이용한 조명기구에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 백색광 엘이디를 사용하는 조명기구에서는 출력되지 않지만, 자연광에서 사람의 시신경이 시각 활동을 하는 데에 필요로 하는 필수적인 파장의 광을 부가적으로 출력함으로써, 연색성과 선명도를 향상시킬 수 있는 조명기구에 관한 것이다.

공공시설이나 가정의 주된 조명장치로서 삼파장등을 이용한 조명기구가 많이 사용되고 있고, 최근에는 삼파장등에 비하여 소비전력이 거의 1/2 수준에 불과한 LED를 이용하는 조명장치가 많이 개발되어 사용되고 있다.

한편, 자연광(태양광)은 380-780nm 파장의 전대역에 걸쳐서 고르게 방출되고 인간의 시각 활동이 이 자연광에 적응하여 왔기 때문에, 이 자연광이 비추는 사물을 보면 인간은 편안한 느낌을 받게 되고, 시력 역시 보호가 되게 된다.

또한, 자연광하에서의 색깔과 동일하게 보이는 정도인 연색성을 개선하여, 자연광하에서의 색깔과 동일하게 보이게 하는 것이 중요하다.

그래서, 종래의 LED 이용 조명장치에서는, 자연광에 근접하도록 다양한 파장의 LED를 조합하여 연색성을 개선하려고 시도하고 있으나, 각 파장의 LED를 제조하는 것이 단가면에서나 제조공정상의 수율 문제 등으로 어렵기 때문에, 최근에는 제조단가나 수율면에서 유리한 백색(광) LED를 다수 개 사용하여 조명장치를 구성하는 것이 일반적인데, 이러한 백색(광) LED는 주로 청색 LED에 노란색 형광체를 결합하여 제조한다.

그런데, 백색광 LED는 도1과 같은 스펙트럼 분포를 가지고 있어서, 일반적으로 440-460nm 파장에서의 제1 피크치와 520-600nm 파장에서의 제2 피크치를 가지는 광을 방출한다.

그러나, 이러한 백색광 LED는, 자연광에는 존재하지만 백색광 LED에서는 방출되지 않는 파장이 많아서 연색성이 나쁘게 된다(연색성 지수인 CRI가 65-75 수준).

본 발명은 상기와 같은 백색광 LED를 이용하는 조명기구의 문제점을 감안하여, 저가의 백색광 LED를 주된 광원으로 사용하면서, 연색성과 선명도를 개선할 수 있는 조명기구를 제공한다.

이상과 같은 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위하여, 발명의 일실시예에서는, 백색광 엘이디를 사용하는 엘이디 조명기구에 있어서,

주된 광원으로서 440nm 파장과 460nm 파장 사이에 제1 피크치를 가지고 520nm 파장과 600nm 파장 사이에 제2 피크치를 가지는 광을 방출하는 백색광 엘이디들(1);

보조 광원으로서 선명도 향상을 위하여, 492nm 파장과 497nm 파장 사이에 제3 피크치를 가지는 광을 방출하는 제1 엘이디들(2);

보조 광원으로서 연색성 개선을 위하여, 610nm 파장과 619nm 파장 사이에 제4 피크치를 가지는 광을 방출하는 제2 엘이디들(3);

상기 백색광 엘이디들(1)과, 제1 엘이디들(2)과, 상기 제2 엘이디들(3)이 배치되는 기판(4);

상기 백색광 엘이디들(1)과, 제1 엘이디들(2)과, 제2 엘이디들(3)을 구동하는 구동장치(12);

상기 기판(4)과 구동장치(12) 사이를 연결하는 배선(6, 7)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명의 다른 실시예에서는, 백색광 엘이디를 사용하는 엘이디 램프에 있어서,

교류 전원을 공급받는 외부 소켓(21);

상기 엘이디 램프의 하단에 배치되고, 주된 광원으로서 440nm 파장과 460nm 파장 사이에 제1 피크치를 가지고 520nm 파장과 600nm 파장 사이에 제2 피크치를 가지는 광을 방출하는 백색광 엘이디들(23);

상기 엘이디 램프의 하단에 배치되고, 보조광원으로서 선명도 향상을 위하여, 492nm 파장과 497nm 파장 사이에 제3 피크치를 가지는 광을 방출하는 제1 엘이디들(24);

상기 엘이디 램프의 하단에 배치되고, 보조광원으로서 연색성 개선을 위하여 610nm 파장과 619nm 파장 사이에 제4 피크치를 가지는 광을 방출하는 제2 엘이디들(25);

상기 백색광 엘이디들(23)과, 제1 엘이디들(24)과, 제2 엘이디들(25)을 구동하는 구동장치(27);

상기 백색광 엘이디들(23)과 제1 엘이디들(24)과 제2 엘이디들(25)의 단자들 및 상기 구동장치(27)가 배치되고, 상기 외부 소켓(21)으로부터 교류 전원을 공급받는 기판(26)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같은 본 발명을 이용하면 백색광 엘이디를 사용하는 조명기구에서는 출력되지 않지만, 자연광에서 사람의 시신경이 시각 활동을 하는 데에 필요로 하는 필수적인 파장의 광을 부가적으로 출력함으로써, 연색성과 선명도를 향상시킬 수 있는 조명기구를 제공하는 것이 가능해진다.

도1은 백색광 LED의 파장 분포를 도시함
도2는 백색광 LED의 파장 분포를 시뮬레이션한 경우를 도시함
도3, 4는 백색광 LED에, 492-500nm 파장의 엘이디들과, 610-625nm 파장의 엘이디들을 추가한 경우에, 연색성 시뮬레이터로 시뮬레이션한 파장 분포를 도시함
도5는 본 발명이 적용된 백색광 LED를 사용하는 스텐드
도6은 본 발명을 스텐드에 적용하기 위한 기판의 구조를 도시함
도7은 도6의 기판을 스텐드 갓에 끼워서 고정하는 구조를 설명하는 도면
도8은 본 발명이 적용되었을 때의 파장 분포를 도시함
도9는 본 발명이 적용된 백열 전구형 LED램프의 사시도
도10은 본 발명이 적용된 백열 전구형 LED램프의 측면도

위에서 설명한 바와 같이, 도1과 같은 스펙트럼 분포를 가지는 백색광 LED의 연색성을 개선하기 위하여, 다양한 파장의 엘이디를 이용하는 것은 각각의 파장용 LED를 제조하는 것도 어렵고 제조 단가나 수율 면에서 불리하기 때문에, 저가이고 제조 공정이 단순하여 수율 및 단가 면에서 우수한 백색광 LED를 주된 광원으로 사용하면서, 연색성에 크게 영향을 미치는 특수한 파장만의 LED를 보조광원으로 사용하여 전체적으로 연색성을 개선하는 것이 바람직하다.

한편, 조명기구 분야에서 연색성과 함께 중요한 것이 선명도인데, 바람직한 조명장치가 되려면, 연색성 향상과 함께 선명도도 개선되어야 한다.

그런데, 본 발명의 발명자의 연구에 의하면, 백색광 LED에 610-625nm 파장을 추가하면 연색성지수(CRI)가 향상된다는 실험 결과를 얻었으며, 특히 백색광 LED를 이용하는 조명기구에서 간상세포의 감도가 높은 부분인 492-500nm 파장을 추가하면, 연색성지수(CRI)가 거의 92 이상으로 개선되고(도3, 4에서는 CRI 시뮬레이션 값이 94.96 과 96.57 이 되는 것으로 도시되어 있음), 시각 세포가 전체적으로 활동력을 높여서 선명도가 개선된다는 결론을 얻었다.

도2를 자세히 설명하면, 이 그래프들은 CRI 시뮬레이터에서 시뮬레이션한 화면을 캡처한 것인데, 첫 번째 도면에서 상단 그래프가 백색광 LED에서 방출되는 파장의 파장 분포를 파장별 칼라로 표시한 것이고, 하단 그래프는 파장 분포를 빨간색으로 표시한 것으로 도1에서의 그래프와 유사한 파장 분포를 가진다는 것을 알 수 있다.

도3에서는 하단 그래프와 같이, 백색광 LED의 파장 분포(청색선)에 492-500nm 파장에 피크치를 가지는 LED(빨간색선)와, 610-625nm 파장에 피크치를 가지는 LED(녹색선)를 부가하는 경우에는 연색성지수인 CRI(Ra)가 94.96 이 나오는 것으로 시뮬레이션 되었다.

그리고, 도4에서는 도3과 달리, 610-625nm 파장에 피크치를 가지는 LED(녹색)를 좀 더 사용하는 경우에는 연색성지수인 CRI(Ra)가 96.57 이 나오는 것으로 시뮬레이션 되었다.

여기서, 492-500nm 파장이 적게 방출되는 조명기구에서는 선명도를 개선하기 위해서는 보다 높은 밝기로 조도를 올려야 하는데, 이는 더 높은 소비전력을 요구하므로, 492-500nm 파장을 적당량 방출하는 조명기구는 보다 적은 소비전력으로 높은 조도의 경우와 동일한 선명도를 달성할 수 있다는 점에서 본 발명에서 핵심적인 파장이다.

따라서, 본 발명의 LED 조명기구에서는 주된 광원으로서 백색광LED를 사용하고, 보조 광원으로서 492-500nm 파장에 피크치를 가지는 LED와 610-625nm 파장에 피크치를 가지는 LED를 부가하여 사용하게 된다.

여기서, 본 발명에 따른 LED 조명기구는, 이동형 등기구(예 : 공부방에 많이 사용하는 형광등형 스텐드나, 구미에서 많이 사용하는 백열전구형 풀로어 스텐드)와, 고정형 등기구(예 : 방등 및 거실등으로 많이 사용하는 형광등형 사각등/원형등)을 포함한다.

이제, 본 발명을 형광등형 스텐드에 적용하는 경우를 도5 내지 도7을 참고로 하여 설명하기로 한다.

먼저, 도5는 본 발명에 따른 형광등형 스텐드의 외형을 도시한 것인데, 갓 부분(8)의 내부에는 도6과 같은 기판(4)이 배치되고, 이 기판(4) 에는 백색광LED들(1)과 492-500nm 파장의 LED들(2)과 610-625nm 파장의 LED들(3)이 적절히 배치된다. 이때, 이러한 LED(1, 2, 3)는 교대로 배치하거나 행 단위로 배치하는 등의 다양한 형태가 가능하고(도6에서는 중앙에 백색광LED(1)이 배치되고, 492-500nm 파장의 LED들(2)과 610-625nm 파장의 LED들(3)이 주변에 상하 1개 행에 배치됨), 엘이디(2, 3)의 개수는 전체 백색광 LED(1)의 광의 세기와, 각 엘이디(2, 3)의 광의 세기를 고려하여 적정한 개수를 사용한다.

그리고, 기판(4)의 배면에는 LED(1, 2, 3)를 구동하기 위한 전원을 공급하는 기판 배선(미도시)이 형성되어 있고, 기판 배선은 기판 배선 연결부(5)에서 도선(6, 7)에 연결된다.

다음으로, 이 기판(4)을 스텐드 갓(8)에 나사를 이용하여 고정하거나, 도7에서와 같이 스텐드 갓(8)에 설치된 탄성 걸림 구조(9)에 기판(4)을 끼워서 고정을 하면, 본 발명을 위한 스텐드 갓(8)이 형성이 되고, 이 스텐드 갓(8)을 도5에서와 같이 연장부재(10)(내부에 도선(6, 7)이 통과함)와 받침대(11)와 결합시키면 본 발명의 시력 보호 스텐드가 형성된다.

이때, 받침대(11)의 내부에는 엘이디(1, 2, 3)용 구동장치(12)가 배치되어 있어서, 이 구동 장치(12)의 출력은 배선(6, 7)에 연결된다.

이제, 사용자가 스위치(13)를 온시켜서 가정용 교류 전원을 본체 내부의 구동장치(12)에 인가하면, 구동장치(12)의 출력은 배선(6, 7)에 의해 엘이디(1, 2, 3)에 공급된다.

즉, 사용자가 스위치(13)을 온시키면, 엘이디(1, 2, 3)가 모두 점등되어, 백색광 LED들(1)에서는 도1과 같은 파장 분포를 가지는 광을 방출하고, LED들(2)에서는 492-500nm 파장의 광을 방출하며, LED들(3)에서는 610-625nm 파장의 광을 방출하여, 전체적으로 도8과 같은 파장 분포를 가지는 백색광 LED를 이용한 조명장치가 완성되게 된다.

그리고, 도5의 스탠드 갓(8)에 눈부심 방지 필터를 추가적으로 설치하면 눈부심이 방지될 수 있다.

또한, 이상에서는 이동형 등기구의 예로서 탁상용 스텐드를 대상으로 설명하였으나, 이러한 기판이 고정형 등기구인 거실이나 방에 설치되는 매입형 사각등/원형등, 실외 거리의 가로등/보안등에 설치되는 경우도 가능하다.

다음으로, 본 발명의 원리를 백열전구형 소켓을 가진 조명기구에 적용하기 위한 백열전구형 LED 조명기구에 대해 도9, 10을 참고로 하여 설명하기로 한다.

본 발명의 백열전구형 LED 조명기구는 도9, 10과 같은 형태의 LED램프(하단에 투명 또는 반투명의 보호캡이 설치되는 경우가 많음)를 기존의 백열전구형 조명기구에 나선 결합하여 체결하므로, 이하에서는 본 발명을 위한 LED램프에 대해서만 구체적으로 설명하기로 한다.

LED램프(20)는 금속성의 외부 소켓(21)에 의해, 백열전구형 조명기구의 백열전구용 소켓(결합 구조)에 나선 결합되어 교류전원(220V)에 연결하게 된다.

그리고, LED램프(20)의 하단(22)에는 다수의 엘이디(23, 24, 25)가 배치되고,

도 9에서는 백색광 LED(23)가 중심부에 배치되고, 주변부에는 492-500nm 파장의 LED들(24)과 610-625nm 파장의 LED들(25)이 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 필요에 따라 다양하게 배치하면 된다.

또한, 도10에서와 같이 LED램프(20)의 내부의 기판(26)에는 엘이디(23, 24, 25)를 구동하는 구동장치(27)가 존재하여 교류 전원이 이 외부 소켓(21)을 통해 구동장치(27)에 공급되고, LED들(1, 2, 3)의 단자가 연결된다.

이때, 각 엘이디들(23, 24, 25)의 광의 세기와 개수는 사용되는 LED램프(20)의 와트수와, 개선하고자 하는 연색성과 선명도를 고려하여 적절히 정한다.

이제, 도9, 10과 같은 LED램프(20)의 외부 소켓(21)을 이용하여 백열전구용 조명기구(미도시)의 소켓에 LED램프(20)를 돌려서 끼워서 설치한 후에, 사용자가 전원을 온시키면, 교류전원이 구동장치(27)에 공급되어 엘이디들(23, 24, 25)이 모두 점등되어, 백색광 LED들(23)은 도1과 같은 파장 분포를 가지는 광을 방출하고, LED들(24)은 492-500nm 파장의 광을 방출하며, LED들(25)은 610-625nm 파장의 광을 방출하여, 전체적으로 도8과 같은 파장 분포를 가지는 백색광 LED 조명장치용 LED 램프가 완성되게 된다.

또한, 도9, 10에서의 본 발명의 LED램프(20)에서는 엘이디(23, 24, 25)가 LED램프(20)의 하단에 밀착되게 부착되는 것으로 도시되어 있으나, 엘이디(23, 24, 25)의 적어도 일부분이 상기 하단에서 연장되어 돌출되는 지지구조의 끝부분 각각에 1개씩 설치되게 하는 것도 가능하고, 상기 각각의 지지구조의 외주면에 적어도 1개의 엘이디(23, 24, 25)가 설치되는 것도 가능하며, LED램프(20)의 측면 외주면에 설치되는 것도 가능하다.

한편, 이상에서는 엘이디 램프의 예로서 백열 전구형 램프를 대상으로 설명하였으나, 본 발명에 따른 엘이디 조합의 기판을 형광등형 LED램프, 할로겐 전구 대체용 LED 램프, PAR 타입 램프 대체형 엘이디 램프 등에 적용되는 경우도 가능하다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것에 유의해야 한다.

Claims (5)

1. 백색광 엘이디를 사용하는 엘이디 조명기구에 있어서,
   주된 광원으로서 440nm 파장과 460nm 파장 사이에 제1 피크치를 가지고 520nm 파장과 600nm 파장 사이에 제2 피크치를 가지는 광을 방출하는 백색광 엘이디들(1);
   보조 광원으로서 선명도 향상을 위하여, 492nm 파장과 497nm 파장 사이에 제3 피크치를 가지는 광을 방출하는 제1 엘이디들(2);
   보조 광원으로서 연색성 개선을 위하여, 610nm 파장과 619nm 파장 사이에 제4 피크치를 가지는 광을 방출하는 제2 엘이디들(3);
   상기 백색광 엘이디들(1)과, 제1 엘이디들(2)과, 상기 제2 엘이디들(3)이 배치되는 기판(4);
   상기 백색광 엘이디들(1)과, 제1 엘이디들(2)과, 제2 엘이디들(3)을 구동하는 구동장치(12);
   상기 기판(4)과 구동장치(12) 사이를 연결하는 배선(6, 7)을 포함하는 것을 특징으로 하는 백색광 엘이디를 사용하는 엘이디 조명기구.
2. 제1항에 있어서,
   상기 조명기구가 이동형 등기구인 것을 특징으로 하는 백색광 엘이디를 사용하는 엘이디 조명기구.
3. 제2항에 있어서,
   상기 조명기구에는 눈부심 방지 필터가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 백색광 엘이디를 사용하는 엘이디 조명기구.
4. 제1항에 있어서,
   상기 조명기구가 고정형 등기구인 것을 특징으로 하는 백색광 엘이디를 사용하는 엘이디 조명기구.
5. 백색광 엘이디를 사용하는 엘이디 램프에 있어서,
   교류 전원을 공급받는 외부 소켓(21);
   상기 엘이디 램프의 하단에 배치되고, 주된 광원으로서 440nm 파장과 460nm 파장 사이에 제1 피크치를 가지고 520nm 파장과 600nm 파장 사이에 제2 피크치를 가지는 광을 방출하는 백색광 엘이디들(23);
   상기 엘이디 램프의 하단에 배치되고, 보조광원으로서 선명도 향상을 위하여, 492nm 파장과 497nm 파장 사이에 제3 피크치를 가지는 광을 방출하는 제1 엘이디들(24);
   상기 엘이디 램프의 하단에 배치되고, 보조광원으로서 연색성 개선을 위하여 610nm 파장과 619nm 파장 사이에 제4 피크치를 가지는 광을 방출하는 제2 엘이디들(25);
   상기 백색광 엘이디들(23)과, 제1 엘이디들(24)과, 제2 엘이디들(25)을 구동하는 구동장치(27);
   상기 백색광 엘이디들(23)과 제1 엘이디들(24)과 제2 엘이디들(25)의 단자들 및 상기 구동장치(27)가 배치되고, 상기 외부 소켓(21)으로부터 교류 전원을 공급받는 기판(26)을 포함하는 것을 특징으로 하는 백색광 엘이디를 사용하는 엘이디 램프.

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