KR101125861B1 - 컬러필터의 제조방법, 이로부터 제조되는 컬러필터, 및 이를 이용한 발광다이오드 조명장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 컬러필터 제조방법은 (a) 우레탄 아크릴레이트 올리고머 97~99.8 중량% 및 광중합 개시제 0.2~3 중량%를 포함하는 광중합 조성물에 자외선을 500~5000 mJ/㎠의 조사량으로 조사하여 경화시키는 단계; 및 (b) 경화된 광중합 조성물을 열처리하는 단계;을 포함하고, 상기 우레탄 아크릴레이트 올리고머는 주쇄에 우레탄 결합을 포함하며 2 내지 12개의 아크릴 관능기수를 갖는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 컬러필터는 500 ㎚ 이상의 녹색 분광 특성을 가진 빛은 투과시키고, 500 ㎚ 미만의 파장을 갖는 빛을 특이적으로 차단할 수 있는 하이패스 필터(Hi-pass Filter) 기능을 가지므로, 발광다이오드 조명장치에 본 발명에 따른 컬러필터를 이용하는 경우 녹색 부근 광량의 감소가 일어나지 않아 전체 조명 램프의 밝기 감소를 최소화시킬 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 컬러필터를 이용한 발광다이오드 조명장치는 전력효율을 최대로 유지하면서 온백색 빛을 구현하거나, 주광색 LED와 적색 LED만을 가지고도 주광색 빛, 주백색 빛, 및 온백색 빛을 가변적으로 구현할 수 있으며, 특히 온백색 빛 구현시 연색성 저하 문제가 거의 발생하지 않으므로 85 이상의 연색지수를 유지할 수 있다.

컬러필터, 발광다이오드, 조명장치, LED, 우레탄 아크릴레이트, 온백색

Description

컬러필터의 제조방법, 이로부터 제조되는 컬러필터, 및 이를 이용한 발광다이오드 조명장치{Manufacturing method of color filter, and LED lighting fixture}

본 발명은 컬러필터의 제조방법, 이로부터 제조되는 컬러필터, 및 이를 이용한 발광다이오드 조명장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 500 ㎚ 이상의 녹색 분광 특성을 가진 빛은 투과시키고, 500 ㎚ 미만의 파장을 갖는 빛을 특이적으로 차단할 수 컬러필터의 제조방법 및 그 컬러필터를 이용한 발광다이오드 조명장치에 관한 것이다.

일반적으로 발광다이오드(Light emitting diode, 이하 LED라 함) 조명장치는 백색광을 방출하는 LED에서 나오는 빛에 의해 조명광의 색온도/연색성/전력효율(㏐/W로 나타내며, ㏐/W는 1W 당 방출하는 광량의 단위임)등이 결정된다. 통상적으로 조명에 사용되는 LED는 5,000K 에서 8,000K 사이의 색온도(어떤 물체가 빛을 띄고 있을 때, 이 빛과 같은 빛을 띄는 흑체의 온도를 가리킴, color temperature)를 가지는 빛을 방출하는 주광색(Pure White) 계열의 LED와 3,500K ~ 4,500K 사이의 색온도를 가지는 빛을 방출하는 주백색 (Natural white) 계열의 LED와 2,500K ~ 3,500K 사이의 색온도를 가지는 빛을 방출하는 온백색 (Warm White) 계열의 LED가 주로 사용된다. 이러한 LED들은 주로 450 ㎚ ~ 480 ㎚ 대역의 청색 빛을 방출하는 청색 LED에 YAG 계열의 노란색 형광체를 조합하여 구현되는데, 청색 분광영역 (450 ㎚ ~ 480 ㎚) 부근에서 제일 높은 피크 전력(Peak power)을 가지며, 녹색(520 ㎚ ~ 580 ㎚)과 붉은색(610 ㎚ ~ 680 ㎚) 영역 대에서 순차적으로 높은 피크 전력(Peak power)을 가지는 분광 특성을 보인다. 형광체는 기본적으로 청색 빛을 녹색 빛 또는 붉은색 빛으로 변환시켜주는 역할을 하기 때문에 LED의 전력효율은 주광색 LED가 가장 높고 온백색 LED의 전력효율이 가장 낮다. 일반적으로 주백색 LED는 주광색 LED의 85 % 정도의 광 전력을 가지며, 온백색 LED는 주광색 LED 대비 약 75 % 정도의 낮은 전력효율을 가진다.

한편, 조명 광의 색 재현 충실도를 나타내어 주는 연색지수를 높이기 위해 붉은색 분광 영역의 빛을 늘리는 방향으로 형광체의 농도를 조절할 경우 전력효율이 떨어지기도 한다. 일반적으로 온백색 LED의 연색지수를 85 ~ 90 이상으로 구현하기 위해서는 LED에 사용되는 형광체의 농도를 충분히 조절하여 붉은색 영역의 빛을 가급적 많이 확보하여야 하는데, 이 경우 연색지수가 70 ~ 80 사이의 온백색(Warm White) 또는 주백색(Natural White) 보다 10~ 15 % 정도 전력효율이 떨어지게 된다.

또한, 종래 LED 조명장치의 경우 주광색/주백색/온백색 등 다양한 색온도를 선택적으로 구현하기 위해서 LED 램프에 주광색/주백색/온백색 세 가지 종류의 LED 배열을 설치하고 사용자가 주광색을 필요로 하는 경우 주백색과 온백색을 끄고, 주 백색을 필요로 하는 경우 주광색과 온백색을 끄고, 온백색을 필요로 하는 경우 주광색과 주백색을 끄는 방식으로 사용되어 왔다. 그러나, 이 경우 조명장치에 사용되는 LED의 수량은 단일 색상을 내는 LED 조명장치에 비해 세배로 늘어나게 되어 고비용이 소요되는 문제점이 있다. 또한, 높은 연색지수와 LED 조명의 선택적인 색온도를 구현하기 위해 통상의 하이패스 필터(Hi-pass Filter)를 사용하여 청색 영역의 광을 감소시키고 붉은색 영역의 광량을 상대적으로 높여주는 경우 청색영역(420 ㎚ ~ 480 ㎚) 뿐만 아니라 전체 광량 중 가장 큰 비중을 가지는 녹색 부근 (500 ㎚ ~ 550 ㎚) 사이의 광량도 함께 감소하여 조명장치의 전력효율이 떨어지는 문제가 있다.

본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 일 목적은 500 ㎚ 이상의 녹색 분광 특성을 가진 빛은 투과시키고, 500 ㎚ 미만의 파장을 갖는 빛을 특이적으로 차단할 수 있는 컬러필터 및 이의 제조방법을 제공하는데에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 본 발명에 따른 컬러필터를 이용한 발광다이오드 조명장치를 제공하는데에 있다. 특히, 전력 효율을 최대로 유지하면서 온백색을 구현할 수 있는 발광다이오드 조명장치, 또는 주광색 LED와 적색 LED만을 가지고도 주광색 빛, 주백색 빛, 및 온백색 빛을 가변적으로 구현할 수 있는 발광다이오드 조명장치를 제공하는데에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 우레탄 아크릴레이트 올리고머 97~99.8 중량% 및 광중합 개시제 0.2~3 중량%를 포함하는 광중합 조성물에 자외선을 500~5000 mJ/㎠의 조사량으로 조사하여 경화시키는 단계; 및 (b) 경화된 광중합 조성물을 열처리하는 단계;을 포함하고, 상기 우레탄 아크릴레이트 올리고머는 주쇄에 우레탄 결합을 포함하며 2 내지 12개의 아크릴 관능기수를 갖는 것을 특징으로 하는 컬러필터의 제조방법을 제공한다. 여기서, 상기 (b) 단계의 열처리는 경화된 광중합 조성물을 80~120℃에서 1차로 열처리하는 단계와 140~160℃에서 2차로 열처리하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하며, 상기 2차로 열처리하는 단계는 경화된 광중합 조성물을 두 개의 유리판 사이에 고정시킨 상태에서 이루어지는 것이 바람직하다. 우레탄 아크릴레이트 올리고머는 디이소시아네이트과 폴리올이 결합된 우레탄 화합물에 수산기를 갖는 아크릴레이트가 결합된 것을 특징으로 하는데, 보다 바람직하게는 두 개의 디이소시아네이트와 하나의 폴리올이 결합된 우레탄 화합물의 양 말단 이소시아네이트기에 각각 아크릴레이트의 수산기가 결합된 것을 특징으로 한다. 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 컬러필터는 500 ㎚ 미만의 파장을 갖는 빛을 특이적으로 차단할 수 있다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 색온도가 5000K ~ 8000K 범위인 주광색 빛을 발광하는 하나 이상의 주광색 LED를 포함하는 광원부; 및 상기 주광색 LED로부터 발광된 빛의 파장 중 500 ㎚ 미만의 파장을 차단하여 빛의 색을 변환시키는 컬러필터;를 포함하는 발광다이오드 조명장치를 제공한다. 여기서, 상기 광원부로부터 발광된 주광색 빛은 컬러필터에 의해 주백색 빛으로 변환된다. 특히 상기 광원부는 바람직하게는 광색 LED와 교대로 배치되고, 분광 피크가 610 ㎚ ~ 680 ㎚ 범위인 적색 빛을 발광하는 하나 이상의 적색 LED를 더 포함하는 것을 특징으로 하는데, 이때, 광원부로부터 발광된 주광색 빛과 적색 빛은 컬러필터에 의해 온백색 빛으로 변환된다. 아울러, 적색 LED는 구동 전류에 의해 발광량이 조절되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 색온도가 3500K ~ 4500K 범위인 주백색 빛을 발광하는 하나 이상의 주백색 LED를 포함하는 광원부; 및 상기 주백색 LED로부터 발광된 빛의 파장 중 500 ㎚ 미만의 파장을 차단하여 빛의 색을 변환시키는 컬러필터;를 포함하는 발광다이오드 조명장치를 제공한다. 여기서, 상기 광원부로부터 발광된 주백색 빛은 컬러필터에 의해 온백색 빛으로 변환된다. 특히, 상기 광원부는 주백색 LED와 교대로 배치되고, 분광 피크가 610 ㎚ ~ 680 ㎚ 범위인 적색 빛을 발광하는 하나 이상의 적색 LED를 더 포함하는 것을 특징으로 하는데, 이때, 광원부로부터 발광된 주백색 빛과 적색 빛은 컬러필터에 의해 온백색 빛으로 변환된다. 아울러, 적색 LED는 구동 전류에 의해 발광량이 조절되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제조방법에 의해 제조된 컬러필터는 500 ㎚ 이상의 녹색 분광 특성을 가진 빛은 투과시키고, 500 ㎚ 미만의 파장을 갖는 빛을 특이적으로 차단할 수 있는 하이패스 필터(Hi-pass Filter) 기능을 가지므로, 발광다이오드 조명장치에 본 발명에 따른 컬러필터를 이용하는 경우 녹색 부근 광량의 감소가 일어나지 않아 전체 조명 램프의 밝기 감소를 최소화시킬 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 컬러필터를 이용한 발광다이오드 조명장치는 전력효율을 최대로 유지하면서 온백색 빛을 구현하거나, 주광색 LED와 적색 LED만을 가지고도 주광색 빛, 주백색 빛, 및 온백색 빛을 가변적으로 구현할 수 있으며, 특히 온백색 빛 구현시 연색성 저하 문제가 거의 발생하지 않으므로 85 이상의 연색지수를 유지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 컬러필터를 이용하는 경우 다양한 기능을 가지면서도 가격 경쟁 우위를 가 지는 LED 조명장치를 제조할 수 있다.

컬러필터

본 발명의 일 측면은 컬러필터의 제조방법 및 이로부터 제조되는 컬러필터에 관한 것이다. 우레탄 아크릴레이트 올리고머로부터 제조되는 컬러필터는 일반적으로 우레탄 아크릴레이트 올리고머와 광중합 개시제의 조성비, 자외선 조사량, 열처리 온도 등에 의해 다양한 분광 특성을 가지는데, 본 발명의 발명자는 무수한 실험을 통해 우레탄 아크릴레이트 올리고머로부터 컬러필터를 제조할 때 자외선을 특정 량 이상으로 조사하면 그로부터 제조되는 컬러필터가 500 ㎚ 이상의 녹색 분광 특성을 가진 빛은 투과시키고, 500 ㎚ 미만의 파장을 갖는 빛을 특이적으로 차단할 수 있다는 사실을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.

본 발명에 따른 컬러필터의 제조방법은 (a) 우레탄 아크릴레이트 올리고머 97~99.8 중량% 및 광중합 개시제 0.2~3 중량%를 포함하는 광중합 조성물에 자외선을 500~5000 mJ/㎠의 조사량으로 조사하여 경화시키는 단계; 및 (b) 경화된 광중합 조성물을 열처리하는 단계;을 포함하고, 상기 우레탄 아크릴레이트 올리고머는 주쇄에 우레탄 결합을 포함하며 3 내지 12개의 아크릴 관능기수를 갖는 것을 특징으로 한다.

먼저, 광중합 조성물에서 우레탄 아크릴레이트 올리고머 및 광중합 개시제의 조성비를 살펴보면, 광중합 개시제는 0.2~3 중량%의 범위를 가지는데, 광중합 개시제가 0.2 중량% 미만이면 광중합의 속도가 느려서 경제성이 떨어지고 광중합의 정 도가 미비하여 원하는 경도의 컬러필터를 얻을 수 없다. 또한, 광중합 개시제가 3 중량%를 초과하면 초과에 따른 광중합 속도 내지 광중합 정도의 증가가 미비하다.

다음으로 자외선 조사량을 살펴보면, 자외선 조사량은 적어도 500 mJ/㎠ 이상 및 5000 mJ/㎠ 이하이어야 한다. 자외선 조사량이 500 mJ/㎠ 미만이면 자외선 조사에 따른 칼라필터의 물성 변화가 거의 없어서 원하는 용도의 발광다이오드 조명장치에 사용할 수 없다. 본 발명에 따른 컬러필터의 제조방법에서 자외선 조사량은 1000~3000 mJ/㎠ 인 것이 바람직한데, 자외선 조사량이 1000 mJ/㎠ 미만이면 제조된 컬러필터의 500 ㎚ 미만의 파장을 갖는 빛에 대한 차단성이 너무 작아서 컬러필터의 적용 범위가 협소할 염려가 있고, 자외선 조사량이 3000 mJ/㎠ 를 초과하면 컬러필터의 자외선/가시광선 투과 스펙트럼 커브의 형태가 크게 바뀌어서 컬러필터를 발광다이오드 조명장치에 적용하는 경우 빛에 대한 색 변환 효과가 바람직한 방향과 다르게 나타날 수 있다.

다음으로 열처리를 살펴보면, 열처리는 경화된 광중합 조성물을 80~120℃에서 1차로 열처리하는 단계와 140~160℃에서 2차로 열처리하는 단계로 구성된다. 1차 열처리는 주로 미반응물을 제거하는 역할을 하는데 보통 100℃ 내외에서 1~2 시간 정도 진행된다. 2차 열처리는 소결 등에 의한 컬러필터의 강도 증가 등에 기여하는데, 보통 150℃ 내외에서 4~6 시간 정도 진행된다. 특히 2차 열처리는 경화된 광중합 조성물을 두 개의 유리판 사이에 고정시킨 상태에서 이루어지는 것이 바람직한데, 2차 열처리 온도에서 경화된 광중합 조성물이 휘는 현상을 방지하기 위함이다.

우레탄 아크릴레이트 올리고머는 디이소시아네이트과 폴리올이 결합된 우레탄 화합물에 수산기를 갖는 아크릴레이트가 결합된 것을 특징으로 하며, 보다 바람직하게는 두 개의 디이소시아네이트와 하나의 폴리올이 결합된 우레탄 화합물의 양 말단 이소시아네이트기에 각각 아크릴레이트의 수산기가 결합된 것을 특징으로 한다. 또한, 우레탄 아크릴레이트 올리고머는 3 내지 12개의 아크릴 관능기수를 가지는 것이면 크게 제한되지 않으나, 바람직하게는 3개, 6개, 9개 10개의 아크릴 관능기수를 가지는 것이 바람직하다.

디이소시아네이트는 종류가 크게 제한되지 않으며, 구체적으로 톨루엔디이소시아네이트, 자일렌디이소시아네이트, 메틸렌디이소시아네이트, 테트라메틸자일렌디이소시아네이드, 헥산디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 및 시클로헥실메틸렌디이소시아네이트로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.

폴리올은 종류가 크게 제한되지 않으며, 디올, 트리올, 폴리에테르폴리올, 폴리에스터폴리올 등이 있으며, 구체적인 폴리에테르글리콜의 종류로는 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 폴리프로필렌글리콜(polypropylene glycol), 폴리(테트라메틸렌 에테르)글리콜[poly(tetramethylene ether) glycol] 등이 있고, 구체적인 폴리에스터폴리올의 종류로는 폴리(에틸렌 글리콜)아디페이트, 폴리(디에틸렌 글리콜)아디페이트, 폴리(1,4-부탄디올)아디페이트, 폴리(1,6-헥산디올)아디페이트, 폴리(네오펜틸 글리콜)아디페이트, 폴리(에틸렌 글리콜/1,4-부탄디올)아디페이트, 폴리(디에틸렌 글리콜/1,4-부탄디올)아디페이트, 폴리(에틸렌 글리콜/디에틸렌 글리콜)아디페이트 등이 있다. 폴리올은 바람직하게는 폴리에스터폴리올인 것을 특징으로 하는데, 폴리에스터폴리올은 디카르복실산 화합물과 디알콜 화합물의 축합반응으로 제조할 수 있으며, 분자량 조절을 위하여 디알콜 화합물의 당량비를 과량으로 하여 말단이 수산기인 폴리에스터폴리올을 제조할 수 있다. 그 중에서도 상기 디카르복실산으로 사용할 수 있는 화합물로는 말론산, 숙신산, 글루타닉산, 아디프산, 프탈산, 이소프탈산, 텔레프탈산, 말레인산, 포믹산, 무수프탈산, 무수 숙신산 무수 말레인산, 등을 들 수 있다. 상기 디알콜로는 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 프로판디올, 부탄디올, 헥산디올, 메틸프로판디올, 네오펜틸글리콜, 부틸에틸프로판디올 등을 들 수 있다.

수산기를 갖는 아크릴레이트는 종류가 크게 제한되지 않으며, 2-히드록시에틸아크릴레이트, 2-히드록시에틸메타크릴레이트, 에틸렌글리콜모노메틸에테르아크릴레이트, 에틸렌글리콜모노메틸에테르메타크릴레이트, 에틸렌글리콜모노에틸에테르아크릴레이트, 에틸렌글리콜모노에틸에테르메타크릴레이트, 글리세롤아크릴레이트, 글리세롤메타크릴레이트, 에틸렌글리콜디아크릴레이트, 에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 디에틸렌글리콜디아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 부틸렌글리콜디메타크릴레이트, 프로필렌글리콜디아크릴레이트, 프로필렌글리콜디메타크릴레이트, 트리메틸롤프로판트리아크릴레이트, 트리메틸롤프로판트리메타크릴레이트, 테트라메틸롤프로판테트라아크릴레이트, 테트라메틸롤프로판테트라메타크릴레이트, 펜타에리스리톨트리아크릴레이트, 펜타에리 스리톨트리메타크릴레이트, 펜타에리스리톨테트라아크릴레이트(DPTA), 펜타에리스리톨테트라메타크릴레이트, 디펜타에리스리톨펜타아크릴레이트, 디펜타에리스리톨펜타메타크릴레이트, 디펜타에리스리톨헥사아크릴레이트(DPHA), 디펜타에리스리톨헥사메타크릴레이트, 1,6-헥산디올디아크릴레이트, 및 1,6-헥산디올디메타크릴레이트로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된다.

광중합 개시제는 양이온성 광개시제 또는 라디칼형 광개시제일 수 있고, 구체적으로 Cyracure UVI-6990, Cyracure UVI-6974, Degacure, SP-55, SP-150, SP-170, Irgacure 261, Irgacure 184, Irgacure 819, Irgacure 907, Irgacure 2959, Darocure 1173, Darocure 4265, 및 Darocure 1664로 이루어진 군에서 1종 이상 선택된다.

본 발명에 따른 상기의 제조방법으로 제조된 컬러필터는 500 ㎚ 이상의 녹색 분광 특성을 가진 빛은 투과시키고, 500 ㎚ 미만의 파장을 갖는 빛을 특이적으로 차단할 수 있기 때문에 녹색광 영역의 광량을 손실시키지 않으면 빛의 색을 변환시킬 수 있다. 또한, 계면반사 손실을 포함하여 통상 70%대의 투과율을 갖는 일반 컬러필터와 달리 본 발명에 따른 컬러필터는 계면반사 손실을 포함하여 86% 이상의 높은 투과율을 보인다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명에 따른 컬러필터의 제조방법 및 그로부터 제조되는 컬러필터를 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 보다 명확히 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 보호범위를 한정하는 것은 아니다.

1. 컬러필터의 제조

실시예 1.

10개의 아크릴 관능기수를 갖는 우레탄 아크릴레이트 올리고머 398g에 광중합 개시제 2g을 첨가하고 혼합하여 광중합 조성물을 만들었다. 광중합 조성물을 유리판에 플레이트 형상으로 도포하고 1000 mJ/㎠의 조사량으로 자외선을 조사하여 조성물을 경화시켰다. 경화가 완료된 후 경화 조성물이 도포된 유리판을 100℃ 오븐에 넣고 1시간 동안 방치하여 미반응물을 제거하였다. 이후, 유리판으로 경화 조성물 도표면을 덮고 약 150℃에서 열처리하였다. 열처리가 끝난 후 상온에서 냉각하여 색필터1을 제조하였다.

이때, 10개의 아크릴 관능기수를 갖는 우레탄 아크릴레이트 올리고머(아래의 구조식 참조)는 하나의 디에스터디올의 양 말단 수산기에 각각 하나의 디이소시아네이트가 결합되어 우레탄 화합물을 형성하고, 우레탄 화합물의 양 말단 이소시아네이트기에 각각 아크릴레이트의 수산기가 결합된 것을 특징으로 한다. 디에스터디올은 아디프산(Adipic Acid)의 양 말단 카르복실기에 각각 하나의 네오펜틸글리콜이 결합된 것이고, 디이소시아네이트는 헥산디이소시아네이트이고, 아크릴레이트는 디펜타에리스리톨펜타아크릴레이트(Dipentaerythritol Pentaacrylate)이었다.

[실시예 1에서 사용된 우레탄 아크릴레이트 올리고머의 구조식]

실시예 2.

자외선 조사량을 2000 mJ/㎠ 로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하였고, 실시예 2에 의해 색필터2를 제조하였다.

실시예 3.

자외선 조사량을 3000 mJ/㎠ 로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하였고, 실시예 3에 의해 색필터3을 제조하였다.

실시예 4.

자외선 조사량을 4000 mJ/㎠ 로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하였고, 실시예 4에 의해 색필터4를 제조하였다.

2. 컬러필터의 분광 특성

실시예 1 내지 실시예 4에 의해 제조된 컬러필터의 분광 특성을 알아보기 위해 스펙트로포토미터를 이용하여 컬러필터에 대한 자외선/가시광선의 투과 스펙트럼 분포를 측정하였다.

도 1은 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 4에 의해 제조된 컬러필터에 대한 자외선/가시광선의 투과 스펙트럼 분포를 나타낸 것이다. 도 1 내지 도 4에서 보이는 바와 같이 본 발명에 따른 컬러필터는 500 ㎚ 이상의 녹색 분광 특성을 가진 빛은 투과시키고, 500 ㎚ 미만의 파장을 갖는 빛은 특이적으로 차단하였으며, 특히 460 ㎚ ~ 480 ㎚ 범위의 파장을 갖는 빛에 대한 차단효과가 가장 큰 것으로 나타났다. 아울러, 자외선 조사량이 증가할수록 500 ㎚ 미만의 파장을 갖는 빛에 대한 차단 효과가 감소하는 경향을 나타내었다.

발광다이오드 조명장치

본 발명의 다른 측면은 본 발명에 따른 컬러필터가 적용된 발광다이오드(Light emitting diode, LED) 조명장치에 관한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 통하여 본 발명에 따른 발광다이오드 조명장치를 보다 구체적으로 설명한다.

도 2는 주광색 LED 광원의 발광 스펙트럼 분포를 나타낸 것이고, 도 3은 주백색 LED 광원의 발광 스펙트럼 분포를 나타낸 것이며, 도 4는 온백색 LED 광원의 발광 스펙트럼 분포를 나타낸 것이다. 도 2 내지 도 4에서 보이는 바와 같이 주광 색 빛은 440㎚ ~ 500㎚ 파장 범위의 분광 피크가 상대적으로 강한 반면, 온백색 빛은 500㎚를 초과하는 파장 범위의 분광 크기가 상대적으로 강하며, 주백색 빛은 주광색 빛과 온백색 빛의 중간 특성을 보인다.

도 5는 본 발명의 제5실시예에 따른 발광다이오드 조명장치의 구성을 나타낸 것이고, 도 6은 도 5에 도시된 발광다이오드 조명장치에 의해 광원부로부터 발광된 주광색 빛이 주백색 빛으로 변환되는 과정의 스펙트럼 분포를 나타낸 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 발광다이오드 조명장치(100)는 색온도가 5000K ~ 8000K 범위인 주광색 빛을 발광하는 하나 이상의 주광색 LED(10)를 포함하는 광원부; 및 상기 주광색 LED로부터 발광된 빛의 파장 중 일부 파장을 차단하여 빛의 색을 변환시키는 본 발명에 따른 컬러필터(50);를 포함한다. 본 발명의 제5실시예에 따른 발광다이오드 조명장치의 컬러필터로 실시예 2에 의해 제조된 컬러필터를 사용하는 경우, 도 6에 도시된 바와 같이 주광색 LED로부터 발광된 주광색 빛은 컬러필터에 의해 주백색 빛으로 변환된다.

도 7은 본 발명의 제6실시예에 따른 발광다이오드 조명장치의 구성을 나타낸 것이고, 도 8은 도 7에 도시된 발광다이오드 조명장치에 의해 광원부로부터 발광된 주광색 빛과 적색 빛이 온백색 빛으로 변환되는 과정의 스펙트럼 분포를 나타낸 것이다. 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 발광다이오드 조명장치(200)는 색온도가 5000K ~ 8000K 범위인 주광색 빛을 발광하는 하나 이상의 주광색 LED(10)와, 상기 주광색 LED와 교대로 배치되는 하나 이상의 적색 LED(40)를 포함하는 광원부; 및 상기 주광색 LED로부터 발광된 빛의 파장 중 일부 파장을 차단하여 빛의 색을 변환시키는 본 발명에 따른 컬러필터(50);를 포함한다. 이때 적색 LED로부터 발광되는 적색 빛은 분광 피크가 610 ㎚ ~ 680 ㎚ 범위인 것이 바람직하다. 또한, 적색 LED는 구동 전류에 의해 발광량이 조절되는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 제6실시예에 따른 발광다이오드 조명장치의 컬러필터로 실시예 2에 의해 제조된 컬러필터를 사용하는 경우, 도 8에 도시된 바와 같이 광원부로부터 발광된 주광색 빛과 적색 빛은 컬러필터에 의해 온백색 빛으로 변환된다.

도 7에 도시된 발광다이오드 조명장치는 주광색 LED, 주백색 LED, 및 온백색 LED 모두를 사용하는 대신 주광색 LED와 적색 LED만으로 다양한 색온도 범위를 가진 빛을 구현한다. 도 7에 도시된 발광다이오드 조명장치에서 주광색 빛을 구현하기 위해서는 주광색 LED로부터 방출된 주광색 빛이 컬러필터를 거치지 않고 바로 조명 영역을 비추도록 한다. 이때, 적색 LED는 작동되지 않는다. 한편, 도 7에 도시된 발광다이오드 조명장치에서 주백색 빛을 구현하기 위해서는 주광색 LED로부터 방출된 주광색 빛이 컬러필터를 거쳐 조명 영역을 비추도록 한다. 이때, 선택적으로 적색 LED로부터 적색 빛을 발광시키지 않거나, 적색 LED의 광량을 구동전류로 조절하여 주백색 빛의 색상을 조절할 수 있다. 아울러, 도 7에 도시된 발광다이오드 조명장치에서 온백색 빛을 구현하기 위해서는 주광색 LED로부터 방출된 주광색 빛과 적색 LED로부터 방출된 적색 빛이 컬러필터를 거쳐 조명 영역을 비추도록 한다. 이때, 적색 LED의 광량을 구동전류로 조절하여 온백색 빛의 색상을 조절할 수 있다. 보다 구체적으로, 하나 이상의 포토센서로 이루어진 색 감지 회로로부터 조명광의 색감 신호를 검출하고 상기 신호를 OP Amp를 통하여 증폭시킨 후 기준 온백 색에 해당하는 값과 비교한 결과를 토대로 적색 LED의 구동전류를 올리거나 내려서 적절한 색온도를 구현한다.

도 9는 본 발명의 제7실시예에 따른 발광다이오드 조명장치의 구성을 나타낸 것이고, 도 10은 도 9에 도시된 발광다이오드 조명장치에 의해 광원부로부터 발광된 주백색 빛이 온백색 빛으로 변환되는 과정의 스펙트럼 분포를 나타낸 것이다. 도 9에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 발광다이오드 조명장치(300)는 색온도가 3500K ~ 4500K 범위인 주백색 빛을 발광하는 하나 이상의 주백색 LED(20)를 포함하는 광원부; 및 상기 주백색 LED로부터 발광된 빛의 파장 중 일부 파장을 차단하여 빛의 색을 변환시키는 본 발명에 따른 컬러필터(50);를 포함한다. 본 발명의 제7실시예에 따른 발광다이오드 조명장치의 컬러필터로 실시예 2에 의해 제조된 컬러필터를 사용하는 경우, 도 10에 도시된 바와 같이 주백색 LED로부터 발광된 주백색 빛은 컬러필터에 의해 온백색 빛으로 변환된다. 보다 구체적으로, 주백색 LED로부터 발광된 주백색 빛 중 500 ㎚ 이하 파장의 분광 대역을 가진 빛은 컬러필터에 의해 차단되어 적절한 비율로 감소하고 상대적으로 녹색 계열 및 적색 계열 파장 대역의 빛이 강해져서 온백색이 구현된다. 따라서, 도 9에 도시된 발광다이오드 조명장치는 전력효율을 최대로 유지하면서 온백색 빛을 구현할 수 있다.

도 11은 본 발명의 제8실시예에 따른 발광다이오드 조명장치의 구성을 나타낸 것이고, 도 12는 도 11에 도시된 발광다이오드 조명장치에 의해 광원부로부터 발광된 주백색 빛과 적색 빛이 온백색 빛으로 변환되는 과정의 스펙트럼 분포를 나타낸 것이다. 도 11에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 발광다이오드 조명장 치(400)는 색온도가 3500K ~ 4500K 범위인 주백색 빛을 발광하는 하나 이상의 주백색 LED(20)와, 상기 주백색 LED와 교대로 배치되는 하나 이상의 적색 LED(40)를 포함하는 광원부; 및 상기 주백색 LED로부터 발광된 빛의 파장 중 일부 파장을 차단하여 빛의 색을 변환시키는 본 발명에 따른 컬러필터(50);를 포함한다. 이때, 적색 LED로부터 발광되는 적색 빛은 분광 피크가 610 ㎚ ~ 680 ㎚ 범위인 것이 바람직하다. 도 11에 도시된 발광다이오드 조명장치는 주백색 LED로부터 발광된 주백색 빛 자체가 적색 파장 빛의 광량이 부족하여 온백색으로 전환되기 어려울 때 적색 빛을 보충하여 온백색으로 원활히 전환될 수 있게 하는 구성으로서, 적색 LED는 구동 전류에 의해 발광량이 조절되는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 제8실시예에 따른 발광다이오드 조명장치의 컬러필터로 실시예 2에 의해 제조된 컬러필터를 사용하는 경우, 도 12에 도시된 바와 같이 광원부로부터 발광된 주백색 빛과 적색 빛은 컬러필터에 의해 온백색 빛으로 변환된다.

도 1은 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 4에 의해 제조된 컬러필터에 대한 자외선/가시광선의 투과 스펙트럼 분포를 나타낸 것이다.

도 2는 주광색 LED 광원의 발광 스펙트럼 분포를 나타낸 것이고, 도 3은 주백색 LED 광원의 발광 스펙트럼 분포를 나타낸 것이며, 도 4는 온백색 LED 광원의 발광 스펙트럼 분포를 나타낸 것이다.

도 5는 본 발명의 제5실시예에 따른 발광다이오드 조명장치의 구성을 나타낸 것이고, 도 6은 도 5에 도시된 발광다이오드 조명장치에 의해 주광색 빛이 주백색 빛으로 변환되는 과정의 스펙트럼 분포를 나타낸 것이다.

도 7은 본 발명의 제6실시예에 따른 발광다이오드 조명장치의 구성을 나타낸 것이고, 도 8은 도 7에 도시된 발광다이오드 조명장치에 의해 광원부로부터 발광된 주광색 빛과 적색 빛이 온백색 빛으로 변환되는 과정의 스펙트럼 분포를 나타낸 것이다.

도 9는 본 발명의 제7실시예에 따른 발광다이오드 조명장치의 구성을 나타낸 것이고, 도 10은 도 9에 도시된 발광다이오드 조명장치에 의해 광원부로부터 발광된 주백색 빛이 온백색 빛으로 변환되는 과정의 스펙트럼 분포를 나타낸 것이다.

* 도면의 주요 부호에 대한 설명 *

10 : 주광색 LED, 20 : 주백색 LED, 40 : 적색 LED, 50 : 컬러필터

Claims (21)

1. 삭제
2. (a) 우레탄 아크릴레이트 올리고머 97~99.8 중량% 및 광중합 개시제 0.2~3 중량%를 포함하는 광중합 조성물에 자외선을 500~5000 mJ/㎠의 조사량으로 조사하여 경화시키는 단계; 및

   (b) 경화된 광중합 조성물을 열처리하는 단계;을 포함하고,

   상기 (b) 단계의 열처리는 경화된 광중합 조성물을 80~120℃에서 1차로 열처리하는 단계와 140~160℃에서 2차로 열처리하는 단계로 구성되며,

   상기 우레탄 아크릴레이트 올리고머는 주쇄에 우레탄 결합을 포함하며 2 내지 12개의 아크릴 관능기수를 갖는 것을 특징으로 하는 컬러필터의 제조방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 2차로 열처리하는 단계는 경화된 광중합 조성물을 두 개의 유리판 사이에 고정시킨 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 컬러필터의 제조방법.
4. 제 2항에 있어서, 상기 우레탄 아크릴레이트 올리고머는 디이소시아네이트과 폴리올이 결합된 우레탄 화합물에 수산기를 갖는 아크릴레이트가 결합된 것을 특징으로 하는 컬러필터의 제조방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 우레탄 아크릴레이트 올리고머는 두 개의 디이소시아네이트와 하나의 폴리올이 결합된 우레탄 화합물의 양 말단 이소시아네이트기에 각각 아크릴레이트의 수산기가 결합된 것을 특징으로 하는 컬러필터의 제조방법.
6. 제 4항에 있어서, 상기 디이소시아네이트는 톨루엔디이소시아네이트, 자일렌디이소시아네이트, 메틸렌디이소시아네이트, 테트라메틸자일렌디이소시아네이드, 헥산디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 및 시클로헥실메틸렌디이소시아네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 컬러필터의 제조방법.
7. 제 4항에 있어서, 상기 폴리올은 폴리에스터폴리올인 것을 특징으로 하는 컬러필터의 제조방법.
8. 제4항에 있어서, 상기 수산기를 갖는 아크릴레이트는 2-히드록시에틸아크릴레이트, 2-히드록시에틸메타크릴레이트, 에틸렌글리콜모노메틸에테르아크릴레이트, 에틸렌글리콜모노메틸에테르메타크릴레이트, 에틸렌글리콜모노에틸에테르아크릴레이트, 에틸렌글리콜모노에틸에테르메타크릴레이트, 글리세롤아크릴레이트, 글리세롤메타크릴레이트, 에틸렌글리콜디아크릴레이트, 에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 디에틸렌글리콜디아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 부틸렌글리콜디메타크릴레이트, 프로필렌글리콜디아크릴레이트, 프로필렌글리콜디메타크릴레이트, 트리메틸롤프로판트리아크릴레이트, 트리메틸롤프로판트리메타크릴레이트, 테트라메틸롤프로판테트라아크릴레이트, 테트라메틸롤프로판테트라메타크릴레이트, 펜타에리스리톨트리아크릴레이트, 펜타에리스리톨트리메타크릴레이트, 펜타에리스리톨테트라아크릴레이트(DPTA), 펜타에리스리톨테트라메타크릴레이트, 디펜타에리스리톨펜타아크릴레이트, 디펜타에리스리톨펜타메타크릴레이트, 디펜타에리스리톨헥사아크릴레이트(DPHA), 디펜타에리스리톨헥사메타크릴레이트, 1,6-헥산디올디아크릴레이트, 및 1,6-헥산디올디메타크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 컬러필터의 제조방법.
9. 제 4항에 있어서, 상기 광중합 개시제는 양이온성 광개시제 또는 라디칼형 광개시제인 것을 특징으로 하는 컬러필터의 제조방법.
10. 제 9항에 있어서, 상기 광중합 개시제는 Cyracure UVI-6990, Cyracure UVI-6974, Degacure, SP-55, SP-150, SP-170, Irgacure 261, Irgacure 184, Irgacure 819, Irgacure 907, Irgacure 2959, Darocure 1173, Darocure 4265, 및 Darocure 1664로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 컬러필터의 제조방법.
11. 제 2항 내지 제 10항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조되고, 500 ㎚ 미만의 파장을 갖는 빛을 차단하는 것을 특징으로 하는 컬러필터.
12. 색온도가 5000K ~ 8000K 범위인 주광색 빛을 발광하는 하나 이상의 주광색 LED를 포함하는 광원부; 및

    상기 주광색 LED로부터 발광된 빛의 파장 중 일부 파장을 차단하여 빛의 색을 변환시키는 제 11항의 컬러필터;를 포함하는 발광다이오드 조명장치.
13. 제 12항에 있어서, 상기 광원부로부터 발광된 주광색 빛은 컬러필터에 의해 주백색 빛으로 변환되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 조명장치.
14. 제 12항에 있어서, 상기 광원부는 주광색 LED와 교대로 배치되고, 분광 피크가 610 ㎚ ~ 680 ㎚ 범위인 적색 빛을 발광하는 하나 이상의 적색 LED를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 조명장치.
15. 제 14항에 있어서, 상기 광원부로부터 발광된 주광색 빛과 적색 빛은 컬러필터에 의해 온백색 빛으로 변환되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 조명장치.
16. 제 14항에 있어서, 상기 적색 LED는 구동 전류에 의해 발광량이 조절되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 조명장치.
17. 색온도가 3500K ~ 4500K 범위인 주백색 빛을 발광하는 하나 이상의 주백색 LED를 포함하는 광원부; 및

    상기 주백색 LED로부터 발광된 빛의 파장 중 일부 파장을 차단하여 빛의 색을 변환시키는 제 11항의 컬러필터;를 포함하는 발광다이오드 조명장치.
18. 제 17항에 있어서, 상기 광원부로부터 발광된 주백색 빛은 컬러필터에 의해 온백색 빛으로 변환되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 조명장치.
19. 제 17항에 있어서, 상기 광원부는 주백색 LED와 교대로 배치되고, 분광 피크가 610 ㎚ ~ 680 ㎚ 범위인 적색 빛을 발광하는 하나 이상의 적색 LED를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 조명장치.
20. 제 19항에 있어서, 상기 광원부로부터 발광된 주백색 빛과 적색 빛은 컬러필터에 의해 온백색 빛으로 변환되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 조명장치.
21. 제 19항에 있어서, 상기 적색 LED는 구동 전류에 의해 발광량이 조절되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 조명장치.

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