KR101272691B1 - 조명 장치 - Google Patents

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KR101272691B1
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phosphor
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김영진
박종찬
손언호
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시 예는 믹싱 챔버(Mixing Chamber)와, 상기 믹싱 챔버 내에 배치되고, 서로 인접한 제 1 및 제 2 발광소자를 갖는 적어도 1 이상의 광원 및, 상기 믹싱 챔버 상에 상기 광원과 이격 배치되며, 형광체를 포함하는 형광체층을 포함하며, 상기 제1 발광소자와 상기 형광체층 사이의 거리는 상기 제 1 발광소자의 광 지향각과 상기 제 1 발광소자와 상기 제 2 발광소자 사이의 거리에 의해 결정되는 조명 장치를 제공한다.

Description

조명 장치{LIGHTING DEVICE}
본 발명의 실시 예는 형광체층이 적용된 조명 장치에 관한 것이다.
최근, 정보 통신 기기의 소형화 및 박형화 추세에 따라 기기의 각종 부품인 저항, 콘덴서, 노이즈 필터 등도 더욱 소형화되고 있으며, 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)에 직접 탑재하기 위해 표면실장소자(Surface Mount Device)형으로 만들어지고 있다. 이에 따라 LED 램프도 표면실장소자형으로 개발되고 있다.
이러한 표면실장소자형 LED램프는 다양한 색 구현이 가능하고, 고연색성, 안정성, 에너지 절약 등의 장점을 가지고 있어, 휴대용 전자기기의 광원 뿐만 아니라 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD)의 백라이트 유닛(Back Light Unit, BLU), 조명의 광원 등으로 널리 사용되고 있다.
이 중에서, 조명의 광원으로 사용되는 종래의 LED 패키지는, 믹싱 챔버(Mixing Chamber) 내부에 발광소자 칩이 실장되고, 상기 발광소자 칩의 상부에 형광체층(Remote Phosphor)가 배치되어 있다.
그러나, 이러한 종래의 LED 패키지는 상기 발광소자 칩의 배열이 광효율 및 색좌표에 크리티컬(Critical)하게 구성되어 있기 때문에 각 제품마다 색좌표가 달라져 편차가 발생하는 문제가 있다. 이는 제품 불량으로 이어져 제품의 신뢰도를 크게 떨어뜨리는 문제를 발생하게 된다.
국제공개 WO2006/098450(공개일: 2006.09.21)
전술한 문제점을 해결하기 위하여 실시 예가 이루고자 하는 기술적 과제는, 내부 패키지 어레이(Array) 배열에 따라 형광체층의 효율을 극대화 할 수 있는 조명 장치를 제시하는 데 있다.
또한, 실시 예가 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 광효율이 최대가 되는 발광소자 배열 간격을 관계식으로 도출하여 최적 조건의 조명을 설계할 수 있는 조명 장치를 제시하는 데 있다.
또한, 실시 예가 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 발광소자의 높이가 고정된 상태에서 발광소자와 형광체층 사이의 거리와 발광소자의 광지향각으로 광효율이 최대가 되는 발광소자 배열 간격을 산출할 수 있는 조명 장치를 제시하는 데 있다.
또한, 실시 예가 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 최적의 광효율을 갖도록 발광소자가 배열된 상태에서 형광체층 상에 렌즈부를 더 배치하여, 광효율과 색좌표를 모두 충족시키면서 광의 지향각을 조절할 수 있는 조명 장치를 제시하는 데 있다.
또한, 실시 예가 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 제품을 대량 생산하더라도 광효율과 색좌표가 동일 또는 유사하게 제조할 수 있는 조명 장치를 제시하는 데 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 실시 예에 의한 조명 장치는, 믹싱 챔버(Mixing Chamber)와, 상기 믹싱 챔버 내에 배치되고, 서로 인접한 제 1 및 제 2 발광소자를 갖는 적어도 1 이상의 광원 및, 상기 믹싱 챔버 상에 상기 광원과 이격 배치되며, 형광체를 포함하는 형광체층을 포함할 수 있으며, 상기 제1 발광소자와 상기 형광체층 사이의 거리는 상기 제 1 발광소자의 광 지향각과 상기 제 1 발광소자와 상기 제 2 발광소자 사이의 거리에 의해 결정될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 발광소자 사이의 거리(G)는, 상기 제 1 발광소자와 상기 형광체층 사이의 거리를 H, 상기 제 1 발광소자의 광 지향각을 θ라 할때, G = 2Htan(θ/2)의 식으로부터 산출될 수 있다.
상기 광원은 최외각에 위치한 제 3 발광소자를 갖고, 상기 제 3 발광소자와 상기 믹싱 챔버의 내측벽 사이의 거리(L)는, L ≥ G/2의 식으로부터 산출될 수 있다.
상기 제 1 발광소자와 상기 제 2 발광소자 사이의 거리(G)는, 복수 개의 광원이 대칭으로 위치한 경우 가장 짧은 거리를 가질 수 있다.
상기 제 1 발광소자와 상기 형광체층 사이의 거리(H)는 상기 제 1 발광소자와 상기 제 2 발광소자에서 발생한 광이 겹쳐지지 않는 선에서 결정되거나 10% 미만으로 겹쳐지는 선에서 결정될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 발광소자 사이의 거리(G)는 27㎜ 이상 29㎜ 이하의 범위를 가질 수 있다.
상기 믹싱 챔버는 양쪽 내측 벽이 동일한 수직면 또는 경사면을 가질 수 있다.
상기 조명 장치는 상기 믹싱 챔버의 양쪽 내측 벽에 동일한 경사면을 갖는 리플렉터(Reflector)가 배치될 수 있다.
상기 조명 장치는 상기 형광체층 상에 광의 지향각을 조절하는 렌즈부가 더 배치될 수 있다.
상기 렌즈부는 오목, 볼록, 반구형 중 어느 하나의 형상을 가질 수 있으며, 에폭시 수지, 실리콘수지, 우레탄계 수지 중 어느 하나로 이루어지거나 그 혼합물로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 발광소자는 청색 LED를 포함하며, 상기 형광체층의 형광체는 옐로우(Yellow) 형광체와 그린(Green) 형광체를 단일 또는 복수로 포함할 수 있다.
상기 제 1 발광소자는 자외선 LED를 포함하며, 상기 형광체층은 청색, 녹색 및 적색 형광체를 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
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실시 예에 따르면, 광효율이 최대가 되는 발광소자 배열 간격을 관계식으로 도출함으로써, 최적 조건의 조명을 설계할 수 있다.
또한, 발광소자와 발광소자 사이의 거리와 발광소자의 광 지향각 만으로 광효율이 최대가 되는 발광소자와 형광체층 사이의 거리를 산출할 수 있다.
또한, 발광소자의 높이가 고정된 상태에서 발광소자와 형광체층 사이의 거리와 발광소자의 광 지향각만으로 광효율이 최대가 되는 발광소자 배열 간격을 산출할 수 있다.
또한, 발광소자 배열에 따른 광효율 저하 문제와 색좌표의 편차로 인해 발생하는 불량 문제를 해결할 수 있어 제품의 신뢰도를 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 제품을 대량 생산하더라도 광효율이 우수하고 원하는 색좌표를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 최적의 광효율을 갖도록 발광소자가 배열된 상태에서 형광체층 상에 렌즈부를 더 배치함으로써, 광효율과 색좌표를 모두 충족시키면서 광의 지향각을 조절할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1 및 도 2는 제 1 실시 예에 의한 조명 장치의 사시도 및 단면도
도 3은 제 2 실시 예에 의한 조명 장치의 단면도
도 4는 제 3 실시 예에 의한 조명 장치의 단면도
도 5는 제 1 내지 제 3 실시 예에서 발광소자와 발광소자 사이의 거리를 산출하는 방법을 설명하기 위한 모식도
도 6은 최외각에 위치한 발광소자와 믹싱 챔버의 내측 벽 사이의 거리를 나타낸 도면
도 7은 발광소자와 발광소자 사이의 거리에 따라 광속의 변화를 나타낸 그래프
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하, 본 발명에서 실시하고자 하는 구체적인 기술내용에 대해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
조명 장치의 제 1 실시 예
도 1 및 도 2는 제 1 실시 예에 의한 조명 장치의 사시도 및 단면도이다.
상기 제 1 실시 예에 의한 조명 장치는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상부가 개구된 박스 형태의 믹싱 챔버(Mixing Chamber)(10)와, 상기 믹싱 챔버(10) 내에 수용되는 적어도 1 이상의 광원(20)과, 상기 믹싱 챔버(10) 상에 상기 광원(20)의 발광소자(21)와 이격 배치되며 상기 광원(20)으로부터의 광과, 상기 광원(20)으로부터의 광에 의해 여기된 여기광을 방출하는 형광체층(30)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 형광체층(30)은 리모트 포스퍼(Remote Phospher) 또는 입사되는 광의 파장을 다른 파장으로 변환하는 광변환층일 수 있다.
상기 구성의 제 1 실시 예에서는 발광소자(21)의 높이가 고정된 상태에서 발광소자와 형광체층(30) 사이의 거리와 발광소자(21)의 광 지향각을 이용하여 광효율이 최대가 되는 발광소자 배열 간격을 결정함으로써, 최적 조건의 조명을 설계할 수 있다.
상기 발광소자 배열 간격을 결정하는 방법에 대해서는 후술하는 도 5 내지 도 7에서 상세히 설명하기로 하고, 여기서는 상기 조명 장치의 각 구성에 따른 동작을 먼저 설명하기로 한다.
상기 믹싱 챔버(Mixing Chamber)(10)는 상부가 개구된 박스 형태를 가지며, 양쪽 내측 벽이 동일한 경사구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 믹싱 챔버(10)의 내측 벽은 수직으로 형성되거나 일정한 경사구조로 형성될 수 있다.
상기 광원(20)은 상기 믹싱 챔버(10)의 내측 하부에 형성된 인쇄회로기판(미도시)과 전기적으로 연결되도록 배치될 수 있다. 더 구체적으로 설명하면, 와이어(미도시)를 통해 인쇄회로기판의 회로패턴을 가지는 리드프레임과 접속되거나, 별도의 와이어본딩이 없이 플립칩 형으로 접속이 되는 구조로도 구현이 가능하다.
상기 광원(20)은 적어도 1 이상의 발광소자(21)가 배치될 수 있으며, 2 이상의 발광소자(21)가 배치된 경우 중앙을 기준으로 대칭으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 발광소자(21)가 6개로 구성된 경우 도 1 및 도 6에 도시된 바와 같이, 중앙을 기준으로 양쪽에 3개씩 대칭으로 배치될 수 있다. 이때, 상기 발광소자(21)는 청색 LED, 자외선 LED를 포함한 LED 중에서 선택되는 어느 하나로 구성될 수 있다.
상기 발광소자(21)는 발광 파장이 가시 또는 근적외영역에 존재하고, 발광효율이 높으며, p-n 접합의 제작이 가능할 것 등의 조건을 만족시키는 재료들로 제조될 수 있다. 이러한 재료로는 질화갈륨(GaN), 비소화갈륨(GaAs), 인화갈륨(GaP), 갈륨-비소-인(GaAs1-xPx), 갈륨-알류미늄-비소(Ga1-xAlxAs), 인화인듐(InP), 인듐-갈륨-인(In1-xGaxP) 등의 화합물 반도체들이 사용될 수 있다. 특히, 이중에서 GaN 등의 3족 질화물계 청색 LED를 사용하여 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 형광체층(30)은 옐로우(Yellow) 형광체와 그린(Green) 형광체를 단일 또는 복수로 사용하여 구성될 수 있다. 이때, 상기 옐로우(Yellow) 형광체는 실리케이트(Silicate) 또는 YAG를 포함할 수 있으며, 540∼585㎚ 영역의 파장을 가질 수 있다. 그리고, 상기 그린(Green) 형광체는 실리케이트(Silicate) 또는 나이트라이드(Nitride)를 포함할 수 있으며, 510∼535㎚ 영역의 파장을 가질 수 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 상기 청색 LED에서 발광하는 청색광이 상기 형광체층(30)을 지나면서 옐로우(Yellow) 형광체와 그린(Green) 형광체에 흡수되어 여기되고(Exited), 이러한 에너지변환으로 발생되는 2차광에 의해 가시광선 전 영역의 광이 발생되어 빛들의 산란에 의한 색혼합에 의해 백색광이 구현되게 된다.
상술한 실시예에서는 청색 LED와, 옐로우(Yellow) 형광체와 그린(Green) 형광체를 포함하는 형광체층(30)을 사용하여 백색광을 구현하는 예에 대해 설명하였으나, LED와 리모드 포스퍼(30)의 다른 조합으로 백색광을 구현할 수도 있다.
구체적으로 설명하면, 형광체는 상기 발광소자(21)에서 방출된 빛을 흡수하여 발광하거나 다른 형광체로부터 방출된 빛을 흡수하여 발광하는 재료이다. 이때, 상기 발광소자(21)는 불순물의 종류에 따라 청색, 녹색 또는 적색을 낼 수 있다. 따라서 상기 발광소자(21)와 형광체의 결합에 의해 백색광을 낼 수 있다. 예를 들면, 청색 LED는 황색 형광체와 결합하거나 적색/녹색 형광체와 결합하여 백색광을 낼 수 있다. 다른 예로, 자외선 LED는 적색/녹색/청색 형광체와 결합하여 백색광을 낼 수 있다. 따라서, 상기 발광소자(21)에 따라 상기 형광체층(30)을 구성함으로써, 백색광을 출력하는 조명 장치를 구현할 수가 있다.
더 구체적인 적용 예를 들자면, 백색광은 적색, 녹색, 청색의 3원색의 혼합 또는 보색관계에 있는 2색의 혼합에 의해 실현할 수 있다. 3원색에 의한 백색광은 상기 발광소자(21)가 방출한 1차광을 흡수하여 적색을 발광하는 제 1 형광체와, 녹색을 발광하는 제 2 형광체 및 청색을 방출하는 제 3 형광체를 이용함으로써 실현할 수 있다. 따라서, 상기 제 1 내지 제 3 형광체를 이용하여 상기 형광체층(30)을 구성하면 백색광의 조명 장치를 구현할 수 있다.
또한, 청색광을 방출하는 LED와, 그 청색광을 흡수하여 적색을 발광하는 제 1 형광체와 녹색을 발광하는 제 2 형광체를 이용하여 1차광과 2차광을 혼합시켜 백색광을 실현할 수도 있다. 이 역시 상기 제 1 및 제 2 형광체를 사용하여 형광체층(30)을 구현함으로써, 백색광을 구현하는 조명 장치를 구현할 수 있다.
아울러, 보색에 의한 백색발광은, 상술한 예시 외에, 예컨대 상기 발광소자(21)로부터 1차광을 흡수하여 청색을 발광하는 제 1 형광체와 황색을 발광하는 제 2 형광체를 이용하거나, 상기 발광소자(21)로부터의 발광을 흡수하여 녹색을 발광하는 제 1 형광체와 적색을 발광하는 제 2 형광체를 이용함으로써 실현할 수 있다. 이 역시 상기 제 1 및 제 2 형광체를 사용하여 형광체층을 구현함으로써, 백색광을 구현하는 조명 장치를 구현할 수 있다.
상술한 실시 예에서, 청색 형광체에는 ZnS:Ag, ZnS:Ag+In2O3, ZnS:Zn+In2O3, (Ba, Eu)MgAl10O17 등이 있으며, 녹색 형광체에는 ZnS:Cu, Y2Al5O12:Tb, Y2O2S:Tb 등이 있으며, 적색 형광체에는 Y2O2S:Eu, Y2O3:Eu, YVO4:Eu 등이 있다. 또한 황색 형광체로는 YAG:Ge, YAG:Ce 등이 사용될 수 있다.
조명 장치의 제 2 실시 예
도 3은 제 2 실시 예에 의한 조명 장치의 단면도이다.
상기 제 2 실시 예에 의한 조명 장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 실시 예(도 2)의 조명 장치에서 상기 믹싱 챔버(10)의 양쪽 내측 벽에 동일한 경사면을 갖는 리플렉터(Reflector)(40)를 추가로 배치한 것이다.
여기서, 상기 리플렉터(Reflector)(40)는 상기 발광소자(21)에서 출력되는 광을 전반사하기 위해 배치되었으며, 수직으로 형성되거나 일정한 경사구조로 형성될 수 있다.
상기 구성의 제 2 실시 예는 상기 제 1 실시 예와 마찬가지로, 발광소자(21)의 높이가 고정된 상태에서 발광소자(21)와 형광체층(30) 사이의 거리와 발광소자(21)의 광 지향각을 이용하여 광효율이 최대가 되는 발광소자 배열 간격을 결정함으로써, 최적 조건의 조명을 설계할 수 있다. 이때, 상기 발광소자 배열 간격을 결정하는 방법에 대해서는 후술하는 도 5 내지 도 7에서 상세히 설명하기로 한다.
조명 장치의 제 3 실시 예
도 4는 제 3 실시 예에 의한 조명 장치의 단면도이다.
상기 제 3 실시 예에 의한 조명 장치는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 실시 예(도 2) 또는 상기 제 2 실시 예(도 3)의 조명 장치에서 상기 형광체층(30) 상에 렌즈부(50)를 형성하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 렌즈부(50)는 상기 발광소자(21)에서 출력되는 광의 지향각을 증가시킬 수 있도록 렌즈로 형성될 수 있다. 이에 의해, 상기 렌즈부(50)는 상기 조명 장치에서의 선형 광원의 균일성을 향상시킬 수 있다.
상기 렌즈부(50)는 오목, 볼록, 반구형 중 선택되는 어느 하나의 형상을 가질 수 있으며, 에폭시 수지, 실리콘수지, 우레탄계 수지 또는 그 혼합물로 형성될 수 있다.
상기 구성의 제 3 실시 예는 상기 제 1 및 제 2 실시 예와 마찬가지로, 발광소자(21)의 높이가 고정된 상태에서 발광소자(21)와 형광체층(30) 사이의 거리와 발광소자의 광 지향각을 이용하여 광효율이 최대가 되는 발광소자 배열 간격을 결정함으로써, 최적 조건의 조명을 설계할 수 있다. 이때, 상기 발광소자 배열 간격을 결정하는 방법에 대해서는 후술하는 도 5 내지 도 7에서 상세히 설명하기로 한다.
조명 장치의 설계 방법에 대한 실시 예
도 5는 제 1 내지 제 3 실시 예에서 발광소자와 발광소자 사이의 거리를 산출하는 방법을 설명하기 위한 모식도이고, 도 6은 최외각에 위치한 발광소자와 믹싱 챔버의 내측 벽 사이의 거리를 나타낸 도면이다.
먼저, 실시 예에서 적용된 조명 장치는 상기 제 1 내지 제 3 실시 예와 같이, 상기 믹싱 챔버(10) 내에 적어도 1 이상의 발광소자(21)가 실장되고, 상기 믹싱 챔버(10) 상부에 상기 발광소자(21)와 이격 배치된 형광체층(30)를 제공한다.
여기서, 상기 발광소자(21)는 430 내지 480㎚ 파장을 갖는 단일 또는 복수의 청색 LED로 구성될 수 있으며, 상기 형광체층(30)은 옐로우(Yellow) 형광체와 그린(Green) 형광체를 단일 또는 복수로 사용하여 구성될 수 있다. 이때, 상기 발광소자(21)가 100°내지 120°의 광 지향각을 가지고 있고, 상기 형광체층(30)이 옐로우(Yellow) 형광체와 그린(Green) 형광체를 단일 또는 복수로 사용하여 구성된 경우, 상기 형광체층(30)을 통과하여 방출되는 광은 510 내지 585㎚ 영역의 파장을 가질 수 있다.
한편, 도 5를 참조하면, 상기 발광소자(21)와 상기 형광체층(30) 사이의 거리를 H, 상기 발광소자(21)의 광 지향각을 θ라 할때, 상기 발광소자(21)와 상기 발광소자(21) 사이의 거리(G)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
G = 2Htan(θ/2)
이때, 상기 발광소자(21)와 상기 형광체층(30) 사이의 거리(H)는 상기 발광소자(21)에서 발생한 광이 겹쳐지지 않는 선에서 결정되는 것이 좋다. 하지만, 상기 발광소자(21)의 수에 따라 10% 미만의 오차 범위를 가질 수도 있다.
그리고, 상기 발광소자(21)와 상기 발광소자(21) 사이의 거리(G)는 복수 개의 발광소자가 대칭으로 위치한 경우 발광소자 간의 가장 짧은 거리를 지칭한다.
상기 수학식 1과 같이, 상기 발광소자(21)와 상기 리모트포스퍼(30) 사이의 거리(H)는 상기 발광소자(21)와 상기 발광소자(21) 사이의 거리(G)와, 상기 발광소자(21)의 광 지향각(θ)에 의해 결정됨을 알 수 있다. 그러므로, 상기 발광소자(21)와 상기 발광소자(21) 사이의 거리(G)와, 상기 발광소자(21)의 광 지향각(θ)을 알면 상기 수학식 1에 의해 상기 발광소자(21)와 상기 리모트포스퍼(30) 사이의 거리(H)를 구할 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 발광소자(21)와 상기 리모트포스퍼(30) 사이의 거리와 상기 발광소자(21)의 광 지향각을 알면 상기 발광소자(21) 간의 거리도 구할 수 있다.
그 다음, 도 6을 참조하면, 상기 발광소자(21) 중에서 최외각에 위치한 발광소자와 상기 믹싱 챔버의 내측벽 사이의 거리(L)는 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
L ≥ G/2
상기 수학식 2와 같이, 상기 최외각에 위치한 발광소자와 상기 믹싱 챔버의 내측벽 사이의 거리(L)는 상기 발광소자(21)와 상기 발광소자(21) 사이의 거리(G)의 1/2 이상로 구성될 수 있다.
시뮬레이션(Simulation) 예
도 7은 발광소자와 발광소자 사이의 거리에 따라 광속의 변화를 나타낸 그래프이다.
먼저, 상기 발광소자(21)의 배열이 도 6과 같이 중앙에서부터 대칭으로 6개가 위치되어 있을 때, 인접한 발광소자(21)들 사이의 거리를 14㎜에서 40㎜까지 변화시키면서 광속(Luminous flux)의 변화를 실험하였다. 도 7의 그래프는 그 실험 결과를 나타낸 것으로, 발광소자들 사이의 거리가 넓을수록 광속이 증가하다가 일정 거리(예를 들어, 27㎜에서 29㎜ 사이의 범위) 이상이 되면 광속이 다시 감소하는 것으로 나타났다. 상기 시뮬레이션 결과에서는, 상기 발광소자와 발광소자 사이의 거리가 27㎜에서 29㎜ 사이의 범위를 가질 때 광속이 최대가 되었다.
상기 시뮬레이션 결과와 같이, 발광소자들 간의 간격에 따라 광속의 차이가 있었고, 최적의 발광소자들 간의 간격이 존재함을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 실시 예에 따른 조명 장치 및 그의 설계 방법은, 발광소자와 형광체층 사이의 거리와 발광소자의 광 지향각을 이용하여 광효율이 최대가 되는 발광소자 배열 간격을 산출함으로써, 본 발명의 기술적 과제를 해결할 수가 있다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 믹싱 챔버(Mixing Chamber) 20 : 광원
21 : 발광소자
30 : 형광체층 40 : 리플렉터(Reflector)
50 : 렌즈부

Claims (14)

  1. 믹싱 챔버(Mixing Chamber);
    상기 믹싱 챔버 내에 배치되고, 서로 인접한 제 1 및 제 2 발광소자를 갖는 적어도 1 이상의 광원; 및
    상기 믹싱 챔버 상에 상기 광원과 이격 배치되며, 형광체를 포함하는 형광체층;을 포함하며,
    상기 제1 발광소자와 상기 형광체층 사이의 거리는, 상기 제 1 발광소자의 광 지향각과 상기 제 1 발광소자와 상기 제 2 발광소자 사이의 거리에 의해 결정되는 조명 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 발광소자 사이의 거리(G)는:
    상기 제 1 발광소자와 상기 형광체층 사이의 거리를 H, 상기 제 1 발광소자의 광 지향각을 θ라 할때,
    G = 2Htan(θ/2)
    의 식으로부터 산출되는 조명 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 광원은 최외각에 위치한 제 3 발광소자를 갖고, 상기 제 3 발광소자와 상기 믹싱 챔버의 내측벽 사이의 거리(L)는:
    L ≥ G/2
    의 식으로부터 산출되는 조명 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 발광소자와 상기 제 2 발광소자 사이의 거리(G)는, 복수 개의 광원이 대칭으로 위치한 경우 가장 짧은 거리를 갖는 조명 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 발광소자와 상기 형광체층 사이의 거리(H)는, 상기 제 1 발광소자와 상기 제 2 발광소자에서 발생한 광이 겹쳐지지 않는 선에서 결정되거나 10% 미만으로 겹쳐지는 선에서 결정되는 조명 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 발광소자 사이의 거리(G)는 27㎜ 이상 29㎜ 이하의 범위를 갖는 조명 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 믹싱 챔버는 양쪽 내측 벽이 동일한 수직면 또는 경사면을 갖는 조명 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 조명 장치는:
    상기 믹싱 챔버의 양쪽 내측 벽에 동일한 경사면을 갖는 리플렉터(Reflector)가 배치된 조명 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 조명 장치는:
    상기 형광체층 상에 광의 지향각을 조절하는 렌즈부가 더 배치된 조명 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 렌즈부는:
    오목, 볼록, 반구형 중 어느 하나의 형상을 가지며,
    에폭시 수지, 실리콘수지, 우레탄계 수지 중 어느 하나로 이루어지거나 그 혼합물로 이루어진 조명 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 발광소자는 청색 LED를 포함하며,
    상기 형광체층의 형광체는 옐로우(Yellow) 형광체와 그린(Green) 형광체를 단일 또는 복수로 포함하는 조명 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 발광소자는 자외선 LED를 포함하며,
    상기 형광체층은 청색, 녹색 및 적색 형광체 중 적어도 하나 이상을 포함하는 조명 장치.
  13. 적어도 둘 이상의 복수의 발광소자들;
    상기 복수의 발광소자들 상에 배치되고, 상기 복수의 발광소자로부터 방출된 광의 파장을 변환시키는 광변환층; 및
    상기 복수의 발광소자들과 상기 광변환층이 배치되고, 상기 복수의 발광소자들로부터의 광을 상기 광변환층으로 반사하는 내측벽을 포함하는 챔버;를 포함하고,
    상기 복수의 발광소자들 중, 서로 인접한 제1 발광소자와 제2 발광소자 사이의 거리(G)는, 상기 제 1 발광소자와 상기 광변환층 사이의 거리를 H, 상기 제 1 발광소자의 광 지향각을 θ라 할 때, 2Htan(θ/2) 값으로 결정되고,
    상기 챔버의 내측벽과 상기 복수의 발광소자들 중 상기 챔버의 내측벽에 인접한 제3 발광소자 사이의 거리(L)은, G/2 값으로 결정되는, 조명 장치.
  14. 삭제
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