KR101449949B1 - 이중 벌브 구조의 엘이디 전구 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이중 벌브 구조의 LED(Light Emitting Diode) 전구에 관한 것으로서, 본 발명에 의하면 내열성 투명 수지인 실리콘 수지에 조명색 변환용 형광체, 그리고 선택적으로는 광학산체 및/또는 안료를 혼입하여 성형한 투명 또는 반투명의 내측 벌브와, 투명 또는 반투명의 유리 또는 폴리카보네이트로 된 외측 벌브를 가지는 이중 벌브 구조의 엘이디 전구가 제공되며, 본 발명에 따른 이중 벌브 구종의 LED 전구는 외측 벌브의 분리 후 사용자 또는 시공자가 내측 벌브를 간단히 교체하는 것에 의해 엘이디 전구 전체의 교체 없이도 원하는 색 온도의 조명광을 경제적으로 구현 가능하며, 눈부심(光輝: glare) 현상을 효과적으로 완화시켜 보다 온화하고 안락한 조명을 얻을 수 있음은 물론, 간단하고 용이한 벌브 분리 후 재체결 가능하므로 내부 청소가 용이하며, 내측 벌브의 형태 및 패턴에 따라 조명광의 앵글각 확대 또는 렌즈 기능에 의한 조명광의 분산 또는 집속 등과 같은 다양하고도 색다른 조명광을 얻을 수가 있다.

Description

이중 벌브 구조의 엘이디 전구{LED Lamp Having Double Bulb Structure}
본 발명은 이중 벌브 구조의 LED(Light Emitting Diode) 전구에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 내열성 투명 수지인 실리콘 수지에 조명색 변환용 형광체, 그리고 선택적으로는 광확산체 및/또는 안료를 혼입하여 성형한 투명 또는 반투명의 내측 벌브와, 투명 또는 반투명의 유리 또는 폴리카보네이트로 된 외측 벌브를 가지는 이중 벌브 구조의 엘이디 전구에 관한 것으로서, 외측 벌브의 분리 후 사용자 또는 시공자가 실리콘 내측 벌브의 교체에 의해 엘이디 전구 전체의 교체 없이도 원하는 색 온도의 조명 구현이 가능하며, 눈부심(光輝: glare) 현상을 효과적으로 완화시켜 보다 온화하고 안락한 조명을 얻을 수 있음은 물론, 간단하고 용이하게 분리하여 내부의 먼지나 하루살이 등과 같은 이물질을 청소한 후 다시 체결할 수 있으므로 높은 사용 편의성을 가지며, 내측 벌브의 형태에 따라 조명광의 앵글각을 200~300°정도로 확대하거나 또는 렌즈 기능을 부여함으로써 조명광의 지향각을 다양하게 변화시킬 수가 있다.
LED는 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 확장 설치가 가능하고, 수명이 대략 30,000~100,000 시간 정도로서 반영구적으로 매우 길며, 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, 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 청색 LED를 조명색 변환용 형광체를 이용하여 백색 조명화한 백색 LED는 실내외 조명용으로 매우 유용하므로 그 사용 빈도는 급격히 증대되고 있으며, 종래의 백열전구 및 형광등 시장을 급속히 축출하여 오래지 않아 조명 시장을 석권하게 될 것으로 예상되고 있다.
한편, 이러한 LED 전구용 벌브(bulb) 내지 3차원 커버(cover)로서는 주로 높은 강도를 가지는 경질의 투명 또는 반투명의 내열성 폴리카보네이트 수지 또는 유리가 사용되고 있다.
종래 실리콘은 한국등록특허 제0817341호(등록일: 2008.03.20.)에서 복수의 형광등이 체결되는 램프 홀더의 하방에 체결되며 예비 성형, 프레스 성형 및, 열 성형을 거쳐 제조되는 평판 상 램프 커버로서 적용된 예가 알려져 있으며, 상기한 실리콘 커버는 연질 특성을 지니므로 파손이나 손상의 우려가 없는 점이 장점이기는 하지만, 평판 형태의 유지를 위하여 직물, 유리 섬유, 또는 금속재와 같은 내부 강화재를 프레스 성형 시 강도 증강용 충진제로서 포함시키고 있다.
그러나 상기한 실리콘 커버는 가교성 실리콘 레진 중 분자 내에 불포화결합을 도입함과 아울러 유리섬유, 무기충진제(filler), 경화제(硬化劑)를 혼합하여 압축성형에 의해 가열 경화시킨 성형품에 관한 것으로서, 램프 자체의 커버가 아닌 어디까지나 램프 홀더에 대한 커버로서 이중 벌브 구조가 결코 아닌 평판 상이며, 형광등과는 달리 고휘도로 인한 눈부심 현상이 강하여 커버 자체가 광확산성을 가져야 하는 LED 조명 램프에 관한 것도 아니다.
따라서 본 발명의 첫 번째 목적은 파격적 발상의 전환을 통한 실리콘 내측 벌브(bulb)와 통상의 외측 벌브를 가지는 이중 벌브 구조를 채택함으로써 온화하고 부드러운 질감 및 조명감을 나타내는 전혀 새로운 감성 특성의 발현이 가능한 이중 벌브 구조의 LED 전구를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 두 번째 목적은 사용자 또는 시공자가 간단하고도 용이하게 외측 벌브의 분리 후 실리콘 내측 벌브만을 교체하는 것에 의해 엘이디 전구 전체의 교체 없이도 사용자나 시공자가 원하는 색 온도를 가지는 조명광을 경제적으로 구현할 수가 있는 이중 벌브 구조의 LED 전구를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 세 번째 목적은 내열성이 우수하고, 눈부심(光輝: glare) 현상을 효과적으로 완화시켜 보다 온화하고 안락한 조명을 얻을 수가 있는 이중 벌브 구조의 LED 전구를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 네 번째 목적은 구체로부터 다양한 렌즈 형태를 가지는 실리콘 내측 벌브를 채택함으로써 조명광의 지향각 확산이나 집속과 같은 다양한 형태의 조명광을 구현할 수가 있는 이중 벌브 구조의 LED 전구를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다섯 번째 목적은 간단하고 용이하게 분리하여 내부의 이물질 청소 후 다시 체결 가능하므로 높은 사용 편의성을 가지는 이중 벌브 구조의 LED 전구를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 여섯 번째 목적은 다양한 착색 효과를 용이하게 부여 가능함은 물론, 내측 벌브 표면의 다양한 패턴에 의해 수요자 및 시장의 다양한 기대에 부응하는 각종 조명 효과를 부여할 수가 있는 이중 벌브 구조의 LED 전구를 제공하기 위한 것이다.
상기한 본 발명의 첫 번째 내지 여섯 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 첫 번째 양태(樣態)에 따르면, LED 전구에 있어서, 실리콘(silicone) 65~99.9중량%, 바람직하게는 82~99중량%와, 조명색 변환용 형광체를 0.1~35중량%, 바람직하게는 1.0~18중량%로 이루어지며 청색 LED를 에워싸고 있는 내측 벌브와, 유리 또는 폴리카보네이트로 형성되고 상기한 내측 벌브와 이격하여 위치하는 외측 벌브를 가지는 것을 특징으로 하는 이중 벌브 구조의 LED 전구가 제공된다.
상기한 본 발명의 첫 번째 내지 여섯 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 두 번째 양태(樣態)에 따르면, LED 전구에 있어서, 실리콘(silicone) 66~99.8중량%와, 조명색 변환용 형광체 0.1~17중량%와, 평균 입경 0.2~50㎛, 바람직하게는 0.5~5㎛, 특정하게는 1.0~3.5㎛의 광확산체 0.1~17중량%로 이루어지며 청색 LED를 에워싸고 있는 내측 벌브와, 유리 또는 폴리카보네이트로 형성되고 상기한 내측 벌브와 이격하여 위치하는 외측 벌브를 가지는 것을 특징으로 하는 이중 벌브 구조의 LED 전구가 제공된다.
상기한 본 발명의 첫 번째 내지 여섯 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 세 번째 양태에 따르면, LED 전구에 있어서, 실리콘(silicone) 65~99.9중량%, 바람직하게는 82~99중량%와, 평균 입경 0.2~50㎛, 바람직하게는 0.5~5㎛, 특정하게는 1.0~3.5㎛의 광확산체(light diffusing beads) 0.1~35중량%, 바람직하게는 1~18중량%로 이루어지며 백색 LED를 에워싸고 있는 내측 벌브와, 유리 또는 폴리카보네이트로 형성되고 상기한 내측 벌브와 이격하여 위치하는 외측 벌브를 가지는 것을 특징으로 하는 이중 벌브 구조의 LED 전구가 제공된다.
상기한 본 발명의 첫 번째 내지 여섯 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 네 번째 양태에 따르면, 전술한 양태에 있어서 안료를 0.01~3.0중량%, 바람직하게는 0.1~1.0중량% 더욱 포함하는 이중 벌브 구조의 LED 전구가 제공된다.
상기한 본 발명의 첫 번째 내지 여섯 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 다섯 번째 양태에 따르면, 전술한 양태에 있어서 상기한 내측 및 외측 벌브의 중앙부로 길게 연장되는 연장부의 일단부에 형성된 테이퍼 형태의 실장부(LED mounting die pad) 상에 LED가 실장되고, 상기한 내측 벌브가 상기한 LED와 테이퍼 형상의 실장부를 에워싸도록 위치하는 이중 벌브 구조의 LED 전구가 제공된다.
상기한 본 발명의 첫 번째 내지 여섯 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 여섯 번째 양태에 따르면, 상기한 내측 및 외측 벌브의 중앙부로 길게 연장되는 연장부의 일단부에 형성된 반사판 중앙의 실장부에 LED가 실장되고, 상기한 내측 벌브가 렌즈 형태의 반구체로 형성되어 상기한 LED 및 실장부를 에워싸도록 위치하는 이중 벌브 구조의 LED 전구가 제공된다.
상기한 본 발명의 첫 번째 내지 여섯 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일곱 번째 양태에 따르면, 상기한 여섯 번째 양태에 있어서의 상기한 내측 벌브가 오목 렌즈 또는 볼록 렌즈 형태인 이중 벌브 구조의 LED 전구가 제공된다.
상기한 본 발명의 첫 번째 내지 여섯 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 여덟 번째 양태에 따르면, 전술한 양태에 있어서, 상기한 내측 벌브 내표면 및 외표면의 적어도 어느 한 쪽에 양각, 음각, 또는 양각과 음각의 패턴이 형성되어 있는 이중 벌브 구조의 LED 전구가 제공된다.
본 발명에 따른 이중 벌브 구조의 LED 전구는, 파격적 발상의 전환을 통한 실리콘 내측 벌브(bulb)와 통상의 외측 벌브를 가지는 이중 벌브 구조를 채택함으로써 눈부심(光輝: glare) 현상을 효과적으로 완화시켜 보다 온화하고 부드러운 질감 및 조명감을 나타내는 전혀 새로운 감성 특성의 발현이 가능함은 물론, 사용자 또는 시공자가 간단하고도 용이하게 외측 벌브의 분리 후 실리콘 내측 벌브만을 교체하는 것에 의해 엘이디 전구 전체의 교체 없이도 사용자나 시공자가 원하는 색 온도를 가지는 조명광을 경제적으로 구현할 수가 있음과 아울러, 내측 벌브를 구체로부터 다양한 렌즈 형태로 형성함으로써 조명광의 지향각 확산이나 집속과 같은 다양한 형태의 조명광 구현이 가능하며, 내부 청소를 위해서는 이측 및 내측 벌브를 간단하고 용이하게 분리한 후 다시 체결 가능하므로 높은 사용 편의성을 가지는 한편, 다양한 착색 효과를 용이하게 부여 가능함은 물론, 내측 벌브 표면의 다양한 패턴에 의해 수요자 및 시장의 다양한 기대에 부응하는 각종 조명 효과를 부여할 수가 있다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이중 벌브 구조의 엘이디 전구의 사시도이고, 도 1b는 그 부분절결 정면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이중 벌브 구조의 엘이디 전구의 부분절결 정면도이다.
도 3은 내측 벌브의 표면 구조를 나타내는 부분 단면도이다.
먼저, 본 발명의 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 "벌브(bulb)"라는 용어는 종래의 백열전구와 유사한 형태학적 특징을 지니는 LED 전구에 장착되는 구 또는 반구 형상의 구형 커버를 지칭하며, 그 형태는 돔형 또는 구형을 포함하는 둥근 형태를 모두 포함하는 의미임은 물론이며, 통상의 LED 전구에서 벌브로서의 기능을 수행하는 것이라면 이 또한 포함하는 넓은 의미로 이해되어져야만 한다.
아울러 본 발명의 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 "실리콘(silicone)"이라는 용어는 규소(silicon) 중합체로서 그 중합도 차이에 따라 실록산 단위체 5,000 미만의 저중합도 선상 폴리올가노실록산(polyorganosiloxane)으로 이루어지는 액상 실리콘 고무(LSR: liquid silicone rubber)와 실록산 단위체 5,000~10,000의 고중합도 선상 폴리올가노실록산으로 이루어지는 미러블(millable) 실리콘 고무의 탄성 경화체가 바람직하나, 경우에 따라 실록산 단위체 10,000을 초과하는 높은 가교도를 가져 경화 후 경성을 가지는 좁은 의미의 가교성 실리콘 레진도 포함하는 넓은 의미로 이해될 필요가 있다.
상기한 액상 실리콘 고무는 축합형 액상 실리콘 고무와 부가형 액상 실리콘 고무로 분류될 수 있으며, 달리 분류하면 상기한 전술한 미러블 실리콘 고무와 일액형 또는 이액형의 부가형 액상 실리콘 고무로 이루어지는 가열 가류형(HTV: high Temperature Vulcanizing) 실리콘 고무와, 일액형 또는 이액형의 축합형 또는 부가형 액상 실리콘 고무로 이루어지는 실온 경화형(RTV: Room Temperature Vulcanizing) 액상 실리콘으로 나눌 수 있다.
구체적으로는 상기한 축합형 액상 실리콘 고무는 일액형 또는 이액형의 액상 실리콘 고무(1 or 2 component condensation curing type liquid silicone rubber)로 분류될 수 있고, 상기한 일액형의 축합형 액상 실리콘 고무는 공기 중에 방치하면 탈초산, 탈옥심, 탈알코올, 탈아세톤, 탈아민, 또는 탈아미드 축합 가교 반응이 진행되어 고무 탄성체가 얻어지는 타입이며, 축합형 2성분 타입 액상 실리콘 고무는 실리콘 주제(主劑)와 가교경화제의 2성분으로 제공되어 사용 직전에 혼합되면 탈알코올, 탈수소, 탈수, 탈하이드록시아민 가교 반응이 진행되어 양호한 심부 경화도를 나타내는 고무 탄성체가 얻어지는 타입으로서, 이들은 모두 실온에서 경화되기 때문에 실온 가류형 액상 실리콘에 속한다.
또한 상기한 부가형 액상 실리콘 고무(additional curing type liquid silicone rubber)는 촉매제를 이용하여 비닐기를 함유하는 폴리실록산과 Si-H 결합을 갖는 폴리실록산을 부가 반응시키는 하이드록실화 반응에 의하여 실록산 쇄를 가교시킴으로써 얻어지는 고무 탄성체로서, 상기한 가교 반응은 수분이 불필요하고 경화속도는 온도 의존성이 커서 온도의 상응에 따라 단시간에 경화되며, 백금 촉매의 종류나 양의 변화 또는 반응 억제제나 지연제를 사용함으로써 경화속도를 변화시킬 수 있다.
상기한 부가형 액상 실리콘 고무는 경화온도 100-200℃로의 가열에 의해 경화되는 가열 가류형(HTV: high Temperature Vulcanizing)과, 이액형 중 일부가 해당되는 실온 경화형(RTV: Room Temperature Vulcanizing)으로 분류될 수 있다.
전술한 바와 같은 실리콘 고무 또는 가교성 실리콘 레진은 약 200℃이상의 우수한 내열성을 보유하며, 내한성 또한 우수하고, 대기 중의 산소, 오존, 자외선 등과 반응하여 균열을 발생케 하는 이중결합이 없으므로 내후성이 우수하며, 난연성이고 할로겐 원소를 함유하지 않으므로 연소 시 유독 가스의 발생이 거의 없으며, 넓은 온도 범위에서 압축과 변형에 대한 우수한 복원성을 보유한다는 장점이 있다.
본 발명에 있어서 실리콘이라는 용어는, 윤활제, 이형제, 소포제, 발수제, 표면 활제, 접착 방지제, 절연제 등으로써 널리 사용되는 순수 실리콘 오일이나 변성 실리콘 오일과 같은 주로 노말 타입의 디메틸 실리콘 오일을 포함하는 액상 실리콘은 배제된다.
본 발명에 따른 이중 벌브 구조의 LED 전구에 적용되는 내측 벌브는 청색 LED가 사용될 경우, 기본적으로 실리콘(silicone: 즉 silicon polymer) 65~99.9중량%, 더욱 바람직하게는 82~99중량%와, 조명색 변환용 형광체 0.1~35중량%, 바람직하게는 1.0~18중량%로 이루어진다.
선택적으로, 상기한 내측 벌브에 광확산체가 추가로 적용될 경우에는, 실리콘(silicone) 66~99.8중량%와, 조명색 변환용 형광체 0.1~17중량%와, 평균 입경 0.2~50㎛, 바람직하게는 0.5~5㎛, 특정하게는 1.0~3.5㎛의 광확산체 0.1~17중량%로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이중 벌브 구조의 LED 전구에 적용되는 내측 벌브는 백색 LED가 사용될 경우, 기본적으로 실리콘(silicone) 65~99.9중량%, 바람직하게는 82~99중량%와, 평균 입경 0.2~50㎛, 바람직하게는 0.5~5㎛, 특정하게는 1.0~3.5㎛의 광확산체(light diffusing beads) 0.1~35중량%, 바람직하게는 1.0~18중량%로 이루어진다.
상기한 실리콘의 함량이 전체 중량 기준으로 65중량% 미만인 경우에는 광확산체 및 조명색 변환용 형광체의 함량 과다로 인한 투명성 저하 및 산란에 의한 후광 효과로 인한 지나친 휘도 저하 우려가 있음과 아울러, 성형성이 열등해 질 우려가 있으므로 바람직하지 못하며, 역으로 99.9중량%를 초과하는 경우에는 고휘도로 인한 눈부심 현상의 완화 정도가 충분하지 못하게 되거나 또는 조명색 변환 효과가 미흡하게 될 우려가 있으므로 바람직하지 못하다.
상기한 광확산체의 예로써는, 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 광확산체; 또는 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 광확산체; 또는 이들의 임의의 혼합물을 들 수 있으나, 바람직한 것은 내열성 및 난연성 증대 측면에서 무기계 광확산체이다.
상기한 광확산체는 평균 입경 0.2~50㎛, 바람직하게는 0.5~5㎛, 특정하게는 1.0~3.5㎛인 것이 사용되며, 그 첨가량은 백색 LED를 사용하는 경우에는 전 중량 기준으로 0.1~35중량%, 바람직하게는 1~18중량%이나, 청색 LED를 사용하고 조명색 변환용 형광체를 사용하여 백색 광원화하는 경우에는 실리콘의 성형성을 고려하여 그 첨가량은 전 중량 기준으로 0.1~17중량%의 양으로 사용될 수 있다.
여기서, 광확산체의 평균 입경이 0.2㎛ 미만일 경우에는 투명성이나 투광성이 열등하게 될 우려가 있어 바람직하지 아니하며 역으로 50㎛를 초과하는 경우에는 조명광의 질감이 불만족스럽거나 또는 균일하지 못하게 될 우려가 있어 마찬가지로 바람직하지 못하다.
상기한 광확산체의 전 조성물에 대한 첨가량이 0.1중량% 미만에서는 눈부심 현상이 발생할 우려가 높아지므로 바람직하지 못하며, 역으로 35중량%를 초과하면 투명성이나 투광성이 열등하게 될 우려가 있음과 아울러 실리콘의 성형성을 열등하게 할 우려가 커지므로 역시 바람직하지 아니하다.
또한 본 발명에 따른 이중 벌브 구조를 가지는 LED 전구에 있어서 청색 LED가 사용될 경우 이를 특정한 색온도를 가지는 백색 광원화 하기 위하여 내측 벌브에 첨가되는 조명색 변환용 형광체는 0.1~35중량%, 바람직하게는 1.0~18중량%로 사용되며, 전술한 광확산체와 함께 사용되는 경우에는 실리콘의 성형성 악화 방지 측면에서 광확산체와 조명색 변환용 형광체를 각각 0.1~17중량%의 양으로 포함시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 적용 가능한 조명색 변환용 형광체로서는, 청색 LED를 이용하는 이중 벌브 구조를 가지는 LED 전구인 경우에는 당업계 공지의 YAG계 황색 형광체만을 이용할 수도 있으나, 바람직하게는 공지의 녹색 형광체 및 적색 형광체를 사용하는 것이 3파장의 자연스러운 백색광을 얻을 수 있으므로 보다 바람직할 수 있다.
청색 LED와 YAG 황색 형광체를 사용할 경우 얻어지는 백색 LED는 Nichia 사가 개발한 (YGd)3Al5O12: Ce가 전형적이며 상기한 YAG 황색 형광체는 550~560㎚에서 여기(exciting)된다.
한편, 청색 LED(425㎚~475㎚ 파장 영역)를 이용하는 이중 벌브 구조의 LED 전구인 경우, 녹색 형광체 및 적색 형광체로서는 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 + 등을 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, Mn 등을 들 수 있다.
청색 LED와 적색 및 녹색 형광체를 이용하면 본 발명에 따른 이중 벌브 구조를 가지는 LED 전구는 청색 LED로부터의 청색광이 내측 벌브 중에 포함된 적색 및 녹색형광체 혼합물을 여기시켜 3 파장의 백색 LED 조명광을 조사하게 된다.
또한, 상기한 청색 LED 칩에 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, 청색 LED 와는 직접적인 관련이 없이 그에 별도의 부재(member)로서 장착되는 내측 벌브에 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 조명광을 형성할 수도 있다. 한편, 상기한 청색 LED 칩은 InGaN형, SiC형 또는 ZnSe형일 수 있다.
상기한 적색 및 녹색 형광체의 적절한 배합에 의해 백색광 또는 다양한 색상의 광이나 또는 색 온도가 상이한 다양한 광을 얻을 수가 있다.
얻어지는 백색광은 적색 및 녹색 형광체의 적절한 배합에 의해 수요자의 요구에 따라 3200~7500K 범위 내에서 적절히 조절될 수 있음은 물론이다.
상기한 적색 형광체 및 녹색 형광체, 또는 이들의 조합물의 함량은 전 조성물 중량 기준으로 0.1~35중량%, 바람직하게는 1.0~18중량%이며, 광확산체와 함께 사용되는 경우에는 0.1~17중량%이고, 청색 LED에 대하여 적색 형광체와 녹색 형광체를 사용할 경우 그 중량 비율은 1: 0.2~1.2의 비율, 바람직하게는 1:0.3~0.8의 비율이다.
상기한 형광체의 함량은 첨가될 경우, 전 중량 기준으로 0.1중량% 미만인 경우에는 만족스러운 백색광이 얻어지지 않을 우려가 있으며 역으로 35중량%를 초과하면 휘도가 지나치게 저하될 우려가 있음과 아울러 경제적이지 못하며 또한 성형성 저하의 원인이 될 수 있으므로 바람직하지 못하다.
또한 필요하다면 조명색 또는 색온도와 같은 기호도에 따라 무기 또는 유기 안료를 0.01~3.0중량%, 바람직하게는 0.1~1.0중량% 포함시킬 수도 있다.
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 있으며, 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.
부연하면, 본 발명에 따른 이중 벌브 구조의 LED 전구에 있어서 청색 LED를 사용하고 내측 벌브에 조명색 변환용 형광체와 광확산체를 동시에 사용할 경우에는, 그 전체적인 조성 비율을 실리콘(silicone) 66~99.8중량%와, 조명색 변환용 형광체 0.1~17중량%와, 평균 입경 0.2~50㎛의 광확산체 0.1~17중량%로 이루어지도록 조성하는 것이 각 조성 성분 간의 균형에 따른 휘도, 성형성, 백색 광원화의 효율성, 그리고 경제성 측면에서 바람직하다.
이하, 본 발명에 관하여 첨부 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이중 벌브 구조의 LED 전구(1)의 사시도이고, 도 1b는 그 부분 절결 정면도로서, 편의상 함께 설명하기로 한다.
도시된 본 발명에 따른 이중 벌브 구조를 가지는 LED 전구(1)의 외관은 통상의 LED 전구와 마찬가지로 나사형 소켓(6)과 다수의 방열용 개구(5a)를 가지는 방열체(5)와, 상기한 방열체(5) 하부의 외측 벌브(3)로 이루어지며, 상기한 나사형 소켓(6)의 내부에는 구동부(미도시)가 장착되나, 이들에 관한 사항은 모두 공지이므로 이에 대한 부연은 생략하기로 한다.
또한 상기한 나사형 소켓(6) 대신에 핀 형태의 음극과 양극이 상방으로 돌출된 플러그형 소켓이 적용될 수도 있으나, 이러한 구성상의 변경은 본 발명에 있어서 임의 선택적이다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이중 벌브 구조의 LED 전구(1)는, 상기한 방열체(5)의 저부로부터 상기한 내측 및 외측 벌브(2,3)의 중앙부로 길게 연장되는 연장부(4)의 일단부에 형성된 상광하협(上廣下狹)의 테이퍼상 실장부(4a)(LED mounting die pad)(4a)의 저면에는 PCB(미도시)와 LED(7)가 실장되고, 상기한 내측 벌브(2)는 상기한 LED(7)와 상광하협의 실장부(4a)를 에워싸도록 위치한다. 여기서 상기한 연장부(4) 및 테이퍼 상 실장부(4a)는 열전도성이 우수한 알루미늄 또는 일루미늄 합금과 같은 금속 소재로 형성된다.
따라서 상기한 연장부(4)와 실장부(4a), 그리고 방열체(5) 및 방열용 개구(5a)는 높은 방열 특성을 나타내게 되며, 또한 상기한 실장부(4a)가 상광하협(上廣下狹)의 테이퍼상으로 형성되어 있으므로 그 저면에 실장되는 LED(7)로부터 방사되는 조명광의 조사각은 200~300°에 이를 정도로 확대될 수 있다.
여기서, 상기한 LED(7)를 에워싸고 있는 내측 벌브(2)는 전술한 바와 같은 실리콘으로 형성되며, 외측 벌브(3)는 투명 또는 반투명의 유리 또는 폴리카보네이트로 형성되고 상기한 내측 벌브(2)의 외표면으로부터 일정한 공간을 격하여 그 외측에 위치하게 된다.
도 1a의 예에서는 내측 벌브(2)의 내외표면이 평활면으로 형성되어 있는 경우를 예시하고 있으며, 상기한 내측 벌브(2)는 전술한 연장부(4)의 적어도 일부 영역 또는 테이퍼 상으로 형성된 실장부의 상면에 압입식(끼움식), 접착식, 또는 다양한 공지의 체결 수단에 의한 파스너(fastener) 체결형태로 결합될 수 있음은 물론이다.
한편, 도 1b에 예시한 바와 같이, 필요하다면 선택적으로 상기한 내측 벌브(2)의 내표면 및 외표면의 적어도 어느 한 쪽에 양각, 음각, 또는 양각과 음각의 다양한 패턴을 형성할 수도 있음은 물론이며, 이러한 다양한 패턴의 선택에 의해 내측 벌브 표면의 다양한 패턴에 의해 수요자 및 시장의 다양한 기대에 부응하는 다양한 조명 효과를 부여할 수가 있다.
상기한 바와 같은 다양한 패턴은 내측 벌브(2)의 내표면 및/또는 외표면에 망상(網狀)을 이루도록 경위로 다수의 미세 돌출 스트립으로 형성되거나, 또는 양각, 음각, 또는 양각과 음각의 혼합형으로 형성될 수 있음은 물론이며, 상기한 양각 또는 음각의 패턴은 연속 또는 불연속의 원형, 타원형, 마름모, 사각형, 사디리꼴, 육각형, 팔각형, 또는 십자형의 도트(dot) 형태이거나, 또는 망상 형태, 또는 스트립(strip) 형태일 수 있으며, 그 구체적인 형상 및 형태학적 등고선(contour), 분포, 밀도, 크기 등은 본 발명에 있어 제한적이거나 절대적인 사항이 아니라 임의 선택적 사항에 불과하며 이러한 사항에 있어서의 다양한 변형이나 수정은 모두 본 발명의 영역 내이다.
구체적인 예로써는, 도 3a 내지 도 3f에 각각 나타낸바와 같이, (a)의 경우는 반구형 외부 양각 패턴(8a)이 내측 벌브(2)의 외표면에만 불연속적으로 형성된 경우를 예시하고 있으며, (b)의 경우는 반구형 외부 음각 패턴(8b)이 내측 벌브(2)의 외표면에만 불연속적으로 형성된 경우를 예시하고 있고, (c)의 경우는 반구형 내부 양각 패턴(8c)이 내측 벌브(2)의 내표면에만 불연속적으로 형성된 경우를 예시하고 있으며, (d)의 경우는 반구형 내부 음각 패턴(8d)이 내측 벌브(2)의 내표면에만 불연속적으로 형성된 경우를 예시하고 있고, (e)의 경우는 반구형 외부 양각 패턴(8a)과 반구형 내부 양각 패턴(8c)이 내측 벌브(2)의 내표면과 외표면의 동일 개소마다에 불연속적으로 형성된 경우를 예시하고 있으며, (f)의 경우는 반구형 외부 양각 패턴(8a)과 반구형 내부 양각 패턴(8c)이 내측 벌브(2)의 내표면과 외표면의 서로 상이한 개소에 교호적(交互的)으로 불연속적으로 형성된 경우를 예시하고 있다.
그러나 상기한 도 3의 각 경우는 본 발명의 이중 벌브 구조의 LED 전구(1)에 있어서의 내측 벌브(2)에 적용 가능한 양각 및/또는 음각 패턴의 예시에 불과하며, 도시된 예외에도 다양한 변화 및 수정이 가능함은 전술한 바와 같으며 이 또한 본 발명의 영역 내임은 물론이다.
이어서, 도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이중 벌브 구조의 엘이디 전구(1a)의 부분절결 정면도로서, 도 1b의 경우와 그 기본 구조는 실질적으로 동일하므로, 그 차이점에 대해서만 주로 설명하기로 하며, 도 1b의 경우와 비교하여 차이가 있는 부분은 실장부(4)와 내측 벌브(2)의 형태뿐이다.
도시된 예에서는, 실장부(4a)가 상기한 내측 및 외측 벌브(2,3)의 중앙부로 길게 연장되는 연장부(4)의 일단부에 반사판상으로 형성되고, 상기한 실장부(4a)의 대략 중앙부에 PCB(미도시)와 LED(7)가 실장되며, 상기한 내측 벌브(2)가 렌즈 형태의 반구체 또는 돔체로 형성되어 상기한 LED(7) 및 실장부(4a)의 반사면을 에워싸도록 위치한다.
여기서, 상기한 내측 벌브(2)는 중앙이 두껍고 가장자리로 갈수로 얇아지는 형태의 볼록 형태, 또는 역으로 중앙이 얇고 중앙으로 갈수록 두꺼워지는 볼록 렌즈 형태의 그 어느 것일 수 있다.
상기한 내측 벌브의 조성 성분 및 조성비에 관해서는 이미 상술한 바 있으므로 이에 대한 더 이상의 부연은 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 이중 벌브 구조의 LED 전구(1,1a)의 제조는 평활면인 경우에는, 예컨대, 실온 경화형의 축합형 또는 부가형의 액상 실리콘을 맨드렐에 스핀 코팅하는 것에 의하여 간단하고도 용이하게 형성할 수 있으며, 또는 내표면 또는 외표면 중 어느 일면에만 양각 또는 음각 패턴이 형성되는 경우에는 블로 성형에 의해 외표면에 양각 또는 음각 패턴을 형성한 다음, 외표면에 양각 또는 음각 패턴을 형성한 그 상태 그대로 사용하거나 또는 탄성력을 이용하여 간단히 뒤집음으로써 외표면은 평활하고 내표면에 양각 또는 음각 패턴이 위치하도로 전도시킨 상태로 사용할 수 있고, 또는 사출 성형에 의하여 내표면 또는 외표면만에 또는 내외표면 모두에 양각 또는 음각 패턴을 형성할 수도 있다.
이상, 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 예증하기 위한 것일 뿐 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니며, 당업자에 있어서는 본 발명의 요지 및 범위를 일탈하는 일 없이도 다양한 변화 및 수정이 가능함은 물론이며 이 또한 본 발명의 영역 내이다.
1,1a: 본 발명에 따른 이중 벌브 구조의 LED 전구
2,2a: 내측 벌브 3: 외측 벌브
4: 연장부 4a: 실장부(LED mounting die pad)
5: 방열부 5a: 방열 개구
6: 소켓 7: LED
8a: 외부 양각 패턴 8b: 외부 음각 패턴
8c: 내부 양각 패턴 8d: 내부 음각 패턴

Claims (8)

  1. LED 전구에 있어서,
    실리콘(silicone) 65~99.9중량%와, 조명색 변환용 형광체 0.1~35중량%로 이루어지며 청색 LED를 에워싸고 있는 내측 벌브와,
    유리 또는 폴리카보네이트로 형성되고 상기한 내측 벌브와 이격하여 위치하는 외측 벌브를 가지는 것을 특징으로 하는
    이중 벌브 구조의 LED 전구.
  2. LED 전구에 있어서,
    실리콘(silicone) 66~99.8중량%와, 조명색 변환용 형광체 0.1~17중량%와, 평균 입경 0.2~50㎛의 광확산체 0.1~17중량%로 이루어지며 청색 LED를 에워싸고 있는 내측 벌브와,
    유리 또는 폴리카보네이트로 형성되고 상기한 내측 벌브와 이격하여 위치하는 외측 벌브를 가지는 것을 특징으로 하는
    이중 벌브 구조의 LED 전구.
  3. LED 전구에 있어서,
    실리콘(silicone) 65~99.9중량%와, 평균 입경 0.2~50㎛의 광확산체(light diffusing beads) 0.1~35중량%로 이루어지며 백색 LED를 에워싸고 있는 내측 벌브와,
    유리 또는 폴리카보네이트로 형성되고 상기한 내측 벌브와 이격하여 위치하는 외측 벌브를 가지는 것을 특징으로 하는
    이중 벌브 구조의 LED 전구.
  4. 삭제
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기한 내측 및 외측 벌브의 중앙부로 길게 연장되는 연장부의 일단부에 상광하협(上廣下狹)의 테이퍼 형태로 된 실장부(LED mounting die pad)가 형성되고, 상기한 실장부에 LED가 실장되며, 상기한 내측 벌브가 상기한 LED와 상광하협의 실장부를 에워싸도록 위치하는 이중 벌브 구조의 LED 전구.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기한 내측 및 외측 벌브의 중앙부로 길게 연장되는 연장부의 일단부에 반사판 형태로 된 실장부가 형성되고, 상기한 실장부의 중앙부에 LED가 실장되고, 상기한 내측 벌브가 렌즈 형태의 반구체 또는 돔체로 형성되어 상기한 LED 및 실장부를 에워싸도록 위치하는 이중 벌브 구조의 LED 전구.
  7. 제6항에 있어서, 상기한 내측 벌브가 오목 렌즈 또는 볼록 렌즈 형태인 이중 벌브 구조의 LED 전구.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기한 내측 벌브의 내표면 및 외표면의 적어도 어느 한 쪽에 양각, 음각, 또는 양각과 음각의 패턴이 형성되어 있는 이중 벌브 구조의 LED 전구.













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