KR101557443B1 - 조명기기 - Google Patents

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KR101557443B1
KR101557443B1 KR1020140051425A KR20140051425A KR101557443B1 KR 101557443 B1 KR101557443 B1 KR 101557443B1 KR 1020140051425 A KR1020140051425 A KR 1020140051425A KR 20140051425 A KR20140051425 A KR 20140051425A KR 101557443 B1 KR101557443 B1 KR 101557443B1
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light
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reflection
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KR1020140051425A
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박선정
조한규
황보창권
김원영
김훈
임재동
이상일
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엘지전자 주식회사
인하대학교 산학협력단
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/60—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction
    • F21K9/68—Details of reflectors forming part of the light source
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • F21V7/22—Reflectors for light sources characterised by materials, surface treatments or coatings, e.g. dichroic reflectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
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Abstract

실시예에 따른 조명기기는 광을 생성하는 광원부 및 상기 광원부에서 생성된 광을 일 방향으로 반사시키는 반사층을 가지는 반사유닛을 포함하고, 상기 반사층은 금속을 포함하는 금속 반사층 및 상기 금속 반사층 상에 위치되고, 서로 다른 굴절율을 가지는 복수 개의 유전체층을 포함하는 유전체 반사층을 포함한다.

Description

조명기기{LIGHTING DEVICE}
실시예는 조명기기에 관한 것이다.
일반적으로 실내 또는 실외의 조명등으로 전구나 형광등이 많이 사용된다. 이러한 전구 또는 형광등의 경우 수명이 짧아 자주 교환되어야 하는 문제가 있다. 또한, 종래의 형광등은 그 사용시간이 지남에 따라 열화가 발생하여 조도가 점차 떨어지는 현상이 과도하게 발생할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 우수한 제어성, 빠른 응답속도, 높은 전기광 변환효율, 긴 수영, 적은 소비전력 및 높은 휘도의 특성 및 감성 조명을 구현할 수 있는 발광 다이오드(LED ; Light Emitting Diode)를 채용하는 여러 가지 형태의 조명 모듈이 개발되고 있다.
발광 다이오드(LED)는 전기 에너지를 빛으로 변환하는 반도체 소자의 일종이다. 발광 다이오드는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저 소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다. 이에 기존의 광원을 발광 다이오드로 대체하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 이미 발광 다이오드는 실내 외에서 사용되는 각종 액정표시장치, 전광판, 가로등 등의 조명 장치의 광원으로서 사용이 증가되고 있는 추세이다.
이러한 발광 다이오드를 사용한 조명은 태양광과 차이를 가지게 된다. 특히, 인공 조명기기는 연색성이 떨어지게 되면, 인공 조명기기에 반사된 물체의 색과 질감을 실제와 다르게 사용자게 인식될 수 있다.
여기서, 연색성은 인공광원이 얼마나 기준 광원과 유사하게 물체의 색을 보여주는가를 숫자로 표현한 것이다.
따라서, 인공 조명기기에서는 조명기기의 연색성을 향상시키기 위한 다양한 방법을 연구하고 있다.
실시예는 두께를 슬림화 할 수 있고, 연색성과 효율이 향상된 조명기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
실시예에 따른 조명기기는 광을 생성하는 광원부 및 상기 광원부에서 생성된 광을 일 방향으로 반사시키는 반사층을 가지는 반사유닛을 포함하고, 상기 반사층은 금속을 포함하는 금속 반사층 및 상기 금속 반사층 상에 위치되고, 서로 다른 굴절율을 가지는 복수 개의 유전체층을 포함하는 유전체 반사층을 포함한다.
실시예는 레드영역(650nm 내지 800nm 파장영역)의 반사율이 크게 향상되므로, 평균 연색 지수(Ra) 및 특수 연색 지수(R9)가 향상되게 된다.
실시예는 반사율이 향상된 리플렉터가 사용되므로, 조명기기의 효율이 향상되는 효과를 가진다.
또한, 실시예는 광원부는 차폐하는 전방 리플렉터를 포함하여서, 사용자가 눈부심을 줄일 수 있고, 광원부가 외부에 노출되지 않아 디자인적 미감을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시예는 반사영역을 2개로 구획하여서, 다양한 설계가 가능하므로, 다양한 형상의 조명기기를 제조하면서, 광의 균일성을 확보하는 이점이 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명기기의 사시도,
도 2 는 도 1의 분해사시도,
도 3 은 도 1의 조명기기의 단면도,
도 4 는 일 실시예의 전방 리플렉터와 후방 리플렉터를 자세히 설명하기 위한 개념도,
도 5는 일 실시예의 후방 리플렉터를 상측에서 바라본 평면도,
도 6은 일 실시예의 반사층과 전방 리플렉터의 상세 단면도,
도 7은 비교예와 실시예의 조명기기의 파장에 따른 반사도 그래프,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명기기의 사시도,
도 9는 도 8의 조명기기의 Ι - Ι선을 취한 단면도,
도 10은 도 8의 광원부의 사시도,
도 11은 실시예에 따른 반사층과 회로기판의 단면도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도 1 은 일 실시예의 조명기기의 사시도, 도 2 는 일 실시예의 조명기기의 분해사시도, 도 3 은 도 1의 조명기기의 단면도, 도 4 는 일 실시예의 전방 리플렉터와 후방 리플렉터를 자세히 설명하기 위한 개념도, 도 5는 일 실시예의 후방 리플렉터를 상측에서 바라본 평면도이다.
도면에서 X, Y, Z의 좌표축을 도시한 바와 같이, 조명기기(100)의 평면 방향을 X축 및 Y축, 램프의 광축(Ax) 방향인 전후 방향을 Z축으로 한다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 실시예에 따른 조명기기(100)는 광원부(130) 및 광원부(130)에서 생성된 광을 반사시키는 반사층(200)을 가지는 반사유닛(120,160)을 포함한다.
또한, 조명기기(100)는 광원부(130)를 지지하는 몸체(110)와 광원부(130)에서 발생하는 열을 외부로 전달하는 히트싱크(180)를 더 포함할 수 있다.
그리고, 반사유닛(120,160)은 전방 리플렉터(160) 및 후방 리플렉터(120)를 포함할 수 있다.
광원부(130)는 구동전원을 공급 받아 광을 생성한다. 광원부(130)는 반사유닛(120,160) 또는 몸체(110)에 지지될 수 있다.
구체적으로, 광원부(130)는 몸체(110)의 일 면에 배치되어 몸체(110)에 의해 지지될 수 있다.
예를 들면, 광원부(130)는 회로기판(133)과 회로기판(133) 상에 배치되고, 회로기판(133)과 전기적으로 연결된 발광소자(131)를 포함한다.
회로기판(133)은 몸체(110)의 일 면에 배치된다. 이러한 회로기판(133)은 몸체(110)의 일 면에 대응하여 원형 형상을 갖지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 다각형 형상, 타원 형상 등 다양한 형상일 수 있다.
회로기판(133)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있으며, 예를 들어, 일반 인쇄회로기판PCB: Printed Circuit Board), 메탈 코아(Metal Core) PCB, 연성(Flexible) PCB, 세라믹 PCB 등일 수 있다.
회로기판(133)은 광원(130)과 와이어로 전기적으로 연결될 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다.
발광소자(131)는 하나 또는 복수 개가 배치될 수 있다. 또한, 복수의 발광소자(131)가 배치되는 경우, 각각의 발광소자(131)는 서로 다른 색을 출광하거나, 서로 다른 색온도를 가질 수도 있다.
더욱 구체적으로, 발광소자(131)는 380nm 내지 480 nm의 주파장 영역을 가질 수 있다. 이 때, 광원부(130)는 발광소자(131)에서 생성된 광을 파장을 변환하여 백색광을 출광하게 하는 공지의 형광체를 더 포함할 수 있다. 광원부(130)에서 발생되는 빛은 5000K 내지 8000K의 색온도를 가질 수 있다.
발광소자(131)가 380nm 내지 480 nm의 주파장 영역을 가지는 경우, 발광효율은 우수하지만, 주 파장이 블루 계열로 편중되기 때문에, 연색성이 저하되게 된다.
광원부(130)는 광축(Ax)에 위치되어 광을 생성한다. 여기서, 광축(Ax)은 조명기기(100)의 광이 출광되는 주된 방향을 의미한다. 조명기기(100)에서 출광되는 광은 광축(Ax)을 기준으로 방사형 또는 광축(Ax)과 평행하게 형성될 수 있다.
구체적으로, 광원부(130)의 광원점(F)이 광축(Ax) 상의 소정의 위치에 위치되도록 한다. 더욱 구체적으로, 광원부(130)가 다수의 발광소자(131)를 포함하는 경우, 발광소자(131)들의 배치의 중심을 광원점(F)으로 정의하고, 이 광원점(F)을 광축(Ax) 상에 위치시킬 수 있다.
광원부(130)는 후방 리플렉터(120)의 내부에 위치될 수 있다.
구체적으로, 광원부(130)는 후방 리플렉터(120)의 중심(F)에 광원부(130)의 광원점(F)이 일치되게 위치될 수 있다.
더욱 구체적으로, 발광소자(131)는 후방 리플렉터(120)에 형성된 광원홀(125)의 내부를 관통하여 후방 리플렉터(120)의 내부에 노출되고, 회로기판(133)은 후방 리플렉터(120)의 외부에 배치될 수 있다.
몸체(110)는 광원부(130)로부터 발생된 열을 전달받아 방열한다. 이를 위해, 몸체(110)는 열 방출 효율이 뛰어 난 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
몸체(110)는 광원부(130)가 위치되는 공간을 제공하고, 전원부(미도시)가 내부에 위치하는 다양한 형상을 가질 수 있다.
몸체(110)는 내부에 수납부(미도시)를 갖는다. 수납부는 몸체(110)의 일측에서 내부로 함몰되어 형성될 수 있다.
몸체(110)의 수납부는 전원부를 수납할 수 있다.
전원부는 지지기판(미도시)과, 지지기판 상에 탑재되는 다수의 부품(미도시)을 포함할 수 있다. 상술한 다수의 부품(미도시)은 예를 들어, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치, 광원부(130)의 구동을 제어하는 구동칩, 광원부(130)를 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
몸체(110)는 광원부(130), 후방 리플렉터(120) 및 히트싱크(180)를 지지할 수 있다.
구체적으로, 몸체(110)에 발광소자(131)가 결합된 회로기판(133)이 지지되고, 후방 리플렉터(120)의 광원홀(125)을 통해 발광소자(131)가 후방 리플렉터(120)의 내부에 위치되며, 후방 리플렉터(120)의 후방(Z축 기준)에 몸체(110)의 테두리가 결합될 수 있다. 또한, 히트싱크(180)는 후방 리플렉터(120)의 후방 외면을 감싸게 배치될 수 있다.
더욱 구체적으로, 반사 성능 향상을 위해, 후방 리플렉터(120)의 광원홀(125)의 크기는 발광소자(131)가 배치되는 영역의 크기에 대응되는 크기를 가지고, 회로기판(133)은 광원홀(125) 보다 큰 폭을 가질 수 있다.
몸체(110)의 일면에는 소켓부(150)가 결합된다.
소켓부(150)는 몸체(110)의 내부의 전원부와 전기적으로 연결되고, 외부전원에 결합하는 형상을 가질 수 있다.
구체적으로, 소켓부(150)는 외부전원과의 결합을 위해, 나사산 또는 나사홈 구조를 가질 수 있다.
히트싱크(180)는 광원부(130)와 열적으로 연결되고, 후방 리플렉터(120)의 외면을 감싸게 배치될 수 있다.
히트싱크(180)는 열전도도가 높은 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 히트싱크(180)는 금속으로 형성될 수 있으며, 실시예에 따라 알루미늄(Al)으로 형성될 수 있다. 히트싱크(180)는 광원(130)에서 발생된 열을 전달받을 수 있다
구체적으로, 히트싱크(180)는 공기와의 큰 접촉면적을 가지는 형상을 구비할 수 있다. 예를 들면, 히트싱크(180)는 다수의 방열핀을 포함하는 구조를 가질 수 있다.
반사유닛(120,160)은 광원부에서 생성된 광을 일 방향으로 반사시키는 반사층(200)을 가진다.
예를 들면, 반사유닛(120,160)은 전방 리플렉터(160) 및 후방 리플렉터(120)를 포함할 수 있고, 전방 리플렉터(160) 및 후방 리플렉터(120)에는 광을 반사하는 반사층(200)이 형성될 수 있다.
전방 리플렉터(160)에 형성되는 반사층(200)은 후방 리플렉터(120)의 반사층(200)과 동일하므로, 이에 대해서는 후술하도록 한다.
전방 리플렉터(160)는 후방 리플렉터(120)의 내부에 위치되고, 광원부(130)에서 광축(Ax)의 전방으로 이격되어 위치되어 광원부(130)에서 입사된 광을 후방 리플렉터(120) 방향으로 반사시킨다.
전방 리플렉터(160)는 적어도 광원부(130)를 차폐하는 크기를 가질 수 있다. 구체적으로, 전방 리플렉터(160)는 반구형 후방 리플렉터(120)의 내부의 공간에서, 광원부(130)에서, 광축(Ax)의 전방(Z축 방향)으로 이격되어 위치되고, 후방 리플렉터(120)에서 광원부(130)가 위치되는 영역 보다 넓은 단면적(X-Y축 단면)을 가질 수 있다.
더욱 구체적으로, 전방 리플렉터(160)는 반구형 후방 리플렉터(120)의 반사면과 일정거리 이격되어 광원부(130)에서 생성된 광이 출광되는 공간을 형성될 수 있다.
전방 리플렉터(160)는 지지부재(170)에 의해 후방 리플렉터(120)에서 일정한 거리로 이격되도록 지지된다.
지지부재(170)는 다양한 형상이 가능하지만, 원통형 형상으로 일측은 후방 리플렉터(120)에 고정되고, 타측은 전방 리플렉터(160)에 고정될 수 있다.
지지부재(170)는 광투과성을 가지는 물질을 포함할 수 있다. 지지부재(170)는 내광성, 내열성, 충격강도 등의 특성이 우수한 물질일 수 있다. 예를 들어, 지지부재(170)는 유리, 플라스틱 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 또는 광확산용 폴리카보네이트(PC) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전방 리플렉터(160)는 광원부(130)에서 입사된 광을 후방 리플렉터(120) 방향(광축(Ax)의 후방)으로 반사키는 형상을 가질 수 있다.
예를 들면, 전방 리플렉터(160)는 광축(Ax)의 전방에서 보면 X-Y축의 평면 형상은 광원부(130)가 위치되는 영역에 대응 되는 형상을 가질 수 있다. 바람직하게는 전방 리플렉터(160)는 광축(Ax)의 전방에서 보면 X-Y축의 평면 형상은 원형일 수 있다.
또한, 전방 리플렉터(160)의 광축(Ax) 후방에는 광원부(130)에서 입사된 광을 후방 리플렉터(120) 방향으로 반사시키는 전방 광 반사면(151,152)이 형성될 수 있다.
여기서, 전방 리플렉터(160)의 반사층(200)은 전방 광 반사면(151,152)의 방향에 형성될 수 있다.
구체적으로, 전방 리플렉터(160)는 광축(Ax)(즉, 회전면)에 대해 그 평면의 호(arc)를 회전시키는 것에 의해 한정된 전방 광 반사면(151,152)을 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로, 전방 광 반사면(151,152)은 광축(Ax)의 후방(광원부(130) 방향)으로 향하는 정점(153)을 구비하는 원추형 형태이며, 그 원추형 면은 오목한 형태이다.
바람직하게는, 전방 리플렉터(160)의 정점(153)은 광축(Ax)에 위치될 수 있고, 전방 리플렉터(160)의 형상은 광축(Ax)을 기준으로 대칭되게 형성될 수 있다. 따라서, 광원부(130)에서 입사된 광은 균일하게 후방 리플렉터(120)(광축(Ax) 후방) 방향으로 반사될 수 있다.
후방 리플렉터(120)는 접시 형상으로 내부에 광원부(130)가 위치되고, 광원부(130)와 전방 리플렉터(160)에서 입사된 광을 광축(Ax)의 전방으로 반사시킨다.
후방 리플렉터(120)는 대략적으로 광축(Ax) 방향으로 오픈된 반구 형상을 가질 수 있다. 구체적으로, 후방 리플렉터(120)의 중심(F)은 광축(Ax) 상에 위치된다. 후방 리플렉터(120)의 중심(F)에는 광원부(130)의 광원점(F)이 위치될 수 있다.
더욱 구체적으로, 후방 리플렉터(120)는 광축(Ax)에 대해 수직인 X-Y축 방향으로 방사형으로 연장되어 광축(Ax)의 전방으로 경사진 형태를 가질 수 있다.
후방 리플렉터(120)는 내부에 형성된 광원홀(125)을 통해 광원부(130)가 노출되게 형성된다. 또한, 후방 리플렉터(120)는 전방 리플렉터(160)가 내부에 위치되는 크기를 가질 수 있다.
예를 들면, 후방 리플렉터(120)는 광축(Ax)에서 인접한 제1반사영역(S1)과, 광축(Ax)에서의 거리가 제1반사영역(S1) 보다 먼 제2반사영역(S2)으로 구획될 수 있다.
제1반사영역(S1)과 제2반사영역(S2)의 경계(V)는 광축(Ax) 대해 수직하게 형성될 수 있다. 여기서, 수직이란 수학적 의미의 완전한 수직을 의미하는 것은 아니고, 공학적 의미에서 오차를 포함하는 수직을 의미할 것이다.
구체적으로, 제1반사영역(S1)과 제2반사영역(S2)의 경계(V)는 X-Y축 평면에 평행하게 형성될 수 있다. 물론, 제1반사영역(S1)과 제2반사영역(S2)의 경계(V)는 직선 또는 곡선 형태를 포함할 수도 있다.
제1반사영역(S1)은 하나의 초점을 가지는 포물면(Paraboloid) 형상의 반사면(121)을 포함할 수 있다. 또한, 제1반사영역(S1)은 회전 포물면(paraboloid of revolution) 형상의 반사면(121)을 가질 수 있다.
제2반사영역(S2)은 임의의 자유곡면(122)이 복수의 세그먼트로 구획되고, 세그먼트 들에 위치되어 입사되는 광을 광축(Ax)의 전방으로 반사시키는 반사면(123a)을 가지는 반사셀(123)을 포함할 수 있다.
자유곡면(20)은 반사면의 기본 형상을 지정하는 것으로서 반사면 형상 결정에 이용되는 곡면이며, 기본 형상으로서 단일의 회전 포물면(paraboloid of revolution)을 이용하지 않고서 형상 제약 조건을 만족하는 등 일정한 설계조건을 만족하는 곡면이 자유곡면(122)으로서 선별된다.
반사셀(123)은 그 기본 형상인 자유곡면(122)을 도 5에 도시한 바와 같은 일정한 배열 형태로 분할하여 얻은 각 세그먼트가 할당되고, 세그먼트 내에 반사셀(123)이 위치된다.
각 세그먼트의 형상은 Z축 방향에 서 보아 같은 형태의 직사각형 모양이 되도록, 상호 수직인 X축 방향 및 Y축 방향에 대해서 각각 일정한 피치(pitch)의 세그먼트로 분할된 구조로 구성된다.
반사셀(123)의 형상은 세그먼트 형상에 대응되게 형성될 수 있다. 구체적으로, 반사셀(123)의 형상은 Z축 방향에 서 보아 같은 형태의 직사각형 모양이 되도록, 상호 수직인 X축 방향 및 Y축 방향에 대해서 각각 일정한 피치(pitch)로 형성될 수 있다.
반사셀(123)의 반사면은 광원부(130) 및 전방 리플렉터(160) 에서 입사된 광을 광축(Ax) 전방으로 반사키는 형상을 가질 수 있다.
더욱 구체적으로, 반사셀(123) 들의 반사면(123a)은 서로 다른 초점을 가지는 포물면(Paraboloid)을 형성할 수 있다. 예를 들면, 각각의 반사셀(123)의 반사면은 반사셀(123)의 위치와 광원부(130)의 위치관계를 고려하여 광원부(130) 및 전방 리플렉터(160)에서 입사된 광을 광축(Ax)의 전방으로 반사시키도록 하는 초점이 설정될 수 있다. 따라서, 단일 초점을 포물면 형상을 사용하는 것 보다 다양한 형상의 리플렉터를 설계할 수 있고, 조명기기(100)를 슬림(Slim)화할 수 있다.
또한, 후방 리플렉터(120)의 중심(F)에는 광원부(130)가 노출되는 광원홀(125)이 형성될 수 있다.
구체적으로, 반사 성능 향상을 위해, 후방 리플렉터(120)의 광원홀(125)의 크기는 발광소자(131)가 배치되는 영역의 크기에 대응되는 크기를 가질 수 있다.
후방 리플렉터(120)의 반사층(200)은 반사면(121, 123a) 방향에 형성될 수 있다.
도 6은 일 실시예의 반사층과 전방 리플렉터의 상세 단면도이다.
도 6을 참조하면, 전방 리플렉터(160)와 후방 리플렉터(120)에 형성되는 반사층(200)은 금속을 포함하는 금속 반사층(210) 및 금속 반사층(210) 상에 위치되고, 서로 다른 굴절율을 가지는 복수 개의 유전체층을 포함하는 유전체 반사층(220)을 포함할 수 있다.
금속 반사층(210)은 전방 리플렉터(160) 또는 후방 리플렉터(120)의 바디(124)에 증착되어 형성될 수 있다.
금속 반사층(210)의 두께는 1nm 내지 1㎛ 일 수 있다. 금속 반사층(210)의 두께가 1nm 보다 작은 경우, 광이 반사되지 않고 통과될 수 있고, 1㎛ 보다 두꺼운 경우, 제조비용이 상승할 수 있기 때문이다.
금속 반사층(210)은 반사성능이 우수한 금속물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 은(Ag), 알루미늄(Al), 은(Ag)합금 및 알루미늄(Al)합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 바람직하게는 금속 반사층(210)은 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다.
금속 반사층(210)이 알루미늄(Al)을 포함하는 경우, 높은 반사율을 얻을 수 있고, 제조비용이 다른 반사물질에 비해 절감되게 된다. 그러나, 반사층(200)에 알루미늄(Al)이 사용되는 경우, 알루미늄(Al)의 특성상 레드영역(650nm 내지 850nm의 파장)에서 반사율이 떨어지는 문제점이 발생된다.
따라서, 알루미늄(Al)을 포함하는 반사층(200)은 레드 영역의 광의 반사율이 저하됨으로 인해, 연색성도 저하되는 문제점을 가진다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 실시예는 금속 반사층(210) 상에 유전체 반사층(220)을 배치하였다.
유전체 반사층(220)은 금속 반사층(210) 상에 위치되고, 서로 다른 굴절율을 가지는 복수 개의 유전체층(221,223)을 포함할 수 있다.
예를 들면, 유전체 반사층(220)은 적어도 제1굴절율을 가지는 제1유전체층(221)과, 제1굴절율과 상이한 제2굴절율을 가지는 제2유전체층(223)을 포함할 수 있다.
즉, 유전체 반사층(220)은 굴절율이 서로 다른 층들(221, 223)이 교번적으로 반복 적층된 구조를 이룰 수 있다.
일 예로, 제1유전체층(221)은 저굴절율층일 수 있으며, 제2유전체층(223)은 고굴절율층일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
그리고, 유전체 반사층(220)은 2층 내지 30층이 적층될 수 있다. 이때, 제1유전체층(221)과 제2유전체층(223)은 각각 2층 내지 10층이 적층될 수 있다. 이는, 유전체 반사층(220)이 2층 보다 적게 형성되면, 전반사에 의한 충분한 반사율을 얻을 수 없고, 유전체 반사층(220)이 30층을 초과하는 경우, 제조비용이 상승되게 때문이다. 따라서, 유전체 반사층(220)의 두께는 50 nm 내지 5㎛ 일 수 있다.
한편, λ가 광원부(130)에서 발생한 광의 파장이고 n이 매질의 굴절율이고, m을 홀수라 할 때, 유전체 반사층(220)은, mλ/4n의 두께로 저굴절율을 가지는 제1유전체층(221)과 고굴절율을 가지는 제2유전체층(223)을 교대로 반복 적층하여 특정 파장대(λ)의 광에서 95% 이상의 반사율을 얻을 수 있다.
따라서, 저굴절율을 가지는 제1유전체층(221)과 고굴절율을 가지는 제2유전체층(223)은 기준 파장의 λ/4배의 두께를 가질 수 있으며, 이때 각 층(221, 223)의 두께는 0.2 nm 내지 10um로 형성할 수 있다.
또한, 유전체 반사층(220)을 형성하는 각 층(221, 223)은 유전체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 유전체 반사층(220)은 MxOy (M : Metal, O : Oxide, X, Y : 상수)로 구성될 수 있다.
유전체 반사층(220)은 산화규소(SiO2), 산화티타늄(TiO2) 및 산화탄탈륨(Ta2O5) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 예로, 저굴절율을 가지는 제1유전체층(221)은 굴절율 1.4의 산화규소(SiO2) 가 이용될 수 있으며, 고굴절율을 가지는 제2유전체층(223)은 굴절율 2.7인 산화티타늄(TiO2) 또는 산화탄탈륨(Ta2O5) 등을 이용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
특히, 제1유전체층(221)과 제2유전체층(223)은 600nm 내지 870nm 파장대역의 빛을 적어도 95% 이상 전반사하여서, 금속 반사층에서 반사율이 저하되는 구간의 반사율을 향상시킬 수 있다.
일예로, 제1유전체층(221)이 산화규소(SiO2)인 경우, 600nm 내지 870nm 파장대역의 빛을 전반사시키기 위해서, 107nm 내지 155nm의 두께를 가지고, 제1유전체층(221)이 산화티타늄(TiO2)인 경우, 600nm 내지 870nm 파장대역의 빛을 전반사시키기 위해서, 55.5nm 내지 80.6nm의 두께를 가지는 것이 바람직하다.
또한, 유전체 반사층(220)과 금속 반사층(210)은 접촉될 수 있다.
알루미늄을 포함하는 금속 반사층(210) 상에 유전체 반사층(220)이 형성되면, 700nm~800nm 파장대의 반사율 향상으로 R9 지수가 개선되게 된다. 이에 대한 설명은 후술하도록 한다.
더욱 구체적으로, 광원부(130)에 입사되는 광과 반사층(200)의 각각의 계면이 이루는 각도가 40 °내지 50 °일 경우 광효율이 최고가 된다. 따라서, 후방 리플렉터(120)의 각각의 반사셀(123)들은 광원부(130)에 입사되는 광과 반사층(200)의 각각의 계면이 이루는 각도가 40 ° 내지 50 °되도록 형성될 수 있다.
도 7은 비교예와 실시예의 조명기기의 파장에 따른 반사도 그래프이다.
도 7을 참조하면, 비교예는 알루미늄 코팅된 반사층(200)의 각 파장별 반사율을 나타내고 있다.
비교예의 경우, 레드영역(650nm 내지 800nm 파장영역)에서 반사율이 크게 저하됨을 알 수 있다.
일반적으로, 연색성(CRI, Color Rendering Index)이란 조명기기가 물체를 비추었을 때 조명기기가 그 물체의 색깔을 얼마나 잘 표현해내는지를 나타내는 지수이다.
따라서 연색성이 높다는 것은, 비추고 있는 물체의 색깔을 원래 색깔 그대로 잘 표현해 낼 수 있다는 것이다.
조명기기의 연색성은 평균 연색 지수(Ra)로부터 계산이 되는데, 평균 연색 지수는 기준광원과 시험광원을 규정된 8종류의 시험색 시료에 조명하여 반사된 스펙트럼의 색좌표 차이를 계산하여 나타내게 된다.
그러나, 연색성을 표현해내는 평균연색지수로는 동양인의 피부톤인 살색(R15)이나 고기, 피 등을 표현해내는 강한 빨강색(R9) 등이 포함되어 있지 않아 특수한 색깔을 표현해 내는데 한계가 있으므로 특수 연색 지수(Ri)로서 따로 관리를 하고 있다.
비교예의 조명기기의 경우, 레드영역(650nm 내지 800nm 파장영역)의 광의 반사율이 저하되므로, 평균 연색 지수(Ra)가 저하됨은 물론, 특수 연색 지수(R9)가 저하되게 된다.
실시예의 조명기기의 경우, 비교예 보다 평균 반사율이 향상되게 되므로, 조명기기의 효율이 증대된다. 특히, 실시예의 조명기기의 경우, 비교예 보다 레드영역(650nm 내지 800nm 파장영역)의 반사율이 크게 향상되므로, 평균 연색 지수(Ra) 및 특수 연색 지수(R9)가 향상되게 된다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명기기의 사시도, 도 9는 도 8의 조명기기의 Ι - Ι 선을 취한 단면도, 도 10은 도 8의 광원부의 사시도, 도 11은 실시예에 따른 반사층과 회로기판의 단면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 조명기기(100A)는 라인형 조명기기에 관한 것이다.
본 발명 일 실시예에 따른 조명기기(100A)는 복수 개의 점광원을 구비하는 광원부(130A), 내부에 광원부(130A)를 수용하고 적어도 일단에 개구를 가지는 광학 하우징(110A)을 포함한다.
여기서, 광원부(130A)에는 반사유닛이 위치될 수 있다.
또한, 실시예에 따른 조명기기(100)는 광학 하우징(110A)의 개구(129)를 차폐하는 앤드 캡(130) 및 광원부(130)와 외부전원을 전기적으로 연결하는 전원유닛을 포함한다.
도 10을 참조하면, 광원부(130A)는 광을 생성한다. 광원부(130A)는 복수 개의 점광원을 구비할 수 있다.
예를 들면, 광원부(130A)는 발광소자(131)와 발광소자(131)가 실장되는 회로기판(133)을 포함한다.
회로기판(133)의 길이 방향의 일단 또는/및 양단은 앤드 캡(130)에 수용될 수 있다. 회로기판(133)의 일단 또는 양단에는 전원유닛과 전기적으로 연결되는 접속부(135)가 형성될 수 있다.
접속부(135)는 회로기판(133)의 일단에 위치되어, 회로기판(133)과 전원유닛을 전기적으로 연결하고, 광원부(130A)(회로기판(133))을 앤드 캡(130)에 고정한다.
여기서, 반사유닛은 회로기판(133)에 위치될 수 있다. 특히 도 11을 참고하면, 발광소자(131)가 위치되는 회로기판(133)의 일면(예를 들면, 상면)에 발광소자(131)에서 생성된 광을 반사하는 반사유닛이 위치될 수 있다.
그리고, 반사유닛은 반사층(200)을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 반사층(200)은 금속을 포함하는 금속 반사층(210) 및 금속 반사층(210) 상에 위치되고, 서로 다른 굴절율을 가지는 복수 개의 유전체층을 포함하는 유전체 반사층(220)을 포함할 수 있다.
광학 하우징(110A)은 외부의 충격, 습기 등에서 광원부(130A)를 보호하고, 광원부(130A)를 지지하며, 광원부(130A)에서 생성된 광을 가이드하고, 광원부(130A)에서 생성된 광을 확산한다.
광학 하우징(110A)은 내부에 광원부(130A)를 수용하고, 적어도 일단에 개구(129)를 가질 수 있다.
예를 들면, 광학 하우징(110A)은 길이 방향의 양단이 개방되고, 내부에 빈 공간을 가지는 형상일 수 있다. 구체적으로, 광학 하우징(110A)은 도 1과 같이 길이 방향으로 원통형상일 수 있다.
광학 하우징(110A)은 내부에 광원부(130A)가 수용되고, 양단의 개구(129)를 통해 광원부(130)와 전원유닛이 연결되는 구조를 가진다.
구체적으로, 광학 하우징(110A)은 일체형 또는 분리형 구조를 가질 수 있다. 실시예에서는 광학 하우징(110A)은 일체로 형성되고, 사출 방식으로 형성될 수 있다.
더욱 구체적으로, 광학 하우징(110A)은 바디(111)와 커버(112)가 결합되어 이루어질 수 있다.
바디(111)의 내면에는 광원부(130A)가 체결되며, 바디(111)는 광원부(130A)에서 발생된 열이 바디(111)의 외면을 통해 외부로 방출할 수 있도록 전도성 및 열발산 효과가 우수한 금속재질로 형성될 수 있다.
커버(112)는 바디(111)와 결합되어 원통형상을 가질 수 있다. 커버(112)와 바디(111)의 긴 반원 형태를 가질 수 있다.
커버(112)는 내부의 광원부(130A)를 외부의 이물질 등으로부터 보호한다. 또한, 커버(112)는 광원부(130A)의 점광원에서 발생한 광의 눈부심을 방지하고, 외부로 광을 균일하게 방출할 수 있도록 확산입자를 포함할 수 있으며, 또한, 커버(112)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 프리즘 패턴 등이 형성될 수 있다. 또한, 커버(112)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 형광체가 도포될 수도 있다.
앤드 캡(130)은 광학 하우징(110A)의 개구(129)를 차폐하고, 광원부(130A)의 접속부(135)를 수용한다. 앤드 캡(130)은 쇼트를 방지하기 위해 절연재질의 수지재질인 것이 바람직하다.
앤드 캡(130)은 일측이 개방되고 타측이 막힌 원통형 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 적어도 광학 하우징(110A)의 개구(129)를 차폐하는 크기를 가지는 플레이트(131)와, 플레이트(131)의 테두리에서 연장되어 내부에 공간을 형성하는 외벽(133)을 포함할 수 있다.
플레이트(131)는 광학 하우징(110A)의 개구(129)와 대응되는 형상 및 크기를 가진다. 실시예에서는 플레이트(131)는 대략적인 원 형상을 가진다.
플레이트(131)는 전원유닛을 고정한다. 구체적으로, 플레이트(131)는 후술하는 단자핀(141)이 관통되어 고정된다. 따라서, 단자핀(141)의 일단은 앤드 캡(130)의 외부에 노출되고, 단자핀(141)의 타단은 앤드 캡(130)의 내부에 위치된다.
외벽(133)은 플레이트(131)의 테두리에서 연장되어, 고정단자(142)와 접속부(135)가 수용되는 공간을 형성한다. 외벽(133)은 원통형으로 형성되고, 광학 하우징(110A)과 대응되게 형성된다.
또한, 앤드 캡(130)은 고정단자(142)를 고정한 고정부(132)를 포함할 수 있다. 고정부(132)는 외벽(133)에 의해 형성되는 공간의 내부에 형성되고, 고정단자(142)와 형합되어, 고정단자(142)를 고정한다. 고정부(132)는 고정단자(142)와 형합되는 다양한 형상을 가질 수 있다.
전원유닛은 광원부(130)와 외부전원을 전기적으로 연결한다. 전원유닛은 앤드 캡(130)에 고정되고, 일부는 앤드 캡(130)의 외부로 노출되고, 다른 일부는 앤드 캡(130)의 내부에 위치되는 구성을 가질 수 있다.
예를 들면, 전원유닛은 단자핀(141)과, 고정단자(142)를 포함할 수 있다.
단자핀(141)은 일단이 앤드 캡(130)을 관통하여 노출되고 타단이 앤드 캡(130)의 내부에 위치된다. 단자핀(141)의 타단에는 고정단자(142)가 접촉된다.
단자핀(141)은 규격화된 소켓에 삽입될 수 있는 크기와 배치를 가진다. 바람직하게는, 단자핀(141a)(141b)은 적어도 2개를 포함할 수 있다. 그리고, 2개의 단자핀(141)은 같은 극성의 전원이 공급될 수도 있고, 다른 극성의 전원이 공급될 수도 있으며, 2개의 단자핀(141) 중 어느 하나는 절연체일 수도 있다.
고정단자(142)는 단자핀(141)과 전기적으로 연결되고, 앤드 캡(130)의 내부에 수용된 접속부(135)를 탄성력으로 고정한다.
구체적으로, 고정단자(142)는 앤드 캡(130)의 내부로 수용된 접속부(135)를 탄성력에 의해 앤드 캡(130)의 내주면으로 밀착시킨다. 따라서, 고정단자(142)와 회로기판(133)이 전기적으로 연결되며, 탄성적으로 고정되고, 광원부(130A)의 점광원과 광학 하우징(110A) 간에 충분한 거리를 확보할 수 있다. 점광원과 광학 하우징(110A) 간에 충분한 거리를 확보하면, 광학 하우징(110A)을 통해 균일한 면광이 출광되게 된다.
더욱 구체적으로, 고정단자(142)는 앤드 캡(130)의 내부로 수용된 접속부(135)를 탄성력에 의해 외벽(133)의 내주면으로 밀착시키는 구성을 가진다. 따라서, 고정단자(142)는 접속부(135)를 외벽(133)의 내면으로 밀착시키는 탄성력을 가지며, 앤드 캡(130)에 고정되는 다양한 형상을 가질 수 있다.
고정단자(142)는 전체적으로, 접속부(135)와의 신뢰성을 향상시키고, 접속부(135)의 연결전극(115)이 파손되는 것을 방지하기 위해 판 형상이 절곡된 형태를 가질 수 있다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 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.
100: 조명기기
130: 광원부
200: 반사층

Claims (18)

  1. 광을 생성하는 광원부; 및
    상기 광원부에서 생성된 광을 일 방향으로 반사시키는 반사층을 가지는 반사유닛을 포함하고,
    상기 반사층은,
    알루미늄(Al)을 포함하는 금속 반사층; 및
    상기 금속 반사층 상에 위치되고, 서로 다른 굴절율을 가지는 복수 개의 유전체층을 포함하는 유전체 반사층을 포함하고,
    상기 유전체 반사층은,
    적어도 제1굴절율을 가지는 제1유전체층과,
    상기 제1굴절율과 상이한 제2굴절율을 가지는 제2유전체층을 포함하며,
    상기 제1유전체층과 제2유전체층은 600nm 내지 870nm 파장대역의 빛을 적어도 95% 이상 전반사하고,
    상기 제1유전체층은,
    산화규소(SiO2)를 포함하고, 107nm 내지 155nm의 두께를 가지고,
    상기 제2유전체층은,
    산화티타늄(TiO2)을 포함하고, 55.5nm 내지 80.6nm의 두께를 가지는 조명기기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유전체 반사층은,
    상기 제1유전체층과 상기 제2유전체층이 교번하여 적층된 조명기기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1유전체층 또는 제2유전체층은 2층 내지 10층인 조명기기.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 금속 반사층의 두께는 1nm 내지 1㎛ 인 조명기기.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 광원부에서 발생되는 빛은 5000K 내지 8000K의 색온도를 가지는 조명기기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 광원부는,
    발광소자와,
    상기 발광소자가 위치되고, 상기 발광소자와 전기적으로 연결된 회로기판을 더 포함하고,
    상기 회로기판 상에는 반사유닛이 위치되는 조명기기.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 반사유닛은,
    반구 형상으로 형성되어 상기 광원부에서 생성된 광을 광축(Ax)의 전방으로 반사시키는 후방 리플렉터를 포함하는 조명기기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 반사유닛은,
    상기 후방 리플렉터의 내부에 위치되고, 상기 광원부에서 광축(Ax)의 전방으로 위치되어 상기 광원부에서 입사된 광을 상기 후방 리플렉터 방향으로 반사시키는 전방 리플렉터를 더 포함하는 조명기기.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 후방 리플렉터는,
    복수의 세그먼트로 구획되고, 상기 세그먼트 들에 위치되는 반사셀을 포함하고,
    상기 반사셀들은,
    상기 광원부에서 입사되는 광의 상기 반사층의 계면과 이루는 각도가 40 ˚ 내지 50 ˚ 인 조명기기.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 광원부 및 상기 후방 리플렉터와 열적으로 연결된 히트싱크를 더 포함하는 조명기기.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 금속 반사층과 상기 유전체 반사층은 서로 접촉되는 조명기기.





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