KR101609536B1 - Led 연색성 향상용 필터를 포함하는 led 램프와 이를 이용한 led 연색성 향상 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 평판상 투명 매트릭스의 내외표면 중 적어도 일표면 상에 형성되는 적색 형광체를 포함하는 투명 수지로 된 규칙적 입체 패턴으로 구성되는 LED(Light Emitting Diode) 연색성 향상용 필터를 포함하는 LED 램프와 이를 이용한 LED 연색성(color rendering property) 향상방법에 관한 것으로서, 백색 LED의 현저한 색온도 저하나 우월 파장의 전이 없이 적색비를 증가시켜 연색성을 향상시킴으로써 보다 자연광에 근사한 자연스러운 조명광을 간단하고도 효율적이며 효과적으로 구현할 수가 있다.

Description

LED 연색성 향상용 필터를 포함하는 LED 램프와 이를 이용한 LED 연색성 향상 방법{LED LAMP INCLUDING FILTER FOR IMPROVING COLOR RENDERING PROPERTY OF LED AND IMPROVING METHOD OF COLOR RENDERING PROPERTY FOR LED USING THE SAME}
본 발명은 LED(Light Emitting Diode) 연색성 향상용 필터를 포함하는 LED 램프와 이를 이용한 LED 연색성(color rendering property) 향상 방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 투명 영역과 적색 형광체 포함 영역이 배열된 연색성 향상을 위한 백색 LED의 연색성 향상용 필터를 포함하는 향상된 연색성을 가지는 LED 램프와, 이를 이용하여 백색 LED의 현저한 색온도 저하나 우월 파장(dominant wavelength)의 전이 없이 적색비(red color ratio)를 증가시켜 연색성(color rendering property)을 향상시킬 수 있는 간단하고도 효율적인 백색 LED의 연색성 향상 방법에 관한 것이다.
LED는 반도체의 p-n 접합 구조를 이용하여 주입된 소수 캐리어(전자 또는 정공)를 형성시키고 이들의 재결합에 의하여 소정 파장의 광을 발산하는 소자로서, GaAsP 등을 이용한 적색 발광소자, GaP 등을 이용한 녹색 발광소자, InGaN/AlGaN 더블 헤테로 구조를 이용한 청색 발광소자 등 다양한 종류가 알려져 있다.
LED는 광 변환 효율이 높으므로 소비전력이 상대적으로 매우 낮으며, 광원이 소형이므로 소형화, 박형화 및, 경량화에 적합하면서도 확장 설치가 용이하고, 휘도가 초기의 약 80%에 도달할 때까지의 저감 여명을 일컫는 수명이 청색, 보라색, 또는 자외선 LED의 경우 대략 100,000 시간의 반영구적인 수명을 가지며 백색 LED의 경우 대략 30,000 시간의 매우 긴 수명을 가지며, 열적 또는 방전 발광이 아니므로 예열이 불필요하여 응답 속도가 대단히 신속하고, 빛 떨림이 없어 시신경의 피로가 덜하며, 방전용 기체 및 필라멘트를 사용하지 않으므로 환경오염 유발 요인이 적고 내충격성이 크며 안전하다는 든의 장점으로 인하여 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 있는 추세에 있다.
특히 백색 LED는 실내외 고급 조명용으로 매우 유용하므로 그 사용 빈도가 급격히 증대되고 있다.
오늘날 널리 실용화된 가장 전형적인 형태의 백색 LED는 InGaN계 청색 LED에 황색 형광체(일반적으로는 이트륨-알루미늄-가넷: Y3Al5O12 : Ce, YAG계 화합물)를 코팅하거나 또는 몰딩하여 상기 청색 LED의 청색광이 YAG 황색 형광체를 여기(exciting)시켜 상기 청색 LED의 좁은 피크를 갖는 청색광과 YAG 계 황색 형광체에 의한 넓은 피크의 황색광으로 된 단 2파장역을 보강간섭(complementary)시켜 인간의 눈에 백색광으로 인식되게 한 것이다.
그러나 이 백색광은 완전한 상보 관계에 있지 않은 두 파장의 광이 혼합된 것으로서 가시광선 영역의 일부 스펙트럼만을 보유할 뿐이므로 연색 지수(color rendering index: CRI or Ra)가 60~75 정도로서 전체적으로 자연광에 가까운 백색광으로 인식되지 못하므로 일반 실내조명용으로는 그다지 만족스럽지 못하며 일반적으로 청색 LED는 약 405㎚의 여기광원에 가장 높은 효율을 나타내는 반면 YAG계 형광체는 450~460nm의 청색광에 여기되므로 일반적으로 휘도가 낮다.
따라서 근자의 백색 LED는 상기한 청색 LED와 YAG계 형광체에 의한 백색 LED가 갖는 문제점을 해결하기 위해 여기 광원으로서 250㎚ 내지 390㎚ 파장의 고휘도 UV LED를 사용하거나, 또는 390㎚~410㎚ 파장의 보라색 LED를 사용하고, 적색, 녹색 및 청색 형광체를 다양하게 조합함으로써 80~89의 높은 연색 지수를 가지는 3 파장의 자연색에 가까운 백색광을 구현하고 있으나, 청색과 녹색 형광체는 만족스러운 발광효율을 나타내나 적색 형광체의 발광효율이 낮아 더 이상의 높은 연색성을 부여할 수 없어 여전히 충분히 만족스럽지는 못하다는 문제점이 있다.
백색 LED소자로부터 방출되는 백색광의 특성에 영향을 미치는 요소로서는, 예컨대, LED로부터의 방출광의 세기, LED로부터의 방출광과 형광체에 의해 형광 변환된 광의 조합 적성, 형광체의 성분 및 함량과 형광체의 분산 상태 등을 들 수 있으며, 이들 요소에 의해 방출광은 상당한 영향을 받으며, 특히 근래의 온백색 LED, 냉백색 LED 및, 주백색 LED는 형광체의 성분 및 함량을 조절하는 다양한 공지된 방법에 의하여 형광 변환된 광의 조합 적성을 변환시킴으로써 얻어지고 있다.
종래, LED의 연색성 향상을 위한 전형적인 예로서는, 한국 특허 제1073696호(2011.10.07. 등록)에 기재된 연색성과 휘도를 향상시키는 혼합광식 엘이디 패키지 구조를 들 수 있으며, 이 구조체는 색온도 3,500K의 황색 발광 모듈과 색온도 6,500K의 주백색 발광 모듈로 구성되는 발광 유니트를 가지는 혼합광식 LED 패키지를 제안하고 있으나, 연색 지수가 75~85 정도에 불과하다.
또한 한국 특허공개 제2008-0087242호(2008.10.01. 공개)는 색온도 6,000~8,000K의 주백색(natural white) LED와 색온도 2,300~4,000K의 온백색(warm white) LED를 적절한 수의 분산 조합비로 다수개 분산 배열한 다음, 이들 주백색 및 온백색 LED의 점등 수효 제어 및 입력 전류값을 조절하는 것에 의해 사용자가 원하는 색온도로 조절할 수 있는 데스크용 스탠드 램프를 제안하고 있으나, 연색 지수에 대한 언급은 전혀 존재하지 않는다.
따라서 본 발명의 첫 번째 목적은 간단하고도 효율적인 방법으로 백색 LED의 현저한 색온도 저하나 우월 파장(dominant wavelength)의 전이 없이 적색비(red color ratio)를 증가시켜 연색성(color rendering property)을 향상시킬 수가 있는 LED 연색성 향상용 필터가 장착된 간단하고도 효율적인 구조를 가지는 향상된 연색성을 가지는 LED 램프를 제공하기 위한 것이다.
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본 발명의 EN 번째 목적은 상기한 첫 번째 목적에 따른 필터를 이용함으로써, 백색 LED의 현저한 색온도 저하나 우월 파장의 전이 없이 적색비를 증가시켜 연색성을 향상시킬 수 있는 간단하고도 효율적인 백색 LED의 연색성 향상 방법을 제공하기 위한 것이다.
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상기한 본 발명의 첫 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 양태에 따르면, 복수의 환형 단턱을 가지는 리플렉터와 COB(Chip on Board)로 이루어지는 LED 램프에 있어서, 평판상 투명 매트릭스와, 상기한 평판상 투명 매트릭스의 내외표면 중 적어도 일표면 상에 형성되는 적색 형광체를 포함하는 투명 수지로 된 규칙적 입체 패턴으로 구성되고, 상기한 규칙적 입체 패턴으로 이루어지는 반투명 또는 불투명의 적색 영역과 상기한 규칙적 입체 패턴이 존재하지 않는 투명 영역의 면적 비율이 5~80:95~20이며, 상기한 입체 패턴의 직경 또는 폭이 0.1~5mm이고 높이가 0.05~3mm인 LED 연색성 향상용 필터가 상기한 리플렉터의 복수의 환형 단턱 중 어느 하나에 안착되어 상기한 COB로부터 0.05~50mm 이격하여 위치하는 LED 램프가 제공된다.
여기서, 상기한 LED 램프의 연색 지수(color rendering index)는 87~94이고, 우월 파장(dorminant wavelength)은 490~500nm이며, 상관색온도(correlated color temperature)는 5500~6500K이다.
상기한 LED 램프의 적색비(red color ratio)는 30~40%의 범위이다.
상기한 본 발명의 두 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 양태에 따르면, 평판상 투명 매트릭스와, 상기한 평판상 투명 매트릭스의 내외표면 중 적어도 일표면 상에 형성되는 적색 형광체를 포함하는 투명 수지로 된 규칙적 입체 패턴으로 구성되고, 상기한 규칙적 입체 패턴으로 이루어지는 반투명 또는 불투명의 적색 영역과 상기한 규칙적 입체 패턴이 존재하지 않는 투명 영역의 면적 비율이 5~80:95~20이며, 상기한 입체 패턴의 직경 또는 폭이 0.1~5mm이고 높이가 0.05~3mm인 LED 연색성 향상용 필터를 제공하는 단계와, 상기한 LED 연색성 향상용 필터를 LED 램프의 LED로부터 발광 방향으로 0.05~50mm 이격하여 위치시키는 필터 장착 단계로 구성되고, 상기한 LED 연색성 향상용 필터 장착 전과 비교하여, 연색 지수(color rendering index)가 5~15% 증가되면서도 우월 파장(dorminant wavelength)의 변이가 10~30nm에 불과하며, 상관색온도(correlated color temperature) 저하가 5~18% 이내인 백색 LED 연색성 향상방법이 제공된다.
여기서, 상기한 LED 연색성 향상용 필터 장착 전과 비교하여, 적색비(red color ratio)가 80~150% 더욱 증가된다.
본 발명에 따른 본 발명은 LED 연색성 향상용 필터를 포함하는 LED 램프와 이를 이용한 LED 연색성 향상 방법에 의하면, 백색 LED의 현저한 색온도 저하나 우월 파장의 전이 없이 적색비를 증가시켜 연색성을 향상시킴으로써 보다 자연광에 근사한 자연스러운 조명광을 간단하고도 효율적이며 효과적으로 구현할 수가 있다.
도 1은 LED 연색성 향상용 필터가 적용된 본 발명에 따른 LED 램프를 나타내는 실시예 1의 평면 사진이다.
도 2는 LED 연색성 향상용 필터가 적용된 본 발명에 따른 LED 램프를 나타내는 실시예 2의 평면 사진이다.
도 3 내지 도 5는 각각 비교예 1 내지 비교예 3의 평면 사진이다.
도 6은 대조로서의 종래의 통상적인 백색 LED 램프에 대한 비교예 4의 평면 사진이다.
도 7 내지 도 12는 각각 도 1 내지 도 6의 조명광원에 대한 분광복사 및 전기적 분석도(spectroradiometric & electric analysis diagram)이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 적용되는 LED 연색성 향상용 필터는 도 1 및 도 2에 나타나 있는 바와 같이, 평판상 투명 매트릭스와, 상기한 평판상 투명 매트릭스의 내외표면 중 적어도 일표면 상에 형성되는 적색 형광체를 포함하는 투명 수지로 된 규칙적 입체 패턴으로 구성된다.
본 발명에 있어서는, 상기한 규칙적 입체 패턴으로 이루어지는 반투명 또는 불투명의 적색 영역과 상기한 규칙적 입체 패턴이 존재하지 않는 투명 영역의 면적 비율은 5~80:95~20이다.
상기한 투명 영역의 면적 비율이 상기한 LED 연색성 향상용 필터 전 면적에 대하여 20% 미만이거나 상기한 적색 영역이 80%를 초과하는 경우에는 적색비가 지나치게 커지고 상관색 온도 저하가 20%를 상회하게 됨과 아울러 육안상 단일색으로 파악되는 우월 파장이 580nm 대역의 황색 대역으로 변이되므로 바람직하지 못하며, 역으로 상기한 투명 영역의 면적 비율이 상기한 LED 연색성 향상용 필터 전 면적에 대하여 95%를 초과하거나 상기한 적색 영역이 5% 미만인 경우에는 적색비가 지나치게 작아져 연색성 향상 효과를 기대하기 곤란하다는 문제점이 있다.
본 발명에 있어서 상기한 입체 패턴은 도트(dot) 형상, 그리드(grid) 형상, 단속적 뱅크(bank) 형상, 망목(網目; net) 형상일 수 있으며, 상기한 입체 패턴의 직경 또는 폭은 일반적으로 0.1~5mm의 범위이고 높이는 0.05~3mm의 범위이다.
상기한 입체 패턴의 직경 또는 폭이 0.1mm 미만이거나 높이가 0.05mm 미만인 경우에는 간섭 무늬의 생성 또는 색 분리에 의한 조명광의 불균질화 우려가 있고, 역으로 직경 또는 폭이 5mm를 초과하거나 높이가 3mm를 초과하는 경우에는 백색광과 적색광의 혼색이 부자연스럽게 될 우려가 있으므로 바람직하지 못하다.
상기한 입체 패턴이 도트 형상인 경우 그 직경은 전술한 0.1~5mm, 바람직하게는 0.5~3.5mm이고, 상기한 도트 상호 간의 이격 거리는 0.5~2.5mm 정도이다.
또한 상기한 입체 패턴이 그리드(grid) 형상, 단속적 뱅크(bank) 형상, 또는 망목(網目; net) 형상인 경우 그 선폭은 전술한 0.1~5mm, 바람직하게는 0.5~1.5mm이고, 선 상호 간의 이격 거리는 0.5~2.5mm 정도이다.
한편, 본 발명에 있어서, 상기한 평판상 투명 매트릭스와 규칙적 입체 패턴을 이루는 투명 수지로서는 각각 실리콘(silicon) 수지, 폴리아크릴레이트(polyacrylate) 수지, 폴리메타크릴레이트(polymethacrylate) 수지, 폴리스티렌(polystyrene) 수지, 폴리메칠 펜텐(polymethyl pentene) 수지, 폴리에테르 설폰(polyether sulfon) 수지, 폴리에테르 이미드(polyether imide) 수지, 폴리아릴레이트(polyarylate) 수지, 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacylate) 수지, 또는 이들의 임의의 혼합 수지가 사용될 수 있다.
또한 상기한 규칙적 입체 패턴을 이루는 투명 수지로서는 UV 경화형 수지가 사용될 수도 있으며, 이러한 UV 경화형 수지로서는 우레탄 아크릴레이트(urethane acrylate), 에폭시 아크릴레이트(epoxy acrylate), 폴리에스터 아크릴레이트(polyester acrylate), 아크릴 아크릴레이트(acryl acrylate), 또는 이들의 임의의 혼합 수지를 들 수 있다.
상기한 규칙적 입체 패턴을 이루는 투명 수지 중에 포함되는 적색 형광체로서는 Y2O2S:Eu,Gd; Li2TiO3:Mn; LiAlO2:Mn; 6MgOㆍAs2O5:Mn4 +; 3.5MgOㆍ0.5MgF2ㆍGeO2:Mn4 +; Ba1 .746Ca2 .134Si6N10 .08O0 .92:Eu0 .04; Ce0.08Sr3SiO5:Eu; CaS:Eu; SrxBayCa1 -x- yAlSiN3:Eu(0≤x+y≤1, 0≤x,y≤1); SrxBayCa2 -x- yS:Eu(0≤x+y≤2); Y(Ba,Sr,Ca)1-xEuxaSibOcNd(0<x<1, 1.8<a<2.2, 4.5<b<5.5, 0≤c<8, 0<d≤8 및 0<c+d≤8), 또는 이들의 임의의 혼합물을 들 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기한 규칙적 입체 패턴을 구성하는 상기한 투명 수지와 적색 형광체의 혼합비율은 상기한 투명 수지가 60~99중량%이고 상기한 적색 형광체가 1~40중량%이다.
여기서, 상기한 적색 형광체의 혼합량이 1중량% 미만인 경우에는 적색비가 지나치게 작아져 연색성 향상 효과를 기대하기 곤란하게 될 우려가 있으며, 역으로 40중량%를 초과하는 경우에는 상기한 투명수지와의 균질한 혼합에 문제를 초래하여 도포성이 열등하게 될 우려가 있음과 아울러, 적색비가 지나치게 커져 우월 파장이 황색 영역으로 변이하게 된다는 문제점을 초래하기 쉽다.
또한 필요하다면, 선택적으로 상기한 규칙적 입체 패턴을 구성하는 상기한 투명 수지와 적색 형광체 외에도, 녹색 파장 영역 대의 보강을 위하여 녹색 형광체를 10중량% 이하의 양으로 상기한 투명 수지 첨가량을 잠식하여 첨가할 수 있으며, 이러한 녹색 형광체로서는 ZnS:Cu,Al; Ca2MgSi2O7:Cl; Y3(GaxAl1 -x)5O12:Ce(0<x<1); La2O3ㆍ11Al2O3:Mn; Ca8Mg(SiO4)4C12: Eu,Mn; Sr2SiO4:Eu; Ba2SiO4:Eu; Ca2SiO4:Eu; SrGa2S4:Eu; BaGa2S4:Eu; CaGa2S4:Eu; Sr2Ga2S5:Eu; SrAl2S4:Eu; BaAl2S4:Eu; Sr2Al2S5:Eu; Ba2MgSi2O7:Eu; Ba2ZnSi2O7:Eu; BaAl2O4:Eu; SrAl2O4:Eu; BaMgAl10O17:Eu,Mn2 +; BaMg2Al16O27:Eu,Mn2 +; (Ca,Sr,Mg,Ln)SiAlN2O:Ce3 +; Eu0.0029Si0.40427Al0.0121O0.02679N0.5539, 또는 이들의 임의의 혼합물을 들 수 있다.
상기한 본 발명에 적용되는 LED 연색성 향상용 필터는 평행광에 적용하는 것이 바람직하나, 평행광이 아니더라도 무방하며, 다만 LED의 발광면에 접촉하여 위치시키면 조명광이 황색 내지 적색을 띠게 되므로 바람직하지 못하며, LED 발광면으로부터 발광 방향으로 0.05~50mm, 바람직하게는 0.5~20mm, 더욱 바람직하게는 3.0~15mm 이격하게 위치시키는 것이 바람직하다.
따라서 본 발명에 따른 LED 램프는 LED로부터 발광 방향 쪽으로 0.05~50mm 이격하여 상기한 LED 연색성 향상용 필터가 위치하는 구조를 가진다.
또한 본 발명에 따른 LED 램프는 복수의 환형 단턱을 가지는 리플렉터와 COB(Chip on Board)로 이루어지는 LED 램프에 있어서, 상기한 LED 연색성 향상용 필터가 상기한 리플렉터의 복수의 환형 단턱 중 어느 하나에 안착되어 상기한 COB로부터 0.05~50mm 이격하여 위치하는 구조를 지닐 수도 있다.
본 발명에 따른 LED 램프의 연색 지수(color rendering index)는 87~94이고, 우월 파장(dorminant wavelength)은 490~500nm이며, 상관색온도(correlated color temperature)는 5500~6500K의 범위이며, 적색비(red color ratio)는 30~40%의 범위이다.
이어서, 본 발명에 따른 백색 LED 연색성 향상방법에 대하여 언급하기로 한다.
본 발명에 따른 백색 LED 연색성 향상방법은 LED 연색성 향상용 필터를 제공하는 단계와, 상기한 LED 연색성 향상용 필터를 LED 램프의 LED로부터 발광 방향으로 0.05~50mm 이격하여 위치시키는 필터 장착 단계로 구성되며, 상기한 LED 연색성 향상용 필터 장착 전과 비교하여, 연색 지수는 5~15% 증가되면서도 우월 파장의 변이는 10~30nm에 불과하며, 상관색온도 저하는 5~18% 이내이고, 적색비는 80~150% 증가된다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.
실시예 1:
투명 매트릭스로서 실리콘(silicone) 수지(다우코닝사, 409 HS)를 이용하여 두께 0.5mm의 평판상 디스크를 성형하였다.
이어서, 상기한 실리콘 수지 90중량%와 적색 형광체로서 Ba1.746Ca2.134Si6N10.08O0.92:Eu0.04 10중량%를 균질하게 혼합한 다음, 상기한 평판상 디스크의 상면에 도트 직경 2.5mm, 높이 1.2mm이고 도트 중심과 중심간 거리 3mm인 규칙적 도트 패턴을 가지며, 적색 도트 영역이 32%인 LED 연색성 향상용 필터를 제작한 다음, LED 발광면으로부터 12.8mm 이격한 리플렉터 상방에 위치시킨 백색 LED 램프를 제작하였다.
제작된 LED 램프를 도 1에 나타냈다.
상기한 백색 LED 램프의 조명 광원에 대한 분광복사 및 전기적 분석(spectroradiometric & electric analysis)을 수행하였으며 그 결과를 도 7에 나타냈다.
실시예 2:
투명 매트릭스로서 폴리메칠 펜텐 수지(일본 미츠이가가꾸사, 내열온도 200℃, MTS 284)를 이용하여 두께 0.5mm의 평판상 디스크를 성형하였다.
이어서, 실리콘 수지(다우코닝사, 409 HS) 92중량%와 적색 형광체로서 YSr1.8Eu1.78Si5O2N5 8중량%를 균질하게 혼합한 다음, 상기한 평판상 디스크의 상면에 도트 직경 2.0mm, 높이 0.9mm이고 도트 중심과 중심간 거리 3.7mm인 규칙적 도트 패턴을 가지며, 적색 도트 영역이 26%인 LED 연색성 향상용 필터를 제작한 다음, LED 발광면으로부터 3.5mm 이격한 리플렉터 상방에 위치시킨 백색 LED 램프를 제작하였다.
제작된 LED 램프를 도 2에 나타냈다.
상기한 백색 LED 램프의 조명 광원에 대한 분광복사 및 전기적 분석을 수행하였으며 그 결과를 도 8에 나타냈다.
비교예 1:
투명 매트릭스로서 실리콘(silicone) 수지(다우코닝사, 409 HS)를 이용하여 두께 0.5mm의 평판상 디스크를 성형하였다.
이어서, 상기한 실리콘 수지 99.3중량%와 적색 형광체로서 Ba1.746Ca2.134Si6N10.08O0.92:Eu0.04 0.7중량%를 균질하게 혼합한 다음, 상기한 평판상 디스크의 상면에 선폭 1mm, 높이 0.4mm이고 선 간격 3mm의 규칙적인 그리드 패턴을 가지며, 적색 도트 영역이 8.5%인 LED 연색성 향상용 필터를 제작한 다음, LED 발광면으로부터 3.5mm 이격한 리플렉터 상방에 위치시킨 백색 LED 램프를 제작하였다.
제작된 LED 램프를 도 3에 나타냈다.
상기한 백색 LED 램프의 조명 광원에 대한 분광복사 및 전기적 분석(spectroradiometric & electric analysis)을 수행하였으며 그 결과를 도 9에 나타냈다.
비교예 2:
투명 매트릭스로서 폴리메칠 펜텐 수지(일본 미츠이가가꾸사, 내열온도 200℃, MTS 284)를 이용하여 두께 0.5mm의 평판상 디스크를 성형하였다.
이어서, 실리콘 수지(다우코닝사, 409 HS) 72중량%와 적색 형광체로서 YSr1.8Eu1.78Si5O2N5 28중량%를 균질하게 혼합한 다음, 상기한 평판상 디스크의 상면 전체를 도포하여 적색 영역 100%인 LED 연색성 향상용 필터를 제작한 다음, LED 발광면으로부터 3.5mm 이격한 리플렉터 상방에 위치시킨 백색 LED 램프를 제작하였다.
제작된 LED 램프를 도 4에 나타냈다.
상기한 백색 LED 램프의 조명 광원에 대한 분광복사 및 전기적 분석을 수행하였으며 그 결과를 도 10에 나타냈다.
비교예 3:
비교예 2에 있어서, 실리콘 수지 함량을 92중량%로 하고 적색 형광체 함량을 8중량%로 한 것을 제외하고는 비교예 2와 동일하게 한 백색 LED 램프를 제작하였다.
제작된 LED 램프를 도 5에 나타냈다.
상기한 백색 LED 램프의 조명 광원에 대한 분광복사 및 전기적 분석을 수행하였으며 그 결과를 도 11에 나타냈다.
비교예 4:
대조로서, 백색 LED 연색성 향상용 필터를 장착하지 않은 상태의 황색 형광체를 이용한 백색 LED 램프((주)헤파스 제조 COB)를 도 6에 나타내며, 그에 대한 분광복사 및 전기적 분석을 수행하였으며 그 결과를 도 12에 나타냈다.
상기한 실시예 1 및 2와, 비교예 1 내지 4에 대한 분광복사 및 전기적 분석 결과인 도 7 내지 도 12의 주요 결과를 하기의 표 1에 나타낸다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
(대조)
상관색온도(K) 6122 6340 5498 4361 4666 7202
연색지수(CRI) 92.6 91.2 88.1 91.2 87.7 86.1
광속(lm) 621.07 668.37 761.64 545.82 697.73 1179.80
적색 비율(%) 38.0 34.3 30.9 48.1 36.0 17.7
색변이(duv) -0.01081 -0.00807 -0.0052 -0.00968 -0.00594 -0.00116
색차(SDCM) 16.6 16.9 9.6 16.9 10.6 22.5
순도 0.0393 0.0266 0.0992 0.2135 0.1962 0.0253
방사속(W) 2.176 2.313 2.521 1.819 2.27 4.001
피크 파장(nm) 451 451 451 451 452 452
우월 파장(nm) 495 495 583 585 582 481
상기한 표 1의 결과로부터, 필터 미적용의 백색 LED 램프의 연색 지수 86.1은 본 발명의 LED 연색성 향상용 필터를 적용한 실시예 1 및 2는 각각 7.5% 및 5.9%의 연색 지수 상승을 나타냈음에도 불구하고 상관색 온도는 각각 단지 15% 및 12%만 저하되어 모두 주백색을 유지하였음과 아울러, 우월 파장 역시 495nm로 청색 파장 대역을 유지하는 양호한 결과를 얻었다.
한편, 비교예 1의 경우에는 적색 형광체의 비율을 낮게 한 결과, 연색 지수는 단지 2.3% 증가함에 그친 반면, 상관색온도가 24% 저하되어 냉백색 계열이 되었으며 우월 파장이 583nm의 황색 영역대로 변이된 결과를 나타냈고, 비교예 2의 경우에는 연색 지수는 5.99% 증가하였으나, 상관색온도가 약 40% 저하되었음과 아울러, 우월 파장이 585nm로 변이되었으며, 적색 형광체의 농도를 낮춘 비교예 3의 경우에도 유사한 결과를 얻었다.
비교예 4는 필터 미적용의 주백색 LED 램프에 대한 것으로서 대조를 나타낸다.
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.

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  10. 복수의 환형 단턱을 가지는 리플렉터와 COB(Chip on Board)로 이루어지는 LED 램프에 있어서,
    평판상 투명 매트릭스와, 상기한 평판상 투명 매트릭스의 내외표면 중 적어도 일표면 상에 형성되는 적색 형광체를 포함하는 투명 수지로 된 규칙적 입체 패턴으로 구성되고, 상기한 규칙적 입체 패턴으로 이루어지는 반투명 또는 불투명의 적색 영역과 상기한 규칙적 입체 패턴이 존재하지 않는 투명 영역의 면적 비율이 5~80:95~20이며, 상기한 입체 패턴의 직경 또는 폭이 0.1~5mm이고 높이가 0.05~3mm인 LED 연색성 향상용 필터가, 상기한 리플렉터의 복수의 환형 단턱 중 어느 하나에 안착되어 상기한 COB로부터 0.05~50mm 이격하여 위치하는 LED 램프.
  11. 제10항에 있어서, 상기한 LED 램프의 연색 지수(color rendering index)가 87~94이고, 우월 파장(dorminant wavelength)이 490~500nm이며, 상관색온도(correlated color temperature)가 5500~6500K인 LED 램프.
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  13. 제11항에 있어서, 상기한 LED 램프의 적색비(red color ratio)가 30~40%인 LED 램프.
  14. 삭제
  15. 평판상 투명 매트릭스와, 상기한 평판상 투명 매트릭스의 내외표면 중 적어도 일표면 상에 형성되는 적색 형광체를 포함하는 투명 수지로 된 규칙적 입체 패턴으로 구성되고, 상기한 규칙적 입체 패턴으로 이루어지는 반투명 또는 불투명의 적색 영역과 상기한 규칙적 입체 패턴이 존재하지 않는 투명 영역의 면적 비율이 5~80:95~20이며, 상기한 입체 패턴의 직경 또는 폭이 0.1~5mm이고 높이가 0.05~3mm인 LED 연색성 향상용 필터를 제공하는 단계와,
    상기한 LED 연색성 향상용 필터를 LED 램프의 LED로부터 발광 방향으로 0.05~50mm 이격하여 위치시키는 필터 장착 단계로 구성되며:
    상기한 LED 연색성 향상용 필터 장착 전과 비교하여, 연색 지수(color rendering index)가 5~15% 증가되면서도 우월 파장(dorminant wavelength)의 변이가 10~30nm에 불과하며, 상관색온도(correlated color temperature) 저하가 5~18% 이내인 백색 LED 연색성 향상방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기한 LED 연색성 향상용 필터 장착 전과 비교하여, 적색비(red color ratio)를 80~150% 증가시키는 백색 LED 램프의 연색성 향상방법.
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