KR101720305B1 - 광원 장치 - Google Patents

Abstract

실시예는 도광판; 상기 도광판 하측에 맞닿아 배치된 반사판; 상기 도광판 상측에 맞닿아 배치된 확산 필름; 상기 도광판 측부에 광학적으로 결합된 광원부; 및 상기 도광판과 광원부 사이에 배치된 광 여기 필름을 포함하고, 상기 광 여기 필름 속에는 제 1 형광물질과, 상기 제 1 형광물질과 다른 제 2 형광 물질이 구획되어 상기 광 여기 필름의 길이 방향으로 교번되어 랜덤하게 배열되는 광원 장치를 제공한다.

Description

광원 장치 {Light Source Device}

본 출원은 광원 장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 복수의 발광소자를 포함하는 광원장치에 관한 것이다.

일반적으로, 실내 또는 실외의 조명등으로 전구나 형광등이 많이 사용되고 있는데, 이러한 전구나 형광등은 수명이 짧아 자주 교환하여야 하는 문제가 있다. 또한, 종래의 형광등은 그 사용시간 경과에 따른 열화로 인해 조도가 점차 떨어지는 현상이 과도하게 발생하는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 우수한 제어성, 빠른 응답속도, 높은 전기 광 변환효율, 긴 수명, 적은 소비전력 및 높은 휘도의 특성 및 감성 조명을 구현할 수 있는 LED를 사용하는 조명기구가 개발되고 있다.

발광 소자 (LED) 조명은 차세대 조명으로, 반도체 소자를 응용한 조명으로서 자외선 보다 장파장의 빛을 이용하므로 인체에 무해하다.

따라서, 현재 LED를 적용한 많은 조명기구가 개발되고 있는데, 조명의 근원이 되는 광의 특성, 예를 들어 연색지수 특성이나 다양한 색을 구현하는데 있어서 많은 부품이 소요되고 있는 실정이다.

본 발명은 태양광에 가까운 연색 지수를 갖을 수 있는 광원장치를 제공한다.

본 발명은 다양한 색을 구현하면서 동시에 부품 수를 줄여 제조 비용을 줄일 수 있는 광원 장치를 제공한다.

본 발명은 무게 및 두께를 줄여 슬림화를 구현할 수 있는 광원 장치를 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 도광판; 상기 도광판 하측에 맞닿아 배치된 반사판; 상기 도광판 상측에 맞닿아 배치된 확산 필름; 상기 도광판 측부에 광학적으로 결합된 광원부; 및 상기 도광판과 광원부 사이에 배치된 광 여기 필름을 포함하고, 상기 광 여기 필름 속에는 제 1 형광물질과, 상기 제 1 형광물질과 다른 제 2 형광 물질이 구획되어 상기 광 여기 필름의 길이 방향으로 교번되어 랜덤하게 배열되는 광원 장치를 제공한다.

본 발명의 다른 측면은 도광판; 상기 도광판 하측에 맞닿아 배치된 반사판; 상기 도광판 상측에 맞닿아 배치된 확산 필름; 상기 도광판 측부에 광학적으로 결합된 복수의 발광 소자; 및 상기 도광판과 복수의 발광 소자 사이에 배치된 광 여기 필름을 포함하고, 상기 광 여기 필름 속에는 제 1 형광물질과, 상기 제 1 형광물질과 다른 제 2 형광 물질이 구획되어 상기 광 여기 필름의 길이 방향으로 교번되어 랜덤하게 배열되고, 상기 복수의 발광소자는 2000K 내지 3000K 범위의 상관색 온도를 발산하는 웜 화이트 발광소자(Warm white LED)와 5500K 내지 6500K 범위의 상관색 온도를 발산하는 쿨 화이트 발광 소자(Cool white LED)를 포함하고, 상기 웜 화이트 발광소자(Warm white LED)와 쿨 화이트 발광 소자(Cool white LED)는 상기 광 여기 필름의 길이 방향으로 교번되게 배치되는 광원장치를 제공한다.

본 발명에 따른 광원장치는 고 연색성을 구현하여 물체의 색이 왜곡됨을 방지 할 수 있다.

광원장치는 다양한 색을 혼합하여 감성 조명을 연출 할 수 있다.

또한, 조명 장치의 슬림화를 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광원 장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 따른 광원장치의 광원부를 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광원부의 발광소자들의 배열구조를 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광 여기 필름의 구조를 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명에 따른 실시예로 광 여기 필름에 포함된 형광물질의 배열 구조 및 광 여기 필름과 광원부와의 배열구조를 나타낸 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광원 장치를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예 따른 광원장치의 광원부를 나타낸 도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광원부의 발광소자들의 배열구조를 나타낸 도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광 여기 필름의 구조를 나타낸 도이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 광원 장치(100)는 도광판(110), 반사판(130), 광원부(150), 광 여기 필름(170) 및 확산 필름(190)을 포함한다.

도광판(110)은 점광원을 면광원으로 변환시키는 것으로, 내부로 입사된 광이 외부로 출사될 수 있도록 일면에 특정 패턴(111)이 형성된다. 특정 패턴(111)은 광을 확산 또는 산란시켜 외부로 출사 시키는 역할을 한다. 이러한 도광판(110)은 투명수지로 제조되고, 실크스크린 인쇄방식 등으로 인쇄 될 수 있다.

도광판(110) 상측에는 확산 필름(190)이 배치될 수 있다. 확산 필름(190)은 도광판(110) 내부로 입사된 광이 외부로 고르게 출사되도록 하는 역할을 한다.

반사판(130)은 도광판(110) 하측에 배치되고, 도광판(110) 내부로 입사된 광이 도광판 후방으로 출사되는 것을 방지한다.

광원부(150)는 도광판(110) 측부에 배치되고, 광원부(150)는 광을 출사할 수 있는 장치면 모두 가능하고, 본 발명의 실시예에서는 발광소자를 사용한다. 이러한 광원부(150)는 도광판(110)과 광학적으로 결합되어 광원부(150)에서 발생된 광이 도광판(110) 내부로 입사된다.

광원부(150)는 도 2에 도시된 바와 같이, 인쇄회로 기판(151)과 인쇄회로 기판(151) 상에 배치된 복수의 발광소자(152)을 포함하고, 복수의 발광소자(152)는 인쇄회로 기판의 길이 방향으로 일렬로 배열된다. 복수의 발광소자(152)는 청색 발광소자 일수 있지만, 가능하면 연색 지수(Color Rendering Index: CRI)가 높은 백색 발광소자를 사용한다. 백색 발광소자는 청색 발광 칩 상부에 황색 형광체를 포함하는 합성수지가 몰딩되어 화이트를 구현하는 발광소자이다.

도 3과 같이, 광원부(150)에 포함된 복수의 발광소자(152)는 웜 화이트 발광소자(Warm white LED, 152-a)와 쿨 화이트 발광소자(Cool white LED, 152-b)로 이루어져 인쇄 회로 기판(151) 상에 교번되게 배열된다. 따라서 면 광원으로 광이 출사될 때, 전체 광 출사면에서 고르게 혼합된 광이 출사될 수 있다.

물론, 도면엔 도시되어 있지 않지만, 광 출사 면에서 국부적으로 혹은 랜덤하게 특정 색을 구현하기 원할 경우, 웜 화이트 발광소자 및 쿨 화이트 발광소자는 인쇄회로 기판 상에 국부적 혹은 순서에 상관없이 랜덤하게 배열될 수 있다.

한편, 웜 화이트 발광소자(152-a)는 2000K 내지 3000K 범위 내의 상관색 온도를 발산하는 발광소자로, 따뜻한 색을 띄고, 쿨 화이트 발광소자(152-b)는 5500K 내지 6500K 범위 내의 상관색 온도를 발산하는 발광소자로, 차가운 색을 띈다. 이러한, 웜 화이트 발광소자(152-a)와 쿨 화이트 발광소자(152-b)는 레드(Red), 그린(Green), 블루(Blue) 발광소자의 조합 없이 그 자체로 백색광을 발산시키는 소자이다. 즉, 웜 화이트 발광소자(152-a)와 쿨 화이트 발광소자(152-b)는 청색 칩 상부에 해당된 상관색 온도로 변환하여 광을 발산할 수 있도록 하는 형광체가 포함된 합성수지가 몰딩되어 상관색 온도를 화이트를 구현하게 된다.

이처럼, 웜 화이트 발광소자(152-a)와 쿨 화이트 발광소자(152-b)가 각각 상관색 온도를 발산하여 혼합된 빛의 백색광을 발산시킬 수 있으므로, 자연 태양광에 가까움을 나타내는 연색지수(Color Rendering Index: CRI)가 높아지게 된다. 따라서 실제 물체의 색이 왜곡되는 곳을 방지할 수 있고, 사용자의 눈의 피로감을 감소시켜 준다.

광 여기 필름(170)은 도광판(110)과 광원부(150) 사이에 배치되고, 내부에 여러 형광물질을 포함한다. 이러한 광 여기 필름(170)은 광원부(150)에서 출사된 광의 파장 일부를 변환시켜 광의 색을 변환한다.

도 4와 같이, 광 여기 필름(170)은 투명 수지(171) 내부에 형광물질(172)이 함유되어 있고, 투명 수지 외측에는 투명한 보호필름(173)이 적층된다. 투명한 수지는 주로 실리콘 수지가 이용되고, 그 이외에 투명성을 갖는 재료라면 모두 사용 가능하다.

도면에는 나타나 있지 않지만, 투명 수지 내부에는 경화제나 첨가제가 포함될 수 있고, 경화제는 투명 수지를 경화시키고, 첨가제는 형광물질이 투명 수지 내부에서 고르게 분산시킨다. 또한, 투명 수지 내부에는 확산재가 포함될 수 있고, 확산재는 광원의 굴절을 향상시켜 형광물질의 여기율을 높여준다.

투명 수지 외측에 배치된 보호필름(173)은 형광물질의 내습성 및 내열성을 확보하기 위한 것으로, 이러한 보호 필름(173)은 광 투과도가 우수한 무색 투명한 합성 수지를 사용하는데, 특별히 한정되는 것은 아니나 예를 들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate: PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylene naphthalate), 아크릴 수지, 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리스틸렌(Polystyrene) 등이 있다.

도 5는 본 발명에 따른 실시예로 광 여기 필름에 포함된 형광물질의 배열 구조 및 광 여기 필름과 광원부와의 배열구조를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 광 여기 필름(170)은 투명한 수지(171) 내부에 제 1 형광물질(172a)과 제 1형광물질(172a)과 다른 제 2형광물질(172b)이 포함하는데, 제 1형광 물질(172a)과 제 2형광 물질(172b)은 상기 광 여기 필름 내에서 서로 구획되어 광 여기 필름(170)의 길이 방향으로 교번되게 배열된다.

제 1형광 물질(172a)과 제 2형광물질(172b)을 광 여기 필름(170)의 길이 방향으로 국부적으로 혹은 랜덤하게 배열할 수 있지만, 교번되게 배열할 경우, 도광판을 통한 면 광원으로 광이 외부로 출사될 때, 색이 고르게 혼합되기 때문에 전체 광 출사면에서 다양한 색을 연출 할 수 있게 된다.

물론 색의 구현은 발광소자 자체에서 출사되는 광의 색에 의존 될 수 있겠지만, 바람직하게는 광 여기 필름에 포함된 형광물질의 재료에 따라 의존된다.

제 1형광 물질(172a)과 제 2형광 물질(172b)이 교번되게 배치될 경우, 도시된 바와 같이, 광원부(150)의 복수의 발광소자(152)는 광 여기 필름(170) 내에 배치된 제 1형광 물질(172a) 및 제 2형광 물질(172b)에 각각 매칭되어 배치된다. 따라서 복수의 발광소자들과 형광물질들 간의 얼라인먼트 특성이 좋아 구현하고자 하는 색온도를 갖는 광을 출사할 수 있다.

복수의 발광소자가 동일한 색온도 및 색을 구현하는 발광소자일 경우, 발광소자와 형광물질 간의 얼라인먼트 특성이 구현하고자 하는 색 특성에 영향을 미치지 않지만 복수의 발광소자가 예를 들어, 쿨 화이트 발광소자와 웜 화이트 발광소자로 이루어지고, 쿨 화이트 발광소자와 웜 화이트 발광소자가 교번적으로 배열될 경우, 형광물질과 쿨 및 웜 화이트 발광소자 간에 얼라인먼트가 좋지 않게 되면, 인접한 쿨 혹은 웜 화이트 발광소자의 광이 형광물질을 통과 할 수 있기 때문에, 원하지 않은 색온도를 갖는 광이 출사되는 문제점이 생긴다.

제 1형광 물질(172a)과 제 2형광물질(172b) 각각은 광원부에서 출사되는 특정 파장대의 광에 대해 흡수하여 다른 파장대의 광으로 변환시킨다. 따라서 제 1형광 물질(172a)과 제 2형광물질(172b)은 외부로 출사되는 광에 대해서 원하는 광의 색에 따라 조절 될 수 있다.

이처럼 광 여기 필름에 포함된 형광물질은 출사되는 광의 색을 변환 할 수 있기 때문에 다양한 색상의 광을 만들 수 있다.

한편, 종래에 본 실시예와 같이 광 여기 필름을 포함하고, 두 개의 도광판을 적층하고, 각각의 도광판 측부에 광원부를 설치하거나 도광판과 도광판 사이의 측부에 하나의 광원부를 설치하여 감성 조명을 구현하려는 시도가 있었다. 그러나 위와 같은 도광판 수의 증가는 조명 장치의 무게를 증가시키고, 제조 비용을 향상시키는 문제점이 있었다.

반면, 본 발명의 실시예에 따른 광원 장치는 실질적으로 광 여기 필름 및 도광판의 수가 줄어 들어 제조 비용을 절감시킬 수 있고, 도광판 수에 따른 부피 증가를 방지할 수 있어 광원 장치가 적용되는 조명장치의 슬림화를 구현할 수 있다.

또한, 두 개의 도광판 사용에 따른 외부로 광을 출사하기 까지의 광 경로가 증가되어 실질적으로 광 효율이 떨어지는 문제점이 있었다. 이에 반해, 본 발명의 실시예는 최단 광 경로를 갖기 때문에 두 개의 도광판 사용시 보다 상대적으로 광 효율이 향상된다.

이상에서 실시예를 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 범위 내에서, 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 광원장치
110: 도광판
130: 반사판
150: 광원부
170: 광 여기 필름
190: 확산 필름

Claims (10)

1. 도광판;
   상기 도광판 하측에 맞닿아 배치된 반사판;
   상기 도광판 상측에 맞닿아 배치된 확산 필름;
   상기 도광판 측부에 광학적으로 결합된 광원부; 및
   상기 도광판과 광원부 사이에 배치된 광 여기 필름을 포함하고,
   상기 광 여기 필름 속에는 제 1 형광물질과, 상기 제 1 형광물질과 다른 제 2 형광 물질이 구획되어 상기 광 여기 필름의 길이 방향으로 교번되어 랜덤하게 배열되고,
   상기 광원부는 일렬로 배열된 복수의 발광소자를 포함하고, 상기 복수의 발광소자는 웜 화이트 발광소자(Warm white LED)와 쿨 화이트 발광소자(Cool white LED)가 교번되게 배치되는, 광원 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 도광판은 광을 확산 또는 산란시키기 위해 일면에 패턴이 형성되는, 광원 장치.
   
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 광원부는 일렬로 배열된 복수의 발광 소자를 포함하고, 상기 복수의 발광소자 각각은 상기 광 여기 필름에 포함된 제 1형광 물질-제 2형광 물질-제 1형광물질-제 2형광물질 순으로 매칭되어 배치되는, 광원 장치.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 광원부는 일렬로 배열된 복수의 백색 발광 소자인, 광원 장치.
   
6. 삭제
7. 도광판;
   상기 도광판 하측에 맞닿아 배치된 반사판;
   상기 도광판 상측에 맞닿아 배치된 확산 필름;
   상기 도광판 측부에 광학적으로 결합된 복수의 발광 소자; 및
   상기 도광판과 복수의 발광 소자 사이에 배치된 광 여기 필름을 포함하고,
   상기 광 여기 필름 속에는 제 1 형광물질과, 상기 제 1 형광물질과 다른 제 2 형광 물질이 구획되어 상기 광 여기 필름의 길이 방향으로 교번되어 랜덤하게 배열되고,
   상기 복수의 발광소자는 2000K 내지 3000K 범위의 상관색 온도를 발산하는 웜 화이트 발광소자(Warm white LED)와 5500K 내지 6500K 범위의 상관색 온도를 발산하는 쿨 화이트 발광 소자(Cool white LED)를 포함하고, 상기 웜 화이트 발광소자(Warm white LED)와 쿨 화이트 발광 소자(Cool white LED)는 상기 광 여기 필름의 길이 방향으로 교번되게 배치되는, 광원 장치.
   
8. 삭제
9. 삭제
10. 제 7 항에 있어서,
    상기 도광판은 광을 확산 또는 산란시키기 위해 일면에 패턴이 형성되는, 광원 장치.
    
    

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