KR102155320B1 - 형광체 인쇄형 ｐｃｂ기판 기반의 조명 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 형광체 인쇄형 PCB 기판, 그리고 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명에 관한 것이다. 복수의 LED 패키지(120u)로 형성되는 LED 패키지 어레이; 및 베이스 플레이트(110)의 전면과 확산판(130)의 후면 사이에 적층되어 형성되며, N(행)×M(열)(N, M은 2 이상으로 서로 같거나 다른 자연수) 격자 구조로 적색(R) 형광체 도트(120a) 또는 형광체 층이 인쇄되며, LED 패키지 어레이가 부착되는 형광체 인쇄형 PCB 기판(120); 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의해, LED 패키지에서 조사된 광원에 대한 PCB 기판에 인쇄된 형광체를 활용하여 연색성을 개선시키는 효과를 제공하며, 2중의 형광체 시트 구조를 통해 형광체 인쇄형 PCB 기판의 도트 오염 현상을 방지하도록 하는 효과를 제공한다. 뿐만 아니라, 본 발명은, 조명의 직접 광원에 의한 눈부심이 덜하면서도 연색성을 개선시키고, 반사 효율을 향상시킬 뿐만 아니라 테두리 프레임을 통해서 체결 구조를 강화시키도록 하는 효과를 제공한다.

Description

형광체 인쇄형 ＰＣＢ기판 기반의 조명{Lighting apparatus based on fluorescent printed type ＰＣＢ substrate}
본 발명은 형광체 인쇄형 PCB 기판, 그리고 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, LED 패키지에서 조사된 광원에 대한 PCB 기반에 PSR 방식으로 인쇄된 형광체를 활용하여 2차 여기를 통해 연색성을 개선하도록 하기 위한 형광체 인쇄형 PCB 기판, 그리고 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명에 관한 것이다.
각종 조명장치의 광원으로 LED(발광 다이오드) 소자가 각광을 받고 있으며, 이러한 LED 소자는 백열등, 형광등과 같은 기존의 조명장치의 광원에 비하여 발열량과 소비전력이 적고, 내구성이 우수하며, 수명이 길다는 장점이 있다.
또한, LED 조명등은 형광등과 같은 수은이나 방전용 가스를 사용하지 않으므로 환경오염 문제를 유발시키지 않는 장점들도 있는데, 이 같은 LED 소자는 적절한 전원공급과 방열수단을 제공할 경우에는 약 10만 시간 이상을 사용할 수 있다.
이와 같이, 다른 광원에 비하여 상대적으로 긴 수명을 갖기 때문에 형광등을 대체하여 각종 조명등의 광원으로 널리 사용되고 있으며, 평판 조명뿐만 아니라, 최근에는 어두운 실내에 직접 조사되는 조명등은 물론, 조명에 의한 실내장식 효과를 높이기 위하여 조명등을 구성하는 내측면에 별도의 도광판을 매개로 간접적으로 빛을 조사시킬 수 있도록 하기 위한 조명등 장치인 엣지 조명 등이 개발되어 사용되고 있다.
대한민국 특허출원 출원번호 제10-2014-0122190호 "조명 장치(LIGHTTING DEVICE)"
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, LED 패키지에서 조사된 광원에 대한 PCB 기판에 인쇄된 형광체를 활용하여 연색성을 개선하도록 하기 위한 형광체 인쇄형 PCB 기판, 그리고 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 2중의 형광체 시트 구조를 통해 형광체 인쇄형 PCB 기판의 도트 오염 현상을 방지하도록 하기 위한 형광체 인쇄형 PCB 기판, 그리고 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 조명의 직접 광원에 의한 눈부심이 덜하면서도 연색성을 개선시키고, 반사 효율을 향상시킬 뿐만 아니라 테두리 프레임을 통해서 체결 구조를 강화시키도록 하기 위한 형광체 인쇄형 PCB 기판, 그리고 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명을 제공하기 위한 것이다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명은, 복수의 LED 패키지(120u)로 형성되는 LED 패키지 어레이; 및 베이스 플레이트(110)의 전면과 확산판(130)의 후면 사이에 적층되어 형성되며, N(행)×M(열)(N, M은 2 이상으로 서로 같거나 다른 자연수) 격자 구조로 적색(R) 형광체 도트(120a) 또는 형광체 층이 인쇄되며, LED 패키지 어레이가 부착되는 형광체 인쇄형 PCB 기판(120); 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 형광체 도트(120a)는, 4개의 LED 패키지(120u)와 등거리에 위치하는 중앙에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 형광체 도트(120a)의 격자 구조로 N(행) 및 M(열) 각각의 개수가 LED 패키지 어레이를 형성하는 LED 패키지(120u)의 개수에서 하나 작은 수의 행 및 열으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 형광체 도트(120a)는, 적색인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 2차 여기를 통한 연색성 개선을 위해 형광체 인쇄형 PCB 기판(120) 뿐만 아니라, 확산판(130)에도 형광체 도트(120a) 또는 형광체 층이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 베이스 플레이트(110)는, 방열판 기능과, 상부에 LED 패키지 어레이를 형성하는 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)의 후면에 형성되어 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)의 평탄도를 보정하며, 테두리 프레임(140)을 구성하는 제 2 측부 프레임(140b)의 하단 플레이트(140b-1) 상부에 얹히는 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 베이스 플레이트(110)는, 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)에서 회로 영역 및 알루미늄 플레이트 영역을 제외한 몸체가 투명의 폴리카보네이트 재질로 형성되는 경우, 상부에 반사시트가 추가로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 반사시트는, 형광체 인쇄형 PCB 기판(120) 중 회로 영역 및 알루미늄 플레이트 영역이 형성되지 않은 영역에서 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)의 각 LED 패키지(120u)에 의해 출력된 광원이 확산판(130)에 의한 굴절에 따라 형광체 인쇄형 PCB 기판(120) 후면으로 향하는 경우 반사시켜 확산판(130)을 향하도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 각 LED 패키지(120u)는, LED 베어칩(122), 칩 반사부(123), 형광체층(124)으로 구분되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 확산판(130)은 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)의 상부를 구성하는 LED 패키지 어레이의 LED 패키지(120u)로부터 조사된 직접적으로 1차로 백색(W)으로 여기된 광원이 직접 산란되어 나오거나, 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)에 의해 굴절되어 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)을 통해 2차로 적색(R)으로 여기된 광원이 조사되면, 2차 여기된 광원에 대해 전면으로 균일하게 확산시키는 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 형광체 인쇄형 PCB 기판, 그리고 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명은, LED 패키지에서 조사된 광원에 대한 PCB 기판에 인쇄된 형광체를 활용하여 연색성을 개선시키는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 형광체 인쇄형 PCB 기판, 그리고 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명은, 2중의 형광체 시트 구조를 통해 형광체 인쇄형 PCB 기판의 도트 오염 현상을 방지하도록 하는 효과를 제공한다.
뿐만 아니라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 형광체 인쇄형 PCB 기판, 그리고 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명은, 조명의 직접 광원에 의한 눈부심이 덜하면서도 연색성을 개선시키고, 반사 효율을 향상시킬 뿐만 아니라 테두리 프레임을 통해서 체결 구조를 강화시키도록 하는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명(100)을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명(100) 중 조명 본체 모듈(100a)의 구성요소를 나타내는 도면이다.
도 3은 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명(100)의 테두리 프레임(140)의 체결 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명(100)의 형광체 인쇄형 PCB 기판에 의한 기작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명(100)에서 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)에 부착된 LED 패키지(120u)의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 도 1의 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명(100)의 투시된 상태의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 9 및 도 10은 도 1의 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명(100)에서 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)에 적색(R) 형광체 도트(120a)가 아닌 형광체 인쇄 시트(120b)가 형성된 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하여 상세하게 설명한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석 되어야하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 형광체 인쇄형 PCB(Printed Circuit Board) 기판, 그리고 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명(100)을 나타내는 도면이다. 도 2는 도 1의 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명(100) 중 조명 본체 모듈(100a)의 구성요소를 나타내는 도면이다. 도 3은 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명(100)의 테두리 프레임(140)의 체결 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명(100)의 형광체 인쇄형 PCB 기판에 의한 기작을 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명(100)에서 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)에 부착된 LED 패키지(120u)의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 7 및 도 8은 도 1의 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명(100)의 투시된 상태의 단면도를 나타내는 도면이다. 도 9 및 도 10은 도 1의 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명(100)에서 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)에 적색(R) 형광체 도트(120a)가 아닌 형광체 인쇄 시트(120b)가 형성된 실시예를 설명하기 위한 도면이다. 즉, 도 10 내지 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 형광체 인쇄형 반사판 기반의 조명(100)인 평판 조명인 경우의 구분된 형광체 인쇄면에 대한 구조를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 도 1 내지 도 5와 같이 평판 조명 형태로 형성되거나 다른 실시예로 엣지 조명 형태 등으로 형성될 수 있다. 이하의 설명에서는 설명의 편의를 위해 평면 조명 형태를 중심으로 살펴보도록 한다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명(100)은 베이스 플레이트(110), 형광체 인쇄형 PCB 기판(120), 확산판(130)으로 형성되는 조명 본체 모듈(100a) 외에 테두리 프레임(140)을 포함할 수 있다.
베이스 플레이트(110)는 방열판 기능을 수행할 뿐만 아니라, 상부에 LED 패키지 어레이를 형성하는 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)의 후면에 형성되어 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)의 평탄도를 보정할 수 있으며, 테두리 프레임(140)을 구성하는 제 2 측부 프레임(140b)의 하단에 얹히는 구조로 형성될 수 있다.
한편, 베이스 플레이트(110)는 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)에서 회로 영역 및 알루미늄 플레이트 영역을 제외한 몸체가 투명의 폴리카보네이트 재질로 형성되는 경우, 상부에 반사시트가 추가로 형성될 수 있다. 여기서 추가로 형성되는 반사시트는 형광체 인쇄형 PCB 기판(120) 중 회로 영역 및 알루미늄 플레이트 영역이 형성되지 않은 영역에서 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)의 각 LED 패키지(120u)에 의해 출력된 광원이 확산판(130)에 의한 굴절에 따라 형광체 인쇄형 PCB 기판(120) 후면으로 향하는 경우 반사시켜 확산판(130)을 향하도록 하여 후면으로 향하여 소실되는 광원을 최소화하는 기능을 수행할 수 있다.
다음으로, 테두리 프레임(140)은 도 1 및 도 3과 같이 조명 본체 모듈에 해당하는 적층된 베이스 플레이트(110), 형광체 인쇄형 PCB 기판(120), 확산판(130)을 중심으로 수평면상 직각 방향(90°)으로 교차하여 순번적으로 형성되는 제 1 측부 프레임(140a) 및 제 2 측부 프레임(140b)으로 구분될 수 있다.
테두리 프레임(140)은 베이스 플레이트(110), 형광체 인쇄형 PCB 기판(120), 그리고 확산판(130)이 순차적으로 적층되어 내부에 수용된 상태로 고정시키는 기능을 수행할 수 있으며, 제 2 측부 프레임(140b)을 활용해 베이스 플레이트(110)의 배면을 고정시킬 수 있다. 다음으로, 확산판(130)은 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)의 상부를 구성하는 LED 패키지 어레이의 LED 패키지(120u)로부터 조사된 직접적으로 1차 여기된 광원이 직접 산란되어 나오거나, 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)에 의해 굴절되어 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)을 통해 2차 여기된 광원이 조사되면, 2차 여기된 광원에 대해 전면으로 균일하게 확산시키는 기능을 수행하기 위해 형광체 인쇄형 반사판 기반의 조명(100)의 가장 전면에 형성될 수 있다.
형광체 인쇄형 PCB 기판(120)은 상부에 도 6과 같이 복수의 LED 패키지(120u)가 상부에 형성되며, 각 LED 패키지(120u)는 LED 베어칩(122), 칩 반사부(123), 형광체층(124)으로 구분되어 형성될 수 있다. 본 발명에서 LED 패키지(120u)의 개수와 간격은 변형되어 적용될 수 있다.
여기서, 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)은 LED 베어칩(122)을 실장할 수 있는 기판이면 어느 것이나 가능하다. 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)은 직선형 플레이트로 이루어질 수 있으며, 칩 반사부(123)는 LED 베어칩(122) 주위를 감싸는 형태로 형성되며, 형광체층(124)은 칩 반사부(123)의 형태에 따라 LED 베어칩(122)으로부터 거리가 멀어질수록 직경이 커지는 사각 형상의 충전층으로 형성될 수 있다. 한편, LED 베어칩(122)이 사각이 아닌 원형인 경우 형광체층(124)은 원추 형상으로 형성되거나 LED 베어칩(122)의 형태에 따라 삼각, 그 밖의 다각 형상의 충전층으로 형성할 수 있다.
그리고 칩 반사부(123)는 LED 베어칩(122)의 광원의 초기 조사 범위를 제한하기 위해 LED 베어칩(122)이 향하는 광원이 빛의 굴절에 의해 LED 베어칩(122)의 전면을 향하도록 하여 광효율을 증가시키는 기능을 수행할 수 있다. 즉, 칩 반사부(123)는 LED 베어칩(122)과의 거리가 멀어질수록 직경이 커지는 사각 형상의 음각 형태나 원추, 삼각, 그 밖의 다각형의 음각 형태로 형성될 수 있다.
LED 베어칩(122)은 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)에 실장되는 청색(B) 발광 LED 칩으로서, 430nm 내지 480nm의 파장을 발광하는 반도체 성분으로 이루어질 수 있다. 다만, LED 베어칩(122)은 다른 컬러광을 출사하는 LED 베어칩이 사용될 수 있으며, 본 발명의 범위가 특정 LED 베어칩으로 제한되는 것은 아니다.
형광체층(124)은 LED 베어칩(122)으로부터 출사된 청색(B) 광원을 1차적으로 백색(W) 광으로 여기 되도록 한다. 이때, 형광체층(124)은 주로 여기 되어 방출되는 파장이 적색(R) 및 녹색(G)인 형광체를 주성분으로 하여 제조될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예는 LED 베어칩(122)이 청색(B)의 광원을 출력하는 경우, 백색(W) 광(W)으로의 1차 여기를 위한 형광체층(124)을 구성하는 경우에 해당하지만, LED 베어칩(122)이 녹색(G) 또는 적색(R) 광원을 출력하는 경우 형광체는 각각 청색(B) 및 적색(R)이거나 청색(B) 및 녹색(R)의 형광체를 사용할 수도 있다.
형광체 인쇄형 PCB 기판(120)은 베이스 플레이트(110)의 전면과 확산판(130)의 후면 사이에 위치하여 형성됨으로써, 상부면에 위치하는 LED 패키지 어레이의 광원이 확산판(130) 또는 테두리 프레임(140)을 통해 굴절되어 후면에 해당하는 자신을 향하는 경우 반사시켜 전면으로 향하도록 함으로써, 후면으로 향하여 소실되는 광원을 최소화하는 기능을 수행할 수 있다.
이를 위해 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)은 도 1, 도 2, 도 4, 도 5와 같이 적색(R) 형광체 층 또는 형광체 도트(120a)가 PSR(Photo imageable Solder Resist masking) 기법에 의해 인쇄되어 형성될 수 있다.
즉, 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)은 LED 패키지를 제외한 기판(120)에 전체적으로 형광체 층이 인쇄되거나 일부 영역에 적색(R) 형광체 도트(120a)가 인쇄되어 형성되며, 도 1, 도 2, 도 4 및 도 5와 같이 N(행)×M(열)(N, M은 2 이상으로 서로 같거나 다른 자연수로 도 1 및 도 2에서는 N은 5, M은 5로 도시) 격자 구조로 N(행) 및 M(열) 각각의 개수가 LED 패키지 어레이를 형성하는 LED 패키지(120u)의 개수에서 하나 작은 수의 행 및 열으로 형성될 수 있다. 그리고, 적색(R) 형광체 도트(120a)는 도 1, 도 2, 도 4 및 도 5에서는 원형으로 형성되나 삼각, 사각, 그 밖의 다각 형상으로 인쇄될 수 있다.
본 발명의 일 실시예로, 형광체 도트(120a)는 4개의 LED 패키지(120u)와 등거리에 위치하는 중앙에 위치할 수 있다.
즉, 도 7과 같이 수평면 상에서 각 LED 패키지(120u)의 LED 베어칩(122) 간의 거리를 이등분한 위치에 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)의 적색(R) 형광체 도트(120a)가 위치하는 경우, 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)의 적색(R) 형광체 도트(120a)는 정배열로 동일한 직경을 갖도록 인쇄될 수도 있으나, 도 8과 같이, 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명(100)의 중앙 영역의 연색성을 측부보다 향상시키기 위해 중앙영역에 위치하는 적색(R) 형광체 도트(120a)의 직경을 측부영역에 위치하는 적색(R) 형광체 도트(120a)의 직경보다 크게 형성함으로써, 연색성 효율을 증대시킬 수 있다.
즉, 본 발명에서는, 적색(R) 형광체 도트(120a)에 대해서 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)의 중앙 영역으로부터의 길이에 비례하도록 직경을 인쇄하여 형성하는 것이 최종적으로 조사되는 광원의 연색성 분포에 있어서 효율적이다.
또한, 조명에서 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)에 형성된 형광체인 적색(R) 형광체 도트(120a)가 시간이 지남에 따라 변색되거나, 형광 및 반사 성능이 떨어져서 조사되는 광원의 왜곡 현상 또는 난반사를 유발하는 도트 오염 현상 방지를 위해 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)에 있어서, 도 1 및 도 2와 같은 단일 토트형인 적색(R) 형광체 도트(120a)가 아닌 도 9와 같이 제 1 형 형광체 인쇄면(120b-1), 그리고 추가로 제 2 형 형광체 인쇄면(120b-2)으로 구분되는 형광체 인쇄 시트(120b)로 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 제 1 형 형광체 인쇄면(120b-1)은 상부에 위치하는 LED 패키지 어레이의 LED 패키지(120u)에 대한 대응되는 형광체 인쇄형 PCB 기판(120) 상의 위치 지정에 있어서, 4개의 LED 패키지(120u)를 하나의 단위로 모든 LED 패키(120u)와 등거리에 해당하는 중앙영역에 위치하여 제 2 형 형광체 인쇄면(120b-2)의 적색(R) 형광체의 밀도 보다 작거나 도포 두께를 얇게 형성되는 것이 바람직하다.
제 1 형 형광체 인쇄면(120b-1)과 제 2 형 형광체 인쇄면(120b-2) 상에서 산란 입자들에 해당하는 적색(R) 형광체는 미리 설정된 의의 적합한 농도를 가질 수 있다. 바람직하게는, 제 1 형 형광체 인쇄면(120b-1)에 포함된 제 1 형광체는 베이스수지상에서 1.3 내지 2.5g/cm3의 밀도, 제 2 형 형광체 인쇄면(120b-2)에 포함된 제 2 형광체는 3.2 내지 3.7/cm3의 밀도를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 밀도 분포를 갖는 제 1 형 형광체 인쇄면(120b-1)의 제 1 두께와 제 2 형 형광체 인쇄면(120b-2)의 제 2 두께간의 길이비는 1 : 1.3 내지 1.7을 갖는 실험예의 경우 하기의 표 1과 같은 대조군 1 내지 6에 비해 향상된 적색광 및 색상 균일성, 증가된 휘도, 적은 청색(B) 누설, 그리고 감소된 색온도가 확인되었다.
구분 제 1 형광체 밀도 제 2 형광체 밀도 길이비
실험예 1.3 내지 2.5g/cm3 3.2 내지 3.7/cm3 1 : 1.3 내지 1.7
대조군 1 0.1 내지 1.2/cm3 3.2 내지 3.7/cm3 1 : 1.3 내지 1.7
대조군 2 2.5 내지 3.7/cm3 3.2 내지 3.7/cm3 1 : 1.3 내지 1.7
대조군 3 1.3 내지 2.5g/cm3 0.1 내지 3.1/cm3 1 : 1.3 내지 1.7
대조군 4 1.3 내지 2.5g/cm3 3.7 내지 4.9/cm3 1 : 1.3 내지 1.7
대조군 5 1.3 내지 2.5g/cm3 3.2 내지 3.7/cm3 0.1 내지 0.9 : 1.3 내지 1.7
대조군 6 1.3 내지 2.5g/cm3 3.2 내지 3.7/cm3 1 : 1.8 내지 3.2
이와 같이, 제 1 형 형광체 인쇄면(120b-1)과 제 2 형 형광체 인쇄면(120b-2)의 밀도 또는/및 도포 두께 차이로 인해 형광체 인쇄형 PCB 기판(120) 중 LED 패키지(120u)의 배열을 중심으로 테두리 영역과 각 LED 패키지(120u) 및 제1 형 형광체 인쇄면(120b-1) 사이의 영역에 제 2 형 형광체 인쇄면(120b-2)의 영역이 형성되며, 제 1 형 형광체 인쇄면(120b-1)에 의한 제 1 반사면 영역(Ea1)이 도 10과 같이 형성되며, 제 2 형 형광체 인쇄면(120b-2)에 의한 제 2 반사면 영역(Ea2)도 도 10과 같이 형성됨으로써, 대비되는 도 4의 구조에 의해 도 5와 같이 적색(R) 형광체 도트(120a)에만 형광체 인쇄면을 구성하는 것에 비해 연색지수(Ra)를 최소 3 내지 5를 향상시킬 수 있다.
이에 따라, 도 10과 같은 형광체 인쇄 시트(120b) 형태가 도 5와 같은 적색(R) 형광체 도트(120a) 형태에 의해 반사 효율이 향상되면서도 LED 패키지(120u)의 테두리 영역에 해당하는 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)에 형성됨으로써, 눈부심이 덜하면서도 연색성을 보다 개선시킬 수 있다.
또한, 제 1 형 형광체 인쇄면(120b-1) 영역은 LED 패키지(120u)에 의해 가려지지 않는 영역을 형성하고, 제 2 형 형광체 인쇄면(120b-2)에 비해 반사 효율이 낮아서 눈부심이 덜하면서도 연색성을 개선하는데, 이는 LED 패키지(120u)의 광원 조사 영역에 제 2 형 형광체 인쇄면(120b-2)의 반사에 의한 광원 조사 확장 영역(Ra)에 의해 육안으로 도트를 거의 식별할 수 없어서 상술한 도트 오염 방지 효과도 함께 제공할 수 있다.
이에 따라, 상술한 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)은 LED 패키지(120u)의 광원에 대한 반사에 의한 2차 여기를 통한 연색성 개선을 수행할 수 있는데, 본 발명에서의 연색(color rendering)의 개념에 대해서 살펴보면, 조명광이 물체색의 보임에 미치는 영향을 연색이라고 하며, 광원이 조명된 피사체의 색 재현 충실도를 나타내는 광원의 성질을 연색성이라 한다. 광원이 색에 미치는 효과인 연색성을 평가하는 단위는 연색지수(Ra)로 나타내며 연색지수는 물건의 색이 자연광 아래서 본 경우와 어느 정도 유사한가를 수치로 나타낸 것이다. 연색지수가 100에 가까울수록 연색성이 좋은 것을 의미한다.
본 발명에서 2차 여기를 통한 연색성 개선을 위해 형광체 인쇄형 PCB 기판(120), 그리고 확산판(130)을 선택적으로 또는 둘 다 적용할 수 있다.
형광체 인쇄형 PCB 기판(120)을 중심으로 보다 구체적으로 살펴보면, LED 패키지 어레이부를 구성하는 각 LED 패키지(120u)의 색변환을 통해 상술한 연색성을 개선하기 위해 적색(R) 형광체를 포함하여 형성되거나, 본 발명의 다른 실시예로 녹색(G) 형광체를 포함하여 형성될 수 있다.
형광체 인쇄형 PCB 기판(120)은 굴절되어 입사하는 광원에 대한 2차 여기(Excitation) 작용을 통해 각 LED 패키지(120u)의 형광체층(124)에 의해 1차의 백색(W)으로 여기된 광원이 조사시 연색지수(Ra)를 75 이상의 고연색성으로 개선함과 함께, 반사광에 대해서만 적색(R) 형광체를 통해 여기시킴으로써, 등기구가 전체적으로 붉은빛으로 보이는 것을 저감할 수 있다.
그리고 본 발명에서 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)은 서로 다른 크기의 색온도 대역을 갖는 복수의 규격으로 제조되어 요구되는 색온도 대역의 규격을 갖도록 선택적으로 장착되며, 각 규격은 베이스수지에 함유되는 형광체의 배합비율에 따라 투과되는 조명광의 색온도값(K) 및 연색지수(Ra)가 정해지게 된다.
그리고 본 발명에서 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)의 형광체 도트(120a)는 서로 다른 크기의 색온도 대역을 갖는 복수의 규격으로 제조되어 요구되는 색온도 대역의 규격을 갖도록 선택적으로 장착되며, 각 규격은 베이스수지에 함유되는 형광체의 배합비율에 따라 투과되는 조명광의 색온도값(K) 및 연색지수(Ra)가 정해지게 된다.
여기서, 형광체의 배합비율에 따라 2,700K 대역, 3,000K 대역, 3,500K 대역, 4,000K 대역, 4,500K 대역, 5,000K 대역, 5,700K 대역의 7개 규격으로 구분되고, 2,700K 대역의 규격은 베이스수지 100 중량부에 대해 형광체 0.0012 내지 0.0022 중량부가 혼합되어 성형되며, 형광체는 적색(R) 형광체와 녹색(R) 형광체가 8.65 : 1.35의 중량 비율로 배합되어 2,700K 대역의 색온도와 75이상의 연색지수(Ra)를 구현할 수 있다.
또한, 3,000K 대역의 규격은 베이스수지 100 중량부에 대해 형광체 0.0015 내지 0.0022 중량부가 혼합되어 성형되며, 형광체는 적색(R) 형광체와 녹색(G) 형광체가 8.75 : 1.25의 중량 비율로 배합되어 3,000K 대역의 색온도와 75이상의 연색지수(Ra)를 구현할 수 있다.
또한, 3,500K 대역의 규격은 베이스수지 100 중량부에 대해 형광체 0.0024 내지 0.0028 중량부가 혼합되어 성형되며, 형광체는 적색(R) 형광체와 녹색(G) 형광체가 8.95 : 1.05의 비율로 배합되어 3,500K 대역의 색온도와 75이상의 연색지수(Ra)를 구현할 수 있다.
또한, 4,000K 대역의 규격은 베이스수지 100 중량부에 대해 형광체 0.0015 내지 0.0026 중량부가 혼합되어 성형되되 형광체는 적색(R) 형광체와 녹색(G) 형광체가 7.55 : 2.45의 비율로 배합되어 4,000K 대역의 색온도와 75이상의 연색지수(Ra)를 구현할 수 있다.
또한, 4,500K 대역의 규격은 베이스수지 100 중량부에 대해 형광체 0.0020 내지 0.0028 중량부가 혼합되어 성형되며, 형광체는 적색(R) 형광체와 녹색(G) 형광체가 7.55 : 2.45의 비율로 배합되어 4,500K 대역의 색온도와 75이상의 연색지수(Ra)를 구현할 수 있다.
또한, 5,000K 대역의 규격은 베이스수지 100 중량부에 대해 형광체 0.0028 내지 0.0036 중량부가 혼합되어 성형되며, 형광체는 적색(R) 형광체만을 사용하여 5,000K 대역의 색온도와 75이상의 연색지수(Ra)를 구현할 수 있다.
또한, 5,700K 대역의 규격은 베이스수지 100 중량부에 대해 형광체 0.0026 내지 0.0030 중량부가 혼합되어 성형되며, 형광체는 적색(R) 형광체와 녹색(G) 형광체 외에 노랑(Y) 형광체가 7.35 : 1.4 : 1.25의 비율로 배합되어 5,700K 대역의 색온도와 75이상의 연색지수(Ra)를 구현할 수 있다.
다음으로, 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)에 PSR를 이용한 적색(R) 형광체 도트(120a), 형광체 인쇄 시트(120b)를 인쇄하기 방법을 살펴본다.
PCB 기판(120) 표면에 형성된 회로를 보호하는 한편, PCB에 부품을 실장 하기 위해 실시되는 솔더링(soldering) 공정에서의 회로와 회로 사이의 땜납 걸침(soler bridge) 현상 등을 방지하기 위한 적색(R) 형광체 도트(120a), 형광체 인쇄 시트(120b)가 PCB 기판(120) 제작 후 부품 실장 전에 PCB 기판(120) 표면에 인쇄되는 것이 바람직하다.
즉, PSR 인쇄 방법은, 알루미늄 플레이트에 해당하는 PCB 기판(120)을 이용하여, PCB 기판(120) 표면에 PSR 인쇄층에 해당하는 적색(R) 형광체 도트(120a) 또는 형광체 인쇄 시트(120b)를 인쇄하는 것이 바람직하다.
PCB 기판(120)에 인쇄될 PSR 인쇄층에 해당하는 적색(R) 형광체 도트(120a) 또는 형광체 인쇄 시트(120b)의 두께를 결정하며, 적색(R) 형광체 도트(120a) 또는 형광체 인쇄 시트(120b)의 두께는 전체적으로 PCB 기판(120)의 높이보다 짧게 형성되는 것이 바람직하다.
PCB 기판(120) 제조 공정을 통해 PCB 기판(120)에 해당하는 회로패턴을 형성한 뒤, PCB 기판(120)에 인쇄될 적색(R) 형광체 도트(120a) 또는 형광체 인쇄 시트(120b)에 대한 형태, 두께 및 밀도를 설정한다.
적색(R) 형광체 도트(120a) 또는 형광체 인쇄 시트(120b)의 인쇄패턴이 형성되어 있는 제판 필름을 제작한다.
PSR 인쇄용 알루미늄 제판을 이용하여, PSR 인쇄잉크를 PCB 기판(120)의 표면에 인쇄한다. 이때, PSR 인쇄잉크는 PSR 인쇄용 알루미늄 제판의 두께에 해당되는 높이 만큼 PCB 기판(120) 상에 인쇄될 수 있다. 여기서, PSR 인쇄용 알루미늄 제판의 두께는, 표 1에서 상술한 형광체 인쇄 시트(120b)의 경우 제 1 형 형광체 인쇄면(120b-1) 및 제 2 형 형광체 인쇄면(120b-2)의 길이비에 따르며, 형광체 인쇄 시트(120b) 및 적색(R) 형광체 도트(120a) 모두 두께가 PSR 인쇄용 알루미늄 제판의 두께와 같거나 작게 형성되는 것이 바람직하다.
즉, PSR 인쇄잉크는 적색(R) 형광체를 포함하는 패턴형상에 의해 형성된 탈막부분을 통해 PCB 기판(120) 표면에 증착되는 것이다.
PCB 기판(120) 표면에 인쇄된 PSR 인쇄잉크를 건조시킨다.
이와 같은 과정을 통해 적색(R) 형광체 도트(120a)가 형성되며, 형광체 인쇄 시트(120b)의 경우 제 2 형 형광체 인쇄면(120b-2) 형성 후에 제 1 형 형광체 인쇄면(120b-1)에 대한 추가적인 인쇄 과정이 한번 더 수행되는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명의 다른 실시예로, 형광체 인쇄 시트(120b)의 제 1 형 형광체 인쇄면(120b-1)을 추가로 형성하기 위해, 아래와 같은, 노광 및 현상 공정이 추가될 수 있으며, 제 2 형 형광체 인쇄면(120b-2) 표면에 제판 필름을 배치한 후, PSR 인쇄잉크를 노광시킨다. 이후, 제 1 형 형광체 인쇄면(120b-1)을 현상함으로써, 보다 더 정밀한 제 1 형 형광체 인쇄면(120b-1) 및 제 2 형 형광체 인쇄면(120b-2)을 포함하는 형광체 인쇄 시트(120b)를 제조할 수 있다. 상기 과정을 통해 PCB 기판(120) 표면에 적색(R) 형광체 도트(120a) 또는 형광체 인쇄 시트(120b)가 형성될 수 있다.
한편, 노광 공정시 제 2 형 형광체 인쇄면(120b-2) 표면에 제판 필름을 배치 후 UV광을 조사하는 경우, 산란광을 사용시 노광량으로 350 내지 450mj/㎠ 으로 설정하는 것이 바람직하며, 현상시 현상액으로 2.2 내지 3.2%의 Na2Co3(25℃)을 사용하며, 현상시간으로 45 내지 65 sec로 설정되는 것이 바람직하다.
마지막으로, 후(後) 공정을 통해, 즉, 납땜 공정 등을 통해, PCB 기판(120)에 각종 전자부품을 장착시킨다. 이로 인해, 하나의 PCB의 제조 과정이 종료된다. 여기서 후 공정시 코팅된 PSR 인쇄잉크를 열풍으로 완전 경화시키며 온드는 150±5℃로 설정하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에서 PSR 인쇄잉크 도포 방식에는 PCB 기판(120)이 저밀도 PCB인 경우, Silk Screen 인쇄방식에 의해 열경화성 잉크(IR Ink)를 직접 도포하며, 고밀도 PCB 기판(120)인 경우 회로 형성시와 유사한 방법으로 PSR 인쇄잉크를 를 Screen 방식 또는 Spray-Coating 방식으로 전체 도포 후 불필요 부분을 노광 및 현상으로 제거한 다음 열경화하는 방법을 취할 수 있다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100 : 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명
100a : 조명 본체 모듈
110 : 베이스 플레이트
120 : 형광체 인쇄형 PCB 기판
120a : 적색(R) 형광체 도트
120b : 형광체 인쇄 시트
120b-1 : 제 1 형 형광체 인쇄면
120b-2 : 제 2 형 형광체 인쇄면
122 : LED 베어칩
124 : 칩 반사부
124 : 형광체층
130 : 확산판
140 : 테두리 프레임

Claims (10)

  1. 복수의 LED 패키지(120u)로 형성되는 LED 패키지 어레이; 및
    LED 패키지 어레이가 부착되는 형광체 인쇄형 PCB 기판(120);을 포함하고,
    상기 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)에는 N(행)×M(열)(N, M은 2 이상으로 서로 같거나 다른 자연수) 격자 구조로 적색(R) 형광체 도트(120a) 또는 형광체 층이 LED 패키지와 대각선으로 인접한 LED 패키지 사이의 공간 상면에 직접 인쇄되며,
    상기 LED 패키지 어레이부(160)의 각 LED 패키지는 LED 베어칩 및 형광체층을 포함하여 이루어지고, 상기 LED 베어칩으로부터 출사된 광은 상기 형광체층을 통과하면서 1차 여기되어 백색광이 되고, 상기 PCB 기판에 인쇄된 형광체 도트 또는 형광체 층에 의해 2차 여기되어 연색성이 개선되는 것을 특징으로 하는 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명.
  2. 청구항 1에 있어서, 형광체 도트(120a)는,
    4개의 LED 패키지(120u)와 등거리에 위치하는 중앙에 위치하는 것을 특징으로 하는 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명.
  3. 청구항 1에 있어서,
    형광체 도트(120a)의 격자 구조로 N(행) 및 M(열) 각각의 개수가 LED 패키지 어레이를 형성하는 LED 패키지(120u)의 개수에서 하나 작은 수의 행 및 열으로 형성되는 것을 특징으로 하는 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명.
  4. 청구항 1에 있어서, 형광체 도트(120a)는,
    적색인 것을 특징으로 하는 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명.
  5. 청구항 1에 있어서,
    2차 여기를 통한 연색성 개선을 위해 형광체 인쇄형 PCB 기판(120) 뿐만 아니라, 확산판(130)에도 형광체 도트(120a) 또는 형광체 층이 형성되는 것을 특징으로 하는 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명.
  6. 청구항 1에 있어서, 베이스 플레이트(110)는,
    방열판 기능과, 상부에 LED 패키지 어레이를 형성하는 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)의 후면에 형성되어 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)의 평탄도를 보정하며, 테두리 프레임(140)을 구성하는 제 2 측부 프레임(140b)의 하단 플레이트(140b-1) 상부에 얹히는 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명.
  7. 청구항 1에 있어서, 베이스 플레이트(110)는,
    형광체 인쇄형 PCB 기판(120)에서 회로 영역 및 알루미늄 플레이트 영역을 제외한 몸체가 투명의 폴리카보네이트 재질로 형성되는 경우, 상부에 반사시트가 추가로 형성되는 것을 특징으로 하는 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명.
  8. 청구항 7에 있어서, 반사시트는,
    형광체 인쇄형 PCB 기판(120) 중 회로 영역 및 알루미늄 플레이트 영역이 형성되지 않은 영역에서 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)의 각 LED 패키지(120u)에 의해 출력된 광원이 확산판(130)에 의한 굴절에 따라 형광체 인쇄형 PCB 기판(120) 후면으로 향하는 경우 반사시켜 확산판(130)을 향하도록 하는 것을 특징으로 하는 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명.
  9. 청구항 1에 있어서, 각 LED 패키지(120u)는,
    LED 베어칩(122), 칩 반사부(123), 형광체층(124)으로 구분되어 형성되는 것을 특징으로 하는 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명.
  10. 청구항 9에 있어서,
    확산판(130)은 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)의 상부를 구성하는 LED 패키지 어레이의 LED 패키지(120u)로부터 조사된 직접적으로 1차로 백색(W)으로 여기된 광원이 직접 산란되어 나오거나, 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)에 의해 굴절되어 형광체 인쇄형 PCB 기판(120)을 통해 2차로 적색(R)으로 여기된 광원이 조사되면, 2차 여기된 광원에 대해 전면으로 균일하게 확산시키는 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 형광체 인쇄형 PCB 기판 기반의 조명.
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