KR102166257B1 - 발광장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시 예에 따르면 발광장치는, 발광소자, 상기 발광소자를 감싸도록 배치되며, 상기 발광소자로부터 조사되는 광의 파장을 변환하는 파장변환부재, 그리고 상기 파장변환부재 상에 배치되며, 상기 파장변환부재를 통과하여 입사하는 광의 색온도를 제어하는 홀로그래픽 확산부재를 포함한다.
Description
본 발명은 발광장치에 관한 것으로서, 조명 시스템에 적용하는 발광장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)는 반도체의 p-n 접합구조를 이용하여 내부에 전자(electron) 또는 정공(hall)을 형성한다. 이러한 전자 또는 정공에 임계치 이상의 전압을 인가하면 전기 에너지가 빛 에너지로 변환되면서 빛을 생성한다.
최근 LED를 광원으로 사용하는 다양한 장치들이 개발되고 있다. LED를 광원으로 사용하는 장치로는 조명장치, 표시장치, 차량용 헤드램프 등이 있다.
조명장치에 LED를 적용하는 경우, 청색 LED와 형광물질을 이용하여 LED로부터 발광되는 청색광을 파장 변환하여 백색광을 만들어낸다. 그러나, 이러한 방식으로 백색광을 만들어 내는 경우, 백색광이 7000K 정도의 색온도를 가지게 되어 자연스러운 조명이 어렵고 눈의 피로도가 증가하는 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 색온도를 조절하여 자연스러운 조명이 가능한 발광장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 발광장치는, 발광소자, 상기 발광소자를 감싸도록 배치되며, 상기 발광소자로부터 조사되는 광의 파장을 변환하는 파장변환부재, 그리고 상기 파장변환부재 상에 배치되며, 상기 파장변환부재를 통과하여 입사하는 광의 색온도를 제어하는 홀로그래픽 확산부재를 포함한다.
상기 홀로그래픽 확산부재는 상기 파장변환부재를 통과한 광 중 특정 파장을 차단하여 상기 색온도를 제어할 수 있다.
상기 홀로그램 확산부재는, 상기 특정 파장을 차단하는 간섭패턴을 포함할 수 있다.
상기 간섭패턴은 격자무늬를 포함할 수 있다.
상기 특정 파장은 청색 파장을 포함할 수 있다.
상기 홀로그래픽 확산부재는 상기 색온도를 3000K이하로 제어할 수 있다.
상기 발광장치는 일측이 개구된 컵 형상으로, 저면에 상기 발광소자가 배치되고, 상기 일측에 상기 홀로그래픽 확산부재가 결합하는 반사부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 홀로그래픽 확산부재를 이용하여 밝기 변화는최소화하면서 색온도를 조절하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 홀로그래픽 확산부재의 간섭패턴의 예들을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 홀로그램 확산부재에 의해 변화하는 광 스펙트럼을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 따른 발광장치가 적용되는 평판 조명 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 홀로그래픽 확산부재의 간섭패턴의 예들을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 홀로그램 확산부재에 의해 변화하는 광 스펙트럼을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 따른 발광장치가 적용되는 평판 조명 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광장치를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 홀로그래픽 확산부재의 간섭패턴의 예들을 도시한 것이다. 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 홀로그램 확산부재에 의해 변화하는 광 스펙트럼을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광장치는 홀로그래픽 확산부재(holographic diffuser, 10), 발광소자(20), 구동기판(30), 파장변환부재(40), 반사부재(50) 등을 포함할 수 있다.
발광소자(20)는 구동기판(30) 상에 배치되며, 구동기판(30) 상에 형성된 회로패턴에 전기적으로 연결된다.
발광소자(20)는 구동기판(30)의 회로패턴으로부터 전기 신호를 입력받고, 이를 광 신호로 변환하여 출력하는 광원으로 동작한다.
이로 한정되는 것은 아니나, 발광소자(20)는 발광 다이오드(Light Emitting Device, LED)를 포함할 수 있다.
파장변환부재(40)는 투명 봉지제 형태로, 발광소자(20)를 감싸도록 배치될 수 있다.
파장변환부재(40)는 발광소자(20)로부터 출사되는 광의 파장을 변환하는 광학부재이다.
이로 한정되는 것은 아니나, 파장변환부재(40)는 파장 변환을 통해 발광소자(20)로부터 출사되는 청색광을 백색광으로 변환할 수 있다.
파장변환부재(40)는 형광체(phosphor), 양자점(Quantum Dot) 등의 인형광(lumiphor) 물질을 포함하는 부재일 수 있다.
파장변환부재(40) 상에는 홀로그래픽 확산부재(10)가 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다.
홀로그래픽 확산부재(10)는 파장변환부재(40)로부터 출사되는 광을 확산시켜 출사하는 기능을 수행한다. 또한, 홀로그래픽 확산부재(10)는 파장변환부재(40)로부터 출사되는 광의 파장변환을 통해 색온도를 제어할 수 있다.
홀로그래픽 확산부재(10)는 체적형 홀로그램(volume hologram) 시트를 포함할 수 있다.
체적형 홀로그램 시트는 물체파와 참조파의 간섭으로 공간에 만들어져 있는 간섭패턴을 기록매질에 3차원적으로 기록한 홀로그램 시트이다. 홀로그램(hologram)은 물체로부터 산란되는 정보가 담긴 물체파(signal wave)와 가간섭 참조파(reference wave)로부터 생기는 간섭패턴을 나타낸다.
이로 한정되는 것은 아니나, 홀로그래픽 확산부재(10)의 간섭패턴은 도 2에도시된 바와 같이, 격자(grating) 무늬를 포함할 수 있다.
도 2의 (a)는 대칭(symmetric)인 격자무늬가 간섭패턴을 형성하는 일 예를 도시한 것이고, 도 2의 (b)는 비대칭(asymmetric)인 격자무늬가 간섭패턴을 형성하는 일 예를 도시한 것이다.
홀로그램 시트의 경우, 간섭패턴을 형성하는 격자무늬에 따라서 R, G, B 효율을 제어할 수 있으며, R, G, B 광의 입사각, 주기에 따라서 파장을 변화시킬 수 있다.
따라서, 홀로그래픽 확산부(10)는 간섭패턴을 형성하는 격자무늬에 의해 입사하는 광의 파장을 변환하여 출사할 수 있다. 홀로그래픽 확산부재(10)의 간섭패턴은 입사하는 광 중 특정 파장 대역의 광을 차단(cutting)하는 격자무늬를 포함할 수 있다.
이로 한정되는 것은 아니나, 홀로그래픽 확산부재(10)는 파장변환부재(40)를 통과하여 입사하는 광 중 청색 파장(Blue Light)을 차단할 수 있다. 홀로그래픽 확산부재(10)는 청색 파장의 광을 커팅함으로써, 밝기 변화 없이 색온도를 변화시킬 수 있다. 여기서, 밝기는 사람이 인지하는 밝기를 나타낸다.
일반적으로, 청색 파장은 에너지가 높으며, 사람의 망막을 손상시키는 등 건강에 유해하다. 또한, 청색 파장은 사람의 시감도 특성 상 적색 파장의 광에 비해 상대적으로 시감도가 낮다. 이에 따라, 청색 파장의 광을 커팅하는 경우, 사람은 시감도 특성으로 밝기 변화를 인지하지 못하며, 유해한 청색광을 줄일 수 있다.
이로 한정되는 것은 아니나, 홀로그래픽 확산부재(10)는 파장변환부재(40)를 통과하여 입사하는 광의 색온도를 3000K 이하로 제어할 수 있다.
발광소자(20)에서 출사된 광은 파장변환부재(40)를 통과하면서 7000K 정도의 색온도를 가진다. 7000K의 색온도로는 자연스러운 조명이 어려워, 기존에는 색온도를 낮추기 위해 발광소자(20)를 감싸는 형광체의 두께를 증가시키는 방법을 사용하였다. 그러나, 이러한 방법을 사용하는 경우, 형광체에 의한 광 흡수율이 증가하여 광의 밝기 즉, 단위 전력(1W)당 방출되는 광량(Lumen)(lm/W)이 50% 이하로 감소되어, 동일한 밝기로 유지하기 위해서는 2배 이상의 소비전력을 사용해야 하는 문제가 있었다.
이에 반해 본 발명의 실시 예에 따르면, 홀로그래픽 확산부재(10)를 이용하여 사람이 인지하는 밝기 변화 없이 3000K 정도로 색온도를 낮추는 것이 가능하여, 형광체의 두께를 증가시키는 방법에 비해 2.5배 정도로 광 효율이 증가하는 효과가 있다.
도 3은 홀로그램 확산부재(10)에 의해 변화하는 광 스펙트럼을 도시한 것으로서, X축은 파장(nm)를 나타내고, Y축은 광량을 나타낸다. 도 3의 (a)를 참조하면, 7000K의 색온도를 가지는 광의 경우, 청색 파장의 광량이 상대적으로 크게 나타난다. 여기서, 청색 파장은 가시광선 중 380nm 내지 495nm의 광을 나타낸다. 반면에, 홀로그램 확산시트(10)를 통과하면서, 3000K로 색온도가 낮아진 광은 380nm 내지 495nm의 청색 파장의 광량이 현저히 줄어듦을 알 수 있다.
홀로그래픽 확산부재(10)에서 간섭패턴이 기록되는 기록매질은 감광재료로 형성된 기판을 포함할 수 있다. 감광재료로는 포토폴리머(photopolymer), UV 포토폴리머, 포토레지스트(photoresist), 실버 팔라이드 에멀젼(silver halide emulsion), 중크롬산 젤라틴(dichromated gelatin), 포토그래픽 에멀젼(photographic emulsion), 포토써모플라스틱(photothermoplastic), 광회절(photorefractive) 재료 등이 사용될 수 있다.
다시, 도 1을 보면, 발광소자(20) 주위에는 반사부재(50)가 배치될 수 있다. 반사부재(50)는 상부가 개방된 컵 형상으로, 저면에 발광소자(20)가 배치되고, 상부의 개구부에 홀로그래픽 확산부재(10)가 배치될 수 있다.
반사부재(50)는 발광소자(20)에서 출사되는 광을 반사하여 홀로그래픽 확산부재(10)로 입사시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 발광장치는 다양한 조명 시스템에 적용될 수있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 따른 발광장치가 적용되는 평판 조명 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광장치는 홀로그래픽 확산부재(10), 발광소자(20), 구동기판(30), 반사시트(50), 방열기판(60), 케이스(case, 70), 측면 커버(side cover, 80) 및 전원공급부(Power Supply Unit, PSU, 90)를 포함할 수 있다.
케이스(70)는 금속 등으로 이루어지며, 상부가 개구된 형상으로 마련될 수 있다.
케이스(70)는 발광장치가 안착되는 밑판과, 밑판의 양측단으로부터 연장되는 측벽으로 구성되는 공간부를 하나 이상 포함한다.
각 공간부에는 발광장치가 수용되며, 발광장치는 구동기판(30), 발광소자(20), 반사부재(50), 홀로그래픽 확산부재(10) 등을 포함할 수 있다. 도 4에서는, 케이스(70)를 구성하는 복수의 공간부 중 하나의 공간부에 수용되는 발광장치에 대해 분해 사시도를 도시하였다.
케이스(70)의 각 공간부에는 방열기판(60), 구동기판(30), 발광소자(20), 반사부재(50) 및 홀로그래픽 확산부재(10)가 순차적으로 결합될 수 있다.
구동기판(30)의 배면에는 방열기판(60)이 배치되어, 발광소자(20)에서 발생하는 열을 외부로 방출하는 기능을 수행한다.
구동기판(30) 상에는 발광소자(20)가 배치되어, 구동기판(30)으로부터 공급되는 전기신호를 광으로 변환하여 출력한다.
구동기판(30) 상에는 반사부재(50)가 배치되어 발광소자(20)로부터 출사되는 광을 홀로그래픽 확산부재(10)로 반사한다. 반사부재(50)는 발광소자(20)가 결합되는 관통홀이 형성된 밑판과, 밑판의 양측단으로부터 연장되는 측벽을 포함하며, 밑판과 측벽 모두에서 광을 반사할 수 있다.
발광소자(20) 상에는 파장변환부재(도 1의 도며부호 30 참조)가 발광소자(20)를 감싸도록 배치될 수 있다.
발광소자(20) 상에는 홀로그래픽 확산부재(10)가 배치될 수 있다.
홀로그래픽 확산부재(10)는 발광소자(20)로부터 출사된 광이 파장변환부재(40)에 의해 파장변환된 후 입사하면, 청색 파장을 차단하여 색온도가 낮아진 광을 확산시켜 외부로 출사한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (7)
- 발광소자,
상기 발광소자를 감싸도록 배치되며, 상기 발광소자로부터 조사되는 광의 파장을 변환하는 파장변환부재, 그리고
상기 파장변환부재 상에 배치되며, 상기 파장변환부재를 통과하여 입사하는 광의 색온도를 제어하는 홀로그래픽 확산부재를 포함하고,
상기 홀로그래픽 확산부재는 상기 파장변환부재를 통과한 광 중 적색 파장의 광보다 시감도가 낮은 청색 파장의 광을 차단하는 간섭패턴을 포함하는 홀로그램 시트를 포함하며 밝기의 변화없이 상기 색온도를 감소시키는 발광장치.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 간섭패턴은 격자무늬를 포함하는 발광장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 홀로그래픽 확산부재는 상기 색온도를 3000K이하로 제어하는 발광장치.
- 제1항에 있어서,
일측이 개구된 컵 형상으로, 저면에 상기 발광소자가 배치되고, 상기 일측에 상기 홀로그래픽 확산부재가 결합하는 반사부재를 더 포함하는 발광장치.
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