KR102187789B1 - 퀀텀닷 일체형 확산판을 채택한 조명 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 퀀텀닷 일체형 확산판, 그리고 이를 채택한 조명에 관한 것이다. 본 발명은, 복수의 LED 패키지(120u)로 형성되는 LED 패키지 어레이부(120); 및 각 LED 패키지(120u)로부터 출사된 광이 2차 여기되는 퀀텀닷 일체형 확산판(130); 을 포함하며, 퀀텀닷 일체형 확산판(130)에 포함된 퀀텀닷은 적색(R) 또는 녹색(R)인 것을 특징으로 한다.
이에 의해 본 발명의 실시예에 따른 퀀텀닷 일체형 확산판, 그리고 이를 채택한 조명은, LED 패키지에서 1차로 여기된 백색 광원에 대해서 2차로 미리 설정된 색상으로 여기시킴으로써, 연색성을 개선하도록 하는 효과를 제공할 뿐만 아니라, 확산판의 투명성을 보장하면서도 확산판을 형성하는 퀀텀닷의 광원, 공기 중 수분/산소, 광원 온도에 의한 파괴를 방지하고 오랫동안 사용하도록 하는 효과를 제공한다.

Description

퀀텀닷 일체형 확산판을 채택한 조명{lighting apparatus using Quantum Dot integrated type diffusion plate}
본 발명은 퀀텀닷 일체형 확산판, 그리고 이를 채택한 조명에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, LED 패키지에서 1차로 여기된 백색 광원에 대해서 2차로 미리 설정된 색상으로 여기시킴으로써, 연색성을 개선하고, 확산판의 투명도를 확보할 뿐만 아니라, 퀀텀닷을 오랫동안 유지하도록 열화를 방지하는 퀀텀닷 일체형 확산판, 그리고 이를 채택한 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 제10-2017-7008211 호 "고체 조명에 유용한 양자점-기반 광 시트(QUANTUM DOT-BASED LIGHT SHEETS USEFUL FOR SOLID-STATE LIGHTING)"
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, LED 패키지에서 1차로 여기된 백색 광원에 대해서 2차로 미리 설정된 색상으로 여기시킴으로써, 연색성을 개선하도록 하기 위한 퀀텀닷 일체형 확산판, 그리고 이를 채택한 조명을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 확산판을 형성하는 퀀텀닷의 광원, 공기 중 수분/산소, 광원 온도에 의한 파괴를 방지하고 오랫동안 사용하도록 하기 위한 퀀텀닷 일체형 확산판, 그리고 이를 채택한 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 퀀텀닷 일체형 확산판을 채택한 조명은, 복수의 LED 패키지(120u)로 형성되는 LED 패키지 어레이부(120); 및 각 LED 패키지(120u)로부터 출사된 광이 2차 여기되는 퀀텀닷 일체형 확산판(130); 을 포함하며, 퀀텀닷 일체형 확산판(130)에 포함된 퀀텀닷은 적색(R) 또는 녹색(R)인 것을 특징으로 한다.
이때, 퀀텀닷 일체형 확산판(130)은, 하나의 퀀텀닷 시트(130a); 및 퀀텀닷 시트(103a)의 전면과 후면에 형성된 확산 플레이트(130b); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 퀀텀닷 시트(130a)의 측면은 실링단(130c)에 의해 밀봉 접합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 퀀텀닷 시트(130a)는, LED 패키지 어레이부(120)와 수직면 상에서 이격공간이 발생하는 것을 특징으로 한다.
이때, 퀀텀닷 일체형 확산판(130)과 LED 패키지 어레이부(120)의 수직면상에서 제 2 측부 프레임(140b)의 양 측벽 내부면에 상하로 이격되어 형성되는 제 1 수평 격벽단(140b-3) 및 제 2 수평 격벽단(140b-4)에 의해 퀀텀닷 일체형 확산판(130)과 LED 패키지 어레이부(120) 사이의 이격 공간이 발생하는 것을 특징으로 한다.
또한, 퀀텀닷 시트(130a)는, 평판 형태로 형성되거나 볼록하게 곡면형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 퀀텀닷 일체형 확산판(130)은, 내부가 빈 육면체 형상의 확산 몸체로 형성되는 경우, 퀀텀닷을 실리콘 또는 에폭시 중에서 선택된 용매에 미리 설정된 밀도로 충진하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 미리 설정된 밀도는 용매 상에서 1.5 내지 3.2g/cm3으로 설정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, LED 패키지 어레이부(120)의 후면에 형성되어 LED 패키지 어레이부(120)의 평탄도를 보정하며, 테두리 프레임(140)을 구성하는 제 2 측부 프레임(140b) 에 얹혀지는 구조로 형성되는 베이스 플레이트(110); 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 베이스 플레이트(110)는, LED 패키지 어레이부(120)를 형성하는 몸체가 투명의 폴리카보네이트 재질로 형성되는 경우, 상부에 반사시트가 추가로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 퀀텀닷 일체형 확산판, 그리고 이를 채택한 조명은, LED 패키지에서 1차로 여기된 백색 광원에 대해서 2차로 미리 설정된 색상으로 여기시킴으로써, 연색성을 개선하도록 하는 효과를 제공한다.
뿐만 아니라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 퀀텀닷 일체형 확산판, 그리고 이를 채택한 조명은, 확산판을 형성하는 퀀텀닷의 광원, 공기 중 수분/산소, 광원 온도에 의한 파괴를 방지하고 오랫동안 사용하도록 하는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 퀀텀닷 일체형 확산판을 채택한 조명(100)을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 퀀텀닷 일체형 확산판을 채택한 조명(100) 중 테두리 프레임(140)의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1의 퀀텀닷 일체형 확산판을 채택한 조명(100) 중 퀀텀닷 일체형 확산판(130)의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1의 퀀텀닷 일체형 확산판을 채택한 조명(100) 중 LED 패키지 어레이부(120)의 LED 패키지(120u)의 구성요소를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 1의 퀀텀닷 일체형 확산판을 채택한 조명(100)의 단면도이다.
도 6은 도 1의 퀀텀닷 일체형 확산판을 채택한 조명(100)의 내부를 투시하여 나타내는 도면이다.
도 7은 도 1의 퀀텀닷 일체형 확산판을 채택한 조명(100)에 의한 광 조사시의 상태를 나타내는 개념도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 퀀텀닷 일체형 확산판을 채택한 조명(100) 중 퀀텀닷 시트(Quantum dot sheet, 130a)의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 1의 퀀텀닷 일체형 확산판을 채택한 조명(100) 중 퀀텀닷 시트(130a), 확산 플레이트(130b), 실링단(130c)의 높이 관계를 설명하기 위한 도면이다.
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 되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 퀀텀닷 일체형 확산판, 그리고 이를 채택한 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 퀀텀닷 일체형 확산판을 채택한 조명(100)을 나타내는 도면이다. 도 2는 도 1의 퀀텀닷 일체형 확산판을 채택한 조명(100) 중 테두리 프레임(140)의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 도 1의 퀀텀닷 일체형 확산판을 채택한 조명(100) 중 퀀텀닷 일체형 확산판(130)의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 도 1의 퀀텀닷 일체형 확산판을 채택한 조명(100) 중 LED 패키지 어레이부(120)의 LED 패키지(120u)의 구성요소를 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 도 1의 퀀텀닷 일체형 확산판을 채택한 조명(100)의 단면도이다. 도 6은 도 1의 퀀텀닷 일체형 확산판을 채택한 조명(100) 내부를 투시하여 나타내는 도면이다. 도 7은 도 1의 퀀텀닷 일체형 확산판을 채택한 조명(100)에 의한 광 조사시의 상태를 나타내는 개념도이다. 도 8 및 도 9는 본 발명의 퀀텀닷 일체형 확산판을 채택한 조명(100) 중 퀀텀닷 시트(Quantum dot sheet, 130a)의 다른 실시예를 나타내는 도면이다. 도 10은 도 1의 퀀텀닷 일체형 확산판을 채택한 조명(100) 중 퀀텀닷 시트(130a), 확산 플레이트(130b), 실링단(130c)의 높이 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 퀀텀닷 일체형 확산판을 채택한 조명(100)은 베이스 플레이트(110), LED 패키지 어레이부(120), 퀀텀닷 일체형 확산판(130), 테두리 프레임(140)을 포함할 수 있다.
베이스 플레이트(110)는 플레이트 형태로, LED 패키지 어레이부(120)의 후면에 형성되어 LED 패키지 어레이부(120)의 평탄도를 보정하는 기능을 수행할 수 있으며, 테두리 프레임(140)을 구성하는 제 2 측부 프레임(140b)에 얹혀지는 구조로 형성될 수 있다.
한편, 베이스 플레이트(110)는 LED 패키지 어레이부(120)를 형성하는 몸체가 투명의 폴리카보네이트 재질로 형성되는 경우, 상부에 반사시트가 추가로 형성될 수 있다. 여기서 추가로 형성되는 반사시트는 LED 패키지 어레이부(120)의 각 LED 패키지(120u)에 의해 출력된 광원이 퀀텀닷 일체형 확산판(130)에 의한 굴절에 따라 LED 패키지 어레이부(120) 후면으로 향하는 경우 반사시켜 퀀텀닷 일체형 확산판(130)을 향하도록 하여 후면으로 향하여 소실되는 광원을 최소화하는 기능을 수행할 수 있다.
LED 패키지 어레이부(120)는 도 3과 같이 복수의 LED 패키지(120u)가 직렬로 연결되어 PCB(120) 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, PCB(120)는 LED 베어칩(122)을 실장할 수 있는 기판이면 어느 것이나 가능하다. PCB(120)는 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 PCB(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.
테두리 프레임(140)은 조명 본체 모듈에 해당하는 적층된 베이스 플레이트(110), LED 패키지 어레이부(120), 퀀텀닷 일체형 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.
제 1 측부 프레임(140a)은 내측의 음각으로 형성된 조명 수용홈으로 조명 본체 모듈을 수용할 수 있으며, 조명 수용홈을 기준으로 상단으로 연장된 프레임에 해당하여 단면이 "ㄱ 자" 형태의 양각으로 형성된 고정단으로 조명 본체 모듈 중 퀀텀닷 일체형 확산판(130)의 상부 테두리면으로 가압할 수 있으며, 고정단의 끝단에는 직교하는 방향의 돌기인 돌기단이 추가로 형성될 수 있다.
제 2 측부 프레임(140b)은 제 1 측부 프레임(140a)과 직교하는 방향으로 2개가 형성됨으로써, 2개의 제 1 측부 프레임(140a) 각각과 양 끝단에 형성된 복수(4개)의 모서리 연결단을 통해 체결될 수 있으며, 모서리 연결단은 체결력 향상을 위해 적어도 2개 이상 형성되는 것이 바람직하다.
여기서 제 2 측부 프레임(140b)의 모서리 연결단 각각은 제 1 측부 프레임(140a) 상에서 조명 수용홈의 후단에 단면이 "ㅁ 자" 형태의 음각으로 형성된 측부홈으로 삽입되어 제 2 측부 프레임(140b)과 제 1 측부 프레임(140a)이 체결 상태를 공고히 유지하도록 한다.
다음으로, 퀀텀닷 일체형 확산판(130)은 LED 패키지 어레이부(120)의 LED 패키지(120u)로부터 조사된 1차 여기된 광원이 직접 산란되어 나오거나 굴절에 의해 반사되어 나오는 1차 여기된 광원이 조사되면, 1차 여기된 광원에 대해 2차 여기를 위해 퀀텀닷 시트(130a), 확산 플레이트(130b), 그리고 실링단(130c)으로 구분될 수 있다.
퀀텀닷 시트(130a)는 전면과 후면에 형성된 확산 플레이트(130b) 사이에 위치하며, 실링단(130c)에 의해 측면이 밀봉 접합됨으로써, 확산판 내부에 밀봉 배치되는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 구조에 따라, 퀀텀닷 시트(130a)는 하부의 확산 플레이트(130b)에 의해 LED 패키지 어레이부(120)의 LED 패키지(120u)로부터 조사된 1차 여기된 광원(특히, 청색(B) 광원 성분)이 여과됨으로써, 직접적인 LED 패키지(120u)에 의한 광원 조사에 의한 퀀텀닷의 파괴를 방지하는 광원에 의한 파괴 방지 기능을 제공받을 수 있다.
또한, 퀀텀닷 시트(130a)는 퀀텀닷 일체형 확산판(130)과 LED 패키지 어레이부(120)의 수직면상에서 퀀텀닷 일체형 확산판(130)과 LED 패키지 어레이부(120) 사이의 이격 공간이 발생하여 LED 패키지 어레이부(120)의 LED 패키지(120u)의 광원 조사시의 온도에 의한 파괴를 방지하는 온도에 의한 파괴 방지 기능을 제공받을 수 있다.
뿐만 아니라, 퀀텀닷 시트(130a)는 전면과 후면에 형성된 확산 플레이트(130b) 사이에 밀폐된 상태에서, 양 측단이 실링단(130c)으로 밀봉시킴으로써, 외부의 대기중의 수분이나 산소에 의한 파괴를 방지하는 수분 및 산소 파괴 방지 기능을 제공받을 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 형광체 포함 확산시트를 활용한 조명(100)은 LED 베어칩(122)에서 출사된 광이 형광체층(124)에서 여기되어 백색(W) 광으로 여기된 이후에 퀀텀닷 일체형 확산판(130)의 퀀텀닷 시트(130a)에 진입하게 된다. 즉, 본 실시예에서는 조명용으로서의 백색(W) 광을 개선하기 위해 퀀텀닷 시트(130a)에 의한 2차 여기 과정을 거치게 되는데, 이 경우 퀀텀시트(QD)의 청색(B) 파장대 광에 의한 파괴를 최소화하기 위해 형광체에 의한 1차 여기시 백색(W) 광을 나오도록 한다.
본 발명의 일 실시예로, 퀀텀닷 시트(130a)는 고분자 수지와, 고분자 수지에 분산된 복수의 퀀텀닷(미도시)을 포함한다. 또한, 퀀텀닷 시트(130a) 수분의 유입을 막도록 밀폐된 시트 형태로 형성하기 위해 상부 및 하부에 접착 형성되는 상단 및 하단 확산 플레이트(130b) 각각의 사이에 제 1 베리어층 및 제 2 베리어층을 더 포함할 수도 있다. 이 경우, 퀀텀닷 시트(130a)의 측면에 코팅층을 추가하고, 실링단(130c)을 형성할 수 있다. 이러한 제 1 베리어 또는 제 2 베리어는 수직방향의 수분 침투는 방지할 수 있지만, 조명의 제조 과정에서 필연적으로 퀀텀닷 시트(130a)는 재단되어 이용되어야 하므로, 퀀텀닷 시트(130a)의 측면(예를 들어, 직사각형 형태인 경우에는 4개의 테두리)에는 열융착 또는 레이저 융착 등의 방식을 통해 코팅층이 추가로 형성되는 것이다.
이때 코팅층의 수분전도도는 10-3/day 이상으로 설정되는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시예의 경우에는 LED 패키지 구조를 예시하여 설명하고 있어 수분침투율을 10-3/day 이상으로 설정하였지만, LED 패키지 어레이부(120) 구조에서 복수의 LED 패키지(120u) 전단에 퀀텀닷 일체형 확산판(130)을 이격시켜 배치하는 경우에는 일부 내부로의 수분 침입 시 광효율 및 연색성에 미치는 영향이 미미할 수 있으므로 수분침투율의 다양한 적용이 가능할 수 있다.
퀀텀닷은 나노미터 크기의 반도체 물질로서 양자제한 효과를 나타내며, '나노 형광체'로 지칭될 수 있다. 퀀텀닷은 여기원으로부터 빛을 흡수하여 에너지 여기 상태에 이르면, 자신의 에너지 밴드 갭에 해당하는 에너지를 방출함으로써 여기원의 빛(여기광)을 파장 변환(변조)시킨다. 여기원은 통상적으로 LED칩 또는 자외선 LED칩을 사용하지만 본 발명의 일 실시예에 따른 퀀텀닷 일체형 확산판을 채택한 조명(100)은 여기원으로서 전술한 바와 같이 형광체의 의해 1차 여기된 광을 사용한다.
한편, 퀀텀닷 시트(130a)에 해당하는 퀀텀닷 플라즈모닉 필름은 퀀텀닷의 물질 조성과 입자 크기를 변화시킴으로써 퀀텀닷의 에너지 밴드 갭을 조절할 수 있고, 여기원의 파장에 대해 원하는 파장 변조를 실현할 수 있다. 퀀텀닷은 Si계 나노결정, Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체 나노결정, Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 나노결정, 및 이들의 혼합물과 복합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체 나노결정은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, 및 HgZnSTe 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 나노결정은 GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, InAs, GaNP, GaNAs, GaPAs, AlNP, AlPAs, InNP, InNAs, InPAs, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNP, GaInNAs, GaInPAs, InAlNP, InAlNAs, 및 InAlPAs 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에서 퀀텀닷 시트(130a)에서 사용되는 고분자 수지는 상온에서 단단하지만 열을 가하면 유연해져 쉽게 변형(가공)될 수 있는 열가소성 수지일 수 있다. 예를 들어, 고분자 수지는 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene erephthalate, PET), 폴리메틸 메타크릴레이트(poly(methyl methacrylate), PMMA), 폴리디메틸실록산(poly(dimethylsiloxane), PDMS), 사이클릭 올레핀 코폴리머(cyclic olefin copolymer, COC), 및 폴리에테르술폰(poly ether sulfone, PES) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 이러한 고분자 수지는 실링단(130c)의 재료로도 사용될 수 있다.
이때, LED 베어칩(122)에서 청색(B) 기반의 광이 출사되고, 형광체층(124)이 적색(R) 및 녹색(G) 형광체가 사용되는 경우, 퀀텀닷 시트(130a)의 퀀텀닷이 적색(R)에 해당하는 650 내지 680nm에 포함된 적어도 하나의 피크 또는 대역을 갖도록 설정하고, 나아가 650 내지 680nm에 포함된 적어도 하나의 피크 또는 대역을 갖도록 설정된 경우에, 연색지수(Ra)를 75 이상의 고연색성으로 개선하는 역할을 할 수 있는 구조도 제공할 수 있다.
즉, 퀀텀닷 시트(130a)는 상보적 파장대역 범위 내에서 적어도 하나의 피크를 갖는 퀀텀닷을 가지거나, 적어도 하나의 연속된 파장대역을 갖는 퀀텀닷을 포함하여 이루어질 수 있다. 이에 따라 고연색성의 확보가 가능하면서도 광학 데미지가 최소화되어 단파장 에너지가 분산시키는 구조가 되어 보다 신뢰성 있는 퀀텀닷 일체형 확산판을 채택한 조명(100)가 제공될 수 있게 되었다.
한편, 본 발명의 다른 실시예로, 퀀텀닷 일체형 확산판(130)을 구성하는 확산 플레이트(130b)가 아닌 내부가 퀀텀닷 시트(130a)가 삽입되는 영역이 빈 육면체 형상의 확산 몸체로 형성되는 경우, 퀀텀닷을 실리콘 또는 에폭시 중에서 선택된 용매에 미리 설정된 밀도로 충진됨으로써, 도 1의 구조와 동일한 연색성 개선 효과를 제공할 수 있다. 여기서 미리 설정된 밀도는 용매 상에서 1.5 내지 3.2g/cm3으로 설정되는 것이 적색광 및 색상 균일성, 증가된 휘도, 적은 청색(B) 누설, 그리고 감소된 색온도가 확인되었다.
한편, 2차 여기를 통한 연색성 개선을 수행하는 퀀텀닷 시트(130a)에 대해서 살펴보기 위한 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.
퀀텀닷 시트(130a)는 LED 패키지 어레이부(120)를 구성하는 각 LED 패키지(120u)의 색변환을 통해 상술한 연색성을 개선하기 위해 적색(R) 또는/및 녹색(G) 형광안료를 포함하여 형성되는데, 2차 여기(Excitation) 작용을 통해 각 LED 패키지(120u)의 형광체층(124)에 의해 1차 여기된 광원이 조사시 연색지수(Ra)를 75 이상의 고연색성으로 개선함과 함께, 적색(R) 퀀텀닷만으로 형성시 퀀텀닷 시트(130a) 상부의 확산 플레이트(130b)가 덮는 구조적 설계를 통해 붉은빛으로 보이는 것을 저감하고, 테두리 프레임(140)의 구조에 의해 LED 패키지 어레이부(120)와 퀀텀닷 일체형 확산판(130) 간에 이격 공간을 생성함으로써, LED 패키지 어레이부(120)에 의한 발열에 의한 퀀텀닷 시트(130a) 내부의 퀀텀닷의 파괴를 방지할 수 있다.
여기서 붉은빛으로 보이는 것을 저감하기 위해서, 퀀텀닷 시트(130a)를 평판 형태나, 직각면으로 감싸는 형태로 형성하는 것이 아닌 도 8 및 도 9와 같이 퀀텀닷 시트(130a)를 볼록하게 곡면형으로 충진하는 구조로 형성함으로써, 퀀텀닷 시트(130a)에 의해 2차 여기된 광원의 외부 조사 범위를 최대한 확대시켜 2차 여기된 광원의 붉은 파장대 조사 범위를 극대화시키는 구조로 형성될 수 있으며,
그리고, 도 10과 같이 퀀텀닷 시트(130a)는 퀀텀닷 일체형 확산판(130)의 테두리면으로 빛샘 현상을 억제하기 위해 높이(L1)를 확산 플레이트(130b)의 높이(L2) 보다는 길게하고, 실링단(130c)의 높이(L3) 보다는 짧게 형성할 수 있다.
여기서, 높이(L1), 높이(L2), 높이(L3)의 길이 관계가 1 : 0.5 내지 0.6 : 2.1인 경우 광스펙트럼 실험 결과 퀀텀닷 일체형 확산판을 채택한 조명(100)과 10m 떨어진 영역에서의 적색 파장의 강도가 표 1과 같이 가장 약함을 알 수 있었다. 하기의 표 1에서 높이(L1), 높이(L2), 높이(L3)의 길이 관계가 1 : 1 : 1인 경우의 적색 파장의 강도를 1로 설정한 경우의 각 시험예에 따른 상대적인 적색 파장 강도의 상대적 수치를 나타낸다.
구분 L1 : L2 : L3 상대적인 적색 파장 강도
시험예1 1 : 0.4 : 2.1 0.86
시험예2 1 : 0.5 : 2.1 0.84
시험예3 0.9 : 0.5 : 2.1 0.92
시험예4 0.9 : 0.6 : 2.1 0.87
시험예5 1 : 0.5 : 2.1 0.63
시험예6 1 : 0.6 : 2.1 0.61
시험예7 1.1 : 0.5 : 2.1 0.87
시험예8 1.1 : 0.6 : 2.1 0.91
시험예9 1 : 0.5 : 2.2 0.76
시험예10 1 : 0.6 : 2.2 0.87
시험예11 1 : 0.7: 2.` 0.77
그리고 본 발명에서 퀀텀닷 시트(130a)는 서로 다른 크기의 색온도 대역을 갖는 복수의 규격으로 제조되어 요구되는 색온도 대역의 규격을 갖도록 선택적으로 장착되며, 각 규격은 퀀텀닷 시트(130a)의 색상의 중량비율에 따라 투과되는 조명광의 색온도값(K) 및 연색지수(Ra)가 정해지게 된다.
여기서, 퀀텀닷의 크기에 따른 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 고분자 수지 100 중량부에 대해 퀀텀닷 0.0011 내지 0.0022 중량부가 혼합되어 성형되며, 퀀텀닷은 여기광이 적색(R)인 것과 녹색(R)인 것이 8.35 : 1.75의 중량비율로 배합되어 2,700K 대역의 색온도와 75 이상의 연색지수(Ra)를 구현할 수 있다.
또한, 3,000K 대역의 규격은 고분자수지 100 중량부에 대해 퀀텀닷 0.0014 내지 0.0028 중량부가 혼합되어 성형되며, 퀀텀닷은 여기광이 적색(R)과 녹색(G)이 8.74 : 1.36의 중량비율로 배합되어 3,000K 대역의 색온도와 75 이상의 연색지수(Ra)를 구현할 수 있다.
또한, 3,500K 대역의 규격은 고분자수지 100 중량부에 대해 퀀텀닷 0.0024 내지 0.0028 중량부가 혼합되어 성형되며, 퀀텀닷은 여기광이 적색(R)과 녹색(G)이 8.63 : 1.47의 중량비율로 배합되어 3,500K 대역의 색온도와 75 이상의 연색지수(Ra)를 구현할 수 있다.
또한, 4,000K 대역의 규격은 고분자수지 100 중량부에 대해 퀀텀닷 0.0014 내지 0.0024 중량부가 혼합되어 성형되며, 퀀텀닷은 여기광이 적색(R)과 녹색(G)이 7.26 : 2.84의 중량비율로 배합되어 4,000K 대역의 색온도와 75 이상의 연색지수(Ra)를 구현할 수 있다.
또한, 4,500K 대역의 규격은 고분자수지 100 중량부에 대해 퀀텀닷 0.0018 내지 0.0028 중량부가 혼합되어 성형되며, 퀀텀닷은 여기광이 적색(R)과 녹색(G)이 7.52 : 2.58의 중량비율로 배합되어 4,500K 대역의 색온도와 75 이상의 연색지수(Ra)를 구현할 수 있다.
또한, 5,000K 대역의 규격은 고분자수지 100 중량부에 대해 퀀텀닷 0.00252 내지 0.00328 중량부가 혼합되어 성형되며, 퀀텀닷은 여기광이 적색(R)인 것만을 사용하여 5,000K 대역의 색온도와 75 이상의 연색지수(Ra)를 구현할 수 있다.
또한, 5,700K 대역의 규격은 고분자수지 100 중량부에 대해 퀀텀닷 0.0025 내지 0.0028 중량부가 혼합되어 성형되며, 퀀텀닷은 여기광이 적색(R)과 녹색(G), 그리고 녹색(G)이 7.3 : 2.4 : 1.3의 중량비율로 배합되어 5,700K 대역의 색온도와 75 이상의 연색지수(Ra)를 구현할 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 : 퀀텀닷 일체형 확산판을 채택한 조명(100)
110 : 베이스 플레이트
120 : LED 패키지 어레이부
130 : 퀀텀닷 일체형 확산판
130a : 퀀텀닷 시트(Quantum dot sheet)
130b : 확산 플레이트
130c : 실링단
140 : 테두리 프레임

Claims (10)

  1. 복수의 LED 패키지(120u)로 형성되는 LED 패키지 어레이부(120); 및
    각 LED 패키지(120u)로부터 출사된 광이 2차 여기되는 퀀텀닷 일체형 확산판(130); 을 포함하며,
    상기 LED 패키지는 형광체층(124) 및 LED 베어칩(122)을 포함하여 이루어지고, 형광체층은 LED 베어칩에서 출사하는 청색(B) 광원을 1차적으로 백색(W) 광으로 여기하며,
    퀀텀닷 일체형 확산판(130)에 포함된 퀀텀닷은 적색(R) 또는 녹색(R)이며,
    퀀텀닷 일체형 확산판(130)은 하나의 퀀텀닷 시트(130a); 및 퀀텀닷 시트(103a)의 전면과 후면에 형성된 확산 플레이트(130b); 를 포함하여 이루어지고,
    퀀텀닷 시트(130a)는 LED 패키지 어레이부(120)와 수직면 상에서 이격된 빈 공간이 발생하는 것을 특징으로 하는 퀀텀닷 일체형 확산판을 채택한 조명.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    퀀텀닷 시트(130a)의 측면은 실링단(130c)에 의해 밀봉 접합되는 것을 특징으로 하는 퀀텀닷 일체형 확산판을 채택한 조명.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    퀀텀닷 일체형 확산판(130)과 LED 패키지 어레이부(120)의 수직면상에서 제 2 측부 프레임(140b)의 양 측벽 내부면에 상하로 이격되어 형성되는 제 1 수평 격벽단(140b-3) 및 제 2 수평 격벽단(140b-4)에 의해 퀀텀닷 일체형 확산판(130)과 LED 패키지 어레이부(120) 사이의 이격 공간이 발생하는 것을 특징으로 하는 퀀텀닷 일체형 확산판을 채택한 조명.
  6. 청구항 1에 있어서, 퀀텀닷 시트(130a)는,
    평판 형태로 형성되거나 볼록하게 곡면형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 퀀텀닷 일체형 확산판을 채택한 조명.
  7. 청구항 1에 있어서, 퀀텀닷 일체형 확산판(130)은,
    내부가 빈 육면체 형상의 확산 몸체로 형성되는 경우, 퀀텀닷을 실리콘 또는 에폭시 중에서 선택된 용매에 미리 설정된 밀도로 충진하여 형성하는 것을 특징으로 하는 퀀텀닷 일체형 확산판을 채택한 조명.
  8. 청구항 7에 있어서,
    미리 설정된 밀도는 용매 상에서 1.5 내지 3.2g/cm3으로 설정되는 것을 특징으로 하는 퀀텀닷 일체형 확산판을 채택한 조명.
  9. 청구항 1에 있어서,
    LED 패키지 어레이부(120)의 후면에 형성되어 LED 패키지 어레이부(120)의 평탄도를 보정하며, 테두리 프레임(140)을 구성하는 제 2 측부 프레임(140b)에 얹혀지는 구조로 형성되는 베이스 플레이트(110); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 퀀텀닷 일체형 확산판을 채택한 조명.
  10. 청구항 9에 있어서, 베이스 플레이트(110)는,
    LED 패키지 어레이부(120)를 형성하는 몸체가 투명의 폴리카보네이트 재질로 형성되는 경우, 상부에 반사시트가 추가로 형성되는 것을 특징으로 하는 퀀텀닷 일체형 확산판을 채택한 조명.
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