KR102389956B1 - 파장변환필름 및 그를 이용한 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파장변환필름 및 그를 이용한 조명 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제1광원에 대향하여 파장변환영역이 배치되고 제2광원에 대향하여 투과영역이 배치됨으로써, 선택된 특정 광의 파장을 변환하여 출력하는 파장변환필름 및 이를 이용한 조명 장치에 관한 것이다.
상기의 과제를 수행하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 조명 장치는 제1파장 대역의 제1광원과 제2파장 대역의 제2광원이 배치되는 조명부; 및 상기 제1광원의 대향 위치에 파장변환영역이 배치되고, 상기 제2광원의 대향 위치에 투과영역이 배치되는 파장변환필름을 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 파장변환필름은 조명부의 제1파장 대역의 제1광원과 대향하는 위치에 파장변환영역이 배치되고, 상기 조명부의 제2파장 대역의 제2광원과 대향하는 위치에 투과영역이 배치된다.

Description

파장변환필름 및 그를 이용한 조명 장치{WAVELENGTH CONVERSION FILM AND LIGHTING APPARATUS USING THE SAME}
본 발명은 파장변환필름 및 그를 이용한 조명 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제1광원에 대향하여 파장변환영역이 배치되고 제2광원에 대향하여 투과영역이 배치됨으로써, 선택된 특정 광의 파장을 변환하여 출력하는 파장변환필름 및 이를 이용한 조명 장치에 관한 것이다.
일반적으로 국토의 면적이 좁고 인구가 많은 경우 제한된 경작 면적으로 인해 대규모 기계화가 불가능하여 비료나 농약을 대량 투입하는 화학 농법으로 식량 문제를 해결해오고 있으나 생산성에는 한계가 있다. 또한, 일조시간이 부족한 극지대나 용수가 부족한 사막지대에서는 식량 생산이 불안정하므로 생산 공간을 확대하고 생산시기를 연장하여 생산량을 증대시키는 동시에 제한된 공간 내부의 환경을 적절하게 조절하여 품질을 향상시키는 시설농업이 등장하게 되었다. 다만, 시설농업에서 생산성을 향상시키기 위해서는 제한된 공간인 시설 내부의 환경조건을 인위적으로 조절함으로써 작물이 가지는 유전적 형질을 최대한 발휘시키는 것이 중요하다. 일례로 시설 내부의 광 조사 환경을 인위적으로 변경함으로써 생육 효율을 높일 수 있다는 연구결과가 발표된 바 있다.
식물은 엽록소에서 빛을 받아들여 광합성을 진행하는데, 광합성은 식물의 엽록소 분자가 빛 에너지를 포집하여 물과 이산화탄소가 생명체의 기본 영양인 탄수화물로 변환될 수 있도록 화학적 에너지를 만드는 것으로부터 시작한다. 여기서 엽록소는 빛의 파장에 따라 빛을 흡수하는 능력이 다르다는 특징이 있다. 즉, 엽록소는 청색과 적색 파장 대역의 빛을 주로 흡수하고. 광합성 과정에서 그리 중요하지 않은 녹색과 노란색 파장대역의 빛은 대부분 반사한다. 식물은 태양으로부터 오는 백색광 전체를 골고루 이용하는 것이 아니라 특정 파장대역의 빛만을 선택적으로 이용하는 것이다. 따라서 인공광으로 작물을 재배할 경우 백색광을 조사하는 것은 불필요하게 에너지를 낭비하는 것과 같으며, 상황에 따라 시설 내부에 청색 또는 적색의 광을 조사하는 것이 효율적인 것이다.
다만, 청색과 적색의 파장이기만 하면 모든 식물에 대해 동일한 작용 효과를 보이는 것은 아니며 작물의 종류와 생육 상태 또는 생장 단계에 따라 요구되는 광의 파장이 각각 달라진다. 따라서 상황에 따라 최적의 파장으로 시설 내에 인공광을 조사하는 기술이 요구된다고 할 수 있다.
이와 같은 요구에 따라 등록특허공보 제10-1568707호(특허문헌 001)에 양자점 포함 실리카입자가 포함된 발광고분자필름을 포함하는 백색 LED 소자 및 그 제조방법이 개시되었다.
상기 특허문헌 001은 청색 LED칩; 상기 LED칩 상에 배치된 형광체 플레이트; 및 상기 형광체 플레이트 상에 적층된 양자점 포함 실리카입자가 포함된 발광고분자필름을 포함하는 백색 LED 소자를 기술특징으로 한다. 그러나 엽록소는 청색과 적색 파장 대역의 빛을 주로 흡수하고. 광합성 과정에서 그리 중요하지 않은 녹색과 노란색 파장대역의 빛은 대부분 반사하는 함에 따라 상기 특허문헌 001은 식물 생육에 적합하지 않은 단점이 있다.
또한, 등록특허공보 제10-1502960호(특허문헌 002)에 식물의 초기 생장 효율을 최적화한 LED 조명모듈과 이를 탑재한 LED 조명장치가 개시되었다.
상기 특허문헌 002는 식물의 전반적인 생육기간에 효과적인 빛에너지를 조사하도록 하는 레드 계열, 그린 계열, 옐로우 계열을 조합한 RGY 포스포와 식물의 초기 생육에 중요한 빛에너지를 조사하도록 하는 옐로우 계열, 그린 계열, 레드 계열 중 적어도 하나 이상 계열의 포스포가 조합된 RGY 선택포스포를 별도의 LED 블루칩 광원에 도포하는 것을 기술특징으로 한다. 그러나 LED 칩에 도포하여 파장을 변환하는 방식은 LED 칩에서 발생하는 열을 방기하기가 어렵고, LED 칩의 발열에 의해 양자점 내의 코어 부분이 물 또는 산소들과 반응하여 산화되며, 산화에 의해 발광효율이 저하되는 문제점이 있다.
등록특허공보 제10-1568707호 (등록일자 2015. 11. 06.) 등록특허공보 제10-1502960호 (등록일자 2015. 03. 10.)
본 발명은 위와 같은 종래 기술이 가지는 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 조명부의 일부 빛은 파장변환영역을 통해 투과시키고, 나머지 빛은 투과영역을 통해 투과되도록 하는 파장변환필름 및 그를 이용한 조명 장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 LED 칩에 봉지재를 도포하지 않고도 빛의 파장을 변환할 수 있는 파장변환필름 및 그를 이용한 조명 장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 이미 제조된 조명부에 적용하여 조명장치의 교체 없이 빛의 파장을 변환할 수 있는 파장변환필름을 제공하는 데 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 본 발명에 따른 파장변환필름 및 그를 이용한 조명 장치를 식물 생육에 적용하여 식물 생육에 적합한 환경을 제공함으로써, 식물 생육에 필요한 최적의 빛을 제공할 수 있는 파장변환필름 및 그를 이용한 조명 장치를 제공하는 데 있다.
상기의 과제를 수행하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 조명 장치는 제1파장 대역의 제1광원과 제2파장 대역의 제2광원이 배치되는 조명부; 및 상기 제1광원의 대향 위치에 파장변환영역이 배치되고, 상기 제2광원의 대향 위치에 투과영역이 배치되는 파장변환필름을 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조명장치는 제1파장 대역의 제1광원과 제2파장 대역의 제2광원이 배치되는 조명부; 및 상기 제1광원의 대향 위치에 제1파장변환영역이 배치되고, 상기 제2광원의 대향 위치에 제2파장변환영역이 배치되는 파장변환필름을 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 파장변환필름은 조명부의 제1파장 대역의 제1광원과 대향하는 위치에 파장변환영역이 배치되고, 상기 조명부의 제2파장 대역의 제2광원과 대향하는 위치에 투과영역이 배치된다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 파장변환필름은 조명부의 제1파장 대역의 제1광원과 대향하는 영역에 제1파장변환영역이 배치되고, 상기 조명부의 제2파장 대역의 제2광원과 대향하는 영역에 제2파장변환영역이 배치된다.
여기서, 상기 제1광원은 제1컬러이고, 상기 제2광원은 제1컬러와 다른 제2컬러로 이루어진다.
상기 제1광원과 상기 제2광원은 소정의 패턴으로 반복 배치될 수 있다.
상기 파장변환영역은 무기형광체(inorganic phosphor), 양자점(quantum dot), 페로브스카이트(perovskite), 셀로판(cellophane) 중 어느 하나의 파장변환물질을 포함할 수 있다.
상기 파장변환영역은 무기형광체, 양자점, 페로브스카이트, 광산란제 중 적어도 둘의 혼합층을 포함할 수 있다.
상기 파장변환영역은 무기형광체 층, 양자점 층, 페로브스카이트 층 중 적어도 둘이 적층될 수 있다.
상기 파장변환영역은 상기 파장변환물질 사이에 공극(air gap)이 형성될 수 있다.
상기 파장변환필름의 표면에 방출광을 산란시키기 위한 제1미세패턴층(the first nano patterned layer)이 형성되거나 방출광을 미리 설정된 방향으로 유도하기 위한 제2미세패턴층(the second nano patterned layer)이 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 서로 다른 파장 대역의 광원이 혼재된 조명부에서 특정 광원에서 방출되는 광원의 파장을 변환하여 조사할 수 있으므로, 방출되는 광파장의 선택폭이 확대되는 장점이 있다.
또한, 이미 제작된 조명부에 본 발명의 파장변환필름을 부착시키는 것만으로도 광의 파장을 변환시켜 조사할 수 있으므로, 식물 생육에서 요구되는 파장의 변환이 수월한 장점이 있다.
또한, 적색의 광원보다 상대적으로 저렴한 청색의 광원을 구성하더라도 청색 광원을 적색 및 녹색 파장의 광원으로 변환하여 조사할 수 있어, 조명 장치의 제조비용을 낮출 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 파장변환필터 및 그를 이용한 조명 장치를 식물 생육에 적용하는 경우, 식물 생육에 적합한 광원을 충분히 제공하여 식물을 조기에 생육할 수 있으므로, 식물 생육의 생육 주기를 단축하면서 생산효율을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1a 및 도 1b는 각각 양자점의 원리를 설명하기 위한 개념도,
도 1c는 형광체의 발광원리를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 조명 장치의 개략적인 분해 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 조명 장치에 적용된 일 실시 예의 파장변환필름에 대한 단면도,
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조명 장치의 개략적인 분해 사시도,
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조명 장치의 개략적인 분해 사시도,
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조명 장치의 개략적인 분해 사시도,
도 7 및 도 8은 각각 본 발명의 일 실시 예에 따른 파장변환필름이 적용된 조명 장치의 개략적인 단면도,
도 9 및 도 10은 각각 본 발명의 다른 실시 예에 따른 파장변환필름이 적용된 조명 장치의 개략적인 단면도 및 평면도,
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 공극이 형성된 파장변환필름의 광 반사 형태를 나타낸 도면,
도 12 내지 도 14는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 파장변환필름이 적용된 조명 장치의 개략적인 단면도,
도 15는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 파장변환필름의 단면도,
도 16은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 파장변환필름의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 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.
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 수 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 명세서에서 사용되는 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, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 공정, 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 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 명세서에서 기재한 모듈(MODULE)이란 용어는 특정한 기능이나 동작을 처리하는 하나의 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합을 의미할 수 있다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 파장변환물질 중 양자점(quantum dot)을 활용한 특정 파장을 변환하여 출력하는 원리에 대해서 설명하면 다음과 같다.
도 1a 및 도 1b는 각각 양자점의 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
양자점(quantum dot)은 양자(quantum)를 나노미터(nm) 단위로 합성시킨 반도체 결정을 말한다. 양자점에 자외선(블루 라이트)을 쪼이면 같은 성분의 입자라도 입자의 크기에 따라 다양한 색을 방출하게 되는 데, 이러한 특성은 일반 물질보다는 반도체 물질들이 더욱 잘 나타낸다. 양자점 반도체 결정에는 이러한 특성이 강한 카드뮴, 황화카드뮴, 카드뮴셀레나이드, 인화인듐 등의 원소들이 활용된다. 최근에는 인화인듐 중심체에 아연-셀레늄-황 합금(ZnSeS)으로 바깥을 감싸 중금속인 카드뮴을 없애기도 한다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 양자점의 입자 크기가 작으면 녹색과 같은 짧은 파장의 가시광선을 방출하며, 크기가 커질수록 빨간색과 같은 파장이 긴 가시광선을 방출한다. 일반적으로, 양자구속효과(Quantum Confinement Effect)에 의해 양자점의 크기에 따라 밴드갭 에너지가 조절되어 다양한 파장의 에너지를 방출하는 특성을 가진다. 즉, 양자점 내부에서 전자의 에너지 준위가 낮아지면서 빛을 방출하는데, 양자점의 크기가 클수록 에너지 준위 사이가 좁기 때문에 상대적으로 낮은 에너지를 가진 긴 파장의 빨간색이 방출된다.
여기서, 양자구속효과란, 입자가 수십 나노미터 이하인 경우, 전자가 공간 벽에 의해 불연속적인 에너지 상태를 형성하며, 공간의 크기가 작아질수록 전자의 에너지상태가 높아지고 넓은 띠 에너지를 갖게 되는 현상이다.
도 1b를 참고하면, 양자점(quantum dot)의 원리는 양자들이 뭉쳐진 특히, 반도체물질 내부의 전자들이 자외선 등의 에너지를 받으면 더 높은 에너지 준위로 퀀텀 점프(quantum jump, 양자도약)하여 올라가게 되고, 다시 에너지를 방출하며 낮은 에너지 준위로 떨어지게 되는 것을 반복하는데, 이러한 에너지는 양자점의 크기에 따라 다양한 파장의 에너지를 방출한다. 그 파장(에너지)의 영역이 가시광선대의 영역(380nm~800nm)이라면 눈에 보이는 다양한 색상을 에너지 형태의 파장으로 방출하는 원리이다.
즉, 양자점은 여기원(excitation source)으로부터 빛을 흡수하여 에너지 여기 상태에 이르면, 양자점의 에너지 밴드갭(band gap)에 해당하는 에너지를 방출하게 된다. 따라서, 양자점의 크기 또는 물질 조성을 조절하게 되면 에너지 밴드 갭(band gap)을 조절할 수 있게 되어 자외선 영역에서부터 적외선 영역까지 전 영역에서 발광이 가능하게 된다.
양자점을 제조하는 방법으로는 유기금속화학증착법(MOCVD: metal organic chemical vapor deposition)이나 분자선결정성장법(MBE: molecular beam epitaxy)와 같은 기상 증착법이 사용될 수도 있고, 화학적 습식 합성법이 사용될 수도 있다. 화학적 습식 합성법에 의해 제조된 양자점은 콜로이드 상태로 용매 내에 분산되어 있으므로, 원심분리를 통해 용매로부터 양자점을 분리해 내고, 분리해 낸 양자점은 제조된 금속-유기물 전구체 용액에 분산될 수 있다. 이때, 양자점은 금속-유기물 전구체의 유기물과의 결합에 의하여 안정화될 수 있다.
이러한 양자점들을 종류별로 투명 소재의 필름에 구역을 구분하여 도포한 후 LED와 같은 인공광을 입사하면 양자점의 특성별로 사용자가 미리 설정한 특정 파장의 광만 출력되는 원리를 이용하는 것이다. 물론 필름의 어느 도포 영역에는 적어도 둘 이상의 종류의 양자점을 혼합 배포하는 방식으로 제3의 파장을 설정할 수도 있다.
다음으로, 무기형광체를 활용하여 특정 파장을 선택적으로 감지하거나 특정 파장을 선택적으로 출력하는 원리를 설명한다. 도 1c는 형광체의 발광원리를 나타낸 도면이다.
어떤 형태의 에너지가 입자 내부로 입사될 때 입자 안에서 어떤 작용으로 인한 가시광의 빛을 만들어 내는 것으로 이 과정을 발광(Luminescence)이라고 한다. 형광체의 발광원리를 살펴보면 형광체가 에너지를 받으면 자유전자(electron)와 홀(hole)이 형성되어 높은 준위의 에너지 상태로 변하고, 이것이 안정된 상태로 돌아가면서 그 에너지가 가시광선으로 방출된다. 형광체는 모체(Host material)와 적절한 위치에 불순물이 혼입된 활성이온(Activator)으로 구성되는데, 활성이온들은 발광과정에 관여하는 에너지 준위를 결정함으로써 형광체의 발광색을 결정한다.
따라서 특정 파장의 빛을 발광하는 활성이온이 가미된 형광체를 종류별로 투명 소재의 필름에 구역을 구분하여 도포 또는 착색한 후 LED와 같은 인공광을 입사하면 형광체의 특성별로 사용자가 미리 설정한 특정 파장의 광만 출력되는 원리를 이용하는 것이다. 물론 필름의 어느 도포 영역에는 적어도 둘 이상의 종류의 형광체를 혼합 도포하는 방식으로 제3의 파장을 설정할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 조명 장치의 개략적인 분해 사시도를 나타낸 것이다.
첨부된 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 조명 장치는 크게 조명부(100)와 파장변환필름(200)을 포함하여 이루어진다.
조명부(100)는 전기에너지의 인가에 따라 발광되는 것으로서, 제1파장 대역의 제1광원과 제2파장 대역의 제2광원을 포함한다. 또한, 조명부(100)에는 도면에 도시하지 않았으나 상기 제1광원(110) 및 제2광원(120)을 구동하기에 적합한 전원으로 변환시키는 인버터, 전원의 온/오프를 제어하는 제어모듈 등이 더 포함될 수 있다. 여기서, 상기 광원은 광을 생성하고 방출하도록 구성된 광학 방출기로 정의된다. 예를 들어, 광원은 활성화되거나 턴 온될 때 광을 방출하는 발광 다이오드(LED)와 같은 광학 방출기를 포함할 수 있다. 특히, 본 발명에서 정의하는 광원은 실질적으로 임의의 광원일 수 있거나, 발광 다이오드(LED), 레이저, 유기 발광 다이오드(OLED), 중합체 발광 다이오드, 플라즈마-계 광학적 방출기, 형광 램프, 백열등 및 사실상 모든 다른 광원 중 하나 이상을 포함하는 실질적으로 모든 광학 방출기를 포함할 수 있다. 광원에 의해서 생산되는 광은 색상(컬러)을 가질 수 있거나(즉, 광의 특정 파장을 포함할 수 있거나), 파장의 범위(예를 들어, 백색 광)일 수 있다. 일부 실시 예에서, 광원은 다양한 복수의 광학 방출기를 포함할 수 있다. 또한, 광원은 세트 또는 그룹을 포함할 수 있고, 세트 또는 그룹 중의 적어도 하나의 다른 광원에 의해서 생성된 광의 컬러 또는 파장과 상이한 컬러 또는 동등하게 파장을 갖는 광을 생성한다. 상이한 컬러들은 예를 들어 일차적인 컬러(예를 들어, 적색, 녹색, 청색)를 포함할 수 있다.
상기 제1광원(110) 및 제2광원(120)은 적색, 주황색, 황색, 황록색, 순녹색 및 청색을 포함하는 다양한 색 중에서 선택된 하나 이상의 조합으로 구성될 수 있고, 다양한 패턴으로 배치될 수 있다. 이때, 상기 제1광원(110)은 제1컬러이고, 제2광원(120)은 제1컬러와 다른 제2컬러로 구성된다. 예를 들어, 상기 제1광원(110)이 청색인 경우, 상기 제2광원(120)은 녹색 및 적색 중에서 선택된다.
또한, 상기 제1광원(110) 및 제2광원(120)은 소정의 패턴으로 반복 배치될 수 있다. 일례로, 도 2에 보인 바와 같이, 상기 제1광원(110)과 제2광원(120)은 격자형상으로 배치되되, 선택된 하나의 광원에 대해 전후 및 좌우로 다른 색의 광원이 배치될 수 있다.
파장변환필름(200)은 상기 제1광원(110)의 대향 위치에 파장변환영역(220)이 배치되고, 상기 제2광원의 대향 위치에 투과영역(230)이 배치되는 것으로서, 말거나 휨에 자유로워 롤러 등에 권취될 수 있는 플렉시블 기재 또는 소정의 휨 강도를 갖는 경화성 기재로 구성될 수 있다.
또한, 상기 파장변환필름(200)은 상기 조명부(100)의 상면과 면접되어 설치되거나 이격되어 설치될 수 있다.
여기서, 본 발명에서 상기 대향 위치는 상기 제1광원(110) 및 제2광원(120)에서 방출된 빛이 진행하는 방향의 전부 또는 일부 영역을 의미한다. 즉, 제1광원(110)에서 방출된 빛의 전부가 상기 파장변환영역(220)을 관통하도록 상기 파장변환필름(200)이 배치될 수 있고, 제1광원(110)에 방출된 빛의 일부가 상기 파장변환영역(220)을 관통하도록 상기 파장변환필름(200)이 배치될 수 있다.
이에, 상기 파장변환영역(220)이 상기 제1광원(110)에서 방출되는 빛 전부가 관통하도록 상기 파장변환필름(200)을 배치하게 되면, 제1광원(110)에서 방출된 빛은 상기 파장변환영역(220)에서 파장변환되게 된다. 그리고 상기 파장변환영역(220)이 상기 제1광원(110)에서 방출되는 빛 일부가 관통하도록 상기 파장변환필름(200)을 배치하게 되면, 제1광원(110)에서 방출된 일부 빛은 상기 파장변환영역(220)에서 파장변환되나 나머지 일부는 파장변환없이 관통되게 된다.
즉, 상기 제1광원(110)과 대향하여 배치되는 상기 파장변환필름(200)의 배치 위치에 따라 파장변환되는 빛의 양을 조절할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 조명 장치에 적용된 일 실시 예의 파장변환필름에 대한 단면도를 나타낸 것이다.
첨부된 도 3을 참조하면, 상기 파장변환필름(200)은 파장변환영역(220)과 상기 파장변환영역(220)의 상하부에 코팅되는 PET(Polyester) 소재의 배리어 필름(210, Barrier film)으로 구성될 수 있다. 또한, 상기 배리어 필름(210)의 한 면은 지지력을 제공하는 복합소재(211)로 한 번 더 코팅하여 형성함으로써, 상기 파장변환필름(200)의 내구성을 확보할 수 있도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기 복합소재(211)는 투명성과 내열성이 우수한 필름형태의 기재가 사용될 수 있다. 이러한 필름형태의 기재는 폴리(메타) 아크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리아릴레이트 등의 폴리에스테르; 폴리카보네이트, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 지방족 또는 방향족 폴리아미드(예컨대, 나일론, 아라미드등), 폴리에테르에테르케톤, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 시클릭올레핀폴리머(cyclic olefin polymer; COP), 폴리비닐리덴 클로라이드 등의 수지 중에서 선택될 수 있다.
상기의 구성에서, 상기 파장변환필름(200)은 입사된 광원의 파장을 변환하여 방출하는 파장변환영역(220)과 파장변환 없이 입사된 광원을 투과시키는 투과영역(230)을 포함한다.
먼저, 상기 투과영역(230)은 상기 제2광원(120)에서 방출된 광원의 파장을 파장변환 없이 투과시킨다. 예를 들어, 제2광원(120)이 적색인 경우 상기 제2광원(120)에서 방출된 광원은 상기 투과영역(230)을 거쳐 조사되나 파장변환 없이 적색 파장을 유지한채 투과된다.
다음으로, 상기 파장변환영역(220)에 대해서 설명한다.
상기 파장변환영역(220)은 입사된 광원의 파장을 변환하여 방출하는 기능을 수행하는 것으로서, 무기형광체(inorganic phosphor), 양자점(quantum dot), 페로브스카이트(perovskite) 및 셀로판(cellophane) 중 어느 하나의 파장변환물질을 포함한다.
상기 무기형광체는 산화물계 형광체, 가넷계 형광체, 실리케이트계 형광체, 황화물계 형광체, 산질화물계 형광체, 질화물계 형광체 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 양자점은 II-VI, IIIㅡV족 등을 예로 들 수 있고， 대표적인 예로는 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, GaN, GaP, GaAs, GaSb, A1N, A1P, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb, Si, Ge 및 이들의 흔합물로 구성된 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
페로브스카이트(perovskite)는 오가노메탈 할라이드, 유기금속할로겐화물(Organometal halide perovskite compound) 또는 유기금속할로겐화물로도 지칭된다. 이러한 페로브스카이트 구조를 갖는 물질 중에서 상기 유기금속할로겐화물은 유기 양이온(A), 금속 양이온(M) 및 할로겐 음이온(X)으로 이루어지며, AMX3의 화학식을 갖는 물질이다.
셀로판(Cellophane)은 셀룰로오스(섬유소)를 알칼리와 이황화탄소로 처리하여 얻은 비스코스 용액을 황산수용액 속에 응고시켜 제조된 물질이다.
설계조건에 따라 상기 파장변환물질에 광산란제가 더 혼합될 수 있다.
상기 광산란제로는 PMMA, PS 등의 폴리 아크릴레이트 계열 중합체, PMSQ 등의 실리콘 계열 중합체 및 SiO2, TiO2, Al2O3 등의 무기 분산제 중에서 선택될 수 있다. 여기서, 상기 광산란제는 입자의 크기가 작을수록 넓은 범위의 산란각을 가지되, 산란의 정도는 광의 파장과 입자의 크기에 따라 가변된다. 즉, 광의 파장에 따라서 광산란제의 산란 입자 크기를 조절하면 산란 범위를 조절할 수 있다.
상기 파장변환영역(220)으로 입사된 파장은 파장변환물질의 입자 크기에 따라 밴드갭 에너지가 조절되어 다양한 파장의 광원으로 방출된다. 즉, 상기 파장변환영역(220)을 구성하는 파장변환물질의 입자 크기를 조절하면 상기 파장변환영역(220)을 통과하여 방출되는 광원의 파장을 조절할 수 있다.
예를 들어, 상기 파장변환영역(220)의 파장변환물질의 입자 크기가 2 ~ 6nm이고 각 입자가 균일하게 분포된 상태에서 제1광원(110)이 청색인 경우, 상기 제1광원(110)에서 조사된 청색 광원은 상기 파장변환영역(220)을 통과하면서 청색, 녹색 및 적색의 파장으로 변환하여 방출되게 된다.
이와 같은 상기 파장변환영역(220)에 의하면, 서로 다른 파장 대역의 광원이 혼재된 조명부에서 특정 조명부에서 방출되는 빛의 파장을 변환하여 조사할 수 있고, 선택되지 않은 광원은 투과영역(230)을 통해 파장변환 없이 방출됨으로써, 방출되는 광파장의 선택폭을 확대할 수 있는 장점이 있다.
또한, 적색 광원보다 상대적으로 저렴한 청색 광원을 구성하더라도, 청색 광원을 적색 및 녹색 파장의 광원으로 변환하여 조사할 수 있어, 조명 장치의 제조 비용을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 파장변환필름의 전체를 파장변환물질로 도포 또는 착색하지 않고, 선택된 일부만을 파장변환물질로 도포 또는 착색하는 방식이 적용되어, 선택된 특정 광원에서 방출된 광의 파장만을 파장변환하여 방출시킬 수 있으므로, 파장변환물질의 투입량이 감소되어 제조 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조명 장치의 개략적인 분해 사시도를 나타낸 것이다.
첨부된 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조명 장치는 조명부(100)와 파장변환필름(201)을 포함하여 이루어진다.
상기 조명부(100)에는 제1파장 대역의 제1광원(110)과 제2파장 대역의 제2광원(120)이 배치된다.
상기 제1광원(110) 및 제2광원(120)은 적색, 주황색, 황색, 황록색, 순녹색 및 청색을 포함하는 다양한 색 중에서 선택된 하나 이상의 조합으로 구성될 수 있고, 다양한 패턴으로 배치될 수 있다. 이때, 상기 제1광원(110)은 제1컬러이고, 제2광원(120)은 제1컬러와 다른 제2컬러로 구성된다. 예를 들어, 상기 제1광원(110)이 청색인 경우, 상기 제2광원(120)은 녹색 및 적색 중에서 선택된다.
상기 제2광원(120)은 상기 제1광원(110)과는 다른 색상의 제2컬러로 구성된다. 또한, 상기 제1광원(110) 및 제2광원(120)은 소정의 패턴으로 반복 배치될 수 있다.
상기 파장변환필름(201)에는 제1광원(110)의 대향 위치에 제1 파장변환영역(240)이 배치되고, 상기 제2광원(120)의 대향 위치에 제2 파장변환영역(250)이 배치된다.
부연하면, 상기 파장변환필름(201)은 제1광원(110)에서 방출된 광원의 파장과 제2광원(120)에서 방출된 광원의 파장을 변환하여 방출한다.
이러한 상기 파장변환필름(201)은 말거나 휨에 자유로워 롤러 등에 권취될 수 있는 플렉시블 기재 또는 소정의 휨 강도를 갖는 경화성 기재로 구성될 수 있다. 또한, 상기 제1 파장변환영역(240) 및 제2 파장변환영역(250)은 입사된 광원의 파장을 변환하여 방출하는 기능을 수행하는 것으로서, 무기형광체(inorganic phosphor), 양자점(quantum dot), 페로브스카이트(perovskite) 및 셀로판(cellophane) 중 어느 하나의 파장변환물질을 포함한다.
상기의 구성에 의하면, 상기 파장변환필름(201)은 제1광원(110)에서 방출된 광원의 파장과 제2광원(120)에서 방출된 광원의 파장을 변환하여 방출할 수 있으므로, 조명부(100)에서 방출되는 전체의 광 파장을 변환하여 방출할 수 있는 장점이 있다. 물론, 상기 제1 파장변환영역(240) 및 제2 파장변환영역(250)은 각각 제1광원(110)과 제2광원(120)의 대향 위치에 국한되어 도포 또는 착색된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조명 장치의 개략적인 분해 사시도를 나타낸 것이다.
첨부된 도 5를 참조하면, 조명부(100)에는 제1파장 대역의 제1광원(110)과 제2파장 대역의 제2광원(120) 및 제3파장 대역의 제3광원(130)이 배치되고, 파장변환필름(202)에는 상기 제1광원(110)의 대향 위치에 제1파장변환영역(241)과 상기 제2광원(120)의 대향 위치에 제2파장변환영역(251) 및 상기 제3광원(130)의 대향 위치에 투과영역(231)이 배치된다.
상기 제1광원(110), 제2광원(120) 및 제3광원(130)은 적색, 주황색, 황색, 황록색, 순녹색 및 청색을 포함하는 다양한 색 중에서 선택된 하나 이상의 조합으로 구성될 수 있고, 다양한 패턴으로 배치될 수 있다. 이때, 상기 제1광원(110)은 제1컬러이고, 제2광원(120)은 제1컬러와 다른 제2컬러이며, 제3광원(130)은 제1광원의 제1컬러 및 제2광원의 제2컬러와 다른 제3컬러로 구성된다.
상기 제1 파장변환영역(241) 및 제2 파장변환영역(251)은 각각 상기 제1광원(110)과 제2광원(120)에서 방출된 광원의 파장을 변환하여 방출하는 기능을 수행하는 것으로서, 무기형광체(inorganic phosphor), 양자점(quantum dot), 페로브스카이트(perovskite) 및 셀로판(cellophane) 중 어느 하나의 파장변환물질을 포함한다.
상기 투과영역(231)은 상기 제3광원(130)에서 방출된 광원의 파장을 파장변환 없이 투과시킨다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조명 장치의 개략적인 분해 사시도를 나타낸 것이다.
첨부된 도 6을 참조하면, 조명부(100)는 제1파장 대역의 제1광원(110)과 제2파장 대역의 제2광원(120) 및 제3파장 대역의 제3광원(130)이 배치되고, 파장변환필름(203)은 상기 제1광원(110)과 상기 제2광원(120)의 대향 위치에 제1 파장변환영역(242)과 상기 제3광원(130)의 대향 위치에 투과영역(232)이 배치된다.
상기 제1 파장변환영역(242)은 제1광원(110)과 제2광원(120)으로부터 입사된 광원의 파장을 변환하여 방출하는 기능을 수행하는 것으로서, 무기형광체(inorganic phosphor), 양자점(quantum dot), 페로브스카이트(perovskite) 및 셀로판(cellophane) 중 어느 하나의 파장변환물질을 포함한다.
상기 투과영역(232)은 상기 제3광원(130)에서 방출된 광원의 파장을 파장변환 없이 투과시킨다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 파장변환필름의 파장변환영역과 투과영역은 광원의 배치, 방출되는 색상, 파장변환이 요구되는 광원 등에 따라 다양한 패턴으로 형성될 수 있다. 또한, 설계 조건에 따라 본 발명의 실시 예를 통해 설명되지 않은 파장변환영역과 투과영역의 조합 또는 패턴은 다양하게 변경하여 실시 가능한 것으로서, 본 발명의 실시 예에서 설명되지 않은 조합 또는 패턴 역시 본 발명의 권리범위에 속함이 당연하다.
다음으로, 본 발명에 따른 파장변환필름을 다양한 실시 예를 통해 설명한다.
도 7 및 도 8은 각각 본 발명의 일 실시 예에 따른 파장변환필름이 적용된 조명 장치의 개략적인 단면도를 나타낸 것이다.
첨부된 도 7을 참조하면, 파장변환필름(204)에는 제1파장 대역의 제1광원(110))과 대향하는 위치에 파장변환영역(220)이 배치되고, 제2파장 대역의 제2광원(120)과 대향하는 위치에 투과영역(230)이 배치된다. 또한, 도면에 도시하지 않았으나, 파장변환영역(220)을 코팅한 배리어 필름 및 상기 배리어 필름의 한 면에 코팅되는 복합소재가 더 포함될 수 있다.
상기 구성에서 조명부의 상기 제1광원(110) 및 제2광원(120)은 적색, 주황색, 황색, 황록색, 순녹색 및 청색을 포함하는 다양한 색 중에서 선택된 하나 이상의 조합으로 구성될 수 있고, 다양한 패턴으로 배치될 수 있다. 이때, 상기 제1광원(110)은 제1컬러이고, 제2광원(120)은 제1컬러와 다른 제2컬러로 구성된다.
상기 파장변환필름(204)의 상기 파장변환영역(220)은 무기형광체(inorganic phosphor), 양자점(quantum dot), 페로브스카이트(perovskite), 셀로판(cellophane) 중 어느 하나의 파장변환물질을 포함할 수 있다.
또는, 상기 파장변환영역(220)은 무기형광체, 양자점, 페로브스카이트, 광산란제 중 적어도 둘의 혼합층을 포함할 수 있다.
부연하면, 상기 파장변환영역(220)은 무기형광체, 양자점 및 페로브스카이트 중에서 선택된 하나의 물질을 포함하여 구성되거나, 상기 물질(무기형광체, 양자점 및 페로브스카이트) 중에서 선택된 하나의 물질에 광산란제를 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 도 7에 보인 바와 같이, 상기 파장변환영역(220)은 무기형광체, 양자점 및 페로브스카이트 중에서 선택된 하나의 제1 파장변환물질(221), 상기 제1 파장변환물질(221)과는 다른 물질의 제2 파장변환물질(222) 및 광산란제(223)를 포함하여 혼합한 혼합층으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 파장변환영역(220)은 무기형광체, 양자점 및 페로브스카이트 중에서 선택된 하나의 제1 파장변환물질(221)을 포함하여 구성된 제1파장변환물질층과, 상기 제1파장변환물질(221)과는 다른 물질의 제2파장변환물질(222)을 포함하여 구성된 제2파장변환물질층이 적층된 형태로 구성될 수 있다.
또한, 도 8에 보인 바와 같이, 파장변환필름(205)의 상기 파장변환영역(220)은 무기형광체, 양자점 및 페로브스카이트 중에서 선택된 하나의 제1파장변환물질(221)에 광산란제를 포함하여 혼합 구성된 제3파장변환물질층과, 상기 제1파장변환물질(221)과는 다른 물질의 제2파장변환물질(222)에 광산란제(223)를 포함하여 혼합 구성된 제4파장변환물질층이 적층된 형태로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 제1파장변환물질(221)의 입자 크기와 상기 제2파장변환물질(222)의 입자 크기는 다르게 구성될 수 있고, 동일한 파장변환물질인 경우에도 입자 크기를 달리하여 다양한 파장변환을 유도할 수 있게 구성될 수 있다.
이와 같이, 제1광원(110)에서 방출된 광원은 상기 파장변환영역(220)에 입사되고, 상기 파장변환영역(220)에 입사된 광의 파장은 상기 파장변환영역(220)을 구성하는 파장변환물질에 의해서 변환되어 방출되게 된다. 그리고 제2광원(120)에서 방출된 광원은 투과영역(230)을 통해 파장변환 없이 방출되게 된다.
도 9 및 도 10은 각각 본 발명의 다른 실시 예에 따른 파장변환필름이 적용된 조명 장치의 개략적인 단면도 및 평면도를 나타낸 것이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 파장변환필름(206)의 파장변환영역(220)은 파장변환물질 사이에 공극(224, air gap)이 형성되고, 파장변환물질은 원기둥 형상이 격자형으로 배치된 구조로 이루어진다. 물론, 상기 원기둥 형상의 파장변환물질은 설계 조건에 따라서 삼각기둥, 사각기둥, 오각기둥 및 타원기둥 등 다양한 형상으로 변경될 수 있음은 물론이다.
상기 파장변환물질은 무기형광체(inorganic phosphor), 양자점(quantum dot), 페로브스카이트(perovskite), 셀로판(cellophane) 중 어느 하나로 구성될 수 있고, 상기 파장변환물질 중 적어도 둘의 혼합된 형태로 구성될 수 있다. 또한, 상기 파장변환물질은 무기형광체, 양자점, 페로브스카이트, 광산란제 중 적어도 둘의 혼합된 형태로 구성될 수 있다.
상기 공극(224)은 상기 파장변환물질 사이의 공간으로서 유전율을 변화시키는 기능을 수행하는 데, 상기 파장변환물질 내에서 변환된 광 파장을 일부 반사시켜 상기 파장변환물질 내에 머무르는 시간을 증가시킨다.
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 공극이 형성된 파장변환필름의 광 반사 형태를 나타낸 도면이다.
첨부된 도 11을 참조하면, 파장변환영역으로 입사된 광 파장은 파장변환물질의 입자 크기에 따라 파장이 변환되어 방출된다. 이때, 공극(224)의 유전율과 파장변환물질의 유전율은 다르다. 따라서 파장변환물질 내부에서 변화되어 방출된 광(빛)이 공극(224)과 파장변환물질의 경계면에 부딪히게 되면, 부딪힌 광은 경계면에서의 유전율 변화에 따라 반사되어 상기 파장변환물질 내부로 반사되고, 나머지 일부는 경계면을 통과하여 공극(224)으로 입사되게 된다.
이때, 상기 경계면에서 반사되는 빛의 양은 상기 경계면을 통과하는 빛의 양보다 상대적으로 많다. 따라서, 파장변환물질 내부로 반사된 빛은 파장변환물질 내부에 잔존하는 시간이 증가되어 결과적으로 광 파장의 변환율이 증가되는 장점이 있다.
또한, 공극(224)으로 입사된 광 파장도 경계면에서 대부분은 반사되어 파장변환 없이 방출되게 되나, 나머지 일부는 경계면을 통과하여 파장변환물질로 입사되게 된다.
이와 같이, 상기 공극(224)은 파장변환 없이 광 파장을 방출하는 역할을 하면서 동시에, 유전율 변화에 따른 경계면을 형성하여 파장변환물질로 입사된 광 파장의 변환효율을 증가시키는 역할을 수행한다.
도 12 내지 도 14는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 파장변환필름이 적용된 조명 장치의 개략적인 단면도를 나타낸 것이다.
먼저, 첨부된 도 12를 참조하면, 파장변환필름(207)은 조명부의 제1파장 대역의 제1광원(110)과 대향하는 위치에 배치되는 제1파장변환영역(241)과 상기 조명부의 제2파장 대역의 제2광원(120)과 대향하는 위치에 배치되는 제2파장변환영역(251)을 포함한다.
상기 제1광원(110) 및 제2광원(120)은 적색, 주황색, 황색, 황록색, 순녹색 및 청색을 포함하는 다양한 색 중에서 선택된 하나 이상의 조합으로 구성될 수 있고, 다양한 패턴으로 배치될 수 있다. 이때, 상기 제1광원(110)은 제1컬러이고, 제2광원(120)은 제1컬러와 다른 제2컬로 구성된다.
상기 제1파장변환영역(241) 및 제2파장변환영역(251)은 무기형광체(inorganic phosphor), 양자점(quantum dot), 페로브스카이트(perovskite), 셀로판(cellophane) 중 어느 하나의 파장변환물질을 포함할 수 있다.
또는, 상기 제1파장변환영역(241) 및 제2파장변환영역(251)은 무기형광체, 양자점, 페로브스카이트, 광산란제 중 적어도 둘의 혼합층을 포함할 수 있다.
즉, 첨부된 도 12에 보인 바와 같이, 상기 제1파장변환영역(241) 및 제2 파장변환영역(251)은 무기형광체, 양자점 및 페로브스카이트 중에서 선택된 하나의 제1파장변환물질(221), 상기 제1 파장변환물질(221)과는 다른 물질의 제2 파장변환물질(222) 및 광산란제(223)를 포함하여 혼합한 혼합층으로 구성될 수 있다.
또한, 첨부된 도 13에 보인 바와 같이, 파장변환필름(208)의 제1파장변환영역(241) 및 제2파장변환영역(251)은 무기형광체, 양자점 및 페로브스카이트 중에서 선택된 하나의 제1파장변환물질(221)을 포함하여 구성된 제1파장변환물질층과 상기 제1파장변환물질(221)과는 다른 물질의 제2파장변환물질(222)을 포함하여 구성된 제2파장변환물질층이 적층된 형태로 구성될 수 있다. 아울러, 상기 제1파장변환물질층과 제2파장변환물질층에는 광산란제(223)가 더 혼합될 수 있다.
여기서, 상기 제1파장변환물질(221)의 입자 크기와 상기 제2파장변환물질(222)의 입자 크기는 다르게 구성될 수 있고, 동일한 파장변환물질이 사용된 경우에도 입자 크기를 달리하여 층을 형성할 수 있다.
이에 더하여, 첨부된 도 14에 보인 바와 같이, 파장변환필름(209)의 제1 파장변환영역(241) 및 제2 파장변환영역(251)은 파장변환물질 사이에 공극(224, air gap)이 형성될 수 있다.
상기 공극(224)은 상기 파장변환물질 사이의 공간으로서, 유전율을 변화시켜 상기 파장변환물질 내에서 변환된 광 파장을 일부 반사시켜 상기 파장변환물질 내에 머무르는 시간을 증가시킨다.
한편, 상기 파장변환영역에서 변환된 파장은 필요에 따라 산란시켜 조사 범위를 넓히거나, 미리 설정된 방향으로 유도시켜 특정 구역에 집중하여 조사되도록 구성될 수 있다.
이때, 방출광의 산란은 광산란제에 의해서도 가능하나, 파장변환필름의 표면에 미세 패턴을 형성함으로써 산란효과를 더욱 증진시킬 수 있다.
도 15는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 파장변환필름의 단면도를 나타낸 것으로서, 방출광을 산란시키기 위한 것이다.
첨부된 도 15를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 파장변환필름(200a)은 표면에 방출광을 산란시키기 위한 제1미세패턴층(260, the first nano patterned layer)이 형성된다.
상기 제1미세패턴층(260)에는 하부측으로 함몰된 형상의 오목부(261)가 소정의 패턴으로 형성된다. 설계 조건에 따라서 상기 오목부(261)는 상부측으로 돌출된 형태의 볼록부로도 대체 가능하다.
이에 따라, 상기 제1미세패턴층(260)의 오목부(261)는 방출광을 산란시키게 되고, 상대적으로 더 넓은 범위로 광을 분산시킬 수 있게 된다.
도 16은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 파장변환필름의 단면도를 나타낸 것으로서, 방출광을 미리 설정된 방형으로 유도하기 위한 것이다.
첨부된 도 16을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 파장변환필름(200b)은 표면에 방출광을 미리 설정된 방향으로 유도하기 위한 제2미세패턴층(270, the first nano patterned layer)이 형성된다.
상기 제2미세패턴층(270)에는 상부측으로 돌출 형상의 돌기(271)가 일정한 패턴으로 형성된다. 설계 조건에 따라서 상기 돌기(271)는 하부측으로 함몰된 형태의 요부(凹)로도 대체 가능하다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 파장변환필름 및 그를 이용한 조명 장치는 여기(excitation)가 필요하지 않은 광은 투과시키고, 여기(excitation)가 필요한 광은 패턴화된 파장변환물질을 통해 투과되도록 구성됨에 따라 방출되는 광 파장의 선택폭을 확대할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 파장변환필름은 이미 제작된 조명부에 부착시키는 것만으로도 광의 파장을 변환시켜 조사할 수 있고, 적색 광원보다 상대적으로 저렴한 청색 광원을 구성하더라도 청색 광원을 적색 및 녹색 파장의 광으로 변환하여 조사할 수 있어, 조명 장치의 제조비용을 낮출 수 있는 장점이 있다.
아울러, 본 발명에 따른 파장변환필름 및 그를 이용한 조명 장치가 식물 생육에 적용될 경우, 식물 생육에서 요구되는 파장의 변환이 수월하고, 식물 생육에 적합한 광원을 충분히 제공하여 식물을 조기에 생육할 수 있으므로, 식물 생육의 생육 주기를 단축하면서 생산효율을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
상기에서는 본 발명에 따른 파장변환필름 및 그를 이용한 조명 장치의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 청구범위 및 발명의 설명, 첨부한 도면의 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위내에 속한다.
100: 조명부 110: 제1광원
120: 제2광원 130: 제3광원
200, 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 200a, 200b: 파장변환필름
210: 배리어필름 211: 복합소재
220: 파장변환영역 221: 제1파장변환물질
222: 제2파장변환물질 223: 광산란제
224: 공극
230, 231, 232: 투과영역
240, 241, 242: 제1파장변환영역
250, 251: 제2파장변환영역
260: 제1미세패턴층 261: 오목부
270: 제2미세패턴층 271: 돌기

Claims (20)

  1. 청색 파장 대역의 제1 LED광원과 적색 파장 대역의 제2 LED광원이 배치되는 조명부; 및
    상기 제1LED광원의 대향 위치에 파장변환영역이 배치되고, 상기 파장변환영역 을 제외한 나머지 전체 영역은 투과영역으로 이루어지는 파장변환필름을 포함하며,
    상기 파장변환필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리아미드(POLYAMIDE) 중 어느 하나의 플렉시블 기재로 제조되는
    조명 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파장변환영역은 무기형광체(inorganic phosphor), 양자점(quantum dot), 페로브스카이트(perovskite) 중 어느 하나의 파장변환물질을 포함하는 조명 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 파장변환영역은, 상기 파장변환물질 사이에 공극(air gap)이 형성되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  4. 청색 파장 대역의 제1LED광원과 적색 파장 대역의 제2LED광원이 배치되는 조명부; 및
    상기 제1LED광원의 대향 위치에 제1파장변환영역이 배치되고, 상기 제2LED광원의 대향 위치에 제2파장변환영역이 배치되는 파장변환필름을 포함하며,
    상기 파장변환필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리아미드(POLYAMIDE) 중 어느 하나의 플렉시블 기재로 제조되는
    조명 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1파장변환영역 및 상기 제2파장변환영역은 무기형광체(inorganic phosphor), 양자점(quantum dot), 페로브스카이트(perovskite) 중 어느 하나의 파장변환물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1파장변환영역 및 상기 제2파장변환영역은, 상기 파장변환물질 사이에 공극(air gap)이 형성되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
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