KR20010052970A - 조명 시스템 - Google Patents

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Abstract

조명 시스템은 가시광선을 방출하는 바디(1) 및 광을 통과시키는 외피(5)를 포함한다. 본 발명은 조명 시스템이 제 1 파장 범위에서 광을 방출시키는 적어도 하나의 광전 소자(2,2')를 포함하고, 바디(1)에 광전 소자(2,2')에 의해 방출된 광을 흡수하고 제 2 파장 범위의 광을 재방출시키는 변환 수단(3)이 제공되고, 외피(5)에 제 1 파장 범위의 광을 반사시키는 코팅(6)이 제공된다는 점에서 특징지워진다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 광전 소자(2,2')는 발광 다이오드이며, 바람직하게 청색광을 방출한다. 바람직하게, 코팅(6)은 다층 광 필터(optical filter)를 포함하며, 바람직하게 외피(5)의 내부면상에 제공된다. 동작시, 광전 소자의 광속은 바람직하게 5lm과 동일하거나 또는 그 이상이다. 바디(1)는 나선형 코일(a spiral-shaped coil)과 같은 다양한 형상을 가정할 수 있으므로, 조명 시스템은 탄소 필라멘트 램프와 유사하다. 본 발명에 따른 조명 시스템은 비교적 높은 시감도 및 비교적 높은 긴 서비스 수명을 가진다.

Description

조명 시스템{LIGHTING SYSTEM}
본 발명은 동작시, 기사광을 방출하는 바디(body) 및 광을 전달하는 외피를 포함하는 조명 시스템(lighting system)에 관한 것이다.
도입부에서 언급된 타입의 조명 시스템은 그 자체로 잘 알려져 있으며, 예를 들면, 장식용 램프와 같은, 예를 들면 소위 탄소 필라멘트 램프와 같은 백열등(incandescent lamps)을 포함하며, 상기 백열등 바디는 캐리어 재료상에 탄소로 이루어진 나선형 권선 와이어를 포함한다. 이러한 조명 시스템의 다른 실시예는 십자가 형태, 별 모양 소자 또는 다른 장식용 또는 예배용 소자(devotional elemests)(예를 들면, 문자 "사랑")의 형태로 광-방출 바디가 제공된 램프를 포함한다.
기지된 조명 시스템은 비교적 낮은 시감도(luminous efficacy) 및 제한된 서비스 수명을 갖는다는 것이 이러한 조명 시스템의 결점이다.
본 발명의 목적은 도입부에서 언급된 타입의 조명 시스템을 제공하는데 있으며, 상기 시감도 및 서비스 수명을 개선하는데 있다. 이를 달성하기 위해, 본 발명에 따른 조명 시스템은
조명 시스템이 동작시, 제 1 파장 범위에서 광을 방출하는 적어도 하나의 광전 소자를 포함하고,
바디에 제 1 파장 범위의 광을 제 2 파장 범위의 광으로 변환시키는 변환 수단이 제공되고,
외피에 제 1 파장 범위의 광을 적어도 부분적으로 반사시키는 코팅이 제공된다는 점에서 특징지워진다.
광전 소자(opto-electronic element)는 발광 다이오드(LED)와 같은 전자 발광 소자(electro-luminescent elements)를 포함한다. 이러한 광전 소자는 신호등에서 예를 들면 교통 제어 시스템, 차량, 항공기 또는 기타 수단 및 수송 시스템의 백색 또는 유색광(color light)의 소스로서 사용된다. 최근에는, GaP에 기초한 황색 및 적색 발광 다이오드를 제외한, GaN에 기초한 효율적인 청색 및 녹색 발광 다이오드가 개발되어졌다. 이러한 광전 소자는 비교적 높은 시감도(≥20lm/W) 및 비교적 긴 서비스 수명(≥75,000시간)을 갖는다. 비교로서, 75W 탄소 필라멘트 램프는 대략 2lm/W의 시감도 및 1000시간 이하의 평균 수명을 갖는다.
동작시, 기지된 램프 광은 (진공 밀폐된:vacuumtight) 외피의 (백열등) 바디가 전류에 의해 가열되어, 상기 바디가 높은 온도에서 광을 방출하도록 생성되어진다. 기지된 램프에서, (백열등) 바디는 소위 주 광원(primary light source)로 구성된다. 본 발명에 따르면, 기지된 조명 시스템의 (백열등) 바디는 광을 변환시키는 적어도 광전 소자 및 변환 수단(이 제공된 바디)의 조합으로 대체되어져 왔으며, 제 1 파장 범위의 광전 소자에 의해 제 2 파장 범위의 광으로 방출되어진다. 본 발명에 따른 조명 시스템에 있어서, 광전 소자는 주 광원으로서 여겨진다. 변환 수단은 광전 소자로부터 발생하는 광에 의해 여기된다. 이 광의 일부는 변환 수단에 의해, 예를 들면 흡수 및 방출 프로세스를 통해 제 2 파장 범위의 (가시)광선으로 변환된다.
본 발명에 따르면, 광-투과 외피는 적어도 제 1 파장 범위의 광을 부분적으로 반사시키는 코팅을 더 포함한다. 결과적으로, 광전 소자로부터 발생하고, 변환 수단에 의해 바로 흡수되지 않고 제 2 파장 범위의 광으로 변환되는 제 1 파장 범위의 광은 외피(의 내부면)에 도포된 반사 코팅에 의해 반사되고, 변한 수단에 의해 흡수되고 제 2 파장 범위의 광으로 변환된다. 변환 수단으로부터 발생하는 광은 반사층으로 코팅된 외피를 통과한다. 반사 코팅으로 인해, 원칙적으로 아래로부터 단지 발산만되는 균질적으로 방사 바디(radiating body)가 되도록 한다.
본 발명의 수단에 따르면, 비교적 긴 서비스 수명을 가지는 높은 시감도의 조명 시스템이 획득된다. 본 발명에 따른 조명 시스템에서, 외피는 더 이상 진공 외피로서만의 역할이 아닌 반사 코팅을 제공하는 수단으로서의 역할을 수행한다. 본 발명에 따른 램프가 진공 외피를 갖는다는 사실에 따라, 본 발명에 따른 상기 램프가 또한 사용하기에 더 안전하다. 반사 코팅이 제공된 외피는 또한 원한다면, 생략될 수 있다. 이후에, 조명 시스템은 적어도 광전 소자 및 변환 수단(이 제공된 바디)을 포함한다.
바람직하게, 변환 수단은 발광 재료를 포함한다. 이러한 재료는 특히 이들이 전반적으로 높은 양자 효율(quantum efficiency) 및 높은 루멘 등가물(lm/W로 표현됨)을 가지기 때문에 적절하여, 조명 시스템의 높은 양자 효율이 획득된다. 게다가, 온갖 종류의 무기 및 유기 발광 재료(인)가 알려져 있어, 본 발명의 목적(연색성을 개선하는 것)을 달성하기에 적절한 재료를 선택하는 것이 용이하다.
바람직하게, 발광 재료는 400 내지 500nm의 파장 범위로부터 발생하는 광에 의해 여기될 수 있다. 이 감도(sensitivity)의 결과, 발광 재료는 특히, 청색광을 흡수하는데 적절할 수 있다. 이 흡수된 광은 매우 효율적으로 발광 재료에 의해 후속 파장 범위의 가시광선, 예를 들면 녹색 및 적색광으로 변환된다. 조명 시스템의 원하는 색온도(color temperature)는 애플리케이션에 따라 다르다. 탄소 필라멘트 램프와 유사한 형태의 조명 시스템의 경우에, 비교적 낮은 색온도가 바람직하다. 다른 애플리케이션의 경우에, 높은 색온도를 가지는 광이 획득될 수 있다.
특히 본 발명에 따른 조명 시스템의 바람직한 실시예는 적어도 하나의 광전 소자가 청색 발광 다이오드(blue light-emitting diode)를 포함하고, 변환 수단이 청색 발광 다이오드에 의해 방출된 광의 일부를 적색광으로 변화시키는 발광 재료를 포함한다는 점에서 특징지워진다.
바람직하게, 청색 발광 다이오드의 최대 스펙트럼 방출은 460 내지 490nm의 파장 범위에 놓이며, 적색 방출 발광 재료의 최대 스펙트럼 방출은 610 내지 630nm의 파장 범위에 놓여 있다.
본 발명에 따른 조명 시스템의 바람직한 실시예에 있어서, 발광 소자의 광속은, 동작동안, 적어도 5lm 이다. 고안된 조명 시스템은 높은 강도와 함께 계속적이고, 일정한 조도가 획득되는 것을 가능하게 한다. 5lm 이상의 광속을 가지는 발광 소자는 조명 시스템이 열-발산 수단(heat-dissipating means)을 포함할 지라도 효과가 있는 방법에만 적용될질 수 있다. 이러한 높은 광속을 가지는 광전 소자가 제공된 조명 시스템만이 통상적인 백열등을 대체할 수 있다. 본 발명의 특정 측면은 열-발산 수단이 조명 시스템의 동작 동안 생성된 열을 조명 시스템의 램프 캡 및/또는 거기에 접속된 주 간선 공급 장치에 발산시킨다.
본 발명의 이들 및 다른 측면은 이후 기술된 실시예를 참조하며 명백해지거고 분명해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 조명 시스템(lighting system)의 제 1 실시예를, 부분 단면도 및 부분 측면도로 도시한 도면이다.
도 2a는 본 발명에 따른 바디 실시예의 단면도를 도시한다.
도 2b는 본 발명에 따른 다른 바디 실시예의 단면도를 도시한다.
도 2c는 본 발명에 따른 또 다른 바디 실시예의 단면도를 도시한다.
상기 도면은 완전히 개략적인 윤곽만을 도시한것이지 실제크기로 도시된 것은 아니다. 특히 명확하게는, 소정의 치수가 매우 강조되었다. 도면에서, 동일한 참조 번호는 가능하다면 동일한 부분을 지칭한다.
도 1은 본 발명에 따른 조명 시스템의 실시예를, 부분 단면도 및 부분 측면도로 도시한다. 본 실시예에서, 상기 조명 시스템은 나선형의 권선 와이어(spirally wound wire) 형태를 포함한다. 후속적으로, 조명 시스템은 광을 투과시키는 외피(5) 및 그 자체로 잘 알려진 램프 캡(7)을 포함한다. 본 발명에 따르면, 조명 시스템은 적어도 하나의 광전 소자(opto-electronic element:2,2')를 포함한다. 도 1의 실시예에서, 두개의 광전 소자(2,2')가 도시된다. 이러한 광전 소자는 작동시 소정의 파장 범위에서 광을 생성하고 방출시키는 바디로 구성되며, 일반적으로 이들에게는 예를 들면 렌즈(lens) 형태의 광-투과 외피가 제공된다. 적절한 광전 소자(2,2')는 소위 전자발광 소자(electroluminescent element), 예를 들면 특정 컬러의 광을 발산하는 다이오드와 같은 발광 다이오드(light-emitting diodes:LED)이다. 적절한 LED는 특히,
- 청색 GaN LED(니시아사 제조) : 최대 방출: 470nm, FWHM=20nm,
- 청색-녹색 GaN LED (니시아사 제조) : 최대 방출 : 520nm, FWHM=40nm,
- 황색 GaP LED (휴렛 팩커드사 제조) : 최대 방출 : 590nm, FWHM=20nm
를 포함한다.
바디(1)에 변환 수단(conversion means:3)이 제공된다. 상기 변환 수단(3)은 광전 소자(2,2')로부터 발생하는 광에 의해 여기된다. 이 광의 일부는 변환 수단(3)에 의해 제 2 파장 범위에서 (가시)광선으로 변환된다. 도 1의 실시예에서, 바디(1)에 변환 수단(3)이 전체적으로 제공되는 것은 아니다. 광을 방출시킬 필요가 없는 바디(1)의 일부에는 변환 수단(3)이 제공되지 않는다.
바람직하게, 변환 수단(3)은 발광 재료를 포함한다. 청색광을 녹색광으로 변환시키기 위한 적절한 발광 재료로는 (Sr,Ca)2SiO4:Eu ,Ba2SiO4:Eu2+,SrGa2S4,ZnS:Cu+,ZnS:Al3+,(Zn,Cd)S:Ag+및 CaS:Ce3+가 있다. 청색광 또는 녹색광을 적색광으로 변환시키는 적절한 발광 재료로는 CaS:Eu,Mn;CaS:Eu; SrS:Eu;(Zn,Cd)S:Ag;SrO:Eu;Sr3B2O6:Eu;SrMg(BO3)2;CaS:En,Mn;CaS:Eu 또는 SrS:Eu가 있다. 상기 재료는 비교적 높은 양자 효율 및 광 흡수를 갖는다. 또한, 이들 재료는 제 1 파장 범위의 광을 제 2 파장 범위의 광으로 변환시킬때와 등가한 비교적 매우 높은 루멘(lumen)을 갖는다.
조명 시스템의 (가시성) 광-투과 외피(5)에 제 1 파장 범위의 광을 (부분적으로) 반사시키는 코팅이 제공된다. 결과적으로, 광전 소자(2,2')로부터 발생하고 변한 수단(3)에 의해 제 2 파장 범위의 광으로 직접 변환되지 않거나 또는 완벽하게 변환되지 않는 제 1 파장 범위의 광은 외피(5)에 가해진 반사 코팅(6)에 의해 반사되거나 변환 수단(3)에 의해 제 2 파장 범위의 광으로 변환된다. 변환 수단(3)으로부터 발생한 광은 반사 코팅(6)으로 코팅된 외피(54)를 통과한다.
바람직하게, 코팅(6)은 다층의 반사 코팅(multilayer reflective coating)을 포함한다. 이러한 코팅 층은 특히 잘 알려진 코팅 기술(기상 증착, 스퍼터링, 화학적 기상 증착. 딥 코팅)에 의해 즉시 도포된다. 적절한 코팅 층은 교대로 높고 낮은 굴절률(refractive index)을 가지는 재료, 예를 들면 높은 굴절률을 가지는 재료로서 사용되는 Nb2O5, Ta2O5또는 Si3N4와, 예를 들면 낮은 굴절률을 가지는 재료로서 사용되는 SiO2또는 MgF2의 비교적 얇은 층의 더미로 구성된 코팅을 포함한다. 제각각의 층 두께의 적절한 선택에 따라, 원하는 반사 스펙트럼이 획득된다.
바람직하게, 코팅(6)은 청색광을 반사시킨다. 광전 소자(2,2')가 청색광을 방출한다면, 만약 그것이 변환 수단(3)에 의해 변환되지 않는다면, 이 광은 코팅(6)에 의해 반사되므로, 이러한 광은 외피(5)를 떠날 수 없게 된다. 변환 수단(3)으로부터 발생하는 광은 반사층으로 코팅된 외피(5)에 의해 통과된다. 결과적으로, 본 발명에 따른 조명 시스템은 동작시, 가시광선을 방출하는 바디를 갖는다.
바람직하게, 바디(1)쪽 방향의 외피(5)의 표면에 코팅(6)이 제공된다. 이 이유해서, 조명 시스템의 동작 동안 코팅의 손상이 배제된다.
도 1의 실시예에서는, 조명 시스템에 광전 소자의 광속을 변화시키는 조절 링(adjusting ring:8)이 제공된다. 이를 테면, 조절 링(8)은 조명 시스템이 희미해지는 것을 가능하게 한다. 또한, 조명 시스템에는 광전 소자(2,2')의 광속이 상호간에 대해 변경될 수 있다는 것에 의해 제 2 조절 링(도 1에는 도시되지 않음)이 제공된다. 조명 시스템에 의해 방출되는 광의 컬러 및/또는 컬러 온도가 변화될 수 있다는 것에 의해, 램프에 제 2 조절 링(도 1에 도시되지 않음)이 또한 제공된다. 또한, 다양한 조절 위치를 가지는 단일 조절 링을 형성하기 위해 상기 조절링이 통합될 수도 있다. 부가적으로, 조명 시스템에 예를 들면 상이한 컬러의 잉여의 광전 소자가 제공되어, 조명 시스템의 원하는 연색성 지수(desired color rendering index)가 획득된다.
도 1에 도시된 실시예의 조명 시스템은 탄소 필라멘트 전구(carbon filament lamp)와 아주 유사한데, 이는 바디(1)가 동작시, 가시광선을 방출하는 나선형의 권선 와이어를 포함하고, 조명 시스템에 광-투과 외피가 제공되기 때문이다. 나선 코일(spiral)상의 변환 수단(conversion means)은 광전소자로부터 발생하는 청색광을 청색광의 그것 보다 더 높은 파장 범위의 가시광선으로 변환시킨다. 기지된 조명 시스템과 비교하여, 본 발명에 따른 조명 시스템은 비교적 높은 시스템 시감도(luminous efficacy)(≥20lm/W) 및 매우 긴 서비스 시간(≥75,000시간)이 달성된다는 이점을 갖는다.
도 2a, 2b 및 2c는 본 발명에 따른 몸체의 다양한 실시예의 측면도를 도시한다. 도 2a는 변환 수단(23)이 제공된 십자형 소자(21) 형태로 바디를 도시한다. 도 2b는 변환 수단(33) 및 지지 수단(37)이 제공된 별모양 소자(star-shaped element) 형태로 몸체를 도시한다. 일반적으로, 지지 수단(37)에는 코팅이 제공되지 않는다. 도 2C는 변환 수단(43,43')이 제공된 장식적 요소(41,41') 형태로 바디를 도시한다. 도 2C는 램프 캡에 대해서 장식용 요소(41,41')를 보호하는데 사용되는 지지 수단을 도시하지는 않는다.
본 발명의 범주내에서, 당업자에게는 다양한 변경이 가능하다는 것은 명백할 것이다. 예를 들면, 바디의 형상이 도 1, 2a, 2b 및 2c에 국한되는 것은 아니다. 예를 들면, (세인트의(saint's)) 구성 형태의 상(statues)과 같은 다양한 대안적인 실시예가 가능하다. 다른 실시예는 적절한 위치(예를 들면, 에지에서)에서 (사용자에 의해) 발광 재료가 제공된 건축적 근원 또는 그림 또는 다른 (2차원) 이미지를 포함한다. 이와 달리, 바디는 (가시)광의 통과를 (부분적으로) 허여하므로, 발광 전자 소자는 바디 아래에 은닉되고 관찰자의 눈에 보이지 않는 조명 시스템의 일부를 구성한다. 변환 수단의 응용은 이들 한 타입에 국한되는 것은 아니다. 이와 달리, 변환 수단 및 발광 재료의 조합이 사용될 수 있다. 게다가, 또한 바디의 다양한 부분이 상이한 변환 수단으로 코팅될 수 있으므로, 이들 부분은 상이한 컬러를 가질 수 있다. 광전 소자 및 변환 수단의 적절한 결합으로 인해, 다양한 광 및 컬러 효과가 획득될 수 있고, 사용자에 의해 (조절 링을 통해) 조절될 수 있다. 예를 들면, 청색 및 녹색광에 민감하고 적색광을 방출하는 인(phosphor)을 갖는 청색 및 녹색의 광전 소자의 적절히 선택된 조합으로 인해, 컬러 효과는 청색 및 녹색광의 균형을 변환시킴으로써 획득될 수 있다. 반사 코팅이 제공된 조명 시스템의 외피는 원한다면, 생략될 수 있다. 이 경우에, 조명 시스템은 적어도 하나의 광전 소자 및 변환 수단(이 제공된 몸체)의 조합을 포함한다. 또한, 반사층을 생략하는 것이 가능하다. 이 경우에, 바디는 이하로부터만 발산되거나 더 이상 광을 동종으로 발산하지는 않는다.
본 발명의 보호 범주가 상기 실시예에 국한되는 것은 아니다. 본 실시예는 각각의 새로운 특징 및 각각의 특성들의 조합에서 구현될 수 있다. 본 청구항의 참조 번호는 이들 보호 범주에 의해 국한되는 것은 아니다. "포함"이라는 용어의 사용은 본 청구항에 언급된 것과 다른 요소의 존재를 배제시키는 것은 아니다. 요소 앞에 "a" 또는 "an"이라는 용어의 사용은 다수의 이러한 요소의 존재를 배재시키는 것이 아니다.

Claims (10)

  1. 동작시, 가시광선(visible light)을 방출하는 바디(1)를 포함하고 광을 전송하는 외피(an envelope:5)를 포함하는 조명 시스템(a lighting system)에 있어서,
    상기 조명 시스템은 동작시, 제 1 파장 범위의 광을 방출시키는 적어도 하나의 광전 소자(opto-electronic element:2,2')를 포함하고,
    상기 바디(1)에 상기 제 1 파장 범위의 광을 제 2 파장 범위의 광으로 변환시키는 변환 수단(3)이 제공되며,
    상기 외피(5)에 적어도 상기 제 1 파장 범위의 광을 부분적으로 반사시키는 코팅(6)이 제공되는
    조명 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 변환 수단(3)은 발광 재료를 포함하는 조명 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 변환 수단(3)은 400 내지 500nm의 파장 범위로부터 발생하는 광에 의해 여기될 수 있는 조명 시스템.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광전 소자(2,2')는 발광 다이오드(a light-emitting diode)를 포함하는 조명 시스템.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 코팅(6)은 다층 반사 코팅을 포함하는 조명 시스템.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 코팅(6)은 청색광을 반사시키는 조명 시스템.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 바디(1)쪽 방향의 상기 외피(5)의 표면에 상기 코팅(6)이 제공되는 조명 시스템.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 바디(1)는 나선형 권선 와이어(a spirally wound wire)를 포함하는 조명 시스템.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 바디는 십자형 소자(a cross-shaped element:21), 별모양 소자(a star-shaped element:31) 또는 장식형 소자(a decorative element:41,41')를 포함하는 조명 시스템.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    동작시, 상기 광전 소자(2,2')의 광속(a luminous flux)은 적어도 5lm인 조명 시스템.
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