KR20060028701A - 발광체 - Google Patents

Abstract

발광체, 특히 일반 조명 또는 디스플레이 배경 조명(backlight)을 위한 평면 조명 장치 형태의 발광체가 개시되는데, 본 발광체는 하우징(1) 내에 배치된 복수의 광원, 예컨대 LED 소자(3, 5)를 포함한다. 본 발광체는, 광원의 빛이 적어도 실질적으로 하우징(1)의 발광면(6)에 평행한 방향으로 방사되는 한편, 하우징(1)의 측벽이 적어도 부분적으로 빛을 반사한다는 점에서, 특징적이다. 이것이 발광체의 구조적 높이가 작은 경우에도 발광면(6) 상에서 매우 균질한 광 분포를 획득할 수 있도록 할 뿐더러, 하우징(1) 내에 광도파로 플레이트가 요구되지 않는다는 점이 간단한 제조 및 저 비용의 형태로 이점을 제공한다.

발광체, 평면 조명 장치, 측방 방사, 반사, 광도파로 플레이트

Description

발광체 {LUMINOUS BODY}

본 발명은 발광체, 특히 일반 조명 또는 디스플레이의 배경 조명(backlight)을 위한 평면 조명 장치 형태의 발광체에 대한 것으로, 발광체는 예컨대 하우징(housing) 내에 배치된 LED 소자들과 같은 복수의 광원을 포함한다.

혼합된 색을 생성하기 위한 평면 조명 장치는 독일 제101 02 586.6호 공보 및 독일 제101 02 585.8호 공보에 의해 알려져 있다. 이들 조명 장치는, 광도파로 플레이트(optical waveguide plate)를 실질적으로 포함하는데, 광도파로 플레이트에는 복수의 공동(cavity)이 마련되고, 각 공동은 LED를 수용한다. 공동 각각은, 광도파로 플레이트의 발광면을 향하는 상측과, 측벽을 가진다. 각각의 공동의 상측은 반사층으로 코팅되어, 공동에 삽입된 광원에 의해 생성된 빛이 공동의 측벽을 통해 배타적으로 광도파로 플레이트로 커플링(coupling)된다. 이러한 "공동-발광(cavity-lit)" 배치는 발광체의 발광면에서 각각의 개별 광원으로부터의 빛의 균질한 혼합 및 분포를 성취하고, 이에 의해 균등한 조명을 성취한다.

또한, 직접-발광(direct-lit) 배치가 알려져 있는데, 여기서 개별 광원은 공통의 하우징에 삽입되는데, 하우징의 측벽은 고도의 반사성 물질로 제조되거나 이러한 물질로 코팅되는 한편, 하우징의 상측은 디퓨저층(diffuser layer)으로 덮여 있어서, 광원의 빛이 발광체의 디퓨저층(발광면)으로부터 비교적 균질하게 발산되도록 한다.

마지막으로, 소위 "측면-슬릿(side-slit)" 배치가 사용되는데, 여기서 광원은 광도파로 플레이트의 측벽을 따라 마련되어, 광원의 빛은 광도파로 플레이트로 커플링(coupling)되고, 측벽 및 이에 수직인 주요면(main surface)들에서의 전반사에 의해 광도파로 플레이트의 안을 진행한다. 이어서, 빛은 이들 주요면들 중 하나의 적당한 커플링-아웃(coupling-out) 구조 - 다른 주요면에는 반사 코팅이 주어짐 - 에 의해 발광면으로 인도된다.

이들 배치 모두의 전체적인 문제는, 어떻게 해서 효율적으로, 즉 가능한 한 적은 반사 손실과 함께 사용되는 동시에, 다소간 점(point) 형상을 가지는 광원으로부터의 빛을 발광면에 걸쳐 가능한 한 균등하게 분포시키는가 하는 방법이다.

따라서, 본 발명의 일 목적은, 가능한 한 균질한 발광면의 조명과 높은 효율을 함께 가지는, 서두 문단에서 언급된 종류의 발광체를 제공하는 것이다.

또한, 작은 구조적 깊이를 가지는 평면 광원으로서 실현되었을 때에도 매우 균질한 발광면의 조명을 가지는 서두 문단에서 언급된 종류의 발광체도 제공될 것이다.

마지막으로, 더 큰 발광면의 경우에도 원하는 색을 가지는 빛, 특히 빛의 색 및 밝기에 있어서 높은 균질성과 균등성을 가지는 빛을 생성할 수 있는 발광체가 제공될 것이다.

상기 목적은, 청구항 1에 따라, 발광면 및 복수의 광원이 내부에 배치된 하우징 - 상기 광원의 빛은 적어도 실질적으로 상기 발광면에 평행한 방향으로 방사됨 - 을 포함하는 발광체로서, 상기 하우징의 내벽은 적어도 부분적으로 상기 빛을 반사하는 발광체에 의해서, 성취된다.

본 해결책의 이점은, 광도파로 플레이트가 요구되지 않음에 의해, 제조가 간단해지고, 비용이 절감되는 것이다.

본 해결책의 다른 이점은, 원하는 (즉, 일반적으로 가능한 한 작은) 구조적 깊이와 (구조적 깊이가 감소함에 따라 균질한 광 분포를 성취하기 위해 상응하도록 감소되어야 할) 광원들 간의 거리 사이의 비율이, 이 유형의 기존의 배치들과 비교할 때 실질적으로 더 작게 만들어질 수 있는 것이다.

이것은, 예컨대, 발광체의 소정의 구조적 깊이 및 크기에 대해서, 광원들 간의 거리가 기존의 발광체들에서보다 더 크게 만들어질 수 있어서, 광 분포의 동일한 정도의 균질성을 획득하기 위해서 더 적은 수의 광원이 요구된다는 것을 의미한다. 상당한 비용 절감도 또한 이들 수단에 의해 획득될 수 있다.

본 발명에 따른 발광체의 치수(dimensions)는 실질적으로 원하는 대로 선택될 수 있어서, 작은 구조적 깊이뿐만 아니라, 매우 큰 발광면도 실현될 수 있다. 원하는 발광 세기는, 단위 표면 면적당 광원 개수의 적당한 선택을 통해 획득될 수 있다.

또 다른 본질적 이점은, 각각의 개별 광원의 빛이 해당 광원 주변으로 더 넓은 영역에 걸쳐 분포되고, 더 많은 개수의 인접하는 광원의 빛과 혼합되어서, 개별 광원의 특정한 특성 - 예컨대, 발광 세기의 변동 또는 색 특성과 같은 - 에 대한 알 수 있을 정도의 의존성을 커플링-아웃된 빛이 가지지 않는다는 것이다.

마지막으로, 평탄한 입사각에서의 반사는 작은 반사 손실만을 가져와서, 각각의 광원에 의해 제공된 빛 중에서 매우 높은 비율이 발광면에서 이용 가능한데, 이것은 발광체의 효율을 높게 만들어 준다.

종속항들은 본 발명의 유리한 다른 실시예에 대한 것이다.

청구항 2 및 3은, 광학적 및 전기적 특성 때문에 바람직하게 사용되는 광원에 대한 것이다.

청구항 4의 설치 방법 및 청구항 5 및 6에 청구된 바와 같은 부가적인 반사 코팅은, 발광면에서의 광 분포의 균질성을 더욱 증가시킬 수 있다.

청구항 7 및 8에 청구된 바와 같은 발광면의 실시예들 또한 이 이점을 가진다.

청구항 9의 실시예는 유색광의 간단한 생성에 기여하며, 한편 청구항 10의 실시예는 발광체의 소정의 공간 방사 특성을 획득할 수 있다.

본 발명의 다른 상세 내용, 특징 및 이점은 도면을 참고하여 주어지는 바람직한 실시예의 하기 서술로부터 명확하게 될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 발광체의 도식적인 단면도이다.

도 2는 도 1의 발광체의 도식적인 평면도이다.

도 1은 실질적으로 평면 또는 평평한 광원의 형태를 가지는, 본 발명에 따른 발광체의 도식적인 단면도이다.

발광체는, 예컨대 대략 10 내지 15mm의 깊이를 가지고 그 길이와 폭은 평면 광원의 원하는 크기에 대응하는 하우징(1)을 포함하여, 하우징(1)을 상측에서 마감하고 있는 발광면(6)에서 빛이 유출되도록 한다.

상측과 마주보는 하우징(1)의 하측에는, 복수의 광원(3, 5)이 삽입된 바닥면(2)이 있다. 광원(3, 5)은 바닥면(2)에 고정되고, 통상적인 방법으로 접촉되어 있다. 광원(3, 5)은, 적어도 실질적으로 측방향(lateral direction), 즉 발광체의 길이 및/또는 폭 방향만으로 빛을 방사하도록, 여기에 선택되고 배치된다.

사용되는 광원(3, 5)은 바람직하게는 측방 방사 LED(laterally emitting LED)로서, 그 광 방사는 LED 하우징의 축에 실질적으로 수직이다. 이 경우에, 광원은 전기적 접속을 가지는 실제 LED 소자(3)와 그 위에 각각 마련된 렌즈 보디(lens body)(5)로 구성되며, 이로부터 빛이 측방향으로 분출된다.

예컨대 1 및 5W의 전력과 청색, 녹색, 적색 및 백색을 가지는, 이 종류의 LED가 주지하며, 일반적으로 사용 가능하다.

LED 소자(3)의 바닥 영역은 커버 플레이트(cover plate)(4)에 의해 덮여 있다. 커버 플레이트(4)는 개구부를 가지며, 이에 걸쳐 렌즈 보디(5)가 하우징(1)의 상측을 향한 방향으로 뻗어 있다. 이는, LED 소자에 의해 생성된 빛이 렌즈 보디(5)를 통해서만 하우징(1)의 커버 플레이트(4) 위의 영역에 들어갈 수 있다는 것을 의미한다.

하우징(1)의 발광면(6)을 향하는(마주보는) 렌즈 보디(5)의 표면은 각각 반사층(7)으로 코팅되어 있는데, 이는 불가피하게 LED 소자의 축 방향으로도 방사되는 광 성분(일반적으로 예컨대 총 광 세기의 10%)을 되반사하고, 이들 광 성분이 직접 발광면(6)을 맞히는 것을 막는다. 층(7)은 바람직하게는 양쪽 면 상에서 반사한다.

대안적으로, 중간층(8)이 이 목적으로 하우징 내에 존재할 수 있는데, 이 층은 렌즈 보디(5) 위에 펼쳐져 있으며, 바람직하게는 렌즈 보디(5)의 상단의 영역에서 양쪽 면 상에서 언제나 반사하는 물질로 형성되거나 또는 이러한 물질로 코팅된다.

발광체의 발광면(6)은 결국, 디퓨저 플레이트(diffuser plate), 즉 예컨대 반투명하고 확산 산란하는 플레이트 - 투과도가 바람직하게는 50% 미만이지만, 그 투과도는 또한 국부적으로 가변적일 수도 있는 - 에 의해 형성된다.

투과도의 선택을 위한 본질적인 기준은, 렌즈 보디(5) 또는 그 상측을, 밝은 영역의 형태로든 어두운 영역의 형태로든, 발광면(6)을 통해서 지각할 수 없어야 한다는 - 특히, 광원의 스위치가 켜졌을 때 - 점이다. 이러한 목적을 위해, 투과도는 국부적으로 다르게, 예컨대 렌즈 보디(5) 위의 영역에서는 감소되도록, 될 수도 있다. 투과도의 선택은 발광체의 구조적 깊이에도 또한 명백히 의존적이다.

커버 플레이트(4)의 상측 및 하우징(1)의 내벽은 바람직하게는 확산적인 고도의 반사성 물질로 코팅된다.

다르게는, 하우징(1)은 바람직하게는 공기 또는 다른 가스를 포함한다.

도 2는 이러한 발광체의 평면도인데, 광원(이 경우에는 렌즈 보디(5))의 배치가 보이도록 하기 위해, 발광면(6) 또는 이를 나타내는 플레이트는 제거되어 있다.

이 도면에서 분명한 바와 같이, 광원은 바닥면(2) 위에 규칙적으로, 바람직하게는 상기한 LED를 사용하는 경우 대략 1cm와 5cm 사이의 간격을 가지도록, 분포된다.

이 배치는, 예컨대 10 내지 15mm의 작은 구조적 깊이(즉, 커버 플레이트(4)와 발광면(6) 사이의 거리)와 예컨대 1 내지 5cm의 비교적 큰 개별 광원(3, 5) 사이의 거리의 경우에도, 발광면(6)에 걸쳐서 매우 높은 균질성의 광 분포를 가지는 평면 방사체를 실현할 수 있도록 해 준다. 실험은, 10%보다 훨씬 낮은 발광면(6) 상의 빛의 평균 세기 편차가 아무런 문제 없이 획득될 수 있다는 것을 보여주었다. 특히, 개별 LED 사이의 거리는 발광체의 구조적 깊이의 대략 3 내지 5배가 되는 것이 허용된다.

생성된 빛은 언제나, 광원으로부터의 빛의 측방향 방사, 즉 평탄한 입사각을 가지는 방사에 기인하여 커버 플레이트(4)의 상측과 발광면(6)의 하측에서 주로 반사되어, 특히 낮은 반사 손실이 일어나고, 바람직한 광 분포가 특히 측방향에 있어서 획득되도록 하는데, 이것은 발광면(6)에서 고도의 효율과 고도의 균질성을 가져온다.

위에 설명한 바와 같은 "직접-발광" 하우징과 함께 측면 방사 광원의 발명적인 조합은, 특히, 발광면 또는 그 아래에 배치된 디퓨저 플레이트(6)의 투과도의 변조 및 이러한 표면의 형성이 불필요하도록, 고도의 균질성을 획득할 수 있게 한다.

실험은, 상업적으로 사용 가능한 LED를 가지고 20,000cd/m²에 이르기까지의 발광체의 휘도 값을 획득할 수 있다는 것을 보여주었다. 만약 1W의 전력을 가지는 주지한 백색 LED가 사용된다면, 이 휘도 값은 대략 4000cd/m²에 위치한다.

이는 분명히, 내부 조명을 위한 발광 타일의 통상적인 요구조건을 만족할 수 있도록 하는데, 이 요구조건은 대략 2000cd/m²와 3000cd/m² 사이에 위치한다. 이는 통상적으로 5000 내지 15,000 cd/m²가 요구되는 LCD 디스플레이 백라이트 응용, 또는 광선 요법(phototherapy) 응용에 대해서도 역시 그러하다.

본 발명에 따른 발광체는 원하는 대로 실질적으로 확장할 수 있다. 즉, 사실상 원하는 어떤 크기의 발광면이라도 실현될 수 있다. 바람직한 측방향 광 분포는, 개별 광원들 간의 세기 차이를 평균화한다. 따라서, 예컨대 적색, 녹색, 청색 또는 백색 광을 가지는, 서로 다른 색의 광원들이 규칙적으로 배치된 때에, 매우 잘 제어 가능한 색 혼합이 획득될 수 있다.

반투명한 디퓨저 플레이트(8)는 또한, 청색광을 가지는 광원이 사용된다면, 청색광을 부분적으로 더 긴 파장의 빛으로 변환하는 색-변환 인광체를 가지고도 실현될 수 있다.

이 방법에서는, 색 변경을 위해 사용되는 인광체를 광원 자체, 특히 LED에 도입할 필요 없이, 실질적으로 어떤 색의 광원이라도 실현하는 것이 가능하다. 이에 의해, 특히 고밀도 LED의 경우에, 수명 및 효율 문제는 회피될 수 있다.

빛의 색은 또한 디퓨저 플레이트(6)의 단순한 교체를 통해 변경될 수 있다.

발광체의 공간 방사 특성은 본질적으로 발광면의 형상 및 기울기(gradient)에 의해 결정되며, 보통 램버트 타입(Lambert-type) 특성을 가진다.

발광면은 대안적으로, 광학적 박막(optical foil)으로 덮여질 수 있는데, 이것은 특정한 각도 영역의 빛만을 투과시키고 다른 각도 영역의 빛은 반사하여, 예컨대 특정 응용(사무실 조명)을 위해, 요구되는 바대로 다른 방사 특성을 가지는 평면 광원이 실현될 수 있도록 한다. 투과되지 않은 빛은 손실되지 않고 발광체로 되반사된다.

마지막으로, 개별 그룹들 또는 스트립들(strips)의 LED를 (순차적으로) 켜고 끄는 것은, 예컨대 LCD-TV 디스플레이에서 사용되는 움직이는 배경 조명 효과를 또한 실현할 수 있도록 한다.

Claims (10)

1. 발광면(6) 및 복수의 광원(3, 5)이 내부에 배치된 하우징(1) - 상기 광원의 빛은 적어도 실질적으로 상기 발광면(6)에 평행한 방향으로 방사됨 - 을 포함하는 발광체로서, 상기 하우징(1)의 내벽은 적어도 부분적으로 상기 빛을 반사하는, 발광체.
2. 제1항에 있어서, 상기 광원은 측방 방사 LED(3, 5)인, 발광체.
3. 제1항에 있어서, 상기 광원 각각은, LED 소자(3) 및 LED 소자(3) 위에 마련된 렌즈 보디(5)를 포함하고, 실질적으로 그 축과 수직인 방향으로 상기 빛을 방사하는, 발광체.
4. 제3항에 있어서, 상기 LED 소자(3)는 상기 하우징(1)의 바닥면(2)에 삽입되고, 상기 렌즈 보디들(5)은 상기 바닥면(2) 위에 배치되는 커버 플레이트(4)에 걸쳐 뻗어 있는, 발광체.
5. 제3항에 있어서, 상기 발광면(6)을 향하는 상기 렌즈 보디들(5)의 표면에는, 상기 보디로부터 유출되는 광 성분을 적어도 실질적으로 반사하는 코팅(7)이 마련되어 있는, 발광체.
6. 제3항에 있어서, 상기 렌즈 보디들(5) 위에 펼쳐져 있으며, 상기 발광면(6)을 향하는 상기 렌즈 보디들(5)의 상기 표면의 영역에 코팅 - 상기 코팅은 상기 보디들로부터 유출되는 광 성분을 적어도 실질적으로 반사함 - 을 가지는 중간층이 마련되어 있는, 발광체.
7. 제3항에 있어서, 상기 발광면은, 부분적으로 투명하고 확산 산란하는 디퓨저 플레이트(6)에 의해 형성되어 있는, 발광체.
8. 제7항에 있어서, 상기 렌즈 보디들(5)을 마주보고 있는 영역에서 상기 디퓨저 플레이트(6)의 투과도가 감소되어 있는, 발광체.
9. 제7항에 있어서, 상기 디퓨저 플레이트(6)는 통과하는 상기 빛의 색을 변환하는 인광 물질을 포함하는, 발광체.
10. 제7항에 있어서, 상기 발광면(6)은 실질적으로 특정 각도 영역 내에서만 빛을 통과하도록 허용하는 광학적 박막으로 덮여 있는, 발광체.

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