KR20100130731A - Ｌｅｄ 조명 모듈 - Google Patents

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KR20100130731A
KR20100130731A KR1020090049401A KR20090049401A KR20100130731A KR 20100130731 A KR20100130731 A KR 20100130731A KR 1020090049401 A KR1020090049401 A KR 1020090049401A KR 20090049401 A KR20090049401 A KR 20090049401A KR 20100130731 A KR20100130731 A KR 20100130731A
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최문구
박칠근
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 예정된 파장의 빛을 신뢰성 있게 방출하는 LED 조명 모듈을 제공한다. 본 발명의 일실시예에 따르면, LED 광원; 및 상기 LED 광원 상에 배치되어 상기 LED 광원에서 방출되는 빛을 선택적으로 방출하여 상기 LED 광원에서 방출되는 빛의 스펙트럼을 변화시키기 위한 픽셀 어레이를 구비하며, 상기 LED 광원과 상기 픽셀 어레이에서 출력되는 빛이 조합되어 외부로 출력되는 LED 조명 모듈을 제공한다.
LED 광원, LED 조명 모듈, 스위치, 픽셀, 포스포.

Description

ＬＥＤ 조명 모듈{LIGHTING MODULE WITH LED}
본 발명은 LED(Light Emitti ng Diode, 이하 LED) 모듈에 관한 것으로, 특히 LED 조명 모듈에 관한 것이다.
LED 소자는 반도체 제조공정을 이용하여 제조된 PN 접합 구조를 가진 다이오드로서, PN 접합에서 전자와 홀이 결합할 때 여분의 에너지가 빛으로 방출되어 나오는 소자이다. LED 소자를 구성하는 물질의 종류와 제조공정에서 첨가된 불순물에 따라 LED 소자에서 출력되는 빛의 파장이 달라진다. 예를 들어, 아연 및 산소 원자에 의해서는 파장이 700 nm 인 적색 빛이 LED 소자로부터 나오게 되며, 질소 원자에 의해서는 파장 550 nm 인 초록빛이 LED 소자로부터 나오게 된다.
LED 소자는 기존의 광원에 비하여 소형이고, 수명이 길고, 효율이 좋으며 고속 응답 특성이 있다. 이러한 장점 때문에, LED 소자는 최근에 액정표시소자를 구비한 평판디스플레이 장치의 백라이트 광원으로 이용되고 있다. LED 소자를 백라이트 광원으로 사용하는 평판디스플레이 장치는 이전의 형광램프를 백라이트 광원으 로 사용하는 경우보다 색 재현성, 수명 등에서 보다 유리한 장점이 있다.
최근에는 LED 소자의 발광 효율이 증가하면서 밝기의 제한으로 사용되지 않던 광원 분야에서 LED 소자가 적용되기 시작했다. LED 소자가 조명 인프라를 바꾸는 신성장 기술로 급부상하고 있다. LED 조명은 백열전등에 비하여 전기 절감 효과가 높고, 형광등에 비하여 수은을 사용하지 않아 친환경적이다.
본 발명은 예정된 파장의 빛을 방출할 수 있는 LED 조명 모듈을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, LED 광원; 및 상기 LED 광원 상에 배치되어 상기 LED 광원에서 방출되는 빛을 선택적으로 방출하여 상기 LED 광원에서 방출되는 빛의 스펙트럼을 변화시키기 위한 픽셀 어레이를 구비하며, 상기 LED 광원과 상기 픽셀 어레이에서 출력되는 빛이 조합되어 외부로 출력되는 LED 조명 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 빛을 통과시키기 위한 도광층; 상기 도광층의 일측면에 배치된 LED 광원; 및 상기 LED 광원에서 방출된 빛의 스펙트럼을 변화시켜 상기 도광층을 통해 반사시키기 위한 스위칭 반사체를 포함하는 LED 조명 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, LED 광원; 및 위치 가변 미러와, 상기 LED 광원에서 방출된 빛의 스펙트럼을 변화시키기 위한 파장 변화막과, 상기 파장 변화막을 선택적으로 가리기 위한 위치 가변 미러를 구비한 스위치를 포함하는 LED 조명 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 광원; 및 상기 LED 광원이 어떤 랭크로 분류되는 것에 관계없이, 외부로 예정된 파장의 빛이 방출될 수 있도록, 상기 LED 광원에서 방출되는 빛을 입력받아 파장을 변화하여 출력하는 파장 조절부를 포함하는 LED 조명 모듈을 제공한다.
본 발명에 의해서 예정된 특성으로 빛을 방출하는 LED 조명 모듈을 쉽게 만들 수 있다. 본 발명에서 제시하는 스위치와 픽셀 어레이를 이용하면, LED 광원에서 출력하는 빛의 스펙트럼을 변화시킬 수 있기 때문에, 제조공정상의 문제로 LED 광원의 특성이 변하더라도, LED 조명 모듈은 예정된 특성의 빛을 방출할 수 있다.특히, 특정한 파장의 빛을 위해 제조된 LED 광원이 서로 다른 랭크로 분류되더라도 일정한 상태의 파장을 가지는 빛을 신뢰성 있게 방출할 수 있는 LED 조명 모듈을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에서 제시하는 스위치와 픽셀 어레이를 이용하면, 일반적인 LED 소자 제조공정으로는 구현하기가 어려운 스펙트럼 파장을 가지는 LED 조명 모듈을 쉽게 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에서 제시하는 다양한 형태의 스위칭 반사체를 이용하게 되면, LED 광원에서 출력되는 빛의 스펙트럼 특성을 변화시킬 수 있기 때문에, 같은 제조공정으로 제조된 LED 광원이 서로 다른 랭크로 분류되더라도, 그 LED 광원을 구비한 LED 조명 모듈은 예정된 파장의 빛을 방출하도록 할 수 있다.
또한, LED 광원으로는 구현하기 힘든 스펙트럼 특성을 가지는 LED 조명 모듈을 본 발명에서 제시하는 다양한 형태의 스위칭 반사체를 이용하여 구현할 수 있 다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 조명 모듈에 대한 블럭도이다.
도1에 도시된 바와 같이, LED 조명 모듈은 LED 광원(10), 픽셀 어레이(20), 스위치부(30), 및 스위치 구동부(40)를 포함한다. 여기서 LED 광원(10)은 다양한 형태의 모든 LED 소자를 포함할 수 있다.
픽셀 어레이(20)는 LED 광원에서 방출된 광을 흡수하고 이를 재방출할 수 있는 물질들을 포함하고 있으면서, 각 픽셀과 픽셀이 구분되어 있는 구조로 구성된다. 픽셀 어레이(20)에 흡수되지 않고 남은 광은 외부로 출력된다. 픽셀 어레이(20)에 흡수된 광과 재방출되는 광은 스펙트럼에서 차이가 나게 되고, 그로 인해 LED 조명 모듈의 외부로는 LED 광원(10)에서 최초에 방출된 빛과 다른 형태의 빛이 방출된다. 픽셀 어레이(20)를 구성하는 각 단위 픽셀에는 입사된 빛의 파장에 변화를 줄 수 있는 물질로 채워 넣는다. 도1에서 처럼, 픽셀 어레이(20)의 각 픽셀에는 서로 다른 포스포(phosphor, 21,22,23) 물질을 채워넣는 수도 있고, 같은 물질로 채워 넣을 수도 있다. LED 조명 모듈(10)이 최종적으로 예정된 특성을 가질 수 있도록 그에 필요한 물질을 픽셀 어레이의 각 픽셀에 채워넣는 것이다.
스위치부(30)는 LED 광원(10)에서 방출된 광이 입사되어 외부로 출력되는 것을 조절할 수 있도록 온/오프 기능을 갖추고 있다. 온의 의미는 광원소자에서 방출된 광이 광변환 픽셀 어레이로 모두 입사되는 것을 의미하며, 오프의 의미는 광원소자에서 방출된 광이 광변환 픽셀 어레이로 모두 입사되지 않는 것을 의미한다. 스위치부(30)는 픽셀 어레이(20)에 있는 각 픽셀에 1:1 대응하는 다수의 단위 스위치를 구비하고 있다. 경우에 따라서는 픽셀 어레이에 있는 모든 픽셀이 아니라 선택된 일부의 픽셀 어레이(20)에만 단위스위치를 배치될 수도 있다. 스위치 제어부(40)는 스위부(30)에 배치된 각 스위치의 온/오프를 제어하기 위한 것으로 스위치부(30)에 배치된 스위치의 수에 대응하는 수의 단위 스위치 제어부를 포함한다.
도2는 도1에 도시된 LED 조명 모듈의 동작을 보여주는 도면이다.
도2에 도시된 바와 같이, LED 광원(10)에서 방출된 광이 스위치부(30)의 각 스위치에 의해서 픽셀 어레이(20)에 선별적으로 입사된다. 또한, 각 스위치는 완전히 온 될 수도 있고, 부분적으로 온 되어 LED 광원(10)에서 출력되는 빛을 부분적으로 전달할 수도 있다. 도2에서는 첫번째 스위치는 오프 상태(off), 두번째 스위치와 세번째 스위치는 온 상태(on), 네번째와 다섯번째 스위치는 오프상태를 유지하고 있고, 여섯번째 스위치는 부분적으로 온 상태(partially on)를 유지하고 있는 것을 도시하고 있다. 스위치 제어부(20)는 구동신호를 입력받아 스위치부(30)에 포함된 각 스위치의 온상태와 오프상태를 제어한다.
도3에는 도1에 도시된 픽셀 어레이중에서 하나의 픽셀과 그에 대응하는 스위치 및 스위치 제어부를 도시하고 있다.
스위치 제어부(41)는 도3에 도시된 바와 같이, 스위치(31)의 일측면에 부착될 수도 있다. 경우에 따라서는 반대편에 부착되거나 스위치(31)의 측면에 부착될 수도 있다. 픽셀(21)은 LED 광원(10)에서 입사된 광이 투과되는 과정에서 스펙트럼의 변화를 발생시킨다.
도4와 도5는 도2와 같이 스위치부의 각 스위치가 선택적으로 온 상태일 때 광원에서 빛이 출력되는 것을 도시한 도면이다.
도4는 도3에 도시된 스위치부의 상태를 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이 첫번째 스위치는 오프 상태이고, 두번째 및 세번째 스위치는 온 상태이고, 네번째 및 다섯번째 스위치는 오프 상태이고, 여섯번째 스위치는 부분적으로 온상태인 경우, LED 광원(10)에서 출력된 빛은 두번째, 세번째, 및 여섯번째 스위치가 있는 픽셀을 통해 외부로 출력된다. 여섯번째 스위치는 부분적으로 온 되어 출력되는 빛의 일정부분만 출력시킨다.
도5는 첫번째 스위치부터 여섯번째 스위치까지 모두 온 상태를 유지하고, 특히 두번째 스위치와 여섯번째 스위치는 부분적으로 온 상태를 유지하는 경우를 나타낸 것이다.
이렇게 픽셀 어레이를 구성하는 각 픽셀을 예정된 특성을 가진 물질로 구성하고, 각 픽셀에 대응하는 스위치를 선택적으로 온(부분적으로 온 상태를 유지하는 것을 포함) 또는 오프시킴으로서, 최종적으로 LED 조명 모듈에서 출력되는 빛은 원하는 특성을 유지할 수 있다. 본 실시예에 따른 LED 조명 모듈은 LED 광원(10)과 픽셀 어레이(40)에서 출력되는 빛이 조합되어 외부로 출력되는 것이다.
픽셀 어레이(40)를 구성하는 각 픽셀에서 출력되는 광들의 합이 색채를 결정하게 된다. 예를 들어 흑체복사(black body radiation) 6500K 와 동일한 색온도로 맞추려고 한다면, 그에 맞게 각 픽셀의 물질들을 선정하여 광변환 픽셀 어레이를 구성하고, 배치된 LED 광원의 특성에 맞추어 스위치부의 각 스위치를 제어하면 되는 것이다.
LED 광원을 이용하여 조명을 제조하는데 있어서 가장 큰 어려움은 같은 제조공정을 유지하더라도 조금씩 달라질 수 있다는 것이다. LED 광원의 특성상 같은 제조공정으로 제조되어 동일한 색의 고휘도 LED 라 하더라도 분광에너지 특성과 휘도 특성의 산포가 매우 큰 단점이 있다. 동일한 색의 고휘도 LED 광원이라 하더라도 분광에너지 특성이 피크파장을 기준으로 레드 LED 광원은 대략 629[nm] ~ 641[nm] 정도 편차가 존재하며, 그린 LED 광원은 514[nm] ~ 529[nm], 블루 LED 광원은 452[nm] ~ 461[nm] 까지 산포가 존재할 수 있다. 휘도 역시 레드 LED 광원은 1161[lm] ~ 1639[lm], 그린 LED 광원은 2732[lm] ~ 4098[lm], 블루 LED 광원은 478[lm] ~ 819[lm] 정도 산포가 존재한다.
따라서 LED 광원의 생산에서부터 많은 편차가 존재하는데, 원하는 파장특성을 가진 LED 광원만을 선별하여 조명을 제조하게 되면, 수율이 매우 낮아지고 LED 생산 단가가 상승하여 전체적인 조명의 제조비용이 크게 증가하게 된다. 같은 레드 LED 광원이라 하더라도, 파장특성별로 랭크 또는 빈으로 불리는 그룹으로 그룹화된다. 표1은 각각 레드, 그린, 블루 LED 광원의 랭크 분류를 나타낸 일예이다.
레드:629nm ~ 641nm
629~630 631~632 633~634 635~636 637~639 640~641
Rank1 Rank2 Rank3 Rank4 Rank5 Rank6
그린:514nm ~ 529nm
514~515 516~517 518~519 520~522 523~524 525~527 528~529
Rank1 Rank2 Rank3 Rank4 Rank5 Rank6 Rank7
블루:452nm ~ 461nm
452~543 454~455 456~457 458~459 460~461
Rank1 Rank2 Rank3 Rank4 Rank5
본 실시예에 따른 LED 조명모듈은 픽셀 어레이에 구비된 스위치부를 적절히 제어하여, 특정한 파장의 빛을 위해 제조된 LED 광원이 전술한 바와 같이 서로 다른 랭크로 분류되더라도 LED 광원(10)이 어떤 랭크로 분류되는 것에 관계없이 예정된 파장의 빛이 LED 조명 모듈의 외부로 방출되도록 할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 LED 조명 모듈을 이용하면, LED 광원이 어떤 랭크로 분류되는 것에 관계없이 일정한 상태의 파장을 가지는 빛을 신뢰성 있게 방출할 수 있는 LED 조명을 제조할 수 있다.
도6은 본 실시예에 따른 LED 조명 모듈의 평면도이다.
도6에 도시된 바와 같이, 스위치부의 각 스위치를 픽셀 어레이의 각 픽셀에 배치하고, 각 스위치를 제어하기 위한 단위 스위치 제어부는 각 스위치가 배치된 영역의 일측면에 배치시킨다. 여기서는 6 * 6 매트릭스 형태로 픽셀 어레이를 배치시켰지만, 적용되는 상황에 따라 다양한 형태로 배치할 수 있다. 예를 들면, 픽셀 어레이는 2 * 2 또는 10 * 10 매트릭스 형태로 구현할 수 있다. 또한, 도6과 다르게, N * M (M과 N은 자연수) 형태로 직사각형 형태로 구현할 수도 있으면, 또한 기존에 사용되고 있는 형광등 및 그와 관련된 조명을 대체할 수 있도록 라인 형태로 구현할 수도 있다.
도7은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 LED 조명 모듈을 도시한 블럭도이다.
도7에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 LED 조명 모듈은 LED 광원(10)에서 방출된 빛이 스위치부(30)와 반사시트(50)에 의해 반사되어 재활용하는 것이 특징이다. 특히, 스위치부(30)의 각 스위치가 오프시에는 LED 조명 모듈에서 방출된 빛을 반사하는 역할을 한다. 이때 반사된 빛은 반사시트(50)에서 반사되어 픽셀 어레이로 전달되어 외부로 출력된다. 따라서, 이 경우 반사광을 이용하고 있기 때문에 LED 조명 모듈의 광효율을 효과적으로 높일 수 있다.
도8는 본 발명의 제3 실시예에 따른 LED 조명 모듈을 나타내는 블럭도이다.
도8을 참조하여 살펴보면, 제3 실시예에 따른 LED 조명 모듈은 측면형과 직하형이 있다. 측면형은 LED 광원(11)이 측면에 위치하는 것이며, 도광층(60)의 하단에 포스포(phosphor)로 구현된 스위칭 반사체(41,42,43,..)가 다수 배치되어 있다. 측면형 LED 조명 모듈은 그 하단에 있는 도면처럼, LED 광원(11)에서 출력되는 빛이 도파되면서 도광층 하단에 있는 스위칭 반사체(41,42,43,..)에 만나게 된다. 각 스위칭반사체를 구성하는 포스포 마다 LED 소자에서 발광된 자외선 또는 가시광선을 흡수하여 빛을 출력한다. 따라서 본 실시예에 따른 LED 조명 모듈은 LED 광원(11)에서 출력하는 빛과 스위칭 반사체를 구성하는 각 포스포의 빛이 합해진 결과가 최종적인 빛이 된다.
여기서 각 스위칭 반사체(41,42,43,..)는 발광 파장이 서로 다른 포스포로 구성될 수도 있으며, 또한 같은 포스포로 구성될 수 있다. 또한 포스포가 아닌 다른 물질을 이용하여 구현할 수도 있다. 각 스위칭 반사체 구성하는 포스포는 LED 조명 모듈이 가지는 특성에 따라 정해진다. 여기서 LED 광원(11)은 다양한 형태의 모든 LED 소자를 포함할 수 있다. 여기서 스위칭 반사체라고 하는 것을 LED 광원에서 방사된 빛을 선택적으로 반사시키기 때문에 명명된 것이다.
직하형 LED 조명 모듈은 LED 광원(12)이 하단에 배치되며, 그 상부에 투명층(70)이 배치되고, 그 상부에는 포스포로 구현된 스위칭 반사체(44)가 배치된다. 스위칭 반사체(44)는 다수의 단위 반사체로 구성되어 있으며, LED 조명 모듈의 특성에 맞게 배치된다. 투명층(70)은 공기, 플라스틱 또는 글래스를 이용하여 구현될 수 있다. 플라스틱은 PMMA(poly methyl methacrylate)막, 또는 PC( poly carbonate)막을 이용하여 구현될 수 있다. 직하형 LED 조명 모듈은 그 하단에 도시된 것처럼 LED 광원(12)에서 출력되는 빛이 투명층(70)을 통과하고, 포스포로 구성된 스위치(44)를 통과하여 외부려 출력된다. 스위칭 반사체(44)는 LED 광원에서 발광된 자외선 또는 가시광선을 흡수하여 빛을 내보낸다. 직하형 LED 조명 모듈도 결국은 스위치(44)를 통과한 빛과 LED 광원에서 출력된 빛이 합해져 최종 외부로 출력되는 빛이 된다.
도9는 본 발명에서 제시하는 측면형 LED 조명 모듈의 스위칭 반사체의 제1 일실시예가 도시되어 있다.
도9의 <c>에 도시된 바와 같이, 측면형 LED 조명 모듈의 스위칭 반사체는 2개의 글래스(41a) 사이에 형광체 물질 파우더(powder)와, 반사용 물질 파우더(powder)가 포함된 형태로 구성된다. 도9의 <d>에 도시된 바와 같이, 양 글래스(41a)에 전압을 인가하는 정도에 따라 반사용 물질과 형광용 물질의 배치가 조절된다. LED 광원에서 출력된 빛이 스위칭 반사체의 형광체 물질 파우더로 입사되어 파장이 변화되고, 그 변화된 빛 중 일부가 외부로 출력된다. 여기서 반사용 물질 파우더는 포스포를 포함할 수 있으며, 다른 물질로도 구현할 수 있다.
도9의 <e> 내지 <g>는 각각 서로 다른 전압이 인가되는 경우에 스위칭 반사체(41) 안의 물질 배치가 변화됨으로써, LED 광원에서 방출되는 빛이 반사되거나 일부가 흡수되는 경우를 나타낸 것이다. 도9의 <e>는 제1 전압(V1)의 레벨에 따라 스위치 상단에 있는 글래스에 반사용 물질 파우더가 배치되어, LED 광원(11)으로부터 출력된 빛이 전부 반사되는 경우를 도시한 것이다. 도9의 <f>는 제2 전압(V2)으로 인해, 스위칭 반사체(41) 상단에 있는 글래스에 형광체 물질 파우더가 배치되고, 그 형광체 물질로 인해 LED 광원(11)에서 방출된 빛이 흡수되고, 흡수된 빛중 일부는 다시 방출된다. 도9의 <g>는 제3 전압(V3)으로 인해 스위치 상단에 일부분은 형광체 물질 피우더가 배치되고, 일부분은 반사용 물질 파우더가 배치된 상태를 나타내고 있다. 이 경우에는 반사용 물질 파우더에 의해 입사된 빛 중 일부는 반사되고, 형광용 물질 파우더로 인해 흡수되고, 흡수된 빛중 일부는 다시 방출된다.
이렇게 스위치(41)에 있는 반사용 물질과 형광용 물질의 조성비를 조절하고, 전압을 적절하게 인가함으로써, LED 광원(11)에서 출력되는 빛 중 반사되고 흡수되는 정도를 정할 수 있다. 따라서, LED 조명 모듈에서 최종적으로 출력되는 빛은 LED 광원에서 출력되는 빛과 스위칭 반사체(41)에서 반사되는 빛이 합해져서 외부로 출력되기 때문에, 스위칭 반사체(41)의 숫자와 배치상태, 그 내부를 적절하게 구성하고 적절한 전압을 인가함으로써, LED 조명 모듈이 원하는 특성을 가질 수 있도록 할 수 있다. 특히, 특정한 파장의 빛을 위해 제조된 LED 광원이 서로 다른 랭크로 분류되더라도 각각 달라지는 특성에 맞게 스위칭 반사체(41)를 제어하게 되면, 일정한 상태의 파장을 가지는 빛을 신뢰성 있게 방출할 수 있는 LED 조명 모듈을 제조할 수 있다.
도10은 본 발명에서 제시하는 측면형 LED 조명 모듈의 스위칭 반사체에 관한 제2 일실시예가 도시되어 있다.
도10에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 측면형 LED 조명 모듈의 스위칭 반사체(90)는 지지대(91), 포스포막(92), 위치 가변 미러(93a, 93b), 광투과층(94), 반사형 상부 미러(95)를 포함한다. 위치 가변 미러(93a, 93b)는 기계적 셔터(mechanical shutter)에 의해 구현되며, 포스포막(92)을 선택적으로 가릴 수 있도록 한다. 광투과층(94)은 글래스나 공기처럼 광투과가 가능한 층이다. 전술한 본 실시예에 따른 LED 조명 모듈의 스위칭 반사체(99)는 상부에 반사형 상부 미러(95)를 구비한 상부 미러 LED 광 반사타입이다.
도10의 <e> 내지 <g> 는 상부 미러 LED 광 반사타입의 동작이 도시되어 있다. 만약, 도10의 <e> 처럼 위치 가변 미러(93a)가 오프된 상태에서는 LED 광원(11)으로부터 포스포막(92)에 입사된 빛은 일정부분 포스포막(92)에 흡수되고, 흡수된 빛중 일부는 다시 방사된다. LED 광원(11)으로부터 반사형 상부 미러(95)에 입사된 빛은 반사된다. 만약, 도10의 <f> 처럼 위치 가변 미러(93a)가 일부분 오프된 상태에서는 LED 광원(11)으로부터 포스포막(92)에 입사된 빛이 일정부분 포스포막(92)에 흡수된다. 이때에는 도10의 <e> 와는 다른 양이 흡수되고, 흡수된 양중 일부분이 다시 방사된다. 만약, 도10의 <g>처럼 위치 가변 미러(93a)가 닫힌 상태, 즉 포스포막(92)을 완전히 가린 상태에서는 LED 광원으로부터 입사된 빛은 단순히 반사되어 버린다. 스위칭 반사체(90)는 이렇게 위치 가변 미러(93a)의 상태에 따라 LED 광원(11)에서 방출되는 빛의 스펙트럼을 변화시켜 출력하게 되고, 그로 인해 스위칭 반사체(90)를 구비한 LED 조명 모듈에서 출력되는 빛의 상태를 원하는 형태로 조절할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 LED 조명 모듈의 스위치(90)는 반사형 상부 미러(95) 대신에 포스포막(96)을 구비할 수 있는 데, 이 타입을 상부 미러 포스포 타입이라고 한다. 상부 미러 포스포 타입은 상부에 포스포막(96)이 있기 때문에, 항상 LED 광원으로 방사되는 빛의 일부를 흡수하고, 흡수된 일부를 다시 외부로 방출한다. 나머지 동작은 도10의 <e> 내지 <g> 에 도시된 상부 미러 LED 광반사 타입과 같은 동작을 수행한다. 여기서 스위칭 반사체 구조에 빛을 반사시키는 막의 재료는 금속과 플라스틱 계열의 막을 이용하여 구성할 수 있다. 금속으로 하는 경우에는 알루미늄 또는 은 등으로 구현하고, 플라스틱 계열로 하는 경우는 MCPET막(polyethylene terephtalate) 또는 폴리시터 필름(Polyseter film)으로 구현한다. 또한, 도11에서 제시한 스위칭 반사체는 직하형 LED 조명 모듈에서 적용할 수 있다.
지금까지 살펴본 바와 같이, 측면형 LED 조명 모듈의 스위치(11)를 구현함으로서, LED 광원에서 출력되는 빛의 특성을 다양하게 제어할 수 있다. 특히, 제조된 LED 광원(11)의 특성이 변하더라도, 본 실시예에서 제시하는 스위칭 반사체의 동작특성을 조절하여 예정된 특성의 빛을 방출하는 LED 조명 모듈을 용이하게 만들 수 있다. 특히, 특정한 파장의 빛을 위해 제조된 LED 광원이 서로 다른 랭크로 분류되더라도 각각 달라지는 특성에 맞게 스위칭 반사체를 제어하게 되면, 일정한 상태의 파장을 가지는 빛을 신뢰성 있게 방출할 수 있는 LED 조명 모듈을 제조할 수 있다.
또한, LED 광원(11)으로는 구현하기 힘든 스펙트럼 특성을 가지는 LED 조명 모듈을 본 실시예에서 제시하는 스위칭 반사체를 이용하여 용이하게 구현할 수 있다.
도11은 본 발명에서 제시하는 직하형 LED 조명 모듈에 관한 스위치의 일실시예가 도시되어 있다.
도11에 도시된 바와 같이, 직하형 LED 조명 모듈에 관한 스위치(100)는 반사형 스크린 타입과 투과형 스크린 타입이 있다. 반사형 스크린 타입은 위치 가변 미러(110), 투명기판(120), 반사용 스크린(130A), 투명기판(140), 및 포스포막(150)을 포함한다. 여기서 반사용 스크린(130A)은 입사된 빛을 투과시키지 않고 반사시킨다. 투과형 스크린 타입도 반사형 스크린 타입과 같은 구성을 가지고 있으나, 반사용 스크린(130A) 대신에 투과용 스크린(130B)을 사용하고 있다. 도11의 투과용 스크린(130B)은 빛을 예정된 비율로 투과시키는 것이고, 반사용 스크린(130A)은 빛을 반사시키는 것이다. 여기서 LED 광원(12)은 면 광원이기 때문에, 면의 모든 영역에서 빛이 방출되며, 도시한 것은 그 일부를 표시한 것이다. 또한, 여기서 포스포막(150)이 하는 역할은 LED 광원(12)에서 방출된 빛의 스펙트럼을 변화시켜 외부로 방출하기 위한 파장 변화막인 것이다.
도11의 <e> 처럼 스위칭 반사체(100)의 위치 가변 미러(110)가 오픈되어 있으면, LED 광원(12)에서 입사된 빛은 포스포막(150)으로 입사되고, 스펙트럼이 일정부분 변환된 다음 외부로 출력된다. 도11의 <f> 처럼 위치 가변 미러(110)가 부분적으로 오픈되면 LED 광원(12)에서 오는 빛은 일정부분 차단되며, 위치 가변 미러(110)가 오픈된 영역을 통해 포스포막(150)으로 빛이 입사된다. 도11의 <g> 처럼 위치 가변 미러(110)가 닫혀있으면, LED 광원(12)에서 제공되는 빛이 차단된다.
계속해서 살펴보면, 도11의 <h> 처럼 위치 가변 미러(150)가 오프되면 LED 광원(12)에서 입사된 빛은 포스포막(150)으로 입사되고, 스펙트럼이 일정부분 변환된 다음 외부로 출력된다. 도11의 <i> 처럼 위치 가변 미러(110)가 부분적으로 오픈되면 LED 광원(12)에서 오는 빛은 일정부분 차단되며, 위치 가변 미러(110)가 오픈된 영역을 통해 포스포막(150)으로 입사된다. 또한 투과형 스크린(130B)으로 인해 LED 광원(12)에서 출력되는 빛이 외부로 출력이 된다.(X 참조) 또한, 도11의 <j> 처럼 위치 가변 미러(110)가 닫혀있으면, LED 광원(1@)에서 제공되는 빛은 투과형 스크린(130B)을 통해 외부로 출력된다. 여기서 스위칭 반사체의 구조에 사용되는 빛을 반사시키는 막의 재료는 금속과 플라스틱 계열의 막을 이용하여 구성할 수 있다. 금속으로 하는 경우에는 알루미늄 또는 은 등으로 구현하고, 플라스틱 계열로 하는 경우는 MCPET막(polyethylene terephtalate) 또는 폴리시터필름(Polyseter film)으로 구현한다.
지금까지 살펴본 바와 같이, 도11에 도시된 실시예에 따라 LED 조명 모듈을 구성하게 되면, 다양한 형태의 빛을 방출할 수 있는 직하형 LED 조명 모듈을 용이하게 제조할 수 있다. 특히, 제조된 LED 광원(12)의 특성이 변하더라도, 본 실시예에서 제시하는 스위칭 반사체의 동작특성을 조절하여 예정된 특성의 빛을 방출하는 LED 조명 모듈을 용이하게 만들 수 있다.또한, LED 광원(12)으로는 구현하기 힘든 스펙트럼 특성을 가지는 LED 조명 모듈(12)을 본 실시예에서 제시하는 스위칭 반사체를 이용하여 용이하게 구현할 수 있다.
도12는 LED 광원에서 출력되는 빛의 스펙트럼과, 3가지 포스포(phosphor A,phosphor B,phosphor C) 물질에 대한 형광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다. 도13은 도12에 도시된 3가지 포스포물질과 LED 광원을 이용하여 전술한 실시예에 따른 스위칭 반사체를 구현하고, 스위칭 반사체를 조절하였을 때에 최총 출력되는 빛의 파장분포와 그에 대응하는 색온도와 색좌표에 대한 시뮬레이션 그래프이다.
도13의 우측에는 3가지 포스포물질과 LED 광원을 이용하여 LED 조명 모듈에서 출력하는 빛의 스펙트럼이 다양하게 도시되어 있으며, 좌측에는 그에 따른 색온도 및 색좌표에 대한 시뮬레이션 그래프가 도시되어 있다. 이상과 같이 도12 및 도13을 참고하여 살펴보면, LED 광원과 3가지 포스포 물질을 사용하여 전술한 실시예에서 설명한 스위칭 반사체를 구현하였을 때에 광출력 스펙트럼을 튜닝할 수 있음을 알 수 있다. 즉, LED 광원에서 출력되는 빛과 3개의 포스포(phosphor A,phosphor B,phosphor C) 물질에 의해 변화하는 스펙트럼을 조절하면, 원하는 색지수를 가지는 LED 조명 모듈을 용이하게 제조할 수 있는 것이다.
도14는 본 발명의 실시예에 따라 구현된 다양한 LED 조명 모듈에서 출력되는 빛을 나타낸 사진이다. 지금까지 살펴본 다양한 실시예를 적용하면, 도14와 같이 다양한 빛 특성을 가지는 LED 조명 모듈을 용이하게 구현할 수 있다.
지금까지 살펴본 바와 같이, 전술한 실시예에서 설명한 픽셀 어레이나 스위칭 반사체는 모두 LED 조명 모듈에 있는 LED 광원이 어떤 랭크로 분류되는 것에 관계없이, 외부로 예정된 파장의 빛이 방출될 수 있도록, LED 광원에서 방출되는 빛을 입력받아 파장을 변화하여 출력하는 파장 조절부의 역할을 하게 되는 것이다.
LED 조명 모듈은 차세대 조명으로 기대가 높지만, 극복해야 할 기술적 장벽도 있다. 그 중에서 대표적인 것이 LED 광원의 성능이 천차만별인데, 백색 LED 광원 이건 칼라 LED 광원이건 같은 공정으로 제조하더라도 그 특성이 달라져, 대량생산이 쉽지 않다. 또한, 칼라 LED 광원의 경우 LED 광원의 색채조절을 하기가 매우 어려운 점이 있고, 백색 LED 광원의 경우에는 일반적으로 연색지수가 낮아서 광원의 질이 낮고 색채 조절이 쉽지 않다.
본 발명은 이러한 LED 광원의 문제점을 픽셀 어레이 또는 스위칭 반사체를 통해 해결한 것이다. 따라서, LED 광원의 성능 편차를 최소화해서 양산성을 높이고, 정확한 백색 구현 및 CCT(Color correlated temperature) 가변이 가능한 LED 조명 모듈을 용이하게 제조할 수 있게 되었다. 또한 높은 연색지수(CRI)를 가지는 LED 조명 모듈을 용이하게 제조할 수 있다. 또한, 본 발명에 의해서 스펙트럼 분포의 조절이 가능한 능동형 색채 변한 조명을 제조하기가 용이하다. 스펙트럼 분포의 조절이 가능해지면 단순 기능이 아닌 복합 기능을 갖는 조명을 용이하게 제조할 수 있다. 또한, 백색광을 표현하는 지표인 CCT를 조절하거나 다양한 색상을 표현할 수 있는 조명을 용이하게 제조할 수 있다. 본 발명에서 제안하는 LED 조명 모듈은 다양한 장소에서 시그널(Signal) 조명, 감성 충족형 조명등으로 활용할 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 조명 모듈에 대한 블럭도.
도2는 도1에 도시된 LED 조명 모듈의 동작을 보여주는 도면.
도3은 도1에 도시된 픽셀 어레이중에서 하나의 픽셀과 그에 대응하는 스위치 및 스위치 제어부를 도시한 도면.
도4와 도5는 도2와 같이 스위치부의 각 스위치가 선택적으로 온 상태일 때 광원에서 빛이 출력되는 것을 도시한 도면.
도6은 본 실시예에 따른 LED 조명 모듈의 평면도.
도7은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 LED 조명 모듈을 도시한 블럭도.
도8는 본 발명의 제3 실시예에 따른 LED 조명 모듈을 나타내는 블럭도.
도9는 본 발명에서 제시하는 측면형 LED 조명 모듈의 스위칭 반사체의 제1 일실시예를 나타낸 블럭도.
도10은 본 발명에서 제시하는 측면형 LED 조명 모듈의 스위칭 반사체에 관한 제2 일실시예를 나타낸 블럭도.
도11은 본 발명에서 제시하는 직하형 LED 조명 모듈에 관한 스위칭 반사체의 일실시예를 나타낸 블럭도.
도12는 LED 광원에서 출력되는 빛의 스펙트럼과, 3가지 포스포 물질에 대한 형광 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도13은 도12에 도시된 3가지 포스포물질과 LED 광원을 이용하여 구성한 본 발명의 LED 조명 모듈에 관한 시뮬레이션 그래프.
도14는 본 발명의 실시예에 따라 구현된 다양한 LED 조명 모듈에서 출력되는 빛을 나타낸 사진.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10: LED 광원 20: 픽셀 어레이
30: 스위치부 40: 스위치 제어부

Claims (25)

  1. LED 광원; 및
    상기 LED 광원 상에 배치되어 상기 LED 광원에서 방출되는 빛을 선택적으로 방출하여 상기 LED 광원에서 방출되는 빛의 스펙트럼을 변화시키기 위한 픽셀 어레이
    를 구비하며, 상기 LED 광원과 상기 픽셀 어레이에서 출력되는 빛이 조합되어 외부로 출력되는 LED 조명 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 픽셀 어레이는
    적어도 하나 이상의 픽셀; 및
    상기 픽셀에 대응하여 배치되어 상기 LED 광원에서 방출되는 빛이 대응하는 픽셀로 선택적으로 전달될 수 있도록 적어도 하나 이상의 스위치를 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 스위치는 상기 LED 광원에서 방출되는 빛을 완전히 또는 일부 차단하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 모듈.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 픽셀 어레이는 n * n 개(n은 자연수)의 픽셀이 매트릭스 형태로 배치된 것을 특징으로 하는 LED 조명 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 픽셀 어레이에서 반사되는 빛을 반사하기 위한 반사시트를 상기 LED 광원의 이웃한 영역에 더 포함하는 LED 조명 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 픽셀 어레이는 상기 LED 광원이 어떤 랭크로 분류되는 것에 관계없이 예정된 파장의 빛이 LED 조명 모듈의 외부로 방출하도록 제어되는 것이 특징인 LED 조명 모듈.
  7. 빛을 통과시키기 위한 도광층;
    상기 도광층의 일측면에 배치된 LED 광원; 및
    상기 LED 광원에서 방출된 빛의 스펙트럼을 변화시켜 상기 도광층을 통해 반사시키기 위한 스위칭 반사체
    를 포함하는 LED 조명 모듈.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 스위칭 반사체는
    2개의 판과, 상기 2개의 판의 사이에 배치된 형광체 물질 파우더와 반사용 물질 파우더를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 모듈.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 스위칭 반사체는
    상기 2개의 판에 소정의 전압을 인가하여, 상기 판 사이의 상기 형광체 물질 파우더와 상기 반사용 물질 파우더를 재배치함으로써, 상기 스위칭 반사체의 스펙트럼 변화 특성을 변화시키는 것을 특징으로 하는 LED 조명 모듈.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 스위칭 반사체는
    포스포막;
    상기 포스포막을 선택적으로 가리기 위한 위치 가변 미러;
    상기 위치 가변 미러 상에 배치된 광투과층; 및
    상기 광투과층 상에 배치된 반사형 상부 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 모듈.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 스위칭 반사체는
    제1 포스포막;
    상기 제1 포스포막을 선택적으로 가리기 위한 위치 가변 미러;
    상기 위치 가변 미러상에 배치된 광투과층; 및
    상기 광투과층 상에 배치된 제2 포스포막을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 모듈.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 스위칭 반사체는 상기 LED 광원이 어떤 랭크로 분류되는 것에 관계없이 예정된 파장의 빛이 LED 조명 모듈의 외부로 방출되도록 제어되는 것이 특징인 LED 조명 모듈.
  13. LED 광원; 및
    상기 LED 광원에서 방출된 빛의 스펙트럼을 변화시키기 위한 파장 변화막과, 상기 파장 변화막을 선택적으로 가리기 위한 위치 가변 미러를 구비하여 상기 LED 광원 상부에 배치된 스위칭 반사체
    를 포함하는 LED 조명 모듈.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 스위칭 반사체는
    제1 투명기판;
    상기 제1 투명기판 상에 배치되어 상기 파장 변화막을 선택적으로 가리기 위한 상기 위치 가변 미러;
    상기 위치 가변 미러상에 배치된 상기 파장 변화막; 및
    상기 파장 변화막상에 배치된 제2 투명기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 모듈.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 파장 변화막은 포스포막을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 모듈.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 스위칭 반사체는
    상기 위치 가변 미러가 상기 파장 변화막을 가리지 않는 위치에 정렬되어 배치되며, 상기 LED 광원에서 방출되는 빛을 반사시키기 위한 상기 반사형 스크린막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 모듈.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 스위칭 반사체는
    상기 위치 가변 미러가 상기 파장 변화막을 가리지 않는 위치에 정렬되어 배치되며, 상기 LED 광원에서 방출되는 빛을 예정된 비율로 투과시키기 위한 상기 투과형 스크린막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 모듈.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 스위칭 반사체는 상기 LED 광원이 어떤 랭크로 분류되는 것에 관계없이 예정된 파장의 빛이 LED 조명 모듈의 외부로 방출되도록 제어되는 것이 특징인 LED 조명 모듈.
  19. LED 광원; 및
    상기 LED 광원이 어떤 랭크로 분류되는 것에 관계없이, 외부로 예정된 파장의 빛이 방출될 수 있도록, 상기 LED 광원에서 방출되는 빛을 입력받아 파장을 변화하여 출력하는 파장 조절부
    를 포함하는 LED 조명 모듈.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 파장 조절부는
    적어도 하나 이상의 픽셀; 및
    상기 픽셀에 대응하여 배치되어 상기 LED 광원에서 방출되는 빛이 대응하는 픽셀로 선택적으로 전달될 수 있도록 적어도 하나 이상의 스위치를 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 모듈.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 파장 조절부는
    상기 LED 광원의 일측면에 배치되어, 상기 LED 광원에서 방출되는 빛을 반사하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 모듈.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 파장 조절부는
    2개의 판과, 상기 2개의 판의 사이에 배치된 형광체 물질 파우더와 반사용 물질 파우더를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 모듈.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 파장 조절부는
    포스포막;
    상기 포스포막을 선택적으로 가리기 위한 위치 가변 미러;
    상기 위치 가변 미러 상에 배치된 광투과층; 및
    상기 광투과층 상에 배치된 반사형 상부 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 모듈.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 파장 조절부는
    제1 포스포막;
    상기 제1 포스포막을 선택적으로 가리기 위한 위치 가변 미러;
    상기 위치 가변 미러상에 배치된 광투과층; 및
    상기 광투과층 상에 배치된 제2 포스포막을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 모듈.
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 파장 조절부는
    상기 LED 광원에서 방출된 빛의 파장을 변화시키기 위한 파장 변화막과, 상기 파장 변화막을 선택적으로 가리기 위한 위치 가변 미러를 구비하는 LED 조명 모듈.
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