KR20120057261A

KR20120057261A - 광 여기 판 및 조명 장치

Info

Publication number: KR20120057261A
Application number: KR1020100118922A
Authority: KR
Inventors: 박종찬; 김영진
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2010-11-26
Publication date: 2012-06-05

Abstract

본 발명의 실시 예는 광 여기 판 및 조명 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LED(Light Emitting Diode) 조명에서 사용되는 광 여기 판과 이를 이용한 조명 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 광 여기 판은, 광을 투과시키는 베이스판; 상기 베이스판의 일 면 위에 배치되고, 제1 형광체를 갖는 렌즈; 및 상기 베이스판의 다른 일 면 위에 배치되고, 제2 형광체를 갖는 형광체층;를 포함한다.

Description

광 여기 판 및 조명 장치{PHOSPHOR COATING MATRIX AND LIGHTING DEVICE}

본 발명의 실시 예는 광 여기 판 및 조명 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LED(Light Emitting Diode) 조명에서 사용되는 광 여기 판과 이를 이용한 조명 장치에 관한 것이다.

발광 다이오드(LED)는 전기 에너지를 빛으로 변환하는 반도체 소자의 일종이다. 발광 다이오드는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다. 이에 기존의 광원을 발광 다이오드로 대체하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 발광 다이오드는 실내외에서 사용되는 각종 램프, 디스플레이 장치, 전광판, 가로등 등의 라이트 유닛의 광원으로서 사용이 증가되고 있는 추세이다.

본 발명의 실시 예는 새로운 구조의 광 여기 판 및 조명 장치를 제공한다.

또한, 광 여기 효율을 향상시킬 수 있는 광 여기 판 및 조명 장치를 제공한다.

또한, 광속과 연색지수를 향상시킬 수 있는 광 여기 판 및 조명 장치를 제공한다.

또한, 광의 유니포머티를 향상시킬 수 있는 광 여기 판 및 조명 장치를 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 광 여기 판은, 광을 투과시키는 베이스판; 상기 베이스판의 일 면 위에 배치되고, 제1 형광체를 갖는 렌즈; 및 상기 베이스판의 다른 일 면 위에 배치되고, 제2 형광체를 갖는 형광체층;를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따른 조명 장치는, 적어도 하나의 발광 소자를 갖는 발광 모듈; 상기 발광 소자로부터 발생된 광이 투과되는 광 투과 면을 갖는 케이스; 및 상기 발광 모듈과 소정의 간격을 두고 이격된 광 여기 판을 포함하고, 상기 광 여기 판은 광을 투과시키는 베이스판과 상기 베이스판의 일 면 위에 복수로 배치되고, 제1 형광체를 갖는 렌즈; 및 상기 베이스판의 다른 일 면 위에 배치되고, 제2 형광체를 갖는 형광체층;을 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따른 새로운 구조의 광 여기 판 및 조명 장치를 사용하면, 광 여기 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 광속과 연색지수를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 광의 유니포머티를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 광 여기 판의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 광 여기 판의 단면도,
도 3 내지 도 6은 도 1에 도시된 광 여기 판을 제작하는 하나의 방법을 설명하기 위한 도면,
도 7 내지 도 8은 도 1 내지 도 2에 도시된 광 여기 판을 갖는 조명 장치를 설명하기 위한 사시도.

도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다

본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 광 여기 판을 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 광 여기 판의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 광 여기 판의 단면도이다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 광 여기 판(100)은 외부에서 입사되는 광을 여기한다. 이러한 광 여기 판(100)은 베이스판(110)과 복수의 렌즈(130)들 및 형광체층(150)을 포함한다.

베이스판(110)은 광을 투과시킬 있는 폴리머판(polymer plate)인 것이 바람직하다. 예를 들어, 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC), 도광판, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylene naphthalate, PEN), 아크릴 수지, 폴리스틸렌(Polystyrene, PS), 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate, PMMA) 등으로 이루어진 군에서 어느 하나일 수 있다. 특히, 베이스판(110)의 내열성과 내화학성이 요구되는 경우에는 베이스판(110)은 폴리카보네이트(PC)인 것이 바람직하다.

베이스판(110)은 광의 투과뿐만 아니라 광을 확산(Diffuse)할 수 있다. 예를 들어, 베이스판(110)은 투광성 확산판(Diffuser plate)이거나 확산제가 포함된 투광성 기판일 수 있다. 여기서, 상기 확산제는 예를 들어, 산화실리콘(SiO2), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 황산바륨(BaSO4), 탄산칼슘(CaSO4), 탄산마그네슘(MgCO3), 수산화알루미늄(Al(OH)3), 합성실리카, 글래스비드, 다이아몬드 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나 이에 한정하지는 않는다. 또한, 상기 확산제의 입자 크기는 빛의 확산에 적합한 크기로 선택될 수 있으며, 예를 들어 5~7μm의 지름을 가질 수 있다.

렌즈(130)는 베이스판(110)의 일 면 위에 복수로 배치된 것일 수 있고, 베이스판(110)의 일 면으로부터 돌출된 것일 수 있다. 즉, 렌즈(130)가 베이스판(110)와 별도로 형성되어 베이스판(110)에 부착되는 경우 렌즈(130)는 베이스판(110) 위에 배치된 것으로 볼 수 있고, 렌즈(130)가 베이스판(110)과 일체로 형성되는 경우에는 베이스판(110)의 일 면에서 바깥으로 돌출된 것으로 볼 수 있다.

도면에서, 렌즈(130)는 반구형으로 도시되어 있으나, 이에 한정하지 않는다. 즉, 렌즈(130)는 반구형뿐만 아니라 다각뿔 또는 다각기둥 형태일 수 있다. 본 명세서에서 반구형이란 도면에 도시된 바와 같이 완벽한 반구뿐만 아니라 소정의 곡률을 가진 형태도 포함한다.

또한, 렌즈(130)는 도면에서 양각형태로 도시되어 있으나, 이에 한정하지 않으며, 음각형태로도 구현될 수 있음에 유의해야 한다.

렌즈(130)는 플라스틱 재질인 것이 바람직하다. 특히, 플라스틱 재질에서도 레진(resin)인 것이 바람직하다. 또한, 상기 레진은 UV(Ultra Violet)로 경화가능한 UV 레진인 것이 바람직하다. 또한, 렌즈(110)는 UV 레진뿐만 아니라 아크릴계, 실리콘계 및 우레탄계의 레진 중 어느 하나일 수 있다.

렌즈(130)는 제1 형광체(135)를 갖는다. 제1 형광체(135)는 렌즈(130) 내부에 고르게 분산되어 위치한다. 상기 제1 형광체(135)는 외부에서 입사되는 광을 여기한다. 상기 제1 형광체(135)에 대한 설명은 후술하도록 한다.

형광체층(150)은 베이스판(110)의 다른 일 면 위에 배치된다. 형광체층(150)은 수지 재질 및 실리콘 재질 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 실리콘 수지(Silicone Resin)일 수 있다.

형광체층(150)은 제2 형광체(155)를 갖는다. 제2 형광체(135)는 형광체층(150) 내부에 고르게 분산되어 위치한다. 상기 제2 형광체(155)는 외부에서 입사되는 광을 여기한다.

제1 및 제2 형광체(135, 155)는 예를 들어, 실리케이트(Silicate) 계열, 설파이드(Sulfide, 황화물) 계열, YAG 계열 및 TAG 계열, Nitride계열 중 적어도 어느 하나 이상일 수 있다.

제1 및 제2 형광체(135, 155)는 황색, 적색, 녹색 및 청색의 빛을 방출하는 황색, 적색, 녹색 및 청색 형광체 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있으나, 그 종류에 대해 한정하지는 않는다. 한편, 심적색을 발광시키기 위한 대표적인 설파이드 계열의 무기 형광체로 CaS:Eu 가 사용될 수 있다. 주황색 형광체로 설파이드 계열의 SrS:Eu 및 MgS:Eu 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다. 녹색 형광체로는 설파이드 계열의 SrGa2S4, Eu2+ 를 사용할 수 있다.

제1 및 제2 형광체(135, 155)는 광원에 따라 상이한 종류 및 양이 렌즈(130)와 형광체층(150) 각각에 포함될 수 있다. 예를 들어, 광원이 백색 광원인 경우, 제1 및 제2 형광체(135, 155)는 녹색 및 적색 형광체일 수 있다. 또한, 광원이 청색 광원인 경우, 제1 및 제2 형광체(135, 155)는 녹색, 황색 및 적색 형광체일 수 있다. 이와 같이, 제1 및 제2 형광체(135, 155)의 종류 및 양은 광원의 종류에 따라 변화될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

제1 형광체(135)와 제2 형광체(155)는 서로 동일한 형광체이거나 서로 다른 형광체일 수 있다. 예를 들어, 제1 형광체(135)는 황색 형광체이고, 제2 형광체(155)는 적색 형광체일 수 있다. 제1 형광체(135)는 황색 형광체, 제2 형광체(155)는 적색 형광체이면, 분산도를 높일 수 있다. 렌즈(130)나 형광체층(150) 중 어느 하나에 황색과 적색 형광체가 함께 섞여 있는 경우, 황색 형광체와 적색 형광체의 비중 차이로, 황색 형광체와 적색 형광체가 잘 분산되지 않는다. 하지만, 본 발명의 실시 예에 따른 광 여기 판(100)은 렌즈(130)와 형광체층(150)을 가지고 있고, 각각에는 서로 다른 형광체를 가지고 있으므로, 분산이 용이한 이점이 있다.

여기서, 제1 형광체(135)는 녹색 형광체를 더 포함될 수 있다. 제1 형광체(135)가 녹색 형광체를 더 포함할 경우, 연색지수 등의 광 특성을 향샹시킬 수 있다. 이 경우, 황색 형광체와 녹색 형광체는 비중이 서로 다르므로, 잘 섞이지 않을 수 있다. 따라서, 렌즈(130)는 황색 형광체를 갖는 제1 코팅막과 녹색 형광체를 갖는 제2 코팅막을 가질 수 있다.

베이스층(110)의 일 면에는 복수의 렌즈(130)들이 다른 일 면에는 형광체층(150)이 배치되면, 광 여기 판(100)의 휨 현상을 막을 수 있다. 예를 들어, 베이스판(110)의 어느 한 면에만 복수의 렌즈(130)들이 배치된 광 여기 판을 광원 위에 설치하여 사용한 경우, 상기 광원에 의한 열에 의해 응력이 발생하고, 상기 응력에 의해 광 여기 판이 휠 수 있다. 하지만, 본 발명의 실시 예에 따른 광 여기 판(100)은 베이스판(110) 양 면에 렌즈(130)와 형광체층(150)이 배치되어 있으므로, 광원으로부터의 열에 의한 휨 현상을 막을 수 있다.

한편, 상기 렌즈(130)와 형광체층(150)에는 확산제, 소포제(antifoaming agent), 첨가제, 경화제 중 적어도 하나 이상이 더 포함될 수도 있다.

상기 확산제는 상기 렌즈(130) 또는 형광체층(150)에 입사되는 빛을 산란시킴으로써 확산시킬 수 있다. 상기 확산제의 예로는, 산화실리콘(SiO2), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 황산바륨(BaSO4), 탄산칼슘(CaSO4), 탄산마그네슘(MgCO3), 수산화알루미늄(Al(OH)3), 합성실리카, 글래스비드, 다이아몬드 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다.

상기 소포제는 상기 렌즈(130) 또는 형광체층(150) 내의 기포를 제거함으로써 신뢰성을 확보할 수 있다. 상기 소포제의 예로는 옥탄올, 시클로헥산올, 에틸렌글리콜 또는 각종 계면활성제 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.

상기 경화제는 본 발명의 실시 예에 따른 광 여기 판(100)을 제조할 때, 상기 렌즈(130) 또는 형광체층(150)을 용이하게 경화시킬 수 있다.

상기 첨가제는 제1 및 제2 형광체(135, 155)를 상기 렌즈(130)와 형광체층(150) 내에 고르게 분산하기 위해 사용될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 광 여기 판(100)에서, 베이스판(110)과 렌즈(130)가 각각 별개로 구성되고, 이 둘과 형광체층(150)이 결합됨으로써 상기 광 여기 판(100)을 형성할 수 있다. 또는 베이스판(110)과 렌즈(130)가 일체이고, 여기에 형광체층(150)이 결합되어 상기 광 여기 판(100)을 형성할 수 있다. 이러한 베이스판(110), 렌즈(130) 및 형광체층(150)을 포함하는 광 여기 판(100)을 PMLA(Phosphor Micro Lens Array)라 명명할 수 있다.

이러한 본 발명의 실시 예에 따른 광 여기 판(100)은 렌즈(130)가 제1 형광체(135)를 가지며 반구형태로 상기 광 여기 판(100) 위에 어레이 형태로 베이스판(110)의 일 면 위에 배열되어 있고, 제2 형광체를 갖는 형광체층(150)이 베이스판(110)의 다른 일 면 위에 배치되어 있다. 따라서, 상기 광 여기 판(100)은 휨 현상이 거의 발생하지 않는다. 또한, 분산도가 높으므로, 광 여기 효율이 높고, 광속과 연색지수를 향상시킬 수 있다. 또한, 광의 유니포머티를 향상시킬 수 있다.

도 3 내지 도 6은 도 1에 도시된 광 여기 판(100)을 제작하는 하나의 방법을 설명하기 위한 도면이다.

우선, 도 3을 참조하면, 도 1에 도시된 광 여기 판(100)의 렌즈(130)와 대응되는 홀(Hole)을 갖는 마스터 몰드(Master Mold)를 마련한다. 홀의 형상이 렌즈(130)의 형상이 된다.

베이스판(110)을 준비하고, 베이스판(110) 위에 후에 렌즈(130)가 되는 렌즈층(130)을 형성한다. 여기서, 렌즈층(130)에는 도 2에 도시된 제1 형광체(135)가 포함된다. 즉, 렌즈층(130)은 레진과 제1 형광체(135)가 혼합된 형태로 베이스판(110) 위에 액상으로 형성되는 것이 바람직하다.

다음으로, 도 4를 참조하면, 렌즈층(130)과 마스터 몰드가 서로 밀착되도록 하고, 마스터 몰드와 베이스판(110)이 서로 압착되도록 마스터 몰드와 베이스판(100)에 소정의 압력을 가한다. 이러한 과정에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이, 액상의 렌즈층(130)이 마스터 몰드의 홀 안으로 삽입된다. 그런 후, UV 광원을 조사하여 렌즈층(130)을 경화시킨다.

UV 경화 과정이 모두 이루어진 후, 도 6에 도시된 바와 같이, 마스터 몰드에서 베이스판(110)과 렌즈(130)를 이형시킨다.

다음으로, 베이스판(110)의 다른 일 면에 형광체층(150)을 형성한다. 여기서, 형광체층(150)에 제2 형광체(155)가 고르게 분포되도록 베이스판(110)의 다른 일 면에 형광체층(150)을 코팅할 수 있다.

도 3 내지 도 6에 도시된 과정들을 통해, 본 발명의 실시 예에 따른 광 여기 판(100)을 제작할 수 있다.

도 7 내지 도 8은 도 1 내지 도 2에 도시된 광 여기 판을 갖는 조명 장치를 설명하기 위한 사시도이다. 구체적으로, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 조명 장치의 사시도이고, 도 8은 도 7에 도시된 조명 장치에서 광 여기 판을 제거한 경우의 사시도이다.

도 7 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 조명 장치는 광 여기 판(100), 케이스(200) 및 발광 모듈(300)을 포함할 수 있다.

광 여기 판(100)은 도 1 내지 도 2에 도시된 광 여기 판(100)이다. 따라서, 광 여기 판(100)의 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 광 여기 판(100)은 발광 모듈(300)의 발광 소자에서 방출된 광을 여기한다.

케이스(200)는 상기 광 여기 판(100)과 발광 모듈(300)을 수납한다. 구체적으로, 발광 모듈(300)은 케이스(200)의 내부의 저면에 배치되고, 광 여기 판(100)은 상기 케이스(200)의 광 투과 면에 배치된다. 케이스(200)는 발광 모듈(300)로부터 발생된 열을 전달받아 방열한다. 따라서, 케이스(200)는 열 전도가 높고 방열이 우수한 알루미늄 및 그 합금인 것이 바람직하다.

케이스(200)의 광 투과 면은 발광 모듈(300)의 발광 소자로부터의 광이 투과되는 면이다.

발광 모듈(300)은 케이스(200)의 저면에 배치된다. 이러한 발광 모듈(300)은 발광 다이오드와 같은 발광 소자와 상기 발광 소자가 복수로 배치된 기판을 갖는다.

케이스(200)에 수납된 발광 모듈(300)과 광 여기 판(100)은 소정 간격 이격되도록 배치되는 것이 바람직하다.

케이스(200)의 내부 측면은 도 8에 도시된 바와 같이 소정의 반사면일 수 있다. 따라서, 케이스(200)의 내부 측면은 발광 모듈(300)에서 방출된 광을 광 투과 면으로 반사한다.

와이어(400)는 케이스(200)를 관통하여 발광 모듈(300)과 전기적으로 연결된다. 이러한 와이어(400)는 외부 전원을 발광 모듈(300)에 공급한다.

이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 광 여기 판
110: 베이스판
130: 렌즈
135: 제1 형광체
150: 형광체층
155: 제2 형광체
200: 케이스
300: 발광 모듈

Claims

광을 투과시키는 베이스판;
상기 베이스판의 일 면 위에 배치되고, 제1 형광체를 갖는 렌즈; 및
상기 베이스판의 다른 일 면 위에 배치되고, 제2 형광체를 갖는 형광체층;
를 포함하는 광 여기 판.
제 1 항에 있어서,
상기 렌즈는 상기 베이스판의 일 면 위에 복수로 배열된 광 여기 판.
제 1 항에 있어서,
상기 렌즈는 UV로 경화가능한 UV 레진으로서, 상기 UV 레진은 아크릴계, 실리콘계 및 우레탄계 중 어느 하나인 광 여기 판.
제 1 항에 있어서,
상기 베이스판은 상기 광을 확산하는 5~7μm의 지름의 확산물질을 포함하는 광 여기 판.
제 1 항에 있어서,
상기 렌즈 또는 상기 형광체층은, 확산제, 소포제, 첨가제 및 경화제 중 적어도 하나 이상을 갖는 광 여기 판.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 형광체는 황색, 녹색 및 적색 형광체 중 적어도 어느 하나를 갖는 광 여기 판.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 형광체와 상기 제2 형광체는 서로 다른 광 여기 판.
제 7 항에 있어서,
상기 제1 형광체는 황색 형광체이고, 상기 제2 형광체는 적색 형광체인 광 여기 판.
제 8 항에 있어서,
상기 황색 형광체의 양이 상기 적색 형광체의 양보다 많은 광 여기 판.
제 7 항에 있어서,
상기 제1 형광체는 녹색 형광체를 더 포함하는 광 여기 판.
제 10 항에 있어서,
상기 렌즈는 상기 황색 형광체를 갖는 제1 코팅막과 상기 녹색 형광체를 갖는 제2 코팅막을 포함하는 광 여기 판.
제 1 항에 있어서,
상기 렌즈는 반구형태, 다각기둥형태, 다각뿔형태, 상부변이 다수의 굴곡을 갖는 형태의 렌즈 중 적어도 하나의 렌즈인 광 여기 판.
적어도 하나의 발광 소자를 갖는 발광 모듈;
상기 발광 소자로부터 발생된 광이 투과되는 광 투과 면을 갖는 케이스; 및
상기 발광 모듈과 소정의 간격을 두고 이격된 광 여기 판을 포함하고,
상기 광 여기 판은 광을 투과시키는 베이스판과
상기 베이스판의 일 면 위에 복수로 배치되고, 제1 형광체를 갖는 렌즈; 및 상기 베이스판의 다른 일 면 위에 배치되고, 제2 형광체를 갖는 형광체층;을 포함하는 조명 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 제1 형광체와 상기 제2 형광체는 서로 다른 조명 장치.
제 14 항에 있어서,
상기 제1 형광체는 황색 형광체이고, 상기 제2 형광체는 적색 형광체인 조명 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 제1 형광체는 녹색 형광체를 더 갖는 조명 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 케이스의 내부 측면은 반사면인 조명 장치.