KR20130036868A - 유무기 엘이디 융합 조명 시스템 - Google Patents

유무기 엘이디 융합 조명 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유무기 엘이디 융합 조명 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 OLED 패널과 자연광 LED 조명을 결합한 형태의 조명으로 OLED 패널의 실내 조명에 적용할 수 있는 신개념의 융합 조명 시스템에 관한 것이다.

Description

유무기 엘이디 융합 조명 시스템{HYBRID LIGHT SYSTEM WITH LED AND OLED}
본 발명은 유무기 엘이디 융합 조명 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 OLED 패널과 자연광 LED 조명을 결합한 형태의 조명으로 OLED 패널의 실내 조명에 적용할 수 있는 신개념의 융합 조명 시스템에 관한 것이다.
현재 사용되고 있는 조명 장치로는, 형광등 및 백열등이 대표적이다. 여기서, 백열등은 연색 지수가 좋으나 에너지효율이 매우 낮은 단점 있다. 그리고 백열등은 효율은 좋으나 수은을 함유하고 있어 환경문제가 있다.
현재 발광다이오드(LED)와 유기발광소자(OLED)의 연구가 진행됨에 따라 효율은 지속적으로 향상되고 있다. 먼저 연구 개발이 진행되어온 발광다이오드는 형광등과 유사한 수준까지 효율이 향상되었으며 유기발광소자가 그 뒤를 따르고 있다.
발광다이오드와 유기발광소자에 있어, 대표적으로 레드, 그린, 블루 그리고 그 외의 다양한 파장 영역에서 발광하는 에너지 효율이 높은 발광 물질들을 개발이 진행 중이다.
발광다이오드와 유기발광소자는 발광물질이 무기물인가 유기물인가에 의해 구별된다. 그러한 재료적인 차이로 인해 발광다이오드와 유기발광소자는 가장 발광 효율이 높은 발광 파장 영역이 서로 다른 특이한 현상을 보이고 있다.
발광다이오드는 블루 컬러의 효율이 가장 높으며 그 다음이 레드, 그리고 시감도가 가장 높은 색인 그린의 경우 효율이 가장 떨어진다. 때문에 발광다이오드 백색조명은 레드, 그린, 블루의 조합 방식 보다는, 블루 발광다이오드와 엘로우 컬러의 형광체를 조합하는 방식이 일반적으로 사용되고 있다.
발광 효율이 낮은 그린 컬러의 발광다이오드를 사용하는 것 보다 효율이 높은 블루만을 사용하고 나머지 색은 블루 광을 받아 엘로우 광을 발산하는 형광물질을 이용하는 방법이 더 효율적이기 때문이다.
엘로우 광을 내는 형광물질의 효율이 이상적인 수준은 아님에도 그린 발광다이오드를 사용하는 것 보다는 효율이 더 높다.
또한, 레드, 그린, 블루 발광다이오드를 사용하는 경우, 각각의 발광 피크(peak)의 폭이 좁기 때문에 색 연색성 측면에서도 넓은 폭의 발광 스펙트럼을 갖는 형광체에 비해 불리하다. 반대로, 유기발광소자는 그린 및 레드의 효율이 상대적으로 양호하다.
본격적인 연구 개발이 발광다이오드 보다 늦게 시작된 점을 감안하면, 유기발광소자의 그린 또는 레드의 효율은 앞으로 발광다이오드의 그린 또는 레드의 효율을 넘어설 가능성이 충분해 보인다.
반면 블루 컬러는 내구성 및 효율 면에서 유기발광소자의 그린 또는 레드에 비해 상당히 뒤쳐져 있다. 유기발광소자 조명은 블루 컬러에 의한 전체적인 효율 감소를 상당시간 피할 수 없을 것으로 보인다.
결과적으로 발광다이오드 조명은 그린 때문에, 유기발광소자는 블루 컬러 때문에 전체 효율이 낮아지는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하고자 서로 다른 종류의 광원에서 발산되는 광의 혼합에 의해 에너지 효율과 연색성이 높은 조명장치를 제공하는 방법들이 많이 연구되고 있다.
본 발명에서는 기존 조명을 대체할 차세대 광원으로 주목받고 있는 OLED를 이용하여 OLED 광원이 본격적으로 상용화되기 이전 OLED 패널의 부족한 광량을 보전하는 방법으로 LED와 융합하는 시스템을 제공하고자 한다.
또한, 이러한 융합시스템을 구동할 수 있는 드라이버를 개발하여 제공하는 것을 목적으로 하고, 이를 감성조명화에 활용할 수 있는 기술을 제공하고자 한다.
본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해 다음과 같은 과제 해결 수단을 제공한다.
산란 도트가 형성된 투명 도광판과, 상기 도광판의 측면에 광을 입사시키는 바 형상의 LED 모듈과, 상기 도광판의 후면에 광을 입사시키는 면광원 형태를 가지는 OLED 패널을 포함하고, 상기 LED 모듈의 점광원은 상기 도광판에 의해 면광원화되는 것을 특징으로 하는 유무기 엘이디 융합 조명 시스템을 제공한다.
특히, 상기 시스템을 제어하는 OLED 제어기를 더 포함하고, 상기 OLED 제어기는 상기 LED 모듈과 상기 OLED 패널에 사용되는 전압을 동시에 지원할 수 있는 2단 레귤레이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 OLED 조명을 투명성을 갖도록 제작하여 이를 차량의 천장용 조명으로 활용하거나 스마트 윈도우, 블라인드에 적용하는 감성조명시스템에 활용하는 효과가 있다.
또한, OLED 조명기구에 방범용, 방재용 센서 모듈 등의 결합 및 구현을 통해 상황 인지형 서비스가 가능한 지능형 조명기술 개발에 활용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 시스템의 구조도.
도 2는 본 발명에 따른 시스템의 면발광원의 발광 사진.
도 3은 본 발명에 따른 사이드 뷰 엘이디 모듈의 레이아웃.
도 4는 본 발명에 따른 사이드 뷰 엘이디 모듈의 도면.
도 5는 본 발명에 따른 사이드 뷰 엘이디 모듈의 회로도.
도 6은 본 발명에 따른 OLED 제어기의 블록 다이어그램
도 7은 본 발명에 따른 OLED 제어기의 아트워크(artwork).
도 8은 본 발명에 따른 OLED 제어기의 다른 실시예의 아트워크.
도 9는 본 발명에 따른 OTN 램프의 블록 다이어그램.
도 10은 본 발명에 따른 시스템을 구현한 실시예의 사시도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 용어가 동일하더라도 표시하는 부분이 상이하면 도면 부호가 일치하지 않음을 미리 말해두는 바이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 실험자 및 측정자와 같은 사용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
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 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 유·무기 LED 융합시스템의 구조도를 도시한 도면이다. 이를 위해 광출사면(이는 사용자가 바라보는 전면을 의미함)의 후방에 제공되는 OLED 패널과, 측면에 제공되는 LED 바(bar), 또한, 산란 도트(scattering dot)가 형성된 투명 도광판(light guide plate)을 포함한다.
또한, 빛의 균일한 확산을 위한 프리즘 시트와 디퓨져(diffuser)의 구성요소가 추가된다.
도광판은 점광원인 발광다이오드를 면광원인 유기발광소자와 같은 크기의 면광원으로 변환시키는 역할을 할 수 있다. 즉 점광원(point source of light)을 면광원화(surface light source) 할 수 있다. 도광판에는 입사된 광을 산란 또는 집광시키는 광학패턴이 구비되어 있을 수 있다. 광학 패턴은 상기 도광판의 내부에 구비되어 있을 수도 있고 상기 도광판의 면 표면에 형성되어 있을 수도 있다.
도광판은, 하부면 및 상부면에 해당하는 광이 입사되는 광입사면 및 상기 입사면의 반대면으로서 광이 출사되는 광출사면을 가질 수 있다. 이 광출사면을 통해 상기 도광판 내의 광이 외부로 출사된다.
그리고, 상기 도광판에 측면에 해당하는 면으로서 상기 발광다이오드의 광이 입사되는 LED 광입사면을 가질 수 있다
도광판은 PMMA 재질을 사용하고, 임프린트 방식을 이용하여 저면에 코팅된 레진에 십자가 형태의 산란 도트를 형성하여 빛을 고루 분산시킨다.
도광판은 투과도가 높게 제공되는 것이 중요한데, 93% 이상이어야 한다. 하이브리드 방식으로 제작되는 조명 시스템에서 OLED 빛을 많은 손실없이 LED 발광부로 통과할 수 있어야 한다.
도광판 상면에는 리버스 프리즘 시트를 사용하여 더 많은 LED 빛을 발광 영역으로 추출할 수 있고, 프리즘 시트는 OLED 빛의 투과율을 78% 정도까지 높일 수 있다.
OLED의 유기발광층에서 발생한 광은 도광판의 OLED 광입사면으로 입사된다. LED에서 발산되는 광은 도광판의 측면에 해당하는 LED 광입사면으로 입사되고, 이렇게 광이 입사되면 도광판 내부에서 전반사(total internal reflection)를 통해 진행하다가 광학 패턴과 만나게 되면 산란 또는 굴절에 의해 임계각 이하로 광의 진행방향이 바뀌게 될 경우 도광판의 광출사면 또는 그 반대 면으로 도광판을 빠져 나오게 된다.
도광판의 광출사면 반대 면으로 빠져나온 광은 백색 산란 반사판에 반사되어 다시 도광판을 통해 도광판의 광출사면 쪽으로 나오게 된다.
본 발명에 따른 조명장치에 있어서, 유기발광소자의 유기물층에서 발산된 광이 황색(yellow)광인 경우 도광판의 OLED광입사면으로 입사되고, 발광다이오드에서 발산된 광이 청색(blue)광인 경우 도광판의 LED광입사면으로 입사됨에 따라, 이 두 색의 광의 혼합에 의해 최종 도광판에서 발산되는 광은 백색광으로 출사되게 된다
도 2는 저면을 반사시트를 이용해 밀폐한 후 전면으로 나오는 LED 면광원의 발광 사진을 도시하고 있다.
본 발명에서는 유·무기 LED 융합시스템화 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히, OLED 패널의 부족한 광량 보전을 위하여 사이드 뷰(side-view) LED 칩을 패널의 옆면에 부착해야 한다. 이를 위해서는 OLED 패널의 두께를 고려하여 사이즈를 선정하는 것이 매우 중요하다.
도 3은 본 발명에서 사용되는 사이드 뷰 LED 모듈의 레이아웃을 도시하고 있다. 도 4는 사이드 뷰 LED 칩의 대략적인 형상과 치수를 도시하고 있다.
또한, 균일도 향상을 위해 LED 칩은 균등하게 배열되어야 하므로, 최적의 배광 및 조도분포에 따른 RGB LED 어레이 구조를 설계 제공하는 것이 중요하다.
도 5는 사이드 뷰 LED 모듈 어레이의 회로도의 일실시예를 도시한 도면이다.
또한, 본 발명에서는 융합시스템을 구동하기 위한 드라이버를 더 제공한다.
OLED 및 LED 구동 지그를 설계하기 위해 마그네틱을 이용한 구조로 패널 케이스를 설계하여 OLED 패널과 패널 케이스의 결합을 용이하게 하는 구조를 사용한다. 패널의 전원 공급 및 연결구조는 USB 단자로 커넥팅 하는 구조로 설계하여 결합을 용이하게 한다.
OLED 컨트롤러의 설계 및 제작은 LED에서 사용되는 전압과 OLED 패널에서 사용되는 전압이 다르므로, 이를 동시에 지원할 수 있는 2단 레귤레이터를 구성해야 한다.
특히 OLED 구동시 단계적 전압상승 및 하강에 의한 OLED 패널의 신뢰성 문제를 야기할 수 있으므로 이를 감안하여 OLED용 구동부를 설계해야 한다. LED 모듈부는 2개의 LED 모듈부를 구동할 수 있도록 2 채널로 구성한다.
도 6은 이러한 OLED 제어기의 블록 다이어그램이고, 도 7은 제어기 회로의 레이아웃을 도시하고 있다.
또한, 본 발명에서는 OLED 패널을 낮은 소비전력에 따른 5개를 동시에 구동할 수 있는 전압/전류에 따른 5채널을 구동할 수 있는 드라이버를 제공한다. 앞에서 설명한 3 채널 드라이버를 기본 구조로 하여 채널을 확장하는 형태로 제공된다. 도 8은 이러한 OLED 5채널 제어기의 회로도를 도시하고 있다.
본 발명은 감성조명화 기술에도 적용될 수 있는데, 휘도 제어가 가능한 구동 드라이버를 제공한다. LED, OLED 감성조명의 점멸, 조광, 라이트테라피, OTN(Opening The Nature) 콘텐츠 구현 기능을 갖는 제어보드를 개발한다. 임베디드 보드 이미지 및 영상 표현을 위한 직렬 플래쉬 메모리를 내장한다. 고속 데이터 처리를 위한 ARM7 Core Type MCU를 사용할 수 있다.
또한, 네트워크 연결 및 데이터 통신을 위한 다양한 인터페이스를 제공한다. 표준 규격인 DMX512와 호환 및 확장 가능하게 제공된다. 특히 Two-layer 방식을 통한 제품 외형 사이즈를 축소할 수 있다. 이미지 매핑 기술 연동을 통해 LED 조명에 자유로운 영상 표현이 가능하게 제공된다.
도 9는 OTN 램프의 블록 다이어그램을 도시하고 있다. 회로는 LED의 강점인 슬림화 및 경량화를 살리기 위해 최소한의 사이즈가 될 수 있도록 부피를 차지하는 부품의 경우 최대한 SMD 타입 및 대체안을 강구하여 회로를 구성한다.
본 발명에서 사용하는 LED 칩은 바 형태의 모듈을 배열하여 콘텐츠 구현이 가능하도록 하고 사용자 인터렉션 구성이 가능하고, 파노라마 연출이 가능하게 제공한다. LED의 높은 휘도 개선을 위한 나노 확산 PMMA를 사용하여 사용자의 눈의 피로를 덜 수 있도록 제공한다.
본 발명에서는 OLED 패널과 자연광 LED 조명을 결합한 형태의 조명으로 OLED 패널의 실내 조명으로서의 가능성을 제시하는 효과가 있다. 특히 와인렉 기능을 장착한 신개념 하이브리드 조명으로 LED 조명의 결합을 통해 아직까지 조명으로 사용하기에는 부족한 OLED 패널의 부족한 광속을 보전해 줌으로써 OLED 패널이 조명으로 실용화되기 전까지 OLED 패널을 활용할 수 있는 방안을 제시하는 효과가 있다.
도 10은 본 발명에 따른 유·무기 LED 융합시스템을 와인렉 구조에 적용한 실시예이다. 이를 위해 OLED 패널 8개, LED 바 모듈 8개, OLED 제어기 및 OTN 램프 제어기 등이 사용되었다.
본 시스템은 자동차용 실·내외 조명을 OLED 조명으로 구현함으로써 자동차용 조명으로써 OLED 패널을 활용하는데 또 다른 목적이 있다. 특히, 자동차용 룸램프, 헤드램프 등을 OLED 조명으로 구현함으로써 자동차와 같은 협소한 형태의 공간의 효율적 사용과 차량의 하중을 줄이기 위한 노력이 필요한 곳에 최적의 면조명을 구현할 수 있는 가능성을 제시하였다.
본 발명에 따른 융합시스템은 자동차용 룸램프에서 헤드램프까지 자동차에 들어가는 모든 실내·외 조명에 활용가능하며, 투명 OLED 패널을 활용할 경우 자동차용 투명 계기판, 썬루프 등으로 활용 가능한 장점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 실시예에 의해 권리범위가 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적인 사상을 가지고 있다면 모두 본 발명의 권리범위에 해당된다고 볼 수 있으며, 본 발명은 특허청구범위에 의해 권리범위가 정해짐을 밝혀둔다.

Claims (2)

  1. 산란 도트가 형성된 투명 도광판과,
    상기 도광판의 측면에 광을 입사시키는 바 형상의 LED 모듈과,
    상기 도광판의 후면에 광을 입사시키는 면광원 형태를 가지는 OLED 패널을 포함하고,
    상기 LED 모듈의 점광원은 상기 도광판에 의해 면광원화되는 것을 특징으로 하는,
    유무기 엘이디 융합 조명 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 시스템을 제어하는 OLED 제어기를 더 포함하고,
    상기 OLED 제어기는 상기 LED 모듈과 상기 OLED 패널에 사용되는 전압을 동시에 지원할 수 있는 2단 레귤레이터를 포함하는,
    유무기 엘이디 융합 조명 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140131191A (ko) * 2013-05-03 2014-11-12 삼성디스플레이 주식회사 유기발광 표시 장치
EP3009300A1 (en) * 2014-10-13 2016-04-20 Automotive Lighting Italia S.p.A. Automotive light

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