KR20130041643A - 발광 다이오드 색변환 필터 및 이를 포함하는 발광 다이오드 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광 다이오드 색변환 필터 및 이를 포함하는 발광 다이오드 모듈에 관한 것으로서, 발광 다이오드 출사광의 420nm 내지 500nm 구간에서 광투과율 기울기가 0.2 ~ 0.7 인 발광 다이오드 색변환 필터 및 이를 포함하는 발광 다이오드 모듈이 제공된다.

Description

발광 다이오드 색변환 필터 및 이를 포함하는 발광 다이오드 모듈 {LED color conversion filter and LED module having the same}
본 발명은 발광 다이오드 색변환 필터와, 이를 포함하는 발광 다이오드 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 500 ㎚ 이상의 광투과율은 유지하고, 400 ~ 500nm 부근의 청색광 파장대의 광투과율을 선택적으로 차단하여 전체 밝기 감소를 최소화하면서 발광 다이오드의 색온도 및 연색지수 변화를 가능하게 하는 발광 다이오드 색변환 필터와 이를 포함하는 발광 다이오드 모듈에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light emitting diode, 이하 LED라 함) 조명장치는 백색광을 방출하는 LED에서 나오는 빛에 의해 조명광의 색온도/연색성/전력효율이 결정된다. 통상적으로 조명에 사용되는 LED는 5,000K 에서 8,000K 사이의 색온도를 가지는 빛을 방출하는 주광색(Pure White) 계열의 LED와 3,500K ~ 4,500K 사이의 색온도를 가지는 빛을 방출하는 주백색 (Natural white) 계열의 LED와 2,500K ~ 3,500K 사이의 색온도를 가지는 빛을 방출하는 온백색 (Warm White) 계열의 LED가 주로 사용된다. 이러한 LED들은 주로 450 ㎚ ~ 480 ㎚ 대역의 청색 빛을 방출하는 청색 LED에 YAG 계열의 노란색 형광체를 조합하여 구현되는데, 청색 분광영역 (450 ㎚ ~ 480 ㎚) 부근에서 제일 높은 피크 전력(Peak power)을 가지며, 녹색(520 ㎚ ~ 580 ㎚)과 붉은색(610 ㎚ ~ 680 ㎚) 영역 대에서 순차적으로 높은 피크 전력(Peak power)을 가지는 분광 특성을 보인다. 형광체는 기본적으로 청색 빛을 녹색 빛 또는 붉은색 빛으로 변환시켜주는 역할을 하기 때문에 LED의 전력효율은 주광색 LED가 가장 높고 온백색 LED의 전력효율이 가장 낮다. 일반적으로 주백색 LED는 주광색 LED의 85 % 정도의 광 전력을 가지며, 온백색 LED는 주광색 LED 대비 약 75 % 정도의 낮은 전력효율을 가진다.
한편, 조명광의 색재현 충실도를 나타내어 주는 연색지수를 높이기 위해 붉은색 분광 영역의 빛을 늘리는 방향으로 형광체의 농도를 조절할 경우 전력효율이 떨어지기도 한다. 일반적으로 온백색 LED의 연색지수를 85 ~ 90 이상으로 구현하기 위해서는 LED에 사용되는 형광체의 농도를 충분히 조절하여 붉은색 영역의 빛을 가급적 많이 확보하여야 하는데, 이 경우 연색지수가 70 ~ 80 사이의 온백색(Warm White) 또는 주백색(Natural White) 보다 10 ~ 15 % 정도 전력효율이 떨어지게 된다.
또한, 종래 LED 조명장치의 경우 주광색/주백색/온백색 등 다양한 색온도를 선택적으로 구현하기 위해서 LED 램프에 주광색/주백색/온백색 세 가지 종류의 LED 배열을 설치하고 사용자가 주광색을 필요로 하는 경우 주백색과 온백색을 끄고, 주백색을 필요로 하는 경우 주광색과 온백색을 끄고, 온백색을 필요로 하는 경우 주광색과 주백색을 끄는 방식으로 사용되어 왔다. 그러나, 이 경우 조명장치에 사용되는 LED의 수량은 단일 색상을 내는 LED 조명장치에 비해 세배로 늘어나게 되어 고비용이 소요되는 문제점이 있다. 또한, 높은 연색지수와 LED 조명의 선택적인 색온도를 구현하기 위해 통상의 하이패스 필터(Hi-pass Filter)를 사용하여 청색 영역의 광을 감소시키고 붉은색 영역의 광량을 상대적으로 높여주는 경우 청색영역(420 ㎚ ~ 480 ㎚) 뿐만 아니라 전체 광량 중 가장 큰 비중을 가지는 녹색영역 (500 ㎚ ~ 550 ㎚) 사이의 광량도 함께 감소하여 조명장치의 전력효율이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 500 ㎚ 이상의 광투과율은 유지하고, 400 ~ 500nm 부근의 청색광 파장대의 광을 선택적으로 차단하여 전체 밝기 감소를 최소화하면서 발광 다이오드의 색온도 및 연색지수 변화를 가능하게 하는 발광 다이오드 색변환 필터와 이를 포함하는 발광 다이오드 모듈을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 발광 다이오드 출사광의 420nm 내지 500nm 구간에서 광투과율 기울기가 0.2 ~ 0.7 인 발광 다이오드 색변환 필터가 제공된다.
상기 발광 다이오드 색변환 필터는 500nm 이하의 광을 흡수하는 염료 또는 안료 0.0001 중량% ~ 0.06 중량%와, 나머지는 열 또는 광으로 경화시키는 경화성 수지나 열가소성 수지를 포함하는 재료로 이루어진다.
상기 염료는 아세테이트 염료, 안트라퀴논계 염료 및 아조계 염료 중 어느 하나가 선택되며, 상기 안료는 크롬산납계, 황색산화철계, 카드뮴계, 티타늄계 등의 무기 안료 또는 아조계 안료 및 프탈로시아닌계 안료 중 어느 하나가 선택되는 것을 특징으로 한다.
상기 열 또는 광으로 경화되는 수지는 아크릴레이트(acrylate) 수지 또는 에폭시(epoxy) 수지를 이용하며, 상기 열가소성 수지는 폴리카보네이트(Polycarbonate) 또는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 이용한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 인쇄회로기판 상에 상호 이격배치된 상태로 실장되는 다수의 발광 다이오드; 위의 실시예에 따른 발광 다이오드 색변환 필터;를 포함하며, 상기 다수의 발광 다이오드는 CIE 1931 색좌표에서 정의하는 좌표 중 (0.28, 0.28), (0.40, 0.33), (0.42, 0.36), (0.44, 0.42), (0.36, 0.43), (0.28, 0.34)의 6개 좌표가 둘러싸는 영역 내의 임의의 한 좌표에 해당하는 색온도를 갖는 제1 발광 다이오드; 및 적색광을 출사하는 제2 발광 다이오드를 포함하는 발광 다이오드 모듈이 제공된다.
상기 발광 다이오드 색변환 필터는 필터 영역과 투과 영역으로 이루어진다.
상기 발광 다이오드 색변환 필터의 상기 필터 영역은 상기 제1 발광 다이오드 상부에 배치되며, 상기 투과 영역은 상기 제2 발광 다이오드 상부에 배치된다.
상기 제1 발광 다이오드와 상기 제2 발광 다이오드는 교번되게 배치된다.
상기 인쇄회로기판 상에 설치되며, 상기 발광 다이오드 색변환 필터를 상기 발광 다이오드로부터 이격된 상태로 지지하는 지지 부재를 더 포함한다.
상기 인쇄회로기판 상에 설치되며, 상기 발광 다이오드 색변환 필터를 슬라이딩 방식으로 위치 이동시키면서 지지하는 가이드 부재를 더 포함한다.
상기 제1 발광 다이오드와 상기 제2 발광 다이오드의 온/오프 동작을 각각 제어하는 제어부를 더 포함한다.
상기 제어부는 상기 각 발광 다이오드에 공급되는 전류량을 조절하여 각 발광 다이오드의 발광량을 조절한다.
상기 발광 다이오드 색변환 필터는 광확산 플레이트나 광확산 패턴을 코팅이나 접합으로 일체화시킨다.
본 발명에 따르면, 500 ㎚ 이상의 광투과율은 유지하고, 400 ~ 500nm 부근의 청색광 파장대의 광을 선택적으로 차단하여 전체 밝기 감소를 최소화하면서 발광 다이오드의 색온도 및 연색지수 변화를 가능하게 하는 발광 다이오드 색변환 필터를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 발광 다이오드 색변환 필터의 파장대별 투과율을 나타낸 그래프이다.
도 2는 발광 다이오드 색변환 필터의 광투과율 기울기를 나타낸 표이다.
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 다이오드 색변환 필터의 분광투과 곡선 그래프이며, 도 3b는 6500K 색온도를 갖는 LED의 분광 곡선과 도 3a의 분광 투과 특성을 갖는 발광 다이오드 색변환 필터를 적용한 LED의 분광 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 4는 6500K 색온도를 갖는 LED의 CIE 색좌표와 발광 다이오드 색변환 필터를 적용한 5800K 색온도를 갖는 LED의 CIE 색좌표를 나타낸 도이다.
도 5a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 다이오드 색변환 필터의 분광투과 곡선 그래프이며, 도 5b는 6800K 색온도를 갖는 LED의 분광 곡선과 도 5a의 분광 투과 특성을 갖는 발광 다이오드 색변환 필터를 적용한 LED의 분광 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 6은 6800K 색온도를 갖는 LED의 CIE 색좌표와 발광 다이오드 색변환 필터를 적용한 5300K 색온도를 갖는 LED의 CIE 색좌표를 나타낸 도이다.
도 7a는 4200K 색온도를 갖는 LED의 분광 곡선이며, 도 7b는 적색 LED의 분광 곡선이며, 도 7c는 발광 다이오드 색변환 필터의 분광투과 곡선 그래프이며, 도 7d는 4200K 색온도를 갖는 LED, 적색 LED 및 발광 다이오드 색변환 필터를 조합한 발광 다이오드 모듈의 분광 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 8은 도 7에 도시된 LED의 CIE 색좌표를 나타낸 도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈의 개략적인 구성도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈의 개략적인 구성도이다.
도 11은 도 10의 실시예에 이용된 발광 다이오드 색변환 필터의 개략적인 평면도이다.
도 12는 도 10에 도시된 발광 다이오드 모듈의 변형예이다.
도 13은 CIE 1931 색좌표에 조명램프와 관련된 색온도 영역을 표시한 도이다.
도 14은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈의 개략적인 구성도이다.
도 15 및 도 16는 도 14에 도시된 발광 다이오드 모듈의 작동을 나타낸 도이다.
도 17은 본 발명에 따른 발광 다이오드 모듈을 포함한 발광 다이오드 조명장치의 기능 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
발광 다이오드 색변환 필터 제조 과정
제1 과정 : 500nm 이하의 단파장에서 광을 흡수하는 염료 또는 안료 0.0001 중량% ~ 0.06 중량%를 열 또는 광으로 경화시키는 경화성 수지나 열가소성 수지에 혼합한다.
제2 과정 : 혼합물을 플레이트 형태로 성형한다.
본 실시예의 경우, 500nm 이하의 단파장에서 광을 흡수하는 염료로 아세테이트 염료, 안트라퀴논계 염료 및 아조계 염료를 이용하며, 안료는 크롬산납계, 황색산화철계, 카드뮴계, 티타늄계 등의 무기 안료 또는 아조계 안료 및 프탈로시아닌계 안료를 이용한다.
아세테이트 염료, 안트라퀴논계 염료, 아조계 염료를 이용하며, 안료로는 니느로계 안료, 아조계 안료, 인단트렌계 안료를 이용한다.
또한, 열 또는 광으로 경화되는 수지는 아크릴레이트(acrylate) 수지 또는 에폭시(epoxy) 수지를 이용하며, 열가소성 수지로는 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 이용한다.
[식 1]
광투과율 기울기 = (A파장에서의 광투과율 - B파장에서의 광투과율) / (A 파장 - B 파장)
위 [식 1]에는 특정 파장 범위에서 광투과율 기울기를 구하는 방법이 개시되며, 위의 제조 과정에 따라 제조된 발광 다이오드 색변환 필터는 0.2 내지 0.7의 광투과율 기울기값을 갖게 된다.
본 발명에 따른 발광 다이오드 색변환 필터는 420nm~500nm 사이의 광투과율 기울기를 0.2 ~ 0.7 사이에서 선택적으로 조절하도록 구현함으로써, 발광 다이오드에서 조사되는 녹색광의 광량 감소는 최소화하면서 청색광 영역의 발광을 제한하고 하여 LED 조명의 색온도 및 연색지수 변화를 유도할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 발광 다이오드 색변환 필터의 파장대별 투과율을 나타낸 그래프이며, 도 2는 발광 다이오드 색변환 필터의 광투과율 기울기를 나타낸 표이다.
도 1에는 다양한 형태의 아조계 염료를 이용하여 제조한 발광 다이오드 색변환 필터의 분광 투과곡선 그래프가 도시된다. 도 2는 아조계 염료의 함량비 변화에 따른 420nm에서의 광투과율, 500nm에서의 광투과율 및 420nm ~ 500nm 구간에서의 광투과율 기울기값이 도시된다.
420nm에서, 아조계 염료의 함량이 0.01 중량%일 경우 광투과율은 20.74%, 0.005 중량%일 경우 광투과율은 45.17%, 0.0025 중량%일 경우 광투과율은 58.95%로 나타난다.
500nm에서, 아조계 염료의 함량이 0.01 중량%일 경우 광투과율은 76.41%, 0.005 중량%일 경우 광투과율은 83.46%, 0.0025 중량%일 경우 광투과율은 86%로 나타난다.
광투과율 기울기를 살펴보면, 아조계 염료의 함량이 0.01 중량%일 경우 광투과율 기울기는 0.69, 0.005 중량%일 경우 광투과율 기울기는 0.47이고, 0.0025 중량%일 경우 광투과율 기울기는 0.33으로 나타난다.
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 다이오드 색변환 필터의 분광투과 곡선 그래프이며, 도 3b는 6500K 색온도를 갖는 LED의 분광 곡선과 도 3a의 분광 투과 특성을 갖는 발광 다이오드 색변환 필터를 적용한 LED의 분광 곡선을 나타낸 그래프이며, 도 4는 6500K 색온도를 갖는 LED의 CIE 색좌표와 발광 다이오드 색변환 필터를 적용한 5800K 색온도를 갖는 LED의 CIE 색좌표를 나타낸 도이다.
도 3a 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예의 경우 광투과율 기울기가 0.38인 발광 다이오드 색변환 필터를 사용하였다. 도 3a에는 광투과율 기울기가 0.38인 발광 다이오드 색변환 필터의 분광 투과 곡선 그래프가 도시되며, 도 3b의 상부 곡선은 6500K 색온도를 갖는 LED의 분광 곡선이며, 하부 곡선은 6500K 색온도를 갖는 LED와 광투과율 기울기가 0.38인 발광 다이오드 색변환 필터를 조합하여 5800K 색온도로 변환된 LED의 분광 곡선이다.
본 실시예에와 같이 광투과율 기울기가 0.38인 발광 다이오드 색변환 필터를 이용하면 6500K 색온도를 갖는 LED를 다른 추가적인 LED를 이용하지 않고도 5800K 색온도를 갖는 LED로 변환시킬 수 있다.
도 5a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 다이오드 색변환 필터의 분광투과 곡선 그래프이며, 도 5b는 6800K 색온도를 갖는 LED의 분광 곡선과 도 5a의 분광 투과 특성을 갖는 발광 다이오드 색변환 필터를 적용한 LED의 분광 곡선을 나타낸 그래프이고, 도 6은 6800K 색온도를 갖는 LED의 CIE 색좌표와 발광 다이오드 색변환 필터를 적용한 5300K 색온도를 갖는 LED의 CIE 색좌표를 나타낸 도이다.
도 5a 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예의 경우 광투과율 기울기가 0.64인 발광 다이오드 색변환 필터를 사용하였다. 도 5a에는 광투과율 기울기가 0.64인 발광 다이오드 색변환 필터의 분광 투과 곡선 그래프가 도시되며, 도 5b의 상부 곡선은 6800K 색온도를 갖는 LED의 분광 곡선이며, 하부 곡선은 6800K 색온도를 갖는 LED와 광투과율 기울기가 0.64인 발광 다이오드 색변환 필터를 조합하여 5300K 색온도로 변환된 LED의 분광 곡선이다.
본 실시예에와 같이 광투과율 기울기가 0.64인 발광 다이오드 색변환 필터를 이용하면 6800K 색온도를 갖는 LED를 다른 추가적인 LED를 이용하지 않고도 5300K 색온도를 갖는 LED로 변환시킬 수 있다.
도 7a는 4200K 색온도를 갖는 LED의 분광 곡선이며, 도 7b는 적색 LED의 분광 곡선이며, 도 7c는 발광 다이오드 색변환 필터의 분광투과 곡선 그래프이며, 도 7d는 4200K 색온도를 갖는 LED, 적색 LED 및 발광 다이오드 색변환 필터를 조합한 발광 다이오드 모듈의 분광 곡선을 나타낸 그래프이고, 도 8은 도 7에 도시된 LED의 CIE 색좌표를 나타낸 도이다.
도 7a 내지 도 8을 참조하면, 본 실시예의 경우 광투과율 기울기가 0.64인 발광 다이오드 색변환 필터를 사용하였다. 도 7a는 4200K 색온도를 갖는 백색 LED의 분광 곡선이며, 도 7b는 적색 LED의 분광 곡선이며, 도 7c는 광투과율 기울기가 0.64인 발광 다이오드 색변환 필터의 분광투과 곡선 그래프이다. 백색 LED, 적색 LED 및 광투과율 기울기가 0.64인 발광 다이오드 색변환 필터를 조합하면, 2700K 색온도로 변환된 LED를 얻을 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈의 개략적인 구성도이다.
도 9를 참조하면, 발광 다이오드 모듈(100)은 인쇄회로기판(110), 다수의 발광 다이오드(130), 지지부재(150) 및 발광 다이오드 색변환 필터(170)를 포함한다.
다수의 발광 다이오드(130)는 인쇄회로기판(110) 상에 상호 이격배치된 상태로 실장된다. 인쇄회로기판상에 실장된 각 발광 다이오드는 발광칩, 리드 프레임, 와이어, 몰딩부 및 기판으로 구성된다. 기판 상에 리드 프레임이 배치되며, 발광칩은 기판 상에 실장되며, 와이어를 통하여 리드 프레임과 전기적으로 연결된다. 몰딩부는 기판 상에 실장된 발광칩을 봉지하여, 발광칩을 보호하며, 발광칩에서 방사되는 광의 지향각을 조절한다.
지지부재(150)는 인쇄회로기판(110)상에 설치되며, 발광 다이오드 색변환 필터(170)를 지지하여, 발광 다이오드(130)로부터 이격된 상태로 배치시킨다.
발광 다이오드 색변환 필터(170)는 420nm ~ 500nm 구간에서 광투과율 기울기값이 0.2 ~ 0.7 인 발광 다이오드 색변환 필터를 이용한다. 그 결과, 본 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈은 녹색광의 광량 감소는 최소화하면서 청색광 영역의 발광을 제한하고 하여 LED 조명의 색온도 및 연색지수 변화를 유도할 수 있다. 발광 다이오드 색변환 필터(170)는 광확산 플레이트나 광확산 패턴을 코팅이나 접합 등의 방식으로 일체화시켜 제작할 수도 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈의 개략적인 구성도이고, 도 11은 도 10의 실시예에 이용된 발광 다이오드 색변환 필터의 개략적인 평면도이고, 도 12는 도 10에 도시된 발광 다이오드 모듈의 변형예이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈(200)은 인쇄회로기판(210), 다수의 발광 다이오드(230), 지지부재(250) 및 발광 다이오드 색변환 필터(270) 및 제어부(미도시)를 포함한다.
다수의 발광 다이오드(230)는 인쇄회로기판(210) 상에 상호 이격배치된 상태로 실장된다. 발광 다이오드(230)는 제1 발광 다이오드(231)와 제2 발광 다이오드(232)를 포함한다. 제1 발광 다이오드(231)는 5000K 색온도를 갖는 주광색 발광 다이오드이며, 제2 발광 다이오드(232)는 적색광을 출사하는 적색 발광 다이오드이다. 제1 발광 다이오드(231)와 제2 발광 다이오드(232)는 인쇄회로기판(210)상에 교번되게 배치된다.
지지부재(250)는 인쇄회로기판(210)상에 설치되며, 발광 다이오드 색변환 필터(270)를 지지하여, 발광 다이오드(230)로부터 이격된 상태로 배치시킨다.
발광 다이오드 색변환 필터(270)는 필터 영역(271)과 투과 영역(272)으로 이루어지며, 필터 영역(271)과 투과 영역(272)은 교번되게 배치된다. 필터 영역(271)은 제1 발광 다이오드(231) 상부에 배치되며, 투과 영역(272)은 제2 발광 다이오드(232) 상부에 배치되도록 형성된다. 또한, 발광 다이오드 색변환 필터(270)의 필터 영역(271)은 420nm ~ 500nm 구간에서 광투과율 기울기값이 0.2 ~ 0.7 이 되도록 형성한다.
제어부(미도시)는 제1 발광 다이오드(231)와 제2 발광 다이오드(232)의 온, 오프 동작을 제어한다. 한편, 제1 발광 다이오드(231)와 제2 발광 다이오드(232)는 열화 속도가 상이하므로 시간이 지남에 따라서 발광 효율에 있어서 차이가 발생하게 된다. 제어부는 각 발광 다이오드에 공급되는 전류량을 조절하여 각 발광 다이오드의 발광량을 조절함으로써, 제1 발광 다이오드(231)와 제2 발광 다이오드(232)의 열화 속도 차이로 인한 발광량의 차이를 보정하게 된다.
제어부가 5000K 주광색을 갖는 제1 발광 다이오드(231)만 작동시키고, 적색광을 출사하는 제2 발광 다이오드(232)는 작동시키지 않을 경우, 발광 다이오드 모듈(200)에서 출사되는 광은 4200K의 색온도를 갖는 주백색 광으로 변환된다.
그리고, 제어부가 5000K 주광색을 갖는 제1 발광 다이오드(231) 및 적색광을 출사하는 제2 발광 다이오드(232) 모두를 작동시킬 경우, 발광 다이오드 모듈(200)에서 출사되는 광은 3000K의 색온도를 갖는 온백색 광으로 변환된다.
도 12는 도 10에 도시된 발광 다이오드 모듈의 변형예로서, 발광 다이오드(330)는 제1 발광 다이오드(331)와 제2 발광 다이오드(332)를 포함한다. 제1 발광 다이오드(331)는 4500K 색온도를 갖는 주백색 발광 다이오드이며, 제2 발광 다이오드(332)는 적색광을 출사하는 적색 발광 다이오드이다.
4500K 주백색을 갖는 제1 발광 다이오드(331) 및 적색광을 출사하는 제2 발광 다이오드(332) 모두를 작동시킬 경우, 발광 다이오드 모듈(300)에서 출사되는 광은 2700K의 색온도를 갖는 온백색 광으로 변환된다.
도 13은 CIE 1931 색좌표에 조명램프와 관련된 색온도 영역을 표시한 도이다. 도 10 내지 도 12에 개시된 발광 다이오드 모듈의 제1 발광 다이오드의 색온도는 일 예로서 설명한 것으로 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명에서 사용되는 제1 발광 다이오드는 도 13에 도시된 CIE 1931 색좌표에서 정의하는 좌표들 중 이하의 6개 좌표를 감싸는 영역 내의 임의의 한 좌표를 갖는 색온도를 구비한 백색 발광 다이오드를 사용할 수 있다. 본 발명의 실시예에서 제1 발광 다이오드로 이용되는 백색 발광 다이오드가 갖는 색좌표 영역은 (0.28, 0.28), (0.40, 0.33), (0.42, 0.36), (0.44, 0.42), (0.36, 0.43), (0.28, 0.34)의 6개 좌표가 둘러싸는 영역 내의 임의의 한 좌표이다.
도 14은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈의 개략적인 구성도이며, 도 15 및 도 16는 도 14에 도시된 발광 다이오드 모듈의 작동을 나타낸 도이다. 본 실시예는 위의 실시예들과 달리 발광 다이오드 색변환 필터의 위치를 이동시킬 수 있다는 구성이 상이하며, 나머지 구성은 유사한 바 이하에서는 상이한 구성을 위주로 상술한다.
도 14 내지 도 16을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈(400)은 인쇄회로기판(410), 다수의 발광 다이오드(430), 가이드 부재(460) 및 발광 다이오드 색변환 필터(470)를 포함한다.
다수의 발광 다이오드(430)는 인쇄회로기판(410) 상에 상호 이격배치된 상태로 실장된다. 발광 다이오드(430)는 제1 발광 다이오드(431)와 제2 발광 다이오드(432)를 포함한다. 제1 발광 다이오드(431)는 5000K 색온도를 갖는 주광색 발광 다이오드이며, 제2 발광 다이오드(432)는 적색광을 출사하는 적색 발광 다이오드이다. 제1 발광 다이오드(431)와 제2 발광 다이오드(432)는 인쇄회로기판(410)상에 교번되게 배치된다.
가이드 부재(460)는 인쇄회로기판(410)상에 설치되며, 발광 다이오드 색변환 필터(470)를 지지하여, 발광 다이오드 색변환 필터(470)를 슬라이딩 방식으로 위치 이동시킨다. 가이드 부재(460)는 가이드 측벽(461)과 가이드 측벽(461) 내측에 홈 형태로 형성되어 발광 다이오드 색변환 필터(470)가 삽입될 공간을 제공하는 가이드 홈(462)으로 구성된다.
발광 다이오드 색변환 필터(470)는 필터 영역(471)과 투과 영역(472)으로 이루어지며, 필터 영역(471)과 투과 영역(472)은 교번되게 배치된다. 발광 다이오드 색변환 필터(470)는 가이드 부재(460)의 가이드 홈(462)에 삽입 설치되며, 필요에 따라 위치를 이동시켜, 필터 영역(471)의 위치를 변동시킬 수 있다.
즉, 5000K 주광색이 필요할 경우에는 도 15와 같이 제1 발광 다이오드(431) 상부에 투과 영역(472)이 배치되게 발광 다이오드 색변환 필터(470)를 고정시켜 작동시킨다.
한편, 4200K의 색온도를 갖는 주백색 광이 필요할 경우, 도 16과 같이 제1 발광 다이오드(431) 상부에 필터 영역(471)이 배치되게 발광 다이오드 색변환 필터(470)를 이동시킨 후, 제1 발광 다이오드(431)를 작동시킨다. 또한, 3000K의 색온도를 갖는 온백색 광이 필요할 경우, 추가적으로 제2 발광 다이오드(472)를 작동시킨다.
본 실시예에 따르면, 간단한 구성으로 적어도 3가지의 색온도를 구현할 수 있게 된다.
도 17은 본 발명에 따른 발광 다이오드 모듈을 포함한 발광 다이오드 조명장치의 기능 블록도이다.
도 17을 참조하면, 본 발명에 따른 발광 다이오드 조명장치는 발광 다이오드 모듈(100), 하우징(500), 구동회로 모듈(600) 및 방열 모듈(700)을 포함한다.
하우징(500)은 발광 다이오드 모듈(100)에 상응한 형태로 형성되며, LED 유닛(1000)을 수납할 공간을 제공한다. 구동회로 모듈(600)은 상용 전원을 입력받아 발광 다이오드 모듈(100)을 구동하기 위한 구동 전압으로 변환하여 출력하는 기능을 수행한다. 방열 모듈(700)은 발광 다이오드 모듈(100)에서 발생되는 열을 외부로 방출시키는 기능을 수행한다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 발광 다이오드 색변환 필터와, 이를 포함하는 발광 다이오드 모듈의 예시적인 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100, 200, 300, 400 : 발광 다이오드 모듈
500 : 하우징
600 : 구동 회로 모듈
700 : 방열 모듈
800 : 제어 모듈

Claims (13)

  1. 발광 다이오드 색변환 필터에 있어서,
    발광 다이오드 출사광의 420nm 내지 500nm 구간에서 광투과율 기울기가 0.2 ~ 0.7 인 발광 다이오드 색변환 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발광 다이오드 색변환 필터는 500nm 이하의 광을 흡수하는 염료 또는 안료 0.0001 중량% ~ 0.06 중량%와, 나머지는 열 또는 광으로 경화시키는 경화성 수지나 열가소성 수지를 포함하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 색변환 필터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 염료는 아세테이트 염료, 안트라퀴논계 염료 및 아조계 염료 중 어느 하나가 선택되며, 상기 안료는 크롬산납계, 황색산화철계, 카드뮴계, 티타늄계 등의 무기 안료 또는 아조계 안료 및 프탈로시아닌계 안료 중 어느 하나가 선택되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 색변환 필터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 열경화성 수지는 아크릴레이트(acrylate) 또는 에폭시(epoxy)를 이용하며, 상기 열가소성 수지는 폴리카보네이트(Polycarbonate) 또는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 이용하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 색변환 필터.
  5. 발광 다이오드 모듈에 있어서,
    인쇄회로기판 상에 상호 이격배치된 상태로 실장되는 다수의 발광 다이오드; 및
    제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 발광 다이오드 색변환 필터;를 포함하며,
    상기 다수의 발광 다이오드는,
    CIE 1931 색좌표에서 정의하는 좌표 중 (0.28, 0.28), (0.40, 0.33), (0.42, 0.36), (0.44, 0.42), (0.36, 0.43), (0.28, 0.34)의 6개 좌표가 둘러싸는 영역 내의 임의의 한 좌표에 해당하는 색온도를 갖는 제1 발광 다이오드; 및
    적색광을 출사하는 제2 발광 다이오드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈.

  6. 제5항에 있어서,
    상기 발광 다이오드 색변환 필터는 필터 영역과 투과 영역으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 발광 다이오드 색변환 필터의 상기 필터 영역은 상기 제1 발광 다이오드 상부에 배치되며, 상기 투과 영역은 상기 제2 발광 다이오드 상부에 배치되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 발광 다이오드와 상기 제2 발광 다이오드는 교번되게 배치되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판 상에 설치되며, 상기 발광 다이오드 색변환 필터를 상기 발광 다이오드로부터 이격된 상태로 지지하는 지지 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판 상에 설치되며, 상기 발광 다이오드 색변환 필터를 슬라이딩 방식으로 위치 이동시키면서 지지하는 가이드 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 제1 발광 다이오드와 상기 제2 발광 다이오드의 온/오프 동작을 각각 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 각 발광 다이오드에 공급되는 전류량을 조절하여 각 발광 다이오드의 발광량을 조절하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈.
  13. 제5항에 있어서,
    상기 발광 다이오드 색변환 필터는 광확산 플레이트나 광확산 패턴을 코팅이나 접합으로 일체화시키는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈.
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