KR20130091892A - 확산도 가변 필름을 이용한 발광다이오드 조명 장치 - Google Patents

확산도 가변 필름을 이용한 발광다이오드 조명 장치 Download PDF

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Abstract

투명 기재를 조명면으로서 포함하는 하우징, 상기 하우징의 내부에 위치한 LED 광원, 및 상기 투명 기재의 표면에 부착되고 전원을 온/오프함에 따라 투명 또는 불투명해지고 인가되는 전압 또는 전류의 세기에 따라 광에 대한 확산도가 달라지는 확산도 가변 필름을 포함하는 LED 조명 장치는, 하나의 장치로 직사 조명/간접 조명 및 이의 혼합 조명의 조절이 가능하며, 하나의 LED 광원으로 여러 색온도를 구현할 수 있어, 감성 조명을 요하는 실내조명, 건축내부 등의 조명에 유용하다.

Description

확산도 가변 필름을 이용한 발광다이오드 조명 장치{LIGHT EMITTING DIODE LIGHTING SYSTEM HAVING HAZE-CHANGEABLE FILM}
본 발명은 발광다이오드(LED; light emitting diode) 광원을 사용한 조명 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 확산도 가변 필름을 이용하여 실내의 감성조명 등의 용도로 사용될 수 있는 조명 장치에 관한 것이다.
조명의 역사는 100년 전 전기를 빛으로 바꾸는 백열전구로부터 시작되며, 이후 조명에는 필라멘트 및 방전 발광 방식의 광원이 주로 사용되어 왔다. 그러나 이와 같은 필라멘트 및 방전 발광식 광원은 전력 소모가 많고 내구성이 좋지 않으며, 공급된 전력의 상당 부분이 열로 방출되기 때문에 빛으로 이용되는 에너지는 5~28% 정도에 불과하여 에너지 효율이 떨어진다는 단점을 가지고 있다. 또한 최근 환경문제가 불거짐으로 인해 기존의 광원을 대체할 새로운 조명 수단으로 LED가 각광을 받고 있다.
LED는 일반적으로 수은을 함유하고 있지 않아서 친환경적이며, 5만 시간 이상의 긴 수명을 가지고, 에너지 효율이 나쁜 백열등에 비해 90%의 에너지 효율 향상 등의 장점을 가지고 있어서, LED의 적용범위가 점차 확대되고 있는 추세이다.
이러한 LED 광원을 적용한 실내 조명 기술은, 현재 LED 광원에서 방출되는 광을 투명 커버(투명 아크릴 등)에 투과시켜 직사 조명을 만들거나, 확산 커버(확산 아크릴 등)에 투과시켜 간접 조명을 만드는 형태가 있다. 즉, 현재로서는 직사 조명과 간접 조명을 위해 각각 별도의 조명 장치를 사용해야 하는 실정이다.
또한, 현재의 LED 조명 장치들은 두 가지 이상의 색온도(CCT; correlated color temperature)를 내기 위해서 각각의 색온도를 갖는 LED를 필요로 하므로, 여러 색온도를 내기 위해서는 조명 장치의 제조 비용 상승을 초래하게 된다.
따라서, 이러한 문제점들을 해결할 수 있는 새로운 LED 조명 장치의 개발이 요구되고 있다.
한편, 최근 다양한 기능을 갖는 박막재료의 개발과 액정재료에 대한 연구가 진전됨에 따라 광의 투과도 내지는 확산도(haze)를 조절할 수 있는 필름이 개발되고 있다. 이와 같은 투과도(확산도) 가변 필름은 기능성을 나타내는 재료의 종류에 따라 액정, 분산분극입자 등을 이용한 것들이 개발되어 있다.
이와 같이, 액정 또는 분산분극입자를 이용한 투과도(확산도) 가변 필름은 두 장의 투명전도성 필름 사이에 액정 또는 분산분극입자를 삽입시킨 구조로서, 전계(electric field)를 인가하지 않은 상태에서는 액정 분자 또는 분산분극입자의 배열이 불규칙적이어서 확산도가 최대로 되어 빛을 산란시켜 불투명하게 보이지만, 전계를 인가함에 의해 이들의 배열이 규칙적으로 정렬되어 빛을 통과시켜 투명하게 보이는 원리이며, 인가되는 전계에 따라 가시광선의 평균 투과율을 조절할 수 있다.
예를 들어, 대한민국 등록특허공보 제10-0318868호는 강유전성/반강유전성 액정 및 우레탄 아크릴레이트 올리고머와 (메타)아크릴레이트 계열의 모노머가 중합된 고분자를 포함하는 액정 및 이를 이용한 투과도 가변 필름을 개시하고 있다.
이와 같은 투과도 가변 기능을 갖는 필름은 새로운 수요를 불러오는 기술 분야로 각광받고 있으며, 이를 다양한 분야에 접목시키려는 노력이 활발하다.
대한민국 등록특허공보 제10-0318868호
따라서, 본 발명의 목적은 기존의 투과도(확산도) 가변 필름을 이용하여 하나의 LED 조명 장치에서 직사 조명과 간접 조명의 변경이 가능하고 하나의 LED 광원으로 여러 가지의 색온도를 구현할 수 있는 LED 조명 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적에 따라, 본 발명은 투명 기재를 조명면으로서 포함하는 하우징; 상기 하우징의 내부에 위치한 LED 광원; 및 상기 투명 기재의 표면에 부착되고, 전원을 온(on) 또는 오프(off)함에 따라 투명 또는 불투명해지고 인가되는 전압 또는 전류의 세기에 따라 광에 대한 확산도가 달라지는 확산도 가변 필름을 포함하는, LED 조명 장치를 제공한다.
본 발명의 LED 조명 장치는, 하나의 장치로 직사 조명/간접 조명 및 이의 혼합 조명의 조절이 가능하며, 하나의 LED 광원으로 여러 색온도를 구현할 수 있어서, 감성 조명을 요하는 실내와 건축내부 등의 조명에 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일례에 따른 직하형 광원 타입의 LED 조명 장치의 구성도이다(확산도 가변 필름에 연결되는 전원은 도시하지 않음).
도 2는 본 발명의 일례에 따른 측면형 광원 타입의 LED 조명 장치의 구성도이다(확산도 가변 필름에 연결되는 전원은 도시하지 않음).
도 3은 본 발명의 LED 조명 장치의 확산도 가변 필름의 확산 가동 여부에 따른 외관의 변화(a: 확산 오프(off)시, b: 확산 온(on)시) 및 이들의 지향각 변화를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 LED 조명 장치의 확산도 가변 필름의 확산 가동 정도에 따른 외관의 변화(a: 확산도 낮음, b: 확산도 중간, c: 확산도 높음) 및 이들의 지향각 변화를 나타낸 것이다.
이하 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명의 LED 조명 장치는, 투명 기재를 조명면으로서 포함하는 하우징; 상기 하우징의 내부에 위치한 LED 광원; 및 상기 투명 기재의 표면에 부착되고, 전원을 온/오프함에 따라 투명 또는 불투명해지고 인가되는 전압 또는 전류의 세기에 따라 광에 대한 확산도가 달라지는 확산도 가변 필름을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 확산도 가변 필름은 상기 투명 기재의 상면 및/또는 하면에 부착될 수 있으며, 2개 이상의 투명 기재 사이에 삽입되어 적층될 수도 있다.
본 발명에 사용되는 확산도 가변 필름은 인가되는 전압 또는 전류의 세기에 따라 다른 확산도(haze)를 나타내는 필름으로서, 상기 확산도 가변 필름의 확산도가 인가되는 전압 또는 전류의 세기에 반비례하여 변할 수 있으며, 확산도에 비례하여 확산도 가변 필름이 부착된 투명 기재를 통과한 조명의 지향각이 변할 수 있다. 이로써, 본 발명의 LED 조명 장치는 직사 조명, 간접 조명, 또는 이들의 혼합 조명을 낼 수 있다.
예를 들어, 상기 확산도 가변 필름에 전압 또는 전류가 인가되지 않을 경우 확산도가 최대인 불투명한 상태로 됨에 따라 LED 조명으로부터 발생한 광이 필름을 통과하면서 확산되어 간접 조명을 낼 수 있으며, 상기 확산도 가변 필름에 전압 또는 전류가 인가될 경우 확산도가 낮은 투명한 상태로 됨에 따라 LED 조명으로부터 발생한 광이 확산없이 필름을 직접 투과하면서 직사 조명을 낼 수 있다. 또한, 상기 확산도 가변 필름에 인가되는 전압 또는 전류의 세기를 적절히 조절할 경우 확산도가 중간인 반투명한 상태로 됨에 따라 직사 조명과 간접 조명의 중간인 혼합 조명을 낼 수도 있다.
또한, 본 발명에 사용되는 확산도 가변 필름은 인가되는 전압 또는 전류의 세기에 따라 다른 분광투과율(광의 파장별 투과율)을 나타내어 확산도 가변 필름을 통과하는 조명의 색온도(CCT)를 변화시킬 수 있다. 이 때, 확산도를 변화시켰던 전압 또는 전류를 제외한 전계 인자를 공급하여 분광투과율을 변화시킬 수 있는데, 예를 들어, 확산도에 영향을 주는 인자로서 전압을 선택했다면, 분광투과율 내지는 색온도를 변화시키는 인자로는 전류를 선택하여 LED 조명 장치의 확산도와 색온도를 동시에 조절할 수 있다.
이로써, 본 발명의 LED 조명 장치는 동일한 광원을 사용하여도 조명의 색온도를 변화시킬 수 있다.
본 발명에 사용되는 확산도 가변 필름은 전원을 온/오프함에 따라 투명 또는 불투명해지고 인가되는 전압 또는 전류의 세기에 따라 광에 대한 확산도가 조절되는 필름이면 어느 것이라도 가능하다.
예를 들어, 상기 확산도 가변 필름은 액정 또는 분산분극입자를 함유하는 확산도 가변층, 및 상기 확산도 가변층의 상하면에 적층된 투명전도성 필름을 포함하는 구성을 가질 수 있다.
이 때, 상기 투명전도성 필름은 ITO(Indium Tin Oxide)계 필름일 수 있다.
또한, 상기 확산도 가변층은 액정으로서 고분자 분산 액정(PDLC) 또는 고분자 조합 액정(PALC)을 함유할 수 있으며, 예를 들어 네마틱 액정, 강유전성 액정 및 반강유전성 액정 중 적어도 하나가 아크릴계 수지 등의 고분자와 혼합된 조성을 가질 수 있다(대한민국 등록특허공보 제10-0318868호 참조).
또는, 상기 확산도 가변층은 예를 들어 분산분극입자로서 광편광입자를 함유하는 현탁액이 고분자 수지 내에 미세액적 상태로 분산된 조성을 가질 수 있다.
시중에서 구할 수 있는 확산도 가변 필름 제품으로는 일본의 NSG(Nippon sheet glass)사, 아사히글래스(Ashai glass)사, 센트랄글래스(Central glass)사, 미국의 RFI(Research frontiers incorporated)사, 프랑스의 세인트 고베인(Saint Gobain)사, 한국의 (주) SPDI, (주) DM디스플레이, (주) 국영G&M 등에서 제조된 필름을 구입하여 사용할 수 있다.
본 발명의 LED 조명 장치에 있어서, 상기 투명 기재로는 투명 유리, 투명 아크릴판 등이 사용될 수 있다.
또한, 상기 LED 광원은 LED 조명 장치에 통상적으로 쓰이는 LED 광원을 사용할 수 있다.
또한, 상기 하우징은 LED 조명 장치에 통상적으로 쓰이는 하우징으로서, 특정한 형상 및 재질에 국한되지 않는다.
본 발명의 LED 조명 장치는, LED 광원으로부터 방출된 광이 상기 투명 기재에 직접 도달하도록 구성된 직하형 광원 타입; 또는 상기 투명 기재와 상기 LED 광원 사이에 도광판을 추가로 포함하여 상기 LED 광원으로부터 방출된 광이 상기 도광판을 통과한 뒤 상기 투명 기재에 도달하도록 구성된 측면형 광원 타입이 가능하다.
도 1은 본 발명의 조명 장치 중 직하형 광원 타입의 일례를 나타낸 구성도로서, 직하형 LED 조명 장치(1)는 LED 광원(40)이 하우징(30)의 조명면의 반대편 내부에 위치하여 LED 광원(40)으로부터 방출된 광이 직진하여 조명 기구물을 덮고 있는 투명 기재(20)를 통과하여 외부로 방출되도록 구성되며, 이 때 상기 투명 기재(20) 상에 확산도 가변 필름(10)이 적층된다.
도 2는 본 발명의 조명 장치 중 측면형 광원 타입의 일례를 나타낸 구성도로서, 측면형 LED 조명 장치(2)는 LED 광원(40)이 하우징(30)의 조명면에 대해 측면 내부에 위치하여 LED 광원(40)으로부터 방출된 광이 조명 기구물(30) 내부의 도광판(50)을 통과한 뒤 조명 기구물을 덮고 있는 투명 기재(20)를 통과하여 외부로 방출되도록 구성되며, 이 때 상기 투명 기재(20) 상에 확산도 가변 필름(10)이 적층된다.
본 발명의 직하형 LED 조명 장치(1)와 측면형 LED 조명 장치(2)에는, 확산도 가변 필름(10)과 LED 광원(40)에 각각 전원이 연결되며, 도 1 및 2에는 이러한 전원 연결을 별도로 표시하지는 않았다.
본 발명의 LED 조명 장치는 확산도 가변 필름의 확산도 변화에 따라 LED 광원으로부터 방출되는 광을 직사 조명 또는 간접 조명으로 변경시킬 수 있으며, 방출광의 균일도와 지향각을 변화시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 LED 조명 장치는 확산도 가변 필름의 확산도를 적절히 조절하여 직사 조명과 간접 조명의 혼합 조명을 방출할 수 있으며, 방출광의 지향각을 변화시킬 수 있다.
도 3은 확산도 가변 필름의 확산도의 변화에 따른 본 발명의 LED 조명 장치의 외관 및 방출광 지향각 변화의 일례를 나타낸 것이다. 도 3에서, (a)는 확산도 가변 필름의 확산 기능을 완전히 오프(off)시킨 상태로서, 그 결과 확산도 가변 필름은 투명한 상태가 되어 LED 광원으로부터 방출된 광을 직접 투과시키게 된다. 한편, (b)는 확산도 가변 필름의 확산 기능을 온(on) 시킨 상태로서, 그 결과 확산도 가변 필름은 반투명 내지는 불투명한 상태가 되어 LED 광원의 광을 확산 투과시켜 은은한 간접광 형태로 방출시키게 된다. 또한 도 3 하단의 지향각 변화에서 보듯이, 확산도 가변 필름의 확산 기능을 오프시킨 상태(a)보다 온시킨 상태(b)가 LED 조명의 균일도와 지향각을 증가시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 조명 장치에서 확산의 강도에 따른 외관 및 지향각 변화의 일례를 나타낸 것이다. 도 4에서, (a)는 확산도 가변 필름의 확산도를 낮게 유지시킬 경우의 외관이고, (b)는 확산도를 중간 상태로 유지시킬 경우의 외관이며, (c)는 확산도를 높은 정도로 유지시킬 경우의 외관으로서, 확산도 가변 필름의 확산도를 변화시킴에 따라 직사 조명과 간접 조명의 비율을 조절할 수 있다. 또한 도 4 하단의 지향각 변화에서 보듯이, 확산도 가변 필름의 확산도가 (a) 낮은 상태로부터 (b) 중간 상태 및 (c) 높은 상태로 변화할수록, 방출광의 지향각도 증가하게 된다.
추가적으로, 본 발명의 조명 장치는 확산도 가변 필름에서 파장별 투과율(분광투과율)을 조절하여 LED 광원으로부터 발생한 광을 4,000 K, 5,300 K, 6,500 K 등의 다양한 색온도로 변형시켜 방출할 수 있어, 기존의 여러 종류의 LED 광원을 사용해야만 가능했던 것을 한 종류의 LED 광원으로도 구현할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 조명 장치는 확산도 가변 필름의 파장별 투과율(분광 투과율)을 조절함에 따라, 하나의 LED 광원으로도 다양한 색온도(CCT)를 갖는 방출광이 가능하여, 감성조명으로서의 기능을 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 LED 조명 장치는, 종래에 직사 조명과 간접 조명을 구현하기 위해 하우징에 투명 기재와 확산 기재를 각각 사용하였던 것을, 하나의 LED 조명 장치로 직사/간접 조명 및 이의 혼합 조명의 조절이 가능하며, 동일한 LED 광원으로 여러 가지의 색온도 변환이 가능하여 종래에 여러 가지 색온도를 갖기 위해 사용되던 LED 광원의 수량을 줄임으로써 LED 조명 장치의 제조 비용이 절감될 수 있어서, LED 조명 산업의 시장 진출에 가속도를 가져올 수 있다.
1: 직하형 LED 조명 장치 2: 측면형 LED 조명 장치
10: 확산도 가변 필름
20: 투명 기재 30: 하우징
40: LED 광원 50: 도광판

Claims (9)

  1. 투명 기재를 조명면으로서 포함하는 하우징;
    상기 하우징의 내부에 위치한 발광다이오드(LED) 광원; 및
    상기 투명 기재의 표면에 부착되고, 전원을 온(on) 또는 오프(off)함에 따라 투명 또는 불투명해지고 인가되는 전압 또는 전류의 세기에 따라 광에 대한 확산도(haze)가 달라지는 확산도 가변 필름을 포함하는, LED 조명 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 조명 장치가, 상기 확산도 가변 필름의 확산도가 변함에 따라 직사 조명, 간접 조명, 또는 이들의 혼합 조명을 내는 것을 특징으로 하는, LED 조명 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 확산도 가변 필름이 인가되는 전압 또는 전류의 세기에 따라 광의 파장별 투과율을 변화시켜 방출광의 색온도를 변화시키는 것을 특징으로 하는, LED 조명 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 조명 장치는,
    상기 LED 광원으로부터 방출된 광이 상기 투명 기재에 직접 도달하도록 구성된 것을 특징으로 하는, LED 조명 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 조명 장치는,
    상기 투명 기재와 상기 LED 광원 사이에 도광판을 추가로 포함하며,
    상기 LED 광원으로부터 방출된 광이 상기 도광판을 통과한 뒤 상기 투명 기재에 도달하도록 구성된 것을 특징으로 하는, LED 조명 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명 기재가 투명 유리와 투명 아크릴판 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는, LED 조명 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 확산도 가변 필름이 둘 이상의 투명 기재 사이에 삽입되어 적층되는 것을 특징으로 하는, LED 조명 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 확산도 가변 필름이
    액정 또는 분산분극입자를 함유하는 확산도 가변층, 및
    상기 확산도 가변층의 상하면에 적층된 ITO(indium tin oxide)계 투명전도성 필름을 포함하는 것임을 특징으로 하는, LED 조명 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 확산도 가변층이,
    네마틱 액정, 강유전성 액정 및 반강유전성 액정 중에서 선택되는 적어도 하나의 액정이 고분자 수지와 혼합된 조성을 갖는 것을 특징으로 하는, LED 조명 장치.
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