KR20210109124A - 조명장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 조명 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 조명부에서 조사되어 조명커버에서 반사된 광원을 파장변환하고 파장변환된 빛을 산란하여 다시 조명커버 방향으로 반사함으로써, 조명부에서 방출되는 빛의 손실을 최소화하여 조명부의 효율을 증가시킬 수 있고, 빛의 파장변환에 의해 선택된 파장을 갖는 빛을 조사할 수 있는 조명 장치에 관한 것이다.
위의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 조명 장치는 복수의 광원이 장착되는 조명부; 상기 조명부와 이격되어 설치되는 조명커버; 및 상기 조명부의 광원 장착면에 배치되고, 상기 조명커버에서 반사된 반사광을 다시 조명커버 쪽으로 반사하는 반사시트를 포함하며, 상기 반사시트는 상기 조명커버에서 반사된 반사광의 파장을 변환하는 파장변환층이 적층되는 것을 특징으로 한다.

Description

조명장치{Lighting Device}
본 발명은 조명 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 조명부에서 조사되어 조명커버에서 반사된 광원을 파장변환하거나 산란하여 다시 조명커버 방향으로 반사함으로써, 조명부에서 방출되는 광의 손실을 최소화하여 조명부의 효율을 증가시킬 수 있고, 광의 파장변환에 의해 선택된 파장을 갖는 광을 조사할 수 있는 조명 장치에 관한 것이다.
일반적으로 LED(Light Emitting Diode) 조명 기구는 백 라이트 유닛(Back Light Unit)에 LED가 복수 개 배치된다. 상기 백 라이트 유닛에 장착되는 LED는 점 광원이기 때문에 광원을 확산하여 면 광원으로 조사하기 위한 다양한 기술이 개발되었다.
LED에서 조사되는 점 광원을 면 광원으로 조사하기 위해, 상기 LED의 조사 방향으로 이격된 위치에 확산판(또는 커버)을 구비하게 되며, 상기 확산판에는 다양한 재료를 포함하는 기술이 개발되었다.
그런데 이러한 확산판은 LED에서 조사되는 광원을 전부 투과시키지 못하고 일부는 LED 방향으로 반사시켜 광 효율이 저하되는 단점이 있었다.
이에, LED가 실장되는 기판에 반사판 또는 반사시트를 구비하여 확산판에서 반사된 광을 다시 확산판 측으로 반사시키기 위한 다양한 기술이 개발되었다.
이러한 기술 중에서, 등록특허공보 제10-0193970호(특허문헌 001)에 LED 어레이 광원이 개시되었다. 상기 특허문헌 001은 LED 배열로부터 방출된 출력광을 부분적으로 반사시키는 상부 반사체와 상기 상부 반사체에서 반사된 반사광을 방출면으로 재반사하는 하부 반사체가 구비된다.
또한, 등록특허공보 제10-1792106호(특허문헌 002)에 메탈 피씨비 상에 반사층이 구비된 LED PCB 모듈이 개시되었다. 상기 특허문헌 002는 엘이디 하부에 적층되는 전도체층과, 그리고 상기 전도체층 하부에 적층되는 투광성 부도체층과, 그리고 상기 반사체층 하부에 구비되는 메탈 피씨비(PCB)와, 그리고 상기 부도체층과 상기 메탈 피씨비사이에 적층되는 반사체층을 포함하여 구성된다.
또한, 등록특허공보 제10-1885627호(특허문헌 003)에 고반사 기능이 구비된 LED 등기구가 개시되었다. 상기 특허문헌 003은 PCB의 하부에 장착되고 폴리카보네이트(Polycarbonate) 계열의 수지로 사출성형성되어 광확산판의 상면에 반사되면서 상향 입사된 조명광을 하향 반사시키기 위한 고반사 반사면이 저면에 형성된 반사플레이트를 포함하여 구성된다.
그러나 상기의 기술들은 반사광을 다시 반사하는 기술에 불과한 것으로서, 광 파장을 변화시킬 수 없기 때문에 다양한 분야에 적용할 수 없는 단점이 있다.
한편, 미국 특허출원공개공보 US9341887(특허문헌 004)에 반사광을 재반사시키도록 흰색 잉크 또는 백색 페인트와 같은 ESR 층 또는 확산되는 스캐터러를 포함하는 리플렉터가 기재되어 있고, 미국 특허출원공개공보 US2008/0019114(특허문헌 005)에 누광을 최소로 하기 위한 반사면을 가진 필름이 설치되되, 상기 필름은 백색의 확산 리플렉팅 필름을 포함하여 구성된다.
종래의 상기 특허문헌들에 의하면, LED에서 방출된 광이 반사되어 LED로 되돌아온 광을 다시 반사하는 기술에 관한 것이나, 반사되는 과정에서 파장변환 및 광 산란을 기대할 수 없는 문제점이 있다.
등록특허공보 제10-0193970호(1999. 02. 05.) 등록특허공보 제10-1792106호(2017. 10. 25.) 등록특허공보 제10-1885627호(2018. 07. 31.) 미국 특허출원공개공보 US9341887(2016. 05. 17.) 미국 특허출원공개공보 US2008/0019114(2008. 01. 24.)
본 발명은 위와 같은 종래 기술이 갖는 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 조명커버에서 반사되어 조명부측으로 되돌아온 광을 조명커버 측으로 재반사 시키되, 재반사되는 광은 파장변환 및 산란되게 하는 조명 장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 빛 확산을 위한 수지물이나 색상 변환을 위한 형광체가 도포되지 않은 순수 칩 상태의 LED를 가지는 조명부에 대해서도 파장변환을 통해 다양한 색의 광을 조사할 수 있는 조명 장치를 제공하는 데 있다.
위의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 조명 장치는 복수의 광원이 장착되는 조명부; 상기 조명부와 이격되어 설치되는 조명커버; 및 상기 조명부의 광원 장착면에 배치되고, 상기 조명커버에서 반사된 반사광을 다시 조명커버 쪽으로 반사하는 반사시트를 포함하며, 상기 반사시트는 상기 조명커버에서 반사된 반사광의 파장을 변환하는 파장변환층이 적층되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조명장치는 복수의 광원이 장착되는 조명부; 상기 조명부와 이격되어 설치되는 조명커버; 및 상기 조명부의 광원 장착면에 설치되고, 상기 조명커버에서 반사된 반사광을 다시 조명커버 쪽으로 반사하는 반사시트를 포함하며, 상기 반사시트는 상기 조명커버에서 반사된 반사광의 파장을 변환하는 파장변환물질과 산란(scattering)하는 산란물질이 섞인(mixed) 혼합층을 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조명장치는 복수의 광원이 장착되고, 복수의 광원 사이에 반사영역이 형성된 조명부; 및 상기 조명부와 이격되어 설치되는 조명커버를 포함하며, 상기 반사영역은 상기 조명커버에서 반사된 반사광을 다시 조명커버 쪽으로 반사하는 반사층을 포함하고, 상기 반사층 위에 반사광의 파장을 변환하는 파장변환물질과 반사광을 산란(scattering)시키는 산란물질이 적층 도포된다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조명장치는 복수의 광원이 장착되고, 복수의 광원 사이에 반사영역이 형성된 조명부; 및 상기 조명부와 이격되어 설치되는 조명커버를 포함하고, 상기 반사영역은 상기 조명커버에서 반사된 반사광을 다시 조명커버 쪽으로 반사하는 반사층을 포함하고, 상기 반사층 위에 반사광의 파장을 변환하는 파장변환물질과 반사광을 산란(scattering)시키는 산란물질이 혼합된 혼합물이 도포된다.
여기서, 상기 반사시트는 상기 조명커버에서 반사된 반사광을 산란(scattering)시키는 산란층이 포함될 수 있다.
또한, 상기 파장변환층은 무기형광체, 양자점, 페로브스카이트(perovskite) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 반사시트의 가장자리는 상기 조명커버 방향으로 절곡되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 광원은 LED 베어칩 패키지로 구성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 조명커버에서 반사된 광(빛)은 반사시트에서 파장변환 및 산란되어 다시 조명커버 측으로 반사됨에 따라, 조명커버에서 방출되는 광의 손실을 최소화하여 광 효율을 향상시킬 수 있고, 반사되는 광원이 산란함에 따라 지향각을 개선할 수 있는 장점이 있다.
또한, 파장변환의 물질 및 입자 크기의 선택으로 다양한 색상을 표출할 수 있는 장점이 있다.
또한, LED에 수지물 및 형광체를 도포하지 않은 조명부에 대해서도 파장변환하여 다양한 색의 광을 조사할 수 있으므로, LED에서 발생되는 열이 쉽게 방출되어 조명 장치의 기대수명을 연장할 수 있고, LED를 이용한 조명부의 제조 공정이 일부 생략되어 불량률이 감소됨을 물론, 조명부의 제조 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
도 1a 및 도 1b는 각각 양자점의 원리를 설명하기 위한 개념도,
도 1c는 형광체의 발광원리를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 조명 장치의 주요 구성을 개략적으로 나타낸 분해 사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 조명 장치의 조명커버의 부분 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 조명 장치에서 광원의 반사 과정을 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조명 장치에 적용된 반사시트의 측단면도,
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조명장치에 적용된 반사시트의 측단면도,
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조명 장치에 적용된 반사시트의 사시도,
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조명 장치의 개략적인 분해 사시도,
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조명 장치에 적용된 반사시트의 측단면도,
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조명 장치에 적용된 반사시트의 사시도,
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조명 장치의 분해 사시도,
도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조명 장치에 적용된 반사영역의 부분 측단면도,
도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조명 장치에 적용된 반사영역의 부분 측단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
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 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 명세서에서 기재한 모듈(MODULE)이란 용어는 특정한 기능이나 동작을 처리하는 하나의 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합을 의미할 수 있다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 파장변환물질의 일례인 양자점(quantum dot)을 활용한 특정 파장을 변환하여 출력하는 원리에 대해서 설명하면 다음과 같다.
도 1a 및 도 1b는 각각 양자점의 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
양자점(quantum dot)은 양자(quantum)를 나노미터(nm) 단위로 합성시킨 반도체 결정을 말한다. 양자점에 자외선(블루 라이트)을 쪼이면 같은 성분의 입자라도 입자의 크기에 따라 다양한 색을 방출하게 되는 데, 이러한 특성은 일반 물질보다는 반도체 물질들이 더욱 잘 나타낸다. 양자점 반도체 결정에는 이러한 특성이 강한 카드뮴, 황화카드뮴, 카드뮴셀레나이드, 인화인듐 등의 원소들이 활용된다. 최근에는 인화인듐 중심체에 아연-셀레늄-황 합금(ZnSeS)으로 바깥을 감싸 중금속인 카드뮴을 없애기도 한다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 양자점의 입자 크기가 작으면 녹색과 같은 짧은 파장의 가시광선을 방출하며, 크기가 커질수록 빨간색과 같은 파장이 긴 가시광선을 방출한다. 일반적으로, 양자구속효과(Quantum Confinement Effect)에 의해 양자점의 크기에 따라 밴드갭 에너지가 조절되어 다양한 파장의 에너지를 방출하는 특성을 가진다. 즉, 양자점 내부에서 전자의 에너지 준위가 낮아지면서 빛을 방출하는데, 양자점의 크기가 클수록 에너지 준위 사이가 좁기 때문에 상대적으로 낮은 에너지를 가진 긴 파장의 빨간색이 방출된다.
여기서, 양자구속효과란, 입자가 수십 나노미터 이하인 경우, 전자가 공간 벽에 의해 불연속적인 에너지 상태를 형성하며, 공간의 크기가 작아질수록 전자의 에너지상태가 높아지고 넓은 띠 에너지를 갖게 되는 현상이다.
도 1b를 참고하면, 양자점(quantum dot)의 원리는 양자들이 뭉쳐진 특히, 반도체물질 내부의 전자들이 자외선 등의 에너지를 받으면 더 높은 에너지 준위로 퀀텀 점프(quantum jump, 양자도약)하여 올라가게 되고, 다시 에너지를 방출하며 낮은 에너지 준위로 떨어지게 되는 것을 반복하는데, 이러한 에너지는 양자점의 크기에 따라 다양한 파장의 에너지를 방출한다. 그 파장(에너지)의 영역이 가시광선대의 영역(380nm~800nm)이라면 눈에 보이는 다양한 색상을 에너지 형태의 파장으로 방출하는 원리이다.
즉, 양자점은 여기원(excitation source)으로부터 빛을 흡수하여 에너지 여기 상태에 이르면, 양자점의 에너지 밴드갭(band gap)에 해당하는 에너지를 방출하게 된다. 따라서, 양자점의 크기 또는 물질 조성을 조절하게 되면 에너지 밴드 갭(band gap)을 조절할 수 있게 되어 자외선 영역에서부터 적외선 영역까지 전 영역에서 발광이 가능하게 된다.
양자점을 제조하는 방법으로는 유기금속화학증착법(MOCVD : metal organic chemical vapor deposition)이나 분자선결정성장법(MBE : molecular beam epitaxy)와 같은 기상 증착법이 사용될 수도 있고, 화학적 습식 합성법이 사용될 수도 있다. 화학적 습식 합성법에 의해 제조된 양자점은 콜로이드 상태로 용매 내에 분산되어 있으므로, 원심분리를 통해 용매로부터 양자점을 분리해 내고, 분리해 낸 양자점은 제조된 금속-유기물 전구체 용액에 분산될 수 있다. 이때, 양자점은 금속-유기물 전구체의 유기물과의 결합에 의하여 안정화될 수 있다.
이러한 양자점들을 종류별로 투명 소재의 필름에 구역을 구분하여 도포한 후 LED와 같은 인공광을 입사하면 양자점의 특성별로 사용자가 미리 설정한 특정 파장의 광만 출력되는 원리를 이용하는 것이다. 물론 필름의 어느 도포 영역에는 적어도 둘 이상의 종류의 양자점을 혼합 배포하는 방식으로 제3의 파장을 설정할 수도 있다.
다음으로, 무기형광체를 활용하여 특정 파장을 선택적으로 감지하거나 특정 파장을 선택적으로 출력하는 원리를 설명한다. 도 1c는 형광체의 발광원리를 나타낸 도면이다.
어떤 형태의 에너지가 입자 내부로 입사될 때 입자 안에서 어떤 작용으로 인한 가시광의 빛을 만들어 내는 것으로 이 과정을 발광(Luminescence)이라고 한다. 형광체의 발광원리를 살펴보면 형광체가 에너지를 받으면 자유전자(electron)와 홀(hole)이 형성되어 높은 준위의 에너지 상태로 변하고, 이것이 안정된 상태로 돌아가면서 그 에너지가 가시광선으로 방출된다. 형광체는 모체(Host material)와 적절한 위치에 불순물이 혼입된 활성이온(Activator)으로 구성되는데, 활성이온들은 발광과정에 관여하는 에너지 준위를 결정함으로써 형광체의 발광색을 결정한다.
따라서 특정 파장의 빛을 발광하는 활성이온이 가미된 형광체를 종류별로 투명 소재의 필름에 구역을 구분하여 도포 또는 착색한 후 LED와 같은 인공광을 입사하면 형광체의 특성별로 사용자가 미리 설정한 특정 파장의 광만 출력되는 원리를 이용하는 것이다. 물론 필름의 어느 도포 영역에는 적어도 둘 이상의 종류의 형광체를 혼합 도포하는 방식으로 제3의 파장을 설정할 수도 있다.
도 2는 본 발명에 따른 조명 장치의 주요 구성을 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다.
첨부된 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 조명 장치는 크게 조명부(100), 조명커버(200) 및 반사시트(300)를 포함하여 이루어진다.
조명부(100)는 복수의 광원(110)이 장착되어 전기에너지의 인가에 따라 광을 방출하는 것으로서, 광원(110)을 구동하기에 적합한 전원으로 변환시키는 인버터, 전원의 온/오프를 제어하는 제어모듈이 더 포함될 수 있다. 여기서, 상기 광원은 광을 생성하고 방출하도록 구성된 광학적 방출기로 정의된다. 예를 들어, 광원은 활성화되거나 턴 온될 때 광을 방출하는 발광 다이오드(LED)와 같은 광학 방출기를 포함할 수 있다. 특히, 본 발명에서 정의하는 광원(110)은 실질적으로 임의의 광원일 수 있거나, 발광 다이오드(LED), 레이저, 유기 발광 다이오드(OLED), 중합체 발광 다이오드, 플라즈마-계 광학적 방출기, 형광 램프, 백열등 및 사실상 모든 다른 광원 중 하나 이상을 포함하는 실질적으로 모든 광학 방출기를 포함할 수 있다. 광원에 의해서 생산되는 광은 색상(컬러)을 가질 수 있거나(즉, 광의 특정 파장을 포함할 수 있거나), 파장의 범위(예를 들어, 백색 광)일 수 있다. 일부 실시예에서, 광원은 다양한 복수의 광학 방출기를 포함할 수 있다. 또한, 광원은 세트 또는 그룹을 포함할 수 있고, 세트 또는 그룹 중의 적어도 하나의 다른 광원에 의해서 생성된 광의 컬러 또는 파장과 상이한 컬러 또는 동등하게 파장를 갖는 광을 생성한다. 상이한 컬러들은 예를 들어 일차적인 컬러(예를 들어, 적색, 녹색, 청색)를 포함할 수 있다.
상기 조명부(100)의 광원(110)이 LED(발광 다이오드) 패키지(package)인 경우, 상기 복수 개의 광원(110)은 회로기판(120)에 전기적으로 연결된 구조로 이루어진다. 이때, 상기 회로기판(120)은 금속 재질의 메탈 PCB로 구성될 수 있고, 그 하부에는 발생된 열을 방열시키기 위한 방열판 등이 설치될 수 있다. 또한, 상기 회로기판(120)은 도전성 패턴을 형성하는 전도체층과 부도체층이 구성되어 광원(110)에 전기에너지를 인가할 수 있도록 구성된다. 또한, 상기 광원(110)은 봉지재(수지물과 형광체 등)에 코팅된다.
첨부된 도 2에 도시된 광원(110)은 회로기판(120)의 광원장착면(121)에 돌출된 형태로 도시하였으나, 회로기판(120)에 함몰된 형태로 구성될 수 있다.
설계조건에 따라서, 상기 광원(110)은 적색, 주황색, 황색, 황록색, 순녹색 및 청색을 포함하는 다양한 색 중에서 선택된 하나 이상의 조합으로 구성될 수 있고, 다양한 패턴으로 배치될 수 있다.
조명커버(200)는 조명부(100)과 이격되어 설치되는 것으로서, 상기 조명부(100)에서 방출되는 광원을 투과시킨다.
상기 조명커버(200)는 조명 장치가 설치되는 환경에 따라 다양한 형태로 실시될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 평면 형태로 구성되거나 반구 또는 단면이 호 형상 등으로 구성될 수 있고, 말거나 구부림이 가능한 플렉시블 재질로도 가능하다.
아울러, 상기 조명커버(200)는 입사광의 파장을 변환하여 방출하는 변환층(210)을 포함한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 조명 장치의 조명커버의 부분 단면도를 나타낸 것이다.
첨부된 도 3을 참조하면, 상기 조명커버(200)는 변환층(210), 배리어필름(220) 및 복합필름(230)을 포함하여 구성된다.
상기 변환층(210)은 조명부(100)의 광원(110)에서 방출된 광원(빛)과 후술되는 반사시트(300)에서 반사된 광원(빛)의 파장을 변환하여 방출하는 것으로서, 파장변환물질을 포함하여 구성될 수 있다. 또는 상기 변환층(210)은 광원의 파장을 변환하는 파장변환물질이 포함되는 변환층과 광원을 산란하는 산란물질이 포함되는 산란층이 적층되는 구조로 구성될 수 있고, 파장변환물질과 산란물질이 혼합된 형태로 구성될 수 있다. 상기 파장변환물질 및 산란물질에 대한 설명은 후술한다.
상기 변환층(210)의 일면 또는 상하부면에는 PET(Polyester) 소재의 배리어 필름(220, Barrier film)이 코팅될 수 있다.
이에 더하여, 상기 배리어 필름(220)의 일면 또는 상하부면에는 지지력을 증가시키는 복합필름(230)으로 한 번 더 코팅될 수 있다. 여기서, 상기 복합필름(230)은 투명성과 내열성이 우수한 필름형태의 기재가 사용될 수 있다. 이러한 필름형태의 기재는 폴리(메타) 아크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리아릴레이트 등의 폴리에스테르; 폴리카보네이트, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 지방족 또는 방향족 폴리아미드(예컨대, 나일론, 아라미드등), 폴리에테르에테르케톤, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 시클릭올레핀폴리머(cyclic olefin polymer; COP), 폴리비닐리덴 클로라이드 등의 수지 중에서 선택될 수 있다.
상기 조명커버(200)에 의하면, 조명부(100)의 광원(110)에서 방출된 광원(빛)을 입사받아 광의 파장을 변환하여 방출한다.
그런데, 본 발명에 적용된 조명커버(200)뿐만 아니라 투광성이 뛰어난 조명커버라도 입사된 빛을 전부 투과시키지 못한다. 즉, 입사된 광원의 대부분은 조명커버를 통과하여 유효광원으로 조사될 수 있으나 일부는 조명커버에서 반사되게 된다.
이에, 본 발명에서는 조명커버(200)에서 반사된 광원 중에서 광원(110)이 배치된 회로기판(120)으로 입사되는 광원을 다시 상기 조명커버(200)로 반사하기 위해 반사시트(300)가 구성된다.
도 4는 본 발명에 따른 조명 장치에서 광원의 반사 과정을 설명하기 위한 도면이다. 첨부된 도 4를 참조하면, LED 칩(110)에서 방출되는 광원은 조명커버(200) 쪽으로 진행하여 대부분 조명커버(300)를 통과하여 방출된다. 이때, 광원(110)에서 방출되는 광원의 일부는 조명커버(200)에서 반사되고, 반사된 광원은 반사시트(300)에 입사되게 된다.
상기 반사시트(300)는 조명커버(200)에서 반사된 광원을 다시 조명커버(200) 쪽으로 반사하는 기능을 수행하는 것으로서, 광원장착면(121, 도 2 참조)에 배치되고, 복수 개의 광원(110)에 대응하여 통공(300a, 도 2 참조)이 형성된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조명 장치에 적용된 반사시트의 측단면도를 나타낸 것이다.
첨부된 도 5를 참조하면, 반사시트(300)는 반사층(310)과 기재층(320)을 포함한다.
상기 반사층(310)은 입사된 광원을 반사시키는 것으로서, 높은 반사효율을 기대할 수 있는 구리, 은, 알루미늄, 주석, 금, 황동, 청동, 스테인레스 스틸 중에서 선택된 어느 하나의 재료로 구성될 수 있으나, 광원을 반사할 수 있는 임의의 재질이라면 어느 것이라도 무방하다.
기재층(320)은 상기 반사층(310)의 상면에 배치되어 입사된 입사광의 파장을 변환 및/또는 산란시키는 것으로서, 파장변환층(321)과 산란층(322)을 포함하여 이루어진다.
먼저, 파장변환층(321)은 입사광의 파장을 변환한다.
이에, 상기 파장변환층(321)에는 입사광의 파장을 변환시키기 위한 파장변환물질(321a)을 포함하는 데, 상기 파장변환물질은 무기형광체(inorganic phosphor), 양자점(quantum dot) 및 페로브스카이트(perovskite) 중 적어도 하나를 포함한다. 즉, 상기 파장변환층(321)은 무기형광체, 양자점 또는 페로브스카이트 중에서 선택된 하나의 파장변환물질을 포함하거나 둘 이상의 혼합물이 포함될 수 있다.
상기 무기형광체는 산화물계 형광체, 가넷계 형광체, 실리케이트계 형광체, 황화물계 형광체, 산질화물계 형광체, 질화물계 형광체 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 양자점은 II-VI, IIIㅡV족 등을 예로 들 수 있고， 대표적인 예로는 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, GaN, GaP, GaAs, GaSb, A1N, A1P, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb, Si, Ge 및 이들의 흔합물로 구성된 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
페로브스카이트(perovskite)는 오가노메탈 할라이드, 유기금속할로겐화물(Organometal halide perovskite compound) 또는 유기금속할로겐화물로도 지칭된다. 이러한 페로브스카이트 구조를 갖는 물질 중에서 상기 유기금속할로겐화물은 유기 양이온(A), 금속 양이온(M) 및 할로겐 음이온(X)으로 이루어지며, AMX3의 화학식을 갖는 물질이다.
이와 같은, 파장변환물질을 포함하는 파장변환층(321)에서는 입사된 광원이 파장변환물질의 입자 크기에 따라 밴드갭 에너지가 조절되어 다양한 파장으로 변환되어 방출된다. 즉, 상기 파장변환층(321)을 구성하는 파장변환물질의 입자 크기를 조절하면 상기 파장변환층(321)을 통과하여 방출되는 광원의 파장을 조절할 수 있다.
예를 들어, 상기 파장변환물질의 입자 크기가 2 ~ 6nm이고 각 입자가 균일하게 분포된 상태에서 입사된 광원이 청색인 경우, 상기 파장변환층(321)에서 방출되는 색은 청색, 녹색 및 적색의 파장으로 변환되어 방출되게 된다.
산란층(322)은 입사광을 산란시켜 난반사하는 것으로서, 입사광을 산란(scattering)하는 산란물질(322a)을 포함하여 구성된다.
이러한 산란물질(322a)로는 PMMA, PS 등의 폴리 아크릴레이트 계열 중합체, PMSQ 등의 실리콘 계열 중합체 및 SiO2, TiO2, Al2O3 등의 무기 분산제 중에서 선택될 수 있다. 여기서, 상기 산란물질은 입자의 크기가 작을수록 넓은 범위의 산란각을 가지되, 산란의 정도는 광원의 파장과 입자의 크기에 따라 가변된다. 즉, 광원의 파장에 따라서 산란물질의 산란 입자 크기를 조절하면 산란 범위를 조절할 수 있는 것으로서, 산란 범위에 따른 지향각을 조절할 수 있다.
아울러, 첨부된 도 5를 참조하면, 반사된 광원의 입사광은 기재층(320)의 파장변환층(321)과 산란층(322)를 순차적으로 통과하여 반사층(310)에서 반사되고, 반사된 광원은 다시 산란층(322)과 파장변환층(321)을 순차적으로 통과하여 반사되게 구성되었다. 그러나 이는 일 실시 예에 불과한 것으로서, 설계조건에 따라 산란층(322)과 파장변환층(321)의 적층 순서가 변경될 수 있음은 물론이다.
위와 같은 구성에 따른 상기 반사시트(300)는 입사된 광원이 반사되어 방출되기까지 적어도 2번의 파장변환과 2번의 산란이 이루어지기 때문에 파장변환 및 산란의 효율이 증가되는 장점이 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조명장치에 적용된 반사시트의 측단면도를 나타낸 것이다.
첨부된 도 6을 참조하면, 반사시트(301)는 반사층(310)과 기재층(320)을 포함한다.
상기 반사층(310)은 입사된 광원을 반사시키고, 기재층(320)은 상기 반사층(310)의 상면에 배치되어 입사된 입사광의 파장을 변환 및 산란시키는 것으로서, 혼합층(323)을 포함하여 이루어진다.
상기 혼합층(323)은 입사광의 파장을 변환하는 파장변환물질(321a)과 입사광을 산란(scattering)하는 산란물질(322a)이 섞인(mixed) 혼합물이 포함된다.
상기 파장변환물질(321a)은 무기형광체(inorganic phosphor), 양자점(quantum dot) 및 페로브스카이트(perovskite) 중 적어도 하나를 포함한다. 즉, 상기 변환산란층(323)은 무기형광체, 양자점 또는 페로브스카이트 중에서 선택된 하나의 파장변환물질을 포함하거나 둘 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
산란물질(322a)은 PMMA, PS 등의 폴리 아크릴레이트 계열 중합체, PMSQ 등의 실리콘 계열 중합체 및 SiO2, TiO2, Al2O3 등의 무기 분산제 중에서 선택될 수 있다.
상기와 같은 반사시트(300, 301)의 구성에서 반사시트의 가장자리로 입사된 광원은 반사시트에서 반사되어 조명커버(200) 쪽으로 진행하지 못하고 반사시트의 영역 외측으로 반사될 수 있다.
이에, 조명커버(200)에서 반사된 광원을 반사시트 쪽으로 진행되게 유도하고, 반사시트에서 반사된 광원을 상기 조명커버(200) 쪽으로 유도하기 위해, 반사시트의 가장자리는 상기 조명커버(200) 쪽으로 절곡되도록 형성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조명 장치에 적용된 반사시트의 사시도를 나타낸 것이다.
첨부된 도 7을 참조하면, 반사시트(300, 301)의 가장자리는 조명커버(200) 측(방향)으로 절곡 형성된 날개부(350)가 형성된다. 여기서, 상기 날개부(350)의 절곡 정도(각도)와 폭은 반사시트(300, 301)와 조명커버(200) 사이의 거리, 광원의 조향각, 조명 장치의 용도 등에 따라 다르게 형성될 수 있다.
이와 같이, 반사시트(300, 301)에 날개부(350)가 형성됨으로써, 조명커버(200)에서 반사된 광원과 반사되어 되돌아가는 광원의 손실을 더욱 최소화할 수 있으므로, 날개부가 형성되지 않은 반사시트와 비교하여 상대적으로 더 높은 광 효율을 기대할 수 있다.
한편, 조명부의 광원이 발광 다이오드(LED) 패키지(package)를 포함하는 경우, LED 패키지는 전도체층과 부도체층이 형성된 회로기판에 배치되고, 그 상부에 LED 칩이 배치되며, 상기 LED 칩 상부에는 봉지재(수지물과 형광체 등)가 코팅된다. 즉, 본 발명에서 상기 LED 패키지는 전도체층과 부도체층이 형성되는 회로기판, LED 칩, 형광체, 봉지제(예를 들면 에폭시 수지), 렌즈 및 방열성 부품 등을 포함하는 것으로 정의한다.
이때, 상기 봉지재는 LED 칩을 감싸고 있어, 외부 충격과 환경으로부터 LED 칩을 보호하는 역할을 한다. 그런데 LED 칩에서 방출되는 광원이 LED 칩으로부터 나오기 위해서는 봉지재를 통과하여야 하기 때문에, 상기 봉지재는 높은 광학적인 투명성 즉, 높은 광투과도를 가져야 하며, 또한 광추출 효율을 높이기에 적당한 고굴절율을 갖는 것이 요구될 뿐 아니라, LED 칩의 열화 특성을 막기 위해 높은 방열 특성도 요구된다.
종래 사용되는 봉지재로서 굴절율이 높고 가격이 저렴한 에폭시 수지가 널리 사용되어 왔지만, 에폭시 수지는 내열성이 낮아서 고출력 LED 칩에서 열에 의하여 열화되는 문제가 있고, 백색광 LED 칩에서 청색 및 자외선 부근의 광에 의하여 황변(黃變)되어 휘도를 저하시키는 문제가 있다. 이에 대한 대안으로서, 저파장 영역에서 우수한 내광성을 갖는 실리콘 수지가 사용되고 있지만(실리콘 수지의 실록산 결합(Si-O-Si)의 결합 에너지는 106 kcal/mol 로서 탄소-탄소(C-C) 결합 에너지에 비하여 20 kcal/mol 이상 높아서 내열성 및 내광성이 좋음), 실리콘 수지는 굴절율이 낮아 광추출 효율이 저하되고 접착성이 약한 문제가 있다.
또한, LED 칩에서 발광되는 색을 변환하기 위해서 수지에 형광체를 혼합하여 사용하거나, 수지와 형광체를 적층하여 사용한다. 예를 들어, 청색광을 발하는 청색 LED 칩을 사용할 때 수지와 황색 형광체를 혼합한 봉지재를 사용함으로써 백색광으로 색변환하는 방법이 알려져 있다. 또한, 종래에는 이러한 수지를 플레이트 형상으로 형성한 후 LED 칩 상에서 가압하는 방법으로 봉지하는 방법이 알려져 있다.
결국, 수지를 봉지재로 사용하여 LED 칩을 코팅하게 되면, LED 칩에서 발생되는 고온에 의해 수지가 열화되기 쉽고 발광색이 변화될 수 있으며, 적합한 봉지재를 제조하여 코팅하는 공정이 더 부가됨에 따라 공정이 복잡해짐은 물론, 제조 비용의 증가됨은 당연하다 할 것이다.
이에, 본 발명의 다른 실시 예를 통해 LED 칩 상부에 봉지재 등의 코팅을 수행하지 않아도 LED 칩의 색을 변환할 수 있는 LED 베어칩(bare chip) 패키지를 이용한 조명 장치를 제안한다. 즉, 상기 LED 베어칩 패키지는 전도체층과 부도체층이 형성된 회로기판과 상기 회로기판 상부에 LED 칩이 배치되며, 상기 LED 칩 상부에는 봉지재(수지물과 형광체 등)가 코팅되지 않은 구조로 정의된다. 즉, 본 발명에서 상기 LED 베어칩 패키지는 전도체층과 부도체층이 형성되는 회로기판, LED 칩, 형광체 및 방열성 부품 등을 포함하되 봉지재 및 형광체는 도포되거나 코팅되지 않은 것으로 정의한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조명 장치의 개략적인 분해 사시도이다.
첨부된 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조명 장치는 조명부(101), 조명커버(200) 및 반사시트(302)를 포함한다.
조명부(101)는 전기에너지의 인가에 따라 LED 칩을 발광시켜 광원을 방출하는 것으로서, LED 칩을 구동하기에 적합한 전원으로 변환시키는 인버터, 전원의 온/오프를 제어하는 제어모듈 등이 더 포함될 수 있다.
상기 조명부(101)는 복수 개의 LED 칩(111)이 회로기판(120)에 전기적으로 연결된 구조로 이루어진다. 이때, 상기 회로기판(120)은 금속 재질의 메탈 PCB로 구성될 수 있고, 그 하부에는 발생된 열을 방열시키기 위한 방열판 등이 설치될 수 있다. 또한, 상기 회로기판(120)은 도전성 패턴을 형성하는 전도체층과 부도체층이 구성되어 LED 칩(111)에 전기에너지를 인가할 수 있도록 구성된다.
첨부된 도 8에 도시된 LED 칩(111)은 회로기판(120)의 광원장착면(121)에 돌출된 형태로 도시하였으나, 회로기판(120)에 함몰된 형태로 구성될 수 있다.
상기 LED 칩(111)은 적색, 주황색, 황색, 황록색, 순녹색 및 청색을 포함하는 다양한 색 중에서 선택된 하나 이상의 조합으로 구성될 수 있고, 다양한 패턴으로 배치될 수 있다. 상기 구성에서 중요한 점은 상기 LED 칩(111)의 상부에는 봉지재(및 형광체) 등으로 코팅되지 않는다는 점이다.
조명커버(200)는 조명부(101)과 이격되어 설치되고 상기 조명부(101)에서 방출되는 광원을 투과시키는 것으로서, 첨부된 도 3에 도시된 바와 같이, 변환층(210), 배리어필름(220) 및 복합필름(230)을 포함하여 구성된다.
상기 변환층(210)은 조명부(101)의 LED 칩(111)에서 방출된 광원(광)과 후술되는 반사시트(302)에서 반사된 광원(광)의 파장을 변환하여 방출하는 것으로서, 파장변환물질을 포함하여 구성될 수 있다. 또는 상기 변환층(210)은 광원의 파장을 변환하는 파장변환물질이 포함되는 변환층과 광원을 산란하는 산란물질이 포함되는 산란층이 적층되는 구조로 구성될 수 있고, 파장변환물질과 산란물질이 혼합된 형태로 구성될 수 있다.
상기 변환층(210)의 일면 또는 상하부면에는 PET(Polyester) 소재의 배리어 필름(220, Barrier film)이 코팅될 수 있다.
이에 더하여, 상기 배리어 필름(220)의 일면 또는 상하부면에는 지지력을 증가시키는 복합필름(230)으로 한 번 더 코팅될 수 있다. 여기서, 상기 복합필름(230)은 투명성과 내열성이 우수한 필름형태의 기재가 사용될 수 있다.
상기 조명커버(200)에 의하면, 조명부(101)의 LED 칩(111)에서 방출된 광원(광)을 입사받아 파장을 변환하여 방출한다.
반사시트(302)는 광원장착면(121)에 배치되고, 조명커버(200)에서 반사된 광원을 다시 조명커버(200) 쪽으로 반사하는 기능을 수행하는 것으로서, 복수 개의 LED 칩(111)에 대응하여 통공(300b)이 형성된다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조명 장치에 적용된 반사시트의 측단면도를 나타낸 것이다.
첨부된 도 9를 참조하면, 반사시트(302)는 반사층(310)과 기재층(320)을 포함한다.
상기 반사층(310)은 입사된 광원을 반사시키는 것으로서, 높은 반사효율을 기대할 수 있는 구리, 은, 알루미늄, 주석, 금, 황동, 청동, 스테인레스 스틸 중에서 선택된 어느 하나의 재료로 구성될 수 있으나, 광원을 반사할 수 있는 임의의 재질이라면 어느 것이라도 무방하다.
기재층(320)은 상기 반사층(310)의 상면에 배치되어 입사된 입사광의 파장을 변환 및/또는 산란시키는 것으로서, 파장변환층(321)과 산란층(322)을 포함하여 이루어진다.
먼저, 파장변환층(321)은 입사광의 파장을 변환한다.
이에, 상기 파장변환층(321)에는 입사광이 갖는 파장을 변환시키기 위한 파장변환물질(321a)을 포함하는 데, 상기 파장변환물질은 무기형광체(inorganic phosphor), 양자점(quantum dot) 및 페로브스카이트(perovskite) 중 적어도 하나를 포함한다. 즉, 상기 파장변환층(321)은 무기형광체, 양자점 또는 페로브스카이트 중에서 선택된 하나의 파장변환물질을 포함하거나 둘 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
산란층(322)은 입사광을 산란(scattering)하는 산란물질(322a)을 포함하는 것으로서, 입사광을 산란시켜 난반사한다.
이러한 산란물질(322a)로는 PMMA, PS 등의 폴리 아크릴레이트 계열 중합체, PMSQ 등의 실리콘 계열 중합체 및 SiO2, TiO2, Al2O3 등의 무기 분산제 중에서 선택될 수 있다. 여기서, 상기 산란물은 입자의 크기가 작을수록 넓은 범위의 산란각을 가지되, 산란의 정도는 광원의 파장과 입자의 크기에 따라 가변된다. 즉, 광원의 파장에 따라서 산란물질의 산란 입자 크기를 조절하면 산란 범위를 조절할 수 있다.
또한, 상기 기재층(320)은 입사광의 제1파장을 제2파장으로 변환하는 파장변환물질(321a)과 입사광을 산란(scattering)하는 산란물질(322a)이 혼합된 형태로 구성될 수 있다.
상기와 같은 구성에 의하면, LED 칩에 봉지재를 코팅하지 않아도 조명커버(200)에서 파장변환된 광원이 방출되기 때문에, 조명커버(200)에 적용된 파장변환물질의 입자크기를 조절하는 것으로 방출되는 광원의 색을 가변시킬 수 있다. 또한, 반사시트(302)에서도 반사된 광원을 파장변환하여 조명커버(200) 쪽으로 다시 반사하기 때문에 파장변환을 위한 봉지재의 코팅을 생략할 수 있다.
이러한, LED 칩에 봉지재의 코팅이 생략되게 되면, 조명부을 제조하는 공정이 단순화될 수 있고, 공정의 단순화에 따라 불량률을 저하시킬 수 있다. 뿐만 아니라 LED 칩에서 발생된 열이 쉽게 방열되어 기대수명이 증가될 수 있고, 발열에 의한 변색의 우려가 없어지는 장점이 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조명 장치에 적용된 반사시트의 사시도를 나타낸 것이다.
첨부된 도 10을 참조하면, 반사시트(303)의 가장자리는 조명커버(200) 방향으로 절곡 형성된 날개부(351)가 형성된다. 여기서, 상기 날개부(351)의 절곡 정도(각도)와 폭은 반사시트(303)와 조명커버(200) 사이의 거리, 광원의 조향각, 조명 장치의 용도 등에 따라 다르게 형성될 수 있다.
이와 같이, 반사시트(303)는 날개부(351)를 구성함으로써, 조명커버(200)에서 반사된 광원과 반사되어 되돌아가는 광원의 손실을 더욱 최소화할 수 있으므로, 날개부가 형성되지 않은 반사시트와 비교하여 상대적으로 더 높은 광 효율을 기대할 수 있다.
상기에서 반사시트(300, 301, 302, 303)는 조명부의 상면에 배치되는 구조 즉, 반사시트와 조명부을 각각 제작된 상태에서 반사시트를 조명부에 접착하거나 별도의 결합수단을 이용하여 배치되는 구조로 설명하였으나, 상기 조명부의 상부에 직접 도포(코팅)되는 방식으로도 가능하다.
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조명 장치의 분해 사시도를 나타낸 것이다.
첨부된 도 11을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조명 장치는 조명부(103), 반사영역(400) 및 조명커버(200)를 포함하여 구성된다.
조명부(103)는 전기에너지의 인가에 따라 광원을 방출하는 것으로서, 광원을 구동하기에 적합한 전원으로 변환시키는 인버터, 전원의 온/오프를 제어하는 제어모듈 등이 더 포함될 수 있다.
상기 조명부(103)의 광원이 발광 다이오드(LED)가 사용되는 경우, 복수 개의 LED 칩(112)이 회로기판(120)에 전기적으로 연결된 구조로 이루어진다. 이때, 상기 회로기판(120)은 금속 재질의 메탈 PCB로 구성될 수 있고, 그 하부에는 발생된 열을 방열시키기 위한 방열판 등이 설치될 수 있다. 또한, 상기 회로기판(120)은 도전성 패턴을 형성하는 전도체층과 부도체층이 구성되어 LED 칩(112)에 전기에너지를 인가할 수 있도록 구성된다. 또한, 상기 LED 칩(112)은 봉지재(수지물과 형광체 등)에 코팅될 수 있으나, 봉지재의 코팅이 없어도 무관하다.
즉, 상기 조명부(103)는 LED 패키지 또는 LED 베리어칩 패키지 중에서 어느 것이라도 무방하다.
설계조건에 따라서, 상기 LED 칩(112)은 적색, 주황색, 황색, 황록색, 순녹색 및 청색을 포함하는 다양한 색 중에서 선택된 하나 이상의 조합으로 구성될 수 있고, 다양한 패턴으로 배치될 수 있다.
조명커버(200)는 조명부(100)와 이격되어 설치되는 것으로서, 상기 조명부(103)에서 방출되는 광원을 투과시킨다.
상기 조명커버(200)는 조명 장치가 설치되는 환경에 따라 다양한 형태로 실시될 수 있다. 예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이, 평면 형태로 구성되거나 반구 또는 단면이 호 형상 등으로 구성될 수 있고, 말거나 구부림이 가능한 플렉시블 재질로도 가능하다.
아울러, 상기 조명커버(200)는 입사광의 파장을 변환하는 변환층(210)을 포함할 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 조명커버(200)는 변환층(210), 배리어필름(220) 및 복합필름(230)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 변환층(210)은 조명부(103)의 LED 칩(112)에서 방출된 광원(광)과 후술되는 반사영역(400)에서 반사된 광원(광)의 파장을 변환하여 방출하는 것으로서, 파장변환물질을 포함하여 구성될 수 있다. 또는 상기 변환층(210)은 광원의 파장을 변환하는 파장변환물질이 포함되는 변환층과 광원을 산란하는 산란물질이 포함되는 산란층이 적층되는 구조로 구성될 수 있고, 파장변환물질과 산란물질이 혼합된 형태로 구성될 수 있다.
상기 변환층(210)의 일면 또는 상하부면에는 PET(Polyester) 소재의 배리어 필름(220, Barrier film)이 코팅될 수 있다.
이에 더하여, 상기 배리어 필름(220)의 일면 또는 상하부면에는 지지력을 증가시키는 복합필름(230)으로 한 번 더 코팅될 수 있다.
반사영역(400)은 LED 칩 사이 회로기판(120) 상부에 도포되는 것으로서, 입사광의 파장을 변환하는 파장변환물질을 포함하는 파장변환층과, 입사광을 산란(scattering)하는 산란물질을 포함하는 산란층이 적층 도포된다.
도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조명 장치에 적용된 반사영역의 부분 측단면도를 나타낸 것이다.
첨부된 도 12를 참조하면, 반사영역(400)은 반사층(410)과 기재층(420)을 포함한다.
상기 반사층(410)은 입사된 광원을 반사시키는 것으로서, 높은 반사효율을 기대할 수 있는 구리, 은, 알루미늄, 주석, 금, 황동, 청동, 스테인레스 스틸 중에서 선택된 어느 하나의 재료로 구성될 수 있으나, 광원을 반사할 수 있는 임의의 금속이라면 어느 것이라도 무방하다.
기재층(420)은 상기 반사층(410)의 상면에 배치되어 입사된 입사광의 파장을 변환 및/또는 산란시키는 것으로서, 파장변환층(421)과 산란층(422)을 포함하여 이루어진다.
먼저, 변환층(421)은 입사광의 파장을 변환한다.
이에, 상기 변환층(421)에는 입사광이 갖는 파장을 변환시키기 위한 파장변환물질(321a)을 포함하는 데, 상기 파장변환물질은 무기형광체(inorganic phosphor), 양자점(quantum dot) 및 페로브스카이트(perovskite) 중 적어도 하나를 포함한다. 즉, 상기 도포변환층(421)은 무기형광체, 양자점 또는 페로브스카이트 중에서 선택된 하나의 파장변환물질을 포함하거나 둘 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
산란층(422)은 입사광을 산란(scattering)하는 산란물질(322a)을 포함하는 것으로서, 입사광을 산란시켜 난반사한다.
이러한 산란물질(322a)로는 PMMA, PS 등의 폴리 아크릴레이트 계열 중합체, PMSQ 등의 실리콘 계열 중합체 및 SiO2, TiO2, Al2O3 등의 무기 분산제 중에서 선택될 수 있다. 여기서, 상기 산란물은 입자의 크기가 작을수록 넓은 범위의 산란각을 가지되, 산란의 정도는 광원의 파장과 입자의 크기에 따라 가변된다. 즉, 광원의 파장에 따라서 산란물질의 산란 입자 크기를 조절하면 산란 범위를 조절할 수 있다.
설계조건에 따라서, 상기 기재층(420)은 입사광의 파장을 변환하는 파장변환물질과 입사광을 산란(scattering)하는 산란물질이 혼합된 혼합물이 도포된 구조로 이루어질 수 있다.
아울러, 첨부된 도 12를 참조하면, 반사된 광원의 입사광은 기재층(420)의 변환층(421)과 산란층(422)를 순차적으로 통과하여 반사층(410)에서 반사되고, 반사된 광원은 다시 산란층(422)과 변환층(421)을 순차적으로 통과하여 반사되게 구성되었다. 그러나 이는 일 실시 예에 불과한 것으로서, 설계조건에 따라 산란층(422)과 변환층(421)의 적층 순서가 변경될 수 있음은 물론이다.
위와 같은 구성에 따른 상기 반사영역(400)는 입사된 광원이 반사되어 방출되기까지 적어도 2번의 파장변환과 2번의 산란이 이루어지기 때문에 파장변환 및 산란의 효율이 증가되는 장점이 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조명 장치에 적용된 반사영역의 부분 측단면도를 나타낸 것이다.
첨부된 도 13을 참조하면, 반사영역(401)은 반사층(410)과 기재층(420)을 포함한다.
상기 반사층(410)은 입사된 광원을 반사시키고, 기재층(420)은 상기 반사층(410)의 상면에 배치되어 입사된 입사광의 파장을 변환하고 산란시키는 혼합층(423)으로 이루어진다.
상기 혼합층(423)은 입사광의 파장을 변환하는 파장변환물질(321a)과 입사광을 산란(scattering)하는 산란물질(322a)이 혼합된 혼합물이 포함된다.
여기서, 상기 파장변환물질(321a)은 무기형광체(inorganic phosphor), 양자점(quantum dot) 및 페로브스카이트(perovskite) 중 적어도 하나를 포함한다. 즉, 상기 혼합층(423)에는 무기형광체, 양자점 또는 페로브스카이트 중에서 선택된 하나의 파장변환물질을 포함하거나 둘 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
산란물질(322a)은 PMMA, PS 등의 폴리 아크릴레이트 계열 중합체, PMSQ 등의 실리콘 계열 중합체 및 SiO2, TiO2, Al2O3 등의 무기 분산제 중에서 선택될 수 있다.
본 발명에 의하면, 조명커버에서 반사된 광(빛)은 반사시트에서 파장변환 및 산란되어 다시 조명커버 측으로 반사됨에 따라, 조명커버에서 방출되는 광의 손실을 최소화하여 광 효율을 향상시킬 수 있고, 지향각을 개선할 수 있는 장점이 있다.
또한, 파장변환의 물질 및 입자 크기의 선택으로 다양한 색상을 표출할 수 있는 장점이 있다.
또한, LED 칩에 봉지재(수지물 및/또는 형광체)를 도포하지 않은 조명부에 대해서도 파장변환하여 다양한 색의 광을 조사할 수 있으므로, LED 칩에서 발생되는 열이 쉽게 방출되어 조명 장치의 기대수명을 연장할 수 있고, LED 칩을 이용한 조명부의 제조 공정이 일부 생략되어 불량률이 감소됨을 물론, 조명부의 제조 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
상기에서는 본 발명에 따른 조명 장치의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 청구범위 및 발명의 설명, 첨부한 도면의 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위내에 속한다.
100, 101: 조명부 110: 광원
111, 112: LED 칩
120: 회로기판 121: 광원장착면
200: 조명커버 210: 변환층
220: 배리어층 230: 복합필름
300, 301, 302, 303: 반사시트 300a, 300b: 통공
310: 반사층 320: 기재층
321: 파장변환층 321a: 파장변환물질
322: 산란층 322a: 산란물질
323: 혼합층 350: 날개부
400, 401: 반사영역 410: 반사층
420: 기재층 421: 파장변환층
422: 산란층 423: 혼합층

Claims (15)

  1. 복수의 광원이 장착되는 조명부;
    상기 조명부와 이격되어 설치되는 조명커버; 및
    상기 조명부의 광원 장착면에 배치되고, 상기 조명커버에서 반사된 반사광을 다시 조명커버 쪽으로 반사하는 반사시트를 포함하며,
    상기 반사시트는,
    상기 조명커버에서 반사된 반사광의 파장을 변환하는 파장변환층이 적층되는 조명장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반사시트는,
    상기 조명커버에서 반사된 반사광을 산란(scattering)시키는 산란층이 더 적층되는 조명 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 파장변환물질은 무기형광체, 양자점, 페로브스카이트(perovskite) 중 적어도 하나를 포함하는 조명 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반사시트의 가장자리는 상기 조명커버 방향으로 절곡되도록 형성된 조명 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광원은 LED 베어칩 패키지인 조명장치.
  6. 복수의 광원이 장착되는 조명부;
    상기 조명부와 이격되어 설치되는 조명커버; 및
    상기 조명부의 광원 장착면에 설치되고, 상기 조명커버에서 반사된 반사광을 다시 조명커버 쪽으로 반사하는 반사시트를 포함하며,
    상기 반사시트는,
    상기 조명커버에서 반사된 반사광의 파장을 변환하는 파장변환물질과 산란(scattering)하는 산란물질이 섞인(mixed) 혼합층을 포함하는 조명 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 파장변환물질은 무기형광체, 양자점, 페로브스카이트(perovskite) 중 적어도 하나를 포함하는 조명 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 반사시트의 가장자리는 상기 조명커버 방향으로 절곡되도록 형성된 조명 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 광원은 LED 베어칩 패키지인 조명장치.
  10. 복수의 광원이 장착되고, 복수의 광원 사이에 반사영역이 형성된 조명부; 및
    상기 조명부와 이격되어 설치되는 조명커버;
    를 포함하며,
    상기 반사영역은,
    상기 조명커버에서 반사된 반사광을 다시 조명커버 쪽으로 반사하는 반사층을 포함하고,
    상기 반사층 위에 반사광의 파장을 변환하는 파장변환물질과 반사광을 산란(scattering)시키는 산란물질이 적층 도포되는 조명 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 파장변환물질은 무기형광체, 양자점, 페로브스카이트 중 적어도 하나를 포함하는 조명 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 광원은 LED 베어칩 패키지인 조명장치.
  13. 복수의 광원이 장착되고, 복수의 광원 사이에 반사영역이 형성된 조명부; 및
    상기 조명부와 이격되어 설치되는 조명커버;
    를 포함하고,
    상기 반사영역은,
    상기 조명커버에서 반사된 반사광을 다시 조명커버 쪽으로 반사하는 반사층을 포함하고,
    상기 반사층 위에 반사광의 파장을 변환하는 파장변환물질과 반사광을 산란(scattering)시키는 산란물질이 혼합된 혼합물이 도포되는 조명 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 파장변환물질은 무기형광체, 양자점, 페로브스카이트 중 적어도 하나를 포함하는 조명 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 광원은 LED 베어칩 패키지인 조명장치.
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