WO2019050260A1 - D50, d65 고연색성 표준 led 발광 모듈 및 조명 장치 - Google Patents

D50, d65 고연색성 표준 led 발광 모듈 및 조명 장치 Download PDF

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WO2019050260A1
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WO
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emitting diode
light emitting
led
phosphor
source module
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PCT/KR2018/010336
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김한도
김병순
박근렬
박은미
최용선
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지엘비텍 주식회사
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    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/60—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction
    • F21K9/64—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction using wavelength conversion means distinct or spaced from the light-generating element, e.g. a remote phosphor layer
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S2/00—Systems of lighting devices, not provided for in main groups F21S4/00 - F21S10/00 or F21S19/00, e.g. of modular construction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V3/00—Globes; Bowls; Cover glasses
    • F21V3/04—Globes; Bowls; Cover glasses characterised by materials, surface treatments or coatings
    • F21V3/10—Globes; Bowls; Cover glasses characterised by materials, surface treatments or coatings characterised by coatings
    • F21V3/12—Globes; Bowls; Cover glasses characterised by materials, surface treatments or coatings characterised by coatings the coatings comprising photoluminescent substances

Definitions

  • the present invention relates to an LED light source module and a lighting apparatus, and more particularly, to a D50, D65 high color rendering standard LED light source module and a lighting apparatus having high color rendering property and excellent conditional color index characteristic using a high color rendering LED and an ultraviolet LED .
  • the color rendering index (CRI) at various wavelengths must be equal to or greater than a predetermined reference value (for example, the average color rendering index (Ra) for R1 to R15 is 90 or more)
  • a predetermined reference value for example, the average color rendering index (Ra) for R1 to R15 is 90 or more
  • MI metamerism index
  • FIG. 2 illustrates specifications for D65 (6500K Daylight) and D50 (5000K Daylight) standard light sources according to Japanese Industrial Standards (JIS). Accordingly, (MIuv) of not more than 1.5, an average color rendering index of 95% or more, and a special color rendering index (R9 to R15) of 85% or more.
  • MIuv the visible color index
  • MIuv the fluorescent condition index
  • R9 to R15 the special color rendering index
  • a mercury lamp or a fluorescent lamp is usually used as the standard light source.
  • the mercury lamp and the fluorescent lamp are gradually restricted in use worldwide due to problems such as low energy efficiency as well as substances harmful to the environment.
  • LED light emitting diode
  • a light source module comprising: at least one ultraviolet light emitting diode (LED) element having an emission peak of 300 nm to 400 nm; And at least one first white light emitting diode (LED) device having an average color rendering index of 90% or more, wherein the first white light emitting diode (LED) device comprises a first LED chip having an excitation wavelength of 440 nm to 460 nm, 1.
  • a light emitting diode (LED) element comprising a first phosphor layer excited by an excitation wavelength of an LED chip, the first phosphor layer comprising: a first phosphor having an emission peak wavelength of 440 to 499 nm; A second phosphor having an emission peak wavelength of 500 to 580 nm; And a third phosphor having an emission peak wavelength of 600 to 699 nm.
  • LED light emitting diode
  • the UVcontent value of the light source module may be in the range of 60 to 160.
  • LED white light emitting diode
  • two or more types of LED devices having different peak wavelengths may be used.
  • the light emitting device may further include a light emitting material including the ultraviolet light emitting diode (LED) device and the first white light emitting diode (LED) device, and the light transmitting material may be made of PMMA, glass, or ultraviolet transmitting material.
  • a light emitting material including the ultraviolet light emitting diode (LED) device and the first white light emitting diode (LED) device
  • the light transmitting material may be made of PMMA, glass, or ultraviolet transmitting material.
  • LED ultraviolet light emitting diode
  • two or more types of LED devices having different peak wavelengths may be used.
  • the organic EL device may have a luminous characteristic of a visible condition colorimetric index (MIvis) of 1.0 or less and a fluorescent condition colorimetric index (MIuv) of 1.5 or less by the ultraviolet light emitting diode (LED) element and the first white light emitting diode have.
  • MIvis visible condition colorimetric index
  • MIuv fluorescent condition colorimetric index
  • the average color rendering index (Ra) is 90% or more, and the special color rendering indexes R9 to R15 can have 80% or more of light emission characteristics.
  • the correlated color temperature (CCT) can be in the range of 2000K to 10000K.
  • the light source module may further include at least one second white light emitting diode (LED) device having an average color rendering index of 90% or more, wherein the second white light emitting diode (LED) 1.
  • a light emitting diode (LED) element comprising a second LED chip having an excitation wavelength and a second phosphor layer emitting light excited by an excitation wavelength of the second LED chip, wherein the second phosphor layer has a light emission of 440 to 499 nm
  • a third phosphor having an emission peak wavelength of 600 to 699 nm.
  • the first white light emitting diode (LED) element and the second white light emitting diode (LED) element two or more kinds of LED elements having different peak wavelengths may be used.
  • the light source module may further include at least one blue light emitting diode (LED) element having an emission peak of 400 nm to 470 nm.
  • LED blue light emitting diode
  • the peak wavelength spectrum intensity of the ultraviolet light emitting diode (LED) element of 300 to 400 nm wavelength is 60 to 90% of the peak wavelength spectral intensity of 400 nm to 470 nm wavelength of the blue light emitting diode (LED) Lt; / RTI >
  • the first LED chip may have an excitation wavelength of 400 nm to 440 nm.
  • a light source module comprising: at least one ultraviolet light emitting diode (LED) element having an emission peak of 300 nm to 400 nm; And at least one second white light emitting diode (LED) element having an average color rendering index of 90% or more, wherein the second white light emitting diode (LED) element comprises a second LED chip having an excitation wavelength of 400 nm to 440 nm, 2 LED chip, wherein the second phosphor layer comprises: a first phosphor having an emission peak wavelength of 440 to 499 nm; A second phosphor having an emission peak wavelength of 500 to 580 nm; And a third phosphor having an emission peak wavelength of 600 to 699 nm.
  • the UVcontent value of the light source module may be in the range of 60 to 160.
  • LED ultraviolet light emitting diode
  • two or more types of LED devices having different peak wavelengths may be used.
  • it may further include at least one blue light emitting diode (LED) element having an emission peak of 400 nm to 470 nm.
  • LED blue light emitting diode
  • the peak wavelength spectrum intensity of the ultraviolet light emitting diode (LED) element of 300 to 400 nm wavelength is 60 to 90% of the peak wavelength spectral intensity of 400 nm to 470 nm wavelength of the blue light emitting diode (LED) Lt; / RTI >
  • the illumination device is characterized by including the above-described light source module.
  • an ultraviolet light emitting diode (LED) element having an emission peak of 300 to 400 nm, a first LED chip having an excitation wavelength of 440 to 460 nm, 1 fluorescent material layer and at least one first white light emitting diode (LED) element having an average color rendering index of 90% or more together, it is possible to provide a high color rendering standard LED light source Modules and lighting devices.
  • the white LED chip of the present invention exhibits high color rendering properties for special colors such as R9 and R12.
  • the light source module may include a second LED chip having an excitation wavelength of 400 nm to 440 nm and a second phosphor layer emitting light by the excitation wavelength of the second LED chip, and having an average color rendering index of 90%
  • the first LED chip may further include a second white light emitting diode (LED) device, or the first LED chip may have an excitation wavelength of 400 nm to 440 nm, thereby providing a more improved conditional color index characteristic.
  • the light source module further includes a blue light emitting diode (LED) element having an emission peak of 400 nm to 470 nm to have a more improved conditional color index characteristic.
  • LED blue light emitting diode
  • FIG. 1 is a view showing an example of a color inspection apparatus using normal standard illumination.
  • Fig. 2 is a diagram illustrating a standard of standard illumination.
  • FIG 3 is a perspective view of a light source module 10 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an exploded view of a light source module 10 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 5 is a cross-sectional view of a first white light emitting diode 100 used in a light source module 10 according to an embodiment of the present invention.
  • 6 to 9 are experimental data and emission spectra of the light source module 10 according to the D65 standard according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a table of performance values and emission spectra for each item in the light source module 10 according to the D50 standard according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a table of performance test results for each item in the D65 standard of the light source module 10 according to various embodiments of the present invention.
  • 15A to 15D are performance measurements by item in the D65 standard of the light source module 10 according to various embodiments of the present invention.
  • FIG. 16 is a table of performance test results for each item in the D50 standard of the light source module 10 according to various embodiments of the present invention.
  • 18A to 18B are emission spectra in the D65 and D50 standards of the light source module 10 for various embodiments of the present invention.
  • FIG. 3 illustrates a perspective view of a light source module 10 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 illustrates an exploded view of a light source module 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the light source module 10 includes at least one ultraviolet light emitting diode 220 element and at least one first white light emitting diode 100 element Lt; / RTI >
  • the ultraviolet light emitting diode 200 may be a light emitting diode having an emission peak of 300 nm to 400 nm, and the first white light emitting diode 100 may have an average color rendering index Ra of 90% May be a light emitting diode (LED).
  • LED light emitting diode
  • the first white light emitting diode (100) device includes a first LED chip 130 having an excitation wavelength of 440 nm to 460 nm and a light emitting surface of the first LED chip 130,
  • the first phosphor layer 150 is a light emitting diode (LED) element including a first phosphor layer 150 that is excited by the excitation wavelength of the chip 130 and emits light, wherein the first phosphor layer 150 has a peak emission wavelength of 440 to 499 nm
  • the first phosphor may include a first phosphor 152, a second phosphor 153 having an emission peak wavelength of 500 to 580 nm, and a third phosphor 154 having an emission peak wavelength of 600 to 699 nm.
  • the light source module 10 includes a substrate 200 on which the ultraviolet light emitting diode 220 and the first white light emitting diode 100 are mounted, 320 and a light emitter 300 which includes the ultraviolet light emitting diode 220 and the first white light emitting diode 100 and transmits light emitted from the ultraviolet light emitting diode 220 and the first white light emitting diode 100, And a connection unit 310 electrically connected to the substrate 200 to supply external power.
  • the light source module 10 according to an embodiment of the present invention will be described in more detail by dividing it by each constituent element.
  • FIG. 5 exemplarily shows a first white light emitting diode (100) element according to a preferred embodiment of the present invention.
  • a first white light emitting diode (LED) 100 device includes a first LED chip 130 mounted on a base substrate 110.
  • the first white light emitting diode 100 may be mounted on various types of substrates 200 such as a metal PCB by a ball grid junction 210 using a surface mount method (SMT).
  • SMT surface mount method
  • the package structure of FIG. 5 exemplifies an application example of the LED device of the present invention, and other packaging methods can be used.
  • a frame 170 having a predetermined shape such as a cylindrical shape is provided on the base substrate 110 of the first white light emitting diode 100 and the first LED chip 130 is formed on the inner surface of the frame 170.
  • a reflector for efficiently reflecting light is provided.
  • one electrode of the first LED chip 130 may be electrically connected to the frame 170 via a bonding wire.
  • the other electrode of the first LED chip 130 may be electrically connected to the metal wiring on the base substrate.
  • the first LED chip 130 includes a light emitting diode having a peak wavelength of 440 nm to 460 nm.
  • a light emitting diode having a peak wavelength of 440 nm to 460 nm.
  • an InGaN-based or GaN-based light emitting diode may be used.
  • Other light emitting devices such as laser diodes may be used in place of the first LED chip 130 in the present invention.
  • the first LED chip 130 is surrounded by the first phosphor layer 150.
  • the first phosphor layer 150 includes phosphors 152, 153 and 154 excited by the emission wavelength of the first LED chip 130 to emit light of a predetermined wavelength.
  • the phosphor is preferably provided in powder form.
  • the first phosphor layer 150 may include a transparent resin for dispersing and fixing the phosphor and sealing the first LED chip 130.
  • transparent resin in the present invention ordinary silicone resin, epoxy resin, or the like can be used.
  • the phosphors 152, 153, and 154 are made of fluorescent materials having different compositions. Preferably at least three kinds of fluorescent materials having different emission wavelengths.
  • the phosphors 152, 153, and 154 may include a first phosphor B that is excited by light emitted from the first LED chip 130 to emit blue light, a second phosphor G that emits green light, And a third phosphor (R) that emits light.
  • the first, second and third phosphors are preferably oxides or nitrides.
  • the first phosphor 152 is excited by the light emitted from the first LED chip 100 to emit light having a peak wavelength in the range of 440 to 499 nm.
  • the emission peak wavelength of the first phosphor 152 is larger than the peak wavelength of the light emitted from the first LED chip 130.
  • a phosphor expressed by the following formula (1) is preferably used as a phosphor emitting blue light.
  • the second phosphor 153 emits light having a peak wavelength in the range of 500 to 580 nm by being excited by the light emitted from the first LED chip 130, and the second phosphor 153 emits green light
  • the phosphors represented by the following formulas (2) to (4) may be used alone or in combination.
  • the third fluorescent material 154 is excited by light emission of the first LED chip 130 to emit light having a peak wavelength in the range of 600 to 699 nm, 5) or (6) may be used alone or in combination.
  • the first white light emitting diode (100) element By using two or more kinds of LED elements having different peak wavelengths as the first white light emitting diode (100) element, it is possible to further improve the characteristics such as the condition of the light source module 10 Do.
  • the ultraviolet light emitting diode 220 may include one or more light emitting diodes having an emission peak of 300 nm to 400 nm.
  • the amount of light of 300 to 400 nm wavelength by the ultraviolet light emitting diode 220 is preferably 20 to 80% of the total light amount of the light source module 10,
  • the color temperature (CCT) is preferably in the range of 2000K to 10000K.
  • the standard illumination requirement standard for example, (MIvis), fluorescence condition colorimetric index (MIuv), average color rendering index (Ra) and special color rendering index (R9 to R15)
  • MIvis fluorescence condition colorimetric index
  • MIuv fluorescence condition colorimetric index
  • Ra average color rendering index
  • R9 to R15 special color rendering index
  • LEDs light emitting diodes
  • LEDs the same type of light emitting diodes (LEDs) are not necessarily used as the ultraviolet light emitting diode (LED) devices, and two or more kinds of light emitting diode (LED) devices having different peak wavelengths may be used.
  • LEDs light emitting diode
  • two or more kinds of light emitting diode (LED) devices having different peak wavelengths may be used.
  • MIvis visibility condition colorimetric index
  • MIuv fluorescence condition colorimetric index
  • the ultraviolet LED 220 may have a package structure in which an ultraviolet LED chip is mounted on a base substrate 110 or the like.
  • the present invention is not limited thereto, May be directly mounted on the substrate 200, and various structures capable of emitting ultraviolet rays may be adopted.
  • the D65 (6500K Daylight) standard light source standard according to Japanese Industrial Standard (JIS) is a standard light source standard in which the visibility condition color MI (index) is 1.0 or less, the fluorescence condition color MI (index) is 1.5 or less, (R9 ⁇ R15) of more than 95% and a special color rendering index (R9 ⁇ R15) of 85% or more (provided that the average color rendering index is 90% or more and the special color rendering index
  • the average color rendering index of the conventional light emitting diode (LED) is in the range of 75% to 80%, and the special color rendering index at a specific wavelength is Not only could it fall significantly. Furthermore, it has been difficult to solve the problem of achieving excellent visibility collimation index (MIvis) and fluorescence condition collimation index (MIuv).
  • the substrate 200 may include a pad on which the first white light emitting diode 100 and the ultraviolet light emitting diode 220 are mounted, a circuit pattern for driving the first white light emitting diode 100 and the ultraviolet light emitting diode 220, And the like.
  • the substrate 200 may be formed of a dielectric material such as FR-4 and may further include a metal PCB for promoting heat generation of the first white light emitting diode 100 and the ultraviolet light emitting diode 220 And may be implemented in various materials. At this time, the substrate 200 may be electrically connected to the connection unit 310 to receive external power.
  • the light source module 10 may include a support 320 for mounting the substrate 200 thereon.
  • the support part 320 may be formed of a metal material or may be formed in a structure favorable to heat dissipation to promote heat dissipation in the substrate 200.
  • FIGS. 6A to 9A show performance test values for each item in the light source module 10 according to an embodiment of the present invention.
  • 6 to 9 sequentially show an ultraviolet light emitting diode 220 element having a peak wavelength of 360 nm, 385 nm and 405 nm together with a first white light emitting diode 100 element having an average color rendering index of 90%
  • the light source module 10 is constituted by two ultraviolet light emitting diode 220 elements having a peak wavelength of 405 nm.
  • 6B to 9B show emission spectra in the light source module 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the relation color temperature (CCT), ultraviolet ray content (UVcontent), visibility colorimetric index (MIvis), fluorescence condition colorimetric index (MIu), average color rendering index Measurement data such as color rendering index (R9 ⁇ R15) were calculated using GL OPTIC SPECTIS 1.0 Touch equipment.
  • the UVcontent value becomes 60 or more, so that the light source module 10 according to the present invention It can be confirmed that all of the specifications of the visible condition colorimetric index MIvi, the fluorescent condition colorimetric index MIuv, the average color rendering index Ra, and the special color rendering index R9 to R15 are satisfied.
  • the UVcontent value gradually increases as the input current IF increases with the use of the 385 nm ultraviolet light-emitting diode 220 device. In this case, (5.9 - > 1.5) of the standard light source can be satisfied.
  • the UVcontent value ranges from 60 to 120, 10 satisfy all the specifications of the visibility condition colorimetric index MIvis, the fluorescence condition colorimetric index MIuv, the average color rendering index Ra, and the special color rendering index R9 to R15.
  • the light source module 10 is constructed by using the 405 nm ultraviolet light emitting diode 220 device and the 360 nm ultraviolet light emitting diode device 220 together, It is possible not only to satisfy all the specifications of the index MIvis, the fluorescence condition colorimetric index MIuv, the average color rendering index Ra, and the special color rendering index R9 to R15, but also to realize superior characteristics.
  • the light source module 10 is able to obtain the visible color index MIvis, the fluorescence condition colorimetric index MIuv, the average color rendering index Ra, The MI of the visible condition can be lowered to 0.4 and the MIU of the fluorescent condition can be lowered to 1.2 so that the excellent condition colorimetric index Can be realized.
  • FIG. 10A shows performance test values for each item in the light source module 10 according to the D50 (5000K) standard according to an embodiment of the present invention. More specifically, FIG. 10A shows experimental values for a case where the light source module 10 is composed of the first white light emitting diode 100 element having an average color rendering index of 90% or more and the ultraviolet light emitting diode 220 element having a peak wavelength of 385 nm .
  • the UVcontent value gradually increases as the input current IF increases, and the fluorescent condition colorimetric index MIuv ) Is gradually lowered to satisfy the reference value of the standard light source (4.5 - > 0.8).
  • the UVcontent value has a value of 60 to 130, It can be confirmed that the liquid crystal display device 10 satisfies all the specifications of the visibility condition colorimetric index MIvis, the fluorescence condition colorimetric index MIuv, the average color rendering index Ra, and the special color rendering index R9 to R15.
  • the first white light emitting diode 100 device having an average color rendering index of 90% or more as in the case of the D65 (6500K) (MIuv), the fluorescence condition isochromatic index (MIuv), the average color rendering index (Ra), and the special color rendering index (R9 to R15) are determined by combining the elements of the light source module Can be satisfied.
  • FIG. 11A shows experimental values for a conventional white light emitting diode device having an average color rendering index of 80% and an ultraviolet light emitting diode 220 having a peak wavelength of 365 nm. Giving.
  • 11B shows the emission spectrum of the light source module 10 according to the comparative example
  • the ultraviolet ray content (UVcontent (MIvis) of 1.2 or more does not satisfy the standard value (within MIvis 1.0) of the standard light source even if the numerical value of the standard light source is gradually increased.
  • an ultraviolet light emitting diode 220 device having a peak wavelength of 365 nm is used together with a first white light emitting diode 100 device having an average color rendering index of 90% or more, 10), and then the performance is measured using an integrating sphere.
  • the light source module 10 has a visible condition colorimetric index MIvis of 0.5, a fluorescent condition colorimetric index MIuv of 1.5, an average color rendering index Ra (MIuv), the fluorescent condition coloring index (MIuv), the average color rendering index (Ra) and the special color rendering index (R9) are 96.4% and 96.4% To R15) can all be satisfied.
  • an ultraviolet light emitting diode 220 having a peak wavelength of 385 nm is used together with a first white light emitting diode 100 device having an average color rendering index of 90% or more, 10), and then the performance is measured using an integrating sphere.
  • the light source module 10 has a visible condition isointensity index MIvis of 0.5, a fluorescence condition isointensity index MIuv of 1.5, an average color rendering index Ra (MIuv), the fluorescent condition colorimetric index (MIuv), the average color rendering index (Ra) and the special color rendering index (R9) are 95.9% and 95.9% To R15) can all be satisfied.
  • the light source module 10 may include at least one blue light emitting diode having an emission peak of 400 nm to 470 nm together with the first white light emitting diode 100 and the ultraviolet light emitting diode 220 102) element.
  • the blue light emitting diode 102 may be a single color light emitting diode having an emission peak of 400 nm to 470 nm.
  • the peak wavelength spectral intensity of the ultraviolet light emitting diode 220 of 300 to 400 nm wavelength is 60 to 90% of the peak wavelength spectral intensity of the 400 to 470 nm wavelength of the blue light emitting diode 102, In the range of " a "
  • FIG. 14 illustrates the results of performance tests for each item in the D65 standard of the light source module 10 according to the embodiment of the present invention.
  • MIvis was 0.7 and the fluorescence condition colorimetric index (MIuv) was 1.5 in Example 1.
  • the visibility condition colorimetry index (MIvis) was 0.5 and the fluorescence index
  • the conditional isochromatic index (MIuv) is 0.8, which indicates that the performance value is greatly improved.
  • 15A illustrates performance measurement values for each item in the D65 standard for the second embodiment (first white light emitting diode 100 + ultraviolet light emitting diode 220 + blue light emitting diode 102).
  • the UVcontent value gradually increases and the fluorescence condition colorimetry index MIuv decreases, so that the input current IF of 190 to 250 mA It can be seen that the fluorescence condition colorimetric index (MIuv) can be greatly lowered to 1.0 or less in the range.
  • the light source module 10 may include one or more second white light emitting diodes 100 having an average color rendering index of 90% or more together with the first white light emitting diode 100 and the ultraviolet light emitting diode 220 (101) element.
  • the second white light emitting diode 101 may include a second LED chip 140 having an excitation wavelength of 400 nm to 440 nm
  • the second phosphor layer 160 may be a light emitting diode (LED) device including a second phosphor layer 160 that emits light by being excited by the excitation wavelength of the LED chip 140, A first phosphor 152 having an emission peak wavelength, a second phosphor 153 having an emission peak wavelength of 500 to 580 nm, and a third phosphor 154 having an emission peak wavelength of 600 to 699 nm .
  • LED light emitting diode
  • the first phosphor 152, the second phosphor 153 and the third phosphor 154 included in the second phosphor layer 160 may be included in the first phosphor layer 150,
  • the same fluorescent material as the first fluorescent material 152, the second fluorescent material 153 and the third fluorescent material 154 may be used, but the present invention is not limited thereto.
  • the light source module (10) It is also possible to further improve the characteristics such as the condition of the color isoquant index.
  • the first white light emitting diode 100 and the second white light emitting diode 101 may be used as separate elements, but the present invention is not limited thereto And the first white light emitting diode 100 and the second white light emitting diode 101 may be integrally formed as one element.
  • the visibility condition colorimetry index (MIvis) is 0.7 and the fluorescence condition colorimetry index (MIuv) is 1.5 in Example 1, whereas in Example 3, It can be confirmed that the isochromism index (MIvis) is 0.6 and the fluorescence condition isochromatic index (MIuv) is 0.9 and the performance value is greatly improved.
  • FIG. 15B performance measurement values by item in the D65 standard for the third embodiment (first white light emitting diode 100 + ultraviolet light emitting diode 220 + second white light emitting diode 101) are illustrated.
  • the light source module 10 may be constituted by all of the at least one blue light emitting diode 102 element having an emission peak of 400 nm to 470 nm.
  • Example 14 first white light emitting diode 100 + ultraviolet light emitting diode 220
  • Example 4 first white light emitting diode 100 + ultraviolet light emitting diode 220 + second white light
  • Emitting diodes 101 and blue light emitting diodes 102 the visibility condition colorimetric index MIvis of the fourth embodiment is 0.6 and the fluorescence condition colorimetric index MIuv of 0.9 is significantly improved (The visibility condition colorimetric index (MIvis) is 0.7 and the fluorescence condition colouration index (MIuv) is 1.5 in Example 1).
  • the fluorescence isochromatic index (MIuv) can be kept as low as 1.0 or less in the range of 250 to 280 mA.
  • the light source module 10 may include at least one ultraviolet light emitting diode 220 element having an emission peak of 300 nm to 400 nm and at least one second white light emitting diode having an average color rendering index of 90%
  • the second white light emitting diode (101) element comprises a second LED chip (140) having an excitation wavelength of 400 nm to 440 nm and an excitation wavelength of the second LED chip (140)
  • the second phosphor layer 160 includes a first phosphor 152 having an emission peak wavelength of 440 to 499 nm, a second phosphor layer 160 having an emission peak wavelength of 500 to 580 nm
  • a second phosphor 153 having an emission peak wavelength of 600 to 699 nm and a third phosphor 154 having an emission peak wavelength of 600 to 699 nm.
  • the second white light emitting diode 101 by using two or more kinds of LED elements having different peak wavelengths as the second white light emitting diode 101, it is possible to further improve the characteristics such as the conditional isochromatic index of the light source module 10 .
  • the UVcontent value of the light source module 10 may be in the range of 60 to 160, and further, as the ultraviolet light emitting diode 220, two or more kinds of light emitting diodes (LEDs) ) Device can be used.
  • LEDs light emitting diodes
  • Example 1 first white light emitting diode 100 with a wavelength of 440 nm to 460 nm + ultraviolet light emitting diode 220
  • Example 5 first white light emitting diode 100 with a wavelength of 400 nm to 440 nm ) + Ultraviolet light-emitting diode 220
  • Example 5 As can be seen from FIG. 15D, in Example 5, as the input current IF increases, the UVcontent value gradually increases and the fluorescence condition colorimetry index MIuv decreases, and the input current IF ) Is 160 mA, the fluorescence isochromatic index (MIuv) can be lowered to 1.0.
  • FIG. 16 illustrates the performance test result of each item in the D50 standard of the light source module 10 according to various embodiments (embodiments 1 to 5) of the present invention.
  • Example 16 in the case of Example 1 (first white light emitting diode 100 + ultraviolet light emitting diode 220), the visibility condition colorimetric index MIvis is 0.5 and the fluorescence condition colorimetric index MIuv is 0.8 in the case of Example 2 (the first white light emitting diode 100 + the ultraviolet light emitting diode 220 + the blue light emitting diode 102), while the visibility condition colorimetric index MIvis is 0.5 and the fluorescence condition colorimetric index MIuv ) was 0.6, and the performance was further improved.
  • Example 3 first white light emitting diode 100 + ultraviolet light emitting diode 220 + second white light emitting diode 101
  • 0.4 and the fluorescence condition colorimetric index MIuv is 0.6 and the value of the fluorescence condition is the same as that of Example 4
  • (MIuv) of 0.5 and the fluorescence condition coloring index (MIuv) of 0.6 are the same as those of Example 5 (the first white light emitting diode 100 with the excitation wavelength of 400 nm to 440 nm + the ultraviolet light emitting diode 220 of the excitation wavelength) (MIvis) of 0.5 and the fluorescence condition colorimetric index (MIuv) of 0.7, which are more improved than those of the conventional colorimetric index.
  • Figs. 17A to 17D illustrate performance measurements by item in the D50 standard for the second to fifth embodiments.
  • the input current IF increases, the UVcontent value gradually increases and the fluorescence condition colorimetric index MIuv becomes lower.
  • the input current IF Can be optimized by lowering the fluorescence isochromatic index (MIuv) to the level of 0.6 in the range of 370 to 390 mA.
  • the fluorescence isochromatic index (MIuv) can be optimized to 0.6 level in the range of 260 to 280 mA of the input current (IF) in the third embodiment.
  • (MIuv) in the range of 320 to 330 mA can be optimized to 0.6 level.
  • the fluorescence isochromatic index (MIuv) in the range of 120 to 130 mA of the input current (IF) Respectively.
  • 18A and 18B illustrate emission spectra in the D65 and D50 standards of the light source module 10 for various embodiments of the present invention (Embodiments 1 to 5).
  • an ultraviolet light emitting diode (LED) element having an emission peak of 300 nm to 400 nm, a first LED chip 130 having an excitation wavelength of 440 nm to 460 nm, And at least one first white light emitting diode (100) element having an average color rendering index of 90% or more and a first phosphor layer (150) emitting light by an excitation wavelength of the first LED chip (130) (10), it is possible to provide a high color rendering standard LED light source module having high color rendering property and excellent condition isochromatic exponential characteristic.
  • LED ultraviolet light emitting diode
  • the second LED chip 140 having an excitation wavelength of 400 nm to 440 nm and the second phosphor layer 160 emitting light at the excitation wavelength of the second LED chip 140 may be formed on the light source module 10, ) Having a first light emitting diode (130) having an excitation wavelength of 400 nm to 440 nm, and at least one second white light emitting diode (101) element having an average color rendering index of 90%
  • the light source module 10 may further include a blue light emitting diode 102 element having an emission peak of 400 nm to 470 nm in the light source module 10, .
  • the illumination device may be implemented as an apparatus for checking the color of the subject including the light source module 10 as illustrated in FIG.

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Abstract

본 발명은 LED 광원 모듈 및 조명 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고연색성 LED와 자외선 LED를 이용하여 높은 연색성과 함께 우수한 조건등색지수 특성을 가지는 D50, D65 고연색성 표준 LED 광원 모듈 및 조명 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈은, 300nm ~ 400nm의 발광 피크를 가지는 하나 이상의 자외선 발광다이오드(LED) 소자; 및 평균연색지수가 90% 이상인 하나 이상의 제1 백색 발광다이오드(LED) 소자를 포함하며, 상기 제1 백색 발광다이오드(LED) 소자는, 440nm~460nm의 여기 파장을 갖는 제1 LED 칩과 상기 제1 LED 칩의 여기 파장에 의해 여기되어 발광하는 제1 형광체층을 포함하는 발광다이오드(LED) 소자이며, 상기 제1 형광체층은, 440~499nm의 발광 피크 파장을 가지는 제1 형광체; 500~580nm의 발광 피크 파장을 가지는 제2 형광체; 및 600~699nm의 발광 피크 파장을 가지는 제3 형광체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

D50, D65 고연색성 표준 LED 발광 모듈 및 조명 장치
본 발명은 LED 광원 모듈 및 조명 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고연색성 LED와 자외선 LED를 이용하여 높은 연색성과 함께 우수한 조건등색지수 특성을 가지는 D50, D65 고연색성 표준 LED 광원 모듈 및 조명 장치에 관한 것이다.
많은 사람들이 흔하게 의류 매장에서 살펴본 의류의 색상이 나중에 다른 색상으로 느껴지는 경우를 경험하게 된다. 이는 조명에 따라 물체의 색상이 달리 인식되면서 나타나는 현상이다.
이에 따라, 직물, 인쇄물 등과 같이 색상의 정확한 검사(inspection)가 필요한 경우, 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 미리 정해진 표준 조명 규격을 따르는 검사등을 사용하는 환경에서 색상을 판단하는 것이 요구된다. 이때, 표준 조명의 규격을 만족시키기 위해서는 다양한 파장에서의 연색지수(Color Rendering Index; CRI)가 미리 정해진 기준치 이상이어야 하며(예를 들어, R1 ~ R15에 대한 평균연색지수(Ra)가 90이상), 나아가 조명에 따라 색상이 얼마나 다르게 인식되는지를 나타내는 조건등색지수(Metamerism Index, MI)도 기준치 이하의 값을 가지는 것이 요구된다.
보다 구체적으로, 도 2에서는 일본 공업 규격(JIS)에 따른 D65(6500K Daylight), D50(5000K Daylight) 표준 광원에 대한 규격을 예시하고 있는데, 이에 따라 가시조건등색지수(MIvis)가 1.0이내, 형광조건등색지수(MIuv)가 1.5이내, 평균연색지수가 95% 이상 및 특수연색지수(R9~R15)가 85% 이상의 기준치를 만족시켜야 한다. 또한, 국제 표준 규격(ISO)에 따르면 가시조건등색지수(MIvis)가 1.0이내, 형광조건등색지수(MIuv)가 1.5이내, 평균연색지수가 90% 이상 및 특수연색지수(R9~R15)를 포함하는 각 연색지수가 80% 이상의 각 기준치를 만족시켜야 한다.
종래에는 상기 표준 광원으로서 통상적으로 수은등이나 형광등을 사용하였으나, 상기 수은등이나 형광등은 환경에 유해한 물질을 포함할 뿐만 아니라 낮은 에너지 효율 등의 문제로 전세계적으로 점차 그 사용이 제한되고 있는 추세이다.
이에 따라, 발광다이오드(LED) 등을 이용하여 표준 광원을 구성하고자 하는 다양한 시도가 이루어지고 있으나, 발광다이오드(LED)는 특정한 파장의 빛을 발광하는 특성을 가지는 바, 다양한 파장에서의 높은 연색지수(CRI)를 구현하기 어려울 뿐만 아니라, 가시조건등색지수 및 형광조건등색지수 (MIvis, MIuv)까지 우수한 특성으로 구현하는 것은 더욱 해결하기 어려운 문제가 된다.
이에 따라, 발광다이오드(LED) 등을 사용하여 표준 광원을 구성하기 위한 노력에도 불구하고, 아직 표준 광원에 요구되는 충분한 성능을 가지는 발광다이오드(LED) 표준 광원은 구현되지 못하고 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 발광다이오드(LED)를 이용하여 높은 연색성과 함께 우수한 조건등색지수 특성을 가지는 고연색성 표준 LED 광원 모듈 및 조명 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술 분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈은, 300nm ~ 400nm의 발광 피크를 가지는 하나 이상의 자외선 발광다이오드(LED) 소자; 및 평균연색지수가 90% 이상인 하나 이상의 제1 백색 발광다이오드(LED) 소자를 포함하며, 상기 제1 백색 발광다이오드(LED) 소자는, 440nm~460nm의 여기 파장을 갖는 제1 LED 칩과 상기 제1 LED 칩의 여기 파장에 의해 여기되어 발광하는 제1 형광체층을 포함하는 발광다이오드(LED) 소자이며, 상기 제1 형광체층은, 440~499nm의 발광 피크 파장을 가지는 제1 형광체; 500~580nm의 발광 피크 파장을 가지는 제2 형광체; 및 600~699nm의 발광 피크 파장을 가지는 제3 형광체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 광원 모듈의 자외선함량(UVcontent) 수치는 60 내지 160의 범위 내에 있을 수 있다.
또한, 상기 제1 백색 발광다이오드(LED) 소자로서, 서로 다른 피크 파장을 가지는 2종류 이상의 발광다이오드(LED) 소자를 사용할 수 있다.
또한, 상기 자외선 발광다이오드(LED) 소자와 상기 제1 백색 발광다이오드(LED) 소자를 내장하는 투광재를 더 포함하며, 상기 투광재는 PMMA, 유리 또는 자외선을 투과하는 재질로 구성될 수 있다.
또한, 상기 자외선 발광다이오드(LED) 소자로서, 서로 다른 피크 파장을 가지는 2종류 이상의 발광다이오드(LED) 소자를 사용할 수 있다.
또한, 상기 자외선 발광다이오드(LED) 소자 및 상기 제1 백색 발광다이오드(LED) 소자에 의하여 가시조건등색지수(MIvis)가 1.0이하이고 형광조건등색지수(MIuv)가 1.5이하의 발광 특성을 가질 수 있다.
이때, 평균연색지수(Ra)는 90% 이상이고, 특수연색지수 R9 ~ R15는 80% 이상의 발광 특성을 가질 수 있다.
나아가, 상관색온도(CCT)는 2000K ~ 10000K의 범위 내에 있을 수있다.
더 나아가, 상기 광원 모듈은, 평균연색지수가 90% 이상인 하나 이상의 제2 백색 발광다이오드(LED) 소자를 더 포함할 수 있고, 이때 상기 제2 백색 발광다이오드(LED) 소자는, 400nm~440nm의 여기 파장을 갖는 제2 LED 칩과 상기 제2 LED 칩의 여기 파장에 의해 여기되어 발광하는 제2 형광체층을 포함하는 발광다이오드(LED) 소자이며, 상기 제2 형광체층은, 440~499nm의 발광 피크 파장을 가지는 제1 형광체; 500~580nm의 발광 피크 파장을 가지는 제2 형광체; 및 600~699nm의 발광 피크 파장을 가지는 제3 형광체를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 백색 발광다이오드(LED) 소자 및 상기 제2 백색 발광다이오드(LED) 소자로서, 각각 서로 다른 피크 파장을 가지는 2종류 이상의 발광다이오드(LED) 소자를 사용할 수 있다.
또한, 상기 광원 모듈은, 400nm ~ 470nm의 발광 피크를 가지는 하나 이상의 청색 발광다이오드(LED) 소자를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 자외선 발광다이오드(LED) 소자의 300nm ~ 400nm 파장의 피크 파장 스펙트럼 강도(intensity)는 상기 청색 발광다이오드(LED) 소자의 400nm ~ 470nm 파장의 피크 파장 스펙트럼 강도(intensity)의 60 ~ 90% 의 범위 내에 있을 수 있다.
또한, 상기 제1 백색 발광다이오드(LED) 소자에서, 상기 제1 LED 칩은 400nm~440nm의 여기 파장을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 광원 모듈은, 300nm ~ 400nm의 발광 피크를 가지는 하나 이상의 자외선 발광다이오드(LED) 소자; 및 평균연색지수가 90% 이상인 하나 이상의 제2 백색 발광다이오드(LED) 소자를 포함하며, 상기 제2 백색 발광다이오드(LED) 소자는, 400nm~440nm의 여기 파장을 갖는 제2 LED 칩과 상기 제2 LED 칩의 여기 파장에 의해 여기되어 발광하는 제2 형광체층을 포함하는 발광다이오드(LED) 소자이며, 상기 제2 형광체층은, 440~499nm의 발광 피크 파장을 가지는 제1 형광체; 500~580nm의 발광 피크 파장을 가지는 제2 형광체; 및 600~699nm의 발광 피크 파장을 가지는 제3 형광체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 광원 모듈의 자외선함량(UVcontent) 수치는 60 내지 160의 범위 내에 있을 수 있다.
또한, 상기 제2 백색 발광다이오드(LED) 소자로서, 서로 다른 피크 파장을 가지는 2종류 이상의 발광다이오드(LED) 소자를 사용할 수 있다.
또한, 상기 자외선 발광다이오드(LED) 소자로서, 서로 다른 피크 파장을 가지는 2종류 이상의 발광다이오드(LED) 소자를 사용할 수 있다.
나아가, 400nm ~ 470nm의 발광 피크를 가지는 하나 이상의 청색 발광다이오드(LED) 소자를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 자외선 발광다이오드(LED) 소자의 300nm ~ 400nm 파장의 피크 파장 스펙트럼 강도(intensity)는 상기 청색 발광다이오드(LED) 소자의 400nm ~ 470nm 파장의 피크 파장 스펙트럼 강도(intensity)의 60 ~ 90% 의 범위 내에 있을 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 조명 장치는, 상기 기재된 광원 모듈;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 300nm ~ 400nm의 발광 피크를 가지는 자외선 발광다이오드(LED) 소자와, 440nm ~ 460nm의 여기 파장을 갖는 제1 LED 칩과 상기 제1 LED 칩의 여기 파장에 의해 발광하는 제1 형광체층을 포함하며 평균연색지수가 90% 이상인 하나 이상의 제1 백색 발광다이오드(LED) 소자를 함께 사용하여 광원 모듈을 구성함으로써, 높은 연색성과 함께 우수한 조건등색지수 특성을 가지는 고연색성 표준 LED 광원 모듈 및 조명 장치를 제공할 수 있게 한다. 본 발명의 백색 LED 칩은 특히 R9 및 R12 등의 특수 색상에 대한 높은 연색성을 나타낸다.
또한, 본 발명에 의하면 상기 광원 모듈에 400nm ~ 440nm의 여기 파장을 갖는 제2 LED 칩과 상기 제2 LED 칩의 여기 파장에 의해 발광하는 제2 형광체층을 포함하며 평균연색지수가 90% 이상인 하나 이상의 제2 백색 발광다이오드(LED) 소자를 더 구비하거나, 상기 제1 LED 칩이 400nm~440nm의 여기 파장을 가지도록 광원 모듈을 구성함으로써, 보다 개선된 조건등색지수 특성을 가질 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의하면 상기 광원 모듈에 400nm ~ 470nm의 발광 피크를 가지는 청색 발광다이오드(LED) 소자를 더 구비하여 광원 모듈을 구성함으로써, 보다 개선된 조건등색지수 특성을 가질 수 있게 된다.
도 1은 통상의 표준 조명을 사용한 색상 검사 장치를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 2는 통상의 표준 조명의 규격을 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈(10)의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈(10)의 분해도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈(10)에 사용되는 제1 백색 발광다이오드(100)의 단면도이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 D65 규격에 따르는 광원 모듈(10)에서의 항목별 성능 실험치 및 발광 스펙트럼이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 D50 규격에 따르는 광원 모듈(10)에서의 항목별 성능 실험치 및 발광 스펙트럼이다.
도 11은 본 발명에 대한 비교예로서 통상의 연성 특성을 가지는 발광다이오드(Ra = 80)를 이용한 광원 모듈에서의 항목별 성능 실험치 및 발광 스펙트럼이다.
도 12 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈(10)에 대한 적분구 성능 측정치이다.
도 14는 본 발명의 여러 실시예들에 따른 광원 모듈(10)의 D65 규격에서의 항목별 성능 실험 결과표이다.
도 15a 내지 도 15d는 본 발명의 여러 실시예들에 따른 광원 모듈(10)의 D65 규격에서의 항목별 성능 측정치이다.
도 16은 본 발명의 여러 실시예들에 따른 광원 모듈(10)의 D50 규격에서의 항목별 성능 실험 결과표이다.
도 17a 내지 도 17d는 본 발명의 여러 실시예들에 따른 광원 모듈(10)의 D50 규격에서의 항목별 성능 측정치이다.
도 18a 내지 도 18b는 본 발명의 여러 실시예들에 대한 광원 모듈(10)의 D65 및 D50 규격에서의 발광 스펙트럼이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하에서는, 본 발명에 따른 고연색성 표준 LED 발광 모듈 및 조명 장치의 예시적인 실시형태들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈(10)의 사시도를 예시하고 있고, 도 4에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈(10)의 분해도를 예시하고 있다.
도 3 및 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈(10)은 하나 이상의 자외선 발광다이오드(220) 소자와 하나 이상의 제1 백색 발광다이오드(100) 소자를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 자외선 발광다이오드(200) 소자는 300nm ~ 400nm의 발광 피크를 가지는 발광다이오드(LED)일 수 있으며, 또한 상기 제1 백색 발광다이오드(100) 소자는 평균연색지수(Ra)가 90% 이상인 발광다이오드(LED)일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제1 백색 발광다이오드(100) 소자는, 440nm~460nm의 여기 파장을 갖는 제1 LED 칩(130)과 상기 제1 LED 칩(130)의 발광면을 덮고, 상기 제1 LED 칩(130)의 여기 파장에 의해 여기되어 발광하는 제1 형광체층(150)을 포함하는 발광다이오드(LED) 소자이며, 이때 상기 제1 형광체층(150)은, 440~499nm의 발광 피크 파장을 가지는 제1 형광체(152), 500~580nm의 발광 피크 파장을 가지는 제2 형광체(153) 및 600~699nm의 발광 피크 파장을 가지는 제3 형광체(154)를 포함하여 구성될 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈(10)은 상기 자외선 발광다이오드(220) 및 제1 백색 발광다이오드(100)가 장착되는 기판(200), 상기 기판(200)이 안착되는 지지부(320) 및 상기 자외선 발광다이오드(220) 및 제1 백색 발광다이오드(100)를 내장하며 상기 자외선 발광다이오드(220) 및 제1 백색 발광다이오드(100)에서 발광되는 빛을 투과하는 투광재(300) 및 상기 기판(200)에 전기적으로 연결되어 외부 전원을 공급하는 연결부(310)를 포함하여 구성될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈(10)을 각 구성 요소 별로 나누어, 보다 자세하게 설명한다.
우선, 도 5에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제1 백색 발광다이오드(100) 소자를 예시적으로 도시하고 있다.
도 5를 참조하면, 제1 백색 발광다이오드(100) 소자는 베이스 기판(110) 상에 장착된 제1 LED 칩(130)을 포함한다. 상기 제1 백색 발광다이오드(100) 소자는 표면실장 방식(SMT)으로 볼 그리드 접합(210)되어 금속 기판(metal PCB) 등 다양한 종류의 기판(200) 상에 장착될 수 있다. 물론 상기 도 5의 패키지 구조는 본 발명의 LED 소자의 적용 예를 예시한 것으로, 이외에도 다른 패키징 방식으로도 구성 가능하다.
상기 제1 백색 발광다이오드(100) 소자의 베이스 기판(110) 상에는 소정 형상 예컨대 원통 형상의 프레임(170)이 설치되며, 상기 프레임(170)의 내측면에는 제1 LED 칩(130)으로부터 방출되는 광을 효율적으로 반사시키기 위한 리플렉터가 설치된다. 도시하지는 않았지만, 상기 제1 LED 칩(130)의 하나의 전극은 본딩 와이어를 개재하여 프레임(170)과 전기적으로 접속될 수 있다. 또한 상기 제1 LED 칩(130)의 다른 전극은 베이스 기판 상의 금속 배선과 전기적으로 접속될 수 있다.
상기 제1 LED 칩(130)으로는 440nm 내지 460nm의 피크 파장을 갖는 발광 다이오드를 포함한다. 상기 발광 다이오드로는 InGaN계 또는 GaN계 등의 발광 다이오드가 사용될 수 있다. 본 발명에서 제1 LED 칩(130)을 대신하여 레이저 다이오드와 같은 다른 발광 소자가 사용될 수도 있다.
상기 제1 LED 칩(130)은 제1 형광체층(150)에 의해 둘러싸여 있다. 상기 제1 형광체층(150)은 상기 제1 LED 칩(130)의 발광 파장에 의해 여기되어 소정 파장의 광을 방출하는 형광체(152, 153, 154)를 포함한다. 본 발명에서 상기 형광체는 바람직하게는 분말 형태로 제공된다. 이를 위해 상기 제1 형광체층(150)은 상기 형광체를 분산 및 고정하며 상기 제1 LED 칩(130)을 밀봉하는 투명 수지를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 투명 수지로는 통상의 실리콘 수지나 에폭시 수지 등이 사용될 수 있다.
본 발명에서 상기 형광체(152, 153, 154)는 상이한 조성의 형광 물질로 구성된다. 바람직하게는 상이한 발광 파장을 갖는 최소한 3 종의 형광 물질을 포함한다. 본 발명에서 상기 형광체(152, 153, 154)는 상기 제1 LED 칩(130)에서 방출되는 광에 의해 여기되어 청색광을 발하는 제1 형광체(B), 녹색광을 발하는 제2 형광체(G) 및 적색광을 발하는 제3 형광체(R)를 포함한다. 본 발명에서 상기 제1, 제2 및 제3 형광체는 산화물 또는 질화물인 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 제1 형광체(152)는 상기 제1 LED 칩(100)의 발광에 의해 여기되어 440 내지 499nm 범위에서 피크 파장을 갖는 광을 방출한다. 상기 제1 형광체(152)의 발광 피크 파장은 상기 제1 LED 칩(130)에서 방출되는 광의 피크 파장 보다 크다.
본 발명에서 상기 제1 형광체(152)로는 청색광을 발하는 형광체로서 하기 (화학식 1)로 표현되는 형광체를 사용하는 것이 바람직하다.
(화학식 1)
(Ba,Eu)SiOx(O,Cl)xNx (1 < x < 5)
본 발명에서 상기 제2 형광체(153)는 상기 제1 LED 칩(130)의 발광에 의해 여기되어 500 내지 580nm 범위에서 피크 파장을 갖는 광을 방출하며, 상기 제2 형광체(153)로는 녹색광을 발하는 형광체로서 하기 (화학식 2) 내지 (화학식 4)로 표현되는 형광체를 단독 또는 조합되어 사용할 수 있다.
(화학식 2)
(Sr,Ba,Ca)xSiO2x:Eu (1 < x < 5)
(화학식 3)
Si6-yＡlyOyN8-y:Eu (0.1 < y < 0.5)
(화학식 4)
Al8-zLuzO12:Ce++ (1< z < 5)
본 발명에서 상기 제3 형광체(154)는 상기 제1 LED 칩(130)의 발광에 의해 여기되어 600 내지 699nm 범위에서 피크 파장을 갖는 광을 방출하며, 상기 제3 형광체(154)로는 하기 (화학식 5) 또는 (화학식 6)으로 표현되는 형광체를 단독 또는 조합하여 사용할 수 있다.
(화학식 5)
(Sr,Ca)AlSiNx:Eu (1 < x < 5)
(화학식 6)
CaAlSiNy:Eu (1 < y < 5)
나아가, 상기 제1 백색 발광다이오드(100) 소자로서, 서로 다른 피크 파장을 가지는 2종류 이상의 발광다이오드(LED) 소자를 사용함으로써, 광원 모듈(10)의 조건등색지수 등 특성을 보다 개선하는 것도 가능하다.
다음으로, 상기 자외선 발광다이오드(220)는 300nm ~ 400nm의 발광 피크를 가지는 하나 이상의 발광다이오드를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 자외선 발광다이오드(220)에 의한 300nm ~ 400nm 파장의 광량은 상기 광원 모듈(10)에 의한 전체 광량의 20 ~ 80% 의 범위에 있는 것이 바람직하며, 나아가 상기 광원 모듈(10)의 상관색온도(CCT)는 2000K ~ 10000K의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 광원 모듈(10)에서 발광되는 빛 중 자외선의 함량에 해당하는 자외선함량(UVcontent) 수치가 60 내지 160의 범위 내에 있도록 조정함으로써, 상기 광원 모듈(10)의 표준 조명 요구 규격(예를 들어, 가시조건등색지수(MIvis), 형광조건등색지수(MIuv), 평균연색지수(Ra) 및 특수연색지수(R9~R15) 등)에 대한 특성이 크게 개선될 수 있다. 이에 대해서는 실시예에 대한 실험 결과와 함께 보다 자세하게 후술한다.
또한, 상기 자외선 발광다이오드(LED) 소자로서, 반드시 동일한 종류의 발광다이오드(LED)가 사용되어야 하는 것은 아니며, 서로 다른 피크 파장을 가지는 2종류 이상의 발광다이오드(LED) 소자를 사용할 수도 있다. 특히, 서로 다른 피크 파장을 가지는 2종류 이상의 자외선 발광다이오드(LED) 소자를 함께 사용함으로써, 상기 가시조건등색지수(MIvis), 형광조건등색지수(MIuv) 특성을 크게 개선할 수 있게 된다. 이에 대해서도 실시예에 대한 실험 결과와 함께 보다 자세하게 후술한다.
나아가, 본원 발명에서는 상기 자외선 발광다이오드(220) 소자는 자외선 LED 칩이 베이스 기판(110) 등에 장착되는 패키지 구조로 구성될 수 있겠으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이외에도 상기 자외선 LED 칩이 상기 기판(200)에 직접 장착되는 등 자외선을 발광할 수 있는 다양한 구조가 채택될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈(10)은 상기 300nm ~ 400nm의 발광 피크를 가지는 하나 이상의 자외선 발광다이오드(220) 소자와, 평균연색지수(Ra)가 90% 이상인 하나 이상의 제1 백색 발광다이오드(LED) 소자를 함께 사용하여 광원을 구성함으로써, 종래 발광다이오드(LED)로는 구현하기 어려웠던 표준 광원에 요구되는 높은 연색지수(CRI) 특성 및 우수한 조건등색지수(MI) 특성을 달성할 수 있게 된다.
즉, 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 일본 공업 규격(JIS)에 따른 D65(6500K Daylight) 표준 광원 규격은 가시조건등색지수(MIvis)가 1.0이내, 형광조건등색지수(MIuv)가 1.5이내, 평균연색지수가 95% 이상 및 특수연색지수(R9~R15)가 85% 이상(단, 국제 표준 규격(ISO)의 경우는 평균연색지수가 90% 이상 및 특수연색지수(R9~R15)를 포함하는 각 연색지수가 80% 이상)의 기준치를 동시에 만족하여야 하는데, 종래 통상의 발광다이오드(LED)로는 상기 평균연색지수가 75% ~ 80% 수준에 머물렀으며, 특정한 파장에서의 특수연색지수가 크게 떨어질 수 있었을 뿐만 아니라. 더 나아가 가시조건등색지수(MIvis) 및 형광조건등색지수 (MIuv)까지 우수한 특성으로 구현하는 것은 더욱 해결하기 어려운 문제였다.
이에 대하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈(10)에서는 상기 300nm ~ 400nm의 발광 피크를 가지는 하나 이상의 자외선 발광다이오드(220) 소자와, 평균연색지수(Ra)가 90% 이상인 하나 이상의 제1 백색 발광다이오드(LED) 소자를 함께 사용하여 광원을 구성함으로써, 상기 가시조건등색지수(MIvis)가 1.0이내, 형광조건등색지수(MIuv)가 1.5이내, 평균연색지수(Ra)가 90% 이상 및 특수연색지수(R9~R15)를 포함하는 각 연색지수가 80% 이상의 각 기준치를 모두 만족시킬 수 있게 된다.
나아가, 상기 기판(200)은 상기 제1 백색 발광다이오드(100) 및 자외선 발광다이오드(220)이 장착되는 패드 및 제1 백색 발광다이오드(100) 및 자외선 발광다이오드(220)를 구동시키기 위한 회로 패턴 등이 구비될 수 있다. 상기 기판(200)은 FR-4 등 유전체를 이용하여 구성될 수도 있으나, 나아가 상기 제1 백색 발광다이오드(100) 및 자외선 발광다이오드(220)의 발열 등을 촉진하기 위한 금속 기판(metal PCB) 등 다양한 재질로 구현될 수도 있다. 이때, 상기 기판(200)은 연결부(310)와 전기적으로 연결되어 외부 전원을 공급받을 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈(10)에는 상기 기판(200)을 안착시키는 지지부(320)가 구비될 수 있다. 나아가, 상기 지지부(320)는 상기 기판(200)에서의 방열을 촉진하기 위하여 금속 재질로 이루어지거나 방열에 유리한 구조로 구현될 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈(10)에는 상기 자외선 발광다이오드(220) 및 제1 백색 발광다이오드(100)를 내장하며 상기 자외선 발광다이오드(220) 및 제1 백색 발광다이오드(100)에서 발광되는 빛을 투과하는 투광재(300)를 구비할 수 있다. 상기 투광재(300)는 상기 자외선 발광다이오드(220)에서 발광되는 자외선 빛과 상기 제1 백색 발광다이오드(100)에서 발광되는 빛을 효과적으로 투과시킬 수 있는 PMMA 또는 유리 등으로 구성되는 것이 바람직하다. 나아가, 상기 투광재(300)는 눈부심을 덜어줄 수 있도록 반투명 재질로 구현될 수도 있다.
이하, 도 6 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 D65(6500K) 규격에 따르는 광원 모듈(10)의 실험치 등을 근거로 본 발명을 보다 자세하게 검토한다.
먼저, 도 6a 내지 도 9a에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈(10)에서의 항목별 성능 실험치를 보여주고 있다. 보다 구체적으로 도 6 내지 도 9에서는 각각 순차적으로 평균연색지수가 90% 이상인 제1 백색 발광다이오드(100) 소자와 함께 360nm, 385nm, 405nm의 피크 파장을 가지는 자외선 발광다이오드(220) 소자 및 360nm, 405nm의 피크 파장을 가지는 두개의 자외선 발광다이오드(220) 소자로 광원 모듈(10)을 구성한 경우에 대한 실험치를 보여주고 있다.
이에 대하여, 도 6b 내지 도 9b에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈(10)에서의 발광 스펙트럼을 도시하고 있다.
이하, 본 발명에서 각 실시예 및 비교예들에 대한 상관색온도(CCT), 자외선함량(UVcontent), 가시조건등색지수(MIvis), 형광조건등색지수(MIuv), 평균연색지수(Ra) 및 특수연색지수(R9~R15) 등의 측정 데이터들은 GL OPTIC의 SPECTIS 1.0 Touch 장비를 사용하여 산출되었다.
먼저, 도 6a의 경우(360nm 자외선 발광다이오드(220) 소자를 사용하는 경우), 입력 전류(IF)가 증가함에 따라 자외선함량(UVcontent) 수치가 점차 증가하게 되고, 이때 상기 형광조건등색지수(MIuv)가 점차 낮아지면서 상기 표준 광원의 기준치를 만족시킬 수 있음을 알 수 있다(6.0 -> 1.5).
보다 구체적으로, 도 6a에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 입력 전류(IF)가 450mA ~ 700mA의 범위에 있는 경우 자외선함량(UVcontent) 수치가 60 이상이 되면서, 본원 발명에 따른 광원 모듈(10)이 상기 가시조건등색지수(MIvis), 형광조건등색지수(MIuv), 평균연색지수(Ra) 및 특수연색지수(R9~R15)의 규격을 모두 만족시키게 됨을 확인할 수 있다.
나아가, 도 7a에서는 385nm 자외선 발광다이오드(220) 소자를 사용하는 경우에 대하여, 입력 전류(IF)가 증가함에 따라 자외선함량(UVcontent) 수치가 점차 증가하게 되고, 이때 상기 형광조건등색지수(MIuv)가 점차 낮아지면서 상기 표준 광원의 기준치를 만족시킬 수 있음을 보여주고 있다(5.9 -> 1.5).
보다 구체적으로, 도 7a에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 입력 전류(IF)가 150mA ~ 180mA의 범위에 있는 경우 자외선함량(UVcontent) 수치가 60 ~ 120의 범위를 나타내면서, 본원 발명에 따른 광원 모듈(10)이 상기 가시조건등색지수(MIvis), 형광조건등색지수(MIuv), 평균연색지수(Ra) 및 특수연색지수(R9~R15)의 규격을 모두 만족시키게 된다.
또한, 도 8a에서는 405nm 자외선 발광다이오드(220) 소자를 사용하는 경우에 대하여, 입력 전류(IF)가 증가하더라도 자외선함량(UVcontent) 수치가 약 35 미만의 범위에 머무르게 되고, 이에 따라 상기 형광조건등색지수(MIuv)가 3.5 이상의 값을 가지게 되는 바, 상기 표준 광원의 기준치를 만족시킬 수 없게 된다.
그러나, 이러한 경우에도, 도 9a에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 405nm 자외선 발광다이오드(220) 소자와 360nm 자외선 발광다이오드(220) 소자를 함께 사용하여 광원 모듈(10)을 구성함으로써, 상기 가시조건등색지수(MIvis), 형광조건등색지수(MIuv), 평균연색지수(Ra) 및 특수연색지수(R9~R15)의 규격을 모두 만족시킬 수 있을 뿐만 아니라, 보다 우수한 특성을 구현할 수 있게 된다.
즉, 도 9a에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 405nm 자외선 발광다이오드(220) 소자와 360nm 자외선 발광다이오드(220) 소자를 함께 사용하면서, 상기 360nm 자외선 발광다이오드(220) 소자의 입력 전류를 420mA 이상으로 증가시키는 경우 자외선함량(UVcontent) 수치가 60 이상이 되면서, 본원 발명에 따른 광원 모듈(10)이 상기 가시조건등색지수(MIvis), 형광조건등색지수(MIuv), 평균연색지수(Ra) 및 특수연색지수(R9~R15)의 규격을 모두 만족시키게 되며, 더 나아가 상기 가시조건등색지수(MIvis)는 0.4까지 낮출 수 있고 상기 형광조건등색지수(MIuv)는 1.2까지 낮출 수 있어 매우 우수한 조건등색지수 특성을 구현할 수 있음을 확인할 수 있다.
이어서, 도 10a에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 D50(5000K) 규격에 따른 광원 모듈(10)에서의 항목별 성능 실험치를 보여주고 있다. 보다 구체적으로 도 10a에서는 평균연색지수가 90% 이상인 제1 백색 발광다이오드(100) 소자와 함께 385nm의 피크 파장을 가지는 자외선 발광다이오드(220) 소자로 광원 모듈(10)을 구성한 경우에 대한 실험치를 보여주고 있다.
또한, 도 10b에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈(10)에서의 발광 스펙트럼을 도시하고 있다
이때, 도 10a의 경우(385nm 자외선 발광다이오드(220) 소자를 사용하는 경우), 입력 전류(IF)가 증가함에 따라 자외선함량(UVcontent) 수치가 점차 증가하게 되고, 이때 상기 형광조건등색지수(MIuv)가 점차 낮아지면서 상기 표준 광원의 기준치를 만족시킬 수 있음을 알 수 있다(4.5 -> 0.8).
보다 구체적으로, 도 10a에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 입력 전류(IF)가 65mA ~ 110mA의 범위에 있는 경우 자외선함량(UVcontent) 수치가 60 내지 130의 값을 가지면서, 본원 발명에 따른 광원 모듈(10)이 상기 가시조건등색지수(MIvis), 형광조건등색지수(MIuv), 평균연색지수(Ra) 및 특수연색지수(R9~R15)의 규격을 모두 만족시키게 됨을 확인할 수 있다.
따라서, 상기 D50(5000K) 규격의 경우에 대한 실험치를 볼 때, D65(6500K) 규격에 대한 경우와 같이 평균연색지수가 90% 이상인 제1 백색 발광다이오드(100) 소자와 함께 300~400nm 자외선 발광다이오드(220) 소자를 조합하여 광원 모듈(10)을 구성함으로써 가시조건등색지수(MIvis), 형광조건등색지수(MIuv), 평균연색지수(Ra) 및 특수연색지수(R9~R15)의 규격을 모두 만족시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
이에 반하여, 도 11에서는, 본 발명에 대한 비교예로서 통상의 연성 특성을 가지는 발광다이오드(Ra = 80)를 이용한 광원 모듈(10)에서의 항목별 성능 실험치 및 발광 스펙트럼을 도시하고 있다.
보다 구체적으로, 도 11a에서는 평균연색지수가 80% 수준인 통상의 백색 발광다이오드 소자와 함께 365nm의 피크 파장을 가지는 자외선 발광다이오드(220) 소자로 광원 모듈(10)을 구성한 경우에 대한 실험치를 보여주고 있다.
또한, 도 11b에서는 상기 비교예에 따른 광원 모듈(10)에서의 발광 스펙트럼을 도시하고 있다
이때, 도 11a의 경우(평균연색지수가 80% 수준인 통상의 백색 발광다이오드 소자와 함께 365nm 자외선 발광다이오드(220) 소자를 사용하는 경우), 입력 전류(IF)가 증가함에 따라 자외선함량(UVcontent) 수치가 점차 증가하더라도, 상기 가시조건등색지수(MIvis)가 1.2 이상의 값을 가지는 바 표준 광원의 기준치(MIvis 1.0 이내)를 만족시키지 못함을 알 수 있다.
나아가, 도 12와 도 13에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈(10)에 대한 적분구 성능 측정치를 보여주고 있다.
먼저, 도 12에서는 평균연색지수가 90% 이상인 제1 백색 발광다이오드(100) 소자와 함께 365nm의 피크 파장을 가지는 자외선 발광다이오드(220) 소자를 사용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈(10)을 구성한 후 적분구(integrating sphere)를 이용하여 성능을 측정한 결과치를 예시하고 있다.
도 12에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈(10)은 가시조건등색지수(MIvis)가 0.5이고, 형광조건등색지수(MIuv)가 1.5이며, 평균연색지수(Ra)가 96.4% 이고, 특수연색지수(R9~R15)가 모두 89.6% 이상인 바, 상기 가시조건등색지수(MIvis), 형광조건등색지수(MIuv), 평균연색지수(Ra) 및 특수연색지수(R9~R15)의 규격을 모두 만족시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
또한, 도 13에서는 평균연색지수가 90% 이상인 제1 백색 발광다이오드(100) 소자와 함께 385nm의 피크 파장을 가지는 자외선 발광다이오드(220) 소자를 사용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈(10)을 구성한 후 적분구(integrating sphere)를 이용하여 성능을 측정한 결과치를 예시하고 있다.
도 13에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈(10)은 가시조건등색지수(MIvis)가 0.5이고, 형광조건등색지수(MIuv)가 1.5이며, 평균연색지수(Ra)가 95.9% 이고, 특수연색지수(R9~R15)가 모두 88.6% 이상인 바, 상기 가시조건등색지수(MIvis), 형광조건등색지수(MIuv), 평균연색지수(Ra) 및 특수연색지수(R9~R15)의 규격을 모두 만족시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈(10)은, 상기 제1 백색 발광다이오드(100) 및 자외선 발광다이오드(220)와 함께, 400nm ~ 470nm의 발광 피크를 가지는 하나 이상의 청색 발광다이오드(102) 소자를 더 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 청색 발광다이오드(102)로서 400nm ~ 470nm의 발광 피크를 가지는 단색 발광다이오드가 사용될 수 있다.
이에 따라, 본 발명에서는, 상기 제1 백색 발광다이오드(100) 및 자외선 발광다이오드(220)와 함께, 400nm ~ 470nm의 발광 피크를 가지는 하나 이상의 청색 발광다이오드(102) 소자를 구비하여 광원 모듈(10)을 구성함으로써, 보다 개선된 조건등색지수 특성을 가질 수 있게 된다.
나아가, 상기 자외선 발광다이오드(220) 소자의 300nm ~ 400nm 파장의 피크 파장 스펙트럼 강도(intensity)는 상기 청색 발광다이오드(102) 소자의 400nm ~ 470nm 파장의 피크 파장 스펙트럼 강도(intensity)의 60 ~ 90% 의 범위 내에 있도록 하는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로, 도 14에서는 본 발명의 실시예에 따른 광원 모듈(10)의 D65 규격에서의 항목별 성능 실험 결과를 예시하고 있다. 도 14에서 실시예1(제1 백색 발광다이오드(100)+자외선 발광다이오드(220))과 실시예2(제1 백색 발광다이오드(100)+자외선 발광다이오드(220)+ 청색 발광다이오드(102))의 성능 실험 결과를 비교해 보면, 실시예1에서는 가시조건등색지수(MIvis)가 0.7이고 형광조건등색지수(MIuv)가 1.5인 반면, 실시예2에서는 가시조건등색지수(MIvis)가 0.5이고 형광조건등색지수(MIuv)가 0.8로서 그 성능치가 크게 개선되었음을 확인할 수 있다.
또한, 도 15a에서는 상기 실시예2(제1 백색 발광다이오드(100)+자외선 발광다이오드(220)+ 청색 발광다이오드(102))에 대한 D65 규격에서의 항목별 성능 측정치를 예시하고 있다.
도 15a에서 볼 수 있는 바와 같이, 입력 전류(IF)가 증가함에 따라 자외선함량(UVcontent) 수치가 점차 증가하게 되고 형광조건등색지수(MIuv)가 낮아지면서, 입력 전류(IF) 190~250 mA의 범위에서 형광조건등색지수(MIuv)를 1.0 이하로 크게 낮출 수 있음을 알 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈(10)은, 상기 제1 백색 발광다이오드(100) 및 자외선 발광다이오드(220)와 함께, 평균연색지수가 90% 이상인 하나 이상의 제2 백색 발광다이오드(101) 소자를 더 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 제2 백색 발광다이오드(101) 소자는, 도 5의 제1 백색 발광다이오드(100)의 구조와 유사하게, 400nm~440nm의 여기 파장을 갖는 제2 LED 칩(140)과 상기 제2 LED 칩(140)의 여기 파장에 의해 여기되어 발광하는 제2 형광체층(160)을 포함하는 발광다이오드(LED) 소자인 것이 바람직하며, 여기서 상기 제2 형광체층(160)은, 440~499nm의 발광 피크 파장을 가지는 제1 형광체(152), 500~580nm의 발광 피크 파장을 가지는 제2 형광체(153) 및 600~699nm의 발광 피크 파장을 가지는 제3 형광체(154)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예로서, 상기 제2 형광체층(160)에 포함되는 제1 형광체(152), 제2 형광체(153) 및 제3 형광체(154)는 제1 형광체층(150)에 포함되는 제1 형광체(152), 제2 형광체(153) 및 제3 형광체(154)과 동일한 형광체가 사용될 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
나아가, 상기 제1 백색 발광다이오드(100) 소자 및 상기 제2 백색 발광다이오드(101) 소자로서, 각각 서로 다른 피크 파장을 가지는 2종류 이상의 발광다이오드(LED) 소자를 사용함으로써, 광원 모듈(10)의 조건등색지수 등 특성을 보다 개선하는 것도 가능하다.
더 나아가, 본 발명의 일 실시예로서, 상기 제1 백색 발광다이오드(100)와 상기 제2 백색 발광다이오드(101)가 별개의 소자로 구성되어 사용될 수 있겠으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제1 백색 발광다이오드(100)와 상기 제2 백색 발광다이오드(101)가 일체로서 하나의 소자로 구성되어 사용될 수도 있다.
이에 따라, 본 발명에서는, 상기 제1 백색 발광다이오드(100) 및 자외선 발광다이오드(220)와 함께, 400nm ~ 440nm의 여기 파장을 갖는 제2 LED 칩(140)과 상기 제2 LED 칩(140)의 여기 파장에 의해 발광하는 제2 형광체층(160)을 포함하며 평균연색지수가 90% 이상인 하나 이상의 제2 백색 발광다이오드(101) 소자를 구비하여 광원 모듈(10)을 구성함으로써, 보다 개선된 조건등색지수 특성을 가질 수 있게 된다.
보다 구체적으로, 도 14를 다시 참조하여 실시예1(제1 백색 발광다이오드(100)+자외선 발광다이오드(220))과 실시예3(제1 백색 발광다이오드(100)+자외선 발광다이오드(220)+제2 백색 발광다이오드(101))의 성능 실험 결과를 비교해 보면, 실시예1에서는 가시조건등색지수(MIvis)가 0.7이고 형광조건등색지수(MIuv)가 1.5인 반면, 실시예3에서는 가시조건등색지수(MIvis)가 0.6이고 형광조건등색지수(MIuv)가 0.9로서 그 성능치가 크게 개선되었음을 확인할 수 있다.
또한, 도 15b에서는 상기 실시예3(제1 백색 발광다이오드(100)+자외선 발광다이오드(220)+제2 백색 발광다이오드(101))에 대한 D65 규격에서의 항목별 성능 측정치를 예시하고 있다.
도 15b에서 볼 수 있는 바와 같이, 실시예3에서도 입력 전류(IF)가 증가함에 따라 자외선함량(UVcontent) 수치가 점차 증가하게 되고 형광조건등색지수(MIuv)가 낮아지면서, 입력 전류(IF) 270~310 mA의 범위에서 형광조건등색지수(MIuv)를 1.0 이하로 낮게 유지할 수 있음을 알 수 있다.
더 나아가, 본 발명의 일 실시예로서, 상기 제1 백색 발광다이오드(100) 및 자외선 발광다이오드(220)와 함께, 평균연색지수가 90% 이상인 하나 이상의 제2 백색 발광다이오드(101) 소자 뿐만 아니라 400nm ~ 470nm의 발광 피크를 가지는 하나 이상의 청색 발광다이오드(102) 소자를 모두 구비하여 광원 모듈(10)을 구성할 수도 있다.
이에 따라, 도 14에서 실시예1(제1 백색 발광다이오드(100)+자외선 발광다이오드(220))과 실시예4(제1 백색 발광다이오드(100)+자외선 발광다이오드(220)+ 제2 백색 발광다이오드(101) + 청색 발광다이오드(102))의 성능 실험 결과를 비교해 보면, 실시예4에서도 가시조건등색지수(MIvis)가 0.6이고 형광조건등색지수(MIuv)가 0.9로서 그 성능치가 크게 개선되었음을 확인할 수 있다(실시예1에서는 가시조건등색지수(MIvis)가 0.7이고 형광조건등색지수(MIuv)가 1.5).
또한, 도 15c에서 볼 수 있는 바와 같이, 실시예4에서도 입력 전류(IF)가 증가함에 따라 자외선함량(UVcontent) 수치가 점차 증가하게 되고 형광조건등색지수(MIuv)가 낮아지면서, 입력 전류(IF) 250~280 mA의 범위에서 형광조건등색지수(MIuv)를 1.0 이하로 낮게 유지할 수 있음을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예로서, 상기 광원 모듈(10)이, 300nm ~ 400nm의 발광 피크를 가지는 하나 이상의 자외선 발광다이오드(220) 소자 및 평균연색지수가 90% 이상인 하나 이상의 제2 백색 발광다이오드(101) 소자를 포함하며, 상기 제2 백색 발광다이오드(101) 소자는, 400nm~440nm의 여기 파장을 갖는 제2 LED 칩(140)과 상기 제2 LED 칩(140)의 여기 파장에 의해 여기되어 발광하는 제2 형광체층(160)을 포함하는 발광다이오드(LED) 소자이며, 상기 제2 형광체층(160)은, 440~499nm의 발광 피크 파장을 가지는 제1 형광체(152), 500~580nm의 발광 피크 파장을 가지는 제2 형광체(153) 및 600~699nm의 발광 피크 파장을 가지는 제3 형광체(154)를 포함하도록 구성할 수도 있다.
나아가, 상기 제2 백색 발광다이오드(101) 소자로서 서로 다른 피크 파장을 가지는 2종류 이상의 발광다이오드(LED) 소자를 사용함으로써, 광원 모듈(10)의 조건등색지수 등 특성을 보다 개선하는 것도 가능하다.
또한, 상기 광원 모듈(10)의 자외선함량(UVcontent) 수치는 60 내지 160의 범위 내에 있을 수 있으며, 나아가 상기 자외선 발광다이오드(220) 소자로서, 서로 다른 피크 파장을 가지는 2종류 이상의 발광다이오드(LED) 소자를 사용할 수 있다.
또한, 상기 광원 모듈(10)은, 400nm ~ 470nm의 발광 피크를 가지는 하나 이상의 청색 발광다이오드(102) 소자를 더 포함할 수 있으며, 이때 상기 자외선 발광다이오드(220) 소자의 300nm ~ 400nm 파장의 피크 파장 스펙트럼 강도(intensity)는 상기 청색 발광다이오드(102) 소자의 400nm ~ 470nm 파장의 피크 파장 스펙트럼 강도(intensity)의 60 ~ 90% 의 범위 내에 있도록 함으로써, 광원 모듈(10)의 조건등색지수 등 특성을 더욱 개선할 수도 있다.
이에 대해, 도 14에서 실시예1(440nm~460nm 여기 파장의 제1 백색 발광다이오드(100)+자외선 발광다이오드(220))과 실시예5(400nm~440nm 여기 파장의 제1 백색 발광다이오드(100)+자외선 발광다이오드(220))의 성능 실험 결과를 비교해 보면, 실시예5에서도 가시조건등색지수(MIvis)가 0.4이고 형광조건등색지수(MIuv)가 1.0으로서 그 성능치가 크게 개선되었음을 확인할 수 있다(실시예1에서는 가시조건등색지수(MIvis)가 0.7이고 형광조건등색지수(MIuv)가 1.5).
또한, 도 15d에서 볼 수 있는 바와 같이, 실시예5에서도 입력 전류(IF)가 증가함에 따라 자외선함량(UVcontent) 수치가 점차 증가하게 되고 형광조건등색지수(MIuv)가 낮아지면서, 입력 전류(IF)가 160 mA 인 경우 형광조건등색지수(MIuv)를 1.0 으로 낮출 수 있음을 알 수 있다.
또한, 도 16에서는 본 발명의 여러 실시예들(실시예1 내지 실시예5)에 따른 광원 모듈(10)의 D50 규격에서의 항목별 성능 실험 결과를 예시하고 있다.
도 16에서 볼 수 있는 바와 같이, 실시예1(제1 백색 발광다이오드(100)+자외선 발광다이오드(220))의 경우에는 가시조건등색지수(MIvis)가 0.5이고 형광조건등색지수(MIuv)가 0.8인 반면, 실시예2(제1 백색 발광다이오드(100)+자외선 발광다이오드(220)+ 청색 발광다이오드(102))의 경우는 가시조건등색지수(MIvis)가 0.5이고 형광조건등색지수(MIuv)가 0.6으로서 그 성능치가 더욱 개선되었음을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예로서, 실시예3(제1 백색 발광다이오드(100)+자외선 발광다이오드(220)+제2 백색 발광다이오드(101))의 경우도 가시조건등색지수(MIvis)가 0.4이고 형광조건등색지수(MIuv)가 0.6이며, 실시예4(제1 백색 발광다이오드(100)+자외선 발광다이오드(220)+제2 백색 발광다이오드(101) + 청색 발광다이오드(102))의 경우도 가시조건등색지수(MIvis)가 0.5이고 형광조건등색지수(MIuv)가 0.6이며, 실시예5(400nm~440nm 여기 파장의 제1 백색 발광다이오드(100)+자외선 발광다이오드(220))의 경우도 가시조건등색지수(MIvis)가 0.5이고 형광조건등색지수(MIuv)가 0.7로 보다 개선된 조건등색지수 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
이에 대하여, 도 17a 내지 도 17d에서는 상기 실시예2 내지 실시예5에 대한 D50 규격에서의 항목별 성능 측정치를 예시하고 있다.
먼저, 도 17a에서 볼 수 있는 바와 같이, 실시예2에서도 입력 전류(IF)가 증가함에 따라 자외선함량(UVcontent) 수치가 점차 증가하게 되고 형광조건등색지수(MIuv)가 낮아지면서, 입력 전류(IF) 370~390 mA의 범위에서 형광조건등색지수(MIuv)를 0.6 수준으로 낮추어 최적화할 수 있음을 알 수 있다.
또한, 도 17b에서 볼 수 있는 바와 같이, 실시예3에서 입력 전류(IF) 260~280mA 범위에서 형광조건등색지수(MIuv)를 0.6 수준으로 최적화할 수 있으며, 도 17c에서는 실시예4에서 입력 전류(IF) 320~330mA 범위에서 형광조건등색지수(MIuv)를 0.6 수준으로 최적화할 수 있고, 도 17d에서는 실시예5에서 입력 전류(IF) 120~130mA 범위에서 형광조건등색지수(MIuv)를 0.7 이하 수준으로 낮출 수 있음을 확인할 수 있다.
또한, 도 18a 및 도 18b에서는 본 발명의 여러 실시예들(실시예1 내지 실시예5)에 대한 광원 모듈(10)의 D65 및 D50 규격에서의 발광 스펙트럼을 예시하고 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈(10)에서는, 300nm ~ 400nm의 발광 피크를 가지는 자외선 발광다이오드(LED) 소자와, 440nm ~ 460nm의 여기 파장을 갖는 제1 LED 칩(130)과 상기 제1 LED 칩(130)의 여기 파장에 의해 발광하는 제1 형광체층(150)을 포함하며 평균연색지수가 90% 이상인 하나 이상의 제1 백색 발광다이오드(100) 소자를 함께 사용하여 광원 모듈(10)을 구성함으로써, 높은 연색성과 함께 우수한 조건등색지수 특성을 가지는 고연색성 표준 LED 광원 모듈을 제공할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의하면 상기 광원 모듈(10)에 400nm ~ 440nm의 여기 파장을 갖는 제2 LED 칩(140)과 상기 제2 LED 칩(140)의 여기 파장에 의해 발광하는 제2 형광체층(160)을 포함하며 평균연색지수가 90% 이상인 하나 이상의 제2 백색 발광다이오드(101) 소자를 더 구비하거나, 400nm~440nm의 여기 파장을 가지는 제1 LED 칩(130)을 구비하는 제1 백색 발광다이오드(100)사용하거나, 상기 광원 모듈(10)에 400nm ~ 470nm의 발광 피크를 가지는 청색 발광다이오드(102) 소자를 더 구비함으로써, 보다 개선된 조건등색지수 특성을 가지는 광원 모듈(10)을 구성할 수 있게 된다.
나아가, 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명 장치는, 도 1에 예시된 바와 같이, 본 광원 모듈(10)을 포함하여 피검체의 색상 등을 검사하기 위한 장치로 구현될 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (19)

  1. 300nm ~ 400nm의 발광 피크를 가지는 하나 이상의 자외선 발광다이오드(LED) 소자; 및
    평균연색지수가 90% 이상인 하나 이상의 제1 백색 발광다이오드(LED) 소자를 포함하며,
    상기 제1 백색 발광다이오드(LED) 소자는,
    440nm~460nm의 여기 파장을 갖는 제1 LED 칩과 상기 제1 LED 칩의 여기 파장에 의해 여기되어 발광하는 제1 형광체층을 포함하는 발광다이오드(LED) 소자이며,
    상기 제1 형광체층은,
    440~499nm의 발광 피크 파장을 가지는 제1 형광체;
    500~580nm의 발광 피크 파장을 가지는 제2 형광체; 및
    600~699nm의 발광 피크 파장을 가지는 제3 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광원 모듈의 자외선함량(UVcontent) 수치는 60 내지 160의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 백색 발광다이오드(LED) 소자로서,
    서로 다른 피크 파장을 가지는 2종류 이상의 발광다이오드(LED) 소자를 사용하는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자외선 발광다이오드(LED) 소자와 상기 제1 백색 발광다이오드(LED) 소자를 내장하는 투광재를 더 포함하며,
    상기 투광재는 PMMA, 유리 또는 자외선 투과가 가능한 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 자외선 발광다이오드(LED) 소자로서,
    서로 다른 피크 파장을 가지는 2종류 이상의 발광다이오드(LED) 소자를 사용하는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 자외선 발광다이오드(LED) 소자 및 상기 제1 백색 발광다이오드(LED) 소자에 의하여 가시조건등색지수(MIvis)가 1.0이하이고 형광조건등색지수(MIuv)가 1.5이하의 발광 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    평균연색지수(Ra)는 90% 이상이고, 특수연색지수 R9 ~ R15는 80% 이상의 발광 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  8. 제6항에 있어서,
    상관색온도(CCT)는 2000K ~ 10000K의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    평균연색지수가 90% 이상인 하나 이상의 제2 백색 발광다이오드(LED) 소자를 더 포함하며,
    상기 제2 백색 발광다이오드(LED) 소자는,
    400nm~440nm의 여기 파장을 갖는 제2 LED 칩과 상기 제2 LED 칩의 여기 파장에 의해 여기되어 발광하는 제2 형광체층을 포함하는 발광다이오드(LED) 소자이며,
    상기 제2 형광체층은,
    440~499nm의 발광 피크 파장을 가지는 제1 형광체;
    500~580nm의 발광 피크 파장을 가지는 제2 형광체; 및
    600~699nm의 발광 피크 파장을 가지는 제3 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 백색 발광다이오드(LED) 소자 및 상기 제2 백색 발광다이오드(LED) 소자로서,
    각각 서로 다른 피크 파장을 가지는 2종류 이상의 발광다이오드(LED) 소자를 사용하는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    400nm ~ 470nm의 발광 피크를 가지는 하나 이상의 청색 발광다이오드(LED) 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 자외선 발광다이오드(LED) 소자의 300nm ~ 400nm 파장의 피크 파장 스펙트럼 강도(intensity)는 상기 청색 발광다이오드(LED) 소자의 400nm ~ 470nm 파장의 피크 파장 스펙트럼 강도(intensity)의 60 ~ 90% 의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  13. 300nm ~ 400nm의 발광 피크를 가지는 하나 이상의 자외선 발광다이오드(LED) 소자; 및
    평균연색지수가 90% 이상인 하나 이상의 제2 백색 발광다이오드(LED) 소자를 포함하며,
    상기 제2 백색 발광다이오드(LED) 소자는,
    400nm~440nm의 여기 파장을 갖는 제2 LED 칩과 상기 제2 LED 칩의 여기 파장에 의해 여기되어 발광하는 제2 형광체층을 포함하는 발광다이오드(LED) 소자이며,
    상기 제2 형광체층은,
    440~499nm의 발광 피크 파장을 가지는 제1 형광체;
    500~580nm의 발광 피크 파장을 가지는 제2 형광체; 및
    600~699nm의 발광 피크 파장을 가지는 제3 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 광원 모듈의 자외선함량(UVcontent) 수치는 60 내지 160의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제2 백색 발광다이오드(LED) 소자로서,
    서로 다른 피크 파장을 가지는 2종류 이상의 발광다이오드(LED) 소자를 사용하는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 자외선 발광다이오드(LED) 소자로서,
    서로 다른 피크 파장을 가지는 2종류 이상의 발광다이오드(LED) 소자를 사용하는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  17. 제13항에 있어서,
    400nm ~ 470nm의 발광 피크를 가지는 하나 이상의 청색 발광다이오드(LED) 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 자외선 발광다이오드(LED) 소자의 300nm ~ 400nm 파장의 피크 파장 스펙트럼 강도(intensity)는 상기 청색 발광다이오드(LED) 소자의 400nm ~ 470nm 파장의 피크 파장 스펙트럼 강도(intensity)의 60 ~ 90% 의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 기재된 광원 모듈;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
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