KR102159984B1 - 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원 - Google Patents

고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원 Download PDF

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임행호
유원동
이승희
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주식회사 네오스라이트
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원은 455nm 내지 475nm 의 파장을 발산하는 여기광원 및 상기 여기광원에서 제공되는 광에 여기되어 특정 파장대의 광을 발산하는 복수의 형광체들을 포함하되, 상기 형광체들은, 600~650nm의 발광 파장을 가지며, [화학식 1] (Sr,Ca)AlSiN3:Eu 로 표현되는 형광 재료, [화학식 2] CaAlSiN3:Eu로 표현되는 형광 재료 및 이들을 혼합한 형광 재료 중 선택된 어느 하나로 형성되는 제1 형광체, 및 500~540nm의 발광 파장을 가지며, [화학식 3] (Ba,Sr,Ca,Mg,Eu)2 SiO4로 표현되는 형광 재료, [화학식 4] Y3(Al,Ga)5O12:Ce로 표현되는 형광 재료 및 이들을 혼합한 형광 재료 중 선택된 어느 하나의 형광 재료로 형성되는 제2 형광체를 포함하고, 상기 여기광원, 제1 형광체 및 제2 형광체를 통해 발산하는 백색 스펙트럼은, 연색지수가 90Ra 이상이고, R9이 50 이상이며, 415-455nm 범위의 파장 비율이 40% 미만이고, 465nm 내지 495nm 영역에서의 파장 비율이 100% 이상이다.

Description

고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원{LED lighting source for high-rendering vision safeguard}
본 발명은 엘이디 광원에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인체에 유익한 백색 스펙트럼을 발산하는 고연색성 비전 세이프가드용(high-rendering vision safeguard) 엘이디 광원에 관한 것이다.
조명산업은 우리나라 총 소비전력의 약 25%를 차지하는 중요한 에너지 산업으로서 주택, 사무실, 도로, 의료, 스포츠, 관광 등 광범위한 인간 생활의 필수품이며, 산업용 및 특수조명용(반도체, 광산업의 UV램프 등) 등 타 산업분야의 생산력 증대를 제공하여 에너지, 사회, 문화, 환경 등에 미치는 파급효과가 크므로 선진국가 진입의 척도라고 할 수 있으며 산업발전과 국민 생활의 질적 향상을 제공하는 국가의 중요산업이라고 할 수 있다.
조명 산업은 백열전구를 시작으로 해서 형광램프, 고압 방전등, 무전극 방전램프 등으로 개발되어 왔다. 그러나 사회적 요구가 증가함에 따라 고효율, 장수명, 환경친화성 등을 필요로 한 새로운 LED(light emitting diode) 조명기기가 요구되고 있다.
이에 따라 LED(light emitting diode) 조명기기에 사용되는 LED의 가변색 광원개발과 R/G/B/A/W에 대한 광속, 연색평가지수(CRI), 상관 색온도(CCT), CIE(Commission Internationale de l'Eclairage) 색도좌표 등에 대한 기본적인 광 특성에 대한 연구가 지속되고 있다.
그러나, 상기한 연구는 특성에 대한 제시만 있었고, 이에 따른 LED광원에 대한 구체적인 설계나 분석이 없었다. 또한, 지금까지 조명용 LED 광원으로서의 광원의 제작이나 이에 따른 광도 및 효율에 대한 분석 결과도 없었으며, 인체에 대한 유해성에 대해서 연구된 바가 없었다.
이에 최근에는 LED 조명에서 인체에 유해한(Harmful) 파장과 유익한(Beneficial) 파장이 연구로 발표되고 있으며, 특히 블루 라이트(Blue Light)의 최소화 문제가 주요 이슈로 제기되고 있다.
최근 연구에 따르면 약 415nm~455nm의 파장영역대의 빛에 인간의 시각 세포가 노출되는 경우 눈에 부정적 효과 (Eye-Hazardous)를 나타내며, 그 부정적 효과는 일생에 걸쳐 누적되고, 결과적으로 노화에 따른 황반변성(age-related macular degeneration)까지 일으키는 등 인간 시각에 손상을 일으키는 것으로 밝혀지고 있다.
상기한 황반변성은 노년기 시력상실의 주요 원인이지만 최근 젊은 연령층에서도 발병하기도 하며, 이 질병으로 인해 시력장애가 시작되면 이전의 시력으로 회복할 수 없다고 알려져 있다.
한편, 이러한 415nm~455nm의 파장영역대의 빛으로 인한 위해성(hazardousness)을 줄이고자 일부 연구에서 LED 광원 앞에 필터를 사용하거나 필터가 장착된 안경을 착용하는 시도가 있으나, 이러한 시도의 경우 415nm~455nm의 파장영역대의 눈에 유해한 파장 영역 외에도, 백색의 광원을 만드는데 필요한 Blue 영역과 인체의 일주 리듬 조절에 유익한 465nm~495nm의 파장영역대까지도 제거되는 또 다른 문제를 발생시키고 있다.
다시 말해, 태양광에 가까운 90Ra 이상의 연색지수 및 R9 값의 최대화 해결과 인체에 유익한 파장 영역대가 더 많은 백색 스팩트럼(Spectrum)을 가진 광원으로 구성된 조명을 동시에 만족시키지 못하는 기술적 모순의 한계가 있다.
따라서, 유해한 파장대의 빛을 최소화시키고 유익한 파장대를 최대화시킬 수 있는 엘이디 광원의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 455nm 내지 465nm의 여기광원을 이용하고, 형광체의 조성을 최적화하여 높은 발광 휘도뿐만 아니라, 인체에 유해한 파장 범위를 최소화시키고, 인체에 유익한 파장 범위를 최대화한 백색 스펙트럼을 갖는 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원은 455nm 내지 475nm 의 파장을 발산하는 여기광원 및 상기 여기광원에서 제공되는 광에 여기되어 특정 파장대의 광을 발산하는 복수의 형광체들을 포함하되, 상기 형광체들은, 600~650nm의 발광 파장을 가지며, [화학식 1] (Sr,Ca)AlSiN3:Eu 로 표현되는 형광 재료, [화학식 2] CaAlSiN3:Eu로 표현되는 형광 재료 및 이들을 혼합한 형광 재료 중 선택된 어느 하나로 형성되는 제1 형광체, 및 500~540nm의 발광 파장을 가지며, [화학식 3] (Ba,Sr,Ca,Mg,Eu)2 SiO4로 표현되는 형광 재료, [화학식 4] Y3(Al,Ga)5O12:Ce로 표현되는 형광 재료 및 이들을 혼합한 형광 재료 중 선택된 어느 하나의 형광 재료로 형성되는 제2 형광체를 포함하고, 상기 여기광원, 제1 형광체 및 제2 형광체를 통해 발산하는 백색 스펙트럼은, 연색지수가 90Ra 이상이고, R9이 50 이상이며, 415-455nm 범위의 파장 비율이 40% 미만이고, 465nm 내지 495nm 영역에서의 파장 비율이 100% 이상이다.
상기 백색 스펙트럼에서 청색 파장의 피크는 455nm 내지 465nm 일 수 있다.
상기 제1 형광체 및 제2 형광체는 투명 수지에 의해 분산 및 고정화되고, 상기 제1 형광체, 상기 제2 형광체 및 상기 투명 수지를 포함하는 100중량% 중 상기 제1 형광체는 0.1 내지 2 중량%가 포함되고, 상기 제2 형광체는 8 내지 13 중량%가 포함되고, 상기 투명수지는 85 내지 91.9중량%가 포함될 수 있다.
상기 여기광원이 455nm 내지 460nm미만의 경우, 상기 백색 스펙트럼에서 청색 파장의 피크는 455nm 내지 460nm이고, R9은 70이고, 상기 여기광원이 460nm 내지 465nm범위의 경우, 상기 백색 스펙트럼에서 청색 파장의 피크는 460nm 내지 465nm이고, R9은 73일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원은 455nm 내지 475nm 의 파장을 발산하는 여기광원 및 상기 여기광원에서 제공되는 광에 여기되어 특정 파장대의 광을 발산하는 복수의 형광체들을 포함하되, 상기 형광체들은, 600~650nm의 발광 파장을 가지며, [화학식 1] (Sr,Ca)AlSiN3:Eu 로 표현되는 형광 재료, [화학식 2] CaAlSiN3:Eu로 표현되는 형광 재료 및 이들을 혼합한 형광 재료 중 선택된 어느 하나로 형성되는 제1 형광체, 500~540nm의 발광 파장을 가지며, [화학식 3] (Ba,Sr,Ca,Mg,Eu)2 SiO4로 표현되는 형광 재료, [화학식 4] Y3(Al,Ga)5O12:Ce로 표현되는 형광 재료 및 이들을 혼합한 형광 재료 중 선택된 어느 하나의 형광 재료로 형성되는 제2 형광체, 및 480~499nm의 발광 파장을 가지며, [화학식 5] (Ba,Eu)Si2(O,Cl)2N2로 표현되는 제3 형광체를 포함하고, 상기 여기광원, 제1 형광체, 제2 형광체 및 제3 형광체를 통해 발산하는 백색 스펙트럼은, 연색지수가 90Ra 이상이고, R9이 50 이상이며, 415-455nm 범위의 파장 비율이 40% 미만이고, 465nm 내지 495nm 영역에서의 파장 비율이 100% 이상이다.
상기 제1 형광체, 제2 형광체 및 제3 형광체는 투명 수지에 의해 분산 및 고정화되고, 상기 제1 형광체, 상기 제2 형광체, 제3 형광체 및 상기 투명 수지를 포함하는 100중량% 중 상기 제1 형광체는 0.1 내지 2 중량%가 포함되고, 상기 제2 형광체는 8 내지 13 중량%가 포함되고, 상기 제 3형광체는 0.1 내지 2 중량%가 포함되고, 상기 투명수지는 83 내지 91.8중량%가 포함될 수 있다.
상기 백색 스펙트럼에서 청색 파장의 피크는 455nm 내지 465nm일 수 있다.
상기 여기광원이 455nm 내지 460nm미만의 경우, 상기 백색 스펙트럼에서 청색 파장의 피크는 455nm 내지 460nm이고, R9은 70이고, 상기 여기광원이 460nm 내지 465nm범위의 경우, 상기 백색 스펙트럼에서 청색 파장의 피크는 460nm 내지 465nm이고, R9은 73일 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 여기광원으로 455nm 내지 465nm 범위의 파장을 이용함으로써 455nm 이하의 유해 파장을 최소화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 형광체의 조성을 최적화시켜 연색지수를 90Ra 이상이고, 레드(Red) 연색지수인 R9의 값을 50 이상으로 형성함으로써 태양광에 가까운 고연색성의 백색 스펙트럼을 확보할 수 있으며, 465nm 내지 495nm 범위의 유익한 파장을 최대화시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원을 개략적으로 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 광원의 발광 스펙트럼을 도시한 그래프.
도 3은 본 발명에 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원에 대한 연색성 평가 결과를 표시한 테이블.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원을 개략적으로 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원의 발광 스펙트럼을 도시한 그래프.
도 6은 본 발명에 실시예들에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원에 대한 연색성 평가 결과를 표시한 테이블.
본 명세서의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 명세서는 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 명세서의 개시가 완전하도록 하며, 본 명세서가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명세서의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 명세서는 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 명세서에 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 명세서를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 ' ~ 만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, ' ~ 상에', ' ~ 상부에', ' ~ 하부에', ' ~ 옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용될 수 있으나, 이 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 명세서의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
본 명세서의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서의 실시예에 따른 전계발광 표시장치에 대해 설명하기로 한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 명세서와 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략하거나 간략히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원의 발광 스펙트럼을 도시한 그래프이고, 도 3은 본 발명에 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원에 대한 연색성 평가 결과를 표시한 테이블이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원(100)은 여기광원(130)과, 복수의 형광체(152, 154)를 포함한다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원(100)에는 여기광원(130)을 장착시키기 위한 베이스 기판(110)이 배치될 수 있고, 여기광원(130)을 제어하기 위한 인쇄회로기판(200)이 베이스 기판(110)의 하부에 배치될 수 있다.
여기서 베이스 기판(110)과 인쇄회로기판(200)은 표면 실장 방식(SMT)으로 연결될 수 있다. 도면에서는 볼 그리드(210) 접합 방식으로 연결된 것을 도시하였으나, 와이어를 연결하는 방식 등 다양한 방식으로 베이스 기판(110)과 인쇄회로기판(200)을 연결시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원(100)에는 여기광원(130)과 형광체들(152, 154)를 수용하는 몰드 플레임(170)이 배치될 수 있다. 몰드 프레임(170)은 수용공간을 가지며, 상기 수용공간에 여기광원(130)과 형광체들(152, 154)이 배치될 수 있다.
상기 몰드 프레임(170)의 내면에는 여기광원(130)으로부터 방출되는 광을 효율적으로 반사시키기 위한 리플렉터가 설치될 수 있다. 도시하지는 않았지만, 여기광원(130)의 하나의 전극은 본딩 와이어를 개재하여 몰드 프레임(170)과 전기적으로 접속될 수 있고, 여기광원(130)의 다른 전극은 베이스 기판(110) 상의 금속 배선과 전기적으로 접속될 수 있다.
그리고 상기 수용공간에는 상기 형광체들(152, 154)을 분산시키며 고정화시킬 수 있고, 여기광원(130)을 밀봉할 수 있는 봉지제(150)가 배치될 수 있다. 봉지제(150)에는 투명 수지가 사용될 수 있으며, 예를 들어, 봉지제(150)는 실리콘, 에폭시 및 이들을 혼합한 재료 중에 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원(100)은 455nm 내지 465nm의 피크 파장을 발광하는 여기광원(130)을 포함한다. 여기광원(130)은 청색 LED 칩일 수 있다. 청색 LED 칩은 발광 다이오드를 포함할 수 있으며, 발광 다이오드는 InGaN계 또는 GaN계 등의 발광 다이오드가 사용될 수 있다. 본 발명에서는 여기광원(130)을 LED 칩을 대신하여 레이저 다이오드와 같이 다른 발광 소자가 사용될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원(100)은 봉지제(150)에 분산, 고정화되는 형광체들(152, 154)를 포함한다. 형광체들(152, 154)은 여기광원(130)에서 방출되는 여기광에 의해 여기되어 적색광을 발산하는 제1 형광체(152) 및 녹색광을 발산하는 제2 형광체(154)를 포함한다. 제1 형광체(152)와 제2 형광체(154)는 상이한 조성의 형광 물질로 형성된다.
제1 형광체(152)는 여기광원(130)의 여기광에 의해 여기되어 적색 파장대의 600nm 내지 650nm 광을 발산할 수 있다. 제1 형광체(152)는 적색광을 발산하는 형광체로써, [화학식 1]로 표현되는 형광 재료, [화학식 2]로 표현되는 형광 재료 및 이들을 혼합한 형광 재료 중 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
[화학식 1]
(Sr,Ca)AlSiN3:Eu
[화학식 2]
CaAlSiN3:Eu
제1 형광체(152)는 봉지제(170)에 포함한 100중량% 중 0.1 내지 2중량%를 포함시킬 수 있다. 제1 형광체(152)는 컬러의 왜곡을 정도를 낮출 수 있다. 구체적으로, 컬러의 왜곡 정도는 연색지수 중 R9(Red), R11(Green), R12(Blue) 등의 원색(Original Color)의 값이 낮을수록 심해질 수 있다. 즉, CIE 색좌표계에서 CCT별로 BBL(Black Body Locus) Line을 따라서 X, Y 좌표가 결정되어야 연색성이 태양광과 거의 유사한 수준으로 만들 수 있다.
그러나 현재의 일반적으로 사용되는 조명들은 블루 칩(Blue chip)과 노란색(Yellow) 형광체를 배합한 LED 조명을 사용하고 있다. 여기서 종래의 LED 조명은 적색 형광체가 존재하지 않음으로 R9값이 0 이하가 나올 수 있다. 따라서 적색(Red) 형광체를 추가하여 R9값을 0 이상으로 올리고 있다. 그러나 종래의 LED조명도 R11, R12는 50 이상의 값을 가지게 된다.
종래에서 상기한 적색 형광체를 추가사용하는 솔루션에도 불구하고 종래의 LED조명은 R9값으로 인하여 컬라의 왜곡이 가장 심하다고 할 수 있다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원(100)은, 455nm 내지 465nm의 피크 파장을 발광하는 여기광원(130) 및 엘로 형광체가 아닌 빛의 삼원색인 녹색(Green)의 형광체를 사용하여 R9의 값을 올릴 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원(100)에서 녹색(Green)의 형광체는 이하에서 기재되는 제2 형광체를 사용할 수 있다.
게다가 본 발명의 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원(100)은 455nm 내지 465nm의 피크 파장을 발광하는 여기광원(130) 및 녹색(Green)의 제2 형광체를 사용함으로써 R9값과 함께 R11, R12을 올릴 수 있음으로 고연색성 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원(1)에서 제1 형광체(152)는 여기광원(130)에서 발산되는 여기광에 대한 흡수율이 저하되더라도 여기광원(130) 자체가 455nm 내지 465nm 범위의 여기광을 발산하기 때문에 455nm 미만의 유해한 광이 유출되는 것을 최소화시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원(100)에서 제2 형광체(154)는 여기광원(130)의 광에 의해 여기되어 녹색 파장대의 500nm 내지 540nm 광을 발산할 수 있다.
제2 형광체(154)는 녹색광을 발산하는 형광체로써, [화학식 3]으로 표현되는 형광 재료, [화학식 4]로 표현되는 형광 재료 및 이들을 혼합한 형광 재료 중 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
[화학식 3]
(Ba,Sr,Ca,Mg,Eu)2 SiO4
[화학식 4]
Y3(Al,Ga)5O12:Ce
제2 형광체(154)는 봉지제(150)를 포함하는 100중량% 중 8 내지 13중량%를 포함시킬 수 있다. 따라서 봉지제(150)는 85 내지 91.9 중량%로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원(100)에서 제2 형광체(154)는 여기광원(130)에서 발산되는 광에 대한 흡수율이 우수하고, 눈에 편안함을 느끼는 녹색 형광체의 함량을 증가시키기 때문에 본 발명의 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원(100)은 사람이 보아 안정감을 느끼고 고연색성을 구현할 수 있다.
특히, 화학식 3에서, 마그네슘(Mg) 성분은 반응성이 우수한 재료로, 합성된 화학식 3 재료들의 반응성을 향상시켜 청녹색(Greenish Blue)에 가까운 색을 발광할 수 있다. 게다가 화학식 3에서, 마그네슘(Mg) 성분은 여기광원(130)에 반응성을 향상시켜 500nm 내지 540nm 광량을 증가시킬 수 있다. 따라서, 제2 형광체(154)는 R11(Green)의 값을 증가시킴으로써 본 발명의 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원(100)은 자연광에 근접한 광을 발산시킬 수 있다.
다시 말해, 본 발명의 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원(100)은 455nm 내지 465nm의 피크 파장을 발광하는 여기광원(130) 및 녹색(Green)의 제2 형광체(154)를 사용함으로써, 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원(100)의 청색 파장 피크를 455nm 이상의 장파장 방향으로 쉬프트시킬 수 있다. 즉, 화학식 3의 마그네슘 성분이 여기광원(130)에 대한 반응성을 향상시켜 청녹색의 파장 방향으로 청색 파장 피크를 455nm 이상의 장파장 방향으로 쉬프트 시킬 수 있어 연색지수를 90Ra이상으로 형성할 수 있다.
게다가 제2 형광체(154)가 적색에 근접한 엘로 파장대에 형광체가 아닌 청녹색에 가까운 빛을 발광함으로써 적색의 파장대를 발산하는 제1 형광체(152)와 혼색이 되지 않아 R9이 50 이상으로 향상될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원(100)은 여기광원(130), 제1 형광체(152) 및 제2 형광체(154)를 통해 발산되는 백색 스펙트럼이 형성될 수 있다.
그리고 상기 백색 스펙트럼은 연색지수가 90Ra 이상이고, 적색(Red)의 연색지수인 R9이 50 이상일 수 있다. 여기서, 본 발명의 실시예에 따른 엘이디 광원(100)에서 발광하는 백색 스펙트럼은 Ever Fine Spectro Meter로 측정하였다.
구체적으로 본 발명의 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원(100)에서 발광하는 백색 스펙트럼은 연색지수가 92.5Ra로 측정됨에 따라 조명을 받은 사물의 컬러를 명확하게 표현할 수 있다. 그리고, 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원(100)에서 발광하는 백색 스펙트럼은 선명도를 형상시킬 수 있으며, 인간의 눈의 피로도를 낮출 수 있다.
즉, 태양광을 100Ra로 볼 경우, 본 발명의 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원(100)에서 발광하는 백색 스펙트럼의 연색지수가 92.5Ra로 측정되어 자연광인 태양광에 가까운 인공조명임을 알 수 있다. 다시 말해, 현재에 사용되는 있는 조명은 일반적으로 75Ra 내지 85Ra 제품을 사용하고 있는 반면, 본 발명의 실시예에 따른 엘이디 광원(100)에서 발광하는 백색 스펙트럼은 고연색성을 구현한 조명임을 알 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원(100)에서 발광하는 백색 스펙트럼은 적색(Red)의 연색지수인 R9이 71로 측정되었다. 즉, 적색 형광체인 제1 형광체(152)의 흡수율이 높아 여기광원(130)이 그대로 유출되는 량이 최소화될 수 있다.
더욱이 제1 형광체(152)와 제2 형광체(154)는 파장대의 간격이 넓어 혼색으로 인한 색상의 저하가 방지됨으로써 상기 백색 스펙트럼은 적색(Red)의 연색지수인 R9이 높게 측정된 것으로 판단할 수 있다.
또한 여기광원(130)은 455nm 내지 465nm임에 따라 본 발명의 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원(100)는 인체에 유해한 400nm 내지 455nm 범위의 광이 유출될 광원이 존재하지 않는다.
그리고, 상기 백색 스펙트럼은, 415nm 내지 455nm 범위의 파장 비율이 40% 미만이고, 465nm 내지 495nm 영역에서의 파장 비율이 100% 이상일 수 있다. 여기서 파장 비율은 태양광을 기준으로 하며, 태양광은 모든 영역의 파장비율이 100%이다.
구체적으로 도 2에서 도시된 “A”영역은 인체에 유해한 415 nm 내지 455nm 범위의 파장영역이고, “B”영역은 인체에 유익한 465 nm 내지 495nm 파장영역이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 백색 스펙트럼의 청색 파장의 피크는 450nm 내지 475nm 로 형성될 수 있다. 더 구체적으로 상기 백색 스펙트럼의 청색 파장의 피크는 455nm 내지 465nm이며, 청색 파장의 피크를 기준으로 유해한 파장영역대인 “A”영역에서는 스펙트럼의 기울기가 급격하게 형성되어 반치폭의 넓이가 좁게 형성됨을 볼 수 있다. 따라서 유해한 파장영역대인 “A”영역에서 발산되는 광량이 저하된 것을 볼 수 있다.
여기서 청색 파장의 피크가 465nm 이상의 파장으로 형성되는 경우는 연색지수(Ra)가 90을 미달하게 될 수 있고, 청색 파장의 피크가 455nm 미만의 파장으로 형성되는 경우는 유익한 파장의 비율이 급격히 줄어들 수 있다. 따라서, 상기 백색 스펙트럼의 청색 파장의 피크는 455nm 내지 465nm범위로 형성되는 것이 바람직하다.
반면, 청색 파장의 피크를 기준으로 유익한 파장영역대인 “B”영역에서는 스펙트럼의 기울기가 “A”영역 과 비교하여 상대적으로 완만하여 반치폭의 넓이가 넓게 형성되어 유익한 파장영역대인 “B”영역에서 발산되는 광량이 상대적으로 증가한 것을 볼 수 있다.
도 3은 도 2에 따른 스펙트럼의 광량 비중을 수치로 나타내었다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원(100)의 백색 스펙트럼은, 태양광 100%를 기준으로 유해한 415nm 내지 455nm 범위의 파장영역인 “A”영역에서 38%로 해당하는 광량이 발산되었다. 용이한 비교를 위해 OLED의 경우는 76%에 달하는 유해 파장이 발산되고, 일반적으로 사용되는 LED의 경우는 121%라는 유해 파장이 상당량 발생하고 있다.
반면, 본 발명의 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원(100)의 백색 스펙트럼은 유해한 465nm 내지 495nm 범위의 파장영역인 “B”영역에서 태양광 100%를 기준으로 112%로 해당하는 광량이 발산되었다.
다시 말해, 본 발명의 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원(100)은 태양광보다 유익한 파장의 광량이 증가함에 따라 사람이 편안함을 느낄 수 있다. 그리고, OLED의 경우에도 112%에 달하는 유익한 파장이 발산되고, 일반적으로 사용되는 LED의 경우는 47%라는 유익한 파장이 발생하고 있다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원(100)에서 발산하는 백색 스펙트럼은 유해 파장을 최소화시키고, 유익한 파장을 최대화시켜 눈의 피로도를 덜어 주고 편안함을 느끼는 조명을 구현할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원(100)은 조명의 빛 아래에서 사물의 칼라를 정확하게 표현하고, 선명도를 향상시켜 눈 피로도를 덜 느끼게 만들어 주는 태양광에 가까운 고연색성 백색 스펙트럼을 구현할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원의 발광 스펙트럼을 도시한 그래프이고, 도 6는 본 발명에 실시예들에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원에 대한 연색성 평가 결과를 표시한 테이블이다.
도 4 내지 6는 중복설명을 회피하고 용이한 설명을 위해서 도 1 내지 3을 인용하여 설명하기로 한다.
도 4 내지 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원(100-1)은 여기광원(130)과 형광체들(152, 153, 154)을 포함한다.
형광체들(152, 153, 154)은 봉지제(150)에 분산, 고정화될 수 있다. 형광체들(152, 153, 154)는 여기광원(130)에서 방출되는 광에 의해 여기되어 적색광을 발산하는 제1 형광체(152), 녹색광을 발산하는 제2 형광체(154) 및 청색광을 발산하는 제3 형광체(153)를 포함한다. 제1 형광체(152), 제2 형광체(154) 및 제3 형광체(153)는 상이한 조성의 형광 물질로 형성된다.
전술한 바와 같이, 제1 형광체(152)와 제2 형광체(154)는 각각 [화학식 1과 2] 및 [화학식 3과 4]로 형성될 수 있다.
그리고, 제3 형광체(153)는 여기광원(130)의 광에 의해 여기되어 청색 파장대의 480nm 내지 499nm 광을 발산할 수 있다. 제3 형광체(153)는 청색광을 발산하는 형광체로써, [화학식 5]로 표현되는 형광 재료로 형성될 수 있다. 상기 제3 형광체(153)의 발광 피크 파장은 여기광원(130)에서 방출되는 광의 피크 파장 보다 장파장을 발광할 수 있다.
[화학식 5]
(Ba,Eu)Si2(O,Cl)2N2
제3 형광체(153)는 봉지제(150)를 포함하는 100중량% 중 0.1 내지 2중량%를 포함시킬 수 있다. 따라서 제1 형광체(152)는 0.1 내지 2중량%의 함량을 갖고, 제2 형광체(152)는 8 내지 13중량%의 함량을 갖고, 제3 형광체(153)는 0.1 내지 2중량%의 함량을 갖고, 봉지제(150)는 83 내지 91.8 중량%의 함량을 갖도록 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원(100-1)에서 제3 형광체(153)의 발광 피크 파장은 여기광원(130)에서 방출되는 광의 피크 파장 보다 장파장을 발광함으로, 블루 라이트의 465nm 내지 495nm 범위의 유익한 파장의 광량을 증가시킬 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원(100-1)은 여기광원(130), 제1 형광체(152), 제2 형광체(154) 및 제3 형광체(153)를 통해 발산하는 백색 스펙트럼을 발산할 수 있다.
그리고 상기 백색 스펙트럼은 연색지수가 90Ra 이상이고, 적색(Red)의 연색지수인 R9이 50 이상일 수 있다. 여기서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원(100-1)에서 발광하는 백색 스펙트럼은 Ever Fine Spectro Meter로 측정하였다.
구체적으로 도 5에서 #1로 지시된 백색 스펙트럼(이하 “제1 백색 스펙트럼(#1)”)은 여기광원(130)이 455nm 내지 460nm미만인 것을 도시한 그래프이고, 도 5에서 #2로 지적된 백색 스펙트럼(이하 “제2 백색 스펙트럼(#2)”)은 여기광원(130)이 460nm 내지 465nm범위인 것을 도시한 그래프이다.
그리고 도 6에서 제1 스펙트럼(#1)과 제2 스펙트럼(#2)의 연색성 평가 결과를 표시한 테이블이다. 이하에서는 제1 백색 스펙트럼(#1)을 형성하는 여기광원(130)을 제1 여기광원, 제2 백색 스펙트럼(#2)을 형성하는 여기광원을 제2 여기광원으로 정의한다. 도면부호로는 구분하지 않는다.
제1 백색 스펙트럼(#1)은 연색지수가 93Ra로 측정되었고, R9은 70으로 측정되었다. 그리고, 제2 백색 스펙트럼(#2)은 연색지수가 91Ra로 측정되었고, R9은 73으로 측정되었다. 그리고, 상기 제1, 2 백색 스펙트럼(#1, #2)에서 청색 파장의 피크는 455nm 내지 465nm 로 측정되었다.
따라서 본 발명의 다른 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원(100-1)의 제1 및 2 백색 스펙트럼(#1, #2)은 연색지수가 90Ra 이상이고, 적색(Red)의 연색지수인 R9이 50 이상으로 측정되어 고연색성이면서 인간의 눈에 유익한 파장을 발산하는 아이 케어 조명장치임을 알 수 있다.
다시 도 5 및 도 6을 참조하면, 제1 백색 스펙트럼(#1)은 455nm 내지 460nm미만인 제1 여기광원(130)을 사용함으로 R9에서 제2 백색 스펙트럼(#2)보다 상대적으로 낮은 수치가 측정되었다.
이는 제1 여기광원에 대한 적색의 제1 형광체(152)의 반응도가 낮아 유출되는 제1 여기광원이 증가하여 청색 파장의 피크는 단파장 방향에 형성될 수 있다. 따라서 R9에서는 제2 백색 스펙트럼(#2)보다 상대적으로 낮은 수치가 측정된 것으로 판단된다.
따라서 적색의 제1 형광체(152)에 흡수가 안된 제1 여기광원(130)의 여기파장이 유출되는 량이 소폭 증가한 것으로 판단된다. 더욱이, 제1 백색 스펙트럼(#1)의 제1 여기광원(130)이 제2 백색 스펙트럼(#2)의 여기광원(130)보다 단파장임으로 청색 파장대의 피크가 제2 백색 스펙트럼(#2)의 파장피크보다 단파장대에 형성된 것으로 판단된다.
따라서, 제1 백색 스펙트럼(#1)의 청색 파장피크는 455 내지 460nm미만 범위로 형성될 수 있다.
한편으로, 제2 백색 스펙트럼(#2)은 제2 여기광원(130)이 460nm 내지 465nm으로 제1 백색 스펙트럼(#1)의 청색 파장피크 보다 장파장대에 배치됨으로 제2 백색 스펙트럼(#2)의 청색 파장피크는 460nm 내지 465nm 범위로 형성될 수 있다.
그리고 제2 백색 스펙트럼(#2)은 R9에서 제1 백색 스펙트럼(#1)보다 상대적으로 높은 수치가 측정된 것으로 판단된다. 이는 적색의 제1 형광체(152)는 제2 여기광원(130)에 반응도가 더 증가하는 것으로 판단할 수 있다.
따라서 적색의 제1 형광체(152)에서 흡수된 제2 여기광원(130)이 증가함으로써 제2 여기광원(130)의 유출이 저하된 것으로 판단된다. 더욱이, 제2 백색 스펙트럼(#2)의 제2 여기광원(130)이 제1 백색 스펙트럼(#1)의 제1 여기광원(130)보다 장파장임으로 청색 파장대의 피크가 제1 백색 스펙트럼(#1)의 파장피크보다 장파장대에 형성된 것으로 판단된다.
따라서 본 발명의 다른 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원(100-1)에서 발산하는 백색 스펙트럼은 유해 파장을 최소화시키고, 유익한 파장을 최대화시켜 눈의 피로도를 덜어 주고 편안함을 느끼는 조명을 구현할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원(100-1)은 조명의 빛 아래에서 사물의 칼라를 정확하게 표현하고, 선명도를 향상시켜 눈 피로도를 덜 느끼게 만들어 주는 태양광에 가까운 고연색성 백색 스펙트럼을 구현할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 명세서의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 명세서의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
100: 광원 110 : 베이스 기판
130 : 여기광원 150: 봉지제
152 : 제1 형광체 153 : 제3 형광체
154 : 제2 형광체 #1 : 제1 백색 스펙트럼
#2 : 제2 백색스펙트럼

Claims (8)

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  5. 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원에 있어서,
    상기 광원는,
    460nm 초과 내지 465nm 이하의 파장을 발산하는 여기광원; 및
    상기 여기광원에서 제공되는 광에 여기되어 특정 파장대의 광을 발산하는 복수의 형광체들; 을 포함하되,
    상기 형광체들은,
    600~650nm의 발광 파장을 가지며, [화학식 1] (Sr,Ca)AlSiN3:Eu 로 표현되는 형광 재료 및 [화학식 2] CaAlSiN3:Eu로 표현되는 형광 재료를 혼합하여 형성되는 제1 형광체,
    500~540nm의 발광 파장을 가지며, [화학식 3] (Ba,Sr,Ca,Mg,Eu)2 SiO4로 표현되는 형광 재료 및 [화학식 4] Y3(Al,Ga)5O12:Ce로 표현되는 형광 재료를 혼합하여 형성되는 제2 형광체, 및
    480~499nm의 발광 파장을 가지며, [화학식 5] (Ba,Eu)Si2(O,Cl)2N2로 표현되는 제3 형광체를 포함하고,
    상기 여기광원, 제1 형광체, 제2 형광체 및 제3 형광체를 통해 발산하는 백색 스펙트럼은,
    연색지수가 90Ra 이상이고, R9이 73이며,
    태양광의 파장 비율 100%를 기준으로, 415-455nm 범위의 파장 비율이 40% 미만이고, 465nm 내지 495nm 영역에서의 파장 비율이 100% 이상이고,
    상기 제1 형광체, 제2 형광체 및 제3 형광체는 투명 수지에 의해 분산 및 고정화되고, 상기 제1 형광체, 상기 제2 형광체, 제3 형광체 및 상기 투명 수지를 포함하는 100중량% 중 상기 제1 형광체는 0.1 내지 2 중량%가 포함되고, 상기 제2 형광체는 8 내지 13 중량%가 포함되고, 상기 제 3형광체는 0.1 내지 2 중량%가 포함되고, 상기 투명수지는 83 내지 91.8중량%가 포함되는 고연색성 비전 세이프가드용 엘이디 광원.
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