KR102530576B1

KR102530576B1 - 살균 기능을 갖는 고휘도 led 조명등기구

Info

Publication number: KR102530576B1
Application number: KR1020200154310A
Authority: KR
Inventors: 이대영; 강미소
Original assignee: 킹스타라이팅 주식회사
Priority date: 2020-11-18
Filing date: 2020-11-18
Publication date: 2023-05-10
Also published as: KR20220068286A

Abstract

본 발명은 살균 기능을 갖는 고휘도 LED 조명등기구를 개시하는 것으로, 간접조명 방식의 반사형 살균조명 특성의 극대화를 위한 광경화성 나노 실리카구조체의 유무기 하이브리드 분산 코팅소재를 개발하고, 반사된 2차 발광원의 광안전성과 고휘도를 확보하기 위하여 이산화티탄과 황산바륨 조성물 소재를 합성하였으며, 합성된 도료의 분사와 경화 공정에 의해서 고휘도와 광 안전성이 보장된 살균조명 등기구를 제작한다. 이와 같이 제조된 본 실시예의 조명등기구는, 하나 이상의 VLED와 하나 이상의 pcLED가 서로 1차 발광원을 구성하고, 기판 상에 상기 VLED와 상기 pcLED가 반복적으로 실장되는 광원모듈, 상기 광원모듈의 1차 발광원을 반사시켜 2차 발광원을 구성하는 반사구, 및, 상기 반사구의 개구부에 결합되어 상기 2차 발광원의 빛을 확산하는 확산판을 포함하되, 상기 반사구는 내부를 통하여 하나 이상의 1차 발광원으로부터 하나 이상의 2차 발광원으로 유체를 흐르게 하는 플로우 구조를 포함하고, 상기 플로우 구조는 복사를 통해 공기로 전달하도록 작용하는 하나 이상의 포인트 발광원을 포함하며 굴곡 되고 오목하여 내부 코너들이 없는 마주보는 내부표면들을 가지는 열린면을 형성하고, 내부 표면들은 전체에 걸쳐서 복사 강도가 균일하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

살균 기능을 갖는 고휘도 LED 조명등기구{LED lighting apparatus having sterilizing function}

본 발명은 살균 기능을 갖는 고휘도 LED 조명등기구를 개시한다.

일반조명을 위한 광원의 개발은 에너지 효율과 인체 안전성에 기반을 두고 진행되어 왔다.

현재 일반광원으로 가장 많이 사용되는 백열전구와 형광등이 비교의 대상이 된다. 백열등의 경우 연색지수(Ra)가 거의 99(Ra~99)에 달하여 인공태양이라 불리지만, 에너지 효율이 5% 미만이어서 지불해야 할 에너지 비용을 감안하면 주된 광원으로 사용할 수 없는 실정이다. 백열등의 대안으로서 형광등이 수 십년 간 주광원으로 활용되어 왔다. 형광등은 연색지수도 80을 상회하고(Ra>80), 동시에 에너지 효율이 백열등에 비해 높기(>50%) 때문이다.

그러나 21세기에 들어서면서 환경문제 때문에 형광등의 광범위한 사용이 불가능한 현실이다. 형광등은 발광원으로서 플라즈마 상태에서 수은 증기를 사용하여 빛을 발생시키므로, 수명이 짧고 일정한 사용시간 후 효율이 급격히 낮아진다. 그러므로 형광등은 5,000시간 사용 후 교체 대상이다. 이러한 이유로 형광등의 사후 폐기처리가 환경문제를 유발하기 때문이다.

일반적으로 형광등의 수명을 감안하고 동시에 생산과 폐기 시 수은 처리가 환경제약 대상이 되며 이를 철저히 국제적으로 단속하고 규제하고 있다(RoHS, Restriction of Hazardous Substances). 이를 타개할 기술을 LED에서 찾고 있는 현실이다.

LED의 가장 큰 장점은 10만 시간 이상의 수명과 고효율 발광 광원임에서 찾을 수 있다. LED는 에너지 및 생산/폐기 관점뿐 아니라, 고체광원(Solid state lighting, SSL)이므로 다양한 제품과 이동 및 설치의 용의성 때문에 IT 정보기기의 광원으로도 널리 응용되고 있다.

그러나 LED는 InGaN 에피공정을 거쳐 칩으로 공급되며, 광효율이 100lm/W 이상을 상회하는 경우 노란색의 YAG(Yttrium Aluminum Oxide Garnet) 광변환 소재의 온-칩으로 주로 패키지화된다. 이 경우 연색지수가 70(Ra~70)에 불과하므로 장시간 사용 시 눈의 피로의 원인이 된다.

이 낮은 연색지수를 높이기 위한 다양한 방법이 제안되었으며, 그 중 가장 확실한 대안이 21세기에 접어들면서 개발되어 상용화되었다. 이 방법은 에너지가 높은 자색(Violet, 400~430nm) InGaN 칩으로부터 청·녹·적 광변환층을 사용하여 고연색을 얻는다. 이 경우 통상 연색지수가 90을 상회하며, 에너지 이동이 조직적으로 설계된 경우에는 이론 한계치인 99에 이를 수도 있다. 이 기술을 통칭하여 pcLED(photoconverted LED)라고 부른다.

그러나 이 기술에도 치명적인 약점이 있다. 청·녹·적을 발광시키기 위한 여기광원으로 에너지가 높은 자색 발광 칩을 사용하기 때문에 이 칩에서 발생되는 파장이 일반적으로 '청색금지구역'(Blue-cut)의 범위에 포함된다. 실제 생산업자들은 여기광원이 발광되는 백색광원에 포함되지 않게 pcLED를 설계하고 제품을 출시하고 있다. 그러나 청색금지구역에 대한 근원적인 문제를 해결하기에는 아직도 충분하지 않다고 판단된다.

한편, 405nm 광원을 이용한 자색 LED(Violet LED : VLED)가 최근에 살균용 등기구로 개발되고 있다. 그러나 405nm의 빛이 비록 가시광선 영역에 포함되어 있으나, 이 빛의 침투력이 자외선-A 보다 높다고 알려져 있어 장시간 조명으로 사용 시 망막에 손상을 줄 수 있다. 이를 보완하기 위한 2가지 방법이 제안되고 있다.

첫 번째 방법은 유인환경에선 VLED를 소등하고 무인조건에서 점등하는 것이며, 둘째는 VLED와 고연색 자연광 SLED(Solar LED : SLED)의 비율을 1:1, 심지어 1:3까지 낮추는 방법이다. 첫째 방법의 경우는 점등/소등에 따른 스위치 또는 센서가 추가되므로 고가의 조명이 되며, 둘째 방법을 채택하는 경우에는 살균특성과 일반조명 특성 사이의 장단점에 따른 등 설계의 어려움이 따른다. VLED 비율이 SLED에 비해 높을 경우 일반조명으로 사용 시 광량이 모자라고, VLED 비율이 낮을 경우 살균력이 저하되기 때문이다.

1. PCT 등록특허공보 WO2015030276A1 2. PCT 등록특허공보 WO2015072599A1 3. EU 등록특허공보 EP3035395A1

본 발명은 현존하는 고연색 SLED인 pcLED의 단점을 근원적으로 없애고자 하는 것으로, pcLED의 청색금지구역을 원천봉쇄할 수 있는 간접조명 방식의 반사형 다운라이트 및 평면조명기구를 제안한다. 즉, 고연색 pcLED에서 발생되는 빛에 의한 1차 발광(Primary emission) 파장은 고유의 pcLED 파장이나, 반사면에 의해 산란된 빛은 2차 발광(Secondary emission) 파장으로 변환되어 초기의 유해성 광원의 단점이 보완되도록 한다.

또한, 본 발명은 일반광원에 살균기능을 추가한다. 405nm 파장의 VLED는 일반적으로 병원균에 포함된 포피린을 활성화시켜 산소라디칼 원에 의해 병원균이 사멸된다고 알려져 있다. 본 발명에서는 직접적인 405nm 빛의 쪼임이 아니라 간접 반사광이므로, 광경로가 바뀜으로써 피사체가 직접적인 대상이 아닌 2차 산란된 빛으로 전환된다. 이러한 이유로서 간접조명이 활용된 본 발명에서는 원래 pcLED가 추구하던 고연색 SLED 광변환 특성과 함께 살균기능이 추가된 광원이 제안된다.

이와 같이 기존의 고연색 광원에 포함된 VLED를 활용한 살균조명의 한계를 근원적으로 해결하기 위해서는, 첫째 유/무인 조건에 구애받지 않고 상시 점등 사용할 수 있는 살균조명 광원이 필요하다. 둘째, 살균력과 동시에 조명등으로서 광효율이 확보된 일반광원이 필요하다. 셋째, 고휘도 LED 특성과 광안전성을 추구하는 간접조명 반사형 등기구를 제조함에 있다. 특히, 고휘도와 광안전성을 확보하기 위한 간접조명 반사형 등기구의 효율이 반사판의 빛의 반사효율 정도에 따른다. 이러한 반사판의 반사효율을 증대시키기 위하여 본 발명은 백색안료를 사용한 도료로 코팅층을 형성함으로써, 알루미늄이나 은 등의 금속재료를 사용하여 코팅층을 형성한 반사판 수준의 우수한 반사효율을 갖는 고효율의 반사구나 반사판 및 이를 이용한 조명장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 실시예의 조명등기구는, 하나 이상의 VLED와 하나 이상의 pcLED가 서로 1차 발광원을 구성하고, 기판 상에 상기 VLED와 상기 pcLED가 반복적으로 실장되는 광원모듈, 상기 광원모듈의 1차 발광원을 반사시켜 2차 발광원을 구성하는 반사구, 및, 상기 반사구의 개구부에 결합되어 상기 2차 발광원의 빛을 확산하는 확산판을 포함하되, 상기 반사구는 내부를 통하여 하나 이상의 1차 발광원으로부터 하나 이상의 2차 발광원으로 유체를 흐르게 하는 플로우 구조를 포함하고, 상기 플로우 구조는 복사를 통해 공기로 전달하도록 작용하는 하나 이상의 포인트 발광원을 포함하며 굴곡 되고 오목하여 내부 코너들이 없는 마주보는 내부표면들을 가지는 열린면을 형성하고, 내부 표면들은 전체에 걸쳐서 복사 강도가 균일하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 실시예의 조명등기구에 있어서, 상기 광원모듈은 상기 VLED와 상기 pcLED의 광원 수가 50 : 50 내지 99 : 1의 비율로 구성될 수 있다.

또한, 본 실시예의 조명등기구에 있어서, 상기 반사구는, 내부에 반사 코팅층을 형성할 수 있다.

또한, 본 실시예의 조명등기구에 있어서, 상기 반사 코팅층은, 나노실리카와 아크릴레이트가 혼합된 유무기 혼성 분산액으로 이루어질 수 있다

또한, 본 실시예의 조명등기구에 있어서, 상기 반사 코팅층은, 상기 나노실리카 40 내지 90 중량%를 포함할 수 있다.

또한, 본 실시예의 조명등기구에 있어서, 상기 반사 코팅층은, 나노실리카와 아크릴레이트가 혼합된 유무기 혼성 분산액에 산화티탄과 황산바륨이 혼합된 백색 안료가 분산된 조성물로 구성될 수 있다.

또한, 본 실시예의 조명등기구에 있어서, 상기 반사 코팅층은, 상기 유무기 혼성 분산액 40 내지 60 중량%와 상기 백색 안료 40 내지 60 중량%를 포함할 수 있다.

또한, 본 실시예의 조명등기구에 있어서, 상기 백색 안료는, 상기 산화티탄과 상기 황산바륨이 1:9 내지 9:1의 중량비로 혼합될 수 있다.

본 실시예의 LED 조명등기구는, 살균기능이 추가된 405nm VLED가 '반사형'이므로 유해한 405nm 빛을 차단시키기 위한 '점등-소등'의 추가기능이 필요하지 않다.

또한, 본 실시예의 LED 조명등기구는 '반사형'으로 제작되어 반사 표면이 공기 중에 노출되어 세균유인 조건에서 살균이 진행된다. 이에 따라 살균 대상이 매우 광범위하다. 따라서, 병원은 기본이며, 의료 공공시설, 양로원, 유치원, 학교, 은행, 쇼핑몰, 슈퍼마켓, 공항, 공공기관, 그리고 심지어 대중 운송수단 등의 용도에 따라 다양한 성능의 살균조명에 적용될 수 있다.

또한, 본 실시예의 LED 조명등기구는 SLED 광원의 발광 효율이 높으므로 2광원 '반사형' SLED기반의 등기구 기술의 경우 살균력과 발광 효율을 동시에 만족시키므로 의료용 등기구로서의 적용을 가능하게 한다.

또한, 본 실시예의 LED 조명등기구는 살균조명의 특성이 2차 발광면에 의해서 주도되며, 2차 발광면의 최적화를 반구형과 면발광으로 달성하고 있다. 즉, 살균력과 발광효율이 VLED와 SLED의 조합으로 직접 달성된다.

또한, 본 실시예의 LED 조명등기구는 가시광선 영역대에서 반사 효율이 높도록하여 결과적으로 가시광선 영역대에서 전반적으로 반사 효율을 높도록 하게 되는 백색 반사구 및 반사판을 제조하여 조명장치의 반사 기반 및 반사 구조물에 적용할 수 있다.

도 1은 본 실시예의 LED 조명등기구를 나타낸 분해 사시도,
도 2는 도 1의 LED 조명등기구를 나타낸 결합 단면도,
도 3은 도 1의 LED 조명등기구의 주요부인 반사구를 나타낸 확대 단면도,
도 4는 본 실시예에 따른 분산제를 합성하는 과정을 나타낸 공정도,
도 5는 본 실시예에 따른 백색 안료를 반사구에 코팅하는 공정을 나타낸 순서도.

본 발명은 405nm VLED와 고효율 pcLED인 SLED로 구성된 2광원의 '반사형' 조명등기구를 기반으로 기술 적용상 공정 이점 그리고 이후 경제성 확보에 본 특허의 목표가 설정되었다. 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시를 우선 목표로 삼고 있을 뿐이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범위를 분명하게 알려 본 기술이 기존의 통상개념의 LED 패키지 적용기술이 아님을 명확히 한다. 즉, 특별히 제조된 반사형 살균조명 기술에 의해서만 멸균과 동시에 일반조명 광원 성능이 성공적으로 보장된다. 살균과 일반조명 광원 기능을 구현하기 위한 모듈 조절기술이 망라되어 있다. 그 결과 반사형 살균조명 기술이 의료용 조명으로 사용될 수 있다. 이에 포함된 기술이 본 특허에서 실시된다.

도 1은 본 실시예의 LED 조명등기구를 나타낸 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 LED 조명등기구를 나타낸 결합 단면도이며, 도 3은 도 1의 LED 조명등기구의 주요부인 반사구를 나타낸 확대 단면도이다.

이들 도면을 참조하면, 본 실시예의 LED 조명등기구는 광원모듈(100), 확산판(200) 및 반사구(300)를 포함한다. 본 실시예에서 등기구는 반구 형상을 예시하고 있으나, 형상은 이에 한정되지 않고 다양한 형상을 이룰 수 있다.

광원모듈(100)은 1차 발광이 이루어지는 발광원으로 기판(110) 상에 다수의 LED(120)가 소정 간격을 이루면서 실장된다.

기판(110)은 LED(120)를 구동하기 위한 소정의 회로가 인쇄된 PCB 또는 FPCB로 구성될 수 있고, 반구 형상의 반사구(300)에 대응하여 소정의 폭을 갖는 링 형상의 플랜지로 구성될 수 있다.

LED(120)는 조명등기구의 발광원으로서, SLED를 이용한 제 1 광원(121)과 405nm VLED를 이용한 제 2 광원(122)을 포함한다. 여기서, SLED는 pcLED로 구성한다. 405nm VLED와 pcLED는 서로 교차하면서 반복적으로 배치된다. 또한, 405nm VLED와 pcLED는 광원 수의 비가 50 : 50 내지 99 : 1의 비율로 구성될 수 있다.

확산판(200)은 광원모듈(100)을 보호하고, 반사구(300)를 통하여 2차 발광된 빛을 확산한다. 확산판(200)은 투명 또는 반투명의 수지 플레이트로 구성되고, 표면에는 다양한 형상의 광 확산 패턴이 형성될 수 있다.

반사구(300)는 2차 발광이 이루어지는 구성으로, 반구 형상의 반사체가 적용될 수 있다. 반사구(300)는 광원모듈(100)에서 1차 발광된 빛을 반사하여 2차 발광을 구현한다.

이와 같이, 본 실시예의 LED 조명등기구는 자연광-LED(Sunlight LED, SLED)의 한 종류인 pcLED의 직진성을 구 형상의 반사체를 이용한 간접조명 방식으로 보완하여 인간 친화적인 일반조명 광원을 구현한다. 또한, 본 실시예는 405nm VLED 광원과 고효율(>150 lm/W) pcLED 광원을 안전한 비율로 PCB로 어레이하고 이를 등기구로 모듈화 한다.

즉, 본 실시예의 LED 조명등기구는 초기 VLED에서 발생되는 빛에 의한 1차 발광(Primary emission) 파장은 고유의 VLED 파장이나, 반사구에 의해 산란된 빛은 2차 발광(Secondary emission) 파장으로 변환되어, 초기의 유해성 광원의 단점이 보완된다. 반사구에서 반사된 2차 발광 빛은 안전한 가시광선 영역의 SLED의 빛을 발한다. 이때, 반사구(300)는 2차 발광원으로 기능하고, 1차 발광원(광원모듈)보다 빛의 세기가 감소되며, 일정한 거리에서 특정 파장의 빛의 세기가 증가한다. 최종 피사체에 VLED/SLED 발광효율이 다소 낮아지므로 안전한 살균조명 광원으로 변환된다.

그리고, 본 실시예의 LED 조명등기구는 광 반사율을 최대한 확보하기 위하여 광경화성 유무기 하이브리드 분산액를 제조하고, 이 분산액을 이용하여 산화티탄(TiO₂)과 황산바륨(BaSO₄)을 반사구 내면에 도포하여 반사 코팅층(310)을 형성한다. 반사구(300)의 반사 코팅층(310)에 분산되는 산화티탄과 황산바륨의 중량비는 10:90 에서 90:10까지 변화시켜 반사율을 조절할 수 있다. 광경화성 유무기 하이브리드 반사 코팅층(310)의 가시광선 투과대가 400~900nm 영역이므로, 가시광선 영역에서 반사 효율이 최대가 되게 산화티탄과 황산바륨의 중량비를 결정한다. 이후 가시광 영역 대에서 반사 효율이 극대화되는 백색 반사구를 제조하여 조명장치의 반사판 및 반사 구조물에 적용한다.

이와 같은 LED 조명등기구는 반조명 적용을 위한 고효율 pcLED-SLED 패키지와 405nm 중심 파장의 VLED 패키지가 적용된 모듈 간 선택적인 반사형 조명등기구를 구성한다. 살균 효과는 대략 405nm 중심의 발광스펙트럼으로 추정할 수 있다. 다만, 반드시 405nm 중심의 발광스펙트럼에 제한되는 것은 아니고, 후술할 추가 살균력이 증가될 LED 패키지 조합에 따라 405nm-VLED 모듈에서 자외선 분율을 증대시킬 수 있는 것이라면 공지의 반사형 살균조명 기술에서 선택적으로 채용될 수 있음은 물론이다.

또한, 본 실시예의 LED 조명등기구는 반사구(300)를 포함하고 있으며, 반사구(300)는 그와 유사한 형태, 즉 열린 3차원의 형태를 하고 있는 플로우 구조를 포함하고 있다. 플로우 구조는 복사를 통해 공기로 전달하도록 작용하는 하나 이상의 포인트 발광원을 포함한다. 또한, 플로우 구조는 내부 전체에 걸쳐서 복사 강도가 균일하고 복사에너지 레벨이 하나 이상의 포인트 복사원의 복사에너지 레벨보다 같거나 적도록 하나 이상의 포인트 복사원에 의하여 유체에 전달된 복사를 반사하도록 된다.

여기서, 반사구(300)의 주요 고려 사항은 광자들이 플로우 내에서 반복적으로 반사한다는 것과 균일한 복사 영역이 낮은 강도의 광원으로 최적의 살균을 위하여 형성된다는 것이다. 이들 플로우 구조의 반사면은 굴곡 되고 오목하며 마주보는 내부표면들을 가져야 한다.

다시 설명하면, 플로우 구조는 내부 '코너(Corners)'가 없어야 하며, 내부 표면에 있는 모든 점은 내부 표면에 있는 모든 다른 점들로부터 볼 수가 있어야 한다. 일 예로, 계란형태, 타원체, 라운드 된 코너를 갖는 입방체 등은 모두 이 기준에 적합하다. 플로우 구조체는 제조의 편리를 위하여 플라스틱 또는 이와 유사한 것으로 만들어지고, 재료가 양호한 램버트 산란체가 아닌 경우에는 그 내부 표면은 램버트 산란 물질로 코팅된다. 다른 방법으로는, 플로우 반사체가 금속 또는 다른 반사성 물질로 만들어지거나, 또는 양극 산화될 수 있고, 그렇지 않으면 유기폴리머, 실리콘, 무기폴리머 등으로 코팅될 수 있는, 알루미늄, 스테인리스 스틸, 구리 등과 같은 반사성 물질로 코팅된다. 플로우 구조체는 크기 조절(scalable)이 가능하며, 예를 들어 수 미리에서 수 미터까지 적절한 크기를 가질 수 있다.

선택적으로, 산화티탄, 산화아연, 이산화 지르코늄, 산화철, 산화알루미늄, Fe(Ⅲ)/Al2O3, 산화세륨, 산화망간, 티타늄규산염, 메탈치환규산염 또는 알루미노규산염, 그리고 어느 다른 산화메탈, 혼합된 산화메탈, 그리고/또는 메탈 도프/서포트 된 산화메탈기판(예를 들어, 이산화실리콘 또는 이산화티타늄 상에 서포트된 금 나노입자들), 또는 이와 유사한 것과 같은 광촉매 물질이 플로우 구조체의 내부 표면에 배치될 수 있으며, 그렇지 않을 경우에, 광-산화, 광-환원, 그리고 박테리아, 병원균, 유기물질, 할로겐화 화합물, 생체 화합물, 메탈 이온, 그리고 생물 작용제를 포함하여 근방 기초상의 오염물의 제거를 향상하기 위하여, 이들 표면과 일체화될 수 있다. 다른 방법으로는, 광촉매 물질이, 플로우 구조체의 내부 영역의 일부를 차지하고 있는 섬유 또는 다공성물질, 또는 대공성(大孔性) 졸-겔, 오미실(ormisil), 폴리머, 또는 에어로젤과 같은 비-흡수 기판 상에 서스펜드될 수도 있다. 이것은 반사구 표면의 특이하게 높은 반사성과 임의성으로 인한 최적의 광촉매 작용을 위하여 모든 방향으로부터 촉매의 균일한 조명을 제공한다.

LED 조명등기구의 구체적인 실험 예를 설명하면, 고효율 일반조명 pcLED 설계가 진행되며, 본 기술에 적용될 자색 칩인 405nm 중심의 발광 광원이 VLED 패키지에 포함된다. 이때 반치폭은 30nm 범위가 이 기술에 포함된다. 자색 칩에서 1차발광으로 조사되는 405nm-VLED에 의해 살균작용이 진행되며, 작동 시 사람이 상주하는 조건으로 계속 작동되고, 반사된 2차 발광은 살균을 구현할 고효율 pcLED-SLED 모듈과 동시에 구동된다. 이때 살균은 405nm-VLED에서 생성된 옥시 라디칼에 의해 결정된다. 최종적으로 2차 발광에 의한 2광원 반사형 모듈기반의 살균조명은 안전하게 일반조명으로 작동시킬 수 있도록 설계된다.

본 실시예의 LED 조명등기구는 반사구 내면에 반사 코팅층(310)을 이용한 반사 광원을 형성하고 있다. 여기서 반사 코팅층은 도료층을 의미한다. 즉, 백색 안료인 산화티탄과 황산바륨 그리고 광경화성 유무기 하이브리드 소재를 사용한 분산제를 이용하여 조명등기구의 반사구 내면에 반사 코팅층(310)을 형성하거나, 조명등기구에서 빛을 반사할 수 있는 구조물을 형성하게 된다.

도료는 도 3과 같이 다운형 조명등기구에 채용되는 반사구의 코팅층으로 사용될 수 있다. 또한, 빛을 반사할 필요가 있는 부분이라면 반드시 반사구의 형태를 갖지 않더라도 그 위에 표면 코팅층으로 사용될 수가 있다. 이와 같이 반사 코팅층을 형성함으로써, 반사 효율을 높여 결과적으로 조명 장치의 효율을 높이는 효과를 갖도록 하는 것이다.

도 4는 본 실시예에 따른 분산제를 합성하는 과정을 나타낸 공정도이고, 도 5는 본 실시예에 따른 백색 안료를 반사구에 코팅하는 공정을 나타낸 순서도이다.

이하에서, 본 실시예에 사용되는 코팅층의 조성물 및 제조방법에 대해 설명한다. 또한, 본 실시예에서 코팅층은 백색 안료를 사용한 도료층을 의미한다. 따라서 본 발명에서는 코팅층을 제조하는 방법으로 도료의 조성물을 우선 설명한다.

도 4를 참조하면, 유무기 혼성 분산제의 제조는 나노실리카를 아크릴레이트에 적가한 후 균일 혼합물로 제조하는 공정으로 이루어진다. 이때, 나노실리카는 나노실리카전구체, 실란 또는 아크릴마이드 중 선택될 수 있으며, 아크릴레이트는 DPPA, PETA 또는 이들의 결합물일 수 있다.

일 예로, 제 1 조성으로는 나노실리카를 사용하고, 제 2 조성으로 DPPA와 PETA를 혼합한 아크릴레이트를 사용할 수 있으며, 이때, DPPA와 PETA는 4 : 6 내지 6 : 4의 비율로 구성될 수 있다.

상기와 같이 나노 실리카와 아크릴레이트의 조성이 합성되면 도료용 분산액으로 사용된다. 상기와 같이 제조된 나노 실리카 기반의 분산액은 그 자체로서 반사 코팅층 형성을 위한 코팅제로 사용될 수 있다. 이 경우, 나노 실리카는 40중량 % 이상 90 중량% 이하의 비율로 구성된다. 나노 실리카가 40 중량 % 미만으로 구성되는 경우 반사 효율에 불리하고, 90 중량% 를 초과하는 경우 고휘도 달성에 불리하다.

그리고 도 5에 도시된 바와 같이, 유무기 혼성 분산제를 합성하여 제조한 후(S11), 합성한 분산제에 산화티탄과 환산바륨을 분산하여 반사형 도료를 제조한다(S12). 그리고 제조된 반사형 도료를 베이스 반사판(반사구)에 20~50㎛, 바람직하게는 30㎛ 내외의 두께로 스프레이 코팅하고(S13) 약 30분간 자외선으로 경화시킨다(S14). 경화된 반사 코팅층(310)의 표면에 패턴을 형성하는 등의 후가공 처리를 추가로 진행할 수 있으며(S15), pcLED 및 405-VLED의 2광원을 구동하여 조명등기구에 의하여 조명과 살균 소독이 동시에 이루어지도록 한다.

본 실시예에서 광경화성 유무기 하이브리드 소재가 포함된 도료(코팅층)의 조성비는 광경화성 유무기 하이브리드 소재의 분산제가 40 내지 60 중량%이고, 백색 안료(산화티탄과 황산바륨의 혼합물)가 40 내지 60 중량% 첨가될 수 있다. 광경화성 유무기 하이브리드 분산제와 백색 안료가 상기 범위를 벗어나는 경우 반사율과 고휘도 구현에 불리하다.

이때 사용되는 백색 안료는 입자 사이즈가 0.1~10㎛ 이내로 함이 바람직하다. 또한, 백색 안료를 구성하는 산화티탄과 황산바륨의 중량비는 10:90 내지 90:10으로 가변될 수 있고, 산화티탄의 조성이 반사효과의 근원이므로 산화티탄의 조성비가 높을수록 반사도는 증가할 수 있다. 여기서, 산화티탄은 광산란 기능을 하고, 황산바륨은 광반사 기능을 하므로, 산화티탄이 10 중량% 미만으로 구성되는 경우 고휘도 달성에 불리하고, 황산바륨이 10 중량% 미만으로 구성되는 경우 광확산에 불리하다.

표 1은 본 실시예의 LED 조명등기구의 특성을 요약하여 정리한 것으로, 2종류의 LED(pcLED 및 VLED)가 적용된 조명등기구의 발광특성, 살균력, 스펙트럼 등의 특성을 비교하여 나타내었다.

LED 패키지	0.3W-5630 LED 패키지
광원종류	pcLED
광원 중심 파장(nm)	405~630	405
CCT(K)	3.000	-
CRI(Ra)	80	-
광속(lm)	1.050	-
광효율(lm/W)	150	-
살균력(%)	5	100
스펙트럼

표 1을 참고하면, 본 실시예의 LED 조명등기구는 pcLED-SLED와 405nm-VLED의 두 종류의 2광원 LED가 적용되고, 제 1 광원인 pcLED에서는 우수한 광속과 광 효율을 나타내고 있음을 알 수 있고, 제 2 광원인 405nm-VLED에서는 우수한 살균효과를 나타내고 있음을 알 수 있다.

본 실시예의 LED 조명등기구는 1개의 조명등기구가 처리할 수 있는 범위는 대략 73.95㎡ 정도의 면적이다. 일반적으로 코로나 바이러스의 경우 15 내지 20 mJ/㎠ 의 에너지가 조사될 때 살균이 가능하므로, 하나의 조명등기구는 73.95㎡ 정도의 면적에서 살균이 이루어질 수 있다.

이와 같은 조명등기구는 기본형, 드럼형, 반구형 형태조 제작될 수 있다. 이때, LED는 연색지수 80(Ra~80)의 발광효율을 갖는 150 lm/W 인 pcLED와 405nm-VLED가 사용될 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.

100 : 광원모듈
110 : 기판 120 : LED
200 : 반사구
300 : 확산판

Claims

하나 이상의 VLED와 하나 이상의 pcLED가 서로 1차 발광원을 구성하고, 기판 상에 상기 VLED와 상기 pcLED가 반복적으로 실장되는 광원모듈;
일 측이 개구되는 반구 형상을 이루면서 내부에 나노실리카와 아크릴레이트가 혼합된 유무기 혼성 분산액 40 내지 60 중량%에 산화티탄과 황산바륨이 혼합된 백색 안료 40 내지 60 중량%가 분산된 조성물로 이루어지는 반사 코팅층을 형성하여 상기 광원모듈의 1차 발광원의 빛을 반사시켜 2차 발광원을 구성하는 반사구; 및
상기 반사구의 개구부에 결합되고 표면에는 광 확산 패턴이 형성되어 상기 2차 발광원의 빛을 확산하는 확산판;을 포함하되,
상기 반사구는, 내부를 통하여 하나 이상의 1차 발광원으로부터 하나 이상의 2차 발광원으로 유체를 흐르게 하는 플로우 구조를 포함하고,
상기 플로우 구조는, 표면에 램버트 산란물질이 코팅되고, 복사를 통해 공기로 전달하도록 작용하는 하나 이상의 포인트 발광원을 포함하며, 굴곡 되고 오목하여 내부 코너들이 없는 마주보는 내부표면들을 가지는 열린면을 형성하고, 계란 형태, 타원체 또는 라운드 된 코너를 갖는 입방체 중 어느 하나의 형상을 이루면서 내부 표면에 있는 모든 점은 내부 표면에 있는 모든 다른 점들로부터 볼 수 있으며, 내부 표면들은 전체에 걸쳐서 복사 강도가 균일하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
살균 기능을 갖는 고휘도 LED 조명등기구.
제 1 항에 있어서, 상기 광원모듈은,
상기 VLED와 상기 pcLED의 광원 수가 50 : 50 내지 99 : 1의 비율로 구성되는, 살균 기능을 갖는 고휘도 LED 조명등기구.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 유무기 혼성 분산액은,
상기 나노실리카 40 내지 90 중량%를 포함하는, 살균 기능을 갖는 고휘도 LED 조명등기구.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 백색 안료는,
상기 산화티탄과 상기 황산바륨이 1:9 내지 9:1의 중량비로 혼합되는, 살균 기능을 갖는 고휘도 LED 조명등기구.