WO2017099273A1 - 양자점 물질을 적용한 미술관 및 박물관용 led 소자 및 모듈 - Google Patents

양자점 물질을 적용한 미술관 및 박물관용 led 소자 및 모듈 Download PDF

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박노준
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    • F21V9/30—Elements containing photoluminescent material distinct from or spaced from the light source
    • F21V9/38—Combination of two or more photoluminescent elements of different materials

Definitions

  • the present invention relates to an LED device and a module for a museum and a museum to which a quantum dot material is applied, and more particularly, a quantum dot material capable of making a solar-like spectrum by implementing a maximum emission wavelength of a phosphor from 650 nm to 700 nm using quantum dots.
  • the present invention relates to an LED device and a module for a museum and a museum.
  • a phosphor is coated on a surface of a semiconductor light emitting device (LED Chip), and phosphor powder is contained in a resin constituting the LED light emitting device. Containing the weight%, it is practical to obtain a light emission color other than the original blue light emission color, for example, white light emission.
  • the GaN type semiconductor light emitting element whose center wavelength emits blue light (blue spike) of 460 nm vicinity.
  • these white LEDs contain a lot of blue light when subjected to spectral analysis, and thus there is room for improvement of optical characteristics such as color stability and color rendering.
  • the blue spike of 450-460nm is a problem that can not be used as a museum lighting by changing the dye of the oil painting, and also as shown in Figure 1 using a 400nm light emitting chip with excellent color rendering index and 3,500K ⁇ 500K
  • the technology that satisfies the color temperature index at the same time has not been disclosed.
  • the maximum emission wavelength of the phosphor is in the 650 nm band, it was difficult to create a solar-like spectrum.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a LED element and module for museums and museums, which can form a solar-like spectrum by increasing the maximum emission wavelength of the phosphor up to 700nm band.
  • the present invention includes a quantum dot, LED device for art museums and museums, the quantum dot is included in the phosphor, or to form a separate film layer, the quantum dot is generated from the light source of the LED element
  • an LED device for an art gallery and a museum comprising a quantum dot, characterized by shifting the maximum emission wavelength of light to the 700 nm band.
  • the present invention is a light emitting diode device that satisfies the spectral characteristics for art lighting, the light emitting diode chip having a light emitting peak in the wavelength range of 350 nm ⁇ 410 nm; And a light emitting unit provided on the light emitting diode chip and excited by light irradiated from the light emitting diode chip, wherein the following five kinds of phosphors are dispersed in a silicone resin.
  • the fifth phosphor which can be excited in the wavelength range of 350 nm to 410 nm, and has a peak wavelength of the main emission peak of 660 nm to 730 nm.
  • the light emitting diode chip, GaN-based crystal layer laminated on the sapphire substrate with the irregularities formed on the surface And a light emitting layer provided on the GaN-based crystal layer, and the light emitting wavelength of the light emitting diode chip has an emission peak in a wavelength range of 350 nm to 410 nm.
  • the present invention also provides a light emitting diode module comprising the light emitting diode device described above.
  • a semiconductor chip that emits near violet light and absorbs near ultraviolet light
  • the blue light emitting phosphor emitting blue light
  • the green light emitting phosphor emitting green light
  • red light Five kinds of light-emitting red phosphors are mixed in a predetermined blending ratio, and daylight filters are applied to halogen lamps by absorbing red regions from yellow light with halogen lamp emission wavelengths by obtaining color stability and high color rendering index of white light emission. It is more economical than the method of inserting the tones to obtain a color tone close to natural light or sunlight.
  • the light emitting diode module is characterized in that the form selected from the group consisting of SMD form, LAMP form and COB form.
  • the quantum dot is included in the phosphor or configured as a separate film layer to change the maximum emission wavelength of the phosphor to the 700 nm band. Therefore, it is possible to emit light of the sunlight-like spectrum, which can be used as LED elements and modules for art museums and museums.
  • the light emitting diode according to the present invention has a high color rendering index and light efficiency, and can suppress spikes and IR light components in the blue region. Therefore, the white light emitting diode according to the present invention can solve the problem of the conventional white light emitting diode, that is, the problem such as emulsified dye deterioration due to the blue spike of 450-460nm, can satisfy the spectral characteristics for art lighting.
  • FIG. 1 is a view for explaining a change in the maximum emission wavelength of a light source by a quantum dot according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is an example of emission spectrum analysis when a daylight filter is mounted on a conventional halogen lamp.
  • 5 is a light emission spectrum analysis result of a light emitting diode in which the above five kinds of phosphors are blended in the same ratio according to one embodiment of the present invention.
  • the present invention overcomes the limitation of the maximum emission wavelength of the light source of the LED device, that is, the limit of the 650 nm band by using a quantum dot to move the maximum emission wavelength of the LED device to 700 nm. .
  • the quantum dots are included in the phosphor or form a separate film layer.
  • FIG. 1 is a view for explaining a change in the maximum emission wavelength of a light source by a quantum dot according to an embodiment of the present invention.
  • the wavelength band of the LED device shifts similarly to the solar spectrum indicated by the dotted red line.
  • the present invention is a light emitting chip having a wavelength range of 400 nm as described above, has a color temperature index of 3500 K, and satisfies the spectral characteristics for art lighting that satisfy the requirements as defined in Fig. 1 from 400 nm to 700 nm.
  • diode devices and modules Provided are diode devices and modules.
  • the present invention uses a light emitting diode chip having a light emitting peak in the wavelength range of 350 nm to 410 nm as a basic light emitting chip, and is excited by light emitted from the light emitting diode chip provided on the light emitting diode chip,
  • the following five kinds of phosphors include a light emitting part dispersed in a silicone resin.
  • 3 is an example of emission spectrum analysis when a daylight filter is mounted on a conventional halogen lamp.
  • the present invention in order to solve the above-mentioned problems of the prior art, while using the light emitting diode chip having a light emission peak in the wavelength range of 350 nm to 410 nm by using the above-mentioned first to fifth phosphor at the same compounding ratio
  • the present invention provides a light emitting diode satisfying the emission spectrum condition of FIG. 1 and a module including the same.
  • the phosphors are formulated in the same weight ratio, but can be freely selected within the range of 0.1 to 0.9 according to the desired conditions, all belong to the scope of the present invention.
  • 5 is a light emission spectrum analysis result of a light emitting diode in which the above five kinds of phosphors are blended in the same ratio according to one embodiment of the present invention.
  • a light emitting diode capable of excitation in a wavelength range of 350 nm to 410 nm and emitting 400 nm at a main wavelength by using a fifth phosphor having a peak wavelength of a main emission peak of 660 nm to 730 nm
  • the color temperature index can be increased to 3500K and there are no blue spikes. Therefore, without using a conventional light emitting diode in the 450 nm band, the light emission spectrum using a light emitting diode having a light emission peak in the wavelength range of 350 nm to 410 nm and five kinds of phosphors having peak wavelengths of different main emission peaks is used.
  • a light emitting diode for illuminating an artwork may be provided.
  • the white light emitting diode according to the present invention can solve the problem of the conventional white light emitting diode, that is, the problem such as deterioration of the emulsion dye due to the blue spike of 450-460nm, it is possible to satisfy the spectral characteristics for art lighting.

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Abstract

양자점을 포함하는, 미술관 및 박물관용 LED 소자로, 상기 양자점은 형광체에 포함되거나, 별도의 필름층을 형성하며, 상기 양자점은 상기 LED 소자의 광원으로부터 발생된 광의 최대 에미션 파장을 700nm 대역까지 이동시키는 것을 특징으로 하는 양자점을 포함하는, 미술관 및 박물관용 LED 소자가 제공된다.

Description

양자점 물질을 적용한 미술관 및 박물관용 LED 소자 및 모듈
본 발명은 양자점 물질을 적용한 미술관 및 박물관용 LED 소자 및 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 양자점을 이용하여 형광체의 최대 emission 파장을 650nm 대역에서 700nm까지 구현시켜 태양광 유사스펙트럼을 만드는 것이 가능한 양자점 물질을 적용한 미술관 및 박물관용 LED 소자 및 모듈에 관한 것이다.
최근 들어 반도체 발광소자를 이용한 LED (Light Emitting Diode) 소자의 조명장치의 실용화 기술로서, 반도체 발광소자 (LED Chip)의 표면에 형광체를 도포하고, LED 발광소자를 구성하는 수지 중에 형광체 분말을 소정의 중량% 함유 시키며, 반도체 발광소자 본래의 청색 발광색 이외의 발광색, 예를 들면 백색 발광을 얻는 것이 실용화되고 있다.
종래의 조명 장치에는 중심파장이 460 nm 부근의 청색을 발광하는(청색 스파이크) GaN 계 반도체 발광소자를 이용하는 것이 일반적이었다. 그러나 이러한 백색 LED는 스펙트럼 분석을 해보면 청색광을 많이 포함하고 있어서 색 안정성과 연색성 향상 등 광학특성 개선의 여지가 있다. 특히 450-460nm의 청색 스파이크는 유화의 염료 등을 변질시켜 미술관 조명으로 사용하지 못하는 문제가 있으며, 아울러 도 1에서 도시한 바와 같이 400nm 수준의 발광 칩을 이용하여 우수한 연색지수와 3,500K ± 500K의 색온도지수를 동시에 만족하는 기술은 개시되지 못한 상황이다.
더 나아가, 형광체가 가지는 최대 에미션 파장대가 650 nm 대역이라는 한계에 의하여 태양광 유사스펙트럼을 만드는 것이 어려운 상황이었다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 형광체의 최대 에미션 파장을 700nm 대역까지 시켜 태양광 유사 스펙트럼 형성이 가능한, 미술관 및 박물관용 LED 소자 및 모듈을 제공하는 것이다
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 양자점을 포함하는, 미술관 및 박물관용 LED 소자로, 상기 양자점은 형광체에 포함되거나, 별도의 필름층을 형성하며, 상기 양자점은 상기 LED 소자의 광원으로부터 발생된 광의 최대 에미션 파장을 700nm 대역까지 이동시키는 것을 특징으로 하는 양자점을 포함하는, 미술관 및 박물관용 LED 소자를 제공한다.
또한 본 발명은 미술 조명용 스펙트럼 특성을 만족하는 발광 다이오드 소자로서, 350 nm ~ 410 nm의 파장 범위의 발광피크를 가지는 발광 다이오드 칩; 및 상기 발광 다이오드 칩 상에 구비되어 상기 발광 다이오드 칩으로부터 조사되는 빛에 의하여 여기되며, 하기 5 종류의 형광체가 실리콘 수지에 분산된 발광부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 소자를 제공한다.
- 350 nm ~ 410 nm의 파장 범위에서 여기가 가능하고, 주 발광 피크의 피크 파장이 450 nm ~ 470 nm인 제 1 형광체
- 350 nm ~ 410 nm의 파장 범위에서 여기가 가능하고, 주 발광 피크의 피크 파장이 510 nm ~ 550 nm인 제 2 형광체
- 350 nm ~ 410 nm의 파장 범위에서 여기가 가능하고, 주 발광 피크의 피크 파장이 630 nm ~ 660 nm인 제 3 형광체
- 350 nm ~ 410 nm의 파장 범위에서 여기가 가능하고, 주 발광 피크의 피크 파장이 550 nm ~ 590 nm인 제 4 형광체
350 nm ~ 410 nm의 파장 범위에서 여기가 가능하고, 주 발광 피크의 피크 파장이 660 nm ~ 730 nm인 제 5 형광체.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 발광 다이오드 칩은, 표면에 요철이 형성된 사파이어 기판상에 적층된 GaN 계 결정층; 및 상기 GaN 계 결정층 상에 구비된 발광층의 구조를 가지며, 상기 발광 다이오드 칩의 발광파장은 350 nm ~ 410 nm의 파장 범위의 발광 피크를 갖는다.
본 발명은 또한 상술한 발광 다이오드 소자를 포함하는 발광 다이오드 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 근 자색광을을 발광하는 반도체소자 (LED Chip)를 이용하고 근자외선을 흡수해 청색 빛을 발광하는 청색 발광 형광체, 녹색 빛을 발광하는 녹색 발광 형광체, 적색 빛을 발광하는 적색 발광 형광체를 포함하는 5 종류를 소정 배합 비율에 혼합하며, 백색 발광의 색 안정성 및 고연색지수를 얻는 방법으로 할로겐 램프에 주광 필터 (할로겐 램프 발광파장으로 황색빛으로부터 적색 영역을 흡수)를 삽입해 자연광 또는 태양광에 근사하는 색조를 얻을 수 있는 방법에 비하여 경제성이 우수하다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 발광 다이오드 모듈은 SMD 형태, LAMP 형태 및 COB 형태로 구성된 군으로부터 선택된 형태인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 양자점을 형광체에 포함시키거나 또는 별도의 필름층으로 구성하여 형광체의 최대 에미션 파장을 700nm 대역까지 변화시킨다. 따라서, 태양광 유사 스펙트럼의 발광이 가능하며, 이로써 미술관 및 박물관용 LED 소자 및 모듈로서 사용이 가능하다.
더 나아가, 본 발명에 따른 발광 다이오드는, 높은 연색지수와 광효율을 가지며, 청색 영역에서의 스파이크와 IR 광성분을 억제시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 백색 발광 다이오드는, 종래의 백색 발광 다이오드가 가지는 문제, 즉, 450-460nm의 청색 스파이크에 의한 유화 염료 변질 등의 문제를 해결하여, 미술 조명용 스펙트럼 특성을 만족시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 싱시예에 따른 양자점에 의한 광원의 최대 에미션 파장의 변화를 설명하는 도면이다.
도 2는 양자점 필름을 이용한 LED 램프의 광 분석 결과이다.
도 3은 기존의 할로겐 램프에 주광 필터를 장착한 경우의 발광 스펙트럼 분석의 예이다.
도 4는 청색광 여기 백색 LED의 스펙트럼 분석 결과이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 상술한 5종류의 형광체를 동일 비율로 배합한 발광 다이오드의 발광 스펙트럼 분석 결과이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
상술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 양자점을 이용하여 LED 소자의 광원이 갖는 최대 에미션 파장의 한계, 즉, 650nm 대역의 한계를 극복하여 상기 LED 소자의 최대 에미션 파장을 700nm까지 이동시킨다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 양자점은 형광체에 포함되거나, 별도의 필름층을 형성한다.
도 1은 본 발명의 일 싱시예에 따른 양자점에 의한 광원의 최대 에미션 파장의 변화를 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 양자점 사용을 통하여 LED 소자의 파장대가 적색 점선으로 표시되는 태양광 스펙트럼과 유사하게 이동하는 것을 알 수 있다.
도 2는 양자점 필름을 이용한 LED 램프의 광 분석 결과이다.
도 2를 참조하면, 양자점 필름을 사용하는 경우, CRIrk 크게 증가하는 것을 알 수 있다.
더 나아가, 본 발명은 상술한 바와 같이 400nm 파장대의 발광 칩으로, 3500K의 색온도지수를 가지며, 도 1에서 400nm~ 700nm 까지로 한정한 바와 같은 요구조건을 만족하는, 미술 조명용 스펙트럼 특성을 만족하는 발광 다이오드 소자 및 모듈을 제공한다.
이를 위하여 본 발명은 350 nm ~ 410 nm의 파장 범위의 발광피크를 가지는 발광 다이오드 칩을 기본 발광 칩으로 사용하고, 상기 발광 다이오드 칩 상에 구비되어 상기 발광 다이오드 칩으로부터 조사되는 빛에 의하여 여기되며, 하기 5 종류의 형광체가 실리콘 수지에 분산된 발광부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 소자를 제공한다.
- 350 nm ~ 410 nm의 파장 범위에서 여기가 가능하고, 주 발광 피크의 피크 파장이 450 nm ~ 470 nm인 제 1 형광체
- 350 nm ~ 410 nm의 파장 범위에서 여기가 가능하고, 주 발광 피크의 피크 파장이 510 nm ~ 550 nm인 제 2 형광체
- 350 nm ~ 410 nm의 파장 범위에서 여기가 가능하고, 주 발광 피크의 피크 파장이 630 nm ~ 660 nm인 제 3 형광체
- 350 nm ~ 410 nm의 파장 범위에서 여기가 가능하고, 주 발광 피크의 피크 파장이 550 nm ~ 590 nm인 제 4 형광체
- 350 nm ~ 410 nm의 파장 범위에서 여기가 가능하고, 주 발광 피크의 피크 파장이 660 nm ~ 730 nm인 제 5 형광체.
도 3은 기존의 할로겐 램프에 주광 필터를 장착한 경우의 발광 스펙트럼 분석의 예이다.
도 3을 참조하면, 700nm 파장 이후의 IR 성분이 제거되었고 또한 청색 스파이크(blue spike) 역시 제거 되었음을 알 수 있다.
도 4는 청색광 여기 백색 LED의 스펙트럼 분석 결과이다.
도 4를 참조하면, 여전히 매우 큰 청색 스파이크(blue spike)를 포함하고 있음을 알 수 있으며, 이는 미술제품 조명조건을 만족하지 못한다. 상기 청색 스파이크는 미술 작품의 염료를 변질시키므로, 상기 할로겐 램프에 주광 필터를 장착한 종래 백색 발광 다이오드는 미술관과 같은 장소에서는 사용하지 못하는 문제가 있다.
하지만, 본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여, 상술한 제 1 내지 제 5 형광체를 동시에 소정 배합비로 사용하여 350 nm ~ 410 nm의 파장 범위의 발광피크를 가지는 발광 다이오드 칩을 사용하면서도, 도 1의 발광 스펙트럼 조건을 만족하는 발광 다이오드와 이를 포함하는 모듈을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 형광체는 동일 중량비로 배합되었으나, 원하는 조건에 따라 0.1 내지 0.9 범위 내에서 자유로이 선택될 수 있으며, 이는 모두 본 발명의 범위에 속한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 상술한 5종류의 형광체를 동일 비율로 배합한 발광 다이오드의 발광 스펙트럼 분석 결과이다.
도 5를 참조하면, 350 nm ~ 410 nm의 파장 범위에서 여기가 가능하고, 주 발광 피크의 피크 파장이 660 nm ~ 730 nm인 제 5 형광체 사용에 의하여, 400 nm를 주 파장대로 발광하는 발광 다이오드 칩에서도 색온도지수는 3500K까지 증가할 수 있으며, 청색 스파이크가 전혀 없는 것을 알 수 있다. 따라서, 종래의 450nm 대의 발광다이오드를 사용하지 않고서도, 350 nm ~ 410 nm의 파장 범위의 발광피크를 가지는 발광 다이오드와, 상이한 주 발광 피크의 피크 파장을 갖는 5 종류의 형광체를 사용하여, 발광 스펙트럼에 대응하는 미술품 조명용 발광 다이오드가 제공될 수 있다.
특히 본 발명에 따른 백색 발광 다이오드는, 종래의 백색 발광 다이오드가 가지는 문제, 즉, 450-460nm의 청색 스파이크에 의한 유화 염료 변질 등의 문제를 해결하여, 미술 조명용 스펙트럼 특성을 만족시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 발명이 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이와 균등하거나 또는 등가적인 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다 할 것이다.

Claims (1)

  1. 양자점을 포함하는, 미술관 및 박물관용 LED 소자로, 상기 양자점은 형광체에 포함되거나, 별도의 필름층을 형성하며, 상기 양자점은 상기 LED 소자의 광원으로부터 발생된 광의 최대 에미션 파장을 700nm 대역까지 이동시키는 것을 특징으로 하는 양자점을 포함하는, 미술관 및 박물관용 LED 소자.
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