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KR20010032450A - 광 시스템 - Google Patents

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KR20010032450A
KR20010032450A KR1020007005691A KR20007005691A KR20010032450A KR 20010032450 A KR20010032450 A KR 20010032450A KR 1020007005691 A KR1020007005691 A KR 1020007005691A KR 20007005691 A KR20007005691 A KR 20007005691A KR 20010032450 A KR20010032450 A KR 20010032450A
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보너허버트에프
부셀트볼프강
저스텔토마스
니콜한스
론다코넬리스알
하버스게라드
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롤페스 요하네스 게라투스 알베르투스
코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

광 시스템(1)은 소정 파장의 가시광선을 제공하기위한 적어도 2개의 발광 다이오드(6, 6',...7, 7')를 포함한다. 본 발명은 광 시스템(1)에 상기 발광 다이오드들 (6, 6',...)들 중 하나에 의해 방출되는 가시 광선의 일부분을 상기 광 시스템의 색 연출이 최적화 되도록 추가의 파장 범위의 가시광선으로 변환하는 변환 수단(10)이 제공되는 것을 특징으로 한다. 상기 변환 수단(10)은 400 내지 500nm의 파장 범위로 방출되는 광에 감응하는 발광 물질을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 상기 두 개의 발광 다이오드(6, 6',...; 7, 7',...)는 청색 발광 다이오드(6, 6',...; 7, 7'...) 및 적색 발광 다이오드(7, 7',...)를 포함하며, 상기 변환 수단(10)은 청색 광에 의해 여기되며 청색광을 녹색광으로 변환한다. 다른 바람직한 실시예에서, 상기 발광 물질은 500 내지 560nm의 파장 범위로 방출되는 광에 감응한다. 바람직한 실시예에서, 상기 두 개의 발광 다이오드는 청색 발광 다이오드 및 녹색 발광 다이오드를 포함하며, 상기 변환 수단은 상기 녹색광에 의해 여기될 수 있는 발광 물질을 포함하며 상기 녹색광을 적색광으로 변환한다.

Description

광 시스템{LIGHTING SYSTEM}
발광다이오드(LED)에 기초한 광 시스템은 일반적인 광 응용을 위한 백색 광원으로서 사용된다.
서두에서 언급한 유형의 광 시스템은 이미 알려진 것이다. 최근 몇 년 동안에, GaP에 기초한 적색 발광 다이오드 외에 GaN에 기초한 효율적인 청색 발광 다이오드와 녹색 발광 다이오드가 개발되었다. 원리적으로, 백색광을 만들어내기 위하여 세 개의 LED, 즉 청색, 녹색 및 적색 LED가 주 광원으로서 필요하다.
그러한 광원의 결점으로 주 광원으로서 세 개의 LED의 결합이 항상 원하는 색 연출을 해내지는 못하는데, 이는 원하는 스펙트럼 영역에서의 최대 스펙트럼을 가지며 동시에 충분하게 에너지 효율성이 있는 LED 들이 입수 불가능하거나 충분하지 못한 사실 때문이기도 하다.
본 발명은 적어도 두 개의 발광 다이오드를 갖는 광 시스템에 관한 것으로서, 각각의 상기 발광 다이오드는 동작시 소정의 파장 범위내에서 가시광선을 방출한다.
도 1a는 본 발명의 제 1 양상에 따른 광 시스템의 실시예의 부분적 단면도 및 측면도.
도 1b는 도 1a에 보인 광 시스템을 라인 1-I으로 절취한 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 광시스템의 실시예의 전송 스펙트럼도.
도 3a는 본 발명의 제 1 양상에 따른 광시스템의 광 실시예의 대안적인 실시예의 단면도.
도 3b는 도 3a에 보인 광시스템의 대안적인 실시예의 측 단면도.
도 4는 조정 가능한 색 온도를 갖는 본 발명에 따른 광 시스템에서의 사용을 위한 LED의 회로선도.
도 5는 본 발명의 제 2 양상에 따른 광시스템 실시예의 단면도.
도면들은 단지 도식적인 것이고 비례가 맞게 도시하지 않았다. 특히 명확히 나타내고자, 몇몇 부분은 과도하게 확대되었다. 도면에서, 동일 참조 번호들은 동일 부품을 나타낸다.
본 발명의 목적은 개선된 색 연출을 나타내는, 서두에서 언급된 유형의 광 시스템을 제공하는 것이다. 더우기 본 발명은 광 시스템의 발광 효율을 개선하는데 목적을 두고 있다.
이를 달성하기 위해, 서두에서 언급한 유형의 광 시스템은 광 시스템의 색 연출이 최적화되도록 발광 다이오드들 중 하나에서 발하는 가시광선의 일부를 더 큰 파장 범위의 가시광선으로 변환하기 위한 변환 수단을 갖는 것을 특징으로 한다.
이 변환 수단은 적어도 두 개의 LED중 하나로부터 나오는 광에 의해 여기(excited)된다. 예컨대, 흡수와 방출의 과정을 통해서, 이 광의 일부는 변환 수단에 의해 추가의 파장 범위의 가시광선으로 변환된다. 이는 실제 세 개의 광원, 즉 적어도 두 개의 LED에 의해 형성되며 각각 소정의 파장 범위내에서 가시광선을 방출하는 두개의 광원과 그리고 추가의 파장 범위에서 가시광선을 방출하는 이른바 2차 광원을 포함하는 광 시스템에 의해 이루어진다. 이들 두 개의 주광원과 2차 광원이 가시광선을 방출하는 파장 범위를 적절히 선택함으로서, 두 개의 주광원에 기초한 광 시스템네 비해 개선된 색 연출를 갖는 광 시스템이 얻어지게 된다. 3차 주광원(예컨대, 녹색 LED 또는 적색 LED)의 적용은 회피되기 때문에, 광 시스템의 개선된 색 연출이 가능하게된다.
바람직하게, 변환 수단은 발광 물질을 포함한다. 이러한 물질들은 일반적으로 높은 양자 효율과 높은 루멘량(lm/W로 표현됨)을 가지고 있어, 광 시스템의 높은 발광 효율을 얻을 수 있기 때문에 매우 적합하다. 또한, 매우 다양한 (안정된) 무기 및 유기 발광 물질(형광체)들이 알려져 있어서, 본 발명에 따른 목적(색 연출 개선)을 달성하기 위한 물질의 선택이 단순화된다.
광 시스템의 색 연출은 두가지 방식에서 영향을 받는다. 한편으로, 공간적인 색 연출은 LED와 변환 수단으로부터의 광을 최적으로 혼합함으로서 개선된다. 다른 한편으로, LED의 광 출력이 시간에 독립적임을 확신 시켜주는 조치를 취함으로써 광 시스템의 색 연출이 개선된다. 그러한 의존성은 예컨대 만약 LED의 광 출력이 LED의 온도에 따라 변화하는 경우 얻어지게 된다. 이 경우에, 온도에 의존하지 않는 LED의 사용은 장점을 갖는다.
본 발명의 제 1 양상에 따르면, 이 발광 물질은 400~500nm 파장 범위로부터 발생되는 광에 의해 여기된다. 이런한 감응성으로 인해, 발광 물질은 특히 청색 광을 흡수하는데 아주 적절히 사용될 수 있다. 이렇게 흡수된 광은 발광 물질에 의해 아주 효과적으로 추가적인 파장 범위의 가시광선으로 변환된다. 적합한 발광 물질들은 (Sr,Ca)2SiO4:Eu2+, Ba2SiO4:Eu2+, SrGa2S4, ZnS:Cu+, ZnS:Au+, ZnS:Al3+, (Zn,Cd)S:Ag+,CaS:Ce3+이다. 상기 물질들은 비교적 높은 양자(quantum) 효율과 450nm의 광 흡수력을 갖는다. 이 물질들은 또한 적색광이 원하는 녹색 광으로 변환될 때 비교적 매우 높은 루멘량을 나타낸다.
본 발명의 제 1 양상에 따른 광 시스템의 최적 실시예는 두 개의 발광 다이오드가 적어도 한 개의 청색 발광 다이오드와 적어도 한 개의 적색 발광 다이오드를 포함하며 변환 수단이 청색 발광 다이오드에 의해 방출되는 광 부분을 녹색 광으로 변환 하기위한 (녹색 발광) 발광 물질을 가짐을 특징으로 한다. 이러한 방식으로, 본 발명의 제 1 양상에 따른 광 시스템이 얻어지는데 이 시스템은 세 개의 기본 색(적색, 청색, 녹색)에 기초한 높은 색 연출 인덱스를 갖는 백색광을 방출하는데, 여기서는 단지 두 개의 주광원, 즉 청색 및 적색광만이 활용되며, 녹색광은 청색광 부분을 변환함으로써 얻어진다. 바람직하게는, 청색 발광 다이오드의 스펙트럼 방출의 최대치가 460~490nm의 파장 범위에 놓이고, 적색 발광 다이오드의 스펙트럼 방출의 최대치가 610~630nm의 파장 범위에 놓이며, (녹색 발광) 발광 물질의 스펙트럼 방출의 최대치는 510~530 파장 범위에 놓인다.
본 발명의 제 2 양상에 따르면, 발광 물질은 500~560nm 파장 범위에서 생성되는 광에 의해 여기된다. 이러한 감응성으로 인해, 발광 물질은 특히 녹색광을 흡수 하는데 매우 적합하게 사용된다. 이렇게 흡수된 광은 발광 물질에 의해 아주 효율적으로 예컨대 적색광과 같은 추가의 파장 범위에서 가시광선으로 변환된다.
적합한 발광 물질들은 CaS:Eu,Mn; CaS:Eu; Srs:Eu;(Zn,Cd)S:Ag; SrO:Eu; Sr3B2O6:Eu; Sr2Mg(BO3)2; Cas:Eu, Mn; CaS:Eu 또는 Srs:Eu 이다. 상기 물질들은 비교적 높은 양자 효율과 광 흡수력을 갖는다. 더욱이, 이 물질들은 청색광이나 녹색 광이 원하는 적색광으로 변환될 때 비교적 매우 높은 루멘량을 나타낸다.
본 발명의 제 2 양상에 따른 광 시스템의 최적 실시예는 두 개의 발광 다이오드들이 적어도 한 개의 청색 발광 다이오드와 적어도 한 개의 녹색 발광 다이오드를 포함하며 변환 수단들이 청색 및/또는 녹색 발광 다이오드에 의해 방출되는 광의 일부분을 적색광으로 변환하도록 하기위한 발광 물질을 갖는다. 주광원으로서 청색과 녹색 LED를 사용하는 것의 중요한 장점은 두 개의 다이오드 칩들이 공지된 GaN 기술방식으로 제조될수 있다는 것이다. 적색 GaP 다이오드 칩과는 달리, 이러한 청색 및 녹색 GaN 다이오드 칩들은 온도에 의존하지 않으며, 그러므로 이러한 다이오드 칩들의 온도-의존성을 보상하기위해 비교적 비싼 전자소자들의 사용이 배제될 수 있다. 추가적인 이점은 상기의 청색과 녹색 GaN 다이오드 칩들이 동일 측부에 접촉될 수 있음으로써 이것들을 직렬로 쉽게 배열할 수 있다는 점이다. 적색색 광을 방출하는 녹색-여기 발광 물질의 사용은 적색광을 방출하는 청색 여기 발광 물질에 관하여 양자 부족을 보다 작게할 수 있는 추가적인 장점을 지닌다. 바람직하게, 청색 발광 다이오드의 스펙트럼 방출의 최대치는 460-490nm 파장 범위에 놓이고, 녹색 발광 다이오드의 스펙트럼 방출의 최대치는 510-550nm 이며, 적색 발광 다이오드의 발광 물질의 스펙트럼 방출의 최대치는 610-630nm 파장 범위에 놓인다.
본 발명의 제 1 및 제 2 양상에 따른 광시스템의 색 연출 인덱스(Ra)는 적어도 80과 같거나 이보다 크다(Ra ≥80). 적어도 두 개의 LED에 의해 형성되는 두 개의 주광원 스펙트럼 방출과 그리고 변환 수단에 의한 변환 후 추가적인 파장 범위로 가시광선을 방출하는 이른바 2차 광원의 스펙트럼 방출의 적절한 결합에 의해, 높은 색 연출 인덱스를 갖는 광시스템이 얻어진다.
본 발명에 따른 광 시스템에서 특히 관심있는 점은 변환 수단으로부터 생성되는 광과 LED로부터 생성되는 광의 혼합하에서, LED(주광원)로 부터 생성되는 광의 방향-의존성이 변환 수단(2차 광원)으로부터 생성되는 광의 방향-의존성과는 다르다는 것이라는 것이다. 일반적으로, LED는 높은 방향성 광을 발하며, 변환 수단 (여기에서는 발광 물질)이 람 베르트 발광체에 따라 광을 방출(확산)한다.
본 발명은 또한 광 시스템에 의한 광 혼합을 개선하는데 목적을 두고 있다. 이것을 성취하기 위해, 본 발명에 따른 광시스템의 대체 실시예는 이 광 시스템에 반사 수단이 추가로 제공되는 것을 특징으로 한다. LED로부터 생성되는 광의 실제적인 부분이 직접 광 시스템을 떠날 수 없고 대신에 반사 수단에 입사되게 하는 식으로 광 시스템에 이 LED가 제공된다. 반사 수단 사용의 이점은 두 개의 주광원(청색과 적색 LED 또는 청색과 녹색 LED)에서 생성되는 광과 변환 수단에서 생성되는 2차광(녹색 또는 적색광)이 섞인다는 것이다. 반사 수단들은 확산 반사형 반사 수단이다. LED로부터 생성되는 광을 확산 반사하는 반사 수단 쪽으로 향하게 함으로서, 반사된 광은 또한 람베르트 발광체 특성들을 얻는다. 이로써, 다양한 색 성분 혼합의 개선과 광 시스템의 색 연출 개선이 얻어지게 된다. 더욱이, 색 연출에서의 변화가 없이 반사 수단(백색으로 반사하는 반사수단)에 의해 광이 반사된다. 이러한 방식으로, 광 시스템에 의해 방출되는 광의 바람직하지 않은 색 변화를 막을 수 있다. 확산 반사하는 반사 수단은 BaSO4, ZnS, ZnO 및 TiO2에 의해 형성되는 그룹으로부터 선택된 물질을 포함한다. 이러한 물질들은 400-800nm 파장 범위에서 이것들의 반사 계수가 98%이상이고 광 확산과 파장-독립 방식으로 광을 반사하기 때문에 매우 적합하다.
본 발명에 따른 광 시스템의 최적 실시예는 변환 수단들이 확산 반사하는 반사 수단 내네 또는 그 위에 제공되는 것을 특징으로 한다. 이러한 방식으로, LED로부터 생성되는 광은 효과적으로 혼합되게 되고, 원하는 방향의 특성을 갖게 되며, 이 변환수단은 추가적인 파장 범위의 가시광선으로의 변환을 위한 충분하고 적합한 광을 수신하게되는데, 이 변환된 광은 확산 반사되는 LED 광과 동일한 방향특성을 갖는다.
방출된 광의 색 혼합 및/또는 방향 특성은 LED를 비교적 얇은 발광 물질 층으로 뒤 덮음으로서 대안적인 방식으로 개선될 수 있다. 본 발명에 따른 광 시스템의 대안적인 광 시스템의 색 온도는 발광 다이오드들을 개별적으로 동작시킴으로서 조정될 수 있다. 색 온도는 개별적으로 LED들을 동작시킴으로서 (전기적으로) 조정 가능하다. 이러한 조정 요소의 적합한 실시예는 청색과 녹색 LED의 제 1 다이오드 체인과 단색의 청색(또는 단색의 적색) LED의 제 2 다이오드 체인을 포함한다. 이러한 조정 요소의 한층 더 적합한 실시예는 청색과 녹색 LED의 제 1 다이오드 체인과 단색 청색(또는 단색 녹색)LED의 제 2 다이오드 체인을 포함한다. 이러한 결과로서, 2000-6300K의 조정 가능한 색 온도 범위가 얻어진다. 색온도 조정은 발광 물질(변환수단)의 양에 따라 부분적으로 결정된다.
본 발명의 상기 및 기타 양상들이 이하에서 설명되는 실시예들을 통해 명확해 질 것이다.
그림 1a는 본 발명의 제 1 양상에 따른 광시스템 실시예의 부분적 단면도와 측면도이다. 광 시스템(1)에는 발광 다이오드(LED)를 위한 구동 일렉트로닉스를 공급하는 하우징(2)과 스크린(3)이 있다. 본 예에서, 하우징에는 공지된 기계적이고 전기적인 접촉 수단을 갖는 이른바 E27 램프 캡(4)이 제공된다. 램프 캡(4)으로부터 떨어져 마주하고 있는 광 시스템(1)의 측부에는 다수의 LED(6, 6',...;7, 7',...,...;8, 8',...)가 제공되는 홀더(5)가 있다. LED(6, 6',...; 7,7'...)는 적색 LED(6,6'...) (스펙트럼 방출의 최대치가 430-630nm의 파장 범위에 놓임)과 적색(7,7'...)(스펙트럼 방출의 최대치가 590-630nm 파장 범위에 놓임)의 집합을 포함하는데, 이 LED(6,6'...;7,7'...)는 이들이 방출하는 광이 스크린(3)쪽으로 향해지도록 배열된다. 도 1b는 (도 1a에서 라인 I-I 을 따라 절취진) LED(6,6'...; 7,7')의 도식적인 원형 배치의 일례를 매우 개략적으로 나타낸것이다. LED(6, 6'...;7,7'...)에 마주하고 있는 측부에서, 스크린(3)에 (확산 반사하는) 반사 수단(9)과 변환 수단(10)이 제공된다. 본 예에서, 반사 수단(9)은 BaSO4층을 포함하고 있는데, 이 물질은 가시광선에 대해 적어도 100%의 (광 확산) 반사 계수를 갖는다. 변환 수단(10)은 발광 물질(형광체)을 포함하는데, 이는 청색 LED (6, 6'...)로부터 생성되는 청색 광(400-480nm)을 원하는 추가적인 파장 범위(530-565nm)로 변환시키는 특징을 갖는다. 이 변환 수단(10)은 발광 다이오드들 중 하나에 의해 방출되는 가시광선을 보다 긴 파장을 갖는 범위의 가시광선으로 변환시킨다. 적합한 발광 물질의 집합을 표 1에 나타냈는데, 여기서 각각의 물질에 대해서 양자 효율 450nm(QE450)으로, 흡수계수 450nm(Abs450)으로, 그리고 루멘량(LE)으로 표시했다.
충분한 녹색광을 얻으면서 손실을 막기 위해, 스크린(3)은 발광 물질의 반사도에 따라 단지 한번의 반사를 발생하도록 하거나 또는 다수의 반사를 발생하도록 배열된다. 발광 물질이 적어도 실질적이고 완벽하게 적색 LED 광을 반사하도록 하는것이 더 바람직하다. 적색과 청색 LED 광은 반사 수단(9)에 의해 효과적으로 섞이는데, 적색과 청색 LED (6, 6',...;7, 7'...)는 이 LED들이 광 시스템(1)에 의해 방출되는 광의 방향(11)으로 이들의 광을 직접 방출하지는 않지만은, 단지 반사된 광만이 방향(11)으로 방출되도록 이들의 광이 스크린(4)의 내측으로 향하도록 스크린(3)에 대해 위치된다.
적색과 청색 LED들은 개별적으로 구동될 수 있어 따라서 광 시스템(1)의 색 온도를 요구에 따라 변화 및 조정할 수 있다. 이것의 한 예는 적색과 청색 LED 가있는 다이오드 체인과 추가적인 청색 LED(도 4 참조)를 갖는 다이오드 체인의 적용이다. 이러한 LED들의 배열은 주광원의 적색광 부분을 변화시킬수 있게 해준다. 녹색 방출에 대한 청색 방출 비율이 이러한 LED 배열[청색 LED (6,6',....)는 발광 물질(Ba2SiO4:Eu2+)을 갖는 것으로 함)]로 고정되기 때문에, 도 1a의 예는 또한 광 시스템(1)에 의해 방출되는 광의 방향(11)으로 매우 확산되게 방출하는 다수의 추가적인 청색 LED(8, 8',....)를 포함한다. 이러한 방식은 광 시스템(1)에 의해 방출되는 백색광 내의 적색과 청색 부분을 개별적으로 변하게 할 수 있다. 이로써 주 적색 및 청색광 과 2차 녹색광의 조정 비율에 대한 추가적인 설정이 가능성하게 되고, 따라서 조정 가능한 색 온도을 갖는 광 시스템(1)이 제공되게 된다.
일례로서, 표 2 는 본 발명의 제 1 양상에 따른 광 시스템을 나타내는데, 이는
- 청색 GaN LED (Nichia사 제품) : 최대 방출 : 470nm, FWHM = 20nm;
- 적색 GaP LED (Hewellt Packard사 제품) : 최대 방출 : 620nm, FWHM = 20nm; 각 적색 LED에 대해 2내지 4개의 청색 LED가 사용됨; 및
- Ba2SiO4:Eu2+의 층을 포함하는 변환 수단으로 구성된다.
표 2 의 칼럼 1 에는 색 온도(Ta)에 대한 다양한 바람직한 값들이 나열되어 있다. 표 2 의 칼럼 2, 3, 4는 세 개의 광 구성 요소의 스펙트럼 기여(X)를 보여준다(세개의 스펙트럼 기여의 총합은 1과 같다). 표 2 의 칼럼 5는 색 연출 인덱스(Ra)를 나타내고 칼럼 6은 광 시스템의 발광 효율(lum. eff.)를 나타낸다. 표 2 에서는 녹색광(칼럼 3)부분이 다른 색 온도에서 비교적 작게 변한다는 것을 보인다. 광 시스템의 색 온도는 주광원(청색 및 적색광원)의 배열을 단지 변경함으로서 아주 넓은 범위에서 쉽게 조정될 수 있다.
본 발명의 이와같은 방식에 따라, 비교적 높은 색 연출(80≤Ra ≤90)을 갖는 광시스템이 얻어지게 된다.
도 2는 본 발명에 따른 광 시스템의 한 실시예인 전송 스펙트럼을 보인 것이다. 전송 T(중재 유닛)는 색 온도 Tc = 4000K에서 청색 및 적색 LED들 및 발광 물질 로서 Ba2SiO4:Eu2+의 조합을 위한 가시광선의 파장 길이 λ(nm)의 함수로서 정해진다(도 2의 스펙트럼은 표 2 의 행에 있는 데이터에 대응함). 도 2에서, 청색 LED의 최대 스펙트럼은 (a)로 표시되었으며 파장길이 470nm에 대응한다. 적색 LED의 최대 스펙트럼은 (b)로 표시되었으며 파장길이 620nm에 대응한다. 또한, 도 2에서, 발광 물질에 의해 발광되는 광의 최대 스펙트럼은 (c)로 표시되었으며 파장길이 550nm에 대응한다.
본 발명의 제 1 양상에 따른 색 연출 인덱스(Ra)의 추가적인 개선이 적색 및 청색 LED를 주광원으로서 이용함과 아울러 예컨대 서로 다른 LED들의 조합을 이용함으로써 이루어진다. 본 발명에 따른 특히 적합한 광 시스템은
- 청색 GaN LED (Nichia사 제품) : 최대 방출 : 20nm, FWHM = 20nm;
- 청-녹색 GaN LED (Nichia사 제품) : 최대 방출 : 520nm, FWHM = 40nm;
- 노랑 GaP LED( Hewellt Packard사 제품) : 최대 방출 : 590nm, FWHM = 20nm;
- 적색 GaP LED (Hewellt Packard사 제품) : 최대 방출 : 620nm, FWHM = 20nm; 및
- Ba2SiO4:Eu2+의 층을 포함하는 변환 수단으로 구성된다.
본 발명의 제 1 양상에 따른 4개의 발광 다이오드와 변화수단의 조합을 갖는 광 시스템은 색 연출 인덱스를 갖는데, 이 인덱스는 표 2 에 나타난 다양한 색 온도와 비교하여, 두 개의 다이오드의 조합(Ra≥90)의 경우에서보다 적어도 10 포인트 크다. 그러한 광 시스템은 20lm/W의 발광 효율(색 온도 2800K, 색 연출 인덱스 100)을 가지며, 500W 백열 램프는 대략 19lm/W의 색 효율(색 온도 3000K, 색 연출 인덱스 100)을 가지며, 36W 형광 램프는 약 90lm/W의 발광 효율(색 온도 4000K, 색 연출 인덱스 85)을 갖는다. 광 시스템의 색 연출의 추가적인 개선이 620 내지 670nm의 파장길이 범위에서 최대 스펙트럼 방출을 갖는 진한 적색 LED를 이용함으로써 달성된다.
도 3a는 본 발명의 제 1 양상에 따른 광 시스템의 다른 실시예를 보인 것이다. 도 3b는 도 3a에 보인 실시에의 측단면도이다. 광 시스템(101)은 하우징(102)과 스크린(103)을 포함한다. 본 예는 광이 방향(111)으로 광 시스템(101)을 떠나는 개구 각도 α를 포함하는데, 이 각도는 조정 나사(113)를 통해 변화될 수 있다. 이 목적을 위해, 스트린에 확장되거나 또는 그루브 형상의 개구(115, 115')를 갖는 조정판 (114, 114')이 제공된다. 도 3a에 보인 예에서, 개구 각도 α는 40。와 같다. 광 시스템(101)은 다수의 LED(106, 106'...; 107,107'...; 108, 108',...)가 제공되는 홀더(105)를 포함한다. LED (106, 106',...107,107'...)는 청색 LED(106, 106')...(스펙트럼 방출 430 ≤λ≤490nm) 및 적색 LED (107, 107'),...스펙트럼 방출 (590 ≤λ≤630nm)의 교대하는 집합을 포함하며, 상기 LED (106, 106',...; 107, 107'...)는 자신들이 방출하는 광이 스크린(103)쪽으로 향하게 하는 방식으로 배열된다(도 3a에서 그 광의 방향은 점선의 수직광선으로 개략적으로 표시했다). 이 예에서, 스크린(103)의 부분(103')은 알루미늄 반사기를 포함하는데, 이 반사기는 반사 수단, 예컨대 BaSO4와 같은 그러한 백색 피그먼트의 층으로 덮거나 그러지 않을 수도 있다. 상기 스크린(103)에는 추가로 LED(106, 106',...;107,107',...)와 접하는 측부상에 반사 수단(109)(BaSO4)과 변환 수단(110)의 혼합체가 제공되는바, 변환 수단은 청색 광(400-800nm)을 녹색 광(530-565nm)으로 변환하는 특성을 갖는 발광 물질을 포함한다. 적합한 발광 물질들의 리스트가 표 1에 나타나있다. LED(106,106',...;107,107',...)에 의해 방출된 다음 반사되는 광선의 경로를 도 3a에서 점선으로 개략적으로 도시하였다. 도 3a 및 3b에 보인 예는 또한 광 시스템(101)에 의해 방출되는 광의 방향(111)에서 큰 확산 방출을 나타내는 다수의 추가적인 청색 LED(108, 108')을 포함한다.
도 4는 조정가능한 색 온도를 갖는 본 발명에 따른 광 시스템에 이용되는 회로 선도를 보인 것이다. 전압이 전원 (202)으로부터 다이오드 브리지를 통해 청색 LED (406, 406'...) 및 적색 LED(407, 407'...)의 배열부에 공급된다. 선택기 스위치(203)를 통해, 추가의 청색 LED(416, 416'...) 및/또는 적색 LED(417, 417,...)의 그룹이 필요에 따라 스위치 온 또는 오프 될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 2 양상에 따른 광 시스템의 실시예의 단면도이다. 광 시스템(201)은 하우징(202, 202')을 포함하는데, 이 하우징은 다수의 LED(206;207)가 제공된 홀더를 수용한다. LED(206;207)는 청색 LED(206...) (스펙트럼 방출 430≤λ≤490nm) 및 녹색 LED (207...) (스펙트럼 방출 (510 ≤λ≤550nm)의 교대하는 집합을 포함하며, 상기 LED (206, 207)는 자신들이 방출하는 광이 하우징(202')의 광학적으로 투명한 부분쪽으로 향하게 하는 방식으로 배열된다. 본 예에서, 홀더(205')의 부분은 예컨대 은(sliver)층으로 된 반사 수단(209)으로 덮혀지는 동(chopper) 반사기를 포함한다. 본 예에서, LED들은 변환 수단(210)을 포함하는데, 이 변환 수단은 녹색 광(530-565nm)을 적색 광(610-630nm)으로 변환하는 특성을 갖는 발광 물질을 포함한다. 청색광을 적색광으로 변환하는 적합한 형광체는 CaS:Eu,Mn;CaS:Eu;Srs:Eu;(Zn,Cd)S:Ag;SrO:Eu(625nm에서 최대방출); Sr3B2O6;Eu (590nm에서 최대 방출); 및 Sr2Mg(BO3)2(605nm에서최대 방출). 녹색광을 적색광으로 변환하는 적합한 형광체는 CaS:Eu, Mn 또는 CaS:Eu(≤550nm) 또는 SrS:Eu(≤540nm)이다.
본 발명의 제 2 양상에 따른 매우 적합한 광 시스템은
- 청색 GaN LED (Nichia사 제품) : 최대 방출 : 470nm, FWHM = 20nm;
- 녹색 GaN LED (Nichia사 제품) : 최대 방출 : 530nm, FWHM = 20nm;
- (요구되는 색 온도에 따른) 두 개 또는 세 개의 녹색 LED가 각 청색 LED에 대해 사용; 및
- Cas:Eu, Mn으로된 층을 포함하는 변환수단으로 구성된다.
본 발명에 따른 광시스템은 비교적 높은 휘도 효율 (≥20lm/W) 및 긴 수명(≥75,000시간)의 결합으로 높은색의 연출(Ra≥80)을 얻을 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 보호 범위는 본 출원서에 주어진 실시예들에만 국한되지 않는다. 본 발명은 각각 신규한 특성 및 각 특성들의 결합으로 구현되었다. 청구항에서의 참조번호들은 청구항들의 보호범위를 제한하지 않는다. "포함한다"라는 용어의 사용은 청구항들에 기재된 구성요소들이외의 다른 요소들의 존재를 배제하지 않는다. 구성 요소 앞의 관사의 사용은 복수의 그러한 구성요소들의 존재를 배제하지 않는다.

Claims (16)

  1. 동작시 소정의 파장 범위로 가시광선을 방출하는 적어도 두 개의 발광 다이오드들(6, 6',...7, 7',...;106, 106',...107, 107',...;206, 207)를 포함하는 광 시스템(1; 101)에 있어서,
    상기 광 시스템(1; 101; 201)이 상기 발광 다이오드들 (6, 6',...;106, 106',...;206, 207)들중 하나에 의해 방출되는 가시 광선의 일부분을 상기 광 시스템의 색 연출이 최적화 되도록 추가의 파장 범위의 가시광선으로 변환하는 변환 수단(10; 110; 210)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 변환 수단(10; 110; 210)이 발광 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 발광 물질은 400 내지 500nm의 파장 범위로 방출되는 광에 의해 여기되는 것을 특징으로 하는 광 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 발광 물질은 (Sr,Ca)2SiO4:Eu2+, Ba2SiO4:Eu2+, SrGa2S4, ZnS:Cu+, ZnS:Au+, ZnS:Al3+, (Zn,Cd)S:Ag+,CaS:Ce3+으로 형성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 광 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 두 개의 발광 다이오드(6, 6',...7, 7',...;106, 106',...107, 107',...;206, 207)는 적어도 청색 발광 다이오드(6, 6'...; 106, 106',...) 및 적어도 적색 발광 다이오드(7, 7',...;107, 107',...)를 포함하며 상기 변환 수단(10; 110)은 청색 발광 다이오드(6, 6',...; 106, 106',...)에 의해 방출되는 광의 일부분을 녹색 광으로 변환하는 발광 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 청색 발광 다이오드(6, 6'...; 106, 106',...)의 스펙트럼 방출의 최대치가 460 내지 490nm의 파장 범위에 놓이고, 상기 적색 발광 다이오드(7, 7',...;107, 107',...)의 스펙트럼 방출의 최대치가 610 내지 630nm의 파장 범위에 놓이며, 상기 녹색 발광 발광 물질의 스펙트럼 방출의 최대치는 510 내지 530nm의 파장 범위에 놓이는 것을 특징으로 하는 광 시스템.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 발광 물질은 500 내지 560nm의 파장 범위로 방출되는 광에 의해 여기되는 것을 특징으로 하는 광 시스템.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 발광 물질은 CaS:Eu,Mn; CaS:Eu; Srs:Eu;(Zn,Cd)S:Ag; SrO:Eu; Sr3B2O6:Eu; Sr2Mg(BO3)2; Cas:Eu, Mn; CaS:Eu 또는 Srs:Eu 으로 형성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 광 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 두 개의 발광 다이오드(206, 207)는 적어도 청색 발광 다이오드(206) 및 적어도 녹색 발광 다이오드를 포함하며, 상기 변환 수단(210)은 상기 청색 및/또는 녹색 발광 다이오드(206, 207)에 의해 방출되는 광의 일부분을 적색 광으로 변환하는 발광 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 청색 발광 다이오드(206)의 스펙트럼 방출의 최대치가 460 내지 490nm의 파장 범위에 놓이고, 상기 녹색 발광 다이오드(207)의 스펙트럼 방출의 최대치가 510 내지 550nm의 파장 범위에 놓이며, 상기 적색 발광 발광 물질의 스펙트럼 방출의 최대치는 610 내지 630nm의 파장 범위에 놓이는 것을 특징으로 하는 광 시스템.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광 시스템(1; 101; 102)색 연출 인덱스는 적어도 80과 같거나 그보다 큰 것을 특징으로 하는 광 시스템.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드((6, 6',...7, 7',...;106, 106',...107, 107',...;206, 207)의 발광 플럭스는 적어도 5lm인 것을 특징으로 하는 광 시스템.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광 시스템(1;101;201)에 반사 수단(9; 109; 209)이 제공되는 것을 특징으로 하는 광 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 반사 수단(9; 109; 209)은 BaSO4, ZnS, ZnO 및 TiO2로 형성되는 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 시스템.
  15. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 변환 수단(10; 110; 210)이 반사수단(9; 109; 209)내에 또는 그 위에 제공되는 것을 특징으로 하는 광 시스템.
  16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광 시스템(1; 101; 102)의 색 온도가 상기 발광 다이오드(6, 6',...,7, 7'...;8, 8',...;106, 106',...,107, 107',...; 108, 108',...; 206, 207)를 개별적으로 구동함으로써 조정될 수 있는 것을 특징으로 하는 광 시스템.
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EP98203247 1998-09-28
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EP99200723 1999-03-10
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