KR100721127B1 - 이색성 칼라 필터를 이용한 평면 광원장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이색성 칼라 필터를 이용한 평면 광원장치에 관한 것으로서, 하단에 위치되는 광원과, 상단에 위치되는 광여기 확산시트와, 상기 광원과 광여기 확산시트의 사이에 배치되어 상기 광여기 확산시트에 의해 후방으로 반사되는 빛을 다시 전방으로 반사시켜 반사로 인해 소실되는 빛을 최소화하여 높은 휘도를 얻는 이색성 칼라 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따라 이색성 칼라필터를 이용하면 광 증폭은 물론 광원의 색순도 또한 향상시키는 기능을 수행하여, 형광체의 사용량을 감소시켜 제품의 단가를 줄이는 역할을 하고 청색광원 뿐만 아니라 적색 및 녹색광원에 대해서도 색순도 및 광 증폭을 기대할 수 있는 장점이 있다.

평면 광원, 이색성 칼라 필터, 광 여기 확산시트

Description

이색성 칼라 필터를 이용한 평면 광원장치 {Light source using dichroic color filter}

도 1a은 종래의 평면 광원장치를 나타낸 도면

도 1b는 본 발명에 따른 이색성 칼라필터를 이용한 평면 광원장치를 나타낸 도면

도 2는 본 발명에 의한 이색 칼라필터를 나타낸 도면

도 3은 본 발명의 의한 시뮬레이션에 의해 얻어진 스펙트럼

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 광원 20: 광여기 확산 시트

100: 이색성 칼라필터 101: 굴절율이 높은 물질

102: 굴절율이 낮은 물질

본 발명은 이색성 칼라 필터를 이용한 평면 광원장치에 관한 것으로서, 특히, 이색성 칼라 필터를 광원과 광 여기 확산시트의 사이에 배치시킴으로서 광 여기 확산시트로 인해 뒤로 반사되는 빛을 다시 앞으로 반사시켜 반사로 인해 손실 되는 빛을 최소화하여 높은 휘도를 얻을 수 있도록 한 이색성 칼라 필터를 이용한 평면 광원장치에 관한 것이다.

일반적으로, 광원으로서 무기LED, 유기LED, CCFL, EEFL, CNT 등이 이용되는데 예를 들면, 무기 발광 다이오드의 경우는 백색 빛을 내는 형광체가 코팅된 갈륨나이트라이드(GaN) 청색 LED를 많이 사용하지만, 통상적으로 면광원과 점광원 모든 부분에서 사용가능하다.

유기 발광 소자(OLED)의 경우는 미국특허 제 5,294,870 호에 청색 유기 발광 소자와 녹색, 노란색 및 적색 형광 물질로 구성된 두 개의 서브픽셀(subpixel)로 구성된 광원이 제안되었다. 상기 유기 발광 소자는 청색 유기 발광 소자에서 발광하는 청색이 투과되는 서브픽셀과 상기 청색 유기 발광 소자의 청색 발광을 이용하여 색 변환을 일으키는 녹색, 노란색 및 적색 형광 물질로 구성된 두 개의 서브픽셀을 이용하여 청색, 녹색, 적색을 발광하는 것이다.

또 다른 예로는 각각 청색, 녹색, 적색을 발광하는 세 개의 발광층으로 구성되고, 세 개의 발광층을 이용하여 백색 발광을 내는 유기 발광 소자(OLED)가 제안되기도 했다. (Junji Kido et al., "Multilayer White Light-Emitting Organic Electroluminescent Device", 267 Science 1332-1334, 1995 참조) 그러나, 상기 제안된 유기 발광 소자는 세 개의 발광층이 시간 변화에 따라 각각 다르게 퇴화되어 시간에 따라 색이 변화되는 문제점을 가지고 있으며, 발광하는 빛이 균일하지 못한 문제점도 가지고 있다.

상기 유기 발광 소자의 문제점들을 해결하기 위한 광원이 제안되기도 했다. 미국특허 제 6,700,322 호에 따르면, 균일한 빛을 낼 수 있고, 시간에 따라 색의 변화가 없게 하기 위하여 제 1 파장을 가진 유기 발광 소자와 상기 유기 발광 소자에서 발광된 빛의 일부분을 흡수하여 제 2 파장을 발광하는 무기형광 여기 발광층으로 구성된 광원을 제안하였다. 상기 광 여기 발광층은 확산 물질 및 무기 형광체로 구성되어 있으며, 상기 제 1 파장을 가진 유기 발광 소자의 발광된 빛의 일부분을 흡수하여 제 2 파장의 빛을 발광하고, 상기 유기 발광 소자의 발광된 빛의 나머지 부분을 투과시키는 역할을 한다. 다시 말하면, 상기 제 1 파장을 가진 유기 발광 소자의 발광된 빛이 광 여기 발광층에서 발광된 빛과 혼합되어 새로운 파장의 빛을 발광하는 것이다.

상기 기존 특허에서 제안된 광원은 광 여기 발광층 내의 형광체를 여기시키는 여기원으로 청색 유기 발광 소자를 사용하였다. 다시 말하면, 상기 특허에서 사용된 무기 형광체의 흡수영역은 400 ~ 500 nm로, 무기 형광체를 여기시키기 위하여 400 ~ 500 nm의 발광영역을 가진 청색 유기 발광 소자를 필요로 하는 것이다. 그러나, 하늘색(sky blue) 계의 청색 유기 발광 소자는 소자 자체의 효율이 좋은 장점을 가지고 있지만, 파장의 상대적으로 낮은 에너지로 인하여 무기 형광체를 여기시키는 광 여기율 및 안정성이 떨어지는 단점을 가지고 있다.

광 여기율 및 안정성을 높이기 위해서는 상대적으로 높은 파장 에너지를 가진 심청색 유기 발광 소자가 필요하나, 청색 발광 물질은 큰 에너지 밴드갭(band gap)을 가지고 있기 때문에, 물질의 합성이 쉽지가 않고, 유기 발광 물질의 특성상 발광 스펙트럼의 폭(band width)이 넓기 때문에 심청색을 내기가 어려운 문제점이 있다. 또한 심청색으로 갈수록 유기 발광 소자의 효율이 떨어지는 문제점도 가지고 있다. 또한 상기 광 여기 발광층에 의해 일부 반사되어 효율을 떨어트리는 요인이 된다.

따라서, 상기 서술한 문제점을 해결하기 위해 높은 발광 효율 및 안정성을 가지면서 고 여기에 필수적인 심청색을 낼 수 있는 유기 발광 소자의 개발이나 광 여기 발광층에 의해 반사되는 빛을 줄이는 것이 요구되었다.

즉, 종래의 경우처럼 도 1a와 같은 광원구조에서는 광원으로부터 발광되어 광여기 발광층에 의해 반사되는 빛의 손실을 줄일 수가 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 제시된 것으로서, 광원과 광 여기 확산시트 중간에서 굴절률의 차이에 의해 발생되는 반사로 인한 광량의 손실을 최소화 시키면서 후방으로 반사된 빛을 다시 전방으로 반사시켜 광 효율 및 색순도를 증가시킬 수 있도록 한 이색성 칼라 필터를 이용한 평면 광원장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서, 본 발명은 하단에 위치되는 광원과, 상단에 위치되는 광여기 확산시트와, 상기 광원과 광여기 확산시트의 중간에 배치되어 상기 광여기 확산시트에 의해 후방으로 반사되는 빛을 다시 전방으로 반사시켜 반사로 인해 소실되는 빛을 최소화하여 높은 휘도를 얻는 단파장 투과필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이색성 칼라 필터는, 굴절율이 큰 물질과 작은 물질이 교대로 적층되는 다층구조로 형성되며 TiO₂ /SiO₂가 7층 가량 적층되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이색성 칼라 필터는, LED, OLED, CCFL, EEFL, CNT 등의 단색 광원에서 발광된 빛은 모두 통과시키고 다른 파장대의 빛은 반사시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광원은 청색광원, 적색광원 또는 녹색광원 중 어느 하나로 구비되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 이색성 칼라필터와 광 여기 확산시트를 사용한 광원장치에 대한 바람직한 실시예를 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시될 뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

먼저, 도 2는 본 발명에 의한 이색성 칼라 필터의 구조를 간단히 나타낸 것이다.

상기 이색성 칼라 필터(100)는 투과율이 좋으면서 굴절률이 낮은 층(102)으로 된 SiO2(이산화 규소) 박막과 그 위에 굴절률이 높은 층(101)으로 된 TiO2(이산화 티타늄) 박막이 교대로 적층되는 구조로서, 이러한 박막들이 스퍼터에 의해 연속적으로 적층되며, 이 과정을 반복적으로 실행하면서 다층 박막을 형성하게 된다.

예컨데 TiO₂ /SiO₂가 7층 가량 적층되는 것이 바람직하다.

이러한 다층의 구성은 투과, 반사, 및 흡수율의 조절에 따라 박막의 구조, 두께 및 재료를 달리하여 선정된다.

상기 이색성 칼라 필터(100)는 굴절률이나 반사율을 변화시킬 수 있는 물질중 적어도 하나가 포함되게 구성되며, 상기 이색성 칼라 필터(100)는 상기 광 여기 확산시트(20)에서 발광된 빛의 모두를 반사시키며, 광 여기 확산시트(20)로 전달한다.

즉, 광 여기 확산시트(20)에 의해 반사되는 일부 빛을 다시 광 여기 확산 시트(20)측으로 반사시켜 반사되는 발광된 빛의 손실을 최소화하게 된다.

참고적으로, 도 3은 이색성 칼라 필터를 적용하여 얻은 스펙트럼을 나타낸 것으로서, 본 스펙트럼에 따르면 이색성 칼라필터에 의해 백색광에 대해서 520nm이하의 빛과 620nm이상의 빛을 걸러주는 역할을 한다.

한편, 도 1b와 같이 상기와 같은 이색성 칼라필터를 광원(10)과 광여기 확산시트 (20) 사이에 배치하여 적용한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

이색성 칼라 필터(100)는 일종의 단파장 투과 필터로서, 특정 파장의 빛은 통과시키고 그 이외의 파장은 반사시키는 역할을 한다. 이러한 이색성 칼라필터(100)를 광원(10)과 광여기 확산 시트(20)의 사이에 배치시킴으로써 광여기 확산 시트(20)로 인해 후방으로 반사되는 빛을 다시 전방으로 반사시켜 반사로 인해 손실되는 빛을 최소화할 수 있게 된다.

즉, 상기 이색성 칼라 필터(100)는, LED, OLED, CCFL, EEFL, CNT 드의 단색 광원에서 발광된 빛은 모두 통과시키고 다른 파장대의 빛을 반사시키게 된다.

그리고, 상기 광원(10)은 청색광원, 적색광원 또는 녹색광원 중 어느 하나로 구비할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

위와 같이, 본 발명은 이색성 칼라필터(100)를 광원(10)과 광 여기 확산시트(20)의 사이에 배치시킴으로서, 상기 광 여기 확산시트(20)로 인해 후방으로 반사되는 빛을 다시 전방으로 반사시켜 반사로 인해 손실되는 빛을 최소화하여 높은 휘도를 얻을 수 있다.

또한, 상기 이색성 칼라 필터(100)를 이용하면 광 증폭은 물론 광원의 색순도 또한 향상시키는 기능을 수행하여, 형광체의 사용량을 감소시킴으로서 제품의 단가를 줄이는 역할도 한다.

또한, 상기 이색성 칼라 필터(100)는 청색광원 뿐만 아니라 적색 및 녹색광원에 대해서도 색순도 및 광 증폭을 기대할 수 있다.

Claims (4)

1. 하단에 위치되는 광원과,

   상단에 위치되는 광 여기 확산시트와,

   상기 광원과 광여기 확산시트의 사이에 배치되어 상기 광여기 확산시트에 의해 후방으로 반사되는 빛을 다시 전방으로 반사시켜 반사로 인해 소실되는 빛을 최소화하는 이색성 칼라 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 이색성 칼라 필터를 이용한 평면 광원장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 이색성 칼라 필터는, 굴절율이 큰 물질과 작은 물질이 교대로 적층되는 다층구조로 형성되며 TiO₂ /SiO₂가 다층으로 적층되는 것을 특징으로 하는 이색성 칼라 필터를 이용한 평면 광원장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 이색성 칼라 필터는, LED, OLED, CCFL, EEFL, CNT 드의 단색 광원에서 발광된 빛은 모두 통과시키고 다른 파장대의 빛을 반사시키는 것을 특징으로 하는 이색성 칼라 필터를 이용한 평면 광원장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 광원은 청색광원, 적색광원 또는 녹색광원 중 어느 하나로 구비되는 것을 특징으로 하는 이색성 칼라 필터를 이용한 평면 광원장치.

Images