KR101166625B1 - 고체 조명 장치 - Google Patents

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KR101166625B1
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제라드 하버스
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시카토, 인코포레이티드.
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Abstract

고체 조명 장치는 베이스(110) 상에 설치되고, 챔버(130)를 한정하는 예를 들어, 원, 타원, 삼각형, 사각형 또는 다른 적절한 구성의 측벽(120)에 의해 둘러싸인 반도체 발광 이미터(106)를 포함한다. 반사율을 가지는 탑 구성요소(122)는 측벽에 결합되어 추가로 챔버를 한정한다. 반도체 발광 이미터(106)로부터 생성된 광은 챔버의 측벽(120)을 통해 발광된다. 측벽 및/또는 탑 구성요소는 예를 들면 표면 상의 복수의 점들과 같은 파장 변환 물질을 포함할 수 있다. 조정 가능 파장 변환 구성요소(452)는 챔버 안에서 사용되고, 조정가능 파장 변환 구성요소(902)는 챔버의 광학 특성을 변경하도록 챔버 안에서 반도체 발광 이미터에 의해 발광된 빛에 노출되는 표면 영역을 조정하도록 구성된다.

Description

고체 조명 장치{SOLID STATE ILLUMINATION DEVICE}
본 발명은 일반 조명 분야에 관한 것으로, 특히 예를 들어 LED 또는 반도체 레이저와 같은 광원을 사용하는 조명 장치에 관한 것이다.
고체 광원은 작동 온도, 컬러 렌더링 성능, 컬러 농도, 및 효율에서의 제한 때문에 일반적인 조명을 위해 자주 사용되지 않았다. 예를 들어, 10W - 40W 범위의 입력 전력을 가진 고체 광원은 높은 작동 온도를 가지고 따라서 비교적 넓은 히트 스프레더와 냉각 구조체의 사용을 필요로 한다. 또한, LED는 제한된 스펙트럼 대역폭을 가지므로, 컬러 렌더링 성능은 발견된 효율적인 인광 물질의 제한된 수 때문에 제한된다. 또한, LED에 근접하여 인광 물질의 사용은 온도와 화학적 불화합성 때문에 인광물질의 선택을 제한한다. 컬러 농도 또한 파장 변환 물질 적용 프로세스에서 허용차 생성 및 파장 변환 물질 그 자체의 변화 때문에 문제가 있다. 마지막으로, 종래의 가스 방전 램프와 비교하여, 종래의 고체 광원의 냉각 효율이 낮고, 그러므로 큰 냉각 구조체가 요구된다.
예를 들어 LED 및 레이저와 같은 고체 광원의 소스는 예를 들어 백열 전구 내의 필라멘트, 가스 방전 베이스 형광등 내의 캐소드, 또는 고휘도 방전 램프 내의 플라즈마와 같이 다른 타입의 광에서 소스의 온도에 비해 낮은 온도(60℃-200℃ 범위에서)에서 작동한다. 이들 종래의 광원의 높은 온도는 넓은 영역에 걸쳐 둘러싸고 퍼져나가도록 방사하는 램프에 의해 생성되는 대부분의 열을 야기한다. 둘러싸는 열방사의 감소를 가져오는 LED의 더 낮은 동작 온도는 LED가 더 높은 커패시티 냉각 구조체를 필요로 하기 때문에 종래의 광원과 같은 동일한 입력 파워에서 존재하는 발광 고정체에서 LED 램프를 사용하는 것을 어렵게 한다. 다행히, 대부분의 케이스에서, LED 시스템의 입력 전력은 LED 기술 상태가 백열 램프보다 효율적으로 되었고(생성된 광 출력 대 전력에서), 곧 종래 램프 기반 가스 방전보다 효율적으로 될 것이듯이 종래의 광원을 위해 사용된 것보다 더 낮춰질 수 있지만, 냉각 효율이 고체 광원 채용에 한 요인으로 남아있다.
고체 광원 애플리케이션에서의 도전을 극복하기 위해 필요한 엔지니어링과 제작 투자가 종래의 광원 솔루션과 비교하여 고체 상태 조명 설치 비용을 높게 한다. 결과적으로, 효율적이고 환경적으로 안전한 고체 조명 기술의 도입이 지체되고 있다. 따라서, 요구되는 것은 전술된 여러 단점에 대한 해결책을 포함하고 기존 인프라스트럭처에서 사용 및 설치될 수 있는 조명장치이다.
본 발명에 따른 고체 조명 장치는 하나 이상의 측벽에 둘러싸이고 베이스 상에 설치되는 반도체 발광 이미터를 포함한다. 베이스는 반도체 발광 이미터에 열적으로 결합되는 히트 스프레더와 함께 반도체 발광 이미터를 위한 전기적 연결을 포함한다. 챔버가 베이스, 탑, 및 하나 이상의 측벽에 의해 한정되도록 반사 탑이 하나 이상의 측벽에 결합된다. 챔버로부터 발광된 빛의 70% 이상이 챔버의 측벽으로부터 발광된다.
다른 실시예에서, 고체 조명 장치는 하나 이상의 측벽에 의해 둘러싸이고 베이스 상에 설치된 반도체 발광 이미터를 포함한다. 탑은 챔버가 탑, 베이스, 및 하나 이상의 측벽에 의해 한정되도록 하나 이상의 측벽에 결합된다. 조정 가능 파장 변환 구성요소가 챔버에 결합되고, 컬러 또는 광출력의 세기와 같은 챔버의 광학 특성을 변경하도록 챔버 내의 반도체 발광 이미터에 의해 발광되는 광에 노출되는 표면 영역을 조정하도록 구성된다. 일 실시예에서, 탑, 베이스 중 하나는 개구를 포함하고, 조정 가능 파장 변환 구성 요소가 개구를 통해 조정 가능하게 챔버 안으로 확장된다. 일 실시예에서, 로드는 예를 들어 길이 또는 지름을 확장 또는 축소하도록 확장 및 축소하는 확장 가능부를 포함한다.
다른 실시예에서, 본 발명에 따른 고체 조명 장치는 베이스 상에 설치되고 하나 이상의 측벽에 의해 둘러싸인 반도체 발광 이미터를 포함한다. 베이스는 열적으로 반도체 발광 이미터에 결합되는 히트 스프레더와 함께 반도체 발광 이미터를 위한 전기 연결을 포함한다. 베이스 및 하나 이상의 측벽은 높이 대 지름 비가 2 또는 그 이상인 챔버를 한정한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따라 반도체 발광 이미터를 구비한 고체 조명 장치를 나타낸 도면,
도 2A 및 2B는 여러 상태의 어셈블리에서 고체 조명 장치를 나타낸 측면도,
도 3A,3B,3C는 장치의 탑 구성요소 상의 파장 변환 물질을 나타낸 도면,
도 4 는 본 발명의 다른 실시예에 따라 반도체 광 이미터를 구비한 고체 조명 장치를 나타낸 도면,
도 5 는 고체 조명 장치의 개략도,
도 6A, 6B는 고체 조명 장치의 성능의 시뮬레이션과 높이/지름 비의 효율의 함수의 결과를 나타낸 도면,
도 7A, 7B는 고체 조명 장치의 추가 실 시예를 나타낸 도면,
도 8A, 8B는 본 발명의 다른 실시예에 따라 이격 탑 구성요소 없는 고체 조명 장치의 단면도,
도 9A, 9B는 장치의 측벽에 대한 다른 형상을 나타낸 도면,
도 10A, 10B는 어셈블리의 여러 상태에서 고체 조명 장치의 다른 실시예의 측면도,
도 11A, 11B, 11C는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고체 조명 장치를 구비한 조정 가능 파장 변환 구성요소의 동작 및 조정 가능 파장 변환 구성 요소를 나타낸 도면,
도 12A, 12B는 수동으로 조정 가능한 조정 가능 파장 변환 구성요소의 실시예를 나타낸 도면,
도 13A, 13B는 액추에이터로 조정 가능한 조정 가능 파장 변환 구성요소의 실시예를 나타낸 도면,
도 14A, 14B, 14C, 14D, 14E는 조정 가능 파장 변환 구성요소의 다른 실시예를 나타낸 도면,
도 15A, 15B, 15C, 15D는 조정 가능 파장 변환 구성요소의 다른 실시예를 나타낸 도면,
도 16A, 16B는 탑 구성요소가 조정 가능 파장 변환 구성요소 내의 다른 실시예를 나타낸 도면,
도 17A는 반사 램프를 형성하는 반사 구성요소와 사용되는 고체 조명 장치의 실시예를 나타낸 도면,
도 17B는 도 17A에 도시된 반사 램프로부터 결과 세기 프로파일을 나타낸 도면,
도 18A, 18B는 조정 가능 파장 변환 구성요소와 반사 램프를 형성하는 반사 구성요소와 사용되는 고체 조명 장치의 추가 실시예를 나타낸 도면,
도 19A, 19B, 19C는 백라이트와 같은 고체 조명 장치의 사용을 도시하는 도면,
도 20A는 고체 조명 장치의 애플리케이션을 도시하는 도면,
도 20B는 도 19B에 도시된 바와 같은 조명 장치와 조정 가능 변환 구성요소의 사용을 도시한 도면,
도 21 (A) 및 (B)는 고체 조명 장치와 사용되는 캔들 타입 램프 전구를 도시한 도면,
도 22A, 22B, 22C, 22D, 22E는 고체 조명 장치와 사용될 수 있고 그러한 장치에 전구를 설치한 상이한 전구 형상을 도시한 도면, 및
도 23은 고체 조명 장치와 사용되는 전구의 스크류 부착의 상세도이다.
도 1 은 LED와 같은 하나 이상의 반도체 발광 이미터(102)가 사용되는 고체 조명 장치의 측면도이다. 반도체 발광 이미터(102)는 여기서 발광 다이오드(102) 또는 LED(102)로 호환 가능하게 일컬어진다. 일 실시예에서, LED(102)는 렌즈(104)를 포함하고, 예를 들어 Luxeon Rebel 또는 Luxeon K2와 같은 Philips Lumileds Lighting LLC에 의해 생산될 수도 있다. 다른 상업적으로 실시 가능한 반도체 발광 이미터는 필요한 경우 예를 들어 Nichia (일본), Cree (미국), Osram (독일), 및 Toyoda Gosei (일본)에 의해 생성되는 것들과 같이 사용될 수 있다. 상이한 제조사에 의해 생산된 반도체 발광 이미터는 상이한 형태, 사이즈, 및 첨부 방법으로 나오고, 모두 도 1에 도시된 조명 장치(100)에 맞춰서 만들어질 수 있다.
또한, 반도체 발광 이미터(102)가 렌즈(104)와 함께 도시되지만, 렌즈 없는 반도체 발광 이미터도 예를 들어 Philips Lumileds Lighting LLC에 의해 생산되는 Luxeon Flash LED, Osram에 의해 생산되는 Ostar LED 장치와 같이 사용될 수 있다. Ostar 장치는 패키지에서 복수의 다이가 사용되는 경우 LED의 실시예이다. LED(102)는 필수적인 것은 아닌 일반적으로, LED 다이 또는 LED 칩(106)이라 불리는 발광 구성요소와 서브 마운트(108)라 불리는 칩 캐리어로 구성된다. 필요한 경우, 복수의 반도체 발광 이미터가 사용될 수도 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, LED(102)는 본 실시예에서 인쇄 회로 기판(114)으로 구성된 베이스(110), 및 히트 스프레더(112) 상에 설치된다. 일 실시예에서, CIRE, Bree Industries에 의해 제조된 것과 같은 금속 코어 인쇄 회로 기판(MC-PCB)이 사용될 수 있다. 일부 LED(예를 들어 Luxeon K2)로, 히트 스프레더(112) 상에 LED(102)를 직접 설치하는 것(접착, 납땜, 열 페이스트 또는 테이프 이용)이 가능하고, 리드를 표준 PCB 상의 연결 패드에 연결하는 것 또는 직접적으로 솔더 와이어를 LED 리드에 연결하는 것이 가능하다. 히트 스프레더(112)는 예를 들어 Aavid Thermalloy(미국), 또는 ThermalFlo Inc에 의해 제조될 수 있다. 일반적으로 히트 싱크는 알루미늄으로 압출 성형되고, 예를 들어 소위 방사 압출될 수 있으며, 중심 코어와 방사상으로 배치된 핀으로 구성된다. 히트 싱크(112)는 바람직하게 5W까지의 LED 파워를 위해 10K/W 이하의, 10W 까지의 전체 입력 전력을 위해 5K/W 이하의, 및 25W 까지의 전체 LED 입력 전력을 위해 2K/W 이하의 저온 저항을 가져야 한다. 히트 싱크(112)는 상이한 형상 및 크기가 될 수 있는 복수의 부품으로 구성된다. 히트 싱크(112)는 또한 발광 고정체의 하우징을 형성하거나 함께 집적될 수 있다. LED에 추가하여, 베이스(110)는 예를 들어, 열 센서(예를 들어 NTC Thermistor), 또는 광학 RGB 센서(예를 들어 Hamamatsu(일본) 제조, 부품 번호 S10170과 같은)와 같은 다른 전자 부품을 포함한다. 또한, 베이스(110)는 예를 들어, Maxim(미국)에서 제작된 MAX16803 또는 MAX 16819와 같은 LED 드라이버, 및 이들 드라이버와의 결합에 필요한 컴포넌트를 포함한다. 또한, 베이스(110)는 조명 장치(100)를 전원 또는 소켓에 전기적으로 연결하는 전기적 연결을 포함한다.
조명 장치(100)는 탑에서 봤을 때 원, 타원, 삼각형, 또는 다각형 형상을 가지고 광학적으로 투명 또는 반투명 물질, 유리, 플라스틱, 및/또는 A102로 제작된다. 측벽(120)에 대하여 A102를 사용하는 것은 그 높은 열 전도성, 및 높은 광 전달 특성 때문에 이익이 있다. A102는 플라스틱으로 혼합될 수 있지만 순수한 폼으로, 예를 들어 세라믹 폼(알루미나), 또는 크리스털 폼(사파이어)과 같이 사용될 수도 있다. 예를 들어, 측벽(120)이 원 또는 타원 형상일 때, 단일 연속 측벽이 사용될 수 있다. 삼각형, 직사각형 또는 다른 유사 비연속 형상이 사용될 때, 분리 측벽 섹션이 사용되고, 단순함을 위해, 본 개시는 측벽(120)이라 부를 것이다. 일 실시예에서, 예를 들어, "D" 형상을 가지는 구성을 형성하는 것과 같이, 측벽(120)의 일 부분은 연속이지만, 측벽의 다른 부분은 비연속이 될 수 있다. 일 실시예에서, 측벽(120)은 PC(poly carbonate), PMMA(acrylic), 또는 Zeonex(일본, Zeon Corporation 제작)와 같은 플라스틱으로 생산될 수 있고, 이들은 보다 분산된 물질을 만들도록 예를 들어 MgO2 또는 AlO2와 같은 금속 산화물과 혼합될 수 있다. 플라스틱과 금속 산화물 입자는 주입 몰딩되거나 압출될 수 있다. 측벽(120)의 두께(120t)는 예를 들어 0.1 - 3mm 범위가 될 수 있다. 측벽(120)의 지름(120d)은 LED(102)의 크기 또는 사용된 LED의 숫자에 좌우되지만 3 - 13mm 범위가 될 수 있다.
조명 장치(100)는 예를 들어 MC-PET으로 불리는 Furukawa(일본)에 의해 만들어진 물질로 얻어지는 바와 같이 확산 방식으로 반사하거나, 예를 들어 상품명 Miro를 가진 Alanod(독일)에서 제조된 물질로 얻어지는 바와 같이 거울 반사를 가지거나, 거울 반사와 확산 반사의 조합을 가지는 예를 들어 높은 반사율(바람직하게 80% 이상 반사)을 가진 광학 물질로 만들어진 탑 구성요소(122)를 포함한다. Alanod서 제조된 일부 물질들은 확산 및 거울 반사 물질의 조합을 구비하거나, 확 산 효과가 거울 위에 하얀 점을 스크린 인쇄하는 것에 의해, 및 점의 크기 및 밀도를 변화시키는 것에 의해 거울 반사 물질 상에 생길 수 있다. 점을 스크린 인쇄하는 것은 높은 효율 또는 균일성을 달성하는 데 사용될 수 있다. 탑 구성요소(122)는 효율과 균일성을 제어하도록 미세 구조체를 포함한다. 또한, 탑 구성요소(122)는 예를 들어 컬러 센서(122cs)(예를 들어 Hamamatsu(일본)에서 제조된 부품 번호 S 10170과 같은) 또는 온도 센서(122ts)(NTC 서미스터)와 같은 전자 부품도 포함할 수 있다. 이들 전자 부품은 탑 구성요소(122), 측벽(120), 및 베이스(110)에 의해 한정되는 챔버(130)의 거의 중심을 지나가는 얇은 전선(미도시)에 의해 베이스(110)에 연결되고, 바람직하게 높은 반사율을 지닌 백색 코팅으로 코팅되거나 인광물질과 같은 파장 변환 물질로 코팅될 수도 있다.
조명 장치(100)는 반사 부재(124a, 및/또는 124b)를 구비한다. 탑 구성요소(122)와 같이, 반사 부재(124a 및/또는 124b)는 높은 광학적 반사율과 낮은 흡수율을 가지고, 거울 및/또는 확산 반사 특성 중 하나를 가지고, 반사된 광의 광확산을 제어하는 미세 구조체를 포함할 수 있다. 반사 부재(124a, 124b)의 에지에 의해 LED(102)로부터의 광이 차단되는 것을 방지하도록, 반사 부재(124a,124b)는 얇고 LED(102)의 발광 영역 주위에 가깝게 피팅된다. 예를 들어, 약 65마이크로미터의 두께와 높은 반사율을 가지고 플렉시블하며, Vikuiti 강화 거울 반사체 (ESR 필름)와 같이 3M(미국)에서 제조된 물질로 제작된 반사 부재(124a,124b)는 LED 또는 LED 렌즈에 손상 없이 LED 주위에 밀착한 피팅을 달성하는데 유용한다. 얇은 확산 반사 물질의 예는 Toray(일본)에서 제조된 E69L이다.
일 실시예에서, 조명 장치(100)는 예를 들어 탑 구성요소(122)에 설치된 피드백 센서(122cs,122ts)와 함께, 적, 녹, 청 LED(102)로 백라이트로 사용될 수 있다.
도 2A, 2B는 도 1에 도시된 조명 장치(100)와 유사한, 동일한 지정된 구성요소와 같이, 고체 조명 장치(150)의 다른 실시예의 측면도이다. 도 2A는 조명장치(150)의 어셈블리를 도시하고 도 2B는 어셈블리된 형태의 조명 장치(150)를 도시한다.
본 실시예에서, 반사 부재(124)는 LED(102)가 상부에 설치되는 베이스(110)에 피팅되도록 설계되는 설치 플레이트(172)를 사용하여 측벽(170)에 부착된다. 본 실시예의 반사 부재(124)는 고확산 백색 반사 필름이고 188 마이크로미터의 두께를 가지는 Toray(일본)에서 만들어진 E60L 또는 높은 반사도를 가지고 65 마이크로미터의 두께를 가지는 3M에서 만들어진 Vikuiti ESR(Enhanced Specular Reflector) 필름과 같은 얇고, 플렉시블한 물질로 제조된다.
반사 부재(124)를 위해 얇고 플렉시블한 물질을 사용하는 것에 의해 설치 중 LED(102)의 손상이 회피된다. 또한, 매우 얇은 물질을 사용하는 것에 의해 LED(102)(지지 구조체(110)에 평행하게 발광되는)로부터의 광은 반사부재(124)의 에지에 의해 거의 차단되지 않는다.
본 실시예의 탑 구성요소는 측벽 구조체(170) 안에 피팅되고 가압 피팅, 접착, 클릭-핏, 또는 스크류식 어셈블리에 의해 피팅되는 에지(182)를 구비한다. 파장 변환 레이어(184)는 바인더에 내장된 파장 변환 물질을 구비한 균일 레이어가 될 수 있거나 도 3A,3B,3C에 도시된 바와 같은 탑 리플렉터(186) 상의 점들로 구성될 수 있다. 점들은 예를 들어 스크린 인쇄에 의해 생성될 수 있다. 파장 변환 레이어(184)는 호박색 또는 적색 광 발광 인광물질, 호박색 적색광 발광 인광물질의 조합, 황색 또는 녹색 광 발광 인광물질, 또는 그 조합과 같은 하나 또는 그 이상의 인광물질을 포함한다.
파장 변환 레이어(184)를 구비한 탑 구성요소(180)를 제조하는 한가지 방법은 이 물질의 큰 플레이트를 스크린 인쇄하는 것과 원하는 형상의 탑 구성요소를 스탬프하는 것이다. 도 3A,3B에 도시된 바와 같이, 파장 변환 레이어(184)는 파장 변환 물질의 점들(185)의 상이한 숫자(및/또는 크기)로부터 탑 리플렉터(186)(또는 탑 리플렉터(186) 상에 설치된 다른 물질) 상에 형성된다. 도 3C에 도시된 바와 같이, 상이한 파장 변환 물질이 점들 (185a,185b) 형성하는데 사용될 수 있다. 대안으로, 파장 변환 물질의 혼합은 높은 정도의 컬러 포인트 조정 가능성을 제공하고 더 연속적이고 플랫 스펙트럼을 생성하는 것에 의해 소위 컬러 렌더링 인덱스를 개선하는 각 점을 형성하는 데 사용될 수 있다. 점들은 예를 들어 스크린 인쇄 또는 잉크젯 인쇄에 의해 탑 리플렉터(186)에 적용될 수 있다. 비교적 소수의 점들이 도 3A-3C에 도시되는 반면에 실제로 다수의 점들이 탑 구성요소(180)로부터 균일 반사를 얻도록 도와주는 이들 기술로 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
측벽(170)은 설치 플레이트(172)에 부착되는 투명 내벽(132)과 내벽(172)에 설치되는 파장 변환 레이어(171)를 포함한다. 파장 변환 레이어(171)는 바인더 안에 내장되는 파장 변환 물질을 가진 균일 레이어 이거나, 내벽(172) 상의 복수의 점들로 구성될 수 있다. 필요한 경우, 파장 변환 레이어(171)는 내벽(172)의 내측 위가 될 수 있다. 측벽은 압출 성형된(착색 빨대의 생산에서와 같이)물질 내의 플라스틱 물질 안에 내장되는 인광 물질을 구비한 단일 조각이 될 수 있거나 상기 인광 물질은 투명 또는 반투명 원통형 캐리어의 내면 또는 외면에 적용될 수 있다. 인광 물질이 “캐리어 튜브“ 상에 적용되면, 인광물질은 바람직하게 인광 물질 레이어 에 손상을 피하기 위해 상기 튜브의 내면에 적용된다. 튜브의 외면은 거칠게 만들어지는 것(에칭, 또는 샌드페이퍼로 닦는 것, 또는 그라인딩에 의해)이 바람직하거나 마이크로 구조체를 가진다.
본 실시예의 중요한 측면은 상이한 컬러의 고체 발광 장치 및 상이한 파장 변환 조합, 파장 변환 레이어 두께, 파장 변환 농도, 및/또는 사이드 및 탑 구성요소(13,12)에 대한 상이한 커버리지 팩터를 가지고 상이한 탑, 사이드, 및 바닥 섹션을 결합하는 능력이다. 제 1 발광 이미터(11)의 특성과 애플리케이션의 요건이 주어지면, 적절한 측벽이 소비자의 요구에 따라 가능한 가깝게 조명 장치가 컬러 포인트, 컬러 렌더링 인덱스, 및 부분 광출력으로 생성되도록 탑 구성요소(12)와 함께 알려진 특성으로 선택된다. 상이한 바닥 섹션이 상이한 고체 조명 이미터와 사용될 수 있는데, 이는 제품의 사양을 변경할 필요 없이, 또는 장치의 타깃 사양이 주어진 상이한 이미터, 사이드 및 탑 구성요소를 주의 깊게 선택 및 결합하는 것에 의해 파장, 광출력, 및/또는 포워드 전압이 변화하는 특정 전원에 의해 제작되는 대량의 제 1 발광 장치를 사용할 필요 없이 제 1 발광 장치(11)의 사용 가능성에 따라 전원을 스위칭하도록 할 수 있다. 이것은 예를 들어 사용 가능한 부품의 데이터 베이스에 액세스하는 장치의 컴퓨터 모델을 이용하는 것에 의해 이루어진다.
도 4 는 지정된 구성요소가 동일한 것과 같이, 조명 장치(150)에 유사한 다른 실시예의 측면도를 도시한다. 조명 장치(200)는 서브마운트(206) 상에 설치되는 LED 칩(204A,204B)의 형태로 복수의 LED(202), 칩(204) 주위의 서브마운트(206)에 부착되는 반사 부재(208), 반사 부재(208)와 칩(204) 주위에 배치되고 서브마운트(206)에 부착되는 측벽 섹션(210)을 포함한다. 필요한 경우, 더 많은 또는 더 적은 LED가 사용될 수 있다. 탑 구성요소(180)는 도 2A에 도시된 것에 유사하게 구성될 수 있다. 반도체 장치(200)는 서브마운트(206)와 측벽 섹션(210)에 의해 한정되는 챔버(213) 내에 투명 광학 물질(214)을 포함한다. 투명 광학 물질(214)은 실리콘 물질이 될 수 있고, Dow Corning에서 모델명 JCR6109, JCR 6110 A/B로 제조되는 것과 같은 비교적 부드럽고 모양이 맞춰지는 실리콘 물질이 될 수 있다. 대안으로, 에폭시 또는 임의의 다른 투명 광학 물질이 실리콘 물질의 위치에 사용될 수 있다. 부드러운 실리콘 물질(214)을 사용하는 이점은 LED 칩(204)을 보호하고 LED 칩(204) 또는 칩에 납땜하는 임의의 와이어 접착에 손상을 입힐 수 있는 열적 기계적 스트레스를 회피하는 것이다. 투명 광학 물질(214)을 서브마운트(206)와 측벽(210)에 의해 형성되는 챔버(213)안에 적용한 후, 탑 구성요소(180)가 측벽(210)에 연결되고, 실리콘은 예를 들어, 열, UV 경화, 또는 다른 적절한 방법으로 경화된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 탑 구성요소(180)는 챔버(213) 내의 실리콘이 확장하는 것을 허용하는 캐비티(181)를 포함한다. 이 구성은 실리콘이 LED 칩(204)을 보호하는 이점이 있고, 이것은 개선된 굴절률 매칭 때문에 칩(204) 외부의 추출 효율을 향상시킨다. 또한, 조명 장치(200)는 컴팩트한 구성을 가질 수 있다.
도 5는 도 1의 조명 장치(100)의 측면을 개략적으로 도시한다. 도 5 는 조명 장치(100)의 광학 특성을 도시하지만 조명 장치 내의 모든 컴포넌트를 도시하지는 않는다. 도시되는 바와 같이, 제 1 광원인 LED(102)는 광선(132)으로 표시되는 바와 같은 측벽(120)의 방향과 광선(134)으로 표시되는 바와 같은 탑 구성요소(122)의 방향 모두에서 발광한다. 광선(132)은 측벽(120)을 치고 일부는 도 1에 도시된 원하는 타깃(140) 쪽으로 전달되고 일부는 측벽(120)의 광학 특성에 따라 반사된다. 측벽(120)에서 반사된 광은 탑 구성요소(122)를 치거나 측벽(120)의 다른 부분, 또는 바닥 부분(반사 부재(124a)와 LED(102)로 구성) 중 하나를 친다. 궁극적으로 장치(100)에 의해 발광된 광의 70% 이상이 측벽(120)으로부터 발광된다.
이 장치 내의 광 경로의 다른 실시예는 광선(134)에 의해 표시된다. 이 경우에, LED(102)로부터의 광은 직접적으로 탑 구성요소(122)를 친다. 탑 구성요소(122)가 높은 반사율을 가지도록 설계되었으므로 대부분의 광은 탑 구성요소(122)로부터 반사된다. 탑 구성요소(122)로부터 반사된 광은 측벽(120) 또는 반사 부재(124a) 또는 LED(102) 중 하나를 칠 것이다.
도 5에 도시된 조명 장치(100)의 구조체는 조명 애플리케이션에서의 사용에, 특히 발광 다이오드와의 사용에 많은 이점이 있다. 첫 번째로, 대부분의 광은 도 17A,18, 22E에 도시된 바와 같이 리플렉터 램프의 경우 리플렉터에 의해 용이하게 캡쳐되는, 또는 도 19,20에 도시된 실시예와 같이 백라이트 구성에서의 예와 같이 추가로 펼쳐지는 측벽을 통해 장치에 존재한다. 둘째로, 하나 이상의 제 1 광 이미터로부터의 광은 탑 구성요소(122), 측벽(120), 및 바닥 섹션(반사부재(124a)와 LED(102)로 구성)에 의해 형성되는 챔버(130) 안에서 혼합된다. 챔버(130) 안에서 광의 혼합은 LED가 제조 공차 때문에 컬러와 세기가 변화할 수 있으므로 이익이다. 또한, 상이한 LED로부터의 상이한 컬러가 패키지 안에서 사용될 수 있고, 개별 LED의 구동 전류는 장치의 출력 컬러를 변경하도록 변화될 수 있다. 셋째로, 조명 장치(100)의 세기 프로파일(각도에 대한 세기의 변화)은 백열 할로겐 전구 안의 선형 필라멘트의 방사 패턴과 유사하여, 기존의 광학 설계 및 제조 기술이 조명 장치(100)에 기초하는 구조체의 개발에 사용될 수 있다. 넷째로, 측벽 및/또는 탑 구성요소(122)가 파장 변환 물질을 포함하는 실시예에서, 조명 장치(100)의 구성은 상이한 인광물질을 구비하거나 상이한 인광 변환 팩터를 구비한 상이한 탑 및 측벽(122,120)의 사용을 허용하여 상이한 컬러 포인트가 사이드 및 탑 구성 요소를 대체하는 것에 의해 달성될 수 있다. 다섯째, 이 캐비티가 (매우) 낮은 흡수율을 가진 물질로 만들어지므로, 효율은 구성이 파장 변환 레이어가 소량의 광이 칩 안으로 되돌려지고 부분적으로 흡수되는 LED 칩의 탑 상에 피착되는 경우에 비교되면 특히 높다. 여섯째, 측벽(120) 및/또는 탑 구성요소(122)가 파장 변환 물질을 포함하는 실시예에서, LED(102)가 청색광 또는 UV 펌프 광을 생성하는 경우, 조명 장치(100)의 광 출력의 컬러 또는 백색 포인트는, 예를 들어 LED(102)의 파장과 광출력이 이미 측정되거나 알려진 후, 어셈블리 프로세스의 후반 스테이지에 부가되는 측벽(120)과 탑 구성요소(122)와 같은 컴포넌트에 의해 결정된다. 그러므로, 파장 변환 물질 및 물질 농도 및 측벽 및 탑 구성요소(120,122)의 두께는 원하는 광출력을 달성하도록 LED(102)의 측정되거나 알려진 파장 및 광출력에 기초하여 선택될 수 있다.
조명 장치(100)의 출력에 대한, 즉 측벽(120)을 따라서 휘도 분포는 제 1 발광 이미터(들)의 세기 프로파일에 좌우된다. 즉, LED(102)와 탑 구성요소(122), 측벽(120), 및 반사 부재(124a)의 광학적 및 기하학적 특성에 좌우되지만, 사용된 LED 칩의 수와 캐비티 챔버 안에서 칩의 위치에 좌우될 수도 있다. 측벽(120)의 높이(H)와 측벽(120)의 지름(D)은 휘도 분포에 영향을 미치는 광학 설계 내의 파라미터이다. 일 실시예에서 H/D 비는 0.5 - 2.0이 될 수 있다.
도 6A는 상이한 H/D 비에 대한 측벽의 높이에 대한 위치의 함수로 장치의 이미턴스의 변화를 도시한다. 도 6A에 도시된 시뮬레이션에서, 측벽(120)은 48%의 전송 효율과 48%의 반사 효율이 주어지고, 아크릴 디퓨저의 특성에 유사한 램버시안(lambertian) 확산 분산 특성이 주어진다. 12mm 반지름의 원통 현상 측벽이 시뮬레이션에서 사용된다. 탑 구성요소는 Furakawa(일본)에서 만들어진 MC-PET을 사용하여 달성되는 바와 같이 98% 반사계수가 주어지고 확산 반사 물질이 되도록 시뮬레이션된다.
탑 구성요소 또한 반지름이 12mm이다. 반사 바닥 부재는 광원의 발광 영역의 외부 영역에 대하여 98%의 반사 효율이 주어지고 광원의 발광 영역은 0%의 반사 계수를 가지는 것으로 가정된다. 실제로 광원은 약간의 반사를 가지지만 낮고 선택된 상이한 이미터로 변화될 것이다. 이 경우, 발광 영역은 Luxeon Rebel LED의 대략적 인 렌즈 지름에 상응하는 3mm 지름 디스크로 가정된다.
원통 측벽의 길이에 대한 위치의 함수로 이미턴스에 대한 결과가 도 6의 원통 캐비티의 지름 대 높이 비의 함수로 주어진다. 12mm 원통 캐비티의 실제 길이에 6mm, 10mm, 14mm, 18mm, 24mm의 높이에 상응하는 0.5, 0.83, 1.17, 1.50, 2.0의 H/D 비를 가진, 5개의 커브가 도시된다. 낮은 H/D 비에서 비교적 높은 균일성을 가진 이미턴스가 달성되는 반면에 더 높은 H/D 비에 대해서는 균일성이 감소한다.
도 6B는 도 6A에 시뮬레이션된 장치와 동일한 광학 파라미터를 가지는 H/D 비의 함수로 효율을 도시한다. 효율은 칩에 의해 생성되는 광에 의해 나누어지는 타깃을 향한 측벽으로부터의 광이 존재하는 것이다. 정상적으로 광은 루멘의 항목으로 측정된다. 파장 변환기가 사용되면 라디오미터의 전력은 효율을 정의하는 데 사용될 필요가 있지만, 그 경우에 효율은 기본적으로 파장 변환된 광자와 (더 높은 에너지의) 청색 또는 UV 광자 사이의 에너지 차이인 소위 스토크스 시프트(Stokes shift) 때문에 그래프에서 도시되는 것 보다 더 낮게 된다. 인광 물질 변환의 경우, 그래프에 도시된 바와 같은 효율은 추가 15 - 25%로 감소되어야 한다. 더 낮은 H/D에 대하여, 효율은 바닥 방향을 향하여 백 분산되는 광의 양 때문에 비교적 낮다. 큰 H/D 비에 대하여 효율은 거의 90%의 값에 도달하고 1.25의 H/D 팩터에서 85%의 값에 도달한다. 실제로 출력 영역에 대한 균일성과 (전체) 효율은 H/D 비의 신중한 선택을 통해 달성될 수 있다. 바람직한 H/D 비는 0.5 - 2의 범위이고, 특히 0.8-1.6의 범위이다.
도 7A와 7B는 고체 조명 장치(250A,250B)(여기서 집합적으로 조명 장치(250) 로 일컫는 경우도 있음)의 실시예를 각각 도시한다. 조명 장치(250)는 지정된 구성요소가 동일한 바와 같이 도 1 및 5에 도시된 조명 장치(100)와 유사하다. 또한, 조명장치(250)의 단 한 부분만 도 7A,7B에 도시된다. 조명 장치(250)는 효율과 컬러 균일성을 추가로 개선하는 데 사용될 수 있는 특징을 가진다. 도 7A에서, 탑 구성요소(252A)는 오목하게 즉 LED(102) 쪽으로 안으로 굽어지게 만들어진다. 오목 탑 구성요소(252A)는 탑 구성요소에서 반사된 광이 측벽(120)을 향하도록 하고 더 적은 광이 제 1 광원을 향에 되돌아가도록 하고 그리하여 더 적은 광이 광원에 의해 흡수되도록 하는 효과가 있다. 탑 구성요소(252A)의 형상은 높은 효율과 광출력의 높은 균일성을 달성하기 위해 필요한 바에 따라 변화될 수 있고, 비구면 형상 또는 원뿔형 형상을 포함할 수 있다. 필요한 경우, 탑 구성요소(252A)는 오목 형상에 반대되는 볼록 형상을 가질 수 있다. 특정 기하학적 형상에 대하여 적절한 형상은 예를 들어 Breault Research organization에 의해 생산되는 ASAP 또는, Optical Research Associates에 의해 생산되는 LightTools과 같이 상업적으로 사용 가능한 광선 추적 프로그램을 사용하는 것에 의해 용이하게 결정될 수 있다.
도 7B는 볼록 탑 구성요소(252B)와 타원 또는 포물선 형상을 가진 반사 부재(254)를 구비한 조명 장치(250B)를 도시한다. 필요한 경우, 오목 탑 구성요소(252A)는 조명 장치(250B)와 함께 사용될 수 있다. 곡선의 반사 부재(254)는 제 1 광 이미터(102)로부터 더 많은 광을 탑 구성요소(252B)로 향하게 하고 측벽(120)으로 더 적은 광을 향하게 한다. 탑 구성요소(252B)로 더 많은 광을 향하게 하는 것은 탑 구성요소(252B)가 측벽(120)과 상이한 컬러 파장의 변환기를 포함하는 경 우 장치(250B)의 출력 광의 컬러를 제어하는 데 유용할 것이다. 일 실시예에서, 탑 구성요소(252B)는 적색 발광 인광 물질 레이어를 가지고, 측벽은 녹색 발광 인광 물질 레이어를 가진다. 플랫 리플렉터(124a) 대신 타원 리플렉터를 사용하는 것에 의해, 제 1 발광 이미터(102)로부터 더 많은 광이 적색광으로 변환되고 이는 더 낮은 상호 관련된 색온도를 가지는 광출력을 가져올 것이다. 반사 부재(254)의 형상 또한 측벽(120)의 탑 세그먼트를 향해 발광된 광을 큰 각도로 지향하는 것에 의해 측벽 방사의 균일성을 향상시키는 데 사용될 수 있다.
도 8A 및 8B는 각각 조명 장치(300A 및 300B)(여기서 집합적으로 조명 장치(300)로 일컬어짐)의 단면도를 도시한다. 조명 장치(300)는 지정된 구성요소가 동일한 바와 같이 도 1 및 도 5에 도시되는 조명장치(100)와 유사하지만, 분리 탑 구성요소를 포함하지 않는다. 조명 장치(300)는 특히 도 8A에 도시된 실시예와 같이 큰 H/D 비를 사용할 때 유용하다. 제 1 발광 이미터(102)로부터의 대부분의 광은 측벽(120) 상에 직접적으로 입사하고, 광의 작은 부분만 장치의 탑 쪽으로 벗어난다(광선(134)으로 도시된 바와 같이). 일 실시예에서, 조명 장치(300)는 2.0 또는 그 이상의, 바람직하게 3.0 또는 그 이상의 H/D 비를 가진다. 도 8B는 측벽(302)이 탑 구성요소(304)를 형성하도록 함께 접합되는 조명 장치(300B)의 구성을 도시한다. 조명 장치(300B)는 측벽(302) 생산에 비교적 저렴한 압출 방법을 사용할 수 있으므로 이익이다. 측벽(302)은 클램핑, 접착, 열 성형, 또는 다른 적절한 기술에 의해 탑(304) 형성에 가깝게 될 수 있다.
도 9A 및 9B는 각각 조명 장치(350A 및 350B)(여기서 집합적으로 조명 장 치(350)로 일컬어짐)의 단면도를 도시한다. 조명 장치(350)는 지정된 구성요소가 동일한 바와 같이 도 1 및 도 5에 도시된 조명 장치(100)와 유사하지만, 조명 장치(350)는 상이한 형상의 측벽을 포함한다. 도 9A에 도시된 바와 같이, 탑 구성요소(352) 및 측벽(354) 모두 곡선모양이라 더 많은 광이 상향 발광하도록 하고, 즉, 측벽(354)을 통해 베이(110)로부터 벗어난다. 이것은 예를 들어 조명 장치(350A)가 광 애플리케이션에서 비교적 낮게 배치되고, 광 애플리케이션이 더 높은 위치에서 광을 수광하고자 하는 경우 애플리케이션에서 이로울 수 있다. 도 9B에서 유사한 효과를 얻을 수 있으나 곧은 측벽(356)을 사용한다.
도 9A와 9B에서 측벽 형상(354와 356) 모두 파장 변환기가 페인팅 스프레이로 피착되는 경우, 또는 인광 물질이 플라스틱에 투여되는 경우 바람직하게 주입 몰딩에 의해 생산된다. 페인팅 스프레이에서, 래커가 바인더로 이용될 수 있고. 5 - 50 마이크로미터의 범위 이내의 전체 레이어 두께가 측벽 섹션에 적용된다. 주입 몰딩 측벽을 위해 적절한 플라스틱 물질의 예는 PMMA, 또는 Zeonex를 포함한다.
도 10A 및 10B는 비조립 및 조립 상태의 조명 장치(400)의 다른 실시예의 단면도를 도시한다. 조명 장치(400)는 지정된 구성요소가 동일한 바와 같이 도 1 및 도 5에 도시된 조명 장치(100)와 유사하다. 조명 장치(400)는 외부 측벽(402)에 부착되는 바닥 섹션(110)을 포함한다. 탑 구성요소(406)는 내부 측벽(404)에 부착된다. 반사 부재(408)는 내부 측벽(404)에 부착된다. 도시되는 바와 같이 조명 장치(400)는 외부 측벽(402) 안으로 내부 측벽(404)이 삽입되어 조립된다. 이 구성의 장점은 높은 컬러 균일성이 달성되는 것과 상이한 컬러 또는 백색 포인트가 상이한 파장 컨버터, 또는 파장 변환 효율을 가진 탑 구성요소를 이용하여 달성될 수 있다는 것이다. 본 실시예의 대안으로, 반사 부재(408)가 바닥 섹션(110)에 부착되고, 외부 측벽(402)은 탑 구성요소(406)에 부착되고, 내부 측벽(404)은 바닥 섹션(110)에 부착된다. 필요한 경우, 내부 측벽(404)은 예를 들어 장치가 리플렉터 램프에 사용되는 경우 외부 측벽(402)의 전체를 커버할 수 없고(또는 반대로), 빔의 외면이 빔의 중심과 상이한 컬러 또는 세기를 가지는 경우 조명 패턴이 요구된다.
도 11A,11B,11C는 조정 가능 파장 변환 구성요소(452)와 다른 실시예에 따라 조명 장치(450)와 조정 가능 파장 변환 구성요소를 사용하는 것을 도시한다. 조명 장치는 지정된 구성요소가 동일한 바와 같이 도 1 및 도 5에 도시된 조명 장치(100)와 유사하다. 도 11A에 도시된 조정 가능 파장 변환 구성요소(452)는 파장 변환 물질 또는 염료의 레이어(456)로 코팅된 금속 또는 플라스틱 로드 또는 와이어와 같은 부재(454)이다. 조정 가능 파장 변환 구성요소(452)는 고체일 필요는 없으나 속이 빈 튜브이고 대신에 파장 변환 물질 또는 염료로 코팅되며, 적어도 부분적으로 파장 변환 물질 또는 염료를 포함한다. 본 실시예의 하나의 실행에서, 광원(102)은 예를 들어 Luxeon K2(Philips Lumileds Lighting에서 제조된 바와 같은)와 같은 냉백색(즉, 5000K보다 더 고온의 관련 컬러를 가진 백색) 고 전력 LED 및 조절 구성요소는 적색 또는 호박색 광 발광 인광물질로 코팅된 금속 와이어로 만들어진다. 이 경우, 측벽(120)은 반투명 물질로 구성된다. 도 11B 및 11C에 의해 도시된 바와 같이, 조정 가능 파장 변환 구성요소(452)는 탑 구성요소(460)내의 개구(458)를 통해 장치(450) 안으로 들어가고, 조절 범위 Δ를 따라 상이한 위치에서 홀드될 수 있다. 필요한 경우, LED는 장치의 광출력이 컬러 포인트 미터로 모니터되는 동안 요구되는 구동 전류에서 작동될 수 있다. 조정 가능 파장 변환 구성요소(452)를 장치(450) 안으로 더 깊은 삽입에 의해 관련 색온도가 감소된다. 조정 가능 파장 변환 구성요소(452)는 필요한 컬러 포인트에 도달할 때까지 장치(450) 안으로 더 깊이 삽입되고 그 다음 예를 들어 접착 또는 솔더링, 또는 레이저 용접, 또는 두 파트를 고정하는 다른 방법에 의해 탑 구성요소(460)에 고정된다. 조정 가능 파장 변환 구성요소의 일부는 그 다음 예를 들어 커팅에 의해 제거된다.
다른 실시예에서, 측벽(120)은 YAG 인광물질을 포함하고 청색 LED(102)는 적색 또는 호박색 광 발광 인광물질 레이어(456)를 포함하는 조정 가능 파장 변환 구성요소(452)와 함께 사용될 수 있다. 이 실시에의 장점은 YAG 인광물질이 파장 컨버터와 디퓨저의 함수를 결합하므로 더 높은 효율이 얻어질 수 있다는 것이다. YAG 인광물질에 의해 생성되는 광은 인광물질에 의해 생성되는 광을 부분적으로 흡수하는 청색 이미터에서 멀기 때문에, 인광 물질이 광 이미터에 아주 근접하여 있는 경우이므로 더 적은 광이 LED(102)에 의해 흡수된다.
도 12A 및 12B는 조정 가능 파장 변환 구성요소(502)는 탑으로부터 조명장치(500)안으로 삽입되는 조명 장치(500)의 다른 실시예를 도시한다. 조정 가능 파장 변환 구성요소(502)는 예를 들어 적색 또는 호박색 광 발광 인광물질로 코팅된 스크류로부터 형성된다. 예를 들어, 코팅은 UV 경화가능 래커 내의 인광물질을 혼합하는 것과 래커 안으로 표준(금속) 스크류를 딥-코팅하는 것과, 수평 위치내의 스크류를 회전하는 동안 UV 램프로 래커를 경화하는 것에 의해 생산된다. 스크류 구성으로 조절가능 파장 변환 구성요소의 사용은 광이 장치의 측벽 위로 더 잘 퍼지므로 이익이 있다. 도 12A에서, 조정 가능 파장 변환 구성요소(502)는 조명 장치(500) 안으로 풀 삽입되므로, 스크류 상에 광 변환 물질의 최대 기여가 있다. 한편, 도 12B는 그 최고 위치에서 조절가능 파장 변환 구성요소(502)를 도시하고, 그러므로 장치(500)의 광출력에 구성요소(502)를 조절하는 것과 연관된 광 변환 물질의 최소 영향만 있다. 스크류-타입 조절 구성요소의 하나의 장점은 컬러 포인트가 장치의 사용자에 의해 변경될 수 있다는 것과 정확한 제어가 달성될 수 있다는 것이다. 조명 장치(500)는 조명 장치(500)의 바닥 섹션(110) 상에 설치되는 복수의 제 1 광 이미터(504a,504b)의 사용을 도시한다. 탑 구성요소(508)는 반사 아치이고 조정 가능 파장 변환 구성요소(502)가 통해서 삽입되는 실이 꿰어진 개구(510)를 포함한다. 탑 구성요소(508)를 위한 반사 아치의 사용은 장치(500)의 측벽 위로 광이 더 잘 퍼지도록 하고 더 많은 광이 특히 복수의 광원이 사용될 때 조정하는 구성요소(502)로 향해진다. 필요한 경우, 플랫 탑 리플렉터, 또는 오목 또는 볼록 탑 구성요소가 사용된다. 도 12A, 12B에서 조절가능 파장 변환 구성 요소(502)는 스크류의 깊이가 손으로 조절될 수 있도록 비교적 큰 헤드(503)를 구비한 것으로 도시된다. 다른 실시예에서, 조정가능 파장 변환 구성요소(502)는 조정가능 파장 변환 구성요소(502)가 뜨거울 때 바람직한 스크류의 깊이를 조정하는 스크류 드라이버를 필요로 한다.
도 13A 및 13B는 모터(526)로 장치(520)의 챔버 안 또는 밖으로 이동되는 조정 가능 파장 변환 구성요소(522)를 사용하는 조명 장치(520)의 다른 실시예의 측 면도 및 상면도를 도시한다. 조정 가능 파장 변환 구성요소(522)는 적색 또는 호박색 발광 인광물질로 코팅되고 스크류 구성을 가질 수 있다. 조정 가능 파장 변환 구성요소(522)는 예를 들어 Luxeon Rebel 타입인 3개의 제 1 발광 이미터(530A,530B,530C)를 가지는 이 경우에 바닥 섹션(528)을 통해 챔버 안으로 가져와 진다. 조정가능 파장 변환 구성요소(522)는 기어 시스템(527)을 가진 모터(526)에 연결된다. 물론, 스텝퍼 모터와 같은 상이한 타입의 모터가 사용된다.
도 13B는 3개의 LED(530A,530B,530C)를 가진 바닥 섹션(528)의 상면도를 도시한다. 3개의 LED는 그 이웃에 대하여 각각 120도 회전된다. 바람직하게, Luxeon Rebel LED는 그러한 구성에 사용된다. 조정 가능 파장 변환 구성요소(522)는 세 개의 LED 사이의 중심을 통해 그 안에 가져와 진다.
도 14A - 14E는 조명 장치(550)와 사용되는 조정 가능 파장 변환 구성요소의 추가 실시예를 도시한다. 조명 장치(550)는 도 11B,11C에 도시된 조명 장치(450)와 유사하지만 바닥 섹션(554)에 설치된 복수의 제 1 발광 이미터(552A,552B)를 포함한다. 도 14A,14B,14C는 조명 장치(550)의 챔버(551)의 거의 중간에 배치되는 튜브(562)의 세그먼트(566)의 길이를 따 복수의 슬릿을 포함하고 파장 변환 물질로 내장되거나 파장 변환 물질로 코팅된 플렉시블 튜브(562)로 만들어진 조정 가능 파장 변환 구성요소(560)를 도시한다.
튜브(562)는 예를 들어 접착 또는 클램핑에 의해 장치의 바닥 섹션(110)에 고정되고 컷(564)을 가진 세그먼트(566)는 튜브(562)가 탑으로부터 푸시될 때 연장되도록 구성된다. 도 14A는 세그먼트(566)가 연장될 때의 구성을 도시하고 도 14B 에서 수축된 세그먼트(566)를 가진 구성이 도시된다. 도 14C는 수직 방향에서, 즉 세그먼트(566)의 길이를 따라 컷(564)을 가진 세그먼트(566)를 상세히 도시한다. 튜브(562)는 용이하게 구부러지도록 세그먼트(566)의 탑, 중간, 바닥에 미리 형성된 섹션(568) 또한 포함한다. 세그먼트(566)가 수축된 형태일 때와 비교하여, 세그먼트(566)가 연장될 때, 튜브(562)의 더 큰 영역이 광원(522A,522B)으로부터의 광에 노출된다. 조명 장치(550)의 광 출력은 그러므로 세그먼트(566)의 연장의 변경에 의해 변화될 수 있다. 예를 들어, 튜브(560)가 적색 또는 호박색 발광 인광 물질을 가지고 측벽 섹션(120)이 황색 또는 녹색 발광 인광 물질을 가지면, 높은 관련된 색온도가 세그먼트가 수축된 형태(도 14B에 도시됨)일 동안 달성되고, 낮은 관련 온도는 세그먼트(566)가 연장된 형태(도 14A에 도시된 바와 같이)일 동안, 높은 컬러 렌더링 인덱스를 유지하면서 달성된다.
다른 실시예에서, 조정가능 파장 변환 구성요소(560)가 예를 들어, 장치(550)의 바닥 섹션(110) 및 탑 상의 컨트롤 스틱에 부착된 실리콘 실린더에 의해 만들어질 수 있다. 스틱을 하방으로 푸시하는 것에 의해, 전술된 것과 동일한 효과를 가지고, 실리콘은 실린더 형상에서 더욱 타원 형상으로 변형되도록 만들어질 수 있다. 실리콘 조정가능 파장 변환 구성요소(560)는 예를 들어 인광 물질과 같은 스펙트럼 변경 물질을 포함하여야 한다.
도 14D,14E에 도시된 바와 같은, 다른 구성에서, 조정 가능 파장 변환 구성요소(570)는 염료 또는 인광 물질이 실린 튜브로 주름진 튜브로부터 형성된다. 그러한 주름진 부분은 예를 들어, 빨대의 탑 부분을 구부릴 수 있는 빨대에서 사용된 다. 본 실시예에서, 조정 가능 파장 변환 구성요소(570)의 연장은 튜브를 도 14D에 도시된 바와 같은 매우 짧은 길이로부터 도 14E에 도시된 바와 같은 긴 길이로 연장한다. 컨트롤 스틱(572)은 튜브를 통해 연장하고 조정 가능 파장 변환 구성요소(570)의 연장량을 제어하도록 튜브의 바닥에 결합된다.
도 15A, 및 도 15B는 조명 장치(600)와 함께 사용될 수 있는 조정 가능 파장 변환 구성요소(602)의 다른 실시예를 도시한다. 조명 장치(600)는 지정된 구성요소가 동일한 바와 같이 도 14A - 14E에 도시된 조명 장치(550)와 유사하다. 도 15A, 15B에서, 조정 가능 파장 변환 구성요소(602)는 인광 물질과 같은 파장 변환 물질로 코팅되거나 내장된 튜브이다. 튜브(602)의 단부는 예를 들어 거의 장치(600)의 챔버(601)의 높이와 같은 길이 이상 둘 이상의 단부(606)들 안으로 이격된다. 단부(606)들은 탑 구성요소(606) 내의 분리 홀(608)들 안으로 가져와 진다. 홀(608)들은 예를 들어 튜브와 동심인 원 상에 배치되고 이 원의 지름은 조정 가능 파장 변환 구성요소(602)의 지름보다 크다. 조정 가능 파장 변환 구성요소(602)가 더 깊이 장치(600) 안으로 삽입될 때, 단부(606)들은 도 15B에 도시된 바와 같이 펼쳐질 것이고, 따라서 조정가능 파장 변환 구성요소(602)가 도 15A에 도시된 바와 같이 장치(600)로부터 더 많이 물러날 때보다, LED(612)들의 광에 더 많이 노출될 것이다. 일 실시예에서, 높은 관련 색온도를 가진 백색 LED가 사용된다(예를 들어 6500K). 일 실시예에서, 큰 숫자, 예를 들어, 3,6,9,12, 또는 15의 CCT 백색 LED는 장치로부터 나오는 세기 프로파일을 제어하는 광학 마이크로 구조체(616)를 가진 측벽(614)과 사용될 수 있다. 마이크로 구조체(616)는 예를 들어 3M에서 생산된 BEF 필름이 될 수 있다. 제 1 광 이미터(612)의 렌즈 형상은 측벽(614) 위로 보다 균일한 광 분산을 만들도록 최적화될 수 있다.
도 15C 및 15D는 단부(606')들이 조정 가능 파장 변환 구성요소(602')가 조명 장치(600') 안으로 낮춰질 때 제 1 이미터(618)의 렌즈(620)를 커버하는 경우, 제 1 이미터(618)에 가깝게 가져가지는 단부(606')들을 구비고 조정 가능 파장 변환 구성요소(602')를 가지는 조명 장치(600')의 다른 구성을 도시한다. 필요한 경우, 조정 가능 파장 변환 구성요소(602')는 렌즈(620)의 지름보다 더 큰 지름을 가질 수 있고, 그 경우 속이 빈 조정 가능 파장 변환 구성요소(602')는 이격될 필요가 있다. 예를 들어, 조정 가능 파장 변환 구성요소(602')는 염료 또는 인광물질을 가진 튜브가 될 수 있고 제일 낮은 위치에서 렌즈를 커버하는 단일(실린더) 단부를 가진다.
도 16A 및 16B는 예를 들어 고무 또는 실리콘과 같은 플렉시블 물질로 만들어진 탑 구성요소(660)에 의해 생산되는 조정 가능 파장 변환 구성요소를 가진 조명 장치의 다른 실시예를 도시한다. 이 경우, 플렉시블 물질은 그 표면에 적용되거나 물질 안에 내장되는, 염료 또는 파장 변환 물질을 포함한다. 암(662,arm)은 예를 들어 중간에 탑 구성요소(660)에 결합될 수 있다.
암(622)을 당기거나 푸시하는 것에 의해, 탑 구성요소(660)는 형상을, 예를 들어 도 16B에서 라인 660a로 도시되는 오목 루프 타입 형상에서, 라인 660b 또는 라인 660C에 의해 도시되는 중간 어딘 가의 볼록 반전된 루프 타입 형상으로 변경한다. 탑 구성요소(660)의 형상을 변형하는 것에 의해 측벽을 통한 방사의 광학 특 성이 변화될 것이고 원하는 바에 따라 광학 특성을 튜닝하는 데 사용될 수 있다.
도 17A는 예를 들어, 도 1에 도시된 조명 장치(100)와 같은 전술된 임의의 발광 장치와 사용될 수 있는 리플렉터 램프(700)의 부분 측 단면도이다. 예를 들어, 조명 장치(100)의 H/D 비는 조명 장치(100)의 지름과 높이가 12mm일 경우, 1.00이다. 조명 장치(100)는 2W의 입력 전력과 50 1m/W의 유효를 가지는 LED의 형태에서 단일 제 1 광 이미터를 사용한다. 리플렉터 램프(700)는 10mm의 초점 거리와 약 95mm의 지름, 및 약 56mm의 깊이(포물선의 꼭대기에서 출구로 측정됨)를 가진 포물선 형상의 리플렉터(702)를 사용한다. 이들 크기는 단지 예이고 필요한 경우 다른 크기가 사용될 수도 있다. 샘플 광선이 리플랙터(700)의 캐비티 내측에 광선 반사를 도시하지 않고 도 17A에 도시된다. 결과 세기 프로파일은 도 17B에 도시된다. 전술된 사용 조건으로, 광선 추적 시뮬레이션은 14°의 최대 각도의 1/2 풀 폭에서, 약 450cd의 축 세기를 나타낸다. 본 예에서, 4개의 LED 칩을 포함하는 LED가 사용되면, 입력 전력은 4의 팩터에 의해 증가될 수 있고 1800cd의 세기가 8W의 입력 전력에서 달성될 수 있다. 다른 수의 LED 칩 또한 물론 사용될 수 있다. 고정된 크기와 조명 장치(100)의 측벽의 광학 특성 때문에 리플렉터 램프(700)의 광학 설계는 조명 장치(100) 내의 LED 칩의 숫자가 증가되면 변화될 필요가 없고, 이는 제조를 단순화시키고 필요 부품을 감소시키는 장점이 있다. 도 17a에 도시된 바와 같이, 램프(700)는 스크류 타입(706) 커넥터를 구비한 베이스(704)를 포함할 수 있다.
도 18A는 조명 장치(760)와 함께 사용될 수 있는 리플렉터 램프(750)의 다른 실시예를 도시한다. 도 18A에 도시된 바와 같이, 조명 장치(760)의 탑 구성요소(762)는 조명 장치(760)의 발광 영역의 높이를 제어하도록 예를 들어 암(764)에 의해 거리Δ를 상승시키거나 하강시킬 수 있다. 조명 장치(760)의 발광 영역의 높이를 변경하는 것은 리플렉터(752)의 형상을 변경하지 않고, 리플렉터 램프(750)의 빔 폭이 변경되는 효과를 가진다. 램프(750)는 플러그(756)를 구비한 베이스(754)와 도시된다.
도 18B는 주름진 측벽(766)을 포함하는 조명 장치(760')를 구비한 리플렉터 램프(750)의 다른 실시예를 도시한다. 주름진 측벽(766)은 조명 장치(760)의 발광 영역의 높이를 제어하도록 예를 들어 암(764)에 의해 확장되거나 쏙들어가게 된다.
도 19A,19B,19C는 도 1의 조명 장치와 같은 고체 발광 장치를 사용하는 액정 디스플레이의 백라이트 또는 상업 광고판의 측단면도를 도시한다. 도 19A는 후 표면(802), 측 표면(804), 및 전면 플레이트(806)에 의해 한정되는 캐비티(801)를 포함하는 백라이트(800)를 도시한다. 하나 이상의 고체 발광 장치(100)는 백라이트(800)의 후 표면(802) 상에 설치된다. 후 표면(802)은 예를 들어 알루미늄과 같은, 열전도 물질로 만들어지고, 각 조명 장치(100)의 바닥 섹션은 후 표면(802)과 양호한 열 접촉이 만들어지도록 설치된다. 후 표면(802)은 예를 들어 Alanod(독일)에서 만들어진 Miro 물질과 같은 고 반사율 물질로 만들어지거나, 분리 고 반사율 플레이트 또는 필름(808)이 반사 플레이트 또는 필름(808)이 백라이트(800)의 사이드 또는 전면으로 조명 장치(100)에 의해 발광된 대부분의 광이 반사되도록 백라이트(800)의 바닥에 배치된다. 백라이트(800)의 전면 플레이트(806)는 예를 들어 그 것에 확산 광학 레이어 또는 필름(807)을 부가하는 것에 의해 또는 전면 플레이트 제작을 위해 사용되는 플라스틱 또는 유리 안에 분산 입자를 첨가하는 것에 의해 생성되는 광학 분산 특성을 가진다. 이들 타입의 플레이트는 예를 들어 Fuxion Optix 사에서 만들어진다. 일 실시예에서, 파장 변환 물질은 전면 플레이트(806)의 예를 들면 필름(807)과 같은 분산 물질 안에 첨가될 수 있다. 추가적인 광학 필름은 예를 들어 3M(미국)에서 만들어진 BEF(휘도 강화 물질), 또는 3M(미국)에서 또한 만들어진 DBEF(반사 편광 프리즘)과 같이 액정 디스플레이를 위한 백라이트에 일반적으로 사용되듯이, 백라이트(800)의 전면 플레이트(806)에 부가된다. 백라이트(800)는 유리하게 발광 장치(100) 위에 직접적으로 핫-스팟을 만들지 않고 균일하고 일관된 방사 프로파일을 생성한다.
도 19B는 백라이트의 크기와 원하는 휘도에 따라 복수 량의 LED 칩을 포함하는 단일 조명 장치를 가진 백라이트(810)를 도시한다. 예를 들어, 18 - 21인치 백라이트(810)에 대하여, 조명 장치(100)는 1x1mm인 6 - 9개의 LED 칩을 포함한다. 사용된 LED 칩은 모두 청색이고 측벽으로 황색 또는 적색 발광 인광물질을 포함하는 실린더와 탑 구성요소 상에 적색 발광 인광 물질을 구비한다. 대안으로, 컬러 LED가 적색 발광(AlInGaP), 녹색 발광(InGaN), 및 청색 발광(InGaN) LED의 조합이 사용된다. 물론, 조명 장치(100)의 측벽에 녹색 또는 황색 발광 인광 물질을 사용하고, 조명 장치(100)의 바닥 섹션에 청색 및 적색 발광 칩을 사용하는 하이브리드 솔루션도 가능하다. 이 구성에서, 칩을 가깝게 함께 패키징하도록 소위 칩-온-보드 솔루션을 사용하는 것이 바람직하고, 직접 발광 적색 AlInGaP LED가 사용되면, 고 굴절률을 가진 물질로 만들어진 특정 적색 칩으로부터 광 추출을 최대화하도록 도 4에 도시된 바와 같이 발광 장치를 캡슐화하는 것 또한 바람직하다. 직접 녹색 및 적색 발광 칩 대신, 녹색 및/또는 적색 발광 인광 물질 레이어, 인광물질 필름, 또는 인광물질 플레이트로 커버된 청색 칩이 사용될 수 있다.
고체 조명 장치(100)에 추가하여, 백라이트(810) 중간에, 사이드에서 0.1 - 2mm의 범위에 있는 두께로 테이퍼지고, 일반적으로 3 - 9mm 범위에 있는 장치의 높이와 거의 동일한 중간 두께를 가지는 직사각형, 타원, 또는 사각형 광 가이드로 구성된, 광 확산 구조체(812)가 사용될 수 있다. 광 확산 구조체는 예를 들어 광가이드이고, PMMA로 만들어지고 한 조각으로 만들어질 수 있지만 더 작은 조각으로부터 조립된다. 이것은 이들 타입의 광 가이드는 바람직하게 주입 몰딩에 의해 만들어지고 몰드는 크기에 대하여 제한된 용량을 가지므로 얻어질 필요가 있는 복수 조각의 큰 백라이트를 사용하는 것이 특히 유익하다. 광 가이드는 중간에 3 - 13mm의 특정 지름을 가지는 홀을 가지고 그 안에 본 발명의 주제 장치가 배치된다. 조명 장치(100)의 측벽과 광 가이드(812) 사이의 갭은 바람직하게 가능한 작게 만들어지지만 특히 0.05 - 0.5mm 범위 안에 있다.
조명 장치(100)로부터의 광은 광가이드(812) 안으로 연결되고 광가이드(812) 내의 테이퍼 때문에 백라이트(810)의 전체 영역 위로 확산된다. 광 가이드(812)는 스크린 인쇄에 의해 만들어진 백색점들의 형태로 추출 특징을 가질 수 있거나, 필요한 경우 백라이트에 대한 광 분산을 보다 균일하게 만들도록, 주입 또는 이동 몰딩에 의한 몰드로부터 광 가이드 안에 카피되는 마이크로 구조체를 가질 수 있다.
백라이트(810)의 리어 표면(802)은 예를 들어, Alanod(독일)에서 만들어진 Miro 물질, 또는 Furakawa(일본)에서 만들어진 MC-PET와 같은 고 반사 물질로 구성된다. 예를 들어 Miro 물질과 같은, 높은 열전도율 플레이트가 리어 표면(802)으로 사용되는 경우, 조명 장치(100)의 백과 백라이트(810)의 리어 표면(802) 사이에 양호한 열 접촉을 가지는 것이 바람직하다. 비 전도 물질이 사용되면 분리 열 디퓨저가 사용될 수 있다.
광 가이드(810)의 탑 상에, 중간 디퓨저(814)가 예를 들어 백라이트(810)의 프론트 표면 상의 디퓨저에 추가하여 사용될 수 있다. 또한, 마이크로 구조체와 함께 광학 플레이트(816)가 예를 들어, 3M(미국)에서 생산된 리디렉션 필름과 같이 이 위치에서 사용될 수 있다. 광 가이드(812)는 백라이트(810)의 후면에 배치된다. 갭은 균일성을 향상시키도록 광 가이드(812)와 전면 표면(806), 백라이트(810)의 광학 플레이트와 중간의 디퓨저(814) 사이에 포함될 수 있다. 이 경우 백라이트(810)의 전체 두께는 광가이드(812) 더하기 디퓨저(814)와 리디렉션 필름(816)과 20mm까지의 전면 표면 사이의 갭을 가지고 6 - 25mm의 순서이다. 필요한 경우, 백라이트(810)의 백 사이드(802)의 형상은 얇은 모습이 형성되도록 에지로 테이퍼질 수 있다.
큰 백라이트에 대하여, 예를 들어 간판, 또는 LCD-TV를 위해 사용되는 바와 같이, 도 19C에 도시된 구성을 가지고, 도 19B의 실시예에서 도시된 바와 같이 유사한 형상과 크기를 가지고 백라이트(839)에 대해 확산시키는 복수의 테이퍼진 광 가이드(832)로 구성되는 백라이트(830)가 사용될 수 있다. 구성요소 (832a,832b)는 예를 들어 백라이트의 전력 소비를 감소시키거나(이 경우, LCD에서 보여지는 그림은 균일 백라이트를 요구하지 않음), LCD 상에 디스플레이되는 그림의 콘트라스트를 개선하도록 백라이트(839) 위로 광 분산을 변경하는 것을 독립적으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 탑 부분(하늘)은 밝고 바닥 부분(숲, 또는 건물)은 비교적 어두운 경우 그림에서와 같이 그림이 밝은 부분과 어두운 부분을 가지면, 바닥 섹션에서 밝은 레벨이 어두운 레벨을 감소시켜 그에 의해 콘트라스트를 증가시키도록 낮춰진다.
도 20A는 언더 캐비닛 광으로 설치되는 도 19B의 백라이트(810)를 도시한다. 백라이트(810)는 언더 캐비닛(859)(부분적으로만 도시됨) 업사이드가 아래로 가게 설치되고, 백라이트(810)의 광출력(852)은 선반(854)과 같은 작용 영역을 조명하는 데 사용되는 백라이트(810)의 광출력(8520이 사용된다.
도 20B는 도 20A에서 도시된 바와 같은 언더 캐비닛 조명 애플리케이션 에서 전술된 백라이트(810)와 유사한 백라이트(860)를 구비한 조정 가능 파장 변환 구성요소(862)의 사용을 도시한다. 조정 가능 파장 변환 구성요소(862)는 염료 또는 인광 물질을 포함하고 도 12A,12B에 도시된 조정 가능 파장 변환 구성 요소(502) 또는 여기 개시되는 다른 조정 가능 파장 변환 구성 요소와 유사하다. 조명 장치 안으로 조정 가능 파장 변환 구성요소를 가져가는 것에 의해, 언더 캐비닛 광의 광출력은 예를 들어 냉-백색에서 온-백색 색온도로 변경될 수 있다. 도 20B에 도시된 바와 같이, 전원(864)은 광 가이드(812) 뒤에 백라이트(860) 안에 배치된다.
도 21 (A) 및 (B)는 캔들 타입 램프에 대한 형태로 조명 장치(900)의 다른 실시예의 측면도를 도시한다. 조명 장치(900)는 반투명이 될 수 있고 플라스틱 또는 유리로 만들어질 수 있는 캔들 램프 형태의 전구(902)를 포함한다. 필요한 경우, 전구는 다른 형상을 가질 수 있다. 전술된 조명 장치와 유사한 챔버(910)와 LED(912)가 포함되고, 예를 들어 E26-타입 베이스인 스크류 타입 베이스(906)에 연결되는, 대류에 의한 열교환을 강화하도록 바람직하게 열전도 물질로 만들어지는 베이스(904) 상에 설치된다. 전구(902)는 공기 흐름(미도시)을 강화하도록 탑 및 바닥에 홀을 포함할 수 있다. 전구(902)는 스크류 타입 베이스(906)에 또한 부착되는 튜브(908)에서 슬라이드할 수 있다. 튜브(908) 또한 LED 베이스(904)의 벽 위로 공기 흐름을 강화하는 홀을 포함할 수 있다. LED 베이스(904)는 장치 및 제어 전자기기를 위한 전원을 포함할 수 있다.
조정 가능 파장 변환 구성요소(914)는 램프 전구(902)를 각각 다운 또는 업 슬라이딩하는 것에 의해 챔버의 안 또는 밖으로 이동될 수 있다. 도 21A에서, 적색 또는 오렌지색 발광 인광 물질이 조정 가능 파장 변환 구성요소(914) 상에 사용되면 광출력이 높은 관련 색온도를 가지는 경우, 램프 전구(902)는 탑 위치에 있다. 도 21B에서, 램프 전구(902)는 낮은 관련 색온도가 달성되는 경우, 도 21A와 21B 사이에서의 차이 Δ로 도시되는 더 낮은 위치에 있다. 일 실시예에서, 색온도는 램프의 설치동안 설정될 수 있거나, 조명 장치(900)가 사용자에 의해 용이하게 액세스될 수 있으면, 램프의 표준 동작 동안, 원하는 조명 효과로 램프의 색온도를 적용한다.
도 22A, 22B, 22C는 조명 장치(900)와 사용되는 상이한 형상의 구성요소(902a, 902b, 902c)를 각각 도시한다. 도 22A에서, 반투명 특성을 가지는 글로브 타입 전구(902a)가 도시된다. 도 22B는 리플렉터 타입 엔클로저(902b)를 도시한다. 도 22C는 도 21A에 도시된 것과 유사한 다른 캔들 타입 전구(902c)를 도시한다. 일 실시예에서, 상이한 리플렉터/전구 구성요소(902)가 스크류 베이스(920)를 사용하여 스크류 타입 베이스(906)에 부착된다. 도 22D는 전구(902a,902b,902c)의 스크류 베이스(920)를 받기 위하여, 도 21A에 도시된 튜브(908) 대신 사용되는 스크류 커넥터(922)와 스크류 타입 베이스(906)와 함께 챔버(910)와 LED(912)의 측면도를 도시한다. 리플렉터/전구 구성요소(902)의 스크류 베이스(920)를 스크류 결합하는 것에 의해, 조정 가능 파장 변환 구성요소(914)가 도 22D에 도시된 스크류 커넥터(922)의 안 또는 밖으로 가져와 진다. 도 22E는 리플렉터(902b)의 탑에 부착되는 인광물질이 적재된 튜브가 되는 조정가능 파장 변환 구성요소(914)를 구비한 스크류 커넥터(922)에 연결되는 리플렉터(902b)를 도시한다. 필요한 경우, 조명 장치(900)는 앞에 개시된 바와 같이 상이한 조정 구성요소로 장비된다. 또한 리플렉터/전구(902)를 조정하는 것에 의해 컬러 포인트를 제어하는 대신, 조정 가능 파장 변환 구성요소(914)가 기계적으로 조정 가능 파장 변환 구성요소(914)에 부착되고 조정 구성요소의 챔버(910) 안으로의 통과를 제어하는 링 또는 손잡이와 같은 분리 구성요소에 의해 제어될 수 있다.
도 23은 스크류 타입 베이스(906)에 연결되는 스크류 커넥터(922)를 구비한, 도 22A에 도시된 전구(902a)의 스크류 부착물의 상세도이다. 도 23에 도시된 바와 같이, 전구(902a)는 전구(902a)의 스크류 베이스(920)가 커넥터(922)로부터 스크류 가 빠지는 경우 전구(902a)가 베이스(906)로부터 분리되지 않도록 클립(926)을 포함할 수 있다. 이 방식으로, 전구(902a)를 커넥터(922)에 가압하거나 스크류 결합하는 것에 의해 베이스(906)와 커넥터(922)에 초기에 부착될 수 있다.
본 발명이 설명을 목적으로 특정 실시예와 관련하여 도시되었지만, 본 발명은 거기에 제한되지 않는다. 여러 적용과 변경이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 만들어질 수 있다. 그러므로 첨부된 특허청구범위의 범위와 내용은 전술한 상세한 설명에 의해 제한되지 않는다.

Claims (56)

  1. 조명 장치에 있어서,
    하나 이상의 반도체 발광 이미터(106);
    상기 하나 이상의 반도체 발광 이미터(106)가 상부에 설치되는 제 1 베이스로서, 하나 이상의 반도체 발광 이미터(106)를 위한 전기적 연결과 상기 하나 이상의 반도체 발광 이미터(106)에 열적으로 결합되는 히트 스프레더(112)를 포함하는 제 1 베이스(110);
    상기 하나 이상의 발광 이미터(106)를 둘러싸고 상기 제 1 베이스(110)에 결합되며 파장 변환 물질을 포함하는 하나 이상의 측벽(120); 및
    상기 하나 이상의 측벽(120)에 결합되는 반사 탑 구성요소(122);를 포함하고,
    상기 제 1 베이스(110), 상기 하나 이상의 측벽(120), 및 상기 반사 탑 구성요소(122)는 상기 하나 이상의 반도체 발광 이미터(106)를 담고 있는 챔버(130)를 한정하고,
    상기 챔버(130)로부터 발광되는 광의 70% 이상은 상기 하나 이상의 측벽(120)으로부터 발광되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 반도체 발광 이미터(106)와 상기 하나 이상의 측벽 사이, 및 상기 반도체 발광 이미터(106)의 발광 영역과 상기 제 1 베이스(110) 사이에 반사 구성요소(124a)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 측벽(120)은 원, 타원, 삼각형, 및 직사각형 형상 중 하나에서 선택된 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 파장 변환 물질은 상기 하나 이상의 측벽의 표면 상의 복수의 점으로 형성되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 탑 구성요소는 상기 챔버(130)의 내면 상에 파장 변환 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버를 채우는 투명 광학 물질(214)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 탑 구성요소는 상기 챔버 안으로 확장하는 오목부와 상기 챔버의 바깥으로 확장하는 볼록부 중 하나인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 측벽은 상기 하나 이상의 측벽이 상기 반사 탑 구성요소(122)에 결합하는 경우 제 1 지름을 가지고, 상기 하나 이상의 측벽이 상기 제 1 베이스(110)에 결합되는 경우 상기 제 1 지름보다 큰 제 2 지름을 가지는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 측벽은 내부 부분(404)과 캐비티를 한정하는 외부 부분(402)을 포함하고,
    상기 제 1 베이스(110)와 상기 탑 구성요소는 상기 내부 부분(404)과 상기 외부 부분(402) 중에서 상이한 것에 결합되고, 상기 내부 부분(404)은 상기 외부 부분(402)에 의해 한정되는 상기 캐비티 안으로 슬라이드하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버의 외부 상의 하나 이상의 측벽(120)에 광학적으로 결합되고, 상기 하나 이상의 측벽(120)의 표면의 법선에 대하여 직교하는 포워드 방향으로 상기 하나 이상의 측벽(120)을 통해 발광된 광을 반사하는 하나 이상의 반사 구성요소(702,812)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 조명 장치는 반사 램프와 백라이트 중 하나인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 반사 구성요소는 제 1 광 가이드와 제 2 광 가이드이고,
    상기 챔버는 상기 제 1 광 가이드와 상기 제 2 광 가이드 사이에 있는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 조명 장치는 광 확산 프론트 플레이트(814)를 추가로 포함하고,
    상기 광 확산 프론트 플레이트(814)는 상기 제 1 광 가이드와 상기 제 2 광 가이드에 광학적으로 결합되어 포워드 방향으로 반사되는 광이 상기 광 확산 프론트 플레이트(814)에 의해 확산되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 조명 장치는,
    제 2 하나 이상의 반도체 발광 이미터;
    상기 제 2 하나 이상의 반도체 발광 이미터가 상부에 설치되는 제 2 베이스;
    상기 제 2 하나 이상의 반도체 발광 이미터를 둘러싸고 상기 제 2 베이스에 결합되는 제 2 하나 이상의 측벽; 및
    상기 제 2 하나 이상의 측벽에 결합되는 제 2 반사 탑 구성요소를 추가로 포함하고,
    상기 제 2 베이스, 상기 제 2 하나 이상의 측벽, 및 상기 제 2 반사 탑 구성요소는 상기 제 2 하나 이상의 반도체 발광 이미터를 담고있는 제 2 챔버를 한정하고,
    상기 제 2 하나 이상의 반도체 발광 이미터에 의해 생성되는 광은 상기 제 2 하나 이상의 측벽을 통해 발광되고,
    상기 하나 이상의 반사 구성요소(812)는 상기 제 2 챔버의 외부 상의 상기 제 2 하나 이상의 측벽에 광학적으로 결합하고, 상기 제 2 하나 이상의 측벽의 표면의 법선에 대하여 직교하는 상기 포워드 방향으로 상기 제 2 하나 이상의 측벽을 통해 발광되는 광을 반사하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 반사 구성요소는 상기 챔버에 결합되는 제 1 광 가이드와 제 2 광가이드이고; 상기 제 2 챔버(832b)에 결합되는 제 3 광가이드와 제 4 광 가이드이며,
    상기 챔버는 상기 제 1 광 가이드와 상기 제 2 광 가이드 사이에 있고,
    상기 제 2 챔버(832b)는 상기 제 3 광 가이드와 상기 제 4 광 가이드 사이에 있는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 조명 장치는,
    상기 하나 이상의 측벽에 의해 한정되는 챔버를 에워싸는 광학 반투명 하우징(902); 및
    상기 하나 이상의 발광 이미터에 전기적으로 결합되고 상기 광학 반투명 하우징(902)에 결합되는 제 3 베이스(904)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 조명 장치는 상기 광학 반투명 하우징(902)에 결합된 제 4 베이스(920), 및 상기 제 3 베이스(904)에 결합된 커넥터(922)를 추가로 포함하고,
    상기 제 3 베이스(904)는 상기 커넥터(922)와 상기 제 4 베이스(920)를 통해 상기 광학 반투명 하우징(902)에 결합되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  19. 조명 장치에 있어서,
    하나 이상의 반도체 발광 이미터(106);
    상기 하나 이상의 반도체 발광 이미터가 상부에 설치되는 제 1 베이스(110);
    상기 하나 이상의 반도체 발광 이미터를 둘러싸고 상기 제 1 베이스(110)에 결합되는 하나 이상의 측벽(120);
    상기 하나 이상의 측벽(120)에 결합되고, 상기 제 1 베이스(110) 및 상기 하나 이상의 측벽(120)과 함께, 상기 하나 이상의 반도체 발광 이미터를 담고 있는 챔버를 한정하는 탑 구성요소(460); 및
    상기 챔버에 결합되고 상기 챔버의 광학 특성을 변경하도록 상기 챔버 내의 상기 하나 이상의 반도체 발광 이미터(106)에 의해 발광되는 광에 노출되는 표면 영역을 조정하는 조정 가능 파장 변환 구성요소(452)를 포함하고,
    상기 탑 구성요소는 반사체이고, 상기 하나 이상의 반도체 발광 이미터에 의해 생성되는 광은 상기 하나 이상의 측벽(120)을 통해 발광되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 베이스와 상기 탑 구성요소(460) 중 하나 안에 개구를 추가로 포함하고,
    상기 조정 가능 파장 변환 구성요소는 상기 개구를 통해 상기 챔버 안으로 조정 가능하게 확장하는 것에 의해 광에 노출되는 상기 표면 영역을 조정하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 조정 가능 파장 변환 구성요소(452)는 로드(454)와 상기 로드에 결합되는 파장 변환 물질(456)을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 1 베이스(110)와 상기 탑 구성요소 중 하나 안에 복수의 개구를 포함하고,
    상기 로드는 복수의 단부(606) 안으로 갈라지고,
    각각의 상기 단부는 이격한 개구를 통해 상기 챔버 안으로 확장하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 조정 가능 파장 변환 구성요소는 확장 가능부(566)를 구비한 튜브(562)를 포함하고,
    상기 확장 가능부(566)는 상기 챔버 내에 배치되며 발광된 광에 노출되는 상기 표면 영역의 조정을 위해 확장 및 축소되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 확장 가능부는 상기 튜브를 연장시키도록 확장하거나 상기 튜브를 단축시키도록 축소하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 확장 가능부(566)는 상기 튜브의 상기 확장 가능부의 지름을 증가시키도록 확장하고 상기 튜브의 상기 확장 가능부의 지름을 감소시키도록 축소하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  26. 제 19 항에 있어서,
    상기 조정 가능 파장 변환 구성요소는 상기 탑 구성요소 상에 파장 변환 물질을 포함하고,
    상기 탑 구성요소 및 파장 변환 물질은 상기 반도체 발광 이미터에 대하여 상승되거나 하강되는 것에 의해 광에 노출되는 표면 영역을 조정하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  27. 제 19 항에 있어서,
    상기 조정 가능 파장 변환 구성요소는 수동으로 조정 가능한 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  28. 제 19 항에 있어서,
    상기 조정 가능 파장 변환 구성요소에 결합되는 액츄에이터(526)를 추가로 포함하고,
    상기 액츄에이터(526)는 상기 조정 가능 파장 변환 구성요소를 조정하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  29. 삭제
  30. 제 19 항에 있어서,
    하나 이상의 탑 구성요소와 상기 하나 이상의 측벽(120)은 파장 변환 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  31. 제 19 항에 있어서,
    상기 조명 장치는,
    상기 하나 이상의 반도체 발광 이미터에 전기적으로 결합되는 제 3 베이스(904); 및
    상기 하나 이상의 측벽에 의해 한정되고 상기 제 3 베이스에 조정 가능하게 결합되는 챔버를 둘러싸며 상기 조정 가능 파장 변환 구성요소에 결합되는 광학적 반투명 하우징(902)을 포함하고,
    광에 노출되는 상기 조정 가능 파장 변환 구성요소의 상기 표면 영역은 상기 광학적 반투명 하우징이 상기 제 3 베이스에 대하여 조정될 때 조정되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 조명 장치는 상기 광학적 반투명 하우징(902)에 결합되는 제 4 베이스(920); 및
    상기 제 3 베이스(904)에 결합되는 커넥터(922)를 추가로 포함하고,
    상기 제 3 베이스(904)는 상기 커넥터(922)와 상기 제 4 베이스(920)를 통해 상기 광학적 반투명 하우징(902)에 결합되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  33. 제 19 항에 있어서,
    상기 챔버의 외부 상의 상기 하나 이상의 측벽에 광학적으로 결합되고 상기 하나 이상의 측벽을 통해 발광되는 광의 방향에 수직인 포워드 방향으로 상기 하나 이상의 측벽을 통해 발광되는 광을 반사하는 반사 구성요소(902b)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 반도체 발광 이미터에 전기적으로 결합되는 제 3 베이스(904)를 추가로 포함하고,
    상기 반사 구성요소(902b)는 상기 제 3 베이스(904)에 조정 가능하게 결합되고,
    상기 조정 가능 파장 변환 구성요소는 상기 반사 구성요소(902b)에 결합되고,
    상기 조정 가능 파장 변환 구성요소의 상기 표면 영역은 상기 반사 구성요소가 상기 제 3 베이스에 대하여 조정될 때 조정되는 광에 노출되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  35. 조명 장치에 있어서,
    하나 이상의 반도체 발광 이미터(106);
    상기 하나 이상의 반도체 발광 이미터(106)가 상부에 설치되는 제 1 베이스로서, 상기 하나 이상의 반도체 발광 이미터(106)에 대한 전기적 연결과 상기 하나 이상의 반도체 발광 이미터에 열적으로 결합되는 히트 스프레더(112)를 포함하는 제 1 베이스(110); 및
    상기 하나 이상의 반도체 발광 이미터(106)를 둘러싸고 상기 제 1 베이스(110)에 결합되는 하나 이상의 측벽(120);을 포함하고,
    상기 하나 이상의 반도체 발광 이미터에 의해 생성된 광은 상기 하나 이상의 측벽을 통해 발광되고,
    상기 하나 이상의 측벽과 상기 제 1 베이스는 지름과 높이를 가지는 챔버를 한정하고,
    상기 챔버의 높이 대 지름 비는 2 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 측벽은 상기 제 1 베이스에 결합되는 부분 반대편에 탑 구성요소 에지(304)를 구비하고, 상기 탑 구성요소 에지(304)는 함께 결합되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  37. 제 35 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 반도체 발광 이미터(106)와 상기 하나 이상의 측벽(120) 사이, 및 상기 반도체 발광 이미터의 발광 영역과 상기 제 1 베이스 사이에 반사 구성요소(124a)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  38. 제 35 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 측벽(120)은 원형, 타원형, 삼각형, 및 직사각형 형상 중에서 선택된 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  39. 제 35 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 측벽(120)은 파장 변환 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 파장 변환 물질은 상기 하나 이상의 측벽의 표면 상의 복수의 점으로 형성되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  41. 제 35 항에 있어서,
    상기 제 1 베이스(110)는 상기 하나 이상의 반도체 발광 이미터(106)에 결합되는 인쇄 회로 기판 및 상기 인쇄 회로 기판에 결합되는 히트 스프레더(112)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  42. 발광하도록 작동 가능한 하나 이상의 반도체 발광 이미터;
    베이스 구성요소, 하나 이상의 측벽 구성요소, 및 탑 구성요소를 포함하고, 상기 하나 이상의 반도체 발광 이미터에 의해 발광되는 광을 수신하도록 작동 가능한 광 믹싱 챔버;
    제 1 광 변환 특성을 가지고, 상기 광 믹싱 챔버의 제 1 부분을 커버하는 제 1 파장 변환 물질; 및
    상기 제 1 광 변환 특성과 상이한 제 2 광 변환 특성을 가지고, 상기 제 1 부분과 상이한 상기 광 믹싱 챔버의 제 2 부분을 커버하는 제 2 파장 변환 물질;을 포함하고,
    상기 제 1 부분은 상기 하나 이상의 반도체 발광 이미터로부터 물리적으로 이격되고,
    상기 제 2 부분은 상기 하나 이상의 반도체 발광 이미터로부터 물리적으로 이격되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  43. 제 42 항에 있어서,
    상기 광 믹싱 챔버의 상기 제 1 부분은 제 1 대체 가능 컴포넌트이고, 상기 광 믹싱 챔버의 상기 제 2 부분은 제 2 대체 가능 컴포넌트인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  44. 제 42 항에 있어서,
    상기 제 1 파장 변환 물질 및 상기 제 2 파장 변환 물질은 상이한 인광물질인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  45. 제 42 항에 있어서,
    상기 광 믹싱 챔버의 상기 제 1 부분은 상기 하나 이상의 측벽을 포함하고,
    상기 광 믹싱 챔버의 상기 제 2 부분은 상기 탑 구성요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  46. 제 42 항에 있어서,
    광은 상기 하나 이상의 측벽을 통해 상기 광 믹싱 챔버에 존재하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  47. 조명 장치 생산 방법에 있어서,
    하나 이상의 발광 다이오드의 광 출력과 파장을 측정하는 단계;
    상기 하나 이상의 발광 다이오드의 측정된 광 출력과 파장에 기초하여 제 1 광 변환 특성을 가지는 제 1 파장 변환 물질을 구비한 제 1 컴포넌트를 선택하는 단계;
    상기 하나 이상의 발광 다이오드의 측정된 광 출력과 파장에 기초하여 제 2 광 변환 특성을 가지는 제 2 파장 변환 물질을 구비한 제 2 컴포넌트를 선택하는 단계; 및
    상기 제 1 컴포넌트와 상기 제 2 컴포넌트로 상기 하나 이상의 발광 다이오드를 조립하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 컴포넌트와 상기 제 2 컴포넌트는 상기 하나 이상의 발광 다이오드로부터의 광이 안으로 발광되는 광 믹싱 챔버의 적어도 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 조명 장치 생산 방법.
  48. 제 47 항에 있어서,
    상기 제 1 컴포넌트는 상기 광 믹싱 챔버의 하나 이상의 측벽 구성요소를 포함하고,
    상기 제 2 컴포넌트는 상기 광 믹싱 챔버의 탑 구성요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치 생산 방법.
  49. 제 47 항에 있어서,
    상기 제 1 컴포넌트 및 상기 제 2 컴포넌트는 상기 하나 이상의 발광 다이오드로부터 물리적으로 이격되는 것을 특징으로 하는 조명 장치 생산 방법.
  50. 제 47 항에 있어서,
    상기 제 1 컴포넌트 및 상기 제 2 컴포넌트는 원하는 컬러 포인트를 달성하기 위해 상기 하나 이상의 발광 다이오드의 측정된 광 출력 및 파장에 기초하여 선택되는 것을 특징으로 하는 조명 장치 생산 방법.
  51. 제 47 항에 있어서,
    상기 제 1 파장 변환 물질 및 상기 제 2 파장 변환 물질을 상이한 인광물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치 생산 방법.
  52. 제 47 항에 있어서,
    상기 제 1 파장 변환 물질을 구비한 상기 제 1 컴포넌트는 상기 제 1 광 변환 특성을 생성하도록 상기 파장 변환 물질, 농도, 커버리지 팩터, 및 두께 중 하나 이상에 대하여 선택되고,
    상기 제 2 파장 변환 물질을 구비한 상기 제 2 컴포넌트는 상기 제 2 광 변환 특성을 생성하도록 상기 파장 변환 물질, 농도, 커버리지 팩터, 및 두께 중 하나 이상에 대하여 선택되는 것을 특징으로 하는 조명 장치 생산 방법.
  53. 조명 장치에 있어서,
    발광하도록 작동 가능한 하나 이상의 반도체 발광 이미터;
    베이스 구성요소, 하나 이상의 측벽 구성요소 및 탑 구성요소를 포함하고, 상기 하나 이상의 반도체 발광 이미터에 의해 발광된 광을 수신하도록 동작 가능한 광 믹싱 챔버;
    제 1 광 변환 특성을 가진 제 1 파장 변환 물질을 구비하고, 상기 제 1 파장 변환 물질의 농도, 커버리지 팩터 및 두께 중 하나 이상에 기초하여 선택 가능한, 상기 광 믹싱 챔버의 제 1 선택 가능 컴포넌트; 및
    상기 제 1 선택 가능 컴포넌트로부터 물리적으로 이격되고, 제 2 광 변환 특성을 가지는 제 2 파장 변환 물질을 구비하고, 상기 제 2 파장 변환 물질의 상기 농도, 커버리지 팩터 및 두께 중 하나 이상에 기초하여 선택되는, 상기 광 믹싱 챔버의 제 2 선택 가능 컴포넌트;를 포함하고,
    상기 제 1 선택 가능 컴포넌트 및 상기 제 2 선택 가능 컴포넌트는 원하는 컬러 포인트를 가진 광을 생성하도록 하나 이상의 반도체 발광 이미터에 의해 발광된 광을 변환하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  54. 제 53 항에 있어서,
    상기 제 1 파장 변환 물질 및 상기 제 2 파장 변환 물질은 상이한 인광물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  55. 제 53 항에 있어서,
    상기 제 1 선택 가능 컴포넌트는 상기 하나 이상의 측벽을 포함하고, 상기 제 2 선택 가능 컴포넌트는 상기 탑 구성요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  56. 제 53 항에 있어서,
    광이 상기 하나 이상의 측벽 구성요소를 통해 상기 광 믹싱 챔버에 존재하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
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