KR101241474B1 - Ｌｅｄ 조명 장치 - Google Patents

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KR101241474B1
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제라드 하버스
마크 에이. 퓨
루스 멘느 티. 드
존 에스. 이리베리
피터 케이. 쳉
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시카토, 인코포레이티드.
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Abstract

조명 장치(100)가 측벽에 둘러싸여 형성되는 광 믹싱 캐비티(101) 안에 하나 이상의 LED(102)를 사용하여 생산된다. 조명 장치는 조명 장치에 의해 생성되는 광의 형상과 컬러를 변경하도록 이동 가능한 광 조절 부재를 포함한다. 예를 들어, 광 조절 부재는 광 믹싱 캐비티 내의 LED에 의해 방사되는 광으로 파장 변환 영역의 노출을 변경해도 좋다. 대안으로, 렌즈의 높이는 생성된 광선의 폭을 변경하도록 조절되어도 좋다. 대안으로, 상이한 파장 변환 재료의 영역을 가지는 이동 가능 기판이 생성된 광의 컬러 포인트를 변경하도록 광 믹싱 캐비티의 출력 포트를 조절가능하게 커버해도 좋다.

Description

ＬＥＤ 조명 장치{ILLUMINATION DEVICE WITH LIGHT EMITTING DIODES AND MOVABLE LIGHT ADJUSTMENT MEMBER}
본 발명은 일반적으로 일반 조명 분야에 관한 것으로, 특히 LED를 사용하는 조명 장치에 관한 것이다.
일반 조명에서 LED의 사용은 LED 칩의 제한된 최대 온도와, LED 칩의 온도와 크게 관련되는 수명 요건으로 인한 조명 장치에 의해 생성되는 광 출력 레벨 또는 광속(flux)에서의 제한으로 인해 여전히 제한되고 있다. LED 칩의 온도는 시스템 내의 냉각 용량과 장치의 전력 효율(유입되는 전력에 대한 LED와 LED 시스템에 의해 생성되는 광 파워)에 의해 결정된다. LED를 사용하는 조명 장치는 또한 일반적으로 컬러 포인트 불안정에 기인하는 컬러 품질의 불량 또한 겪고 있다. 컬러 포인트 불안정은 각 부분에서 뿐 아니라 시간에 걸쳐 변화한다. 컬러 품질의 불량은 연색성 불량으로 특징 지워지는데, 이는 파워가 전혀 또는 거의 없는 대역을 갖는 LED 광원에 의해 생성되는 스펙트럼 때문이다. 또한, LED 사용 조명 장치는 일반적으로 컬러에서 공간 및/또는 각도 변화를 가진다. 또한, LED 사용 조명 장치는 다른 것들 중에, 광원의 컬러포인트를 유지하기 위해 요구되는 컬러 제어 전자 기기 및/또는 센서의 필요성 또는 LED가 선택될 때의 애플리케이션을 위한 컬러 및/또는 플럭스 요구를 만족시키도록 생산된 LED의 선택만 사용하기 때문에 비용이 많이 소요된다.
그 결과, LED 사용 조명 장치의 개선이 요구된다.
발광 장치는 둘러싸는 측벽에 의해 형성되는 광 믹싱 캐비티(cavity) 내의 하나 이상의 LED를 사용하여 생산된다. 인광 물질과 같은, 하나 이상의 파장 변환 재료가 캐비티의 상이한 위치에 배치된다. 예를 들어, 패턴은 측벽 또는 중앙 리플렉터 상의 복수의 인광 물질을 사용하여 형성되어도 좋다. 또한, 하나 이상의 인광물질은 조명 장치의 출력 포트를 커버하는 윈도우 상에 배치되어도 좋다. LED는 LED에 의해 생성되는 광의 형상 또는 컬러를 변경하도록 이동 가능한 광 조절 부재를 포함한다. 예를 들어, 광 조절 부재는 광 믹싱 캐비티에서 LED에 의해 방사되는 광에 파장 변환 영역의 노출을 변경해도 좋다. 대안으로, 렌즈의 높이는, 즉 LED로부터 렌즈의 개구까지의 거리는 생성되는 광선의 폭을 변경하도록 조절되어도 좋다. 대안으로, 상이한 파장 변환 재료의 영역을 가지는 조절 가능한 기판은 생성된 광의 컬러 포인트를 변경하도록 광 믹싱 캐비티의 출력 포트를 조절 가능하게 커버해도 좋다.
도 1 및 2는 광원으로 LED를 사용하는 조명 장치의 일 실시예의 사시도,
도 3은 조명 장치의 분해 사시도,
도 4는 다운 라이트 구성 또는 작업 조명을 위한 스팟 램프와 같은 다른 유사한 구성의 조명 장치의 애플리케이션의 측면도,
도 5a 및 5b는 상이한 타입의 파장 변환 재료의 패턴을 구비한 회전 가능 측벽의 사시도,
도 6은 방사 핀과 회전 가능 측벽이 배치되어도 좋은 중앙에 광학 반사 육각 캐비티를 구비한 히트 싱크를 가지는 조명 장치의 상부 사시도,
도 7a는 육각 형상 회전 가능 중앙 리플렉터를 구비한 조명 장치의 다른 실시예의 사시도,
도 7b는 돔 형상 회전 가능 중앙 리플렉터를 구비한 조명 장치의 다른 실시예의 사시도,
도 8a, 8b는 구성 가능한 믹싱 캐비티를 구비한 다른 조명 장치의 사시도,
도 9a는 바닥 절단 사시도이고, 도 9b, 9C는 구성 가능 믹싱 캐비티를 구비한 다른 조명 장치의 상부 절단 사시도,
도 10a, 10b는 구성 가능한 믹싱 캐비티를 구비한 다른 조명 장치의 절단 사시도,
도 10c, 10d는 구성 가능한 믹싱 캐비티를 구비한 다른 조명 장치의 절단 사시도,
도 11a, 11b는 측벽 또는 투명 탑 플레이트 위에서 하나 이상의 인광 물질을 사용하는 구성 가능한 믹싱 캐비티를 구비한 다른 조명 장치의 절단 사시도,
도 12a는 다른 조명 장치의 단면도이고 도 12b,12c는 상면도,
도 13a, 13b는 각각 회전 컬러 선택 플레이트를 구비한 조명 장치의 상면도 및 측면도,
도 14a, 14b는 각각 회전 슬라이드 가능한 컬러 선택 플레이트를 구비한 조명 장치의 상면도 및 측면도, 및
도 15는 조명 장치와 접촉하는 이동 가능 컬러 선택 플레이트의 단면도이다.
도 1 및 2는 이동 가능 광 조절 부재를 포함해도 좋은 LED 조명 장치의 일 실시예를 도시하고, 여기서 도 2는 LED 조명 장치(100)의 내부를 도시한 단면도를 나타낸다. 여기서 밝혀지듯이, LED 조명 장치는 하나의 LED가 아니지만, LED 광원 또는 설비 또는 LED 광원의 컴포넌트 부품 또는 설비로 이해되어야 하고, 하나 이상의 LED 다이 또는 LED 패키지를 포함하는 LED 보드를 포함하는 것으롤 이해되어야 한다. 도 3은 조명 장치(100)의 분해 사시도이다. LED 조명 장치(100)는 여기 개시된 것과 공통 소유이고 참조로 여기 전체적으로 결합되는, Gerard Harbers 등에 의해 2008년 10월 10일 출원된 미국 특허 출원 번호 제12/249,874호, "Illumination Device with Light Emitting Diodes"에 설명된 장치와 유사할 수도 있다.
조명 장치(100)는 히트 스프레더(heat spreader) 또는 히트 싱크(heat sink,130)(도 3에 도시됨)에 부착되거나 결합되는 보드(104) 상에 설치되는 LED(102)와 같은 하나 이상의 고체 상태 발광 소자를 포함한다. 보드(104)는 보드(104)의 상면에 부착되는 반사 플레이트(106) 또는 반사 상면을 포함해도 좋다. 반사 플레이트(106)는 높은 열 전도도를 가진 물질로 만들어도 좋고 보드(104)와 열 접촉에 의해 배치되어도 좋다. 조명 장치(100)는 보드(104)에 연결되는 반사 측벽(110)을 추가로 포함한다. 반사 플레이트(106)를 구비한 보드(104) 및 측벽(110)은 광의 일부가 캐비티 안에서 흡수될 수 있더라도 LED(102)로부터의 광이 출력 포트(120)를 통해 나갈 때까지 그 안에서 반사되는 조명 장치(100) 내의 캐비티(101)를 구획한다. 출력 포트(120)를 나가기 전에 캐비티(101) 내의 광을 반사하는 것은 광 믹싱, 및 조명 장치(100)로부터 발산된 광의 보다 균일한 분산을 제공하는 효과를 가진다.
반사 측벽(110)은 높은 반사율과 내구성을 가진 물질을 만드는데 처리된 알루미늄 계 물질과 같은 높은 열 전도 물질로 만들어져도 좋다. 예를 들어, 독일의 Alanod에 의해 제작되는 Miro?로 불리는 물질이 측벽(110)으로 사용되어도 좋다. 측벽(110)의 높은 반사력은 알루미늄을 윤내는 것 또는 하나 이상의 반사 코팅으로 측벽(110)의 내면을 커버하는 것 중 하나에 의해 달성될 수 있다. 원하는 경우, 측벽(110)의 반사면은 히트 싱크 내부에 배치되는 분리 인서트를 사용하여 달성되어도 좋고, 여기서 인서트는 고 반사 물질로 만들어진다. 예를 들어, 인서트는 탑 또는 바닥에 더 큰 개구를 가지는 측벽 섹션에 따라 (보드(106)에 측벽(110)을 설치하기 전에)탑 또는 바닥으로부터 히트 싱크 안으로 배치될 수 있다. 측벽(110)의 내부는 정반사 또는 확산 반사 중 하나가 될 수 있다. 높은 정반사 코팅의 예는 산화로부터 은 레이어를 보호하는 투명 레이어를 구비한, 은 거울이다. 높은 확산 반사 코팅의 예는 산화 티타늄(TiO2), 산화 아연(ZnO), 및 황산 바륨(BaSO4) 입자, 또는 이들 물질의 혼합물을 포함한 코팅이다. 일 실시예에서, 캐비티(101)의 측벽(110)은 TiO2, ZnO, BaSO4 입자 또는 이들 물질의 화합물을 포함해도 좋은 백색 페인트의 베이스 레이어로 코팅되어도 좋다. 간단히 하도록 여기서는 인광물질로 일반적으로 불리우는 인광 물질 또는 발광 염료와 같은 파장 변환 재료를 포함하는 오버 코팅 레이어가 사용되어도 좋다. 예를 들어, 사용어도 좋은 인광 물질은 Y3Al5O12:Ce, (Y,Gd)3Al5O12:Ce, CaS:Eu, SrS:Eu, SrGa2S4:Eu, Ca3(Sc,Mg)2Si3O12:Ce, Ca3Sc2Si3O12:Ce, Ca3Sc2O4:Ce, Ba3Si6O12N2:Eu, (Sr,Ca)AlSiN3:Eu, CaAlSiN3:Eu를 포함한다. 대안으로, 인광 물질은 측벽에 직접적으로, 즉 베이스 코팅 없이 부가되어도 좋다.
반사 측벽(110)은 광이 조명 장치(100)를 빠져나가는 출력 포트(120)를 구획해도 좋다. 다른 실시예에서, 반사 측벽(110)의 탑(top) 위에 설치되는 반사 탑(121)은 도 3의 파선으로 도시된 바와 같이 출력 포트(120)를 구획하는 데 사용되어도 좋다. 출력 포트(120)는 윈도우(122)를 포함해도 좋고, 이는 광이 나갈 때 광을 확산하도록 투명 또는 반투명이어도 좋다. 윈도우(122)는 예를 들어 TiO2, ZnO, BaSO4, 또는 전체 가시 스펙트럼에 대해 낮은 흡수성을 갖는 다른 물질로 만들어진 분산 입자를 포함하는 아크릴 물질로 제작되어도 좋다. 다른 실시예에서, 윈도우(122)는 하나의 또는 양 사이드 상에 마이크로 구조체를 가지는 투명 또는 반투명 플레이트가 되어도 좋다. 예를 들어, 마이크로 구조체는 렌즈렛(lenslet) 어레이 또는 홀로그램 마이크로 구조체가 되어도 좋다. 대안으로, 윈도우(122)는 결정(사파이어) 또는 세라믹(알루미나) 중 하나의 형상으로 AlO2로 제작되어도 좋고 이는 그 강도(내 스크래치성), 및 높은 열전도율 때문에 이롭다. 윈도우의 두께는 예를 들어 0.5와 1.5 mm 사이에 있어도 좋다. 원하는 경우, 윈도우는 분산 특성을 가져도 좋다. 그라운드 사파이어 디스크는 양호한 광학 분산 특성을 가지고 윤내는 것을 필요로 하지 않는다. 대안으로, 분산 윈도우는 모래 또는 비드 맞은 윈도우 또는 플라스틱 디퓨져(diffuser)가 되어도 좋고, 이는 몰딩 동안 물질 안으로 분산 입자를 분산시키는 것에 의해 또는 몰드를 표면 조직화하는 것에 의해 분산이 만들어진다. 또한, 윈도우(122)는 윈도우(122)에 결합되거나 윈도우(122)의 탑 및/또는 바닥 면을 코팅하는 인광 물질과 같은 파장 변환 재료를 포함해도 좋다.
캐비티(101)는 LED(102)가 광을 고체 인캡슐런트(encapsulent) 물질이 아닌 비-고체 물질로 발산하도록 공기 또는 불활성 기체 등 비-고체 물질로 채워져도 좋다. 예를 들어, 캐비티는 밀봉하여 실링되고 캐비티를 채우는 데 아르곤 가스가 사용되어도 좋다. 대안으로, 질소가 사용되어도 좋다.
도 1, 2에에서 측벽(110)은 연속 튜브 형상을 가지는 것으로 도시되지만 다른 형상이 사용되어도 좋다. 예를 들어, 측벽이 타원 형상(원형 형상 포함)의 단일 연속 측벽으로 형성되어도 좋고, 또는 복수 측벽이 비연속 형상, 예를 들어, 삼각형, 사각형, 또는 다각형을 형성하는 데 사용되어도 좋다(간략하게, 측벽은 일반적으로 여기서 복수로 일컬어질 것이다). 또한, 원하는 경우, 측벽은 연속 및 비연속 부분을 포함하여도 좋다. 또한, 측벽(110)에 의해 구획되는 캐비티(101)는 바닥(즉, LED(102) 근처)과 상부(즉, 출력 포트(120) 근처)에서 상이한 크기의 단면을 갖도록 비스듬하게 되어도 좋다.
보드(104)는 부착된 LED(102)에 전원(미도시)으로의 전기적 접속을 제공한다. 또한, 보드(104)는 보드의 측면과 보드(104)의 바닥에 LED(102)에 의해 생성되는 열을 전도하고, 이는 히트 싱크(130, 도 3에 도시됨), 또는 조명 설비 및/또는 팬과 같은 열을 소산시키는 다른 메커니즘에 열적으로 결합되어도 좋다. 일부 실시예에서, 보드(104)는 예를 들어 측벽(110)을 둘러싸는 보드(104)의 상부에 열적으로 연결된 히트 싱크에 열을 전도한다.
LED 보드(104)는 하나 이상의 LED 다이 또는 LED 패키지가 설치되는 보드이다. 보드는 열 접촉 영역이 되는 상면과 바닥면 상에 예를 들어 30μm ~100μm의 비교적 두꺼운 구리 레이어를 구비하는, 예를 들어 즉 0.5mm 두께의 FR4 보드라도 좋다. 보드(104)는 열 비아(via)를 또한 포함해도 좋다. 대안으로, 보드(104)는 금속 코어 PCB 또는 적절한 전기 연결을 가진 세라믹 서브마운트라도 좋다. 알루미나(세라믹 형태의 산화알미늄) 또는 질화알루미늄(역시 세라믹 형태)으로 만들어진 것과 같은 다른 타입의 보드가 사용되어도 좋다. 측벽(110)은 추가 히트 싱크 영역을 제공하도록 보드(104)에 열적으로 연결되어도 좋다.
반사 플레이트(106)는 LED(102) 주위의 보드(104)의 상면에 설치되어도 좋다. 반사 플레이트(106)는 캐비티(101) 안에서 하방 반사하는 광이 일반적으로 출력 포트(120) 쪽으로 되돌아 반사되도록 반사율이 커도 좋다. 또한, 반사 플레이트(106)는 추가의 히트 스프레더(heat spreader)로 작동하도록 높은 열 전도도를 가져도 좋다. 예를 들어, 반사 플레이트(106)는 Alanod에 의해 제작된 Miro?와 같은, 강화 알루미늄을 포함하는 물질로 제작되어도 좋다. 반사 플레이트(106)는 LED(102) 사이의 중앙 부품을 포함하지 않아도 좋지만, 원하는 경우, 예를 들어 많은 수의 LED(102)가 사용되는 경우, 반사 플레이트(106)가 LED(102) 사이의 부분 또는 대안으로 광 조절 부재로 작용 해도 좋은, 도 7b, 7B, 12a에 도시된 바와 같은 중앙 분배기(central diverter)를 포함해도 좋다. 반사 플레이트(106)의 두께는 대략 LED(102)의 서브 마운트와 동일한 두께 또는 약간 더 두꺼워도 좋다. 반사 플레이트는 대안으로 3M(미국)에 의해 판매되는 Vikuiti™ ESR과 같은 높은 반사율의 얇은 물질로 만들어져도 좋고, 이는 65μm의 두께를 가지고, LED의 광 출력 영역에 홀이 펀치되고, LED, 및 보드(104)의 나머지 위로 설치된다. 측벽(110)과 반사 플레이트(106)는 열적으로 연결되고 원하는 경우 한 조각으로 생산되어도 좋다. 반사 플레이트(106)는 예를 들어 열 전도 풀 또는 테이프를 사용하여 보드(104) 상에 설치되어도 좋다. 다른 실시예에서, 보드(104)의 상면 그 자체는 반사율이 높게 형성되어 반사 플레이트(106)에 대한 필요를 제거한다. 한편, 반사 코팅이 보드(104)에 적용될 수도 있는데, 코팅은 예를 들어 에폭시, 실리콘, 아크릴, 또는 NMP(N-Methylpyrrolidone) 물질과 같은 투명 바인더 안에 침지된 TiO2, ZnO, 또는 BaSO4 로 만들어진 백색 입자로 구성된다. 대안으로, 코팅은 예를 들어 YAG:Ce와 같은 인광 물질로 만들어져도 좋다. 인광 물질 및/또는 TiO2, ZnO 또는 BaSO4 물질의 코팅은 직접적으로 보드(104)에 또는 예를 들어 반사 플레이트(106)에, 예를 들어 스크린 프린팅에 의해 도포되어도 좋다. 일반적으로 스크린 인쇄에서는 작은 도트가 피착된다. 도트는, 윈도우(122)의 표면에 보다 균일하고 보다 피크의 휘도 분포를 달성하도록 도트의 크기 및 공간적 분포를 변경하여, 생성된 광선에서 보다 균일하거나 또는 보다 피크의 조명 패턴을 용이하게 하는 것이 가능하다.
도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 복수의 LED(102)가 조명 장치(100)에 사용되어도 좋다. LED(102)는 조명 장치(100)의 반사 플레이트(106)(또는 보드(104))의 캐비티(101)의 중앙에서 출력 포트(110)의 중앙으로 연장하는 광축 주위에 회전 대칭으로 배치되어, LED의 발광면 또는 p-n 접합은 광축으로부터 등거리이다. 조명 장치(100)는 더 많거나 더 적은 LED를 가져도 좋지만, 6 ~ 10개의 LED가 LED(102)의 유용한 양이라는 것이 발견되었다. 일 실시예에서, 12 또는 14개의 LED가 사용된다. 많은 수의 LED가 사용되는 경우, 비교적 낮은, 예를 들어 36V와 700mA 이하의 순방향 전압 및 전류를 유지하기 위해, LED를 복수의 스트링으로, 예를 들어 6 또는 7개의 LED를 두 스트링으로 결합하는 것이 바람직할 수 있다. 원하는 경우, 다수의 LED는 직렬로 배치되어도 좋지만 그러한 구성은 전기 안전 문제를 가져올 수도 있다.
일 실시예에서, LED(102)는 Philips Lumileds Lighting에 의해 제조된 Luxeon Rebel과 같은 LED 패키지이다. OSRAM(Ostar package), Luminus Devices(미국), 또는 Tridonic(오스트리아)에서 제작된 것과 같은 다른 타입의 패키지 LED 또한 사용되어도 좋다. 여기 정의된 바와 같이, LED 패키지는 와이어 본드 연결 또는 스터드 범프와 같은 전기 연결을 포함하고 가능한 광학 소자, 열적, 기계적, 및 전기적 인터페이스를 포함하는 하나 이상의 LED 다이의 어셈블리이다. LED(102)는 LED 칩 위로 렌즈를 포함해도 좋다. 대안으로, 렌즈 없는 LED가 사용되어도 좋다. 렌즈 없는 LED는 인광물질을 포함하는 보호 레이어를 포함해도 좋다. 인광물질은 바인더 내에 분산으로 적용되거나 분리 플레이트로 적용될 수 있다. 각각의 LED(102)는 하나 이상의 LED 칩 또는 다이에 포함되고, 이는 서브 마운트 상에 설치되어도 좋다. LED 칩은 일반적으로 약 0.01mm ~ 0.5mm의 두께로 약 1mm x 1mm의 크기를 가지지만, 이 크기는 변화해도 좋다. 일부 실시예에서, LED(102)는 복수의 칩을 포함해도 좋다. 복수의 칩은 유사하거나 상이한 컬러, 예를 들어 적, 녹, 청의 광을 발광할 수 있다. 또한, 상이한 인광물질 레이어가 동일한 서브마운트 상의 상이한 칩에 적용되어도 좋다. 서브마운트는 세라믹 또는 다른 적절한 물질이 되어도 좋고, 일반적으로 바닥면 상에 전기 접촉 패드를 포함하고, 이는 보드(104) 상의 접촉에 연결된다. 대안으로, 전기 본드 와이어는 칩을 마운팅 보드에 전기적으로 연결되는 데 사용되어도 좋고, 이것은 차례로 전원에 연결된다. 전기 접촉 패드를 따라, LED(102)는 LED 칩에 의해 생성된 열이 발산될 수 있는 서브마운트의 바닥면 상에 열 접촉 영역을 포함해도 좋다. 열 접촉 영역은 보드(104) 상의 열 스프레드 레이어에 연결된다.
LED(102)는 직접 발광에 의하거나 (예를 들어 상이한 인광 물질 레이어가 LED에 적용되는 경우) 인광물질 변환에 의해서, 상이하거나 동일한 컬러를 발광할 수 있다. 그러므로, 조명 장치(100)는 적, 녹, 청, 황, 또는 청록색과 같은 임의 조합의 컬러 LED(102)를 사용하거나, LED(102)는 모두 동일한 컬러의 광을 생성하거나 모두 백색광을 생성해도 좋다. 예를 들어, LED(102)는 인광물질(또는 다른 파장 변환 수단)과 함께 사용되는 경우 모두 청색 또는 UV 광을 발광해도 좋고, 인광물질은 예를 들어 출력 포트(120)의 윈도우(122) 내 또는 상에 있어도 좋고, 측벽(110)의 내부에 도포되거나 캐비티 내부에 배치된 다른 컴포넌트에 도포되며, 그리하여 조명 장치(100)의 출력 광은 원하는 컬러를 가지게 된다. 인광 물질은 다음 화학식에 의해 표시되는 세트로부터 선택될 수 있다: Y3AI5O12:Ce, (YAG:Ce 또는 YAG라고 함) (Y,Gd)3Al5O12:Ce, CaS:Eu, SrS:Eu, SrGa2S4:Eu, Ca3(Sc,Mg)2Si3012:Ce, Ca3Sc2Si3O12:Ce, Ca3Sc204:Ce, Ba3Si6O12N2:Eu, (Sr,Ca)AlSiN3:Eu, CaAlSiN3:Eu.
일 실시예에서, YAG 인광물질이 출력 포트(120)의 윈도우(122) 상에 사용되고, CaAlSiN3:Eu, 또는 (Sr,Ca)AlSiN3:Eu 와 같은 적색 발광 인광물질이 상기 캐비티의 바닥에서 측벽(110)과 반사 윈도우(106) 상에 사용된다. 캐비티를 구획하는 측벽의 형상과 높이를 선택하는 것에 의해, 그리고 캐비티 내의 어느 부분이 인광물질로 커버될지 아닌지를 선택하는 것에 의해, 그리고 윈도우 상의 인광 물질 레이어의 레이어 두께를 최적화하는 것에 의해, 모듈로부터 발광되는 광의 컬러 포인트가 원하는 바에 따라 조절될 수 있다.
도 4 은 다운 라이트 구성 또는 작업 조명을 위한 스팟 램프와 같은 다른 유사한 구성의 조명 장치(200)의 실시예의 측면도이다, 조명 장치(200)는 LED(102) 내부의 광 믹싱 캐비티(101)가 보이도록 측벽(110)의 일부가 잘려져 보이는 장치(100)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 조명 장치(200)는 광 믹싱 캐비티(101)로부터 발광되는 광을 평행하게 하기 위한 리플렉터(reflactor,140)를 추가로 포함한다. 리플렉터(140)는 알루미늄 또는 구리를 포함하는 물질과 같은 열 전도 물질로 만들어져도 좋고, 측벽(110)을 따라 또는 통과하여, 보드(104) 상의 히트 스프레더에 열적으로 연결되어도 좋다. 열은 보드에 부착된 열 스프레더, 열 전도 측벽, 및 열 전도 리플렉터(140)를 통해 전도를 통해 화살표(143)로 도시된 바와 같이 흐른다. 열은 또한 화살표로 표시된 바와 같이 리플렉터(140) 위로 열 대류를 통해 흐른다. 보드 상의 열 스프레더는 조명 기구에 부착되거나 도 3에 도시된 바와 같이 히트 싱크(130)와 같은 히트 싱크에 부착되어도 좋다.
조명 장치는 LED에 의해 생성되는 광의 형상 또는 컬러를 변경하도록 조절 가능한 이동 가능 광 조절 부재를 포함한다. 도 5a,5b는 예를 들어 적색 인광물질 및 녹색 인광 물질과 같은 상이한 타입의 파장 변환 재료의 패턴을 구비한 캐비티(101)의 내부를 보여주도록 부분적으로 절단된 측벽(110)을 구비한 측벽(110)의 사시도이다. 일 실시예에서, 조명 장치(100)는 광 믹싱 캐비티(101)의 상이한 영역에 배치되는 상이한 타입의 인광 물질을 포함해도 좋다. 예를 들어, 적색 및 녹색 인광 물질이 측벽(110) 또는 바닥(104)에 배치되어도 좋고 황색 인광 물질이 윈도우 내에 내장되거나 윈도우의 상면 또는 바닥면 위에 배치되어도 좋다. 도시된 바와 같이, 상이한 타입의 인광 물질, 예를 들어, 적색 및 녹색은 측벽(110) 상의 상이한 영역에 배치되어도 좋다. 예를 들어, 하나의 타입의 인광물질(110R)은 제 1 영역, 예를 들어 스트라이프, 점, 또는 다른 패턴으로 측벽(110) 상에 패터닝되어도 좋지만 다른 타입의 인광 물질(110G)이 측벽의 상이한 제 2 영역 상에 배치된다. 원하는 경우, 추가 인광 물질이 캐비티(101) 내의 상이한 영역에 배치되거나 사용되어도 좋다.
상이한 패턴의 인광 물질을 구비한 측벽(110)은 화살표(170)로 도시된 바와 같이 회전 가능해도 좋다. 측벽(110) 회전에 의해, 상이한 인광 물질은 더 많이 또는 더 적게 LED(102)로부터의 광에 직접적으로 노출되어도 좋고, 그에 의해 원하는 광 컬러 포인트를 생성하도록 믹싱 캐비티(101)를 구성한다. 따라서, 측벽(110)을 회전하는 것에 의해, 조명 장치(100)는 원하는 컬러 포인트로의 변경 및 설정이 제어될 수 있다.
측벽(110)의 회전은 조명 장치(100) 아래의 액추에이터(111)로 또는 수동으로 제어되어도 좋다. 예를 들어, 측벽(110)은 예를 들어 손가락이나 기구로 측벽(110)을 회전하도록 밀릴 수 있는 노치(110n)를 포함해도 좋다. 대안으로, 노출된 기어가 측벽(110)을 회전하는 데 사용되어도 좋다. 측벽(110)은 측벽의 클램핑 또는 접착 전에 정상 동작 동안 또는 제작 동안 회전 되어도 좋다.
예를 들어, 측벽(110)은, 중앙에 광학 반사 육각 캐비티(334)와 방사상의 핀(332)을 구비한 히트 싱크(330)를 구비한 조명 장치의 상부 사시도를 나타내는 도 6에 도시된 바와 같이 히트 싱크 주위에 대하여 회전되어도 좋다. 히트 싱크(330)는 압출 성형되거나 주조 되거나 몰딩되거나 기계로 만들어지거나 그렇지 않으면 알루미늄과 같은 열 전도 물질로 제조되어도 좋다. 일 실시예에서, 회전 가능 측벽(310')이 히트 싱크(330)의 중앙 캐비티(334) 안으로 삽입되고 원하는 위치로 회전되어도 좋다.
도 7a는 중앙 리플렉터(352), 및 마주하는 측벽 사이의 거리가 측벽의 상부, 즉 출력 포트(362)에서보다 측벽의 바닥, 즉 반사 플레이트(356)에서 더 작게 만들어진 테이퍼(taper) 형상의 육각형 반사 측벽(360)을 구비하는 조명 장치(350)의 다른 실시예의 사시도이다. 원하는 경우, 측벽(360)은 테이퍼 형상이 아니라도 좋다. 중앙 리플렉터(352)는 예를 들어 상이한 타입의 인광 물질과 같이 상이한 타입의 파장 변환 재료(352R,352G)를 포함하고, 측벽(360) 또한 파장 변환 재료(360R)로 커버된 것으로 도시된다. 또한, 중앙 리플렉터(352)는 화살표(357)로 도시된 바와 같이 중심 축 주위를 회전 가능하고, 이는 도 5a에 도시된 것과 유사하게, 조명 장치(350) 아래의 액추에이터로 또는 수동으로 제어되어도 좋다. 중앙 리플렉터(352)의 회전에 의해, 상이한 인광 물질은 더 많이 또는 더 적게 LED(102)로부터의 광에 직접적으로 노출되어도 좋고, 그에 의해 원하는 광 컬러 포인트를 생성하도록 믹싱 캐비티를 구성한다. 따라서, 중앙 리플렉터(352)의 회전에 의해, 조명 장치(350)는 원하는 컬러 포인트로 변경 및 설정이 제어될 수 있다.
중앙 리플렉터(352) 또한 육각형 테이퍼 형상으로 도시되어 있으며, 이는 LED(102)로부터 큰 각도로 방출된 광을 보드(354)의 법선에 대해 더 좁은 각도로 조향하는 데 유용하다. 다시 말해, 보드(354)의 평행선에 인접한 LED(102)에 의해 방사된 광은, 조명 장치에 의해 방사된 광이 직접 LED에 의해 방사된 광의 원뿔 각에 비해 더 작은 원뿔 각을 갖도록 출력 포트(362)를 향해 상향으로 조향된다. 더 작은 각도로 광을 반사하는 것에 의해, 조명 장치(350)는 예를 들어, 눈부심 문제(사무실 조명, 일반 조명) 때문에, 또는 필요하고 가장 효과적인 경우에만(예를 들어 작업 조명, 또는 캐비닛 아래 조명) 광을 보내는 것이 바람직한 효율 문제 때문에, 큰 각도를 가지는 광이 꺼려지는 애플리케이션에서 사용될 수 있다. 또한, 중앙 리플렉터(352)가 없는 장치에 비해 조명 장치(350)에서는 큰 각도로 방사된 광이 출력 포트(362)에 도달하기 전에 광 믹싱 캐비티(351) 안에서 덜 반사되므로 광 추출 효율이 개선된다. 이는 광 터널 또는 통합기와 조합하여 사용될 때 특히 유리한데, 그 이유는 믹싱 캐비티 안에서 훨씬 더 자주 주위에 광이 바운스 되어 효율을 감소시키므로 큰 각도의 광속을 제한하는 것이 유리하기 때문이다. 보드(354) 상의 반사 플레이트(356)는 추가 히트 스프레더로 사용되어도 좋다.
도 7b는 도 7a에 도시된 조명 장치(350)에 유사하지만 출력 포트(362) 위로 LED(102)로부터 광을 분산되는 돔 형상을 가지는 중앙 리플렉터(353)를 구비하고, 출력 포트(362) 위로 디퓨져로 작용해도 좋은 윈도우(364)와 함께 도시되는 조명 장치(350')의 다른 실시예다. 원하는 경우, 도 7a에서 조명 장치(350)는 윈도우(364)를 포함해도 좋다. 중앙 리플렉터(352)로 위에서 설명되었듯이, 돔 형상 중앙 리플렉터(353)는 상이한 타입의 파장 변환 재료(353R,353G)를 포함하고, 화살표(357)로 도시된 바와 같이 중심 축 주위를 회전 가능하며, 이는 도 5a에 도시된 액추에이터(111)에 유사하게, 조명 장치(350') 아래 액추에이터로 또는 수동으로 제어된다. 중앙 리플렉터(353)의 회전은 상이한 인광 물질을 더 많이 또는 더 적게 LED(102)로부터의 광에 직접적으로 노출하고, 그에 의해 원하는 광 컬러 포인트를 생성하도록 믹싱 캐비티를 구성한다. 돔 리플렉터(353)는 반사 물질과 같은 미러 또는 분산 중 하나를 가져도 좋다. 윈도우(364)는 하나 이상의 파장 변환 재료를 포함해도 좋다. 이색성 미러(dichroic mirror,366) 레이어는 LED(102) 및 윈도우(364) 안 또는 위의 인광물질 사이에서 윈도우(364)에 연결되어도 좋다. 이색성 미러(366)는 예를 들어 따뜻한 온도에 대한 것과 같이 원하는 색온도를 생성하도록 원하는 파장을 반사 및 전송하여도 좋고, 이색성 미러(366)는 청색광을 반사해도 좋고, 더 차가운 색온도에 대하여, 이색성 미러(366)는 더 파란 청색광을 전송한다.
도 8a,8b는 도 1, 2에 도시된 조명 장치(100)에 유사하지만 광 분산 및/또는 조명 장치로부터 방사된 광의 컬러를 변경할 수 있는 구성 가능한 믹싱 캐비티(410)를 포함하는 다른 조명 장치(400)의 사시도이다. 조명 장치(400)는 원하는 광학 효과를 생성하도록 조절 가능한 구성 가능 믹싱 캐비티(410)를 통과하는 스크류(412)와 같은 조절 부재를 포함한다. 스크류(412)는 원하는 작용을 생성하도록 상이한 형상과 크기로 구성되어도 좋다. 구성 가능 믹싱 캐비티(410)에 들어가는 전체 스크류(412) 및/또는 헤드(414)는 고 반사 물질로 만들어져도 좋고 분산 또는 정반사여도 좋다. 또한, 헤드(414) 및/또는 전체 스크류(412)는 하나 이상의 인광 물질로 코팅되어도 좋다.
조명 장치(400)는 하나 이상의 인광 물질의 레이어로 내부 표면 위가 커버되는 측벽(406)를 포함해도 좋다. 조명 장치(400)는 오픈되거나 윈도우(422)를 포함해도 되는 출력 포트(420)를 포함한다. 윈도우(422)가 사용되는 경우, 옵션 디퓨져, 및/또는 인광 물질 레이어, 또는 다른 광학 미세구조를 포함해도 좋다.
스크류(412)는 바닥으로부터 즉, 보드(404)를 통해 조명장치의 구성 가능 믹싱 캐비티(410)로 들어가도 좋고, 조절 가능, 즉, 믹싱 캐비티(410)의 광학 특성을 변경하도록 도 8a,8b에 각각 도시된 바와 같이 올려지거나 낮춰질 수 있다. 예를 들어, 믹싱 캐비티(410)로부터 들어오는 빔 패턴이 변경되거나, 조명 장치(400)의 탑에서 방사된 광의 컬러가 변경되어도 좋다. 색 변화 효과를 달성하기 위해, 인광 물질 또는 흡수 컬러 필터가 사용되어도 좋다. 이들 인광 물질 또는 컬러 필터는 측벽(406) 또는 윈도우(422) 상의 헤드(414) 및/또는 스크류(412) 그 자체 위에 배치될 수 있다. 스크류의 위치를 변경하는 것에 의해, 상이한 인광 물질이 상이한 광 량 및 컬러로 노출되어 출력 포트에서 상이한 컬러를 생성한다.
도 9a는 조명 장치(400)에 유사하고 광 분산 및/또는 조명 장치(450)로부터 방사된 광의 컬러를 조절하는 구성 가능 믹싱 캐비티를 구비한 다른 조명 장치(450)의 바닥 절단 사시도이고, 도 9b,9c는 상부 절단 사시도이다. 조명 장치(450)는 구성 가능 믹싱 캐비티(460)를 통해 연장하는 스크류의 형태로 상이한 조절 가능 부재를 포함하지만 조명 장치(400)와 달리, 스크류(462)는 구성 가능 믹싱 캐비티(460) 안에 남는다. 예를 들어, 스크류는 보드(454)와 윈도우(472) 사이에 회전가능하게 고정되어도 좋다. 플렉시블 구조체(464)의 형상은 스크류(462)가 회전 될 때 변화하도록 플렉시블 구조체(464)가 스크류에 연결된다. 예를 들어, 스크류의 회전이 플렉시블 구조체(464)를 원통 형상으로 확장하거나 플렉시블 구조체(464)를 각각 도 9b,9c에 도시된 바와 같이 디스크 형상으로 수축시키도록, 플렉시블 구조체(464)의 바닥은 구조체의 상부가 스크류로 실로 꿰듯 맞물리는 동안 안정적으로 고정된다. 도 9a에 도시된 바와 같이, 스크류(462)의 바닥은 스크류가 수동으로 또는 자동으로 조절될 수 있도록 조명장치(450) 외부에 노출되어 포함되어도 좋다.
플렉시블 구조체(464)는 고무, 실리콘, 또는 플라스틱과 같은 플렉시블한 물질로 만들어져도 좋고, 인광 물질 및/또는 백색 분산 입자를 포함해도 좋다. 플렉시블 구조체(464)의 형상을 변경하는 것에 의해, 믹싱 캐비티(460)의 광학 특성이 변경되고 광 출력의 컬러 또는 광 분산을 변경하는 데 사용될 수 있다. 유사한 실시예에서, 플렉시블 구조체(464)는 우산과 같이 형성되고 동작해도 좋다. 우산은 투명 물질로 만들어져도 좋고, 예를 들어 적색 인광 물질이 되어도 좋은 인광 물질과 같은 파장 변환 재료를 포함해도 좋다.
다른 실시예에서, 플렉시블 구조체(464) 대신, 측벽(466) 그 자체가 플렉시블하고 LED(102)에 의해 생성된 광에 측벽(466) 상의 상이한 인광물질의 노출을 변경하도록 형상을 변경해도 좋다.
도 10a, 10b는 구성 가능한 믹싱 캐비티(510)를 구비한 조명 장치(500)의 다른 실시예의 절단 사시도이다. 조명 장치(500)는 조명 장치(500)의 출력 포트(520)에서 렌즈(522)의 위치를 조절하도록 사용될 수 있는 스크류(512)의 형상으로 다른 조절 가능 부재를 포함한다. 렌즈(522)의 위치를 조절하는 것에 의해, 조명 장치(500)로부터의 최종 광 출력이 좁은 광선에서 넓은 광선으로 변경될 수 있다. 렌즈(522)는 LED(102)에 매우 가깝게 배치되어도 좋은 도넛 타입의 렌즈로 도시된다. 일부 실시예에서, Polymer Optics, Ltd.에 의해 제조되는 것과 같은, 비-이미지 TIR 타입 또는 Fresnel 렌즈와 같은 렌즈의 다른 타입이 사용되어도 좋다. 렌즈(522)는 한 위치에서, 예를 들어 도 10a에 도시된 바와 같이, 렌즈가 LED(102)에 가까울 때 광을 시준하지만 도 10b에 도시된 바와 같이 LED(102)로부터 멀어질 때(스크류(512)의 회전을 통해) 광을 분산해도 좋다.
도 10c,10d는 도 10a,10b에 도시된 것과 유사한 구성 가능 믹싱 캐비티(510')을 구비한 조명 장치(500')의 다른 실시예의 절단도이다. 조명 장치(500')는 측벽(534)에 연결된 렌즈(522')의 형태의 조절 가능 부재를 포함하고, 여기서 렌즈(522')와 LED(102) 사이의 거리는 도 10c,10d에 각각 도시된 바와 같이 렌즈(522')보다 높이거나 낮추는 것에 의해 조절된다. LED(102)에 대하여 측벽(534)의 수직 위치를 조절하는 것에 의해, 렌즈(522')의 위치가 변경되고, 조명 장치(500')로 부터의 최종 광 출력이 좁은 광선에서 넓은 광선으로 변경될 수 있다. 렌즈(522')는 Polymer Optics, Ltd.에 의해 제조되는 것과 같은, 비-이미지 TIR 타입 또는 Fresnel 렌즈를 포함하는 원하는 바에 따라 여러 형상을 가져도 좋다. 렌즈(522')는 한 위치에서, 예를 들어 도 10d에 도시된 바와 같이, 렌즈가 LED(102)에 가까울 때 광을 시준해도 좋지만, 도 10c에 도시된 바와 같이 LED(102)로부터 멀어질 때 광을 분산해도 좋다. 추가적으로, 측벽(534)은 하나 이상의 파장 변환 재료(536R,536G)를 포함해도 좋고 LED(102)는 차가운 백색 색온도를 가져도 좋다. 조명 장치(500')에 의해 생성되는 광의 색온도는 예를 들어 LED(102)에 대하여 측벽(534)을 회전하는 것에 의해 튜닝되어도 좋다. 대안으로, 파장 변환 재료의 화합물, 예를 들어, 파장 변환 재료의 농도, 밀도, 또는 타입은 측벽(534) 상의 수직 위치의 함수로 변해도 좋고 그러므로 조명 장치(500')에 의해 생성되는 광의 색온도는 렌즈(522')를 높이거나 낮추는 것에 의해 제어되어도 좋다. 도 10c,10d가 측벽(534)의 이동하는 것에 의해 LED(102)에 대해 높여지고 낮춰지는 렌즈(522')를 도시하는 것 또한 이해되어야 하고, 원하는 경우, 보드(104)의 일부 이상을 포함하여, LED(102)는 렌즈(522')에 대해 높이거나 낮춰져도 좋다.
도 11a,11b는 구성 가능한 믹싱 캐비티(560)를 구비한 조명 장치(550)의 다른 실시예의 절단 사시도이다. 조명 장치(550)는 스크류(562) 또는 단순 로드 또는 조절 가능 래치 소자와 같은 다른 적절한 장치로 LED(102)로부터 상이한 높이에 배치될 수 있는 이동 가능 반투명 윈도우(564)의 형태로 조절 가능 부재를 포함한다. 중앙 섹션(560) 내의 반투명 윈도우(564)의 높이를 변경하는 것에 의해 모듈 밖의 광의 컬러 또는 광 분산 특성이 변경될 수 있다.
일 실시예에서, 측벽(554)의 바닥 섹션은 인광 물질(555)이 주입되거나 코팅되고 반투명 윈도우(564)는 상이한 타입의 인광 물질(565)로 코팅되거나 주입된다. 예를 들어, 황색 발광 인광 물질이 반투명 윈도우(564)에 적용되는 동안 적색 발광 인광 물질은 측벽(554)의 바닥 섹션에 적용되어거나 그 반대여도 좋다. 본 실시예에서, 청색 발광 LED(102)가 사용된다. YAG, 질화 규산염 적색 및 호박색 인광 물질과 같은 인광 물질은 청색 및 UV 광에 대해 높은 여기 효율을 가지고, 이는 청색 광자가 적색 또는 황색 광자로 변환되는 높은 확률을 가진다는 의미이다. 청록색 또는 황색과 같은, 더 긴 파장의 광에 대하여, 이 확률은 감소되고 광자는 변환되는 대신 단지 산란된다.
그러므로, 반투명 윈도우(564)가 가장 낮은 위치에 있을 때(도 11b), 반투명 윈도우(564)에 의해 수신된 대부분의 청색 발산 광은 황색 광으로 변환되고 측벽(554) 상의 적색 발광 인광 물질은 광의 일부를 변환한다. 황색 광은 측벽(554) 상의 적색 인광 물질을 히트하고, 이는 황색 광자를 적색 광자로, 및 남은 청색 광자 중 일부를 적색 광자로 조금도 변환하지 않거나 약간 변환한다. 이 구성에서 주로 황색 및 청색 광이 생성되고, 이는 높은 색온도를 가진 광이 조명 장치의 출력 포트(570)에서 생성된다는 것을 의미한다.
반투명 윈도우(564)가 그 최고 위치에 있을 때(도 11a), LED(102)에서 발산된 청색 광자는 적색 변환 인광 물질을 갖는 측벽(554)에 입사되고 황색 변환 인광 물질을 갖는 반투명 윈도우(564)에 입사된다. 적색 광으로 변환 후, 적색 광자는 반투명 윈도우(564) 상의 황색 인광 물질에 의해 변환되지 않지만 반투명 윈도우(564)에 의해 주로 전달 및/또는 산란된다. 그러므로, 도 11a 내에 도시된 구성에서, 더 많은 적색이 생성되고 출력 포트(570)에서 광은 훨씬 더 낮은 색온도를 가질 것이다. 물론, 반투명 윈도우(564)는 원하는 색온도를 달성하도록 도 11a,11b에 도시된 탑 및 바닥 위치 사이에서 임의의 원하는 위치에 배치될 수 있다. 또한, 상이한 타입의 인광 물질이 상이한 패턴에 배치되고 사용되어도 좋다. 예를 들어, 측벽(554)의 상이한 부분은 형상이 변화하는 상이한 타입의 인광 물질로 커버되어도 좋다. 예를 들어, 인광 물질은 한 타입의 인광 물질에 대하여 측벽의 바닥 근처, 즉 LED 근처에서 더 넓고 다른 타입의 인광 물질에 대하여 얇은 스트라이프 형상을 가져도 좋다. 그러므로, 윈도우(564)의 위치가 높이 조정되면서, 인광 물질은 상이한 비율로 캐비티(560) 내부에서 광에 노출될 것이다.
도 12a는 도 1,2에 도시되는 조명 장치(100)에 유사한 조명 장치(600)의 다른 실시예의 단면도를 도시한다. 조명 장치(600)는 히트 싱크(608) 상에 설치되는 보드(604) 상에 설치되는 LED(102)에 의해 도시된다. 또한, 측벽(610)은 바닥에서, 예를 들어 LED(102) 근처에 캐비티(601)의 절단 영역이 상부에서, 예를 들어 출력 포트(620) 근처에 캐비티(601)의 절단 영역보다 더 큰 테이퍼 형상으로 도시된다. 조명 장치(100)와 같이, 조명 장치(600)의 측벽(610)은 예를 들어 도 12b에 도시된 바와 같은 원형(타원형)의 연속 형상으로, 또는 도 12c에 도시된 바와 같은 비-연속 다각형 형상, 또는 그 조합으로 캐비티(601)를 구획해도 좋다.
조명 장치(600)는 분배기(602)를 추가로 포함하고, 이는 캐비티(601)에서 중앙으로 배치되어도 좋고, 도 7a,7b를 참조로 논의된 바와 같이 회전 가능해도 좋다. 이 분배기(602)의 사용은 광을 LED(102)로부터 윈도우(622)를 향하여 다시 조향하는 것에 의해 조명 장치(600)의 효율 개선을 돕는다. 도 12a에서, 분배기(602)는 콘 형상을 가지는 것으로 도시되지만 원하는 경우, 예를 들어 반 돔 형상 또는 구형 캡, 또는 비구면 리플렉터 형상과 같은 대안 형상이 사용되어도 좋다. 또한 도 12b,12c에 도시된 바와 같이, 분배기(602)는 평면도 내의 여러 형상을 가져도 좋다. 분배기(602)는 정반사 반사 코팅, 분산 코팅을 가질 수 있거나 하나 이상의 인광 물질로 코팅될 수 있다. 분배기(602)의 높이는 분배기(602)의 상부와 윈도우(622) 사이에 작은 공간이 있도록, 캐비티(601) 높이보다 더 작아도 좋다(예를 들어, 거의 캐비티 높이의 반).
일 실시예에서, YAG 인광물질은 윈도우(622) 상에 사용되고, CaAlSiN3:Eu, 또는 (Sr,Ca)AlSiN3:Eu와 같은 적색 발광 인광물질은 상기 캐비티(601)의 바닥에서 측벽(610)과 보드(604) 상에 사용된다. 캐비티의 사이드의 형상을 선택하는 것에 의해, 그리고 캐비티 내의 어느 부분이 인광물질로 커버될지 아닐지를 선택하는 것에 의해, 그리고 윈도우 상의 인광 물질 레이어의 레이어 두께를 최적화하는 것에 의해, 모듈로부터 발광되는 광의 컬러 포인트가 고객이 원하는 컬러로 튜닝될 수 있다.
일 실시예에서, 청색 필터(622filter)가 너무 많은 청색 광이 조명 장치(600)로부터 발광되는 것을 방지하도록 윈도우(622)에 연결되어도 좋다. 청색 필터(622filter)는 흡수하지 않거나 매우 조금 흡수하는 이색성 타입 또는 흡수 타입이 되어도 좋다. 일 실시예에서, 필터(622filter)는 더 긴 파장을 가진 광에 대해 매우 높은 전송율(80%보다 더 크게, 그리고 특히 90% 또는 그 이상)을 가지는 동안, 청색에 대해 5% ~ 30%의 전송율을 가진다.
도 13a ,13b는 큰 회전 디스크가 컬러 선택 플레이트(652)로 작용하고 조명 장치(600)의 상부에 설치되는 조명 장치(600)의 일 실시예의 각각 상면도와 측면도이다. 컬러 선택 플레이트(652)는 윈도우(622)와 함께 또는 대안으로 사용되어도 좋다. 컬러 선택 플레이트(652)는 플레이트(652)의 상이한 영역(654)이 출력 포트(620)의 앞에 배치될 수 있도록 축(653)에 대하여 회전될 수 있다. 컬러 선택 플레이트(652)는 파장 변환 재료의 상이한 농도, 파장 변환 재료의 상이한 밀도, 및 상이한 파장 변환 재료와 같은 상이한 파장 변환 재료 화합물을 이용한다. 예를 들어, 컬러 선택 플레이트(652)는 상이한 컬러 포인트를 달성하도록 플레이트(652)의 상이한 영역(654)에서 상이한 인광 물질 패턴과 조합을 나타낸다. 도 13a에 도시된 컬러 선택 플레이트(652)는 인광 물질을 구비한 3개의 별개의 영역(654)을 가지지만, 플레이트(652)는 컬러가 한 방향에서 다른 쪽으로 가면서 점차 변화할 수 있다. 인광 물질 패턴을 가진 더 많거나 더 적은 개별 영역이 원하는 경우 사용될 수도 있다.
컬러 선택 플레이트(652)는 이는 인광물질 레이어로 패터닝 된 영역(654)을 구비한 Alumina로 불리는 세라믹 형태 또는 그 폴리-결정과 함께 그 결정 형태(사파이어)로 사용 될 수 있는 산화 알루미늄과 같은 고 열전도성을 가진 기판(651)을 사용하여 생산되어도 좋다. 플레이트(652)는 측벽(610) 또는 히트 싱크(608)(도 12a에 도시됨)와 같은 히트-싱크와 열 접촉에 의해 배치되어도 좋다. 이는 예를 들어 히트-싱크를 접촉하는 측 상의 폴리시된 표면 및 도 15에 도시되는 바와 같은 히트-싱크의 상부에 폴리시된 표면을 가지는 알루미늄 또는 구리 프레임(656) 내의 컬러 선택 플레이트(652)를 설치하는 것에 의해 이루어진다.
도 14a,14b는 각각 슬라이딩 가능한 컬러 선택 플레이트(662)가 상부에 슬라이딩 가능하게 설치된 조명장치(600)의 다른 실시예의 평면도와 측면도이다. 슬라이딩 가능한 컬러 선택 플레이트(662)도 파장 변환 재료의 상이한 농도, 파장 변환 재료의 상이한 밀도, 및 상이한 파장 변환 재료와 같이 상이한 파장 변환 재료 조성을 이용한다. 예를 들어, 컬러 선택 플레이트(622)는 x 방향(662X)와 y-방향(662Y)에서 인광 물질이 점차 변화해도 좋다. 컬러 선택 플레이트(662)는 수동으로 또는 전자기적으로 이동가능해도 좋다. 그러므로, 상이한 방향에서 플레이트(662)를 이동하는 것에 의해, 플레이트(662)의 상이한 영역은 상이한 컬러를 가진 광 출력을 달성하도록 조명 장치(600)의 출력 포트 위에 있어도 좋다. 원하는 경우, 컬러 선택 플레이트(662)는 점차 변화하는 것보다 상이한 인광 물질을 구비한 개별 영역을 가져도 좋다.
도 13a,13b의 컬러 선택 플레이트(652)와 같이, 컬러 선택 플레이트(662)는 기판(661)에 피착되는 변화 인광물질 레이어(663)를 구비한, 산화 알루미늄과 같은 고 열전도성을 가지는 기판(661)을 사용하여 생성되어도 좋다. 점차적 변화 인광 물질 레이어(663)는 상이한 패턴을 가진 둘 이상의 상이한 스크린을 사용하는 스크린 프린팅에 의해 생성되어도 좋다. 또한, 플레이트(662)는 도 13a,13b를 참조하여 위에서 설명된 바와 같이 측벽(610) 또는 히트 싱크(608)(도 12a에 도시됨)와 같은 히트-싱크와 열 접촉에 의해 배치되어도 좋다.
본 발명은 개시 목적으로 특정 실시예와 관련하여 도시되지만, 본 발명은 거기에 제한되지 않는다. 여기 설명된 실시예는 염료를 포함하는, 임의의 필요한 파장 변환 재료를 이용해도 좋고 인광 물질의 사용에 제한되지 않는다. 또한, 여러 도면에서 설명된 조명 장치의 측면은 여러 방식으로 결합되어도 좋다는 것이 이해되어야 한다. 여러 적용 및 변경이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 말들어져도 좋다. 그러므로, 첨부된 특허 청구범위의 범위 및 의의는 전술한 상세한 설명에 제한되지 않아야 한다.

Claims (44)

  1. LED 조명 장치에 있어서,
    보드;
    상기 보드 상에 설치되는 하나 이상의 LED;
    상기 보드에 연결되고 상기 하나 이상의 LED 주위에 형성되며 광 믹싱 캐비티를 구획하는 하나 이상의 반사 측벽;
    상기 하나 이상의 LED에 의해 생성되는 광에 노출되는 상기 광 믹싱 캐비티의 제 1 파장 변환 영역을 커버하는 제 1 타입의 파장 변환 재료;
    상기 하나 이상의 LED에 의해 방사된 광으로 상기 제 1 파장 변환 영역의 상기 노출을 변경하도록 배치되며 상기 하나 이상의 LED에 대하여 회전 가능한 가동 컬러 조절 부재; 및
    상기 광 믹싱 캐비티 내부의 광을 통과시켜 전송하는 출력 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 LED는 하나 이상 LED 패키지를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가동 컬러 조절 부재는 상기 제 1 타입의 파장 변환 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 파장 변환 영역은 상기 가동 컬러 조절 부재 위에 있고,
    상기 LED 조명 장치는 상기 가동 컬러 조절 부재 상의 제 2 파장 변환 영역을 커버하는 제 2 타입의 파장 변환 재료를 추가로 포함하고,
    상기 제 2 파장 변환 영역은 상기 제 1 파장 변환 영역과 상이한 것을 특징으로 하는 LED 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 가동 컬러 조절 부재는 상기 광 믹싱 캐비티의 중앙에 위치하고 상기 보드로부터 윈도우로 연장하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가동 컬러 조절 부재는 원뿔형상과 반구형상 중 하나의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 가동 컬러 조절 부재는 상기 광 믹싱 캐비티의 주위에 배치되는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 가동 컬러 조절 부재는 상기 하나 이상의 반사 측벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 가동 컬러 조절 부재는 상기 하나 이상의 LED에 대하여 수직으로 이동 가능한 상기 하나 이상의 반사 측벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 가동 컬러 조절 부재는 상기 보드 및 상기 하나 이상의 반사 측벽에 대하여 이동 가능한 상기 보드 상에 설치된 상기 하나 이상의 LED를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  11. LED 조명 장치에 있어서,
    보드;
    상기 보드 상에 설치되는 하나 이상의 LED;
    상기 보드에 연결되고 상기 하나 이상의 LED 주위에 형성되며 광 믹싱 캐비티를 구획하는 하나 이상의 반사 측벽;
    하나 이상의 LED에 의해 생성되는 광에 노출되는 상기 광 믹싱 캐비티의 제 1 파장 변환 영역을 커버하는 제 1 타입의 파장 변환 재료;
    상기 하나 이상의 LED에 의해 방사되는 광으로 상기 제 1 파장 변환 영역의 상기 노출을 변경하도록 배치되는 가동 컬러 조절 부재; 및
    상기 광 믹싱 캐비티 내부의 광을 통과시켜 전송하는 출력 포트를 포함하고,
    상기 가동 컬러 조절 부재는 상기 광 믹싱 캐비티 안으로 연장하는 길이를 가지는 로드 부재이고, 상기 로드 부재는 상기 제 1 타입의 파장 변환 재료를 포함하고,
    상기 광 믹싱 캐비티 안으로 연장하는 상기 로드 부재의 하나 이상의 상기 길이와 상기 광 믹싱 캐비티 내부의 상기 로드 부재의 형상 중 하나 이상은 조절 가능한 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 로드 부재는 단부를 포함하고, 상기 제 1 타입의 파장 변환 재료가 상기 단부에 있는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 로드 부재는 스레드(thread)를 포함하고, 상기 광 믹싱 캐비티 안으로 연장하는 상기 로드 부재의 상기 길이는 상기 광 믹싱 캐비티 안으로 또는 밖으로 상기 로드 부재를 스크류 하는 것에 의해 조절 가능한 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 로드 부재는 상기 하나 이상의 LED에 의해 방사되는 광에 노출되는 표면 영역을 조절하도록 상기 로드 부재의 직경을 연장하고 제한하는 플렉시블 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 가동 컬러 조절 부재는 수동으로 조절 가능한 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 가동 컬러 조절 부재에 연결되는 액추에이터를 추가로 포함하고, 상기 액추에이터는 상기 가동 컬러 조절 부재를 조절하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  17. LED 조명 장치에 있어서,
    보드;
    상기 보드 상에 설치되는 하나 이상의 LED;
    상기 보드에 연결되고 상기 하나 이상의 LED 주위에 형성되며 광 믹싱 캐비티를 구획하는 하나 이상의 반사 측벽;
    하나 이상의 LED에 의해 생성되는 광에 노출되는 상기 광 믹싱 캐비티의 제 1 파장 변환 영역을 커버하는 제 1 타입의 파장 변환 재료;
    상기 하나 이상의 LED에 의해 방사되는 광으로 상기 제 1 파장 변환 영역의 상기 노출을 변경하도록 배치되는 가동 컬러 조절 부재; 및
    상기 광 믹싱 캐비티 내부의 광을 통과시켜 전송하는 출력 포트를 포함하고,
    상기 가동 컬러 조절 부재는 가동 반투명 윈도우를 포함하고,
    상기 가동 반투명 윈도우는 상기 하나 이상의 LED와 상이한 높이에 배치되며,
    상기 제 1 타입의 파장 변환 재료는 상기 하나 이상의 반사 측벽 상에 있고,
    상기 광 믹싱 캐비티의 상기 제 1 파장 변환 영역은 상기 가동 반투명 윈도우의 상기 높이를 변경하는 것에 의해 조절 가능한 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 가동 반투명 윈도우는 제 2 타입의 파장 변환 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력 포트를 커버하는 윈도우를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  20. LED 조명 장치에 있어서,
    보드;
    상기 보드 상에 설치되는 하나 이상의 LED;
    상기 하나 이상의 LED를 둘러싸도록 형성되고 상기 보드와 함께 광 믹싱 캐비티를 구획하는 하나 이상의 반사 측벽;
    상기 하나 이상의 LED에 의해 생성되는 광에 노출되는 상기 광 믹싱 캐비티의 제 1 파장 변환 영역을 커버하는 하나 이상의 타입의 파장 변환 재료; 및
    상기 광 믹싱 캐비티로부터 광을 수신하도록 배치되는 가동 광 조절 부재를 포함하고,
    상기 보드의 반대편에 있는 출력 포트를 통과하여 상기 광 믹싱 캐비티에서 출광되고,
    상기 가동 광 조절 부재의 이동은 상기 광 믹싱 캐비티를 빠져나가기 전에 상기 하나 이상의 LED에 의해 생성된 광에 직접적으로 노출되는 상기 제 1 파장 변환 영역의 넓이를 변경하는 것을 특징으로 하는 LED 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 LED는 하나 이상의 LED 패키지를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 가동 광 조절 부재는 상기 하나 이상의 LED로부터 상이한 높이에 배치되는 렌즈인 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 렌즈는 상기 광 믹싱 캐비티를 통과하여 연장하는 수직 이동 소자에 연결되고,
    상기 렌즈는 상기 수직 이동 소자를 상기 광 믹싱 캐비티의 안으로 또는 밖으로 이동시키는 것에 의해 상이한 높이에 배치되는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상이한 높이에 상기 렌즈를 배치하는 것은 상이한 폭을 가진 광선을 생성하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  25. 제 20 항에 있어서,
    상기 가동 광 조절 부재는 제 2 타입의 파장 변환 재료를 가진 가동 반투명 윈도우이고, 상기 제 1 파장 변환 영역을 커버하는 하나 이상의 타입의 파장 변환 재료는 상기 하나 이상의 반사 측벽 상에 있고, 상기 광 믹싱 캐비티의 상기 제 1 파장 변환 영역은 상기 가동 반투명 윈도우의 높이를 변경하는 것에 의해 조절 가능한 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  26. LED 조명 장치에 있어서,
    보드;
    상기 보드 상에 설치되는 하나 이상의 LED;
    상기 보드에 연결되고 상기 하나 이상의 LED 주위에 형성되며 광 믹싱 캐비티를 구획하는 하나 이상의 반사 측벽;
    상기 광 믹싱 캐비티 안에 배치되는 파장 변환 재료;
    상기 광 믹싱 캐비티 내부의 광을 통과시켜 전송하는 출력 포트; 및
    상기 측벽에 이동 가능하게 연결되고 상기 출력 포트를 커버하는 컬러 선택 플레이트를 포함하고,
    상기 컬러 선택 플레이트는 상이한 파장 변환 재료 화합물을 구비한 복수의 영역을 가지는 기판을 포함하고,
    상기 컬러 선택 플레이트는 상기 출력 포트를 통해 전달되는 상기 광의 컬러를 변경하도록 상기 출력 포트와 상기 복수의 영역 중 선택된 하나를 정렬하도록 이동 가능한 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 LED는 하나 이상의 LED 패키지를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 컬러 선택 플레이트는 상기 출력 포트 위로 상기 복수의 영역 중 선택된 하나를 배치하도록 축에 대하여 회전하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  29. 제 26 항에 있어서,
    상기 컬러 선택 플레이트는 상기 출력 포트 위로 상기 복수의 영역 중 선택된 하나를 배치하도록 슬라이드하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  30. 제 26 항에 있어서,
    상기 복수의 영역은 분리되는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  31. 제 26 항에 있어서,
    상기 복수의 영역은 연속적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  32. 제 26 항에 있어서,
    상기 컬러 선택 플레이트는 히트 싱크에 열적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  33. 제 26 항에 있어서,
    상이한 파장 변환 재료 화합물은 상이한 농도의 파장 변환 재료, 상이한 밀도의 파장 변환 재료, 및 상이한 파장 변환 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  34. LED 조명 장치에 있어서,
    탑 표면 영역, 바닥 표면 영역 및 측면 영역을 구비하는 광 믹싱 캐비티,
    상기 광 믹싱 캐비티의 제 1 파장 변환 영역을 커버하는 제 1 타입의 파장 변환 재료 및
    하나 이상의 LED로부터 방출된 광으로 상기 제 1 파장 변환 영역의 노출을 변경하도록 배치된 가동 컬러 조절 부재를 포함하고,
    상기 광 믹싱 캐비티는 하나 이상의 LED로부터 방출된 광이 상기 광 믹싱 캐비티에 직접 진입하도록 상기 하나 이상의 LED를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 탑은 상기 광 믹싱 캐비티 내의 광을 통과시켜 전달하는 출력 포트인 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  36. 제 34 항에 있어서,
    상기 측면 영역은 반사가능하고, 상기 제 1 타입의 파장 변환 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  37. 제 34 항에 있어서,
    상기 가동 컬러 조절 부재는 상기 제 1 타입의 파장 변환 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  38. 제 34 항에 있어서,
    상기 가동 컬러 조절 부재는 제 2 타입의 파장 변환 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  39. 제 34 항에 있어서,
    상기 가동 컬러 조절 부재는 상기 제 1 파장 변환 영역과 상이한 제 2 파장 변환 영역을 포함하고,
    상기 제 2 파장 변환 영역은 제 2 타입의 파장 변환 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  40. 제 34 항에 있어서,
    상기 가동 컬러 조절 부재는 상기 하나 이상의 LED에 대하여 회전 가능한 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  41. 제 34 항에 있어서,
    상기 가동 컬러 조절 부재는 상기 광 믹싱 캐비티의 중심에 위치하고, 출력 포트를 향해 연장되는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  42. 제 34 항에 있어서,
    상기 가동 컬러 조절 부재는 원뿔형상 및 반구형상 중 하나인 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  43. 제 34 항에 있어서,
    상기 가동 컬러 조절 부재는 상기 광 믹싱 캐비티의 주위에 배치되는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  44. 하나 이상의 LED로부터 광 믹싱 캐비티로 방출되는 광을 수집하는 단계,
    상기 하나 이상의 LED로부터 방출된 광으로 제 1 파장 변환 영역의 노출을 변경하도록 상기 하나 이상의 LED에 대하여 가동 컬러 조절 부재를 배치하는 단계 및
    상기 광 믹싱 캐비티의 출력 포트를 통해 상기 광 믹싱 캐비티로부터의 광을 전송하는 단계를 포함하고,
    상기 광 믹싱 캐비티는 상기 하나 이상의 LED를 둘러싸서, 상기 하나 이상의 LED로부터 방출된 광이 상기 광 믹싱 캐비티에 직접 진입하고,
    상기 광 믹싱 캐비티는 탑 표면 영역, 바닥 표면 영역 및 측면 영역을 구비하고, 제 1 타입의 파장 변환 재료가 상기 광 믹싱 캐비티의 상기 제 1 파장 변환 영역을 커버하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 방법.



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