KR101517244B1 - 조명 기기 및 조명 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 조명 기기이며, 제1 고체 상태 발광 소자 그룹과 제1 루미포어 그룹을 포함하며, 제1 고체 상태 발광 소자 그룹의 적어도 일부의 고체 상태 발광 소자는 제1 패키지 그룹 내에 포함되고, 제1 패키지 그룹의 각각의 패키지는 또한 제1 루미포어 그룹 중 적어도 하나의 루미포어를 포함한다. 제1 패키지 그룹 내에 포함된 제1 고체 상태 발광 소자 그룹의 모든 고체 상태 발광 소자가 조명되는 경우 그리고/또는 전류가 전력선에 공급되는 경우, (1) 임의의 추가적인 빛이 없으면, 제1 패키지 그룹으로부터의 조합된 조명은 제1 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 색 좌표를 가지며, (2) 패키지의 적어도 20%는 제1 지점으로부터 이격된 색 좌표를 갖는 빛을 방출한다. 또한 본 발명은 이에 관한 조명 방법이다.
조명 기기, 조명 방법, 고체 상태 발광 소자, 루미포어, 패키지, CIE 색도도, 색 좌표.

Description

조명 기기 및 조명 방법 {LIGHTING DEVICE AND LIGHTING METHOD}
본 발명은 조명 기기에 관한 것으로, 특히, 하나 이상의 고체 상태 발광 소자(solid state light emitters)를 포함하며 또한 하나 이상의 발광 물질(luminescent materials)[예컨대, 하나 이상의 인광체(phosphors)]을 선택적으로 포함할 수 있는 기기에 관한 것이다.
매년 미국 내에서 발생되는 전기의 상당 부분(몇몇은 25퍼센트까지 추정)이 조명에 쓰인다. 따라서, 보다 에너지 효율적인 조명을 제공하는 것이 지속적으로 필요하다. 백열등 전구는 백열등 전구가 소비하는 전기의 약 90퍼센트가 빛이 아닌 열로서 방출되는 매우 에너지 비효율적인 광원이라는 것이 주지되어 있다. 형광등 전구는 백열등 전구보다 (약 10배) 더 효율적이지만 발광 다이오드(light emitting diodes)와 같은 고체 상태 발광 소자에 비해서는 여전히 덜 효율적이다.
또한, 고체 상태 발광 소자의 정상적인 수명과 비교하면, 백열등 전구는 상대적으로 짧은 수명, 즉, 대개 약 750시간 내지 1,000시간의 수명을 갖는다. 비교해보면, 예컨대, 발광 다이오드는 50,000시간 내지 70,000시간의 수명을 갖는다. 형광 전구는 백열등보다 긴 수명(즉, 10,000시간 내지 20,000시간)을 갖지만, 덜 선호되는 색 재현성(color reproduction)을 제공한다.
색 재현성은 대개 연색지수(Color Rendering Index:CRI Ra)를 사용하여 측정된다. CRI Ra는 여덟 가지의 기준 색상을 조명하였을 때 조명 시스템의 연색성을 기준 발광체(radiator)의 것과 비교하는 방법에 대한 상대적인 측정값의 수정된 평균이며, 즉, 특정한 램프(lamp)에 의해 비춰질 때 물체의 표면 색상의 변화에 대한 상대적인 측정값이다. 조명 시스템에 의해 조명되는 한 세트의 테스트 색상의 색 좌표(color coordinate)가 기준 발광체에 의해 조사되는(irradiated) 동일한 테스트 색상의 좌표와 동일한 경우에 CRI Ra는 100이다. 일광(daylight)은 높은 CRI(대략 100의 Ra)를 갖고, 백열 전구 또한 비교적 이에 근접하며(대략 95 이상의 Ra), 형광등은 덜 정확하다(대개 70 내지 80의 Ra). 일정한 형태의 특수한 조명은 매우 낮은 CRI를 갖는다(예컨대, 수은 증기 또는 나트륨 램프는 약 40의 낮은 또는 훨씬 더 낮은 Ra를 가짐). 나트륨등은 예컨대, 고속도로를 조명하기 위해 사용되지만, 그러나 낮은 CRI 값의 경우에 운전자 응답 시간(driver response time)이 현저하게 감소된다(임의의 주어진 휘도에 대하여 낮은 CRI의 경우에, 가독성이 감소한다).
종래의 조명 장치(lighting fixture)들이 직면하는 또 다른 문제는 조명 장치들(예컨대, 조명 전구 등)의 주기적인 교체의 필요성이다. 그러한 문제들은 접근이 어려운 곳(예컨대, 둥근 모양의 천장, 교량, 고층 빌딩, 도로 터널) 및/또는 교체 비용이 매우 높은 곳에 특히 두드러진다. (20년간 일일 6시간 사용을 기준으로) 적어도 약 44,000시간의 광 발생 기기(light-producing device)의 사용량에 대응하여 종래의 장치의 전형적인 수명은 약 20년이다. 광 발생 장치의 수명은 대 개 훨씬 짧으므로, 따라서 주기적인 교체의 필요성이 야기된다.
따라서, 이를 비롯한 다른 이유들 때문에, 백열등, 형광등 및 다른 광 발생 장치를 대신하여 고체 상태 발광 소자가 폭넓고 다양한 용도로 사용될 수 있는 방법을 개발하기 위한 노력이 계속되고 있다. 또한, 고체 상태 발광 소자가 이미 사용되고 있는 경우에는, 예컨대, 에너지 효율성, 연색지수(CRI Ra), 명암, 효능(lm/W), 및/또는 사용 지속 시간에 관하여 개선된 고체 상태 발광 소자를 제공하기 위한 노력이 계속되고 있다.
발광 다이오드는 전류를 빛으로 전환하는 주지된 반도체 기기이다. 폭넓고 다양한 발광 다이오드는 전보다 더 광범위한 목적으로 점점 다양한 분야에 사용되고 있다.
보다 구체적으로, 발광 다이오드는 전위차(potential difference)가 p-n 정션(p-n junction) 구조 양단에 인가될 때 빛(자외선, 가시광선 또는 적외선)을 방출하는 반도성 기기이다. 발광 다이오드 및 많은 부속 구조들을 제조하는 복수의 주지된 방법들이 있으며, 본 발명은 그러한 임의의 기기들을 채용할 수 있다. 예로서, Sze의 반도체 기기 물리학(Physics of Semiconductor Devices)(2판, 1981)의 제12장 내지 제14장(Chapters 12-14) 및 Sze의 현대 반도체 기기 물리학(Modern Semiconductor Device Physics)(1998)의 제7장(Chapter 7)은 발광 다이오드를 포함한 다양한 광자 기기(photonic devices)들을 기술한다.
통상적으로 인정되며 상업적으로 이용 가능한, (예컨대) 전자제품 매장에서 판매되는 발광 다이오드("LED")는 대개 복수의 부품들로 구성된 "패키징된" 기기를 나타낸다. 이러한 패키징된 기기들은 대개 미국 특허 제 4,918,487호, 제 5,631,190호 및 제 5,912,477호에 기술된 것들과 같은, 그러나 그에 제한되지 않는 반도체 기반 발광 다이오드, 다양한 도선 연결, 및 발광 다이오드를 캡슐화하는 패키지를 포함한다.
주지된 바와 같이, 발광 다이오드는 반도체 활성(발광)층의 전도대(conduction band)와 가전자대(valence band) 사이의 밴드 갭(band gap)을 가로질러 전자를 여기시킴으로써 빛을 발생시킨다. 전자 전이(electron transition)는 밴드 갭에 따른 파장에 빛을 발생시킨다. 따라서, 발광 다이오드에 의해 방출되는 빛(파장)의 색상은 발광 다이오드의 활성층의 반도체 물질에 의존한다.
발광 다이오드의 개발이 여러가지 면에서 조명 산업에 급격한 변화를 가져왔을지라도, 발광 다이오드의 몇몇 특성은 문제를 나타내며, 그들 중 일부는 아직도 완전히 만족되지 못한다. 예컨대, 임의의 특정 발광 다이오드의 발광 스펙트럼(emission spectrum)은 (발광 다이오드의 조성 및 구조에 의해 규정되는 대로) 단일 파장 주위에 대개 집중되며, 이는 몇몇 용도에는 바람직하지만, 다른 용도에는 바람직하지 못하다(예컨대, 조명을 제공하는 경우에 이러한 발광 스펙트럼은 매우 낮은 CRI를 제공한다).
백색으로 인지되는 빛은 반드시 둘 이상의 색상(또는 파장)의 빛의 혼합이기 때문에, 백색광을 발생시킬 수 있는 단일 발광 다이오드 정션은 개발되지 않았다. 각각 적색, 녹색 및 청색 발광 다이오드들로 형성된 발광 다이오드 픽셀을 갖는 "백색" 발광 다이오드 램프가 제조되었다. (1) 청색광을 발생시키는 발광 다이오드 와 (2) 발광 다이오드에 의해 방출되는 빛에 의한 여기(excitation)에 응답하여 황색광을 방출하는 발광 물질(예컨대, 인광체)을 포함하는 다른 "백색" 발광 다이오드가 제조되었고, 이에 따라, 청색광과 황색광은 혼합될 때 백색광으로 인지되는 빛을 발생시킨다.
또한, 비원색(non-primary color)의 조합을 생성하기 위한 원색(primary color)의 혼합은 본 기술 분야를 비롯한 다른 기술 분야에 대체로 잘 이해된다. 일반적으로, 1931 CIE 색도도(the 1931 CIE Chromaticity Diagram)(1931년에 제정된 원색의 국제 표준)와 (1931 색도도와 유사하지만 색도도 상의 유사한 거리는 색상이 유사하게 인지되는 차이를 나타내도록 수정된) 1976 CIE 색도도는 원색의 가중치 합으로서 색상을 정의하기 위한 유용한 기준을 제공한다.
따라서 (백색을 포함한) 임의의 소정의 인지된 색상의 빛을 발생시키기 위하여 발광 다이오드들이 개별적으로 또는 임의의 조합으로 사용될 수 있고, 선택적으로는 하나 이상의 발광 물질[예컨대 인광체 또는 섬광체(scintillators)] 및/또는 필터들과 함께 사용될 수 있다. 따라서, 예컨대 에너지 효율, 연색지수(CRI), 효능(lm/W) 및/또는 사용 지속 시간을 개선하기 위하여 기존의 광원을 발광 다이오드 광원으로 교체하도록 노력이 이루어지고 있는 영역은 빛의 임의의 특정한 색상 또는 색상 혼합에 제한되지 않는다.
[또한 예컨대, 미국 특허 제 6,600,175호에 개시되고, 그 전체가 참고로 본 명세서에 통합된 바와 같이 루미포어(lumiphors) 또는 루미노포릭(luminophoric) 매질로서 공지되는] 폭넓고 다양한 발광 물질들이 주지되어 있으며, 당업자들에게 이용 가능하다. 예컨대, 인광체는 여기 방사원(source of exciting radiation)에 의해 여기될 때 반응성 방사선을 방출하는 발광 물질이다. 많은 경우에, 반응성 방사선은 여기 방사선의 파장과는 다른 파장을 갖는다. 발광 물질의 다른 예는 섬광체, 주광 테이프(day glow tapes) 및 자외선 광을 조명함에 따라 가시광선 스펙트럼에서 빛나는(glow) 잉크(ink)를 포함한다.
발광 물질들은 다운-컨버팅(down-converting), 즉, 광자를 더 낮은 에너지 준위(더 긴 파장)로 변환시키는 물질과 업-컨버팅(up-converting), 즉, 광자를 더 높은 에너지 준위(더 짧은 파장)로 변환시키는 물질로 분류될 수 있다.
LED 기기 내에 발광 물질을 포함시키는 것은 전술된 바와 같이 예컨대 혼합 공정 또는 코팅 공정에 의해 맑은(clear) 또는 투명한(transparent) 캡슐화 물질[예컨대, 에폭시(epoxy) 기반 물질, 실리콘(silicone) 기반 물질 또는 유리 기반 물질]에 발광 물질을 추가함으로써 성취되어 왔다.
예컨대, 미국 특허 제 6,963,166호(Yano '166)는 종래의 발광 다이오드 램프는 발광 다이오드 칩, 발광 다이오드 칩을 커버링하기 위한 총알 모양의(bullet-shaped) 투명한 하우징, 발광 다이오드 칩에 전류를 공급하기 위한 리드(leads), 그리고 발광 다이오드 칩의 방출을 균일한 방향으로 반사시키기 위한 컵 반사경(cup reflector)을 포함하며, 발광 다이오드 칩은 제1 수지부로 캡슐화되고, 제1 수지부는 제2 수지부로 추가로 캡슐화된다는 것을 개시한다. Yano '166에 따르면, 제1 수지부는 발광 다이오드 칩이 컵 반사경의 바닥 위에 장착된 다음에 도선에 의해 리드에 전기적으로 연결된 캐소드(cathode) 전극과 애노드(anode) 전극을 가진 후에 컵 반사경을 수지 재료로 채우고 수지 재료를 경화시킴으로써 얻어진다. Yano '166에 따르면, 인광체는 발광 다이오드 칩으로부터 방출된 빛(A)을 이용하여 여기되도록 제1 수지부 내에 분산되고, 여기된 인광체는 빛(A)보다 긴 파장을 갖는 형광["빛(B)"]을 발생시키며, 빛(A)의 일부는 인광체를 포함하는 제1 수지부를 통해 투과되어 결과적으로 빛(A)와 빛(B)의 혼합물로서의 빛(C)가 조명으로 사용된다.
전술된 바와 같이, "백색 LED 조명"(즉, 백색 또는 거의 백색으로 인지되는 조명)은 백색 백열 램프의 잠재적인 대체품으로서 연구되어 왔다. 백색 LED 램프의 대표적인 예는 인듐 갈륨 니트라이드[indium gallium nitride(InGaN)] 또는 갈륨 니트라이드(GaN)로 만들어지고 YAG와 같은 인광체로 코팅된 청색 발광 다이오드 칩의 패키지를 포함한다. 그러한 LED 램프에서, 청색 발광 다이오드 칩은 약 450nm인 파장의 방출을 발생시키고, 그 방출을 수용하자마자 인광체는 약 550nm인 피크(peak) 파장의 황색 형광을 발생시킨다. 예컨대, 몇몇 디자인에서, 백색 발광 다이오드는 청색 발광 반도체 발광 다이오드의 출력 표면 상에 세라믹 인광체 층을 형성함으로써 제조된다. 발광 다이오드 칩으로부터 방출되는 청색 광선(blue ray)의 일부는 인광체를 통과하지만, 발광 다이오드 칩으로부터 방출되는 청색 광선의 일부는 인광체에 의해 흡수되고 여기되어 황색 광선을 방출한다. 인광체를 투과하여 발광 다이오드에 의해 방출되는 청색광의 일부는 인광체에 의해 방출되는 황색광과 혼합된다. 관찰자는 청색광과 황색광의 혼합물을 백색광으로 인식한다.
또한 전술된 바와 같이, 다른 형태의 LED 램프에서, 자외선을 방출하는 발광 다이오드 칩은 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 광선을 발생시키는 인광 물질과 결합한다. 그러한 "RGB LED 램프"에서, 발광 다이오드 칩으로부터 방사된 자외선은 인광체를 여기시키고, 혼합될 때 사람 눈에 의해 백색광으로 인지되는 적색, 녹색 및 청색 광선을 인광체가 방출하게 한다. 따라서, 백색광은 또한 이 광선들의 혼합으로 얻어질 수도 있다.
기존의 LED 부품 패키지 및 다른 전자 부품들이 장치 내에 조립되는 디자인이 제공된다. 그러한 디자인에서, 패키징된 LED는 회로 기판에 또는 직접적으로 열 싱크(heat sink)에 장착되고, 회로 기판은 열 싱크에 장착되며, 그리고 열 싱크는 소정의 구동 전자 부품들과 함께 장치 하우징에 장착된다. 많은 경우에, 또한 (패키지 부품에 부차적인) 추가적인 광학계도 필요하다.
다른 광원들, 예컨대 백열 전구 대신에 발광 다이오드를 사용하는 경우에, 패키징된 LED는 종래의 조명 장치, 예컨대, 중공 렌즈(hollow lens) 및 렌즈에 부착된 기부판(base plate)을 포함하는 장치와 함께 사용되어 왔으며, 기부판은 전원에 전기적으로 커플링된 하나 이상의 접점을 구비한 통상적인 소켓 하우징을 갖는다. 예컨대, 전기 회로 기판, 회로 기판에 장착되는 복수의 패키징된 LED, 그리고 회로 기판에 부착되고 조명 장치의 소켓 하우징에 연결되도록 구성된 연결 지주(connection post)를 포함하는 LED 조명 전구가 구성됨으로써, 복수의 LED는 전원에 의해 조명될 수 있다.
보다 우수한 에너지 효율, 개선된 연색지수(CRI), 개선된 효능(lm/W), 저비용, 및/또는 보다 긴 사용 지속 시간을 구비한 보다 폭넓고 다양한 용도의 백색광 을 제공하기 위하여 고체 상태 발광 소자, 예컨대, 발광 다이오드를 사용하는 방법이 지속적으로 필요하다.
비교적 효율적이지만 대개 75 이하의 CRI Ra 값을 가지면서 부족한(poor) 연색성을 갖는, 적색에서 연색성이 특히 부족하고 또한 녹색에서도 연색성이 상당히 부족한, "백색" LED 광원이 있다. 이는 백열 조명 또는 자연 일광으로 조명되는 것과 비교하였을 때 전형적인 사람 안색, 음식물, 라벨링(labeling), 그림, 포스터, 간판, 의류, 실내 장식, 식물, 꽃, 자동차 등을 포함한 많은 것들이 이상한 색상 또는 다른 색상으로 보인다는 것을 의미한다. 대개, 그러한 백색 LED 광원은 대략 5000K(4726.85℃)의 색 온도를 가지며, 대체로 일반적인 조명으로는 가시적으로 편하지 않지만, 상업용 제품 또는 광고 및 인쇄물의 조명으로는 바람직할 수 있다.
몇몇의 소위 "난백색(warm white)" LED는 실내용으로 보다 적합한 색 온도[대개 2700K 내지 3500K(2426.85℃ 내지 3226.85℃)]를 갖고, 몇몇 특별한 경우에는 (황색과 적색 인광 혼합의 경우에 Ra=95로 높은) 우수한 CRI를 갖지만, 그 효율은 대체로 표준 "한백색(cool white)" LED보다 상당히 낮다.
본 발명과 관련된 실시 형태가 1931 CIE(Commission International de I'Eclairage) 색도도 또는 1976 CIE 색도도에 나타내어질 수 있다. 도1은 1931 CIE 색도도를 도시한다. 도2는 1976 색도도를 도시한다. 도3은 흑체 궤적(blackbody locus)을 보다 자세하게 도시하기 위해 1976 색도도의 확대부를 도시한다. 당업자들은 이 도면들에 익숙할 것이며, 이 도면들은 (예컨대, 인터넷 상에서 "CIE 색도도"를 검색함으로써) 쉽게 이용 가능하다.
CIE 색도도는 두 개의 CIE 인자들 (1931 색도도의 경우에는) x와 y 또는 (1976 색도도의 경우에는) u'와 v'로 사람의 색상 지각을 도시한 것이다. CIE 색도도의 기술적인 설명은, 예컨대 "물리적 과학과 기술의 백과사전(Encyclopedia of Physical Science and Technology)", 제7권, 230-231 [로버트 에이 메이어스 판(Robert A Meyers ed.), 1987]을 참조하라. 분광 색상(spectral colors)은 사람 눈에 의해 인지되는 모든 색조들(hues)을 포함하는 윤곽 공간(outlined space)의 에지(edge) 주위에 분포된다. 경계선은 분광 색상에 대한 최대 포화(maximum saturation)를 나타낸다. 전술한 바와 같이, 1976 색도도가 도면 상의 유사한 거리는 색상이 유사하게 인지되는 차이를 나타내도록 수정되었다는 점을 제외하고 1976 CIE 색도도는 1931 색도도와 유사하다.
1931 색도도에서, 도면 상의 지점으로부터의 편차는 좌표로 표현될 수 있거나 또는 대안적으로, 색상에서 인지되는 차이의 범위에 관한 지수(indication)를 제시하기 위하여 매크아담(MacAdam) 타원으로 표현될 수 있다. 예컨대, 1931 색도도 상의 특정 좌표 세트에 의해 형성되는 지정된 색조로부터 10개의 매크아담 타원이 될 때 형성되는 지점들의 궤적은 통상적인 범위(그리고 다른 개수의 매크아담 타원들에 의한 특정 색조로부터 이격될 때 형성되는 지점들의 궤적들에 대해 마찬가지로)로 지정된 색조와 다른 것으로 각각 인식되는 색조들로 구성된다.
1976 색도도 상의 유사한 거리는 색상이 유사하게 인지되는 차이를 나타내기 때문에, 1976 색도도 상의 지점으로부터의 편차는 좌표 u'와 v'로 예컨대, 지점으로부터의 거리 = (Δu'2+Δv'2)½으로 표현될 수 있으며, 지정된 색조로부터 각각 통상적인 거리에 있는 지점들의 궤적에 의해 형성되는 색조들은 통상적으로 지정된 색조와 각각 다르게 인식되는 색조들로 구성된다.
도1 내지 도3에 도시된 CIE 색도도와 색도 좌표는 버틀러 케이. 에이치.( Butler K. H.), "형광 램프 인광체(Fluorescent Lamp Phosphors)" (펜실베니아 주립대학 출판부 1980)의 98 페이지 내지 107 페이지 및 블라쎄 지.(Blasse G.) 외, "발광 물질(Luminescent Materials)"[스프링거-베라그(Springer-Verlag) 1994]의 109 페이지 내지 110 페이지와 같은 많은 책들 및 다른 출판물들에 상세하게 설명되어 있으며, 둘 다 참고로 본 명세서에 통합된다.
흑체 궤적을 따라 놓여있는 색도 좌표(즉, 색 지점)는 플랑크 방정식(Planck's equation): E(λ)=Aλ-5/(e(B/T)-1)을 따르고, 여기서 E는 방출 강도, λ는 방출 파장이며, 흑체의 색 온도(T)와 A 및 B는 상수이다. 흑체 궤적 상에 놓여있거나 또는 흑체 궤적 근처에 놓여있는 색 좌표는 인간 관찰자에게 만족스러운 백색광을 산출한다. 1976 CIE 색도도는 흑체 궤적을 따르는 온도 리스팅들(listings)을 포함한다. 온도 리스팅들은 그러한 온도로 상승시키게 하는 흑체 방사기의 색상 경로를 도시한다. 가열된 물체가 백열광이 될 때, 처음에는 적색으로, 다음에는 황색으로, 그 다음은 백색으로, 마지막에는 청색으로 빛난다. 이는 흑체 방사기의 피크 방사선과 연관된 파장이 빈의 변위 법칙(Wien Displacement Law)에 따라 상승된 온도에 따라 점진적으로 짧아지기 때문에 발생한다. 따라서 흑체 궤적 상의 빛 또는 흑체 궤적 근처의 빛을 발생시키는 발광체(illuminant)는 그들의 색 온도로써 기술될 수 있다.
또한 지점 A, B, C, D 및 E가 1976년 DIE 도면 상에 도시되어 있으며, 이는 각각 발광체 A. B, C, D 및 E로서 상응적으로 나타낸 수 개의 표준 발광체들에 의해 발생되는 빛을 지칭한다.
CRI는 조명 시스템의 연색성을 흑체 방사기의 연색성과 비교하는 방법에 대한 상대적인 측정법이다. 조명 시스템에 의해 조명되는 한 세트의 테스트 색상의 색 좌표가 흑체 방사기에 의해 조사되는(irradiated) 동일한 테스트 색상의 좌표와 동일한 경우, CRI는 100이다.
본 발명의 제1 태양에 따라, 조명 기기가 제공되며,
제1 고체 상태 발광 소자 그룹과,
제1 루미포어 그룹을 포함하며,
제1 고체 상태 발광 소자 그룹의 적어도 일부의 고체 상태 발광 소자는 제1 패키지 그룹 내에 포함되고, 제1 패키지 그룹의 각각의 패키지는 또한 제1 루미포어 그룹 중 적어도 하나의 루미포어를 포함하며,
제1 패키지 그룹 내에 포함된 제1 고체 상태 발광 소자 그룹의 모든 고체 상태 발광 소자가 조명되는 경우, 임의의 추가적인 빛이 없으면 제1 패키지 그룹으로부터의 조합된 조명은 임의의 추가적인 빛이 없으면, 제1 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 가지며,
제1 패키지 그룹 내에 포함된 제1 고체 상태 발광 소자 그룹의 모든 고체 상태 발광 소자가 조명되는 경우, 제1 패키지 그룹의 적어도 20% 각각은 0.10 이상 0.30 이하의 거리만큼 제1 지점으로부터 이격된 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 갖는 빛을 방출한다.
본 발명의 제2 태양에 따라, 제1 패키지 그룹을 포함하는 조명 기기가 제공되며, 각각의 패키지는 적어도 하나의 고체 상태 발광 소자를 포함하며, 각각의 패키지 내의 적어도 하나의 고체 상태 발광 소자가 각각 조명되는 경우, 임의의 추가적인 빛이 없으면 제1 패키지 그룹으로부터의 조합된 조명은 제1 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 가지며,
각각의 패키지 내의 적어도 하나의 고체 상태 발광 소자가 각각 조명되는 경우, 패키지의 적어도 20% 각각은 0.10 이상 0.30 이하의 거리만큼 제1 지점으로부터 이격된 지점을 형성하는 1976년 DIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 갖는 빛을 방출한다.
본 발명의 제2 태양에 따른 몇몇 실시예에서, 몇몇 패키지 또는 모든 패키지들은 둘 이상의 고체 상태 발광 소자를 포함하며 루미포어는 포함하지 않는다.
상기에 나타낸 바와 같이, 전술된 단락에서 언급된 거리는 다음 공식에 따라 1976 CIE 색도도 상에서 계산될 수 있다.
두 지점 사이의 거리 = (Δu'2+Δv'2)½,
Δu'는 두 지점에 대한 u' 좌표들 간의 차이이며,
Δv'는 두 지점에 대한 v' 좌표들 간의 차이이다.
본 발명의 제1 태양 또는 제2 태양에 따른 조명 기기를 제공함으로써, 더 많은 패키지의 u', v' 좌표들이 조합된 조명의 u', v' 좌표에 근접하는 경우보다 제1 패키지 그룹으로부터의 조합된 조명을 보다 효율적으로 조절하는 것[즉, 보다 적은 패키지를 제거함으로써(또는 재삽입함으로써) u', v' 좌표를 변경하는 것]이 가능하며, 즉, u', v' 차트 상을 (또는, 당연히 상응 거리가 당업자들에 의해 쉽게 변환될 수 있는 x, y 차트 상을) 진행하는 것이 쉬워진다.
추가적으로, 필요하다면, 다른 패키지 그룹이 다른 전력선(power line)에 직접적으로 또는 스위칭 가능하게(switchably) 전기적으로 연결될 수 있으며, 조합된 조명의 u', v' 좌표는 하나 이상의 전력선을 통해 전류를 조절함으로써 그리고/또는 하나 이상의 전력선을 통해 전류를 차단함으로써 조절될 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 전도 경로(conductive paths)가 제공될 수 있으므로 각각의 패키지를 통과하는 전류가 독립적으로 조절될 수 있거나, 또는 패키지의 소정의 조합을 통과하는 전류가 독립적으로 조절될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 고체 상태 발광 소자에 전기적으로 연결된 각각의 전력선 중 하나 이상에 직접적으로 또는 스위칭 가능하게 전기적으로 연결된 하나 이상의 전류 조절기가 추가로 제공되며, 전류 조절기는 각각의 고체 상태 발광 소자(들)에 공급되는 전류를 조절하도록 조절될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 각각의 전력선 중 하나에 전기적으로 연결된 하나 이상의 스위치가 추가로 제공되며, 스위치는 각각의 전력선 상에 고체 상태 발광 소자(들)로의 전류를 선택적으로 흐르게 하고 차단한다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 하나 이상의 전류 조절기 및/또는 하나 이상의 스위치는 조명 기기로부터의 출력의 감지된 변화(예컨대, 흑체 궤적으로부터의 편차 범위)에 상응하여 또는 (예컨대, 조합되어 방출되는 빛의 상관 색 온도를 변경하는 것과 같이, 낮 또는 밤 시간에 기초한) 소정의 패턴(pattern)에 따라 하나 이상의 각각의 전력선을 통과하는 전류를 자동적으로 차단 및/또는 조절한다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 온도를 감지하고, 온도가 변화될 때 하나 이상의 전류 조절기 및/또는 하나 이상의 스위치가 그러한 온도 변화를 보상하도록 하나 이상의 전력선을 통과하는 전류를 자동적으로 차단 및/또는 조절하게 하는 하나 이상의 서미스터(thermistor)가 추가로 제공된다. 일반적으로, 600nm 내지 630nm 발광 다이오드는 온도가 상승할 때 더 어두워진다. 그러한 실시예에서, 그러한 온도 변위에 의해 야기되는 강도의 변동이 보상될 수 있다.
고체 상태 발광 소자 및 루미포어는 소정의 패턴으로 배열될 수 있다. 예컨대, 본 발명에 따른 몇몇 실시예에서, 더 밝은 고체 상태 발광 소자의 일부 또는 모두는 더 어두운 고체 상태 발광 소자보다 조명 기기의 중심에 근접하여 위치된다.
본 발명의 제3 태양에 따라, 조명 방법이 제공되며,
조명 방법은 제1 고체 상태 발광 소자 그룹을 조명하는 단계를 포함하며, 제1 고체 상태 발광 소자 그룹의 각각의 고체 상태 발광 소자는 제1 패키지 그룹 중의 하나의 패키지에 포함되고, 각각의 패키지는 또한 제1 루미포어 그룹 중의 적어도 하나의 루미포어를 포함하며,
임의의 추가적인 빛이 없으면, 제1 패키지 그룹으로부터의 조합된 조명은 제1 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 가지며,
제1 패키지 그룹의 적어도 20% 각각은 0.10 이상 0.30 이하의 거리만큼 제1 지점으로부터 이격된 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 갖는 빛을 방출한다.
본 발명의 제4 태양에 따라, 조명 방법이 제공되며,
조명 방법은 제1 패키지 그룹을 조명하는 단계를 포함하며, 제1 패키지 그룹의 각각의 패키지는 적어도 하나의 고체 상태 발광 소자를 포함하며,
임의의 추가적인 빛이 없으면, 제1 패키지 그룹으로부터의 조합된 조명은 제1 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 가지며,
제1 패키지 그룹의 적어도 20% 각각은 0.10 이상 0.30 이하의 거리만큼 제1 지점으로부터 이격된 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 갖는 빛을 방출한다.
본 발명의 제5 태양에 따라, 조명 기기가 제공되며, 조명 기기는
제1 고체 상태 발광 소자 그룹과,
제1 루미포어 그룹과,
적어도 제1 전력선을 포함하고, 제1 고체 상태 발광 소자 그룹의 각각의 고체 상태 발광 소자는 제1 전력선에 전기적으로 연결되며,
제1 고체 상태 발광 소자 그룹의 적어도 일부의 고체 상태 발광 소자는 제1 패키지 그룹 내에 포함되고, 제1 패키지 그룹의 각각의 패키지는 또한 제1 루미포어 그룹 중 적어도 하나의 루미포어를 포함하며,
전류가 제1 전력선에 공급되는 경우.
(1) 임의의 추가적인 빛이 없으면, 제1 패키지 그룹으로부터의 조합된 조명은 제1 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 가지며,
(2) 제1 패키지 그룹의 적어도 20% 각각은 0.10 이상 0.30 이하의 거리만큼 제1 지점으로부터 이격된 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 갖는 빛을 방출한다.
본 발명의 제6 태양에 따라, 조명 기기가 제공되며, 조명 기기는
제1 고체 상태 발광 소자 그룹과,
제1 루미포어 그룹과,
적어도 제1 전력선을 포함하고, 제1 전력선은 조명 기기에 직접적으로 또는 스위칭 가능하게 전기적으로 연결되며,
제1 고체 상태 발광 소자 그룹의 적어도 일부의 고체 상태 발광 소자는 제1 패키지 그룹 내에 포함되고, 제1 패키지 그룹의 각각의 패키지는 또한 제1 루미포어 그룹 중 적어도 하나의 루미포어를 포함하며,
전류가 제1 전력선에 공급되는 경우,
(1) 임의의 추가적인 빛이 없으면, 제1 패키지 그룹으로부터의 조합된 조명은 제1 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 가지며,
(2) 제1 패키지 그룹의 적어도 20% 각각은 0.10 이상 0.30 이하의 거리만큼 제1 지점으로부터 이격된 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 갖는 빛을 방출한다.
고체 상태 발광 소자는 포화되거나(saturated) 불포화될 수 있다. 본 명세서에 사용된 용어 "포화된"은 적어도 85%의 순도(purity)를 가짐을 의미하고, 용어 "순도"는 당업자들에게 주지된 의미를 가지며, 순도를 계산하는 방법은 당업자들에게 주지되어 있다.
본 발명은 첨부된 참조 도면과 후술하는 발명의 상세한 설명을 참조하여 보다 완전히 이해될 수 있다.
도1은 1931 CIE 색도도를 도시한다.
도2는 1976 색도도를 도시한다.
도3은 흑체 궤적을 상세하게 도시하기 위해 1976 색도도의 확대부를 도시한다.
도4는 본 발명에 따른 조명 기기의 대표적인 예의 개략도이다.
도5는 본 발명에 따른 기기에 사용될 수 있는 패키지의 대표적인 예를 도시한다.
"직접적으로 또는 스위칭 가능하게 전기적으로 연결된다"는 표현은 "직접적으로 전기적으로 연결된다" 또는 "스위칭 가능하게 전기적으로 연결된다"는 것을 의미한다.
기기 내의 두 구성 요소가 "직접적으로 전기적으로 연결된다"는 본 명세서 내의 표현은 구성 요소들 사이에 전기적으로 구성 요소가 없다는 것을 의미하며, 구성 요소의 삽입은 기기에 의해 제공되는 기능 또는 기능들에 실질적으로 영향을 미친다. 예컨대, 비록 두 구성 요소가 그 사이에 기기에 의해 제공되는 기능 또는 기능들에 실질적으로 영향을 미치지 않는 작은 저항기(resistor)를 가질 수 있더라도(실제로, 두 구성 요소를 연결하는 도선은 작은 저항기로 간주될 수 있음), 두 구성 요소는 전기적으로 연결된 것으로 지칭될 수 있으며, 마찬가지로 비록 두 구성 요소는 그 사이에 기기가 추가적인 기능을 수행하게 하지만 추가적인 구성 요소를 포함하지 않는다는 것을 제외하고 동일한 기기에 의해 제공되는 기능 또는 기능들에 실질적으로 영향을 미치지 않는 추가적인 전기적 구성 요소를 가질 수 있더라도 두 구성 요소는 전기적으로 연결된 것으로 지칭될 수 있고, 유사하게, 서로 직접적으로 연결되거나 또는 도선의 대향 단부 또는 회로 기판 상의 트레이스(trace)에 직접적으로 연결된 두 구성 요소는 전기적으로 연결된다.
기기 내의 두 구성 요소가 "스위칭 가능하게 전기적으로 연결된다"는 본 명세서 내의 표현은 두 구성 요소 사이에 스위치가 위치하고, 스위치는 선택적으로 폐쇄되거나 개방된다는 것을 의미하며, 스위치가 폐쇄되는 경우, 두 구성 요소는 직접적으로 전기적으로 연결되고, 스위치가 개방되는 경우(즉, 스위치가 개방되는 임의의 시간 동안), 두 구성 요소는 전기적으로 연결되지 않는다.
고체 상태 발광 소자를 언급할 때 본 명세서에 사용된 "조명된다"는 표현은 고체 상태 발광 소자가 적어도 약간의 빛을 방출시키도록 적어도 약간의 전류가 고 체 상태 발광 소자에 공급되는 것을 의미한다.
루미포어를 언급할 때 본 명세서에 사용된 "여기된다"는 표현은 루미포어가 적어도 약간의 빛을 방출시키도록 적어도 약간의 전자기적 방사(예컨대, 가시광, 자외광 또는 적외광)가 루미포어와 접촉하고 있다는 것을 의미한다.
본 발명에 따라 기기 내에 사용되는 고체 상태 발광 소자(또는 고체 상태 발광 소자들) 및 본 발명에 따라 기기 내에 사용되는 루미포어(또는 루미포어들)는 당업자들에게 공지된 임의의 고체 상태 발광 소자들 및 루미포어들 중에서 선택될 수 있다. 그러한 폭넓고 다양한 고체 상태 발광 소자들 및 루미포어들은 쉽게 얻을 수 있고 당업자들에게 주지되며, 임의의 고체 상태 발광 소자 및 루미포어(예컨대, 600nm 내지 630nm의 AlInGaP 발광 다이오드)가 채용될 수 있다.
그러한 고체 상태 발광 소자의 형태의 예는 무기(inorganic) 및 유기 발광 다이오드를 포함하며, 다양한 각각의 무기 및 유기 발광 다이오드가 본 기술 분야에 주지되어 있다.
(채용된다면) 하나 이상의 발광 물질이 소정의 발광 물질이 될 수 있다. 하나 이상의 발광 물질은 다운-컨버팅 또는 업-컨버팅될 수 있거나 또는 두 형태의 조합을 포함할 수 있다. 예컨대, 하나 이상의 발광 물질은 인광체, 섬광체, 주광 테이프, 자외선 광을 조명함에 따라 가시 스펙트럼에서 빛나는 잉크 등으로부터 선택될 수 있다.
하나 이상의 발광 물질이 소정의 형태로 제공될 수 있다. 예컨대, 발광 요소는 실리콘(silicone) 재료 또는 에폭시(epoxy)와 같은 수지[즉, 폴리머 매트릭 스(polymeric matrix)] 내에 넣어질 수 있다. 추가적으로, 발광 물질은 대체로 투명한 유리 또는 금속 산화물 내에 넣어질 수 있다.
하나 이상의 루미포어는 개별적으로 임의의 루미포어가 될 수 있으며, 전술된 바와 같이, 폭넓고 다양한 루미포어가 당업자들에게 공지되어 있다. 예컨대, 루미포어 또는 각각의 루미포어는 하나 이상의 인광체를 포함할 수 있다(또는 필수적으로 포함할 수 있거나 또는 포함할 수 있다). 하나 이상의 루미포어 또는 각각의 루미포어는, 필요하다면, 예컨대, 에폭시, 실리콘, 유리 또는 임의의 적절한 다른 물질로 제조된 하나 이상의 고 투과성[예컨대, 투명하거나 대체로 투명한 또는 다소 발산된(diffuse)] 결합제(binder)를 추가로 포함할 수 있다(또는 필수적으로 구성되거나 구성된다)(예컨대, 하나 이상의 결합제를 포함하는 임의의 주어진 루미포어 내에서, 하나 이상의 인광체가 하나 이상의 결합제 내부에 분산될 수 있다). 예컨대, 일반적으로 루미포어가 두꺼울수록, 인광체의 중량 퍼센트가 낮아질 수 있다. 상기에 나타낸 바와 같이, 루미포어의 전체 두께에 따라 인광체의 중량 퍼센트가 대체로 임의의 값, 예컨대, 0.1 중량 퍼센트 내지 100 중량 퍼센트[예컨대, 순수한 인광체를 열간 정수압 방법(hot isostatic pressing procedure)을 거치게 하여 형성된 루미포어]가 될 수 있더라도, 인광체의 중량 퍼센트의 대표적인 예는 약 3.3 중량 퍼센트 내지 약 4.7 중량 퍼센트를 포함한다. 어떤 상황에서는 약 20 중량 퍼센트의 중량 퍼센트가 유리하다.
하나 이상의 루미포어 또는 각각의 루미포어는 독립적으로, 복수의 주지된 첨가제, 예컨대, 디퓨저(diffusers), 산란소(scatterers), 틴트(tints) 등을 추가 로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 몇몇 실시예에서, 제1 패키지 그룹은 적어도 5개의 패키지를 포함한다.
본 발명에 따른 몇몇 실시예에서, 제1 패키지 그룹은 적어도 10개의 패키지를 포함한다.
본 발명에 따른 몇몇 실시예에서, 제1 패키지 그룹은 적어도 20개의 패키지를 포함한다.
본 발명에 따른 몇몇 실시예에서, 제1 패키지 그룹은 적어도 50개의 패키지를 포함한다.
본 발명에 따른 몇몇 실시예에서, 제1 패키지 그룹은 적어도 100개의 패키지를 포함한다.
본 발명에 따른 몇몇 실시예에서, 제1 패키지 그룹 내에 포함된 제1 고체 상태 발광 소자 그룹의 모든 고체 상태 발광 소자가 조명되는 경우, 제1 패키지 그룹의 적어도 20% 각각은 0.10 이상 0.15 이하의 거리만큼 제1 지점으로부터 이격된 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 갖는 빛을 방출한다.
본 발명에 따른 몇몇 실시예에서, 제1 패키지 그룹 내에 포함된 제1 고체 상태 발광 소자 그룹의 모든 고체 상태 발광 소자가 조명되는 경우, 제1 패키지 그룹의 적어도 40% 각각은 0.10 이상 0.15 이하의 거리만큼 제1 지점으로부터 이격된 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 갖는 빛을 방출한다.
본 발명에 따른 몇몇 실시예에서, 제1 패키지 그룹 내에 포함된 제1 고체 상 태 발광 소자 그룹의 모든 고체 상태 발광 소자가 조명되는 경우, 제1 패키지 그룹의 적어도 60% 각각은 0.10 이상 0.15 이하의 거리만큼 제1 지점으로부터 이격된 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 갖는 빛을 방출한다.
본 발명에 따른 몇몇 실시예에서, 제1 패키지 그룹 내에 포함된 제1 고체 상태 발광 소자 그룹의 모든 고체 상태 발광 소자가 조명되는 경우, 제1 패키지 그룹의 적어도 80% 각각은 0.10 이상 0.15 이하의 거리만큼 제1 지점으로부터 이격된 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 갖는 빛을 방출한다.
본 발명에 따른 몇몇 실시예에서, 제1 패키지 그룹 내에 포함된 제1 고체 상태 발광 소자 그룹의 모든 고체 상태 발광 소자가 조명되는 경우, 제1 패키지 그룹의 적어도 20% 각각은 0.10 이상 0.20 이하의 거리만큼 제1 지점으로부터 이격된 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 갖는 빛을 방출한다.
본 발명에 따른 몇몇 실시예에서, 제1 패키지 그룹 내에 포함된 제1 고체 상태 발광 소자 그룹의 모든 고체 상태 발광 소자가 조명되는 경우, 제1 패키지 그룹의 적어도 40% 각각은 0.10 이상 0.20 이하의 거리만큼 제1 지점으로부터 이격된 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 갖는 빛을 방출한다.
본 발명에 따른 몇몇 실시예에서, 제1 패키지 그룹 내에 포함된 제1 고체 상태 발광 소자 그룹의 모든 고체 상태 발광 소자가 조명되는 경우, 제1 패키지 그룹의 적어도 60% 각각은 0.10 이상 0.20 이하의 거리만큼 제1 지점으로부터 이격된 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 갖는 빛을 방출한다.
본 발명에 따른 몇몇 실시예에서, 제1 패키지 그룹 내에 포함된 제1 고체 상 태 발광 소자 그룹의 모든 고체 상태 발광 소자가 조명되는 경우, 제1 패키지 그룹의 적어도 80% 각각은 0.10 이상 0.20 이하의 거리만큼 제1 지점으로부터 이격된 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 갖는 빛을 방출한다.
본 발명에 따른 몇몇 실시예에서, 제1 패키지 그룹 내에 포함된 제1 고체 상태 발광 소자 그룹의 모든 고체 상태 발광 소자가 조명되는 경우, 제1 패키지 그룹의 적어도 20% 각각은 0.10 이상 0.25 이하의 거리만큼 제1 지점으로부터 이격된 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 갖는 빛을 방출한다.
본 발명에 따른 몇몇 실시예에서, 제1 패키지 그룹 내에 포함된 제1 고체 상태 발광 소자 그룹의 모든 고체 상태 발광 소자가 조명되는 경우, 제1 패키지 그룹의 적어도 40% 각각은 0.10 이상 0.25 이하의 거리만큼 제1 지점으로부터 이격된 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 갖는 빛을 방출한다.
본 발명에 따른 몇몇 실시예에서, 제1 패키지 그룹 내에 포함된 제1 고체 상태 발광 소자 그룹의 모든 고체 상태 발광 소자가 조명되는 경우, 제1 패키지 그룹의 적어도 60% 각각은 0.10 이상 0.25 이하의 거리만큼 제1 지점으로부터 이격된 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 갖는 빛을 방출한다.
본 발명에 따른 몇몇 실시예에서, 제1 패키지 그룹 내에 포함된 제1 고체 상태 발광 소자 그룹의 모든 고체 상태 발광 소자가 조명되는 경우, 제1 패키지 그룹의 적어도 80% 각각은 0.10 이상 0.25 이하의 거리만큼 제1 지점으로부터 이격된 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 갖는 빛을 방출한다.
본 발명에 따른 몇몇 실시예에서, 제1 패키지 그룹 내에 포함된 제1 고체 상 태 발광 소자 그룹의 모든 고체 상태 발광 소자가 조명되는 경우, 제1 패키지 그룹의 적어도 40% 각각은 0.10 이상 0.30 이하의 거리만큼 제1 지점으로부터 이격된 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 갖는 빛을 방출한다.
본 발명에 따른 몇몇 실시예에서, 제1 패키지 그룹 내에 포함된 제1 고체 상태 발광 소자 그룹의 모든 고체 상태 발광 소자가 조명되는 경우, 제1 패키지 그룹의 적어도 60% 각각은 0.10 이상 0.30 이하의 거리만큼 제1 지점으로부터 이격된 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 갖는 빛을 방출한다.
본 발명에 따른 몇몇 실시예에서, 제1 패키지 그룹 내에 포함된 제1 고체 상태 발광 소자 그룹의 모든 고체 상태 발광 소자가 조명되는 경우, 제1 패키지 그룹의 적어도 80% 각각은 0.10 이상 0.30 이하의 거리만큼 제1 지점으로부터 이격된 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 갖는 빛을 방출한다.
본 발명에 따른 몇몇 조명 기기에서, 하나 이상의 회로 소자(circuitry) 부품들, 예컨대, 조명 기기 내의 하나 이상의 고체 상태 발광 소자의 적어도 하나를 통과하는 전류를 공급하고 제어하기 위한 구동 전자부품(drive electronics)을 추가로 포함한다. 당업자들은 고체 상태 발광 소자를 통과하는 전류를 공급하고 제어하는 폭넓고 다양한 방법에 정통하며, 그러한 임의의 방법이 본 발명의 기기 내에 채용될 수 있다. 예컨대, 그러한 회로 소자는 적어도 하나의 접점, 적어도 하나의 리드프레임(leadframe), 적어도 하나의 전류 조정기(current regulator), 적어도 하나의 전원 제어기(power control), 적어도 하나의 전압 제어기(voltage control), 적어도 하나의 부스트(boost), 적어도 하나의 커패시터(capacitor) 및/ 또는 적어도 하나의 브리지 정류기(bridge rectifier)를 포함할 수 있으며, 당업자들은 그러한 부품에 정통하고 전류 유동 특성에 필요한 모든 것에 부합하는 적절한 회로 소자를 쉽게 디자인할 수 있다.
본 발명은 또한 둘러싸인 공간(enclosed space)과 본 발명에 따른 적어도 하나의 조명 기기를 포함하는 조명 수납부(illuminated enclosure)에 관한 것이며, 조명 기기는 수납부의 적어도 일부를 조명한다.
본 발명은 또한 표면 및 본 발명에 따른 적어도 하나의 조명 기기를 포함하는 조명 표면에 관한 것이며, 조명 기기는 표면의 적어도 일부를 조명한다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 적어도 하나의 조명 기기가 내부에 또는 그 위에 장착되는 수영장, 방, 창고, 표시기, 도로, 차량, 도로 표지판, 광고판, 선박, 보트, 항공기, 경기장, 나무, 창문 및 가로등 기둥으로 구성된 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 영역을 포함하는 조명 영역에 관한 것이다.
또한, 당업자들은 많은 다른 형태의 조명의 폭넓고 다양한 장착 구조에 정통하며, 그러한 임의의 구조가 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 예컨대, 도4는 (우수한 열 전도 특성을 구비한 물질, 예컨대, 알루미늄으로 형성된) 열 발산 요소(heat spreading element:11), [예컨대, 아노다이징(anodizing)에 의해 원위치에 적용될 수 있고 그리고/또는 원위치에 형성될 수 있는] 절연 영역(12), [예컨대, 일본의 후루카와(Furukawa)에 의해 판매되는 알루미늄 또는 은이 적층된 McPet이 적용될 수 있거나, 또는 예컨대, 연마(polishing)에 의해 원위치에 형성될 수 있는] 고 반사성 표면(13), 전도성 트레이스(14), 리드프레임(15), 패키징된 LED(16), 반사성 콘(reflective cone:17) 및 확산 요소(diffusing element:18)를 포함하는 조명 기기를 도시한다. 도4에 도시된 기기는 전도성 트레이스와의 의도하지 않은 접촉[예컨대, 사람이 받는 충격(shock)]을 방지하도록 전도성 트레이스(14) 아래에 절연 요소(28)를 추가로 포함할 수 있다. 도4에 도시된 기기는 임의의 개수의 패키징된 LED(예컨대, 50개 또는 100개 또는 그 이상까지)를 포함할 수 있어서, 부분 구조로 나타낸 바와 같이, 절연 영역(12), 반사성 표면(13) 및 절연 요소(28) 뿐만 아니라 열 발산 요소(11)는 도4에 도시된 방위에서 오른쪽 또는 왼쪽으로 필요한 임의의 거리를 연장할 수 있다[유사하게, 반사성 콘(17)의 측면도 오른쪽 또는 왼쪽으로 임의의 거리에 위치될 수 있다]. 유사하게, 확산 요소(18)는 LED(16)로부터 임의의 소정 거리에 위치될 수 있다. 확산 요소(18)는 임의의 적절한 방법으로 반사성 콘(17), 절연 요소(28), 열 발산 요소(11) 또는 임의의 다른 소정의 구조에 부착될 수 있으며, 당업자들은 폭넓고 다양한 방법으로 그러한 부착을 제공하는 것에 정통하고 이를 쉽게 제공할 수 있다. 본 실시예에서, 그리고 다른 실시예에서, 열 발산 요소(11)는 열을 퍼뜨리고, 열 싱크로써 기능하며, 그리고/또는 열을 분산시키는 역할을 한다. 마찬가지로, 반사성 콘(17)도 열 싱크로서 기능한다. 또한, 반사성 콘(17)은 반사 특성을 향상시키기 위해 리지(ridges:19)를 포함할 수 있다.
도5는 본 발명에 따라 기기 내에 사용될 수 있는 패키지의 대표적인 예를 도시한다. 도5를 참조하면, 고체 상태 발광 소자(21)[이 경우에는, 발광 다이오드 칩(21)], 제1 전극(22), 제2 전극(23), 캡슐화 영역(24), 발광 다이오드 칩(21)이 장착되는 반사성 요소(26) 및 루미포어(27)를 포함하는 조명 기기(20)를 도시한다. 루미포어(예컨대, 600nm 내지 630nm의 고체 상태 발광 소자)를 포함하지 않은 패키징된 기기는 유사한 방법으로 구성될 수 있지만 루미포어(27)를 포함하지 않는다. 당업자들은 폭넓고 다양한 다른 패키징 구조 및 패키징되지 않은 구조에 정통하고 이를 쉽게 입수할 수 있으며, 필요하다면 임의의 다른 패키징 구조 및 패키징되지 않은 구조가 본 발명에 따라 채용될 수 있다.
본 발명에 따른 몇몇 실시예에서, 하나 이상의 고체 상태 발광 소자가 하나 이상의 루미포어와 함께 패키지 내에 포함될 수 있으며, 2005년 12월 22일에 출원된 "조명 기기(Lighting Device)"[발명자: 제럴드 에이치. 네글리(Gerald H. Negley)]라는 명칭의 미국 특허 제 60/753,138호에 기술되고 그 전체가 참고로 본 명세서에 통합된 바와 같이, 패키지 내의 하나 이상의 루미포어는 개선된 광 추출 효율을 달성하기 위하여 패키지 내의 하나 이상의 고체 상태 발광 소자로부터 이격될 수 있다.
본 발명에 따른 몇몇 실시예에서, 둘 이상의 루미포어가 제공될 수 있으며, 2006년 1월 23일에 출원된 "루미포어 필름의 공간적 분리에 의한 LED 내 스펙트럼 성분의 이동(Shifting Spectral Content in LEDs by Spatially Separating Lumiphor Films)"[발명자: 제럴드 에이치. 네글리(Gerald H. Negley) 및 안토니 밴 드 벤(Antony Van De Ven)]라는 명칭의 미국 특허 제 60/761,310호에 기술되고 그 전체가 참고로 본 명세서에 통합된 바와 같이, 둘 이상의 루미포어는 서로로부터 이격된다.
본 발명에 따른 몇몇 조명 기기에서, 하나 이상의 전원, 예컨대, 하나 이상의 배터리 및/또는 태양 전지, 그리고/또는 하나 이상의 표준 AC 전원 플러그[즉, 표준 AC 전원 리셉터클, 예컨대, 임의의 잘 알려진 형태의 삼지(three-pronged) 전원 플러그 내에 수용될 수 있는 임의의 폭넓고 다양한 플러그]를 추가로 포함한다.
본 발명에 따른 조명 기기는 소정의 개수의 LED와 루미포어를 포함할 수 있다. 예컨대, 본 발명에 따른 조명 기기는 50개 또는 그 이상의 고체 상태 발광 소자를 포함할 수 있거나, 100개 또는 그 이상의 고체 상태 발광 소자 등을 포함할 수 있다. 일반적으로, 전류 발광 다이오드를 이용하여, 더 많은 개수의 더 작은 발광 다이오드를 사용함(예컨대, 각각 0.1mm2 표면 영역을 갖는 100개의 발광 다이오드와 각각 0.4mm2 표면 영역을 갖는 25개의 발광 다이오드, 다른 조건은 동일함)으로써 보다 우수한 효율이 달성될 수 있다.
비슷하게, 낮은 전류 밀도로 작동하는 발광 다이오드는 대체로 보다 효율적이다. 임의의 특정 전류를 인입하는 발광 다이오드가 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 본 발명의 일 태양에서, 각각 50 밀리암페어(milliamps) 이하의 전류를 인입하는 발광 다이오드가 채용된다.
본 발명의 조명 기기 내의 가시 광원은 소정의 방식으로 구성되고 장착되며 전기가 공급되고, 그리고 소정의 하우징 또는 고정구(fixture) 상에 장착될 수 있다. 당업자들은 폭넓고 다양한 구성, 장착 계획, 전원 공급 장치, 하우징 및 고정구에 정통하며, 그러한 임의의 구성, 계획, 장치, 하우징 및 고정구는 본 발명과 관련하여 채용될 수 있다. 본 발명의 조명 기기는 소정의 전원에 전기적으로 연결될(또는 선택적으로 연결될) 수 있으며, 당업자들은 그러한 다양한 전원에 정통하다.
본 발명의 조명 기기에 적합한 가시 광원의 구성, 가시 광원을 장착하기 위한 계획, 전기를 가시 광원에 공급하는 장치, 가시 광원의 하우징, 가시 광원의 고정구 및 가시 광원의 전원 공급 장치의 모든 대표적인 예들이 2005년 12월 21일에 출원된 "조명 기기(Lighting Device)"[발명자: 제럴드 에이치. 네글리(Gerald H. Negley), 안토니 폴 벤 드 벤(Antony Paul Ven De Ven) 및 닐 헌터(Neal Hunter)]라는 명칭의 미국 특허 제 60/752,753호에 기술되고 그 전체가 참고로 본 명세서에 통합된다.
본 발명에 따른 기기는 하나 이상의 장수명(long-life) 냉각 기기[예컨대, 매우 긴 수명을 갖는 팬(fan)]를 추가로 포함할 수 있다. 그러한 장수명 냉각 기기(들)은 "차이니즈 팬(Chinese fan)"과 같이 공기를 이동시키는 압전(piezoelectric) 물질 또는 마그네토리스트릭티브(magnetorestrictive) 물질(예컨대, MR, GMR, 및/또는 HMR 물질)을 포함할 수 있다. 본 발명에 따라 기기를 냉각시키는 동안, 대개 10℃ 내지 15℃의 온도 하강을 야기하도록 경계층을 깨뜨리기 위한 충분한 공기만이 필요하다. 따라서, 그러한 경우에, (종래의 팬의 필요성을 방지하도록) 대개 강한 "바람(breeze)" 또는 큰 유체 유속(large CFM)은 필요하지 않다.
본 발명에 따른 몇몇 실시예에서, 2006년 1월 25일에 출원된 "냉각기를 구비 한 조명 기기(Lighting Device With Cooling)"[발명자: 토마스 콜맨(Thomas Coleman), 제럴드 에이치. 네글리(Gerald H. Negley) 및 안토니 밴 드 벤(Antony Van De Ven)]라는 명칭의 미국 특허 제 60/761,879호에 기술되고 그 전체가 참고로 본 명세서에 통합된 바와 같은 임의의 특성부, 예컨대, 회로 소자가 채용될 수 있다.
본 발명에 따른 기기는 방출된 빛의 투영되는 성질(projected nature)을 추가로 변화시키기 위한 2차 광학계를 추가로 포함할 수 있다. 그러한 2차 광학계는 당업자들에게 주지되어 있으므로, 본 명세서에 상세하게 기술될 필요가 없으며, 필요하다면, 그러한 임의의 2차 광학계가 채용될 수 있다.
본 발명에 따른 기기는 센서, 충전 기기 또는 카메라 등을 추가로 포함할 수 있다. 예컨대, 당업자들은 하나 이상의 발생(occurence)을 감지하는 기기[예컨대, 물체 또는 사람의 움직임을 감지하는 동작 감지기(motion detector)]에 정통하고 쉽게 입수할 수 있으며, 그러한 감지에 반응하여 기기는 빛의 조명, 보안 카메라(security camera)의 작동 등을 유발한다. 대표적인 예로서, 본 발명에 따른 기기는 본 발명에 따른 조명 기기와 동작 센서를 포함할 수 있고, (1) 빛이 조명되는 동안 동작 센서가 움직임을 감지하면, 움직임이 감지된 위치 또는 그 주위의 시각 데이터를 녹화하도록 보안 카메라가 작동되거나, 또는 (2) 동작 센서가 움직임을 감지하면, 움직임이 감지된 위치 근처의 구역을 비추도록 빛이 조명되고 움직임이 감지된 위치 또는 그 주위의 시각 데이터를 녹화하도록 보안 카메라가 작동되는 등으로 구성될 수 있다.
실내 거주용 조명으로는 2700K 내지 3300K(2426.85℃ 내지 3026.85℃)의 색 온도가 일반적으로 바람직하며, 다채로운 풍경의 야외 조명등으로는 약 일광 5000K(4726.85℃)[4500K 내지 6500K(4226.85℃ 내지 6226.85℃)]의 색 온도가 바람직하다.
본 명세서에 기술된 조명 기기의 임의의 둘 이상의 구조적인 부분은 통합될 수 있다. 본 명세서에 기술된 조명의 임의의 구조적인 부분은 (필요하다면, 결합될 수 있는) 둘 이상의 부분으로 제공될 수 있다.

Claims (48)

  1. 제1 패키지 그룹을 포함하고,
    상기 패키지의 각각은 적어도 하나의 고체 상태 발광 소자를 포함하고,
    상기 패키지의 각각 내의 상기 적어도 하나의 고체 상태 발광 소자의 각각이 조명되는 경우, 임의의 추가적인 빛이 없으면 상기 제1 패키지 그룹으로부터의 조합된 조명은 제1 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 가지며,
    상기 패키지의 각각 내의 상기 적어도 하나의 고체 상태 발광 소자의 각각이 조명되는 경우, 상기 제1 패키지 그룹의 적어도 20% 각각은 0.10 이상 0.15 이하의 거리만큼 상기 제1 지점으로부터 이격된 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 갖는 빛을 방출하는
    조명 기기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 패키지 그룹의 적어도 하나는 적어도 하나의 고체 상태 발광 소자 및 발광 물질을 포함하는
    조명 기기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 조명 기기는 적어도 제1 전력선을 더 포함하고,
    상기 제1 전력선에 전류가 공급될 경우,
    (1) 임의의 추가적인 빛이 없으면, 상기 제1 패키지 그룹으로부터의 조합된 조명은 제1 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 가지며,
    (2) 상기 제1 패키지 그룹의 적어도 20% 각각은 0.10 이상 0.15 이하의 거리만큼 상기 제1 지점으로부터 이격된 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 갖는 빛을 방출하는
    조명 기기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 패키지 그룹 내에 포함된 제1 고체 상태 발광 소자 그룹의 모든 고체 상태 발광 소자가 조명되는 경우, 상기 제1 패키지 그룹의 적어도 40% 각각은 0.10 이상 0.30 이하의 거리만큼 상기 제1 지점으로부터 이격된 제2 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 갖는 빛을 방출하는
    조명 기기.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 패키지 그룹 내에 포함된 제1 고체 상태 발광 소자 그룹의 모든 고체 상태 발광 소자가 조명되는 경우, 상기 제1 패키지 그룹의 적어도 60% 각각은 0.10 이상 0.30 이하의 거리만큼 상기 제1 지점으로부터 이격된 제2 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 갖는 빛을 방출하는
    조명 기기.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 패키지 그룹 내에 포함된 제1 고체 상태 발광 소자 그룹의 모든 고체 상태 발광 소자가 조명되는 경우, 상기 제1 패키지 그룹의 적어도 80% 각각은 0.10 이상 0.30 이하의 거리만큼 상기 제1 지점으로부터 이격된 제2 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 갖는 빛을 방출하는
    조명 기기.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제2 지점은 0.10 이상 0.15 이하의 거리만큼 상기 제1 지점으로부터 이격된
    조명 기기.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제2 지점은 0.10 이상 0.20 이하의 거리만큼 상기 제1 지점으로부터 이격된
    조명 기기.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 제2 지점은 0.10 이상 0.25 이하의 거리만큼 상기 제1 지점으로부터 이격된
    조명 기기.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 패키지 그룹은 적어도 5개의 패키지를 포함하는
    조명 기기
  11. 제1 패키지 그룹을 조명하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 패키지 그룹의 각각은 적어도 하나의 고체 상태 발광 소자를 포함하고,
    상기 제1 패키지 그룹으로부터의 조합된 조명은 제1 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 가지며,
    상기 제1 패키지 그룹의 적어도 20% 각각은 0.10 이상 0.15 이하의 거리만큼 상기 제1 지점으로부터 이격된 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 갖는 빛을 방출하는
    조명 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 패키지 그룹의 적어도 하나는 적어도 하나의 고체 상태 발광 소자 및 발광 물질을 포함하는
    조명 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 패키지 그룹의 적어도 40% 각각은 0.10 이상 0.30 이하의 거리만큼 상기 제1 지점으로부터 이격된 제2 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 갖는 빛을 방출하는
    조명 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 지점은 0.10 이상 0.25 이하의 거리만큼 상기 제1 지점으로부터 이격된
    조명 방법.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 패키지 그룹은 적어도 5개의 패키지를 포함하는
    조명 방법.
  16. 제1 고체 상태 발광 소자 그룹과,
    적어도 제1 발광 물질과,
    적어도 제1 전력선을 포함하는 조명 기기이며,
    상기 제1 고체 상태 발광 소자 그룹의 각각의 고체 상태 발광 소자는 상기 제1 전력선에 전기 접속되고,
    상기 제1 고체 상태 발광 소자 그룹의 적어도 일부의 고체 상태 발광 소자는 제1 패키지 그룹 내에 존재하고, 제1 패키지 그룹의 각각의 패키지는 또한 상기 제1 발광 물질의 적어도 일부를 포함하고,
    상기 제1 전력선에 전류가 공급될 경우,
    (1) 임의의 추가적인 빛이 없으면, 상기 제1 패키지 그룹으로부터의 조합된 조명은 제1 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 가지며,
    (2) 상기 제1 패키지 그룹의 적어도 20%는 0.10 이상 0.15 이하의 거리만큼 상기 제1 지점으로부터 이격된 각각의 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 갖는 빛을 방출하는
    조명 기기.
  17. 제1 고체 상태 발광 소자 그룹과,
    적어도 제1 발광 물질과,
    적어도 제1 전력선을 포함하는 조명 기기이며,
    상기 제1 전력선은 상기 조명 기기에 직접 또는 스위칭 가능하게 전기 접속되고,
    상기 제1 고체 상태 발광 소자 그룹의 적어도 일부의 고체 상태 발광 소자는 제1 패키지 그룹 내에 존재하고, 제1 패키지 그룹의 각각의 패키지는 또한 상기 제1 발광 물질의 적어도 일부를 포함하고,
    상기 제1 전력선에 전류가 공급될 경우,
    (1) 임의의 추가적인 빛이 없으면, 상기 제1 패키지 그룹으로부터의 조합된 조명은 제1 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 가지며,
    (2) 상기 제1 패키지 그룹의 적어도 20%는 0.10 이상 0.15 이하의 거리만큼 상기 제1 지점으로부터 이격된 각각의 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 갖는 빛을 방출하는
    조명 기기.
  18. 제1 고체 상태 발광 소자 그룹과,
    적어도 제1 발광 물질을 포함하는 조명 기기이며,
    제1 고체 상태 발광 소자 그룹이 조명되는 경우, (1) 제1 발광 물질에 의해 변환되지 않고 조명 기기를 빠져나오는 제1 고체 상태 발광 소자 그룹에 의해 방출되는 광과, (2) 제1 발광 물질에 의해 변환된 후에 조명 기기를 빠져나오는 제1 고체 상태 발광 소자 그룹에 의해 방출되는 광을 포함하는 조합된 조명은, 임의의 추가적인 빛이 없으면, 제1 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 가지며,
    제1 고체 상태 발광 소자 그룹이 조명되는 경우, 제1 고체 상태 발광 소자 그룹의 적어도 20%의 각각의 고체 상태 발광 소자에 대하여, (1) 제1 발광 물질에 의해 변환되지 않고 조명 기기를 빠져나오는 고체 상태 발광 소자에 의해 방출되는 광과, (2) 제1 발광 물질에 의해 변환된 후에 조명 기기를 빠져나오는 고체 상태 발광 소자에 의해 방출되는 광의 조합은 0.10 이상 0.15 이하의 거리만큼 상기 제1 지점으로부터 이격된 지점을 형성하는 1976 CIE 색도도 상의 u', v' 색 좌표를 갖는
    조명 기기.
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