KR101518217B1 - 발광 장치 - Google Patents

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오스카 에이치. 윌렘센
미첼 씨. 제이. 엠. 비센버그
라몬 피. 반 고르콤
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코닌클리케 필립스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 발광 다이오드(LED) 구조(10) 및 광 투과 장치(20)의 스택을 포함하는 발광 장치(1)에 관한 것이다. 광 투과 장치(20)는 적어도 제1 및 제2 섹션(21, 22)을 포함하며, 제1 및 제2 섹션(21, 22)으로부터의 광의 컬러는 서로 다르다. 또한, LED 구조(10)는 개별적으로 제어 가능한 적어도 제1 및 제2 영역(11, 12)을 포함한다. 제1 및 제2 영역(11, 12)은 각각 제1 및 제2 섹션(21, 22)과 연관된다. 스택은 제1 및 제2 영역(11, 12)에서 생성된 광 투과 장치(20)로부터의 광이 발광 장치(1) 내에서 혼합되도록 배열된 적어도 부분적으로 반사성인 층(30)을 더 포함한다.

Description

발광 장치{A LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 발광 장치의 분야에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 발광 다이오드 구조 및 광 투과 장치의 스택을 포함하는 발광 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)의 사용은 널리 확산되고 있다. 예컨대, LED들은 얇은 대면적 조명 시스템들, 자동차 라이트들, 사인들 및 디스플레이 장치들에 대한 백라이트 조명 등에서 광원으로 사용된다. 많은 응용에서, 광 출력의 컬러 포인트를 제어할 수 있는 것이 바람직하다. 이것은 다수의 개별적으로 제어되는 상이한 컬러의 LED들을 사용함으로써 달성된다. 이러한 방식으로, 예를 들어 적색, 녹색 및 청색 광의 양이 상이한 컬러의 LED들을 포함하는 장치로부터 전체 발광의 원하는 컬러 포인트를 얻는 것 등을 위해 제어될 수 있다.
광을 방출하기 위한 발광 다이오드를 포함하는 가변 컬러 발광 장치가 WO 2007/034367 A1에 개시되어 있다. 다이오드는 복수의 도전성 층들을 포함하며, 이들 중 적어도 하나는 적어도 2개의 독립적으로 전기적으로 어드레스 가능한 세그먼트를 형성하여 옵션인 개수의 세그먼트들의 조명을 허가하기 위해 다이오드에서 확산되는 측면 전류가 제한되게 한다. 상기 개수의 세그먼트들 중 적어도 하나는 관련 세그먼트로부터 방출되는 광의 적어도 일부를 변환하여 소정의 원색의 광을 생성하도록 적응되는 파장 변환기를 구비한다. 발광 장치로부터의 컬러 가변 광 방출은 발광 장치(다이오드)의 평면에 실질적으로 수직인 방향으로 방출된다. 불리하게도, 발광 장치로부터의 광의 상이한 컬러들은 발광 장치를 보는 관찰자에게 보인다.
아직 공개적으로 입수할 수 없는 유럽 특허 출원 제07106023.0에 기술된 바와 같은) 얇은 대면적 조명 시스템은 사각 구멍들을 통해 광이 인-커플링되는 단일 도파관(2)을 포함한다(도 1 참조). 광은 도파관의 평면에 대해 약 45도의 각도를 갖는 미러들의 아웃 커플링 구조를 통해 아웃-커플링된다. 아웃 커플링 구조는 그루브들을 갖는 (바람직하게는 직사각인) 필드들을 포함한다. 하나의 필드 내의 그루브들의 배향(5)은 이웃 필드 내의 그루브들의 배향과 직교한다. 광이 LED 인 커플링 구멍에 가장 가까운 아웃 커플링 구조의 필드에서 그루브들을 따라(즉, 그루브들과 실질적으로 평행하게) 이동한다는 사실로 인해, 그 LED로부터의 광의 아웃 커플링이 그 필드에서 전혀 발생하지 않거나 매우 제한적으로 발생한다. 그루브들이 LED로부터의 광의 전파 방향에 직교하는 LED 인 커플링 구멍에 가장 가까운 필드들의 이웃 필드들에서만, 광은 광이 도파관으로부터 출사하는 방식으로 아웃 커플링 구조의 아웃 커플링 미러에 의해 반사(경면 반사)될 것이다. 이러한 방식으로, 광은 소스(LED)로부터 비교적 먼 거리에서 아웃 커플링되며, 따라서 소스의 휘도가 감소된다.
그러나, 조명 시스템을 볼 때, 경면 반사를 통해 LED와 같은 소스가 관찰될 수 있다(도 2 참조). 이러한 타입의 컬러 가변 시스템에서는, 적색, 청색 및 녹색과 같은 상이한 컬러들을 방출하는 LED들이 사용될 수 있다. 이러한 시스템의 단점은 관찰자가 조명 시스템을 주시할 때 상이한 컬러의 LED들을 볼 수 있다는 것이다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 문제들을 해결하는 것이다.
이러한 목적은 첨부된 독립 청구항 1에 기재된 바와 같은 발광 장치에 의해 충족된다. 종속 청구항들에는 특정 실시예들이 정의된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 발광 다이오드(LED) 구조 및 광 투과 장치의 스택을 포함하는 발광 장치가 제공된다. 또한, 광 투과 장치는 적어도 제1 및 제2 섹션을 포함하며, 제1 및 제2 섹션으로부터의 광의 컬러는 서로 다르다. LED 구조는 적어도 제1 및 제2 영역을 포함하며, 이 영역들로부터의 광 방출은 각각의 영역에 각각의 구동 신호를 인가함으로써 개별적으로 제어 가능하다. 더욱이, 제1 및 제2 영역은 각각 제1 및 제2 섹션과 연관되며, 따라서 제1 및 제2 영역에서 생성된 광은 각각 제1 및 제2 섹션으로 아웃 커플링된다. 스택은 제1 및 제2 영역에서 생성된 광 투과 장치로부터의 광이 발광 장치 내에서 혼합되도록 배열된 적어도 부분적으로 반사성인 층을 더 포함한다.
본 발명의 아이디어는 언급되는 순서대로 적층된 발광 다이오드(LED) 구조(LED 다이 또는 발광 다이오드 칩), 광 투과 장치 및 적어도 부분적으로 반사성인 층을 포함하는 발광 장치를 제공하는 것이다. LED 구조는 광을 생성하는 영역들(또는 부분들)을 포함한다. 각각의 영역으로부터의 각각의 광 방출(광의 강도)은 개별적으로 제어될 수 있으며, 따라서 발광 장치로부터의 광 방출의 컬러 포인트가 제어될 수 있다. 광 투과 장치는 섹션들을 포함한다. 적어도 2개의 섹션이 각각의 영역과 연관(또는 은유적으로 결합)될 수 있다. 따라서, 적어도 2개의 영역이 존재한다. 하나의 섹션은 다른 섹션에 의해 제공되는 광의 컬러와 다른 컬러의 광을 제공할 수 있다. 섹션들 및 영역들은 적어도 하나의 섹션으로부터의 광이 발광 장치로부터 출사되기 전에 적어도 하나의 다른 섹션을 통과하도록 배열(또는 배치)된다. 결과적으로, 발광 장치의 관찰은 일반적으로 상이한 컬러의 광을 제공할 수 있는 개별 섹션들을 구별하지 못하는데, 이는 상이한 컬러들이 발광 장치 내에서 혼합되기 때문이다.
"섹션"이라는 용어는 소정 타입의 균일한 광 투과 장치의 부분들만인 섹션들은 물론, 예를 들어 광 투과 장치(또는 어셈블리)를 형성하기 위해 함께 배치(또는 결합)되는 개별 부품들인 섹션들을 포함하는 것으로서 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 발광 장치의 일 실시예에서, 예를 들어 3개의 상이한 컬러, 예를 들어 적색, 녹색 및 청색의 광을 방출하기 위하여, 섹션들 및 영역들 각각의 수는 3개일 수 있다. 이러한 방식으로, 각각의 영역으로부터의 광의 강도를 제어함으로써 발광 장치로부터의 광의 컬러 포인트가 제어될 수 있다. 따라서, 연관된 섹션들로부터의 광 방출은 발광 장치로부터 출사되기 전에 제어되고 혼합된다. 광 투과 장치는 특정 응용에서 요구되는 만큼 임의 수의 섹션들을 포함한다는 것을 이해해야 한다.
전술한 적어도 부분적으로 반사성인 층은 바람직하게는 (확산) 반사기일 수 있다. 옵션으로서, 반사 층은 확산 필터 또는 확산기를 포함할 수 있다.
구동 신호는 LED 전체에 인가되는 전압 및/또는 LED 구조를 통하는 구동 전류의 형태로 구현될 수 있다. 이것은 소정 영역(또는 영역들) 양단에 전압을 인가하고 다른 영역(또는 영역들)을 전류로 구동함으로써 또한 구현될 수 있다. 그러나, 이것은 제어 회로들을 더 복잡하게 한다.
본 발명의 따른 발광 장치의 실시예들에서, 영역들에서 생성된 광은 LED 구조의 평면과 대체로 평행한 제1 평면을 통해 섹션들에 아웃 커플링된다. 혼합된 광은 제1 섹션으로부터의 제1 컬러의 광과 제2 섹션으로부터의 제2 컬러의 광의 혼합물을 포함한다(제1 컬러는 제2 컬러와 다르다). 광의 혼합은 하나의 섹션으로부터의 광이 다른 인접 섹션을 통과할 때 발생하는데, 즉 광의 방향이 LED 구조의 평면에 평행한 방향의 성분을 가질 때 혼합이 달성된다. 혼합된 광은 LED 구조의 평면에 대해 임의의 각도로 배열될 수 있는 제2 평면(발광 장치의 일면)을 통해 발광 장치로부터 출사(아웃 커플링)될 수 있다. 이러한 효과는 주로 적어도 부분적으로 반사성인 층에 의해 달성된다. 결과적으로, 제1 또는 제2 섹션으로부터의 광의 상당한 양이 발광 장치로부터 출사되기 전에 다른 섹션을 통과한다.
본 발명에 따른 발광 장치의 일부 실시예들에서, 광 투과 장치는 LED 구조 상에 배치된다. 이러한 방식으로, LED 구조에서 생성되는 광의 주요 부분이 광 투과 장치에 인 커플링된다. 이와 달리, 또 다른 실시예들에서는, LED 구조와 광 투과 장치 사이에 추가 요소들(또는 층들)이 존재할 수 있다. 그러나, 바람직하게도, LED 구조로부터의 광은 여전히 광 투과 장치로 지향된다.
본 발명에 따른 발광 장치의 일부 다른 실시예들에서는, 적어도 부분적으로 반사성인 층이 광 투과 장치 상에 배치된다. 이러한 방식으로, 광의 혼합이 발광 장치 내에서 달성되며, 광은 광 투과 장치의 일면을 통해 발광 장치로부터 아웃 커플링될 수 있다. 이와 달리, 또 다른 실시예들에서는, 광 투과 장치와 적어도 부분적으로 반사성인 층 사이에 추가 요소들(또는 층들)이 존재할 수 있다. 그러나, 바람직하게도, 적어도 부분적인 반사성 층으로 인해 광의 혼합은 여전히 발광 장치 내에서 이루어진다.
본 발명의 실시예들에 따른 발광 장치로부터의 혼합 광의 덜 방향 종속적인 컬러 포인트를 달성하기 위하여, 섹션들은 (발광 장치로부터 출사되는) 혼합 광이 고정된 수의 섹션들에 의해 제공되는 광의 제어된 혼합물을 포함하도록 배치(또는 위치 결정)될 수 있다. 결과적으로, 발광 장치로부터의 광의 상당한 양이 동일 수의 섹션들로부터의 광을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따른 발광 장치의 관찰자의 관점에서, 2개의 섹션으로부터의 광은 실질적으로 동일한 포인트에서 출사되는 것으로 보인다. 이러한 방식으로, 컬러 음영들의 출현이 감소된다. 또한, 발광 장치를 직접 또는 경면 반사를 통해 보는 관찰자는 실시예들에 따른 발광 장치의 컬러 포인트가 변할 때 발광 장치의 혼란스런 변색들을 경험하지 못할 수 있다.
본 발명에 따른 발광 장치의 일 실시예에서, 제1 및 제2 섹션은 제1 및 제2 섹션 중 하나로부터의 광이 발광 장치로부터 출사하기 전에 다른 섹션을 통해 적어도 부분적으로, 바람직하게는 실질적으로 완전히 투과할 수 있도록 배열된다. 달리 말하면, 섹션들은 제1 및 제2 영역 중 하나에서 생성된 광이 발광 장치로부터 출사되기 전에 제1 및 제2 섹션을 통과하도록 배열될 수 있다. 이러한 방식으로, 제1 및 제2 섹션으로부터의 광의 상이한 컬러들의 혼합이 발광 장치 내에서 달성되며, 따라서 발광 장치는 특정 방향에서 관찰될 때 균일한 컬러 분포를 갖는다.
본 발광 장치의 다른 실시예들에서, 광 투과 장치의 제1 및 제2 섹션 중 적어도 하나는 관련 영역으로부터의 광의 컬러를 변환하도록 적응된다. 광 투과 장치는 형광체 세라믹 재료("루미라믹(lumiramic)"), 가교 결합 실리콘 수지 등과 같이 그를 통과 하는 광의 컬러를 변환할 수 있는 쉽게 구조화되는 재료로 제조되는 것이 바람직하다. 형광체 세라믹 재료에서의 컬러의 변환은 하향 변환에 기초할 수 있다. 하향 변환에 의해, 높은 에너지(청색 또는 UV)의 광은 낮은 에너지(바람직하게는 가시)의 광으로 변환된다. 이것은 인광 또는 형광에 의해 달성될 수 있다. 그러나, 상향 변환에 의해 통과 광의 컬러를 변환하는 형광체 세라믹 재료를 이용하는 것도 가능할 수 있다. (적절한) 상향 변환에 의해, 비선형 프로세스에서 적어도 2개의 광자가 상호작용하여, 가시 광을 갖는 적어도 하나의 광자가 형성된다. 다른 광자는 가시 스펙트럼 내의 파장을 갖거나 갖지 않을 수 있다.
본 발명에 따른 발광 장치의 다른 실시예에서, 발광 장치는 LED 구조의 평면에 수직으로 그리고 광 투과 장치에 인접하게 배열되는 제1 미러를 더 포함한다. 이러한 방식으로, 제1 및 제2 섹션 중 적어도 하나로부터의 광은 발광 장치로부터 출사하기 전에 나머지 섹션을 통해 적어도 부분적으로 투과될 수 있다. 바람직하게는, 미러는 섹션들 중 하나로부터의 광이 발광 장치로부터 출사하기 전에 나머지 섹션을 완전히 투과될 수 있도록 배열된다.
발광 장치의 추가 실시예들에서, 제1 미러는 광 투과 장치를 부분적으로 둘러싸도록 배열되고, 광 투과 장치와의 접합(fit)을 형성하도록 적응된다. 최적으로는, 미러는 섹션들 중 하나로부터의 광이 발광 장치로부터 출사하기 전에 다른 섹션을 통해 적어도 부분적으로 투과할 수 있도록 배열된다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 발광 장치는 LED 구조의 평면에 수직으로 그리고 발광 장치에 인접하게 배열되는 제2 미러를 더 포함할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 미러는 서로 수직이 되도록, 옵션으로 서로 접촉하도록 배열될 수 있다. 이 실시예에서는, 제1 및 제2 섹션 중 하나가 나머지 섹션에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이는 것이 바람직하다. 예컨대, 사각 형상의 제1 섹션이 "L"자 형상의 제2 섹션에 의해 부분적으로 둘러싸일 수 있다.
대안으로서, 제1 및 제2 미러는 서로 평행이 되도록 배열될 수 있다. 이롭게는, 섹션들의 형상은 직사각형일 수 있다. 예를 들어 형광체 세라믹 재료의 그러한 블록 형상의 섹션들은 미러들의 다른 배열들에 필요할 수 있는 더 복잡한 형상들보다 쉽게 제조될 수 있다.
더욱이, 본 발명의 추가 실시예들에 따른 발광 장치는 LED 구조의 평면에 수직으로, 제1 미러와 평행하게 그리고 광 투과 장치에 인접하게, 옵션으로서 제2 미러와 접촉하도록 배열되는 제3 미러를 포함할 수 있다. 백라이팅 또는 일반 조명과 같은 일부 응용들에서, 이것은 유리할 수 있는데, 그 이유는 광의 원뿔(cone)이 180도(2 pi sr) 이하이기 때문이다. 이러한 방식으로, 비지향성 면 발광기가 형성된다.
본 발명에 따른 발광 장치의 또 다른 실시예들에서, 제1 및 제2 섹션 중 하나는 나머지 섹션을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 배열될 수 있다. 바람직하게는, 제1 및 제2 섹션 중 하나는 나머지 섹션에 의해 완전히 또는 실질적으로 둘러싸인다. 따라서, 제1 및 제2 섹션 중 하나로부터의 광이 발광 장치로부터 출사하기 전에 나머지 섹션을 통과하는 것이 보장된다.
발광 장치의 실시예들에 따르면, 제1 영역은 제1 섹션과 정렬될 수 있다. 또한, 제2 영역은 제2 섹션과 정렬될 수 있다. 이러한 방식으로, 영역으로부터의 더 많은 양의 광이 그의 각각의 섹션과 정렬되지 않을 때보다 그의 각각의 섹션에 아웃 커플링될 수 있다. 더 구체적으로, 섹션 및 그와 관련된 영역의 크기, 형상 및 (LED 구조의 평면과 평행한 평면 내의) 위치는 실질적으로 동일하거나, 동일할 수 있다.
본 발명에 따른 발광 장치의 추가 실시예들에서, 제1 영역으로부터의 광은 제2 영역으로부터의 광과 다른 컬러일 수 있다. 이러한 방식으로, 균일한 광 투과 장치의 사용이 가능해진다. 그러나, 광 투과 장치는 하나의 유닛(또는 부품)으로서 형성되는 경우에도, LED 구조의 각각의 영역과 연관된 적어도 2개의 섹션을 포함하며, 하나의 섹션으로부터의 광의 컬러는 나머지 섹션으로부터의 광의 컬러와 다르다는 점에 유의해야 한다. 이 경우에, 광 투과 장치는 간단한 논-컬러(non-color) 변환 장치일 수 있다. 그러나, 광 투과 장치는 2개의 상이한 형광체가 상이한 파장들에 민감한 2개의 상이한 형광체 세라믹 재료의 혼합물을 포함하는 발광 장치의 다른 구성들도 가질 수 있다. 따라서, 광 투과 장치 내에 2개의 섹션이 형성되며, 그들로부터의 광의 컬러는 서로 다르고, LED 구조의 각각의 영역에서 생성되는 광의 컬러와 다르다.
본 발명에 따른 발광 장치의 실시예들에서, 제1 영역으로부터의 광은 제2 영역으로부터의 광과 동일한 컬러를 가질 수 있다. 이 경우에, 광 투과 장치의 섹션들 중 적어도 하나는 그를 통과하는 광의 컬러를 변환하도록 적응되는 재료를 포함한다. 위의 설명을 참고한다. 하나의 이익은 개별적으로 제어될 수 있는 영역들이 동일 컬러를 방출하는 LED를 제조하기가 더 쉽다는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예들에 따른 발광 장치는 (전술한 바와 같은) 셋 이상의 영역을 포함할 수 있다. 예컨대, 발광 장치의 LED 구조는 3개의 영역을 포함할 수 있다. 제1 영역은 제1 컬러(또는 파장)의 광을 생성할 수 있으며, 제2 및 제3 영역은 제2 컬러의 광을 생성할 수 있다. 제1 및 제2 영역 위에 배치되고 그들과 연관되는 광 투과 장치의 제1 및 제2 섹션은 동일한 타입일 수 있다(섹션들로부터의 컬러의 차이는 제1 및 제2 영역에서 생성되는 광의 컬러의 차이와 관련된다). 제3 영역 상에 배치되고 그와 관련되는 제3 섹션은 (전술한 바와 같이 동일 타입일 수 있는) 제1 및 제2 섹션과 다른 타입일 수 있으며, 따라서 제2 및 제3 섹션으로부터의 광의 컬러는 서로 다르다.
또한, 발광 장치의 추가 실시예들에서, 영역들 중 어느 하나는 다각형, 직사각형, 정사각형 또는 원형 또는 이들의 조합을 가질 수 있다. 또한, 섹션들 중 어느 하나는 다각형, 직사각형, 정사각형 또는 원형 또는 이들의 조합을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명의 실시예들에 따른 적어도 하나의 발광 장치 및 각각의 영역에 인가되는 구동 신호들을 제어하기 위한 적어도 하나의 제어기를 포함하는 조명 시스템이 제공된다.
본 발명은 조명 기구, 스포트라이트 및 다운라이트에 적용될 수 있다. 스포트라이트 응용들에서는, 전술한 본 발명의 실시예들에 따른 소형 컬러 혼합 발광 장치를 이용하는 것이 유리할 수 있다. 그러나, 발광 장치의 바람직한 응용들은 얇고 편평한 대면적 조명 시스템에서의 이용이다.
본 발명의 추가 특징들 및 이익들은 첨부된 청구항들 및 아래의 설명을 연구할 때 명백해질 것이다. 이 분야의 기술자들은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 아래에 설명되는 것들과 다른 실시예들을 생성하기 위하여 본 발명의 상이한 특징들이 결합될 수 있다는 것을 인식한다.
본 발명의 구체적인 특징들 및 이익들을 포함하는 본 발명의 다양한 양태들은 아래의 상세한 설명 및 첨부 도면들로부터 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 종래 기술의 조명 시스템의 일부의 평면도(상부) 및 단면도(하부).
도 2는 도 1의 조명 시스템의 일부의 다른 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치의 단면 측면도.
도 4는 라인 A-B를 따라 취한 도 3의 발광 장치의 단면 평면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 장치의 단면 평면도.
도 6은 도 5에 따른 발광 장치가 사용되는 조명 시스템의 단면 평면도.
도 7은 도 6의 발광 다이오드들(1) 중 하나의 확대 단면 평면도.
도 8은 본 발명의 추가 실시예에 따른 발광 장치의 단면 평면도.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 장치의 단면 평면도.
도 10은 본 발명의 추가 실시예에 따른 발광 장치의 단면 평면도.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 장치의 단면 평면도.
아래의 설명 전반에서는, 유사한 참조 번호들이 적용 가능할 때 유사한 요소들, 부품들, 아이템들 또는 특징들을 지시하는 데 사용되었다.
도 3에는, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치의 일례가 도시되어 있다. 조명 장치(1)는 발광 다이오드 다이(10)(LED 다이 또는 LED 구조), 2개의 세그먼트(또는 섹션)(21, 22)를 포함하는 형광체 세라믹 타일(20) 및 반사기(30)를 포함하며, 이들은 그 순서대로 서로 위에 배치된다. 또한, 발광 장치(1)는 기판(40) 상에 배치된다. LED 다이(10)는 2개의 존(11, 12)(또는 영역)을 포함하며, 이들은 각각의 존(11, 12)에 각각의 전압을 인가함으로써 개별적으로 제어될 수 있다. 또한, 각각의 존은 각각의 형광체 세라믹 세그먼트에 대응하고, 그와 정렬된다. 세그먼트들은 예를 들어 광의 컬러를 2개의 상이한 컬러로 변환하기 위해 상이한 타입이다. 그러나, 다른 실시예들에서, 세그먼트들은 동일한 타입일 수 있으며, 컬러의 차이는 상이한 존들(또는 영역들)(11, 12)로부터 방출되는 광의 파장의 차이에 의존할 수 있다. 도 3의 간략화를 위해, LED 다이로의 그리고 LED 다이로부터의 접속 와이어들은 도시되지 않았다는 점에도 유의해야 한다. 일반적으로, 형광체 세라믹 타일의 세그먼트(21)는 세그먼트들(21, 22)의 가장 긴(가장 적색으로 시프트된) 파장을 방출하는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 다른 세그먼트(22)에서의 광의 재흡수가 최소화된다.
(도시되지 않은) 추가 예에서, 도 3의 발광 장치는 예를 들어 형광체 세라믹 타일(20)의 면들로부터 방출되는 광을 LED 다이(10)의 법선과 본질적으로 평행한 방향으로 반사하기 위해 형광체 세라믹 타일(20)의 주변을 따라 LED 다이(10)의 법선에 대해 (실질적으로) 45도의 각도로 배열되는 추가적인 반사기 수단을 포함한다. 형광체 세라믹 타일은 예를 들어 형광체 세라믹 타일을 둘러싸는 경사진 반사기 수단과 매칭되도록 경사진 표면을 갖는 것이 바람직하다. 45와 다른 각도를 이용함으로써, LED 다이(10)의 법선과 본질적으로 평행한 방향과 다른 방향으로 광을 지향시키는 것이 가능할 수 있다.
섹션들 및 영역들의 크기 및 위치는 예를 들어 특정 응용에 대해 최적화되도록 조정될 수 있다. 임의의 원하는 응용에 대해 원하는 광속은 그에 따라 맞춰질 수 있는 섹션들 및 영역들의 크기 및 위치를 결정한다.
LED 다이의 각각의 존에 전압을 인가할 때, 각각의 존(11, 12)에서 광이 생성된다. 각각의 존(11, 12)으로부터의 광은 대응하는 형광체 세라믹 세그먼트(21, 22)로 (LED 다이의 평면과 대체로 평행한 제1 평면(70)을 통해) 아웃 커플링된다. 세그먼트(21)로부터의 광은 발광 장치(1)로부터 (LED 다이의 평면에 대체로 수직인 제2 평면(80)을 통해) 출사되기 전에 세그먼트(22)를 통과할 것이며, 따라서 관찰자는 세그먼트들(21, 22)로부터의 광의 혼합물을 관찰할 것이다. 영역(11)에서 생성되는 2개의 광선(101, 104)은 세그먼트(또는 섹션)(21)로부터의 광을 지시하며, 영역(12)에서 생성되는 2개의 광선(102, 103)은 세그먼트(또는 섹션)(22)로부터의 광을 지시한다. 도 3으로부터 알 수 있듯이, 발광 장치의 관찰자는 광선들(101, 102)을 관찰할 수 있으며, 이는 세그먼트들(21, 22)로부터의 광의 혼합물로서 해석될 것이다. 상이한 위치에서, 관찰자는 유사하게 광선들(103, 104)을 관찰할 수 있으며, 이는 세그먼트들(21, 22)로부터의 광의 혼합물로서 해석될 것이다.
도 4 및 5 그리고 도 7 내지 11에서, 예를 들어 발광 장치의 섹션들(또는 세그먼트들)을 더 명확히 표시할 수 있기 위해 반사층은 도시되지 않는다. 또한, 도 4 및 5 그리고 도 7 내지 11의 각각에서, 표시된 각각의 세그먼트는 도 3에 도시된 바와 같이 아래 놓인 LED 다이의 영역과 연관된다는 것을 이해해야 한다.
도 4를 참조하면, 라인 A-B를 따르는 도 3의 발광 장치(1)의 단면 평면도가 도시되어 있다. 도 4로부터, 이러한 예시적인 구성에서 세그먼트(22)는 세그먼트(21)를 완전히 둘러싼다는 것을 알 수 있다. 따라서, 세그먼트(21)로부터의 광은 세그먼트(22)를 통과하지 않고 발광 장치로부터 출사되는 것이 허락되지 않는다. 이러한 방식으로, 세그먼트(21) 및 세그먼트(22)로부터의 광이 발광 장치로부터 출사되기 전에 혼합된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 예시적인 발광 장치를 나타낸다. 이 실시예에서는, 기판(40) 상에 직사각형의 형광체 세라믹 세그먼트("루미라믹")(21)가 배치된다. 다른 형광체 세라믹 세그먼트(22)가 세그먼트(21)의 절반을 둘러싸서, 형광체 세라믹 어셈블리를 형성한다. 또한, 발광 장치는 미러(50)를 구비한다. 미러(50)는 양 세그먼트(21, 22)를 포함하는 형광체 세라믹 어셈블리의 일면을 따라 배열된다. 미러(50)는 예를 들어 세그먼트(21)로부터의 광을 세그먼트들 내로 다시 유도하여 세그먼트(22)를 통과하고 형광체 세라믹 타일 내에서 세그먼트(22) 내의 광과 혼합되게 하도록 배치된다. 이러한 방식으로, 미러(50)는 관찰자가 형광체 세라믹 어셈블리의 면들 중 하나를 따라 상이한 세그먼트들(21, 22)을 보는 것을 방지한다.
도 6을 참조하면, 도 5에 따른 복수의 발광 장치(1)를 포함하는 조명 시스템(3)이 도시되어 있다. 도 6의 발광 장치들(1)은 편평하고 얇은 대면적 광 가이드(2)의 측면들을 따라 배열된다. 도 6에 따른 조명 시스템이 도 1 및 2에 따른 조명 시스템에 기초하는 경우에, 본 발명에 따른 발광 장치들은 관찰자가 광원들(1)(도 5에 따른 발광 장치들)을 볼 때 상이한 컬러들을 보는 것을 방지할 것이다.
도 7에는, 도 5에 따른 발광 장치의 확대도가 도시되어 있다. 도 7로부터 알 수 있듯이, 미러(50)는 도 6의 광 가이드(2)의 중심과 대면하고 있다. 따라서, 광은 광 가이드로 효과적으로 투과된다.
도 8에는, 발광 장치의 실시예들에 따른 추가 예가 도시되어 있다. 발광 장치는 사각 형상의 세그먼트(또는 섹션(21) 및 반전된 "L"자 형상의 세그먼트(또는 섹션)(22)를 포함한다. 세그먼트(22)는 예를 들어 사각 형상의 세그먼트(21)의 2개의 측면을 커버하는 형상을 갖는다. 또한, 발광 장치는 제1 및 제2 미러(50, 51)를 포함한다. 제1 및 제2 미러(50, 51)는 제1 및 제2 세그먼트를 따라 서로 대체로 수직으로 배열된다. 도 8에 따른 발광 장치는 도 6에 따른 조명 시스템의 코너들에 배치하기에 적합하다.
도 9에 도시된 바와 같은 본 발명의 따른 발광 장치의 대안 실시예에서는, 직사각 세그먼트(21)가 2개의 세그먼트 스트라이프(22) 사이에 위치한다. 또한, 세그먼트(21) 및 세그먼트들(22)은 2개의 미러(50, 51)(반사 층들 또는 확산기들) 사이에 배치된다. 이러한 방식으로, 미러들(50, 51)은 세그먼트(21)로부터의 광이 세그먼트(22)로부터의 광과 혼합되는 것을 보장한다.
도 10을 참조하면, 2개의 직사각 세그먼트(또는 섹션)(21, 22)를 포함하는 추가적인 발광 장치가 도시되어 있으며, 세그먼트들은 서로 그리고 3개의 미러(50, 51, 52)에 인접하게 배열된다. 미러들은 LED 다이(도시되지 않음; 도 3 참조)의 평면에 수직으로 배열된다. 세그먼트(21, 22)를 포함하는 광 투과 구조(예를 들어, 형광체 세라믹 어셈블리)의 대향하는 주변 측면들을 따라 제1 및 제2 미러(50, 52)가 배열된다. 세그먼트(21)의 주변 측면을 따라 제3 미러(51)가 배열된다. 전술한 바와 같이 미러들로 2개의 세그먼트를 둘러쌈으로써, 세그먼트(21)로부터의 광은 발광 장치로부터 출사하기 전에 세그먼트(22)를 통과하고, 세그먼트(22)로부터의 광과 혼합된다.
도 11에는 본 발명의 따른 발광 장치의 덜 효율적인 실시예가 제공된다. 발광 장치는 동일 타입인 2개의 세그먼트(21), 및 동일 타입이지만, 세그먼트들(21)의 타입과는 다른 2개의 세그먼트(22)를 포함한다. 4개의 세그먼트는 사각 형상이며, 체스 보드 스타일로 배열된다. 이 예에서는, 광이 발광 장치로부터 출사되기 전에 다른 세그먼트를 통과해야 하는 그러한 세그먼트는 존재하지 않는다. 그러나, 도 11에 도시된 바와 같은 세그먼트들의 배치로부터, 관찰자가 대부분의 방향에서 발광 장치를 관찰할 때, 관찰 방향과 정렬되는 2개의 세그먼트가 존재할 것이라는 결론이 나올 수 있다. 따라서, 관찰자로부터 더 멀리 떨어진 세그먼트로부터의 광은 관찰자에 더 가까운 세그먼트로부터의 광과 혼합될 것이다. 따라서, 광 혼합이 달성된다. 이러한 발광 장치의 실시예는 세그먼트들(21, 22)로부터 소정 거리에 확산기를 배치함으로써 개량될 수 있다.
본 발명은 그의 특정 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 이 분야의 기술자들에게는 많은 상이한 변경, 개조 등이 명백해질 것이다. 따라서, 설명된 실시예들은 첨부된 청구항들에 의해 정의되는 바와 같은 본 발명의 범위를 한정하는 것을 의도하지 않는다.

Claims (15)

  1. 발광 장치(1)로서,
    발광 다이오드(LED) 구조체(10), 및
    광 투과 장치(20)
    의 스택을 포함하고,
    상기 광 투과 장치(20)는 적어도 제1 및 제2 섹션(21, 22)을 포함하고, 상기 제1 및 제2 섹션(21, 22)으로부터의 광의 컬러는 서로 다르고, 상기 LED 구조체(10)는 적어도 제1 및 제2 영역(11, 12)을 포함하고, 상기 영역들(11, 12)로부터의 광 방출은 각자의 영역(11, 12) 각각에 각자의 구동 신호를 인가함으로써 개별적으로 제어될 수 있으며,
    상기 제1 및 제2 영역(11, 12)은 각각 상기 제1 및 제2 섹션(21, 22)과 대응하도록 정렬되고, 이에 따라 상기 제1 및 제2 영역(11, 12)에서 생성되는 광은 각각 상기 제1 및 제2 섹션(21, 22)으로 커플링아웃되며(coupled out),
    상기 스택은, 상기 제1 및 제2 영역(11, 12)에서 생성되는, 상기 광 투과 장치(20)로부터의 광이 상기 발광 장치(1) 내에서 혼합되도록 배열되는 적어도 부분적으로 반사성인 층(30)을 더 포함하고,
    상기 제1 및 제2 섹션(21, 22) 중 적어도 하나의 섹션은 상기 제1 및 제2 섹션 중 상기 적어도 하나의 섹션과 연관되는 상기 영역(11, 12)으로부터의 광의 컬러를 변환하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 장치(1).
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 섹션(21, 22)은, 상기 제1 및 제2 섹션(21, 22) 중 하나의 섹션으로부터의 광이 상기 발광 장치(1)로부터 출사되기 전에 상기 제1 및 제2 섹션(21, 22) 중 다른 섹션(21, 22)을 통해 적어도 부분적으로 투과될 수 있도록 배열되는 발광 장치(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 섹션(21, 22) 중 적어도 하나의 섹션은 형광체 세라믹 재료를 포함하는 발광 장치(1).
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 발광 장치(1)는 상기 LED 구조체(10)의 평면에 수직으로 그리고 상기 광 투과 장치(20)에 인접하게 배열되는 제1 미러(50)를 더 포함하며, 이에 따라 상기 제1 및 제2 섹션(21, 22) 중 적어도 하나의 섹션으로부터의 광은 상기 발광 장치(1)로부터 출사되기 전에 다른 섹션을 통해 적어도 부분적으로 투과될 수 있는 발광 장치(1).
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 미러는 상기 광 투과 장치(20)를 부분적으로 둘러싸도록 배열되고, 상기 광 투과 장치(20)와 피팅(fit)을 형성하도록 적응되는 발광 장치(1).
  6. 제4항에 있어서, 상기 발광 장치는 상기 LED 구조체(10)의 평면에 수직으로 그리고 상기 광 투과 장치(20)에 인접하게 배열되는 제2 미러(51)를 더 포함하는 발광 장치(1).
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 및 제2 미러(50, 51)는 서로 수직이 되도록, 옵션으로서 서로 접촉하도록 배열되는 발광 장치(1).
  8. 제7항에 있어서, 상기 발광 장치는 상기 LED 구조체(10)의 평면에 수직으로, 상기 제1 미러와 평행하게 그리고 상기 광 투과 장치(20)에 인접하게, 옵션으로서 상기 제2 미러와 접촉하도록 배열되는 제3 미러(52)를 더 포함하는 발광 장치(1).
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 섹션(21, 22) 중 하나의 섹션은 다른 섹션을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 배열되는 발광 장치(1).
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 영역(11)은 상기 제1섹션(21)과 정렬되는 발광 장치(1).
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 영역(12)은 상기 제2 섹션(22)과 정렬되는 발광 장치(1).
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 영역(11)으로부터의 광은 상기 제2 영역(12)으로부터의 광과 다른 컬러를 갖는 발광 장치(1).
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 영역(11)으로부터의 광은 상기 제2 영역(12)으로부터의 광과 동일한 컬러를 갖는 발광 장치(1).
  14. 제1항 또는 제2항에 따른 적어도 하나의 발광 장치, 및
    각자의 영역에 인가되는 구동 신호들을 제어하기 위한 적어도 하나의 제어기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  15. 삭제
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