KR102176390B1 - 발광 디바이스 및 파장 변환 재료를 포함하는 광 공동 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예들은 기판에 부착되는 반도체 발광 다이오드를 포함한다. 파장 변환 재료의 제1 영역은 기판 상에 부착된다. 파장 변환 재료는 반도체 발광 다이오드에 의해 방출되는 광을 흡수하고 상이한 파장으로 광을 방출하도록 구성된다. 제1 영역에서, 파장 변환 재료는 기판의 전체 표면을 코팅한다. 기판은 광 공동의 하부면 부근에 배치된다. 파장 변환 재료의 제2 영역은 광 공동의 상부면의 부근에 배치된다.

Description

발광 디바이스 및 파장 변환 재료를 포함하는 광 공동{OPTICAL CAVITY INCLUDING A LIGHT EMITTING DEVICE AND WAVELENGTH CONVERTING MATERIAL}
본 발명은 발광 다이오드와 같은 반도체 발광 디바이스 및 인광체와 같은 파장 변환 재료를 포함하는 광 공동에 관한 것이다.
현재 이용가능한 가장 효율적인 광원들 중에는 LED들(light emitting diodes), RCLED들(resonant cavity light emitting diodes), 표면 방출 레이저들(surface emitting lasers)과 같은 수직 공동 레이저 다이오드들(vertical cavity laser diodes)(VCSELs), 및 에지 방출 레이저들(edge emitting lasers)을 포함하는 반도체 발광 디바이스들이 있다. 가시 스펙트럼에 걸쳐서 동작 가능한 고-휘도(high-brightness) 발광 디바이스의 제조에 있어 현재 관심 있는 재료계들(materials systems)은 III-V족 반도체들, 특히 III족-질화물 재료들이라고도 불리는 갈륨, 알루미늄, 인듐 및 질소의 2원, 3원 및 4원 합금들을 포함한다. 전형적으로, III족-질화물 발광 디바이스들은 MOCVD(metal-organic chemical vapor deposition), MBE(molecular beam epitaxy), 또는 다른 에피택셜 기술들에 의해 사파이어, 실리콘 카바이드, III족-질화물, 또는 다른 적절한 기판 상에 상이한 조성들 및 도펀트 농도들의 반도체 층들의 스택을 에피택셜 성장(epitaxially growing)시켜 제조된다. 스택은 종종, 기판 위에 형성되고 예컨대 Si로 도핑된 하나 이상의 n-형 층, n-형 층 또는 층들 위에 형성된 활성 영역 내의 하나 이상의 발광 층, 및 활성 영역 위에 형성되고 예컨대 Mg로 도핑된 하나 이상의 p-형 층을 포함한다. n-형 및 p-형 영역들 상에 전기적 접촉부들이 형성된다.
III족-질화물 디바이스들은 백색 광 또는 다른 색들의 광을 형성하기 위해 당해 기술분야에서 알려진 바와 같이, 인광체와 같은 파장 변환 재료와 결합될 수 있다.
도 1은 US 7,052,152에서 더욱 상세하게 설명되는 백라이트(backlight)를 도시한다. US 7,052,152의 5열 33줄부터 6열 7줄까지는, 청색, UV, 또는 근-자외선(near-UV) LED들만이 사용되며, 색-변환 인광 층(139)이 커버 플레이트(cover plate; 140) 상에 있는 경우에서의 백라이트 구성으로서 도 1에서의 디바이스를 설명한다. 커버 플레이트(140)는 인광체에 의해 수행되는 확산의 양에 따라, 확산기(diffuser)일 수 있거나 아닐 수 있다. 인광 층(139)은 하나 이상의 상이한 유형의 인광체로 이루어진 균일 층(uniform layer)이다. 바람직하게는, 녹색 및 적색 인광체가 사용되지만, 노란색(YAG) 인광체도 사용될 수 있다. 이러한 층(139)은 예컨대 스프레이 페인팅, 스크린-프린팅, 또는 전기영동 퇴적(electrophoretic deposition)에 의해 적용될 수 있거나 균일 밀도의 입자들 또는 필름 전역에 걸쳐 분산되는 발광 염료(luminescent dye)를 갖는 필름일 수 있다. 이러한 구성은, 인광체가 LED 다이(die)의 상부에 있지 않고, 인광체로부터 백라이트(126)의 후방(rear)으로 방출되는 광이 백라이트(126)에서 사용되는 필름들의 높은 반사성 때문에 LED 칩들 내부로보다 더 큰 재활용 효율을 가지므로 매력적이다. 그리고, 재활용 효율 이외에, 인광체는 낮은 온도에서 동작할 수 있고 LED 다이에 대한 화학적 호환성 문제들을 가지지 않아서, 효율 및 수명을 상당히 개선시킨다. LCD 패널(114)은 백라이트(126) 위에 배치된다.
다른 실시예에서, 한 유형의 인광체, 바람직하게는 녹색 또는 황색(amber) 인광체가 커버 플레이트(140)에 적용되는 한편, 다른 인광체, 바람직하게는 적색 인광체가 백라이트 구성의 후면 패널(148)에 적용된다. 후면 패널은 확산기로서 역할한다. 이러한 인광체는 균일한 코팅으로 적용되지 않고, 점 패턴(dot pattern)으로 적용된다. LED들로부터의 청색 광과 인광 층들로부터의 적색 및 녹색 광의 조합은 LCD 패널(114)에 대해 실질적으로 백색인 백라이트를 생산한다. 인광체를 그러한 구성에서 분리함으로써, 더 높은 변환 효율을 가지는 동시에, 인광체 점들의 크기 및 간격을 최적화함으로써, 필요한 색 균형 및 공간(gamut)이 달성될 수 있다.
본 발명의 목적은 시스템의 효율을 향상시킬 수 있는, LED 및 파장 변환 재료가 기판 상에 배치되는 광학적 시스템을 형성하는 것이다.
본 발명의 실시예들은 기판에 부착되는 반도체 발광 다이오드를 포함한다. 파장 변환 재료의 제1 영역은 기판 상에 배치된다. 파장 변환 재료는 반도체 발광 다이오드에 의해 방출된 광을 흡수하고 상이한 파장으로 광을 방출하도록 구성된다. 제1 영역에서, 파장 변환 재료는 기판의 전체 표면을 코팅한다. 기판은 광 공동의 하부면 부근에 배치된다. 파장 변환 재료의 제2 영역은 광 공동의 상부면 부근에 배치된다.
본 발명의 실시예들은 기판에 부착되는 반도체 발광 다이오드를 포함한다. 파장 변환 재료의 제1 영역은 기판 상에 배치된다. 파장 변환 재료는 반도체 발광 다이오드에 의해 방출된 광을 흡수하고 상이한 파장으로 광을 방출하도록 구성된다. 기판은 광 공동의 하부면 부근에 배치된다. 파장 변환 재료의 제2 영역은 광 공동의 상부면 부근에 배치된다. 반사성 표면은 반도체 발광 다이오드 위에 배치된다. 반사성 표면은 반사된 광이 반도체 발광 다이오드로부터 멀어지게끔 지향하도록 구성된다.
도 1은 LED들의 2차원 어레이를 포함하는 선행 기술 백라이트를 도시하는 도면.
도 2는 기판에 부착되는 적어도 하나의 반도체 발광 디바이스 및 기판 상에 배치되는 파장 변환 재료를 갖는 광 공동을 도시하는 도면.
도 3은 기판에 부착되는 적어도 하나의 반도체 발광 디바이스 및 공동의 상부 및 하부에 배치되는 파장 변환 재료를 갖는 광 공동을 도시하는 도면.
도 4는 기판에 부착되는 적어도 하나의 반도체 발광 디바이스, 공동의 측면들에 배치되는 파장 변환 재료, 및 반도체 발광 디바이스들 위에 배치되는 반사성 영역들을 갖는 광 공동을 도시하는 도면.
도 5, 6, 및 7은 쉐이핑된 반사성 영역을 갖는 광 공동들을 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 광 공동을 도시한다. 하나 이상의 III족-질화물 LED(16)는 기판(14) 상에서 광 공동(10)의 내부 또는 옆(next)에 배치된다. 이하의 예들은 청색 또는 UV 광을 방출하는 III족-질화물 LED들을 참조하지만, 레이저 다이오드들과 같은 LED들 외의 반도체 발광 디바이스들, 및 다른 III-V족 재료들, III족-인화물, III족-비화물, II-VI족 재료들, ZnO, 또는 Si-기반 재료들과 같은 다른 재료계들로부터 만들어지는 반도체 발광 디바이스들이 본 발명의 실시예들에서 사용될 수 있다.
임의의 적합한 III족-질화물 LED가 사용될 수 있고, 그러한 LED들은 잘 알려져 있다. LED들(16)은 예컨대 LED의 상부면으로부터 광의 대부분을 방출하도록 구성되는 플립 칩 디바이스들(flip chip devices)일 수 있다. 그러한 LED를 형성하기 위해, 당해 기술분야에 알려진 바와 같이, III족-질화물 반도체 구조체가 처음으로 성장 기판 상에 성장된다. 성장 기판은 예컨대 사파이어, SiC, Si, GaN, 또는 복합 기판들과 같은 임의의 적합한 기판일 수 있다. 반도체 구조체는 n-형 영역과 p-형 영역 사이에 개재되는(sandwiched) 발광 또는 활성 영역을 포함한다. n-형 영역은 처음으로 성장될 수 있고, 상이한 조성들(compositions) 및 도펀트 농도의 다수의 층을 포함할 수 있고, 그러한 다수의 층은 예를 들어 버퍼층들(buffer layers) 또는 핵형성 층들(nucleation layers), 및/또는 n-형이거나 의도적이지 않게 도핑될 수 있는(not intentionally doped), 성장 기판의 제거를 용이하게 하도록 설계된 층들과 같은 준비층들(preparation layers), 및 효율적으로 빛을 방출하기 위해 발광 영역에 대해 바람직한 특정 광학, 재료, 또는 전기적 특징들을 위해 설계된 n-형 또는 심지어 p-형 디바이스 층들을 포함한다. 발광 또는 활성 영역은 n-형 영역 위에 성장된다. 적합한 발광 영역들의 예들은 단일한 두꺼운 또는 얇은 발광층, 또는 차단층들(barrier layers)에 의해 분리된 다수의 얇은 또는 두꺼운 발광층을 포함하는 다중 양자 우물 발광 영역(multiple quantum well light emitting region)을 포함한다. 다음으로, p-형 영역은 발광 영역 위에 성장될 수 있다. n-형 영역처럼, p-형 영역은 상이한 조성, 두께 및 도펀트 농도의 다수의 층을 포함할 수 있고, 이는 의도적이지 않게 도핑된 층들 또는 n-형 층들을 포함한다. 디바이스 내의 모든 반도체 재료의 총 두께는 일부 실시예들에서 10μm보다 작고, 일부 실시예들에서 6μm보다 작다.
금속 p-컨택트는 p-형 영역 상에 형성된다. 예컨대 플립 칩 디바이스에서와 같이, 광의 대부분이 p-컨택트에 대향하는 표면을 통해 반도체 구조체의 밖으로 지향되는 경우, p-컨택트는 반사성일 수 있다. 플립 칩 디바이스는, 그 위에 금속 n-컨택트가 형성되는 n-형 영역의 표면을 드러내는 메사(mesa)를 형성하기 위해, 표준 포토리소그래픽적(photolithographic) 동작들(operations)에 의해 반도체 구조체를 패턴화하고, p-형 영역의 전체 두께의 일부분, 및 발광 영역의 전체 두께의 일부분을 제거하도록 반도체 구조체를 에칭함으로써 형성될 수 있다. 메사, 및 p-컨택트 및 n-컨택트는 임의의 적절한 방식으로 형성될 수 있다. 메사, 및 p-컨택트 및 n-컨택트를 형성하는 것은 통상의 기술자에게 잘 알려져 있다.
반도체 구조체는 p-컨택트 및 n-컨택트를 통해 지지체(support)에 연결될 수 있다. 지지체는 반도체 구조체를 기계적으로 지지하는 구조체이다. 구조체는 도 2의 기판(14)에 부착하기 적합한 자기-지지 구조체(self-supporting structure)이다. 예를 들어, 지지체는 리플로우-솔더링가능(reflow-solderable)할 수 있다. 임의의 적합한 지지체가 사용될 수 있다. 적합한 지지체들의 예들은, 실리콘 웨이퍼와 같이 반도체 구조체에의 전기적 연결들을 형성하기 위한 전도성 비아들(conductive vias)을 갖는 절연 또는 반-절연 웨이퍼, 예컨대 도금함에 의해 반도체 구조체 상에 형성되는 두꺼운 금속 본딩 패드들(thick metal bonding pads), 또는 세라믹, 금속, 또는 임의의 다른 적합한 마운트(mount)를 포함한다.
상술된 반도체 구조체, 금속 컨택트들, 및 지지체를 포함하는 LED들(16)은 기판(14) 상에 마운팅된다. 기판(14)은 광학적으로 반사성이고 열 전도성일 수 있다. LED들(16)에의 전기적 컨택트는 기판(14)을 관통하여 만들어질 수 있다. 적합한 기판들(14)의 예들은 금속 코어 인쇄 회로 기판(metal core printed circuit board), FR4-기반 인쇄 회로 기판, 세라믹, 금속, 플라스틱, 및 실리콘을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판(14)의 상부면은 반사성이거나, 반사성 페인트(reflective paint) 또는 반사성 금속의 층과 같은 반사성 물질로 코팅된다. 기판(14)은 일부 실시예들에서 적어도 0.1W/mK(실리콘), 일부 실시예들에서 적어도 10W/mK, 일부 실시예들에서 적어도 100W/mK, 및 일부 실시예들에서 0.1W/mK와 400W/mK(구리) 사이의 열 전도도를 가질 수 있다.
도 2, 3, 및 4 각각에는, 복수의 LED가 도시되고 있지만, 본 발명의 일부 실시예들에서는 단일 LED(16)가 사용될 수도 있다. 복수의 LED(16)가 기판(14) 상의 임의의 적합한 배열로 배열될 수 있다. 예를 들어, 4개의 LED(16)가 기판(14) 상에 2×2 사각형 어레이로 배열될 수 있거나, 복수의 LED(16)가 기판(14) 상에 원형으로 배열될 수 있다. 다양한 변형들이 가능하며 본 발명의 범위 내에 있다.
LED들(16) 옆에, 하나 이상의 파장 변환 영역(18)이 기판(14) 상에 배치된다. 복수의 LED(16)를 포함하는 디바이스들에서, 파장 변환 영역들(18)이 LED들(16)의 사이에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 파장 변환 영역(18)은, 도 1에 도시된 디바이스에서처럼 파장 변환 영역(18)이 형성되는 영역에서 기판의 표면을 부분적으로만 커버하는 점들로서 형성되기보다는, 그것이 형성되는 영역에서 기판의 전체 표면을 커버한다.
일부 실시예들에서, LED들(16)과 파장 변환 영역들(18)의 에지(edge) 사이에 갭(gap)이 없다. 예를 들어, 파장 변환 영역들(18)과 LED들(16) 사이에 갭이 없도록, LED들(16)이 기판(14) 상에 마운팅될 수 있고, 다음으로 LED들(16) 및 기판(14)을 포함하는 전체 구조체가 파장 변환 재료로 코팅된다.
일부 실시예들에서, LED들(16)과 파장 변환 영역들(18)의 에지 사이에 작은 갭이 있다. 예를 들어, 파장 변환 영역들(18)이 기판(14) 상에 형성될 수 있고, 다음으로 LED들(16)이 파장 변환 영역들 사이의 구역들(areas)에 마운팅된다. 제조 공차(製造 公差; manufacturing tolerance)는 LED(16)의 에지와 파장 변환 영역(18) 사이의 작은 갭이 파장 변환 재료로 커버되지 않을 것을 요구한다.
파장 변환 영역들(18)은 일부 실시예들에서 적어도 0.5 mm 폭이고, 일부 실시예들에서는 20 mm 이하의 폭이다. LED(16)와 파장 변환 영역(18)의 에지의 사이의 임의의 갭은 일부 실시예들에서 0 mm와 0.5 mm 사이이다. 파장 변환 영역들(18)은 일부 실시예들에서 LED들(16)과 동일한 두께일 수 있다. 대안으로, 파장 변환 영역들(18)이 LED들(16)보다 얇거나 두꺼울 수 있다.
파장 변환 영역들(18)에서의 파장 변환 재료는 LED들(16)에 의해 방출된 광을 흡수하고 상이한 파장의 광을 방출한다. 발광 디바이스에 의해 방출되는 변환되지 않은 광은, 종종 광 공동으로부터 추출되는 광의 최종 스펙트럼의 일부분이지만, 그럴 필요가 있는 것은 아니다. 일반적 조합들의 예들은, 노란색-방출 파장 변환 재료와 조합되는 청색-방출 LED, 녹색 및 적색-방출 파장 변환 재료들과 조합되는 청색-방출 LED, 청색 및 노란색-방출 파장 변환 재료들과 조합되는 UV-방출 LED, 및 청색, 녹색, 및 적색-방출 파장 변환 재료들과 조합되는 UV-방출 LED를 포함한다. 디바이스로부터 방출되는 광의 스펙트럼을 조정하기(tailor) 위해, 다른 색들의 광을 방출하는 파장 변환 재료들이 추가될 수 있다.
파장 변환 재료는 종래의 인광체, 유기 인광체들(organic phosphors), 양자 점들(quantum dots), 유기 반도체들(organic semiconductors), II-VI족 또는 III-V족 반도체들, II-VI족 또는 III-V족 반도체 양자 점들 또는 나노결정들(nanocrystals), 염료들(dyes), 중합체들(polymers), 또는 냉광을 방출하는(luminesce) 질화갈륨(GaN)과 같은 재료들일 수 있다. Y3Al5O12:Ce(YAG), Lu3Al5O12:Ce(LuAG), Y3Al5-xGaxO12:Ce(YAlGaG), (Ba1-xSrx)SiO3:Eu(BOSE)와 같은 가넷계(garnet-based) 인광체들, 및 (Ca,Sr)AlSiN3:Eu 및 (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu와 같은 질화물계(nitride-based) 인광체들을 포함하지만 그에 제한되지 않는 임의의 적합한 인광체가 사용될 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 파장 변환 영역들 중 임의의 것은 실리콘, 에폭시, 유리, 또는 임의의 다른 적합한 재료와 같은 투명 재료의 매트릭스(matrix)에 배치되는 파장 변환 재료를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 파장 변환 영역들은 예컨대 박막들(thin films), 파장 변환 재료 자체와는 다른 바인더 재료(binder material)를 가지거나 가지지 않고서 인시튜(in situ) 방식으로 미리 형성되거나 형성되는 세라믹 슬래브들(ceramic slabs), 실리콘, 에폭시, 또는 임의의 다른 적합한 재료와 같은 투명 바인더(transparent binder)와 혼합되고 스크린 프린팅(screen printing), 몰딩(molding), 스프레이 코팅(spray coating), 스텐실링(stenciling), 또는 임의의 다른 적합한 기술에 의해 형성되는 입자들(particles) 또는 파우더로 된(powdered) 파장 변환 재료일 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 각각의 파장 변환 영역은 단일 파장 변환 재료, 파장 변환 재료들의 혼합물, 또는 함께 혼합되기보다는 분리된 층들(separate layers)로서 형성되는 복수의 파장 변환 재료들을 포함할 수 있다. 상이한 색들의 광을 방출하는 파장 변환 재료들은 분리된 영역들에 배치되거나 함께 혼합될 수 있다.
파장 변환 영역들(18)의 두께는 파장 변환 재료들 및 퇴적 기술에 의존한다. 파장 변환 영역들의 두께는 일부 실시예들에서 적어도 0.5 μm, 일부 실시예들에서 500 μm 이하, 및 일부 실시예들에서 1 mm 이하의 사이일 수 있다. 여러 실시예들에서, 도 2, 3, 및 4에서 도시되는 바와 같이, 파장 변환 재료는 LED들(16)의 상부들(tops) 위에 배치되지 않을 수 있거나 LED들(16)의 상부들 위에 배치될 수 있다.
일부 실시예들에서, 파장 변환 영역들(18)에서의 파장 변환 재료의 두께 및 밀도는 파장 변환 영역들(18)의 상부면 상에 입사하는 광이 파장 변환 영역들(18)을 거의 또는 전혀 관통하지 않아서 기판(14)에 도달하지 않도록 선택된다. 어떠한 광도 기판들에 도달하지 않도록 형성되는 파장 변환 층은, 산란성이 높은 파장 변환 재료들에 대해, 및/또는 LED들(16)에 의해 방출되는 광의 많은 부분을 파장-변환하는 것이 바람직한 응용들에서 유리할 수 있다. 예를 들어, 구조체가 온백색 광(warm white light)을 방출하는 일부 실시예들에서, LED들(16)에 의해 방출되는 광의 적어도 90%는 파장 변환 영역들에 의해 파장-변환된다.
대안적인 실시예들에서, 파장 변환 영역들(18)에서의 파장 변환 재료의 두께 및 밀도는 적어도 일부 광이 파장 변환 재료를 통해 투과되고, 파장 변환 재료를 통해 기판을 향해 다시 반사되도록 선택된다. 그러한 얇은 층은, 예컨대 유기 인광체들, 양자 점들, 또는 조밀한 세라믹들과 같은, 산란성이 높지 않은 파장 변환 재료들에 대해; LED들(16)에 의해 방출되는 광의 더 작은 부분을 파장-변환하는 것이 바람직한 응용들에서; 및/또는 파장 변환 재료가 고가(高價)일 때 유리할 수 있다.
기판(14), LED들(16), 및 파장 변환 영역들(18)은 광 공동(10)의 하부면을 형성한다. 위에서 볼 때, 공동(10)은 사각형 또는 원형과 같은 임의의 적합한 형상일 수 있다. 공동(10)의 측벽들은 도 2, 3, 및 4에서 도시되는 바와 같이 수직일 필요가 없으며, 그들은 예컨대 잘려진 역 피라미드형 또는 원추형(truncated inverted pyramid or cone)을 형성하기 위해 경사질 수 있다. 공동(10)의 형상은 응용에 따라 정해질 수 있다. 공동(10)은 공기(1의 굴절률) 또는 대기 가스(ambient gas), 또는 유리(1.4 - 2.2의 굴절률), 실리콘(1.4 - 2의 굴절률), 투명 세라믹(1.8의 굴절률), 사파이어(1.76의 굴절률), SiC(2.4의 굴절률), 큐빅 지르코니아(2.15의 굴절률), 다이아몬드(2.4의 굴절률), GaN(2.4의 굴절률), 에폭시, 또는 임의의 다른 적합한 재료와 같은 투명한 고체 재료로 채워지는 박스(box)일 수 있다. 일부 실시예들에서, 공동(10)에 대한 고체 재료는 LED들(16)의 굴절률(변하지만 종종 약 2.4의 굴절률을 갖는 III족-질화물 재료)에 최대한 근접한 굴절률을 갖도록 선택된다. 광 공동(10)은 일부 실시예들에서 적어도 1, 일부 실시예들에서 2.4 이하, 일부 실시예들에서 적어도 1.8, 및 일부 실시예들에서 적어도 2의 굴절률을 갖는다. 광 공동(10)을 형성하는 투명한 고체 재료의 두께는 일부 실시예들에서 적어도 0.5 mm일 수 있고 일부 실시예들에서 3 mm 이하일 수 있지만, 더 두껍고 더 얇은 광 공동들(10) 둘 다가 가능하고 본 발명의 범위 내에 있다.
투명한 고체 재료인 광 공동(10)의 경우에서, 기판(14), LED들(16), 및 파장 변환 영역들(18)을 포함하는 구조체는, 실리콘과 같은 접착제(adhesive), 또는 다른 적합한 기술 또는 재료에 의해, 투명한 고체 재료에 부착될 수 있다.
LED들(16) 및 파장 변환 영역들(18)은 기판(14) 상에 배치되기도 하고, 또는 기판에 근접하여 배치되기도 하며, 예컨대 기판(14)을 열 싱크(heat sink)로서 구성하거나 열 싱크에 기판(14)을 열적으로 연결시킴으로써, 기판(14)을 통해 열이 효율적으로 소멸될 수 있다. 파장 변환 영역들(18)이 다양한 구동 조건들 상에서 동작하는 동안에 비교적 차갑게 유지될 수 있기 때문에, 감소된 양자 효율 및 방출된 파장의 이동과 같은 가열과 관련된 문제들이 감소되거나 제거된다. 게다가, 파장 변환 영역들(18)이 LED들(16)로부터의 광의 경로 내에 직접 형성되지 않기 때문에, 파장 변환 영역들 상에 입사하는 광 세기가 낮게 유지되며, 이는 파장 변환 재료의 양자 효율을 향상시킬 수 있다. LED들(16)과 기판(14) 사이의 경로 또는 파장 변환 영역들(18)과 기판(14) 사이의 경로의 열 저항률은, 일부 실시예들에서 적어도 0.1 cm2K/W, 일부 실시예들에서 50 cm2K/W 이하, 일부 실시예들에서 적어도 1 cm2K/W, 및 일부 실시예들에서 2 cm2K/W 이하이다.
일부 실시예들에서, 광 공동(10)의 측벽들(12)은 반사성이다. 공동(10)이 박스인 경우, 측벽들(12)은 반사성의 고체 벽들, 또는 고체 벽들 상에 배치되거나 고체 벽들에 부착되는 반사성 재료일 수 있다. 공동(10)이 투명한 고체 재료인 경우, 측벽들(12)은 투명한 고체 재료의 측면 상에 배치되는 반사성 포일(reflective foil) 또는 반사성 재료일 수 있다.
일부 실시예들에서, 선택적인 필터(optional filter; 20)가 광 공동(10)의 상부면 상에 배치된다. 예를 들어, 필터(20)는 간섭-기반 이색성 반사 층(interference-based dichroic reflecting layer)이거나 임의의 다른 적합한 필터일 수 있다. 공동(10)이 박스인 경우, 이색성 필터(20)는 이색성 재료의 시트이거나, 유리 또는 플라스틱과 같은 투명 시트의 상부면 또는 하부면 상에 코팅되거나 형성되는 이색성 층일 수 있으며, 이는 도 2에서 도시되는 구조체 위의 커버로서 기능하거나 기능하지 않을 수 있다. 공동(10)이 투명한 고체 재료인 경우, 이색성 필터(20)는 투명한 고체 재료의 상부면 상에 코팅되거나 형성될 수 있다.
필터(20)는 LED들(16)에 의해 방출되고 광선(ray; 24)으로 도시되는 바와 같이 LED들(16)의 상부면에 대한 법선(normal)에 대해 작은 각도로 필터(20) 상에 입사하는 광의 전부 또는 대부분을 반사하도록 구성된다. 그러한 광은 광선(28)으로 도시되는 바와 같이 반사된다. 일부 실시예들에서, 필터(20)는, 광선(26)으로 도시되는 바와 같이, LED들(16)에 의해 방출되고, LED들(16)의 상부면에 대한 법선에 대해 큰 각도로 필터(20) 상에 입사하는 광은 덜 반사하여, 소정의 큰 각도의 광이 탈출하게 하도록 선택적으로 구성된다. 필터(20)는, 광선(30)으로 도시되는 바와 같이, 파장 변환 영역들(18)에 의해 임의의 각도로 변환되는 파장인 광의 전부 또는 대부분을 투과시키도록 구성될 수도 있다.
선택적인 산란 층(optional scattering layer; 22)은 필터(20) 위에 형성되거나, 필터(20)를 포함하지 않는 실시예들에서는 광 공동(10) 위에 형성될 수 있다. 산란 층(22)은 실리콘, 에폭시, 유리, 또는 임의의 다른 적합한 재료와 같은 투명한 매트릭스에 배치되는 TiO2 또는 임의의 다른 적합한 재료와 같은 산란 입자들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 산란 층(22) 대신에 또는 그에 추가하여, 산란 입자들이 공동(10)의 전체 부피 또는 부피의 일부 내에 배치될 수 있다.
동작하는 동안, LED들(16)로부터 방출되는 광의 일부는 선택적인 필터(20) 및 선택적인 산란 층(22)에 의해 공동(10)의 하부면으로 다시 향하도록 재지향된다. 파장 변환 영역들(18) 상에 입사하는 광은 변환되고, 즉, 흡수되고 더 긴 파장으로 재방출된다. 변환된 광은 파장 변환 영역들(18)로부터 산란시킴으로써, 그리고 반사성 기판(14)에 의해 공동(10) 내로 상향 지향된다. 변환된 광, 및 LED들(16)로부터의 변환되지 않은 광의 일부는 가능하게는 공동(10)의 반사성 에지들로부터의 1회 이상의 반사 이후에, 및/또는 가능하게는 산란 층(22) 또는 다른 표면들에 의해 산란된 이후에 필터(20)를 통해 탈출한다. 상술된 반사 및 산란 이벤트들은 변환된 광과 변환되지 않은 광을 혼합고, 변환되지 않은 광을 파장 변환 영역들(18)에 걸쳐 더 균일하게 분산시키는 역할을 하고, 이는 "핫 스팟들(hot spots)", 즉 상대적으로 더 높은 세기의 변환되지 않은 광을 경험하는 파장 변환 영역들(18) 상의 스팟을 감소시킬 수 있다. 많은 적합한 파장 변환 재료들이 변환되지 않은 펌프 광의 세기가 낮을 때 가장 효율적이기 때문에, 더 균일한 여기(excitation)가 전반적인 시스템 효율을 향상시키는 데 도움을 준다.
필터(20)를 통해 투과되는 LED들(16)로부터의 변환되지 않은 광의 비율(fraction)은 펌프 광의 원하는 비율이 공동을 탈출하는 것을 보장하도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 백색 색점(white colorpoint)에 대하여, 다양한 실시예에서, 혼합된 광의 원하는 색 온도에 따라, 그리고 LED들(16) 및 파장 변환 영역들(18)로부터 방출되는 광의 스펙트럼 특성에 따라, 공동(10)을 탈출하는 광의 5% 내지 30%가 LED들(16)로부터의 변환되지 않은 광이어야 한다. 당해 기술분야에 알려진 바와 같이, 이색성 필터(20)를 포함하는 실시예들에서, 투과되는 변환되지 않은 광이 투과되는 비율은, 이색성 필터의 층들에서 사용되는 재료들, 층들의 두께, 및 이색성 필터에서의 층들의 수를 선택함으로써 조정될 수 있다. 산란 층(22)을 포함하는 실시예들에서, 변환되지 않은 광의 투과되는 비율은 변환을 증가시키거나 감소시키기 위해 산란을 증가시키거나 감소시킴으로써 조정될 수 있다. 산란은 산란 입자들의 농도(concentration)를 증가시키고, 산란 층의 두께를 증가시키고, 산란 입자들의 조성을 변경하고, 산란 입자들의 크기 및 형상을 변경하고, 또는 그 안에 산란 입자들이 매립되는 매트릭스의 조성을 변화시킴으로써 증가될 수 있다. 산란은 광 공동(10)의 상부면 또는 측면들과 같은, 광 공동(10)의 표면들을 조면화시킴으로써 증가될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 변환되지 않은 광의 비율은 파장 변환 영역들 내의 파장 변환 재료의 두께 및/또는 농도를 감소시킴으로써 증가된다. 일부 실시예들에서, 변환되지 않은 광의 비율은 산란 입자들을 파장 변환 영역(18) 내에 도입시킴으로써 증가되고, 이는 큰 비율의 입사 광이 파장 변환 재료에 의해 흡수되기보다는, 파장 변환 재료로부터 멀리 산란되도록 한다. 산란 입자들은 파장 변환 재료 위의 분리된 층에 배치되거나 파장 변환 재료와 혼합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 변환되지 않은 광이 투과되는 비율은 산란 층(22) 및/또는 필터(20)를 광 공동(10)의 상부의 오직 일부의 위에만 형성함으로써 증가된다.
일부 실시예들에서, 필터(20) 및 산란 층(22)은 도 2, 3, 및 4에서 도시되는 구조체들로부터 방출되는 광의 색에서의 각도 변화(angular variations)를 감소시키도록 조정된다. 일부 실시예들에서, 광 공동(10)의 상부에서의 산란을 증가시킴으로써, 예를 들어 산란 입자들을 상부면에 추가하고, 산란성 파장 변환 입자들을 상부면에 추가하고, 공동(10)의 상부면을 조면화하고, 및/또는 산란 입자들을 공동(10)의 벌크(bulk)에 추가함으로써, 각도 변화가 감소된다. 일부 실시예들에서, 당해 기술분야에 알려져 있는 바와 같이, 바람직한 각도들로 광을 선택적으로 투과시키도록 (존재한다면) 필터(20)의 각도 투과율 특성들을 조정함으로써, 각도 변화가 감소된다. 일부 실시예들에서, 각도 변화는 광 공동(10)의 측벽들에 추가되는 파장 변환 재료의 양을 조정함으로써 및/또는 측벽들을 통한 광의 투과를 조정함으로써 감소된다.
도 3은 광 공동의 상부 및 하부에 배치되는 파장 변환 영역들을 갖는 광 공동(10)을 도시한다. 도 3의 구조체에서, 제1 파장 변환 영역들(18)이 도 2에서와 같이 LED들(16) 사이에 배치된다. 제2 파장 변환 영역들(36)은 공동(10)의 상부면에, 예컨대 필터(20)를 포함하는 실시예들에서는 필터(20)의 바로 위 또는 바로 아래에, 또는 산란 층(22)을 포함하는 실시예들에서는 산란 층(22) 바로 아래 또는 바로 위에 배치된다. 제2 파장 변환 영역(36)은 도 3에 도시되는 바와 같이, 공동(10)의 전체 상부를 커버하는 단일의 연속적인 영역일 수 있거나, 공간들(spaces), 투명 재료, 또는 산란 재료와 같은 다른 재료에 의해 분리되는 더 작은 영역들로 형성될 수 있다. 제2 파장 변환 영역(36)은 예컨대 공동(10)의 상부면, 필터(20)의 하부면, 필터(20)의 상부면에, 또는 별도의 투명 재료 시트 위에, 임의의 적합한 기술에 의해 형성될 수 있다.
재료들, 두께, 및 퇴적 기술들을 포함하지만 그에 제한되지 않는 파장 변환 영역들(18)의 상술된 특성들 중 임의의 것은, 본 발명의 실시예들에서의 파장 변환 영역들(36)에 적용될 수 있다. 파장 변환 영역들(18 및 36)은, 일부 실시예들에 서는 동일한 특성을 가질 수 있지만, 반드시 그래야 하는 것은 아니다.
일부 실시예들에서, 제2 파장 변환 재료는 도 3에 도시되는 바와 같이 제2의 분리된 층(36)으로 형성되기보다는 산란 층(22)에서의 산란 입자들과 혼합된다.
단일 또는 복수의 파장 변환 재료는 파장 변환 영역들(18) 및 파장 변환 영역(36)의 각각에 포함될 수 있다. 상이한 색들의 광을 방출하는 파장 변환 재료들은 분리되거나 혼합될 수 있다. 산란 또는 다른 비-파장-변환 재료들이 파장 변환 영역들(18 및 36) 중 하나 또는 둘 다에 추가될 수 있다.
일부 실시예들에서, 공동(10)의 상부면 및 하부면 상에 파장 변환 재료들을 갖는 시스템들에서, 더 많은 광이 필터(20)에 의해 투과되는 것을 허용하기 위해 공동(10)의 상부면의 반사성(reflectivity)(즉, 필터(20)의 반사도)은 감소될 수 있고, 이는 구조체의 효율을 향상시킬 수 있다. 상부 파장 변환 영역이 존재하므로, LED들(16)로부터의 광이 하부 파장 변환 영역들 상에 더 적게 입사할 것이 요구되고, 그에 따라 광 공동(10)의 하부를 향하여 더 적은 광이 반사되어야 한다. 결과적으로, 필터(20)는 덜 반사성일 수 있다. 게다가, 공동(10)의 상부면 상의 파장 변환 영역에 의해 야기되는 산란은 공동의 하부면 상의 파장 변환 영역들(18)을 향하여 지향되는 광의 양을 증가시킬 수 있고, 산란 층(22)에서 필요한 산란 재료의 양을 감소시킬 수 있거나 산란 층(22)에 대한 필요성을 완전히 제거할 수 있다.
일부 실시예들에서, 공동(10)의 하부면 상의 파장 변환 영역들은 공동(10)의 상부면 상의 파장 변환 영역들보다 더 용이하게 냉각될 수 있기 때문에, 공동(10)의 하부면 상에 배치되는 파장 변환 영역들은 증가된 온도로 인하여 최악의 성능 저하를 겪는 파장 변환 재료들을 포함한다.
일부 실시예들에서, 디바이스는 다른 파장 변환 재료 B에 의해 방출되는 광에 의해 여기될(excited) 수 있는 파장 변환 재료 A를 포함한다. 파장 변환 재료들 사이의 상호작용을 최소화하기 위해, 파장 변환 재료 A는 공동(10)의 하부면 상의 파장 변환 영역들에 배치될 수 있는 한편, 파장 변환 재료 B는 공동(10)의 상부면 상의 파장 변환 영역에 배치될 수 있다.
예를 들어, 백색 광을 만드는 디바이스들은 종종 청색 LED 및 적색 및 녹색 또는 노란색-방출 인광체들을 포함한다. 적색 광을 방출하는 많은 인광체들은 녹색 또는 노란색-방출 인광체에 의해 방출되는 광을 흡수할 것이다. 많은 적색-방출 인광체들은 또한 온도에 민감하다. 일부 실시예들에서, 적색-방출 인광체는 공동(10)의 하부면 상에 배치되고, 녹색 또는 노란색-방출 인광체는 공동(10)의 상부면 상에 배치된다. 그러한 배열에서, 적색-방출 인광체는 적색 및 녹색/노란색-인광체들이 혼합되는 시스템에서보다 더 적은 녹색 또는 노란색 광을 흡수할 수 있으며, 이는 혼합된 광의 연색 평가 지수(color rendering index)를 향상시킬 수 있고, 디바이스의 효율을 향상시킬 수 있고, 그리고 색 타겟팅(color targeting)을 단순화시킬 수 있다.
일부 실시예들에서, 적색-방출 인광체는 공동(10)의 상부면 상에 배치되고, 녹색 또는 노란색-방출 인광체는 공동(10)의 하부면 상에 배치된다. 일부 실시예들에서, 적색-방출 및 녹색/노란색-방출 인광체가 혼합되고, 혼합체는 공동(10)의 상부면 및 하부면 상에 배치된다. 일부 실시예들에서, 적색-방출 인광체 및 적색-방출 양자 점들의 혼합체는 공동(10)의 하부면 상에 배치되고, 녹색-방출 인광체들의 여러 타입의 혼합체는 공동(10)의 상부면 상에 배치된다. 일부 실시예들에서, 단일 적색-방출 인광체는 공동(10)의 하부에 배치되고, 동일하거나 상이한 적색-방출 인광체와 녹색/노란색-방출 인광체의 혼합체는 공동(10)의 상부면 상에 배치된다.
도 3에 도시되는 시스템이 동작하는 동안에, LED들(16)로부터의 광(26)의 일부는 변환되지 않은 채로 공동(10)의 상부를 통해 투과되고 추출된다. 변환되지 않은 광은 공동(10)을 탈출하기 이전에 공동(10)의 내부로 여러 번 반사될 수도 있다. LED들(16)로부터의 광의 다른 일부는 파장 변환 영역(36)에 의해 흡수되고 상이한 파장으로 재방출된다. 이러한 재방출되는 광의 일부는 즉시 탈출하고, 일부는 공동(10)으로 진입하며, 거기에서 공동(10)의 상부 밖으로 추출되기 이전에 여러 번 반사할 수 있다. LED들(16)로부터의 광의 마지막 부분(24)은 공동(10)의 상부로부터 반사하고, 파장 변환 영역들(18) 상에 입사한다. 파장 변환 영역들(18)은 이러한 광의 일부를 흡수하여 그것을 상이한 파장으로 재방출하고, 그리고 나머지를 반사한다. 파장 변환된, 또는 반사된 변화되지 않은 광은 공동(10)의 상부로부터 추출되기 이전에 여러 번 반사할 수 있다.
도 4는 도 2 및 3에 도시되는 구조체들 중 하나에 가능한 수정들을 도시한다. 일부 실시예들에서, 공동(10)의 상부면 중 LED들(16)의 바로 위의 영역은 필터(20)가 포함되는 실시예들에서는 필터(20)보다 더 반사성이도록 만들어지거나 필터(20)가 포함되지 않는 실시예들에서는 반사성이도록 만들어진다. 예를 들어, 반사성 영역들(38)은, LED들(16)로부터의 광이 필터(20) 또는 산란 층(22) 이전에 반사성 영역들(38)을 직면하도록, 공동(10)의 상부면에서 LED들(16)의 바로 위에 형성될 수 있다. 반사성 영역들(38)은 예컨대 공동(10)의 상부면 또는 필터(20)의 하부면에서, 투명 커버 상에, 또는 임의의 다른 적합한 층 상에 배치되는 반사성 금속 포일 또는 다른 반사성 재료의 디스크들(disks)일 수 있다.
반사성 영역들(38)에 의해 반사되는 광이 LED들(16)을 향해 다시 지향된다면, 광은 LED들(16)에 의해 흡수되거나 손실될 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사성 영역들(38)은 반사된 광을 LED들(16)로부터 멀어지게끔 지향하도록 구성된다. 예를 들어, 도 4에서 도시되는 반사성 영역들은 반사된 광을 LED들(16)로부터 멀어지게끔 지향하는 조면화(roughened), 텍스쳐화(textured), 또는 패턴화된(patterned) 표면을 가질 수 있다. 도 5, 6, 및 7은 반사된 광을 LED들(16)로부터 멀어지게끔 지향하는 쉐이핑된(shaped) 반사성 영역들(38)의 예들을 도시한다. 도 5, 6, 및 7이 하나의 LED(16)를 도시하지만, 도시되는 반사성 영역들(38)은 공동(10)에서 다수의 LED 위에 반복될 수 있다. 도시되는 반사성 영역들(38)은, 종종 LED(16)의 상부면에 대한 법선에 대해 회전 대칭이지만, 일부 실시예들에서는 그럴 필요가 없다.
도 5에서 도시되는 반사성 영역(38)은 LED(16)의 중심 부근으로부터 공동(10)의 상부를 향하여 상승한 다음, 파장 변환 영역(18)으로 다시 지향하도록 확장되는 표면(41)을 갖는다. 표면(41)이 파장 변환 영역들(18)을 향해 하향 확장함에 따라, 그것은 LED(16)로부터 더 멀어진다. 표면(41)은 도 5에서 LED(16)의 상부면과 파장 변환 영역(18)의 상부면 둘 다에 접촉하는 것과 같이 도시되지만, 일부 실시예들에서는 그 상부 표면들 중 어느 하나 또는 둘 다에 접촉하는 것이 필요하지 않다. 광선(43)에 의해 도시되는 바와 같이, LED(16)로부터 방출되는 광은 LED(16)로부터 멀어지고 파장 변환 영역(18)을 향하도록 표면(41)으로부터 반사된다. 표면(41)은 도 5에서 도시되는 바와 같이 만곡(curved)되거나, 평평(flat)할 수 있고, 만곡된 부분들 및 평평한 부분들 모두를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상부 파장 변환 영역(36)은 생략될 수 있고, 파장 변환 재료는 영역(42)에 배치될 수 있다.
도 7은 도 5에서와 동일한 형상을 가진 반사성 영역(38)을 포함하는 시스템을 도시한다. 도 7에서, 도 5의 영역(42)이 생략되고, 반사성 영역(38)의 표면(41)은 광 공동(10)의 상부면을 형성한다. 파장 변환 영역(36)은 반사성 영역(38) 위에 컨포멀 코팅(conformal coating), 즉 실질적으로 균일한(uniform) 두께를 갖는 코팅으로 형성된다. 예를 들어, 도 7에서의 파장 변환 영역(36)의 두께는 50%보다 적게 변할 수 있다. 도 7에 도시되는 구조체는 광 공동(10)을 기판(14), LED(16), 및 파장 변환 영역(18) 위에 몰딩하고, 다음으로 파장 변환 영역(36)을 광 공동(10) 위에 몰딩하거나, 미리 형성된 유연한 파장 변환 시트를 광 공동(10) 위에 프레싱(pressing)함으로써 형성될 수 있다. 도 5에서와 같이, 반사성 영역(38)은 도 7에서 도시된 정밀한 형상을 가질 필요가 없다.
도 6에 도시되는 반사성 영역(38)은 LED(16)의 중심 위 및 부근의 광 공동(10)의 영역으로부터 LED(16)로부터 멀어지면서 파장 변환 영역(36)까지 대각선으로 상승하는 표면(47)을 가진다. 표면(47)은 공동(10)의 상부면에 있는 기저(基底; base)로부터 공동(10)의 상부면 아래에 및 LED(16)의 위에 위치하는 점을 향하여 연장하는 역 원추형 또는 피라미드와 같은 돌출부(protrusion)로 간주될 수도 있다. 표면(47)은 LED(16)의 상부면으로부터 이격된 채로 도 6에 도시되지만, 일부 실시예들에서는 그것이 LED(16)와 접촉할 수 있다. 광선(45)에 의해 도시되는 바와 같이, LED(16)로부터 방출되는 광은 LED(16)로부터 멀어지며 파장 변환 영역(18)을 향하도록 표면(47)으로부터 반사된다. 표면(47)은 도 6에서 도시되는 바와 같이 평평하거나, 만곡될 수 있고, 만곡된 부분들 및 평평한 부분들 모두를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 도 5 및 6에서 도시되는 구조체들은 반사성 영역(38)[도 5에서 (42), 도 6에서 (44)]의 상부면과 반사성 영역(38)[공동(10)]의 하부면 사이에서 표면들(41 및 47)에서의 굴절률에서의 차이를 생성함으로써, 내부 전반사(total internal reflection)에 의해 반사한다. 반사성 영역들(38)이 내부 전반사에 의해 반사하기 때문에, 임계각(critical angle)보다 낮은 각도로 표면들(41 및 47) 상에 입사되는 광은 반사되기보다는 표면들을 통해 투과된다. 일부 실시예들에서, 구조체는 몰딩될 수 있다. 예를 들어, 공동(10)이 공기이고 영역(42)이 화합물(compound), 실리콘, 또는 임의의 다른 적합한 재료가 되도록, 도 5의 구조체는 파장 변환 영역(36) 또는 투명 커버와 같은 다른 적합한 구조체 상에 몰딩될 수 있고, 다음으로 기판(14) 위에 위치될 수 있다. 영역(44)이 공기이고 공동(10)이 몰딩 화합물, 실리콘, 또는 임의의 다른 적합한 재료들이도록, 도 6의 구조체가 기판(14) 위에 몰딩될 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사성 영역들(38)을 형성하는 굴절률에서의 차이는 공기와 유리 또는 공동(10)을 형성하기에 적합한 것으로서 전술된 재료들 사이의 것이다. 예를 들어, 영역들(42 및 44)이 유리일 수 있고 공동(10)은 공기일 수 있고, 또는 영역들(42 및 44)이 공기일 수 있고 공동(10)은 유리일 수 있다. 도 5 및 6에서 도시되는 표면들을 형성하는 두 개의 재료 사이에서 굴절률의 차이는 일부 실시예들에서 적어도 0.4, 일부 실시예들에서 적어도 0.5, 일부 실시예들에서 적어도 0.8, 및 일부 실시예들에서 적어도 1일 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 5 및 6에서 도시되는 반사성 영역들(38)은 반사성 재료로 형성되거나 코팅된다.
도 4로 돌아가면, 일부 실시예들에서, 파장 변환 및/또는 산란 재료들이 광 공동(10)의 측면들 상에 배치된다. 예를 들어, 파장 변환 영역들(40)이 공동(10)의 측벽들 상에 형성될 수 있다. 파장 변환 영역들은 실리콘과 같은 투명 재료와 혼합되고, 다음으로 공동(10)의 측면들 상에 코팅되거나, 공동(10)의 측면들에 인접하게 위치되는 투명 재료 시트 상에 배치되거나, 공동(10)의 측면들에 부착되는 필름으로 형성되는, 인광체와 같은 파장 변환 재료를 포함할 수 있다. 파장 변환 영역들(40)과 마주치는 광은 흡수되고 상이한 파장으로 재방출되거나 반사된다.
본 발명의 실시에들은 이점들을 가질 수 있다. 파장 변환 재료의 적어도 일부분은, 차갑게 유지될 수 있도록, 기판(14)의 위와 같은 곳에 배치되기 때문에, 파장 변환 재료가 가열의 대상이 되는 시스템에 비해, 시스템의 효율이 향상될 수 있다. 시스템에 의해 추출되는 광에서의 각도 변화에 따른 색은 높은 효율을 유지하면서 최소화될 수 있다. 게다가, 변환되는 광의 비율이 파장 변환 재료 부하(wavelength converting material loading) 및 파장 변환 영역들의 두께와 관계없게 될 수 있어서, 혼합된 광의 색 점이 파장 변환 영역들의 형성에서의 사소한 공정의 변화들(minor process variation)에 면역될 수 있게 된다.
본 발명을 상세하게 설명하여, 통상의 기술자는 본 개시가 주어질 때, 본 명세서에서 설명된 발명의 개념의 정신으로부터 벗어남 없이 변경들이 본 발명에 수정들이 만들어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 상이한 실시예들의 상이한 엘리먼트들이 새로운 실시예들을 형성하기 위해 조합될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 범위는 도시되고 설명되는 특정한 실시예들에 한정되는 것으로 의도되지 않는다.

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  13. 발광 디바이스로서,
    기판의 표면 상에 배치되는 하나 이상의 LED - 상기 하나 이상의 LED는 제1 광을 방출하도록 구성됨 -;
    상기 기판의 표면 상에 배치되는 제1 파장 변환 층 - 상기 제1 파장 변환 층은, 적어도 하나의 LED의 상기 기판의 표면에 수직인 두께 이하인, 상기 기판의 표면에 수직인 두께를 갖고, 상기 제1 파장 변환 층은 상기 하나 이상의 LED에 의해 방출되는 제1 광을 흡수하고 제2 광을 방출하도록 구성됨 -; 및
    상기 하나 이상의 LED 및 상기 제1 파장 변환 층으로부터 거리를 두고 위치된 조면화, 텍스쳐화, 또는 패턴화된 표면을 포함하는 하나 이상의 반사성 영역 - 상기 하나 이상의 반사성 영역은 각각 상기 하나 이상의 LED와 정렬되고, 상기 조면화, 텍스쳐화, 또는 패턴화된 표면은 상기 제1 광을 상기 LED로부터 멀어지게끔 상기 제1 파장 변환 층을 향해 반사하도록 구성됨 -
    을 포함하는, 발광 디바이스.
  14. 제13항에 있어서,
    이색성 필터; 및
    상기 제1 파장 변환 층과 상기 이색성 필터 사이의 광 공동을 포함하고,
    상기 이색성 필터는 상기 하나 이상의 LED에 의해 방출되는 제1 광의 일부를 상기 광 공동을 통해 상기 제1 파장 변환 층으로 반사하고, 상기 하나 이상의 LED에 의해 방출되는 제1 광의 일부를 투과하고, 상기 제1 파장 변환 층에 의해 방출되는 제2 광을 투과하도록 구성되고,
    상기 하나 이상의 반사성 영역은 상기 제1 광에 대해 상기 이색성 필터보다 더 반사성인, 발광 디바이스.
  15. 발광 디바이스로서,
    기판의 표면 상에 배치되는 하나 이상의 LED - 상기 하나 이상의 LED는 제1 광을 방출하도록 구성됨 -;
    상기 기판의 표면 상에 배치되는 제1 파장 변환 층 - 상기 제1 파장 변환 층은, 적어도 하나의 LED의 상기 기판의 표면에 수직인 두께 이하인, 상기 기판의 표면에 수직인 두께를 갖고, 상기 제1 파장 변환 층은 상기 하나 이상의 LED에 의해 방출되는 제1 광을 흡수하고 제2 광을 방출하도록 구성됨 -;
    상기 하나 이상의 LED 및 상기 제1 파장 변환 층 위에 배치되는 제2 파장 변환 층 - 상기 제2 파장 변환 층은 제3 광을 방출하도록 구성됨 -;
    상기 제1 및 제2 파장 변환 층 사이의 광 공동; 및
    상기 제2 파장 변환 층 상에 배치되고, 상기 하나 이상의 LED의 중심과 정렬된 상기 광 공동의 영역으로부터 위로 상기 제2 파장 변환 층을 향해 대각선으로 상승하는 표면을 포함하는 하나 이상의 반사성 영역
    을 포함하는 발광 디바이스.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 하나 이상의 반사성 영역은 원추 또는 피라미드 형상을 갖는, 발광 디바이스.
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