KR20070015872A - 표면 조명의 방법 및 장치 - Google Patents

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KR20070015872A
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자넷 비 인 추아
유 훙 라우
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아바고 테크놀로지스 제너럴 아이피 (싱가포르) 피티이 리미티드
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Abstract

본 명세서에는 광원, 광 파이프 및 광 변환 층을 갖는 장치가 개시되어 있다. 광원은 어레이로 배열된 다수의 LED 다이를 포함하며, 각 LED는 여기 파장을 갖는 광을 방출하고, 광원은 뿔 모양 각으로 광을 방출한다. 광 파이프는 소정의 뿔 모양 각의 광이 모두 상부 표면에서 반사되기 위해 에지 표면을 통과한 뿔 모양 각의 광을 받을 수 있도록 위치된다. 광 파이프는 뿔 모양 각의 광의 일부의 방향을 바꾸어 상부 표면을 통해 뿔 모양 각의 일부가 빠져나갈 수 있도록 하는 특성을 갖는다. 광 변환 층은 상부 표면을 덮도록 배치되며 광 변환 층은 여기 파장의 광을 여기 파장과는 다른 파장을 가진 출력 스펙트럼의 광으로 변환시킨다. 디스플레이 층은 광 파이프로부터의 광에 의해 조명되도록 배치될 수 있다.

Description

표면 조명의 방법 및 장치{A LIGHT SOURCE FOR LCD BACK-LIT DISPLAYS}
도 1은 종래 기술의 광원(10)의 평면도.
도 2는 선(2-2)을 따라 본 도 1에 도시된 종래 기술의 광원(10)의 단면도.
도 3은 형광 물질로 변환된 LED로 구성된 광원의 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원의 부분적인 단면도.
도 5는 도 4에 도시된 광원(70)의 분해된 투시도.
LCD(liquid crystal display)는 컴퓨터 및 TV와 같은 소비 장치에서 널리 사용된다. 백-리트 LCD(back-lit LCD)는 픽셀들의 어레이이며 이때 각각의 픽셀은 픽셀 뒤에 위치된 광원으로부터의 광을 통과시키거나 또는 차단하는 셔터로서의 역할을 한다. 컬러 디스플레이는 각각의 픽셀이 특정 색의 광을 투과 또는 차단하도록 컬러 필터를 갖는 픽셀들을 구비함으로써 구현된다. 각 픽셀로부터의 광의 세기는 픽셀이 광을 투과하는 상태에 있는 시간에 의해 설정된다.
디스플레이는 전형적으로 디스플레이의 후면에 걸쳐 일정한 세기의 광을 제 공하는 백색 광원에 의해 조명된다. 형광성 광에 기초하는 조명 소스들은 그들의 높은 소비 전력당 광출력(high light output per watt-hour of power consumed) 때문에 특히 유리하다. 그러나, 이러한 소스들은 높은 구동 전압을 요구하기 때문에 배터리로 동작하는 장치에서 불리하다.
디스플레이는 장치의 두께에서 상당한 부분을 차지하므로, 휴대폰 및 PDA와 같은 소형 장치에 사용되는 LCD 디스플레이는 매우 얇아야 한다. 형광성 광에 기초하는 광원은 이러한 얇은 디스플레이에는 적합하지 않다. LCD 어레이에 사용되는 백-리트 조명 시스템들은 전형적으로 LCD 어레이 뒤에 광 상자 또는 광 파이프의 형태를 사용한다. 광은 광 상자의 주변에서 이러한 광 상자로 입사된다. LCD 어레이에 인접한 표면과 대향하는 광 상자의 표면은 LCD의 후면이 일정하게 조명되도록 광을 산란시키는 산란 커버링(scattering covering)의 형태를 갖는다. 바람직한 광원은 백색광을 발생시키는 선형 소스이다. 선형 소스는 광 파이프의 에지를 따라 배열된다. 광 파이프 내부로 효과적인 광 커플링(coupling of the light)을 제공하기 위해, 선형 소스는 광 파이프의 두께에 비해 상당히 얇은 두께를 가져야 한다.
광 소스의 두께는 광 상자의 두께에 의해 제한된다. 디스플레이의 두께가 장치의 전반적인 두께를 제한하기 때문에 노트북 컴퓨터 또는 포토검출기 어레이(photodetector array) 및 휴대폰과 같은 소형 장치들에 사용되는 디스플레이에서 디스플레이의 두께는 특히 중요하다. 이러한 일부 이동성 장치들은 10mm보다 얇은 두께의 광 상자를 요구한다. 광 상자의 두께가 감소되면, 형광성 광에 기초한 솔루션은 구현뿐 아니라 여전히 높은 전압 변환 효율을 유지하기가 어려워진다.
그 결과, 이러한 분야에서의 LED에 기초한 광원의 사용이 고려되어져 왔다. LED는 유사한 전기적 효율을 가지며 수명이 길다. 또한, 필요한 구동 전압은 대부분의 이동성 장치에서 사용가능한 전지 전력과 호환성을 갖는다. 또한, LED 소스에서의 발광기의 크기는 1mm보다 훨씬 더 작다. 그러므로, 다수의 LED로 구성된 선형 소스는 앞서 기술된 얇은 광 파이프와도 높은 커플링 효율을 제공할 수 있다.
디스플레이는 전형적으로 백색 광원을 통해 후면조명(back-lit)되는 LCD 패널로 구성된다. 패널은 픽셀들의 어레이로 구성되며 이때 각각의 백라이트로부터의 광을 투과시키거나 또는 차단하는 LCD 광 게이트를 포함한다. 각 픽셀은 생성되는 이미지의 특정 지점에서 나타나기 위한 특정 색의 광에 상응한다. 그러므로, 각각의 픽셀은 백라이트에서 발생된 백색광으로부터 특정 색의 광을 선택하는 대역 통과 필터(bandpass filter)를 포함한다. 전형적으로, 빨강, 파랑 및 녹색의 세 가지 색이 선택된다. 그러므로, N개의 이미지 포인트를 갖는 이미지는 3N의 픽셀을 필요로 한다.
스크린을 보는 사람에 의해 인식되는 각 픽셀에서의 광의 세기는 셔터를 통과하는 광의 세기의 변경에 의해서가 아닌 셔터를 개방하는 시간의 길이에 의해 결정된다. 디스플레이 상에 나타나는 동영상을 생각해 보자. 영상은 연속적으로 영사되는 일련의 프레임들을 포함한다. 각각의 프레임이 나타나는 시간의 길이는 너무 짧아서, 눈은 오직 일정 시간 동안 각각의 픽셀들로부터의 평균적인 광의 세기를 측정할 수 있다. 그러므로, 픽셀들이 개방되어 있는 시간 동안 각 픽셀로부터 나오는 광의 실제 세기는 동일함에도 불구하고, 이웃한 픽셀이 개방된 시간의 두 배 동 안 개방된 픽셀은 두 배만큼 밝게 나타난다.
이러한 디스플레이를 조명하기 위한 LED 광원은 전형적으로 세 가지 색의 LED로 구성된다. LED들의 상대적인 세기는 앞서 기술된 광의 세기 조절 방법을 사용하는 LCD 패널의 광원 내의 각 LED를 통과하는 구동 전류를 조정함으로써 조절된다. 광원은 전형적으로 선형의 백색 광원을 시뮬레이션하기 위해 광 파이프 에지에 평행한 선을 따라 배열된 빨강, 파랑 및 녹색 LED를 교번하여 구성된다.
불행히도, LED들은 노화 문제(aging problem)가 있다. LED가 노화됨에 따라, LED를 통과하는 구동 전류는 LED의 노화를 보상하기 위해 증가되어야 한다. 노화 효과는 LED의 색에 따라 다르기 때문에, 구동 전류가 변화되지 않는다면 노화로 인해 디스플레이에서 인식되는 색들이 변화될 것이다. 광원의 한 종류에서, 각 컬러 밴드의 광의 세기는 상응하는 포토다이오드 설정에 의해 측정된다. 그 다음 그 광원에서 구동 조건들은 인식되기 원하는 색에 상응하는 소정의 값으로 설정된 포토다이오드의 출력을 유지하기 위해 조절된다. 이러한 접근은 특정 유형의 모든 LED들이 동일한 비율로 노화되며 주어진 유형의 LED들이 직렬로 구동된다는 것을 가정한다. 그러나, 이러한 접근에도 불구하고, 모니터링 동작과 관련된 추가적인 회로 및 검출기들은 디스플레이의 비용에서 상당한 부분을 차지한다.
본 발명은 광원, 광 파이프 및 광 변환 층을 갖는 장치를 포함한다. 광원은 어레이로 배열된 다수의 LED 다이(die)를 포함하며, 각 LED는 여기 파 장(excitation wavelength)을 갖는 광을 방출하고, 광원은 뿔 모양 각(cone of angles)으로 광을 방출한다. 광 파이프는 상부 표면, 하부 표면 및 에지 표면을 갖는 투명한 재료의 층을 포함한다. 광 파이프는 소정의 뿔 모양 각이 모두 상부 표면에서 반사되기 위해 에지 표면을 통과한 뿔 모양 각의 광을 받을 수 있도록 위치된다. 또한 광 파이프는 뿔 모양 각의 광의 일부의 방향을 바꾸어 상부 표면을 통해 뿔 모양 각의 일부가 빠져나갈 수 있도록 하는 특성을 갖는다. 광 변환 층은 상기 상부 표면을 덮도록 배치되며 상기 광 변환 층은 상기 여기 파장의 광을 상기 여기 파장과는 다른 파장을 가진 출력 스펙트럼의 광으로 변환시킨다. 일 실시예에서, 다이들은 일직선으로 배열된다. 일 실시예에서, 광 변환 층은 투명 매질 내에 부유되는 형광 물질의 입자들을 포함한다. 일 실시예에서, 입자들은 여기 파장보다 짧은 최대 단면 길이를 갖는다. 일 실시예에서, 광 변환 층은 투명한 매질 내에서 용해되는 용해성의 형광 물질을 포함한다. 일 실시예에서, 여기 광의 일부는 광 변환 층으로부터 빠져나간다. 일 실시예에서, 장치는 또한 광 변환 층을 덮도록 배치된 디스플레이 층을 포함하며, 이 디스플레이 층은 광 변환 층에서 나오는 광에 의해 조명된다. 일 실시예에서, 디스플레이 층은 투명도를 갖는다. 일 실시예에서, 디스플레이 층은 LCD 디스플레이 패널을 포함한다.
LCD 디스플레이(16)를 조명하는 종래 기술의 광 상자 구조를 도시한 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명이 이점을 제공하는 방법에 대해 보다 쉽게 이해할 수 있 을 것이다. 도 1은 광원(10)의 평면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 선(2-2)에 따른 광원(10)의 단면도이다. 광원(10)은 광 파이프(12)를 조명하기 위해 LED(11) 어레이(array)를 사용한다. LED들은 LED에 파워를 제공하는 제 2 기판(15) 상에 장착된 회로 보드(13)에 장착된다. LED들은 렌즈(24)를 통해 각 LED의 상부에서 나오는 광이 광 파이프(12)의 단부(23)를 조명하도록 위치된다. 표면(21)에 대한 임계각보다 작은 각으로 광 파이프(12)에 입사하는 광은 광이 표면(17) 상의 입자(22)에 의해 흡수 또는 산란될 때까지 광 파이프(12) 내에서 앞뒤로 반사된다. 임계각보다 큰 각도로 표면(21)에 충돌하는 산란된 광은 광 파이프로부터 빠져나가 LCD 디스플레이(16)의 후방 표면을 조명한다.
광 파이프 내 광의 분광 성분은 도시된 포토다이오드(photodiode)(18)의 어레이에 의해 샘플링된다. 어레이 내의 각 포토다이오드는 포토다이오드에 도달하는 광을 사전 결정된 대역의 파장을 갖는 광으로 제한하는 파장 필터를 포함한다. 앞서 기술된 바와 같이, 포토다이오드로부터의 출력은 LED의 전류 또는 듀티 사이클(duty cycle)을 조절하는 피드백 컨트롤러에 의해 사용된다.
차별적 노화(differential aging) 문제를 막기 위해 제안되어 왔던 한 방법은 형광 물질로 변환된 LED를 빨강, 파랑 및 녹색 LED의 구성에 사용하는 것이다. 도 3은, 형광 물질로 변환된 LED로부터 구성된 종래 기술의 광원의 단면도를 도시한 도면이다. 형광 물질로 변환된 LED(30)는 기판(32) 상의 우물(33) 내에 장착된 LED(31)를 포함한다. 우물의 벽은 LED(31)의 측면에서 나오는 광을 수집하고 이 광이 전방을 향하도록 방향을 바꾸기 위해 전형적으로 반사시킨다. LED(31)로부터의 광은 적합한 색의 광을 방출하는 형광 물질(34) 층을 조명하는 데에 사용된다. 예로서, UV 발광 LED는 붉은 광을 방출하는 형광 물질 층을 조명하는 데에 사용된다. 형광 물질을 변경함으로써, 동일한 유형의 LED를 사용하여 다른 색의 광이 발생될 수 있다. 만약 모든 LED 소스가 동일한 유형의 UV-광출 LED를 사용한다면, 각 LED가 조사하는 특정한 형광 물질 층과 관계없이 모든 LED들이 동일한 비율로 노화할 것이기 때문에 앞서 기술된 차별적 노화 문제는 실질적으로 제거된다.
이러한 배열이 앞서 기술된 노화 문제를 감소시키는데 반해, 도 3에 도시된 디자인은 추가적인 문제를 발생시킨다. 먼저, 광원의 보이는 크기는 LED 표면 상의 발광 영역의 크기가 아닌, LED에 의해 조명되는 형광 물질의 영역의 크기에 의해 결정된다. 그 결과, 광원의 크기는 LED 상의 발광 영역에 비해 상당히 크다.
또한, 형광 물질 층은 모든 방향으로 광을 방출한다. LED를 향해 후방으로 방출된 광은 우물(33)의 측벽에 의해 전방으로 반사된다. 이것은 반사 벽에 의해 생성되는 형광 물질 층의 허상(virtual image)에 의해 광원이 다수의 층을 갖는 소스로 나타나기 때문에, 광원의 보이는 크기를 더 증가시키게 된다.
광원의 물리적인 크기가 클수록 광 파이프의 측면으로부터 입사한 광의 전체 내부 반사를 확실하게 하는 적합한 범위의 각도 내로 LED로부터 광 파이프로의 모든 광을 이미징하기 어렵게 된다. 감소된 주입 효율(injection efficiency)은 전반적인 전력-광 변환 효율을 감소시키며, 따라서, 보다 높은 LED 전력을 필요로 하게 된다.
또한, 형광 물질 변환 층은 LED로부터의 광 중 오직 일부만을 원하는 색으로 변환시킨다. 형광 물질의 원하는 분광 라인을 여기시킬 뿐 아니라, LED 광은 원하는 분광 영역 외의 스펙트럼 영역에서의 방출을 일으키는 다른 흡수 프로세스들을 여기한다. 이러한 비생산적인 흡수 현상은 형광 물질의 전반적인 변환 효율을 감소시킨다.
형광 물질 층은 전형적으로 에폭시와 같은 투명한 매트릭스 내의 형광 물질의 입자들을 분산시켜 제작된다. 매트릭스는 LED로부터의 광의 일부를 흡수한다. 또한, 형광 물질의 입자들은 광을 원하는 파장으로 변환시키지 않고 LED로부터의 광의 일부를 흡수한다. 또한, 형광 물질 입자들은 LED 광의 일부를 광 파이프 내로 향하지 않는 각도로 산란시킨다. 마지막으로, 만약 형광 물질 층이 얇으면, LED 광의 일부는 변환되지 않은 채로 빠져나가, 손실된다. 만약 형광 물질 층이 입사광 전부를 흡수할 만큼 두꺼우면, 비생산적인 흡수 프로세스 및 산란으로부터의 손실이 증가된다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 광원의 단면도의 일부이다. 광원(70)은 도 4에 도시된 실시예의 LCD 패널(50)을 조명한다. 광원(70)은 차례로 LCD 패널(50)을 조명하는 광 변환 층(60)을 조명하기 위한 광 혼합 상자(light mixing box)를 형성하는 광 파이프(73)에 접착된 선형 자외선원(80)을 포함한다. 광원(70)은 인덱스 매칭 물질(index matching compound)로 채워진 영역(77)에 의해 광 파이프(73)에 접속된다.
광원(70)은 도면이 도시된 평면에 수직인 방향을 따라 일직선의 어레이로 배열된 다수의 UV 광출 LED를 포함한다. 전형적인 LED(71)가 도시되어 있다. 수직 방 향으로 LED(71)에서 나오는 광은 반사면(72)에 의해 광 파이프(73)의 내부로 반사된다. 반사면(72)의 크기 및 단면의 형태는 실제로 LED(71)에서 나와 처음에 광 파이프(73)의 상부 표면(74) 또는 하부 표면(75)로부터 반사되는 모든 광이 임계각 θC보다 큰 각도로 반사되도록 선택된다. 또한, 그 위에 다이(die)들이 장착된 기판(89)의 상부 표면은 광 수집을 더 향상시키기 위해 반사 코팅도 포함할 수 있다. 그러므로, 광은 광 파이프(73)의 하부 표면(75)을 향해 내부로 다시 전반사될 것이다. 표면(75)에 충돌함에 따라, 광은 다시 임계각보다 큰 각도로 반사되거나 또는 표면(75) 상의 산란 중심(78)에 의해 산란될 것이다. 반사된 광은 표면(74)에 의해 다시 한번 표면(75)을 향하도록 방향이 변환되어 전반사된다. 광은 산란된 광이 θC보다 작은 각으로 표면(74)에 충돌하도록 산란되어 광 파이프에서 빠져나가며 광 변환 층(60)의 하부 표면을 조명한다. θC보다 큰 각도로 산란된 광들은 광 파이프 내에서 속박된 채로 남아있게 된다.
광 변환 층(60)은 자외선을 원하는 색 스펙트럼의 광으로 변환시키는 다수의 형광 물질들을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 형광 물질은 알려진 조명도에서의 빨강, 파랑 및 녹색 분광 영역의 광을 제공하기 위해 선택된다. LCD 패널은 각각의 픽셀 내에 적절한 분광 범위로부터 광을 선택하는 필터를 포함한다. 광 변환 층(60)에 의해 변환되지 않은 모든 자외선은 자외선 파장의 광을 반사시키는 반사면(61)에 의해 광 파이프(73)로 다시 반사되며 형광 물질 분광 영역에 대응하는 가시 영역 내의 광은 통과시킨다. 반사면(61)에 의해 반사된 광은 광 변환 층(60)을 두 번 통과하게 되며, 그러므로, 이 광의 상당 부분이 광 변환 층(60)에 의해 변환된다. 남아있는 모든 광은 광 파이프(73)로 입사해 그것이 흡수되거나 또는 다시 광 변환 층(60)을 향해 반사될 때까지 광 파이프(73)의 표면에 의해 재반사된다.
이러한 반사면들은 레이저에 내장된 미러로서 사용되는 수직 방출 반도체 층 기술에서 잘 알려져 있으며, 그러므로 본 명세서에서 자세히 기술하지 않을 것이다. 본 명세서의 목적을 위해, 인접한 층들이 서로 다른 굴절률을 가지는 물질과 결합된 스택(stack)이 문제의 파장에서의 간섭성 반사면을 형성하도록 선택된 두께의, 다수의 투명한 재료의 층으로 구성되었음을 주지해야 한다. 또한 반사면(61)은 선택적으로 사용될 수 있다는 점을 주지해야 한다.
산란 중심(78)에 의해 산란된 광의 일부는 광이 표면(75)을 통해 빠져나갈 수 있는 각도로 표면(74)으로부터 멀어지는 방향을 향할 것이다. 이러한 광의 손실을 막기 위해, 광 파이프(73)의 하부 표면이 반사하는 재료로 코팅되거나 또는 별개의 반사면(79)이 광 파이프(73) 아래에 위치될 수 있다.
광 파이프에 도달하는 광량은 기판(89)을 반사하는 표면과 함께 사용하여 더 증가될 수 있다. 다이(71)로부터 나오는 광의 일부는 광이 기판에 충돌하도록 반사될 것이다. 만약 기판의 표면이 반사시킬 수 있다면, 이 광은 광 파이프 내부를 향함으로써, 광 수집 효율을 증가시킬 것이다.
광 변환 층(60)은 전형적으로 하나 이상의 형광 물질들을 포함한다. 특정한 형광 물질의 선택 및 그들의 상대적인 농도는 광원에 의해 조명되는 대상에 따라 달라진다. LCD 디스플레이의 경우, 빨강, 파랑 및 녹색 형광 물질이 바람직하다. LCD 패널은 상응하는 셔터가 개방되는 시간을 조절함으로써 형광 물질의 상대적인 농도 오류를 수정할 수 있다. 그러므로, 만약 붉은 색의 농도가 10% 낮으면, LCD 패널은 모든 붉은 색 픽셀의 셔터를 10%만큼 더 길게 열어둠으로써 이러한 오류를 수정할 수 있다. 또한, LCD 디스플레이의 경우, 상대적으로 낮은 출력의 분광 밴드들이 사용될 수 있다.
다른 한편으로, 만약 광원이 장면 또는 넓은 범위의 색을 가지는 투명도를 조명하는 데에 사용될 때, 형광 물질들은 훨씬 넓은 분광 범위를 제공하도록 선택되어야 한다. 특정 색 온도의 백열 광원의 분광 출력을 복사하는 광원은 이러한 상황에 적합하다.
일 실시예에서, 광 변환 층(60)은 투명한 에폭시 레진(resin) 내에서 적절한 형광 물질들을 혼합하여 구성되며, 그 다음 얇고 일정한 층을 제공하기 위해 전통적인 스핀 캐스팅 기술(spin casting technique)을 이용하여 이 혼합물로 광 파이프(73)의 표면을 코팅한다. 자외선으로 수정할 수 있는 에폭시 코팅들은 원하는 두께의 층으로 스핀 캐스팅이 제작된 후 층의 빠른 수정을 위해 사용될 수 있다.
광 변환 층은 또한 다수의 서브-층으로 구성될 수 있으며 각각의 서브-층은 형광 물질들 중 하나를 제공한다. 이러한 경우, 최상부 층을 제외한 각각의 서브-층들은, 서브 층 위의 층에 있는 형광 물질에 대해 여기 조명을 제공하기 위해 적어도 자외선의 일부가 그 서브 층들을 통과하도록 해야 한다.
광 변환 층은 또한 미리 형성되어 광 파이프의 표면에 부착될 수 있다. 광 변환 층이 다수의 서브-층들을 갖는 경우, 각각의 서브-층들은 개별적으로 부착될 수 있다. 이렇게 미리 제작된 형광 물질 층들은 설계자로 하여금 광원을 조립할 때 매우 적은 부가적인 장비 또는 제조상의 전문 기술을 사용하여 특정한 형광 물질들을 믹스 앤 매치(mix and match)할 수 있도록 한다.
앞서 기술된 바와 같이, 형광 물질 입자들로부터의 산란은 광 변환 층의 광 변환 효율을 감소시키는 경향이 있다. 일 실시예에서, 자외선의 파장과 비교하여 보다 작은 크기를 갖는 형광 물질 입자가 광 변환 층에서 사용된다. 이러한 크기 범위 내의 입자들은 실질적으로 보다 낮은 산란을 나타낸다. 이러한 크기 영역의 입자를 갖는 형광 물질들은 양자 점 형광 물질 기술에서 잘 알려져 있다. 또한, 나노-입자들 또는 마이크로 범위의 입자를 갖는 전통적인 형광 물질들은 당 업계에 잘 알려져 있다.
또한, 앞서 기술된 산란 문제로부터 영향을 받지 않는 용해성의 유기 형광 물질이 있다. LED 광원 내의 광 변환 층에서의 이러한 형광 물질의 사용은 본 명세서에서 참조로서 인용하는 출원 중인 특허 제 11/025,450 호에 자세히 기술되어 있다. 광 변환 층이 개별적으로 합성되고 광 파이프에 부착될 수 있기 때문에, 이러한 유기 형광 물질들에 의해 나타나는 재료 호환성 및 온도 제한 문제는 실질적으로 본 발명에 따른 광원에서 감소된다.
도 5는, 도 4에 도시된 광원(70)의 분해된 투시도이다. 앞서 기술한 바와 같이, 각각의 UV LED(71)들은 선형의 어레이로 배열된다. 반사면(72)과 기판(89) 사이의 영역은 다이들을 보호하기 위해 투명한 매질(52)로 채워질 수 있다. 도 4 및 도 5에 도시된 실시예에서, LED들은 도시된 트레이스(55,56)으로부터 전력을 공급 받는다. 트레이스들은 기판(89)의 일부분이다. 이 실시예에서, 개별적인 다이들은 다이의 바닥에 있는 콘택트를 통해 트레이스(55)에 접속되며 와이어 본드에 의해 트레이스(56)에 접속되고, 다이들은 병렬로 접속된다. 그러나, 다른 접속 기구를 사용하는 실시예들 또한 사용할 수 있다. 다른 실시예에서, 다이들은 각각의 다이들이 동일한 전류를 공급받기 위해 직렬로 접속될 수 있다.
앞서 기술된 본 발명의 실시예들은 형광 물질 층을 조명하기 위해 UV LED를 사용한다. 그러나, 다른 파장의 여기 복사를 사용하는 실시예들 또한 구성될 수 있다. 예로서, 파란색 광을 보다 긴 파장의 광으로 변환시키는 다른 많은 형광 물질들이 있다. 이러한 경우, 광 변환 층에 의해 변환되지 않는 여기 광의 일부는 광원으로부터 조명의 일부를 형성한다. 예로서, 백색 광원은 파랑, 빨강 및 녹색의 광의 일부를 변환시키는 광 변환 층을 조명하기 위해 파란색의 LED를 사용함으로써 구성될 수 있다. 이러한 광원에서, 도 4에 도시된 선택적인 반사면(61)은 생략된다. 마지막 스펙트럼에서 사용되는 여기 광량은, 일반적으로, 특정한 적용 및 설계에 따라 달라진다. 일 실시예에서, 적어도 10%의 여기 광이 변환되지 않은 채로 형광 물질 층에서 나온다.
본 발명에 대한 다양한 변경들이 앞서 기술된 상세한 설명 및 첨부된 도면으로부터 당 업자들에게 나타날 것이다. 따라서, 본 발명은 오직 이어지는 청구 범위의 범위에 의해서만 제한된다.
형광 물질을 변경함으로써, 동일한 유형의 LED를 사용하여 다른 색의 광이 발생될 수 있다. 만약 모든 LED 소스가 동일한 유형의 UV-광출 LED를 사용한다면, 각 LED가 조사하는 특정한 형광 물질 층과 독립적으로 모든 LED들이 동일한 비율로 노화할 것이기 때문에 앞서 기술된 차별적 노화 문제는 실질적으로 제거된다.
광 파이프에 도달하는 광량은 기판(89)을 반사하는 표면과 함께 사용하여 더 증가될 수 있다. 다이(71)로부터 나오는 광의 일부는 광이 기판에 충돌하도록 반사될 수 있다. 만약 기판의 표면이 반사시킬 수 있다면, 이 광은 광 파이프 내부를 향함으로써, 광 수집 효율을 증가시킬 것이다.

Claims (19)

  1. 어레이로 배열된 다수의 LED 다이(die)를 포함하는 광원- 상기 각 LED들은 여기 파장(excitation wavelength)을 갖는 광을 방출하며, 상기 광원은 뿔 모양 각(cone of angles)으로 광을 방출함- 과,
    상부 표면, 하부 표면 및 에지 표면을 갖는 투명한 재료의 층을 포함하는 광 파이프- 상기 광 파이프는 상기 소정의 뿔 모양 각의 광이 모두 상기 상부 표면에서 반사되기 위해 상기 에지 표면을 통과한 상기 뿔 모양 각의 광을 받을 수 있도록 위치되고, 상기 광 파이프는 상기 뿔 모양 각의 광의 일부의 방향을 바꾸어 상기 상부 표면을 통해 상기 뿔 모양 각의 일부가 빠져나갈 수 있도록 하는 특성을 포함함- 와,
    상기 상부 표면을 덮도록 배치되는 광 변환 층- 상기 광 변환 층은 상기 여기 파장의 광을 상기 여기 파장과는 다른 파장을 가진 출력 스펙트럼의 광으로 변환시킴- 을 포함하는
    장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다이들은 선형의 어레이로 배열되는
    장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 변환 층은 투명한 매질 내에 부양되는 형광 물질의 입자들을 포함하는
    장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 입자들은 최대 단면 길이(maximum cross-sectional dimension)가 상기 여기 파장보다 작은
    장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 여기 파장의 광을 광 파이프 내로 다시 반사시키며 상기 여기 파장이 아닌 다른 파장의 광은 상기 변환 층을 빠져나가도록 하는 반사면을 더 포함하되, 상기 반사면은 상기 광 변환 층을 덮도록 배치되는
    장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 표면 아래에 반사면을 더 포함하되, 상기 반사면은 상기 여기 파장의 광 및 상기 출력 스펙트럼의 파장을 갖는 광을 반사시키는
    장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 변환 층은 투명한 매질 내에 용해되는 용해성의 형광 물질을 포함하는
    장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 여기 파장은 490㎚ 보다 낮은
    장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 여기 파장은 200㎚ 내지 485㎚인
    장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 여기 광의 일부는 상기 광 변환 층으로부터 빠져나가며, 상기 일부의 광은 상기 광 변환 층에 입사하는 상기 여기 파장의 광의 10%보다 많은
    장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 변환 층을 덮도록 배치되는 디스플레이 층을 더 포함하되,
    상기 디스플레이 층은 상기 광 변환 층에서 나오는 광에 의해 조명되는
    장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 디스플레이 층은 투명도를 갖는
    장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 출력 스펙트럼은 인간 관찰자에 의해 백색 광으로서 인식되는
    장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 디스플레이 층은 LCD 디스플레이를 포함하며 상기 출력 스펙트럼은 빨강, 파랑 및 녹색 광을 포함하는
    장치.
  15. 표면을 조명하는 방법에 있어서,
    상부 표면, 하부 표면 및 에지 표면을 갖는 투명한 재료의 층을 포함하는 광 파이프의 에지 표면을 여기 파장을 갖는 뿔 모양 각의 광을 이용하여 상기 뿔 모양 각의 광이 상기 상부 표면으로부터 모두 반사되도록 조명하는 단계와,
    상기 상부 표면으로부터 반사된 광의 일부의 방향을 바꾸어, 상기 방향이 바뀐 광이 상기 상부 표면을 통해 빠져나가도록 하는 단계와,
    상기 상부 표면으로부터 빠져나가는 광의 일부를 상기 여기 파장과는 다른 파장을 갖는 출력 스펙트럼으로 변환시키는 단계와,
    상기 출력 스펙트럼의 광이 상기 표면을 조명하기 위해 상기 표면을 조명될 수도록 위치시키는 단계를 포함하는
    표면 조명의 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    선형 어레이로 배열된 다수의 LED로부터 상기 여기 파장의 광을 발생시키는 단계를 포함하는
    표면 조명의 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 조명되는 표면에 도달하는 상기 여기 파장의 광을 상기 조명되는 표면에 상기 광이 도달하기 전에 상기 광 파이프 내로 다시 반사시키는 한편, 상기 출력 스펙트럼의 상기 광은 상기 조명되는 표면에 도달하도록 하는 단계를 더 포함하는
    표면 조명의 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 여기 파장의 상기 광을 상기 광 파이프를 덮도록 배치된 형광 물질 층을 조명함으로써 상기 출력 스펙트럼의 광으로 변환시키는
    표면 조명의 방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 광 파이프의 하부 표면에서 나오는 광을 다시 상기 광 파이프 내부로 반사시키는 단계를 포함하는
    표면 조명의 방법.
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