KR20090048611A - 에지 방출 소자를 포함하는 광원 - Google Patents

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KR20090048611A
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티아이알 테크놀로지 엘피
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Abstract

본 발명은 일반적으로 하나 이상의 에지 방출 소자를 포함하는 광원을 제공하며, 에지 방출 소자 각각은 실질적으로 동일한 또는 유사한 방출 스펙트럼, 또는 각자의 방출 스펙트럼/컬러를 가지며, 복수의 열 추출기에 열 결합된다. 구동 수단은 또한 에지 방출 소자들을 구동하기 위해 제공된다. 반사기, 렌즈, 확산기, 콜리메이터, 필터 등의 출력 광 수단은, 또한 에지 방출 소자들에 의해 방출되는 광을 수집, 혼합, 및/또는 재지향하여, 원하는 광 효과를 생성하기 위하여 포함될 수 있다. 광원은 또한 원하는 또는 최적의 출력을 유지하기 위해 광원의 출력을 감시하고 구동 수단을 조정하도록 적응되는 선택적인 제어 피드백 시스템을 포함할 수 있다.
제어 피드백 시스템, 에지 방출 소자, 반사기, 확산기

Description

에지 방출 소자를 포함하는 광원{LIGHT SOURCE COMPRISING EDGE EMITTING ELEMENTS}
본 발명은 조명 분야에 관한 것이며, 특히 에지 방출 소자를 포함하는 광원에 관한 것이다.
고상(solid state) 반도체 및 유기 발광 다이오드(LED) 등의 발광 장치의 개발에서의 진보 및 발광 장치의 광속(luminous flux)의 증강(improvement)에 의해, 발광 장치는 건축, 엔터테인먼트 및 도로 조명을 포함하는 일반적인 일루미네이션 응용에 사용하기 적합하게 된다. 발광 다이오드는 백열등, 형광등 및 고강도 발광 램프 등의 광원으로 점점 더 경쟁력이 있게 된다.
LED 기반의 광원을 개발할 때 흔히 부딪치는 한 가지 문제는, 광원에 포함되는 LED에 대한 적절한 냉각 수단을 개발하는 것이다. 예를 들어, LED의 성능은 일반적으로 온도 및 변동에 민감하기 때문에, 열 발산 및 제어가 종종 중요한 설계 파라미터가 된다. 특히, 예컨대 높은 출력 강도 또는 결합된 방출 스펙트럼을 제공하기 위해서 비교적 촘촘한 구성으로(in a relatively tight configuration) 복수의 LED를 결합한 광원은, 열 관리를 강화하기 위해서 신중한 광원 구성 설계를 필요로 할 수 있다.
레이저 다이오드 어레이, 및 특히 스택 다이오드 바 어레이(stacked diode bar arrays)의 제조 시에, 일련의 다이오드 바가 다이오드 바들에 대한 전기 접속부 및 개별 히트 싱크(heat sinks)를 제공하는 대응하는 일련의 열 전도 스페이서들 사이에 삽입(intercalate)되도록 결합되는 모듈 구성(modular configurations)이 제안되었다. 이런 모듈 구성에 의해, 개별 모듈의 테스트가 용이해지고, 결함 시에는 개별 모듈의 교체가 용이하게 되며, 일반적으로 다이오드 바들에 대한 부가적인 구조적인 지지부를 제공하게 되어 방출 속성이 향상된다. 모듈들을 일렬로 결합 및 구동하여, 예컨대, 고상(solid state) 레이저용 광 펌프(optical pump)로서 사용되는 실질적으로 협대역의 고 출력 광원을 제공한다. 이런 레이저 다이오드 어레이의 예들은, 1984년 6월 12일자 Smith에게 허여된 미국 특허 제4,454,602호와, 1994년 6월 28일자 Herb 외 다수에게 허여된 미국 특허 제5,325,384호와, 1995년 2월 28일자 Joslin에게 허여된 미국 특허 제5,394,426호와, 1998년 11월 10일자 Huang에게 허여된 미국 특허 제5,835,515호와, 2001년 2월 27일자 Wilson 외 다수에게 허여된 미국 특허 제6,195,376호와, 2002년 3월 5일 Hoden에게 허여된 미국 특허 제6,352,873호와, 2004년 7월 27일 Treusch에게 허여된 미국 특허 제6,768,753호에 다양한 형태 및 구성으로 제안되어 있다.
예를 들어, 현재 일반적 목적의 일루미네이션 응용에 사용되는 LED 기반 광원은, 일반적으로 하나 이상의 표면 방출 LED를 결합하여 원하는 조명 효과(luminous effect)를 제공한다. 예를 들어, 이들 표면 방출 LED는 그룹 또는 어레이로 실장(mount)되어 하나 이상의 파장의 일루미네이션을 제공하는데, 이들 표 면 방출 LED가 적절하게 구성되는 경우, 하나 이상의 파장들이 결합되어 원하는 출력 스펙트럼 또는 패턴을 제공할 수 있다. 이런 결합된 출력을 제공하는 LED 기반 광원은, 예컨대, 백색 광원(예컨대, 적색, 녹색 및 청색(RGB) LED의 결합체, 적색, 황색, 녹색 및 청색(RAGB) LED의 결합체 등)으로서, 패턴화된 광원 또는 다색 광원으로서, 또는 원하는 출력 스펙트럼 또는 가변 출력 스펙트럼의 광원으로서 사용될 수 있다.
이런 일반적 목적의 LED 기반 광원의 다양한 예들은, 2006년 5월 23일자 Martin 외 다수에게 허여된, 엑시얼 LED 소스(Axial LED Source)에 대한 미국 특허 제7,048,412호에 제시되어 있으며, 여기서 제안된 광원은, 광원 축(axis)의 면(facet)을 따라 배치되며, 광원 축에서 콜렉터(collector)를 향하여 바깥쪽으로 방사하는 다수의 LED를 포함하는데, 상기 콜렉터는 원하는 조명 효과를 제공하기 위해 방출된 광을 수집 및 재지향(redirect)한다. 일반적으로 광원 축에 직각으로 배치된 LED 어레이를 포함하는 다른 이러한 일반적 목적의 LED 기반 광원이, 또한 본원에 도시되어 있다.
이들 및 다른 이용 가능한 일반적 목적의 LED 기반 광원에서, 사용된 표면 방출 LED는 일반적으로 제1 넓은 발광 표면 및 대향 표면을 제공하도록 구성되고, LED에 의해 발생된 열(heat)은 대향 표면으로부터 히트 싱크(heat sink) 등을 통해 발산(dissipate)된다. 하지만, 고 출력 광원의 경우, 상기한 표면 방출 구성은 다양한 열 관리 및/또는 냉각의 곤란함을 야기하는 경우가 종종 있어서 광원의 전체적 성능에 영향을 준다.
결과적으로, 공지된 광원의 단점 중 적어도 일부를 극복하는 LED 및/또는 다른 이런 발광 소자를 포함하는 향상된 광원이 필요하다.
이 배경 정보는, 본 발명과 가능한 관련성이 있으리라고 출원인이 믿는 정보를 나타내기 위한 것이다. 전술된 배경 정보 중 어떤 것이든지 본 발명에 반하여 종래 기술을 구성한다는 것으로 의도 또는 파악되는 것은 반드시 허가될 필요가 없다.
[본 발명의 요약]
본 발명의 목적은 에지 방출 소자들을 포함하는 광원을 제공하는 것이다. 본 발명의 일 양상에 따르면, 일루미네이션을 제공하기 위한 광원이 제공되며, 상기 광원은 하나 이상의 에지 방출 소자 - 상기 에지 방출 소자 각각이 2개의 실질적으로 대향되는 표면에 인접한(adjoining) 하나 이상의 발광 에지를 포함하고, 상기 실질적으로 대향되는 표면의 면적은 상기 하나 이상의 발광 에지의 면적보다 큼 - ; 하나 이상의 열 추출기(heat extractors) - 상기 하나 이상의 에지 방출 소자 각각의 상기 실질적으로 대향되는 하나 이상의 표면은 그로부터 열을 추출하도록 구성되는 상기 열 추출기 각각과 열 결합됨 -; 및 상기 하나 이상의 발광 에지를 통해 광을 방출하여 일루미네이션을 제공하는 상기 하나 이상의 에지 방출 소자를 구동하기 위한 구동 수단을 포함한다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 발광 구조를 구동하기 위한 구동 수단을 포함하는 일루미네이션 광원에 사용되기 위한 발광 구조가 제공되며, 상기 발광 구조는 각각이 연속되는 열 추출기 층 사이에 삽입(intercalate)되는 2개 이상의 발광층 - 상기 발광층 각각은 하나 이상의 에지 방출 소자를 포함하고, 상기 하나 이상의 에지 방출 소자 각각은 상기 에지 방출 소자들이 상기 연속되는 열 추출기 층에 열 결합되도록 구성되는 2개의 실질적으로 대향되는 표면에 인접한 발광 에지를 포함하며, 상기 실질적으로 대향되는 표면의 면적은 상기 하나 이상의 발광 에지의 면적보다 큼 - 을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에지 방출 소자를 포함하는 광원의 투시도.
도 2는 도 1의 라인 2-2을 따라 취해진, 도 1의 광원의 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 다른 에지 방출 소자를 포함하는 광원의 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 1개의 에지 방출 소자를 포함하는 광원의 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3개의 에지 방출 소자를 포함하는 광원의 단면도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에지 방출 소자를 포함하는 스택 발광 구조(a stacked light-emitting structure)의 단면도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에지 방출 소자를 포함하는 스택 발광 구조의 투시도.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에지 방출 소자를 포함하는 스택 발광 구조의 투시도.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광원 및 선택적인 피드백 시스템을 포함하는 시스템을 나타낸 도면.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에지 방출 소자를 포함하는 스택 발광 구조의 단면도(sectional view).
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 에지 방출 소자를 포함하는 광원의 측면도.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 지닌(carrying) 환상 열 추출기(an annular heat extractor)의 상부도.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 지닌 환상 열 추출기의 하부도.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자의 스택을 나타낸 도면.
도 15A는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 지닌 열 추출기의 투시도.
도 15B는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자를 지닌 열 추출기의 투시도.
도 16A 내지 도 16D는 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자들을 연결하기 위한 개략적 회로도.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 지닌 열 추출기의 투시도.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 서로 다른 에지 방출 소자의 출력들을 혼합하기 위한 배치의 측면도.
정의( Definitions )
"발광 소자"라는 용어는, 예컨대, 발광 소자에 전압 차를 인가하거나 발광 소자에 전류를 통과시켜 발광 소자를 활성화시킬 때, 예컨대, 가시 영역, 적외선 및/또는 자외선 영역에 대한 전자기 스펙트럼의 영역, 또는 이들 영역의 결합으로 방사(radiation)를 방출하는 장치를 정의하는 데 사용된다. 따라서, 발광 소자는 단색(monochromatic), 준단색(quasi-monochromatic), 다색(polychromatic), 또는 광대역 스펙트럼 방출 특성을 가질 수 있다. 발광 소자의 예들은 반도체, 유기, 또는 고분자/고분자의 발광 다이오드, 초발광 다이오드(superluminescent diode), 레이저 다이오드, 광 여기 인광물질 코팅된(optically pumped phosphor coated) 발광 다이오드를 포함하고, 광 여기 나노-크리스탈 발광 다이오드, 또는 본 분야의 숙련자에 의해 쉽사리 이해되는 기타 유사한 장치를 포함한다. 또한, 발광 소자라는 용어는, 방사를 방출하는 특정 장치, 예컨대 LED 다이(die)를 정의하는 데 사용되고, 방사를 방출하는 특정 장치와 하우징 또는 패키지의 결합체로서, 특정 장치 또는 장치들이 하우징 또는 패키지 내에 위치되는 결합체를 정의하는 데 사용될 수 있다.
"에지 방출 소자"라는 용어는, 전술된 바와 같이, 하나 이상의 에지들, 즉 일반적으로 2개의 실질적으로 대향되는 표면에 인접한 에지로부터 광을 방출하는 발광 소자를 정의하는 데 일반적으로 사용되는데, 2개의 실질적으로 대향되는 표면 각각은 상기 인접한 에지의 면적보다 큰 면적을 갖는다. 즉, "에지 방출 소자"라는 용어는, 하나 이상의 발광 에지를 통하여 광을 방출하는 발광 소자를 나타내는 데 사용되며, 하나 이상의 발광 에지는 발광 소자의 명목상의 비-방출 표면들(the nominally non-emitting surfaces) 중 적어도 일부의 면적보다 적어도 작은 면적을 갖는다. 하기에 더 기술되어 있는 바와 같이, 이러한 넓은 큰 비-방출 표면들 중 적어도 일부는 열 발산에 사용된다. "에지 방출 소자"라는 용어는, 또한 제조 동안 그 다층 웨이퍼로부터 소자를 잘라내는 방법과는 상관없이, 소자 내의 활성층의 에지로부터 광을 방출하는 소자를 지칭한다. 본원에 규정된 바와 같이, 광은 에지 방출 소자의 가장 작은 표면들 중 하나의 표면은 아니지만, 발광 소자의 명목상의 비-방출 표면들 중 적어도 하나의 비-방출 표면보다 작은 면적을 유지하는 소정의 표면으로부터 방출될 수 있는 것으로 여겨진다. 에지 방출 소자라는 용어는 또한 광이 완전 내부 반사되거나(totally internally reflected), 또는 그렇지 않은 경우 발광 에지일 수 있는 하나 이상의 작은 면적의 표면으로부터, 적어도 실질적으로 광이 반사되는 발광 소자를 지칭하는데, 광은 완전 내부 반사가 부재하는 경우 명목상의 비-방출 표면인 하나 이상의 넓은 표면의 일부 또는 일부분으로부터 방출된다.
"비-방출 표면"이라는 용어는 전술된 바와 같이, 발광 소자 상의 표면을 지칭하는데, 광은 명목상 비-방출 표면을 통하여 방출되지 않을 것이지만, 실제로는 일부 광이 여전히 비-방출 표면을 통하여 방출될 수 있다. 본 분야의 숙련자는, 이러한 비-방출 표면이 오로지 광이 방출될 수 없는 표면만을 의미하도록 규정하지는 않고, 보다 일반적으로, 일차적인 발광 표면(primary light-emitting surfaces)으로서 여겨지지 않는 발광 소자의 표면, 즉 광이 방출될 수 있는 있지만 기껏해야 발광 소자의 하나 이상의 발광 에지로부터 제공되는 방출량에 대하여 부차적인 정도로만 비례하여 방출될 수 있는 표면을 의미하도록 규정하는 것임을 이해해야 한다.
"열 추출기"라는 용어는 다른 물체, 즉 발광 소자(전술된 에지 방출 소자 등)로부터 열을 흡수할 수 있는 물질, 장치, 시스템 및/또는 환경을 규정하는 데 사용되며, 에지 방출 소자와 열 결합한다. 하나 이상의 독립적인 및/또는 결합된 열 추출기를 포함할 수 있는 열 추출기는, 일반적으로 흡수된 열을 소스(예컨대, 발광 소자)로부터 멀리 전도하고 넓은 표면 영역에 걸쳐 확산 또는 발산하도록 구성된다. 일반적으로, 열 추출기는 전도(conduction), 대류(convection), 방사(radiation), 및/또는 능동 냉각(active cooling)에 의해 증가된 열량(thermal mass) 및/또는 열 발산을 통하여 소스의 온도를 감소시킨다. 열 추출기의 예들은 예컨대, 판(plates), 막대(rod) 등의 금속 구조(예컨대, 구리, 알루미늄, 질화 알루미늄, 텡스텐-구리 등)로 이루어진 히트 싱크와, 여러 가지 유형의 열 전기 냉각기(thermal electric cooler), 급랭(forced air) 시스템 또는 히트 파이프(들), 여러 가지 유형의 마이크로 채널 또는 마이크로 채널 유체 냉각 시스템 또는 유사한 다른 열 추출 및/또는 발산 시스템을 포함할 수 있지만 이에 제한되는 것이 아니다라는 것은 본 분야의 숙련자에 의해 쉽사리 이해되어야 한다. 열 추출기라는 용어 는 또한 발광 장치의 열 추출 구조에 열 결합하여 동작하고, 및/또는 열 추출 구조 내에 통합되는 능동 및/또는 수동 냉각 시스템(들)을 규정하는 데 사용된다.
"스펙트럼(spectrum, spectra)" 및 "방출 스펙트럼"이라는 용어는 소정의 광원, 발광 소자 또는 다른 이러한 발광 장치의 하나 이상의 스펙트럼 특징을 규정하는 데에 서로 교환적으로 사용될 수 있고, 스펙트럼 특징은 스펙트럼 전력 분산(SPD;spectral power distribution), 하나 이상의 피크 강도 파장 및/또는 방출 대역, 하나 이상의 스펙트럼 강도 프로파일 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되는 것이 아니다.
본원에 사용된 "약"이라는 용어는 명목상 값으로부터 +/-10% 변동을 나타낸다. 이러한 변동은, 구체적으로 지칭되는지 또는 지칭되지 않든지, 본원에 제공된 소정의 값에 항상 포함되는 것이 아니라는 것을 이해해야 한다.
달리 규정되는 않는 한, 본원에 사용된 모든 기술 용어 및 특수 용어는 본 발명이 속하는 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 의미와 동일한 의미를 가진다.
본 발명은 에지 방출 소자를 포함하는 광원을 제공한다. 특히, 광원은 각각이 실질적으로 동일한(예컨대, 청색, 적색, 녹색 등) 또는 유사한(예컨대, 따뜻한 백색 및 차가운 백색) 방출 스펙트럼을 갖거나 또는 실질적으로 서로 다른 각각의 방출 스펙트럼/컬러(예컨대, 적색, 녹색 및 청색)를 갖는 하나 이상의 에지 방출 소자, 및 이들 에지 방출 소자에 열 결합되는 하나 이상의 열 추출기를 포함한다. 구동 수단이 또한 에지 방출 소자를 구동하기 위해 제공된다. 반사기, 렌즈, 확산기, 콜리메이터, 필터 등의 출력 광 수단이 또한 하나 이상의 에지 발광 소자에 의 해 방출되는 광을 수집, 혼합 및/또는 재지향하여 원하는 광 효과를 생성하기 위해 포함될 수 있다. 광원은 또한 광원의 출력을 감시하고 구동 수단을 조정하도록 적응된 선택적인 제어 피드백 시스템 및/또는 원하는 또는 최적의 출력을 유지하기 위한 출력 광 수단을 포함할 수 있다.
전술된 바와 같이, 소정의 광원의 에지 방출 소자 각각은 일반적으로 하나 이상의 발광 에지 및 2개 이상의 비-방출 표면을 포함하며, 열은 발광 에지 각자에 결합된 열 추출기를 통하여, 비-방출 표면으로부터 추출 및 발산될 수 있다. 일반적으로, 비-방출 표면은 발광 에지(들)의 면적보다 큰 면적을 가지므로, 보다 큰 열 추출 및 발산을 제공한다. 그 자체로, 표면 발광 소자를 현재 이용가능한 광원에 사용하는 것에 반하여, 본원에 기술된 에지 방출 소자를 사용하는 것은, 보다 큰 열 추출 및 발산, 결론적으로 보다 큰 열 관리 및 온도 제어를 제공하게 되며, 이는 보다 큰 광원 성능, 신뢰성, 안정성 및 영구성을 의미할 수 있다.
일반적으로, 하나 이상의 에지 방출 소자는, 그룹 또는 어레이로, 또는 하나 이상의 스택 에지 방출 방지의 일부로서 독립적으로 동작될 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들어, 에지 방출 소자 각각은 각자의 구동 수단을 통하여 독립적으로 동작된다. 이 실시예에서, 에지 방출 소자 각각은 하나 이상의 개별 열 추출기에 열결합된다(예컨대, 도 4 및 도 15 참조). 에지 방출 소자 각각에 대한 열 추출기가 독립적인 열 추출 및 발산 수단으로서 사용될 수 있거나, 전체 광원 혹은 광원의 에지 방출 소자의 다양한 서브그룹에 대한 결합된 열 추출 및 발산 시스템을 제공하기 위해 서로 결합될 수 있다.
다른 실시예에서, 다수의 에지 방출 소자는 연속되어 삽입된 발광층 및 열 추출기 층 각각을 포함하는 스택 발광 구조로 결합된다(a number of edge emitting elements are combined into a stacked light-emitting structure comprising successive intercalated light-emitting layers and heat extractor layers)(예컨대, 도 1 내지 도 3, 도 6 내지 도 8, 도 10, 도 11 및 도 14를 참조). 다시 말해서, 이러한 스택 발광 구조는 2개의 연속되는 열 추출기 층 사이에 열 결합되는 하나 이상의 발광층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 발광층 각각은 2개의 연속되는 열 추출기 층 사이에 열 결합되는 하나의 에지 방출 소자를 포함한다(예컨대, 도 1 및 도 6 참조). 다른 실시예에서, 발광층 각각은 2개의 연속되는 열 추출기 층 사이에 열 결합되는 2개 이상의 에지 방출 소자를 포함한다(예컨대, 도 7, 도 8, 도 10, 및 도 11 참조). 다른 개수의 발광층과 열 추출기 층을 가지며, 이러한 발광층과 열 추출기 층 각각에 대한 에지 방출 소자와 열 추출기의 다양한 조합을 갖는 다른 스택 구성 및 치환(permutation)이, 본 분야의 숙련자에게는 분명할 것이다.
또한, 상기 스택 발광 구조(들)에서, 소정의 발광층의 에지 방출 소자 각각은 실질적으로 동일한 또는 유사한 방출 스펙트럼, 서로 다른 방출 스펙트럼을 가질 수 있고, 또는 상기 스택 발광 구조는, 에지 방출 소자 중 일부가 실질적으로 동일한 또는 유사한 스펙트럼을 갖고, 에지 방출 소자 중 일부가 서로 다른 스펙트럼을 갖는, 이러한 에지 방출 소자들의 결합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 스택 발광 구조는 다수의 발광층을 포함하고, 발광층 각각은 실질적으로 동일한 또는 유사한 방출 스펙트럼/컬러를 공유하는 에지 방출 소자들로 이루어진다. 예를 들어, 소정의 스택 발광 구조는, 일 실시예에 따라서, 각각이 제1 방출 스펙트럼을 갖는 에지 방출 소자들을 포함하는 제1 발광층과, 각각이 상이한 제2 방출 스펙트럼을 갖는 에지 방출 소자들을 포함하는 제2 발광층을 포함하며, 광원이 어떤 응용에 이용되는가에 따라서 3개 이상의 발광층이 제공될 수도 있다.
또한, 소정의 광원은 하나의 스택 발광 구조(예컨대, 도 1 내지 도 3, 및 도 11 참조)를 포함할 수 있거나, 또는 2개 이상의 스택 발광 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 광원은 2개 이상의 스택 발광 구조를 포함하며, 스택 발광 구조 각각은 각자의 방출 스펙트럼 또는 컬러에 따른 광을 방출한다. 다른 실시예에서, 광원의 스택 발광 구조 각각은, 에지 방출 소자들, 또는 그 서브 그룹으로 이루어지는 서로 다른 방출 스펙트럼을 갖는 다양한 발광층의 방출을 결합함으로써 획득되는, 결합된 출력 스펙트럼에 따른 광을 방출한다.
본 분야의 숙련자는, 발광층과 열 추출기 층의 다른 구성에 있어 에지 방출 소자의 다른 결합을 포함하는 다른 스택 발광 구조가 본 발명의 정신 및 특징 내에서 고려될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 인접 발광층은 개재된 공통 열 추출기를 공유할 수 있거나, 또는 인접 배치되어 있지만 별개의 열 추출기들에 결합될 수 있다. 또한, 스택 발광 구조는 광원을 어떤 응용에 사용할지에 따라 다양한 형태 및/또는 구성으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 선형, 정사각형 또는 직사각형 스택이 특정 응용에서 바람직할 수 있고(예컨대, 도 1 및 도 10 참조), 반면에 실린더형, 원뿔형 또는 환형 스택(예컨대, 도 11 내지 도 13)은 다른 응용에 적 합할 수 있다. 예컨대, 환형 스택은 엑시어 히트 파이프 주위에 배치되어 열 결합될 수 있거나, 또는 발광 소자에 의해 생성되는 열의 추출을 위해 다른 열 전도 또는 열 전달 컴포넌트에 열 결합될 수 있다.
다른 실시예에서 스택은 1차원(1D), 즉 선형일 수 있고, 수평, 수직, 또는 다른 방향으로 배치될 수 있다. 스택은 2차원(2D)일 수 있고, 이 경우 에지 방출 표면은 평면의 2차원 어레이를 형성한다. 스택은 실린더의 표면과 같은 가상적 곡면(virtual curved surface)으로 배치된 2차원(2D) 어레이일 수 있다. 또한, 스택은, 하나 이상의 후방에 있는 로우에 배치된 에지 방출 소자들에 의해 방출되는 방사가 하나 이상의 전방에 있는 로우에 배치된 에지 방출 소자들을 통과하도록 허용하는 로우들을 배치하는 3차원(3D) 어레이일 수 있다. 본 분야의 숙련자는, 본 명세서의 일반적 범위 및 특징 내에서 이들 및 다른 다양한 변경이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다.
또한, 앞서 제시된 스택 발광 구조는 서로 다른 출력 스펙트럼을 갖는 에지 방출 소자를 포함할 수 있거나, 또는 모두가 실질적으로 동일한 또는 유사한 출력 스펙트럼에 따른 광을 방출하는 일련의 에지 방출 소자를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 소정의 출력의 에지 방출 소자들의 스택 발광 구조는, 결합된 광 효과를 생성하도록 서로 다른 출력을 갖는 에지 방출 소자들의 발광 구조와 결합된다. 예를 들어, 이러한 결합은 고 출력 광원에서 사용되어, 일단 발광 구조 각자로부터의 출력이 공통 광 콜리메이터, 믹서 등을 통해 결합될 수 있고, 결합된 출력은 원하는 스펙트럼(예컨대, 선택된 컬러의 출력, 백색 광 소스 등)을 갖는다.
에지 방출 소자( Edge Emitting Elements )
일 실시예에서, 에지 방출 소자는 2개의 실질적으로 대향되는 비-방출 표면이 인접하는 하나 이상의 발광 에지를 갖는 실질적으로 환형 발광 소자를 포함하는데, 상기 하나 이상의 발광 에지는 비-방출 표면과 소정의 각도를 형성하거나 또는 실질적으로 직각을 이룬다. 또한, 일반적으로 에지 방출 소자의 발광 에지 이외의, 에지 방출 소자의 하나 이상의 표면은, 반사성 있는 코팅제로 코팅될 수 있거나, 증가된 내부 반사성을 제공하도록 제조될 수 있다. 이런 반사성 있는 표면은, 예컨대, 에지 방출 소자의 방출을 하나의 에지 외부로 지향(direct)시키거나, 또는 다시 정반대의(diametrically opposed) 에지 외부로 지향시키는데 사용될 수 있다. 또한, 에지 방출 소자의 하나 이상의 표면, 및 특히 하나 이상의 발광 에지는, 비-반사 코팅제(anti-reflection coating)로 코팅될 수 있거나, 또는 감소된 내부 반사성을 제공하도록 제조될 수 있다. 이런 비-반사 표면들은 예컨대, 에지 방출 소자의 방출 효율성을 강화하기 위해 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 에지 방출 소자는, 에지 방출 소자에 의해 발생된 광이 광 안내 물질(light guiding)에 의해 하나 이상의 발광 에지로 안내되고, 이들 발광 에지로부터 광이 방출되도록, 적어도 부분적으로 광 안내 물질로 제조된다. 저 굴절율의 광 안내 물질은, 예컨대, 에지 방출 소자의 비-방출 표면들 중 하나 이상을 따라 배치되어, 도파로(waveguide)를 형성할 수 있다. 예컨대, 리지(ridge) 도파로 등의 구조는 에지 방출 소자 상에서 성장될 수 있다. 도파(waveguiding)는, 예 컨대, 반도체 다이오드 레이저와 같은 반도체 발광 소자 상에서 활성층과 안내 층(guiding layer)과 클래딩 층(cladding layer) 사이의 굴절율 변동으로 인해 일어날 수 있다. 다른 예는 표면 방출 LED의 기판 측 상에 하나의 미러 층을 도포(application)하는 경우에서와 같이, 활성층을 에워싸는 내부 미러 층을 도포하는 것이다. 또한, 미러 코팅제 등의 외부 도파 층과 내부 도파 층의 결합체는, 원하는 효과를 달성하는 데 사용될 수 있다. 유사한 에지 방출 소자의 다른 예는 본 분야의 숙련자에 의해 쉽사리 이해될 것이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 반사 및/또는 부분 반사 물질은 하나 이상의 발광 에지 표면 사이에서 레이징(lasing)을 용이하게 하기 위해, 하나 이상의 발광 에지 상에 코팅될 수 있다. 이들 표면들은 연마될 수 있고(polished), 평면 또는 곡면이 될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 에지 방출 소자는, 에지 방출 소자의 다른 방출 에지가 총체적 반사 또는 실질적으로 내부 반사를 제공하도록 구성됨으로써, 방출 에지로 지향된 광을 명목상의 비-방출 표면의 일부를 향하도록 재지향시키게 된다. 이 실시예에서, 에지 방출 소자는, 출력 지향성(output directionality)에 대한 대안을 제공하면서, 열이 방열 및/또는 발산될 수 있는 일반적으로 더 큰 하나 이상의 레이저 표면을 제공하는 것의 이점을 유지한다. 이런 구성에서, 에지 방출 소자에 의해 발생된 광은 에지 방출 소자의 방출 에지를 통해 방출되며, 이 실시예에서, 방출 에지는 명목상의 비-방출 표면을 향하여 광을 재지향시켜 광이 비-방출 표면으로부터 방출되게끔 구성된다.
또한, 에지 방출 소자는, 방사를 방출하는 특정 장치, 예컨대 LED 다이일 수 있고, 방사를 방출하는 특정 장치와, 이 특정 장치 또는 장치들이 위치되는 하우징 또는 패키지와의 결합체(예컨대, 히트싱크(heatsinks) 등의 열 추출기, 구동 전극, 도파 구조, 반사성 있는 코팅제 및/또는 구조 등을 포함함)를 정의하는 데 동등하게 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 에지 방출 소자는 하나의 에지 방출 소자이거나, 또는 이런 에지 방출 소자들이 소정의 구성 또는 어레이로 동작적으로 또는 전체적으로 결합되는 결합체, 예컨대, 2개 이상의 에지 방출 소자로 이루어진 장치 또는 적층 발광 구조의 에지 방출 층일 수 있다.
열 추출기( Heat Extractor )
본 분야의 숙련자는, 다양한 유형의 열 추출기가, 하나 이상의 에지 방출 소자의 개별 층 사이에 층으로 배치되든지, 또는 하나의 에지 방출 소자를 위한 각각의 열 추출기로서 배치되는지 간에, 본 명세서의 일반적 범위 및 특징 내에서 본원에서 고려될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 광원의 형태, 및 에지 방출 소자의 선택적 결합 및 구조적 구성에 따라, 다양한 열 추출기 형태 및 구성이 고려될 수 있다.
일 실시예에서, 각각의 열 추출기는 히트 싱크, 즉 금속 판 또는 금속 구조(예컨대, 구리, 알루미늄, 질화알루미늄(aluminium nitride), 텡스텐-구리(copper-tungsten) 등)를 포함하며, 하나 이상의 에지 방출 소자의 하나 이상의 비-방출 표면(또는 비-방출 표면의 일부)에 열 결합(thermally coupled)된다. 히트 싱크 각 각은 또한 히트 싱크 베이스(heat sinking base)에 열 결합되고, 히트 싱크 베이스는 소정의 에지 방출 소자의 열 추출기 각각, 소정의 발광층, 소정의 에지 방출 소자의 어레이 또는 그룹, 또는 소정의 스택 발광 구조와 선택적으로 결합한다. 히트 싱크 베이스, 또는 다시, 특정 에지 방출 소자의 소정의 히트 싱크, 또는 에지 방출 소자의 그룹, 어레이 또는 스택 구조는 또한 광원에서 에지 방출 소자에 대한 지지부로서 기능할 수 있다(예컨대, 도 1 참조). 본 분야의 숙련자는, 히트 싱크 베이스가 활성 냉각 시스템 등의 추가 열 관리 시스템(a further heat management system)이 되어, 원하는 및/또는 최적의 동작 온도에서 에지 방출 소자의 동작을 제어 및 관리할 수 있게 된다는 것을 쉽사리 이해할 것이다.
또한, 열 추출기 각각은 소정의 광원에 대한 특정 설계 및 동작 요건에 따라 독립적으로 또는 서브그룹으로 동작될 수 있다. 본 분야의 숙련자는 열 추출 및 발산 수단이 본 명세서의 일반적 범위 및 특징 내에서 본 문맥의 열 추출기로서 사용될 수 있다는 것을 쉽사리 이해할 것이다. 다시 말해서, 열 추출기의 다양한 유형 및/또는 조합이, 에지 방출 소자의 비-방출 표면으로부터 열을 대기(ambient) 또는 관련 수동 및/또는 능동 냉각 시스템으로 전달하기 위해 고려될 수 있다. 전술된 바와 같이, 이러한 열 추출기는 다양한 유형의 히트 싱크, 열 전기 냉각기, 급랭 시스템, 히트 파이프(들), 유체 냉각 시스템(마이크로 채널 또는 마이크로 채널 냉각기 등), 및 다른 유사한 열 추출 및/또는 발산 시스템(에지 방출 소자의 열 추출 구조 내에 통합되거나 또는 이에 열 결합되어 동작하는 수동 및/또는 능동 냉각 시스템(들) 등)을 포함할 수 있지만 이에 제한되는 것이 아니다.
일 실시예에서, 열 추출기는 열 추출기의 주된 물질로부터 전기적으로 아이솔레이트된 하나 이상의 전도 트레이스(conductive traces)를 지원할 수 있다. 그런 다음, 전기 에너지는 전도 트레이스 및 열 추출기를 통해 에지 방출 소자에 공급될 수 있다. 전도 트레이스의 예들은 예컨대 도 15A 및 도 15B에서 보여질 수 있다. 도 15A의 예에서, 실질적으로 평면의 열 추출기(1208)는 상부 금속 표면 콘택트(1230)를 갖는 에지 방출 소자(1202)를 지닌다. 상부 금속 표면 콘택트(1230)는, 열 추출기(1208)의 열 발산 종단(1238)에 배치된 열 전도성이 있지만 전기적으로 절연되는 층(1236)상의 전도 트레이스(1234)에 배선 연결(1232)된다. 도 15B의 예에서, 계단형(stepped) 열 추출기(1208')가 상부 금속 리지 콘택트(upper metallic ridge contact)(1230')를 갖는 에지 방출 소자(1202')를 지닌다. 상부 금속 리지 콘택트(1320')는 열 추출기(1208')의 열 발산 종단(1238')에 배치된 열 전도성이 있지만 전기적으로 절연되는 층(1236')상의 전도 트레이스(1234')에 배선 연결(1232')된다. 다른 예에서, 열 추출기는 양호한 열 전도성을 갖는 세라믹 등의 전기적으로 절연되는 물질일 수 있다. 이 경우, 2개의 트레이스가 에지 방출 소자 각각에서 사용될 수 되다.
선택적인 출력 광학계( Optional Output Optics )
전술한 실시예들에서, 하나 이상의 스택 발광 구조에 포함되는, 독립적이든지 아니든 간에 서브그룹 또는 어레이로 결합되는, 소정의 광원의 에지 방출 소자 각각의 출력은, 적절한 출력 광학계를 사용하여 결합되어 원하는 광 효과를 제공할 수 있다. 예를 들어, 다양한 에지 방출 소자의 출력은 다양한 방식으로 결합되어 패턴화된 출력, 콜리메이트된 출력, 선택된 컬러 또는 조도의 출력(예컨대, 적색, 녹색 및 청색(RGB) 혼합; 적색, 황색, 녹색 및 청색(RAGB) 혼합 등), 다양한 강도 또는 조도의 출력(예컨대, 다양한 구동 수단 및/또는 출력 광학계를 통해) 등을 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 광원은 2개 이상의 출력 스펙트럼/컬러를 제공하는 에지 방출 소자를 포함한다. 예를 들어, 적색 에지 방출 소자, 녹색 에지 방출 소자 및 청색 에지 방출 소자를 갖는 광원을 고려할 수 있다(예컨대, 도 1, 도 5, 및 도 11 참조). 이런 광원에서, 서로 다른 에지 방출 소자 각자의 컬러 출력은 적합한 광학 수단(예컨대, 반사기(들), 렌즈(들), 콜리메이터(들), 확산기(들), 광 필터(들) 등)을 통하여 수집 및 혼합되어 결합된 출력 스펙트럼, 다시 말해서 원하는 조도를 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 원하는 출력은 적색, 녹색 및 청색 출력의 결합으로부터 생성되는 백색 광이다.
다른 실시예에서, 광원은 4개 이상의 출력 스펙트럼/컬러를 제공하는 에지 방출 소자를 포함한다. 예를 들어, 광원은 서로 다른 출력 스펙트럼/컬러, 다시 말해서 예컨대, 적색, 황색, 녹색 및 청색을 갖는 4개의 에지 방출 소자(예컨대, 도 3 참조), 또는 에지 방출 소자 그룹, 어레이, 또는 층을 포함할 수 있다. 다시, 에지 방출 소자 각자의 컬러 출력은 적합한 광학 수단을 통해 수집 및 혼합되어 결합된 출력 스펙트럼(백색 광)을 제공할 수 있다. 또한, 전술된 바와 같이, 광원은 각각이 일반적 개별 출력 스펙트럼 또는 파장을 갖는 하나 이상의 에지 방 출 소자의 어레이를 포함할 수 있다. 즉, 도 7, 도 8, 및 도 11에서 보이는 바와 같이, 에지 방출 소자들은, 광원의 개발이 어떤 응용에 대한 것인지에 따라, 실질적으로 동일한 또는 유사한 출력 스펙트럼을 갖는 광을 방출하도록 구성될 수 있는 2개의 이상의 에지 방출 소자를 2개의 열 추출기 사이마다 제공하는 구성으로 적층될 수 있다. 일 실시예에서, 소정의 방출층의 에지 방출 소자 각각은 실질적으로 동일한 또는 유사한 출력 스펙트럼을 제공한다. 다른 실시예에서, 3개의 발광층은 적색, 녹색 및 청색(예컨대, 도 1, 도 5 및 도 11 참조)의 광을 각각 생성하기 위해 제공된다. 다른 실시예에서, 4개의 발광층은 적색, 황색, 녹색 및 청색(예컨대, 도 3 및 도 6 참조)의 광을 각각 생성하기 위해 제공된다. 다른 실시예에서, 소정의 발광층에 의해 생성되는 광은 다른 발광층에 의해 생성되는 광과 함께 수집 및 혼합되어 결합된 광 효과를 생성하게 된다. 개개의 에지 방출 소자 및/또는 발광층에 의해 생성되는 광의 수집 및 혼합은, 반사기, 필터기, 펜즈, 콜리메이터, 확산기 등의 광학 수단의 결합에 의해 제공될 수 있다.
다른 실시예에서, 복수의 에지 방출 소자의 각자의 방출 스펙트럼은, 예컨대, 에지 방출 소자의 결합된 출력이 하나의 에지 방출 소자의 파장 범위와 비교하여 넓은 파장 범위에 걸쳐 연속적인 넌-제로(non-zero) 스펙트럼을 형성하도록, 오버랩된다. 결합된 출력은 예컨대, 2개, 3개, 4개 이상의 개별 출력 스펙트럼으로부터 제공되는, 실질적으로 청색부터 적색까지의 파장 범위에 걸쳐 있을 수 있다.
본 분야의 숙련자는 다양한 광학 장치 및 컴포넌트가 개시된 광원의 다양한 실시예들 내에서 또는 이와 관련하여 사용되어, 원하는 효과를 제공할 수 있다. 예를 들어, 스택 및/또는 엇갈린(staggered) 필터 결합이 에지 방출 소자의 다양한 컬러 출력을 적절하게 결합 및 혼합하는 데 사용될 수 있다. 다양한 반사기 구성은 또한, 다시 말해서 에지 방출 소자 각각, 또는 에지 방출 소자 그룹, 어레이 또는 층으로부터 방출되는 광을 수집 및 재지향하기 위해 고려될 수 있다. 예를 들어, 반사기는 평면형, 원뿔형, 파라볼릭형, 복합 파라볼릭형(compound parabolic), 비대칭 복합 파라볼릭형, 뿔형(horn shaped), 다각형부(polygonal section), 및/또는 이들의 조합일 수 있다. 또한, 콜리메이터, 렌즈 등은 광원 출력을 성형 및 재지향하는 데 사용될 수 있고, 반면에 확산기 등은 다양한 출력을 혼합 및 확산시키는 데 사용될 수 있다.
본 분야의 숙련자는 또한, 다양한 에지 방출 소자의 광원에 대한 다양한 광학 조작(manipulations)이 또한 에지 방출 소자 또는 발광층 자체에 대한 다양한 구조적 및/또는 구성적 속성을 통하여, 제공될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 다양한 반사성 및 비-반사성 코팅제는 에지 방출 소자들(예컨대, 비-방출 표면들 및/또는 발광 에지들)에 도포(apply)되어, 방출되는 광이 원하는 출력 지향성(directionality)에 따라서 재지향될 수 있다. 에칭 및/또는 통합 마이크로-미러, 렌즈 및/또는 도파관 구조는 또한 개별 소자/층과 연관될 수 있거나, 또는 에칭 및/또는 통합 마이크로-미러, 렌즈 및/또는 도파관 구조에는 개별 소자/층이 제공될 수 있다.
예를 들어, 일 실시예에서, 확산기는 광원의 광학 컴포넌트에 직접 도포(apply)될 수 있다.
다른 실시예에서, 파장 변환 물질은 하나 이상의 에지 방출 소자의 하나 이상의 발광 에지상에 코팅될 수 있다. 또한, 파장 변환 물질이 소정의 실시예의 반사성 있는 광학계, 확산기 및/또는 인캡슐런트(encapsulant)상에 코팅될 수 있다.
다른 이러한 고려사항은 본 분야의 숙련자에게 분명해야 하며, 본 명세서의 일반적 범위 및 특징 내에서 고려되어야 한다.
구동 수단( Driving Means )
광원은 또한, 모든 에지 방출 소자들에 대한 실질적으로 동일한 또는 유사한 방출 스펙트럼에 따르거나, 또는 에지 방출 소자들 각각 또는 서브그룹에 대한 각자의 방출 스펙트럼에 따르는, 광을 방출하는 하나 이상의 에지 방출 소자를 구동하기 위한 구동 수단을 포함한다.
일반적으로, 구동 수단은 광원의 다양한 에지 방출 소자에 걸쳐 전위 차(pontential difference)를 인가하도록 구성될 수 있다. 이런 전위 차는 에지 방출 소자의 2개의 명목상의 비-방출 표면들, 예컨대, 각자의 열 추출기에 열 결합되는 표면들 사이에 일반적으로 인가된다. 그 자체로, 일 실시예에서, 구동 수단은, 에지 방출 소자에 열 결합되어 있는 열 추출기를 통해, 에지 방출 소자 각각에 구동 전압을 인가하도록 구성된다. 예를 들어, 에지 방출 소자 각각이 개별적으로 동작되는 일 실시예에서, 소정의 에지 방출 소자가 소정의 에지 방출 소자의 2개의 열 추출기 사이에 직접 인가되는 전압에 의해 구동될 수 있다. 또한, 에지 방출 소자가 스택 발광 구조로 구성되는 일 실시예에서, 에지 방출 소자가 발광층의 스택을 제공하는 2개의 최외측 열 추출기들 사이에 인가되는 전압에 의해 구동될 수 있다.
본 분야의 숙련자에게 분명한 바와 같이, 광원이 어떤 응용에 사용되는가에 따른 다양한 구동 구성이 고려될 수 있다. 예를 들어, 소정의 스택 발광 장치 내의 발광층 각각이 독립적으로 동작되는 경우, 리드(lead)가, 높은 열 전도성을 갖는 전기적으로 절연되는 물질의 얇은 층을 이용하여, 발광 층 각각과 그 개별 열 추출기 사이에 통합될 수 있다. 이런 구성은, 발광층 각각에 대한 전기적 아이솔레이션을 유지하는 동시에, 발광층 각각으로부터 그 개별 열 추출기 층으로의 적절한 열 발산을 허용할 것이다.
일 실시예에서, 광원은 복수의 스택을 포함할 수 있고, 스택 각각은 서로 다른 방출 파장을 포함할 수 있다. 스택 각각은 예컨대, 일렬로 구동될 수 있고, 서로 독립적으로 또는 종속적으로 구동될 수 있다.
다른 실시예에서, 동일한 한 쌍의 추출기 사이에 에지 방출 소자가 병렬로 구동될 수 있다.
일반적으로, 다양한 직렬 및 병렬 연결이, 본 명세서의 일반적 범위 및 특징 내에서, 본원에서 고려될 수 있다. 소정의 광원의 에지 방출 소자가 그룹으로, 또는 다양한 서브그룹 또는 조합으로, 독립적으로 구동되는 것을 허용해주는 예시적 구동 구조가, 도 16A 내지 도 16D에 도시되어 있다. 다른 이런 구성이 본 분야의 숙련자에게 분명할 것이므로, 본 명세서의 일반적 범위 및 특징 내에서 고려되어 있지 않다.
선택적인 피드백 시스템( Optional Feedback System )
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광원이 또한 선택적인 피드백 시스템(예컨대, 도 9 참조)을 포함할 수 있고, 여기서 광원의 출력은, 직접적으로 또는 간접적으로 감시될 수 있고, 에지 방출 소자 각각 또는 에지 방출 소자의 어레이 또는 결합을 구동하는 전압은 개별 드라이버를 통해 원하는 출력을 제어 및 유지하도록 조정된다. 이런 피드백 시스템은 예를 들어, 시간 경과, 온도 변동 등으로 인한 개별 에지 방출 소자의 출력에서의 변동과 다른 소스로부터의 간섭이 있더라도, 원하는 출력(예컨대, 컬러, 조도, 강도, 전력, 광속 출력 등)을 유지하기 위해 사용될 수 있다.
예를 들어, 서로 다른 방출 스펙트럼을 갖는 3개 이상의 에지 방출 소자, 또는 에지 방출 소자의 그룹, 어레이, 또는 조합을 포함하는 광원에 대한 일 실시예에서, 피드백 시스템은 광원의 출력 특성(예컨대, 출력 스펙트럼, 조도, 컬러 품질(CQS), 컬러 렌더링 인덱스(CRI), 광 효율 등)을 감시하고, 필요에 따라, 에지 방출 소자 각각 또는 에지 방출 소자의 그룹, 어레이, 또는 층에 대한 구동 전압, 전류 등을 조정하여 에지 방출 소자들의 출력을 조정함으로써, 광원의 결합된 출력을 제어하도록 구성될 수 있다.
또한, 선택적인 피드백 시스템은, 광원의 다양한 에지 방출 소자에 대한 실질적으로 일정한 구동을 유지하는 동시에, 출력 광학계의 다양한 요소(예컨대, 필 터의 반사성, 반사기/렌즈의 위치지정 등)를 조정함으로써 광 출력을 조정하도록 구성될 수 있다. 본 분야의 숙련자는 유사한 효과를 제공하는 다른 유사한 피드백 시스템이 고려될 수 있고, 그 자체로 본 명세서의 일반적 범위 및 특징 내에서 고려될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
본 발명은 이제 특정 예들을 참조하여 기술될 것이다. 다음의 예들은 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며 어떠한 방식으로든 본 발명을 제한하기 위한 것이 아님을 이해해야 한다.
예시( EXAMPLES )
예시 1:
이제 도 1 및 도 2를 참조하여, 일반적으로 부호(100)를 사용하여 나타낸 광원을 본 발명의 일 실시예에 따라 기술할 것이다. 광원(100)은 일반적으로 3개의 에지 방출 소자(소자(102)의 경우와 같음)와, 이들 에지 방출 소자에 열 결합되는 다수의 열 추출기(추출기(108)의 경우와 같음)를 포함한다. 도 1 및 도 2에 도시된 에지 방출 소자의 수는 단지 예시일 뿐이며, 이보다 많거나 또는 적은 에지 방출 소자가 본 예시에서 고려될 수 있음을 인식해야 한다. 에지 방출 소자 및 열 추출기에 의해 규정되는 스택 발광 구조는 일반적으로 광원(100)의 광축에 직각인 축, 즉 광원(100)의 일반적 출력 축과 직각인 축을 따라 배치된다. 반사기(116)와 같은 광 수단은, 또한 에지 방출 소자(102)에 의해 방출되는 광을 수집, 혼합 및 재지향하여, 원하는 광 출력을 그 광축을 따라 제공한다. 구동 수단(도시 생략)은 또한 에지 방출 소자를 구동하기 위해 제공된다.
본원에 도시된 바와 같이, 에지 방출 소자 각각은 2개의 개별 발광 에지(에지(120)의 경우와 같음)와 2개의 넓은 비-방출 표면(표면(122)의 경우와 같음)을 포함하고, 열은 비-방출 표면으로부터 열 추출기(108)를 통해 추출 및 발산될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 광은 에지 방출 소자의 활성 영역(active area)(124) 내에서 발생된다. 방출 에지(120)로의 방출 안내(guiding of emission to emitting edges)는, 예컨대, 에지 방출 소자의 상부 에지 및 하부 에지를 따른 코팅제(127)를 통해, 또는 2개의 넓은 비-방출 표면(122)상의 코팅제를 통해 일어날 수 있다.
도 1 및 도 2의 도시된 실시예에서, 열 추출기(108)는 히트 싱크, 즉 금속 판 또는 금속 구조(예컨대, 구리, 알루미늄, 질화 알루미늄, 텡스텐-구리 등)를 포함하며, 인접한 에지 방출 소자(102)의 인접한 비-방출 표면(122)과 열 결합한다. 열 추출기는 또한 히트 싱크 베이스(heat sinking base)(125) 및 확장부(extension)(126)에 서로 열 결합되고, 이들 중 확장부(126)는 광원(100)의 에지 방출 소자에 대한 지지부를 제공한다. 본 분야의 숙련자는, 히트 싱크 베이스(125)가 능동(active) 및/또는 수동(passive) 냉각 시스템 등의 추가 열 관리 시스템이 되어, 원하는 또는 최적의 동작 온도에서 에지 방출 소자의 동작을 제어 및 관리할 수 있게 된다는 것을 쉽사리 이해할 것이다. 본 분야의 숙련자는, 에지 방출 소자 각각에 대한 열적으로 및/또는 전기적으로 구분된 열 추출기가 또한 본 명세서의 일반적 범위 및 특징 내에서 고려될 수 있음을 이해해야 한다.
광원(100)은 또한 에지 방출 소자를 구동하기 위한 구동 수단(도시 생략)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 에지 방출 소자는 각자의 파장에서 일반적으로 각자의 방출 스펙트럼에 따른 광을 방출한다. 예를 들어, 광원(100)은 3개의 에지 방출 소자(102), 즉 적색 에지 방출 소자, 녹색 에지 방출 소자 및 청색 에지 방출 소자로 이루어지고, 이들 에지 방출 소자 각각의 출력은 반사기(116)를 통해 수집 및 혼합되어 결합된 출력 스펙트럼, 이 예시에서는 선택적으로 백색 광을 제공한다. 또한, 광원(100)은 에지 방출 소자의 3개 이상의 어레이 또는 층(layer), 즉 적색, 녹색 및 청색 에지 방출 소자의 어레이 또는 층을 포함하도록 구성된다.
예시 2:
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 일반적으로 4개의 에지 방출 소자(소자(202)의 경우와 같음)와, 이들 에지 방출 소자에 열 결합되는 다수의 열 추출기(추출기(208)의 경우와 같음)를 포함하는 광원(100)을 도시한다. 에지 발광 소자와 열 추출기에 의해 규정되는 스택 발광 구조는 일반적으로 광원(200)의 광축, 즉 광원(200)의 일반적인 출력 측을 따라 배치된다. 반사기(216)와 같은 광 수단, 및 확산기(diffuser)(219)는, 에지 방출 소자(202)에 의해 방출되는 광을 수집, 혼합 및 재지향하여 원하는 광 출력을 광축을 따라서 제공하기 위해서 제공된다. 구동 수단(도시 생략)은 또한 에지 방출 소자를 구동하기 위해 제공된다.
본원에 도시된 바와 같이, 에지 방출 소자 각각은 2개의 개별 발광 에지(에지(220)의 경우와 같음), 및 2개의 넓은 비-방출 표면(표면(222)의 경우와 같음)을 포함하며, 열은 비-방출 표면으로부터 열 추출기(208)를 통해 추출 및 발산된다.
도 3의 도시된 실시예에서, 열 추출기(208)는 즉 금속 판 또는 금속 구조(예컨대, 구리, 알루미늄, 질화 알루미늄, 텅스텐-구리 등)를 포함하며, 인접한 에지 방출 소자의 인접한 비-방출 표면(222)과 열 결합한다. 본 분야의 숙련자는, 열 추출기가 능동 및/또는 수동 냉각 시스템 등의 추가 열 관리 시스템이 되어, 원하는 또는 최적의 동작 온도에서 에지 방출 소자의 동작을 한층 더 제어 및 관리할 수 있게 한다는 것을 쉽사리 이해할 것이다. 본 분야의 숙련자는, 또한 에지 방출 소자 각각에 대한 열적으로 및/또는 전기적으로 구분된 열 추출기가 또한 본 명세서의 일반적 범위 및 특징 내에서 고려될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
광원(200)은 또한 에지 방출 소자를 구동하기 위한 구동 수단(도시 생략)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 에지 방출 소자 각각은 각자의 파장에서 일반적으로 각자의 방출 스펙트럼에 따른 광을 방출한다. 예를 들어, 광원(200)은 4개의 에지 방출 소자(202), 즉 적색 에지 방출 소자, 황색 에지 방출 소자, 녹색 에지 방출 소자 및 청색 에지 방출 소자로 이루어지고, 에지 방출 소자 각각의 출력은 반사기(216) 및 확산기(219)를 통해 수집 및 혼합되어 결합된 출력 스펙스럼, 이 예시에서는 선태적으로 백색 광을 제공한다. 또한, 광원(200)은 에지 방출 소자의 4개 이상의 어레이 또는 층, 즉 적색, 황색, 녹색 및 청색 에지 방출 소자의 개별 층 또는 어레이를 포함할 수 있다.
예시 3:
도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 하나의 에지 방출 소자(302) 또는 그 선형 어레이, 및 하나의 에지 방출 소자와 열 결합되는 한 쌍의 열 추출기(추출기(308)의 경우와 같음)를 포함하는 발광 장치(300)를 도시한다. 반사기(316), 렌즈(317) 및 확산기(319) 등의 광 수단은, 또한 에지 방출 소자(302)에 의해 방출되는 광을 수집, 혼합 및 재지향하여 원하는 광 출력을 제공하기 위해 제공된다. 구동 수단이 또한 다시 말하면 베이스(330)를 통해 에지 방출 소자(302)를 구동하도록 제공된다. 일 실시예에서, 렌즈(317)에 의해 에워싸인 부피(volume)는, 예컨대, 인캡슐런트(encapsulant)로 채워질 수 있다. 또한, 에지 방출 소자(302)에 의해 점유되지 않은, 열 추출기(308)들 사이의 부피(예컨대, 부피(323))는, 예컨대 향상된 열 추출을 위해, 선택적으로 열 전도 세라믹을 함유할 수 있다.
본원에 도시된 바와 같이, 에지 방출 소자(302)는 발광 에지(320) 및 2개의 넓은 비-방출 표면(322)을 포함하고, 열은 비-방출 표면으로부터 열 추출기(308)를 통해 추출 및 발산될 수 있다.
도 4의 도시된 실시예에서, 열 추출기(308)는 한 쌍의 히트 싱크, 즉 금속 판 또는 구조(예컨대, 구리, 알루미늄, 질화 알루미늄, 텅스텐-구리 등)를 포함하고, 에지 방출 소자(302)의 비-방출 표면(322)과 히트 싱크 베이스(325)를 열 결합시킨다. 본 분야의 숙련자는, 열 추출기(308) 및/또는 히트 싱크 베이스(325)는 능동 및/또는 수동 냉각 시스템 등의 추가 열 관리 시스템이 되어, 원하는 또는 최적의 동작 온도에서 에지 방출 소자의 동작을 한층 더 제어 및 관리할 수 있게 된다는 것을 쉽사리 이해할 것이다.
예시 4:
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 일반적으로 각각이 한 쌍의 열 추출기(추출기(408)의 경우와 같음) 사이에 열 결합되는 3개의 에지 방출 소자(소자(402)의 경우와 같음)를 포함하는 광원(400)을 도시하는데, 다. 반사기(416), 렌즈(417) 및 확산기(419) 등의 광 수단은, 에지 방출 소자(402)에 의해 방출된 광을 수집, 혼합 및 재지향시켜 원하는 광 출력을 제공하기 위하여 제공된다. 구동 수단은 또한 다시 말해서, 베이스(430)를 통해 에지 방출 소자(402)를 구동하기 위해 제공된다.
본원에 도시된 바와 같이, 에지 방출 소자 각각은 개별 발광 에지(에지(420)경우와 같음)와, 2개의 넓은 비-방출 표면(표면(422)의 경우와 같음)을 포함하는데, 열은 비-방출 표면으로부터 열 추출기(408)를 통해 추출 및 발산될 수 있다.
도 5에 도시된 실시예에서, 열 추출기(408)는 히트 싱크, 즉 금속 판 또는 금속 구조(예컨대, 구리, 알루미늄, 질화 알루미늄, 텅스텐-구리 등)를 포함하고, 개별 에지 방출 소자(402)를 히트 싱크 베이스(425)에 결합시킨다. 본 분야의 숙련자는, 열 추출기(408) 및/또는 히트 싱크 베이스(425)는 능동 및/또는 수동 냉각 시스템 등의 추가 열 관리 시스템이 되어, 원하는 또는 최적의 동작 온도에서 에지 방출 소자(402)의 동작을 한층 더 제어 및 관리할 수 있게 된다는 것을 쉽사리 이해할 것이다. 본 분야의 숙련자는, 또한 에지 방출 소자 각각에 대한 열적으로 및/또는 전기적으로 구분된 열 추출기가 또한 본 명세서의 일반적 범위 및 특징 내에 서 고려될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
광원(400)은 또한 에지 방출 소자(402)를 구동하기 위한 구동 수단(예컨대, 베이스(430)를 통해 제공됨)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 에지 방출 소자(402)는 각자의 파장에서, 일반적으로 각자의 방출 스펙트럼에 따른 광을 방출한다. 예를 들어, 광원(400)은 3개의 에지 방출 소자(402), 즉 적색 에지 방출 소자, 녹색 에지 방출 소자 및 청색 에지 방출 소자로 이루어지고, 에지 방출 소자 각각의 출력은 반사기(416), 렌즈(417) 및 확산기(419)를 통해 수집 및 혼합되어 결합된 출력 스펙트럼, 이 예시에서는, 선택적으로 백색 광을 제공한다.
도 5의 실시예에서, 에지 방출 소자는 예를 들어, 이웃하는 에지 방출 소자의 열 추출기 사이의 간격에 의해, 서로 독립적으로 구동되는 것이 용이해질 수 있다.
다른 실시예에서는, 복수의 에지 방출 소자가 컬러마다 제공되는데, 특정 컬러의 소자들이 모두 예컨대, 동일한 한 쌍의 열 추출기 사이에 위치될 수 있다. 일반적으로, 이 실시예에서는 에지 방출 소자의 2차원(2D) 어레이의 배치를 제공할 수 있다.
예시 5:
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스택 발광 구조(500)를 도시한다. 스택 발광 구조(500)는, 일반적으로 도 1 및 도 2의 광원(110), 도 3의 광원(200), 도 4의 광원(300), 및 도 5의 광원(400)의 경우에서와 같은, 구동 수단을 갖는 광 원 및 다른 이러한 광원에 사용되기 위한 것이고, 일반적으로 4개의 에지 방출 소자(소자(502)의 경우와 같음)와, 이들 에지 방출 소자에 열 결합되는 다수의 추출기(추출기(508)의 경우와 같음)를 포함한다.
본원에 도시된 바와 같이, 에지 방출 소자 각각은 하나의 개별 발광 에지(에지(520)의 경우와 같음)와, 2개의 넓은 비-방출 표면(표면(522)의 경우와 같음)을 포함하고, 열은 비-방출 표면으로부터 열 추출기(508)를 통해 추출 및 발산될 수 있다. 발광 에지(520)의 대향 에지 각각은, 반사성 있는 코팅제(521)로 코팅됨으로써, 에지(520)들 각자로부터 방출을 동작적으로 증가시킨다. 비-반사(anti-reflection) 코팅제가 또한 에지(520) 상에 제공되어 에지의 방출 효율을 더 증가시킬 수 있다.
도 6의 도시된 실시예에서, 열 추출기(508)는 히트 싱크, 즉 금속 판 또는 금속 구조(예컨대, 구리, 알루미늄, 질화 알루미늄, 텅스텐-구리 등)를 포함하며, 인접한 에지 방출 소자의 인접한 비-방출 표면(522)에 결합한다. 또한, 열 추출기는, 히트 파이프(heat pipes) 또는 마이크로채널 냉각기(microchannel coolers) 등을 포함하여, 유사한 효과를 제공할 수 있다. 본 분야의 숙련자는, 열 추출기는 능동 및/또는 수동 냉각 시스템 등의 추가 열 관리 시스템에 이르도록 구성되어, 원하는 및/또는 최적의 동작 온도에서 에지 방출 소자의 동작을 한층 더 제어 및 관리할 수 있게 된다는 것을 쉽사리 이해할 것이다. 본 분야의 숙련자는, 또한 에지 방출 소자 각각에 대한 열적으로 및/또는 전기적으로 구분된 열 추출기가 또한 본 명세서의 일반적 범위 및 특징 내에서 고려될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
스택 발광 구조가 예컨대, 열 추출기(508)를 따라서 배치되거나 또는 열 추출기(508) 내에 통합되는 한 세트의 리드(lead)(도시 생략)를 통해 구동되는 경우, 스택 발광 구조의 에지 방출 소자들은 각자의 파장에서, 일반적으로 각자의 방출 스펙스럼에 따른 광을 방출한다. 예를 들어, 스택 발광 구조(500)는 4개의 에지 방출 소자(502), 즉 적색 에지 방출 소자, 황색 에지 방출 소자, 녹색 에지 방출 소자 및 청색 에지 방출 소자로 이루어진다. 적절한 광학계를 사용하여 에지 방출 소자 각각의 출력을 결합함으로써, 다양한 효과, 몇몇을 거론하자면, 색 혼합(colour mixing), 빔 성형(beam shaping), 및/또는 일시적인 변동 패턴 등의 효과가 일어날 수 있다.
예시 6:
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 측방향의 스택 발광 구조(a laterally stacked light-emitting structure)(600)를 도시한다. 발광 구조(600)는 일반적으로 도 1 및 도 2의 광원(100), 도 3의 광원(200), 도 4의 광원(300), 및 도 5의 광원(400)에서와 같이, 구동 수단을 갖는 광원 및 다른 이러한 광원에 사용하기 위한 것이며, 일반적으로 발광층(602)을 형성하는 에지 방출 소자들의 어레이 층(layerd array)와, 에지 방출 소자에 결합되는 열 추출기 층(608 및 610)을 형성하는 실질적으로 평면의 2개의 히트 싱크를 포함한다. 발광 구조(600)는 또한 통합 렌즈(617)(통합 렌즈(617) 뒤에 배치된 에지 방출 소자를 식별하기 위해 여기에서는 부분적으로 잘려진 것으로서 도시됨) 등의 통합 출력 광 수단(integrated output optical means)을 포함하여, 발광층(602)의 에지 방출 소자에 의해 방출되는 광을 결합 및/또는 재지향할 수 있다.
본원에 도시된 바와 같이, 에지 방출 소자 각각은 각자의 개별 발광 에지(에지(620)의 경우와 같음), 2개의 넓은 비-방출 표면(표면(622)의 경우와 같음)을 포함하고, 열은 비-방출 표면으로부터 열 추출기 층(608 및 610)을 통해 추출 및 발산될 수 있다. 발광 에지(620)의 대향 에지 각각은 반사성 있는 코팅제로 코팅됨으로써, 에지(620) 각자로부터의 방출을 동작적으로 증가시킨다. 방출 에지와 직각인 에지들도 예컨대, 손실(loss)을 줄이기 위해 반사성 있게 코팅될 수 있다. 비-반사 코팅제가 또한 방출 효율을 더 증가시키기 위해 에지(620) 상에 제공될 수 있다.
구동 시에, 발광 구조(600)의 에지 방출 소자는 각자의 파장에서, 일반적으로 각자의 방출 스펙스럼에 따른 광을 방출할 수 있다. 적절한 광학계를 사용하여 발광층 각각의 출력을 결합함으로써, 다양한 원하는 빔 특성이, 예컨대, 색도(chromaticity) 및/또는 빔 분산(beam distribution)으로 생성될 수 있다. 또한, 전술된 바와 같이, 발광층(602)의 에지 방출 소자 각각은 실질적으로 동일한 또는 유사한 방출 스펙트럼에 따라 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 이런 구성은, 단일 광원에서 서로 다른 방출 스펙트럼을 갖는 서로 다른 스택 발광 구조들을 결합하는 경우, 또는 다시 말해서 단일 출력 광원을 원하는 경우에 유용할 수 있다.
예시 7:
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 2차원의 스택 발광 구조(2 dimensionally stacked light-emitting structure)(700)를 도시한다. 스택 발광 구조(700)는 일반적으로 도 1 및 도 2의 광원(100), 도 3의 광원(200), 도 4의 광원(300), 및 도 5의 광원(400)에서와 같이, 구동 수단을 갖는 광원, 및 다른 이러한 광원에 사용하기 위한 것이고, 일반적으로 에지 방출 소자의 2개 이상의 어레이 층(즉 발광층(702, 704 등)을 형성함)과, 이들 발광층에 열 결합되는 다수의 열 추출기(즉 열 추출기 층(708, 710, 712 등)을 형성함)를 포함한다.
본원에 도시된 바와 같이, 에지 방출 소자 각각은 각자의 개별 발광 에지(에지(720)의 경우와 같음), 및 2개의 넓은 비-방출 표면(표면(722)의 경우와 같음)을 포함하고, 열은 비-방출 표면으로부터 열 추출기 층(708, 710, 712 등)을 통해 추출 및 발산될 수 있다. 발광 에지(720)의 대향 에지 각각은 반사성 있는 코팅제로 코팅됨으로써, 에지(720)들 각자로부터의 방출을 동작적으로 증가시킨다. 비-반사 코팅제가 또한 방출 효율을 더 증가시키기 위해 에지(720) 상에 제공될 수 있다.
도 8의 도시된 실시예에서, 열 추출기 층(708, 710, 712 등)은 히트 싱크 등으로 이루어지고, 인접한 에지 방출층(702, 704 등)의 인접한 비-방출 표면(722)에 열 결합한다.
구동 시에, 스택 발광 구조(700)의 에지 방출 소자는 각자의 파장에서, 일반적으로 각자의 방출 스펙트럼에 따른 광을 방출한다. 예를 들어, 스택 발광 구조(700)는 각각이 소정의 파장의 광을 방출하는 2개 이상의 발광층(702, 704 등)으 로 이루어진다. 적절한 광학계를 이용하여 발광층 각각의 출력을 결합함으로써, 다양한 효과, 몇몇을 거론하자면, 색 혼합, 빔 성형(beam shaping), 및 일시적인 변동 패턴 등이 생성될 수 있다. 또한, 전술된 바와 같이, 발광층 각각은 실질적으로 동일한 또는 유사한 방출 스펙트럼에 따른 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 이런 구성은 단일 광원에서 서로 다른 방출 스펙트럼을 갖는 서로 다른 스택 발광 구조들을 결합하는 경우, 또는 다시 말해서 하나의 파장 또는 공통 스펙트럼(common spectrum) 광원을 원하는 경우에 유용할 수 있다.
예시 8:
도 9는 하나 이상의 다이오드를 원하는 결합된 출력을 제공하도록 직렬, 병렬, 혹은 직렬/병렬 조합으로 배치하는 경우(다이오드의 배선도의 예들은 도 16A 내지 도 16D에 도시됨)에서와 같이, 광원(800)의 개별 에지 방출 소자(개략적으로 블록(802)으로 도시됨)의 출력을 제어 및 관리하도록 동작가능한 피드백 제어 시스템(850)을 포함하는 광원(800)을 나타낸 도면을 제공한다. 의 도식적 표현을 제공한다. 피드백 시스템(850)은 예컨대, 다양한 광/전기 감시 수단(예컨대, 광원 센서(들)(860))을 통해, 에지 방출 소자(802) 각각의 출력, 또는 에지 방출 소자 그룹 각각의 출력을 감시하고, 원하는 결합된 출력을 제공하는 소정의 범위 내의 출력을 각각 유지하도록 예컨대, 에지 방출 소자(802) 각각, 또는 에지 방출 소자 그룹 각각에 대한 개별 구동 수단을 조정하는 피드백 루프를 구동 및 제어 시스템(890)에 제공하도록 설계될 수 있다.
이 예시에서, 광원(800)은 일반적으로 광원(800)에 전력을 공급하는 외부 전력원(power source)(880)을 더 포함하며, 이런 제공된 전력은 구동 및 제어 시스템(890)에 의해 규제(regulate)된다. 이런 전력 규제는 공급되는 외부 전력을 원하는 입력 전력 레벨로 변환하는 것을 포함할 수 있고, 이 입력 전력 레벨은 예컨대, 광원(800) 내의 에지 방출 소자(802)의 특성에 기초하여 결정될 수 있다. 전력 변환 외에, 구동 및 제어 시스템(890)은 에지 방출 소자(802)로의 제어 신호 전송을 제어함으로써, 이들 에지 방출 소자의 활성화를 제어하기 위한 수단을 제공할 수 있다. 구동 및 제어 시스템(890)은 광원(800) 내에서 예컨대, 피드백 시스템(850)으로부터 입력 데이터를 수신할 수 있고/있거나 다른 광원 또는 다른 제어 장치로부터 외부 입력 데이터를 수신할 수 있다. 광 통신 포트(895)에 의해, 구동 및 제어 시스템(890)에는 광원(800)으로의 신호 입력 기능 및 광원(800)으로부터 신호 출력 기능이 각각 제공된다.
광원(800) 내의 피드백 시스템(850)은 하나 이상의 검출기 또는 다른 유사한 장치 형태를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광 센서(860) 및/또는 열 센서(870)는 피드백 시스템(850)에 통합될 수 있다. 광 센서(860)는, 발광 소자(802)에 의해 생성되는 일루미네이션의 광속 및 조도에 관한 것일 수 있으며, 부가적으로 예컨대, 주변 일광 판독(ambient daylight reading)에 관한 것일 수 있는 정보를 검출하고, 이 정보를 구동 및 제어 시스템(890)에 제공할 수 있다. 이런 형태의 정보에 의해, 구동 및 제어 시스템(890)은 광원(800) 내의 발광 소자(802)의 활성화를 변경할 수 있어, 원하는 일루미네이션을 생성하게 된다. 열 센서(870)는 예컨대, 발광 소자(802)가 실장되는 기판의 온도, 하나의 발광 소자(802)의 온도 또는 각 발광 소자(802)의 온도 및/또는 광원(800) 자체 내의 온도를 검출할 수 있다. 이 온도 정보는 구동 및 제어 시스템(890)에 전달됨으로써, 예컨대 과열로 인한 발광 소자(802)의 열 손상을 감소시켜 발광 소자의 수명을 증대하기 위해서 발광 소자(802)의 활성화를 변경할 수 있다.
열 전도 시스템(808)으로서 본원에 도시된 열 관리 시스템은, 에지 방출 소자(802)에 의해 생성된 열을 히트 싱크 또는 다른 열 발산 장치(heat dissipation devcie)에 전달하기 위한 시스템을 제공한다. 열 관리 시스템(808)은 일반적으로 발광 소자(802)와의 밀접한(intimate) 열 접촉을 포함하고, 열이 발광 소자(802)로부터 멀리 전달되도록 소정의 열 경로를 제공한다. 선택적으로, 열 관리 시스템(808)은 구동 및 제어 시스템(890)으로부터 멀리 열을 전달하기 위한 수단을 더 제공할 수 있다.
광학계(optical system)(816)는 발광 소자(802)에 의해 생성되는 일루미네이션을 수신하고, 이 일루미네이션의 효율적인 광학적 조작을 행하기 위한 수단을 포함한다. 광학계(816)는 발광 소자(802)에 의해 광속의 수집 및/또는 콜리메이션을 행하기 위한 수단을 제공할 수 있고, 예컨대 복수의 발광 소자(802)의 방출광의 색 혼합을 제공할 수 있다. 광학계(816)는 또한 광원(800)으로부터 나오는 광의 공간적 분산을 제어할 수 있다. 또한, 광학계(816)는, 광원(800)에 의해 발생된 일루미네이션의 특성을 나타내는 피드백 신호가 생성되도록 하기 위하여, 일루미네이션의 일부를 광 센서(860)에 지향시키기 위한 수단을 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 광원(800)의 구동 및 제어 시스템(890)은 다른 외부 광원 및 외부 제어 시스템과는 독립적으로 동작할 수 있다.
다른 실시예에서, 구동 및 제어 시스템(890)은 광 통신 포트(895)를 통해 다른 광원 또는 외부 제어 시스템으로부터 입력 데이터를 수신할 수 있고, 이런 데이터는 예컨대, 상태 신호, 조명 신호, 피드백 정보 및 동작 커맨드를 포함할 수 있다. 구동 및 제어 시스템(890)은 동등하게 이런 외부적으로 수신된 데이터, 또는 내부적으로 수집 혹은 발생되는 데이터를 다른 광원 또는 외부 제어 시스템에 전송할 수 있다. 이런 정보의 전송은 예컨대, 구동 및 제어 시스템(890)에 결합된 광 통신 포트(895)에 의해 가능하게 될 수 있다.
본 분야의 숙련자는, 피드백 제어 시스템의 다양한 유형 및 구성이 본 명세서의 일반적 범위 및 특징 내에서 본 문맥에 사용될 수 있다.
예시 9:
도 10에는, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 3개의 에지 방출 소자(902)를 포함하는 광원(900)의 단면도가 제공되며, 상기 3개의 에지 방출 소자(902)는 한 세트의 열 추출기(908)(예컨대, 도 15B의 열 추출기(1208') 참조) 사이에 열 결합되어 동작하며, 열 추출기 각각이 스택 구조로 서로 열 결합되어 있다.
이 예에서, 열 추출기는 열 전도 및 전기 절연물(930)로 코팅된 금속 구조를 포함할 수 있다. 도 10에서, 각 에지 방출 소자(902)는 좌측의 열 추출기(908)에 실장되고, 전기 및 열 전도 페이스트(932), 또는 다른 이러한 열 및 전기 접속을 통해, 우측의 열 추출기(908)(예컨대, 개별 에지 방출 소자가 실장되는 인접한 열 추출기 층)에 결합된다. 최우측의 열 추출기(908)는 스택 구조를 완성한다.
광원(900)은 본원에 제공된 개별 홀들을 통해 열 추출기 각각에 열 결합되는 히트 파이프(940)를 더 포함하는데, 상기 개별 홀을 통해 히트 파이프(940)가 배치될 수 있다. 히트 파이프(940)는 일반적으로 심지(wick)(942)를 포함하도록 구성되고, 열 전도 및 전기 절연체(944)로 코팅됨으로써, 전기 접속에 영향을 주지 않고 열 추출기(908)로부터의 열 추출을 가능하게 한다. 일 실시예에서, 히트 파이프(904)의 원단(remote end)(946)은 히트 싱크 등의 열 발산 수단에 연결된다. 본 분야의 숙련자에게 분명한 다른 열 발산 시스템 및 구성이, 본 명세서의 일반적 범위 및 특징 내에서 이 예시에서 고려될 수 있음을 이해해야 한다.
본 예시의 광원(900)은 에지 방출 소자(902)의 광 출력(950)을 인터셉트(intercept)하여 원하는 출력을 제공하기 위한 렌즈렛 어레이(lenslet array)(916)를 더 포함한다. 본 분야의 숙련자에게 분명한 렌즈렛 어레이(916)의 다양한 위치지정 및 배치가, 본 문맥에서 사용가능한 다양한 다른 광 소자의 경우에서와 같이, 본 명세서의 일반적 범위 및 특징 내에서 본원에서 고려될 수 있음이 이해되어야 한다.
이 예시에서, 스택 구조는 전기적으로 직렬로 배치되고, 전력은 최좌측 열 추출기(908) 및 최우측 열 추출기(908)를 통해 스택 구조에 공급된다. 본 분야의 숙련자는, 인접한 열 추출기(908)를 링크하기 위해 전기적으로 절연성 및/또는 전기적으로 전도성이 있는 접속부와 물질의 서로 다른 결합을 사용함으로써, 다른 배 선 구조가 가능하다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 에지 방출 소자(902) 각각은 개별 구동 수단을 통해 독립적으로 구동될 수 있거나, 병렬로 구동될 수 있거나, 또는 예컨대 직렬로 구동되는 에지 방출 소자들의 다양한 병렬 그룹 및/또는 서브그룹으로 구동될 수 있다.
예시 10:
도 11 및 도 12를 참조해 보면, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 에지 방출 소자(1002)의 연속되는 층을 포함하는 광원(1000)(도 11을 참조)이 제공되며, 상기 에지 방출 소자는 연속되는 환형 열 추출기(1008) 주위에 배치되고, 이들 환형 열 추출기 사이에 결합하여 동작한다. 예를 들어, 열 추출기(1008)는 여러 개의 에지 방출 소자(1002)가 실장되는 금속성 링(metallic rings)을 포함할 수 있다. 에지 방출 소자(1002)의 상부면들은 예컨대, 와이어 본딩(wire bonding) 및 전도 트레이스(conductive traces)(1030)를 통해 연결될 수 있고, 반면에 환형(annulus)의 하부면(1032)은 예컨대 전기적 절연층으로 덮인다. 슬롯(1034)을 통과하는 전기 와이어는 에지 방출 소자(1002)를 구동하기 위한 트레이스(1030)에 연결될 수 있다.
광원(1000)은 또한 심지(1042)와 열 전도 및 전기 절연 외부층(1044)을 포함하는 히트 파이프(1040)를 포함할 수 있다. 예시 9에 도시된 바와 같이, 히트 파이프(1040)는 히트 싱크 등의 열 발산 수단에 관련될 수 있다. 다른 열 발산 시스템 및 구성이, 본 분야의 숙련자에게 분명한 바와 같이, 본 명세서의 일반적 범위 및 특징 내에서 이 예시에서 고려될 수 있음을 이해해야 한다.
본 예시의 광원(1000)은 또한 에지 방출 소자(1002)로부터 방사상으로 방출되는 광을 재지향 및 콜리메이팅하도록 구성 및 배치되는 파라볼릭 반사기(1016) 및/또는 다른 이러한 광 출력 소자를 포함한다.
에지 방출 소자(1002) 각각이 실질적으로 동일한 스펙트럼을 갖는 광을 방출하도록 구성되거나, 또는 동일한 층 내에서 및/또는 층별로 서로 다른 스펙트럼을 갖는 광을 방출하도록 구성될 수 있음을 이해해야 한다. 이 예시에서, 동일한 제1 층, 제2 층, 제3 층의 각 에지 방출 소자가 적색, 녹색, 및 청색 광을 각각 방출하도록 구성될 수 있음을 이해해야 한다.
도 11 및 12의 예시에 대한 여러 가능한 대안 중 하나를 도시하는 도 13을 참조해 보면, 광원(1000')은 세라믹 링 등의 전기적으로 절연성이 있는 열 추출기(1008')를 포함하는데, 열 추출기(1008')의 상부면 및 하부면 각각은 에지 방출 소자(1002')에 전력을 공급하기 위한 전기적으로 전도성이 있는 트레이스(1030')를 포함한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 연속되는 복수의 열 추출기 및 에지 방출 층을 적층함으로써(stack), 에지 방출 소자(1002')의 넓은 명목상의 비-방출 표면 양쪽을 통해 열을 효율적으로 추출할 수 있다.
예시 11:
도 14를 참조해 보면, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 복수의 에지 방출 소자(1102)를 포함하는 스택 발광 구조(1100)의 부분도가 도시되어 있으며, 에지 방출 소자(1102) 각각은 다른 방출 에지(1160)에 배치되어 있는 완전 내부 반사 소 자(a total internal reflection element)(1150)를 포함하며, 이 소자(1150)는 방출 에지(1160)에 인접한 에지 방출 소자(1102)의 넓은 명목상의 비-방출 표면(1180)의 작은 일부(1170)의 외부로, 이 에지로부터 방출되었을 광을 재지향시킨다. 따라서, 에지 방출 소자(1102)로부터 광은 에지 방출 소자(1102)의 방출 에지를 통해 방출될 수 있는데, 이 실시예에서, 방출 에지는 다른 비-방출 표면의 일부를 향하여 생성된 광에 대한 반사를 제공하여 광이 방출되게 한다. 스택 구조는 또한 에지 방출 소자(1102)가 개재된(interleaved) 복수의 열 추출기를 포함하고, 열을 추출하여, 본 분야에서 알려져 있는, 선택적으로 하나 이상의 열 발산 메커니즘 및/또는 시스템을 통해, 열이 발산되게 한다.
예시 12:
도 17을 참조해 보면, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 에지 방출 소자(1402)의 1차원(1D) 또는 선형 어레이(1400)가 도시되어 있으며, 에지 방출 소자 각각은 넓은 명목상의 비-방출 표면을 통해, 하나의 열 추출기(1408)에 실장되어, 광은 에지 방출 소자(1402)의 작은 에지로부터 방출되는 동시에 열은 이런 넓은 표면을 통해 추출될 수 있게 된다. 본 어레이(1400)는 전술된 또는 앞서 나타낸 바와 같이, 다양한 다른 광 및/또는 열 관리 수단과 관련하여 사용되며, 이 어레이가 적응되는 소정의 광원에 관련하여 원하는 효과를 제공할 수 있다.
예시 13:
도 18을 참조해 보면, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 3개의 에지 방출 소자(1502)를 포함하는 광원(1500)이 제공되며, 이들 에지 방출 소자의 각자의 출력은 이러한 출력을 결합하기 위한 파장 선택적인 반사기(1590)로 지향된다. 도 18에 도시된 바와 같이, 이런 원리는 예컨대, 2차원(2D) 어레이 등의 다른 개수의 에지 방출 소자, 및 다른 어레이 구조에 적용될 수 있음을 이해해야 한다.
본 발명의 전술한 실시예들은 예시이며, 다양한 방식으로 변경될 수 있다. 이러한 현재 또는 미래의 변경은 본 발명의 정신 및 범위 내에 있는 것으로 간주되어야 하며, 본 분야의 숙련자에게 분명한 모든 이러한 수정은 하기의 청구 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (21)

  1. 일루미네이션을 제공하기 위한 광원으로서,
    각각이 개별적으로 2개의 실질적으로 대향되는 표면에 인접한 하나 이상의 발광 에지를 포함하는 하나 이상의 에지 방출 소자 - 상기 실질적으로 대향되는 표면의 면적은 상기 하나 이상의 발광 에지의 영역보다 큼 -;
    하나 이상의 열 추출기 - 상기 하나 이상의 에지 방출 소자 각각의 상기 실질적으로 대향되는 표면 중 하나 이상은, 열을 추출하도록 구성되는 상기 열 추출기들 중의 개별 열 추출기에 열 결합됨 - ; 및
    상기 일루미네이션을 제공하도록 상기 하나 이상의 발광 에지를 통해 광을 방출하는 상기 하나 이상의 에지 방출 소자를 구동하기 위한 구동 수단
    을 포함하는 일루미네이션을 제공하기 위한 광원.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광원은 방출된 광을 재지향(redirecting)하여 상기 일루미네이션을 제공하기 위한 출력 광학계(output optics)를 포함하는 일루미네이션을 제공하기 위한 광원.
  3. 제2항에 있어서, 상기 광원은 2개 이상의 상기 발광 소자를 포함하고, 상기 출력 광학계는 결합된 광 효과(a combined optical effect)를 생성하도록 상기 발광 소자의 개별 출력을 혼합하도록 구성되는 일루미네이션을 제공하기 위한 광원.
  4. 제3항에 있어서, 상기 발광 소자는 2개 이상의 방출 스펙트럼을 생성하도록 구성되고, 상기 출력 광학계는 상기 2개 이상의 방출 스펙트럼을 혼합(mix)하여 상기 결합된 광 효과를 생성하도록 구성되는 일루미네이션을 제공하기 위한 광원.
  5. 제4항에 있어서, 상기 발광 소자는 하나 이상의 적색 발광 소자, 하나 이상의 황색 발광 소자, 하나 이상의 녹색 발광 소자, 및 하나 이상의 청색 발광 소자 중의 하나 이상을 포함하고; 상기 출력 광학계는 상기 방출 스펙트럼을 혼합하여 실질적으로 백색 광을 생성하도록 구성되는 일루미네이션을 제공하기 위한 광원.
  6. 제2항에 있어서, 상기 하나 이상의 발광 소자 중의 하나 이상은 2개의 발광 에지를 포함하고, 상기 출력 광학계는 두 상기 발광 에지로부터 방출되는 광을 재지향 및 결합하여 상기 일루미네이션을 제공하도록 구성되는 일루미네이션을 제공하기 위한 광원.
  7. 제2항에 있어서, 상기 하나 이상의 발광 소자의 적어도 일부의 상기 하나 이상의 발광 에지는, 발광 축이 상기 광원의 광 축과 실질적으로 직각을 이루도록 방향지워지고(oriented), 상기 광학계는 상기 광원의 상기 광 축을 따른 상기 방출된 상기 광을 재지향하도록 구성되는 일루미네이션을 제공하기 위한 광원.
  8. 제1항에 있어서, 상기 광원은 스택 발광 구조(a stacked light-emitting structure)를 포함하고, 상기 스택 발광 구조는 각각이 하나 이상의 상기 열 추출기를 포함하는 2개 이상의 열 추출기 층, 및 각각이 하나 이상의 상기 발광 소자를 포함하며 상기 열 추출기 사이에 삽입(intercalate) 배치되어 동작하는 하나 이상의 발광층을 포함하는 일루미네이션을 제공하기 위한 광원.
  9. 제1항에 있어서, 상기 광원은 실질적으로 선형 어레이로 배치되는 2개 이상의 발광 소자를 포함하고, 상기 실질적으로 선형 어레이는 상기 광원의 광축과 실질적으로 직각으로 지향되는 일루미네이션을 제공하기 위한 광원.
  10. 제1항에 있어서, 상기 광원의 동작적 특성을 감지(sensing)하고, 이에 따라 상기 일루미네이션의 소정의 특성을 실질적으로 유지하기 위해 상기 구동 수단을 조정하기 위한 피드백 시스템을 더 포함하는 일루미네이션을 제공하기 위한 광원.
  11. 발광 구조를 구동하기 위한 구동 수단을 포함하는 일루미네이션 광원에 사용되기 위한 발광 구조로서,
    연속되는 열 추출기 층 사이에 각각 삽입되는 2개 이상의 발광 층 - 상기 발광층은 하나 이상의 에지 방출 소자를 포함하고, 상기 에지 방출 소자들 각각은 상기 에지 방출 소자를 상기 연속되는 열 추출기 층에 열 결합시키도록 구성되는 2개 의 실질적으로 대향되는 표면에 인접한 발광 에지를 포함하고, 상기 실질적으로 대향되는 표면들 면적은 상기 하나 이상의 발광 에지의 면적보다 큼 -
    을 포함하는 발광 구조.
  12. 제11항에 있어서, 하나 이상의 상기 에지 방출 소자는 상기 하나 이상의 에지 방출 소자 중의 적어도 다른 하나와는 다른 컬러의 광을 방출하도록 구성되는 발광 구조.
  13. 제12항에 있어서, 상기 발광층들 중의 소정의 발광층의 상기 하나 이상의 에지 방출 소자는 동일한 컬러의 광을 방출하도록 구성되고, 상기 발광층들 중의 다른 발광층의 상기 하나 이상의 에지 방출 소자 각각은 동일한 다른 컬러의 광을 방출하도록 구성되는 발광 구조.
  14. 제13항에 있어서, 각각이 개별 컬러의 광을 방출하도록 구성되는 하나 이상의 에지 방출 소자를 포함하는 3개 이상의 발광층을 포함하는 발광 구조.
  15. 제14항에 있어서, 하나 이상의 적색 발광층, 하나 이상의 녹색 발광층 및 하나 이상의 청색 발광층을 포함하는 발광 구조.
  16. 제14항에 있어서, 하나 이상의 적색 발광층, 하나 이상의 황색 발광층, 하나 이상의 녹색 발광층, 및 하나 이상의 청색 발광층을 포함하는 발광 구조.
  17. 제11항에 있어서, 상기 발광 구조는 상기 구동 수단에 결합하여 동작하도록 구성된 구동 리드(driving leads)를 포함하고, 상기 구동 리드는 적어도 2개의 상기 열 추출기 층을 따라 배치되며, 상기 열 추출기 층 사이에 배치된 상기 발광 소자에 구동을 위해 동작적으로 결합되는 발광 구조.
  18. 제17항에 있어서, 상기 구동 리드는, 상기 열 추출기 층 중의 최외측 열 추출기를 따라 배치되며 상기 열 추출기 층 사이에 배치된 상기 에지 방출 소자를 구동하도록 구성되는 발광 구조.
  19. 제17항에 있어서, 상기 구동 리드가 상기 열 추출기 층 사이에 서로 독립적으로 에지 방출 소자들을 선택적으로 구동하기 위해, 상기 열 추출기 층 중의 선택된 열 추출기를 따라 배치됨으로써, 상기 스택 발광 구조의 상기 발광 에지 소자는 적어도 부분적으로 병렬로 구동되는 발광 구조.
  20. 제17항에 있어서, 상기 구동 리드는, 상기 열 추출기 층으로부터 전기적으로 아이솔레이팅되며, 상기 구동 리드는 상기 열 추출기 층을 따라 열 전도성이 있고 전기적으로 아이솔레이팅되는 결합 매질(a thermally conductive and electrically isolating coupling medium)을 통하여 각각 배치되는 발광 구조.
  21. 제12항에 있어서, 상기 발광 구조는, 동일한 컬러의 에지 방출 소자들에 의해 방출되는 광의 강도가 소정의 결합된 실질적으로 배색 광 출력을 생성하도록 다른 컬러의 에지 방출 소자들에 의해 방출되는 광의 강도에 관련하여 제어되도록, 상기 광원의 구동 수단에 의해 동작가능하게 제어되도록 구성되는 발광 구조.
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