KR20090080086A - 조명 시스템, 조명 기구 및 표시 디바이스 - Google Patents

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렌 티. 베그
잔 브로에레
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코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 조명 시스템, 이 조명 시스템을 포함하는 조명 기구 및 표시 디바이스(200)에 관한 것이다. 조명 시스템(100, 101)은 발광 다이오드(D1, D2), 광 출구 창(105), 및 발광 다이오드와 광 출구 창 사이에 배치된 발광 층(120)을 포함한다. 발광 다이오드는 제1 원색의 광(72, 75)을 방사한다. 발광 층은 발광 다이오드와 광 출구 창 사이에 배치되어, 발광 다이오드에 의해 방사된 광의 일부를 제2 원색의 광으로 변환한다. 발광 층은, 적어도 루테튬, 세륨, 실리콘 및 질소를 포함하는 가닛 발광 물질(73)을 포함하거나, 혹은 적어도 루테튬 및 세륨을 포함하는 가닛 발광 물질(70)과, 적어도 세륨과, 이트륨 및 가돌리늄을 포함하는 그룹의 적어도 하나의 엘리먼트를 포함하는 가닛 발광 물질(71, 74)의 결합물을 포함한다. 광 출구 창은, 조명 시스템에 의해 발생된 광을 표시 디바이스로 방사한다.
발광 다이오드, 조명 시스템, 가닛 발광 물질, 광 출구 창, 표시 디바이스

Description

조명 시스템, 조명 기구 및 표시 디바이스{ILLUMINATION SYSTEM AND DISPLAY DEVICE}
본 발명은 발광 다이오드, 광 출구 창(light exit window) 및 발광 층(luminescent layer)을 포함하는 조명 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 또한 조명 기구(luminair) 및 표시 디바이스에 관한 것이다.
이러한 조명 시스템들은 원래 공지되어 있다. 이들은, 특히, 예를 들면 사무실 조명 혹은 상점 조명, 예를 들면, 상점 윈도우 조명, 혹은 아이템들, 예를 들면 보석이 디스플레이되는 유리로 된 (투명 혹은 반투명) 플레이트, 혹은 유리 혹은 (투명한) 합성 수지로 된 (투명한) 플레이트의 조명을 위한 일반적 조명 용도를 위한 조명 기구로서 이용된다. 또한, 이러한 조명 시스템들은, 예를 들면 신호계(signage), 윤곽 조명, 및 광고 게시판에 적용되는 대형 직시 발광 패널들(large-area direct-view light emitting panels) 등을 위한 일반적 조명 용도에 이용된다.
이러한 공지된 조명 시스템들은 또한 (이미지) 표시 디바이스들에서의 백라이트 방사 패널들로서 이용된다. 이러한 조명 시스템들은, 예를 들어 텔레비전 수상기들, (컴퓨터) 모니터들, (무선) 전화기들 및 휴대용 디지털 보조 장치에서 이 용되는 액정 표시 디바이스들(LCD 패널들이라고도 칭해짐) 등의 비발광 디스플레이들에서의 조명원(illumination source)으로서 이용되는 것이 특히 적절할 수 있다. 조명 시스템들은 또한, 예를 들면 이미지들을 투사하거나 혹은 텔레비전 프로그램, 필름, 비디오 프로그램 혹은 DVD 등을 디스플레이하기 위한 디지털 프로젝터, 혹은 소위 비머(beamer) 등의 프로젝션 시스템들에서도 이용될 수 있다.
이러한 조명 시스템은, 예를 들면 EP 1 521 235 A2에 개시되어 있다. 이 조명 시스템은, 조명 시스템의 후면 패널(rear panel) 상에 배치된 발광 다이오드들(LED들로도 칭해짐)의 2차원 어레이를 포함한다. 상기 인용 문헌 내의 조명 시스템의 일 실시예에서, LED들 모두는 실질적으로 동일한 색, 예를 들면 원색 청색의 광을 방사한다. 이 조명 시스템은 또한, 조명 시스템의 커버 플레이트(cover plate) 상에 배열되는 색 변환 인광체 층을 포함하여서, 소위 리모트 인광체 구성(remote phosphor configuration)을 이루게 된다. 인광체 층은, 예를 들면 원색 청색의 광을 원색 황색의 광으로 변환하는 인광체 이트륨 알루미늄 가닛(phosphor Yttrium Aluminum Garnet)(또한 YAG:Ce로도 표시됨)을 포함하는 균일한 층이다. 이 층은, 그 전체를 통해 분포되어 있는 균일한 밀도의 입자 혹은 발광 염료(luminescent dye)를 갖는 막일 수 있다. LED에 의해 방사되는 원색 청색의 광의 일부가 인광체 층에 의해 투과되어서, 황색 및 청색 광 성분들 양쪽 모두가 표시 디바이스에 투과되어 표시 디바이스를 조명하게 된다. 청색 LED들을 포함하는 이 조명 시스템은, 서로 다른 유형의 색 필터들을 갖는 넓은 범위의 서로 다른 디스플레이들에 이용될 수 있다. 인광체 층의 두께 및/또는 인광체 층 내의 인광체 의 농도를 변화시킴으로써, 조명 시스템에 의해 방사되는 광이 특정 LCD에 적합하게 되도록 최적화될 수 있다.
이러한 공지된 조명 시스템의 단점은, 표시 디바이스로부터 방사되는 광의 색 온도가 너무 낮다는 점이다.
본 발명의 목적은 개선된 색 온도를 갖는 조명 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 이 목적은,
제1 원색의 광을 방사하는 발광 다이오드;
조명 시스템으로부터의 광을 방사하기 위한 광 출구 창; 및
발광 다이오드 및 광 출구 창 사이에 배치되어 발광 다이오드에 의해 방사되는 광의 적어도 일부를 제2 원색의 광으로 변환하는 발광 층을 포함하는 조명 시스템에 의해 달성되며, 발광 층은 적어도 루테튬(Lutetium), 세륨(Cerium), 실리콘 및 질소를 포함하는 가닛 발광 물질을 포함하거나, 혹은 적어도 루테튬 및 세륨을 포함하는 가닛 발광 물질, 및 적어도 세륨과, 이트륨(Yttrium) 및 가돌리늄(Gadolinium)을 포함하는 그룹의 적어도 하나의 엘리먼트를 포함하는 가닛 발광 물질의 결합물을 포함한다.
본 발명에 따른 수단들의 효과는, 이트륨 알루미늄 가닛 발광 물질을, 적어도 루테튬, 세륨, 실리콘 및 질소를 포함하는 가닛 발광 물질, 혹은 적어도 루테튬 및 세륨을 포함하는 가닛 발광 물질, 및 적어도 세륨과, 이트륨 및 가돌리늄을 포함하는 그룹의 적어도 하나의 엘리먼트를 포함하는 가닛 발광 물질의 결합물로 교체함으로써, 이 발광 층에 의해 방사되는 원색 황색의 중심 파장이, 세륨 활성 이트륨 알루미늄 가닛(Cerium-activated Yittrium Aluminum Garnet)(YAG:Ce로도 칭해짐)만을 포함하는 발광 층에 의해 방사되는 원색 황색에 비해 더 짧은 파장으로 시프트된다. 원색 황색의 중심 파장의 이러한 시프트로 인해, 조명 시스템에 의해 방사되는 광의 원색 황색 및 원색 청색의 기여(contribution)에 기인한 색 포인트가 또한 더 짧은 파장으로 시프트되어, 조명 시스템에 의해 방사되는 광의 색 온도가 증가하게 된다.
적어도 루테튬, 세륨, 실리콘 및 질소를 포함하는 가닛 발광 물질, 혹은 적어도 루테튬 및 세륨을 포함하는 가닛 발광 물질, 및 적어도 세륨과, 이트륨 및 가돌리늄을 포함하는 그룹의 적어도 하나의 엘리먼트를 포함하는 가닛 발광 물질의 결합물을 이용할 때의 또다른 이점은, 이 발광 층에 의해 방사되는 원색 황색의 스펙트럼 성분이 증가되어, 조명 시스템을 포함하는 표시 디바이스의 색 영역(color gamut)이 비교적 커지게 된다는 것이다. 조명 시스템의 스펙트럼 성분은, 조명 시스템에 의해 방사되는 색들의 범위를 정의한다. 이들 발광 물질들을 이용할 때, 원색 황색의 방사 스펙트럼은, 공지된 발광 물질 YAG:Ce에 대하여 넓게 되며, 이로 인해, 조명 시스템에 의해 방사되는 광의 색들의 범위가 증가하게 되어, 조명 시스템의 스펙트럼 성분이 개선되게 된다. 조명 시스템이, 실리콘 질화물을 포함하는 발광 물질을 포함하는 실시예에서, 상기 실리콘 질화물의 추가로 인해, 실리콘 질화물이 없는 방사 스펙트럼에 비해 방사 스펙트럼이 넓어진다. 적어도 루테튬 및 세륨을 포함하는 가닛 발광 물질의 예는, 예를 들면 세륨 활성 루테튬 알루미늄 가닛(LuAG:Ce로도 표시됨)이다. 적어도 세륨과, 이트륨 및 가돌리늄을 포함하는 그룹의 적어도 하나의 엘리먼트를 포함하는 가닛 발광 물질의 예는, 예를 들면 세륨 활성 이트륨 알루미늄 가닛(YAG:Ce로도 표시됨)이다. 조명 시스템이 LuAG:Ce 및 YAG:Ce의 결합물을 포함하는 실시예에서는, 원색 황색의 방사 스펙트럼은 LuAG:Ce의 방사 스펙트럼 및 YAG:Ce의 방사 스펙트럼의 결합에 의해 넓게 된다. 발광 물질들 LuAG:Ce 및 YAG:Ce 양쪽 모두가, 황색 혹은 녹황색(또한 황색으로 칭해짐)으로 인식되는 광을 방사한다. 발광 물질 LuAG:Ce에 의해 방사되는 광의 방사 스펙트럼의 스펙트럼 가중화된 중심 파장(일반적으로 약 560 나노미터)인 중심 파장은, 발광 물질 YAG:Ce에 의해 방사되는 광의 중심 파장(일반적으로 약 590 나노미터)에 비해 더 짧은 파장으로 시프트된다. 두 개의 방사 스펙트럼을 결합하면, 예를 들어 약 580nm의 중심 파장을 갖는, 광의 방사 스펙트럼이 넓어진 원색 황색이 방사되게 된다. 조명계에 의해 방사되는 원색 황색의 더 넓은 방사 스펙트럼으로 인해 또한, 조명 시스템을 포함하는 표시 디바이스의 색 영역이 증가하게 되는데, 그 이유는 원색 황색의 더 넓은 방사 스펙트럼이 조명 시스템 및 표시 디바이스의 색 필터들에 의해 방사되는 광의 오버랩을 증가시키기 때문이다.
본 발명에 따른 조명 시스템의 색 영역은, LED에 의해 방사되는 원색 청색의 선택에 의해 부분적으로 결정된다. 조명 시스템의 색 온도는, LED에 의해 방사되는 원색 청색의 중심 파장을 더 긴 파장의 청색으로 시프트함으로써 증가될 수 있다. 그러나, LED에 의해 방사되는 광의 중심 파장의 시프트는 또한, 표준화된 EBU(European Broadcasting Union) 색 영역과 중첩되거나, 혹은 특히 자주색 영역에서 NTSC(National Television System Committee) 색 영역과 중첩되는 색 영역을 감소시킨다. 대안적으로는, YAG:Ce를, 실리콘 질화물을 포함하는 세륨 활성 루테튬 알루미늄 가닛(LuAGSN:Ce로도 칭해짐)으로 교체하거나, 혹은 LuAG:Ce를 YAG:Ce에 추가함으로써, 발광 층에 의해 방사되는 광의 중심 주파수가 녹색으로 시프트되어, 표시 디바이스의 비교적 넓은 색 영역을 유지하면서, 조명 시스템의 색 온도를 증가시키게 된다.
적어도 루테튬, 세륨, 실리콘 및 질소를 포함하는 가닛 발광 물질을 이용할 때의 추가의 이점은, 하나의 발광 물질이, 발광 층에 의해 방사되는 원색 황색의 중심 파장의 시프트가 조명 시스템의 색 온도를 증가시킬 수 있게 해주며, 이는 발광 층의 제조를 간단하게 해준다는 점이다.
적어도 루테튬 및 세륨을 포함하는 가닛 발광 물질, 및 적어도 세륨과, 이트륨 및 가돌리늄을 포함하는 그룹의 적어도 하나의 엘리먼트를 포함하는 가닛 발광 물질의 결합물을 이용할 때의 추가의 이점은, 이 결합물의 개별적인 발광 물질들의 농도 혹은 총량이 조정될 수 있어서, 조명 시스템에 의해 방사되는 광의 색 포인트의 조정이 가능하게 된다는 점이다. 이 조정은 예를 들면, LED에 의해 방사되는 원색 청색의 변동을 보정하는 데에 이용될 수 있다. 개별적인 발광 물질들의 농도를 조정함으로써, 조명 시스템에 의해 방사되는 광의 색 포인트가, 조명 시스템에 의해 방사되는 광이 실질적으로 항상 조명 시스템의 소정의 색 포인트에 대응하는 것을 보장하도록 조정될 수 있다. 이 조정은 또한 예를 들면, 조명 시스템을 표시 디바이스와 결합할 때 표시 디바이스의 색 필터의 변동을 보정하는 데에 이용될 수 있다. 추가적으로, 조명 시스템 내의 개별적인 발광 물질들의 농도의 조정은, 예를 들면, 표시 디바이스의 색 온도를 요구되는 레벨에 있도록 조정하는 데에 이용될 수 있다. 특정 표시 디바이스에서 이용되는 색 필터들은 공지되어 있기 때문에, 이 농도는, 표시 디바이스에 의해 방사되는 광의 색 온도가 소정의 디스플레이 색 온도에 대응하도록 선택될 수 있다.
조명 시스템의 일 실시예에서, 적어도 루테튬, 세륨, 실리콘 및 질소를 포함하는 가닛 발광 물질, 혹은 적어도 루테튬 및 세륨을 포함하는 가닛 발광 물질은 가돌리늄을 더 포함한다. 이 실시예의 이점은, 가돌리늄의 추가로 인해, 발광 물질이, 중심 파장이 가돌리늄이 없는 발광 물질들에 비해 더 긴 파장으로 시프트되는 광 방사 피크를 갖게 된다는 점이다. 가돌리늄의 추가로 인해, 조명 시스템의 색 포인트가 조정될 수 있는 범위가 증가하게 되며, 이에 따라 표시 디바이스의 색 온도가 조정될 수 있는 범위가 증가하게 된다.
조명 시스템의 일 실시예에서, 적어도 루테튬, 세륨, 실리콘 및 질소를 포함하는 가닛 발광 물질은, (Y3 -x- yLuxGdy)(Al5 - zSiz)(Ol2 - zNz):Ce로 표시되며, 여기서 0＜x≤3, 0≤y≤2.7, 0＜x+y≤3 및 0＜z≤2이며, 적어도 루테튬 및 세륨을 포함하는 가닛 발광 물질은 (Y3 -x- yLuxGdy)(Al5 - zSiz)(Ol2 - zNz):Ce로 표시되며, 여기서 0＜x≤3, 0≤y≤2.7, 0＜x+y≤3 및 0≤z≤2이며, 적어도 세륨을 포함하며, 이트륨 및 가돌리늄을 포함하는 그룹의 적어도 하나의 엘리먼트를 포함하는 가닛 발광 물질은, (Y3 -x-yLuxGdy)(Al5-zSiz)(Ol2-zNz):Ce로 표시되며, 여기서 0≤x＜3, 0≤y≤2.7, 0≤x+y≤3 및 0≤z≤2이다. 이 실시예에서, 서로 다른 발광 물질들 각각은, 첨자 x, y 및 z에 대한 요건이 서로 다른 하나의 공식에 의해 표시될 수 있다.
두 개의 발광 물질들의 결합물을 포함하는 조명 시스템의 일 실시예에서, 발광 층(120) 내의 두 개의 발광 물질들 중 제1 발광 물질의 몰 농도(molar concentration)는 두 개의 발광 물질들 중 제2 발광 물질의 몰 농도의 1 내지 3배이다. 여기서, 몰 농도는 발광 층의 단위 면적 당의 몰 농도를 나타낸다. 예를 들면, LuAG:Ce 및 YAG:Ce 또는 LuAG:Ce 및 세륨 활성 이트륨 가돌리늄 알루미늄 가닛(YGdAG:Ce로도 칭해짐)을 포함하는 일 실시예에서, 발광 층 내의 YAG:Ce 혹은 YGdAG:Ce의 농도는 LuAG:Ce의 농도의 1 내지 3배이다. 이 실시예의 이점은, 발광 물질들의 이러한 결합과 LED들에 의해 방사되는 광이, 조명 시스템을 공지된 색 필터들과 결합시키는 표시 디바이스의 색 온도가 대략 6000 켈빈에서 대략 12000 켈빈까지 조정될 수 있다는 점이다.
두 개의 발광 물질들의 결합물을 포함하는 조명 시스템의 일 실시예에서, 발광 다이오드에 의해 방사되는 중심 파장의 변동은, 발광 층 내의 두 개의 발광 물질들 중 임의의 것의 몰 농도를 변경함으로써 보상된다. 발광 층이 예를 들면, LuAG:Ce 및 YAG:Ce를 포함하면, 발광 다이오드에 의해 방사되는 중심 파장의 시프트는, 발광 층 내의 LuAG:Ce의 몰 농도를 변경하거나, 혹은 발광 층 내의 YAG:Ce의 몰 농도를 변경하거나 혹은 이들 양쪽 모두를 변경함으로써 보상된다. 이 실시예의 이점은, LuAG:Ce 또는 YAG:Ce의 농도를 변경시키는 것은, 발광 다이오드에 의해 방사되는 중심 파장, 혹은 조명 시스템 내의 각종 발광 다이오드들의 평균 중심 파장이 변경될 때에도, 조명 시스템에 의해 방사되는 광이 소정의 백라이트 색 포인트에 실질적으로 대응하는 것을 보장하는 데에 이용될 수 있다는 점이다.
두 개의 발광 물질들의 결합물을 포함하는 조명 시스템의 일 실시예에서, 발광 층은, 두 개의 발광 물질들 중 제1 발광 물질을 포함하는 층을 포함하고, 두 개의 발광 물질들 중 제2 발광 물질을 포함하는 또다른 층을 포함한다. 예를 들어, 조명 시스템이 LuAG:Ce 및 YAG:Ce를 포함하면, 발광 층은, LuAG:Ce를 포함하는 층, 및 YAG:Ce를 포함하는 층을 포함한다. 이 실시예의 이점은, LuAG:Ce 및 YAG:Ce를 포함하는 개별적으로 적용된 층들 각각이, 예를 들어 발광 물질들 각각에 대해 적용된 개별적인 층들의 두께를 변화시키거나, 혹은 예를 들어 이들 개별적으로 적용된 층들 내의 개별적인 발광 물질들의 몰 농도를 변화시킴으로써, 발광 층 내의 개별적인 발광 물질들의 몰 농도의 비교적 용이한 변경을 가능하게 해준다는 점이다. LuAG:Ce 및 YAG:Ce을 포함하는 개별적인 층들은, 서로의 상부 위에 배치될 수 있으며, 혹은 대안적으로는, 예를 들면 디퓨징 엘리먼트의 서로 다른 면들 상에 배치될 수 있거나, 혹은 서로 다른 기판들, 예를 들면 벌크 디퓨저 플레이트(bulk diffuser plate) 및 시트 디퓨저, 혹은 디퓨저 엘리먼트 및 휘도 보강 엘리먼트 상에 배치될 수 있다.
적어도 루테튬, 세륨, 실리콘 및 질소를 포함하는 가닛 발광 물질을 포함하는 조명 시스템의 일 실시예에서, 발광 층은, 적어도 세륨, 실리콘 및 질소, 및 이트륨 및 가돌리늄을 포함하는 그룹의 적어도 하나의 엘리먼트를 포함하는 가닛 발광 물질을 더 포함한다. 적어도 세륨, 실리콘 및 질소, 및 이트륨 및 가돌리늄을 포함하는 그룹의 적어도 하나의 엘리먼트를 포함하는 가닛 발광 물질은, 예를 들면, 실리콘 질화물을 포함하는 세륨 활성 이트륨 알루미늄 가닛(또한 YAGSN:Ce로도 칭해짐), 및 예를 들면, 실리콘 질화물을 포함하는 세륨 활성 이트륨 가돌리늄 알루미늄 가닛(또한, YGDAGSN:Ce로도 칭해짐)을 포함한다. 이 실시예의 이점은, YAGSN:Ce 혹은 YGDAGSN:Ce의 추가는, 발광 층에 의해 방사되는 원색 황색의 중심 파장이, 발광 층 내의 개별적인 발광 물질들 LuAGSN:Ce 및 YAGSN:Ce의 농도를 변경함으로써 조정될 수 있게 해준다는 점이다. 또한, 실리콘 질화물을 YAG:Ce에 추가하면, YAG:Ce의 방사 스펙트럼에 비해 방사 스펙트럼이 넓게 되며, 이로 인해 다시 본 발명에 따른 조명 시스템 및 본 발명에 따른 조명 시스템을 포함하는 표시 디바이스의 색 영역이 증가하게 된다.
조명 시스템의 일 실시예에서, 발광 층은, 발광 다이오드로부터 떨어진 거리에 배치되는 발광 층인 리모트 인광체 층으로서 배치된다. 발광 층을 리모트 인광체 층으로 배치하는 이점은, 이것이, 발광 물질들의 상대적으로 넓은 범위가, 본 발명에 따른 조명 시스템에서 이용될 수 있게 해준다는 점이다. 일반적으로, 발광 물질들은 발광 다이오드에 직접 적용된다. 그러나, 발광 다이오드에 직접 적용될 수 있는 발광 물질의 선택은 제한되는데, 그 이유는 이 발광 물질이 동작시, 발광 다이오드의 비교적 높은 온도에 견딜 수 있어야 하며, 이와 동시에 동작시, 발광 다이오드에 의해 방사되는 비교적 높은 광 에너지 플럭스에 견딜 수 있어야 하기 때문이다. 높은 온도 및 높은 광 에너지 플럭스로 인해 일반적으로, 발광 물질이 점차적으로 퇴화되며, 이에 따라 조명 시스템의 효율이 점차적으로 감소하게 된다. 본 발명에 따른 조명 시스템에서, 발광 물질은, 발광 다이오드로부터 떨어져서 대향하여 적용된다. 발광 다이오드로부터 떨어짐으로써, 발광 물질의 온도가, 섭씨로 표시될 때, 발광 다이오드 상에 직접 적용될 때의 발광 물질의 온도에 비해 적어도 20%만큼 감소되며, 발광 물질에 입사되는 제1 원색의 광 에너지 플럭스 밀도가 적어도 90%만큼 감소하게 된다. 이러한 발광 물질의 구성은, 높은 온도 및 높은 광 에너지 플럭스에 견딜 수 있는 그들의 능력면에서의 발광 물질에 대한 요건을 감소시키며, 또한 발광 물질의 점차적인 퇴화를 감소시킨다.
조명 시스템의 일 실시예에서, 조명 시스템은, 발광 다이오드 및 발광 층 사이에 배치되는 광 혼합 엘리먼트를 포함한다. 광 혼합 엘리먼트는, 예를 들면 광을 혼합하고 재순환시키기 위한 정반사성 혹은 확산 반사성 표면들을 갖는 하우징일 수 있다. 대안적으로는, 광 혼합 엘리먼트는, LED에 의해 방사되는 광이, 예를 들어 전반사를 이용하여 혼합되는 광 도파관일 수 있다. 광 혼합 엘리먼트는 또한 디퓨저 엘리먼트일 수 있다.
조명 시스템의 일 실시예에서, 조명 시스템은 발광 층과 광 출구 창 사이에 반사성 편광자 막(reflective polarizer film) 및/또는 콜리메이터 막(collimator film)을 포함한다. 반사성 편광자 막의 예는, 예를 들면 DBEF 막이다. DBEF(Dual Brightness Enhancement Film)는 실질적으로 소정의 편광 방향을 갖는 광만을 투과시키며, 나머지 광은 조명 시스템으로 도로 반사시켜서 재순환시키며, 이에 따라 편광자 막으로서 기능한다. 콜리메이터 막의 예는, 예를 들면 BEF 막이다. BEF(Brightness Enhancement Film)는, 소정의 범위 내의 입사각으로 BEF에 부딪치는 광만을 투과시키며, 한편 BEF는 나머지 광은 조명 시스템으로 도로 반사시켜서 재순환시키며, 이에 따라 광을 콜리메이팅한다. BEF 및/또는 DBEF를 이용하면, 조명 시스템의 효율을 증가시키게 되는데, 그 이유는, 소정의 입사각 범위와 일치하지 않거나 혹은 실질적으로 소정의 편광 방향과 일치하지 않는 광은 재순환되며 적어도 부분적으로 재사용되기 때문이다. BEF 및/또는 DBEF를 사용할 때의 추가의 이점은, 재순환이 광의 혼합을 개선시키기 때문에, 발광 층의 두께가 광의 재순환으로 인해 감소될 수 있다는 점이다. LED에 의해 방사되는 원색 청색의 광이 재순환되고 발광 층에 부딪치게 되면, 재순환된 광의 일부가 원색 황색의 광으로 변환될 것이며, 이에 따라 조명 시스템에 의해 방사되는 광에 대한 원색 황색의 기여가 증가하게 되며, 조명 시스템에 의해 방사되는 광에 대한 원색 청색의 기여가 감소하게 된다. 재순환으로 인한 원색 황색의 기여의 증가를 보상하기 위해서는, 본 발명에 따른 조명 시스템의 발광 층의 두께가, 조명 시스템에 의해 방사되는 광이 소정의 색 포인트에 대응하는 것을 보장하도록 감소될 수 있다.
조명 시스템의 일 실시예에서, 조명 시스템은, 적어도 두 개의 발광 다이오드들을 포함하며, 두 개의 발광 다이오드들 각각의 방사 스펙트럼은, 두 개의 발광 다이오드들 중 하나의 중심 파장이 두 개의 발광 다이오드들 중 다른 하나의 중심 파장으로부터 적어도 5 나노미터 시프트되도록 하는 중심 파장을 갖는다. 이 실시예의 이점은, 발광 층 내의 발광 물질들의 특정 농도를 선택함으로써, 조명 시스템에 의해 방사되는 광의 색 포인트가 실질적으로 소정의 색 포인트와 동일하게 되도록 하면서 원색의 더 큰 변동이 허용될 수 있다는 점이다. 이러한 허용가능한 더 큰 변동으로 인해, 본 발명에 따른 조명 시스템은, 서로 다른 빈(bins)으로부터의 LED들을 포함할 수 있으며, 이로 인해 조명 시스템의 제조 비용을 감소시키게 된다.
조명 시스템의 일 실시예에서, 조명 시스템은, 적어도 두 개의 발광 다이오드들을 포함하며, 발광 다이오드들은 개별적으로 조도 조절가능(dimmable)하다. 파장 비닝(wavelength binning) 외에도, 조명 시스템에서 이용되는 LED들은 또한 LED들로부터 방사되는 광 플럭스에 따라 비닝된다. 복수의 LED들의 LED들이 개별적으로 조도 조절가능하게 되는 것을 보장함으로써, LED들 각각의 기여가 조절될 수 있다. 개별적으로 조도 조절을 적응함으로써, 조명 시스템으로부터 방사되는 광의 균일성을 증가시킬 수 있다. 대안적으로는, 개별적인 LED들의 광의 중심 파장이 다르면, 조명 시스템으로부터 방사되는 광의 색 포인트를 미세 조정하는 데에 개별적인 조도 조절이 이용될 수 있다.
조명 시스템의 일 실시예에서, 조명 시스템은 복수의 발광 다이오드들을 포함하며, 복수의 발광 다이오드들은 동작시, 스캐닝 동작 모드로 동작한다. 이는, 가닛 발광 물질들의 비교적 짧은 퇴화 시간으로 인해 가능한 것이다. 조명 시스템은, LED들이 예를 들어, 모션 아티팩트(motion artifacts)를 감소시키도록 실질적으로 동일한 진폭으로 순차적으로 구동될 수 있거나, 혹은 예를 들어 1차원적 조도 조절을 달성하기 위해 비디오 내용에 따라 달라지는 구동 전류들을 이용하여 동시에 혹은 순차적으로(아마도 시간적 중복을 갖고) 구동될 수 있는 1차원적 클러스터들에 배치되는 발광 층을 포함한다. 이점은, 이 동작 모드가 전력 소비를 감소시키며 표시 디바이스의 동적 범위 및 콘트라스트 비를 증가시킨다는 점이다. LCD 픽셀 투과 값들은 이에 따라 적응되어서, 원하는 이미지를 생성하게 된다. 단지 하나의 원색이 발광 물질을 조명하는 데에 이용되기 때문에, 조명 시스템은, 예를 들면 서로 다른 원색들의 광을 방사하는 LED를 포함하는 조명 시스템보다 그 색에 대해 보다 균일하다. 청색 광은, 모든 LED들이 정격 출력으로 동작할 때 충분히 잘 혼합되거나 균질화되어야 한다. 이미지 내의 가시적 아티팩트를 방지하기 위해서는, 클러스터들은 이들의 광 분포가 충분히 공간적으로 오버랩된 평탄한 프로파일들을 가져야 하며, 이는 리모트 인광체 층을 이용하는 이러한 시스템의 유형의 클러스터들의 본질적인 특성이다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 조명 시스템을 포함하는 조명 기구 및 표시 디바이스에 관한 것이다.
도 1A는 본 발명에 따른 조명 시스템의 간략화된 단면도이며, 도 1B는 본 발명에 따른 표시 디바이스의 간략화된 단면도.
도 2A 및 2B는 세륨 활성 루테튬 알루미늄 가닛 및 세륨 활성 이트륨 알루미늄 가닛의 결합물의 CIE 1976 u'v' 다이어그램 및 광 파워 밀도 스펙트럼을 각각 나타낸 도면.
도 3A 및 3B는 실리콘 질화물을 포함하는 세륨 활성 루테늄 알루미늄 가닛의 CIE 1976 u'v' 다이어그램 및 광 파워 밀도 스펙트럼을 각각 나타낸 도면.
도 4A, 4B 및 4C는 실리콘 질화물을 포함하는 세륨 활성 루테튬 알루미늄 가 닛, 및 실리콘 질화물을 포함하는 세륨 활성 이트륨 알루미늄 가닛의 결합물의 CIE 1976 u'v' 다이어그램 및 제1 및 제2 광 파워 밀도 스펙트럼을 각각 나타낸 도면.
본 발명의 이들 및 그 밖의 다른 양태들은, 이하에 기술되는 실시예들로부터 명확하게 되며, 이들을 참조하여 설명될 것이다.
도면들은 순전히 개략적이며 일정한 비율로 그려진 것은 아니다. 특히 명확하게 하기 위해, 일부 치수들은 매우 과장되어 있다. 도면들 내의 유사한 구성요소들은 가능한한 동일한 참조 부호로 표시된다.
도 1A는 본 발명에 따른 조명 시스템(100)의 간략화된 단면도이다. 본 발명에 따른 조명 시스템(100)은 조명 시스템(100)의 광 혼합 챔버(light-mixing chamber)(104)의 반사 표면(102) 상에 배치된 LED들 D1, D2를 포함한다. LED들 D1, D2는, 발광 층(120) 상에 부딪치는 제1 원색, 예를 들면 원색 청색(72, 75)(도 2A, 3A, 4A 참조)을 방사한다. 발광 층(120)은 적어도 루테튬, 세륨, 실리콘 및 질소를 포함하는 가닛 발광 물질(73)을 포함하거나, 혹은 적어도 루테튬 및 세륨을 포함하는 가닛 발광 물질(70) 및 적어도 세륨과, 이트륨 및 가돌리늄(Gadolinium)을 포함하는 그룹의 적어도 하나의 원소를 포함하는 가닛 발광 물질의 결합물을 포함한다. 이들 서로 다른 발광 물질들의 예들은 (Y3 -x- yLuxGdy)(Al5 -zSiz)(Ol2-zNz):Ce로 표시되며, 예를 들면 LuAG:Ce(70), LuAGSN:Ce(73), YAG:Ce(71), YGdAG:Ce, YAGSN:Ce(74), YGdAGSN:Ce를 포함한다. 도 1A에 도시된 실시예에서, 발광 층(120) 은 제1 발광 층(122) 및 제2 발광 층(124)으로 구성되며, 제1 및 제2 발광 층들(122, 124) 각각은 예를 들면 반송 플레이트(126)의 대향 측들 상에 배치된다. 제1 및 제2 발광 층들(122, 124)은 예를 들면 서로 다른 발광 물질들을 포함한다. 대안적으로는, 제1 및 제2 발광 층들(122, 124)은 반송 플레이트(126)의 동일한 측(도시하지 않음)에 적용될 수 있으며; 반송 플레이트(126)는 예를 들면 투과성 혹은 확산성을 가질 수 있다. 발광 층(120)은 대안적으로는, 하나의 층으로서 적용될 수 있으며(도 1B 참조), 혹은 대안적으로는 LED들 D1, D2에 직접 적용될 수 있다. 발광 층(120) 내의 서로 다른 발광 물질들(70, 73, 71, 74)의 농도, 혹은 제1 및 제2 발광 층들(122, 124)의 두께는, LED들 D1, D2에 의해 방사되는 원색 청색 광(72, 75) 중 얼마나 많은 광이 원색 황색을 갖는 광으로 변환되는지를 결정하며, 이에 따라 본 발명에 따른 조명 시스템(100)에 의해 방사되는 광의 색 포인트(76, 77, 78)(도 2A, 3A, 4A 참조)를 결정한다. 조명 시스템(100)에 의해 발생된 광은 광 출구 창(105)을 통해 방사된다.
도 1B는 본 발명에 따른 조명 시스템(101)을 포함하는 표시 디바이스(200)의 간략화된 단면도이다. 도 1B에 도시된 본 발명에 따른 조명 시스템(101)의 실시예도 또한, 조명 시스템(101)의 광 혼합 챔버(104)의 반사 표면(102) 상에 배치되는 LED들 D1, D2를 포함한다. 도 1B에 도시된 조명 시스템(101)의 실시예에서, LED들 D1, D2에 의해 방사되는 광은, 제1 광 혼합 엘리먼트(110), 예를 들면 람베르트 디퓨저 엘리먼트(Lambertian diffuser element)(110)를 이용하여 혼합된다. LED들 D1, D2에 의해 방사된 광이 확산된 후, 이는 발광 층(120)에 충돌한다. 도 1B에 도시된 발광 층(120)은 예를 들면, LuAG:Ce, LuAGSN:Ce, YAG:Ce, YGdAG:Ce 및 YAGSN:Ce를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 서로 다른 발광 물질들의 결합물을 포함한다. 대안적으로는, 발광 층(120)은 하나의 발광 물질, 예를 들면 LuAGSN:Ce로 구성될 수 있다. 발광 층(120) 내의 발광 물질 혹은 서로 다른 발광 물질들의 몰 농도(molar concentration)는, LED들 D1, D2에 의해 방사되는 광 중 얼마나 많은 광이 원색 황색을 갖는 광으로 변환되는지를 결정하며, 이에 따라 본 발명에 따른 조명 시스템(101)에 의해 방사되는 광의 색 포인트(76, 77, 78)(도 2A, 3A, 4A 참조)를 결정한다. 도 1B에 도시된 조명 시스템(101)은 또한 제2 광 혼합 엘리먼트(130), 예를 들면 또다른 람베르트 디퓨저 엘리먼트(130)를 포함한다. 이어서, 조명 시스템(101)은, 소정의 범위 내의 입사각으로 BEF(140)에 충돌하는 광만을 실질적으로 투과하는 BEF(140)를 포함하며, BEF(140)는 나머지 광을 재순환을 위해 조명 시스템(101)으로 반사시킨다. 또한, 조명 시스템(101)은 예를 들면, 소정의 편광 방향을 갖는 광만을 실질적으로 투과하며, 나머지 광은 재순환을 위해 조명 시스템(101)에 반사시키는 DBEF(160)를 포함한다. DBEF(160)는 이미지 생성 층(150)을 위한 편광자로서 이용될 수 있다. 이미지 생성 층(150)은 예를 들면, 표시 디바이스(200) 상에 이미지를 생성하기 위해, 색 필터 세트(170), 액정 셀들의 어레이(180) 및 분광기(190)를 포함한다. 대안적으로는, 이미지 생성 층(150)은 편광자 및 분광기 양쪽 모두(이들 양쪽 모두는 흡수성을 가짐)를 포함하며, DBEF는 사전 편광자(pre-polarizer)로서 기능한다.
도 2A는 발광 다이오드 D1, D2(도 1A 참조)가 원색 청색(72)을 방사하는 것 과 함께, 세륨 활성 루테튬 알루미늄 가닛(70) 및 세륨 활성 이트륨 알루미늄 가닛(71)의 결합물의 CIE 1976 u'v' 다이어그램을 나타낸다. CIE 1976 u'v' 다이어그램(또한 u'v' 다이어그램으로 표시됨)은 u'v' 색 공간 내의 색도도(chromaticity diagram)이다. 도 2A에 도시된 u'v' 다이어그램은, 인간의 눈이 인식할 수 있는 스펙트럼 색들을 나타내는 스펙트럼 색 인식 라인(10)을 나타낸다. 또한 도 2A에 도시된 u'v' 다이어그램에서는, 삼각형을 형성하는 점선을 이용한 EBU 색 표준(20)이 나타나 있다. EBU 색 표준(20)은, 일반적으로 텔레비전 시스템들에서 이용되는 인광체들과 연관된 유럽 방송 연합(European Broadcasting Union)에 의해 정의되는 색 영역(color gamut)이다. u'v' 다이어그램에서, EBU 표준(20)의 상측 왼쪽 코너는 녹색을 나타내며, EBU 표준(20)의 상측 오른쪽 코너는 적색을 나타내며, EBU 표준의 하측 코너는 청색을 나타낸다. 도 2A에는 또한, 흑체의 서로 다른 온도들에 대응하는, 흑체의 색도 포인트들을 나타내는 색 공간(이 경우, u'v' 색 공간) 내의 경로인 흑체 궤적(30)(플랑키안 궤적(Planckian locus)으로도 알려져 있음)이라 불리는 선이 나타나 있다.
도 2A에 도시된 u'v' 다이어그램은, 좌표 u'70=0.169 및 v'70=0.563을 갖는 LuAG:Ce(70)의 색 포인트, 좌표 u'71=0.216 및 v'71=0.564를 갖는 YAG:Ce(71)의 색 포인트, 및 좌표 u'72=0.200 및 v'72=0.086을 갖는 발광 다이오드 D1, D2에 의해 방사되는 광의 색 포인트(72)를 포함한다. LuAG:Ce(70) 및 YAG:Ce(71)의 색 포인트들, 및 발광 다이오드 D1, D2의 색 포인트(72)에 의해 규정되는 해칭된(hatched) 삼각형(50)은 소정의 범위를 나타내는데, 이 소정의 범위 내에서 개별적인 발광 물질들 LuAG:Ce(70) 및 YAG:Ce(71)의 농도를 변경함으로써 조명 시스템(100, 101)(도 1A 및 1B 참조)에 의해 방사된 광의 색이 변경될 수 있다. 발광 물질들 LuAG:Ce(70) 및 YAG:Ce(71)에 의해 변환되지 않으며 발광 물질들 LuAG:Ce(70) 및 YAG:Ce(71)의 총량에 의해 결정되는, 발광 다이오드 D1, D2에 의해 방사되는 광의 나머지와 함께 개별적인 발광 물질들 LuAG:Ce(70) 및 YAG:Ce(71)의 특정 농도 비가, 조명 시스템(100, 101)(도 1A 및 1B 참조)에 의해 방사되는 광의 색을 나타내는 색 포인트(76)를 형성한다. 색 포인트(76)를 갖는 조명 시스템(100, 101)을, 예를 들어 표시 디바이스(200)(도 1B 참조)에서 이용되는 일반적인 색 필터 세트(170)의 투과 스펙트럼과 결합시킴으로써, 표시 디바이스(200)의 색 영역(40)을 형성한다. 조명 시스템(100, 101)과 일반적인 색 필터 세트(170)를 결합시키는 것으로 인해, 조명 시스템(100, 101)에 의해 방사되는 색을 나타내는 색 포인트(76)는, 표시 디바이스(100)에 의해 방사되는 광의 색 온도 CT1을 갖는 색 포인트로 변화된다.
LuAG:Ce(70)를 YAG:Ce(71)에 추가함으로써, 조명 시스템(100, 101)의 색 포인트는 YAG:Ce만을 포함하는 발광 층에 비해 더 짧은 파장으로 시프트되며, 이로 인해 조명 시스템(100, 101)의 색 온도(76)가 증가하게 된다. 일반적인 색 필터 세트(170)를 본 발명에 따른 조명 시스템(100, 101)에 추가함으로써, 조명 시스템(100, 101)의 색 포인트(76)는 일반적으로 필터 특정 길이 및 필터 특정 방위를 갖는 벡터 V를 따라 시프트하며, 이 색 특정 방위는 또한 백라이트 시스템에 의해 방사되는 광의 실제 스펙트럼에 의존한다. 조명 시스템(100, 101)의 색 포인트가, 공지된 발광 물질 YAG:Ce만을 포함하는 조명 시스템들에 비해 더 짧은 파장으로 시프트되면 또한, 표시 디바이스(200)의 색 온도가 더 짧은 파장으로 시프트하여, 표시 디바이스(200)에 의해 방사되는 광의 색 온도 CT1이 증가하게 된다.
또한, 개별적인 발광 물질들 LuAG:Ce(70) 및 YAG:Ce(71)의 농도의 비를 제어하고, 발광 물질들 LuAG:Ce(70) 및 YAG:Ce(71)의 농도 혹은 총량의 조절을 통해 발광 물질들 LuAG:Ce(70) 및 YAG:Ce(71)에 의해 변환되지 않는 광량을 제어함으로써, 조명 시스템(100, 101)에 의해 방사되는 광의 색 온도(76)가 해칭된 삼각형(50)으로 표시된 범위 내에서 제어될 수 있다. 조명 시스템(100, 101)에 의해 방사되는 광의 색 온도(76)를 변경하면, 후속하여 조명 시스템(100, 101)을 포함하는 표시 디바이스(200)의 색 온도 CT1의 변화로 이어진다.
도 2B는 발광 다이오드 D1, D2가 원색 청색(72)을 방사하는 것과 함께 세륨 활성 루테튬 알루미늄 가닛(70) 및 세륨 활성 이트륨 알루미늄 가닛(71)을 결합하는 조명 시스템(100, 101)에 의해 방사되는 광의 광 파워 밀도 스펙트럼을 나타낸다. 조명 시스템(100, 101)에 의해 방사되는 광의 광 파워 밀도 스펙트럼(76)은, 원색 청색(72)의 스펙트럼을 방사하는 LED D1, D2에 의해 방사되는 광의 스펙트럼과, 원색 황색의 스펙트럼을 함께 방사하는 발광 물질들 LuAG:Ce(70) 및 YAG:Ce(71)에 의해 방사되는 광의 스펙트럼의 기여(contribution)로 구성된다. 개별적인 발광 물질들 LuAG:Ce(70) 및 YAG:Ce(71)의 농도를 변화시키면, 본 발명에 따른 조명 시스템(100, 101)의 광 파워 밀도 스펙트럼(76)에 대한, 개별적인 발광 물질들 LuAG:Ce(70) 및 YAG:Ce(71), 및 LED D1, D2에 의해 방사되는 광의 기여에 차이가 발생된다. 이러한 개별적인 발광 물질들 LuAG:Ce(70) 및 YAG:Ce(71)의 농도의 변화는, u'v' 다이어그램에서 표시된 색 포인트(76)가 도 2A에 도시된 해칭된 삼각형(50) 내로 이동될 수 있게 해준다.
도 3A는 발광 다이오드 D1, D2가 원색 청색(72)을 방사하는 것과 함께 실리콘 질화물을 포함하는 세륨 활성 루테튬 알루미늄 가닛(73)의 CIE 1976 u'v' 다이어그램을 나타낸다. LuAGSN:Ce(73)의 색 포인트는, u'73=0.209 및 v'73=0.560의 좌표를 갖는다. LuAGSN:Ce(73)의 색 포인트와 LED D1, D2에 의해 방사되는 광의 색 포인트(72)를 연결하는 선(52)은, 소정의 범위를 나타내는데, 이 소정의 범위 내에서 조명 시스템(100, 101)(도 1A 및 1B 참조)에 의해 방사되는 광의 색은, 발광 물질 LuAGSN:Ce(73)의 농도를 변경함으로써 변경될 수 있다.
원색 청색(72)을 방사하는 LED D1, D2와 함께 발광 층(120) 내의 발광 물질 LuAGSN:Ce의 특정 농도를 이용하면, 조명 시스템(100, 101)의 색 포인트(77)가, 발광 물질 YAG:Ce만을 포함하는 조명 시스템에 비해 더 짧은 파장으로 시프트된다. LuAGSN:Ce를 포함하는 조명 시스템(100, 101)을, 표시 디바이스(200)의 일반적인 색 필터 세트(170)와 결합시키면, 표시 디바이스(200)에 의해 방사되는 광은, 조명 시스템(100, 101)에 의해 방사되는 광의 색 포인트(77)에 대하여 벡터 V를 따라 시프트되는 색 포인트 CT2를 포함한다.
도 3B는 발광 다이오드 D1, D2가 원색 청색(72)을 방사하는 것과 함께 실리 콘 질화물을 포함하는 세륨 활성 루테튬 알루미늄 가닛(73)을 포함하는 조명 시스템(100, 101)(도 1A 및 1B 참조)에 의해 방사되는 광의 광 파워 밀도 스펙트럼을 나타낸다. 조명 시스템(100, 101)에 의해 방사되는 광의 광 파워 밀도 스펙트럼(77)은, 원색 청색(72)의 스펙트럼을 방사하는 LED D1, D2에 의해 방사되는 광의 스펙트럼과, 원색 황색을 방사하는 발광 물질 LuAGSN:Ce(73)에 의해 방사되는 광의 스펙트럼의 기여로 구성된다. 발광 층(120) 내의 발광 물질 LuAGSN:Ce(73)의 농도를 변경하면, LuAGSN:Ce(73)에 의해 방사되는 원색 황색의 기여는, LED D1, D2에 의해 방사되는 원색 청색(72)에 대하여 변경되며, 이는 본 발명에 따른 조명 시스템(100, 101)의 광 파워 밀도 스펙트럼(77)을 변경하며, 이에 따라 조명 시스템(100, 101)에 의해 방사되는 광의 색 포인트(77)를 변경하게 된다.
도 4A는 발광 다이오드 D1, D2가 원색 청색(72)을 방사하는 것과 함께 실리콘 질화물을 포함하는 세륨 활성 루테튬 알루미늄 가닛(73) 및 실리콘 질화물을 포함하는 세륨 활성 이트륨 알루미늄 가닛(74)의 CIE 1976 u'v' 다이어그램을 나타낸 도면이다. 대안적으로는, 도 4A의 u'v' 다이어그램은, 발광 다이오드 D1, D2가, 원색 청색(72)에 대하여 시프트되는 또다른 원색 청색(75)을 방사하는 것과 함께 LuAGSN:Ce(73) 및 YAGSN:Ce(74)의 결합을 나타낸다. 원색 청색의 시프트는, 예를 들면 LED들 D1, D2의 제조 공정의 차이에 기인한 것일 수 있다. LuAGSN:Ce(73)의 색 포인트는 좌표 u'73=0.209 및 v'73=0.560을 가지며, YAGSN:Ce(74)의 색 포인트는 좌표 u'74=0.230 및 v'74=0.562를 가지며, 원색 청색(72)의 색 포인트는 u'72=0.200 및 v'72=0.086이며, 또다른 원색 청색(75)의 색 포인트는, 예를 들면, u'75=0.171 및 v'75=0.130이다. LuAGSN:Ce(73) 및 YAGSN:Ce(74)의 색 포인트들, 및 발광 다이오드 D1, D2의 색 포인트(72)에 의해 규정되는 제1 해칭된 삼각형(54)은 소정의 범위를 나타내는데, 이 범위 내에서 조명 시스템(100, 101)에 의해 방사되는 광의 색이, 개별적인 발광 물질들 LuAGSN:Ce(73) 및 YAGSN:Ce(74)의 농도를 변경함으로써 변경될 수 있다. LuAGSN:Ce(73) 및 YAGSN:Ce(74)의 색 포인트들, 및 발광 다이오드 D1, D2의 또다른 색 포인트(75)에 의해 규정되는 제2 해칭된 삼각형(56)은 소정의 범위를 나타내는데, 이 범위 내에서 조명 시스템(100, 101)에 의해 방사되는 광의 색이, 개별적인 발광 물질들 LuAGSN:Ce(73) 및 YAGSN:Ce(74)의 농도를 변경함으로써 변경될 수 있다. 발광 물질들 LuAGSN:Ce(73) 및 YAGSN:Ce(74)에 의해 변환되지 않는, 발광 다이오드 D1, D2에 의해 방사되는 원색 청색(72)의 광의 나머지와 함께 개별적인 발광 물질들 LuAGSN:Ce(73) 및 YAGSN:Ce(74)의 특정 농도는, 조명 시스템(100, 101)에 의해 방사되는 광의 색을 나타내는 색 포인트(78)를 형성한다. 대안적으로는, 발광 물질들 LuAGSN:Ce(73) 및 YAGSN:Ce(74)에 의해 변환되지 않는, 발광 다이오드 D1, D2에 의해 방사되는 또다른 원색 청색(75)의 광의 나머지와 함께 개별적인 발광 물질들 LuAGSN:Ce(73) 및 YAGSN:Ce(74)의 또다른 농도가 또한 색 포인트(78)를 형성한다. 이에 따라, LED D1, D2에 의해 방사되는 광의 중심 파장의 변화는, 발광 층(120) 내의 개별적인 발광 물질들 LuAGSN:Ce(73) 및 YAGSN:Ce(74)의 농도를 변화시킴으로써 보상될 수 있음을 알 수 있다. 이어서, 색 포인트(78)를 갖는 조명 시스템(100, 101)을, 예를 들면 표시 디바이스(200)에서 이용되는 일반적인 색 필터 세트(170)의 투과 스펙트럼과 결합시킴으로써, 표시 디바이스(200)의 색 영역(40)이 형성된다. 조명 시스템(100, 101)을 일반적인 색 필터 세트(170)와 결합시키는 것으로 인해, 조명 시스템(100, 101)에 의해 방사되는 색을 나타내는 색 포인트(78)가 표시 디바이스(100)에 의해 방사되는 광의 색 온도 CT3으로 변화된다.
도 4B는 발광 다이오드 D1, D2가 원색 청색(72)을 방사하는 것과 함께 실리콘 질화물을 포함하는 세륨 활성 루테튬 알루미늄 가닛(73) 및 실리콘 질화물을 포함하는 세륨 활성 이트륨 알루미늄 가닛(74)을 포함하는 조명 시스템(100, 101)에 의해 방사되는 광의 광 파워 밀도 스펙트럼을 나타낸다. 조명 시스템(100, 101)에 의해 방사되는 광의 광 파워 밀도 스펙트럼(78a)은, 원색 청색(72)의 스펙트럼을 방사하는 LED D1, D2에 의해 방사되는 광의 스펙트럼과, 원색 황색을 함께 방사하는 발광 물질들 LuAGSN:Ce(73) 및 YAGSN:Ce(74)에 의해 방사되는 광의 스펙트럼의 기여로 구성된다. 도 4A의 u'v' 다이어그램으로 플롯팅될 때 광 파워 밀도 스펙트럼(78a)은 색 포인트(78)를 형성한다. 발광 층(120) 내의 개별적인 발광 물질들 LuAGSN:Ce(73) 및 YAGSN:Ce(74)의 농도를 변경함으로써, LuAGSN:Ce(73) 및 YAGSN:Ce(74)에 의해 방사되는 원색 황색의 기여는, LED D1, D2에 의해 방사되는 원색 청색(72)에 대해 변경되며, 이는 본 발명에 따른 조명 시스템(100, 101)의 광 파워 밀도 스펙트럼(78a)을 변경하며, 이에 따라 조명 시스템(100, 101)에 의해 방사되는 광의 색 포인트(78)를 변경한다.
도 4C는, 발광 다이오드 D1, D2가 또다른 원색 청색(75)을 방사하는 것과 함께 실리콘 질화물을 포함하는 세륨 활성 루테튬 알루미늄 가닛(73), 및 실리콘 질화물을 포함하는 세륨 활성 이트륨 알루미늄 가닛(74)을 포함하는 조명 시스템(100, 101)에 의해 방사되는 광의 광 파워 밀도 스펙트럼을 나타낸다. 조명 시스템(100, 101)에 의해 방사되는 광의 광 파워 밀도 스펙트럼(78b)은, 또다른 원색 청색(75)의 스펙트럼을 방사하는 LED D1, D2에 의해 방사되는 광의 스펙트럼과, 원색 황색을 함께 방사하는 발광 물질들 LuAGSN:Ce(73) 및 YAGSN:Ce(74)에 의해 방사되는 광의 스펙트럼의 기여로 구성된다. 원색 청색(72)에 대한 또다른 원색 청색(75)의 중심 파장의 시프트(화살표(60)로 표시됨)는, 발광 물질 YAGSN:Ce(74)의 농도를 변화시킴으로써 보상되어서, 발광 물질 YAGSN:Ce(74)의 광 파워 밀도 스펙트럼의 강도가 증가된다(화살표(62)로 표시됨). 이에 따라, 도 4A의 u'v' 다이어그램으로 플롯팅될 때 광 파워 밀도 스펙트럼(78b)은 또한 색 포인트(78)를 형성한다. 다시, 발광 층(120) 내의 개별적인 발광 물질들 LuAGSN:Ce(73) 및 YAGSN:Ce(74)의 농도를 변경시키면, LuAGSN:Ce(73) 및 YAGSN:Ce(74)에 의해 방사되는 원색 황색의 기여는, LED D1, D2에 의해 방사되는 또다른 원색 청색(75)에 대하여 변경되며, 이는, 본 발명에 따른 조명 시스템(100, 101)의 광 파워 밀도 스펙트럼(78b)을 변경시키며, 이에 따라 조명 시스템(100, 101)에 의해 방사되는 광의 색 포인트(78)를 변경시키게 된다.
전술한 실시예들은 본 발명을 제한하는 것이 아니라 예시하는 것이며, 본 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 첨부된 특허청구범위의 범주로부터 벗어나지 않고 많은 대안적인 실시예들을 설계할 수 있음에 유의한다.
예를 들면, 발광 물질들의 층은 연속적인 편평한 층일 필요는 없으며, 예를 들어 개별적인 LED들을 커버하는 발광 물질의 패치들(patches)로도 또한 구성될 수 있다.
특허청구범위에서, 괄호들 사이에 놓여진 임의의 참조 부호들은 특허청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 않된다. 동사 "포함하다"와 그 활용의 이용은, 특허청구범위에서 기술된 것과는 다른 구성요소들 혹은 단계들의 존재를 배제하는 것이 아니다. 하나의 구성요소 앞에 놓이는 부정관사 "a" 또는 "an"은 이러한 구성요소들이 복수개 존재하는 것을 배제하는 것은 아니다. 본 발명은, 여러 개의 개별적인 구성요소들을 포함하는 하드웨어에 의해 구현될 수 있다. 여러 개의 수단을 열거하는 장치 청구항에서, 이들 수단 중 몇 개는 하나의 동일한 하드웨어 아이템에 의해 구현될 수 있다. 단순하게, 소정의 장치가 상호 다른 종속 청구항들에서 인용된다는 사실만으로는, 이들 장치들의 조합이 이득이 되도록 이용될 수 없음을 나타내는 것은 아니다.

Claims (15)

  1. 조명 시스템(100)으로서,
    제1 원색의 광(72, 75)을 방사하는 발광 다이오드(D1, D2);
    상기 조명 시스템(100)으로부터의 광을 방사하는 광 출구 창(light exit window)(105); 및
    상기 발광 다이오드(D1, D2) 및 상기 광 출구 창(105) 사이에 배치되어 상기 발광 다이오드(D1, D2)에 의해 방사되는 광의 적어도 일부를 제2 원색의 광으로 변환하는 발광 층(luminescent layer)(120) ― 상기 발광 층(120)은, 적어도 루테튬(Lutetium), 세륨(Cerium), 실리콘 및 질소를 포함하는 가닛 발광 물질(garnet luminescent material)(73)을 포함하거나, 혹은 적어도 루테튬 및 세륨을 포함하는 가닛 발광 물질(70), 및 적어도 세륨과, 이트륨(Yttrium) 및 가돌리늄(Gadolinium)을 포함하는 그룹의 적어도 하나의 엘리먼트를 포함하는 가닛 발광 물질(71, 74)의 결합물을 포함함 ―
    을 포함하는 조명 시스템(100).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 루테튬, 세륨, 실리콘 및 질소를 포함하는 가닛 발광 물질(73), 혹은 상기 적어도 루테튬 및 세륨을 포함하는 가닛 발광 물질(70)은 가돌리늄을 더 포함하는 조명 시스템(100).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 적어도 루테튬, 세륨, 실리콘 및 질소를 포함하는 가닛 발광 물질(73)은, (Y3 -x- yLuxGdy)(Al5 - zSiz)(Ol2 - zNz):Ce로 표시되며, 여기서 0＜x≤3, 0≤y≤2.7, 0＜x+y≤3 및 0＜z≤2이며,
    상기 적어도 루테튬 및 세륨을 포함하는 가닛 발광 물질(70)은 (Y3 -x-yLuxGdy)(Al5-zSiz)(Ol2-zNz):Ce로 표시되며, 여기서 0＜x≤3, 0≤y≤2.7, 0＜x+y≤3 및 0≤z≤2이며,
    상기 적어도 세륨과, 이트륨 및 가돌리늄을 포함하는 그룹의 적어도 하나의 엘리먼트를 포함하는 가닛 발광 물질(71, 74)은, (Y3 -x- yLuxGdy)(Al5 - zSiz)(Ol2 - zNz):Ce로 표시되며, 여기서 0≤x＜3, 0≤y≤2.7, 0≤x+y≤3 및 0≤z≤2인 조명 시스템(100).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    두 개의 발광 물질들의 결합물을 포함하며, 상기 발광 층(120) 내의 상기 두 개의 발광 물질들 중 제1 발광 물질의 몰 농도(molar concentration)는 상기 두 개의 발광 물질들 중 제2 발광 물질의 몰 농도의 1 내지 3배인 조명 시스템(100).
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    두 개의 발광 물질들의 결합물을 포함하며, 상기 발광 다이오드(D1, D2)에 의해 방사되는 중심 파장의 변동은, 상기 발광 층(120) 내의 상기 두 개의 발광 물질들 중 어느 하나 혹은 양쪽 모두의 몰 농도를 변경함으로써 보상되는 조명 시스템(100).
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    두 개의 발광 물질들의 결합물을 포함하며, 상기 발광 층(120)은, 상기 두 개의 발광 물질들 중 제1 발광 물질을 포함하는 층(122), 및 상기 두 개의 발광 물질들 중 제2 발광 물질을 포함하는 또다른 층(124)을 포함하는 조명 시스템(100).
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 루테튬, 세륨, 실리콘 및 질소를 포함하는 가닛 발광 물질(73)을 포함하며, 상기 발광 층(120)은 적어도 세륨, 실리콘 및 질소, 및 이트륨 및 가돌리늄을 포함하는 그룹의 적어도 하나의 엘리먼트를 포함하는 가닛 발광 물질(74)을 더 포함하는 조명 시스템(100).
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 층(120)은, 상기 발광 다이오드(D1, D2)로부터 떨어진 위치에 배치되는 발광 층(120)인 리모트 인광체 층(remote phosphor layer)(120)으로서 배치되는 조명 시스템(100).
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 시스템(100)은, 상기 발광 다이오드(D1, D2) 및 상기 발광 층(120) 사이에 배치되는 광 혼합 엘리먼트(110, 130)를 포함하는 조명 시스템(100).
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 시스템(100)은, 상기 발광 층(120)과 상기 광 출구 창(105) 사이에 반사성 편광자 막(reflective polarizer film)(160) 및/또는 콜리메이터 막(collimator film)(140)을 포함하는 조명 시스템(100).
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 시스템(100)은, 적어도 두 개의 발광 다이오드들(D1, D2)을 포함하며, 상기 두 개의 발광 다이오드들(D1, D2) 각각의 방사 스펙트럼은, 상기 두 개의 발광 다이오드들(D1, D2) 중 하나의 중심 파장이 상기 두 개의 발광 다이오드들(D1, D2) 중 다른 하나의 중심 파장으로부터 적어도 5 나노미터(nanometers) 시프트되도록 하는 중심 파장을 갖는 조명 시스템(100).
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 시스템(100)은 적어도 두 개의 발광 다이오드들(D1, D2)을 포함하 며, 상기 발광 다이오드들(D1, D2)은 개별적으로 조도 조절가능한(dimmable) 조명 시스템(100).
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 시스템(100)은 복수의 발광 다이오드들(D1, D2)을 포함하며, 상기 복수의 발광 다이오드들(D1, D2)은 동작시, 스캐닝 동작 모드로 동작하는 조명 시스템(100).
  14. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 조명 시스템(100)을 포함하는 조명 기구.
  15. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 조명 시스템(100)을 포함하는 표시 디바이스(200).
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