KR20090087439A - 발광 다이오드를 위한 광학 요소，발광 다이오드，ｌｅｄ­배열 및 ｌｅｄ­배열의 제조 방법 - Google Patents

발광 다이오드를 위한 광학 요소，발광 다이오드，ｌｅｄ­배열 및 ｌｅｄ­배열의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

발광 다이오드(3)를 위한 복사 출사면(40)을 포함한 광학 요소(4)가 제공되며, 이 때 상기 광학 요소(4)는 회전 대칭이 아닌 복사 특성을 생성하기에 적합하다. 또한, 이러한 광학 요소를 포함한 발광 다이오드(3) 및 지지부(2)상에 배치된 복수개의 발광 다이오드들(3)을 포함한 LED-배열(1)도 제공되며, 이 때 상기 발광 다이오드들(3)에는 각각 하나의 고유한 광학 요소(4)가 부속하고, 상기 광학 요소는, 각 발광 다이오드(3)의 복사 특성이 회전 대칭을 이루지 않도록 배치 및 형성되며, 이 때 상기 광학 요소(4)는 동일한 방식으로 실시된다.
LED, 비대칭, 복사 중첩, 격자점형, 수지 성형

Description

발광 다이오드를 위한 광학 요소，발광 다이오드，ＬＥＤ­배열 및 ＬＥＤ­배열의 제조 방법{OPTICAL ELEMENT FOR A LIGHT-EMITTING DIODE, LIGHT-EMITTING DIODE, LED ARRANGEMENT AND METHOD FOR PRODUCING AN LED ARRANGEMENT}
본 발명은 발광 다이오드(LED)를 위한 광학 요소, 광학 요소를 포함한 발광 다이오드, 복수개의 발광 다이오드들을 포함한 LED-배열 및 LED-배열의 제조 방법에 관한 것이다.
현재, LED에는 광이 서로 다르게 분포하도록 하기 위해 특정한 상황에 맞춰진 광학계가 사용된다. 따라서, 각각의 새로운 조명 응용물을 위해 고유한 광학계가 필요하다.
본 발명의 과제는 발광 다이오드를 위한 광학 요소를 제공하는 것으로서, 상기 광학 요소를 이용하여 복수개의 발광 다이오드들을 포함한 LED-배열이 간단히 형성되고, 상기 LED-배열의 소정의 복사 특성이 간단히 구현될 수 있다. 또한, 상기와 같은 광학 요소를 포함한 발광 다이오드 및 복수개의 발광 다이오드들을 포함한 LED-배열도 제공해야 한다. 더욱이, 소정의 복사 특성을 가진 LED-배열을 간단히 제조할 수 있는 방법도 제공해야 한다.
상기 과제는 독립 청구항들의 주제를 통해 해결된다. 본 발명의 유리한 형성예들 및 발전예들은 종속 청구항들의 주제이다.
일 실시예에서, 발광 다이오드를 위한 광학 요소가 고려되며, 이 때 복사 출사면은 회전 대칭을 이루지 않는 복사 특성을 생성하기에 적합하다. 상기와 같은 광학 요소는 특히 지지부상에서 소정의 복사 특성을 가진 LED-배열로 배치되는 발광 다이오드들을 위해 적합하다.
일 실시예에서, 발광 다이오드는 복사 출사측 및 광학 요소를 포함하고, 이 때 상기 광학 요소는 상기 발광 다이오드의 복사 특성이 회전 대칭을 이루지 않도록 배치 및 형성된다.
일 실시예에서, LED-배열은 지지부상에 배치된 복수개의 발광 다이오드들을 포함하고, 이 때 상기 발광 다이오드들에 각각 하나의 고유한 광학 요소가 부속하며, 상기 광학 요소는 각 발광 다이오드의 복사 특성이 대칭을 이루지 않도록 배치 및 형성되고, 이 때 상기 광학 요소들은 동일한 방식으로, 특히 동일하게 실시된다.
대칭이 아닌 복사 특성, 특히 회전 대칭을 이루지 않는 복사 특성은, 특히, 가령 광학 요소의 광학 축과 관련하여 회전 대칭 복사 특성과는 다른 소기의 복사 특성으로 이해된다.
본 발명의 틀에서는, 방사 대칭이 아닌 복사 특성을 가지는 광학계만 필요하다. 광학계를 포함하여 단일 또는 복수개의 LED가 지지부상에서 0°와 90°사이의 각도, 바람직하게는 0°보다 크고 90°보다 작은 각도만큼 회전되어 배치됨으로써, LED-배열의 광 분포가 서로 다르게 구현될 수 있다. 이 때, 결과로서의 광 분포는 개별 LED들의 광 분포를 조합하여 얻어진다. 이 때, 광학계를 포함하여 개별 LED들 사이의 회전 각도는 동일하거나 서로 다를 수 있다.
광학 요소를 구비한 LED들이 적합하게 회전되고, 특히 그에 상응하여 지지부상에 회전 실장됨으로써, 광학계를 각 상황을 위해 새로 맞출 필요 없이 서로 다른 조명 목적이 해결될 수 있다. 광학 요소는 예를 들면 렌즈, 반사체 또는 렌즈와 반사체를 조합한 것으로서 실시될 수 있다.
특히, 동일한 방식의 광학 요소들이 장착된 LED들을 상호 간에 회전시켜 배치함으로써, LED-배열에 있어 가장 다양한 복사 특성이 형성될 수 있다. 결정적인 장점은, LED들을 회전하는 것만으로도 새로운 광 분포에 맞출 수 있으며, 어떠한 새로운 광학계를 구상하여 제조할 필요가 없다는 것이다. 개별 LED들의, 회전 대칭과 다른 복사 특성을 적합하게 중첩시킴으로써, LED-배열의 소정의 복사 특성을 간단하고 비용 경제적인 방식으로 조절할 수 있다.
소정의 복사 특성은, 각 조명 상황을 위해 광학 요소를 특정하게 개발하여(예를 들면 렌즈, 반사체) 얻을 수 있긴 하나, 지지부상에서 LED들을 서로에 대해 배치함으로써 복사 특성이 간단한 방식으로 가변될 수 있다.
광 분포에 영향을 주기 위해 지지부의 형상을 활용할 수도 있다. 예를 들면, 단일 또는 복수개의 거울 요소가 지지부에 고정되거나 형성될 수 있다. 또한, 지지부는 유연하게(flexible) 형성될 수 있어서, 지지부가 적합하게 휨으로써 LED-배열의 복사 특성이 가변될 수 있다.
광학 요소 내지 발광 다이오드에 대해 이하에 기재되는 특징들은 LED-배열의 적어도 하나의 광학 요소 내지 적어도 하나의 발광 다이오드에 적용될 수 있고, 바람직하게는 LED-배열의 모든 광학 요소들 내지 모든 발광 다이오드들에 적용될 수 있다. 동일한 방식, 특히 동일한 광학 요소들 내지 발광 다이오드들을 이용하여, LED-배열이 소정의 복사 특성에 간단히 맞춰진다.
바람직한 형성예에서, 광학 요소의 복사 출사면은 평면도에서 길이가 길게 형성된다.
특히, 복사 출사면의 평면도에서, 광학 요소(4)의 복사 출사면(40)의 종축 범위(a) 대 복사 출사면(40)의 횡축 범위(b)의 비율은 1.5:1 또는 그보다 크고, 바람직하게는 2:1 또는 그보다 크며, 더욱 바람직하게는 3:1 또는 그보다 크고, 가장 바람직하게는 4:1 또는 그보다 크다.
종축 범위와 횡축 범위 사이의 비율이 클 수록, 복사 특성은 회전 대칭형과 더 많이 차이날 수 있다.
바람직한 형성예에서, 복사 출사면의 평면도에서, 광학 요소의 복사 출사면은 적어도 2개로 표시되는 축들을 포함한다. 특히, 상기 표시축들은 상호 간에 수직일 수 있다.
광학 축 및 상기 표시축들 중 하나의 축에 의해 각각 펼쳐진 단면들에서, 복사 출사면은 바람직하게는 각각 만곡하여 연장된다.
더욱 바람직하게는, 상기 표시 축들은 대칭축들이다. 복사 출사면은 상기 표시축들에 대해 거울 대칭일 수 있다.
다른 바람직한 형성예에서, 광학 요소 특히 복사 출사면은 상기 복사 출사면의 평면도에서 타원형으로 형성된다. 이러한 방식으로, 회전 대칭을 포함하지 않는 광학 요소의 복사 특성이 간단히 구현될 수 있다.
바람직하게는, 광학 요소는 플라스틱, 특히 열 가소성 물질, 열 경화성 물질 및 실리콘으로 구성된 군으로부터의 플라스틱을 포함한다.
대안적 또는 보완적으로, 광학 요소는 수지를 포함하고, 특히 에폭시 수지, 아크릴 수지 및 실리콘 수지로 이루어진 군으로부터의 수지를 포함할 수 있다.
상기와 같은 광학 요소는 예를 들면 유리 렌즈에 비해 간단하고 비용 경제적으로 제조될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 광학 요소는 가령 접착 결합과 같은 물질 접합 방식(material-joint)의 결합을 이용하여 발광 다이오드에 고정될 수 있도록 실시된다. 대안적 또는 보완적으로, 광학 요소는 가령 플러그- 또는 체결 결합을 이용하여 발광 다이오드와 기계적으로 결합되는 것으로 고려될 수 있고, 그에 상응하는 고정 수단을 포함할 수 있다. 특히, 광학 요소는 가령 안착형 렌즈와 같은 안착형 광학계로서 실시될 수 있다.
바람직한 형성예에서, 발광 다이오드는 회전 대칭을 이루지 않는 소기의 복사 특성을 포함하여 형성된다. 이를 위해, 상기 기재된 특징들 중 적어도 하나의 특징을 가지는 광학 요소가 매우 적합하다.
특히, 개별 LED들의 광학 요소들은 회전 대칭을 포함하지 않는 복사 특성을 위해 복사 출사면의 평면도에서 길이가 길게 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 발광 다이오드는 복사 생성을 위한 적어도 하나의 LED 칩을 포함하는 것이 적합하다. LED 칩은 특히 복사 생성을 위해 구비된 활성 영역을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 활성 영역은 III-V-화합물 반도체를 포함한다. III-V-화합물 반도체는 내부 양자 효율을 높게 얻을 수 있다는 특징이 있다.
발광 다이오드, 특히 LED 칩에서 구동 시 생성되는 복사는 발광 다이오드의 복사 출사측에서 광학 요소의 복사 출사면을 통해 출사되는 것이 적합하다.
다른 바람직한 형성예에서, 발광 다이오드는 LED 소자를 포함하고, 이 때 상기 LED 소자는 LED 칩 및 하우징을 포함한다. LED 칩은 하우징에 배치되는 것이 바람직하다.
또 다른 바람직한 형성예에서, 광학 요소는 LED 칩에서 생성된 복사에 대해 반사성으로 형성되는 하우징 부분을 이용하여 형성된다. 예를 들면, LED 칩은 하우징의 캐비티에 배치될 수 있고, 이 때 캐비티의 벽은 반사체를 형성한다.
대안적 또는 보완적으로, 광학 요소는 LED 소자 특히 하우징에 고정되어 예비 제조된 광학 요소를 이용하여 형성될 수 있는데, 상기 광학 요소는 가령 안착형 렌즈가 있다.
더욱 바람직하게는, LED 소자는 표면 실장형 소자(surface mounted device, SMD)로서 실시된다. 상기와 같이 실시되는 소자는 간단한 방식으로 지지부에 고정될 수 있다. 쓰루-홀(through-hole) 구성을 가진 소자에서 구성 요소가 지지부에 대해 회전할 때 상기 지지부에서 적어도 홈의 위치가 달라져야 하는 반면, SMD 소자는 간단한 방식으로 지지부에 대해 회전될 수 있다.
바람직한 형성예에서, LED-배열의 지지부는 복수개의 연결 리드들을 포함한 연결 지지부이며, 이 때 발광 다이오드들은 연결 리드들과 전기 전도적으로 결합된다. 연결 지지부는 단단하거나 유연하게 실시될 수 있다. 연결 지지부는 예를 들면 리드 프레임일 수 있다. 더욱이, 상기 리드 프레임은 금속 코어 리드 프레임(metal core printed circuit board, MCPCB)으로서 실시될 수 있다.
LED-배열의 발광 다이오드들의 광학 요소들은 동일한 방식으로 형성된, 특히 동일한 복사 출사면을 포함하는 것이 바람직하다. 지지부는 동일한 방식이거나 동일한 복수개의 발광 다이오드들을 구비할 수 있고, 이러한 점은 LED-배열의 제조를 간단하게 한다.
발광 다이오드들은 가령 매트릭스형 또는 벌집 패턴형과 같은 격자점형으로 지지부상에 배치될 수 있다.
바람직한 발전예에서, 단일 또는 복수개의 발광 다이오드의 광학 요소의 종축 연장 방향은 지지부의 테두리에 대해 경사진다. 특히 지지부의 코너(corner) 영역들에서 LED-배열의 균일한 복사가 간단히 달성될 수 있다. 따라서, 지지부의 테두리쪽으로, 특히 지지부의 코어 영역들에서 상기 방출된 복사속이 예기치 않게 감소되는 일이 간단하게 방지되거나 적어도 줄어들 수 있다.
다른 바람직한 형성예에서, 광학 요소들은 상기 광학 요소들의 종축 연장 방향과 관련하여 지지부의 평면도상에서 상호 간에 회전되되, 특히 0°보다 크고 90°와 같거나 작은 각도만큼 상호 간에 회전되어 배치된다. 광학 요소들이 서로에 대해 회전됨으로써, LED-배열의 복사 특성은 소정의 복사 특성에 간단한 방식으로 맞춰질 수 있다.
바람직한 발전예에서, LED-배열은 상호 간에 평행하게 배치되는 광학 요소들 및 상호 간에 경사져서 배치되는 광학 요소들을 포함한다. 예를 들면, LED-배열은 복수개의 광학 요소군들을 포함할 수 있고, 일 군의 광학 요소들은 각각 상호 간에 평행하게 배치되며, 서로 다른 군들의 종축 연장 방향은 상호 간에 회전되어 배치된다.
더욱 바람직하게는, 발광 다이오드들은, 상기 발광 다이오드들의 복사 특성이 LED-배열의 소정의 복사 특성과 중첩되도록 배치된다.
또 다른 바람직한 발전예에서, LED-배열의 소정의 복사 특성은 발광 다이오드들이 서로에 대해 회전됨으로써 형성될 수 있다. 이를 위해, 발광 다이오드들이 서로에 대해 회전하는 것만으로도 이미 충분할 수 있다. 소정의 복사 특성을 형성할 때, 지지부상에서 발광 다이오드들의 위치는 변경되지 않거나, 실질적으로 변경되지 않고 유지될 수 있다. 바꾸어 말하면, 가령 복사 출사면의 종축 연장 방향과 관련하여 광학 요소들의 정렬은, 발광 다이오드들의 무게 중심 위치에 대해 추가적으로 다른 자유도(degree of freedom)를 나타내는데, 상기 자유도는 LED-배열의 제조 시 LED-배열의 복사 특성에 영향을 미치기 위해 사용된다.
일 변형 형성예에서, LED-배열은 일 대칭축, 더욱 바람직하게는 2개의 대칭축들을 포함한다. 발광 다이오드들은, 이러한 대칭축 내지 대칭축들과 관련하여 대칭으로 특히 축 대칭으로 배치될 수 있다. 따라서, LED-배열의 소정의 대칭적 복사 특성은 간단히 얻어질 수 있다. 예를 들면, 발광 다이오드들은 지지부의 코너 영역들에서 상호 간에 대칭으로 배치될 수 있고, 이 때 발광 다이오드들은 지지부의 내부 영역의 발광 다이오드들에 대해 회전될 수 있다.
발광 다이오드들은 LED-배열의 소정의 복사 특성에 따라 대칭 배치와 다르게 배치될 수도 있다.
복수개의 발광 다이오드들을 포함한 LED-배열을 형성하기 위한 방법의 일 실시예에 따르면, LED-배열을 위한 기준 복사 특성을 정한다. 동일한 방식의 복사 특성을 가진 복수개의 발광 다이오드들을 준비하는데, 이 때 상기 발광 다이오드들의 복사 특성은 각각 회전 대칭이 아니다. 기준 복사 특성을 위해 적합한 발광 다이오드들의 수 및 적합한 배열을 산출한다. 상기 미리 산출한 수의 발광 다이오드들을 상기 미리 산출한 배열로 LED-배열을 위한 지지부상에 배치하여, 기준 복사 특성을 가진 LED-배열을 완성한다.
이러한 방식으로, 소정의 복사 특성을 가진 LED-배열을 간단히 제조할 수 있다. 특히, 발광 다이오드들을 지지부에 대해, 특히 서로간에 대해서도 회전시킴으로써 기준 복사 특성을 조절하거나 적어도 그것에 근접할 수 있다. 복수개의 발광 다이오드들을 위해 각각 소정의 복사 특성에 의존하여 응용에 따라 특정화되는 광학계를 비용을 들여 구상하거나 변환하는 일은 생략될 수 있다.
상기 기재된 방법은 상기 기재된 LED-배열의 제조를 위해 매우 적합하여, LED-배열과 관련하여 기재된 특징들이 상기 방법을 위해 활용될 수 있고, 그 역으로도 가능하다.
본 발명의 다른 특징들, 유리한 형성예들 및 적합성들은 도면과 관련한 실시예들로 이하에 기재된다.
도 1A 내지 1C는 LED-배열의 제1 실시예를 도시하며, 도 1A는 개략적 사선 평면도(oblique-top view), 도 1B는 개략적 평면도, 그리고 도 1C는 개략적 상세 단면도를 도시한다.
도 2는 LED-배열의 제2 실시예를 개략적 평면도로 도시한다.
도 3은 LED-배열의 제3 실시예를 개략적 평면도로 도시한다.
도 4는 LED-배열의 제4 실시예를 개략적 평면도로 도시한다.
동일하고, 동일한 방식이며, 동일하게 작용하는 요소들은 도면에서 동일한 참조 번호를 가진다. 도면은 각각 개략적으로 도시되었으므로 반드시 축척에 맞지는 않는다. 오히려, 작은 요소들은 더 나은 이해를 위해 과장되어 확대 도시될 수 있다.
도 1A 내지 C는 LED-배열(1)을 위한 제1 실시예를 개략적으로 도시하며, 상기 실시예는 지지부(2)를 포함한다.
지지부(2)상에 복수개의 발광 다이오드들(3), 바람직하게는 3개 또는 그 이상, 더욱 바람직하게는 6개 또는 그 이상(예를 들면 9개의 발광 다이오드들이 도시되었다)의 발광 다이오드들이 고정된다. 지지부(2)는 단단하거나 유연할 수 있고, 또한 바람직하게는 예를 들면 리드 프레임과 같은 연결 지지부로서, 바람직하게는 인쇄된 리드 프레임(printed circuit board, PCB)으로서 실시된다. 또한, 연결 지 지부는 금속 코어 리드 프레임으로서 실시될 수 있다. 발광 다이오드들(3)은 표면 실장형 부품들로서 형성되는 것이 적합하며, 연결 지지부상에서 연결 리드들과 전기 전도적으로 결합되고, 이 때 예를 들면 접착 또는 납땜을 이용한다. 따라서, 발광 다이오드들의 실장이 간단해진다.
지지부(2)에 또는 지지부상에 거울 요소들 또는 반사 요소들이 더 형성될 수 있고, 상기 요소들을 이용하여 LED-배열의 복사 특성이 가능한한 영향받을 수 있다(명확히 도시되지 않음).
또한, LED-배열(1)의 복사 특성은 특히 유연한 지지부(2)의 경우 상기 지지부(2)의 만곡에 의해 조절될 수 있다.
바람직하게는, LED-배열은 혼합색의 광 특히 육안으로는 백색으로 보이는 광을 생성하기 위한 발광 다이오드들을 예를 들면 적색, 녹색 및 청색과 같은 기본색으로 포함한다.
발광 다이오드들(3)은 각각 동일한 방식의 광학 요소(4) 및 LED-소자(5)를 포함한다. 광학 요소(4)는 별도로 예비 제조된 광학 요소 특히 렌즈로서 실시되며, 상기 광학 요소는 LED-소자(5)에 고정된다. 경우에 따라서, 광학 요소는 LED-소자에 통합된 반사체로서 또는 상기와 같은 반사체와 렌즈를 조합한 것으로서 실시될 수 있다(미도시). 각각의 광학 요소(4)는 복사 출사면(40)을 포함한다.
광학 요소(4)는 상기 요소의 외부로부터 보았을 때 볼록하게 만곡된, 바람직하게는 볼록하게 만곡되어 연속된 복사 출사면(40)을 포함하여 형성될 수 있다.
또한, 광학 요소는 제1 표시축(45) 및 제2 표시축(46)을 포함한다. 특히, 복 사 출사면은 상기 표시축들을 따른 단면들에서 각각 만곡되어 실시될 수 있다.
광학 요소(4)는, 발광 다이오드들(3)이 각각 비-회전 대칭으로 진행되는 복사 특성을 포함하도록 실시된다.
복사 특성은 예를 들면 발광 다이오드로부터 출사되는 복사의 세기가 상기 광학축에 대한 각도에 의존함으로써 결정될 수 있다. 바람직하게는, 광학축(7)은 각 발광 다이오드(3)의 LED 칩(6)을 관통하여 연장된다. 더욱 바람직하게는, 광학축(7)은 복사 출사면(40)의 중심 영역을 관통하여 연장된다. 광학축은 특히 상기 광학 요소(4)를 향한 LED 칩(6)의 표면에 대해 수직으로, 바람직하게는 복사 출사면(40)에 대해 수직으로 연장될 수 있다.
각 광학 요소(4)는 길이가 길게, 예를 들면 평면도상에서 타원형인 복사 출사면(40)을 포함하여 실시된다. 긴 주 축(a)은 상기 타원의 짧은 주 축(b)에 비해 1.5배 또는 그 이상, 바람직하게는 2배 또는 그 이상, 더욱 바람직하게는 3배 또는 그 이상, 가장 바람직하게는 4배 또는 그 이상 길 수 있다.
상기와 같은 광학 요소(4)에 걸쳐, LED-칩(6)에서 생성된 복사의 굴절에 의한 빔 형성을 통해, 광학 축(7)에 대해 회전 대칭을 이루지 않는 복사 특성이 형성될 수 있다. LED 칩은 복사 생성을 위한 활성 영역을 포함하는 것이 적합하다. 또한, LED 칩 특히 활성 영역은 III-V-반도체 물질을 포함한다. III-V-반도체 물질은 자외선 스펙트럼 영역(InxGayAl1-x-yN)에서 가시적 스펙트럼 영역(특히 청색 내지 녹색 복사를 위한 InxGayAl1-x-yN 또는 황색 내지 적색 복사를 위한 InxGayAl1-x-yP)을 지 나 적외선 스펙트럼 영역(InxGayAl1-x-yAs)에 이르는 복사 생성을 위해 매우 적합하다. 이 때, 각각 0≤x≤1, 0≤y≤1, x+y≤1이고 특히 x≠1, y≠1, x≠0 및/또는 y≠0을 포함한다. 특히 언급된 물질 체계로 이루어진 III-V-반도체 물질들을 이용하여, 더욱이 복사 생성 시 유리하게는 높은 내부 양자 효율을 얻을 수 있다. 바람직하게는, 광학 요소는 플라스틱을 포함하고, 특히 열 가소성 물질, 열 경화성 물질 및 실리콘으로 이루어진 군으로부터의 플라스틱을 포함한다.
대안적 또는 보완적으로, 광학 요소는 수지를 포함할 수 있고, 특히 에폭시 수지, 아크릴 수지 및 실리콘 수지로 이루어진 군으로부터의 수지를 포함할 수 있다.
지지부(2)에 대해 평행하게 연장되는 조사되어야 할 면에 있어서, 상기 면이 단일 발광 다이오드(3)를 이용하여 조사되는 경우, 상기 면상에는 그에 상응하여 길이가 길고 특히 타원형인 조도 분포가 얻어질 수 있다.
발광 다이오드의 복사 특성은, 회전 대칭이 파괴되었음에도 불구하고, 상기 광학축에 대해 축 대칭으로 진행할 수 있다. 이 경우, 조사되어야 할 면상에서 개별 발광 다이오드의 조도 분포는 광학 축과 간격을 두어 복사속이 증가된 어떠한 고립된 곳(island)도 없다.
개별 발광 다이오드들(3)로부터 출사되는 복사가 중첩되어, LED-배열(1)의 복사 특성이 얻어진다.
광학 요소들(4)이 종축 연장 방향(예를 들면 긴 주 축(a))을 이용하여 부분 적 또는 전체적으로 지지부(2)의 테두리(20)에 대해 경사져서 즉 0°및 특히 90°와 다른 각도로 배치되면, LED-배열을 위한 소정의 복사 특성 및 조사되어야 할면에서의 소정의 조도 분포가 간단히 얻어질 수 있다.
개별 광학 요소들(4)은 지지부 특히 평면 지지부(2)상에서 상호 간에 회전되어 배치된다. 바람직하게는, 회전 방향은 광학 축(7)에 대해 방위각을 이룬다.
도 1A 및 1B에 따르면, 발광 다이오드들(3)은 다각형으로 특히 직사각형으로 군을 이루어 배치된다. 바람직하게는, 발광 다이오드들(3)은 매트릭스형으로 배치된다. 이와 달리, 다른 배열 바람직하게는 규칙적인 배열이 적합할 수 있으며, 이는 가령 벌집 패턴에 따른 배열이 있다.
코너 발광 다이오드들의 광학 요소들(4)은 상기 광학 요소들의 종축 연장 방향을 이용하여 인접한 발광 다이오드의 광학 요소(4)의 종축 연장 방향에 대해 각각 회전된다(예를 들면 사이각(8) 참조). 안쪽의 광학 요소들(4)은 종축 방향으로 평행하면서, 특히 지지부 테두리(20)에 대해 평행하게 정렬된다.
대각선으로 대향하는 광학 요소들은 종축 방향에서 평행하게 배치된다. 따라서, LED-배열(1)을 이용하여 조사되어야 할 면에서 조도 분포의 테두리측 감소는 줄어들 수 있다. 그러므로, 면의 균일한 조사가 간단히 이루어진다.
도 1C는 도 1A 및 1B에 도시된 조명 배열을 개략적 단면도로 상세히 도시하며, 이 때 지지부(2)상에 배치된 발광 다이오드(3)만 모사되어 있다.
발광 다이오드(3)는 LED 소자(5)를 포함하고, 상기 소자는 하우징(55)을 가진다. LED 칩(6)은 하우징(55)의 캐비티(56)에 배치된다. 캐비티(56)의 벽(57)은 반사체를 형성한다. 이 때, 상기 벽은 LED 칩에서 생성된 복사에 대해 반사성으로 실시된다. 필요 시, 반사를 향상시키기 위해, 상기 벽은 코팅을 구비할 수 있다. LED 칩에서 생성된 복사는 벽(57)에서 반사될 수 있고, 광학 요소의 복사 출사면(40)의 방향으로 편향될 수 있다.
LED 소자(5)에 형성된 반사체는 광학축에 대해 회전 대칭으로 실시될 수 있다. 회전 대칭을 포함하지 않는 복사 특성은 적합하게 형성된 광학 요소(4)에 의해서 여전히 형성될 수 있다. 그러나, 반사체는 회전 대칭이 아닌 복사 특성이 구현되거나 적어도 촉진되도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 반사체는 평면도상에서 동심원형과 다른 기본형 가령 타원형을 가질 수 있다. 회전 대칭이 아닌 복사 특성을 가진 광학계는 반사체 또는 반사체와 렌즈를 조합한 것을 통해 얻어질 수 있다.
LED 소자는 접촉 리드(51) 및 다른 접촉 리드(52)를 포함하고, 상기 리드는 지지부(2)상에서 각각 연결면(21) 내지 다른 연결면(22)과 전기 전도적으로 결합되는데, 예를 들면 전기 전도성 결합 수단(59)을 경유하여 그러하다. 상기 결합 수단은 가령 땜납이다. 접촉 리드들(51, 52)은 LED 칩과 전기 전도적으로 결합되며, 이 때 접촉 리드(51)의 전기 전도 결합은 본딩 와이어(53)를 이용하여 형성될 수 있다.
특히, 가령 습기와 같은 외부의 영향으로부터 보호하기 위해, LED 칩(6) 및 경우에 따라서 본딩 와이어(53)는 수지 캐스팅부(56)에 매립될 수 있다.
도 1C에서, 광학 요소(4)는 부착층(9)을 이용하여 LED 소자(5) 특히 하우징(55)에 고정된다. 대안적 또는 추가적으로, 광학 요소는 가령 플러그-, 체결- 또 는 스냅식 결합과 같은 기계적 결합을 위해 형성될 수도 있다.
또한, 광학 요소는 도시된 실시예와 달리 래터럴 방향에서 적어도 국부적으로 LED 소자(5) 특히 하우징(55) 보다 돌출될 수 있다.
LED-배열(1)의 제조 방법에서, 우선 LED-배열을 위한 기준 복사 특성을 정할 수 있다. 동일한 방식의 복사 특성을 가진 복수개의 발광 다이오드들(3)을 준비할 수 있고, 이 때 상기 발광 다이오드들의 복사 특성은 각각 회전 대칭이 아니다. 이후, 기준 복사 특성을 위해 적합한 발광 다이오드의 수와 배열을 산출할 수 있다. 예를 들면, 발광 다이오드의 수를 늘려서 전체적으로 LED-배열에서 출사되는 복사속을 증가시킬 수 있다. 상기 미리 산출한 수의 발광 다이오드들을 상기 미리 산출한 배열로 LED-배열을 위한 지지부(2)상에 배치하고, 특히 고정할 수 있다. 특히, 발광 다이오드들(3)을 적합하게 정렬하고, 즉 서로에 대해서나 지지부 테두리(20)에 대해 상기 발광 다이오드들(3)을 회전시켜서, 복사 특성을 조절할 수 있다. 발광 다이오드들(3)을 소정의 위치 및 정렬로 예를 들면 납땜 또는 접착을 이용하여 지지부(2)상에 고정할 수 있다.
상기 방법에 따라 제조되어 완성된 LED-배열은 도 1A 내지 1C 및 도 2 내지 도 4와 관련하여 기재된 바와 같이 실시될 수 있다.
기재된 방법을 이용하여 소정의 기준 복사 특성에 맞춰 복사하는 LED-배열을 간단한 방식으로 제조할 수 있다.
도 2는 LED-배열에 대한 제2 실시예를 도시한다. 제2 실시예는 상기에 기재된 제1 실시예에 실질적으로 상응한다. 이와 달리, 발광 다이오드들(3)은 매트릭스 형으로 배치되고, 이 때 발광 다이오드들(3)의 광학 요소들(4)은 열(column)내에서 상호 간에 평행하게 진행하는 종축 연장 방향을 포함하여 배치된다. 또한, 발광 다이오드들의 광학 요소들의 종축 연장 방향은 인접한 열들에서 각각 상호 간에 경사진다.
외부 열들에서, 발광 다이오드들(3)의 종축 연장 방향은 상호 간에 평행하다. 중앙 열에서 발광 다이오드들(3)의 종축 연장 방향은 지지부(2)의 테두리(20)에 대해 평행하게 진행한다.
도 3은 LED-배열을 위한 제3 실시예를 도시한다. 상기 제3 실시예는 도 2와 관련하여 기재된 제2 실시예에 실질적으로 상응한다. 제2 실시예와 달리, 모든 광학 요소들(4)이 지지부 테두리(20)에 대해 경사져서 배치되며, 이 때 모든 광학 요소들(4)의 종축 연장 방향은 상호 간에 평행하다. 인접한 열들에서, 광학 요소들(4)의 종축 연장 방향은 각각 상호 간에 평행하다.
도 4는 LED-배열의 제4 실시예를 도시한다. 상기 제4 실시예는 도 2와 관련하여 기재된 제2 실시예에 실질적으로 상응한다. 제2 실시예와 달리, 광학 요소들(4)은 일 행에서 상호 간에 평행한 종축 연장 방향을 포함하여 배치되며, 이 때 인접한 행들에서 종축 연장 방향은 상호 간에 경사져있다. 외부 행들에서의 종축 연장 방향은 상호 간에 평행하다.
물론, 발광 다이오드들에 있어서, LED-배열의 소정의 복사 특성에 따라, 광학 요소들(4)의 종축 연장 방향의 다른 배열 및/또는 정렬이 적합할 수 있다. 적합한 수의 발광 다이오드들(3)과, 지지부 테두리(20) 및/또는 상호 간에 적합하게 경 사지는 길이가 긴 광학 요소들(4)을 조합하여, LED-배열(1)의 소정의 복사 특성이 간단한 방식으로 구현될 수 있다.
본 특허 출원은 독일 특허 출원 10 2006 047 233.0의 우선권을 주장하며, 이의 개시 내용은 여기서 참조로 수용된다.
본 발명은 실시예들에 의거한 기재에 한정되지 않는다. 오히려, 본 발명은 각 새로운 특징 및 특징들의 각 조합을 포함하며, 이러한 점은 특히 특허 청구 범위에서의 특징들의 각 조합을 포함하는데, 비록 이러한 특징 또는 이러한 조합이 그 자체로 명백하게 특허 청구 범위 또는 실시예들에 제공되지 않더라도 그러하다.

Claims (45)

  1. 발광 다이오드(3)를 위한 복사 출사면(40)을 구비한 광학 요소(4)에 있어서,
    상기 광학 요소(4)는 회전 대칭을 이루지 않는 복사 특성을 생성하는 데 적합한 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광학 요소의 복사 출사면(40)은 평면도상에서 길이가 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 광학 요소(4)의 복사 출사면(40)의 종축 범위(a) 대 상기 복사 출사면(40)의 횡축 범위(b)의 비율은 상기 복사 출사면의 평면도에서 2:1 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 광학 요소(4)의 복사 출사면(40)의 종축 범위(a) 대 상기 복사 출사면(40)의 횡축 범위(b)의 비율은 상기 복사 출사면의 평면도에서 3:1 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 광학 요소(4)의 복사 출사면(40)의 종축 범위(a) 대 상기 복사 출사면(40)의 횡축 범위(b)의 비율은 상기 복사 출사면의 평면도에서 4:1 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 요소(4)의 복사 출사면(40)은 상기 복사 출사면(40)의 평면도에서 적어도 2개로 표시되는 축들(45, 46)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 축들(45, 46)은 대칭축들인 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 복사 출사면(40)은 상기 광학 요소의 광학 축과 상기 표시되는 축들(45, 46) 중 하나의 축에 의해 각각 펼쳐진 단면들에서 각각 만곡되어 연장되는 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 요소는 상기 복사 출사면(40)의 평면도에서 타원형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 요소는 렌즈로서 실시되는 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  11. 복사 출사측 및 광학 요소(4)를 포함하는 발광 다이오드(3)에 있어서,
    상기 광학 요소(4)는 상기 발광 다이오드(4)의 복사 특성이 회전 대칭을 이루지않도록 배치 및 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 발광 다이오드는 회전 대칭을 이루지 않는 소기의 복사 특성을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  13. 청구항 11 또는 청구항 12에 있어서,
    상기 광학 요소(4)는 렌즈로서 실시되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  14. 청구항 11 또는 청구항 12에 있어서,
    상기 광학 요소(4)는 반사체로서 실시되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  15. 청구항 11 또는 청구항 12에 있어서,
    상기 광학 요소(4)는 렌즈와 반사체를 조합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  16. 청구항 11 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드는 복사 생성을 위해 LED 칩(6)을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  17. 청구항 11 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드는 LED 소자(5)를 포함하고, 상기 LED 소자(5)는 LED 칩(6) 및 하우징(55)을 포함하며, 상기 LED 칩(6)은 상기 하우징(55)에 배치되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 LED 소자(5)는 표면 실장형으로 실시되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  19. 청구항 17 또는 청구항 18에 있어서,
    상기 광학 요소(4)는 상기 LED 칩(6)에서 생성된 복사에 대해 반사성으로 형성되는 하우징(55)의 부분(57)을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  20. 청구항 17 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 요소(4)는 상기 LED 소자에 고정되어 예비 제조된 광학 요소를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  21. 청구항 11 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 요소(4)는 플라스틱을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 광학 요소(4)는 열 가소성 물질, 열 경화성 물질 및 실리콘으로 이루어진 군으로부터의 플라스틱을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  23. 청구항 11 내지 청구항 22 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 요소(4)는 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  24. 청구항 11 내지 청구항 23 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 요소(4)는 에폭시 수지, 아크릴 수지 및 실리콘 수지로 이루어진 군으로부터의 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  25. 청구항 11 내지 청구항 24 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 요소(4)는 상기 복사 출사측의 평면도에서 길게 연장되어 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  26. 청구항 25에 있어서,
    상기 광학 요소(4)의 종축 범위(a) 대 상기 광학 요소(4)의 횡축 범위(b)의 비율은 상기 복사 출사측의 평면도에서 2:1 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  27. 청구항 25에 있어서,
    상기 광학 요소(4)의 종축 범위(a) 대 상기 광학 요소(4)의 횡축 범위(b)의 비율은 상기 복사 출사측의 평면도에서 3:1 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  28. 청구항 25에 있어서,
    상기 광학 요소(4)의 종축 범위(a) 대 상기 광학 요소(4)의 횡축 범위(b)의 비율은 상기 복사 출사측의 평면도에서 4:1 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  29. 청구항 11 내지 청구항 28 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드의 복사 출사면(40)은 상기 복사 출사면(40)의 평면도에서 적어도 2개로 표시되는 축들(45, 46)을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  30. 청구항 29에 있어서,
    상기 축들은 대칭축들(45, 46)인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  31. 청구항 11 내지 청구항 30 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 요소(4)는 상기 복사 출사측의 평면도에서 타원형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  32. 청구항 11 내지 청구항 31 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 요소는 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 따라 실시되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  33. 지지부(2)상에 배치된 복수개의 발광 다이오드들(3)을 포함하는 LED-배열(1)에 있어서,
    상기 발광 다이오드들(3)에는 각각 하나의 고유한 광학 요소(4)가 부속하고, 상기 광학 요소는 상기 각 발광 다이오드(3)의 복사 특성이 회전 대칭을 이루지 않도록 배치 및 형성되고, 상기 광학 요소(4)는 동일한 방식으로 실시되는 것을 특징 으로 하는 LED-배열.
  34. 청구항 33에 있어서,
    상기 지지부(2)는 복수개의 연결 리드들을 포함한 연결 지지부이고, 상기 발광 다이오드들(3)은 상기 연결 리드들과 전기 전도적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 LED-배열.
  35. 청구항 33 또는 청구항 34에 있어서,
    상기 광학 요소들(4)은 동일한 방식으로 형성된 복사 출사면들(40)을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED-배열.
  36. 청구항 33 내지 청구항 35 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드들(3)은 상기 지지부(2)상에 격자점형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 LED-배열.
  37. 청구항 33 내지 청구항 36 중 어느 한 항에 있어서,
    단일 또는 복수개의 발광 다이오드(3)의 상기 광학 요소(4)의 종축 연장 방향은 상기 지지부(2)의 테두리(30)에 대해 경사지는 것을 특징으로 하는 LED-배열.
  38. 청구항 33 내지 청구항 37 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 요소들(4)은 상기 광학 요소들의 종축 연장 방향과 관련하여 상기 지지부(2)의 평면도에서 상호 간에 회전되어 배치되는 것을 특징으로 하는 LED-배열.
  39. 청구항 33 내지 청구항 38 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 요소들(4)은 상기 광학 요소들의 종축 연장 방향과 관련하여 상호 간에 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 LED-배열.
  40. 청구항 33 내지 청구항 39 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 LED-배열은 상기 광학 요소의 종축 연장 방향과 관련하여 상호 간에 평행하게 배치된 광학 요소들(4) 및 상호 간에 경사져셔 배치된 광학 요소들(4)을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED-배열.
  41. 청구항 33 내지 청구항 40 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드들(3)은 상기 발광 다이오드들(3)의 복사 특성이 상기 LED-배열(1)의 소정의 복사 특성과 중첩되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 LED-배열.
  42. 청구항 33 내지 청구항 41 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 LED-배열(1)의 소정의 복사 특성은 상기 발광 다이오드들이 상호 간에 회전됨으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 LED-배열.
  43. 청구항 33 내지 청구항 42 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드들(2)은 청구항 11 내지 청구항 32 중 어느 한 항에 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 LED-배열.
  44. 복수개의 발광 다이오드들을 포함하는 LED-배열의 제조 방법에 있어서,
    a) 상기 LED-배열을 위한 기준 복사 특성을 정하는 단계;
    b) 동일한 방식의 복사 특성을 가지되, 각각 회전 대칭이 아닌 복사 특성을 가지는 복수개의 발광 다이오드들을 준비하는 단계;
    c) 상기 기준 복사 특성을 위해 상기 발광 다이오드들의 적합한 수 및 적합한 배열을 산출하는 단계;
    d) 미리 산출한 수의 발광 다이오드들을 미리 산출한 배열로 상기 LED-배열을 위한 지지부상에 배치하는 단계; 및
    e) 상기 기준 복사 특성을 가진 LED-배열을 완성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED-배열의 제조 방법.
  45. 청구항 44에 있어서,
    상기 LED-배열의 제조 방법은 청구항 33 내지 청구항 43 중 어느 한 항에 따른 LED-배열을 제조하는 것을 특징으로 하는 LED-배열의 제조 방법.
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