KR20100108549A - 하이브리드 상부 반사기를 갖는 측면 발광 장치 - Google Patents

하이브리드 상부 반사기를 갖는 측면 발광 장치 Download PDF

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KR20100108549A
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Abstract

기판(102) 상에 배열되고, 상기 기판으로부터 소정 거리에 배치되고 상기 기판의 연장을 따라 연장하는 산란 반사기(103, 109)에 대면하는 적어도 하나의 발광 다이오드(101)를 포함하는 측면 발광 장치(100)가 제공된다. 반사기는 투과성 캐리어(113) 내에 분포되는 복수의 평행하지 않은 배향의 반사성 박편(112)을 포함하며, 따라서 임의의 입사각으로 그에 입사되는 광이 반사되고 산란된다. 반사기의 산란 작용은 장치 내의 각도 재분포를 유발하여, 광이 반사기와 기판 사이의 측면 개구들을 통해 장치로부터 출사하는 기회를 증가시키며, 반사기의 불투명은 광이 상면을 통해 출사되는 것을 방지한다.

Description

하이브리드 상부 반사기를 갖는 측면 발광 장치{SIDE EMITTING DEVICE WITH HYBRID TOP REFLECTOR}
본 발명은, 기판 상에 배열되고, 상기 기판으로부터 거리를 두고 배치되고 상기 기판의 연장을 따라 연장하는 산란 반사기에 대면하는 적어도 하나의 발광 다이오드를 포함하는 측면 발광 장치에 관한 것이다.
컬러 LED들은 물론, 형광체 변환 고전력 LED들은 효율적인 고휘도 광원들로서 대형 백라이트 패널들에 사용하기에 매력적이다. 그러나, 이동 전화, PDA 등과 같은 핸드헬드 디스플레이 장치용의 얇은 백라이트들과 같은 소정의 응용들에서는, 얇은 측면 발광 장치들을 광원으로 사용하는 것이 바람직하다.
하나의 측면 발광 장치가 Kim 등의 US 2006/0208269 A1에 설명되어 있으며, 이 특허 출원은 기판 상에 배열된 발광 다이오드를 설명하고 있는데, 이 발광 다이오드는 발광 다이오드로부터의 광이 내부 전반사에 의해 장치의 측면들을 향해 반사되도록 설계된 반사면 아래에 배열된다. 반사면 뒤에는, LED로부터의 대향 측면 상에, 반사면을 통과한 광, 즉 반사면 상에서 내부 전반사를 겪지 않은 광을 산란시켜 반사면을 통해 다시 반사하기 위한 산란 물질이 배열된다.
그러나, 위의 장치가 적절히 동작하기 위하여, 반사면은 아래로부터 나오는 광이 내부 전반사에 의해 측면들로 반사되도록 경사져야 한다. 따라서, 기판으로부터 반사면까지의 거리는 측면들을 향해 점차 증가해야 한다. 이것은 장치의 전체 두께를 증가시킨다. 또한, 광이 상면을 통해 산란 물질을 떠나는 것을 방지하기 위하여, 산란 물질은 상당한 두께를 가져야 하며, 이 또한 장치의 전체 두께를 증가시킬 수 있다.
따라서, 상면을 통해 광을 방출하지 않는 얇은 측면 발광 장치(side emitting light emitting device)가 이 분야에 필요하다.
본 발명의 목적은 이러한 문제를 적어도 부분적으로 극복하고, 상면을 통해 광을 방출하지 않으면서, 낮은 두께를 갖도록 쉽게 제조될 수 있는 측면 발광 장치를 제공하는 것이다.
따라서, 제1 양태에서, 본 발명은 기판 상에 배열되고, 상기 기판으로부터 소정 거리에 배치되고 상기 기판의 연장을 따라 연장하는 본질적으로 불투명한 반사기에 대면하는 적어도 하나의 발광 다이오드를 포함하는 측면 발광 장치를 제공한다. 반사기는 본질적으로 불투명한 산란 컴포넌트이며, 따라서 임의의 입사각으로 그 위에 입사되는 광은 반사되고 산란된다.
LED에 의해 방출되는 광은 반사기 상에 입사되며, 광은 입사각에 관계없이 산란되고 반사될 것이다. 반사기는 본질적으로 불투명하므로, 많은 양의 광이 반사기를 통해 장치로부터 출사되지는 않으며, 따라서 장치로부터 출사되는 모든 광은 기판과 반사기 사이의 개구에서 출사되어야 한다. 또한, 반사기는 불투명하므로, 반사기의 산란 컴포넌트는 원하는 산란 작용을 달성하기에 충분한 만큼만 두꺼워질 수 있다. 산란 작용은 장치 내의 각도 재분포를 유발하며, 이는 광이 장치로부터 출사될 기회를 여하튼 증가시킨다. 따라서, 산란 반사기는 거울 반사기에 비해 광 추출을 증가시킬 것이다.
본질적으로 불투명한 산란 반사기는 투과 캐리어 내에 분포된 복수의 평행하지 않은 배향의 반사성 박편(flake)들을 포함한다.
박편들의 평행하지 않은 정렬은 단일 층 내에서 광의 반사 및 산란 양자를 제공하며, 따라서 반사기는 매우 얇아질 수 있다. 또한, 반사기는 고체 물질인 경우 광 전달 영역 상에 간단히 코팅될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 반사성 박편들은 고도의 반사를 제공하기 위해 경면을 갖는다.
본 발명의 실시예들에서, 상부 반사기는 투과 캐리어 내에 분포된 반사성 박편들의 반사기의 상부에 배열될 수 있다. 그러한 상부 반사기는 상면을 향해 산란 반사기를 통과한 임의의 광을 장치 내로 다시 반사하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 고체 투과 물질은 기판과 반사기 사이에 배열될 수 있다.
높은 굴절률의 LED 물질로부터 예를 들어 공기보다 높은 굴절률의 고체층으로 더 적은 광이 반사되므로, 고체 투과 물질은 LED로부터 더 효율적인 광 추출을 유발할 것이다. 또한, 내부 전반사의 임계각은 고체에 의해 증가된다.
본 발명의 실시예들에서, 투과 물질은 파장 변환 물질을 포함할 수 있다.
파장 변환 물질이 기판과 반사기 사이에 배열될 때, LED에 의해 방출되는 광은 파장 변환될 것이며, 장치 크기를 증가시키거나, 장치에 외부 요소들을 추가하지 않고도, 사용자의 필요에 따라 광 출력의 컬러가 조절될 수 있다. 또한, 파장 변환 물질은 광에 대하여 산란 효과를 가지며, 이는 장치의 산란의 이익들을 증가시킨다.
본 발명의 실시예들에서, 반사기는 기판과 본질적으로 평행하게 배열될 수 있다. 산란 반사기의 산란 효과들로 인해, 반사기는 기판에 평행하게 배열되어, 얇은 장치를 제공하면서, 광의 대부분이 기판과 반사기 사이의 개구를 통해 장치로부터 출사되도록 방출되게 할 수 있다.
이하, 본 발명의 상기 및 다른 양태들은 본 발명의 현재 바람직한 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 장치의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 단면도.
본 발명의 측면 발광 장치(side emitting light emitting device)(100)의 일 실시예가 도 1에 개략적으로 도시되어 있으며, "LED"(101)로도 표시되는 발광 다이오드 및 LED(101)가 배열되는 기판(102)을 포함한다. 이 도면에 도시되지 않았지만, 장치 내에는 이 분야에 통상적인 바와 같이 LED용의 구동 회로도 존재한다. LED(101)가 배열된 기판(102)의 표면 위에 반사기(103)가 배열된다. 따라서, LED(101)는 반사기(103)에 대면한다.
이 실시예에서, 기판(102) 및 반사기(103)는 본질적으로 평행한 것으로 도시되지만, 아래의 설명으로부터 이해되듯이, 이것은 본 발명의 모든 실시예에 대해 필요한 것은 아니다.
기판(102) 및 반사기(103)는 그들 사이에 배치된 광 전달 영역(115)에 대한 상한 및 하한을 각각 형성한다. 광 전달 영역(115)은 LED에 의해 방출되는 광이 그 안에서 전달되도록 비어 있거나(진공), 기체, 액체, 겔 또는 고체 투과 물질(106)로 채워질 수 있다.
장치는 광 전달 영역(115)의 적어도 하나의 측면 에지에 그리고 기판과 반사기 사이에 적어도 하나의 측면 개구(114)를 구비하며, LED(101)에 의해 방출되고 광 전달 영역(115)에서 전달되는 광은 이 개구(들)를 통해 장치(100)로부터 출사될 수 있다.
발광 다이오드(101)는 기판(102) 상에 배열된다. LED(101)로부터의 광은 통상적으로 반구 패턴 또는 더 낮은 확산의 방출과 같은 실질적인 각도 확산을 가지며, 통상적으로 기판의 표면으로부터 수직인 광 방출의 주요 방향을 가지며, 이러한 LED는 소위 상부 발광 LED라고 한다. 그러나, 다른 타입의 LED들도 본 발명의 장치에서 사용될 수 있다.
본 출원에서 사용될 때, "LED"로서 약칭되는 "발광 다이오드"라는 용어는 무기 계열 LED, 소형 유기 분자 계열 LED(smOLED) 및 폴리머 계열 LED(polyLED)를 포함하지만 이에 한정되지 않는, 이 분야의 기술자들에게 공지된 임의 타입의 발광 다이오드 또는 레이저 방출 다이오드를 지칭한다. 또한, 더 좁고 조절 가능한 광 콘(cone)의 광을 방출하는 광자 밴드갭 LED들도 사용될 수 있다. 본 발명에 사용하기에 적합한 LED에 의해 방출되는 광은 통상적으로 UV 광 내지 가시광의 파장 범위 내에 있다. 가시광에 대해, 발광은 자외선 내지 적색의 임의 컬러일 수 있다. 통상적으로, 청색 발광 LED들이 본 발명의 장치들에 사용된다.
기판(102)은 LED(101)에 대한 지지체이며, 다층 구조를 가질 수 있다. 통상적으로, 기판(102)은 LED에 의해 방출되는 광을 반사하는 층을 포함한다. 반사층은 전극 기능과 반사 기능을 겸비하는 LED(101)의 반사 백플레인이거나, 개별 층일 수 있다. 반사층은 통상적으로 Ag 또는 Al과 같은 금속을 포함한다.
본 발명의 일반 범위에 따르면, 반사기(103)는 본질적으로 불투명하다. 또한, 반사기는 반사기에 입사되는 광을, 본질적으로 광이 반사기에 대해 갖는 입사각에 관계없이 반사하고 산란시킨다.
LED(101)에 의해 방출되는 광은 적어도 반사기(103)를 향하는 광의 성분을 갖도록 방출되며, 광은 반사기를 만날 때 광 전달 영역 내로 다시 반사되지만, 이러한 반사가 산란된 후에, 훨씬 더 높은 각도 산란을 갖고, 입사 광 방향으로부터 상당한 광 전달 편차를 갖는다. 통상적으로, 반사기(103)에서의 반사 후의 각도 확산은 반구 확산에 가깝다. 이러한 높은 확산으로 인해, 광이 결국에는 측면 개구(114)를 통해 장치로부터 출사될 좋은 기회가 생긴다. 예를 들어, 도파층 내에 소정의 산란 입자들을 가짐으로써 도파층 내에서 산란 재분포도 발생할 수 있다.
반사기에서의 반사도는 통상적으로 R>약 90%와 같은 R>약 80%의 범위 내이다.
이러한 반사기의 매우 반사적이고 산란적인 특성을 얻기 위해, 반사기는 본질적으로 불투명한 거울 컴포넌트 및 하나의 산란 컴포넌트를 포함한다. 반사기 상의 임의의 입사각으로부터의 광은 반사되기 전에 또는 반사와 동시에 산란된다는 사실로 인해 산란되고 반사된다. 한편, 반사 컴포넌트는 본질적으로 불투명하므로, 상면을 통해 장치로부터 본질적으로 어떠한 광도 출사되지 않는다. 또한, 반사 컴포넌트는 불투명하므로, 산란 컴포넌트는 원하는 산란을 제공하기에 충분할 만큼만 최소로 유지될 수 있다. 산란 컴포넌트는 후방 산란에 의해 반사에 기여할 수도 있다. 반사기는 반사기의 제조에 사용되는 기판들을 포함하는 여러 층을 포함할 수 있다.
도 1의 실시예의 반사기(103)는 아래에 더 상세히 설명된다.
LED(101)는 기판(102)과 반사기(103) 사이의 영역 내로 광을 방출한다. 이 영역은 본 명세서에서 광 전달 영역(115)으로 표시된다. 이 광 전달 영역(115)의 목적은 LED(101)로부터의 광을 측면 개구들(114)로 안내하는 것이다. 이 광 전달 영역에서, 광은 반사 표면들 사이에서 앞뒤로 반사되며, 결국에는 측면 개구들(114)을 통해 장치로부터 출사될 것이다.
광 전달 영역은 바람직하게는 예를 들어 인식 가능할 정도로 광을 흡수하지 않도록 장치의 LED(들)에 의해 방출되는 파장들의 광에 본질적으로 투명하다.
광 전달 영역(115)은 열린 보이드(void)이거나, 예를 들어 공기와 같은 임의의 기체로 채워지거나, 대안으로서 진공일 수 있거나, 액체, 겔 또는 고체 물질일 수 있다. 고체 광 전달 영역(115)에 사용하기에 적합한 고체 물질들의 예는 알루미나, 유리, 융합 실리카, 사파이어 및 YAG와 같은 고체 무기 물질들 및 실리콘 수지, 플루오르폴리머, 폴리올레핀 또는 다른 폴리머들을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 고체 광 전달 영역(115)은 영역 내의 균일한 광 분포를 얻기 위해 추가 양의 산란 물질을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 고체 광 전달 영역(115)은 반드시는 아니지만, 예를 들어 광 전달 영역(115) 내에 분포되어 배열되는 파장 변환 물질(107)을 포함할 수 있거나, 파장 변환 물질로 형성될 수 있다. 따라서, 광 전달 영역(115)으로부터 출사되는 광의 상당 부분은 파장 변환 물질(107)에 종속될 것이다.
파장 변환 물질(107)은 소정의 파장 또는 파장 범위의 광의 흡수시에 상이한 변환된 파장 또는 파장 범위의 광을 방출하는 물질이다. 통상적으로, 변환된 파장들은 더 긴 파장들을 향해 시프트된다. 전통적으로, 그러한 물질들은 통상적으로 형광 및/또는 인광 물질이다. 많은 그러한 파장 변환 물질들은 이 분야의 기술자들에게 공지되어 있으며, 하나의 일반적으로 사용되는 화합물 그룹은 "형광체"라는 명칭을 갖는다.
파장 변환 물질은 예를 들어 세라믹, 고체 물질들이거나, 캐리어 폴리머와 같은 바인더 물질 내에 삽입될 수 있다.
파장 변환 물질(107)은 LED에 의해 방출되는 광의 적어도 일부를 흡수하도록 LED(101)와 매칭된다. 따라서, 파장 변환 물질의 선택은 LED의 선택에 의존한다. 예컨대, 파장 변환 물질은 청색 광을 녹색/황색 광으로 부분적으로 변환할 수 있으며, 이들은 백색 광으로 혼합된다. 그러나, 예를 들어 청색을 녹색, 황색 또는 적색으로 완전히 변환하거나, UV 광을 가시광으로 변환하는 다른 파장 변환 물질들도 사용될 수 있다.
반사기(103)는 투과 캐리어(113) 내에 삽입되고 분포되는 복수의 반사성인, 본질적으로 불투명한 박편(flake)들(112)을 포함한다.
반사성 박편들(112)은 바람직하게는 경면을 갖지만, 대안으로서 확산 반사성을 가질 수 있다.
박편들의 크기는 통상적으로 1 내지 100 ㎛와 같은 수 ㎛, 예를 들어 1 내지 10 ㎛의 정도의 폭, 및 0.05 내지 1 ㎛와 같은 최대 1 ㎛의 두께를 갖는다.
박편들(112)은 통상적으로 알루미늄 또는 은과 같은 금속 박편들 또는 알루미늄 또는 은과 같은 반사 코팅으로 코팅된 폴리머 박편들로 구성된다.
박편들(112)이 분포되는 캐리어(113)는 바람직하게는 예를 들어 폴리머 또는 졸-겔 캐리어와 같은 투과성 캐리어이다.
박편들(112)은 평행하지 않은 배향을 갖도록 캐리어 내에 배치된다. 본 명세서에서 사용될 때, 박편(112)의 배향은 박편의 주면의 평면으로서 해석된다. 평행하지 않은 배향의 박편들은 박편들이 일반적으로 서로에 대해 또는 반사기(103)의 주면들에 대해 정렬되지 않음을 의미하는데, 즉 소정의 무작위도가 박편들의 배향에 도입된다는 것을 의미한다. 물론, 일부 개별 박편들(112)은 서로 또는 반사기(103)의 주면의 표면에 대해 평행하게 배향될 수 있지만, 그러한 박편들은 예외로서 간주되어야 한다.
결과적으로, 반사기(103), 즉 반사기의 박편들(112)은 반사기 상에 입사하는 광을 무작위, 즉 산란 방식으로 반사할 것이다. 캐리어 내의 박편들의 농도 및/또는 층의 두께는 층이 본질적으로 불투명하게 하는데, 즉 박편들에서 반사되지 않고 층을 통과하는 광에 대한 열린 통로가 없게 한다. 각각의 박편에 대해, 바람직하지는 않지만, 광의 매우 적은 부분이 누설될 수 있다.
반사기(103) 상에 배열된 추가 상부 반사기(116)가 박편들을 통해 누설되는 임의 광을 흡수하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 장치에서, 통상적인 LED 다이 크기는 약 1x1 mm이지만, 더 작거나 큰 치수가 사용될 수도 있다. 광 전달 영역의 통상적인 두께는 약 10 ㎛ 내지 수 mm의 범위, 예를 들어 10 ㎛ 내지 2 mm, 예를 들어 50 내지 500 ㎛의 범위, 통상적으로는 약 300 ㎛이다.
이 분야의 기술자는 본 발명이 전술한 바람직한 실시예들로 한정되지 않는다는 것을 안다. 그와 달리, 첨부된 청구항들의 범위 내에서 많은 변경 및 변형들이 가능하다. 예를 들어, 도면들에서, 기판 및 반사기는 광 전달 영역의 측면 에지들과 일치하는 그들의 측면 에지들을 갖는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 기판 및 반사기 중 적어도 하나의 측면 에지들은 광 전달 영역의 밖에 있는 것도 가능하다.
요컨대, 기판 상에 배열되고, 상기 기판으로부터 소정 거리에 배치되고 상기 기판의 연장을 따라 연장하는 본질적으로 불투명한 반사기에 대면하는 적어도 하나의 발광 다이오드를 포함하는 측면 발광 장치가 제공된다. 반사기는 투과성 캐리어 내에 분포되는 복수의 평행하지 않은 배향의 박편을 포함하며, 따라서 임의의 입사각으로 그에 입사되는 광이 반사되고 산란된다.
반사기의 산란 작용은 장치 내의 각도 재분포를 유발하여, 광이 반사기와 기판 사이의 측면 개구들을 통해 장치로부터 출사하는 기회를 증가시키며, 불투명은 광이 상면을 통해 출사되는 것을 방지한다.
본 발명의 발광 장치는 예를 들어 LED 조명의 영역들에서, 예를 들어 디스플레이 장치들에서의 백라이트 응용들에서, 자동차 헤드라이팅 또는 범용 LED 스폿 조명에 사용될 수 있는 바와 같이, 평면 광 안내 조명 기구들, LED 시준기 구성들을 포함하는 광 안내 응용들에서 사용될 수 있다. 그러나, 이용 영역들은 위의 것들로 한정되지 않는다.

Claims (8)

  1. 측면 발광 장치(side emitting light emitting device)(100)로서,
    기판(102) 상에 배열되고, 상기 기판으로부터 거리를 두고 배치되고 상기 기판의 연장(extension)을 따라 연장하는 산란 반사기(103)에 대면하는 적어도 하나의 발광 다이오드(101)를 포함하고,
    상기 반사기(103)는 투과성 캐리어(113) 내에 분포되는 복수의 평행하지 않은 배향의 반사성 박편(flake)(112)을 포함하는 측면 발광 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반사성 박편들(112)은 경면을 갖는(specular) 측면 발광 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반사기(103)의 상부에 상부 반사기(116)가 배열되는 측면 발광 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사성 박편들(112)의 두께는 0.05 내지 1 ㎛의 범위 내인 측면 발광 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사성 박편들(112)의 폭은 1 내지 100 ㎛의 범위 내인 측면 발광 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판(102)과 상기 반사기(103) 사이에 고체 투과성 물질(106)이 배열되는 측면 발광 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투과성 물질(106)은 파장 변환 물질(107)을 포함하는 측면 발광 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사기(103)는 상기 기판(102)에 평행하게 배열되는 측면 발광 장치.
KR1020107015284A 2007-12-11 2008-12-05 하이브리드 상부 반사기를 갖는 측면 발광 장치 KR101608340B1 (ko)

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