KR20110016903A - (ｗ)ｌｅｄ를 위한 광 변환기 시스템 - Google Patents

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에드가르 파블로브스키
토마스 제테르에르
로베르트 헤틀레르
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쇼오트 아게
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Abstract

본 발명은 LED를 위한 바람직하게는 (W)LED를 위한 광 변환기, 및 광 변환기 시스템을 제작하기 위한 방법에 관한 것이다. 모듈러 타입 광 변환기 시스템은 LED로부터 방출된 복사선을 변환하기 위한 무기물의 변환기, 무기물의 광학 소자로서, 바람직하게는, LED의 방출 방향에서 변환기에 대해 하류에 배치되는, 유리를 포함하는 광학 소자를 포함하고, 변환기와 제1 광학 소자는 서로 인접하고 적어도 일부 구역에서 접합된다. 광 변환기 시스템은 종래 기술의 공지된 시스템의 내온성보다 높은, 내온성을 소유한다. 또한, 이 시스템의 바람직한 구성 요소들은 실질적으로 UV 및 화학물질에 견딜 수 있다.

Description

(Ｗ)ＬＥＤ를 위한 광 변환기 시스템{OPTICAL CONVERTER SYSTEM FOR (W)LEDS}
본 발명은 LED, 바람직하게는 소위 (W)LED를 위한 광 변환기 시스템 및 광 변환기 시스템 제작 방법에 관한 것이다.
종래 기술에서, LED, 변환기 및 광학 기기를 갖는 시스템은 소위 몰딩 공정에 의해 패키지로도 지칭되는 하우징에 접합되게 배치된다. 일반적인 방법으로, 상기 패키지는 개별적인 구성 요소들로 직접 제조되고, 그 후 이들 구성 요소가 서로 견고하게 접합된다. 일반적으로, 실리콘 수지는 이러한 목적에 사용된다. 그러한 시스템으로는 예를 들어 특허 문헌 DE 10 2005 009 066 A1호에 설명되어 있다.
본질적으로 시스템의 유기물 특성에 기초하는 그러한 시스템의 결점은 일반적으로 겨우 약 100℃의 값에 이르는 낮은 내온성이다. 낮은 내온성으로 인해, 상기 시스템은 소정 조건 하에서만 솔더링 공정에 적합할 수 있는 데, 이는 그러한 공정의 수행은 고열이 발생되도록 하거나 고열을 필요로 하기 때문이다. 특히, 종래 기술에서 사용되는 재료는 현재 LED 칩에서 사용되는 소위 접합 온도가 현재 최대 100-150℃에서 200℃로 증가한다면 더 이상 이용될 수 없다.
또한, 상기 시스템은 UV에 대한 저항력이 없다. 또한, 상기 패키지는 기밀하게 시일링되지 않으므로 습기와 같은 환경적 영향에 약하다. 반도체 소자 및 다양한 용례에서의 복잡도의 증가는 기밀한 패키지를 필요로 한다. 이에 대한 예로는 색상 모니터링 장치가 있는 LED, 광검출기 및 LD 가 있다.
알려진 시스템의 또 다른 결점은 그 시스템들이 노화에 약하다는 사실을 기초로 한다. 특히, 소위 플라스틱의 탈기(degassing) 효과는 반도체 칩의 노화를 초래한다. 현재 사용되는 재료의 경우에 방출된 광의 낮은 파장은 바람직하게 접착 메커니즘 및 광학 특성의 열화를 초래한다. 또한, 특히 1 W/mK 보다 작은 범위에 속하는, 사용된 플라스틱의 낮은 열 전도도 역시 결점이다.
개별적인 구성 요소들은 일반적으로 서로 견고하게 접합되어 패키지에 제공된다. 개별적인 구성 요소들의 서로에 대한 굴절률 및 광의 파장에 대한 굴절률의 유연한 부합은 매우 어렵거나 일반적으로 불가능하다. 또 다른 결점은, 제조시 비용이 증가하는 것인 데, 이는 개별적인 구성 요소들을 조립해야 하기 때문이다.
이러한 배경 기술과 대조적으로, 본 발명의 목적은 복사선 방출 요소, 특히 LED 또는 (W)LED를 위한 광 변환기 시스템 또는 변환기 모듈, 및 상기한 바와 같은 종래 기술의 단점을 적어도 방지하는, 상기와 같은 시스템을 제작하는 방법을 제공하는 것이다.
특히, 본 발명은 미래의 기술 트렌드와 양립할 것이고 또한 특히 대규모 생산에도 적합할 것이다.
이 목적들은 독립 청구항에 따른 변환기 모듈 및 방법에 의해 달성될 것이다. 유익한 실시예는 각각의 종속 청구항의 주제에 대응한다.
본 발명의 범위 내에서, 적어도 하나의 광전자 기능 요소로부터 방출된 복사선 및/또는 그에 의해 수광되는 복사선을 위해 광전자 기능 요소 상에, 바람직하게는 LED 상에 배치되는 컨버터 모듈은,
- 방출된 복사선 및/또는 수광되는 복사선의 변환을 위한 적어도 하나의, 바람직하게는 무기물 된 변환기,
- 광전자 기능 요소의 복사선 방출 방향에서 상기 변환기에 대해 하류 및/또는 상류에 배치되는, 바람직하게는 무기물, 특히 유리를 포함하는 적어도 하나의 광학 소자
를 포함하고, 상기 변환기 및 광학 소자는 접합되거나 적어도 서로에 대해 인접한 구역에서 접합되고, 상기 변환기와 광학 소자는 바람직하게는 접착식으로 함께 접합된다.
추가로, 복사선 방출 광전자 소자에 대해 설정된 방향, 본 명세서에서의 방출 방향은 또한 순전히 복사선 수광 광전자 소자에도 적용된다는 것을 분명히 해 둔다.
또한, 본 발명은 적어도 하나의 광전자 기능 요소로부터 방출된 복사선 및/또는 그에 의해 수신되는 복사선, 바람직하게는 LED로부터 방출되는 복사선을 위한 컨버터 모듈을 제작하기 위한 방법으로 확장되는 데, 이 방법은,
- 방출된 복사선 및/또는 수광되는 복사선을 변환하기 위한 적어도 하나의 변환기를 제공하는 단계,
- 적어도 하나의 광학 소자를 제공하는 단계,
- 상기 변환기 및 상기 광학 소자가 서로 접착되어 복합체(composite)를 형성하도록 상기 변환기가 가열되고 및/또는 상기 광학 소자가 가열되도록 하는 방식으로 상기 변환기와 상기 광학 소자를 접합하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 변환기 및/또는 광학 소자는 적어도 일부 구역에서 연화되도록 가열된다.
본 발명에 따른 변환기 모듈은 특히 본 발명에 따른 방법으로 제작될 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 바람직하게는 본 발명에 따른 변환기 모듈을 제작하도록 설계된다. 발명의 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 복수의 변환기 모듈은 하나의 어레이 또는 하나의 라인으로 제공 및/또는 제작된다.
변환기 모듈은 적어도 두 개의 구성 요소로 형성된다. 이 두 개의 구성 요소들은 광학 소자와, 변환기 요소로서의 변환기이다. 변환기 모듈은 다중 구성 요소 시스템이다. 개별 구성 요소들은 구조적으로 하나의 기능 유닛으로 접합되어 변환기 모듈을 형성한다. 그 구성 요소들은 그들의 기능에 관련하여 서로 부합한다. 변환기 모듈은 그 자체로 별개의 요소이다. 변환기 모듈은 발광 물질이 변환을 위해 일부 구역에 매립된, 예를 들어, 렌즈와 같은 광학 소자로서 이해되어선 안 된다. 변환기 모듈은 모듈식으로 구성된 광전자 소자를 위한 모듈이다.
그러므로, 변환기 모듈은 또한 변환기 모듈 또는 광 변환기 시스템으로서 지칭될 수도 있다. 변환기 모듈의 전체 높이는 약 0.4mm 내지 10mm의 범위이다. 변환기 모듈은 또한 약 1mm 내지 20mm인 평균 직경을 갖는다. 하나의 실시예에서, 변환기 모듈은 무기 재료 변환기 모듈 또는 실질적으로 무기 재료 변환기 모듈이다.
하나의 실시예에서, 변환기 모듈은 광전자 기능 요소에 의해 방출된 복사선 및/또는 수광되는 복사선을 위한 통과 영역에 걸쳐 배치되거나 및/또는 접착될 수 있는 방식으로 설계된다. 하나의 용례에서, 변환기 모듈은 패키지로도 지칭되는 하우징에 대한 리드, 커버 또는 클로우저 유형이다. 변환기 모듈은 하우징에 접합될 수 있다. 이 경우, 변환기 모듈은 직접 하우징 또는 광전자 기능 요소에 직접 배치될 수 있다. 변환기 모듈의 모듈러 특성으로 인해, 변환기 모듈은 또한 어댑터를 통해 하우징 또는 광전자 기능 요소에 배치될 수 있다. 바람직하게는, 적어도 하나의 광전자 기능 요소가 패키지에 배치된다. 이 패키지는 GTMS("Glass To Metal Seal") 패키지, Si 패키지, 플라스틱 패키지 및/또는 세라믹 패키지일 수 있다. 이 패키지는 바람직하게는 발명의 명칭이 "Housing for LEDs with high power"인 특허 출원 명세서에 설명되어 있는 패키지이다. 상기 발명의 명칭을 갖는 특허 문헌은 본 특허 출원과 동일 날짜로 출원되고 내부 파일 서류 번호 08SGL0060DEP 또는 P3063을 갖는다. 이 특허 출원 명세서의 범위는 본원에 그 전체 내용이 전부 포함된다.
광전자 기능 요소는 복사선 방출 및/또는 복사선 수광 소자이다. 바람직하게는, 이 광전자 기능 요소는 칩으로 설계된다. 이 기능 요소는 LEDs, 광다이오드 및 레이저 다이오드의 군으로부터 선택된 적어도 하나의 소자이다. 제1 바람직한 LED는 약 370nm 내지 약 410nm의 범위에 속하는 복사선을 갖는다. 제2 바람직한 LED는 약 440nm 내지 약 480nm의 범위에 속하는 복사선을 갖는다. 본 발명에 따른 변환기 모듈의 이용은 고전력, 바람직하게는 약 5W 이상의 고전력을 이용한 LED에 특히 적합한 데, 이는, 이들 LED에서 효과적인 열 빼내기가 필요하기 때문이며, 또한 하우징 외에, 변환기 모듈도 열에 대해 충분히 안정적이어야 한다.
변환기 모듈은 광전자 기능 요소 및/또는 하우징에 배치되기에 적합하다. 한편, 변환기 또는 변환기 모듈은 LED 또는 광전자 소자에 직접 배치될 수 있다. 변환기는 LED와 접촉하고 있다. 대안으로서, 변환기 또는 변환기 모듈은 LED에 대해 소정 거리를 두고 배치될 수 있다.
변환기는 적어도 일부의 주 복사선을 주 복사선과 상이한 파장을 갖는 부 복사선으로 변환한다. 한편으로는, 주 복사선은 광전자 기능 요소로부터 방사될 수 있다. 다른 한편으로는, 부 복사선은 광전자 기능 요소에 의해 수신될 수 있다. 이 경우, 먼저, 광전자 기능 요소와 변환기간의 상호작용은 상당하다. 특히, 변환기에 의해 방출된 주 복사선과 부 복사선간의 상호작용은 상당하다.
바람직한 실시예에서, LED와 같은 복사선 방출 광전자 기능 요소의 경우에, 광전자 기능 요소와 변환기간의 상호작용으로 인해 소위 백색 LED가 되는 결과를 초래한다. 수신기로부터 방출된 광은 백색 광으로서 인식된다. 이른바 (W)LED가 형성된다. 이 경우, 백색광은 가색 혼합(additive color mixing)에 의해 형성된다.
하나의 실시예에서, 변환기는 무기물로 된 변환기 또는 실질적으로 무기물로 된 변환기이다. 무기물 또는 실질적으로 무기물로 된 변환기는 열 및/또는 변환 특성이 추후 오랜동안 그 무기물 구성 요소에 의해 정해지는 변환기이다. 특히, 발광 물질이 매립된, 매트릭스에 대한 재료는 적어도 하나의 무기물로 제공된다. 이 재료는 적어도 약 150℃에 이르는 내온성을 갖고, 바람직하게는 약 250℃, 더욱 바람직하게는 약 500℃에 이르는 내온성을 갖는다. 애플리케이션 범위는 특히, 약 -80℃ 내지 약 500℃까지의 온도에 속하는 것이 바람직하다. 온도 함수로서 색 좌표의 변화는 공지된 유기물에 비해 감소된다. 또한, 일반적인 유기물로 된 변환기에 비해, 약 1W/mK 보다 큰 열 전도도를 갖는다. 무기물로 된 변환기는 약 1.5 내지 2.0 범위의 굴절률을 갖는다. 이 변환기는 약 500℃ 보다 큰 Tg(유리 전이 온도)를 갖는다. 변환기는 주 복사선 또는 주 복사선의 적어도 일부를 주 복사선 보다 파장이 적어도 더 긴 부 복사선으로 변환한다. 변환기는 대응하는 광 방사 재료, 발광면 또는 결정(예로서, Ce:YAG)의 매립 또는 도핑에 기인한, 및/또는 그 구조적 조립체 및 결정 구조에 기인한 변환 특성을 갖는다. 변환기는 광 세라믹, 유리 세라믹, 도재화 유리(ceramicized glass) 및 PiG(phosphor in glass : 형광체 함유 유리)로부터 선택된 적어도 하나의 재료로 이루어지거나 또는 이들로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 재료를 포함한다. 바람직하게는, 변환기 재료는, 발명의 명칭이 "Conversion material, in particular for a white or colored light source comprising a semiconductor light source, method for the production thereof, and light source comprising this conversion material"인 특허 출원 명세서에 설명되어 있다. 상기 발명의 명칭을 갖는 특허 출원은 본원과 동일한 날짜로 출원되었고 내부 서류 분류번호 08SGL0097DEP 또는 P3179를 갖는다. 이 특허 출원의 범위는 본원에 그 내용 전부가 통합되어 있는 것으로 한다.
일반적으로, 변환기는 플레이트 타입, 즉 변환기 플레이트이다. 변환기는 본질적으로 일반적으로 이용되는 온도에서 소성 변형되지 않는다. 하나의 실시예에서, 변환기는 다단 또는 다층 구조로 설계된다. 그러한 경우, 적어도 2단, 즉 2층 구조로 설계된다. 개별 층들은, 특히 변환되어야 할 부 복사선 및/또는 발생된 부 복사선에 대해, 상이한 변환 특성을 가질 수 있다. 그러나, 산란 및/또는 디퓨저 중심 또한 개별 층에 존재할 수 있다.
변환기는 또한, 예를 들어, 외측에 적어도 하나의 코팅, 표면에 적어도 하나의 구조화(structuring)부 또는 구조 및/또는 그 벌크 또는 체적에 매립된 입자를 가질 수도 있다. 예를 들어, 코팅은 반사 방지층, 특히 파장 선택성을 갖는, 바람직하게는 변환기의 바닥부에 배치되는, 반사 방지층일 수 있다. 또한, 변환기의 코팅, 바람직하게는 변환기의 최상부의 코팅은 예를 들어 색 스펙트럼을 균질화하기 위해 반사 방지 코팅과 같은 광학 필터 또는 대역통과 필터로도 제작될 수 있다. 목표로 한 변환기 표면의 거칠기는 분리 효율을 증가시키기 위해 에칭 및/또는 샌드블라스팅에 의해 얻어질 수 있다. 산란 및/또는 디퓨저 중심은 매립된 입자의 예들이다. 그러므로, 하나의 실시예에서, 변환기 또는 적어도 변환기의 층은 특히, 적어도 일부 구역에서 또는 전체적으로, 바람직하게는 최상부 및/또는 바닥부에서 코팅, 구조화부 및/또는 매립된 입자를 갖는다. 이러한 목적을 위해, 변환기의 표면은 또한, 에칭되고, 평활화되고, 거칠기 처리되고, 연마되고, 및/또는 그라인딩될 수도 있다.
일반적으로 변환기의 높이 또는 두께는 약 0.5mm 내지 1mm 범위에 있다. 본 발명에 따른 하나의 변형예에서, 변환기는 편평형 또는 실질적으로 편평한 변환기이다. 다른 변형예에서, 변환기는 편평형이 아니다. 변환기(1)는 만곡형 또는 일부 구역에서 만곡된 변환기이다. 광학 소자도, 하나의 실시예에서, 만곡형이거나 일부 구역에서 만곡된다. 광학 소자의 곡률은 바람직하게 변환기의 곡률에 맞춰진다.
또한, 변환기와 광학 소자의 굴절률은 서로 부합한다. 이 경우 변환기의 굴절률과 광학 소자의 굴절률 간의 차이는 0.4 미만이고, 바람직하게는 0.1 미만이다.
다음에, 광전자 기능 요소, 변환기 및 광학 소자간의 상호작용도 상당하다. 변환기와 광학 소자는 직접 또는 간접적으로 서로 접합된다. 그러나, 변환기와 광학 소자는 간접적으로 접합하는 것이 바람직하다. 변환기와 광학 소자는 특히 접착식으로 서로 접합된다. 어구 "서로 인접한 변환기와 광학 소자"는 또한, 접착제, 땜납 또는 바인더를 통한 접촉을 의미하는 것으로 이해되어야 할 것이다. 광학 소자는 실질적으로 주 복사선 및/또는 부 복사선에 투명하다. 하나의 실시예에서, 광학 소자는 실질적으로 LED로부터 방출된 복사선 및 변환기로부터 방출된 복사선에 투명하다.
광학 소자는 변환기 및/또는 광전자 기능 요소로부터 방출되거나 및/또는 그에 의해 수광되는 복사선의 빔 경로에 목표한 방식으로 영향을 미치고, 특히 안내 및/또는 편향시키는 구성 요소이다. 예를 들어, 목표한 방식에 의한 영향은 굴절, 반사, 산란 및/또는 회절에 의해 초래된, 광의 선형 전파로부터의 편이이다.
광학 소자는, 오목 및/또는 볼록 렌즈, 광 필터, 디퓨저, 광 가이드, 프리즘, 소위 DOE("Diffractive Optical Element") 및/또는 콘센트레이터와 같은, 결상 (結像) 특성을 갖춘 광학계로서 설계된다. 광학 소자가 콘센트레이터로서 설계되면, 본 발명의 변형예에서 변환기의 최상부에 또는 변환기에 대해 하류에 배치된다. 이 경우, 또 다른 실시예에서, 렌즈와 같은, 또 다른 광학 소자가 콘센트레이터에 또는 콘센트레이터에 대해 하류에 배치된다. 콘센트레이터는 유리 및/또는 플라스틱으로 이루어지거나 포함한다.
광학 소자에 대한 상기 나열한 예들의 열거는 모든 광학 소자를 포함하는 것은 아니다. 하기의 설명에서, 광학 소자는 또한 광학 기기로도 지칭된다. 광학 소자는, 특히, 플레이트 또는 유리 플레이트와 같은, "단순한" 시일링, 커버 또는 쉘인 것으로서 이해되지 않아야 한다. 그러나, 광학 소자는, 예를 들어 그 표면 및/또는 그 체적에 대한 적합한 설계 또는 처리로 인해 광에 영향을 미치는 소망하는 특성을 갖는다면, 투명한 플레이트 또는 유리 플레이트와 같은 "단순한" 유닛일 수도 있다. 이 유닛은 예를 들어, 외측부에 적어도 하나의 코팅, 표면에 적어도 하나의 구조화부 또는 구조 및/또는 재료에 매립된 입자를 가질 수 있다. 코팅은 예를 들어, 특히, 파장 선택성을 갖는 반사 방지층일 수 있다. 구조화부는 예를 들어, 거칠기화에 의해 처리되는 광학 소자의 표면일 수 있다. 산란 및/또는 디퓨저 중심은 매립된 입자의 예이다. 그러므로, 하나의 실시예에서, 광학 소자는 특히, 최상부 및/또는 바닥부에서, 적어도 일부 구역에서 또는 전체적으로, 코팅, 구조화부 및/또는 매립된 입자를 갖는다. 이를 위해, 광학 소자의 표면은 에칭되고, 평활화되고, 거칠기 처리되고, 연마되고 및/또는 그라인딩될 수 있다. 그러나, 광학 소자는 투명한 플레이트 또는 유리 플레이트가 광에 영향을 미치는 실제 광학 소자로의 도입 또는 전이 유형을 나타낸다면, 상기 플레이트와 같은 "단순한" 유닛일수 도 있다. 광학 소자는 변환기에 간접적으로 접합될 것이다. 이 유닛은 또한 변환기와 간접적으로도 접합될 수 있다.
광학 소자는 약 800℃ 미만의 Tg(유리 전이 온도)를 갖는다. 광학 소자의 재료 또는 유리는 변환기의 Tg보다 약 50 내지 300℃ 낮은 Tg를 갖는다. 하나의 실시예에서, 광학 소자는 무기물의 광학 소자 또는 실질적으로 무기질의 광학 소자 또는 유리로 된 또는 유리를 포함하는 광학 소자이다. 하나의 실시예에서, 유리는 밀크 유리(milk glass)이다. 광학 소자의 유리는 특히, 변환기 모듈을 제작하기 위한 방법의 기능으로서, 약 800℃ 미만의 Tg를 갖는, 적어도 물질 바람직하게는 유리이다. 이에 대한 예는 SCHOTT 8337, P-SK 57, 8250 P-LASF 47 등이 있다. 광학 소자의 재료는 무기물, 단결정 재료 또는 예를 들어 사파이어와 같은 다결정 재료일 수 있다. 광학 소자의 재료는 약 1.4 내지 2.0 범위의 굴절률을 갖는다. 또한, 약 400℃ 이상의 온도 안정성을 갖는다.
하나의 실시예에서, 광학 소자는 복수의 소형 광학 소자에 의해 형성된다. 이것들은 바람직하게는 이 경우에 한 평면에 배치된다.
본 발명의 개량에서, 본 발명에 따른 변환기 모듈은 변환기의 대향하는 측에 배치된 또다른 광학 소자를 갖는다. 다른 광학 소자는 광전자 기능 요소의 방출 방향에서 변환기에 대해 상류 또는 하류에 장착된다. 예를 들어, LED로부터 방출된 광은 볼록 렌즈에 의해 변환기에 보내진다. 이 경우 다른 광학 소자는 상기 설명한 제1 광학 소자와 동일한 특성을 가질 수 있거나 동등하게 제공될 수 있다. 반복하여 설명하지 않기 위해서, 본원의 대응하는 설명 부분을 참조한다. 하나의 실시예에서, 바람직하게는 다른 광학 소자로서, 콘센트레이터는 특히, LED로부터 방출된 광을 집속하기 위해 변환기에 대해 상류에 또는 변환기의 바닥부에 배치된다.
본 발명에 따른 하나의 실시예에서, 변환기 모듈은 변환기 모듈의 주위부에 걸쳐 일부 구역에서 또는 완전하게 연장하는 적어도 하나의 링, 바람직하게는 금속 링을 갖는다. 한편으로는, 이 링은 광학 소자의 정해진 용융 또는 융접을 위한 리미터를 나타낼 수 있다. 그러므로, 상기 링은 일반적으로 광학 소자가 제공되기 전에 또는 유리 충전재(glass gob)가 광학 소자의 형성을 위해 용융되기 전에 제공된다. 다른 한편으로는, 상기 링은 변환기 모듈을 위한 한 유형의 지지체이다. 또한, 하우징은 링에 의해 변환기 모듈에 접합될 수 있다. 이 링은 일반적으로 변환기뿐만 아니라 광학 소자에도 도포된다. 링은 또한 변환기 모듈을 위한 냉각 유닛으로서도 기능할 수 있다. 그러므로, 후자는 바람직하게 금속 또는 금속 합금과 같은, 적합한 열 전도도를 갖는 재료를 갖는다. 바람직하게는, 링은 적어도 약 10W/mK의 열 전도도를 갖는다. 링은 하우징의 기능으로서 또는 변환기 모듈과 하우징의 접합의 기능으로서 사용되거나 사용되지 않을 수 있다.
또 다른 실시예에서, 링은 적어도 일부 구역에서 또는 완전하게 바람직하게는 금속 코팅 또는 클래딩을 갖는다. 코팅은 바람직하게는 금속 용사(metallizing)이다. 금속 코팅 또는 클래딩은 특히 외측부의 자유로운 부분에 배치된다. 상세히는, 하우징의 베어링 표면 또는 하우징에 대한 접촉 영역이 코팅 또는 클래딩된다. 코팅 또는 클래딩은 하우징에 접합하기 위해, 땜납 재료와 같은, 링 및/또는 바인더에 대한 부식을 방지한다.
또 다른 설계의 변환기 모듈은 열을 빼내기 위한 적어도 하나의 수단을 갖는다. 이 수단은 예를 들어, 적어도 하나의 금속 층 및/또는 다이아몬드 층(예를 들어, 인조 다이아몬드)에 의해 제공된다. 높은 열 전도도를 갖는 하나의 금속은 예로서, 구리이다. 상기 수단은 와이어 또는 도체 타입으로 제공되고, 바람직하게는 한 유형의 네트워크 또는 그리드로 형성된다. 상기 수단은 써멀 버스바(thermal busbar)로도 지칭될 수 있는 인쇄 회로를 포함할 수 있다. 상기 수단은 변환기의 바닥부에, 변환기의 최상부에 및/또는 변환기에 집적된다. 소위 어레이의 경우에, 이 수단은 본질적으로 광학 소자 사이에서 이어진다. 하나의 실시예에서, 이 수단은 광학 소자 주위에 이어진다.
본 발명의 개량에서, 광학 소자는 적어도 일부 구역에서 가공 또는 처리된다. 바람직하게는, 광학 소자의 최상부 및/또는 바닥부가 처리된다. 그 처리는 구조화 및/또는 코팅일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 예를 들어 개선된 조명을 달성하기 위해, 광학 소자는 거칠기 처리될 수 있다. 증대된 확산 반사가 획득된다. 즉, 특정 방향으로부터의 입사광은 다수의 상이한 방향으로 산란된다. 그러나, 광학 소자는 특히, 파장 선택성 및 반사성을 갖는 것으로서 설계될 수 있다.
변환기, 변환기 모듈, 유리 충전재, 광학 소자, 광학 소자 및/또는 링을 위한 재료는 하나의 실시예에서, 또한 소위 "픽 앤드 플레이스(pick and place)" 공정에 의해 제공 또는 위치 설정된다.
적어도 하나의 변환기 및/또는 적어도 하나의 광학 소자 또는 적어도 하나의 유리 충전재 또는 적어도 하나의 프리폼의 활용을 위한 몰드가 하나의 실시예에서 제공된다. 상기한 각각의 구성 요소는 몰드에 제공되거나 몰드상에 위치 설정됨으로써 제공된다. 몰드 상에 위치 설정된다는 것은 그 구성 요소들이 몰드의 표면에 배치된다는 것을 의미한다. 몰드의 바닥부의 적어도 하나의 구역 또는 구역은 몰드의 표면과 접촉하고 있다.
본 발명의 일 양상에 따라, 광학 소자가 먼저 제공된다. 이 경우, 광학 소자는 용융을 통해 제공된다. 광학 소자를 제공하는 것은 몰드를 제공하는 것, 몰드에 유리 충전재를 위치 설정하는 것, 이 재료가 자유 유동하여 광학 소자를 형성하게 될 점도에 도달할 때까지 유리 충전재를 가열하는 것을 포함한다. 이 경우에, 재료는 바람직하게 몰드 내로 늘어지게(sinking) 된다. 여기서, 광학 소자는 또한 유리 충전재 또는 프리폼으로서 제공될 수 있고, 이로부터 광학 소자는 그 후 용융("리플로우")을 통해 형성된다. 반복 설명을 피하기 위해, 상기 내용에 관해 하기의 대응하는 설명을 참조한다.
후속하여, 광학 소자의 하나의 처리, 특히 표면 처리가 수행된다. 광학 소자의 특성은 이 처리에 의해 개선되거나 및/또는 조정된다. 이 처리 이후에, 광학 소자는 제공된 변환기에 접합된다.
그러한 처리에 대한 제1 가능성은 바람직하게는, HF 및/또는 HCL에 의해 광학 소자를 에칭하는 것이다. 에칭은 광학 소자가 디퓨저의 특성을 갖는 경우에도 유익한 것으로 증명되었다. 이 기능을 생성하기 위한 광학 소자에 대한 추가적인 처리는 필요하지 않다.
그러나, 특히 평활한 표면을 획득하여야 한다면, 광학 소자의 평활화 또는 연마, 바람직하게 화염 연마가 후속하여 수행될 수 있다.
광학 소자를 그라인딩하는 것은 또 다른 가능성을 나타내다. 광학 소자의 표면은 평활화되거나, 거칠기 처리될 수 있고 특히, 임의의 구조가 그라인딩에 의해 제작될 수 있다. 상기 표면에 대한 거칠기는 디퓨저의 특성이 형성되도록 생성될 수 있다. 반면에, 변환기가 배치될 광학 소자의 측부도 그라인딩될 수 있고, 바람직하게 편평하게 그라인딩되거나, 및/또는 연마될 수 있다.
변환기 또는 변환기의 재료는 광학 소자에 도입함으로써, 바람직하게 광학 소자의 바닥부에 도입함으로써 제공된다. 변환기는 스크린 인쇄와 같은 인쇄에 의해 및/또는 템플리트에 의해 제공되거나, 디스펜싱(dispensing)에 의해, 바람직하게는 압분체(compact) 또는 프리폼을 소결함으로써, 및/또는 포일을 라미네이팅함으로써 제공된다. 포일은 예를 들어, 스트립 형태로 슬립 캐스팅(slip casting)에 의해 제공될 수 있다.
소결되지 않은 PiG 와 같은, 광학 소자의 소결되지 않은 실시예에서, 변환기는 인쇄에 의해, 라미네이팅에 의해, 소결에 의해 및/또는 디스펜싱에 의해 제공된다. PiG 및/또는 도재화 유리 및/또는 유리 세라믹에 대한 예비 소결된 실시예에서, 변환기는 테이프로서 및/또는 소결된 압분체로서 제공된다. 유기물로 된 변환기를 제공하는 것은 또 다른 대안을 나타낸다.
변환기와 광학 소자는 후속하는 단계에서 서로 접합된다. 이 접합은 바람직하게는 변환기를 소결함으로써 달성된다. 소결은 압력을 이용하여 또는 압력을 이용하지 않고 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따라, 초기에 변환기는 제1 단계에서 제공된다. 제1 실시예에서, 변환기는 한 유형의 층 또는 플레이트로서 제공된다. 여기서, 변환기는 몰딩이다. 따라서 본질적으로 치수적인 면에서 안정하다. 몰딩은 자신의 고유한 안정성을 갖는다. 이 경우, 몰딩은 치수적인 면에서 안정할 순 있지만, 변형될 수 있다. 변환기는 바람직하게 몰드에 배치된다.
다른 실시예에서, 변환기, 바람직하게는 PiG 변환기는 먼저 다공성 재료로서 제공되고, 몰드에 배치되거나 몰드에 도입된다. 다공성 재료는 본질적으로 분말 또는 비드 또는 알갱이 형태와 같은 변환기용 작은 입자로서 제공되는 재료이다.
후속 단계에서, 변환기 또는 변환기의 형상은 다공성 재료 또는 입자를 압축 성형함으로써 형성될 것이다. 입자는 기계적으로 함께 접착된다. 몰딩이 형성된다. 이는 인가된 압력에 기초하여 입자의 접촉 표면에서 입자들이 냉간 용접되도록 할 수 있다. 압축 성형 외에 및/또는 압축 성형 이후에, 변환기를 형성하는 성형된 몰딩이나 다공성 재료는 입자가 서로 접착되도록 가열될 수 있다. 변환기는 이와 같이 소결 공정을 통해 마련되거나 제작된다.
광학 소자는 다음 방법 단계에서 제공된다. 이 경우, 광학 소자는 변환기에 위치된다.
하나의 실시예에서, 광학 소자가 있는 그대로 제공된다. 이 경우, 광학 소자는 "최종" 형상을 이미 갖고 있다. 변환기 및/또는 광학 소자는 서로 접착되고 복합체를 형성하도록 가열된다. 변환기와 광학 소자는 소결을 통해 접합된다.
다른 실시예에서, 광학 소자는 광학 소자를 형성하는 다공성 재료를 압축 성형 및/또는 가열함으로써 형성된다. 광학 소자는 마찬가지로 소결 공정을 통해 마찬가지로 제작된다. 즉, 2 단계 타입 소결으로 제작된다.
1 단계 타입 소결로 이루어진 다른 실시예에서, 몰드는 순차적으로 충전된다. 변환기와 광학 소자는 몰드가 먼저 변환기를 형성할 재료로 충전되고, 그 후 광학 소자를 형성할 재료로 충전되도록 제공된다. 두 재료의 각각은 바람직하게는 다공성 재료이다. 한편으로는, 변환기와 광학 소자는 두 재료의 동시 압축 성형 및/또는 가열을 통해 형성되고, 이와 동시에 변환기와 광학 소자로 이루어진 복합체도 형성되는 방식으로 제공된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 광학 소자는 유리 충전재 또는 프리폼으로서 제공되는 방식으로 제공된다.
유리 충전재 또는 프리폼은 가열 또는 용융에 의해 광학 소자를 형성 또는 성형하는 몰딩이다. 광학 소자는 가열에 의한 점도 감소로 인해 유리 충전재 또는 몰딩가 정해진 바에 따라 붕괴되거나 접힘으로써 형성된다. 몰딩의 성형은 형성되어야 할 광학 소자의 형상에 맞춰질 수 있다. 몰딩은 또한 다공성일 수 있다. 몰딩은 또한 다중 부분으로 될 수 있다. 이 경우에, 하나의 실시예에서, 유리 충전재 또는 프리폼은 변환기에 배치되고, 압착되고, 및/또는 변환기와 접합된다.
다른 실시예에서, 유리 충전재 또는 프리폼은 소위 "제트" 방식을 통해 제공된다. 이러한 명칭은 유리 또는 재료가 소위 액적 형태(dropwise)로 분사되거나 도포될 수 있는 저점도 상태로 제공될 수 있는 방법을 가리킨다. 점도는 약 102 dPas 내지 약 104 dPas의 범위이다. 예시적으로, 상기한 "제트" 방식은 잉크젯 프린터의 동작 모드와 유사하다.
다른 실시예에서, 유리 충전재 또는 프리폼은 구조화 또는 소위 마이크로 구조화를 통해 제공된다. 이를 위해, 하나의 변형예에서, 유리질 바디 또는 물체, 바람직하게는 플레이트가, 예를 들어 PVD("Physical Vapor Deposition")와 같은, 증착 방법에 의해 변환기상에 배치되거나 및/또는 변환기상에서 제작된다. 앞에 언급한 방식에서는, 유리질 바디 또는 물체가 변환기에 배치되고, 프레싱되고, 및/또는 예를 들어 소결에 의해 변환기와 접합된다. 선택사항으로서, 유리질 바디 또는 물체는 변환기에 접착되는 점도를 획득 또는 가질 때까지, 구조화 이전에 가열되거나 가열될 것이다. 유리질 바디 또는 물체는 변환기에 "소결"된다. 유리 충전재 또는 프리폼은 재료 제거 방식으로 제작된다. 이 경우, 상기 방법은, 1) 유리 충전재 또는 프리폼의 구조를 매핑하는, 마스크를 유리질 바디 또는 물체에 도입하는 단계, 2) 리프트 오프 기술에 의해 유리질 바디 또는 물체의 자유 영역을 제거하는 단계, 3) 마스크를 제거하는 단계를 포함한다. 유리 충전재 또는 프리폼은 변환기상에 남아 있다. 구조화에 대한 또 다른 변형예에서, 먼저 유리 충전재 또는 프리폼의 구조를 매핑하는, 마스크가 변환기에 도입된다. 다음 단계에서, 유리 충전재 또는 프리폼이 예를 들어 PVD("Physical Vapor Deposition")와 같은, 증착 방법에 의해 변환기에 증착된다. 마스크 즉, 변환기 덮는 마스크의 영역은 소위 리프트 오프 방법에 의해 제거된다. 유리질 바디 또는 물체는 변환기에 남아있다.
다른 실시예에서, 유리 충전재 또는 프리폼은 재료가 변환기에 접착하는 점도를 획득 또는 가질 때까지 가열된다. 유리 충전재 또는 프리폼은 변환기에 "소결"된다. 복합체가 형성된다.
다음 단계에서, 유리 충전재 또는 프리폼이 가열되고 용해되거나 저점도로 되었을 때, 제1 광학 소자가, 바람직하게는 실질적으로 반구형 렌즈로서 형성된다. 이러한 용융은 소위 "리플로우"로 지칭된다. 그러므로, 정해진 바와 같은 광학 소자는 재료가 점성이 약 103dPas 내지 약 108 dPas의 범위에 있게 될 때까지 가열된다면 형성될 수 있다. 이를 위해, 광학 소자의 재료 또는 유리는 변환기의 Tg보다 약 50℃ 내지 300℃ 낮은 Tg를 갖는다.
정해진 방식으로 유리 충전재 또는 프리폼을 용융시키기 위해, 리미터들 또는 적어도 하나의 리미터는, 광학 소자가 도입될, 변환기의 측부상에 및/또는 측부에 걸쳐 배치 또는 제공될 것이다. 리미터는 유리 충전재 또는 프리폼을 붕괴 또는 용융에 대한 한 유형의 경계부 또는 몰드 삽입의 타입이고, 따라서 광학 소자는 표면 장력에 기초하여 소정 방식으로 형성될 수 있다. 바람직하게는 실질적으로 광학 소자로서 볼록 렌즈가 형성된다. 리미터는 유리 충전재 또는 프리폼의 주위 범위에 걸쳐 적어도 일부 구역에서 또는 완전하게 연장한다. 이는 형성되는 광학 소자의 크기 및 형태에 대한 경계를 정한다. 리미터의 크기 및 형태는 적어도 광학 소자의 베이스 영역에 형성된다.
하나의 실시예에서, 리미터는 광학 소자가 도입되거나 형성될, 변환기의 표면 또는 측부에서의 불연속부분이다. 예를 들어, 편평면에서의 한 유형의 불연속부분이다. 바람직하게는, 이러한 방식으로 복수의 소형 광학 소자가 변환기상에 제작될 수 있다.
리미터는 광학 소자가 도입되거나 형성될 변환기의 측부의 구조화에 의해 제작될 것이다.
이 경우, 하나의 실시예에서, 상승된 구조 또는 크로스피스는 변환기의 대응하는 측부에 제작된다. 하나의 실시예에서, 리미터는 추가 방식 또는 재료 도포 방식을 통해 제작된다. 리미터를 제작하기 위한 하나의 실시예는 별개 층을 도입하는 것이다. 별개 층을 형성하기 위한 재료는 적어도 금속, 유리 및 유리 세라믹을 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 재료이다. 리미터는, 예를 들어, 증기 증착과 같은 코팅 공정, 및/또는 접착 및/또는 소결과 같은 본딩, 및/또는 스크린 인쇄를 통해 도입된다.
다른 실시예에서, 리미터는 재료 제거 방식 또는 변환기에 대한 대응하여 구성된 제작 방식에 의해 제작된다. 이 경우, 슬롯 및/또는 그루브와 같은 리세스는 변환기의 대응하는 측부에서 제작 또는 도입된다. 이것들은, 소위 "V 그루브"로 지칭된다. 리미터는 예를 들어, 샌드블라스팅, RIE("Reactive Ion Etching")과 같은 에칭, 초음파 가공, 소잉 및/또는 레이저 삭마(ablation)를 통해 도입된다.
또 다른 실시예에서, 리미터는 바람직하게 변환기의 바로 위 또는 최상부에 배치되는, 한 유형의 템플리트를 위치 지정함으로써 제공된다. 이 템플리트는 바람직하게 용융 후에 제거된다. 템플리트는 바람직하게는, 적어도 점성 유리 충전재 또는 점성 프리폼에 접착되지 않는 재료로 구성된다. 그 재료의 한 예는 흑연이다. 템플리트는 하기의 설명에서 치구(fixation)로 지정된다.
또 다른 실시예에서, 제1 단계에서, 광학 소자가 먼저 제공된다. 이 경우, 제1 광학 소자는 본질적으로 자신의 "최종" 형상을 갖고 있다.
후속 단계에서, 변환기가 제공되고 광학 소자와 접합된다. 광학 소자는 변환기상에 적용된다. 변환기를 도입하는 가능한 방법들로는 스크린 인쇄, 열분해, 포일을 도입하는 것, 화염 열분해, 및/또는 CVD(화학적 기상 증착 : Chemical Vapor Deposition) 공정 및/또는 소위 미세구조로 된 유리의 도입 등이 있다.
본 발명의 다른 양상에 따라, 변환기는 몰드를 통하여, 바람직하게는 몰딩 으로서 배치된다. 다음 단계에서, 변환기의 재료가 변환기가 몰드 내로 늘어지게 되는 점도에 도달할 때까지, 적어도 변환기에 대해 가열이 행해진다. 그러므로, 변환기는, 그 재료가 약 105 dPas 내지 약 108 dPas 범위의 점도로 될 때까지 가열된다면, 정해진 방법으로 형성될 수 있다. 변환기의 정해진 늘어짐이 가능하도록 하기 위해, 변환기는 약 0.05mm 내지 약 0.5mm의 평균 두께를 갖는다.
광학 소자가 직접 제공되거나 이미 형성된 실시예에서, 광학 소자는, 바람직하게는 변환기가 가열되어 "접착된" 상태로 있는 중에 및/또는 변환기가 그 상에 프레싱되는 동안, 변환기에 배치될 수 있고, 이에 따라 변환기와 광학 소자로 된 복합체가 형성된다.
또 다른 실시예에서, 광학 소자의 제공은 몰드상에서 변환기와 함께 배치되는 유리 충전재 또는 프리폼을 제공하는 것을 포함한다. 유리 충전재 또는 프리폼은 변환기 상에 또는 그 아래에 배치된다. 실시예에 따라서, 유리 충전재 또는 프리폼은 변환기가 늘어지게 하기 전에, 그 동안 및/또는 그 후에 배치될 수 있다.
유리 충전재 또는 프리폼 및 변환기는 변환기 및 유리 충전재 또는 프리폼이, 특히 접합하여 또는 순차적으로, 몰드 내로 늘어질 때까지 가열된다. 변환기 및 유리 충전재 또는 프리폼은 서로 접착된다. 복합체가 형성된다. 늘어지게 하는 중에, 즉 새깅(sagging) 중에, 광학 소자도 동시에 유리 충전재 또는 프리폼으로부터 형성된다.
하나의 실시예에서, 유리 충전재 또는 프리폼은, 바람직하게는 변환기가 늘어진 후에, 가열되어 광학 소자가 본질적으로 반구형 렌즈로서 형성될 때까지 용융된다. 이러한 용융은 "리플로우"로 불린다. "리플로우"에 대한 추가 상세 내용 및 개선에 대해, 설명을 반복하지 않기 위해, 대응하는 설명을 참조한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따라, 변환기 및 유리 충전재 또는 프리폼 또는 광학 소자는, 순차적으로 또는 동시에 몰드에 배치된다. 변환기 및 유리 충전재 또는 프리폼 또는 광학 소자는 프레싱에 의해 바람직하게는 소위 블랭크 프레싱, 및 가열에 의해 함께 접합된다. 유리 충전재 또는 프리폼의 경우에, 광학 소자는 프레싱 중에 동시에 형성된다.
하나의 실시예에서, 몰드의 접촉 표면, 바람직하게는 광학 소자에 대한 접촉 표면은 적어도 일부 구역에서 구조화된다. 따라서, 두 구성 요소, 즉 변환기와 광학 소자가 접합되었을 때, DOE 구조 또는 마이크로 광학 구조와 같은 구조가 변환기에 및/또는 광학 소자에 도입될 수 있다. 예를 들어, 이 경우에, 프레스넬 렌즈의 구조가 광학 소자의 최상부에 임프레싱될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양상에 따라, 변환기 및/또는 광학 소자는 상기한 바와 같이 제공된다. 여기서, 변환기 및/또는 광학 소자 각각은 이미 "최종" 형상에 도달해 있다. 변환기 및/또는 광학 소자는 예를 들어, 프레싱에 의해 바람직하게는 소위 블랭크 프레싱에 의해 제작된다.
하나의 실시예에서, 변환기와 광학 소자는 글루잉과 같은 유기 본딩, 소결과 같은 무기물 본딩, 졸-겔 본딩 및/또는 확산 본딩에 의해 접합된다. 하나의 변형예에서, 변환기 및/또는 광학 소자는 서로 접착할 때까지 가열되어 복합체를 형성한다.
단지 하나의 변환기 모듈이 제작되거나 및/또는 단지 제공될 수 있을 뿐만 아니라, 복수의 변환기 모듈이 함께 제작 또는 제공될 수 있다. 따라서, 전술한 변환기 모듈 복수개를 포함하는 어레이 또는 배열도 마찬가지로 본 발명의 범위에 속한다. 이 어레이는 링이 매트릭스로서 제공된다는 점에서 하나의 실시예이다. 링, 특히 금속 재료로 제작된, 링은 예를 들어, 광화학 에칭, 펀칭, 레이저 커팅 및/또는 웨이퍼 제트 커팅과 같은 소위 반도체 프레임 방법에 의해 제작된다. 하나의 실시예에서, 플레이트는 복수의 링이 플레이트마다 형성되는 방식으로 구조화된다. 링은 개별 하우징의 매트릭스의 구성 요소이다. 매트릭스는 링이 매립되거나 배치되는, 한 유형의 베이스 유닛이다. 개별 링들은 소의 크로스피스 또는 연결 봉(rod)에 의해 각각의 매트릭스에 고정된다.
또한, 본 발명은 적어도 하나의 하우징, 본 발명에 따른 적어도 하나의 변환기 모듈 및 특히 하우징에 배치된, LED와 같은 적어도 하나의 광전자 기능 요소를 포함하는, 광전자 소자에 이르기까지 확대된다. 하나의 실시예에서, 광전자 소자는 적어도 하나의 LED 및 예를 들어 광다이오드와 같은 적어도 하나의 모니터링 요소, 및/또는 적어도 하나의 열전쌍을 갖는다. 이것들은 바람직하게는, 하우징 내에서 광전자 소자에 배치된다. LED의 광강도는 모니터링 요소에 의해 모니터링 및/또는 조절될 수 있다. LED의 온도는 열전쌍에 의해 모니터링 및/또는 조절될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 적어도 하나의 변환기 모듈 및/또는 광전자 소자를 포함하는 조명 장치도 본 발명의 범위에 속한다. 조명 장치의 예로는 좌석 조명 작용, 독서용 조명 장치, 특히 천장 또는 벽에 설치될 수 있는 작업 조명 장치, 가구 및/또는 빌딩의 물체 조명 장치, 헤드라이트 및/또는 후미등 및/또는 실내 조명 및/또는 모터구동식 차량의 계기 조명 장치 또는 디스플레이 조명 장치 및/또는 LCD 디스플레이를 위한 배광 장치들이 있다.
본 발명은 하기의 실시예를 기초로 상세히 설명된다. 첨부 도면이 참조된다. 첨부 도면에서 동일한 도면 부호는 개별 도면에서 동일한 부분을 가리킨다.
도 1a 내지 도 1i는 본 발명에 따른 광 변환기 시스템의 다양한 실시예들을 개략적으로 나타내 도면이다.
도 2a 내지 도 11d는 본 발명에 따른 광 변환기 시스템을 제작하기 위한 상이한 방법 실시예들을 개략적으로 나타내 도면이다.
도 12a 내지 도 12d는 조립된 상태에서 하우징 또는 패키지를 갖는 광 변환기 시스템을 개략적으로 나타내 도면이다.
도 1a 내지 도 1i는 광 변환기 시스템(100)으로서 지칭하는, 본 발명에 따른 변환기 모듈(100)의 다양한 실시예를 나타낸 개략적인 단면도이다. 도 1a의 시스템(100)은 변환기(1), 하기 설명에서 광학기기(2)로도 지칭되는 광학 소자(2), 금속 링(3), 금속 링(3)의 외부에 도포되는 층(4)을 포함한다. 광학기기(2)와 변환기(1)는 접착식으로 함께 접합된다. 광학기기(2) 또는 광학기기(2)의 최상부(2a)는 적어도 일부 구역에서 또는 전체적으로, 볼록 렌즈(2)를 형성한다. 볼록 렌즈는, 예를 들어 본질적으로 반구 형태를 갖는다. 이러한 방식으로, 변환기(1)로부터 방출된 광은 안내될 수 있다. 특히, 집속할 수 있다. 금속 링(3)은 광학기기(2)의 주위부 전체 걸쳐 연장된다. 금속 링(3)은 본질적으로 시스템(100)을 위한 지지체 및/또는 열을 유출시키기 위한 지지체로서의 역할 및/또는 예를 들어, 하우징(200)을 위한 위치 설정 보조 수단 및/또는 고정 수단으로서의 역할을 한다. 층(4) 또는 클래딩(4)은 현재 링(3)의 외측에 도포되어 있다. 층(4)은 예를 들어 클래딩(4)으로서, 특히 증착 방법에 의해 형성될 수 있다. 이 층은 본질적으로 부식 방지 및/또는 하우징(200)에 대한 연결을 향상시키기 위한 역할을 한다. 이에 관하여 도 12a 내지 도 12d에 관한 설명 내용을 참조한다.
도 1b 내지 도 1i에 예시된 개별 실시예는 도 1a에 나타낸 실시예와 부분적으로 대응한다. 동일한 구성 요소들에 대해, 반복 설명을 피하도록, 상기 설명한 도 1a에 대한 설명 부분을 참조하기 바란다.
도 1b는 변환기(1)가 2단(two-stage)으로서 또는 적어도 2단 변환기 시스템(1)으로서 설계된 실시예를 나타낸다. 다단 시스템도 샌드위치 구성으로 설계될 수 있다. 여기서, 특히, 예를 들어, 형광체(phosphor) 층들과 같은 상이한 변환기 층(11 및 12)이 변환기(1)내에 결합될 수 있다. 두 개의 상이한 변환기(1)예는 Ce:YAG 변환기(11) 및 적색 형광체 변환기(12)이다.
도 1c는 변환기(1)가 2단(two-stage)으로서 또는 적어도 2단 시스템(11 및 13)으로서 구현된 실시예를 나타낸다. 특히, 한 층(13)에서 목표로 하는 산란 및/또는 디퓨저 중심이 제작될 것이다. 그러한 2단 시스템의 예는 Ce:YAG 변환기(11) 및 바람직하게는 백색 YAG 층(13)이다.
본 발명에 따른 광 변환기 시스템(100)의 용도에 따라, 링(3)이 구비될 수 있거나 구비되지 않을 수 있다. 도 1d는 변환기(1)와 광학기기(2)만으로 구성된, 광 변환기 시스템(100)의 실시예를 나타낸다.
도 1e는 광학기기(2)가 복수의 소형 광학기기(2)로 구성된 실시예를 나타낸다. 도 1d에 도시된 큰 볼록 렌즈(2)는 이 도면에서 변환기(1)의 최상부(1a)에 배치된, 복수의 소형 볼록 렌즈(2)로 교환 또는 대체되어 있다. 이것은 광학기기(2)의 높이를 감소시키면서도 상응하는 특성의 광학기기(2)를 가능하게 한다.
본 발명에 따른 광 변환기 시스템(100)은 반드시 평면형 시스템(100)으로만 설계되어야 하는 것은 아니다. 이것은 특히 도 1f에 예시된 구성으로부터도 알 수 있다. 변환기 층(1) 또는 변환기(1)는 비평면형이다. 변환기(1)는 만곡된 형태로 또는 일부 구역에서 만곡된 형태로 설계된다. 광학기기(2)도 또한 만곡된 형태로 또는 일부 구역에서 만곡된 형태로 형성된다.
도 1g는 광학기기(2)의 최상부(2a)가 소위 DOE["Diffractive Optical Element(회절 광학 요소)"]로서 형성된 실시예를 나타낸다. DOE(2)의 예는 프레스넬 렌즈이다. 이것은 간략화된 형태로 도시되어 있다. 또한, 선택적 코팅(14) 또는 기능 층(14)이 변환기의 바닥부(1b)에 도포된다. 이러한 기능 층(14)의 예시적인 실시예는, 바람직하게는 광 변환기 시스템(100)의 광 분리 효율을 증가시키도록 반사 방지층(14)이다. 예를 들어, 청색 LED(260)에 대한 변환기(1)의 굴절률의 부합이 상기와 같은 구성에 의해 이루어질 수 있다.
광 분리 효율의 증가는 대안으로서 또는 추가적으로, 변환기(1)와 광학기기(2)간의 정합된 굴절률에 의해, 달성될 수 있다. 예를 들어, 변환기(1)는 1.8의 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, P-LASF 47과 같은, 낮은 Tg를 갖는 유리는 광학기기(2)에 대해 1.8의 정합하는 굴절률을 갖는다.
도 1h는 볼록 렌즈와 같은 또 다른 광학기기(21)가 변환기(1)의 바닥부(1b)에 배치되거나 도포되는 실시예를 나타낸다. LED(260)로부터 오는 광 빔은 이와 같은 추가적인 광학기기(21)에 의해 집속될 수 있다. 이것은 개선된 분리 효율이 되도록 한다.
도 1i는 열을 유출하기 위한 수단(5)이 변환기(1)의 최상부(1a)에 배치되거나 도포되는 실시예를 나타낸다. 열을 유출하기 위한 수단(5)은 예를 들어, 금속층 또는 다이아몬드 층으로 된 그리드 또는 네트워크이다. 수단(5)은 금속링(3)에 접합되거나 금속링(3)에 도포된다. 이것은 열 방출을 개선시킨다.
변환기(1)는 바람직하게는 무기물의 변환기(1)이거나 무기질을 포함하는 변환기(1)이다. 무기질 재료의 변환기(1)에 대한 재료의 예는 유리 세라믹, PiG(phosphor in glass), 및/또는 도재화 유리이거나 이들을 포함한다. 상기 설명한 바와 같이, 링(3)은 바람직하게는 금속 링(3)이다. 금속 링(3)에 대한 재료의 예는 NiFeCo 합금, NiFe 합금 및/또는 바람직하게는 강자성 특수강이거나 이들을 포함하는 재료이다. 광학기기의 재료 또는 유리는 바람직하게는 변환기의 특성과 정합된다. 유리는 약 1.4 내지 약 2인 범위의 굴절률을 갖는다. 광학기기(2)를 위한 적합한 재료 또는 유리는, 열 복사에 투명하므로 높은 IR 투과를 갖는 유리 및/또는 대향하는 변환기(1)와 금속링(3)의 응력의 감소를 달성하기 위해, 부합하는 열 팽창 계수(CTE ; coefficient of thermal expansion)를 갖는 유리, 및/또는 분리 효율을 증가시키기 위해, 변환기에 부합하는 굴절률을 갖는 투명 유리, 및/또는 변환기(1)의 Tg보다 낮은 범위에 있는 낮은 Tg를 갖는 유리들이 있다. 바람직하게, 유리의 Tg는 변환기(1)보다 약 50℃ 내지 약 300℃ 낮다. 적합한 유리들로는 예를 들어, 쇼트(Schott) 유리 8250, T-SK57, T-LASF47등과 같은 낮은 Tg를 갖는 유리들이 있다. 부적합한 유리로는 예를 들어, P-SF67이 있는 데 이는 색변화 및/또는 불투명성이 발생할 수 있기 때문이다. 코팅(4)의 도포 또는 증착은 하기의 도면에 제시되지 않았다. 그러한 코팅(4)의 예는 전기 도금 코팅(4)이다. 구체적인 예는 SnAgCu 땜납이다. 코팅(4)이 금속 링(3)에 도포되어야 한다면, 대부분의 경우에 금속 링(3)에 대해 전처리가 행해져야 한다. 전처리의 예로는 에칭 공정이 있다. 이 에칭은 예를 들어 HF 및/또는 HCL산에 의해 수행될 수 있다. 따라서, 바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 광 변환기 시스템(100)은 무기물로 된 광 변환기 시스템(100)이다.
본 발명에 따른 광 변환기 시스템(100)은 개별적으로 제작될 수 있다. 그러나, 복수의 광 변환기 시스템(100)이 동시에 제작되는 것이 바람직하다. 이를 위해 필요한 구성 요소(1, 2, 3 및/또는 4)들은 각각 적어도 부분적으로, 매트릭스(40) 또는 어레이(40) 또는 라인(40) 형태로 배치되어 제공된다. 매트릭스(40)는 바람직하게 약 50개 내지 약 20,000개 위치를 포함할 수 있다. 도 2a 내지 도 11d는 본 발명에 따른 광 변환기 시스템(100)을 제작하기 위한 방법의 다양한 실시예를 개략적으로 도시한다. 광 변환기 시스템 제작은 매번 매트릭스(40) 형태로 발생한다. 이에 대해 필요한 구성 요소들은 단면으로 나타내었다.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 따른 방법의 제1 실시예를 개략적으로 도시한다. 먼저, 지지체(40)가 제공되는 데, 그 최상부에 복수의 리세스(41)가 도입된다(도 2a). 복수의 리세스(41)가 도입되므로, 지지체(40)도 어레이(40)로서 설계된다. 지지체(40)는 바람직하게는 흑연 몰드로 준비된다. 후속 방법 단계에서, 변환기(1) 또는 변환기 플레이트(1)는 이제 지지체(40)의 최상부에 또는 리세스(41)에 위치된다(도 2b). 후속 방법 단계에서, 금속 링(3)은 이제 예를 들어, 단순한 배치로 지지체(40)의 최상부에 위치된다(도 2c). 변환기(1), 링(3) 및/또는 광학기기(2)를 형성하는 유리 충전재(2)는 소위 리미터(50) 또는 배리어(50)에 의해 지지될 수 있다(도 2d). 한편으로, 이 배리어(50)들은 용융 배리어로서 역할을 하고, 따라서 다음 방법 단계에서 도입되는 유리 블랭크(2)는 정해진 방법으로 용융될 수 있다. 배리어(50)는 또한 중심 맞추기 보조재로서 사용될 수 있고 따라서 조정 핀(50)으로서 불릴 수도 있다. 배리어(50)는 지지체(40)의 최상부에 배치되는, 예를 들어, 플레이트(50)로서, 바람직하게는 흑연 플레이트(50)로서 제공될 수 있다. 후속 방법 단계에서, 유리부(2)로서도 지칭할 수 있는 유리 충전재(2)는 상세히는 변환기(1)상에서, 지지체(40)의 최상부에 배치된다. 유리 충전재(2)는 예를 들어, "픽 앤드 플레이스"와 같은 배치 공정에 의해서도 배치될 수 있다. 유리 충전재(2)는 예를 들어, 비드 및/또는 봉형상 세그먼트와 같은 것으로 제공될 수 있다. 다음 단계에서, 유리 충전재(2)는 용융된다(도 2f). 이를 위해, 유리 충전재(2)는 약 600℃ 내지 약 1000℃의 온도로 가열된다. 유리부(2)는 저점도를 갖게 되어 확장된다. 각각의 경우에, 유리 충전재(2)는 금속 링(3) 및 변환기(1)와 접합된다. 이것은 접착식 접합이다. 배리어(50) 및/또는 링(3)은 유리 충전재(2)의 붕괴 또는 액화에 대한 리미터를 형성하므로, 표면 장력에 기초하여, 본질적으로 정해진 볼록 렌즈가 광학기기(2)로서 형성된다. 이것은 특히 점도가 약 104 dPas 내지 106 dPas인 범위에서 발생한다. 용융은 일반적으로 약 1 내지 15분의 시간 동안 발생한다. 용융 동안, 광학기기(2)의 형성 및 광학기기(2)와 변환기(1)의 접합은 본질적으로 동시에 발생한다.
후속하여, 개별적인 광 변환기 시스템(100)들이 검사된다. 그 후, 광 변환기 시스템(100)들은 대응하는 하우징(200)에 통합된다. 그러나, 이에 관하여 도 12a 내지 도 12d에 대한 설명 내용을 참조한다. 개별적인 광 변환기 시스템(100)들의 분리 또는 지지체(40)로부터의 제거는 상기 도면들에 도시되지 않았다. 본 예에서 그 소자(100)는 지지체(40)의 리세스(41)에, 지지체(40)의 최상부에 단지 장착되거나 배치되어 있으므로, 그 소자들은 단순히 제거될 수 있다. 그러나 광 변환기 시스템(100)은 반드시 제거될 필요는 없다. 복수의 형성된 광 변환기 시스템(100)은 매트릭스로 고객에게 제공될 수도 있다.
용융 동안 광학기기(2)의 특성에 대한 역효과를 적어도 감소시키기 위해, 용융은 정해진 분위기에서 행해질 수 있다. 그러한 정해진 분위기의 예들은 질소 및/또는 수소 및/또는 아르곤이다. 광학기기(2)의 유리 표면을 개선시키기 위해, 여기선 유리 광학기기에 대해, 화염 연마가 광학기기(2)의 최상부(2a)에서 또한 행해질 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 상기 예시한 방법의 변형예를 나타낸다. 지지체(40)의 최상부에 있는 리세스(41)는 변환기(1) 및 이 변환기에 접착된 금속 링(3) 모두가 리세스(41)에 배치되도록 구성되는 경우가 설명되어 있다. 변환기(1) 및 금속 링(3) 모두는 바람직하게는 "픽 앤드 플레이스" 공정에 의해 위치된다. 이것은, 금속 링(3)이 지지체(40)의 표면에 있고 변환기(1)가 리세스(41)에 있는 도 2c 및 도 2d와는 상이하다. 물론, 변환기(1) 및 금속 링(3)이 지지체(40)의 표면에 있는 것 도 고려할 수 있다. 그러한 경우, 위치 설정은 상기 설명한 배리어(50)를 통해 달성될 수 있다. 또한, 변환기(1)는 소형 변환기 유닛(1)으로 결합되어 존재한다. 개별적인 변환기 유닛(1)은 용융되어야 할 광학기기(2)와의 복합체를 통해 변환기(1)로 조합된다.
도 3c 및 도 3d는 금속 프레임(3)만이 지지체(40)의 최상부에 위치된 상기 방법의 또 다른 변형예를 도시한다. 유리부(2)가 배치되고 유리부(2)의 용융이 금속 프레임(3)에서 행해진다. 형성된 복합체는 지지체(40)로부터 제거된다. 그 후, 형성된 광학기기(2)의 후면(2b)이 편평하게 그라인딩되고 및/또는 연마된다. 후속하여, 복합체는 광학기기(2)의 그라인딩된 후면(2b)을 통해 변환기(1)에 접합된다. 복합체와 변환기(1), 여기선 변환기(1)의 전면(1a)과의 접합은, 변환기(1)를 복합체 또는 광학기기(2)의 가공된 후면(2b)에 본딩, 프레싱, 소결, 디스펜싱 및/또는 라미네이팅하여 수행된다.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 실시예가 도 4a 내지 도 4d에 도시되어 있다. 유리 플레이트(20) 및 변환기(1) 또는 변환기 플레이트(10)는 제1 단계에서 서로 대향하여 위치된다(도 4a). 유리 플레이트(20)의 소결은 변환기 플레이트(10)상에서 수행된다(도 4b). 이것은 유리 플레이트(20)의 유리의 Tg보다 바로 위의 온도에서 발생한다. 결과적으로, 유리 플레이트의 구조화가 행해진다(도 4c). 구조화는 리세스(22) 또는 통로(22)가 유리 플레이트(20)에 형성되는 것이다. 이 경우, 개별적인 유리 충전재(2)가 변환기 플레이트(10)의 최상부에 형성되고, 그 후 유리 충전재(2)로부터 광학기기(2)가 형성된다. 구조화는 RIE(Reactive Ion Etching) 및/또는 샌드블라스팅 및/또는 습식 에칭 및/또는 초음파 가공 및/또는 소잉으로 행해질 수 있다. 구조화는 바람직하게는 리소그래피 방법으로 수행된다. 특히 RIE를 이용한 구조화에 대해, 일반적으로, 한 유형의 마스크가 유리 플레이트(20)의 최상부(20a)에 도포되고, 그 후 본 도면에선 도시되지 않은, 구조화 이후 다시 제거된다. 구조화 이후, 유리부(2)의 용융이 수행된다(도 4d). 유리에 대한 정해진 용융에서, 소위 반구형 렌즈가 광학기기(2)로서 형성된다. 유리는 유리의 Tg보다 약 100 내지 140℃ 높은 온도에서, 바람직하게는 약 120℃ 높은 온도 범위에서 융접된다. 이 경우, 유리 T-SK57에 대해서는 625℃이다. 용융 시간은 약 15분 내지 약 25분, 바람직하게는 약 20분이다. 광 변환기 시스템(100)은 예를 들어 커팅 또는 래핑에 의해 분리된다. 대응하여 대형 소자가 필요하다면, 광 변환기 시스템은 분리되지 않고 직접 사용될 수 있다.
도 5a 내지 도 5d는 유리 플레이트(20)가 구조화되는 공정의 변형예를 나타낸다. 이 경우, 리세스(41)가 도입되고 변환기 플레이트(1) 또는 변환기(1)가 배치될 수 있는 지지체(40)가 제공된다. 변환기(1)상에 유리 플레이트(20)의 소결 및 바람직하게는 지지체(40)상에서의 유리 플레이트(20)의 소결(도 5b), 유리 플레이트(20)의 구조화(도 5c) 및 구조화에 의해 형성된 유리 충전재(2)의 용융(도 5d)은 모두 수행된다(도 5d). 추가의 상세 사항에 대해선, 도 4a 내지 도 4d에 관한 실시예를 참조한다. 그러나 광학기기(2)는 정해진 방법으로 형성되는 데, 이는 한 유형의 배리어(50)가 유리 충전재(2)의 붕괴를 위해 변환기(1)의 에지 또는 리세스(41)의 에지에 의해 형성되기 때문이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명에 따른 방법의 다음 실시예를 나타낸다. 먼저, 변환기 플레이트(10)가 제공된다(도 6a). 변환기 플레이트(10)에는 치구(50) 또는 배리어(50) 및 유리 충전재(2)가 구비된다(도 6b 또는 도 6c). 유리 충전재(2)는 예를 들어, 유리 비드(2)로서 제공될 수 있다. 유리 블랭크(2)의 용융을 위한 배리어는 배리어(50)에 의해 정해진다. 배리어(50)는 바람직하게는 흑연으로 형성된다. 용융은 도 6d에 도시되어 있다. 용융은 도 5d에 도시된 용융과 유사하게 발생한다.
도 7a 내지 도 7d는 도 6a 내지 도 6d에 나타낸 방법의 수정예를 나타낸다. 이 경우, 배리어(50) 또는 리미터(50)는 변환기(1) 또는 변환기 플레이트(10)의 최상부(10a)의 구조화부(15)에 의해 용융을 위해 형성 또는 획정된다. 이 경우, 배리어(50) 또는 구조화(50)는 리세스(15)와 같은 감소된 구조(15)에 의해 또는 도포된 층(15)과 같은 추가된 구조에 의해, 또는 이것들의 조합에 의해 제공될 수 있다. 구조화부(50)는 예를 들어, 변환기 플레이트(10)의 최상부(10a)에 리세스(15) 또는 개구(15)로서 형성된다. 이 구조화부는 예를 들어, 소결, RIE, 소잉 및/또는 코팅 및/또는 리소그래피 공정을 통해 제작된다. 배리어(50)는 또한 변환기(1)의 최상부(1a)를 구조화하는 것과 배리어(50)를 제공하는 것의 조합에 의해서도 제작될 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 실시예는 도 8a 내지 도 8h에 예시되어 있다. 먼저, 몰드(60)는 바람직하게는 흑연 몰드가 제공된다(도 8a). 복수의 리세스(61)는 몰드(60)의 한 측부에 도입된다. 몰드 및 개별 리세스(61) 또는 개구(61)의 치수는 형성되어야 할 광 변환기 시스템(100)에 맞춰진다. 리세스(61)는 형성되어야할 광 변환기 시스템(100), 여기선 형성되어야할 광학기기(2)에 대한 네거티브 몰드를 의미한다. 원하는 렌즈 효과를 생성하기 위해, 렌즈 형태는 흑연 몰드(61) 또는 개구(61)의 기하학적 형상을 통해 조정된다. 광학기기(2)는 소위 블랭크 프레싱 공정을 통해 제공된다. 몰드(60)에는 그 개구(61)에 유리 충전재(2)가 마련된다(도 8b). 바람직하게는 흑연 몰드(61)로서 형성되어야 할 또 다른 최상부 몰드에 의해, 유리 충전재(2)는 이제 바닥부 몰드(60)와 최상부 몰드(70)사이에서 블랭크 프레싱 가공된다(도 8c 및 도 8d). 이것은 유리의 Tg보다 약 50℃ 내지 약 90℃ 높은 온도 범위에서 발생한다.
변환기 또는 변환기(1)들의 제공은 도 8e 및 도 8g에 설명되어 있다. 먼저, 몰드(80)가 제공된다. 대응하는 개구(81)는 몰드(80)의 최상부에 도입된다. 개구(81)는 형성되어야 할 변환기(1)의 또는 광 변환기 시스템(100)의 치수 및 몰드에 맞춰진다. 개구(81)는 광 변환기 시스템(100)의, 특히 형성되어야 할 변환기(1)의 네거티브 몰드이다. 한 유형의 채널(82)이 선택적으로 각각의 개구(81)의 최상부에 도입된다. 변환기(1)들은 이 채널(82)에 의해 위치 설정된다. 변환기(1)들은 바람직하게 산출되어야 할 색좌표의 안정성으로 인해 일정한 두께를 갖는다. 이제 변환기(1)들은 가열된다. 가열은 약 400℃ 내지 약 800℃의 온도 범위에서 수행된다. 변환기(1)들은 붕괴하여, 개구(81) 내로 늘어지게 되어 본질적으로 개구(81)의 형태에 맞춰진다.
두 개의 미리 성형되어 있는 광학기기(2)와 변환기(1)의 결합이 도 8h에 나타나 있다. 이들 두 구성 요소(1 및 2)는 예를 들어, 졸-겔 본딩 및/또는 확산 본딩과 같은 접속 프로세스를 통해 함께 접합된다.
상기 설명한 새깅 및 늘어지게 하는 공정의 변형예가 도 9a 내지 도 9c에 나타나 있다. 먼저, 도 8e 및 도 8g에 이미 예시되어 있는 바와 같은 형태의 변환기 플레이트(1)(도 9a)가 제공되어 가열된다. 변환기(1)가 형태를 이루어 형성된 후, 이제 광학기기(2), 바람직하게는 렌즈(2)가 리플로우 공정을 통해 도포된다. 이것은 도 9b 및 도 9c에 예시되어 있다. 먼저, 소형 비드로 형성된 유리 충전재(2)가 개구(81)에 제공된다. 개별적인 변환기(1)와 각각의 유리 충전재(2)의 접합은 유리 충전재(2)를 가열 및 용융시킴으로써 수행된다. 렌즈(2) 또는 광학기기(2)는 동시에 형성 또는 성형된다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명에 따른 방법의 또 다른 변형예를 도시한다. 이 경우, 광 변환기 시스템(100)은 블랭크 프레싱 공정을 통해 제작된다. 이를 위해, 유리 충전재(2) 및 변환기(1) 모두는 각각 몰드(60)의 개구(61)에 제공된다. 광 변환기 시스템(100)의 형성 또는 광 변환기 시스템(100)의 형상의 형성은 몰드(60)와 몰드(70)를 조합함으로써 제작된다. DOE 구조(23) 또는 마이크로 광학기기 구조(23)를 광학기기(2)에 추가적으로 도입하기 위해, 상세히는 광학기기(2)의 최상부(2a)에 도입하기 위해, 대응하는 구조(62)가 개구(61)의 바닥부에 도입 또는 배치된다. 도시된 지그재그 형태는 대응하는 구조를 나타낸다. 구조(62)는 광학기기(2)의 최상부(2A)에 형성될 구조(23)의 네거티브 몰드를 나타낸다. 따라서, 핫 프레스에는 프레스 몰드(60 및 70), 변환기 기판(1) 및 낮은 Tg를 갖는 유리로 된 유리 충전재(2)가 구비된다. 구조(62)는 말하자면, 유리에 또는 광학기기(2)에 임프레싱된다. 하기의 방법 파라미터들은 유리 P-SK57을 위한 결과적인 파라미터들이다. 프레싱은 약 1 내지 3 분 동안, 약 10 내지 50kg/㎠에서, 530℃ 내지 590℃의 온도로 바람직하게는 약 560℃의 온도에서 발생된다.
물론, 상기 설명한 방법으로 제작된 광 변환기 시스템(100)은 개별 도면에서 상세히 나타내진 않았더라도, 금속 링(3)이 탑재되거나 탑재되지 않을 수 있다. 금속 링(3)이 사용되었다면, 금속 링(3)도 금속 용사될 수 있다. 이를 위해, 도 11a 내지 도 11d는, 금속 링(3)을 이용하여, 도 10a 내지 도 10d에 설명된 방법을 다시 한번 예시한다. 금속 링(3)은, 예를 들어, 몰드(70)에 의해 제공된다. 금속링들은 또한 형성된 공간에 배치될 수도 있다.
도 12a 내지 도 12d는 패키지(200) 또는 하우징(200)에서 본 발명에 따른 광 변환기 시스템(100)의 사용을 예시한다. 전체 시스템(300) 또는 LED 패키지(200)가 형성된다. 본 발명에 따른 광 변환기 시스템(100)은, 말하자면, 하우징(200)에 대한 한 유형의 커버로서의 역할을 한다. 패키지(200)는 GTMS 패키지("Glass To Metal Seal"), Si 패키지, 플라스틱 패키지 및/또는 세라믹 패키지일 수 있다.
도 12a 및 도 12d는 하우징(200)의 단면을 예시한다. 각각의 경우에, 이 하우징의 단면은 3층 하우징(200)이다. 베이스부(201), 제1 유리층(202), 두 개의 연결부(203), 제2 유리층(204) 및 헤드부(205)로 된 복합체를 포함하거나 복합체로 구성된다. LED(260)는 하우징(200) 내부에 배치된다. LED(260) 또는 LED 칩(260)은 장착 영역(212)에 배치된다. LED(260)는 와이어(273)를 통해 연결부(203 및 204)에 접합된다. LED(260)로부터 방출된 광 또는 복사선을 위한 통로 영역(261)은 LED(260) 위에 있다. 통로 영역(261)의 최상부는 본 발명에 따른 광 변환기 시스템(100)에 의해 덮여 진다. 통로 영역(261) 및 나아가서는 패키지(200)는 바람직하게는 커버(100)에 의해 기밀하게 시일링된다. 이것은 광 변환기 시스템(100)을, 금속으로 제공된, 하우징(200)의 최상부(2a) 또는 헤드부(205)에 납땜함으로써, 수행될 수 있다.
예를 들어, LED(260)는 청색광 발광 LED이고 변환기(1)는 소위 황색 형광체와 같은, 발광성 발색 물질을 포함하는 유리이다. 단파장 청색광은 광을 방출하도록 발색 물질을 여기시킨다. 이 결과는 광발광(photoluminescence)이라 지칭된다. 이러한 방식으로, 장파장 황색광이 방출된다. 일반적으로, 전체 청색광이 변환되지는 않는다. 이러한 방식으로, 백색광은 두 개의 스펙트럼 색들인 청색과 황색의 가법 혼색으로부터 발생된다. 청색에서 황색으로의 변환은 도재화 유리에 의해서도 발생될 수 있다.
LED(260)는 UV를 방출하는 LED이고, 변환기(1)는 적색, 녹색 및 청색(RGB) 형광체와 같은 여러 발광 발색 물질을 함유하는 유리이다. 단파장 UV광은 발색 물질을 광을 발하도록 여기시킨다. 이러한 방식으로, 적색, 녹색 및 청색광이 방출된다. 그러므로, 백색광은 가법 혼색으로부터 발생된다. CRI 값을 증가시키기 위해, 변환기(1)는 또한 RGB-LED(260)와 접합될 수 있다. 선택사항으로서, 각각의 경우에서, 적어도 하나의 적색 LED(260) 및/또는 적어도 하나의 녹색 LED(260)가, 도면에는 도시하지 않았지만, 추가적으로 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 색 위치가 변경되고 광은 정밀하게 조정될 수 있다.
도 12a는 시스템(100)이 "단순히" 하우징(200)에 배치되는 실시예를 나타낸다. LED(260) 상부에 표시된 3개의 화살표는 LED(260)에 의해 방출된 복사선의 방출 방향을 나타낸다. 도 12b는 콘센트레이터(24) 또는 소위 광파이프(24)가 광학기구(2)로서 변환기(1)상에 배치된 실시예를 나타낸다. 한편으로는, 콘센트레이터(24)의 내부는 반사기로서의 역할을 한다. 다른 한편으로는, 벽은 또한 변환기(1)로부터 측방으로 방사되는 광에 대한 광 가이드의 한 유형으로서 동작한다. 전체 시스템(300)의 디커플링 효율은 콘센트레이터(24)에 의해 증가될 수 있다. 또한, 렌즈(25)로서 설계된 또 다른 광학기기(2)가 콘센트레이터(24)에 배치된다.
또한, 또 다른 광학기기(2)는 변환기(1)의 밑에, 바람직하게는 변환기(1)의 바닥부(1b)에 직접 배치될 수 있다. LED(260)로부터 나오는 광 또는 LED(260)로부터 나오는 광 복사선의 집속이 상기와 같은 광학기기(21)를 통해 이루어질 수 있다. 이것이 도 12c에 도시되어 있다.
도 12a 내지 도 12c는 각각의 경우에, 시스템(100)이 LED(260)로부터 소정 거리에 배치되어 있는 본 발명의 적용 분야를 나타낸다. 도 12d는 변환기(1)가 LED(260)에 놓여있거나 LED(260)에 인접하여 배치되어 있는 실시예를 나타낸다. 이 경우에 통로 영역(261)은 본질적으로 변환기(1)에 의해 완전하게 채워진다.
본 발명의 시스템(100)은 바람직하게는 무기물로 된 시스템(100)이다. 시스템(100)은 바람직하게는 적어도 변환기(1) 및/또는 광학기기(2) 및/또는 금속 지지체(3)로 구성된다. 상기 설명한 금속 지지체(3)는 링(3) 또는 캡(3)으로서 형성될 수 있다. 그 중에서도 시스템(100)은 패키지 커버 또는 패키지 클로우저로서 사용될 수 있다. 이 방법의 설계는 대량 생산에 적합하다. 이것은, 용융, 새깅, 소결, 스템핑 등과 같은 흔히 행해지는 공정에 기초하여 가능하다. 본 발명에 따른 광 변환기 시스템(100)의 내온성뿐만 아니라 온도 변화에 대한 저항은 공지된 시스템의 내온성보다 명백히 더 높다. 최대 약 400℃에 이르는 내온성이 금속 링(3) 없이도 시스템(100)에 대해 획득될 수 있다. 또한, 금속 링(3)을 이용하여 그리고 예를 들어, Sn을 함유하는 솔더링을 위해, 시스템(100)은 최대 약 350℃이르는 내온성을 갖는다. 또한, 시스템의 바람직한 구성 요소들은 UV 및 화학물질에 저항성을 갖거나 실질적으로 저항성을 갖는다. 본 발명에 따른 시스템(100)이 패키지 커버로서 사용된다면, 공기 및/또는 수분에 대해 기밀하게 되는 방식으로 패키지(200)에 고정될 수 있다. 바람직하게 본질적으로는 단지 무기물 구성 요소가 사용되므로, 예를 들어 탄화수소와 같은 형태의 구성 소로부터의 탈기는 없다. 따라서, LED(260)의 유기물 오염은 본질적으로 방지될 수 있다. 패키지(200)는 베이킹될 수 있고, 사실상 불활성 가스로 충전되고 시일링된다.
당업자에게는 설명한 실시예들이 단지 예로서 이해된다는 것이 명백할 것이다. 본 발명은 이들 실시예들로 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 다양하게 변경될 수 있다. 개별적인 실시예들의 특징 및 개별적인 실시예에서 일반적인 부분에 설명된 특징들은 서로가 상대방에 포함되어 지거나 서로 결합될 수 있다.
1 : 변환기 1a : 변환기의 최상부
1b : 변환기의 바닥부
2 : 광학 소자 또는 광학기기 또는 유리 충전재 또는 유리부
2a : 광학 소자의 최상부 2b : 광학 소자의 바닥부
3 : 링 또는 금속링 또는 금속 지지체
4 : 코팅 또는 클래딩 5 : 열 제거 수단
10 : 변환기 플레이트 10a : 변환기 플레이트의 최상부
10b : 변환기 플레이트의 바닥부 11, 12, 13 : 변환기 층
14 : 기능층 또는 코팅 15 : 구조화 또는 개구 또는 리세스
20 : 유리 플레이트 20a : 유리 플레이트의 최상부
20b : 유리 플레이트의 바닥부 21 : 광학 소자
22 : 리세스 또는 통로
23 : DOE 구조 또는 마이크로구조 24 : 콘센트레이터
25 : 렌즈
40 : 매트릭스 또는 어레이 또는 지지체
41 : 리세스 50 : 리미트 또는 리미터 또는 배리어
60 : 하위 몰드 또는 지지체 61 : 리세스 또는 지지체
62 : 구조 70 : 최상부 몰드
71 : 리세스에 대한 카운터피스 80 : 몰드
81 : 리세스 또는 개구 82 : 채널
100 : 변환기 몰드 또는 광 뱐환기 시스템
200 : 하우징 기능 요소 하우징 200a : 하우징의 최상부
201 : 베이스부 또는 베이스 또는 지지체
202 : 제1 유리층 203 : 연결부 또는 도체 스트립
204 : 제2 유리층 205 : 헤드부 또는 반사기
212 : 기능 요소에 대한 어셈블리 영역
260 : 광전자 기능 요소 또는 LED 261 : 통로 영역
273 : 와이어 또는 와이어 본딩 300 : 전체 시스템 또는 LED 패키지

Claims (45)

  1. 적어도 하나의 광전자 기능 요소(260)로부터 방출되고 및/또는 이 기능 요소에 의해 수광되는 복사선, 바람직하게는 LED(260)로부터의 복사선을 위한 변환기 모듈(100) 또는 광전자 기능 요소(260)에 위치하기 위한 변환기 모듈(100)로서, 특히 하기의 청구항에 따른 방법에 의해 제작될 수 있거나 제작되는 범위에 변환기 모듈(100)에 있어서,
    - 방출된 복사선 및/또는 수광되는 복사선의 변환을 위한 적어도 하나의 무기물제 변환기(1),
    - 광전자 기능 요소(260)의 방출 방향으로 변환기(1)에 대해 하류에 배치되고, 무기물을 포함하는 적어도 하나의 광학 소자(2)
    를 포함하고, 변환기(1)와 광학 소자(2)는 바람직하게는 서로 접착 방식으로 접합되는 것인, 변환기 모듈(100).
  2. 제1항에 있어서, 변환기(1)는
    적어도 150℃, 바람직하게는 약 250℃, 더욱 바람직하게는 약 500℃의 내온성을 갖는 것인, 변환기 모듈(100).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 변환기(1)는
    광 세라믹, 유리 세라믹, 도재화 유리(ceramicized glass) 및 PiG로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 것인, 변환기 모듈(100).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    변환기(1)는 적어도 2개 스테이지(11, 12, 13)로 설계된 것인, 변환기 모듈(100).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    변환기(1)는 코팅(14), 구조화부 및/또는 매립된 입자를, 적어도 일부 구역에서 갖는 것인, 변환기 모듈(100).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    변환기(1) 및/또는 광학 소자(2)는 적어도 일부 구역에서 만곡되어 형성되고, 곡률은 바람직하게 서로 정합되는 것인, 변환기 모듈(100).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    광학 소자(2)는 코팅(14), 구조화부 및/또는 매립된 입자를, 적어도 일부 구역에서 갖는 것인, 변환기 모듈(100).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    광학 소자(2)의 재료는 약 800℃보다 낮은 Tg를 갖는 적어도 하나의 재료, 바람직하게는 유리를 포함하는 것인, 변환기 모듈(100).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    광전자 기능 요소(260)의 방출 방향에 대해 상류에 장착되는 또 다른 광학 소자(21)를 더 포함하는 것인, 변환기 모듈(100).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 일부 구역에서, 변환기 모듈(100)의 주위 범위에 걸쳐 연장하는 적어도 하나의 링(4), 바람직하게는 금속 링(4)을 더 포함하는 것인, 변환기 모듈(100).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 링(4)은 적어도 일부 구역에서, 금속 코팅(5)을 갖는 것인, 변환기 모듈(100).
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    광전자 기능 요소(260)의 방출 방향에서 변환기(1)에 대해 상류 또는 하류에 배치되고, 및/또는 변환기(1)에 통합되는, 바람직하게는 금속 층 및/또는 다이아몬드 층으로 형성된 열을 제거하는 적어도 하나의 수단(5)을 더 포함하는 것인, 변환기 모듈(100).
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 복수의 변환기 모듈(100)을 포함하는 것인, 어레이.
  14. 적어도 하나의 하우징(200), 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 변환기 모듈(100), 및
    하우징(200)에 배치되어 복사선을 방사하고 및/또는 복사선을 수광하는 적어도 하나의 광전자 기능 요소(260), 특히 LED(260)
    를 포함하는 것인, 광전자 소자.
  15. 제14항에 있어서,
    적어도 하나의 LED 및/또는 적어도 하나의 모니터 광다이오드 및/또는 적어도 하나의 열전쌍을 포함하는 광전자 소자.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 변환기 모듈(100) 또는 제13항 또는 제14항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 광전자 소자를 포함하는 것인, 조명 장치.
  17. 적어도 하나의 광전자 기능 요소(260)로부터 방출되고 및/또는 이 기능 요소에 의해 수광되는 복사선, 특히 LED(260)로부터의 복사선을 위한, 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 변환기 모듈(100)을 제작하기 위한 방법에 있어서,
    - 방출된 복사선 및/또는 수광되는 복사선을 변환하기 위한 적어도 하나의 변환기(1)를 제공하는 것,
    - 적어도 하나의 광학 소자(2)를 제공하는 것,
    - 변환기(1)를 가열하고 및/또는 광학 소자(2)를 가열하여 변환기(1)와 광학 소자(2)가 서로 접착되어 복합체를 형성하게 되는 방식으로 변환기(1)와 광학 소자(2)를 접합시키는 것
    을 포함하는 것인, 변환기 모듈(100) 제작 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    변환기(1)와 광학 소자(2)는 용융 및 시일링(sealing)에 의해 제공되는 것인, 변환기 모듈(100) 제작 방법.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    광학 소자(2)를 유리 충전재(glass gob)(2)로서 제공하고, 이 유리 충전재를 유리가 광학 소자(2)로 형성될 점도에 도달할 때까지 가열하는 것인, 변환기 모듈(100) 제작 방법.
  20. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    변환기(1)는 프레싱, 디스펜싱, 소결 및/또는 바람직하게는 스트립의 플레이밍(flaming)에 의해, 광학 소자(2)에 제공되는 것인, 변환기 모듈(100) 제작 방법.
  21. 제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    변환기(1)와 광학 소자(2)는 변환기(1)를 소결함으로써 접합되는 것인, 변환기 모듈(100) 제작 방법.
  22. 제17항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    변환기(1)와 광학 소자(2)는 몰딩으로서 제공되는 것인, 변환기 모듈(100) 제작 방법.
  23. 제17항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    변환기(1)와 광학 소자(2)는, 몰드에 있거나 배치되는, 벌크 재료로서 제공되는 것인, 변환기 모듈(100) 제작 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    변환기(1)와 광학 소자(2)는 프레싱에 의해, 특히 벌크 재료를 가열함으로써 형성되는 것인, 변환기 모듈(100) 제작 방법.
  25. 제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    변환기(1)와 광학 소자(2)는 서로 접착되어 복합체를 형성할 때까지 가열되는 것인, 변환기 모듈(100) 제작 방법.
  26. 제22항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    광학 소자(2)는 유리 충전재(2)로서 제공되는 것인, 변환기 모듈(100) 제작 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    유리 충전재(2)는 변환기(1)상에 배치되거나 또는 프레스 되고 및/또는 변환기(1)와 접합되는 것인, 변환기 모듈(100) 제작 방법.
  28. 제26항 또는 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    유리 충전재(2)는 "제트" 방식 및/또는 마이크로구조화를 통해 제공되는 것인, 변환기 모듈(100) 제작 방법.
  29. 제26항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    유리 충전재(2)는 유리가 광학 소자(2)가 형성되는 점도에 도달할 때까지 가열되는 것인, 변환기 모듈(100) 제작 방법.
  30. 제26항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    유리 충전재(2)의 정해진 용융을 위해, 적어도 하나의 리미터(50)가 제공되는 것인, 변환기 모듈(100) 제작 방법.
  31. 제30항에 있어서,
    리미터(50)는 광학 소자(2)가 도입되게 될, 변환기(1)의 한 측부에서 불연속부(50)로서 제공되는 것인, 변환기 모듈(100) 제작 방법.
  32. 제30항 또는 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    리미터(50)는 광학 소자(2)가 도입되거나 형성될, 변환기(1)의 측부 구조화에 의해 제공되는 것인, 변환기 모듈(100) 제작 방법.
  33. 제30항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    리미터(50)는 물질 제거 및/또는 물질 도입 방법에 의해 제작되는 것인, 변환기 모듈(100) 제작 방법.
  34. 제30항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
    리미터(50)는 바람직하게는 변환기(1)의 바로 위 또는 변환기(1)상에 배치되는, 한 유형의 템플리트를 위치 설정함으로써 제공되는 것인, 변환기 모듈(100) 제작 방법.
  35. 제17항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    변환기(1)는 몰드(60) 위에 배치되고 변환기(1)의 재료는 변환기(1)가 몰드(60) 내로 늘어지는 점도에 도달할 때까지 가열되는 것인, 변환기 모듈(100) 제작 방법.
  36. 제35항에 있어서,
    광학 소자(2)는 몰드(60)상에서 변환기(1)와 함께 배치되는, 유리 충전재(2)로서 제공되는 것인, 변환기 모듈(100) 제작 방법.
  37. 제36항에 있어서,
    유리 충전재(2)는 유리가 광학 소자(2)가 형성되는 점도에 도달할 때까지 가열되는 것인, 변환기 모듈(100) 제작 방법.
  38. 제35항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
    유리 충전재(2)와 변환기(1)는 변환기(1)와 유리 충전재(2)가 각각 몰드(60) 내로 늘어져 복합체를 형성하는 점도에 도달할 때까지 가열되는 것인, 변환기 모듈(100) 제작 방법.
  39. 제17항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
    변환기(1) 및/또는 광학 소자(2)는 프레싱에 의해, 바람직하게는 블랭크 프레싱에 의해 제작되는 것인, 변환기 모듈(100) 제작 방법.
  40. 제17항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
    변환기(1)와 광학 소자(2)는 유기물 본딩 및/또는 무기물 본딩을 통해 접합되는 것인, 변환기 모듈(100) 제작 방법.
  41. 제17항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서,
    광학 소자(2)는 적어도 부분적으로 프레싱 및 접합에 의해 형성되는 것인, 변환기 모듈(100) 제작 방법.
  42. 제17항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 일부 구역에서 변환기 모듈(100)의 주위 범위에 걸쳐 뻗는, 적어도 하나의 링(3), 바람직하게는 금속 링(3)이 제공되는 것인, 변환기 모듈(100) 제작 방법.
  43. 제42항에 있어서,
    링(3)은 적어도 일부 구역에서, 코팅(4)되거나 클래딩되는 것인, 변환기 모듈(100) 제작 방법.
  44. 제17항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 수단(5)은 열을 제거하기 위해 제공되는 것인, 변환기 모듈(100) 제작 방법.
  45. 제17항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서,
    광학 소자(2) 및/또는 변환기(1)는 적어도 일부 구역에서, 바람직하게는 구조화되고, 코팅되고, 평활화되고, 및/또는 연마되어, 가공되어 있는 것인, 변환기 모듈(100) 제작 방법.
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