KR20110026490A - 광혼합재를 포함하는 고상 조명 디바이스 - Google Patents

광혼합재를 포함하는 고상 조명 디바이스 Download PDF

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KR20110026490A
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존 케이. 로버츠
제럴드 에이치. 네글리
안토니 피. 반 데 벤
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크리, 인코포레이티드
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Abstract

고상 조명 장치는 적어도 제1 LED와 제2 LED를 포함하는 복수의 발광 다이오드(LED)를 포함한다. 상기 제1 및 제2 LED의 색도는 상기 LED들의 쌍으로부터의 광의 혼합에 의해 생성된 조합광이 대략 목표 색도를 갖도록 선택된다. 상기 제1 LED는 가시광 스펙트럼의 청색 부분에서 광을 방출하는 제1 LED 칩(43)과 상기 제1 LED 칩에 의해 방출된 청색광에 응답하여 적색광을 방출하는 형광체(44)를 포함할 수 있다. 상기 제2 LED는 1931 CIE 색도 다이어그램의 흑체 궤적(106) 위에 있는 색점을 가진 광을 방출하며, 특히 황록색, 녹색을 띤 황색 또는 녹색 색조를 가질 수 있다.

Description

광혼합재를 포함하는 고상 조명 디바이스{SOLID STATE LIGHTING DEVICES INCLUDING LIGHT MIXTURES}
본 발명은 고상 조명에 관한 것으로, 특히 일반 조명을 위한 고상 조명 시스템에 관한 것이다.
관련 출원의 상호 인용
본 출원은 미국 임시특허 출원 제61/075,513호[출원일: 2008년 6월 25일, 발명의 명칭: 고상 조명 디바이스 및 방법(SOLID STATE LIGHTING DEVICES AND METHODS), 발명자: John Roberts]의 우선권을 주장한다. 본 출원은 미국 임시특허 출원 제60/792,859호[출원일: 2006년 4월 18일, 발명의 명칭: 조명 디바이스 및 조명 방법(LIGHTING DEVICE AND LIGHTING METHOD), 발명자: Gerald H. Negley 및 Antony Paul van de Ven], 미국 임시특허 출원 제60/793,524호[출원일: 2006년 4월 20일, 발명의 명칭: 조명 디바이스 및 조명 방법(LIGHTING DEVICE AND LIGHTING METHOD), 발명자: Gerald H. Negley 및 Antony Paul van de Ven] 및 미국 임시특허 출원 제60/868,134호[출원일: 2006년 12월 1일, 발명의 명칭: 조명 디바이스 및 조명 방법(LIGHTING DEVICE AND LIGHTING METHOD), 발명자: Gerald H. Negley 및 Antony Paul van de Ven]의 우선권을 주장하는 미국특허 출원 제11/736,761호[출원일: 2007년 4월 18일, 발명의 명칭: 조명 디바이스 및 조명 방법(LIGHTING DEVICE AND LIGHTING METHOD)]의 일부 계속 출원이다. 본 출원은 미국 임시특허 출원 제60/868,134호[출원일: 2006년 12월 1일, 발명의 명칭: 조명 디바이스 및 조명 방법(LIGHTING DEVICE AND LIGHTING METHOD), 발명자: Gerald H. Negley 및 Antony Paul van de Ven]의 우선권을 주장하는 미국특허 출원 제11/948,021호[출원일: 2007년 11월 30일, 발명의 명칭: 조명 디바이스 및 조명 방법(LIGHTING DEVICE AND LIGHTING METHOD)]의 일부 계속 출원이다. 상기 인용된 출원들 각각의 전체 내용은 본 명세서에 참조로서 포함된다.
고상 조명 디바이스는 많은 조명 분야에 이용된다. 예컨대 고상 조명 디바이스들의 어레이들을 포함하는 고상 조명 패널들은 예컨대 건축 및/또는 액센트(accent) 조명에서 직접 조명원으로 이용되어 왔다. 고상 조명 디바이스는 예컨대 하나 이상의 발광 다이오드 칩을 포함하는 패키지 발광 디바이스(LED)를 포함할 수 있다. 무기 LED는 통상적으로 p-n 접합을 형성하는 반도체층을 포함한다. 유기 발광층을 포함하는 유기 LED(OLED)는 다른 형태의 고상 발광 디바이스이다. 통상적으로 고상 발광 디바이스는 발광층 또는 발광 영역에서의 전자적 캐리어, 즉 전자와 정공의 재결합을 통해 광을 생성한다. LED 칩들 또는 다이들은 많은 상이한 적용 분야에 대해 많은 상이한 방식으로 장착될 수 있다. 예컨대 LED 칩은 헤더 상에 장착되고, 보호, 파장 변환, 포커싱, 분산/산란 등을 위한 밀봉체로 봉입될 수 있다. LED 칩은 PCB와 같은 서브마운트(submount)에 직접 장착될 수도 있으며, 예를 들면, 전기 영동법이나 기타 다른 기술에 의해 형광체로 바로 코팅될 수 있다. 이에 따라, 본원에서 이용되는 바와 같은 용어 "발광 다이오드" 또는 "LED"는 형광체가 코팅되거나 또는 다르게는 구비된 LED 칩을 포함하는 LED 칩, 또는 LED 칩을 포함하고 전기적 컨택, 1차 광학계, 열 소산, 및/또는 LED 칩에 대한 그외의 기능적 특성을 제공하는 패키지 디바이스와 같은 패키지 디바이스를 칭할 수 있다.
고상 조명 패널은 일반적으로, 휴대형 전자 디바이스에 이용되는 LCD(liquid crystal display) 디스플레이 스크린과 같은 소형 LCD 디스플레이 스크린용 백라이트로서 사용된다. 게다가 실내 또는 실외 조명과 같은 일반적인 조명에 고상 조명 패널을 이용하는 것에 대한 관심이 증가하고 있다. 이와 같은 응용분야에서는, 일반적으로 조명 디바이스가 연색 지수(CRI)가 높은 백색광을 생성하여, 조명 디바이스에 의해 조명된 대상체가 더욱 자연스러운 색을 갖는 것으로 보이도록 하는 것이 바람직하다. 이와 달리 낮은 CRI를 갖는 광은 조명된 대상체가 퇴색 또는 부자연스러운 색으로 보이게 할 수 있다.
더 넓은 조명 응용 분야에서는, 복수의 고상 조명 패널이 예컨대 1차원 또는 2차원 어레이로서 서로 연결되어 조명 시스템을 구성한다. 그러나 불행히도 조명 시스템에 의해 생성된 백색광의 색조는 패널마다, 및/또는 심지어는 조명 디바이스마다 다를 수 있다. 그와 같은 편차는, 상이한 LED들로부터의 발광 세기의 편차, 및/또는 조명 디바이스 내의 및/또는 패널에서의 LED들의 배치에서의 편차를 포함하는 여러 가지 요인으로부터 발생할 수 있다. 따라서 패널마다 백색광의 일관된 색조를 발생하는 멀티패널 조명 시스템을 구성하기 위해, 많은 수의 패널에 의해 생성된 광의 색조 및 채도, 또는 색도를 측정하고, 멀티패널 조명 시스템에서 이용하기 위한 비교적 비슷한 색도를 가진 패널들의 서브세트를 선택하는 것이 바람직할 수 있다. 이것은 제조 공정에서 수율을 감소시키고 재고 비용을 증가시킬 수 있다.
더욱이 고상 조명 패널이 처음 제조시에 광의 일관된 원하는 색조를 갖는다고 하더라도, 패널 내의 고상 디바이스의 색조 및/또는 밝기는 시간이 지남에 따라 및/또는 온도 변화의 결과로서 불균일하게 변할 수 있으며, 이는 패널들로 구성된 조명 패널의 전체 색점(color point)을 시간이 지남에 따라 변하게 할 수 있고 및/또는 조명 패널에 걸친 색의 불균일을 야기할 수 있다. 그 외에도 조명 패널의 원하는 색조 및/또는 밝기 레벨을 제공하기 위해 사용자가 조명 패널의 광출력 특성을 변경하는 것을 원할 수 있다.
고상 조명원은 종래의 일반 조명용 조명원에 대해 많은 장점을 갖는다. 예컨대 종래의 백열 조사등은 30 평방 인치 개구로부터 광을 투사하는 150 와트 램프를 포함할 수 있다. 따라서, 광원은 평방 인치당 약 5와트의 전력을 소모할 수 있다. 그와 같은 광원은 겨우 와트당 약 10 루멘의 조명효율을 가질 수 있는데, 이는 소정 면적 내에 광을 생성할 수 있는 능력 면에서 그와 같은 디바이스가 비교적 작은 공간에서 평방 인치당 약 50 루멘을 발생할 수 있다는 것을 의미한다.
종래의 백열 조사등은 비교적 밝은, 고 지향성의 광원을 제공한다. 그러나 백열 조사등은 작은 면적만을 조명할 수 있다. 따라서 백열 조사등이 비교적 높은 광출력을 갖는다고 하더라도, 일반적인 조명, 예컨대 실내 조명에는 적합하지 않을 수 있다. 따라서, 실내 사용 시에, 조사등은 통상적으로 액센트 또는 필인(fill-in) 조명 응용을 위해 준비된다.
한편, 형광 전구는 일반 조명에 더 적합한 방식으로 광을 발생한다. 형광 전구는 선광원과 비슷한데, 광원 부근에서 조도가 1/r(r은 광원으로부터의 거리)에 비례한다. 더욱이 형광 광원들은 통상적으로 패널로 그룹화되어 면광원과 비슷해지는데, 이는, 면광원에 의해 생성된 광의 세기가 점광원 또는 선광원의 세기가 떨어지는 만큼 광원 부근에서 빠르게 떨어지지 않을 수 있기 때문에, 일반 조명 및/또는 기타 다른 목적에 더 유용할 수 있다.
형광 패널의 분산 특성과 그 조명 적합성은 형광 패널이 일반 조명 응용 분야에서 보편적으로 선택되게 한다. 그러나 형광은 약간 푸르스름해 보이고 및/또는 색상을 연출하는 특성이 나쁠 수 있다. 더욱이 형광 전구는, 그들이 구성 성분으로서 수은을 포함할 수 있기 때문에, 환경적인 문제를 나타낼 수 있다.
<개요>
일부 실시예에 따른 고상 조명 장치는 적어도 제1 LED와 제2 LED를 포함하는 복수의 발광 다이오드(LED)를 포함한다. 제1 및 제2 LED의 색도는 LED의 쌍으로부터의 광의 혼합에 의해 생성된 조합광이 대략 목표 색도를 갖도록 선택된다. 제1 LED는 가시광 스펙트럼의 청색 또는 녹색 부분에서 광을 방출하는 제1 LED 칩과 제1 LED 칩에 의해 방출된 광에 응답하여 적색광을 방출하는 형광체를 포함할 수 있고, 제2 LED는 1931 CIE 색도 다이어그램의 흑체 궤적 위에 있는 색점을 갖는 광을 방출할 수 있고, 특히 황록색, 녹황색 또는 녹색 색조를 가질 수 있다.
제2 LED의 색점은 흑체 궤적 상의 임의의 점으로부터 10단계 맥아담 편차 타원 밖에 있을 수 있다. 따라서 제2 LED의 색점은 비백색으로 보일 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 LED는 약 400nm 내지 약 465nm의 주파장을 갖는 실질적으로 포화된 광을 방출하는 제2 LED 칩을 포함할 수 있다.
제1 LED에 의해 방출된 조합광의 색점과 형광체와 제2 LED에 의해 방출된 광의 색점 사이의 1931 CIE 색도 다이어그램 상의 선분은 약 2500K와 약 4500K 사이에서 흑체 궤적과 교차할 수 있다.
제2 LED는 가시광 스펙트럼의 청색 부분에서 포화광을 방출하는 제2 LED 칩을 포함할 수 있고, 제2 LED 칩에 의해 방출된 광을 수용하고, 이에 응답하여 황색광을 방출하도록 구성된 제2 형광체를 더 포함할 수 있다.
제2 LED는 약 500nm 내지 약 550nm의 주파장을 가진 가시광 스펙트럼의 녹색 부분에서 실질적으로 포화된 광을 방출하는 제2 LED 칩을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 LED는 가시광 스펙트럼의 청색 부분에서 포화광을 방출하는 제2 LED 칩을 포함할 수 있고, 제2 LED 칩에서 방출된 광을 수용하고, 이에 응답하여 황색광을 방출하도록 구성된 제2 형광체를 포함한다. 제2 LED 칩은 약 430nm 내지 약 470nm의 주파장을 가질 수 있고, 제2 형광체는 약 550nm 내지 약 590nm의 주파장을 가진 광을 방출할 수 있다.
일부 실시예에서 제1 LED 칩은 약 500nm 내지 약 550nm의 가시광 스펙트럼의 녹색 부분에서 주파장을 가질 수 있다. 더욱이 제2 LED는 제2 LED 칩에 의해 방출된 광에 응답하여 황색광을 방출하는 제2 형광체를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에서 제2 LED 칩은 약 440nm 내지 약 460nm의 주파장을 가질 수 있고, 제2 LED는 제2 LED 칩에 의해 방출된 광에 응답하여 약 550nm 내지 약 590nm의 주파장을 가진 광을 방출하는 제2 형광체를 포함할 수 있다.
제2 LED 칩과 제2 형광체에 의해 방출된 조합광은, 임의의 부가 광이 없을 때, 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 선분으로 둘러싸인 1931 CIE 색도 다이어그램 상의 영역 내에 있을 수 있는 점을 정의하는 x, y 색좌표를 가진 부 혼합광(sub-mixture of light)을 생성하고, 상기 제1 선분은 제1 점을 제2 점에 연결하고, 상기 제2 선분은 제2 점을 제3 점에 연결하고, 상기 3 선분은 제3 점을 제4 점에 연결하고, 상기 제4 선분은 제4 점을 제5 점에 연결하고, 상기 제5 선분은 제5 점을 제1 점에 연결하며, 상기 제1 점은 0.32, 0.40의 x, y 좌표를 갖고, 상기 제2 점은 0.36, 0.48의 x, y 좌표를 갖고, 상기 제3 점은 0.43, 0.45의 x, y 좌표를 갖고, 상기 제4 점은 0.42, 0.42의 x, y 좌표를 갖고, 상기 제5 점은 0.36, 0.38의 x, y 좌표를 갖는다.
고상 조명 장치는 가시광 스펙트럼의 청색 또는 녹색 부분에서 광을 방출하고 제1 LED의 주파장보다 적어도 약 10nm 더 클 수 있는 주파장을 가진 제3 LED를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에서 제3 LED는 제1 LED의 주파장보다 적어도 약 20nm 더 클 수 있는 주파장을 가질 수 있다.
상기 고상 조명 디바이스는 가시광 스펙트럼의 적색 부분에서 광을 방출하는 제3 LED를 더 포함할 수 있다.
상기 고상 조명 장치는 복수의 제1 LED와 복수의 제2 LED를 더 포함할 수 있고, 여기에서 제1 LED와 제2 LED는 평면 기판 상에 배열되고, 제2 LED는 평면 기판 상의 제1 LED들 사이에 산재되어 있다.
고상 조명 장치는 복수의 제1 LED와 복수의 제2 LED를 더 포함할 수 있고, 여기에서 제1 LED와 제2 LED는 LED들의 각각의 조건 등색(metameric) 쌍으로 배열되고, LED들의 각각의 조건 등색 쌍 각각에 의해 방출된 광은 대략 목표 색도를 갖는다.
제1 LED 칩은 약 430nm 내지 약 470nm의 주파장을 가질 수 있고, 형광체는 제1 LED 칩에 의해 방출된 광에 응답하여 약 600nm 내지 약 630nm의 주파장을 가진 광을 방출할 수 있다.
일부 실시예에 따른 조명 모듈은 복수의 발광 다이오드(LED)를 포함한다. 복수의 발광 다이오드는 LED들의 조건 등색 쌍을 포함할 수 있고, 여기에서 조건 등색 쌍의 LED들의 색도는 조건 등색 쌍의 LED들 각각으로부터의 광의 혼합에 의해 생성된 조합광이 대략 목표 색도를 가진 광을 포함하도록 선택된다. 일부 실시예에서 조건 등색 쌍은 가시광 스펙트럼의 청색 부분에서 광을 방출하는 제1 LED 칩과 제1 LED 칩에 의해 방출된 청색광에 응답하여 적색광을 방출하는 형광체를 포함하는 제1 LED와, 가시광 스펙트럼의 녹색 부분에서 광을 방출하는 제2 LED를 포함한다.
추가 실시예에 따른 고상 조명 장치는 적어도 제1 LED와 제2 LED를 포함하는 복수의 발광 다이오드(LED)를 포함한다. LED들의 쌍으로부터의 광의 혼합에 의해 발생된 조합광은 대략 목표 색도를 가질 수 있다. 제1 LED는 가시광 스펙트럼의 청색 또는 녹색 부분에서 광을 방출하는 제1 LED 칩과 제1 LED 칩에 의해 방출된 광에 응답하여 적색광을 방출하는 형광체를 포함할 수 있고, 제1 LED 칩과 형광체의 조합광은 제1 색점을 가질 수 있고, 제2 LED는 제2 색점을 가진 광을 방출하고, 제1 색점과 제2 색점 사이의 1931 CIE 색도 다이어그램 상의 선분은 약 2500K와 약 4500K 사이에서 흑체 궤적과 교차한다.
본 출원에 포함되어 그 일부를 구성하는 첨부도면은 본 발명을 더 나은 이해를 제공하도록 포함되며, 본 발명의 특정 실시예를 예시한다.
도 1은 흑체 궤적의 위치를 보여주는 1931 CIE 색도 다이어그램의 그래프.
도 2는 흑체 궤적 위의 색도 영역이 예시된 1931 CIE 색도 다이어그램의 그래프.
도 3은 고상 조명 디바이스의 스펙트럼 분포의 그래프.
도 4A는 일부 실시예에 따른 선형 조명 모듈 형태의 고상 조명 장치의 평면도.
도 4B는 도 4A의 선형 조명 모듈의 횡단면도.
도 4C는 일부 실시예에 따른 패키징된 발광 다이오드의 횡단면도.
도 5는 추가 실시예에 따른 선형 조명 모듈의 횡단면도.
도 6은 일부 실시예에 따른 부분적으로 조립된 선형 조명 모듈의 평면도.
도 7은 일부 실시예에 따른 선형 조명 모듈의 절결 사시도.
도 8은 고정구에 장착된 복수의 선형 조명 모듈을 보여주는 사시도.
도 9는 고정구에 장착된 복수의 선형 조명 모듈을 보여주는 평면도.
도 10A 및 10B는 추가 실시예에 따른 고상 조명 장치를 도시한 도.
도 11은 일부 실시예에 따른 고상 조명 장치 내의 LED 접속을 보여주는 회로도.
도 12는 일부 실시예에 따른 조명 장치 내의 LED 조합을 보여주는 1931 CIE 색도 다이어그램.
도 13은 추가 실시예에 따른 조명 장치 내의 LED 조합을 보여주는 1931 CIE 색도 다이어그램.
도 14는 추가 실시예에 따른 고상 조명 장치의 일부를 도시한 도.
도 15는 빈(bin) 위치와 제조 궤적(production locus)을 포함하는 2차원 색도 공간의 일부를 도시한 도.
도 16은 일부 실시예에 따른 선형 조명 모듈 상의 각종 LED 배치를 보여주는 도.
도 17은 흑체 복사 곡선과 일반적으로 백색으로 고려되는 광의 상관 색온도(CCT) 사각형을 포함하는 2차원 색도 공간의 일부를 도시한 도.
이하, 본 발명의 실시예들을 보여주는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해서 더욱 완전히 설명한다. 그러나 본 발명은 다른 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 본 명세서에서 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 이들 실시예는 본 발명을 철저하고 완벽하게 하고 당업자에게 본 발명의 범위를 충분히 알리기 위해 제공된다. 도면 전체에 걸쳐 유사한 도면부호는 유사한 구성요소를 칭한다.
여러 가지 구성요소들을 기술하기 위해 제1, 제2 등과 같은 용어들이 본원에서 사용되지만, 이러한 구성요소들은 이들 용어에 의해 한정되는 것은 아님은 물론이다. 이들 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하는데만 사용된다. 예컨대 제1 구성요소를 제2 구성요소라고 부를 수 있고, 마찬가지로, 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 제2 구성요소를 제1 구성요소라고 부를 수도 있다. 여기서 사용된 용어 "및/또는"은 연관된 리스트된 항목들 중 하나 이상의 임의의 그리고 모든 조합을 포함한다.
층, 영역 또는 기판과 같은 구성요소가 다른 구성요소 "상에" 있거나 "이로" 신장하는 것이라고 할 때, 이는 그 다른 구성요소 바로 위에 있거나 이로 바로 신장하는 것일 수 있거나 중간에 개재하는 구성요소가 존재할 수도 있다는 것임을 알아야 한다. 이에 비해 어떤 구성요소가 다른 구성요소 "상에 바로" 있거나 "이로 바로" 신장하는 것이라고 할 때, 이는 중간에 개재되는 구성요소가 없다는 것이다. 또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결" 또는 "결합"되어 있다고 할 때, 이는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 결합되거나 또는 중간에 개재하는 구성요소가 있을 수 있다는 것을 알아야 한다. 이에 비해 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접적으로 연결"되거나 또는 "직접적으로 결합"되어 있다고 할 때, 이는 중간에 개재하는 구성요소가 없다는 것이다.
"아래" 또는 "위" 또는 "상부" 또는 "하부" 또는 "수평적" 또는 "수직적"과 같은 관계적 용어는 본원에서 도면에 도시된 바와 같은 구성요소들, 층들 또는 영역들 간의 관계를 기술하는데 사용될 수 있다. 이들 용어는 도면에 도시된 배향 이외에도 디바이스의 다른 여러 가지 배향도 포함하고자 하는 것임을 알아야 한다.
여기서 사용된 전문 용어는 특정 실시예를 기술하기 위한 것이며 본 발명을 한정하려는 것이 아니다. 여기서 사용된 단수형은 명세서에서 명백히 달리 표시하지 않는 한 복수형도 포함하는 것이다. 더욱이 여기서 사용된 용어 "구성한다", "구성하는", "포함한다" 및/또는 "포함하는"은 규정된 특성, 정수, 단계, 동작, 구성요소 및/또는 컴포넌트의 존재를 명시하지만 하나 이상의 다른 특성, 정수, 단계, 동작, 구성요소, 컴포넌트 및/또는 그 그룹의 존재나 추가를 배제하는 것은 아님을 알아야 한다.
여기서 사용된 (기술적 과학적 용어를 포함한) 모든 용어는, 달리 정의하지 않는 한, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 전문가가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 더욱이 여기서 사용된 용어들은 본 명세서 및 관련 기술 분야에서의 의미와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기서 명시적으로 정의되지 않은 한, 이상화되거나 지나치게 형식적인 의미로 해석되어서는 않 될 것이다.
가시광은 여러 가지 파장을 가진 광을 포함할 수 있다. 가시광의 겉보기 색은 도 1에 나타낸 1931 CIE 색도 다이어그램과, 이 1931 다이어그램과 유사하지만 1976 CIE u'v' 색도 다이어그램 상에서의 비슷한 거리가 인식되는 색상에서 비슷한 차이를 나타내도록 변경된 1976 CIE u'v' 색도 다이어그램과 같은 2차원 색도 다이어그램을 참조로 설명될 수 있다. 이들 색도 다이어그램은 색상을 색상의 가중화된 합으로 정의하는데 유용한 기준을 제공한다.
1976 CIE 색도 다이어그램과 같은 CIE-u'v' 색도 다이어그램에는, 인간의 시각적 인식에서의 차이를 고려하는 스케일링된 u- 및 v- 파라미터를 이용하여 색도 값들이 표시되어 있다. 즉, 인간의 시각계는 무엇보다도 특정 파장에 더 잘 반응한다. 예컨대 인간 시각계는 적색광보다 녹색광에 더 잘 반응한다. 1976 CIE-u'v' 색도 다이어그램은 다이어그램 상의 색도점들 간의 수학적 거리가 인간 관측자에 의해 인식되는 두 개의 색도점들 사이의 색상의 차이에 비례하도록 스케일링된다. 다이어그램 상의 색도점들 간의 수학적 거리가 인간 관측자가 인식하는 두 개의 색도점들 사이의 색상의 차이에 비례하는 색도 다이어그램은 지각 색도 공간이라고 할 수 있다. 이와 달리 1931 CIE 색도 다이어그램과 비지각 색도 다이어그램에서는, 구별가능하게 다르지 않은 2개의 색상은 구별 가능하게 다른 2개의 색보다 그래프 상에서 서로 간에 더 멀리 떨어져 배치될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 1931 CIE 색도 다이어그램 상의 색상들은 대략 U자형 영역 내에 있는 x 및 y 좌표(즉 색도 좌표 또는 색점)로 정의된다. 영역의 외곽에 또는 근처에 있는 색상은 단일 파장 또는 매우 작은 파장 분포를 가진 색으로 구성된 포화색상이다. 영역 내부 상의 색상들은 상이한 파장들의 혼합으로 구성된 불포화색상들이다. 많은 상이한 파장의 혼합일 수 있는 백색광은 일반적으로, 도 1에서 도면부호 100으로 표시되는, 다이어그램의 가운데 부근에서 발견된다. 영역(100)의 크기에 의해 명시되는 바와 같이, "백색"으로 생각할 수 있는 많은 상이한 색조의 광이 존재한다. 예컨대 나트륨 증기 조명 디바이스에 의해 생성된 광과 같은 일부 "백색" 광은 누르스름한 색상으로 보일 수 있는 반면, 일부 형광 조명 디바이스에 의해 생성된 광과 같은 그외의 "백색" 광은 푸르스럼한 색상으로 보일 수 있다.
거의 녹색으로 보이는 광은 백색 영역(100) 위의 영역(101, 102, 103)에 표시되는 반면, 백색 영역(100) 아래의 광은 일반적으로 핑크색, 자주색 또는 마젠타색으로 보인다. 예컨대 도 1의 영역(104, 105)에 표시된 광은 거의 마젠타색(즉 적자색 또는 자홍색)으로 보인다.
2개의 상이한 광원으로부터의 광의 2원 조합은 2개의 구성 색상 중 어느 하나와 다른 색을 갖는 것으로 보일 수 있다고 알려져 있다. 조합광의 색상은 2개의 광원의 상대적 세기에 따를 수 있다. 예컨대 청색 광원과 적색 광원의 조합에 의해 방출된 광은 관측자에게는 자주색이나 마젠타색으로 보일 수 있다. 마찬가지로, 청색 광원과 황색 광원의 조합에 의해 방출된 광은 관측자에게는 백색으로 보일 수 있다.
도 1에는 여러 가지 온도로 가열된 흑체 복사체에 의해 방출된 광의 색점 위치에 대응하는 흑체 궤적(106)이 또한 도시되어 있다. 특히, 도 1은 흑체 궤적에 따른 온도 리스트를 포함한다. 이들 온도 리스트는 그러한 온도로 가열된 흑체 복사체에 의해 방출된 광의 색경로를 보여준다. 가열된 물체가 백열광을 냄에 따라, 그것은, 흑체 복사체의 피크 복사와 연관된 파장이 온도 증가에 따라 점점 더 짧아짐에 따라, 먼저 불그스름한 빛을 내고, 그 다음에 누르스름한 빛을 내고, 그 다음에 백색 빛을 내고, 마지막으로 푸르스름한 빛을 낸다. 따라서, 흑체 궤적 상에 또는 부근에 있는 광을 발생하는 발광체는 상관 색온도(CCT)로 기술될 수 있다.
특정 광원의 색도는 광원의 "색점"으로 칭해질 수 있다. 백색 광원의 경우, 색도는 광원의 "백색점"으로 칭해질 수 있다. 전술한 바와 같이, 백색 광원의 백색점은 흑체 궤적을 따라 속할 수 있다. 따라서 백색점은 광원의 상관 색온도(CCT)에 의해 식별될 수 있다. 백색광은 통상적으로 약 2000K와 8000K 사이의 CCT를 갖고 있다. 4000K의 CCT를 갖는 백색광은 누르스름한 색상으로 보일 수 있고 8000K의 CCT를 갖는 백색광은 푸르스름한 색상으로 보일 수 있다. 약 2500K와 6000K 사이의 색온도에서 흑체 궤적 상에 또는 부근에 있는 색좌표는 인간 관측자에게는 만족스러운 백색광을 발생할 수 있다.
"백색" 광은 또한 흑체 궤적 부근에 있지만 그 위에 직접적으로 있지는 않은 광을 포함한다. 맥아담 편차 타원(Macadam ellipse)은, 관측자에게는 동일하게 또는 거의 동일하게 보일 정도로 매우 밀접하게 관련된 색점들을 식별하기 위해 1931 CIE 색도 다이어그램 상에서 이용될 수 있다. 맥아담 편차 타원은 1931 CIE 색도 다이어그램과 같은 2차원 색도 공간에서 중점을 주위의 폐공간이며, 이는 중점으로부터 시각적으로 구별할 수 없는 모든 점을 포함한다. 예컨데, 7단계 맥아담 편차 타원은 7개의 표준 편차 내에서 보통 관측자에게는 구별될 수 없는 점들을 포함하며, 10단계 맥아담 편차 타원은 10개의 표준 편차 내에서 보통 관측자에게는 구별될 수 없는 점들을 포함한다. 따라서 흑체 궤적 상의 점의 10단계 맥아담 편차 타원 부근 이내에 있는 색점을 가진 광은 흑체 궤적 상의 점과 동일한 색을 갖는 것으로 생각할 수 있다.
조명된 대상체의 색을 정확하게 재생할 수 있는 광원의 능력은 통상적으로 연색 지수(CRI)로 나타낼 수 있다. 특히 CRI는 조명 시스템의 연색 특성을 흑체 복사체의 연색 특성과 비교한 상대적 측정치이다. 조명 시스템이 조명하고 있는 테스트 색상들의 세트의 색좌표들이 흑체 복사체가 조사하고 있는 동일한 테스트 색상들의 좌표와 같다면 CRI는 100이다. 일광이 가장 높은 CRI(100)를 가지며, 백열 전구가 비교적 가깝고(약 95), 형광 조명이 비교적 낮다(70-85).
백라이트 및 조명 분야에서는, 조명원이 조명한 대상체가 더 자연스러워 보일 수 있도록 높은 연색 지수를 갖는 백색광을 생성하는 조명원을 제공하는 것이 종종 바람직하다. 따라서, 그러한 조명원은 통상적으로 적색, 녹색 및 청색 발광 디바이스를 포함하는 고상 조명 디바이스들의 어레이를 포함할 수 있다. 적색, 녹색 및 청색 발광 디바이스에 동시에 전력이 공급되면, 결과적으로 조합된 광은 적색, 녹색 및 청색 광원의 상대적 세기에 따라, 백색 또는 거의 백색으로 보일 수 있다. 그러나 심지어는 적색, 녹색 및 청색 방사체들의 조합인 광이, 특히 발광체들이 포화광을 생성하는 경우에, 그와 같은 광은 많은 가시 파장으로부터의 기여가 부족할 수 있기 때문에, CRI가 낮을 수 있다.
더욱이 원하는 CCT를 얻기 위한 노력으로 고상 조명 디바이스에 적색 발광 다이오드를 통합시키는 것은 고상 조명 디바이스의 구동 회로의 복잡도를 증가시킬 수 있다. 적색 LED는 통상적으로 InGaN 기반 청색 LED와 같은 디바이스 내의 그외의 LED와는 다른 열 특성들을 가질 수 있는 AlInGaP 활성층을 포함한다. 비교적 일정한 색점을 상이한 열 영역(thermal regime)에서 유지하기 위해, LED로의 구동 전류를 변경함으로써 광원의 이들 상이한 열특성을 고려하는 것이 유리할 수 있어서, 고상 조명 디바이스의 복잡도가 증가하게 된다.
일부 실시예에 따른 고상 조명 디바이스는 적어도 제1 LED 및 제2 LED를 포함하는 복수의 발광 다이오드(LED)를 포함한다. 제1 및 제2 LED의 색도는 LED들의 쌍으로부터의 광의 혼합에 의해 발생된 조합광이 예컨대 백색일 수 있는 거의 목표 색도를 갖도록 선택된다. 일부 실시예에서, 제1 LED는 가시광 스펙트럼의 청색 부분에서 광을 방출하는 제1 LED 칩을 포함하고, 청색 LED 칩에 의해 방출된 광의 적어도 일부를 수신하고 이에 응답하여 적색광을 방출하도록 구성된 적색 형광체와 같은 형광체를 포함한다. 특정 실시예에서 제1 LED 칩은 약 430nm 내지 약 480nm 범위, 일부 경우에는 약 450nm 내지 약 460nm 범위의 주파장을 가질 수 있고, 형광체는 제1 LED가 방출한 광에 응답하여 약 600nm 내지 약 630nm 범위의 주파장을 가진 광을 방출할 수 있다.
제2 LED는 1931 CIE 색도 다이어그램의 흑체 궤적 위에 있는, 예컨대, 이하에 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 1931 CIE 색도 다이어그램의 녹색, 누르스름한 녹색 또는 녹황색 부분에 있는 색점을 가진 광을 방출한다.
제2 LED의 색점은 흑체 궤적 상의 임의의 점으로부터 10단계 맥아담 편차 타원 밖에 있을 수 있다. 따라서 제2 LED가 방출한 광은 일반적으로는 백색광으로 간주할 수 없으나, 겉보기로는 녹색 또는 녹황색에 더 가까울 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 LED는 약 500nm 내지 약 550nm 범위의 주파장을 가진 거의 포화된 광을 방출하는 제2 LED 칩, 즉 녹색 LED를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 제2 LED는 예컨대 겉보기로는 녹황색인 불포화 비백색광을 방출하는 LED 칩/형광체 조합을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 LED는 가시광 스펙트럼의 청색 부분에서 거의 포화된 광을 방출하는 제2 LED 칩을 포함할 수 있고, 제2 LED 칩이 방출한 광을 수신하고 제2 LED 칩이 방출한 청색광에 응답하여 황색광을 방출하도록 구성된 제2 형광체를 포함할 수 있다. 이에 따라, 일부 실시예에서, 제1 LED 칩과 제2 LED 칩 양자가 청색 발광 LED를 포함할 수 있다.
또 다른 추가 실시예에서, 제1 LED는 가시광 스펙트럼의 녹색 부분(즉 약 500nm 내지 약 550nm 범위)에서 거의 포화된 광을 방출하는 제1 LED 칩을 포함할 수 있고, 제1 LED 칩이 방출한 광을 수신하고 제1 LED 칩이 방출한 녹색 광에 응답하여 적색 광을 방출하도록 구성된 제1 형광체를 포함할 수 있다. 제1 LED 칩과 제1 형광체에 의해 방출된 조합광은 흑체 궤적 아래에 속할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 LED 칩은 약 500nm 내지 약 530nm 범위의 주파장을 가진 거의 포화된 광을 방출할 수 있고, 제1 형광체는 제1 LED가 방출한 광에 응답하여 약 600nm 내지 약 630nm 범위의 주파장을 가진 광을 방출할 수 있다.
제2 LED는 가시광 스펙트럼의 녹색 부분에서 거의 포화된 광을 방출하는 제2 LED 칩을 포함할 수 있고, 제2 LED 칩이 방출한 광을 수신하고 제2 LED 칩이 방출한 녹색 광에 응답하여 황색 광을 방출하도록 구성된 제2 형광체를 포함할 수 있으며, 여기에서 제2 LED 칩과 제2 형광체가 방출한 조합광은 흑체 궤적 위에 색점을 갖는다. 이에 따라, 일부 실시예에서, 제1 LED 칩과 제2 LED 칩 양자가 녹색 발광 LED를 포함할 수 있다. 즉, 녹색 발광 LED 칩을 적색 형광체와 조합하는 것은 사용된 적색 형광체의 양에 따라 흑체 궤적 위에 또는 아래에 속한 색점을 가진 광을 발생할 수 있다. 녹색 LED와 적색 형광체를 조합하는 것은, 파장 비율로서 녹색으로부터 적색으로의 변환 대 청색으로부터 황색으로의 변환의 감소된 스토크스 손실(Stokes loss)에 기인하여, 챙색 LED와 적색 형광체의 조합보다 더 큰 발광 효율을 가질 수 있다.
그와 같은 디바이스(즉, 적색 형광체와 조합된 제1 녹색 LED 및 황색 형광체와 조합된 제2 녹색 LED를 포함하는 디바이스)는 높은 발광 효율을 가질 수 있지만, 낮은 CRI를 겪을 수 있다. 전술한 바와 같이, 높은 발광 효율은 더 낮은 스토크스 손실을 야기할 수 있다.
다른 실시예에서, 제2 LED는 가시광 스펙트럼의 청색 부분(예컨대 약 430nm 내지 약 480nm의 주파장)에서 거의 포화된 광을 방출하는 제2 LED 칩을 포함하고, 제2 LED 칩이 방출한 광을 수신하고 제2 LED 칩이 방출한 청색 광에 응답하여 황색 광을 방출하도록 구성된 제2 형광체를 포함할 수 있다. 이에 따라, 일부 실시예에서, 제1 LED는 적색 형광체와 조합된 녹색 발광 LED 칩을 포함하면서, 제2 LED는 황색 형광체와 조합된 청색 발광 LED 칩을 포함할 수 있다. 그와 같은 디바이스는 우수한 연색성 및 좋은 발광 효율 양쪽 모두를 가질 수 있다.
또 다른 추가 실시예에서, 제2 LED는, (적색 형광체와 조합된 녹색 LED를 포함하는) 제1 LED로부터의 광과 조합될 때, 백색으로 보이는 거의 포화된 청색광(430nm 내지 480nm의 주파장) 및/또는 시안색광(480nm 내지 500nm의 주파장)을 방출할 수 있다. 그와 같은 조합은 양호한 연색성과 우수한 발광 효율을 갖는 백색광을 생성할 수 있다.
제1 LED 칩, 형광체 및 제2 LED는 제1 LED 칩과 형광체에 의해 방출된 조합광의 제1 색점과 제2 LED에 의해 방출된 광의 제2 색점 간의 1931 CIE 색도 다이어그램 상의 선분이 약 2500K와 4500K 사이에 있는 점에서 흑체 궤적과 교차하도록 선택된 각자의 색점을 가질 수 있다. 제1 및 제2 LED의 상대적 세기를 조정함으로써, 약 2500K와 4500K 사이의 흑체 궤적 가까이에 있는 색점은 바람직하게는 제1 LED 칩, 형광체 및 제2 LED로부터의 광의 조합에 의해 출력될 수 있다.
일부 실시예에서, 디바이스는 미국특허 제7,213,940호[특허허여일: 2007년 5월 8일, 발명의 명칭: 조명 디바이스 및 조명 방법{LIGHTING DEVICE AND LIGHTING METHOD})에 기재된 LED/형광체 조합을 포함할 수 있으며, 이 특허의 내용은 본 명세서에 인용으로 포함된다. 이 특허에서 설명하는 바와 같이, 조명 디바이스는 430nm 내지 480nm 범위의 주파장을 가진 광을 방출하는 고상 발광체들(즉 LED 칩들)과, 555nm 내지 585nm 범위의 주파장을 가진 광을 방출하는 형광체 그룹을 포함할 수 있다. 제1 발광체 그룹에 의해 방출된 광과 형광체 그룹에 의해 방출된 광의 조합은 도 2에 도시된 1931 CIE 색도 다이어그램에서의 영역(50)으로서 예시된, "청색 편이 황색(blue-shifted yellow)" 또는 "BSY"로서 본원에서 칭해지는 1931 CIE 색도 다이어그램 상의 특정 영역 내에 x, y 색좌표를 가진 부 혼합광(sub-mixture of light)을 발생한다. 그와 같은 비백색광은, 600nm 내지 630nm 범위의 주파장을 가진 광과 혼합되면, 온백색광(warm white light)을 발생한다.
더욱이, 여기서 설명한 바와 같이, BSY광은, 1931 CIE 색도 다이어그램의 마젠타색 내지 적자색 영역에서의 광과 조합되면, 높은 발광 효율 및/또는 높은 CRI를 갖는 온백색광을 발생한다.
따라서, 일부 실시예에서, 제2 LED 칩과 제2 형광체에 의해 방출된 조합광은, 임의의 부가 광이 없을 때, 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 선분으로 둘러싸인 1931 CIE 색도 다이어그램 상의 영역 내에 있을 수 있는 점을 정의하는 x, y 색좌표를 가진 부 혼합광을 생성하며, 상기 제1 선분은 제1 점을 제2 점에 연결하고, 상기 제2 선분은 제2 점을 제3 점에 연결하고, 상기 제3 선분은 제3 점을 제4 점에 연결하고, 상기 제4 선분은 제4 점을 제5 점에 연결하고, 상기 제5 선분은 제5 점을 제1 점에 연결하며, 상기 제1 점은 0.32, 0.40의 x, y 좌표를 갖고, 상기 제2 점은 0.36, 0.48의 x, y 좌표를 갖고, 상기 제3 점은 0.43, 0.45의 x, y 좌표를 갖고, 상기 제4 점은 0.42, 0.42의 x, y 좌표를 갖고, 상기 제5 점은 0.36, 0.38의 x, y 좌표를 갖는다.
고상 조명 디바이스는 가시광 스펙트럼의 청색 또는 녹색 부분에서 광을 방출하고 제1 LED 칩의 주파장보다 적어도 약 10nm 더 클 수 있는 주파장을 가진 제3 LED 칩을 더 포함할 수 있다. 즉, 조명 디바이스에 의해 방출된 광에 존재할 수 있는 스펙트럼 갭의 일부를 "채워서" 디바이스의 CRI를 향상시킬 수 있는 제3 LED 칩이 구비될 수 있다. 제3 LED 칩은 제1 LED 칩의 주파장보다 적어도 약 20nm 더 큰, 일부 실시예에서는 약 50nm 이상 더 클 수 있는 주파장을 가질 수 있다.
예컨대, 도 3은 청색 LED 칩과 황색 형광체에 의해 방출된 광의 스펙트럼(200)(세기 대 파장)을 보여준다. 스펙트럼(200)은 청색 LED 칩에 의해 방출된 광을 나타내는 450nm 부근에서의 좁은 피크와, 청색 LED에 의해 방출된 광에 응답하여, YAG:Ce와 같은, 황색 형광체에 의해 방출된 광을 나타내는 550-560nm 부근에 중심을 둔 넓은 피크를 포함한다. 청색 LED 이외에도 약 500nm의 주파장과 발광 스펙트럼(210)을 가진 녹색 LED 칩을 구비하여 청색 발광 피크와 황색 발광 피크 사이의 갭에 추가적인 스펙트럼 에너지를 제공할 수 있다.
일부 추가 실시예에서, 고상 조명 디바이스는 가시광 스펙트럼의 적색 부분에서 광을 방출하는 또 다른 LED 칩을 더 포함할 수 있다. 적색 LED 칩은 디바이스에 의해 방출된 광의 스펙트럼 내의 스펙트럼 갭을 더 채울 수 있으며, 이는 CRI를 더 향상시킬 수 있다. 예컨대, 도 3에 더 도시된 바와 같이, 약 630nm의 주파장과 발광 스펙트럼(220)을 가진 적색 LED 칩은 황색 발광 피크의 말미에 추가적인 스펙트럼 에너지를 제공할 수 있다. 도 3에 나타낸 스펙트럼 분포는 단지 예시 목적의 대표적인 그래프이고 실제 또는 시뮬레이트된 데이터를 나타내는 것은 아니라는 것은 물론이다.
일부 실시예는 높은 색상 균일성, 높은 연색 지수(CRI), 개선된 열안정성, 및/또는 높은 발광 효율을 달성할 수 있는 조명 모듈을 제공한다. 도 4A는 일부 실시예에 따른 선형 조명 모듈(20)의 평면도이고, 도 4B는 도 4A의 A-A 라인을 따른 선형 조명 모듈(20)의 횡단면도이다.
일부 실시예에 따른 선형 조명 모듈(20)은, 금속 코어 PCB(MCPCB), 표준형 FR-4 PCB 또는 유연성 PCB와 같은, 인쇄 회로 기판(PCB)(22) 상에, 선형 어레이와 같은, 어레이로 배열된 복수의 표면 실장 기술(SMT) 패키지 LED(24)를 포함한다. LED(24)는 예컨대 Cree사(North Carolina, Durham 소재)의 XLamp® 브랜드 패키징 LED를 포함할 수 있다. 이 어레이는 LED의 2차원 어레이(24)도 포함할 수 있다. PCB(22)는 구조적 목적상 및/또는 하부 지지 부재(21)에의 열전달을 향상시키기 위해 선택적으로 Adhesives Research의 양면 PSA 테이프와 같은 접착제(19)로 접합될 수 있다.
도 4A 및 4B에 도시된 바와 같이, 지지 부재(21)는 알루미늄 압출 성형물과 같이 홈이 부가되어 있거나 없는 일반적으로 U자형의 금속 채널일 수 있다. 지지 부재(21)는 PCB(22)가 접합되는 기부(23)와, 일반적으로 U자형 횡단면을 구성하는 상향 연장 측벽(25)을 포함할 수 있다. 지지 부재(21)는 PCB(22)를 정렬 및/또는 고정하기 위한 보충 구멍(미도시)을 가질 수 있다. 그와 같은 구멍을 이용하여 조립 중에 지지 부재(21) 상의 PCB(22) 배치를 안내하는 정렬 핀을 수용할 수 있다. 지지 부재(21)는 채널 내에서 끝과 끝을 붙여서 배치된 복수의 PCB(22)를 지지할 수 있을 정도로 충분히 길 수 있으며, PCB들(22)을 서로에 대해 정밀하게 정렬하기 위한 구멍을 포함할 수 있다. 각 PCB(22) 상의 LED(24)는 일부 실시예에서는 예컨대 피트당 15개의 LED를 가진 규칙적인 선형 어레이로 배치될 수 있다. 하나의 지지 부재(21) 상에 복수의 PCB(22)가 설치되는 경우에는 하나의 PCB(22)의 규칙적 선형 어레이가 인접한 PCB(22)의 규칙적 선형 어레이의 연속이 되도록 정렬될 수 있다. 즉, 일부 실시예에서 인접한 PCB들(22)의 각 단부에 있는 LED(24)는 동일 PCB(22) 상의 LED(24)와 서로 동일한 거리로 배치될 수 있다.
PCB 아래에 있는 지지 부재(21)의 기부(23)는 기계적 유지력을 향상시키고 그것이 실장될 수 있는 표면으로의 열전달을 향상시키기 위해 양면 PSA 테이프(29)와 같은 접착제를 포함할 수 있다.
PCB(22) 상의 LED(24)는 PCB 트레이스(41)(도 6 참조)를 이용하여 직렬로, 병렬로, 또는 이들의 조합으로 연결될 수 있다. PCB(22) 상에는 다른 수동 또는 능동 전자 부품들이 추가적으로 실장될 수 있으며 특정 기능을 제공하기 위해 연결될 수 있다. 그와 같은 부품은 예컨대 저항, 다이오드, 커패시터, 트랜지스터, 열센서, 광센서, 증폭기, 마이크로프로세서, 드라이버, 디지털 통신 디바이스, RF 또는 IR 수신기 또는 송신기, 또는 기타 다른 부품을 포함할 수 있다.
PCB(22) 위에 초미세 폴리에틸렌 테레프탈레이트(MCPET) 또는 그외의 백색 중합체 시트와 같은 반사성 시트(26)가 배치될 수 있으며, 이 시트는 LED(24)를 중심으로 시트(26)를 정렬하기 위해 절결되어 배치된 구멍(26A)과, LED(24)와 높이가 거의 같거나, 그 아래에 있거나, 그 최상면에 있으나 PCB(22)보다는 위에 있는 레스트(rest)를 갖고 있다. 반사성 시트(26)는 도 2A에 도시된 바와 같이 편평할 수 있고, 그리고/또는 포물선, 원형, 쌍곡선, V자, U자 또는 기타 다른 형태로 휘거나 굽을 수 있다. 지지 부재(21) 내의 보조 홈(27)은 반사성 시트(26)를 유지하는데 이용될 수 있다. 또한 또는 대안으로서 푸시핀(pushpin), 나사 또는 그외의 고정 디바이스를 반사성 시트(26)의 구멍으로 밀어넣어 반사성 시트(26)를 PCB(22) 및/또는 지지 부재(21)에 고정시킬 수 있다. 반사성 시트(26)는 반사성이 좋은 재료일 수 있으며 MCPET와 같은 확산성이 좋은 재료 또는, 예컨대 3M사의 ESR(Enhanced Specular Reflector)와 같은 정반사성이 좋은 재료를 포함할 수 있다.
지지 부재(21)는 기부(23), 선택적 접착 테이프(25) 및 선택적 반사성 시트(26)의 맞은 편에 연장된 선형 또는 직사각형 개구부(37)를 가질 수 있다. 지지 부재(21)에 의해 형성된 채널은 전술한 개구부(37)에서 대략 그 깊이 만큼의 폭을 가질 수 있다. 즉, 측벽간의 지지 부재(21)의 기부(23)의 폭은 지지 부재(21)의 측벽(25)의 높이와 대략 같을 수 있다. 이러한 비율은 여러 가지 광학적 효과를 달성하기 위하여 각 방향(깊이/폭 또는 폭/깊이)에서 3:1 이상까지 변할 수 있다.
개구부(37)는 완전히는 아니지만 거의 투명한 하나 이상의 광학 시트(28, 30)로 덮여질 수 있다. 이 광학 시트(28, 30)는 간단한 투과성 확산기, 표면 엠보싱형 홀로그래픽 확산기, 휘도 향상 막(BEF), 프레넬 렌즈(Fresnel lens), TIR 또는 그외의 홈이 있는 시트, 이중 BEF(DBEF), 또는 그외의 편광 필름, 마이크로렌즈 어레이 시트, 또는 그외의 광학 시트를 포함할 수 있다. 제1 막(28)은 BEF일 수 있고, 제2 막(30)은 평탄 백색 확산기일 수 있다. 일부 실시예에서 BEF(28)는 LED(24)와 선택적 반사성 시트(26)에 가장 가까운 곳에 평탄한 구성으로 배치될 수 있다. BEF(28)는 지지 부재(21) 내의 보조 슬롯 또는 홈(27)에 계합되어 지지될 수 있다. 제2 막(30)은 BEF(28)보다 LED(24)로부터 더 멀리 떨어져 배치된 평탄하거나 굽은 확산 시트일 수 있으며, 또한 지지 부재(21) 내의 보조 홈 또는 슬롯(27)에 계합되어 지지될 수 있다. 이에 따라서 BEF(28)는 (LED(24)와 BEF(28) 사이에) LED(24)가 배치되는 제1 광학 공동(cavity)(32)을 형성한다. 일부 실시예에서 제1 광학 공동(32)은 반사성 시트(26), BEF(28) 및 지지 부재의 측벽(25)에 의해 형성될 수 있다. 제2 광학 공동(34)은 BEF(28)와 확산 시트(30) 사이에 형성된다.
측벽(25)의 내면에는 반사율이 높은 확산성 또는 정반사성 반사 재료나 층이 착색, 코팅 또는 다르게는 피복되어 있다.
LED(24)에 의해 방출된 일부 광선은 BEF(28)에 의해 제2 광학 공동(34)으로 투과될 수 있다. LED(24)로부터의 다른 광선은 BEF(28)에 의해 다시 제1 광학 공동(32)으로 반사되며, 이곳에서 더 혼합/재생되어 후에 추출될 수 있다.
반사된 광선은 반사성 시트(26)와 산란기에 부딪힐 수 있다. 반사성 시트(26)로부터의 산란된 광선의 일부는 BEF(28)로 2회 이상 왔다 갔다 하다가 결국에는 투과할 수 있다. 투과된 광은 외곽 확산 시트(30)를 (이 시트가 존재한다면) 통과하여 다시 산란될 수 있지만, 외부로 투과될 수도 있다. 일부 실시예에서 LED(24)와 BEF(28) 사이에 여분의 확산 시트(39)(도 5)가 배치될 수 있다. 한편으로는 BEF(28)와 투과성 확산 시트(39) 사이, 다른 한편으로는 LED(24)와 반사성 시트(26) 사이의 재생(recycling)은 복수의 LED(24)로부터의 광을 더 집적하거나 혼합하도록 기능할 수 있다. 이것은 색도, 광도 및/또는 스펙트럼 전력 분포면에서 선형 LED 어레이(20)의 외관상 균일성을 크게 높일 수 있다.
일부 실시예에서, 이용된 BEF 막(28)의 선형 구조는 광의 혼합을 용이하게 하도록 선형 어레이(20)의 장축에 수직하게 배향된다. 특히 양호한 재생과 혼합을 제공하는 실시예에서는, 측정가능한 또는 실질적으로 서로 다른 광도(세기, 플럭스), 색도, 색온도, 연색 지수(CRI), 스펙트럼 전력 분포 또는 이들의 조합을 가진 교호하는 LED들이 배치될 수 있다. 이것은, 예컨대, 이하에 더욱 상세히 설명될 바와 같이, 모듈들(20) 간 또는 모듈(20)에 걸친 외관상 균일성을 현저하게 또는 용인할 수 없을 정도로 해치지 않고 모듈(20)의 전체 연색 지수를 증가시키거나 LED(24)의 가용 분포를 더 완전히 이용하는데 유리할 수 있다.
도 4C는 일부 실시예에 따른 패키징 발광 다이오드(24)의 횡단면도이다. 일부 실시예에 따르면, 패키징 LED(24)는 하나 이상의 LED 칩(43)이 실장되는 서브마운트(42)를 포함한다. 서브마운트(42)는 LED 칩(43)이 실장되어 전기적으로 작동할 수 있도록 하는 전기 트레이스, 와이어본드 패드, 리드, 및/또는 그외의 피처(feature)를 포함할 수 있다. 서브마운트(42)는 히트 싱크(미도시)도 포함할 수 있다. 광 밀봉재(44)는 서브마운트(42) 내에, 그 표면에 또는 그에 의해 형성된 공동 내의 LED 칩(43)을 둘러싸서 보호할 수 있다. 이 밀봉재(44)는 LED 칩(43) 밖으로의 발광의 커플링을 향상시켜 패키지로부터의 추출을 더욱 용이하게 할 수 있다. 선택적 렌즈(45)는 서브마운트(42) 상에 LED 칩(43) 위에 실장되어 패키지로부터의 원하는 근거리 또는 원거리 전계 방출 패턴을 제공할 수 있다.
패키지 내에는 하나 이상의 형광 재료가 구비되어 하나 이상의 LED 칩(43)에 의해 방출된 광의 일부 또는 전부를 변환시킬 수 있다. 예컨대 일부 실시예에서 형광체는 하나 이상의 LED 칩(43)에 코팅되거나 또는 다르게는 구비될 수 있고, 밀봉재(44) 속에서 부유할 수 있고, 또는 렌즈(45)의 재료에 코팅되거나 그 안쪽으로 혼합될 수 있다. 일부 실시예에서 밀봉재(44)와 렌즈(45) 사이에 형광체 함유재 층이 구비될 수 있으며, 이 층은 일부 실시예에서 LED 칩(43)에 의해 방출된 적어도 일부 광을 수용하도록 구성된 단결정 형광재 층으로 제공될 수 있다.
도 5는 추가 실시예에 따른 선형 조명 모듈(20)의 횡단면도이다. 도 5를 참조로 설명하면, 지지 부재(21)는 측벽(25)의 바깥면에서 측벽(25)으로부터 연장하는 하나 이상의 홈 또는 핀(fin)(31)을 가질 수 있다. 핀(31)은 히트 스프레더/라디에이터로서 기능할 수 있으며, 그리고/또는 지지 부재(21)의 중량을 줄이기 위해 제공될 수 있다. 지지 부재(21)는 추가적으로, 측벽(25)의 내벽에 히트 스프레더/라디에이터로서 기능하는 그리고/또는 지지 부재(21)의 중량을 줄이기 위한 홈/핀을 가질 수 있다. 지지 부재(21)는 추가적으로, 이하에 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 측벽(25)의 내벽에 하나 이상의 선택적 광학 소자에 대한 실장 홈을 제공할 수 있는 홈(27)을 포함할 수 있다. 홈 또는 핀(31)은 모듈(20)의 중량을 별로 증가시키지 않으면서 모듈(20)의 강도를 증가시킬 수도 있다.
도 5에 더 도시된 바와 같이, 외곽 확산 시트(30)는 지지 부재(21)의 U자형 채널로부터 멀어지게 굽어지도록 볼록 형상을 가질 수 있다. 더욱이 BEF(28)와 반사성 시트(26) 사이의 제1 공동(32) 내에는 추가적인 확산 시트(39)가 구비되어 LED(24)에 의해 방출된 광의 추가적인 혼합/집적을 제공할 수 있다. 볼록형 확산 시트(30)는 평탄형 확산 시트(30)를 이용하는 실시예에 비해, 모듈(20)에 의해 방출된 광의 확산성을 더 좋게 하고 그리고/또는 추출 효율을 증가시킬 수 있다.
도 6은 BEF(28) 또는 확산 시트(30)가 없는 선형 조명 모듈(20)의 평면도이다. 지지 부재(21)의 채널 내에는 복수의 PCB(22)가 예시되어 있다. PCB(22) 상의 인접 LED들(24) 간에는 암형(female) 전기 커넥터(35)와 와이어 점퍼(33)와 같은 전기 접속부(41)가 예시되어 있다.
도 7은 일부 실시예에 따른 선형 조명 모듈(20)의 절결 사시도이다. 여기에 도시된 바와 같이, 선형 조명 모듈(20)은 지지 부재(21)의 측벽(25)의 모난(angled) 홈(27)의 쌍에 의해 제자리에 고정된 오목한 반사 시트(26)를 포함한다. 도 5에 더 도시된 바와 같이, BEF(28)와 볼록형 확산 시트(30)는 지지 부재(21)의 측벽(25)의 홈(27)의 단일 쌍에 의해 제자리에 고정되어 있다.
전술한 바와 같이, 반사성 시트(26)는 추가적으로 또는 대안으로서 포물선, 원형, 쌍곡선, V자, U자 또는 기타 다른 형태로 휘거나 굽을 수 있다.
도 8과 9를 참조로 설명하면, 하나 이상의 (예컨대 3개) 모듈(20)이 표준형 형광 튜브 램프 고정구와 같은 시트 메탈 트로퍼(sheet metal troffer)(40)나 기타 다른 고정구 내에 또는 그것 상에 배치될 수 있다. 트로퍼는 그것의 바닥이 다음 것의 천장에 위치하게 되는 뒤집힌 홈통(trough) 형상의 천장 리세스(recess)이다. 트로퍼는 보통은 예컨대 형광등을 에워싸는데 이용된다. 모듈들(20)은 도 8과 9에 도시된 바와 같이 서로 나란하게 배치될 수 있고, 또는 다른 구성으로 배치될 수도 있다.
다른 형태로서, STM LED(24)는 공융 본딩(eutectic bonding), 도전성 에폭시, 리플로우 페이스트 땜납 및/또는 접착제에 의해 PCB(22)에 실장된 LED 칩일 수 있다. 일부 실시예에서 이들 LED 칩은 형광 재료로 미리 코팅되고 색상 및/또는 광도에 따라 사전에 분류될 수 있다. 일부 실시예에서, SMT LED(24) 또는 LED 칩은 모두 백색 발광 타입일 수 있다. 일부 실시예에서 LED들(24) 중 일부는 포화색 발광 타입일 수 있다.
도 10A 및 10B를 참조로 설명하면, 추가 실시예에 따른 조명 장치(110)가 예시된다. 도 10A 및 10B에 도시된 조명 장치(110)는 일반 조명 응용 분야에서 다운라이트(downlight) 또는 스포트라이트로서 적합하게 사용될 수 있는 "통형(can)" 조명 기구이다. 그러나 일부 실시예에 따른 조명 장치는 다른 폼팩터를 가질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예컨대 일부 실시예에 따른 조명 장치는 종래의 전구, 팬 또는 트레이 라이트, 자동차 전조등 또는 임의의 다른 적당한 형태의 형상을 가질 수 있다.
조명 장치(110)는 일반적으로 조명 패널(120)이 배치된 통형 외곽 하우징(112)을 포함한다. 도 10A 및 10B에 예시된 실시예에서, 조명 패널(120)은 원통형 하우징(112)의 내부에 꼭 맞도록 일반적으로 원형 형상을 가진다. 조명 패널(120) 상에 실장되어, 하우징(112)의 끝에 실장된 확산 렌즈(114) 쪽으로 광(115)을 방출하도록 배치된 고상 조명 디바이스(LED)(24A, 24B)에 의해 광이 생성된다. 확산된 광(117)은 렌즈(114)를 통해 방출된다. 일부 실시예에서 렌즈(114)는 방출된 광(115)을 확산시킬 수 없지만 이 방출된 광(115)을 원하는 근거리 또는 원거리 패턴으로 그 방향을 조정하고 그리고/또는 초점을 조정할 수 있다.
계속 도 10A 및 10B를 참조로 설명하면, 고상 조명 장치(110)는 복수의 제1 LED(24A)와 복수의 제2 LED(24B)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서 복수의 제1 LED(24A)는 백색을 방출하거나 또는 비백색을 방출하는 발광 디바이스를 포함할 수 있다. 복수의 제2 LED(24B)는 제1 LED(24A)와는 다른 주파장을 가진 광을 방출하는 발광 디바이스를 포함할 수 있으며, 이에 따라 제1 LED(24A)와 제2 LED(24B)에 의해 방출된 조합광이 원하는 색 및/또는 스펙트럼 성분을 가질 수 있다.
예컨대 복수의 제1 LED(24A)와 복수의 제2 LED(24B)에 의해 방출된 조합광은 연색 지수가 높은 온백색광일 수 있다.
일부 실시예에 따른 조명 장치에서 사용된 청색 및/또는 녹색 LED 칩은 본 발명의 양수인인 Cree사의 InGaN 기반 청색 및/또는 녹색 LED 칩일 수 있다. 예컨대 LED 칩은 Cree사에서 제조한 EZBright® 파워 칩을 포함할 수 있다. EZBright® 파워 칩은 외부 양자 효율(즉 내부 양자 효율 곱하기 광추출 효율)이 350mA 구동 전류에서 450mW보다 큰 광출력 전력에 해당하는 50A/cm2에서 50% 정도로 높은 것으로 실증되었다. 조명 장치에 사용된 적색 LED는 예컨대 Epistar사, Osram사 등의 AlInGaP LED 칩일 수 있다.
일부 실시예에서 LED(24A, 24B)의 LED 칩은 약 900㎛ 이상의 에지 길이를 가진 정사각형 또는 직사각형 외연을 가질 수 있다(즉, 소위 "파워 칩"). 그러나 다른 실시예에서 LED 칩(24A, 24B)은 500㎛ 이하의 에지 길이를 가질 수 있다(즉, 소위 "스몰 칩"). 특히 스몰 LED 칩은 파워 칩보다 더 좋은 전기 변환 효율로 동작할 수 있다. 예컨대 최대 에지 치수가 500 ㎛ 이하이고 260 ㎛ 정도로 작은 녹색 LED 칩은 일반적으로 900 ㎛ 칩보다 전기적 변환 효율이 더 좋으며 통상적으로 소모 전력의 와트당 55 루멘의 광속, 많게는 소모 전력의 와트당 90 루멘의 광속을 발생하는 것으로 알려져 있다.
조명 장치(110)의 LED(24A, 24B)는 도 11의 개략 회로도에 예시한 바와 같이 각각의 열에서 전기적으로 서로 연결될 수 있다. 이 도에 도시된 바와 같이 LED들(24A, 24B)은 LED들(24A)이 직렬 연결되어 제1 열(132A)을 구성하도록 서로 연결될 수 있다. 마찬가지로, LED들(24B)은 직렬 연결되어 제2 열(132B)을 구성하도록 배열된다. 각 열(132A, 132B)은 각자의 애노드 단자(123A, 125A)와 캐소드 단자(123B, 125B)에 연결될 수 있다.
도 11에는 2개의 열(132A, 132B)이 예시되어 있지만 조명 장치(110)는 그 보다 많거나 적은 수의 열을 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 더욱이 복수 열의 LED(24A)와 복수 열의 다른 색의 LED(24B)가 있을 수 있다.
온백색 방사를 얻기 위해, 종래의 패키지 LED는 청색 LED 칩과 조합된 단일 성분 오렌지색 형광체 또는 청색 LED 칩과 조합된 황색/녹색 및 오렌지색/적색 형광체 혼합체 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 그러나, 단일 성분 오렌지색 형광체를 사용하는 것은 푸르스름하거나 불그스름한 색조가 없기 때문에 낮은 CRI를 야기할 수 있다. 한편, 적색 형광체는 통상적으로 황색 형광체보다 효율이 훨씬 작으며, 황색 형광체에서 방출된 광을 재흡수할 수 있다. 그러므로 황색 형광체에 적색 형광체를 부가하면 패키지의 효율이 낮아질 수 있고, 이는 발광 효율이 나빠지게 할 수 있다. 발광 효율은 광에너지로 변환되는 램프에 공급된 에너지의 비율의 척도이다. 이것은 루멘 단위로 측정된 램프의 광속을 와트 단위로 측정된 소비 전력으로 나눔으로써 산출된다. 더욱이 적색 형광체와 황색 형광체를 혼합하면 효율이 저하될 수 있는데, 이는 적색 형광체의 여기 대역이 황색 형광체의 발광 스펙트럼과 겹치기 때문이며, 이는 황색 형광체에서 방출된 광 중 일부가 적색 형광체에서 재흡수될 수 있다는 것을 의미한다.
따라서 일부 실시예에서 마젠타색 또는 청색 편이 적색(BSR) 발광 형광체 기반 LED(24A)와 녹색-황색, BSY 또는 녹색 발광체(24B)가 PCB(120) 상에서 물리적으로 독립된 발광체로 제공될 수 있다. 마젠타색 발광 형광체 기반 LED는 예컨대 적색 형광체가 코팅된 또는 다르게는 이와 조합된 청색 LED 칩을 포함할 수 있다. 적색 형광체가 코팅된 또는 다르게는 이와 조합된 청색 LED 칩에 의해 방출된 마젠타색 광은 예컨대 녹색 LED 칩에 의해 방출된 녹색광 또는 녹색-황색광(예컨대 청색 편이 황색, 또는 BSY)과 조합되어 CRI이 높고(예컨대 95 이상) 발광 효율(Im/W)도 좋은 온백색광을 발생할 수 있다. 그와 같은 조합은 InGaN 기반 녹색 LED가 비교적 높은 효율을 가질 수 있기 때문에 특히 유용하다. 더욱이 인간의 눈은 스펙트럼의 녹색 부분의 광에 가장 민감하다. 따라서 적색 형광체의 이용으로 인해 일부 효율이 저하될 수는 있으나, 이하에 설명되는 바와 같이, 녹색 LED 또는 BSY LED의 효율이 증가하기 때문에 LED 쌍의 전체 효율은 증가할 수 있다.
백색광을 생성하기 위해 녹색 LED와 조합하여 마젠타색 LED(예컨대 적색 형광체와 조합된 청색 LED 칩)를 이용하는 것은 놀라운 이점이 있다. 예컨대 그와 같은 LED 조합을 이용하는 시스템은 열적 광학적 안정성이 향상될 수 있다. 이와 달리 InGaN 기반 청색 LED와 AlInGaP 기반 적색 LED를 포함하는 시스템은, AlInGaP 기반 LED에 의해 방출된 광의 색이 InGaN 기반 LED에 의해 방출된 광의 색보다 온도에 따라 더 빠르게 변화될 수 있기 때문에, 열적 광학적 안정성에 문제가 있을 수 있다. 따라서 InGaN 기반 청색 LED와 AlInGaP 기반 적색 LED를 포함하는 LED 기반 조명 조립체에는 대개, 어떤 온도 범위에 걸쳐 안정된 색점을 제공하고자 하는 경우에, 조립체의 동작 온도가 변함에 따라 조립체에 의해 방출된 적색광 대 청색광의 비를 변화시키는 능동 보상 회로가 구비된다.
이와 달리 적색 형광체와 조합된 청색 LED 칩을 녹색 또는 BSY LED와 조합한 조립체는 색온도 보상이 없어도 열적 안정성이 더 좋을 수 있는데, 이는 청색 LED 칩과 녹색 LED 양쪽 모두가 온도 변화에 비슷한 응답을 갖는 InGaN 기반 디바이스일 수 있기 때문이다. 일부 실시예에서 색온도 보상이 제공될 수 있지만 온도 유기 색 스위프(sweep) 범위는 감소할 수 있으며, 이에 따라 보상 회로에서 필요한 제어 구성(control authority)을 줄일 수 있고 그리고/또는 색 허용차(color tolerancing)와 시스템의 비닝(binning) 방식에 대한 잠재적 이익을 갖는 추가적인 설계 자유도를 제공할 수 있다.
일부 실시예에서 청색 LED 칩은 적색 및 황색 형광체 양쪽 모두와 조합되어 비백색광을 발생할 수 있다(이 경우는, 전술한 바와 같이, 적색 형광체에 의한 황색광의 자기흡수 때문에 디바이스의 효율이 감소할 수 있음). 그와 같은 LED 칩/형광체 조합에서 발생한 비백색광은 InGaN 기반 녹색 LED 칩에서 방출된 녹색광과 조합되어 연색 능력이 좋으면서 열적 안정성이 향상된 백색광을 발생할 수 있다. 황색 형광체의 부가는 황색 형광체가 스펙트럼 범위가 넓은 광을 발생할 수 있기 때문에, 디바이스의 연색 능력을 향상시킬 수 있다. 광의 스펙트럼 범위가 넓으면 발광 피크가 좁은 발광원에서 발생한 광에 비해 연색성이 더 좋게 된다.
LED 디바이스에 거의 530nm의 효율적인 포화 녹색 발광 소자를 구비하는 것은 녹색 광원이 조명의 50% 이상을 제공할 수 있는 LCD 백라이팅에 특히 중요할 수 있다. 더욱이 마젠타색/녹색 LED 조합은 형광등(CCFL)이나 녹색을 띤 백색 형광 LED로부터의 불포화광을 이용하는 시스템보다 총 시스템 효율이 더 좋을 수 있다. 녹색을 띤 백색 LED와 동일한 주파장에서 동일한 효율을 가진 순녹색 LED는, 조명이 필터를 훨씬 더 효율적으로 통과할 수 있기 때문에, 녹색을 띤 백색 LED보다 FOS(front of screen) 휘도가 실질적으로 더 클 수 있다.
도 12는 1931 CIE 색도 다이어그램으로서 조명 디바이스 내의 마젠타색과 녹색 LED의 조합을 보여준다. 이 도에 예시된 바와 같이 약 400nm 내지 약 470nm, 일부 실시예에서는 약 450nm 내지 약 465nm, 일부 실시예에서는 약 450nm의 주파장을 가진 색점 P1에서 광을 방출하는 제1 LED가 제공된다. 적색 형광체는 청색 LED에서 방출된 광 중 적어도 일부를 수용하고 이에 응답하여 약 600nm 내지 약 630nm의 주파장을 가진 색점 P2에서 광을 방출하도록 구성된다. 청색 LED와 적색 형광체에서 방출된 조합광은 도 12에 예시된 빈(bin)들(B1-B5) 중 하나에 대응하는 색점 P3를 가질 수 있다. 빈(B1-B5)은 적어도 7단계 맥아담 편차 타원만큼, 어떤 경우에는 적어도 10단계 맥아담 편자 타원만큼 인접한 점으로부터 떨어진 각자의 색점에 중심을 두고 있을 수 있다.
적당한 적색 형광체는 CaAlSiN3:Eu2 + 및 Sr2Si5N8:Eu2 +를 포함한다. 이 형광체는 양자 효율을 150℃ 이상의 온도에서 80% 이상으로 유지할 수 있다. 이용될 수 있는 다른 적색 형광체는 CaSiN2:Ce3 +, CaSiN2:Eu2 +는 물론 Eu2 +-SiAlON 형광체 계열 중에서 선택된 형광체, 및/또는 (Ca,Si,Ba)SiO4:Eu2 +(BOSE) 계열 중에서 선택된 형광체를 포함한다. 특히 Mitsubishi Chemical Company의 CaAlSiN:Eu2 + 형광체는 약 624nm의 주파장, 약 628nm의 피크 파장 및 약 100nm의 FWHM을 가질 수 있다.
질화물 형광체는 여기 대역이 넓다는 특징을 갖고 있다. 시스템 중의 한 형광체의 여기 대역과 이 시스템 중의 다른 형광체의 발광 스펙트럼 간에 중첩이 있으면, 예컨대 적색/황색 혼합 형광체를 이용하는 시스템에서 광자(photon) 재흡수가 일어날 수 있다. 특히 대부분의 질화물 형광체는 족히 500nm 이상의 여기 대역을 갖는다. 황색-녹색 형광체와 적색 형광체를 조합한 경우에 일어날 수 있는 재흡수에 따라, 특히 형광체의 변환 효율이 90% 이하인 경우에, 손실이 클 수가 있다.
이에 따라서 일부 실시예는 온도 안정성이 있는 형광체를 이용하는 복수의 색 형광체 변환 LED를 이용한다. 온백색광을 발생하는 통상의 방식은 적색 직접 발광 LED를 형광체 변환 황색-녹색 LED와 조합하는 것이다. 이 방식의 결점은 적색 직접 발광(즉 비형광체 기반) LED가 온도에 영향을 많이 받는다는 것인데, 이는 시스템이 가열될 때에 적색 LED의 출력 파워를 모니터하고 그 균형을 맞출 수 있는 복잡한 구동 회로를 요구한다. 일반적인 조명에 대해 적당한 방사속을 발생하는데 필요한 통상의 온도 동작 레벨은 125℃ 이상의 접합 온도이다. 이러한 온도에서는 효율 감소 말고도 광의 CCT 값이 크게 변동한다는 다른 결점이 있다. 적색 LED 또는 YAG 형광체의 불안정 때문에 CCT 변동은 실온에서 동작 온도까지 거의 400K에 이를 수 있다. 적색광의 직접(즉 비형광체 기반) 발광을 포함하지 않는 일부 실시예들은 이러한 문제들의 일부 또는 전부를 피할 수 있다.
빈(B1-B5)은 도 1에 예시된 적자색 또는 자줏빛을 띤 적색 영역(104, 105)과 같은 영역에 대응할 수 있다. 그와 같은 빈에서 청색 LED와 적색 형광체의 조합에 의해 생성된 광은 여기서는 청색 편이 적색광, 즉 BSR 광이라 총칭한다.
청색 LED/적색 형광체 조합 이외에도, 색점 P4을 가진 녹색 LED가 제공된다. 색점 P4는 흑체 궤적 위에 있을 수 있으며 약 500nm 내지 약 550nm 범위의 파장, 특히 약 525nm의 파장을 가진 거의 포화된 광과 연관될 수 있다. 빈(B1-B5)의 BSR 광은 녹색광과 조합되어 약 2000K 내지 6000K, 특히 약 2500K 내지 약 4500K의 CCT에서 색점 P4를 가진 백색광을 생성한다. 따라서 1931 CIE 색도 다이어그램 상에서 제1 LED와 형광체에서 방출된 조합광의 색점 P3와 제2 LED에서 방출된 광의 색점 P4 사이의 선분 L은 약 2500K와 4500K 사이에서 흑체 궤적과 교차할 수 있다.
도 13은 조명 디바이스의 마젠타색 및 BSY LED의 조합을 예시한 1931 CIE 색도 다이어그램이다. 이 도에 예시된 바와 같이, 약 400nm 내지 약 470nm, 일부 실시예에서는 약 450nm 내지 약 465nm, 일부 실시예에서는 약 450nm의 주파장을 가진 색점 P1에서 광을 방출하는 제1 LED가 제공된다. 적색 형광체는 청색 LED에서 방출된 적어도 일부의 광을 수용하고 이에 응답하여 약 600nm 내지 약 630nm의 주파장을 가진 색점 P2에서 광을 방출하도록 구성된다. 청색 LED와 적색 형광체에서 방출된 조합광은 도 13에 예시된 빈들(B1-B5) 중 하나에 속하는 색점 P3를 가진 BSR 광일 수 있다. 빈(B1-B5)은 도 1에 예시된 적자색 또는 자줏빛을 띤 적색 영역(104, 105)과 같은 영역에 속할 수 있다.
청색 LED/적색 형광체 조합 이외에도, 영역(50) 내에 색점 P6을 가진 BSY LED가 제공된다. 그러므로 색점 P6은 흑체 궤적 위에 있을 수 있다. BSR 광은 BSY광을 생성하기 위해 색점 P5에서 광을 방출하는 황색 발광 형광체와 조합하여 색점 P4에서 약 430nm 내지 480nm, 일부 실시예에서는 약 450nm 내지 465nm, 일부 실시예에서는 약 460nm의 주파장을 가진 청색 LED를 구비함으로써 생성될 수 있다. 적당한 황색 형광체는 Y3Al5O12:Ce3 +(Ce:YAG), CaAlSiN3:Ce3 +, Eu2 +-SiAlON 계열 중에서 선택된 형광체, 및/또는 BOSE 계열 중에서 선택된 형광체를 포함한다. 형광체는 또한 원하는 파장의 광 출력을 제공하기 위해 임의의 적합한 레벨로 도핑될 수 있다. 일부 실시예에서 Ce 및/또는 Eu가 약 0.1% 내지 약 20% 범위의 도펀트 농도로 형광체에 도핑될 수 있다. 적당한 형광체로는 Mitsubishi Chemical Company(Japan, Tokyo 소재), Leuchtstoffwerk Breitungen GmbH(Germany, Breitungen 소재) 및 Intermatix Company (California, Fremont 소재)의 제품을 이용할 수 있다.
빈(B1-B5)의 BSR 광은 BSY 광과 조합되어 약 2000K 내지 6000K, 특히 약 2500K 내지 약 4500K의 CCT에서 색점 P7을 가진 백색광이 된다. 따라서 1931 CIE 색도 다이어그램 상에서 제1 LED와 적색 형광체에서 방출된 조합광의 색점 P3와 제2 LED와 황색 형광체에서 방출된 광의 색점 P6 사이의 선분 L은 약 2500K와 4500K 사이에서 흑체 궤적과 교차할 수 있다.
도 13에서는 색점 P1과 P3가 서로 다른 위치에 있는 것으로 예시되어 있지만, 색점 P1과 P3는 같은 위치에 있을 수 있다, 즉, BSR 광을 발생하는데 이용된 청색 LED는 BSY 광을 발생하는데 이용된 청색 LED와 동일한 주파장을 가질 수 있다는 것이 이해될 것이다.
별개의 청색 LED를 이용하여 BSR 광과 BSY 광을 발생하는 것은, BSR 광과 BSY 광을 발생하는데 이용된 형광체들이 서로 분리될 수 있어, 하나의 형광체에서 방출된 광이 다른 형광체에 의해 거의 재흡수되지 않는다는(즉 일어날 수 있는 임의의 우발적인 흡수가 거의 없다는) 점에서 이점이 있을 수 있다. 예컨대 BSY LED의 황색 형광체에서 발생된 광은 BSR 광을 발생하는데 이용된 적색 형광체의 여기 영역 내에 있을 수 있다. 따라서 BSY 광을 구성하는 황색광 중 일부는, 만일 형광체가 동일한 발광체 상에서 조합되었다면, 바람직하지 않게 재흡수될 수 있다.
단일 조명 디바이스가 복수의 BSR 빈 및/또는 복수의 BSY 빈으로부터의 LED를 포함할 수 있다. 예컨대 도 14를 참조로 설명하면, 단일 조명 디바이스는 복수의 제1 BSR LED(24A-1)와 제2 BSR LED(24A-2), 및/또는 복수의 제1 BSY LED (24B-1)와 제2 BSY LED(24B-2)를 포함할 수 있다. 제1 BSR LED(24A-1)는 BSR 빈(B1-B5) 중 제1 빈 내에 있고, 제2 BSR LED(24A-2)는 BSR 빈(B1-B5) 중 제1 빈과 다른 제2 빈 내에 있을 수 있다. 마찬가지로 제1 BSY LED(24B-1)는 BSY 영역(50)(도 13) 중 제1 부분 내에 있고, 제2 BSY LED(24B-2)는 BSY 영역빈(50) 중 제1 영역과 다른 제2 부분 내에 있을 수 있다. BSY 영역(50)의 제1 및 제2 부분은 이들이 적어도 7단계 맥아담 편차 타원만큼, 어떤 경우에는 적어도 10단계 맥아담 편차 타원만큼 떨어져 있는 색점에 중심을 둘 수 있다는 점에서 구별될 수 있다. 빈(B1-B5)은 빈(B1-B5) 내의 임의의 점과 BSY 영역(50) 내의 임의의 점 사이의 선분이 약 2500K와 약 6000K 사이에 있는 점에서 흑체 궤적과 교차할 수 있도록 선택 또는 정의될 수 있다.
이에 따라서 일부 실시예에 따른 조명 장치는 서로 다른 색의 광을 인식가능하게 방출하는 제1 및 제2 BSR LED 및/또는 서로 다른 색의 광을 인식가능하게 방출하는 제1 및 제2 BSY LED를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 BSR LED와 제1 및 제2 BSY LED로부터의 광은 조합되어 약 2000K 내지 6000K, 특히 약 2500K 내지 약 4500K의 CCT를 가진 온백색광이 될 수 있다.
일부 실시예에서 밝고 희미한 LED들(24A, 24B)이 선형 어레이에서 교대로 배치될 수 있다. 일부 실시예에서 LED(24A-24B)는 독립 전류 제어 또는 듀티 사이클 제어와 함께 2 이상의 그룹으로 유선 연결된다. 그 결과, 일반적으로는 발광 다이오드 조명 모듈(20)의 효율이 균일하면서 높을 것이다.
전술한 바와 같이 복수의 LED(24)가 사용되는 조명 조립체의 대량 생산 시의 난제들 중 하나는 사용된 LED 디바이스의 색도 및 세기/플럭스 변화로 인해 생기는 색 및/또는 광도의 잠재적 불균일성, 및/또는 색 변환에 이용되는 형광 매체(이것이 사용된 경우)의 변동이다.
그와 같은 불균일성 문제를 해소하기 위해서, LED 디바이스를 조명 기구 어셈블리 또는 멀티 LED 서브어셈블리 내에 배치하기 전에 LED 디바이스를 100% 측정하고, 분류하고, 물리적으로 그룹화(즉, 빈)하는 것이 통상적이다. 그러나 이 방식은, 흔히 있는 일이지만 디바이스들 간의 색 및/또는 광도의 편차가 크면 심각한 물류 문제를 야기할 수 있다. 이 경우에 발생되는 문제는, 디바이스를 물리적으로 분류하여 어셈블리 내에 그룹화하면 개별 어셈블리에 대한 균일성은 잘 관리할 수는 있지만, 여전히 어셈블리들 간의 편차는 클 수가 있다는 것이다. 복수의 어셈블리가 (사무실의 천장에 있는 복수의 조명 기구와 같은) 설치물에 사용되는 경우에는, 이러한 어셈블리 간 편차는 매우 두드러져 불쾌하게 느껴질 수 있다. 이에 대한 통상적인 해결책은 그 조명 기구를 제조한 어셈블리 회사가 LED 디바이스들을 비닝한 후에 LED 디바이스 모집단 중 일부만을 구매하여 활용하는 것이다. 이런 식으로 그 회사가 제조한 조명 기구 전부는 유사하게 보이도록 해야 한다. 그러나 이것은 또 다른 문제, 즉, 조명 기구를 만들기 위해 분류 및 그룹화되었지만 구매되지 않은 다른 LED 디바이스에 대해서는 어떻게 할 것인가 하는 문제를 야기할 수 있다. 이에 따라서 일부 실시예는 이 문제를 해결함으로써, 어셈블리 내에서의 균일성, 어셈블리들 간 유사성, 그리고/또는 LED 디바이스의 제조 유통의 효용성을 동시에 잠재적으로 높일 수 있다.
일례로서 1931 CIE 색도 다이어그램의 일부를 도시한 도 15에 예시된 백색 LED에 대한 비닝(binning) 시스템을 고려한다. 이 도에 도시된 바와 같이, 특정 제조 시스템은 제조 궤적 P 내에 있는 색도를 가진 LED를 제조한다. 이 궤적 P은 예컨대 제조 방법의 분포에 대한 2차원 색도 공간에서의 편차 경계를 나타낸다. 이 2차원 색도 공간은 예컨대 1931 CIE 색도 공간일 수 있다. 도 15에 예시된 숫자가 매겨진 다각형(1-12)은 색도 빈이다. LED 제조 모집단의 각 구성원을 테스트하여 LED의 색도를 결정하고, LED를 적당한 빈에 배치한다. 동일한 빈 연대(association)를 가진 모집단의 구성원들은 분류되어 함께 그룹화될 수 있다. 조명 기구 제조업자는 어셈블리들을 만드는 이들 빈들 중 하나로부터의 구성원을 이용하여 멀티 LED 어셈블리 내의 균일성과 모든 그러한 어셈블리 사이의 유사성을 확인하는 것이 일반적이다. 그러나 그와 같은 상황에서는 궤적 P의 많은 부분이 미사용 상태로 남아 있을 것이다.
일부 실시예는 LED(24)로부터의 광이 입사되는 (반사성 및 기타 다른 광학 시트, 확산기, BEF 등에 의해 한정된 재생 공동(32, 34)을 이용함으로써) 광혼합을 향상시킨다. 또한 일부 실시예는 대안적인 이원 가산 색혼합(binary additive color mixing)을 이용하여 조건 등색(metameric) 등가 어셈블리를 달성할 수 있다. "이원 가산 색혼합"은 광 균질화 공동 내의 알려진 상이한 색도의 2개의 광원(예컨대 LED 디바이스)를 이용하여 2가지 조명을 조합하여 원하는 제3의 겉보기 색을 생성하는 것을 의미한다. 이 제3의 겉보기 색은 2차원 색도 공간에서는 모두 같을 수 있는(즉 조건 등색 등가인) 다양한 대안적인 이원 조합으로부터 생길 수 있다.
계속 도 15를 참조로 설명하면, 제조 모집단 색도 궤적 P는 적어도 부분적으로 덮고 있는 5개의 빈 그룹(1-5)으로 나타나 있다.
도 16을 참조로 설명하면, 조명 어셈블리에 사용되는 복수의 LED 디바이스(24)를 포함하는 선형 조명 모듈(20)이 도시되어 있다. 이 모듈(20)은 적어도 하나의 균질화 공동(32, 34)(도 4B)을 포함한다. 도 16에 도시된 바와 같이 LED 디바이스의 2개의 교호하는 그룹은 그룹 A와 그룹 B로 표기한다. LED 디바이스(24)는 그룹(60)(여기서는 조건 등색 그룹(60A-60D)이라 함)으로 그룹화된다. 조건 등색 그룹(60A-60D)의 LED(24)의 색도는 조건 등색 그룹(60A-60D)의 LED(24) 각각으로부터의 광의 혼합에 의해 발생된 조합광이 대략 목표 색도 T를 갖는 광을 포함할 수 있도록 선택된다. 2차원 색도 공간에서 2개의 점은, 한 점이 다른 점의 7단계 맥아담 편차 타원 내에 있거나 그 반대인 경우에, 거의 동일한 색도를 갖는다고 간주한다. 맥아담 편차 타원은 중심점으로부터 시각적으로 구별할 수 없는 모든 점을 포함하는 1931 CIE 색도 공간과 같은 2차원 색도 공간에서의 중심점 주위의 폐영역이다. 7단계 맥아담 편차 타원은 7개의 표준 편차 내에서 보통의 관측자에게는 구별될 수 없는 점들을 포함한다.
2차원 색도 공간은 1931 CIE 색도 공간 또는 1976 CIE 색도 공간을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서 조건 등색 그룹(60A-60D)의 LED(24) 각각의 색도는 대략 7단계 맥아담 편차 타원 내에서 상관 색온도(CCT)가 4000K에서 8000K에 이르는 1931 CIE 색도 공간 상의 흑체 복사 곡선 상의 대략 한 점일 수 있다. 따라서 LED(24) 각각은 개별적으로 일반적으로 백색으로 간주되는 영역 내에 있는 색도를 가질 수 있다. 예컨대 도 12는 흑체 복사 곡선(70)과 복수의 CCT 사각형, 즉 빈들(72)을 포함하는 1931 CIE 색도 다이어그램의 일부를 보여준다. 더욱이 도 17은 흑체 복사 곡선(70) 상에 또는 이 부근에 있는 여러 개의 점(76) 주위의 복수의 7단계 맥아담 편차 타원(74)을 보여준다.
그러나 일부 실시예에서 조건 등색 그룹(60A-60D)의 LED들(24) 중 하나 이상은 상관 색온도(CCT)가 4000K에서 8000K에 이르는 1931 CIE 색도 공간 상의 흑체 복사 곡선 상의 대략 한 점인 7단계 맥아담 편차 타원 밖에 있는 색도를 가질 수 있으며, 따라서 관측자에게는 백색으로 생각되지 않을 수 있다.
따라서 그와 같은 선형 모듈(20)을 가지며 목표점 T에서 거의 동일한 겉보기 색도를 가지는(따라서 각 어셈블리는 조건 등색 등가 색도 T를 제공함) 원하는 조명 기구 어셈블리 시리즈를 얻기 위해서, 하기의 3가지 A/B 이원 가산 조합의 대안적인 쌍이 이용될 수 있다:
Figure pct00001
A와 B는 빈 3으로부터 나온다.
Figure pct00002
A와 B는 각각 빈 2와 4로부터 나온다.
Figure pct00003
A와 B는 각각 빈 1과 5로부터 나온다.
이에 따라 모듈(20) 내의 인접한 디바이스 A와 B의 쌍은 목표 색도점 T로부터 거의 등거리에 있는 실제 색도점, 또는 목표 색도점 T가 위치한 빈으로부터 거의 등거리에 있는 빈들에 있는 실제 색도점에 기초하여 선택될 수 있다.
일부 실시예는 가산 색혼합에서 광도의 영향을 고려하여 동일한 조건 등색 등가 목표 T 색도 어셈블리를 생성하는데 효과적인 부가적인 이원 쌍을 제공한다. 광도의 3개의 오름차순 범위의 광도(발광 세기, 광속 등) 순위 체계는 예컨대 다음과 같이 정해질 수 있다:
Figure pct00004
Af: 85 내지 90 루멘
Figure pct00005
Bf: 90 내지 95 루멘
Figure pct00006
Cf: 95 내지 100 루멘
그러면 앞에서의 예에 대한 추가적인 허용가능한 쌍은 다음을 포함할 수 있다:
Figure pct00007
A와 B는 각각 빈 2 및 순위 Cf, 및 빈 5 및 순위 Af이다.
Figure pct00008
A와 B는 각각 빈 4 및 순위 Cf, 및 빈 1 및 순위 Af이다.
Figure pct00009
A와 B는 각각 빈 3 및 순위 Af, 및 빈 3 및 순위 Cf이다.
따라서 각 조건 등색 그룹(60A-60D)의 LED(24) 각각은 2차원 색도 공간에서 LED(24)의 색도에서 목표 색도 T까지의 거리에 일반적으로 반비례하는 광도를 가질 수 있다.
따라서 모듈(20) 내의 인접한 디바이스 A 및 B의 그룹은 원하는 광출력을 제공하도록 선택될 수 있다. 이원 체계에서 예컨대 디바이스 쌍 중 제1 디바이스가 목표 색도점 T에 더 가까운 경우에는 제1 디바이스는 이 디바이스 쌍 중 제2 디바이스보다 휘도가 더 높을 수 있다. 마찬가지로 디바이스 쌍 중 제1 디바이스가 목표 색도점 T로부터 더 먼 경우에는 제1 디바이스는 이 디바이스 쌍 중 제2 디바이스보다 휘도가 더 낮을 수 있다. 이 디바이스들이 목표 색도점으로부터 거의 등거리에 있는 색도 빈에 있는 경우에는 이 디바이스들은 거의 동일한 휘도를 가질 수 있다. 따라서 일부 실시예에서 조건 등색 그룹(60A-60D)의 LED(24) 각각은 거의 동일한 광도를 가질 수 있으며, 2차원 색도 공간에서 목표 색도 T로부터 거의 등거리에 있는 색도를 가질 수 있다.
효과적인 균질기를 이용하고, 교호 혼합을 이용하여 복수의 빈 그룹 및/또는 선형 모듈(20)의 교호하는 LED 디바이스 레이아웃으로부터 등가적인 조건 등색 목표를 달성함으로써, 분포 궤적 P의 대부분을 이용하면서, 각 조명 기구 어셈블리 내의 균일성이 양호하고 그리고/또는 제조된 조명 기구 어셈블리 시리즈 간의 유사성이 높은 제품 분포를 계속 달성하는 것이 가능할 수 있다. 재생 균질화 효과가 좋을수록, 균일성에 영향을 주지 않으면서 조건 등색 그룹을 구성하는 디바이스들 간의 허용 편차가 더 커질 수 있다.
도 15에는 이원 그룹이 예시되어 있지만, 조건 등색 그룹이 3개 이상의 LED 디바이스를 포함하는 3원, 4원, 더 고차의 버전도 이용될 수 있음을 알아야 한다.
더욱이, 거의 동일한 전류로 구동되는 경우에, 원하는 목표 색도를 제공하는데 이용되는 그룹을 제공함으로써, LED는 LED들의 단일 열로 구동될 수 있다. 따라서 LED를 구동하기 위한 구동 회로는 전류를 이용하여 LED의 세기를 제어함으로써 조합 출력의 최종 색도를 제어하는 RGB 방식과 같은 복수 열 방식에 대해서도 단순화될 수 있다. 이와 같은 최종 목표 색도는 전체 조명 디바이스의 총 목표 색도이거나, 조명 디바이스의 원하는 BSY 또는 BSR 색점과 같은 성분에 대한 목표 색도일 수 있다. 따라서 목표 색도를 제공하는 LED 조합은 단일 열로 제공될 수 있는 반면에, 조명 디바이스의 총 출력은 그와 같은 LED 그룹의 복수의 열에 의해 제공될 수 있다.
도면과 명세서에서 본 발명의 대표적인 실시예에 대해서 설명하였고, 특정 용어들을 사용하였지만, 이들은 일반적이고 기술적인 의미로 사용되었을 뿐이고 한정을 목적으로 사용된 것이 아니며, 본 발명의 범위는 하기의 청구범위에서 후술된다.

Claims (30)

  1. 적어도 제1 LED 및 제2 LED를 포함하는 복수의 발광 다이오드(LED)
    를 포함하고,
    상기 LED들의 쌍으로부터의 광의 혼합에 의해 생성된 조합광이 대략 목표 색도를 갖고, 상기 제1 LED는 가시광 스펙트럼의 청색 또는 녹색 부분들에서 광을 방출하는 제1 LED 칩을 포함하고 상기 제1 LED 칩에 의해 방출된 광에 응답하여 적색 광을 방출하는 형광체를 포함하고, 상기 제2 LED는 1931 CIE 색도 다이어그램의 흑체 궤적 위에 있는 색점을 갖는 광을 방출하는 고상 조명 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 LED의 상기 색점은 상기 흑체 궤적 상의 임의의 점으로부터 10단계 맥아담 편차 타원 밖에 있는 고상 조명 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 LED 및 상기 형광체에 의해 방출된 조합광의 색점과 상기 제2 LED에 의해 방출된 광의 색점 사이의 1931 CIE 색도 다이어그램 상의 선분이 약 2500K와 약 4500K 사이에서 상기 흑체 궤적과 교차하는 고상 조명 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 LED는 약 500nm 내지 550nm의 주파장을 가진 실질적으로 포화된 광을 방출하는 제2 LED 칩을 포함하는 고상 조명 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 LED는 가시광 스펙트럼의 청색 부분에서 포화광을 방출하는 제2 LED 칩을 포함하고, 상기 제2 LED 칩에 의해 방출된 광을 수용하고 이에 응답하여 황색광을 방출하도록 구성된 제2 형광체를 포함하는 고상 조명 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 LED 칩은 약 430nm 내지 약 470nm의 주파장을 갖고, 상기 제2 형광체는 약 550nm 내지 약 590nm의 주파장을 가진 광을 방출하는 고상 조명 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2 LED 칩과 상기 제2 형광체에 의해 방출된 조합광은, 임의의 부가 광이 없을 때에, 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 선분들로 둘러싸인 1931 CIE 색도 다이어그램 상의 영역 내에 있는 점을 정의하는 x, y 색좌표들을 갖는 부 혼합광(sub-mixture of light)을 생성하고, 상기 제1 선분은 제1 점을 제2 점에 연결하고, 상기 제2 선분은 상기 제2 점을 제3 점에 연결하고, 상기 3 선분은 상기 제3 점을 제4 점에 연결하고, 상기 제4 선분은 상기 제4 점을 제5 점에 연결하고, 상기 제5 선분은 상기 제5 점을 상기 제1 점에 연결하며, 상기 제1 점은 0.32, 0.40의 x, y 좌표를 갖고, 상기 제2 점은 0.36, 0.48의 x, y 좌표를 갖고, 상기 제3 점은 0.43, 0.45의 x, y 좌표를 갖고, 상기 제4 점은 0.42, 0.42의 x, y 좌표를 갖고, 상기 제5 점은 0.36, 0.38의 x, y 좌표를 갖는 고상 조명 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1 LED 칩은 약 500nm 내지 약 550nm의 주파장을 갖는 고상 조명 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 LED 칩은 약 500nm 내지 약 550nm의 주파장을 갖는 고상 조명 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 LED 칩은 약 500nm 내지 약 550nm의 주파장을 갖고, 상기 형광체는 제1 형광체를 포함하고, 상기 제2 LED는 상기 제2 LED 칩에 의해 방출된 광에 응답하여 황색광을 방출하는 제2 형광체를 더 포함하는 고상 조명 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 LED 칩은 약 440nm 내지 약 460nm의 주파장을 갖고, 상기 형광체는 상기 제1 LED 칩에 의해 방출된 광에 응답하여 약 600nm 내지 약 630nm의 주파장을 가진 광을 방출하는 고상 조명 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 LED 칩은 약 440nm 내지 약 460nm의 주파장을 갖고, 상기 제2 LED는 상기 제2 LED 칩에 의해 방출된 광에 응답하여 약 550nm 내지 약 590nm의 주파장을 가진 광을 방출하는 제2 형광체를 포함하는 고상 조명 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    가시광 스펙트럼의 청색 또는 녹색 부분에서 광을 방출하며 상기 제1 LED의 주파장보다 적어도 약 10nm 더 큰 주파장을 가진 제3 LED를 더 포함하는 고상 조명 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제3 LED는 상기 제1 LED의 주파장보다 적어도 약 20nm 더 큰 주파장을 가진 고상 조명 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    가시광 스펙트럼의 적색 부분에서 광을 방출하는 제3 LED를 더 포함하는 고상 조명 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    복수의 제1 LED와 복수의 제2 LED를 더 포함하고, 상기 제1 LED들과 상기 제2 LED들은 각자의 LED들의 조건 등색(metameric) 쌍으로 배열되고, 상기 각자의 LED들의 조건 등색 쌍 각각에 의해 방출된 광은 대략 상기 목표 색도를 갖는 고상 조명 장치.
  17. 복수의 발광 다이오드(LED)
    를 포함하고,
    상기 LED들의 색도들은 상기 LED들에 의해 방출된 광의 혼합에 의해 생성된 조합광이 대략 목표 색도를 갖도록 선택되고, 상기 복수의 LED는 가시광 스펙트럼의 청색 부분에서 포화광을 방출하는 제1 LED 칩과 상기 제1 LED 칩에 의해 방출된 청색광에 응답하여 적색광을 방출하는 제1 형광체를 포함하는 제1 LED, 및 (a) 가시광 스펙트럼의 녹색 부분에서 포화광을 방출하는 제2 LED, 또는 (b) 가시광 스펙트럼의 청색 부분에서 포화광을 방출하는 제2 LED 칩을 포함하며 상기 제2 LED 칩에 의해 방출된 광에 응답하여 황색광을 방출하는 제2 형광체를 포함하는 제2 LED 중 하나를 포함하고, 상기 제2 LED 칩과 상기 제2 형광체에 의해 방출된 조합광이 10단계 맥아담 편차 타원 외부에서 1931 CIE 색도 다이어그램 상의 흑체 궤적 상의 점 주위에 있는 고상 조명 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 LED와 상기 제2 LED는 조건 등색 쌍으로서 상기 고상 조명 디바이스에 배열된 고상 조명 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 목표 색도는 1931 CIE 다이어그램의 흑체 궤적 상의 점의 10단계 맥아담 편차 타원 내에 있는 고상 조명 장치.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 제2 LED는 가시광 스펙트럼의 청색 부분에서 포화광을 방출하는 제2 LED 칩과 상기 제2 LED 칩에 의해 방출된 청색광에 응답하여 황색광을 방출하는 제2 형광체를 포함하고, 상기 제2 LED 칩과 상기 제2 형광체에 의해 방출된 조합광은, 임의의 부가 광이 없을 때, 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 선분들로 둘러싸인 1931 CIE 색도 다이어그램 상의 영역 내에 있는 점을 정의하는 x, y 색좌표를 가진 부 혼합광을 생성하고, 상기 제1 선분은 제1 점을 제2 점에 연결하고, 상기 제2 선분은 상기 제2 점을 제3 점에 연결하고, 상기 3 선분은 상기 제3 점을 제4 점에 연결하고, 상기 제4 선분은 상기 제4 점을 제5 점에 연결하고, 상기 제5 선분은 상기 제5 점을 상기 제1 점에 연결하며, 상기 제1 점은 0.32, 0.40의 x, y 좌표를 갖고, 상기 제2 점은 0.36, 0.48의 x, y 좌표를 갖고, 상기 제3 점은 0.43, 0.45의 x, y 좌표를 갖고, 상기 제4 점은 0.42, 0.42의 x, y 좌표를 갖고, 상기 제5 점은 0.36, 0.38의 x, y 좌표를 갖는 고상 조명 장치.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 제1 LED 칩과 상기 제1 형광체에 의해 방출된 조합광은, 임의의 부가 광이 없을 때, 1931 CIE 색도 다이어그램 상의 자홍색 또는 적자색 영역 내에 있는 점을 정의하는 x, y 색좌표를 가진 부 혼합광을 생성하는 고상 조명 장치.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 제1 LED 칩 및 상기 형광체에 의해 방출된 조합광의 색점과 상기 제2 LED에 의해 방출된 광의 색점 사이의 1931 CIE 색도 다이어그램 상의 선분은 약 2500K 내지 약 4500K 사이에서 상기 흑체 궤적과 교차하는 고상 조명 장치.
  23. 제17항에 있어서,
    상기 제1 LED 칩은 약 440nm 내지 약 460nm의 주파장을 갖고, 상기 형광체는 상기 제1 LED 칩에 의해 방출된 광에 응답하여 약 600nm 내지 약 630nm의 주파장을 가진 광을 방출하는 고상 조명 장치.
  24. LED들의 조건 등색 쌍을 포함하는 복수의 발광 다이오드(LED)
    를 포함하고,
    상기 LED들의 조건 등색 쌍의 색도들은 상기 LED들의 조건 등색 쌍 각각으로부터의 광의 혼합에 의해 생성된 조합광이 대략 목표 색도를 가진 광을 포함하도록 선택되고, 상기 조건 등색 쌍은, 가시광 스펙트럼의 청색 부분에서 광을 방출하는 제1 LED 칩과 상기 제1 LED 칩에 의해 방출된 청색광에 응답하여 적색광을 방출하는 형광체를 포함하는 제1 LED, 및 다른 광이 없을 때 녹색, 황색을 띤 녹색 또는 황록색으로 보이는 비백색광을 방출하는 제2 LED를 포함하는 조명 모듈.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 제2 LED는 청색광을 방출하는 제2 LED 칩과 상기 제2 LED 칩에 의해 방출된 청색광에 응답하여 황색광을 방출하는 형광체를 포함하는 조명 모듈.
  26. 적어도 제1 LED 및 제2 LED를 포함하는 복수의 발광 다이오드(LED)
    를 포함하고,
    상기 LED들의 쌍으로부터의 광의 혼합에 의해 생성된 조합광이 대략 목표 색도를 갖고,
    상기 제1 LED는 가시광 스펙트럼의 청색 또는 녹색 부분들에서 광을 방출하는 제1 LED 칩을 포함하고 상기 제1 LED 칩에서 방출된 광에 응답하여 적색광을 방출하는 형광체를 포함하고,
    상기 제1 LED 칩과 상기 형광체의 조합광은 제1 색점을 갖고,
    상기 제2 LED는 제2 색점을 가진 광을 방출하고,
    상기 제1 색점과 상기 제2 색점 사이의 1931 CIE 색도 다이어그램 상의 선분이 약 2500K와 약 4500K 사이에서 흑체 궤적과 교차하는 고상 조명 장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 제2 LED 칩은 약 430nm 내지 약 500nm의 주파장을 갖는 고상 조명 장치.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 제2 LED 칩은 약 480nm 내지 약 500nm의 주파장을 갖는 고상 조명 장치.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 제2 LED 칩은 약 490nm 내지 약 500nm의 주파장을 갖는 고상 조명 장치.
  30. 제26항에 있어서,
    상기 제2 LED의 상기 색점은 상기 흑체 궤적 상의 임의의 점으로부터 10단계 맥아담 편차 타원 밖에 있는 고상 조명 장치.
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