KR20110080165A - 원격 조명 조립체 및 방법 - Google Patents

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KR20110080165A
KR20110080165A KR1020117011108A KR20117011108A KR20110080165A KR 20110080165 A KR20110080165 A KR 20110080165A KR 1020117011108 A KR1020117011108 A KR 1020117011108A KR 20117011108 A KR20117011108 A KR 20117011108A KR 20110080165 A KR20110080165 A KR 20110080165A
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KR1020117011108A
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알렉세이 에이. 어착
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루미너스 디바이시즈, 아이엔씨.
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Application filed by 루미너스 디바이시즈, 아이엔씨. filed Critical 루미너스 디바이시즈, 아이엔씨.
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    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • F21V7/04—Optical design
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S2/00—Systems of lighting devices, not provided for in main groups F21S4/00 - F21S10/00 or F21S19/00, e.g. of modular construction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
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    • F21—LIGHTING
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    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Abstract

조명 조립체 및 방법이 기재되어 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 조명 조립체는 발광 장치와 조명기구를 포함하고 있다. 발광 장치는 LED일 수 있다.

Description

원격 조명 조립체 및 방법{REMOTE LIGHTING ASSEMBLIES AND METHODS}
본 출원은, 본 명세서에 전체가 참조용으로 통합되어 있고 2008년 10월 17일자로 출원된 미국 가출원 제 61/106,296 호를 우선권 주장하고 있다.
발명은 일반적으로 조명 조립체에 관한 것으로, 더 구체적으로는 발광 장치를 포함하는 조명 조립체에 관한 것이다.
조명 조립체는 일반적인 조명 및 전자부품 용도를 비롯한 다양한 용도를 위한 광을 제공할 수 있다. 현재의 대부분의 조명 조립체는 백열 및 형광 광원을 채택하고 있다. 백열등은 저가이지만, 매우 낮은 에너지 효율 및 짧은 수명을 갖는다. 형광등은 효과적인 분산된 조명을 제공할 수 있지만, 복잡한 인버터 전자부품과, 낮은 스위칭 속도와, 수은과 같은 형광등 내의 유해 물질의 존재를 비롯한 심각한 불리함을 갖는다. 발광 다이오드와 같은 발광 장치가 효율적이고 환경적으로 안전한 조명을 제공할 수 있다.
발광 다이오드(LED)는 백열 및/또는 형광 광원보다 보다 효율적인 방식으로 광을 제공할 수 있다. LED와 연관된 비교적 높은 출력 효율은 다양한 조명 용도에서 종래의 광원을 대체하도록 LED의 사용에 대한 관심을 일으켰다. 예를 들어, 일반 영역 조명 용례에 있어서, LED 광은 소형 크기, 긴 램프 수명, 저열 출력, 에너지 절약 및 내구성과 같은 이익을 제공한다. 일반 영역 조명 용도로 LED를 사용하면 통상적인 조명 기술을 사용하여 달성하기 어려운 새로운 기능을 추가할 수 있다. 예를 들어, LED가 색상 혼합 및 색상 제어를 위해 사용될 수 있다. LED 광은 일반적으로 덜 가연성 있는 광원이고, 이로 인하여 가정용 조명 용도로 더 안전한 선택이 된다.
전형적으로, LED는 다중 층으로 형성되고, 이 다중 층 중 적어도 일부가 상이한 재료로 형성된다. 일반적으로, 상기 층에 선택된 재료 및 두께는 LED에 의해 방사된 광의 파장에 영향을 준다. 추가로, 다중 층의 화학적 조성은 광으로의 비교적 효율적인 전환을 위해 영역{예를 들어, 양자 우물(quantum well)}으로의 주입 전하 캐리어의 차단을 촉진하도록 선택될 수 있다. 일반적으로, 양자 우물이 성장되는 접합부의 일측부 상의 층은 공여 원자(donor atom)로 도핑되어 높은 전자 농도로 되고(이러한 층은 일반적으로 n형 층으로 불리운다), 반대측 상의 층은 수용 원자(acceptor atom)로 도핑되어 비교적 고정공 농도(high hole concentration)로 된다(이러한 층은 일반적으로 p형 층으로 불리운다).
LED는 또한 접점 구조(전기 접점 구조 또는 전극으로도 불리움)를 일반적으로 포함하고, 이 접점 구조는 전원에 전기적으로 접속될 수 있는 장치의 전도성 형상부이다. 전원은 접점 구조를 통해 장치에 전류를 제공할 수 있는데, 예를 들어 접점 구조는 광이 내부에 발생될 수 있는 장치의 표면에 접점 구조의 길이를 따라 전류를 전달할 수 있다.
이와 관련된 조명 조립체 및 방법이 제공된다.
일 양태에 있어서, 일반 조명 조립체는, 실질적으로 최대 체적 공간을 조사하도록 구성되고, 단일 반도체 발광 다이오드인 단일 램버시안 표면 방사 장치(single lambertian surface emitting device)를 포함하고 있다.
다른 양태에 있어서, 간접적으로 조사되는 일반 조명 조립체는 보다 광범위한 체적 공간을 커버하는 광을 공간적으로 분배할 수 있는 조명기구와 단일 램버시안 표면 방사 장치를 포함하고 있다.
다른 양태에 있어서, 일반 조명 조립체가 제공된다. 이 조명 조립체는 반도체계 발광 장치와, 발광 장치에 의해 방사된 광을 광이 발광되는 조명기구의 발광 표면에 수용하고 전달하도록 구성되고, 발광 장치와 분리되어 광학 연통하는 조명기구를 포함하고 있다.
일 양태에 있어서, 광학 조사 루팅 조립체는 단일 발광 장치로부터의 광이 광원으로부터 소정 거리 떨어져 광 출력 포트로부터 원격으로 투과 및 분배되는 것을 허용한다.
다른 양태에 있어서, 광학 조사 루팅 조립체는 광을 출력 포트로 전달하는 원통형 도광부를 포함할 수 있다.
다른 양태에 있어서, 원통형 도광부는 또한 도광부의 출력 단부로부터 방사된 광을 흡수하고 2차 광으로 다시 전달하는 파장 변환 재료 구성요소를 포함할 수 있다.
일 양태에 있어서, 다중 원통형 도광부는 하나의 광원에 연결되어 단일 광원이 조사할 수 있는 체적 공간을 실질적으로 증가시킨다.
다른 양태에 있어서, 하나의 광원에 연결된 다중 원통형 도광부는 다중 원통형 도광부의 각각의 광 출력 단부의 단부에 다중 파장 변환 재료 구성요소를 포함할 수 있다.
다른 양태에 있어서, 하나의 광원에 연결된 다중 원통형 도광부는 광 추출 및 광 분배 특성을 갖는 다중 원통형 도광부의 각각의 광 출력 단부의 단부에 다중 도광부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태, 실시형태 및 특징은 첨부 도면과 관련하여 고려해 보면 이하의 발명의 상세한 설명으로부터 명백해 질 것이다. 첨부 도면은 개략도이고, 축적에 맞게 그려지도록 의도된 것이 아니다. 다양한 도면에 예시되어 있는 각각의 동일 또는 실질적으로 유사한 구성요소는 단일의 숫자 또는 지시 기호에 의해 표현된다.
명확성을 위해서, 모든 도면에서 모든 구성요소가 도면부호가 붙여지는 것은 아니다. 당업자가 본 발명을 이해할 수 있게 하기 위해 예시가 필요하지 않은 경우 본 발명의 각 실시형태의 모든 구성요소가 도시되지는 않는다. 본 명세서에 참고로서 통합된 모든 특허 출원 및 특허는 참고로 전체적으로 통합된다. 분쟁을 대비하여, 정의를 비롯한 본 발명의 명세서가 통제될 것이다.
도 1은 일 실시형태에 따라 다량의 공간을 조사하는 단일 램버시안 표면 방사 장치에 대한 사시도이고,
도 2a는 일 실시형태에 따라 조명기구를 포함하는 간접 조사 일반 조명 조립체에 대한 사시도이며,
도 2b는 일 실시형태에 따른 단일 표면 단일 램버시안 표면 방사 장치에 대한 사시도이고,
도 3은 일 실시형태에 따라 원통형 도광부를 사용하여 발광 장치로부터 떨어져서 광을 방사하는 광학 조사 루팅 조립체에 대한 사시도이며,
도 4는 일 실시형태에 따라 원통형 도광부의 광 출력 단부에서 파장 변환 재료 구성요소를 포함하는 광학 조사 루팅 조립체에 대한 사시도이고,
도 5는 일 실시형태에 따라 제2 도광부를 원격 조명하는 원통형 도광부를 포함하는 광학 조사 루팅 조립체에 대한 사시도이며,
도 6은 일 실시형태에 따라 수직 디스플레이 패널을 원격 조명하는 데에 사용되는 광학 조사 루팅 조립체에 대한 사시도이고,
도 7은 일 실시형태에 따라 디스플레이 네크부의 일부로서의 산개형 광 공간 균질기(fanned light spatial homogenizer)를 포함하는 컴퓨터 디스플레이용 조사 시스템에 대한 사시도이며,
도 8은 일 실시형태에 따라 다중 원통형 도광부를 포함하는 광학 조사 루팅 조립체에 대한 사시도이고,
도 9는 일 실시형태에 따라 도 8의 다중 원통형 도광부의 각각의 광 출력 단부에 파장 변환 재료 구성요소를 포함하는 광학 조사 루팅 조립체에 대한 사시도이며,
도 10은 일 실시형태에 따라 최대량의 공간을 조사하도록 정렬된 다중 원통형 도광부를 포함하는 광학 조사 루팅 조립체에 대한 사시도이고,
도 11은 일 실시형태에 따라 도 10에서와 같이 정렬된 다중 원통형 도광부의 각각의 광 출력 단부에 도광부를 포함하는 광학 조사 루팅 조립체에 대한 사시도이며,
도 12는 일 실시형태에 따라 광을 추출하도록 구성되고 도광부의 길이를 따라 선형적으로 정렬된 광 출력 포트를 포함하는 광학 조사 루팅 조립체에 대한 사시도이고,
도 13은 일 실시형태에 따른 발광 장치에 대한 사시도이다.
대형 칩 발광 장치는, 울트라-하이 루멘 포인트 소스가 필요한 용도를 위한 초대형 단일 칩(예를 들어, 약 1mm2 방사 영역보다 크고, 약 3mm2 방사 영역보다 크며, 약 6mm2 방사 영역보다 크고, 약 12mm2 방사 영역보다 크다)을 구비한 소형 칩 어레이 또는 고광도 램프를 대체하도록 설계될 수 있다. 일반적인 조사에 있어서, 통상적인 소형 칩 발광 장치가 그 고효율 및 색상 변화 능력을 위해 바람직할 수 있지만, 램프 당 낮은 루멘 출력이 계속하여 문제점이 된다. 더 해로운 100W 백열등은 약 1700lm을 발생시킬 수 있다{그리고, 이상적인 연색성(color rendering) 및 바람직한 색 온도를 갖는다}. 대조적으로, 최대 화이트 파워 LED(대략 100lm/W)조차도 단지 l00 루멘의 비교적 더 낮은 광(높은 색 온도를 가진 더 불량한 연색성)을 발생시킨다. 통상적인 시스템에 있어서, 일반적인 조사를 위해 요구되는 루멘 수준에 도달하기 위해, 수 많은 LED 칩 또는 램프가 일반적으로 정렬되어 조합된다.
일반적인 조사를 위한 대형 칩 발광 장치는 단일 램버시안 표면 방사 장치를 포함할 수 있다. 램버시안 방사체는 람베르트의 코사인 법칙에 따른다. 광학에 있어서 람베르트의 코사인 법칙에 의하면, "램버시안" 표면으로부터 관찰되는 복사 강도는 관찰자의 시선과 표면 법선 사이 각도(θ)의 코사인에 직접 비례한다. 그 결과 이러한 표면을 임의의 각도로부터 봤을 때, 동일한 겉보기 휘도를 갖는다. 일반적인 조명 용도의 이러한 광원을 사용하는 이익은 보다 더 효율적인 휘도 패턴으로부터 알 수 있다. 통상적인 광원과 달리, 램버시안 광원은 램버시안 광원이 위치하는 계획자 표면에 의해 흡수되는 광의 양을 감소시킨다. 예를 들어, 램버시안 광원이 실의 천장에 위치하면, 대부분의 광은 하측으로 지향되어, 천장에 의해 흡수되는 광의 양이 감소된다.
본 명세서에서 제공되는 일반 조명 조립체는 단일 반도체 발광 다이오드 및/또는 단일 레이저 다이오드와 같은 단일 램버시안 표면 방사 장치를 포함할 수 있다. 이러한 단일 램버시안 표면 방사 장치는 다양한 용도의 고휘도 컴팩트 광원으로서 기능할 수 있다. 램버시안 표면 방사 장치는 일반적으로 컴팩트 광원이기 때문에, 분배된 체적의 광이 요구되는 용례에 있어서, 발광 장치에 의해 방사된 광은, 광 방사를 연장시킬 수 있는 구성을 통해 광을 재지향시키고 방사할 수 있는 일반 조명 조립체 내에 통합될 수 있다. 이러한 구성은 단일 램버시안 표면 방사 장치로부터의 광의 방사량보다 실질적으로 큰 다량의 광을 생성시킬 수 있다(예를 들어, 약 100배 크고, 약 500배 크며, 약 1000배 크고, 약 2000배 크다).
본 명세서에 제공된 소정의 실시형태는 이러한 램버시안 표면 방사 장치로부터 이러한 광의 재지향 및 방사를 달성할 수 있고, 연장된 광 방사 구조를 통해 분배된 조사를 제공할 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 광 재지향 및/또는 방사의 과정 동안에, 램버시안 표면 방사 장치로부터의 일부 또는 모든 광이 파장 변환될 수 있다. 일부 또는 모든 광의 파장 변환은 조사 조립체로부터의 광의 재지향 및/또는 방사를 촉진시킬 수 있다.
본 명세서에 제공된 소정의 실시형태는 제1 파장 스펙트럼을 갖는 1차 광을 방사할 수 있는 조사 조립체와, 1차 광을 상이한 파장 스펙트럼을 갖는 2차 광으로 변환시킬 수 있는(예를 들어, 1차 광을 더 낮은 에너지로 다운-컨버팅함) 파장 변환 재료{예를 들어, 인광체 및/또는 양자점(quantum dot)}를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 파장 변환 재료는, 제1 파장 스펙트럼(예를 들어, 청색 광, 자외선)을 갖는 1차 광의 일부 또는 실질적으로 전부를 흡수하고, 제2의 상이한 파장 스펙트럼(예를 들어, 백색 광, 황색 광, 적색 광, 녹색 광, 및/또는 청색 광)을 갖는 2차 광을 방사할 수 있는 재료를 의미한다. 파장 변환 재료는 더 짧은 파장(더 높은 에너지)으로부터 더 긴 파장(더 낮은 에너지)으로 광을 다운-컨버팅할 수 있다. 인광 물질이 인광체 입자의 형태를 취할 수 있는 일반적인 파장 변환 재료의 예이다. 양자점은 파장 변환 재료로서도 기능을 할 수 있다.
본 명세서에 제공된 소정의 실시형태에 있어서, 파장 변환 재료는 다양한 위치에서 상이한 밀도를 가질 수 있다. 유닛 영역 당 파장 변환 재료의 밀도는 1x1 cm2의 평균 영역 위 아래에 배치된 평균 영역 당 파장 변환 재료의 양이다. 예를 들어, 소정의 실시형태에 있어서, 평균 영역은 조사 조립체의 발광 표면에 위치할 수 있고, 이러한 경우에, 밀도는 발광 표면의 유닛 영역 당 파장 변환 재료의 밀도를 의미한다. 이러한 평균 영역은 발광 장치의 패키지 레벨에서 파장 변환 재료 밀도의 편차, 예를 들어 발광 장치의 밀봉제 층 내의 파장 변환 재료 밀도의 편차를 제외한다.
도 1에는 일 실시형태에 따라 다량의 공간을 조사하는 단일 발광 장치가 예시되어 있다. 어떤 경우에는, 발광 장치는 램버시안 표면 발광 장치이다. 발광 장치(200)는 다량의 공간(202)을 실질적으로 조사할 수 있는 광(204)을 방사할 수 있다. 발광 장치가 실질적으로 조사할 수 있는 광 방사량은 약 10m3보다 클 수 있다(예를 들어, 약 15m3와 동일하거나 크고, 약 25m3와 동일하거나 크고, 약 35m3와 동일하거나 크다). 그러나, 여기서 발광 장치가 조사할 수 있는 공간의 방사량은 전술한 체적 숫자에 제한되는 것은 아니다. 소정의 실시형태에 있어서는, 복수 개의 발광 장치가 램버시안 장치(200)와 유사하게 서로 인접하게 정렬되어(예를 들어, 1차원 또는 2차원을 따라 매설되어) 조합된 발광 표면(예를 들어, 평면과 같은 표면을 덮을 수 있는 인접한 발광 표면)을 갖는 조합된 조사 조립체를 형성할 수 있다.
도 2a에는 일 실시형태에 따라 조명기구를 포함하는 간접 조사되는 일반 조명 조립체가 예시되어 있다. 조사 조립체(200a)는 발광 장치(200b) 및 조명기구(232)를 포함할 수 있다. 조명기구는 단일 광원으로부터 상당히 보다 광범위한 양의 공간까지 지향성 광을 전달 및 분배하는 광학 고정체이다. 비록 도 2a에 예시되어 있는 조사 조립체가 발광 장치에 의해 측방 조명되지만, 대안으로서 또는 추가적으로 일반 조명 조립체가 발광 장치에 의해 후방 조명될 수 있다.
도시되어 있는 바와 같이, 발광 장치는 조명기구로부터 떨어져 있을 수 있다. 즉, 발광 장치 및 조명기구는 별개의 구성요소이다. 소정의 실시형태에 있어서, 그리고 도시되어 있는 바와 같이, 발광 장치는 조명기구에 인접해 있을 수 있다. 예를 들어, 발광 장치의 발광 표면은 조명기구의 광 수용 표면과 접촉해 있을 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 발광 장치의 발광 표면은 조명기구의 광 수용 표면으로부터 소정 거리만큼 떨어져 있을 수 있다.
소정의 실시형태에 있어서, 발광 장치는 후술하는 바와 같은 LED인 것이 바람직할 수 있다. 어떤 경우에는, 발광 장치가 단일 LED 다이와 같은 단일 발광 장치인 것이 바람직할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 발광 장치(200b)에 의해 방사된 광(154)(1차 광이라 함)이 광 혼합 영역(도시되어 있지 않음), 조명기구(232) 또는 이들 양자의 조합 내로 결합될 수 있다. 광 혼합 영역이 발광 장치로부터 방사된 광을 혼합하여, 방사된 광(204)이 광 출력 경계(234)의 다양한 위치에서 실질적으로 균일한 색상을 가질 수 있다.
광 혼합 영역은 주변 매체보다 더 높은 인덱스를 갖는 도광부 또는 도파부를 포함할 수 있다. 도광부는 발광 장치(200b)에 의해 방사된 광을 수용하도록 구성된 에지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광 혼합 영역은 투명 플라스틱(예를 들어, PMMA, 아크릴) 및/또는 유리와 같은 광학적으로 투명한 재료로 형성된 도광부의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. 도광부는 임의의 적절한 형상을 가질 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 도광부는 슬래브 형상(예를 들어, 직사각형 슬래브, 정사각형 슬래브, 사다리꼴 슬래브) 및/또는 다른 적절한 도광 형상을 갖는다.
광(154)은 조명기구(232)에 결합될 수 있다. 조명기구(232)는 발광 표면(234)을 포함할 수 있고, 이 발광 표면을 통해 광(154)이 방사될 수 있다. 조명기구의 발광 표면은 조명기구(232)를 출발하는 광(204)의 일반적인 방향에 실질적으로 수직할 수 있다. 변형예로서 또는 추가적으로, 조명기구를 출발하는 광(204)은 발광 표면에 대해 임의의 각도를 가질 수 있다.
조명기구(232)는 발광 표면(234)을 통해 광을 확산시킬 수 있는 광 추출 형상부를 포함할 수 있다. 조명기구(232)는 그 내부로 투과된 광의 일부 또는 전부를 투과, 발산, 균질화, 및/또는 방사할 수 있는 재료로 이루어진 하나 이상의 구성요소를 포함할 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 조명기구(232)는 그 조명기구(232)의 길이부의 일부 또는 전부를 따라 광이 나갈 수 있도록, 내부로 투과된 광의 일부 또는 전부를 발산, 확산, 균질화, 및/또는 방사할 수 있는 확산 센터부를 포함할 수 있다. 조명기구(232)는 광을 하측으로 그리고 조명기구(232)의 상면으로부터 멀어지게 반사시킬 수 있는 반사층(230)을 포함할 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 조명기구(232)는 발광 표면(234)으로부터의 발광이 발광 표면(234)에 걸쳐 실질적으로 균일한 광도(예를 들어, 약 20% 편차 미만, 약 15% 편차 미만, 예를 들어 약 10% 편차 미만)를 갖도록 구성 및 정렬될 수 있다.
적절한 조명기구의 예로는 도광부, 패널, 램프 및 고정체가 있을 수 있다. 다른 조명기구도 가능하다. 소정의 실시형태에 있어서, 조명기구는 원통 형상을 가질 수 있고, 다른 실시형태에서는 평면 형상일 수 있다. 다른 형상도 또한 가능하다.
바람직한 실시형태에 있어서, 광 혼합 영역이 필요하지 않을 수 있다. 발광 장치로부터 추출되는 광은 이미 원하는 색상일 수 있고, 복수의 색의 광을 혼합할 필요가 없을 수 있다. 이러한 실시형태에 있어서, 발광 표면(136)에 의해 출력된 광(154)은 조명기구(232)에 직접 결합될 수 있다. 조명기구(232)는 발광 표면(234)을 포함할 수 있고, 이 발광 표면을 통해 광(204)이 방사될 수 있다.
조명기구의 발광 표면은 발광 장치의 발광 표면으로부터 떨어져 있다. 예를 들어, 발광 장치의 발광 표면과 조명기구의 발광 표면 사이의 거리는 적어도 5인치이고, 어떤 실시형태에서는 적어도 15인치이며, 어떤 실시형태에서는 적어도 35인치이고, 어떤 실시형태에서는 적어도 70인치이다.
소정의 실시형태에서, 조명기구(232)는 도광부 또는 도파부를 포함할 수 있다. 광 추출 형상부는 도광 체적부 내에 및/또는 도광부의 상면 및/또는 하면에 위치할 수 있다. 광 추출 형상부의 개수는, 발광 표면을 통한 광 방사가 도광부의 길이를 따라 실질적으로 균일한 것을 보장하도록 도광부의 길이를 따라 변화될 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 도광부의 길이를 따라 방사되는 광의 광도 편차는 약 20% 미만(예를 들어, 약 15% 미만, 약 10% 미만, 약 5% 미만)일 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 조명기구(232)는 플라스틱 재료(예를 들어, 아크릴, PMMA) 또는 유리와 같은 광학적으로 투명한 재료로 형성된 도광부의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.
일반 조명 조립체(200a)는 하나 이상의 인광체 및/또는 하나 이상의 유형의 양자점과 같은, 조명기구(232) 내의 하나 이상의 위치에 파장 변환 재료를 포함할 수 있다. 파장 변환 재료는 제1 파장 스펙트럼을 갖는 1차 광을 상기 1차 파장 스펙트럼과 상이한 제2 파장 스펙트럼을 갖는 2차 광으로 흡수 및 변환시킬 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 파장 변환 재료는 더 높은 에너지(예를 들어, 더 짧은 파장)를 가진 광을 더 낮은 에너지(예를 들어, 더 긴 파장)를 가진 광으로 다운 컨버팅할 수 있다. 예를 들어, 파장 변환 재료는 청색광 및/또는 자외선 광을 적색광, 녹색광, 황색광, 청색광, 또는 이들의 조합과 같은 더 긴 파장 광으로 다운 컨버팅할 수 있다. 백색광은 복수의 색 예를 들어, 청색과 황색, 또는 청색과, 녹색과, 적색의 조합으로 생성될 수 있다. 이에 따라, 파장 변환 재료를 사용하여 백색광을 형성하는 하나의 방법은 소정의 1차 청색광을 황색광으로 다운 컨버팅하고, 2차 황색광과 변환되지 않은 1차 청색광의 조합에 의해 백색광을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 백색광을 형성하는 다른 방법으로는 소정의 1차 청색광을 예를 들어, 2개 이상의 상이한 파장 변환 재료(예를 들어, 적색광 방사 및 녹색광 방사 파장 변환 재료)를 이용하여 적색광 및 녹색광으로 다운 컨버팅하는 것이 있다. 백색광을 형성하는 다른 방법으로는 자외선 광을 예를 들어, 2개 이상의 상이한 파장 변환 재료(예를 들어, 적색광 방사, 녹색광 방사, 및 청색광 방사 파장 변환 재료)를 이용하여 적색광, 녹색광 및 청색광으로 다운 컨버팅하는 것이 있다.
소정의 실시형태에 있어서, 파장 변환 재료가 혼합 영역 내에 배치되어 있다. 조명 조립체의 파장 변환 재료의 존재에 의해 조사 조립체로부터의{예를 들어, 발광 표면(234)을 거쳐} 광의 혼합 및/또는 추출 공정이 촉진될 수 있다. 파장 변환 재료는 발광 장치(154)로부터의 1차 광의 일부 또는 전부가 혼합 영역 내에서 파장 변환될 수 있도록 혼합 영역의 일부 또는 전부 내에 배치될 수 있다. 파장 변환의 공정은, 발광 장치(200b)의 배열에 기초하여 소정의 방향으로 진행되는 1차 광(154)이 파장 변환 재료에 의해 흡수되고, 2차 광이 동일한 확률로 임의의 다른 방향으로 다시 방사될 수 있기 때문에, 광 균질화를 촉진시킬 수 있다. 이로 인하여 광 출력 경계(234)에서 실질적으로 균일한 광을 제공하기 위해 사용되는 혼합 영역의 길이가 감소될 수 있다. 혼합 영역 내의 파장 변환 재료의 배치는 혼합 영역으로부터의 2차 광, 또는 1차 광과 2차 광의 조합의 출력을 제공할 수 있다.
다른 실시형태에 있어서, 파장 변환 재료는 발광 장치의 표면에 배치되어 있다. 발광 장치에 배치된 파장 변환 재료에 의해 발광 장치의 표면으로부터의 광이 실질적으로 혼합되어 원하는 색상으로 될 수 있다. 이러한 배치는 혼합 영역을 필요로 하지 않을 수 있고, 램버시안 장치(200b)가 조명기구(232)에 직접 결합되는 것을 허용할 수 있다. 이러한 실시형태에 있어서, 파장 변환 재료는 조명기구(232) 내에 배치될 수 있다. 파장 변환 재료는 조명기구(232)의 일부 또는 전부 내에 위치하여, 발광 장치(154)로부터의 1차 광의 일부 또는 전부가 조명기구(232) 내에서 파장 변환될 수 있다.
소정의 실시형태에 있어서, 파장 변환 재료는 임의의 광 영역을 통해 균일하게 분배될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 파장 변환 재료는 영역의 적어도 2개의 위치에서 변화하는 밀도를 가질 수 있다. 예를 들어, 파장 변환 재료의 밀도는 광 출력 경계(234)에서 가장 높을 수 있다. 변형예로서, 파장 변환 재료의 밀도는 광 출력 경계(234)에서 가장 낮을 수 있다. 파장 변환 재료 밀도는 광 출력 경계로부터의 거리의 함수(또는 상응하게, 광원으로부터의 거리의 함수)로서 등급화되고 변화(예를 들어, 감소 또는 증가)될 수 있다.
하나 이상의 상이한 파장 변환 재료는 조사 조립체 내에 포함될 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 파장 변환 재료는 제1 주파장(主波長)을 갖는 2차 광을 방사할 수 있는 1차 파장 변환 재료와, 상기 제1 주파장과 상이한 제2 주파장을 갖는 2차 광을 방사할 수 있는 제2 파장 변환 재료를 포함하고 있다. 제1 파장 변환 재료는 램버시안 장치와 제2 파장 변환 재료 사이의 광학 경로 내에 배치될 수 있다. 제1 주파장은 제2 주파장보다 클 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 제1 주파장은 제2 주파장보다 작을 수 있다. 파장 필터가 제1 파장 변환 재료와 제2 파장 변환 재료 사이의 광학 경로 내에 배치될 수 있고, 제2 파장 변환 재료에 의해 방사되는 광을 반사하고, 제1 파장 변환 재료와 램버시안 장치에 의해 방사되는 광을 투과시키도록 구성되어 있다.
도 2b에는 일 실시형태에 따른 램버시안 장치(200b)가 예시되어 있다. 발광 장치는 발광 표면(138)을 가진 발광 다이오드(131)를 포함할 수 있다. 발광 다이오드는 와이어 접합부(222)를 통해 절연층(224) 상에 배치된 접점 패드(226)에 연결될 수 있다. 발광 장치(200b)는 구동부로의 입력부(212, 214)와 구동부 접속부(216, 218)를 포함하는 구동/파워 변환기(210)를 포함할 수 있다. 구동/파워 변환기는 전기적인 입력부(212, 214)를 통해 발광 장치(200b)의 제어를 가능하게 할 수 있다. 구동/파워 변환기는 접점 패드(226)와 히트 싱크(206)에 접속되어 있다.
구동부는 하나 이상의 발광 장치에 전력을 제공하고 조절할 수 있는 전원 또는 전력 구성부품일 수 있다. 구동부는 하나 이상의 발광 장치에 전력 신호를 제공할 수 있고, 여기서 전력 신호는 펄스 또는 연속 파형을 비롯한(그러나, 이에 제한되는 것은 아니다) 임의의 적절한 파형을 가질 수 있다. 하나의 이상의 발광 장치에 공급되는 전력은 전력 신호의 지속 사이클 및/또는 전력 신호의 크기를 변경함으로써 변화될 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 하나 이상의 발광 장치에 제공되는 펄스형 전력 신호의 지속 사이클은 펄스 주파수, 펄스의 폭, 및/또는 펄스의 크기를 변경함으로써 변화될 수 있다. 펄스 신호는 발광 장치가 원하는 지속 사이클(예를 들어, 발광 장치가 75% 시간 "온" 상태인 것을 의미하는 75% 지속 사이클)로 작동될 수 있게 한다. 이것은 100% 지속 사이클 또는 연속적인 "온" 상태와는 다르다. 펄스 또는 온/오프 시간은, 사람의 눈이 발광 장치가 계속하여 "온" 상태로 있는 것으로 판단하도록 충분히 빠르게(예를 들어, 약 수 마이크로초) 스위칭될 수 있다.
소정의 실시형태에 있어서, 발광 장치는 히트 싱크 핀(208)을 가진 히트 싱크(206)를 포함할 수 있고, 상기 히트 싱크는 구리 코어(220)에 부착되어 있다. 히트 싱크를 포함하는 발광 장치의 다양한 실시형태에 의하면 발광 다이로부터 20W 보다 큰(예를 들어, 10W 보다 크거나, 25W 보다 크거나, 또는 50W 보다 큰) 열을 소산시킬 수 있다. 이러한 다량의 열을 추출하는 능력은 일반적으로 운전 동안에 상당한 열 에너지를 발생시키는 고출력 발광 장치의 사용에 의해 촉진될 수 있다.
임의의 적절한 외부 히트 싱크가 사용될 수 있다. 히트 싱크는 패시브 및/또는 액티브 열교환 기구를 포함할 수 있고, 본 발명은 이러한 점에 제한되지 않는다. 패시브 히트 싱크는 하나 이상의 재료로 형성된 구조체를 포함할 수 있는데, 상기 재료는 구조체 내의 온도 차이에 의해 열을 전도한다. 패시브 히트 싱크는 주변 대기와의 표면 접촉 영역을 증가시켜서 주변 대기와의 열교환을 촉진시킬 수 있는 돌출부(208){예를 들어, 핀(fin), 빗 형상부, 못 형상부 등}를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 패시브 히트 싱크는 구리 슬러그 코어(220)를 포함할 수 있는데, 구리 슬러그 코어는 이 구리 슬러그 코어로부터 열을 방출하는 주변 알루미늄 핀에 열 에너지를 전도할 수 있는 열전도성 재료를 제공한다. 추가의 실시형태에 있어서, 패시브 히트 싱크는 채널을 포함할 수 있는데, 이 채널에서 유체(예를 들어, 액체 및/또는 기체)가 유체 내의 대류를 통해 열 추출에 도움을 주도록 유동할 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에 있어서, 히트 싱크는 열 제거를 촉진시키는 열 파이프를 포함할 수 있다. 적절한 열 파이프를 라이트스트림 포토닉스(Lightstream Photonics)와 후루가와 아메리카(Furukawa America)와 같은 제조업체로부터 입수할 수 있지만, 본 명세서에 제공된 실시형태가 이러한 예의 열 파이프에만 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 열 파이프는 임의의 적절한 형상을 갖도록 구성될 수 있고, 반드시 원통형으로만 제한되는 것은 아니다. 다른 열 파이프 형상으로는 임의의 원하는 치수를 가진 직사각형이 있을 수 있다.
소정의 실시형태에 있어서, 발광 장치는 높은 파워를 가진 광을 방사할 수 있다. 아래에 더 자세히 설명하는 바와 같이, 방사된 광의 높은 파워는 발광 장치의 광 추출 효율에 영향을 주는 패턴으로 인한 것일 수 있다. 예를 들어, 발광 장치에 의해 방사된 광은 0.5W보다 큰(예를 들어, 1W보다 크거나, 5W보다 크거나, 10W보다 큰) 총 파워를 가질 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 발생된 광은 100W보다 작은 총 파워를 갖고 있지만, 이것이 모든 실시형태를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 발광 장치로부터 방사된 광의 총 파워는 분광계를 구비하는 적분구(integrating sphere), 예를 들어 스피어 옵틱스 랩 시스템(Sphere Optics Lab Systems)로부터의 SLM12를 사용하여 측정될 수 있다. 소망하는 파워는 부분적으로 발광 장치가 내부에 사용되는 광학 시스템에 따라 달라진다. 예를 들어, 일반 고체 상태 조명 시스템은 복합체에 대한 필요성을 제거할 수 있는 단일 고휘도 발광 장치의 통합으로부터 이득을 얻을 수 있다. 발광 장치가 통상적인 일반 솔리드 스테이트 조명 시스템에 사용된다.
또한, 발광 장치에 의해 발생된 광은 높은 총 파워 플럭스를 가질 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "총 파워 플럭스(total power flux)"라는 용어는 방사 영역에 의해 분할되는 전체 파워를 의미한다. 소정의 실시형태에 있어서, 총 파워 플럭스는 0.03 W/mm2, 0.05 W/mm2, 0.1 W/mm2, 또는 0.2 W/mm2보다 크다. 그러나, 본 명세서에 제공된 시스템 및 방법에 사용되는 발광 장치는 전술한 파워 및 파워 플럭스 값에 제한되는 것은 아님을 이해하여야 한다.
소정의 실시형태에 있어서, 조사 조립체(200a)는 일반적인 조사를 위한 광원으로서 기능을 할 수 있다. 이러한 실시형태에 있어서, 조사 조립체는 다량의 공간을 통해 실질적으로 동일한 광도를 균일하게 분배할 수 있다. 이러한 실시형태에 있어서, 광원은 단일 형광 및 단일 백열 광원을 단일 광원으로 대체하는 것으로 의도된다. 이러한 실시형태에 있어서, 발광 장치는 백색광을 방사할 수 있다.
도 3에는 일 실시형태에 따라 발광 장치로부터 광을 원격 방사하는 광학 조사 루팅 조립체의 사시도가 예시되어 있다. 광학 조사 루팅 조립체가 원래의 광원으로부터 원격 위치에 광이 발송되는 것을 허용한다. 발송된 광은 원래의 광원으로부터 소정 거리 떨어진 광 출력 포트를 통해 출력된다. 광학 조사 루팅 조립체의 임의의 실시형태는 광이 발송되는 적어도 하나의 광 출력 포트를 가질 것이다.
일 실시형태에 있어서, 조립체는 도광부(238)를 포함하고 있다. 도광부(238)는 광 입력 단부(236)와 광 출력 단부(240)를 포함하고 있다. 발광 장치(154)로부터 방사된 광은 광 입력 단부(236)를 통해 수용되고, 광 출력 단부(240)에서 광(204)으로서 다시 방사될 때까지 도광부(238)를 통해 진행한다. 광 출력 단부(240)는 광학 조사 루팅 조립체의 광 출력 포트에 상응한다. 다시 방사된 광(204)은 도광부(238)로 도입되는 광(154)의 적어도 일부로 구성된다. 조립체(300)는, 광 출력 단부(240)에서의 광(204)의 부분이 광 입력 단부(236)에서 도광부로 도입되는 양과 실질적으로 동일한 양의 광이다.
일 실시형태에 있어서, 도광부는 형상이 원통형(예를 들어, 원형 또는 타원형 단면을 가진 막대형)이다. 그러나, 도광부는 발광원으로부터 떨어져서 실질적으로 동일한 양의 광을 전달하기에 적합한 다른 도광부 형상으로 이루어질 수 있다. 바람직한 실시형태에 있어서, 원통형 도광부는 광학적으로 투명한 재료 유리 또는 플라스틱 재료(예를 들어, 아크릴, PMMA)로 형성될 수 있는 광학 섬유로 이루어져 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 광학 섬유는 가요성이 있어서 원하는 구성으로 만곡될 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 광학 섬유는 광 파이프를 포함할 수 있다. 일반적인 광 파이프는 솔리드 코어 섬유를 포함하고, 클래드층과 실드층으로 둘러싸여져 있다.
소정의 실시형태에 있어서, 조사 조립체는 단일 색의 광을 방사할 수 있다. 예를 들어, 발광 장치는 적색광, 녹색광, 청색광, 황색광, 및/또는 청록색광 발광 장치일 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 발광 장치는 소정 스펙트럼의 파장을 갖는 광을 방사하는 다색 발광 장치이다. 예를 들어, 발광 장치는 적색광-녹색광-청색광 발광 장치일 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 발광 장치는 적색광-녹색광-청색광-황색광 발광 장치일 수 있다. 또 다른 실시형태에 있어서, 발광 장치는 적색광-녹색광-청색광-청록색광 발광 장치일 수 있다. 또 다른 실시형태에 있어서, 발광 장치는 적색광-녹색광-청색광-청록색광-황색광 발광 장치이다. 또한, 조사 조립체는 또한 전술한 바와 같은 발광 장치 형태의 조합체를 포함할 수도 있다. 물론, 본 발명의 실시형태에서 상이한 색상의 발광 장치가 사용될 수도 있다.
도 4에는 일 실시형태에 따라 원통형 도광부의 광 출력 단부에서 파장 변환 재료를 포함하는 광학 조사 루팅 조립체에 대한 사시도가 예시되어 있다. 제1 파장을 갖는 광 출력 단부(240)로부터 방사되는 광의 일부 또는 전부가 파장 변환 재료(302)에 의해 흡수되고, 상이한 제2 파장(304)을 갖는 광으로서 방사된다.
일 실시형태에 있어서, 파장 변환 재료는 인광 물질로 코팅된 구성요소를 포함할 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 파장 변환 재료 구성요소는 적절한 형상을 가질 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 상기 구성요소는 원통형 도광부의 광 출력 단부와 실질적으로 직경이 동일한 얇은 디스크형일 수 있다.
소정의 실시형태에 있어서, 인광 물질은 입자 형태로 존재할 수 있다. 파형 변환 재료 영역은 다수의 방법에 의해 형성될 수 있다. 이러한 방법으로는 프린팅, 몰딩(예를 들어, 사출 성형), 코팅, 스프레이, 및/또는 엠보싱이 채택될 수 있다. 예를 들어, 프린팅 공정(예를 들어, 제트 프린팅 공정)을 이용하여 조사 조립체의 발광 표면의 단위 영역마다 공간적으로 변화하는 밀도를 가진 파장 변환 재료를 생성시킬 수 있다. 프린터 카트리지는 파장 변환 재료(예를 들어, 인광체 및/또는 양자점)로 이루어진 용액을 포함할 수 있다. 이어서, 상이한 위치에서 더 긴 프린팅 단계를 수행함으로써 파장 변환 재료 영역의 변화하는 두께가 조성될 수 있다. 변형예로서 또는 추가적으로, 크기가 작은(예를 들어, 500 미크론, 200 미크론, 또는 100 미크론보다 작은) 소형 형상부(예를 들어, 점, 줄)가 공간적으로 변화하는 가장 가까운 인접 거리로 프린팅될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 파장 변환 재료는 몰딩된 도광부와 같은 몰딩된 구성요소의 다양한 위치에서 변화하는 밀도를 갖도록 몰딩 재료(예를 들어, PMMA 또는 아크릴과 같은 폴리머) 내에 포함될 수 있다. 입자는 복합 구조 또는 플레이트를 형성하도록 제2 재료(예를 들어, 에폭시와 같은 봉입제 또는 접착제)에 분배될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 파장 변환 재료는 다결정 또는 단일 결정 인광 물질일 수 있다. 또 다른 실시형태에 있어서, 인광체 대신에 양자점이 파장 변환 재료로서 작용할 수도 있다.
임의의 적절한 인광 물질 또는 복수의 인광 물질의 조합체가 사용될 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 인광 물질은 (Y, Gd)(Al, Ga)G:Ce3 + 또는 "YAG"(이트륨 알루미늄 가닛; yttrium aluminum garnet) 인광체, Tb3Al5O12:Ce3 + 또는 "TAG"(테르븀 알루미늄 가닛; terbium aluminum garnet), 또는 실리케이트계 인광 물질로 형성될 수 있다. 광 발생 영역으로부터 방사된 청색광에 의해 펌핑될 때, 인광 물질이 활성화되고 황색 파장 주변에 집중된 광대역 스펙트럼을 가진 광을 예를 들어 등방적으로 방사할 수 있다. 발광 장치로부터 나오는 전체 광 스펙트럼의 뷰어가 황색 인광 광대역 방사 스펙트럼과, 청색 인듐갈륨질소 협대역 방사 스펙트럼을 판별하고, 일반적으로 백색을 인식하도록 2개의 스펙트럼을 혼합시킨다.
도 5에는 일 실시에에 따라 도광부를 원격 조명하는 원통형 도광부를 포함하는 광학 조사 루팅 조립체에 대한 사시도가 예시되어 있다. 발광 장치를 조사 조립체로부터 이격하여 배치하면 보다 가요성 있고 공간 절약적인 일반 조명 구성을 가능하게 할 수 있다.
발광 장치에 의해 출력된 광(154)의 일부 또는 전부는 도 2a의 조명기구(232)로 구성된 도광부로 투과될 수 있다. 도광부(232)는 출력 단부(240)에 의해 원통형 도광부에 결합된다. 도광부의 발광 표면은 도광부(232)를 출발하는 광(204)의 일반적인 방향에 실질적으로 수직할 수 있다. 변형예로서 또는 추가적으로, 제2 도광부를 출발하는 광(204)은 발광 표면에 대해 임의의 각도를 가질 수 있다.
도광부(232)는 발광 표면(234)을 통해 광을 확산시킬 수 있는 광 추출 형상부를 포함할 수 있다. 도광부(232)는 내부로 투과된 광의 일부 또는 전부를 투과, 발산, 균질화, 및/또는 방사할 수 있는 재료(들)로 이루어진 하나 이상의 구성요소를 포함할 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 도광부(232)는 내부로 투과된 광의 일부 또는 전부를 발산, 확산, 균질화, 및/또는 방사할 수 있는 확산 센터부를 포함하여, 광이 제2 도광부(232) 길이의 일부 또는 전부를 따라 빠져나갈 수 있다. 도광부(232)는 광을 하측으로 그리고 도광부의 상면으로부터 멀어지게 반사할 수 있는 반사층(230)을 포함할 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 도광부(232)는, 발광 표면(234)으로부터의 광 방사가 발광 표면(234)에 걸쳐 실질적으로 균일한 광도(예를 들어, 편차가 약 20%보다 작거나, 약 15%보다 작거나, 약 10%보다 작음)를 갖도록 구성 및 정렬될 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 도광부(232)는 복수의 발광 표면(234)를 포함할 수 있다.
소정의 실시형태에 있어서, 파장 변환 재료가 적어도 부분적으로 도광부 내에 배치되어 있다. 파장 변환 재료는 도광부의 일부 또는 전부 내에 위치하여, 발광 장치(154)로부터의 1차 광의 일부 또는 전부가 도광부 내에서 파장 변환될 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 파장 변환 재료는 반사면(230) 위에 배치된 층일 수 있다. 추가적으로 또는 변형예로서, 파장 변환 재료는 광 추출 표면(234) 위에 배치된 층일 수 있다.
소정의 실시형태에 있어서, 조사 조립체는 광원이 디스플레이로부터 떨어져 배치된 초박형 디스플레이용의 백라이트 유닛으로서 기능을 할 수 있다. 이러한 하나의 실시형태가 도 6의 사시도에 예시되어 있다. 광원과, 전자 제어 시스템과, 열 소산 요소를 스크린으로부터 이격시켜 배치하면, 디스플레이를 초박형으로 그리고 벽 걸이식으로 되게 할 수 있다. 초박형 디스플레이 패널과 발광 장치는 수직으로 배치될 수 있다. 발광 장치는 소정 거리(예를 들어, 약 1m, 약 2m, 또는 약 3m) 보다 멀리 떨어져 위치할 수 있다. 발광 장치와 원통형 도광부는 시야로부터 가려져 있지만, 도광부는 초박형 디스플레이에 부착되어 있을 수 있다.
다른 실시형태에 있어서, 조사 조립체는 컴퓨터용 초박형 디스플레이 패널로서 기능을 할 수 있다. 이러한 하나의 실시형태가 도 7의 사시도에 예시되어 있다. 디스플레이 베이스(246)는 광원과 컴퓨터 처리 하드웨어를 포함할 수 있다. 이러한 실시형태에 있어서, 광은 디스플레이 베이스(246) 내에 위치하는 공간 균질기(238)에 의해 산개될 수 있다. 키보드(244), 또는 다른 입력 또는 출력 장치는 디스플레이 베이스(246) 내의 컴퓨터 처리 하드웨어와 상호작용하는 데에 사용될 수 있는 디스플레이 베이스(246)에 부착될 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 공간 균질기(238)는 도광부를 포함할 수 있다. 도광부는 광 입력 단부(236)와 광 출력 단부(240)를 포함할 수 있다. 광 입력 단부(236)는 발광 장치로부터 방사된 광(154)을 수용하기에 충분히 클 수 있다. 광 출력 단부(240)는 초박형 디스플레이 패널에 결합되도록 충분히 클 수 있다. 도광부(238)는, 타원형 반경부의 2개의 지점에서 즉, 광 입력 단부로부터 광 출력 단부까지 점진적으로 증가하여 초박형 디스플레이 패널에 결합되도록 광(154)을 산개시킬 수 있다.
소정의 실시형태에 있어서, 디스플레이의 하나 이상의 층(230)이 조사 조립체에 의해 조사될 수 있다. 상기 하나 이상의 층(들)(230)은 디스플레이의 액정 광-밸브 픽셀에 대응하는 액정 광 밸브 층을 포함할 수 있다. 이에 따라, 조사 조립체는 액정 디스플레이 층의 백라이트 조립체로서 기능을 할 수 있고, 조사 조립체로부터의 광(154)은 액정 디스플레이 층에 작용할 수 있다.
확산층, 휘도 강화 필름(brightness enhancement films; BEFs), 및/또는 색상 필터와 같이 LCD에 종종 사용되는 다른 층이 조사 조립체의 발광 표면 위에 배치될 수 있다. 디스플레이 백라이트에 추가하여, 조사 조립체는 신호 백라이트, 외부 조명, 내부 조명, 자동차 조명, 및 다른 조명 용도를 비롯한 조사 목적에 사용될 수 있다(그러나, 이러한 용도로 제한되는 것은 아니다). 일반 조명 조립체에 있어서, 조사 조립체는 그대로 사용되거나, 조립체의 발광 표면 위에 배치된 다른 층을 가질 수 있는데, 예를 들어 하나 이상의 층이 조사 조립체 위에 배치되어 조명 특성을 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 구조화 또는 패턴화 층 또는 광학부(예를 들어, 폴리머 및/또는 유리 부품)가 조립체 위에 배치될 수 있다.
도 8에는 일 실시형태에 따라 복수의 원통형 도광부를 포함하는 광학 조사 루팅 조립체의 사시도가 예시되어 있다. 도 8에 도시되어 있는 조사 조립체는 발광 다이오드 및/또는 레이저 다이오드를 포함할 수 있는 단일 램버시안 표면 방사 장치를 포함할 수 있다. 발광 장치에 의해 출력되는 광(154)은 하나의 광 입력 단부(236)와 복수의 광 출력 단부(240a, 240b, 240c)를 가진 원통형 도광부에 결합될 수 있다. 광(154)은, 단일 원통형 도광부(242)에 결합되는 복수의 원통형 도광부(238a, 238b, 238c)들 사이에서 분할되어 각각의 광(204a, 204b, 204c)으로서 별개로 방사된다. 일 실시형태에 있어서, 광(204a, 204b, 204c)은 동일한 매칭된 파장일 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 광(204a, 204b, 204c)은 각각 상이한 파장일 수 있다. 복수의 광 출력 단부(240a, 240b, 240c)는 발광 장치로부터의 광(154)과 실질적으로 동일한 양의 광이 되도록 조합된 광(204a, 204b, 204c)을 출력하도록 구성될 수 있다.
도 9에는 일 실시형태에 따라 복수의 원통형 도광부의 광 출력 단부 각각에 파장 변환 재료를 포함하는 광학 조사 루팅 조립체에 대한 사시도가 예시되어 있다. 제1 파장을 갖는 광 출력 단부(240a, 240b, 240c)로부터 방사된 광의 일부 또는 전부가 파장 변환 재료(302a, 302b, 302c)에 의해 흡수되어, 상이한 제2 파장(304a, 304b, 304c)을 갖는 광으로서 방사될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 각각의 파장 변환 재료(302a, 302b, 302c)는 동일할 수 있고, 동일한 제2 파장(304a, 304b, 304c)을 방사할 수 있다. 변형예로서, 각각의 파장 변환 재료(302a, 302b, 302c)는 상이할 수 있고, 상이한 제2 파장(304a, 304b, 304c)을 방사할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 파장 변환 재료는 인광 물질로 코팅된 플레이트를 포함할 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 인광 물질은 입자 형태로 존재할 수 있다. 인광체는 스프레이, 스텐실, 스핀-온 글래스, 전자성형, 스핀 코팅, 분사 몰딩 및 박층 퇴적을 비롯한 다양한 기법에 의해 도포될 수 있다. 입자는 복합 구조 또는 플레이트를 형성하도록 제2 재료(예를 들어, 에폭시와 같은 봉입제 또는 접착제)에 분배될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 파장 변환 재료는 다결정 또는 단결정 인광 물질일 수 있다. 또 다른 실시형태에 있어서, 인광체 대신에 양자점이 파장 변환 재료로서 기능을 할 수도 있다. 임의의 적절한 인광 물질 또는 인광 물질의 조합체가 사용될 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 인광 물질은 YAG, TAG 또는 실리케이계 인광 물질이다.
소정의 실시형태에 있어서, 파장 변환 재료 플레이트는 임의의 적절한 형상일 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 플레이트는 원통형 도광부의 광 출력 단부와 실질적으로 동일한 반경을 가진 얇은 디스크형일 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 플레이트는 실질적으로 유사한 형상을 갖고, 복수의 출력 단부(240a, 240b, 240c) 사이에서 상호교환가능하도록 구성될 수 있다. 복수의 출력 단부 사이에서 플레이트를 상호교환하면 각 출력 단부에서 광 색상의 맞춤형 생성이 가능하게 된다. 각각의 광 출력 단부에서 상이한 색상의 광이 함께 혼합되어 다양한 조명 효과를 발생시킨다.
도 10에는 일 실시형태에 따라 실질적으로 최대량의 공간을 조사하도록 정렬된 복수의 원통형 도광부를 포함하는 광학 조사 루팅 조립체에 대한 사시도가 예시되어 있다. 발광 장치(200)는 별개의 광 출력 단부(240a, 240b, 240c, 204d)를 가질 수 있는 복수의 원통형 도광부(238a, 238b, 238c, 238d)에 결합될 수 있다. 발광 장치(200)로부터 방사된 광은 복수의 원통형 도광부(238a, 238b, 238c, 238d) 사이에서 분할되어, 각각의 광(204a, 204b, 204c, 204d)으로서 별개로 방사될 수 있다. 별개로 방사된 광(204a, 204b, 204c, 204d)은 실질적으로 다량의 공간(204)을 조사할 수 있다. 일반 조명 조립체에 의해 조사된 공간(204)의 체적이 단일 발광 장치(200)이 조사할 수 있는 공간의 체적보다 클 수 있다. 광 방사 체적(204)은 약 10m3보다 클 수 있다(예를 들어, 약 15m3, 약 25m3, 또는 약 35m3 이상일 수 있다). 그러나, 여기서 일반 조명 조립체가 조사할 수 있는 방사 공간 체적은 전술한 체적 숫자에 제한되는 것이 아님을 이해하여야 한다. 본 명세서에서의 조명 조립체는 도시된 구성, 광 출력 포트, 또는 도광부의 개수에 제한되지 않는다는 것도 이해하여야 한다.
일반 조명 조립체의 복수의 원통형 도광부는 조립체가 조사할 수 있는 공간 체적을 최대화하도록 정렬될 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 광 출력 단부는 발광 장치로부터의 광이 광도가 감소하지 않도록 발광 장치(200)로부터 소정 거리 이격되어 배치되어 있고(즉, 발광 장치로부터의 광도가 광 출력 단부로부터의 광도와 실질적으로 동일하다), 체적 공간 내의 광이 체적 내의 모든 위치에서 실질적으로 균일하다. 소정의 실시형태에 있어서, 광 출력 단부는 서로로부터 그리고 발광 장치로부터 등간격일 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 광 출력 단부는 다른 광 출력 단부에 더 가깝고, 발광 장치로부터 더 떨어져 있을 수 있다. 광 출력 포트를 가진 임의의 개수의 도광부를 사용하여 실질적으로 최대량의 공간을 조사하는 임의의 구성을 만들어 낼 수 있다.
소정의 실시형태에 있어서, 체적 공간 내에 상이한 광도가 필요할 수 있다. 건축법에 따라 조명이 제곱미터 당 특정 광 파워로 제한될 수 있다. 이것은 어떠한 작업이 수행되어야 하는 가에 기초하여 변경될 수 있는 평균 수치이다. 예를 들어, 저장실에는 더 낮은 조명 수준이 필요하고, 사무실에는 더 평균보다 더 높은 조명 수준이 필요할 수 있다. 이 평균 수준은 사람의 효율적인 작업을 위해 충분한 조명을 제공하도록 증가되거나 감소될 수 있다.
도 11에는 일 실시형태에 따라 도 10에서와 같이 정렬되어 있는 복수의 원통형 도광부의 각각의 광 출력 단부에 제2 도광부를 포함하는 광학 조사 루팅 조립체에 대한 사시도가 예시되어 있다. 발광 장치(200)는 별개의 광 출력 단부(240a, 240b, 240c, 240d)를 가질 수 있는 복수의 원통형 도광부(238a, 238b, 238c, 238d)에 결합될 수 있다. 별개의 광 출력 단부(240a, 240b, 240c, 240d)는 제2 도광부(232a, 232b, 232c, 232d)에 결합될 수 있다. 발광 장치(200)로부터 방사된 광이 복수의 원통형 도광부(238a, 238b, 238c, 238d) 사이에서 분할될 수 있고, 제2 도광부로부터의 광(204a, 204b, 204c, 204d)으로서 별개로 방사될 수 있다.
별개로 방사된 광(204a, 204b, 204c, 204d)이 실질적으로 다량의 공간(206)을 조사할 수 있다. 광학 조사 루팅 조립체에 의해 조사되는 공간(206)의 양은, 단일 발광 장치(200)가 조사할 수 있는 공간의 양보다 더 크거나, 또는 도 10의 조명 조립체가 조사할 수 있는 공간의 양보다 클 수 있다. 광 방사량(206)은 약 10m3(예를 들어, 약 15m3, 약 25m3, 또는 약 35m3)보다 클 수 있다. 그러나, 여기서 일반 조명 조립체가 조사할 수 있는 공간의 광 방사량은 전술한 체적 수치에 제한되지 않는 것을 이해하여야 한다. 또한, 여기서 조명 조립체는 도광부 또는 광 출력 포트의 개수에 제한되지 않는 것을 이해하여야 한다.
도광부(232a, 232b, 232c, 232d)는 광 추출 특성을 가질 수 있다. 광 추출 특성은 내부로 투과된 광의 일부 또는 전부를 투과, 발산, 균질화, 및/또는 방사할 수 있는 재료(들)로 이루어진 제2 도광부의 하나 이상의 구성요소를 포함할 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 제2 도광부는, 내부로 투과된 광의 일부 또는 전부를 발산, 확산, 균질화, 및/또는 방사할 수 있는 확산 센터부를 포함하여, 광이 제2 도광부의 길이의 전부 또는 일부를 따라 빠져나갈 수 있다.
도 12에는 일 실시형태에 따라 일반 조명 조립체의 일부이고, 선형적으로 정렬된 광 출력 포트를 포함하는 광학 조사 루팅 조립체에 대한 사시도가 예시되어 있다. 일 실시형태에 있어서, 일반 조명 조립체는 긴 도광부(234)의 길이를 따라 선형적으로 정렬된 복수의 광 출력 포트(250a, 250b, 250c, 250d)를 포함하고 있다. 복수의 광 출력 포트(250a, 250b, 250c, 250d)는 발광 장치(200)에 의해 방사된 광의 일부를 출력하도록 구성될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 함께 집합되어 있는 복수의 광 출력 포트(250a, 250b, 250c, 250d)에 의해 방사된 광(204a, 204b, 204c, 204d) 중 일부가 발광 장치(200)에 의해 방사된 광과 실질적으로 동일할 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 일반 조명 조립체는 실질적으로 다량의 공간(208)을 조사하도록 구성될 수 있다. 광 방사량(208)은 약 10m3(약 15m3 이상, 약 25m3 이상, 또는 약 35m3 이상)보다 클 수 있다. 그러나, 여기서 일반 조명 조립체가 조사할 수 있는 공간의 광 방사량은 전술한 체적 수치에 제한되지 않는 것을 이해하여야 한다. 또한, 여기서 조명 조립체는 도광부의 개수 또는 광 출력 포트의 개수에 제한되지 않는 것을 이해하여야 한다.
도 12의 광학 조사 루팅 조립체는 전파된 광을 조사 목적을 위해 하측으로 굴절된 광으로 효과적으로 변환시킬 수 있게 한다. 소정의 실시형태에 있어서, 복수의 광 출력 포트(250a, 250b, 250c, 250d)는 도광부(234) 표면의 편차에 의해 생성될 수 있는 광 확산 센터부일 수 있다. 발광 장치(200)에 의해 방사된 광은 도광부(234)의 길이부를 통해 이동할 수 있고, 광이 확산 센터부에 도달했을 때 확산 또는 추출될 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 확산 센터부는 광 추출 마이크로렌즈일 수 있다.
다른 실시형태에 있어서, 표면 편차는 상이한 밀도의 파장 변환 재료의 영역일 수 있다. 이러한 상이한 밀도 영역은 도광부(234)를 관통하여 배치되거나, 광이 추출되어야 하는 위치에만 배치될 수 있다. 상이한 밀도 영역의 예가, 본 명세서에 전체로서 참조로 통합되고, 2007년 7월 31일자로 "파장 변환 재료를 포함하는 조사 조립체"라는 발명의 명칭으로 출원된 미국 특허 출원 번호 제11/831,267 호에 제공되어 있다.
소정의 실시형태에 있어서, 본 명세서에 제공된 조사 조립체의 발광 장치는 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 발광 장치(예를 들어, 발광 다이오드)는 고체 상태 장치일 수 있다. 발광 장치(예를 들어, 발광 다이오드)는 반도체 기반일 수 있다. 예를 들어, 발광 장치(예를 들어, 발광 다이오드)는 Ⅲ-Ⅴ 반도체를 포함할 수 있다. 도 13에는 일 실시형태에 따라 발광 장치의 일 실시예일 수 있는 발광 다이오드(LED)가 예시되어 있다. 적절한 LDE가 본 명세서에 전체로서 참조로 합체되어 있는 미국 특허 번호 제 6,831,302 호에 기재되어 있다. 여기서 제공되는 다양한 실시형태는 레이저 다이오드와 같은 다른 발광 장치와, OLED라고도 불리우는 유기 LED와 같은 상이한 구조를 갖는 LED에 적용될 수 있다. 도 13에 도시되어 있는 LED(1600)는 지지 구조체(도시되어 있지 않음)에 배치될 수 있는 다층 적층부(31)를 포함하고 있다. 다층 적층부(31)는 n-도핑층(들)(35)과 p-도핑층(들)(33)사이에 형성된 활성 영역(34)을 포함할 수 있다. 적층부는, p-측부 접점으로서 기능을 할 수 있고 광학 반사층으로서도 기능할 수 있는 전기 전도층(32)을 포함할 수 있다. n-도핑층(35)에는 n-측부 접점 패드(36)가 배치될 수 있다. 전기 전도성 핑거부(도시되어 있지 않음)은 접점 패드(36)로부터 표면(38)을 따라 연장되어, LED 구조체로의 균일한 전류 주입을 가능하게 한다.
LED는 도 13에 도시되어 있는 구조, 예를 들어 n-도핑 및 p-도핑 측부가 접점 패드(36)와 접촉하는 p-도핑 영역과 전기 전도층(32)과 접촉하는 n-도핑 영역을 갖는 LED를 형성하도록 상호 변경될 수 있는 구조에 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 후술하는 바와 같이, 전기적 포텐셜이 접점 패드에 인가되어, 활성 영역(34) 내에 광이 발생되고, 발광 표면(38)을 통해 발생된 광의 적어도 일부가 방사된다(화살표 152로 표시됨). 후술하는 바와 같이, 광 추출 및/또는 광 시준(視準)과 같은 광 방사 특성에 영향을 줄 수 있는 패턴을 형성하도록 구멍(39)이 발광 표면에 규정될 수 있다. 제공된 대표적인 LED 구조에 다른 변경이 가해질 수 있고, 이 점에 있어서 본 실시형태가 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다.
LED의 활성 영역은 배리어 층에 의해 둘러싸인 하나 이상의 양자 우물을 포함할 수 있다. 양자 우물 구조는 반도체 재료층(예를 들어, 단일 양자 우물)에 의해 규정되거나, 또는 배리어 층과 비교하여 더 작은 전자 밴드 갭을 가진 하나 초과의 반도체 재료층(예를 들어, 다중 양자 우물)에 의해 규정될 수 있다. 양자 우물 구조용의 적절한 반도체 재료층은 InGaN, AlGaN, GaN 및 이들 층의 조합체(예를 들어, 교번하는 InGaN/GaN 층으로서, 여기서 GaN 층이 배리어 층으로서 기능을 한다)를 포함할 수 있다. 일반적으로, LED는 Ⅲ-Ⅴ 반도체(예를 들어, GaAs, AlGaAs, AlGaP, GaP, GaAsP, InGaAs, InAs, InP, GaN, InGaN, InGaAlP, AlGaN과 이들의 조합체 및 합금)와, Ⅱ-Ⅵ 반도체(예를 들어, ZnSe, CdSe, ZnCdSe, ZnTe, ZnTeSe, ZnS, ZnSSe, 및 이들의 조합체 및 합금), 및/또는 다른 반도체를 비롯한 하나 이상의 반도체 재료를 포함하는 활성 영역을 포함할 수 있다. 양자점 또는 유기 발광층과 같은 다른 발광 재료가 가능하다.
n-도핑층(들)(35)은 실리콘 도핑 GaN 층(예를 들어, 약 4000nm의 두께를 갖고 있음)을 포함할 수 있고, 및/또는 p-도핑층(들)(33)은 마그네슘 도핑 GaN 층(예를 들어, 약 40nm의 두께를 갖고 있음)을 포함할 수 있다. 전기 전도층(32)은 반사층{예를 들어, 활성 영역(34)에 의해 발생된 전파 광을 상방 및 하방으로 반사함}으로 작용할 수도 있는 은 층(예를 들어, 약 100nm의 두께를 갖고 있음)일 수 있다. 또한, 도시되어 있지 않지만, LED에는 다른 층이 포함되어 있을 수 있는데, 예를 들어 AlGaN 층이 활성 영역(34)과 p-도핑층(들)(33) 사이에 배치될 수 있다. 본 명세서에 기재되지 않은 성분도 LED의 층에 적합할 수도 있다는 것을 이해하여야 한다.
구멍(39)으로 인하여, LED는 패턴에 따라 공간적으로 변화되는 유전 함수를 가질 수 있다. 전형적인 구멍 크기는 약 1 미크론(예를 들어, 약 750nm, 약 500nm, 또는 약 250nm)보다 작을 수 있고, 구멍 사이의 전형적인 최소 인접 거리는 약 1 미크론(예를 들어, 약 750nm, 약 500nm, 또는 약 250nm)보다 작을 수 있다. 또한, 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 구멍(39)은 동축적이지 않을 수 있다.
패턴에 따라 공간적으로 변화되는 유전 함수는 LED에 의해 방사되는 광의 시준 및/또는 추출 효율에 영향을 줄 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, LED 층이 패턴에 따라 공간적으로 변화되는 유전 함수를 가질 수 있다. 예시적인 LED(1600)에 있어서, 패턴은 구멍으로 형성되지만, 경계에서의 유전 함수의 편차는 반드시 구멍으로 인한 것일 필요는 없다는 것을 이해하여야 한다. 패턴에 따른 유전 함수의 편차를 발생시키는 임의의 적절한 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 패턴은 발광 표면(38) 및/또는 층(35)의 조성을 변경시킴으로써 형성될 수 있다. 패턴은 주기적이거나{예를 들어, 단순 반복 셀을 갖거나, 복잡한 반복 수퍼-셀(super-cell)을 갖는다}, 또는 주기적이지 않을 수 있다. 본 명세서에서 언급하는 바와 같이, 복잡한 주기적 패턴은 주기적 방식으로 반복되는 각 유닛 셀의 하나 초과의 형상부를 갖는 패턴이다. 복잡한 주기적 패턴의 예로는 허니컴 패턴, 허니컴 베이스 패턴, (2x2) 베이스 패턴, 링 패턴, 및 아르키메디안 패턴(Archimedean pattern)이 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 복잡한 주기적 패턴은 소정의 직경을 가진 임의의 구멍과, 더 작은 직경을 가진 다른 구멍을 가질 수 있다. 본 명세서에서 언급하는 바와 같이, 비주기적 패턴은 하나 이상의 발광부에 의해 발생되는 광의 피크 파장의 적어도 50배의 길이를 갖는 유닛 셀에 대해 병진 대칭성(translational symmetry)을 갖는 패턴이다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 피크 파장은 예를 들어 분광방사계(spectroradiometer)를 사용하여 측정된 최대 광도를 갖는 파장을 의미한다. 비주기적인 패턴의 예로는 비반복적 패턴, 준-결정 패턴(quasi-crystalline pattern){예를 들어, 8중 대칭성(8-fold symmetry)을 갖는 준-결정 패턴}, 로빈손 패턴(Robinson pattern), 및 아만 패턴(Amman pattern)이 있다. 또한, 비주기적 패턴으로는 본 명세서에 참조용으로 전체가 합체되어 있는 에르차크 명의의 미국 특허 제 6,831,302 호에 기재되어 있는 이조 패턴(detuned pattern)이 있을 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 장치가 거친 표면을 포함할 수 있다. 표면 조도는 예를 들어 방사된 광의 파장과 관련될 수 있는 평균 형상부 크기에 대략 동일한 제곱 평균(rms) 조도를 가질 수 있다.
소정의 실시형태에 있어서, 발광 장치의 경계면이 광 격자(photonic lattice)를 형성할 수 있는 구멍으로 패터닝되어 있다. 광 격자와 같이 공간적으로 변화되는 유전 함수를 가진 적절한 LED가 예를 들어, 본 명세서에 참조용으로서 전체가 합체되어 있고, 2003년 11월 26일자로 "개선된 추출 효율을 가진 발광 장치"라는 발명의 명칭으로 출원된 미국 특허 제 6,831,302 B2호에 기재되어 있다. LED의 높은 추출 효율이 방사된 광의 고출력과 이에 따른 고휘도를 의미하며, 이는 다양한 광학 시스템에서 바람직할 수 있다.
또한, 각도 변위 변형을 포함하는(그러나 이에 제한되는 것은 아니다) 수학적 함수에 따른 전구체 패턴의 변형에 부합하는 패턴을 비롯한 다른 패턴이 가능할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 패턴은 또한 각도 변위 변형에 부합하는 패턴을 포함하는(그러나 이에 제한되는 것은 아니다) 변형 패턴의 일부를 포함할 수도 있다. 패턴은 또한 회전에 의해 서로에게 연관되는 패턴을 가진 영역을 포함할 수 있다. 이러한 다양한 패턴이 본 명세서에 참고용으로 전체가 통합되어 있고, 2006년 3월 7일자로 "패턴 장치 및 관련 방법"이라는 발명의 명칭으로 출원된 미국 특허 공개 공보 제2007-85098 호에 기재되어 있다.
LED에 의해 아래와 같이 광이 발생될 수 있다. p-측부 접점층이 n-측부 접점 패트에 대해 양전위 상태로 유지될 수 있고, 이로 인하여 전류가 LED 내로 주입되게 된다. 전류가 활성 영역을 통과함에 따라, n-도핑층(들)로부터의 전자가 활성 영역에서 p-도핑층(들)으로부터의 구멍과 조합되어, 활성 영역이 광을 발생시키게 할 수 있다. 활성 영역은 다수의 점 쌍극 방사원(point dipole radiation source)을 포함할 수 있고, 이 점 쌍극 방사원은 활성 영역을 형성하는 재료의 소정 스펙트럼의 파장 특성을 가진 광을 발생시킨다. InGaN/GaN 양자 우물에 있어서, 광 발생 영역에 의해 발생된 광 파장의 스펙트럼은 약 445nm의 피크 파장과, 약 30nm의 반치폭(full width at half maximum; FWHM)을 가질 수 있고, 이것은 사람의 눈에 청색광으로 인식된다. LED에 의해 방사된 광은 광이 통과하는 임의의 패턴화된 표면에 의해 영향을 받을 수 있고, 이에 의해 패턴이 광 추출 및/또는 시준에 영향을 주도록 정렬될 수 있다.
다른 실시형태에 있어서, 활성 영역은 자외선(예를 들어, 약 370nm-390nm의 피크 파장을 갖고 있음), 자색광(예를 들어, 약 390nm-430nm의 피크 파장을 갖고 있음), 청색광(예를 들어, 약 430nm-480nm의 피크 파장을 갖고 있음), 청록색광(예를 들어, 약 480nm-500nm의 피크 파장을 갖고 있음), 녹색광(예를 들어, 약 500nm-550nm의 피크 파장을 갖고 있음), 황녹색광(예를 들어, 약 550nm-575nm의 피크 파장을 갖고 있음), 황색광(예를 들어, 약 575nm-595nm의 피크 파장을 갖고 있음), 호박색광(예를 들어, 약 595nm-605nm의 피크 파장을 갖고 있음), 오렌지색광(예를 들어, 약 605nm-620nm의 피크 파장을 갖고 있음), 적색광(예를 들어, 약 620nm-700nm의 피크 파장을 갖고 있음), 및/또는 적외선(예를 들어, 약 700nm-1200nm의 피크 파장을 갖고 있음)에 해당하는 피크 파장을 갖는 광을 발생시킬 수 있다.
어떤 실시형태에 있어서는, LED는 높은 광 출력을 갖는 광을 방사할 수 있다. 전술한 바와 같이, 방사된 광의 고출력은 LED의 광 추출 효율에 영향을 주는 패턴으로 인한 것일 수 있다. 예를 들어, LED에 의해 방사된 광은 0.5W(예를 들어, 1W, 5W, 또는 10W) 보다 큰 총 파워를 가질 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 발생된 광이 100W 보다 작은 총 파워를 가질 수 있지만, 이것이 모든 실시형태의 제한으로서 해석되지 않아야 한다. LED로부터 방사된 광의 총 파워는 분광계를 구비하는 적분구(integrating sphere), 예를 들어 스피어 옵틱스 랩 시스템(Sphere Optics Lab Systems)로부터의 SLM12를 사용하여 측정될 수 있다. 원하는 파워는 내부에 LED가 사용되는 광학 시스템에 따라 부분적으로 달라진다. 예를 들어, 디스플레이 시스템(예를 들어, LCD 시스템)은 이 디스플레이 시스템을 조사하기 위해 사용되는 LED의 총 개수를 감소시킬 수 있는 고휘도 LED의 합체로부터 이득을 얻을 수 있다.
또한, LED에 의해 발생된 광은 높은 총 파워 플럭스를 가질 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "총 파워 플럭스(total power flux)"라는 용어는 방사 영역에 의해 분할되는 전체 광학 파워를 의미한다. 소정의 실시형태에 있어서, 총 파워 플럭스는 0.03 W/mm2, 0.05 W/mm2, 0.1 W/mm2, 또는 0.2 W/mm2보다 크다. 그러나, 본 명세서에 제공된 시스템 및 방법에 사용되는 LED는 전술한 파워 및 파워 플럭스 값에 제한되는 것은 아님을 이해하여야 한다.
소정의 실시형태에 있어서, LED는 하나 이상의 파장 변환 영역과 연관되어 있을 수 있다. 파장 변환 영역(들)은 하나 이상의 인광체 및/또는 양자점을 포함할 수 있다. 파장 변환 영역(들)은 LED의 광 발생 영역에 의해 방사되는 광을 흡수할 수 있고, 흡수된 것과 상이한 파장을 갖는 광을 방사할 수 있다. 이러한 방식으로, LED는 파장 변환 영역을 포함하지 않는 LED로부터 쉽게 얻을 수 없는 파장(들)(그리고, 이에 따라 색상)의 광을 방사할 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 하나 이상의 파장 변환 영역은 발광 장치의 발광 표면{예를 들어, 표면(38)} 위에(예를 들어 바로 위에) 배치될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, LED는 LED 다이, 부분적으로 패키징된 LED 다이, 또는 완전히 패키징된 LED 다이일 수 있다. LED는 2개 이상의 서로 관련된 LED 다이, 예를 들어 적색광 발광 LED 다이, 녹색광 발광 LED 다이, 청색광 발광 LED 다이, 청록색광 발광 LED 다이, 또는 황색광 발광 LED 다이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 2개 이상의 관련 LED 다이는 공통 패키지 상에 장착될 수 있다. 2개 이상의 LED 다이는 그 각각의 광 방사가 조합되어 원하는 스펙트럼 방사를 발생시키도록 연관될 수 있다. 2개 이상의 LED 다이는 또한 서로 전기적으로 연관(예를 들어, 공통 접지부에 접속)될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 구조체(예를 들어, 층 및 영역)가 다른 구조체 "위에", "위에서", "위에 있는" 또는 "그에 의해 지지되는" 것을 의미할 때, 구조체는 다른 구조체 바로 위에 있거나, 또는 개재된 구조체(예를 들어, 층 및 영역)가 존재할 수도 있다. 다른 구조체 "바로 위에 " 있는 또는 다른 구조체와 "접촉하는" 구조체란 개재된 구조체가 존재하지 않는다는 것을 의미한다.
본 발명의 적어도 하나의 실시형태의 몇 가지 양태를 설명하였지만, 당업자라면 다양한 변경, 수정 및 개선을 용이하게 할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이러한 변경, 수정 및 개선은 본 명세서의 일부로서 의도되며, 본 발명의 기술적 사상 및 보호범위 내에 있는 것으로 의도된다. 따라서, 전술한 발명의 상세한 설명 및 도면은 단지 예시적인 것이다.

Claims (45)

  1. 반도체 기반 발광 장치(semiconductor-based light emitting device)와,
    반도체 기반 발광 장치와 분리되어 광학 연통하는 조명기구를 포함하고, 상기 조명기구는 상기 반도체 기반 발광 장치에 의해 방사된 광을 수광하고 광이 방사되는 조명 기구의 방사 표면으로 투과시키도록 구성되는
    일반 조명 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    반도체 기반 발광 장치는 발광 다이오드인
    일반 조명 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    반도체 기반 발광 장치는 단일 발광 다이인
    일반 조명 조립체.
  4. 제2항에 있어서,
    발광 다이오드는 1mm2 보다 큰 발광 표면을 갖는
    일반 조명 조립체.
  5. 제1항에 있어서,
    조명기구는 반도체 기반 발광 장치에 의해 방사된 광을 수용하도록 구성된 에지를 포함하는
    일반 조명 조립체.
  6. 제1항에 있어서,
    반도체 기반 발광 장치의 발광 표면과 조명기구의 방사 표면 사이의 거리가 적어도 12.7cm(5인치)인
    일반 조명 조립체.
  7. 제1항에 있어서,
    반도체 기반 발광 장치의 발광 표면과 조명기구의 방사 표면 사이의 거리는 적어도 38.1cm(15인치)인
    일반 조명 조립체.
  8. 제1항에 있어서,
    반도체 기반 발광 장치의 발광 표면과 조명기구의 방사 표면 사이의 거리는 적어도 88.3cm(35인치)인
    일반 조명 조립체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 조명기구는 복수의 별개의 방사 표면부를 포함하는
    일반 조명 조립체.
  10. 제1항에 있어서,
    복수의 별개의 발광 표면부 각각은 실질적으로 동일한 양의 광을 출력하도록 구성된
    일반 조명 조립체.
  11. 제1항에 있어서,
    일반 조명 조립체는 10m3 보다 큰 다량의 공간을 조사하도록 구성된
    일반 조명 조립체.
  12. 제1항에 있어서,
    반도체 기반 발광 장치는 백색광을 제공하도록 구성된
    일반 조명 조립체.
  13. 제1항에 있어서,
    조명기구는 광 추출 표면 전체에 걸쳐 실질적으로 균일한 출력 파워 플럭스를 방사하도록 구성된
    일반 조명 조립체.
  14. 제1항에 있어서,
    조명기구 내에 파장 변환 재료가 배치되는
    일반 조명 조립체.
  15. 제1항에 있어서,
    조명기구는 광 추출 표면과 대향하는 후방면을 포함하고, 후방면에는 반사층이 적어도 부분적으로 배치되는
    일반 조명 조립체.
  16. 제1항에 있어서,
    반사층은 광을 후방면으로부터 멀어지게 반사하도록 구성되는
    일반 조명 조립체.
  17. 제1항에 있어서,
    조명기구는 도광부인
    일반 조명 조립체.
  18. 제1항에 있어서,
    조명기구는 패널인
    일반 조명 조립체.
  19. 제1항에 있어서,
    조명기구는 원통형인
    일반 조명 조립체.
  20. 제1항에 있어서,
    발광 장치는 적어도 1klm의 광 출력을 제공할 수 있는
    일반 조명 조립체.
  21. 제1항에 있어서,
    반도체 기반 발광 장치의 발광 표면이 조명기구의 광 수용 표면과 접촉하는
    일반 조명 조립체.
  22. 제1항에 있어서,
    반도체 기반 발광 장치는 Ⅲ-Ⅴ 반도체 재료를 포함하는
    일반 조명 조립체.
  23. 발광 장치에 의해 방사된 광의 일부를 출력하도록 구성된 적어도 하나의 별개의 광 출력 포트를 포함하고, 상기 광 출력 포트는 상기 발광 장치로부터 원격에 위치되는
    광학 조사 루팅 조립체.
  24. 제23항에 있어서,
    발광 장치에 의해 방사된 광의 일부를 수용하도록 구성된 광 입력 단부와, 적어도 하나의 별개의 광 출력 포트에 상응하는 적어도 하나의 광 출력 단부를 포함하는 도광부를 더 포함하는
    광학 조사 루팅 조립체.
  25. 제24항에 있어서,
    복수 개의 광 출력 단부는 발광 장치로부터 원격에 위치되고, 실질적으로 10m3 보다 큰 다량의 공간을 조사하도록 구성된
    광학 조사 루팅 조립체.
  26. 제23항에 있어서,
    각각의 별개의 광 출력 포트는 실질적으로 동일한 양의 광을 출력하도록 구성된
    광학 조사 루팅 조립체.
  27. 제23항에 있어서,
    도광부는 원통형 형상인
    광학 조사 루팅 조립체.
  28. 제23항에 있어서,
    복수의 광 출력 단부의 각각에 파장 변환 재료 구성요소를 더 포함하는
    광학 조사 루팅 조립체.
  29. 제28항에 있어서,
    파장 변환 재료 구성요소를 구비하는 복수의 광 출력 단부는 발광 장치로부터 원격에 위치되고, 실질적으로 10m3 보다 큰 다량의 공간을 조사하도록 구성된
    광학 조사 루팅 조립체.
  30. 제28항에 있어서,
    상기 파장 변환 재료 구성요소는 실질적으로 형상이 유사한
    광학 조사 루팅 조립체.
  31. 제28항에 있어서,
    상기 파장 변환 재료는 다결정 또는 단결정 인광 물질을 포함하는
    광학 조사 루팅 조립체.
  32. 제30항에 있어서,
    인광 물질은 YAG, TAG 또는 실리케이트계 기반 인광 물질인
    광학 조사 루팅 조립체.
  33. 제24항에 있어서,
    복수의 광 출력 단부 각각에 도광부를 더 포함하는
    광학 조사 루팅 조립체.
  34. 제33항에 있어서,
    도광부들을 구비하는 복수의 광 출력 단부는 발광 장치로부터 원격에 위치하고, 실질적으로 10m3 보다 큰 다량의 공간을 조사하도록 구성된
    광학 조사 루팅 조립체.
  35. 제33항에 있어서,
    도광부들은 광 추출 형상부를 포함하는
    광학 조사 루팅 조립체.
  36. 제33항에 있어서,
    도광부들은 실질적으로 유사한 형상을 갖는
    광학 조사 루팅 조립체.
  37. 제33항에 있어서,
    도광부 내에 파장 변환 재료가 적어도 부분적으로 배치되는
    광학 조사 루팅 조립체.
  38. 제23항에 있어서,
    도광부를 더 포함하고, 상기 도광부는 발광 장치에 의해 방사된 광의 일부를 수용하도록 구성된 광 입력 단부와, 도광부의 길이를 따라 선형적으로 배치된 광 출력 포트를 포함하고, 조명 조립체는 실질적으로 10m3 보다 큰 다량의 공간을 조사하도록 구성된
    광학 조사 루팅 조립체.
  39. 제38항에 있어서,
    광 출력 포트는 도광부의 표면의 편차를 더 포함하는
    광학 조사 루팅 조립체.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 표면의 편차는 다른 밀도의 파장 변환 재료의 영역 또는 광 추출 마이크로렌즈를 더 포함하는
    광학 조사 루팅 조립체.
  41. 0.5W/mm2 보다 큰 총 출력 파워 플럭스를 갖는 광을 방사하도록 되어 있는 단일 발광 다이오드이고 실질적으로 10m3 보다 큰 다량의 공간을 조사하도록 구성된 발광 장치를 포함하는
    일반 조명 조립체.
  42. 1mm2 보다 큰 발광 표면을 갖는 단일 발광 다이오드이고 실질적으로 10m3 보다 큰 다량의 공간을 조사하도록 구성된 발광 장치를 포함하는
    일반 조명 조립체.
  43. 적어도 하나의 단일 발광 장치와 컴퓨터 처리 하드웨어를 내장하는 디스플레이 베이스를 포함하고, 상기 디스플레이 베이스는 컴퓨터 디스플레이를 원격 조사하는 광을 투사하는
    컴퓨터 디스플레이용 조사 시스템.
  44. 제43항에 있어서,
    디스플레이 베이스가 투사하는 광은 산개되는
    컴퓨터 디스플레이용 조사 시스템.
  45. 제43항에 있어서,
    디스플레이 베이스는 디스플레이 베이스에 의해 투사된 광을 실질적으로 균일하게 분배하는 공간 균질기를 더 포함하는
    컴퓨터 디스플레이용 조사 시스템.
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