KR20110134498A - 격리 부품을 제공하는 ｌｅｄ 시준 광학 모듈 - Google Patents

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KR20110134498A
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존 안드레 아담스
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코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

격리 부품을 제공하는 LED 시준 광학 모듈(16), 및 그것을 이용하는 조명기구(10)가 개시된다. LED 시준 광학 모듈(16)의 일 실시예에서, LED 칩(30)은 복수의 광원(G, R, B, W)을 제공한다. 광학 전도체(32)는 복수의 광원(G, R, B, W)으로부터 수신된 광을 혼합하기 위해 LED 칩(30) 상에 겹쳐진다. 슬리브는 LED 칩(30)에 접속되고, 그 사이에 고리(102)가 위치되도록 광학 전도체(32) 주위에 배치된다. 광학 전도체(32)를 통과한 후, 혼합된 광은 광학 전도체(32)에 연결된 복합 포물선형 집광기(34)에 들어간다. 복합 포물선형 집광기(34)는 균질의 퓨필이 방출되도록, 광학 전도체(32)로부터 수신된 광을 시준한다.

Description

격리 부품을 제공하는 ＬＥＤ 시준 광학 모듈{LED COLLIMATION OPTICS MODULE PROVIDING AN ISOLATION FITTING}
본 발명은 일반적으로 인공적인 광 또는 조명의 생성에 관한 것이고, 더 구체적으로는, 개별적으로 이용되거나 공통 베이스 상의 어레이 내에 배치될 수 있는 발광 다이오드(LED) 시준 광학 모듈을 위한 격리 부품(isolation fitting), 및 그것을 이용하는 조명기구에 관한 것이다.
현재의 LED 칩 패키지들은 패키지당 복수의 LED 칩을 포함할 수 있고, 패키지 자체에는 비교적 간단한 광학기기를 가져서, 임의의 요구되는 컬러 혼합, 시준, 또는 기타 빔 성형을 제공하기 위해서는 2차의 광학기기 시스템을 필요로 한다. 이러한 기존의 LED 칩 패키지들은 출력(power)과, 시준 및 컬러 혼합을 포함하는 빔 성형 요구조건들 간의 균형을 유지해야만 한다. 예를 들어, 극장, 무용, 오페라 및 기타 공연 예술의 제작에 관련된 것들과 같은 무대 조명 응용들에서, 요구되는 강도 및 조명될 영역으로부터의 거리와, 조명기구의 빔 또는 필드 각도는 LED 칩 패키지들이 엄청난 출력을 가질 것을 요구한다. 또한, 응용의 특성상, 잘 성형된 빔이 또한 필요하다. 밝기 요구조건은 많은 수의 LED를 사용하는 것에 의해 만족되며, 이것은 균일(uniform)하고 균질(homogenous)인 단일의 퓨필(pupil) 내로 광을 모으는 것을 더 어렵게 한다. 종종, 균일성을 위해 출력이 희생되어야 하고, 그 반대로 되기도 한다. 한편에서의 출력과, 다른 한편에서의 시준 및 컬러 혼합 간의 절충을 다루는 해법들이 계속하여 요구되고 있다.
격리 부품을 제공하는 LED 시준 광학 모듈, 및 그것을 이용하는 조명기구가 개시된다. 여기에 제시되는 해법들은 한편에서의 출력과, 다른 한편에서의 시준 및 컬러 혼합 간의 전통적인 절충을 완화한다. LED 시준 광학 모듈의 일 실시예에서, LED 칩은 복수의 광원을 제공한다. 복수의 광원으로부터 수신된 광을 혼합하기 위해, 광학 전도체(optical conductor)는 LED 칩 상에 겹쳐진다. 슬리브(sleeve)는 LED 칩에 탑재되고, 그 사이에 고리(annulus)가 위치되도록 광학 전도체 주위에 배치된다. 슬리브는 광학 전도체에, LED의 열적인 히트 싱크, EMI 스크리닝, 광 차폐, 먼지/오염 차폐, 및 일반적인 물리적 보호를 제공한다. 광학 전도체를 통과한 후, 혼합된 광은 광학 전도체에 연결된 복합 포물선형 집광기(compound parabolic concentrator)(CPC)에 들어간다. CPC는 균질의 퓨필이 방출되도록, 광학 전도체로부터 수신된 광을 시준한다.
본 발명의 특징 및 이점에 대한 보다 더 완전한 이해를 위해, 이제, 첨부 도면들과 함께 본 발명의 상세한 설명이 참조되는데, 도면들에서, 상이한 도면들에서의 대응하는 번호들은 대응하는 부분들을 참조한다.
도 1a는 여기에 제공되는 교시에 따른 LED 시준 광학 모듈을 포함하는 조명기구의 일 실시예의 사시도이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 조명기구의 사시도로서, 내부 컴포넌트들이 더 잘 드러나도록 부분적으로 잘라내어져 있다.
도 1c는 도 1a 및 도 1b의 LED 시준 광학 모듈들의 어레이를 더 상세하게 보여주는 사시도이다.
도 2a는 LED 시준 광학 모듈의 일 실시예의 정면도이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 LED 시준 광학 모듈의 횡단면도이다.
도 2c는 도 2a에 도시된 LED 시준 광학 모듈의 상부 평면도이다.
도 2d는 LED 칩 패키지의 상부 평면도이다.
도 2e는 광학 전도체 및 슬리브의 일 실시예의 상부 단면도이다.
도 2f는 광학 전도체 및 슬리브의 대안적인 실시예의 상부 단면도이다.
도 2g는 광학 전도체 및 슬리브의 다른 실시예의 상부 단면도이다.
도 3a는 도 2a에 도시된 LED 시준 광학 모듈을 횡단하는 단일 광 빔의 횡단면도이다.
도 3b는 도 2a에 도시된 LED 시준 광학 모듈을 횡단하는 복수의 광 빔의 횡단면도이다.
이하에서는 본 발명의 다양한 실시예들의 제조 및 이용이 상세하게 논의되지만, 본 발명은 광범위하게 다양한 특정 맥락들에서 실시될 수 있는 다수의 응용가능한 발명의 개념을 제공함을 알아야 한다. 여기에 논의되는 특정 실시예들은 단지 본 발명을 만들고 이용하기 위한 특정한 방식의 예시에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 정하는 것이 아니다.
처음에 도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 여기에 제공되는 교시에 따른 조명기구의 일 실시예가 도시되는데, 그 조명기구는 개략적으로 도시되며 개괄적으로 10으로 지정된다. 하우징(12)은 베이스(14), 및 집합적으로 16으로 번호가 매겨지고 하우징(12) 내에 고정되는 LED 시준 광학 모듈들을 수용하도록 적응된다. LED 시준 광학 모듈들은 개별 LED 시준 광학 모듈들(16-1, 16-2, 16-3, 16-4, 16-5, 16-6 및 16-7)을 포함한다. 역시 베이스(14)에 탑재되고 하우징(12) 내에 넣어지는 히트싱크 서브어셈블리(18)는 발광 다이오드 시준 광학 모듈(16)에 의해 생성되는 열을 흡수하여 소산시킨다. 일 실시예에서, 히트싱크의 개수와 발광 다이오드 시준 광학 모듈(16)의 개수 간에 일대일 대응이 존재한다. 또한, 일 실시예에서, 히트싱크 서브어셈블리(18)는 발광 다이오드 시준 광학 모듈(16)을 포함하는 내부 컴포넌트들을 위한 강제 공냉(forced-air cooling)을 제공하는 사실상 무음의 팬을 포함한다.
하우징(12)은 지지 구조물(22)에 스위블식으로(swivelly) 접속된 요크(20)에 의해 제자리에 고정된다. 하우징(12), 요크(20) 및 지지 구조물(22) 전반에 걸쳐서 위치된 전자장치 서브어셈블리(24)는 조명기구(10)에 전동식 이동(motorized movement) 및 전자장치를 제공한다. 전자장치 서브어셈블리(24)는 진단 및 자기보정(self-calibration) 기능과, 내부 테스트 루틴 및 소프트웨어 업데이트 능력을 제공하는 복수의 온-보드 프로세서를 포함할 수 있다. 조명기구(10)는 또한 전력에의 접속과 같은 임의의 다른 요구되는 전자장치를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 최종 렌즈(finishing lens)(26)는 엔드 효과(end effects)를 추가하기 위해 포함된다.
LED 시준 광학 모듈(16)은 단층 폐쇄 패킹 구성(single layer close-packing arrangement)(28) 내에 배치되며, LED 시준 광학 모듈들(16-1 내지 16-6)은 중앙에 배치된 광학 모듈(16-7)과 접촉하여 육각형 배치로 위치된다. 주변부의 LED 시준 광학 모듈들(16-1 내지 16-6) 각각은 2개의 인접한 주변부의 LED 시준 광학 모듈과, 내부에 배치된 LED 시준 광학 모듈(16-7)에 접촉한다. 예를 들어, LED 시준 광학 모듈(16-1)은 인접한 LED 시준 광학 모듈들(16-2 및 16-6)과 내부에 위치된 시준 광학 모듈(16-7)에 접촉한다. LED 시준 광학 모듈들(16-1 내지 16-7)의 어레이는 일 실시예에서 8 인치(8.32㎝)의 직경을 가질 수 있다. LED 시준 광학 모듈(16-4)과 관련하여, LED 칩 패키지(30)는 광을 혼합하는 광학 전도체(32)에 광을 제공한다. 광학 전도체(32)는 예를 들어, 튜브 형상(tubular), 광 혼합 튜브, 광파이프(lightpipe), 로드(rod), 또는 그들의 조합일 수 있다. CPC(34)는 광학 전도체(32)로부터 수신된 광을 시준하기 위해 광학 전도체(32)에 연결된다. 시준에 후속하여, 광은 실질적으로 균질인 퓨필로서 조명기구(10)를 빠져나온다. 조명기구(10)의 컴포넌트들 또는 조명기구 전체는 무대 조명 및 관련 응용들을 위한 광학 모듈로서 고려될 수 있다.
도 2a 내지 도 2e는 LED 시준 광학 모듈(16-4)을 도시한 것이다. LED 칩 패키지(30)는 광원들을 제공하며, 리드와이어(도시되지 않음)를 본딩하기 위한 설비들을 포함할 수 있는 단일의 긴 베이스 부재(44) 상의 어레이(42) 내에 배치된 복수의 컬러 LED 칩 G, R, B, W를 포함한다. 도시된 바와 같이, LED 칩들 G, R, B, W는 광 혼합을 증가시키기 위해, 광학 전도체(32) 및 CPC(34)에 대하여 요구되는 각도 방출 패턴(angular emission pattern)을 제공하도록 배치되어 있다. 그러나, 응용에 따라, LED 칩들 G, R, B, W는 다른 유형의 어레이들로 배치될 수 있음을 알아야 한다.
어레이(42)의 LED 칩 G, R, B, W는 각각 녹색, 적색, 청색 및 백색 광을 방출하는 전통적인 녹색, 적색, 청색 및 백색 LED 칩들을 포함한다. 그러한 LED 칩들은 광학 전도체(32)로의 효율적인 주입을 용이하게 하고, 컬러 혼합을 강력하게 향상시킨다. 도시된 바와 같이, LED 칩 패키지에 의해 발생되는 백색 광의 품질을 향상시키기 위해, 하나의 적색 LED 칩(R), 하나의 녹색 칩(G), 하나의 청색 LED 칩(B), 및 하나의 백색 LED 칩(W)을 포함하는 4개의 LED 칩이 이용된다. 그러나, LED 칩 설계가 발전함에 따라, LED 칩 패키지(30)에 의해 발생되는 광의 품질을 최적화하기 위해, 상이한 개수의 LED 칩 및/또는 상이한 컬러의 LED 칩들이 어레이 내에서 이용될 수 있을 것으로 예상된다. 예를 들어, 일 실시예에서, 하나의 적색 LED 칩(R), 하나의 녹색 칩(G), 하나의 청색 LED 칩(B), 및 하나의 황색 LED 칩(A)을 포함하는 4개의 LED 칩이 이용된다. 다른 예를 들면, 다른 실시예에서, 하나의 적색 LED 칩(R), 2개의 녹색 칩(G1, G2), 및 하나의 청색 LED 칩(B)을 포함하는 4개의 LED 칩이 이용된다. 저출력 및 고출력 LED 칩 둘 다가 LED 칩 패키지(30) 내에서 이용될 수 있을 것으로 더 예상된다.
여기에 제공된 교시들의 일 실시예에서, 긴 베이스 부재(44)는 실리콘 서브마운트가 그 위에 배치되는 금속 히트 싱크를 둘러싸는, 예를 들어 플라스틱 또는 세라믹으로 만들어진 전기 절연성 하우징(46)을 포함할 수 있다. 금속 히트 싱크는 그 위에 배치된 LED 칩 패키지(30)에 히트 싱크를 제공한다. 시사된 바와 같이, 금속 히트 싱크에 근접하여 강제 공냉을 제공하는 거의 묵음의 팬을 포함하는 히트싱크 서브어셈블리(18)에 의해, 추가의 열 소산(heat dissipation)이 제공된다. 긴 베이스 부재(44)는 하우징에 의해 금속 히트 싱크 및 LED 칩들 G, R, B, W로부터 전기적으로 격리되는 리드 와이어들을 더 포함할 수 있다. 본드 와이어들은 LED 칩들 G, R, B, W을 리드 와이어들에 전기 접속한다.
광학 전도체(32)는 제1 단부에서, 단면적 πr1 2의 입력 개구(48)를 갖고(반경이 r1임), 제2 단부에서, 단면적 πr2 2의 출력 개구(50)를 갖는다(반경이 r2임). 광학 전도체(32)는 입력 개구(48)에서 광원들로부터의 광을 수신하고, 광을 출력 개구(50)에 전달하기 위해, LED 칩 패키지(30) 및 LED 칩들 G, R, B, W에 겹쳐진다. 입력 개구(48) 및 출력 개구(50)가 실질적으로 동일한 직경을 갖고, r1이 r2와 동일할 수 있도록, 제1 단면적 πr1 2은 제2 단면적 πr2 2와 실질적으로 동일할 수 있다. 원통형의 벽 부분일 수 있는 벽 부분(wall portion)(52)은 입력 개구(48)를 출력 개구(50)와 접속하고, 대체로 원통을 형성하는 회전면을 포함할 수 있다. 벽 부분(52)은 입력 개구(48)로부터 출력 개구(50)로의 내부 공간(56) 내에서의 광의 혼합을 가능하게 하는 복수의 전송 경로를 정의하는 반사 물질(54)을 포함한다. 일 구현에서, 벽 부분(52)은 입력 개구(48)를 출력 개구(50)와 접속하는, 광을 혼합하기 위한 벽 수단일 수 있다. 광학 전도체(32)의 길이 l1은 광원들에 의해 방출된 광의 혼합에 관련된 설계 매개변수들에 의해 결정된다. 또한, 광학 전도체(32)의 길이 l1은 LED 칩 패키지(30)의 수평 축에 실질적으로 직교하는 광학 전도체(32)의 길이 축을 따라 측정된다.
CPC(34)는 광학 전도체(32)에 연결된다. CPC(34)에 관련하여, 일 실시예에서는 원뿔형 바디인 바디(60)가, 제1 단부에서는 단면적 πr3 2의 입사 개구(62)(반경이 r3임)를 갖고 형성되고, 제2 단부에서는 단면적 πr3 2의 출사 개구(64)(반경이 r3임)를 가지고서 형성된다. 입사 개구(62)는 출력 개구(50)와 만나고, 원뿔형 바디(60)는 출사 개구(64)에 광을 전달하도록 배치된다. 입사 개구(62)의 단면적 πr3 2은 출력 개구(50)의 단면적 πr2 2와 실질적으로 동일하고, 출사 개구(64)의 단면적 πr4 2은 입사 개구(62)의 단면적 πr3 2보다 크다. 따라서, 본 구현에서, r4>r3=r2=r1이다. 제2 단부에서의 립(lip)(72)은 인접해있는 아치들의 시퀀스를 포함하는 도시된 아치형 에지를 포함하여, 다양한 형태를 가질 수 있다. 이러한 유형의 립 실시예는 LED 시준 광학 모듈들이 폐쇄 패킹 구성에서 서로 동일 평면상에서 접촉(flush contact)하여 배치되는 것을 허용한다.
만곡된(curved) 벽 부분일 수 있는 벽 부분(66)은 입사 개구(62)를 출사 개구(64)와 접속하고, 단면적 πr3 2으로부터 단면적 πr4 2으로 발산한다. 벽 부분(66)은 입사 개구(62)로부터 출사 개구(64)로의 광의 시준된 전송을 가능하게 하는 반사 물질(68)을 포함한다. 벽 부분(66)은 입사 개구(62)를 출사 개구(64)와 접속하고, 단면적 πr3 2으로부터 단면적 πr4 2으로 발산하는 벽 수단일 수 있다. 벽 부분(66)은 대체로 원뿔 형상을 형성하는 회전 표면을 포함하는 포물선형 벽 부분을 포함할 수 있다. CPC(34)의 길이 l2는 예를 들어 요구되는 시준 및 광 혼합의 정도에 관련된 설계 매개변수들에 의해 결정된다. 또한, CPC(34)의 길이 l2는, 광학 전도체(32)의 세로축에 실질적으로 정렬되고 LED 칩 패키지(30)의 수평축에 직교하는 CPC(34)의 세로축을 따라 측정된다. 응용에 따라, 길이 l1과 길이 l2 간의 관계가 도시된 것과 다를 수 있음을 알아야 한다.
일 실시예에서, CPC(34)는 장치의 더 작은 개구(즉, 입사 개구(62))에서 장치에 들어오는 광선들이 더 큰 개구(즉, 출사 개구(64))에서 CPC(34)를 빠져나가기 전에, 내부 표면으로부터 만곡된 벽 부분(66)으로 단 한번만 반사되는 것을 특징으로 한다. 이러한 구현에서, CPC(34)는 입력 개구(48)에서 주어진 수신된 에너지의 광속(flux of light)을 시준하도록 설계된다.
본 실시예에서, 여기에 개시된 집광기(집광기가 포물선형을 갖든 다른 기하학적 구조를 갖든 간에 CPC라고 칭해짐)는 분광성의 투명한 저투과 손실의 유전 물질(prismatic, transparent, low-transmission loss dielectric material)로 이루어진 반사 물질(68)을 갖는다. 또한, 다른 기하학적 구조들도 여기에 제공되는 실시예들의 범위 내에 있다. CPC(34)의 내부 표면(70)의 반사 물질(68)을 이룰 수 있는 유전 물질은 제한적인 것은 아니지만, 아크릴릭 폴리머(acrylic polymers) 또는 폴리카보네이트계 폴리머(polycarbonate-based polymers)와 같은 높은 굴절률을 갖는 투명한 폴리머를 포함한다.
슬리브(100)는 LED 칩 패키지, 또는 단순하게는 LED 칩(30)에 접속되고, 고리(annulus)(102)가 그 사이에 위치되도록 광학 전도체(32) 주위에 배치된다.
또한, 일 실시예에서, 광학 전도체(32)의 세로축은 슬리브(100)의 세로축과 정렬된다. 예를 들어 O-링 시일(O-ring seal)일 수 있는 밀봉부(104)는 고리(102)의 상측 단부에서 슬리브(100)와 광학 전도체(32) 사이에 위치된다. 칼라(collar)(106)는 고리(102)의 하측 단부에 위치되고, 광학 전도체(32)의 주위에 배치되어, 거기에서 밀봉부를 형성한다. 그러나, 밀봉부(104) 및 칼라(106)를 대신하여, 또는 그에 추가하여, 대안적인 밀봉 기술들이 이용될 수 있음을 알아야 한다.
지지 구조물(108)은 광학 전도체(32) 및 슬리브(100)를 설치(seating)하고 지지하기 위해 베이스(14)에 연결된다. 구체적으로, 숄더 링(shoulder ring)(110)이 슬리브(100)를 설치시킨다. 밀봉 개스킷(112)은 베이스(14)에 대하여 지지 구조물(108)을 밀봉하고, 파스너들(fasteners)(114, 116)은 지지 구조물(108)을 베이스(14)에 연결한다. 이하에 더 설명되는 바와 같이 열 소산을 제공하기 위해, LED 칩(30)과 슬리브(100) 사이에 열 전도 경로가 제공된다.
도 2g 및 도 2f는 여기에 제공되는 LED 시준 광학 모듈들(16)과 함께 이용하기 위한 광학 전도체들(32) 및 슬리브들(100)의 실시예들을 도시한 것이다. 광학 전도체(32)는 튜브 형상, 로드 또는 원통 형상으로 제한되지 않는다. 오히려, 광학 전도체(32)는 측면들(sides) 또는 패싯들(facets)을 갖는 것을 포함하는 다양한 형상을 취할 수 있다. 다양한 형상을 갖는 것에 더하여, 광학 전도체(32)는 예를 들어, 측벽을 갖는 튜브 또는 혼합 튜브(예를 들어, 도 2e), 로드(예를 들어, 도 2f), 그 안에 바디(32b)를 갖는 튜브(32a)(예를 들어, 도 2g), 또는 그들의 조합일 수 있다. 또한, 광학 전도체(32)와 마찬가지로, CPC들(34)의 바디들(60)은 측면들 또는 패싯들의 개수가 달라질 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 바디들(60)은 예를 들어 측벽을 갖거나, 솔리드 부재(solid member)이거나, 솔리드 부재가 그 안에 배치된 측벽 부재를 갖거나, 또는 그들의 조합인 바디(60)를 포함하는 다양한 형태를 가질 수 있다.
도 3a는 LED 시준 광학 모듈(16-4)을 횡단하는 단일 광 빔을 도시한 것이다. 광 혼합 로드 또는 광파이프일 수 있는 광학 전도체(32)는 광원들에 의해 그 안에서 전송되는 광속(light bundle)을 균질화한다. 광속의 강도 중심(intensity centroid)은 입력 개구(48)로부터 출력 개구(50)로 길이 방향으로 이동한다. 광 혼합 로드를 따라 배치된 반사 물질(54)의 반사 표면들은 그것을 통한 광의 이동의 길이 또는 축 방향에 대하여 수직하거나 기울어진 표면 법선들을 포함한다. 반사 물질은 광 빔들이 이동하고, 그에 의해 서로 혼합되게 하기 위한 경로들(예를 들어, 경로(80, 82))을 제공한다. LED 칩들(G, R, B, W)은 광학 전도체(32)의 내부 공간(56)을 향한 적어도 부분적인 배향 방향을 갖는다.
CPC(34)는 θi/θo에 관련하여 도시되는데, 여기에서 θi는 입력 각도를 나타내고, θo는 출력 각도를 나타낸다. 일 실시예의 기하학적 구조는 초점 Q를 갖는 포물선 PR의 세그먼트를 취하고, 그 세그먼트를 LED 칩 패키지(30)를 통한 수평축 x에 수직한 포물선의 축 z에 대해 각도 θi를 갖는 회전축을 중심으로 하여 회전시킴으로써 더 잘 이해될 수 있다. 축 z에 관한 회전의 축은 입사 개구 및 출사 개구의 중심을 정의한다. 그러한 CPC 구성은 축 z에 관하여 +/- θi보다 작은 각도로 입사 개구(48)에서 들어오는 모든 광선들이 1회 이하의 반사 이후에 축 z에 관하여 +/- θo 의 각도 내에서 CPC를 빠져나갈 것이라는 점을 특징으로 한다.
도시된 바와 같이, 광 빔들(84, 86)은 LED 칩 패키지(40)의 LED 칩 R로부터 전송된다. 광 빔(84)으로부터의 입사 각도는, 광 빔(84)이 광학 전도체(32)의 내부 공간(56)에 접촉하지 않게 하는 것이다. 다른 실시예들에서는, 광학 전도체(32)의 위치로 인해, 광 빔들의 전부 또는 거의 전부가 내부 표면(56)에 접촉한다. 그러나, 광 빔(86)은 내부 공간(56)에 접촉하고, 후속하여, CPC(34)에 들어가기 전에 광학 전도체(32)의 반사 물질(54)로부터 6회 반사되고, CPC에서 광 빔(86)이 CPC(34)의 내부 표면(70)으로부터의 단일 반사에 의해 시준된다. 도시된 바와 같이, 광학 전도체(32) 내에서의 다중 반사는 광 빔(86)이 광학 전도체(32)의 세로축 z와 교차하게 하고, 그에 의해 광 혼합에 기여한다.
도 3b는 LED 시준 광학 모듈을 횡단하는 복수의 빔을 도시한 것이다. 광학 전도체(32)는 입력 개구(48)에서 LED들 G, R, B, W의 광원들로부터 광을 수신하기 위해 LED 칩(30)에 겹쳐진다. LED들 G-1, R, B, W는 적어도 부분적으로는, 광학 전도체(32)의 내부 공간(56)을 향해 배향된다. 도시된 바와 같이, 반사 물질로부터의 반사를 제공하기 위한 LED들과 반사 물질(54) 간의 입사 각도를 가능하게 하기 위해, LED들 G, R, B, W 간에 횡방향 오프셋이 존재한다. 광학 전도체(32)는 복수의 광 빔, 집합적으로는 광속(88)에 의해 횡단되는 복수의 경로(89)를 제공한다. 복수의 경로(89)는 수신된 광 빔들을 혼합하고, 광속(88)의 강도 중심이 입력 개구(48)로부터 출력 개구(50)로 길이 방향으로 이동하게 한다. 광학 전도체의 반사 물질은 입력 개구(48)로부터 출력 개구(50)로 광을 전파시키도록 배향되고, 거기에서 혼합된 광은 입사 개구(62)에서 CPC(34)에 의해 수신된다. 그 다음, 입사 개구(62)로부터 출사 개구(64)로의 광의 시준된 전송이 발생하여, CPC(34) 내에서 단일 반사 및 시준된 전송으로부터 실질적으로 균질인 퓨필을 생성하게 된다. 광속은 실질적으로 균질인 퓨필(90)로서 출사 개구(64)를 빠져나온다.
일 실시예에서, 슬리브(100)는 열적인 히트 싱크, 전자기 간섭(EMI) 차폐, 광 차폐, 먼지/오염으로부터의 보호 및 물리적 보호 중 하나 이상을 제공하는 격리 부품일 수 있다. 열적인 히트 싱크에 관련하여, LED 칩 패키지(30), 지지 구조물(108) 및 슬리브(100) 사이에 열 전도성 경로가 존재한다. 열 전도성 경로는, 슬리브(100)가 열 에너지의 전달에 의해 LED 칩 패키지(30)로부터의 열을 흡수하여 소산시키는 것을 허용한다. EMI 차폐에 적합한 물질을 포함할 수 있는 슬리브(100) 및 고리(102)는 슬리브(100)를 통한 전자기장의 관통을 제한한다. LED 시준 광학 모듈(16-4)의 광학 전도체(32)에서 생성된 어떠한 전자기장도 예를 들어 LED 시준 광학 모듈(16-5)의 동작에 영향을 주지 않을 것이고, 또한 그 반대로도 되어, LED 시준 광학 모듈들(16) 각각으로부터 나오는 전자기장을 격리시킨다.
고리(102)의 각 단부에서 광학 전도체(32)와의 밀봉 맞물림(sealing engagement)을 갖는 슬리브(100)는 먼지 및 오물이 없고 깨끗할 수 있는 고리(102)를 제공한다. 또한, 슬리브(100)는 광학 전도체(32)에 물리적 차폐 및 보호를 제공한다. 또한, 슬리브(100)에 의해 광 차폐가 제공되도록, 광은 각각의 고리(32) 내에 포함된다. 격리 부품으로서의 슬리브(100)는 광학 전도체(32)의 동작을 보호하고, 또한, 상이한 LED 시준 광학 모듈들의 광학 전도체들 사이에서 발생할 수 있는 다양한 유형의 간섭들을 완화한다.
본 발명이 예시적인 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 이 설명은 제한적인 의미로 해석되도록 의도된 것이 아니다. 본 기술분야의 숙련된 자들은 이 설명을 참조하여, 예시적인 실시예들은 물론, 본 발명의 다른 실시예들의 다양한 수정 및 조합을 분명히 알 수 있을 것이다. 그러므로, 첨부된 청구항들은 그러한 임의의 수정 또는 실시예들을 포괄하도록 의도된다.

Claims (15)

  1. 발광 다이오드 시준 광학 모듈(light emitting diode collimation optics module)(16)로서,
    복수의 광원(G, R, B, W)을 제공하는 발광 다이오드 칩(30);
    제1 단면적(πr1 2)의 입력 개구(48), 및 제2 단면적(πr2 2)의 출력 개구(50)를 갖는 광학 전도체(optical conductor)(32) - 상기 광학 전도체는 상기 입력 개구(48)에서 상기 복수의 광원(G, R, B, W)으로부터의 광을 수신하고 상기 출력 개구(50)에 광을 전달하기 위해 상기 발광 다이오드 칩(30)에 겹쳐지고, 상기 제1 단면적(πr1 2)은 상기 제2 단면적(πr2 2)과 실질적으로 동일함 -;
    상기 입력 개구(48)를 상기 출력 개구(50)와 연결시키는 제1 벽 부분(wall portion)(52) - 상기 제1 벽 부분(52)은 상기 입력 개구(48)로부터 상기 출력 개구(50)로의 광의 혼합을 가능하게 하는 복수의 전송 경로를 정의하는 제1 반사 물질(54)로 이루어짐 -;
    상기 발광 다이오드 칩(30)에 연결되고, 그 사이에 고리(annulus)(102)가 위치되도록 상기 광학 전도체(32) 주위에 배치되는 슬리브(100);
    제1 단부에서 제3 단면적(πr3 2)의 입사 개구(62)로 형성되고, 제2 단부에서 제4 단면적(πr4 2)의 출사 개구(64)로 형성되는 바디(60) - 상기 입사 개구(62)는 상기 출력 개구(50)와 만나고, 상기 바디는 상기 출사 개구(64)에 광을 전달하도록 배치되며, 상기 제3 단면적(πr3 2)은 상기 제2 단면적(πr2 2)과 실질적으로 동일하고, 상기 제4 단면적(πr4 2)은 상기 제3 단면적(πr3 2)보다 더 큼 -; 및
    상기 입사 개구(62)를 상기 출사 개구(64)와 연결하고, 상기 제3 단면적(πr3 2)으로부터 제4 단면적(πr4 2)으로 퍼지는 제2 벽(66) 부분 - 상기 제2 벽(66) 부분은 상기 입사 개구(62)로부터 상기 출사 개구(50)로의 광의 시준된 전송을 가능하게 하는 제2 반사 물질(54)로 이루어짐 -
    을 포함하는 발광 다이오드 시준 광학 모듈(16).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고리(102)의 상측 단부에서 상기 슬리브(100)와 광학 전도체(32) 사이에 위치된 밀봉부(seal)(104)를 더 포함하는 발광 다이오드 시준 광학 모듈(16).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 슬리브(100)는 상기 고리(102)의 하측 단부에 위치된 칼라(collar)(106)를 더 포함하고, 상기 칼라(106)는 상기 광학 전도체(32) 주위에 위치되어 그곳에 밀봉부를 형성하는 발광 다이오드 시준 광학 모듈(16).
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광학 전도체(32)와 상기 슬리브(100)를 설치(seating)하기 위한 지지 구조물(108)을 더 포함하는 발광 다이오드 시준 광학 모듈(16).
  5. 제4항에 있어서,
    상기 지지 구조물(108)은 상기 슬리브(100)를 설치하기 위한 숄더 링(shoulder ring)(110)을 더 포함하는 발광 다이오드 시준 광학 모듈(16).
  6. 제1항에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩(30) 및 상기 광학 전도체(32)가 그 위에 탑재되는 베이스(14)를 더 포함하는 발광 다이오드 시준 광학 모듈(16).
  7. 제1항에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩(30)과 상기 슬리브(100) 사이의 열 전도 경로를 더 포함하는 발광 다이오드 시준 광학 모듈(16).
  8. 제1항에 있어서,
    상기 슬리브(100)는 전자기 간섭 스크리닝(electromagnetic interference screening)을 제공하는 발광 다이오드 시준 광학 모듈(16).
  9. 제1항에 있어서,
    상기 슬리브(100)는 광 및 오물(dirt) 방지를 제공하는 발광 다이오드 시준 광학 모듈(16).
  10. 제1항에 있어서,
    상기 슬리브(100)는 상기 광학 전도체(32)에 대한 물리적 보호를 제공하는 발광 다이오드 시준 광학 모듈(16).
  11. 제1항에 있어서,
    상기 광학 전도체(32)의 세로축(Z)은 상기 발광 다이오드 칩(30)의 수평축(X)에 실질적으로 직교하는 발광 다이오드 시준 광학 모듈(16).
  12. 제1항에 있어서,
    상기 광학 전도체(32)의 세로축(Z)은 상기 슬리브(100)의 세로축(Z)과 정렬되는 발광 다이오드 시준 광학 모듈(16).
  13. 조명기구(10)로서,
    베이스(14);
    상기 베이스(14) 상에 각각 배치된 복수의 발광 다이오드 시준 광학 모듈(16-1 내지 16-7) - 상기 복수의 발광 다이오드 시준 광학 모듈(16-1 내지 16-7) 각각은:
    복수의 광원(G, R, B, W)을 제공하는 발광 다이오드 칩(30);
    상기 발광 다이오드 칩(30)에 겹쳐지는 광학 전도체(32) - 상기 광학 전도체(32)는 상기 복수의 광원(G, R, B, W)으로부터 수신된 광을 혼합하기 위한 것임 -;
    상기 발광 다이오드 칩(30)에 연결되고, 고리(102)가 그 사이에 형성되도록 상기 광학 전도체(32)의 주위에 배치되는 슬리브(100); 및
    상기 광학 전도체(32)에 연결된 복합 포물선형 집광기(compound parabolic concentrator)(34) - 상기 복합 포물선형 집광기(34)는 상기 광학 전도체(32)로부터 수신된 광을 시준하기 위한 것임 -
    를 포함함 -; 및
    상기 베이스(14)와 상기 복수의 발광 다이오드 광학 모듈(16-1 내지 16-7)을 수용하도록 구성된 하우징(12)
    을 포함하는 조명기구(10).
  14. 제13항에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩(30)과 상기 슬리브(100) 사이의 열 전도 경로를 더 포함하는 조명기구(10).
  15. 제13항에 있어서,
    상기 슬리브(100)는 전자기 간섭 스크리닝을 제공하는 조명기구(10).
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