KR20120090975A - 형광체 코팅된 렌즈용 시스템 및 방법 - Google Patents

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고현철
랜달 이. 존슨
폴 엔. 윈버그
덩 티. 즈엉
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일루미텍스, 인크.
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Abstract

본 명세서에 개시된 실시예는 광원 및 LED와 함께 광자 변환 재료를 이용하는 광학 시스템을 제공한다. LED가 베이스 및 하나 이상의 측벽에 의해 형성된 캐비티 내에 위치될 수 있다. 형광체는 렌즈 본체로의 입구면과 LED 사이에서 렌즈의 입구면 상에 배치될 수 있어 LED로부터 방출된 광이 형광체 상에 입사되어 입구면을 통해 렌즈 본체에 진입하기 전에 하향 변환될 수 있게 된다. 렌즈는 형광체가 간극에 의해 LED로부터 분리되도록 위치될 수 있다.

Description

형광체 코팅된 렌즈용 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR A PHOSPHOR COATED LENS}
관련 출원
본 출원은 2010년 3월 31일 출원된 코(Ko) 등의 발명의 명칭이 "형광체 코팅된 렌즈용 시스템 및 방법(System and Method for Phosphor Coated Lens)"인 미국 가출원 제61/319,739호 및 2009년 8월 20일 출원된 코 등의 발명의 명칭이 "형광체 변환형 백색광 엔진용 형광체 코팅된 렌즈(Phosphor Coated Lens for Phosphor Converting Type White Light Engine)"인 미국 가출원 제61/235,491호를 35 U.S.C. 119(e) 하에서 우선권 주장하고, 2009년 12월 23일 출원된 코 등의 발명의 명칭이 "형광체 코팅된 렌즈용 시스템 및 방법(System and Method for a Phosphor Coated Lens)"인 미국 특허 출원 제12/646,570호의 일부 계속 출원으로서 35 U.S.C. 120 하에서 우선권을 주장한다. 이 단락에서 상기에 참조된 각각의 출원은 본 명세서에 참조로서 완전히 포함되어 있다.
기술 분야
본 발명은 일반적으로 광학 시스템에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 렌즈를 사용하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 선택된 컬러 및/또는 컬러 온도를 갖는 고도로 균일한 광 분포를 생성하기 위해 LED/렌즈의 어레이를 사용하는 것에 관한 것이다.
형광체는 모든 방향에서 광을 방출하는 등방성 방사체이다. 전통적인 LED 구현예에서, 형광체는 LED 칩 상에, LED에 근접하여 실리콘 매트릭스 내에 또는 LED 돔(dome) 또는 다른 LED 패키징의 외부에 적용된다. 돔 또는 렌즈는 램버시안(lambertian)으로부터 매우 좁은 스폿으로 광빔 각도(형상)를 제어하기 위해 형광체로 코팅된 LED 칩에 적용될 수 있다. 이러한 장치는 반구면 렌즈로부터 T-5 mm(T 1¾) 비구면 렌즈의 범위이다. 백색광 LED를 생성하기 위한 하나의 통상의 시스템은 예를 들어 실리콘과 같은 결합 매트릭스 내의 펌프 블루/UV LED 칩과 형광체의 근접 혼합물로 구성된다. 용어 "컵 내의 구프(goop in a cup)"가 반사성 컵 내의 청색 펌프 상에 편평한 또는 매우 거의 편평한 형광체 및 실리콘 혼합물을 갖는 LED를 설명하는 데 사용된다. 원격 형광체 시스템에서, 형광체는 변환 효율을 증가시키기 위해 반구형 셀의 내부 또는 돔의 외부에 칩으로부터 이격되어 적용된다. 그러나, 부가의 렌즈가 광빔 형상을 제어하도록 요구될 수 있다. GE VIO는 원격 형광체 해결책을 이용한다.
현재의 시스템은 LED 칩 및 형광체 입자의 가열에 기인하는 효율 손실을 겪고 있다. 부가적으로, 다수의 현재의 시스템은 돔 또는 형광체 코팅된 LED로부터 방출된 광을 원하는 빔각으로 성형하기 위한 2차 광학 기기 또는 부가의 렌즈를 필요로 한다. 돔으로의 렌즈의 결합은 대략 10% 이상의 효율 손실을 야기한다. 더욱이, 현재의 시스템은 다색 형광체가 교차 여기에 기인하여 사용될 때 변환 손실을 겪는다. 예를 들어, 적색 발광 형광체는 펌프 파장 대신에 녹색 발광 형광체로부터 하향 변환된 광을 흡수할 수 있고, 이에 의해 추가의 손실을 도입한다.
이하의 미국 특허들은 형광체 변환 발광 장치 내의 몇몇 과제를 처리하는 데 있어서 종래의 노력을 설명하고 있다. 미국 특허 제6,614,179호는 청색 발광 다이오드 및 형광체 구성 요소를 갖는 발광 장치를 개시하고 있다. 미국 특허 제5,998,925호, 제6,069,440호 및 제6,608,332호는 니트라이드 화합물 반도체 및 이트륨-알루미늄-가넷(YAG) 원소를 포함하는 형광체를 각각 갖는 백색광 발광 장치를 개시하고 있다. 니트라이드 화합물 반도체는 발광층으로서 사용된다. 형광체는 발광층에 의해 방출된 광의 부분을 흡수하고 흡수된 광의 것과는 상이한 파장의 광을 방출한다. 미국 특허 제6,737,681호는 백색광 패키지를 위한 칩 배치 디자인을 개시하고 있다. 일 예는 실질적으로 타원형 또는 세장형 원형 형상의 전체 원주를 따라 계속되는 형상에서 케이스의 저부의 높이로부터 상향으로 경사지게 연장하는 오목형 원호의 만곡된 표면을 갖는 형광 부재를 포함한다. 이는 반도체 발광 소자의 측면으로부터 방출된 광을 반사하여 측면으로부터 방출된 대부분의 광 및 반도체 발광 소자로부터 방출된 광의 부분을 더 효율적으로 이용하게 된다. 미국 특허 제6,924,596호는 발광 소자 및 광루미네선스(photoluminescence) 형광 물질을 포함하고 발광 소자를 직접 코팅하는 에폭시 수지로부터 형성된 컬러 변환 부재를 갖는 컬러 변환형 발광 장치를 개시하고 있다. 미국 특허 제7,091,656호 제7,247,257호는 더 완전한 컬러 렌더링을 위한 적어도 2개의 형광체의 혼합물을 사용하는 발광 장치를 개시하고 있다. 미국 특허 제7,071,616호는 청색 LED, 평면형 주 표면 및 청색 LED로부터 광의 주입을 수용하는 에지면을 갖는 광학 가이드 플레이트 및 청색 LED와 광학 가이드 플레이트 사이에 위치된 형광 재료를 포함하는 투명 수지 또는 글래스의 코팅 재료를 갖는 광원을 개시하고 있다. 광학 가이드 플레이트는 최종 광 혼합을 위해 사용된다. 미국 특허 제7,026,756호, 제7,126,274호, 제7,329,988호, 제7,362,048호는 디스플레이 백라이트를 위한 방출 스펙트럼 및 패키지 디자인을 포함하는 백색광 LED 및 형광체 구성 요소를 갖는 발광 장치를 개시하고 있다. 미국 특허 제6,960,878호는 청색 다이 및 형광체를 갖고 더 양호한 신뢰성 및 광학 안정성을 위한 에폭시 수지를 포함하는 LED 칩을 개시하고 있다. 미국 특허 제7,256,468호는 발광 요소 및 발광 요소를 수용하기 위한 기계적 강도 및 열 복사 특성을 갖는 금속 패키지를 갖는 발광 장치를 개시하고 있다.
본 명세서에 설명된 실시예는 렌즈 본체에 광이 진입하기 전에 형광체가 광을 하향 변환할 수 있는 광학 시스템을 제공한다. 일 실시예는 LED, 렌즈 및 렌즈 상에 배치된 형광체를 포함할 수 있다. LED는 베이스 및 하나 이상의 캐비티 측벽에 의해 규정된 캐비티 내에 위치된다. 형광체는 렌즈 본체로의 입구면과 LED 사이에서 렌즈 상에 배치되어 LED로부터 방출된 광이 형광체 상에 입사되고 입구면을 통해 렌즈 본체에 진입하기 전에 적어도 부분적으로 하향 변환될 수 있게 할 수 있다. 렌즈는 형광체가 간극에 의해 LED로부터 분리되도록 위치된다. 형광체는 렌즈 본체의 입구면 상에, 형광체와 입구면 사이의 버퍼층 상에 코팅으로서 배치될 수 있고 또는 렌즈 상에 다른 방식으로 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 렌즈 본체는 원하는 절반각의 균일한 분포를 갖는 광을 방출하도록 성형될 수 있다. 부가적으로, 렌즈 본체는 밝기를 유지하거나 밝기를 유지하는 원하는 퍼센트 이내에 오도록 성형될 수 있다.
캐비티는 캐비티 내의 광을 LED의 입구면에 안내하도록 성형된 측벽을 가질 수 있다. 캐비티 측벽을 형성하는 재료는 광을 입구면에 반사하도록 선택될 수 있다. 다른 실시예에서, 반사기는 LED를 둘러쌀 수 있다. 반사기는 개별 구성 요소일 수 있고, 또는 일 실시예에 따르면 캐비티가 캡슐화제로 충전되면 캐비티의 에지에 표면 장력에 의해 형성될 수 있다.
광학 시스템의 다른 실시예는 서브마운트, 서브마운트에 장착된 LED의 어레이, 하우징 및 렌즈의 세트를 포함할 수 있다. 하우징은 서브마운트와 협동하여 LED 캐비티의 세트를 적어도 부분적으로 형성할 수 있다. 하우징은 또한 렌즈를 수용하기 위한 렌즈 캐비티의 세트를 형성할 수 있다. 각각의 렌즈 캐비티는 대응 LED 캐비티로 개방될 수 있다. 렌즈는 렌즈 캐비티 내에 배치될 수 있고 각각의 렌즈는 대응 LED 캐비티로의 개구에 근접한 입구면을 포함한다. 형광체층이 입구면과 대응 LED 사이에서 각각의 렌즈 상에 배치될 수 있어 광이 렌즈 본체에 진입하기 전에 하향 변환되게 된다. 각각의 렌즈의 입구면은 대응 LED로부터 소정 거리 이격되어 위치되어 LED와 형광체 사이에 간극이 존재하게 된다. 다수의 형광체가 교차 여기를 감소시키기 위해 순차적으로 침착될 수 있다.
각각의 렌즈 캐비티는 측벽의 세트에 의해 형성될 수 있다. 측벽의 세트는 렌즈 캐비티가 대응 LED 캐비티로의 개구에 근접하여 더 작고 대응 LED 캐비티의 개구로부터 이격하여 더 크도록 성형될 수 있다.
렌즈의 세트 내의 각각의 렌즈는 선택된 절반각에서 균일한 분포 패턴을 갖는 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 렌즈의 세트는 광학 시스템이 렌즈의 세트 내의 개별 렌즈보다 큰 영역에 걸쳐 선택된 절반각에서 균일한 분포 패턴으로 광을 방출하도록 밀접하게 패킹될 수 있다. 부가적으로, 렌즈의 세트 내의 각각의 렌즈는 밝기를 유지하도록 성형될 수 있다.
시스템은 일 실시예에 따르면, 대응 렌즈 캐비티 내의 하나 이상의 렌즈를 지지하는 커버를 포함할 수 있다. 커버 및 하나 이상의 렌즈는 단일 재료편으로 형성될 수 있다.
각각의 렌즈 상에 배치된 형광체층은 렌즈의 세트 내의 상이한 렌즈가 상이한 컬러의 광을 방출하도록 선택될 수 있다. 예로서, 비한정적으로, 각각의 렌즈 상에 배치된 형광체층은 광학 시스템이 하나 이상의 백색광 유닛을 형성하도록 선택된다.
본 명세서에 설명된 실시예에 의해 제공되는 일 장점은 형광체가 LED 칩으로부터 제거된다는 것이다. 따라서, LED 칩의 가열이 감소되거나 방지된다.
다른 장점으로서, 형광체 변환 효율은 LED 능동층으로부터 형광체의 분리에 기인하여 증가될 수 있다. 스토크스 시프트(Stoke's shift)에 기인하는 형광체의 자체 가열은 렌즈 재료를 통한 그리고 시스템 서브마운트/히트 싱크를 통한 열 소산에 의해 억제될 수 있다.
몇몇 실시예의 또 다른 장점으로서, 더 높은 형광체 변환 효율이 렌즈의 입구에서 낮아진 플럭스 밀도에 기인하여 성취될 수 있다.
다양한 실시예의 다른 장점으로서, 밝기 유지 개별 광학 장치의 입구면에서 형광체를 위치시키는 것은 열 고려 사항과 효과적인 형광체 패키지 효율 사이의 최적의 균형을 제공할 수 있다.
본 명세서에 설명된 실시예는 또한 가요성 광학 시스템 아키텍처를 제공한다. 형광체 코팅된 렌즈는 LED 칩으로부터 분리될 수 있기 때문에, 이는 통상의 발광 장치를 포함하는 다양한 유형의 광학 장치와 함께 사용될 수 있다.
또 다른 장점으로서, 광빔 패턴 제어, 컬러 혼합 및 컬러 변환이 동일한 광학 장치에서 성취될 수 있다.
실시예는 밝기 유지 렌즈를 사용하여 원시야에서 균일한 공간 분포를 제공함으로써, 기초 광학 시스템이 소스의 에텐듀(etendue)를 유지하는 것을 가능하게 한다.
밝기 유지 형광체 렌즈의 실시예는 근시야 및/또는 원시야 컬러 및 공간 균일성 또는 근시야 및/또는 원시야 적합된 컬러 분포 및 공간 분포를 허용함으로써 다른 장점을 제공한다.
본 명세서에 개시된 실시예는 밀접 패킹 형광체 코팅된 렌즈를 또한 허용할 수 있다.
본 명세서에 설명된 실시예는 LED의 어레이(또는 다른 광원)를 사용하기 위한 시스템 및 선택된 빔각에서 매우 균일한 광을 생성하기 위한 렌즈를 또한 제공한다.
도 1 내지 도 4는 광학 시스템의 실시예의 개략도이다.
도 5 내지 도 6은 형광체 코팅된 렌즈의 실시예의 개략도이다.
도 7은 패키징된 어레이의 일 실시예의 개략도이다.
도 8은 패키징된 어레이의 실시예의 개략 단면도이다.
도 9는 캐비티 내의 LED의 개략도이다.
도 10은 패키징된 어레이의 실시예의 부분의 개략도이다.
도 11은 패키징된 어레이의 실시예의 다른 부분의 개략도이다.
도 12는 서브마운트 상에 장착된 LED의 어레이의 개략도이다.
도 13은 패키징된 어레이의 하우징의 부분의 실시예의 개략도이다.
도 14는 패키징된 어레이의 다른 실시예의 부분의 개략도이다.
도 15는 패키징된 어레이의 실시예의 다른 부분의 개략도이다.
도 16은 렌즈 조립체의 실시예의 개략도이다.
도 17a는 측벽 형상을 결정하기 위한 렌즈의 모델의 개략 단면도이다.
도 17b는 렌즈의 측벽의 부분의 실시예의 개략도이다.
도 17c는 측벽을 위한 파셋면(facet)이 컴퓨터 프로그램을 사용하여 규정될 수 있는 것을 도시하고 있는 개략도이다.
도 17d는 광선이 측벽으로부터 출구면으로 반사되도록 TIR을 발생시키도록 성형된 측벽을 갖는 렌즈의 일 실시예의 개략도이다.
도 18은 출구 평면의 일 실시예를 도시하고 있는 개략도이다.
도 19는 유효 입체각을 추정하기 위한 일 실시예의 개략도이다.
도 20a 내지 도 20e는 유효 입체각을 추정하기 위한 다른 실시예를 설명하고 있는 개략도이다.
도 21은 광학 시스템의 실시예의 개략도이다.
도 22는 광학 시스템의 다른 실시예의 개략도이다.
도 23a 및 도 23b는 30도 절반각 광 조합을 나타내는 렌즈/LED 조합을 도시하고 있는 개략도이다.
도 24는 렌즈의 어레이 및 최종적인 광 패턴의 개략도이다.
도 25a 내지 도 25c는 컬러 광 소스의 배열의 개략도이다.
도 26은 광학 유닛의 어레이 및 제어기의 실시예의 개략도이다.
도 27은 형광체를 갖는 렌즈의 다른 실시예의 개략도이다.
도 28은 형광체를 갖는 렌즈의 또 다른 실시예의 개략도이다.
도 29는 형광체를 갖는 렌즈의 일 실시예의 개략도이다.
도 30은 형광체를 갖는 다른 렌즈의 개략도이다.
실시예 및 그 장점의 더 완전한 이해는 유사한 도면 부호가 유사한 특징을 지시하는 첨부 도면과 함께 취한 이하의 설명을 참조하여 얻어질 수 있다.
실시예 및 그 다양한 특징 및 장점이 첨부 도면에 도시되어 있고 이하의 설명에서 상세히 설명되는 예시적인, 따라서 비한정적인 예를 참조하여 더 완전히 설명된다. 공지의 출발 재료(starting material) 및 프로세스의 설명은 개시 내용을 상세히 불필요하게 불명료하게 하지 않기 위해 생략될 수 있다. 그러나, 상세한 설명 및 특정 예는 바람직한 실시예를 지시하면서 한정적이 아니라 단지 예시로서만 제공되어 있다는 것이 이해되어야 한다. 기초적인 발명의 개념의 사상 및/또는 범주 내의 다양한 치환, 수정, 추가 및/또는 재배열은 본 개시 내용으로부터 당 기술 분야의 숙련자들에게 명백하게 될 것이다.
본 명세서에 사용될 때, 용어 "포함한다", "포함하는", "구비한다", "구비하는", "갖는다", "갖는" 또는 이들의 임의의 다른 변형은 비한정적인 포함을 커버하는 것으로 의도된다. 예를 들어, 요소의 리스트를 포함하는 프로세스, 제품, 물품 또는 장치는 반드시 이들 요소에만 한정되는 것은 아니고, 명시적으로 열거되지 않거나 또는 이러한 프로세스, 제품, 물품 또는 장치에 고유적인 다른 요소를 포함할 수 있다. 또한, 명시적으로 반대로 언급되지 않으면, "또는"은 배타적인 또는(exclusive or)이 아니라 포함적인 또는(inclusive or)을 칭한다. 예를 들어, 조건 A 또는 B는 이하의 것들, 즉 A가 참이고(또는 존재함) B가 거짓임(또는 존재하지 않음), A가 거짓이고(또는 존재하지 않음) B가 참임(또는 존재함), 및 A 및 B의 모두가 참임(또는 존재함) 중 임의의 하나에 의해 만족된다.
부가적으로, 본 명세서에 제공된 임의의 예 또는 예시는 이들이 이용되는 임의의 용어 또는 용어들의 정의에 대한 한정, 제한 또는 표현으로서 임의의 방식으로 간주되어서는 안된다. 대신에, 이들 예 또는 예시는 일 특정 실시예에 대해 설명되는 것으로서 그리고 단지 예시적인 것으로서 간주되어야 한다. 당 기술 분야의 숙련자들은 이들 예 또는 예시가 다른 실시예 뿐만 아니라 그와 함께 또는 명세서의 다른 위치에 제공되거나 또는 제공되어 있지 않을 수 있는 그 구현예 및 적응예를 포함하고, 모든 이러한 실시예들은 이 용어 또는 용어들의 범주 내에 포함되도록 의도된다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이러한 비한정적인 예 및 예시를 나타내는 언어는 "예를 들어", "예로서", "가령", "일 실시예에서" 등을 포함하지만 이들에 한정되는 것은 아니다.
이제, 그 예가 첨부 도면에 도시되어 있는 본 발명의 예시적인 실시예를 상세히 참조한다. 가능한 경우마다, 유사한 도면 부호가 다양한 도면의 유사한 및 대응 부분(요소)을 칭하기 위해 도면 전체에 걸쳐 사용될 수 있다.
본 명세서에 설명된 실시예는 광원으로부터 이격하여 광원과 렌즈의 입구면 사이에 광자 변환 재료를 유지하는 광학 시스템을 제공한다. 광원은 베이스 및 측벽을 갖는 캐비티 내에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 캐비티는 서브마운트와 협동하여 하우징에 의해 형성될 수 있다. 렌즈는 렌즈의 입구면이 광원으로부터 선택된 거리에 있도록 위치될 수 있다. 광자 변환 재료층은 렌즈의 입구면과 광원 사이에서 렌즈 상에 배치될 수 있어, 광이 렌즈에 진입하기 전에 재료가 광원으로부터 상이한 파장으로 방출된 광을 변환하게 된다. 광자 변환 재료는 렌즈로의 입구면 상에, 버퍼층 상에 또는 렌즈의 다른 층에 직접 배치될 수 있다. 이하의 예에서, 광원은 LED이고 광자 변환 재료는 형광체 및/또는 양자점(quantum dot)을 포함한다. 그러나, 본 명세서에 개시된 실시예는 다른 광원 및 광자 변환 재료와 함께 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 1 내지 도 4는 LED(110)로부터 간극에 의해 분리된 렌즈(105)를 포함하는 광학 시스템의 개략도이다. LED는 도 1 및 도 2에 도시되어 있는 바와 같은 측방향 LED, 도 3에 도시되어 있는 바와 같은 플립-칩 LED, 도 4에 도시되어 있는 바와 같은 수직 LED 또는 임의의 다른 적합한 유형의 LED 또는 광원일 수 있다. LED(110)는 사파이어, 실리콘 카바이드, 다이아몬드, 성형된 글래스 또는 다른 적합한 재료를 포함하는 임의의 적합한 LED 기판 재료의 기판(115)을 포함할 수 있다. 부가적으로, LED(110)는 도핑의 하나 이상의 층 또는 영역, 버퍼층 또는 다른 층을 포함할 수 있는 비기판층(120)을 가질 수 있다. 비기판층(120)은 통상적으로 InGaN 또는 AlInGaP 또는 AlGaN과 같은 화합물 반도체인 발광 영역(또는 능동 영역)을 포함할 수 있다. LED(110)는 직사각형(정사각형을 포함함), 6각형, 원형일 수 있고 또는 다른 기하학적 또는 불규칙적 형상을 가질 수 있다.
LED(110)는 서브마운트(125)에 장착된다. 일 실시예에 따르면, 서브마운트(125)는 LED(110)에 의해 생성된 열을 확산시키고 전도하기 위해 높은 열전도도를 갖는 재료로 제조될 수 있다. 당 기술 분야에 공지되거나 전개된 임의의 적합한 서브마운트가 사용될 수 있다. LED(110)는 하우징(135)에 의해 형성된 LED 캐비티(130) 내에 배치된다. 하우징(135)은 더 대형의 하우징의 부분, 서브마운트(125) 상에 장착된 재료층(들) 또는 서브마운트(125) 또는 다른 층과 협동하여 캐비티를 형성하는 LED(110) 주위에 위치된 다른 재료일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따르면, 재료(135)는 서브마운트(125)에 장착된 성형된 플라스틱의 층일 수 있다.
LED 캐비티(130)는 일 실시예에 따르면, LED의 측면에 평행한(즉, 도 1의 관점으로부터 수직인) 직선형 측벽을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, LED 캐비티(130)의 벽은 광을 상향으로 더 양호하게 안내하기 위해 만곡되고(예를 들어, 포물선형, 다중 포물선형 또는 다른 곡선형), 테이퍼지거나 또는 다른 형상일 수 있다. LED 캐비티(130)는 공기, 성형된 실리콘, 형광체 입자와 혼합된 실리콘, 성형된 플라스틱 또는 다른 캡슐화제로 충전될 수 있다. LED(110)보다 높은 굴절률을 갖는 재료를 사용하는 것은 LED(110) 내의 내부 전반사("TIR")에 기인하여 LED(110) 내에 광이 포획되는 것을 방지할 수 있어, 이에 의해 더 많은 광이 LED 캐비티(130) 내로 탈출할 수 있게 한다.
LED(110) 주위에 배치된 반사기(140)(도 2 참조)는 렌즈(105)를 향해 광을 반사시킬 수 있다. 몇몇 실시예에서, 반사기(140)는 개별 구성 요소일 수 있다. 예로서, 비한정적으로, 반사기는 테플론(Teflon), 테플론 페이퍼, 확산 반사성 플라스틱, 은 코팅된 플라스틱, 백색 페이퍼, TiO2 코팅된 재료 또는 다른 반사성 재료일 수 있다. 다른 실시예에서, 반사기(140)는 재료(135) 또는 캡슐화제의 선택을 통해 형성될 수 있다. 예를 들어, 재료(135)는 벽이 고유적으로 확산 백색 반사기를 형성하도록 하는 백색 플라스틱 재료일 수 있다. 다른 실시예에서, 반사기(140)는 LED 캐비티(130) 내에 배치된 캡슐화제의 표면 장력에 의해 형성될 수 있다.
몇몇 경우에, LED는 단지 LED의 몇몇 부분의 측면으로부터 광을 누설할 수 있다. 도 4의 실시예에서, 예를 들어 기판(115)은 LED(110)가 그 기판(115)의 측면으로부터 광을 방출하지 않도록 하는 불투명한 측면을 포함할 수 있다. 따라서, 광학 시스템(110)은 반사기(140)가 단지 광이 방출되는 LED(110)의 측면부를 둘러싸도록 구성될 수 있다.
렌즈(105)는 렌즈(105)의 렌즈 본체(107) 내로 광을 수용하기 위한 입구면(150)을 포함할 수 있다. 렌즈 본체(105)는 입구면으로부터 출구면으로 광을 안내하거나 분배하는 책임이 있는 렌즈(105)의 주요부이다. 그러나, 렌즈(105)는 광이 입구면(150)에 진입하기 전에 횡단할 수 있는 버퍼층 또는 보호층과 같은 부가의 층을 포함할 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 일 실시예에 따르면, 입구면(150)은 LED(110)의 주 발광 평면[예를 들어, 도 2의 면(117)에 평행한 평면]에 평행할 수 있다. 다른 실시예에서, 입구면은 LED의 주 발광 평면에 대해 다른 배향(예를 들어, 수직)을 가질 수 있다. 형광체층(145)은 렌즈 본체(107)의 입구면과 LED(110) 사이의 렌즈(105) 상에 배치될 수 있다. 형광체층은 입구면(150) 상에 또는 형광체층(145)과 입구면(150) 사이의 버퍼층 상에 직접 배치될 수 있다. 형광체층(145) 내의 형광체는 더 높은 에너지의 짧은 파장 광파를 흡수하고, 더 낮은 에너지의 더 긴 파장 광을 재방출한다. 형광체층(145)에 의해 방출된 광은 입구면(150)을 통해 렌즈 본체(107)에 진입할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 형광체층(145)은 렌즈 본체(107)의 입구면(150) 상에 코팅된 실리콘과 같은 결합 재료 내의 형광체 입자의 층을 포함할 수 있다. 형광체 입자는 이에 한정되는 것은 아니지만, 나노 형광체 입자, 양자점 또는 더 작은 또는 더 큰 입자를 포함하는 임의의 적합한 크기의 형광체 입자를 포함할 수 있고, 단색 또는 다색의 형광체 입자를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 형광체층(145)은 하나 이상의 버퍼층에 의해 렌즈 본체(107)의 입구면(150)으로부터 분리될 수 있다. 예를 들어 형광체층(145)이 입구면(150)과 하나 이상의 부가의 재료층 사이에 개재되도록 형광체층(145) 사이의 렌즈 본체(107)에 결합된 부가의 재료층이 또한 존재할 수 있다. 재료 및 접착제는 손실이 발생하지 않거나 층 경계에서 최소화되도록 하는 굴절률을 갖고 선택될 수 있다. 형광체는 이들에 한정되지는 않지만, 실크 스크리닝(silk screening), 스텐실 인쇄 패드 인소ㅙ, 주사기 분배 또는 분사(jetting)를 포함하는 당 기술 분야에 공지되거나 전개된 임의의 기술을 사용하여 배치될 수 있다.
시스템(100)에 의해 방출된 광의 컬러는 형광체층(145) 내의 형광체 입자 및 LED(110)에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, LED(110)는 UV LED일 수 있고, 형광체층(145)은 UV 광을 적색, 녹색, 청색, 황색 또는 다른 컬러광으로 하향 변환하는 형광체를 포함할 수 있다. 다른 예에서, LED(110)는 청색 LED일 수 있고, 형광체층(145)은 청색광을 원하는 컬러로 하향 변환할 수 있다. 반사기(140)는 LED(110)에 의해 방출된 컬러광 및 형광체층(145)으로부터의 하향 변환된 광의 모두를 반사하도록 선택될 수 있다.
렌즈(105)는 형광체층(145)이 LED(110)로부터 소정 거리 이격 유지되도록 위치된다. 렌즈(105)의 위치는 하우징, LED 캐비티(130) 내의 캡슐화제로의 결합 렌즈(105) 또는 LED(110)에 대한 다른 위치 설정 렌즈(105)에 의해 유지될 수 있다. 렌즈(105)가 캡슐화제에 접착되면, 캡슐화제의 굴절률과 같거나 큰 굴절률을 갖는 접착제가 캡슐화제/접착제 경계에서 TIR을 방지하기 위해 사용될 수 있다.
렌즈(105)는 입구면(150)으로부터 출구면(155)으로 광을 안내하기 위한 광 가이드로서 작용할 수 있다. 출구면(155)으로 광을 안내하기 위해 성형된 측벽(157)에서 TIR을 이용할 수 있는 렌즈(105)의 예는 이하에 설명되어 있고 2006년 1월 5일 출원된 듀옹(Duong) 등의 발명의 명칭이 "광학 장치(Optical Device)"인 미국 가출원 제60/756,845호 및 2007년 1월 3일 출원된 발명의 명칭이 "LED로부터 광을 안내하기 위한 개별 광학 장치(Separate Optical Device for Directing Light from and LED)"인 미국 특허 출원 제11/649,018호에 설명되어 있고, 이들 출원의 각각은 본 명세서에 참조로서 완전히 포함되어 있다. 렌즈(105)는, 모든 광이 출구면 면적(155), 출구면(155)과 입구면(150) 사이의 거리 및 측벽(157)의 디자인의 선택을 통해 가능한 최소 패키지 디자인에서 출구면(155)(프레넬 렌즈를 고려하지 않음)으로부터 추출될 수 있도록 설계된 개별 광학 장치일 수 있다. 다른 실시예가 상이한 크기를 갖거나 상이한 추출 효율을 성취하도록 성형될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따르면, 렌즈(105)는 입구(150)에서 렌즈 본체(107)에 진입하는 광의 적어도 70%가 출구면(155)을 나오도록 구성될 수 있다. 낮은 추출 효율을 갖는 렌즈(105)가 또한 사용될 수 있다. 부가적으로, 렌즈(105)는 균일한 광 분포를 제공하고 원하는 절반각으로 광을 방출하도록 선택될 수 있다. 렌즈(105)의 형상은 일 실시예에 따르면, 도 19a 내지 도 19d와 함께 이하에 설명되는 바와 같이 선택될 수 있다. 이들에 한정되는 것은 아니지만 돔, 프레넬, 원추형, 테이퍼형 또는 다른 렌즈를 포함하는 렌즈의 다른 실시예가 또한 사용될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 렌즈 본체(107)는 단일 굴절률을 갖는 고체 재료편일 수 있다.
작동시에, LED(110)는 표면(117)(도 2 참조) 및 측면(119)(도 2 참조)으로부터 LED(110)를 나올 수 있는 광을 생성한다. 반사기(140)는 렌즈 본체(107)의 입구면(150)으로 측면(119)을 탈출하는 광을 재안내하기 위한 재안내 렌즈로서 작용한다. 광이 형광체층(145) 상에 입사될 때, 형광체층(145)은 광을 하향 변환하고 광을 렌즈 본체(107) 내로 그리고 LED 캐비티(130) 내로 재차 방출한다. 반사기(140)는 LED 캐비티(130) 내의 광을 입구면(150)으로 재차 안내할 수 있다. 렌즈 본체(107)는 입구면(150)을 진입하는 광을 형광체층(145)으로부터 출구면(155)으로 안내한다. 렌즈 본체(107)가 원하는 절반각에서 균일한 분포로 광을 제공하면, 부가의 렌즈에 대한 요구가 빔을 성형하는 데 요구되지 않는다. 따라서, 컬러 변환 및 빔 성형이 단일 렌즈로 성취될 수 있다.
일 고려 사항은 형광체가 사용 중에 대략 150℃의 온도까지 가열될 수 있다는 것이다. 따라서, 렌즈 본체(107)는 이 온도에서 연속적인 사용을 견딜 수 있는 재료로 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 높은 온도를 견디는 것이 가능한 실리콘 또는 다른 재료의 버퍼층이 렌즈(105)의 입구면(150)과 형광체층(145) 사이에 도입될 수 있다. 더 두꺼운 또는 더 얇은 버퍼가 사용될 수 있지만, 일 실시예는 100 내지 200 미크론 두께인 실리콘의 층을 포함할 수 있다. 이는 예를 들어 폴리카보네이트가 렌즈 본체(107)에 대해 사용될 수 있게 할 수 있다.
도 5 및 도 6은 예를 들어 본체(107), 버퍼(160)층 및 형광체층(145)을 갖는 렌즈(105)의 실시예의 개략도이다. 버퍼층은 선택된 형광체층(145)의 작동 온도를 견딜 수 있는 실리콘 또는 다른 재료와 같은 적합한 고온 재료일 수 있다. 일 실시예에서, 버퍼(160)는 렌즈 본체(107)의 저부에 접착되거나 다른 방식으로 결합될 수 있고, 또는 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 버퍼(160)의 전체 또는 일부는 렌즈(105)의 입구면에 형성된 포켓 내에 놓여 있을 수 있다. 형광체층은 버퍼층(160) 상의 코팅으로서 렌즈(105) 상에 배치될 수 있다. 도 5 및 도 6은 또한 LED 캐비티(130)(도 1 내지 도 4) 내의 캡슐화제에 렌즈(105)를 접착하기 위한 접착층을 도시하고 있다.
본 명세서에 설명된 실시예는 형광체가 LED로부터 소정 거리 이격하여 제거되기 때문에 LED와 함께 형광체를 사용하는 전통적인 시스템에 비한 장점을 제공한다. 형광체는 렌즈의 입구에 위치되기 때문에, 높은 결합 효율이 존재한다. 부가적으로, 스토크스 시프트에 기인하는 형광체의 자체 가열은 열이 렌즈(140), 하우징(135) 및/또는 서브마운트(125)의 재료를 통해 소산될 수 있기 때문에 감소될 수 있다. 더 높은 형광체 변환 효율이 또한 렌즈(105)의 입구면(150)에서 낮은 플럭스 밀도에 기인하여 성취될 수 있다.
형광체(145)와 LED(110) 사이의 거리는 열적 고려 사항과 유효 형광체 패키지 효율 사이의 최적의 균형을 제공하도록 최적화될 수 있다. 임의의 간극 적합한 간극 크기가 요구에 따라 또는 원하는 바와 같이 사용될 수 있지만, 광학 시스템의 일 실시예는 표면(117)(도 2 참조)과 형광체층(145) 사이의 100 내지 200 미크론의 간극을 갖는다.
북적으로, 본 명세서에 설명된 실시예는 가요성 광학 시스템 아키텍처를 제공한다. 형광체 코팅된 렌즈는 LED 칩으로부터 분리될 수 있기 때문에, 통상의 발광 장치를 포함하는 다양한 유형의 광학 장치와 함께 사용될 수 있다. 더욱이, LED(110)는 요구에 따라 다양한 상이한 렌즈 유형과 함께 사용될 수 있다.
렌즈(105)의 몇몇 실시예는 어레이로 기밀하게 패킹될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 각각의 렌즈(105)가 근시야 및 원시야의 균일한 분포를 갖는 원하는 절반각에서 광을 방출하도록 선택되는 렌즈(105)의 어레이가 형성될 수 있다. 렌즈(105)는 인접한 렌즈(105)를 위한 방출된 광 사이에 인식 가능한 간극이 존재하지 않도록 이격될 수 있다. 각각의 렌즈(105)로부터의 방출된 광은 균일하고 원하는 절반각에 있기 때문에, 어레이의 광 출력은 균일한 근시야 및 원시야 분포를 갖는 원하는 절반각에 있을 수 있지만, 단일의 렌즈에 의해 방출된 광보다 큰 영역을 커버한다. 이는 부가의 광학 기기가 형광체를 사용하여 LED 어레이로부터 원하는 각도로 광을 얻는 데 더 이상 요구되지 않기 때문에 디스플레이 또는 조명 제조업자에 매우 실용적인 이득을 제공한다.
도 7은 패키징된 어레이(200)의 일 실시예의 개략도이다. 도 7의 실시예에서, 패키징된 어레이(200)는 서브마운트(125), 주 하우징(205) 및 커버(210)를 포함한다. 서브마운트(125)는 LED를 위한 기계적 지지 및 전기적 접속을 제공한다. 서브마운트의 실시예는 이들에 한정되는 것은 아니지만, 열적 비아(via)를 갖는 저온 동시 소성 세라믹(LTCC), 열적 비아를 갖는 고온 동시 소성 세라믹(HTCC), 베릴륨 산화물(BeO) 세라믹, 알루미나 세라믹, 실리콘, 알루미늄 니트라이드(AlN), 금속(Cu, Al 등) 및 가요성 회로(Flex circuit)를 포함한다.
주 하우징(205)은 이들에 한정되는 것은 아니지만, 플라스틱, 열가소성 재료 및 다른 유형의 폴리머 재료를 포함하는 적합한 재료로 형성될 수 있다. 복합 재료 또는 다른 가공 재료가 또한 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 주 하우징(205)은 플라스틱 사출 성형 제조 프로세스에 의해 제조될 수 있다. 다양한 성형 프로세스 및 다른 유형의 제조 프로세스가 또한 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 주 하우징(205)은 불투명할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 주 하우징(205)은 투명하거나 반투명할 수 있다. 주 하우징(205)은 LED 및 렌즈에 대해 하우징을 완성하기 위해 재료층(215)에 접합되거나 다른 방식으로 결합될 수 있다. 다른 실시예에서, 하우징은 가열에 기인하여 작동 중에 허용 불가능하게 변형되지 않을 수 있고 사용, 운반 또는 제조 중에 예측된 접촉 또는 충격에 대해 LED 및 렌즈를 보호할 수 있는 적합한 재료의 임의의 수의 층 또는 부분으로 형성될 수 있다.
도 7의 실시예에서, 패키징된 어레이(200)는 4×4 어레이이고, 4개의 렌즈의 각각의 그룹은 커버(210)를 공유한다. 다른 실시예에서, 단일의 커버(210)는 모든 렌즈에 대해 사용될 수 있고 또는 각각의 렌즈는 그 자신의 커버(210)를 가질 수 있다. 커버(210)는 일 실시예에 따르면, 패키징된 어레이(200)의 취급 중에 렌즈가 손상되는 것을 방지하기 위해 충분한 두께를 가질 수 있다.
도 8은 주 하우징(205), 렌즈(105), 커버(210), LED(110), LED 캐비티(130), 하우징층(215) 및 서브마운트(125)(단지 각각의 예만이 명료화를 위해 지시되어 있음)를 도시하고 있는 패키징된 어레이(200)의 일 실시예의 개략 단면도이다. 도 8의 실시예에서, 커버(210)는 이들이 단일 렌즈 조립체를 형성하도록 렌즈(105)와 일체화된다. 커버(210)는 단일의 렌즈 조립체가 커버부 및 다수의 렌즈부를 가질 수 있도록 다른 렌즈(105)와 일체화될 수 있다. 렌즈(105)의 본체(107) 및 커버(210)는 성형된 플라스틱, 폴리카보네이트 또는 다른 재료의 단일편으로 제조될 수 있다. 다른 실시예에서, 커버(210)는 접착제를 사용하여 렌즈(105)에 결합될 수 있다. 커버(210)는 또한 간단하게 렌즈(105)와 접촉될 수 있고 또는 간극에 의해 렌즈(105)로부터 분리될 수 있다. 렌즈(105)가 특정 주위 매체(예를 들어, 공기)에서 출구면에서 TIR을 제한하도록 설계되면, 출구면에 결합된 임의의 층 또는 커버는 층 또는 커버가 추가될 때 TIR이 발생하지 않도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 커버(210) 및 렌즈(105)와 커버(210) 사이의 임의의 접착층 또는 다른 층은 TIR이 층/커버의 부재시에 발생하지 않으면 이들이 렌즈(105)의 출구면에서 TIR을 발생하지 않도록 선택된 굴절률을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 렌즈 본체(107)의 형상은 커버(210)로의 전이를 고려하도록 선택될 수 있다.
커버(210)는 플라스틱, 글래스, 복합 재료 또는 다른 재료와 같은 광학적으로 투명한 재료일 수 있고, 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 부가적으로, 커버(210)는 렌즈(105)를 나오는 광에 대해 광자 변환(예를 들어, 부가의 형광체층), 필터링 또는 다른 기능을 수행하기 위한 재료의 층을 포함할 수 있다.
주 하우징(205)은 렌즈(105)에 적합되도록 치수 설정된 렌즈 캐비티(220)를 형성한다. 렌즈 캐비티(220)의 측벽(225)은 렌즈(105)의 측벽 형상에 정합하거나 근사하도록 만곡될 수 있어 렌즈 캐비티(220)의 크기가 대응 LED 캐비티(130)에 근접하여 더 작고 LED 캐비티(130)로부터 이격하여 더 크게 된다. 다른 실시예에서, 측벽(225)은 수직으로 직선형일 수 있고(도 8의 관점으로부터) 또는 테이퍼질 수 있다. 측벽(225)은 렌즈(105)의 측면으로부터 커버(205)의 출구로 누설하는 임의의 광을 반사하기 위한 반사성 코팅 또는 다른 코팅을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 주 하우징(205)은 측벽(225)이 반사기를 형성하도록 백색 플라스틱 또는 다른 컬러 재료로 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 렌즈 캐비티(220)는 렌즈 본체(107) 내에 TIR을 유지하기 위해 렌즈 본체(107)의 측벽과 렌즈 캐비티(220)의 측벽 사이에 간극이 존재하도록 치수 설정될 수 있다. 간극의 크기는 일정할 수 있거나 렌즈 캐비티(220)의 베이스로부터 더 증가하거나 감소할 수 있다. 간극은 공기 또는 다른 재료로 충전될 수 있다. 바람직하게는, 재료는 렌즈(105)의 본체(107)와 동일하거나 낮은 굴절률을 갖는다. 다른 실시예에서, 측벽(225)은 렌즈 본체(107)의 그 측벽에 접촉할 수 있고, 렌즈 본체(107) 내의 광을 위한 반사기로서 작용할 수 있다.
주 하우징(205)은 커버(210)의 레지(ledge)(235)가 놓이는 숄더(230)를 포함할 수 있다. 접착제, 기계적 체결구 또는 다른 적합한 체결 기구가 커버(210)를 주 하우징(205)에 결합하는 데 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 클램핑 구조체와 같은 2차 구조체가 주 하우징(205)에 대해 커버(210)를 유지할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 주 하우징(205)에 커버(210)를 결합함으로써, 렌즈(105)는 렌즈 캐비티(220) 내의 원하는 위치에 유지된다. 이 경우에, 렌즈(105)는 커버(205)로의 부가의 부착을 요구하지 않을 수 있다. 다른 실시예에서, 렌즈(105)의 부분은 렌즈 캐비티(220)의 베이스에서 숄더(240)에 접착되거나 다른 방식으로 결합될 수 있거나 또는 렌즈(105)의 다른 부분(들)은 주 하우징(205)에 결합될 수 있다.
주 하우징(205)은 서브마운트(125) 및 하우징층(215)과 협동하여 LED 캐비티(130)의 부분 또는 전체를 형성한다. LED 캐비티(130)는 수직 측벽을 갖는 것으로 도시되어 있지만, LED 캐비티(130)는 재안내기 렌즈로서 작용하도록 테이퍼지고, 만곡되거나 다른 방식으로 성형된 측벽을 가질 수 있다. LED 캐비티(130)로의 개구는 LED(110)와 동일한 형상을 가질 수 있고 회전식으로 정렬될 수 있거나 다른 형상 또는 정렬을 가질 수 있다.
형광체층은 LED 캐비티(130)를 나오는 광이 형광체층 상에 입사될 수 있도록 입구면(150)에 근접하여 배치될 수 있다. 형광체층은 광이 렌즈 본체(107)에 진입하기 전에 광을 하향 변환한다. 하향 변환된 광은 렌즈(105)를 통해 안내되고 커버(210)를 나온다. 렌즈 본체(107)의 입구면(150)은 LED 캐비티(130)로의 개구와 동일한 형상일 수 있고 회전식으로 정렬될 수 있거나 다른 형상 또는 정렬을 가질 수 있다.
도 9는 LED 캐비티(130)의 일 실시예의 개략 절결도이다. 서브마운트(125)는 캐비티의 베이스를 형성하고, 측벽은 주 하우징(205) 및 층(215)에 의해 형성된다. 일 실시예에 따르면, LED(110)의 부분은 주 하우징(205)에 의해 형성된 LED 캐비티(130)의 부분 내로 연장될 수 있다. 예를 들어, LED의 능동 영역을 포함하는 비기판층(120)은 이 개구 내로 연장될 수 있고, 또는 플립 칩 디자인에서 기판(115)은 이 부분 내로 연장될 수 있다. LED 캐비티(130)는 전기 접속부를 수용하거나 LED(110) 주위에 다른 방식으로 공간을 제공하기 위해 서브마운트(12)에 더 근접하여 더 커질 수 있다. 서브마운트(125), 층(215) 및 주 하우징(205)의 부분이 도시되어 있지만, 패키징된 어레이(200)는 캐비티(130)를 형성하는 부가의 층을 포함할 수 있다.
도 10은 주 하우징(205)이 제거된 상태의 패키징된 어레이(200)의 개략도이다. 도 10에서, 렌즈 본체(107)로의 입구면(150)은 대응 LED(110)로부터 이격하여 소정 거리에 유지될 수 있다는 것이 주목될 수 있다. 따라서, 입구면 상에 또는 부근에 배치된 임의의 형광체는 LED(110)로부터 또한 분리될 수 있다.
도 11은 각각의 LED(110)에 대해 개별 LED 캐비티(130)를 형성하는 서브마운트(125) 및 층(215)을 갖는 패키징된 어레이(200)의 부분의 일 실시예의 개략도이다. 도 11의 실시예에서, LED 캐비티(130)는 직선형 수직 측벽을 갖지만, LED 캐비티(130)는 만곡된, 테이퍼진 또는 다른 성형된 측벽을 가질 수 있고, 반사기로서 작용할 수 있다. 층(215)에 의해 형성된 LED 캐비티(130)의 영역은 전기 접속부를 수용하거나 LED(110) 주위에 다른 방식으로 공간을 제공하기 위해 주 하우징(205)에 의해 형성되는 것보다 클 수 있다. 다른 실시예에서, 캐비티는 균일한 크기를 가질 수 있거나 렌즈(105)에 접근함에 따라 넓어질 수 있다. 캐비티(130)는 캡슐화제, 공기, 실리콘 "구프(goop)" 또는 다른 충전제 재료로 전체적으로 또는 부분적으로 충전될 수 있다. 층(215)은 서브마운트(125)에 접착되거나 다른 방식으로 결합될 수 있다.
도 12는 서브마운트(125) 상에 장착된 LED(110)의 일 실시예의 개략도이다. 서브마운트(125)는 도 12에 도시되어 있는 바와 같이, LED(110)를 위한 지지를 제공할 수 있고 전기 접속부(250)를 제공할 수 있다. 전기 접속부는 적합한 금속 또는 다른 전도체를 사용하여 제공될 수 있다. 특정 패턴 및 유형의 전기 접속부가 도시되어 있지만, LED(110) 및 서브마운트(125)로의 임의의 적합한 전기 접속부가 제공될 수 있다.
도 13은 렌즈(105)에 적합하도록 치수 설정된 렌즈 캐비티(220)를 형성하는 주 하우징(205)의 일 실시예의 개략도이다. 렌즈 캐비티(220)는 개구(260)로부터 LED 캐비티(130)로 제2 개구(265)로 연장된다. 개구의 크기는 일 실시예에 따르면, 렌즈의 입구면에 대한 출구면의 크기비와 동일한 비를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 개구(260)는 렌즈(105)로의 입구면과 대략 동일한 크기일 수 있고, 반면 개구(165)는 출구면보다 크다. 측벽(225)은 만곡형, 테이퍼형, 수직형일 수 있고 또는 다른 선택된 형상을 가질 수 있다. 숄더(230)는 커버(210)가 결합될 수 있는 표면을 제공한다.
도 13의 실시예에서, 주 하우징(205)은 4×4 어레이를 형성한다. 그러나, 주 하우징(205)은 더 크거나 더 작은 어레이 또는 단일 광학 시스템을 수용할 수 있다. 부가적으로, 주 하우징(205)은 기밀하게 패킹된 어레이에서 원형, 6각형 또는 다른 형상의 렌즈(105)를 수용하도록 성형될 수 있다.
도 8 내지 도 13은 패키징된 LED의 예시적인 실시예를 제공한다. 그러나, 전술된 바와 같이, 패키징된 어레이의 하우징 또는 다른 구성 요소의 부가의 부분이 존재할 수 있다. 예를 들어, 도 14의 실시예는 도 8의 것과 유사하지만, 또한 층(255)을 도시하고 있다. LED(110)를 수용하는 캐비티의 부분은 주 하우징(205)보다는 층(255)에 의해 형성될 수 있다. 이 경우에, 주 하우징(205)은 층(255)으로 연장하는 측벽을 갖는 렌즈 캐비티(220)를 형성할 수 있다. 하우징 층(255, 215)은 다른 한편으로는 LED 캐비티(130)를 형성한다. 층(215, 255)은 플라스틱 또는 다른 재료를 포함하는 임의의 적합한 재료를 포함할 수 있다. 층(255)은 하우징(205)이 접합될 수 있는 레지를 형성하기 위해 층(215)으로부터 삽입될 수 있다. 층(215, 255)의 사용은 주 하우징(205)에 정렬하기 위한 기구를 제공함으로써 용이한 제조성을 용이하게 할 수 있다. 도 15는 층(255)이 LED 캐비티(130)의 개구의 부분을 형성하고 LED 캐비티(130)의 개구를 제공할 수 있는 것을 도시하고 있는, 렌즈(105) 및 커버(210)가 제거되어 있는 패키징된 어레이(200)의 부분의 일 실시예의 개략도이다.
도 16은 렌즈(105)의 렌즈 본체(107)를 형성하는 성형 측벽을 갖는 부분과 커버(210)로서 작용하는 성형된 측벽이 없는 부분을 포함하는 렌즈 조립체(275)의 개략도이다. 성형된 및 성형되지 않은 부분은 단일 재료의 편일 수 있다. 각각의 렌즈(105)는 원하는 컬러광을 방출하도록 선택된 형광체 코팅된 렌즈일 수 있다. 하나 초과의 형광체 렌즈가 시스템에 사용되면, 다수의 유형의 형광체가 원하는 컬러 온도 및 CRI를 성취하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 3개의 황색 형광체 렌즈 및 하나의 적색 형광체 렌즈가 따뜻한 백색광을 얻기 위해 청색 펌프와 함께 사용될 수 있다. 4개의 형광체 렌즈의 각각은 동일한 원시야 분포로 방출할 수 있기 때문에, 컬러는 중첩을 경험할 수 있고 번지거나 링형 효과를 생성하지 않을 수 있다. 다른 예로서, 도시되어 있는 렌즈의 2×2 어레이에서, 각각의 렌즈는 적색, 녹색 또는 청색광을 방출하도록 선택될 수 있다. 렌즈(105)로부터의 광은 백색광을 형성하도록 조합될 수 있다. 다른 실시예에서, 각각의 조립체(275)는 단색광을 방출할 수 있다. 도 7에 도시되어 있는 4×4 어레이에서, 예를 들어 4개의 렌즈 조립체(275)가 사용될 수 있다. 하나의 렌즈 조립체(275)는 청색광을 방출할 수 있고, 하나의 조립체(275)는 적색광을 방출할 수 있고, 2개의 조립체(275)는 적색광을 방출할 수 있어, 어레이가 전체로서 백색 광원으로서 작용하게 된다. 렌즈 조립체(275)는 임의의 수의 렌즈(105)를 포함할 수 있다.
이하에 설명되는 바와 같이, 렌즈(105)는 복사휘도를 유지하고(또는 복사휘도를 유지하는 허용 가능한 백분율 내에 있음), 광의 방출각을 제어하고, 균일한 또는 다른 원하는 분포를 갖는 광을 방출하도록 성형된 렌즈 본체(107)를 갖고 구성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 렌즈(105)는 밀접하게 패킹되어 인접한 출구면 사이에 공간이 없거나 최소 공간이 존재한다. 렌즈(105)가 충분히 기밀하게 패킹되는 한, 렌즈(105)에 의해 방출되는 광 사이에 간극이 존재하지 않을 것이다. 따라서, 전체로서 어레이(200)에 의해 방출된 광은 원하는 절반각 이내에 있고 어두운 스폿 또는 고스팅(ghosting)을 갖지 않고 균일하게 보일 것이다.
도 1을 재차 참조하면, 도 1은 입구면(150), 출구면(155) 및 측벽(157)을 갖는 렌즈 본체(107)를 갖는 렌즈(105)의 실시예를 도시하고 있다. 일 실시예에 따르면, 렌즈(105)는 형광체층(145)이 입구면(150) 내에 균일하게 방출한다는 가정을 갖고 구성될 수 있다. 입구면(150)을 통해 렌즈 본체(107)에 진입하는 모든 광이 출구면(155)을 통해 추출될 수 있도록 복사휘도를 유지하기 위해, 출구면(155)의 면적은 이하의 식과 같이 에텐듀 식에 따라 선택된다.
Figure pct00001
(1)
여기서 Ω1 = 입구면(150)을 통해 진입하는 유효 입체각이고, Ω2 = 광이 출구면(155)으로부터 나오는 유효 입체각이고, A1 = 입구면(150)의 면적이고, A2 = 출구면(155)의 면적이고, n1 = 렌즈 본체(107)의 재료의 굴절률이고, n2 = 렌즈 본체(107)의 출구면(155)의 외부의 물질(예를 들어, 공기 또는 다른 매체)의 굴절률이다. 다른 실시예에서, A1은 형광체층의 크기이고 형광체층은 이 면적에 걸쳐 균일한 방사체로서 작용하는 것으로 가정될 수 있다.
2007년 10월 1일 출원된 듀옹 등의 발명의 명칭이 "LED 시스템 및 방법(LED System and Method)"인 미국 특허 출원 제11/906,194호, 2007년 10월 1일 출원된 듀옹 등의 발명의 명칭이 "LED 시스템 및 방법(LED System and Method)"인 미국 특허 출원 제11/906,219호 및 2007년 1월 3일 출원된 발명의 명칭이 "LED로부터 광을 안내하기 위한 개별 광학 장치(Separate Optical Device for Directing Light from an LED)"인 미국 특허 출원 제11/649,018호에 설명된 것들을 포함하는 유효 입체각을 결정하기 위한 다양한 모델이 존재하고, 이들 출원의 각각은 본 명세서에 참조로서 완전히 포함되어 있다. 바람직하게는, 출구면(155)의 면적은 복사휘도를 유지하는 데 필요한 최소 면적의 30%(플러스 또는 마이너스) 이내이다.
출구면(155)과 입구면(150) 사이의 거리는 입구면(150)으로부터 출구면(155)까지의 직선형 전달 경로를 갖는 모든 광선이 출구면(155)에서의 TIR을 방지하기 위해 출구면(155)에서 임계각보다 작거나 같게 출구면(155) 상에 입사되도록 선택될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 최소 거리는 제한 광선에 기초하여 선택될 수 있다. 제한 광선은 입구면(150)으로부터 출구면(155)까지 가장 긴 직선 거리를 이동하는 광선이다. 정사각형 또는 직사각형 면(150, 155)에 대해, 제한 광선은 입구면(150)의 코너로부터 출구면(155)의 반대 코너로 이동하는 광선일 수 있다. 바람직하게는, 입구면(150)과 출구면(155) 사이의 거리는 이 최소 거리의 30% 이내이지만, 더 작은 거리가 사용될 수 있다.
게다가, 측벽(157)이 성형될 수 있다. 대체로 말하면, 측벽 형상은 측벽 상에 입사된 임의의 광선이 출구면(155)에 반사되고 임계각 이하에서 출구면(15) 상에 입사되도록[즉, 출구면(155)에서 내부 반사에 기인하는 손실이 존재하지 않도록] 결정된다. 일 실시예에서, 측벽은 측벽의 내부면에 부딪치는 모든 광선이 출구면(155)에 내부 전반사를 경험하고 임계각 이하에서 출구면(155) 상에 입사되도록 성형되지만, 일부 손실을 허용하는 다른 측벽 형상이 사용될 수 있다.
도 17a는 측벽 형상을 결정하기 위한 렌즈(305)의 모델의 개략 단면도이다. 측벽 형상은 컴퓨터 지원 디자인을 사용하여 결정될 수 있다. 측벽의 모델은 컴퓨터 지원 디자인 패키지에서 생성될 수 있고 시뮬레이션이 적절한 측벽 형상을 결정하도록 실행된다.
일 실시예에 따르면, 각각의 측벽은 n개의 파셋면으로 분할될 수 있고 각각의 파셋면은 평면형 섹션이다. 예를 들어, 모델 측벽(370)은 연속적인 곡선보다는 15개의 평면형 파셋면(372a 내지 372o)으로 구성된다. 각각의 파셋면의 변수는 반복적으로 조정될 수 있고 최종 분포 프로파일은 만족스러운 프로파일이 이하에 설명되는 바와 같이 성취될 때까지 분석된다. 15개의 파셋면의 예가 사용되지만, 각각의 측벽은 20개 이상의 파셋면을 포함하는 임의의 수의 파셋면으로 분할될 수 있다.
각각의 파셋면은 렌즈 내의 광선의 특정 서브세트를 반사하는 것에 대해 분석될 수 있다. 이 관심 영역은 "각도 대변(angular subtense)"으로서 정의될 수 있다. 파셋면에 대한 각도 대변은 사전 결정된 점으로부터 나오는 광선의 각도의 견지에서 규정될 수 있다. 바람직하게는, 선택된 점은 이러한 광선이 파셋면에서 TIR을 경험할 가능성이 최소이기 때문에 파셋면 상의 최고 입사각을 갖는 광선을 제공할 수 있는 것이다. 정사각형 형상의 입구 영역을 갖는 렌즈에서, 예를 들어 이는 입구의 대향 에지 상의 점일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 선택된 A1, A2 및 높이에 대해, 다른 측벽에 의해 미리 반사되지 않고 소정의 측벽[예를 들어, 측벽(370)] 상에 입사될 수 있는 임의의 광선의 최대각(374)이 결정될 수 있다. 이 예에서, 점(378)으로부터 나오는 광선(376)은 측벽(370)에 대한 최대각(374)을 설정한다. 최대각(374)이 48도이고 측벽(370)에 대해 15개의 파셋면이 존재하면, 각각의 파셋면(균일한 각도 대변의 분포를 가정함)은 각도(374)의 3.2도 대역에 대응할 수 있다[예를 들어, 제1 파셋면은 0 내지 3.2도의 각도(17)를 갖는 점(378)으로부터 나오는 광선이 입사되는 영역일 수 있고, 제2 파셋면은 3.2 내지 6.4도의 각도(95)를 갖는 점(378)으로부터 나오는(374) 광선이 입사되는 영역일 수 있는 등임].
각각의 파셋면에 대해, 출구각, 파셋면 크기, 경사각 또는 파셋면의 다른 파라미터는 파셋면 상에 입사되는 모든 광선이 TIR을 경험하고 출구면(355)에 반사되어 이들이 임계각 이하의 입사각을 갖고 출구면(355) 상에 입사되도록 설정될 수 있다. 바람직하게는, 측벽은 또한 단면도에서 본 광선이 단지 1회 측벽을 타격하도록 성형된다. 그러나, 측벽으로부터 섹션의 평면의 외부로 부가의 반사가 존재할 수 있다. 완전 3D 분석에 대해, 코너 부근의 제1 측벽을 타격하는 광선은 이어서 제1 측벽에 인접한 제2 측벽 상에서, 그리고 그로부터 출구면으로 바운스될 수 있다. 곡선 적합(curve fit) 또는 다른 수치 분석이 원하는 파셋면에 가장 양호하게 적합하는 만곡된 측벽 형상을 생성하도록 수행될 수 있다.
각각의 파셋면을 위한 변수를 최적화하기 위해, 시뮬레이션된 검출기 평면(380)이 설정될 수 있다. 검출기 평면(380)은 입사 파워를 독립적으로 기록하기 위해 x개의 검출기를 포함할 수 있다. 렌즈(305)를 통해 통과하는 광의 시뮬레이션이 수행될 수 있고, 검출기 평면(380)에 의해 수용된 바와 같은 강도 및 복사조도 분포가 분석될 수 있다. 강도 및 복사조도 분포가 특정 용례를 위해 만족스럽지 않으면, 파셋면의 각도 및 각도 대변이 조정될 수 있고, 새로운 만곡 표면이 생성되고 만족스러운 강도 프로파일, 출사도 프로파일 또는 다른 광 출력 프로파일이 도달할 때까지 시뮬레이션이 재수행된다. 부가의 검출기 평면은 근시야 및 원시야 패턴의 모두가 만족스러운 것을 보장하도록 분석될 수 있다. 대안적으로, 시뮬레이션(들)은 만곡된 표면보다 파셋면을 사용하여 수행될 수 있고, 표면 곡선은 원하는 광 출력 프로파일이 도달된 후에 결정된다. 또 다른 실시예에서, 측벽은 파셋면으로 유지되고 어떠한 곡선도 생성되지 않을 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 측벽 형상은 포물선의 부분의 선형 근사를 표현하는 각각의 평면형 파셋면을 갖는 다중 포물선에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 도 17b는 모델링된 렌즈(305)의 부분의 개략도이다. 도 17b에서, 포물선(388)의 초점(386)으로부터 나오고 측벽(370)을 교차하여 TIR에 기인하여 측벽(370)으로부터 반사되고 렌즈(305)를 횡단하여 임계각 미만인 출구각(390)에서 출구 평면(355)을 교차하고 공기 또는 다른 매체 내로 렌즈(305)를 나오는 가상 광선(384)이 도시되어 있다. 도 17b로부터 알 수 있는 바와 같이, 렌즈(305)로부터 공기로의 전이부에서, 광선(384)은 스넬스 법칙(Snell's law)에 의해 설명된 바와 같이 굴곡된다. 측벽의 접선부는 포물선으로부터 결정되기 때문에 그리고 측벽에 입사되고 반사된 광선은 동일한 매체 내에 있기 때문에, 광선은 포물선의 광축에 평행할 수 있다. 따라서, 광은 절반각(392)을 갖고 투사된다. 측벽(370)의 형상을 규정하는 각도 대변(396)은 가상 광선(384)이 측벽(370)으로부터 반사되어 광선(384)이 원하는 출구각(390)을 갖고 출구면(355)을 횡단하거나 원하는 절반각(392)을 갖고 광을 투사하도록 조정될 수 있다.
일 실시예에서, 측벽을 제조하거나 측벽의 각도 대변을 계산할 때, 대변의 효과는 베이스 부근의 반사시에 더 크거나 더 심하기 때문에 더 미세한 대변이 측벽이 베이스를 향해(즉, 형광체층에 더 근접하여) 사용될 수 있고, 따라서 더 미세한 대변이 더 양호한 TIR 특성을 갖는 측벽을 허용하고, 반면에 베이스로부터 멀리 대변의 효과가 적은 경우에 대변은 더 거칠 수 있다. 따라서, 측벽의 파셋면은 렌즈 본체(107)의 베이스를 향해 수치적으로 더 클 수 있다. 일 실시예에서, 측벽은 20개 이상의 파셋면을 가질 수 있고, 측벽의 베이스에서 더 미세한 파셋면을 갖고, 파셋면은 하나 이상의 대변에 근사한다.
파셋면은 포물선(388)의 부분의 선형 근사일 수 있다. 포물선(388)의 파라미터는 광선이 임계각 미만의 출구각(390)을 갖도록 부분이 출구면(355)에 반사하는 부분 상에 입사된 모든 광선의 원하는 목표를 성취할 때까지 조정될 수 있다. 각각의 파셋면은 상이한 파라미터를 갖는 포물선으로부터 형성될 수 있다. 따라서, 일 각도 대변에 대한 파셋면은 포물선에 기초할 수 있고 다른 파셋면은 다른 포물선에 기초한다. 20-파셋면 측벽이 예를 들어 20개의 상이한 포물선에 기초할 수 있다.
도 17c는 각도 대변의 사양을 통해 그래프(510)에 도시되어 있는 바와 같은 측벽 형상을 설계하도록 이용될 수 있는 스프레드시트(500)를 도시하고 있다. 투영된 절반각 열(column)(550)은 도 4b의 투영된 절반각(450)에 대응하는 복수의 각도를 포함한다. 출구각 열(540a)(라디안 단위) 및 출구각 열(540b)(도 단위)은 도 17b의 출구각(92)에 대응하는 복수의 출구각을 포함한다. 더 구체적으로, 열(540a) 내의 각도의 전체 또는 서브세트는, 이들 각도에서 출구면을 교차하는 광선이 성형된 장치를 나오는 출구면을 횡단하도록 임계각 미만인 각도일 수 있다. 열(540a, 540b)은 상이한 포물선을 규정하는 복수의 초점을 포함하는 포물선 초점 열(560)을 전개하도록 이용될 수 있다. 각도 대변 열(565)은 광선이 임계각 미만에서 출구면을 나오도록 측벽으로부터 반사되도록 측벽의 형상을 규정하기 위해 포물선 초점 열(560)과 함께 사용될 수 있는 각도 대변의 한계를 규정하는 복수의 각도(라디안 단위)를 포함한다. 포물선 초점 열(560) 및 각도 대변 열(565)에 포함된 값들을 사용하여, 세타 칼럼(570) 및 반경 칼럼(575)이 전개될 수 있고, 여기서 열(570, 575) 내의 대응값들은 각도 대변에 대한 원하는 포물선 상의 점에 대응한다. 이어서, 세타 열(570) 및 반경 열(575)은 각도 대변에 대한 포물선에 근사하는 측벽 상의 점에 대한 데카르트 좌표를 전개하는 데 이용될 수 있다[예를 들어, 좌표 변환 열(577)].
예를 들어, 사용자는 성형된 장치의 입구면의 크기(이 경우에, 표시된 LED 크기) 및 재료 인덱스를 지정할 수 있다. 크기는 형광체층의 방출 크기 또는 입구면의 크기에 대응할 수 있다. 1의 크기 및 1.77의 굴절률의 가상적인 예를 사용하여, 스크린(500) 내의 행(row)은 이하와 같이 완성될 수 있다. 사용자는 열(550) 내의 공기(공기는 렌즈가 작동할 수 있는 매체인 것으로 가정함) 내의 출구각을 지정할 수 있다. 제1 행의 예에서, 사용자는 55.3792도를 선택하였다. 렌즈 내의 출구각은 sin(55.3792/180*π)/1.77 또는 .4649323 라디안으로서 계산될 수 있다[열(540a)]. 열(540b)은 asin(.4649323)/π*180=27.2058407로서 계산될 수 있다. 포물선의 초점은 1(크기)/2*(1+cos(π/2- 27.2058407/180*π))=.732466으로서 계산될 수 있다. 각도 대변 열(565)은 다음 열(특정 파셋면의 상대 크기를 표현하는)의 수에 기초하여 (90-27.7058047)/20=3.114708로서 계산될 수 있다. 세타 열(570)은 선택된 수의 파셋면(이 예에서, 20)을 사용하여 계산될 수 있다. 예를 들어, 제1 행에서 세타는 (90 27.7058407)+3,114708*20=124.5883으로서 계산된다. 제1 파셋면에 대한 포물선의 반경[열(575)]은 2*.732466/(1 +cos(124.5883/180*π))로서 계산될 수 있다. 좌표 변환 열(577)의 콘텐트는 제1 행에 대해 이하와 같이 계산될 수 있다: x= -3.3885*cos(124.5883/180*π)=1.923573, y= -3.3885*sin(124.5883/180*π)=2.789594, X= 1.923573* cos(27.7058407/180*π)+2.789594*sin(27.7058407/180*π), Y= 2.789594* cos(27.7058407/180*π)-1.923573*sin(27.7058407/180*π)-1 (크기)/2=1.075452 및 Y'= -Y. X, Y 좌표는 이어서 엑셀(Excel)에서 형상 적합 차트에 대한 데이터 점 입력으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 그래프(510)는 X 및 Y 열 내의 데이터 점에 기초한다[그래프(510)에서 Y 열 값은 x-축 좌표로서 사용되고 X 열 값은 y-축 좌표로서 사용됨]. X 및 Y값에 추가하여, 시작값이 설정될 수 있다(예를 들어, 0. 및 0). 그래프(510)로부터의 형상은 광학 디자인 패키지 내에 입력될 수 있고 시뮬레이션이 실행될 수 있다. 시뮬레이션이 불만족스러우면, 사용자는 만족스러운 프로파일이 성취될 때까지 스프레드시트(500) 내의 값을 조정할 수 있다.
만족스러운 효율 및 강도 프로파일이 성취될 때, 개별 광학 장치는 지정된 파라미터를 갖고 형성될 수 있다. 이러한 렌즈 본체(107)의 예는 광선이 측벽으로부터 출구면으로 반사되도록 TIR을 야기하기 위해 성형된 측벽을 갖는 렌즈 본체(107)의 일 실시예의 개략도를 제공하고 있는 도 17d에 도시되어 있다. 각각의 측벽의 형상은 이 실시예에서 다양한 파셋면에 의해 규정된 바와 같은 다중 윤곽 형성된 표면의 중첩이다. 곡선 적합이 용이한 제조성을 위해 수행될 때, 다른 실시예는 파셋면 형성된 측벽을 보유할 수 있다.
상기 예에서, 렌즈를 성형하기 위한 광의 출구면은 렌즈의 출구면인 것으로 가정된다. 그러나, 도 16의 실시예에 도시되어 있는 바와 같이, 성형된 렌즈(105)의 출구 평면은 성형된 부분으로부터 커버(210)와 같은 다른 부분으로의 전이부일 수 있다. 커버(210)가 성형된 부분과 동일한 재료이거나 동일한 굴절률을 가지면, 출구 평면은 렌즈 본체(107)의 성형된 부분과 커버(210) 사이의 전이부일 수 있다. 도 18은 예를 들어 일체형 렌즈(105)로서 성형된 렌즈 본체(107) 및 커버(210)를 갖는 렌즈(105)를 도시하고 있다. 광이 커버(210)를 통해 렌즈 조립체를 나올 수 있을 때, 성형된 렌즈 본체(107)와 커버(210) 사이의 전이부(400)는 전술된 바와 같이 렌즈(105)의 형상을 결정하기 위한 "출구면"으로서 기능할 수 있다. 커버(210)가 렌즈 본체(107)와 동일한 굴절률을 가지면, 렌즈(105)를 성형하는 데 사용되는 임계각은 전이부(400)가 외부 매체에 노출되면 동일할 수 있는 데, 이는 광이 임계각 이하로 전이부(400)를 횡단하면 임계각 이하에서 표면(404) 상에 또한 입사될 수 있기 때문이다. 커버(210)의 굴절률이 낮으면[또는 커버(210)와 렌즈 본체(107) 사이의 임의의 접착층 또는 다른층], 출구면에서의 임계각은 낮은 굴절률에 기초하여 임계각일 수 있다.
다양한 경계 조건, 특히 출구면(155)의 면적은 밝기가 유지될 수 있도록 개별 광학 장치에 대해 결정될 수 있다. 출구면(155)의 최소 면적은 다양한 유효 입체각에 의존하는 상기 식 1로부터 결정될 수 있다. 통상적으로, 광의 유효 입체각은 램버시안 방사체로서 방사하고 관심 거리가 소스의 크기보다 훨씬 크기 때문에 점으로서 취급되는 소스로부터 유도된 식들에 기초하여 결정된다. 램버시안 소스의 관찰된 방사 강도(플럭스/스테라디안)는 이 각도의 코사인만큼 소스의 법선에 대한 각도로 변한다. 이는 복사휘도(플러스/스테라디안/m2)가 모든 방향에서 동일하게 유지되기 때문에 발생하고, 소스의 유효 면적은 관찰된 각도가 90도로 증가함에 따라 0으로 감소한다. 전체 반구 상의 이 효과의 통합은 π 스테라디안인 투영된 입체각 값을 초래한다.
도 19를 참조하면, 소정의 반경(R)의 구(630)가 점 소스(632)를 둘러싸는 것으로 가정한다[이 예에서, 점 소스(632)는 상당한 거리에서 램버시안 소스에 근사함]. 구의 반구의 투영 면적은 πR2이고, 전체 구의 투영 면적은 2πR2이다. 이 모델은 형광체가 램버시안 방사체로서 모델링될 수 있어 계면 상에 중심 설정된 가상 반구 상의 임의의 점으로부터 계면 상의 소정의 점이 동일한 복사휘도를 가질 수 있게 되기 때문에 렌즈를 설계하는 데 사용될 수 있다. 면적 A3는 법선 광선으로부터 구 표면의 교점까지의 거리인 원(63)의 반경(Rc)을 사용하여 관심 빔 입체각에 의해 대하는 편평한 원형 표면[예를 들어, 표면(636)]으로서 계산될 수 있다. 빔의 θ의 소정의 절반각(637)에 대해, Rc는 이하의 식과 같이 R(구의 반경)과 각도(θ)의 사인의 적(product)이다.
Figure pct00002
(2)
면적은 이하와 같다.
Figure pct00003
(3A)
면적 A3는 구를 교차할 때 입체각의 투영 면적이다. 면적 A3는 반구의 투영 면적으로 나누어지고(Ah=πR2), 몫은 전체 반구의 투영된 입체각(π와 동일함)으로 곱해져서 이하의 식과 같은 투영된 입체각(Ω)을 얻는다.
Ω = π{원하는 입체각의 투영 면적}/(반구의 투영 면적) (3B)
Figure pct00004
(3C)
Figure pct00005
(4)
도 1의 입구면(150)에 대해, 예를 들어 θ는 90도이고 π*sin2(90)의 투영 입체각을 유도하고, 30도의 원하는 절반각에 대해 투영된 입체각은 π*sin2(30)이다. 식 1에서 Ω1 및 Ω2에 대해 이들 값을 사용하여, A2가 임의의 절반각에 대해 결정될 수 있다.
상기 예에서, 입체각은 점 소스로서 모델링된 램버시안 소스로부터 유도된 식들을 사용하여 결정된다. 이들 식은 정사각형, 직사각형, 원형, 타원형 또는 다른 형상일 수 있는 계면을 통해 광이 렌즈 본체(107)에 진입할 수 있는 사실을 고려하지 않는다. 전술된 방법은 필요하다면 실험적 또는 컴퓨터 시뮬레이션 시험에 기초하여 이후에 조정될 수 있는 입체각의 양호한 추정을 제공할 수 있지만, 유효 입체각을 결정하는 다른 방법이 사용될 수 있다.
도 20a 내지 도 20e는 렌즈에 대한 유효 입체각을 결정하기 위한 다른 방법을 설명하고 있다. 도 20a는 렌즈(760)의 입구면(750) 및 출구면(755) 및 광이 투사되는 가상 타겟 평면(756)의 일 실시예의 개략도이다. 도 20a는 유효 소스 원점(752), 중앙 법선(753) 및 유효 출력 원점(754)의 위치에 대한 예를 도시하고 있다. 추가의 설명을 위해, 계면(750)의 중심은 데카르트 좌표계에서 0,0,0에 있는 것으로 가정된다. 타겟 평면(756)은 최종 패턴의 파라미터(예를 들어, 다른 광학 기기에 의해 사용된 크기 및 절반각)를 표현한다. 일 실시예에 따르면, 대각선에서의 절반각(도 20b에 α1으로서 도시되어 있음)이 시작점이다. 예를 들어, 타겟 평면(756)에서의 원하는 광이 30도의 최대 절반각을 가지면, 정사각형 또는 직사각형면 개별 광학 장치에 대한 α1은 30도이다. 개별 광학 장치 내의 절반각(β1으로 표기됨, 도 20c에 또한 도시되어 있음)은 이어서 이하의 식에 따라 결정될 수 있고,
Figure pct00006
(5)
여기서, n1은 렌즈(760)의 IOR이고,
n2는 광이 렌즈(760)로부터 투사되는 재료(통상적으로, 공기)의 IOR이고,
α1은 렌즈(760)의 외부의 매체 내의 출구면에서 절반각이고,
β1은 렌즈(760)의 원하는 절반각이다.
예를 들어, 원하는 절반각(α1)이 30도이고 1.5의 IOR을 갖는 렌즈가 1의 IOR을 갖는 공기 내에 투사하면, β1 = 19.47도이다. 유사한 계산이 입구면(150)의 긴 측면 및 짧은 측면 상의 점으로부터 투사하는 광선에 대해 수행될 수 있다. 예를 들어, 도 22b 및 도 22c에 도시되어 있는 바와 같이, α2 및 β2는 입구면(450) 상의 일 에지의 중심으로부터 출구면(755)의 대향 에지의 중심으로 이동하는 광선에 대해 결정될 수 있다. (임계각은 19.47로 동일하지만, β1은 β2와 동일하지 않고, β2는 광학 장치의 높이 및 측면의 기하학적 형상에 의해 결정된다.)
계산된 각도를 사용하여, 유효 점 소스(757)의 위치가 결정될 수 있다. 길이(l1)의 정사각형 입구면(450)에 대해, 유효 점 소스는 X=0, Y=0 및
Figure pct00007
(6)
에 위치될 수 있다.
여기서 Zeps는 유효 점 소스가 LED의 방출 표면으로부터 변위되는 거리이다.
유효 점 소스(757)로부터 점 F1 및 F2까지의 X, Y 및 Z 거리는 이하의 식들에 따라 F1이 단위 반경의 구를 교차한다고 가정하여 계산될 수 있고,
Figure pct00008
(7)
Figure pct00009
(8)
Figure pct00010
(9)
Figure pct00011
(10)
Figure pct00012
(11)
Figure pct00013
(12)
여기서, ψ1은 X-Y 평면에서 대각선 광선의 각도(정사각형에 대해 45도)이고, ψ2는 도 20c에 도시된 바와 같이 X축에 평행한 측면의 중간으로부터 투사하는 광선에 대해 90도이다. 미리 계산된 기하학에 기초하는 유사한 방법론이 다른 점을 결정하는 데 사용될 수 있다[예를 들어, 점 T1 및 T2의 위치는 타겟 평면(756)에서 광의 원하는 절반각 및 점 F1 및 F2의 위치에 기초하여 결정될 수 있음].
도 20d는 출구면(755)에 대한 구(759) 및 타겟 평면(756)에 대한 구(761) 상에 투사된 짧은 측면으로부터의 일 광선 및 대각선 광선을 도시하고 있다. 출구면(755)에서, 출구면(755)의 평면 상에 구(759)에서 에지 광선의 교점의 투영은 타원형 세그먼트를 형성한다. 마찬가지로, 타겟면의 에지에서 회절된 출구 광선의 투영은 구(761)를 교차한다. 도 20e는 예를 들어 구(761)를 교차하는 타겟면(756)의 에지(763)에 의해 형성된 평면에 놓인 광의 원형 교점 및 타겟 평면(756) 상으로 이 교점의 투영을 지적한다. 타겟면의 정사각형을 둘러싸는 타원형 세그먼트의 각각의 면적을 계산하고, 타겟면의 면적에 이를 가산함으로써, 본 출원인은 타겟면의 총 투영된 면적을 발견하였고, 유효 입체각은 식 3B를 사용하여 타겟 평면에 대해 결정될 수 있다. 유사하게, 구(159) 및 광선에 의해 그 위에 형성된 타원형 세그먼트를 사용하여, 광학 장치에 대한 유효 입체각이 결정될 수 있다. 예를 들어, 총 투영된 면적은 전술된 바와 같이 결정되고 식 3b에서 "원하는 입체각의 투영된 면적"으로서 삽입된다.
일 예시적인 예로서, 정사각형 LED 및 출력면을 갖는 30도의 절반각에 대해 상기 방법을 사용하는 것은 공기 내의 타겟에 대해 0.552 스테라디안의 유효 입체각을 산출한다. 대조적으로, 30도 절반각을 갖는 전통적인 원형 투영 영역의 사용은 0.785 스테라디안의 유효 입체각을 산출할 수 있다. 이들 값이 이어서 식 1에 사용될 때, 소정의 IOR 및 플럭스에서, 전통적인 (원형) 계산은 약 30%만큼 치수가 작은 요구 출구 명역을 산출한다. 이 접근법을 사용하여 시스템을 디자인하는 경우에, 응용 물리학(복사휘도의 유지)은 최적 디자인에 걸쳐 30%만큼 광 출력을 감소시킬 수 있다. 역으로, 전술된 보정된 유효 입체각을 사용하는 것은 원형 계산으로 성취 가능한 것보다 42% 더 많은 광 출력을 생성할 수 있는 출구면 면적을 계산한다.
개별 광학 장치에 대한 유효 입체각을 결정하는 특정 방법이 전술되어 있지만, 당 기술 분야에 공지되거나 개발된 임의의 방법이 사용될 수 있다. 대안적으로, 밝기를 유지하기 위한 최소 표면적은 실험적으로 결정될 수 있다. 더욱이, 개별 광학 장치의 방출 입구면의 100%를 취하는 상기 최소 표면적 계산은 광을 수용하지만, 형광체층은 더 작은 입구 표면적이 사용되도록 입구면의 단지 부분 상에만 배치될 수 있다. 출구 평면의 최소 면적의 계산은 광을 수용하는 실제 면적을 고려하도록 조정될 수 있다. 즉, 형광체층의 실제 면적은 A1으로서 사용될 수 있다.
렌즈 본체(107)는 전술된 바와 같은 모델링을 사용하여 입구면에서 균일한 방사체로서 형광체층(145)과 함께 사용을 위해 최적화될 수 있다. 본 명세서에 설명된 실시예에 따른 렌즈는 렌즈 본체 내에서 최대 96%의 이론 효율을 갖는 10 내지 60도의 원하는 원추각으로 광을 투사할 수 있다(형광체로부터 수용된 광의 96%가 4% 프레넬 손실을 갖는 원하는 절반각으로 방출되는 것을 의미함). 효율은 프레넬 손실 없이 100%일 수 있다.
렌즈의 실시예는 작은 패키지 크기에서 최적의 효율을 성취하도록 성형될 수 있다. 다른 실시예에서, 렌즈는 여전히 전통적인 시스템에 비해 장점을 제공하면서 더 낮은 효율을 성취하도록 성형될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 렌즈는 출구 평면으로부터 방출된 광의 선택된 절반각에 대해 입구면에 진입하는 광에 대한 복사휘도를 유지하는 데 필요한 크기의 적어도 70%인 출구면을 갖고 성형될 수 있다. 측벽은 입구면으로부터 출구면으로의 직선 전달 경로를 갖는 적어도 대부분의 광이 임계각보다 작거나 같게 출구면에 입사되도록 하는 형상을 가질 수 있다. 단지 60% 또는 70% 효율에서도, 이러한 실시예는 또한 근시야 및 원시야의 모두에서 균일한 또는 거의 균일한 강도 분포(또는 다른 제어된 분포)를 생성하면서 다수의 다른 기술보다 큰 효율을 제공한다.
렌즈(105)는 날카로운 또는 소프트 컷오프(즉, 전이부)를 갖는 균일한 분포 패턴으로 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 30도 절반각을 갖고 광을 방출하는 렌즈의 예를 사용하여, 일 실시예에서 렌즈는 균일한 광 프로파일이 전체 30도를 통해 연장되고 날카롭게 컷오프하도록 성형될 수 있다. 다른 실시예에서, 렌즈는 25도 절반각으로 균일하지만 25도 내지 30도로 테이퍼지는 프로파일을 생성하도록 성형될 수 있다. 하나의 이러한 실시예에서, 출구면의 크기는 30도 절반각에 대한 복사휘도를 유지하도록 선택될 수 있고, 측벽은 25도 절반각에서 균일한 분포 프로파일을 생성하도록 성형된다. 몇몇 경우에, 렌즈(105)의 높이는 일부 광이 30도 절반각으로 측벽을 탈출하게 하도록 더 짧게 이루어질 수 있다. 예로서, 비한정적으로, 렌즈 기하학적 형상은 30도 절반각으로 균일한 프로파일에서 광의 90%를 방출하고 나머지 영역에서 다른 10%를 방출하도록 선택될 수 있다. 날카로운 컷오프를 갖는 것보다는 소프트한 에지를 갖는 광 프로파일을 생성하는 렌즈는 전술된 최소 높이의 30%인 높이를 갖고 제조될 수 있고 여전히 70% 초과의 추출 효율을 성취할 수 있다.
렌즈(105)는 다른 광이 측벽을 탈출하거나 선택된 각도의 외부에 있도록 하면서 선택된 빔각으로 광의 일부를 투사하도록 또한 성형될 수 있다. 예컨대, 렌즈는 렌즈로부터 방출된 광의 40%이상이 선택된 최대 빔각 내에 있도록 구성될 수 있다. 예로서, 이에 제한되진 않지만, 렌즈(105)는 렌즈에 의해 방출된 광의 50%보다 많은(임의의 실시예에선 90%보다 많은) 양이 10도의 최대 빔각(5도 절반각) 내에 있도록 구성될 수 있다.
상기 실시예에서, 렌즈는 간극에 의해 LED로부터 분리된다. 다른 실시예에서, 렌즈는 LED에 접합되거나 다른 방식으로 결합될 수 있다. 도 21은 렌즈(105) 및 LED(110)를 포함하는 광학 시스템(900)의 일 실시예의 개략도이다. 단일 LED(110)가 도시되어 있지만, 다수의 LED가 단일 렌즈(105)와 함께 사용될 수 있다. 렌즈(105)는 복사휘도를 유지하면서(또는 다른 원하는 광 추출 효율을 가짐) 원하는 절반각에서 광의 균일한 분포를 방출하도록 성형된 개별 광학 장치일 수 있다. 도 21은 LED(110)의 주 출구면에 결합된 렌즈(105)를 도시하고 있다. 다른 실시예에서, 렌즈(105)는 마찬가지로 측면에서 LED(110)를 완전히 또는 부분적으로 둘러쌀 수 있다.
렌즈(105)는 기계적, 화학적 또는 다른 것이건간에 마찰 끼워맞춤, 광학 접합제 또는 다른 결합 기구를 사용하여 LED(110)에 결합될 수 있다. 바람직하게는, 도 21의 실시예에서, 렌즈(105)는 광학적으로 투명한 실리콘 또는 아크릴과 같은 단일 굴절률("IOR")("n")을 갖는 유전성의 광학 투과성 재료의 단일의 성형편으로 형성되지만, 다른 재료가 사용될 수 있다. 더욱이, 렌즈(105)의 IOR은 바람직하게는 LED(110)의 기판의 IOR의 20% 이내이다[이상적으로, 개별 렌즈(105)의 IOR은 기판의 IOR과 같거나 큼].
도 22는 광학 시스템에 형광체를 추가하는 일 실시예의 개략도이다. 도 22는 또한 렌즈(105)가 측면에서 LED(110)를 둘러쌀 수 있는 것을 도시하고 있다. 일 실시예에 따르면, 도 22에 도시되어 있는 바와 같이, 부착 장치(902) 또는 패키징이 렌즈(105)를 서브마운트(903), 회로 기판 또는 다른 구조체에 고정하는 데 사용될 수 있다. LED(110) 또는 렌즈(105)의 입구면은 LED(110)와 렌즈(105) 사이에 형광체 입자(904)로 코팅될 수 있다. 통로(906)는 형광체층(904) 및 광학 접착제를 렌즈(105)와 LED(110) 사이에 도입하는 데 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 렌즈(105)는 통로(906)를 갖지 않고 형광체층(904)은 개별 렌즈(105)를 LED(110)에 결합하기 전에 도포될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 형광체층(904)은 형광체 입자로 로딩된 광학 결합 재료를 포함할 수 있다.
따라서, 형광체는 다수의 배열에서 렌즈의 입구면과 LED 사이에 배치될 수 있다. LED로부터의 광은 형광체에 의해 하향 변환될 수 있다. 렌즈(105)는 균일한 프로파일을 갖는 원하는 절반각에서 광을 방출할 수 있다. 렌즈(105)의 이 능력은 원하는 절반각에서 균일한 프로파일을 갖는 LED의 어레이가 형성될 수 있게 한다. 이는 필드 상에 컬러 및 조명 균일성을 제공하는 이득을 갖는다. 패턴의 균일성은 다수의 렌즈로부터의 광이 덮어지게 하여(중첩되게 함) 타겟 영역 상의 임의의 하나의 점에서의 광이 모든 유닛의 혼합물이 되게 한다.
도 23a는 LED(110) 및 렌즈(105)를 갖는 광학 유닛(905)의 실시예의 개략도이다. LED(110)로부터의 광은 형광체에 의해 하향 변환되거나 하향 변환되지 않을 수도 있다. 형광체가 사용되는 경우, 형광체 코팅은 렌즈(105), LED(110)상에 배치되거나, 렌즈(105)의 본체의 입구와 LED(110) 사이에 달리 배치될 수도 있다. 하나의 LED만이 도시되어 있지만, 복수의 LED가 단일 렌즈(105)와 함께 사용될 수도 있다. 렌즈(105)는 날카로운 또는 소프트 컷오프 각도를 갖는 균일한 분포 패턴으로 방출하도록 구성될 수 있다. 도 23a의 예에서, 렌즈(105)는 30도 절반각의 소프트 컷오프를 갖는다.
도 23b는 타겟 표면(907)이 유닛(905)의 크기에 비교하여 상당한 거리 이격된(이 예에서, 대략 20:1) 유닛(905)의 조명 패턴의 개략도이다. 렌즈 출구면의 크기의 20배인 거리에서, 조명된 필드 치수는 출구면보다 20*2*tan(30)=23배 넓다. 이 거리에서, 패턴은 양호하게 규정된 에지를 갖고 균일하다.
다른 유닛이 제1 유닛의 옆에 배치될 때, 이는 제1 유닛과 동일한 필드 크기를 가질 수 있지만(유사한 기하학적 형상을 가정함), 필드는 렌즈 출구면의 폭에 의해서만 변위될 수 있다(렌즈가 밀접하게 패킹되어 인접한 렌즈 사이에 거리가 거의 또는 전혀 없게 되는 것을 가정함). 이 효과는, 대부분의 필드 영역에 대해 유닛으로부터 조명 패턴이 중첩하여 덜 균일한 경계를 갖는 균일한 프로파일을 생성하게 하는 것이다. 도 24는 광학 유닛(905)의 어레이(910)를 도시하고 있다. 어레이(910)의 각각의 렌즈(105)는 분리된 것으로서 도시되어 있지만, 렌즈(105)는 렌즈 조립체의 부분일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 광학 유닛의 어레이는 도 7 내지 도 16과 관련하여 전술된 바와 같이 패키징될 수 있고 또는 다른 방식으로 패키징될 수 있다. 다른 실시예에서, 각각의 렌즈(105)는 간극에 의해 분리되는 것보다는 대응 LED에 직접 결합될 수 있다.
렌즈(105)는 매우 균일한 컬러의 영역을 제공하는 컬로 온도의 혼합으로 조명될 수 있는 중첩 조명된 영역(915)을 생성하기 위해 전체 광 프로파일을 방출하도록 구성될 수 있다. 조명된 표면과 어레이(905) 사이의 거리가 증가함에 따라, 경계 영역(916)의 폭은 동일한 크기로 유지되고 반면 조명된 영역은 증가한다. 원시야에서, 경계 영역(916)은 주목 가능하지 않다. 더욱이, 경계 영역이 중첩되어 경계 영역에 더 많은 균일도를 생성하여 균일한 프로파일을 갖는 더 큰 조명된 영역을 유도하도록 다수의 어레이가 배열될 수 있다. 어레이(910)에 의해 생성된 조명된 영역의 정사각형 또는 직사각형 형상에 기인하여, 다수의 어레이는 큰 영역에 걸쳐 균일한 조명을 제공하기 위해 원하는 거리로 이격될 수 있다. 조명된 영역은 원형 필드 패턴 장치에 의해 생성된 조명된 영역에서 발견되는 바와 같이 밝고 어두운 영역을 갖지 않을 것이다.
따라서, 일 실시예는 LED 어레이 내의 각각의 LED에 광학적으로 결합된 렌즈의 세트를 갖는 LED 어레이를 포함할 수 있다. 각각의 렌즈는 광이 하드 컷오프 또는 소프트 컷오프를 갖는 절반각에서 균일한 프로파일로 방출되도록 구성될 수 있다. 렌즈의 세트는 중첩 영역 및 경계 영역을 갖는 조명된 영역을 갖는 전체 조명 패턴을 투영하도록 구성될 수 있다. 중첩 영역은 균일한 프로파일을 가질 수 있고, 반면 경계 영역은 중첩 영역과는 상이한 강도를 가질 수 있다. 균일한 프로파일을 갖는 중첩 영역의 크기는 타겟 표면(예를 들어, 스크린) 대 렌즈 거리에 의존하여, 타겟 표면 대 렌즈 거리가 증가함에 따라 조명된 영역의 크기가 증가하게 된다. 경계 영역의 폭은 타겟 표면 대 렌즈 거리에 의존하지 않는다. 따라서, 타겟 표면 대 렌즈 거리가 증가함에 따라, 균일한 프로파일을 갖는 중첩 영역의 비율은 100%에 접근한다.
중첩 영역(915)의 컬러는 각각의 렌즈에 의해 방출된 컬러에 의존할 수 있고 이어서 선택된 LED 및 형광체에 의존할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 각각의 LED는 대응 렌즈가 원하는 컬러광을 방출하도록 순수한 형광체 또는 형광체의 혼합물과 함께 사용된 청색 또는 자외선 LED일 수 있다. 형광체는 렌즈(105) 상에, LED 자체 상에 코팅될 수 있고, 또는 LED와 렌즈 사이에 다른 방식으로 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 선택된 LED의 일부 또는 전체는 형광체 코팅을 사용하지 않고 원하는 컬러광을 방출할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 어레이 내의 LED의 일부는 형광체와 함께 사용된 청색 또는 자외선(또는 다른 컬러) LED일 수 있고, 반면 다른 LED는 형광체 없이 사용되는 적색(또는 다른 컬러) LED일 수 있다. LED는 중첩 영역(915)에서의 조합된 출력이 원하는 스펙트럼 파워 분포 및 컬러 좌표를 갖도록 제어될 수 있다.
사용될 수 있는 형광체의 예는 이들에 한정되는 것은 아니지만, Ce3+로 도핑된 가넷(garnet)(Y3Al5O12:Ce 또는 YAG), Eu2+로 도핑된 실리케이트[(MgSrBa)2SiO4:Eu 또는 BOS], Eu2+로 도핑된 니트라이드[(MgCaSr)AlSiN3:Eu] 및 당 기술 분야에 공지된 다른 적합한 재료를 포함한다. 이들 형광체는 단독으로(예를 들어, YAG 또는 BOS) 또는 필요에 따라 혼합물로 사용되어 원하는 컬러 좌표 및/또는 컬러 렌더링 지수(CRI) 값을 성취할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 형광체는 1931 CIE 색도 다이어그램에서 원하는 x 및 y 값을 성취하도록 선택될 수 있다. 특히, 어레이의 컬러 좌표는 플랑키안 궤적(Planckian locus) 상에 또는 부근에 놓일 수 있어, 이에 의해 백색광의 다양한 음영을 생성한다(예를 들어, "차가운" 백색, "중립" 백색, 또는 "따뜻한" 백색). 색도 다이어그램 내의 플랑키안 궤적 주위의 바람직한 영역은 상관된 컬러 온도(CCT) 값의 범위에 걸쳐 ANSI C78.377-2008 색도 표준에 의해 규정된다. 그러나, 본 명세서에 설명된 실시예는 임의의 컬러 좌표를 성취하는 데 사용될 수 있다.
순수 형광체 또는 형광체 혼합물과 함께 사용된 청색 또는 자외선 칩을 갖는 유닛의 매트릭스를 사용하는 장점은 개별 요소들 사이의 색도 편차의 평균화(형광체 로딩 또는 칩 파장의 랜덤 차이에 기인하는)가 발생하고 램프 대 램프 컬러 편차가 이에 의해 개별 LED 구성 요소에 대해 감소된다는 것이다. ANSI 컬러 빈(color bin)에 대한 수율이 따라서 증가된다.
상이한 컬러의 순수 형광체(컬러 좌표에 평균화하는 것에 추가하여)와 함께 사용된 청색 또는 자외선 칩을 갖는 매트릭스 패키지의 추가의 장점은 형광체들 사이의 상호 작용의 제거이다. 이러한 상호 작용은 하나의 형광체의 방출 스펙트럼과 다른 형광체의 여기 스펙트럼 사이의 상당한 중첩에 의해 발생되고, CRI 값, 효율 또는 양자 모두의 감소를 유도할 수 있다. 예를 들어, YAG로 코팅된 8개의 요소 및 바둑판 무늬 패턴의 적색 니트라이드 형광체로 코팅된 다른 8개의 요소로 이루어진 매트릭스 패키지는 동일한 색도 사양으로 동일한 2개의 형광체의 혼합물로 코팅된 유사한 패키지보다 실질적으로 높은 CRI 값을 갖는 것으로 판명되었다.
매트릭스 패키지의 또 다른 장점은 좁은 빔각을 갖는 "하이브리드" 해결책을 제공하는 능력이다. 일 실시예는 유닛의 일 세트에서 녹색-황색 형광체(YAG 또는 BOS와 같은)와 함께 청색 또는 자외선 LED를, 유닛의 다른 세트에서 적색 LED를 사용할 수 있다. 이러한 하이브리드 해결책은 높은 CRI를 갖는 매우 효율적인 따뜻한 백색을 생성할 수 있는 것으로 고려된다. 전술된 바와 같은 렌즈의 사용은 원한다면 좁은 빔 패턴을 생성할 수 있다. 예로서, 비한정적으로, 10도 이상의 빔각을 생성하는 렌즈(105)가 사용될 수 있다.
부가적으로, 다양한 컬러를 방출하는 유닛을 사용함으로써(형광체가 추가되거나 추가되지 않음), 몇몇 예로서 1일 동안 광의 동적 컬러 제어(예를 들어, RGB 접근법을 사용함으로써) 또는 따뜻함으로부터 중립으로 차가움으로 변하는(필요하다면 반대로) 동적 백색광을 성취할 수 있다. 전술된 바와 같이 제어된 빔각에서 균일한 광을 방출하도록 구성된 렌즈의 사용은 동시에 우수한 컬러 혼합(확산기 관련 손실이 없는) 및 우수한 빔각 제어를 허용한다.
도 24 및 도 25의 실시예에서, 각각의 LED는 그 자신의 렌즈를 갖고, 렌즈의 어레이는 필드의 조명을 균질화하도록 작용한다. 이는 형광체 대 형광체 상호 작용의 배제에 기인하여 소정의 ANSI 컬러 빈에 전체 생산 수율의 견지에서 장점을 제공한다.
도 25a 내지 도 25c는 백색광 유닛을 생성하기 위한 컬러 광학 시스템의 배열을 도시하고 있다. 각각의 백색광 유닛은 혼합된 광이 백색광을 생성하도록 선택된 컬러의 광을 방출하는 컬러 광원을 포함한다. 도 25a 내지 도 25c에서, 예를 들어 백색광 유닛은 2개의 녹색 소스, 하나의 적색 소스 및 하나의 청색 소스를 포함한다. 백색광 유닛은 중첩 컬러 소스를 공유할 수 있다(예를 들어, 도 25c에서, 하나의 녹색 소스 및 청색 소스가 백색광 유닛 사이에 공유됨). 도 25a 내지 도 25c의 각각의 컬러 소스는 선택된 컬러를 방출하는 단일 광학 유닛일 수 있고 또는 원하는 컬러광을 생성하기 위해 함께 작용하는 어레이일 수 있다. 후자의 경우에, 선택된 컬러의 광을 방출하는 어레이가 구성될 수 있고, 상이한 컬러를 방출하는 어레이는 백색광을 형성하도록 조합될 수 있다.
도 26은 유닛(905)의 디스플레이 제어기(955) 및 어레이(960)를 포함하는 시스템(950)의 일 실시예의 개략도이다. 시스템(950)은 유닛(905)의 LED가 전기적으로 접속되는 회로 기판(970)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 유닛(905)이 백색광 유닛을 형성하도록 배열될 수 있다. 제어기(955)는 LED에 제어 신호를 송신하기 위해 LED에 전기적으로 접속되는 인터페이스(975)를 포함할 수 있다. 프로세서(980)는 LED로의 제어 신호를 생성하기 위해 컴퓨터 판독 가능 메모리(990)에 저장된 명령(985)의 세트를 실행할 수 있다. LED의 강도는 백색광 유닛에 의해 생성된 컬러를 변경하도록 개별적으로 제어될 수 있다. 다른 실시예에서, 유닛의 어레이가 제어될 수 있다. 따라서, 예를 들어 제어기(955)는 어레이 내의 개별 유닛을 제어하기보다는 전체로서 어레이의 강도를 조정하기 위해 다수의 유닛의 어레이를 제어할 수 있다. 제어기(955는 개별 제어 모듈, 마이크로프로세서 및 관련 하드웨어, ASIC 및 관련 하드웨어 또는 LED를 제어하는 데 적합한 다른 하드웨어 및/또는 소프트웨어로서 구현될 수 있다. 명령은 펌웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어 또는 임의의 다른 적합한 아키텍처에 따라 주입될 수 있다.
원하는 절반각에서 균일한 분포로 광을 방출하는 렌즈(105)는 균일한 백색 또는 컬러광을 생성하기 위해 광 혼합을 위한 장점을 제공하지만, 렌즈의 다른 실시예가 형광체와 함께 사용될 수 있다. 도 27은 예를 들어 고체 돔 렌즈(280)가 사용되는 시스템의 일 실시예의 개략도이다. 도 27의 실시예에서, LED(110)는 반사기(140)로서 작용하는 테이퍼진 측벽을 갖는 LED 캐비티(130) 내에 배치된다. 형광체(145)의 층은 돔 렌즈(280)의 본체(282)의 입구면을 커버한다. 어레이에서, 각각의 LED는 개별 캐비티 및 돔 렌즈(280)를 구비할 수 있다. 다른 실시예에서, LED의 어레이는 렌즈 아래에서 각각의 캐비티 내에 배치될 수 있다. 캐비티보다 크기가 큰 돔 렌즈를 포함하는 돔 렌즈의 다양한 실시예가 사용될 수 있다.
도 28은 광학 시스템의 다른 실시예의 개략도이다. 도 28의 실시예에서, LED(110) 주위의 LED 캐비티(130) 내의 캡슐화제는 볼록부(285)를 형성한다. 형광체 코팅(145)을 갖는 렌즈(105)는 볼록부(275) 또는 하우징 또는 다른 구조체에 접착될 수 있다. 광학 시스템은 렌즈(105)와 볼록부(285) 사이에 공기 간극이 존재하지 않도록 조립될 수 있다. 예로서, 비한정적으로, 렌즈(105)는 오목 입구면을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 오목 입구면을 갖는 중간층이 사용될 수 있다. 어레이에서, 각각의 LED는 개별 캐비티 및 돔 렌즈(280)를 구비할 수 있다.
다이 기술 분야의 숙련자는 형광체가 다양한 방식으로 렌즈 상에 배치될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 상기 다수의 실시예와 관련하여 설명된 바와 같이, 형광체는 입구면 또는 버퍼층에 대한 코팅으로서 도포될 수 있다. 도 29는 다른 실시예의 개략도이다. 도 29의 실시예에서, 렌즈(805)는 렌즈 본체(807)로의 입구면(815)에서 포켓(810)을 포함한다. 형광체 입자(820)는 포켓 내에 패킹될 수 있고 결합 재료 또는 다른 재료층(825)으로 적소에 유지될 수 있다. 재료(825)는 바람직하게는 형광체(820)의 온도를 견딜 수 있는 광학적으로 투명한 재료이다. 도 30은 형광체(835)의 층이 버퍼층(840)과 다른 적합한 재료층(845) 사이에 개재되는 렌즈(830)의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 층의 스택은 렌즈 본체(850)에 결합될 수 있다. 재료의 층은 글래스, 폴리카보네이트, 실리콘 또는 다른 층을 포함할 수 있다.
본 명세서는 특정 실시예를 설명하고 있지만, 실시예는 예시적이고 본 발명의 범주는 이들 실시예에 한정되는 것은 아니라는 것이 이해되어야 한다. 전술된 실시예의 다수의 변형, 수정, 추가 및 개량이 가능하다. 예를 들어, 제공된 다양한 범위 및 치수는 예로서 제공되어 있고 LED 및 렌즈는 다른 치수를 사용하여 다른 범위 내에서 작동 가능할 수 있다. 이들 변형, 수정, 추가 및 개량은 본 발명의 범주 내에 있는 것으로 고려된다.
105: 렌즈 107: 렌즈 본체
110: LED 115: 기판
120: 비기판층 125: 서브마운트
130: LED 캐비티 135: 재료
140: 반사기 145: 형광체층
150: 입구면 155: 출구면
160: 버퍼 200: 패키징된 어레이
205: 주 하우징 210: 커버
220: 렌즈 캐비티 225: 측벽

Claims (21)

  1. 베이스 및 하나 이상의 캐비티 측벽에 의해 형성된 캐비티 내에 배치된 LED와,
    렌즈를 포함하고,
    상기 렌즈는,
    LED로부터 광을 수용하도록 위치설정된 입구면을 갖는 렌즈 본체와,
    LED로부터 방출된 광이 형광체에 입사되고 입구면을 통해 렌즈 본체에 진입하기 전에 하향 변환될 수 있도록 렌즈 본체의 입구면과 LED 사이에서 렌즈 상에 배치되는 형광체층을 더 포함하고,
    렌즈는 형광체가 간극에 의해 LED로부터 분리되도록 위치설정되는, 광학 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 하나 이상의 캐비티 측벽은 측벽에 입사된 광을 렌즈의 출구면으로 안내하도록 성형되는, 광학 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 하나 이상의 캐비티 측벽은 반사기로서 기능하는 재료로 형성되는, 광학 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 캐비티를 적어도 부분적으로 충전하는 캡슐화제를 더 포함하고, 캡슐화제는 표면 장력을 통해 LED 주위에 반사기를 형성하는, 광학 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 형광체는 렌즈 본체의 입구면 상에 형광체 코팅으로서 배치되는, 광학 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 형광체는 하나 이상의 재료층에 의해 렌즈 본체의 입구면으로부터 분리되는, 광학 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 형광체층은 형광체에 의해 생성된 열로부터 렌즈 본체를 보호하도록 적용된 재료의 버퍼층 상에 배치되는, 광학 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 렌즈 본체는 선택된 빔각에서 광의 50%보다 많은 양을 방출하도록 성형되는, 광학 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 렌즈 본체는 밝기를 유지하도록 성형되는, 광학 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 하나 이상의 캐비티 측벽은 캐비티 측벽에 입사된 광을 렌즈의 입구면에 안내하도록 성형되고, 캐비티 측벽은 LED 및 형광체에 의해 생성된 광의 반사기로서 기능하는 재료로 형성되는, 광학 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 캐비티 내의 광을 렌즈의 입구면으로 반사하기 위한 반사기를 더 포함하는, 광학 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 캐비티는 캡슐화제로 적어도 부분적으로 충전되고, 반사기는 캡슐화제의 표면 장력으로부터 형성되는, 광학 시스템.
  13. 서브마운트와,
    서브마운트에 장착되는 LED의 어레이와,
    서브마운트와 협동하여 LED 캐비티의 세트 및 렌즈 캐비티의 세트를 적어도 부분적으로 형성하는 하우징으로서, 각각의 렌즈 캐비티는 대응 LED 캐비티로 개방되고 렌즈를 수용하도록 치수 설정되는, 하우징과,
    렌즈 캐비티 내에 배치되는 렌즈의 세트를 포함하고,
    각각의 렌즈는,
    대응 LED 캐비티로의 개구에 근접한 입구면을 갖는 렌즈 본체와,
    대응 LED에 의해 방출된 광이 렌즈 본체에 진입하기 전에 하향 변환될 수 있도록 입구면과 대응 LED 사이에서 렌즈 상에 배치되는 형광체층을 포함하고,
    각각의 렌즈의 입구면은 대응 LED로부터의 소정 거리에 위치설정되는, 광학 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 렌즈의 세트의 각 렌즈의 렌즈 본체는 선택된 절반각에서 균일한 분포 패턴을 갖는 광을 방출하도록 구성되는, 광학 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 렌즈의 세트는 상기 광학 시스템이 렌즈의 세트의 개별 렌즈보다 큰 영역에 걸쳐 선택된 절반각에서 균일한 분포 패턴으로 광을 방출하도록 밀접하게 패킹되는, 광학 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 렌즈의 세트의 각 렌즈의 렌즈 본체는 밝기를 유지하도록 성형되는, 광학 시스템.
  17. 제13항에 있어서, 각각의 렌즈 캐비티는 측벽의 세트에 의해 형성되고, 각각의 렌즈 캐비티의 측벽은 렌즈 캐비티가 대응 LED 캐비티로의 개구에 근접하여 더 작고 대응 LED 캐비티의 개구로부터 이격되어 더 크도록 성형되는, 광학 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 대응 렌즈 캐비티 내에 하나 이상의 렌즈를 지지하는 커버를 더 포함하는, 광학 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 커버 및 하나 이상의 렌즈 본체는 단일 재료편으로 형성되는, 광학 시스템.
  20. 제13항에 있어서, 각각의 렌즈 상에 배치된 형광체층은 렌즈의 세트의 상이한 렌즈가 상이한 컬러의 광을 방출하도록 선택되는, 광학 시스템.
  21. 제13항에 있어서, 각각의 렌즈 상에 배치된 형광체층은 상기 광학 시스템이 하나 이상의 백색광 유닛을 형성하도록 선택되는, 광학 시스템.
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Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8742655B2 (en) 2011-07-22 2014-06-03 Guardian Industries Corp. LED lighting systems with phosphor subassemblies, and/or methods of making the same
US8992045B2 (en) 2011-07-22 2015-03-31 Guardian Industries Corp. LED lighting systems and/or methods of making the same
US9845943B2 (en) * 2011-07-22 2017-12-19 Guardian Glass, LLC Heat management subsystems for LED lighting systems, LED lighting systems including heat management subsystems, and/or methods of making the same
US8540394B2 (en) 2011-07-22 2013-09-24 Guardian Industries Corp. Collimating lenses for LED lighting systems, LED lighting systems including collimating lenses, and/or methods of making the same
DE102011113483B4 (de) * 2011-09-13 2023-10-19 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl von optoelektronischen Bauelementen und optoelektronisches Bauelement
JP6133306B2 (ja) 2011-10-20 2017-05-24 フィリップス ライティング ホールディング ビー ヴィ ランプシェードを有する照明ユニット
CN102518964A (zh) * 2011-12-11 2012-06-27 深圳市光峰光电技术有限公司 光源和照明装置
CN104169641B (zh) * 2012-03-15 2016-08-31 株式会社小糸制作所 发光装置及车辆用灯具
US9291763B2 (en) * 2012-09-13 2016-03-22 Quarkstar Llc Light-emitting device with remote scattering element and total internal reflection extractor element
TWI509190B (zh) * 2013-04-18 2015-11-21 Nat Inst Chung Shan Science & Technology Composite light source lamps
CN105745489B (zh) * 2013-09-24 2019-06-28 飞利浦灯具控股公司 照明单元
US10862014B2 (en) * 2015-11-12 2020-12-08 Advanced Semiconductor Engineering, Inc. Optical device package and method of manufacturing the same
NZ745229A (en) 2016-02-24 2019-12-20 Magic Leap Inc Low profile interconnect for light emitter
US11041609B2 (en) * 2018-05-01 2021-06-22 Ecosense Lighting Inc. Lighting systems and devices with central silicone module
JP2020003705A (ja) * 2018-06-29 2020-01-09 日機装株式会社 光学部品、光学部品の製造方法および光照射装置
KR102601799B1 (ko) * 2018-10-15 2023-11-14 현대모비스 주식회사 차량용 램프
JP2022517870A (ja) * 2019-03-11 2022-03-10 ルミレッズ リミテッド ライアビリティ カンパニー カップ内の光抽出ブリッジ
CN111293208A (zh) * 2020-04-14 2020-06-16 上海灿瑞科技股份有限公司 用于红外线发射二极体的载体装置
CN111293207A (zh) * 2020-04-14 2020-06-16 上海灿瑞科技股份有限公司 红外线发射二极体装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100468791C (zh) * 2002-08-30 2009-03-11 吉尔科有限公司 具有改良效率的镀膜led
US7029935B2 (en) * 2003-09-09 2006-04-18 Cree, Inc. Transmissive optical elements including transparent plastic shell having a phosphor dispersed therein, and methods of fabricating same
US8174036B2 (en) * 2003-12-30 2012-05-08 Osram Opto Semiconductors Gmbh Lighting device
JP4480407B2 (ja) * 2004-01-29 2010-06-16 京セラ株式会社 発光素子収納用パッケージおよび発光装置
AU2005240186B2 (en) * 2004-05-05 2011-02-03 Rensselaer Polytechnic Institute High efficiency light source using solid-state emitter and down-conversion material
US7315119B2 (en) * 2004-05-07 2008-01-01 Avago Technologies Ip (Singapore) Pte Ltd Light-emitting device having a phosphor particle layer with specific thickness
JP4301075B2 (ja) * 2004-05-12 2009-07-22 パナソニック電工株式会社 発光ダイオード用パッケージおよびそれを用いた発光装置
US7473933B2 (en) * 2004-10-29 2009-01-06 Ledengin, Inc. (Cayman) High power LED package with universal bonding pads and interconnect arrangement
EP1872053A2 (en) * 2005-04-06 2008-01-02 Tir Systems Ltd. Lighting module with compact colour mixing and collimating optics
JP3978451B2 (ja) * 2005-07-27 2007-09-19 京セラ株式会社 発光装置
KR20080106402A (ko) * 2006-01-05 2008-12-05 일루미텍스, 인크. Ｌｅｄ로부터 광을 유도하기 위한 개별 광학 디바이스
JP2007281260A (ja) * 2006-04-07 2007-10-25 Sumitomo Metal Electronics Devices Inc リフレクターとそれを用いた発光素子収納用パッケージ及びリフレクターに用いるレンズ
WO2008027692A2 (en) * 2006-08-02 2008-03-06 Abu-Ageel Nayef M Led-based illumination system
JP2008041739A (ja) * 2006-08-02 2008-02-21 Tokai Kogaku Kk 蛍光発光装置
US7789531B2 (en) * 2006-10-02 2010-09-07 Illumitex, Inc. LED system and method

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