KR20130019389A - 솔리드 스테이트 램프 및 전구 - Google Patents
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Abstract
솔리드 스테이트 램프 및 전구는, 광원과, 광원에 대하여 떨어져 위치되거나 또는 원격으로 위치되는 하나 이상의 파장 변환 재료, 파장 변환 영역 또는 파장 변환층과, 별도의 디퓨저와의 상이한 조합 및 배치를 포함한다. 이들은 램프 및 전구를 효율적이고 신뢰할 수 있으며 비용면에서 효과적으로 제조할 수 있고 또한 광원이 LED의 공통 평면 배열로 구성되는 경우에도 필수적으로 무지향성 발광 패턴을 제공할 수 있도록 하는 방식으로 히트 싱크 상에 배치된다. 또한, 이러한 배치는 램프가 빛을 내지 않고 있을 때에 변환 영역 또는 변환층의 외관을 미적으로 마스킹하거나 가릴 수 있게 한다. 본 발명의 각종 실시예는 통상의 백열 전구의 직접적인 교체에 적합한 램프 또는 전구의 제조에 있어서 LED와 같은 효율적인 솔리드 스테이트 광원을 이용하는 것과 관련된 곤란한 점들의 다수를 해소하기 위해 이용될 수 있다. 본 발명의 실시예는, ENERGY STAR? 표준을 준수하는 발광 패턴을 여전히 제공하면서, 백열등 전구와 같은 흔히 사용되는 램프에 속하는 것과 같은 널리 알려진 표준 크기 프로파일에 끼우도록 구성될 수 있다.
Description
본 출원은 2010년 3월 3일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 61/339,516호와, 2010년 3월 3일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 61/339,515호와, 2010년 9월 24일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 61/386,437호와, 2010년 12월 19일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 61/424,665호와, 2010년 12월 19일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 61/424,670호와, 2011년 1월 19일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 61/434,355호와, 2011년 1월 23일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 61/435,326호와, 2011년 1월 24일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 61/435,759호의 이점을 주장한다. 본 출원은 또한 2010년 8월 2일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 12/848,825호와, 2010년 9월 24일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 12/889,719호와, 2010년 12월 22일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 12/975,820호와, 2011년 2월 16일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 13/028,946호의 일부 계속 출원이며, 이들 특허 출원의 이점을 주장한다.
본 발명은 전반적으로 솔리드 스테이트 램프 및 전구에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 무지향성 발광 패턴(omnidirectional emission pattern)을 발생할 수 있는 효율적이고 신뢰할 수 있는 발광 다이오드(LED) 기반의 램프 및 전구에 관한 것이다.
주택용 및 상업용 설비를 위한 광원으로서 백열등 또는 필라멘트 기반 램프 또는 전구가 흔히 이용된다. 그러나, 이러한 램프는 입력 에너지의 95% 정도가 손실되는 주로 열 또는 적외선 에너지 형태의 매우 비효율적인 광원이다. 백열 램프에 대한 한 가지 일반적인 대안인 소위 소형 형광 램프(CFL)는 전기를 광으로 변환하는 것에는 보다 효율적이지만, 독성 물질의 사용을 요구하며, 이 독성 물질은 그 각종 화합물과 함께 만성 중독 및 극심한 중독을 초래하고, 환경 오염을 야기할 수 있다. 램프 또는 전구의 효율을 향상시키기 위한 한 가지 해법은 광을 발생하기 위해 금속 필라멘트보다는 발광 다이오드(LED 또는 LEDs)와 같은 솔리드 스테이트 장치를 이용하는 것이다.
발광 다이오드는 일반적으로 반대로 도핑된 층들 사이에 개재된 반도체 재료로 이루어진 하나 이상의 활성층을 포함한다. 도핑층 양단에 바이어스를 인가하면, 활성층에 정공 및 전자가 주입되고, 이 활성층에서 정공과 전자가 재결합하여 광을 발생한다. 이 광은 활성층 및 LED의 다양한 표면으로부터 방출된다.
회로 또는 기타 유사 장치에서 LED 칩을 사용하기 위해, LED 칩을 패키지에 밀봉하여 환경적 및/또는 기계적 보호, 컬러 선택, 광 포커싱 등을 제공하는 것이 알려져 있다. LED 패키지는 또한 LED 패키지를 외부 회로에 전기적으로 접속시키기 위한 전기 리드, 컨택, 또는 트레이스를 포함할 수 있다. 도 1에 예시된 대표적인 LED 패키지(10)에서, 하나의 LED 칩(12)이 솔더 본드 또는 도전성 에폭시를 통해 반사성 컵(reflective cup)(13) 상에 탑재된다. 하나 이상의 와이어 본드(11)가 LED 칩(12)의 오믹 컨택을 반사성 컵(13)에 부착되거나 일체화될 수 있는 리드(15A 및/또는 15B)에 접속시킨다. 반사성 컵은 형광체(phosphor)와 같은 파장 변환 재료를 포함할 수도 있는 인캡슐런트 재료(16)로 채워질 수 있다. LED에 의해 제1 파장으로 방출된 광은 형광체에 의해 흡수될 수 있고, 이 형광체가 그에 응답하여 제2 파장의 광을 방출할 수 있다. 전체 어셈블리는 그 후 LED 칩(12)으로부터 방출된 광을 시준하기 위해 렌즈 형상으로 몰딩될 수 있는 투명한 보호 수지(14)로 인캡슐레이션된다.
도 2는 인쇄 회로 기판(PCB) 캐리어, 기판 또는 서브마운트(23) 등의 캐리어 상에 탑재된 하나 이상의 LED 칩(22)을 포함하는 종래의 LED 패키지의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 서브마운트(23) 상에 탑재된 금속 반사기(24)가 LED 칩(22)을 둘러싸고, LED 칩(22)에 의해 방출된 광을 패키지(20)로부터 멀어지도록 반사한다. 반사기(24)는 또한 LED 칩(22)에 대한 기계적 보호를 제공한다. 하나 이상의 와이어 본드 접속부(27)가 LED 칩(22) 상의 오믹 컨택과 서브마운트(23) 상의 전기 트레이스(25A, 25B) 사이에 형성된다. 그 후, 탑재된 LED 칩(22)은 칩에 대한 환경적 및 기계적 보호를 제공하면서 또한 렌즈로서도 작용하는 인캡슐런트(26)로 덮여진다. 금속 반사기(24)는 통상적으로 솔더 또는 에폭시 본드를 통해 캐리어에 부착된다.
도 2의 LED 패키지(20)에서 볼 수 있는 바와 같은 LED 칩은 LED 광의 적어도 일부를 흡수하는 하나 이상의 형광체를 포함하는 변환 재료에 의해 코팅될 수 있다. LED 칩은 LED와 형광체로부터의 광의 조합을 방출하도록 상이한 파장의 광을 방출할 수 있다. LED 칩은 다수의 상이한 방법을 이용하여 형광체로 코팅될 수 있으며, 한 가지 적합한 방법이 미국 특허 출원 번호 11/656,759 및 11/899,790에 개시되어 있으며, 이들 특허 출원 모두는 Chitnis 등에 의해 "Wafer Level Phosphor Coating Method and Devices Fabricated Utilizing Method"를 발명의 명칭으로 하여 출원되었다. 이와 달리, LED는 전기영동 증착(EPD)과 같은 다른 방법을 이용하여 코팅될 수 있으며, 적합한 EPD 방법은 "Close Loop Electrophoretic Deposition of Semiconductor Devices"를 발명의 명칭으로 하여 Tarsa 등에 의해 출원된 미국 특허 출원 번호 11/473,089에 개시되어 있다.
또한, LED 등의 솔리드 스테이트 광원을 LED로부터 이격되어 있거나 LED에 대해 원격으로 위치되어 있는 변환 재료와 함께 이용하는 램프가 개발되었다. 이러한 장치는 Tarsa 등에게 허여된 "High Output Radial Dispersing Lamp Using a Solid State Light Source"를 명칭으로 하는 미국 특허 제6,350,041호에 개시되어 있다. 이 특허에 개시된 램프는, 분리기(separator)를 통해 형광체를 갖는 디스퍼서(disperser)에 광을 전파하는 솔리드 스테이트 광원을 포함할 수 있다. 디스퍼서는 광을 원하는 패턴으로 분산하거나 및/또는 형광체 또는 다른 변환 재료를 통해 광의 적어도 일부분을 상이한 파장으로 변환함으로써 광의 컬러를 변경할 수 있다. 일부 실시예에서, 분리기는 광원을 디스퍼서와 충분한 간격으로 유지되도록 하여, 광원이 실내 조명에 필요한 상승된 전류를 운반하고 있을 때에, 광원으로부터의 열이 디스퍼서에 전달되지 않도록 할 것이다. 추가의 원격 형광체(remote phosphor) 기술이 Negley 등에게 허여된 "Lighting Device"를 명칭으로 하는 미국 특허 제7,614,759호에 개시되어 있다.
원격 형광체를 통합하는 램프의 한 가지 잠재적인 단점은 이들 램프가 바람직하지 않은 시각적 또는 미적 특성을 가질 수 있다는 것이다. 예컨대, 램프가 광을 발생하지 않을 때, 램프는 표준 에디슨(Edison) 전구의 전형적인 백색 또는 투명한 외관과는 상이한 표면 컬러를 가질 수 있다. 일부 경우에, 램프는 황색/녹색 및 적색 형광체와 같은 형광체 변환 재료에 의해 주로 발생하는 황색 또는 오랜지색 외관을 가질 수 있다. 이 외관은 광이 조사되지 않을 때에 주변 건축 요소와의 미적인 문제를 야기할 수 있는 다수의 어플리케이션에 대해서는 바람직하지 않은 것으로 간주될 수 있다. 이것은 이러한 타입의 램프의 전체적인 소비자 수용성(consumer acceptance)에 대해 부정적인 영향을 가질 수 있다.
또한, 변환 과정 동안에 형광체층에서 발생된 열이 인접한 칩 또는 기판 표면을 통해 전도되거나 방열될 수 있는 컨포멀(conformal) 형광체 구성 또는 인접 형광체 구성에 비하여, 원격 형광체 구성은 열도전성의 방열 경로가 부적절하게 될 수 있다. 효과적인 방열 통로가 없다면, 열적으로 고립된 원격 형광체는 일부 경우에는 이에 필적하는 컨포멀 코팅된 층에서의 온도보다 훨씬 높을 수 있는 상승된 작동 온도의 문제를 겪을 수도 있다. 이것은 형광체를 칩에 대하여 원격으로 배치함으로써 달성되는 이점의 일부 또는 전부를 상쇄할 수 있다. 달리 말하면, LED 칩에 대한 원격 형광체 배치가 작동 동안 LED 칩 내에서 발생된 열로 인한 형광체층의 직접적인 가열을 감소시키거나 제거할 수 있지만, 그 결과의 형광체 온도 감소는 광변환 과정 동안 형광체층 자체에서 발생된 열과 이러한 발생된 열을 방열하기 위한 적합한 열 경로의 존재하지 않음으로 인하여 부분적으로 또는 전체적으로 상쇄될 수도 있다.
솔리드 스테이트 광원을 이용하는 램프의 구현 및 수용에 영향을 주는 또 다른 문제는, 광원 자체에 의해 발광되는 광의 성질에 관련된다. 광도 분포(luminous intensity distribution)로도 지칭되는 각도 균일성 또한 표준 백열 전구를 대체할 솔리드 스테이트 광원에 대해서는 중요한 요소이다. 표준 백열 전구의 필라멘트와 유리 인벨로프 간의 기하학적 관계는, 전자장치 또는 히트 싱크가 요구되지 않는 사실과 조합되어, 백열 전구로부터의 광을 비교적 무지향성 패턴으로 빛나게 할 수 있다. 즉, 전구의 광도가 전구의 상단부로부터 스크류 베이스까지의 수직 방향 전구에 대한 수직 평면에서의 각도에 걸쳐 비교적 고르게 분포되며, 단지 베이스 자체만이 현저한 광 차단을 나타낸다.
LED 광원(및 관련 변환층)을 기반으로 하는 효율적인 램프 또는 전구를 제조하기 위해서는, 통상적으로 LED 칩 또는 패키지를 공통 평면 배열로 위치시키는 것이 바람직하다. 이것은 종래의 생산 장비 및 프로세스를 이용할 수 있도록 함으로써 제조를 용이하게 하고 제조 비용을 절감할 수 있다. 그러나, LED 칩의 공통 평면 배열은 통상적으로 전방 지향 광 세기 프로파일(예컨대, 램버시안(Lambertian) 프로파일)을 발생한다. 이러한 빔 프로파일은 훨씬 더 무지향성의 빔 패턴을 갖는 종래의 백열 전구와 같은 종래의 램프를 대체하기 위해 솔리드 스테이트 램프 또는 전구가 이용되는 어플리케이션에서는 일반적으로 바람직하지 않다. LED 광원 또는 패키지를 3차원 배열로 탑재하는 것이 가능하지만, 이러한 배열은 전반적으로 제조가 곤란하고 비용이 많이 소요된다. 솔리드 스테이트 광원은 또한 통상적으로 일부 방향에서는 광을 가로막을 수도 있는 전자 회로 및 히트 싱크를 포함한다.
특정 실시예에서, 본 발명은 A19 배열 또는 형광 광원과 같은 산업 표준 조명 유닛의 형상을 따르는 솔리드 스테이트 광원을 이용하는 조명 유닛에 관한 것이며, ENERGY STAR? 성능 조건의 컴플라이언스와 같은 이러한 조명 유닛에 대한 향상된 성능 특성을 제공한다. 이들 조명 유닛은 발광 다이오드와 같은 솔리드 스테이트 광원, 형광체와 같은 파장 변환 재료, 디퓨저 요소, 및 열관리 요소의 다양한 조합을 이용함으로써 달성될 수 있다. 특정 실시예에서, 솔리드 스테이트 광원은, 청색광과 같은 제1 파장의 광을 방출하는 하나 이상의 발광 다이오드와, 적색광과 같은 제2 파장의 광을 방출하는 하나 이상의 발광 다이오드를 포함한다. 파장 변환 재료는 솔리드 스테이트 광원 위에 원격 파장 변환 요소를 포함한다. 파장 변환 요소는 적어도 황색광과 같은 제3 파장의 광을 발생하기 위해 제1 파장의 광 및 제2 파장의 광 중 적어도 하나와 상호작용하는 하나 이상의 형광체를 포함한다. 디퓨저 요소는 파장 변환 요소로부터 떨어져 있으며, 더욱 균일한 발광을 발생하도록 작용한다. 열관리 요소는 열 제거를 제공하고 A19 조명 전구와 같은 표준 백열 또는 형광 광원의 인벨로프 내에 끼워지는 형상을 갖는 히트 싱크 유닛을 포함한다.
특정 실시예에서, 본 발명은, 전반적으로, 광원과, 광원에 대하여 떨어져 위치되거나 또는 원격으로 위치되는 하나 이상의 파장 변환 재료, 파장 변환 영역 또는 파장 변환층과, 별도의 확산층의 상이한 조합 및 배치를 포함하는 램프 및 전구를 제공한다. 이러한 배치는, 효율적이고 신뢰할 수 있으며 비용면에서 효과적이며 또한 광원이 LED의 공통 평면 배열로 구성되는 경우에도 필수적으로 무지향성 발광 패턴을 제공할 수 있는 램프 및 전구의 제조를 가능하게 한다. 또한, 이러한 배치는 램프가 빛을 내지 않고 있을 때에 변환 영역 또는 변환층의 외관을 미적으로 마스크하거나 가릴 수 있게 한다. 본 발명의 각종 실시예는 통상의 백열 전구의 직접적인 교체에 적합한 램프 또는 전구의 제조에 있어서 LED와 같은 효율적인 솔리드 스테이트 광원을 이용하는 것과 관련된 곤란한 점들의 다수를 해소하기 위해 이용될 수 있다. 본 발명의 실시예는 백열 전구와 같은 흔히 사용되는 램프에 속하는 것과 같은 널리 알려진 표준 크기 프로파일에 끼우도록 구성될 수 있으며, 이에 의해 이러한 전구의 직접적인 교체를 용이하게 한다.
본 발명에 따른 조명 장치의 일실시예는 히트 싱크 상의 광원을 포함한다. 히트 싱크 상에 위치되고 광원으로부터 이격되는 디퓨저 또한 포함된다. 히트 싱크 상에 위치되고, 광원과 디퓨저 사이에 배치되며, 광원과 디퓨저로부터 이격되는 파장 변환 재료 또한 포함된다. 램프는 실질적으로 균일한 발광 패턴을 방출하면서 A19 인벨로프에 끼우도록 구성된다.
본 발명에 따른 조명 장치의 또 다른 실시예는, 히트 싱크 상의 광원과, 상기 히트 싱크 상에 위치하고 상기 광원으로부터 떨어져 이격되어 있는 디퓨저(diffuser)와, 상기 히트 싱크 상에 위치하고, 상기 광원과 상기 디퓨저 사이에 배치되며, 상기 광원과 상기 디퓨저로부터 이격되어 있는 파장 변환 재료를 포함한다. 상기 히트 싱크는 복수의 히트 핀(heat fin)을 포함하며, 각각의 히트 핀이 상기 조명 장치의 중심축으로부터 외측으로 각도를 이루는 하위 경사부와, 다시 상기 중심축 쪽으로 각도를 이루는 상위부를 가지며, 실질적으로 균일한 발광 패턴을 방출한다.
본 발명에 따른 솔리드 스테이트 램프의 일실시예는, 복수의 히트 핀을 갖는 히트 싱크와, 상기 히트 싱크 상에 탑재되는 솔리드 스테이트 광원과, 상기 광원 위에서 상기 광원으로부터 떨어져 이격되는, 상기 히트 싱크 상의 형광체 캐리어와, 상기 형광체 캐리어 위에서 상기 형광체 캐리어로부터 떨어져 이격되는, 상기 히트 싱크 상의 디퓨저를 포함한다. 상기 형광체 캐리어 및 상기 디퓨저는 상기 형광체 캐리어 및 상기 디퓨저가 이중-돔 구조를 제공하도록 실질적으로 원뿔-구형(frusto-spherical) 형상이며, 상기 솔리드 스테이트 램프가 표준 크기 프로파일 내에 끼워지고, 실질적으로 균일한 발광 패턴을 방출한다.
본 발명의 이러한 특징 및 기타 특징은 본 발명의 특징부를 예로서 예시하는 첨부 도면 및 이하의 상세한 설명으로부터 명확하게 될 것이다.
도 1은 종래 기술의 LED 패키지의 일실시예의 단면도이다.
도 2는 종래 기술의 LED 패키지의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 3은 A19 교체 전구에 대한 크기 사양을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 램프의 일실시예의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 램프의 일실시예의 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 램프의 일실시예의 단면도이다.
도 7 내지 도 10은 본 발명에 따른 형광체 캐리어의 상이한 실시예들의 단면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 램프의 일실시예의 사시도이다.
도 12는 도 11에 도시된 램프의 단면도이다.
도 13은 도 11에 도시된 램프의 분해도이다.
도 14는 본 발명에 따른 램프의 일실시예의 사시도이다.
도 15는 형광체 캐리어를 갖는 도 14에 도시된 램프의 사시도이다.
도 16은 본 발명에 따른 램프의 일실시예의 분해도이다.
도 17은 도 16에 도시된 램프의 단면도이다.
도 18은 본 발명에 따른 히트 싱크의 일실시예의 측면도이다.
도 19는 본 발명에 따른 램프의 일실시예의 사시도이다.
도 20은 도 19에 도시된 실시예의 분해 사시도이다.
도 21은 도 19에 도시된 실시예의 단면도이다.
도 22는 도 19에 도시된 실시예의 측면도이다.
도 23은 도 18에 도시된 램프의 일부분에 대한 단면도이다.
도 24는 상이한 히트 싱크 핀 배열을 갖는 도 18에 도시된 램프의 일부분에 대한 또 다른 단면도이다.
도 25 내지 도 28은 본 발명에 따른 디퓨저 돔(diffuser dome)의 측면도이다.
도 29는 본 발명에 따른 디퓨저 돔의 또 다른 실시예의 측면도이다.
도 30은 본 발명에 따른 램프에 대한 비교 발광 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 31은 본 발명에 따른 램프에 대한 발광 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 32는 본 발명에 따른 램프의 일실시예에 대한 발광 특성을 나타내는 도표이다.
도 33은 본 발명에 따른 특정 램프 실시예에 대한 발광 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 34는 본 발명에 따른 램프의 일실시예에 대한 발광 특성을 나타내는 도표이다.
도 35는 본 발명에 따른 디퓨저에서의 디퓨저층 두께의 일실시예를 나타내는 그래프이다.
도 36 내지 도 41은 본 발명에 따른 디퓨저 돔의 상이한 실시예를 도시하는 도면이다.
도 42는 본 발명에 따른 램프의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 43 내지 도 46은 본 발명에 따른 램프 또는 전구에 이용될 수 있는 형광체 캐리어의 추가의 실시예를 도시하는 도면이다.
도 2는 종래 기술의 LED 패키지의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 3은 A19 교체 전구에 대한 크기 사양을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 램프의 일실시예의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 램프의 일실시예의 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 램프의 일실시예의 단면도이다.
도 7 내지 도 10은 본 발명에 따른 형광체 캐리어의 상이한 실시예들의 단면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 램프의 일실시예의 사시도이다.
도 12는 도 11에 도시된 램프의 단면도이다.
도 13은 도 11에 도시된 램프의 분해도이다.
도 14는 본 발명에 따른 램프의 일실시예의 사시도이다.
도 15는 형광체 캐리어를 갖는 도 14에 도시된 램프의 사시도이다.
도 16은 본 발명에 따른 램프의 일실시예의 분해도이다.
도 17은 도 16에 도시된 램프의 단면도이다.
도 18은 본 발명에 따른 히트 싱크의 일실시예의 측면도이다.
도 19는 본 발명에 따른 램프의 일실시예의 사시도이다.
도 20은 도 19에 도시된 실시예의 분해 사시도이다.
도 21은 도 19에 도시된 실시예의 단면도이다.
도 22는 도 19에 도시된 실시예의 측면도이다.
도 23은 도 18에 도시된 램프의 일부분에 대한 단면도이다.
도 24는 상이한 히트 싱크 핀 배열을 갖는 도 18에 도시된 램프의 일부분에 대한 또 다른 단면도이다.
도 25 내지 도 28은 본 발명에 따른 디퓨저 돔(diffuser dome)의 측면도이다.
도 29는 본 발명에 따른 디퓨저 돔의 또 다른 실시예의 측면도이다.
도 30은 본 발명에 따른 램프에 대한 비교 발광 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 31은 본 발명에 따른 램프에 대한 발광 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 32는 본 발명에 따른 램프의 일실시예에 대한 발광 특성을 나타내는 도표이다.
도 33은 본 발명에 따른 특정 램프 실시예에 대한 발광 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 34는 본 발명에 따른 램프의 일실시예에 대한 발광 특성을 나타내는 도표이다.
도 35는 본 발명에 따른 디퓨저에서의 디퓨저층 두께의 일실시예를 나타내는 그래프이다.
도 36 내지 도 41은 본 발명에 따른 디퓨저 돔의 상이한 실시예를 도시하는 도면이다.
도 42는 본 발명에 따른 램프의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 43 내지 도 46은 본 발명에 따른 램프 또는 전구에 이용될 수 있는 형광체 캐리어의 추가의 실시예를 도시하는 도면이다.
본 발명은 효율적이고 신뢰적이며 비용면에서 효과적인 램프 또는 전구 구조의 상이한 실시예에 관한 것이며, 일부 실시예에서는 전방 발광 광원과 같은 지향성 발광 광원으로부터 기본적으로 무지향성의 발광 패턴을 제공할 수 있다. 본 발명은 또한 원격 변환 재료(또는 형광체) 및 원격 확산 요소 또는 디퓨저를 갖는 솔리드 스테이트 에미터를 이용하는 램프 구조에 관한 것이다. 일부 실시예에서, 디퓨저는 램프 사용자에 의한 시야(view)로부터 형광체를 마스킹하도록 작용할 뿐만 아니라, 원격 형광체 및/또는 램프의 광원으로부터의 광을 원하는 발광 패턴으로 분산 또는 재분배할 수 있다. 일부 실시예에서, 디퓨저 돔은 전방 지향 발광 패턴을 일반적인 조명 어플리케이션에 유용한 보다 무지향성의 패턴으로 분산시키도록 배치될 수 있다. 디퓨저는 2차원뿐만 아니라 3차원 형상의 원격 변환 재료를 갖는 실시예에 이용될 수 있으며, 이들 특징의 조합이 LED 광원으로부터의 전방 방향 발광을 표준 백열 전구에 필적하는 빔 프로파일로 변환할 수 있다.
램프의 일부 실시예는 광원 위에서 광원으로부터 떨어져 이격되는 돔 형상의(또는 원뿔-구형(frusto-spherical) 형상의) 3차원 변환 재료(형광체 캐리어)를 가질 수 있다. 램프가 이중-돔 구조를 나타내도록, 변환 재료로부터 떨어져 변환 재료 위에 이격되어 있는 돔 형상 디퓨저 또한 포함될 수 있다. 각종 구조물 간의 공간은 램프 발광의 분산뿐만 아니라 램프 발광의 색균일성(color uniformity)을 촉진할 수 있는 광 혼합 챔버를 구성할 수 있다. 광원과 변환 재료 사이의 공간은, 변환 재료 사이의 공간과 마찬가지로, 광 혼합 챔버로서 작용할 수 있다. 다른 실시예는 추가의 혼합 챔버를 형성할 수 있는 추가의 변환 재료 또는 디퓨저를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서는 변환 재료 내부에 디퓨저를 가질 수 있도록, 돔 변환 재료와 돔 형상 디퓨저의 순서가 상이하게 될 수 있으며, 그 사이의 공간이 광 혼합 챔버를 형성할 수도 있다. 이들은 본 발명에 따른 변환 재료와 디퓨저의 다수의 상이한 배치의 소수의 예에 불과하다.
본 발명에 따른 일부 램프 실시예는 에미터가 평탄 표면 또는 평면형 표면 상에 탑재되는 하나 이상의 LED 칩 또는 LED 패키지의 공통 평면 배치를 갖는 광원을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, LED 칩은 받침대(pedestal) 또는 다른 3차원 구조 상에 있는 것과 같이 공통 평면으로 되지 않을 수도 있다. 공통 평면 광원은 에미터 배치의 복잡도를 감소시켜, 이들을 더 용이하고 더 저렴하게 제조하도록 할 수 있다. 그러나, 공통 평면 광원은 램버시안 발광 패턴에서와 같은 주로 전방 방향으로 발광하는 경향이 있다. 상이한 실시예에서, 상이한 발광 각도에서 거의 균일한 발광 세기 및 색균일성을 제공할 수 있는 종래의 백열광 전구의 발광 패턴을 모사(mimicking)하는 발광 패턴을 방출하는 것이 바람직할 수 있다. 본 발명의 상이한 실시예는 발광 패턴을 시야각의 범위 내에서 불균일한 것에서 실질적으로 균일한 것으로 변환할 수 있는 특징부를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 변환층 또는 변환 영역은, 광원으로부터의 광에 대해 적어도 부분적으로 투명한 열도전성 재료를 포함할 수 있는 형광체 캐리어와, 각각 광원으로부터의 광을 흡수하고 상이한 파장의 광을 방출하는 하나 이상의 형광체 재료를 구비한다. 디퓨저는 산란막/산란 입자와 유리 인클로저와 같은 관련 캐리어를 포함할 수 있으며, 원하는 빔 프로파일을 제공하기 위해 광원 및/또는 형광체 캐리어에 의해 방출된 광의 적어도 일부를 산란시키거나 방향을 변경하도록 작용할 수 있다. 시야각을 함수로 하여 색균일성 및 광 세기 분포와 같은 다양한 램프 특성을 제어하기 위해, 지오메트리와 같은 디퓨저의 특성과, 산란층의 산란 특성과, 표면 거칠기 또는 평활도와, 산란층 성질의 공간적 분포가 이용될 수 있다. 형광체 캐리어 및 다른 내부 램프 특징부를 마스킹함으로써, 디퓨저는 램프 또는 전구가 조사되지 않을 때에 요구된 전체적인 램프 외관을 제공한다.
광원 및 형광체 캐리어와 열접촉할 수 있는 히트 싱크 구조와, 열을 주변 분위기에 방열하기 위한 다른 램프 요소가 포함될 수 있다. 광원 및 디밍(dimming) 등과 같은 기타 기능부에 전기 전력을 제공하기 위해 전자 회로가 포함될 수 있으며, 이 회로들은 전력을 에디슨 소켓 등과 같은 램프에 인가하기 위한 수단을 포함할 수 있다.
램프의 상이한 실시예는 다수의 상이한 형상 및 크기를 가질 수 있으며, 일부 실시예는 도 3에 도시된 바와 같이 A19 크기 인벨로프(30)와 같은 표준 크기 인벨로프에 끼우기 위한 치수를 갖는다. 이것은 램프를 종래의 백열 및 형광 램프 또는 전구의 대체품으로서 특히 유용하게 하며, 본 발명에 따른 램프가 이들 램프의 솔리드 스테이트 광원으로부터 제공되는 감소된 에너지 소비 및 긴 수명을 갖게 된다. 본 발명에 따른 램프는 A21 및 A23 등을 포함한 다른 유형의 표준 크기 프로파일에 끼울 수도 있다.
일부 실시예에서, 광원은 상이한 타입의 LED, LED 칩 또는 LED 패키지와 같은 솔리드 스테이트 광원을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서는 단일의 LED 칩 또는 패키지가 이용될 수 있는 한편, 다른 실시예에서는 복수의 LED 칩 또는 패키지가 상이한 타입의 어레이로 배열될 수도 있다. 형광체가 LED 칩으로부터 열적으로 고립되고 우수한 방열을 가짐으로써, LED 칩은 형광체의 변환 효율 및 형광체의 장기간 신뢰도에 나쁜 영향을 초래하지 않고서도 더 높은 전류 레벨에 의해 구동될 수 있다. 이것은 원하는 광속(luminous flux)을 발생하기 위해 요구되는 LED의 개수를 낮추기 위해 LED 칩을 오버드라이브(overdrive)하는 유연성을 가능하게 할 수 있다. 그 결과, 이것은 램프의 복잡도에 따른 비용을 감소시킬 수 있다. 이들 LED 패키지는 상승된 광속을 견뎌낼 수 있는 재료로 인캡슐레이션된 LED를 포함할 수도 있고, 또는 인캡슐레이션되지 않은 LED를 포함할 수도 있다.
본 발명에 따른 일부 LED 램프는 1200K부터 3500K까지의 상관 색온도(CCT : correlated color temperature)를 가질 수 있는 한편, 다른 LED 램프는 램프의 상단부로부터 0도 내지 150도에서 10% 이하로 변화하는 광도 분포로 광을 방출할 수 있다. 다른 실시예에서, 램프는 0도 내지 135도에서 20% 이하로 변화하는 광도 분포를 갖는 광을 방출할 수 있다. 일부 실시예에서는, 램프로부터의 총광속의 적어도 5%가 135~180도 영역에 있게 된다. 다른 실시예는 0도 내지 120도에서 30% 이하로 변화하는 광도 분포를 갖는 광을 방출할 수 있다. 일부 실시예에서, LED 램프는 색도(chromaticity)가 시야각의 변경으로 가중 평균 포인트로부터 0.004 이하로 변화하도록 하는 색공간 균일성(color spatial uniformity)을 갖는다. 다른 램프는 60-와트 백열 교체 전구에 해당하는 발광 효율(luminous efficacy), 색공간 균일성, 광분배, 연색 지수(color rendering index), 치수 및 베이스 타입에 대한 작동 조건을 따를 수 있다.
아래에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 램프는 상이한 파장 스펙트럼의 광을 방출하는 다수의 상이한 타입의 에미터를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 본 발명의 원리에 따른 조명 유닛은 광을 적어도 3개의 피크 파장, 예컨대 청색, 황색 및 적색으로 방출한다. 적어도 청색광과 같은 제1 파장이 솔리드 스테이트 광원에 의해 방출되며, 예컨대 녹색광 및/또는 황색광과 같은 제2 파장이 파장 변환 요소에 의해 방출된다. 실시예에 따라서는, 녹색광 및/또는 적색광과 같은 제3 파장의 광이 솔리드 스테이트 광원 및/또는 파장 변환 요소에 의해 방출될 수 있다. 일부 실시예에서, 파장 변환 요소 또는 솔리드 스테이트 광원에 의해 적어도 3개의 파장이 방출될 수 있다. 일부 실시예에서, 솔리드 스테이트 광원은 파장 변환 재료와 중첩하거나 유사하거나 또는 동일한 파장의 광을 방출할 수 있다. 예컨대, 솔리드 스테이트 광원은, 예컨대 파장 변환 재료 내의 황색 형광체에 추가된 적색 형광체와 같은, 파장 변환 재료 내의 형광체에 의해 방출된 광과 중첩되거나 실질적으로 동일한 예컨대 적색광과 같은 파장의 광을 방출하는 LED를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 솔리드 스테이트 광원은 적어도 하나의 상이한 피크 파장을 갖는 광을 방출하는 적어도 하나의 추가의 LED를 포함하거나, 및/또는 파장 변환 재료가 적어도 하나의 상이한 피크 파장을 방출하는 적어도 하나의 추가의 형광체 또는 루미포(lumiphor)를 포함한다. 따라서, 조명 유닛은 적어도 4개의 상이한 피크 파장을 갖는 광을 방출한다.
실시예에 따라서는, 솔리드 스테이트 광원은 LED의 단일의 스트링 또는 복수의 스트링을 포함할 수 있다. 파장 변환 재료는, 별개의 파장 변환 요소로서, 솔리드 스테이트 광원 상에 컨포멀하게 코팅되거나, 솔리드 스테이트 광원 위에 분포되어 있거나, 및/또는 솔리드 스테이트 광원으로부터 원격 위치된 형광체를 포함할 수 있다. 예컨대, 솔리드 스테이트 광원의 개별 LED 상에 코팅되거나 분포되는 파장 변환 재료를 이용하는 조명 유닛은 van de Ven 등에 의해 "LED Lamp with High Color Rendering Index"라는 명칭으로 출원되어 Cree, Inc.에 양도된 미국 특허 출원 번호 12/975,820호에 개시되어 있으며, 이 특허 출원은 그 내용이 본 명세서에 원용되어 있다. 파장 변환 요소는, 형광체 캐리어의 내측면 및/또는 외측면 상에 코팅되거나 및/또는 형광체 캐리어에 임베드되거나(embedded) 일체화된 형광체 입자를 포함할 수 있다. 디퓨저 요소는 디퓨저의 내측면 및/또는 외측면 상에 코팅되거나 및/또는 디퓨저 내에 임베트되거나 디퓨저와 일체화된 디퓨저 입자를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 디퓨저는 스코어링(scouring) 또는 러프닝(roughening)과 같은 구조물 또는 특징부를 포함한다.
실시예에 따라서는, LED 광원과 파장 변환 재료 간의 관계에 관련하여 상이한 배열이 가능하다. 일부 실시예에서는, 원격 파장 변환 요소가 LED 광원의 전부를 덮는다. 다른 실시예에서는, 원격 파장 변환 요소가 LED 광원의 전부가 아닌 일부를 덮는다. 예컨대, 원격 파장 변환 요소는 동일하거나 유사한 파장의 광 예컨대 청색광을 방출하는 LED를 덮고, 또 다른 파장의 광 예컨대 적색광을 방출하는 다른 LED를 덮지 않는다. 일부 실시예에서, 적어도 제1 원격 파장 변환 요소가 제1 세트의 LED를 덮고, 적어도 제2 파장 변환 요소가 제2 세트의 LED를 덮는다. 실시예에 따라서는, 조명 유닛은 코팅된 파장 변환 재료, 분산된 파장 변환 재료, 및/또는 원격 파장 변환 재료에 광학적으로 결합되는 LED를 포함할 수 있다. LED와 파장 변환 재료 사이에는 다른 배열도 가능하다.
본 발명의 일부 실시예에서, LED 어셈블리는 청색광을 방출하는 LED 패키지 및 적색광을 방출하는 다른 LED 패키지를 포함한다. 일부 실시예에서, LED 램프의 LED 어셈블리는 적어도 2개의 그룹의 LED를 갖는 LED 어레이를 포함하며, 여기서 제1 그룹은 조명될 경우 440 내지 480㎚의 주파장(dominant wavelength)을 갖는 광을 방출할 것이며, 또 다른 그룹은 조명될 경우 605 내지 630㎚의 주파장을 갖는 광을 방출할 것이다. 형광체 캐리어는 2개의 파장 스펙트럼 중의 하나 또는 양자로부터 광을 흡수하고 재방출하도록 배치될 수 있으며, 각각 광을 흡수하고 상이한 파장의 광을 재방출(예컨대, 파장 다운컨버전)할 수 있는 하나 이상의 형광체를 가질 수 있다. 일부 램프 실시예는 청색광 및 적색광을 방출하는 복수의 LED를 포함할 수 있으며, 형광체 캐리어가 청색광을 흡수하고 황색광 또는 녹색광을 재방출하는 황색 형광체를 포함하며, 청색광 중의 일부가 형광체 캐리어를 통과한다. 적색 LED로부터의 적색광은 흡수가 거의 또는 전혀 이루어지지 않으면서 황색/녹색 형광체를 통과하며, 이로써 램프가 청색, 황색/녹색 및 적색의 백색광 조합을 방출한다. 다른 실시예에서, 청색 및 적색 LED에서, 형광체 캐리어는, 황색/녹색 형광체와, 램프 조명의 적색 성분에 기여하고 LED 광을 분산시키는 것을 도와주기 위한 적색 형광체를 포함한다.
일부 실시예에서, LED는 2개의 그룹을 구성할 수 있으며, 한 그룹의 LED가 제1 직렬 스트링으로 상호 연결되고, 다른 그룹의 LED가 제2 직렬 스트링으로 상호 연결된다. 이것은 LED가 상호 연결될 수 있는 다수의 방식 중의 단지 하나에 불과하며, LED는 다수의 상이한 병렬 및 직렬 상호연결 조합으로 배열될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 발명에 따른 램프는 일부 실시예에서는 80 또는 그 이상과 같은 높은 연색 지수(CRI)로 광을 방출할 수 있다. 일부 다른 실시예에서, 램프는 90 또는 그 이상의 연색 지수로 광을 방출할 수 있다. 램프는 또한 2500K 내지 3500K의 상관 색온도(CCT)를 갖는 광을 발생할 수 있다. 다른 실시예에서, 광은 2700K 내지 3300K의 상관 색온도를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 광은 약 2725K 내지 약 3045K의 상관 색온도를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 광은 약 2700K 또는 약 3000K의 상관 색온도를 가질 수 있다. 광을 디밍(dimming)할 수 있는 다른 실시예에서, 상관 색온도는 디밍으로 감소될 수도 있다. 이러한 경우, 상관 색온도는 1500K 또는 심지어는 1200K 만큼 낮게 감소될 수 있다. 일부 실시예에서, 상관 색온도는 디밍으로 증가될 수도 있다. 실시예에 따라서는, 디밍에 기초하여 다른 출력 스펙트럼 특성이 변경될 수 있다.
본 발명의 실시예와 함께 LED의 다른 배열이 이용될 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 동일한 개수의 각각의 타입의 LED가 이용될 수 있으며, LED 패키지는 다양한 패턴으로 배열될 수 있다. 각각의 타입의 하나의 LED가 이용될 수 있다. 추가의 컬러의 광을 발생하는 추가의 LED가 이용될 수 있다. 하나 이상의 추가의 컬러를 방출하는 하나 이상의 LED 및/또는 하나 이상의 추가의 형광체 또는 루미포를 포함하는 파장 변환 재료를 이용함으로써, 조명 유닛의 연색 지수가 증가될 수 있다. 루미포는 모든 LED 모듈과 함께 이용될 수 있다. 하나의 루미포가 복수의 LED 칩과 함께 이용될 수 있으며, 하나의 LED 장치 패키지, 여러 개의 LED 장치 패키지, 또는 모든 LED 장치 패키지에 복수의 LED 칩이 포함될 수 있다. 실질적으로 백색광을 발생하기 위해 상이한 파장의 광을 방출하는 LED의 그룹을 이용하는 더욱 상세한 예가 미국 특허 제7,213,940호에 개시되어 있으며, 이 특허는 그 내용이 본 명세서에 원용되어 있다.
본 발명에 따른 일부 램프 실시예는 제1 그룹의 솔리드 스테이트 광 에미터 및 제1 그룹의 루미포를 포함할 수 있으며, 제1 그룹의 루미포는 적어도 하나의 루미포를 포함한다. 램프는 또한 제2 그룹의 솔리드 스테이트 광 에미터를 포함하며, 제2 그룹의 솔리드 스테이트 광 에미터는 하나 이상의 솔리드 스테이트 광 에미터 및 하나 이상의 제1 파워 라인을 포함한다. 각각의 제1 그룹의 솔리드 스테이트 광 에미터와 각각의 제2 그룹의 솔리드 스테이트 광 에미터는 제1 파워 라인에 전기적으로 접속될 수 있다. 각각의 제1 그룹의 솔리드 스테이트 광 에미터는, 조명될 경우, 430㎚ 내지 480㎚ 범위의 주파장을 갖는 광을 방출할 수 있다. 각각의 제1 그룹의 루미포는, 여기될 시에, 약 555㎚ 내지 약 585㎚ 범위의 주파장을 갖는 광을 방출할 수 있다. 각각의 제2 그룹의 솔리드 스테이트 광 에미터는, 조명될 경우, 600㎚ 내지 630㎚ 범위의 주파장을 갖는 광을 방출할 수 있다.
제1 파워 라인에 전류가 공급되면, (1) 제1 그룹의 솔리드 스테이트 광 에미터에 의해 방출되는 조명 장치를 빠져나오는 광과, (2) 제1 그룹의 루미포에 의해 방출되는 조명 장치를 빠져나오는 광과, (3) 제2 그룹의 솔리드 스테이트 광 에미터에 의해 방출되는 발광 장치를 빠져나오는 광의 조합은, 어떠한 추가의 광이 존재하지 않는다면, 1931 CIE 색도 다이아그램 상의 x,y 좌표를 갖는 광의 혼합물을 발생한다. 좌표는 1931 CIE 색도 다이아그램 상의 흑체 궤적(blackbody locus) 상의 적어도 하나의 포인트의 10 맥아담 편차 타원(MacAdam ellipse) 내에 있는 포인트를 정의한다. 이 조합의 광은 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 포인트에 의해 정해지는 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 연결 라인 세그먼트로 둘러싸인 1391 CIE 색도 다이아그램 상의 영역 내에 있는 포인트를 정의하는 x,y 색좌표를 갖는 광의 하위 혼합물(sub-mixture)을 발생한다. 제1 포인트는 0.32, 0.40의 x,y 좌표를 가지며, 제2 포인트는 0.36, 0.48의 x,y 좌표를 가지며, 제3 포인트는 0.43, 0.45의 x,y 좌표를 가지며, 제4 포인트는 0.42, 0.42의 x,y 좌표를 가지며, 제5 포인트는 0.36, 0.38의 x,y 좌표를 갖는다.
본 발명은 또한 본 명세서에 참고자료로 원용되고 있는 2010년 3월 22일로 수정된 "ENERGY STAR? Program Requirements for Integral LED Lamps"의 조건을 충족하는 램프 발광 패턴을 허용하는 LED 방열 장치 또는 히트 싱크와 같은 상대적인 지오메트리의 특징부를 갖는 LED 램프를 제공한다. 상대적인 지오메트리는 광이 0도 내지 135도에서 평균값의 20% 이내에서 분산하도록 하고, 135도 내지 180도의 영역에서 총광속의 5%보다 크게 분산되도록 한다(0, 45 및 90도의 방위각에서 측정). 상대 지오메트리는 LED 어셈블리 장착 폭, 높이, 방열 장치 폭, 및 고유의 하방향 챔퍼각(unique downward chamfered angle)을 포함한다. 구체 형상 형광체 캐리어(globe shaped phosphor carrier) 또는 반사성 엄브렐러 및 디퓨저 돔(reflective umbrella and diffuser dome)과 조합되면, 지오메트리는 광을 이러한 엄격한 ENERGY STAR? 조건 내에서 분산하도록 할 것이다. 본 발명은 LED 및 전력 전자장치 열에너지를 방열하기 위해 요구되는 표면적을 감소시킬 수 있으면서, 여전히 램프가 ANSI A19 램프 프로파일을 준수하도록 할 수 있다.
본 발명은 또한 향상된 발광 효율을 갖는 램프를 제공하며, 본 발명에 따른 일부 램프는 와트당 65 이상의 루멘(lm/w)의 효율로 발광한다. 다른 실시예에서, 램프는 와트당 80 이상의 루멘의 효율로 광을 방출할 수 있다. 이들 실시예 모두에서, 램프는 더욱 바람직한 색온도(예컨대, 3000K 또는 그 미만, 또는 일부 실시예에서는 2700K 또는 그 미만) 및 더욱 바람직한 연색 지수(예컨대, 90 이상의 CRI)로 광을 방출할 수 있다.
본 발명에 따른 일부 램프 실시예는 700 루멘 이상의 광을 발광할 수 있는 한편, 다른 램프 실시예는 750 루멘 이상의 광을 발광할 수 있다. 다른 램프 실시예는 800 루멘 이상의 광을 발광할 수 있고, 이들 중의 일부는 이 광을 10 와트 또는 그 미만에서 발광한다. 이들 발광은 원하는 밝기를 제공하면서, 10W 미만에서 작동하는 램프에 대한 덜 엄격한 법정(예컨대, ENERGY STAR?) 검사를 통과할 수 있는 추가의 장점을 제공할 수 있다. 이것은 램프가 시장에 더 빠르게 보급될 수 있도록 한다. 이 발광 효율은 히트 싱크에 대한 최대화된 핀 면적(fin area), 최소량의 광의 차단을 발생하는 최적화된 광학 장치, 및 컨포멀 코팅된 변환 재료를 갖는 에미터보다 높은 효율(80 루멘/와트 또는 그 이상)을 발생할 수 있는 원격 변환 재료의 이용과 같은 다수의 요인의 결과로 이루어질 수 있다. 그럼에도, 실시예는 컨포멀 코팅된 파장 변환 재료를 갖는 에미터를 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명의 특징에 따른 조명 유닛의 실시예는 ENERGY STAR? 성능 조건을 충족할 수 있는 표준 백열 60 와트 백열등 전구에 대한 LED 기반 대체 A-Lamp를 제공하기 위해 이용될 수 있다. 다른 실시예는 75 와트 또는 100 와트 백열 A19 조명 전구와 같은 더 높은 와트의 백열 전구에 대한 LED 대체 A-Lamp 조명 유닛을 제공할 수 있다. 다른 실시예에서, 조명 유닛은 표준 40 와트 백열 A19 전구를 대체할 수 있다. 본 발명의 특징에 따른 조명 유닛의 다른 실시예는 기타 표준 형상의 백열등 또는 형광등을 대체하기 위해 이용될 수 있다.
상이한 램프 실시예는 또한 램프가 비교적 긴 수명을 나타내도록 배치된 부품을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 수명은 25,000 시간 이상이 될 수 있는 한편, 다른 실시예에서는 40,000 시간 이상일 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 수명은 50,000 시간 이상일 수도 있다. 이들 연장된 수명은 예컨대 80 루멘/와트 이상의 작동 효율에서도 가능하며, 25℃ 및/또는 45℃와 같은 상이한 온도에서도 가능하다. 이 수명은 다수의 상이한 방법을 이용하여 측정될 수 있다. 첫 번째 방법은 이들 램프가 고장날 때까지 단순히 이들 램프를 이들의 수명 동안 작동시키는 것이다. 그러나, 이것은 종종 연장된 기간의 시간을 요구할 수 있으므로, 어떠한 환경에서는 이 방법을 이용하지 못한다. 수용 가능한 또 다른 방법은 램프에 사용된 각각의 부품의 수명을 이용함으로써 램프 수명을 계산하는 것이다. 이 정보는 부품 제조업체에 의해 제공되는 경우도 있으며, 온도와 같은 상이한 작동 조건 하에서의 동작 수명을 나열한다. 이 데이터는 램프의 수명을 계산하기 위해 공지의 방법을 이용하여 활용될 수 있다. 수용 가능한 세 번째 방법은 램프를 더 높은 온도, 상승된 전력, 또는 스위칭 신호와 같은 상승된 조건 하에서 작동시킴으로써 램프의 수명을 가속화하는 것이다. 이것은 램프 고장을 더 일찍 초래할 수 있으며, 이 데이터는 그 후에 정상 작동 조건 하에서의 램프의 작동 수명을 결정하기 위한 공지의 방법에서 활용된다.
본 발명의 상이한 실시예는 또한 디퓨저 돔과 형광체 구체 중의 하나 또는 양자가 파손된 경우에 어떠한 전기 특징부 또는 요소의 노출을 보호하는 안전성 특징부(safety feature)를 포함할 수 있다. 이들 안정성 특징부는 이들 전기 특징부와 접촉하게 되는 것에서 비롯되는 전기적 충격의 위험을 감소시키거나 및/또는 제거할 수 있으며, 일부 실시예에서 이들 안전성 특징부는 전기 특징부를 덮는 전기 절연성 재료의 상이한 구성을 포함할 수 있다.
본 발명은 간편하고 비교적 저렴한 구성으로 긴 수명 및 효율적인 작동을 허용하는 특징부 및 특성의 특유의 조합을 제공한다. 램프는 80 루멘/와트 이상의 효율로 작동할 수 있으면서 여전히 80 이상 또는 90 이상의 연색 지수를 발생한다. 일부 실시예에서, 이 효율은 10 와트 미만에서 달성될 수 있다. 이것은 광원으로서의 LED, 이중-돔 디퓨저, 및 변환 재료 배치를 가지면서 여전히 A19 크기 인벨로프에 끼워넣어지며, ENERGY STAR? 조건을 준수하여 균일한 광 분배를 방출하는 램프로 달성될 수 있다. 이러한 구성을 갖는 램프는 또한 3000K 미만 또는 2700K 미만의 온도를 갖는 광을 방출할 수 있다.
본 발명은 특정 실시예를 참조하여 설명되지만, 본 발명은 다수의 상이한 형태로 실시될 수 있으며, 여기서 설명된 실시예로 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 구체적으로, 본 발명은 상이한 구성의 하나 또는 복수의 LED, LED 칩 또는 LED 패키지를 갖는 램프에 관하여 아래에 설명되지만, 본 발명은 다수의 상이한 구성을 갖는 다수의 기타 램프에 대해서도 이용될 수 있다. 아래의 실시예는 LED를 참조하여 설명되지만, 이 LED는 LED 칩과 LED 패키지를 포괄하는 의미로 사용되었다는 것을 이해할 것이다. 이들 부품은 도시된 것과는 상이한 형상 및 크기를 가질 수 있으며, 상이한 개수의 LED가 포함될 수 있다. 아래에 설명된 실시예는 공통 평면 광원을 활용하지만, 공통 평면이 아닌 광원 또한 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 램프의 LED 광원은 하나 또는 복수의 LED로 구성될 수 있으며, 하나보다 많은 LED를 갖는 실시예에서, LED는 상이한 발광 파장을 가질 수 있다. 유사하게, 일부 LED는 인접하거나 접촉하는 형광체층 또는 형광체 영역을 가질 수 있는 한편, 다른 LED는 상이한 조성의 인접한 형광체층을 가질 수도 있고 또는 형광체층을 전혀 갖지 않을 수도 있다.
본 발명은 여기에서는 변환 재료, 파장 변환 재료, 원격 형광체, 형광체, 형광체층, 및 관련 용어를 참조하여 설명되어 있다. 이들 용어의 사용은 제한적인 의미로서 해석되지 않아야 한다. 원격 형광체, 형광체, 또는 형광체층이라는 용어의 사용은 모든 파장 변환 재료를 포괄하고 이들 모두에게 동등하게 적용될 수 있다는 것을 의미한다.
여기서 설명된 실시예의 일부는 원격 형광체 및 별도의 원격 디퓨저 배열을 포함하며, 그 중의 일부 실시예가 이중-돔 배치로 되어 있다. 다른 실시예에서는, 변환 특성 및 확산 특성 양자를 갖는 단일 돔형 구조가 될 수 있거나, 변환 재료와 디퓨저의 상이한 조합을 갖는 2개보다 많은 돔이 될 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 변환 재료 및 디퓨저는 각각의 돔에 제공될 수도 있고, 또는 돔 중의 하나 또는 그 이상에 함께 제공될 수도 있다. 돔이라는 표현은 어떠한 특정 형상으로 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 이 표현은 불릿(bullet) 또는 구체 형상, 또는 기다란 형상 등을 포함한 다수의 상이한 3차원 형상을 포괄할 수 있다.
본 발명은 여기에서는 서로 원격으로 위치되어 있는 변환 재료, 형광체층, 및 형광체 캐리어와, 디퓨저를 참조하여 설명된다. 이 문맥에서의 원격이라는 표현은 직접적인 열접촉으로부터 떨어져 있거나 및/또는 직접적인 열접촉으로 되지 않거나 직접적인 열접촉으로 되어 있지 않은 것을 의미한다. 주파장을 설명할 때에는, 주파장을 둘러싸는 파장의 범위 또는 폭이 존재하며, 이로써 주파장을 설명할 때에는, 본 발명은 그 파장 부근의 파장의 범위를 포함하는 의미로 이용된다는 것을 이해할 것이다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 요소 "상에" 있는 것으로 지칭될 때에는, 다른 요소 바로 위에 있을 수도 있고 또는 그 사이에 매개 요소가 존재할 수도 있다. 또한, 하나의 층 또는 또 다른 영역의 관계를 기술하기 위해 "내측", "외측", "상위", "위에", "하위", "밑" 및 "아래"와 같은 상대적인 표현과 그 유사 표현이 본 명세서에서 이용될 수 있다. 이들 표현은 도면에 묘사된 방위 외에 디바이스의 상이한 방위를 포함하는 것으로 이해하여야 한다.
각종 요소, 성분, 영역, 층 및/또는 부분을 설명하기 위해 본 명세서에서는 제1, 제2 등의 표현이 이용될 수도 있지만, 이들 요소, 성분, 영역, 층 및/또는 부분은 이들 표현에 의해 한정되지 않아야 한다. 이들 표현은 단지 하나의 요소, 성분, 영역, 층 또는 부분을 또 다른 영역, 층 또는 부분과 구분하기 위해 이용된 것이다. 그러므로, 이하에서 설명되는 제1 요소, 성분, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 교시에서 벗어나지 않고서도 제2 요소, 성분, 영역, 층 또는 부분으로 지칭될 수 있다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 실시예의 개략적인 예시도인 횡단면 예시도를 참조하여 설명된다. 이로써, 층의 실제 두께는 상이할 수 있으며, 그러므로, 예컨대 제조 기술 및/또는 허용 오차의 결과로 예시도의 형상으로부터의 변형예를 예상할 수 있다. 본 발명의 실시예는 본 명세서에 예시된 영역의 특정 형상으로 한정되는 것으로 해석되지 않고, 예컨대 제조에 따른 형상의 편차를 포함한다. 예컨대 정사각형 또는 직사각형으로 예시되거나 설명된 영역은 통상적으로 보편적인 제조 허용 오차에 의해 라운드되거나 곡선화된 외형적 특징을 가질 것이다. 그러므로, 도면에 예시된 영역은 본질적으로 개략적인 것이며, 이들의 형상은 디바이스의 영역의 정밀한 형상을 예시하는 것이 아니고, 또한 본 발명의 범위를 한정하기 위한 것도 아니다.
도 4는 광원(58)을 유지하기 위한 플랫폼(56)을 갖는 광학 캐비티(54)를 포함하는 히트 싱크 구조(52)를 포함하는 본 발명에 따른 램프(50)의 일실시예를 도시하고 있다. 이 실시예 및 아래의 일부 실시예가 광학 캐비티를 참조하여 설명되지만, 광학 캐비티 없이도 다수의 다른 실시예가 제공될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이들은 램프 구조의 평면형 표면 상에 또는 받침대 상에 있는 광원을 포함하며, 이러한 것으로 한정되지는 않는다. 실시예가 LED를 포함하는 것으로 도시되어 있다면, 광원(58)은 다수의 상이한 에미터를 포함할 수 있다. 미국 노스 캐롤라이나의 더램에 소재하는 Cree, Inc.로부터 상업적으로 이용 가능한 LED 칩 또는 LED 패키지 등을 포함한 다수의 상이한 상업적으로 이용 가능한 LED 칩 또는 LED 패키지가 이용될 수 있다. 램프 실시예는 광학 캐비티 없이도 제공될 수 있으며, 이러한 다른 실시예에서는 LED가 상이한 방식으로 탑재된다는 것을 이해할 것이다. 일례로서, 광원은 램프 내의 평면형 표면에 탑재될 수 있거나, LED를 유지하기 위해 받침대가 제공될 수 있다.
광원(58)은 광원(58)으로부터 광이 캐비티(54)의 상단 개구부 밖으로 방출되는 다수의 상이한 공지의 탑재 방법을 이용하여 플랫폼(56)에 탑재될 수 있다. 일부 실시예에서, 광원(58)은 플랫폼(56)에 직접 탑재될 수 있는 한편, 다른 실시예에서 광원은 서브마운트 또는 인쇄 회로 기판(PCB) 상에 포함된 후에 플랫폼(56)에 탑재될 수 있다. 플랫폼(56) 및 히트 싱크 구조(52)는 광원(58)에 전기 신호를 인가하기 위한 전기 도전성 경로를 포함할 수 있으며, 이 도전성 경로의 일부가 도선성 트레이스 또는 도전성 와이어이다. 플랫폼(56)의 일부분은 또한 열도전성 재료로 구성될 수 있으며, 일부 실시예에서는 작동 동안 발생된 열이 플랫폼에 확산되고, 그 후 히트 싱크 구조까지 확산될 수 있다.
히트 싱크 구조(52)는 적어도 부분적으로는 열도전성 재료를 포함하며, 구리 또는 알루미늄 등의 상이한 금속 또는 금속 합금을 포함한 다수의 상이한 열도전성 재료가 이용될 수 있다. 구리는 최대 400 W/m-k의 열전도율을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 히트 싱크는 대략 210 W/m-k의 실온에서의 열전도율을 가질 수 있는 고순도 알루미늄을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 히트 싱크 구조는 대략 200 W/m-k의 열전도율을 갖는 다이 캐스트 알루미늄을 포함할 수 있다. 히트 싱크 구조(52)는 또한 주변으로의 더욱 효과적인 방열을 용이하게 하기 위해 히트 싱크의 표면적을 증가시키는 히트 핀(60)과 같은 다른 방열 특징부를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 히트 핀(60)은 히트 싱크의 나머지보다 높은 열전도율을 갖는 재료로 구성될 수 있다. 도시된 실시예에서, 핀(60)은 전반적으로 수평 배향으로 도시되어 있지만, 다른 실시예에서 핀은 수직 방향 또는 각을 이루는 배향을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 히트 싱크는 램프 내의 대류 열저항(convective thermal resistance)을 낮추기 위해 팬과 같은 능동 냉각 요소를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 형광체 캐리어로부터의 방열은 히트 싱크 구조(52)를 통한 대류 방열 및 전도의 조합을 통해 달성된다. 상이한 방열 배치 및 구조가 "LED Lamp Incorporating Remote Phosphor with Heat Dissipation Features and Diffuser Element"를 발명의 명칭으로 하여 Tong 등에 의해 출원된 미국 특허 출원 번호 61/339,516호에 개시되어 있으며, 이 특허 출원 또한 Cree, Inc.에 양도되어 있고, 본 명세서에 그 내용이 원용되어 있다.
반사성층(53) 또한 광학 캐비티(54)의 표면 위에 같은 히트 싱크 구조(52) 상에 포함될 수 있다. 광학 캐비티를 갖지 않는 실시예에서, 반사성층은 광원 주위에 포함될 수 있다. 일부 실시예에서, 표면은 광원(58) 및/또는 파장 변환 재료에 의해 방출된 램프 가시 파장의 광("램프 광")에 대해 대략 75% 이상의 반사율을 갖는 재료로 코팅될 수 있는 한편, 다른 실시예에서 재료는 램프 광에 대해 대략 85% 이상의 반사율을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 재료는 램프 광에 대해 대략 95% 이상의 반사율을 가질 수 있다.
히트 싱크 구조(52)는 또한 상이한 전기 리셉터클과 같은 전기의 소스에 연결하기 위한 특징부를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 히트 싱크 구조는 종래의 전기 리셉터클에 끼우기 위한 타입의 특징부를 포함할 수 있다. 예컨대, 히트 싱크 구조는 표준 에디슨 소켓에 탑재하기 위한 특징부를 포함할 수 있으며, 이 특징부는 에디슨 소켓 내로 나사 체결될 수 있는 나사산 형성부를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 이 특징부는 표준 플러그를 포함할 수 있으며, 전기 리셉터클은 표준 아울렛이 되거나 또는 GU24 베이스 유닛을 포함할 수 있다. 또는, 이 특징부는 클립이 될 수 있으며, 전기 리셉터클은 클립을 수용 및 유지하는 리셉터클이 될 수 있다(예컨대, 다수의 형광등에서 이용되는 바와 같이). 이들은 히트 싱크 구조 및 리셉터클에 대한 옵션의 일부에 불과하며, 리셉터클로부터의 전기를 램프(50)에 안전하게 전달할 수 있는 다른 장치도 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 램프는 전구가 AC 라인 전압/전류로부터 동작할 수 있도록 하고 또한 광원 디밍 성능을 제공하는 드라이버를 포함할 수 있는 전원 공급 장치 또는 전력 변환 유닛을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전원 공급 장치는 캐비티에 수용될 수 있으며, 램프 히트 싱크(도 42에서 아래에 나타낸 일실시예) 내의 하우징은 고립되지 않은 준공진형 플라이백 토폴로지(non-isolated quasi-resonant flyback topology)를 이용하는 오프라인 정전류 LED 드라이버를 포함할 수 있다. LED 드라이버는 램프 내에 끼워질 수 있으며, 일부 실시예에서는 25㎤ 체적 또는 그 미만을 포함할 수 있는 한편, 다른 실시예에서는 대략 22㎤ 체적 또는 그 미만을 포함할 수 있고, 또 다른 실시예에서는 20㎤ 체적 또는 그 미만을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전원 공급 장치는 디밍되지 않을 수 있지만, 이것은 비용이 저렴하게 된다. 사용된 전원 공급 장치는 상이한 토폴로지 또는 지오메트리를 가질 수 있으며, 마찬가지로 디밍될 수 있다. 디머(dimmer)를 갖는 실시예는 5%로의 페이스 컷 디머블 다운(phase cut dimmable down to 5%)(상승 에지 및 하강 에지 모두에서)과 같은 다수의 상이한 디밍 특성을 나타낼 수 있다. 본 발명에 따른 일부 디밍 회로에서, 디밍은 LED에 대한 출력 전류를 감소시킴으로써 실현된다.
전원 공급 장치 유닛은 다수의 상이한 방식으로 인쇄 회로 기판 상에 배치된 다수의 상이한 부품을 포함할 수 있다. 전원 공급 장치는 다수의 상이한 전원으로부터 작동할 수 있고, 다수의 상이한 작동 특성을 나타낼 수 있다. 일부 실시예에서, 전원 공급 장치는 200mA보다 크거나 및/또는 10V보다 큰 광원 구동 신호를 제공하면서 120 볼트 교류 전류(VAC)±10% 신호로부터 작동하도록 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 구동 신호는 300mA보다 크거나 및/또는 15V보다 클 수도 있다. 일부 실시예에서, 구동 신호는 대략 400mA 및/또는 대략 22V일 수도 있다.
전원 공급 장치는 또한 비교적 높은 레벨의 효율로 작동할 수 있도록 하는 부품을 포함할 수 있다. 효율의 한 가지 측정법은 램프 광원으로부터의 광으로서 실제로 출력되는 전원 공급 장치에 대한 입력 에너지의 백분율을 측정하는 것이다. 에너지의 대부분은 전원 공급 장치의 작동을 통해 손실될 수 있다. 일부 램프 실시예에서, 전원 공급 장치는 전원 공급 장치에 대한 입력 에너지의 10%보다 많은 양이 LED로부터의 광으로서 방사되거나 출력된다. 다른 실시예에서, 입력 에너지의 15%보다 많은 양이 LED 광으로서 출력된다. 다른 실시예에서, 입력 에너지의 대략 17.5%가 LED 광으로서 출력되며, 다른 실시예에서는 입력 에너지의 대략 18% 이상이 LED 광으로서 출력된다.
열 포팅 재료(thermal potting material) 또는 다른 적합한 열도전성 재료가 전원 공급 장치 주위에 포함되어 전원 공급 장치를 보호하고 또한 전원 공급 장치 부품으로부터 멀어지도록 열을 방사하는데 도움을 줄 수 있다. 전원 공급 장치가 히트 싱크 캐비티에 있는 실시예에서, 열 포팅 재료는 전원 공급 장치를 둘러싸도록 캐비티의 전부 또는 일부를 채울 수 있다. 안전성, 전기 절연성, 열도전성, 낮은 열팽창, 경화되기 전에 히트 싱크 캐비티의 크랙의 밖으로 빠져나오지 않기에 충분한 정도의 점성과 같은 특성 중의 일부 또는 전부를 나타내는 다수의 상이한 열도전성 재료가 이용될 수 있다. 일부 실시예는 Dow Corning, Inc.로부터 이용 가능한 것과 같은 에폭시 및 파이버글래스를 포함하는 포팅 화합물을 이용할 수 있다.
형광체 캐리어(62)는 캐비티(54)의 상면 개구부 위에 포함되며, 돔 형상 디퓨저(76)가 형광체 캐리어(62) 위에 포함된다. 도시된 실시예에서, 형광체 캐리어는 전체 개구부를 덮고, 캐비티 개구부는 원형으로서 도시되어 있고, 형광체 캐리어(62)가 원형의 디스크로 되어 있다. 캐비티 개구부 및 형광체 캐리어가 다수의 상이한 형상 및 크기로 될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 형광체 캐리어(62)가 전체 캐비티 개구부보다 적게 덮을 수 있다는 것을 이해할 것이다. 아래에 추가로 설명되는 바와 같이, 디퓨저(76)는 형광체 캐리어 및/또는 LED로부터의 광을 원하는 램프 발광 패턴으로 분산시키도록 배치되며, LED로부터 수광되는 광 및 원하는 램프 발광 패턴에 좌우되어 다수의 상이한 형상 및 크기를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 형광체 캐리어의 실시예는 변환 재료 및 열도전성 광 투과 재료를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있지만, 열적으로 도전성을 나타내지 않는 형광체 캐리어 또한 제공될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 광 투과 재료는 광원(58)으로부터 방출된 광에 대해 투명하게 될 수 있으며, 변환 재료는 광원으로부터의 광의 파장을 흡수하여 상이한 파장의 광을 재방출하는 타입의 것으로 되어야 한다. 도시된 실시예에서, 열도전성 광 투과 재료는 캐리어층(64)을 포함하며, 변환 재료는 형광체 캐리어 상의 형광체층(66)을 포함한다. 아래에 추가로 설명된 바와 같이, 상이한 실시예는 열도전성 광 투과 재료 및 변환 재료의 다수의 상이한 배치를 포함할 수 있다.
광원(58)으로부터의 광이 형광체층(66)에 있는 형광체에 의해 흡수될 때, 이 광은 대략 50%의 전방 방출 광 및 캐비티 내로의 50% 후방 방출 광으로 등방성 방향으로 재방출된다. 컨포멀 형광체층을 갖는 종래의 LED에서, 후방으로 방출된 광의 상단 부분은 LED 내로 역반사되고, 이 광의 탈출 가능성은 LED 구조의 추출 효율에 의해 제한된다. 일부 LED에 대해, 추출 효율은 대략 70%로 될 수 있으므로, 변환 재료로부터 LED 내로 역반사되는 광의 백분율이 손실될 수 있다. 캐비티(54)의 바닥부에 있는 플랫폼(56) 상의 LED를 갖는 원격 형광체 구성을 갖는 본 발명에 따른 램프에서, 더 높은 백분율의 후방 형광체 광이 LED 대신 캐비티의 표면을 때리게 된다. 이들 표면을 반사성층(53)으로 코팅하는 것은 형광체층(66) 내로 역반사되어 램프로부터 방출될 수 있는 광의 백분율을 증가시킨다. 이들 반사성층(53)은 광학 캐비티가 포톤(photon)을 효과적으로 재사용할 수 있도록 하며, 램프의 발광 효율을 증가시킨다. 반사성층은 반사성 금속 또는 분산 브래그 반사기(distributed Bragg reflector)와 같은 복수의 층형 반사성 구조를 포함한 다수의 상이한 재료 및 구조를 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 반사성층은 또한 광학 캐비티를 갖지 않는 이들 실시예에서의 LED 주위에 포함될 수 있다.
캐리어층(64)은 석영, 탄화규소(SiC)(열전도율 ~120 W/m-k), 유리(1.0~1.4 W/m-k의 열전도율) 또는 사파이어(~40 W/m-k의 열전도율)와 같은 0.5 W/m-k 또는 그 이상의 열전도율을 갖는 다수의 상이한 재료로 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 캐리어층(64)은 1.0 W/m-k보다 큰 열전도율을 가질 수 있는 한편, 다른 실시예에서는 5.0 W/m-k보다 큰 열전도율을 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 캐리어층은 10 W/m-k보다 큰 열전도율을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 캐리어층은 1.4 내지 10 W/m-k 범위의 열전도율을 가질 수 있다. 형광체 캐리어는 또한 사용되는 재료에 따라서 상이한 두께를 가질 수 있으며, 그 적합한 범위의 두께는 0.1mm 내지 10mm 또는 그 이상이다. 캐리어층용의 재료의 특성에 따라서는 다른 두께가 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 재료는 특정 작동 조건에 대해 충분한 측면 열 확산을 제공하기에 충분한 두께로 되어야 한다. 일반적으로, 재료의 열전도율이 높아지면, 여전히 필요한 방열을 제공하면서도 재료를 더 얇게 할 수 있다. 어느 캐리어층 재료가 이용될지에 대해서는 비용 및 광원의 광에 대한 투명성을 포함한 상이한 요인이 영향을 줄 수 있으며, 이러한 요인은 전술한 것으로 한정되지 않는다. 유리 또는 석영과 같은 일부 재료는 더 큰 직경에 대해 더욱 적합한 것이 될 수 있다. 이들은 대형 직경 캐리어층 상의 형광체층의 형성 및 그 후의 소형 캐리어층으로의 싱귤레이션(singulation)에 의해 제조 비용의 감소를 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 형광체 캐리어는 폴리머 또는 플라스틱 재료를 포함할 수 있으며, 형광체가 형광체 캐리어의 내측면 및/또는 외측면 상에 코팅되거나 및/또는 폴리머 또는 플라스틱에 임베드되거나 혼합된다.
본 발명이 특히 백색광 방출 램프에 채용되면, 형광체층(66)에 다수의 상이한 형광체가 이용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 일부 실시예에서, 광원(58)은 LED 기반으로 될 수 있으며, 청색 파장 스펙트럼으로 광을 방출할 수 있다. 형광체층은 청색광의 일부를 흡수하고 황색을 재방출할 수 있다. 이것은 램프가 청색광과 황색광의 백색광 조합을 방출하도록 한다. 일부 실시예에서, 청색 LED 광은 상업적으로 이용 가능한 YAG:Ce 형광체를 이용하는 황색 변환 재료에 의해 변환될 수 있지만, Y3Al5O12:Ce(YAG)와 같은 (Gd,Y)3(Al,Ga)5O12:Ce 계를 기반으로 하는 형광체로 구성된 변환 입자를 이용하여 전체 대역의 넓은 황색 스펙트럼 방출이 가능하다. 청색 발광 LED 기반 에미터와 함께 이용될 때에 백색광을 생성하기 위해 이용될 수 있는 다른 황색 형광체는 다음의 것을 포함하며, 이들로 한정되지는 않는다:
Tb3 - xRExO12:Ce(TAG); RE=Y, Gd, La, Lu; 또는
Sr2 -x- yBaxCaySiO4:Eu
형광체층은 또한 형광체층(66)과 혼합되거나 또는 캐리어층(64) 상의 제2 형광체층으로서의 하나보다 많은 형광체로 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 2개의 형광체의 각각은 LED 광을 흡수할 수 있고, 상이한 컬러의 광을 재방출할 수 있다. 이들 실시예에서, 2개의 형광체층으로부터의 컬러는 상이한 백색 색조(white hue)(따뜻한 백색)의 더 높은 CRI 백색을 위해 조합될 수 있다. 이것은 적색 형광체로부터의 광과 조합될 수 있는 그 위의 황색 형광체로부터의 광을 포함할 수 있다. 다음의 것을 포함한 상이한 적색 형광체가 이용될 수 있다:
SrxCa1 - xS:Eu, Y; Y=할라이드(halide);
CaSiAlN3:Eu; 또는
Sr2 - yCaySiO4:Eu
실질적으로 모든 광을 특정 컬러로 변환함으로써 컬러 발광을 생성하기 위해 다른 형광체가 이용될 수 있다. 예컨대, 녹색광을 발생하기 위해 이하의 형광체가 이용될 수 있다:
SrGa2S4:Eu;
Sr2 - yBaySiO4:Eu; 또는
SrSi2O2N2:Eu.
아래에는 종래의 입자 형광체층(66)으로서 이용된 몇몇 추가의 적합한 형광체가 나열되어 있지만, 다른 형광체가 이용될 수도 있다. 각각의 형광체는 청색 및/또는 UV 발광 스펙트럼에서의 여기(excitation)를 나타내고, 바람직한 피크 발광을 제공하며, 효율적인 광 변환을 갖고, 수용 가능한 스토크 시프트(acceptable Stokes shift)를 갖는다:
황색/녹색
(Sr,Ca,Ba)(Al,Ga)2S4:Eu2 +
Ba2(Mg,Zn)Si2O7:Eu2 +
Gd0 .46Sr0 .31Al1 .23OxF1 .38:Eu2 + 0.06
(Ba1 -x- ySrxCay)SiO4:Eu
Ba2SiO4:Eu2 +
Ce3 +로 도핑된 Lu3Al5O12
Eu2 +로 도핑된 (Ca,Sr,Ba)Si2O2N2
CaSc2O4:Ce3 +
(Sr,Ba)2SiO4:Eu2 +
적색
Lu2O3:Eu3 +
(Sr2 - xLax)(Ce1 - xEux)O4
Sr2Ce1 - xEuxO4
Sr2 - xEuxCeO4
SrTiO3:Pr3 +,Ga3 +
CaAlSiN3:Eu2 +
Sr2Si5N8:Eu2 +
10nm 내지 30㎛의 범위 또는 그 이상의 입자를 포함한 상이한 크기의 형광체 입자가 이용될 수 있으며, 이러한 크기로 한정되지는 않는다. 더 작은 입자 크기는 통상적으로 더 큰 크기의 입자보다 우수하게 컬러를 산란 및 혼합하여 더욱 균일한 광을 제공한다. 더 큰 입자는 통상적으로 더 작은 입자에 비하여 광을 변환함에 있어서 더욱 효과적이지만, 균일성이 보다 떨어지는 광을 방출한다. 일부 실시예에서, 형광체는 고착제(binder) 내의 형광체층(66)에 제공될 수 있으며, 형광체는 또한 고착제 내의 형광체 재료의 농도 또는 로딩이 상이할 수도 있다. 대표적인 농도는 30 내지 70 중량%의 범위이다. 일실시예에서, 형광체 농도는 대략 65 중량%이며, 원격 형광체 전반에 걸쳐 균일하게 분포되는 것이 바람직하다. 형광체층(66)은 또한 변환 재료가 다르고 또한 변환 재료의 농도가 다른 상이한 영역을 가질 수 있다.
고착제에 대하여 상이한 재료가 이용될 수 있으며, 이러한 재료로는 경화 후에 견고하게 되고 가시 파장 스펙트럼에서 실질적으로 투과성을 나타내는 것이 바람직하다. 적합한 재료는 실리콘, 에폭시, 글래스, 무기 글래스, 유전체, BCB, 폴리마이드, 폴리머, 에틸 셀룰로스, 졸 겔 글래스 및 이들의 혼성체를 포함하며, 그 중에서 바람직한 재료는 실리콘이고, 그 이유는 고파워 LED에서의 실리콘의 높은 투과성 및 신뢰성 때문이다. 적합한 페닐-계 및 메틸-계 실리콘이 Dow? Chemical로부터 상업적으로 이용 가능하다. 고착제는 사용되는 고착제의 타입과 같은 상이한 요인에 따라 다수의 상이한 경화 방법을 이용하여 경화될 수 있다. 다른 경화 방법으로는 열 경화, 자외선(UV) 경화, 적외선(IR) 경화 또는 공기 경화 등이 있으며, 이들로 한정되지는 않는다. 일부 실시예에서, 고착제는 중합체 재료 또는 플라스틱을 포함할 수 있다.
형광체층(66)은 다른 것 중에서도 스프레잉, 액침(디핑), 스핀 코팅, 스퍼터링, 프린팅, 분말 코팅, 전기영동 증착(EPD), 정전 증착을 포함한 상이한 프로세스를 이용하여 도포될 수 있으며, 이들로만 한정되지 않는다. 전술한 바와 같이, 형광체층(66)은 고착제 재료와 함께 도포될 수 있지만, 고착제가 요구되지 않을 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 또 다른 실시예에서, 형광체층(66)은 별도로 제조된 후에 캐리어층(64)에 탑재될 수 있다.
일실시예에서, 형광체-고착제 혼합물을 캐리어층(64) 위에 스프레이하거나 분산하고나서, 고착제를 경화시켜 형광체층(66)을 형성할 수 있다. 이들 실시예의 일부에서, 형광체-고착제 혼합물은 가열된 캐리어층(64) 상에 스프레이되거나, 포어링(pouring)되거나, 또는 분산될 수 있으며, 이로써 형광체-고착제 혼합물이 캐리어층(64)을 접촉할 때, 캐리어층(64)으로부터의 열이 고착제로 확산하여 고착제를 경화시킬 수 있다. 이들 프로세스는 또한 혼합물을 액화시켜 혼합물의 점성을 떨어뜨려서 고착제가 스프레잉에 더 적합하게 되도록 하는 솔벤트를 형광체-고착제 혼합물에 포함할 수 있다. 톨루엔, 벤젠, 자일렌, 또는 Dow Corning?으로부터 상업적으로 이용 가능한 OS-20을 포함한 다수의 상이한 솔베트가 이용될 수 있지만, 이들로 한정되지는 않으며, 상이한 농도의 솔베트가 이용될 수 있다. 솔벤트-형광체-고착제 혼합물이 가열된 캐리어층(64) 상에 스프레이되거나 분산될 때, 캐리어층(64)으로부터의 열이 솔벤트를 기화시키며, 솔벤트가 얼마나 빨리 기화하는지는 캐리러층의 온도에 영향을 받는다. 캐리어층(64)으로부터의 열은 또한 혼합물 내의 고착제를 경화시켜 캐리어층 상에 고정된 형광체층을 잔류시킬 수 있다. 캐리어층(64)은 사용되는 재료와 요구된 솔벤트 기화 및 고착제 경화 속도에 따라 다수의 상이한 온도까지 가열될 수 있다. 적합한 온도 범위는 90℃ 내지 150℃이지만, 다른 온도 또한 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
또 다른 실시예에서, 형광체층(66)은 고착제 없이 변환 입자의 층만으로 코팅될 수 있다. 이 입자층만의 증착은 정전 또는 전기영동 증착법에 의해 또는 형광체 입자가 혼합된 휘발성 고착제 또는 솔벤트를 이용함으로써 달성될 수 있다. 고착제 또는 솔벤트는 그 후 더멀 번 오프(thermal burn off) 또는 선택적 용해에 의해 선택적으로 제거될 수 있다. 다른 실시예에서, 형광체 입자는 캐리어 재료에 임베드될 수 있다. 이들 실시예에서, 캐리어는 소다석회(soda lime) 또는 보로 실리케이트(boro silicate)와 같은 글래스 재료, 또는 폴리 카보네이트와 같은 플라스틱 재료를 포함할 수 있다. 다양한 증착 방법 및 시스템이 "Systems and Methods for Application of Optical Materials to Optical Elements"를 발명의 명칭으로 하여 Donofrio 등에 의해 출원된 미국 특허 공개 번호 2010/0155763호에 개시되어 있으며, 이 공개 특허 또한 Cree, Inc.에 양도되어 있고, 원용에 의해 본 명세서에 포함되어 있다.
형광체층(66)은 적어도 부분적으로는 형광체 재료의 농도 및 형광체층(66)에 의해 변환될 광의 요구된 양에 좌우되어 다수의 상이한 두께를 가질 수 있다. 형광체층(66)은 실질적으로 동일한 두께 또는 가변 두께를 가질 수 있으며, 이 가변 두께는 일부 실시예에서는 파필드(far field)에서의 원하는 광 컬러 또는 발광 패턴을 조정하거나 변화시킬 수 있다. 컨버터는 상이한 형광체 재료의 하나 또는 복수의 층을 포함할 수 있으며, 몇몇의 복수의 층 배열이 "High Efficiency LED Lamp With Remote Phosphor and Diffuser Configuration"를 발명의 명칭으로 하여 Hussell 등에 의해 출원된 미국 특허 출원 번호 13/029,063호에 개시되어 있으며, 이 특허 출원 또한 Cree, Inc.에 양도되어 있고, 원용에 의해 본 명세서에 포함되어 있다.
원하는 발광 패턴을 발생하기 위해 파필드에서의 발광 컬러 또는 세기를 균일하게 또는 선택적으로 조정하거나 변화시키기 위해, 형광체층(66)과 캐리어층(64)의 하나 또는 양자에 다양한 첨가제가 포함될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 티타니아(TiO2), 알루미나(Al2O3), 바륨 설페이트(BaSO4)를 포함한 다수의 상이한 첨가제가 이용될 수 있으며, 이 첨가제는 전술한 것으로 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 형광체층은 30%보다 높은 농도 레벨(형광체 로딩)로 적용될 수 있다. 다른 실시예는 50%보다 높은 농도 레벨을 가질 수 있는 한편, 또 다른 실시예에서는 농도 레벨이 60%보다 높을 수 있다. 일부 실시예에서, 형광체층은 10~100㎛ 범위의 두께를 가질 수 있는 한편, 다른 실시예에서는 40~50㎛ 범위의 두께를 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 형광체층은 변환 특성을 달라지게 하는 상이한 농도의 형광체를 갖는 영역, 상이한 양의 형광체를 갖는 영역, 또는 상이한 성질을 갖는 영역을 가질 수 있다.
전술한 방법은 상이한 형광체 재료들 중의 동일한 형광체의 복수의 층에 적용하도록 이용될 수 있으며, 상이한 형광체 재료는 마스킹 프로세스와 같은 공지의 기술을 이용하여 캐리어층의 상이한 영역에 가해질 수 있다. 다른 실시예는 캐리어를 따라서의 상이한 형광체층 두께 및/또는 상이한 형광체 재료 농도와 같은 형광체 캐리어에서의 균일하거나 및/또는 불균일한 형광체의 분포를 포함할 수 있다. 예컨대 상이한 형광체의 불연속적인 영역을 가짐으로써 동일하거나 상이한 컬러의 광을 방출할 수 있는 상이한 타입의 형광체의 복수의 영역이 존재할 수 있다. 이들 배치의 몇몇은 형광체 캐리어에 패터닝된 외관을 제공할 수 있으며, 패턴 중의 몇몇은 스트라이프형, 도트형, 열십자형, 지그재그형, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 상이한 타입의 형광체 재료를 가질 수 있는 떨어져 이격된 복수의 형광체(예컨대, 돔)가 존재할 수 있다. 이들 원격 형광체의 각각은 전술한 다수의 상이한 방식으로 배치될 수 있는 하나 또는 복수의 형광체를 가질 수 있다.
전술한 방법은 형광체층(66)에 대한 어느 정도의 두께 제어를 제공하며, 더 우수한 두께 제어가 없다면, 형광체층은 형광체층(66)의 두께를 감소시키고 또한 전체 층에 걸친 두께를 고르게 하기 위해 공지의 방법을 이용하여 그라인딩될 수 있다. 이 그라인딩 특징은 CIE 색도 그래프 상의 단일 빈(bin) 내에서 발광하는 램프를 발생할 수 있는 추가의 장점을 제공한다. 비닝(binning)은 당해 기술 분야에 전반적으로 알려져 있으며, 그룹으로 제공된 LED 또는 램프가 수용 가능한 컬러 범위 내에서 광을 방출하도록 하기 위한 것이다. LED 또는 램프는 검사되어 컬러 또는 밝기에 의해 상이한 빈으로 분류될 수 있으며, 이것은 일반적으로 본 기술 분야에서 비닝으로 지칭된다. 각각의 빈은 통상적으로 하나의 컬러 및 밝기 그룹으로부터의 LED 또는 램프를 포함하며, 통상적으로 빈 코드(bin code)에 의해 식별된다. 백색 발광 LED 또는 램프는 색도(컬러) 및 광속(밝기)에 의해 분류될 수 있다. 형광체층의 두께 제어는 형광체층에 의해 변환된 광원의 광의 양을 제어함으로써 타겟 빈 내에서 광을 방출하는 램프를 생산함에 있어서 더 우수한 제어를 제공한다. 동일한 두께의 형광체층(66)을 갖는 복수의 형광체 캐리어(62)가 제공될 수 있다. 실질적으로 동일한 발광 특성을 갖는 광원(58)을 이용함으로써, 일부 경우에는 단일 빈(single bin) 내에 들어갈 수 있는 거의 동일한 발광 특성을 갖는 램프를 제조할 수 있다. 일부 실시예에서, 램프 발광은 CIE 다이아그램 상의 포인트로부터의 표준 편차 범위 내에 있게 되며, 일부 실시예에서 표준 편차는 10-스텝 미만의 맥아담 편차 타원을 포함한다. 일부 실시예에서, 램프의 발광은 CIExy(0.313, 0.323)에 중심을 둔 4-스텝 맥아담 편차 타원 범위 내에 있게 된다.
또 다른 실시예에서, 형광체 캐리어(62)는 발광 세기 분포를 제어하기 위해 반사성 또는 확산성 재료 또는 요소를 포함할 수 있다. 이들 재료 또는 요소는 예컨대 전술한 방법 중의 하나를 이용하여 몰딩 또는 코팅함으로써 형광체 캐리어 내에 통합될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 반사성 또는 확산성 요소는 별도로 구성되어 형광체 캐리어에 부착될 수 있다. 이들 재료 및 요소 중의 몇몇은 불투명 또는 부분 불투명일 수 있는 한편, 다른 몇몇은 본질적으로 정반사성 또는 확산성(램버시안)일 수 있다.
형광체 캐리어(62)는 상이한 공지의 방법 또는 열도전성 본딩 재료 또는 더멀 그리스와 같은 재료를 이용하여 캐비티(54) 내의 개구부 위에 탑재되어 본딩될 수 있다. 종래의 열도전성 그리스는 베릴륨 옥사이드 및 알루미늄 니트라이드와 같은 세라믹 재료 또는 콜로이드 실버(colloidal silver)와 같은 금속 입자를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 형광체 캐리어는 열전도율을 최대화하도록 형광체 캐리어(62)를 히트 싱크 구조에 타이트하게 유지하기 위해 클램핑 기구와 같은 열도전성 장치, 스크류, 또는 열접착제를 이용하여 개구부 위에 탑재될 수 있다. 일실시예에서, 대략 100㎛의 두께 및 k=0.2W/m-k의 열전도율을 갖는 더멀 그리스층이 이용된다. 이 구성은 형광체층(66)으로부터의 열을 방열시키기 위한 효과적인 열도전성 경로를 제공한다. 전술한 바와 같이, 상이한 램프 실시예는 캐비티 없이 제공될 수 있으며, 형광체 캐리어가 캐비티에 대한 개구부 위에 이 개구부를 지나도록 다수의 상이한 방식으로 탑재될 수 있다.
램프(50)의 작동 동안, 형광체 변환 발열은 LED 광의 대부분이 형광체 캐리어(62)를 때리고 통과하는 곳인 형광체층(66)의 중앙과 같은 형광체(66)의 일부분에 집중된다. 캐리어층(64)의 열도전성 성질은 이 열을 제1 열 흐름(70)에 의해 나타낸 바와 같이 형광체 캐리어(62)의 가장자리를 향해 측방으로 확산시킨다. 여기에서, 열이 더멀 그리스층을 통과하여 제2 열 흐름(72)에 의해 나타낸 바와 같이 히트 싱크 구조(52)로 전달되며, 이곳에서 열을 주변으로 효과적으로 발산할 수 있다.
전술한 바와 같이, 램프(50)에서, 플랫폼(56)과 히트 싱크 구조(52)는 열적으로 연결되거나 결합될 수 있다. 이러한 결합 구성은 형광체 캐리어(62)와 광원(58)이 방열을 위해 적어도 부분적으로 열도전성 경로를 공유하게 한다. 제3 열 흐름(74)에 의해 도시된 바와 같이 광원(58)으로부터 플랫폼(56)을 통과하는 열은 또한 히트 싱크 구조(52)에 확산될 수 있다. 히트 싱크 구조(52) 내로 흐르는 형광체 캐리어(62)로부터의 열은 또한 플랫폼(56) 내로 흐를 수 있다. 다른 실시예에서, 형광체 캐리어(62)와 광원(58)은 방열을 위한 별도의 열도전성 경로를 가질 수 있으며, 이러한 별도의 경로는 "연결되지 않은" 것으로서 지칭된다.
형광체 캐리어는 도 4에 도시된 실시예와는 상이한 다수의 방식으로 배치될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 형광체층은 캐리어층의 임의의 표면 상에 있거나 또는 캐리어층과 혼합될 수도 있다. 형광체 캐리어는 또한 형광체층 또는 캐리어층 상에 포함되거나 또는 이들과 혼합될 수 있는 산란층을 포함할 수 있다. 형광체층 및 산란층은 캐리어층의 표면의 일부를 덮을 수 있으며, 일부 실시예에서 변환층과 산란층은 상이한 영역에서 상이한 농도를 가질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 형광체 캐리어는 형광체 캐리어를 통한 발광을 향상시키기 위해 상이한 거친 표면 또는 상이한 형상의 표면을 가질 수 있다는 것을 이해할 것이다.
전술한 바와 같이, 디퓨저(75)는 형광체 캐리어 및 LED로부터의 광을 원하는 램프 발광 패턴으로 분산하도록 배치되며, 다수의 상이한 형상 및 크기를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 디퓨저는 또한 램프가 발광하고 있지 않을 때에 형광체 캐리어를 마스크하기 위해 형광체 캐리어 위에 배치될 수 있다. 디퓨저는 램프가 발광하고 있지 않을 때에 전구가 백색으로 보이도록 실질적으로 백색 외관을 주기 위한 재료를 가질 수 있다.
상이한 형상 및 속성을 갖는 다수의 상이한 디퓨저가 아래에 설명된 램프와 마찬가지로 램프(50)와 함께 이용될 수 있으며, 이에 대해서는 "LED Lamp With Remote Phosphor and Diffuser Configuration"를 발명의 명칭으로 하여 2010년 3월 3일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 61/339,515호에 개시되어 있으며, 이 특허 출원은 그 내용이 본 명세서에 원용되어 있다. 디퓨저는 또한 "Non-uniform Diffuser to Scatter Light Into Uniform Emission Pattern"를 발명의 명칭으로 하여 2010년 10월 8일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 12/901,405호에서와 같이 전반적으로 비대칭형 스쿼트(squat)"를 포함한 상이한 형상을 취할 수 있으며, 이러한 형상으로만 한정되는 않으며, 이 특허 출원 또한 그 내용이 본 명세서에 원용되어 있다.
본 발명에 따른 램프는 전술한 것 이외의 다수의 상이한 특징을 포함할 수 있다. 다시 도 4를 참조하면, 이들 램프에서, 캐비티(54)를 갖는 실시예는 램프의 방열을 추가로 향상시키기 위해 투명한 열도전성 재료로 채워질 수 있다. 캐비티의 도전성 재료는 광원(58)으로부터의 열을 방열시키기 위한 2차 경로를 제공할 수 있다. 광원으로부터의 열은 여전히 플랫폼(56)을 통해 전도될 것이지만, 또한 캐비티 재료를 통해 히트 싱크 구조(52)로 통과할 수 있다. 이것은 광원(58)에 대한 더 낮은 작동 온도를 가능하게 할 것이지만, 형광체 캐리어(62)에 대해서는 상승된 작동 온도의 위험을 제공한다. 이 구성은 다수의 상이한 실시예에서 이용될 수 있지만, 특히 형광체 캐리어의 작동 온도에 비하여 광원 작동 온도가 높은 램프에 적용할 수 있다. 이 구성은 형광체 캐리어층의 추가의 발열이 허용될 수 있는 어플리케이션에서 열이 광원으로부터 더욱 효과적으로 확산되도록 할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 상이한 램프 실시예는 다수의 상이한 타입의 광원이 배치될 수 있다. 일실시예에서, 2개의 배선으로 직렬로 회로 기판에 연결되는 8개 또는 9개의 LED가 이용될 수 있다. 배선은 그 후 전술한 전원 공급 장치 유닛에 연결될 수 있다. 다른 실시예에서는 8개 또는 9개보다 많거나 적은 LED가 이용될 수 있으며, 전술한 바와 같이, 8개의 XLamp? XP-E LED 또는 4개의 XLamp? XP-G LED를 포함한 Cree, Inc.로부터 상업적으로 이용 가능한 LED가 이용될 수 있다. 상이한 단일 스트링 LED 회로가 "Color Control of Single String Light Emitting Devices Having Single String Color Control"을 발명의 명칭으로 하여 van de Ven 등에 의해 출원된 미국 특허 출원 번호 12/566,195호와, "Solid State Lighting Apparatus with Compensation Bypass Circuits and Methods of Operation Thereof"를 발명의 명칭으로 하여 van de Ven 등에 의해 출원된 미국 특허 출원 번호 12/704,730에 개시되어 있으며, 이들 특허 출원 또한 그 내용이 원용에 의하여 본 명세서에 참조되어 있다.
도 5는 히트 싱크 구조(105) 내에 광학 캐비티(102)를 포함하는 본 발명에 따른 램프(100)의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 위의 실시예들과 마찬가지로, 램프(100)는 램프 캐비티 없이 제공될 수도 있으며, 이때 LED는 히트 싱크(105)의 표면 상에 탑재되거나 또는 상이한 형상을 갖는 3차원 또는 받침대 구조 상에 탑재된다. 평면형 LED 기반 광원(104)이 플랫폼(106)에 탑재되며, 전술한 특징 중의 임의의 특징을 갖는 형광체 캐리어(108)가 캐비티(102)의 상단 개구부에 탑재된다. 도시된 실시예에서, 형광체 캐리어(108)는 평평한 디스크 형상(예컨대, 원격의 2차원 파장 변환 요소)으로 될 수 있으며, 열전도성 투명 재료 및 형광체층을 포함한다. 형광체 캐리어는 전술한 바와 같은 열전도성 재료 또는 장치에 의해 캐비티에 탑재될 수 있다. 캐비티(102)는 전술한 바와 같이 발광 효율을 향상시키기 위해 반사성 표면을 가질 수 있다.
광원(104)으로부터의 광은 형광체 캐리어(108)를 통과하며, 이 형광체 캐리어에서 광의 일부분이 형광체 캐리어(108) 내의 형광체에 의해 상이한 파장의 광으로 변환된다. 일실시예에서, 광원(104)은 청색 발광 LED를 포함할 수 있으며, 형광체 캐리어(108)는 청색광의 일부분을 흡수하여 황색광을 재방출하는 전술한 바와 같은 황색 형광체를 포함할 수 있다. 램프(100)는 LED 광과 황색 형광체 광의 백색광 조합을 방출한다. 위에서와 같이, 광원(104)은 또한 상이한 컬러의 광을 방출하는 다수의 상이한 LED를 포함할 수 있고, 형광체 캐리어는 원하는 색온도 및 연색성을 갖는 광을 발생하기 위해 다른 형광체를 포함할 수 있다.
램프(100)는 또한 위에 나열한 바와 같은 확산 또는 산란 입자를 포함하는 캐비티(102) 위에 탑재된 성형된 디퓨저 돔(110)을 포함한다. 산란 입자는 일반적인 돔 형상으로 형성되는 경화 가능한 고착제에 제공될 수 있다. 도시된 실시예에서, 돔(110)은 히트 싱크 구조(105)에 탑재되며, 히트 싱크 구조(105)의 반대쪽 단부에 확장부를 갖는다. 실리콘, 에폭시, 글래스, 무기 글래스, 유전체, BCB, 폴리마이드, 플라스틱, 폴리머 및 이들의 혼성체와 같은 상이한 고착제 재료가 전술한 바와 같이 이용될 수 있다. 일부 실시예에서, 백색 산란 입자는 광학 캐비티 내의 형광체 캐리어(108) 내의 형광체의 컬러를 가리는(hide) 백색을 갖는 돔과 함께 이용될 수 있다. 이것은 전체적인 램프(100)가 일반적으로 소비자에게 형광체의 컬러보다 더 시각적으로 받아들이기 쉽거나 주목을 끌 수 있는 백색 외관이 되도록 한다. 일실시예에서, 디퓨저는 디퓨저 돔(110)이 전체적으로 백색 외관을 갖도록 할 수 있는 백색 이산화티타늄 입자를 포함할 수 있다.
디퓨저 돔(110)은 광학 캐비티로부터 방출되는 광을 더욱 균일한 패턴으로 분배하는 추가의 장점을 제공할 수 있다. 전술한 바와 같이, 광학 캐비티 내의 광원으로부터의 광은 전반적으로 램버시안 패턴으로 방출될 수 있으며, 돔(110)의 형상은 산란 입자의 산란 특성과 함께 광이 더욱 무지향성 발광 패턴으로 돔으로부터 방출되도록 한다. 공학적으로 설계된 돔은 산란 입자를 상이한 영역에서 상이한 농도로 가질 수 있거나, 또는 특정 발광 패턴에 맞는 형상으로 될 수 있다.
미국에서는, 미국 환경보호국(EPA) 및 미국 에너지국에 의해 함께 시행하는 ENERGY STAR? 프로그램이 통합형 LED 램프에 대한 표준을 발표하였으며, 색균일성 및 각도 균일성 양자에 대한 측정 기술이 본 명세서에서 참조하고 있는 ENERGY STAR? 프로그램 조건에 기술되어 있다. 수직 배향된 램프에 대해서는, 초기 평면으로부터 45도 및 90도의 수직 평면에서 광도가 측정된다. 인벨로프의 상단을 제로로 정의하면, 램프에 대한 전체 0~135도 영역에 대해서는 평균 광도와 20% 넘게 상이하지 않을 것이다. 추가로, 135~180도 영역에서는 램프로부터의 총광속의 5%가 될 것이다.
아래에 설명된 것을 포함한 일부 실시예에서, 돔은 램프로부터의 발광 패턴이 본 명세서에서 원용에 의해 참조되는 2010년 3월 22일자로 수정된 통합형 LED 램프에 대한 ENERGY STAR? 프로그램 조건의 무지향성 발광 패턴을 따르도록 공학적으로 설계될 수 있다. 본 명세서에서의 램프에 의해 충족되는 이 표준의 한 가지 조건은 발광 균일성이 0 내지 135°시야(viewing)로부터의 평균값의 20% 이내이어야 한다는 것이다. 또 다른 조건은 135~180°발광 영역에서 램프로부터 총광속의 5%보다 많은 양이 방출되어야 한다는 것이며, 이 측정은 0, 45, 90°방위각에서 이루어진다. 전술한 바와 같이, 여기에서 설명된 상이한 램프 실시예는 또한 ENERGY STAR? 표준을 충족하는 A-타입(예컨대, A19) 리트로피트(retrofit) LED 전구를 포함할 수 있다. 본 발명은 효율적이고, 신뢰할 수 있으며, 비용면에서 효과적인 램프를 제공한다. 일부 실시예에서, 전체 램프는 신속하고 용이하게 조립될 수 있는 5개의 부품을 포함할 수 있다.
위의 실시예들과 마찬가지로, 램프(100)는, 종래의 전기 리셉터클에 끼워맞추기 위한 타입의, 히트 싱크(105)에 연결된 장착 기구(112)를 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 램프(100)는 표준 에디슨 소켓에 장착하기 위한 나사산 형성부(112)를 포함한다. 위의 실시예들과 마찬가지로, 램프(100)는 표준 플러그를 포함할 수 있으며, 전기 리셉터클은 표준 아울렛이 될 수 있거나 또는 GU24 베이스 유닛을 포함할 수 있다. 또는, 플러그가 클립으로 될 수 있고, 전기 리셉터클이 이 클립을 수용하여 유지할 수 있는(예컨대, 다수의 형광등에서 이용되는 바와 같이) 리셉터클이 될 수 있다. 히트 싱크 구조는 또한 전술한 바와 같이 전원 공급 장치 또는 전력 변환 유닛 부품을 유지하는 하우징 또는 내부 캐비티를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 램프(100)의 특징부들 중의 몇몇 특징부 사이의 공간은 혼합 챔버로서 고려될 수 있으며, 광원(106)과 형광체 캐리어(108) 사이의 공간은 제1 광혼합 챔버를 포함한다. 형광체 캐리어(108)와 디퓨저(110) 사이의 공간은 제2 광혼합 챔버를 포함할 수 있으며, 이 혼합 챔버는 램프의 균일한 컬러 및 세기의 발광을 촉진한다. 이것은 상이한 형상의 형광체 캐리어 및 디퓨저를 갖는 아래의 실시예에 적용할 수 있다. 다른 실시예에서, 추가의 디퓨저 및/또는 형광체 캐리어가 포함되어 추가의 혼합 챔버를 형성할 수 있으며, 디퓨저 및/또는 형광체 캐리어가 상이한 순서로 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 상이한 램프 실시예는 다수의 상이한 형상 및 크기를 가질 수 있다. 도 6은 램프(100)와 유사한 본 발명에 따른 램프(120)의 또 다른 실시예를 도시하고 있으며, 마찬가지로 히트 싱크 구조(125)에 광학 캐비티(122)를 포함하고 있고, 이 광학 캐비티(122) 내의 플랫폼(126)에 광원(124)이 탑재되어 있다. 위와 마찬가지로, 히트 싱크 구조는 광학 캐비티를 가질 필요가 없으며, 광원은 히트 싱크 구조를 지나 다른 구조물 상에 제공될 수 있다. 이들은 광원을 갖는 받침대 또는 평면형 표면을 포함할 수 있다. 형광체 캐리어(128)는 열접속(thermal connection)으로 캐비티 개구부 위에 탑재된다. 램프(120)는 또한 광학 캐비티 위에서 히트 싱크 구조(125)에 탑재된 디퓨저 돔(130)을 포함한다. 디퓨저 돔(130)은 전술한 디퓨저와 동일한 재료로 구성될 수 있지만, 이 실시예에서, 돔(130)은 형광체 캐리어(128) 내의 형광체로부터 컬러를 마스킹하면서 상이한 램프 발광 패턴을 제공하기 위해 구체, 타원형, 또는 계란 형상으로 된다.
다른 램프 실시예에서, 형광체 캐리어는 상이한 3차원 형상을 포함한 다수의 상이한 형상을 취할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 3차원이라는 표현은 위의 실시예들에서 나타낸 바와 같은 평면형이 아닌 임의의 형상을 의미하는 것이다. 도 7 내지 도 10은 본 발명에 따른 3차원 형광체 캐리어의 상이한 실시예들을 도시하지만, 이들은 또한 다수의 다른 형상을 가질 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 전술한 바와 같이, 형광체가 광을 흡수하고 재방출할 때, 3차원 형광체 캐리어가 광원으로부터의 광을 변환하고 분산하도록, 등방성 양상으로 재방출된다. 전술한 디퓨저와 마찬가지로, 상이한 형상의 3차원 형광체층이 부분적으로는 광원의 발광 패턴에 좌우되는 상이한 특성을 갖는 발광 패턴으로 광을 방출할 수 있다. 그러므로, 디퓨저는 형광체 캐리어의 발광과 부합하여 원하는 램프 발광 패턴을 제공할 수 있다.
도 7은 반구상 캐리어(155) 및 형광체층(156)을 포함하는 반구 형상 형광체 캐리어(154)를 도시하고 있다. 반구상 캐리어(155)는 전술한 캐리어층과 동일한 재료로 구성될 수 있으며, 형광체층은 전술한 형광체층과 동일한 재료로 구성될 수 있으며, 산란 입자는 전술한 바와 같이 캐리어 및 형광체층에 포함될 수 있다.
이 실시예에서, 형광체층(156)이 캐리어(155)의 외측면 상에 도시되어 있지만, 형광체층은 캐리어의 내측면에 있거나, 캐리어와 혼합되거나, 또는 이들의 임의의 조합으로 존재할 수 있다. 일부 실시예에서, 형광체층을 외측면에 갖는 것은 발광 손실을 최소화할 것이다. 에미터 광이 형광체층(156)에 의해 흡수될 때, 이 광은 무지향성으로 방출되며, 광의 일부가 후방으로 방출되어 LED와 같은 램프 요소에 의해 흡수될 수 있다. 형광체층(156)은 또한 형광체층으로부터 전방으로 방출되는 광이 캐리어(155)의 내측면으로부터 역반사될 수 있도록 반구상 캐리어(155)와는 상이한 굴절률을 가질 수 있다. 이 광은 또한 램프 요소에 의한 흡수로 인해 손실될 수 있다. 캐리어(155)의 외측면 상의 형광체층(156)으로, 전방으로 방출되는 광은 캐리어(155)를 통과할 필요가 없으며, 반사로 손실되지 않을 것이다. 후방으로 방출되는 광은 캐리어의 상단과 마주칠 것이며, 이곳에서 그 광의 적어도 일부가 역반사될 것이다. 이 구성은 캐리어 내로 반대로 방출되어 이곳에서 흡수되는 형광체층(156)으로부터의 광의 감소를 발생한다.
형광체층(156)은 전술한 것과 동일한 다수의 방법을 이용하여 침적될 수 있다. 일부 예에서, 캐리어(155)의 3차원 형상은 필요한 커버리지를 제공하기 위해 추가의 단계 또는 기타 프로세스를 요구할 수도 있다. 솔벤트-형광체-고착제 혼합물이 스프레이되고, 캐리어가 전술한 바와 같이 가열될 수 있는 실시예에서, 대략 균일한 커버리지와 같은 캐리어에 걸친 요구된 커버리지를 제공하기 위해 복수의 스프레이 노즐이 요구될 수도 있다. 다른 실시예에서, 요구된 커버리지를 제공하기 위해 캐리어를 회전시키는 동안에는 더 적은 수의 스프레이 노즐이 이용될 수 있다. 위와 마찬가지로, 캐리어(155)로부터의 열은 솔벤트를 기화시킬 수 있고, 고착제를 경화시키는데 도움을 줄 수 있다.
또 다른 실시예에서, 형광체층은, 형광체층을 캐리어(155)의 내측면 또는 외측면 상에 형성할 수 있지만 특히 내측면에 형성하는데 적용할 수 있는 이머전 프로세스(emersion process)를 통해 형성될 수 있다. 캐리어(155)는 적어도 부분적으로는 캐리어의 표면에 고착되는 형광체 혼합물로 채워지거나 또는 이 형광체 혼합물과 접촉하게 될 수 있다. 그리고나서, 혼합물이 캐리어로부터 드레인(drain)되어 표면 상에 형광체 혼합물의 층이 잔류하게 되며, 이 층이 그 후에 경화될 수 있다. 일실시예에서, 혼합물은 폴리에틸렌 산화물(PEO) 및 형광체를 포함할 수 있다. 캐리어는 PEO-형광체 혼합물로 채워지고나서 드레인되어, PEO-형광체 혼합물의 층이 잔류하게 되며, 이 층이 그 후에 경화될 수 있다. PEO는 열에 의해 기화되거나 빼내지게 되어 형광체층이 잔류하게 된다. 일부 실시예에서는 형광체층을 추가로 고정시키기 위해 고착제가 가해질 수 있는 한편, 다른 실시예에서는 고착제 없이 형광체를 유지할 수 있다.
평면형 캐리어층을 코팅하기 위해 이용된 프로세스와 마찬가지로, 이들 프로세스는 동일하거나 상이한 형광체 재료를 가질 수 있는 복수의 형광체층에 도포하기 위한 3차원 캐리어에 활용될 수 있다. 형광체층은 또한 캐리어의 내측 및 외측 양자에 도포될 수 있으며, 캐리어의 상이한 영역에서 상이한 두께를 갖는 상이한 타입을 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 캐리어에 대해 열에 의해 형성될 수 있는 형광체 재료의 시트로 캐리어를 코팅하는 것과 같은 상이한 프로세스가 이용될 수 있다.
캐리어(155)를 활용하는 램프에서, 에미터는 에미터로부터의 광이 위로 방출되어 캐리어(155)를 통과하도록 캐리어의 베이스에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 에미터는 전반적으로 램버시안 패턴으로 광을 방출할 수 있으며, 캐리어는 더욱 균일한 패턴으로 광을 분산하는데 도움을 줄 수 있다.
도 8은 불릿(bullet) 형상의 캐리어(158) 및 캐리어의 외측면 상의 형광체층(159)을 포함하는 본 발명에 따른 3차원 형광체 캐리어(157)의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 캐리어(158) 및 형광체층(159)은 전술한 것과 동일한 방법을 이용하여 동일한 재료로 형성될 수 있다. 상이한 형상의 형광체 캐리어가 전체적인 요구된 램프 발광 패턴을 제공하기 위해 상이한 에미터와 함께 이용될 수 있다. 도 9는 구체 형상의 캐리어(161) 및 캐리어의 외측면 상의 형광체층(162)을 포함하는 본 발명에 따른 3차원 형광체 캐리어(160)의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 캐리어(161) 및 형광체층(162)은 전술한 것과 동일한 방법을 이용하여 동일한 재료로 구성될 수 있다.
도 10은 좁은 목부(165)를 갖는 전반적으로 구체 형상의 캐리어(164)를 갖는 본 발명에 따른 형광체 캐리어(163)의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 위의 실시예들과 마찬가지로, 형광체 캐리어(163)는 전술한 것과 동일한 방법을 이용하여 형성되고 동일한 재료로 구성되는 캐리어(164)의 외측면 상의 형광체층(166)을 포함한다. 일부 실시예에서, 캐리어(164)와 유사한 형상을 갖는 형광체 캐리어는 에미터 광을 변환하고, 광원으로부터 램버시안 패턴의 광을 더욱 균일한 발광 패턴으로 재방출하는데 더욱 효과적일 수 있다.
도 11 내지 도 13은 히트 싱크 구조(172), 광학 캐비티(174), 광원(176), 디퓨저 돔(178), 및 나사산 형성부(180)를 갖는 본 발명에 따른 램프(170)의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 이들 특징부는 전술한 유사 특징부와 동일한 방법을 이용하여 동일한 재료로 구성될 수 있다. 이 실시예는 또한 3차원 파장 변환 요소(182)(예컨대, 열전도성 투명 재료 및 하나 이상의 형광체층을 포함하는 형광체 캐리어)를 포함한다. 실시예에 따라서는, 파장 변환 요소는 형광체 캐리어의 내측면에 있거나, 외측면에 있거나 및/또는 형광체 캐리어 내에 임베드된 형광체층을 포함한다. 이 실시예에서, 파장 변환 요소는 히트 싱크 구조(172) 상에 위치된다(예컨대, 히트 싱크 구조(172)에 탑재되고, 히트 싱크 구조(172)에 열에 의해 결합되거나 연결됨). 다른 실시예에서, 전기 절연 요소(도시하지 않음)가 히트 싱크 구조와 파장 변환 재료 사이에 위치될 수 있으며, 파장 변환 재료가 전기 절연 요소에 의해 유지될 수 있다. 전기 절연 요소는 전기적 충격에 대해 보호하기 위해 히트 싱크 구조(172)를 덮으면서 광이 통과할 수 있도록 광원(176)(예컨대, LED) 위에 개구부를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전기 절연 요소는 또한 반사기로서 동작할 수 있다. 이 실시예에서, 형광체 캐리어(182)는 구체(globe) 또는 구상(sphere) 형상으로 되며, 에미터는 광원으로부터의 광이 그 광의 적어도 일부분을 변환하는 형광체 캐리어(182)를 통과하도록 배치된다.
형광체 캐리어(182)의 3차원 형상은 형광체 캐리어와 광원(176) 간의 자연적인 분리를 제공한다. 이에 따라, 광원(176)은 광학 캐비티를 형성하는 히트 싱크 내의 리세스에 탑재되지 않는다. 그 대신, 이 실시예에서, 광원(176)은 히트 싱크 구조(172)의 상면 상에 탑재되며, 광학 캐비티(174)가 형광체 캐리어(182)와 히트 싱크 구조(172)의 상면 사이의 공간에 의해 형성된다. 이 배치는 측방 발광(sideways emission)을 차단하고 방향을 바꾸기 위한 광학 캐비티 측면이 없기 때문에 광학 캐비티(174)로부터 더 적은 램버시안 발광을 가능하게 할 수 있다. 다른 실시예에서, 광원(176)은 광원이 탑재되는 인쇄 회로 기판, 금속 코어 보드, 또는 기타 요소과 같은 탑재 요소(도시하지 않음) 상에 있게 된다. 일부 실시예에서, 탑재 요소는 보상 및/또는 제어 회로(도시하지 않음)와 같은 다른 전자 장치를 포함할 수 있으며, 히트 싱크 구조(172)에 열에 의해 결합된다. 보상 및/또는 제어 회로는 전원 공급 장치 유닛 및 광원(176)에 전기적으로 결합되는 마이크로프로세서, ASIC(application specific integrated circuitry), 또는 기타 처리 회로를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 회로 또는 그 일부분은 히트 싱크 캐비티/하우징 내에 전원 공급 장치 유닛과 함께 위치될 수 있거나, 및/또는 탑재 요소의 LED의 반대쪽의 면 상에 탑재된다. 보상 및/또는 제어 회로는 "Color Control of Single String Light Emitting Devices Having Single String Color Control"을 발명의 명칭으로 하여 van de Ven 등에 의해 출원된 미국 특허 출원 번호 12/566,195호 및 "Solid State Lighting Apparatus with Compensation Bypass Circuits and Methods of Operation Thereof"를 발명의 명칭으로 하여 van de Ven 등에 의해 출원된 미국 특허 출원 번호 12/704,730호에 개시된 바와 같은 회로를 포함할 수 있으며, 이들 특허 출원은 그 내용이 원용에 의해 본 명세서에 참조되어 있다.
이 실시예에서, 램프(170)는 광원(176)으로서의 청색 발광 LED 및 형광체 캐리어 내의 황색 및 적색 형광체 조합을 활용한다. 이것은 형광체 캐리어(182)가 황색 또는 오랜지색으로 보이도록 할 수 있으며, 디퓨저 돔(178)이 램프 광을 원하는 발광 패턴으로 분산하면서 이 컬러를 마스킹한다. 램프(170)에서, 플랫폼을 위한 도전성 경로와 히트 싱크 구조를 위한 도전성 경로가 연결되지만, 다른 실시예에서는 이들은 연결되지 않을 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 14는 전술한 바와 같이 히트 싱크(194) 상에 탑재된 8개의 LED 광원(192)을 포함하는 본 발명에 따른 램프(190)의 일실시예를 도시하고 있다. 에미터는 다수의 상입한 방식으로 함께 연결될 수 있고 도시된 실시예에서는 직렬로 접속된 다수의 상이한 타입의 LED를 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 에미터는 광학 캐비티에 탑재되지 않고, 히트 싱크(194)의 상단 평면 상에 탑재된다. 도 15는 구체 형상의 형광체 캐리어(196)가 도 14에 도시된 광원(192) 위에 탑재되는 도 14에 도시된 램프(190)를 도시하고 있다. 도 15에 도시된 램프는 분산된 광 방출을 갖는 램프를 형성하기 위해 전술한 바와 같이 디퓨저(198)와 조합될 수 있다.
전술한 바와 같이, 형광체 캐리어는 황색/녹색 및 적색 형광체와 같은 복수의 변환 재료를 포함할 수 있다. 이들 형광체는 백색광 램프 발광을 위한 황색/녹색광 성분을 제공할 수 있다. 그러나, 상이한 실시예에서, 이들 광 성분은 형광체 변환을 통해서가 아닌 LED 칩으로부터 직접 제공될 수 있다. 이들 상이한 배치는 램프가 더 낮은 작동 전력을 요구하고 특정 형광체에 대한 필요성을 제거함으로써 보다 저렴하게 될 수 있다는 것을 포함한 특정의 장점을 제공할 수 있으며, 이러한 장점으로만 한정되지 않는다. 다른 실시예에서, 이들 컬러 성분의 어떠한 것은 상이한 LED 칩으로부터 직접 제공될 수 있다. 예컨대, 발광의 적색 성분은 "LED Lamp With Remote Phosphor and Diffuser Configuration Utilizing Red Emitters"를 발명의 명칭으로 하여 Yuan 등에 의해 출원된 미국 가특허 출원 번호 61/424,670호에 개시된 바와 같은 적색 발광 LED로부터 직접 제공될 수 있다.
도 16 및 도 17은 "Lamp With Remote Phosphor and Diffuser Configuration"을 발명의 명칭으로 하여 2010년 3월 3일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 61/339,515호 및 "Non-uniform Diffuser to Scatter Light Into Uniform Emission Pattern"을 발명의 명칭으로 하여 2010년 10월 8일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 12/901,405호에 도시되고 설명된 것과 유사한 본 발명에 따른 램프(250)의 또 다른 실시예를 도시하고 있다.
램프(250)는 전술한 것과 동일한 방법을 이용하여 동일한 재료로 구성될 수 있는 돔 형상 형광체 캐리어(254) 및 돔 형상 디퓨저(256)와 함께 히트 싱크(252)를 포함한다. 이 램프는 또한 이 실시예에서는 히트 싱크(252)의 평면 표면(259) 상에 탑재된 LED(258)를 포함하며, 이 LED 칩(258) 위에 형광체 캐리어 및 디퓨저가 위치한다. LED 칩(258) 및 형광체 캐리어(254)는 적색 및 청색 발광 LED 칩을 갖는 일부 실시예와 같이 전술한 배치 및 특성의 어떠한 것도 포함할 수 있다. 형광체 캐리어는 전술한 형광체 재료 중의 하나 이상을 포함할 수 있지만, 청색광을 흡수하고 황색광을 방출하여 램프가 청색, 적색 및 황색의 백색광 조합을 방출하게 하는 형광체를 포함하는 것이 바람직하다.
램프(250)는 종래의 전기 리셉터클에 끼우기 위한 타입의 장착 기구(259)를 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 램프(250)는 표준 에디슨 소켓에 장착하기 위한 나사산 형성부(260)를 포함한다. 위의 실시예들과 마찬가지로, 램프(250)는 표준 플러그를 포함할 수 있고, 전기 리셉터클이 표준 아울렛일 수 있거나, GU24 베이스 유닛을 포함할 수 있거나, 또는 클립일 수 있고, 전기 리셉터클이 이 클립을 수용하고 유지하는 리셉터클일 수 있다(예컨대, 다수의 형광등에서 이용되는 바와 같이).
본 발명에 따른 램프는 히트 싱크 내의 캐비티 또는 하우징 내에 배치될 수 있는 전술한 바와 같은 전원 공급 장치 또는 전력 변환 유닛을 포함할 수 있다. 위에서와 같이, 이들은 전구가 AC 라인 전압/전류로부터 동작할 수 있고 광원 디밍 성능을 제공하도록 하기 위해 드라이버를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전원 공급 장치는 고립되지 않은 준공진형 플라이백 토폴로지(non-isolated quasi-resonant flyback topology)를 이용하는 오프라인 정전류 LED 드라이버를 포함할 수 있다. LED 드라이버는 몸체부(262) 내와 같은 램프(250) 내에 끼워질 수 있다. 일부 실시예에서, 전원 공급 장치는 디밍될 수 없는 것일 수 있지만, 비교적 낮은 비용의 것으로 된다. 이용되는 전원 공급 장치는 다수의 상이한 토폴로지 또는 지오메트리를 가질 수 있고, 다수의 상이한 방식으로 배치될 수 있다.
상이한 램프 부품은 다수의 상이한 형상을 가질 수 있고, 다수의 상이한 방식으로 배치될 수 있다. 구체적으로, 히트 싱크는 요구된 크기, 열관리 특성, 및 요구된 발광 특성을 충족하기 위해 다수의 상이한 방식으로 배치될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, A19 표준 크기로 이용 가능한 상대적으로 특정되고 제약되는 인벨로프는 상이한 형상과 크기의 히트 싱크에 대한 옵션을 제한할 수 있다. 이것은 램프가 전술한 바와 같은 ENERGY STAR? 프로그램과 같은 특정의 발광 특성을 충족할 수 있도록 하는 특징부를 갖는 LED 램프에 대해서는 특히 그러하다.
도 18은 본 발명에 따른 히트 싱크에 따른 일실시예의 히트 싱크(300)를 도시하고 있으며, 여기에서는 LED, 형광체 캐리어 및 디퓨저 돔이 히트 싱크 상에 탑재되어 램프를 형성한다. 히트 싱크(300)는 전술한 것과 동일한 열도전성 재료로 구성될 수 있다. 히트 싱크(300)는 다수의 상이한 램프에 이용될 수 있지만, 특히 A19 인벨로프 조건에 맞는 크기로 되면서, 램프가 ENERGY STAR? 발광 조건 내에서 광을 방출할 수 있도록 하는 경사진 표면을 갖는다.
히트 싱크(300)는 전술한 바와 같은 전력 제어 유닛을 수용하기 위해 원통 형상의 코어/하우징(302)을 가질 수 있다. 또한, 히트 싱크는 LED, 전력 전자장치 등과 같은 램프 발열 부품으로부터 먼 쪽으로 열을 전도하도록 설계된 히트 핀(304)을 가질 수 있다. 히트 핀(304)은 다수의 상이한 형상 및 크기를 가질 수 있으며, 전술한 열도전성 재료로 구성될 수 있다. 또한, 상이한 실시예에서는 히트 싱크 핀(304)의 개수가 상이할 수 있으며, 일부 실시예에서는 20 내지 60개의 히트 핀을 갖는다. 다른 실시예는 30 내지 50개의 히트 핀을 가질 수 있는 한편, 또 다른 실시예는 35 내지 40개의 히트 핀을 가질 수 있다. 일실시예에서, 히트 싱크(452)는 대략 38개의 히트 핀을 가질 수 있다. 히트 싱크 핀(304)의 개수는 감소될 수 있지만, 그에 대응하여 방열을 위한 표면적의 감소를 발생할 수 있다. 더 적은 핀이 이용될 때, 더 대형의 핀이 이용될 수 있지만, 이것은 핀에 의하여 수용 가능한 양의 광이 차단되는 것을 발생하거나 또는 핀이 A19 인벨로프의 범위 밖에 있도록 할 수도 있다.
히트 핀(304)은 각각이 실질적으로 동일한 형상을 가질 수 있지만, 다른 실시예에서 이들은 상이한 형상을 가질 수도 있다. 각각의 히트 핀(304)은 히트 싱크를 A19 인벨로프의 중앙의 경사진 부분에 끼울 수 있도록 하는 크기로 되고 히트 싱크(304)의 중앙으로부터 먼 쪽으로 경사지는 하부(306)를 가질 수 있다. 도시된 실시예에서, 하부(306)는 수직으로부터 대략 150도(또는 수평으로부터 60도)의 각을 이루지만, 이 핀들은 다수의 다른 각도를 가질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 구체적으로, 하위부는 수직에 대하여 150도보다 큰 각도를 이루는 핀을 가질 수 있다. 히트 싱크의 상부(308)는 다시 히트 싱크(300)의 중앙을 향하여 각도를 이룰 수 있으며, 이 각도는 원하는 발광 특성에 좌우되어 선택된다. 일부 실시예에서, 이 히트 싱크를 이용하는 램프는 전술한 바와 같이 ENERGY STAR? 발광 특성을 충족하는 광을 방출하도록 배치될 수 있다. 구체적으로 그리고 아래에 추가로 설명되는 바와 같이, 상부(308)는 여전히 방열을 위한 요구된 표면적을 제공하면서 램프로부터 아래쪽으로 방출된 광을 너무 많이 차단하지 않도록 하는 각도로 될 수 있다.
도 19 내지 도 22는 도 18에 도시된 것과 유사한 히트 싱크 핀(453)을 갖는 히트 싱크(452)를 이용하는 본 발명에 따른 램프(450)의 일실시예를 도시하고 있다. 램프(450)의 내부 부품은 도 20 및 도 21에 가장 명확하게 도시되어 있다. 위의 실시예들과 마찬가지로, 램프(450)는 돔 형상 형광체 캐리어(454) 및 돔 형상 디퓨저(456)를 포함한다. 또한, 램프는 이 실시예에서는 히트 싱크(452)의 평면형 표면 상에 탑재되는 LED(458)를 포함하며, 형광체 캐리어 및 디퓨저(454)가 LED(458) 위에 위치된다. 여기서 설명된 다른 LED 램프와 마찬가지로, LED 칩(458), 디퓨저(456) 및 형광체 캐리어(454)는 적색 및 청색 발광 LED 칩을 갖는 일부 실시예와 같이 전술한 형상, 배치 및 특성 중의 어떠한 것도 포함할 수 있다. 형광체 캐리어(454)는 전술한 형광체 재료 중의 하나 이상을 포함할 수 있으며, 일부 실시예는 램프가 청색, 적색 및 황색의 백색광 조합을 방출하도록 청색광을 흡수하고 황색광을 방출하는 형광체를 포함한다.
램프(450)는 표준 에디슨 소켓 내로 돌려 넣기 위한 나사산 형성부(460)와 같은 종래의 전기 리셉터클에 끼워넣기 위한 타입의 장착 기구뿐만 아니라 전술한 다른 장착 기구를 포함할 수 있다. 돔 형상 디퓨저는 다수의 상이한 형상 및 크기로 될 수 있고, 도시된 실시예에서는 "스쿼트 형상(squat shaped)"으로 되며, 상이한 부분에서 상이한 양의 디퓨저를 가질 수 있다. 이에 대해서는 위에서 언급한 미국 특허 출원 번호 12/901,405호에 설명되어 있다.
LED(458)는 종래의 탑재 방법을 이용하여 인쇄 회로 기판(462) 상에 탑재되며, 인쇄 회로 기판(462)이 장착 나사(466)를 이용하여 히트 싱크 플랫폼(464)에 탑재되고, 이 장착 나사가 인쇄 회로 기판(462)을 통과하여 히트 싱크 플랫폼(464) 내의 나사 구멍(467) 내로 돌려지게 된다. 다수의 다른 실시예가 상이한 장착 방법 및 기구를 이용할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 형광체 캐리어(454) 또한 LED로부터의 광이 형광체 캐리어(454)를 통과하도록 LED(458) 위에서 플랫폼(464)에 탑재된다. 플랫폼(464) 주위에 채널(468)이 제공되어, 디퓨저 돔(456)의 하위 에지가 채널(468)에 거치된다. 형광체 캐리어(454) 및 디퓨저 돔(456)은 공지의 탑재 재료 및 방법을 이용하여 제자리에 탑재될 수 있다. 이 실시예에서, 디퓨저 돔은 LED(458) 아래의 채널(468)에 거치되며, 파장 변환 요소(454)가 LED(458) 위의 채널(473)에 거치된다. 실시예에 따라서는, 파장 변환 요소(454), 디퓨저 돔(458), LED(458) 및/또는 히트 싱크(452)의 상면의 상대적인 탑재 위치가 변화될 수 있다.
채널(468)을 제공함으로써, 디퓨저 돔(456)은 더 낮게 히트 싱크(452)에 배치될 수 있다. 이것은 다수의 장점을 제공한다. 이것은 디퓨저 돔(456)과 히트 싱크(453) 간의 중첩을 발생하여 방열을 촉진할 수 있다. 이 배치는 디퓨저 돔(456)이 더 낮아지게 되도록 하여, 램프(450)가 A19 인벨로프에서 제공된 것과 같은 요구된 길이 내에 끼워지도록 하는데 도움을 준다. 이것은 또한 디퓨저 돔(456)의 하위 에지가 형광체 캐리어(454)의 하위 에지 아래에 있도록 하여, 형광체 캐리어가 이 디퓨저 돔(456) 내에서 기본적으로 상승되도록 한다. 이것은 형광체 캐리어(454)를 디퓨저 돔(456)의 중앙에 더 근접하게 하여, 램프(450)로부터의 균일한 분배를 촉진할 수 있다. 형광체 캐리어(454)가 디퓨저 돔(456)에 관련하여 상승될 수 있는 거리에 대하여 현실적인 면에서의 제한을 주는 요인이 있을 수 있다. 예컨대, 형광체 캐리어(454)가 디퓨저 돔(456)에 너무 근접하게 상승되면, 형광체 캐리어(454)로부터의 황색이 디퓨저 돔(456)을 통하여 보이게 될 수도 있다. 이것은 일부 램프 사용자에게 미적으로 좋지 않게 될 수 있다. 상이한 실시예에서, 형광체 캐리어(454)는 디퓨저 돔(456)에 관련하여 상이한 양으로 상승될 수 있다. 일부 실시예에서, 형광체 구체의 하위 에지가 0 내지 30mm 사이에서 상승될 수 있는 한편, 다른 실시예에서는 5 내지 15mm의 범위로 상승될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 형광체 구체의 하위 에지가 대략 10mm 상승될 수 있다.
램프(450)는 또한 특정한 산업 낙하 파손 테스트(industry drop and break test)를 통과하도록 구성된다. 인쇄 회로 기판(462)은 노출되는 경우에 전기 충격의 위험을 제공할 수 있는 전기 도전체, 트레이스 또는 부품을 포함할 수 있다. 이들 파손 테스트를 충족하기 위해, 램프(450)는, 디퓨저 돔(456) 및 형광체 캐리어(454) 중의 하나 또는 양자가 낙하 등으로 인해 파손되는 경우에, 전기 충격의 위험을 제공하는 노출 부품이 없도록, 배치될 수 있다. 이 위험을 감소시키거나 및/또는 방지하기 위해, 램프(450)는 인쇄 회로 기판(462)의 일부분을 피복하는 전기 절연층(470)을 포함한다. 절연층은 전기 신호를 운반하는 전기 도전체, 트레이스 또는 전기 부품을 피복하도록 배치될 수 있다. 폴리카보네이트와 같은 상이한 플라스틱을 포함한 다수의 상이한 절연재가 이용될 수 있으며, 그 재료는 상기한 것으로 한정되지 않는다. 절연층은 램프와는 별도로 형성되어 제위치에 탑재되거나, 또는 인쇄 회로 기판(462)이 제위치에 탑재된 후에 램프 상에 직접 형성될 수 있다.
절연층(470) 상에는 윈도우(472)가 제공될 수 있으며, 절연층(470)이 LED로부터의 발광을 차단하지 않도록 윈도우(472)에 LED(458)가 배치된다. 윈도우(472)의 에지는 각도를 이룰 수 있으며, 이것은 측방 방출된 LED 광을 유용한 램프 발광에 기여할 수 있는 형광체 캐리어를 향해 위로 반사하도록 표면이 배치되는 추가의 이점을 제공한다.
절연층(470)은 형광체 캐리어(454)의 하위 에지를 고정하는 크기로 된 절연층 리지(insulating layer ledge) 또는 채널(473)을 추가로 포함한다. 형광체 캐리어(454)는 리지(470) 내에서 절연층에 대해 위치되고 장착됨으로써 자신의 요구된 위치에 신속하고 용이하게 배치될 수 있으며, 리지가 형광체 캐리어(454)를 적절한 위치에 정렬한다. 절연층(470)은 히트 싱크 채널(468) 내로 연장하며, 디퓨저 돔(456)과 채널(468)의 면 사이의 채널(468) 내의 제위치에 정렬되어 유지된다. 절연층(470)은 또한 디퓨저 돔(456)의 하위 단부를 고정하기 위해 제2 절연층 리지 또는 채널(473)을 포함할 수 있으며, 리지 또는 채널(473)이 디퓨저 돔(456)을 형광체 캐리어(454)와 LED(458) 위의 적합한 위치에서 절연층(470)에 신속하게 용이하게 위치되어 장착될 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 절연층의 상이한 실시예는 효율적인 램프 제조를 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 절연층(470)은 램프(450)와 별도로 형성될 수 있으며, 절연층, 형광체 캐리어(454) 및 디퓨저 돔(456)은 따로따로 이중-돔 유닛(475)(도 20에 도시된)으로 조립될 수 있다. 이중-돔 유닛은 히트 싱크 리지(468) 내의 제2 절연층 리지 또는 채널(473)로 히트 싱크에 대해 신속하고 용이하게 장착되어 정렬될 수 있다. 이중-돔 유닛(475)은 그 후 공지의 방법 및 재료를 이용하여 제위치에 탑재될 수 있다. 별도의 이중-돔 유닛(475)을 제공함으로써, 본 발명에 따른 램프는 또한 이중-돔 유닛(475)이 제거 및 교체 가능하게 되도록 구성될 수 있다. 이것은 이중-돔 유닛(475)의 고장 또는 손상의 경우에 또는 인쇄 회로 기판(462)과 같은 램프의 다른 부분을 수리 또는 교체를 위해 액세스할 수 있도록 하는 경우에 특히 바람직할 수 있다. 다른 실시예는 별도로 형성된 후에 히트 싱크(452)에 장착되는 형광체 캐리어(454) 및 절연층을 갖는 분리된 유닛을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 디퓨저 돔(456)은 형광체 캐리어(454) 위에서 절연층(470)에 장착될 수 있다. 이러한 배치는 LED가 비닝(binning)되는 것과 동일한 방식으로 유닛들이 발광 특성에 의해 비닝되도록 할 수 있다.
일부 실시예에서, 전기 절연 요소(470), 파장 변환 요소(454) 및/또는 디퓨저 돔(456)은 스냅 또는 짝을 이루는 돌출부 및 노치와 같은 기계적 커플링 또는 유지 기구를 포함하며, 이로써 이중-돔 유닛(475)이 예컨대 스냅 피트(snap fit)로 단일 유닛으로서 용이하게 함께 놓여지게 된다. 이로써, 상이한 광학 특성을 갖는 상이한 LED 전구를 제조할 때에 상이한 광학 특성을 갖는 유닛이 용이하게 교체 및/또는 설치될 수 있다. 추가로, 상이한 특성이 소비자에 의해 요구된다면, 소비자는 기존의 LED 전구 상의 이중-돔 유닛(475)을 교체할 수 있다. 일부 실시예에서, 전기 절연 요소(470)는 이중-돔 유닛(475)이 예컨대 스냅 또는 짝을 이루는 돌출부를 이용하여 손으로 LED 전구의 히트 씽크 또는 하우징에 용이하고 기계적으로 장착될 수 있도록 하는 기계적 커플링 기구를 포함할 수 있다. 이들 실시예에서, 이들 기계적 장착 또는 유지 특징부는 전기 절연 요소(470)에 관련하여 설명되었지만, 이들 특징부는 별도의 요소에 의해 제공될 수도 있고 또는 전기 절연 요소와 함께 제공될 수도 있으며, 전기적으로 절연성을 나타내지 않는다. 파장 변환 요소(454) 및/또는 디퓨저 돔(456)을 일체형 구성으로 하거나 또는 함께 연결하여 유닛(unit)으로 하는 것은 제조 상의 장점을 제공할 수 있다. 예컨대, 유닛의 광학 특성이 측정될 수 있고, 유닛이 1931 CIE 다이아그램의 영역에서와 같이 비닝될 수 있다. 따라서, 유닛은 원하는 광학 특성을 갖는 조명 유닛을 달성하도록 선택되고 솔리드 스테이트 광원과 짝을 이루게 될 수 있고, 동일하거나 유사한 발광 특성을 갖는 램프 및/또는 전구의 일정한 제조를 가능하게 할 수 있다. 이것은 본 발명에 따른 램프로 소비자 만족도를 크게 하는데 도움을 줄 수 있다.
도 22를 참조하면, 램프(450)는 그 주위의 A19 인벨로프/프로파일(476)과 함께 도시되어 있으며, 램프(450)는 A19 인벨로프(476) 내에 끼워지는 크기 및 형상으로 되어 있다. 구체적으로, 히트 싱크(452)의 하위부(478)는 인벨로프의 경사진 중앙부(480)에 끼워지도록 위치되고, 인벨로프의 경사진 중앙부(480)에 끼워지는 크기 및 형상으로 된다. 디퓨저 돔, 히트 싱크 및 에디슨 컨넥터의 형상 및 장착은 램프를 그 전체 길이가 A19 인벨로프 내에 있도록 되는 크기로 되도록 할 수 있다.
히트 싱크(452)의 상위부(482)는 다수의 상이한 각도를 가질 수 있으며, 도시된 각도는 원하는 열관리를 제공하면서 여전히 ENERGY STAR? 성능 조건을 준수하는 균일한 발광을 허용한다. 즉, 히트 싱크는 열을 방열하기 위해 요구되는 표면적을 제공하면서 이와 동시에 디퓨저 돔(456)으로부터 방출되는 광을 과도하게 차단하지 않아야 한다. 도시된 실시예에서, 각도는 경사면과 일치하는 라인(486)이 교차하는 히트 싱크 위의 교차점(485)으로부터 측정될 수 있다. 2개의 라인(486) 사이의 각도는 상위부에서의 히트 핀 표면의 각도를 측정하기 위한 한가지 방식이 될 수 있다. 도시된 실시예에서, 교차점(485)은 램프(450)의 최저 지점으로부터 139mm 위에 있다. 이것은 상위 경사면(480) 사이의 대략 42도의 측정 각도에 해당한다. 60도 이하, 50도 이하 및/또는 40도 이하와 같은 다수의 다른 측정 각도가 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이들 상이한 실시예에서, 일치 라인은 히트 싱크(450) 위의 상이한 지점에서 교차한다. 다른 실시예에서는 상이한 각도 측정 방법이 이용될 수 있다.
일부 실시예는 도시된 바와 같이 디퓨저 돔(456)보다 넓지 않은 히트 싱크(452)를 추가의 특징으로 할 수 있다. 이것은 여전히 디퓨저 돔(456)으로부터의 광을 차단하지 않으면서 램프(450)를 A19 인벨로프 내에 유지하는 것에 도움을 준다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 램프 실시예는 ENERGY STAR? 조건을 준수하여 발광 분포를 제공할 수 있다. ENERGY STAR? 라이트 플라이언스(light compliance)를 가능하게 하는 히트 싱크 구조는 핀의 개수 간의 균형, 핀 두께, 핀이 발광 표면(예컨대, 디퓨저 돔)의 프로파일 위로 연장하는 거리, 램프의 수직축에 대한 핀의 각도에 의존한다. 지정된 L70 수명을 위해 요구된 충분한 히트 싱크 면적을 여전히 제공하면서 A-타입 램프(A19, A21, A23)의 ANSI 표준 프로파일에 맞도록 배치된 실시예에 대해, 이들 파라미터는 히트 싱크 핀에 대한 크기, 형상, 개수 및 위치에 대해 직접 영향을 줄 수 있다. 예컨대, 히트 싱크 핀(453)의 현재 실시예에서, 핀(453)이 발광 표면의 프로파일 위로 연장하는 거리가 클수록, 수직축에 대한 핀의 각도가 커지게 되며, 가능하게는 핀(예컨대, 더 적은 수의 핀 또는 더 얇은 핀)에 의해 거의 가려지지 않는 영역이 허용될 수 있으며, 이것은 램프(450)가 ENERGY STAR? 광분배를 달성하도록 할 수 있다. 상기한 도면에 도시되고 위에서 설명한 히트 싱크 실시예는 요구된 램프 발광 및 크기 요건을 충족할 수 있는 히트 싱크 핀 배치의 일부 실시예에 불과하다는 것을 이해할 것이다.
도 23 및 도 24는 램프의 상대적인 지오메트리가 램프의 발광 특성에 대해 가질 수 있는 영향을 예시하고 있다. 도 23을 먼저 참조하면, 도 19 내지 도 22에 도시된 램프(450)와 유사한 램프(500)가 도시되어 있으며, 이 도면을 설명함에 있어서 동일하거나 유사한 특징부에 대하여 이전과 동일한 도면부호가 이용될 것이다.
먼저 도 23을 참조하면, 형광체 캐리어(454)의 중앙에서부터 히트 핀(453)의 선단부로의 중앙 라인(502)이 포함된다. 램프가 램프의 중앙에서 발광하는 종래의 필라멘트와 같이 작동하는 광원을 갖는다면, 그 광은 램프의 중앙에서 모든 방향으로 방출될 것이며, 광의 일부가 중앙 라인(502)을 따라 방출된다. 이 방식으로 발광하는 광에 대해서는, 히트 싱크 핀(453)의 상단 영역에 표면적을 추가하는 것은 램프 발광 프로파일에 대해 영향을 거의 주지않을 것이다. 그러나, 여기서 설명된 바와 같은 형광체 구체는 용적측정(volumetric) 에미터로서 동작하며, 전체 표면이 개략적인 램버시안 방식으로 광을 방출한다. 제1 삼각형(504)은 특정한 구체 표면적을 나타낸다. 수평 아래로 67.5도 미만의 각도의 발광의 경우, 광은 히트 싱크 핀(453)에 의해 적어도 부분적으로 차단될 수 있으며, 하방향 광 분배에 대해 거의 영향을 주지않을 수 있다. 67.5도보다 큰 각도로 발광하는 제1 삼각형(504)의 발광 영역의 경우, 그 광은 전체 램프 발광에 기여한다.
제1, 제2 및 제3 화살표(506a, 506b, 506c)는 형광체 캐리어(454) 상의 제1 삼각형 내의 상이한 지점으로부터의 상이한 발광 각도를 나타내며, 더 큰 표면적이 이들 상이한 지점으로부터 방출되는 광에 대해 가질 수 있는 영향을 예시할 수 있다. 제1 화살표(506a)는 형광체 캐리어(454) 상의 높은 영역으로부터 방출되는 광을 예시하며, 이들 영역은 형광체 캐리어(454), 디퓨저 돔(456) 및 히트 싱크(452) 등을 포함한 램프(500) 부품의 지오메트리 때문에 하방향 광 분배에 가장 큰 가능한 기여를 갖는다. 제2 및 제3 화살표(506b, 506c)에 의해 나타낸 바와 같이, 구체 상의 더 낮은 발광 영역은 램프로부터의 하방향의 분배에 대해 점점 작은 기여를 제공한다. 구체의 하위부로부터의 발광은 램프의 하방향 발광에 거의 기여하지 않는 한편, 구체의 더 높은 곳으로부터의 발광은 램프(500)로부터의 하방향 발광에 크게 기여한다.
도 24를 참조하면, 제2 삼각형(508)이 히트 싱크 핀에 추가된 부가적인 표면 영역을 나타내는 램프(500)가 도시되어 있다. 구체의 하위부로부터의 발광에 대해서, 추가 표면 영역은 히트 싱크(453)에 의해 차단되는 광의 양에 대해 거의 영향을 갖지 않고, 이들 영역으로부터의 발광은 램프로부터의 하방향 발광에 거의 기여하지 않는다. 반대로, 구체 상의 더 높은 위치에서 방출된 광이 커다란 영향을 받는다. 화살표(510)로부터 알 수 있는 바와 같이, 광이 방해받지 않고 방출될 수 있는 각도는 도 23에서 위쪽에서의 각도를 나타내는 제1 화살표(508a)에 비하여 상승된다. 이것은 방해받지 않고 하방향으로 방출되는 광의 양을 감소시킨다. 이것은 램프가 ENERGY STAR? 발광 특성을 상실하게 할 수 있다. 대안으로서, 핀의 하위부에 더 큰 핀 표면적을 추가할 수 있지만, 이것은 히트 싱크의 크기가 A19 인벨로프를 초과하도록 할 수 있다. 전술한 상이한 실시예에서 제공된 각도는, 필요한 표면적을 갖는 히트 싱크 핀이 램프로부터의 열을 여전히 방열할 수 있도록 하면서, 램프가 A19 인벨로프와 함께 유지되고 원하는 균일한 발광으로 유지되도록 하는 각도를 제공한다.
디퓨저 돔은 형광체 캐리어와 디퓨저 돔 간의 동적 관계를 제공하여 원하는 램프 발광 특성을 발생하도록 하기 위해 다수의 상이한 형상을 취할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일부 실시예에서, 디퓨저 돔의 형상은 요구된 램프 크기 및 발광 특성을 달성하기 위해 형광체 캐리어의 형상에 적어도 부분적으로 좌우될 수 있다. 도 25 내지 도 28은 본 발명에 따른 스쿼트 디퓨저 돔(560)의 일실시예에 대한 치수를 도시하고 있다.
위에서 설명되었고 그리고 본 명세서에 원용된 특허 출원에서 설명되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 디퓨저 돔은 요구된 램프 발광 패턴을 발생하는데 도움을 주기 위해 램프 광원으로부터의 상이한 양의 광을 산란 및 투과하는 상이한 영역을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 상이한 양의 광을 산란 및 투과하는 상이한 영역은 상이한 영역에서의 상이한 양의 확산 재료로 디퓨저 돔을 코팅함으로써 달성될 수 있다. 이것은 전술한 바와 같이 향상된 발광 특성을 제공하기 위해 광원의 출력 빔 세기 프로파일을 수정할 수 있다.
일부 실시예에서, 본 발명은 램프의 요구된 파필드 세기 프로파일을 발생하기 위해서는 디퓨저 요소(즉, 디퓨저 돔)와 디퓨저 코팅 산란 특성의 조합에 의존할 수 있다. 상이한 실시예에서, 디퓨저 두께 및 위치는 디퓨저 돔 지오메트리, 광원 배치, 및 형광체 캐리어로부터 방출되는 광의 패턴과 같은 상이한 요인에 좌우될 수 있다.
일실시예에서, 디퓨저 돔은, 2차원 LED, LED 어레이, 평탄한 형광체 변환층, 또는 3차원 형광체 캐리어의 발광 세기 프로파일을, 백열 A19 램프 크기 및 에너지국(DOE) ENERGY STAR? 발광 특성에 관련된 것과 같은 더 넓은 빔 프로파일로 변환하도록 배치될 수 있다. 이것은 종래의 백열 조명 전구에 대한 LED 기반의 효율적이고 비용면에서 효과적인 대체를 가능하게 할 수 있다.
부분적인 및/또는 균일하지 않은 코팅은 백열등 대체를 위해 바람직하고 균일한 광도 분배를 위한 ENERGY STAR? 컴플라이언스를 충족하는 넓은 빔 세기 프로파일을 발생하는 것으로 판명되었다. 균일하지 않은 코팅은 또한 히트싱크 및 디퓨저 구체 지오메트리에 상관없이 ENERGY STAR? 컴플라이언스를 달성하기 위한 성능을 제공할 수 있다. 일반적인 의미에서, 선명하거나 균일하게 코팅된 디퓨저 돔 상에 충분하고 부분적인 코팅을 적절하게 위치시키는 것은 바람직한 각도로 디퓨저 돔을 통과하는 광의 포톤(photon)의 산란 및 세기 프로파일을 조정할 수 있다. ENERGY STAR? 컴플라이언스의 경우에, 높은 각도에서의 발광 세기가 120°에서보다 크도록 광의 포톤의 방향을 바꾸기 위해 한 가지 구성이 가능하다. 이들 구성은 비싸지 않은 2차원 광원을 이용하면서 이와 동시에 A19 크기 및 ENERGY STAR? 발광 표준을 충족하는 램프를 제공할 수 있다. 실시예들의 부분 코팅은 일정 백분율의 디퓨저를 피복하고 단 하나만의 밝은 영역을 갖는 코팅으로서 존재할 수 있거나, 또는 디퓨저의 특정 영역을 따라 링 또는 밴드로서 놓여질 수 있다.
도 29는 균일한 코팅(582) 및 두꺼운 밴드 코팅(584)을 갖는 디퓨저 돔(580)의 일실시예를 도시하고 있으며, 이 실시예에서는 균일한 코팅(582)이 디퓨저 돔의 표면의 대부분을 피복하고 있고, 두꺼운 밴드 코팅(584)이 더 많은 확산 재료를 갖고 있다. 도시된 실시예에서, 두꺼운 밴드 코팅(584)은 특정 범위의 시야각에서 디퓨저 돔(580) 둘레에 걸쳐있고(span), 그 특정 범위에서 더 많은 광이 벗어나는 것을 방지하여, 그 광이 더 높은 각도 또는 더 낮은 각도에서 벗어나도록 한다.
도 30은 대표적인 백열 램프에 대한 발광 세기 프로파일(592), 균일한 확산 성질을 갖는 디퓨저 돔을 갖는 LED 램프에 대한 발광 세기 프로파일(594), 및 더 많은 확산 재료를 갖는 밴드(또는 영역)를 갖는 디퓨저 돔을 갖는 LED 램프에 대한 발광 세기 프로파일(596)을 나타내는 그래프(590)이다. 균일한 확산 성질을 갖는 디퓨저 돔을 갖는 LED 램프에 대한 발광 세기 프로파일(594)은 균일한 코팅의 낮은 시야각 또는 축방향 광 세기가 45도와 105도 사이의 각도에서의 세기보다 낮다는 것을 보여주고 있다. 더 많은 확산 재료를 갖는 밴드(또는 영역)를 갖는 디퓨저 돔을 갖는 LED 램프에 대한 발광 세기 프로파일(596)을 참조하면, 45도와 105도 사이의 세기는 축방향 광의 세기보다 작으며, 광은 105도보다 큰 각도에서 더욱 강하게 된다. 더 많은 확산 재료를 갖는 밴드(또는 영역)를 갖는 디퓨저 돔을 갖는 LED 램프에 대한 발광 세기 프로파일(596)은 균일하지 않은 코팅을 갖는 램프가 백열 램프와 동등하거나 일부 경우에는 백열 램프보다 우수한 광도 분포를 제공할 수 있다는 것을 보여주고 있다.
도 31은 도 30에 도시된 더 근접하여 본(closer view) 발광 프로파일(596)을 도시하고 있으며, 균일하지 않은 코팅(즉, 더 많은 디퓨저의 밴드 또는 영역)을 갖는 디퓨저를 갖는 LED 램프에 대한 발광 세기 대 시야각 곡선을 보여주고 있다. 도 32는 ENERGY STAR? 컴플라이언스 데이터를 도 31에 도시된 프로파일로 발광하는 램프의 성능에 비교하여 나타내고 있는 테이블이다. ENERGY STAR? 컴플라이언스에 관련한 인자(factor) 중의 하나는 최소-대-평균 비율이다. 균일한 코팅을 갖는 일부 램프는 최대 26%에 근접한 값에 도달할 수 있다. 비교에 의하면, 도 30에 도시된 발광 프로파일은 대략 17%의 값을 달성할 수 있고, "20% 미만의" 조건과 부합할 수 있다. 추가의 확산 재료를 갖는 밴드 코팅을, 이 경우에는 45도와 105도 사이인, 디퓨저 돔 상의 정확한 위치에 또는 디퓨저 돔 내에 배치하는 것은 원하는 확장된 발광 프로파일을 제공한다.
전술한 바와 같이, 디퓨저 돔 상의 다수의 상이한 밴드 또는 영역에 추가의 디퓨저가 제공될 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예는 복수의 부분 코트(partial coat)를 포함할 수 있는 균일하지 않은 코팅을 포함한다. 부분 코트는 본 명세서에 설명된 어떠한 방법을 이용하여서도 도포될 수 있으며, 한 가지 방법은 디퓨저 돔 상에의 스프레이 코팅이다. 추가의 디퓨저의 하나의 코트가 대략 45 내지 105도의 시야각 범위에서와 같이 디퓨저 구체의 중간 부근에 침적될 수 있다. 추가의 디퓨저의 제2 코트가 그 후 0도 내지 대략 45도의 시야각을 커버하도록 디퓨저 돔의 상단부에 침적될 수 있다. 이와 같이 조합된 코팅은 0도와 105도 사이에서의 광의 포톤의 대부분을 차단하여, 더 많은 광이 더 높은 각도에서 디퓨저 돔을 통과할 수 있도록 한다. 도 33을 참조하면, 이러한 2 부분 코팅을 갖는 디퓨저 돔을 갖는 램프의 발광 세기 프로파일(600)이 대표적인 백열 램프로부터의 프로파일(602)의 것과 비교되어 있다. 이들 프로파일은 매우 유사하며, 도 34에서의 테이블(610)에 나타낸 것과 같이, 이 2 부분 불균일 구성은 ENERGY STAR? 컴플라이언스를 달성한다.
일부 실시예의 실험은 일부 경우에 제공된 얇은 제1 밴드의 도포가 최소-대-평균 비율을 감소(예컨대, 30%에서 27%로)시킨다는 것을 보여주고 있다는 것에 유의하기 바란다. 제1 밴드를 더 두껍게 함으로써, 이 비율은 27%에서 24%로 더 낮아진다. 또한, 추가의 디퓨저가 디퓨저 돔의 상단에(대략 0 내지 45도의 범위에서) 도포된 후, 13% 내지 19%의 최소-대-평균 비율이 달성된다. 이것은 원하는 램프 발광 특성을 발생하기 위해 본 발명에 따라 활용될 수 있는 다수의 상이한 디퓨저 밴드 배치 중의 하나에 불과하다.
본 발명에 따른 디퓨저의 상이한 실시예는 내부 및 외부 표면의 어떠한 방향을 따라 변환하는 산란 특성을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 디퓨저는 변화하는 산란 특성을 갖는 내측면 상에 산란막을 포함하는 투명 재료(기판)를 포함할 수 있다. 다른 실시예는 그 내부 및/또는 외부 표면 상에 산란막을 갖거나 및/또는 디퓨저 요소(580) 내에 임베드되는 산란막을 갖는 투명 구체를 포함할 수 있다. 산란막은 사용된 막/고착제 재료, 산란 재료의 타입, 및 산란막 내의 산란 재료의 밀도에 적어도 부분적으로 좌우되어 다수의 상이한 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 투명 구체는 0.1 내지 1000 마이크론 범위의 산란막 두께를 가질 수 있으며, 이 산란막은 구체의 내부 및/또는 외부에 위치한다. 셀룰로스계 고착제를 이용하는 실시예에서, 산란막 두께는 0.1 내지 100 마이크론의 범위로 될 수 있으며, 산란막이 구체의 내부 및/또는 외부 상에 위치한다. 셀룰로스계 고착제를 이용하는 일부 실시예에서, 알루미나계 산란 입자가 이용될 수 있으며, 일부 입자는 0.1 내지 4.0 마이크론의 직경을 갖는다.
또 다른 실시예에서, 디퓨저는 투명한 구체를 포함할 수 있고, 산란막은 메틸 실리콘계 고착제를 포함할 수 있으며, 산란막이 구체의 내부 및/또는 외부 상에 위치한다. 이들 실시예에서의 산란막은 0.1 내지 700 마이크론 두께의 범위로 될 수 있으며, 상이한 재료로 구성된 산란 입자를 포함할 수 있다. 일부 실시예는 알루미나 산란 입자를 포함할 수 있으며, 이들 실시예는 0.1 내지 4.0 마이크론 범위의 입자 두께를 갖는다.
산란막의 두께는 전술한 것보다 클 수 있으며, 상이한 고착제 및 입자 재료를 이용할 수 있다. 전술한 바와 같이, 디퓨저 돔 및 디퓨저는 전술한 어떠한 재료도 포함할 수 있고, 전술한 방법 중의 어떠한 방법을 이용하여서도 도포될 수 있다. 일부 실시예에서, 디퓨저용의 고착제 재료는 에틸 셀룰로스, 니트로셀룰로스 또는 폴리(에틸렌 옥사이드)와 같은 유기 폴리머일 수도 있고 또는 실리콘 또는 에틸 폴리실리케이트와 같은 무기 고분자 제제일 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 고착제는 에나멜(enamel)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 디퓨저는 알루미나, 실리카, 티타니아, 티타늄 디옥사이드, 또는 이들의 조합물의 산란 입자를 포함할 수 있으며, 일부 실시예는 0.1 내지 1.0 마이크론 범위의 입자 크기를 갖는다. 일부 실시예에서, 디퓨저 구체 재료는 보로실리케이트 글래스, 소다석회 글래스, 또는 폴리카보네이트 더모플라스틱일 수도 있다. 다른 실시예는 에틸 셀룰로스 고착제에 분산된 직경이 대략 0.5 내지 0.8 마이크론인 알루미나 입자를 포함할 수 있다. 알루미나 입자와 에틸 셀룰로스를 포함하는 용액을 위한 솔벤트로는 에틸 아세테이트, 에틸 알콜, 이소프로필 알콜, 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 아세테이트 및 디부틸 프탈레이트 등이 있다. 전술한 범위는 85%보다 큰 것과 같은 원하는 발광 효율을 갖는 램프에 적용 가능하게 될 수 있다. 층을 두껍게 하는 것은 램프 발광 효율이 낮아지게 하는 결과를 발생한다.
도 35는 전술한 바와 같이 스쿼트 디퓨저(624)의 내측면 상의 균일하지 않은 산란막(622)의 일실시예에 대한 두께 변화를 보여주는 그래프(620)이다. 산란막(622)의 두께는 대략 21 마이크론의 두께와 10mm의 높이에서부터 대략 200 마이크론의 두께와 30mm의 높이까지의 상이한 높이 및 범위에서 측정된다. 이들 두께는 디퓨저 형상, 고착제 재료, 산란 입자의 타입 등과 같은 전술한 바와 같이 다수의 요인에 따라 변화할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 36 내지 도 41은 본 발명에 따라 상이한 방식으로 배열된 상이한 디퓨저층을 갖는 디퓨저 돔의 상이한 실시예를 도시하고 있다. 이들은 단지 예로서 제공된 것이며, 본 발명에 따라 다수의 상이한 구성이 제공될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 36은 균일한 외부 디퓨저 코팅(632)과, 균일한 코팅(632) 상의 외부의 부분 코팅(634)을 갖는 디퓨저 돔(630)을 도시하고 있다. 부분 코팅(634)은 스프레잉 또는 딥-코팅(dip-coating)과 같은 다수의 상이한 방법을 이용하여 도포될 수 있다. 도 37은 스프레잉 또는 딥-코팅과 같은 상이한 방법을 이용하여 도포될 수 있는 균일한 내부 확산 코팅(642) 및 부분 외부 코팅(644)을 갖는 디퓨저 돔(640)을 도시하고 있다. 도 38은 균일한 외부 코팅(652) 및 부분 내부 코팅(654)을 갖는 디퓨저 돔(650)을 도시하고 있다. 도 39는 균일한 외부 코팅(662) 및 두께가 변화되고 있는 부분 내부 코팅(664)을 갖는 디퓨저 돔(660)을 도시하고 있다. 도 40은 두께가 변화되고 있는 부분 내부 코팅(672)을 갖는 선명하거나 투명한 디퓨저 돔(670)을 도시하고 있다. 도 41은 또한 전부 또는 일부가 두께가 변화되고 있는 복수의 내부 코팅(682, 684)을 갖는 선명하거나 투명한 디퓨저 돔(680)을 도시하고 있다.
전술한 내용의 대부분이 디퓨저 돔의 영역에서의 확산 특성을 변화시키는 것에 관한 것이지만, 원격 형광체(형광체 캐리어)는 변환 재료의 농도가 다르게 되는 영역을 가질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이것 또한 원하는 광특성뿐만 아니라 원하는 발광 프로파일을 발생하는데 도움을 줄 수 있다. 일부 실시예에서, 형광체 캐리어는 상단에 또는 상단 주위에 증가된 변환 재료를 가질 수 있지만, 이러한 증가는 다른 영역에 존재할 수도 있다. 또한, 디퓨저 코팅과 마찬가지로, 전술한 상이한 내부 코팅과 외부 코팅 조합의 어떠한 것에서도 형광체 캐리어 상에 변환 재료가 도포될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
디퓨저 돔 및 형광체 캐리어 양자에 대해, 코팅 재료는 돔을 형성하는 재료 내로 혼합될 수 있다. 이것은 디퓨저 또는 형광체 재료의 침적을 멈추지 않고서도 디퓨저 돔 또는 형광체 캐리어의 제조를 가능하게 할 수 있다. 디퓨저 돔 및 형광체 캐리어 양자는 돔에 통합된 요구된 재료로 요구된 형상으로 형성될 수 있다. 이것은 플라스틱과 같은 용이하게 이용 가능하고 사용이 편리한 재료로 디퓨저 돔 및/또는 형광체 캐리어를 형성하는 것에 특히 적용할 수 있다. 이 확산 재료 및/또는 변환 재료는 또한 돔 재료의 상이한 영역에서 상이한 농도로 배치될 수 있으며, 또한 상이한 영역에 상이한 확산 또는 변환 재료를 포함할 수 있다.
전술한 구성은 전술한 전구 타입 이외의 조명 응용 기기에도 동등하게 적용할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 전술한 특징부들 중의 일부 또는 전부가 에어리어 및 튜브-타입 조명(area and tube-type lighting)에도 적용될 수 있다. 즉, 이들 상이한 타입의 광이 상이한 형상의 원격 변환 재료 및 상이한 형상의 원격 디퓨저를 이용할 수 있다. 위의 실시예들과 마찬가지로, 원격 형광체는 증가된 확산 특성을 갖는 영역을 가질 수 있거나, 또는 원하는 발광 프로파일을 발생하는데 도움을 주는 형상을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 램프 또는 전구는 전술한 실시예 외의 다수의 상이한 방식으로 배치될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 상기한 실시예들은 원격 형광체를 참조하여 설명되었지만, 다른 실시예는 컨포멀 형광체층과 함께 적어도 몇몇의 LED를 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이것은 특히 상이한 타입의 에미터로부터 상이한 컬러의 광을 방출하는 광원을 갖는 램프에 적용될 수 있다. 이들 실시예는 전술한 특징부들 중의 일부 또는 전부를 가질 수 있다.
도 42는 A19 크기 인벨로프(701) 내에 있는 본 발명에 따른 램프(700)의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 램프(700)는 도시된 것과 유사하지만 다소 상이한 형상을 갖는 히트 싱크 핀(703)을 갖는 히트 싱크(702)를 이용한다. 위의 실시예들과 마찬가지로, LED(도시하지 않음)는 LED 위의 형광체 캐리어(704) 및 디퓨저(706)와 함께 히트 싱크(702)의 평면형 표면 상에 탑재될 수 있다. LED 칩, 디퓨저(706), 및 형광체 캐리어(704)는 전술한 형상, 배치 및 특성 중의 어떠한 것도 포함할 수 있다. 램프(700)는 또한 전술한 다른 장착 기구뿐만 아니라 종래의 전기 리셉터클에 끼우기 위한 타입의 장착 기구(708)를 포함할 수 있으며, 이 실시예에서는 이 장착 기구는 표준 에디슨 소켓에 돌려넣기 위한 나사산 형성부를 포함할 수 있다. 돔 형상의 디퓨저(706)는 다수의 상이한 형상 및 크기로 될 수 있으며, 도시된 실시예에서는 "스쿼트 형상"으로 되며, 전술한 바와 같이 상이한 부분에 상이한 양의 디퓨저를 가질 수 있다.
히트 싱크(702)는 전원 공급 장치 유닛(712)을 수용하는 캐비티/하우징(710)을 포함할 수 있다. 전원 공급 장치 유닛(710)은 열도전성 포팅 재료 등을 포함한 전술한 전원 공급 장치 유닛의 특징부, 요소 또는 특성 중의 어떠한 것도 가질 수 있다. 전원 공급 장치 유닛(712)은 소스 전력을 LED 구동 신호로 변환하는 복수의 전자장치 요소(716)를 유지하는 인쇄 회로 기판(714)을 포함하며, 또한 램프(700)에 의해 방출된 광의 디밍을 가능하게 할 수 있다. 인쇄 회로 기판(714)은 캐비티/하우징(710) 내에 수직으로 탑재되는 것으로서 램프(700) 내에 도시되어 있지만, 다른 실시예에서 인쇄 회로 기판은 다른 방식 및 상이한 방향으로 탑재될 수 있으며, 전원 공급 장치 유닛(712)은 하나보다 많은 인쇄 회로 기판을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
상기한 실시예들은 상이한 형상 및 크기의 형광체층 또는 형광체 캐리어를 참조하여 설명하였지만, 다른 실시예는 전술한 것 이외의 상이한 형상 및 크기를 포함할 수 있다. 일례로서, 도 43 내지 도 46은 원하는 램프 또는 전구 크기 또는 발광 패턴을 달성하기 위해 본 발명에 따른 램프 또는 전구에 이용될 수 있는 형광체 캐리어(718, 720, 722, 726)의 추가의 실시예를 도시하고 있다. 이들은 본 발명에 의해 고려되는 다수의 상이한 형상 중의 일부에 불과하다.
본 발명을 특정의 바람직한 구성을 참조하여 상세하게 설명하였지만, 다른 구성도 가능하다. 예컨대, 본 발명의 LED 전구의 상이한 특징부 및 양태가 다양한 실시예에 관련하여 설명되었지만, 이러한 특징부 및 양태의 각각은 당해 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해되는 바와 같이 본 명세서에 개시된 실시예 중의 어떠한 실시예와 관련하여서도 유사하게 통합되거나 이용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 따라서, 본 발명의 사상 및 범위는 전술한 것으로 한정되지 않아야 한다.
Claims (57)
- 조명 장치에 있어서,
히트 싱크 상의 광원;
상기 히트 싱크 상에 위치하고 상기 광원으로부터 떨어져 이격되어 있는 디퓨저(diffuser); 및
상기 히트 싱크 상에 위치하고, 상기 광원과 상기 디퓨저 사이에 배치되며, 상기 광원과 상기 디퓨저로부터 이격되어 있는 파장 변환 재료
를 포함하며,
상기 램프는 실질적으로 균일한 발광 패턴을 방출하면서 A19 인벨로프(A 19 envelope) 내에 끼우도록 구성되는 것을 특징으로 하는 조명 장치. - 제1항에 있어서,
ENERGY STAR? 조건을 준수하는 발광 패턴을 방출하는, 조명 장치. - 제1항에 있어서,
상기 광원은 하나 이상의 발광 다이오드를 포함하는, 조명 장치. - 제1항에 있어서,
상기 파장 변환 재료는 열도전성 재료를 갖는 형광체 캐리어를 포함하는, 조명 장치. - 제1항에 있어서,
상기 디퓨저는 디퓨저 돔(diffuser dome)을 포함하는, 조명 장치. - 제1항에 있어서,
상기 디퓨저는 확산 재료를 포함하며, 상기 디퓨저는 더 많은 양의 확산 재료에 의해 덮여진 하나 이상의 영역을 갖는, 조명 장치. - 제1항에 있어서,
상기 디퓨저는 상기 광원 및/또는 상기 파장 변환 재료로부터의 광을 분산하는, 조명 장치. - 제1항에 있어서,
상기 파장 변환 재료는 3차원의 것인, 조명 장치. - 제1항에 있어서,
상기 파장 변환 재료는 평면형의 것인, 조명 장치. - 제1항에 있어서,
상기 파장 변환 재료는 실질적으로 원뿔-구형(frusto-spherical) 형상인, 조명 장치. - 제1항에 있어서,
상기 디퓨저는 실질적으로 원뿔-구형 형상인, 조명 장치. - 제1항에 있어서,
상기 파장 변환 재료 및 상기 디퓨저는 상기 파장 변환 재료 형광체 및 상기 디퓨저가 이중-돔 구조를 제공하도록 실질적으로 원뿔-구형 형상인, 조명 장치. - 제1항에 있어서,
상기 디퓨저는 상기 조명 장치가 작동하지 않을 때에 상기 파장 변환 재료의 외관을 적어도 부분적으로 가려주는, 조명 장치. - 제13항에 있어서,
상기 디퓨저는 상기 조명 장치가 작동하지 않을 때에 백색 외관을 나타내는, 조명 장치. - 제1항에 있어서,
적어도 800 루멘의 정상 상태 루멘 출력을 제공하는, 조명 장치. - 제1항에 있어서,
와트당 65 루멘 이상의 정상 상태 루멘 출력을 제공하는, 조명 장치. - 제1항에 있어서,
와트당 80 루멘 이상의 정상 상태 루멘 출력을 제공하는, 조명 장치. - 제16항에 있어서,
10 와트 미만에서 작동하는, 조명 장치. - 제1항에 있어서,
10 와트 또는 그 미만에서 800 루멘의 정상 상태 출력을 제공하는, 조명 장치. - 제1항에 있어서,
상기 디퓨저 돔과 상기 파장 변환 재료 아래의 전기 도전 특징부를 피복하기 위한 보호층을 더 포함하는, 조명 장치. - 제1항에 있어서,
상기 광원은 상기 히트 싱크에 탑재되는 인쇄 회로 기판 상에 탑재되며,
상기 조명 장치는 상기 인쇄 회로 기판 상의 전기 도전 특징부를 피복하기 위한 보호층을 더 포함하는, 조명 장치. - 제1항에 있어서,
80보다 큰 연색 지수(CRI)로 광을 방출하는, 조명 장치. - 제1항에 있어서,
90보다 큰 연색 지수(CRI)로 광을 방출하는, 조명 장치. - 제1항에 있어서,
상기 디퓨저로부터 방출된 광은 시야각의 범위 내에서 평균값의 20% 이내에 있는 공간 균일성을 갖는, 조명 장치. - 제24항에 있어서,
상기 시야각의 범위는 0°내지 135°인, 조명 장치. - 제24항에 있어서,
135°내지 180°시야각에서 총광속(total luminous flux)의 5%보다 많은 양을 갖는, 조명 장치. - 제1항에 있어서,
상기 형광체 캐리어의 하위 에지는 상기 디퓨저 돔의 하위 에지보다 높은, 조명 장치. - 조명 장치에 있어서,
히트 싱크 상의 광원;
상기 히트 싱크 상에 위치하고 상기 광원으로부터 떨어져 이격되어 있는 디퓨저(diffuser); 및
상기 히트 싱크 상에 위치하고, 상기 광원과 상기 디퓨저 사이에 배치되며, 상기 광원과 상기 디퓨저로부터 이격되어 있는 파장 변환 재료
를 포함하며,
상기 히트 싱크는 복수의 히트 핀(heat fin)을 포함하며, 각각의 히트 핀이 상기 조명 장치의 중심축으로부터 외측으로 각도를 이루는 하위 경사부와, 다시 상기 중심축 쪽으로 각도를 이루는 상위부를 가지며, 실질적으로 균일한 발광 패턴을 방출하는 것을 특징으로 하는 조명 장치. - 제28항에 있어서,
A19 크기 인벨로프에 끼우도록 구성되는, 조명 장치. - 제28항에 있어서,
상기 디퓨저는 디퓨저 돔을 포함하고, 상기 히트 핀은 상기 디퓨저 돔의 외측 측면 에지를 지나 연장하지 않는, 조명 장치. - 제28항에 있어서,
상기 파장 변환 재료 및 상기 디퓨저는, 상기 형광체 캐리어 및 상기 디퓨저가 이중-돔 구조를 형성하도록 실질적으로 원뿔-구형 형상인, 조명 장치. - 제28항에 있어서,
상기 히트 싱크는 20 내지 60개의 히트 핀(heat fin)을 포함하는, 조명 장치. - 제28항에 있어서,
상기 히트 싱크는 30 내지 50개의 히트 핀을 포함하는, 조명 장치. - 제28항에 있어서,
상기 히트 싱크는 대략 38개의 히트 핀을 포함하는, 조명 장치. - 제28항에 있어서,
상기 하위부는 상기 조명 장치의 중심축으로부터 150°이상의 각도를 갖는, 조명 장치. - 제28항에 있어서,
상기 상위부는 60°이하의 측정된 각도를 갖는, 조명 장치. - 제28항에 있어서,
상기 상위부는 50°이하의 측정된 각도를 갖는, 조명 장치. - 제28항에 있어서,
상기 상위부는 대략 42°의 측정된 각도를 갖는, 조명 장치. - 솔리드 스테이트 램프에 있어서,
복수의 히트 핀을 갖는 히트 싱크;
상기 히트 싱크 상에 탑재되는 솔리드 스테이트 광원;
상기 광원 위에서 상기 광원으로부터 떨어져 이격되는, 상기 히트 싱크 상의 형광체 캐리어; 및
상기 형광체 캐리어 위에서 상기 형광체 캐리어로부터 떨어져 이격되는, 상기 히트 싱크 상의 디퓨저
를 포함하며,
상기 형광체 캐리어 및 상기 디퓨저는 상기 형광체 캐리어 및 상기 디퓨저가 이중-돔 구조를 제공하도록 실질적으로 원뿔-구형(frusto-spherical) 형상이며,
상기 솔리드 스테이트 램프가 표준 크기 프로파일 내에 끼워지고, 실질적으로 균일한 발광 패턴을 방출하는 것을 특징으로 하는 솔리드 스테이트 램프. - 제39항에 있어서,
상기 표준 크기 인벨로프는 A19, A21 및 A23의 그룹 중의 하나를 포함하는, 솔리드 스테이트 램프. - 제39항에 있어서,
실질적으로 균일한 발광 패턴은 ENERGY STAR? 발광 조건을 충족하는, 솔리드 스테이트 램프. - 제39항에 있어서,
10 와트 또는 그 미만에서 800 루멘의 정상 상태 출력을 제공하는, 솔리드 스테이트 램프. - 제39항에 있어서,
상기 히트 핀은 상기 디퓨저의 측면 에지를 지나 연장하지 않는, 솔리드 스테이트 램프. - 제39항에 있어서,
상기 디퓨저는 상기 원뿔-구형 형상을 따라 하나 이상의 상이한 농도의 확산 재료를 포함하는, 솔리드 스테이트 램프. - 솔리드 스테이트 램프에 있어서,
와트당 80 루멘 이상의 효율로 광을 방출하고, 80보다 큰 연색 지수를 갖는 솔리트 스테이트 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 솔리드 스테이트 램프. - 제45항에 있어서,
90 이상의 연색 지수를 갖는 광을 방출하는, 솔리드 스테이트 램프. - 제45항에 있어서,
원격 형광체 돔을 더 포함하는, 솔리드 스테이트 램프. - 제45항에 있어서,
원격 형광체를 더 포함하는, 솔리드 스테이트 램프. - 제45항에 있어서,
형광체 캐리어를 더 포함하는, 솔리드 스테이트 램프. - 솔리드 스테이트 램프에 있어서,
와트당 80 루멘 이상의 효율로 광을 방출하고, A19 크기 인벨로프 내에 끼워지는 솔리드 스테이트 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 솔리드 스테이트 램프. - 솔리드 스테이트 램프에 있어서,
와트당 80 루멘 이상의 효율로 광을 방출하고, ENERGY STAR? 성능 조건을 준수하는 발광 패턴을 갖는 솔리드 스테이트 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 솔리드 스테이트 램프. - 솔리드 스테이트 램프에 있어서,
10 와트 또는 그 미만에서 와트당 80 루멘 이상의 효율로 광을 방출하는 솔리드 스테이트 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 솔리드 스테이트 램프. - 솔리드 스테이트 램프에 있어서,
와트당 80 루멘 이상의 효율로 광을 방출하고, 이중-돔 디퓨저 및 변환 재료 배열을 갖는 솔리드 스테이트 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 솔리드 스테이트 램프. - 솔리드 스테이트 램프에 있어서,
와트당 80 루멘 이상의 효율로 광을 방출하고, 3000 켈빈(Kelvin) 이하의 색온도를 갖는 솔리드 스테이트 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 솔리드 스테이트 램프. - 제54항에 있어서,
2700 켈빈 이하의 색온도를 갖는 광을 방출하는, 솔리드 스테이트 램프. - 솔리드 스테이트 램프에 있어서,
와트당 80 루멘 이상의 효율로 광을 방출하고, 25,000 시간 이상의 수명을 갖는 솔리드 스테이트 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 솔리드 스테이트 램프. - 솔리드 스테이트 램프에 있어서,
와트당 80 루멘 이상의 효율로 광을 방출하고, 50,000 시간 이상의 수명을 갖는 솔리드 스테이트 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 솔리드 스테이트 램프.
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