KR20130066690A - 제1 소자와 제2 소자를 포함한 발광 다이오드 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents

제1 소자와 제2 소자를 포함한 발광 다이오드 모듈 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR20130066690A
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게르하르트 쿤
알레스 마키탄
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오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하
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Abstract

제1 복사 방출 소자(1)와 제2 복사 방출 소자(2)를 포함하는 발광 다이오드 모듈(100)로서, 제1 동작 모드(M1)와 제2 동작 모드(M2)를 갖는 발광 다이오드 모듈(100)이 제공된다. 제1 복사 방출 소자(1)는 제1 광속(P1)을 갖는다. 제2 복사 방출 소자(2)는 제2 광속(P2)을 갖는다. 제1 동작 모드(M1)에서는, 발광 다이오드 모듈(100)이 80 내지 97의 범위의 연색 지수(CRI1)를 갖는 혼합 복사(SG)를 방출하도록 적어도 제1 광속(P1)과 제2 광속(P2)의 비가 설정된다. 제2 동작 모드(M2)에서는, 발광 다이오드 모듈(100)이 55 내지 70의 범위의 연색 지수(CRI2)를 갖는 혼합 복사(SG)를 방출하도록 적어도 제1 광속(P1)과 제2 광속(P2)의 비가 설정된다. 또한, 그러한 발광 다이오드 모듈(100)을 제조하는 방법이 제공된다.

Description

제1 소자와 제2 소자를 포함한 발광 다이오드 모듈 및 그 제조 방법{LIGHT-EMITTING DIODE MODULE COMPRISING A FIRST COMPONENT AND A SECOND COMPONENT AND METHOD FOR PRODUCING SAID MODULE}
본 발명은 청구항 1에 따른, 제1 복사 방출 소자와 제2 복사 방출 소자를 포함한 발광 다이오드 모듈에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 청구항 12에 따른, 그러한 발광 다이오드 모듈을 제조하는 방법에 관한 것이기도 하다.
간행물 DE 10 2005 037 571 A1에는, 조명 제어를 위한 시스템이 개시되어 있다.
예컨대, 가로등으로서 사용되는 발광 모듈은 통상적으로 원하는 복사 방출 및 모듈로부터 방출되는 복사의 원하는 색도 좌표가 생성되는 동작 모드로 동작하는 다수의 LED들을 포함한다. 그와 관련하여, 그러한 동작 모드에서 발광 모듈이 가능한 한 높은 연색 지수(color rendering index: CRI)를 갖도록 보장하는데 유의하여야 한다.
상이한 파장의 복사를 방출하고 그에 기인하여 상이한 발광 효율을 갖는 다수의 LED들을 포함한 모듈에서, 가능한 한 높은 연색 지수를 위해서는 LED들에 각각 높은 전력을 공급하는 것이 필요하다. 모듈의 전력을 줄이는 것이 필요하거나 바람직한 경우, 통상적으로 LED들의 밝기를 디밍(dimming)하거나, "듀티 사이클(duty cycle)", 즉 동작 시간의 비율 또는 동작 전류를 감소시킨다. 그러나 그와 같이 함에 있어서, 종래에는 상이한 LED들이 모두 다 동일한 정도로 디밍되었다.
본 발명의 과제는 모듈에 공급되는 전력이 감소하는 동시에 그 모듈의 발광 효율이 향상되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 과제는 그러한 발광 다이오드 모듈의 제조 방법을 제공하는 것이다.
그러한 과제는 특히 청구항 1의 특징들을 갖는 발광 다이오드 모듈 및 청구항 13의 특징들을 갖는 제조 방법에 의해 해결된다. 발광 다이오드 모듈 및 그 제조 방법의 바람직한 부가의 구성들이 종속 청구항들의 주제를 이루고 있다.
개선된 구성에 있어서, 적어도 하나의 제1 복사 방출 소자와 제2 복사 방출 소자를 포함한 발광 다이오드 모듈이 제공되는데, 발광 다이오드 모듈은 제1 동작 모드와 제2 동작 모드를 갖는다. 그러한 발광 다이오드 모듈에서, 제1 복사 방출 소자는 제1 파장의 복사를 방출하는데 적합하고, 제1 광속(luminous flux)을 갖는다. 제2 복사 방출 소자는 제1 파장과는 상이한 제2 파장의 복사를 방출하는데 적합하고, 제2 광속을 갖는다. 제1 동작 모드에서는, 발광 다이오드 모듈이 80 내지 97의 범위의 연색 지수를 갖는 혼합 복사를 방출하도록 적어도 제1 광속과 제2 광속의 비가 설정된다. 제2 동작 모드에서는, 발광 다이오드 모듈이 55 내지 70의 범위의 연색 지수를 갖는 혼합 복사를 방출하도록 적어도 제1 광속과 제2 광속의 비가 설정된다.
"컬러 랜더링 인덱스(Color Rendering Index; CRI)"라는 용어로도 알려져 있는 연색 지수는 동일한 상관 색 온도(correlated color temperature)의 복사 방출 소자들의 연색성(color rendering)의 품질을 기술할 수 있는 측광량(photometric quantity)을 의미한다. 여기서, 색 온도는 광원의 색 인상(color impression)의 척도이다.
광속은 사람의 눈의 민감도의 파장 의존성, 즉 V(λ) 곡선을 감안한 측광량이다.
즉, 발광 다이오드 모듈은 2개의 동작 모드들을 갖는데, 그 동작 모드들은 모듈의 지정된 적용에 상응하게 설정된다. 지정된 적용에서 발광 다이오드 모듈로부터 방출되는 복사의 높은 품질, 특히 높은 연색 지수가 요구된다면, 발광 다이오드 모듈은 제1 동작 모드로 설정된다. 그 반면에, 낮은 품질, 즉 낮은 연색 지수로도 충분하다면, 발광 다이오드 모듈은 모듈에 감소한 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 제2 동작 모드로 동작할 수 있다. 그럼으로써, 지정된 적용에 상응하게 그리고 그에 의존하여 설정된 동작 모드에 상응하게 모듈에 공급되는 소요 전력이 최적화되고, 특히 경제적으로 유익하게 설정될 수 있다. 특히, 제2 동작 모드에서는 그 제2 모드에서 모듈에 공급되는 소요 전력이 제1 모드에 비해 감소하도록 제1 광속과 제2 광속의 비가 설정될 수 있다.
특히, 발광 다이오드 모듈은 제1 동작 모드와 제2 동작 모드만, 즉 전체적으로 딱 2개의 작동 모드만을 갖는다. 환언하면, 그 경우에는 예컨대 동작 모드들 사이에서 무단으로 원하는 모드로 조절하는 것이 불가능하다. 즉, 발광 다이오드 모듈이 규정에 맞게 동작 중이라면, 제1 동작 모드 아니면 제2 동작 모드에 따른 광속이 방출된다.
예컨대, 낮은 연색 지수를 갖는 제2 동작 모드에서는, 발광 효율이 열악한 복사 방출 소자가 반드시 동작 상태로 스위칭-온 되는 것은 아니다. 즉, 적어도 제2 동작 모드에서는, 전력이 감소하는 동시에 발광 효율이 증가하는 것을 특징으로 하는 모듈이 생기게 된다. 따라서 20 % 내지 30 % 정도의 효율 증가를 갖는 모듈이 얻어질 수 있다.
여기서, 발광 효율은 소자로부터 방출되는 광속과 그것이 공급받는 전력의 몫(quotient)이다.
제2 동작 모드에서는, 제2 복사 방출 소자만이 전기적으로 구동 가능하거나 구동될 수 있다. 그 경우, 제1 복사 방출 소자는 제2 복사 방출 소자보다 낮은 발광 효율을 갖고, 그에 따라 제2 복사 방출 소자만이 동작할 경우에 공급되는 전력이 감소할 수 있다. 이때, 제1 복사 방출 소자의 광속은 거의 0이다.
대안적으로, 제2 동작 모드에서 제1 복사 방출 소자뿐만 아니라 제2 복사 방출 소자도 전기적으로 구동 가능하거나 구동될 수 있다. 그 경우, 제2 동작 모드에서는 제1 복사 방출 소자에 공급되는 전력 및 그에 따른 광속이 제1 동작 모드에 비해 감소하고, 그럼으로써 낮은 품질 및 낮은 연색 지수가 생성되지는 하지만, 바람직하게도 제2 모드에서 공급되는 전력이 감소한다. 따라서 지정된 사용에 상응하게 낮은 품질과 낮은 연색 지수로도 충분하다면, 동일한 모듈로 감소 전력 모드로 동작시키는 것이 가능하게 된다.
즉, 발광 다이오드 모듈은 감소 전력 모드(reduced electric mode)와 증가 전력 모드(enhanced electric mode)를 갖고, 원하는 적용에 따라 그러한 전력 모드들 중의 하나로 설정될 수 있다.
부가의 구성에 있어서, 발광 다이오드 모듈은 제1 동작 모드와 제2 동작 모드 사이에서 스위칭 가능하다. 즉, 발광 다이오드 모듈은 원하는 적용에 상응하게 예컨대 감소 전력 모드로부터 증가 전력 모드로 스위칭되거나 그 역으로 스위칭될 수 있다.
부가의 구성에 있어서, 제1 복사 방출 소자와 제2 복사 방출 소자는 별개로 전기적으로 구동 가능하다. 제1 복사 방출 소자와 제2 복사 방출 소자는 설정된 동작 모드에 의존하여 예정된 상호 비로 전력을 공급받을 수 있다.
부가의 구성에 있어서, 제1 동작 모드와 제2 동작 모드에서 제1 복사 방출 소자와 제2 복사 방출 소자가 각각 추가로 디밍될 수 있다. 그와 관련하여, 디밍(dimming)이란 제1 및/또는 제2 복사 방출 소자가 더 낮은 전압 및/또는 동작 전압으로 계속 동작하는 것을 의미한다. 환언하면, 복사 방출 소자들로부터 방출되는 복사 강도가 감소한다.
제1 및/또는 제2 복사 방출 소자를 전기적으로 구동하거나 그것에 전력을 공급하도록 구성된 구동 회로는 당업자에게 공지되어 있으므로, 여기서 그들을 상세하게 설명하지는 않기로 한다.
부가의 구성에 있어서, 제1 파장은 적색 스펙트럼 영역에 있고, 제2 파장은 녹색계 백색(greenish white) 스펙트럼 영역에 있다. 적색 복사 방출 소자는 녹색계 백색 복사 방출 소자에 비해 낮은 발광 효율을 갖는다. 그 경우, 제2 동작 모드에서는 제1 광속이 감소하도록 설정되거나 비활성화된다. 그럼으로써, 바람직하게도 발광 다이오드 모듈에 공급되는 전력이 감소하게 된다. 비활성화의 경우에는, 발광 다이오드 모듈이 제2 복사 방출 소자의 복사만을 방출한다.
부가의 구성에 있어서, 제1 동작 모드에서의 혼합 복사의 파장은 냉백색(cold white) 또는 온백색(warm white) 스펙트럼 영역에 있고, 제2 동작 모드에서의 혼합 복사의 파장은 녹색계 백색 스펙트럼 영역에 있다. 따라서 제1 동작 모드에서는 정해진 냉백색 또는 온백색 색도 좌표가 얻어지도록 복사 방출 소자들의 광속의 비가 구성된다.
"색도 좌표(chromaticity coordinate)"란 특히 CIE 색 공간에서 방출되는 복사의 색을 기술하는 수치를 의미한다.
발광 다이오드 모듈은 제1 동작 모드에서는 플랑크 곡선에 가까운 2100 K 내지 6500 K의 범위의 색 온도를 갖는 복사를 방출한다. 이때, 80 내지 97, 바람직하게는 90의 높은 범위에 있는 연색 지수가 얻어진다.
제2 동작 모드에서는, 제1 복사 방출 소자, 특히 적색 복사 방출 소자의 광속의 비율이 감소하도록 또는 특히 0으로 설정되고, 그에 따라 발광 다이오드 모듈이 녹색계 백색 스펙트럼 영역에 있는 제2 복사 방출 소자의 방출 복사를 방출한다. 바람직하게도 제2 복사 방출 소자가 제1 복사 방출 소자보다 높은 효율을 갖기 때문에, 제2 동작 모드에서는 동일한 광속으로도 모듈에 공급되는 전력이 감소하도록 설정될 수 있고, 그에 따라 20 % 내지 30 % 정도의 효율 증가가 가능하게 된다.
부가의 구성에 있어서, 제2 동작 모드에서는 제1 복사 방출 소자에 공급되는 전력 및/또는 그 복사 방출이 제2 복사 방출 소자에 공급되는 전력 및/또는 그 복사 방출보다 작다. 제1 복사 방출 소자가 제2 복사 방출 소자보다 낮은 발광 효율 또는 복사 효율을 갖기 때문에, 제2 동작 모드에서는 전체적으로 발광 다이오드 모듈에 공급되는 전력이 더 작아질 수 있다.
부가의 구성에 있어서, 발광 다이오드 모듈은 제3 복사 방출 소자를 포함하는데, 제3 복사 방출 소자는 제1 파장과는 상이한 제3 파장의 복사를 방출하는데 적합하다. 제3 복사 방출 소자는 제3 광속을 갖는다. 그 경우, 제1 동작 모드에서는 발광 다이오드 모듈이 80 내지 97의 범위의 연색 지수를 갖는 혼합 복사를 방출하도록 제1 광속과 제2 광속과 제3 광속의 비가 설정된다. 제2 동작 모드에서는, 발광 다이오드 모듈이 55 내지 70의 범위의 연색 지수를 갖는 혼합 복사를 방출하도록 제1 광속과 제2 광속과 제3 광속의 비가 설정된다.
이때, 제1 동작 모드에서는 2100 K 내지 6500 K의 범위의 가변적인 냉백색 또는 온백색 색도 좌표가 얻어지도록 3개의 복사 방출 소자들의 광속들의 비가 설정될 수 있다. 제2 동작 모드에서는, 제1 적색 복사 방출 소자의 광속의 비율이 감소할 수 있고, 그에 따라 공급되는 전력이 최적화될 수 있다.
부가의 구성에 있어서, 제3 파장은 청색 스펙트럼 영역에 있다. 이때, 제1 복사 방출 소자는 적색 복사를 방출하고, 제2 복사 방출 소자는 녹색계 백색 복사를 방출한다.
부가의 구성에 있어서, 제3 파장은 제2 파장의 파장 영역에 있다. 따라서 제3 복사 방출 소자와 제2 복사 방출 소자가 동일한 파장 영역, 바람직하게는 녹색계 백색 스펙트럼 영역의 복사를 방출한다. 제2 및 제3 복사 방출 소자들은 상이한 강도로 변환되어 녹색계 백색으로 방출되는 복사를 갖는 것이 바람직하다.
제2 동작 모드에서는, 각각의 지정된 적용에서 원하는 조명 밀도가 생성되도록 바람직하게는 녹색계 백색 복사 방출 소자들이 디밍될 수 있다.
부가의 구성에 있어서, 제1, 제2, 및/또는 제3 복사 방출 소자는 LED(발광 다이오드)이다. 이때, 복사 방출 소자들은 전자기 복사를 생성하는 활성층을 각각 포함한다. 이때, 활성층은 pn 접합(pn junction), 이중 헤테로 구조(double heterostructure), 단일 양자 우물 구조(single quantum well; SQW), 또는 다중 양자 우물 구조(multi quantum well; MQW)를 가질 수 있다. 여기서, 양자 우물 구조란 명칭은 양자화의 차원(dimensionality)에 대한 어떠한 의미도 드러내고 있는 것이 아니다. 즉, 양자 우물 구조란 명칭은 특히 양자 우물, 양자 와이어(quantum wire), 및 양자점(quantum point)과 그러한 구조들의 임의의 조합을 포괄하는 것이다.
복사 방출 소자들, 특히 활성층들은 적어도 하나의 Ⅲ/Ⅴ족 반도체 재료, 예컨대 InxGayAl1 -x- yP, InxGayAl1 -x- yN, 또는 InxGayAl1 -x- yAs의 재료계로 된 재료를 각각 함유하는데, 여기서 각각 0 ≤ x, y ≤ 1 및 x + y ≤ 1이다.
부가의 구성에 있어서, 발광 다이오드 모듈은 다수의 제1 복사 방출 소자들, 다수의 제2 복사 방출 소자들, 및/또는 다수의 제3 복사 방출 소자들을 포함한다. 여기서, 각각의 복사 방출 소자들의 수는 각각의 적용에 맞춰 설정된다. 제2 복사 방출 소자들의 수는 제1 복사 방출 소자들의 수보다 적어도 1만큼 더 큰 것이 바람직하다. 이때, 제1 복사 방출 소자들은 제2 복사 방출 소자들보다 낮은 발광 또는 발광 효율을 갖는다. 예컨대, 제1 복사 방출 소자들은 적색 LED들이고, 제2 복사 방출 소자들은 녹색계 백색 LED들이며, 제3 복사 방출 소자들은 청색 또는 녹색계 백색 LED들이다.
부가의 구성에 있어서, 발광 다이오드 모듈은 도로 조명, 터널 조명, 주차장 조명, 및/또는 창고 조명에 제공될 수 있다.
그와 같이 함에 있어서, 발광 다이오드 모듈의 동작은 러시아워(rush hour) 시에는 제1 동작 모드로 제공되고, 오프-아워(off-hour) 시에는 제2 동작 모드로 제공되는 것이 바람직하다. 오프-아워 시에는, 모듈의 품질에 대한 요구가 러시아워 시보다 낮다. 특히, 오프-아워 시에는 도로 등의 교통량이 덜하다. 따라서 낮은 연색 지수 및 그에 따른 낮은 품질로 모듈을 동작시키는 것으로도 모듈의 지정된 적용, 예컨대 순전히 방향 안내만 하는 것을 보장하는데 충분하다. 즉, 발광 다이오드 모듈은 오프 아워 시에는 제2 동작 모드로 동작할 수 있고, 그럼으로써 그 시간에 모듈이 감소한 공급 전력으로 동작할 수 있게 된다.
모듈을 주차장 조명으로서 적용하는 것은 제2 동작 모드로서 소위 "비상 조명(emergency lighting)"을 포함할 수 있다. 예컨대, 주차장이 어느 예정된 시간에 문을 닫아 주차장에 들어갈 수 없다면, 주차장의 조명으로서는 비상 조명으로도 방향 안내를 보장하는데 충분하다. 그 경우, 발광 다이오드 모듈은 제2 동작 모드로 동작하는데, 이때 그 모드에서 동작하는 소자들의 휘도가 공급되는 전력의 감소에 의해 추가로 디밍된다.
그러한 "비상 조명"은 예컨대 터널에서의 발광 다이오드 모듈의 경우와 같은 다른 적용들에서도 사용될 수 있다.
발광 다이오드 모듈의 각각의 지정된 적용 및 사용에 의존하여, 모듈에 공급되는 전력이 최적으로 그리고 경제적으로 유익하게 설정될 수 있다.
적어도 하나의 제1 복사 방출 소자와 제2 복사 방출 소자를 포함한 발광 다이오드 모듈로서, 제1 동작 모드와 제2 동작 모드를 갖는 발광 다이오드 모듈을 제조하는 방법에서는,
- 캐리어를 제공하는 방법 단계, 및
- 캐리어 상에 제1 복사 방출 소자와 제2 복사 방출 소자를 배치하는 방법 단계를 사용하되,
- 제1 복사 방출 소자는 제1 파장의 복사를 방출하는데 적합하고, 제1 광속을 가지며,
- 제2 복사 방출 소자는 제1 파장과는 상이한 제2 파장의 복사를 방출하는데 적합하고, 제2 광속을 가지며,
- 제1 동작 모드에서는 발광 다이오드 모듈이 80 내지 97의 범위의 연색 지수를 갖는 혼합 복사를 방출하도록 적어도 제1 광속과 제2 광속의 비를 설정하고,
- 제2 동작 모드에서는 발광 다이오드 모듈이 55 내지 70의 범위의 연색 지수를 갖는 혼합 복사를 방출하도록 적어도 제1 광속과 제2 광속의 비를 설정한다.
그러한 발광 다이오드 모듈의 제조 방법의 바람직한 부가의 구성들은 발광 다이오드 모듈의 바람직한 부가의 구성들과 유사하게 주어지고, 또한 그 역으로도 유사하게 주어진다.
바람직한 부가의 구성에 있어서, 제1 파장과는 상이한 제3 파장의 복사를 방출하는데 적합하고 제3 광속을 갖는 제3 복사 방출 소자를 캐리어 상에 배치한다. 그 경우, 제1 동작 모드에서는 발광 다이오드 모듈이 80 내지 97의 범위의 연색 지수를 갖는 혼합 복사를 방출하도록 제1 광속과 제2 광속과 제3 광속의 비를 설정한다. 제2 동작 모드에서는, 발광 다이오드 모듈이 55 내지 70의 범위의 연색 지수를 갖는 혼합 복사를 방출하도록 제1 광속과 제2 광속과 제3 광속의 비를 설정한다.
제1 동작 모드와 제2 동작 모드에서의 색 인상과 색 온도는 지정된 적용에 상응하게 달라진다. 특히, 제1 동작 모드에서는 발광 다이오드 모듈이 냉백색 또는 온백색 색조를 방출하는 반면, 제2 동작 모드에서는 발광 다이오드 모듈이 바람직하게는 녹색계 백색 색조의 혼합 복사를 방출한다.
도 1 내지 도 5와 연계하여 이하에서 설명하는 실시예들로부터 본 발명에 따른 발광 다이오드 모듈 및 그 제조 방법의 또 다른 특징들, 이점들, 개선들, 및 적합성이 명확히 드러날 것이다. 첨부 도면들 중에서,
도 1A 내지 도 1C, 2A, 2B, 3A, 및 3B는 상이한 동작 모드들에 있는 본 발명에 따른 발광 다이오드 모듈의 실시예를 개략적인 단면도로 각각 나타낸 도면들이고,
도 4는 본 발명에 따른 제조 방법과 관련된 개략적인 흐름도를 나타낸 도면이며,
도 5는 본 발명에 따른 값들이 표시된 CIE 색도도(chromaticity diagram)를 개략적으로 나타낸 도면이다.
동일하거나 동일하게 작용하는 구성 요소들은 각각 동일한 도면 부호들을 갖는다. 도시된 구성 요소들 및 구성 요소들의 상호 크기 비율은 축척에 맞는 것으로 보아서는 안 된다.
도 1A에는, 캐리어(4), 그 위에 배치된 제1 복사 방출 소자(1), 및 캐리어(4) 상에 배치된 제2 복사 방출 소자(2)를 포함한 발광 다이오드 모듈(100)이 도시되어 있다. 제1 복사 방출 소자(1)는 제1 파장(λ1)의 복사를 방출하는데 적합하고, 제1 광속(P1)을 갖는다. 제2 복사 방출 소자(2)는 제1 파장(λ1)과는 상이한 제2 파장(λ2)의 복사를 방출하는데 적합하고, 제2 광속(P2)을 갖는다.
복사 방출 소자들(1, 2)은 동작 중에 전자기 복사를 방출하는데 적합한 활성층을 각각 포함한다. 복사 방출 소자들(1, 2)은 반도체 소자를, 바람직하게는 LED들, 더욱 바람직하게는 박막 LED들이다.
예컨대, 제1 파장(λ1)은 적색 스펙트럼 영역에 있고, 제2 파장(λ2)은 녹색계 백색 스펙트럼 영역에 있다.
복사 방출 소자들(1, 2)은 캐리어(4)의 반대쪽을 향한 복사 출사면을 각각 갖는다. 복사 방출 소자들로부터 방출되는 복사는 대부분 복사 출사면들로부터 각각 출사하는 것이 바람직하다. 예컨대, 복사 방출 소자들(1, 2)은 표면 발광 소자들이다.
발광 다이오드 모듈(100)은 동작 중에 제1 복사 방출 소자(1)로부터 방출되는 복사와 제2 복사 방출 소자(2)로부터 방출되는 복사가 중첩된 혼합 복사(SG)를 방출한다. 발광 다이오드 모듈(100)로부터 방출되는 혼합 복사(SG)는 백색 복사인 것이 바람직하다.
도 1A 내지 도 1C에는, 상이한 동작 모드들로 동작 중에 있는 발광 다이오드 모듈(100)이 각각 도시되어 있다. 즉, 발광 다이오드 모듈(100)은 그 발광 다이오드 모듈(100)이 그 해당 모드로 동작할 수 있는 제1 동작 모드(M1)와 제2 동작 모드(M2)를 갖는다. 제1 동작 모드로부터 제2 동작 모드로의 스위칭 또는 그 역으로의 스위칭이 가능하다.
동작 모드들은 특히 제2 광속(P2)에 대한 제1 광속(P1)의 비에 있어 상이하다. 예컨대, 도 1A에 도시된 바와 같은 제1 동작 모드(M1)에서는, 발광 다이오드 모듈(100)이 80 내지 97의 범위의 연색 지수(CRI1)를 갖는 혼합 복사(SG)를 방출하도록 제1 광속(P1)과 제2 광속(P2)의 비가 설정된다. 즉, 발광 다이오드 모듈은 제1 동작 모드(M1)에서는 높은 품질을 갖는 복사를 방출한다. 예컨대, 도 1A의 실시예의 발광 다이오드 모듈(100)은 냉백색 또는 온백색 스펙트럼의 영역의 혼합 복사(SG)를 방출한다.
도 1A에 도시된 바와 같이, 발광 다이오드 모듈(100)이 제1 동작 모드(M1)로 동작하면, 높은 품질의 복사 방출 및 높은 품질의 연색 지수가 생성되되, 색 온도는 냉백색 또는 온백색 스펙트럼 영역에 있게 된다. 이때, 복사 방출 소자들(1, 2)에 공급되는 전력(L1, L2)은 방출되는 혼합 복사의 가능한 한 높은 품질이 얻어질 수 있도록 설정된다. 발광 다이오드 모듈의 제1 동작 모드는 "증가 전력 모드"로도 지칭될 수 있다.
발광 다이오드 모듈(100)은 "감소 전력 모드"로도 지칭될 수 있는 제2 동작 모드(M2)를 갖는다. 원하는 적용에 따라, 발광 다이오드 모듈은 모드들 중의 하나로 설정될 수 있거나 설정된다. 제2 동작 모드로 동작하는 발광 다이오드 모듈이 예컨대 도 1B 및 도 1C에 도시되어 있다.
제1 동작 모드(M1)로 동작하는 발광 다이오드 모듈과는 달리, 제2 동작 모드(M2)에서는 제1 복사 방출 소자(1)에 공급되는 전력이 감소하고, 그에 따라 제1 복사 방출 소자(1)의 복사 방출 및 광속이 감소한다. 그럼으로써, 제 동작 모드(M1)에서보다 낮은 연색 지수(CRI2)를 갖는 발광 다이오드 모듈의 혼합 복사(SG)가 주어진다. 제2 동작 모드에서의 연색 지수는 예컨대 55 내지 70의 범위에 있는 반면에, 제1 동작 모드에서의 연색 지수는 80 내지 97의 범위에 있다.
혼합 복사(SG)의 색 온도도 역시 제1 동작 모드(M1)와 대비하여 변하게 된다. 제1 동작 모드(M1)에서는, 혼합 복사가 냉백색 또는 온백색 스펙트럼 영역에 있다. 그 반면에, 제2 동작 모드(M2)에서의 혼합 복사는 녹색계 백색 스펙트럼 영역에 있다. 따라서 제2 동작 모드(M2)에서는, 발광 다이오드 모듈(100)이 제1 동작 모드(M1)에서보다 낮은 품질의 혼합 복사, 특히 낮은 연색 지수 및 다른 색 온도를 갖는 혼합 복사를 방출하는데, 제2 동작 모드(M2)는 바람직하게는 발광 다이오드 모듈에 공급되는 전력이 감소하는 것을 특징으로 한다. 그럼으로써, 발광 다이오드 모듈이 지정된 적용에 상응하게 그에 합당한 모드로 설정될 수 있거나 설정된다. 따라서 발광 다이오드 모듈은 반드시 높은 색 품질을 갖지만 제2 동작 모드(M2)에 비해 증가한 전력 소비를 특징으로 하는 제1 동작 모드(M1)로만 동작할 수 있는 것이 아니다.
제2 동작 모드(M2)에서는, 도 1B에 도시된 바와 같이, 제1 복사 방출 소자(1)와 제2 복사 방출 소자(2)가 전기적으로 구동된다. 그 경우, 제1 동작 모드(M1)와 대비하여, 제1 복사 방출 소자(1)에 공급되는 전력 및 그 광속이 줄어든다. 대안적으로, 발광 다이오드 모듈(100)은 도 1C에 도시된 바와 같이 제2 동작 모드(M2)에서 제2 복사 방출 소자(2)만이 전기적으로 구동되도록 동작할 수도 있다.
제1 복사 방출 소자(1), 즉 적색 방출 LED는 열악한 복사 출력을 갖기 때문에, 제2 동작 모드(M2)에서는 발광 다이오드 모듈의 복사 출력이 전체적으로 향상될 수 있다. 그럼으로써, 예컨대 20 % 내지 30 % 정도의 효율 증가가 주어진다.
도 1A 내지 도 1C에서는, 개개의 복사 방출 소자들(1, 2) 및 발광 다이오드 모듈(100)의 방출 복사들이 화살표들로 도시되어 있다.
도 2A 및 도 2B에는, 옆으로 서로 나란히 캐리어(4) 상에 배치된 3개의 복사 방출 소자들(1, 2, 3)을 포함한 발광 다이오드 모듈(100)이 각각 도시되어 있다.
도 2A의 실시예는 근본적으로 그러한 제3 복사 방출 소자(3)에 의해 도 1A의 실시예와 구별된다. 여기서, 도 2A의 실시예는 제1 동작 모드(M1)에 있다. 도 2B의 실시예는 근본적으로 제3 복사 방출 소자(3)에 의해 도 1B의 실시예와 구별되는데, 도 2B의 실시예의 발광 다이오드 모듈(100)은 제 2 동작 모드(M2)에 있다.
제3 복사 방출 소자(3)는 동작 중에 제1 파장(λ1)과는 상이한 제3 파장(λ3)의 복사를 방출하는데 적합하다. 제3 복사 방출 소자(3)는 동작 중에 제3 광속(P3)을 갖는다. 제3 파장(λ3)은 제2 파장(λ2)의 파장 영역, 즉 녹색계 백색 스펙트럼 영역에 있는 것이 바람직하다.
도 2A에 도시된 바와 같은 제1 동작 모드에서는, 발광 다이오드 모듈(100)이 80 내지 97의 범위의 연색 지수(CRI1)를 갖는 혼합 복사(SG)를 방출하도록 제1 광속(P1)과 제2 광속(P2)과 제3 광속(P3)의 비가 설정된다. 따라서 그러한 동작으로 동작하는 발광 다이오드 모듈은 방출되는 혼합 복사의 높은 색 품질을 갖는다.
그 반면에, 제2 동작 모드에서는, 도 2B에 도시된 바와 같이, 발광 다이오드 모듈(100)이 55 내지 70의 범위의 연색 지수(CRI2)를 갖는 혼합 복사(SG)를 방출하도록 제1 광속(P1)과 제2 광속(P2)과 제3 광속(P3)의 비가 설정된다. 따라서 이때에는, 복사의 색 품질이 제1 동작 모드에 비해 감소하는데, 그에 의해 유리하게도 공급되는 전력이 낮아지게 된다. 그럼으로써, 제2 동작 모드는 경제적으로 유익한 전력 공급을 갖는 감소 전력 모드가 된다.
그 밖의 점에 있어서, 도 2A의 실시예는 도 1A의 실시예와 근본적으로 일치하고, 도 2B의 실시예는 도 1B의 실시예와 근본적으로 일치한다.
도 3A 및 도 3B에는, 발광 다이오드 모듈의 또 다른 단면도가 도시되어 있다. 도 3A의 실시예는 발광 다이오드 모듈이 다수의 제1 복사 방출 소자들(1), 다수의 제2 복사 방출 소자들(2), 및 다수의 제3 복사 방출 소자들(3)을 포함한다는 점에서 도 2A의 실시예와 구별된다. 그 경우, 발광 다이오드 모듈(100)은 제1 복사 방출 소자들(1), 제2 복사 방출 소자들(2), 및 제3 복사 방출 소자(3)의 방출되는 복사들의 혼합 복사(SG)를 방출한다. 도 3A의 실시예의 발광 다이오드 모듈(100)은 제1 동작 모드(M1)로, 즉 높은 품질로 많은 전력을 소비하면서 동작하고 있다.
도 3B의 실시예는 제2 동작 모드에 있는 도 3A의 실시예의 발광 다이오드 모듈을 도시하고 있다. 따라서 발광 다이오드 모듈은 낮은 품질, 다른 색 온도, 및 낮은 전력 소비를 갖는 혼합 복사(SG)를 방출한다.
제2 동작 모드에서는, 제1 복사 방출 소자의 광속의 비율이 감소하거나 제1 복사 방출 소자가 비활성화된다. 선택적으로, 제2 및/또는 제3 복사 방출 소자의 광속이 추가로 감소할 수도 있다. 또한, 지정된 적용에 대해 원하는 조명 밀도가 얻어지도록 제2 및/또는 제3 복사 방출 소자가 추가로 디밍될 수 있다.
그 밖의 점에 있어서, 도 3A의 실시예는 도 2A의 실시예와 근본적으로 일치하고, 도 3B의 실시예는 도 2B의 실시예와 근본적으로 일치한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 발광 다이오드 모듈은 특히 도로 조명(가로등), 터널 조명, 주차장 조명, 또는 창고 조명으로서 사용하기 적합하다. 그와 같이 사용함에 있어서, 러시아워에서는 발광 다이오드 모듈이 제1 동작 모드로 동작하는 반면에, 오프-아워에서는 발광 다이오드 모듈이 제2 동작 모드로 동작하는 것이 바람직하다. 바로 러시아워에만 그러한 발광 다이오드 모듈을 높은 색 품질로 동작시키는 것을 추천할만하다. 그 반면에, 오프-아워에는, 즉 교통이 한가한 시간에는, 발광 다이오드 모듈로부터 방출되는 복사의 낮은 색 품질로도 이미 의도된 기술적 효과를 충족시키는데, 즉 예컨대 도로 조명으로서의 역할을 하는데 충분하다.
따라서 그와 같이 사용되는 발광 다이오드 모듈은 온종일 높은 색 품질과 높은 전력 소비로 동작하는 것이 아니라, 합당한 전력 소비를 특징으로 하는 제2 동작 모드를 가질 수도 있다.
도 4에는, 본 발명에 따른 발광 다이오드 모듈(100)을 제조하는 방법의 흐름도가 도시되어 있다. 방법 단계 V1에서는 캐리어를 제공하고, 방법 단계 V2에서는 적어도 하나의 제1 복사 방출 소자(1)와 제2 복사 방출 소자(2)를 캐리어 상에 배치한다.
발광 다이오드 모듈의 동작 모드들을 구성하기 위해, 방법 단계 V3에서 제1 동작 모드와 제2 동작 모드를 설정한다. 제1 동작 모드에서는, 발광 다이오드 모듈이 80 내지 97의 범위의 연색 지수를 갖는 혼합 복사를 방출하도록 제2 광속에 대한 제1 광속의 비를 설정한다. 제2 동작 모드에서는, 발광 다이오드 모듈이 55 내지 70의 범위의 연색 지수를 갖는 혼합 복사를 방출하도록 제2 광속에 대한 제1 광속의 비를 설정한다. 그를 위해, 제2 동작 모드에서는 제1 복사 방출 소자의 광속을 감소시키거나 0으로 설정한다.
즉, 그와 같이 제조된 발광 다이오드 모듈은 색 품질, 색 온도, 및 전력 소비에 있어 상이한 2개의 동작 모드들을 갖게 된다. 따라서 지정된 적용 및 원하는 적용에 따라, 발광 다이오드 모듈의 동작 모드를 선택할 수 있다.
도 4와 관련지어 설명한 제조 방법은 특히 도 1, 도 2, 또는 도 3의 실시예들 중의 하나에 따른 발광 다이오드 모듈을 제조하는데 적합하다.
도 5에는, 보는 사람(viewer)이 인지하는 3차원 공간이 그려져 있는 CIE 색도도가 도시되어 있다. 가능한 색들의 편자(horseshoe)형 면이 좌표계에 기입되어 있는데, 좌표계에서는 임의의 색의 CIE 표준의 이론적 삼원색 X(적색), Y(녹색), 및 Z(청색)의 X 성분과 Y 성분을 직접 판독할 수 있다. 그러한 색도도에는, 제2 복사 방출 소자로부터 방출되는 복사(S1)가 기입되어 있다. 이때, 방출되는 파장 스펙트럼은 적색 스펙트럼 영역에 있다. 그러한 LED들은 낮은 발광 효율을 갖는다.
또한, 제2 복사 방출 소자로부터 방출되는 복사(S2)가 기입되어 있는, 그 파장은 녹색계 백색 스펙트럼 영역에 있다. 대안적으로, 단색, 황색, 또는 녹색 LED들이 제2 복사 방출 소자로서 사용될 수도 있다.
제1 동작 모드에서 방출되는 발광 다이오드 모듈의 혼합 복사는 색도도에서 도면 부호 "M1"으로 표시되어 있다. 그러한 스펙트럼은 냉백색 또는 온백색 스펙트럼 영역의 색 온도 영역에서 색 연출이 매우 우수하면서 양호한 효율을 보인다. 그러한 동작 모드(M1)에서는, 제1 복사 방출 소자뿐만 아니라 제2 복사 방출 소자도 전기적으로 구동된다. 따라서 적색 LED와 녹색계 백색 LED가 발광 다이오드 모듈의 동작 중에 제1 모드로 구동된다.
색도도에는, 제2 동작 모드(M2)도 또한 표시되어 있다. 그 동작 모드에서 방출되는 그러한 스펙트럼은 색 연출의 품질이 낮으면서도 높은 효율을 갖는다. 그러한 동작 모드에서는, 예컨대 제2 복사 방출 소자, 즉 녹색계 백색 LED만이 동작하거나 전기적으로 구동된다.
발광 다이오드 모듈은 2개의 동작 모드들로 동작할 수 있으므로, 지정된 적용에 따라 그에 적합한 발광 다이오드 모듈의 모드를 선택할 수 있다.
본 발명은 실시예들에 의거한 설명으로 인해 그들에 한정되는 것이 아니다. 오히려, 본 발명은 임의의 새로운 특징 및 특징들의 임의의 조합을 설혹 그 특징 또는 조합이 특허 청구 범위 또는 실시예들에 명시적으로 기재되어 있지 않더라도 포함하는 것으로, 특히 그것은 특허 청구 범위의 특징들의 임의의 조합을 포함한다.
본 특허 출원은 독일 특허 출원 10 2010 047 941.1의 우선권을 주장하는바, 이로써 그 개시 내용이 본원에 참조로 포함된다.

Claims (14)

  1. 적어도 하나의 제1 복사 방출 소자(1)와 제2 복사 방출 소자(2)를 포함하고, 제1 동작 모드(M1)와 제2 동작 모드(M2)를 갖는 발광 다이오드 모듈(100)에 있어서,
    제1 복사 방출 소자(1)는 제1 파장의 복사(λ1)를 방출하는데 적합하고, 제1 광속(P1)을 가지며,
    제2 복사 방출 소자(2)는 제1 파장(λ1)과는 상이한 제2 파장(λ2)의 복사를 방출하는데 적합하고, 제2 광속(P2)을 가지며,
    제1 동작 모드(M1)에서는, 발광 다이오드 모듈(100)이 80 내지 97의 범위의 연색 지수(CRI1)를 갖는 혼합 복사(SG)를 방출하도록 적어도 제1 광속(P1)과 제2 광속(P2)의 비가 설정되고,
    제2 동작 모드(M2)에서는, 발광 다이오드 모듈(100)이 55 내지 70의 범위의 연색 지수(CRI2)를 갖는 혼합 복사(SG)를 방출하도록 적어도 제1 광속(P1)과 제2 광속(P2)의 비가 설정되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 제1 파장(λ1)은 적색 스펙트럼 영역에 있고, 제2 파장(λ2)은 녹색계 백색 스펙트럼 영역에 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제1 동작 모드(M1)에서의 혼합 복사(SG)의 파장(λG)은 냉백색 또는 온백색 스펙트럼 영역에 있고, 제2 동작 모드(M2)에서의 혼합 복사(SG)의 파장(λG)은 녹색계 백색 스펙트럼 영역에 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 동작 모드(M2)에서 제1 복사 방출 소자(1)에 공급되는 전력(L1) 및/또는 그 복사 방출(S1)은 제2 복사 방출 소자(2)에 공급되는 전력(L2) 및/또는 그 복사 방출(S2)보다 작은 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 복사 방출 소자(3)를 포함하되, 제3 복사 방출 소자(3)는 제1 파장(λ1)과는 상이한 제3 파장(λ3)의 복사를 방출하는데 적합하고, 제3 광속(P3)을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈.
  6. 제 5 항에 있어서, 제3 파장(λ3)은 청색 스펙트럼 영역에 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈.
  7. 제 5 항에 있어서, 제3 파장(λ3)은 제2 파장(λ2)의 파장 영역에 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 제1, 제2, 및/또는 제3 복사 방출 소자(1, 2, 3)는 LED인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 다수의 제1 복사 방출 소자들(1), 다수의 제2 복사 방출 소자들(2), 및/또는 다수의 제3 복사 방출 소자들(3)을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 도로 조명, 터널 조명, 주차장 조명, 및/또는 창고 조명에 제공되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈.
  11. 제 10 항에 있어서, 제1 동작 모드(M1)에서는 러시아워에서의 동작에 제공되고, 제2 동작 모드(M2)에서는 오프-아워에서의 동작에 제공되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈.
  12. 제 2 항, 제 4 항, 제 8 항, 및 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 딱 2개의 동작 모드들(M1, M2)만을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈.
  13. 적어도 하나의 제1 복사 방출 소자(1)와 제2 복사 방출 소자(2)를 포함하고, 제1 동작 모드(M1)와 제2 동작 모드(M2)를 갖는 발광 다이오드 모듈(100)을 제조하는 방법에 있어서,
    캐리어(4)를 제공하는 방법 단계, 및
    캐리어(4) 상에 제1 복사 방출 소자(1)와 제2 복사 방출 소자(2)를 배치하는 단계를 포함하되,
    제1 복사 방출 소자(1)는 제1 파장의 복사(λ1)를 방출하는데 적합하고, 제1 광속(P1)을 가지며,
    제2 복사 방출 소자(2)는 제1 파장(λ1)과는 상이한 제2 파장(λ2)의 복사를 방출하는데 적합하고, 제2 광속(P2)을 가지며,
    제1 동작 모드(M1)에서는, 발광 다이오드 모듈(100)이 80 내지 97의 범위의 연색 지수(CRI1)를 갖는 혼합 복사(SG)를 방출하도록 적어도 제1 광속(P1)과 제2 광속(P2)의 비를 설정하고,
    제2 동작 모드(M2)에서는, 발광 다이오드 모듈(100)이 55 내지 70의 범위의 연색 지수(CRI2)를 갖는 혼합 복사(SG)를 방출하도록 적어도 제1 광속(P1)과 제2 광속(P2)의 비를 설정하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 제1 파장(λ1)과는 상이한 제3 파장(λ3)의 복사를 방출하는데 적합하고 제3 광속(P3)을 갖는 제3 복사 방출 소자(3)를 캐리어(4) 상에 배치하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈의 제조 방법.
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