KR20140000297A - 도광체 및 광발광 물질을 갖는 고체 상태 램프 - Google Patents

도광체 및 광발광 물질을 갖는 고체 상태 램프 Download PDF

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Abstract

고체 상태 램프는 적어도 하나의 광 방출면을 구비하는 도광체와, 상기 도광체에 광을 연결하도록 구성된 적어도 하나의 고체 상태 광원(LED)을 포함한다. 램프는 상기 도광체로부터 광의 방출을 촉진하기 위해 광 추출 특징부의 패턴을 더 포함하며, 여기서 상기 광 추출 특징부의 패턴은 상기 도광체의 적어도 하나의 면에 형성된다.

Description

도광체 및 광발광 물질을 갖는 고체 상태 램프{SOLID-STATE LAMPS WITH LIGHT GUIDE AND PHOTOLUMINESCENCE MATERIAL}
본 발명은 도광체(light guide) 및 광발광 물질(photoluminescence)을 구비하는 고체 상태 램프(solid-state lamp)에 관한 것이다. 보다 상세하게는 배타적이지는 않게 본 발명은 LED(Light Emitting Diodes)에 기초한 램프에 관한 것이다.
백색 광을 방출하는 LED("백색 LED")가 알려져 있고 비교적 최근의 혁신이다. LED에 기초한 백색 광원을 개발하는 것은 전자기 스펙트럼에서 청색/자외선 부분에서 발광하는 LED가 개발되고서야 실용화되었다. 예를 들어, US 5,998,925에 개시된 바와 같이, 백색 LED는 LED에 의해 방출된 복사선의 일부를 흡수하고 상이한 색상(파장)의 광을 재방출하는 하나 이상의 광발광(photo-luminescence)(예를 들어, 인광체(phosphor)) 물질을 포함한다. 일반적으로, LED 칩(chip) 또는 다이(die)는 청색 광을 생성하고 인광체 물질(들)은 이 청색 광의 일정 비율을 흡수하고 황색 광 또는 녹색과 적색 광의 조합, 녹색과 황색 광의 조합, 녹색 및 오렌지색의 조합, 또는 황색과 적색 광의 조합을 재방출한다. 인광체 물질(들)에 의해 방출된 광과, 인광체 물질에 의해 흡수되지 않은 LED에 의해 생성된 청색 광 부분이 결합하여 사람의 눈에 색상이 거의 백색인 것으로 보이는 광을 제공한다.
긴 예상 동작 수명(>50,000시간)과 높은 휘도 효율(와트당 80루멘 이상)로 인해, 높은 휘도 백색 LED는 종래의 형광 광원, 콤팩트한 형광 광원 및 백열 광원을 대체하기 위해 점점 더 사용되고 있다.
종래에 분말 인광체 물질은 광 투과성 액체 바인더, 일반적으로 실리콘 또는 에폭시와 혼합되고, 이 혼합물은 LED 다이가 인광체 물질로 캡슐화되도록 LED 다이의 광 방출면(light emitting surface)에 직접 적용된다. 일반적인 조명, 차량 헤드라이트 등과 같은 높은 방출 휘도(emission radiance)를 요구하는 응용에서는 높은 입력 출력 LED 다이, 일반적으로 1W 이상의 사용을 요구한다. 인광체 캡슐화된 LED에서 LED의 높은 동작 온도는 인광체를 열화(degrade)시켜 감소된 광 효율, 방출된 광의 색상 이동 및 단축된 수명을 초래할 수 있다. 예를 들어, 100도에서 동작하는 인광체 캡슐화된 LED에서 인광체(광발광) 생성된 광의 양은 60도에서 동작하는 인광체 캡슐화된 LED에 비해 약 10%만큼 떨어질 수 있다. 인광체의 열 열화의 문제를 해결하기 위해 LED 다이에서 원격에, 즉 LED 다이로부터 물리적으로 분리되어 인광체를 제공하여 인광체로 열 전달을 방지하거나 적어도 감소시키는 것이 알려져 있다. 이러한 발광 디바이스 및 램프는 본 특허 명세서에서 "원격 인광체(remote phosphor)" 디바이스라고 지칭된다.
US 7,070,300 B2 "Remote wavelength conversion in an illumination device"는 파장 변환 요소(wavelength converting element), 일반적으로 인광체 층이 이 요소를 여기(excite)시키는데 사용되는 광원(LED)로부터 물리적으로 분리된 조명 디바이스를 개시한다. 요소에 의해 방출되어 변환된 광이 광원에 입사하는 것을 방지하기 위하여 파장 변환 요소는 광원과 파장 변환 요소 사이에 배치된 색상 분리 요소(color separation element), 다이크로익 요소(dichroic element)에 의하여 LED로부터 광학적으로 분리된다.
Li에 의한 미국 특허 출원 US 2008/02118992 A1에 개시된 바와 같이 인광체 물질은 LED 다이에서 원격에 위치된 광학 부품 상에 층으로 제공되거나 이 광학 부품 내에 병합될 수 있다. 원격 인광체는 더 낮은 온도 환경에 위치되고 공기 갭(air gap)이나 다른 광학 매체에 의하여 LED 다이로부터 분리될 수 있어 더 높은 광학 효율, 색상 안정성 및 더 긴 수명을 초래할 수 있다.
본 발명자는 원격 인광체 디바이스에 대한 문제가 균일한 광 방출 강도와 색상을 보장하기 위해 LED 다이(들)로부터 나오는 광을 원격 인광체 면을 균일하게 조명하는 것으로 이해하였다. LED가 점광원(point source)에 근접하는 것으로 인해 이것은 LED(들)의 위치에 대응하는 핫스팟(hot spot)을 초래할 수 있다. 이 문제를 해결하기 위하여 확산기(diffuser)를 사용하여 방출된 광의 균일성을 증가시키는 것이 알려져 있다. 확산기를 사용하는 것이 방출 균일성을 개선시킬 수 있으나 이것은 디바이스의 전체 방출 휘도와 휘도 효율을 감소시킨다.
도광체(도파로)는 매우 국소적인(통상적으로 점 또는 선형) 광원을 균일한 휘도 면으로 변환하는데 사용된다. 예를 들어 광은 평면 도광체의 하나 이상의 에지(edge)에 연결된 후에 도광체의 볼륨 전체에 걸쳐 내부 전반사에 의해 가이드되고 도광체의 광 방출면으로부터 방출된다. 이러한 배열에는 셀룰러 전화 디스플레이와 같은 액정 디스플레이(LCD)에 대한 백라이트로서 백색 LED가 사용되었다. 또한 도광체를 사용하여 도광체의 광 방출면을 커버하는 원격 인광체 시트(층)의 균일한 조명을 제공하는 것이 알려져 있다. 이 디바이스에서 도광체와 이 도광체가 동작하는 인광체 시트 사이에 공기 (또는 다른 낮은 굴절률 매체) 갭을 제공하는 것이 필요하다. 그러나, 본 발명자는 도광체와 인광체 층 사이에 공기 갭을 제공하는 것은 인광체 물질에 의한 청색 광의 흡수 효율을 저하시켜 전체 광 효율을 저하시킨다는 것을 발견하였다.
본 발명의 목적은 알려진 디바이스의 한계를 적어도 부분적으로 해결하는 도광체 및 원격 인광체를 구비하는 고체 상태 램프를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예는 광 추출 특징부(light extracting feature)의 패턴을 적어도 하나의 면 위에 구비하는 도광체 매체(도광체)를 포함하는 고체 상태 램프에 관한 것이다. 일부 실시예에서, 본 발명은 상기 광 추출 특징부가 도광체의 면 위에 직접 특징부의 패턴으로 일반적으로 프린트에 의하여 증착된 적어도 하나의 광발광(예를 들어, 인광체) 물질을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 특허 명세서에서 "직접"이라는 것은 임의의 개재하는 층이나 공기 갭의 존재 없이 도광체의 면과 접촉하는 것을 의미한다. 인광체 특징부는 도광체로부터 광을 추출하고 광을 상이한 파장으로 변환하는 메커니즘을 제공하는 것이므로, 이것은 추가적인 광 추출 또는 산란 특징부에 대한 필요성을 제거한다. 이 인광체는 도광체 면 위에 직접 증착되는 것이므로, 이것은 도광체와 공기 및 공기와 인광체의 경계면을 통해 진행하는 광과 연관된 광학 손실을 제거하여 이에 의해 램프의 광학 효율을 증가시킨다.
일부 실시예에 따라, 고체 상태 램프는 적어도 하나의 광 방출면을 구비하는 도광체; 상기 도광체로 광을 연결시키도록 구성된 적어도 하나의 고체 상태 광원; 및 기판으로부터 광의 방출을 촉진하는 적어도 하나의 인광체 물질의 특징부의 패턴을 포함하며; 여기서 인광체 물질의 패턴은 기판의 적어도 하나의 면에 직접 증착된다. 인광체 특징부의 패턴은 도광체의 광 방출면, 그 반대쪽 면 또는 이들 두 면들 위에 바람직하게는 프린트하는 것에 의해 제공될 수 있다. 일반적으로 분말 형태인 인광체 물질은 아크릴, 실리콘 물질 또는 투명한 잉크와 같은 광 투과성 바인더 물질과 혼합되고, 슬러리는 도광체의 면에 증착된다. 인광체 물질 특징부의 위치에서 광의 추출을 최적화시키기 위하여 광 투과성 바인더는 도광체의 것과 실질적으로 동일하거나 이를 초과하는 굴절률을 가지도록 선택된다.
일반적으로 인광체 물질 특징부 전체의 총 면적은 광 방출면의 면적의 약 20% 미만이고, 보다 일반적으로 광 방출면의 면적의 약 10% 미만이다.
원하는 방출 특성을 달성하기 위하여 인광체 물질 특징부의 패턴은 계산되거나 경험적으로 유도될 수 있는 도광체 내에 광 강도 분포에 따라 적어도 부분적으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 단위 면적당 인광체 물질 특징부의 간격, 사이즈, 형상 및/또는 수는 적어도 하나의 고체 상태 광원으로부터의 거리에 의존하도록 구성될 수 있다. 실질적으로 균일한 방출 특성이 요구되는 경우, 인광체 물질 특징부의 간격은 광원으로부터의 거리가 증가함에 따라 일반적으로 감소하는 반면, 인광체 특징부의 사이즈 및/또는 수는 광원으로부터의 거리가 증가함에 따라 증가한다.
인광체 물질 특징부는 라인; 실질적으로 원형 특징부; 실질적으로 타원형 특징부; 실질적으로 정사각형 특징부; 실질적으로 직사각형 특징부; 실질적으로 삼각형 특징부; 실질적으로 육각형 특징부; 실질적으로 다각형 형상의 특징부; 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 인광체 물질 특징부의 패턴은 규칙적이거나 확률 패턴(stochastic pattern)을 포함할 수 있다. 일 배열에서 인광체 물질의 패턴은 실질적으로 동일한 사이즈의 도트(dot)의 의사 랜덤 어레이(pseudo random array)를 포함하는 제1 차 확률 패턴(first order stochastic pattern)으로 구성된다. 대안적으로, 인광체 물질의 패턴은 가변 사이즈의 도트의 의사 랜덤 어레이를 포함하는 제2 차 확률 패턴으로 구성될 수 있다. 다른 배열에서 인광체 물질의 패턴은 가변 사이즈의 도트의 규칙적인 어레이를 포함하는 해프 톤 패턴(half tone pattern)으로 구성될 수 있다.
램프가 단일 면으로부터 광을 방출할 것으로 요구되는 응용에서 램프는 바람직하게는 도광체의 실질적으로 전체 반대쪽 면과 중첩(overlay)하는 광 반사면을 더 포함한다. 반대쪽 면 위에 인광체 물질 특징부의 패턴을 가지는 램프에서 광 반사면은 인광체 물질의 패턴과 중첩하도록 구성된다.
대안적으로 램프는 동작시 광이 도광체의 대향하는 면들로부터 방출되도록 구성될 수 있다. 이 램프에서 인광체 물질 특징부의 패턴은 도광체의 하나의 면이나 두 면에 제공될 수 있다.
도광체는 실질적으로 평면 형태이고, 정사각형, 직사각형 또는 원형 형상일 수 있다. 대안적으로, 이것은 응용에 따라 심각형, 육각형, 다각형, 원형 또는 타원형 형태와 같은 다른 형상을 포함할 수 있다. 도광체는 원통형 또는 막대형 라이트(light)와 같은 비평면 형상을 더 포함할 수 있다. 도광체는 가시광에 투명하고 바람직하게는 폴리카보네이트 또는 아크릴 또는 유리와 같은 폴리머를 포함하는 임의의 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예는 광이 매체에 연결되되 광이 매체의 볼륨 전체에 걸쳐 내부 전반사에 의해 가이드되도록 연결되는 적어도 하나의 광 방출면을 구비하는 도광체 매체(도광체 또는 도파로)를 포함하는 고체 상태 램프에 관한 것이다. 도광체는 적어도 하나의 면 및/또는 표면에 광 추출 특징부의 패턴을 포함하며 이 면으로부터 도광체로부터 광이 추출되고 최종 광 방출 생성물로 방출된다.
일부 실시예에서, 일반적으로 LED를 포함하는 고체 상태 광 방출기는 도광체의 평면에 실질적으로 수직인 방출 축(emission axis)을 갖는 어레이로 구성된다. 광은 도광체의 배면(즉, 정면 광 방출면의 반대쪽 면)에 연결될 수 있다. 도광체는 평면 구성(예를 들어, 원형 또는 타원형 디스크 형상, 직사각형 평면 형상, 정사각형 평면 형상, 삼각형 또는 다른 다각형 형상을 구비하는)을 포함할 수 있고, LED는 도광체의 에지 주위 외주 공간(circumferentially space)에 있다. 광 방출의 균일성을 증가시키기 위하여 광 추출 특징부의 패턴은 특징부 패턴들 사이 간격이 도광체의 중심 쪽으로 감소하는 동심의 특징부 패턴을 포함할 수 있다. 나아가, 특징부의 사이즈는 추가적으로 도광체의 중심 쪽으로 증가할 수 있다. 특징부는 라인; 실질적으로 원형 특징부; 실질적으로 타원형 특징부; 실질적으로 정사각형 특징부; 실질적으로 직사각형 특징부; 실질적으로 삼각형 특징부; 실질적으로 육각형 특징부, 실질적으로 다각형 형상의 특징부, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일 배열에서 특징부는 원형 도트를 포함할 수 있다. 광 추출 특징부의 패턴은 도광체의 전체 면에 걸쳐 방출 강도의 변동을 최소화하도록 구성될 수 있다.
복수의 LED는 MCPCB(metal core printed circuit board: 금속 코어 프린트 회로 보드)에 어레이로 장착될 수 있다. 일부 실시예에서, MCPCB는 금속 코어 베이스, 일반적으로 알루미늄으로 구성된 층상화된 구조, 열 전도성/전기 절연성 유전층, 및 원하는 회로 구성으로 전기 부품을 전기적으로 연결하는 구리 회로층을 포함하며, 여기서 MCPCB의 금속 코어 베이스는 예를 들어 베릴륨 산화물 또는 알루미늄 질화물을 함유하는 표준 히트 싱크 화합물을 포함하는 접착제와 같은 열 전도성 화합물의 도움으로 바디의 베이스와 열 전달가능하게 장착된다. 바디는 평면 상부면과, 반대면에 복수의 방열핀을 가지는 히트 싱크를 포함하거나 및/또는 히트 싱크로 동작하도록 구성될 수 있다.
도광체의 에지는 LED에 의해 방출되는 광이 도광체를 통해 내부쪽으로 재지향(redirected)되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도광체의 에지는 배면으로부터 정면으로 굴곡(curved)되거나 롤링(rolled)되도록 구성될 수 있고, 크롬, 알루미늄, 또는 광 반사성 페이퍼 또는 플라스틱 물질과 같은 광 반사성 물질로 커버될 수 있다. 도광체의 에지는 크롬, 알루미늄 또는 광 반사성 페이퍼 또는 플라스틱 물질과 같은 광 반사성 물질로 커버되는 베벨 절단된 에지(beveled edge)로 배면으로부터 정면으로 가며 내부쪽으로 경사지도록 또한 구성될 수 있다. 도광체의 에지(들)는 면으로 연결되는 광이 에지(들)에 의해 도광체의 볼륨으로 재지향되는 것을 보장하기 위해 다른 형상으로 구성될 수 있는 것으로 이해된다. 광 반사성 에지(들)는 가이드를 통해 직접 투과되지 않을 수 있는 도광체의 정면으로부터 광이 방출되지 않도록 구성될 수 있다.
도광체의 주변 주위에 LED를 위치시키는 것은 열 관리의 잇점과 같은 다수의 잇점을 제공하고, 광학기기, 히트 싱크 및 전자부품에 부품 점수를 더 최소화시켜 이에 의해 제조 비용을 최소화한다.
일부 실시예는 백색 LED를 사용하는 비원격 인광체 램프를 사용하는 배열을 제공하며, 여기서 백색 LED는 광 투과성 액체 바인더, 일반적으로 실리콘 또는 에폭시와 혼합되는 분말 인광체 물질을 사용하여 형성되고, 혼합물은 LED 다이가 인광체 물질로 캡슐화되도록 LED 다이의 광 방출면에 직접 적용된다. 인광체 물질이 LED에서 원격에 있지 않으므로, 이 접근법은 백색 광을 생성하는데 도광체 위에 증착된 인광체 물질을 요구하지 않는다. 그러나, 광 추출 특징부는 도광체의 적어도 하나의 면 위에 여전히 제공되어 백색 LED에 의해 생성된 백색 광이 도광체로부터 방출될 수 있게 한다. 이들 광 추출 특징부는 도광체 그 자체와 비교해 광 추출 특징부의 굴절 특성의 차이를 야기하도록 구성된다. 이것은 LED로부터 방출된 백색 광이 적절한 방출 각도에서 광 추출 특징부로 지향되는 경우 도광체를 빠져나갈 수 있게 한다.
광 추출 특징부는 예를 들어 광이 도광체로부터 추출될 수 있게 하는 도광체에 특정 구조물을 몰딩하는 것에 의해 도광체 물질에 일체로 형성될 수 있다. 이러한 특징부는 면으로 연장하거나 도광체의 면으로부터 돌출할 수 있고 이러한 특징부의 예로는 반구형 또는 피라미드형 만입부(indent) 또는 돌출부(projection), 그루브(groove) 또는 리지(ridge)를 포함할 수 있다. 나아가, 광 추출 특징부는 특정 위치에서 도광체의 면을 처리하는 것에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 도광체의 면은 도광체의 면으로부터 물질을 제거하거나, 도광체 물질의 특성을 변경하거나, 또는 도광체 면에 추가적인 물질을 증착하는 것에 의해 처리될 수 있다.
LED 램프의 다른 실시예는 2개의 원형 단부 유닛(end unit) 사이에 선형으로 연장하는 부분 원통 형상으로 형성된 하부 바디를 구비하는 원통 구조물로 일반적으로 구성된다. 바디는 중공 또는 중실 구조물일 수 있고, 시트 금속, 주조 금속 또는 몰딩된 플라스틱 물질과 같은 임의의 적절한 시트 물질로 제조될 수 있다. 도광체는 또한 2개의 원형 단부 유닛 사이에 선형으로 연장하는 부분 원통 형상으로 형성된다. LED는 단부 유닛에 장착되고 여기서 각 LED는 도광체의 평면과 평행한 방출 축을 가지게 구성된다. 도광체에서 인광체의 패턴은 도트의 평행한 패턴을 포함할 수 있고 여기서 평행한 패턴들 사이의 간격은 도광체의 중심 쪽으로 감소한다. 나아가, 도트의 사이즈는 추가적으로 도광체의 중심 쪽으로 증가할 수 있다. 일반적으로 인광체 패턴은 도광체의 전체 면에 걸쳐 방출 강도의 변동을 최소화하도록 구성된다.
본 발명의 추가적인 측면, 목적 및 잇점의 상세는 상세한 설명, 도면, 및 청구범위에서 아래에 설명된다. 상기 일반적인 설명과 이하 상세한 설명은 예시적인 것이므로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도된 것이 전혀 아니다.
본 발명을 더 잘 이해하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 고체 상태 램프가 이제 동일한 참조 부호가 동일한 부분을 나타내는데 사용되는 첨부 도면을 참조하여 오로지 예로서 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 램프를 포함하는 LED 패널 램프의 평면도 및 단면도;
도 2는 도 1의 LED 램프의 부분 분해 사시도;
도 3은 도 2의 LED 램프의 평면도 및 단면도;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 램프의 동작 원리를 도시한 개략도;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 램프의 동작 원리를 도시한 개략도;
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 램프의 개략 단면도;
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 램프의 개략 단면도;
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 램프의 개략 단면도;
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 램프의 부분 분해 사시도;
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 램프의 부분 분해 사시도;
도 11은 라인 A-A를 통한 도 10의 LED 램프의 개략 단면도;
도 12는 램프의 동작을 도시한 도 10의 LED 램프의 개략 단면도;
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 램프의 부분 분해 사시도;
도 14는 라인 A-A를 통한 도 13의 LED 램프의 개략 단면도;
도 15는 램프의 동작을 도시한 도 13의 LED 램프의 개략 단면도;
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 램프의 평면도 및 단면도;
도 17은 램프의 동작을 도시한 도 16의 LED 램프의 개략 단면도;
도 18a, 도 18b, 도 18c, 및 도 18d는 본 발명의 일부 실시예에 따른 LED 램프의 여러 실시예의 동작을 도시한 단면도;
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 램프의 사시도 및 단면도;
도 20a는 AM(amplitude modulated) 하프 톤 스크리닝에 기초한 인광체 패턴을 도시한 도면;
도 20b는 제1 차 확률 또는 FM(frequency modulated) 스크리닝에 기초한 인광체 패턴을 도시한 도면.
본 발명의 실시예는 광이 매체에 연결되되 광이 매체의 볼륨 전체에 걸쳐 전반사에 의하여 가이드되도록 연결되는 적어도 하나의 광 방출면을 구비하는 도광체 매체(도광체 또는 도파로)를 포함하는 고체 상태 램프에 관한 것이다. 도광체는 광이 도광체로부터 추출되고 최종 광 방출 생성물로 방출되는 적어도 하나의 면 및/또는 표면에 광 추출 특징부의 패턴을 포함한다.
광 추출 특징부는 예를 들어 광이 도광체로부터 추출될 수 있는 도광체에 특정 구조물을 몰딩하는 것에 의해 도광체 물질에 일체로 형성될 수 있다. 나아가, 광 추출 특징부는 특정된 위치에 있는 도광체의 면을 처리하는 것에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 도광체의 면은 도광체 면으로부터 물질을 제거하거나, 도광체 물질의 특성을 변경하거나, 또는 도광체 면에 추가적인 물질을 증착하는 것에 의해 처리될 수 있다.
일부 실시예는 광원이 청색 LED 광을 포함하고 도광체가 광 추출 특징부로 광발광 물질의 패턴을 포함하도록 구성된 LED 램프에 관한 것이다. 광발광 물질은 도광체에 일체로 형성되거나 또는 보다 바람직하게는 도광체의 면에 증착될 수 있다. 일부 실시예에서, 광발광 물질은 인광체를 포함한다. 단지 예시를 위하여 이하에서는 구체적으로 인광체 물질로 구현된 광발광 물질에 대하여 상세한 설명이 이루어진다. 그러나, 본 발명은 인광체 물질이나 양자 도트(quantum dot)와 같은 임의의 유형의 광발광 물질에 적용될 수 있다. 양자 도트는 특정 파장이나 파장 범위의 광을 방출하도록 복사선 에너지에 의해 여기될 수 있는 모두 3개의 공간 차원으로 여기자(exciton)를 속박하는 물질(예를 들어, 반도체) 부분이다. 그리하여 본 발명은 그와 같이 청구되지 않는 한, 인광체 기반 파장 변환 부품으로 제한되지 않는다.
인광체는 도광체의 적어도 하나의 면에 직접 특징부의 패턴으로 일반적으로 프린트에 의하여 증착된다. 본 특허 명세서에서 "직접"이라는 것은 임의의 개재 층이나 공기 갭의 존재 없이 접촉하는 것을 의미한다. 이러한 구성에서 광은 인광체 물질 특징부의 위치에서 도광체로부터 우선적으로 방출되고 이에 의해 추가적인 광 추출 또는 산란 특징부에 대한 필요성이 제거된다. 본 발명의 실시예에서, 인광체 물질은 도광체로부터 광을 추출하고 광발광 변환 공정을 통해 상이한 파장으로 광을 변환하는 메커니즘으로 기능한다. 동작시 인광체 물질 특징부에 의해 도광체로부터 추출되는 여기 광은 인광체 물질에 의해 직접 흡수되고 상이한 색상의 광으로 변환된다. 인광체 물질이 도광체 면에 직접 증착되므로, 즉 인광체 물질과 도광체 사이에는 공기 갭이 없으므로, 이것은 도광체와 공기 및 공기와 인광체의 경계면을 통해 진행하는 광과 연관된 광학 손실을 제거하여 이에 의해 램프의 광학적 효율을 증가시킨다.
인광체 물질 특징부에 의한 광 추출은 도광체로부터 인광체 물질 특징부로 광이 우수하게 연결되는 것을 보장하는 것에 의해 최적화될 수 있다. 이것은 도광체의 것보다 더 크거나 근접하게 일치하는 굴절률(경화된 상태에서)을 가지는 광 투과성 바인더와 인광체 물질을 결합하는 것에 의해 달성될 수 있다.
광이 인광체 물질 특징부의 위치에서 우선적으로 방출되므로, 패턴은 도광체의 광 방출면에 걸쳐 방출된 광의 강도의 변동을 최소화하도록 구성될 수 있고, 즉 인광체 특징부의 패턴은 도광체의 전체 면으로부터 색상 및/또는 실질적으로 균일한 광 방출 강도를 촉진하도록 구성될 수 있다. 본 특허 명세서에서 "실질적으로 균일한"이란 강도의 변동이 일반적으로 25% 미만이고 바람직하게는 10% 이하인 것을 의미한다. 역으로, 인광체 물질의 패턴을 구성하되 선택된 불균일한 방출 프로파일을 생성하도록 구성하는 것이 고려된다.
도광체는 평면일 수 있고, 일반적으로 정사각형, 직사각형, 원형 또는 타원형 형태이고, 여기서 광은 도광체의 적어도 하나의 에지로 연결된다. 대안적으로, 광은 도광체의 주변 주위 광 방출면의 반대쪽 도광체의 면으로 연결될 수 있다. 광 방출면으로부터 광이 직접 방출되는 것을 방지하기 위해 도광체의 에지(들)는 베벨 절단될 수 있고 광 반사면을 포함할 수 있다. 이러한 배열에서 도광체의 베벨 절단된 에지(들)는 여기 광을 도광체로 반사하고 여기 광이 광 방출면으로부터 직접 방출되는 것을 방지한다. 다른 실시예에서, 도광체는 원통형 또는 막대형과 같은 다른 형상을 구비할 수 있고, 여기서 광은 막대의 하나의 단부나 두 개의 단부로 연결된다. 이 배열에서 광 방출면은 도광체의 굴곡면의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.
사무실이나 상업용 건물에서 일반적으로 발견되는 조명 기구(lighting fixture)는 형광 조명 패널이다. 일반적으로, 이러한 조명 패널은 하나 이상의 형광 튜브와 정면 확산 패널을 수용하는 인클로저를 구비하는 라이트 박스를 포함한다. 일반적으로 확산 패널은 균일한 광 방출을 촉진하기 위해 규칙적인 면 패터닝을 가지는 반투명한 플라스틱 물질이나 투명한 플라스틱 물질이다. 대안적으로, 루버 형성된(louvered) 정면 커버는 방출된 광을 확산시키는데 사용될 수 있다. 이러한 조명 패널은 지지 부재(T 바(bar))의 그리드(grid)가 케이블에 의해 천장으로부터 매달려 있고 천장 타일이 지지 부재의 그리드에 의해 지지된 매달려있는(드롭) 천장에 사용하도록 종종 의도된다. 천장 타일은 정사각형이나 직사각형 형상일 수 있고, 조명 패널 모듈은 천장 타일을 대체하는 확산 패널을 이러한 개구 내에 끼우도록 구성된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 LED 기반 조명 패널(10)의 평면도 및 단면도를 도시한다. 조명 패널(10)은 형광 조명 패널에 대한 에너지 효율적인 대체물인 것으로 의도되고, 정사각형 타일 형태의 바디(12)와 LED 램프(14)를 포함한다. 이 바디는 중공이거나 중실 구조물일 수 있고, 시트 금속, 주조 금속 또는 몰딩된 플라스틱 물질과 같은 시트 물질로부터 제조될 수 있다. 본질적으로 바디(12)는 장식용이고, 특정을 위해 구성될 수 있다. 예를 들어, 바디(12)는 조명 패널(10)이 매달려있는 천장의 정사각형 개구 내에 장착될 수 있도록 구성될 수 있다. 이러한 응용에서 바디는 일반적으로 12인치 정사각형 타일로 구성된다.
LED 램프(14)는 램프의 부분 분해 사시도인 도 2 및 램프의 평면도 및 단면도를 도시한 도 3을 참조하여 이제 설명된다. 램프(14)는 열 전도성 바디(16), 평면 광 투과성 도광체(18), 및 복수(이 예에서 12개)의 청색 발광 LED(20)(청색 LED)를 포함한다.
바디(16)는 도시된 바와 같이 평면 상부면과, 반대쪽(도시된 바와 같이 하부) 면에 복수의 방열핀(22)을 가지는 정사각형 히트 싱크를 포함할 수 있다. 바디(16)는 바람직하게는 알루미늄, 알루미늄의 합금, 또는 높은 열 전도율(일반적으로 κ ≥ 150Wm-1K-1 및 바람직하게는 κ ≥ 200Wm-1K-1)을 가지는 임의의 물질, 예를 들어, 구리, 마그네슘 합금, 금속 도금 플라스틱 물질 또는 열 전도성 세라믹, 예를 들어, 알루미늄 실리콘 카바이드(AlSiC)와 같은 물질로 제조된다. 램프(14)는 도시된 바와 같이 바디(16)의 평면 면과 열 전달가능하게 장착되는 4개의 연귀이음 부재(mitered member)를 포함할 수 있는 열 전도성 프레임(24)을 더 포함한다. 이 프레임은 바디와 함께 도광체(18)와 LED(20)를 수용하도록 구성된다.
도광체(18)는, 가시광(380㎚ 내지 470㎚)에 투과성이고 (투명하고) 일반적으로 폴리카보네이트, 아크릴 또는 유리와 같은 시트 플라스틱 물질을 포함하는 임의의 물질로부터 구성될 수 있다. 도시된 예에서 도광체(18)는 5mm 두께의 75mm 정사각형 폴리카보네이트 판을 포함한다.
청색 LED(20)는 400㎚ 내지 480㎚(일반적으로 450㎚ 내지 470㎚)의 파장 범위에서 피크 파장(λ1)을 가지는 청색 광을 생성하도록 동작가능한 GaN 기반(갈륨 질화물 기반) LED를 포함할 수 있다. LED(20)는 MCPCB(metal core printed circuit board: 금속 코어 프린트 회로 보드)(26)의 각 스트립(strip) 상에 선형 어레이로 3개의 그룹으로 장착된다. 각 MCPCB(26)는 LED(20)에 의해 생성된 여기 광이 도광체(18)의 각 에지로 연결되도록 도광체의 각 에지를 따라 연장하도록 구성된다. LED는 방출 축(28)이 도광체의 면과 평행하도록 구성된다(도 4). 도시된 바와 같이 LED는 일반적으로 도광체(18)의 각 에지를 따라 균일하게 이격된다. 각 LED에 대응하는 도광체(18)의 에지는 광을 도광체로 연결하는 것을 보조하기 위해 일반적으로 반구형(접시형) 만입부(indentation)(30)(도 2)를 구비할 수 있다. 청색 광이 빠져나가는 것을 방지하기 위해, 도광체의 에지는 예를 들어 금속 호일(foil)과 같은 광 반사성(미러) 코팅(32)(도 2)을 포함할 수 있다. 하부면으로부터 방출되는 광이 다시 도광체로 반사되고 도광체의 상부 광 방출면으로부터 방출되는 것을 보장하기 위하여 도광체의 하부면, 즉 광 방출면의 반대쪽 면은 높은 반사율의 백색 시트(34)(도 2에서 실선으로 도시)로 커버된다. 각 MCPCB(26)의 배면은 히트 싱크 화합물의 도움으로 프레임(24)과 열 접촉하게 장착된다.
램프(14)는 선택된 패턴의 형태로 도광체의 발광(상부) 면에 직접 증착되는 적어도 하나의 인광체 물질(36)을 더 포함한다. 도 3에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이 인광체 물질의 패턴은 도트의 밀도(단위 면적당 도트의 수)가 도광체 에지로부터 중심으로 증가하는 일련의 내포된 정사각형으로 구성된 0.5mm 직경의 원형 특징부(도트)를 포함한다. 인광체 물질 도트(36)의 패턴은 광 방출면의 실질적으로 전체 면에 걸쳐 방출되는 광의 강도의 변동을 최소화하도록 구성되고, 즉 인광체 특징부의 패턴은 도광체의 전체 면에 걸쳐 실질적으로 균일한 광 추출을 촉진한다. 일반적으로, 인광체 물질에 의해 커버되는 도광체 면의 면적의 비율은 50% 미만이다. 보다 바람직하게는 면적 퍼센트는 20% 미만 또는 10%이다. 도 3에 도시된 실시예에서, 프린트된 인광체 물질의 총 면적은 도광체 면의 면적의 약 7%이다. 본 발명의 LD 램프(14)의 특정 잇점은 인광체 물질이 전체 휘도 면을 커버하는 알려진 원격 인광체 디바이스와 비교해서 상당한 비용 절감이 있다는 것이다. 이들 도면에 도시된 인광체 특징부의 사이즈, 수, 형상 및/또는 구성은 본 발명의 실시예를 설명하는 것을 도와주는 예시로서 제공된 것이므로 특징부의 정확한 사이즈, 수, 형상 또는 구성에 있어 실제 스케일이나 정밀도로 도시된 것은 아니다.
분말 형태인 인광체 물질(36)은 액체 바인더 물질과 알려진 비율로 완전히 혼합되어 현탁액(suspension)을 형성하고, 최종 인광체 조성물, "인광체 잉크(phosphor ink)"는 예를 들어 스크린 프린트, 잉크젯, 레터프레스(letterpress), 그라비어(gravure) 또는 플렉소 프린트(flexograph printing)에 의하여 도광체(18)의 면 위에 증착된다. 액체 바인더 물질은 자외선 경화가능 아크릴 접착제 또는 실리콘과 같은 자외선 또는 열 경화가능 액체 폴리머를 포함할 수 있다. 인광체 특징부의 위치에서 광의 효율적인 추출을 보장하기 위하여 바인더 물질은 경화된 상태에서 도광체(18)의 굴절률과 근접하게 매치하거나 이를 초과하는 굴절률을 가지도록 선택된다.
인광체 물질은 예를 들어 일반적인 조성물 A3Si(O,D)5 또는 A2Si(O,D)4의 실리케이트 기반 인광체와 같은 무기 또는 유기 인광체를 포함할 수 있으며, 여기서 Si는 실리콘이고 O는 산소이며, A는 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 마그네슘(Mg) 또는 칼슘(Ca)을 포함하고 D는 염소(Cl), 불소(F), 질소(N) 또는 황(S)을 포함한다. 실리케이트 기반 인광체의 예로는 미국 특허 번호 US 7,575,697 B2 "Silicate-based green phosphors" (Intematix Corporation사에 양도), US 7,601,276 B2 "Two phase silicate-based yellow phosphor" (Intematix Corporation사에 양도), 및 US 7,655,156 B2 "Silicate-based orange phosphor" (Intematix Corporation사에 양도) 및 US 7,311,858 B2 "Silicate-based yellow-green phosphor" (Intematix Corporation사에 양도)에 개시되어 있다. 이 인광체는 또한 공동 계류 중인 특허 출원 US2006/0158090 A1 "Novel aluminate-based green phosphors" 및 미국 특허 번호 US 7,390,437 B2 "Aluminate-based blue phosphor" (Intematix Corporation사에 양도)에 개시된 바와 같은 알루미네이트 기반 물질, 공동 계류 중인 출원 US2008/0111472 A1 "Aluminum-silicate orange-red phosphor"에 개시된 바와 같은 알루미늄-실리케이트 포스트 또는 공동 계류 중인 미국 특허 출원 US2009/0283721 A1 "Nitride-based red phosphors" 및 US2010/074963 A1 "Nitride-based red-emitting in RGB (red-green-blue) lighting systems"에 개시된 바와 같은 질화물 기반 적색 인광체 물질을 더 포함할 수 있다. 인광체 물질은 본 명세서에 개시된 예로 제한되는 것은 아니며 질화물 및/또는 황화물 인광체 물질, 옥시 질화물 및 옥시 황화물 인광체 또는 가넷(garnet) 물질(YAG)을 구비하는 임의의 인광체 물질을 포함할 수 있는 것으로 이해된다.
도 4는 LED 램프(14)의 동작 원리를 도시한 개략도이다. 동작 시, 제1 파장 범위(λ1)(이 예에서 청색)에 있는 LED(20)에 의해 생성된 광(38)은 도광체(18)의 에지로 연결되고 내부 전반사에 의하여 도광체(18)의 전체 볼륨 내에서 가이드된다. 간략화를 위하여 LED에 의해서 생성된 광(38), 즉 미변환된 광은 "LED 광"이라고 지칭된다. 인광체 물질(36)과 도광체 면 사이에 공기 갭이 없고 프린트된 인광체 물질 특징부가 도광체에 비해 유사하거나 더 높은 굴절률을 가지므로, 인광체 특징부(36)에 대응하는 위치에서 도광체의 면에 도달하는 LED 광(38)은 일반적으로 도광체로부터 추출되고 특징부에 들어갈 수 있다. 도광체로부터 추출된 LED 광(36)의 일정 비율은 인광체 물질(36)에 의해 흡수되어 광발광 공정에 의하여 더 긴 제2 파장 범위(λ2)의 광(40)으로 변환된다. 이러한 인광체 생성된 광은 "인광체 광(Phosphor Light)"이라고 지칭된다. 최종 방출 생성물을 포함하는 램프의 광 방물 면으로부터 출력된 광(40)은 LED 광(36)과 인광체 광(38)이 조합된 것이다. 일반적인 조명 응용에서, 방출 생성물(42)은 일반적으로 백색 광이고, 인광체 물질(36)은 녹색(510㎚ 내지 550㎚), 황색-녹색(550㎚ 내지 570㎚), 황색(570㎚ 내지 590㎚), 오렌지색(590㎚ 내지 630㎚) 또는 적색(630㎚ 내지 740㎚) 광을 방출하는 청색 광 여기가능한 인광체 또는 인광체 물질의 조합을 포함할 수 있다. 인광체 물질 특징부의 두께와 단위 면적당 인광체 물질의 밀도(중량 부하)는 청색 광의 작은 비율(일반적으로 10% 미만)이 인광체를 통과하여 방출 생성물에 기여하도록 선택된다. 방출 생성물(42)의 켈빈(Kelvin) 온도로 측정된 상관 색상 온도(correlated color temperature)(CCT)는 프린트된 인광체 특징부의 단위 면적당 양(밀도), 두께 및/또는 조성물에 의해 선택될 수 있다. 다른 배열에서,. 램프는 인광체 물질과 두께의 적절한 선택에 의하여 커러 광을 생성하도록 구성될 수 있다.
인광체 물질 입자와 광자와의 10,000회의 상호작용에서 평균적으로 1만큼 작은 수가 광발광 광의 흡수와 생성을 초래하는 것으로 믿어진다. 인광체 입자와 광자와의 상호작용의 대다수, 약 99.99%는 광자를 산란시킨다. 산란 공정의 등방성 특성으로 인해 산란된 광자의 평균적으로 절반은 다시 도광체 쪽 방향이어서 도광체에 재진입할 수 있다. 나아가, 광발광 광 생성의 등방성 특성으로 인해, 인광체 광(40)의 약 절반이 도광체 쪽 방향으로 방출되어 도광체에 진입할 수 있다. 설명된 바와 같이 도광체에 재진입하는 LED 및 인광체의 광은 종국적으로 가이드 또는 광 반사면(34)의 내부 면으로부터 한 번 이상의 반사 후에 광 방출면으로부터 방출된다.
4개의 인광체 특징부(36a, 36b, 36c, 36d)가 도 4에 도시되고, LED 및 인광체 광(38, 40)이 도광체(18)의 광 방출면으로부터 방출되는 상이한 메커니즘을 도시한다. 미도시되었으나, 전반사를 위한 임계각 미만의 각도로 도광체의 내부면에 도달하는 LED 및 인광체의 광(38, 40)은 인광체 특징부들 사이에 있는 도광체의 면을 통해 또한 방출된다. 인광체 특징부(36a)는 도광체에 재진입함이 없이 특징부로부터 직접 방출되는 인광체 생성된 광(40)을 도시한다. 인광체 특징부(36b)는 인광체 물질의 입자에 의해 산란되지만 흡수되지는 않는 LED 광(38)이 인광체 물질에 의해 다수번 산란된 후에 인광체 특징부로부터 방출될 수 있는 방법을 도시한다. 인광체 특징부(36c)는 도광체 쪽 방향으로 생성된 인광체 광(40)이 도광체에 재진입한 다음, (i) 인광체 특징부(36b, 36c) 간에 및 ii) 다른 인광체 특징부(36d)에 의해 도광체로부터 방출될 수 있는 방법을 도시한다.
도광체 및 별개의 원격 인광체 또는 이 인광체 물질을 함유하는 광 반사 챔버와 윈도우를 갖는 것과 같은 원격 인광체를 사용하는 알려진 램프에 비해 본 발명의 램프(14)에는 여러 잇점이 있다. 본 발명에 따른 램프에서, 도광체와 인광체 물질 사이에 공기 갭이 없으므로, 이것은 도광체와 공기 및 공기와 인광체 층의 경계면을 통과하는 광과 연관된 광학적 손실을 제거한다. 종래 기술의 원격 인광체 램프에 따른 다른 문제는 청색 광이 인광체 물질에 의해 흡수되고 다른 색상의 광으로 변환될 때 인광체 광의 약 50%가 도광체 또는 광학 챔버로 다시 방출된다는 것이다. 일반적으로 이 광은 다시 인광체 층 쪽으로 광 반사 챔버에 의해 반사된 다음, 인광체 층을 두 번째 통과하여서 추가적인 광학적 손실을 초래한다. 추가적으로, 인광체 생성된 광 중 일부는 LED(들)에 의해 흡수되어 추가적인 광학적 손실을 초래한다. 이와 대조적으로 본 발명의 램프에서는 도광체 쪽으로 다시 방출된 인광체 생성된 광은 도광체의 하부면에 있는 광 반사층(34)에 의해 반사되고, LED에 의해 흡수됨이 없이 도광체의 광 방출면으로부터 방출된다. 나아가, 인광체 패턴의 총 면적은 광 방출면의 면적에 비해 매우 작으므로(일반적으로 10% 미만), 반사 층(34)에 의해 반사되는 광의 대부분은 추가적인 시간 동안 인광체 특징부를 통과함이 없이 도광체의 광 방출면을 통과하여 이에 의해 인광체 내의 광학적 손실을 상당히 감소시킬 수 있다. 전술된 결과, 본 발명에 따른 램프의 광학적 효율은 알려진 램프보다 더 높은 것으로 믿어진다.
미적 고려를 위해 그리고 "오프 상태"에서 램프(14)의 시각적 외관을 개선시키기 위하여 각 인광체 특징부는 선택적으로 반투명하거나 불투명한 백색 잉크(비-인광체)(44)(도 4)로 중첩 프린트(overprinted)될 수 있다. 대안적으로 인광체 특징부는 이산화티타늄(TiO2)과 같은 광 확산 물질의 입자와 광 투과성 바인더의 혼합물과 같은 광 확산성 물질로 중첩 프린트될 수 있다. 광 확산성 물질은 황산바륨(BaSO4), 산화마그네슘(MgO), 이산화규소(SiO2) 또는 산화알루미늄(Al2O3)과 같은 다른 물질을 더 포함할 수 있다. 이런 방식으로, 오프 상태에서 인광체 물질의 패턴은 일반적으로 황색-녹색, 황색 또는 오랜지색인 인광체 물질 색 대신에 백색으로 보인다. 나아가, 광 확산층으로 도광체의 전체 광 방출면을 중첩 프린트하는 것이 더 고려된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 램프(14)의 동작 원리를 도시한 개략도이다. 이 실시예에서, 인광체 물질(36)의 패턴은 광 방출면의 반대쪽 도광체(16)의 면(즉, 비-광방출면)에 직접 제공되고, 광 반사면(34)은 인광체 패턴 위에 배치된다. 도 5의 램프의 동작은 도 4의 것과 매우 유사하여 상세히 설명되지 않는다. 3개의 인광체 특징부(36a, 36b, 36c)가 도 5에 도시되고, LED와 인광체의 광이 도광체(18)의 광 방출면으로부터 방출되는 상이한 메커니즘의 예를 도시한다. 도시되지는 않았으나, 전반사를 위한 임계각 미만의 각도로 도광체의 내부면에 도달하는 LED 및 인광체의 광(38, 40)은 인광체 특징부를 포함하지 않는 도광체의 면을 통해 또한 방출될 수 있다. 인광체 특징부(36a)는 도광체 쪽 방향으로 생성된 인광체 광(40)이 광 방출면을 통해 방출되어 도광체를 통해 진행하는 방법을 도시한다. 인광체 특징부(36a)는 도광체로부터 멀어지는 방향으로 생성된 인광체 광(40)이 광 반사면에 의해 반사되어 다시 도광체 쪽으로 이 도광체를 통해 진행하는 방법을 더 도시한다. 인광체 특징부(36b)는 인광체 특징부에 의해 추출된 LED 광(38)이 광 반사면(34)에 의해 반사되기 전에 인광체 물질의 입자에 의해 산란되어 다시 도광체(18) 쪽으로 이 도광체를 통해 진행되는 방법을 도시한다. 인광체 특징부(36b)는 또한 인광체 물질의 입자에 의해 산란되어 다시 도광체 쪽으로 이 도광체를 통해 진행하는 LED 광(38)을 더 도시한다. 인광체 특징부(36c)는 인광체 광(40)이 도광체로부터 방출되기 전에 광 반사면(34)에 의하여 도광체 쪽으로 반사되어 이 도광체에 재진입하는 인광체 특징부의 에지로부터 방출되는 것을 도시한다. 인광체 특징부를 마스킹하고 램프의 시각적 외관을 개선시키기 위하여 오프 상태에서 도광체의 광 방출면은 도 5에서 대시 라인으로 도시된 바와 같이 광 확산 층(44)을 선택적으로 포함할 수 있다.
도 6은 인광체 특징부(36)의 각 패턴이 도광체(18)의 광 방출면과 비 광 방출면에 직접 적용된 본 발명의 다른 실시예에 따른 램프의 개략 단면도를 도시한다. 본질적으로 이 램프는 도 4 및 도 5의 램프의 광학적 구성을 조합한 것이다.
도 7은 두 면으로부터 광을 방출하도록 구성된 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 램프의 개략 단면도를 도시한다. 도시된 예에서, 인광체 특징부(36a, 36b)의 각 패턴은 도광체(18)의 대향하는 면들에 직접 적용된다. 각 면에서 인광체 패턴은 램프가 각 면으로부터 유사한 방출 특성을 구비하도록 동일할 수 있다. 대안적으로,. 인광체 특징부의 상이한 패턴은 각 면으로부터 상이한 방출 생성물(강도, 색상)(42a, 42b)을 달성하도록 각 면에 사용될 수 있다. 인광체 특징부(36)의 구성, 즉 사이즈, 간격 및 위치는 도광체로부터 추출된 광의 양을 결정하고, 면에 걸쳐 방출 강도 프로파일을 주로 결정한다. 인광체 특징부의 조성물, 두께 및 밀도 부하는 방출된 광의 색상을 주로 결정한다. 상이한 인광체 물질(36a, 36b)이 이 면으로부터 방출된 광의 색상 및/또는 상관 색상 온도(CCT)를 변화시키는데 사용될 수 있지만 반대쪽 면에 있는 인광체 물질이 방출 생성물에 광을 더 제공할 수 있다. 그 결과, 도 7에 도시된 바와 같이 각 면으로부터 방출 생성물(42a, 42b)은 상이한 색상 및/또는 CCT이지만 LED 광(λ1)과 인광체 광(λ2, λ3)으로 구성될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에서 도광체(18)를 2개의 광 방출면을 가지게 구성하고, 단 한 면에만 인광체 물질의 패턴을 제공하는 것이 더 고려된다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따라 LED 기반 램프(14)의 부분 분해 사시도를 도시한다. 이 실시예에서, 도광체(18)는 평면 원형 디스크를 포함하고, LED(20)는 도광체의 에지 주위 외주 공간에 있다. 각 LED(20)는 도광체(18)의 면과 평행한 방출 축(28)을 가지게 구성된다. 인광체(36)의 패턴은 도트의 동심 원형 패턴을 포함하고 여기서 원들 사이의 간격은 도광체(18)의 중심 쪽으로 감소할 수 있다. 나아가 도시된 바와 같이 도트의 사이즈는 도광체의 중심 쪽으로 추가적으로 증가할 수 있다. 일반적으로 인광체 패턴(36)은 도광체의 전체 면에 걸쳐 방출 강도의 변동을 최소화하도록 구성된다.
램프(14)는 LED(20) 및 바디(16)와 열 전달 가능하게 장착되고 상부면으로부터 아래쪽으로 연장하는 벽(23)을 포함하는 열 전도성 원형 프레임(24)을 더 포함한다. 프레임(16)은 바디(16)와 함께 LED(20)을 수용하고 램프(14)에 의해 생성된 열을 열적으로 관리하는 히트 싱크로 기능하도록 구성된다.
도 10은 LED(20)가 원형 어레이로 구성된 본 발명의 추가적인 실시예에 따라 대안적인 LED 기반 램프(14)의 부분 분해 사시도를 도시한다. 이 실시예에서, 각 LED(20)는 도광체(18)의 평면에 수직인 방출 축(28)을 가지게 구성되고, 여기서 광은 도광체(18)의 배면(즉, 정면 광 방출면의 반대쪽 면)으로 연결된다. 도광체(18)는 평면 원형 디스크를 포함하고, LED(20)는 도광체의 에지 주위 외주 공간에 있고, 여기서 인광체(36)의 패턴은 도트의 동심 원형 패턴을 포함할 수 있고 여기서 원들 사이의 간격은 도광체(18)의 중심 쪽으로 감소한다. 나아가, 도트의 사이즈는 도광체의 중심 쪽으로 추가적으로 증가할 수 있다. 인광체 패턴(36)은 도광체의 전체 면에 걸쳐 방출 강도의 변동을 최소화하도록 구성될 수 있다.
복수의 LED(20)는 환형 형상의 MCPCB(metal core printed circuit board: 금속 코어 프린트 회로 보드)(26)에 환형 어레이로 장착된다. 알려진 바와 같이, MCPCB는 금속 코어 베이스, 일반적으로 알루미늄, 열 전도성/전기 절연성 유전층과, 원하는 회로 구성으로 전기 부품을 전기적으로 연결하는 구리 회로 층으로 구성된 층상화된 구조를 포함한다. MCPCB(26)의 금속 코어 베이스는 예를 들어 베릴륨 산화물 또는 알루미늄 질화물을 함유하는 표준 히트 싱크 화합물을 포함하는 접착제와 같은 열 전도성 화합물의 도움으로 바디(16)의 베이스와 열 전달가능하게 장착된다. 회로 보드(26)는 바디(16)의 베이스와 실질적으로 동일하도록 크기가 정해지고 원형 개구에 대응하는 중심 홀을 포함할 수 있다.
바디(16)는 평면 상부면과, 반대쪽 면에 복수의 방열핀(도면에 미도시)을 가지는 히트 싱크를 포함하거나 및/또는 히트 싱크로 동작하도록 구성될 수 있다. 바디(16)는 알루미늄, 알루미늄의 합금 또는 높은 열 전도율(일반적으로 κ ≥ 150Wm-1K-1 및 바람직하게는 κ ≥ 200Wm-1K-1)을 가지는 임의의 물질, 예를 들어, 구리, 마그네슘 합금, 금속 도금 플라스틱 물질 또는 열전도성 세라믹, 예를 들어, 알루미늄 실리콘 카바이드(AlSiC)와 같은 물질로 제조되는 것이 바람직하다.
단일 기판(MCPCB)(26) 위에 LED(20)를 장착하는 것에 관한 여러 실시예의 측면은 다수의 성능 및 제조 잇점을 제공한다. 예를 들어, 이 접근법은 열 관리 상의 잇점을 제공하는데 그 이유는 LED(20)가 LED(20)와 도광체(18)(및 인광체 패턴(36)에서 연관된 인광체 물질)로부터 열을 멀리 전도하는데 보다 효과적인 열 전달 효율을 가능하게 하는 방식으로 장착되기 때문이다. 나아가, 단일 부품, 예를 들어, MCPCB(26) 위에 LED를 제공하는 것이 유리하다는 것이 주목된다. 이것은 이런 유형의 설계가 광학 기기, 히트 싱크 및 전자부품의 부품 점수를 최소화시켜 비용을 최소화시키기 때문이다. 그리하여, 증가된 광학 효율과 열적 거동을 결합시켜 LED 부품 점수, 히트 싱크 면적, 및 전력 공급원의 사이즈의 감소를 가능하게 할 수 있다. 이 모든 것은 더 낮은 비용과 더 높은 효율의 램프를 초래한다.
이 실시예에서 LED(20)의 방출 축(28)이 도광체(18)의 평면에 수직이므로, LED(20)에 의해 생성된 광을 도광체(18) 위 인광체 패턴(36) 쪽으로 지향시키는 추가적인 조치가 취해질 수 있다. 일부 실시예에서, 도광체(18)의 에지는 LED에 의해 방출된 광이 도광체를 통해 내부로 재지향되도록 구성된다. 예를 들어, 도광체의 에지는 배면으로부터 정면으로 굴곡되거나 롤링되도록 구성될 수 있고, 크롬이나 알루미늄과 같은 광 반사 물질(46)로 커버될 수 있다. 도 11 및 도 12는 본 발명의 이 실시예에 따라 램프(14)의 동작 원리를 도시한 개략도이다. 이 실시예에서, LED(20)의 방출 축(28)은 방출 가이드(18)의 평면에 수직이고, 도광체(18)의 굴곡된 에지에 직접 순응하여, LED(20)에 의해 생성된 청색 광이 굴곡된 에지의 반사면에 도달하게 한다. LED(20)로부터 청색 광(38) 중 적어도 일부는 도광체(18)의 평면에 보다 평행한 여러 각도로 재지향되어서 광이 도광체(18)의 에지로부터 멀어지게 진행하게 한다. 반사 물질(34)은 도광체(18)의 평면을 따라 광(38)을 효율적으로 가이드하는데 사용될 수 있다. 재지향된 광(38)은 도광체(18)를 통해 광발광 광을 생성하는 인광체 물질(36)의 패턴으로 제공되며 이 광은 청색 광의 적어도 일부와 결합하여 최종 방출 생성물(42)을 형성한다.
도 13은 LED 기반 램프(14)의 다른 실시예의 부분 분해 사시도이며, 여기서 도광체(18)의 에지는 베벨 절단된 에지로서 배면으로부터 정면으로 내부 쪽으로 경사지고, 크롬, 알루미늄, 또는 광 반사 페이퍼 또는 플라스틱 물질과 같은 광 반사 물질(46)로 커버된다. 이 접근법은 도광체(18)의 에지가 굴곡되거나 롤링된 에지를 가지는 것보다 직선 에지를 가지게 경사/베벨 절단된다는 점에서 도 10 내지 도 12의 접근법과는 다르다. 도 14 및 도 15는 본 발명의 이 실시예에 따라 램프(14)의 동작 원리를 도시한 개략도이다. 이 실시예에서, LED(20)의 방출 축(28)은 도광체(18)의 평면에 수직이고, 도광체(18)의 경사진 에지에 직접 순응하여서 LED(20)에 의해 생성된 청색 광이 경사진 에지의 반사면(46)에 도달하게 한다. LED(20)로부터 광(38)은 도광체(18)의 평면과 보다 평행한 여러 각도로 재지향되어서 광이 도광체(18)의 에지로부터 멀어지게 진행하게 한다. 광 반사 에지(들)는 가이드를 통해 직접 투과될 수 있는 도광체의 정면으로부터 광이 방출되는 것을 더 방지하는 것으로 이해된다. 반사 물질(34)은 도광체(18)의 평면을 따라 광(38)을 가이드하는데 사용될 수 있다.
유사한 접근법이 전술된 다른 실시예의 것을 위해 LED의 배치를 구성하도록 취해질 수 있다. 예를 들어, 도3의 직사각형 램프는 도 16에 도시된 바와 같이 각 LED(20)가 도광체(18)의 평면에 수직인 방출 축(28)을 가지게 구성되고 여기서 광은 도광체(18)의 배면(즉, 정면 광 방출면의 반대쪽 면)에 연결되도록 LED(20)를 배치하는 것에 의해 변경될 수 있다. LED(20)는 MCPCB(26) 상에 장착되고 이는 바디(16)와 열 접촉하도록 구성된다. 바디(16)는 평면 상부면과, 반대면 상에 복수의 방열 핀(22)을 구비하는 히트 싱크를 포함하거나 및/또는 히트 싱크로 동작하도록 구성될 수 있다.
도 16의 실시예에서, 도광체(18)의 에지는 배면으로부터 정면으로 내부 쪽으로 굴곡되거나 롤링되며, 크롬, 알루미늄, 또는 광 반사 페이퍼 또는 플라스틱 물질과 같은 광 반사 물질(46)로 커버된다. 도 17의 실시예에서, 도광체(18)의 에지는 배면으로부터 정면으로 내부 쪽으로 경사/베벨 절단되고, 크롬이나 알루미늄과 같은 광 반사 물질(46)로 커버된다. 어느 실시예에서든, LED(20)로부터 광(38)은 도광체(18)의 평면에 수직인 방출 축으로부터 도광체(18)의 평면에 보다 평행한 축으로 재지향된다.
LED를 도광체의 주변 주위에 위치시키고 도광체의 면으로 방출하도록 구성되게 하는 것은 그 자체로 본 발명인 것으로 고려된다. 전술된 바와 같이, 이런 유형의 구성은 열 관리 상의 잇점을 제공하고, 또한 광학기기, 히트 싱크 및 전자부품의 부품 점수를 최소화시켜 이에 의해 제조 비용을 최소화한다.
상기 실시예는 원격 인광체 LED 램프의 문맥에서 설명되었으나, 이러한 배열은 백색 LED를 사용하는 비 원격 인광체 램프를 사용하여 사용될 수도 있는 것으로 이해된다. 이러한 백색 LED는 광 투과성 액체 바인더, 일반적으로 실리콘 또는 에폭시와 혼합된 분말 인광체 물질을 사용하여 형성될 수 있고, 이 혼합물은 LED 다이가 인광체 물질로 캡슐화되도록 LED 다이의 광 방출면에 직접 적용된다.
인광체 물질이 LED에서 원격에 있지 않으므로 이 접근법은 백색 광을 생성하는데 도광체 위에 증착된 인광체 물질을 요구하지 않는다. 그러나, 광 추출 특징부는 백색 LED에 의해 생성된 백색 광이 도광체로부터 방출될 수 있게 하기 위해 도광체의 적어도 하나의 면 위에 여전히 제공될 수 있다. 이들 광 추출 특징부는 도광체 그 자차에 비해 광 추출 특징부의 굴절 특성의 차이를 야기하도록 구성된다. 이것은 LED로부터 방출된 백색 광이 적절한 방출 각도로 광 추출 특징부에서 지향되는 경우 도광체를 빠져나갈 수 있게 한다.
도광체 위에 광 추출 특징부를 제공하는 임의의 적절한 접근법이 취해질 수 있다. 도 18a는 광 추출 특징부(36)가 반투명하거나 불투명한 백색 잉크(비 인광체)와 같은 중첩 프린트된 물질 또는 이산화티타늄(TiO2)과 같은 광 확산성 물질의 입자와 광 투과성 바인더의 혼합물과 같은 광 확산성 물질을 포함하는 하나의 예시적인 접근법을 도시한다. 광 확산 물질은 황산바륨(BaSO4), 산화마그네슘(MgO), 이산화규소(SiO2) 또는 산화알루미늄(Al2O3)과 같은 다른 물질을 더 포함할 수 있다. 광 추출 특징부(36)를 형성하는 중첩 프린트된 물질은 LED(20)로부터 방출되어 적절한 각도로 반사 물질(46)에 의해 재지향된 광(48)이 도광체(18)를 빠져나가 광 방출 생성물(42)을 형성할 수 있을 만큼 도광체(18)에 비해 각 굴절률의 차이를 충분히 야기한다.
도 18b는 도광체의 면이 광 추출 특징부(36)를 형성하도록 변경된 다른 예시적인 접근법을 도시한다. 도광체(18)의 면을 변경하도록 임의의 적절한 접근법이 취해질 수 있다. 예를 들어, 에칭(etching), 마모(abrasion), 거칠거칠하게 하는 것(roughing), 자국을 내는 것(scoring), 식각(ablating)(예를 들어, 레이저 식각) 또는 스크라이빙(scribing)이 도광체의 표면 특성을 변화시켜 광 추출 특징부(36)를 형성하도록 사용될 수 있다. 도광체의 면은 LED(20)로부터 방출되고 반사 물질(46)에 의해 광 추출 특징부(36)로 재지향된 광(48)이 도광체(18)를 빠져나가 광 방출 생성물(42)을 형성할 만큼 충분히 변경될 필요가 있다.
도 18c 및 도 18d는 도광체가 일체로 형성된 광 추출 특징부(36)를 가지게 제조되는 또 다른 접근법을 도시한다. 도 18c의 접근법은 도광체(18) 내에 몰딩되거나 제조된 만입부(indentation) 또는 오목부(depression)로 광 추출 특징부(36)를 구현한다. 광 추출 특징부(36)를 형성하는 오목부는 임의의 적절한 형상으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 광 추출 특징부(36)는 임의의 적절한 사이즈와 깊이의 채널, 그루브, 오목 영역, 또는 홀로 형성된 도광체(18)로 몰딩될 수 있다. 도 18d의 접근법은 도광체(18)에 몰딩되거나 제조될 수 있는 면 위에 상승된 부분으로 광 추출 특징부(36)를 구현한다. 광 추출 특징부(36)를 형성하는 상승된 부분은 임의의 적절한 형상으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 광 추출 특징부(36)는 임의의 적절한 높이와 길이의 리지(ridge), 돔(dome)형, 피라미드(pyramid)형, 또는 선형 마운드(linear mound)로 형성된 도광체(18)에 몰딩될 수 있다.
도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 램프(14)의 평면도 및 단면도를 도시한다. LED 램프(14)는 2개의 원형 단부 유닛(48) 사이에 선형으로 연장하는 부분 원통형 형상으로 형성된 하부 바디(16)를 가지는 원통 구조물로 일반적으로 구성된다. 바디(16)는 중공이거나 중실인 구조물일 수 있고, 시트 금속, 주조 금속 또는 몰딩된 플라스틱 물질과 같은 임의의 적절한 시트 물질로 제조될 수 있다. 도광체(18)는 2개의 원형 단부 유닛(48) 사이에 선형으로 연장하는 부분 원통 형상으로 또한 형성된다. 도광체(18)는 가시광에 투명한 임의의 물질로 구성될 수 있고, 폴리카보네이트, 아크릴 또는 유리와 같은 시트 플라스틱 물질을 일반적으로 포함한다.
LED(20)는 단부 유닛(48)에 장착된다. 각 LED(20)는 도광체(18)의 평면과 평행한 방출 축(28)을 가지게 구성된다. 예를 들어 금속 호일과 같은 광 반사(미러) 코팅(32)은 LED로부터 청색 광을 도광체(18)로 반사하도록 제공된다. 청색 광이 빠져나가는 것을 방지하기 위해 하부 바디(16)의 내부면은 광 반사 코팅(32)을 더 포함할 수 있다.
도광체(18) 위 인광체(36)의 패턴은 도트의 평행한 패턴을 포함할 수 있고 여기서 평행한 패턴들 사이의 간격은 도광체(18)의 중심 쪽으로 감소한다. 나아가, 도트의 사이즈는 도광체의 중심 쪽으로 추가적으로 증가할 수 있다. 일반적으로 인광체 패턴(36)은 도광체의 전체 면에 걸쳐 방출 강도의 변동을 최소화하도록 구성된다.
LED(20)로부터 청색 광(38)은 도광체(18)의 평면을 따라 여러 각도로 방출되어 광이 도광체(18)의 단부로부터 멀어지게 진행하게 한다. 반사 물질(32)은 도광체(18)의 평면을 따라 광(38)을 효율적으로 가이드하는데 사용될 수 있다. 광(38)은 도광체(18)를 통해 광발광 광을 생성하는 인광체 물질(36)의 패턴으로 제공되며, 이 광은 나머지 청색광과 결합되어 최종 방출 생성물(42)을 형성한다.
하부 바디(16)와 도광체(18)의 결합은 램프(14)의 일반적으로 원통 형상을 형성한다. 하부 바디(16)에 대해 도광체(18)의 특정 비율은 램프(14)의 원하는 광량과 형상 요건을 얻기 위해 선택된다. 예를 들어, 더 큰 광 방출 각도를 제공하도록 의도된 램프(14)는 도광체(14)로부터 형성된 램프(14)의 원통 형상의 상대적으로 더 큰 비율을 가지게 구성될 수 있는 반면, 보다 집광된 광 방출 각도를 제공하도록 의도된 램프는 도광체(14)로 형성된 램프(14)의 원통형 형상의 상대적으로 더 작은 비율을 가지도록 구성될 수 있다.
방출 강도 프로파일
설명된 바와 같이 램프의 방출 강도 프로파일은 인광체 특징부의 위치, 사이즈, 및 간격에 적어도 부분적으로 의존하는 반면, 방출 생성물의 색상 및/또는 색 온도는 인광체 특징부의 조성물, 두께 및 밀도 부하에 의존한다. 공동 계류 중인 미국 특허 출원 공개 번호 US2010/0027293 (그 명세서는 본 명세서에 참조 문헌으로 병합된다)은 각 절두된 코너(truncated corner)와 연관된 적어도 하나의 광원을 구비하는 다각형 형상의 도광체와, 이 도광체의 전체 면 위에 실질적으로 균일한 방출 광을 촉진하도록 구성되고 도광체의 적어도 하나의 면 위에 광 추출 특징부의 패턴을 포함하는 발광 패널을 개시한다. 유사하게 실질적으로 균일한 방출 강도 프로파일이 요구되는 경우에 인광체 특징부(36)의 패턴은 도광체의 광 방출면의 실질적으로 전체 표면에 걸쳐 방출된 광 강도의 변동을 감소시키거나 바람직하게는 최소화시키도록 구성될 수 있다. 이러한 램프에서 인광체 특징부의 패턴은 계산되거나 경험적으로 유도될 수 있는 도광체 내 광 강도 분포에 따라 적어도 부분적으로 구성될 수 있다. 도광체 내 광 분포는 일반적으로 균일하지 않고 각 LED로부터의 거리에 따라 변할 수 있으므로, 실질적으로 균일한 광 방출 강도를 달성하는데 필요한 특징부의 위치, 간격, 사이즈, 형상 및/또는 밀도는 도광체에 걸쳐 변할 수 있다. 예를 들어, 특징부의 간격(특징부의 간격이 더 좁으면 좁을수록 더 많은 광이 이 영역에서 단위 면적당 추출될 수 있다)은 LED로부터의 거리에 의존하고 일반적으로 LED로부터의 거리가 증가함에 따라 강도가 떨어지는 것으로 인해 감소한다. 대안적으로 및/또는 추가적으로 인광체 특징부의 사이즈 및/또는 형상은 LED로부터의 거리에 의존할 수 있다. 나아가, 인광체 특징부의 패턴은 LED로부터의 거리에 따라 단위 면적당 인광체 특징부의 수가 증가하도록 더 구성될 수 있다. 응용에 따라 인광체 특징부의 다른 패턴이 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 유도할 수 있을 것이다.
그레이디드 인광체 패턴
그레이디드 또는 그래듀에이티드 패턴(graded or graduated pattern)으로 인광체 패턴을 프린트하는 것이 더 고려된다. 도 20a 및 도 20b는 AM(amplitude modulated) 하프 톤 스크리닝(half tone screening) 및 제1 차 확률(first order stochastic) 또는 FM(frequency modulated) 스크리닝에 기초한 그래듀에이티드 프린트된 인광체 패턴을 각각 도시한다. 도 20a에서, 인광체 물질은 가변 사이즈의 규칙적으로 이격된 도트의 어레이로 프린트된다. 이 패터닝은 도트의 빈도(간격)가 고정되어 유지되면서 도프의 진폭(사이즈)이 변조(가변)되는 것으로 인해 AM 하프 톤 스크리닝이라고 지칭된다. 도 20b에서, 인광체 잉크는 도트의 빈도(밀도)가 가변되는 동일한 사이즈의 인광체 도트의 의사 랜덤 어레이를 구비하는 제1 차 확률 패턴으로 프린트된다. 하프 톤 패터닝에 비해 제1 차 확률 패턴은 도트 사이즈가 고정되어 있는 것으로 프린트하기에 더 용이할 수 있고 도트 사이즈가 스크린 메쉬 사이즈에 대응할 수 있는 것으로 인해 스크린 프린트에서 선호된다. 나아가, 다수의 프린트 통과를 하는 것이 필요하거나 또는 2개 이상의 인광체 물질을 포함하는 패턴을 프린트하는 것이 필요한 경우에는 확률 패턴이 선호될 수 있는데 그 이유는 이러한 랜덤한 패터닝이 정렬 문제에 덜 민감하기 때문이다. 도트의 빈도와 진폭이 변조되는 제2 차 확률 스크리닝을 사용하여 인광체 잉크를 프린트하는 것이 더 고려된다.
본 발명은 설명된 예시적인 실시예로 제한되지 않으며 본 발명의 범위 내에서 변형이 이루어질 수 있는 것으로 이해된다. 예를 들어, 인광체 패턴이 다른 실시예에서 도트나 픽셀의 패턴을 포함하는 것으로 기술되어 있으나, 이것은 예를 들어, 라인, 삼각형, 정사각형, 직사각형, 육각형, 타원형 또는 불규칙적인 형상의 특징부를 포함하는 다른 형상의 특징부의 패턴을 포함할 수 있다. 도광체로부터 광 추출을 결정하는 것은 특징부의 형상이 아니라 특징부의 면적과 위치인 것으로 이해된다.
나아가, 본 발명은 LED 기반 램프와 관련하여 설명되었으나, 본 발명은 고체 상태 레이저와 레이저 다이오드를 포함하는 다른 고체 상태 광원에 기초한 디바이스에도 적용될 수 있다.

Claims (41)

  1. 고체 상태 램프(solid-state lamp)로서,
    적어도 하나의 광 방출면을 구비하는 도광체;
    상기 도광체에 광을 연결하도록 구성된 적어도 하나의 고체 상태 광원; 및
    상기 도광체로부터 광의 방출을 촉진하기 위해 적어도 하나의 광발광 물질(photoluminescence material)의 광 추출 특징부(light extracting feature)의 패턴을 포함하되,
    상기 광발광 물질의 패턴은 상기 도광체의 적어도 하나의 면에 직접 증착된 것인 고체 상태 램프.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광발광 물질 특징부의 전부의 면적은 상기 광 방출면의 면적의 약 20% 미만 및 상기 광 방출면의 면적의 약 10% 미만으로 구성된 군으로부터 선택된 것인 고체 상태 램프.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광발광 물질 특징부의 패턴은 상기 도광체의 광 방출면에 제공되는 것, 상기 광 방출면의 반대쪽 상기 도광체의 면에 제공되는 것, 및 상기 광 방출면 및 상기 광 방출면의 반대쪽 상기 도광체의 면 모두에 제공되는 것으로 구성된 군으로부터 선택된 것인 고체 상태 램프.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광발광 물질 특징부의 패턴은 상기 도광체 내 광 강도 분포에 따라 적어도 부분적으로 구성되는 것인 고체 상태 램프.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광발광 물질 특징부의 간격은 상기 적어도 하나의 광원으로부터의 거리에 따라 감소하는 것인 고체 상태 램프.
  6. 제1항에 있어서, 상기 광발광 물질 특징부의 사이즈는 상기 적어도 하나의 광원으로부터의 거리에 적어도 부분적으로 의존하는 것인 고체 상태 램프.
  7. 제1항에 있어서, 상기 광발광 물질 특징부의 형상은 상기 적어도 하나의 광원으로부터의 거리에 적어도 부분적으로 의존하는 것인 고체 상태 램프.
  8. 제1항에 있어서, 단위 면적당 광발광 물질 특징부의 수는 상기 적어도 하나의 광원으로부터의 거리에 따라 증가하는 것인 고체 상태 램프.
  9. 제1항에 있어서, 상기 광발광 물질 특징부는 라인; 실질적으로 원형 특징부; 실질적으로 타원형 특징부; 실질적으로 정사각형 특징부; 실질적으로 직사각형 특징부; 실질적으로 삼각형 특징부; 실질적으로 육각형 특징부; 및 실질적으로 다각형 형상의 특징부로 구성된 군으로부터 선택된 것인 고체 상태 램프.
  10. 제1항에 있어서, 상기 광발광 물질의 패턴은 실질적으로 동일한 사이즈의 도트의 의사 랜덤 어레이를 포함하는 제1 차 확률 패턴(first order stochastic pattern), 가변 사이즈의 도트의 의사 랜덤 어레이를 포함하는 제2 차 확률 패턴(second order stochastic pattern) 및 가변 사이즈의 도트의 규칙적인 어레이를 포함하는 하프 톤 패턴(half tone pattern)으로 구성된 군으로부터 선택된 것인 고체 상태 램프.
  11. 제1항에 있어서, 상기 도광체의 실질적으로 전체 반대쪽 면에 걸쳐 광 반사면을 더 포함하는 고체 상태 램프.
  12. 제1항에 있어서, 상기 광발광 물질 특징부의 패턴은 동작 시 광이 상기 도광체의 두 면으로부터 방출되도록 상기 도광체의 대향하는 면들 위에 제공되는 것인 고체 상태 램프.
  13. 제1항에 있어서, 상기 도광체는 실질적으로 정사각형; 실질적으로 직사각형; 실질적으로 삼각형, 실질적으로 육각형, 다각형; 실질적으로 원형; 실질적으로 원통형; 실질적으로 부분 원통형; 및 실질적으로 타원형으로 구성된 군으로부터 선택된 것인 고체 상태 램프.
  14. 제1항에 있어서, 상기 광발광 물질은 인광체(phosphor) 물질을 포함하는 것인 고체 상태 램프.
  15. 제14항에 있어서, 상기 인광체 물질과 중첩하여 광 확산 물질을 더 포함하는 고체 상태 램프.
  16. 제15항에 있어서, 상기 확산 물질은 이산화티타늄(TiO2), 황산바륨(BaSO4), 산화마그네슘(MgO), 이산화규소(SiO2) 및 산화알루미늄(Al2O3)으로 구성된 군으로부터 선택된 것인 고체 상태 램프.
  17. 제15항에 있어서, 상기 광 확산 물질은 상기 램프의 오프 상태의 백색 외관을 개선시키도록 선택된 것인 고체 상태 램프.
  18. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 고체 상태 광원은 방출 축이 상기 도광체의 축이나 평면에 실질적으로 수직으로 되도록 구성된 것인 고체 상태 램프.
  19. 제18항에 있어서, 상기 방출 축의 방향으로부터 다른 방향으로 상기 적어도 하나의 고체 상태 광원에 의해 방출된 광을 재지향하도록 상기 도광체의 에지와 연관된 반사기를 더 포함하는 고체 상태 램프.
  20. 제19항에 있어서, 상기 반사기는 상기 도광체의 에지의 형상에 의하여 적어도 부분적으로 한정되는 것인 고체 상태 램프.
  21. 제20항에 있어서, 상기 도광체의 에지는 굴곡된 형상, 롤링된 형상, 경사진 형상 및 베벨 절단된 형상으로 구성된 군으로부터 선택된 형상을 포함하는 것인 고체 상태 램프.
  22. 고체 상태 램프로서,
    적어도 하나의 광 방출면을 구비하는 도광체;
    상기 도광체에 광을 연결하도록 구성된 적어도 하나의 고체 상태 광원; 및
    상기 도광체로부터 광의 방출을 촉진시키기 위한 광 추출 특징부의 패턴을 포함하되,
    상기 적어도 하나의 고체 상태 광원은 상기 도광체의 축이나 평면에 실질적으로 수직인 방출 축(emission axis)을 구비하는 것인 고체 상태 램프.
  23. 제22항에 있어서, 상기 적어도 하나의 고체 상태 광원 중 다수의 광원은 공통 기판 위에 장착되는 것인 고체 상태 램프.
  24. 제22항에 있어서, 상기 방출 축의 방향으로부터 다른 방향으로 상기 적어도 하나의 고체 상태 광원에 의해 방출된 광을 재지향하도록 상기 도광체의 에지와 연관된 반사기를 더 포함하는 고체 상태 램프.
  25. 제24항에 있어서, 상기 반사기는 상기 도광체의 에지의 형상에 의하여 적어도 부분적으로 한정되는 것인 고체 상태 램프.
  26. 제25항에 있어서, 상기 도광체의 에지는 굴곡된 형상, 롤링된 형상, 경사진 형상 및 베벨 절단된 형상으로 구성된 군으로부터 선택된 형상을 포함하는 것인 고체 상태 램프.
  27. 제22항에 있어서, 상기 광 추출 특징부의 패턴은 상기 도광체 위에 물질을 증착하는 것에 의해 형성된 것인 고체 상태 램프.
  28. 제27항에 있어서, 상기 물질은 이산화티타늄(TiO2), 황산바륨(BaSO4), 산화마그네슘(MgO), 이산화규소(SiO2) 및 산화알루미늄(Al2O3)으로 구성된 군으로부터 선택된 것인 고체 상태 램프.
  29. 제22항에 있어서, 상기 광 추출 특징부의 패턴은 상기 도광체에 일체로 형성된 것인 고체 상태 램프.
  30. 제29항에 있어서, 상기 광 추출 특징부의 패턴은 만입부, 오목부, 상승된 부분, 채널, 그루브(groove), 오목 영역, 홀, 리지(ridge), 돔형, 피라미드형 또는 선형 마운드로 구성된 군으로부터 선택된 것인 고체 상태 램프.
  31. 제22항에 있어서, 상기 광 추출 특징부의 패턴은 상기 도광체의 면을 변경하는 것에 의해 형성된 것인 고체 상태 램프.
  32. 제31항에 있어서, 상기 면은 에칭, 마모, 거칠거칠하게 하는 것, 자국을 내는 것, 식각하는 것 또는 스크라이빙에 의하여 구성가능한 것인 고체 상태 램프.
  33. 제22항에 있어서, 상기 광 추출 특징부는 광발광 물질을 포함하는 것인 고체 상태 램프.
  34. 제33항에 있어서, 상기 광발광 물질과 중첩하여 광 확산 물질을 더 포함하는 고체 상태 램프.
  35. 제34항에 있어서, 상기 확산 물질은 이산화티타늄(TiO2), 황산바륨(BaSO4), 산화마그네슘(MgO), 이산화규소(SiO2) 및 산화알루미늄(Al2O3)으로 구성된 군으로부터 선택된 것인 고체 상태 램프.
  36. 제34항에 있어서, 상기 광 확산 물질은 상기 램프의 오프 상태의 백색 외관을 개선시키도록 선택된 것인 고체 상태 램프.
  37. 제22항에 있어서, 상기 광 추출 특징부의 패턴은 상기 도광체 내 광 강도 분포에 따라 적어도 부분적으로 구성되는 것인 고체 상태 램프.
  38. 제22항에 있어서, 상기 광 추출 특징부의 간격은 상기 적어도 하나의 광원으로부터의 거리에 따라 감소하는 것인 고체 상태 램프.
  39. 제22항에 있어서, 상기 광 추출 특징부의 사이즈는 상기 적어도 하나의 광원으로부터의 거리에 적어도 부분적으로 의존하는 것인 고체 상태 램프.
  40. 제22항에 있어서, 상기 광 추출 특징부의 형상은 상기 적어도 하나의 광원으로부터의 거리에 적어도 부분적으로 의존하는 것인 고체 상태 램프.
  41. 제22항에 있어서, 단위 면적당 광발광 물질 특징부의 수는 상기 적어도 하나의 광원으로부터의 거리에 의존하여 증가하는 것인 고체 상태 램프.
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