KR20140012033A - 발광소자용 광자 강화 유도 구조, 소자, 그리고 방법 - Google Patents

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Abstract

여기에서의 개시는 발광소자용 광자 강화 유도 구조, 소자, 그리고 방법을 제공한다. 여기에서 기술된 상기 구조, 소자, 그리고 방법은 발광소자의 효율 및/또는 광분배를 개선시킬 수 있다.

Description

발광소자용 광자 강화 유도 구조, 소자, 그리고 방법{PHOTON ENHANCEMENT GUIDING STRUCTURES, DEVICES, AND METHODS FOR LIGHTING EMITTING DEVICES}
본 개시 내용은 발광소자 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광 다이오드용 광자 강화 유도 구조들, 소자들, 그리고 방법들에 관한 것이다.
발광소자 기술의 발전으로, 발광 다이오드(LED) 칩들(chips)과 같은, 단일 및/또는 다수의 발광 칩들 또는 광원들이 광 고정장치용 광소자들, 디스플레이용의 백라이트 조명, 또는 그와 같은 것에 사용될 수 있다. 일반적으로, 발광소자들에 있어서, 얼마간의 발생된 광은 소자 내부에 갇힐 수 있어서, 결과적으로 효율과 수명을 낮춘다. 또한, 발생된 광의 소자 외부로의 분배는, 예를 들면, 고르지 못한 색의 분배라는 면에서, 비효율적이고/또는 다른 면에서 불만족스러울 수 있다. 따라서, 발광소자들의 효율 및/또는 분배를 개선시키는 구조들, 소자들, 및 방법들을 제공하는 것이 유리할 수 있다.
발광소자 기술의 진보는 하나 또는 그 이상의 유도 구조들, 소자들, 그리고 방법들을 통하여 발광소자들의 효율 및/또는 광 분배를 개선시키는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 일 양태는 발광소자를 제공하는 것으로, LED 광원 및 상기 LED 광원 위에 놓여진 광유도구조를 포함한다. 상기 LED 광원은 발광 다이오드(LED) 및 상기 LED를 봉지하는 봉지재부를 포함하며, 상기 LED는 제 1 색의 광빔들을 방출하도록 구성되고, 상기 봉지재부는 상기 LED로부터의 상기 제 1 색 광빔들을 흡수하고 제 2 색의 광빔들을 방출하도록 구성된 적어도 하나의 형광물질을 포함한다. 상기 광유도구조는 상기 LED 봉지재부 위에 놓여지고, 상기 광유도구조는 최하부, 최상부 및 측부에 의해 정의된 몸체를 포함하며, 상기 광유도구조 몸체는 상기 최하부를 통하여 상기 LED 봉지재로부터의 광빔들을 받아들여 상기 최상부로 유도되도록 구성된다. 상기 최상부는 광유도구조 몸체내에서 입사 광빔들의 적어도 일부를 전반사시키고 상기 전반사된 광빔들을 상기 측부쪽으로 재유도되도록 구성된 전반사 표면을 포함한다.
상기 발광소자에서, 상기 전반사 표면은 광유도구조 몸체내에서 약 75˚보다 작은 각도로 입사되는 실질적으로 모든 입사 광빔들을 전반사시키도록 구성될 수도 있고, 상기 각도는 상기 전반사 표면상의 한 점까지의 상기 입사광빔의 궤적과 상기 입사광빔의 궤적을 포함하는 가상 평면상의 상기 점에서의 접선 사이의 한 각도로서 정해질 수도 있다. 상기 측면은 전반사 표면을 포함하지 않을 수도 있어 상기 광유도 구조 몸체내에서 상기 측면에 입사된 실질적으로 모든 광빔들이 상기 측부를 통하여 상기 광유도구조 몸체 외부로 전달된다. 상기 전반사 표면은 상기 광유도구조의 최하부에 일반적으로 평행한 가상의 평면에 대하여 경사져 있거나 곡면으로 되어 있을 수 있다. 상기 전반사 표면상의 두 점(point) 사이에, 상기 측부에 보다 가까울 수 있는 한 점은 상기 측부에서 더 떨어져 있을 수 있는 한 점 보다 높은 레벨에 있을 수 있고, 여기에서 상기 레벨은 상기 최하부에 대하여 측정될 수도 있다. 상기 전반사 표면의 한점에서의 접선과 과 상기 가상 평면은 약 20˚ 에서 약 70˚ 의 범위의 예각을 형성할 수도 있다.
상기 발광소자에서, 상기 최상부는 일반적으로 상기 최하부에 수직한 평면으로 주어지고 상기 광 유도구조 몸체의 단면상에 또 다른 전반사 표면을 더 포함할 수도 있다. 상기 단면상에서 상기 두 개의 전반사 표면은 광빔들을 일반적으로 맞은편쪽 방향으로 재유도시키도록 구성될 수도 있다. 상기 단면은 상기 최하부에 수직하는 가상의 선에 의하여 두 개의 영역으로 나뉠 수도 있는데, 여기에서, 상기 두 개의 전반사 표면들의 하나는 한 측부에 위치될 수도 있고 상기 두 개의 전반사 표면의 다른 하나는 다른 측부에 위치될 수도 있다. 상기 두 개의 전반사 표면들은 상기 단면상에서 대략 상기 가상선에서 만날 수도 있다. 상기 두 개의 전반사 표면들은 일반적으로 상기 가상의 선을 따라 서로의 거울상(mirror image)으로 있을 수도 있다. 상기 최상부는 상기 단면상에서 상기 두 개의 전반사 표면들 사이에 비전반사 표면을 더 포함할 수도 있는데, 여기에서, 상기 비전반사 표면은 상기 광유도구조 몸체안으로 실질적으로 모든 입사광빔들을 반사시키는 것 보다는 상기 광유도구조 몸체내에서 상기 입사광빔을 전달하도록 구성될 수도 있다. 상기 최상부는 상기 단면상에서 상기 두 개의 전반사 표면들 사이에 하나 또는 그 이상의 부가적인 전반사 표면들을 더 포함할 수도 있는데, 여기에서, 상기 하나 또는 그 이상의 부가적인 전반사 표면들은 상기 광유도구조 몸체내에서 입사광빔의 적어도 일부를 전반사시키고 상기 전반사된 광빔들을 상기 최상부의 또다른 부분으로 재유도시키도록 구성될 수도 있다. 상기 최상부는 상기 단면상에서 상기 두 개의 전반사 표면들 사이에 적어도 하나의 원뿔형 윗부분(top portion)을 포함할 수도 있다.
상기 발광소자에 있어서, 상기 전반사 표면과 상기 측부는 모서리(edge)를 형성할 수도 있는데, 여기에서, 상기 전반사 표면은 경사지거나 곡면으로 되어 상기 모서리 상의 한 점이 상기 전반사 표면의 다른 한 점보다 더 높을 수도 있다. 상기 전반사 표면은 상기 광 유도구조 몸체 외부로부터 볼 때 볼록한 표면을 포함할 수도 있다. 상기 LED 광원은 하나의 LED 배열(array)를 형성하는 하나 또는 그 이상의 부가적인 LED들을 포함할 수도 있다.
본 발명의 다른 양태는 광빔들을 유도하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 상기의 장치를 제공하고; 상기 LED 광원으로부터의 광빔들을 상기 광유도구조쪽으로 방출시켜 한 광빔이 광유도구조 몸체에 진입하고 상기 최상부의 상기 전반사 표면쪽으로 진행시키며; 및 상기 광빔을 상기 전반사 표면에서 반사시키고 상기 광빔을 광유도구조의 측부로 유도시켜 상기 광빔이 상기 측부를 지나 상기 광유도구조 몸체의 외부에 이르게 하는 것을 포함한다. 상기 방법은 상기 광유도구조의 측부 옆에 반사면을 제공하고; 그리고 상기 측부로 재유도되어져서 상기 광유도구조 몸체의 외부로 진행하는 상기 광빔을 상기 반사면에서 반사시키는 것을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은 발광소자를 제공하며: 상기 발광소자는 제 1 색의 광빔들을 방출하도록 구성된 LED 광원; LED 광원을 봉지하며 상기 LED 광원으로부터의 상기 제 1 색의 광빔들을 흡수하고 제 2 색의 광빔들을 방출하도록 구성된 적어도 하나의 형광물질을 더 포함하는 LED 봉지재층; 상기 LED 봉지재층위에 놓여지며, 최하부, 최상부 및 측부로 한정되고 상기 LED 봉지재층으로부터의 광빔들을 상기 최하부를 통하여 받아서 상기 최상부로 유도시기도록 구성되는 몸체를 포함하는 광유도구조; 그리고 상기 최상부는 상기 광유도구조 몸체내에서 입사광빔들의 적어도 일부를 전반사시키고 상기 전반사된 광빔들을 상기 측부로 재유도시키도록 구성된 전반사 표면을 포함한다.
일실시예에서, 발광소자는 발광다이오드(LED)와 LED를 봉지한 봉지재를 포함하는 LED 광원과, 상기 LED 봉지재 상에 위치하는 광 가이드 구조로 구성되되, 상기 LED는 제 1 컬러 광빔을 방출하도록 구성되고, 아울러 상기 봉지재는 제 2 컬러 광빔을 방출함과 동시에 상기 LED로부터 제 1 컬러의 광빔을 흡수하도록 구성된 적어도 하나의 형광물질을 포함한다. 아울러, 상기 광 가이드 구조 몸체는 LED 봉지재로부터 최최상부 광빔을 향하고 최하부(바탕부)를 통하여 수신하도록 구성된다. 또한 최상부는 상기 광 가이드 구조 몸체 내에서 입사 광빔의 적어도 일부를 전반사시키고, 측면을 향하여 전반사된 광빔을 다시 향하게 한다.
일실시예에서, 광빔들을 유도시키는 방법은 상기 발광 소자를 제공하고; 상기 LED 광원으로부터의 광빔들을 상기 광유도구조쪽으로 방출시켜 한 광빔이 상기 광유도구조 몸체로 진입하고 상기 최상부의 전반사표면쪽으로 이동시키도록 하며; 그리고 상기 광빔을 전반사표면에서 반사시키고 상기 광빔을 광유도구조의 측부로 유도시켜 상기 광빔이 상기 측부를 지나 상기 광유도구조 몸체 외부로 이동하도록 하는 것을 포함한다.
일실시예에서, 발광소자는 제 1 색의 광빔들을 방출하도록 구성된 LED 광원; 상기 LED 광원을 봉지한 봉지재;을 구비하되, 상기 LED 광원으로부터의 상기 제 1 색의 광빔들을 흡수하고 제 2 색의 광빔들을 방출하도록 구성된 적어도 하나의 형광물질을 더 포함하며, 상기 LED 봉지재층 위에 놓여지며, 상기 LED 봉지재층으로부터의 광빔들을 상기 최하부를 통하여 받아 상기 최상부로 유도하도록 구성되며 최하부, 최상부 및 측부에 의하여 한정된 몸체를 포함하는 광유도구조로 구성되고, 그리고 상기 최상부는 상기 광유도구조 몸체내에서 입사광빔들의 적어도 일부를 전반사하고 상기 전반사된 광빔들을 상기 측부쪽으로 재유도시키도록 구성된 전반사표면을 포함한다.
요약하면, 본 발명의 다른 양태들, 장점들, 그리고 신규한 특징들이 여기에 기술되어 있다. 반드시 그러한 모든 유리한 점들이 본 발명의 어느 특정한 실시예에 따라서만 달성될 수 있는 것이 아니라는 것이 이해되어야 한다. 그리하여, 예를 들면, 이 분야에 숙련된 자들은 본 발명이 여기에 교시되거나 제시될 수도 있는 바와 같은 다른 유리한 점들을 반드시 달성함이 없이 여기에 교시된 바와 같은 하나 또는 다수의 유리한 점들을 달성하는 방식으로 구체화되거나 실행될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발광소자용 광자 강화 유도 구조, 소자, 그리고 방법에 의하면, 발광소자들의 효율 및/또는 광 분배가 개선될 수 있다.
도 1a-1b는 반구형 커버를 포함하는 발광소자들의 실시예를 도시한 도면.
도 2는 발광소자들의 실시예의 발광패턴들을 도시한 도면.
도 3은 광자 강화 유도구조의 실시예를 포함하는 발광소자의 실시예의 단면도.
도 4는 광자 강화 유도구조의 일 실시예의 사시도.
도 5a-5b는 광자 강화 유도구조의 실시예들에서의 광이동패턴을 도시한 도면.
도 6a-6b는 측부 표면의 변화에 따라 광자 강화 유도구조의 실시예에서의 광이동패턴을 도시한 도면.
도 7a-7b는 원뿔형 또는 피라미드형 구조를 포함하는 광자 강화 유도 구조의 일실시예의 사시도 및 단면도.
도 8a-8b는 원뿔형 또는 피라미드형 구조가 없는 광자 강화 유도 구조의 실시예들에서 광이동패턴들을 도시한 도면.
도 9는 원뿔형 또는 피라미드형 구조를 포함하는 광자 강화 유도 구조의 일실시예에서 광이동패턴들을 도시한 도면.
도 10은 광자 강화 유도 구조와 함께 사용된 부가적 반사 표면의 일실시예에서 광이동패턴들을 도시한 도면.
본 발명의 실시예들이 상기 첨부된 도면을 참조하여 이제 기술될 것이다. 여기에 제시된 기술에 사용된 용어는, 단순히 본 발명의 다른 특정한 실시예들의 상세한 설명과 관련하여 사용되고 있기 때문에, 다른 한정되거나 제한적인 방식으로 해석되도록 의도되지 않는다. 또한, 본 발명의 실시예들은 여러 신규한 특징을 포함할 수 있는데, 그 어느 하나만이 바람직한 속성에 유일하게 기여하지 않으며 여기에 기술된 본 발명을 실시하는데 절대적인 것이 아니다.
여기에서 공개 설명되는 것은 발광소자용 광자 강화 유도 구조들, 소자들, 그리고 방법들이다. 여기에 설명된 상기 구조들, 소자들, 그리고 방법들은 발광소자들의 효율 및/또는 광분배를 개선시킬 수 있다.
발광소자들은 하나 또는 그 이상의 광원들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 발광소자들은 하나 또는 그 이상의 발광 다이오드(LED) 칩(chip)들을 포함할 수 있는데, 이는 형광, 백열광, 태양광, 또는 다른 광발생원이나 칩으로 현재 이용가능하거나 장래에 개발되는 것이다. 또한, 발광소자들은 광을 흡수 및/또는 재방출하도록 구성되는 하나 또는 그 이상의 형광물질이나 다른 물질을 포함할 수 있다. 다른 실시예들이 LED 광원 및/또는 LED 칩들을 포함하는 발광소자들과 관련하여 여기에 기술되지만, 여기에 공개되는 근본적인 개념은 다른 형태의 광원을 포함하는 발광소자에 적용될 수 있다는 것이 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 이해되어져야 한다.
일반적으로, 광원을 포함하는 어느 형태의 발광소자에 있어서, 어느 정도의 발생된 광은 상기 발광소자 내에 갇힐 수 있어, 결국 효율과 수명을 낮추게 된다. 또한, 다른 발광소자들에 있어서, 발생된 광의 상기 발광소자 외부로의 분배가 비효율적이고/또는 다른 면에서 불만족스러울 수 있다. 예를 들어, 어느 방향 및/또는 영역에서 하나 또는 그 이상의 색들이나 광의 밀도의 고르지 못한 분배가 있을 수 있다. 따라서, 발광소자로부터 방출된 광의 분배 및/또는 효율을 개선시킬 수 있는 광자 강화 유도 구조들, 소자들, 그리고/또는 방법들을 제공하는 것이 유익할 수 있다.
반구형 커버
다른 실시예들에서, 발광소자는 광의 분배 및/또는 효율을 제어 및/또는 개선시키도록 구성된 볼록한 반구형의 렌즈를 포함할 수 있다. 도 1a는 발광소자의 광원(2) 위에 놓여지도록 구성된 볼록한 반구형의 렌즈(1)를 도시한 도면이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 다른 실시예들에서, 발광소자는 오직 하나의 광원(2) 만을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 볼록한 반구형의 렌즈(1)는 상기 단하나의 광원(2)위에 놓여지도록 구성될 수 있다. 상기 광원(2)위에 볼록한 반구형의 렌즈(1)를 둠으로써, 상기 광원(2)에 의하여 발생된 광의 분배가 어느 정도까지는 제어될 수 있다. 예를 들어, 상기 발생된 광의 일부는 상기 반구형 곡면을 따라 각 점에서의 접선에 실질적으로 수직한 방향으로 상기 반구형 커버(1)를 빠져나가도록 유도될 수 있다.
그러나, 그러한 볼록한 반구형의 커버(1)는 비용이 많이 들고 비효율적일 수 있다. 예를 들어, 상기 단하나의 광원(2) 또는 그의 일부에 의하여 발생된 어느 정도의 광은 상기 커버(1) 아래의 내부 공간에 갇힐 수 있고, 그것에 의하여 상기 광원(2)의 적어도 어느 정도의 조명 능력을 소모시킨다. 또한, 상기 커버(1)내에 갇혀 있는 광은 내부 공간을 더 가열시킬 수 있다. 상기 커버 아래 갇혀진 열 및/또는 광은 또한 상기 렌즈(1)에 스트레스를 가할 수 있다.
더욱이, 그러한 볼록한 반구형의 커버들(1)의 단점들은 일반적으로 다수의 광원들(2)을 포함하는 조명 장치들에서는 배가된다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 다수의 광원들(2)을 수용하기 위하여, 반구형 커버(1)의 높이는 일반적으로 증가되어야 한다. 따라서, 단 하나의 광원(2)을 가진 조명장치들에 비교하여 상기 커버(1) 아래에 부가적인 공간이 있을 수 있다. 상기 부가적인 공간에 기인하여, 보다 많은 양의 발생된 광이 상기 커버(1) 아래에 갇히고 흡수될 수 있고, 그것에 의하여 단 하나의 광원(2)을 갖는 조명장치들에 비교하여 효율과 수명을 훨씬 더 낮추게 된다. 결과적으로, 훨씬 더 많은 열이 발생될 수 있고, 이는 상기 커버상에 미치는 스트레스에 더해진다. 더욱이, 다수의 광원들(2)을 포함하는 조명장치와 함께 반구형 커버(1)의 사용은 또한 페키지 부피를 크게 할 수 있고 고도의 투명물질을 요구할 수 있다. 적어도 이러한 이유들 때문에, 경제적이고 기술적인 양면에서, 발광소자용 볼록한 반구형의 커버(1)를 확대하기가 어려울 수 있다.
그와 대조적으로, 여기에서 기술된 바와 같은 발광소자들을 위한 광자 강화 유도 구조들, 소자들, 그리고 방법들의 다른 실시예들은 반구형의 커버들(1)을 포함하는 발광소자들에 비교하여 개선된 효율 및/또는 광분배를 갖는 발광소자들을 제공하는 한편, 보다 작은 구성 또는 외관을 제공한다. 그와 같이 하여, 다른 실시예들에서, 다수의 광원들(2)을 포함하는 한편, 상기 커버(1) 아래에 갇혀 있는 발생된 광에 제한되지 않고, 지나친 가열 및/또는 상기 커버(1)상의 스트레스, 그리고 광의 분배를 포함하여, 반구형의 커버들(1)에 관련되어 위에서 언급된 문제들 중 적어도 일정 부분은 완화시킬 수 있다.
LED 칩들 및 형광물질들
일반적으로, LED들은 다양한 색의 광을 방출할 수 있는데, 그 중 일부는 결합되어 흰색광을 만들어낼 수 있다. 흰색의 LED (WLED)광을 만들어내는 하나의 방법은 파란색의 LED 방사광을 흡수하고 노란색이나 녹색을 띤 노란색의 광을 방출시키는 형광물질들을 사용하는 것이다. 그와같이 하여, 하나 또는 그이상의 LED 칩들과 하나 또는 그이상의 형광물질들이 결합 사용되어 조명, 백라이트 디스플레이, 및/또는 어느 다른 조명 목적을 위하여 흰색광을 만들어낼 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, LED 칩(16)은 일반적으로 방향성의 광을 방출한다. 다시 말하면, LED에 의해서 방출된 광 또는 색을 띤 광은 일반적으로 상기 LED 칩(16)으로부터 실질적으로 직선으로 이동한다. 그에 대비하여, 형광체(4)은 일반적으로 등방성으로 광을 방출한다. 다시 말하면, 형광체(4)에 의하여 방출된 색을 띤 광의 광은 일반적으로 상기 형광체(4)로부터 모든 방향으로 이동한다.
따라서, LED 칩(16) 및 형광체(4)로부터 방출된 광이 결합될 때, 도 2에 도시된 바와 같이 광 및/또는 색들의 고르지 못한 분배가 얻어진다. 상기 LED 칩(16)의 중심 근처의 광은 상기 LED 칩(16)과 형광체(4) 양쪽으로부터 방출된 광이 그 영역에서 결합됨으로서 더 강렬하다. 그러나, 상기 LED 칩(16)의 측부들 또는 주변부 근처의 광은 그렇게 강렬하지 않은데, 이는 상기 형광체(4)로부터 방출된 광만이 상기 측부들 또는 주변부에 도달하고 상기 LED 칩(16)으로부터 방출된 광은 그에 도달하지 않기 때문이다.
다시 말하면, 상기 LED 칩(16)의 중심 근처에, 상기 형광체(4)로부터 방출된 광보다 상기 LED 칩(16)으로부터 방출된 광이 상대적으로 더 많이 있다. 상기 LED 칩(16)의 측부들 또는 주변부들 근처에, 상기 LED 칩(16)으로부터 방출된 광보다 상기 형광체(4)로부터 방출된 광이 상대적으로 더 많을 수 있다. 그와같이 하여, 상기 형광체(4)로부터 방출된 광에 대한 상기 LED 칩(16)으로부터 방출된 광의 비율이 중심부에서 더 높고 측부들 또는 주변부에서 더 낮다. 결국, 상기 LED 칩(16)과 하나 또는 그 이상의 형광체(4)로 부터 방출된 광의 상이한 결합 때문에 다른 점들에서 광의 색은 다를 수 있다.
광 및/또는 광의 색을 더 고르게 배분시키기 위하여, 다른 실시예들에서, 발광소자는 광을 분산시켜 광의 보다 더 고른 분포를 얻도록 구성된 광자 강화 유도 구조들, 소자들, 그리고 방법들을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 광의 더 분산된 방출을 얻기 위하여 상기 LED 칩(16)의 중심 근처의 광의 일부가 반사되거나 다른 식으로 조작되어 측부로 또는 주변부들로 이동되도록 한다.
발광소자 개요
위에서 기술된 바와 같이, 다른 실시예에서, 발광소자는 하나 또는 그이상의 광원들 및/또는 광 또는 광자 유도 구조들을 포함할 수 있다. 도 3은 광자 강화 유도 구조의 일실시예를 포함하는 발광소자의 실시예의 단면도를 보여준다. 도 3에 도시된 바와 같이, 발광소자는 리드 프레임(lead frame) 또는 칩-온-보드 하우징(chip-on-board housing)(10), 적어도 하나의 광발생 칩들(16), 전기적 연결용 금 와이어들(gold wires)(18), 봉지재층(19), 광자 강화 유도 구조(20), 기판(11), 전기 단자(13), 그리고/또는 PPA 또는 어떠한 지지구조물(12)을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 발광소자는 하나 또는 그 이상의 광원들 또는 광발생 칩들(16)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 하나 또는 그 이상의 광원들은 하나 또는 그 이상의 LED 광원들 또는 어느 다른 광발생원들 또는 칩들(16)을 포함할 수 있다. 상기 하나 또는 그 이상의 LED 칩들(16)은 제 1 색의 광빔들을 방출하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 하나 또는 그 이상의 발광원들 또는 LED 칩들(16)은 한 선으로 및/또는 이차원 배열로 정열될 수 있다. 발광칩들 또는 LED 칩들(16)의 상기 이차원 배열은 어느 열 및/또는 행 차원들을 포함할 수 있다.
다른 실시예들에서, 발광소자 및/또는 LED 광원은 LED 봉지재층(19)을 더 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 봉지재층(19)은, 예를 들어, 이에 한정되는 것은 아니지만, 실리콘, 유리, 아크릴 물질들과 같은 투명한 물질들로 만들어질 수 있다. 다른 실시예들에서, 봉지재층(19)은, 예를 들어, 녹색, 황색, 오랜지색, 및/또는 적색의 형광물질(4)과 같은 하나 또는 그 이상의 파장 변환 물질들을 포함할 수 있다. 다시 말하면, LED 봉지재층(19)은 상기 LED(16)로부터 상기 제 1 색의 광빔들을 흡수하고 제 2 색의 광빔들을 방출하도록 구성된 적어도 하나의 형광물질(4)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 다른 실시예들에서, LED 칩들(16)로부터 방사된 청색광은 형광물질(4)에 의해 부분적으로 흡수되고 하나 또는 그 이상의 형광물질(4)에 의하여 오랜지색, 적색, 및/또는 녹색을 띤 황색광을 방출시킨다.
여기에 사용된 바와 같이, 녹색, 황색, 오랜지색, 및/또한 적색의 형광체들 또는 형광물질(4)는 적당한 파장에 의하여 활성화될 때 통상의 눈에 의해 각각 녹색, 황색, 오랜지색, 및/또는 적색으로서 인식되는 파장들을 포함하는 광을 방출하도록 구성되는 파장 변환 물질들을 말한다.
다른 실시예들에서, 광 또는 광자 강화 유도 구조(20)는 상기 LED 봉지재부(19) 위에 놓여지도록 구성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 광자 강화 유도 구조(20)는, 예를 들어, 이에 한정되지는 않지만, 실리콘, PMMA, 폴리카보네이트(Polycarbonate), 및/또는 유리와 같은 투명물질들로 만들어질 수 있다. 그 외에, 다른 실시예들에서, 상기 광자 강화 유도 구조(20)는 광의 분배를 용이하게 하도록 다른 표면의 성질 및/또는 거칠음을 포함하는 물질로 만들어질 수 있다. 더욱이, 다른 실시예들에서, 상기 광 또는 광자 강화 유도 구조(20)는 광출력을 개선시키고/또는 색의 질을 조절하기 위하여 녹색, 황색, 오랜지색, 및/또는 적색의 형광물질(4)과 같은 파장 변환 물질들을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 광 또는 광자 강화 유도 구조(20)는 상기 봉지재층(19)의 반사 지수와 같거나 낮은 반사 지수를 갖는 물질로 만들어질 수 있다.
상기 광 또는 광자 강화 유도 구조(20)는 최하부, 최상부, 및 측부로 한정된 몸체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 광자 강화 유도 구조(20) 또는 그의 부분들의 하나 또는 그 이상의 최상부 표면들, 측부 표면들, 및/또는 최하부 표면들은 투명 물질들로 만들어질 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 광유도 구조 몸체는 상기 LED 봉지재부(19)로부터 광빔들을 받아서 그러한 광을 상기 최하부로부터 상기 최상부로 유도되도록 구성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 광유도 구조(20)의 상기 최상부 또는 그 일부는 상기 광유도 구조(20) 내에서 입사광빔들의 적어도 일부를 전반사하고 상기 전반사된 광빔들을 상기 측부쪽으로 재유도하도록 구성된 전반사 표면을 포함한다. 결과로서, 다른 실시예들에서, 방출된 광은 상기 광학적 구조의 상기 최상부 표면 뿐만 아니라 상기 측부 표면들로부터도 방출되어, 더 많은 측부 광 방출을 가져온다.
광자 강화 유도 구조 - 구조적 개요
상기에서 기술된 바와 같이, 다른 실시예들에서, 발광소자는 광 또는 광자 강화 유도 구조(20)를 포함한다. 상기 광 또는 광자 강화 유도 구조(20)는 발광소자의 광분배를 강화시키도록 구성될 수 있다.
도 4는 광자 강화 유도 구조(20)의 실시예의 사시도이다. 도시된 바와 같이, 광자 강화 유도 구조(20)의 다른 실시예들은 하나 또는 그 이상의 최상부들, 최하부들, 및/또한 측부들을 포함한다. 다른 실시예들에서 상기 최상부들, 최하부들, 및/또한 측부들은 하나 또는 그 이상의 표면들을 더 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 하나 또는 그 이상의 최상부들 및/또는 측부들 또는 그의 표면들은 단하나의 연속적인 최상부 및 측부를 포함하는 반구형의 커버의 것들과 달리 분할될 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 발광소자는 광원 및/또는 LED 봉지재부(19) 위에 놓여지도록 구성된 광 또는 광자 강화 유도 구조(20)를 포함한다. 상기 광원 및/또는 LED 봉지재부(19)로부터 방출된 광은 상기 광자 강화 유도 구조(20)의 최하부를 통하고 그의 최상부 및/또는 측부를 통하여 이동되도록 구성될 수 있다.
광자 강화 유도 구조 - 최상부
다른 실시예들에서, 광자 강화 유도 구조(20)의 최상부는 하나 또는 그 이상의 최상부 표면들(202, 205)을 포함한다. 상기 하나 또는 그 이상의 최상부 표면(202, 205)는 일반적으로 상기 광자 강화 유도 구조(20)의 최하부에 평행한 가상의 평면에 대하여 평행하고/또는, 경사지고/또는, 곡면일 수 있다. 예를 들어, 다른 실시예들에서, 상기 하나 또는 그 이상의 최상부 표면(202,205)은 경사질 수 있어서 상기 최상부 표면(202, 205)을 따라 상기 광자 강화 유도 구조(20)의 중심으로부터 더 멀리 있는 한 점이 상기 동일한 최상부 표면(202, 205)을 따라 상기 광자 강화 유도 구조(20)의 중심에 보다 가까이 있는 한 점보다 더 높은 레벨에 있을 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 하나 또는 그 이상의 최상부 표면들(202, 205)은 상기 광자 강화 유도 구조(20)의 외부에서 봤을 때 오목하고/또는 볼록한 표면을 포함할 수 있다.
다른 실시예들에서, 상기 하나 또는 그 이상의 최상부 표면들(202, 205)은 서로 분할될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 다수의 최상부 표면들(202,205) 중 하나는 하나 또는 그 이상의 다른 최상부 표면들(202,205)과 하나 또는 그 이상의 각도들을 형성할 수 있다. 예를 들어, 어느 주어진 점에서 한 최상부 표면(202, 205)과 하나 또는 그 이상의 다른 최상부 표면들(202, 205) 사이에 형성된 한 각은 약 10˚, 약 20˚, 약 30˚, 약 40˚, 약 50˚, 약 60˚, 약 70˚, 약 80˚, 약 90˚, 약 100˚, 약 110˚, 약 120˚, 약 130˚, 약 140˚, 약 150˚, 약 160˚, 약 170˚ 일 수 있거나, 상기한 각도들 중 두 개 또는 그 이상에 의하여 정해진 범위내에서 변경될 수 있다. 다른 실시예들에서, 한 최상부 표면(202, 205)은 하나 또는 그 이상의 다른 최상부 표면들로부터 분할되지 않는다. 오히려, 한 최상부 표면(202, 205)는 하나 또는 그 이상의 다른 최상부 표면들(202, 205)과 연속적인 표면을 형성할 수 있다.
다른 실시예들에서, 하나 또는 그 이상의 최상부 표면들(202, 205)은 하나 또는 그 이상의 측부 표면들(203)로부터 분할된다. 상기 하나 또는 그 이상의 최상부 표면들(202, 205)은 상기 하나 또는 그 이상의 측부 표면들(203)과 하나의 각도를 형성할 수 있다. 예를 들어, 어느 주어진 점에서 상기 하나 또는 그 이상의 최상부 표면들(202, 205)과 상기 하나 또는 그 이상의 측부 표면들(203) 사이에 형성된 상기 각도는 약 10˚, 약 20˚, 약 30˚, 약 40˚, 약 50˚, 약 60˚, 약 70˚, 약 80˚, 약 90˚, 약 100˚, 약 110˚, 약 120˚, 약 130˚, 약 140˚, 약 150˚, 약 160˚, 약 170˚ 일 수 있거나, 상기한 각도들 중 두 개 또는 그 이상에 의하여 정해진 범위내에서 변경될 수 있다. 다른 실시예들에서, 하나 또는 그 이상의 최상부 표면들(202, 205)과 상기 하나 또는 그 이상의 측부 표면들(203) 사이의 상기 각도는 약 10˚에서 약 90˚까지의 범위이다. 상기 하나 또는 그 이상의 최상부(202, 205) 및/또는 측부 표면(203)은 일직선이고/또는, 곡면이고/또는, 경사질 수 있다. 다른 실시예들에서, 하나 또는 그 이상의 최상부 표면들(202, 205)은 하나 또는 그 이상의 측부 표면들(203)로부터 분할되지 않는다. 오히려, 상기 하나 또는 그 이상의 최상부 표면들(202, 205)는 하나 또는 그 이상의 측부 표면들(203)과 연속적인 표면을 형성할 수 있다.
다른 실시예들에서, 하나 또는 그 이상의 최상부 표면들(202, 205) 또는 그의 부분들은 상기 최하부 표면(204)에 평행한 가상의 평면에 대하여 한 각도를 포함할 수 있다. 예를 들면, 어느 주어진 점에서 상기 하나 또는 그 이상의 최상부 표면들(202, 205) 또는 그의 부분들과 상기 최하부 표면(204)에 평행한 상기 가상 평면 사이의 상기 각도는 약 10˚, 약 20˚, 약 30˚, 약 40˚, 약 50˚, 약 60˚, 약 70˚, 약 80˚, 약 90˚, 약 100˚, 약 110˚, 약 120˚, 약 130˚, 약 140˚, 약 150˚, 약 160˚, 약 170˚, 약 180˚일 수 있거나 상기한 각도들 중 두개 또는 그 이상에 의하여 정해진 범위내 일 수 있다. 다른 실시예들에서, 하나 또는 그 이상의 최상부 표면들(202, 205) 및 상기 하나 또는 그 이상의 최하부 표면들(204)에 평행한 상기 가상 평면 사이의 상기 각도는 약 10˚에서 약 55˚까지의 범위에 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 광자 강화 유도 구조(20)의 다른 실시예들은 하나 또는 그 이상의 평편한 최상부 표면들(205)을 포함한다. 상기 하나 또는 그 이상의 평편한 최상부 표면들(205)은 상기 광자 강화 유도 구조(20)의 최하부 표면(204)에 실질적으로 평행할 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 상기 광자 강화 유도 구조(20)는 실질적으로 상기 최하부 표면(204)에 평행한 어느 평편한 최상부 표면들(205)을 포함하지 않는다.
광자 강화 유도 구조 - 측부
다른 실시예들에서, 광자 강화 유도 구조(20)의 측부는 하나 또는 그 이상의 즉부 표면(203)을 포함한다. 상기 하나 또는 그 이상의 측부 표면들(203)은 서로 분할될 수 있다. 다른 실시예들에서는, 상기 다수의 측부 표면들(203) 중 하나는 하나 또는 그 이상의 다른 측부 표면들(203)과 하나 또는 그이상의 각도들을 형성할 수 있다. 예를 들면, 어느 주어진 점(기준점)에서 측부 표면(203)과 하나 또는 그 이상의 다른 측부 표면들(203) 사이에 형성된 각도는 약 10˚, 약 20˚, 약 30˚, 약 40˚, 약 50˚, 약 60˚, 약 70˚, 약 80˚, 약 90˚, 약 100˚, 약 110˚, 약 120˚, 약 130˚, 약 140˚, 약 150˚, 약 160˚, 약 170˚일 수 있거나 상기한 각도들 중 두 개 또는 그 이상에 의하여 정해진 범위내에서 변경될 수 있다. 다른 실시예들에서, 측부 표면(203)은 하나 또는 그 이상의 다른 측부 표면들(203)로부터 분할되지 않는다. 오히려, 측부 표면(203)은 하나 또는 그 이상의 다른 측부 표면들(203)과 연속적인 표면을 형성할 수 있다.
다른 실시예들에서, 하나 또는 그 이상의 측부 표면들(203)은 하나 또는 그 이상의 최하부 표면들(204)로부터 분할된다. 상기 하나 또는 그 이상의 측부 표면들(203)은 상기 하나 또는 그 이상의 최하부 표면들(204)과 한 각도를 형성할 수 있다. 예를 들면, 어느 주어진 점에서 상기 하나 또는 그 이상의 측부 표면들(203)과 상기 하나 또는 그 이상의 최하부 표면들(204) 사이에 형성된 상기 각도는 약 10˚, 약 20˚, 약 30˚, 약 40˚, 약 50˚, 약 60˚, 약 70˚, 약 80˚, 약 90˚, 약 100˚, 약 110˚, 약 120˚, 약 130˚, 약 140˚, 약 150˚, 약 160˚, 약 170˚일 수 있거나 상기한 각도들 중 두 개 또는 그 이상에 의하여 정해진 범위내에서 변경될 수 있다. 다른 실시예들에서, 하나 또는 그 이상의 측부 표면들(203)과 상기 하나 또는 그 이상의 최하부 표면들(204) 사이의 상기 각도는 약 45˚부터 약 135˚까지의 범위에 있다, 상기 하나 또는 그 이상의 측부(203) 및/또는 최하부 표면들(204)은 일직선이고/또는, 곡면이고/또는, 경사질 수 있다. 다른 실시예들에서, 하나 또는 그 이상의 측부 표면들(203)은 하나 또는 그 이상의 최하부 표면들(204)로부터 분할되지 않는다. 오히려, 상기 하나 또는 그 이상의 측부 표면들(203)은 하나 또는 그 이상의 최하부 표면들(204)과 연속적인 표면을 형성한다.
광패턴 - 최상부 표면
다른 실시예들에서, 광 또는 광자 강화 유도 구조(20)를 광원 및/또는 LED 봉지재부(19) 위에 둠으로써, 상기 광원 및/또는 LED 봉지재부(19)로부터 방출되는 광은 상기 광 또는 광자 강화 유도 구조(20)를 통하여/또는 밖으로 이동하면서 특정한 각도들에서 반사 및/또는 굴절하도록 구성될 수 있다. 도 5a 및 5b는 다른 최상부들을 갖는 광자 강화 유도 구조들(20)의 실시예들에서 광이동 패턴들을 도시한 도면이다.
보다 특정되게는, 도 5a는 하나 또는 그 이상의 최상부 표면들(202, 205)을 갖는 광자 강화 유도 구조(20)의 일실시예에서 광이동패턴들의 단면도이다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 다른 실시예들에서, 최상부는 상기 광자 강화 유도 구조(20)의 최하부 또는 표면(204)에 평행한 가상 평면에 대하여 평편하고, 곡면이고/또는 경사진 다수의 최상부 표면들(202, 205)을 포함한다.
도시된 바와 같이, 다른 실시예들에서, 발광소자는 광자 강화 유도 구조(20)에 의하여 덮혀진 다수의 광원들(2)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 광원(2)은 상기 광자 강화 유도 구조(20)의 중심 아래에 실질적으로 위치될 수 있다. 더욱이, 하나 또는 그 이상의 발광원들(2)이 상기 광자 강화 유도 구조(20)의 주변 영역들 아래에 실질적으로 위치될 수 있다.
다른 실시예들에서, 하나 또는 그 이상의 최상부 표면들(202, 205)은 투명 물질로 만들어질 수 있어 광이 상기 하나 또는 그 이상의 최상부 표면들(202, 205)을 통하여 방출되고/또는 전송될 수 있다. 예를 들면, 다른 실시예들에서, 상기 광자 강화 유도 구조(20)의 중심 아래에 실질적으로 위치된 하나 또는 그 이상의 광원들(2)로부터 방출된 실질적으로 모든 광은 상기 광자 강화 유도 구조(20)의 최하부 표면(204)에 실질적으로 직각인 수직 방향으로 최상부 표면(205)을 통하여 그리고 외부로 보내질 수 있다.
다른 실시예들에서, 하나 또는 그 이상의 광원들(2)로부터 방출된 광은 상기 최상부 표면(202, 205)에서 어느 각도만큼 굴절될 수 있다. 상기 굴절각은 그 특정한 최상부 표면(202, 205)의 물질의 굴절율 및/또는 상기 최상부 표면(202, 205)에 접하기전 초기의 광로(path of light)와 상기 최상부 표면(202, 205)을 따른 상기 접점에 접하는 선 사이의 상기 각도에 달려 있을 수 있다. 예를 들면, 다른 광로의 굴절각은 약 10˚, 약 20˚, 약 30˚, 약 40˚, 약 50˚, 약 60˚, 약 70˚, 약 80˚, 약 90˚, 약 100˚, 약 110˚, 약 120˚, 약 130˚, 약 140˚, 약 150˚, 약 160˚, 약 170˚, 약 180˚일 수 있거나 상기한 각도들 중 두 개 또는 그 이상에 의하여 정해진 범위내에 있을 수 있다.
다른 실시예들에서, 하나 또는 그 이상의 최상부 표면들(202, 205)은 전반사 표면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전반사 표면은 상기 광자 강화 유도 구조(20)내에서 다른 특정한 각보다 작은 각 θ 으로 입사되는 실질적으로 모든 입사광빔들을 전반사시키도록 구성될 수 있는데, 여기에서 상기 각도는 상기 광자 강화 유도 구조(20)의 최상부 표면 아래의 상기 초기 광로와 상기 초기 광로를 포함하는 가상의 평면상에서 평편하고/또는, 곡면이고/또는, 경사진 최상부 표면(202, 205) 상의 한 점에 접하는 선 사이에서 정해진다. 다시 말하면, 상기 최상부 표면(202, 205) 아래의 상기 초기 광로는 다른 각으로 전반사 최상부 표면(202, 205)에 접촉할 때 전반사될 수 있고 그 특정한 최상부 표면(202, 205)을 통하여 이동될 수 없다. 예를 들면, 다른 실시예들에서, 상기 광자 강화 유도 구조(20)의 주변부(peripheral region) 아래에 위치된 하나 또는 그 이상의 광원들(2)로부터 방출된 광은 상기 최상부 표면(202)에 접촉될 때 전반사될 수 있다.
다른 실시예들에서, 상기 최상부 표면(202, 205)의 물질에 따라서, 상기 광자 강화 유도 구조(20)의 최상부 표면(202, 205) 아래의 상기 초기 광로와 전반사를 위해 허용되는 상기 평편하고, 곡면이고/또는, 경사진 최상부 표면(202, 205) 상의 한 점에 접하는 선 사이에 최대 각도는 약 5˚, 약 10˚, 약 15˚, 약 20˚, 약 25˚, 약 30˚, 약 35˚, 약 40˚, 약 45˚, 약 50˚, 약 55˚, 약 60˚, 약 65˚, 약 70˚, 약 75˚, 약 80˚, 약 85˚일 수 있거나 상기한 각도들 중 두 개 또는 그 이상에 의하여 정해진 범위내에 있을 수 있다.
다른 실시예들에서, 광자 강화 유도 구조의 최상부는 하나 또는 그 이상의 전반사 표면들 및/또는 하나 또는 그 이상의 비전반사 표면들을 포함한다. 예를 들면, 도 5a에 도시된 실시예에서, 광자 강화 유도 구조의 최상부는 일반적으로 최하부 표면에 수직한 평면으로 취해진 단면으로부터 보여진 대로 적어도 두 개의 전반사 표면들(202)을 포함한다. 상기 적어도 두 개의 전반사 표면들(202)은 광빔들을 일반적으로 반대 방향으로 재유도하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 적어도 두 개의 전반사 표면들(202)은 일반적으로 상기 최하부 표면(204)에 수직한 가상의 선을 따라 있는 서로의 거울상들(mirror images)일 수 있다.
다른 실시예들에서, 상기 두 개의 전반사 표면들(202)은 단면상에서 대략 가상의 선에 만난다. 다른 실시예들에서, 상기 적어도 두개의 전반사 표면들(202)은 상기 적어도 두 개의 전반사 표면들 사이 안에 위치된 부가적인 표면(205)에 의하여 연결된다. 상기 부가적인 표면(205)은 전반사 표면이거나 비전반사 표면일 수 있다. 예를 들면, 다른 실시예들에서, 상기 적어도 두 개의 전반사 표면들(202)은 상기 광자 강화 유도 구조내에서 실질적으로 모든 입사광빔들을 반사시키기 보다는 상기 광자 강화 유도 구조(20) 내에서 상기 입사광빔들을 전달시키도록 구성되는 비전반사 표면에 의하여 연결된다. 다른 실시예들에서, 상기 적어도 두 개의 전반사 표면들(202)은 상기 광자 강화 유도 구조(20) 내에서 상기 입사광빔들의 적어도 일부를 전반사시키고 상기 전반사된 광빔들을 상기 최상부의 또다른 부분 및/또는 표면으로 되보내도록 구성되는 하나 또는 그 이상의 부가적인 전반사 표면들에 의하여 연결된다.
다른 실시예들에서, 상기 전반사된 광은 그 다음에 하나 또는 그 이상의 측부 표면들(203)에서 전달되고/또는 굴절될 수 있다. 따라서, 상기 광자 강화 유도 구조(20)의 상기 최상부 표면(202, 205)에서의 반사 및/또는 굴절을 제어함으로써, 상기 하나 또는 그 이상의 측부 표면들(203)에서의 광로 및/또는 분배가 변경되고/또는 제어될 수 있다. 예를 들어, 다른 실시예들에서, 하나 또는 그 이상의 최상부 표면들(202, 205)의 각 및/또는 곡면은 실질적으로 수평 및/또는 경사진 방향으로 하나 또는 그 이상의 측부 표면들(203)로 방출되는 광의 양을 증가시키도록 구성될 수 있다.
다른 실시예들에서, 상기 굴절 및/또는 반사 때문에, 하나 또는 그 이상의 발광칩들 또는 LED 칩들(16)로부터 방출된 광과 하나 또는 그 이상의 형광체들(4)로부터 방출된 광의 결합은 반구형의 렌즈(1) 또는 다른 커버의 것으로 부터 변경될 수 있다. 따라서, 다른 실시예들에서, 하나 또는 그 이상의 발광칩들 또는 LED 칩들(16)로부터 방출된 광과 하나 또는 그 이상의 형광체들(4)로부터 방출된 광의 결합은 하나 또는 그 이상의 최상부 표면들(202, 205)의 상기 각 및/또는 곡면을 변경시킴으로써 사전에 구성되고/또는 사전에 설계될 수 있다. 하나 또는 그 이상의 최상부 표면들(202, 205)의 상기 각 및/또는 곡면에서의 변경은 상기 광자 강화 유도 구조(20)내에서 및/또는 상기 광자 강화 유도 구조(20)를 통과하면서 광의 반사 및/또는 굴절의 각을 효과적으로 변경시킬 수 있다. 결국, 하나 또는 그 이상의 발광칩들 또는 LED 칩들(16)로부터 방출된 광과 하나 또는 그 이상의 형광체들(4)로부터 방출된 광의 결합은 제어될 수 있다.
그에 비해서, 반구형의 렌즈(1)를 포함하는 발광소자들에 있어서, 광의 반사 및/또는 굴절의 제어 및/또는 변경시키기 위한 선택들은 제한되어 있거나 부족하다. 도 5b는 반구형 렌즈의 한 예의 단면도이다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 반구형 커버들(1)은 상기 반구형의 렌즈(1)의 최상부 및/또는 측부에 걸쳐 일반적으로 단하나의 곡면을 포함한다. 결국, 상기 최상부에 걸쳐 오직 하나의 표면만이 있기 때문에, 상기 광의 분배성 및/또는 색 분배를 제어 및/또는 변경시키는 것은 불가능하지 않다면 어려운 것일 수 있다. 다시 말하면, 상기 발광소자로부터 수평방향으로 방출되는 광의 양 또는 색의 구성은 제한적이거나 제어하기 어려울 수 있다.
광패턴 - 측부 표면
상기 최상부와 유사하게, 광자 강화 유도 구조(20)의 측부 및/또는 하나 또는 그 이상의 측부 표면들은 광을 굴절 및/또는 전달시키도록 구성될 수 있다. 상기 하나 또는 그 이상의 측부 표면들(203)을 통하여 굴절 및/또는 전달되는 광은 직접 하나 또는 그 이상의 광원들(2)로부터 방출될 수 있거나 하나 또는 그 이상의 최상부(202, 205) 및/또는 최하부 표면들(204)로부터 반사 및/또는 굴절될 수 있다.
다른 실시예들에서, 하나 또는 그 이상의 측부 표면들(203)은 투명물질로 만들어질 수 있다. 투명한 측부 표면들(203)을 도입함으로써, 광추출영역과 광추출은 증가될 수 있다. 더욱이, 투명한 측부 표면들은 더 많은 광이 상기 측부 표면들(203)로부터 실질적으로 수평한 방향으로 또는 상기 수직 방향 보다 상기 수평한 방향에 더 근접한 방향으로 유도되고 방출되도록 허용될 수 있으며, 여기에서, 상기 수평 방향은 상기 광자 강화 유도 구조(20)의 최하부 표면(204)에 실질적으로 평행하다.
도 6a-6b는 변화하는 측부 표면들(203)을 갖는 광자 강화 유도 구조(20)의 실시예들에서 광이동 패턴들의 단면도를 도시한다. 다른 실시예들에서, 상기 측부는 다른 전반사 표면들을 포함하지 않아서 상기 광자 강화 유도 구조(20) 내에서 상기 측부로 입사되는 실질적으로 모든 광빔들이 상기 측부를 통하여 상기 광자 강화 유도 구조(20)의 외부로 전달된다. 다른 실시예들에서, 상기 측부는 입사되는 광빔들을 전달 및/또는 굴절시키도록 구성된 하나 또는 그 이상의 측부 표면들(203)을 포함한다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 다른 실시예들에서, 하나 또는 그 이상의 측부 표면들(203)은 상기 최하부에 실질적으로 수직하고 직각을 이룬다. 따라서, 상기 광자 강화 구조(20)의 주변부 아래에 위치된 광원(2)으로부터 방출되고 하나 또는 그 이상의 최상부 표면들(202, 205)에서 반사 및/또는 전반사된 광은 상기 하나 또는 그 이상의 측부 표면들(203)을 통하여 최소 한도로 굴절 및/또는 전달될 수 있다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 다른 실시예들에서, 하나 또는 그 이상의 측부 표면들은 상기 최하부(204)에 대하여 경사지고 및/또는 곡면으로 된다. 따라서, 상기 광자 강화 구조(20)의 주변부 아래에 위치된 광원(2)으로부터 방출되고 하나 또는 그 이상의 최상부 표면들(202, 205)에서 굴절 및/또는 전반사된 광은 하나 또는 그 이상의 측부 표면(203)을 통하여 굴절 및/또는 전달될 수 있다. 그러므로, 하나 또는 그 이상의 측부 표면들(203)의 각도 및/또는 곡면을 변경시킴으로써, 광로의 굴절정도와 상기 광자 강화 유도 구조(20)외부에서의 광의 분배가 변경될 수 있다.
상기 굴절각은 그 특정한 측부표면(203)의 물질의 굴절율 및/또는 상기 측부 표면(203)에 접촉하기 전의 초기의 광로와 상기 측부 표면(203)을 따른 접점에 접하는 선 사이의 각에 달려 있다. 예를 들면, 상기 광로의 상기 굴절각은 약 0˚,약 10˚, 약 20˚, 약 30˚, 약 40˚, 약 50˚, 약 60˚, 약 70˚, 약 80˚, 약 90˚, 약 100˚, 약 110˚, 약 120˚, 약 130˚, 약 140˚, 약 150˚, 약 160˚, 약 170˚, 약 180˚일 수 있거나, 상기한 각도들 중 두 개 또는 그 이상에 의하여 정해진 범위내에 있을 수 있다.
광자 강화 유도 구조 - 원뿔 또는 피라미드부
다른 실시예들에서, 광자 강화 유도 구조(20)의 최상부는 적어도 하나의 원뿔 및/또는 피라미드부(201)를 포함할 수 있다. 하나 또는 그 이상의 다른 최상부 표면들(202)은 상기 원뿔 및/또는 피라미드부(201)에 연결될 수 있다. 상기 원뿔 및/또는 피라미드부(201)은 상기 원뿔 및/또는 피라미드부(201) 근처에서 또는 실질적으로 아래에서 광추출을 용이하게 하고 다른 부분들 및/또는 최상부 표면들(202) 쪽으로 상기 광을 재분배시키도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 다른 실시예들에서, 상기 원뿔 및/또는 피라미드부(201)는 상기 최상부의 중심 근처에 위치될 수 있다.
도 7a-7b는 각각 최상부의 중심 근처에 위치된 원뿔 및/또는 피라미드부(201)를 포함하는 광자 강화 유도 구조(20)의 일실시예의 사시도 및 단면도이다. 도시된 실시예에서, 상기 중심 원뿔 또는 피라미드(201)는 제 1 입사에서 광의 상당량이 상기 원뿔 또는 피라미드(201)의 일측에서 반사되고 그리고 나서 제 2 입사에서 상기 원뿔 또는 피라미드(201)의 마주보는 측에서 굴절되도록 구성될 수 있다. "반사적인 굴절광"으로 명명될 수 있는 이 광은 제 1 및 제 2 입사들로부터 보다 큰 시야 각도 방향 쪽으로 구부러지도록 구성될 수 있다.
다른 실시예들에서, 광자 강화 유도 구조(20)의 최상부는 다수의 원뿔 및/또는 피라미드부들(201)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 최상부는 실질적으로 모든 또는 다수의 광원들(2) 또는 LED 칩들(16) 위에 원뿔 및/또는 피라미드부(201)를 제공하도록 구성된다.
광자 강화 유도 구조 - 비평면(No Flat) 또는 원뿔 또는 피라미드부
다른 실시예들에서, 광자 강화 유도 구조(20)의 최상부는 원뿔 또는 피라미드부(201) 또는 실질적으로 최하부(204)에 평행한 평면부(205)를 포함하지 않는다. 오히려, 다른 실시예들에서, 광자 강화 유도 구조(20)의 최상부는 상기 최하부 표면(204)에 평행한 가상의 평면에 대하여 곡면으로 되어 있고/또는 경사져 있는 전반사 표면들(202)만을 포함하고 있다. 도 8a 및 도 8b는 원뿔 또는 피라미드 구조(201) 또는 평면부(205)가 없는 최상부를 포함하는 광자 유도 구조(20)의 실시예들의 광이동패턴들을 도시한다.
그러나, 도 8a 및 8b에 도시된 바와 같이, 그러한 광자 유도 구조들(20)은 일반적으로 그러한 실시예들에서 주변부 가까이에서 전반사를 얻도록 더 두꺼워야 한다. 예를 들면, 도 8a에 도시된 실시예는 도 8b에 도시된 실시예에 비하여 상기 최하부(204)로부터 상기 최상부까지 측정된 대로 수직 깊이에서 더 얇다. 도 8a 및 8b에 도시된 양쪽의 실시예들에서, 광원(2)은 상기 광자 강화 유도 구조(20)의 주변부 아래에 위치되어 있다. 도 8a에 도시된 실시예에서, 이 광원(2)으로부터 방출된 광은 상기 최상부 표면(202)을 통하여 굴절되고 전달되는데, 여기에서, 도 8b에 도시된 실시예에서, 이 광원(2)으로부터 방출된 광은 측부 표면(203)을 통하여 전반사되고 전달된다.
보다 특정하게, 도 8a에 도시된 실시예에서, 상기 최상부 표면(202)에 접촉하기 전의 초기 광로는 상기 광로와 상기 최상부 표면(202) 사이의 접점에 접하는 선과 각 θ1을 형성한다. 상기 특정한 광원(2) 위에 위치된 최상부 표면(202)은 전반사 표면을 포함한다는 사실에도 불구하고, 상기 각 θ1은 전반사를 위한 임계각보다 더 크기 때문에, 상기 광은 전반사되지는 않고 다른 실시예들에서는 상기 최상부 표면(202)을 통하여 오히려 굴절되어 전달된다.
그와 대조적으로, 도 8b에 도시된 실시예에서, 상기 광자 강화 유도 구조(20)는 전반적으로 도 8a에 도시된 것 보다 실질적으로 더 두껍다. 따라서, 상기와 같은 광원(2) 위에 위치된 상기 최상부 표면(202)의 곡면이 더 크다. 결국, 상기 최상부 표면(202)에 접촉하기전의 초기 광로와 상기 광로와 상기 최상부 표면(202) 사이에 접점에 접하는 선 사이에 형성된 각 θ2는 각 θ1 및 전반사를 위한 임계각 보다 더 작다. 따라서, 도 8b에 도시된 다른 실시예들에서 상기 측부 표면(203)를 통하여 광은 전반사되고 전달된다.
도 8a 및 8b에 도시된 바와 같이, 전반사를 얻고 상기 주변부 근처에서 방출된 광을 하나 또는 그 이상의 측부 표면들(203)로 재유도시키기 위하여, 상기 광자 강화 유도 구조(20)는 중심 근처에서 그 광빔들만을 재유도하는데 필요한 것 보다 더 두꺼울 필요가 있다. 따라서, 상기 주변부들 근처에서 방출된 그 광빔들조차 효과적으로 재유도하기 위해서, 그러한 광자 강화 유도 구조(20)는 오히려 부피가 클 것이 필요하다.
그러나, 상기 최상부의 중심 근처에 평면부(205), 원뿔형 및/또는 피라미드형 구조(201)를 채택으로써, 광자 강화 유도 구조(20)는 상기 주변주들에서 방출된 광을 하나 또는 그 이상의 측부 표면들(205)로 효과적으로 재유도시키는한 그렇게 두꺼울 필요가 없다. 도 9는 원뿔형 및/또는 피라미드형 구조(201)를 갖는 최상부를 포함하는 광자 강화 유도 구조(20)의 일 실시예에서 광이동 패턴들을 도시한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 최상부의 중심 근처에 상기 원뿔 또는 피라미드부(201) 때문에, 전반사 표면의 곡면은 다른 실시예들에서는 상기 광자 강화 유도 구조(20)의 바로 중심에서 시작되지 않는다. 오히려, 상기 곡면은 상기 광자 중강 유도 구조(20)의 중심에서 벗어나서 시작될 수 있다. 결국, 상기 주변부 근처에서 상기 광자 강화 유도 구조(20)의 곡면은 상기 광자 강화 유도 구조(20)를 더 두껍게 만들지 않으면서 도 8a에 도시된 실시예보다 더 크게 될 수 있다.
더 큰 곡면 때문에, 다른 실시예들에서는, 상기 최상부 표면(202)에 접촉하기전 초기 광로와 상기 광로와 상기 최상부 표면(202) 사이의 접점에 접하는 선 사이에 형성된 각 θ3는 각 θ1 과 전반사를 위한 임계각 보다도 작다. 따라서, 광은 도 9에 도시된 실시예에서 전반사되고 상기 측부 표면(203)을 통하여 전달될 수 있다. 더 많은 광을 상기 측부 표면(203) 쪽으로 진행하여 통과하도록 유도함으로써, 더 크고 더 고른 광분배가 얻어질 수 있다. 동시에, 광자 강화 유도 구조(20)의 두께는 도 8b에 도시된 다른 실시예들에서 보다 도 9에 도시된 다른 실시예들에서 실질적으로 더 얇을 수 있다.
광자 강화 유도 구조 - 부가적인 반사 표면
다른 실시예들에서, 하나 또는 그 이상의 부가적인 반사 표면들(206)은 요구되는 만큼 더 광을 반사시키고/또는 전달시키기 위하여 광자 강화 유도 구조(20)와 함께 사용될 수 있다. 도 10은 광자 강화 유도 구조(20)와 함께 사용된 부가적인 반사 표면(206)의 일실시예에서 발광 패턴들을 도시한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 하나 또는 그 이상의 부가적인 반사 표면들(206)이 광자 강화 유도 구조(20) 근처에 놓여질 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 광자 강화 유도 구조(20)의 하나 또는 그 이상의 최상부(201, 202) 및/또는 측부 표면들(203)을 통하여 방출되고, 재유도되고/또는 전달되는 광은 상기 하나 또는 그 이상의 부가적인 반사 표면들(206)에서 더욱 반사된다. 상기 하나 또는 그 이상의 부가적인 반사 표면들(206)은 요구되는 만큼 광을 특정한 방향으로 재유도되도록 다수의 구성들로 위치되고/또는 배치될 수 있다.
예를 들어, 본 설명에서 다른 것들도 있지만, "할 수 있다 (can, could)" 또는 "할 수도 있다 (may, might)"와 같은 조건부의 언어는 일반적으로, 특정하게 달리 언급되지 않거나 사용되는 바와 같은 문맥 내에서 다른 식으로 이해되지 않는다면, 다른 실시예들은 포함하지 않지만, 다른 실시예들은 다른 특징들, 요소들 및/또는 단계들을 포함한다는 것을 전달하려는 것이다. 그리하여, 그러한 조건부의 언어는 일반적으로 특징들, 요소들 및/또는 단계들이 하나 또는 그 이상의 실시예들을 위해 요구된 어느 방식에 있다거나 하나 또는 그 이상의 실시예들이 반드시, 사용자 입력 또는 입력요구(prompting)가 있든 없든, 이러한 특징들, 요소들 및/또는 단계들이 포함되는지 또는 어느 특정한 실시예에서 수행되어야 하는지 여부를 결정하는 논리를 포함하는지를 내포하려는 것은 아니다. 여기에서 사용된 표제들은 독자만의 편의를 위한 것이고 본 발명이나 권리청구의 범위를 제한하려는 것은 아니다.
본 발명이 다른 바람직한 실시예들 및 예시들과 관련하여 설명되었지만, 본 기술 분야에 숙련된 자들에 의하여 본 발명은 특정하게 설명된 실시예들을 넘어 다른 대체적인 실시예들 및/또는 본 발명의 사용 및 그의 명백한 수정 및 그에 상당하는 것으로도 확장시키는 것이 이해될 것이다. 또한, 숙련공은 위에 기술된 방법들이 어느 적당한 장치를 사용하여 실행될 수 있음을 인식할 것이다. 더욱이, 실시예와 관련하여 어느 특정한 특징, 모양, 방법, 고유 성질, 특성, 품질, 속성, 요소, 등등이 여기에 설명된 모든 다른 실시예들에 사용될 수 있다. 여기에 기술된 모든 실시예들에 있어서, 상기 방법들의 단계들은 순차적으로 수행될 필요가 없다. 그리하여, 여기에 기술된 본 발명의 범위는 위에서 기술된 특정한 기재의 실시예들에 의해 제한되어서는 안 된다.
산업상 이용가능성
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발광소자용 광자 강화 유도 구조, 소자, 그리고 방법은 단일 및/또는 다수의 발광 칩들 또는 광원들을 포함하는 광 고정장치용 광소자들, 디스플레이용의 백라이트 조명, 또는 그와 유사한 것에 적용 가능하다.

Claims (20)

  1. 발광소자에 있어서,
    발광다이오드(LED)와 LED를 봉지하는 봉지재부를 포함하며, 상기 LED는 제 1 색의 광빔들을 방출하도록 구성되고, 상기 봉지재부는 상기 LED로부터의 상기 제 1 색의 광빔들을 흡수하고 제 2 색의 광빔들을 방출하도록 구성된 적어도 하나의 형광물질을 포함하는 LED 광원;
    상기 LED 봉지재부 위에 놓여지며, 최하부, 최상부 및 측부에 의해서 정해지는 광유도구조 몸체를 포함하며, 상기 광 유도구조 몸체는 LED 봉지재부로부터의 광빔들을 상기 최하부를 통하여 받고 상기 최상부로 유도하도록 구성되는 광유도구조; 및
    상기 최상부는 상기 광유도구조 몸체 내에서 입사된 광빔들의 적어도 일부를 전반사하고 상기 전반사된 광빔을 상기 측부쪽으로 재유도하도록 구성된 전반사 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전반사 표면은 약 75˚보다 작은 각으로 상기 광유도구조 몸체 내에서 입사된 실질적으로 모든 입사광빔들을 전반사하도록 구성되고, 상기 각은 상기 전반사 표면상의 한 점에 대한 입사광빔의 궤적과 상기 입사광빔의 궤적을 포함하는 가상 평면상의 상기 한 점에서의 접선 사이의 한 각으로 정해지는 것을 특징으로 하는 발광소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 측부는 전반사 표면을 포함하지 않아서 상기 광유도구조 몸체내에서 상기 측부로 입사된 실질적으로 모든 광빔들이 상기 측부를 통하여 상기 광유도구조 몸체 외부로 전달되는 것을 특징으로 하는 발광소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전반사 표면은 일반적으로 상기 광유도구조의 최하부에 평행한 가상 평면에 대하여 경사지거나 곡면인 것을 특징으로 하는 발광소자.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전반사 표면상의 두 점들 사이에, 상기 측부에 더 가까이 있는 점이 상기 측부에서 더 멀리 있는 점보다 더 높은 레벨에 있고, 상기 레벨은 상기 최하부에서 측정되는 것을 특징으로 하는 발광소자.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 전반사 표면의 한 점에서의 접선과 상기 가상 평면은 약 20˚ 에서 약 70˚ 까지의 범위의 예각을 형상하는 것을 특징으로 하는 발광소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 최상부는 일반적으로 상기 최하부에 수직한 평면으로 취해진 상기 광유도구조의 단면상에 또다른 전반사 표면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 단면상에서 상기 두 개의 전반사 표면들은 광빔들을 일반적으로 마주보는 방향으로 재유도하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 발광소자.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 단면은 상기 최하부에 수직한 가상선에 의하여 두 개의 영역으로 분할되고, 상기 두 개의 전반사 표면들 중 하나는 일측에 위치되고 상기 두 개의 전반사 표면의 다른 하나는 다른 한측에 위치되는 것을 특징으로 하는 발광소자.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 두 개의 전반사 표면들은 상기 단면상에서 대략 상기 가상선에서 만나는 것을 특징으로 하는 발광소자.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 두 개의 전반사 표면들은 일반적으로 상기 가상선을 따라 서로 거울상(mirror image)에 있는 것을 특징으로 하는 발광소자.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 최상부는 상기 단면상에 상기 두 개의 전반사 표면들 사이에 비전반사 표면을 더 포함하고, 상기 비전반사 표면은 실질적으로 모든 입사관빔들을 광유도구조 몸체안으로 반사하기 보다는 상기 광유도구조내에서 상기 입사광빔들을 전달하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 발광소자.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 최상부는 상기 단면상에서 상기 두 개의 전반사 표면들 사이에 하나 또는 그 이상의 부가적인 전반사 표면들을 더 포함하고, 상기 하나 또는 그 이상의 부가적인 전반사 표면들은 입사광빔들의 적어도 일부를 상기 광유도구조 몸체내에서 전반사하고 상기 전반사된 광빔들을 상기 최상부의 다른 부분으로 재유도되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 발광소자.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 최상부는 상기 단면상에서 상기 두 개의 전반사 표면들 사이에 적어도 하나의 원뿔형 상단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 전반사 표면과 상기 측부는 모서리를 형성하고, 상기 전반사 표면은 기울거나 곡면으로 되어 있어서 상기 모서리상에 한 점은 상기 전반사 표면의 또다른 한 점보다 더 높은 것을 특징으로 하는 발광소자.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 전반사 표면은 상기 광유도구조 몸체의 외부에서 볼 때 볼록한 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 광원은 LED배열을 형성하는 하나 또는 그 이상의 부가적인 LED들을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자.
  18. 광빔들을 유도하는 방법에 있어서,
    청구항 1 의 소자를 제공하고;
    광빔들을 상기 LED 광원으로부터 상기 광유도구조쪽으로 방출하여 한 광빔이 상기 광유도구조 몸체에 진입하고 상기 최상부의 전반사 표면 쪽으로 진행하고; 및
    상기 광빔을 상기 전반사 표면에서 반사시키고 상기 광빔을 광유도구조의 측부로 유도하여 상기 광빔이 상기 측부를 지나 상기 광유도구조 몸체의 외부에 이르게 하는 것을 특징으로 하는 광빔들을 유도하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 광유도구조의 측부 옆에 반사 표면을 제공하고; 및
    상기 측부로 재유도되어있고 상기 광 유도 구조 몸체의 외부로 진행하는 상기 광빔을 상기 반사 표면에서 반사시키는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광빔들을 유도하는 방법.
  20. 발광소자에 있어서,
    제 1 색의 광빔들을 방출시키도록 구성된 LED 광원;
    상기 LED 광원을 봉지재하고 상기 LED 광원으로부터 상기 제 1 색의 광빔들을 흡수하고 제 2 색의 광빔들을 방출시키도록 구성된 적어도 하나의 형광물질을 더 포함하는 LED 봉지재 층;
    상기 LED 봉지재 층위에 놓여지고, 최하부, 최상부 및 측부에 의하여 한정된 광유도구조 몸체를 포함하며, 상기 광유도구조 몸체는 상기 LED 봉지재 층으로부터 광빔을 상기 최하부를 통하여 받고 상기 최상부로 유도하도록 구성되는 광유도구조; 및
    상기 광유도구조 몸체내에서 입사광빔들의 적어도 일부를 전반사시키고 상기 전반사된 광빔들을 상기 측부쪽으로 재유도하도록 구성된 전반사 표면을 포함하는 상기 최상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자.
KR1020137014120A 2012-06-14 2013-05-22 발광소자용 광자 강화 유도 구조, 소자, 그리고 방법 KR20140012033A (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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