KR20140126316A - 색 조정가능 발광 조립체, 광원 및 조명 기구 - Google Patents

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Abstract

색 조정가능 발광 조립체(100), 광원 및 조명 기구가 제공된다. 색 조정가능 발광 조립체(100)는 광 방출기(110), 발광층(108) 및 온도 제어 수단(106)을 포함한다. 광 방출기(110)는 제1 색 분포의 광(112)을 방출한다. 발광층(108)은 광 방출기(110)에 의해 방출된 광(112)을 수신한다. 발광층(108)은 제1 색 분포의 광(112)의 일부를 흡수하고 흡수된 광의 일부를 제2 색 분포의 광(102)으로 변환하기 위한 발광 재료를 포함한다. 제2 색 분포는 발광층(108)의 온도에 의존한다. 온도 제어 수단(106)은 색 조정가능 발광 조립체에 의해 광 방출을 획득하기 위해 발광층(108)의 온도를 능동적으로 제어한다. 광 방출은 특정한 색 분포를 갖는다.

Description

색 조정가능 발광 조립체, 광원 및 조명 기구{A COLOR TUNABLE LIGHTING ASSEMBLY, A LIGHT SOURCE AND A LUMINAIRE}
본 발명은 색 조정가능 발광 조립체(color tunable lighting assembly)에 관한 것이다.
잘 알려진 색 조정가능 발광 디바이스들은 예컨대 각각이 상이한 원색(primary color)을 방출하는 3개의 광 방출기(light emitter)를 포함한다. 3개의 광 방출기의 각각의 하나에 의해 방출된 광량을 제어함으로써, 특정한 색이 그러한 색 조정가능 발광 디바이스들에 의해 방출될 수 있다. 다른 색 조정가능 발광 디바이스들은 광 방출기 및 발광 엘리먼트(luminescent element)를 포함한다. 그러한 색 조정가능 발광 디바이스에서, 광 방출기에 의해 방출되는 광의 제어가능한 일부는 발광 엘리먼트에 의해 흡수되며 다른 색으로 변환되고, 그렇게 함으로써 색 조정가능 발광 디바이스의 전체 광 방출의 색을 제어한다. 알려진 색 조정가능 발광 디바이스들은 많은 수의 구성요소를 포함하고, 따라서 상대적으로 비싸며 상대적으로 복잡하다.
본 발명의 목적은 향상된 색 조정가능 발광 조립체(color tunable lighting assembly)를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 태양은 색 조정가능 발광 조립체를 제공한다. 본 발명의 제2 태양은 광원을 제공한다. 본 발명의 제3 태양은 조명 기구를 제공한다. 유리한 실시예들은 종속항들에서 정의된다.
본 발명의 제1 태양에 따른 색 조정가능 발광 조립체는 광 방출기(light emitter), 발광층(luminescent layer) 및 온도 제어 수단(temperature controlling means)을 포함한다. 광 방출기는 제1 색 분포의 광을 방출한다. 발광층은 광 방출기에 의해 방출된 광을 수신한다. 발광층은 제1 색 분포의 광의 일부를 흡수하고 흡수된 광의 일부를 제2 색 분포의 광으로 변환시키기 위한 발광 재료를 포함한다. 제2 색 분포는 발광층의 온도에 의존한다. 온도 제어 수단은 색 조정가능 발광 조립체에 의한 광 방출을 획득하기 위해 발광층의 온도를 능동적으로 제어한다. 광 방출은 특정한 색 분포를 갖는다.
발광 재료들은 그들의 흡수 분포에 따라 광을 흡수하며, (제2 색 분포로서 본 발명에서 정의되는) 그들의 광 방출 분포에 따라 광을 방출한다. 특히, 전자기 스펙트럼에서의 광 방출 분포의 정확한 형상 및 광 방출 분포의 정확한 위치는 발광 재료의 동작 온도에 의존한다. 발광 재료의 온도가 증가한다면, 광 방출 분포는 더 큰 파장을 향하여 이동한다.
색 조정가능 발광 디바이스(color tunable lighting device)는 그것의 광 방출의 색 분포를 조정하기 위해 이 효과를 사용한다. 광 방출기는 제1 색 분포의 광을 방출한다. 제1 색 분포의 광의 일부는 흡수된다. 제1 색 분포의 광의 흡수되지 않은 부분은 색 조정가능 발광 조립체에 의해 방출된다 - 흡수되지 않은 부분은 발광 재료의 흡수 분포에서 존재하지 않는 광의 파장들을 포함하며, 흡수 분포에 존재하지만, 존재하는 발광 재료의 제한된 양 때문에 완전하게 흡수되지 않은 광의 파장들을 포함할 수 있다. 발광 재료는 제2 색 분포에 따라 광을 방출한다. 발광 재료에 의해 방출된 광량은 흡수된 광량에 의존한다. 따라서, 색 조정가능 발광 조립체에 의한 전체 광 방출, 및 그에 따른 특정한 색 분포는 발광 재료에 의해 흡수되지 않았던 제1 색 분포의 광 및 제2 색 분포의 광의 특정한 양을 포함한다.
색 조정가능 발광 디바이스는 발광층의 온도, 및 결과적으로 상술된 바와 같이 발광층의 정확한 제2 색 분포를 능동적으로 제어할 수 있는 온도 제어 수단을 포함한다. 발광층의 온도를 변경함으로써, 색 조정가능 발광 조립체의 전체 광 방출의 색 분포가 변경되고, 그러한 것으로서, 방출된 광의 색이 변경된다. 온도가 올라간다면, 더 높은 파장들에서 더 많은 광들이 방출된다. 따라서 방출된 광은 더 붉어진다. 따라서, 온도 제어 수단은 방출되는 광의 색을 변경하고 그에 따라 색 조정가능 발광 조립체에 의해 방출되는 광의 특정한 색 분포를 제어하기 위한 효과적인 수단이다. 따라서, 특정한 색 분포는 발광층의 온도에 의존한다.
예를 들어, 색 조정가능 발광 조립체가 특정한 색을 방출해야 한다면, 온도 제어 수단은 발광층을, 제1 색 분포의 흡수되지 않은 부분 및 제2 색 분포의 조합이 그 특정한 색과 실질적으로 일치하는 색 점(color point)을 실질적으로 갖게 되는 특정한 온도로 제어한다.
발광 재료는 그들의 흡수 분포에 따라 광을 흡수한다. 흡수 분포는 발광 재료의 동작 온도(operational temperature)에 약간 의존성을 가지기도 하나, 색 조정가능 발광 조립체의 특정한 색 분포에 대한 이러한 온도 의존성의 효과는 광 방출 분포의 온도 의존성의 효과에 비해 상대적으로 낮다.
온도 제어 수단이 발광층의 온도를 능동적으로 제어할 수 있다는 것이 유의되어야 한다. 이는 온도 제어 수단이 발광층의 온도에 특정한 온도까지 능동적으로 영향을 줄 수 있는 능동적인 디바이스라는 것을 의미한다. 능동적으로 제어한다는 것은 온도 제어 수단이 온도를 제어하기 위해 에너지를 사용한다는 것을 또한 의미한다. 에너지의 사용은 연속적일 수 있거나, 특정한 파라미터들의 제어가 제한된 양의 시간 동안 필요할 때만 오직 일시적일 수 있다. 수동적인 냉각 핀들(passive cooling fins)은 발광층의 온도를 제어하기 위한 온도 제어 수단으로 간주되지 않는다.
광 방출기는 광 방출기의 임의의 타입일 수 있고, 특정한 실시예들에서 발광 다이오드(Light Emitting Diode), 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode) 또는 예컨대 레이저 다이오드(laser diode)와 같은 고체 상태 광 방출기(solid state light emitter)가 사용된다. 또한, 각각이 제1 색 분포를 방출하거나 상이한 색 분포들을 방출하는 복수의 광 방출기가 색 조정가능 발광 조립체에서 제공될 수 있다. 광 방출기 그 자체는 제1 색 분포를 갖는 광 방출을 획득하기 위해 유기 또는 무기 인광체(phosphors)와 같은 발광 재료도 포함할 수 있다.
선택적으로, 온도 제어 수단은 제2 색 분포의 평균 파장(means wavelength)을 증가시키기 위해 발광층의 온도를 증가시키도록 구성된다. 전술한 바와 같이, 발광층의 온도의 증가는 발광 재료의 광 방출 분포가 더 높은 파장들로 이동(shift)하는 결과를 가져오며, 따라서 제2 색 분포의 평균 파장은 더 높은 파장으로 이동한다. 전체로서의 색 조정가능 발광 조립체의 특정한 색 분포에 의존하여, 특정한 색 분포의 상관 색 온도(correlated color temperature)는 증가할 수 있거나 감소할 수 있다.
백색 광의 특정한 광 방출의 색 온도는 특정한 광 방출을 방사하는 흑체(black body)의 온도이다. 광 방출의 색 점이 색 공간(color space)에서의 흑체 선(black body line) 위의 점(point)이 정확하게 아닌 경우, 색 점은 사람의 육안에 의해 특정한 색 온도의 백색 광으로서 여전히 경험될 수 있다 - 상관 색 온도라는 용어는 색 점이 특정한 색 온도를 갖는 백색 광과 유사하다는 것과 백색 광의 특정한 색 온도의 값이 상관 색 온도의 값보다인 것을 나타내는 데 사용된다.
선택적으로 색 조정가능 발광 조립체는 제1 색 분포 및/또는 제2 색 분포의 광을 수신하는 다른 발광층을 포함한다. 다른 발광층은 제1 색 분포 및/또는 제2 색 분포의 광의 일부를 흡수하고, 흡수된 광의 일부를 제3 광 분포의 광으로 변환하기 위한 다른 발광 재료를 포함한다. 제3 색 분포는 다른 발광층의 온도에 의존한다. 색 조정가능 발광 조립체의 광 방출이 제3 색 분포의 광도 포함하기 때문에, 다른 발광층의 사용은 색 조정가능 발광 조립체에 의한 다른 (및 더 많은) 색들의 생성을 허용한다. 또한, 제3 색 분포의 추가적인 광 때문에, 색 조정가능 발광 조립체에 의해 방출된 광의 연색 지수(color rendering index)는 증가한다.
선택적으로, 온도 제어 수단은 특정한 색 분포를 획득하기 위해 다른 발광층의 온도를 제어하도록 구성되기도 한다.
선택적으로, 색 조정가능 발광 조립체는 특정한 색 분포를 획득하기 위해 다른 발광층의 온도를 제어하기 위한 다른 온도 제어 수단을 포함한다. 다른 온도 제어 수단의 사용은 색 조정가능 발광 조립체에 의해 방출된 광의 색을 조정하기 위해 추가적인 파라미터를 제공한다. (다른 발광층의 온도에 의존하는) 제3 색 분포의 이동의 전술된 효과에 따라, 다른 발광층의 온도가 변화하면, 색 조정가능 발광 조립체에 의한 광 방출이 변화한다.
선택적으로, 발광 재료 및 다른 발광 재료 중 적어도 하나는 유기 인광체(organic phosphor), 무기 인광체(inorganic phosphor) 및 양자 점들(quantum dots) 중 적어도 하나를 포함한다. 발광 재료 및 다른 발광 재료를 위한 제공된 선택사항들은 제1 색 분포의 광을 다른 색 분포의 광으로 변환하기 위해 효과적이며 효율적인 발광 재료들이다. 유기 인광체들 및 무기 인광체들의 흡수 분포들 및 광 방출 분포들은 상대적으로 넓으며, 그들이 온도의 변화에 의존하여 이동한다면, 색 조정가능 발광 조립체의 전체 광 방출의 색 점은 색 공간에서의 가까운 색 점으로 변화한다. 따라서, 청구되는 발명은 전체 광 방출의 색 점을 미세조정하기 위해 사용될 수 있고, 이는 예컨대 재료들 및 제조 프로세스 상의 작은 허용오차들이 미리 정의된 특정한 색 분포의 광 방출을 획득하기 위해 보상되어야 하는 경우에 유리하다. 양자 점들은 상대적으로 넓은 흡수 분포를 가지고, 흡수 스펙트럼이 이동한다면, 제1 색 분포의 광의 흡수되지 않은 부분은 약간만 변화한다. 양자 점들의 광 방출 분포는 상대적으로 좁은 스펙트럼, 예컨대 30나노미터 FWHM의 폭을 갖는 분포이다. 이러한 좁은 광 방출 스펙트럼의 평균이 다른 평균으로 이동한다면, 효과는 색 조정가능 발광 조립체의 전체 광 방출의 색 점이 유기 또는 무기 인광체가 사용되었던 상황과 비교할 때 초기 색 점으로부터 더 멀리 떨어진 색 점으로 변화하는 것이다. 따라서, 양자 점들을 이용하면 색 조정가능 발광 조립체는 방출된 색 분포의 색을 더 넓은 범위의 상이한 색들로 제어할 수 있으며, 이는 색 조정가능 발광 조립체가 광의 상이한 색들을 방출하기 위해 발광 조립체로서 사용될 경우에 유리하다.
선택적으로, 온도 제어 수단 및/또는 다른 온도 제어 수단은 능동 가열 수단 및 능동 냉각 수단 중 적어도 하나를 포함한다. 본 발명은 발광 및/또는 다른 발광 층의 온도를 오직 감소시키거나 오직 증가시키는 것에 제한되지 않는다 - 온도 제어 수단 및/또는 다른 제어 수단은 발광 및/또는 다른 발광 층의 온도를 임의의 원하는 온도로 제어하기 위해 능동 가열 수단뿐만 아니라 능동 냉각 수단도 포함할 수도 있다. 능동이라는 용어의 사용은 가열을 제공하기 위하거나 냉각을 제공하기 위한 에너지의 사용을 지칭한다.
선택적으로, 능동 가열 수단은 저항체(resistor)이고/이거나 능동 냉각 수단은 펠티에 엘리먼트(Peltier element)이다. 저항체가 가열을 위해 사용되고/사용되거나 펠티에 엘리먼트가 냉각을 위해 사용된다면, 어떠한 이동 부품들(moving parts)도 온도 제어 수단 및/또는 다른 온도 제어 수단에서 사용되지 않는다. 이동 부품들은 마모에 취약하다. 따라서, 이 선택사항에 따른 능동 가열 수단 및 능동 냉각 수단은 색 조정가능 발광 조립체의 더 긴 수명 및 낮은 유지 비용의 결과를 가져온다.
능동 가열 수단 또는 능동 냉각 수단의 다른 예들은 팬(fan) 또는 신제트 기술(Synjet technology)의 응용이다. 신제트 모듈(Synjet module)은 열 관리를 필요로 하는 위치에 정확히 지향될 수 있는 난류(turbulent), 맥동(pulsated) 에어-제트들 생성한다.
선택적으로, 발광층의 위치는 광 방출기의 위치에 대해 상대적으로 제어가능하다. 온도 제어 수단은 발광층과 광 방출기 사이의 거리를 제어하도록 구성된다. 온도 제어 수단은 예컨대 발광층을 이동시키고/이동시키거나 광 방출기를 이동시키기 위한 선형 모터(linear motor)를 포함한다. 발광층이 광 방출기에 가까워질수록, 발광층은 광 방출기로부터 더 많은 열을 수신하며, 주위의 온도에 비해 상대적으로 고온이 된다. 발광층이 광 방출기로부터 더 멀어지면, 발광층의 온도는 주위의 온도에 더 가깝게 유지된다. 따라서, 발광층과 광 방출기 사이의 거리를 변경하는 것은 다른 발광층의 온도를 제어하기 위한 효과적인 수단이다. 장점은 발광층을 가열하거나 발광층을 냉각하기 위해 추가적인 에너지가 필요하지 않다는 것이다. 또한, 다른 발광층의 위치는 광 방출기의 위치에 대해 상대적으로 제어가능할 수도 있으며, 다른 온도 제어 수단은 다른 발광층과 광 방출기 사이의 거리를 제어하도록 구성될 수도 있다. 제한된 양의 시간 동안 발광층과 광 방출기 사이의 특정한 거리를 획득하도록 발광층 또는 광 방출기를 특정한 위치로 이동시키기 위한 에너지가 모터 또는 다른 이동 수단에 제공되기 때문에, 이 선택사항의 제어도 능동 제어일 수 있다.
선택적으로, 온도 제어 수단은 색 조정가능 발광 조립체에 의해 방출될 원하는 색 특성(desired color characteristic)의 표시를 수신하기 위한 입력 수단(input means)을 포함한다. 온도 제어 수단은 원하는 색 특성과 실질적으로 동일한 색 특성을 갖는 색 조정가능 발광 조립체에 의한 특정한 광 방출을 획득하기 위해 발광층의 온도를 제어하도록 구성된다. 따라서, 입력 수단은 예컨대 색 조정가능 발광 조립체의 광 방출을 위한 원하는 색 점의 표시를 수신하거나, 색 조정가능 발광 조립체의 광 방출을 위한 원하는 색 온도의 표시를 수신한다. 온도 제어 수단은 그러한 원하는 색 특성을 갖는 색 조정가능 발광 조립체에 의한 광 방출을 최대한 많이 획득하기 위해 발광층의 온도에 영향을 준다. 발광 재료의 제2 색 분포가 특정한 대역폭 내에서만 변화할 수 있기 때문에, 온도 제어 수단이 특정한 대역폭 내에서 발광층의 온도를 제어할 수 있을 뿐이며, 따라서 특정한 상황들에서 원하는 색 특성에 정확하게 일치하는 광 방출을 획득하는 것은 불가능할 것이라는 점이 유의되어야 한다.
선택적으로, 온도 제어 수단은 발광층의 온도를 측정하기 위한 온도 센서를 포함하며, 온도 제어 수단은 (색 조정가능 발광 조립체에 의해 방출된) 특정한 색 분포를 획득하기 위해 측정된 온도에 응답하여 발광층의 온도를 제어하도록 구성된다. 따라서, 온도 센서는 온도 제어 수단이 발광층의 원하는 온도를 획득하기 위해 그것의 동작을 조정할 수 있도록 피드백(feedback)을 온도 제어 수단에 제공한다. 측정된 온도가 너무 낮고, 따라서 발광층의 온도가 증가해야 한다면, 온도 제어 수단은 그것의 특정한 배열에 따라, 가열기를 작동시키거나 발광층을 광 방출기에 더 가깝게 이동시킨다.
색 조정가능 발광 조립체가 다른 발광층도 포함한다면, 다른 발광층의 온도가 다른 온도 센서에 의해 측정될 수 있다는 점이 유의되어야 한다. 또한, 색 조정가능 발광 조립체가 다른 온도 제어 수단을 포함한다면, 다른 온도 제어 수단은 색 조정가능 발광 조립체에 의한 특정한 광 방출을 획득하기 위해 (다른 발광층의) 측정된 온도에 응답하여 다른 발광층의 온도를 제어하도록 구성된다.
선택적으로, 온도 제어 수단은 색 조정가능 발광 조립체에 의해 방출된 광의 색 점 또는 색 온도를 측정하기 위한 광 색 센서(light color sensor)를 포함한다. 온도 제어 수단은 (색 조정가능 발광 조립체에 의해 방출된) 특정한 색 분포를 획득하기 위해 광의 측정된 색 점 또는 색 온도에 응답하여 발광층의 온도를 제어하도록 구성된다. 광 색 센서는 상관 색 온도를 색 온도 대신에 측정할 수도 있다.
또한, 색 조정가능 발광 조립체가 다른 온도 제어 수단을 포함한다면, 다른 온도 제어 수단은 색 조정가능 발광 조립체에 의한 특정한 광 방출을 획득하기 위해 광의 측정된 색 점 또는 (상관) 색 온도에 응답하여, 다른 발광층의 온도를 조정하도록 구성되기도 한다.
본 발명의 제2 태양에 따라, 본 발명의 제1 태양에 따른 색 조정가능 발광 조립체를 포함하는 광원(light source)이 제공된다.
본 발명의 제3 태양에 따라, 본 발명의 제1 태양에 따른 색 조정가능 발광 조립체를 포함하거나 본 발명의 제2 태양에 따른 광원을 포함하는 조명 기구(luminaire)가 제공된다.
본 발명의 제2 및 제3 태양에 따른 광원 및 조명 기구는, 본 발명의 제1 태양에 따른 색 조정가능 발광 조립체와 동일한 이익들(benefits)을 제공하고, 시스템의 대응하는 실시예들과 유사한 효과들을 갖는 유사한 실시예들을 갖는다.
본 발명의 이러한 및 다른 태양들은 이하에서 설명될 실시예들로부터 명백하며, 이하에서 설명될 실시예들을 참조하여 설명될 것이다.
본 발명의 상술된 선택사항들, 구현들, 및/또는 태양들 중 두 개 이상은 유용하다고 고려되는 임의의 방식으로 결합될 수 있다는 점이 통상의 기술자에 의해 이해될 것이다.
시스템의 설명된 수정 및 변경에 대응하는 시스템의 수정 및 변경은 본 명세서에 기초하여 통상의 기술자에 의해 수행될 수 있다.
도 1a는 본 발명의 제1 태양에 따른 색 조정가능 발광 조립체의 일 실시예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 1b는 광 방출 스펙트럼 및 광 흡수 스펙트럼을 차트 내에서 개략적으로 도시하는 도면.
도 2a는 양자 점들의 온도에 의존하여 재료 CdSe의 양자 점들의 광 방출 스펙트럼의 이동을 개략적으로 도시하는 도면.
도 2b는 발광층의 상이한 온도들에 대한 색 조정가능 발광 조립체의 상이한 광 방출 스펙트럼을 포함하는 다른 차트를 도시하는 도면.
도 2c는 발광층의 상이한 온도들에 대한 색 조정가능 발광 조립체의 상이한 광 방출 스펙트럼을 포함하는 또 다른 차트를 도시하는 도면.
도 3a는 공기 가열 및/또는 공기 냉각을 이용하는 색 조정가능 발광 조립체의 일 실시예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 3b는 공기 가열 및/또는 공기 냉각을 이용하는 색 조정가능 발광 조립체의 대안적인 일 실시예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 4a는 가열 저항체를 포함하는 색 조정가능 발광 조립체의 일 실시예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 4b는 펠티에 엘리먼트(Peltier element)를 포함하는 색 조정가능 발광 조립체의 일 실시예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 5a는 상이한 발광 재료들을 포함하는 두 개의 층을 포함하는 색 조정가능 발광 조립체의 일 실시예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 5b는 상이한 발광 재료들을 포함하는 두 개의 층을 포함하는 색 조정가능 발광 조립체의 다른 일 실시예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 6a는 상이한 발광 재료들을 포함하는 두 개의 층을 포함하는 색 조정가능 발광 조립체의 대안적인 일 실시예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 6b는 두 가지의 상이한 발광 재료가 색 조정가능 발광 조립체에 제공될 때의 광 흡수 및 광 방출 스펙트럼을 포함하는 차트를 개략적으로 도시하는 도면.
도 7a는 온도 센서를 포함하는 색 조정가능 발광 조립체의 일 실시예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 7b는 광 색 센서를 포함하는 색 조정가능 발광 조립체의 일 실시예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 8은 광 방출기 및 발광층 사이의 거리를 제어하는 색 조정가능 발광 조립체의 일 실시예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 9a는 본 발명의 제2 태양에 따라 광원의 일 실시예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 9b는 도 9a의 광원의 단면도를 개략적으로 도시하는 도면.
도 10은 본 발명의 제3 태양에 따라 두 개의 조명 기구를 포함하는 방의 내부를 개략적으로 도시하는 도면.
상이한 도면들에서 동일한 도면 부호에 의해 표시되는 아이템들이 동일한 구조적 피쳐들 및 동일한 기능들을 가지거나 동일한 신호들인 점을 유의해야 한다. 그러한 아이템들의 구조 및/또는 기능이 설명된 경우, 상세한 설명 내에서 그것을 반복하여 설명할 필요가 없다.
도면들은 순전히 개략적이며 정확한 척도로 도시되지 않는다. 특히, 명확성을 위해 일부 크기들은 매우 과장된다.
제1 실시예는 도 1a에서 도시된다. 도 1a는 본 발명의 제1 태양에 따른 색 조정가능 발광 조립체(100)의 일 실시예를 개략적으로 도시한다. 색 조정가능 발광 조립체(100)는 제1 색 분포의 광(112)을 방출하는 광 방출기(light emitter; 110)를 포함한다. 광(112)은 발광층(luminescent layer; 108)을 향하여 방출된다. 발광층(108)은 그것이 광 방출기(110)로부터 수신한 광(112)의 일부를 흡수하는 발광 재료를 포함한다. 제1 색 분포의 광(112)의 어떤 부분이 흡수되는지는 제1 색 분포와 발광 재료의 흡수 분포의 중첩(overlap)에 의존한다. 발광 재료는 흡수된 광의 일부를 제2 색 분포의 광(102)으로 변환한다. 발광층(108)에 의해 흡수되지 않은, 제1 색 분포의 광(112)은 광(104)으로서 주위로 방출되기도 한다. 색 조정가능 발광 조립체(100)는 온도 제어 수단(106)을 더 포함한다. 온도 제어 수단(106)은 색 조정가능 발광 조립체(100)에 의한 광 방출을 획득하기 위해 발광층(108)의 온도를 제어하도록 구성된다. 광 방출은 특정한 색 분포를 갖는다. 특정한 색 분포는 제2 색 분포의 광(102), 및 광 방출기로부터 비롯되지만 발광층(108)에 의해 흡수되지 않는 광(104)의 조합이다.
광 방출기(110)는 광 방출기의 임의의 타입일 수 있고, 특정한 실시예들에서 발광 다이오드(Light Emitting Diode), 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode) 또는 예컨대 레이저 다이오드(laser diode)와 같은 고체 상태 광 방출기(solid state light emitter)가 사용된다. 또한, 복수의 광 방출기는 각각이 제1 색 분포를 방출하거나 상이한 색 분포들을 방출하는 색 조정가능 발광 조립체에서 제공될 수 있다. 광 방출기(110) 그 자체는 제1 색 분포를 갖는 광 방출을 획득하기 위해 유기 또는 무기 인광체(phosphors)와 같은 발광 재료도 포함할 수 있다.
발광층(108)의 발광 재료는 유기 인광체, 무기 인광체, 또는 양자 점들(quantum dots)일 수 있다.
도 1b는 광 방출 스펙트럼(158, 160, 162) 및 광 흡수 스펙트럼(154, 156)을 차트(150) 내에서 개략적으로 도시한다. 광 방출/흡수 스펙트럼이라는 용어 및 광 방출/흡수 분포들이라는 용어는 본 문서에서 교환할 수 있게 사용된다. 차트(150)의 x-축은 (가시) 광의 파장을 나타낸다. x-축의 왼쪽 끝은 청색 광의 파장을 나타내며, x-축의 오른쪽 끝은 적색 광의 파장을 나타낸다. 차트(150)의 y-축은 광의 세기를 나타낸다. y-축의 하단은 세기 0이다. 제1 광 방출 스펙트럼(158)은 광 방출기(110)에 의해 방출되는 제1 색 분포이다. 따라서 광 방출기(110)는 청색 광을 방출한다. 제1 흡수 스펙트럼(154)은 실온, 예컨대 20℃에서의 발광 재료의 일 예의 흡수 스펙트럼이다. 실온에서, 제1 광 방출 스펙트럼(158)과 제1 흡수 스펙트럼(154) 사이의 중첩은 발광 재료에 의한 광의 흡수된 부분을 나타낸다. 제1 광 방출 스펙트럼(158)의 남아있는 부분은 흡수되지 않으며, 색 조정가능 발광 조립체에 의해 주위로 방출된다. 흡수된 광의 상대적으로 큰 부분은 발광 재료에 의해 제2 색 스펙트럼의 광으로 변환된다. 실온에서, 제2 광 방출 스펙트럼(160)은 발광 재료의 광 방출 스펙트럼이며, 따라서 제2 색 분포이다. 도 1b의 예에서, 제2 광 방출 스펙트럼은 상대적으로 좁은데, 이는 발광재료로서 양자 점들을 사용한 결과일 수 있다.
발광층의 온도가 예컨대 150℃로 증가하면, 발광 재료의 제1 흡수 스펙트럼(154)은 작은 수의 나노미터들만큼 더 높은 파장으로 이동하며, 발광 재료는 제2 흡수 스펙트럼(156)을 갖는다. 볼 수 있듯이, 광 방출기에 의해 방출되는 더 청색인 광이 흡수되고, 따라서 흡수되지 않은 남아있는 광은 적은 양의 광이며 낮은 청색 파장들에서 덜 청색인 광을 포함한다. 그러나, 광 흡수 스펙트럼의 이동은 상대적으로 작으며, 따라서 흡수 스펙트럼의 이동의 효과는 색 조정가능 발광 디바이스에 의한 전체 광 방출에서 오직 미미하게 감지가능하다는 점이 유의되어야 한다. 약간 더 많은 광이 흡수되기 때문에, 약간 더 많은 광이 발광 재료에 의해 방출된다. 또한, 발광 재료의 제2 광 방출 스펙트럼(160)은 특정한 수의 나노미터들에 따라 더 높은 파장으로 이동(152)한다. 더 높은 온도에서, 예에서와 같이, 예컨대 150℃에서, 발광 재료는 제3 광 방출 스펙트럼(162)을 방출한다. 제3 광 방출 스펙트럼(162)은 더 적색인 광을 포함하며, 더 높은 파장의 적색을 갖는 더 많은 광을 포함한다. 따라서, 색 조정가능 발광 조립체의 전체 광 방출은 더 높은 온도에서 덜 청색인 광 및 더 적색인 광을 포함하며, 청색 광의 평균 파장은 약간 더 높고, 적색 광의 평균 파장은 상당히 더 높으며, 따라서 방출된 광의 색 공간에서의 색 점의 위치는 적색에 더 가까우며 이러한 특정한 예에서는 더 낮은 상관 색 온도를 갖는 다른 위치로 이동한다.
본 발명은 광 방출기(110)에 의해 방출된 광의 부분적인 흡수로 제한되지 않는다는 점이 유의되어야 한다. 발광 재료의 양은 광 방출기(110)에 의해 방출된 모든 광이 흡수되며 제2 색 분포로 변환되도록 충분히 많을 수도 있다. 예를 들어, 발광층은 광 방출기(110)에 의해 방출된 보라색 빛(Violet light)을 440nm의 평균 파장을 갖는 청색 분포로 완전히 변환할 수 있다. 온도 제어 수단(106)에 의해 발광층의 온도를 제어함으로써, 변환된 광은 더 높은 파장, 예컨대 460nm의 청색광으로 이동할 수 있다. 그러한 색 조정가능 발광 디바이스는 예컨대 직접 인광 변환된 LED들 또는 녹색 및 청색 LED들과 함께 조합될 수 있다.
도 2a는 재료의 온도에 의존한 특정 발광 재료의 광 방출 스펙트럼의 이동을 차트(200)에서 개략적으로 도시한다. 특정한 발광 재료는 ZnS 셀(shell) 내의 재료 CdSe의 양자 점들로 구성된다. CdSe 입자들의 코어 크기(core size)는 약 5nm이다. 도시된 광 방출 스펙트럼은 온도 26, 40, 60, 80, 100 및 120℃에서 측정되며, 광 방출 스펙트럼의 평균 파장은 각각 592.2, 593.5, 596.5, 598.5, 600.5 및 602.5나노미터였다. 따라서, 상이한 광 방출은 CdSe 양자 점들을 포함하는 층을 가열함으로써 획득될 수 있다. 평균 파장에서의 제시된 이동은 사람의 육안에 보일 수 있다.
도 2b는 색 조정가능 발광 조립체의 시뮬레이션된 광 방출 스펙트럼을 포함하는 차트(230)를 도시한다. 도 2c는 다른 색 조정가능 발광 조립체의 다른 시뮬레이션된 광 방출 스펙트럼을 포함하는 차트(260)를 도시한다. 두 도면의 시뮬레이션된 색 조정가능 발광 디바이스는 청색 광을 방출하는 LED(Light Emitting Diode), 무기 인광체 YAG, 및 특정한 좁은 광 방출 스펙트럼을 갖는 QD들(Quantum Dots)을 포함한다. 두 도면에서, 발광층의 온도는 상승되며, 발광층의 온도에 의존하는 상이한 광 방출 스펙트럼이 측정된다.
차트(230)에서, 제1 광 방출 스펙트럼은 610nm의 피크 파장(peak wavelength)을 갖는다. 610nm의 피크는 상대적으로 좁은 광 방출 스펙트럼을 갖는 발광 재료로부터 비롯하며, 광 방출 스펙트럼의 정확한 형상(shape) 및 위치는 양자 점들의 온도에 강하게 의존한다. 제1 광 방출 스펙트럼의 상관 색 온도는 3030 켈빈(Kelvin)이다. 양자 점들의 온도를 상승시킨 이후에, 640nm의 피크 파장을 갖는 제2 광 방출 스펙트럼이 획득된다[차트(230) 참조]. 피크의 이동은 피크를 야기하는 발광 재료의 광 방출 스펙트럼의 이동에 의해 야기된다. 제2 광 방출 스펙트럼의 상관 색 온도는 3280 켈빈이다. 따라서, 이 특정한 예에서, 상관 색 온도는 발광층의 온도가 증가할 때 상승한다.
차트(260)에서, 제1 광 방출 스펙트럼은 580nm의 피크 파장을 갖는다. 580nm의 피크는 상대적으로 좁은 광 방출 스펙트럼을 갖는 발광 재료로부터 비롯하며, 광 방출 스펙트럼의 정확한 형상(shape) 및 위치는 발광 재료의 온도에 강하게 의존한다. 제1 광 방출 스펙트럼의 상관 색 온도는 3370 켈빈이다. 발광 재료의 온도를 상승시킨 이후에, 590nm의 피크 파장을 갖는 제2 광 방출 스펙트럼이 획득된다[차트(260) 참조]. 제2 광 방출 스펙트럼의 상관 색 온도는 3190 켈빈이다. 발광 재료의 온도를 상승시킨 이후에, 600nm의 피크 파장을 갖는 제3 광 방출 스펙트럼이 획득된다[차트(260) 참조]. 제2 광 방출 스펙트럼의 상관 색 온도는 3090 켈빈이다. 피크의 이동은 양자 점들의 광 방출 스펙트럼의 이동으로부터 주로 비롯한다는 점이 유의되어야 한다. 따라서, 이 특정한 예에서, 발광층의 온도가 증가할 때, 상관 색 온도는 감소된다.
양자 점들은 약 30나노미터보다 작은 입자들 크기를 갖는 무기 반도체 재료의 작은 입자들이다. 적절한 재료들의 예들은 CdS, ZnSe, InAs, GaA 및 GaN이다. 상술된 바와 같이, 양자 점들은 (재료의 온도에 의존하기도 하는) 특정한 파장에서 광을 방출한다. 방출된 파장을 결정하는 다른 파라미터는 입자들의 크기이다.
도 3a는 공기 가열 및/또는 공기 냉각을 이용하는 색 조정가능 발광 조립체(300)의 일 실시예를 개략적으로 도시한다. 색 조정가능 발광 조립체(300)는 도 1a의 색 조정가능 발광 조립체(100)와 비슷하다. 발광층(108)은 일종의 에어 덕트(air duct; 302) 내에 매립(embedded)되고, 이는 공기(air)가 발광층(108)을 따라 자유롭게 흐를 수 있다는 것을 의미한다. 에어 덕트(302)는 온도 제어 수단(308)으로부터 유입구(inlet opening)를 통해 가열 또는 냉각된 공기(306)를 받는다. 온도 제어 수단(308)은 가열기 및/또는 냉각기를 포함하고, 가열기 또는 냉각기는 발광층(108)에 대해 요구되는 온도 및 주위 공기의 온도에 의존하여, 특정한 온도의 발광층(108)을 획득하도록 작동된다. 유입구에 반대되는 에어 덕트(302)의 다른 측에서, 에어 덕트(302)는 배출구(outlet opening)를 가지며, 이를 통해 공기(304)가 색 조정가능 발광 조립체(300)를 떠난다.
다른 실시예에서, 온도 제어 수단은 오직 제어가능한 팬(fan) 및 신제트 기술(Synjet technology)을 포함하며, 이는 발광층(108)을 냉각하기 위해 주위 공기의 제어가능한 양을 에어 덕트(302) 내로 펌핑한다. 신제트 모듈(Synjet module)은 열 관리가 필요한 위치에 정확히 지향될 수 있는 난류(turbulent), 맥동(pulsated) 에어-제트들 생성한다. 발광층(108)은 사용 시에 발광 재료에 의해 가열된다. 광의 변환 동안, 흡수된 광의 적은 부분이 열로 변환된다. 주위 공기의 특정한 양을 에어 덕트(302)를 통해 펌핑함으로써, 발광층(108)은 특정한 온도에서 유지된다.
도 3b는 공기 가열 및/또는 공기 냉각을 이용하는 색 조정가능 발광 조립체(350)의 대안적인 일 실시예를 개략적으로 도시한다. 색 조정가능 발광 조립체(350)는 도 3a의 색 조정가능 발광 조립체(300)와 유사하지만, 에어 덕트(302)의 배출구를 통해 에어 덕트(302)를 떠나는 공기는 튜브(352)에 의해 가열기 및/또는 냉각기를 포함하는 온도 제어 수단(356)으로 다시 수송된다. 특히, 발광층(108)의 온도가 주위 온도보다 상당히 더 낮아야 하거나 더 높아야 한다면, 에어 덕트(302)를 떠나는 공기를 다시 사용하는 것이 효율적이며, 이는 이 공기가 발광층(108)의 온도에 근접한 온도를 가질 것이기 때문이다. 또한, 다른 실시예에서, 온도 제어 수단(356)은 튜브(352)를 통해 돌아오는 공기의 온도를 측정하는 온도 센서를 갖는다. 측정된 온도는 발광층(108)의 온도의 표시이며, 온도 제어 수단(356)은 발광층(108)에 대한 특정한 온도를 획득하기 위해 유입구를 통해 에어 덕트(302)에 제공된 공기(354)의 온도를 변경하기 위한 입력으로서, 측정된 값을 사용한다.
도 3a 또는 도 3b의 실시예들은 공기에만 제한되지 않는다. 유체들(Fluids)도 발광 재료를 가열하거나 냉각하기 위해 사용될 수 있다.
도 4a는 가열 저항체(404)를 포함하는 색 조정가능 발광 조립체(400)의 일 실시예를 개략적으로 도시한다. 색 조정가능 발광 조립체(400)는 도 1a의 색 조정가능 발광 디바이스(100)와 유사하다. 차이는 온도 제어 수단(402)이 가열 저항체(404)를 포함한다는 점이다. 가열 저항체(404)는 광 방출기(110)를 마주 보는(facing) 발광층(108)의 표면에 열적으로 연결되는 얇은 선(thin wire)을 포함한다. 가열 저항체(404)는 광이 거의 차단되지 않도록 투명한 재료 내에 매립된다. 온도 제어 수단(402)이 가열 저항체(404)에 전류를 제공할 때, 발광층(108)은 가열된다. 가열 저항체(404)가 광이 주위로 방출될 때 통하는 표면과 같은 발광층(108)의 다른 표면에서 제공될 수도 있다는 점이 유의되어야 한다.
도 4b는 펠티에 엘리먼트(Peltier element; 460)를 포함하는 색 조정가능 발광 조립체(450)의 일 실시예를 개략적으로 도시한다. 또한, 색 조정가능 발광 조립체(450)는 반사 배열(reflection arrangement)로 배열되며, 이는 광 방출기(452)가 발광층(108) 중 광(456, 458)이 주위로 방출되는 것과 동일한 측에 배열된다는 것을 의미한다.
색 조정가능 발광 조립체(450)는 도 1a 및 도 1b의 맥락에서 논의된 것과 같은 발광층(108)을 포함한다. 발광층(108)은 펠티에 엘리먼트(460)와 접촉하게 된다. 펠티에 엘리먼트(460)는 열을 발광층(108)으로부터 밖으로 수송할 수 있는 능동 엘리먼트(active element)이다. 펠티에 엘리먼트(460)는 전기 에너지의 특정한 양을 펠티에 엘리먼트(460)에 제공하는 온도 제어 수단(462)에 의해 제어되며, 이는 발광층(108)이 특정한 온도를 획득할 수 있도록 펠티에 엘리먼트(460)가 발광층(108)으로부터 열의 특정한 양을 밖으로 수송하도록 허용한다. 따라서, 발광층(108)은 능동적으로 냉각된다. 광 방출기(452)는 발광층(108) 중 펠티에 엘리먼트(460)가 배열되는 측과는 다른 측에 배열된다. 광 방출기(452)는 제1 색 분포의 광(454)을 발광층(108)을 향하여 방출한다. 광(454)의 일부는 발광 재료에 의해 흡수될 수 있으며, 제2 색 분포의 광(456)으로 변환될 수 있다. 광의 흡수되지 않은 부분(458)은 발광층(108)에 의해 반사된다. 발광층(108) 내에서 생성되며 펠티에 엘리먼트(460)를 향하여 방출되는 광이 발광층(108)을 향하여 다시 반사되고 결과적으로 주위로 반사되도록, 발광층(108)과 접촉하는 펠티에 엘리먼트(460)의 표면이 반사성일 수 있다. 방출된 광(456, 458)을 부분적으로 차단하도록 광 방출기(452)가 정의에 의해 발광층(108)의 직접 위에 있지 않다는 점이 유의되어야 한다. 색 조정가능 발광 조립체(450)의 광 방출의 중간(middle)에 있지 않으며 발광층(108)을 향해 광이 방출될 수 있게 배열되도록, 광 방출기(452)가 발광층의 왼쪽 또는 오른쪽 측에 배열될 수도 있다.
도 5a는 상이한 발광 재료들을 포함하는 두 개의 층(108, 504)을 포함하는 색 조정가능 발광 조립체(500)의 일 실시예를 개략적으로 도시한다. 색 조정가능 발광 조립체의 구조체(structure)는 도 1a의 색 조정가능 발광 조립체(100)와 유사하다. 차이는 두 개의 발광층(108, 504)이 색 조정가능 발광 조립체(100)에서 제공된다는 점이다. 제1 발광층(108)은 도 1a 및 도 1b의 발광층(108)과 유사하다. 제2 발광층(504)은 광 방출기(110)가 배열되는 측에 대향하는 제1 발광층(108)의 측에 배열된다. 제2 발광층(504)은 제1 발광층(108)의 발광 재료와는 상이한 다른 발광 재료를 포함한다. 제1 발광층(108)에 의해 방출되어 제2 발광층(504)으로 향하는 광은 제1 색 분포의 (흡수되지 않은) 광 및 제2 색 분포의 광(102)을 포함한다. 다른 발광 재료는 그것이 자신의 그 흡수 스펙트럼에 따라 제1 발광층(108)으로부터 수신하는 광의 일부를 흡수한다. 다른 발광 재료의 광 방출 스펙트럼에 따라, 흡수된 광은 제3 색 분포의 광(502)으로 변환된다. 색 조정가능 발광 조립체의 최종 광 출력은 흡수되지 않은 광(104) 및 제1 색 분포 광의 흡수되지 않은 스펙트럼 성분들, 제2 색 분포의 광(102) 및 다른 발광 재료에 의해 흡수되지 않은 제2 색 분포의 광의 스펙트럼 성분들, 및 제3 색 분포의 광(502)을 포함한다.
제1 발광층(108) 및 제2 발광층(504)은 직접 접촉하며, 그러한 것으로서 온도 제어 수단(106)은 색 조정가능 발광 디바이스(500)에 의한 특정한 광 방출을 획득하기 위해 제1 발광층(108)의 온도뿐만 아니라 제2 발광층(504)의 온도를 제어하도록 구성된다.
도 5a의 실시예에서 두 개의 상이한 발광 재료가 분리된 층들에서 배열된다는 점이 유의되어야 한다. 다른 실시예에서, 그들은 혼합될 수 있으며, 단일 발광층에 배열될 수 있다. 또한, 두 개보다 많은 발광 재료가 단일 발광층에서 혼합될 수 있다.
도 5b는 상이한 발광 재료들을 포함하는 두 개의 층(108, 504)을 포함하는 색 조정가능 발광 조립체(550)의 다른 일 실시예를 개략적으로 도시한다. 색 조정가능 발광 조립체(550)의 배열은 도 1a의 색 조정가능 발광 조립체(100)의 배열과 유사하다. 차이는 제1 발광층(108)이 제2 발광층(504)과 직접 접촉하지 않으며, 결과적으로 발광층(108, 504)의 각각의 하나의 온도가 독립적으로 제어될 수 있다는 점이다. 다른 차이는 색 조정가능 발광 조립체(550)가 다른 발광 재료의 정확한 광 방출 및 광 흡수 스펙트럼에 영향을 주기 위해 제2 발광층(504)의 온도를 제어하기 위해 다른 온도 제어 수단(552)을 포함한다는 점이다. 따라서, 색 조정가능 발광 조립체의 광 출력이 두 개의 상이한 파라미터: 제1 발광층(108)의 온도 및 제2 발광층(504)의 온도를 제어함으로써 연속적으로 제어될 수 있다. 다른 온도 제어 수단(552)은 제1 온도 제어 수단(108)의 전술된 실시예들에 따라 냉각기(cooler), 가열기(heater), 팬(fan), 가열 저항체(heating resistor), 펠티에 엘리먼트(Peltier element) 등을 포함한다는 점이 유의되어야 한다.
도 6a는 상이한 발광 재료들을 포함하는 두 개의 층(108, 504)을 포함하는 색 조정가능 발광 조립체(600)의 대안적인 일 실시예를 개략적으로 도시한다. 색 조정가능 발광 조립체들(500, 550)에서, 제2 발광층(504)은 제1 발광층(108)으로부터 광을 수신한다. 이것이 색 조정가능 발광 조립체(600)에서 달라진 점이고, 나머지에 대하여 색 조정가능 발광 조립체(600)는 색 조정가능 발광 조립체(550)와 동일하다. 색 조정가능 발광 조립체(600)에서, 제1 발광층(108) 및 제2 발광층(504)은 서로 옆에 배열되며, 이는 각각의 발광층(108, 504)이 광 방출기(110)에 의해 방출된 광 빔(light beam)의 일부 내에 배열되고 그들이 가지는 광 빔의 부분들이 중첩되지 않는다는 것을 의미한다. 색 조정가능 발광 조립체(550)에서, 층들은 완전히 중첩한다. 또 다른 대안적인 실시예에서, 제1 발광층(108) 및 제2 발광층(504)은 광 방출기(110)에 의해 방출된 광 빔 내에서 부분적으로 중첩한다.
대안적인 실시예에서, 두 개보다 많은 발광층이 색 조정가능 발광 조립체(500, 550, 600)에서 배열된다. 색 조정가능 발광 조립체들은 단일 온도 제어 수단 또는 복수의 온도 제어 수단을 가질 수 있다. 다수의 온도 제어 수단이 제공된다면, 상이한 발광층들의 온도들은 서로 독립적으로 제어될 수 있다.
도 6b는 색 조정가능 발광 조립체(500, 550, 600)에 제공된 두 개의 상이한 발광 재료의 광 흡수 스펙트럼(154, 156, 652, 654) 및 광 방출 스펙트럼(660, 662, 160, 162)을 포함하는 차트(650)를 개략적으로 도시한다. 차트(650)는 도 1b의 차트(150)와 유사하다. 명확성을 위해, 광 방출기(110)에 의해 방출된 광의 제1 색 분포(158)는 도시되지 않는다.
제1 발광층(108)의 발광 재료는 실온에서 흡수 스펙트럼(154)을 갖는다. 제1 발광층(108)의 온도가 예컨대 150℃까지 증가하면, 흡수 스펙트럼은 더 높은 파장들로 특정한 수의 나노미터들만큼 이동하며, 발광 재료의 흡수 스펙트럼은 흡수 스펙트럼(156)이다. 광 방출 스펙트럼(160)은 실온에서 제1 발광층(108)의 발광 재료의 광 방출 스펙트럼이다. 제1 발광층(108)이 상대적으로, 예컨대 150℃로 따뜻하면, 광 방출 스펙트럼(160)은 더 높은 파장들에서의 광 방출 스펙트럼(162)으로 이동한다.
제2 발광층(504)의 다른 발광 재료는 실온에서 흡수 스펙트럼(652)을 갖는다. 제2 발광층(504)의 온도가 예컨대 150℃까지 증가하면, 흡수 스펙트럼은 더 높은 파장들로 특정한 수의 나노미터들만큼 이동하며, 다른 발광 재료의 흡수 스펙트럼은 흡수 스펙트럼(654)이다. 광 방출 스펙트럼(660)은 실온에서 제2 발광층(504)의 다른 발광 재료의 광 방출 스펙트럼이다. 제2 발광층(504)이 상대적으로, 예컨대 150℃로 따뜻하면, 광 방출 스펙트럼(660)은 더 높은 파장들에서의 광 방출 스펙트럼(662)으로 이동(658)한다.
발광 재료 및 다른 발광 재료의 광 방출 스펙트럼(160, 162, 660, 662)은 상대적으로 좁다. 그러한 광 방출 스펙트럼은 양자 점들을 발광 재료로서 사용하여 획득될 수 있다.
색 조정가능 발광 디바이스(550 및 600)는 제1 발광층(108) 및 제2 발광층(504)의 온도 변화를 독립적으로 제어할 수 있고, 그러한 것으로서 그들은 각각의 광 방출 스펙트럼의 이동들(152, 658)을 독립적으로 제어할 수 있다.
광 방출 스펙트럼(152, 162)은 제1 발광층(108)의 발광 재료의 것이며, 광 방출 스펙트럼(660, 662)은 제2 발광층(504)의 다른 발광 재료인 것임이 유의되어야 한다. 그러나, 다른 실시예에서, 이는 반대일 수도 있다: 제1 발광층(108)의 발광 재료가 그 온도에 따라 광 방출 스펙트럼(660, 662)을 갖고, 제2 발광층(504)의 다른 발광 재료는 광 방출 스펙트럼(160, 162)을 갖는다.
도 7a는 온도 센서(704)를 포함하는 색 조정가능 발광 조립체(700)의 일 실시예를 개략적으로 도시한다. 색 조정가능 발광 조립체(700)는 도 1a의 색 조정가능 발광 조립체(100)와 유사하지만, 온도 제어 수단(702)이 상이하며 온도 센서(704)가 제공된다. 온도 센서(704)가 발광층(108)의 온도를 측정하도록, 온도 센서(704)는 발광층(108)에 근접하여 배열된다. 온도 센서(704)는 발광층(108)의 실제 온도를 나타내는 신호를 제공한다. 신호는 발광층(108)의 온도를 제어하기 위해 온도 제어 수단(702)에 의해 사용된다. 예를 들어, 온도 제어 수단(702)이 발광층(108)을 특정한 온도로 유지하도록 구성되면, 측정된 온도와 특정한 온도의 편차(deviation)가 발광층(108)에 열을 제공하거나 발광층(108)을 냉각하기 위해 사용된다. 가열 및 냉각은 전술된 상이한 수단들로 수행될 수 있다. 따라서, 온도 센서(704)는 온도 제어 수단(702)에 의해 발광층(108)의 온도의 정확한 제어를 허용하는 피드백 루프(feedback loop)에서 사용된다. 온도 제어 수단(702)은 발광층(108)의 원하는 온도를 수신하는 입력 수단을 포함할 수도 있다. 수신된 원하는 온도와 측정된 온도 사이의 편차는 발광층(108)을 가열하거나 냉각하기 위해 사용된다.
도 7b는 광 색 센서(light color sensor; 752)를 포함하는 색 조정가능 발광 조립체(750)의 일 실시예를 개략적으로 도시한다. 색 조정가능 발광 조립체(750)는 도 1a의 색 조정가능 발광 조립체(100)와 유사하나, 온도 제어 수단(754)이 상이하며 색 센서(752)가 제공된다. 색 센서(752)는 방출된 색 분포가 색 센서(752) 상에 (부분적으로) 충돌하도록 색 조정가능 발광 조립체(750)의 광 방출에 배열된다. 색 센서(752)는 방출된 색 분포의 색 공간에서 색 점(color point)을 측정하고/측정하거나 방출된 색 분포의 상관 색 온도를 측정하도록 구성된다. 색 센서(752)는 방출된 광의 실제 상관 색 온도 및/또는 실제 색 점을 나타내는 신호를 생성한다. 신호는 발광층(108)의 온도를 제어하기 위해 온도 제어 수단(754)에 의해 사용된다. 예를 들어, 측정된 상관 색 온도가 너무 높다면, 발광층(108)은 색 조정가능 발광 조립체(750)의 광 방출이 더 낮은 파장들(청색 광)의 더 적은 광을 포함하며 더 높은 파장들(황색/오렌지색/적색 광)의 더 많은 광을 포함하도록 가열되어야 한다. 예를 들어, 측정된 상관 색 온도가 너무 낮다면, 발광층(108)은 색 조정가능 발광 조립체의 광 방출이 더 낮은 파장들(청색 광)의 더 많은 광을 포함하며 더 높은 파장들(황색/오렌지색/적색 광)의 더 적은 광을 포함하도록 냉각되어야 한다. 온도 제어 수단(754)은 색 조정가능 발광 조립체(750)의 광 방출을 위해 원하는 상관 색 온도 또는 원하는 색 점을 수신하는 입력 수단을 포함할 수도 있다. 측정된 색 점 및/또는 측정된 상관 색 온도와 원하는 색 점 및/또는 원하는 상관 색 온도 사이의 차이가 발광층(108)의 온도를 제어하기 위해 사용된다.
색 조정가능 발광 조립체(750)가 복수의 온도 제어 수단을 포함하는 경우, 각각의 온도 제어 수단은 도 7a 및 도 7b의 실시예들에 따라 온도 센서 및/또는 색 센서를 포함할 수 있으며 그들 각각은 입력 수단을 포함할 수 있다는 점이 유의되어야 한다. 복수의 온도 제어 수단이 있다면, 온도 센서 및/또는 색 센서 및/또는 입력 수단은 상이한 온도 제어 수단에 의해 공유될 수도 있다.
도 8은 광 방출기(110) 및 발광층(108) 사이의 거리(d)를 제어하는 색 조정가능 발광 조립체(800)의 일 실시예를 개략적으로 도시한다. 색 조정가능 발광 조립체(800)는 도 1a의 색 조정가능 발광 조립체(100)와 유사하다. 주된 차이점은 광 방출기(110)와 발광층(108) 사이의 거리가 제어될 수 있도록 발광층(108)의 위치가 선형 모터(804)를 이용하여 변경될 수 있다는 점이다. 광 방출기(110)는 사용 시에 일반적으로 상대적으로 고온이다. 이 열은 발광층(108)을 가열하기 위해 사용될 수 있다. 발광층(108)을 광 방출기(110)에 상대적으로 근접하게 이동시킴으로써, 발광층(108)은 광 방출기(110)로부터 상대적으로 많은 양의 열을 받으며, 또한 따뜻해진다. 발광층(108)을 광 방출기(110)로부터 멀리 이동시킴으로써, 발광층(108)은 더 적은 열을 받고 더 차가워진다. 따라서, 온도 제어 수단(802)은 발광층(108)과 광 방출기(110) 사이의 거리(d)를 변경하기 위해 선형 모터(804)를 제어하며, 그렇게 함으로써 발광층(108)의 온도를 제어한다. 대안적인 실시예에서, 광 방출기(110)를 발광층(108)을 향해 이동시키거나 발광층(108)으로부터 멀리 이동시키기 위해 선형 모터가 광 방출기(110)에 연결된다.
색 조정가능 발광 조립체(800)의 스위치가 켜질 때, 광 방출기(110) 및 발광층(108)은 주위와 동일한 온도를 갖는다. 일 실시예에서, 발광층(108)이 주위 온도보다 상당히 더 높은 온도를 획득해야 한다면, 발광층(108)은 색 조정가능 발광 조립체(800)의 스위치가 켜지는 순간에 광 방출기(110) 근처의 위치로 이동된다. 소정의 시간 이후에, 발광층(108)은 광 방출기(110)에 의해 충분히 높은 레벨로 가열되며, 발광층(108)은 발광층(108)이 방사(radiation), 대류(convection) 및 전도(conduction)를 이용하여 발광층(108)에 의해 손실되는 열의 양과 동일한 양의 열을 광 방출기(110)로부터 받는 위치로 이동된다.
도 9a는 본 발명의 제2 태양에 따라 광원(900)의 일 실시예를 개략적으로 도시한다. 도 9b는 도 9a의 광원(900)의 단면도를 A-A' 선을 따라 개략적으로 도시한다. 광원(900)은 광 튜브(light tube)의 형상을 갖는다. 광원(900)은 그 내부에 광 방출기들(954) 및 발광층(952)이 제공되는 길고 투명한 튜브(910)를 포함한다. 투명한 튜브(910)의 한쪽 끝에서, 원통형 온도 제어 수단(906)이 투명한 튜브(910)에 연결된다. 온도 제어 수단(906)은 공기 유입구들(902)을 포함한다. 온도 제어 수단(906)은 발광층(952)을 가열하거나 냉각하기 위해 특정한 온도의 공기를 투명한 튜브(910)로 송풍한다. 투명한 튜브(910)의 다른 끝에서, 공기(912)가 주위로 송풍된다. 도 9b에서 도시된 바와 같이, 광 방출기(954)는 제1 색 분포의 광을, 제1 색 분포의 수신된 광의 적어도 일부를 제2 색 분포의 광으로 변환하기 위한 발광 재료를 포함하는 발광층(952)을 향하여 방출한다. 발광 재료의 방출 스펙트럼은 발광 재료의 온도에 의존한다.
광원(900)의 형상은 튜브의 형상에 제한되지 않는다. 전통적인 전구 또는 평평한 대면적 영역의 광원들(flat large area light sources)과 같은 다른 형상들도 가능하다.
다른 실시예에서, 색 조정가능 발광 조립체가 다른 발광 조립체 옆에 위치될 수 있다. 예를 들어, 제2 광원이 스펙트럼의 황색 및 적색 부분에서의 광을 제공하는 반면, 색 조정가능 발광 조립체는 (예컨대 440nm와 460nm 사이에서 교환하는) 푸르스름한(bluish) 부분을 조정할 수 있다. 이러한 방식으로, 백색 광을 제공하며 광의 부분을 제어하는(즉, 스펙트럼 조정하는) 발광 배열이 획득된다.
도 10은 본 발명의 제3 태양에 따라 두 개의 조명 기구(1004, 1006)를 포함하는 방(1000)의 내부를 도시한다. 방의 천장(1002)에서, 예컨대 도 9a 및 도 9b의 복수의 광원(900)을 포함하는 제1 조명 기구(1004)가 제공된다. 벽(1008)에서, 예컨대 본 발명의 제1 태양에 따른 색 조정가능 발광 조립체를 포함하는 다른 조명 기구(1006)가 제공된다.
상술된 실시예들은 본 발명을 제한하기보다는 설명하고, 통상의 기술자는 첨부된 청구항들의 범위로부터 벗어남 없이 많은 대안적인 실시예들을 설계할 수 있을 것이라는 점이 유의되어야 한다.
청구항들에서, 괄호 사이에 놓인 임의의 참조 부호들이 청구항을 제한하는 것으로서 이해되어서는 안 된다. 동사 "포함한다(comprise)" 및 그 활용형들의 사용은 청구항에서 진술된 것 외의 엘리먼트들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다. 엘리먼트에 선행하는 관사 "일(a)" 또는 "일(an)"은 복수의 그러한 엘리먼트의 존재를 배제하지 않는다. 본 발명은 여러 개별적인 엘리먼트를 포함하는 하드웨어를 이용하여, 그리고 적절히 프로그래밍된 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 여러 수단을 열거하는 디바이스 청구항에서, 이러한 수단들 중 몇 개는 하드웨어의 하나의 동일한 아이템에 의해 구현될 수 있다. 특정한 방안들(measures)이 서로 다른 종속항들에서 기재된다는 단순한 사실은 이러한 방안들의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지 않는다.

Claims (13)

  1. 색 조정가능 발광 조립체(color tunable lighting assembly; 100, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700, 750, 800)로서,
    제1 색 분포(158)의 광(112, 454)을 방출하도록 구성되는 광 방출기(light emitter; 110, 954),
    상기 광 방출기(110, 954)에 의해 방출되는 광(112, 454)을 수신하기 위한 발광층(luminescent layer; 108, 952) - 상기 발광층(108, 952)은 상기 제1 색 분포(158)의 상기 광(112, 454)의 일부를 흡수하고 상기 흡수된 광의 일부를 제2 색 분포(160, 162)의 광(102)으로 변환하기 위한 발광 재료(luminescent material)를 포함하며, 상기 제2 색 분포(160, 162)는 상기 발광층(108, 952)의 온도에 의존함 - ,
    상기 색 조정가능 발광 조립체(100, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700, 750, 800)에 의한 광 방출을 획득하기 위해 상기 발광층(108, 952)의 온도를 능동적으로 제어하기 위한 온도 제어 수단(temperature controlling means; 106, 308, 356, 402, 462, 702, 752, 802) - 상기 광 방출은 특정한 색 분포를 가짐 -
    을 포함하는, 색 조정가능 발광 조립체(100, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700, 750, 800).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 온도 제어 수단(106, 308, 356, 402, 462, 702, 752, 802)은 상기 제2 색 분포의 평균 파장(mean wavelength)을 증가시키기 위해 상기 발광층(108, 952)의 온도를 증가시키도록 구성되는, 색 조정가능 발광 조립체(100, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700, 750, 800).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 색 분포(158)와 상기 제2 색 분포(160, 162) 중 적어도 하나의 광(112, 454, 102, 456)을 수신하기 위한 다른 발광층(further luminescent layer; 504)을 더 포함하고, 상기 다른 발광층(504)은 상기 제1 색 분포(158)와 상기 제2 색 분포(160, 162) 중 상기 적어도 하나의 광(112, 454, 102, 456)의 일부를 흡수하고 상기 흡수된 광의 일부를 제3 색 분포(660, 662)의 광(502)으로 변환하기 위한 다른 발광 재료(further luminescent material)를 포함하며, 상기 제3 색 분포(660, 662)는 상기 다른 발광층(504)의 온도에 의존하는, 색 조정가능 발광 조립체(100, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700, 750, 800).
  4. 제3항에 있어서,
    상기 온도 제어 수단(106, 308, 356, 402, 462, 702, 752, 802)은 상기 특정한 색 분포를 획득하기 위해 상기 다른 발광층(504)의 온도를 제어하도록 또한 구성되거나,
    상기 색 조정가능 발광 조립체(100, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700, 750, 800)는 상기 특정한 색 분포를 획득하기 위해 상기 다른 발광층(504)의 온도를 제어하기 위한 다른 온도 제어 수단(552)을 포함하는, 색 조정가능 발광 조립체(100, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700, 750, 800).
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 발광 재료 및 상기 다른 발광 재료 중 적어도 하나는 유기 인광체(organic phosphor), 무기 인광체(inorganic phosphor) 및 양자 점들(quantum dots) 중 적어도 하나를 포함하는, 색 조정가능 발광 조립체(100, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700, 750, 800).
  6. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 온도 제어 수단(106, 308, 356, 402, 462, 702, 752, 802) 및/또는 상기 다른 온도 제어 수단(552)은 능동 가열 수단(active heating means; 404) 및 능동 냉각 수단(active cooling means; 460) 중 적어도 하나를 포함하는, 색 조정가능 발광 조립체(100, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700, 750, 800).
  7. 제6항에 있어서,
    상기 능동 가열 수단은 저항체(404)이고/이거나 상기 능동 냉각 수단은 펠티에 엘리먼트(Peltier element; 460)인, 색 조정가능 발광 조립체(100, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700, 750, 800).
  8. 제1항에 있어서,
    상기 발광층(108, 952)의 위치는 광 방출기(110, 954)의 위치에 대해 상대적으로 제어가능하고, 상기 온도 제어 수단(802)은 상기 발광층(108, 952)의 온도를 제어하기 위해 상기 발광층(108, 952)과 상기 광 방출기(110, 954) 사이의 거리(d)를 제어하도록 구성되는, 색 조정가능 발광 조립체(100, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700, 750, 800).
  9. 제1항에 있어서,
    상기 온도 제어 수단(106, 308, 356, 402, 462, 702, 752, 802)은 상기 색 조정가능 발광 조립체(100, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700, 750, 800)에 의해 방출될 원하는 색 특성(desired color characteristic)의 표시를 수신하기 위한 입력 수단을 포함하는, 색 조정가능 발광 조립체(100, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700, 750, 800).
  10. 제1항에 있어서,
    상기 온도 제어 수단(702)은 상기 발광층(108, 952)의 온도를 측정하기 위한 온도 센서(temperature sensor; 704)를 포함하며,
    상기 온도 제어 수단(702)은 상기 측정된 온도에 응답하여 상기 발광층(108, 952)의 온도를 제어하도록 구성되는, 색 조정가능 발광 조립체(100, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700, 750, 800).
  11. 제1항에 있어서,
    상기 온도 제어 수단(754)은 상기 색 조정가능 발광 조립체(100, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700, 750, 800)에 의해 방출된 광의 색 점(color point) 또는 색 온도(color temperature)를 측정하기 위한 광 색 센서(light color sensor; 752)를 포함하며,
    상기 온도 제어 수단(754)은 상기 광의 측정된 색 점 또는 색 온도에 응답하여 상기 발광층(108, 952)의 온도를 제어하도록 구성된, 색 조정가능 발광 조립체(100, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700, 750, 800).
  12. 제1항에 따른 색 조정가능 발광 조립체(100, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700, 750, 800)를 포함하는 광원(light source; 900).
  13. 제1항에 따른 색 조정가능 발광 조립체(100, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700, 750, 800) 또는 제11항에 따른 광원(900)을 포함하는 조명 기구(luminaire; 1004, 1006).
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