KR20190107181A - Pfs 인광체를 이용한 낮은 cct의 led 설계 - Google Patents

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Abstract

LED 어셈블리는, 특성 스펙트럼을 갖는 제1 광 출력을 갖는 LED 광원, 및 제1 광 출력이 지나가는 황록색 인광체, 적색 인광체, 및 네오디뮴 플루오린 흡수제 조합물을 포함하고, 황록색 인광체, 적색 인광체, 및 네오디뮴 플루오린 흡수제 조합물은 제1 광 출력을, 미리결정된 상관 색 온도를 갖는 제2 광 출력으로 변환시키도록 구성된다.

Description

PFS 인광체를 이용한 낮은 CCT의 LED 설계
개시된 예시적인 실시예들은 일반적으로 조명(lighting) 시스템에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 발광 다이오드(light emitting diode; LED) 조명 시스템에 관한 것이다.
LED 조명 기술은 계속 발전하여 효율성을 개선시키고 비용을 낮추었다. LED 광원은 소형 핀 포인트 광원에서부터 경기장 조명에 이르기까지 다양한 조명 응용들에서 찾아볼 수 있다. LED는 전형적으로 반도체 발광체이며, LED 칩이라고 지칭될 수 있다. LED 칩에 의해 생성된 광의 색상은 그 제조시에 사용되는 반도체 물질의 유형에 따라 달라질 수 있다. 다양한 방출 색상을 갖는 LED 칩은 갈륨 질화물(GaN)과 같은 Ⅲ-Ⅴ족 합금으로부터 생산될 수 있다. GaN계 LED 칩은 전자기 스펙트럼의 UV 또는 청색 범위의 광을 방출하도록 화학적으로 튜닝될 수 있다. LED 칩으로부터 방출된 광을 백색광으로 변환시키는 하나의 기술은 UV 또는 청색 범위 스펙트럼의 광의 일부를 녹색, 황색, 및 적색을 포함하는 다른 색상들의 광으로 변환시키는 발광 물질들을 사용하는 것을 포함하며, 이 색상들 모두는 추가로 혼합되어, 백색광이 된다. 예시적인 발광 물질은 UV 또는 청색 범위의 전자기 복사선에 의한 여기(excitation)에 응답하여 전자기 스펙트럼의 가시광 부분의 복사선을 방출하는 인광체(phosphor)를 포함한다. 하나 이상의 발광 물질을 갖는 LED 칩을 LED 어셈블리라고 칭할 수 있다.
적어도 하나의 유형의 백색 발광 LED 어셈블리는 청색 복사선의 일부를 보색(complimentary color), 예를 들어 황록색 방출 또는 황록색과 적색 방출의 조합으로 변환시키는 인광체 또는 인광체들의 혼합물로 코팅된 청색 방출 InGaN 칩을 포함한다. 청색, 황록색, 및 적색 복사선은 함께 백색광을 생성한다. 백색 LED 어셈블리는 또한, UV 방출 칩, 및 UV 복사선을 가시광으로 변환시키도록 설계된 적색, 녹색, 및 청색 방출 인광체들을 포함하는 인광체 혼합물로 구축될 수 있다. LED 어셈블리는 광 출력이 특정 상관 색 온도(Correlated Color Temperature; CCT), 색상 렌더링 지수(Color Rendering Index; CRI) 및 조명 선호도 지수(Lighting Preference Index; LPI)와 같은 특정 특성을 갖도록 구축될 수 있다. LPI는 2014년 9월 9일자로 출원되고 WO 2015/035425로서 공개된 PCT/US2014/054868에서 개시된 바와 같이 광원의 스펙트럼 전력 분포를 맞춤화함으로써 색상 선호도의 정량적 최적화를 가능하게 하는 색상 메트릭이며, 이 문헌의 내용 전체는 참조로서 본원에서 원용된다.
미국 특허 제7,358,542호 및 미국 특허 제7,648,649호에서 기술된 바와 같이, Mn4+에 의해 활성화된 적색 방출 플루오라이드 인광체는 YAG:Ce 또는 다른 가넷(garnet) 조성물과 같은 황색 또는 녹색 인광체와 결합형태로 이용되어, 청색 LED와 결합될 때, 따뜻한 백색광(흑체 궤적 근처에서 CCT<5000K)을 달성할 수 있다. 이들 적색 인광체 물질은 청색광을 흡수하고, 더 긴 파장(>650㎚)에서 짙은 적색/근적외선 방출이 거의 없이 약 610㎚~635㎚의 좁은 범위에서 효율적으로 방출한다. 따라서, 안구 감도가 매우 낮은 더 짙은 적색에서 상당한 방출을 갖는 광역 방출 스펙트럼을 갖는 적색 인광체에 비해 발광 효능이 최대화된다. 일반적으로, LED 칩 패키지에 대한 타겟화된 CCT가 낮을수록, 더 많은 적색 인광체가 필요하다. 그러나, 다른 대안적 적색 인광체에 비해 상대적으로 열악한 흡수성으로 인해, 2700K와 같이 더 낮은 희망 CCT를 달성하는데 필요한 K2SiF6:Mn과 같은 적색 플루오라이드 인광체의 양, 및 110보다 큰 특정 LPI는 극적으로 증가되고, LED 칩 패키지 크기와 비용 둘 다에 의해 제한될 수 있다. 따라서, 현재와 미래의 패키지 크기 및 비용 제약 내에서 원하는 CCT 및 LPI를 제공하는 발광 물질이 필요하다.
따라서, 상기 식별된 문제점들 중 적어도 일부를 해결하는 LED 어셈블리 설계를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
본 명세서에서 설명된 바와 같이, 예시적인 실시예들은 상기 단점 또는 당 업계에서 알려진 다른 단점들 중 하나 이상을 극복한다.
개시된 실시예들의 양태는 LED 어셈블리에 관한 것이다. 일 실시예에서, LED 어셈블리는, 특성 스펙트럼(characteristic spectrum)을 갖는 제1 광 출력을 갖는 LED 광원, 및 제1 광 출력이 지나가는 황록색 인광체, 적색 인광체, 및 네오디뮴 플루오린 흡수제 조합물을 포함하고, 여기서, 황록색 인광체, 적색 인광체, 및 네오디뮴 플루오린 흡수제 조합물은 제1 광 출력을, 미리결정된 상관 색 온도를 갖는 제2 광 출력으로 변환시키도록 구성된다.
황록색 인광체, 적색 인광체, 및 네오디뮴 플루오린 흡수제 조합물은 특정 조명 선호도 지수를 갖는 제2 광 출력을 제공하도록 구성될 수 있다.
황록색 인광체, 적색 인광체, 및 네오디뮴 플루오린 흡수제 조합물은 적어도 110의 조명 선호도 지수를 갖는 제2 광 출력을 제공하도록 구성될 수 있다.
황록색 인광체, 적색 인광체, 및 네오디뮴 플루오린 흡수제 조합물은 적어도 120의 조명 선호도 지수를 갖는 제2 광 출력을 제공하도록 구성될 수 있다.
네오디뮴 플루오라이드 흡수제는 특정 조명 선호도 지수를 갖는 제2 광 출력을 제공하기 위해 황색 광 방출을 감쇠시키도록 구성될 수 있다.
황록색 인광체, 적색 인광체, 및 네오디뮴 플루오린 흡수제 조합물은 흑체 궤적 아래의 색도 색 좌표(chromaticity color coordinate)를 갖는 제2 광 출력을 제공하도록 구성될 수 있다.
LED 광원은 청색 LED 또는 자색(violet) LED 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
황록색 인광체는 가넷 인광체를 포함할 수 있다.
가넷 인광체는 이트륨 알루미늄 가넷 인광체를 포함할 수 있다.
가넷 인광체는 세륨에 의해 활성화된 이트륨 알루미늄 가넷 인광체를 포함할 수 있다.
적색 인광체는 망간 도핑된 칼륨 플루오로-실리케이트 인광체를 포함할 수 있다.
네오디뮴 플루오린 흡수제는 NdF3을 포함할 수 있다.
네오디뮴 플루오린 흡수제는 NdF3와 다른 네오디뮴 화합물의 조합물을 포함할 수 있다.
네오디뮴 플루오린 흡수제는 NdF3와 NdOF의 조합물을 포함할 수 있다.
네오디뮴 플루오린 흡수제는 NdF3와 Nd2O3의 조합물을 포함할 수 있다.
네오디뮴 플루오린 흡수제는 대략 560㎚~610㎚의 범위의 황색 광을 흡수하도록 구성될 수 있다.
황록색 인광체, 적색 인광체, 및 네오디뮴 플루오린 흡수제 조합물은 LED 광원에 근접해 있는 황록색 인광체 및 적색 인광체 부분, 및 LED 광원으로부터 이격되어 있는 네오디뮴 플루오린 흡수제 부분을 포함할 수 있다.
개시된 실시예들의 추가적인 양태는 LED 어셈블리에 관한 것이며, LED 어셈블리는, 특성 스펙트럼을 갖는 제1 광 출력을 갖는 LED 광원, 및 제1 광 출력을, 제1 상관 색 온도와 제1 조명 선호도 지수를 갖는 제2 광 출력으로 변환시키는 황록색 및 적색 인광체 조합물을 포함하고, 황록색 및 적색 인광체 조합물에 대한 네오디뮴 플루오린 흡수제의 첨가는 제1 상관 색 온도보다 낮은 제2 상관 색 온도, 및 제1 조명 선호도 지수보다 높은 제2 조명 선호도 지수를 갖는 제3 광 출력을 초래시킨다.
제1 상관 색 온도는 대략 4000K일 수 있고, 제1 조명 선호도 지수는 대략 111일 수 있고, 제2 상관 색 온도는 대략 3500K일 수 있고, 제2 조명 선호도 지수는 대략 128일 수 있다.
상관 색 온도는 대략 3350K일 수 있고, 제1 조명 선호도 지수는 대략 107일 수 있고, 제2 상관 색 온도는 대략 3000K일 수 있고, 제2 조명 선호도 지수는 대략 120일 수 있다.
제1 상관 색 온도는 대략 3050K이고, 제1 조명 선호도 지수는 대략 109이고, 제2 상관 색 온도는 대략 2755K이며, 제2 조명 선호도 지수는 대략 120이다.
황록색 인광체, 적색 인광체, 및 네오디뮴 플루오린 흡수제 조합물은 CIE 1931 색 공간 색도도(CIE 1931 color space chromaticity diagram)에서 흑체 궤적 아래의 색도 색 좌표를 갖는 제3 광 출력을 제공할 수 있다.
황록색 인광체는 세륨에 의해 활성화된 0.3㎎ 내지 0.7㎎의 이트륨 알루미늄 가넷 인광체를 포함할 수 있다.
적색 인광체는 1.0㎎ 내지 2.0㎎의 망간 도핑된 칼륨 플루오로-실리케이트 인광체를 포함할 수 있다.
네오디뮴 플루오린 흡수제 조합물은 0.05㎎ 내지 0.15㎎의 네오디뮴 플루오라이드를 포함할 수 있다.
개시된 실시예들의 또다른 양태는 LED 어셈블리에 관한 것이며, LED 어셈블리는, 특성 스펙트럼을 갖는 제1 광 출력을 갖는 LED 광원, 및 제1 광 출력이 지나가는 황록색 인광체, 적색 인광체, 및 네오디뮴 플루오린 흡수제 조합물을 포함하고, 여기서, 황록색 인광체, 적색 인광체, 및 네오디뮴 플루오린 흡수제 조합물은 제1 광 출력을, 110보다 큰 조명 선호도 지수, 및 4000K~2700K의 상관 색 온도를 갖는 제2 광 출력으로 변환시키도록 구성된다.
예시적인 실시예들의 이러한 및 다른 양태들과 장점들은 아래의 상세한 설명과 함께 첨부된 도면들로부터 자명해질 것이다. 그러나, 도면은 본 발명의 한계의 정의로서가 아닌, 예시의 목적으로 도안되었을 뿐이며, 이에 대한 참조는 첨부된 청구범위에 대해 취해져야 한다. 본 발명의 추가적인 양태들과 장점들은 후속하는 상세한 설명에서 기술될 것이고, 일부분은 상세한 설명으로부터 명백해질 것이거나, 또는 본 발명의 실시에 의해 습득될 수 있다. 또한, 첨부된 청구항들에서 특별히 지목한 수단들 및 조합들을 통해 본 발명의 양태들과 장점들이 실현되고 획득될 수 있다.
첨부된 도면은 본 발명개시의 현재 바람직한 실시예들을 나타내고, 상기 제공된 개략적인 설명 및 하기에서 주어지는 상세한 설명과 함께, 본 발명개시의 원리를 설명하는 역할을 한다. 도면 전반에 걸쳐 도시된 바와 같이, 유사한 참조번호들은 동일하거나 대응하는 부분들을 가리킨다.
도 1a는 개시된 실시예들에 따른 LED 어셈블리를 도시한다.
도 1b는 개시된 실시예들에 따른 다른 LED 어셈블리를 도시한다.
도 2a, 도 2b, 도 3a, 도 3b, 도 4a, 및 도 4b는 LED 어셈블리에 대한 바람직한 스펙트럼 전력 분배(spectrum power distribution; SPD), CCT, 및 LPI를 생성하기 위해 네오디뮴 플루오린 흡수제를 가넷 및 적색 인광체 조합물에 첨가할 때의 영향을 나타낸 것이다.
본 명세서에서 설명된 바와 같이, 예시적인 실시예들은 상기 단점 또는 당 업계에서 알려진 다른 단점들 중 하나 이상을 극복한다.
개시된 실시예들의 양태들은 LED 광원에 의해 생성된 광을 필터링함으로써 원하는 광 스펙트럼을 제공하도록 구성된 신규 조성의 황색, 녹색, 또는 황록색 인광체 조합물, 적색 인광체, 네오디뮴 및 플루오린을 포함하는 화합물을 사용함으로써 원하는 CCT 및 조명 선호도 지수(LPI)를 유리하게 제공하는 LED 광 어셈블리를 제공한다.
도 1a는 개시된 실시예들에 따른 예시적인 LED 어셈블리(100)를 도시한다. LED 어셈블리는, 발광 다이오드(LED) 칩(105)과 같은 반도체 UV 또는 청색 복사선 소스(radiation source), 및 LED 칩에 전기적으로 부착된 리드선(lead)(110)을 포함할 수 있다. 리드선(110)은 LED 칩(105)이 복사선을 방출하게 할 수 있는 전력을 LED 칩(105)에 제공할 수 있다.
LED 어셈블리(100)는 자신의 방출된 복사선이 발광 물질(115)로 지향되어 이를 거쳐지나갈 때 백색광을 생성할 수 있는 임의의 반도체 청색 또는 UV 광원을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 반도체 광원은 다양한 불순물들로 도핑된 청색 발광 LED 칩을 포함할 수 있다. 예를 들어, LED 칩(105)은 GaN, ZnSe, 또는 SiC를 포함하는 적어도 하나의 반도체층을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, LED 칩은 약 400㎚ 내지 약 470㎚의 피크 방출 파장을 갖는 UV 또는 청색 발광 LED일 수 있다.
LED 칩(105)은 LED 칩을 둘러싸는 쉘(120) 내에 캡슐화될 수 있다. 쉘(120)은 예를 들어, 유리 또는 플라스틱 물질로 제조될 수 있고, LED 칩(105) 및 발광 물질(115)에 의해 생성된 광의 파장에 대해 투명하거나 실질적으로 광 투과성일 수 있다. LED 칩(105) 및 쉘(120)은 기판(125) 상에 실장될 수 있다.
개시된 실시예들 중 일부 실시예들에 따르면, 발광 물질(115)은 황색, 녹색, 또는 황록색 조합물 인광체를 포함할 수 있다. 개시된 실시예들의 목적을 위해, 황색, 녹색, 또는 황록색 조합물 인광체를 황록색 인광체라고 칭할 수 있다. 개시된 실시예들의 목적을 위해, 가넷 인광체는 또한 황록색 인광체로서 간주될 수 있다. 발광 물질은 또한 적색 인광체, 및 네오디뮴 플루오라이드(NdF3)를 포함할 수 있다. 네오디뮴과 플루오린, 예를 들어, NdF3, 또는 NdF3와, NdOF 또는 Nd2O3와 같은 임의의 네오디뮴 화합물의 조합물을 비롯한 화합물을, 황록색과 적색 인광체들의 다양한 조합물에 첨가하면 광 출력을 더 낮은 CCT, 더 높은 색도 x좌표(CCx), 및 더 높은 LPI쪽으로 시프트시킨다는 것을 우연히 발견하였다. 일반적으로, NdF3, NdOF, 또는 Nd2O3와 같은 네오디뮴 화합물은 LPI를 증가시킬 수 있는 반면, NdF3는 더 낮은 CCT쪽으로의 시프트를 구체적으로 유발시킬 수 있다. 일 양태에서, 네오디뮴과 플루오린을 포함하는 화합물(이를 네오디뮴 플루오린 화합물이라고도 칭함)은 흡수제로서 작용하여 색상 스펙트럼의 황색 부분을 감쇠시켜서 LPI를 개선시킨다. 흡수제로서 작용하는 네오디뮴 플루오린 화합물을 네오디뮴 플루오린 흡수제라고 칭할 수 있다. 일부 실시예들에서, 네오디뮴 플루오린 흡수제의 첨가는 더 낮은 CCT 및 더 높은 LPI 값을 달성하는데 필요한 적색 인광체의 양의 감소를 가능하게 할 수 있다.
도 1b는 개시된 실시예들에 따른 다른 예시적인 LED 어셈블리(130)를 도시한다. 발광 다이오드(LED) 칩(135)과 같은 반도체 UV 또는 청색 복사선 소스가 포함될 수 있고, 전기적으로 부착된 리드선(140)을 통해 LED 칩에 전력이 공급될 수 있어서, LED 칩(135)이 복사선을 방출하게 할 수 있다.
도 1a에서 도시된 실시예와 마찬가지로, LED 어셈블리(130)는 자신의 방출된 복사선이 발광 물질(145)로 지향되어 이를 거쳐지나갈 때 백색광을 생성할 수 있는 임의의 반도체 청색 또는 UV 광원을 포함할 수 있다. 개시된 실시예들 중 적어도 일부 실시예들에 따르면, 발광 물질(145)은 LED 칩(135)에 근접해 있는 제1 부분(150), 및 LED 칩(135)으로부터 이격되어 있는, 예를 들어, LED 칩(135)을 둘러싸는 쉘(160) 상에 위치되거나 퇴적된 제2 부분(155)을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 제1 부분(150)은 황록색 및 적색 인광체를 포함할 수 있는 반면, 제2 부분(155)은 네오디뮴 플루오린 흡수제를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 부분들은, LED 칩(135)으로부터의 광이 제1 부분(150)을 통과하고 나서, 제2 부분(155)을 통과하는 한, 임의의 적절한 위치에 위치될 수 있음을 이해해야 한다. 개시된 실시예들의 목적을 위해, 황록색 인광체, 적색 인광체, 및 네오디뮴 플루오린 흡수제의 조합물을, 도 1a에서 구현된 바와 같은 발광 물질(115) 및 도 1b에서 구현된 바와 같은 발광 물질(145)이라고 칭한다.
쉘(160)은 예를 들어, 유리 또는 플라스틱 물질로 제조될 수 있고, LED 칩(135) 및 발광 물질(150)의 제1 부분에 의해 생성된 광의 파장에 대해 투명하거나 실질적으로 광 투과성일 수 있다. 기판(165)은 LED 칩(135) 및 쉘(160)을 지지할 수 있다.
도 2a, 도 2b, 도 3a, 도 3b, 도 4a, 및 도 4b에서 도시된 아래의 실시예들은 발광 물질(115)을 생성하기 위해 네오디뮴 플루오린 흡수제를, 황록색 및 적색 인광체 조합물에 첨가할 때의 영향을 나타낸다. 아래의 예시적인 예시들은 세륨에 의해 활성화된 이트륨 알루미늄 가넷 인광체(YAG:Ce) 및 망간 도핑된 칼륨 플루오로-실리케이트(K2SiF6:Mn4+ 또는 "PFS") 인광체를 이용하지만, 개시된 실시예들은 다른 적절한 가넷 인광체 또는 임의의 적절한 황색, 녹색, 또는 황록색 인광체를 이용할 수 있고, 임의의 적절한 적색 인광체를 이용할 수 있음을 이해해야 한다.
도 2a는 네오디뮴 플루오린 흡수제의 첨가가 각각 있고 없는 2개의 스펙트럼들(215, 220) 간의 비교를 나타내는 스펙트럼 플롯(210)을 도시한다. 스펙트럼(215)은 4000K의 CCT, (흑체 궤적 상의) 0.000 Duv, 90의 색상 렌더링 지수(CRI), 및 111의 LPI를 초래시키는 YAG와 PFS 조합물을 갖는 LED 어셈블리의 출력을 나타낸다. 스펙트럼(220)은 동일한 YAG PFS 조합물에 네오디뮴 플루오린 흡수제가 첨가된 LED 어셈블리의 출력을 나타낸다. YAG와 PFS 조합물에 네오디뮴 플루오린 흡수제를 첨가하면 560㎚~600㎚ 범위에서 감쇠를 일으킨다.
도 2b는 네오디뮴 플루오린 흡수제의 첨가로 인한 변화를 나타내는 색도도(230)를 도시한다. 색점들(235, 240)은 YAG와 PFS 조합물에 대한 네오디뮴 플루오린 흡수제의 첨가가 4000K에서 3500K로, 그리고 0.000 Duv에서 -0.004 Duv로의 CCT 시프트를 초래시킨다는 것을 보여준다. PFS, YAG, 및 네오디뮴 플루오린 흡수제 조합물은 CIE 1931 색 공간 색도도에서 흑체 궤적 아래의 색도 색점(240)을 초래시킨다. 스펙트럼 플롯(210) 및 색도도(230)로부터의 데이터는 네오디뮴 플루오린 흡수제의 첨가가 또한 추가적인 24% 루멘 손실의 트레이드오프로, 81의 CRI, 및 111에서 128로 증가된 LPI를 초래시킨다고 결정하는데 사용될 수 있다.
도 3a는 네오디뮴 플루오린 흡수제의 첨가가 각각 있고 없는 2개의 스펙트럼들(315, 320) 간의 다른 비교를 나타내는 스펙트럼 플롯(310)을 도시한다. 스펙트럼(315)은 3350K의 CCT, (흑체 궤적 위에서의) +0.004 Duv, 90의 색상 렌더링 지수(CRI), 및 107의 LPI를 초래시키는 YAG PFS 조합물을 갖는 LED 어셈블리의 출력을 나타낸다. 스펙트럼(320)은 YAG PFS 조합물에 네오디뮴 플루오린 흡수제가 첨가된 LED 어셈블리의 출력을 나타낸다. 위에서 언급된 바와 같이, YAG와 PFS 조합물에 네오디뮴 플루오린 흡수제를 첨가하면 560㎚~600㎚ 범위에서 감쇠를 일으킨다.
도 3b는 네오디뮴 플루오린 흡수제의 첨가로 인한 변화를 나타내는 색도도(330)를 도시한다. 색점들(335, 340)은 YAG와 PFS 조합물에 대한 네오디뮴 플루오린 흡수제의 첨가가 3350K에서 3000K로, 그리고 +0.004 Duv에서 0.000 Duv로의 CCT 시프트를 초래시킨다는 것을 보여준다. PFS, YAG, 및 네오디뮴 플루오린 흡수제 조합물은, 색도 색점(340)이 흑체 궤적 상에 놓이거나 또는 바로 그 아래에 놓일 수 있도록, 색도 색점(340)의 y값을 감소시킨다. 스펙트럼 플롯(310) 및 색도도(330)로부터의 데이터는 네오디뮴 플루오린 흡수제의 첨가가 또한 허용가능한 20% 루멘 손실 내에서, 80의 CRI, 및 120의 증가된 LPI를 초래시킨다고 결정하는데 사용될 수 있다.
도 4a는 네오디뮴 플루오린 흡수제의 첨가가 각각 있고 없는 2개의 스펙트럼들(415, 420) 간의 또다른 비교를 나타내는 또다른 스펙트럼 플롯(410)을 도시한다. 스펙트럼(415)은 3050K의 CCT, (흑체 궤적 상의) 0.000 Duv, 90의 색상 렌더링 지수(CRI), 및 109의 LPI를 초래시키는 YAG PFS 조합물을 갖는 LED 어셈블리의 출력을 나타낸다. 스펙트럼(420)은 네오디뮴 플루오린 흡수제가 YAG PFS 조합물에 첨가되고, 다른 예시들에서, YAG와 PFS 조합물에 대한 네오디뮴 플루오린 흡수제의 첨가가 560㎚~600㎚ 범위에서 감쇠를 일으키는 LED 어셈블리의 출력을 나타낸다.
도 4b는 네오디뮴 플루오린 흡수제의 첨가로 인한 예시적인 LED 어셈블리의 출력에 대한 변화를 나타내는 색도도(430)를 도시한다. 색점들(435, 440)은 YAG와 PFS 조합물에 대한 네오디뮴 플루오린 흡수제의 첨가가 3050K에서 2755K로, 그리고 0.000 Duv에서 -0.003 Duv로의 CCT 시프트를 초래시킨다는 것을 보여준다. 이 실시예에서의 PFS, YAG, 및 네오디뮴 플루오린 흡수제 조합물은 흑체 궤적 아래의 색도 색점(440)을 초래시킨다. 스펙트럼 플롯(410) 및 색도도(430)로부터의 데이터는 네오디뮴 플루오린 흡수제의 첨가가 또한 허용가능한 20% 루멘 손실 내에서, 84의 CRI, 그리고 109에서 120으로의 LPI의 증가를 초래시킨다고 결정하는데 사용될 수 있다.
이용된 인광체와 네오디뮴 플루오린 흡수제 각각의 양은 LED 칩의 스펙트럼 특성, 각 인광체들의 정확한 화학적 조성 및 특성, 특히 이들의 여기 파장에서의 양자 효율 및 흡수도, 및 광 출력의 원하는 특성에 따라 달라질 수 있다. 다양한 실시예들에서의 인광체들과 네오디뮴 플루오린 흡수제의 상대적인 비율은, LED 어셈블리에서 이용될 때, CIE 색도도에서 미리결정된 x 및 y 값들을 갖는 가시광이 적어도 대략 120의 LPI를 갖고 생성되도록 조정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 인광체의 양과 조성 및 네오디뮴 플루오린 흡수제의 양은 특정 CCT 및 LPI를 달성하도록 변할 수 있다. 예를 들어, 가넷 인광체, 적색 인광체, 및 네오디뮴 플루오린 흡수제의 조합은 110보다 큰, 바람직하게는 120보다 큰 조명 선호도 지수, 4000K~2700K의 CCT, 및 CIE 1931 색 공간 색도도에서 흑체 궤적 아래의 색도 색 좌표들을 초래시킬 수 있다.
[표 1]은 특정 CCT 값들을 달성하기 위한 다양한 예시적인 범위의 인광체들과 네오디뮴 플루오린 흡수제의 양들을 도시하며, 여기서 적색 인광체는 PFS이고, 가넷 인광체는 YAG:Ce이고, 네오디뮴 플루오린 흡수제는 NdF3이다.
Figure pct00001
인광체와 NdF3은 임의의 적절한 형태, 예를 들어, 분말 형태로 이용될 수 있고, 결합된 상태로 LED 칩(135) 상에 퇴적될 수 있거나, 또는 임의의 적절한 방법을 사용하여 LED 칩(135) 및 쉘(160) 상에 선택적으로 퇴적될 수 있다.
관련 기술 분야의 당업자에게는, 첨부 도면과 함께 읽는 경우, 다양한 수정들과 개조들이 전술한 설명을 참조하여 명백해질 수 있다. 그러나, 개시된 실시예들의 교시내용의 이러한 모든 및 유사한 수정들은 여전히 개시된 실시예들의 범위 내에 속할 것이다.
본 명세서에서 설명된 상이한 실시예들의 다양한 특징들은 서로 교환가능하다. 임의의 공지된 등가물뿐만이 아니라, 다양한 설명된 특징들이 본 발명개시의 원리에 따라 추가적인 실시예들 및 기술들을 구축하도록 혼합되고 매칭될 수 있다.
또한, 예시적인 실시예들의 특징들 중 일부는 다른 특징들의 대응적인 사용없이 유리하게 사용될 수 있다. 이와 같이, 전술한 설명은 개시된 실시예들의 원리를 단지 예시하는 것으로서 간주되어야 하며, 이에 제한되어서는 안된다.

Claims (26)

  1. LED 어셈블리에 있어서,
    특성 스펙트럼(characteristic spectrum)을 갖는 제1 광 출력을 갖는 LED 광원; 및
    상기 제1 광 출력이 지나가는 황록색 인광체, 적색 인광체, 및 네오디뮴 플루오린 흡수제 조합물
    을 포함하고,
    상기 황록색 인광체, 적색 인광체, 및 네오디뮴 플루오린 흡수제 조합물은 상기 제1 광 출력을, 미리결정된 상관 색 온도(correlated color temperature)를 갖는 제2 광 출력으로 변환시키도록 구성된 것인 LED 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 황록색 인광체, 적색 인광체, 및 네오디뮴 플루오린 흡수제 조합물은 특정 조명 선호도 지수(Lighting Preference Index)를 갖는 상기 제2 광 출력을 제공하도록 구성된 것인 LED 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 황록색 인광체, 적색 인광체, 및 네오디뮴 플루오린 흡수제 조합물은 적어도 110의 조명 선호도 지수를 갖는 상기 제2 광 출력을 제공하도록 구성된 것인 LED 어셈블리.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 황록색 인광체, 적색 인광체, 및 네오디뮴 플루오린 흡수제 조합물은 적어도 120의 조명 선호도 지수를 갖는 상기 제2 광 출력을 제공하도록 구성된 것인 LED 어셈블리.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 네오디뮴 플루오라이드 흡수제는 상기 특정 조명 선호도 지수를 갖는 상기 제2 광 출력을 제공하기 위해 황색 광 방출을 감쇠시키도록 구성된 것인 LED 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 황록색 인광체, 적색 인광체, 및 네오디뮴 플루오린 흡수제 조합물은 흑체 궤적(black body locus) 아래의 색도 색 좌표(chromaticity color coordinate)를 갖는 상기 제2 광 출력을 제공하도록 구성된 것인 LED 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 LED 광원은 청색 LED 또는 자색(violet) LED 중 하나 이상을 포함한 것인 LED 어셈블리.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 황록색 인광체는 가넷(garnet) 인광체를 포함한 것인 LED 어셈블리.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가넷 인광체는 이트륨 알루미늄 가넷 인광체를 포함한 것인 LED 어셈블리.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 가넷 인광체는 세륨에 의해 활성화된 이트륨 알루미늄 가넷 인광체를 포함한 것인 LED 어셈블리.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 적색 인광체는 망간 도핑된 칼륨 플루오로-실리케이트 인광체를 포함한 것인 LED 어셈블리.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 네오디뮴 플루오린 흡수제는 NdF3을 포함한 것인 LED 어셈블리.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 네오디뮴 플루오린 흡수제는 NdF3와 다른 네오디뮴 화합물의 조합물을 포함한 것인 LED 어셈블리.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 네오디뮴 플루오린 흡수제는 NdF3와 NdOF의 조합물을 포함한 것인 LED 어셈블리.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 네오디뮴 플루오린 흡수제는 NdF3와 Nd2O3의 조합물을 포함한 것인 LED 어셈블리.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 네오디뮴 플루오린 흡수제는 대략 560㎚~610㎚의 범위의 황색 광을 흡수하도록 구성된 것인 LED 어셈블리.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 황록색 인광체, 적색 인광체, 및 네오디뮴 플루오린 흡수제 조합물은 상기 LED 광원에 근접해 있는 황록색 인광체 및 적색 인광체 부분, 및 상기 LED 광원으로부터 이격되어 있는 네오디뮴 플루오린 흡수제 부분을 포함한 것인 LED 어셈블리.
  18. LED 어셈블리에 있어서,
    특성 스펙트럼을 갖는 제1 광 출력을 갖는 LED 광원; 및
    상기 제1 광 출력을, 제1 상관 색 온도와 제1 조명 선호도 지수를 갖는 제2 광 출력으로 변환시키는 황록색 및 적색 인광체 조합물
    을 포함하고;
    상기 황록색 및 적색 인광체 조합물에 대한 네오디뮴 플루오린 흡수제의 첨가는 상기 제1 상관 색 온도보다 낮은 제2 상관 색 온도, 및 상기 제1 조명 선호도 지수보다 높은 제2 조명 선호도 지수를 갖는 제3 광 출력을 초래시키는 것인 LED 어셈블리.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 상관 색 온도는 대략 4000K이고, 상기 제1 조명 선호도 지수는 대략 111이고, 상기 제2 상관 색 온도는 대략 3500K이며, 상기 제2 조명 선호도 지수는 대략 128인 것인 LED 어셈블리.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제1 상관 색 온도는 대략 3350K이고, 상기 제1 조명 선호도 지수는 대략 107이고, 상기 제2 상관 색 온도는 대략 3000K이며, 상기 제2 조명 선호도 지수는 대략 120인 것인 LED 어셈블리.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 제1 상관 색 온도는 대략 3050K이고, 상기 제1 조명 선호도 지수는 대략 109이고, 상기 제2 상관 색 온도는 대략 2755K이며, 상기 제2 조명 선호도 지수는 대략 120인 것인 LED 어셈블리.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 황록색 인광체, 적색 인광체, 및 네오디뮴 플루오린 흡수제 조합물은 CIE 1931 색 공간 색도도(CIE 1931 color space chromaticity diagram)에서 흑체 궤적 아래의 색도 색 좌표를 갖는 상기 제3 광 출력을 제공하는 것인 LED 어셈블리.
  23. 제18항에 있어서,
    상기 황록색 인광체는 세륨에 의해 활성화된 0.3㎎ 내지 0.7㎎의 이트륨 알루미늄 가넷 인광체를 포함한 것인 LED 어셈블리.
  24. 제18항에 있어서,
    상기 적색 인광체는 1.0㎎ 내지 2.0㎎의 망간 도핑된 칼륨 플루오로-실리케이트 인광체를 포함한 것인 LED 어셈블리.
  25. 제18항에 있어서,
    상기 네오디뮴 플루오린 흡수제 조합물은 0.05㎎ 내지 0.15㎎의 네오디뮴 플루오라이드를 포함한 것인 LED 어셈블리.
  26. LED 어셈블리에 있어서,
    특성 스펙트럼을 갖는 제1 광 출력을 갖는 LED 광원; 및
    상기 제1 광 출력이 지나가는 황록색 인광체, 적색 인광체, 및 네오디뮴 플루오린 흡수제 조합물
    을 포함하고,
    상기 황록색 인광체, 적색 인광체, 및 네오디뮴 플루오린 흡수제 조합물은 상기 제1 광 출력을, 110보다 큰 조명 선호도 지수, 및 4000K~2700K의 상관 색 온도를 갖는 제2 광 출력으로 변환시키도록 구성된 것인 LED 어셈블리.
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