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KR20190094446A - Led 어레이 모듈 - Google Patents

Led 어레이 모듈 Download PDF

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KR20190094446A
KR20190094446A KR1020197021031A KR20197021031A KR20190094446A KR 20190094446 A KR20190094446 A KR 20190094446A KR 1020197021031 A KR1020197021031 A KR 1020197021031A KR 20197021031 A KR20197021031 A KR 20197021031A KR 20190094446 A KR20190094446 A KR 20190094446A
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light emitting
emitting diode
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light
led
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KR1020197021031A
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KR102486428B1 (ko
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프란스 허버트 코닌
찰스 안드레 쉬라마
엠마누엘 니콜라스 헤르마누스 요하네스 스타사르
에르노 판크살리
바룬 데브 카카르
니콜라 베티나 페퍼
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루미리즈 홀딩 비.브이.
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Publication date
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Abstract

본 발명은 복수의 발광 다이오드 구조(10a, 10b)를 포함하는 발광 다이오드 어레이 모듈(30)을 설명하는데, 발광 다이오드 구조들(10a, 10b)은 발광 다이오드 어레이 모듈(30)의 동작 중에 발광 다이오드 구조들(10a, 10b) 사이에 광학적 크로스 토크가 있도록 배열되고, 복수의 발광 다이오드 구조(10a, 10b) 중 적어도 제1 발광 다이오드 구조(10a)는 제1 색으로 특징지어지고, 복수의 발광 다이오드 구조(10a, 10b) 중 적어도 제2 발광 다이오드 구조(10b)는 제1 색과 상이한 제2 색으로 특징지어지고, 제1 색, 제2 색 및 발광 다이오드들 사이의 광학적 크로스 토크는 발광 다이오드 어레이 모듈(30)의 광학 축(50)에 수직인 기준 평면(40) 내에 미리 정해진 광 분포를 제공하도록 배열된다. 본 발명은 하나 이상의 LED 어레이 모듈(30)을 포함하는 조명 디바이스를 추가로 설명한다.

Description

LED 어레이 모듈
본 발명은 발광 다이오드(LED) 어레이 모듈에 관한 것이다. 본 발명은 추가로 하나 이상의 LED 어레이 모듈을 포함하는 조명 디바이스에 관한 것이다.
사람의 눈은 광원에 의해 제공된 광 분포 또는 조명 패턴의 변화들에 대해 매우 민감하다. 조명 모듈에 의해 제공된 광 분포의 상관된 색 온도의 균등성은 그러므로 중요한 품질 기준이다. 특히 발광 다이오드(LED) 구조들과 같은 다수의 광 방출기를 포함하는 조명 모듈들은 조명 모듈들에 의해 조명된 공간의 정해진 섹터 내에서 색 및 특히 상관된 색 온도의 균등한 분포를 가능하게 하기 위해 이들 LED 구조의 세심한 선택을 요구한다.
US 2012/0106145 A1은 작업 영역에 대해 직각으로 연장되는 평면 내에 국부적으로 상이한, 특히 방사상 외향으로 감소하는 색 온도 분포를 갖는 광을 제공하기에 적합한 적어도 하나의 제1 발광 광원을 포함하는 동작 조명을 개시하고 있다.
본 발명의 목적은 색, 특히 상관된 색 온도의 개선된 분포를 갖는 발광 다이오드(LED) 어레이 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명은 독립 청구항들에서 설명된다. 종속 청구항들은 양호한 실시예들을 포함한다.
제1 양태에 따르면 발광 다이오드(LED) 어레이 모듈이 제공된다. LED 어레이 모듈은 복수의 발광 다이오드 구조를 포함한다. 발광 다이오드 구조는 발광 다이오드 어레이 모듈의 동작 중에 발광 다이오드 구조들 사이에 광학적 크로스 토크가 있도록 배열된다. 복수의 발광 다이오드 구조 중 적어도 제1 발광 다이오드 구조는 제1 색 또는 플럭스로 특징지어진다. 복수의 발광 다이오드 구조 중 적어도 제2 발광 다이오드 구조는 제1 색과 상이한 제2 색으로 특징지어진다. 복수의 발광 다이오드 구조 중 적어도 제2 발광 다이오드 구조는 대안적으로 또는 부가하여 제1 플럭스와 상이한 제2 플럭스로 특징지어진다. 제1 색 또는 제1 플럭스, 제2 색 또는 제2 플럭스 및 발광 다이오드들 사이의 광학적 크로스 토크는 발광 다이오드 어레이 모듈의 광학 축에 수직인 기준 평면 내에 미리 정해진 광 분포 및 바람직하게는 미리 정해진 색 분포를 제공하도록 배열된다. 기준 평면은 발광 다이오드 어레이 모듈과의 정해진 거리에 배열된다.
LED 구조들 중 하나의 LED 구조의 색은 바람직하게는 색 온도, 상관된 색 온도 등으로 특징지어질 수 있다. 특히 상관된 색 온도는 백색 광을 방출하는 LED 모듈을 특징짓는 것으로 선호될 수 있다.
고전적인 고전력 LED 구조들은 간단한 표면 방출 광원들이다. 그러나, 이들 구조는 시간이 진행함에 따라 점점 더 작아져서, 가장 비용 주도적이다. 추가로 비용을 더 낮추기 위한 특징들 중 하나는 5면 방출이다. 통상적인 LED 구조는 상부로부터만 방출하지만, 5면 방출기는 또한 이들 면으로부터 방출할 것이다.
이러한 신규한 방출기들은 비용뿐만 아니라, 설계 신축성에 있어서 장점들을 갖는다. 예를 들어 매우 높은-밀도 높은-플럭스 방출기 어레이를 달성하기 위해 이들 방출기의 밀집된 어레이를 상상할 수 있었다.
5면 방출로 인해, 방출기의 면에서 나가는 광은 이웃하는 LED에 들어가는 합당한 기회를 갖는다. 그것의 이웃으로 들어가는 광은 이웃하는 LED와 상호작용할 것이고 결국 색의 변화 및/또는 플럭스의 변화를 야기할 수 있다. 이러한 변화는 제2 LED 구조에서의 인광체 상호작용 및/또는 제2 LED 구조에서의 광의 흡수에 의해 발생될 수 있다.
어레이의 에지에 있는 LED 구조는 그러므로 어레이의 중간에 있는 LED 구조보다 덜 영향받을 것이다.
이것은 다음을 초래할 수 있다:
- 분리되어 사용될 때 LED들과 상이한 전체 플럭스 및 평균 색 점을 갖는 어레이.
- 어레이에 걸쳐서, 플럭스 및 색이 변화할 것이다. 어레이에 걸친 색 변화는 그것이 비균일한 스폿 조명을 야기할 수 있으므로 원치 않는 것이다.
위에 설명된 LED 어레이는 LED 어레이 모듈 내의 이웃하는 LED 구조들의 영향을 고려하여 색(플럭스) 변화의 문제를 피하거나 적어도 감소시킨다. LED 구조들은 LED 구조들 간의 상호작용이 미리 정해진 색 점 및 선택적으로 플럭스 분포를 제공하기 위해 고려되는 식으로 조합되는 상이한(예를 들어, 제1, 제2, 제3, 제4 등) 색들 또는 상관된 색 온도들 및 선택적으로 제1, 제2, 제3, 제4 플럭스들로 특징지어진다. 미리 정해진 상관된 색 온도 분포는 예를 들어, 균등한 또는 균일한 상관된 색 온도 분포일 수 있거나 그것은 비균일한 색 점 분포(예를 들어, LED 어레이 모듈에 의해 제공된 광 분포의 중심에서의 냉백색 상관된 색 온도 및 광 분포의 경계에서의 온백색 상관된 색 온도)일 수 있다.
LED 구조들의 상관된 색들 또는 색 온도 및/또는 플럭스들은 상이한 LED 구조들의 비닝(binning)에 기초하여 선택될 수 있다. 이것은 예를 들어, 상이한 상관된 색 온도들 및/또는 플럭스들을 갖는 LED 구조들이 조합된다는 것을 의미하고, 여기서 상관된 색 온도들 및/또는 플럭스들의 차이가 LED 구조들의 제조 과정에서의 변화들에 의해 발생된다. 대안적으로, 상이한 반도체 층들(예를 들어, 활성 층의 조성물) 및/또는 상이한 광 변환 구조를 갖는 LED 구조들이 LED 어레이 모듈의 색 및 특히 상관된 색 온도 및/또는 플럭스들의 미리 정해진 분포를 가능하게 하기 위해 조합될 수 있다.
LED 구조들의 제1, 제2, 제3 등의 색 또는 상관된 색 온도 및/또는 플럭스들은 이웃하는 LED 구조들과의 어떤 상호작용 없이 분리된 LED 구조의 색, 또는 상관된 색 온도를 의미한다.
복수의 발광 다이오드 구조 중 적어도 제1 발광 다이오드 구조는 추가로 제1 플럭스로 특징지어질 수 있다. 복수의 발광 다이오드 구조 중 적어도 제3 발광 다이오드 구조는 제3 플럭스로 특징지어질 수 있다. 제1 플럭스, 제3 플럭스 및 발광 다이오드들 사이의 광학적 크로스 토크는 미리 정해진 광 분포를 기준 평면 내에 제공하도록 배열될 수 있다. 제3 LED 구조는 제2 LED 구조와 동일할 수 있거나 상이한 LED 구조일 수 있다. 제3 LED 구조는 추가로 제1 및/또는 제2 색 또는 상관된 색 온도와 상이한 제3 색 또는 상관된 색 온도로 특징지어질 수 있다.
미리 정해진 광 분포는 미리 정해진 색 점 온도 분포를 포함할 수 있다. 제1 상관된 색 온도 및 제2 상관된 색 온도는 미리 정해진 색 점 온도 분포의 균등성이 증가되도록 발광 다이오드 구조들 사이의 광학적 크로스 토크를 적어도 부분적으로 보상하도록 배열될 수 있다.
LED 구조들 사이의 광학적 크로스 토크는 이웃하는 LED 구조들의 상관된 색 온도의 의도하지 않은 시프트를 야기할 수 있다. 이 의도하지 않은 시프트는 상이한 상관된 색 온도들을 갖는 2개, 3개, 4개 이상의 LED 구조를 제공함으로써 보상될 수 있다.
발광 다이오드 구조들은 1차 광과 2차 광을 방출하도록 배열될 수 있다. 1차 광은 제1 파장 범위 내의 제1 중심 파장으로 특징지어진다. 2차 광은 제2 파장 범위 내의 제2 중심 파장으로 특징지어진다. 제2 파장 범위는 제1 파장 범위보다 더 긴 파장 범위에 있다. 적어도 제1 상관된 색 온도 및 적어도 제2 상관된 색 온도는 발광 다이오드 구조가 발광 다이오드 구조를 둘러싸는 하나 이상의 발광 다이오드 구조로부터 1차 광을 수신하는 확률에 기초하여 결정된다.
상기 확률은 발광 다이오드 구조를 둘러싸는 발광 다이오드 구조의 수에 기초하여 결정될 수 있다.
상기 확률은 대안적으로 또는 부가하여, 발광 다이오드 구조를 둘러싸는 발광 다이오드 구조들과 발광 다이오드 구조 간의 거리에 기초하여 결정될 수 있다.
상기 확률은 대안적으로 또는 부가하여, 발광 다이오드 구조에 대한 발광 다이오드 구조를 둘러싸는 발광 다이오드 구조들의 상대적 위치에 기초하여 결정될 수 있다.
광 및 특히 1차 또는 2차 광을 수신하는 확률은 일반적으로 각각의 단일 LED 구조의 조명 패턴 및 LED 어레이 모듈 내의 LED 구조들의 기하학적 배열에 의해 결정된다. 이웃하는 LED 구조들 간의 공통 경계의 거리들의 길이들을 변화시키는, LED 어레이 모듈 내의 LED 구조들의 대칭은 예를 들어, 1차 광이 이웃하는(둘러싸는) LED 구조의 광 변환 구조에 의해 수신되는 확률에 영향을 준다. 게다가, LED 구조들의 배열은 이웃하는 LED 구조로부터 수신된 1차 광의 변환 후에 방출될 수 있는 2차 광의 방출에 영향을 줄 수 있다. 또한 예를 들어, 방출 LED 구조 또는 방출 LED 구조의 이웃하는 LED 구조로 다시 경계에 있는 LED 구조들에 의해 방출된 1차 광을 반사시키도록 배열될 수 있는 LED 어레이 모듈의 특히 경계에 광학 구조들이 있을 수 있다. 광학 구조 또는 구조들은 특히 이웃하는 LED를 근사하게 모방하도록 배열될 수 있다. 광학 구조는 이 경우에 예를 들어, LED 구조에 의해 방출된 1차 광이 방출 LED 구조 및 이웃하는 LED 구조들에 대해 광학 구조의 위치에 하나 이상의 LED 구조가 있게 보이도록 반사되는 효과를 가질 수 있다. 광학 구조 또는 구조들은 LED 어레이 모듈의 경계에 있는 LED 구조들의 일종의 영상을 제공한다.
발광 구조들에 의해 둘러싸인 발광 다이오드 구조의 상관된 색 온도는 둘러싸는 발광 다이오드 구조로부터 1차 광을 수신하는 확률이 높을수록 높을 수 있다.
예를 들어, 광 변환 구조(예를 들어, 인광체 층)에 의해 LED 구조들로부터 1차 광을 수신하는 확률 및 이 1차 광의 2차 광으로의 변환 확률은 각각의 LED 구조의 광 변환 구조에 의해 방출되는 추가의 2차 광의 양을 결정한다. 그러므로 둘러싸는 LED 구조들로부터 수신된 1차 광에 기초하여 추가의 2차 광을 방출하는 확률이 높은 LED 구조의 상관된 색 온도를 더 높은 상관된 색 온도들로 시프트하는 것이 필요할 수 있다. 더 높은 상관된 색 온도는 다른 LED 구조들에 의해 둘러싸인 LED 구조에 의해 방출된 1차 광과 2차 광 간의 비율이 (모든 이웃하는 LED 구조들 사이의 크로스 토크를 고려하여) 둘러싸는 LED 구조들에 의해 방출된 1차 광과 2차 광 간의 비율과 본질적으로 동일하도록 선택될 수 있다.
미리 정해진 상관된 색 온도 분포는 광학 축으로부터 정해진 거리 내에서 평탄할 수 있다. LED 구조들의 제1, 제2, 제3, 제4 또는 그 이상의 상이한 상관된 색 온도들이 LED 어레이 구조에 의해 제공된 조명 패턴의 균일한 상관된 색 온도의 섹터를 연장하기 위해 사용될 수 있다. 미리 정해진 상관된 색 온도 분포는 이 경우에 광학 축 주위의 기준 평면 내에서 평탄할 수 있다. 어레이의 경계에 있는 LED 구조들의 상이한(더 낮은) 상관된 색 온도는 미리 정해진 상관된 색 온도 분포가 평탄한 기준 평면 내의 광학 축으로부터의 거리를 연장시킬 수 있다.
발광 다이오드 어레이 모듈은 규칙적 패턴으로 배열된 다수의 발광 다이오드 구조를 포함할 수 있다. 발광 다이오드 구조들의 규칙적 패턴은 중심 영역 및 경계 영역을 포함한다. 경계 영역으로 구성된 발광 다이오드 구조들의 상관된 색 온도는 중심 영역으로 구성된 발광 다이오드 구조들에 의해 제공된 상관된 색 온도 분포에 따라 광학적 크로스 토크를 적어도 부분적으로 보상하도록 배열된다.
LED 어레이 모듈의 발광 구조들은 예를 들어, 상이한 방출 특성들을 갖는 서브 어레이들로 특징지어질 수 있다. 중심 영역 내의 LED 어레이 모듈의 상관된 색 온도는 예를 들어, LED 구조들의 상이한 서브 어레이들에 의해 제공된 세기에 의해 결정될 수 있다. LED 어레이 모듈의 경계 영역으로 구성된 LED 구조들은 위에 설명된 것과 같이 둘러싸는 LED 구조들의 기하학적 배열에 의해 발생된 광학적 크로스 토크를 변화시킴으로써 발생된 상관된 색 온도의 변화들을 보상하기 위해 중심 영역과 비교하여 각각의 서브 어레이의 상이한 상관된 색 온도들로 특징지어진다.
추가 양태에 따르면 조명 디바이스가 제공된다. 조명 디바이스는 위에 설명된 것과 같은 1개, 2개, 3개 이상의 발광 다이오드 어레이 모듈을 포함한다. 조명 디바이스는 적어도 하나의 발광 다이오드 어레이 모듈에 의해 방출된 광을 분배하도록 배열되는 적어도 하나의 광학 디바이스를 추가로 포함한다. 광학 디바이스는 단일 렌즈 또는 렌즈들, 개구들 등의 복합 배열일 수 있다.
추가 양태에 따르면 복수의 발광 다이오드 구조를 포함하는 발광 다이오드 어레이 모듈에 의해 균등한 색 점 분포를 갖는 광을 방출하는 방법이 제공된다. 이 방법은:
적어도 제2 발광 다이오드 구조와의 광학적 크로스 토크가 있도록 복수의 발광 다이오드 구조 중 적어도 제1 발광 다이오드 구조에 의해 제1 상관된 색 온도의 광을 방출하는 단계,
적어도 제1 발광 다이오드 구조와의 광학적 크로스 토크가 있도록 복수의 발광 다이오드 구조 중 적어도 제2 발광 다이오드 구조에 의해 제1 상관된 색 온도와 상이한 제2 상관된 색 온도의 광을 방출하는 단계 - 제1 상관된 색 온도 및 제2 상관된 색 온도는 발광 다이오드 어레이 모듈의 광학 축에 수직인 기준 평면 내의 미리 정해진 상관된 색 온도 분포의 균등성이 증가되도록 발광 다이오드 구조들 사이의 광학적 크로스 토크를 적어도 부분적으로 보상하도록 배열됨 - 를 포함한다.
청구항들 1 내지 10 중 어느 한 항의 발광 다이오드 어레이 모듈 및 청구항 11의 방법은 특히 종속 청구항들에서 정해진 것과 같은, 유사한 및/또는 동일한 실시예들을 갖는다는 것을 이해할 것이다.
본 발명의 양호한 실시예는 또한 각각의 독립 청구항과의 종속 청구항들의 임의의 조합일 수 있다는 것을 이해할 것이다.
추가의 유리한 실시예들이 아래에 정의된다.
본 발명의 이들 및 다른 양태들이 이후 설명되는 실시예들로부터 분명해지고 그들을 참조하여 자세히 설명될 것이다.
본 발명이 이제 예로서 첨부 도면을 참조하여 실시예들에 기초하여 설명될 것이다.
도 1은 발광 다이오드 구조의 주요 스케치를 도시한다.
도 2는 발광 다이오드 어레이의 주요 스케치를 도시한다.
도 3은 LED 어레이 모듈의 제1 실시예의 주요 스케치를 도시한다.
도 4는 LED 어레이 모듈의 제2 실시예의 주요 스케치를 도시한다.
도 5는 LED 어레이 모듈의 제3 실시예의 주요 스케치를 도시한다.
도 6은 LED 어레이 모듈의 제4 실시예의 단면의 주요 스케치를 도시한다.
도 7은 미리 정해진 상관된 색 온도 분포의 제1 실시예를 도시한다.
도면에서, 유사한 번호들은 전체에 걸쳐 유사한 물체들을 참조한다. 도면 내의 물체들은 반드시 축척에 맞게 그려지지 않았다.
본 발명의 다양한 실시예들이 도면을 참조하여 이제 설명될 것이다.
도 1은 발광 다이오드(LED) 구조(10)의 단면의 주요 스케치를 도시한다. LED 구조(10)는 n-접점(5)에 의해 전기적으로 접촉될 수 있는 n-층(3)을 포함한다. n-층(3) 다음에는 활성 층(4)이 있다. 활성 층(4)은 활성 층의 조성물(예를 들어, AIInGaN)에 의해 결정되는 파장을 갖는 광을 방출하도록 배열되는 양자 우물 구조를 포함할 수 있다. 활성 층(4)은 n-층(3)과 p-층(7) 사이에 매립되거나 샌드위치된다. p-층(7)은 p-접점(9)에 의해 전기적으로 접촉될 수 있다. n-층(3), 활성 층(4), p-층(9), n-접점(5) 및 p-접점(9)의 배열은 LED 다이를 만든다. 도시하지 않은 추가의 지지 층들이 있을 수 있다. 광 변환 구조(1)는 활성 층(4)에 부착된 n-층(3)의 표면에 반대되는 n-층(3)의 상부 표면에 부착된다. n-층(3)의 상부 표면은 LED 다이의 발광 표면이다. 광 변환 구조(1)는 세륨 도핑된 인광체 가넷(YAG:Ce)과 같은 인광체를 포함할 수 있다. 광 변환 구조(1)는 활성 층(4)에 의해 방출된 1차 광(11)(예를 들어, 청색 광)을 1차 광(11)보다 긴 파장으로 특징지어지는 2차 광(12)(예를 들어, 황색 광)으로 변환하도록 배열된다. 1차 광(11)의 미리 정해진 부분은 LED 구조가 1차 광(11)과 2차 광(12)의 혼합(백색 광)을 방출하도록 변환되지 않고서 광 변환 구조(1)를 통과한다. LED 구조(10)는 광 변환 구조(1)의 상부 표면 및 측 표면들을 통해 광의 적어도 대부분을 방출하도록 배열되고, 여기서 상부 표면은 n-층(3)에 부착된 광 변환 구조(1)의 표면에 반대된다. 도 1에 도시한 단면에 수직인 직사각형 또는 정사각형 단면을 갖는 LED 구조(10)는 그러므로 5개의 광 방출 표면을 포함한다.
대안적으로, 인광체 재료를 포함하는 일종의 덮개가 1차 광과 2차 광의 혼합이 LED 구조(10)의 상이한 측면들에 의해 방출되도록 LED 구조(10)의 LED 다이 주위에 배열될 수 있다. 또한, LED 구조(10)는 광을 방출하도록 배열되는 투명한 광 분포 구조 내에 그리고 LED 구조(10)의 광 방출의 직접 방향으로의 특히 반구형의 본질적으로 모든 방향들로 매립될 수 있다.
도 2는 발광 다이오드 어레이(30)의 단면의 주요 스케치를 도시한다. 발광 다이오드 어레이(30)는 서브마운트(20)에 부착된 다수의 LED 구조(10)(3개가 단면에 도시됨)를 포함한다. 서브마운트(20)는 LED 구조들(10)이 그 위에 장착되는 서브마운트 칩(21) 및 그에 의해 LED 구조들(10)의 n-접점들과 p-접점들(도시 안됨)이 전기적으로 접속될 수 있는 전기적 접촉 패드들(23)을 포함한다. LED 구조들(10)은 1차(청색) 광(11)과 2차(황색) 광(12)을 방출한다. 좌측 및 우측 LED 구조(10)에 의해 방출된 1차 광(11)의 일부는 중간의 LED 구조(10)의 광 변환 구조(1)에 충돌할 수 있다. 중간의 LED 구조(10)는 그러므로 좌측과 우측에서 LED 구조들(10)보다 이웃하는(또는 둘러싸는) LED 구조들(10)으로부터 더 많은 1차 광(11)을 수신한다. 중간의 LED 구조(10)의 광 변환 구조(1)로부터 방출된 2차 광의 상대적 비율이 그러므로 증가된다. 중간의 LED 구조(10)의 상관된 색 온도는 그러므로 모든 LED 구조들(10)이 단일 배열에서, 예를 들어, 동일한 상관된 색 온도의 백색 광을 방출하도록 배열된다면 좌측 및 우측 상의 LED 구조들의 상관된 색 온도보다 더 낮을 것 같다. 동일한 것이 LED 구조들(10)에 의해 방출된 전체 플럭스에 적용되는데 왜냐하면 중간의 LED 구조(10)는 좌측 및 우측 상의 LED 구조들(10)보다 더 많은 2차 광을 추가적으로 수신하기 때문이다.
도 3은 LED 어레이 모듈(30)의 제1 실시예의 상면도의 주요 스케치를 도시한다. LED 어레이 모듈(30)은 도 2와 관련하여 설명된 것과 유사한 방식으로 축을 따라 배열된 3개의 LED 구조(10a, 10b)(선형 어레이)를 포함한다. LED 구조(10a)는 2개의 LED 구조(10b) 사이에 배열된다. 중간의 LED 구조(10a)는 제1 상관된 색 온도와 비교하여 더 낮은 제2 상관된 색 온도를 갖는 백색 광을 방출하는 2개의 인접한 LED 구조(10b)에 의해 방출된 1차 광에 의해 발생된 색 시프트를 보상하기 위해 더 높은 제1 상관된 색 온도를 갖는 백색 광을 방출한다. 제2 상관된 색 온도는 중간의 LED 구조(10a)의 광 변환 구조(1)에 의해 수신된 1차 광에 의해 발생된 추가의 변환된 2차 광(12)(도 2 참조)의 양이 본질적으로 보상되도록 선택된다. 발광 모듈(30)의 상관된 색 온도 분포는 그러므로 선형 어레이의 축을 따라 더 균등하거나 균일하다. 제1 및 제2 상관된 색 온도의 선택이 완벽한 보상이 가능하지 않도록 기하학적 경계 조건들에 의해 결정되는 것이 분명하다. 동일한 원리가 이웃하는 LED 구조들(10) 사이의 광학적 크로스 토크에 의해 발생된 플럭스의 변화들을 보상하기 위해 사용될 수 있다. 좌측 및 우측의 LED 구조들(10b)의 플럭스는 예를 들어, LED 어레이 모듈(30)의 플럭스의 균등성을 개선시키기 위해 중간의 LED 구조(10a)의 광학 플럭스보다 높을 수 있다.
도 4는 LED 어레이 모듈(30)의 제2 실시예의 상면도의 주요 스케치를 도시한다. LED 어레이 모듈(30)은 LED 구조들(10a, 10b, 10c, 10d)의 대칭적 배열을 포함한다. LED 어레이 모듈(30)은 둘 다 LED 어레이 모듈(30)의 중심 점에 교차하는 2개의 대칭 축을 포함한다. 제1 대칭 축에 대한 대칭은 이 경우에 제2 대칭 축에 대한 대칭과 상이하다. LED 구조들(10a, 10b, 10c, 10d)은 제1 상관된 색 온도를 갖는 4개의 LED 구조(10a)가 LED 어레이 모듈(30)의 중간에 배열되도록 배열된다. 4개의 LED 구조(10a)는 10개의 LED 구조(10b, 10c, 10d)에 의해 둘러싸인다. LED 구조들(10b, 10c, 10d)의 상관된 색 온도들은 이웃하는 LED 구조들(10a, 10b, 10c, 10d)과의 상대적 위치, 이웃하는 LED 구조들(10a, 10b, 10c, 10d)의 수 및 이웃하는 LED 구조들(10a, 10b, 10c, 10d) 간의 거리들(거리들은 예를 들어 상이한 방향들에서 상이할 수 있다)에 기초하여 선택된다. LED 어레이(30) 내의 LED 구조들(10a, 10b, 10c, 10d)의 배열의 기하구조는 이웃하는 LED 구조들(10a, 10b, 10c, 10d)로부터 1차 광을 수신하는 확률을 결정한다. 거리가 가까울수록, 더 많은 이웃하는 LED 구조들(10a, 10b, 10c, 10d)이 각각의 LED 구조들(10a, 10b, 10c, 10d)을 둘러싸고 이웃하는 LED 구조들(10a, 10b, 10c, 10d)로부터 1차 광을 수신하는 확률이 높아진다. 중간의 4개의 LED 구조(10a)의 상관된 색 온도는 그러므로 가장 높다. 4개의 LED 구조(10a) 각각이 7개의 다른 LED 구조(10a, 10b, 10c, 10d)에 의해 둘러싸이기 때문에 LED 어레이 모듈(30)을 가로질러 본질적으로 균일한 상관된 색 온도 분포를 제공하는 것이 의도된다. LED 구조들(10b)의 제2 상관된 색 온도는 중심의 LED 구조들(10a)의 상관된 색 온도보다 낮지만 LED 구조들(10c, 10b)의 상관된 색 온도들보다 높은데 왜냐하면 4개의 LED 구조(10a, 10c, 10d)는 LED 구조의 3개의 측면이 둘러싸는 LED 구조들(10a, 10c, 10d)의 측면들과 중첩하도록 LED 구조들(10b)을 둘러싸기 때문이다. LED 구조들(10d)은 LED 구조들(10b)보다 낮은 상관된 색 온도이지만 LED 어레이 모듈(30)의 가장 낮은 상관된 색 온도로 특징지어지는 LED 구조(10c)보다 높은 상관된 색 온도를 갖는다.
도 5는 LED 어레이 모듈(30)의 제3 실시예의 상면도의 주요 스케치를 도시한다. LED 어레이 모듈(30)은 이 경우에 체커보드 패턴으로 배열된, LED 구조들의 2개의 서브 어레이를 포함한다. 제1 서브 어레이(밝은 정사각형들)의 LED 구조들(17)은 제1 특성의 광을 방출하도록 배열된다. 제2 서브 어레이(어두운 정사각형들)의 LED 구조들은 제2 특성의 광을 방출하도록 배열된다. 각각의 서브 어레이(17, 18)는 다른 서브 어레이와 독립적으로 제어될 수 있다. 제1 서브 어레이의 LED 구조들(17)은 예를 들어, 제1 색(예를 들어, 청색)을 갖는 광을 방출하도록 배열될 수 있다. 제2 서브 어레이의 LED 구조들(18)은 예를 들어, 제2 색(예를 들어, 황색)을 갖는 광을 방출하도록 배열될 수 있다. LED 어레이 모듈(30)에 의해 방출된 광의 색은 그러므로 2개의 서브 어레이에 의해 제공된 상대적 세기들에 의해 제어될 수 있다. 도 2, 3 및 4와 관련하여 논의된 것과 같은 일반적인 문제는 동일하게 남는다. LED 어레이 모듈(30)은 중심 영역(16)을 포함하고 중심 영역(16)의 LED 구조들(17, 18)은 각각 동일한 수 및 종류의 LED 구조들(17, 18)에 의해 둘러싸인다. LED 어레이 모듈(30)은 둘러싸는 LED 구조들(17, 18)의 수가 경계 영역(15) 내의 위치에 의존하는 경계 영역(15)을 추가로 포함한다. 경계 영역(15)의 LED 구조들(17, 18)의 색은 그러므로 LED 구조들(17, 18) 사이의 상이한 광학적 크로스 토크를 보상하기 위해 대응하는 중심 영역(16)의 LED 구조들(17, 18)의 색과 상이하다. 경계 영역(15)의 LED 구조들(17, 18)의 색은 각각의 LED 구조(17, 18)를 둘러싸는 LED 구조들(17, 18)의 수에 본질적으로 의존한다. 동일한 색 및 상관된 색 온도의 광을 방출하는 것으로 보이는 LED 어레이 모듈(13)의 영역은 그러므로 증가된다. 경계 영역(15)과 중심 영역(16)은 중심 영역(16) 및 경계 영역(15)의 LED 구조들(17, 18)의 식별을 간단히 하기 위해 도 5에서의 작은 갭에 의해 분리된다. 실제 LED 어레이 모듈(30)에는 이러한 갭은 없다.
도 6은 LED 어레이 모듈(30)의 제4 실시예의 단면의 주요 스케치를 도시한다. LED 어레이 모듈은 5×6개의 LED 구조(10)의 어레이를 포함한다. 단면은 규칙적 정사각형 패턴으로 배열된 LED 구조들(10)의 5개의 선 중 3번째의 6개의 LED 구조(10)를 도시한다. LED 구조들(10)은 도 2와 관련하여 논의된 것과 같이 서브마운트 칩(21) 및 전기적 접촉 패드들(23)을 포함하는 서브마운트(20)에 부착된다. LED 어레이 모듈(30)은 5×6개의 LED 구조(10)의 중간에 배열된 광학 축(50)을 포함한다. LED 구조들(10) 각각은 도 2와 관련하여 논의된 것과 같이 1차 광(11)과 2차 광(12)을 포함하는 혼합된 광(13)을 방출한다. 혼합된 광(13)은 LED 모듈(30)로 구성된 LED 구조들(10)의 영향을 검출하기 위해 예를 들어, 바람직하게는 5㎜ 내지 10㎜의 거리에 배열될 수 있는 기준 평면(40)에서 중첩한다. LED 어레이 모듈(30)의 중심 영역의 LED 구조들(10)의 상관된 색 온도들은 LED 어레이 모듈(30)의 경계 영역의 LED 구조들(10)의 상관된 색 온도와 비교하여 더 높다. LED 어레이 모듈(30)의 4개의 모서리에 있는 LED 구조들(10)은 이들 LED 구조(10)가 가장 낮은 수의 둘러싸는 LED 구조들(10)로 둘러싸이기 때문에 가장 낮은 상관된 색 온도로 특징지어진다.
도 7은 기준 평면(40)의 축을 따르는 도 6에 도시한 LED 어레이 모듈(30)의 미리 정해진 상관된 색 온도 분포(65)를 도시한다. 이 축은 광학 축(50)에 교차하고 도 6에 도시한 LED 구조들(10)에 의해 정해진 선을 따라 배열된다. 횡좌표(61)는 기준 평면(40) 내의 광학 축(50)까지의 거리를 나타내고 종좌표(62)는 기준 평면(40) 내의 축을 따르는 상관된 색 온도를 나타낸다. 미리 정해진 상관된 색 온도 분포(65)는 본질적으로 일정하고 또는 기준 평면(40) 내의 광학 축(50) 주위의 미리 정해진 범위 내에서 평탄하다. 기준 평면(40) 내의 미리 정해진 범위는 각각의 LED 구조(10)에 의해 제공된 조명 패턴, LED 어레이 모듈(30) 내의 LED 구조들(10)의 기하학적 배향 및 LED 어레이 모듈(30)의 경계 영역 내의 LED 구조들(10)의 상이한 상관된 색 온도에 의한 광학적 크로스 토크의 보상에 의해 결정된다.
본 개시내용은 주로 LED 구조들(10)의 색을 설명하기 위해 상관된 색 온도에 대해 주로 언급하였지만, 본 발명은 흑체 발광기의 색들로 제한되지 않는다. 본 기술 분야의 통상의 기술자는 본 발명이 완전한 색 공간 내의 색 보상에 적용된다는 것을 이해할 것이다. 전형적으로, 본 개시내용에 언급된 색들은 인광체 로드 라인(들)을 따를 것인데, 즉 색들 중 하나는 대응하는 LED 구조(10)의 광 변환 구조(1) 내의 인광체의 농도를 변화시킴으로써 생성할 수 있다.
본 발명이 도면 및 전술한 설명에서 상세히 예시되고 설명되었지만, 이러한 예시 및 설명은 설명적이거나 예시적인 것으로 고려되고 제한적으로 고려되지 않아야 한다.
본 개시내용을 읽고 난 후에, 다른 수정들이 본 기술 분야의 기술자들에게 명백할 것이다. 이러한 수정들은 본 기술 분야에 이미 공지되고 여기에 이미 설명된 특징들 대신에 또는 그들에 부가하여 사용될 수 있는 다른 특징들을 포함할 수 있다.
개시된 실시예들에 대한 변화들이 도면, 개시내용 및 첨부된 청구범위를 연구한다면, 본 기술 분야의 통상의 기술자들에 의해 이해되고 실행될 수 있다. 청구범위에서, 단어 "구성하는"은 다른 요소들 또는 단계들을 배제하지 않고, 단수 표현은 복수의 요소 또는 단계를 배제하지 않는다. 소정의 수단들이 상호 상이한 종속 청구항들에 나열된다는 사실만으로 이들 수단의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지 않는다.
청구범위 내의 임의의 참조 부호들은 그 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
1 광 변환 구조
3 n-층
4 활성 층
5 n-접점
7 p-층
9 p-접점
10 발광 다이오드(LED) 구조
10a 제1 상관된 색 온도를 갖는 LED 구조
10b 제2 상관된 색 온도를 갖는 LED 구조
10c 제3 상관된 색 온도를 갖는 LED 구조
10d 제4 상관된 색 온도를 갖는 LED 구조
11 1차 광
12 2차 광
13 혼합된 광
15 경계 영역의 발광 다이오드 구조
16 중심 영역의 발광 다이오드 구조
17 제1 서브 어레이의 LED 구조
18 제2 서브 어레이의 LED 구조
20 서브마운트
21 서브마운트 칩
23 전기적 접촉 패드들
30 발광 다이오드(LED) 어레이 모듈
40 기준 평면
50 광학 축
61 기준 평면 내의 광학 축까지의 거리
62 기준 평면 내의 상관된 색 온도
65 기준 평면 내의 상관된 색 온도 분포

Claims (11)

  1. 발광 다이오드 어레이 모듈(30)로서,
    복수의 발광 다이오드 구조(10a, 10b)를 포함하고, 상기 발광 다이오드 구조들(10a, 10b)은 상기 발광 다이오드 어레이 모듈(30)의 동작 중에 상기 발광 다이오드 구조들(10a, 10b) 사이에 광학적 크로스 토크가 있도록 배열되고, 상기 복수의 발광 다이오드 구조(10a, 10b) 중 적어도 제1 발광 다이오드 구조(10a)는 제1 색으로 특징지어지고, 상기 복수의 발광 다이오드 구조(10a, 10b) 중 적어도 제2 발광 다이오드 구조(10b)는 상기 제1 색과 상이한 제2 색으로 특징지어지고, 상기 제1 색, 상기 제2 색 및 상기 발광 다이오드 구조들(10a, 10b) 사이의 상기 광학적 크로스 토크는 상기 발광 다이오드 어레이 모듈(30)의 광학 축(50)에 수직인 기준 평면(40) 내에 미리 정해진 광 분포를 제공하도록 배열되고, 상기 제1 색은 제1 상관된 색 온도이고, 상기 제2 색은 제2 상관된 색 온도이고, 상기 미리 정해진 광 분포는 미리 정해진 상관된 색 온도 분포를 포함하고, 상기 제1 상관된 색 온도 및 상기 제2 상관된 색 온도는 미리 정해진 색 점 온도 분포의 균등성이 증가되도록 상기 발광 다이오드 구조들(10a, 10b) 사이의 상기 광학적 크로스 토크를 적어도 부분적으로 보상하도록 배열되는 발광 다이오드 어레이 모듈(30).
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 발광 다이오드 구조(10a, 10b) 중 적어도 상기 제1 발광 다이오드 구조(10a)는 제1 플럭스로 특징지어지고, 상기 복수의 발광 다이오드 구조(10a, 10b) 중 적어도 제3 발광 다이오드 구조(10b)는 제3 플럭스로 특징지어지고, 상기 제1 플럭스, 상기 제3 플럭스 및 상기 발광 다이오드들 사이의 상기 광학적 크로스 토크는 상기 기준 평면(40) 내에 상기 미리 정해진 광 분포를 제공하도록 배열되는 발광 다이오드 어레이 모듈(30).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 발광 다이오드 구조들(10a, 10b)은 1차 광(11)과 2차 광(12)을 방출하도록 배열되고, 상기 1차 광(11)은 제1 파장 범위 내의 제1 중심 파장에 의해 특징지어지고, 상기 2차 광(12)은 제2 파장 범위 내의 제2 중심 파장에 의해 특징지어지고, 상기 제2 파장 범위는 상기 제1 파장 범위보다 더 긴 파장 범위에 있고, 상기 적어도 제1 상관된 색 온도 및 상기 적어도 제2 상관된 색 온도는 발광 다이오드 구조(10a, 10b)가 상기 발광 다이오드 구조(10a, 10b)를 둘러싸는 하나 이상의 발광 다이오드 구조(10a, 10b)로부터 1차 광을 수신하는 확률에 기초하여 결정되는 발광 다이오드 어레이 모듈(30).
  4. 제3항에 있어서, 상기 확률은 상기 발광 다이오드 구조(10a, 10b)를 둘러싸는 상기 발광 다이오드 구조들(10a, 10b)의 수에 기초하여 결정되는 발광 다이오드 어레이 모듈(30).
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 확률은 상기 발광 다이오드 구조(10a, 10b)를 둘러싸는 상기 발광 다이오드 구조들(10a, 10b)과 상기 발광 다이오드 구조(10a, 10b) 간의 거리에 기초하여 결정되는 발광 다이오드 어레이 모듈(30).
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 확률은 상기 발광 다이오드 구조(10a, 10b)에 대한 상기 발광 다이오드 구조(10a, 10b)를 둘러싸는 상기 발광 다이오드 구조들(10a, 10b)의 상대적 위치에 기초하여 결정되는 발광 다이오드 어레이 모듈(30).
  7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광 다이오드 구조들(10a, 10b)에 의해 둘러싸인 상기 발광 다이오드 구조(10a, 10b)의 상관된 색 온도는 상기 둘러싸는 발광 다이오드 구조들(10a, 10b)로부터 1차 광을 수신하는 확률이 높을수록 높은 발광 다이오드 어레이 모듈(30).
  8. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미리 정해진 상관된 색 온도 분포는 상기 광학 축(50)으로부터 정해진 거리 내에서 평탄한 발광 다이오드 어레이 모듈(30).
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 발광 다이오드 어레이 모듈(30)은 규칙적 패턴으로 배열된 다수의 발광 다이오드 구조(10a, 10b, 10c, 10d)를 포함하고, 상기 발광 다이오드 구조들(10a, 10b, 10c, 10d)의 상기 규칙적 패턴은 중심 영역(16) 및 경계 영역(15)을 포함하고, 상기 경계 영역(15)으로 구성된 상기 발광 다이오드 구조들(10b, 10c, 10d)의 상관된 색 온도는 상기 중심 영역(16)으로 구성된 발광 다이오드 구조들에 의해 제공된 상관된 색 온도 분포에 따라 상기 광학적 크로스 토크를 적어도 부분적으로 보상하도록 배열되는 발광 다이오드 어레이 모듈(30).
  10. 조명 디바이스로서,
    제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 발광 다이오드 어레이 모듈(30)을 포함하고, 상기 조명 디바이스는 상기 적어도 하나의 발광 다이오드 어레이 모듈(30)에 의해 방출된 광을 분배하도록 배열되는 적어도 하나의 광학 디바이스를 포함하는 조명 디바이스.
  11. 복수의 발광 다이오드 구조(10a, 10b)를 포함하는 발광 다이오드 어레이 모듈(30)에 의해 균등한 색 점 분포를 갖는 광을 방출하는 방법으로서,
    적어도 제2 발광 다이오드 구조(10b)와의 광학적 크로스 토크가 있도록 상기 복수의 발광 다이오드 구조(10a, 10b) 중 적어도 제1 발광 다이오드 구조(10a)에 의해 제1 상관된 색 온도의 광을 방출하는 단계,
    적어도 상기 제1 발광 다이오드 구조(10a)와의 광학적 크로스 토크가 있도록 상기 복수의 발광 다이오드 구조(10a, 10b) 중 적어도 상기 제2 발광 다이오드(10b)에 의해 상기 제1 상관된 색 온도와 상이한 제2 상관된 색 온도의 광을 방출하는 단계 - 상기 제1 상관된 색 온도 및 상기 제2 상관된 색 온도는 상기 발광 다이오드 어레이 모듈(30)의 광학 축(50)에 수직인 기준 평면(40) 내의 미리 정해진 상관된 색 온도 분포의 균등성이 증가되도록 상기 발광 다이오드 구조들(10a, 10b) 사이의 상기 광학적 크로스 토크를 적어도 부분적으로 보상하도록 배열됨 -
    를 포함하는 방법.
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