KR20130028077A - 형광체 분리를 통해 향상된 연색 지수를 갖는 에미터 - Google Patents

Abstract

변환 재료의 발광 스펙트럼과 여기 스펙트럼의 중첩에 기인한 CRI 및 효율 손실을 최소화하도록 배치되는 LED 패키지, 및 LED 램프와 전구를 개시한다. 이러한 중첩을 갖는 변환 재료를 포함하는 상이한 장치에서, 본 발명은 제1 변환 재료로부터의 재방출 광이 제2 변환 재료를 만나게 될 가능성을 감소시키도록 변환 재료를 배치하여, 재흡수의 위험을 최소화한다. 일부 실시예에서, 이 위험은 2개의 형광체 사이에 이격이 존재하는 상이한 배치에 의해 최소화된다. 일부 실시예에서, 이러한 이격은 제1 형광체로부터의 재방출 광의 50% 미만이 재흡수의 위험이 있는 형광체 내로 통과되게 한다.

Description

형광체 분리를 통해 향상된 연색 지수를 갖는 에미터{ENHANCED COLOR RENDERING INDEX EMITTER THROUGH PHOSPHOR SEPARATION}

본 출원은 2010년 3월 3일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 61/339,516호와, 2010년 3월 3일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 61/339,515호와, 2010년 9월 24일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 61/386,437호와, 2010년 12월 19일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 61/424,665호와, 2010년 12월 19일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 61/424,670호와, 2011년 1월 19일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 61/434,355호와, 2011년 1월 23일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 61/435,326호와, 2011년 1월 24일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 61/435,759호의 이점을 주장한다. 본 출원은 또한 2010년 8월 2일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 12/848,825호와, 2010년 9월 24일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 12/889,719호와, 2010년 12월 22일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 12/975,820호의 일부 계속 출원이며, 이들 특허 출원의 이점을 주장한다.

본 발명은 전반적으로 솔리드 스테이트 램프 및 전구에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 상이한 형광체 요소의 분리를 통해 향상된 연색 지수(CRI : color rendering index)를 갖는 효율적이고 신뢰할 수 있는 발광 다이오드(LED) 기반의 램프 및 전구에 관한 것이다.

주택용 및 상업용 설비를 위한 광원으로서 백열등 또는 필라멘트 기반 램프 또는 전구가 흔히 이용된다. 그러나, 이러한 램프는 입력 에너지의 95% 정도가 손실되는 주로 열 또는 적외선 에너지 형태의 매우 비효율적인 광원이다. 소형 형광 램프(CFL)는 전기를 광으로 변환하는 것에는 백열 램프보다 효율적이지만, 수은(Hg)과 같은 독성 물질의 사용을 요구하며, 램프에 이러한 독성 물질이 배치되는 때에는 지하수 자원을 포함한 환경의 오염을 초래할 수 있다. 램프 또는 전구의 효율을 향상시키기 위한 한 가지 해법은 광을 발생하기 위해 금속 필라멘트보다는 발광 다이오드(LED 또는 LEDs)와 같은 솔리드 스테이트 장치를 이용하는 것이다.

발광 다이오드는 일반적으로 반대로 도핑된 층들 사이에 개재된 반도체 재료로 이루어진 하나 이상의 활성층을 포함한다. 도핑층 양단에 바이어스를 인가하면, 활성층에 정공 및 전자가 주입되고, 이 활성층에서 정공과 전자가 재결합하여 광을 발생한다. 이 광은 활성층 및 LED의 모든 표면으로부터 방출된다.

회로 또는 기타 유사 장치에서 LED 칩을 사용하기 위해, LED 칩을 패키지에 밀봉하여 환경적 및/또는 기계적 보호, 컬러 선택, 광 포커싱 등을 제공하는 것이 알려져 있다. LED 패키지는 또한 LED 패키지를 외부 회로에 전기적으로 접속시키기 위한 전기 리드, 컨택, 또는 트레이스를 포함할 수 있다. 도 1에 예시된 대표적인 LED 패키지(10)에서, 하나의 LED 칩(12)이 솔더 본드 또는 도전성 에폭시를 통해 반사성 컵(reflective cup)(13) 상에 탑재된다. 하나 이상의 와이어 본드(11)가 LED 칩(12)의 오믹 컨택을 반사성 컵(13)에 부착되거나 일체화될 수 있는 리드(15A 및/또는 15B)에 접속시킨다. 반사성 컵은 형광체(phosphor)와 같은 파장 변환 재료를 포함할 수도 있는 인캡슐런트 재료(16)로 채워질 수 있다. LED에 의해 제1 파장으로 방출된 광은 형광체에 의해 흡수될 수 있고, 이 형광체가 그에 응답하여 제2 파장의 광을 방출할 수 있다. 전체 어셈블리는 그 후 LED 칩(12)으로부터 방출된 광을 시준하기 위해 렌즈 형상으로 몰딩될 수 있는 투명한 보호 수지(14)로 인캡슐레이션된다. 반사성 컵(13)이 광을 상방향으로 지향시킬 동안, 광이 반사될 때에는 광손실이 발생할 수도 있다(즉, 실제 반사기 표면의 100% 미만의 반사율로 인해 일부 광이 반사성 컵에 의해 흡수될 수 있다). 또한, 도 1에 도시된 패키지(10)에 대해서는 리드(15A, 15B)를 통해 열을 추출하는 것이 곤란할 수도 있기 때문에 열 보유가 문제가 될 수도 있다.

도 2에 예시된 종래의 LED 패키지(20)는 더 많은 열을 발생할 수도 있는 고파워 작동에 더욱 적합할 수도 있다. LED 패키지(20)에서는 하나 이상의 LED 칩(22)이 인쇄 회로 기판(PCB) 캐리어, 기판 또는 서브마운트(23) 등의 캐리어 상에 탑재된다. 서브마운트(23) 상에 탑재된 금속 반사기(24)가 LED 칩(22)을 둘러싸고, LED 칩(22)에 의해 방출된 광을 패키지(20)로부터 멀어지도록 반사한다. 반사기(24)는 또한 LED 칩(22)에 대한 기계적 보호를 제공한다. 하나 이상의 와이어 본드 접속부(27)가 LED 칩(22) 상의 오믹 컨택과 서브마운트(23) 상의 전기 트레이스(25A, 25B) 사이에 형성된다. 그 후, 탑재된 LED 칩(22)은 칩에 대한 환경적 및 기계적 보호를 제공하면서 또한 렌즈로서도 작용할 수 있는 인캡슐런트(26)로 덮여진다. 인캡슐런트(26)는 또한 LED 칩으로부터의 광을 흡수하고 이 광을 상이한 파장의 광으로 재방출하는 하나 이상의 변환 재료(즉, 형광체)를 포함할 수 있다. 패키지(20)로부터의 전체적인 발광은 LED(22)로부터의 광과 변환 재료로부터의 재방출된 광의 조합으로 이루어진 광이 될 수 있다. 금속 반사기(24)는 통상적으로 솔더 또는 에폭시 본드를 통해 캐리어에 부착된다.

도 2의 LED 패키지(20)에서 볼 수 있는 바와 같은 LED는 LED 광의 적어도 일부를 흡수하는 하나 이상의 형광체를 포함하는 변환 재료에 의해 코팅될 수 있다. LED는 LED와 형광체로부터의 광의 조합을 방출하도록 상이한 파장의 광을 방출할 수 있다. LED는 다수의 상이한 방법을 이용하여 형광체로 코팅될 수 있으며, 한 가지 적합한 방법이 미국 특허 출원 번호 11/656,759 및 11/899,790에 개시되어 있으며, 이들 특허 출원 모두는 Chitnis 등에 의해 "Wafer Level Phosphor Coating Method and Devices Fabricated Utilizing Method"를 발명의 명칭으로 하여 출원되었다. 이와 달리, LED는 전기영동 증착(EPD)과 같은 다른 방법을 이용하여 코팅될 수 있으며, 적합한 EPD 방법이 "Close Loop Electrophoretic Deposition of Semiconductor Devices"를 발명의 명칭으로 하여 Tarsa 등에 의해 출원된 미국 특허 출원 번호 11/473,089에 개시되어 있다.

또한, LED 등의 솔리드 스테이트 광원을 LED로부터 분리되어 있거나 LED에 대해 원격으로 위치되어 있는 변환 재료와 함께 이용하는 램프가 개발되었다. 이러한 장치는 Tarsa 등에게 허여된 "High Output Radial Dispersing Lamp Using a Solid State Light Source"를 명칭으로 하는 미국 특허 제6,350,041호에 개시되어 있다. 이 특허에 개시된 램프는, 분리기(separator)를 통해 형광체를 갖는 디스퍼서(disperser)에 광을 전파하는 솔리드 스테이트 광원을 포함할 수 있다. 디스퍼서는 광을 원하는 패턴으로 분산하거나 및/또는 형광체를 통해 광의 적어도 일부분을 변환함으로써 광의 컬러를 변경할 수 있다. 일부 실시예에서, 분리기는 광원을 디스퍼서와 충분한 간격으로 유지되도록 하여, 광원이 실내 조명에 필요한 상승된 전류를 운반하고 있을 때에, 광원으로부터의 열이 디스퍼서에 전달되지 않도록 할 것이다. 추가의 원격 형광체(remote phosphor) 기술이 Negley 등에게 허여된 "Lighting Device"를 명칭으로 하는 미국 특허 제7,614,759호에 개시되어 있다.

전술한 코팅된 LED, LED 패키지 및 솔리드 스테이트 램프는 요구된 전체적인 발광 온도 및 CRI를 발생하기 위해 형광체와 같은 하나보다 많은 타입의 변환 재료를 이용할 수 있다. 각각의 형광체는 LED로부터 광을 흡수하여 이 광을 상이한 파장의 광으로 재방출할 수 있다. 이들 종래의 구성의 일부는 녹색/황색 형광체를 적색 형광체와 조합되는 형태로 이용할 수 있으며, 이들 형광체는 통상적으로 청색 LED 광을 흡수하고 각각 녹색광/황색광 및 적색광을 방출한다. 재방출된 광은 청색 LED 광과 조합하여 원하는 발광 특성을 발생할 수 있다.

이러한 종래의 배치는 통상적으로 상이한 형광체를 LED 코팅, LED 패키지 인캡슐런트, 또는 램프 원격 형광체 내와 같은 하나의 위치에 함께 혼합한다. 형광체를 함께 혼합하는 것의 한 가지 단점은 상이한 형광체에 대한 발광 스펙트럼과 여기 스펙트럼 간에 상당한 "크로스토크" 또는 "중첩"이 있고, 이러한 "크로스토크" 또는 중첩이 조합된 방출광에 대한 CRI 및 발광 효율에 부정적으로 영향을 줄 수 있다는 것이다. 도 3은 함께 혼합될 수 있는 종래의 형광체에 대한 발광 및 여기 특성의 일례를 보여하는 그래프(30)를 도시하고 있다. 제1 그래프(30)는 적색 형광체 여기 스펙트럼(32), 녹색 형광체 발광 스펙트럼(34), 적색 발광 스펙트럼(36)을 보여주고 있다. 제2 그래프(40)는 동일한 적색 형광체 발광 여기 스펙트럼(32), 황색 형광체 발광 스펙트럼(42), 동일한 적색 형광체 발광 스펙트럼(36)을 보여주고 있다. 음영의 중첩 영역(38, 44)은 적색 여기 스펙트럼(32)과 중첩하는 녹색 및 황색 발광 스펙트럼(34, 42)의 부분을 보여두고 있다. 이어한 중첩은 적색 형광체에 의한 변환된 황색/녹색 형광체 광의 "재흡수"를 발생할 수 있다. 이것은 그렇지 않을 경우에 전체적인 발광에 기여할 황색/녹색의 일부분을 적색으로 변환한다. LED와 형광체로부터 백색광 조합을 발생하기 위해 이들 형광체를 이용하는 조명 장치에서, 재흡수는 CIE 그래프의 흑체 곡선(black body curve) 상의 그 결과의 백색광을 왜곡시켜, 황색/녹색 피크 방출이 적색으로 시프트할 수 있고, 적색 피크가 청색으로 시프트할 수 있게 된다. 이것은 전체적인 발광에서의 CRI 감소를 발생할 수 있다. 또한, 형광체 흡수 및 발광 프로세스와 관련된 일부 효율 손실이 있으며, 적색 형광체에 의한 황색광/녹색광의 재흡수를 통해 이 프로세스를 반복하는 것은 추가의 효율 손실을 발생한다.

본 발명은 변환 재료의 발광 및 여기 스펙트럼의 중첩에 기인하는 CRI 및 효율 손실을 최소화하도록 배치되는 LED 패키지, LED 램프 및 전구에 관련된다. 이러한 중첩을 갖는 변환 재료를 포함하는 상이한 장치에서, 본 발명은 재흡수의 위험을 최소화하기 위해 제1 변환 재료로부터 재방출된 광이 제2 변환 재료를 만나게 될 가능성을 감소시키도록 변환 재료를 배치한다. 일부 실시예에서, 이 위험은 2개의 형광체 간의 분리가 존재하는 상이한 배치에 의해 최소화된다.

본 발명에 따른 솔리드 스테이트 램프의 일실시예는 발광 다이오드(LED) 및 제1 변환 재료를 포함한다. 상기 램프는 또한 상기 제1 변환 재료로부터 이격되어 있고, 상기 LED로부터의 광이 통과하는 제2 변환 재료를 포함한다. 제2 변환 재료는 상기 LED의 광의 적어도 일부를 파장 변환하여 재방출하며, 상기 제2 변환 재료로부터 재방출된 광의 50% 미만이 상기 제1 변환 재료 내로 통과한다.

본 발명에 따른 솔리드 스테이트 램프의 다른 실시예는 복수의 발광 다이오드(LED) 및 상기 LED 중의 하나 이상의 LED 상의 적색 형광체를 포함한다. 적색 형광체는 상기 LED 중의 상기 하나 이상의 LED로부터의 광이 통과하도록 배치된다. 또한, 상기 램프는 상기 LED 위에 상기 LED로부터 떨어져 있는 황색 또는 녹색 형광체를 포함하며, 상기 LED로부터의 광이 또한 황색 또는 녹색 형광체를 통과한다.

본 발명에 따른 솔리드 스테이트 램프의 또 다른 실시예는, 발광 다이오드(LED)로부터 방출된 광의 일부를 흡수하여 상이한 파장의 광을 재방출하는 제1 형광체 코팅을 갖는 발광 다이오드를 포함한다. 또한, 상기 램프는, 상기 제1 형광체로부터 이격되어 있으며, 상기 LED로부터의 광이 통과하는 제2 형광체를 포함한다. 상기 LED의 광의 적어도 일부가 제2 형광체에 의해 흡수되어 각각의 상이한 파장의 광으로 재방출된다. 상기 제2 형광체로부터 재방출된 상기 광의 발광 스펙트럼이 상기 제1 형광체의 여기 스펙트럼과 중첩하며, 상기 제2 형광체로부터의 광의 대부분이 상기 제1 형광체와 만나지 않게 된다.

본 발명의 이러한 특징 및 기타 특징은 본 발명의 특징부를 예로서 예시하는 첨부 도면 및 이하의 상세한 설명으로부터 명확하게 될 것이다.

도 1은 종래 기술의 LED 램프의 일실시예의 단면도이다.
도 2은 종래 기술의 LED 램프의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 3은 2개의 형광체의 여기 스펙트럼과 발광 스펙트럼 간의 중첩을 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 램프의 일실시예의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 램프의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 상이한 램프에 대한 발광 스펙트럼을 보여주는 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 램프의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 램프의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 램프의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 램프의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 램프의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 램프의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 13은 광학 캐비티(optical cavity)를 포함하는 본 발명에 따른 램프의 일실시예의 단면도이다.
도 14는 역시 광학 캐비티를 포함하는 본 발명에 따른 램프의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 15는 상이한 조명 조합을 보여주는 CIE 다이아그램이다.
도 16은 역시 광학 캐비티를 포함하는 본 발명에 따른 램프의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 17은 역시 광학 캐비티를 포함하는 본 발명에 따른 램프의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 18은 역시 광학 캐비티를 포함하는 본 발명에 따른 램프의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 19은 본 발명에 따른 램프의 또 다른 실시예의 정면도이다.
도 20은 도 19에 도시된 램프의 분해도이다.
도 21은 본 발명에 따른 램프의 또 다른 실시예의 분해도이다.
도 22는 본 발명에 따른 램프의 또 다른 실시예의 정면도이다.
도 23은 본 발명에 따른 램프의 또 다른 실시예의 사시도이다.
도 24는 본 발명에 따른 램프 또는 디스플레이의 일실시예의 단면도이다.

본 발명은 요구된 전체적인 발광 특성을 발생하기 위해 복수의 변환 재료를 이용하고, 이 변환 재료가 발광 및 여기 스펙트럼 중첩의 영향을 감소시키기 위해 분리되어 있는 솔리드 스테이트 램프, 전구 및 LED 패키지의 상이한 실시예에 관련된다. 본 발명의 일부 실시예는 2개의 부품 형광체 간의 재흡수(상호작용)을 제거하거나 감소시키는 방식으로 2개의 분리 형광체 부품을 이용함으로써 따뜻한 색온도를 갖는 백색광을 발생하도록 배치된 솔리드 스테이트 램프에 괄련된다. 이것은 상이한 형광체가 혼합되는 곳과 같은 재흡수가 해결되지 않은 배치보다 현저하게 높은 CRI를 갖는 따뜻한 백색광의 발광을 발생할 수 있다.

재흡수는 2개의 형광체 간의 상호작용 또는 크로스토크를 최소화하기 위해 2개의 형광체 간의 물리적 분리를 제공함으로써 최소화된다. 즉, 형광체의 분리는 제2 형광체와 상호작용하는 제1 형광체로부터의 광의 양을 감소시켜 제2 형광체에 의한 재흡수를 감소시키거나 제거한다. 이것은 이러한 재흡수에 의해 겪게 될 수도 있는 CRI에서의 컬러 시프트를 감소시킨다.

일부 실시예에서, 제1 형광체는 제1 형광체로부터 재방출된 광이 제2 형광체에 의해 흡수되는 위험 없이 제2 형광체를 통과하도록 제2 형광체의 여기 스펙트럼과 중첩하지 않는 파장의 광을 재방출할 수 있다. 그러나, 제2 형광체의 발광 스펙트럼은 제1 형광체의 여기 스펙트럼과 적어도 부분적으로 중첩하는 광을 방출할 수도 있다. 제2 형광체로부터의 광이 제1 형광체를 통과하는 배치에서, 제2 형광체로부터의 광이 제1 형광체에 의해 재흡수될 위험이 있을 수도 있다. 형광체의 분리는 제1 형광체를 만나게 되는 재방출된 광의 양을 최소화하며, 이에 의해 제1 형광체에 의해 재흡수될 광의 양을 최소화한다. 제1 형광체로부터의 광이 제2 형광체를 통과하도록 하기 위해, 일부 실시예에서는 제1 형광체의 발광 스펙트럼이 제2 형광체의 여기 스펙트럼과 중첩하지 않도록 하는 재료를 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 제2 형광체가 청색광을 흡수하고 황색광/녹색광을 재방출하는 황색/녹색 형광체를 포함할 수 있으며, 제1 형광체가 청색광을 흡수하고 적색광을 방출하는 적색 형광체를 포함할 수 있으며, 황색/녹색 형광체의 발광 스펙트럼이 적색 형광체의 여기 스펙트럼과 중첩한다. 이들 실시예는, 황색/녹색 형광체 발광이 적색 형광체를 만날 기회를 최소화하고, 그 결과 재방출된 황색광/녹색광이 적색 형광체에 의해 재흡수되는 가능성이 거의 없도록 하는 방식으로, 제1 형광체와 제2 형광체 간의 분리를 제공한다. 혼합된 형광체 배치에 비하여, 형광체 분리는 전체적인 램프 또는 패키지 발광이 더 높은 CRI 및 더 높은 형광체 효율을 갖도록 한다.

이러한 분리는 제1 형광체와 제2 형광체 간의 크로스토크의 상이한 감소를 제공할 수 있는 다수의 상이한 형태를 취할 수 있다. 일부 실시예에서, 분리는 LED 칩 상의 별도의 층이 각각 다른 형광체로 이루어도록 함으로써 구성될 수 있다. 별도의 층은 하나의 층의 상단 위에 다른 층이 있는 형태로 될 수도 있고, 또는 LED 상에 층을 나란하게(side by side) 갖는 형태로 될 수도 있다. 이 배치는 혼합 형태의 실시예에 비하여 형광체들 간의 크로스토크의 양을 감소시키는 한편, 2개의 형광체가 인접함에 의하여 특정 레벨의 크로스토크가 유지된다.

다른 실시예에서, 형광체 중의 하나가 다른 형광체에 대해 원격으로 제공될 수 있으며, 이것은 다수의 상이한 형태를 취할 수 있다. 일부 실시예에서, 형광체 중의 하나는 하나 이상의 LED에 걸쳐 컨포멀 코트(conformal coat)를 포함할 수 있고, 제2 형광체는 LED 위의 돔의 형상 내에 같이 제1 형광체에 대해 원격으로 위치될 수 있다. 이 배치는 제2 형광체로부터 방출된 광이 제1 형광체를 만날 가능성을 추가로 감소시킴으로써 제1 형광체와 제2 형광체 간의 크로스토크의 가능성을 더욱 크게 감소시킨다.

또 다른 실시예에서, 크로스토크의 가능성은, 제1 형광체를 LED 패키지에서와 같이 LED 위에 배치하고 제2 형광체를 자신의 패키지에서의 LED 위에 배치함으로써 추가로 감소될 수 있다. 패키지는 제1 패키지 내의 제1 형광체로부터 재방출된 광이 제2 패키지 상으로 방출되지 않도록 하는 관계로 서로에 대해 배치될 수 있으며, 이로써 둘 간의 크로스토크의 가능성이 없게 된다. 일부 실시예에서, 에미터는, 이들의 발광이 전체적인 램프 광으로서 조합되지만, 이들이 서로를 비추지 않도록 하는 방식으로, 서로에 인접하여 배치될 수 있다. 형광체들 간의 이러한 상이한 레벨의 분리를 제공할 수 있는 다수의 다른 배치가 있다.

비용 절감을 포함한 본 발명에 의해 제공될 수 있는 기타 장점이 있다. 형광체 중의 하나가 LED 상에 컨포멀 코팅되는 분리의 경우, 통상적으로 더 적은 형광체가 컨포멀 코트에 이용된다. 그 결과, 더욱 고가의 형광체가 컨포멀 코트용으로 이용될 수 있다. 예컨대, YAG:Ce³⁺와 같은 확실히 자리 잡은 황색 형광체는 가격이 매우 낮지만, 반대로 대표적인 Eu 도핑된 적색 형광체와 같은 적색 형광체는 훨씬 더 고가의 것일 수 있다. 컨포멀 코팅으로서 적색 형광체를 적용함으로써, 각각의 시스템에 요구되는 보다 고가의 형광체의 양이 감소되며, 그 결과 비용이 절감된다.

이러한 배치의 추가의 장점은 형광체 중의 적어도 하나를 원격으로 배치하는 것이 모든 형광체를 LED 칩 상에 갖는 램프에 비하여 형광체 효율이 높아지게 될 수 있다는 것이다. 효율이 향상되는 한 가지 방식은 에미터와 원격 형광체 사이의 공간에 생성되는 광학 캐비티 효과를 통해서이다. 원격 형광체 구성을 이용하면, 또한 반사성이 매우 큰 캐비티를 설계함에 있어서 칩 상에 형광체 코팅을 갖는 실시예에서보다 유연성이 커질 수 있다. 또한, 원격 형광체를 가짐에 의해 열적인 면에서의 이점이 있다. 원격 형광체는 칩 발열로부터 열적으로 고립될 수 있어, 형광체 재료의 열적 소광현상(thermal quenching)이 적어지게 된다. 세 번째 이점은 형광체 재료의 광학 소광현상(optical quenching)이 적어지게 된다는 것이다. 일부 형광체에 대해, 이들의 양자 효율(quantum efficiency)은 형광체 재료를 통과하는 더 높은 광속 밀도로 저하된다. 원격 형광체를 가짐으로써, 형광체를 통과하는 광속 밀도가 감소될 수 있으며, 이에 의해 광학 소광현상이 감소된다. 열적 소광현상 및 광학 소광현상의 감소는 높은 작동 온도에서도 시간이 지나도 더욱 안정한 광출력을 야기할 수 있다.

본 발명은 특정 실시예를 참조하여 설명되지만, 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명된 실시예로 한정되는 것으로 이해되지 않아야 한다. 구체적으로, 본 발명은 LED 패키지 또는 상이한 구성의 하나 또는 복수의 LED, LED 칩 또는 LED 패키지를 갖는 램프에 관하여 아래에 설명되지만, 본 발명은 다수의 상이한 구성을 갖는 다수의 기타 램프에 대해서도 이용될 수 있다. 본 발명에 따라 상이한 방식으로 배열된 상이한 램프의 예는 아래에 개시되어 있으며, 또한 "Solid state lamp"를 발명의 명칭으로 하여 Le 등에 의해 2011년 1월 24일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 61/435,759호에도 개시되어 있다. 이 특허 출원은 그 내용이 본 명세서에 원용되어 있다.

램프의 상이한 실시예는 다수의 상이한 형상 및 크기를 가질 수 있으며, 일부 실시예는 A19 크기 인벨로프와 같은 표준 크기 인벨로프에 끼우기 위한 치수를 갖는다. 이것은 램프를 종래의 백열 및 형광 램프 또는 전구의 대체품으로서 특히 유용하게 하며, 본 발명에 따른 램프가 이들 램프의 솔리드 스테이트 광원으로부터 제공되는 감소된 에너지 소비 및 긴 수명을 갖게 된다. 본 발명에 따른 램프는 A21 및 A23 등을 포함한 다른 유형의 표준 크기 프로파일에 끼울 수도 있으며, 이러한 것으로 한정되지 않는다.

아래의 실시예는 LED를 참조하여 설명하지만, 이 LED는 LED 칩 및 LED 패키지를 포괄하는 것으로서의 의미를 갖는다는 것을 이해할 것이다. 이들 부품은 도시된 것과는 상이한 형상 및 크기를 가질 수 있으며, 상이한 개수의 LED가 포함될 수 있다.

본 발명은 변환 재료, 형광체, 형광체층, 및 관련 용어를 참조하여 설명된다. 이들 용어의 사용은 제한적인 의미로서 이해되지 않아야 한다. 형광체 또는 형광체층이라는 표현의 사용은 모든 파장 변환 재료를 포괄하는 것으로서의 의미를 가지며 모든 파장 변환 재료에 동등하게 적용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

또한, 램프의 광원은 하나 또는 복수의 LED, LED 칩 또는 LED 패키지로 구성될 수 있으며, 하나보다 많은 LED, LED 칩 또는 LED 패키지를 갖는 실시예에서, 이들은 상이한 발광 파장을 가질 수 있다. 아래에서는 본 발명을 형광체 변환 재료를 참조하여 설명하지만, 다수의 다른 변환 재료가 이용될 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 본 발명은 여기에서는 서로 원격으로 위치되어 있는 변환 재료, 형광체층을 참조하여 설명된다. 이 문맥에서의 원격이라는 표현은 직접적인 열접촉으로부터 떨어져 있거나 및/또는 직접적인 열접촉 위에 있지 않거나 직접적인 열접촉으로 되어 있지 않은 것을 의미한다.

층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 요소 "상에" 있는 것으로 지칭될 때에는, 다른 요소 바로 위에 있을 수도 있고 또는 그 사이에 매개 요소가 존재할 수도 있다. 또한, 하나의 층 또는 또 다른 영역의 관계를 기술하기 위해 "내측", "외측", "상위", "위에", "하위", "밑" 및 "아래"와 같은 상대적인 표현과 그 유사 표현이 본 명세서에서 이용될 수 있다. 이들 표현은 도면에 묘사된 방위 외에 디바이스의 상이한 방위를 포함하는 것으로 이해하여야 한다.

형광체는 여기에서는 적색 발광 형광체를 참조하여 설명되지만, 이것은 오랜지색과 같이 광 스펙트럼에서 적색에 근접한 다른 컬러를 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 형광체는 또한 황색을 발광하는 것으로서 설명되지만, 이것은 또한 녹색 발광 형광체를 포함할 수 있다.

각종 요소, 성분, 영역, 층 및/또는 부분을 설명하기 위해 본 명세서에서는 제1, 제2 등의 표현이 이용될 수도 있지만, 이들 요소, 성분, 영역, 층 및/또는 부분은 이들 표현에 의해 한정되지 않아야 한다. 이들 표현은 단지 하나의 요소, 성분, 영역, 층 또는 부분을 또 다른 영역, 층 또는 부분과 구분하기 위해 이용된 것이다. 그러므로, 이하에서 설명되는 제1 요소, 성분, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 교시에서 벗어나지 않고서도 제2 요소, 성분, 영역, 층 또는 부분으로 지칭될 수 있다.

본 발명의 실시예는 본 발명의 실시예의 개략적인 예시도인 횡단면 예시도를 참조하여 설명된다. 이로써, 층의 실제 두께는 상이할 수 있으며, 그러므로, 예컨대 제조 기술 및/또는 허용 오차의 결과로 예시도의 형상으로부터의 변형예를 예상할 수 있다. 본 발명의 실시예는 본 명세서에 예시된 영역의 특정 형상으로 한정되는 것으로 해석되지 않고, 예컨대 제조에 따른 형상의 편차를 포함한다. 예컨대 정사각형 또는 직사각형으로 예시되거나 설명된 영역은 통상적으로 보편적인 제조 허용 오차에 의해 라운드되거나 곡선화된 외형적 특징을 가질 것이다. 그러므로, 도면에 예시된 영역은 본질적으로 개략적인 것이며, 이들의 형상은 디바이스의 영역의 정밀한 형상을 예시하는 것이 아니고, 또한 본 발명의 범위를 한정하기 위한 것도 아니다.

도 4는 인쇄 회로 기판(PCB) 캐리어, 기판 또는 서브마운트를 포함할 수 있는 캐리어(44) 상에 탑재된 복수의 LED 칩(42)을 포함하는 본 발명에 따른 램프(40)의 일실시예를 도시하고 있다. 캐리어(44)는 LED 칩(42)에 전기 신호를 인가하기 위한 상호접속 전기 트레이스(도시하지 않음)를 포함할 수 있다. 각각의 LED 칩(42)은 LED(46) 상의 제1 형광체 재료(48)의 컨포멀 코트를 갖는 LED(46)를 포함할 수 있다. 다수의 상이한 컬러의 광을 방출하는 상업적으로 이용 가능한 다수의 상이한 LED가 사용될 수 있으며, 아래에 설명된 것과 같은 다수의 상이한 형광체 재료가 이용될 수 있다. 일부 실시예에서, LED는 종래의 청색 발광 LED를 포함할 수 있고, 변환 재료는 LED로부터 청색광의 적어도 일부를 흡수하여 적색광을 재방출하는 적색 형광체를 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 적색 형광체는 LED 칩이 청색광과 적색광 양자를 방출하도록 LED 칩으로부터의 청색광의 일부만을 변환하도록 배치된다. 청색광의 일부가 적색 형광체를 통과할 수 있도록 함으로써, LED 칩(42)은 포화 상태의 적색 형광체와 함께 작동할 필요가 없다. 이것은 LED 칩(42)이 더 높은 발광 효율로 작동하도록 할 수 있다. 다른 실시예에서, 적색 형광체는 반드시 청색광의 전부를 적색으로 변환함으로써 포화 상태로 작동하도록 배치되어, LED 칩이 실질적으로 적색광을 방출하도록 할 수도 있다.

제2 형광체(50)는 LED 칩(42) 위에 이 LED 칩과 떨어져 이격되는 상태로 포함되며, 이로써 LED 칩(42)으로부터의 광의 적어도 일부가 제2 형광체(52)를 통과한다. 제2 형광체(50)는 LED 칩(42)으로부터 특정 파장의 광을 흡수하여 상이한 파장의 광을 재방출하는 타입의 것이어야 한다. 도시된 실시예에서, 제2 형광체는 LED 위에 돔 형상으로 되어 있지만, 제2 형광체는 디스크 또는 구체(globe)와 같은 다수의 상이한 형상 및 크기를 취할 수 있다. 제2 형광체는 고착제에 변환 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체 캐리어의 형태로 될 수 있지만, 또한 열도전성 및 광투과성 재료인 캐리어를 포함할 수 있다. 열도전성 재료와 함께 배치된 형광체는 "LED Lamp Incorporating Remote Phosphor With Heat Dissipation Features"를 발명의 명칭으로 하여 2010년 3월 3일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 61/339,156호에 개시되어 있으며, 이 특허 출원은 그 내용이 본 명세서에 원용되어 있다. 제2 형광체가 돔 형태로 형성되면, LED 칩(42)과 제2 형광체(50) 사이에 개방 공간이 형성된다.

다른 실시예에서, 인캡슐런트가 LED 칩(42) 위에 형성되거나 탑재될 수 있으며, 제2 형광체(50)가 인캡슐런트의 상면 상에 층으로서 형성되거나 침적될 수 있다. 인캡슐런트는 다수의 상이한 형상을 취할 수 있으며, 도시된 실시예에서는 돔 형상으로 되어 있다. 인캡슐런트를 갖는 또 다른 실시예에서, 제2 형광체는 인캡슐런트 내에 층으로서 형성될 수도 있고, 또는 인캡슐런트의 영역에 형성될 수도 있다.

LED 칩으로부터 청색광을 흡수하여 황색광을 방출하는 형광체를 포함하는 도시된 실시예에서의 제2 형광체를 갖는 본 발명에 따른 상이한 실시예에서 다수의 상이한 형광체가 이용될 수 있다. 다수의 상이한 실시예는 상업적으로 이용가능한 YAG:Ce 형광체를 포함한 황색 변환 재료용으로 이용될 수 있다. 전술한 바와 같이, LED 칩으로부터의 청색광의 일부가 변환되지 않고 제1 형광체(적색 형광체)를 통과한다. LED 칩(42)으로부터의 청색광 및 적색광은 제2 형광체를 통과하며, 이 제2 형광체에서 청색광의 일부분이 황색으로 변환된다. 청색광의 일부는 또한 LED 칩(42)으로부터의 적색광과 함께 제2 형광체를 통과할 수 있다. 그 결과, 램프는 청색광, 적색광 및 황색광의 조합으로 이루어지는 광을 방출하며, 일부 실시예는 원하는 색온도를 갖는 따뜻한 백색광 조합을 방출한다.

LED 칩(42)으로부터의 청색광은 또한 전체 범위의 넓은 황색 스펙트럼 방출을 제공하는 다수의 다른 형광체에 의해 변환될 수 있다. 전술한 YAG:Ce 외에, 이들 변환 재료는 (Gd,Y)₃(Al,Ga)₅O₁₂:Ce 시스템을 기반으로 하는 형광체로 구성될 수 있다. 청색 발광 LED 기반 에미터와 함께 이용될 때에 백색광을 생성하기 위해 아래의 것을 포함한 다른 황색 형광체가 이용될 수 있으며, 이러한 것으로 한정되지 않는다:

Tb_{3 - x}RE_xO₁₂:Ce(TAG);

RE=Y, Gd, La, Lu; 및

Sr_{2 -x- y}Ba_xCa_ySiO₄:Eu

제2 형광체(50)는 하나 이상의 황색 또는 녹색 발광 형광체가 함께 혼합되는 상태로 배치될 수 있거나, 또는 제2 형광체가 황색 또는 녹색 발광 형광체의 하나보다 많은 층을 포함할 수 있다.

LED 칩(42) 상의 제1 형광체(48)는 LED 칩으로부터 청색광을 흡수하여 적색광을 재방출할 수 있는 Eu 도핑된 적색 형광체와 같은 다수의 상이한 상업적으로 이용 가능한 형광체를 포함할 수 있다. 다음의 것을 포함하는 다른 적색 발광 형광체가 이용될 수 있다:

Sr_xCa_{1 - x}S:Eu, Y; Y=할라이드(halide);

CaSiAlN₃:Eu; 또는

Sr_{2 - y}Ca_ySiO₄:Eu

10nm 내지 30㎛의 범위 또는 그 이상의 입자를 포함한 상이한 크기의 형광체 입자가 이용될 수 있으며, 이러한 크기로 한정되지는 않는다. 더 작은 입자 크기는 통상적으로 더 큰 크기의 입자보다 우수하게 컬러를 산란 및 혼합하여 더욱 균일한 광을 제공한다. 더 큰 입자는 통상적으로 더 작은 입자에 비하여 광을 변환함에 있어서 더욱 효과적이지만, 균일성이 보다 떨어지는 광을 방출한다. 일부 실시예에서, 제1 및/또는 제2 형광체는 고착제(binder)에 제공될 수 있으며, 형광체는 또한 고착제 내의 형광체 재료의 농도 또는 로딩이 상이할 수도 있다. 대표적인 농도는 30 내지 70 중량% 범위의 입자 농도이다. 일실시예에서, 제1 및 제2 형광체의 형광체 농도는 대략 65 중량%이며, 균일하게 분산되는 것이 바람직하다. 제1 및 제2 형광체는 또한 변환 재료가 다르고 또한 변환 재료의 농도가 다른 상이한 영역을 가질 수 있다.

형광체가 고착제에 제공될 때, 상이한 재료가 이용될 수 있으며, 이러한 재료로는 경화 후에 견고하게 되고 가시 파장 스펙트럼에서 실질적으로 투과성을 나타내는 것이 바람직하다. 적합한 재료는 실리콘, 에폭시, 글래스, 무기 글래스, 유전체, BCB, 폴리마이드, 폴리머 및 이들의 혼성체를 포함하며, 그 중에서 바람직한 재료는 실리콘이고, 그 이유는 고파워 LED에서의 실리콘의 높은 투과성 및 신뢰성 때문이다. 적합한 페닐-계 및 메틸-계 실리콘이 Dow? Chemical로부터 상업적으로 이용 가능하다. 고착제는 사용되는 고착제의 타입과 같은 상이한 요인에 따라 다수의 상이한 경화 방법을 이용하여 경화될 수 있다. 다른 경화 방법으로는 열 경화, 자외선(UV) 경화, 적외선(IR) 경화 또는 공기 경화 등이 있으며, 이들로 한정되지는 않는다.

제1 및 제2 형광체는 다른 것 중에서도 스핀 코팅, 스퍼터링, 프린팅, 분말 코팅, 전기영동 증착(EPD), 정전 증착을 포함한 상이한 프로세스를 이용하여 도포될 수 있으며, 이들로만 한정되지 않는다. 다양한 증착 방법 및 시스템이 "Systems and Methods for Application of Optical Materials to Optical Elements"를 발명의 명칭으로 하여 Donofrio 등에 의해 출원된 미국 특허 공개 번호 2010/0155763에 개시되어 있으며, 이 공개 특허 또한 Cree, Inc.에 양도되어 있고, 그 전체 내용이 원용에 의해 본 명세서에 포함되어 있다. 전술한 바와 같이, 형광체층(48)은 고착제 재료와 함께 도포될 수 있지만, 고착제가 요구되지 않을 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 또 다른 실시예에서, 제2 형광체는 돔 형태로 별도로 제조된 후에 LED 칩(42)에 탑재될 수 있다.

램프는 또한 "LED Lamp With Remote Phosphor and Diffuser Configuration"를 발명의 명칭으로 하는 미국 가특허 출원 번호 61/339,515에 개시된 바와 같은 디퓨저와 함께 이용될 수 있으며, 이 특허 출원 또한 원용에 의해 본 명세서에 포함되어 있다. 이 특허 출원은 또한 여기에서 개시되는 본 발명의 실시예에서 이용될 수 있는 제2 형광체 또는 형광체 캐리어에 대한 다수의 상이한 형상 및 크기를 개시하고 있다.

이와 달리, 형광체와 함께 산란 재료가 이용될 수 있으며, 하나의 이러한 산란 재료가 산란 입자를 포함한다. 산란 입자는 또한 제1 및 제2 형광체와 함께 이용되는 고착제를 참조하여 위에서 설명한 것과 동일할 수 있는 고착제 재료에 포함될 수 있다. 산란 입자는 응용 기기 및 이용되는 재료에 따라서는 상이한 농도로 제공될 수 있다. 산란 입자 농도에 대한 적합한 범위는 0.01% 내지 0.2%이지만, 이 농도는 더 높아지거나 더 낮아질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일부 실시예에서, 농도는 0.001%만큼 낮을 수도 있다. 또한, 산란 입자는 상이한 영역에서 상이한 농도로 될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일부 산란 입자에 대해서는, 더 높은 농도에 해당하는 흡수로 인한 손실의 증가가 발생할 수 있다. 그러므로, 수용 가능한 손실 수치를 유지하는 동시에 원하는 발광 패턴을 제공하도록 광을 분산시키기 위해 산란 입자의 농도가 선택될 수 있다.

산란 입자는 아래의 것을 포함한 다수의 상이한 재료를 포함하지만, 이들로만 한정되지는 않는다:

실리카;

카오린(kaolin)

산화아연(ZnO);

산화이트륨(Y₂O₃);

이산화티타늄(TiO₂);

바륨 설페이트(BaSO₄);

알루미나(Al₂O₃);

용융 실리카(SiO₂);

퓸드 실리카(fumed silica, SiO₂);

질화알루미늄;

글래스 비드;

이산화지르코늄(ZrO₂);

탄화규소(SiC);

탄탈 산화물(TaO₅);

질화규소(Si₃N₄);

산화니오븀(Nb₂O₅);

질화붕소(BN); 또는

형광체 입자(예컨대, YAG:Ce, BOSE)

특정 산란 효과를 달성하기 위해 이들 재료의 각종 조성물 또는 동일한 재료의 상이한 형태의 조성물 중의 하나보다 많은 산란 재료가 이용될 수 있다. 산란 입자는 램프 내의 다수의 상이한 지점에 존재할 수 있다.

램프(40)는 또한 LED 칩(42)에 의해 덮여지지 않은 캐리어(44)의 표면 상에 반사성 재료/층(56)을 포함할 수 있다. 반사성 층(56)은 램프(40)가 포톤(photon)을 효과적으로 재사용할 수 있도록 하며, 램프의 발광 효율을 증가시킨다. 캐리어 쪽으로 역으로 방출되는 광은 흡수가 감소되어 광이 램프로부터의 유용한 발광에 기여할 수 있도록 반사성 재료/층(56)에 의해 반사된다. 반사성 층(56)은 반사성 금속 또는 분산 브래그 반사기(distributed Bragg reflector)와 같은 복수의 층형 반사성 구조를 포함한 다수의 상이한 재료 및 구조를 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한 제1 및 제2 형광체와 마찬가지로 LED의 표면도 광추출을 향상시키기 위해 성형되거나 텍스처(texture)될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

작동 동안, 램프(40)에 전기 신호가 인가되어, LED 칩(42) 내의 LED가 제1 형광체(48)를 통과하는 청색광을 방출하도록 할 수 있다. 청색 LED 광의 일부분은 적색 형광체(48)에 의해 흡수되며, 적색광으로서 재방출된다. 청색광의 일부분은 변환되지 않고 적색의 제1 형광체(48)를 통과하며, 이로써 LED 칩(42)이 적색광과 청색광 양자를 방출하게 된다. LED 칩(42)으로부터의 광은 제2 형광체(50)를 통해 방출되며, 제2 형광체에서 LED 광으로부터의 청색광의 일부가 황색광으로 변환되며, 일부 실시예에서는 LED 칩(42)으로부터의 광의 일부가 변환되지 않는 상태로 제2 형광체(50)를 통과한다. 전술한 바와 같이, 이것은 램프가 청색광, 적색광 및 황색광의 조합으로 이루어지는 백색광을 방출할 수 있도록 한다.

LED 칩으로부터의 광의 청색 성분이 제2 형광체(50)에 의해 흡수될 때, 이 광은 모든 방향으로 재방출된다. 도시된 실시예에서, 형광체 입자가 청색광을 흡수함에 따라, 황색광이 램프의 전방과 외부로 재방출되고, 다시 LED 칩을 향하게 된다. LED 칩(42)을 향하여 역으로 방출되는 광은 LED 칩(42) 상의 제1 형광체(48)를 만나게 될 수 있다. 전술한 바와 같이, 다수의 적색 형광체의 여기 스펙트럼은 다수의 황색/녹색 형광체의 발광 스펙트럼과 중첩하게 되며, 이로써 LED 칩(42)을 향해 역으로 방출되는 제2 형광체(50)로부터의 광은 제1 형광체에 의해 흡수될 위험이 있다. 이 흡수된 황색광은 적색광으로서 재방출될 수 있고, 이것은 전체적인 램프 발광에 대한 컬러 시프트를 발생할 수 있다. 램프(40)에서 도시된 바와 같이 제2 형광체(50)를 이격시킴으로써(형광체를 혼합하는 대신), 제2 형광체의 광이 제1 형광체를 만나게 될 가능성이 크게 감소된다. 제2 형광체(50)로부터의 황색광의 대부분의 방출 경로는 제1 형광체를 만나지 않을 것이며, 재흡수의 위험에 놓이지 않을 것이다. LED 칩(42)을 향하여 역으로 방출되는 광의 대부분은 캐리어(44) 상의 반사성 층에서 반사되어, 램프로부터의 유용한 발광에 기여할 수 있다.

일부 실시예에서, 제2 형광체는 제2 형광체의 재방출된 광의 50% 미만이 제1 형광체를 만나게 되거나 통과하도록 제1 형광체로부터 이격되는 한편, 다른 실시예에서는 제2 형광체의 재방출된 광의 40% 미만이 제1 형광체를 만나게 되거나 통과하도록 제1 형광체로부터 이격된다. 또 다른 실시예에서, 제2 형광체의 광의 25% 미만이 제1 형광체를 만나거나 통과하도록 되는 한편, 다른 실시예에서는 10% 미만이 제1 형광체를 만나게 되도록 이격된다.

본 발명에 따른 상이한 램프는 다수의 상이한 특징부 및 재료로 다수의 상이한 방식으로 배치될 수 있다. 도 5는 도 4에 도시되고 설명된 램프(40)와 유사한 다수의 특징부 및 부품을 갖고 대부분이 동일한 방식으로 작동하는 본 발명에 따른 램프(70)의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 유사한 특징부 및 부품에 대해서는, 동일한 도면 부호가 이용되며, 램프(40)에 대한 설명이 이 실시예 또는 동일한 도면 부호를 이용하고 있는 아래의 다른 실시예에 동등하게 적용된다는 것을 이해할 것이다.

램프(70)는 각각이 캐리어(44) 상에 탑재되는 LED 칩(42)을 포함하며, 각각의 LED 칩(42)은 적색의 제1 형광체(48)에 의해 코팅된 청색 발광 LED를 포함한다. 캐리어(44)의 덮여지지 않은 표면은 또한 반사성 층(56)을 포함할 수 있다. 램프(70)는 전술한 제2 형광체(50)와 대부분이 동일한 방식으로 배치되는 LED 칩 위의 제2 형광체(72)를 포함한다. 그러나, 이 실시예에서, 제2 형광체(50)는 청색광을 흡수하고 녹색광을 재방출하는 형광체 재료를 포함한다. 예컨대, 녹색광을 발생하기 위해 이하의 형광체가 이용될 수 있다:

SrGa₂S₄:Eu;

Sr_{2 - y}Ba_ySiO₄:Eu;

SrSi₂O₂N₂:Eu;

Ce^{3 +}로 도핑된 Lu₃Al₅O₁₂;

Eu^{2 +}로 도핑된 (Ca,Sr,Ba)Si₂O₂N₂;

CaSc2O4:Ce^{3 +}; 및

(Sr,Ba)2SiO4:Eu^{2 +}

램프(70)는 대부분이 램프(40)와 동일한 방식으로 작동하지만, 청색광, 적색광 및 녹색광의 조합을 방출한다. 일부 실시예에서, 이 조합은 요구된 온도를 갖는 따뜻한 백색광이 되는 램프 발광을 발생할 수 있다.

위에 나열한 것 외에, 제1 형광체 또는 제2 형광체로서 이용될 수 있는 몇몇의 추가의 적합한 형광체가 아래에 나열되어 있다. 각각의 형광체는 청색 및/또는 UV 방출 스펙트럼의 여기를 나타내고, 바람직한 피크 발광을 제공하며, 효율적인 광변환을 갖고, 수용 가능한 스토크 시프트(stokes shift)를 갖는다:

황색/녹색

(Sr,Ca,Ba)(Al,Ga)₂S₄:Eu^{2 +}

Ba₂(Mg,Zn)Si₂O₇:Eu^{2 +}

Gd_{0 .46}Sr_{0 .31}Al_{1 .23}O_xF_{1 .38}:Eu^{2 +} _0.06

(Ba_{1 -x- y}Sr_xCa_y)SiO₄:Eu

Ba₂SiO₄:Eu^{2 +}

적색

Lu₂O₃:Eu^{3 +}

(Sr_{2 - x}La_x)(Ce_{1 - x}Eu_x)O₄

Sr₂Ce_{1 - x}Eu_xO₄

Sr_{2 - x}Eu_xCeO₄

SrTiO₃:Pr^{3 +},Ga^{3 +}

CaAlSiN₃:Eu^{2 +}

Sr₂Si₅N₈:Eu^{2 +}

도 6은 전술한 바와 같이 분리 형광체를 갖는 유사한 램프에 비교된 혼합 형광체를 갖는 램프에 대한 발광 특성의 비교를 보여주는 그래프(80)이다. 제1 발광 스펙트럼(82)은 분리된 적색 형광체와 녹색 형광체를 갖는 램프에 대한 것이며, 이 스펙트럼은 청색, 녹색 및 적색 파장 스펙트럼에서의 피크를 보여주고 있다. 제2 발광 스펙트럼(84)은 혼합된 적색 형광체와 녹색 형광체를 갖는 유사 램프에 대한 것이며, 분리된 스펙트럼(82)에 비하여 청색 피크의 감소 및 시프트를 보여주고 있고, 또한 적색 피크의 시프트를 보여주고 있다. 양자에 대한 전체적인 형광체 변환 효율은 대략적으로 동일하지만(분리 형광체에 대해서는 42.5% 대 혼합 형광체에 대해서는 46.1%), 분리된 형광체에 대한 CRI는 대략 88.5이고, 혼합된 형광체 구성에 대해서는 78.5이다.

도 7은 원하는 램프 발광을 발생하기 위해 상이한 컬러의 광을 방출하는 상이한 LED 칩의 조합을 포함하는 본 발명에 따른 램프(100)의 또 다른 실시예를 도시한다. 램프(100)는 캐리어(104) 상에 탑재된 LED 칩(102)을 포함하며, 이 캐리어는 전술한 캐리어(44)와 유사하다. 캐리어는 LED 칩(102)들 사이의 표면을 덮는 반사성 층(105)을 가질 수 있다. LED 칩(102)은 함께 램프 발광의 요구된 적색광과 청색광 성분을 발생할 수 있는 적색 발광 LED 칩(106) 및 청색 발광 LED(108)을 포함할 수 있다. 적색 LED 칩(106)은 전술한 바와 같이 적색 형광체(112)에 의해 코팅된 LED(110)를 포함할 수 있으며, LED(110)의 일부 실시예가 청색광을 방출하고, 적색 형광체(112)가 청색광의 적어도 일부를 흡수하여 적색광을 재방출한다. 일부 실시예에서, 적색 형광체(112)는 청색 LED 광의 실질적으로 전부를 흡수하도록 배치될 수 있는 한편, 다른 실시예에서는 적색 형광체(112)가 청색광의 일부분만을 흡수하도록 배치될 수 있다.

전술한 실시예와 유사하게, 제2 형광체(114)는 LED 칩(102) 위에서 떨어져 이격되는 상태로 포함되며, 제2 형광체는 청색광을 흡수하여 황색광을 재방출하는 형광체를 포함한다. 작동 동안, LED 칩으로부터의 적색광과 청색광은 제2 형광체를 통과하며, 이 제2 형광체에서 청색광의 일부가 황색으로 변환된다. 램프(100)는 청색광, 적색광 및 황색광의 백색광 조합을 방출한다. 전술한 바와 같이, 적색 형광체와 황색 형광체 간의 분리는 적색 형광체가 제2 형광체로부터의 황색광을 재흡수할 위험을 최소화한다.

도 8은 램프(100)와 유사한 본 발명에 따른 또 다른 램프(130)를 도시한다. 황색 발광 제2 형광체 대신, 램프(130)는 LED 칩(102)으로부터의 청색광의 일부를 흡수하는 녹색 발광 제2 형광체(132)를 가지며, 이로써 램프는 청색, 적색 및 녹색의 백색광 조합을 방출한다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 램프는 다수의 상이한 형광체 재료로 다수의 상이한 방식으로 배치될 수 있다. 도 9는 전술한 바와 같이 캐리어(144)에 탑재되는 LED 칩(142)을 포함하는 본 발명에 따른 램프(140)의 또 다른 실시예를 도시한다. 그러나, 이 실시예에서, LED 칩은 황색의 제1 형광체(148)의 컨포멀 코트를 갖는 청색 발광 LED(146)를 포함한다. 제1 형광체(148)는 LED(146)로부터의 광의 적어도 일부를 흡수하고, 황색광을 재방출한다. 제2 형광체(150)는 LED 칩(142) 위에 돔의 형태로 되어 있으며, 적색 형광체를 포함한다. LED 칩(142)으로부터의 청색광(및 황색광)은 제2 형광체(150)를 통과하고, 제2 형광체에서 청색 LED 광의 적어도 일부가 제2 형광체에 의해 흡수되어 적색광으로서 재방출된다. 램프(140)는 청색, 황색 및 적색의 백색광 조합을 방출한다.

도 10은 캐리어(164) 상에 탑재된 LED 칩(162)을 갖는 본 발명에 따른 램프(160)의 또 다른 실시예를 도시하며, 각각의 LED 칩(162)이 LED(166) 및 녹색의 제1 형광체(168)의 컨포멀 코트를 포함한다. 각각의 LED(166)로부터의 청색광의 적어도 일부가 제1 형광체(168)를 통과하고, 녹색광으로 변환되며, 이로써 각각의 LED 칩(162)이 녹색광과 청색광을 방출하게 된다. 청색(및 녹색) LED 광은 제2의 돔 형상의 제2 적색 형광체(170)를 통과한다. LED 광의 적어도 일부가 제2 형광체에서 적색으로 변환되어, 램프(160)가 청색광, 적색광 및 녹색광의 백색광 조합을 방출한다.

도 11은 캐리어(184)에 탑재된 청색 발광 LED 칩(182)을 포함하는 본 발명에 따른 램프(180)의 또 다른 실시예를 도시한다. 제1 적색 형광체(186)는, LED 칩(182) 상에 컨포멀 코팅되는 대신, LED 칩(182) 위에 돔 형태로 제공되며, LED 칩(182)으로부터의 광이 제1 형광체(186)를 통과하고, 이 제1 형광체에서 광의 적어도 일부가 적색광으로 변환된다. 제2 녹색 형광체(188)는 제1 형광체(186) 위에 돔 형태로 포함되며, 제1 형광체(186)로부터의 적색광과 LED 칩(182)으로부터의 청색광이 제2 형광체(188)를 통과하고, 이 제2 형광체(188)에서 광의 적어도 일부가 녹색광으로 변환된다. 램프는 청색광, 적색광 및 녹색광의 백색광 조합을 방출한다. 제2 형광체(188)가 제1 형광체(186) 상에 도시되어 있지만, 제1 형광체와 제2 형광체 사이에 공간이 존재할 수 있으며, 안쪽에는 녹색 형광체를 갖고 바깥쪽에는 적색 형광체를 갖는 것과 같이 형광체가 상이한 순서로 제공될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

도 12는 캐리어(194) 상의 청색 발광 LED 칩(192)을 갖는 본 발명에 따른 램프(190)의 또 다른 실시예를 도시한다. 램프는 적색 형광체 및 녹색 형광체를 포함하며, 형광체는 형광체 돔(196)의 상이한 영역에 있는 것으로 도시되어 있다. 도시된 실시예에서, 적색의 제1 형광체(198)는 돔의 상부 상에 있으며, 녹색의 제2 형광체(200)는 돔(196)의 하부 상에 있다. LED 칩으로부터의 청색광이 제1 형광체(198) 부분과 제2 형광체(200) 부분을 통과하며, 이들 부분에서 적어도 일부의 LED 광이 각각 적색광과 녹색광으로 변환된다. 램프는 청색광, 적색광 및 녹색광의 백색광 조합을 방출한다. 다른 실시예는 상이한 방식으로 배치된 형광체의 상이한 영역을 포함할 수 있다. 도 9 내지 도 12에 도시된 각각의 램프는 전술한 바와 같이 캐리어 상의 반사성 층을 포함할 수 있다.

전술한 바와 같이, 램프 및 이들의 형광체는 본 발명에 따라 다수의 상이한 방식으로 배치될 수 있다. 도 13은 광학 캐비티(254) 내에 탑재된 LED 칩(252)을 갖는 램프(250)의 또 다른 실시예를 도시한다. 위의 실시예들과 마찬가지로, LED 칩(252)은 제1 형광체(258)에 의해 코팅된 LED(256)를 포함할 수 있으며, 일부 실시예에서는 LED(256)가 청색광을 방출하고, 제1 형광체가 청색 LED 광의 적어도 일부를 흡수하여 적색광을 재방출하는 적색 형광체로 된다. 이 실시예에서, 적색 형광체는 LED로부터의 청색광의 일부분만을 흡수하며, 이로써 LED 칩(252)이 적색광과 청색광을 방출하게 된다.

LED 칩(252)은 전술한 캐리어와 유사한 캐리어(260)에 탑재될 수 있으며, 도시된 실시예에서 LED 칩(252) 및 캐리어(260)는 광학 캐비티(254) 내에 탑재될 수 있다. 다른 실시예에서, 광학 캐비티는 LED 칩 주위의 캐리어에 탑재될 수 있다. 캐리어(260)는 전술한 바와 같이 LED 칩(252)들 사이의 노출 표면 상에 반사성 층(262)을 가질 수 있으며, 광학 캐비티(254)는 광학 캐비티(254)의 상단 개구부의 밖으로 광의 방향을 변경하기 위해 반사성 표면(264)을 가질 수 있다.

제2 형광체(266)는 광학 캐비티(254)의 개구부 위에 배치되며, 도시된 실시예에서 평면형 형상으로 된다. 그러나, 제2 형광체는 돔 또는 구체를 포함한 다수의 상이한 형상을 취할 수 있으며, 이러한 것으로 한정되지 않는다. 위의 실시예들과 마찬가지로, 제2 형광체(266)는 LED 칩(252)으로부터 광을 흡수하여 상이한 컬러의 광을 방출하는 형광체를 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 제2 형광체(266)는 청색광을 흡수하여 황색광을 재방출하는 전술한 황색 형광체들 중의 하나를 포함한다. 위의 실시예들과 마찬가지로, LED 칩(252)으로부터의 청색광과 적색광은 제2 형광체(266)를 통과하며, 이 제2 형광체에서 청색광의 적어도 일부가 황색 형광체에 의해 흡수되어 황색광으로서 재방출된다. 램프(250)는 청색광, 적색광 및 황색광의 백색광 조합을 방출할 수 있다.

LED 칩(252)과 제2 형광체(266) 간의 분리는 제2 형광체(266)로부터의 황색광이 적색의 제1 형광체(258) 내로 통과할 가능성을 크게 감소시킨다. 위의 실시예들과 마찬가지로, 이것은 황색광이 제1 형광체에 의해 흡수되어 적색광으로서 재방출될 가능성을 감소시킨다.

도 14는 램프(250)와 동일한 특징부를 다수 갖고 있는 본 발명에 따른 램프(280)의 또 다른 실시예를 도시한다. 그러나, 이 실시예에서, 제2 형광체(282)는 LED 칩으로부터의 청색광의 일부를 흡수하여 녹색광으로 재방출하는 녹색 발광 형광체를 포함한다. 동작 시에, 램프(280)는 LED 칩으로부터의 청색광과 적색광 및 제2 형광체로부터의 녹색광의 백색광 조합을 방출하며, 제1 형광체의 분리가 제1 형광체에 의해 녹색광의 최소의 재흡수를 발생한다.

다른 실시예는 요구된 타겟 컬러 및 온도를 달성하기 위해 조명 성분의 상이한 조명 농도를 조합할 수 있다. 도 15는 대략 3000K에서 흑체 곡선 상에서 조합되는 녹색과 적색의 조명 성분의 상이한 조합을 보여주는 CIE 다이아그램(290)이다. 조합 1(Comb 1)은 그 방출 스펙트럼에서의 최저의 녹색 성분을 가지며, 그 결과 스펙트럼은 요구된 컬러 및 온도를 달성하기 위해 더 큰 적색 부분을 요구한다. 조합 2(Comb 2)는 최저의 녹색 성분 및 그에 따라 최저의 적색 성분을 갖는 한편, 조합 3(Comb 3)은 중간 지점 적색 및 녹색 성분을 갖는다.

도 16은 캐리어(304)에 탑재된 청색 LED 칩(302)을 갖는 본 발명에 따른 램프(300)의 또 다른 실시예를 도시하며, LED 칩(302)이 반사성 표면(308)을 갖는 광학 캐비티(306) 내에 배치된다. 제1 형광체(310) 및 제2 형광체(312)가 광학 캐비티(306)의 개구부의 평면형 형상에 제공되지만, 서로 인접하여 배치되며, 제1 적색 형광체(310)가 개구부의 대략 절반을 덮고 있고, 제2 녹색(또는 황색) 형광체(312)가 광학 캐비티 개구부의 나머지를 덮고 있다. LED 칩(302)으로부터의 청색광이 형광체(310, 312)를 통과하여, 그 일부가 각각 적색광과 녹색광으로 변환된다. 램프(300)는 청색광, 적색광 및 녹색광의 백색광 조합을 방출할 수 있다. 형광체는 다수의 상이한 영역 배치 형태로 배치될 수 있으며, 또한 서로의 위에 층들로 제공될 수도 있다.

도 17은 캐리어(324)에 탑재된 청색 LED 칩(322)을 갖는 본 발명에 따른 램프(320)의 또 다른 실시예를 도시하며, LED 칩(322)이 광학 캐비티(326) 내에 배치되어 있다. 평면형의 적색 제1 형광체(328)가 광학 캐비티(326)의 개구부 위에 배치되며, 제2 녹색(또는 황색) 형광체(330)가 제1 형광체 위에 돔으로 배치된다. LED 광은 제1 및 제2 형광체를 통과하며, 그 일부가 변환되어, 램프(320)가 청색광, 적색광 및 녹색광의 백색광 조합을 방출한다.

도 18은 도 17에 도시된 램프(320)와 유사하게 배치되는 본 발명에 따른 램프(340)의 다른 실시예를 도시한다. 그러나, 이 실시예에서는, 제2 녹색 형광체(342)가 제1 형광체(344) 위에 구체(globe)로 배치되며, 이 구체 형상은 더욱 무지향성의 패턴으로 제2 형광체 광의 재방출을 촉진한다. 구체적으로, 이 구체 형상은 제2 형광체(342)로부터의 광의 하방향 방출을 촉진할 수 있다.

도 19 및 도 20은 "Lamp With Remote Phosphor and Diffuser Configuration"을 발명의 명칭으로 하여 2010년 3월 3일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 61/339,515호 및 "Non-uniform Diffuser to Scatter Light Into Uniform Emission Pattern"을 발명의 명칭으로 하여 2010년 10월 8일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 12/901,405호에 도시되고 설명된 것과 유사한 본 발명에 따른 램프(350)의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 램프는 돔 형상 형광체 캐리어(354) 및 돔 형상 디퓨저(356)와 함께 서브마운트 또는 히트 싱크(352)를 포함한다. 이 램프는 또한 이 실시예에서는 히트 싱크(352)의 평면 표면 상에 탑재된 LED(358)를 포함하며, 이 LED 칩(358) 위에 형광체 캐리어 및 디퓨저가 위치한다. LED 칩(358) 및 형광체 캐리어(354)는 LED 칩(358) 상에 제1 형광체를 갖고 형광체 캐리어(354) 상에 제2 형광체를 갖는 일부 실시예와 같이 전술한 배치 및 특성의 어떠한 것도 포함할 수 있는 한편, 다른 실시예는 제1 및 제2 형광체를 형광체 캐리어(354)의 일부분으로서 가질 수도 있다. 램프(350)는 종래의 전기 리셉터클에 끼우기 위한 타입의 장착 기구를 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 램프(350)는 표준 에디슨 소켓에 장착하기 위한 나사산 형성부(360)를 포함한다. 위의 실시예들과 마찬가지로, 램프(350)는 표준 플러그를 포함할 수 있고, 전기 리셉터클이 표준 아울렛일 수 있거나, GU24 베이스 유닛을 포함할 수 있거나, 또는 클립일 수 있고, 전기 리셉터클이 이 클립을 수용하고 유지하는 리셉터클일 수 있다(예컨대, 다수의 형광등에서 이용되는 바와 같이).

본 발명에 따른 램프는 전원 공급 장치 또는 전력 변환 유닛을 포함할 수 있으며, 전원 공급 장치 또는 전력 변환 유닛은 전구가 AC 라인 전압/전류로부터 동작할 수 있고 광원 디밍(dimming) 성능을 제공하도록 하기 위하여 드라이버를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전원 공급 장치는 고립되지 않은 준공진형 플라이백 토폴로지(non-isolated quasi-resonant flyback topology)를 이용하는 오프라인 정전류 LED 드라이버를 포함할 수 있다. LED 드라이버는 몸체부(362) 내와 같은 램프(350) 내에 끼워질 수 있으며, 일부 실시예에서는 25㎤ 미만의 체적을 가질 수 있고, 또 다른 실시예에서는 대략 20㎤ 체적을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전원 공급 장치는 디밍될 수 없는 것일 수 있지만, 비교적 낮은 비용의 것으로 된다. 이용되는 전원 공급 장치는 다수의 상이한 토폴로지 또는 지오메트리를 가질 수 있고, 마찬가지로 디밍 가능하게 될 수 있다.

여기에서 설명된 램프 실시예는 무지향성 분포 기준을 정의하는 미국 에너지국(DOE)의 Energy Star를 충족하도록 배치될 수 있으며, 그 내용은 본 명세서에 원용되어 있다. 여기에서 설명되는 램프에 의해 충족되는 이 표준의 한 가지 조건은, 발광 균일성이 0 내지 135°시야(viewing)로부터의 평균값의 20% 이내이어야 하고, 135~180°발광 영역에서 램프로부터 총광속의 5%보다 많은 양이 방출되어야 한다는 것이며, 이 측정은 0, 45, 90°방위각에서 이루어진다. 여기에서 설명된 상이한 램프 실시예는 또한 DOE Energy Star 표준을 충족하는 A-타입 리트로피트(retrofit) LED 전구를 포함할 수 있다. 본 발명은 효율적이고, 신뢰할 수 있으며, 비용면에서 효과적인 램프를 제공한다. 일부 실시예에서, 전체 램프는 신속하고 용이하게 조립될 수 있는 5개의 부품을 포함할 수 있다.

도 16에 도시되고 설명된 바와 같이, 형광체 캐리어의 상이한 영역은 상이한 타입의 형광체를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 이들 상이한 영역은 패턴을 이루는 상태로 보여지는 형광체 캐리어를 위해 제공될 수 있다. 도 21 및 도 22는 도 19 및 도 20에 도시된 램프(350)와 유사한 추가의 램프 실시예(400, 450)를 도시한다. 램프는 또한 서브마운트 또는 히트 싱크(352), 히트 싱크(352)의 평면형 표면 상에 탑재될 수 있는 LED(358), 및 LED 칩(358) 위의 디퓨저(356)를 포함한다. 도 21에서, 형광체 캐리어(402)는 LED(358)과 디퓨저(356) 사이에 포함되며, 도 22에서 형광체 캐리어(452)는 LED(358)와 디퓨저(356) 사이에 포함된다. LED 칩(358) 및 형광체 캐리어(402, 452)는 전술한 배치 및 특성 중의 어떠한 것도 포함할 수 있다. 그러나, 이들 실시예에서, 형광체 캐리어(402, 452)는 각각 상이한 제1 형광체(404)와 제2 형광체(406)를 포함하며, 제1 형광체와 제2 형광체가 상이한 영역에 있다. 형광체 캐리어(402)에 대해, 제1 형광체(404)는 형광체 캐리어 영역의 대부분을 덮는 한편, 제2 형광체는 형광체 캐리어 영역의 다른 영역에 점(dot)으로서 배치되어 있다. 전체적인 형광체 캐리어(404)는 점을 갖는 패턴으로 되는 것으로 보여지게 된다. 다른 실시예에서, 제1 형광체는 형광체 캐리어의 전부를 덮을 수 있고, 제2 형광체는 제1 형광체 상의 점을 포함할 수 있다.

도 22에서의 형광체 캐리어(452)에 대해, 제1 형광체(404)는 형광체 캐리어의 대부분을 덮을 수 있는 한편, 제2 형광체(406)는 형광체 캐리어의 다른 부분을 덮는 스트라이프(stripe)를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제1 형광체(404)는 형광체 캐리어의 전부를 덮을 수 있고, 제2 형광체(406)는 스트라이프 패턴으로 제1 형광체를 덮을 수 있다.

이들은 본 발명에 따른 형광체 캐리어 상에 포함될 수 있는 다수의 상이한 패턴의 단지 일부이다. 본 발명에 따른 형광체 캐리어는 투명한 캐리어 재료를 3차원(예컨대, 돔) 또는 평면 형상으로 포함할 수 있으며, 형광체가 투명 캐리어의 내측면 또는 외측면 또는 양측면 상에 있게 된다. 전술한 패턴의 일부가 상이한 이격 분리된 형광체 캐리어 상에 있을 수도 있다. 예컨대, 하나의 형광체의 점 배치가 다른 형광체를 갖는 제2 형광체 캐리어로부터 떨어져 이격되어 있는 제1 형광체 캐리어 상에 있을 수 있다. 상이한 형광체 캐리어는 평면형일 수도 있고 또는 3차원 형상일 수도 있다.

도 23은 녹색 형광체(464)를 갖는 제1 에미터 패키지(462) 및 적색 형광체(468)를 갖는 제2 에미터 패키지(466)를 포함하는 본 발명에 따른 램프(460)의 또 다른 실시예를 도시한다. 패키지(464, 466)로부터의 발광은 각각의 에미터로부터의 광의 거의 전부가 다른 에미터에 도달하지 않도록 지향성의 것으로 된다. 그 결과, 녹색 형광체(414)로부터의 광은 이 광이 재흡수될 위험이 있는 적색 형광체(468)를 통과하지 않을 것이다. 이러한 타입의 측방향 이격은 재흡수될 수 있는 광의 양을 크게 감소시키며, 이에 의해 재흡수가 램프 CRI에 대해 가질 수 있는 부정적인 영향을 추가로 감소시킨다.

도 24는 복수의 투과성 램프/조명기구 픽셀(484)을 포함하는 층으로부터 이격되는 복수의 청색 LED 칩(482)을 갖는 본 발명에 따른 또 다른 램프 또는 디스플레이(480)를 도시한다. 각각의 픽셀(484)은 LED 칩(482)으로부터 청색광을 흡수하고 각각 적색광과 녹색광을 방출하는 적색 또는 녹색 양자점(quantum dot) 또는 형광체(486, 488)를 포함할 수 있다. 적색 형광체(486)와 녹색 형광체(488) 사이 및 인접한 픽셀(484)들 사이에는 확산 또는 반사성 재료(490)가 배치되어, 인접한 컨버터 재료들 간의 상호작용 또는 크로스토크를 감소시킬 수 있다. 적색 형광체와 녹색 형광체 사이가 분리되며, 이들 형광체 사이에 디퓨저 또는 반사성 재료(490)를 포함함으로써 효율 향상이 달성될 수 있다. 디퓨저 또는 반사성 재료는 광학적으로 불투명하거나 반투명일 수 있으며, 형광체로부터의 광이 또 다른 형광체에 의해 재흡수되는 것을 방지하는데 도움을 준다.

상기한 실시예의 일부는 제1 컨포멀 형광체 코팅을 참조하여 설명되었으며, 제2 형광체가 돔 형상에서와 같이 제1 형광체로부터 떨어져 이격되어 있다. 제2 형광체는 돔 이외의 다수의 상이한 형상으로 제공될 수 있으며, 하나보다 많은 형광체가 돔에 제공될 수 있다. 예컨대, 제1 형광체는 LED 중의 하나 이상 위에 돔으로 제공될 수 있으며, 제2 형광체는 제1 돔 위에 돔으로서 제공된다. 또한, 2개보다 많은 형광체가 상이한 컨포멀 코팅에 이용되거나 또는 상이한 돔 배치로 분리될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 형광체 중의 하나 이상은 다른 형광체 디스크와 함께 이용되거나 또는 형광체 구체 또는 돔과 함께 이용될 수 있는 디스크를 구성할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이러한 분리는 또한 황색 및 적색 형광체와 같은 상이한 재료로 코팅된 LED의 평면적 분리와 같은 플레인 픽실레이션(plane pixilation)을 구성할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같은 평면 패키지 분리에 대한 다수의 변형이 있을 수 있다.

본 발명을 특정의 바람직한 구성을 참조하여 상세하게 설명하였지만, 다른 구성도 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상 및 범위는 전술한 것으로 한정되지 않아야 한다.

Claims (49)

1. 솔리드 스테이트 램프에 있어서,
   발광 다이오드(LED);
   제1 변환 재료; 및
   상기 제1 변환 재료로부터 이격되어 있고, 상기 LED로부터의 광이 통과하며, 상기 LED의 광의 적어도 일부를 파장 변환하여 재방출하는 제2 변환 재료
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔리드 스테이트 램프.
2. 제1항에 있어서,
   상기 LED로부터의 광은 상기 제1 변환 재료를 통과하며, 이 제1 변환 재료에서 상기 LED로부터의 광의 적어도 일부가 파장 변환되고 재방출되는, 솔리드 스테이트 램프.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 변환 재료는 상기 제2 변환 재료의 재발광 스펙트럼과 중첩하는 여기 스펙트럼(excitation spectrum)을 갖는, 솔리드 스테이트 램프.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 변환 재료와 상기 제2 변환 재료는 형광체를 포함하는, 솔리드 스테이트 램프.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제2 변환 재료는 상기 제1 변환 재료 위에 있는, 솔리드 스테이트 램프.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제2 변환 재료는 상기 제1 변환 재료 위의 돔(dome)을 포함하는, 솔리드 스테이트 램프.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1 변환 재료의 발광 스펙트럼은 상기 제2 변환 재료의 여기 스펙트럼과 중첩하지 않는, 솔리드 스테이트 램프.
8. 제1항에 있어서,
   상기 제1 변환 재료는 상기 LED로부터의 광을 흡수하고, 적색광을 재방출하는, 솔리드 스테이트 램프.
9. 제1항에 있어서,
   상기 제2 변환 재료는 상기 LED로부터의 광을 흡수하고, 황색광 또는 녹색광을 재방출하는, 솔리드 스테이트 램프.
10. 제1항에 있어서,
    광학 캐비티(optical cavity)를 더 포함하는, 솔리드 스테이트 램프.
11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 변환 재료로부터 재방출된 광의 50% 미만이 상기 제1 변환 재료 내로 통과하는, 솔리드 스테이트 램프.
12. 제1항에 있어서,
    상기 제2 변환 재료로부터 재방출된 광의 25% 미만이 상기 제1 변환 재료 내로 통과하는, 솔리드 스테이트 램프.
13. 제1항에 있어서,
    상기 LED, 상기 제1 변환 재료 및 상기 제2 변환 재료를 포함하는 소스 중의 적어도 2개의 소스로부터의 광 또는 백색광 조합을 방출하는, 솔리드 스테이트 램프.
14. 제1항에 있어서,
    상기 제2 형광체는 상기 발광 다이오드 위의 구체(globe) 내에 있는, 솔리드 스테이트 램프.
15. 제14항에 있어서,
    상기 구체 위에 디퓨저(diffuser)를 더 포함하는, 솔리드 스테이트 램프.
16. 제1항에 있어서,
    상기 램프는 Energy Star 표준을 준수하는 발광 패턴을 갖는 광을 방출하는, 솔리드 스테이트 램프.
17. 제1항에 있어서,
    A19 크기 프로파일(A19 size profile)에 끼우기 위한 크기로 되는, 솔리드 스테이트 램프.
18. 제1항에 있어서,
    상기 제2 형광체는 평면형의 것인, 솔리드 스테이트 램프.
19. 제1항에 있어서,
    평면형 디퓨저를 더 포함하는, 솔리드 스테이트 램프.
20. 솔리드 스테이트 램프에 있어서,
    복수의 발광 다이오드(LED);
    상기 LED 중의 하나 이상의 LED 상에 위치되어, 상기 LED 중의 상기 하나 이상의 LED로부터의 광이 통과하는 적색 형광체; 및
    상기 LED 위에 상기 LED로부터 떨어져 있으며, 상기 LED로부터의 광이 통과하는 황색 또는 녹색 형광체
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔리드 스테이트 램프.
21. 제20항에 있어서,
    상기 복수의 LED 중의 상기 하나 이상의 LED가 청색광을 방출하는, 솔리드 스테이트 램프.
22. 제20항에 있어서,
    상기 복수의 LED 중의 하나 이상의 LED가 상기 적색 형광체에 의해 코팅되지 않는, 솔리드 스테이트 램프.
23. 제22항에 있어서,
    상기 하나 이상의 코팅되지 않은 LED가 청색광을 방출하는, 솔리드 스테이트 램프.
24. 제20항에 있어서,
    상기 적색 형광체는 상기 복수의 LED 중의 자신의 LED로부터의 일부의 광을 흡수하고, 적어도 일부의 적색광을 재방출하는, 솔리드 스테이트 램프.
25. 제20항에 있어서,
    상기 황색 또는 녹색 형광체는 상기 LED로부터의 광을 흡수하고, 각각 황색광 또는 녹색광을 재방출하는, 솔리드 스테이트 램프.
26. 제20항에 있어서,
    상기 적색 형광체는 상기 황색 또는 녹색 형광체의 발광 스펙트럼과 중첩하는 여기 스펙트럼을 갖는, 솔리드 스테이트 램프.
27. 제20항에 있어서,
    상기 적색 형광체는 상기 복수의 LED 중의 자신의 LED 위에 컨포멀 코트(conformal coat)를 포함하는, 솔리드 스테이트 램프.
28. 제20항에 있어서,
    상기 황색 또는 녹색 형광체는 상기 적색 형광체 위에 있는, 솔리드 스테이트 램프.
29. 제20항에 있어서,
    상기 황색 또는 녹색 형광체는 상기 적색 형광체 위에 돔을 포함하는, 솔리드 스테이트 램프.
30. 제20항에 있어서,
    광학 캐비티를 더 포함하는, 솔리드 스테이트 램프.
31. 제20항에 있어서,
    상기 황색 또는 녹색 형광체로부터 재방출된 광의 50% 미만이 상기 적색 형광체 내로 통과하는, 솔리드 스테이트 램프.
32. 제20항에 있어서,
    상기 황색 또는 녹색 형광체로부터 재방출된 광의 10% 미만이 상기 적색 형광체 내로 통과하는, 솔리드 스테이트 램프.
33. 제20항에 있어서,
    상기 LED, 상기 적색 형광체, 및 상기 황색 또는 녹색 형광체 중의 2개 이상으로부터의 광의 백색광 조합을 방출하는, 솔리드 스테이트 램프.
34. 제20항에 있어서,
    Energy Star를 준수하는 발광 패턴을 갖는 광을 방출하는, 솔리드 스테이트 램프.
35. 제20항에 있어서,
    A19 크기 프로파일에 끼우기 위한 크기로 되는, 솔리드 스테이트 램프.
36. 솔리드 스테이트 램프에 있어서,
    발광 다이오드(LED)로부터 방출된 광의 일부를 흡수하여 상이한 파장의 광을 재방출하는 제1 형광체 코팅을 갖는 발광 다이오드; 및
    상기 제1 형광체로부터 이격되어 있으며, 상기 LED로부터의 광이 통과하고, 상기 LED의 광의 적어도 일부를 흡수하여 각각 상이한 파장의 광을 재방출하는 제2 형광체
    를 포함하며,
    상기 제2 형광체로부터 재방출된 상기 광의 발광 스펙트럼이 상기 제1 형광체의 여기 스펙트럼과 중첩하며, 상기 제2 형광체로부터의 광의 대부분이 상기 제1 형광체와 만나지 않게 되는 것을 특징으로 하는 솔리드 스테이트 램프.
37. 제36항에 있어서,
    상기 제2 형광체는 상기 제1 형광체 위에 있는, 솔리드 스테이트 램프.
38. 제36항에 있어서,
    상기 제2 형광체는 상기 제1 형광체 위의 돔을 포함하는, 솔리드 스테이트 램프.
39. 제36항에 있어서,
    상기 제1 형광체의 발광 스펙트럼은 상기 제2 형광체의 여기 스펙트럼과 중첩하지 않는, 솔리드 스테이트 램프.
40. 제36항에 있어서,
    상기 LED는 청색광을 방출하는, 솔리드 스테이트 램프.
41. 제36항에 있어서,
    상기 제1 형광체는 상기 LED로부터의 광을 흡수하고, 적색광을 재방출하는, 솔리드 스테이트 램프.
42. 제36항에 있어서,
    상기 제2 형광체는 상기 LED로부터의 광을 흡수하고, 황색광 또는 녹색광을 재방출하는, 솔리드 스테이트 램프.
43. 제36항에 있어서,
    상기 제1 형광체는 적색 형광체를 포함하며, 상기 제2 형광체는 황색 또는 녹색 형광체를 포함하며, 상기 적색 형광체는 상기 황색 또는 녹색 형광체의 발광 스펙트럼과 적어도 부분적으로 중첩하는 여기 스펙트럼을 갖는, 솔리드 스테이트 램프.
44. 제36항에 있어서,
    광학 캐비티를 더 포함하는, 솔리드 스테이트 램프.
45. 제36항에 있어서,
    상기 제2 형광체로부터 재방출된 광의 50% 미만이 상기 제1 형광체 내로 통과하는, 솔리드 스테이트 램프.
46. 제36항에 있어서,
    상기 제2 형광체로부터 재방출된 광의 10% 미만이 상기 제1 형광체 내로 통과하는, 솔리드 스테이트 램프.
47. 제36항에 있어서,
    상기 LED, 상기 제1 형광체 및 상기 제2 형광체 중의 2개 이상으로부터의 광 또는 백색광 조합을 방출하는, 솔리드 스테이트 램프.
48. 제36항에 있어서,
    Energy Star를 준수하는 발광 패턴을 갖는 광을 방출하는, 솔리드 스테이트 램프.
49. 제36항에 있어서,
    A19 크기 프로파일에 끼우기 위한 크기로 되는, 솔리드 스테이트 램프.

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