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KR101523993B1 - 조명 장치, 균일한 투사 조명을 제공하기 위한 방법, 및 투사 조명 장치 - Google Patents

조명 장치, 균일한 투사 조명을 제공하기 위한 방법, 및 투사 조명 장치 Download PDF

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KR101523993B1
KR101523993B1 KR1020097013310A KR20097013310A KR101523993B1 KR 101523993 B1 KR101523993 B1 KR 101523993B1 KR 1020097013310 A KR1020097013310 A KR 1020097013310A KR 20097013310 A KR20097013310 A KR 20097013310A KR 101523993 B1 KR101523993 B1 KR 101523993B1
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KR
South Korea
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led
reference axis
mounting board
light source
light
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KR1020097013310A
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KR20090094007A (ko
Inventor
리안 씨. 윌리암슨
Original Assignee
필립스 솔리드-스테이트 라이팅 솔루션스, 인크.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=39362344&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=KR101523993(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by 필립스 솔리드-스테이트 라이팅 솔루션스, 인크. filed Critical 필립스 솔리드-스테이트 라이팅 솔루션스, 인크.
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Abstract

투사 조명 기구는, 공통 장착 보드 또는 기판 상에 배치된 다수의 LED 패키지들(예를 들면, 하나 이상의 LED 접합을 포함하는 칩-온-보드 또는 표면 실장 LED 어셈블리들)을 포함한다. 각각의 LED 패키지는 대응하는 시준기와 연관되어 있다. 다수의 LED 패키지/시준기 쌍이 배치된 공통 장착 보드는, 보드의 평면 내에 기준 축(예를 들면, 보드의 세로 또는 가로 축)을 포함한다. LED 패키지들 중 하나 이상이, 그들이 기준 축에 대해 시계방향 또는 반 시계방향으로 회전되도록, 공통 장착 보드 상에 배치되어, LED 패키지들 중 적어도 두 개가 서로 다른 회전들을 갖게 한다. 다수의 LED 패키지들과 연관되어 있는 각각의 시준기들로부터 투사된 광은, 타겟 조명 필드에서 적어도 부분적으로 겹쳐지고, LED 패키지들 중 적어도 두 개의 서로 다른 회전은, 타겟 조명 필드에서의 실질적으로 균일한 조명을 용이하게 해준다.
투사 조명 기구, 공통 장착 보드, LED 패키지, 시준기, 기준 축, 타겟 조명 필드

Description

조명 장치, 균일한 투사 조명을 제공하기 위한 방법, 및 투사 조명 장치{METHODS AND APPARATUS FOR PROVIDING UNIFORM PROJECTION LIGHTING}
본 발명은 일반적으로, 투사 조명 기구들, 및 실질적으로 균일한 투사 조명을 제공하도록 광원들 및 광학 구조체들을 이러한 투사 조명 기구들 내에 배열하는 방법들에 관한 것이다.
투사 조명 기구들은 특정한 방향으로 광을 집중시킨다. 이들 기구들은, 오랫동안 다양한 극장, 텔레비전, 건축물, 및 일반 조명 응용들(예를 들면, 오버헤드 프로젝션(overhead projection), 스포트라이트 조명(spotlight illumination), 반도체 어셈블리, 의료/과학 기기(medical/scientific instrumentation), 활주로(airport runaway)의 조명, 및 고층 빌딩 등)에서 이용되어 왔다. 일반적으로, 이들 기구들은, 오목 반사기(concave reflector)에 인접하게 장착된 백열 또는 기체 방전(gas-discharge) 램프를 포함하는데, 이 오목 반사기는, 타겟 물체를 향하여 상당한 거리에 걸쳐 좁은 광 빔(narrow beam of light)을 투사하도록 렌즈 어셈블리(lens assembly)를 통해 광을 반사한다.
최근, 발광 다이오드들(LED들)도 또한 몇몇 유형의 투사 조명 기구들에서 이용되어 왔다. 특히, 단일 또는 다수의 LED들의 표면 실장(surface mount) 또는 칩 -온-보드(chip-on-board) 어셈블리들이, (조명의 타이트한 포커싱(tight focusing)/낮은 기하 분산(low geometric spreading)을 제공하도록) 좁은 빔 광 생성과 결합된 높은 휘도를 요구하는 응용들에서 이용하기 위한 산업에서 관심을 끌고 있다. "칩-온-보드"(COB) LED 어셈블리는, 하나 이상의 LED 접합(LED juction)이 만들어지는 하나 이상의 반도체 칩(또는 "다이(die)")을 일반적으로 칭하는데, 여기에서 칩(들)은 PCB(printed circuit board)에 직접 장착(예를 들면, 부착)된다. 그 후, 칩(들)은, PCB에 와이어 본딩(wire bonded)되며, 그 후 에폭시 또는 플라스틱의 작은 덩어리가 칩(들) 및 와이어 연결들을 피복하는 데에 이용될 수 있다. 그 후, 하나 이상의 이러한 LED 어셈블리, 또는 "LED 패키지"가, 공통 장착 보드 또는 조명 기구의 기판에 장착될 수 있다.
LED 칩들 또는 다이들을 포함하는 몇몇 좁은 빔 응용들의 경우, 시준된 광(collimated light)의 좁은 빔을 만들어내도록 생성된 광의 포커싱을 용이하게 하기 위한 광학 소자들이 LED 칩-온-보드 어셈블리와 함께 이용될 수 있다. 시준된 광은, 그 광선이 평행하고, 이에 따라 평면의 파면(planar wavefront)을 갖는 광이다. 종종 "시준기 렌즈들" 또는 "시준기들"로 칭해지는, 가시광선을 시준하기 위한 광학 구조체들이, 본 기술 분야에 공지되어 있다. 이들 구조체들은, 그것의 방향성(directionality)을 개선하도록, 광원에 의해 방사되는 광을 포획하고 리디렉팅(redirect)한다. 이러한 시준기 중 하나는 내부 전반사("TIR" : total internal reflection) 시준기이다. TIR 시준기는, 시준기에 의해 범위가 정해진, 광원에 의해 방출된 광의 대부분을 포획하도록 위치한 반사성 내부 표면을 포함한 다. 종래의 TIR 시준기들의 반사 표면은 일반적으로 원뿔, 즉, 포물선, 타원, 또는 쌍곡선으로부터 도출되는 원뿔이다.
도 1을 참조하면, 종래의 TIR 시준기(100)는, LED 광원(112)(이것은 하나 이상의 LED 접합을 포함하는 LED 칩-온-보드 어셈블리, 또는 "LED 패키지"를 포함할 수 있음)에 의해 방출되는 광을 집광하고, 광이 상단 부분(113)에서 시준기를 빠져나가도록 광을 디렉팅(directing)한다. 광의 일부는, 광원(112)으로부터 1차 옵틱(primary optic)(114)을 통과하여, 제1 캐비티(cavity)(116) 내부로 이동하고, 중앙 위치 렌즈(118)를 통과하여, 제2 캐비티(120)를 통해 나간다. 광의 남은 부분은, 투명한 표면(122), 또는 (도시되지 않은) 홀더에서 시준기(100)를 유지하기 위해 이용되는 플랜지(flange)(124)를 통해 빠져나간다. 중앙 렌즈를 통과하지 못한 광은 내부 측벽(126)에 입사하고, 그것이 제1 캐비티 내의 공기로부터 시준기의 플라스틱 재료로 통과함에 따라 굴절된다. 그 후, 이는, 내부 반사 표면(129)에서 반사된다. 반사된 광은, 시준기의 플라스틱 몸체에서 대기로 이동함에 따라, 투명한 표면(122)에서 다시 굴절된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 반사 표면은, 시준기의 단면 프로파일(cross-sectional profile)이 반사 표면에서 포물선이 되도록 원뿔꼴이다.
도 1에 도시된 시준기에서, 반사 표면(129)에서의 반사는 내부 전반사에 의해 발생하게 되어, 반사 표면의 단면 프로파일의 전체 형태 및 곡선에 대한 제약들을 발생시킨다. 시준기(100)의 굴절률과 대기의 굴절률 사이의 차이로 인해, 스넬의 법칙(Snell's law)은, 반사 표면의 수직선에 대하여 입사광에 의해 만들어지는 입사각에 대한 임계각을 적용하고, 정의한다. 즉, 임계각을 초과하는 입사각들의 경우, 모든 광은 반사되고, 어떠한 광도 반사 표면(129)을 통과하여 투과되거나 또는 표면(129)을 따라 투과되지 못하기 때문에, 내부 전반사가 제공된다. 플라스틱(약 1.59의 굴절률)-공기(약 1의 굴절률) 접촉 면의 경우, 임계각은 약 39°이다. 따라서, 반사 표면(129)은, 대부분의 광에 대해 약 39°보다 더 큰 입사각을 제공하도록 경사지게 된다.
이론적으로, 종래의 시준기들은, 포커스에서 이상적인 점 광원으로부터 완벽하게 시준된 광을 생성할 수 있다. 그러나, 이들 시준기들이, (LED 광원과 같은) 상당한 표면적의 광원과 함께 현실의 응용들에 이용되는 경우에, 광은 완벽하게 시준되지 못하고, 오히려 발산하는 원뿔 빔(diverging conic beam)으로 디렉팅된다. 예를 들면, 종래의 LED 광원(예를 들면, COB LED 어셈블리)으로부터 출력된 광은, 약 110°(즉, 광 전파 방향으로 중심축의 양측에 약 55°)의 빔 발산(beam divergence)을 갖는 원뿔로 방출될 수 있고, 도 1에 도시된 것과 유사한 시준기는, 약 10°(즉, 중심축의 양측에 약 5°)의 발산을 갖는 더 좁은 원뿔 형상 빔으로 생성된 광을 리디렉팅할 수 있다.
LED 패키지(예를 들면, 하나 이상의 접합을 포함하는 COB LED 어셈블리), 및 대응하는 시준기를 포함하는 몇몇 좁은 빔 응용들에서, 칩 또는 다이 결상 현상(phenomenon of chip or die imaging)은 문제가 될 수 있다. 특히, LED 패키지와 관련하여 이용되는 비교적 작은 시준기들의 경우, 일반적으로 정사각형 또는 직사각형 형태의 LED 패키지의 발광 부분(즉, 패키지 내의 하나 이상의 칩의 배열) 은, 시준기로부터 투사되는 광의 원거리 필드 조도 분포 패턴(far field irradiance distribution pattern)으로 된 유사한 정사각형 또는 직사각형 형태를 만들어낼 수 있다. 이러한 방식으로, 정사각형 또는 직사각형 형태의 LED 패키지의 발광 부분은, 시준으로 인해 원거리 필드에서 "결상될" 수 있는데, 이것은 동일한 상황들에서 바람직하지 않은 균일하지 않은 조도를 발생시킬 수 있다. 또한, 광의 각각의 다른 파장들을 생성하는 다수의 접합들을 포함하는 LED 패키지들(RGGB, BGGA, 및 RGBW와 같은 "다색 패키지들")의 경우, 패키지 내의 색 불일치(color disparity)에 의해, 좁은 빔 광학 설계의 과제는 더욱 크게 된다.
본 발명의 다양한 실시예들은, 일반적으로 LED 기반 투사 조명 기구들, 및 타겟 조명 필드(target illumination field)에서의 균일한 조명을 용이하게 하도록 이러한 기구들 내에 광원들 및 옵틱들을 배열하기 위한 방법들에 대한 것이다.
하나의 예시적인 실시예에서, 투사 조명 기구는, 공통 장착 보드 또는 기판에 배치된 다수의 LED 패키지들(예를 들면, 각각이 하나 이상의 LED 접합을 포함하는 칩-온-보드 또는 표면 실장 LED 어셈블리들)을 포함하는데, 여기에서, 각 패키지는 대응하는 시준 광학 시스템("시준기")과 연관되어 있다. 하나의 양태에서, 다수의 LED 패키지들이 배치된 공통 장착 보드는, 보드의 평면 내에 기준축(reference axis)(예를 들면, 보드의 세로 또는 가로 축)을 포함한다. LED 패키지 중 하나 이상은, 기준 축에 대해 시계 방향 또는 반 시계 방향으로 그들이 회전하도록 기판상에 배치되어, LED 패키지들 중 적어도 두 개가 다른 회전들을 갖게 된다. 다수의 LED 패키지들과 연관된 각 시준기들로부터 투사된 광은, 타겟 조명 필드에서 적어도 부분적으로 겹쳐지고, LED 패키지들 중 적어도 두 개의 서로 다른 회전들은, 타겟 조명 필드에서의 실질적으로 균일한 조명을 용이하게 한다.
이하에 더욱 상세히 논의되는 바와 같이, 본 발명의 하나의 실시예는, 장착 보드에 의해 규정된 제1 평면 내에 제1 기준 축을 갖는 본질적으로 평면인 장착 보드, 및 장착 보드 상에 배치된 복수의 LED 기반 광원들을 포함하는 조명 장치에 대한 것이다. 각 광원은, 광원의 방위를 지시하는 제2 기준 축을 갖는데, 각 광원에 대한 제2 기준 축은, 복수의 광원들 모두에 대해 동일하게 지정된다. 복수의 LED 기반 광원들은, 장착 보드의 제1 기준 축에 대해 상대적인, 복수의 광원들 중 제1 광원의 제1 방위가, 장착 보드의 제1 기준 축에 대해 상대적인, 복수의 광원들 중 적어도 하나의 다른 광원의 적어도 하나의 다른 방위와는 다르게 되도록, 장착 보드 상에 배치된다.
본 발명의 또 다른 실시예는, 균일한 투사 조명을 제공하기 위한 방법에 대한 것인데, 본 방법은, 복수의 LED 기반 광원들 중 적어도 두 개의 LED 기반 광원이 공통 장착 보드 상에서 다른 방위들을 갖도록, 복수의 LED 기반 광원들을 본질적으로 평면인 장착 보드 상에 배열하는 단계를 포함한다. 복수의 LED 기반 광원들은, 전력이 공급될 때, 대응하는 복수의 시준된 광 빔들을 타겟 조명 필드를 향해 투사하는데, 빔들은 타겟 조명 필드에서 적어도 부분적으로 겹쳐진다.
본 발명의 또 다른 실시예는 투사 조명 기구에 대한 것인데, 이는, 장착 보드에 의해 규정된 제1 평면 내에 제1 기준 축을 갖는 본질적으로 평면인 장착 보드, 및 장착 보드 상에 배치된 복수의 LED 패키지들을 포함한다. 각 LED 패키지들은 다수의 LED 칩들의 칩-온-보드 어셈블리, 및 칩-온-보드 어셈블리에 결합된 시준기를 포함한다. 각 LED 패키지는 패키지의 방위를 지시하는 제2 기준 축을 가지는데, 각 패키지에 대한 제2 기준 축은 복수의 패키지들 모두에 대해 동일하게 지정된다. 복수의 LED 패키지들은, 각 패키지가 장착 보드의 제1 기준 축에 대해 상대적인 고유한 방위를 갖도록 장착 보드 상에 배치된다.
본 명세서의 설명을 위해 본원에서 이용되는 용어 "LED"는, 임의의 전계 발광(electroluminescence) 다이오드, 또는 전기 신호에 응답하여 복사(radiation)를 생성할 수 있는 다른 종류의 캐리어 주입/접합 기반 시스템(carrier injection/junction-based system)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 용어 LED는, 전류에 응답하여 광을 방출하는 다양한 반도체 기반 구조체들, 발광 폴리머들, 유기 발광 다이오드들(OLED들), 전계 발광 스트립들(electroluminescence strips) 등을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
특히, 용어 LED는, 적외선 스펙트럼, 자외선 스펙트럼, 및 (일반적으로 약 400 nm 내지 약 700 nm의 복사 파장들을 포함하는) 다양한 부분들의 가시 스펙트럼 중 하나 이상의 복사를 생성하도록 구성될 수 있는 (반도체 및 유기 발광 다이오드들을 포함하는) 모든 종류의 발광 다이오드들을 칭한다. LED들의 몇몇 예들은, 다양한 종류의 적외선 LED들, 자외선 LED들, 적색 LED들, 청색 LED들, 녹색 LED들, 황색 LED들, 호박색 LED들, 오렌지색 LED들, 및 (후술되는) 백색 LED들을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. LED들이, 지정된 스펙트럼(예를 들면, 좁은 대역폭, 넓은 대역폭)에 대한 다양한 대역폭들(예를 들면, 반치폭(full widths at half maximum) 또는 FWHM), 및 지정된 통상의 색 분류 내의 여러 가지의 주요 파장들을 갖는 복사를 생성하도록 구성되고/구성되거나 제어될 수 있다는 것이 또한 이해되어야 한다.
예를 들면, 본질적으로 백색 광을 생성하도록 구성된 LED(예를 들면, 백색 LED)의 하나의 구현은, 조합시에 본질적으로 백색 광을 형성하도록 혼합되는 전계 발광의 서로 다른 스펙트럼들을 각각 방출하는 많은 다이들을 포함할 수 있다. 또 다른 구현에서, 백색 광 LED는, 제1 스펙트럼을 갖는 전계 발광을 다른 제2 스펙트럼으로 변환하는 인광 물질과 연관될 수 있다. 이 구현의 하나의 예에서, 비교적 짧은 파장 및 좁은 대역폭 스펙트럼을 갖는 전계 발광은 인광 물질을 "펌핑(pump)"하여, 다소 더 넓은 스펙트럼을 갖는 더 긴 파장의 복사를 발생시키도록 한다.
용어 LED는, 물리적 및/또는 전기적 패키지 종류의 LED에 한정되지 않는다는 것이 또한 이해되어야 한다. 예를 들면, 전술한 바와 같이, LED는, 서로 다른 스펙트럼들의 복사를 각각 방출하도록 구성되는 (예를 들면, 개별적으로 제어가능하거나 또는 제어가능하지 않을 수 있는) 다수의 다이들을 갖는 단일 발광 디바이스를 칭할 수 있다. 또한, LED는, LED(예를 들면, 백색 LED들의 몇몇 종류)의 일체형 부분으로서 고려되는 인광체와 연관될 수 있다. 일반적으로, 용어 LED는, 패키징된 LED들, 패키징되지 않은 LED들, 표면 실장 LED들, 칩-온-보드 LED들, T 패키지 실장 LED들, 방사형 패키지(radial package) LED들, 파워 패키지 LED들, 몇몇 종류의 용기(encasement) 및/또는 광학 소자(예를 들면, 확산 렌즈(diffusing lens))를 포함하는 LED들 등을 칭할 수 있다.
용어 "광원"은, (전술된 바와 같은 하나 이상의 LED들을 포함하는) LED 기반 광원들, 백열 광원들(예를 들면, 필라멘트 램프들, 할로겐 램프들), 형광 광원들, 인광 광원들, 고 강도 방전 광원들(high-intensity discharge sources)(예를 들면, 나트륨 증기(sodium vapor), 수은 증기(mercury vapor), 및 메탈 핼라이드(metal halide) 램프들), 레이져들, 다른 종류의 전계 발광 광원들, 파이로 발광 광원들(pyro-luminescent sources)(예를 들면, 화염들), 캔들 발광 광원들(candle-luminescent sources)(예를 들면, 가스 맨틀들(gas mantles), 탄소 아크 복사 광원들), 포토 발광 광원들(photo-luminescent sources)(예를 들면, 가스 방전 광원들), 전자 포만(electronic satiation)을 이용한 음극 발광 광원들, 갈바노 발광 광원들(galvano-luminescent sources), 결정 발광 광원들(crystallo-luminescent sources), 키네 발광 광원들(kine-luminescent sources), 열 발광 광원들(thermo-luminescent sources), 마찰 발광 광원들(triboluminescent sources), 초음파 발광 광원들(sonoluminescent sources), 방사 발광 광원들(radioluminescent sources) 및 발광 폴리머를 비롯한 여러 가지 복사 광원들 중 임의의 하나 이상의 복사 광원을 칭하는 것으로 이해되어야 하지만, 전술한 광원들로 한정하는 것은 아니다.
지정된 광원은 가시 스펙트럼 내에서, 가시 스펙트럼 외에서, 또는 이들의 조합 영역에서 전자기 복사를 생성하도록 구성될 수 있다. 따라서, 용어 "광" 및 "복사"는 본원에서 상호 대체가능하게 사용된다. 또한, 광원은 일체형 구성요소로서 하나 이상의 필터(예를 들면, 색 필터), 렌즈 또는 다른 광학 구성요소를 포함할 수 있다. 또한, 광원들은 지시, 표시 및/또는 조명을 비롯한 다양한 응용들에 대해 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니라는 것이 이해되어야 한다. "조명 광원"은 특히, 내부 또는 외부 공간을 효과적으로 조명하기 위한 충분한 강도를 갖는 복사를 생성하도록 구성되는 광원이다. 이 문맥에서, "충분한 강도"란 주변 조명(즉, 간접적으로 인지될 수 있거나, 예를 들면, 전체적으로 또는 부분적으로 인지되기 전에, 다양한 개재 표면들(intervening surfaces) 중 하나 이상의 표면으로부터 반사될 수 있는 광)을 제공하기 위해 공간 또는 환경에서 생성된 가시 스펙트럼의 충분한 복사력(radiant power)을 칭한다(광원으로부터 모든 방향들로 출력된 전체 광을 복사력 또는 "광속(luminous flux)"으로 나타내기 위해 일반적으로 "루멘(lumen)"이라는 단위가 사용된다).
용어 "스펙트럼"은 하나 이상의 광원에 의해 생성된 복사의 임의의 하나 이상의 주파수(또는 파장)를 칭하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 용어 "스펙트럼"은 가시 범위의 주파수(또는 파장)뿐만 아니라, 적외선, 자외선 및 전체 전자기 스펙트럼의 다른 영역의 주파수(또는 파장)도 칭한다. 또한, 지정된 스펙트럼은, 비교적 좁은 대역폭(예를 들면, 본질적으로 소수의 주파수 또는 파장 성분들을 갖는 FWHM), 또는 비교적 넓은 대역폭(다양한 상대 강도들을 갖는 몇몇의 주파수 또는 파장 성분들)을 가질 수 있다. 지정된 스펙트럼은 또한, 두 개 이상의 다른 스펙트럼(예를 들면, 다수의 광원들로부터 각각 방출되는 혼합 복사)을 혼합하여 생성할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
본 개시물의 설명을 위해, 용어 "색"은 용어 "스펙트럼"과 상호 대체가능하게 이용된다. 그러나, 용어 "색"은 일반적으로 주로 관찰자에 의해 인지되는 복사의 특성을 칭하는 데 이용된다(하지만, 이러한 용도로 용어 "색"의 범위를 한정하는 것은 아니다). 따라서, 용어 "다른 색들"은, 함축적으로 서로 다른 파장 성분들 및/또는 대역폭들을 갖는 다수의 스펙트럼들을 칭한다. 용어 "색"은 또한, 백색 및 비백색 광 모두와 관련하여 이용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
"색 온도"라는 용어는 일반적으로 본원에서 백색 광과 관련하여 사용되지만, 이러한 용도로 이 용어의 범위를 한정하려는 것은 아니다. 색 온도는, 본질적으로 백색 광의 특정 색 성분 또는 셰이드(shade)(예를 들면, 불그스름한, 푸르스름한)를 칭한다. 지정된 복사 샘플의 색 온도는, 통상적으로 해당 복사 샘플과 본질적으로 동일한 스펙트럼을 복사하는 흑체 복사체의 켈빈 온도(K)에 따라 특징지어진다. 흑체 복사체 색 온도들은, 일반적으로 (통상적으로 최초로 육안으로 볼 수 있는 것으로 고려되는) 약 700K 내지 10,000K 이상의 범위 내에 있으며; 백색광은 일반적으로 1500 내지 2000K 보다 높은 색 온도에서 인지된다.
보다 낮은 색 온도들은 일반적으로 더 많은 상당한 적색 성분 또는 "보다 따뜻한 느낌"을 갖는 백색광을 지시하며, 보다 높은 색 온도들은 일반적으로 더 많은 상당한 청색 성분 또는 "보다 차가운 느낌"을 갖는 백색광을 지시한다. 예를 들면, 화염은 약 1,800K의 색 온도를 가지며, 통상의 백열 전구는 약 2848K의 색 온도를 가지고, 이른 아침의 일광은 약 3,000K의 색 온도를 가지며, 흐린 한낮의 하늘은 약 10,000K의 색 온도를 갖는다. 약 3,000K의 색 온도를 갖는 백색 광 하에서 관찰한 색 이미지는, 비교적 붉그스름한 색조(reddish tone)를 갖는 반면에, 약 10,000K의 색 온도를 갖는 백색 광 하에서 관찰한 동일한 색 이미지는 비교적 푸르스름한 색조를 갖는다.
용어 "조명 기구"는, 특정한 폼 팩터(form factor), 어셈블리, 또는 패키지에서 하나 이상의 조명 유닛의 구현 또는 배치를 칭하도록 본원에서 이용된다. 용어 "조명 유닛"은, 하나 이상의 동일하거나 또는 다른 종류의 광원을 포함하는 장치를 칭하도록 본원에서 이용된다. 지정된 조명 유닛은, 광원(들)에 대한 다양한 장착 배열들, 인클로저(enclosure)/하우징 배열들 및 형상들, 및/또는 전기적 및 기계적 연결 구성들 중 임의의 하나를 가질 수 있다. 또한, 지정된 조명 유닛은, 선택적으로 광원(들)의 작동에 관한 다양한 다른 구성요소들(예를 들면, 제어 회로)과 연관(예를 들면, 포함, 연결 및/또는 함께 패키징)될 수 있다. "LED 기반 조명 유닛"은, 전술한 바와 같은 하나 이상의 LED 광원을 단독으로 또는 다른 비 LED 광원들과 결합하여 포함하는 조명 유닛을 칭한다.
전술한 개념들 및 후술하는 추가 개념들의 모든 조합들은 본원에 개시된 본 발명의 내용의 일부로서 생각된다는 것이 이해되어야 한다. 특히, 본 개시물의 마지막 부분에 개시된 청구된 내용의 모든 조합들은 본원에 개시된 본 발명의 내용의 일부로서 생각된다. 또한, 본원에 명시적으로 사용되고 임의의 개시물들에서도 또한 볼 수 있는 용어들은, 본원에 개시된 특정 개념들과 가장 일관될 수 있는 의미로 이해되어야 한다는 것이 이해되어야 한다.
도 1은 종래의 LED 시준기의 단면도.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 예시적인 투사 조명 기구를 나타내는 간략화된 상단 투시도.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 조명 기구에 의해 조명된 타겟 필드를 나타내는, 도 2의 조명 기구의 개략적인 측면도.
도 4는 칩 또는 다이 결상 현상을 설명하기 위한 투사 조명 기구에 대한 원거리 필드 조도 분포 패턴의 확대도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다색 LED 패키지들을 이용한 투사 조명 기구를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 같은색 LED 패키지들(same-color LED packages)을 이용한 투사 조명 기구를 나타내는 도면.
도면들에서, 동일한 참조 부호들은 일반적으로, 서로 다른 도면들의 전체에 걸쳐서 동일한 부분들을 칭한다. 또한, 도면들은 일정한 비율로 그려질 필요는 없으며, 대신에, 일반적으로 본 발명의 원리들을 예시함에 있어서 강조가 행해진다.
이하에는, 균일한 투사 조명을 제공하기 위한 본 개시물에 따른 방법 및 장치와 관련된 다양한 개념들, 및 본 방법 및 장치의 신규한 실시예들의 더욱 상세한 설명이 제공된다. 상기에 도입되고 이하에 더욱 상세히 논의되는 내용의 다양한 양태들이, 본 내용이 임의의 특정 구현 방식에 한정되지 않음에 따라, 다양한 방법들 중 임의의 방법으로 구현될 수 있다. 특정한 구현들 및 응용들의 예들이, 주로 예시를 위해 제공된다.
도 2는, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 예시적인 투사 조명 기구(300)의 간략화된 상단 투시도를 나타낸다. 조명 기구(300)는, 공통 장착 보드(302) 상에 배치된 복수의 광원들(301)을 포함한다. 본 실시예의 하나의 양태에서, 각각의 광원들(301)은, "LED 패키지", 예를 들면, 하나 이상의 LED 접합이 만들어지는 하나 이상의 반도체 칩(또는 "다이")을 포함하는 칩-온-보드 LED를 포함할 수 있는데, 여기에서 칩(들)은 인쇄 회로 기판(PCB)에 직접 장착(예를 들면, 부착)된다. 도 2의 예시적인 기구에서, 각각의 광원들(301)이, 대응하는 육각형 형태의 PCB(307) 상에 배치된 하나 이상의 본질적으로 직사각형인 LED 칩(303)을 포함하는 것으로 예시를 위해 도시되는데, 여기에서 그 후 칩(들)(303) 및 PCB(307)를 포함하는 각 광원(301)이 공통 장착 보드(302) 상에 배치된다.
다양한 양태들에서, 도 2에 도시된 조명 기구(300)의 지정된 광원(301)은, 단일 칩(303) 상에 형성되는 단일 LED 접합, 또는 다수의 칩들(303) 상에 형성되고 동일한 PCB(307) 상에 배치되는 다수의 LED 접합들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 하나의 양태에서, 하나 이상의 LED 접합을 포함하는 지정된 광원(301)은, 전력이 공급될 때, 본질적으로 단일 복사 스펙트럼을 생성한다. 다른 구현들에서, 지정된 광원(301)은 "다색 LED 패키지"일 수 있고, 전력이 공급될 때, 다수의 서로 다른 복사 스펙트럼들을 생성하는 다수의 LED 접합들(예를 들면, 다수의 칩들(303))을 포함한다. 따라서, 본 발명에 따른 지정된 조명 기구(300)는, 본질적으로 단일 복사 스펙트럼을 생성하도록 구성될 수 있거나(여기에서 각 광원(301)은 본질적으로 동일한 복사 스펙트럼을 생성함), 또는 다수의 복사 스펙트럼들을 생성하도록 구성 될 수 있다는 것(여기에서 몇몇 또는 모든 광원들(301)은 다색 LED 패키지들임)이 이해되어야 한다. 하나의 예시적인 구현에서, 기구(300)의 하나 이상의 광원(301)은, (노쓰 캐롤라이나주, 더럼 소재의 Cree,Inc.로부터 이용가능한) 단일 복사 스펙트럼을 생성하기 위한 Cree®XLamp®XR-E LED 패키지일 수 있다. 또 다른 예시적인 구현에서, 기구(300)의 하나 이상의 광원(301)은, OSTAR-Projection LE ATB A2A LED 패키지일 수 있는데, 이것은 (OSRAM Opto Semiconductors GmbH로부터 이용가능한) 호박색, 녹색 및 청색을 생성하도록 구성된 4 접합 패키지이다. 또한, 도 2는 공통 장착 보드(302) 상에 배치된 열 개의 광원들(301)을 나타내지만, 다른 수의 광원들이 공통 장착 보드(302) 상에 배치되고 배열될 수 있고, 조명 기구(300)에 포함될 수 있기 때문에, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 조명 기구들은 이 점에 한정되지 않음이 이해되어야 한다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 각 광원(301)은, 반사기(305) 및 렌즈(307)을 포함하는, 도 1에 도시된 것과 유사한, 시준 광학 시스템 또는 "시준기"(315)에 연관될 수 있다. 하나의 양태에서, 렌즈(307)는, 투사 렌즈 시스템, 예를 들면, 바람직한 방향으로 광을 포획하고 디렉팅하는데 적합한 볼록 렌즈를 포함할 수 있다. 또 다른 양태에서, 시준기들(315)은 도 1과 관련하여 전술한 바와 같은 TIR 원리들에 기초할 수 있다. 도 2에서, 시준기들은, 투시도이기 때문에, 대응하는 광원들에 대하여 약간 중심에서 벗어난 것으로 도시된다. 도 3은, 네 개의 광원들(301) 및 그들의 대응하는 시준기들(315)을 도시하는, 조명 기구(300)의 개략적 인 측면도를 나타낸다. 도 3에 도시된 바와 같이, 하나의 실시예에 따라, 광원들 및 시준기들은, 조명 기구(300)가 타겟 조명 필드(310) 상에 입사하는 고강도 좁은 복사 빔(320)을 생성하고, 각 시준기/광원 쌍으로부터 투사되는 각 복사 빔들(320A, 320B, 320C 및 320D)이 좁은 빔(320)을 형성하도록 타겟 조명 필드 내에서 실질적으로 겹치게 되도록 배치된다.
LED 패키지(예를 들면, 하나 이상의 접합을 포함하는 COB LED 어셈블리) 및 대응하는 시준기를 포함하는 몇몇 좁은 빔 응용들에서, 칩 또는 다이 결상 현상은 문제가 될 수 있다. 특히, LED 패키지와 관련하여 이용되는 비교적 작은 시준기들의 경우, LED 패키지 그 자체의 발광 부분(예를 들면, 하나 이상의 칩)의 기하학적 전체 형태는, 시준기로부터 투사되는 복사의 원거리 필드 조도 분포 패턴의 유사한 프로파일을 만들 수 있다. 도 4는 이 현상을 확대 예시한 도면이다. 예시적인 조명 기구(300)는, 공통 장착 보드(302) 상에 장착된 여섯 개의 육각형 형태의 광원들(301)을 포함하는데; 이하의 설명을 위해, 각 광원의 실제 발광 부분은, 육각형 형태이고, (도 4에 도시되지 않은) 대응하는 시준기들에 연결되며, 광원들이, 각각의 복사 빔들(예를 들면, 빔들(320A, 320B 및 320C))을 타겟 조명 필드(310)를 향해 투사한다는 것이 가정된다(실제로는, 전술한 바와 같이, 하나 이상의 칩을 포함하는 LED 패키지의 발광 부분은 일반적으로 정사각형 또는 직사각형임). 각 광원/시준기 쌍으로부터 투사된 빔들은, 타겟 조명 필드(310) 상에 입사하는 좁은 복사 빔(320)을 형성하도록 적어도 부분적으로 겹쳐진다. 도 4에 도시된 바와 같이, 몇몇의 사례에서, 타겟 조명 필드(310) 상에 입사되는 좁은 복사 빔(320)의 원거리 필드 조도 분포 패턴은, 광원 칩(들)의 형태와 비슷한 일반적인 형태를 가질 수 있는데; 이러한 방식으로, LED 패키지의 발광 부분은 시준으로 인해 원거리 필드에 "결상될" 수 있고, 몇몇 상황들에서, 바람직하지 않은 조사 비균일성(irradiation non-uniformity)이 발생될 수 있다. 또한, 각각 서로 다른 파장들의 광을 생성하는 다수의 접합들을 포함하는 LED 패키지들("다색 패키지들", 예를 들면, RGGB, BGGA, 및 RGBW)의 경우, 스펙트럼 비균일성들이 타겟 조명 필드(310) 내에서 발생될 수 있으며, 여기서, 다색 패키지들의 각각 서로 다른 광원 스펙트럼들은 (타겟 조명 필드를 통해 혼합/믹싱되기 보다는) 타겟 조명 필드의 서로 다른 영역들 내에 집중된다.
본 발명의 하나의 실시예에 따라, 바람직하지 않은 조사 및/또는 타겟 조명 필드(310)의 스펙트럼 비균일성을 현저하게 감소시키고 몇몇 경우들에서는 제거하도록, 공통 장착 보드(302) 상의 서로에 대한 상대적인 개별적 광원들의 방위는, 타겟 조명 필드 내에서 적어도 부분적으로 겹치는 그들의 각각의 광 투사들이, 실질적으로 균일한 조명을 타겟 조명 필드 내에 생성하도록 선택된다.
도 2를 다시 참조하면, 하나의 실시예에서, 제1 기준 축이 조명 기구의 공통 장착 보드(302)에 대해 선택된다. 예를 들면, 공통 장착 보드가 도 2에 도시된 바와 같은 직사각형 형태이면, 공통 장착 보드의 하나의 변에 평행한 임의의 선이 제1 기준 축으로서 선택될 수 있다. 도 2에서, 제1 기준 축(510)은, 직사각형의 공통 장착 보드(302)의 세로 변들에 대해 평행한 "세로" 축으로서 선택되지만; 직사각형의 공통 장착 보드의 가로 변들 중 하나에 평행한 가로 축이, 대안적으로 기준 축으로서 이용될 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 보다 일반적으로는, 공통 장착 보드(302)의 평면 내의 가상의 임의의 선이 장착 보드에 대한 기준 축으로서 이용될 수 있다.
또한, 각 광원(301)에 대한 제2 기준축이 지정/선택된다. 각 광원에 대한 제2 기준 축은, 각 광원에 대한 광원 기준 축이, 모든 광원 기준 축들이 동일한 방향으로 정렬될 때, 모든 광원들이 공통 장착 보드의 제1 기준 축에 대해 동일한 방위를 갖도록, 지정된 조명 기구 내에서 이용될 모든 광원들에 대해 동일하게 지정되는 한, 다양한 기준 중 임의의 것에 따라 선택될 수 있다. 도 2에서, 광원들(301)로서 기능하는 각각의 LED 패키지들의 칩 영역은 본질적으로 정사각형 또는 직사각형 형태를 가지며, 예시를 위해, 광원 축은, 직사각형의 긴 변에 평행하게, 칩 영역의 중심을 통과하도록 취해진다. 다시, 기구의 임의의 지정된 광원의 방위를 지시하도록 기준 축을 선택하는 데에 또 다른 기준이 이용될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 광원(301A)은 대응하는 제2 기준 축(512A)을 가지며, 광원(301B)은 대응하는 제2 기준 축(512B)을 가지고, 광원(301C)은 대응하는 제2 기준 축(512C)을 가진다.
하나의 실시예에 따라, 공통 장착 보드(302)의 제1 기준 축(510)에 평행한 임의의 선이 기구 내의 임의의 광원의 회전에 대한 기준으로서 이용될 수 있다. 공통 장착 보드(302)에 대한 제1 기준 축이 일단 선택되면, 광원들(301)로서 기능하는 LED 패키지들은, 제1 기준 축에 대해 상대적으로 적어도 두 개의 광원들의 방위들이 달라지도록 공통 장착 보드(302) 상에 배치된다. 보다 구체적으로는, 도 2 의 예에서 도시된 바와 같이, 광원(301A)은, 그것의 축(512A)이 제1 기준 축(510)에 평행한 선(510A)에 대하여 각도(514A)를 형성하도록 회전된다. 이와 유사하게, 광원(301B)은, 그것의 축(512B)이 제1 기준 축(510)에 평행한 선(510B)에 대하여 각도(514B)를 형성하도록 회전되고, 광원(301C)은, 그것의 축(512C)이 제1 기준 축(510)에 평행한 선(510C)에 대하여 각도(514C)를 형성하도록 회전된다. 일반적으로 말하면, 광원들(301) 중 임의의 하나 이상은, 공통 장착 보드(302)의 평면에 평행한 평면 내에서, 제1 기준 축(510)에 평행한 선에 대하여 시계방향 또는 반 시계방향 방식으로 회전될 수 있어서, 광원들 중 적어도 두 개의 광원들이 서로 다른 회전들/방위들을 가지게된다(예를 들면, 하나의 광원은, 적어도 하나의 다른 광원이 비 제로(non-zero) 회전을 하거나, 또는 적어도 두 개의 광원들이 각각 서로 다른 비 제로 회전들 등을 할 수 있는 동안, 회전되지 않을 수 있는데, 즉, 0°회전이다). 지정된 광원의 회전이 제1 기준 축(510)에 대하여 측정될 수 있거나, 혹은 서로 다른 광원들 사이의 회전이 측정될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들면, 도 2의 도면에서, 광원들(510A 및 510B) 사이의 전체 회전 각은 각도(514B)로부터 각도(514A)를 빼는 것에 의해 결정되는데, 이에 반하여, 광원들(510B 및 510A) 사이의 전체 회전 각은 각도(514C)로부터 각도(514B)를 빼는 것에 의해 결정된다.
하나의 실시예에서, 광원(301)으로서 기능하는 각 LED 패키지는, 조명 기구(300)의 공통 장착 보드(302)에 대한 고유한 방위/회전을 가진다. 예를 들면, 조명 기구(300) 내의 지정된 M 개의 LED 패키지들의 경우에, 임의의 두 개의 LED 패키지들은, 그들의 각 축들의 nA 사이의 전체 회전 각으로 배치될 수 있는데, 여기에서 n은 1 내지 M-1 범위의 정수이고, A는, 최대의 요망되는 회전 범위(maximum desired rotation span) Rmax를 M으로 나누는 것에 의해 결정되는 각도이다(여기에서 제2 기준 축(510)에 대한 각 광원의 회전 각은 동일한 방향, 즉, 시계방향 또는 반 시계방향으로 측정된다).
후술되는 바와 같이, 다색 LED 패키지들을 포함하는 하나의 예시적인 실시에서, 최대의 요망되는 회전 범위 Rmax는 360°로 취해지는데; 다르게 말하자면, 지정된 조명 기구 중 전체 M 패키지들은, 360°의 최대 회전 범위를 망라하도록 360/M에 의해 결정되는 증가량만큼 또는 대략 증가량만큼 회전된다. 단색 LED 패키지들을 포함하는 또 다른 예시적인 구현에서, 최대의 요망되는 회전 범위 Rmax는 90°(즉, M 패키지들은, 90°의 최대 회전 범위를 망라하도록 90/M에 의해 결정되는 증가량만큼 또는 대략 증가량만큼 회전됨)로 취해진다. 보다 일반적으로는, 최대의 요망되는 회전 범위 Rmax는, 지정된 기구에 대한 해당 LED 패키지들의 회전 대칭에 적어도 부분적으로 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들면, 본질적으로 정사각형 발광 영역을 형성하는 네 개의 서로 다른 색 칩들을 포함하는 다색 LED 패키지를 고려한다. 이러한 패키지의 회전 대칭은 360°인데; 즉, 패키지가 평면 내에서 360°회전하면, 그것은 동일하게 보인다(따라서 이러한 패키지에 대한 적절한 Rmax는 360°이다). 또 다른 예에서, 단색 LED 패키지는 본질적으로 정사각형 발광 영역 을 형성하는 네 개의 동일한 색 칩들을 포함할 수 있는데; 이 예에서, 회전 대칭은 90°이며(즉, 패키지가 90°회전하면, 그것은 동일하게 보임), 따라서 적절한 Rmax는 90°이다. 고유하게 방위가 정해진 LED 패키지들은, 그들의 투사들이, 도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 타겟 조명 필드 내에서 적어도 부분적으로 겹쳐지는 한, 다양한 패턴들로 공통 장착 보드 상에 배치될 수 있다.
도 5는, 본 발명의 하나의 실시예에 따른, 다색 LED 패키지들을 이용하는 투사 조명 기구(400)를 나타낸다. 네 개의 다색 광원들(401A, 401B, 401C 및 401D) 만을 포함하는 간략화된 구현예가, 각 다색 광원들의 회전과 관련하여 전술한 개념들을 예시하기 위해 도 5에 도시된다. 도 5와 관련하여 후술되는 개념들은, 가상의 임의의 수의 다색 광원들을 포함하는 본 발명에 따른 투사 조명 기구로 확장될 수 있음을 인식하여야 한다.
도 5를 참조하면, 조명 기구(400)의 네 개의 다색 광원들(401A, 401B, 401C 및 401D)이 공통 장착 보드(402) 상에 배치된다. 보드(402)에 대한 기준 축은 축(510)으로서 지시된다. 본 실시예의 한 양태에서, 광원들은 다색 LED 패키지들인데, 여기에서 각 LED 패키지는, 네 개의 서로 다른 스펙트럼들(예를 들면, RGBW)의 복사를 생성하도록 구성된 적어도 네 개의 LED 접합들을 포함하는 COB LED 어셈블리를 포함할 수 있다. 또 다른 양태에서, 각 LED 패키지는, 각 광원에 대한 COB LED 어셈블리의 광 생성 부분이 정사각형 형태가 되도록, 각각 서로 다른 스펙트럼마다 하나씩, 네 개의 다이 또는 칩들을 포함한다. 전술한 바와 같이, 조명 기구 의 하나 이상의 다른 광원에 대한 상대적인 하나 이상의 광원의 임의의 적절한 회전이 없을 때는, 조명 기구로부터 투사되는 좁은 빔의 원거리 필드 조도 분포 프로파일은, 광원(칩 또는 다이) 결상 현상에 기인하는 "네모진(squarish)" 형상을 갖는다. 또한, 더욱 몇몇 예들에서는, 더욱 현저하게, 각 다색 LED 패키지의 동일한 색들이 서로에 대하여 상대적으로 동일한 방위에 있다면, 광원들의 임의의 회전이 없을 때, 타겟 조명 필드는 스펙트럼의 비 균일성을 겪을 수 있다. 특히, 모든 패키지들이 본질적으로 동일한 방위를 가진다면, 다색 패키지들의 각각의 서로 다른 광원 스펙트럼들은 타겟 조명 필드의 서로 다른 영역들 내에 (타겟 조명 필드를 통해 혼합/믹싱되기 보다는) 집중될 수 있다.
도 5의 네 개의 다색 LED 패키지들의 360°회전 대칭으로 인해, 각 패키지는 인접한 패키지에 대하여 상대적으로 90°각도(360/4)로 배치된다. 보다 구체적으로는, 패키지(401A)는 공통 장착 보드(402)에 대한 기준 축(510)에 대하여 0°의 각도(514A)로 회전되는 기준 축(512A)을 갖는데; 이와 유사하게, 패키지(401B)는 기준 축(510)에 대하여 90°의 각도(514B)로 회전되는 기준 축(512B)을 갖고, 패키지(401C)는 기준 축(510)에 대하여 180°의 각도(514C)로 회전되는 기준 축(512C)을 갖고, 패키지(401D)는 기준 축(510)에 대하여 각도(514D)로 회전되는 기준 축(512D)을 갖는다. 타겟 조명 필드(410) 상으로 투사될 때, 각 광원들(401A, 401B, 401C 및 401D)의 이미지들은, 서로 다른 스펙트럼들 R(적), G(녹), B(청) 및 W(백)이 조명 필드 내의 각 사분면으로 투사되고 함께 혼합되도록 겹치게 되어, 타겟 조명 필드(410)의 스펙트럼의 균일성을 개선시킨다. 이 예시적인 실시예에서, 광원 결상 현상은, 빔 패턴에 대한 잠재적으로 네모진 형상을 여전히 생성할 수 있는데; 그러나, 스펙트럼의 균일성은 현저하게 개선된다. 각 회전들이 90°미만이 되도록 더 많은 수의 광원을 이용하는 것에 의해, 광원 결상 현상은 현저하게 감소될 수 있고 또한 스펙트럼의 균일성이 증가될 수 있다.
도 2 내지 5와 관련하여 전술한 신규한 개념들은 단색 멀티 LED 패키지들에도 또한 충분히 적용할 수 있다. 예를 들면, 도 6은, 같은색 LED 패키지들을 이용하는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 투사 조명 기구(600)를 나타낸다. 하나의 양태에서, 기구(600)는, 다수의 광원들(601)이 배치되는 본질적으로 원형인 공통 장착 보드(602)를 수용하도록 형성된 하우징(housing)(670)을 포함한다. 또 다른 양태에서, 하우징(670)은 키(660)를 포함하고, 공통 장착 보드(602)는 기구 내의 보드(602)의 방위를 결정하고, 공통 장착 보드(602)에 대한 기준 축(510)을 정하기 위한 노치(notch)(650)를 포함한다. 하나의 예시적인 실시에서, 각각의 광원들(601)은 대응하는 시준기(615)를 포함하고, 단색 LED 패키지, 예를 들면, 패키지의 본질적으로 정사각형인 발광 부분을 갖는 (노쓰 캐롤라이나주, 더럼 소재의 Cree,Inc.로부터 이용가능한) Cree®XLamp®XR-E LED 패키지를 포함할 수 있다. 정사각형 형상 및 단색에 기인하여, 이러한 패키지의 회전 대칭은 90°이다. 따라서, 도 6에 도시된 예시적인 실시예에서, Rmax는 90°로 취해질 수 있고, 아홉 개의 광원들이 기구에서 이용되면, 각도 A는 10°이고, 임의의 두 개의 LED 패키지들은, 그들의 각 축들의 nA 사이의 전체 회전각으로 배치되는데, 여기에서 n은 1 내지 8 범위의 정수이다.
이렇게 몇몇 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 다양한 개조들, 변경들 및 개선들이, 본 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자들에게 용이하게 일어날 것이라는 것이 이해되어야 한다. 이러한 개조들, 변경들 및 개선들이 본 개시물의 일부분이 되며, 본원의 정신 및 범주 내에 있다는 것이 의도된다. 본원에 개시된 몇몇 예들이 기능들 또는 구조적 엘리먼트들의 특정한 결합들을 포함하지만, 이들 기능들 및 엘리먼트들이, 동일하거나 또는 다른 목적들을 성취하기 위해, 본 개시물에 따르는 다른 방법으로 결합될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 특히, 하나의 실시예와 관련하여 설명된 액트들(acts), 엘리먼트들 및 피쳐들(features)은, 다른 실시예들의 유사하거나 또는 다른 역할들로부터 제외되어서는 안 된다. 따라서, 전술한 상세한 설명 및 첨부된 도면들은, 예시하기 위한 것일 뿐이고, 한정하려하는 것은 아니다.

Claims (20)

  1. 조명 장치로서,
    장착 보드(mounting board)에 의해 규정된 제1 평면 내에 제1 기준 축(reference axis)을 갖는 평면인 장착 보드; 및
    상기 장착 보드 상에 배치된 복수의 LED 기반 광원들
    을 포함하며,
    각각의 LED 기반 광원은 기하학적 형상을 갖는 발광 영역을 형성하도록 배열된 다수의 LED 칩들의 칩-온-보드 어셈블리(chip-on-board assembly)를 포함하는 LED 패키지를 포함하고, 상기 기하학적 형상의 회전 대칭에 적어도 부분적으로 기초하는 상기 광원의 방위(orientation)를 지시하는 제2 기준 축을 가지며, 각 광원에 대한 상기 제2 기준 축은, 상기 복수의 광원들 모두에 대해 동일하게 지정되고,
    상기 복수의 LED 기반 광원들은, 전력이 공급될 때, 대응하는 복수의 광 빔들을 타겟 조명 필드(target illumination field)를 향해 투사하며, 상기 빔들은 상기 타겟 조명 필드 내에서 겹쳐지고,
    상기 복수의 LED 기반 광원들은, 상기 장착 보드의 상기 제1 기준 축에 대해 상대적인, 상기 복수의 광원들 중 제1 광원의 제2 기준 축으로 규정된 제1 방위가, 상기 장착 보드의 상기 제1 기준 축에 대해 상대적인, 상기 복수의 광원들 중 적어도 하나의 다른 광원의 제2 기준 축으로 규정된 적어도 하나의 다른 방위와는 다르게 되도록 상기 장착 보드 상에 배치되는, 조명 장치.
  2. 제1항에 있어서, 각각의 LED 기반 광원은 상기 LED 패키지에 결합된 시준기(collimator)를 더 포함하는 조명 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각각의 LED 기반 광원의 상기 다수의 LED 칩들은 서로 다른 색의 광들을 생성하는 조명 장치.
  4. 제3항에 있어서, 각각의 LED 기반 광원의 상기 제2 기준 축은 상기 다수의 LED 칩들에 의해 생성되는 광들의 적어도 하나의 색의 회전 대칭에 적어도 부분적으로 기초하는 조명 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 복수의 광원들 각각은, 상기 장착 보드의 상기 제1 기준 축에 대해 상대적인, 그 광원의 제2 기준 축으로 규정된 고유한 방위를 갖는 조명 장치.
  6. 균일한 투사 조명(uniform projection lighting)을 제공하기 위한 방법으로서,
    복수의 LED 기반 광원들 중 적어도 두 개의 LED 기반 광원들이 공통 장착 보드 상에서 서로 다른 방위들을 갖도록, 평면인 장착 보드 상에 복수의 LED 기반 광원들을 배열하는 단계
    를 포함하고,
    상기 복수의 LED 기반 광원들은, 전력이 공급될 때, 대응하는 복수의 시준된 광 빔들을 타겟 조명 필드(target illumination field)를 향해 투사하며, 상기 빔들은 상기 타겟 조명 필드 내에서 적어도 부분적으로 겹쳐지고,
    상기 평면인 장착 보드는 상기 장착 보드에 의해 규정된 제1 평면 내에 제1 기준 축을 가지며, 각각의 LED 기반 광원은 기하학적 형상을 갖는 발광 영역을 형성하도록 배열된 다수의 LED 칩들의 칩-온-보드 어셈블리를 포함하는 LED 패키지를 포함하고, 상기 기하학적 형상의 회전 대칭에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 광원의 방위를 지시하는 제2 기준 축을 가지며, 각각의 광원에 대한 상기 제2 기준 축은, 상기 복수의 광원들 모두에 대해 동일하게 지정되고,
    상기 복수의 LED 기반 광원들은, 상기 장착 보드의 상기 제1 기준 축에 대해 상대적인, 상기 복수의 광원들 중 제1 광원의 제2 기준 축으로 규정된 제1 방위가, 상기 장착 보드의 상기 제1 기준 축에 대해 상대적인, 상기 복수의 광원들 중 적어도 하나의 다른 광원의 제2 기준 축으로 규정된 적어도 하나의 다른 방위와는 다르게 되도록, 상기 장착 보드 상에 배치되는,
    균일한 투사 조명을 제공하기 위한 방법.
  7. 제6항에 있어서, 각각의 LED 기반 광원은, LED 패키지에 결합된 시준기를 더 포함하는, 균일한 투사 조명을 제공하기 위한 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 각각의 LED 기반 광원의 상기 다수의 LED 칩들은 서로 다른 색의 광들을 생성하는, 균일한 투사 조명을 제공하기 위한 방법.
  9. 제8항에 있어서, 각각의 LED 기반 광원의 상기 제2 기준 축은 상기 다수의 LED 칩들에 의해 생성되는 광들의 적어도 하나의 색의 회전 대칭에 적어도 부분적으로 기초하는, 균일한 투사 조명을 제공하기 위한 방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 복수의 광원들 각각은, 상기 장착 보드의 상기 제1 기준 축에 대해 상대적인, 그 광원의 제2 기준 축으로 규정된 고유한 방위를 갖는, 균일한 투사 조명을 제공하기 위한 방법.
  11. 투사 조명 장치로서,
    장착 보드에 의해 규정된 제1 평면 내에 제1 기준 축을 갖는 평면인 장착 보드; 및
    상기 장착 보드 상에 배치된 복수의 LED 패키지들
    을 포함하며,
    각각의 LED 패키지는, 기하학적 형상을 갖는 발광 영역을 형성하도록 배열된 다수의 LED 칩들의 칩-온-보드 어셈블리 및 상기 칩-온-보드 어셈블리에 결합된 시준기를 포함하고, 각각의 LED 패키지는, 상기 기하학적 형상의 회전 대칭에 적어도 부분적으로 기초하는 상기 패키지의 방위를 지시하는 제2 기준 축을 가지며, 각각의 패키지에 대한 상기 제2 기준 축은, 상기 복수의 패키지들 모두에 대해 동일하게 지정되며,
    상기 복수의 LED 패키지들은, 전력이 공급될 때, 대응하는 복수의 시준된 광 빔들을 타겟 조명 필드를 향해 투사하며, 상기 빔들은 상기 타겟 조명 필드 내에서 겹쳐지고,
    상기 복수의 LED 패키지들은, 각각의 패키지가 상기 장착 보드의 상기 제1 기준 축에 대해 상대적인, 그 패키지의 제2 기준 축으로 규정된 고유한 방위를 갖도록 상기 장착 보드 상에 배치되는, 투사 조명 장치.
  12. 제11항에 있어서, 각각의 패키지의 상기 다수의 LED 칩들은 서로 다른 색의 광들을 생성하는 투사 조명 장치.
  13. 제12항에 있어서, 각각의 패키지의 상기 제2 기준 축은 상기 다수의 LED 칩들에 의해 생성되는 광들의 적어도 하나의 색의 회전 대칭에 적어도 부분적으로 기초하는 투사 조명 장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 장착 보드 상에 배치된 상기 복수의 LED 패키지들의 총 수는 M이고, 각각의 LED 패키지의 회전 대칭은 Rmax이고, 상기 복수의 패키지들 중 임의의 두 개의 패키지들 사이의 회전 각은 nA이고, A = Rmax/M이고, n은 1 내지 (M-1) 범위 내의 정수인 투사 조명 장치.
  15. 제14항에 있어서, Rmax는 360°인 투사 조명 장치.
  16. 제14항에 있어서, Rmax는 90°인 투사 조명 장치.
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