KR101524012B1 - 하이브리드 상부 반사기를 갖는 측면 발광 장치 - Google Patents

Abstract

기판(102) 상에 배열되고, 상기 기판으로부터 소정 거리에 배치되고 상기 기판의 연장을 따라 연장하는 산란 반사기(103, 109)에 대면하는 적어도 하나의 발광 다이오드(101)를 포함하는 측면 발광 장치(100)가 제공된다. 상기 산란 반사기는 캐리어(108) 내에 분포된 산란 컴포넌트들(110)을 포함하고, 상기 산란 컴포넌트들은 상기 캐리어의 굴절률과 다른 굴절률을 갖는다. 상기 반사기의 산란 작용은 장치 내의 각도 재분포를 유발하여, 광이 반사기와 기판 사이의 측면 개구들을 통해 장치로부터 출사하는 기회를 증가시키며, 광이 상면을 통해 출사되는 것을 본질적으로 방지한다.

Description

하이브리드 상부 반사기를 갖는 측면 발광 장치{SIDE EMITTING DEVICE WITH HYBRID TOP REFLECTOR}

본 발명은, 기판 상에 배열되고, 상기 기판으로부터 소정 거리에 배치되고 상기 기판의 연장을 따라 연장하는 산란 반사기에 대면하는 적어도 하나의 발광 다이오드를 포함하는 측면 발광 장치에 관한 것이다.

컬러 LED들은 물론, 형광체 변환 고전력 LED들은 효율적인 고휘도 광원들로서 대형 백라이트 패널들에 사용하기에 매력적이다. 그러나, 이동 전화, PDA 등과 같은 핸드헬드 디스플레이 장치용의 얇은 백라이트들과 같은 소정의 응용들에서는, 얇은 측면 발광 장치들을 광원으로 사용하는 것이 바람직하다.

하나의 측면 발광 장치가 Kim 등의 US 2006/0208269 A1에 설명되어 있으며, 이 특허 출원은 기판 상에 배열된 발광 다이오드를 설명하고 있는데, 이 발광 다이오드는 발광 다이오드로부터의 광이 내부 전반사에 의해 장치의 측면들을 향해 반사되도록 설계된 반사면 아래에 배열된다. 반사면 뒤에는, LED로부터의 대향 측면 상에, 반사면을 통과한 광, 즉 반사면 상에서 내부 전반사를 겪지 않은 광을 산란시켜 반사면을 통해 다시 반사하기 위한 산란 물질이 배열된다.

그러나, 위의 장치가 적절히 동작하기 위하여, 반사면은 아래로부터 나오는 광이 내부 전반사에 의해 측면들로 반사되도록 경사져야 한다. 따라서, 기판으로부터 반사면까지의 거리는 측면들을 향해 점차 증가해야 한다. 이것은 장치의 전체 두께를 증가시킨다. 또한, 광이 상면을 통해 산란 물질을 떠나는 것을 방지하기 위하여, 산란 물질은 상당한 두께를 가져야 하며, 이 또한 장치의 전체 두께를 증가시킬 수 있다.

<발명의 요약>

본 발명의 목적은 이러한 문제를 적어도 부분적으로 극복하고, 낮은 두께를 갖도록 쉽게 제조될 수 있는 측면 발광 장치를 제공하는 것이다.

낮은 두께를 사용하는 경우, LED에 의해 발산되는 열은 전체 장치에 영향을 미칠 수 있게 된다. 특히, 고전력 LED들을 사용할 때, 열 부하는 장치의 컴포넌트들에 대해 중요할 것이다. 따라서, 본 발명의 추가 목적은 연장된 사용 기간 동안에 동작 온도에 견딜 수 있는 측면 발광 장치를 제공하는 것이다.

따라서, 제1 양태에서, 본 발명은 기판 상에 배열되고, 상기 기판으로부터 소정 거리에 배치되고 상기 기판의 연장(extension)을 따라 연장하는 산란 반사기에 대면하는 적어도 하나의 발광 다이오드를 포함하는 측면 발광 장치를 제공하며, 상기 반사기는 캐리어 내에 분포된 산란 컴포넌트들을 포함하고, 상기 산란 컴포넌트들은 상기 캐리어의 굴절률과 다른 굴절률을 갖는다.

예를 들어, 상기 산란 컴포넌트들은 상기 캐리어의 굴절률보다 높거나 낮은, 바람직하게는 높은 굴절률을 갖는 고체 입자들이거나, 대안으로서 상기 캐리어의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 기공들일 수 있다.

LED에 의해 방출되는 광은 반사기 상에 입사되며, 입사각에 관계없이 광은 산란되고 반사될 것이다. 반사기의 산란 특성으로 인해, 실질적인 양의 광이 반사기를 통해 장치로부터 출사되지는 않으며, 따라서 장치로부터 출사되는 광의 대부분은 기판과 반사기 사이의 개구에서 출사되어야 한다.

산란 작용은 장치 내의 각도 재분포를 유발하여, 광이 장치로부터 출사할 기회를 증가시킨다. 따라서, 산란 반사기는 거울 반사기를 통한 광 추출을 증가시킬 것이다.

산란 입자들은 통상적으로 열에 안정적이고 광에 안정적인 금속 산화물과 같은 무기 물질이다.

산란 반사기의 캐리어는 예를 들어 실리콘 함유 네트워크, 통상적으로는 실리케이트 네트워크, 예를 들어 알킬실리케이트 네트워크 또는 폴리실록산 네트워크일 수 있다. 실리콘 함유 네트워크에 기초하는 반사기는 완전히 또는 본질적으로 무기물이며, 따라서 열에 의한 열화 및 광에 의한 열화에 대해 낮은 민감성을 갖는다. 또한, 이러한 반사기는 고체 기판 상에 도포하기 쉽다.

대안으로, 산란 반사기의 캐리어는 세라믹 물질이다. 세라믹 물질은 통상적으로 광에 안정적이고 열에 안정적이며, 따라서 본 목적에 매우 적합하다.

본 발명의 실시예들에서, 상부 반사기는 상기 산란 반사기의 위에 배열될 수 있다.

통상적으로, 그러한 상부 반사기는 본질적으로 불투명하다. 따라서, 반사기의 산란 컴포넌트는 원하는 산란 작용을 달성하는 데에 충분할 만큼만 두꺼울 수 있다. 상부 반사기가 산란 반사기의 위에 배열될 때, 상부 반사기와 만나는 광은 산란 반사기를 두 번 통과할 것이다. 이에 의해, 산란 층의 두께는 동일한 산란도를 얻는 데 있어서 상부에 반사기가 없는 산란 층에 비해 크게 감소될 수 있다. 이것은 장치의 전체 두께의 감소를 돕는다.

본 발명의 실시예들에서는, 기판과 반사기 사이에 고체 투과성 물질이 배열될 수 있다.

고체 투과성 물질은 높은 굴절률의 LED 물질로부터 예를 들어 공기보다 높은 굴절률의 고체층으로 더 적은 광이 반사되므로 LED로부터 더 효율적인 광 추출을 가능하게 할 수 있다. 또한, LED의 표면에서의 내부 전반사의 임계각이 고체에 의해 증가되어, LED로부터의 광 추출이 증가된다.

본 발명의 실시예들에서, 투과성 물질은 파장 변환 물질을 포함할 수 있다.

기판과 반사기 사이에 파장 변환 물질이 배열될 때, LED에 의해 방출되는 광은 파장 변환을 겪을 것이며, 장치의 크기를 증가시키거나, 장치에 외부 요소들을 추가하지 않고도, 광 출력의 컬러가 사용자의 필요에 맞춰질 수 있다. 또한, 파장 변환 물질은 광에 대한 산란 효과를 가져서, 장치에서의 산란의 이익들을 증가시킬 수 있다.

본 발명의 실시예들에서, 특히 상부 반사기가 존재하지 않는 실시예들에서, 산란 반사기는 색소를 포함할 수 있거나, 산란 반사기 위에 색소 층이 배열될 수 있다.

색소는 산란 반사기를 통해 출사되거나 반사기로부터 반사되는 광의 컬러를 조절하거나, 산란 반사기를 통해 출사되는 광을 디밍하는 데 사용될 수 있다. 또한, 색소는 LED가 턴오프될 때 바람직한 컬러와 같은 조절 가능한 시각적 외관을 장치에 제공한다.

본 발명의 실시예들에서, 산란 반사기는 기판과 본질적으로 평행하게 배열될 수 있다. 반사기의 산란 효과로 인해, LED에 의해 방출되는 광의 대부분은 반사기가 기판에 평행한 경우에도 기판과 반사기 사이의 개구(들)를 통해 출사할 것이다. 따라서, 본 발명의 장치는 얇아질 수 있다.

본 발명의 실시예들에서, 고체 투과성 물질의 측면 에지들의 일부는 반사성 코팅으로 코팅될 수 있다. 따라서, 방출된 광은 하나 이상의 선택된 방향으로 지향될 수 있다.

이하, 본 발명의 상기 및 다른 양태들은 본 발명의 현재 바람직한 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 장치의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 단면도.

본 발명의 측면 발광 장치(100)의 제1 실시예가 도 1에 개략적으로 도시되어 있으며, "LED"(101)로도 표시되는 발광 다이오드 및 LED(101)가 배열되는 기판(102)을 포함한다. 이 도면에 도시되지 않았지만, 장치 내에는 이 분야에 통상적인 바와 같이 LED용의 구동 회로도 존재한다. LED(101)가 배열된 기판(102)의 표면 위에 반사기(103)가 배열된다. 따라서, LED(101)는 반사기(103)에 대면한다.

이 실시예에서, 기판(102) 및 반사기(103)는 본질적으로 평행한 것으로 도시되지만, 아래의 설명으로부터 이해되듯이, 이것은 본 발명의 모든 실시예에 대해 필요한 것은 아니다.

기판(102) 및 반사기(103)는 그들 사이에 배치된 광 전달 영역(115)에 대한 상한 및 하한을 각각 형성한다. 광 전달 영역(115)은 LED에 의해 방출되는 광이 그 안에서 전달되도록 비어 있거나(진공), 기체, 액체, 겔 또는 고체 투과 물질(106)로 채워질 수 있다.

장치는 광 전달 영역(115)의 적어도 하나의 측면 에지에 그리고 기판과 반사기 사이에 적어도 하나의 측면 개구(114)를 구비하며, LED(101)에 의해 방출되고 광 전달 영역(115)에서 전달되는 광은 이 개구(들)를 통해 장치(100)로부터 출사될 수 있다.

발광 다이오드(101)는 기판(102) 상에 배열된다. LED(101)로부터의 광은 통상적으로 반구 패턴 또는 더 낮은 확산의 방출과 같은 실질적인 각도 확산을 가지며, 통상적으로 기판의 표면으로부터 수직인 광 방출의 주요 방향을 가지며, 이러한 LED는 소위 상부 발광 LED라고 한다. 그러나, 다른 타입의 LED들도 본 발명의 장치에서 사용될 수 있다.

본 출원에서 사용될 때, "LED"로서 약칭되는 "발광 다이오드"라는 용어는 무기 계열 LED, 소형 유기 분자 계열 LED(smOLED) 및 폴리머 계열 LED(polyLED)를 포함하지만 이에 한정되지 않는, 이 분야의 기술자들에게 공지된 임의 타입의 발광 다이오드 또는 레이저 방출 다이오드를 지칭한다. 또한, 더 좁고 조절 가능한 광 콘(cone)의 광을 방출하는 광자 밴드갭 LED들도 사용될 수 있다. 본 발명에 사용하기에 적합한 LED에 의해 방출되는 광은 통상적으로 UV 광 내지 가시광의 파장 범위 내에 있다. 가시광에 대해, 발광은 자외선 내지 적색의 임의 컬러일 수 있다. 통상적으로, 청색 발광 LED들이 본 발명의 장치들에 사용된다.

기판(102)은 LED(101)에 대한 지지체이며, 다층 구조를 가질 수 있다. 통상적으로, 기판(102)은 LED에 의해 방출되는 광을 반사하는 층을 포함한다. 반사층은 전극 기능과 반사 기능을 겸비하는 LED(101)의 반사 백플레인이거나, 개별 층일 수 있다. 반사층은 통상적으로 Ag 또는 Al과 같은 금속을 포함한다. 본 발명의 일반 범위에 따르면, 반사기(103)는 반사기에 입사되는 광을, 본질적으로 광이 반사기에 대해 갖는 입사각에 관계없이 반사하고 산란시킨다.

LED(101)에 의해 방출되는 광은 적어도 반사기(103)를 향하는 광의 성분을 갖도록 방출되며, 광은 반사기를 만날 때 광 전달 영역 내로 다시 반사되지만, 이러한 반사가 산란된 후에, 훨씬 더 높은 각도 산란을 갖고, 입사 광 방향으로부터 상당한 광 전달 편차를 갖는다. 통상적으로, 반사기(103)에서의 반사 후의 각도 확산은 반구 확산에 가깝다. 이러한 높은 확산으로 인해, 광이 결국에는 측면 개구(114)를 통해 장치로부터 출사될 좋은 기회가 생긴다. 예를 들어, 도파층 내에 소정의 산란 입자들을 가짐으로써 도파층 내에서 산란 재분포도 발생할 수 있다.

반사기에서의 반사도는 통상적으로 R>약 95%와 같은 R>약 90%의 범위 내이다.

따라서, 반사기의 상면을 통한 광의 투과는 매우 낮은데, 통상적으로는 10% 이하이다.

도 1의 실시예의 반사기(103)는 아래에 더 상세히 설명된다.

LED(101)는 기판(102)과 반사기(103) 사이의 영역 내로 광을 방출한다. 이 영역은 본 명세서에서 광 전달 영역(115)으로 표시된다. 이 광 전달 영역(115)의 목적은 LED(101)로부터의 광을 측면 개구들(114)로 안내하는 것이다. 이 광 전달 영역에서, 광은 반사 표면들 사이에서 앞뒤로 반사되며, 결국에는 측면 개구들(114)을 통해 장치로부터 출사될 것이다.

광 전달 영역은 바람직하게는 예를 들어 인식 가능할 정도로 광을 흡수하지 않도록 장치의 LED(들)에 의해 방출되는 파장들의 광에 본질적으로 투명하다.

광 전달 영역(115)은 열린 보이드(void)이거나, 예를 들어 공기와 같은 임의의 기체로 채워지거나, 대안으로서 진공일 수 있거나, 액체, 겔 또는 고체 물질일 수 있다. 고체 광 전달 영역(115)에 사용하기에 적합한 고체 물질들의 예는 알루미나, 유리, 융합 실리카, 사파이어 및 YAG와 같은 고체 무기 물질들 및 실리콘 수지, 플루오르폴리머, 폴리올레핀 또는 다른 폴리머들을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 고체 광 전달 영역(115)은 영역 내의 균일한 광 분포를 얻기 위해 추가 양의 산란 물질을 더 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예들에서, 고체 광 전달 영역(115)은 반드시는 아니지만, 예를 들어 광 전달 영역(115) 내에 분포되어 배열되는 파장 변환 물질(107)을 포함할 수 있거나, 파장 변환 물질로 형성될 수 있다. 따라서, 광 전달 영역(115)으로부터 출사되는 광의 상당 부분은 파장 변환 물질(107)에 종속될 것이다.

파장 변환 물질(107)은 소정의 파장 또는 파장 범위의 광의 흡수시에 상이한 변환된 파장 또는 파장 범위의 광을 방출하는 물질이다. 통상적으로, 변환된 파장들은 더 긴 파장들을 향해 시프트된다. 전통적으로, 그러한 물질들은 통상적으로 형광 및/또는 인광 물질이다. 많은 그러한 파장 변환 물질들은 이 분야의 기술자들에게 공지되어 있으며, 하나의 일반적으로 사용되는 화합물 그룹은 "형광체"라는 명칭을 갖는다.

파장 변환 물질은 예를 들어 세라믹, 고체 물질들이거나, 캐리어 폴리머와 같은 바인더 물질 내에 삽입될 수 있다. 파장 변환 물질은 LED 표면 상에 직접 배치되거나, 접착체 층을 이용하여 LED 표면에 본딩될 수 있다.

파장 변환 물질(107)은 LED에 의해 방출되는 광의 적어도 일부를 흡수하도록 LED(101)와 매칭된다. 따라서, 파장 변환 물질의 선택은 LED의 선택에 의존한다. 예컨대, 파장 변환 물질은 청색 광을 녹색/황색 광으로 부분적으로 변환할 수 있으며, 이들은 백색 광으로 혼합된다. 그러나, 예를 들어 청색을 녹색, 황색 또는 적색으로 완전히 변환하거나, UV 광을 가시광으로 변환하는 다른 파장 변환 물질들도 사용될 수 있다.

이제, 도 1에 개략적으로 도시된 반사기(103)가 더 상세히 설명된다.

동작에 있어서, LED(101)는 열을 발산하며, 따라서 또한 반사기는 열을 받는다. 따라서, 반사기(103)는 광학 특성들을 유지하면서 연장된 기간 동안 상승된 온도를 견뎌내야 한다. 또한, LED(101)가 UV 또는 청색 광을 방출할 때, 반사기는 연장된 기간 동안 광학 특성들을 유지하면서 UV 또는 청색 광 노출을 견뎌내야 한다.

산란 반사기(103)는 광 산란 컴포넌트들(110)이 분포되는 캐리어 물질을 포함한다.

하나의 상태(phase)와 주변 상태 사이에 굴절률 차이를 가짐으로써 산란이 달성되며, 분산 상태의 크기는 산란이 효과적이기 위하여 광의 파장 정도이다. 그러한 시스템은 예를 들어 캐리어 내의 높은 굴절률의 분산 입자들 또는 낮은 굴절률의 기공들일 수 있다.

이 실시예에서, 반사기(103)는 실리케이트 네트워크의 캐리어(108) 및 옵션으로서 실리카 입자들, 및 그 안에 분산된 산란 입자들(110)을 포함한다. 산란 입자들(110)은 캐리어의 굴절률을 초과하는 굴절률을 가진 물질, 통상적으로는 금속 산화물로 이루어진다.

실리케이트 네트워크는 열에 안정적이고 광에 안정적인 이익들을 갖는다. 따라서, 실리케이트 네트워크들은 본 발명의 산란 반사기의 캐리어 물질로서 매우 적합하다.

본 발명의 산란 반사기의 통상적인 조성은 산성수 내의 알콕시실란 및/또는 알킬 알콕시실란(예를 들어, 메틸트리메톡시실란(MTMS))의 사전 가수분해된 졸로 이루어진다. 알콕시실란의 예는 테트라메톡시실란 또는 테트라에톡시실란을 포함한다. 알킬 알콕시실란의 예는 메틸트리메톡시실란(MTMS), 메틸트리에톡시실란(MTES) 또는 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란 또는 디메틸디에톡시실란을 포함한다. 옵션으로서, 기계적 특성을 향상시키고, 층 경화 동안의 수축을 줄이기 위해, 이 졸에 실리카 나노 입자들의 현탁액이 첨가된다. 이어서, 서브마이크로미터 범위의 입자 크기 분포를 갖는 높은 굴절률의 산화물 입자들이 졸에 첨가된다. 결과적인 현탁액은 안정적이며, 냉동기에 보관되는 경우에는 적어도 2달 동안 사용될 수 있다. 실온에서, 현탁액은 느리게 반응하며, 가수분해된 알콕시실란 또는 알킬알콕시 모노머들이 반응하여 단단한 무기 네트워크를 형성한다. 반응은 용매(통상적으로, 물 또는 물/알코올 혼합물)가 제거되는 코팅 절차들 동안에 가속화된다. 코팅 후, 층은 네트워크 형성을 가속화하기 위해 열 경화된다. 알콕시실란이 캐리어 물질로 사용될 때, 산란 색소들 및 옵션으로서 나노 입자들을 포함하는 실리케이트 네트워크들이 형성된다. 알킬 알콕시실란이 사용될 때에는, 메틸트리메톡시실란이 사용될 때의 메틸실리케이트 네트워크와 같이, 알킬실리케이트 네트워크가 형성된다.

다른 타입의 조성은 유기 용매에 쉽게 녹는 이미 사전 폴리머화된 상용 실란 프리커서(예컨대, Silres - Wacker Chemie)를 사용하며, 서브마이크로미터 입자 크기 범위를 갖는 높은 굴절률의 산화물 입자들을 첨가함으로써 안정된 현탁액이 얻어진다.

또 다른 타입의 캐리어/바인더 물질은 실리콘 수지 물질과 같은 실록산으로 구성된다. 점도를 줄이기 위해 용매가 첨가될 수 있지만, 용해되지 않은 실록산도 사용될 수 있다. 코팅 가능한 분산을 얻기 위해 실록산 또는 용해된 실록산에 산란 입자들이 첨가된다.

산란 입자들의 예는 TiO₂ 금홍석(n=2.7), TiO₂ 예추석(n=2.4), ZrO₂(n=2.1), Ta₂O₅(n=2.2), Nb₂O₅(n=2.2) SnO₂(n=1.89), Al₂O₃(n=1.76)와 같은 금속 산화물, 또는 예를 들어 ZnS(n=2.3)와 같은 다른 무기 물질의 입자들을 포함한다. 산화물의 동일한 체적량에서 동일한 반사율 값을 얻는 데 필요한 층 두께는 유사한 입자 크기 분포에서의 굴절률 값의 증가에 따라 감소한다. 통상적으로, 적절한 광학 특성들을 위해, 산란 입자들의 평균 입자 크기는 약 1 ㎛ 이하이지만, 50nm를 초과한다.

통상적으로, 산란 입자들은 상기 반사기의 10 내지 70%의 체적을 구성한다.

또 다른 타입의 산란 반사기는 세라믹 물질을 캐리어로 사용한다. 통상적으로, 세라믹 캐리어는 광의 파장 정도의 기공 크기를 갖는 기공들을 포함한다. 기공들의 농도는 통상적으로 10 내지 70 체적 퍼센트이다. 세라믹 바인더 물질은 통상적으로 이트륨-알루미늄-가닛(YAG), 알루미나(Al₂O₃), 지르코니아(ZrO₂) 또는 티타니아(TiO₂)로 구성되지만, 이 분야의 기술자들에게 공지된 바와 같이 다른 세라믹 물질들도 사용될 수 있다. 기공들은 통상적으로 공기로 채워진 보이드들로 구성된다. 세라믹 물질들은 통상적으로 폴리머 바인더와 결합된 평면 기판으로 가압되는 파우더들로부터 처리된다. 이 프로세스에서는 본질적으로 에어 포켓들이 발생한다. 기판들은 또한 이 분야의 기술자들에게 공지된 슬립 캐스팅 또는 테이프 캐스팅 기술들을 이용하여 제조될 수도 있다. 기판들은 바인더를 제거하고 밀도 높은 응집 층을 얻기 위해 상승된 온도에서 소결된다. 잔여 에어 포켓들의 양 및 크기는 소결 시간, 온도 및 소결 가스에 의해 제어된다. 이러한 세라믹 반사기들은 통상적으로 접착제를 이용하여 광 전달 층(106)에 본딩된다. 세라믹 다공질 반사기는, 통상적으로 150 내지 200℃인 LED의 동작 온도들을 훨씬 초과하는 온도들에서 처리되는 무기 물질 용액들로 구성되므로, 광 및 열에 매우 안정적이다.

LED에 의해 방출되는 광의 대부분은 산란으로 인해 광 전달 영역(115)으로 다시 반사되지만, 광의 일부는 또한 본질적으로 산란되지 않거나, 앞 방향으로 계속 산란되어 반사기(103)를 통과할 것이다.

제1 대안으로서, 산란 반사기(103)를 통과하는 이러한 잔여 광이 차단된다. 이것은 예를 들어 산란 반사기(103) 상에 본질적으로 불투명한 상부 반사기(109)를 배열함으로써 이루어질 수 있다. 반사기(109)를 만나는 광은 산란 반사기(103) 내로, 결국에는 측면 출구들(114)을 향하는 투과를 위해 광 전달 영역(115)으로 다시 반사될 것이다. 따라서, 광은 산란될 2번의 기회를 가지며, 따라서 산란 효율이 향상된다. 따라서, 산란 반사기의 두께 또는 산란 입자들의 농도가 감소될 수 있고, 상부 반사기와 연계하여 원하는 산란 및 재분포 효과들을 계속 얻을 수 있다.

상부 반사기는 통상적으로 은 또는 알루미늄과 같은 금속 층이거나, 이색 미러일 수 있다. 금속 층 반사기는 통상적으로, 30 내지 50 ㎛와 같은 10 내지 100 ㎛ 범위의 두께를 가질 수 있는 산란 반사기에 비해 약 100 내지 500nm 정도로 얇다. 이색 미러는 통상적으로 99%와 같은 매우 높은 반사율의 각도 범위를 갖지만, 상당히 벗어난 각도들에서 감소된 반사율을 제공하기 위한 각도 의존성을 가질 가능성이 크다. 반사율은 스펙트럼 의존적일 수도 있다.

상부 반사기는 통상적으로 최소 반사 손실을 위한 경면 반사기이지만, 일부 응용들에서는 산란 반사기와 유사한 확산 반사기와 같은 확산 반사기일 수 있다.

상부 반사기가 확산 반사기일 때, 상부 반사기는 산란 반사기보다 높은 산란 능력을 갖는 색소를 사용하는 산란 반사기일 수 있다. 또한, 광 변환 층(107)으로부터 입사되는 광은 산란 반사기에 의해 산란되고, 부분적으로 다시 반사되어, 상부 반사기로 부분적으로 투과된다. 그 이익은 예추석과 같은 더 낮은 산란 능력을 갖는 색소들이 매우 높은 산란 능력을 갖는 금홍석보다 낮은 파장들에서 흡수 대역을 갖는다는 사실과 관련되는 이익이다. 따라서, 예추석은 400nm보다 높은 파장에서 실질적으로 광을 흡수하지 않지만, 금홍석은 425nm 아래에서 흡수 손실로 이어지는 흡수 에지를 갖는다. 청색 LED는 금홍석 함유 반사기에 의해 부분적으로 흡수되는 400 내지 425nm의 광 방출을 포함할 수 있다. 따라서, 예추석 함유 반사기는 흡수 손실 없이 400 내지 425nm의 광의 상당한 부분을 반사하는 반면, 금홍석 색소를 함유하는 상부 반사기는 425nm를 초과하는 파장들에서 더 높은 반사율을 나타낸다. 유사하게, LED가 UV 광을 방출하는 경우, 산란 반사기 층은 근 UV에서의 UV 흡수를 갖지 않는 알루미나 또는 지르코니아 색소를 포함할 수 있으며, 이 색소는 더 높은 산란 능력의 금홍석 색소 또는 예추석 색소와 결합하여, 파장 변환 층에 의해 변환되는 가시광 파장들에 대한 반사율을 증가시킬 수 있다.

제2 대안으로서, 잔여 광은 발광 다이오드의 상면을 조명하는 데 사용될 수 있다. 소정 응용들에서, 발광 다이오드의 위치는 위로부터 쉽게 검출 가능한 것이 유리할 수 있다. 이것은 또한 다이오드에 대한 양호한 외관을 제공할 수 있다.

반사층에 또는 그 위에 소량의 색소가 첨가될 수 있다. 색소는 바람직하게는 원하는 컬러에 의존하는 통상의 무기 색소(Cr₂O₃, CoAl₂O₄ 등, 그러한 이에 한정되지 않음)이거나, 발광 색소일 수 있다. 색소는 통상적으로 전술한 바와 같은 실리콘 수지 또는 실란 네트워크와 같은 바인더 내에 포함된다.

색소는 반사기 배합(formulation)에 첨가될 수 있거나, 산란 코팅 배합 내에 옵션으로서 배합되는 코팅으로서 산란 반사기의 상부에 도포될 수 있다.

측면 발광 LED의 컬러 외관은 LED의 외관을 LED가 사용되는 장치의 응용 및 설계에 맞추는 데에 매우 매력적이다. 이것은 특히, 이동 전화 등에서 사용되는 플래시 LED들에 대해 그러하다. 측면 발광 LED는, 포물선 반사기와 같은 LED 주위의 반사기와 더불어, 플래시 라이트로서 사용될 수 있다. 그러나, 반사기의 상면은 그러한 응용에서 보인다. 따라서, 컬러의, 열 및 광에 안정적인 표면 코팅은 장치의 설계와 매칭되는 것이 필요하다. 컬러 코팅은 반사기 코팅에 의해 직접 LED 광으로부터 실질적으로 차단될 수 있으므로(소량의 광만이 산란 반사기의 상면을 통해 출사된다), 측면 발광기 동작을 방해하지 않는다.

한편, 상부의 컬러 또는 발광 색소와 상호작용하는, 산란 반사기를 통한 잔여 또는 고의적인 광 누설은 측면들로부터 방출되는 광에 컬러 광을 추가할 수 있다. 이러한 응용에서, 이 광은 조명의 전체 컬러를 조정하기 위해 혼합될 수 있다.

이 분야의 기술자는 본 발명이 전술한 바람직한 실시예들로 한정되지 않는다는 것을 안다. 그와 달리, 첨부된 청구항들의 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능하다. 예컨대, 도면들에서, 기판 및 반사기는 동일한 풋프린트 크기를 갖는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 기판 및 반사기 중 하나는 다른 하나보다 큰 풋프린트를 갖는 것이 가능하다.

또한, 본 발명의 측면 발광 장치에서, 광이 장치로부터 출사되는 측면 개구들(114)은 장치의 주변 전체에 배치될 필요가 없다.

본 발명의 일부 실시예들에서, 광 전달 영역의 측면 에지들의 일부가 커버될 수 있으며, 따라서 그 방향으로는 장치로부터 광이 출사되지 않는다. 예를 들어, 정사각형 장치에서, 정사각형의 하나 이상의 변 상의 측면 에지들이 커버될 수 있으며, 따라서 광은 커버되지 않은 변들만을 통해 출사된다. 바람직하게는, 커버된 변들은 반사성 코팅(113)으로 커버되며, 따라서 커버된 변의 표면과 만나는 광의 적어도 일부는 광 전달 영역 내로 다시 반사된다. 더 바람직하게는, 반사성 코팅은 산란 반사기(103)로서 사용된 것과 동일한 물질이다. 요컨대, 기판 상에 배열되고, 상기 기판으로부터 소정 거리에 배치되고 상기 기판의 연장을 따라 연장하는 산란 반사기에 대면하는 적어도 하나의 발광 다이오드를 포함하는 측면 발광 장치가 제공된다. 상기 산란 반사기는 캐리어 내에 분포된 산란 컴포넌트들을 포함하고, 상기 산란 컴포넌트들은 상기 캐리어의 굴절률과 다른 굴절률을 갖는다.

반사기의 산란 작용은 장치 내의 각도 재분포를 유발하여, 광이 반사기와 기판 사이의 측면 개구들을 통해 장치로부터 출사하는 기회를 증가시키며, 광이 상면을 통해 출사되는 것을 본질적으로 방지한다. 본 발명의 발광 장치는 예를 들어 LED 조명의 영역들에서, 예를 들어 디스플레이 장치들에서의 백라이트 응용들에서, 자동차 헤드라이팅 또는 범용 LED 스폿 조명에 사용될 수 있는 바와 같이, 평면 광 안내 조명 기구들, LED 시준기 구성들을 포함하는 광 안내 응용들에서 사용될 수 있다. 그러나, 이용 영역들은 위의 것들로 한정되지 않는다.

Claims (18)

1. 측면 발광 장치(100)로서,
   기판(102) 상에 배열되되, 상기 기판으로부터 소정 거리에 배치되고 상기 기판의 연장(extension)을 따라 연장하는 산란 반사기(103)에 대면하는 적어도 하나의 발광 다이오드(101)를 포함하고,
   상기 반사기(103)는 캐리어(108) 내에 분포된 산란 컴포넌트들(110)을 포함하고, 상기 산란 컴포넌트들(110)은 상기 캐리어(108)의 굴절률과 다른 굴절률을 가지며,
   상기 산란 컴포넌트들(110)은 상기 캐리어(108)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 기공들을 포함하는 측면 발광 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 산란 컴포넌트들(110)은 상기 반사기의 10 내지 70 체적 %를 구성하는 측면 발광 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 캐리어(108)는 실리콘 함유 네트워크를 포함하는 측면 발광 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 실리콘 함유 네트워크는 실리케이트 네트워크 및 폴리실록산 네트워크로부터 선택되는 측면 발광 장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 캐리어(108)는 세라믹 물질을 포함하는 측면 발광 장치.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 산란 반사기(103)는 90% 초과의 반사율을 갖는 측면 발광 장치.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 산란 반사기(103)의 상부에 상부 반사기(109)가 배열되는 측면 발광 장치.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기판(102)과 상기 반사기(103) 사이에 고체 투과성 물질(106)이 배열되는 측면 발광 장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 고체 투과성 물질(106)은 파장 변환 물질을 포함하는 측면 발광 장치.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반사기(103)는 색소(pigment)를 포함하는 측면 발광 장치.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 산란 반사기(103)는 상기 기판(102)과 평행하게 배열되는 측면 발광 장치.
12. 제8항에 있어서, 상기 고체 투과성 물질(106)의 측면 에지들 중 일부는 반사성 코팅(113)에 의해 코팅되는 측면 발광 장치.
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제

Images