KR20120044933A - 고온 발광 다이오드(ｌｅｄ) 조명 시스템 및 방법 - Google Patents

고온 발광 다이오드(ｌｅｄ) 조명 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20120044933A
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안토니 피. 반 드 벤
제랄드 에이치. 네글리
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크리, 인코포레이티드
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Abstract

LED 조명 시스템들은 그들의 LED를 85℃의 접합 온도보다 높은 온도에서 작동시키며, 85℃의 접합 온도보다 높은 온도에서 LED를 작동시키는 것의 결과로서 LED 조명 시스템의 예상 수명을 25,000 시간보다 적게 감소시키는 LED 조명 시스템의 컴포넌트들을 LED로부터 떨어져 배치한다. 따라서, LED 자체는 그것의 수명에 영향을 주지 않으면서 통상적인 경우보다 더 고온으로 구동될 수 있다. LED가 더 고온으로 작동하는 것을 허용함으로써, LED 자체를 위한 감소된 히트 싱킹이 필요할 수 있으며, 이는 LED 조명 시스템을 위한 열 관리 시스템의 비용, 크기 및/또는 복잡도를 감소시킬 수 있고, 그리고/또는 LED 조명 시스템을 위한 열 예산이 다른 곳에 사용되는 것을 허용할 수 있다. 관련된 구조들이 또한 설명된다.

Description

고온 발광 다이오드(ＬＥＤ) 조명 시스템 및 방법{HOT LIGHT EMITTING DIODE (LED) LIGHTING SYSTEMS AND METHODS}
본 발명은 조명 시스템 및 방법에 관한 것이며, 더 상세하게는 발광 다이오드들(LEDs)을 사용하는 조명 시스템 및 방법에 관한 것이다.
LED는 교통 신호, 채색 벽면 워시 조명(color wall wash lighting), 백라이트, 디스플레이 및 일반 발광과 같은 조명/발광 응용들에서 점점 더 많이 사용되고 있으며, 하나의 궁극적인 목표는 널리 사용되는 백열 전구에 대한 대체물이 되는 것이다. LED와 같은 비교적 좁은 스펙트럼의 광원으로부터 백색 광원과 같은 넓은 스펙트럼의 광원을 제공하기 위해, LED의 비교적 좁은 스펙트럼은 그 파장이 쉬프트 및/또는 확산될 수 있다.
예컨대, 백색 LED는 청색 방출 LED를 청색 광의 자극에 응답하여 황색 광을 방출하는 YAG:Ce 형광체(phosphor)와 같은 파장 변환 재료를 포함하는 수지 또는 실리콘과 같은 인캡슐런트(encapsulant) 재료로 코팅함으로써 형성될 수 있다. LED에 의해 방출되는 청색 광의 전부가 아니라 일부는 인광체에 의해 흡수되어 인광체가 황색 광을 방출하게 한다. 인광체에 의해 흡수되지 않은 LED에 의해 방출된 청색 광은 인광체에 의해 방출된 황색 광과 결합하여 관찰자에 의해 백색으로 감지되는 광을 생성한다. 다른 조합들 또한 사용될 수 있다. 예컨대, 더 나은 색온도 및/또는 더 나은 색 표현 특성들을 갖는 광을 생성하기 위해 적색 방출 인광체가 황색 인광체와 혼합될 수 있다. 대안적으로, 황색 인광체로 코팅된 청색 LED에 의해 방출된 광을 보충하기 위해 하나 이상의 적색 LED들이 사용될 수 있다. 다른 대안들에서, 개별적인 적색, 녹색, 및 청색 LED들이 사용될 수 있다. 더욱이, 적외선(IR) 또는 자외선(UV) LED들이 사용될 수 있다. 마지막으로, 백색과 다른 색들을 생성하기 위해 이러한 임의의 또는 모든 조합들이 사용될 수 있다.
LED 조명 시스템들은 종래의 백열 및 형광 전구들에 비해 긴 동작 수명을 제공할 수 있다. LED 조명 시스템 수명은 전형적으로 "L70 수명", 즉, LED 조명 시스템의 광 출력이 30% 이상 퇴화되지 않는 동작 시간의 수에 의해 측정된다. 전형적으로, 적어도 25,000 시간의 L70 수명이 바람직하며, 이는 표준 설계 목표가 되었다. 본원에 사용된 L70 수명은, 본원에서 또한 "LM-80"이라 명명되는 2008년 9월 22일, ISBN No. 978-0-87995-227-3, "IES Approved Method for Measuring Lumen Maintenance of LED Light Sources"라는 제목의 Illuminating Engineering Society Standard LM-80-08에 의해 정의되며, 그것의 개시는 본원에 완전히 설명되는 것처럼 본원에 참조로서 완전히 통합된다.
LED는 또한 ENERGY STAR® 프로그램 요구 사항들을 만족시키도록 에너지 효율적일 수 있다. LED들에 대한 ENERGY STAR 프로그램 요구 사항들은 Final: 2008년 12월 19일, "ENERGY STAR® Program Requirements for Solid State Lighting Luminaires, Eligibility Criteria - Version 1.1"에서 정의되며, 이 개시는 본원에 완전히 설명되는 것처럼 본원에 참조로서 완전히 통합된다.
열은 바람직한 동작 수명을 얻는 데 있어서 중요한 관심사이다. 잘 알려진 바와 같이, LED는 광 생성 동안 상당한 열을 또한 생성한다. 열은 일반적으로 "접합 온도", 즉, LED의 반도체 접합의 온도에 의해 측정된다. 만족스러운 수명, 예컨대 적어도 25,000 시간의 L70을 제공하기 위해, 접합 온도가 85℃보다 높지 않아야 한다는 것을 보증하는 것이 바람직하다. 85℃보다 높지 않은 접합 온도를 보증하기 위해, LED에 의해 생성되는 열 중 적어도 일부를 방산시키기 위한 다양한 히트 싱킹(heat sinking) 체계들이 개발되었다. 예컨대, 2008년 9월 cree.com/xlamp에서 발행된 Cree® XLamp® XR Family & 4550 LED Reliability라는 제목의 Application Note: CLD-APO6.006을 참조하라.
60 와트 A19 백열 및 PAR 38 할로겐 백열 전구들을 포함하는, 미국에서 현재 사용되는 가장 일반적인 조명 제품들 중 몇몇을 대체하기 위한 고에너지 효율 고체 상태 조명(SSL) 제품들의 개발 및 배치를 장려하기 위해, 2007년 EISA(Energy Independence and Security Act) 내에서 Bright Tomorrow Lighting Competition (L Prize™)이 승인되었다. L Prize는 2008년 5월 28일, Document No. 08NT006643, "Bright Tomorrow Lighting Competition(L Prize™)"에 설명되었으며, 이 개시는 본원에 완전히 진술되는 것처럼 본원에 참조로서 완전히 통합된다. L Prize 수상자는 광 출력, 와티지(wattage), 연색 평가 지수, 연관된 색온도, 예상 수명, 크기, 및 베이스 종류를 포함하는 많은 제품 요구 사항들에 따라야 한다.
본원에 설명된 다양한 실시예들에 따른 LED 조명 시스템들은, 85℃의 접합 온도보다 높은 온도에서 LED를 작동시킬 수 있으며, 85℃의 접합 온도보다 높은 온도에서 LED를 작동하는 것의 결과로서 LED 조명 시스템의 예상되는 L70 수명을 25,000 시간보다 적게 감소시키는 LED 조명 시스템의 컴포넌트들을 LED로부터 떨어뜨려 배치할 수 있다. 따라서, LED 자체는 예상 L70 성능에 영향을 주지 않으면서 일반적인 경우보다 고온으로 구동될 수 있다. LED가 고온으로 구동되는 것을 허용함으로써, LED 자체에 대해 감소된 열 흡수가 필요할 수 있으며, 이는 LED 조명 시스템을 위한 열 관리 시스템의 비용, 크기, 및/또는 복잡도를 감소시킬 수 있고 그리고/또는 LED 조명 시스템을 위한 열 예산이 다른 곳에 사용되도록 할 수 있다.
일부 실시예들에서, 접합 온도는 125℃보다 높으며, 다른 실시예들에서, 접합 온도는 160℃와 200℃ 사이이다. 더욱이, 다른 실시예들에서, LED 조명 시스템의 예상 L70 수명은 적어도 50,000 시간이다. 또다른 실시예들에서, LED 조명 시스템은 또한 고체 상태 조명 기구들을 위한 에너지 스타 프로그램 요구 사항(ENERGY STAR Program Requirements for Solid State Lighting Luminaires)을 따른다. 또다른 실시예들에서, LED 조명 시스템은 L Prize를 위한 60와트 A19 백열 대체물을 위한 광 출력, 와티지, 연색 평가 지수, 연관된 색온도, 예상 수명, 크기, 및 베이스 종류에 대한 제품 요구 사항들을 따른다. 또다른 실시예들에서, LED 조명 시스템은 L Prize를 위한 PAR 38 할로겐 대체물을 위한 광 출력, 와티지, 연색 평가 지수, 연관된 색온도, 예상 수명, 크기, 및 베이스 종류에 대한 제품 요구 사항들을 따른다.
본원에 설명한 다양한 실시예들에 따른 LED 조명 시스템들은 베어(bare) LED 다이, 및 베어 LED 다이에 전기적으로 연결되며, 베어 LED 다이의 85℃보다 높은 접합 온도를 허용하기 위해 베어 LED 다이를 바이어스하도록 구성되는 전력 공급 장치를 포함한다. 파장 변환 재료가 베어 LED 다이로부터 떨어져서 배치되며, 이는 LED 조명 시스템의 적어도 25,000 시간의 예상 L70 수명을 제공하기 위해 베어 LED 다이에 의해 방출되는 빛의 적어도 일부를 다운컨버팅(downconvert)하도록 구성된다. 다른 실시예들에서, 적어도 50,000 시간의 예상 L70 수명이 제공된다. 더욱이, 다른 실시예들에서, 전력 공급 장치는 베어 LED 다이로부터 떨어져 배치된다.
일부 실시예들에서, LED 조명 시스템은 투명 전구 및 전구의 베이스에 있는 나사 타입 베이스를 포함한다. 베어 LED 다이는 전구 내에 위치한다. 전력 공급 장치는 베이스 내에 위치하며, 파장 변환 재료는 투명 전구 위에 있다.
일부 실시예들에서, 베어 LED 다이는 그 위에 인캡슐런트(encapsulant)가 전혀 없다. 다른 실시예들에서, 베어 LED 다이는 그 위에 실리콘 수지 계열 및 에폭시 계열 인캡슐런트가 전혀 없다. 또다른 실시예들에서, 베어 LED 다이는 실리콘 질화물, 및/또는 사파이어와 같은 알루미늄 산화물을 포함하는 외부층을 포함한다.
더욱이, 일부 실시예들에서, 전력 공급 장치는 125℃보다 높은 접합 온도를 유지하기 위해 베어 LED 다이를 바이어스하도록 구성된다. 다른 실시예들에서, 160℃와 200℃ 사이의 접합 온도가 유지된다.
더욱이, 또다른 실시예들에서, LED 조명 시스템은 고체 상태 조명 기구들을 위한 에너지 스타 프로그램 요구 사항을 따른다. 또다른 실시예들에서, LED 조명 시스템은 L Prize를 위한 60 와트 A19 백열 대체물을 위한 광 출력, 와티지, 연색 평가 지수, 연관된 색온도, 예상 수명, 크기, 및 베이스 종류에 대한 제품 요구 사항들을 따른다. 또다른 실시예들에서, LED 조명 시스템은 L Prize를 위한 PAR 38 할로겐 대체물을 위한 광 출력, 와티지, 연색 평가 지수, 연관된 색온도, 예상 수명, 크기, 및 베이스 종류에 대한 제품 요구 사항들을 따른다.
또다른 실시예들에 따른 LED 조명 시스템들은 85℃보다 높은 LED 접합 온도에서 LED 조명 시스템의 노출된 광 출력을 특정된 수명에 걸쳐 특정된 양을 넘어 퇴화시키는 재료가 그 위에 없는 LED를 포함한다. 전력 공급 장치가 LED에 전기적으로 연결되며, 85℃보다 높은 접합 온도를 허용하기 위해 LED를 바이어스하도록 구성된다. 파장 변환 재료가 LED로부터 떨어져 위치하며, LED에 의해 방출된 광 중 적어도 일부를 다운컨버팅하도록 구성된다. 파장 변환 재료는 또한 LED 조명 시스템의 예상 광 출력을 특정된 예상 수명에 걸쳐 특정된 양을 넘어 퇴화시키지 않도록 LED로부터 충분히 떨어져 위치한다.
일부 실시예들에서, LED는 160℃보다 높은 LED 접합 온도에서 퇴화하는 재료를 갖지 않으며, 전력 공급 장치는 160℃보다 높은 LED 접합 온도를 유지하기 위해 LED를 바이어스하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, LED는 그 위에 인캡슐런트가 없다. 다른 실시예들에서, LED는 탄소-탄소 이중 결합들을 갖는 인캡슐런트가 없다. 또다른 실시예들에서, LED는 실리콘 질화물, 및/또는 사파이어와 같은 알루미늄 산화물을 포함하는 외부 층을 포함한다. 또다른 실시예들에서, LED는 그 위에 실리콘 수지 계열 및 에폭시 계열 인캡슐런트가 없다.
일부 실시예들에서, LED는 그 위에 히트 싱크가 없지만, 전력 공급 장치는 그것에 연결된 히트 싱크를 포함한다. 히트 싱크는 핀(fin)들을 포함할 수 있다.
또다른 실시예들에서, LED는 청색 LED를 포함하며, LED 조명 시스템은 적색 LED를 더 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, LED 조명 시스템은 또한 청색 LED보다 적색 LED에 대해 더 큰 열 방산을 제공하는 열 관리 구조를 포함할 수 있다. 예컨대, 히트 싱크는 적색 LED에 열적으로 연결될 수 있는 한편, 청색 LED는 그 위에 히트 싱크가 없을 수 있다. 다른 실시예들에서, 히트 싱크는 전력 공급 장치에 열적으로 연결된다. 또다른 실시예들에서, LED 조명 시스템은 투명 전구 및 전구의 베이스에 나사 타입 베이스를 포함한다. LED는 전구 내에 위치한다. 전력 공급 장치는 베이스 내에 위치하며, 파장 변환 재료는 전구 위에 있다.
일부 실시예들에서, 접합 온도는 125℃보다 높으며, 다른 실시예들에서, 접합 온도는 160℃와 200℃ 사이에 있다. 더욱이, 다른 실시예들에서, LED 조명 시스템의 예상 L70 수명은 적어도 50,000 시간이다. 더욱이, 또다른 실시예들에서, LED 조명 시스템들은 고체 상태 조명 기구들을 위한 에너지 스타 프로그램 요구 사항을 따른다. 또다른 실시예들에서, LED 조명 시스템은 L Prize를 위한 60 와트 A19 백열 대체물을 위한 광 출력, 와티지, 연색 평가 지수, 연관된 색온도, 예상 수명, 크기, 및 베이스 종류에 대한 제품 요구 사항들을 따른다. 또다른 실시예들에서, LED 조명 시스템은 L Prize를 위한 PAR 38 할로겐 대체물을 위한 광 출력, 와티지, 연색 평가 지수, 연관된 색온도, 예상 수명, 크기, 및 베이스 종류에 대한 제품 요구 사항들을 따른다.
도 1은 다양한 실시예들에 따른 수명 대 접합 온도를 도시한다.
도 2는 다양한 실시예들에 따른 고온 LED 동작의 흐름도이다.
도 3은 다양한 컴포넌트들의 녹는점들을 예시하는 인캡슐레이팅된 LED의 단면도이다.
도 4 내지 도 6은 다양한 실시예들에 따른 LED 조명 시스템들의 단면도들이다.
본 발명은 이제 다양한 실시예들이 도시된 첨부 도면들을 참조하여 더 충분히 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 많은 상이한 형태들로 구현될 수 있으며, 본원에 설명된 실시예들에 제한되는 것으로 해석되어서는 안된다. 그보다는, 본 개시가 철저하고 완전하며, 본 발명의 범위를 본 기술분야의 당업자들에게 충분히 전달하도록 이 실시예들이 제공된다. 도면들에서, 명확함을 위해 층들 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기들은 과장될 수 있다. 전체를 통해 유사한 번호들은 유사한 요소들을 참조한다.
층, 영역, 또는 기판과 같은 요소가 다른 요소의 "위에" 있다고 명명되면, 그것은 다른 요소의 바로 위에 있거나, 또는 개입하는 요소들이 또한 존재할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 더욱이, 도면들에서 예시된 것과 같은 기판 또는 베이스에 대해 한 층 또는 영역의 다른 층 또는 영역과의 관계를 설명하기 위해 "아래에" 또는 "위에 있는"과 같은 상대적인 용어들이 본원에서 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면들에 도시된 배향 외에, 디바이스의 상이한 배향들을 포함하도록 의도된다는 것이 이해될 것이다. 마지막으로, 용어 "직접"은 개입하는 요소들이 없다는 것을 의미한다. 본원에 사용된 것과 같은 용어 "및/또는"은 연관된 열거된 아이템들 중 하나 이상 아이템들의 임의의 및 모든 조합들을 포함하며, "/"로 간략화될 수 있다.
용어들 제1, 제2 등이 다양한 요소들, 컴포넌트들, 영역들, 층들 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 본원에서 사용될 수 있으나, 이러한 요소들, 컴포넌트들, 영역들, 층들 및/또는 섹션들은 이러한 용어들에 의해 제한되지 않아야 한다는 것이 이해될 것이다. 이러한 용어들은 하나의 요소, 컴포넌트, 영역, 층 또는 섹션을 다른 영역, 층 또는 섹션으로부터 구별하기 위해서만 사용된다. 그러므로, 하기 논의되는 제1 요소, 컴포넌트, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않으면서 제2 요소, 컴포넌트, 영역, 층 또는 섹션으로 명명될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들의 개략적인 도면들인 단면 및/또는 다른 도면들을 참조하여 본원에 설명된다. 따라서, 예컨대 제조 기법들 및/또는 공차(tolerance)의 결과로서, 도면들의 형태로부터의 변형들이 예상될 것이다. 그러므로, 본 발명의 실시예들은 본원에 예시된 영역들의 특정한 형태들에 제한되는 것으로 해석되어서는 안되며, 예컨대 제조로부터 야기되는 형태의 편차들을 포함한다. 예컨대, 직사각형으로서 예시되거나 설명된 영역은, 전형적으로, 정상적인 제조 공차로 인해 라운딩된 또는 곡선의 특징들을 가질 것이다. 그러므로, 도면들에 예시된 영역들은 본질적으로 개략적이며, 그들의 형태는 디바이스의 영역의 정확한 형태를 예시하도록 의도되지 않으며, 본원에서 달리 정의되지 않는 이상 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다. 더욱이, 본원에 설명된 모든 수적인 양들(numerical quantities)은 대략적이며, 그렇게 주장되지 않는 이상 정확하다고 간주되지 않아야 한다.
본원에 달리 정의되지 않는 이상, 본원에 사용된 모든 용어들(기술적 및 과학적 용어들을 포함함)은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해될 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전들에서 정의되는 것들과 같은 용어들은, 그것들의 연관된 기술분야 및 본 명세서의 문맥에서의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본원에 특별히 그렇게 정의되지 않는 이상, 이상화된 또는 지나치게 형식적인 의미로 해석되지 않을 것이다.
본원에 사용된 것과 같이, 투명한 층 또는 영역에 충돌하는 복사선 중 적어도 일부가 투명한 층 또는 영역을 통해 빠져나온다면, 층 또는 영역은 "투명한" 것으로 간주된다. 더욱이, 용어 "인광체"는 임의의 파장 변환 재료(들)에 대해 동의어로서 사용된다. 용어 "L70 수명"은 상기 인용한 LM-80에 의해 측정되는 것으로 정의된다. 용어 "ENERGY STAR"는 상기 인용한 "고체 상태 조명 기구들을 위한 에너지 스타 프로그램 요구 사항, 버전 1.0"에 의해 정의된다. 용어 "L Prize"는 상기 인용한 "Bright Tomorrow Lighting Competition(L Prize™)" 공개 번호 08NT006643에 의해 정의된다.
다양한 실시예들이 "예상 L70 수명"을 참조하여 본원에 설명된다. 고체 상태 조명 제품들의 수명은 수만 시간으로 측정되므로, 제품의 수명을 측정하기 위해 전체 기간 테스팅을 수행하는 것은 일반적으로 비현실적이다. 그러므로, 시스템의 수명을 추정하기 위해 시스템 및/또는 광원의 테스트 데이터로부터의 수명의 예측들이 사용된다. 그러한 테스팅 방법들은 상기 인용한 에너지 스타 프로그램 요구 사항에서 발견되는, 또는 2005년 2월, "ASSIST Recommends... LED Life For General Lighting: Definition of Life" 볼륨 1, 이슈 1(이 개시는 본원에 완전히 진술되는 것처럼 본원에 참조로서 완전히 통합됨)에 설명된 수명 예측을 포함하지만, 이들에 있어서 제한되지 않는다. 따라서, 용어 "예상 L70 수명"은, 예컨대 에너지 스타, ASSIST의 L70 수명 예측 및/또는 제조업체의 수명 주장에 의해 명시된 예상 L70 수명을 참조한다.
일부 실시예들은 실리콘 탄화물(SiC) 계열 마운팅 기판 위의 갈륨 질화물(GaN) 계열 LED들을 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예들은 마운팅 기판 및 에피택셜 층들의 다양한 상이한 조합들에 기초할 수 있다는 것이 본 기술분야의 당업자들에 의해 이해될 것이다. 예컨대, 조합들은 GaP 마운팅 기판 위의 AlGaInP LED; GaAs 마운팅 기판 위의 InGaAs LED; GaAs 마운팅 기판 위의 AlGaAs LED, SiC 또는 사파이어(Al2O3) 마운팅 기판 위의 SiC LED 및/또는 갈륨 질화물, 실리콘 카바이드, 알루미늄 질화물, 사파이어, 아연 산화물 및/또는 다른 마운팅 기판 위의 3족-질화물 계열 LED를 포함할 수 있다. 더욱이, 다른 실시예들에서, 완성된 제품에는 마운팅 기판이 존재하지 않을 수 있다. 일부 실시예들에서, LED들은 노스 캐롤라이나주 더햄시의 Cree, Inc.에 의해 제조되고 판매되며, cree.com에서 일반적으로 설명되는 갈륨 질화물 계열 LED 디바이스일 수 있다.
본원에 설명된 일부 실시예들은, 원하는 예상 L70 수명에 걸쳐 더 높은 온도 하에서 퇴화되는 LED 조명 시스템의 컴포넌트들이 LED로부터 떨어져 배치된다면, LED는 용인할 수 있는 예상 L70 수명을 유지함과 동시에 종래 사용되는것 보다 더 높은 접합 온도("더 고온")에서 작동될 수 있다는 인식으로부터 발생할 수 있다. 전형적으로, 이러한 컴포넌트들은 다운컨버팅을 제공하기 위해 사용되는 인광체와 같은 파장 변환 재료 및 LED를 인캡슐레이트하고 인덱스를 일치시키기 위해 사용되는 인캡슐런트를 포함한다. 이러한 컴포넌트들을 LED로부터 떨어져 배치함으로써, LED는 예상 L70 수명을 유지하면서 종래보다 더 높은 접합 온도에서 작동될 수 있다. LED가 더 높은 접합 온도에서 작동할 수 있으므로, 히트 싱크 또는 다른 종래의 온도 관리 시스템들의 형태의 열 관리가 덜 필요할 수 있다. 더 낮은 열 관리를 허용함으로써, LED 조명 시스템의 크기, 비용 및/또는 복잡도가 감소되고 및/또는 제한된 열 예산이 증가된 히트 싱킹으로부터 이익을 더 얻을 수 있는 전력 공급 장치와 같은 LED 조명 시스템의 다른 컴포넌트들에 적용될 수 있다.
도 1은 L70 수명과 같은 LED 조명 시스템의 수명을 LED 접합 온도의 함수로서 도시한다. 도 1은 단지 접합 온도의 함수로서의 수명의 감소를 나타낼 뿐이라는 것이 이해될 것이다. 주어진 LED 조명 시스템에 대해, 이러한 감소는 반드시 선형적이거나 단조롭지는 않다.
이제 도 1을 참조하면, 화살표(110)에 의해 보여지는 바와 같이, LED의 접합 온도를 감소시켜, 개선된 수명을 허용하는 것이 통상적으로 바람직하다. 전형적으로, 접합 온도는 85℃를 초과하도록 허용되지 않으며, 접합 온도를 가능한 많이 감소시키는 것이 일반적으로 바람직하다.
대조적으로, 화살표(120)는 본원에 설명한 다양한 실시예들에 따라 LED의 허용된 접합 온도가 85℃보다 높게 증가될 수 있다는 것을 나타낸다. 실제로, 일부 실시예들에서, 125℃보다 높은 접합 온도가 허용될 수 있으며, 다른 실시예들에서, 160℃와 200℃ 사이의 접합 온도가 허용될 수 있다. 본원에 설명한 다양한 실시예들에 따른 고온 LED 작동을 허용함으로써, LED 조명 시스템의 열 관리에 더 큰 유연성을 허용함과 동시에 L70과 같은 원하는 예상 동작 수명이 유지될 수 있다.
도 2는 다양한 실시예들에 따른 고온 LED 동작의 흐름도이다. 도 2를 참조하면, 블록(210)에서, LED는 85℃의 접합 온도(Tj)보다 높은 온도에서 작동된다. 블록(220)에서, 예상 L70을 25,000 시간보다 적게 감소시키는 LED 조명 시스템의 컴포넌트들이 약 85℃의 접합 온도보다 높은 온도에서 작동하는 LED로부터 떨어져 배치된다. 그러므로, 일부 실시예들에서, 예상 L70을 25,000 시간보다 적게 감소시키는 LED 조명 시스템의 이러한 컴포넌트들은 실온 환경에서 85℃보다 낮은 온도에서 동작한다. 일부 실시예들에서, 접합 온도는 125℃보다 높을 수 있으며, 다른 실시예들에서 접합 온도는 160℃와 200℃ 사이일 수 있다는 것이 또한 이해될 것이다. 더욱이, 다른 실시예들에서 예상 L70 수명은 50,000 시간일 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, LED 조명 시스템은 고체 상태 조명 기구들을 위한 에너지 스타 프로그램 요구 사항을 따를 수 있다. 마지막으로, 다른 실시예들에서, LED 조명 시스템은 L Prize를 위한 60 와트 A19 백열 대체물 또는 PAR 38 할로겐 대체물을 위한 광 출력, 와티지, 연색 평가 지수, 연관된 색온도, 예상 수명, 크기, 및 베이스 종류에 대한 제품 요구 사항들을 따를 수 있다.
일부 대안적인 구현들에서, 블록들에서 언급한 기능들/행동들은 흐름도에서 언급한 순서와 다르게 일어날 수 있다는 것을 또한 유념해야 한다. 예컨대, 수반하는 기능/행동에 따라, 연속으로 도시된 두개의 블록들은 실제로 실질적으로 동시에 실행될 수 있거나, 또는 때로는 반대 순서로 실행될 수 있다. 더욱이, 흐름도들 및/또는 블록도들의 주어진 블록의 기능이 복수의 블록들로 나누어질 수 있거나 및/또는 흐름도들 및/또는 블록도들의 둘 이상의 블록들의 기능들이 적어도 부분적으로 통합될 수 있다. 마지막으로, 다른 블록들이 예시된 블록들 사이에 추가/삽입될 수 있다.
아래에 더 상세히 설명될 것과 같이, 일부 실시예들은 인캡슐레이팅되지 않은 LED 및 원격 인광체를 사용하는 LED 조명 시스템을 제공함으로써 85℃의 접합 온도보다 높은 온도에서 LED를 작동시킬 수 있다. 원격 인광체는 예컨대 Tarsa et al.의 미국 특허 번호 6,350,041에 설명된다. LED가 인캡슐런트 또는 인광체의 퇴화에 따른 수명 영향들에 대한 지나친 걱정 없이 85℃보다 높은 온도에서 구동될 수 있으므로, 우수한 예상 L70 값이 유지될 수 있다. LED가 굴절률 일치(예컨대 1.5의 굴절률)를 제공할 수 있는 인캡슐런트에 의해 둘러싸여지지 않기 때문에 초기 광 출력에 페널티가 있을 수 있다. 예컨대, LED를 인캡슐레이션으로 둘러싸지 않는 것에 대해, 광 출력에 12%의 페널티가 있을 수 있다. 그러나, 예상 L70 수명이 유지될 수 있다. 더욱이, LED 조명 시스템을 표준 "A-타입" 전구 또는 PAR 할로겐 전구의 형태로 제공하려는 시도에서, 히트 싱킹을 위한 면적의 양이 심하게 제한될 수 있다. 따라서, 수명 제한이 유지될 수 있는 한, 광 출력과 접합 온도 사이에서 타협하도록 허용되는 것이 매우 바람직할 수 있다.
도 3은 열 분석을 포함하는 종래의 인캡슐레이팅된 LED의 단면도이다. 인캡슐레이팅된 LED는 금/주석(AuSn) 공융(eutectic) 다이 접착 재료(314)를 사용하여 실리콘 기판(312)에 결합된 인듐 갈륨 질화물/실리콘(InGaN/Si) 다이(310)를 포함한다. 구리 트레이스(318) 위에 기판(312)을 마운팅하기 위해 에폭시(316)가 사용되며, 구리 트레이스 자체는 알루미나 기판(320) 위에 있다. YAG 인광체를 내부에 포함하는 실리콘 수지 바인더(322)가 다이(310) 위에 제공된다. 더욱이, 실리콘 수지 인캡슐런트와 같은 인캡슐런트(324)가 다이(310) 및 인광체(322)를 둘러싼다. 돔 또는 크라운(crown)(326)이 또한 제공된다.
도 3은 다양한 재료들이 녹는 또는 퇴화되는 온도의 표시를 또한 제공한다. 85℃보다 높은 온도에서의 LED 접합 동작에 의해 충격을 받지 않을 수 있는 온도들이 도 3의 우측에 도시된다. 특히, 알루미나 기판(320), 구리 트레이스(318), 실리콘 기판(312), InGaN/Si LED 다이(310), 바인더(322) 내의 YAG 인광체, 및 크라운(326)은 충격을 받지 않을 수 있는데, 이러한 컴포넌트들은 비교적 높은 온도에서 안정적이기 때문이다. 불리한 영향을 받을 수 있는 컴포넌트들의 녹는/퇴화 온도들이 도 3의 좌측에 도시된다. 특히, 에폭시(316)는 100℃에서 퇴화할 수 있고, AuSn 솔더(314)는 150℃의 녹는점을 가질 수 있고, 인광체 코팅을 위한 실리콘 수지 바인더(322)는 80℃에서 퇴화할 수 있으며, 실리콘 수지 인캡슐런트(324) 또한 80℃에서 퇴화할 수 있다.
따라서, 85℃보다 높은 접합 온도가 허용된다면, 에폭시(316), 다이 접착 재료(314), 실리콘 수지 바인더(322) 및 실리콘 수지 인캡슐런트(324)는 LED 수명에 심각한 충격을 줄 수 있다. 실리콘 수지 인캡슐런트(324) 및 실리콘 수지 바인더(322)가 특히 문제가 될 수 있다.
도 4는 다양한 실시예들에 따른 LED 조명 시스템의 개략적인 단면도이다. 도 4를 참조하면, LED 조명 시스템(400)은 베어 LED 다이(410)를 포함한다. 전력 공급 장치(430)가 베어 LED 다이(410)에 전기적으로 연결되고, 일부 실시예들에서 베어 LED 다이로부터 떨어져 배치되며, 베어 LED 다이(410)의 85℃보다 높은 접합 온도를 허용하기 위해 베어 LED 다이(410)를 바이어스하도록 구성된다. 전력 공급 장치(430)는 입력 교류(AC)를 직류(DC)로 변환함으로써 LED 조명 시스템을 위한 안정기(ballast)를 제공할 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 전력 공급 장치는 베어 LED 다이(410)를 위한 바이어스 전류를 설정하는 저항기 또는 임의의 다른 디바이스만을 포함할 수 있다. 인광체와 같은 파장 변환 재료(440)가 베어 LED 다이(410)로부터 떨어져 배치되며, 이는 LED 조명 시스템의 적어도 25,000 시간의 예상 L70 수명을 제공하기 위해 베어 LED 다이(410)에 의해 방출되는 광 중 적어도 일부를 다운컨버팅하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 베어 LED 다이(410)의 접합 온도는 125℃보다 높으며, 다른 실시예들에서 접합 온도는 160℃와 200℃ 사이이다. 더욱이, 일부 실시예들에서, 예상 L70 수명은 50,000 시간이다.
도 4에 도시된 것과 같이, 일부 실시예들에서, 베어 LED 다이는 그 위에 인캡슐런트가 없다. 일부 실시예들에서, 인광체(440)와 베어 LED 다이(410) 사이의 공간(450)에도 인캡슐런트가 없다. 일부 실시예들에서, 원하는 예상 L70 = 25,000 시간을 유지하면서 높은 LED 온도를 견디기 위해 실리콘 수지 계열 또는 에폭시 계열이 아닌 인캡슐런트가 제공될 수 있다. 또다른 실시예들에서, LED는 그 위에 탄소-탄소 이중 결합들을 갖는 인캡슐런트가 없을 수 있다. 예컨대, 종래의 실리콘 수지 인캡슐런트들이 사용되지 않을 수 있다.
또한 도시된 것과 같이, 베어 LED 다이(410)는 예상 수명 동안 더 높은 접합 온도의 결과로서 또한 퇴화되지 않는 접착 구조(420)를 사용하여 전력 공급 장치(430)에 접착될 수 있다. 예컨대, 종래의 와이어 본드, 또는 솔더링(soldering), 브레이징(brazing), 웰딩(welding), 크림핑(crimping) 등과 같은 다른 고온 접착 기법들이 사용될 수 있다.
베어 LED 다이(410)는 그 위에 실리콘 수지 계열 인캡슐런트를 포함하지 않을 수 있으나, 베어 LED 다이의 반도체 재료들을 외부 환경으로부터 보호하는 것이 바람직할 수 있다는 것이 또한 이해될 것이다. 따라서, 베어 LED 다이(410)는 베어 LED 다이(410)를 보호하기 위한 실리콘 질화물, 및/또는 사파이어와 같은 알루미늄 산화물(Al2O3)의 외부층(412)을 포함할 수 있다. 실리콘 이산화물이 외부층(412)에 사용될 수 있으나, 그것은 알맞은 습기 배리어를 제공하지 않을 수 있으므로 덜 바람직할 수 있다. 실리콘 질화물 및/또는 사파이어(약 1의 굴절률)는 종래의 인캡슐런트들(약 1.5의 굴절률)만큼 좋은 인덱스 일치를 제공하지 않을 수 있으나, 환경으로부터 베어 LED 다이(410)를 보호할 수 있다.
도 4는 LED 조명 시스템(400)이 85℃보다 높은 LED 접합 온도에서 특정된 수명(예컨대, 25,000 시간)에 걸쳐 LED 조명 시스템(400)의 예상 광 출력을 특정된 양(예컨대, L70)을 넘어 퇴화시키는 재료가 없는 LED(410)를 포함하는 다른 실시예들을 또한 예시한다. 전력 공급 장치(430)가 전기 연결 구조(420)를 사용하여 LED에 전기적으로 연결되며, 85℃보다 높은 접합 온도를 허용하기 위해 LED(410)를 바이어스하도록 구성된다. 파장 변환 재료(440)가 LED(410)로부터 떨어져 배치되며, LED(410)에 의해 방출된 광 중 적어도 일부를 다운컨버팅하도록 구성된다. 파장 변환 재료는 LED 조명 시스템의 예상 광 출력을 특정된 수명에 걸쳐 특정된 양을 넘어 퇴화시키지 않도록 LED로부터 충분히 떨어져 배치된다.
이러한 실시예들에서, LED(410)는 그 위에 탄소-탄소 이중 결합들을 갖는 인캡슐런트가 없을 수 있고, 그 위에 실리콘 수지 계열 인캡슐런트가 없을 수 있고 및/또는 실리콘 질화물 및/또는 사파이어를 포함하는 외부층(412)을 포함할 수 있다. 더욱이, 일부 실시예들에서, LED(410)는 히트 싱크가 없으며, 일부 실시예들에서 그 위에 핀 히트 싱크(finned heat sink)가 없는 반면, 전력 공급 장치(430)는 그것에 연결된 핀 히트 싱크(460)를 포함할 수 있다. 그러므로, 사용 가능한 히트 싱킹의 큰 부분, 및 일부 실시예들에서 전부는 LED(410) 자체보다는 단지 전력 공급 장치(430)만을 위해 사용될 수 있다.
도 5는 다른 실시예들에 따른 LED 조명 시스템들의 단면도이다. 이러한 LED 조명 시스템들(500)에서, 청색 LED(410) 외에 적색 LED(510)가 또한 제공된다. 청색 LED를 보충하기 위한 적색 LED의 사용은, 예컨대 본 발명자들의 미국 특허 번호 7,213,940에서 설명되며, 본원에 완전히 설명되는 것처럼 그것의 개시는 본원에 참조로서 완전히 통합된다.
일부 실시예들에서, 적색 LED(510)는 원하는 접합 온도를 제공하기 위해 히트 싱크부(520)를 구비할 수 있는 반면, 청색 LED(410)는 히트 싱크부가 없을 수 있다. 다른 실시예들에서, 청색 LED(410)를 위한 접착 구조(412) 및 적색 LED(510)를 위한 히트 싱크부(520)는 청색 LED(410)보다 적색 LED(510)에 대해 더 큰 열 방산을 제공하는 열 관리 구조를 제공할 수 있다. 달리 말하면, 본원에 설명된 다양한 실시예들에 따라 청색 LED(410)의 열 방산 요구 사항들이 완화될 수 있으므로, 열 예산은 전력 공급 장치(430) 및/또는 적색 LED(510)에 의해 사용될 수 있다. 적색 및 청색 LED들의 열 관리를 디커플링함으로써, 개선된 색 표현이 제공될 수 있다.
도 6은 다른 실시예들의 단면도이다. 이러한 실시예들에서, LED 조명 시스템(600)은 종래의 "A-타입" 형태의 전구들을 위한 대체물로서 설계된다. 이 전구 대체물은 투명 전구(610) 및 전구(610)의 베이스에 있는 나사 타입 베이스(620)를 포함한다. 베어 LED 다이(410)가 전구(610) 내에 위치하고, 전력 공급 장치(430)가 베이스(620) 내에 위치하며, 인광체(440)와 같은 파장 변환 재료가 투명 전구(610) 위에, 예컨대 전구(610) 내부의 코팅으로서 존재한다. 다른 원격 인광체 구성들이 제공될 수 있다. LED(410)를 위해 필요한 히트 싱크의 크기를 감소시키고, 원격 인광체(440) 및 고온 LED들(410)을 사용함으로써, 작은 공간(footprint)의 조명 시스템들(600)이 제공될 수 있다.
따라서, 본원에 설명한 것과 같은 다양한 실시예들이 고체 상태 조명 기구들을 위한 에너지 스타 프로그램 요구 사항을 따를 수 있다. 더욱이, 본원에 설명한 다양한 실시예들이 L Prize를 위한 60 와트 A19 백열 대체물을 위한 광 출력, 와티지, 연색 평가 지수, 연관된 색온도, 예상 수명, 크기, 및 베이스 종류에 대한 제품 요구 사항들을 따를 수 있다. 다른 실시예들은 L Prize를 위한 PAR 38 할로겐 대체물을 위한 광 출력, 와티지, 연색 평가 지수, 연관된 색온도, 예상 수명, 크기, 및 베이스 종류에 대한 제품 요구 사항들을 따를 수 있다.
다양한 실시예들의 추가적인 논의들이 이제 제공될 것이다. 특히, 청색 LED와의 조합으로 원격 인광체를 사용하는 것이 알려져 있다. 예컨대, Tarsa et al의 미국 특허 번호 6,350,041을 참조하라. 인광체/바인더는 LED로부터의 열에 의해 퇴화될 수 있으며, 이는 감소된 광 출력 및/또는 색 쉬프트를 야기할 수 있으므로 원격 인광체들이 바람직할 수 있다. 그러므로, 종래의 인광체 코팅된 백색 LED들은 일반적으로 인광체가 없는 대응하는 LED들보다 낮은 최대 접합 온도를 갖는다. 그러므로, 일반 발광 고체 상태 조명 픽스쳐(fixture) 또는 램프의 개발에서, 인광체 코팅된 LED들의 히트 싱킹은 주 도전이 되었다.
본원에 설명한 일부 실시예들은 원격 인광체 및 인캡슐레이팅되지 않은 청색, 또는 청색 및 적색 LED들을 사용하고, LED들을 더 높은 온도에서 작동시킴으로써 히트 싱킹에 대한 필요성을 감소시킬 수 있다. 실제로, 접합 온도는 LED 출력이 감소하는 온도보다 높을 수 있다. 예컨대, 청색 LED들은 160℃ 이상의 접합 온도에서 동작될 수 있다. 그러한 동작은 85℃에서 동작하는 디바이스들에 비해 예컨대 약 12%만큼 LED 출력을 감소시킬 수 있으나, 증가된 열은 인광체로 옮겨지지 않을 것이다. 그러므로, 인광체는 LED 다이보다 낮은 온도에 있을 수 있으며, 이는 인광체의 열 소염(thermal quenching) 및/또는 인광체의 바인더의 퇴화를 감소시키거나 또는 방지할 수 있다.
원격 인광체 및 고온 LED들을 사용하여 필요한 히트 싱크의 크기를 감소시킴으로써, 더 작은 자체 안정 램프들 또는 다른 작은 공간의 LED 조명 시스템들이 제조될 수 있다. 예컨대, 종래의 A-타입 형태 램프의 크기 제한이 주어지면, 약 350mA와 같은 표준 동작 전류 하에서 85℃의 접합 온도를 유지하도록 LED들로부터 열을 방산시키기 위해 충분한 히트 싱크 면적을 제공하기 어려울 수 있다. 동작 전류를 감소시키는 것은 LED들의 효율을 증가시키고 히트 싱크들을 위해 필요한 표면 면적을 감소시킬 수 있으나, 그것은 LED들의 출력을 또한 감소시킨다. 열이 사용 가능한 히트 싱크 면적에 의해 방산될 수 있는 레벨까지 전류가 감소되면, A-타입 램프 형태를 갖는 램프로부터 충분한 조명 출력을 얻기 어려울 수 있다. 더욱이, 더 많은 LED들을 추가하는 것은, 추가된 LED들에서 여전히 열이 방산되어야 할 필요가 있을 것이므로 문제를 해결하지 못한다.
반면에, 본원에 설명한 다양한 실시예들은 LED 칩들을 더 높은 온도에서 동작하도록 허용하고, 원격 인광체를 사용함으로써 이 문제를 감소시키거나 극복할 수 있다. LED들의 열 롤-오프(roll-off)에 의한 감소된 광 출력은 더 낮은 접합 온도를 달성하기 위해 구동 전류를 감소시키는 것으로부터 야기될 감소보다 적은 것으로 받아들여질 수 있거나, 또는 적어도 부분적으로 LED들의 수를 증가시키는 것에 의해 극복될 수 있다.
미국 특허 번호 7,213,940에 설명된 것과 같은 고효율, 고 색표현 인덱스를 생산하기 위해 청색 및 적색 LED들 및 원격 인광체를 사용하는 다양한 실시예들이 본원에 설명되었다는 것이 또한 이해될 것이다. 다른 실시예들에서, 포틀랜드(Portland) 주황색 및 청색의 고효율, 저 색표현 인덱스 조합들이 사용될 수 있다. 더욱이, 상기 인용한 미국 특허 번호 7,213,940에서 설명된 것과 같이, 색 표현을 향상시키기 위해 상이한 청색 파장들이 또한 사용될 수 있다.
따라서, 본원에 설명한 다양한 실시예들은 자체 전원 공급 장치를 포함하고 원격 인광체, 인캡슐레이팅되지 않은 LED들 및 히트 싱크를 사용하는 자체 안정 램프와 같은 조명 시스템을 제공할 수 있으며, 여기서 히트 싱크는 LED들이 높은 접합 온도에서 동작하도록 사이징된다.
많은 상이한 실시예들이 상기 설명 및 도면들과 관련하여 본원에 개시되었다. 이러한 실시예들의 모든 조합 및 하위 조합들을 글자 그대로 설명하고 예시하는 것은 과도하게 반복적이고 당황스러울 것임이 이해될 것이다. 따라서, 본 명세서는, 도면들을 포함하여, 본원에 설명한 실시예들의 모든 조합들 및 하위 조합들의 완전한 기재된 설명, 및 그것들을 제조하고 사용하는 방식 및 프로세스를 구성하는 것으로 해석되어야 하며, 임의의 그러한 조합 또는 하위 조합들에 대해 청구항들을 지원해야 한다.
도면들 및 명세서에 본 발명의 실시예들이 개시되었으며, 특정 용어들이 사용되었으나, 그들은 일반적이고 설명적인 의미로만 사용되었고 제한의 목적을 위해 사용되지 않았으며, 본 발명의 범위는 하기 청구항들에서 진술된다.

Claims (36)

  1. 발광 다이오드(LED) 조명 시스템으로서,
    베어(bare) LED 다이;
    상기 베어 LED 다이에 전기적으로 연결되며, 상기 베어 LED 다이의 85℃보다 높은 접합 온도를 허용하기 위해 상기 베어 LED 다이를 바이어스하도록 구성되는 전력 공급 장치; 및
    상기 LED 조명 시스템의 적어도 25,000 시간의 예상 L70 수명을 제공하기 위해, 상기 베어 LED 다이로부터 떨어져 배치되며, 상기 베어 LED 다이에 의해 방출되는 광의 적어도 일부를 다운컨버팅하도록 구성되는 파장 변환 재료
    를 포함하는 LED 조명 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력 공급 장치는 상기 베어 LED 다이로부터 떨어져 배치되는 LED 조명 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    투명 전구 및 상기 전구의 베이스에 있는 나사 타입 베이스를 더 포함하고, 상기 베어 LED 다이는 상기 전구 내에 위치하고, 상기 전력 공급 장치는 상기 베이스 내에 위치하며, 상기 파장 변환 재료는 상기 투명 전구 위에 위치하는 LED 조명 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    85℃보다 높은 상기 접합 온도는 125℃보다 높은 온도인 LED 조명 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    85℃보다 높은 상기 접합 온도는 160℃와 200℃ 사이에 있는 온도인 LED 조명 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 베어 LED 다이는 그 위에 인캡슐런트(encapsulant)가 없는 LED 조명 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 베어 LED 다이는 실리콘 질화물 및/또는 알루미늄 산화물을 포함하는 외부층을 포함하는 LED 조명 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 베어 LED 다이는 그 위에 실리콘 수지 계열 및 에폭시 계열 인캡슐런트가 없는 LED 조명 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 LED 조명 시스템의 상기 예상 L70 수명은 적어도 50,000 시간인 LED 조명 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 LED 조명 시스템은 고체 상태 조명 기구들을 위한 에너지 스타 프로그램 요구 사항(ENERGY STAR Program Requirements for Solid State Lighting Luminaires)에 더 따르는 LED 조명 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 LED 조명 시스템은 L Prize를 위한 60 와트 A19 백열 대체물(60-watt A19 Incandescent Replacement)의 광 출력, 와티지(wattage), 연색 평가 지수(color rendering index), 연관된 색온도, 예상 수명, 크기 및 베이스 종류에 대한 제품 요구 사항들을 더 따르는 LED 조명 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 LED 조명 시스템은 L Prize를 위한 PAR 38 할로겐 대체물(PAR 38 Halogen Replacement)의 광 출력, 와티지, 연색 평가 지수, 연관된 색온도, 예상 수명, 크기 및 베이스 종류에 대한 제품 요구 사항들을 더 따르는 LED 조명 시스템.
  13. 발광 다이오드(LED)를 포함하는 LED 조명 시스템을 작동시키는 방법으로서,
    85℃의 접합 온도보다 높은 온도에서 상기 LED를 작동시키는 단계; 및
    85℃의 접합 온도보다 높은 온도에서 상기 LED를 작동시키는 것의 결과로서 상기 LED 조명 시스템의 예상 L70 수명을 25,000 시간보다 적게 감소시키는 상기 LED 조명 시스템의 컴포넌트들을, 상기 LED로부터 떨어져 배치하는 단계
    를 포함하는 LED 조명 시스템 작동 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 접합 온도는 125℃보다 높은 온도인 LED 조명 시스템 작동 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 접합 온도는 160℃와 200℃ 사이의 온도인 LED 조명 시스템 작동 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 LED 조명 시스템의 상기 예상 L70 수명은 50,000 시간보다 적게 감소되는 LED 조명 시스템 작동 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 LED 조명 시스템은 고체 상태 조명 기구들을 위한 에너지 스타 프로그램 요구 사항을 더 따르는 LED 조명 시스템 작동 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 LED 조명 시스템은 L Prize를 위한 60 와트 A19 백열 대체물의 광 출력, 와티지, 연색 평가 지수, 연관된 색온도, 예상 수명, 크기 및 베이스 종류에 대한 제품 요구 사항들을 더 따르는 LED 조명 시스템 작동 방법.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 LED 조명 시스템은 L Prize를 위한 PAR 38 할로겐 대체물의 광 출력, 와티지, 연색 평가 지수, 연관된 색온도, 예상 수명, 크기 및 베이스 종류에 대한 제품 요구 사항들을 더 따르는 LED 조명 시스템 작동 방법.
  20. 발광 다이오드(LED) 조명 시스템으로서,
    상기 LED 조명 시스템의 예상 광 출력을 85℃보다 높은 LED 접합 온도에서 특정 예상 수명에 걸쳐 특정 양을 넘어 저하시키는 재료가 그 위에 없는 LED;
    상기 LED에 전기적으로 연결되며, 85℃보다 높은 접합 온도를 허용하기 위해 상기 LED를 바이어스하도록 구성되는 전력 공급 장치; 및
    상기 LED 조명 시스템의 상기 예상 광 출력을 특정 예상 수명에 걸쳐 특정 양을 넘어 저하시키지 않기 위해 상기 LED로부터 충분히 떨어져 배치되며, 상기 LED에 의해 방출되는 광 중 적어도 일부를 다운컨버팅하도록 더 구성되는 파장 변환 재료
    를 포함하는 LED 조명 시스템.
  21. 제20항에 있어서,
    85℃보다 높은 상기 접합 온도는 125℃보다 높은 온도인 LED 조명 시스템.
  22. 제20항에 있어서,
    85℃보다 높은 상기 접합 온도는 160℃와 200℃ 사이에 있는 온도인 LED 조명 시스템.
  23. 제20항에 있어서,
    베어 LED 다이는 그 위에 인캡슐런트가 없는 LED 조명 시스템.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 LED는 그 위에 탄소-탄소 이중 결합들을 갖는 인캡슐런트가 없는 LED 조명 시스템.
  25. 제20항에 있어서,
    상기 LED는 실리콘 질화물 및/또는 알루미늄 산화물을 포함하는 외부층을 포함하는 LED 조명 시스템.
  26. 제20항에 있어서,
    상기 LED는 그 위에 실리콘 수지 계열 및 에폭시 계열 인캡슐런트가 없는 LED 조명 시스템.
  27. 제20항에 있어서,
    상기 LED는 그 위에 히트 싱크가 없는 LED 조명 시스템.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 전력 공급 장치는 그것에 열적으로 연결된 히트 싱크를 포함하는 LED 조명 시스템.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 히트 싱크는 핀들(fins)을 포함하는 LED 조명 시스템.
  30. 제20항에 있어서,
    상기 LED는 청색 LED를 포함하며 상기 LED 조명 시스템은 적색 LED를 더 포함하고, 상기 LED 조명 시스템은 상기 청색 LED보다 상기 적색 LED에 대해 더 큰 열 방산을 제공하는 열 관리 구조물을 포함하는 LED 조명 시스템.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 열 관리 구조물은 상기 적색 LED에 열적으로 연결된 히트 싱크를 포함하며 상기 청색 LED는 그 위에 히트 싱크가 없는 LED 조명 시스템.
  32. 제20항에 있어서,
    투명 전구 및 상기 전구의 베이스에 있는 나사 타입 베이스를 더 포함하고, 상기 전구 내에 상기 LED가 위치하고, 상기 베이스 내에 상기 전력 공급 장치가 위치하며, 상기 파장 변환 재료가 상기 전구 위에 위치하는 LED 조명 시스템.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 전구는 상기 전력 공급 장치에 열적으로 연결된 히트 싱크를 포함하는 LED 조명 시스템.
  34. 제20항에 있어서,
    상기 LED 조명 시스템은 고체 상태 조명 기구들을 위한 에너지 스타 프로그램 요구 사항을 더 따르는 LED 조명 시스템.
  35. 제20항에 있어서,
    상기 LED 조명 시스템은 L Prize를 위한 60 와트 A19 백열 대체물의 광 출력, 와티지, 연색 평가 지수, 연관된 색온도, 예상 수명, 크기 및 베이스 종류에 대한 제품 요구 사항들을 더 따르는 LED 조명 시스템.
  36. 제20항에 있어서,
    상기 LED 조명 시스템은 L Prize를 위한 PAR 38 할로겐 대체물의 광 출력, 와티지, 연색 평가 지수, 연관된 색온도, 예상 수명, 크기 및 베이스 종류에 대한 제품 요구 사항들을 더 따르는 LED 조명 시스템.
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