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Technischer Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Phosphor-Rad, eine Licht-Quellen-Einrichtung und eine Licht-Projektions-Einrichtung.
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2. Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
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Licht-Projektions-Einrichtungen (Projektoren), die vielfältige Bilder an eine Projektionswand projizieren, werden in großem Umfang eingesetzt. Ein Projektor moduliert die Licht-Ausgabe einer Licht-Quelle mit einem räumlichen Licht-Modulator, wie einem digitalen Mikrospiegelaktor (DMD), oder einem Flüssig-Kristall-Anzeige-Element gemäß Bild-Signalen und zeigt ein Bild auf einer Projektionswand.
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Zum Projizieren eines hellen und großen Bilds auf einer Projektionswand wird eine Hochdruck-Quecksilberdampf-Lampe mit hoher Intensität als Licht-Quelle des Projektors eingesetzt. Die Hochdruck-Quecksilberdampf-Lampe verbraucht eine große Energiemenge. Da die Standzeit der Hochdruck-Quecksilberdampf-Lampe kurz ist, wird die Wartung des Projektors beschwerlich. Zum Beispiel offenbart die ungeprüfte
japanische Patentveröffentlichung Nr. 2012-212129 eine Bild-gebende Einrichtung vom Projektor-Typ, die eine Licht-Quellen-Einrichtung unter Verwendung einer Laser-Licht-Quelle und eines Phosphors enthält. In der Bild-gebenden Einrichtung vom Projektor-Typ weist die Licht-Quellen-Einrichtung ein Phosphor-Rad auf, worin eine Phosphor-Schicht auf einem scheibenförmigen Basis-Material angeordnet ist, und wobei eine Laser-Licht-Quelle eine Anregungs-Licht-Quelle darstellt. Durch Kondensieren bzw. Bündeln des aus der Laser-Licht-Quelle emittierten Laser-Lichts auf das Phosphor-Rad emittiert der Phosphor Licht. Daher kann Licht hoher Intensität bei einer geringen Licht-Emissions-Fläche erhalten werden.
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Im Zusammenhang mit dem Phosphor-Rad wird die Phosphor-Schicht durch Anwenden von Licht-durchlässigem Kunstharz, das ein Bindemittel-Material darstellt, worin Phosphor-Teilchen dispergiert sind, auf dem Basis-Material gebildet. Eine Oberfläche des Phosphor-Rads ist das Licht-durchlässige Kunstharz und die andere Oberfläche ist das Basis-Material. Zum Beispiel offenbart die ungeprüfte
japanische Patentveröffentlichung Nr. 2012-185402 ein Phosphor-Rad, worin ein Teil der Phosphor-Teilchen an der Oberfläche einer Phosphor-Schicht freiliegen.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Ein Phosphor-Rad gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält ein Basis-Material und eine auf dem Basis-Material angeordnete Phosphor-Schicht. Die Phosphor-Schicht weist Phosphor-Teilchen, Partikel, deren mittlere Teilchen-Größe 1/10 oder weniger als die Teilchen-Größe der Phosphor-Teilchen ist und ein Bindemittel-Material, das die Phosphor-Teilchen und die Partikel zurückhält, auf.
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Mit der vorangehend angeführten Struktur kann die Licht-Extraktions-Effizienz von dem Phosphor-Rad verbessert werden.
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Kurzdarstellung der Zeichnungen
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1 ist ein Schema, das die beispielhafte Verwendung einer Licht-Projektions-Einrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschreibt;
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2 ist ein Aufbau-Schema, das einen optischen Aufbau einer Licht-Quellen-Einrichtung, die in der in 1 dargestellten Licht-Projektions-Einrichtung eingesetzt wird, zeigt;
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3 ist eine äußere perspektivische Ansicht eines Phosphor-Rads, das in der in 2 dargestellten Licht-Quellen-Einrichtung eingesetzt wird;
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4 ist eine Querschnitts-Ansicht, die das in 3 dargestellte Phosphor-Rad zeigt; und
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5 ist eine Querschnitts-Ansicht, die das Phosphor-Rad gemäß einer Variante zeigt.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Vor einer Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird eine Beschreibung des Phosphor-Rads des zugehörigen Standes der Technik angegeben.
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Bei dem in der ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2012-185402 offenbarten Phosphor-Rad werden, wenn die Phosphor-Teilchen der Phosphor-Schicht kontinuierlich Licht emittieren, indem sie mit Laser-Licht starker Ausgabe bzw. Ausgabeleistung bestrahlt werden, die Phosphor-Teilchen Wärme erzeugen. Folglich vermindert sich die Licht-Emissions-Effizienz.
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Nachstehend wird mit Bezug auf die Zeichnungen eine Beschreibung der Licht emittierenden Einrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform angeführt. Es ist anzumerken, dass die nachstehend angeführte beispielhafte Ausführungsform lediglich ein bevorzugtes spezielles Beispiel darstellt. Numerische Werte, Formen, Materialien, Bestandteils-Elemente, die Anordnungs-Positionen und Verknüpfungs-Weisen von Bestandteils-Elementen, Schritte, die Ordnung der Schritte, dargestellt in der nachstehenden beispielhaften Ausführungsform, sind nur ein Beispiel und begrenzen die vorliegende Offenbarung nicht.
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Außerdem sind die Zeichnungen schematische Darstellungen und nicht immer genau getreu veranschaulicht. In den Zeichnungen werden im Wesentlichen identische Strukturen mit identischen Bezugs-Zeichen versehen und wiederholende Beschreibungen werden weggelassen oder vereinfacht.
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Mit Bezug auf die Zeichnungen wird eine Beschreibung von Phosphor-Rad 10, Licht-Quellen-Einrichtung 2 unter Verwendung desselben und Licht-Projektions-Einrichtung 1 gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung angegeben. 1 ist ein Schema, das die Verwendung von Licht-Projektions-Einrichtung 1 beispielhaft beschreibt. 2 ist ein Aufbau-Schema, das eine optische Struktur der Licht-Projektions-Einrichtung 1 zeigt. 3 ist eine äußere perspektivische Ansicht von Phosphor-Rad 10, eingesetzt in Licht-Projektions-Einrichtung 1. 4 ist eine Querschnitts-Ansicht von Phosphor-Rad 10.
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Wie in 1 dargestellt, ist Licht-Projektions-Einrichtung 1 eine Beleuchtungs-Einrichtung, die ein helles Bild in einem beliebigen Raum projizieren kann. Licht-Projektions-Einrichtung 1 ist zusammen mit einem Steuer- bzw. Regel-Einrichtungs-PC zum Steuern- bzw. Regeln der Licht-Projektions-Einrichtung 1 im Beleuchtungs-System 100 installiert. Licht-Projektions-Einrichtung 1 ist drahtlos oder über ein Kabel an den Steuer- bzw. Regel-Einrichtungs-PC zum Senden und Empfangen von Steuer- bzw. Regel-Signalen und Bilddaten-Signalen angeschlossen. In 1 projiziert Licht-Projektions-Einrichtung 1 durch Projizieren von Licht L ein Bild von durch Bäume brechendes Sonnenlicht auf eine Oberfläche W.
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Wie in 2 dargestellt, enthält Licht-Projektions-Einrichtung 1 Licht-Quellen-Einrichtung 2, digitale Spiegel-Vorrichtung (ein Bild-Erzeuger, nachstehend als DMD bezeichnet) 3 und Projektor-Linse 4. Licht-Projektions-Einrichtung 1 enthält zudem Kondensor-Spiegel 5 zum Reflektieren der Licht-Ausgabe von Licht-Quellen-Einrichtung 2 zu DMD 3. DMD 3 erzeugt ein Bild durch Reflektieren der Licht-Ausgabe von Licht-Quellen-Einrichtung 2. Projektor-Linse 4 projiziert das erzeugte Bild auf eine Projektionswand.
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Licht-Quellen-Einrichtung 2 weist die rote Licht-Quelle 2R, grüne Licht-Quelle 2G und blaue Licht-Quelle 2B auf. Die rote Licht-Quelle 2R weist eine rote LED-Einheit 21R, Wärmeableitungsvorrichtung 22R und Kondensor-Linse 23R auf. Die rote LED-Einheit 21R gibt rotes Licht aus. Wärmeableitungsvorrichtung 22R führt von der roten LED-Einheit 21R erzeugte Wärme ab. Kondensor-Linse 23R richtet das ausgegebene rote Licht aus der roten LED-Einheit 21R. Die blaue Licht-Quelle 2B weist eine blaue LED-Einheit 21B, Wärmeableitungsvorrichtung 22B und Kondensor-Linse 23B auf. Die blaue LED-Einheit 21B gibt blaues Licht aus. Wärmeableitungsvorrichtung 22B führt von der blauen LED-Einheit 21B erzeugte Wärme ab. Kondensor-Linse 23B richtet blaues ausgegebenes Licht aus der blauen LED-Einheit 21B. Die blaue Licht-Quelle 2B weist dichroitischen Spiegel 24B auf. Der dichroitische Spiegel 24B überträgt bzw. sendet selektiv aus der roten LED-Einheit 21R ausgegebenes rotes Licht und reflektiert selektiv aus der blauen LED-Einheit 21B ausgegebenes blaues Licht.
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In Licht-Quellen-Einrichtung 2 weist die grüne Licht-Quelle 2G blaue Halbleiter-Laser 21BL und Phosphor-Rad 10 auf. Blaue Halbleiter-Laser 21BL sind mit einer Mehrzahl von blauen Halbleiter-Laser-Elementen zur Ausgabe von Licht hoher Intensität aufgebaut. Phosphor-Rad 10 wird durch die Ausgabe von blauem Laser-Licht aus blauen Halbleiter-Lasern 21BL angeregt und emittiert grünes Licht. Grüne Licht-Quelle 2G weist Wärmeableitungsvorrichtung 22BL und Kollimator-Linse 23BL auf. Wärmeableitungsvorrichtung 22BL führt von blauen Halbleiter-Lasern 21BL erzeugte Wärme ab. Kollimator-Linse 23BL wandelt Strahlen von blauem Laser-Licht, jeweils ausgegeben aus einer Mehrzahl von blauen Halbleiter-Lasern 21BL, zu parallelem Licht um. Grüne Licht-Quelle 2G weist einen dichroitischen Spiegel auf. Der dichroitische Spiegel 24G überträgt selektiv blaues Laser-Licht aus Kollimator-Linse 23BL.
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Wie in 3 dargestellt, weist Phosphor-Rad 10 ein scheibenförmiges Basis-Material 11, Phosphor-Schicht 12, ringförmig vorgesehen entlang des Umfangs des Basis-Materials 11, und Motor M, der das Basis-Material 11 dreht, auf. Phosphor-Schicht 12 enthält grünen Phosphor. Der grüne Phosphor wird durch blaues Laser-Licht, das durch dichroitischen Spiegel 24G übertragen wird, angeregt, um grünes Licht zu emittieren. Die Oberfläche von Basis-Material 11 weist Reflexionsvermögen auf. Das aus Phosphor-Schicht 12 emittierte grüne Licht wird an der Oberfläche von Basis-Material 11 reflektiert, durch Kondensor-Linse 23G gerichtet bzw. kondensiert (siehe 2) und vom dichroitischen Spiegel 24G reflektiert.
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Licht-Quellen-Einrichtung 2 weist Kondensor-Linse 25, die Licht, emittiert von roter Licht-Quelle 2R, grüner Licht-Quelle 2G und blauer Licht-Quelle 2B, richtet bzw. kondensiert, Stab-Integrierer 26 und Relais-Linse 27 auf. Kondensor-Linse 25 richtet aus roter Licht-Quelle 2R, grüner Licht-Quelle 2G und blauer Licht-Quelle 2B emittiertes Licht. Stab-Integrierer 26 vereinheitlicht die Beleuchtungs-Verteilung des ausgegebenen Lichts. Relais-Linse 27 ist aus einer Mehrzahl von Kondensor-Linsen aufgebaut.
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DMD 3 ist aus einer Mehrzahl von zweidimensional angeordneten Mikro-Spiegeln (nicht gezeigt) aufgebaut. DMD 3 ändert die Neigung der Mikro-Spiegel gemäß Bild-Input-Signalen von rot, grün und blau, wodurch Zeit-moduliertes Signal-Licht erzeugt wird. Wenn zum Beispiel DMD 3 von einem roten Bild-Signal angesteuert wird, wird Steuern bzw. Regeln in Licht-Quellen-Einrichtung 2 so ausgeübt, dass rotes Licht ausgegeben wird. Wenn in ähnlicher Weise DMD 3 von einem grünen Bild-Signal angesteuert wird, wird Steuern bzw. Regeln in Licht-Quellen-Einrichtung 2 so ausgeübt, dass grünes Licht ausgegeben wird. Wenn zudem DMD 3 von einem blauen Bild-Signal angesteuert wird, wird Steuern bzw. Regeln in Licht-Quellen-Einrichtung 2 so ausgeübt, dass blaues Licht ausgegeben wird. Das vom DMD 3 modulierte, projizierte Licht wird auf eine beliebige Projektions-Fläche durch Projektor-Linse 4 projiziert.
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Wie in 4 dargestellt, ist auf Basis-Material 11 eine reflektierende Schicht 13 vorgesehen. Auf der reflektierenden Schicht 13 ist Phosphor-Schicht 12 vorgesehen. Als Basis-Material 11 wird zum Beispiel ein kristallines Substrat, wie Glas, Quarz, Saphir oder dergleichen, oder ein Sinterkörper-Substrat, wie Spinell, verwendet. Materialien, wie Quarz und Saphir, weisen hohe thermische Leitfähigkeit und eine ausgezeichnete Wärme-ableitende Eigenschaft auf und werden daher besonders geeignet eingesetzt. Die reflektierende Schicht 13 wird zum Beispiel durch Beschichten von Basis-Material 11 mit Titanoxid gebildet. Es ist anzumerken, dass in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, Phosphor-Rad 10 in einer grünen Licht-Quelle 2G (siehe 2) eingesetzt wird. Folglich wird aus Phosphor-Schicht 12 emittiertes grünes Licht selektiv reflektiert. Die reflektierende Schicht 13 ist ein dichroitischer Film, der grünes Licht reflektiert. Zum Beispiel ist der dichroitische Film aus einem dielektrischen Mehrschicht-Film aufgebaut, wobei Siliziumoxid und Titanoxid abwechselnd gestapelt sind, um eine Mehrzahl von Schichten zu bilden.
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Phosphor-Schicht 12 weist Phosphor-Teilchen 14, Partikel 19, deren Teilchen-Größe 1/10 oder weniger ist als die mittlere Teilchen-Größe von Phosphor-Teilchen 14, und Bindemittel-Material 15, das die Phosphor-Teilchen 14 und Partikel 19 hält, auf. Außerdem ist Phosphor-Schicht 12 mit einer Schicht mit geringem Brechungsindex 16 aus einem Licht-durchlässigen Material, das einen geringeren Brechungs-Index als Phosphor-Teilchen 14 aufweist, aufgebaut.
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In dem sie von blauem, aus blauen Halbleiter-Lasern 21BL ausgegebenem Licht angeregt werden, emittieren Phosphor-Teilchen 14 Fluoreszenz von grünem Licht.
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Hierin wird eine Beschreibung eines Verfahrens zur Zubereitung von Phosphor-Schicht 12 angeführt. Zunächst werden Phosphor-Teilchen 14 vorgeschriebener Teilchengröße, Partikel 19 und Silikat-Verbindung, die als Bindemittel-Material 15 dient, in einem vorgeschriebenen Verhältnis vermischt, um Phosphor-Paste herzustellen. Partikel 19 sind aus einem Material, dessen thermische Leitfähigkeit höher ist, als jene von Bindemittel-Material 15 und können Nanoteilchen aus Metall, wie Aluminiumoxid oder eine Silikat-Verbindung, wie Nanosilika, sein. Alternativ können Partikel 19 Mikro-Phosphor-Teilchen sein. Zum Beispiel ist die mittlere Teilchen-Größe von Nanoteilchen von einschließlich 2 nm bis 50 nm. Zum Beispiel ist die mittlere Teilchen-Größe von Mikro-Phosphor-Teilchen von einschließlich 0,5 µm bis 5 µm. Außerdem ist im Zusammenhang mit der Silikat-Verbindung das Verhältnis der anorganischen Komponente zu einer organischen Komponente bevorzugt 50% oder mehr. Bezüglich der Zugabe-Menge der Phosphor-Teilchen 14 zu Bindemittel-Material 15 wird sie in dem Zustand, in dem die Phosphor-Schicht 12 gebildet wird, so eingestellt, dass der Volumen-Bruch von Phosphor-Teilchen 14 größer als der Volumen-Bruch der festen Komponente von Bindemittel-Material 15 wird.
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Nun wird die Phosphor-Paste unter Verwendung einer entschäumenden Rührvorrichtung gerührt. Die gerührte Phosphor-Paste wird filmförmig auf mit reflektierender Schicht 13 versehenem Basis-Material 11 mit einer Siebdruckmaschine gedruckt. Auf Phosphor-Rad 10 ist die Dicke des Films vorzugsweise von einschließlich 50 µm bis 250 µm. Anschließend wird Basis-Material 11, auf das die Phosphor-Paste gedruckt worden ist, in eine Trocknungs-Vorrichtung oder einen Wärmebehandlungs-Ofen gestellt, um dadurch die Phosphor-Paste zu trocknen und zu härten.
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In Phosphor-Schicht 12 ist der Volumen-Bruch von Phosphor-Teilchen 14 höher als der Volumen-Bruch der festen Komponente von Bindemittel-Material 15. Wenn die Silikat-Verbindung, adsorbiert an Phosphor-Teilchen 14, durch die Wirkung von Elektrolyt geliert ist (Kieselsäure polymerisiert), findet eine Vernetzungs-Reaktion statt und vernetzte Körper werden unter den Phosphor-Teilchen 14 und zwischen Phosphor-Teilchen 14 und Basis-Material 11 (reflektierende Schicht 13) gebildet. Wenn die Phosphor-Paste getrocknet und gehärtet ist, wodurch Phosphor-Schicht 12 gebildet worden ist, vermindert sich das Volumen des gelierten vernetzten Körpers. Daher wird der Freiraum zwischen Basis-Material 11 (reflektierende Schicht 13) und Phosphor-Teilchen 14 mit Bindemittel-Material 15 gefüllt, während Bindemittel-Material 15 nicht die gesamte Umgebung von Phosphor-Teilchen 14 beschichtet. Im Ergebnis sind, wie in 4 dargestellt, Phosphor-Teilchen 14 an der Oberfläche von Phosphor-Schicht 12, beabstandet vom Basis-Material 11, nicht mit Bindemittel-Material 15 beschichtet und liegen anstatt dessen außen frei.
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Außerdem kann auf Phosphor-Schicht 12 eine Schicht mit geringem Brechungsindex 16 gebildet werden. Zum Beispiel wird eine Schicht mit geringem Brechungsindex 16 durch Trocknen und Härten eines Licht-durchlässigen Materials mit niederem Brechungs-Index, aufgetragen durch Siebdruck oder dergleichen, gebildet. Der Brechungs-Index des für die Schicht mit geringem Brechungsindex 16 eingesetzten Licht-durchlässigen Materials ist vorzugsweise einschließlich von 1,4 bis 1,45. Der Brechungs-Index der Schicht mit geringem Brechungsindex 16 ist geringer als der Brechungs-Index von Bindemittel-Material 15 (was zum Beispiel einen Brechungs-Index 1,5 hat).
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Die Schicht mit geringem Brechungsindex 16 wird auf Phosphor-Schicht 12 in einer im Wesentlichen gleichförmigen Dicke aufgetragen. Da Phosphor-Teilchen 14 außerhalb des Bindemittel-Materials 15 freiliegen, weist die Oberfläche von Phosphor-Schicht 12 eine knotige Struktur auf. Wenn die Schicht mit geringem Brechungsindex 16 auf die knotige Struktur in einer im Wesentlichen gleichförmigen Dicke aufgetragen worden ist, ist die Oberfläche der Schicht mit geringem Brechungsindex 16 auch mit einer knotigen Struktur, die der granulären Gestalt von Phosphor-Teilchen 14 zuzuschreiben ist, versehen. Es ist anzumerken, dass die Schicht mit geringem Brechungsindex 16 durch eine andere Maßnahme als Siebdruck, Abscheiden oder Sputtern des Licht-durchlässigen Materials mit geringem Brechungs-Index hergestellt werden kann.
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Bei dem in dieser Weise aufgebauten Phosphor-Rad 10 ist Phosphor-Schicht 12 mit einer Schicht mit geringem Brechungsindex 16 mit einem geringeren Brechungs-Index als jener von Phosphor-Teilchen 14 beschichtet. Verglichen mit dem Fall, bei dem die Oberfläche der Phosphor-Teilchen 14 freiliegt, ist der Unterschied im Brechungs-Index zwischen der Oberfläche von Phosphor-Teilchen 14 und außen kleiner. Dies erleichtert Licht, das von inneren Phosphor-Teilchen 14 emittiert wird, zur Ausgabe zu den äußeren Phosphor-Teilchen 14. Folglich kann ein Phosphor-Rad mit hoher Licht-Extraktions-Effizienz erhalten werden.
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In Phosphor-Schicht 12 ist der Volumen-Bruch von Phosphor-Teilchen 14 höher als der Volumen-Bruch der festen Komponente von Bindemittel-Material 15. Bindemittel-Material 15 gelangt in den Bereich zwischen Basis-Material 11 und Phosphor-Teilchen 14 und eine größere Zahl von Phosphor-Teilchen 14 wird in direkten Kontakt mit der Schicht mit geringem Brechungsindex 16 gebracht. Folglich kann Licht, emittiert von inneren Phosphor-Teilchen 14, in die Richtung der Schicht mit geringem Brechungsindex 16 effektiver extrahiert werden.
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Bindemittel-Material 15 enthält eine große Menge an Silikat-Verbindung. In Phosphor-Schicht 12 sind die anorganischen Komponenten größer als organische Komponenten, die im Allgemeinen zur Verschlechterung neigen. Somit kann Anregungs-Licht von höherer Ausgabe zu Phosphor-Schicht 12 emittiert werden. Folglich kann die Ausgabe von Licht-Quellen-Einrichtung 2 erhöht werden.
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Da die Oberfläche der Schicht mit geringem Brechungsindex 16 eine knotige Struktur aufweist, ist im Zusammenhang mit Licht, extrahiert zur Schicht mit geringem Brechungsindex 16 von Phosphor-Teilchen 14, der Einfallswinkel an der Oberfläche der Schicht mit geringem Brechungsindex 16 klein. Folglich wird Total-Reflexion unterdrückt und die Licht-Extraktions-Effizienz aus der Schicht mit geringem Brechungsindex 16 kann verbessert werden.
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Die Phosphor-Teilchen 14 von Phosphor-Schicht 12 erzeugen Wärme, wenn sie kontinuierlich Licht emittieren, indem sie mit Laser-Licht hoher Ausgabe bzw. Ausgabeleistung, das Anregungslicht darstellt, bestrahlt werden. In Phosphor-Schicht 12 ist es erforderlich, um geeignete Licht-Emissions-Effizienz aufrechtzuerhalten, die von Phosphor-Teilchen 14 erzeugte Wärme abzuleiten. Phosphor-Teilchen 14 sind jeweils etwa kugelförmig. Folglich wird in dem Zustand, in dem Phosphor-Teilchen 14 in Bindemittel-Material 15 dispergiert sind, Kontakt zwischen Phosphor-Teilchen 14 begrenzt und es gibt große Freiräume unter Phosphor-Teilchen 14. Folglich kann man die Wärme durch Phosphor-Teilchen 14 nicht vollständig ableiten.
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In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform werden, indem Phosphor-Schicht 12 Partikel 19 enthalten kann, Freiräume unter den Phosphor-Teilchen 14 mit Partikel 19 gefüllt. Dies vereinfacht es, dass Wärme von einem Phosphor-Teilchen 14 auf Basis-Material 11 über andere Phosphor-Teilchen 14 übertragen wird. Somit kann die Wärme-Ableitungs-Eigenschaft verbessert werden und eine Erhöhung in der Temperatur von Phosphor-Teilchen 14 kann unterdrückt werden. Somit kann die Licht-Emissions-Effizienz verbessert werden.
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Die Dichte von Partikeln 19 in Phosphor-Schicht 12 ist höher am Ort nahe Basis-Material 11 als am Ort nahe der Oberfläche von Phosphor-Schicht 12. Bei der vorstehend beschriebenen Vorgehensweise der Herstellung von Phosphor-Schicht 12 neigen, bevor Bindemittel-Material 15 gehärtet wird, Partikel 19, die kleiner in Teilchen-Größe als Phosphor-Teilchen 14 sind, zum Akkumulieren an der Seite nahe Basis-Material 11 als bei Phosphor-Teilchen 14. Nahe Basis-Material 11 wird eine größere Menge an Partikel 19 zentriert und mit Basis-Material 11 in Kontakt gebracht. Diese Struktur erleichtert die Übertragung von Wärme, die durch Phosphor-Teilchen 14 erzeugt wird, zum Basis-Material 11 über Partikel 19. Das heißt, die Wärme-Dissipations-Eigenschaft kann stärker verbessert werden. Außerdem kann durch Anwenden eines Materials, dessen relative Dichte größer ist, als jene von Phosphor-Teilchen 14 als Partikel 19, die Dichte von Partikel 19 nahe Basis-Material 11 erhöht werden.
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Nun wird eine Beschreibung eines Beispiels von Phosphor-Rad 10 angeführt.
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Tabelle 1 zeigt die Material-Struktur und Eigenschaft von Proben Nr. 1 bis Nr. 5 eines Musters von Phosphor-Rad
10. Es ist anzumerken, dass in Proben Nr. 1 bis Nr. 3, dargestellt in Tabelle 1, Aluminiumoxid-Teilchen mit einer mittleren Teilchen-Größe von
16 nm als Partikel
19 eingesetzt wurden. Die Zugabe-Menge von Partikel
19 wird in Masse-% (Gew.-%) zu Phosphor-Teilchen
14, die in Phosphor-Schicht
12 enthalten sind, angegeben. Bezüglich der Wärme-Dissipation-Eigenschaften, die definieren, dass die Temperatur von Basis-Material
11 am Einstrahlungs-Punkt 1 war, wenn Probe Nr. 4 mit 150W Laser-Energie bestrahlt wurde, wurden Vergleiche mit anderen Proben vorgenommen. Bezüglich der Licht-Extraktions-Effizienz, die definiert, dass die Energie, erhalten durch Bestrahlen von Probe Nr. 4 mit 150W Laser-Energie, 1 war, wurden Vergleiche mit anderen Proben vorgenommen. Außerdem wurden bezüglich der Licht-Nutzungs-Effizienz, die definiert, dass die Extraktions-Effizienz von Licht in eine Linse 1 war, deren Licht durch Bestrahlen von Probe Nr. 4 mit 150W Laser-Energie erhalten wurde, Vergleiche mit anderen Proben vorgenommen. [Tabelle 1]
| | PROBE Nr. 1 | PROBE Nr. 2 | PROBE Nr. 3 | PROBE Nr. 4 | PROBE Nr. 5 |
| PHOSPHOR | MITTLERE TEILCHENGRÖßE (μm) | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 |
| ZUGABE-MENGE (Vol.%) | 65 | 65 | 65 | 65 | 65 |
| PARTIKEL
(NANOPARTIKEL) | MITTLERE TEILCHENGRÖßE (nm) | 16 | 16 | 16 | - | 16 |
| ZUGABE-MENGE (Gew.%) | 1 | 3 | 5 | - | 7 |
| PARTIKEL (PHOSPHOR) | MITTLERE TEILCHENGRÖßE (μm) | - | - | - | - | - |
| ZUGABE-MENGE (Vol.%) | - | - | - | - | - |
| EIGENSCHAFTEN | WÄRME-DISSIPATIONS-EIGENSCHAFT | 0,90 | 0,85 | 0,80 | 1,00 | 0,75 |
| LICHT-EXTRAKTIONS-EFFIZIENZ | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 0,97 |
| LICHT-NUTZUNGS-EFFIZIENZ | 1,02 | 1,03 | 1,04 | 1,00 | 1,05 |
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Vergleicht man Proben Nr. 1 und Nr. 5 miteinander, sinken die Temperaturen der Proben, wenn die Zugabe-Menge der Nanoteilchen größer ist. Das heißt, wenn die Zugabe-Menge der Nanoteilchen größer ist, verbessern sich die Wärme-Dissipations-Eigenschaften. Wenn die Zugabe-Menge der Nanoteilchen 5 Gew.-% übersteigt, vermindert sich die Licht-Extraktions-Effizienz. Wenn die Zugabe-Menge der Nanoteilchen groß wird, wird das Licht, das an der Oberfläche der Nanoteilchen reflektiert, in der Regel in die Oberflächen-Richtung von Basis-Material 11 in Bindemittel-Material 15 geleitet. Folglich vermindert sich die Licht-Extraktions-Effizienz aus Bindemittel-Material 15. Die Dichte von Partikel 19 in Phosphor-Schicht 12 ist vorzugsweise von 1 Gew.-% bis 5 Gew.-% auf das Volumen von Phosphor-Teilchen 14.
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Tabelle 2 zeigt die Material-Struktur und Eigenschaften von Proben Nr. 6 bis Nr. 11 des Musters von Phosphor-Rad
10. Es ist anzumerken, dass in Proben Nr. 6 bis Nr. 8, dargestellt in Tabelle 2, Mikro-Phosphor mit einer mittleren Teilchen-Größe von 1 µm bis 3 µm als Partikel
19 eingesetzt wurde. Die Zugabe-Menge von Partikel
19 wird durch den Anteil (Verhältnis) (Vol.-%) auf das Volumen von Phosphor-Teilchen
14, die in Phosphor-Schicht
12 enthalten sind, wiedergegeben. [Tabelle 2]
| | PROBE Nr. 6 | PROBE Nr. 7 | PROBE Nr. 8 | PROBE Nr. 9 | PROBE Nr. 10 | PROBE Nr. 11 |
| PHOSPHOR | MITTLERE TEILCHENGRÖßE (μm) | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 |
| ZUGABE-MENGE (Vol.%) | 65 | 65 | 65 | 65 | 65 | 65 |
| PARTIKEL
(NANOPARTIKEL) | MITTLERE TEILCHENGRÖßE (nm) | - | - | - | 16 | - | - |
| ZUGABE-MENGE (Gew.%) | - | - | - | 7 | - | - |
| PARTIKEL
(PHOSPHOR) | MITTLERE TEILCHENGRÖßE (μm) | 1 | 1 | 3 | 1 | 3 | 3 |
| ZUGABE-MENGE (Vol.%) | 1 | 3 | 1 | 5 | 5 | 7 |
| EIGENSCHAFTEN | WÄRME-DISSIPATIONS-EIGEN-SCHAFT | 0,90 | 0,85 | 0,83 | 0,83 | 0,80 | 0,80 |
| LICHT-EXTRAKTIONS-EFFIZIENZ | 1,00 | 0,99 | 0,99 | 0,96 | 0,97 | 0,95 |
| LICHT-NUTZUNGS-EFFIZIENZ | 1,00 | 1,03 | 1,03 | 1,05 | 1,01 | 1,01 |
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Vergleicht man Proben Nr. 6 bis Nr. 11 miteinander, sinken die Temperaturen der Proben, wenn die Zugabe-Menge an Mikro-Phosphor größer ist. Das heißt, wenn die Zugabe-Menge an Mikro-Phosphor größer ist, verbessern sich die Wärme-Dissipations-Eigenschaften. Wenn die Zugabe-Menge an Mikro-Phosphor 5 Vol.-% oder mehr wird, ist das Ergebnis ähnlich jenem, das vorstehend bezüglich der Nanoteilchen beschrieben wurde, die Licht-Extraktions-Effizienz sinkt. Wenn sowohl die Nanoteilchen als auch der Mikro-Phosphor ebenfalls enthalten sind, vermindert sich die Licht-Extraktions-Effizienz. Die Dichte von Partikel 19 in Phosphor-Schicht 12 ist vorzugsweise 1 Vol.-% bis 3 Vol.-% auf das Volumen von Phosphor-Teilchen 14.
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Nun wird mit Bezug auf 5 eine Beschreibung einer Variante von Phosphor-Rad 10 gemäß der vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsform angegeben. 5 ist eine Querschnitts-Ansicht von Phosphor-Rad 10A gemäß einer Variante von Phosphor-Rad 10. Im Zusammenhang mit Phosphor-Rad 10A weist die Oberfläche der Schicht mit geringem Brechungsindex 16A eine Falter-Augen-Struktur im Nano-Maßstab auf.
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Eine Schicht mit geringem Brechungsindex 16A von Phosphor-Rad 10A weist eine glättende Schicht 17 auf, die die knotige Struktur von Phosphor-Teilchen 14 und Film 18 mit geringem Reflexionsvermögen vom Falter-Augen-Typ, bereitgestellt auf der glättenden Schicht 17, eindeckt. In ähnlicher Weise werden die Schicht mit geringem Brechungsindex 16 von Phosphor-Rad 10, glättende Schicht 17 und Film 18 mit geringem Reflexionsvermögen aus Licht-durchlässigen Materialien mit geringerem Brechungs-Index als Phosphor-Teilchen 14 hergestellt.
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Film 18 mit geringem Reflexionsvermögen ist mit einer Vielzahl von winzigen Vorsprüngen versehen, jeweils mit einer Breite von einschließlich 100 nm bis 300 nm zur Bildung einer Scheibe bzw. Platte. Das Reflexionsvermögen in der Dicken-Richtung von Film 18 mit geringem Reflexionsvermögen ist 1% oder weniger. Es ist anzumerken, dass der Begriff "Falter-Auge" von der Struktur der Augen eines Falters abgeleitet ist. Die knotige Struktur an der Oberfläche der Schicht mit geringem Brechungsindex 16 von Phosphorrad 10 ist der granulären Gestalt von Phosphor-Teilchen 14 zuzuschreiben. Da die mittlere Breite der knotigen Formen in der knotigen Struktur von Schicht 16 mit niedrigem Brechungsindex von einschließlich 15 µm bis 35 µm ist, ist der Effekt zum Unterdrücken der Total-Reflexion begrenzt. Da andererseits bei Schicht 16A mit niedrigem Brechungsindex die Breite von jedem Vorsprung der knotigen Struktur in der Nano-Größenordnung ist, wird Total-Reflexion effektiv unterdrückt. Folglich kann die Licht-Extraktions-Effizienz der Schicht mit geringem Brechungsindex 16A verbessert werden.
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Durch glättende Schicht 17 wird es möglich, das Eindringen einer Luft-Schicht zwischen Phosphor-Teilchen 14 und Film 18 mit niedrigem Reflexionsvermögen zu unterdrücken. Folglich kann Reflexion, verursacht an der Grenzfläche zwischen einer Luft-Schicht und Phosphor-Teilchen 14, verhindert werden.
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Vorstehend beschriebenes Phosphor-Rad 10 enthält Basis-Material 11 und Phosphor-Schicht 12, angeordnet auf Basis-Material 11. Phosphor-Schicht 12 weist Phosphor-Teilchen 14, Partikel 19, deren mittlere Teilchen-Größe 1/10 oder weniger ist als die mittlere Teilchen-Größe von Phosphor-Teilchen 14 und Bindemittel-Material 15, das Phosphor-Teilchen 14 und Partikel 19 zurückhält, auf.
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Die Dichte von Partikel 19 in Phosphor-Schicht 12 ist vorzugsweise höher an einem Ort nahe Basis-Material 11 als an einem Ort nahe der Oberfläche von Phosphor-Schicht 12.
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Partikel 19 kann aus mindestens einer Metall- oder Silikat-Verbindung hergestellt sein.
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Partikel 19 sind vorzugsweise in Phosphor-Schicht 12 bei einem Volumen-Gehalt in einem Verhältnis von 1% bis 3% der Phosphor-Teilchen 14 enthalten.
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Partikel 19 können Mikro-Phosphor-Teilchen sein.
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Partikel 19 sind vorzugsweise in Phosphor-Schicht 12 bei einem Masse-Gehalt von einschließlich 1 % bis 5 % der Mikro-Phosphor-Teilchen enthalten.
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Phosphor-Schicht 12 ist vorzugsweise mit einer Schicht mit geringem Brechungsindex 16, die aus einem Licht-durchlässigen Material mit geringerem Brechungs-Index als Phosphor-Teilchen 14 besteht, beschichtet.
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Außerdem enthält Licht-Quellen-Einrichtung 2 Phosphor-Rad 10 und blaue Halbleiter-Laser 21BL, ausgelegt zur Ausgabe von Anregungs-Licht, das Phosphor-Teilchen 14 von Phosphor-Rad 10 anregt.
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Des Weiteren enthält Licht-Projektions-Einrichtung 1 die Licht-Quellen-Einrichtung 2, Bild-Erzeuger 3, ausgelegt zum Erzeugen eines Bilds durch Modulieren der Licht-Ausgabe von der Licht-Quellen-Einrichtung 2, und Projektor-Linse 4, ausgelegt zum Projizieren des durch den Bild-Erzeuger erzeugten Bilds.
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Es ist anzumerken, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen begrenzt ist, und dass vielfältige Modifizierungen vorgenommen werden können. Zum Beispiel werden mit Licht-Projektions-Einrichtung 1 blaue Halbleiter-Laser 21BL für eine grüne Licht-Quelle 2G eingesetzt und blaues Laser-Licht wird zu grünem Licht an der Phosphor-Schicht 12 von Phosphor-Rad 10 umgewandelt. Hinsichtlich der roten Licht-Quelle 2R und blauen Licht-Quelle 2B werden selbstleuchtende LED verwendet. Derzeit ist es schwierig, die Ausgabe(-leistung) einer generell grünen LED, verglichen mit LED anderer Farben, zu erhöhen. Daher wird blaues Laser-Licht mit hoher Ausgabe von blauen Halbleiter-Lasern 21BL zu grünem Licht umgewandelt. Es ist auch möglich, dass mit roter Licht-Quelle 2R und blauer Licht-Quelle 2B blaues Laser-Licht aus blauen Halbleiter-Lasern 21BL umgewandelt oder übertragen wird, zum Erzeugen von Licht, das zu dem Bild-Erzeuger eingegeben wird. In diesem Fall sollte Phosphor-Rad 10 mit einer Mehrzahl von Arten von Phosphor-Schichten oder einer reflektierenden Schicht oder einer durchlässigen Schicht versehen werden und die Abscheidung von optischen System-Elementen, wie Spiegel und Linsen, sollte, falls geeignet, geändert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2012-212129 [0003]
- JP 2012-185402 [0004, 0013]
