JP2015211034A - Illumination system and wavelength conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、照明システムに関するものであり、特に照明システムとその波長変換デバイスに関する。 The present invention relates to an illumination system, and more particularly to an illumination system and its wavelength conversion device.
近年、ハイエンドプロジェクターは、照明システムとして、レーザ素子及び波長変換デバイスを利用している。従来の波長変換デバイスは、二つの種類の波長変換デバイスに分類され、そのうちの一つは、蛍光体回転ホイールであり、もう一方は、固定蛍光板モジュールである。 In recent years, high-end projectors use laser elements and wavelength conversion devices as illumination systems. Conventional wavelength conversion devices are classified into two types of wavelength conversion devices, one of which is a phosphor rotating wheel and the other is a stationary phosphor plate module.
図1および図2を参照のこと。図1は、従来技術の蛍光体回転ホイールの構成を示す。図2は、従来技術の固定蛍光板モジュールの構成を示す。蛍光体回転ホイール1では、蛍光体粉末(または蛍光剤)11が、粘着性接着剤と混ぜられ、円形の高反射基板10の特定位置上に塗布される。高反射基板10は、モータ12に設置され、それにより、波長変換を行う際に、回転蛍光ホイール1の回転により、放熱が成される。一方、固定蛍光板モジュール2による回転では、放熱が成されないので、蛍光板21は、一般的に、高反射基板20のある一面に取り付けられ、ヒートシンク22が、高反射基板20のもう一方の面に取り付けられている。この状況で、レーザ光源で発生した熱が放散される。 See Figures 1 and 2. FIG. 1 shows the configuration of a phosphor rotating wheel of the prior art. FIG. 2 shows a configuration of a conventional fixed fluorescent plate module. In the phosphor rotating wheel 1, phosphor powder (or phosphor agent) 11 is mixed with a sticky adhesive and applied onto a specific position of a circular highly reflective substrate 10. The highly reflective substrate 10 is installed in the motor 12, so that heat is radiated by the rotation of the rotating fluorescent wheel 1 when performing wavelength conversion. On the other hand, since heat is not dissipated in the rotation by the fixed fluorescent plate module 2, the fluorescent plate 21 is generally attached to one surface of the highly reflective substrate 20, and the heat sink 22 is attached to the other surface of the highly reflective substrate 20. It has been. In this situation, the heat generated by the laser light source is dissipated.
しかしながら、蛍光体回転ホイール1での蛍光体粉末11の変換効率は低い。なぜなら、粘着性接着剤は信頼性が低く、熱伝導率が低いためである。一方、高反射基板10の剛性は、回転および振動を適用するには十分ではないかもしれない。また、固定蛍光板モジュール2では、ヒートシンク22の放熱が、主に伝導及び対流により成されているので、高反射基板20とヒートシンク22は、比較的大きな表面領域を有する部品から選ばれなければならない。つまり、スペースの必要性が、多くの場合、見込みを上回ってしまう。また、ホットスポットと熱拡散の現象により、固定蛍光板モジュール2の製造コストが高くなり、製造における困難さが生じる。 However, the conversion efficiency of the phosphor powder 11 in the phosphor rotating wheel 1 is low. This is because tacky adhesives have low reliability and low thermal conductivity. On the other hand, the rigidity of the highly reflective substrate 10 may not be sufficient to apply rotation and vibration. In the fixed fluorescent plate module 2, since the heat dissipation of the heat sink 22 is mainly performed by conduction and convection, the highly reflective substrate 20 and the heat sink 22 must be selected from components having a relatively large surface area. In short, the need for space often exceeds expectations. In addition, due to the phenomenon of hot spots and thermal diffusion, the manufacturing cost of the fixed fluorescent screen module 2 is increased, which causes difficulty in manufacturing.
先行技術が直面する欠点を解消するために、照明システムとその波長変換デバイスを提供する必要がある。 In order to overcome the disadvantages faced by the prior art, there is a need to provide an illumination system and its wavelength conversion device.
本発明の目的は、これらの従来技術が直面する上記の欠点を克服するために、照明システムとその波長変換デバイスを提供することである。 The object of the present invention is to provide an illumination system and its wavelength conversion device in order to overcome the above drawbacks faced by these prior arts.
本発明は、照明システムおよびその波長変換デバイスを提供する。蛍光板は、第一波長帯の光を第二波長帯の光に変換するため、10から70重量%の蛍光剤および結合剤を有する固体の混合物であるので、蛍光板の熱伝導の効率は、効果的に向上し、波長変換デバイスの変換効率が高められ、剛性が高いため回転に用いられるには十分強いものとなる。 The present invention provides an illumination system and a wavelength conversion device thereof. Since the fluorescent plate converts light in the first wavelength band to light in the second wavelength band, it is a solid mixture with 10 to 70 wt% fluorescent agent and binder, so the efficiency of heat conduction of the fluorescent plate is effective The conversion efficiency of the wavelength conversion device is improved, and the rigidity is high, so that it is sufficiently strong to be used for rotation.
本発明は、照明システムとその波長変換デバイスを提供する。波長変換デバイスは、任意のヒートシンクを利用することなく、回転型波長変換デバイスとして適用され、スペースの必要性が低減されるだけでなく、ホットスポットと熱拡散の現象が回避される。それにより、波長変換デバイスの製造コストおよび製造の困難さは大幅に低減される。 The present invention provides an illumination system and its wavelength conversion device. The wavelength conversion device is applied as a rotary wavelength conversion device without utilizing any heat sink, not only reducing the need for space, but also avoiding hot spots and thermal diffusion phenomena. Thereby, the manufacturing cost and manufacturing difficulty of the wavelength conversion device are greatly reduced.
本発明は、さらに、照明システムとその波長変換デバイスを提供する。蛍光板の光出力面を研磨し、研磨面を形成することにより、蛍光板の受光効率が向上し、さらに波長変換デバイスの変換効率も高められる。 The present invention further provides an illumination system and its wavelength conversion device. By polishing the light output surface of the fluorescent plate and forming the polished surface, the light receiving efficiency of the fluorescent plate is improved, and the conversion efficiency of the wavelength conversion device is also increased.
本発明の一態様によれば、照明システムが提供される。照明システムは、固体発光素子と波長変換デバイスを含む。第一波長帯の光は、固体発光素子により光路に放射される。波長変換デバイスは、光路上に配置され、蛍光板を備えている。蛍光板は、蛍光剤と結合剤を有する固体の混合物である。蛍光剤の重量%は10から70であり、それにより、第一波長帯の光は第二波長帯の光に変換される。 According to one aspect of the invention, a lighting system is provided. The illumination system includes a solid state light emitting element and a wavelength conversion device. The light in the first wavelength band is emitted to the optical path by the solid state light emitting device. The wavelength conversion device is disposed on the optical path and includes a fluorescent plate. The fluorescent plate is a solid mixture having a fluorescent agent and a binder. The weight percentage of the fluorescent agent is 10 to 70, whereby light in the first wavelength band is converted to light in the second wavelength band.
本発明の他の態様によれば、光路に第一波長帯の光を放射する照明システムにおいて波長変換デバイスが提供される。波長変換デバイスは、光路上に配置され、第一波長帯の光を受光するための蛍光板を含み、ここで、蛍光板は、蛍光剤と結合剤を有する固形の混合物であり、蛍光剤の重量%は、10から70である。それにより、第一波長帯の光は、第二波長帯の光に変換される。 According to another aspect of the present invention, a wavelength conversion device is provided in an illumination system that emits light in a first wavelength band in an optical path. The wavelength conversion device includes a fluorescent plate that is disposed on the optical path and receives light in the first wavelength band, where the fluorescent plate is a solid mixture having a fluorescent agent and a binder, and the weight percent of the fluorescent agent. Is from 10 to 70. Thereby, the light in the first wavelength band is converted into the light in the second wavelength band.
本発明の上記の内容は、以下の詳細な説明と、添付の図面を検討した後に、当業者にとってより容易に明らかなる。 The above description of the present invention will become more readily apparent to those of ordinary skill in the art after reviewing the following detailed description and the accompanying drawings.
本発明は、以下の実施形態を参照して具体的に説明される。本発明の好ましい実施形態の以下の説明は、例示および説明のみを目的として本明細書に提示されていることに留意すべきである。それは、開示された正確な形態に網羅的であること、または限定されるものではない。 The present invention will be specifically described with reference to the following embodiments. It should be noted that the following description of preferred embodiments of the present invention is presented herein for purposes of illustration and description only. It is not intended to be exhaustive or limited to the precise form disclosed.
図3Aおよび図3Bを参照のこと。図3Aは、本発明の実施形態に係る照明システムの構成を示す。図3Bは、本発明の他の実施形態に係る照明システムの構成を示す。図3Aおよび図3Bに示すように、本発明の照明システム3は、固体発光素子31と波長変換デバイス32を含む。第一波長帯の光L1は、固体発光素子31から光路Pに放射される。波長変換デバイス32は、光路P上に配置され、蛍光板321を含んでいる。蛍光板321は、蛍光剤と結合剤を有する固体の混合物であり、蛍光剤の重量%は、10から70(蛍光板321の総重量と比較して)であり、結合剤の重量%は、例えば、30から90(蛍光板321の総重量と比較して)であり、結合剤は、例としてガラス又はAl2O3であるが、これに限らない。第一波長帯の光L1は、第二波長帯の光L2に変換される。ある実施形態では、波長変換デバイス32は、透過型波長変換デバイス(図3Aに示すように)に限定されない、あるいは反射型波長変換デバイス(図3Bに示すように)に限定されない。つまり、図3Aに示す実施形態では、第一波長帯の光L1の入射方向は、第二波長帯の光L2の出力方向と同一である。図3Bに示す実施形態では、第一波長帯の光L1の入射方向は、第二波長帯の光L2の出力方向とは反対である。以上により、蛍光板321の熱伝導の効率が効果的に向上し、これにより波長変換デバイスの変換効率を高め、大きな剛性での回転に用いられるのに十分に強いものとなる。 See Figures 3A and 3B. FIG. 3A shows a configuration of a lighting system according to the embodiment of the present invention. FIG. 3B shows a configuration of an illumination system according to another embodiment of the present invention. As shown in FIGS. 3A and 3B, the illumination system 3 of the present invention includes a solid-state light emitting element 31 and a wavelength conversion device 32. The light L1 in the first wavelength band is radiated from the solid light emitting element 31 to the optical path P. The wavelength conversion device 32 is disposed on the optical path P and includes a fluorescent plate 321. The fluorescent plate 321 is a solid mixture having a fluorescent agent and a binder, the weight percent of the fluorescent agent is 10 to 70 (compared to the total weight of the fluorescent plate 321), and the weight percent of the binder is, for example, 30 to 90 (compared to the total weight of the fluorescent screen 321), and the binder is glass or Al 2 O 3 as an example, but is not limited thereto. The light L1 in the first wavelength band is converted into the light L2 in the second wavelength band. In some embodiments, the wavelength conversion device 32 is not limited to a transmissive wavelength conversion device (as shown in FIG. 3A) or a reflective wavelength conversion device (as shown in FIG. 3B). That is, in the embodiment shown in FIG. 3A, the incident direction of the light L1 in the first wavelength band is the same as the output direction of the light L2 in the second wavelength band. In the embodiment shown in FIG. 3B, the incident direction of the light L1 in the first wavelength band is opposite to the output direction of the light L2 in the second wavelength band. As described above, the efficiency of heat conduction of the fluorescent plate 321 is effectively improved, thereby increasing the conversion efficiency of the wavelength conversion device and sufficiently strong to be used for rotation with large rigidity.
ある実施形態では、結合剤は、上述した実施形態のように、ガラスまたはAl2O3である。または結合剤は、放熱効率を高めるために、BaSO4、AlN、およびBNのようなセラミック添加剤をさらに含んでもよい。ガラスの化学式は、SiOx、o<x≦2であり、ガラスの屈折率nは、1.5と同等かそれより小さい。LED分野でのガラスと蛍光体粉末の組合せの用途と比べると、LED分野で必要とされるガラスの屈折率nは2以上であるので、LED分野での用途と本発明の違いは、自明であり、本発明の概念は、LED分野における用途とは異なる。つまり、本発明の波長変換デバイス32の発展方向は、LED分野の発展方向とは逆であり、解決すべき問題も異なる。 In certain embodiments, the binder is glass or Al 2 O 3 , as in the embodiments described above. Alternatively, the binder may further include a ceramic additive such as BaSO 4 , AlN, and BN to increase heat dissipation efficiency. The chemical formula of glass is SiO x , o <x ≦ 2, and the refractive index n of glass is equal to or smaller than 1.5. Compared with the application of glass and phosphor powder in the LED field, the refractive index n of glass required in the LED field is 2 or more, so the difference between the LED field application and the present invention is obvious. Yes, the concept of the present invention is different from the application in the LED field. That is, the development direction of the wavelength conversion device 32 of the present invention is opposite to the development direction of the LED field, and the problems to be solved are also different.
図4および図5を参照のこと。図4は、本発明の実施形態に係る波長変換デバイスの断面図である。図5は、本発明の他の実施形態に係る波長変換デバイスの断面図である。ある実施形態では、波長変換デバイス32は、基板なしで設計することができ、波長変換デバイス32は、さらに、光学層322を含むことができる。光学層322は、蛍光板321の表面に形成され、蛍光板321はシート状蛍光板(図4に示すように)に限定されない、又はリング状蛍光板(図5に示すように)に限定されない。具体的には、光学層322は蛍光板321の表面に重ねられるか、また塗布され、光学層322は、蛍光板321の光出力面とは反対側に配置される。つまり、その表面は光出力面とは反対に配置される。 See FIG. 4 and FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of a wavelength conversion device according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a cross-sectional view of a wavelength conversion device according to another embodiment of the present invention. In certain embodiments, the wavelength conversion device 32 can be designed without a substrate, and the wavelength conversion device 32 can further include an optical layer 322. The optical layer 322 is formed on the surface of the fluorescent plate 321, and the fluorescent plate 321 is not limited to a sheet-like fluorescent plate (as shown in FIG. 4), or is not limited to a ring-like fluorescent plate (as shown in FIG. 5). Specifically, the optical layer 322 is overlaid or coated on the surface of the fluorescent plate 321, and the optical layer 322 is disposed on the side opposite to the light output surface of the fluorescent plate 321. That is, the surface is disposed opposite to the light output surface.
図6および図7を参照のこと。図6は、本発明のさらに他の実施形態に係る波長変換デバイスの断面図である。図7は、本発明のさらに他の実施形態に係る波長変換デバイスの断面図である。ある実施形態では、本発明の波長変換デバイス32の蛍光板321は、シート状蛍光板(図6に示すように)であるか、またはリング状蛍光板(図7に示すように)である。波長変換デバイス32は、さらに、光学層322と基板323を含み、光学層322は、基板323上に形成されている。特に、光学層322は、蛍光板321の光出力面と反対側に配置されている。一方、波長変換デバイスは、さらに接着層325を含み、それは、光学層322と基板323との間に配置され、接着層は、SiO2またはTiO2からできている。 See FIG. 6 and FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of a wavelength conversion device according to still another embodiment of the present invention. FIG. 7 is a cross-sectional view of a wavelength conversion device according to still another embodiment of the present invention. In one embodiment, the fluorescent plate 321 of the wavelength conversion device 32 of the present invention is a sheet-like fluorescent plate (as shown in FIG. 6) or a ring-like fluorescent plate (as shown in FIG. 7). The wavelength conversion device 32 further includes an optical layer 322 and a substrate 323, and the optical layer 322 is formed on the substrate 323. In particular, the optical layer 322 is disposed on the side opposite to the light output surface of the fluorescent plate 321. On the other hand, the wavelength conversion device further includes an adhesive layer 325, which is disposed between the optical layer 322 and the substrate 323, and the adhesive layer is made of SiO 2 or TiO 2 .
図4から図7に示す上記実施形態では、透過型波長変換デバイスに適用される場合、光学層322は、好ましくは、ダイクロイック層であり、第一波長帯の光L1を透過させ、第二波長帯の光L2を反射する。逆に、反射型波長変換デバイスに適用される場合、光学層322は、好ましくは全反射層またはダイクロイック層であり、第一波長帯の光L1と第二波長帯の光L2を包括的に全て反射する、あるいは、第二波長帯の光のみを反射する。 In the above embodiment shown in FIG. 4 to FIG. 7, when applied to a transmission wavelength conversion device, the optical layer 322 is preferably a dichroic layer, and transmits the light L1 in the first wavelength band, and the second wavelength. Reflects the band light L2. Conversely, when applied to a reflective wavelength conversion device, the optical layer 322 is preferably a total reflection layer or a dichroic layer, and comprehensively includes all the light L1 in the first wavelength band and the light L2 in the second wavelength band. Reflects or reflects only light in the second wavelength band.
図8および図9を参照のこと。図8は、接着により形成された空隙を示す。図9は、クリップにより形成された空隙を示す。図8および図9に示すように、空隙Aは、蛍光板321と光学層322との間に形成され、光学特性を向上させ、屈折率nを変化させるが、これに限定されない。空隙Aは、例えば、接着またはクリップにより形成されている。図8に示すように、蛍光板321と光学層322は、部分的に粘着性接着剤Gにより互いに接着され、空隙は、接着によって形成される。図9に示すように、蛍光板321と光学層322は、クリッパCによって互いに留められ、空隙Aは、蛍光体板321と光学層322の間に自然に形成される。とは言っても、空隙Aを形成する方法は、本明細書で制限されない。 See FIG. 8 and FIG. FIG. 8 shows a void formed by adhesion. FIG. 9 shows the void formed by the clip. As shown in FIG. 8 and FIG. 9, the air gap A is formed between the fluorescent plate 321 and the optical layer 322 to improve the optical characteristics and change the refractive index n, but is not limited thereto. The gap A is formed by, for example, adhesion or a clip. As shown in FIG. 8, the fluorescent plate 321 and the optical layer 322 are partially adhered to each other by the adhesive adhesive G, and the gap is formed by adhesion. As shown in FIG. 9, the fluorescent plate 321 and the optical layer 322 are held together by the clipper C, and the gap A is naturally formed between the fluorescent plate 321 and the optical layer 322. However, the method of forming the void A is not limited in this specification.
図3Aから図9を参照のこと。本発明の波長変換デバイス32は、回転に用いるために、モータ324の軸上に設置される。その結果、波長変換デバイス32は、任意のヒートシンクを利用せずに回転型の波長変換デバイスとして適用され、スペースの必要性が低減されるだけでなく、ホットスポットと熱拡散の現象が回避される。それにより、波長変換デバイス32の製造コストと困難さが大幅に低減される。 See FIGS. 3A-9. The wavelength conversion device 32 of the present invention is installed on the shaft of a motor 324 for use in rotation. As a result, the wavelength conversion device 32 is applied as a rotary wavelength conversion device without using any heat sink, not only reducing the need for space, but also avoiding hot spots and thermal diffusion phenomena. . Thereby, the manufacturing cost and difficulty of the wavelength conversion device 32 are greatly reduced.
図10および図11を参照のこと。図10は、透過型波長変換デバイスの光学層による反射された散乱光を示す。図11は、反射型波長変換デバイスの光学層による反射された散乱光を示す。図10および図11に示すように、第一波長帯の光L1は、波長変換デバイス32の蛍光板321によって受光された後、第一波長帯の光L1は、第二波長帯の光L2に励起される。第二波長帯の光L2は、全角度散乱として構成されている。散乱光L20が、光学層322へ後方散乱されると、散乱光L20は、光学層322によって反射され、蛍光板321の光出力面を通って出力される。光学層322のより高い反射効率により、波長変換デバイス32の波長変換効率がより良くなる。 See FIG. 10 and FIG. FIG. 10 shows the scattered light reflected by the optical layer of the transmissive wavelength conversion device. FIG. 11 shows scattered light reflected by the optical layer of the reflective wavelength conversion device. As shown in FIGS. 10 and 11, after the light L1 in the first wavelength band is received by the fluorescent plate 321 of the wavelength conversion device 32, the light L1 in the first wavelength band is excited to the light L2 in the second wavelength band. Is done. The light L2 in the second wavelength band is configured as full angle scattering. When the scattered light L20 is backscattered to the optical layer 322, the scattered light L20 is reflected by the optical layer 322 and output through the light output surface of the fluorescent screen 321. Due to the higher reflection efficiency of the optical layer 322, the wavelength conversion efficiency of the wavelength conversion device 32 is improved.
図12および図13を参照のこと。図12は、基板を有する透過型波長変換デバイスの光学層によって反射された散乱光を示す。図13は、基板を有する反射型波長変換デバイスの光学層によって反射された散乱光を示す。図12および図13に示すように、第一波長帯の光L1は、波長変換デバイス32の蛍光板321によって受光された後、第一波長帯の光L1は、蛍光板321によって第二波長帯の光L2に励起される。第二波長帯の光L2は全角度散乱として構成される。大角度散乱光L21は、空隙Aへ後方散乱されると、大角度散乱光L21は、空隙Aによって全反射され、光出力面から出力される。さらに、小角度散乱光L22が、光学層322へ後方散乱された場合、小角度散乱光L22は、光学層322によって反射され、光出力面を通って出力される。すなわち、蛍光板321と光学層322との間の空隙Aを形成することにより、全反射の原理を適用することができ、大角度散乱光L21を出力することができ、本発明の波長変換デバイス32の波長変換効率を高めるために用いられる。 See FIG. 12 and FIG. FIG. 12 shows scattered light reflected by the optical layer of a transmissive wavelength conversion device having a substrate. FIG. 13 shows scattered light reflected by the optical layer of a reflective wavelength conversion device having a substrate. As shown in FIGS. 12 and 13, after the light L1 in the first wavelength band is received by the fluorescent plate 321 of the wavelength conversion device 32, the light L1 in the first wavelength band is light in the second wavelength band by the fluorescent plate 321. Excited by L2. The light L2 in the second wavelength band is configured as full angle scattering. When the large angle scattered light L21 is backscattered into the gap A, the large angle scattered light L21 is totally reflected by the gap A and output from the light output surface. Further, when the small angle scattered light L22 is backscattered to the optical layer 322, the small angle scattered light L22 is reflected by the optical layer 322 and output through the light output surface. That is, by forming the gap A between the fluorescent plate 321 and the optical layer 322, the principle of total reflection can be applied, the large-angle scattered light L21 can be output, and the wavelength conversion device 32 of the present invention. Is used to increase the wavelength conversion efficiency of the.
ある実施形態において、蛍光剤は、単結晶蛍光体粉末又は多結晶蛍光体粉末に限定されない。また、BN、AlN又はBaSO4のような機能性添加剤は、蛍光板321の製造工程で加えてもよいが、これに限定されない。光反射の高い性能を提供するために、光学層322は、好ましくは、金、銀、アルミニウム、又は金、銀およびアルミニウムからなるグループの少なくとも1つから選択される。必ず、光学層322が誘電体材料から選択されてもよい。ある実施形態において、基板323は、金属基板、セラミック基板、ウエハ基板又は合成基板である。金属基板の材料は、金、銀、アルミニウム、またはそれらの合金から選択される。セラミック基板の材料はAlN、BN、Al2O3、ガラスおよびCaF2から選択される。ウエハ基板は、シリコンウエハ、炭化ケイ素ウエハ、炭化ケイ素、サファイアおよびグラフェンウエハまたは任意の他の化合物半導体ウエハ群である。合成基板は、グラファイト基板、グラファイト及びアルミニウム基板やグラファイトおよび炭化ケイ素基板であるが、これに限定されない。 In certain embodiments, the fluorescent agent is not limited to single crystal phosphor powder or polycrystalline phosphor powder. Further, a functional additive such as BN, AlN, or BaSO 4 may be added in the manufacturing process of the fluorescent screen 321, but is not limited thereto. In order to provide high performance of light reflection, the optical layer 322 is preferably selected from at least one of the group consisting of gold, silver, aluminum, or gold, silver and aluminum. Invariably, the optical layer 322 may be selected from a dielectric material. In some embodiments, the substrate 323 is a metal substrate, a ceramic substrate, a wafer substrate, or a synthetic substrate. The material of the metal substrate is selected from gold, silver, aluminum, or an alloy thereof. The material of the ceramic substrate is selected from AlN, BN, Al 2 O 3 , glass and CaF 2 . The wafer substrate is a silicon wafer, silicon carbide wafer, silicon carbide, sapphire and graphene wafer or any other group of compound semiconductor wafers. The synthetic substrate is a graphite substrate, a graphite and aluminum substrate, a graphite and a silicon carbide substrate, but is not limited thereto.
ある実施形態では、本発明の波長変換デバイス32の蛍光板321の厚さは、好ましくは50マイクロメートル(μm)に等しく又はそれ以上、および1000マイクロメートル(μm)に等しく又はそれ未満である。ある実施形態では、蛍光板321は、20重量%の蛍光剤と80重量%のガラスで焼結される。蛍光板321の厚さと直径は、それぞれ、540ミリメートル、10センチメートルであるが、それに限定されない。本実施形態の実験結果によると、蛍光剤の重量%はわずか20であるが、約70重量%の蛍光体粉末を有する従来技術と比較して、少なくとも15%のゲインが、本発明により得られている。本発明の蛍光体物質の割合が10から70重量%であり、蛍光板321の厚さは50から1000ミリメートルであるため、ゲインの最大値は、本明細書に限定されない。 In certain embodiments, the thickness of the phosphor plate 321 of the wavelength conversion device 32 of the present invention is preferably equal to or greater than 50 micrometers (μm) and equal to or less than 1000 micrometers (μm). In one embodiment, the fluorescent plate 321 is sintered with 20 wt% fluorescent agent and 80 wt% glass. The thickness and diameter of the fluorescent plate 321 are 540 millimeters and 10 centimeters, respectively, but are not limited thereto. According to the experimental results of this embodiment, the weight% of the fluorescent agent is only 20, but a gain of at least 15% is obtained by the present invention compared to the prior art having about 70 wt% phosphor powder. ing. Since the ratio of the phosphor material of the present invention is 10 to 70% by weight and the thickness of the fluorescent plate 321 is 50 to 1000 millimeters, the maximum value of the gain is not limited to this specification.
一方、蛍光板321の光出力面は、研磨面として研磨され、波長変換デバイス32の光学特性を向上させる。結果として、蛍光板321の受信光の効率は高められ、波長変換デバイス32の波長変換の効率も向上する。 On the other hand, the light output surface of the fluorescent plate 321 is polished as a polishing surface, and the optical characteristics of the wavelength conversion device 32 are improved. As a result, the efficiency of the received light of the fluorescent plate 321 is increased, and the wavelength conversion efficiency of the wavelength conversion device 32 is also improved.
図14を参照のこと。図14は、本発明の波長変換デバイスと従来技術における従来の波長変換デバイスとの電圧-パルス幅の性能を示す図である。図14に示すように固体発光素子31がレーザ光源であり、レーザ光源の駆動電流が2.3Aであり、出力電力が3.5Wである場合、従来の接着蛍光体ホイールは、放熱効率が最も劣るので、性能は最も早く減衰する。従来の接着蛍光体ホイールの全ての性能についてもまた最悪である。さらに、蛍光体ホイールがYAG蛍光体粉末を利用して製造される場合、蛍光体ホイールの性能は通常である。しかしながら、性能の減衰は、従来の接着蛍光体ホイールと比較して低下しており、そのため蛍光体ホイールの性能は、従来の接着剤蛍光体ホイールの性能よりも明らかに優れている。一方、本発明の波長変換デバイス32の性能は、蛍光体ホイールよりも明らかに優れ、減衰率と減衰の程度は、これら3つの例で最小となる。要するに、従来の接着剤の蛍光体ホイールおよび(純粋な)蛍光ホイールと比較して、本発明の波長変換デバイス32は、最良の性能を有している。 See FIG. FIG. 14 is a diagram showing the voltage-pulse width performance of the wavelength conversion device of the present invention and the conventional wavelength conversion device in the prior art. As shown in FIG. 14, when the solid-state light emitting element 31 is a laser light source, the driving current of the laser light source is 2.3 A, and the output power is 3.5 W, the conventional adhesive phosphor wheel has the lowest heat dissipation efficiency. The performance decays the fastest. It is also the worst for all the performance of conventional bonded phosphor wheels. Furthermore, when the phosphor wheel is manufactured using YAG phosphor powder, the performance of the phosphor wheel is normal. However, the performance decay is reduced compared to the conventional adhesive phosphor wheel, so the performance of the phosphor wheel is clearly superior to that of the conventional adhesive phosphor wheel. On the other hand, the performance of the wavelength conversion device 32 of the present invention is clearly superior to the phosphor wheel, and the attenuation rate and the degree of attenuation are minimal in these three examples. In short, the wavelength conversion device 32 of the present invention has the best performance compared to conventional adhesive phosphor wheels and (pure) fluorescent wheels.
図15を参照のこと。図15は、本発明の波長変換デバイスのピーク面積-電力を示す図である。高エネルギー照明システムに適用した、本発明の波長変換デバイス32のピーク面積-電力の図を、図15に示す。固体発光素子31の出力が連続的に増加すると、全ピーク値の性能は、実質的に線形成長する。実験結果によると、本発明の波長変換デバイス32は、60ワットよりも高出力の環境に適用することができる。 See FIG. FIG. 15 is a diagram showing the peak area-power of the wavelength conversion device of the present invention. A peak area-power diagram of the wavelength conversion device 32 of the present invention applied to a high energy lighting system is shown in FIG. As the output of the solid state light emitting device 31 continuously increases, the performance of all peak values grows substantially linearly. According to the experimental results, the wavelength conversion device 32 of the present invention can be applied to an environment with a power higher than 60 watts.
以上の説明から、本発明は、照明システムとその波長変換デバイスを提供する。蛍光板は、第一波長帯の光を第二波長帯の光に変換するため、10から70重量%の蛍光剤および結合剤を有する固体の混合物であるので、蛍光板の熱伝導の効率は、効果的に向上し、これにより波長変換デバイスの変換効率が高められ、大きな剛性での回転に用いられるには十分強いものとなる。一方、波長変換デバイスは、任意のヒートシンクを利用することなく、回転型波長変換デバイスとして適用され、スペースの必要性が低減されるだけでなく、ホットスポットと熱拡散の現象が回避され、波長変換デバイスの製造のコストおよび製造の困難さは大幅に低減される。また、蛍光板の光出力面を研磨し、研磨面を形成することにより、蛍光板の受光効率が向上し、波長変換デバイスの変換効率も高められる。 From the above description, the present invention provides an illumination system and its wavelength conversion device. Since the fluorescent plate converts light in the first wavelength band to light in the second wavelength band, it is a solid mixture with 10 to 70 wt% fluorescent agent and binder, so the efficiency of heat conduction of the fluorescent plate is effective This improves the conversion efficiency of the wavelength conversion device, and is strong enough to be used for rotation with great rigidity. On the other hand, the wavelength conversion device is applied as a rotary wavelength conversion device without using any heat sink, not only reducing the need for space, but also avoiding hot spots and thermal diffusion phenomenon, wavelength conversion Device manufacturing costs and manufacturing difficulties are greatly reduced. Further, by polishing the light output surface of the fluorescent plate and forming the polished surface, the light receiving efficiency of the fluorescent plate is improved and the conversion efficiency of the wavelength conversion device is also increased.
本発明は、現在もっとも実用的で好ましい実施形態であると考えられるものに関して説明してきたが、本発明は、開示された実施形態に限定される必要はないことを理解すべきである。それどころか、添付の特許請求の範囲の精神と範囲内に含まれる様々な変更形態及び類似構成をカバーすることを意図するものであり、特許請求の範囲は、かかる変更形態及び類似構造の全てを包含する最も広い解釈に一致するものである。 Although the present invention has been described with respect to what is presently considered to be the most practical and preferred embodiments, it is to be understood that the invention need not be limited to the disclosed embodiments. On the contrary, the intention is to cover various modifications and similar arrangements included within the spirit and scope of the appended claims, and the claims encompass all such modifications and similar structures. Is consistent with the broadest interpretation.
Claims (20)
第一波長帯の光は、前記固体発光素子により、光路に放射され、
前記波長変換デバイスは、前記光路上に配置され、且つ、蛍光板を備え、
前記蛍光板は、蛍光剤と結合剤を有する固体の混合物であり、前記蛍光剤の重量パーセントは、10から70であり、それにより、前記第一波長帯の光は第二波長帯の光に変換される、ことを特徴とする照明システム。 An illumination system comprising a solid state light emitting element and a wavelength conversion device,
The light in the first wavelength band is radiated to the optical path by the solid state light emitting device,
The wavelength conversion device is disposed on the optical path, and includes a fluorescent plate,
The fluorescent plate is a solid mixture having a fluorescent agent and a binder, and the weight percentage of the fluorescent agent is 10 to 70, whereby the light in the first wavelength band is converted into light in the second wavelength band. A lighting system characterized by being made.
請求項1に記載の照明システム。 The binder is glass or Al 2 O 3 , the formula of the glass is SiO x , o <x ≦ 2, and the refractive index n of the glass is equal to or smaller than 1.5. To
The lighting system according to claim 1.
前記空隙は、接着またはクリップにより形成されることを特徴とする、請求項7に記載の照明システム。 A gap is formed between the fluorescent plate and the optical layer formed on the substrate,
The illumination system according to claim 7, wherein the gap is formed by bonding or a clip.
前記第一波長帯の光を受光するために、前記光路上に配置される蛍光板を備え、
前記蛍光板は、蛍光剤と結合剤を有する固体の混合物であり、
前記蛍光剤の重量パーセントは、10から70であり、それにより、前記第一波長帯の光は第二波長帯の光に変換される、ことを特徴とする、波長変換デバイス。 A wavelength conversion device for an illumination system that emits light in a first wavelength band to an optical path,
In order to receive light in the first wavelength band, comprising a fluorescent plate disposed on the optical path,
The fluorescent plate is a solid mixture having a fluorescent agent and a binder,
The wavelength conversion device according to claim 1, wherein the weight percentage of the fluorescent agent is 10 to 70, whereby the light in the first wavelength band is converted into light in the second wavelength band.
前記光学層は、前記蛍光板の光出力面とは反対側に配置されることを特徴とする、
請求項15に記載の波長変換デバイス。 The optical layer is overlaid or coated on the surface of the fluorescent plate,
The optical layer is disposed on the opposite side of the light output surface of the fluorescent plate,
The wavelength conversion device according to claim 15.
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