KR102527057B1 - 온도 독립 색점을 갖는 고강도 광원 - Google Patents

온도 독립 색점을 갖는 고강도 광원 Download PDF

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Abstract

본 발명은 조명 유닛(70)을 포함하는 조명 디바이스(100)를 제공하고, 조명 유닛(70)은 (ⅰ) 광원 광(11)을 발생하도록 구성되는 광원(10) 및 (ⅱ) 광원 광(11)의 적어도 일부를 발광 재료 광(21)으로 변환하도록 구성되는 발광 재료(20)를 포함하고, 조명 디바이스(100)는 상기 발광 재료 광(21)의 적어도 일부를 포함하는 조명 디바이스 광(101)을 발생하도록 구성되고, 발광 재료(20)는 상기 발광 재료(20)의 여기 대역(EX)에서 상기 광원 광(11)에 의한 여기 시에 상기 발광 재료 광(21)을 제공하도록 구성되고, 광원(10)은 30㎚ 이하의 반치전폭(FWHM)을 갖는 상기 광원 광(11)을 제공하도록 구성되고, 상기 광원(10)은 상기 여기 대역(EX)의 등흡광점(IP)에서 발광 재료(20)를 여기하도록 구성된다.

Description

온도 독립 색점을 갖는 고강도 광원
본 발명은 조명 유닛을 포함하는 조명 디바이스에 관한 것이고, 여기서 조명 유닛은 광원 광을 발생하도록 구성되는 광원 및 광원 광의 적어도 일부를 발광 재료 광으로 변환하도록 구성되는 발광 재료를 포함한다. 본 발명은 또한 이러한 조명 디바이스들 중 하나 이상을 포함하는 조명 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 특정한 응용들을 위한 조명 디바이스 또는 조명 장치의 사용에 관한 것이다.
소정의 인광체들의 방출 강도(emission intensity)의 온도 의존성은 본 기술 분야에 공지되어 있다. US8105502는 예를 들어, LED 램프(발광 다이오드)를 위한 적색 발광 재료로서 CaAlSiN3:Eu를 언급한다. 폭넓은(자외선 내지 청색) 파장 범위에서 여기될 때, 이러한 발광 재료는 오렌지색 영역 내지 적외선 영역의 범위에서 발광을 나타낸다. 많은 발광 재료들 중에서, 이 CaAlSiN3:Eu는 - US8105502에 따라 - 비교적 우수한 온도 특성들을 갖는다. LED 램프의 전력이 증가함에 따라, 디바이스의 온도는 더 증가하고, 그에 따라 더 우수한 온도 특성들을 갖는 발광 재료들이 요구되는 것으로 추정된다는 것이 더 나타난다.
고휘도 광원들은 헤드램프들과 같은, 자동차 조명을 포함하는 다양한 응용들에서 관심이 되고 있다. 고강도 광을 획득하는 방법은 고강도 레이저 빔이 회전 인광체 휠에 집속되는 레이저들을 사용하는 것에 기초한다. 정적 히트 싱크 상에 인광체(즉, 발광 재료)를 제공하고 고강도 백색 광을 획득하기 위해 집속된 레이저 빔으로 그것을 조명하는 것이 또한 가능하다. 이러한 배열에서, 예를 들어, 백색 광은 청색 광이 인광체 세라믹에 의해 황색 광으로 부분적으로 변환될 때 획득된다. 두께 및 활성제 농도는 변환된 광과 비변환된 광의 비가 제어되도록 조정될 수 있다. 이 방식으로 원하는 색점이 획득될 수 있다. 그러나, 광원의 사용 중에, 예를 들어 디밍 등 중에, 인광체의 온도는 변화할 수 있다. 인광체, 특히 소위 가넷 인광체는 온도 의존 흡광도를 보이므로, 디바이스의 색점은 이 온도 변화의 결과로서 변화를 보일 수 있어서, 바람직하지 않은 영향을 준다.
그러므로, 종래 기술의 조명 디바이스들은 이러한 발광 재료가 고 전력 여기들을 받을 때 특히 관련이 되는, 발광 재료의 방출(발광)의 온도 의존성을 겪는다.
그러므로, 본 발명의 양태는 위에 설명된 단점들 중 하나 이상을 적어도 부분적으로 바람직하게 더 없앨 수 있는 대안적 조명 디바이스를 제공하는 것이다.
발광 재료의 방출의 온도 의존성을 감소시키는 해결책들은 다른 것들 중에서 발광 재료를 냉각하는 것, 특정한 유형들의 발광 재료를 선택하는 것(상기 참조), 다른 유형들의 광원들을 선택하는 것, 발광 재료들의 사용을 포기하는 것 등으로부터 선택될 수 있다.
우리는 놀랍게도 적어도 가넷 유형의 인광체들에 대해 흡광도가 실질적으로 온도 의존하지 않는 점이 있다는 것을 발견하였다. 우리는 그러므로 실질적으로 온도 독립 방출 강도를 획득하기 위해 레이저, 또는 다른 것, 특히 좁은 대역 광원의 방출 피크를 인광체의 흡광도가 (폭넓은 온도 범위에 걸쳐) 거의 온도 의존성을 보이지 않는 인광체의 흡수 파장에 매치하는 것을 제안한다. 그러므로, 특정한 실시예들에서 예를 들어 50-200℃의 범위에 걸쳐, 실질적으로 온도 독립 색점을 갖는 백색 조명 디바이스가 제공된다.
그러므로, 제1 양태에서 본 발명은 조명 유닛을 포함하는 조명 디바이스("디바이스")를 제공하고, 여기서 조명 유닛은 (ⅰ) 광원 광을 발생하도록 구성되는 광원, 특히 고상 기반 광원, 및 (ⅱ) 광원 광의 적어도 일부를 발광 재료 광(본 명세서에서 또한 "방출" 또는 "발광"으로서 표시됨)으로 변환하도록 구성되는 발광 재료를 포함하고, 조명 디바이스는 상기 발광 재료 광의 적어도 일부를 포함하는 조명 디바이스 광("디바이스 광")을 발생하도록 구성되고, 발광 재료는 상기 발광 재료의 여기 대역(EX)에서 상기 광원 광에 의한 여기 시에 상기 발광 재료 광을 제공하도록 구성되고, 광원은 30㎚ 이하, 특히 20㎚ 이하, 보다 더 특히 10㎚ 이하, 특히 2㎚ 이하와 같은, 훨씬 보다 더 특히 5㎚ 이하의 반치전폭(FWHM)을 갖는 상기 광원 광을 제공하도록 구성되고, 상기 광원은 상기 여기 대역(EX)의 등흡광점(IP)에서 발광 재료를 여기하도록 구성된다.
이러한 조명 디바이스로, 예를 들어, 색점이 50-100℃의 발광 온도 범위에 걸친, 또는 50-150℃의 범위의 걸친, 또는 50-200℃의 범위에 걸친, 또는 심지어 더 높은 온도들까지의, 발광 재료 온도에 실질적으로 독립일 수 있는 백색 광이 발생될 수 있다. 백색 광에 대해 실질적으로 독립인 색 온도들은 가넷들을 포함하는 세륨이 50-250℃의 온도 범위에 걸쳐 그들의 등흡광(여기) 점에서 여기될 때 발견되었다. 이러한 조명 디바이스로, 광원 및 발광 재료는 특별한 실시예에서, 서로 물리적으로 접촉하지 않고, 예를 들어, 그 사이에 슬릿 또는 간격이 있을 수 있다. 그러므로, 발광 재료의 온도는 광원의 온도보다 훨씬 더 높을 수 있다. 통상적인 백색 LED들의 동작 중에, 발광 재료는 LED 다이의 상부 상에 배치되고 발광 재료의 흡수 피크는 LED의 방출 피크(즉, 여기 방사)에 실질적으로 대응하고, 온도의 많은 변화가 없을 수 있다. 그러므로, 색 온도는 실질적으로 동일하게 머무를 수 있다. 그러나, 적어도 디바이스에 대해 광원과 발광 재료 사이에 비제로 거리가 있고, 레이저와 같은 (고상) 광원으로부터의 출력은 결과적으로 그 안에서 발광 재료의 온도를 실질적인 온도 범위에 걸쳐 변화시키는 것이라고 여겨질 수 있다. 본 명세서에서, 온도는 특히 (그러므로) 광원의 온도보다 실질적으로 높을 수 있는, 발광 재료의 온도를 참조한다. (고상) 광원과 열 접촉이 되지 않도록, 광원으로부터 원격인 (즉, 비제로 거리) 발광 재료를 구성하는 것이 유리한 것으로 여겨진다. 그러므로, 특히 광원과 발광 재료는 바람직하게는 물리적으로 접촉하지 않는다. 보다 특히, 광원의 광 출사 면과 발광 재료는 바람직하게는 물리적으로 접촉하지 않는다(아래 또한 더 참조).
분광학에서, 등흡광점은 샘플의 총 흡광도가 샘플의 화학 반응 또는 물리적 변화 동안 변화하지 않는 특정 파장, 파수 또는 주파수이다. 여기서, 물리적 변화는 발광 재료가 여기 광을 받는 것이고, 그에 의해 세륨 도핑된 가넷(아래 또한 참조)의 경우에 3가 세륨 이온들과 같은, 발광 재료들의 발광 종들의 일부가 발광(본 명세서에서 또한 방출이라고 표시됨)을 제공함으로써 여기된 상태로 되어 후속하여 감쇠하는 것을 나타낸다. 그러므로, 등흡광점은 본 명세서에서 또한 등흡광 여기 점이라고 표시될 수 있다.
각각의 발광 재료는 방출 스펙트럼 및 여기 스펙트럼을 갖는다. 방출은 대응하는 여기 스펙트럼을 가질 수 있다. 그러므로, 방출 대역은 대응하는 여기 대역을 가질 수 있다. 여기서, 여기는 특히 에너지에 있어서 방출 대역에 가장 가까운 여기 대역에서 일어날 수 있다. 특히, 방출 대역은 방출 대역에 대해 스토크스-시프트된다. 그러므로, 일반적으로 여기는 가장 낮은 에너지 여기 대역에서 일어난다. 문구 "상기 발광 재료의 여기 대역에서의 상기 광원 광에 의한 여기"는 또한 상기 발광 재료의 발광 재료 광에 대응하는 여기 대역에서의 상기 광원 광에 의한 여기라고 읽혀질 수 있다. 발광 재료 광은 광원 광에 의한 여기 시에 발광 재료로부터 발산하는 광이다. 용어 "발광 재료 광"은 또한 "방출"이라고 표시될 수 있고 용어 "광원 광"은 또한 여기 광이라고 표시될 수 있다.
여기서, 등흡광점은 특히 동일한 파장에서의 여기 하에서 통합된 방출 강도가 (50℃에서의 통합된 방출 강도에 대해) 5% 미만, 특히 2% 미만으로 50-100℃ 사이에서 변화하는 여기 파장을 참조한다. 특히, 등흡광점은 동일한 파장에서의 여기 하에서 통합된 방출 강도가 (50℃에서의 통합된 방출 강도에 대해) 10% 미만, 특히 5% 미만, 보다 더 특히 2% 미만으로 50-150℃ 사이에서 변화하는 여기 파장을 참조한다. 보다 더 특히, 등흡광점은 동일한 파장에서의 여기 하에서 통합된 방출 강도가 (50℃에서의 통합된 방출 강도에 대해) 10% 미만, 특히 5% 미만, 보다 더 특히 2% 미만으로 50-200℃ 사이에서 변화하는 여기 파장을 참조한다. 그러므로, 발광 재료 온도는 예를 들어, 광원의 전력에 의존하여, 예를 들어 50-100℃의 범위에서 변화할 수 있지만, 그럼에도 불구하고 조명 디바이스 광의 색점은 실질적으로 그것에 독립일 수 있다.
또한, 본 명세서에서 설명된 발광 재료의 여기는 실온("RT"; 20℃로 정의됨)에서 5㎚ 미만의 스펙트럼 폭을 갖는 여기와 같은, 라인 여기(흡수)에 특히 기초하지 않는다. 특히, 발광 재료의 여기는 RT에서 적어도 40㎚와 같은, 적어도 20㎚의 FWHM을 갖는 대역 여기이다(예를 들어, 도 2a 또한 참조). 그러므로, 종래 기술의 시스템들과 대조적으로, 광원은 윙들 중 하나에서는 제외하고, 이러한 여기 대역의 스펙트럼 최대에서 여기하도록 구성되지 않는다. 등흡광점의 위치는 발광 재료에 의존할 수 있지만, (RT에서) 여기 최대의 피크 높이의 약 30-45%에서 일반적으로 발견된다. 발광 재료, 보다 정확하게는 그것의 여기 대역은 2개의 등흡광(여기) 점을 가질 수 있는데, 하나는 여기 대역의 높은 에너지 플랭크(energy flank)에 있고 하나는 여기 대역의 낮은 에너지 플랭크에 있다. 실온에서의 그것들의 높이들은 반드시 동일하지는 않다.
발광 재료는 적어도 하나의 등흡광점이 스펙트럼의 가시 부분 내에 있도록 선택될 수 있다. 이것은 유리하게는 가시 파장 범위에서 여기를 가능하게 할 수 있음으로써, 여기 광의 부분, 즉, 특히 광원 광의 부분은 발광 재료 광으로 변환되지만 광원 광의 일부는 또한 조명 디바이스 광의 부분으로서 사용될 수 있다. 그러므로, 조명 디바이스는 상기 발광 재료 광의 적어도 일부 및 선택적으로 또한 광원 광의 일부를 포함하는 조명 디바이스 광을 발생하도록 구성된다. 그러므로, 실시예에서, 발광 재료는 가시 스펙트럼의 청색 파장 범위 내에 등흡광점(IP)을 포함한다. 대안적으로 또는 부가적으로, 발광 재료는 가시 스펙트럼의 녹색 파장 범위 내에 등흡광점(IP)을 포함한다. 대안적으로 또는 부가적으로, 특히 발광 재료가 100㎚ 미만인, 특히 50㎚ 미만인 것과 같은 비교적 작은 스토크스 시프트를 가질 때, 발광 재료는 가시 스펙트럼의 적색 파장 범위 내에 등흡광점(IP)을 포함한다. 대안적으로 또는 부가적으로, 발광 재료는 스펙트럼의 가시 부분의 또 하나의 부분 내에 등흡광점을 포함한다.
발광 재료가 청색 내에 등흡광(여기) 점을 포함한다고 가정하면, 청색 LED 또는 청색 레이저와 같은, 특히 청색 발광 광원이 적용될 수 있다. 그러므로, 실시예에서 광원은 청색 광원 광을 발생하도록 구성된다.
특히, 광원은 동작 중에 200-490㎚ 범위로부터 선택된 파장에서 적어도 광을 방출하는(광원 광) 광원, 특히 동작 중에 400-490㎚ 범위, 보다 더 특히 440-490㎚ 범위로부터 선택된 파장에서 적어도 광을 방출하는 광원이다. 이 광은 파장 변환기, 즉, 발광 재료에 의해 부분적으로 사용될 수 있다. 그러므로, 특정한 실시예에서, 광원은 청색 광(소스 광)을 발생하도록 구성된다. 특정한 실시예에서, 광원은 (LED 또는 레이저 다이오드와 같은) 고상 LED 광원을 포함한다. 용어 "광원"은 또한 2-20개의 (고상) LED 광원들과 같은, 복수의 광원들과 관련될 수 있다. 따라서, 용어 LED는 복수의 LED들로도 지칭될 수 있다.
그러므로, 광원은 발광 재료에 방사적으로 결합된다. 용어 "방사적으로 결합된"은 광원에 의해 방출된 방사의 적어도 일부가 발광 재료에 의해 수신되도록(그리고 적어도 부분적으로 발광으로 변환되도록) 광원과 발광 재료가 서로 관련되는 것을 특히 의미한다. 발광 재료는 광원으로부터 비제로 거리에 구성될 수 있고, 또는 광원에 물리적으로 접촉할 수 있다. 전자의 실시예는 부근 또는 원격으로서 더 구별될 수 있는데, 전자는 광원에 더 가까운 발광 재료를 갖고 후자는 광원으로부터 더 멀리 그것을 갖는다. 본 명세서에서, 실시예에서 광원은 발광 재료로부터 1㎜ 미만인 거리에 구성된 발광 표면을 포함한다. 그러므로, 특별한 실시예에서, 거리는 비교적 작고, 또는 심지어 제로이다. 그러므로, 또 다른 실시예에서, 광원은 발광 재료와 물리적으로 접촉한 발광 표면을 포함한다. 그러나, 거리는 또한 적어도 0.2㎜와 같이, 적어도 0.1㎜, 또는 적어도 1㎜, 특히 적어도 2㎜와 같이, 적어도 0.5㎜, 또는 특히 0.5-20㎜와 같은, 0.1-20㎜의 범위 내와 같이, 적어도 5㎜와 같은 비제로일 수 있다. 그러므로, 거리는 특히 (고상 광원 다이와 같은) 광 출사 면과 발광 재료 사이의 최단 거리를 참조한다(아래 또한 더 참조).
그러므로, 보다 일반적으로 조명 디바이스는 광 변환기 또는 파장 변환기를 포함한다. 변환기는 그 자체로 발광 재료일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 변환기는 발광 재료가 (분산되는 것과 같이) 매립된 매트릭스를 포함한다.
그러므로, 특정한 실시예에서 조명 디바이스는 상기 발광 재료를 포함하는 변환기를 포함하고, 변환기는 변환기 표면을 포함하고, 광원은 광 출사 면을 포함하고, 변환기 표면은 0.5-20㎜의 범위 내와 같이, 적어도 0.5㎜, 또는 적어도 1㎜, 또는 적어도 2㎜의 최단 거리(d)에 구성된다. 그러므로, 특히 광원과 발광 재료는 물리적으로 접촉하지 않고, 특히 열적으로 접촉하지 않는다. 특히, 광원과 발광 재료 사이에 (공기와 같은) 가스, 또는 진공, 또는 열전도도가 낮은 재료, 특히 가스 또는 진공 중 하나 이상이 있다.
발광 재료는 특히 퀀텀 닷 기반 발광 재료 또는 무기 인광체와 같은 무기 발광 재료일 수 있다. 용어 "발광 재료"는 실시예에서 2개 이상의 상이한 발광 재료들의 조합을 참조할 수 있지만, 본 명세서에서 용어들 "발광 재료" 또는 "광원에 방사적으로 결합된 발광 재료"는 특히 실질적으로 단일한 발광 재료를 참조한다. 실시예에서, 발광 재료는 (퀀텀 닷들, 유기 다이들 또는 무기 인광체들과 같은) 단일 발광 종들의 적어도 90중량 퍼센트("wt.%"), 특히 적어도 95wt.%를 포함한다. 예를 들어, (매립되든 아니든 간에) 발광 재료는 로드들(쉘) 내의 도트들(코어)과 같은, CdS/ZnS 코어/쉘 퀀텀 닷들의 적어도 90wt.%를 포함할 수 있다.
특히, 발광 재료는 유형 A3B5O12:Ce3 +의 발광 재료를 포함하고, 여기서 A는 Y, Gd, Tb 및 Lu로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, B는 Al, Ga 및 Sc로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 발광 재료는 (그러므로) 가넷 재료를 포함할 수 있다. 그러므로, 실시예에서 발광 재료는 A3B5O12:Ce3 +의 부류의 세륨 도핑된 가넷 재료를 포함한다. 특히, 발광 재료는 발광 세라믹을 포함할 수 있다. 발광 재료, 특히 세라믹 가넷 재료는 본 명세서에서 또한 "발광 재료"라고 표시된다. 발광 재료는 A3B5O12:Ce3+(가넷 재료)를 포함하고, 여기서 A는 특히 Sc, Y, Tb, Gd, 및 Lu로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 여기서 B는 특히 Al, Sc 및 Ga로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 보다 특히, A는 이트륨(Y), 가돌리늄(Gd) 및 루테튬(Lu) 중 하나 이상을 포함하고, B는 알루미늄(Al)을 포함한다. 이러한 가넷은 세륨(Ce), 및 선택적으로 프라세오디뮴(Pr)과 같은 다른 발광 종들로 도핑될 수 있다. 특정한 실시예에서, B는 약 40% 이상의 Al 및 60% 이하의 Ga로 구성된다. 특히, B는 알루미늄(Al)을 포함하지만, B는 또한 부분적으로 갈륨(Ga) 및/또는 스칸듐(Sc) 및/또는 인듐(In)을 포함할 수 있고, 특히 약 20%까지의 Al, 보다 특히 약 10%까지의 Al은 대체될 수 있고(즉, A 이온들은 필수적으로 90mole% 이상의 Al 및 10mole% 이하의 Ga, Sc 및 In 중 하나로 구성된다); B는 특히 약 10%까지의 갈륨을 포함할 수 있다. 다른 변형에서, B 및 O는 Si 및 N으로 적어도 부분적으로 대체될 수 있다. "A는 Y, Gd, Tb 및 Lu로 구성된 그룹으로 선택된다"와 같은 문구 및 유사한 문구는 A는 Y, Gd, Tb 및 Lu 중 하나 이상을 포함할 수 있다는 것을 표시한다.
위에 표시된 바와 같이, 원소 A는 특히 이트륨(Y), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb) 및 루테튬(Lu)으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.
특히, A는 Y, Gd 및 Lu 중 하나 이상, 보다 더 특히 Y 및 Lu 중 적어도 하나 이상을 포함한다. 또한, 특히 B의 적어도 90mol.%는 Al이다. 실시예에서, 발광 재료는 (Y,Lu)3Al5O12:Ce를 포함하고, 여기서 "Y,Lu"은 A가 Y 및 Lu 중 하나 이상을 포함할 수 있다는 것을 표시한다.
본 명세서에서 설명된 발광 재료들은 특히 그들의 화학식들로 표시된다. 원소들이 표시되지만, 불순물들 및/또는 다른 상들(phases)의 존재가 배제되지 않는다. 발광 재료("인광체")는 또한 할로겐 불순물들 및 금속 불순물들 중 하나 이상과 같은 불순물들을 포함할 수 있다. 발광 재료는 본 명세서에서 정의된 것과 같은 하나 이상의 발광 재료들 옆에, 또한 - 이미 표시된(나머지) - 플럭스 재료, 나머지 시작 재료들 및 하나 이상의(각각의) 발광 재료들의 합성 중에 또한 형성되는 하나 이상의 상들 중 하나 이상과 같은, 다른 상들을 포함할 수 있다. 일반적으로, 이러한 다른 상(들)의 중량 퍼센트는 (발광 재료의 총 중량에 대해) 약 10wt.% 아래일 것이다. 이것은 본 기술 분야에 공지되어 있다.
그러므로, 여기 광, 즉, 광원 광의 피크 최대, 및 발광 재료의 등흡광점(들)은 특히 그들이 필수적으로 중첩하도록 선택된다. 특정한 실시예에서, 광원은 피크 최대(MX2)를 갖는 상기 광원 광을 제공하도록 구성되고, 상기 피크 최대(MX2)는 상기 등흡광점(IP)의 5㎚ 내에서 선택된다. 또한, 특히 광원은 20㎚ 이하의 FWHM을 갖는 방출 대역을 갖는 광원 광(즉, 발광 재료에 대한 여기 광)을 제공하지만, 특히 대역폭은 실질적으로 (레이저의 경우에서와 같이) 5㎚ 이하와 같은, 10㎚ 이하와 같이, 실질적으로 더 작다. 본 명세서에서, 광원 광의 대역폭은 최대 전력의 동작에 대해 표시된다.
또한, 위에 표시된 바와 같이, 본 발명의 장점들은 광원이 고 전력 광원이고/이거나 그것의 광이 상대적으로 집속될 때 훨씬 더 의의가 있을 수 있다. 그러므로, 추가 실시예에서 조명 디바이스는 상기 발광 재료를 포함하는 변환기를 포함하고, 광원은 변환기의 조명된 표면 상에 적어도 1W/㎠의 조도에 이르는 전력으로 상기 변환기 표면에 상기 광원 광을 제공하도록 구성된다. 그러므로, 특정한 실시예에서, 조명 디바이스는 상기 발광 재료를 포함하는 변환기를 포함하고, 변환기는 변환기 표면을 포함하고 광원은 상기 변환기 표면에 상기 광원 광을 제공하도록 구성된다. 특히, 광원은 변환기의 조명된 표면 상에 적어도 5W/㎠, 보다 더 특히 적어도 10W/㎠, 훨씬 보다 더 특히 적어도 25W/㎠와 같은, 적어도 1W/㎠의 조도에 이르는 전력으로 상기 변환기 표면에 상기 광원 광을 제공하도록 구성된다. 조도 또는 조명은 발광 재료의 작은 영역이 레이저에 의해 조명될 때 훨씬 더 높을 수 있고; 그 경우에 조도는 1000W/㎠ 또는 이보다 훨씬 높은 것과 같이, 적어도 100W/㎠일 수 있다.
특정한 실시예에서 조명 디바이스는 적어도 2W(sr.㎟)의 방사 휘도를 갖는 상기 조명 디바이스 광을 제공하도록 구성된다. 단위 "sr"은 스태라디언(입체 각도)을 말한다. 5-50W(sr.㎟)의 범위 내와 같이, 발광 재료에 적어도 5W(sr.㎟)와 같이 또한 훨씬 더 높은 방사 휘도가 달성될 수 있다.
위에 표시된 바와 같이, 이 변환기 표면은 코팅과 같은, 발광 재료 층의 표면일 수 있다. 그러므로, 특정한 실시예에서, 광원은 피크 최대(MX2)를 갖는 상기 광원 광을 제공하도록 구성되고, 상기 피크 최대(MX2)는 상기 등흡광점(IP)의 5㎚ 내에서 선택되고, 광원 광은 10㎚ 이하의 반치전폭(FWHM)을 갖고, 조명 디바이스는 상기 발광 재료를 포함하는 변환기를 포함하고, 변환기는 변환기 표면을 포함하고 광원은 변환기의 조명된 표면 상에 적어도 1W/㎠의 조도에 이르는 전력으로 상기 변환기 표면에 상기 광원 광을 제공하도록 구성된다. 위에 표시된 바와 같이, 특히 광원은 비교적 좁은 대역 광원이다. 그러므로, 추가 실시예에서 광원은 고상 레이저와 같은 레이저를 포함한다.
발광 재료는 예를 들어, 발광 층으로서 제공될 수 있다.
또한, 조명 디바이스는 고상 광원의 냉각을 가능하게 하도록 구성되는 히트 싱크를 포함할 수 있다. 히트 싱크는 구리, 알루미늄, 은, 금, 실리콘 탄화물, 알루미늄 질화물, 붕소 질화물, 알루미늄 실리콘 탄화물, 베릴륨 산화물, 실리콘-실리콘 탄화물, 알루미늄 실리콘 탄화물, 구리 텅스텐 합금들, 구리 몰리브덴 탄화물, 탄소, 다이아몬드, 흑연, 및 이들 중 2개 이상의 조합들을 포함하거나 이들로 구성될 수 있다.
위에 표시된 바와 같이, 본 발명은 작은 면적 인광체를 조명하기 위해 적용될 수 있다. 그러므로, 추가 실시예에서 조명 디바이스는 발광 재료의 스폿을 포함하고, 스폿은 최대 1㎟와 같은, 최대 4㎟의 면적을 갖는다. 이러한 작은 면적 또는 작은 스폿 인광체들의 예들은 특히 최대 0.04㎟와 같이, 훨씬 더 특히 최대 0.01㎟와 같이, 예를 들어, 최대 0.25㎟이다. 최소 면적은 예를 들어, 약 0.001㎟의 범위 내에 있을 수 있다. 작은 면적 인광체들은 예를 들어, 자동차 응용들을 위해 예를 들어, 광을 광 섬유 내로 결합하기 위해 사용될 수 있다. 광원 광으로 조명된 면적은 그러므로 또한 변환기 표면으로서 표시될 수 있다. 그러므로, 실시예에서, 조명 디바이스는 발광 재료의 스폿을 포함하고, 스폿은 최대 1㎟의 면적을 갖는다.
발광 재료, 또는 특히 작은 면적 인광체는 광원 광의 적어도 일부를 변환하도록 구성된다.
위에 표시된 바와 같이, 조명 디바이스 광은 (ⅰ) 상기 발광 재료 광의 적어도 일부, 또는 (ⅱ) 상기 발광 재료 광의 적어도 일부 및 상기 광원 광의 일부로 이루어진다.
그러나, 조명 디바이스는 다른 발광 재료와 선택적으로 방사적으로 결합된 또 하나의 광원을 더 포함할 수 있다. 광원과 발광 재료의 이러한 조합은 선택적으로 또한 위에 설명된 조합으로서 구성될 수 있다. 그러므로 실시예에서 조명 디바이스는 (ⅰ) 광원 광을 발생하도록 구성되는 광원, 특히, 고상 기반 광원 및 (ⅱ) 여기 파장 및 등흡광점에 대해 위에 정의된 것과 같이 광원 광의 적어도 일부를 발광 재료 광으로 변환하도록 구성되는 발광 재료를 포함하고, 다른 발광 재료와 선택적으로 방사적으로 결합된 추가 광원을 더 포함하는 단일 조명 유닛을 포함한다. 조명 디바이스 광은 다음에 발광 재료 광 및 추가 발광 재료 광 중 적어도 하나 이상, 및 선택적으로 광원 광 및 추가 광원 광 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이 방식으로 백색 조명 디바이스가 제조될 수 있다.
그러나, 조명 디바이스는 또한 그 중 하나 이상이 동일할 수 있지만, 그 중 하나 이상이 또한 상이할 수 있는 복수의 조명 유닛들을 포함할 수 있다. 그러므로, 또 다른 실시예에서 조명 디바이스는 복수의 상기 조명 유닛들을 더 포함하고, 각각의 조명 유닛은 대응하는 발광 재료 광을 제공하도록 구성되고, 조명 디바이스 광은 상기 발광 재료 광 중 하나 이상을 포함한다. 예를 들어, 또한 이 방식으로 백색 조명 디바이스 광이 발생될 수 있다.
그러므로, 특정한 실시예에서, 조명 디바이스는 백색 조명 디바이스 광을 제공하도록 구성된다. 조명 디바이스는 착색된 조명 디바이스 광을 제공하도록 또한 구성될 수 있다는 점에 주목한다. 또한, 조명 디바이스가 하나보다 많은 (상이한) 광원들 및/또는 하나보다 많은 (상이한) 발광 재료들을 포함할 때, 착색된 광을 제공하는 광원(들) 및 발광 재료(들)의 구성들이 제공될 수 있다.
또한, 조명 디바이스는 또한 광원 광의 강도를 제어하도록 구성되는 제어 유닛을 포함할 수 있다. 그럼으로써, 조명 디바이스 광의 강도는 제어될 수 있고, 선택적으로 또한 조명 디바이스 광의 색도 제어될 수 있다.
특히, 조명 디바이스 광의 색점은 그러므로 발광 재료의 온도에 실질적으로 독립이다. 그러므로, 특정한 실시예에서 조명 디바이스는 (50℃에서의 발광 재료의 색점에 대해) 50-100℃의 범위에 걸치는, 또는 50-150℃의 범위의 걸치는, 또는 심지어 50-200℃의 범위에 걸치는 발광 재료 온도에 대해, |Δx|≤0.05 및/또는 |Δy|≤0.05, 특히 |Δx|≤0.03 및/또는 |Δy|≤0.03의 범위에서 (조명 디바이스 광의) 색점 변화를 가질 수 있다. 그러므로, 조명 디바이스 광의 색점은 발광 재료의 온도에 실질적으로 독립일 수 있다. 그러므로, 등흡광(여기) 점에서 광원으로 여기함으로써, 조명 디바이스 광의 실질적으로 발광 온도 독립적인 색점이 획득될 수 있다. 물론, 조명 디바이스가 예를 들어, 하나 이상의 다른 광원을 포함할 때, 선택적으로 또한 색점이 변화될 수 있다.
본 발명은 또한 추가 양태에서 본 명세서에서 정의된 것과 같은 조명 디바이스를 포함하는 조명 장치("장치")를 제공한다. 그러므로, 조명 장치의 추가 실시예에서, 본 장치는 하나 이상의 추가 디바이스들을 더 포함하고, 조명 디바이스 및 하나 이상의 추가 조명 디바이스들은 백색 조명 장치 광을 제공하도록 구성된다. 특히, 하나 이상의 추가 조명 디바이스들은 본 명세서에서 정의된 것과 같은 하나 이상의 조명 디바이스들을 포함한다. 예를 들어, 청색, 녹색 및 적색 광을 발생하는 조명 디바이스들이 조합될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 청색 광을 발생하는 본 명세서에서 정의된 것과 같은 조명 디바이스는 황색 인광체를 조명하기 위해 사용될 수 있다.
조명 디바이스는 예를 들어, 광섬유 응용 시스템들, 경고 표시 시스템들, 신호등 시스템들, 휴대용 시스템들 또는 자동차 응용들의 일부일 수 있거나 이들에 적용될 수 있다. 특히, 본 명세서에서 정의된 것과 같은 조명 디바이스 또는 본 명세서에서 정의된 것과 같은 조명 장치는 자동차 조명에 사용될 수 있다. 그러므로, 응용들 중 하나는 승용차들, 트럭들, 버스들, 모터들, 기차들, 메트로들 등의 헤드라이트들과 같은 자동차용일 수 있다. 그러므로, 실시예에서, 본 발명은 본 명세서에서 정의된 것과 같은 조명 디바이스를 포함하는 자동차 램프를 또한 제공한다.
용어들 "보라색 광" 또는 "보라색 방출"은 특히 약 380-440㎚ 범위의 파장을 갖는 광에 관련한다. 용어들 "청색 광" 또는 "청색 방출"은 특히 (일부 보라색 및 시안 색조들을 포함하는) 약 440-495㎚ 범위의 파장을 갖는 광에 관련한다. 용어들 "녹색 광" 또는 "녹색 방출"은 특히 약 495-570㎚ 범위의 파장을 갖는 광에 관련한다. 용어들 "황색 광" 또는 "황색 방출"은 특히 약 570-590㎚ 범위의 파장을 갖는 광에 관련한다. 용어들 "오렌지색 광" 또는 "오렌지색 방출"은 특히 약 590-620㎚ 범위의 파장을 갖는 광에 관련한다. 용어들 "적색 광" 또는 "적색 방출"은 특히 약 620-780㎚ 범위의 파장을 갖는 광에 관련한다. 용어들 "분홍색 광" 또는 "분홍색 방출"은 청색과 적색 성분을 갖는 광을 참조한다. 용어들 "가시", "가시 광" 또는 "가시 방출"은 약 380-780㎚ 범위의 파장을 갖는 광을 참조한다.
본 발명의 실시예들이 단지 예로서, 대응하는 기호들이 대응하는 부분들을 표시하는 첨부한 개략적 도면들을 참조하여 이제 설명될 것이다.
도 1a-1e는 본 발명의 일부 양태들을 개략적으로 도시하고;
도 2a-2b는 YAG의 상이한 온도들(2a) 및 상이한 파장들(2b)에서의 흡수(여기) 특성들을 도시하고;
개략적 도면들은 반드시 축척에 맞지는 않는다.
도 1a는 조명 디바이스 광(101)을 발생하도록 구성되는 조명 디바이스(100)의 실시예를 도시한다. 조명 디바이스(100)는 광원 광(11)을 발생하도록 구성되는 광원(10), 및 광원 광(11)의 적어도 일부를 발광 재료 광(21)으로 변환하도록 구성되는 발광 재료(20)를 포함한다. 조명 디바이스(100)의 다운스트림 광은 참조 번호(101)로 표시된다. 광(101)은 발광 재료(20)의 방출 및 발광, 즉, 발광 재료 광(21)을 적어도 포함한다. 선택적으로, 광원 광(11)의 일부는 또한 조명 디바이스 광(101)으로 구성될 수 있다. 이것은 광원 광 및 발광 재료 광의 파장이 실질적으로 동일하고/하거나 (황색 발광 재료 광을 갖는 청색 광원 광과 같은) 원하는 색을 가질 수 있으므로, 문제가 되지 않을 수 있다.
광원(10)은 발광 재료(20)의 업스트림에 구성되고; 발광 재료 광(21)은 상기 발광 재료로부터 다운스트림으로 나온다. 특히, 본 명세서에서 투과 구성이 적용된다. 용어들 "업스트림" 및 "다운스트림"은 광 발생 수단(본 명세서에서 특히 광원(10))으로부터의 광의 전파에 대해 아이템들 또는 특징들의 배열에 관련하고, 광 발생 수단으로부터의 광의 빔 내의 제1 위치에 대해, 광 발생 수단에 더 가까운 광의 빔 내의 제2 위치는 "업스트림"이고, 광 발생 수단으로부터의 더 멀리 있는 광의 빔 내의 제3 위치는 "다운스트림"이다. 본 명세서에서, 예로서 투과 구성이 도시된다. 그러나, 아래에 표시된 바와 같이, 또한 반사 구성들이 선택될 수 있다.
도 1a는 발광 재료(20)의 스폿을 포함하는 조명 디바이스(100)의 실시예를 도시하고, 스폿은 예를 들어, 최대 1㎟, 또는 훨씬 더 작은 면적을 갖는다. 스폿의 치수들은 예로서, 길이 및 폭, 또는 직경을 표시하는, L/W/D로 표시되고, 어디 것이든 적용가능할 수 있다. 스폿은 둥근, 정사각형, 직사각형, 타원형 등과 같은 임의의 (단면) 형상을 가질 수 있지만, 특히 둥글고(치수 D), 또는 정사각형(치수 L=W)이다. 참조 번호(200)는 발광 재료(20)를 포함하는 변환기, 또는 발광 재료(20)를 포함하는 스폿을 표시하고, 참조 번호(201)는 변환기 표면, 즉, 광원(10)이 그것의 광(11)을 조사할 수 있는 변환기(200)의 표면을 표시한다.
도 1b는 발광 재료의 방출 EM 및 발광 재료 광(21)을 도시한다. 발광 재료의 방출을 모니터할 때와 같이, 대응하는 여기는 방출 EM 또는 발광 재료 광(21)의 방출 최대 MM3(피크 파장)에 있다. 이것은 최대 MX1(피크 파장)을 갖는, 대응하는 여기 곡선 EX를 발생한다. 이 여기는 2개의 등흡광점들 IP을 갖는 것으로 나타나고, 하나는 IP(1)로 표시된, 여기의 고 에너지 플랭크에서 더 작은 파장들에 있고 하나는 IP(2)로 표시된, 여기의 저 에너지 플랭크에서 더 긴 파장들에 있다. 스토크스 시프트는 여기 최대 MX1과 방출 최대 MM3 사이의 에너지(차이)이다. IP(1) 및 IP(2)는 반드시 동일한 높이는 아니라는 점에 주목한다. 발광 재료는 그러므로 등흡광점, 본 명세서에서 예로서 IP(1)에서 광원 광(11)으로 여기되어, 발광 재료 광(21) 또는 방출 EM에 이른다.
그러므로, 광원은 특히 등흡광점 IP에서 여기 대역 내에서 발광 재료를 여기하도록 구성된다. 이것은 여기 광 또는 광원 광(11)이 등흡광점, 본 명세서에서 고 에너지 등흡광점 IP(1)에서 여기 대역 EX와 실질적으로 단지 중첩하는 (좁은) 대역으로 표시되는 것이 도 1b에서 반영된다. MX2, 광원 광(11)의 최대는 IP(1)과 거의 동일한 파장에 있다.
예를 들어, 이들 등흡광점 중 하나, 여기서 특히 IP(1)은 청색 범위에 있을 수 있다. 방출 EM이 황색 범위에 있으면 백색 조명 디바이스 광은 요구될 때 제공될 수 있다.
자동차 헤드램프들과 같은 다양한 응용들을 위해 고강도 광원들을 갖는 것이 바람직하다.
이러한 광원들은 레이저 광에 기초할 수 있다. 그러나, 레이저들을 사용하는 경우에 코히어런스 및 눈 안전이 문제이다. 그런 이유로 레이저 광을 다른 파장들로 변환하는 것이 바람직하다. 변환 중에 많은 양의 열이 작은 체적에서 발생하여 온도 상승을 일으킨다.
실시예에서, 우리는 레이저 다이오드 및 인광체 재료를 포함하는 조명 디바이스를 제안한다(또한 예들 들어 도 1a 참조). 인광체 재료는 레이저 광을 흡수하고 변환된 레이저 광을 방출한다.
좁은 대역 방출기는 반사 히트 싱크(77)에 의해 부분적으로 봉입된다(도 1c). 또 하나의 구성에서, 우리는 반사 모드에서의 변환기(200)의 사용을 제안한다(도 1d). 또 하나의 실시예에서, 우리는 동일한 변환기(200)(또는 발광 요소)를 펌프하는 (고상 광원들(10)로서) 다수의 레이저들의 사용을 제안한다.
광원들은 원칙적으로 임의 유형의 점 광원일 수 있지만, 실시예에서 발광 다이오드(LED), 레이저 다이오드, 복수의 LED들 또는 레이저 다이오드들 또는 OLED들 또는 LED들 또는 레이저 다이오드들의 어레이, 또는 이들 중 임의의 것의 조합과 같은 고상 광원이다.
또한, 조명 디바이스는 예를 들어, 복합 파라볼릭 집광 요소(CPC)와 같은, 집광 요소와 같이, 웨이브가이드로부터 분리되고/되거나 웨이브가이드 내에 통합된, 추가 광학 요소들을 포함할 수 있다.
도 1e는 조명 디바이스 및/또는 조명 장치의 여러 가지 추가 양태들을 도시한다. 다른 것들 중에서, 이 개략적 도면은 복수의 상기 조명 유닛들(70(1), 70(2), ...)을 포함하는 조명 디바이스(100)의 실시예를 도시하고, 여기서 각각의 조명 유닛(70(1), 70(2), ...)은 대응하는 발광 재료 광(21(1), 21(2), ...)을 제공하도록 구성된다. 조명 디바이스 광(101)은 상기 발광 재료 광(21(1), 21(2), ...) 중 하나 이상을 포함한다. 광원들은 동일할 수 있거나 상이할 수 있다는 점에 주목한다. 마찬가지로, 발광 재료들은 동일하거나 상이할 수 있다. 표시들 "..."은 선택적으로 이러한 아이템들의 더 많은 것들이 가용할 수 있다는 것을 표시한다(70(1), 70(2), 70(3), 등등과 같이). 또한, 위에 표시된 바와 같이, 각각의 조명 유닛은 광원(10) 및 상기 광원(10)에 방사적으로 결합된 발광 재료(20)를 포함할 수 있다.
또한, 이 도면은 또한 본 명세서에서 정의된 것과 같은 조명 디바이스(100)를 포함하는 조명 장치(1000); 본 명세서에서 예로서 적어도 2개의 조명 유닛들(70)을 포함하는 조명 디바이스(100)의 실시예를 개략적으로 도시한다. 또한, 예로서 조명 장치(1000)는 하나 이상의 추가 조명 디바이스들(1100)을 포함한다. 이들 하나 이상의 추가 조명 디바이스들(1100)은 추가 조명 디바이스 광(1101)을 발생하도록 구성된다. 조명 디바이스(100) 및 하나 이상의 추가 조명 디바이스들(1100)은 실시예에서 백색 조명 장치 광(1001)을 제공하도록 구성된다.
본 명세서에서 정의된 것과 같은 발광 디바이스를 포함하는 램프, 루미네어, 및 조명 시스템은 다음의 응용들 중 하나 이상에서 사용될 수 있다: 자동차 조명, 강섬유 조명, 경고 조명 시스템들. 또 다른 실시예에서, 우리는 램프, 루미네어 또는 조명 시스템에서의 조명 디바이스의 사용을 제안한다. 또 다른 실시예에서, 우리는 헤드램프와 같이, 자동차 램프에서의 조명 디바이스의 사용을 제안한다.
퀀텀 닷들(QD들) 또는 가넷들을 포함하는 세륨과 같은 재료들이 사용될 수 있다.
백색 LED들의 제조에 사용되는 가장 통상적인 인광체들 중 하나는 Ce:YAG (즉, Y3Al5O12:Ce3 +)이다. 이러한 인광체는 각각 도 1c 및 1d에 도시한 투과 또는 반사 모드에서 사용될 수 있다. 본 예에서 청색 광의 75%가 Ce:YAG에 의해 변환되고 소위 스토크스 시프트 손실들 이외의 손실들은 없다고 가정한다. 그러나, Ce 활성제를 갖는 이러한 인광체 세라믹을 통하는 온도의 함수로서의 투과도는 도 2a에 도시한 바와 같이 온도 의존성이다. 이 도면은 투과가 온도의 증가에 따라 증가를 보이는 것을 도시한다. 이러한 플레이트가 예를 들어, 레이저 소스에 의해 조명될 때, 플레이트는 부분적 흡수 및 청색의 황색 광으로의 변환에 의해 백색 광을 발생할 수 있다. 그러나, 온도가 변화함에 따라 청색 대 황색의 비가 변화하므로 전체 광의 색점이 변화할 것이다. 430㎚에서 온도의 함수로서 다른 파장들과 대조적으로 흡수 의존성이 거의 없다는 것을 알 수 있다(도 2b).
조명 디바이스 광의 색점들이 2가지 온도(60 및 250℃)에서 다양한 여기 파장들에 대해 측정되었다. 조명 디바이스 광의 색 좌표들의 시프트가 광원 광의 피크 파장으로서 430㎚를 사용하는 것을 제외하고, (적어도 |Δx|=0.05 및/또는 |Δy|=0.05 정도로) 관찰되었다. 그러므로 우리는 온도 독립 색점 백색 광원을 획득하기 위해 레이저와 같은 광원의 피크 방출을 인광체의 흡광도가 (약 430 및 약 490㎚인 이 인광체 경우에서 도 2a에 따라) 거의 온도 의존성을 보이지 않는 인광체의 흡수 파장에 매치하는 것을 제안한다.
LuAG 2% Ce(IP: 421㎚ 및 478nm), (Y,Gd)AG 0.2% Ce 10% Gd(IP: 425㎚ 및 498㎚), YAG 2% Ce(IP: 430㎚ 및 493㎚), YAG 0.4% Ce(IP: 429㎚ 및 490㎚)와 같은, 다른 유형들의 가넷들이 측정되었다. 일반적으로, 모든 이들 가넷은 색점의 변화가 200-300℃ 범위 내의 온도까지 실질적으로 없는 안정한 색점을 제공하는 것으로 나타난다. 본 명세서에서, "IP"는 등흡광점을 표시하고 파장들은 2개의 각각의 등흡광점들이 실험들에서 발견된 파장들을 표시한다.
"실질적으로 모든 광" 또는 "실질적으로 구성되는"에서와 같은 본 명세서에서 사용된 용어 "실질적으로"는 본 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 것이다. 용어 "실질적으로"는 또한 "전체적으로", "완전히", "모두" 등을 갖는 실시예들을 포함할 수 있다. 그러므로, 실시예들에서 형용사 실질적으로는 또한 제거될 수 있다. 적용가능한 경우에, 용어 "실질적으로"는 또한 95% 이상과 같은 90% 이상, 특히 99% 이상, 훨씬 더 특히 100%를 포함하는 99.5% 이상과 관련할 수 있다. 용어 "포함한다"는 용어 "포함한다"가 "~로 이루어진다"를 의미하는 실시예들을 또한 포함한다. 용어 "및/또는"은 특히 "및/또는" 전과 후에 언급된 아이템들 중 하나 이상과 관련한다. 예를 들어, 문구 "아이템 1 및/또는 아이템 2" 및 유사한 문구들은 아이템 1 및 아이템 2 중 하나 이상과 관련할 수 있다. 용어 "포함하는"은 실시예에서 "~로 이루어진"을 참조할 수 있지만 다른 실시예에서 또한 "적어도 정의된 종들 및 선택적으로 하나 이상의 다른 종을 포함하는"을 참조할 수 있다.
또한, 설명에서 및 청구범위에서 용어들 제1, 제2, 제3 등은 유사한 요소들 간을 구별하기 위해 사용된 것이고 반드시 순차적 또는 연대기 순서를 설명하는 것은 아니다. 이렇게 사용된 용어들은 적절한 환경들 하에서 서로 교환하여 사용되고 본 명세서에 설명된 발명의 실시예들은 본 명세서에 설명되고 도시된 것과 다른 순차들로 동작할 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
본원의 디바이스들은 무엇보다도 동작 동안 설명된다. 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 분명한 바와 같이, 본 발명은 동작의 방법들 또는 동작 중인 디바이스들로 제한되지 않는다.
위에 언급된 실시예들은 본 발명을 제한하기보다는 예시하는 것이고, 본 기술 분야의 통상의 기술자는 첨부된 청구범위의 범위에서 벗어나지 않고서 많은 대안적 실시예들을 설계할 수 있을 것이라는 점에 주목하여야 한다. 청구범위에서, 괄호들 사이에 배치된 참조 부호들은 청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 동사 "포함한다" 및 그것의 활용들의 사용은 청구범위에 기술된 것 이외의 요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다. 요소들에 대한 단수 표현은 복수의 이러한 요소들의 존재를 배제하지 않는다. 본 발명은 여러 개의 분리된 요소를 포함하는 하드웨어에 의해, 그리고 적절히 프로그램된 컴퓨터에 의해 구현될 수 있다. 여러 개의 수단을 나열한 디바이스 청구항에서, 이들 수단 중 몇 개는 하드웨어의 하나 및 동일한 아이템에 의해 실시될 수 있다. 소정의 수단들이 상호 상이한 종속 청구항에 나열된다는 사실만으로 이들 수단들의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지 않는다.
본 발명은 설명에서 설명되고/되거나 첨부 도면에 도시된 특성화된 특징들 중 하나 이상을 포함하는 디바이스에 더 적용된다. 본 발명은 또한 설명에서 설명되고/되거나 첨부 도면에 도시된 특성화된 특징들 중 하나 이상을 포함하는 방법 또는 공정에 관련한다.
본 특허에서 논의된 다양한 양태들은 추가적인 장점들을 제공하기 위해 조합될 수 있다. 또한, 특징들 중 일부는 하나 이상의 분할 출원을 위한 기초를 형성할 수 있다.

Claims (14)

  1. 조명 유닛(lighting unit)(70)을 포함하는 조명 디바이스(100)로서, 상기 조명 유닛(70)은 (ⅰ) 광원 광(11)을 발생하도록 구성되는 광원(10) 및 (ⅱ) 상기 광원 광(11)의 적어도 일부를 발광 재료 광(luminescent material light)(21)으로 변환하도록 구성되는 발광 재료(20)를 포함하고, 상기 조명 디바이스(100)는 상기 발광 재료 광(21)의 적어도 일부를 포함하는 조명 디바이스 광(101)을 발생하도록 구성되고, 상기 발광 재료(20)는 상기 발광 재료(20)의 여기 대역(excitation band)(EX)에서 상기 광원 광(11)에 의한 여기 시에 상기 발광 재료 광(21)을 제공하도록 구성되고, 상기 광원(10)은 30㎚ 이하의 반치전폭(full width half maximum)(FWHM)을 갖는 상기 광원 광(11)을 제공하도록 구성되고, 상기 광원(10)은 상기 여기 대역(EX)의 등흡광점(isosbestic point)(IP)에서 상기 발광 재료(20)를 여기하도록 구성되는 조명 디바이스(100).
  2. 제1항에 있어서, 상기 발광 재료(20)는 가시 스펙트럼의 청색 파장 범위 내에 등흡광점(IP)을 포함하는 조명 디바이스(100).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광원(10)은 청색 광원 광(11)을 발생하도록 구성되는 조명 디바이스(100).
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 조명 디바이스(100)는 상기 발광 재료(20)를 포함하는 변환기(200)를 포함하고, 상기 변환기(200)는 변환기 표면(201)을 포함하고, 상기 광원(10)은 광 출사 면(12)을 포함하고, 상기 변환기 표면(201)은 상기 광 출사 면(12)과 물리적 접촉을 하지 않도록 구성되는 조명 디바이스(100).
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광원(10)은 피크 최대(MX2)를 갖는 상기 광원 광(11)을 제공하도록 구성되고, 상기 피크 최대(MX2)는 상기 등흡광점(IP)의 5㎚ 내에서 선택되고, 상기 광원 광(11)은 5㎚ 이하의 반치전폭(FWHM)을 갖고, 상기 조명 디바이스(100)는 상기 발광 재료(20)를 포함하는 변환기(200)를 포함하고, 상기 변환기는 변환기 표면(201)을 포함하고, 상기 광원(10)은 상기 변환기(200)의 상기 변환기 표면(201) 상에 적어도 1W/㎠의 조도(irradiance)에 이르는 전력으로 상기 변환기 표면(201)에 상기 광원 광(11)을 제공하도록 구성되는 조명 디바이스(100).
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광원(10)은 레이저를 포함하는 조명 디바이스(100).
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 발광 재료(20)의 스폿(spot)을 포함하고, 상기 스폿은 최대 1㎟의 면적을 갖는 조명 디바이스(100).
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 발광 재료(20)는 A3B5O12:Ce3 +의 부류(class)의 세륨 도핑된 가넷 재료(cerium doped garnet material)를 포함하고, A는 Y, Gd, Tb 및 Lu로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, B는 Al, Ga 및 Sc로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 조명 디바이스(100).
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 조명 디바이스 광(101)은 (ⅰ) 상기 발광 재료 광(21)의 적어도 일부, 또는 (ⅱ) 상기 발광 재료 광(21)의 적어도 일부 및 상기 광원 광(11)의 일부로 이루어진 조명 디바이스(100).
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 조명 디바이스(100)는 복수의 상기 조명 유닛들(70(1), 70(2), ...)을 더 포함하고, 각각의 조명 유닛(70(1), 70(2), ...)은 대응하는 발광 재료 광(21(1), 21(2), ...)을 제공하도록 구성되고, 상기 조명 디바이스 광(101)은 상기 발광 재료 광들(21(1), 21(2), ...) 중 하나 이상을 포함하는 조명 디바이스(100).
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 조명 디바이스(100)는 50-200℃의 범위에 걸치는 발광 재료 온도에 대해 |Δx|≤0.03 및/또는 |Δy|≤0.03의 범위에서 색점 변화(color point change)를 갖는 백색 조명 디바이스 광(101)을 제공하도록 구성되는 조명 디바이스(100).
  12. 제1항 또는 제2항에 따른 조명 디바이스(100)를 포함하는 조명 장치(1000).
  13. 제12항에 있어서, 하나 이상의 추가 조명 디바이스들(1100)을 더 포함하고, 상기 조명 디바이스(100) 및 상기 하나 이상의 추가 조명 디바이스들(1100)은 백색 조명 장치 광(1001)을 제공하도록 구성되는 조명 장치(1000).
  14. 제1항 또는 제2항에 따른 조명 디바이스(100)를 포함하는 자동차 램프.
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