KR20050102624A - 중합성 롱 패스 반사체를 구비한 형광체 계열 광원 - Google Patents

중합성 롱 패스 반사체를 구비한 형광체 계열 광원 Download PDF

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KR20050102624A
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앤드류 제이. 오우더키르크
마이클 에프. 웨버
존 에이. 휘트레이
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

광원은 여기광을 방출하는 LED와, 여기광을 반사하고 가시광을 투과하는 중합성 다층 반사체와, LED로부터 이격된 형광체 물질층을 포함한다. 형광체 물질은 여기광으로 조명될 때 가시광을 방출한다. 중합성 다층 반사체는 형광체 물질 상으로 여기광을 반사하고 형광체 물질층은 LED와 중합성 다층 반사체 사이에 배치된다.

Description

중합성 롱 패스 반사체를 구비한 형광체 계열 광원{PHOSPHOR BASED LIGHT SOURCES HAVING A POLYMERIC LONG PASS REFLECTOR}
본 발명은 광원에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 발광 다이오드(LED)로부터 방출된 광이 형광체 물질에 충돌해서 이를 여기시킴으로써 가시광을 방출하는 광원에 관한 것이다.
LED를 구조물로서 사용하는 백색 광원은 두 개의 기본 구성을 가질 수 있다. 하나는 본 명세서에서 직접 방출형 LED로 지칭되는 것으로 백색광이 다양한 컬러로 된 LED의 직접 방출에 의해 생성된다. 그 예로서는 적색 LED, 녹색 LED 및 청색 LED의 조합과, 청색 LED 및 황색 LED의 조합이 있다. 다른 기본 구성은 본 명세서에서 LED 여기 형광체 계열 광원(PLED: LED-excited phosphor-based light source)로 지칭되는 것으로 하나의 LED가 좁은 파장 범위의 빔을 생성해서 이 빔이 형광체 물질에 충돌해서 이를 여기시킴으로써 가시광을 생성한다. 형광체는 전혀 다른 형광체 물질들의 혼합물 또는 조합으로 구성될 수 있으며, 형광체에 의해 방출되는 광은 방출된 광이 사람의 맨눈에 사실상 백색으로 나타나도록 가시 파장 범위에 걸쳐 분포되는 복수의 좁은 방출선을 포함할 수 있다.
PLED의 일 예는 청색을 적색 및 녹색 파장 모두로 전환시키는 형광체를 조명하는 청색 LED이다. 청색 여기광의 일부는 형광체에 의해 흡수되지 않으며, 잔여 청색 여기광은 형광체에 의해 방출되는 적색광 및 녹색광과 혼합된다. PLED의 다른 예는 자외(UV)광을 흡수해서 적색광, 녹색광 및 청색광으로 전환하는 형광체를 조명하는 자외선(UV) LED이다.
직접 방출 백색 LED보다 나은 백색광 PLED의 장점으로는 장치 시효 및 온도의 함수로서 보다 양호한 컬러 안정성과, 보다 양호한 배치 대 배치(batch-to-batch) 및 장치 대 장치(device-to-device) 균일성/반복성이 있다. 그러나, PLED는 부분적으로 형광체에 의한 흡광 및 재방출 과정에서의 비효율성으로 인해 직접 방출 백색 LED보다 비효율적일 수 있다.
백색광 PLED는 반사 방열체 내에 UV 방출 반도체 다이(칩)를 포함할 수 있다. 반사 방열체는 UV광을 부분적으로 시준하는 역할도 할 수 있다. UV광은 보통의 관찰자에게 사실상 백색으로 보이는 광원을 제공하기 위해 UV광의 적어도 일부를 흡수해서 가시 영역의 다파장으로 광을 방출하는 형광체 수용층의 하부면을 조명한다. 도1은 이와 같은 PLED(10)의 일 구성을 도시한다. PLED는 전도성 방열체(14)의 벽에 장착되는 반도체 LED(12)를 포함하며, 이때 전도성 방열체(14)도 LED(12)로부터 방출된 광의 일부를 형광체-반사체 조립체(16) 쪽으로 반사한다. 조립체(16)는 PLED(10)에 의해 방출된 광을 재단하는 렌즈 외형(20)을 제공하도록 형성될 수 있는 광학적으로 투명한 충전재(18) 내에 존재할 수 있다. 도2에는 형광체 조립체(16)가 보다 상세히 도시되어 있다. 형광체는 결합제와 혼합된 하나 이상의 형광재들의 조합으로 층(22) 내에 형성된다. UV 여기광은 반사하지만 가시 방출광은 투과하는 롱 패스(LP) 반사체(24)가 형광체 층(22)의 상부면에 도포될 수 있다. 가시광은 반사하지만 UV광은 투과하는 숏 패스(short-pass)(SP) 반사체(26)가 층(22)의 바닥에 도포될 수 있다.
소정 형광체 농도에 대해 형광체 층의 최적 두께는 UV광을 효율적으로 흡수하는 것(광학적으로 두터운 형광체 층을 선호)과 가시광을 효율적으로 방출하는 것(광학적으로 얇은 형광체 층을 선호) 간에 절충을 이루도록 된다. 또한, UV광의 강도는 형광체 층(22)의 바닥에서 가장 크고 유용한 광은 형광체 층(22)의 상부로부터 추출되기 때문에, 최적 두께보다 두텁게 형광체 층(22)의 두께를 증가시키면 전체적인 PLED 출력과 효율이 급속히 감소될 것이다.
LP 반사체(24)와 SP 반사체(26)가 존재함으로써 PLED(10)의 효율이 개선될 수 있다. LP 반사체(24)는 형광체 층(22)에 의해 흡수되지 않고 달리 소모되지 않는 UV광을 형광체 층(22) 상으로 다시 반사한다. 이는 형광체 층을 통과하는 UV광의 효과적인 경로 길이를 증가시킴으로써, 소정 형광체 층 두께에 대해 형광체에 의해 흡수되는 UV광의 양을 증가시킨다. 따라서, 최적의 형광체 층 두께는 LP 반사체(24)가 없는 구조에 비해 감소됨으로써, 광 생성 효율을 증가시킬 수 있다.
PLED에서의 다른 상당한 손실은 형광체 층에서 직접 제어되지 않은 광 생성에 기인하는 것으로, 결국 형광체 층(22)에서 생성된 가시광의 반은 LED 쪽으로 다시 향한다. 이 광의 일부는 방열체의 경사벽에서 벗어나 반사에 의해 포획될 수 있지만 대부분의 광은 산란되거나 흡수되거나 품질이 저하된다. 이러한 손실은 LED(12)와 형광체 층(22) 사이에 SP 반사체(26)를 도시된 바와 같이 위치시킴으로써 감소될 수 있다.
PLED 구조의 효율을 더욱 개선하는 것이 유리할 것이다. 또한, PLED의 구조를 단순화시키고 그 생산비를 감소시키는 것이 유리할 것이다.
도1은 LED 여기 형광체 계열 광원(PLED)의 개략 단면도이다.
도2는 도1의 광원에 사용되는 형광체-반사체 조립체의 단면도이다.
도3은 박판 형상의 형광체-반사체 조립체를 포함하고 개별 조각으로 분할된 로울을 도시한 도면이다.
도4는 캐리어 막 상의 형광체-반사체 조립체의 개별 조각들을 도시한 개략 단면도이다.
도5 내지 도7은 다른 PLED 구성의 개략 단면도이다.
도8은 다른 PLED 구성의 일부를 도시한 도면이다.
도9는 다른 PLED 구성의 개략 단면도이다.
도10은 도9의 실시예에서와 같이 전방면 조명을 이용하는 다른 PLED 구성의 개략 측면도이다.
도11은 비영상 집선기의 배열을 이용하는 PLED 구성의 개략 측면도이다.
도12는 도11의 일부에 대한 상세도이다.
도13 및 도14는 도1의 광원에 사용되는 형광체-반사체 조립체의 다른 실시예의 단면도이다.
도15는 이 부품 요소 시스템의 형광체 계열 광원의 개략 단면도이다.
도16은 예 1 및 예 2의 광 강도 분광계에 대한 그래프이다.
도17은 예 3, 예 4 및 예 5의 광 강도 분광계에 대한 그래프이다.
도18은 예 6, 예 7 및 예 8의 광 강도 분광계에 대한 그래프이다.
도19는 예 9 및 예 10의 광 강도 분광계에 대한 그래프이다.
본 출원은 여과 요소, 즉 LP 및 SP 반사체에 중합체 다층 광학막을 이용하는 PLED를 개시한다. 다층 광학막은 적어도 일부가 복굴절성이고 막의 두께에 걸쳐 광학적 반복 유닛으로 배열되는 개개의 광학층을 포함한다. 인접한 광학층들은 반사율을 유지하고 중간 내지 높은 입사각에서 p-편광 광의 누출을 막는 굴절율 관계를 갖는다. SP 반사체들은 형광체에 의해 방출되는 가시광을 반사하고 UV 여기광을 투과하도록 위치되는 반사 대역를 생성하는 두께 구배를 갖는 광학적 반복 유닛을 포함한다. LP 반사체들은 UV 여기광을 반사하고 형광체에 의해 방출되는 가시광을 투과하도록 위치되는 반사 대역를 생성하는 다른 두께 구배를 갖는 광학적 반복 유닛을 포함한다. PLED의 일 구성 요소로서, 중합체 다층 광학막(들)은 편평한 구성을 가질 수 있으며 적어도 하나의 중합성 다층 광학막은 엠보싱 가공될 수 있거나 다르게는 구형, 포물선형, 타원형 또는 그 밖의 형상과 같이 만곡된 형상일 수 있다.
적어도 하나의 중합체 다층 광학막과 형광체 층을 포함하는 판재를 형성하는 단계를 포함하는 PLED 제조 방법이 개시된다. 일부 경우에, 형광체는 하나는 SP 반사체이고 하나는 LP 반사체인 두 개의 중합체 다층 광학막 사이에 개재될 수 있다. 다른 경우, 형광체 층은 단지 하나의 중합체 다층 광학막에만 도포될 수 있다. 중합성 다층 광학막(들)과 형광체 층은 형광체-반사체 조립체를 형성한다. 형광체-반사체 조립체의 개별 조각들은 판재로부터 절단되어서 제1 광학 요소를 형성하도록 투명 충전재에 침지되거나 사출 성형되며, 그 후 제1 광학 요소는 별도로 제조되는 LED 요소에 결합된다. 판재는 필요할 때까지 편리한 로울 형태의 형광체-반사체 조립체를 유지하고 보유하는 캐리어 막을 포함할 수 있다. PLED는 형광체-반사체 조립체를 포함하는 상부에 LED를 포함하는 하부를 연결함으로써 제조될 수 있다. 또한, 몇몇 경우에, 판 재는 엠보싱 가공될 수 있다.
본 명세서는 만곡된 LP 반사체가 형광체 층 또는 적어도 형광체 층의 중심 광택부로부터 이격됨으로써 형광체 층에 의해 흡수되지 않은 모든 UV 여기광이 제한된 범위의 입사각을 넘어 LP 반사체 상에 충돌해서 보다 효율적으로 형광체 층 상으로 다시 반사될 수 있도록 하는 PLED 실시예를 개시한다.
본 출원은 전체 내반사를 증진시키기 위해 다층 광학막들 중 적어도 하나의 광학막과 형광체 층에 가장 가까운 공기 간극을 이용하는 PLED 실시예를 개시한다.
본 출원은 LP 및/또는 SP 반사체의 성능을 개선하기 위해 비영상 집선기 소자들의 조합을 이용하는 PLED 실시예를 개시한다.
본 출원은 또한 LED로부터의 여기광이 형광체 층의 전방 주요 표면 상으로 직접 반사되도록 LED, LP 반사체 및 형광체 층이 배열되는 PLED 실시예를 개시한다.
개시된 실시예들의 이와 같은 태양과 다른 태양은 후술하는 상세한 설명으로부터 자명하게 될 것이다. 그러나, 어떤 경우에도 상기 요약된 내용이 청구된 요지를 제한하는 것으로 여겨져서는 안되며, 청구된 요지는 출원 과정에서 보정될 수도 있을 첨부된 특허청구범위에 의해서만 제한된다.
명세서에서는 첨부 도면을 참조하기로 하며, 유사한 도면 부호는 유사한 요소를 지시한다.
도1 및 도2에 도시된 바와 같은 LP 반사체(24) 및 SP 반사체(26) 중 어느 하나 또는 이들 모두를 사용함으로써 시스템 효율을 개선할 수 있지만, 그 개선은 임의의 반사체의 불량한 분광 선택성 및 비스듬한 입사각에서의 불량한 반사율로 인해 제한된다. 산란 과정에 기초하는 LP 거울들이나 필터들은 입사각의 함수로서 비교적 일정한 성능을 달성할 수 있지만 불량한 분광 선택성을 갖는다. 무기 유전재 적층체로 구성되는 LP 및 SP 거울들은 좁은 범위의 입사각에 걸쳐 넘어 양호한 분광 선택성을 가질 수 있지만, 입사각의 증가로 인한 분광 청색 변이와 중간 내지 높은 입사각에서 p-편광 광의 낮은 반사율(높은 투과율)을 겪는다. 형광체 입자들은 UV 여기광을 산란하고 그 자체의 광을 넓은 범위의 각으로 방출하기 때문에, 종래의 LP 및 SP 거울은 형광체-반사체 조립체 내의 광을 조절함에 있어 크게 효율적인 것은 아니다.
PLED의 성능은 그 두께 및 굴절율이 UV 파장으로 제한된 반사 대역 또는 가시 파장으로 제한된 반사 대역와 같이 분광계의 원하는 부분에서 원하는 반사율을 달성하도록 선택되는 중합성 다층 광학막들, 즉 적어도 제1 및 제2 중합체 물질이 교호하는 열 개, 백 개 또는 천 개의 층을 갖는 막들을 이용함으로써 증가될 수 있다. 예컨대, 미국 특허 제5,882,774호[존자(Jonza) 등)]를 참조. 비록 이들 막에 의해 생성되는 반사 대역도 무기 등방성 물질의 적층물에 관련된 청색 변이와 유사하게 입사각으로 인한 청색 변이를 겪지만, 중합성 다층 광학막은 p-편광광에 대해 인접한 층들 사이의 각 계면의 반사율이 입사각에 따라 느리게 감소하거나 입사각에 사실상 독립적이거나 법선으로부터의 입사각에 따라 증가하도록 막에 수직한 z-축과 관련하여 인접한 층의 쌍들이 일치하거나 거의 일치하는 또는 거의 일치하거나 일부러 불일치된 굴절율들을 갖도록 처리될 수 있다. 따라서, 이와 같은 중합성 다층 광학막은 아주 비스듬한 입사각에서도 p-편광광에 대해 높은 반사율 수준을 유지함으로써, 종래의 무기 등방성 적층 반사체에 비해 반사막에 의해 투과되는 p-편광광의 양을 줄인다. 이런 특성을 달성하기 위해, 중합체 물질과 처리 조건은 각각의 인접한 광학층 쌍에 대해 (막의 두께에 평행한) z-축을 따르는 굴절율의 차이가 x- 또는 y-(평면)축을 따르는 굴절율 차이의 분율보다 작으며, 이 분율은 0.5, 0.25 또는 0.1이도록 선택된다. 다르게는, z-축을 따르는 굴절율 차이는 면 굴절율 차이에 대해 신호가 반대될 수 있다.
중합성 다층 광학막의 사용은 이들 막이 상술한 굴절율 관계를 갖고 있는지 여부에 관계없이 이런 막의 적응성 및 성형성으로 인해 새로운 PLED 실시예와 구성 방법을 이용 가능하게 만든다. 예컨대, 중합성 다층 광학막은 포물선의 일부, 구 또는 타원형과 같은 3입체 형상을 갖도록 엠보싱 가공, 열 성형 또는 다른 공지 수단에 의해 영구 변형될 수 있다. 미국 공개 공보 제2002/0154406호[머릴(Merrill) 등] 참조. 추가적인 중합성 다층 광학막 실시예에 대하여는 미국 특허 제5,540,978호[시렝크(Schrenk)] 참조. 단단한 취성 기판 상에 일반적으로 한 층씩 계속해서 증기 증착된 종래의 무기 등방성 적층물과 달리, 중합성 다층 광학막은 높은 체적의 로울 형태로 제조될 수 있고, 다른 막에 적층되어 피복될 수도 있고, 후술하는 PLED와 같은 광학 시스템으로 회사에 용이한 작은 조각으로 다이 절단되거나 다른 방식으로 분할될 수도 있다. 중합성 다층 광학막을 분할하는 적절한 방법은 2002년 10월 10일 출원된 계류 중인 미국 특허 출원 제10/268,118호에 개시되어 있다.
다양한 중합체 물질이 PLED용 다층 광학막에 사용하기에 적절하다. 그러나, 특히 PLED가 UV LED 여기 공급원과 결합된 백색광 형광체 방출기를 포함하는 경우, 다층 광학막은 바람직하게는 UV광에 노출되었을 때 품질 저하를 겪지 않는 물질로 이루어진 교호하는 중합체 층들을 포함한다. 이와 관련하여, 특히 바람직한 중합체 쌍은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)/코-폴리메틸메타크릴레이트(co-PMMA)이다. 중합성 반사체의 UV 안정성은 힌더드 아민계 광 안전제(HALS: hindered amine light stabilizers)와 같은 비-UV 흡수광 안정제의 회사에 의해 증가될 수도 있다. 몇몇 경우에, 중합성 다층 광학막은 투명 금속 또는 금속 산화물 층을 포함할 수도 있다. 예컨대, PCT 공개 WO 97/01778호[오우더커크(Ouderkirk) 등] 참조. 아주 강한 중합체 물질 조합조차도 허용할 수 없도록 저하시킬 수 있는 특히 고강도의 UV광을 이용하는 제품에는, 다층 적층물을 형성하기 위해 무기물을 이용하는 것이 유익할 수 있다. 무기물 층은 등방성일 수 있거나 PCT 공개 WO 01/75490호[웨버(Weber)]에서 설명된 바와 같이 형태 복굴절을 나타냄으로써 상술한 바와 같은 개선된 p-편광 반사율을 산출하는 유익한 굴절율 관계를 갖도록 제조될 수 있다. 그러나, 대부분의 경우 다층 광학막은 무기물을 포함하지 않는 사실상 완전 중합성인 것이 가장 편리하고 비용 효율적이다.
도3은 적어도 하나의 중합성 다층 광학막과 피복 작업에 의해 다층 광학막에 도포되는 사실상 균일한 형광체 층을 포함하는 판재(30)의 로울을 도시한다. 판재는 도2에 도시된 바와 같이 형광체 층이 제1 및 제2 중합성 다층 광학막 사이에 개재되는 방식으로 도포되는 제2 중합성 다층 광학막을 포함할 수도 있다. 원하는 기계적, 화학적 및/또는 광학적 특성을 제공하는 다른 층들 및 피복들도 포함될 수도 있다. 미국 특허 제6,368,699호[길버트(Gilbert) 등] 참조. 판재(30)는 바람직하게는 캐리어 막도 포함할 수도 있다. 판재는 나이프와 같은 기계적 수단, 정밀 다이 절단 또는 상술한 계류 중인 미국 특허 출원 제10/268,118호에 설명된 것과 같은 주사 레이저 방사에 의해 키스-컷(kiss-cut)된다. 키스-컷 라인은 캐리어 막을 손상시키지 않고 판재로부터 분리된 조각(32)들을 한정한다. 조각(32)들은 도2에 도시된 바와 구조와 유사한 단면 구조를 가질 수 있으며 임의의 작은 크기로 이루어질 수 있다. 이들 조각은 도4에 도시된 바와 같이 하부의 캐리어 막(34)에 의해 편리하게 운반된다. PLED의 생산 동안 LED 공급원의 구조에 독립해서 조각(32)들은 캐리어 막으로부터 제거되고 충전재가 첨가되거나 미리 첨가된 개별 주형에 위치됨으로써, 도1에 도시된 바와 같은 그러나 반사체 요소가 중합성 다층 광학막을 이용하는 PLED를 형성한다.
도5 내지 도7은 오목한 형상의 다층 광학막 LP 반사체를 이용하는 PLED의 다른 구성을 도시한다. 형광체로부터 LP 반사체를 이격시켜서 LP 반사체를 형광체 및 LED(12) 쪽으로 만곡시키는 것은 LP 반사체 상에 충돌하는 여기광의 입사각 범위를 줄이도록 도움으로써, 상술한 청색 변이 효과에 의해 야기되는 LP 반사체 통과 UV 광의 누출을 감소시킨다. 바람직하게는, 다층 광학막은 투명 매체(18)에 침지되기 전에 엠보싱 가공 또는 다른 적절한 공정에 의해 적절한 형상의 오목면으로 영구 변형된다. 다층 광학막은 LP인지 또는 SP인지에 관계없이 그들 각각의 반사 대역 내에서 정반사성 반사체들이다. 다층 광학막으로부터의 확산 반사는 보통은 무시할 정도이다.
도5에서, PLED(40)는 중합성 다층 광학막으로 구성되는 선택 사항인 SP 반사체(44) 상에 배치되는 비교적 작은 면적의 형광체 층(42)을 포함한다. LP 반사체(46)는 오목 형상을 얻기 위해 엠보싱 가공되어서 형광체-반사체 조립체의 다른 구성 요소(42, 44)들 다음에 위치된다. LED(12)와 방열체(14)는 LED에 의해 방출된 UV 여기광이 형광체 층(42)의 중심부 쪽으로 향하도록 배열된다. 바람직하게는, UV 광은 형광체 층(42)의 중심에서 또는 중심 가까이에서 영향력이 가장 높다. 형광체 층(42)의 초기 횡단 시 흡수되지 않은 UV 광은 LP 반사체(46)에 의해 형광체 층 쪽으로 재반사되기 전에 LP 반사체(46)와 형광체 층(42) 사이의 영역(48)을 통과한다. 영역(48)은 투명 충전재(18), 또는 다른 중합성 물질, 또는 공기(또는 그 밖의 기체), 또는 유리로 구성될 수 있다. LP 반사체(46)는 바람직하게는 형광체로 다시 반사되는 UV 여기광의 양을 최대화하도록 형성된다.
도6은 형광체 층(52), SP 반사체(54) 및 LP 반사체(56)의 크기가 증가한다는 점을 제외하고는 PLED(40)와 유사한 PLED(50)이다. LED(12)로부터 형광체 층까지 소정의 거리가 주어지고 방열체(14)가 동일 구조를 갖는 경우, LP 반사체(56)가 클수록 형광체 층의 중심부에서의 광 집중도는 더 커질 것이다. 형광체 층의 중심 방출 면적이 작을수록 LP 반사체의 표면에 대한 형광체 방출 광의 입사각 범위는 작아짐으로써, 전체적인 PLED 효율을 개선한다. 이전 실시예와 마찬가지로, 영역(58)은 충전물(18) 또는 다른 중합성 물질, 또는 공기(또는 그 밖의 기체), 또는 유리로 구성될 수 있다.
도7에 도시된 PLED(60)는 LP 반사체(66)가 광원의 외면을 형성한다는 점을 제외하고는 PLED(50)와 유사하다. 영역(68)은 충전제(18) 또는 다른 투명 매체로 충전될 수 있다.
도5 내지 도7의 형광체 층은 연속적이거나 가장 효과적인 곳에 형광체를 한정하도록 패턴닝될 수 있다. 또한, 도1, 도5 내지 도7의 실시예와 형광체-반사체 조립체가 LED의 위에 LED로부터 이격되어 배치된 다른 실시예에서, PLED는 하나가 방열체를 구비한 LED를 수용하고 다른 하나가 형광체 층 및 다층 반사체(들)을 수용하는 두 개의 반부로 제조될 수 있다. 두 개의 반부는 개별적으로 제조되어서 연결되거나 다른 방식으로 서로 고정될 수 있다. 이런 구성 기술은 제조를 단순화시키고 전체 수율을 증가시키는 데 도움을 줄 수 있다.
도8은 LED와 형광체 층 사이에 공기 간극을 마련하고 그리고/또는 형광체-반사체 조립체의 하나 이상의 요소에 근접한 공기 간극을 제공하는 그 밖의 실시예에 유익하게 적용될 수 있는 개념을 도시하고 있다. 도면에서는 설명의 단순화를 위해 PLED의 단지 일부 요소들만이 도시되어 있다. 공기 간극(70)이 다층 광학막 SP 반사체(74)에 인접해서 LED(12)와 형광체 층(72) 사이에 마련된다. 공기 간극은 내포된 비교적 작은 각도로 인해 형광체 층에 도달하는 LED로부터의 UV 광에 대한 해로운 효과를 최소화한다. 그러나 공기 간극은 SP 반사체, 형광체 층 및 LP 반사체에서 주행하는 광과 같이 높은 입사각으로 주행하는 광의 전체 내반사(TIR: Total internal reflection)를 가능하게 한다. 도8의 실시예에서, SP 반사체의 효율은 반사체(74)의 하부면에서 TIR을 허용함으로써 개선된다. 다르게는, SP 반사체(74)는 제거될 수 있으며 공기 간극이 형광체 층(72) 아래에 직접 형성될 수 있다. 공기 간극은 형광체 층(72)의 상부측에 형성되거나 그 상부면이나 하부면에서 LP 반사체에 인접해서 형성될 수도 있다. 공기 간극을 제공하는 한 가지 방안은 공지된 미세 구조의 막을 이용하는 것을 포함한다. 이와 같은 막은 미세 구조 표면에 대향하는 사실상 편평한 표면을 갖는다. 미세 구조 표면은 단일한 선형 v-형 홈 또는 프리즘 세트, 아주 작은 피라미드의 어레이를 한정하는 복수의 v-형 홈 교차 세트, 하나 이상의 협폭 리지 세트 등에 의해 특징지워질 수 있다. 이와 같은 막의 미세 구조 표면이 다른 편평 막에 대해 위치될 때, 미세 구조 표면의 최상부 사이에는 공기 간극이 형성된다.
형광체가 광을 하나의 파장(여기 파장)에서 다른 파장(방출 파장)들로 전환하면, 열이 생성된다. 공기 간극이 형광체에 인접해서 존재하는 경우 형광체로부터 주변 물질로의 열 전달을 크게 감소시킨다. 감소된 열 전달은 열을 측방으로 제거할 수 있는 형광체 층에 인접해서 유리 또는 투명 세라믹의 층을 제공하는 것과 같은 다른 방식으로 보상될 수 있다.
PLED의 효율을 개선하는 다른 방안은 모든 UV광을 형광체 층의 바닥면 상으로 향하게 하는 것이 아니라 LED에서 나온 UV광의 적어도 일부가 LP 반사체에 의해 직접 형광체 층의 상부(가시)면 상으로 반사되도록 LED, 형광체 층 및 LP 반사체를 구성하는 것이다. 도9는 이와 같은 PLED(80)를 도시한다. 방열체(14')는 LED(12)와 형광체 층(82)이 일반적으로 공면 상에 장착될 수 있도록 상기 실시예들로부터 개량된다. SP 반사체는 형광체 층 아래에 마련되지만, 많은 경우에 요구되지 않을 것이다. 이는 오목 타원체 형태 또는 유사한 형상으로 엠보싱 가공된 LP 반사체(86)가 LED로부터 직접 나온 UV 여기광을 PLED(80)와 대면하는 형광체 층(82)의 상부면 상으로 향하게 하기 때문이다. LED와 형광체 층은 바람직하게는 타원체의 초점들에 배치된다. 형광체 층에 의해 방출되는 가시광은 LP 반사체(86)에 의해 투과되어 PLED 본체의 곡면 전방 단부에 의해 수집되어 원하는 패턴 또는 가시(바람직하게는 백색)광을 형성한다.
여기광을 형광체 층의 전방면으로 직접 향하게 하는 것은 많은 이점을 갖는다. 여기광이 가장 강한 곳인 형광체 층의 가장 밝은 부분은 이제 형광체 층의 두께를 지나 어두워지지 않고 장치의 전방에 노출된다. 형광체 층은 상술한 바와 같이 두께/휘도 상충에 대한 염려없이도 형광체 층이 사실상 모든 UV 여기광을 흡수하도록 사실상 두텁게 제조될 수 있다. 형광체는 은 또는 개선된 알루미늄을 포함하는 광대역 금속 거울 상에 장착될 수 있다.
도10은 LED 광이 형광체 층의 전방면에 충돌하지만 일부 LED 광은 이면에도 충돌하는 다른 PLED 실시예의 개략도이다. 본 실시예에서, LED(12)에 의해 방출되는 일부 광은 형광체 층(92)의 이면 상에 충돌하지만 일부 LED 광은 형광체를 가로지르지 않고 형광체 층(92)의 전방면을 타격하도록 오목 형상의 LP 반사체(96)로부터 반사되어 나온다. 그 후, 형광체 층(92)에 의해 방출된 가시광은 관찰자 또는 조명되는 대상 쪽으로 LP 반사체(96)를 통과한다. LED, 형광체 층 및 LP 반사체는 모두 상술한 실시예에서 도시된 바와 같은 투명 충전 매체에 침지되거나 부착된다.
도11은 비영상 집선기들의 조합이 다층 광학막의 작업을 개선하도록 배열되는 다른 PLED 실시예를 개략적으로 도시한다. 상세하게는, 접선기 소자(100a, 100b, 100c)들이 LED(12)와, SP 반사체(104)와, 형광체 층(102)과, LP 반사체(106) 사이에 도시된 바와 같이 마련된다. 접선기 소자들은 다층 반사체 상에 충돌하는 광의 각방향 확산을 감소시킴으로써, 도5 내지 도7과 관련하여 상술한 반사 대역의 청색 변이를 감소시키는 효과를 갖는다. 접선기 소자들은 편평한 측벽들을 구비한 단순한 원추형 단면 형태일 수 있거나 측벽들이 광의 진행 방향에 기초해서 집속 또는 초점 동작을 개선하기 위해 공지된 바와 같이 보다 복잡한 만곡 형상을 취할 수 있다. 어느 경우이든, 접선기 소자들의 측벽은 반사성이고 (하나는 소형이고 하나는 대형] 두 개의 단부들은 반사성이 아니다. 도11에서, LED(12)는 집선기(100a)의 작은 쪽 단부에 배치된다. 집선기 소자(100a)는 LED에 의해 방출되는 넓은 범위의 광을 수집하며, 광의 범위는 이와 같은 광이 SP 반사체(104)가 장착된 집선기 소자(100a)의 큰 쪽 단부까지 진행하는 시간만큼 감소된다. SP 반사체는 UV 여기광을 집선기 소자(100b)로 투과하고, 집선기 소자(100b)는 (광의 각방향 확산을 증가시키면서) 이런 광을 형광체 층(102) 상으로 집중시킨다. 형광체 층(102)에 의해 하향 방출된 넓은 각방향 범위의 광은 SP 반사체(104)에서 집선기 소자(100b)에 의해 보다 좁은 각방향 범위로 전환되며 광은 SP 반사체(104)에서 형광체 층(102) 쪽으로 다시 상향 반사된다. 한편, 형광체 층(102)을 통해 누출되는 UV 광과 형광체 층(102)에 의해 상향 방출된 가시광은 초기에 넓은 각방향 확산을 갖지만, 집선기 소자(100c)에 의해 작은 각방향 확산으로 전환됨으로써 LP 반사체(106)는 형광체에 의해 방출되는 가시광을 더욱 양호하게 투과하고 UV 광을 형광체 층으로 다시 반사할 수 있다.
가능한 많은 LED 여기광을 포획하기 위해, 집선기 소자(100a)의 작은 쪽 단부는 도12에 도시된 바와 같이 LED의 측면들에 의해 방출되는 적어도 일부 광을 포획하도록 공동을 가질 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시예들은 다양한 형광체 물질과 작용한다. 형광체 물질은 여기 파장이 300 내지 450 나노미터 범위이고 방출 파장이 가시 파장 범위인 통상적인 무기물 조성을 갖는다. 좁은 방출 파장 범위를 갖는 형광체 물질의 경우, 형광체 물질의 혼합물이 관찰자에 의해 인식될 때 예컨대 적색, 녹색, 청색 방출 형광체의 혼합물과 같이 원하는 색 균형을 달성하도록 처방될 수 있다. 보다 넓은 방출 대역을 갖는 형광체 물질은 더 높은 색 재현 지수(color redition index)를 갖는 형광체 혼합물에 유용하다. 바람직하게는 형광체는 빠른 복사 붕괴율을 가져야 한다. 형광체 혼합물은 에폭시, 접착제 또는 중합성 모재와 같은 결합제에 분산되어서 LED 또는 막과 같은 기판에 도포될 수 있는 1 내지 25 미크론 크기 범위의 형광체 입자들을 포함할 수 있다. 300 내지 470 nm 범위의 광을 더 긴 파장으로 전환하는 형광체는 기술 분야에서 공지되어 있다. 예컨대, 영국 에섹스(Essex) 소재의 포스퍼 테크놀로지 엘티디(Phosphor Technology Ltd.)에서 제공하는 형광체의 라인을 참조하라. 형광체는 희토류 도핑형 가넷(garnet), 실리케이트 및 그 밖의 세라믹을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 "형광체"라는 용어는 형광 염료 및 안료를 포함하는 유기 형광물을 포함할 수도 있다. 300 내지 470 nm 방사율에서 높은 안정성을 갖는 물질, 특히 무기 형광체가 바람직하다.
일부 용어에 대한 용어풀이
LED: 가시광, 자외광 또는 적외광이든 관계없이 간섭성 또는 비간섭성 광을 방출하는 소자. 본 명세서에서 사용되는 용어는 일반적인 종류든지 초방사성 종류든지 시장에서 "LED"로 알려진 비간섭성(그리고 일반적으로 저렴한) 에폭시 봉지 반도체 소자이다. 본 명세서에서 사용된 용어는 반도체 레이저 소자도 포함한다.
가시광: 일반적으로 약 400 내지 700 ㎚ 범위의 파장에서 사람의 맨눈에 인식되는 광.
광학 반복 유닛("ORU"): 비록 대응하여 반복되는 층들이 동일한 두께를 가질 필요는 없지만 다층 광학막의 두께에 걸쳐 반복되는 적어도 두 개의 개별적인 층의 적층물.
광학적 두께: 소정의 본체에 그 굴절율을 곱한 물리적 두께. 일반적으로, 이것은 파장 및 편광의 함수이다.
반사 대역: 상대적으로 낮은 반사율을 갖는 영역이 양 측에 인접한 상대적으로 높은 반사율을 갖는 분광 영역.
자외선(UV): 파장이 약 300 내지 400 ㎚ 범위에 있는 광.
백색광: 보통의 관찰자가 "백색"으로 간주할 수 있는 외양을 산출하도록 안구의 적색, 녹색 및 청색 센서를 자극하는 광. 이런 광은 (일반적으로 따뜻한 백색광으로 지칭되는) 적색 또는 (일반적으로 차가운 백색광으로 지칭되는) 청색으로 편의될 수 있다. 이런 광은 최대 100의 색 재현 지수를 가질 수 있다.
추가적인 논의
본 명세서에서 설명되는 간섭 반사체는 유기물, 무기물 또는 유기물 및 무기물의 조합으로 형성되는 반사체들을 포함한다. 간섭 반사체는 다층 간섭 반사체일 수 있다. 간섭 반사체는 가요성 간섭 반사체일 수 있다. 가요성 간섭 반사체는 중합체 물질, 비중합체 물질 또는 중합체 및 비중합체 물질의 혼합물로 형성될 수 있다. 중합체 및 비중합체 물질을 포함하는 예시적인 막이 미국 특허 제6,010,751호, 제6,172,810호 및 EP 733,919 A2에 개시되어 있다.
본 명세서에서 설명되는 간섭 반사체는 가요성, 가소성 또는 변형 가능한 물질로 형성될 수 있거나 그 자체가 가요성이거나 가소성이거나 변형 가능할 수 있다. 이들 간섭 반사체는 종래의 LED와 사용할 수 있는 반경, 즉 0.5 내지 5 mm의 반경으로 변형 가능하거나 만곡될 수 있다. 이들 가요성 간섭 반사체는 변형되거나 만곡될 수 있으며 예비 편향 광학 특성을 계속 보유할 수 있다.
콜레스테릭 반사 편광자 및 임의의 블록 공중합체와 같은 공지된 자기 조립형 주기적 구조가 본 출원의 목적을 위한 다층 간섭 반사체로 여겨진다. 콜레스테릭 거울은 우측 및 좌측 카이랄 피치(chiral pitch) 요소들의 조합을 이용하여 제조될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 모든 파장의 청색광을 부분적으로 투과하는 롱-패스 필터는 형광체를 처음 통과한 일부 청색광을 LED로부터 형광체 층으로 다시 향하도록 하기 위해 얇은 황색 형광체 층과 함께 이용될 수 있다.
다층 광학막의 기능은 UV 광의 반사를 제공하는 외에도 사람의 눈이 손상되는 것을 방지하고 LED 패키지의 내측 또는 외측의 후속 요소의 품질 저하를 방지하기 위해 UV 광의 투과를 차단하는 것이다. 일부 실시예에서, LED로부터 가장 멀리 위치한 UV 반사체의 측면 상에 UV 흡수체를 합체하는 것이 유리할 수 있다. 이런 UV 흡수체는 다층 광학막 내에, 위에 또는 인접해서 마련될 수 있다.
비록 기술 분야에서는 간섭 필터를 생산하는 다양한 방법이 공지되어 있지만, 모든 중합체 구성은 여러 가지 제조 및 비용 상의 이점을 제공할 수 있다. 높은 광 투과도와 큰 지수차를 갖는 고온 중합체가 간섭 필터에 이용되는 경우, 얇고 아주 가요성이 있는 환경적으로 안정적인 필터가 숏-패스(SP) 및 (LP) 필터의 광학적 필요성을 충족하도록 제조될 수 있다. 특히, 미국 특허 제6,531,230호[웨버(Weber) 등]에서 지시된 바와 같은 공압출 성형된 다층 간섭 필터는 대면적, 비용 효과적 제조 외에도 정밀한 파장 선택을 제공할 수 있다. 높은 치수차를 갖는 중합체 쌍의 사용은 직립식, 즉 기판을 갖지 않지만 여전히 용이하게 가공되는 아주 얇고 높은 반사성 거울의 구성을 허용한다. 이와 같은 간섭 구조는 1 mm 정도로 작은 곡률 반경으로 열 성형되거나 절곡되더라도 쪼개지거나 부서지지 않으며 이외에도 품질 저하되지 않는다.
모든 중합성 필터는 예컨대 (후술하는 바와 같은) 반구형 돔과 같은 다양한 입체 형상으로 열 성형될 수 있다. 그러나, 원하는 각방향 성능을 형성하기 위해 돔의 전체 면 위에서 씨닝(thinning) 공정을 정확한 양으로 제어하기 위해 주의해야 한다. 간단한 2차원 곡률을 갖는 필터는 입체적인 복합 형상의 필터보다 제조가 용이하다. 특히, 어떠한 얇은 가요성 필터라도 예컨대 원통의 일부와 같은 2차원 형상으로 굽힘될 수 있으며, 이 경우 모든 중합성 필터는 필요하지 않다. 다층 무기 필터는 이런 방식으로 얇은 중합성 기판 상에 형성될 수 있으며, 무기물 다층은 두께가 200 미크론보다 작은 유리 기판 상에도 형성될 수 있다. 후자의 경우 낮은 응력으로 영구적인 형상을 얻기 위해 유리 전이점에 가까운 온도로 가열되어야 한다.
롱 및 숏 패스 필터를 위한 최적 밴드에지(bandedge)는 필터들이 내부에서 작동하도록 설계된 시스템에서 LED와 형광체 모두의 방출 분광계에 의존할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 숏 패스 필터의 경우 사실상 모든 LED 방출은 필터를 통과하여 형광체를 여기시키며, 사실상 모든 형광체 방출은 필터에 의해 반사됨으로써 LED 또는 이들 방출이 흡수될 수 있는 LED의 기부로 진입하지 않는다. 이런 이유로 해서, 숏 패스를 한정하는 밴드에지는 LED의 평균 방출 파장과 형광체의 평균 방출 파장 사이의 영역에 위치된다. 예시적인 실시예에서, 필터는 LED와 형광체 사이에 위치된다. 그러나, 필터가 평면인 경우 통상의 LED로부터의 방출은 다양한 각도로 필터를 가격하고 일부 입사각에서 필터에 의해 반사되어 형광체에 도달하지 못한다. 필터가 거의 일정한 입사각을 유지하도록 만곡되지 않은 경우, 전체 시스템 성능을 최적화하기 위해 형광체 및 LED 방출 곡선의 중간점보다 큰 파장에 설계 밴드에지를 배치하길 원할 수 있다. 특히, 끼인 입체각(included solid angle)이 아주 작기 때문에 0도에 가까운 입사각에서 필터로 향하는 형광체 방출은 거의 없다.
다른 예시적인 실시예에서, 롱 패스 반사 필터는 시스템 효율을 개선하기 위해 LED 여기광을 다시 형광체로 순환시키기 위해 LED로부터 형광체 층에 대향해서 배치된다. 예시적인 실시예에서, LED 방출이 가시 분광계에 있고 형광체 색 출력의 균형을 맞추기 위해 대량이 필요한 경우 롱 패스 필터는 생략될 수 있다. 그러나, 수직 입사각보다 높은 입사각에서 보다 많은 광을 통과시킬 수 있는 분광 각도 변이를 거쳐 청색-LED/황색-형광체 시스템의 각방향 성능을 최적화하기 위해 예컨대 청색광과 같은 단파장 광을 부분적으로 투과하는 롱 패스 필터가 사용될 수 있다.
다른 예시적인 실시예에서, LP 필터는 필터 상에서 LED 방출광의 입사각을 거의 일정하게 유지하기 위해 만곡된다. 본 실시예에서, 형광체와 LED는 모두 LP 필터의 일 측면과 대면한다. 높은 입사각에서, LP 필터는 단파장 광을 반사하지 않는다. 이런 이유로 해서, LP 필터의 장파장 밴드에지는 형광체 방출을 가능한 적게 차단하면서 가능한 긴 파장에 배치될 수 있다. 다시, 밴드에지 배치는 전체적인 시스템 효율을 최적화하도록 변경될 수 있다.
본 명세서에서 "인접한"이란 용어는 서로 가까운 두 물품의 상대적 위치를 나타낸다. 인접한 물품들은 접촉하거나 인접한 물품 사이에 하나 이상의 물질이 배치된 상태에서 서로 이격될 수 있다.
LED 여기광은 LED 광원이 방출할 수 있는 모든 광일 수 있다. LED 여기광은 UV광이거나 청색광일 수 있다. 청색광은 자색 및 남색광도 포함한다. LED는 레이저 소자 및 수직 공동면 방출 레이저 소자를 포함하는 유도 또는 초 방사 방출을 이용하는 장치들 뿐만 아니라 동시 방출 장치를 포함한다.
본 명세서에서 설명된 형광체 층들은 연속적 또는 불연속적 층일 수 있다. 형광체 물질의 층은 균일한 또는 불균일한 패턴일 수 있다. 형광체 물질의 층은 예컨대 평면도에서 각각 10,000 ㎛2 보다 작은 또는 500 내지 10,000 ㎛2의 면적을 갖는 복수의 "도트(dot)"와 같은 작은 면적을 갖는 복수의 영역일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 복수의 도트들 각각은 예컨대 적색 방출 도트, 청색 방출 도트 및 녹색 방출 도트와 같이 하나 이상의 서로 다른 파장에서 가시광을 방출하는 형광체로 형성될 수 있다. 복수의 파장에서 가시 광을 방출하는 도트들은 원하는 바에 따라 임의의 균일한 또는 불균일한 방식으로 배열되어 구성될 수 있다. 예컨대, 형광체 물질의 층은 면적의 표면을 따라 불균일한 밀도 구배를 갖는 복수의 도트들일 수 있다. "도트"들은 임의의 규칙적인 또는 불규칙적인 형상을 가질 수 있으며, 평면에서 곡면일 필요가 없다. 형광체 물질은 다층 광학막의 공압출 성형된 표피층일 수 있다.
구조화된 형광체 층은 후술하는 바와 같은 성능 상의 이점들을 제공하기 위해 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 더 넓고 더 충분한 분광 출력을 제공하기 위해 복수의 형광체 층이 사용되는 경우, 보다 짧은 파장의 형광체로부터 나온 광은 다른 형광체들에 의해 흡수될 수 있다. 각 형광체 유형의 고립된 도트들, 라인들 또는 고립된 영역들을 포함하는 패턴은 재흡수량을 감소시킨다. 이는 비흡수 펌프광이 다시 형광체 패턴으로 반사되는 공동형 구조에서 특히 효과적이다.
다층 구조는 흡수율을 감소시킬 수도 있다. 예컨대, 최장 파장 방출기가 여기 공급원에 가장 근접한 상태에서 각 형광체의 층들을 순서대로 형성하는 것이 유리할 수 있다. 방출기에 근접해서 방출된 광은 전체 형광체 층 내에서 출력면에 가깝게 방출된 광보다 평균적으로 더 넓은 범위로 다중 산란을 할 수 있다. 최단 방출 파장은 대부분 재흡수되기 쉽기 때문에 최단 파장의 형광체를 출력면에 가장 근접하게 위치시키는 것이 유리하다. 또한, 여기광이 다층 구조를 통해 진행함에 따라 점차 낮아지는 여기광의 강도를 보상하기 위해 각 층의 두께를 서로 다르게 하는 것이 유리할 수 있다. 유사한 흡수 및 방출 특성을 갖는 형광체 층에 경우, 여기된 곳에서 외측으로 점차 얇아지는 층은 각 층에서 감소하는 여기 강도를 보상할 수 있다. 또한, 순서에 있어 선행 형광체 층에 의해 후방 산란하고 재흡수되는 형광체 방출광을 감소시키기 위해 서로 다른 형광체 층들 사이에 숏-패스 필터를 배치하는 것이 유리할 수도 있다.
형광체 피막을 구비한 막 구조물을 형성함으로써 소자를 위한 개별 유닛으로 다이 절단하기에 적절한 작은 구조물들의 어레이를 제조할 수도 있다. 예컨대, 소형 돔 또는 반구체의 어레이가 인쇄될 수 있으며, 그 각각은 (후술하는 바와 같이) PLED에 존재하는 "할로 효과(halo effect)"를 감소시키는 데 유용할 수 있다.
비산란 형광체 층은 다층 광학막과 함께 개선된 광 출력을 제공할 수 있다. 비산란 형광체 층은 지수-일치형 결합제(예컨대, 고지수 비활성 나노 입자를 구비한 결합제) 내에 종래의 형광체 또는 (예컨대, 입자 크기가 작고 광을 무시할 정도로 산란시키는 곳에) 종래의 형광체 조성의 나노크기 입자들을 포함하거나, 양자 도트 형광체를 사용할 수 있다. 양자 도트 형광체는 전자 구조가 입자 크기에 의해 영향을 받고 제어되도록 입자 크기가 충분히 작은 황화 카드뮴과 같은 반도체에 기반한 광 방출기이다. 따라서, 흡수 및 방출 분광계는 입자 크기에 의해 제어된다. 양자 도트는 미국 특허 제6,501,091호에 개시되어 있다.
본 명세서에는 형광체/반사체 조립체를 포함하는 제1 광학 요소가 나중에 LED 기부에 부착될 수 있으며, 방열체는 형광체 층 및 간섭 필터가 부착될 수 있는 투명 방열체를 선택적으로 포함할 수 있는 실시예가 개시된다. 투명 방열체는 형광체 층/간섭 필터 및 LED 기부 사이에 배치되는 사파이어 층일 수 있다. 대부분의 유리는 중합체보다 높은 열전도성을 가지며 그 기능도 유용할 수 있다. 많은 다른 결정성 물질의 열전도성은 대부분의 유리보다 높으며 본 발명에서도 사용될 수 있다. 사파이어 층은 금속 방열체에 의해 모서리에서 접촉될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 형광체 층으로 간섭 필터(즉, 중합성 간섭 필터)를 피복하기에 앞서, 필터의 표면은 피막의 밀착성을 개선하도록 처리될 수 있다. 최적의 처리는 필터의 표면층 및 형광체 피막 내의 물질 모두에 의존하며, 특히 표면 상에 형광체 입자를 보유하기 위해 사용되는 결합제에 의존한다. 표면 처리는 표준 코로나 방전 처리이거나, 도료층이 뒤어어 형성되는 코로나 방전일 수 있다. 도료층은 통상적으로 1 미크론 두께보다 작다. 유용한 도료물은 PVDC와, 바이텔(Vitel)과 같은 술폰화 유도체 폴리에스테르 및 그 밖의 비정질 폴리에스테르와, 바이넬(Bynel)(듀폰) 및 어드메르(Admer)(미쯔이 케미컬즈)와 같은 말레인화 공중합체(maleated copolymer)와, 엘박스(Elvax)(듀폰)와 같은 이브이에이(EVA)이다. 형광체 층을 위한 결합제는 열가소성 및/또는 열 성형성일 수 있으며 예컨대 플루오르폴리머 또는 실리콘계 물질일 수 있다.
대안적인 도료층은 예컨대 바람직하게는 이온 또는 플라즈마 성분이 도료층을 증착하면서 중합체 표면을 가격하는 이온 비임과 같은 에너지 공급원 또는 가스 플라즈마 공급원으로부터 피복되는 진공 피복층을 포함한다. 이와 같은 도료층은 통상적으로 티타니아 또는 실리카 층과 같은 무기물 층이다.
비록 단파장 광을 가시광으로 하향 전환하기 위해 형광체를 사용하는 것에 많이 주목했지만 적외선 방사를 가시광으로 상향 전환하는 것도 가능하다. 상향 전환 형광체는 기술 분야에서 공지되어 있으며 통상적으로 하나의 가시 광자를 생성하기 위해 둘 이상의 적외선 광자를 이용한다. 이와 같은 형광체를 넣기 위해 필요한 적외선 LED도 설명되었으며 아주 효율적이다. 이런 공정을 이용하는 가시 광원은 비록 하향 전환 형광체 시스템에 비해 각각의 기능이 역전되지만 롱-패스(LP) 및 숏-패스(SP) 필터를 사용하여 더 효율적으로 제조될 수 있다. SP 필터는 가시광을 투과하면서 형광체 쪽으로 IR광을 향하게 하기 위해 사용될 수 있으며, LP 필터는 의도된 시스템 또는 사용자 쪽으로 방출 가시광을 외향시키기 위해 형광체와 LED 사이에 위치될 수 있다.
SP 또는 LP 필터의 수명은 바람직하게는 동일한 시스템에서 LED의 수명 이상이다. 중합성 간섭 필터의 품질 저하는 층의 두께 값 따라서 필터가 반사하는 파장을 변화시키는 재료적 크립 현상을 유발할 수 있는 과열에 기인할 수 있다. 최악의 경우, 과열은 중합체 물질을 용융시킴으로써, 필터의 불균일을 야기할 뿐만 아니라 물질의 급속 유동과 파장 선택의 변화를 가져온다.
중합체 물질의 품질 저하는 중합체 물질에 따라 청색, 자색 또는 자외선과 같은 단파장(활성선) 방사선에 의해 유발될 수도 있다. 품질 저하 속도는 화학선 광속 및 중합체의 온도 모두에 따른다. 일반적으로, 온도와 유속은 모두 LED로부터의 거리가 증가함에 따라 감소할 것이다. 따라서 높은 휘도의 LED, 특히 UVLED의 경우 설계가 허용 범위에서 중합체 필터를 LED로부터 가능한 멀리 위치시키는 것이 유리하다. 상술한 바와 같이 투명 방열체 상에 중합체 필터를 배치함으로써 필터의 수명도 개선할 수 있다. 돔형 필터의 경우, 활성선의 유속은 LED로부터의 거리의 제곱으로 감소한다. 예컨대, 곡률 중심에 일방향성 1와트(watt) LED가 배치된 1 ㎝ 반경의 반구형 MOF 반사체는 1/(2π) Watt/㎠의 평균 강도를 겪을 수 있다(돔의 표면적 = 2π㎠). 0.5 ㎝ 반경에서, 돔 상에서의 평균 강도는 그 값의 네 배, 또는 2/π W/㎠일 수 있다. LED, 형광체 및 다층 광학막의 시스템은 광속 및 온도 제어를 고려해서 설계될 수 있다.
반사 편광자는 다층 반사체에 인접해서 그리고/또는 형광체 물질에 인접해서 배치될 수 있다. 반사 편광자는 다른 편광을 반사하면서도 바람직한 편광의 광이 방출될 수 있도록 한다. 기술 분야에서 공지된 형광체 층 및 다른 막 성분은 반사 편광자에 의해 반사된 편광광을 복극할 수 있으며, 형광체 층 또는 다층 반사체와 함께 형광체 층의 반사에 의해 광은 재생되어 고상 광학 소자(LED)의 편광광의 휘도를 증가시킬 수 있다. 적절한 반사 편광자는 예컨대 콜레스테릭 반사 편광자, 1/4파장 지연체를 구비한 콜레스테릭 반사 편광자, 3M 컴패니에서 판매하는 DBEF 반사 편광자 또는 3M 컴패니에서 판매하는 DRPF 반사 편광자를 포함한다. 반사 편광자는 바람직하게는 실질적인 범위의 파장과 각도에서 형광체에 의해 방출되는 광을 편광시키고, LED가 청색광을 방출하는 경우 LED 방출 파장 범위도 마찬가지로 반사시킬 수 있다.
적절한 다층 반사체 막은 두 개의 인접한 층의 두께 방향으로의 반사율이 사실상 일치하고 아주 크거나 존재하지 않은 브루스터 각(p-편광광의 반사율이 0으로 되는 각도)을 갖는 복굴절 다층 광학막이다. 이는 다층 편광자를 구성할 수 있도록 하며, p-편광된 광에 대한 반사도가 입사각과 함께 느리게 감소하는 편광자는 입사각에 무관하거나 입사각이 법선으로부터 멀어짐에 따라 증가한다. 그 결과, 넓은 대역폭에 걸쳐 (거울의 경우 모든 입사 방향에 대한 그리고 편광자의 경우 선택된 방향에 대한 편광면 모두에 대해) 높은 반사율을 갖는 다층막이 달성될 수 있다. 이들 중합성 다층 반사체는 제1 및 제2 열가소성 중합체의 교호층들을 포함한다. 교호층들은 상호 직교하는 x- 및 y-축이 층에 평행하게 연장되고 z-축이 x- 및 y-축에 직교하는 국부 좌표계를 한정하며 층들의 적어도 일부는 복굴절성이다. 제1 및 제2 층 사이의 굴절율 차이의 절대값은 상호 직교하는 제1, 제2 및 제3 축을 따라 편광된 광에 대해 각각 △x, △y 및 △z이다. 제3 축은 △x가 약 0.05보다 크고 △z가 약 0.05보다 작은 곳에서 막의 평면에 직교한다. 이들 막은 예컨대 미국 특허 제5,882,774호에 설명되어 있다.
도13은 예컨대 도1의 광원에서 사용되는 형광체-반사체 조립체(116)의 다른 실시예의 단면도이다. 다층 반사체(126)은 형광체 물질층(122)에 인접해서 마련된 것으로 도시되지만, 다층 반사체(126)는 광이 단지 형광체 물질층(122)과 다층 반사체(126) 사이를 진행할 수 있도록 위치될 필요는 없다. 다층 반사체(126)는 가시광의 적어도 일부를 반사하고 예컨대 UV 또는 청색광과 같은 LED 여기광을 투과한다. 이런 다층 반사체(126)를 상술한 바와 같이 숏-패스(SP) 반사체라 지칭할 수 있다.
다층 반사체(126)는 본 명세서에서 논의한 바와 같이 LED(12)로부터의 광을 수광하도록 위치될 수 있다. 다층 반사체(126)는 모든 이용 가능한 두께를 가질 수 있다. 다층 반사체(126)은 그 두께가 5 내지 200 마이크로미터 또는 10 내지 100 마이크로미터일 수 있다. 선택 사항으로서 다층 반사체(126)는 무기물을 사실상 포함하지 않을 수 있다.
다층 반사체(126)는 본 명세서에서 논의한 바와 같이 UV광, 청색광 또는 자색광에 노출될 때 품질 저하를 겪지 않는 물질로 형성될 수 있다. 본 명세서에서 논의된 다층 반사체는 오랜 동안 고강도의 조명 하에서도 안정적일 수 있다. 고강도 조명은 일반적으로 1 내지 100 Watt/㎠의 광속 수준으로 한정될 수 있다. 간섭 반사체에서 작동 온도는 100 ℃ 이하 또는 65 ℃ 이하일 수 있다. 적절한 예시적인 중합체 물질로는 예컨대 아크릴계 물질, PET 물질, PMMA 물질, 폴리스티렌 물질, 폴리카보네이트 물질, 3M(미네소타주 세인트 폴 소재)에서 판매하는 THV 물질 및 이들의 조합으로 형성된 내자외선 물질이 있다. 이들 물질과 PEN 물질은 청색 여기광에 대해 사용될 수 있다.
다층 반사체(126)에는 본 명세서에서 설명된 바와 같은 LED(12)가 모든 사용 가능한 구성으로 배치될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 다층 반사체(126)는 형광체 층(122)과 LED(12) 사이에 위치된다. 다른 예시적인 실시예에서, 형광체 층(122)은 다층 반사체(126)와 LED(12) 사이에 위치된다. 다층 반사체(126)는 UV광 또는 청색광을 투과하고 녹색광, 황색광 또는 적색광과 같은 가시광 분광계의 적어도 일부를 반사하도록 구성될 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 다층 반사체(126)는 UV광, 청색광 또는 녹색광을 투과하고 황색광 또는 적색광과 같은 가시광 분광계의 적어도 일부를 반사하도록 구성될 수 있다.
형광체 물질층(122)은 LED(12)로부터 발광된 여기광으로 조명될 때 가시광을 방출할 수 있다. 형광체 물질층(122)은 모든 이용 가능한 두께를 가질 수 있다. 형광체 물질층(122)은 예컨대, 폴리에스테르 물질과 같은 임의의 수의 결합제를 포함할 수도 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 형광체 물질층(122)은 접착재를 포함할 수 있다. 또다른 예시적인 실시예에서, 접착재는 형광체 물질층(122)과 중합성 다층 반사체(126) 사이에 배치될 수 있다. 접착재는 선택적인 기능성 접착제일 수 있다. 즉, 예컨대 염료나 산란 입자들과 같은 또다른 광학 물질을 포함할 수 있다.
형광체-반사체 조립체(116)는 다양한 방식으로 형성될 수 있다. 예컨대, 형광체 물질층(122)은 중합성 다층 반사체(126) 상에 배치되거나 피복될 수 있다. 형광체 물질층(122)은 중합성 다층 반사체(126) 상에 유동성 물질로 도포될 수 있다. 형광체 물질층(122)은 중합성 다층 반사체(126)에 인접해서 고체층으로서 적층될 수 있다. 또한, 형광체 물질층(122)과 중합성 다층 반사체(126)는 연속적으로 또는 순차적으로 열 성형될 수 있다. 형광체 층은 압축성 또는 탄성 중합성일 수 있으며 발포 구조로 수용될 수도 있다.
형광체-반사체 조립체(116)는 본 명세서에서 설명되고 도2에 도시된 바와 같이 형광체 물질층(122) 상에 배치되는 제2 간섭 반사체를 포함할 수 있다. 도2를 참조하면, 이러한 제2 다층 반사체(26)는 형광체 물질층(22)에 인접한 것으로 도시되지만, 제2 다층 반사체(26)는 상술한 바와 같이 광이 형광체 물질층(22)과 다층 반사체(26) 사이에서만 진행할 수 있도록 배치될 필요는 없다. 제2 간섭 반사체(26)는 롱-패스 또는 숏-패스 반사체일 수 있다. 형광체 물질층(22)과 중합성 다층 반사체(26)는 예컨대 평면형, 입체형 또는 만곡형과 같은 임의의 원하는 형상일 수 있다.
도14는 도1의 광원에서 사용되는 형광체-반사체 조립체(216)의 다른 실시예의 단면도이다. 다층 반사체(224)는 형광체 물질층(222)에 인접한 것으로 도시되지만, 다층 반사체(224)는 광이 형광체 물질층(222)과 다층 반사체(224) 사이에서만 진행하도록 위치될 필요는 없다. 다층 반사체(224)는 예컨대 UV 또는 청색광과 같은 LED 여기광을 반사하고 가시광의 적어도 일부를 투과한다. 이런 다층 반사체(224)를 상술한 바와 같이 롱-패스(LP) 반사체라 지칭할 수 있다.
다층 반사체(224)는 형광체 물질층(222)으로 LED 여기광을 반사하도록 위치된다. 다층 반사체(224)는 모든 이용 가능한 두께를 가질 수 있다. 다층 반사체(224)는 그 두께가 5 내지 200 마이크로미터 또는 10 내지 100 마이크로미터일 수 있다. 다층 반사체(224)는 본 명세서에서 논의한 바와 같이 UV광에 노출될 때 품질 저하를 겪지 않는 물질로 형성될 수 있다. 선택 사항으로서 다층 반사체(224)는 무기물을 사실상 포함하지 않을 수 있다.
다층 반사체는 측면 두께 구배, 즉 반사체 상의 일 지점에서 반사체 상의 다른 지점까지 다른 두께를 가질 수 있다. LED 방출광 입삭각이 다층 반사체의 외측 영역 쪽으로 증가함에 따라 이들 반사체도 두터워질 수 있다. 반사된 파장은 두께 및 입사각에 비례하기 때문에 외측 영역에서 반사체 두께의 증가는 대역 변이 문제점을 보상한다.
다층 반사체(224)에는 본 명세서에서 설명된 바와 같은 LED(12)가 모든 사용 가능한 구성으로 배치될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 다층 반사체(224)는 형광체 층(222)과 LED(12) 사이에 위치된다. 다른 예시적인 실시예에서, 형광체 층(222)은 다층 반사체(224)와 LED(12) 사이에 위치된다. 다층 반사체(224)는 UV광 또는 청색광을 반사하고 녹색광, 황색광 또는 적색광과 같은 가시광 분광계의 적어도 일부를 투과하도록 구성될 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 다층 반사체(224)는 UV광, 청색광 또는 녹색광을 반사하고 황색광 또는 적색광과 같은 가시광 분광계의 적어도 일부를 투과하도록 구성될 수 있다.
형광체 물질층(222)은 LED(12)로부터 발광된 여기광으로 조명될 때 가시광을 방출할 수 있다. 형광체 물질층(222)은 모든 이용 가능한 두께를 가질 수 있다. 형광체 물질층(22)은, 예컨대 폴리에스테르 물질과 같은 임의의 수의 결합제를 포함할 수도 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 형광체 물질층(222)은 접착재를 포함할 수 있다. 또다른 예시적인 실시예에서, 접착재는 형광체 물질층(222)과 중합성 다층 반사체(224) 사이에 배치될 수 있다. 접착재는 선택적인 기능성 접착제일 수 있다.
형광체-반사체 조립체(216)는 다양한 방식으로 형성될 수 있다. 예컨대, 형광체 물질층(222)은 중합성 다층 반사체(224) 상에 배치되거나 피복될 수 있다. 형광체 물질층(222)은 중합성 다층 반사체(224) 상에 유동성 물질로서 도포될 수 있다. 형광체 물질층(222)은 중합성 다층 반사체(224)에 고체층으로서 적층될 수 있다. 또한, 형광체 물질층(222)과 중합성 다층 반사체(224)는 연속적으로 또는 순차적으로 열 성형될 수 있다. 형광체 층은 압축성 또는 탄성 중합성일 수 있으며 발포 구조로 수용될 수도 있다.
형광체-반사체 조립체(216)는 본 명세서에서 설명되고 도2에 도시된 바와 같은 숏-패스 반사체를 추가로 포함할 수 있다. 형광체 물질층(222)과 다층 반사체(224)는 예컨대 평면형, 입체형 또는 만곡형과 같은 임의의 원하는 형상일 수 있다.
도15는 형광체 계열 광원(310)의 이 성분 시스템의 개략적 단면도이다. 형광체-반사체 요소(311)는 단일 요소로서 형성될 수 있으며, LED 요소(309)는 단일 요소로서 제공될 수 있다. PLED(310)는 제2 광학 요소[LED 요소(309)]로부터 방출된 광을 수광하기 위해 제1 광학 요소[형광체-반사체 조립체(311)]를 배치함으로써 형성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, LED 요소(309)는 형광체-반사체 조립체(311) 결합면(313)과 결합하도록 배열되어 구성되는 결합면(308)을 가질 수 있다. 형광체-반사체 조립체(316)에 대하여는 상술하였다. 형광체-반사체 조립체(316)는 광학적 투명 물질(310) 내에 또는 광학적 투명 물질 표면(320) 상에 배치될 수 있다.
예
적분구[옵트로닉 래보러토리즈(Optronic Laboratories), 품명 OL IS-670-LED]와 고정밀 LED 홀더[옵트로닉 래보러토리즈, 품명 OL 700-80-20]가 끼워진 분광 복사계[미국 플로리다주 올랜도 소재, 옵트로닉 래보러토리즈 인크, 품명 OL 770-LED]를 사용하여 본 발명의 형광체 발광을 측정하였다. 분광 복사계는 입력 포트에서 적분구로 진입하는 (와트/나노미터당 단위의) 전체 방사 에너지를 보고하도록 조정되었다. 2.54 ㎝(1 inch) 직경의 디스크가 커스텀 펀치를 사용하여 형광체 피복 샘플로부터 제조되었다. 이 디스크는 고정밀 LED 홀더 상에 장착되도록 제조된 커스텀 필름 어댑터 내로 끼워진다. 커스템 어댑터는 포장된 LED의 기부 위로 대략 2.54 ㎝(1 inch)정도만큼 막 샘플을 유지한다. 측정은 홀더 내에 LED를 장착하고 형광체 피막을 구비한 막을 어댑터 내로 배치하고 발광 다이오드 마운트에 어댑터를 장착해서 다이오드 마운트 조립체를 적분구의 진입 개구 내로 삽입하여 수행되었다. 필요한 경우, 조정된 중밀도 필터가 분광 복사계의 검출기에 도달하는 광 수준을 조절하기 위해 사용되었다.
다른 언급이 없는 경우, 다음의 예에서 사용된 다층 광학막은 수직 입사각에서 동등하게 두 편광 상태를 반사시켰다(즉, 각각의 개별 광학층은 직교하는 면축을 따라서 공칭적으로 동일한 굴절율을 갖는다).
형광체 층의 두께가 주어진 모든 다음의 예에서, 두께는 형광체 층 및 기판 막 모두 두께에서 기판 막의 두께를 뺌으로써 결정되었다. 이들 두께는 편평한 접촉점[파울러(Fowler), 카탈로그 번호 52-525-035]이 다이얼 게이지 스탠드[파울러, 카탈로그 번호 52-580-020]에 장착된 다이얼 지시자[미국 메사츄세츠주 뉴톤 소재, 파울러 코., 인크.(Fowler Co., Inc.), 카탈로그 번호 52-520-140]를 사용하여 측정되었다. 기판 막의 두께는 기판 막 상에서 무작위로 선택된 위치에서 세 번 측정한 값의 평균이었다. 형광체 층과 기판 막의 두께는 형광체 층 상의 무작위로 선택된 위치에서 여섯 번 측정한 값의 평균이었다.
예 1
세륨 도핑 이티륨 알루미늄 가넷(YAG:Ce) 형광체의 피막이 다음의 절차에 의해 단층 투명 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)(PET)막 상에 제조되었다.
12.00 g의 플루오르폴리머 수지[미국 아리조나주 챈들러(Chandler) 소재, 듀렐 컴패니(Durel Company), 부품 번호: 1INR001, rev:AA, 배치(batch) 번호:KY4-035, 품명 "형광체 잉크 부품 A: 수지 용액"]를 40 ㎖ 유리 항아리 내에 놓았다. 15.02 g의 YAG:Ce 형광체[영국 스티브니지(Stevenage) 소재, 포스퍼 테크놀로지 엘티디, 품명 QMK 58/F-U1 로트(Lot) #13235]를 평량 접시로 측정했다. 형광체는 우선 수지에 형광체의 반을 첨가하여 스테인레스강 주걱을 이용하여 손으로 혼합하고 뒤이어 다른 반을 첨가하여 손으로 혼합함으로써 혼합되었다. 형광체와 수지는 혼합물이 매끄러운 질감과 균일한 외양을 가질 때까지 혼합되었다. 최종 형광체 반죽을 수용하는 항아리를 뚜껑으로 덮혀서 30분 동안 병 롤러 상에 놓았다.
폭이 15.24 ㎝(6 inch), 길이가 25.4 ㎝(10 inch), 두께가 1.5 밀(mil)인 3M 컴파니(미네소타주 세인트 폴 소재)의 단층 투명 PET 막 시트를 투명한 편평면 상에 배치했다. 무진(lint-free) 면직물에 메탄올을 적셔서 PET 막의 양 면을 닦았다. 병 롤러로부터 형광체 반죽을 수용한 항아리를 제거하고 PET 막 상의 작은 웅덩이 내로 약 5 g의 반죽을 놓았다. 5 mil 간극의 정사각 다단 유격 도포기(square multiple clearance applicator)[미국 메릴랜드 컬럼비아 소재, 비와이케이-가드너 유에스에이(BYK-Gardner USA), 품명 PAR-5357]를 사용하여 형광체 반죽을 피막으로 수동 연신했다. 젖은 상태의 막을 중력 대류 오븐[미국 펜실베이아주 웨스트 체스터(West Chester) 소재, 브이더블유알(VWR) 인터내셔널 인크(International Inc.), 품명 모델 1350G]에서 30분 동안 약 130 ℃의 온도에서 경화시켰다. 경화 후, 형광체/수지 피막 두께는 1.6 mil였다.
직경이 2.54 ㎝(1 inch)인 YAG:Ce 피복 막의 디스크를 마련해서 상술한 바와 같이 분광 복사계 내에 장착했다. 디스크는 형광체 피복면이 적분구와 대면하도록 배향되었다. 피크 파장이 약 463 ㎚인 청색 LED[오하이오주 스테우벤빌(Steubenville) 소재 호스펠트 일렉트로닉스 인크(Hosfelt Electronics, Inc.), 품명 부품 #25-365]를 사용하여 형광체를 여기시켰다. 청색광을 위한 편평 여기면을 제공하기 위해 패키지 상부의 돔형 렌즈를 가공함으로써 청색 LED용 표준 5 mm 패키지를 개조했다. 대략적으로 0.457 ㎝(0.18 inch)의 패키지가 패키지의 상부로부터 제거되었다. LED에 일정 전류 전력 공급기를 사용하여 20 mA 및 3.46 V의 전력을 공급했다. 분광 복사계를 사용하여 기록된 형광체 층의 방출 분광계는 도16에서 "예 1"로 지시된 곡선으로 도시된다. 분광 복사계에 마련된 소프트웨어를 사용하여, 적분구 내로 방출되는 총 광선속은 0.068 루멘(lumen)으로 계산되었다.
예 2
PET와 co-PMMA가 교호하는 층을 갖고 약 600 ㎚ 내지 약 1070 ㎚까지의 수직-입사 반사 대역(반가폭에서 측정)을 갖는 (미국 특허 제6,531,230호에 따라 제조된) 한 조각의 다층 광학막(MOF)을 예 1의 형광체 피복 PET 막과 (20 mA에서 작동하는) 예 1의 청색 LED 사이의 막 어댑터에 배치했다. 분광계를 기록했으며, 이는 도16에서 "예 2"로 지시된 곡선으로 도시된다. 분광 복사계에 마련된 소프트웨어를 사용하여, 적분구 내로 방출되는 총 광선속이 0.118 루멘으로 계산되었다. 이는 73 %의 광도 증가를 나타낸다.
예 3
황화 아연(ZnS) 형광체의 피막이 다음의 절차에 의해 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)(PET)막 상에 제조되었다.
20.04 g의 플루오르폴리머 수지[미국 아리조나주 챈들러 소재, 듀렐 컴패니, 부품 번호: 1INR001, rev:AA, 배치 번호:KY4-035, 품명 "형광체 잉크 부품 A: 수지 용액]를 56.7 g(2 ounce)의 유리 항아리 내에 배치했다. 20.06 g의 ZnS 형광체[영국, 스티브니지 소재, 포스퍼 테크놀로지 엘티디, 품명 GL29A/N-C1 로트(Lot) #11382]를 평량 접시로 측정했다. 형광체는 우선 수지에 형광체의 반을 첨가하여 스테인레스강 주걱을 이용하여 손으로 혼합하고 뒤이어 다른 반을 첨가하여 손으로 혼합함으로써 혼합되었다. 형광체와 수지는 혼합물이 매끄러운 질감과 균일한 외양을 가질 때까지 혼합되었다. 최종 형광체 반죽을 수용하는 항아리를 뚜껑으로 덮혀서 24시간 동안 병 롤러 상에 놓았다.
폭이 15.24 ㎝(6 inch), 길이가 25.4 ㎝(10 inch), 두께가 1.5 밀(mil)인 3M 컴파니(미네소타주 세인트 폴 소재)의 투명 PET 막 시트를 투명한 편평면 상에 배치했다. 무진 면직물에 메탄올을 적셔서 PET 막의 양 면을 닦았다. 병 롤러로부터 형광체 반죽을 수용한 항아리를 제거하고 PET 막 상의 작은 웅덩이 내에 약 3 g의 반죽을 놓았다. 2 mil 간극의 정사각 다단 유격 도포기[미국 메릴랜드 컬럼비아 소재, 비와이케이-가드너 유에스에이, 품명 PAR-5353]를 사용하여 형광체 반죽을 피막으로 수동 연신했다. 젖은 상태의 막을 중력 대류 오븐[미국 펜실베이아주 웨스트 체스터 소재, 브이더블유알 인터내셔널 인크, 품명 모델 1350G]에서 30분 동안 약 130 ℃의 온도에서 경화시켰다. 경화 후, 형광체/수지 피막 두께는 0.7 mil였다.
직경이 2.54 ㎝(1 inch)인 ZnS 피복 막의 디스크를 마련해서 상술한 바와 같이 분광 복사계 내에 장착했다. 디스크는 형광체 피복면이 적분구와 대면하도록 배향되었다. 피크 파장이 약 395 ㎚인 UV LED[오하이오주 스테우벤빌 소재, 호스펠트 일렉트로닉스 인크, 품명 부품 #25-495]를 사용하여 형광체를 여기시켰다. UV광을 위한 편평 여기면을 제공하기 위해 패키지 상부의 돔형 렌즈를 가공함으로써 UV LED용 표준 5 mm 패키지를 개조했다. 대략적으로 0.457 ㎝(0.180 inch)의 패키지가 패키지의 상부로부터 제거되었다. LED에 일정 전류 전력 공급기를 사용하여 20 mA 및 3.7 V의 전력을 공급했다. 분광 복사계를 사용하여 기록된 형광체 층의 방출 분광계는 도17에서 "예 3"으로 지시된 곡선으로 도시된다. 분광 복사계에 마련된 소프트웨어를 사용하여, 적분구 내로 방출되는 총 광선속이 0.052 루멘으로 계산되었다.
예 4
PET와 co-PMMA가 교호하는 층을 갖고 약 320 ㎚ 내지 약 490 ㎚까지의 수직-입사 반사 대역(반가폭에서 측정)을 갖는 (미국 특허 제6,531,230호에 따라 제조된) 한 조각의 다층 광학막(MOF)을 예 3의 형광층 상부 상의 막 어댑터에 배치했으며, (20 mA에서 작동하는) 예 3의 UV LED를 여기 공급원으로 사용했다. 분광계를 기록했으며, 이는 도17에서 "예 4"로 지시된 곡선으로 도시된다. 분광 복사계에 마련된 소프트웨어를 사용하여, 적분구 내로 방출되는 총 광선속은 0.062 루멘으로 계산되었다. 이는 예 3에 비교할 때 약 19 %의 광도 증가를 나타낸다.
예 5
두 조각의 다층 광학막(MOF)를 적층함으로써 광대역 가시 반사체를 제조했다. PET와 co-PMMA가 교호하는 층을 갖고 약 490 ㎚ 내지 약 610 ㎚까지의 수직-입사 반사 대역(반가폭에서 측정)을 갖는 (미네소타주 세인트 폴 소재 3M 컴파니에 의해 제조된) MOF 층을 PET와 co-PMMA가 교호하는 층을 갖고 약 590 ㎚ 내지 약 710 ㎚까지의 수직-입사 반사 대역(반가폭에서 측정)을 갖는 (미네소타주 세인트 폴 소재 3M 컴파니에 의해 제조된) MOF 층에 광학적으로 투명한 접착제를 사용하여 적층했다. 적층물을 예 3의 형광체 피복 PET 막과 (20 mA에서 작동하는) 예 3의 UV LED 사이에 배치했다. PET와 co-PMMA가 교호하는 층을 갖고 약 320 ㎚ 내지 약 490 ㎚까지의 수직-입사 반사 대역(반가폭에서 측정)을 갖는 (미네소타주 세인트 폴 소재 3M 컴파니에 의해 제조된) 한 조각의 다층 광학막(MOF)을 LED측 상의 가시 거울과 다른 측 상의 UV/청색 거울 사이에 개재된 형광체 층을 갖는 공동을 형성하도록 형광층 상부의 막 어댑터에 배치했다. 분광계를 기록했으며, 이는 도17에서 "예 5"로 지시된 곡선으로 도시된다. 분광 복사계에 마련된 소프트웨어를 사용하여, 적분구 내로 방출되는 총 광선속은 0.106 루멘으로 계산되었다. 이는 예 3에 비교할 때 약 104 %의 광도 증가를 나타낸다.
예 6
황화 아연(ZnS) 형광체의 피막이 다음의 절차에 의해 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)(PET)막 상에 제조되었다.
폭 15.24 ㎝(6 inch), 길이 25.4 ㎝(10 inch), 두께 1.5 밀(mil)인 투명 PET 막의 시트 상에 예 3에서 설명된 형광체 반죽을 피복했다. 투명 편평면의 상부에 PET를 배치했다. 무진 면직물에 메탄올을 적셔서 PET 막의 양 면을 닦았다. PET 막 상에 약 3 g의 반죽을 놓았다. 4 mil 간극의 정사각 다단 유격 도포기[미국 메릴랜드 컬럼비아 소재, 비와이케이-가드너 유에스에이, 품명 PAR-5353]를 사용하여 형광체 반죽을 피막으로 수동 연신했다. 젖은 상태의 막을 중력 대류 오븐[미국 펜실베이아주 웨스트 체스터 소재, 브이더블유알 인터내셔널 인크, 품명 모델 1350G]에서 30분 동안 약 130 ℃의 온도에서 경화시켰다. 경화 후, 형광체/수지 피막 두께는 1.3 mil였다.
직경이 2.54 ㎝(1 inch)인 ZnS 피복 막의 디스크를 마련해서 상술한 바와 같이 분광 복사계 내에 장착했다. 디스크는 형광체 피복면이 적분구와 대면하도록 배향되었다. 피크 파장이 약 395 ㎚인 UV LED[오하이오주 스테우벤빌 소재, 호스펠트 일렉트로닉스 인크, 품명 부품 #25-495]를 사용하여 형광체를 여기시켰다. UV광을 위한 편평 여기면을 제공하기 위해 패키지 상부의 돔형 렌즈를 가공함으로써 UV LED용 표준 5 mm 패키지를 개조했다. 대략적으로 0.457 ㎝(0.180 inch)의 패키지가 패키지의 상부로부터 제거되었다. LED에 일정 전류 전력 공급기를 사용하여 20 mA 및 3.7 V의 전력을 공급했다. 분광 복사계를 사용하여 기록된 형광체 층의 방출 분광계는 도18에서 "예 6"으로 지시된 곡선으로 도시된다. 분광 복사계에 마련된 소프트웨어를 사용하여, 적분구 내로 방출되는 총 광선속은 0.066 루멘으로 계산되었다.
예 7
PET와 co-PMMA가 교호하는 층을 갖고 약 490 ㎚ 내지 약 610 ㎚까지의 수직-입사 반사 대역(반가폭에서 측정)을 갖는 (미네소타주 세인트 폴 소재 3M 컴파니에 의해 제조된) 한 조각의 다층 광학막(MOF)을 예 6의 형광체 피복 PET 막과 (20 mA에서 작동하는) 예 6의 UV LED 사이의 막 어댑터에 배치했다. 분광계를 기록했으며, 이는 도18에서 "예 7"로 지시된 곡선으로 도시된다. 분광 복사계에 마련된 소프트웨어를 사용하여, 적분구 내로 방출되는 총 광선속은 0.095 루멘으로 계산되었다. 이는 예 6에 비교할 때 약 44 %의 광도 증가를 나타낸다.
예 8
황화 아연(ZnS) 형광체의 피막이 다음의 절차에 의해 다층 광학막(MOF) 상에 제조되었다.
PET와 co-PMMA가 교호하는 층을 갖고 약 490 ㎚ 내지 약 610 ㎚까지의 수직-입사 반사 대역(반가폭에서 측정)을 갖는 (미네소타주 세인트 폴 소재 3M 컴파니에 의해 제조된) MOF의 시트 상에 예 3에서 설명된 형광체 반죽을 피복했다. 투명 편평면의 상부에 MOF를 배치했다. 무진 면직물에 메탄올을 적셔서 MOF 막의 양 면을 닦았다. MOF 막 상에 약 3 g의 반죽을 놓았다. 4 mil 간극의 정사각 다단 유격 도포기[미국 메릴랜드 컬럼비아 소재, 비와이케이-가드너 유에스에이, 품명 PAR-5353]를 사용하여 형광체 반죽을 피막으로 수동 연신했다. 젖은 상태의 막을 중력 대류 오븐[미국 펜실베이아주 웨스트 체스터 소재, 브이더블유알 인터내셔널 인크, 품명 모델 1350G]에서 30분 동안 약 130 ℃의 온도에서 경화시켰다. 경화 후, 형광체/수지 피막 두께는 1.3 mil였다.
직경이 2.54 ㎝(1 inch)인 ZnS 피복 막의 디스크를 마련해서 상술한 바와 같이 분광 복사계 내에 장착했다. 디스크는 형광체 피복면이 적분구와 대면하도록 배향되었다. 피크 파장이 약 395 ㎚인 UV LED[오하이오주 스테우벤빌 소재, 호스펠트 일렉트로닉스 인크, 품명 부품 #25-495]를 사용하여 형광체를 여기시켰다. UV광을 위한 편평 여기면을 제공하기 위해 패키지 상부의 돔형 렌즈를 가공함으로써 UV LED용 표준 5 mm 패키지를 개조했다. 대략적으로 0.457 ㎝(0.180 inch)의 패키지가 패키지의 상부로부터 제거되었다. LED에 일정 전류 전력 공급기를 사용하여 20 mA 및 3.7 V의 전력을 공급했다. 분광 복사계를 사용하여 기록된 형광체 층의 방출 분광계는 도18에서 "예 8"으로 지시된 곡선으로 도시된다. 분광 복사계에 마련된 소프트웨어를 사용하여, 적분구 내로 방출되는 총 광선속은 0.107 루멘으로 계산되었다. 이는 예 6에 비교할 때 약 62 %의 광도 증가를 나타낸다.
예 9
황화 아연(ZnS) 형광체의 피막이 다음의 절차에 의해 예 5에 설명된 적층된 다층 광학막(MOF) 상에 스크린 인쇄되었다.
150 g의 플루오르폴리머 수지[미국 아리조나주 챈들러 소재, 듀렐 컴패니, 부품 번호: 1INR001, rev:AA, 배치 번호:KY4-035, 품명 "형광체 잉크 부품 A: 수지 용액]를 453.6 g(16 ounce)의 유리 항아리 내에 배치했다. 150 g의 ZnS 형광체[영국, 스티브니지 소재, 포스퍼 테크놀로지 엘티디, 품명 GL29A/N-C1 로트(Lot) #11382]를 평량 접시로 측정했다. 공기 모터에 의해 구동되는 유리 임펠러를 사용하여 형광체를 수지 내로 천천히 혼합했다. 형광체와 수지는 혼합물이 매끄러운 질감과 균일한 외양을 가질 때까지 혼합되었다. 최종 형광체 반죽을 수용하는 항아리를 뚜껑으로 덮혀서 10분 동안 병 롤러 상에 놓았다.
스크린 프린터[스웨덴 스톡홀름 소재, 스베치아 닐크스크린 매스티너 아베(Svecia Silkscreen Maskiner AB)] 상에 장착된 인치당 280 스레드(thread) PET 스크린에 인치당 28 라인의 해상도를 갖는 하프톤 패턴을 이용하여 인쇄를 수행했다. 하프톤 패턴은 10 %, 50 % 및 90 % 유효범위를 갖는 세 개의 영역으로 구성된다. 패턴은 예 5에서 설명된 두 개의 적층된 MOF 막의 시트 상에 한 번의 패스로 인쇄되었다.
인쇄된 층은 강제류 공기 오븐에서 15 분동안 약 138 ℃의 온도로 경화되었다. 경화 후, 형광체/수지 피막 두께는 0.8 mil였다.
50 % 유효범위를 갖는 패턴의 부분으로 직경이 2.54 ㎝(1 inch)인 ZnS 스크린 인쇄 막을 마련해서 상술한 바와 같이 분광 복사계에 장착했다. 디스크는 형광체 피복면이 적분구와 대면하도록 배향되었다. 피크 파장이 약 395 ㎚인 UV LED[오하이오주 스테우벤빌 소재, 호스펠트 일렉트로닉스 인크, 품명 부품 #25-495]를 사용하여 형광체를 여기시켰다. UV광을 위한 편평 여기면을 제공하기 위해 패키지 상부의 돔형 렌즈를 가공함으로써 UV LED용 표준 5 mm 패키지를 개조했다. 대략적으로 0.457 ㎝(0.180 inch)의 패키지가 패키지의 상부로부터 제거되었다. LED에 일정 전류 전력 공급기를 사용하여 20 mA 및 3.7 V의 전력을 공급했다. 분광 복사계를 사용하여 기록된 형광체 층의 방출 분광계는 도19에서 "예 9"로 지시된 곡선으로 도시된다. 분광 복사계에 마련된 소프트웨어를 사용하여, 적분구 내로 방출되는 총 광선속은 0.052 루멘으로 계산되었다.
예 10
PET와 co-PMMA가 교호하는 층을 갖고 약 320 ㎚ 내지 약 490 ㎚까지의 수직-입사 반사 대역(반가폭에서 측정)을 갖는 (미네소타주 세인트 폴 소재 3M 컴파니에 의해 제조된) 한 조각의 다층 광학막(MOF)을 예 9의 형광층 상부의 막 어댑터에 배치했으며, (20 mA에서 작동하는) 예 9의 UV LED를 여기 공급원으로 사용했다. 분광계를 기록했으며, 이는 도19에서 "예 10"으로 지시된 곡선으로 도시된다. 분광 복사계에 마련된 소프트웨어를 사용하여, 적분구 내로 방출되는 총 광선속은 0.078 루멘으로 계산되었다. 이는 예 9에 비교할 때 약 50 %의 광도 증가를 나타낸다.
예 11
황화 아연(ZnS) 형광체로 피복된 다층 광학막(MOF)의 열 성형 돔을 다음의 절차에 의해 제조했다.
PET와 co-PMMA가 교호하는 층을 갖고 약 590 ㎚ 내지 약 710 ㎚까지의 수직-입사 반사 대역(반가폭에서 측정)을 갖는 (미네소타주 세인트 폴 소재 3M 컴파니에 의해 제조된) MOF층을 폴리(비닐 클로라이드) 시트에 접합하여 가요성 복합물을 형성했다. 이 복합물을 MOF-PVC로 지칭하기로 한다.
투명 편평면 상에 MOF 측면이 상향 대면하는 상태로 MOF-PVC를 배치했다. 무진 면직물에 메탄올을 적셔서 MOF-PVC의 상부면을 닦았다. MOF-PVC 상에 예 9에서 설명된 약 3 g의 ZnS 형광체 반죽을 배치했다. 4 mil 간극의 정사각 다단 유격 도포기[미국 메릴랜드 컬럼비아 소재, 비와이케이-가드너 유에스에이, 품명 PAR-5353]를 사용하여 형광체 반죽을 피막으로 수동 연신했다. 젖은 상태의 막을 중력 대류 오븐[미국 펜실베이아주 웨스트 체스터 소재, 브이더블유알 인터내셔널 인크, 품명 모델 1350G]에서 30분 동안 약 130 ℃의 온도에서 경화시켰다.
열 성형기에 형광체 피복 MOF-PVC 복합물을 장전했다. 270 ℃의 온도로 23초 동안 층을 가열했다. 원형 개구[약 1.27 ㎝(1/2 inch) 직경]를 구비하는 판을 이용하여 형광체 피복 MOF-PVC 복합물을 직경이 1.27 ㎝(1/2 inch)인 반구체로 형성했으며, 이때 형광체는 반구체의 볼록면 상에 배치된다. 반구체를 시각적으로 조사한 결과, 반구체의 두께는 반구체의 외구 영역 가까이에서 더 두텁고 반구체의 내부 영역에서 얇다. 형광체 층은 매끄럽고 연속적이며 균열이나 박피 현상을 보이지 않았다.
예 12
황화 아연(ZnS) 형광체로 피복된 다층 광학막(MOF)의 열 성형 돔을 다음의 절차에 의해 제조했다.
투명 편평면 상에 MOF 측면이 상향 대면하는 상태로 예 11에서 설명된 MOF-PVC 시트를 배치했다. 무진 면직물에 메탄올을 적셔서 MOF-PVC의 상부면을 닦았다. MOF-PVC 상에 예 9에서 설명된 약 3 g의 ZnS 형광체 반죽을 배치했다. 2 mil 간극의 정사각 다단 유격 도포기[미국 메릴랜드 컬럼비아 소재, 비와이케이-가드너 유에스에이, 품명 PAR-5353]를 사용하여 형광체 반죽을 피막으로 수동 연신했다. 젖은 상태의 막을 중력 대류 오븐[미국 펜실베이아주 웨스트 체스터 소재, 브이더블유알 인터내셔널 인크, 품명 모델 1350G]에서 30분 동안 약 130 ℃의 온도에서 경화시켰다.
열 성형기에 형광체 피복 MOF-PVC 복합물을 장전했다. 270 ℃의 온도로 21초 동안 층을 가열했다. 원형 개구[약 1.27 ㎝(1/2 inch) 직경]를 구비하는 판을 이용하여 형광체 피복 MOF-PVC 복합물을 직경이 1.27 ㎝(1/2 inch)인 반구체로 형성했으며, 이때 형광체는 반구체의 볼록면 상에 배치된다. 반구체를 시각적으로 조사한 결과, 반구체의 두께는 반구체의 외구 영역 가까이에서 더 두텁고 반구체의 내부 영역에서 얇다. 형광체 층은 매끄럽고 연속적이며 균열이나 박피 현상을 보이지 않았다.
예 13
세륨 도핑 이티륨 알루미늄 가넷(YAG:Ce) 형광체로 피복된 다층 광학막(MOF)의열 성형 돔을 다음의 절차에 의해 제조했다.
20.01 g의 플루오르폴리머 수지[미국 아리조나주 챈들러 소재, 듀렐 컴패니, 부품 번호: 1INR001, rev:AA, 배치 번호:KY4-035, 품명 "형광체 잉크 부품 A: 수지 용액]를 56.7 g(2 ounce)의 유리 항아리 내에 배치했다. 19.98 g의 YAG:Ce 형광체[영국, 스티브니지 소재, 포스퍼 테크놀로지 엘티디, 품명 QMK58/F-U1 로트 #13235]를 평량 접시로 측정했다. 형광체는 우선 수지에 형광체의 반을 첨가하여 스테인레스강 주걱을 이용하여 손으로 혼합하고 뒤이어 다른 반을 첨가하여 손으로 혼합함으로써 혼합되었다. 형광체와 수지는 혼합물이 매끄러운 질감과 균일한 외양을 가질 때까지 혼합되었다. 최종 형광체 반죽을 수용하는 항아리를 뚜껑으로 덮혀서 30분 동안 병 롤러 상에 놓았다.
투명 편평면 상에 MOF 측면이 상향 대면하는 상태로 예 11에서 설명된 MOF-PVC 시트를 배치했다. 무진 면직물에 메탄올을 적셔서 MOF-PVC의 상부면을 닦았다. MOF-PVC 상에 약 3 g의 YAG:Ce 형광체 반죽을 배치했다. 4 mil 간극의 정사각 다단 유격 도포기[미국 메릴랜드 컬럼비아 소재, 비와이케이-가드너 유에스에이, 품명 PAR-5353]를 사용하여 형광체 반죽을 피막으로 수동 연신했다. 젖은 상태의 막을 중력 대류 오븐[미국 펜실베이아주 웨스트 체스터 소재, 브이더블유알 인터내셔널 인크, 품명 모델 1350G]에서 30분 동안 약 130 ℃의 온도에서 경화시켰다.
열 성형기에 형광체 피복 MOF-PVC 복합물을 장전했다. 270 ℃의 온도로 23초 동안 층을 가열했다. 원형 개구[약 1.27 ㎝(1/2 inch) 직경]를 구비하는 판을 이용하여 형광체 피복 MOF-PVC 복합물을 직경이 1.27 ㎝(1/2 inch)인 반구체로 형성했으며, 이때 형광체는 반구체의 볼록면 상에 배치된다. 반구체를 시각적으로 조사한 결과, 반구체의 두께는 반구체의 외구 영역 가까이에서 더 두텁고 반구체의 내부 영역에서 얇다. 형광체 층은 매끄럽고 연속적이며 균열이나 박피 현상을 보이지 않았다.
예 14
세륨 도핑 이티륨 알루미늄 가넷(YAG:Ce) 형광체로 피복된 다층 광학막(MOF)의 열 성형 돔을 다음의 절차에 의해 제조했다.
투명 편평면 상에 MOF 측면이 상향 대면하는 상태로 예 11에서 설명된 MOF-PVC 시트를 배치했다. 무진 면직물에 메탄올을 적셔서 MOF-PVC의 상부면을 닦았다. MOF-PVC 상에 예 13에서 설명된 약 3 g의 YAG:Ce 형광체 반죽을 배치했다. 2 mil 간극의 정사각 다단 유격 도포기[미국 메릴랜드 컬럼비아 소재, 비와이케이-가드너 유에스에이, 품명 PAR-5353]를 사용하여 형광체 반죽을 피막으로 수동 연신했다. 젖은 상태의 막을 중력 대류 오븐[미국 펜실베이아주 웨스트 체스터 소재, 브이더블유알 인터내셔널 인크, 품명 모델 1350G]에서 30분 동안 약 130 ℃의 온도에서 경화시켰다.
열 성형기에 형광체 피복 MOF-PVC 복합물을 장전했다. 270 ℃의 온도로 21초 동안 층을 가열했다. 원형 개구[약 1.27 ㎝(1/2 inch) 직경]를 구비하는 판을 이용하여 형광체 피복 MOF-PVC 복합물을 직경이 1.27 ㎝(1/2 inch)인 반구체로 형성했으며, 이때 형광체는 반구체의 볼록면 상에 배치된다. 반구체를 시각적으로 조사한 결과, 반구체의 두께는 반구체의 외구 영역 가까이에서 더 두텁고 반구체의 내부 영역에서 얇다. 형광체 층은 매끄럽고 연속적이며 균열이나 박피 현상을 보이지 않았다.
예 15
예 11에서 설명된 MOF-PVC 시트를 상술한 열 성형기에서 16초 동안 약 270 ℃의 온도까지 가열했다. 이렇게 가열된 MOF-PVC 시트를 상업상 이용 가능한 5 mm LED 패키지의 반구형 렌즈 위에 진공을 이용하여 걸쳐 놓았다. MOF-PVC는 반구형 렌즈 형상에 대응하는 최종 형상을 갖게 되었다.
퍼킨-엘머 람다(Perkin-Elmer Lambda) 19 분광 복사계를 사용하여 이렇게 형성된 MOF-PVC 투과 분광계를 측정했다. 이렇게 형성된 MOF-PVC의 중심부의 분광계는 피크 반사도가 400 ㎚에서 발생하는 것으로 360 ㎚ 내지 460 ㎚에서 밴드 모서리를 갖는 것으로 나타났다. 이렇게 형성된 MOF-PVF는 500 ㎚보다 높은 파장에서 75 %보다 큰 투과도를 갖는다. 이렇게 측정된 MOF-PVC의 분광 변이는 성형 작업 동안 발생하는 광학 적층물의 씨닝 공정에 기인한 것이었다.
본 발명의 다양한 변경 및 대안은 기술 분야의 당업자에게 본 발명의 범위 및 정신에서 벗어나지 않은 범위에서 자명하며, 본 발명은 본 명세서에서 개시된 예시적인 실시예에 제한되지 않는다.

Claims (14)

  1. 여기광을 방출하는 LED와,
    여기광을 반사하고 가시광을 투과하는 중합성 다층 반사체와,
    LED로부터 이격되고 여기광으로 조명될 때 가시광을 방출하는 형광체 물질층을 포함하며,
    중합성 다층 반사체는 형광체 물질 상으로 여기광을 반사하고 형광체 물질층은 LED와 중합성 다층 반사체 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 광원.
  2. 제1항에 있어서, 여기광은 UV광을 포함하는 것을 특징으로 하는 광원.
  3. 제1항에 있어서, 여기광은 청색광을 포함하는 것을 특징으로 하는 광원.
  4. 제1항에 있어서, 형광체 물질층은 접착제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광원.
  5. 제1항에 있어서, 중합성 다층 반사체는 UV광에 노출될 때 품질 저하를 겪지 않는 중합성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광원.
  6. 제1항에 있어서, 중합성 다층 반사체는 무기물을 사실상 포함하지 않는 중합성 물질인 것을 특징으로 하는 광원.
  7. 제1항에 있어서, 형광체 물질층은 불연속적인 형광체 물질층인 것을 특징으로 하는 광원.
  8. 제7항에 있어서, 불연속적인 형광체 물질층은 형광체 물질의 복수의 라인 또는 형광체 물질의 패턴인 것을 특징으로 하는 광원.
  9. 제7항에 있어서, 불연속적인 형광체 물질층은 형광체 물질의 복수의 도트를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원.
  10. 제9항에 있어서, 형광체 물질의 복수의 도트는 각각 10,000 ㎛2보다 작은 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 광원.
  11. 제9항에 있어서, 형광체 물질의 복수의 도트는 여기광으로 조명될 때 하나보다 많은 컬러를 방출하는 형광체 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광원.
  12. 제9항에 있어서, 형광체 물질의 복수의 도트는 여기광으로 조명될 때 적색광, 녹색광 및 청색광을 방출하는 형광체 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광원.
  13. 제1항에 있어서, 중합성 다층 반사체는 제1 및 제2 열가소성 중합체가 교호하는 층들을 포함하며, 층들의 적어도 일부는 복굴절성인 것을 특징으로 하는 광원.
  14. 제9항에 있어서, 적어도 제1 형광체 도트는 제1 파장에서 광을 방출하고 제2 형광체 도트는 제1 파장과 다른 제2 파장에서 광을 방출하는 것을 특징으로 하는 광원.
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