KR20140068898A - 옵티칼 휠 - Google Patents

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Abstract

형광 휠은 파장 변환 부분을 포함한다. 파장 변환 부분은 하나 이상의 볼록면과 광학적으로 일체화된 파장 변환 재료를 포함한다.

Description

옵티칼 휠{Optical Wheel}
본 발명은 형광체 등의 파장 변환 재료를 구비한 형광 휠(phosphor wheel)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 유형의 형광 휠을 제조하는 방법에 관한 것이다.
프로젝션 시스템(projection system)은 칼라 휠을 사용하여 광원으로부터 상이한 색상의 광을 생성한다. 광원은 전형적으로 백색 광을 제공한다. 칼라 휠은 상이한 색상의 표면 세그먼트를 구비한 원형 기판을 포함할 수 있다. 칼라 휠이 그 위에 입사한 광과 함께 회전하는 경우, 이의 아웃풋(output)은 다양한 색상의 광을 제공한다.
형광 휠은 원형 기판의 표면의 일부 세그먼트 또는 모든 세그먼트가 형광체 등의 파장 변환 재료로 코팅되어 있는 유사한 장치이다. 형광체는 자주 접착제 또는 기타의 투명한 재료와 배합되어 기판 표면에 적용된다. 상이한 형광체를 상이한 세그먼트에 사용하여 하나 이상의 발광 칼라 아웃풋(emission colour output)을 제공한다.
형광체 등의 파장 변환 재료는 제1 파장의 여기광(excitation light)을 수용하여 흡수하고, 제2의 상이한 파장의 광을 방출한다. 파장 변환 재료는 특정한 파장의 광을 생성시키기 위해 사용할 수 있는데, 그 파장을 직접 제공하는 광원의 광 출력 아웃풋(optical power output)은 제한받는다.
형광 휠의 효율을 개선하는 것은 특히 프로젝션 시스템에서 사용하기 위해서는 도전이다. 프로젝션 시스템은 자주 바람직하게는 콤팩트하고 열 요건을 구비할 수 있다.
미국 특허공보 제7,547,114호에는, 이색성 소자(dichroic element)가 여기광과 파장 변환 재료 사이에 배치되어 있는 형광 휠이 기재되어 있다. 이색성 소자는 여기광을 전달하고, 파장 변환 재료에 의해 방출된 광을 반사함으로써, 변환되는 수집 광의 비율을 향상시킨다. 그 결과, 효율이 개선된다.
또한, 미국 특허공보 제7,651,243호는 형광 휠에 관한 것이며, 리사이클링 소자(recycling element)를 보여주는데, 이는 각도의 범위 내에서 형광체에 의해 방출된 광을 통과시키지만 각도 범위 바깥쪽의 방출된 광을 반사한다. 이로써 방출된 광에 초점을 맞추어 효율을 향상시킨다.
이러한 효율 증가는 점진적이다. 파장 변환 재료에서의 기타 사안들을 다루어 이의 효율을 추가로 향상시키는 것이 바람직하다.
이러한 배경에 대하여, 본 발명은 파장 변환 부분을 포함하는 형광 휠을 제공하는데, 파장 변환 부분은 하나 이상의 볼록면과 광학적으로 일체화된 파장 변환 소자를 포함한다.
파장 변환 재료는, 광이 들어가서 하나 이상의 볼록면을 통하여 파장 변환 재료로부터 출현하도록 하나 이상의 볼록면과 광학적으로 일체화된다. 환언하면, 파장 변환 재료와 볼록면 사이에는 직접적인 광 경로가 있다고도 생각될 수 있는데, 오직 적은 비율의 광만이 계면에서 굴절하거나 반사한다. 하나 이상의 볼록면이 파장 변환 재료와 동일한 층에 형성되거나, 인접한 층에 형성될 수 있는데, 이들 두 층 사이에서 실질적으로 직접적인 광 전파가 이루어진다.
광이 들어가서 파장 변환 재료로부터 출현하는 볼록면을 구비한 파장 변환 재료를 형성함으로써 다수의 이점들이 수득된다. 우선, 여기광이 파장 변환 재료에 포커싱됨으로써, 당해 광에서 커플링된다. 볼록면은 부분적으로 또는 완전히 광학적으로 투명하며, 이는 커플링을 돕는다. 이러한 광학적 커플링은 짧은 초점 거리 등의 고도의 요건을 구비하는 추가의 콘덴서 또는 평행한 포커싱 렌즈에 대한 필요성을 배제할 수 있다. 이러한 부품들은 가격이 비쌀 수 있다. 게다가, 이러한 개선으로 인해 칼라 휠 또는 형광 휠과 이에 선행하는 광학 부품과의 거리가 보다 덜 중요하게 된다. 종래의 이전의 처리 방안에 있어서, 집속 거리(focusing distance)는 짧을 필요가 있고 적절한 집광(集光)을 확실하게 하는 데에 매우 민감하다.
게다가 볼록면의 제2 이점은 전반사(Total Internal Reflection; TIR)의 감소이다. 놀랍게도, 파장 변환 재료 예를 들면 형광체 코팅물이 편평한 표면을 갖는 경우, 상당한 비율의 방출광이 TIR로 인해 재료와 공기(또는 기타 주위) 사이의 계면에서 반사하는 것으로 관찰되어 왔다. 그 결과, 광이 소실되며, 효율이 저하된다. 파장 변환 재료와 공기(또는 기타 주위)가 접하는 표면의 형태를 변경함으로써 TIR의 효과는 경감된다. 따라서, 하나 이상의 볼록면을 유리하게 형성하여 볼록면에 입사하는 광, 특히 파장 변환 재료로부터 방출되는 광의 전반사(全反射)를 경감하거나 방지한다.
몇몇 실시양태에 있어서, 볼록면은 표면이 필수적으로 볼록하도록 파장 변환 재료의 면적의 적어도 25%, 50%, 75%, 85%, 90%, 95% 또는 거의 100%의 곡률(curvature)를 갖는 표면을 의미할 수 있다. 추가로 또는 대안으로서, 어떤 지점에서의 볼록면의 구배(gradient)는 15 이하, 10, 9, 8, 7, 6 또는 5일 수 있다. 구배(句配)란, 파장 변환 부분의 평면에 대하여 수직인 표면의 횡단 평면에서의 표면 높이에 대한 연속 표면 너비의 비율로서 이해할 수 있다.
파장 변환 부분은 파장 변환 재료를 구비하는 제1 부분과 하나 이상의 볼록면이 형성되어 있는 제2 부분을 포함하는 것이 바람직하다. 제2 부분은 임의로 파장 변환 재료를 포함하지 않는다. 바람직한 실시양태에 있어서, 제1 부분은 재료의 제1 층이고, 제2 부분은 제1 층에 부착되어 있는 재료의 제2 층을 포함한다. 이는, 전형적으로, 재료의 제2 층이 제1 층에 직접적으로 인접하여 위치하고 있으며 이들 사이에 광학적으로 특별한 의미가 있는 재료가 존재하지 않는다는 점을 시사한다. 또한, 제1 부분과 제2 부분은 일체로 형성될 수 있다. 따라서, 하나 이상의 볼록면과 파장 변환 재료는 하나의 층을 사용하여 형성할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 당해 층은 하나 이상의 재료로 제조될 수 있다.
제2 부분은 굴절률이 제1 부분의 굴절률과 거의 동일하거나 제1 부분의 굴절률의 80% 이상인 것이 유익하다. 이런 의미에 있어서, 굴절률이 동일하다는 것은, 볼록면의 형태와 조합하여 두 층들 사이의 굴절률에서의 차이가 충분하지 않아 제1 층의 편평한 표면으로부터 방출된 광에 대하여 볼록면의 거의 전체 너비(또는 너비의 80% 이상, 85%, 90%, 95% 또는 99%)에 걸쳐서 TIR을 야기한다는 것을 의미한다. 재료의 제2 층은 임의로 높은 굴절률을 구비할 수 있다. 스넬의 법칙(Snell's Law)과 프레스넬 방정식(Fresnel Equation)으로부터 파장 변환 재료와 재료의 제2층의 굴절률은 발생하는 TIR의 정도(程度)와 관련이 있을 수 있다는 점을 알 수 있다. 굴절률이 파장 변환 재료와 거의 동일하거나 파장 변환 재료보다 큰 재료의 제2 층을 사용함으로써, 제1 층과 제2 층 사이의 계면에서 TIR을 방지할 수 있다. 보다 덜 바람직한 실시양태에 있어서, 재료의 제2 층의 일부분 또는 전부는 굴절률이 파장 변환 재료의 굴절률보다 작을 수 있다. 이들 경우 중의 어느 하나에 있어서, 재료의 제2 층의 굴절률과 파장 변환 재료의 굴절률 간의 비율(또는 그 비율의 역)은 적어도 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95% 또는 99%이다.
임의로, 제1 층은 코팅물로서 형성될 수 있다. 추가로 또는 대안으로서, 제2 층은 코팅물로서 형성될 수 있다.
바람직한 실시양태에 있어서, 제2 부분은 광학적으로 투명하다. 이로써, 광학 부품에서 수용된 모든 광이 파장 변환 재료에 도달하고, 파장 변환 재료에 의해 방출된 모든 광이 재료의 제2 층을 통과한다. 또한, 재료의 제2 층은 칼라 필터로서 작용하기 위해 제한된 범위(들)의 파장들에 대해서만 광학적으로 투명할 수 있다.
파장 변환 재료는 캐리어 재료 내에 다수의 파장 변환 소자들을 포함하는 것이 바람직하다. 하나 이상의 볼록면은 캐리어 재료와 동일한 재료로 형성되는 것이 보다 바람직하다. 파장 변환 재료의 굴절률은 캐리어 재료의 굴절률에 의해 지배를 받는 것이 유익하다. 캐리어 재료는 접착제(glue)인 것이 보다 더 바람직하다. 파장 변환 소자는 임의로 형광체 분말 입자일 수 있다. 환언하면, 하나 이상의 볼록면은 파장 변환 재료의 주요 부분을 형성하는 재료와 동일한 재료를 사용하여 형성한다. 또한, 이로써, 하나 이상의 볼록면을 형성하는 재료가 파장 변환 재료와 실질적으로 동일한 굴절률을 갖도록 할 수 있다.
다수의 실시양태들에 있어서, 형광 휠은 기판을 추가로 포함한다. 이어서, 하나 이상의 볼록면은 기판 위에 코팅물을 사용하여 형성할 수 있다. 이러한 코팅물은 돔 형태를 갖도록 구성될 수 있다. 돔 형태는 구상 캡(spherical cap; 특정한 평면의 위 또는 아래에 놓인 구(球)의 일부분)일 수 있다. 코팅물이 기판 위에 존재하는 경우, 코팅물이 기판에 직접 인접할 필요는 없고, 파장 변환 재료는 기판과 하나 이상의 볼록면을 형성하는 코팅물 사이에서 추가의 층을 형성할 수 있다.
기판은 원형이거나 원통형인 것이 유리하다. 이러한 실시양태에 있어서, 파장 변환 부분은 기판의 외부 표면의 적어도 일부를 커버할 수 있다. 예를 들면 파장 변환 재료는 원형 기판의 외부 표면의 일부분을 커버하는 링으로서 형성될 수 있다. 임의로, 기판은 투명하거나 반사성일 수 있다. 기판이 반사성인 경우, 여기광은 변환광이 방출되는 볼록면과 동일한 볼록면을 통하여 파장 변환 부분에서 유익하게 수용될 수 있다. 이는 추가의 집광 부품들에 대한 요구와 경질 휠 축 위치의 정렬에 대한 완화 요건을 경감시킬 수 있다. 기판이 투명한 경우, 여기광은 제1 표면을 통하여 파장 변환 부분에서 수용될 수 있고, 변환광은 제2 표면을 통하여 파장 변환 재료로부터 방출될 수 있다. 몇몇 경우에 있어서, 제1 표면은 볼록할 수 있다. 다른 면에서, 제2 표면은 볼록할 수 있다. 임의로는, 제1 표면과 제2 표면 둘 다 볼록할 수 있다.
몇몇 실시양태에 있어서, 파장 변환 재료는 다수의 볼록면들과 광학적으로 일체화된다. 다수의 볼록면들은 다수의 볼록한 돔 형태의 링으로서 형성될 수 있다. 이는 플라이 아이즈 링 구조(fly eyes ring structure)와 유사하다.
파장 변환 재료는 형광체 등의 인광 재료(phosphorescent material)인 것이 유리하다. 다른 유형의 파장 변환 재료를 사용할 수도 있다.
제2의 국면에 있어서, 파장 변환 재료를 포함하는 파장 변환 부분을 제공하는 단계 및 파장 변환 재료와 광학적으로 일체화된 하나 이상의 볼록면을 형성하는 단계를 포함하는 형광 휠의 제조 방법이 제공된다. 본원 명세서에 기재되어 있는 광학 부품에 관한 특징들 중의 하나를 형성하는 공정 단계는 당해 방법과 병용하여 임의로 수행할 수 있다. 이제부터 이들 임의의 몇몇 공정 단계들을 상세하게 설명한다.
파장 변환 부분은 파장 변환 재료를 구비한 제1 부분을 포함하는 것이 바람직한데, 하나 이상의 볼록면을 형성하는 단계는, 하나 이상의 볼록면이 형성되는 파장 변환 부분의 제2 부분을 형성하는 것을 포함한다.
바람직한 실시양태에 있어서, 제1 부분은 재료의 제1 층이며, 하나 이상의 볼록면을 형성하는 단계는 재료의 제2 층을 포함하는 제2 부분을 제1 층에 부착시키는 것을 포함할 수 있다. 또한, 제1 부분과 제2 부분은 일체로 형성된다.
제2 부분은 굴절률이 제1 부분의 굴절률과 거의 동일한 것이 바람직하다. 제2 부분은 광학적으로 투명한 것이 유리하다.
바람직한 실시양태에 있어서, 파장 변환 재료는 캐리어 재료 내에서 다수의 파장 변환 소자들을 포함한다. 임의로는, 하나 이상의 볼록면을 형성하는 단계는 재료가 캐리어 재료와 동일한 하나 이상의 볼록면을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 몇몇 실시양태에 있어서, 캐리어 재료는 접착제이다.
몇몇 실시양태에 있어서, 파장 변환 부분의 제공 단계는 기판 위에서의 파장 변환 재료의 형성을 포함할 수 있다. 이어서, 하나 이상의 볼록면의 형성 단계는 돔 형태를 갖도록 구성되는 기판 위에서의 코팅물의 형성을 임의로 포함한다.
기판은 유리하게는 원형 또는 원통형일 수 있고, 파장 변환 부분이 제공되어 기판의 외부 표면의 적어도 일부를 커버한다. 기판은 투명하거나 반사성일 수 있다. 기판이 반사성인 경우, 여기광은 파장 변환 재료에 의해 변환된 광이 방출되는 볼록면과 동일한 볼록면을 통하여 파장 변환 부분에서 수용될 수 있다.
몇몇 실시양태에 있어서, 하나 이상의 볼록면의 형성 단계는 파장 변환 부분과 광학적으로 일체화된 다수의 볼록면들의 형성을 포함하며, 다수의 볼록면들은 다수의 볼록 돔 형태의 링으로서 형성된다.
파장 변환 재료는 인광 재료인 것이 유익하다.
또한, 본 발명은 본원 명세서에 명쾌하게 기재된 구체적인 특징들의 조합뿐만 아니라 독립적으로 기재되고 당업자가 함께 실행할 수 있는 특징들의 조합에 제한받지 않음을 알 수 있다.
추가의 국면에 있어서, 본 발명은 컬러링 부분(여기서, 컬러링 부분은 하나 이상의 볼록면과 광학적으로 일체화된 컬러링 재료를 포함한다)을 포함하는 칼라 휠을 포함할 수 있다. 환언하면, 본 발명을 형광 휠로서 실행하기 보다는 그 대신에 칼라 휠을 사용해야만 한다. 형광체와 관련하여 본원 명세서에 기술한 기타의 특징들은 이러한 칼라 휠과 함께 부수적으로 또는 추가로 사용할 수 있다.
본 발명은 다양한 방식들을 통하여 실행할 수 있는데, 다수의 방식들은 실시예만에 의해, 그리고 첨부한 도면들을 참고하여 아래에서 설명될 것이다.
도 1은 작동 모드를 보여주는 종래의 형광 휠을 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시한 실시양태에서 사용하는 공지된 형광체 코팅물을 예시한다.
도 3은 본 발명에 따르는 제1 실시양태를 나타내는데, 광이 파장 변환 재료로부터 방출되는 것을 설명한다.
도 4는 도 3의 실시양태를 나타내는데, 광이 파장 변환 재료에서 어떻게 수용되는지를 설명한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시양태를 나타내는데, 전체 형광 휠의 프로필을 보여준다.
도 1에는 예를 들면 광 프로젝터에서 사용할 수 있는 종래의 형광 휠이 도시되어 있다. 형광 휠(10)은 판(15)과 파장 변환 재료(20)를 포함한다.
판(15)은 원형이고, 투명하거나 반사성일 수 있다. 판(15)은 기판이라고 부를 수 있다. 판은 모터(도시하지 않음)에 부착되어 화살표(16)로 나타낸 바와 같이 회전하도록 한다.
파장 변환 재료(20)는 판(15) 위에 배치된다. 파장 변환 재료(20)는 링 형태이며, 이는 전형적이다. 파장 변환 재료(20)는 형광체와 접착 혼합물로 제조될 수 있거나, 형광 세라믹일 수 있다. 청색 광을 녹색 광으로 변환시키는 형광체가 통상적으로 사용되고 있다. 물론, 그 대신에 수광(received light)의 파장을 유사한 방식으로 형광체로 변환시킬 수 있는 구조 또는 재료를 사용할 수 있다.
여기광(excitation light; 30)은 파장 변환 재료(형광체; 20)에 전파되어 밝게 하는데, 이는 상이한 파장의 방출광을 여기광의 파장 변환 재료에 발생시킨다. 형광 휠은 (휠이 거울인 경우) 변환광을 반사하거나, (휠이 투명한 경우) 변환광을 전달한다. 전자의 경우에 있어서, 변환광(40)은 여기광(30)이 수신되는 쪽과 동일한 판(15) 쪽에서 방출된다. 후자의 경우에 있어서, 변환광(45)은 여기광(30)이 수신되는 면에 관하여 판(15)의 반대쪽에 방출된다.
다음의 도 2를 참조하면, 도 1에 도시한 실시양태에서 사용하는 공지의 형광 휠이 도시되어 있다. 형광체 코팅물(20)은 형광체 분말(22)과 배합된 접착제(21)를 사용하여 형성된다. 접착제(21)는 투명하고 때때로 평탄한 표면(23)을 갖는 층으로서 형성된다. 이러한 형광체 코팅물(20)은 함침된 광원(immersed light source)이라고 부를 수 있다.
이러한 구조를 사용하여, 형광체 입자(22)에 의해 방출된 광의 일부는 평탄한 표면(23)을 통하여 전달된다. 이는 예시적인 광선(50)으로 나타낸다. 형광체 입자(22)에 의해 방출된 광의 다른 부분들은 파장 변환 재료(20)(이는 위에서 언급한 바와 같이 혼합물이다)에서의 전반사(TIR)와 재분산으로 인해 접착제-공기 표면(23)에서 반사한다. 몇몇 경우에 있어서, TIR로 인해 반사된 광은 형광체 분말(22)에 의해 방출된 전체 광의 중요한 부분일 수 있으며, 그 결과, 효율 저하가 초래된다.
다음의 도 3을 참조하면, 본 발명에 따르는 제1 실시양태가 도시되어 있다. 도 2에서 예시한 바와 동일한 특징들이 나타나 있는 경우, 동일한 참조 번호를 사용한다. 제2 층(100)은 파장 변환 재료(20)의 평탄한 표면(23) 위에 볼록면으로 형성된다. 제2 층(100)은 도 2에 도시한 파장 변환 재료(20)를 형성하기 위해 사용한 바와 동일한 유형의 투명한 접착제(21)를 사용하여 형성한다.
또한, 도 3은 파장 변환 재료로부터 광의 방출을 설명한다. 파장 변환 재료(20)에 의해 방출된 광은 제2 층(100)을 통하여 결합(coupling)되며, 이는 예시적인 제1 광선(110) 및 제2 광선(115)에 의해 표시된다. TIR의 효과는 완화된다.
파장 변환 재료(20)와 제2 층(100) 사이의 계면에서의 굴절(및 TIR)은, 이들이 동일한 주성분을 필수적으로 사용하여 형성되고 제2 층(100)의 굴절률이 파장 변환 재료(20)의 굴절률과 대략 동일하기 때문에, 완화된다. 파장 변환 재료(20)가 (위의 도 2를 참조하여 논의한 바와 같이) 접착제와 함께 배합된 형광체 요소를 포함하는 경우, 파장 변환 재료(20)에 대한 유효한 굴절률은 필수적으로 접착제 굴절률이다.
접촉 계면에서의 두 매질 간의 굴절은 n1*sin A1 = n2*sin A2 등의 프레스넬 방정식에 따른다[여기서, n1은 빛이 계면에 입사하는 재료의 굴절률이고, A1은 (법선에 대한) 입사각이며, n2는 다른 재료의 굴절률이고, A2은 굴절광의 (법선에 대한) 각도이다]. 두 재료들의 굴절률이 상이한 경우, 임계각은 TIR만이 발생하는 입사각이다.
제2 층(100)의 볼록면은, 볼록면이 제2 층(100)과 주위(공기) 사이의 계면에서 입사각을 감소시키기 때문에, TIR 효과를 감소시킨다. 입사각은 대부분의 경우 0에 가까울 수 있다. 그러나, 이는 제2 층이 적용되는 전체 면적에 걸쳐서 적용될 수 없다. 예를 들면, 제2 층(100)의 가장자리를 향하여 입사각은 클 수 있고 TIR이 여전히 발생할 수 있다. 이는 예시적인 광선(120)에 의해 표시된다.
이제 도 4를 참조하면, 도 3의 실시양태가 도시되어 있는데, 광이 파장 변환 재료에서 어떻게 수용되는지를 나타낸다. 당해 도면은 여기광(13)이 어떻게 형광 휠에 결합되는지를 설명한다. 평행한 여기광(130)이 집중광(focused light; 140)으로 되어 파장 변환 재료(20) 속의 형광체 분말(22)로 굴절되는 것을 알 수 있다. 이로써, 여기광(13)이 집광될 필요가 없고, 제2 층(100)의 사용을 통하여 광 렌즈 또는 유사한 성분의 초점 조정(focusing)을 생략할 수 있다. 따라서 부품과 코팅물에 대한 입사각 요건은 덜 부담스러워진다.
이러한 볼록면은 기판의 반경 방향에서 볼록 형태를 갖는 단일의 볼록 면 링일 수 있다. 또는, 플라이 아이즈 링 구조를 사용할 수 있다. 도 5는 그러한 구조의 본 발명의 제2 실시양태를 나타낸다. 플라이 아이즈 링 구조는 도 1 및 도 2에 도시한 파장 변환 재료(20)의 링에 맞추어 조정된 다수의 돔 (또는 구상 캡) 형태의 제2 층을 사용한다.
본 발명의 실시양태를 위에서 설명했지만, 당업자는 각종 변형 또는 대체(substitution)를 고려할 수 있다.
예를 들면, 제2 층(100)은 접착제 또는 유리를 사용하여 제조할 수 있으며, 분배 또는 성형을 포함하는 공정으로 제조할 수 있다. 기타의 적합한 방법을 사용하여 볼록면 형태를 생성함으로써, 위에서 설명한 기능을 제공할 수 있다.
볼록면 또는 볼록면들을 제공하는 층의 굴절률은 파장 변환 재료 층의 굴절률보다 보통 대략 동일하거나 크다. 그러나, 당업자는 볼록면 또는 볼록면들을 제공하는 층의 굴절률이 파장 변환 재료 층의 굴절률보다 작을 수 있다는 것을 알 것이다. 어떠한 경우에도 두 층들 사이의 굴절률 비는 0.8 이상일 수 있지만, 굴절률 비는 볼록층의 형태에 따라 이보다 작을 수 있다.
위의 실시양태는 2층 구조물을 기재하는데, 볼록면은 제2 층에 의해 형성된다. 또한, 제1 층과 제2 층은 볼록면을 갖는 단일 재료로 제조된 하나의 층으로 합쳐질수 있다. 게다가, 위에서 설명한 판(15)에 대한 대체 기판을 사용할 수 있음을 알 수 있다. 다른 실시양태에 있어서, 예를 들면, 형광 휠을 세라믹 형광체로 제조하는 경우, 기판을 사용하지 않을 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 본 발명에 따라 볼록면을 갖는 형광체가 형성된다.
도 1 및 도 2에는 원형 기판을 구비한 형광 휠의 예가 도시되어 있지만, 원통형(드럼) 형태를 구비한 기판을 사용할 수도 있다. 예를 들면, 미국 특허공보 제7,651,243호의 도 3a에 도시되어 있는 구조를 사용할 수 있다. 접착제와 배합된 형광체를 설명했지만, 상이한 재료를 파장 변환 재료, 예를 들면 순수 형광체 또는 형광체 세라믹에 대하여 사용할 수 있다. 세라믹의 경우, 세라믹 재료의 굴절률은 결정 지수(crystal index)일 수 있다. 세라믹 재료를 사용하여 본 발명을 수행하기 위해서는, 일치하는 굴절률을 갖는 재료를 사용하여 투명한 링을 형성할 수 있으며, 이는 세라믹 표면에 접착될 수 있다. 또한, 접착제 또는 기타의 투명한 층 또는 코팅물을 세라믹 표면에 직접 적용하여 볼록면을 형성할 수 있다.

Claims (28)

  1. 파장 변환 부분(wavelength conversion portion)을 포함하는 형광 휠(optical wheel)로서, 상기 파장 변환 부분이 하나 이상의 볼록면과 광학적으로 일체화된 파장 변환 재료를 포함하는 형광 휠.
  2. 청구항 1에 있어서, 파장 변환 부분이 파장 변환 재료를 갖는 제1 부분과 하나 이상의 볼록면이 형성되어 있는 제2 부분을 포함하는 형광 휠.
  3. 청구항 2에 있어서, 제1 부분이 재료의 제1 층이고, 제2 부분이 제1 층에 부착되어 있는 재료의 제2 층을 포함하는 형광 휠.
  4. 청구항 2에 있어서, 제1 부분과 제2 부분이 일체로 형성되어 있는 형광 휠.
  5. 청구항 2 내지 4 중 어느 한 항에 있어서, 제2 부분의 굴절률이 제1 부분의 굴절률의 80% 이상인 형광 휠.
  6. 청구항 2 내지 5 중 어느 한 항에 있어서, 제2 부분이 광학적으로 투명한 형광 휠.
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서, 파장 변환 재료가 캐리어 재료 내에서 다수의 파장 변환 요소들을 포함하는 형광 휠.
  8. 청구항 7에 있어서, 하나 이상의 볼록면이 캐리어 재료와 동일한 재료로 형성되는 형광 휠.
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서, 기판을 추가로 포함하고, 하나 이상의 볼록면이 돔 형태를 갖도록 구성된 기판상의 코팅물을 사용하여 형성되는 형광 휠.
  10. 청구항 9에 있어서, 기판이 원형 또는 원통형이고, 파장 변환 부분이 기판의 외부 표면의 적어도 일부를 커버하는 형광 휠.
  11. 청구항 10에 있어서, 기판이 투명하거나 반사성인 형광 휠.
  12. 청구항 10에 있어서, 변환광이 방출되는 볼록면과 동일한 볼록면을 통하여 여기광이 파장 변환 부분에서 수용되도록 기판이 반사성인 형광 휠.
  13. 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 있어서, 파장 변환 재료가 다수의 볼록면들과 광학적으로 일체화되고, 다수의 볼록면들이 복수의 볼록 돔 형태의 링으로서 형성되는 형광 휠.
  14. 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 있어서, 파장 변환 재료가 인광 재료(phosphorescence material)인 형광 휠.
  15. 파장 변환 재료를 포함하는 파장 변환 부분을 제공하는 단계 및
    파장 변환 재료와 광학적으로 일체화된 하나 이상의 볼록면을 형성하는 단계를 포함하는, 형광 휠의 제조 방법.
  16. 청구항 15에 있어서, 파장 변환 부분이 파장 변환 재료를 갖는 제1 부분을 포함하고, 하나 이상의 볼록면의 형성 단계가, 하나 이상의 볼록면이 형성되어 있는 제2 부분을 형성함을 포함하는, 형광 휠의 제조 방법.
  17. 청구항 16에 있어서, 제1 부분이 재료의 제1 층이고, 하나 이상의 볼록면의 형성 단계가 재료의 제2 층을 포함하는 제2 부분을 제1 층에 부착시킴을 포함하는, 형광 휠의 제조 방법.
  18. 청구항 16에 있어서, 제1 부분과 제2 부분이 일체로 형성되는, 형광 휠의 제조 방법.
  19. 청구항 16 내지 18 중 어느 한 항에 있어서, 제2 부분의 굴절률이 제1 부분의 굴절률과 실질적으로 동일한, 형광 휠의 제조 방법.
  20. 청구항 16 내지 19 중 어느 한 항에 있어서, 제2 부분이 광학적으로 투명한, 형광 휠의 제조 방법.
  21. 청구항 15 내지 20 중 어느 한 항에 있어서, 파장 변환 재료가 캐리어 재료 내에서 다수의 파장 변환 요소들을 포함하는, 형광 휠의 제조 방법.
  22. 청구항 21에 있어서, 하나 이상의 볼록면의 형성 단계가 캐리어 재료와 동일한 재료로부터 하나 이상의 볼록면을 형성함을 포함하는, 형광 휠의 제조 방법.
  23. 청구항 15 내지 22 중 어느 한 항에 있어서, 파장 변환 부분을 제공하는 단계가 기판 위에 파장 변환 재료를 형성함을 포함하고, 하나 이상의 볼록면의 형성 단계가 돔 형태를 갖도록 구성된 기판상의 코팅물을 형성함을 포함하는, 형광 휠의 제조 방법.
  24. 청구항 19에 있어서, 기판이 원형 또는 원통형이고, 파장 변환 부분이 제공되어 기판의 외부 표면의 적어도 일부를 커버하는, 형광 휠의 제조 방법.
  25. 청구항 24에 있어서, 기판이 투명하거나 반사성인, 형광 휠의 제조 방법.
  26. 청구항 24에 있어서, 파장 변환 재료에 의해 변환된 광이 방출되는 볼록면과 동일한 볼록면을 통하여 여기광이 파장 변환 부분에서 수용되도록 기판이 반사성인, 형광 휠의 제조 방법.
  27. 청구항 15 내지 26 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 볼록면의 형성 단계가 파장 변환 부분과 광학적으로 일체화된 다수의 볼록면들을 형성함을 포함하고, 다수의 볼록면들이 복수의 볼록 돔 형태의 링으로서 형성되는, 형광 휠의 제조 방법.
  28. 청구항 15 내지 27 중 어느 한 항에 있어서, 파장 변환 재료가 인광 재료인, 형광 휠의 제조 방법.
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