KR20240035720A - 조명 장치 - Google Patents

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KR20240035720A
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폴커 하게만
울리케 슈퇴르
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쇼오트 아게
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Abstract

본 발명은, 제1 광을 방출하기 위한 광원, 광 변환 요소, 및 광학 요소(500)로서, 광 변환 요소에 적용되어 제1 광학 인터페이스가 광 변환 요소와 광학 요소 사이에 형성되게 함으로써 제1 광학 인터페이스에서 광 변환 요소로부터 광학 요소 내로 제2 광이 디커플링(decoupling)될 수 있도록 하는 광학 요소를 포함하는 조명 장치에 관한 것이며, 상기 광학 요소는, 주변 매체에 대해 제2 광학 인터페이스를 형성하는 외측 표면을 포함하며, (a) 상기 외측 표면은 광 변환 요소의 전방면에 대해 비스듬하게 연장되는 적어도 하나의 표면 영역을 포함하여, 제2 광은, 상기 표면 영역이 광 변환 요소의 전방면에 대해 평행하게 연장되는 경우에서보다는, 광 변환 요소의 전방면의 수선에 대해 작은 각도를 갖는 방향으로, 제2 광학 인터페이스에서 광학 요소로부터 주위 매체로 디커플링될 수 있으며, 및/또는 (b) 상기 외측 표면은 광 변환 요소의 전방면에 대해 비스듬하게 연장되는 적어도 하나의 표면 영역을 포함하여, 제2 광이, 광 변환 요소의 전방면의 수선을 향한 방향으로 전반사하면서 제2 광학 인터페이스에서 광학 요소 내로 반사될 수 있다.

Description

조명 장치{ILLUMINATION DEVICE}
본 발명은, 1차 광을 방출하기 위한 광원 및 광 변환 소자를 포함하며, 광 변환 소자는 광원에 의해 방출된 1차 광이 조사되도록 구성되며 또한 그 전면 상에서 상이한 파장을 갖는 2차 광을 방출하도록 구성되는 것인, 조명 장치에 관한 것이다.
레이저 펌핑 광 변환 소자에서는, 여기 광(1차 방사선)이 발광 변환기로 결합된다. 광발광(photoluminescence)에 의해 발생된 유용한 광(2차 방사선)은 다시 분리되며, 이에 의해 광원이 제공된다.
일 예로서, 레이저 여기(laser excitation)를 사용하는 반사(remission) 기하학 구조의 정적 변환기로서 작동될 수 있는, 활성 원소로서 세륨(예를 들어, Ce:YAG, Ce:LuAG)을 갖는 가넷계 변환기가 있다. 이러한 변환기 장치는 발생될 수 있는 휘도가 특히 높은 경우가 있다. 이를 위해, 변환기에, 예를 들어, 높은 조도(예를 들어, > 50 W/mm2)의 청색 레이저 빔(~450 nm)이 조사될 수 있으며, 이로 인해 광 중 일부가 황색 광으로서 방출된다. 전형적인 레이저 광점 직경은 0.1 mm로부터 수 밀리미터까지의 범위에 있을 수 있다. 이러한 방식으로, 고휘도의 황색 광이 발생될 수 있다. 이론적으로, 300 lm/W의 효율성을 갖는 변환기에 있어서, 예를 들어, 15,000 lm/mm2의 특정한 광 방출이 달성될 수 있으며, 이것은 변환기의 람베르트(Lambert) 방출 특성에 따라 대략 5000 cd/mm2의 휘도에 해당한다.
그러나, 실제로는 이러한 휘도에 도달하지 못한다. 그 이유는, 한편으로는, 높은 조도에서는 온도와 관련하여 효율성이 감소하며 더 나아가 광 확산이 발생하여, 이로 인해 특히 직경이 작은 레이저 광점에서 방출 광점의 확대가 발생하기 때문이다. 이것은 특히, 변환기 재료의 굴절률에 의해 유발된다. 변환기 재료의 굴절률이 높으면 문제가 되는데, 그 이유는 한편으로는, 높은 전반사 임계각으로 인해 광 분리 원뿔을 감소시키며 다른 한편으로는 추가적으로, 높은 프레넬 반사로 인해 청색 광의 결합과 황색 광의 분리를 방해하기 때문이다.
높은 프레넬 반사는 변환기 상의 유전체 코팅에 의해 감소될 수 있지만, 이 경우 넓은 파장 범위와 넓은 각도 범위 모두에 걸쳐 계면 반사를 감소시키는 문제가 있다.
본 발명은, 특히 달성 가능한 휘도를 증가시키며 방출 광의 람베르트 방출 특성을 제한하기 위해, 특히 다음의 조사 빔 경로로의 광의 결합 효율 증가를 가능하게 하기 위해, 변환기 표면에서의 내부 전반사에 의해 야기되는 2차 광의 광 확산을 최소화하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 목적의 일 양태는 기존 제조 프로세스와의 호환성을 유지하면서 구성 요소가 사용되는 광학 시스템과의 최적의 일치를 달성하는 것이다. 본 발명의 목적의 추가의 양태는 고온 안정성 및 이에 따른 전력 안정성, 광학 시스템과의 분리 특성 일치, 특히 청색 광의 결합 및 황색 광의 분리 향상, 광 방출 스펙트럼의 일치 가능성이다.
본 발명은, 1차 광을 방출하기 위한, 특히 레이저로서 설계된, 적어도 하나의 광원, 전면을 갖는 광 변환 소자로서, 상기 광원에 의해 방출된 1차 광이 조사되며 그 전면 상에서 상이한 파장을 갖는 2차 광을 방출하도록 구성된 광 변환 소자, 상기 광 변환 소자의 전면에 부착되는 광학 소자로서, 광 변환 소자와 광학 소자의 사이에 제1 광학 계면이 형성되어, 2차 광이 제1 광학 계면에서 광 변환 소자로부터 광학 소자로 결합될 수 있는 것인, 광학 소자를 포함하며, 상기 광학 소자는 주변 매질에 대한 제2 광학 계면을 형성하는 외부 표면을 포함하며, (a) 상기 외부 표면은 광 변환 소자의 전면에 대하여 비스듬하게 연장되는 적어도 하나의 표면 영역 B를 포함하여, 2차 광이, 광 변환 소자의 전면의 법선에 대해, 표면 영역 B가 광 변환 소자의 전면에 평행하게 연장되는 경우보다 작은 각도를 갖는 방향으로 광학 소자로부터 주변 매질로 제2 광학 계면에서 분리될 수 있으며, 및/또는 (b) 상기 외부 표면은 광 변환 소자의 전면에 대해 비스듬하게 연장되는 적어도 하나의 표면 영역 B'를 포함하여, 2차 광이 광 변환 소자의 전면의 법선을 향한 방향으로 특히 전반사를 통해 제2 광학 계면에서 광학 소자로 반사될 수 있는 것인, 조명 장치에 관한 것이다.
표면 영역 B는 특히 광 변환 소자의 전면으로부터 멀어지는 방향을 향하며, 특히 굴절 표면 영역으로서 사용된다. 표면 영역 B'는 특히 광 변환 소자의 전면을 향하며, 특히 반사 표면 영역으로서 사용된다. 광학 소자는 표면 영역 B 및 B'를 모두 포함할 필요는 없다. 그러나, 특정 실시예에서, 광학 소자가 표면 영역 B 및 B'를 동시에 포함할 수 있다.
광 변환 소자는, 바람직하게는, 그 전면에 광원에 의해 방출된 1차 광이 조사되도록 구성되어, 특히 조명 장치가 반사 기하학 구조를 포함한다.
광학 소자는, 바람직하게는, 1차 광과 2차 광 모두가 광학 소자를 통과하도록 구성된다.
광학 소자의 외부 표면은 또한, 예를 들어, 표면 영역 B(또는 평면 섹션 A)의 일부이거나 표면 영역 B'(또는 평면 섹션 A')의 일부일 수 있는, 1차 광을 형성하는 표면 영역 B"를 포함할 수 있다.
조명 장치, 특히 광 변환 소자 및/또는 광학 소자, 특히 제1 광학 계면은 특별한 경우에 광 변환 소자의 전면으로 보내어진 1차 광 중 일부가 광학 소자의 외부 표면 방향으로 산란 1차 광으로서 연장되도록, 특히 산란 1차 광이 또한 표면 영역 B에서 광학 소자로부터 주변 매질로 분리될 수 있으며 및/또는 산란 1차 광이 또한 표면 영역 B'에서 전반사에 의해 반사될 수 있도록 형성될 수 있다.
조명 장치는, 특히 이색성이며 1차 광의 빔 경로와 2차 광의 빔 경로 모두에 배열될 수 있으며 반사에 의해 빔 경로 중 하나를 편향시키도록 구성될 수 있는, 빔 분할기를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서 조명 장치는, 특히 빔 경로의 하류에 배열되며 광학 소자로부터 분리된 2차 광의 초점을 맞추며 및/또는 시준하도록 구성되는, 추가의 광학 소자를 포함할 수 있다.
2차 광이 광학 소자로부터 분리될 수 있는 상기 표면 영역 B는, 바람직하게는 0° 내지 20°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐 연장되며, 특히 바람직하게는 0° 내지 40°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐 연장되며, 더욱 더 바람직하게는 0° 내지 70°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐 연장되며, 또는 0° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐 연장되는, 광학 소자의 외부 표면의 적어도 하나의 평면 섹션 A, 예를 들어, 볼록하게 만곡된 평면 섹션에 의해 형성될 수 있다.
2차 광이 광학 소자로부터 분리될 수 있는 상기 표면 영역 B는, 바람직하게는 적어도 0.45π의 입체각에 걸쳐 연장되며, 특히 바람직하게는 적어도 1π의 입체각에 걸쳐 연장되며, 더욱 더 바람직하게는 적어도 2π의 입체각에 걸쳐 연장되는, 상기 광학 소자의 외부 표면의 적어도 하나의 평면 섹션(A), 예를 들어, 볼록하게 만곡된 평면 섹션에 의해 형성될 수 있다. 여기서 입체각은 특히, 광 변환 소자로부터의 2차 광의 빔 출구로부터 단면 A가 나타나는 각도 범위를 나타낸다.
2차 광이 전반사에 의해 상기 광학 소자로 반사될 수 있는 상기 표면 영역 B'는, 바람직하게는 1° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐 연장되며, 특히 바람직하게는 10° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐 연장되며, 더욱 더 바람직하게는 40° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐 연장되며, 또는 60° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐 연장되는, 광학 소자의 외부 표면의 적어도 하나의 평면 섹션 A', 예를 들어, 볼록하게 만곡된 평면 섹션에 의해 형성될 수 있다.
2차 광이 전반사에 의해 광학 소자로 반사될 수 있는 상기 표면 영역 B'는, 바람직하게는 적어도 1π의 입체각에 걸쳐 연장되며, 특히 바람직하게는 적어도 1.5π의 입체각에 걸쳐 연장되며, 더욱 더 바람직하게는 적어도 1.95π의 입체각에 걸쳐 연장되는, 상기 광학 소자의 외부 표면의 적어도 하나의 평면 섹션 A', 예를 들어, 볼록하게 만곡된 평면 섹션에 의해 형성될 수 있다.
상기 광학 소자의 외부 표면 및/또는 상기 광학 소자의 외부 표면의 평면 섹션 A는 바람직하게는 0° 내지 20°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐, 특히 바람직하게는 0° 내지 40°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐, 더욱 더 바람직하게는 0° 내지 70°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐, 또는 0° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐 적어도 부분적으로, 특히 완전히 구형 형상으로 형성될 수 있다.
상기 광학 소자의 외부 표면 및/또는 상기 광학 소자의 외부 표면의 평면 섹션 A는 바람직하게는 적어도 0.45π의 입체각에 걸쳐, 특히 바람직하게는 적어도 1π의 입체각에 걸쳐, 더욱 더 바람직하게는 적어도 2π의 입체각에 걸쳐 적어도 부분적으로, 특히 완전히 구형 형상으로 형성될 수 있다.
상기 광학 소자의 외부 표면 및/또는 상기 광학 소자의 외부 표면의 평면 섹션 A'는 바람직하게는 1° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐, 특히 바람직하게는 10° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐, 더욱 더 바람직하게는 40° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐, 또는 60° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐 적어도 부분적으로 포물선 형상으로 형성될 수 있다.
상기 광학 소자의 외부 표면 및/또는 상기 광학 소자의 외부 표면의 평면 섹션 A'는 바람직하게는 적어도 1π의 입체각에 걸쳐, 특히 바람직하게는 적어도 1.5π의 입체각에 걸쳐, 더욱 더 바람직하게는 적어도 1.95π의 입체각에 걸쳐 적어도 부분적으로 포물선 형상으로 형성될 수 있다.
표면 영역 B에서 광학 소자로부터 분리될 수 있는 2차 광은, 바람직하게는, 광 변환 소자의 전면의 법선을 향한 방향으로 분리될 수 있다.
상기 광학 소자의 외부 표면, 특히 상기 광학 소자의 외부 표면의 평면 섹션 A 또는 평면 섹션 A'는 2차 광의 초점을 맞추며 및/또는 시준하며, 및/또는 광 방출 각도 범위를 제한하도록 설계될 수 있다.
2차 광이 광학 소자, 바람직하게는 평면 섹션 A로부터 분리될 수 있는 상기 표면 영역 B는, 상기 제1 광학 계면의 중심에서 광학 소자로 결합될 수 있는, 2차 광이 그 위에서 분리될 수 있도록 설계될 수 있다.
2차 광이 전반사에 의해 광학 소자, 바람직하게는 평면 섹션 A'로 반사될 수 있는 상기 표면 영역 B'는, 상기 제1 광학 계면의 중심에서 광학 소자로 결합될 수 있는, 2차 광이 그 위에서 반사될 수 있도록 설계될 수 있다.
상기 광학 소자에, 특히 광 변환 소자를 향하는 측면에, 코팅, 특히 반사 유전체 또는 금속 코팅이 적어도 부분적으로, 특히 완전히 제공되며, 상기 광학 소자의 외부 표면, 특히 광학 소자의 외부 표면에만 코팅, 특히 유전체 코팅, 반사 방지 코팅, 이색성 코팅, 및/또는 색상 변화(color shifting) 코팅이 적어도 부분적으로, 특히 완전히 제공되는 구성이 제공될 수 있다. 선택적으로, 광학 소자, 특히 표면 영역 B', 바람직하게는 평면 섹션 A'가 반사 코팅을 포함하는 구성이 또한 제공될 수 있다.
상기 광 변환 소자는 이하의 재료: 세라믹 변환기 재료, Ce:YAG, Ce:GYAG, 특히 Y 위치에 Gd를 갖는 YAG, Ce:LuAG, Ce:GaLuAG 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 광 변환 소자는 다결정질 재료, 특히 균질한 다결정질 재료를 포함할 수 있다.
상기 광 변환 소자는, 특히 광 변환 입자가 매립된 매트릭스 재료로서 형성될 수 있는, 무기 재료를 포함할 수 있다.
상기 광 변환 소자는 단결정질 재료를 포함할 수 있으며, 특히 단결정질 재료로 구성될 수 있다.
상기 광 변환 소자는, 바람직하게는, 1.5보다 크거나, 1.6보다 크거나, 1.7보다 크거나, 1.8보다 큰 굴절률을 갖는다.
상기 광학 소자는 다음의 재료: 유리, 특히 LaSF, N-LaSF9, LASF35, P-LASF51, SF 유리(모두 쇼트 아게(SCHOTT AG)에서 구입 가능) 또는 등가의 유리 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 광학 소자는, 바람직하게는, 1.5보다 크거나 1.6보다 크거나 1.7보다 크거나 1.8보다 큰, 특히 광 변환 소자의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는다.
상기 광학 소자의 굴절률은, 바람직하게는, 광 변환 소자의 굴절률보다 겨우 0.3 더 작으며, 바람직하게는 광 변환 소자의 굴절률보다 겨우 0.1 더 작으며, 더 바람직하게는 광 변환 소자의 굴절률보다 겨우 0.05 더 작으며, 특히 바람직하게는 광 변환 소자의 굴절률보다 더 크다.
상기 광학 소자는, 440 nm 내지 780 nm의 범위에서는 10 mm 두께 샘플에서 측정된 적어도 90%의 내부 투과율을 가지며, 500 nm 내지 780 nm의 범위에서는 10 mm 두께 샘플에서 측정된 적어도 97%의 내부 투과율을 갖는, 유리로 구성되거나 유리를 포함할 수 있다.
상기 광학 소자는 7 내지 9.5 x 10-6 1/K의 범위의, 바람직하게는 7 내지 8.5 x 10-6 1/K의 범위의 열팽창 계수(CTE)(α+20/+300℃)를 가질 수 있다.
상기 광학 소자는, 25℃ 내지 300℃의 온도 범위에서 2 x 10-6 1/K 미만의, 바람직하게는 1 x 10-6 1/K 미만의, 광학 소자와 광 변환 소자 사이의 열팽창 계수(CTE)의 차이를 가질 수 있다.
상기 광학 소자는, 바람직하게는, 800℃ 아래, 바람직하게는 700℃ 아래의 유리 전이 온도(TG)를 갖는다.
광학 소자의 용합은 < 1010 dPas의 점도에서 발생할 수 있으므로, 유리의 점도가 1010 dPas인 온도는 경우에 따라 광학 소자에 사용되는 유리에 대한 더욱 중요한 매개 변수이다. 이것은 바람직하게는 900℃ 아래, 바람직하게는 850℃ 아래, 특히 바람직하게는 800℃ 아래이다.
상기 광 변환 소자 및 광학 소자, 특히 이들의 재료 및/또는 굴절률은, 바람직하게는, 전반사가 먼저 50°보다 큰 각도, 바람직하게는 70°보다 큰 각도, 특히 바람직하게는 80°보다 큰 각도로부터 제1 계면에서 발생하도록 설계된다.
상기 광 변환 소자와 광학 소자, 특히 이들의 재료 및/또는 굴절률은, 바람직하게는, 전반사가 전혀 또는 본질적으로 발생하지 않도록 설계된다.
상기 광학 소자, 특히 그 재료, 굴절률 및/또는 외부 표면은, 바람직하게는, 특히 광 변환 소자로부터 광학 소자로 들어가는 광속에 대해, 30%보다 큰, 바람직하게는 60%보다 큰, 특히 바람직하게는 90%보다 큰 비율의 2차 광이 광학 소자로부터 주변 매질로 분리될 수 있도록 설계된다.
상기 광학 소자, 특히 그 재료, 굴절률 및/또는 외부 표면은, 바람직하게는, 모든 또는 본질적으로 모든 2차 광이 광학 소자로부터 주변 매질로 분리될 수 있도록 설계된다.
본 발명은 또한, 전면을 갖는 광 변환 소자로서, 1차 광이 조사되며 그 전면에서 상이한 파장을 갖는 2차 광을 방출하도록 구성된 광 변환 소자를 제공하는 단계, 및 상기 광 변환 소자의 전면에, 광 변환 소자와의 사이에 제1 광학 계면을 갖는 광학 소자를 형성하도록 원료를 용융/용합하는 단계를 포함하는, 광 변환 장치를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
원료는, 상기 용융/용합 단계 동안, 용융된 광학 소자가 적어도 본질적으로 원료의 외부 표면에 대응하는 외부 표면을 획득하도록 그 형상을 적어도 본질적으로 유지할 수 있다.
상기 용융/용합 단계 동안, 상기 원료가 105 dPas보다 높으며 1010 dPas보다 낮고, 바람직하게는 106 dPas보다 높으며 108 dPas보다 낮은 점도에 도달하도록 온도 증가가 발생할 수 있다.
상기 용융/용합 단계 동안, 원료는 용융된 광학 소자가 원료의 외부 표면과 상이한 외부 표면을 수용하도록 그 형상이 변할 수 있다.
상기 용융/용합 단계 동안, 상기 원료가 106 dPas보다 낮으며, 바람직하게는 105 dPas보다 낮으며, 특히 바람직하게는 104 dPas보다 낮은 점도에 도달하도록 온도 증가가 발생할 수 있다.
상기 광학 소자의 외부 표면은, 바람직하게는 적어도 1/2π의 입체각에 걸쳐, 특히 바람직하게는 적어도 1π의 입체각에 걸쳐, 더욱 더 바람직하게는 적어도 2π의 입체각에 걸쳐, 적어도 부분적으로, 특히 완전히 구형 형상으로 형성될 수 있다.
상기 광학 소자의 외부 표면은, 광축에 대한 90° 내지 60°의 각도 범위의 포물선 정점에서 시작하는 빔에 대해, 보다 바람직하게는 광축에 대한 90° 내지 30°의 각도 범위의 빔에 대해 적어도 부분적으로 포물선 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명은 또한, 전면을 갖는 광 변환 소자로서, 1차 광이 조사되며 그 전면 상에서 상이한 파장을 갖는 2차 광을 방출하도록 구성된 광 변환 소자, 상기 광 변환 소자의 전면에 부착되는 광학 소자로서, 상기 광 변환 소자와 광학 소자의 사이에 제1 광학 계면이 형성되어, 2차 광이 제1 광학 계면에서 광 변환 소자로부터 광학 소자로 결합될 수 있는 것인, 광학 소자를 포함하며, 상기 광학 소자는 주변 매질에 대한 제2 광학 계면을 형성하는 외부 표면을 포함하며, (a) 상기 외부 표면은 광 변환 소자의 전면에 대하여 비스듬하게 연장되는 적어도 하나의 표면 영역을 포함하여, 2차 광이, 광 변환 소자의 전면의 법선에 대해, 표면 영역 B가 광 변환 소자의 전면에 평행하게 연장되는 경우보다 작은 각도를 갖는 방향으로 광학 소자로부터 주변 매질로 제2 광학 계면에서 분리될 수 있으며, 및/또는 (b) 상기 외부 표면은 광 변환 소자의 전면에 대해 비스듬하게 연장되는 적어도 하나의 표면 영역 B'를 포함하여, 2차 광이 광 변환 소자의 전면의 법선을 향한 방향으로 특히 전반사를 통해 제2 광학 계면에서 광학 소자로 반사될 수 있는 것인, 광 변환 장치에 관한 것이다.
2차 광이 광학 소자로부터 분리될 수 있는 상기 표면 영역 B는, 바람직하게는 0° 내지 20°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐 연장되며, 특히 바람직하게는 0° 내지 40°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐 연장되며, 더욱 더 바람직하게는 0° 내지 70°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐 연장되며, 또는 0° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐 연장되는, 광학 소자의 외부 표면의 적어도 하나의 평면 섹션 A, 예를 들어, 볼록하게 만곡된 평면 섹션에 의해 형성될 수 있다.
2차 광이 광학 소자로부터 분리될 수 있는 상기 표면 영역 B는, 바람직하게는 적어도 0.45π의 입체각에 걸쳐 연장되며, 특히 바람직하게는 적어도 1π의 입체각에 걸쳐 연장되며, 더욱 더 바람직하게는 적어도 2π의 입체각에 걸쳐 연장되는, 상기 광학 소자의 외부 표면의 적어도 하나의 평면 섹션 A, 예를 들어, 볼록하게 만곡된 평면 섹션에 의해 형성될 수 있다.
2차 광이 전반사에 의해 상기 광학 소자로 반사될 수 있는 상기 표면 영역 B'는, 바람직하게는 1° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐 연장되며, 특히 바람직하게는 10° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐 연장되며, 더욱 더 바람직하게는 40° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐 연장되며, 또는 60° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐 연장되는, 광학 소자의 외부 표면의 적어도 하나의 평면 섹션 A', 예를 들어, 볼록하게 만곡된 평면 섹션에 의해 형성될 수 있다.
2차 광이 전반사에 의해 광학 소자로 반사될 수 있는 상기 표면 영역 B'는, 바람직하게는 적어도 1π의 입체각에 걸쳐 연장되며, 특히 바람직하게는 적어도 1.5π의 입체각에 걸쳐 연장되며, 더욱 더 바람직하게는 적어도 1.95π의 입체각에 걸쳐 연장되는, 상기 광학 소자의 외부 표면의 적어도 하나의 평면 섹션 A', 예를 들어, 볼록하게 만곡된 평면 섹션에 의해 형성될 수 있다.
상기 광학 소자 외부 표면 및/또는 상기 광학 소자 외부 표면의 평면 섹션 A는, 바람직하게는 0° 내지 20°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐, 특히 바람직하게는 0° 내지 40°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐, 더욱 더 바람직하게는 0° 내지 70°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐, 또는 0° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐, 적어도 부분적으로, 특히 완전히 구형 형상으로 형성될 수 있다.
상기 광학 소자의 외부 표면 및/또는 상기 광학 소자의 외부 표면의 평면 섹션 A는 바람직하게는 적어도 0.45π의 입체각에 걸쳐, 특히 바람직하게는 적어도 1π의 입체각에 걸쳐, 더욱 더 바람직하게는 적어도 2π의 입체각에 걸쳐 적어도 부분적으로, 특히 완전히 구형 형상으로 형성될 수 있다.
상기 광학 소자의 외부 표면 및/또는 상기 광학 소자의 외부 표면의 평면 섹션 A'는, 바람직하게는 1° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐, 특히 바람직하게는 10° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐, 더욱 더 바람직하게는 40° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐, 또는 60° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐, 적어도 부분적으로 포물선 형상으로 형성될 수 있다.
상기 광학 소자의 외부 표면 및/또는 상기 광학 소자의 외부 표면의 평면 섹션 A'는, 바람직하게는 적어도 1π의 입체각에 걸쳐, 특히 바람직하게는 적어도 1.5π의 입체각에 걸쳐, 더욱 더 바람직하게는 적어도 1.95π의 입체각에 걸쳐, 적어도 부분적으로 포물선 형상으로 형성될 수 있다.
표면 영역 B에서 광학 소자로부터 분리될 수 있는 2차 광은, 바람직하게는, 광 변환 소자의 전면의 법선을 향한 방향으로 분리될 수 있다.
상기 광학 소자의 외부 표면, 특히 상기 광학 소자의 외부 표면의 평면 섹션 A 또는 평면 섹션 A'는 2차 광의 초점을 맞추며 및/또는 시준하며, 및/또는 광 방출 각도 범위를 제한하도록 설계될 수 있다.
2차 광이 광학 소자, 바람직하게는 평면 섹션 A로부터 분리될 수 있는 상기 표면 영역 B는, 상기 제1 광학 계면의 중심에서 광학 소자로 결합될 수 있는, 2차 광이 그 위에서 분리될 수 있도록 설계될 수 있다.
2차 광이 전반사에 의해 광학 소자, 바람직하게는 평면 섹션 A'로 반사될 수 있는 상기 표면 영역 B'는, 상기 제1 광학 계면의 중심에서 광학 소자로 결합될 수 있는, 2차 광이 그 위에서 반사될 수 있도록 설계될 수 있다.
상기 광학 소자에, 특히 광 변환 소자를 향하는 측면에, 코팅, 특히 반사 유전체 또는 금속 코팅이 적어도 부분적으로, 특히 완전히 제공되며, 상기 광학 소자의 외부 표면, 특히 광학 소자의 외부 표면에만 코팅, 특히 유전체 코팅, 반사 방지 코팅, 이색성 코팅, 및/또는 색상 변화 코팅이 적어도 부분적으로, 특히 완전히 제공되는 구성이 제공될 수 있다. 선택적으로, 광학 소자, 특히 표면 영역 B', 바람직하게는 평면 섹션 A'가 반사 코팅을 포함하는 구성이 또한 제공될 수 있다.
상기 광 변환 소자는 이하의 재료: 세라믹 변환기 재료, Ce:YAG, Ce:GYAG, 특히 Y 위치에 Gd를 갖는 YAG, Ce:LuAG, Ce:GaLuAG 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 광 변환 소자는 다결정질 재료, 특히 균질한 다결정질 재료를 포함할 수 있다.
상기 광 변환 소자는 특히 광 변환 입자가 매립된 매트릭스 재료로서 형성될 수 있는 무기 재료를 포함할 수 있다.
상기 광 변환 소자는 단결정질 재료를 포함할 수 있으며, 특히 단결정질 재료로 구성될 수 있다.
상기 광 변환 소자는, 바람직하게는, 1.5보다 크거나, 1.6보다 크거나, 1.7보다 크거나, 1.8보다 큰 굴절률을 갖는다.
상기 광학 소자는 다음의 재료: 유리, 특히 LaSF, N-LaSF9, LASF35, P-LASF51, SF 유리 또는 등가의 유리 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 광학 소자는, 바람직하게는, 1.5보다 크거나 1.6보다 크거나 1.7보다 크거나 1.8보다 큰, 특히 광 변환 소자의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는다.
상기 광학 소자의 굴절률은, 바람직하게는, 광 변환 소자의 굴절률보다 겨우 0.3 더 작으며, 바람직하게는 광 변환 소자의 굴절률보다 겨우 0.1 더 작으며, 보다 바람직하게는 광 변환 소자의 굴절률보다 겨우 0.05 더 작으며, 특히 바람직하게는 광 변환 소자의 굴절률보다 더 크다.
상기 광학 소자는, 440 nm 내지 780 nm의 범위에서는 10 mm 두께 샘플에서 측정된 적어도 90%의 내부 투과율을 가지며 500 nm 내지 780 nm의 범위에서는 10 mm 두께 샘플에서 측정된 적어도 97%의 내부 투과율을 갖는, 유리로 구성되거나 유리를 포함할 수 있다.
상기 광학 소자는, 7 내지 9.5 x 10-6 1/K의 범위의, 바람직하게는 7 내지 8.5 x 10-6 1/K의 범위의, 범위(+20/+300℃)에서 측정된 열팽창 계수(CTE 또는 α)를 가질 수 있다.
상기 광학 소자는, 25℃ 내지 300℃의 온도 범위에서 2 x 10-6 1/K 미만의, 바람직하게는 1 x 10-6 1/K 미만의, 광학 소자와 광 변환 소자 사이의 열팽창 계수(CTE)의 차이를 가질 수 있다.
상기 광학 소자는, 바람직하게는, 800℃ 아래, 바람직하게는 700℃ 아래의 유리 전이 온도(TG)를 갖는다.
광학 소자의 용합은 < 1010 dPas에서 발생할 수 있으므로, 유리의 점도가 1010 dPas인 온도가 경우에 따라 광학 소자에 사용되는 유리에 대한 더욱 중요한 매개 변수이다. 이것은, 바람직하게는, 900℃ 아래, 바람직하게는 850℃ 아래, 특히 바람직하게는 800℃ 아래이다.
상기 광 변환 소자 및 광학 소자, 특히 이들의 재료 및/또는 굴절률은, 바람직하게는, 전반사가 먼저 50°보다 큰 각도, 바람직하게는 70°보다 큰 각도, 특히 바람직하게는 80°보다 큰 각도로부터 제1 계면에서 발생하도록 설계된다.
상기 광 변환 소자와 광학 소자, 특히 이들의 재료 및/또는 굴절률은, 바람직하게는, 전반사가 전혀 또는 본질적으로 발생하지 않도록 설계된다.
상기 광학 소자, 특히 그 재료, 굴절률 및/또는 외부 표면은, 바람직하게는, 특히 광 변환 소자로부터 광학 소자로 들어가는 광속에 대해, 30%보다 큰, 바람직하게는 60%보다 큰, 특히 바람직하게는 90%보다 큰 비율의 2차 광이 광학 소자로부터 주변 매질로 분리될 수 있도록 설계된다.
상기 광학 소자, 특히 그 재료, 굴절률 및/또는 외부 표면은, 바람직하게는, 모든 또는 본질적으로 모든 2차 광이 광학 소자로부터 주변 매질로 분리될 수 있도록 설계된다.
본 발명이 이하 도면을 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다:
도 1은 세라믹 변환기의 굴절률 그래프를 보여주며;
도 2는 변환기와 다른 광학 매질 사이의 계면에서의 반사 그래프를 보여주며;
도 3은 탈출 원뿔의 개략도를 보여주며;
도 4는 내부 전반사를 겪는 방출 비율의 그래프를 보여주며;
도 5는 유리 N-LASF9와 비교하여 세라믹 변환기의 굴절률 그래프를 보여주며;
도 6 내지 도 19는 광 변환 장치 또는 조명 장치에 대한 예시적인 실시예의 개략도를 보여주며;
도 20 및 도 21은 용합 방법의 실험 결과를 보여주며;
도 22 및 도 23은 용합 방법에 대한 온도 곡선을 보여주며;
도 24는 용융 방법의 실험 결과를 보여주며;
도 25는 용융 방법에 대한 온도 곡선을 보여준다.
도 1은 전형적인 세라믹 변환기의 굴절률의 일 예를 보여준다. 여기서 굴절률 프로파일은 YAG로 형성된 황색 방출 변환기와 LuAG로 형성된 녹색 방출 변환기에 대한 파장의 함수로서 도시되어 있다. 두 경우 모두 가시 스펙트럼 범위의 굴절률은 n=1.8 초과이다. 최대 안구 감도 파장인 555 nm에서 굴절률은 대략 n=1.82이다.
변환기와 굴절률을 갖는 다른 광학 매질 사이의 계면에서의 광 반사는 프레넬 공식으로 설명된다. 이 공식으로부터 공기와의 계면에서 주어진 각도(α)에서 굴절률 nc=1.82을 갖는 변환기에서 나오는 광에 대해 계산된 반사율이 도 2a에 도시되어 있다. 이 경우 각도(α)는 광 빔과 표면 법선 사이의 각도를 나타낸다. 수직 입사(α=0°)에 의해, 광의 8.5%가 변환기로 다시 반사되며, 대부분(91.5%)은 투과된다. 큰 각도(α > 33.3°)에서는 광이 내부 전반사(TIR)를 겪으며, 반사율이 100%이다. 굴절률(nc)을 갖는 변환기의 광학적으로 밀도가 더 높은 매질과 인접한 광학적으로 더 얇은 매질(ng) 사이의 계면에서 전반사 임계각(ｒ)은 다음에 의해 주어진다.
Figure pat00001
수직 입사(α=0°) 및 전반사 임계각(α=ｒ) 사이에서, 반사율은 광이 입사면에 평행하게 편광되는지(p) 또는 수직으로 편광되는지(s)에 따라 달라진다. 발광 변환기에서 생성된 광이 편광되지 않은 경우, 즉, 두 편광 방향을 동일한 부분에 포함하는 경우, s-편광 및 p-편광의 평균을 낸 도 2a의 굵은 선으로 표시된 반사가 결정적이며, 이것은 우선 TIR 임계각 부근에서 중요한 각도 의존성을 갖는다.
도 2b에서, 이 반사율은 변환기와 다른 광학 매질의 계면에 대한 편광되지 않은 광에 대해 도시되어 있다. 전형적인 광학 유리(n=1.52)의 경우, 수직 입사에 대한 프레넬 반사는 단지 0.8%로 크게 감소하며 전반사 임계각은 56.6°로 증가한다. 동일한 굴절률을 갖는 매질에서는 프레넬 반사가 모든 각도에 대해 0%이며, 굴절률이 다소 높은 매질에서는 70° 위의 각도에서만 프레넬 반사를 더 이상 무시할 수 없다. 그러나, 내부 전반사는 발생하지 않는다.
도 3은 탈출 원뿔을 예시한다. 전반사 임계각이 변환기 매질의 가상 광점에 대한 탈출 원뿔을 정의한다. 이 원뿔 내부의 광 빔은 전반사를 겪지 않으며, 이 원뿔 외부의 광 빔은 전반사를 겪으며 재료를 떠날 수 없거나 변환기 플레이트 내부에서 추가 산란 또는 반사 이벤트 후에만 재료를 떠날 수 있다.
탈출 원뿔이 덮는 입체각은 다음과 같다.
Figure pat00002
변환기의 절반 공간(Ω=2π)으로 방출된 다음 탈출 원뿔 내에 있는 광의 비율은 따라서 다음과 같다.
Figure pat00003
그러나, 탈출 원뿔 내의 모든 광이 변환기를 떠날 것은 아닌데, 그 이유는 프레넬 공식에 의해 제공되는 계면 반사도 고려해야 하기 때문이다. 이것은 수직 입사를 통한 계면 반사에 의해 잘 추정될 수 있으므로, 이 비율은 대략 다음과 같다.
Figure pat00004
전반사를 겪는 FEC에 상보적인 비율은 다음과 같이 주어진다.
Figure pat00005
도 4는 변환기 굴절률 1.82에 대한 이 함수를 보여주며, 내부 전반사에 의해 차단된 광의 비율이 분리 매질의 굴절률에 매우 민감하게 좌우될 것이라는 것을 보여준다. 분리 매질의 굴절률이 변환기 재료의 굴절률보다 크면, 따라서 내부 전반사가 발생하지 않는다.
수직 입사(RF)(0°)에 의한 프레넬 반사 값, 전반사 임계각(ｒTIR), 탈출 원뿔 so의 광의 비율(FEC), 및 직접 나가는 광의 비율(F분리)의 추정이 이하의 표에 선택된 계면 상황에 대해 편집되어 있다.
계면 변환기/공기 변환기/
유리(n=1.52)		 변환기/
고굴절율 유리
굴절율 일치
(n=1.82)		 변환기/
고굴절율 유리
(n=1.85)
nc 1.82 1.82 1.82 1.82
ng 1.00 1.52 1.82 1.85
RF(0°) 0.085 0.008 6.68E-05
ｒ_TIR 33.3 56.6 - -
탈출원뿔비율F_EC 0.164 0.450 - -
F_EC*(1-RF(0°)) 0.151 0.446 - -
도 5는 세라믹 변환기와 비교하여 굴절률이 높은 유리의 파장에 따른 굴절률 프로파일의 일 예를 보여준다. 여기에 도시된 유리 N-LASF9는 전체 가시 스펙트럼에서 예시된 세라믹 변환기보다 굴절률이 더 높다.
도 6a는 광 변환 소자(300)를 보여준다. 발광 변환기에서, 여기 파장의 입사광(예를 들어, 450 nm의 청색 광)이 흡수되며, 변환 중심(예를 들어, YAG 또는 LuAG의 Cer)에서 더 낮은 에너지 또는 더 긴 파장의 광이 방출된다. 완전히 투명한 발광 변환기에서는, 이 광이 변환기의 내부 전반사에 의해 더 큰 비율(FTI)로 안내되며 따라서 변환기에 포획된다.
이를 방지하기 위해, 발광 변환기에는 전형적으로 산란 중심이 제공되며, 이로 인해 광 전파 방향이 변경되며, 따라서 나가는 광의 비율이 증가한다. 그러나, 이것은 산란 이벤트 이후에만 발생하기 때문에, 분리된 광점은 입사 광점에 비해 확대된다. 따라서, 이것은 달성 가능한 휘도를 감소시킨다.
산란은 부피 산란일 수 있으며, 또는 표면 산란일 수 있다. 예를 들어, 다결정질 세라믹 변환기의 부피가 불균일하면 부피 산란이 유발된다. 표면 산란은 거칠거나 구조화된 표면에 의해 야기된다. 투명한 단결정질 변환기 재료에서, 이것은 전형적으로 산란에 의한 측방향 광 전파를 제한하기 위한 유일한 선택안이다.
도 6b는 광 변환 소자(300)에 볼 렌즈(500)가 적용된 광 변환 장치(10)를 보여준다. 변환기 상에 볼 렌즈를 장착하면, 내부 전반사가 감소되거나 완전히 제거된다. 이 때문에, 광은 약간의 손실도 없이 또는 약간의 손실만으로 변환기로부터 볼 렌즈로 들어갈 수 있다. 구형 볼 표면 상에서의 입사각이 감소되기 때문에, 광은 전혀 내부 전반사를 겪지 않거나, 광 빔의 훨씬 적은 비율에 대해서만 내부 전반사를 겪는다. 따라서, 직접 분리된 광의 비율이 증가될 수 있으며, 이것은 특히 달성 가능한 휘도를 증가시킨다. 굴절률 점프가 계면에서 직접 발생한다는 점은 주목할 만하다. 특히, 공기 간극이 없다.
도 7은 각각의 경우에 광 변환 소자(300)의 전면(310) 상으로 1차 광(250)을 방출하도록 구성되는 레이저로서 설계된 광원(200)을 포함하는 조명 장치(100)의 예시적인 실시예를 보여주며, 결과적으로 광 변환 소자(300)는 그 전면(310) 상에서 상이한 파장을 갖는 2차 광(350)을 방출하도록 구성된다.
이어서 광학 소자(500)가 광 변환 소자(300)의 전면(310)에 적용되며, 여기서 광 변환 소자(300)와 광학 소자(500)의 사이에 광학 접촉이 존재한다. 즉, 제1 광학 계면(G1)이 광 변환 소자 요소(300)와 광학 소자(500)의 사이에 형성된다. 이러한 제1 광학 계면(G1)에서, 2차 광(350)은 광 변환 소자(300)로부터 광학 소자(500)로 결합될 수 있다.
더욱이, 광학 소자(500)는 주변 매질에 대한 제2 광학 계면(G2)을 형성하는 외부 표면(510)을 포함한다. 외부 표면(510)은 서로 다른 섹션 A 및 A' 및 영역 B 및 B'를 포함한다.
곡선으로 연장되는 평면 섹션 A의 내부에, 광 변환 소자(300)의 전면(310)에 대해 비스듬하게 연장되는 표면 영역 B가 위치하며, 이것은 전면(310)으로부터 멀어지는 방향을 향한다. 이 표면 영역 B는 2차 광(350)이 제2 광학 계면(G2)에서 광학 소자(500)로부터 주변 매질로, 광 변환 소자(300)의 전면(310)의 법선(N)에 대해 표면 영역 B가 광 변환 소자(300)의 전면(310)에 평행하게 연장되는 경우보다 더 작은 각도를 갖는 방향으로, 분리될 수 있는 것을 특징으로 한다. 특히, 이 예에서 2차 광(350)은 법선(N)의 방향으로 표면 영역 B에서 굴절된다.
곡선으로 연장되는 추가의 평면 섹션 A'의 내부에, 광 변환 소자(300)의 전면(310)에 대해 비스듬하게 연장되는 추가의 표면 영역 B'가 위치하며, 이것은 전면(310)을 향한다. 이 표면 영역 B'는 2차 광(350)이 광 변환 소자(300)의 전면(310)의 법선(N)을 향한 방향으로 전반사에 의해 광학 소자(500)의 제2 광학 계면(G2)에서 반사되는 것을 특징으로 한다. 표면 영역 B'는 선택적으로 반사 코팅을 포함할 수 있다.
더욱이, 광학 소자(500)의 외부 표면(510)은 1차 광(250)이 광학 소자(500)에 결합되는 표면 영역 B"를 포함한다. 이 표면 영역 B"는 또한, 특히 1차 빔의 빔 형태나 빔 방향을 변경하기 위해, 예를 들어, 광 변환 소자(300)의 보다 적절한 조사와 관련하여, 빔 형성 영역으로서 형성될 수 있다.
도 8은 조명 장치(100)의 추가의 예시적인 실시예를 보여주며, 일부 양태에서 도 1의 예시적인 실시예와 유사하다. 이 예는 입사 1차 광을 광 변환 소자(300)의 전면(310) 상으로 안내하기 위해 입사 1차 광을 편향시키는 빔 분할기(700)를 추가로 포함한다. 또한, 이 예는 광학 소자(500)로부터 분리된 2차 광(350)의 초점을 맞추며 또는 시준하도록 구성된 추가의 광학 소자(600)를 포함한다.
도 9는 반구형 볼 렌즈로서 설계된 광학 소자(500)를 구비한 예시적인 실시예를 보여준다. 여기서 정점 높이(h)는 볼 반경(r)과 같다. 이상적인 굴절률 일치를 통해, 변환기-유리 계면에서 내부 전반사가 억제되며, 반구 중심에서 나오는 광 빔이 방향 변경 없이 렌즈를 떠날 수 있다. 도시된 바와 같이, 광 변환 소자(300), 즉, 변환기는 열 확산기(800) 상에 배치되는 것이 바람직하다.
도 10은 볼 렌즈로서 설계된 광학 소자(500)를 구비한 예시적인 실시예를 보여주며, 여기서 정점 높이(h)는 볼 반경(r)보다 크다. 따라서, 변환기를 떠나는 광이 광축을 향해 굴절되며, 따라서 광 번들이 덜 발산되며 더 강하게 시준된다. 정점 높이가 직경에 해당하는 굴절률(n=2)을 갖는 극단적인 경우의 볼 렌즈에서는, 광축에 가까운 빔의 완벽한 시준도 가능하다. 그러나, 여기에는 그런 다음 볼 렌즈 내부에서 내부 전반사를 겪는 광의 비율도 있으므로, 분리 효율이 제한된다.
도 11은 구형 형상을 벗어난 광학 소자(500)를 구비한 예시적인 실시예를 보여준다. 이러한 형상 편차는, 예를 들어, 기계적 또는 광학적 요건으로 인해 발생할 수 있으며, 또한 제조 방법 및/또는 제조 오류로 인해 발생할 수 있다. 그러나, 광학 소자의 외부 표면은 여전히 부분적으로 구형이므로, 여기에 설명된 볼 렌즈의 작동 원리가 또한 적용된다.
도 12는 비구면으로서 형성된 광학 소자(500)를 구비한 예시적인 실시예를 보여준다. 높은 개구수를 갖는 큰 방출 각도를 갖는 광원으로부터의 광에 결합하며 렌즈의 개구수 오류를 제한하기 위해 큰 개구수가 필요한 경우, 비구면이 조명 광학에 사용되는 경우가 있다.
도 13은 광 변환 소자(300)의 전면(310)을 완전히 덮는 광학 소자(500)를 구비한 예시적인 실시예를 보여준다. 더욱이, 광학 소자(500)가 또한, 예를 들어, 광 변환 소자(300)가 광학 소자(500) 및 열 확산기(800)에 의해 완전히 둘러싸이도록 광 변환 소자(300)의 측면을 둘러싸는 구성이 제공될 수 있다. 물론, 광 변환 소자(300)가 광학 소자(500)에 의해 둘러싸이는 이러한 선택안은 또한, 광학 소자(500)의 형상과 무관하게 적용된다.
도 14는 자유 형태의 광학 유닛으로서 형성되는 광 변환 소자(300)에 적용된 광학 소자(500)를 구비한 예시적인 실시예를 보여준다. 여기서 광학 소자의 내부 전반사(영역 B'에서의)는, 또한 이러한 빔을 시준하여 분해 효율을 증가시키기 위해, 큰 각도로 방출되는 광 빔에 대해 활용되는 반면, 더 작은 각도를 갖는 광 빔은 영역 B에서 반사에 의해 분리된다.
도 15는 포물선형 도광 로드로서 설계된 광학 소자(500)를 구비한 예시적인 실시예를 보여주며, 도광 로드가 이어서 변환기에 직접 적용된다. 이것은 TIR로 인해 변환 광에 대한 포물선 반사기의 역할을 하기 때문에, 이에 의해 변환기에 의해 방출된 광의 시준이 또한 가능하다.
도 16은 정점 높이(h)가 반경(r)보다 작은 평평한 렌즈로서 설계된 광학 소자(500)를 구비한 예시적인 실시예를 보여준다. 변환기 굴절률보다 작은 유리 굴절률을 사용하면 이러한 렌즈 형상이 1보다 작은 이론적인 분해 효율을 가질 수 있다. 그러나, 그럼에도 불구하고 볼 렌즈가 없는 평면 계면과 관련하여 유리하다.
도 17은 광학 소자(500), 예를 들어, 반구형 볼 렌즈를 구비한 예시적인 실시예를 보여주며, 여기서 광학 소자(500)는 코팅(505), 예를 들어, 도포된 광학 층 시스템(코팅)을 포함한다. 특히, 반사 방지 코팅(AR 코팅)은 굴절률이 높은 유리와 공기 사이의 프레넬 반사를 최소화하는 데 적합하다. 나가는 광의 각도 스펙트럼은 변환기로부터 광이 직접 나가는 경우보다 작은 것이 유리하다. 따라서, 특히 효율적인 코팅이 적용될 수 있다. 반구의 경우, 광 빔은, 예를 들어, 코팅에 거의 수직으로 입사하므로, 여기서, 예를 들어, 스펙트럼 대역폭이 크고 잔류 반사가 낮은 AR 코팅이 도포될 수 있다. 그러나, 변환기의 방출 스펙트럼에 영향을 미치는 특정 스펙트럼 프로파일을 갖춘 코팅을 또한 생각할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 유전체의 장거리 통과 필터는 황색 변환기의 방출 스펙트럼을 적색 방출 쪽으로 이동시킬 수 있다. 방출 중 단파 비율은 다시 방출 점으로 반사되어, 그곳에서 흡수되며, 갱신된 변환 후 더 긴 파장으로 재반사된다. 물론, 다른 모든 예시적인 실시예에서도 코팅이 제공될 수 있다.
도 18은, 추가의 하류 광학 소자(600), 이 예에서는, 하류의 높은 개구수의 렌즈와 조합한, 이 예에서는 볼 렌즈 형태의 광학 소자(500)를 구비한 예시적인 실시예를 보여준다. 특히 시준 효과는 없지만 결합 효율이 잠재적으로 높은 반구형 볼 렌즈의 경우, 이 조합은 따라서 그럼에도 불구하고 시준을 달성하는 데 유리하다. 그러나, 광학 소자의 굴절률 분산으로 인해 청색 광과 황색 광 모두에 대한 빔 경로를 최적화하는 것이 어려울 수 있다는 점에 유의하여야 한다. 이에 대해서는 빔 경로를 분할하여 대처할 수 있다.
도 19는 청색 레이저 광과 황색 유용한 광의 빔 경로가 이색성 빔 분할기(700)에 의해 분리되는 조명 장치(100)의 예시적인 실시예를 보여준다. 볼 렌즈(500) 및 이와 조합된 가능한 시준 렌즈(600)가 여기서 두 빔 경로 모두에 의해 사용된다. 그러나, 청색 여기 레이저(200) 뒤의 시준 렌즈(201)와 광이 조사될 시스템(400)(예를 들어 균질화 로드) 입구 전방의 수렴 렌즈(401)는 각각, 렌즈를 통해 방사되는 하나의 빔 경로만을 가지며, 따라서 별개로 최적화될 수 있다. 이러한 예시적인 실시예는, 예를 들어, 프로젝션 용례에 사용될 수 있다.
이하의 도 20 내지 도 25는 특히 광 변환 장치를 제조하기 위한 방법 양태에 관한 것이다.
광학 소자(500)를 적용한 광 변환 소자(300)를, 예를 들어, (1.) 변환기 재료 상으로의 유리 용융(이로 인해 오로지 용융 유리의 표면 장력으로 인한 렌즈 형태가 초래된다); (2.) 일측이 부분적으로 연마된 볼 렌즈의 용융; (3.) 특히 광학적 접촉을 증명하며 최적의 용융 조건을 결정하기 위한 프리즘의 용융; (4.) 후면 은 금속화를 갖는, 특히 후속 볼 렌즈 용융이 은 금속화를 파괴되지 않는 결과를 갖는 변환기 상으로의 볼 렌즈의 용융에 의해 실험적으로 구현하였다.
광 변환 장치는, 예를 들어, 유리를 변환기 재료에 직접 연결할 수 있는 용융 프로세스를 통해 제조될 수 있다. 용합될 유리 소자가 변환기 위에 배치되어 온도 처리를 거친다. 원칙적으로, 두 구성 요소(유리 및 변환기 재료) 모두에 대해 추가의 표면 처리가 필요하지 않으며, 사전 세정이 선호된다.
온도 프로그램의 선택은 유리의 물리 화학적 속성, 특히 점도-온도 프로파일, 계면 장력, 결정화 속성, 및 열 팽창(또는 유리와 변환기 재료 간의 CTE 불일치)을 고려하여 이루어진다.
원하는 장치에 사용되는 바와 같은 굴절률이 높은 유리는, 종종 가파른 점도 곡선을 가지며 결정화(특히 표면 결정화) 경향이 있기 때문에, 용합 프로세스에 특별한 어려움을 나타낸다. 이 때문에, 사용 가능한 프로세스 창이 작다.
유리와 변환기 재료 사이의 긴밀한 결합부를 획득하기 위해, 점도가, 예를 들어, 1010 dPas의 크기 정도로 특정 제한 점도 아래로 떨어진다(또는 제한 온도가 초과된다). 결합부는, 바람직하게는, 기계적 안정성뿐만 아니라 전체 표면에 걸쳐 "광학적으로 균질한" 부착부도 제공한다. 즉, 바람직하게는, 유리와 변환기 사이의 계면에 국소적인 공기 함유물 등이 존재하지 않는다.
또한, 결정화(예를 들어, 벌크 내에서의 및/또는 표면에서의)는 피하는 것이 바람직하며, 이것은, 예를 들어, 광학 소자의 투과를 감소시킬 수 있거나, 나가거나 들어오는 광의 원하지 않는 산란을 유발하기 때문이다.
광학 유리 소자의 형상이나 윤곽은 원하는 형상이나 윤곽을 획득하기 위해 다양한 방식으로 영향을 받을 수 있다: (a) 윤곽은 "예비 성형품"(용합 전 차가운 유리 부분)을 통해 특정화될 수 있으며, 용합 프로세스 동안(적어도 광학적으로 관련된 영역에서는) 변하지 않는다. 예비 성형품의 표면 품질도 용합 동안 (적어도) 유지되며, 특히 거친 표면의 경우 용융 프로세스에서 표면 품질의 개선이 가능하다. (b) 예비 성형품의 윤곽은 광학 소자의 윤곽과 다르다. 최종 윤곽은 먼저 용합 프로세스에서 발생한다.
(a)의 경우, 예비 성형품은, 예를 들어, 일측이 편평하거나 반으로 자른 유리 볼이다. (b)의 경우, 예비 성형품은, 예를 들어, 입방체 소자일 수 있다. 그러나, 다른 형상도 생각해 볼 수 있다. 이 경우, 예비 성형품의 표면 품질이 형성될 광학 소자의 표면 품질을 벗어날 수 있거나, 또는 더 나쁠 수도 있다. 더 나쁜 것은 거칠기 매개 변수 값(Ra. Rq 또는 Sa, Sq) 등과 같은 표면 품질을 특성화하기 위한 전형적인 매개 변수가 더 높을 수 있다는 것을 의미하는 것으로 이해하여야 한다. 어떤 선택안을 선택하느냐는 달성될 광학 소자의 윤곽뿐만 아니라 유리 재료의 선택에 의해서도 영향을 받는다. 두 이형에 대한 온도 지침은 전형적으로 다르다.
(a)의 경우, 용합 프로세스는 바람직하게는 1010 dPas 및 107 dPa의 점도에 해당하는 범위에서 발생한다. (b)의 경우, 용합은 점도 107 dPas 아래의 온도에서 발생하는 것이 바람직하다. 이 경우, 광학 소자의 형상은 유리의 표면 장력을 통해 형성된다. 그러나, 이것은 낮은 결정화 온도나 높은 결정 성장 속도로 인해 방해를 받는다. 용합 프로세스의 최대 온도는, 바람직하게는, 이러한 목적을 위한 임계 온도 한계값 아래로 유지되거나, 특정 온도 한계값이 짧은 시간 동안만 초과된다. 유리 표면에서 결정화가 시작되면, 한편으로는 직접적으로는 결정 자체로 인해 그리고 또한 간접적으로는 결정과 유리의 서로 다른 팽창 계수로 인해 냉각 프로세스에서 형성되는 주름진 거친 표면 스킨으로 인해, 산란 중심이 발생한다.
선택안 (a) 용합 방법에 대한 예시적인 실시예 1
유리 종류: N-LaSF9, 굴절률 nD 1.85; 817℃에서 107.6 dPas, 700℃에서 1013 dPas; 결정화: 경사 로드(gradient rod) 방법을 사용하여 측정된 하부 실투 경계(lower devitrification boundary)는 대략 105.5 dPas에 대응하는 대략 900℃이다. 변환기 하층: 은 코팅된 Ce/YAG. 예비 성형품 윤곽: 반구, 예비 성형품 표면 품질(백색 광 간섭계(WLI) 측정 데이터, 측정 필드 336*336 ㎛2: Sg 5 nm, Sa 4 nm).
방법 단계: 예비 성형품(들) 세정; 변환기(들) 세정; 변환기 하층(들) 위에 예비 성형품(들) 배치; 깨끗한 노 챔버, 장점: 청결도로 인한 노 내의 내부 슬리브및 온도 균질성을 개선하기 위해, 장점: 세라믹 용기가 있는 변환기(들)와 렌즈(들)로 구성된 장치의 별개의 커버.
온도 프로그램: 3 K/분에서 825℃, 15분 유지, 1 K/분에서 700℃까지 냉각, 이후 "자유" 냉각.
용합 소자의 윤곽, 도 20(오른쪽) 참조.
용합된 하프 렌즈의 표면 매개 변수: WLI 측정(측정 필드 336*336 ㎛2): 용합 후 유리 표면 Sq= 2 nm, Sa = 1 nm. 용합 전 유리 표면(예비 성형품의 시작 상태, 위 참조): Sg = 5nm, Sa = 4nm
선택안 (b) 용융 방법에 대한 예시적인 실시예 1:
유리 종류: N-LaSF9, 변환기 하층: 은 코팅된 Ce/YAG, 예비 성형품 윤곽: 입방체, 가장자리 길이(4 mm).
방법 단계: 예비 성형품(들) 세정; 변환기(들) 세정; 변환기 하층(들) 위에 예비 성형품(들) 배치; 깨끗한 노 챔버, 장점: 청결도로 인한 노 내의 내부 슬리브및 온도 균질성을 개선하기 위해, 장점: 세라믹 용기가 있는 변환기(들)와 렌즈(들)로 구성된 장치의 별개의 커버.
용융된 소자의 윤곽, 도 24(오른쪽) 참조.
요약하면, 본 발명을 사용하면, 예를 들어, (i) 굴절률이 일치하는 분리 소자가 세라믹 변환기에 적용될 수 있어, 이들 사이에 광학적 접촉이 있다. 또한, 광학 소자(분리 소자)가 바람직하게는 (ii) 내부 전반사에 의한 분리가 방지되는 방출 광의 비율이 최소화되도록 형성될 수 있다. 특히, 이에 의해 람베르트 방출의 단점이 해결될 수 있다. 광원의 람베르트 방출 특성은, 광원에 의해 방출된 모든 방사선을 하류 빔 조사 경로에 결합하는 것이 종종 불가능하기 때문에, 불리하다.
바람직하게는, 두 가지 접근법 (i)과 (ii)가 조합된다. 이것은 변환기에 적용되는 굴절률이 일치하는 유리 평면이, 예를 들어, 변환기-유리 계면에서의 광 확산을 감소시키지만, 전반사 문제를 유리-공기 계면으로 옮기기 때문이다. 내부 전반사를 겪는 광의 비율은 동일하게 유지된다. 이것은 임의의 굴절률의 판 유리에 대해 적용된다. 예를 들어, BK-7 판 유리는 유리-공기 계면에서 전반사 임계각을 감소시키지만, 그 대가로 일정 비율의 광이 이미 변환기-유리 계면에서 반사된다. 반면에, BK-7 반구형 렌즈는 광 분리를 위한 최적의 기하학적 구조를 가지지만, 여기서도 광의 상당 부분이 이미 변환기-유리 계면에서 반사된다.
무기 재료(유리)를 사용함으로써, 높은 온도 안정성과 이에 따라 장치의 전력 안정성이 유리하게 달성될 수 있다. 광학 시스템에 대한 분리 특성 일치는 문제의 일치하는 분리 소자(예를 들어, 반구형 렌즈, 3/4 볼 렌즈, 구형에 가까운 볼 렌즈, 포물선형 도광 소자, 자유 형태 광학 유닛)에 의해 유리하게 수행될 수 있다. 청색 광의 결합과 황색 광의 분리 개선이 광학 소자의 코팅으로 인해 유리하게 발생할 수 있다. 또한, 광의 방출 스펙트럼이 코팅에 의해 조정될 수 있다. 또한, 광학 소자의 광 분산이 여기 및 유용한 광에 대해 최적화된 빔 경로를 통해 보상될 수 있다.
적용된 분리 소자는, 예를 들어, 반구형 렌즈, 구면 렌즈, 비구면 렌즈, 또는 소위 "포물선형 집광기", 내부 전반사를 기준으로 한 포물선형 거울처럼 기능하는 포물선 형상의 도광 로드일 수 있다. 분리 소자의 기하학 구조와 관련하여 다음 사항에 유의하여야 한다.
반구형 렌즈(정점 높이=반경)는, 변환기로부터 나가는 광의 전체 각도 스펙트럼이 분리될 수 있으므로, 최적의 광 분리를 갖는다. 그러나, 이 기하학 구조는 다음의 광학 유닛에 대해 높은 요구 사항을 제시한다. 광이 유리-공기 계면을 통해 수직으로 방사되기 때문에, 이 기하학 구조는 유전체 코팅(예를 들어, 광대역 AR 코팅 또는 나가는 광의 색상을 수정하는 코팅. 녹색 반사 코팅을 갖는 협대역 코팅을 사용하면, 녹색 광의 재흡수 및 후속 재반사를 통해 적색 이동도 달성될 수 있다)의 적용에 특히 적합하다.
포물선형 도광 로드는 또한, 전체 각도 스펙트럼을 분리할 수 있으며 유리-공기 계면에서 거의 수직의 광 출구를 갖는다.
정점 반경보다 더 큰 정점 높이를 갖는 볼 렌즈(예를 들어, 3/4 렌즈)는 각도에 따른 강도 분포를 제한하여, 구성 요소를 광학 시스템에 통합하는 것을 단순화한다. 그러나, 일부 빔은 전반사 임계각보다 큰 각도로 유리-공기 계면에 입사되기 때문에, 모든 광 빔이 렌즈를 떠날 수 있는 것은 아니다.
우수한 h > r을 갖는 렌즈 형상은 구면 렌즈이며, 정점 높이(h)에 대해
Figure pat00006
의 관계가 적용된다. 구면의 초점 거리에
Figure pat00007
이 적용되므로, 빔 지점은 물체측 초점에 위치하며 광축에 가까운 빔은 시준된다. 이 경우, n은 물체측 굴절률이며, n'은 이미지측 굴절률이며, r은 표면 곡률 반경이며, f'는 이미지측 초점 거리이다. 정점 높이(h > r)에서는, 렌즈의 변환기측 부분에서 구형 형상을 벗어나야 할 수 있다. 변환기에 의해 방출되는 광 번들 부분, 특히 개구수가 높은 부분에서는, 전반사가 발생할 수 있어, 분리 원뿔이 제한된다.
비구면은 나가는 광이 정점 근처뿐만 아니라 광축으로부터 멀리 떨어진 빔에 대해서도 시준되도록 설계될 수 있다.
자유 형태 광학 유닛은 전반사 임계각을 초과하는 광 빔이 포물선형 도광 구조에 의해 시준되도록 설계될 수 있다.
평평한 렌즈(정점 높이 < 정점 반경)도 전체 각도 스펙트럼을 분리할 수는 없지만, 그럼에도 불구하고 평면형 변환기에 비해 개선된 기능을 제공한다.
최상의 해결책의 평가에 있어서, 변환기 재료, 장치 및 광학 시스템으로 구성된 전체 시스템을 항상 관찰하여야 한다. 따라서, 황색 방출 광원의 간단한 광학 시스템에 대해, 거의 또는 전혀 산란이 없는 매우 얇은 변환기 재료의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는 유리로 형성된 포물선형 도광 로드 또는 3/4 렌즈만 선택하는 것이 유용할 수 있다.
반면에, 어느 경우에나 산란 변환기가 필요한 백색 광 용례에 대해서는 변환기 소자의 고유한 광 가둠 기능을 활용하며 분리 소자로의 굴절률 점프를 전적으로 허용하는 것이 유용할 수 있다. 그러나, 이것은 결정화 경향이 더 낮은 "보다 우수한 성질의" 유리로 제조되며 이러한 목적을 위해 더 복잡한 형상으로 형성된, 예를 들어, 비구면 1차 렌즈로서, 복잡한 자유 형태 광학 유닛과 조합하여 최적의 1차 광 결합과 2차 광 분리를 허용한다.
본 발명은 바람직하게는 굴절률 n > 1.8을 갖는 반사 배열의, 레이저 광이 조사되도록 구성된 세라믹 발광 변환기에 관한 것이며, 이것을 사용하여 바람직하게는 높은 휘도가 발생된다. 본 발명은 또한, 투과 배열의 변환기, 비-세라믹 변환기, 및/또는 레이저 대신에 다른 광원, 예를 들어, LED를 사용한 여기(excitation)에 관한 것이다.
따라서, 본 발명은 특히, 고휘도가 중요하며 레이저 여기식 축광 광원이 이미 사용되었을 수도 있는 용례에 유용하다. 예를 들어, 디지털 프로젝션, 헤드라이트, 예를 들어, 자동차 상향등, 자동차 헤드라이트, 서치 헤드라이트, 현미경 조명, 광섬유, 예를 들어, 내시경 검사, 또는 머신 비전이 있다.

Claims (23)

  1. 조명 장치(100)로서,
    1차 광(250)을 방출하기 위한, 특히 레이저로서 설계된, 적어도 하나의 광원(200);
    전면(310)을 갖는 광 변환 소자(300)로서, 상기 광원(200)에 의해 방출된 1차 광(250)이 조사되며 그 전면(310) 상에서 상이한 파장을 갖는 2차 광(350)을 방출하도록 구성된 광 변환 소자(300);
    광학 소자(500)로서, 상기 광 변환 소자(300)와 광학 소자(500)의 사이에 제1 광학 계면(G1)이 형성되어, 2차 광(350)이 제1 광학 계면(G1)에서 광 변환 소자(300)로부터 광학 소자(500)로 결합(coupling)될 수 있도록 상기 광 변환 소자(300)의 전면(310)에 적용되는, 광학 소자(500)
    를 포함하며,
    상기 광학 소자(500)는 주변 매질에 대한 제2 광학 계면(G2)을 형성하는 외부 표면(510)을 포함하며,
    (a) 상기 외부 표면(510)은 상기 광 변환 소자(300)의 전면(310)에 대해 비스듬하게 연장되는 적어도 하나의 표면 영역 B를 포함하여, 2차 광(350)이, 광 변환 소자(300)의 전면(310)의 법선(N)에 대해, 표면 영역 B이 광 변환 소자(300)의 전면(310)에 평행하게 연장되는 경우보다 작은 각도를 갖는 방향으로 광학 소자(500)로부터 주변 매질로 제2 광학 계면(G2)에서 분리(decoupling)될 수 있으며, 및/또는
    (b) 상기 외부 표면(510)은 상기 광 변환 소자(300)의 전면(310)에 대해 비스듬하게 연장되는 적어도 하나의 표면 영역 B'를 포함하여, 2차 광(350)이 광 변환 소자(300)의 전면(310)의 법선(N)을 향한 방향으로 특히 전반사를 통해 제2 광학 계면(G2)에서 광학 소자(500)로 반사될 수 있는 것인, 조명 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광 변환 소자(300)는 그 전면(310)에 상기 광원(200)에 의해 방출된 1차 광(250)이 조사되도록 구성되어, 특히 조명 장치가 반사 기하학 구조(remission geometry)를 가지도록 하며, 및/또는
    상기 광학 소자(500)는 1차 광과 2차 광 모두가 상기 광학 소자(500)를 통과하도록 구성되며, 및/또는
    상기 광학 소자(500)의 외부 표면(510)은, 특히 표면 영역 B의 일부이거나 표면 영역 B'의 일부인, 1차 광(250)을 형성하는 표면 영역 B"를 포함하며, 및/또는
    조명 장치, 특히 상기 광 변환 소자(300) 및/또는 광학 소자(500), 특히 상기 제1 광학 계면(G1)은 광 변환 소자(300)의 전면(310) 상으로 보내어진 1차 광의 일부가 광학 소자의 외부 표면(510)의 방향으로 산란 1차 광으로서 연장되도록, 특히 산란 1차 광이 또한 표면 영역 B에서 광학 소자(500)로부터 주변 매질로 분리될 수 있으며 및/또는 산란 1차 광이 또한 표면 영역 B'에서 전반사에 의해 반사될 수 있도록 설계되며, 및/또는
    조명 장치는, 특히 이색성이며 1차 광의 빔 경로와 2차 광의 빔 경로 모두에 배치되며 반사에 의해 상기 빔 경로 중 하나를 편향시키도록 구성되는, 빔 분할기(700)를 포함하며, 및/또는
    조명 장치는 광학 소자(500)로부터 분리된 2차 광(350)의 초점을 맞추며 및/또는 시준하도록 구성된 추가의 광학 소자(600)를 포함하는 것인, 조명 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 2차 광이 광학 소자로부터 분리될 수 있는 상기 표면 영역 B는, 바람직하게는 0° 내지 20°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐 연장되며, 특히 바람직하게는 0° 내지 40°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐 연장되며, 더욱 더 바람직하게는 0° 내지 70°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐 연장되며, 또는 0° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐 연장되는, 상기 광학 소자(500)의 외부 표면(510)의 적어도 하나의 평면 섹션 A, 예를 들어, 볼록하게 만곡된 평면 섹션에 의해 형성되며, 및/또는
    2차 광이 광학 소자로부터 분리될 수 있는 상기 표면 영역 B는, 바람직하게는 적어도 0.45π의 입체각(solid angle)에 걸쳐 연장되며, 특히 바람직하게는 적어도 1π의 입체각에 걸쳐 연장되며, 더욱 더 바람직하게는 적어도 2π의 입체각에 걸쳐 연장되는, 상기 광학 소자(500)의 외부 표면(510)의 적어도 하나의 평면 섹션 A, 예를 들어, 볼록하게 만곡된 평면 섹션에 의해 형성되며, 및/또는
    2차 광이 전반사에 의해 상기 광학 소자로 반사될 수 있는 상기 표면 영역 B'는, 바람직하게는 1° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐 연장되며, 특히 바람직하게는 10° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐 연장되며, 더욱 더 바람직하게는 40° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐 연장되며, 또는 60° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐 연장되는, 상기 광학 소자(500)의 외부 표면(510)의 적어도 하나의 평면 섹션(A), 예를 들어, 볼록하게 만곡된 평면 섹션에 의해 형성되며, 및/또는
    2차 광이 전반사에 의해 광학 소자로 반사될 수 있는 상기 표면 영역 B'는, 바람직하게는 적어도 1π의 입체각에 걸쳐 연장되며, 특히 바람직하게는 적어도 1.5π의 입체각에 걸쳐 연장되며, 더욱 더 바람직하게는 적어도 1.95π의 입체각에 걸쳐 연장되는, 상기 광학 소자(500)의 외부 표면(510)의 적어도 하나의 평면 섹션 A', 예를 들어, 볼록하게 만곡된 평면 섹션에 의해 형성되는 것인, 조명 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 소자의 외부 표면(510) 및/또는 상기 광학 소자의 외부 표면(510)의 평면 섹션 A는, 바람직하게는 0° 내지 20°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐, 특히 바람직하게는 0° 내지 40°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐, 더욱 더 바람직하게는 0° 내지 70°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐, 또는 0° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐 적어도 부분적으로, 특히 완전히, 구형의 형상으로 형성되며, 및/또는
    상기 광학 소자의 외부 표면(510) 및/또는 상기 광학 소자의 외부 표면(510)의 평면 섹션 A는, 바람직하게는 적어도 0.45π의 입체각에 걸쳐, 특히 바람직하게는 적어도 1π의 입체각에 걸쳐, 더욱 더 바람직하게는 적어도 2π의 입체각에 걸쳐, 적어도 부분적으로, 특히 완전히, 구형 형상으로 형성되며, 및/또는
    상기 광학 소자의 외부 표면(510) 및/또는 상기 광학 소자의 외부 표면(510)의 평면 섹션 A'는, 바람직하게는 1° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐, 특히 바람직하게는 10° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐, 더욱 더 바람직하게는 40° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐, 또는 60° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐, 적어도 부분적으로 포물선 형상으로 형성되며, 및/또는
    상기 광학 소자의 외부 표면(510) 및/또는 상기 광학 소자의 외부 표면(510)의 평면 섹션 A'는, 바람직하게는 적어도 1π의 입체각에 걸쳐, 특히 바람직하게는 적어도 1.5π의 입체각에 걸쳐, 더욱 더 바람직하게는 적어도 1.95π의 입체각에 걸쳐, 적어도 부분적으로 포물선 형상으로 형성되는 것인, 조명 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 소자의 표면 영역 B에서 분리될 수 있는 2차 광은 상기 광 변환 소자(300)의 전면(310)의 법선(N)을 향한 방향으로 분리될 수 있으며, 및/또는
    상기 광학 소자의 외부 표면(510), 특히 상기 광학 소자의 외부 표면(510)의 평면 섹션 A 또는 평면 섹션 A'는 2차 광학 소자의 초점을 맞추며 및/또는 시준하도록 설계되며, 및/또는
    2차 광이 광학 소자, 바람직하게는 평면 섹션 A로부터 분리될 수 있는 상기 표면 영역 B는, 2차 광이 그 위에서 분리될 수 있도록 설계되며, 상기 2차 광은 상기 제1 광학 계면(G1)의 중심에서 광학 소자(500)로 분리될 수 있고, 및/또는
    2차 광이 전반사에 의해 광학 소자, 바람직하게는 평면 섹션 A'로 반사될 수 있는 상기 표면 영역 B'는, 2차 광이 그 위에서 반사될 수 있도록 설계되며, 상기 2차 광은 상기 제1 광학 계면(G1)의 중심에서 광학 소자(500)로 분리될 수 있는 것인, 조명 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 소자에, 특히 광 변환 소자를 향하는 측면에, 코팅, 특히 반사 유전체 또는 금속 코팅이 적어도 부분적으로, 특히 완전히, 제공되며, 상기 광학 소자의 외부 표면(510)에, 특히 광학 소자(500)의 외부 표면(510)에만 코팅, 특히 유전체 코팅, 반사 방지 코팅, 이색성 코팅, 및/또는 색상 변화 코팅(color shifting coating)이 적어도 부분적으로, 특히 완전히, 제공되는 것인, 조명 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 변환 소자(300)는 이하의 재료: 세라믹 변환기 재료, Ce:YAG, Ce:GYAG, 특히 Y 위치에 Gd를 갖는 YAG, Ce:LuAG, Ce:GaLuAG 중 하나 이상을 포함하며, 및/또는
    상기 광 변환 소자(300)는 다결정질 재료를 포함하며, 특히 균질한 다결정질 재료를 포함하며, 및/또는
    상기 광 변환 소자(300)는 특히 매트릭스 재료로서 설계된 무기 재료를 포함하며, 및/또는
    상기 광 변환 소자(300)는 단결정질 재료를 포함하며, 특히 단결정질 재료로 구성되며, 및/또는
    상기 광 변환 소자는 1.5보다 크거나, 1.6보다 크거나, 1.7보다 크거나, 1.8보다 큰 굴절률을 갖는 것인, 조명 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 소자(500)는 이하의 재료: 유리, 특히 LaSF, N-LaSF9, LASF35, P-LASF51, SF 유리, 또는 등가의 유리 중 하나 이상을 포함하며, 및/또는
    상기 광학 소자(500)는 1.5보다 크거나 1.6보다 크거나 1.7보다 크거나 1.8보다 큰, 특히 광 변환 소자(300)의 굴절률보다 큰 굴절률을 가지며, 및/또는
    상기 광학 소자(500)의 굴절률은 광 변환 소자(300)의 굴절률보다 겨우 0.3 더 작으며, 바람직하게는 광 변환 소자(300)의 굴절률보다 겨우 0.1 더 작으며, 더 바람직하게는 광 변환 소자(300)의 굴절률보다 겨우 0.05 더 작으며, 특히 바람직하게는 광 변환 소자(300)의 굴절률보다 더 크며, 및/또는
    상기 광학 소자는, 440 nm 내지 780 nm의 범위에서는 10 mm 두께 샘플에서 측정된 적어도 90%의 내부 투과율을 가지며 500 nm 내지 780 nm의 범위에서는 10 mm 두께 샘플에서 측정된 적어도 97%의 내부 투과율을 갖는, 유리로 구성되며, 및/또는
    상기 광학 소자는 7 x 10-6 1/K 내지 9.5 x 10-6 1/K의 범위의, 바람직하게는 7 x 10-6 1/K 내지 8.5 x 10-6 1/K의 범위의 열팽창 계수(CTE)(α+20/+300℃)를 가지며, 및/또는
    상기 광학 소자는, 25℃ 내지 300℃의 온도 범위에서 2 x 10-6 1/K 미만의, 바람직하게는 1 x 10-6 1/K 미만의, 광학 소자와 광 변환 소자(300) 사이의 열팽창 계수(CTE)의 차이를 가지며, 및/또는
    상기 광학 소자는 800℃ 아래, 바람직하게는 700℃ 아래의 유리 전이 온도(TG)를 가지며, 및/또는
    상기 광학 소자는 900℃ 아래, 바람직하게는 850℃ 아래, 특히 바람직하게는 800℃ 아래의 온도에서 점도가 1010 dPas인 것인, 조명 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 변환 소자(300) 및 상기 광학 소자(500), 특히 이들의 재료 및/또는 굴절률 및/또는 기하학 구조는 제1 계면(G1)에서의 전반사가 먼저 50°보다 큰 각도, 바람직하게는 70°보다 큰 각도, 특히 바람직하게는 80°보다 큰 각도에서 발생하도록 설계되며, 및/또는
    상기 광 변환 소자(300)와 상기 광학 소자(500), 특히 이들의 재료 및/또는 굴절률 및/또는 기하학 구조는 전반사가 전혀 또는 본질적으로 발생하지 않도록 설계되는 것인, 조명 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 소자(500), 특히 광학 소자의 재료, 굴절률 및/또는 외부 표면(510)은, 30%보다 큰, 바람직하게는 60%보다 큰, 특히 바람직하게는 90%보다 큰 비율의 2차 광이 광학 소자(500)로부터 주변 매질로 분리될 수 있도록 설계되며, 및/또는
    상기 광학 소자(500), 특히 광학 소자의 재료, 굴절률 및/또는 외부 표면(510)은 모든 2차 광이 또는 본질적으로 모든 2차 광이 광학 소자(500)로부터 주변 매질로 분리될 수 있도록 설계되는 것인, 조명 장치.
  11. 전면(310)을 갖는 광 변환 소자(300)를 제공하는 단계로서, 상기 광 변환 소자(300)는 1차 광(250)이 조사되며 그 전면(310)에서 상이한 파장을 갖는 2차 광(350)을 방출하도록 구성되는 것인 단계, 및
    상기 광 변환 소자(300)의 전면(310)에, 광학 소자(500)와 광 변환 소자(300)의 사이에 제1 광학 계면(G1)을 갖는 광학 소자(500)를 형성하도록 원료를 용융하는 단계
    를 포함하는, 광 변환 장치를 제조하기 위한 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 용융하는 단계 동안, 상기 원료는 용융된 광학 소자(500)가 적어도 본질적으로 원료의 외부 표면에 대응하는 외부 표면(510)을 수용하도록 그 형상을 적어도 본질적으로 유지하며, 및/또는
    상기 원료가 105 dPas보다 높고 1010 dPas보다 낮으며, 바람직하게는 106 dPas보다 높고 108 dPas보다 낮은 점도에 도달하도록 상기 용융하는 단계 동안 온도 증가가 발생하는 것인, 광 변환 장치를 제조하기 위한 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 용융하는 단계 동안, 상기 원료는, 용융된 광학 소자(500)가 원료의 외부 표면을 벗어난 외부 표면(510)을 수용하도록, 그 형상이 변하며, 및/또는
    상기 원료가 106 dPas보다 낮으며, 바람직하게는 105 dPas보다 낮으며 특히 바람직하게는 104 dPas보다 낮은 점도에 도달하도록 상기 용융하는 단계 동안 온도 증가가 발생하는 것인, 광 변환 장치를 제조하기 위한 방법.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 소자의 외부 표면(510)은, 바람직하게는 적어도 1/2π의 입체각에 걸쳐, 특히 바람직하게는 적어도 1π의 입체각에 걸쳐, 더욱 더 바람직하게는 적어도 2π의 입체각에 걸쳐, 적어도 부분적으로, 특히 완전히, 구형 형상으로 형성되며, 및/또는
    상기 광학 소자의 외부 표면(510)은, 광축에 대한 90° 내지 60°의 각도 범위의, 포물선의 정점에서 시작하는 빔에 대해, 보다 바람직하게는 광축에 대한 90° 내지 30°의 각도 범위의 빔에 대해, 적어도 부분적으로 포물선 형상으로 형성되는 것인, 광 변환 장치를 제조하기 위한 방법.
  15. 광 변환 장치(10)에 있어서,
    전면(310)을 갖는 광 변환 소자(300)로서, 1차 광(250)이 조사되며 그 전면(310) 상에서 상이한 파장을 갖는 2차 광(350)을 방출하도록 구성된 광 변환 소자(300); 및
    광학 소자(500)로서, 상기 광 변환 소자(300)와 광학 소자(500)의 사이에 제1 광학 계면(G1)이 형성되어, 2차 광(350)이 제1 광학 계면(G1)에서 광 변환 소자(300)로부터 광학 소자(500)로 결합될 수 있도록 상기 광 변환 소자(300)의 전면(310)에 적용되는, 광학 소자(500)
    를 포함하며,
    상기 광학 소자(500)는 주변 매질에 대한 제2 광학 계면(G2)을 형성하는 외부 표면(510)을 포함하며,
    (a) 상기 외부 표면(510)은 광 변환 소자(300)의 전면(310)에 대해 비스듬하게 연장되는 적어도 하나의 표면 영역 B를 포함하여, 2차 광(350)이, 광 변환 소자(300)의 전면(310)의 법선(N)에 대해, 표면 영역 B가 광 변환 소자(300)의 전면(310)에 평행하게 연장되는 경우보다 작은 각도를 갖는 방향으로 광학 소자(500)로부터 주변 매질로 제2 광학 계면(G2)에서 분리될 수 있으며, 및/또는
    (b) 상기 외부 표면(510)은 광 변환 소자(300)의 전면(310)에 대해 비스듬하게 연장되는 적어도 하나의 표면 영역 B'를 포함하여, 2차 광(350)이 광 변환 소자(300)의 전면(310)의 법선(N)을 향한 방향으로 특히 전반사를 통해 제2 광학 계면(G2)에서 광학 소자(500)로 반사될 수 있는 것인, 광 변환 장치.
  16. 제15항에 있어서, 2차 광이 광학 소자로부터 분리될 수 있는 상기 표면 영역 B는, 바람직하게는 0° 내지 20°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐 연장되며, 특히 바람직하게는 0° 내지 40°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐 연장되며, 더욱 더 바람직하게는 0° 내지 70°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐 연장되며, 또는 0° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐 연장되는, 광학 소자(500)의 외부 표면(510)의 적어도 하나의 평면 섹션 A, 예를 들어, 볼록하게 만곡된 평면 섹션에 의해 형성되며, 및/또는
    2차 광이 광학 소자로부터 분리될 수 있는 상기 표면 영역 B는, 바람직하게는 적어도 0.45π의 입체각에 걸쳐 연장되며, 특히 바람직하게는 적어도 1π의 입체각에 걸쳐 연장되며, 더욱 더 바람직하게는 적어도 2π의 입체각에 걸쳐 연장되는, 상기 광학 소자(500)의 외부 표면(510)의 적어도 하나의 평면 섹션 A, 예를 들어, 볼록하게 만곡된 평면 섹션에 의해 형성되며, 및/또는
    2차 광이 전반사에 의해 상기 광학 소자로 반사될 수 있는 상기 표면 영역 B'는, 바람직하게는 1° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐 연장되며, 특히 바람직하게는 10° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐 연장되며, 더욱 더 바람직하게는 40° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐 연장되며, 또는 60° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐 연장되는, 광학 소자(500)의 외부 표면(510)의 적어도 하나의 평면 섹션 A', 예를 들어, 볼록하게 만곡된 평면 섹션에 의해 형성되며, 및/또는
    2차 광이 전반사에 의해 광학 소자로 반사될 수 있는 상기 표면 영역 B'는, 바람직하게는 적어도 1π의 입체각에 걸쳐 연장되며, 특히 바람직하게는 적어도 1.5π의 입체각에 걸쳐 연장되며, 더욱 더 바람직하게는 적어도 1.95π의 입체각에 걸쳐 연장되는, 상기 광학 소자(500)의 외부 표면(510)의 적어도 하나의 평면 섹션 A', 예를 들어, 볼록하게 만곡된 평면 섹션에 의해 형성되는 것인, 광 변환 장치.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 광학 소자의 외부 표면(510) 및/또는 상기 광학 소자의 외부 표면(510)의 평면 섹션 A는, 바람직하게는 0° 내지 20°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐, 특히 바람직하게는 0° 내지 40°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐, 더욱 더 바람직하게는 0° 내지 70°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐, 또는 0° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐, 적어도 부분적으로, 특히 완전히 구형의 형상으로 형성되며, 및/또는
    상기 광학 소자의 외부 표면(510) 및/또는 상기 광학 소자의 외부 표면(510)의 평면 섹션 A는, 바람직하게는 적어도 0.45π의 입체각에 걸쳐, 특히 바람직하게는 적어도 1π의 입체각에 걸쳐, 더욱 더 바람직하게는 적어도 2π의 입체각에 걸쳐, 적어도 부분적으로, 특히 완전히 구형 형상으로 형성되며, 및/또는
    상기 광학 소자의 외부 표면(510) 및/또는 상기 광학 소자의 외부 표면(510)의 평면 섹션 A'는, 바람직하게는 1° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐, 특히 바람직하게는 10° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐, 더욱 더 바람직하게는 40° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐, 또는 60° 내지 90°의 법선에 대한 각도 범위에 걸쳐, 적어도 부분적으로 포물선 형상으로 형성되며, 및/또는
    상기 광학 소자의 외부 표면(510) 및/또는 상기 광학 소자의 외부 표면(510)의 평면 섹션 A'는, 바람직하게는 적어도 1π의 입체각에 걸쳐, 특히 바람직하게는 적어도 1.5π의 입체각에 걸쳐, 더욱 더 바람직하게는 적어도 1.95π의 입체각에 걸쳐, 적어도 부분적으로 포물선 형상으로 형성되는 것인, 광 변환 장치.
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 소자의 표면 영역 B에서 분리될 수 있는 2차 광은 상기 광 변환 소자(300)의 전면(310)의 법선(N)을 향한 방향으로 분리될 수 있으며, 및/또는
    상기 광학 소자의 외부 표면(510), 특히 상기 광학 소자의 외부 표면(510)의 평면 섹션 A 또는 평면 섹션 A'는 2차 광학 소자의 초점을 맞추며 및/또는 시준하도록 설계되며, 및/또는
    2차 광이 광학 소자, 바람직하게는 평면 섹션 A로부터 분리될 수 있는 상기 표면 영역 B는, 2차 광이 그 위에서 분리될 수 있도록 설계되며, 상기 2차 광은 상기 제1 광학 계면(G1)의 중심에서 광학 소자(500)로 분리될 수 있고, 및/또는
    2차 광이 전반사에 의해 광학 소자, 바람직하게는 평면 섹션 A'로 반사될 수 있는 상기 표면 영역 B'는, 2차 광이 그 위에서 반사될 수 있도록 설계되며, 상기 2차 광은 상기 제1 광학 계면(G1)의 중심에서 광학 소자(500)로 분리될 수 있는 것인, 광 변환 장치.
  19. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 소자에, 특히 광학 소자의, 광 변환 소자를 향하는 측면에, 코팅, 특히 반사 유전체 또는 금속 코팅이 적어도 부분적으로, 특히 완전히 제공되며, 상기 광학 소자의 외부 표면(510)에, 특히 광학 소자(500)의 외부 표면(510)에만 코팅, 특히 유전체 코팅, 반사 방지 코팅, 이색성 코팅, 및/또는 색상 변화 코팅이 적어도 부분적으로, 특히 완전히 제공되는 것인, 광 변환 장치.
  20. 제15항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 변환 소자(300)는 이하의 재료: 세라믹 변환기 재료, Ce:YAG, Ce:GYAG, 특히 Y 위치에 Gd를 갖는 YAG, Ce:LuAG, Ce:GaLuAG 중 하나 이상을 포함하며, 및/또는
    상기 광 변환 소자(300)는 다결정질 재료를 포함하며, 특히 균질한 다결정질 재료를 포함하며, 및/또는
    상기 광 변환 소자(300)는 무기 재료, 특히 매트릭스 재료로서 설계된 무기 재료를 포함하며, 및/또는
    상기 광 변환 소자(300)는 단결정질 재료를 포함하며, 특히 단결정질 재료로 구성되며, 및/또는
    상기 광 변환 소자는 1.5보다 크거나, 1.6보다 크거나, 1.7보다 크거나, 1.8보다 큰 굴절률을 갖는 것인, 광 변환 장치.
  21. 제15항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 소자(500)는 이하의 재료: 유리, 특히 LaSF, N-LaSF9, LASF35, P-LASF51, SF 유리, 또는 등가의 유리 중 하나 이상을 포함하며, 및/또는
    상기 광학 소자(500)는 1.5보다 크거나 1.6보다 크거나 1.7보다 크거나 1.8보다 큰, 특히 광 변환 소자(300)의 굴절률보다 큰 굴절률을 가지며, 및/또는
    상기 광학 소자(500)의 굴절률은 광 변환 소자(300)의 굴절률보다 겨우 0.3 더 작으며, 바람직하게는 광 변환 소자(300)의 굴절률보다 겨우 0.1 더 작으며, 보다 바람직하게는 광 변환 소자(300)의 굴절률보다 겨우 0.05 더 작으며, 특히 바람직하게는 광 변환 소자(300)의 굴절률보다 더 크며, 및/또는
    상기 광학 소자는, 440 nm 내지 780 nm의 범위에서는 10 mm 두께 샘플에서 측정된 적어도 90%의 내부 투과율을 가지며 500 nm 내지 780 nm의 범위에서는 10 mm 두께 샘플에서 측정된 적어도 97%의 내부 투과율을 갖는, 유리로 구성되며, 및/또는
    상기 광학 소자는 7 x 10-6 1/K 내지 9.5 x 10-6 1/K의 범위의, 바람직하게는 7 x 10-6 1/K 내지 8.5 x 10-6 1/K의 범위의 열팽창 계수(CTE)(α+20/+300℃)를 가지며, 및/또는
    상기 광학 소자는, 25℃ 내지 300℃의 온도 범위에서 2 x 10-6 1/K 미만의, 바람직하게는 1 x 10-6 1/K 미만의, 광학 소자와 광 변환 소자(300) 사이의 열팽창 계수(CTE)의 차이를 가지며, 및/또는
    상기 광학 소자는 800℃ 아래, 바람직하게는 700℃ 아래의 유리 전이 온도(TG)를 가지며 및/또는
    상기 광학 소자는 900℃ 아래, 바람직하게는 850℃ 아래, 특히 바람직하게는 800℃ 아래의 온도에서 점도가 1010 dPas인 것인, 광 변환 장치.
  22. 제15항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 변환 소자(300) 및 상기 광학 소자(500), 특히 이들의 재료 및/또는 굴절률 및/또는 기하학 구조는 제1 계면(G1)에서의 전반사가 먼저 50°보다 큰 각도, 바람직하게는 70°보다 큰 각도, 특히 바람직하게는 80°보다 큰 각도에서 발생하도록 설계되며, 및/또는
    상기 광 변환 소자(300)와 상기 광학 소자(500), 특히 이들의 재료 및/또는 굴절률 및/또는 기하학 구조는 전반사가 전혀 또는 본질적으로 발생하지 않도록 설계되는 것인, 광 변환 장치.
  23. 제15항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 소자(500), 특히 광학 소자의 재료, 굴절률 및/또는 외부 표면(510)은, 30%보다 큰, 바람직하게는 60%보다 큰, 특히 바람직하게는 90%보다 큰 비율의 2차 광이 광학 소자(500)로부터 주변 매질로 분리될 수 있도록 설계되며, 및/또는
    상기 광학 소자(500), 특히 광학 소자의 재료, 굴절률 및/또는 외부 표면(510)은 모든 2차 광이 또는 본질적으로 모든 2차 광이 광학 소자(500)로부터 주변 매질로 분리될 수 있도록 설계되는 것인, 광 변환 장치.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040183081A1 (en) 2003-03-20 2004-09-23 Alexander Shishov Light emitting diode package with self dosing feature and methods of forming same
WO2006109113A2 (en) 2005-04-12 2006-10-19 Acol Technologies Sa Primary optic for a light emitting diode
DE102008021436A1 (de) 2008-04-29 2010-05-20 Schott Ag Optik-Konverter-System für (W)LEDs
US8235556B2 (en) 2008-10-20 2012-08-07 Reflexite Corporation Condensing element, array, and methods thereof
CN104157775A (zh) 2014-06-17 2014-11-19 京东方光科技有限公司 一种led照明装置及封装方法
KR101693922B1 (ko) 2014-07-10 2017-01-09 현대자동차주식회사 헤드램프용 레이저 광학계
US11656474B2 (en) 2019-01-15 2023-05-23 Sony Group Corporation Collimator lens, light source device, and image display device
DE102019105831A1 (de) 2019-03-07 2020-09-10 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronisches bauelement mit einer transparenten verbindung zwischen zwei fügepartnern und verfahren zu dessen herstellung
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