WO2021153827A1 - 컬러휠 - Google Patents

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WO2021153827A1
WO2021153827A1 PCT/KR2020/001490 KR2020001490W WO2021153827A1 WO 2021153827 A1 WO2021153827 A1 WO 2021153827A1 KR 2020001490 W KR2020001490 W KR 2020001490W WO 2021153827 A1 WO2021153827 A1 WO 2021153827A1
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phosphor
modified
basic
region
color wheel
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PCT/KR2020/001490
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강보경
홍근영
유영길
김민성
김경필
백승미
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엘지전자 주식회사
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a color wheel.
  • the invention relates to a color wheel in which the composition of a phosphor is controlled.
  • the color wheel is a device used in an image display device, such as a projector, and may include a phosphor that converts the wavelength of incident light and emits it.
  • the color wheel may include a plurality of phosphors to convert incident light into various wavelength bands in order to improve the quality of an image to be displayed.
  • JP2017-160578A discloses a phosphor color wheel for a projector that includes a YAG:Ce phosphor and a LuAg:Ce phosphor.
  • a light source emits light to the phosphor wheel, and the phosphor particles in the phosphor convert the irradiated light into a specific wavelength and emit it.
  • the phosphor component included in the phosphor color wheel for a projector has a problem in that the phosphor emission intensity is not good, and when the temperature is increased according to high output, the emission intensity is decreased.
  • the present invention is to provide a color wheel with improved luminous intensity.
  • an object of the present invention is to provide a color wheel in which a decrease in luminous intensity due to an increase in temperature is reduced.
  • the present invention is to solve all problems that can be generated or predicted from the prior art in addition to the technical problems described above.
  • the color wheel according to the present invention includes a basic phosphor and a modified phosphor obtained by doping gallium into the basic phosphor.
  • the basic phosphor includes Y 3 Al 5 O 12
  • the modified phosphor includes Y 3 (Ga x Al (1-x) ) 5 O 12 :Ce in which the basic phosphor is doped with gallium.
  • the x may be 0.01 to 0.6.
  • the modified phosphors may be plural, and each of the plurality of modified phosphors may have a different x value.
  • gallium may be substituted with at least a portion of aluminum of the basic phosphor to form a solid solution.
  • the apparatus may further include a substrate on which the basic phosphor and the modified phosphor are disposed, wherein the substrate is partitioned to include a basic phosphor region on which the basic phosphor is disposed and a modified phosphor region on which the modified phosphor is disposed.
  • the number of the basic phosphor region and the modified phosphor region may be equal to or greater than the types of the basic phosphor and the modified phosphor.
  • the basic phosphor region and the modified phosphor region may be formed in a ring shape around a rotation axis of the substrate.
  • the sum of central angles of the basic phosphor region compared to the sum of central angles of the basic phosphor region and the modified phosphor region is 20° to 340°, and the sum of central angles of the modified phosphor region compared to the sum of central angles of the basic phosphor region and the modified phosphor region is 20 ° to 340 °.
  • the modified phosphor may include a plurality of modified phosphors having different gallium contents, and the modified phosphor region includes a plurality of modified phosphor small regions in which a plurality of modified phosphors having different gallium contents are disposed, respectively, and The modified phosphor small region may have a different central angle according to the gallium content of the modified phosphor.
  • the modified phosphor is Y 3 (Ga x Al (1-x) ) 5 O 12 :Ce (0.1 ⁇ x ⁇ 0.2) and Y 3 (Ga x Al (1-x) ) 5 O 12 :Ce(0.4 ⁇ x) ⁇ 0.5).
  • the color wheel of the present invention includes a modified phosphor doped with gallium to not only improve the luminous intensity, but also reduce the decrease in luminous intensity due to an increase in temperature.
  • FIG. 1 is a front view of a color wheel according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a color wheel according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a partially enlarged cross-section of a color wheel according to an embodiment of the present invention.
  • the color wheel 100 of the present invention includes a basic phosphor 21 that converts incident light into a basic emission wavelength and emits it, and at least one modified phosphor doped with gallium including at least one emission wavelength different from the basic emission wavelength ( 22).
  • the color wheel 100 includes a plate-shaped substrate 10 and a phosphor layer 20 disposed on the substrate 10 , the substrate 10 and the phosphor layer 20 . and a reflective layer 30 disposed therebetween.
  • the substrate 10 forms the basic structure of the color wheel 100, and may be a ring-shaped or circular-shaped member.
  • the substrate 10 may rotate in one direction with respect to a central rotation axis, and the phosphor layer 20 to be described later may be rotated together by the rotation of the substrate 10 .
  • the shape of the substrate 10 is not limited to the shape shown in the above description and drawings, and it will be said that a person skilled in the art includes a shape applicable to a color wheel shape.
  • the substrate 10 may include at least one of aluminum (Al), iron (Fe), and copper (Cu).
  • Al aluminum
  • Fe iron
  • Cu copper
  • the substrate 10 may include aluminum having good thermal conductivity.
  • constituent material of the substrate 10 is not limited to the above description, and a person skilled in the art will include all materials applicable to the color wheel 100 within a range having good thermal conductivity and reflectivity.
  • a reflective layer 30 may be disposed between the substrate 10 and the phosphor layer 20 .
  • the reflective layer 30 may have an adhesive property so that the phosphor layer 20 can be firmly coupled to the substrate 10 , and at the same time have a reflective property to improve light conversion efficiency of the phosphor layer 20 .
  • the reflective layer 30 may include at least one of resin, silver (Ag), and titanium oxide (TiO2).
  • a reflective layer composed of titanium oxide powder and resin may be applied, or a substrate having a surface deposited with silver may be applied as the reflective layer.
  • constituent material of the reflective layer 30 is not limited to the above description, and it will be said that it includes constituent materials within a range that can be easily designed and changed by those skilled in the art.
  • the color wheel 100 according to the embodiment of the present invention can realize the effect of excellent luminous intensity and reduced luminescence intensity degradation at high temperatures by adjusting the composition of the phosphor included in the phosphor layer 20 .
  • the phosphor layer 20 will be described in detail with reference to FIGS. 1, 3 and 4 .
  • the phosphor layer 20 may be irradiated with a light source, and each of the phosphors 21 and 22 included in the phosphor layer 20 may absorb incident light, convert it into a specific wavelength, and then emit it.
  • the phosphor layer 20 may include a basic phosphor 21 having a basic emission wavelength and at least one modified phosphor 22 having at least one emission wavelength different from the basic emission wavelength.
  • the basic phosphor 21 may be a phosphor including YAG:Ce including yttrium, aluminum (Al), and garnet to which cerium (Ce) is added.
  • compositional formula of the basic phosphor 21 may be Y 3 Al 5 O 12 , and 3, 5, and 12 of the compositional formula mean at%, which is the number of elements each element occupies relative to the total number of atoms.
  • Cerium is included in a very trace amount, and may be, for example, 0.15 at% as about 0.6 at% or less.
  • the basic phosphor 21 is a phosphor including Y 3 Al 5 O 12 (YAG:Ce)
  • the phosphor powder is cured by mixing Y 3 Al 5 O 12 phosphor powder with a resin.
  • the phosphor including Y 3 Al 5 O 12 included in the basic phosphor 21 may have an average particle size of about 10 ⁇ m to about 50 ⁇ m.
  • the basic phosphor 21 absorbs incident light, converts it into a basic emission wavelength, and emits it. For example, yellow-based light may be emitted.
  • the color wheel 100 may include not only the basic phosphor 21 but also at least one modified phosphor 22 having at least one emission wavelength different from the basic emission wavelength.
  • the color wheel 100 may include a plurality of modified phosphors 22 having different gallium contents, and the content of gallium included in each of the plurality of modified phosphors 22 is different.
  • the emission wavelength also varies accordingly.
  • the color wheel 100 since the color wheel 100 includes at least one modified phosphor 22 together with the basic phosphor 21 , it is possible to emit light having a basic emission wavelength and an emission wavelength different from the basic emission wavelength.
  • composition of the plurality of modified phosphors 22 will be described later.
  • the modified phosphor 22 may include Y 3 (Ga x Al (1-x) ) 5 O 12 :Ce in which gallium (Ga) is doped into the basic phosphor 21 .
  • Modified phosphor 22 used herein has Ga that is called a phosphor comprising a doped Y 3 Al 5 O 12 can mean that the phosphor in which Ga is cured by mixing with the resin-doped Y 3 Al 5 O 12 phosphor powder there is.
  • the phosphor including Y 3 Al 5 O 12 doped with Ga included in the modified phosphor 21 may have an average particle size of about 10 ⁇ m to about 50 ⁇ m.
  • the deformable phosphor 22 may be in a state in which gallium (Ga) is substituted with at least a portion of aluminum of the basic phosphor 21 to form a solid solution.
  • the ratio of the element of substituted gallium to the total element of aluminum and the value of x in the composition formula of the modified phosphor 22 may be about 0.01 to about 0.6.
  • the modified phosphor 22 may be doped with gallium so that the x value in the composition formula is about 0.01 to about 0.6, thereby changing the emission wavelength and the emission intensity of the modified phosphor 22 .
  • the modified phosphor 22 included in the embodiment of the present invention has an x value within a range of 0.01 to 0.6. It may be composed of a plurality of different modified phosphors 22 .
  • the emission wavelength can move from the yellow series to the green series.
  • the color wheel 100 includes at least one modified phosphor 22 having a different gallium doping ratio, thereby diversifying the wavelength band of light that can be implemented through the color wheel 100 and finally implemented by the projector. You can improve the quality of the video.
  • the color wheel 100 includes a plurality of modified phosphors 22 having different gallium doping ratios, thereby further improving the luminous intensity and more effectively reducing the luminescence intensity decrease due to the increase in temperature. can do it
  • the color wheel 100 includes the first modified phosphor 22 with x in the range of about 0.1 to 0.2 and the second modified phosphor 22 with x in the range of about 0.4 to 0.5 in the compositional formula.
  • the light emission intensity can be further improved.
  • the substrate 10 may be partitioned to have a constant central angle with respect to the rotation axis of the substrate, and the partitioned substrate includes the basic phosphor region 11 on which the basic phosphor 21 is disposed and the modified phosphor. It may include a modified phosphor region 12 in which 22 is disposed.
  • the number of the basic phosphor region 11 and the modified phosphor region 12 is the number of the basic phosphor 21 and the modified phosphor 22 .
  • the modified phosphor 22 having the same x value in the composition formula is determined as one type, and the modified phosphor 22 having a different x value is determined as a different type) or There may be many.
  • a plurality of each of the basic phosphor 21 or the modified phosphor 22 of the same type may be disposed on the substrate. Alternatively, they may be spaced apart from each other.
  • the basic phosphor region 11 and the modified phosphor region 12 may be formed of annular parts with respect to the rotation axis of the substrate 10 .
  • annular region of a certain width is formed around the rotational axis of the substrate 10, and the annular region is divided and divided to have a constant central angle to become the basic phosphor region 11 and the modified phosphor region 12. there is.
  • the shapes of the basic phosphor region 11 and the modified phosphor region 12 are not limited to the structures shown in the above description and drawings, and as long as the shape can surround the central axis with respect to the rotation axis of the substrate 10, it is usually It will be said that it includes a shape or structure that can be easily designed and changed by engineers.
  • the basic phosphor 21 may be disposed in the basic phosphor region 11 and the modified phosphor 22 may be disposed in the modified phosphor region 12 .
  • the basic phosphor region 11 and the modified phosphor region 12 may be configured at a constant ratio.
  • the sum of the central angles ⁇ 11 and the central angles ⁇ 12 of the modified phosphor region compared to the sum of the central angles ⁇ 11 of the modified phosphor region may be about 20° to about 340°.
  • the ratio of the basic phosphor region 11 in 360° may be about 1/18 to about 17/18, and conversely, the ratio occupied by the modified phosphor region 12 is about 17/19 to about 1/18.
  • the basic phosphor region 11 and the modified phosphor region 12 are configured in the above ratio, the light emission intensity of the color wheel 100 can be improved.
  • the modified phosphor 22 may include a plurality of modified phosphors having different gallium contents, and the modified phosphor region 12 is arranged by sorting modified phosphors having different gallium contents by type. can do it
  • the modified phosphor region 12 may include a plurality of modified phosphor small regions 12a and 12b in which a plurality of modified phosphors having different gallium contents are respectively disposed.
  • the number of the modified phosphor small regions 12a and 12b is not limited to the contents disclosed in the description and drawings, but includes a range that can be easily designed and changed by a person skilled in the art.
  • modified phosphor small region 12a there may be one modified phosphor small region 12a, or two (12a, 12b), and may be composed of a plurality of three or more.
  • reference numerals may be denoted as (12a, 12b, 12c).
  • the modified phosphor small regions 12a and 12b may have different central angles depending on the gallium content of the modified phosphor 22, and the modified phosphors 22 of the same type having the same gallium content have the same central angle of the modified phosphor small regions 12a. can do.
  • each of the basic phosphor 21 and the modified phosphor 22 It is possible to realize a difference in color characteristics such as color coordinates and brightness ratio and a difference in luminescence intensity, and realize a color wheel with excellent luminescence intensity while effectively satisfying the required color characteristics due to such a difference.
  • Examples 1 to 4 include one or two modified phosphors 22 doped with gallium together with the basic phosphor 22 .
  • the light emission intensity is further increased by controlling the respective gallium content (x value of the composition formula) and the angle of the modified phosphor small regions 12a and 12b. can be improved
  • Example 1 and Comparative Example 1 are compared with respect to the light emission intensity according to the output POWER of the incident light.
  • Comparative Example 1 as the output of the incident light increases, the temperature of the phosphor also increases, so that the emission intensity of the phosphor decreases below a certain level.
  • the temperature of the phosphor increases as the output of the incident light increases, but the decrease in the emission intensity is reduced, so that the emission intensity significantly superior to that of Comparative Example 1 can be maintained. there is.

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Abstract

본 발명 실시예에 따른 컬러휠은 기본 발광 파장을 가지는 기본 형광체 및 상기 기본 발광 파장과 다른 적어도 하나의 발광 파장을 포함하는 적어도 하나의 변형 형광체를 포함하고, 상기 기본 형광체는 Y3Al5O12를 포함하고, 상기 변형 형광체는 상기 기본 형광체에 갈륨이 도핑된 Y3(GaxAl(1-x))5O12:Ce 를 포함한다.

Description

컬러휠
본 발명은 컬러휠에 관한 발명이다.
보다 상세하게는 형광체의 조성을 제어한 컬러휠에 관한 발명이다.
컬러휠은 프로젝터 등의 영상표시 장치에 사용되는 장치로서 입사된 광의 파장을 변환시켜 방출하는 형광체를 포함할 수 있다.
컬러휠은 표시하고자 하는 영상의 품질을 향상시키기 위해 입사된 광을 다양한 파장대로 변환시키기 위해 복수의 형광체를 포함할 수 있다.
일본 특허(JP2017-160578A)에서는 프로젝터용 형광체 컬러휠로서 YAG:Ce 형광체 및 LuAg:Ce 형광체를 포함하는 것을 게시하고 있다.
상기 프로젝터용 형광체 컬러휠은 광원이 형광체 휠로 광을 조사시키고, 형광체에 있는 형광체 입자가 조사된 광을 특정 파장으로 변환시켜 방출하게된다.
하지만, 상기 프로젝터용 형광체 컬러휠에 포함된 형광체 구성은 형광체 발광 강도가 좋지 않을 뿐더러, 고출력에 따른 온도 증가가 이루어 지는 경우, 발광 강도가 감소하는 문제가 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제를 설명하면 다음과 같다.
첫째, 본 발명은 발광 강도가 향상된 컬러휠을 제공하는데 있다.
둘째, 본 발명은 온도 증가에 따른 발광 강도 저하가 감소된 컬러휠을 제공하는데 있다.
기타, 본 발명은 상기에 기재한 기술적 과제외에 종래기술부터 발생되거나 예측될 수 있는 모든 문제점을 해결하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 컬러휠은 기본 형광체 및 상기 기본 형광체에 갈륨을 도핑시킨 변형 형광체를 포함한다.
구체적으로, 상기 기본 형광체는 Y3Al5O12를 포함하고, 상기 변형 형광체는 상기 기본 형광체에 갈륨이 도핑된 Y3(GaxAl(1-x))5O12:Ce 를 포함한다.
상기 x는 0.01 내지 0.6일 수 있다.
상기 변형 형광체는 복수이고, 상기 복수의 변형 형광체 각각은 x값이 서로 다를 수 있다.
상기 변형 형광체는 갈륨이 상기 기본 형광체의 알루미늄의 적어도 일부와 치환되어 고용체를 형성할 수 있다.
상기 기본 형광체 및 상기 변형 형광체가 배치되는 기판을 더 포함하고, 상기 기판은 구획되어 상기 기본 형광체가 배치되는 기본 형광체 영역 및 상기 변형 형광체가 배치되는 변형 형광체 영역을 포함할 수 있다.
상기 기본 형광체 영역 및 변형 형광체 영역의 수는 상기 기본 형광체 및 변형 형광체의 종류보다 같거나 많을 수 있다.
상기 기본 형광체 영역 및 상기 변형 형광체 영역은 상기 기판의 회전축을 중심으로, 고리형으로 형성될 수 있다.
상기 기본 형광체 영역 및 상기 변형 형광체 영역의 중심각 총합 대비 상기 기본 형광체 영역의 중심각 총합이 20° 내지 340° 이고, 상기 기본 형광체 영역 및 상기 변형 형광체 영역의 중심각 총합 대비 상기 변형 형광체 영역의 중심각 총합이 20° 내지 340°일 수 있다.
상기 변형 형광체는 갈륨의 함량이 서로 다른 복수의 변형 형광체를 포함할 수 있고, 상기 변형 형광체 영역은 갈륨의 함량이 서로 다른 복수의 변형 형광체 각각이 배치되는 복수의 변형 형광체 소영역을 포함하고, 상기 변형 형광체 소영역은 상기 변형 형광체의 갈륨 함량에 따라 중심각이 다를 수 있다.
상기 변형 형광체는 Y3(GaxAl(1-x))5O12:Ce(0.1≤x≤0.2) 및 Y3(GaxAl(1-x))5O12:Ce(0.4≤x≤0.5)를 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 컬러휠의 효과를 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 컬러휠은 갈륨이 도핑된 변형 형광체를 포함하여 발광 강도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 온도 증가에 따른 발광 강도 저하를 감소시킨다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 컬러휠의 전면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 컬러휠의 단면도이다.
도 3은 본 발명 실시예에 컬러휠의 단면을 부분적으로 확대한 도면이다.
도 4는 본 발명 실시예 및 비교예에 따른 컬러휠의 출력에 따른 발광 강도를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 후술하는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의되며, 명세서에서 용어의 의미에 대해 별도로 기재한 내용이 있다면 용어의 의미는 상기 기재 내용으로 정의될 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
본원 발명의 컬러휠(100)은 입사하는 광을 기본 발광 파장으로 변환시켜 방출하는 기본 형광체(21)와 상기 기본 발광 파장과 다른 적어도 하나의 발광 파장을 포함하는 갈륨이 도핑된 적어도 하나의 변형 형광체(22)를 포함한다.
이와 관련하여, 도 1 및 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 컬러휠(100)에 대해 설명한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참고하면, 컬러휠(100)은 판상형의 기판(10) 및 기판(10) 상에 배치된 형광체층(20)를 포함하고, 기판(10)과 형광체층(20) 사이에 배치된 반사층(30)을 포함한다.
구체적으로, 기판(10)은 컬러휠(100)의 기본 구조를 형성하며,고리형 또는 원형 형상의 부재일 수 있다. 기판(10)은 중심 회전축을 기준으로 일방향으로 회전할 수 있고, 기판(10)의 회전에 의해 후술할 형광체층(20)이 함께 회전될 수 있다.
다만, 기판(10)의 형상은 상기 기재 및 도면에 게시된 형상에 한정되는 것은 아니며, 통상의 기술자가 컬러휠 형상으로 적용 가능한 형상까지 포함한다고 할 것이다.
기판(10)은 알루미늄(Al), 철(Fe) 및 구리(Cu) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 일 예로 고에너지의 광이 조사되어 온도가 높아지기 때문에, 열전도성이 좋은 알루미늄을 포함할 수 있다.
다만, 기판(10)의 구성 물질은 상기 기재에 한정되는 것은 아니며, 열전도도와 반사도가 좋은 범위에서 통상의 기술자가 컬러휠(100)에 적용 가능한 물질을 모두 포함한다고 할 것이다.
기판(10) 및 형광체층(20) 사이에는 반사층(30)이 배치될 수 있다.
반사층(30)은 형광체층(20)가 기판(10)에 견고하게 결합될 수 있도록 접착특성이 있는 동시에, 형광체층(20)의 광 변환 효율을 향상시키기 위해 반사특성이 있을 수 있다.
구체적으로, 반사층(30)은 레진(resin), 은(Ag) 및 산화티타늄(TiO2)중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 산화티타늄분말과 레진으로 구성된 반사층을 적용할 수도 있고, 은으로 표면이 증착된 기판을 반사층으로 적용할 수도 있다.
다만, 반사층(30)의 구성물질은 상기 기재에 한정되는 것은 아니며, 통상의 기술자가 용이하게 설계 변경할 수 있는 범위의 구성물질까지 포함한다고 할 것이다.
본 발명 실시예에 따른 컬러휠(100)은 형광체층(20)에 포함된 형광체의 조성을 조절함으로서, 발광 강도가 우수하고, 고온에서 발광 강도 저하가 감소되는 효과를 구현할 수 있다.
이와 관련하여 도 1, 도 3 및 도 4를 참고하여 형광체층(20)에 대해 자세하게 설명한다.
형광체층(20)에는 광원이 조사될 수 있고, 형광체층(20)에 포함된 각각의 형광체(21,22)는 입사되는 광을 흡수하여 각각 특정 파장으로 변환시킨 후 방출될 수 있다.
구체적으로, 형광체층(20)은 기본 발광 파장을 가지는 기본 형광체(21) 및 상기 기본 발광 파장과 다른 적어도 하나의 발광 파장을 포함하는 적어도 하나의 변형 형광체(22)를 포함할 수 있다.
먼저, 기본 형광체(21)는 세륨(Ce)이 첨가된 이트륨(Yttrium), 알루미늄(Al) 및 가넷(Garnet)을 포함하여 YAG:Ce를 포함하는 형광체일 수 있다.
구체적으로 기본 형광체(21)의 조성식은 Y3Al5O12일 수 있고, 조성식의 3, 5, 12는 전체 원자수 대비 각각의 원소가 차자히는 원소 개수인 at%를 의미한다.
세륨은 극미량 포함되게 되며, 약 0.6at% 이하로서 예를 들어, 0.15at% 일 수 있다.
본 명세서에서 기본 형광체(21)가 Y3Al5O12(YAG:Ce)를 포함하는 형광체라는 것은 Y3Al5O12 형광체 분말을 레진과 혼합하여 경화시킨 형광체인 것을 의미할 수 있다.
또한, 기본 형광체(21)에 포함된 Y3Al5O12를 포함하는 형광체는 평균 입자 사이즈가 약 10um 내지 약 50um일 수 있다.
기본 형광체(21)는 입사광을 흡수하여 기본 발광 파장으로 변환하여 방출하게 되는데 예를 들어 황색 계열의 빛을 방출할 수 있다.
한편, 본 발명 실시예에 따른 컬러휠(100)은 기본 형광체(21) 뿐만 아니라, 상기 기본 발광 파장과 다른 적어도 하나의 발광 파장을 포함하는 적어도 하나의 변형 형광체(22)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 본 발명 실시예에 따른 컬러휠(100)은 갈륨의 함량이 서로 상이한 복수의 변형 형광체(22)들을 포함할 수 있으며, 복수의 변형 형광체(22) 각각에 포함된 갈륨의 함량이 상이함에 따라 발광 파장 또한 달라지게 된다.
즉, 컬러휠(100)은 기본 형광체(21)와 함께 적어도 하나의 변형 형광체(22)를 함께 포함함으로써, 기본 발광 파장 및 기본 발광 파장과 다른 발광 파장을 가지는 광을 방출시킬 수 있다.
구체적인 복수의 변형 형광체(22) 조성에 대한 설명한 후술한다.
변형 형광체(22)는 기본 형광체(21)에 갈륨(Ga)를 도핑시킨 Y3(GaxAl(1-x))5O12:Ce 를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 변형 형광체(22)가 Ga가 도핑된 Y3Al5O12를 포함하는 형광체라는 것은 Ga가 도핑된 Y3Al5O12 형광체 분말을 레진과 혼합하여 경화시킨 형광체인 것을 의미할 수 있다.
또한, 변형 형광체(21)에 포함된 Ga가 도핑된 Y3Al5O12를 포함하는 형광체는 평균 입자 사이즈가 약 10um 내지 약 50um일 수 있다.
구체적으로, 변형 형광체(22)는 갈륨(Ga)가 기본 형광체(21)의 알루미늄의 적어도 일부와 치환되어 고용체(solid solution)을 형성한 상태일 수 있다.
나아가, 알루미늄 전체 원소 대비 치환된 갈륨의 원소의 비, 상기 변형 형광체(22)의 조성식에서 x 값은 약 0.01 내지 약 0.6일 수 있다.
변형 형광체(22)는 조성식에서 x값이 약 0.01 내지 약 0.6이 되도록 갈륨을 도핑시킴으로써, 변형 형광체(22)의 발광 파장과 발광 강도를 변화시킬 수 있다.
그 결과 기본 형광체(21)와 변형 형광체(22)를 포함하는 컬러휠(100)의 발광 강도를 현저히 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 입사되는 광의 출력이 증가함에 따라 온도가 증가하더라도 발광 강도 저하를 효과적으로 감소시킬 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 컬러휠(100)은 복수의 변형 형광체(22)들을 포함할 수 있으므로, 본 발명 실시예에 포함된 변형 형광체(22)는 x가 0.01 내지 0.6인 범위 내에서 x값이 서로 다른 복수의 변형 형광체(22)들로 구성될 수 있다.
예를 들어, 변형 형광체(22)는 Y3(Ga0.1, Al0.9)5O12 : Ce(x=0.1), Y3(Ga0.4, Al0.6)5O12 : Ce(x=0.4) 및 Y3(Ga0.6, Al0.4)5O12 : Ce(x=0.6)등 갈륨 비율이 상이한 복수의 변형 형광체(22)들로 구성될 수 있다.
변형 형광체(22)는 조성식에서 x값이 약 0.01 내지 약 0.6 범위 내에서 증가할수록 발광 파장이 황색(Yellow)계열에서 녹색(Green)계열로 이동할 수 있게 된다.
본 발명 실시예에 따른 컬러휠(100)은 갈륨의 도핑 비율이 상이한 적어도 하나의 변형 형광체(22)를 포함함으로써, 컬러휠(100)을 통해 구현할 수 있는 광의 파장대를 다양화시켜 최종적으로 프로젝터에 의해 구현되는 영상의 품질을 향상시킬 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명 실시예에 따른 컬러휠(100)은 갈륨의 도핑 비율이 상이한 복수의 변형 형광체(22)를 포함함으로써 발광 강도를 더욱더 개선시킬 뿐만 아니라, 온도 상승에 따른 발광 강도 저하를 더욱 효과적으로 감소시킬 수 있다.
예를 들어,컬러휠(100)이 조성식에서 x의 범위가 약 0.1 내지 0.2인 제1의 변형 형광체(22)와 x의 범위가 약 0.4 내지 0.5인 제2의 변형 형광체(22)를 포함하는 경우, 한 종류의 변형 형광체(22)만을 포함한 경우에 비해, 발광 강도를 더욱 개선시킬 수 있다.
이어서, 기본 형광체(21) 및 적어도 하나의 변형 형광체(22)들의 배치 구조에 대해 설명한다.
다시 도 1을 참고하면, 기판(10)은 기판의 회전축을 중심으로 일정한 중심각도를 가지도록 구획될 수 있고, 구획된 기판은 기본 형광체(21)가 배치되는 기본 형광체 영역(11) 및 변형 형광체(22)가 배치되는 변형 형광체 영역(12)을 포함할 수 있다.
기본 형광체(21) 또는 변형 형광체(22)는 서로 이격되어 각각 복수개로 기판에 배치될 수 있으므로, 기본 형광체 영역(11) 및 변형 형광체 영역(12)의 수가 기본 형광체(21) 및 변형 형광체(22)의 종류(변형 형광체(22)의 경우, 조성식에서 x값이 동일한 변형 형광체(22)는 하나의 종류로 판단하고, x값이 다른 변형 형광체(22)는 다른 종류로 판단한다)보다 같거나 많을 수도 있다.
기본 형광체(21) 또는 동일한 종류의 변형 형광체(22) 각각은 복수로 기판에 배치될 수 있으며, 기본 형광체(21) 또는 동일한 종류의 변형 형광체(22)가 복수로 기판에 배치될 경우, 서로 접하거나 또는 서로 이격되어 배치될 수 있다.
예를 들어, 기본 형광체 영역(11) 및 변형 형광체 영역(12)은 기판(10)의 회전축을 중심으로 고리형의 각 부분으로 구성될 수 있다.
즉, 기판(10)의 회전축을 중심으로 일정한 폭의 고리형 영역이 형성되고, 상기 고리형 영역이 일정한 중심각을 갖도록 구획되어 구분되어 기본 형광체 영역(11)과 변형 형광체 영역(12)이 될 수 있다.
다만, 기본 형광체 영역(11) 및 변형 형광체 영역(12)의 형상은 상기 기재 및 도면에 게시된 구조에 한정되지 않고, 기판(10)의 회전축을 기준으로 상기 중심축을 둘러쌀 수 있는 형상이라면 통상의 기술자가 용이하게 설계 변경할 수 있는 형상이나 구조까지 포함한다고 할 것이다.
전술한 바와 같이, 기본 형광체 영역(11)에는 기본 형광체(21)가 배치되고 변형 형광체 영역(12)에는 변형 형광체(22)가 배치될 수 있다.
한편, 본 발명 실시예에 따른 컬러휠(100)에서 기본 형광체 영역(11)과 변형 형광체 영역(12)은 일정한 비율로 구성될 수 있다.
구체적으로, 기본 형광체 영역의 중심각(θ11) 및 변형 형광체 영역의 중심각(θ12) 총합 대비 기본 형광체 영역의 중심각(θ11) 총합이 약 20° 내지 약 340°일 수 있고, 기본 형광체 영역의 중심각(θ11) 및 변형 형광체 영역의 중심각(θ12) 총합 대비 변형 형광체 영역의 중심각(θ11) 총합이 약 20° 내지 약 340°일 수 있다.
즉, 360°중에서 기본 형광체 영역(11)이 차지하는 비율이 약 1/18 내지 약 17/18일 수 있고, 역으로 변형 형광체 영역(12)이 차지하는 비율이 약 17/19 내지 약 1/18일 수 있다.
본 발명 실시예에 따른 컬러휠(100)에서 기본 형광체 영역(11)과 변형 형광체 영역(12)이 상기 비율로 구성됨으로써, 컬러휠(100)의 발광 강도를 개선시킬 수 있다.
나아가, 전술한바와 같이, 변형 형광체(22)는 갈륨의 함량이 서로 다른 복수의 변형 형광체들을 포함할 수 있고, 변형 형광체 영역(12)은 갈륨의 함량이 서로 다른 변형 형광체들을 종류별로 구분하여 배치시킬 수 있다.
구체적으로, 변형 형광체 영역(12)은 갈륨의 함량이 서로 다른 복수의 변형 형광체 각각이 배치되는 복수의 변형 형광체 소영역(12a, 12b)들을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 변형 형광체 소영역(12a, 12b)의 수는 상기 기재 및 도면에 게시된 내용에 한정되는 것이 아니라, 통상의 기술자가 용이하게 설계 변경할 수 있는 범위까지 포함한다고 할 것이다.
예를 들어, 변형 형광체 소영역(12a)은 1개 일 수도 있고, 또는 2개 (12a, 12b)일 수도 있으며, 3 이상의 복수로 구성될 수도 있다. 3 이상의 복수로 변형 형광체 소영역이 구성될 경우, 도면 부호는 (12a,12b,12c)등으로 표시될 수 있다.
변형 형광체 소영역(12a, 12b)은 변형 형광체(22)의 갈륨 함량에 따라 중심각이 달라질 수 있고, 갈륨 함량이 같은 동일 종류의 변형 형광체(22)는 변형 형광체 소영역(12a)의 중심각이 동일할 수 있다.
갈륨의 함량이 상이한 복수의 변형 형광체(22)가 포함될 때, 갈륨의 함량에 따라 변형 형광체 소영역(12a,12b)의 중심각을 다르게 구성함으로써, 각각의 기본 형광체(21) 및 변형 형광체(22)들 간의 색좌표 및 명도비 등의 색특성 차이와 발광 강도의 차이를 구현할 수 있고, 이러한 차이로 인해 요구되는 색특성을 효과적으로 만족하면서 동시에 발광 강도가 우수한 컬러휠을 구현할 수 있다.
이어서, 하기의 표 1, 표2 및 도 4를 참고하여 본 발명 실시예에 따른 컬러휠(100)의 특성 및 효과에 대해 자세히 설명한다.
구분 형광체 조성 상대휘도
기본 형광체 제1 변형 형광체 제2 변형 형광체
실시예1 Y3Al5O12:Ce Y3(Gax, Al1-x)5O12 : Ce (x=0.1) Y3(Gax, Al1-x)5O12 : Ce (x=0.4) 100%
실시예2 Y3Al5O12:Ce Y3(Gax, Al1-x)5O12 : Ce (x=0.1) Y3(Gax, Al1-x)5O12 : Ce (x=0.6) 97%
실시예3 Y3Al5O12:Ce Y3(Gax, Al1-x)5O12 : Ce (x=0.3) Y3(Gax, Al1-x)5O12 : Ce (x=0.4) 98%
실시예4 Y3Al5O12:Ce - Y3(Gax, Al1-x)5O12 : Ce (x=0.4) 98%
비교예1 Y3Al5O12:Ce - Lu3Al5O12:Ce 87%
구분 중심각
기본 형광체 영역 제1 변형 형광체 영역 제2 변형 형광체 영역
실시예1 54˚ 61˚ 65˚
실시예2 54˚ 61˚ 65˚
실시예3 54˚ 61˚ 65˚
실시예4 115˚ 65˚
비교예1 115˚ 65˚
표 1 및 표 2를 참고하면, 비교예와 대비되어 실시예 1 내지 실시예 4는 기본 형광체(22)와 함께 갈륨을 도핑한 1개 또는 2개의 변형 형광체(22)를 포함하고 있다.
동시에, 2개의 변형 형광체(22)를 포함하는 경우, 갈륨의 함량이 높은(조성식에서 x값이 상대적으로 높은) 변형 형광체(22)가 배치되는 변형 형광체 영역(12b)을 갈륨 함량이 낮은 변형 형광체(22)가 배치되는 변형 형광체 영역(12a)보다 중심각이 크도록 제어하고 있다.
그 결과 실시예 1 내지 실시예 4는 비교예1과 비교하여 발광 강도가 현저히 증가하는 것을 확인할 수 있다.
나아가, 갈륨의 함량이 상이한 서로 다른 종류의 변형 형광체(22)들이 포함된 경우, 각각의 갈륨 함량(조성식의 x값) 및 변형 형광체 소영역(12a,12b)각도를 제어함으로서, 발광 강도를 더욱 개선시킬 수 있다.
한편, 도 4에서는, 입사 광의 출력(POWER)에 따른 발광 강도를 실시예 1과 비교예 1을 비교하고 있다. 도 4를 참고하면, 비교예 1은 입사 광의 출력이 증가할수록 형광체의 온도가 함께 증가하게되어, 형광체의 발광 강도가 일정 수준 이하로 감소하게 된다.
이에 반해, 본 발명 실시예 1에 따른 컬러휠(100)은 입사 광의 출력이 증가하여 형광체의 온도가 함께 증가하나, 발광 강도 저하가 감소되어 비교예 1보다 현저히 우수한 발광 강도를 유지할 수 있음을 확인할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

Claims (10)

  1. 기본 발광 파장을 가지는 기본 형광체 및
    상기 기본 발광 파장과 다른 적어도 하나의 발광 파장을 포함하는 적어도 하나의 변형 형광체를 포함하고,
    상기 기본 형광체는 Y3Al5O12를 포함하고,
    상기 변형 형광체는 상기 기본 형광체에 갈륨이 도핑된 Y3(GaxAl(1-x))5O12:Ce 를 포함하는 컬러휠.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 x는 0.01 내지 0.6인 컬러휠.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 변형 형광체는 복수이고, 상기 복수의 변형 형광체 각각은 x값이 서로 다른 컬러휠.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 변형 형광체는 갈륨이 상기 기본 형광체의 알루미늄의 적어도 일부와 치환되어 고용체를 형성한 컬러휠.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기본 형광체 및 상기 변형 형광체가 배치되는 기판을 더 포함하고,
    상기 기판은 구획되어 상기 기본 형광체가 배치되는 기본 형광체 영역 및 상기 변형 형광체가 배치되는 변형 형광체 영역을 포함하는 컬러휠.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기본 형광체 영역 및 변형 형광체 영역의 수는 상기 기본 형광체 및 변형 형광체의 종류보다 같거나 많은 컬러휠.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 기본 형광체 영역 및 상기 변형 형광체 영역은 상기 기판의 회전축을 중심으로, 고리형으로 형성된 컬러휠
  8. 제5항에 있어서,
    상기 기본 형광체 영역 및 상기 변형 형광체 영역의 중심각 총합 대비 상기 기본 형광체 영역의 중심각 총합이 20° 내지 340° 이고,
    상기 기본 형광체 영역 및 상기 변형 형광체 영역의 중심각 총합 대비 상기 변형 형광체 영역의 중심각 총합이 20° 내지 340°인 컬러휠.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 변형 형광체는 갈륨의 함량이 서로 다른 복수의 변형 형광체를 포함할 수 있고,
    상기 변형 형광체 영역은 갈륨의 함량이 서로 다른 복수의 변형 형광체 각각이 배치되는 복수의 변형 형광체 소영역을 포함하고,
    상기 변형 형광체 소영역은 상기 변형 형광체의 갈륨 함량에 따라 중심각이 다른 컬러휠.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 변형 형광체는 Y3(GaxAl(1-x))5O12:Ce(0.1≤x≤0.2) 및 Y3(GaxAl(1-x))5O12:Ce(0.4≤x≤0.5)를 포함하는 컬러휠.
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