WO2024147374A1 - 형광체 휠 장치 및 이를 구비하는 영상투사장치 - Google Patents

형광체 휠 장치 및 이를 구비하는 영상투사장치 Download PDF

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WO2024147374A1
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phosphor
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projection device
video projection
disposed
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김민성
홍근영
유영길
김경필
홍준기
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엘지전자 주식회사
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/16—Cooling; Preventing overheating
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]

Definitions

  • the phosphor wheel device is disposed inside the image projection device, and is a device that outputs light of a color corresponding to the phosphor when light is incident on the applied phosphor by rotation.
  • the prior literature cools the color wheel by only flowing air inside the sealed case due to dust inflow, so it is difficult to reduce the temperature, and there is a disadvantage in that reliability failure occurs when the light source system temperature exceeds approximately 200°C.
  • the purpose of the present disclosure is to provide a phosphor wheel device capable of improving heat dissipation performance and performing high-brightness light output, and an image projection device including the same.
  • the phosphor layer may be adhered to the base after sintering and processing the phosphor to turn it into a ceramic.
  • the phosphor may have a garnet structure including YAG and LuAG.
  • the reflective layer may be made of metal.
  • the phosphor layer may include: a yellow phosphor disposed in a first region of the base and outputting yellow light based on blue light incident on the base; and a green phosphor disposed in a second area on the base and outputting green light based on blue light incident on the base.
  • a motor that rotates the blade
  • a temperature sensor that senses the temperature of the plate
  • It may further include a control unit that controls the rotation speed of the motor, and the control unit may control the rotation speed of the motor to increase as the temperature detected by the temperature sensor increases.
  • FIG. 2 is an example of a block diagram of the image projection device of FIG. 1.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of a method of manufacturing the phosphor wheel device of FIG. 7 .
  • FIGS 11 and 12 are drawings referenced in the description of Figure 7.
  • module and “part” for components used in the following description are simply given in consideration of the ease of writing this specification, and do not in themselves give any particularly important meaning or role. Accordingly, the terms “module” and “unit” may be used interchangeably.
  • Optical device described hereinafter may refer to a device capable of outputting visible light. These optical devices can be applied to image projection devices, lighting devices, etc.
  • image projection device may refer to a device that can project an image to the outside.
  • Such an image projection device may include a projector.
  • the image projection device according to the present disclosure is not limited to projectors.
  • an image projection device may be mounted on another device as a single component.
  • an image projection device can be installed not only in a mobile terminal such as a smartphone, but also in home appliances such as an air conditioner, refrigerator, cooking appliance, robot vacuum cleaner, or in a vehicle.
  • the communication device 135 may serve as an interface with an external device or network connected to the image projection device 100 by wire or wirelessly.
  • the communication device 135 can receive data from an external device and transmit it to the image projection device 100, and conversely, it can transmit data from the image projection device 100 to an external device.
  • the light source 410 that outputs blue light (B) may include a laser diode or the like.
  • a laser diode can output blue laser light (B).
  • the color filter 460 transmits and outputs the yellow light (Y).
  • the bonding layer BL can bond the reflective layer LA and the plate PL using a solder material including AuSN and SAC.
  • the bonding layer (BL) is composed of nano-Ag sintering material and can bond the reflective layer (LA) and the plate (PL).
  • FIG. 7 the same configuration or description as that of FIG. 6 refers to the above-described content and redundant description is omitted. Hereinafter, the description will focus on parts that are different from FIG. 6.
  • the phosphor layer (PH) is disposed in the first area (AR1) on the plate (PL), as shown in FIG. 5, and includes a yellow phosphor (PHY) for output of yellow light (Y) It is disposed in the second area AR2 on the plate PL and may include a green phosphor PHG for output of green light G.
  • a plate (PL), a bonding layer (BL), a reflective layer (LA), and a phosphor (PH) may be sequentially arranged from the x-axis to the -x-axis.
  • FIG. 10 is a flowchart showing an example of a method of manufacturing the phosphor wheel device 430 of FIG. 7.
  • mirror processing can be performed into a desired shape.
  • sintering may be performed at about 500 to 999°C (preferably, for example, 900°C considering adhesion) (S107).
  • FIGS 11 and 12 are drawings referenced in the description of Figure 7.
  • the phosphor wheel device 430 of FIG. 7 According to the phosphor wheel device 430 of FIG. 7 according to an embodiment of the present disclosure, brightness is greatly improved, enabling high-brightness light output.
  • Figure 11 (b) is a graph comparing the temperature performance of the phosphor wheel device 430 of Figure 7.
  • Figure 12 (a) is an example of an internal block diagram of a phosphor wheel device according to another embodiment of the present disclosure.
  • the phosphor wheel device 1200 includes a motor 431 that rotates the blade (BLD) and a control unit ( 1270) may be further included.
  • control unit 1270 may control the rotation speed of the motor 431 to be constant, as shown in (b) of FIG. 12.
  • the high-speed rotation of the motor 431 improves the heat dissipation performance of the lower portion of the cap-shaped plate PL on which the phosphor layer PH is disposed, and further enables high-brightness light output.
  • the phosphor wheel device 1200 may further include a temperature sensor 1210 for sensing the temperature of the plate PL inside the phosphor wheel device 1200.
  • the control unit 1270 may control the rotation speed of the motor 431 to vary depending on the temperature detected by the temperature sensor 1210.
  • control unit 1270 may control the rotation speed of the motor 431 to increase as the temperature detected by the temperature sensor 1210 increases, as shown in (c) of FIG. 13.
  • Figure 12(b) illustrates that the rotation speed of the motor 431 increases as the temperature increases.
  • the temperature of the plate PL is sensed, and as the temperature of the plate PL increases, the rotation speed of the motor 431 increases to adaptively increase the temperature of the plate PL on which the phosphor layer PH is disposed.
  • the heat dissipation performance of the lower part can be improved. And it becomes possible to achieve high brightness light output.
  • the phosphor wheel device and the image projection device including the same according to the embodiment of the present disclosure are not limited to the configuration and method of the embodiments described above, but the embodiments are each so that various modifications can be made. All or part of the embodiments may be selectively combined.
  • the image projection device it is possible to provide a phosphor wheel device that can improve durability by improving heat dissipation performance and an image projection device including the same, so it has industrial applicability.

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Abstract

본 개시는 형광체 휠 장치, 및 이를 구비하는 영상투사장치이다. 본 개시의 실시예에 따른 형광체 휠 장치 및 이를 구비하는 영상투사장치는, 제1 방향으로 연장되는 베이스와, 상기 베이스의 양 단부에 부착되며 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되는 돌출부재를 포함하며, 회전축을 중심으로 회전하는 플레이트; 상기 베이스의 일 영역에 배치되며, 상기 베이스 상으로 입사되는 광을 반사하여 적어도 하나의 색상의 광을 출력하는 형광체층; 상기 형광체층 상에 배치되는 반사 방지층; 상기 형광체층과 상기 베이스 사이에 배치되는 반사층; 상기 반사층과 상기 베이스 사이에 배치되는 본딩층; 및 상기 플레이트에 제2 방향으로 이격되어 배치되며, 회전축을 중심으로 회전하는 블레이드를 포함할 수 있다.

Description

형광체 휠 장치 및 이를 구비하는 영상투사장치
본 개시는 형광체 휠 장치 및 이를 구비하는 영상투사장치이며, 더욱 상세하게는 방열 성능이 개선되며 고휘도의 광출력을 수행할 수 있는 형광체 휠 장치 및 이를 구비하는 영상투사장치이다.
형광체 휠 장치는 영상투사장치 내부에 배치되며, 회전에 의해 광이 도포된 형광체에 입사되는 경우, 형광체에 대응하는 색상의 광을 출력하는 장치이다.
다만, 형광체 휠 장치는 회전하면서 광이 입사되므로 온도 상승이 빈번히 발생하며, 온도 상승 시 형광체에서의 광 출력시의 변환 효율이 저하되는 문제가 있다.
한국공개특허공보 제10-2008-0001077호(이하, ‘선행 문헌’이라 함)에는, 프로젝션 시스템의 컬러 휠 냉각 구조가 개시되었다. 선행 문헌에는 고속으로 회전하는 컬러 휠을 냉각하기 위한 컬러 휠 냉각팬 및 냉각 유로가 개시되었다.
그러나 선행 문헌은 먼지 유입 등으로 인하여 밀폐된 케이스 내부의 공기만을 유동시켜 컬러 휠을 냉각하므로 온도 감소가 실제로 어려우며, 광원 시스템 온도가 대략 200℃ 초과 시에 신뢰성 불량이 발생하는 단점이 있다.
본 개시의 목적은, 방열 성능이 개선되며 고휘도의 광출력을 수행할 수 있는 형광체 휠 장치 및 이를 구비하는 영상투사장치를 제공함에 있다.
본 개시의 다른 목적은, 방열 성능 개선에 따라 내구성을 향상시킬 수 있는 형광체 휠 장치, 및 이를 구비하는 영상투사장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 개시의 실시예에 따른 형광체 휠 장치 및 이를 구비하는 영상투사장치는, 제1 방향으로 연장되는 베이스와, 상기 베이스의 양 단부에 부착되며 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되는 돌출부재를 포함하며, 회전축을 중심으로 회전하는 플레이트; 상기 베이스의 일 영역에 배치되며, 상기 베이스 상으로 입사되는 광을 반사하여 적어도 하나의 색상의 광을 출력하는 형광체층; 상기 형광체층 상에 배치되는 반사 방지층; 상기 형광체층과 상기 베이스 사이에 배치되는 반사층; 상기 반사층과 상기 베이스 사이에 배치되는 본딩층; 및 상기 플레이트에 제2 방향으로 이격되어 배치되며, 회전축을 중심으로 회전하는 블레이드를 포함할 수 있다.
또한, 상기 형광체층은, 형광체를 소결 및 가공하여 세라믹화한 후, 베이스 상에 접착될 수 있다.
또한, 상기 형광체는, YAG와 LuAG를 포함한 가넷 구조일 수 있다.
또한, 상기 형광체의 소결 및 가공에는, Al2O3, TiO2, MgO, SiO2, ZrO2, Y2O3, Ga2O3, Ba2O3 및 B2O3 중 적어도 하나의 분말이 이용될 수 있다.
또한, 상기 반사층은, 메탈로 구성될 수 있다.
또한, 상기 메탈은, Ag를 포함할 수 있다.
또한, 상기 플레이트는, Al 플레이트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 본딩층은, AuSN과 SAC를 포함한 솔더 재료를 이용하여, 상기 반사층과 플레이트를 접합할 수 있다.
또한, 상기 본딩층은, 나노 Ag 신터링 재료로 구성되어, 상기 반사층과 플레이트를 접합할 수 있다.
또한, 상기 반사 방지층은, SiO2, ZrO2, 및 MgF2의 복수의 층을 형성될 수 있다.
또한, 상기 형광체층은, 상기 베이스의 제1 영역에 배치되며, 상기 베이스 상으로 입사되는 청색광에 기초하여 노란색광을 출력하는 노란색 형광체; 및 베이스 상의 제2 영역에 배치되며, 상기 베이스 상으로 입사되는 청색광에 기초하여 녹색광을 출력하는 녹색 형광체를 포함할 수 있다.
또한, 상기 형광체층은, 상기 베이스 상의 제3 영역에 배치되며, 상기 베이스 상으로 입사되는 청색광에 기초하여 적색광을 출력하는 적색 형광체를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 블레이드는, 중앙에 개구가 형성된 베이스 기판; 상기 베이스 기판의 단부에 접합되며, 소정 각도로 경사지게 형성된 제1 에지; 및 상기 제1 에지의 일 단부에 형성되며, 상기 제1 에지의 다른 일부와 이격되어 제2 개구를 형성하는 제2 에지를 포함할 수 있다.
또한, 상기 블레이드를 회전시키는 모터와 상기 모터의 회전 속도를 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 모터의 회전 속도가 일정하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 블레이드를 회전시키는 모터; 상기 플레이트의 온도를 센싱하는 온도 센서; 상기 모터의 회전 속도를 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 온도 센서에서 감지되는 온도가 증가할수록 상기 모터의 회전 속도가 증가하도록 제어할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들 중 적어도 하나에 따르면, 방열 성능 개선에 따라 내구성을 향상시킬 수 있는 형광체 휠 장치, 및 이를 구비하는 영상투사장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 프로젝션 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1의 영상투사장치의 구성 블록도의 일 예이다.
도 3은 도 2의 도 2의 신호 처리부의 구성 블록도의 일 예이다.
도 4는 도 2의 광학장치 구조의 일 예를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 형광체 휠의 상면도의 일 예이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 형광체 휠 장치의 단면도의 일 예이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 형광체 휠 장치의 단면도의 다른 예이다.
도 8은 도 7의 설명에 참조되는 도면이다.
도 9는 도 7의 형광체 휠 장치의 내부 분해도를 도시한 도면이다.
도 10은 도 7의 형광체 휠 장치의 제조 방법의 일 예를 설명하기 위해 도시한 순서도이다.
도 11 내지 12은 도 7의 설명에 참조되는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 개시를 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
이하 본 명세서에서 기술되는 “광학장치”는, 가시광을 출력할 수 있는 장치를 나타낼 수 있다. 이러한 광학장치는 영상투사장치, 조명장치 등에 적용될 수 있다.
그리고 본 명세서에서 기술되는 “영상투사장치”는, 외부에 영상을 투사할 수 있는 장치를 나타낼 수 있다. 이러한 영상투사장치에는, 프로젝터(projector)가 포함될 수 있다. 다만, 본 개시에 따른 영상투사장치가 프로젝터에만 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 개시에 따른 영상투사장치는 하나의 부품으로서 다른 기기에 장착될 수도 있다. 예를 들어, 영상투사장치는 스마트폰과 같은 이동 단말기에 장착될 수 있을 뿐만 아니라 에어컨, 냉장고, 조리기기, 로봇 청소기와 같은 가전기기나 차량 내에 장착될 수도 있다.
종래 기술에서 언급한 바와 같이, 형광체 휠에서 나오는 구동 발열로 인해 단지 공기의 흐름만을 이용하여 온도를 제어 즉, 감소시키는 것은 매우 어렵다. 그러나 광원 시스템이 예를 들어, 200℃를 초과하는 고온에서는 신뢰성 불량이 발생할 수 있다. 따라서, 본 개시에서는 특히, 300W 이상의 초고출력 레이저 사용 시에도 형광체 본연의 밝기 성능뿐만 아니라 신뢰성을 극대화하는 새로운 형광체 휠 구조를 개시한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 일 실시예에 따른 영상투사장치에 대해 설명한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 프로젝션 시스템의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 프로젝션 시스템은 영상투사장치(100)와 스크린(200)을 포함하여 구성될 수 있다.
영상투사장치(100)는, 스크린(200) 상에 투사 영상을 출력할 수 있다.
설명의 편의상, 도 1에서는 평평한 면을 가진 스크린(200)을 예시하였으나, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 스크린(200)은 곡면을 가질 수도 있다.
사용자는 스크린(200) 상에 투사된 영상을 시청할 수 있게 된다.
도 2는 도 1의 영상투사장치(100)의 구성 블록도의 일 예이다.
도 2를 참조하면, 영상투사장치(100)는 메모리(120), 신호 처리부(170), 통신장치(135), 영상 출력부(180), 전원 공급부(190) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 도시되지 않은 적어도 하나 이상의 구성이 더 포함되거나 도시된 구성 중 일부가 제외되어 영상투사장치(100)를 구성할 수도 있다.
영상 출력부(180)는 구동장치(185)와 광학장치(210)를 구비할 수 있다.
구동장치(185)는 광학장치(210)를 구동할 수 있다. 특히, 구동장치(185)는 광학장치(210) 내 광원을 구동할 수 있다.
광학장치(210)는 광 출력 특히, 가시광 출력을 위해 광원, 렌즈 등의 광학 부품을 구비할 수 있다.
특히, 본 개시의 실시예에서는, 방열 성능이 개선되며 고휘도의 광출력을 수행할 수 있는 광학장치(210)를 제공한다. 이에 대해서는, 도 4 이하를 참조하여 상술한다.
메모리(120)는 신호 처리부(170)의 처리 및 제어 동작을 위한 프로그램을 저장할 수 있다. 메모리(120)는 신호 처리부(170)로 입력되거나 신호 처리부(170)에서 출력되는 데이터(예를 들어, 정지영상, 동영상, 자막과 같은 텍스트 등)를 일시 저장할 수 있다.
통신장치(135)는 영상투사장치(100)에 유선 또는 무선으로 연결되는 외부기기 또는 네트워크와의 인터페이스 역할을 수행할 수 있다. 통신장치(135)는 외부 기기로부터 데이터를 전송받아 영상투사장치(100)의 구성으로 전달할 수 있고, 반대로 영상투사장치(100)의 데이터를 외부 기기로 전송할 수 있다.
통신장치(135)는 리모컨(remote controller), 이동 단말기(미도시) 등으로부터 유/무선 신호를 수신할 수 있다. 여기서, 유/무선 신호에는, 음성 호 신호, 화상 통화 호 신호, 문자 데이터, 영상 데이터 등 다양한 형태의 데이터가 포함될 수 있다.
통신장치(135)는 근거리 통신장치(미도시)를 구비할 수 있다. 이 때, 근거리 통신 기술로 블루투스(BluetoothTM), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), 지그비(ZigBee), NFC(Near Field Communication) 등이 포함될 수 있다.
신호 처리부(170)는 영상투사장치(100)의 전반적인 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 신호 처리부(170)는 영상투사장치(100) 내의 각 구성의 동작을 제어할 수 있다.
신호 처리부(170)는 메모리(120)에 저장되는 영상, 통신장치(135)를 통해 수신되는 영상을 투사 영상으로서 외부에 출력되도록 제어할 수 있다.
신호 처리부(170)는 R,G,B 가시광을 출력하는 광학장치(210)를 제어하기 위해 구동장치(185)를 제어할 수 있다. 신호 처리부(170)는 대상 영상에 상응하는 R,G,B 신호를 구동장치(185)로 출력할 수 있다.
전원 공급부(190)는 신호 처리부(170)와, 신호 처리부(170)의 제어에 의해 내/외부의 전원을 인가받아 영상투사장치(100)의 각 구성요소의 동작에 필요한 전원을 공급할 수 있다.
전원 공급부(190)는 영상투사장치(100) 전반에 걸쳐 해당 전원을 공급한다.
전원 공급부(190)는 시스템 온 칩(System On Chip, SOC)의 형태로 구현될 수 있는 신호 처리부(170)와, 영상출력부(180) 및 오디오 출력부(미도시)에 적정 전원을 공급할 수 있다.
도 3은 도 2의 신호 처리부(170)의 구성 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 의한 신호 처리부(170)는 역다중화부(310), 영상 처리부(320), 프로세서(330), OSD 생성부(340), 믹서(345), 프레임 레이트 변환부(FRC, Frame Rate Converter)(350), 포맷터(Formatter)(360) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 신호 처리부(170)는 도 3에 도시된 구성 외에 오디오 처리부(미도시), 데이터 처리부(미도시) 등을 더 포함하여 구성될 수도 있고, 반대로 도 3에 도시된 일부 구성이 제외성될 수도 있다.
역다중화부(310)는 입력되는 스트림(stream)을 역다중화(demultiplexing)한다.
영상 처리부(320)는 역다중화된 영상 신호의 영상을 처리한다. 이를 위해, 영상 처리부(320)는 영상 디코더(325)와 스케일러(335)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
영상 디코더(325)는 역다중화된 영상 신호를 디코딩한다. 이를 위해, 영상 디코더(325)는 다양한 규격의 디코더를 구비할 수 있다.
스케일러(335)는 디코딩된 영상 신호의 해상도를 영상 출력부(180)에서 출력 가능하도록 스케일링(scaling)할 수 있다.
프로세서(330)는 영상투사장치(100)(또는 신호 처리부(170))의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
OSD 생성부(340)는 사용자 입력에 따라 또는 자체적으로 OSD 신호를 생성할 수 있다.
믹서(345)는 OSD 생성부(340)에서 생성된 OSD 신호와 영상 처리부(320)에서 영상 처리된 영상 신호를 믹싱(mixing)할 수 있다. 믹싱된 영상 신호는 프레임 레이트 변환부(350)로 제공될 수 있다.
프레임 레이트 변환부(350)는 입력되는 영상의 프레임 레이트를 변환할 수 있다.
이 때, 프레임 레이트 변환부(350)는 프레임 레이트 변환하지 않고 그대로 출력할 수도 있다.
포맷터(360)는 믹서(345)에서 믹싱된 신호 즉, OSD 신호와 디코딩된 영상 신호를 입력받아 영상 출력부(180)로 입력을 위한 신호 변환을 수행할 수 있다. 예를 들어, 포맷터(360)는 신호 변환 결과 낮은 전압 차분 신호(LVDS)를 출력할 수 있다.
상기에서, 프레임 레이트 변환부(350)와 포맷터(360)는 신호 처리부(170) 내에 구비되는 것이 아니라, 각각 별도로 구비되거나 하나의 모듈로서 별도로 구비될 수도 있다.
도 4는 도 2의 광학장치(210) 구조의 일 예를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 개시의 실시예에 따른 광학장치(210a)는, 청색광(B)을 출력하는 광원(410), 회전에 의해 입사되는 청색광(B)에 기초하여 복수 색상의 광을 출력하는 형광체 휠 장치(430)를 포함하여 구성될 수 있다.
청색광(B)을 출력하는 광원(410)은, 레이저 다이오드(Laser diode) 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 레이저 다이오드는 청색의 레이저광(B)을 출력할 수 있다.
광원(410)에서 출력되는 청색광(B)은, 광학 렌즈(collimator lens)(461)를 거쳐 집광되어, 컬러 필터(460)로 입사될 수 있다.
본 개시의 실시예에 따른 광학장치(210a)는, 형광체 휠 장치(430)의 출력단 이후에 배치되며, 회전에 의해 노란색광(Y), 녹색광(G), 및 적색광(R)을 순차적으로 출력하는 컬러 필터(460)를 더 포함할 수 있다. 다만, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다.
컬러 필터(460)는, 노란색광(Y)의 출력을 위한 노란색 영역, 녹색광(G)의 출력을 위한 녹색 영역, 적색광(R)의 출력을 위한 적색 영역, 및 청색광(B)의 출력을 위한 청색 영역을 포함할 수 있다.
컬러 필터(460)는, 광원(410)으로부터의 청색광(B)이 노란색 영역, 녹색 영역, 또는 적색광(R)의 출력을 위한 적색 영역에 입사되는 경우, 청색광(B)을 반사한다.
컬러 필터(460)에서 반사된 청색광(B)은, 광학 렌즈(461b)를 거쳐 제1 반사 미러(446)로 입사된다.
제1 반사 미러(446)는, 입사되는 청색광(B)을 반사시키며, 제1 반사 미러(446)에서 반사된 청색광(B)은 광학 렌즈(462)를 거쳐 광 분리부(420)로 입사된다.
광 분리부(420)는, 입사되는 청색광(B)은 투과시키나 그 외 노란색광(Y), 녹색광(G), 또는 적색광(R)은 반사시킨다.
광 분리부(420)에서 투과된 청색광(B)은, 광학 렌즈(463)를 거쳐 형광체 휠 장치(430)로 입사된다.
형광체 휠 장치(430)는, 회전에 의해 입사되는 청색광(B)에 기초하여 복수 색상의 광을 출력한다.
구체적으로, 형광체 휠 장치(430)는, 노란색광(Y)의 출력을 위한 노란색 형광체(PHY)와, 녹색광(G)의 출력을 위한 녹색 형광체(PHG)를 포함할 수 있다.
청색광(B)이 형광체 휠 장치(430) 내의 노란색 형광체(PHY)에 입사되는 경우, 형광체 휠 장치(430)는 노란색광(Y)을 반사하여 출력한다.
한편, 청색광(B)이 형광체 휠 장치(430) 내의 녹색 형광체(PHG)에 입사되는 경우, 형광체 휠 장치(430)는 녹색광(G)을 반사하여 출력한다.
형광체 휠 장치(430)에서 순차적으로 출력되는 노란색광(Y)과 녹색광(G)은, 광 분리부(420)로 입사되며, 광 분리부(420)는 노란색광(Y)과 녹색광(G)을 반사시킨다.
광 분리부(420)에서 반사된 노란색광(Y)과 녹색광(G)은, 컬러 필터(460)로 입사된다.
광 분리부(420)에서 반사된 노란색광(Y)이 컬러 필터(460)의 노란색 영역에 입사되는 경우, 컬러 필터(460)는 노란색광(Y)을 투과하여 출력한다.
광 분리부(420)에서 반사된 녹색광(G)이 컬러 필터(460)의 녹색 영역에 입사되는 경우, 컬러 필터(460)는 녹색광(G)을 투과하여 출력한다.
광 분리부(420)에서 반사된 노란색광(Y) 또는 녹색광(G)이 컬러 필터(460)의 적색 영역(ARc)에 입사되는 경우, 컬러 필터(460)는 적색광(R)을 투과하여 출력한다.
컬러 필터(460)로부터의 노란색광(Y), 녹색광(G), 적색광(R)은 광학 렌즈(469)에 의해 제1 방향으로 출력된다.
한편, 컬러 필터(460)에서 투과된 청색광(B)은, 제2 반사 미러(468)를 거쳐 광학 렌즈(463)에 의해 상기 제1 방향으로 출력된다.
따라서, 제1 방향으로, 노란색광(Y), 녹색광(G), 적색광(R), 청색광(B)이 순차적으로 출력되게 된다.
도 5는 도 4의 형광체 휠(430)의 상면도의 일 예이다.
도 4 및 5를 참조하면, 본 개시의 실시예에 따른 형광체 휠 장치(430)는 플레이트(PL)와, 플레이트(PL) 상의 제1 영역(AR1)에 배치되며 노란색광(Y)의 출력을 위한 노란색 형광체(PHY)와, 플레이트(PL) 상의 제2 영역(AR2)에 배치되며 녹색광(G)의 출력을 위한 녹색 형광체(PHG)를 포함할 수 있다.
플레이트(PL)는 예를 들어, 알루미늄(Al) 베이스를 포함할 수 있다.
형광체 휠 장치(430)는 플레이트(PL)와, 노란색 형광체(PHY) 또는 녹색 형광체(PHG) 사이에 배치되는 반사층(LA)을 더 포함할 수 있다. 이러한 반사층(LA)으로 인하여 노란색 형광체(PHY) 또는 녹색 형광체(PHG)에서 노란색광(Y) 또는 녹색광(G)의 출력 시 고휘도의 광출력을 수행할 수 있게 된다.
종래의 형광체 휠 장치(430)는 형광체에 TiO2와 레진 기반의 반사층을 플레이트(PL)에 접합하여 사용되었으나, 레이저 출력이 증가함에 따라 열전도도의 한계로 휘도가 포화(saturation)되고 출력이 더 높아짐에 따라 열전도도가 낮은 레진 부터 흑화가 진행되어 휘도 감소 및 휠 파괴가 일어날 수 있는바, 종래의 반사층과 접합 구조를 메탈(metal)로 대체할 수 있다.
즉, 반사층(LA)은 메탈을 포함할 수 있다. 이 때, 메탈은 Ag를 포함할 수 있다. 또한, Ag는 반사율이 미리 정한 임계치(예를 들어, 90%) 이상인 순수 Ag일 수 있다. 이에 따라, 고휘도의 광출력을 수행할 수 있게 된다.
형광체 휠 장치(430)는 휠 모터(431)에 의해 회전할 수 있다.
제1 영역(AR1)의 사이즈가 제2 영역(AR2)의 사이즈 보다 더 클 수 있다. 즉, 녹색 형광체(PHG)가 도포된 제1 영역(AR1)의 사이즈가 노란색 형광체(PHY)가 도포된 제2 영역(AR2)의 사이즈 보다 더 클 수 있다. 이에 따라, 고휘도의 광출력을 수행할 수 있게 된다.
형광체 휠 장치(430)에 도포된 형광체(PH)는 형광체를 소결 및 가공하여 세라믹화한 후, 베이스(BS) 상에 접착될 수 있다. 이에 따라, 고휘도의 광출력을 수행할 수 있게 된다.
한편, 형광체 휠 장치(430)에 도포된 형광체층(PH)의 두께는 반사층(LA)의 두께보다 더 두꺼울 수 있다.
도 5와 달리, 형광체 휠 장치(430)에 노란색 형광체(PHY)와 녹색 형광체(PHG) 외에 추가로 적색광 출력을 위한 적색 형광체(PHR)가 더 도포될 수 있다.
청색광(B)이 형광체 휠 장치(430) 내의 노란색 형광체(PHY)에 입사되는 경우, 형광체 휠 장치(430)는 노란색광(Y)을 반사하여 출력하며, 청색광(B)이 형광체 휠 장치(430) 내의 녹색 형광체(PHG)에 입사되는 경우, 형광체 휠 장치(430)은 녹색광(G)을 반사하여 출력하며, 청색광(B)이 형광체 휠 장치(430) 내의 적색 형광체(PHR)에 입사되는 경우, 형광체 휠 장치(430b)은 적색광(R)을 반사하여 출력할 수 있다.
이하, 본 개시의 일 실시예에 따른 형광체 휠 장치(430)는 단부가 구부러진 캡(cap)형 플레이트를 적용한다. 이에 대해서는, 도 6 이하를 참조하여 기술한다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 형광체 휠 장치(430)의 단면도의 일예이다.
도 6을 참조하면, 형광체 휠 장치(430)는 단부가 구부러진 플레이트(PL)와 플레이트(PL) 상의 일부 영역에 도포되는 형광체층(PH)과 플레이트(PL) 하부에 이격되어 배치되는 블레이드(BLD)를 포함할 수 있다.
플레이트(PL)는 제1 방향(x 방향)으로 연장되는 베이스(BS)와 베이스(BS)의 양 단부에 부착되며 제1 방향(x 방향)과 교차하는 제2 방향(-z 방향)으로 연장되는 돌출부재(CP)를 포함할 수 있다.
플레이트(PL)는 방열을 위해 알루미늄(Al) 플레이트로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 형광체층(PH)은 베이스(BS)의 일 영역에 배치되며, 베이스(BS) 상으로 입사되는 광을 반사하여 적어도 하나의 색상의 광을 출력할 수 있다.
한편, 블레이드(BLD)는 플레이트(PL)에 제2 방향(-z 방향)으로 이격되어 배치되며 회전축(Axis)을 중심으로 회전할 수 있다.
이러한 캡(cap)형 플레이트(PL)에 따라 형광체층(PH)이 배치되는 플레이트(PL)의 하부에 공기가 유입되고, 돌출부재(CP)의 하부로 공기가 유출될 수 있다.
즉, 캡형 플레이트(PL)에 의해, 회전축(Axis)을 중심으로 상부 방향으로 이동하였다가 하부 측면 방향으로 흐르는 에어 플로우(AFa)가 형성될 수 있다.
에어 플로우(AFa)는 유로가 구부러지므로, 종래 플랫한 에어 플로우에 비해 공기 유속이 더 빠를 수 있다.
따라서, 방열 성능이 개선되며, 나아가 고휘도의 광출력을 수행할 수 있게 된다. 또한, 방열 성능 개선에 따라 형광체 휠 장치(430)의 내구성이 향상될 수 있다.
돌출부재(CP)와 블레이드(BLD) 사이의 수평 거리(Dc)보다 회전축(Axis)과 형광체층(PH) 사이의 거리보다 더 클 수 있다. 이에 따라, 형광체층(PH)이 배치되는 플레이트(PL)의 하부에 공기가 유입되고, 돌출부재(CP)의 하부로 공기가 유출됨으로써 방열 성능이 개선되며, 나아가 고휘도의 광출력을 수행할 수 있게 된다.
베이스(BS) 상으로 입사되는 광의 입사 지점과 회전축(Axis) 사이의 거리는, 회전축(Axis)과 블레이드(BLD)의 단부 사이의 거리와 동일하거나 더 클 수 있다. 이에 따라, 형광체층(PH)이 배치되는 플레이트(PL)의 하부에 공기가 유입되고, 돌출부재(CP)의 하부로 공기가 유출됨으로써 방열 성능이 개선되며, 나아가 고휘도의 광출력을 수행할 수 있게 된다.
베이스(BS)와 블레이드(BLD) 사이의 거리 보다 블레이드(BLD)의 높이(hm)가 더 클 수 있다. 이에 따라, 형광체층(PH)이 배치되는 플레이트(PL)의 하부에 공기가 유입되고, 돌출부재(CP)의 하부로 공기가 유출됨으로써 방열 성능이 개선되며, 나아가 고휘도의 광출력을 수행할 수 있게 된다.
베이스(BS)의 높이(h2) 보다 블레이드(BLD)의 높이(hm)가 더 클 수 있다. 이에 따라, 형광체층(PH)이 배치되는 플레이트(PL)의 하부에 공기가 유입되고, 돌출부재(CP)의 하부로 공기가 유출됨으로써 방열 성능이 개선되며, 나아가 고휘도의 광출력을 수행할 수 있게 된다.
돌출부재(CP)의 높이(h3)는 블레이드(BLD)의 높이(hm) 보다 더 큰 것이 바람직하다. 이에 따라, 형광체층(PH)이 배치되는 플레이트(PL)의 하부에 공기가 유입되고, 돌출부재(CP)의 하부로 공기가 유출됨으로써 방열 성능이 개선되며, 나아가 고휘도의 광출력을 수행할 수 있게 된다.
형광체층(PH)은 베이스(BS)의 제1 영역에 배치되며, 베이스(BS) 상으로 입사되는 청색광(B)에 기초하여 노란색광(Y)을 출력하는 노란색 형광체(PHY)와 베이스(BS) 상의 제2 영역에 배치되며, 베이스(BS) 상으로 입사되는 청색광(B)에 기초하여 녹색광(G)을 출력하는 녹색 형광체(PHG)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 형광체 휠 장치(430)를 통해 노란색광(Y)과 녹색광(G)을 출력할 수 있게 된다.
형광체층(PH)은 베이스(BS) 상의 제3 영역에 배치되며, 베이스(BS) 상으로 입사되는 청색광(B)에 기초하여 적색광(R)을 출력하는 적색 형광체(PHR)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 형광체 휠 장치(430)를 통해 노란색광(Y)과 녹색광(G), 적색광(R)을 출력할 수 있게 된다.
형광체층(PH)은 형광체를 소결 및 가공하여 세라믹화한 후 베이스(BS) 상에 접착될 수 있다. 이에 따라, 고휘도의 광출력을 수행할 수 있게 된다.
본 개시의 실시예에 따른 형광체 휠 장치(430)는 형광체층(PH)과 베이스(BS) 상에 배치되는 반사층(LA)과 형광체층(PH) 상에 배치되는 반사 방지층(LB)을 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 고휘도의 광출력을 수행할 수 있게 된다.
다른 실시예에 따른 형광체 휠 장치(430b)는 도 6의 형광체 휠 장치(430)와 유사하나 베이스(BS)의 높이 또는 두께가 일정하지 않을 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 형광체 휠 장치(430c)는 도 6의 형광체 휠 장치(430)와 유사하나, 베이스(BS)의 양 단부에 형성되는 돌출부재(CP)의 폭이 일정하지 않을 수 있다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 형광체 휠 장치의 단면도의 다른 예이다.
본 개시의 일 실시예에 따른 형광체 휠 장치 및 이를 구비하는 영상투사장치는, 제1 방향으로 연장되는 베이스(BS)와, 상기 베이스(BS)의 양 단부에 부착되며 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되는 돌출부재(CP)를 포함하며, 회전축을 중심으로 회전하는 플레이트(PL), 상기 베이스(BS)의 일 영역에 배치되며, 상기 베이스(BS) 상으로 입사되는 광을 반사하여 적어도 하나의 색상의 광을 출력하는 형광체층(PH), 상기 형광체층(PH) 상에 배치되는 반사 방지층(LB), 상기 형광체층(PH)과 상기 베이스(BS) 사이에 배치되는 반사층(LA), 상기 반사층(LA)과 상기 베이스(BS) 사이에 배치되는 본딩층(BL), 및 상기 플레이트에 제2 방향으로 이격되어 배치되며, 회전축을 중심으로 회전하는 블레이드(BLD)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 형광체층(PH)은, 형광체를 소결 및 가공하여 세라믹화한 후, 베이스(BS) 상에 접착될 수 있다. 상기 형광체는, YAG와 LuAG를 포함한 가넷(Garnet) 구조일 수 있다. 상기 형광체의 소결 및 가공에는, Al2O3, TiO2, MgO, SiO2, ZrO2, Y2O3, Ga2O3, Ba2O3 및 B2O3 중 적어도 하나의 분말이 이용될 수 있다.
또한, 상기 반사층(LA)은, 메탈로 구성될 수 있다.
또한, 상기 메탈은, Ag를 포함할 수 있다.
또한, 상기 플레이트(PL)는, Al 플레이트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 본딩층(BL)은, AuSN과 SAC를 포함한 솔더 재료를 이용하여, 상기 반사층(LA)과 플레이트(PL)를 접합할 수 있다. 상기 본딩층(BL)은, 나노 Ag 신터링 재료로 구성되어, 상기 반사층(LA)과 플레이트(PL)를 접합할 수 있다.
또한, 상기 반사 방지층(LB)은, SiO2, ZrO2, 및 MgF2의 복수의 층을 형성될 수 있다.
또한, 상기 형광체층(PH)은, 상기 베이스(BS)의 제1 영역에 배치되며, 상기 베이스(BS) 상으로 입사되는 청색광에 기초하여 노란색광을 출력하는 노란색 형광체, 및 베이스(BS) 상의 제2 영역에 배치되며, 상기 베이스(BS) 상으로 입사되는 청색광에 기초하여 녹색광을 출력하는 녹색 형광체를 포함할 수 있다.
또한, 상기 형광체층(PH)은, 상기 베이스(BS) 상의 제3 영역에 배치되며, 상기 베이스(BS) 상으로 입사되는 청색광에 기초하여 적색광을 출력하는 적색 형광체를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 블레이드(BLD)는, 중앙에 개구가 형성된 베이스 기판, 상기 베이스 기판의 단부에 접합되며, 소정 각도로 경사지게 형성된 제1 에지(edge), 및 상기 제1 에지의 일 단부에 형성되며, 상기 제1 에지의 다른 일부와 이격되어 제2 개구를 형성하는 제2 에지를 포함할 수 있다.
또한, 상기 블레이드(BLD)를 회전시키는 모터(motor)와 상기 모터의 회전 속도를 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는 모터의 회전 속도가 일정하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 블레이드(BLD)를 회전시키는 모터, 상기 플레이트(BLD)의 온도를 센싱하는 온도 센서, 상기 모터의 회전 속도를 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 온도 센서에서 감지되는 온도가 증가할수록 상기 모터의 회전 속도가 증가하도록 제어할 수 있다.
도 7을 설명함에 있어 도 6과 동일한 구성 내지 설명은 전술한 내용을 참조하고 중복 설명은 생략한다. 이하에서는 도 6과 상이한 부분을 위주로 하여 설명한다.
전술한 바와 같이, 형광체층(PH)은 형광체를 소결 및 가공하여 세라믹화한 후 베이스(BS) 상에 접착될 수 있다.
이 때, 도 6에 도시된 형광체 휠 장치(430)는 형광체층(PH)과 베이스(BS) 상에 배치되는 반사층(LA)과 형광체층(PH) 상에 배치되는 반사 방지층(LB)을 더 포함하였다.
다만, 도 7에 도시된 형광체 휠 장치(430)는 형광체층(PH)와 베이스(BS) 상(또는 사이)에 배치되는 반사층(LA)과 본딩층(BL)이 포함될 수 있으며, 형광체층(PH) 상에 배치되는 반사 방지층(LB)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 고휘도의 광출력을 수행할 수 있게 된다.
도 7에 도시된 반사층(LA), 본딩층(BL), 및 반사 방지층(LB)에 대해서는 후술하는 도 10에서 상세하게 설명한다.
도 8 내지 도 9는 도 7의 설명에 참조되는 도면이다.
도 8의 (a)는 도 7의 플레이트(PL)의 상부를 도시한 도면이고, 도 8의 (b)는 도 7의 플레이트(PL)의 하부를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 플레이트(PL)의 중앙 영역에는 개구(OPN)이 형성되고, 도넛 형상의 베이스(BS)의 단부에 -z축 방향으로 연장되는 돌출부재(CP)가 형성된다.
즉, 베이스(BS)의 단부가 -z축 방향으로 구부러진 형태로 돌출부재(CP)가 형성된다.
한편, 돌출부재(CP)의 단부에는 유입된 공기 유속을 고려하여 라운딩 처리되는 것이 바람직하다.
도 8의 (c)는 도 7의 플레이트(PL)의 상에 형광체층(PH)이 형성되는 것을 예시한다.
도 8의 (c)를 참조하면, 형광체층(PH)은 도 5와 같이, 플레이트(PL) 상의 제1 영역(AR1)에 배치되며 노란색광(Y)의 출력을 위한 노란색 형광체(PHY)와 플레이트(PL) 상의 제2 영역(AR2)에 배치되며, 녹색광(G)의 출력을 위한 녹색 형광체(PHG)를 포함할 수 있다.
도 9는 도 7의 형광체 휠 장치(430)의 내부 분해도를 도시한 도면이다.
도 9의 (a)를 참조하면, -z축에서 z축 방향으로 모터(431), 블레이드(BLD), 플레이트(PL), 본딩층(BL), 반사층(LA), 형광체층(PH), 반사 방지층(LB), 및 결합을 위한 하우징(MS)이 배치될 수 있다.
즉, 모터(431), 블레이드(BLD), 플레이트(PL), 본딩층(BL), 반사층(LA), 형광체층(PH), 반사 방지층(LB), 및 결합을 위한 하우징(MS)의 결합에 의해 도 7의 형광체 휠 장치(430)가 완성되게 된다.
도 9의 (b)를 참조하면, x축에서 -x축 방향으로 플레이트(PL), 본딩층(BL), 반사층(LA) 및 형광체증(PH)이 순차로 배치될 수 있다.
도 10은 도 7의 형광체 휠 장치(430)의 제조 방법의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 10을 참조하여 형광체 휠 장치(430)의 제조 방법을 설명하면, 다음과 같다.
형광체 성형 및 소결을 수행한다(S101).
형광체(PHY) 성형을 위해 예를 들어, YAG 조성(Y3Al5O12:Ce), LuAG 조성 (Lu3Al5O12:Ce)을 구현할 수 있는 나노 원료 분말을 원하는 형태(Ring, segment)의 몰드에 충진하여 가압할 수 있다. 이 때, 가압 압력은 예를 들어, 8 Ton(대략 34MPa)의 압력일 수 있다. 다만, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 형광체(PHY) 성형을 위해 전술한 YAG 조성(Y3Al5O12:Ce), LuAG 조성 (Lu3Al5O12:Ce)을 구현할 수 있는 나노 원료 분말에 열전도도를 높이기 위해 예를 들어, Al2O3 분말을 3 내지 50%(바람직하게는, 5 내지 30%) 초과 투입하여 몰드 성형 및 소결을 수행할 수 있다. 이를 통해, 형광체(PHY)의 열전도도가 향상될 수 있다.
더불어, Al2O3 분말을 대신하여, 세라믹 형광체(PHY) 내 방열 특성을 향상시킬 수 있는 물질로 예를 들어, Al2O3, TiO2, MgO, SiO2, ZrO2, Y2O3, Ga2O3, Ba2O3 및 B2O3 중 적어도 하나의 분말이 이용될 수 있다.
다른 예로, Fh, YAG 나노 분말을 충진시켜 성형할 수도 있다.
선택적으로 CIP(냉간정수압성형)을 통해서 균일한 성형체를 구현할 수도 있다.
소결을 위해 성형체를 치밀화 시키기 위해 고온 열처리를 수행할 수 있다. 이 때, 원하는 밀도에 따라 고온 열 처리 온도가 다를 수 있다. 예를 들어, 93 내지 98%의 치밀화를 얻기 위해 대략 1500 내지 1750℃ 범위의 고온 열 처리가 수행될 수 있다. 다만, 상기 수치에 본 개시가 한정되는 것은 아니다.
형광체 가공을 수행한다(S103).
예를 들어, 원하는 형상으로 경면 가공을 수행할 수 있다.
Ag 페이스트(paste)를 세라믹 형광체(PHY)에 인쇄할 수 있다(S105).
세라믹 형광체에 Ag 코팅 Ag 페이스트를 스크린 프린팅 도포 후 약 500 내지 999℃(바람직하게는 밀착력을 고려하여 예를 들어, 900℃)에 소결을 수행할 수 있다(S107).
세라믹 형광체와 Ag 소결 후 Al 플레이트(PL)와 본딩을 위해 AuSN 프리폼(또는 페이스트)을 체결(도포)후 250 내지 350℃(바람직하게는 예를 들어, 280 내지 300℃) 리플로우(reflow) 진행할 수 있다(S109).
본 개시에서는 본딩 구조와 관련하여, 전술한 AuSN, NSS 외에, AuSi, AuGe, Pbln, SnCu, SnCuNi, SnAG, SAC(SnAgCu), SnAgCuSb, SnPb, BiSn 등 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
완성된 캡형 세라믹 형광체 휠을 냉각 블레이드(BLD)와 모터와 체결하고(S111), 최종적으로 광원 모듈의 조립을 완성할 수 있다(S113).
도 11 내지 도 12는 도 7의 설명에 참조되는 도면이다.
도 11의 (a)는 종래 형광체 휠 장치와 도 7의 형광체 휠 장치(430)의 휘도 성능을 비교한 그래프이다.
본 개시의 실시예에 따른 도 7의 형광체 휠 장치(430)에 의하면, 휘도가 크게 향상되어, 고휘도의 광 출력이 가능하게 된다.
도 11의 (b)는 도 7의 형광체 휠 장치(430)의 온도 성능을 비교한 그래프이다.
본 개시의 실시예에 따른 도 7의 형광체 휠 장치(430)에 의하면, 온도가 크게 감소되어 방열 성능이 크게 개선되며, 결국 내구성이 향상되게 된다.
도 12의 (a)는 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 형광체 휠 장치의 내부 블록도의 일 예이다.
도 12의 (a)를 참조하면, 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 형광체 휠 장치(1200)는 블레이드(BLD)를 회전시키는 모터(431)와 모터(431)의 회전 속도를 제어하는 제어부(1270)를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 제어부(1270)는 도 12의 (b)와 같이, 모터(431)의 회전 속도가 일정하도록 제어할 수 있다.
도 12의 (b)는, 모터(431)의 회전 속도가 일정한 그래프를 예시한다. 이 때, 모터(431)의 회전 속도는, 대략 7200 RPM일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
모터(431)의 고속 회전에 의해 형광체층(PH)이 배치되는 캡 형태의 플레이트(PL)의 하부의 방열 성능이 개선되며, 나아가 고휘도의 광출력을 수행할 수 있게 된다.
본 개시의 또 다른 실시예에 따른 형광체 휠 장치(1200)는 형광체 휠 장치(1200)의 내부의 플레이트(PL)의 온도 센싱을 위한 온도 센서(1210)를 더 구비할 수 있다.
제어부(1270)는 온도 센서(1210)에서 감지되는 온도에 따라 모터(431)의 회전 속도가 가변되도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(1270)는 도 13의 (c)와 같이, 온도 센서(1210)에서 감지되는 온도가 증가할수록 모터(431)의 회전 속도가 증가하도록 제어할 수 있다.
도 12의 (b)는 온도가 증가함에 따라 모터(431)의 회전 속도가 증가하는 것을 예시한다.
이와 같이, 플레이트(PL)의 온도를 센싱하고, 플레이트(PL)의 온도가 증가함에 따라, 모터(431)의 회전 속도가 증가시킴으로써 적응적으로, 형광체층(PH)이 배치되는 플레이트(PL)의 하부의 방열 성능을 개선할 수 있게 된다. 그리고 고휘도의 광출력을 수행할 수 있게 된다.
본 개시의 실시예에 따른 형광체 휠 장치 및 이를 구비하는 영상투사장치는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 개시의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 개시는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 개시의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 개시의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
본 개시에 따른 영상투사장치에 의하면, 방열 성능 개선에 따라 내구성을 향상시킬 수 있는 형광체 휠 장치 및 이를 구비하는 영상투사장치를 제공할 수 있는바, 산업상 이용가능성이 있다.

Claims (15)

  1. 형광체 휠 장치 및 이를 구비하는 영상투사장치에 있어서,
    제1 방향으로 연장되는 베이스와, 상기 베이스의 양 단부에 부착되며 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되는 돌출부재를 포함하며, 회전축을 중심으로 회전하는 플레이트;
    상기 베이스의 일 영역에 배치되며, 상기 베이스 상으로 입사되는 광을 반사하여 적어도 하나의 색상의 광을 출력하는 형광체층;
    상기 형광체층 상에 배치되는 반사 방지층;
    상기 형광체층과 상기 베이스 사이에 배치되는 반사층;
    상기 반사층과 상기 베이스 사이에 배치되는 본딩층; 및
    상기 플레이트에 제2 방향으로 이격되어 배치되며, 회전축을 중심으로 회전하는 블레이드를 포함하는,
    영상투사장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 형광체층은,
    형광체를 소결 및 가공하여 세라믹화한 후, 베이스 상에 접착되는,
    영상투사장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 형광체는,
    YAG와 LuAG를 포함한 가넷 구조인,
    영상투사장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 형광체의 소결 및 가공에는,
    Al2O3, TiO2, MgO, SiO2, ZrO2, Y2O3, Ga2O3, Ba2O3 및 B2O3 중 적어도 하나의 분말이 이용되는,
    영상투사장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반사층은,
    메탈로 구성되는,
    영상투사장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 메탈은,
    Ag를 포함하는,
    영상투사장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 플레이트는,
    Al 플레이트를 포함하는,
    영상투사장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 본딩층은,
    AuSN과 SAC를 포함한 솔더 재료를 이용하여, 상기 반사층과 플레이트를 접합하는,
    영상투사장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 본딩층은,
    나노 Ag 신터링 재료로 구성되어, 상기 반사층과 플레이트를 접합하는,
    영상투사장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 반사 방지층은,
    SiO2, ZrO2, 및 MgF2의 복수의 층을 형성되는,
    영상투사장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 형광체층은,
    상기 베이스의 제1 영역에 배치되며, 상기 베이스 상으로 입사되는 청색광에 기초하여 노란색광을 출력하는 노란색 형광체; 및
    베이스 상의 제2 영역에 배치되며, 상기 베이스 상으로 입사되는 청색광에 기초하여 녹색광을 출력하는 녹색 형광체를 포함하는,
    영상투사장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 형광체층은,
    상기 베이스 상의 제3 영역에 배치되며, 상기 베이스 상으로 입사되는 청색광에 기초하여 적색광을 출력하는 적색 형광체를 더 포함하는,
    영상투사장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 블레이드는,
    중앙에 개구가 형성된 베이스 기판;
    상기 베이스 기판의 단부에 접합되며, 소정 각도로 경사지게 형성된 제1 에지; 및
    상기 제1 에지의 일 단부에 형성되며, 상기 제1 에지의 다른 일부와 이격되어 제2 개구를 형성하는 제2 에지를 포함하는,
    영상투사장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 블레이드를 회전시키는 모터와 상기 모터의 회전 속도를 제어하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 모터의 회전 속도가 일정하도록 제어하는,
    영상투사장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 블레이드를 회전시키는 모터;
    상기 플레이트의 온도를 센싱하는 온도 센서;
    상기 모터의 회전 속도를 제어하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 온도 센서에서 감지되는 온도가 증가할수록 상기 모터의 회전 속도가 증가하도록 제어하는,
    영상투사장치.
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