[go: up one dir, main page]

KR20110105867A - 광 재순환 디바이스를 포함하는 광원 및 대응하는 광 재순환 디바이스 - Google Patents

광 재순환 디바이스를 포함하는 광원 및 대응하는 광 재순환 디바이스 Download PDF

Info

Publication number
KR20110105867A
KR20110105867A KR1020117019166A KR20117019166A KR20110105867A KR 20110105867 A KR20110105867 A KR 20110105867A KR 1020117019166 A KR1020117019166 A KR 1020117019166A KR 20117019166 A KR20117019166 A KR 20117019166A KR 20110105867 A KR20110105867 A KR 20110105867A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
light source
recycling
light recycling
thermally conductive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
KR1020117019166A
Other languages
English (en)
Inventor
에스. 니꼬르 체리네 씨.
엠. 라산스 클레멘스 제이.
Original Assignee
코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. filed Critical 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Publication of KR20110105867A publication Critical patent/KR20110105867A/ko
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/851—Wavelength conversion means
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/851—Wavelength conversion means
    • H10H20/8514—Wavelength conversion means characterised by their shape, e.g. plate or foil
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/858—Means for heat extraction or cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/858—Means for heat extraction or cooling
    • H10H20/8583—Means for heat extraction or cooling not being in contact with the bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024—Arrangements for thermal management
    • H01S5/02438—Characterized by cooling of elements other than the laser chip, e.g. an optical element being part of an external cavity or a collimating lens
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/851—Wavelength conversion means
    • H10H20/8515—Wavelength conversion means not being in contact with the bodies

Landscapes

  • Arrangement Of Elements, Cooling, Sealing, Or The Like Of Lighting Devices (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

본 발명은 발광 디바이스(3)와 광 재순환 디바이스(5)를 포함하는 광원(1)에 관한 것이며, 상기 광 재순환 디바이스(5)는 발광 디바이스(3)의 광로(7) 내에 위치된다. 상기 광 재순환 디바이스(5)는 이를 통과하는 광의 적어도 하나의 물리적 특성을 변화시키기 위한 적어도 하나의 광 재순환 부재(9)와, 상기 광 재순환 부재(9)에서 발생된 열을 전달하기 위해 적어도 하나의 열 전도성 부재(10, 11)를 포함하고, 상기 열 전도성 부재(10, 11)는 광 재순환 부재(9) 및 적어도 하나의 히트 싱크(12)와 열 접촉한다. 본 발명은 또한 광 대응 재순환 디바이스(5)에 관한 것이다.

Description

광 재순환 디바이스를 포함하는 광원 및 대응하는 광 재순환 디바이스{LIGHT SOURCE COMPRISING A LIGHT RECYCLING DEVICE AND CORRESPONDING LIGHT RECYCLING DEVICE}
본 발명은 발광 디바이스와 광 재순환 디바이스를 포함하고, 상기 광 재순환 디바이스는 발광 디바이스의 광로에 위치되는 광원에 관한 것이다.
발광 디바이스와 광 재순환 디바이스를 포함하는 광원은 예를 들어 청색광 및/또는 자외광을 방출하는 발광 다이오드(LED)와, 백색광을 생성하기 위해 광의 일부의 파장을 황색광으로 변환하기 위한 LED의 광로 내의 인광체 플레이트(phosphor plate)를 포함하는 광 재순환 디바이스를 포함하는 광원으로서 공지되어 있다. 광원의 휘도는 광 재순환 디바이스 내에 사용되는 재료(들)의 열 전도성에 의해 제한된다.
전자부품의 냉각의 관리에서, 열 전도성을 개선하기 위해 합성 재료가 널리 사용된다. 이들은 히트 싱크를 제조하는데 사용될 수 있거나 또는 반도체 디바이스, 인쇄 회로 기판 등의 패키징에 또는 층으로서 포함된다. 이러한 분야에서, 광 재순환 재료는 고휘도 발광 디바이스의 포커스에 있어도조차 광을 재순환하는데 적합하게 된다.
본 발명의 목적은 발광 디바이스와 개선된 열 응용 범위를 갖고 발광 디바이스의 광로에 배열된 광 재순환 디바이스를 포함하는 광원을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위해, 광 재순환 디바이스는 이를 통과하는 광의 적어도 하나의 물리적 특성을 변화시키기 위한 적어도 하나의 광 재순환 부재와 광 재순환 부재에서 발생한 열을 전도시킬 수 있는 적어도 하나의 열 전도성 부재를 포함하고, 열 전도성 부재는 광 재순환 부재와 적어도 하나의 히트 싱크와 열적으로 접촉한다.
바람직하게는 발광 디바이스는 1 x 107cd/m2(≥ ㎟ 당 10 칸델라, 10 메가 니트(nit)와 등가: 10Mcd/m2) 이상의 휘도를 갖는 고휘도 발광 디바이스 및/또는 레이저(laser: light amplification by stimulated emission of radiation)이다. 레이저의 밝기(휘도)는 종래의 LED로 도달 가능한 밝기(~109cd/m2 대 ~ 107cd/m2)보다 적어도 100배 큰 팩터를 갖는다.
본 발명의 일 실시예에서, 광의 물리적 특성의 변화는 광의 파장 변화 및/또는 광의 편광 상태의 변화이다. 광의 편광 상태를 변화시키기 위한 광 재순환 부재는 특히 지연 부재 또는 감극(depolarization) 부재이다.
다른 실시예에 따라, 광 재순환 부재는 인광체 플레이트 및/또는 인광체 필름이다. 인광체 플레이트 및/또는 인광체 필름은 통상적으로 공지된 파장 변환 광 재순환 부재이다. 동시에, 인광체 플레이트 및/또는 인광체 필름은 광의 편광 상태를 변화시키는 광 재순환 부재이다. 발광 디바이스에 의해 방출되는 광 또는 광 비임은 인광체 플레이트 및/또는 인광체 필름을 펌핑하기 위해 사용된다. 인광체 플레이트 및/또는 인광체 필름은 바람직하게는 세륨 도핑된 이트륨 알루미늄 가닛 인광체 또는 세라믹 인광체, 특히 추가적인 도핑 요소(세륨 또는 에르븀 등)를 갖는 "루미라믹(lumiramic)" 세라믹 인광체로 이루어진다.
이들은 고온을 견딜 수 있지만, 최근의 실험은 인광체 세라믹 변환 특성이 온도에 민감하다는 것을 보여준다. 고온은 수 kW/cm2의 전력 밀도에 달하는 레이저 및/또는 고휘도 발광 디바이스의 초점 스팟(focal spot)에서 도달할 수 있다. 이러한 초점 스팟은 일반적으로 광 재순환 디바이스의 인광체 플레이트 또는 인광체 필름 내에 위치된다. CECAS형 세라믹의 광 강도 방출의 감소는 이러한 실험에서 150℃ 부근에서 관찰되었고, 350℃에서 시작되는 붕괴 시간에서 크게 감소된다. 세라믹이 가열되면, 효율은 크게 감소되고, 이러한 상황은 예를 들어 1와트 레이저에서 발생한다.
이러한 초점 스팟의 온도에 대한 종속성은 궁극적으로 이러한 광원의 효율을 감소시키고, 이는 큰 기술적인 제한을 나타낼 수 있다. 주요한 원인 중 하나는 인광체 재료의 매우 낮은 열 전도성인 것으로 최근에 확인되었다. 세라믹의 열 전도성은 최대 열점 온도에 매우 큰 영향을 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에서, 발광 디바이스는 청색광 및/또는 자외광을 발광하는 발광 디바이스이다. 발광 디바이스에 의해 방출된 청색광 및/또는 자외광은 인광체 플레이트 또는 인광체 필름에서 백색광이 생성되도록 -바람직하게는 세륨 도핑된 이트륨 알루미늄 가닛 인광체 및/또는 세라믹 인광체로 제조된- 인광체 플레이트 및/또는 인광체 필름을 펌핑하도록 사용된다.
또 다른 실시예에서, 열 전도성 부재는 편광 부재이다. 편광 부재는 (와이어 그리드 편광자와 같은) 흡수성 편광자 및/또는 (반사형 편광자, 복굴절 편광자 및/또는 박막 편광자와 같은) 빔 스플릿 편광자에 기반한다. 특히, 편광 부재는 광 재순환 부재의 하나의 완성 표면을 커버한다.
편광이 사용되는 통상적인 응용예는 LCD 백라이팅 및 LCD 프로젝션(LCD: liquid crystal display) 뿐만 아니라 LED 점광원에 의해 방출되는 광 비임이 LC 셀(LC: liquid crystal)에 의해 조작되는 LC 비임 스티어링 디바이스용의 옵션에서 사용된다. 또한, 선형 편광은 눈부심과 시력, 관찰되는 콘트래스트 및 채도에서 조명 환경의 관찰의 영향을 억제할 수 있는 표면 반사이므로 편광은 실내 및 실외 조명 모두에서 장점을 얻는다. 이러한 영향 때문에, 편광 형광 조명기구는 시각적인 인식의 이익을 갖는 상업용 제품으로서 존재한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 편광 부재는 와이어 그리드 편광자이다. 개선된 리소그래픽 기술을 이용하여, 매우 조밀한 피치의 금속 그리드가 제조되어 가시광을 편광시킨다.
다른 실시예에서, 광 재순환 디바이스의 열 전도성 부재는 광 재순환 부재의 표면 상에 및/또는 광 재순환 부재의 두 개의 상이한 부분 사이에 배열된 열 도전성 층으로 형성된다. 특히 두 개의 열 전도성 층은 광 재순환 부재의 두 개의 표면에 배열되고, 이들 표면은 서로 대향한다.
바람직한 실시예에 따르면, 열 전도성 층은 적어도 부분적으로 반사 층이다. 특히, 서로 대향하는 두 표면에 배열된 두 개의 열 전도성 층 중 하나는 편광 층으로서 형성된 편광 부재이고, 다른 층은 적어도 부분적으로 반사 층이다.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 열 전도성 부재는 다이아몬드 부재 및/또는 사파이어 부재이다. 특히, 열 전도성 부재 또는 열 전도성 부재 중 적어도 하나는 다이아몬드 층 및/또는 사파이어 층이다. 다이아몬드 층은 바람직하게는 CVD 다이아몬드 성장(CVD: chemical vapor deposition)을 통해 제조된 다이아몬드 층이다. 다이아몬드의 높은 열 전도성은 열 관리 광자 및 미세 전자 디바이스를 개선하기 위한 박막 다이아몬드 코팅 또는 층 다이아몬드 코팅을 가능하게 한다.
다이아몬드 층으로서 형성된 열 전도성 층은 재료의 국부적인 열 도전성을 증가시킴으로써 열 문제를 해결한다. 이는 팩터의 두 배(1400W/mK까지)만큼 균등한 전반적인 열 전도성을 증가시키는데 충분한 최적의 두께를 갖는 층 재료의 삽입을 제안한다.
본 실시예는 최대 16kW/㎠의 전력 밀도로 광을 발생시키도록 인광체 세라믹(Ce:YAG)으로 형성된 광 재순환 디바이스가 열적으로 개선될 수 있도록 하는 해결책을 제안한다. 이러한 경우, 가장 뜨거운 열점은 재료의 최대치의 광변환을 허용하는데 합리적일 수 있는 310℃에 도달한다. 세라믹은 모든 종류의 상이한 세라믹일 수 있고, 특히 강하게 소산되거나 투명한 폴리 세라믹 및/또는 단결정 세라믹이다.
바람직하게는, 광원은 또한 발광 디바이스 및 광 재순환 디바이스 사이에 배열된 광학 요소를 더 포함한다. 광학 요소는 발광 디바이스의 광로 내에 위치된다. 특히 광학 요소는 광 재순환 부재 내에서 발광 디바이스에 의해 방출된 광을 포커싱하는 광 포커싱 요소이다.
다른 실시예에서, 광 재순환 디바이스는 또한 히트 싱크를 포함한다. 광 재순환 부재, 열 전도성 부재 및 히트 싱크를 포함하는 광 재순환 디바이스를 구비한 광원은 매우 소형이다. 부가적으로, 또는 다른 실시예에서, 광 재순환 디바이스는 또한 열 전도성 부재, 특히 와이어 그리드 편광자의 와이어를 냉각시키기 위해 전열 변환 요소 및/또는 펠티어(Peltier) 요소를 포함한다.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 광 재순환 부재와 열 전도성 부재는 광 재순환 디바이스의 복합 재료를 이룬다.
본 발명은 또한 이를 통과하는 광의 물리적 특성 중 적어도 하나를 변화시키기 위한 광 재순환 디바이스에 관한 것이다. 광 재순환 디바이스는 적어도 하나의 광 재순환 부재와 광 재순환 부재에서 생성된 열을 전달할 수 있는 적어도 하나의 열 전도성 부재를 포함하고, 열 전도성 부재는 광 재순환 부재 및 히트 싱크와 열적으로 접촉된다.
광의 물리적 특성의 변화는 바람직하게는 색의 변화 및/또는 편광의 변화이다. 보다 바람직하게는, 광 재순환 부재는 광 재순환 부재가 청색광 및/또는 자외광을 방출하는 발광 디바이스의 광로 내에 위치될 때, 인광체 플레이트 또는 인광체 필름에서 백색광이 생성되도록 -바람직하게는 세륨 도핑된 이트륨 알루미늄 가닛 인광체 또는 세라믹 인광체로 이루어진- 인광체 플레이트 또는 인광체 필름으로 형성된다.
다른 실시예에서, 열 전도성 부재는 편광 부재이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 편광 부재는 와이어 그리드 편광자이다.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 열 전도성 부재는 다이아몬드 부재 및/또는 사파이어 부재이다.
특히, 광 재순환 디바이스는 또한 히트 싱크를 포함한다.
본 발명의 이들 및 다른 양태는 이하에서 설명되는 실시예들을 참조하여 명확하게 되고 이해될 것이다.
도 1a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 디바이스 및 광 재순환 디바이스를 포함하는, 편광을 방출하기 위한 광원의 측면도.
도 1b는 도 1a에 따른 편광을 방출하기 위한 광원의 평면도.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광원의 광 재순환 디바이스의 측면도.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광원의 광 재순환 디바이스의 측면도.
도 1a는 편광(2)을 방출하기 위한 광원으로서 형성되는 광원(1)을 도시한다. 광원(1)은 광(레이저 광)을 방출하는 레이저(light amplification by stimulated emission of radiation)(4)로서 형성된 발광 디바이스(3), 광 재순환 디바이스(5) 및 광학 요소(6)를 포함한다. 광 재순환 디바이스(5)와 광학 디바이스(6)는 발광 디바이스(3)의 광로(7)에 배열되고, 광학 소자(6)는 발광 디바이스(3)와 광 재순환 디바이스(5) 사이에 배열된 볼록 렌즈이다. 광로(7)는 주 축(8)을 갖는다.
광 재순환 디바이스(5)는 이를 통과하는 광의 적어도 하나의 물리적인 특성을 변화시키기 위한 광 재순환 부재(9)와, 광 재순환 부재(9)에서 발생한 열을 전달할 수 있는 두 개의 열 전도성 부재(10, 11)와, 광 재순환 부재(9)를 둘러싸는 프레임으로서 형성된 히트 싱크(12)를 포함한다. 하나의 열 전도성 부재(10)는 광 재순환 부재(9)의 제 1 표면에 위치되고, 이러한 제 1 표면은 광학 디바이스(6) 및 발광 디바이스(3)와 대면한다. 다른 열 전도성 부재(11)는 광 재순환 부재(9)의 제 2 표면에 위치되고, 이러한 제 2 표면은 제 1 표면에 대한 광 재순환 부재(9)의 대향측에 위치된다. 두 열 전도성 부재(10, 11)는 광로(7)의 주축(8)에 직각으로 배열된다.
열 전도성 부재(10, 11)는 편광 부재(13), 특히 와이어 그리드 편광자(14)로서 형성된다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 실시예의 광 재순환 부재(9)는 인광체 필름(15)이다. 인광체 필름(15)은 이를 통과하는 광의 파장을 변환하기 위한 광 재순환 부재(9)이다.
레이저(4)는 청색광 및/또는 자외광을 방출한다. 레이저(4)로부터 방출되는 청색광 및/또는 자외광은, 인광체 필름(15)으로부터 백색광(화살표 16)을 생성하기 위해, 바람직하게는 세륨 도핑된 이트륨 알루미늄 가닛 인광체(YAG 인광체) 또는 세라믹 인광체로 제조된 인광체 필름(15)을 펌핑하기 위해 사용된다. 열점은 광로(7)의 초점 스팟(17)에 생성된다. 이러한 열점은 광 재순환 부재(9)에 위치된다.
본 발명의 이러한 실시예의 필수적인 특성은 발광 디바이스(3)에 의해 방출되는 청색광 및/또는 자외광에 의해 생성되는 열점의 냉각 및 열 발산을 허용하도록, 인광체 필름(15)의 표면에 부착된 [와이어 그리드 편광자(14)로 형성된] 편광 부재(13)를 사용하는 것이다. 적용되는 구성에 따라, 이면 반사되고 변환되지 않은 광이 발광 디바이스(3)로 복귀되면, 편광 출력의 이득이 얻어질 수 있다. 이러한 경우, 반사된 편광이 다시 와이어 그리드 편광자(14)로서 형성된 편광 부재(13)를 통과하는 것을 허용하도록 본 실시예에서 재순환이 의도된다. 일반적으로, 편광은 지연 층으로 지연된다. 이러한 실시예에서, 지연 층의 역할은 이미 인광체 필름(15)(또는 인광체 플레이트)에 의해 충족된다. 이러한 경우, 과도한 흡수를 갖는 광의 단일 통로에 비해 효율이 증가된다(최대 50% 내지 55%).
와이어 그리드 편광자(14)는 금속, 특히 알루미늄, 은 또는 금으로 제조되고, 매우 높은 전도성을 갖고, 와이어 그리드 편광자(14)의 와이어(19)가 큰 히트 싱크(10)와 열 접촉하는 측면(18)쪽으로 열이 매우 효율적으로 유동하도록 한다. 도 1b는 도 1a의 편광을 방출하기 위한 광원의 평면도를 도시한다.
30 X 30 미크론의 레이저 초점 스팟(17)은 인광체 플레이트 또는 인광체 필름(15) 내에 포커스되고, 레이저(4)는 1와트의 총출력을 갖는다. 인광체 플레이트 또는 인광체 필름(15)의 표면 상의 와이어 그리드 편광자(14) 덕분에, 제 2 표면의 레이저 비임(200mW의 열 소비전력)의 중심에서 광 재순환 디바이스의 온도는 345℃에서 177℃로 감소된다. 제 2 표면(도 1a의 상부 표면)은 광 흡수가 가장 강한 곳이고, 따라서 표면에서의 온도의 감소는 광 변환의 높은 이득을 야기할 수 있다. 와이어 그리드 편광자(14)에서, 가장 뜨거운 열점은 YAG 세라믹 아래로 더 이동된다. 와이어 그리드 편광자(14)는 레이저 스팟(32㎛ 폭)을 커버하는 표면에만 위치된다. 추가의 와이어(19)가 냉각을 약간 더 개선시킬 수 있다.
이러한 결과는 와이어 그리드 편광자(14)의 추가가 열점의 온도를 개선시킬 수 있다는 것을 나타낸다. 특정한 경우에, 완전히 효율적인 광 변환과 온도에 의해 제한(온도가 약 350℃에 도달할 때의 CECAS 효율 강하)된 변환 사이의 차이를 발생시킬 수 있다.
광로(7) 외측의 와이어 그리드 편광자(14)의 와이어(19)가 상이한 두께를 갖고, 특히 광로 내의 영역(도시 안함)보다 두껍고, 용접 테이프 및/또는 다른 고정구로 결합되는 것을 실현하는 것이 중요하다. 이는 광 재순환 디바이스(5)의 제조를 쉽게 한다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광원(1)의 광 재순환 디바이스(5)의 측면도이다. 열 전도성 부재(10)는 광 재순환 부재(9)의 두 개의 상이한 부분(21, 22) 사이에 배열된 열 전도성 층(20)으로서 형성된다. 열 전도성 층(20)은 다이아몬드 부재(23), 특히 다이아몬드 층(24)으로서 형성된다.
광 재순환 디바이스(5)를 제조하는 방법은,
- 광 재순환 부재(9)의 제 1 부분(21), 특히 인광체 플레이트(25)로서 형성된 제 1 부분(21)의 표면에 다이아몬드 층(24)을 인가하는 단계와,
- 다이아몬드 층(24)의 표면 상에 제 2 부분(22), 특히 인광체 필름(15)을 인가하는 단계와,
- 제 1 부분(21), 다이아몬드 층(24) 및 제 2 부분(22)의 복합 디바이스를 광 재순환 부재(9)에 사용되는 최종 형태로 절단하는 단계, 및
- 복합 디바이스와 히트 싱크(12)를 조립하는 단계를 포함한다.
특히, 다이아몬드 층(24)은 인광체 플레이트(25)에, 특히 YAG 세라믹 인광체 플레이트에 CVD에 의해 증착된다. 다음에, 박형 인광체 필름(15) 증착이 다이아몬드 층(24)에 이루어진다. 이는 10 내지 50㎛의 두께로 행해질 수 있다. 복합 디바이스는 커팅 도구를 이용하여 절단되고 구리 히트 싱크(12) 내로 삽입된다.
본 실시예는 광 재순환 재료의 국부적인 열 전도성을 증가시킴으로써 열 문제를 해결한다. 이는 두 개의 균등한 전체 열 전도성에 의해 증가되는데 충분한 최적 두께를 갖는 다이아몬드 층(24)의 삽입을 제안한다.
100 x 100 미크론과 150 미크론 두께의 세라믹 인광체 플레이트(25)와, 30미크론의 스팟 크기와 16kW/㎠의 (가장 뜨거운 열점에서의) 전력 밀도를 갖는 레이저 비임을 구비하는 특정한 경우에, 100 x 100 미크론의 폭과 10미크론 두께의 다이아몬드 층(24)이 삽입된다[그 결과 층은 히트 싱크(12)와 접촉한다]. 이러한 다이아몬드 층(24)은 도 2에 도시된 바와 같은 상부 표면으로부터 20미크론의 거리에서 재료 내에 위치된다.
본 출원인은 크기가 가변될 수 있고 3W/mK의 열 전도성을 갖는 (예를 들어 Ce:YAG인) 소정의 벌크 인광체 플레이트(25)를 고려하였다. 플레이트(23)의 이러한 인광체 재료(15, 25)는 특히, 구리로 제조된 히트 싱크(12)로 (레이저 비임이 교차하고 광을 추출하기 위해 상부를 제외하고) 둘러싸여진다.
상이한 구성(도시 안함)에서, 10 x 10미크론의 다이아몬드의 6개의 클러스터는 인광체 재료에 걸쳐 균일하게 도포된다. 이러한 방식으로, 복합 재료가 구현된다. 이들 클러스터 중 두 개만이 (냉각을 위해 중요한) 히트 싱크(12)의 벽에 접촉한다. 이 경우 개선은 미미하다. 그러나, 실제 복합 재료를 이러한 방식으로 모델링하는 것은 실제로는 불가능하다. 입자의 형상 및 크기, 특히 ㎚ 크기의 입자의 범위에서는 강한 종속성이 있다. 복합 재료의 열 전도성은 체적 분수에 종속될 수 있다. 본 출원인은 유사한 차수의 크기가 현존하는 복합 재료(다이아몬드형-구리)에 비교할 수 있다고 가정하였다. 이러한 형식의 복합 재료에서, 열 전도성은 대략 두 배(742W/mK까지)일 수 있다. 그러나, 이러한 경우 다이아몬드의 매우 큰 체적비를 요구한다. 이러한 비율은 50%에서부터 90%까지이다. 이는 인광체 재료가 백색광을 발생시키기 위해 사용되기 때문에 파장 변환을 위해서는 너무 높고, 이는 마찬가지로 가능한 많이 인광체를 유지할 수 있음을 의미한다. 너무 많은 다른 입자는 광자 특성을 감소시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광원(1)의 광 재순환 디바이스(5)의 측면도를 도시한다. 다이아몬드 층(24)은 100 내지 150미크론 두께로 인광체 플레이트(25)에 증착된다. 다이아몬드 층(24) 위의 얇은 접착제 층(26)은 다른 인광체 플레이트(27)를 연결한다(기계적으로 고형이도록 충분히 두꺼움). 그 이후에, 다른 인광체 플레이트(27)는 20㎛ 두께의 인광체 필름(15)(YAG 층)을 얻도록 연마된다.
이러한 방법은 제 2 부분(22)의 인가가 제 2 부분의 접착 본딩이고, 그 후에 연마에 의해 인광체 필름(15)의 제조를 한다는 점에서 전술한 방법과 다르다.
대안적으로는, 다이아몬드 층(23)은 샌드위치되지 않지만, 세라믹(도시 안함)의 상부 표면에 증착된다. 충분한 열 전달을 갖기 위해, 다이아몬드 층(24)과 히트 싱크(12)의 표면 접촉은 증가되어야 한다. 이는 세라믹의 CVD 프로세스를 실행함으로써 달성될 수 있다. 그 다음에, 표면 접촉을 최적화하기 위해 세라믹의 개별 피스가 절단되어, 적절한 크기의 구리 블록에 삽입될 수 있다.
결론적으로, 인광체 재료(15, 25)에서 레이저 광의 고온 열점을 취급하기 위한 기술이 적용될 수 있다. 제조 프로세스가 유사하고, 열 전도성이 개선이 더 높고, 특히 다이아몬드의 경우에 매우 높기 때문에 다이아몬드 층(24)을 사용하는 것을 제안할 것이다. 이러한 셋업에서, 고강도 레이저(4)가 인광체 플레이트에 포커스될 수 있고, 백색광이 매우 작은 스팟으로 생성될 수 있다. 이러한 해결책은 그 자체로 충분하고, 어떠한 추가의 능동 냉각도 필요로 하지 않는다. 이는 마이크로미터 스팟의 고강도 백색광이 인광체 재료에 생성될 수 있는 가장 안전한 방식이다. 이는 백색광의 인가 필드를 넓게 할 것이다.
본 발명의 제 2 및 제 3 실시예에 따른 광 재순환 디바이스(5)(도 2 및 3)는 광원(1)의 반사 조립체 뿐만 아니라 광 투과 조립체용으로 사용될 수 있다. 투과 조립체 내에서, 히트 싱크(12)는 레이저 비임이 히트 싱크(12)를 투과할 수 있도록 하는 채널을 포함하고 그리고/또는 대안적으로는 사파이어 히트 싱크와 같은 투명 히트 싱크(12)를 포함한다.
본 발명은 도면 및 전술한 설명에서 상세히 도시되고 설명되었지만, 이러한 도시 및 설명은 도시 및 예시를 위해 고려되며, 이에 제한되지 않고, 본 발명은 개시된 실시예에 제한되지 않는다.
개시된 실시예의 다른 변형은 이해될 수 있고, 도면, 명세서 및 첨부된 청구범위를 연구하여 당업자가 청구된 본 발명을 실시함으로써 달성된다. 청구범위에서, 용어 "포함하다"는 다른 요소 및 단계를 배제하지 않고, 부정관사("a" 또는 "an")는 복수를 배제하지 않는다. 소정의 치수가 상호 다른 종속항에서 인용된다는 사실만으로 장점을 얻기 위해 그와 같은 조합들이 사용될 수 없다는 것을 나타내지는 않는다. 청구범위에서의 임의의 도면부호는 범주를 제한하도록 의도되지 않는다.

Claims (14)

  1. 발광 디바이스(3)와 상기 발광 디바이스(3)의 광로(7) 내에 위치되는 광 재순환 디바이스(5)를 포함하는 광원(1)으로서,
    상기 광 재순환 디바이스(5)는 이를 통과하는 광의 적어도 하나의 물리적 특성을 변화시키기 위한 적어도 하나의 광 재순환 부재(9)와 상기 광 재순환 부재(9)에서 발생되는 열을 전달할 수 있는 적어도 하나의 열 전도성 부재(10, 11)를 포함하고, 상기 열 전도성 부재(10, 11)는 상기 광 재순환 부재(9) 및 적어도 하나의 히트 싱크(12)와 열 접촉하는 광원.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 발광 디바이스(3)는 1 X 107cd/㎡ 이상의 휘도를 갖는 고휘도 발광 디바이스 및/또는 레이저(4)인 광원.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 광의 물리적 특성의 변화는 광의 파장 변환 및/또는 광의 편광 상태의 변화인 광원.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 광 재순환 부재(9)는 인광체 플레이트(25, 27) 및/또는 인광체 필름(15)인 광원.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 발광 디바이스(3)는 청색광 및/또는 자외광을 방출하는 발광 디바이스인 광원.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 열 전도성 부재(10, 11)는 편광 부재(13)인 광원.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 편광 부재(13)는 와이어 그리드 편광자(14)인 광원.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 광 재순환 디바이스(5)의 열 전도성 부재(10, 11)는,
    - 상기 광 재순환 부재(9)의 표면 상에 및/또는
    - 상기 광 재순환 부재(9)의 두 개의 상이한 부분들(21, 22) 사이에 배열된 열 전도성 층(20)으로 형성되는 광원.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 열 전도성 층(20)은 적어도 부분적으로 반사 층인 광원.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 열 전도성 부재(10, 11)는 다이아몬드 부재(23) 및/또는 사파이어 부재인 광원.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 광 재순환 디바이스(5)는 히트 싱크(12)를 추가로 포함하는 광원.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 광원(1)은 상기 발광 디바이스(3)와 상기 광 재순환 디바이스(5) 사이에 배열되는 광학 요소(6)를 추가로 포함하는 광원.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 광 재순환 부재(9)와 상기 열 전도성 부재(10, 11)는 상기 광 재순환 디바이스(5)의 복합 재료를 구성하는 광원.
  14. 통과하는 광의 적어도 하나의 물리적인 특성을 변화시키기 위한 광 재순환 디바이스(5)로서,
    상기 광 재순환 디바이스(5)는 적어도 하나의 광 재순환 부재(9)와 상기 광 재순환 부재(5)에서 발생하는 열을 전달할 수 있는 적어도 하나의 열 전도성 부재(10, 11)를 포함하고, 상기 열 전도성 부재(10, 11)는 상기 광 재순환 부재(9)와 히트 싱크(12)와 열 접촉하는 광 재순환 디바이스.
KR1020117019166A 2009-01-21 2010-01-18 광 재순환 디바이스를 포함하는 광원 및 대응하는 광 재순환 디바이스 Withdrawn KR20110105867A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP09151019.8 2009-01-21
EP09151019 2009-01-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20110105867A true KR20110105867A (ko) 2011-09-27

Family

ID=41818810

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117019166A Withdrawn KR20110105867A (ko) 2009-01-21 2010-01-18 광 재순환 디바이스를 포함하는 광원 및 대응하는 광 재순환 디바이스

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20110266580A1 (ko)
EP (1) EP2389694A1 (ko)
JP (1) JP2012516032A (ko)
KR (1) KR20110105867A (ko)
CN (1) CN102292837A (ko)
BR (1) BRPI1005164A2 (ko)
CA (1) CA2749897A1 (ko)
RU (1) RU2011134870A (ko)
WO (1) WO2010084451A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011054828A1 (de) 2010-10-28 2012-05-03 Hyosung Goodsprings, Inc. Durchfluss-umschaltventil

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103228761B (zh) 2010-12-07 2015-11-25 皇家飞利浦电子股份有限公司 制造色环的部分的方法和色环的部分
DE102012204786A1 (de) * 2012-03-26 2013-09-26 Osram Gmbh Leuchtvorrichtung mit leuchtstoffkörper auf kühlkörper
JP2013239673A (ja) * 2012-05-17 2013-11-28 Stanley Electric Co Ltd 発光装置、および車両用灯具
EP3117267B1 (en) * 2014-03-11 2018-05-02 Osram Sylvania Inc. Light converter assemblies with enhanced heat dissipation
JP2016225581A (ja) * 2015-06-04 2016-12-28 日本電気硝子株式会社 波長変換部材及びそれを用いた発光装置
DE102016200582A1 (de) 2016-01-19 2017-07-20 Robert Bosch Gmbh Lichtquellenanordnung, Fahrzeugscheinwerfer und Herstellungsverfahren für eine Lichtquellenanordnung
FR3054330B1 (fr) * 2016-07-22 2019-06-14 Valeo Comfort And Driving Assistance Dispositif de generation d'images et afficheur tete haute associe
WO2018197357A1 (en) * 2017-04-24 2018-11-01 Lumileds Holding B.V. High luminance light converting device

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3524197A (en) * 1968-05-28 1970-08-11 Sanders Associates Inc High intensity projection cathode ray tube
US5615558A (en) * 1995-09-25 1997-04-01 Cornell; Eric A. Optical cooling of solids
WO1999052341A2 (en) * 1998-04-10 1999-10-21 The Regents Of The University Of California Optical refrigerator using reflectivity tuned dielectric mirror
US7245072B2 (en) * 2003-01-27 2007-07-17 3M Innovative Properties Company Phosphor based light sources having a polymeric long pass reflector
US20040159900A1 (en) * 2003-01-27 2004-08-19 3M Innovative Properties Company Phosphor based light sources having front illumination
JP2004246178A (ja) * 2003-02-14 2004-09-02 Hitachi Ltd 光学ユニット、投射型映像表示装置及びそれに用いる偏光板
US7070300B2 (en) * 2004-06-04 2006-07-04 Philips Lumileds Lighting Company, Llc Remote wavelength conversion in an illumination device
JP4622695B2 (ja) * 2004-08-27 2011-02-02 日本ビクター株式会社 投射型表示装置
US7858408B2 (en) * 2004-11-15 2010-12-28 Koninklijke Philips Electronics N.V. LED with phosphor tile and overmolded phosphor in lens
US7692207B2 (en) * 2005-01-21 2010-04-06 Luminus Devices, Inc. Packaging designs for LEDs
JP2006235571A (ja) * 2005-01-28 2006-09-07 Victor Co Of Japan Ltd 投射型表示装置
US7196354B1 (en) * 2005-09-29 2007-03-27 Luminus Devices, Inc. Wavelength-converting light-emitting devices
JP4950999B2 (ja) * 2005-10-07 2012-06-13 オスラム シルヴェニア インコーポレイテッド 透光性のヒートシンクを有するｌｅｄ
KR100714016B1 (ko) * 2005-12-13 2007-05-04 삼성에스디아이 주식회사 유기 발광 표시장치
JP2007165811A (ja) * 2005-12-16 2007-06-28 Nichia Chem Ind Ltd 発光装置
JP4749870B2 (ja) * 2006-01-24 2011-08-17 新光電気工業株式会社 発光装置の製造方法
DE102008012316B4 (de) * 2007-09-28 2023-02-02 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Halbleiterlichtquelle mit einer Primärstrahlungsquelle und einem Lumineszenzkonversionselement
US9086213B2 (en) * 2007-10-17 2015-07-21 Xicato, Inc. Illumination device with light emitting diodes
US8126329B2 (en) * 2008-09-03 2012-02-28 Applied Optoelectronics, Inc. Quad-port optical module with pass-through and add/drop configuration

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011054828A1 (de) 2010-10-28 2012-05-03 Hyosung Goodsprings, Inc. Durchfluss-umschaltventil

Also Published As

Publication number Publication date
BRPI1005164A2 (pt) 2019-04-24
EP2389694A1 (en) 2011-11-30
WO2010084451A1 (en) 2010-07-29
CN102292837A (zh) 2011-12-21
US20110266580A1 (en) 2011-11-03
JP2012516032A (ja) 2012-07-12
CA2749897A1 (en) 2010-07-29
RU2011134870A (ru) 2013-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20110105867A (ko) 광 재순환 디바이스를 포함하는 광원 및 대응하는 광 재순환 디바이스
US7478930B2 (en) Backlight unit with an oxide compound-laminated optical layer
US9933605B2 (en) Laser-pumped high-radiance incoherent light source
KR101178778B1 (ko) 액정 디스플레이 장치
US9097833B2 (en) Light emitting device
JP5166871B2 (ja) 発光ダイオード装置
US20160054501A1 (en) Light emitting device comprising wavelenght converter
JP4876760B2 (ja) 発光装置および白色変換シート
WO2013008361A1 (ja) 光学素子及びそれを用いた半導体発光装置
JP6681882B2 (ja) 照明システム
US12140304B2 (en) Phosphor element with heat dissipating substrate that has thermally conductive metal plating film
EP3655698A1 (en) Pixelated high brightness light engine
JP2011511445A (ja) ディスプレイを背面照明するための照明装置および同照明装置を備えたディスプレイ
WO2013175706A1 (ja) 光学素子、発光装置、及び投影装置
US20220221129A1 (en) Improved thermal management in laser-based lighting using a truncated ball lens
US20210215318A1 (en) Phosphor element, method for producing same, and lighting device
US11892143B2 (en) Compact laser beam combiner with micro-prism reflector
JP7631792B2 (ja) 積層構造体、熱伝導構造体、及び熱伝導構造体の製造方法
US20240304768A1 (en) Light emitting device comprising a cooling system
CN100570448C (zh) 液晶显示装置及发光装置
WO2013175752A1 (ja) 波長変換部材、光学素子、発光装置、及び投影装置
US11635189B2 (en) Phosphor element and lighting device
CN109282168B (zh) 一种获得高流明密度绿光光源的系统
US10969076B2 (en) High luminance light converting device
JP2022190313A (ja) 積層構造体および熱伝導構造体

Legal Events

Date Code Title Description
PA0105 International application

Patent event date: 20110818

Patent event code: PA01051R01D

Comment text: International Patent Application

PG1501 Laying open of application
PC1203 Withdrawal of no request for examination
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid