KR101557404B1 - 레이저 조명장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레이저 조명장치에 관한 것으로서, 지향성이 강한 광원을 발생시키는 레이저 다이오드(10); 레이저 다이오드(10)로부터의 광원에서 Blue light(460nm이하)를 투과시키는 필터(20); 필터(20)를 통과한 광원의 색상을 변환하여 빛을 양방향으로 모두 발산토록 하는 색변환 플레이트(30); 및 빛의 발산 방향과 대응하도록 필터(20)를 에두르도록 형성되어, 색변환 플레이트(30)에 의해 색변환된 빛이 전면으로 향하는 방향을 조절하는 반사판(40);을 포함한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 단파장 투과필터 후면 색변환 플레이트를 위치시키고, 광원에서 발광한 Blue light가 필터를 통과하여 색변환 플레이트에 의해 색변환이 이루어지도록 하되, 단파장 투과필터를 통해 전면으로 향하게 하고 반사판으로 빔의 형태를 조절함으로써, 조명장치의 광도(candela)를 향상시키고, 광을 발생시키는 광원으로 반도체 발광소자로, LED 바람직하게는 레이저 사용함으로써, LED보다 여기된 빛을 많이 집광하여 조명장치에서 더 높은 휘도와 출력이 가능하도록 하는 효과가 있다.

Description

레이저 조명장치{LASER LIGHTING DEVICE}
본 발명은 레이저 조명장치에 관한 것으로써, 단파장 투과필터 (Short pass filter) 또는 다이크로익 미러(Dichroic mirror)와 색변환 플레이트(Phosphor in Glass, Ceramic phospor)를 통해 지향성이 강하고 LED보다 더 높은 휘도와 출력을 제공하는 기술에 관한 것이다.
종래에 많은 새로운 유형의 광원들이 개발되었지만, 전통적인 전구는 그것의 낮은 가격 및 쾌적한 방출 스펙트럼에 때문에 아직도 많이 쓰이고 있다.
에너지 효율적인 조명을 달성하기 위한 광원으로는 반도체 발광소자, 바람직하게는 LED(light-emitting diode)와 같은 소스를 사용되고 있다.
이러한 LED를 이용한 LED 발광장치는, 소형이고 전력효율이 높고 선명한 색 발광을 한다. 또한, LED는 반도체소자이기 때문에 전구가 단락될 염려가 없다. 게다가, 초기구동특성이 뛰어나, 진동이나 온/오프 점등의 반복에 강하다고 하는 특징을 가진다. 이러한 뛰어난 특성을 가지기 때문에, LED 발광장치는 각종의 광원으로서 이용되고 있다.
최근에 LED보다 지향성이 강하고 여기된 빛을 집광해 사용하기 쉬운 레이저를 이용한 조명장치에 수요가 증가하고 있으며, 레이저를 이용한 조명장치는 LED보다 더 높은 휘도와 출력을 가능하게 한다.
이와 관련한 선행특허로는, 대한민국 공개특허 제2005-0113226호(발광막, 발광장치, 발광막의 제조방법 및 발광장치의 제조방법)가 있으며, 선행특허에는 빛의 추출효율을 개선하고, 신뢰성이 뛰어나며, 자외선 등에 의한 발광소자로부터의 빛에 의해 열화하기 어려운 피막을 갖는 발광장치에 대한 기술이 개시되어 있다.
일반적으로, 단파장 투과필터는 자외선영역부터 Blue 대역의 빛(340nm부터 460nm)를 80% 이상 투과시키고, 나머지는 가시광대역(460nm부터 785nm)의 빛을 80% 이상 반사시킨다. 이때, 투과율과 반사율의 경우, 90% 이상을 유지하는 것이 빛의 손실을 줄일 수 있다.
한편, 도 1은 종래기술과 본 발명의 차이점을 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 단파장 투과필터가 없을 때 색변환된 빛이 양방향으로 퍼지는 문제가 있기 때문에, 본 발명에 의해 추가된 구성인 필터를 통해 후면으로 나오는 장파장의 빛을 전면으로 반사시켜 활용할 수 있다. 이 때, 형광체에서 모든 Blue light가 가시광대역의 빛으로 변환되는 것은 아니기 때문에, 변환되지 않은 Blue light도 투과되거나 반사되며, 반사되는 Blue light의 경우 필터를 투과해서 사라지게 되고 투과한 Blue light만 남게 된다.
한편, 단파장 투과필터의 경우, 단파장의 빛은 투과시키고 장파장의 빛은 반사시키기 때문에 단파장 투과필터가 없을 경우 빛이 양방향으로 퍼지게 되어 광도가 낮아지는 문제가 발생하지만 단파장 투과필터를 사용할 경우 후면으로 반사되는 가시광대역의 빛을 다시 반사시켜 전방으로 보내기 때문에 전방으로 향하는 빛의 광도가 높아지게 된다.
특히, 가격이나 효율성을 생각했을 때 일반조명에 사용하기는 쉽지 않기 때문에 업계에서 최근 개발되고 있는 레이저 전조등 기술에 대해 많은 관심이 있으며, 이를 통해 자동차 전조등에 적용하려는 다양한 시도가 이뤄지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 단파장 투과필터 후면 색변환 플레이트를 위치시키고, 광원에서 발광한 Blue light가 필터를 통과하여 색변환 플레이트에 의해 색변환이 이루어지도록 하되, 단파장 투과필터를 통해 변환된 모든 빛을 전면으로 향하게 하고 반사판으로 빔의 형태를 조절함으로써, 조명장치의 광도(candela)를 향상시키는데 그 목적이 있다.
그리고, 본 발명은 광을 발생시키는 광원으로 반도체 발광소자로, LED 바람직하게는 레이저 사용함으로써, LED보다 여기된 빛을 많이 집광하여 조명장치에서 더 높은 휘도와 출력이 가능하도록 하는데 그 목적이 있다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 레이저 조명장치는, 지향성이 강한 광원을 발생시키는 레이저 다이오드(10); 레이저 다이오드(10)로부터의 광원에서 Blue light(460nm이하)를 투과시키는 필터(20); 필터(20)를 통과한 광원의 색상을 변환하여 빛을 양방향으로 모두 발산토록 하는 색변환 플레이트(30); 및 빛의 발산 방향과 대응하도록 필터(20)를 에두르도록 형성되어, 색변환 플레이트(30)에 의해 색변환된 빛이 전면으로 향하는 방향을 조절하는 반사판(40);을 포함한다.
또한, 필터(20)는 레이저 다이오드(10)로부터의 광원에서 자외선영역부터 Blue 대역의 빛(340nm부터 460nm)를 투과시키고, 나머지 가시광대역(460nm부터 785nm)을 반사시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 필터(20) 또는 색변환 플레이트(30)의 크기가 상기 레이저 다이오드(10)의 출력부인 렌즈 크기와 대응하도록 구성되되, 필터(20)의 크기는 색변환 플레이트(30) 또는 렌즈 크기와 상이하게 변경 가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 색변환 플레이트(30)의 두께는 0.5mm 내지 10mm의 두께로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 색변환 플레이트(30)의 재료는 글래스, 실리콘 또는 세라믹 중에 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 레이저 다이오드(10)와 필터(20) 사이에 배치되어, 빛이 도달하는 범위 조절하는 콜리메이션 렌즈(50);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 콜리메이션 렌즈(50)로부터 수광한 빛이 향하는 방향을 조절하여 상기 필터(20) 및 색변환 플레이트(30)로 향하고, 그 기울기 또는 굴절율에 따라 빛이 향하는 방향을 가변시키는 렌즈(L); 및 렌즈(L)를 지지하도록 구성되어 강한 빛에 의한 열화를 외부로 배출시키는 방열부(60);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 반사판(40) 저면의 구멍에 레이저 다이오드(10), 필터(20) 및 색변환 플레이트(30)를 구성하여 상기 레이저 다이오드(10)로부터의 광원을 반사판(40)을 통해 전면으로 향하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 레이저 다이오드(10)와 필터(20) 사이에 구비되어 빛이 도달하는 범위 조절하는 콜리메이션 렌즈(50);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 반사판(40)을 통해 빔 사이즈 조절이 가능하고, 원하는 배광에 맞게 색변환 플레이트(30) 및 필터(20)의 크기 조절을 통해 후면으로 나오는 빛을 전면으로 전부 향하도록 구성하여 일반조명 또는 자동차용 전조등에 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 단파장 투과필터 후면 색변환 플레이트를 위치시키고, 광원에서 발광한 Blue light가 필터를 통과하여 색변환 플레이트에 의해 색변환이 이루어지도록 하되, 단파장 투과필터를 통해 전면으로 향하게 하고 반사판으로 빔의 형태를 조절함으로써, 조명장치의 광도(candela)를 향상시키는 효과가 있다.
그리고, 본 발명에 따르면, 광을 발생시키는 광원으로 반도체 발광소자로, LED 바람직하게는 레이저 사용함으로써, LED보다 여기된 빛을 많이 집광하여 조명장치에서 더 높은 휘도와 출력이 가능하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 레이저 조명장치를 도시한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 레이저 조명장치를 도시한 구성도.
도 3은 종래의 광량과 광학필터를 구비한 본 발명의 레이저 조명장치에 의한 광량을 비교한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 레이저 조명장치의 열특성 향상을 위해 콜리메이션 렌즈를 추가한 것을 도시한 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 레이저 조명장치에 렌즈와 방열부를 추가한 구성을 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 레이저 조명장치의 반사판 저면에 레이저 다이오드, 필터 및 색변환 플레이트를 구성한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 레이저 조명장치의 반사판 저면에 레이저 다이오드, 콜리메이션 렌즈, 필터 및 색변환 플레이트를 구성한 도면.
본 발명의 구체적인 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
먼저, 도 2는 본 발명에 따른 레이저 조명장치(A)를 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 조명장치(A)는, 레이저 다이오드(10), 필터(20), 색변환 플레이트(30) 및 반사판(40)을 포함하여 구성된다.
구체적으로, 레이저 다이오드(10)는 지향성이 강한 광원을 발생시킨다.
또한, 필터(20)는 레이저 다이오드(10)로부터의 광원에서 자외선영역부터 Blue 대역의 빛(340nm부터 460nm)를 투과시키고, 나머지 가시광대역(460nm부터 785nm)을 반사시킨다.
또한, 색변환 플레이트(30)는 필터(20)를 통과한 광원의 색상을 변환하여 빛이 양방향으로 퍼지게 한다.
그리고, 반사판(40)은 빛의 발산 방향과 대응하도록 필터(20)를 에두르도록 형성되어, 색변환 플레이트(30)에 의해 색변환되어 전면으로 향하는 빛의 방향을 조절한다.
도 3은 종래의 광량과 광학필터를 구비한 본 발명의 레이저 조명장치에 의한 광량을 비교한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명과 같이 광학필터를 사용할 경우, 반사되는 빛을 전면으로 향하게 하기 때문에 종래기술에 비해 투과한 백색 광량이 크게 증가하는 것을 알 수 있다.
또한 본 발명에 따른 필터(20) 및 색변환 플레이트(30)의 크기는, 레이저 다이오드(10)의 출력부인 렌즈 크기와 대응하도록 구성될 수 있으나, 본 발명이 이에 국한되는 것은 아니며, 더 작은 크기의 색변환 플레이트(30)를 사용해야 할 경우 필터(20)가 반드시 렌즈 크기와 색변환 플레이트의 크기가 대응될 필요는 없다.
이는, 같은 양의 빛이라면 색변환 플레이트에 고르게 퍼질 경우 색변환 효율이 높아져, 렌즈를 사용해 빛을 형광체 플레이트 사이즈에 맞게 콜리메이션시키는 편이 더 효율적이기 때문에다.
따라서, 필터(20) 및 색변환 플레이트(30)의 크기가 굳이 렌즈의 사이즈와 같지 않더라도 레이저에서 나오는 빛을 집광시켜서 작은 사이즈의 형광체 플레이트로 인가해도 색변환이 일어난다.
또한, 레이저 다이오드(10)의 렌즈와 필터(20) 사이의 손실을 줄이기 위해 접착제를 사용하여 굴절율을 매칭시킬 수 있으며, 접착제는 에폭시 또는 실리콘 중에 어느 하나가 사용된다.
또한, 색변환 플레이트(30)의 두께는 색온도에 따라 달라지며, 0.5mm 내지 10mm의 두께로 구성된다.
그리고, 색변환 플레이트(30)의 재료는 글래스, 실리콘 또는 세라믹 중에 어느 하나로 구성될 수 있으나, 바람직하게는 높은 열전도율과 열적 안정성을 갖는 세라믹으로 구성된다.
한편, 도 4는 본 발명에 따른 레이저 조명장치의 열특성 향상을 위한 구성을 도시한 도면이다.
일반적으로, 색변환 구성의 소재는 강한 빛에 의해 열화가 발생하여 그 특성이 변하기 때문에, 도 4에 도시된 바와 같이, 레이저 다이오드(10)와 필터(20) 사이에 콜리메이션 렌즈(50)를 배치하여 빛이 도달하는 범위 조절을 통해 발열을 줄이고 광변환 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 콜리메이션 렌즈(50)를 사용할 경우, 빔 사이즈를 조절할 수 있어 원하는 배광에 맞게 색변환 필터(20)와 플레이트(30)의 크기를 조절할 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명에 따른 레이저 조명장치에 렌즈와 방열부를 추가한 구성을 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 렌즈(L)는 콜리메이션 렌즈(50)로부터 수광한 빛이 향하는 방향을 조절하여 필터(20) 및 색변환 플레이트(30)로 향하게 한다. 이때, 렌즈(L)의 기울기 또는 굴절율에 따라 빛이 향하는 방향을 설정할 수 있다.
또한, 반사판(40)은 색변환 플레이트(30)를 통과한 빛이 전면을 향하도록 반사시킨다.
그리고, 방열부(60)는 렌즈(L)를 지지하도록 구성되어 강한 빛에 의한 열화를 외부로 배출시킨다.
전술한 바와 같이, 렌즈(L)를 구성하는 경우, 빔 사이즈를 조절할 수 있기 때문에 원하는 배광에 맞게 색변환 플레이트(30)와 필터(20)의 크기 조절이 가능하고, 후면으로 나오는 빛을 전면으로 전부 향하게 하기 때문에 일반조명 뿐만 아니라 자동차용 전조등으로의 활용이 가능하다.
한편, 도 6은 본 발명에 따른 레이저 조명장치의 반사판 저면에 레이저 다이오드, 필터 및 색변환 플레이트를 구성한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 반사판(40) 저면의 구멍을 통해 레이저 다이오드(10), 필터(20) 및 색변환 플레이트(30)를 구성하여, 레이저 다이오드(10)로부터의 광원을 반사판(40)을 통해 전면으로 향하게 구성함으로써, 일반조명 뿐만 아니라 자동차용 전조등으로 활용할 수 있다.
그리고, 도 7은 본 발명에 따른 레이저 조명장치의 반사판 저면에 레이저 다이오드, 콜리메이션 렌즈, 필터 및 색변환 플레이트를 구성한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 반사판(40) 저면의 구멍을 통해 레이저 다이오드(10), 콜리메이션 렌즈(50), 필터(20) 및 색변환 플레이트(30)를 구성하여 반사판(40)으로 빛을 향하게 구성함으로써, 콜리메이션 렌즈(50)를 통해 빛이 도달하는 범위 조절을 통해 발열을 줄이고 광변환 효율을 향상시킬 수 있다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등 물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
A: 레이저 조명장치 L: 렌즈
10: 레이저 다이오드 20: 필터
30: 색변환 플레이트 40: 반사판
50: 콜리메이션 렌즈 60: 방열부

Claims (10)

  1. 레이저 조명장치에 있어서,
    지향성이 강한 광원을 발생시키는 레이저 다이오드(10);
    상기 레이저 다이오드(10)로부터의 광원에서 Blue light(460nm이하)를 투과시키는 필터(20);
    상기 필터(20)를 통과한 광원의 색상을 변환하여 빛을 양방향으로 모두 발산토록 하는 색변환 플레이트(30);
    빛의 발산 방향과 대응하도록 필터(20)를 에두르도록 형성되어, 색변환 플레이트(30)에 의해 색변환된 빛이 전면으로 향하는 방향을 조절하는 반사판(40);
    상기 레이저 다이오드(10)와 필터(20) 사이에 배치되어, 빛이 도달하는 범위 조절하는 콜리메이션 렌즈(50);
    상기 콜리메이션 렌즈(50)로부터 수광한 빛이 향하는 방향을 조절하여 상기 필터(20) 및 색변환 플레이트(30)로 향하고, 그 기울기 또는 굴절율에 따라 빛이 향하는 방향을 가변시키는 렌즈(L); 및
    상기 렌즈(L)를 지지하도록 구성되어 강한 빛에 의한 열화를 외부로 배출시키는 방열부(60); 를 포함하는 레이저 조명장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 필터(20)는,
    상기 레이저 다이오드(10)로부터의 광원에서 자외선영역부터 Blue 대역의 빛(340nm부터 460nm)를 투과시키고, 나머지 가시광대역(460nm부터 785nm)을 반사시키는 것을 특징으로 하는 레이저 조명장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 필터(20) 또는 색변환 플레이트(30)의 크기가 상기 레이저 다이오드(10)의 출력부인 렌즈 크기와 대응하도록 구성되되,
    상기 필터(20)의 크기는 색변환 플레이트(30) 또는 렌즈 크기와 상이하게 변경 가능한 것을 특징으로 하는 레이저 조명장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 색변환 플레이트(30)의 두께는 0.5mm 내지 10mm의 두께로 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 조명장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 색변환 플레이트(30)의 재료는 글래스, 실리콘 또는 세라믹 중에 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 조명장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 반사판(40) 저면의 구멍에 레이저 다이오드(10), 필터(20) 및 색변환 플레이트(30)를 구성하여 상기 레이저 다이오드(10)로부터의 광원을 반사판(40)을 통해 전면으로 향하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 조명장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 레이저 다이오드(10)와 필터(20) 사이에 구비되어 빛이 도달하는 범위 조절하는 콜리메이션 렌즈(50);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 조명장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 반사판(40)을 통해 빔 사이즈 조절이 가능하고, 원하는 배광에 맞게 색변환 플레이트(30) 및 필터(20)의 크기 조절을 통해 후면으로 나오는 빛을 전면으로 전부 향하도록 구성하여 일반조명 또는 자동차용 전조등에 구비되는 것을 특징으로 하는 레이저 조명장치.
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