KR101758165B1 - 레이저 다이오드를 포함하는 광출력장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부공간을 구비하는 바디부, 상기 내부공간에 배치되어 광을 방출하는 복수의 레이저 다이오드를 구비하는 광원부, 상기 레이저 다이오드 각각이 고정되는 복수의 지지면으로 이루어지는 지지부, 상기 광을 반사하는 반사미러 및 상기 반사미러로부터 빛이 입사되도록 형성되는 형광체부를 포함하는 광출력장치를 제공하고. 상기 각 레이저 다이오드의 광축이 서로 교차하도록 서로 인접하는 지지면들이 기 설정된 각도를 이루도록 배치된다.

Description

레이저 다이오드를 포함하는 광출력장치{LIGHT EMMITING DEVICE HAVING LASER DIODE}

본 발명은 복수의 레이저 다이오드를 구비하는 광출력장치에 관한 것이다.

최근에는 프로젝터 또는 초소형 광출력장치의 고해상, 고화질에 관한 시장의 요구가 증가함에 따라 이를 구현하기 위하여 단색성, 집광성 및 방향성이 상대적으로 좋은 레이저 다이오드가 광학유닛의 일 구성으로 활용되고 있다.

레이저 다이오드로부터 방출되는 빛(laser beam)을 이용하여 고품질의 해상도를 실현하기 위해서, 상기 빛(laser beam)과 렌즈(lens)들 간의 초점거리가 맞춰져야 하며, 초점거리의 오차에 의하여 광손실이 발생할 수 있다.

일반적으로 광출력장치는 복수개의 레이저 다이오드로부터 방출되는 빛(laser beam)을 집광하기 위하여 렌즈(lens)를 포함하는 복수의 광학부품들을 구비한다. 상기 광학부품들이 조립되는 과정에서의 오차 등에 의하여 광학축의 정렬불량(misalignment)이 발생할 수 있다. 광학축의 정렬불량으로 인하여 빛이 스크린 상의 원하는 위치에 도달하지 못하고 화면 품질이 저하되는 문제가 있으며, 소비전력의 증가, 장치의 수명저하 등의 문제가 있다.

또한, 집광을 위해 증가하는 렌즈량에 의하여 광원 사이즈가 증가하고, 제작비용이 비싸지는 단점이 있다.

이에 본 발명은 레이저 다이오드가 비평면 구조를 이루도록 배열되는 광출력장치를 제공하는 것에 있다.

이와 같은 본 발명의 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 광출력장치는 복수의 레이저 다이오드를 구비하고, 상기 복수의 레이저 다이오드의 광축이 서로 교차하도록 형성된다. 즉 상기 레이저 다이오드는 기 설정된 각도를 이루는 지지면 상에 각각 배치되므로, 방출되는 광을 집광하기 위한 별도의 집광구조가 불필요하다.

광축이 한 점에서 만나도록 배치된 복수의 레이저 다이오드를 안정적으로 고정하기 위하여 일 실시예에 따른 광출력장치는 상기 레이저 다이오드를 지지하는 측벽부를 포함한다. 상기 측벽부는 상기 각 레이저 다이오드의 일부가 노출되도록 형성되는 개구부를 포함하며 상기 지지부를 덮도록 형성되는 고정영역과, 상기 고정영역으로부터 돌출되어 상기 광의 이동을 가이드 하는 복수의 측벽영역을 포함한다.

일 실시예에 따르면 상기 지지부는 하나의 레이저 다이오드를 고정하는 제1 지지면, 상기 제1 지지면을 감싸도록 형성되며 상기 제1 지지면과 기 설정된 각도를 이루도록 형성되는 제2 지지면과 상기 제2 지지면을 감싸도록 형성되는 제3 지지면으로 이루어지므로, 하나의 다이오드를 중심으로 복수의 다이오드가 방사형으로 배치될 수 있다.

본 발명에 따르면, 복수의 레이저 다이오드는 오목한 형상의 지지부에 고정되어 있다. 따라서, 복수의 레이저 다이오드들이 각 레이저 다이오드의 광축이 서로 교차하도록 배치되므로, 집광하기 위한 별도의 집광구조가 불필요하다.

일 실시예에 따르면 지지부는 인접하는 지지부를 감싸도록 형성되는 복수의 지지면을 구비하므로, 많은 수의 레이저 다이오드를 포함하는 경우 광출력장치의 부피를 최소화할 수 있다.

도 1 및 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광출력장치를 설명하기 위한 개념도.
도 3은 다른 실시예에 따른 광출력장치에 포함되는 레이저 다이오드의 배치구조를 설명하기 위한 개념도.
도 4는 도 3을 A-A로 절단한 단면을 도시한 개념도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

본 명세서는 복수개의 레이저 다이오드(Laser Diode, LD)에서 나온 블루광(blue beam)들이 광경로(Optic path)를 통과한 이후 형광체를 맞고 화이트광(white light)을 생성하는 기술을 개시한다. 복수의 레이어 다이오드(LD)에서 방출된 블루광은 형광체로 이루어지는 타겟 영역에 도달하게 된다. 본 발명에 따른 광출력장치는 차량용 헤드램프에 적용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 빛을 이용하여 이미지를 출력하는 영상투사장치, 프로젝션 텔레비전 등에 내장되는 투사장치의 광원으로 구현될 수 있다.

도 1 및 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광출력장치를 설명하기 위한 개념도이다. 본 실시예에 따른 광출력장치는 내부공간을 구비하는 바디부(110), 상기 내부공간에 배치되는 발광부(10), 반사미러(120), 형광체부(130)를 포함한다. 본 실시예에 따른 발광부(10)는 제1 내지 제3 레이저 다이오드(11, 12, 13)로 이루어질 수 있으나, 발광부(10)에 포함되는 레이저 다이오드의 개수는 이에 한정되지 아니 한다.

상기 바디부(110)는 상기 내부공간에 안착되는 광학구조의 조립을 위하여, 개폐 가능하도록 형성되는 커버부를 더 포함할 수 있다.

상기 바디부(110)는 상기 제1 내지 제3 레이저 다이오드(11, 12, 13)를 지지하는 지지부(111)와 상기 제1 내지 제3 레이저 다이오드(11, 12, 13)가 안착되어 빛이 방출되는 경로를 제공하는 안착부(112)를 포함한다. 상기 제1 내지 제3 레이저 다이오드(11, 12, 13)는 일 방향으로 배열된다.

상기 지지부(111)는 서로 기 설정된 각도를 이루도록 형성되는 제1 내지 제3 지지면(111a, 111b, 111c)을 포함한다. 상기 제1 내지 제3 레이저 다이오드(11, 12, 13)는 각각 상기 제1 내지 제3 지지면(111a, 111b, 111c)에 안착된다. 상기 제1 및 제2 지지면(111a, 111b)은 기 설정된 기준각(θ)을 이루도록 형성되고, 상기 제2 및 제3 지지면(111b, 111c)은 상기 기준각(θ)을 이루도록 형성된다. 상기 기준각(θ)은 둔각을 이루는 것이 바람직하며, 상기 제1 내지 제3 지지면(111a, 111b, 111c)은 상기 제1 내지 제3 레이저 다이오드(11, 12, 13) 각각에서 방출되는 빛의 광축이 상기 반사미러(120)에 도달하도록 형성된다.

상기 제1 내지 제3 지지면(111a, 111b, 111c)은 상기 제1 내지 제3 레이저 다이오드(11, 12, 13)의 광이 방출되는 지점을 잇는 선이 곡선(예를 들어, 상기 곡선을 호(arc)를 형성할 수 있다.)을 이루도록 형성된다. 즉, 상기 제1 내지 제3 레이저 다이오드(11, 12, 13)로부터 방출되는 빛의 광축이 한 점에서 만나도록, 상기 제1 내지 제3 레이저 다이오드(11, 12, 13)가 배열된다. 상기 제1 내지 제3 레이저 다이오드(11, 12, 13)에서 방출되는 빛의 광축은 서로 교차하는 방향으로 형성된다.

도면 상에서 상기 제1 및 제2 지지면(111a, 111b)과 상기 제2 및 제3 지지면(111b, 111c)이 이루는 각도가 실질적으로 동일한 것으로 도시되어 있으나 상기 레이저 다이오드의 종류에 근거하여 상기 각도는 서로 다르게 형성될 수 있다.

상기 바디부(110)는 상기 레이저 다이오드 각각이 안착되고 각 레이저 다이오드에서 방출되는 빛의 광로를 형성하는 안착부(112)를 포함한다. 상기 바디부(110)는 상기 제1 내지 제3 레이저 다이오드(11, 12, 13)에 대응되어 분리되는 안착공간을 형성하기 위하여 측벽부(113)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 측벽부(113)는 상기 제1 내지 제3 레이저 다이오드(11, 12, 13)의 측면을 지지하도록 형성된다.

구체적으로 상기 측벽부(113)는 상기 레이저 다이오드를 고정하는 고정영역(113a)과 상기 레이저 다이오드로부터 방출되는 빛의 이동을 가이드 하는 측벽영역(113b)을 포함한다. 상기 측벽영역(113b)은 상기 고정영역(113a)으로부터 돌출되어 형성된다. 상기 측벽영역(113b)의 두께(d)는 상기 레이저 다이오드로부터 멀어질수록 좁게 형성될 수 있다. 또한, 복수의 측벽영역(113b)은 상기 레이저 다이오드로부터 멀어질수록 서로 인접하게 기울어진 형상을 이룬다. 상기 레이저 다이오드로부터 방출되는 빛은 상기 측벽영역(113b) 사이로 이동된다.

상기 측벽부(113)의 상기 고정영역(113a)은 상기 제1 내지 제3 지지면(111a, 111b, 111c)을 덮도록 형성된다. 상기 고정영역(113a)은 상기 각 레이저 다이오드들에 대응되는 복수의 개구부(113a')를 구비한다. 상기 복수의 개구부(113a')에 의하여 상기 제1 내지 제3 레이저 다이오드(11, 12, 13)의 상기 빛이 방출되는 적어도 일 면이 노출된다.

예를 들어, 상기 개구부(113a')에 상기 레이저 다이오드의 측면이 끼워지도록 형성될 수 있다. 이에 따라 레이저 다이오드들이 진동 등에 의하여 흔들리거나 분리될 문제점을 방지할 수 있다.

상기 반사미러(120)에 도달한 상기 제1 내지 제3 레이저 다이오드(11, 12, 13)로부터 방출된 빛은 각각 상기 형광체부(130)의 중심영역으로 도달한다. 즉, 상기 광원부(10)로부터 방출된 빛은 상기 반사미러(120)에 의하여 반사된 뒤 바로 형광체부(130)에 도달하므로, 렌즈 등 다른 광학구조를 거치지 않는다. 상기 형광체부(130)의 중심영역에서 상기 제1 내지 제3 레이저 다이오드(11, 12, 13)의 광축이 서로 만나도록 설계될 수 있다.

상기 형광체부(130)에 도달했다가 반사되는 블루광은 화이트광으로 형성되어 외부로 방출된다.

본 실시예에 따르면 상기 레이저 다이오드에서 방출된 빛이 서로 교차하는 방향으로 방출되도록 배치되어 하나의 점을 이루면서 형광체에 입사한다. 이에 따라 상기 레이저 다이오드로부터 방출된 빛을 한 점으로 집광하기 위한 별도의 광학구조가 불필요하다.

도 3은 다른 실시예에 따른 광출력장치에 포함되는 레이저 다이오드의 배치구조를 설명하기 위한 개념도이고, 도 4는 도 3을 A-A로 절단한 단면을 도시한 개념도이다. 본 실시예에 따른 광출력장치의 구성요소는 상기 레이저 다이오드의 배치구조를 제외하고 도 1의 광출력장치의 구성요소와 실질적으로 동일하다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 광원부(10)를 이루는 복수의 레이저 다이오드는 구면을 이루면서, 상기 복수의 레이저 다이오드에서 방출되는 빛의 광축이 서로 교차하여 한 점에서 만나도록 형성된다. 도면 상에서 반사미러의 구조가 생략되었으나, 본 실시예에 따른 광출력장치는 상기 빛을 반사시켜 상기 형광체부에 도달하도록 배치되는 반사미러를 포함할 수 있다.

상기 복수의 레이저 다이오드는 바디부(210) 상에 배치된다. 상기 바디부(210)는 복수의 지지면을 포함하는 지지부(211)를 구비한다. 상기 지지부는 오목한 형상으로 이루어진다. 예를 들어, 상기 지지부(211)는 제1 내지 제5 지지면(211a, 211b, 211c, 211d, 211e)을 포함한다. 상기 제1 지지면(211a)에 하나의 레이저 다이오드가 배치된다.

상기 제2 지지면(211b)은 상기 제1 지지면(211a)을 감싸도록 형성되며, 상기 제1 지지면(211a)과 기 설정된 기준각(Ø)을 이루도록 형성된다. 상기 제2 지지면(211b) 상에는 6개의 레이저 다이오드가 상기 제1 지지면(211a) 상에 배치된 레이저 다이오드를 감싸도록 배치된다. 즉 상기 제2 지지면(211b)은 중앙에 개구부를 구비하는 링구조로 이루어질 수 있다.

상기 제3 지지면(211c)은 상기 제2 지지면(211b)을 감싸도록 형성되며, 상기 제2 및 제3 지지면(211b, 211c)은 상기 기준각(Ø)을 이루도록 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1 지지면(111a)으로부터 상기 제5 지지면(211e)으로 갈수록 인접하는 지지면 사이의 각도는 일정하거나 점차적으로 증가 또는 감소될 수 있다.

상기 제2 내지 제5 지지면(211b, 211c, 211d, 211e)은 크기가 점차적으로 증가하는 링구조로 이루어지며, 각 지지면 상에 고정되는 레이저 다이오드의 개수가 상기 제2 지지면(211b)으로부터 상기 제5 지지면(211e)으로 갈수록 증가하는 것이 바람직하다.

도면에 구체적으로 도시되지 아니하였으나, 상기 레이저 다이오드는 접착부재에 의하여 상기 지지면 상에 고정될 수 있다. 또는 상기 레이저 다이오드가 상기 지지면 상에 형성되는 개구영역에 안착되도록 상기 바디부가 설계될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 상기 광출력장치가 많은 수의 레이저 다이오드를 구비하는 경우, 상기 레이저 다이오드를 일렬로 배열하지 아니하면서 광축이 서로 교차되도록 구현할 수 있으므로, 광출력장치의 부피를 최소화 시킬 수 있다.

상기와 같이 설명된 광출력 장치는 상기 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.

Claims (7)

1. 내부공간을 구비하는 바디부;
   상기 내부공간에 배치되어 광을 방출하는 복수의 레이저 다이오드를 구비하는 광원부;
   상기 레이저 다이오드 각각이 고정되는 복수의 지지면으로 이루어지는 지지부;
   상기 광을 반사하는 반사미러; 및
   상기 반사미러로부터 반사된 빛이 입사되도록, 상기 내부공간에서 상기 광원부와 상기 반사미러 사이에 배치되는 형광체부를 포함하고,
   상기 복수의 레이저 다이오드 각각에서 방출되는 빛이 상기 반사미러에 도달하고, 상기 반사미러에서 반사된 빛이 상기 형광체부 상의 한 점에 집중되도록, 서로 인접하는 지지면들은 기 설정된 각을 이루어 배치되는 것을 특징으로 하는 광출력장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 바디부는 상기 각 레이저 다이오드의 일부가 노출되도록 개구부를 포함하며 상기 지지부를 덮도록 형성되는 고정영역 및 상기 고정영역으로부터 돌출되어 상기 광의 이동을 가이드 하는 복수의 측벽영역을 포함하는 측벽부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광출력장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 복수의 레이저 다이오드는 일렬로 배열되는 것을 특징으로 하는 광출력장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 측벽영역의 두께는 상기 레이저 다이오드로부터 멀어질수록 감소하고, 인접하는 측벽영역 사이의 간격은 상기 레이저 다이오드로부터 멀어질수록 감소하는 것을 특징으로 하는 광출력장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 기 설정된 각도는 둔각을 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광출력장치.
6. 제2항에 있어서,
   상기 지지부는 상기 복수의 레이저 다이오드 중 하나가 고정되는 제1 지지면,
   상기 제1 지지면을 감싸도록 형성되며 상기 복수의 레이저 다이오드 중 일부가 고정되는 제2 지지면; 및
   상기 제2 지지면을 감싸도록 형성되며 상기 복수의 레이저 다이오드 중 나머지가 고정되는 제3 지지면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광출력장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 광이 방출되는 상기 지지부는 오목한 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광출력장치.

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