KR101977261B1 - 형광체 모듈 - Google Patents

형광체 모듈 Download PDF

Info

Publication number
KR101977261B1
KR101977261B1 KR1020170146199A KR20170146199A KR101977261B1 KR 101977261 B1 KR101977261 B1 KR 101977261B1 KR 1020170146199 A KR1020170146199 A KR 1020170146199A KR 20170146199 A KR20170146199 A KR 20170146199A KR 101977261 B1 KR101977261 B1 KR 101977261B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
phosphor
light
phosphor layer
reflective
Prior art date
Application number
KR1020170146199A
Other languages
English (en)
Inventor
이종무
김은영
정몽권
정병우
Original Assignee
엘지전자 주식회사
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 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR1020170146199A priority Critical patent/KR101977261B1/ko
Priority to US15/885,212 priority patent/US10670211B2/en
Priority to CN201810211767.7A priority patent/CN109751564B/zh
Priority to EP18196509.6A priority patent/EP3480517B1/en
Priority to DE202018005077.6U priority patent/DE202018005077U1/de
Application granted granted Critical
Publication of KR101977261B1 publication Critical patent/KR101977261B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
    • F21S41/14—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of light source
    • F21S41/16—Laser light sources
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Q—ARRANGEMENT OF SIGNALLING OR LIGHTING DEVICES, THE MOUNTING OR SUPPORTING THEREOF OR CIRCUITS THEREFOR, FOR VEHICLES IN GENERAL
    • B60Q1/00—Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor
    • B60Q1/0029—Spatial arrangement
    • B60Q1/0041—Spatial arrangement of several lamps in relation to each other
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J1/00—Adhesives based on inorganic constituents
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/60—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction
    • F21K9/64—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction using wavelength conversion means distinct or spaced from the light-generating element, e.g. a remote phosphor layer
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
    • F21S41/14—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of light source
    • F21S41/141—Light emitting diodes [LED]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
    • F21S41/14—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of light source
    • F21S41/176—Light sources where the light is generated by photoluminescent material spaced from a primary light generating element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
    • F21S41/19—Attachment of light sources or lamp holders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
    • F21S41/19—Attachment of light sources or lamp holders
    • F21S41/192—Details of lamp holders, terminals or connectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/20—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by refractors, transparent cover plates, light guides or filters
    • F21S41/25—Projection lenses
    • F21S41/255—Lenses with a front view of circular or truncated circular outline
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/30—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by reflectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/30—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by reflectors
    • F21S41/32—Optical layout thereof
    • F21S41/321—Optical layout thereof the reflector being a surface of revolution or a planar surface, e.g. truncated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/30—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by reflectors
    • F21S41/32—Optical layout thereof
    • F21S41/33—Multi-surface reflectors, e.g. reflectors with facets or reflectors with portions of different curvature
    • F21S41/334—Multi-surface reflectors, e.g. reflectors with facets or reflectors with portions of different curvature the reflector consisting of patch like sectors
    • F21S41/336—Multi-surface reflectors, e.g. reflectors with facets or reflectors with portions of different curvature the reflector consisting of patch like sectors with discontinuity at the junction between adjacent areas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S43/00—Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights
    • F21S43/10—Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights characterised by the light source
    • F21S43/13—Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights characterised by the light source characterised by the type of light source
    • F21S43/16—Light sources where the light is generated by photoluminescent material spaced from a primary light generating element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S45/00—Arrangements within vehicle lighting devices specially adapted for vehicle exteriors, for purposes other than emission or distribution of light
    • F21S45/40—Cooling of lighting devices
    • F21S45/47—Passive cooling, e.g. using fins, thermal conductive elements or openings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V17/00—Fastening of component parts of lighting devices, e.g. shades, globes, refractors, reflectors, filters, screens, grids or protective cages
    • F21V17/10—Fastening of component parts of lighting devices, e.g. shades, globes, refractors, reflectors, filters, screens, grids or protective cages characterised by specific fastening means or way of fastening
    • F21V17/101—Fastening of component parts of lighting devices, e.g. shades, globes, refractors, reflectors, filters, screens, grids or protective cages characterised by specific fastening means or way of fastening permanently, e.g. welding, gluing or riveting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50—Cooling arrangements
    • F21V29/70—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks
    • F21V29/83—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks the elements having apertures, ducts or channels, e.g. heat radiation holes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • F21V7/22—Reflectors for light sources characterised by materials, surface treatments or coatings, e.g. dichroic reflectors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0013—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
    • G02B6/0023—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed between the light guide and the light source, or around the light source
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0035—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/004—Scattering dots or dot-like elements, e.g. microbeads, scattering particles, nanoparticles
    • G02B6/0043—Scattering dots or dot-like elements, e.g. microbeads, scattering particles, nanoparticles provided on the surface of the light guide
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/005—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed on the light output side of the light guide
    • G02B6/0055—Reflecting element, sheet or layer
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0066—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form characterised by the light source being coupled to the light guide
    • G02B6/0068—Arrangements of plural sources, e.g. multi-colour light sources
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
    • H01L33/502—Wavelength conversion materials
    • H01L33/504—Elements with two or more wavelength conversion materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/30—Semiconductor lasers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

본 발명은 레이저 광원용 형광체 모듈에 관한 것이다. 본 발명은 방열체, 상기 방열체 상측에 배치되고 빛을 흡수하여 흡수한 광의 파장과 다른 파장의 빛을 방출하는 형광체층 및 빛을 반사하도록 상기 형광체층의 상면의 테두리에 배치되는 반사층을 포함하고, 상기 형광체층은 상기 형광체층의 중앙부에서 상기 반사층 사이로 돌출되는 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 광원용 형광체 모듈을 제공한다. 본 발명에 따르면, 형광체층의 측면으로 진행하는 황색 빛을 반사시켜 형광체층의 정면으로 향하도록 할 수 있기 때문에 yellow ring의 면적을 최소화할 수 있게 된다.

Description

형광체 모듈{PHOSPHOR MODULE}
본 발명은 레이저 광원용 형광체 모듈에 관한 것이다.
도 1을 참조하면, 일반적으로 차량(1)에는 주행 중 주위의 조도가 낮을 경우에 운전자의 시계를 안정적으로 확보하거나 차량(1)의 주행 상태를 다른 차량에게 알리기 위한 램프 장치(100)가 구비되어 있다.
차량용 램프 장치는 차량의 전방에 설치되는 헤드램프와 차량의 후방에 설치되는 리어램프를 포함한다. 헤드램프는 전방을 조명하여 야간 운행 중에 전방을 비추는 램프이다. 리어 램프는 운전자가 브레이크를 조작할 때에 점등되는 브레이크 등과 차량의 진행방향을 알리는 방향지시 등을 포함한다.
도 2를 참조하면, 차량용 램프 장치(100)에서 에너지 효율이 좋은 레이저 광원(10)이 사용되는 추세이다. 특히, 레이저 다이오드에서 발광된 빛은 직진성이 우수하기 때문에, 조사 가능한 거리가 길고, 마주 오는 차량의 시야를 방해하지 않는다는 장점이 있다.
레이저 다이오드를 이용하여 백색 램프를 구현 위해 크게 두 가지 방법이 활용될 수 있다.
첫 번째, 세 종류의 레이저 다이오드에서 발광된 빛을 혼합하여 백색광을 구현할 수 있다. 이때, 상기 세 종류의 레이저 다이오드 각각은 빛의 3원색을 발광할 수 있어야 한다.
두 번째, 블루 레이저 다이오드에서 발광된 빛을 황색광으로 변환시킨 후, 블루 레이저 다이오드에서 발광된 빛과 혼합하여 백색광을 구현할 수 있다. 상술한 두 번째 방법은 한 종류의 레이저를 사용하여 백색광을 구현할 수 있다는 장점이 있다.
상술한 두 번째 방법은 레이저 다이오드에서 발광된 청색광을 광 변환 시키기 위한 형광체를 필요로 한다. 레이저 다이오드는 매우 높은 출력의 빛을 발광하는데, 레이저 다이오드에서 발광된 빛을 광 변환 시키는 경우, 형광체의 온도는 150℃ 이상으로 상승한다.
종래 LED 광원에 활용되어 왔던 레진 형광체, PIG(phosphor-in-glass, 이하, "글래스 형광체")의 경우, 레이저광의 광 변환 과정에서 열 소염(Thermal Quenching)이 일어난다는 문제가 있다.
한편, 형광체에서 광 변환된 황색광은 산란되어 넓게 퍼지는데, 이에 따라, 형광체에서 광 변환된 황색광 중 일부는 청색광과 혼합되지 못한 채로, 외부로 방출된다. 이로 인해, 레이저 광원의 발광 영역 주변으로 황색광이 발산되는 현상(이하, "yellow ring")이 발생되는 문제가 있다.
본 발명은 형광체 모듈에서 발생되는 yellow ring을 최소화하는 구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 형광체 모듈에서 광변환시 발생되는 열을 효과적으로 외부로 방출시키기 위한 구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 광원의 휘도를 증가시키기 위한 구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 첫 번째 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 방열체, 상기 방열체 상측에 배치되고 빛을 흡수하여 흡수한 광의 파장과 다른 파장의 빛을 방출하는 형광체층 및 빛을 반사하도록 상기 형광체층의 상면의 테두리에 배치되는 반사층을 포함하고, 상기 형광체층은 상기 형광체층의 중앙부에서 상기 반사층 사이로 돌출되는 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 광원용 형광체 모듈을 제공한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 형광체층 및 상기 방열체 사이에 형성되는 접착층을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 반사층은, 상기 반사층의 테두리에서 상기 형광체층의 측면을 덮도록 연장되는 연장부를 구비할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 접착층은 상기 연장부가 상기 방열체에 접착되도록, 상기 접착층의 일단에서 상기 연장부 방향으로 연장될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 방열체에는 복수의 측면 및 바닥면을 구비하는 홀이 형성되고, 상기 형광체층은 상기 바닥면 상에 배치될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 형광체층 및 상기 반사층 중 적어도 하나가 상기 방열체의 바닥면에 접착되도록, 상기 방열체의 바닥면 상에 형성되는 접착층을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 바닥면 상에 형성되는 제1영역 및 상기 제1영역으로부터 상기 홀에 구비된 측면들을 따라 연장되는 제2영역을 포함하고, 상기 형광체층 및 상기 반사층 중 적어도 하나는 상기 제2영역을 통해 상기 홀에 구비된 측면들과 접착될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 바닥면에는 요철구조가 형성될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 접착층 및 상기 형광체층 사이에 배치되고, 빛을 반사하도록 이루어지는 반사막을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 반사층과 상기 반사막은 서로 다른 소재로 이루어질 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 반사막은 상기 접착층에 접착되고 금속 또는 합금으로 이루어지는 제1층 및 상기 제1층 상에 형성되고, 상기 제1층을 상기 형광체층에 접착시키는 제2층으로 이루어질 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 접착층은 Sn-Ag-Cu계 솔더링 소재, Sn-Au계 솔더링 소재, Sn-Bi계 솔더링 소재 및 Ag를 포함하는 레진 소재 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 반사층은 알루미나(Al2O3), 스피넬(MgAl2O4) 또는 알론(AlON) 중 적어도 하나와 Ti 산화물의 혼합물을 포함하여 이루어질 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 반사층은 상기 형광체층에서 발생된 열이 상기 반사층으로 전달되도록 세라믹 물질을 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 형광체층의 측면으로 진행하는 황색 빛을 반사시켜 형광체층의 정면으로 향하도록 할 수 있기 때문에 yellow ring의 면적을 최소화할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 형광체층에서 광변환시 발생되는 열을 효율적으로 외부로 방출시킬 수 있고, 형광체층 측면에서 반사된 빛이 형광체층 정면으로 향하기 때문에 광원의 휘도를 높일 수 있다.
도 1은 차량을 나타내는 개념도이다.
도 2는 차량에 포함된 램프장치의 단면도이다.
도 3은 반사형 레이저 광원의 개념도이다.
도 4는 도 3에서 설명한 반사형 레이저 광원 내에서의 빛의 진행 경로를 나타내는 개념도이다.
도 5a 내지 6c은 본 발명에 따른 형광체 모듈의 단면도이다.
도 7a 내지 9b는 홀을 구비하는 방열체를 포함하는 형광체 모듈의 단면도이다.
도 10은 바닥면에 요철구조를 포함하는 홀을 형광체 모듈의 단면도이다.
도 11a 및 11b는 홀 바닥면에 반사층을 구비하는 형광체 모듈의 단면도이다.
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, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 형광체 모듈에 대하여 설명하기에 앞서, 본 발명에 따른 형광체 모듈이 사용되는 레이저 광원에 대하여 설명한다.
도 3은 반사형 레이저 광원의 개념도이고, 도 4는 도 3에서 설명한 반사형 레이저 광원 내에서의 빛의 진행 경로를 나타내는 개념도이다.
레이저 광원(10)은 도 3의 구조를 통해 구현될 수 있다. 도 3을 참조하면, 레이저 광원(10)은 블루 레이저 다이오드(20), 집광렌즈(30), 반사부(40), 형광체 모듈(50), 보조 집광렌즈(60)를 포함하여 이루어질 수 있다.
보다 구체적으로, 도 4를 참조하면, 블루 레이저 다이오드(20)에서 발광된 청색광(21)은 집광렌즈(30)를 통과하여 반사부(40)에서 반사된다. 반사부(40)에서 반사된 청색광(22)은 다시 집광렌즈(30)를 통과하여 형광체 모듈(50)로 입사한다.
형광체 모듈(50)로 입사한 청색광 중 일부는 황색광으로 변환된다. 한편, 형광체 모듈(50)은 반사층을 포함하기 때문에, 형광체 모듈(50)로 입사한 청색광 중 일부를 반사 시킨다. 이에 따라, 황색광과 형광체 모듈(50)에서 반사된 청색광이 합성되어 백색광이 된다. 백색광은 보조 집광렌즈(60)에 의하여 집광 된 후 외부로 방출(24)된다.
본 명세서에서는 도 3및 4에서 설명한 구조의 레이저 광원을 "반사형 레이저 광원"이라 한다. 상술한 바와 같이, 반사형 레이저 광원은 형광체 모듈(50)을 포함한다.
형광체 모듈(50)은 청색광을 황색광으로 변환시키기 위한 형광체 층을 포함하는데, 출력이 높은 레이저 다이오드의 특성상, 종래 LED 광원 등에서 활용되어 왔던 레진 형광체, 글래스 형광체를 레이저 다이오드의 광변환에 활용하는 경우, 형광체에서 열 소염이 일어난다는 문제가 있었다.
한편, 레진 형광체, 글래스 형광체를 이용하여 레이저 광의 광 변환을 할 때 발생되는 문제를 해결하기 위해, 세라믹 형광체(Ceramic Phosphor)를 활용하기도 하였다. 하지만, 세라믹 형광체의 경우, 소결 온도가 1500℃ 이상으로 높기 때문에, 세라믹 형광체의 입자 크기 및 기공(Pore) 제어가 어렵다.
형광체층의 입자 크기 및 기공을 제어하지 못할 경우, 형광체층에서의 산란(Scattering)도가 높아질 수 있다. 형광체층에 포함된 경우 산란인자가 많아지는 경우, 레이저 광원의 발광 영역 주변으로 황색광이 발산되는 현상(이하, "yellow ring")이 발생되는 문제가 있다.
본 발명은 산란도 제어가 어려운 세라믹 형광체를 사용하는 경우에도 yellow ring을 최소화할 수 있는 형광체 모듈의 구조를 제공한다.
구체적으로, 본 발명은 형광체 모듈에 포함된 형광체층의 면적을 최소화한다. 형광체층의 면적이 줄어들 경우, yellow ring의 면적도 함께 감소하지만, 몇가지 문제가 발생한다.
첫 번째, 형광체층의 면적이 줄어들 경우, 형광체층의 광변환 효율이 감소한다. 이에 따라, 형광체 모듈에 레이저 광을 조사하였을 때, 형광체 모듈에서 발광되는 빛의 밝기가 감소하게 된다. 이 때문에, 종래 형광체 모듈에서는 형광체층의 면적을 일정 수준 이하로 줄일 수 없었다.
두 번째, 형광체층의 면적이 줄어드는 경우, 형광체층과 방열체와의 접촉면적이 줄어들어 방열 효율이 떨어지며, 형광체층에서의 열 소염 현상이 문제가 될 수 있다.
본 발명은 상술한 문제를 해결함으로써, 형광체층의 면적을 일정 수준 이하로 줄일 수 있도록 한다. 이를 통해, 본 발명은 yellow ring의 면적을 최소화 한다. 이하에서는, 본 발명에 따른 형광체 모듈의 구조에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 형광체 모듈은 스스로 발광을 하는 것이 아니라, 레이저 광을 조사하였을 때, 광 변환을 통해 빛을 낸다. 본 명세서에서 "형광체 모듈의 밝기"라는 표현은 형광체 모듈에 레이저 광을 조사하였을 때, 형광체 모듈에서 출력되는 빛의 밝기를 의미한다. 한편, "형광체 모듈의 밝기"는 형광체 모듈에 조사되는 레이저 광의 광량에 따라 달라질 수 있으나, 본 명세서에서 형광체 모듈의 밝기가 증가/감소한다는 표현은 형광체 모듈에 동일한 광량의 레이저 광을 조사하였을 때, 출력되는 빛의 광량을 비교한 결과를 나타낸다.
한편, 본 명세서에서 형광체 모듈(200)의 상측 방향은 형광체 모듈로 진행한 빛을 반사시키는 반사면이 향하는 방향으로 정의한다. 이하에서는 이러한 기준에 따라, 형광체 모듈을 구성하는 구성요소들의 상면 또는 하면을 정의한다. 예를 들어, 형광체 모듈 하측으로 향하는 빛은 외부로 출력되지 않는 빛이고, 형광체 모듈 상측으로 향하는 빛은 외부로 출력되는 빛이다. 형광체 모듈의 광량은 형광체 모듈 상측으로 향하는 빛의 광량에 따라 결정된다.
도 5a 내지 6c은 본 발명에 따른 형광체 모듈의 단면도이다.
본 발명에 따른 형광체 모듈(200)은 방열체(210), 형광체층(220), 반사층(230)을 포함하여 이루어질 수 있다. 이하에서는 상술한 구성요소들에 대하여 구체적으로 설명한다.
방열체(210)는 형광체 모듈(50)의 방열 성능을 향상시키기 위해, 형광체층(220)의 하측에 배치된다. 방열체(210)는 형광체층(220)에서 광변환시 발생되는 열을 빠르게 외부로 방출시켜 형광체층(220)이 열 소염되는 것을 방지한다. 형광체층(220)과 방열체(210) 간의 접촉면적이 커질수록 방열체(210)의 방열효율이 증가할 수 있다.
방열체(210)는 형광체층(220)을 통과한 청색광 및 형광체층(220)에서 발광되는 황색광을 반사 시킬 수 있다. 다만, 방열체(210)의 반사기능은 부가적인 기능일 뿐 필수적인 기능은 아니다. 방열체(210)와 형광체층(220)사이에 반사물질이 배치되는 경우, 방열체(210)가 반사기능을 수행할 필요는 없다.
방열체(210)는 열전도율이 높은 금속 또는 합금으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 방열체(210)는 Al합금(ADC12, AC4C)으로 이루어질 수 있다.
방열체(210) 상측으로 형광체층(220)이 배치된다. 형광체층(220)은 조사된 레이저광을 흡수하여 흡수한 레이저광과 다른 파장의 빛을 방출한다.
구체적으로, 형광체층(220)은 레이저 다이오드로부터 발광된 청색광을 흡수하여 황색광을 방출한다. 이를 위해, 형광체층(220)은 황색 형광체를 포함하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 형광체층(220)은 YAG:Ce, LuAG:Ce, Sr2SiO4:Eu 및 Nitride 계열 황색 형광체 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.
한편, 형광체층(220)은 형광체와 베이스 물질의 혼합물로 이루어질 수 있다. 일반적으로 형광체는 일정한 형태로 소결 성형되어 사용되는데, 베이스 물질은 형광체 소결을 위한 소결성을 확보하기 위해 사용되는 물질이다. 베이스 물질의 종류에 따라, 형광체층의 종류가 달라질 수 있다. 예를 들어, 베이스 물질이 글래스 플릿인 경우, 형광체층은 글래스 형광체이고, 베이스 물질이 세라믹인 경우, 형광체층은 세라믹 형광체가 된다.
베이스 물질의 종류에 따라, 형광체층(220)의 물리적, 광학적 특성이 달라질 수 있다. 여기서, 베이스 물질의 종류에 따라 달라질 수 있는 물리적 특성은 형광체층(220)의 방열 성능이다. 세라믹 형광체와 비교할 때, 글래스 형광체의 방열성능은 낮다. 글래스 형광체를 출력이 높은 레이저광의 광 변환에 사용할 경우, 글래스 형광체가 광 변환 과정에서 발생되는 열 에너지를 빠르게 외부로 방출시키지 못하기 때문에, 글래스 형광체에 포함된 형광체가 열화 된다. 구체적으로, 레이저 광을 광 변환할 때, 형광체층(220)의 온도는 150℃이상으로 올라갈 수 있는데, 상기 온도에서 형광체는 열화될 수 있다.
한편, 베이스 물질의 종류에 따라 달라질 수 있는 물리적 특성은 형광체층에서의 산란 정도이다. 베이스 물질들로 이루어지는 입자들 간의 경계, 기공, 결합은 형광체에서 광 변환된 빛을 산란 시키는 산란인자가 될 수 있다. 형광체층 내에 산란인자가 많아지는 경우, 광 변환된 황색광이 형광체 모듈을 중심으로 넓게 퍼지기 때문에, 청색광과 합성되지 못하고 외부로 방출된다. 이에 따라, 레이저 광원 주변에 yellow ring이 형성된다.
이러한, yellow ring의 면적은 형광체층(220)의 면적이 작아질수록 줄어든다. 본 발명은 세라믹 형광체를 이용하되, 형광체층(220)의 면적을 줄여 yellow ring을 최소화 한다.
형광체층(220)의 면적을 줄일 경우, 상술한 두 가지 문제가 발생된다. 이를 해결 하기 위해, 본 발명은 방열 성능을 높이기 위한 형광체층(220) 구조 및 형광체층(220) 테두리에 배치되는 반사층(230) 구조를 제공한다.
먼저, 본 발명에 따른 형광체층(220)의 구조에 대하여 설명한다.
본 발명에 따른 형광체층(220)은 평평한 형태를 가지는 바디부(221)와 상기 바디부(221)의 중앙부에서 상기 형광체 모듈의 상측으로 돌출되는 돌출부(222)를 구비한다.
바디부(221)의 상면은 후술할 반사층(230)으로 덮이기 때문에, 바디부(221)의 대부분은 외부로 노출되지 않는다. 형광체층(220)에서 실질적으로 외부로 노출되는 것은 돌출부(222)이다. 본 명세서에서 서술한 형광체층의 면적은 상기 돌출부(222)의 면적을 의미한다.
바디부(221)는 상기 돌출부(222)의 면적을 줄임에 따라 방열 효율이 떨어지는 것을 방지한다. 구체적으로, 바디부(221)는 형광체층(220)과 방열체(210)간의 접촉 면적을 높이기 때문에, 돌출부(222)의 면적을 줄이더라도 형광체층 모듈의 방열 성능이 감소하지 않는다.
다음으로, 본 발명은 형광체층(220)의 면적을 줄일 때 발생되는 문제를 해결하기 위해, 형광체층(220) 테두리에 배치되는 반사층(230)을 구비한다.
구체적으로, 도 5a와 같이, 반사층(230)은 형광체층(220)의 바디부(221)의 상면의 테두리에 배치된다. 이에 따라, 반사층(230)은 상기 바디부(221)의 상면을 덮고, 상기 돌출부(222)의 측면을 에워싸도록 이루어진다. 반사층(230)의 역할은 크게 두 가지로 구분될 수 있다.
첫 번째, 반사층(230)은 돌출부(222)의 측면으로 향하는 빛을 반사하는 역할을 한다. 반사층(230)은 돌출부(222)의 측면으로 진행하는 빛을 반사하여 형광체층(220)의 상측으로 진행하도록 한다. 이를 통해, 반사층(230)은 형광체층(220)에서 출력된 황색광의 전체 광량 중 형광체층(220) 상측으로 향하는 광량의 비율을 증가시킨다. 이에 따라, 형광체 모듈의 밝기가 증가할 수 있다.
또한, 돌출부(220)의 측면으로 진행하는 황색광은 형광체 모듈을 중심으로 넓게 퍼지는데, 반사층(230)은 형광체 모듈의 중심으로 넓게 퍼지는 황색광의 광량을 감소시켜 yellow ring의 면적을 줄인다.
상술한 바와 같이, 반사층(230)은 형광체층(220)의 측면으로 진행하는 황색광을 반사 시킴으로써, 본 발명에 따른 형광체 모듈의 밝기를 증가시키고, yellow ring의 면적을 감소시킨다.
두 번째, 반사층(230)은 형광체층(220)에 대한 방열 기능을 수행한다. 형광체층(220)의 면적이 줄어들 경우, 형광체층(220)과 방열체(210)간의 접촉면적이 줄어들어 방열 효율이 감소할 수 있다. 이를 보완하기 위해, 반사층(230)은 형광체층(220)에서 발생된 열을 형광체층(220)의 측면으로 방출시킨다. 특히, 반사층(230)은 돌출부(222)에서 발생된 열을 돌출부(222)의 측면으로 방출시킨다.
한편, 반사층(230)은 방열 성능이 향상된 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 도 5b를 참고하면, 반사층(230)은 반사층(230)의 테두리에서 형광체층(220)의 측면을 덮도록 연장되는 연장부(232)를 구비할 수 있다. 연장부(232)는 돌출부(222)에서 발생된 열을 방열체(210)까지 전달하여 형광체 모듈의 방열 성능을 향상시킨다.
부가적으로, 상기 연장부(232)는 바디부(221)의 측면을 에워싸기 때문에 바디부(221) 측면으로 진행하는 빛을 반사 시켜 광 손실을 막는 역할을 할 수 있다.
반사층(230)이 상술한 두 가지 기능을 수행하기 위해서는, 반사층(230)은 높은 반사율 및 높은 열전도율을 가지는 소재로 이루어져야 한다. 예를 들어, 상기 반사층은 TiO2, Ti2O3 및 Al2O3 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
한편, 반사층(230)은 기 제조된 형광체층의 일부분을 에칭한 후, 에칭된 위치에 반사층(230)을 구성하는 물질을 충전시킨 후 소성을 통해 형성될 수 있다. 이 때문에, 형광체층(220)과 반사층(230) 사이에는 별도의 접착물질이 배치될 필요는 없다. 하지만, 형광체층(220)과 방열체(210)는 별도로 제조된 후 조립되기 때문에, 형광체층(220)과 방열체(210) 사이에는 별도의 접착물질이 배치될 수 있다.
구체적으로, 도 6a 및 6b와 같이, 접착층(240)은 형광체층(220)을 방열체(210)에 접착시킨다. 이를 위해, 접착층(240)은 형광체층(220) 과 방열체(210) 사이에 배치된다.
접착층(240)은 형광체층(220)의 열이 방열체(210)로 전달되도록 하기 때문에, 열 전도율이 높은 소재로 이루어져야 한다. 구체적으로, 접착층(240)의 열 전도율은 형광체(220) 의 열 전도율보다 높아야 한다. 이를 통해, 접착층(240)은 형광체(220) 및 반사층(230)의 열을 빠르게 방열체(210)로 전달할 수 있게 된다.
한편, 방열체(210)의 반사율이 일정 수준 이하일 경우, 접착층(240)은 반사율이 높은 소재로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 접착층(55)은 가시 광선 영역에서 반사율이 90% 이상인, Al2O3, SiO2, ZrO2, ZnO 중 적어도 하나를 포함하는 백색 본딩재로 이루어지거나, 90wt.% 이상의 은을 포함하는 금속 본딩재로 이루어질 수 있다. 이때, 접착층(240)은 반사층의 역할을 할 수 있다.
이와 달리, 방열체(210)의 반사율이 일정 수준 이상일 경우, 접착층(240)은 광투과율이 높은 소재로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 접착층(240)은 poly-methyl methacrylate(PMMA), poly-urethane(PU), poly-carbonate (PC) 및 Siloxane계 본딩재 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
한편, 도 6c와 같이, 상기 반사층(230)이 연장부(232)를 구비하는 경우, 접착층(240)은 상기 연장부(232)가 상기 방열체(210)에 접착되도록 접착층(240)의 일단에서 연장부(232) 방향으로 연장되도록 형성될 수 있다. 이를 통해, 접착층(240)은 반사층(230)을 방열체(210)에 접착시키고, 반사층(230)의 열이 방열체(210)로 빠르게 전달되도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 형광체 모듈에 사용되는 형광체층의 면적을 일정 수준 이하로 줄일 수 있게 된다. 이를 통해, 본 발명은 yellow ring의 면적을 최소화 한다.
한편, 본 발명은 형광체층의 면적을 줄일 때 발생되는 문제들을 해결하기 위한 다양한 변형 실시 예들을 제공한다. 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 변형 실시 예들에 대하여 설명한다.
본 발명은 상술한 반사층의 연 전도율 및 반사율을 동시에 높이기 위한 구조를 제공한다.
본 발명에 따른 반사층(230)은 형광체층(220)으로부터 발생된 열을 빠르게 외부로 방출시킴과 동시에 형광체층(220)의 측면으로 향하는 빛을 형광체층(220) 상측으로 반사 시킬 수 있어야 한다.
도시되지 않았지만, 반사층은 복수의 층으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 반사층(230)은 돌출부 (222)의 측면과 접하는 제1반사층 및 상기 제1반사층을 에워싸는 제2반사층으로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 제1반사층을 이루는 물질의 반사율은 상기 제2반사층을 이루는 물질의 반사율보다 높을 수 있다. 한편, 상기 제2반사층을 이루는 물질의 열 전도율은 상기 제1반사층을 이루는 물질의 열 전도율보다 높을 수 있다.
상술한 제1 및 제2반사층을 통해, 본 발명은 반사층의 반사율을 높임과 동시에 반사층 전체의 열 전도율을 높일 수 있다. 한편, 상기 제1 및 제2반사층의 두께는 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 제1반사층의 폭은 상기 제2반사층의 폭보다 작을 수 있다. 상기 제1반사층은 반사층(230)이 반사기능을 수행할 수 있을 정도의 두께로만 형성하고, 방열기능을 수행하는 제2반사층의 폭을 크게 형성함으로써, 반사층(230)의 반사율 및 방열 효율을 최대화 할 수 있다.
다만 이에 한정되지 않고, 본 발명은 반사층(230)을 복수의 층으로 구성하지 않을 수 있다. 구체적으로, 반사층(230)은 반사율이 높은 물질과 열전도율이 높은 물질의 혼합물로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 반사층(230)은 알루미나(Al2O3), 스피넬(MgAl2O4) 또는 알론(AlON) 중 적어도 하나와 Ti 산화물의 혼합물을 포함하여 이루어질 수 있다. 열전도율이 높은 산화 알루미늄 소재와 반사율이 높은 Ti 산화물을 혼합하여 반사층을 구성할 경우, 반사층의 반사율 및 열 전도율을 함께 높일 수 있다.
한편, 본 발명은 상술한 방열체를 이용하여 반사층의 열 전도율을 높일 수 있다.
도 7a 내지 9b는 홀을 구비하는 방열체를 포함하는 형광체 모듈의 단면도이다.
본 발명에 따른 형광체 모듈에 포함된 방열체에는 홀이 형성될 수 있다. 도 7a 및 7b를 참조하면, 방열체는 복수의 측면(211) 및 바닥면(212)을 구비하는 홀이 형성될 수 있다.
이때, 형광체층(220) 및 반사층(230)은 상기 바닥면(212)상에 배치될 수 있다. 여기서, 형광체층(220) 및 반사층(230)의 두께는 상기 홀의 깊이와 같거나 작을 수 있다. 이러한 경우, 형광체층(220) 및 반사층(230)은 상기 홀 내부에 배치된다.
도 7a에 따르면, 바디부(221) 및 반사층(230)의 측면과 상기 홀의 측면이 접하기 때문에, 바디부(221) 및 반사층(230)의 열이 빠르게 방열체(210)로 전달될 수 있다.
한편, 도 7b에 따르면, 반사층(230)의 측면과 상기 홀의 측면이 접하기 때문에, 반사층(230)의 열이 빠르게 방열체(210)로 전달될 수 있다.
상술한 바와 같이, 도 7a 및 7b에 따른 구조는 형광체 모듈의 방열 성능을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 8a 와 같이, 형광체층(220)을 상기 홀에 고정시키기 위하여, 상기 홀의 바닥면(212) 상에는 접착층(240)이 형성될 수 있다. 접착층(240)은 형광체층(220) 의 열을 방열체(210)로 전달한다.
한편, 도 8b 와 같이, 반사층(230)이 연장부(232)를 구비하는 경우, 접착층(240)은 형광체층(220) 및 반사층(230)을 상기 홀에 고정시킨다. 이때, 접착층(240)은 형광체층(220) 및 반사층(230)의 열을 방열체(210)로 전달한다.
한편, 도 8a및 8b에서 설명한 구조는 방열체(210)에 홀을 형성한 후, 상기 홀의 바닥면에 접착제를 도포한 후, 도포된 접착체 상에 형광체층(220) 및 반사층(230)을 배치하여 제조할 수 있다. 여기서, 상기 홀의 바닥면에 도포되는 접착제의 양을 조절하는 경우, 형광체 모듈의 구조는 도 9a 및 9b와 같은 구조를 가질 수 있다.
구체적으로, 도 9a와 같이, 접착층(240)은 상기 바닥면과 형광체층(220) 사이에 형성되는 제1영역(241) 및 바디부(221)의 일 측면 및 반사층(230)의 일 측면이 상기 홀에 구비된 측면에 접착되도록, 상기 제1영역(241)으로부터 반사층(230)의 일 측면을 따라 연장되는 제2영역(242)을 포함하여 이루어질 수 있다.
한편, 도 9b과 같이, 반사층(230)이 연장부(232)를 구비하는 경우, 접착층(240)은 제1영역(241) 및 반사층(230)의 일 측면이 상기 홀에 구비된 측면에 접착되도록, 상기 제1영역(241)으로부터 반사층(230)의 일 측면을 따라 연장되는 제2영역(242)을 포함하여 이루어질 수 있다.
즉, 상기 홀의 바닥면 상에 도포된 접착제 상에 형광체층(220) 및 반사층(230)을 배치할 때, 접착제의 일정 양 이상 도포된 경우, 접착제는 바디부(221) 및 반사층(230)의 측면과 상기 홀의 측면 사이의 공간에 침투하게 된다. 이로 인하여 접착층(240)과 형광체층(220) 및 반사층(230), 접착층(240)과 방열체(210) 간의 접촉면적이 증가하기 때문에 형광체 모듈의 내구성이 증가할 수 있다. 또한, 상기 제2영역(242)이 형광체층(220) 및 반사층(230)의 열을 반사층(230)의 측면으로 빠르게 배출시킬 수 있기 때문에 형광체 모듈의 방열 성능이 향상될 수 있다.
상술한 바와 같이, 방열체(210)에 홀을 형성하고, 형광체층(210)과 반사층(220)을 홀 내부에 배치할 경우, 형광체 모듈의 내구성과 방열성능이 향상될 수 있다.
한편, 상기 홀의 바닥면에는 요철구조가 형성될 수 있다. 상기 홀 내부에 배치되는 형광체층의 폭은 수십 마이크로미터이다. 이로 인하여 홀의 폭 또한 수십 마이크로미터로 형성된다. 이에 따라, 홀의 바닥면의 가로 또는 세로의 길이도 수십 마이크로미터로 형성된다. 상술한 바와 같이, 홀의 바닥면이 매우 좁기 때문에, 홀의 바닥면을 평평하게 형성하기는 매우 어려우며, 홀의 바닥면에는 요철구조가 형성될 수 있다.
도 10은 바닥면에 요철구조를 포함하는 홀을 형광체 모듈의 단면도이다.
도 10을 참조하면, 상기 홀의 바닥면에는 요철 구조(213)가 형성될 수 있다. 상기 요철 구조(213)로 인하여 상기 홀의 바닥면에서의 반사율이 낮아질 수 있다. 이 때문에, 형광체 모듈 하측으로 향하는 빛의 반사는 접착층(240)에서 이루어지는 것이 바람직하다.
형광체 모듈 하측으로 향하는 빛의 반사가 접착층(240)에서 이루어지도록, 접착층(240)은 반사율이 높은 화이트 소재로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 접착층(240)이 상기 요철 구조(213) 사이의 공간을 채울 수 있도록, 상기 접착층(240)은 상기 요철 구조(213)의 높이보다 두껍게 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 본원 발명은 상기 요철 구조(213)로 인하여 홀 바닥면에서의 반사율이 감소하는 것을 방지하기 위해, 다양한 변형 실시 예를 포함할 수 있다.
도 11a 및 11b는 홀 바닥면에 반사층을 구비하는 형광체 모듈의 단면도이다.
도 11a를 참조하면, 홀 바닥면에서의 반사율을 높이기 위해, 본 발명은 접착층과 형광체층 사이에 배치되고, 빛을 반사하도록 이루어지는 반사막(250)을 더 포함할 수 있다.
상기 반사막은 반사율이 높은 화이트 소재로 이루어질 수 있다. 이때, 형광체층에서 발광되어 형광체 모듈 하측으로 향하는 빛은 상기 반사막(250)에서 반사되기 때문에, 접착층(240)은 반사율이 높은 소재로 이루어질 필요가 없다.
도 11a의 구조에 따르면, 형광체층에서 발광되어 형광체층의 측면으로 향하는 빛은 반사층(230)에서 반사되고, 형광체층에서 발광되어 형광체층의 하면으로 향하는 빛은 반사막(250)에서 반사되기 때문에, 형광체 모듈의 광량이 증가될 수 있다. 이를 통해, 본 발명은 형광체층의 면적을 감소시키는 경우에도, 형광체 모듈의 광량이 감소하지 않도록 한다.
한편, 상기 반사막(250)은 형광체층(220) 및 반사층(230)과 함께 제조되지 않고, 별도로 형광체층(220)상에 도포될 수 있다. 이러한 경우, 상기 반사막(250)은 상기 반사층(230)과 다른 소재로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 반사막(250)은 접착력이 없는 소재로 이루어질 수 있다. 이러한 경우, 상기 반사막(250)은 형광체층(220)과 접착되지 않을 수 있다. 반사막(250)과 형광체층(220)이 서로 접착되지 않는 경우, 형광체층(220)은 반사층(230) 측면으로 형성된 접착층에 의해서만 방열체(210)에 고정된다. 이 때문에, 형광체 모듈의 내구성이 감소할 수 있다.
이를 방지하기 위해, 상기 반사막은 상기 접착층(240)에 접착되고 금속 또는 합금으로 이루어지는 제1층(240b) 및 상기 제1층(240b) 상에 형성되고, 상기 제1층(240b)을 상기 형광체층(220)에 접착시키는 제2층(240a)으로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 제1층(240b)는 반사율이 높은 금속으로 이루어지기 때문에 실질적인 반사 기능을 수행하며, 방열 기능을 수행한다. 한편, 상기 제2층(240a)은 상기 제1층(240b)과 형광체층(220)을 접착시켜 형광체 모듈의 내구성을 향상시킨다.
형광체층(220)에서 출력되어 형광체 모듈 하측으로 향하는 빛은 상기 제1층(240a)에서 반사되어야 하기 때문에 상기 제2층(240b)은 광투과성 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
도 11b의 구조에 따르면, 형광체층에서 발광되어 형광체층의 측면으로 향하는 빛은 반사층(230)에서 반사되고, 형광체층에서 발광되어 형광체층의 하면으로 향하는 빛은 반사막에 포함된 제1층(240b)에서 반사되기 때문에, 형광체 모듈의 광량이 증가될 수 있다. 이를 통해, 본 발명은 형광체층의 면적을 감소시키는 경우에도, 형광체 모듈의 광량이 감소하지 않도록 한다.
한편, 본 발명은 형광체 모듈에서 반사되는 레이저광을 넓게 퍼트려 yellow ring을 최소화하는 구조를 제공한다.
형광체 모듈로 입사한 청색 레이저광의 일부는 형광체층에서 반사되어 형광체 모듈 상측으로 향한다. 형광체 모듈 상측으로 향하는 청색 광은 형광체층에서 출력된 황색 광과 합성된다. 이때, 형광체층에서 출력된 황색 광이 형광체층에서 반사된 청색 광보다 넓게 퍼지기 때문에 yellow ring이 발생된다.
도시되지 않았지만, 본 발명은 형광체층에서 반사되는 청색 광이 넓게 퍼져 황색 광과 합성되도록 하는 구조를 제공한다. 구체적으로, 형광체층(220)에 형성된 돌출부의 표면에는 요철 구조가 형성될 수 있다.
상기 요철 구조는 형광체층(220)으로 입사하는 청색 레이저광의 일부를 난반사 시킨다. 이를 통해, 형광체층(220)에서 반사된 청색 광을 더 넓게 퍼트릴 수 있게 되고, 황색 광과 합성될 수 있는 청색 광의 광량이 증가하여 yellow ring의 면적이 감소할 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 형광체 모듈의 광량 증가 효과에 대하여 설명한다.
본 명세서에서는 형광체층 측면에 TiO2 실리콘 레진으로 반사층을 형성한 후, 반사층이 형성되지 않은 형광체 모듈과의 광량 차이를 비교하였다. 형광체 모듈의 광량 비교는, 동일한 세기의 청색 레이저광을 조사한 후, 형광체 모듈에서 출력되는 빛의 밝기를 측정하였다. 측정 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
형광체 두께 0.1mm 0.2mm
반사층 유무 X O X O
형광체면 밝기
(lm)		 536 587
(10% 증가)		 515 577
(12% 증가)
표 1을 참조하면, 본 발명에 따른 형광체 모듈 구비된 반사층이 형광체 모듈의 밝기를 증가시키는 것을 확인할 수 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
또한, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (14)

  1. 방열체;
    상기 방열체 상측에 배치되고 빛을 흡수하여 흡수한 광의 파장과 다른 파장의 빛을 방출하는 형광체층;
    빛을 반사하도록 상기 형광체층의 상면의 테두리에 배치되는 반사층;
    상기 형광체층 및 상기 방열체 사이에 형성되는 접착층을 포함하고,
    상기 형광체층은,
    상기 형광체층의 중앙부에서 상기 반사층 사이로 돌출되는 돌출부를 구비하고,
    상기 반사층은,
    상기 반사층의 테두리에서 상기 형광체층의 측면을 덮도록 연장되는 연장부를 구비하고,
    상기 접착층은,
    상기 연장부가 상기 방열체에 접착되도록, 상기 접착층의 일단에서 상기 연장부 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 레이저 광원용 형광체 모듈.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 방열체에는 복수의 측면 및 바닥면을 구비하는 홀이 형성되고,
    상기 형광체층은 상기 바닥면 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 광원용 형광체 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 형광체층 및 상기 반사층 중 적어도 하나가 상기 방열체의 바닥면에 접착되도록, 상기 방열체의 바닥면 상에 형성되는 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 광원용 형광체 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 바닥면 상에 형성되는 제1영역; 및
    상기 제1영역으로부터 상기 홀에 구비된 측면들을 따라 연장되는 제2영역을 포함하고,
    상기 형광체층 및 상기 반사층 중 적어도 하나는 상기 제2영역을 통해 상기 홀에 구비된 측면들과 접착되는 것을 특징으로 레이저 광원용 형광체 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 바닥면에는 요철구조가 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 광원용 형광체 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 접착층 및 상기 형광체층 사이에 배치되고, 빛을 반사하도록 이루어지는 반사막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 광원용 형광체 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 반사층과 상기 반사막은 서로 다른 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 광원용 형광체 모듈.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 반사막은,
    상기 접착층에 접착되고 금속 또는 합금으로 이루어지는 제1층; 및
    상기 제1층 상에 형성되고, 상기 제1층을 상기 형광체층에 접착시키는 제2층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 광원용 형광체 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 접착층은,
    Sn-Ag-Cu계 솔더링 소재, Sn-Au계 솔더링 소재, Sn-Bi계 솔더링 소재 및 Ag를 포함하는 레진 소재 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 광원용 형광체 모듈.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 반사층은,
    알루미나(Al2O3), 스피넬(MgAl2O4) 또는 알론(AlON) 중 적어도 하나와 Ti 산화물의 혼합물을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 광원용 형광체 모듈.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 반사층은,
    상기 형광체층에서 발생된 열이 상기 반사층으로 전달되도록 세라믹 물질을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 광원용 형광체 모듈.
KR1020170146199A 2017-11-03 2017-11-03 형광체 모듈 KR101977261B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170146199A KR101977261B1 (ko) 2017-11-03 2017-11-03 형광체 모듈
US15/885,212 US10670211B2 (en) 2017-11-03 2018-01-31 Phosphor module
CN201810211767.7A CN109751564B (zh) 2017-11-03 2018-03-15 荧光体模块
EP18196509.6A EP3480517B1 (en) 2017-11-03 2018-09-25 Phosphor module
DE202018005077.6U DE202018005077U1 (de) 2017-11-03 2018-11-02 Phosphormodul

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170146199A KR101977261B1 (ko) 2017-11-03 2017-11-03 형광체 모듈

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101977261B1 true KR101977261B1 (ko) 2019-05-13

Family

ID=63683720

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170146199A KR101977261B1 (ko) 2017-11-03 2017-11-03 형광체 모듈

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10670211B2 (ko)
EP (1) EP3480517B1 (ko)
KR (1) KR101977261B1 (ko)
CN (1) CN109751564B (ko)
DE (1) DE202018005077U1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11828457B2 (en) 2019-10-22 2023-11-28 Signify Holding B.V. Heat management and deficiency for high intensity laser pumped light source
JP2022089598A (ja) * 2020-12-04 2022-06-16 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 蛍光発光素子、蛍光発光モジュール及び発光装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012226986A (ja) * 2011-04-20 2012-11-15 Stanley Electric Co Ltd 光源装置および照明装置
JP2015195098A (ja) * 2014-03-31 2015-11-05 ウシオ電機株式会社 蛍光光源装置
JP2016058619A (ja) * 2014-09-11 2016-04-21 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 発光装置
KR20160069621A (ko) * 2014-12-08 2016-06-17 한국광기술원 자동차의 전조등

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6921184B2 (en) * 1999-08-11 2005-07-26 Brian N. Tufte Elongated illumination device
US6930737B2 (en) * 2001-01-16 2005-08-16 Visteon Global Technologies, Inc. LED backlighting system
US7768189B2 (en) * 2004-08-02 2010-08-03 Lumination Llc White LEDs with tunable CRI
US6637905B1 (en) * 2002-09-26 2003-10-28 Agilent Technologies, Inc. Method and system for providing backlighting utilizing a luminescent impregnated material
JP3910517B2 (ja) * 2002-10-07 2007-04-25 シャープ株式会社 Ｌｅｄデバイス
US20040159900A1 (en) * 2003-01-27 2004-08-19 3M Innovative Properties Company Phosphor based light sources having front illumination
US7915085B2 (en) * 2003-09-18 2011-03-29 Cree, Inc. Molded chip fabrication method
US7352011B2 (en) * 2004-11-15 2008-04-01 Philips Lumileds Lighting Company, Llc Wide emitting lens for LED useful for backlighting
JP4940883B2 (ja) * 2005-10-31 2012-05-30 豊田合成株式会社 発光装置
US7937865B2 (en) * 2006-03-08 2011-05-10 Intematix Corporation Light emitting sign and display surface therefor
EP2269239A2 (en) * 2008-03-21 2011-01-05 Koninklijke Philips Electronics N.V. A luminous device
US8075165B2 (en) * 2008-10-14 2011-12-13 Ledengin, Inc. Total internal reflection lens and mechanical retention and locating device
WO2012108384A1 (ja) 2011-02-10 2012-08-16 シャープ株式会社 蛍光体基板、およびこれを用いた表示装置、照明装置
JP5893888B2 (ja) * 2011-10-13 2016-03-23 シチズン電子株式会社 半導体発光装置
US8931922B2 (en) 2012-03-22 2015-01-13 Osram Sylvania Inc. Ceramic wavelength-conversion plates and light sources including the same
CN202948973U (zh) * 2012-11-27 2013-05-22 北京半导体照明科技促进中心 荧光粉层、led封装单元及led封装系统
JP2014179407A (ja) 2013-03-14 2014-09-25 Stanley Electric Co Ltd Ｌｅｄ発光装置とそれを用いた車両用灯具
DE102015113692A1 (de) * 2014-09-11 2016-03-24 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Wellenlängen-Umwandlungs-Element, Licht-emittierende Vorrichtung, Projektor und Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängen-Umwandlungs-Elements
JP2016058624A (ja) 2014-09-11 2016-04-21 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 発光装置
US10641438B2 (en) 2014-09-17 2020-05-05 Koninklijke Philips N.V. Lighting system
JP2017120864A (ja) 2015-12-28 2017-07-06 株式会社タムラ製作所 発光装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012226986A (ja) * 2011-04-20 2012-11-15 Stanley Electric Co Ltd 光源装置および照明装置
JP2015195098A (ja) * 2014-03-31 2015-11-05 ウシオ電機株式会社 蛍光光源装置
JP2016058619A (ja) * 2014-09-11 2016-04-21 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 発光装置
KR20160069621A (ko) * 2014-12-08 2016-06-17 한국광기술원 자동차의 전조등

Also Published As

Publication number Publication date
CN109751564A (zh) 2019-05-14
EP3480517A1 (en) 2019-05-08
US10670211B2 (en) 2020-06-02
CN109751564B (zh) 2021-11-19
DE202018005077U1 (de) 2018-12-17
EP3480517B1 (en) 2021-09-22
US20190137062A1 (en) 2019-05-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6444837B2 (ja) 光源装置
WO2014174618A1 (ja) 光源装置および車両用灯具
KR101906863B1 (ko) 발광 모듈, 램프, 조명기구 및 표시 디바이스
CN106662308B (zh) 转向信号灯
US20120106127A1 (en) Light emitting device
US20150009649A1 (en) Light emiting module, a lamp, a luminaire and a display device
EP3051200B1 (en) Light-emitting apparatus
JP5254418B2 (ja) 照明装置および前照灯
EP3476013B1 (en) Laser-based light source with heat conducting outcoupling dome
JP5425023B2 (ja) 発光装置、照明装置および車両用前照灯
KR101917703B1 (ko) 형광체 모듈
JP2012059454A (ja) 発光装置、照明装置および車両用前照灯
CN110520767B (zh) 用于基于激光器的光源的可靠的光转换装置
KR101977261B1 (ko) 형광체 모듈
KR101984102B1 (ko) 형광체 모듈
US20110002137A1 (en) Light emitting module and automotive lamp
JP2019057655A (ja) 光源及び照明装置
JP7028863B2 (ja) 波長変換素子、発光装置及び照明装置
WO2017043121A1 (ja) 発光装置および照明装置
KR101917704B1 (ko) 형광체 모듈
US11396990B2 (en) Phosphor module
EP3555689B1 (en) Light converting device
CN109798489B (zh) 一种照明装置和汽车照明灯具
CN103403887B (zh) 具有光源、辐射转换元件和滤波器的照明系统
KR20210071247A (ko) 미러형 레이저 발광 램프

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant