KR102525592B1 - 조명장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 레이저 광을 발생하는 광원; 상기 레이저 광의 출광 방향에 배치되며 상기 레이저 광에 의해 여기되어 변환광을 형성하는 광변환부; 및 상기 광변환부의 전면에 배치되며 광의 이동 경로에 따라 개구부가 형성되어 있어 상기 변환광의 배광(light distribution)을 조절하는 광하우징을 포함하는 조명장치를 제공한다.

Description

조명장치{LIGHTING APPARATUS}
본 발명은 조명장치에 관한 것으로 보다 구체적으로는 차량용 램프 등에 사용될 수 있는 조명장치에 관한 것이다.
최근 전기자동차 및 하이브리드 전기자동차 시장이 확대되면서, 필라멘트를 사용하지 않는 저전력/고효율 차량 의장용 광원들의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
그러나 상기 저전력/고효율 광원들은 상대적으로 얇은 스펙트럼 폭으로 발광 되는 저파장 광원을 형광체를 이용하기 때문에, 실제 사용을 위해서는 백색광으로 변환하여야 하며, 이러한 변환 과정에서 고온/고집적 저파장 광에 의해 형광체가 열화 및 변질되는 신뢰성적 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 광원과 형광체를 서로 이격 배치할 수 있는 형광체(phosphor)에 대한 연구 필요성이 대두되고 있다.
이러한 형광체는 신뢰성 향상에 유리한 장점이 있으나, 변환광이 사방으로 발산되는 특성으로 인하여, 광 효율이 떨어지는 문제점이 있어 개선이 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 형광체에 의하여 변환된 변환광의 배광 영역을 조절하여 색편차를 개선할 수 있는 조명장치를 제공하는데 있다.
또한, 조명장치로부터 출사되는 백색광의 조사각을 조절할 수 있는 조명장치 를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 레이저 광을 발생하는 광원; 상기 레이저 광의 출광 방향에 배치되며 상기 레이저 광에 의해 여기되어 변환광을 형성하는 광변환부; 및 상기 광변환부의 전면에 배치되며 광의 이동 경로에 따라 개구부가 형성되어 있어 상기 변환광의 배광(light distribution)을 조절하는 광하우징을 포함하는 조명장치를 제공한다.
상기 광하우징의 개구부는 상기 변환광의 출광 방향을 따라 직경이 커지는 형상일 수 있다.
상기 광하우징은 상기 변환광의 배광 영역을 상기 광변환부를 투과한 레이저 광의 배광 영역 방향으로 조절할 수 있다.
상기 변환광의 배광 영역은 램버시안 분포를 따르며, 상기 광변환부를 투과한 레이저 광의 배광 영역은 가우시안 분포를 따를 수 있다.
상기 광하우징은 상기 변환광의 배광 영역 중 상기 광변환부를 투과한 레이저 광의 배광 영역에 포함되지 않는 영역의 변환광을 차단할 수 있다.
상기 광변환부에 접하는 상기 광하우징 일단의 제1개구부 직경은 상기 레이저 광의 입사면적에 따라 결정될 수 있다.
상기 레이저 광의 입사면적과 상기 제1개구부 직경의 비(ratio)는 1:3.75일 수 있다.
상기 광하우징 개구부의 경사각은 광변환부에서 출광되는 백색광의 지향각에 따라 결정될 수 있다.
상기 광원과 상기 광변환부 사이에 배치되어 상기 레이저 광을 평행광선으로 출광하는 시준기를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 시준기와 상기 광변환부 사이에 배치되어 상기 평행광선을 집광하는 집광부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명인 조명장치는 형광체에 의하여 변환된 변환광의 배광 영역을 조절하여 색편차를 개선할 수 있다.
또한, 조명장치로부터 출사되는 백색광의 조사각을 조절할 수 있다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 조명장치의 개념도이고,
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 조명장치의 부분 확대 단면도이고,
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 조명장치의 동작을 설명하기 위한 도면이고,
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 조명장치의 동작을 설명하기 위한 그래프이고,
도5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 개념도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 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. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 조명장치의 개념도이고, 도2는 본 발명의 일실시예에 따른 조명장치의 부분 확대 단면도이다.
도1을 참고하면 본 발명의 일실시예에 따른 조명장치는 레이저 광을 발생하는 광원(10), 레이저 광의 출광 방향에 배치되며 레이저 광에 의해 여기되어 변환광을 형성하는 광변환부(20), 광변환부(20)의 전면에 배치되며 광의 이동 경로에 따라 개구부가 형성되어 있어 변환광의 배광을 조절하는 광하우징(30)을 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 광원(10)은 블루 파장대의 레이저 광을 발생시킬 수 있다. 광원(10)에서 발생되는 레이저 광은 약 450nm대역의 파장을 가지는 레이저 광일 수 있다.
광변환부(20)는 레이저 광의 출광 방향에 배치되고 광원(10)에서 출광되는 블루 파장대의 레이저 광과 반응하여 백색광을 출력할 수 있다. 광변환부(20)는 광원에서 출광되는 블루 파장대의 레이저 광의 일부는 투과시키고, 일부는 변환시켜 옐로우 파장대의 변환광을 형성할 수 있다. 광변환부(20)는 레이저 광과 변환광의 조합을 통하여 백색광을 생성하여 출사면을 통하여 출광시킬 수 있다.
광변환부(20)는 기판(25)과 단파장 필터(24) 및 형광체(21)를 포함하여 구성될 수 있다.
기판(25)은 사파이어 기판으로 이루어질 수 있으며 레이저 광이 입사되는 일면에는 반사방지 코팅이 마련될 수 있다.
형광체(21)는 광하우징(30)와 접하는 면에 마련될 수 있으며, 흡수한 빛을 다른 파장의 빛으로 바꾸어 방출할 수 있다. 형광체(21)는 입사되는 레이저 광을 옐로우 파장 대역의 광으로 변환하여 변환광을 생성시키게 되고, 변환광은 형광체(21)를 투과한 레이저 광과 합쳐져 백색광을 형성하게 된다.
단파장 필터(24)는 기판(25)과 형광체(21) 사이에 마련될 수 있으며 형광체(21)에서 변환된 광 중 출사면을 제외한 면으로 반사되는 빛을 출사면 방향으로 되반사 시킬 수 있다. 단파장 필터(24)에서 되반사 된 빛은 백색광을 형성하게 된다. 단파장 필터(24)는 형광체(21)에서 변환광이 출사되는 면을 제외한 반대면에 마련되거나 또는 변환광이 출사되는 면을 제외한 나머지 면을 따라 마련될 수 있다.
광하우징(30)은 광변환부(20)의 백색광 출사면 측에 배치되며 광변환부(20)의 백색광 출사면을 따라 개구부가 마련된 형상일 수 있다. 광하우징(30)의 개구부는 변환광의 출광 방향을 따라 직경이 커지는 형상일 수 있다.
또한, 광하우징(30)는 변환광의 배광 영역 중 광변환부(20)를 투과한 레이저 광의 배광 영역에 포함되지 않는 영역의 변환광을 차단할 수 있다.
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 조명장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
광하우징(30)는 변환광의 배광 영역을 변환부(20)를 투과한 레이저 광의 배광 영역 방향으로 조절할 수 있다. 광변환부(20)로 입사되는 레이저 광 중 투과되는 블루 파장대의 레이저 광은 가우시안 분포(Gaussian distribution)에 따라 광변환부의 출사면을 투과하여 배광 영역(a2)을 형성하고, 형광체에 의하여 변환된 변환광은 램버시안 분포(Lambertian distributio)에 따라 배광 영역(a1)을 형성한다. 따라서, 가우시안 분포에 따른 블루 파장대의 레이저 광과 램버시안 분포에 따른 옐로우 광이 겹치는 영역에서 백색광이 형성되게 되는데, 도3(a)와 같이 가우시안 분포를 벗어난 영역에서는 옐로우 파장 대역의 빛이 출광되게 된다. 이러한 옐로우 파장 대역의 빛은 조명장치로부터 출력되는 빛의 전체적인 색편차를 증가시키게 되고 가장자리 부분의 빛이 옐로우 계열의 빛으로 관찰되는 문제를 야기한다.
도3(b)를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 조명장치에서 광하우징은 램버시안 분포를 나타내는 변환광의 배광 영역 중 가우시안 분포에 따른 레이저 광의 배광 영역과 겹치지 않는 부분을 차단함으로써 변환광의 배광 영역(a3)과 레이저 광의 배광 영역(a3)이 소정의 오차를 가지고 일치할 수 있도록 조절함으로써 색편차 문제를 해결할 수 있다.
광하우징(30)에서 광변환부(20)에 접하는 제1개구부의 직경(d1)은 레이저 광의 입사면적(I2)에 따라 결정될 수 있다. 즉, 레이저 광의 입사면적(I2)에 따라 투과되는 레이저 광의 배광 영역이 결정되게 되는데 레이저 광의 입사면적과 제1개구부(d1) 직경의 비가 1:3.75인 경우 두 광의 배광 영역이 소정의 오차 안에서 일치하게 된다.
또한, 광하우징(30) 개구부의 경사각(θ)은 광변환부(20)에서 출광되는 백색광의 지향각에 따라 결정될 수 있다. 광하우징(30) 개구부의 경사각(θ)은 레이저 광의 중심축선과 광하우징(30)의 내부가 이루는 경사각에 따라 결정될 있는데, 개구부의 경사각에 따라 백색광의 지향각을 결정할 수 있다.
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 조명장치의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도4를 참고하면, (a)는 광하우징이 포함되지 않은 조명장치에서 출광되는 광의 분포를 나타낸 도면이다. (a)에서는 출광되는 빛이 전방향으로 퍼져 있으며 백색광과 옐로우 파장대의 광이 혼합되어 나타나는 것을 확인할 수 있다.
(b)는 15도의 개구부 경사각을 가지는 광하우징이 포함된 조명장치에서 출광되는 광의 분포를 나타낸 도면이다. (b)에서는 광하우징에 의하여 옐로우 파장대역의 광은 차단되었으며, 백색광이 비교적 넓게 분포되어 출광되는 것을 확인할 수 있다.
(c)는 30도의 개구부 경사각을 가지는 광하우징이 포함된 조명장치에서 출광되는 광의 분포를 나타낸 도면이다. (c)에서는 광하우징에 의하여 옐로우 파장대역의 광은 차단되었으며, 백색광이 비교적 좁게 분포되어 출광되는 것을 확인할 수 있다.
도5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명 장치의 개념도이다.
도5를 참고하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명 장치는 레이저 광을 발생하는 광원(10), 레이저 광의 출광 방향에 배치되며 레이저 광에 의해 여기되어 변환광을 형성하는 광변환부(20), 광변환부(20)의 전면에 배치되며 광의 이동 경로에 따라 개구부가 형성되어 있어 변환광의 배광을 조절하는 광하우징(30), 광원(10)과 광변환부(20) 사이에 배치되어 레이저 광을 평행광선으로 출광하는 시준기(40) 및 시준기(40)와 광변환부(20) 사이에 배치되어 상기 평행광선을 집광하는 집광부(50)를 포함하여 구성될 수 있다.
시준기(40)는 대물렌즈로써 광원에서 출광되는 레이저 광을 렌즈의 축에 평행하게 시준하여 광변환부(20) 방향으로 출력할 수 있다.
집광부(50)는 시준기(40)를 통과한 레이저 광을 굴절시켜 광변환부(20)로 입사시킬 수 있다. 집광부(50)는 집광렌즈로 구성될 수 있으며 평행광으로 입사되는 레이저 광을 광변환부(20)의 중심 방향으로 굴절시켜 입사시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 광원
20: 광변환부
30: 광하우징
40: 시준기
50: 집광부

Claims (10)

  1. 레이저 광을 발생하는 광원;
    상기 레이저 광의 출광 방향에 배치되며 상기 레이저 광에 의해 여기되어 변환광을 형성하는 광변환부; 및
    상기 광변환부의 전면에 배치되며 광의 이동 경로에 따라 개구부가 형성되어 있어 상기 변환광의 배광(light distribution)을 조절하는 광하우징을 포함하며,
    상기 광변환부는 기판, 상기 기판 상에 배치되는 단파장 필터 및 상기 단파장 필터상에 배치되는 형광체를 포함하며,
    상기 변환광의 배광 영역은 램버시안 분포를 따르며, 상기 광변환부를 투과한 레이저 광의 배광 영역은 가우시안 분포를 따르며,
    상기 광하우징은 상기 변환광의 배광 영역 중 상기 광변환부를 투과한 레이저 광의 배광 영역에 포함되지 않는 영역의 변환광을 차단하며, 차단된 변환광의 가상의 배광 영역은 상기 가우시안 분포에 따른 배광 영역과 상기 램버시안 분포에 따른 배광 영역이 중첩되는 영역의 외부 영역에 존재하는 조명장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광하우징의 개구부는 상기 변환광의 출광 방향을 따라 직경이 커지는 형상인 조명장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광하우징은 상기 변환광의 배광 영역을 상기 광변환부를 투과한 레이저 광의 배광 영역 방향으로 조절하는 조명장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제2항에 있어서,
    상기 광변환부에 접하는 상기 광하우징 일단의 제1개구부 직경은 상기 형광체에 입사하는 레이저 광의 입사면적에 따라 결정되는 조명장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 레이저 광의 입사면적과 상기 제1개구부 직경의 비(ratio)는 1:3.75인 조명장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 광하우징 개구부의 경사각은 광변환부에서 출광되는 백색광의 지향각에 따라 결정되는 조명장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광원과 상기 광변환부 사이에 배치되어 상기 레이저 광을 평행광선으로 출광하는 시준기를 더 포함하는 조명장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 시준기와 상기 광변환부 사이에 배치되어 상기 평행광선을 집광하는 집광부를 더 포함하는 조명장치.
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