KR20120106473A - Lighting apparatus using laser - Google Patents

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KR20120106473A KR1020110024598A KR20110024598A KR20120106473A KR 20120106473 A KR20120106473 A KR 20120106473A KR 1020110024598 A KR1020110024598 A KR 1020110024598A KR 20110024598 A KR20110024598 A KR 20110024598A KR 20120106473 A KR20120106473 A KR 20120106473A
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주영구
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경북대학교 산학협력단
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Abstract

PURPOSE: A lighting device using a laser ray is provided to excite a fluorescent substance to the laser ray by using the laser ray having a small divergence angle as a light source. CONSTITUTION: A lighting device includes a light source(101) discharging a laser ray, and a focusing lenses(102) focusing the laser ray. The lighting device includes a fluorescence means(108) discharging spontaneous emission, and a parabolic reflector(103) reflecting the spontaneous emission between the focusing lenses and the fluorescence means. The divergence angle of the laser ray discharged from the light source is less than 2 mrad. The fluorescence means is formed by successively laminating a substrate(105), a reflecting layer(107), and a fluorescent layer(106) including a fluorescent substance.

Description

레이저광을 이용한 조명 장치{lighting apparatus using Laser}Lighting apparatus using laser light

본 발명은 디스플레이 장치의 광원이나 자동차의 헤드라이트 등에 사용되는 조명 장치에 대한 것이다. 상세하게는 광원으로 레이저광을 이용하며 상기 레이져광을 집속해 형광체를 여기시켜 자발 방출광을 발생시키고 이를 평행광으로 변환하는 조명 장치에 대한 것이다. The present invention relates to a lighting device used for a light source of a display device, a headlight of an automobile, and the like. In detail, the present invention relates to a lighting apparatus using laser light as a light source and focusing the laser light to excite a phosphor to generate spontaneous emission light and convert the light into parallel light.

발산각이 비교적 작은 레이저광은 가우스 함수 모양을 가지는 단일 횡 모드를 가질 경우, 렌즈나 광학계로 고품질의 평행광을 만들 수 있다. 광의 발산각은 회절 한계에 의해 결정되는데, 예를 들어 파장이 632 nm 이고, 직경 1 mm 인 단일 모드 He-Ne 레이저 경우, 발산각은 0.4 mrad(mili radian) 정도이다. When the laser light having a relatively small divergence angle has a single transverse mode having a Gaussian function shape, high-quality parallel light can be produced by a lens or an optical system. The divergence angle of the light is determined by the diffraction limit, for example, for a single mode He-Ne laser having a wavelength of 632 nm and a diameter of 1 mm, the divergence angle is about 0.4 mrad (mili radian).

상기와 같이 레이저광은 매우 작은 발산각을 가진다는 장점은 있지만 레이저 능동 매질의 종류에 따라 특정한 파장에서만 구현이 가능하다는 단점이 있다. 예를 들어 480 nm 파장이나 510 nm 파장에서 동작하는 레이저광을 만드는 것은 가능하지만 개별적으로 레이저 능동 매질을 성장하고 공진기를 개별적으로 제작하는 등, 전체 제작 비용이 매우 높아지게 된다. 또한 레이저광을 물체에 비출 경우, 간섭 현상에 의한 스펙클(speckle)이 생겨서 상의 질이 저하되는 단점도 있다.As described above, laser light has an advantage of having a very small divergence angle. However, laser light may be implemented only at a specific wavelength depending on the type of laser active medium. For example, it is possible to produce laser light operating at 480 nm or 510 nm wavelengths, but the overall manufacturing cost is very high, such as growing the laser active medium individually and manufacturing the resonators individually. In addition, when the laser light shines on the object, there is a disadvantage that the speckle is generated due to the interference phenomenon and the image quality is degraded.

반면에 필라멘트나 형광등, LED 와 같은 광원은 넓은 파장 대역을 얻을 수 있지만, 광원의 크기가 커서 아무리 좋은 광학계를 사용한다고 해도 평행광을 만들 수는 없다. 도 1은 광원과 렌즈 발산각의 관계를 보여 주고 있다. 여기서 광원의 직경이 d이고, 렌즈의 초점 거리가 f일 때, 발산각의 두 배각인 Ω는 d/f 가 된다. 예를 들어 LED 광원의 직경이 1 mm 이고, 초점 거리가 10 mm 인 렌즈를 사용한다면, 광의 발산각은 50 mrad 정도로서 레이저광의 100 배 정도 된다. 광원 크기에 따른 발산각의 증가는 렌즈의 수차가 사라져도 피할 수 없는 현상이다. 보다 일반적으로는 광학 이론의 에텐듀(etendue) 정리를 통하여 설명된다.On the other hand, a light source such as a filament, a fluorescent lamp, or an LED can obtain a wide wavelength band, but the size of the light source is large, and no matter how good an optical system is, parallel light cannot be produced. 1 shows the relationship between the light source and the lens divergence angle. Here, when the diameter of the light source is d and the focal length of the lens is f, Ω, which is twice the divergence angle, is d / f. For example, if the diameter of the LED light source is 1 mm and the lens has a focal length of 10 mm, the light divergence angle is about 50 mrad, which is about 100 times that of the laser light. Increasing the divergence angle according to the light source size is an unavoidable phenomenon even if the lens aberration disappears. More generally it is explained through the etendue theorem of optical theory.

광원의 크기가 커질수록 광의 발산각은 비례해서 커지기 때문에 고품질의 우수한 평행광을 만들기 위해서는 광원의 크기가 작아야 하는데, 필라멘트, 형광등, LED 같은 광원은 광원의 크기를 줄일 경우 광의 출력도 크기의 제곱에 비례해서 줄어들게 된다. 따라서 레이저광과 같은 발산각을 가지는 광원을 만들기 위해서는 광 출력이 10,000배 작아지며, 또한 형광등 또는 LED와 같은 광원에서 방출되는 자발 방출광(spontanesou emission)은 사방으로 빛을 방출하기 때문에 광학계의 개구수(numerical apeture)가 작을 경우에는 그만큼 출력이 감소하여 보통은 100,000 배 이상의 출력 감소를 예상해야 한다.As the size of the light source increases, the divergence angle of the light increases proportionally, so the size of the light source should be small in order to produce high quality parallel light. It will decrease proportionally. Therefore, in order to make a light source having a divergence angle such as laser light, the light output is 10,000 times smaller, and since the spontanesou emission emitted from a light source such as a fluorescent lamp or an LED emits light in all directions, the numerical aperture of the optical system If the (numerical apeture) is small, the output will be reduced by that amount, and should normally be expected to reduce 100,000 times more.

LED를 광원으로 사용한 조명 장치에 대한 선행 발명으로서 미국 루미레드(Lumileds) 사에 의하여 개발된 도 2a와 같은 LED 조명 장치가 있다. 상기 발명에 따르면 LED에서 방출된 빛이 방출되면 LED의 중앙 부분에서 방출된 빛은 중앙 부분에 설치된 렌즈에 의하여 각도가 변경되어 장치로부터 벗어나게 된다. 그리고 상기 중앙 부분 외에서 방출된 빛은 플라스틱 광학계의 내부를 통과한 후 외부의 포물 형상의 면에서 전반사하여 마찬가지로 평행광에 가깝게 각도가 변경되어 조명 광학계를 벗어나게 된다. 위와 같은 방식으로 작동하는 상기 발명은 1개의 사출 광학 부품만으로 구현이 가능하므로 구성이 간단한 반면 중심에서 큰 각도로 방출되는 광에 대해서는 전환 효율의 감소가 심하다는 단점을 가진다.As a prior invention for a lighting device using LED as a light source, there is an LED lighting device such as FIG. 2A developed by Lumileds, USA. According to the present invention, when the light emitted from the LED is emitted, the light emitted from the central portion of the LED is changed out of the device by changing the angle by the lens installed in the central portion. The light emitted outside the central portion passes through the inside of the plastic optical system and then totally reflects on the external parabolic surface to likewise change the angle close to parallel light, thereby leaving the illumination optical system. The invention, which operates in the above manner, has a disadvantage in that the conversion efficiency is severe for light emitted at a large angle from the center because the configuration is simple since only one injection optical component can be implemented.

도 2b는 EP 1452979(출원인 Cateye, 일본)에 개시된 내용으로 평행광을 방출하는 조명장치에 대한 것이다. 도 2b에 도시된 것처럼 상기 발명은 LED 장치, LED 칩, 제1 반사경 및 제2 반사경을 포함하고, LED 칩으로부터 방출된 중앙 부분의 광은 내부에 위치하는 제2 반사경에 의하여 평행광에 가깝게 각도가 변경된다. 그리고 제2 반사경에 의하여 처리되지 못한 LED 칩의 바깥 부분의 각도가 큰 방출광은 외부에 위치하는 제1반사경에 의하여 평행광으로 각도가 변경됨으로서 LED 방출 광 전체를 평행광에 가깝게 변경시키기 위한 장치이다. 위와 같은 방식으로 작동하는 상기 발명은 루미레드 사의 발명에 비하여 각도가 큰 광의 전달 효율을 높아지지만 제2 반사경에 도달하지 못하고 방출되는 중심 부근의 광을 평행광으로 만들 수 없다는 단점을 가진다. 아울러 종래 기술에서는 평행 광으로 만들기 위하여 별도의 렌즈 계를 설치할 경우 전체 광학 시스템의 조립 및 조정이 용이하지 못하다는 문제점이 있다.FIG. 2B is an illumination device for emitting parallel light as disclosed in EP 1452979 (patent Cateye, Japan). As shown in FIG. 2B, the present invention includes an LED device, an LED chip, a first reflector, and a second reflector, wherein the light of the central portion emitted from the LED chip is angled close to parallel light by a second reflector located therein. Is changed. And a device for changing the entire LED emission light closer to the parallel light by changing the angle of the emitted light having a large angle outside the LED chip not processed by the second reflector to parallel light by the first reflecting mirror located outside. to be. The invention, which operates in the above manner, increases the transmission efficiency of light having a large angle as compared with the invention of Lumired, but has a disadvantage in that light near the center emitted without reaching the second reflector cannot be made into parallel light. In addition, the prior art has a problem that the assembly and adjustment of the entire optical system is not easy when installing a separate lens system to make parallel light.

예로 든 두 선행 발명들에서도, 렌즈나 거울을 사용하여 부분적으로 평행광을 만들려고 시도하였지만, 이것 역시 도 1에서 설명한 것과 같이 LED의 크기가 유한하다면, 렌즈에 의해 부분적으로 형성된 준-평행광 조차도 일정 크기 이상의 발산각을 갖게 되므로 레이저광과 같은 평행광을 가질 수 없다. 보다 일반적으로는 레이저와 같이 작은 에텐듀(etendue)를 가질 수 없다. 여기서 에텐듀(etendue)는 광의 단면적과 광이 발산하는 입체각(project solid angle)의 곱으로 정의된다.Although the two prior inventions have exemplified attempts to produce partially parallel light using lenses or mirrors, this too, even if the LEDs are finite in size as described in FIG. 1, even quasi-parallel light partially formed by the lens. Since the divergence angle is greater than or equal to a certain size, it may not have parallel light such as laser light. More generally, it cannot have a small etendue like a laser. Here, etendue is defined as the product of the cross-sectional area of light and the project solid angle at which light is emitted.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 광원으로 발산각이 작은 레이저광을 사용하고 상기 레이저광으로 형광체를 여기시켜 발생되는 자발 방출광을 평행광으로 변환시켜 출력하는 조명 장치를 제공하는데 목적이 있다. The present invention is to solve the above problems, to provide a lighting device using a laser light having a small divergence angle as a light source and converts the spontaneous emission light generated by exciting the phosphor with the laser light to parallel light output. There is a purpose.

본원 발명은, 레이저광을 방출하는 광원; 상기 레이저광이 입사되고 상기 입사된 레이저광을 집속 시키는 집속 렌즈; 형광체를 포함하며 상기 형광체가 상기 집속 렌즈를 통과한 상기 레이저광에 의해 여기되어 자발 방출광이 방출되는 형광 발광 수단; 상기 집속 렌즈와 상기 형광 발광 수단 사이에 위치하고, 상기 형광체가 여기되어 방출된 자발 방출광을 반사시키는 포물면경; 을 포함하는 조명 장치를 제공한다. 상기 조명 장치에 있어서, 상기 포물면경은 상기 집속 렌즈를 통과한 레이저광이 상기 형광 발광 수단에 도달할 수 있도록, 중앙부에 상기 레이저광의 통과를 위한 투광부가 형성될 수 있다.The present invention, a light source for emitting a laser light; A focusing lens for incident the laser light and focusing the incident laser light; Fluorescent light emitting means including a phosphor, wherein the phosphor is excited by the laser light passing through the focusing lens to emit spontaneous emission light; A parabolic mirror positioned between the focusing lens and the fluorescent light emitting means and reflecting the spontaneous emission light emitted by the phosphor; It provides a lighting device comprising a. In the above lighting apparatus, the parabolic mirror may be formed with a light transmitting portion for passing the laser light in the central portion so that the laser light passing through the focusing lens reaches the fluorescent light emitting means.

상기 형광 발광 수단은 기판, 반사층 및 형광체를 포함한 형광층이 순차적으로 적층되어 이루어지며 여기에서 상기 반사층은 형광체가 여기되어 방출되는 형광이 포물면경의 내면인 반사면 방향으로 방출되도록 하기 위해 구비될 수 있다.The fluorescent light emitting means may be formed by sequentially stacking a fluorescent layer including a substrate, a reflective layer, and a phosphor, wherein the reflective layer may be provided so that fluorescence emitted by excitation of the phosphor is emitted toward the reflective surface, the inner surface of the parabolic mirror. .

상기 조명 장치에 있어서, 상기 레이저광은 파장이 150nm 내지 12,000nm의 범위 내이 있는 것이 바람직하다. 상기 레이저광의 직경은 상기 포물면경 직경의 1/5 이하인 것이 바람직하다. In the above lighting apparatus, the laser light preferably has a wavelength in the range of 150nm to 12,000nm. It is preferable that the diameter of the said laser beam is 1/5 or less of the said parabolic diameter.

상기 조명 장치에 있어서, 상기 형광 발광 수단은 상기 형광층이 포물면경의 초점 거리에 위치하도록 배치하는 것이 바람직하다.In the above lighting apparatus, the fluorescent light emitting means is preferably arranged such that the fluorescent layer is located at the focal length of the parabolic mirror.

상기 조명 장치에 있어서, 상기 투광부는 홀의 형태로 될 수 있다. 상기 홀은 직경이 상기 포물면경 직경의 1/5 이하인 것이 바람직하다.In the lighting device, the light transmitting portion may be in the form of a hole. It is preferable that the diameter of the hole is 1/5 or less of the diameter of the parabolic diameter.

상기 조명 장치에 있어서, 상기 투광부는 상기 광원에서 방출된 레이저광과 동일한 파장의 광에 대해서 투광성을 갖고 상기 자발 방출광에 대해서는 높은 반사율을 갖는 이색 반사 필터로 구성될 수 있다.In the above lighting apparatus, the light transmitting part may be configured as a dichroic reflective filter having light transmittance with respect to light having the same wavelength as the laser light emitted from the light source and high reflectance with respect to the spontaneous emission light.

상기 조명 장치에 있어서, 상기 포물면경이 상기 레이저광과 동일한 파장의 광에 대해서 투광성을 갖고 상기 자발 방출광에 대해서는 높은 반사율을 갖는 이색 반사 필터로 구성될 수 있다.In the above lighting apparatus, the parabolic mirror may be constituted by a dichroic reflection filter having light transmittance with respect to light having the same wavelength as that of the laser light and high reflectance with respect to the spontaneous emission light.

본 발명에 따른 조명 장치는 레이저광이 제공하는 수준의 발산각을 갖는 평행광을 방출할 수 있으면서도 레이저광에 존재하지 않는 파장의 광을 형광체를 통하여 구현할 수 있는 효과가 있다. 또한 본 발명에 따른 조명 장치에서 방출된 광은 자발 방출광이므로 레이저광에 의한 스펙클 효과가 없으며, 생성된 평행광은 렌즈를 이용하여 집속하거나 다양한 발산각을 가지는 광으로 변환시킬 수 있는 장점이 있다. The lighting apparatus according to the present invention is capable of emitting parallel light having a divergence angle of the level provided by the laser light, but also having the effect of realizing light having a wavelength not present in the laser light through the phosphor. In addition, since the light emitted from the lighting device according to the present invention is spontaneous emission light, there is no speckle effect by the laser light, and the generated parallel light has the advantage of focusing using a lens or converting it into light having various divergent angles. have.

도 1은 광원과 렌즈 발산각의 관계를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2a 및 도 2b는 광원으로 LED를 사용한 공지의 조명 장치를 각각 도시한 것이다.
도 3은 본원 발명에 따른 일 실시 형태의 조명 장치를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 4는 본원 발명에 따른 또 다른 일 실시 형태의 조명 장치를 개략적으로 도시한 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating a relationship between a light source and a lens divergence angle.
2A and 2B show known lighting devices using LEDs as light sources, respectively.
3 is a conceptual diagram schematically showing a lighting device of an embodiment according to the present invention.
4 is a conceptual diagram schematically showing a lighting apparatus according to yet another embodiment according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 이용하여 본원 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 명세서 및 청구범위에서 구체적으로 제시된 실시 형태는 본원 발명을 더욱 명확하게 이해시키기 위한 목적으로 제공되는 것이며 본원 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments specifically shown in the specification and the claims are provided for the purpose of more clearly understanding the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.

도 3은 본원 발명에 따른 조명 장치 및 광경로의 예시적인 일 실시형태를 개략적으로 도시한 것이다. 3 schematically illustrates one exemplary embodiment of a lighting device and light path according to the invention.

상기 조명 장치는: 레이져광을 방출하는 광원(101); 상기 레이져광이 입사되고 상기 입사된 레이져광을 집속 시키는 집속 렌즈(102); 형광체를 포함하며, 상기 형광체가 상기 집속 렌즈(102)를 통과한 상기 레이져광에 의해 여기 및 발광되어 자발 방출광이 방출되는 형광 발광 수단(108); 및 상기 집속 렌즈(102)와 상기 형광 발광 수단 사이(108)에 위치하고, 상기 형광체가 여기되어 방출된 자발 방출광을 반사시키는 포물면경(103); 을 포함한다. The illumination device comprises: a light source 101 for emitting laser light; A focusing lens (102) for incident the laser light and focusing the incident laser light; Fluorescent light emitting means (108) comprising a phosphor, wherein the phosphor is excited and emitted by the laser light passing through the focusing lens (102) to emit spontaneous emission light; And a parabolic mirror (103) positioned between the focusing lens (102) and the fluorescent light emitting means (108) for reflecting spontaneous emission light emitted by the phosphor. .

상기 광원(101)은 레이져광을 방출하는 것이다. 상기 레이져광은 발산각이 2 mrad 이하인 것이다. 바람직하게는 상기 레이져광은 발산각이 0.4mrad 이하인 것이다.The light source 101 emits laser light. The laser light has a divergence angle of 2 mrad or less. Preferably, the laser light has a divergence angle of 0.4 mrad or less.

상기 레이저광은 가우스 함수 모양을 가지는 단일 횡 모드를 가질 경우, 렌즈나 광학계를 이용해서 발산각을 작게 할 수 있다. 일반적으로 직경이 1mm인 He-Ne 레이저의 경우 발산각은 보통 2 mrad 이하이다. 발산각은 회절 한계에 의해 결정된다. 예를 들어, 파장이 632 nm 이고, 직경 1 mm 인 단일 모드 He-Ne 레이저 경우, 회절 한계에 의한 발산각은 0.4 mrad 정도이다. When the laser light has a single transverse mode having a Gaussian function shape, the divergence angle can be reduced by using a lens or an optical system. In general, for a He-Ne laser with a diameter of 1 mm, the divergence angle is usually less than 2 mrad. The divergence angle is determined by the diffraction limit. For example, for a single mode He-Ne laser having a wavelength of 632 nm and a diameter of 1 mm, the divergence angle due to the diffraction limit is on the order of 0.4 mrad.

조명 장치에 있어서, 발산각이 작은 고품질의 평행광을 만들기 위해서는 광원의 크기가 작아야 한다. 필라멘트나 형광등, LED 와 같은 광원은 넓은 파장 대역을 얻을 수 있지만, 광원의 크기가 커서 광의 발산각도 커지기 때문에 광학계의 설계만으로는 평행광을 만들기가 어렵다. In the lighting apparatus, the size of the light source must be small in order to produce high quality parallel light with a small divergence angle. A light source such as a filament, a fluorescent lamp, or an LED can obtain a wide wavelength band, but since the size of the light source is large, the divergence angle of the light is large, so that it is difficult to produce parallel light only by the design of the optical system.

만일 필라멘트, 형광등 또는 LED 과 같은 광원의 크기를 줄인다면 광의 출력도 크기의 제곱에 비례해서 줄어들게 된다. 예를 들어, 필라멘트, 형광등 또는 LED 와 같은 광원의 크기를 축소시켜 레이저광과 같은 발산각을 갖게 한다면 광출력이 10,000배 작아진다. 또한 LED와 같은 자발 방출광(spontanesou emission)은 사방으로 빛을 방출하기 때문에 광학계의 개구수(numerical apeture)가 작을 경우에는 그만큼 출력이 감소하여 보통은 100,000배 이상 광출력이 감소하게 된다. If you reduce the size of a light source, such as a filament, a fluorescent lamp, or an LED, the light output will be reduced in proportion to the square of the size. For example, if the size of a light source such as a filament, a fluorescent lamp, or an LED is reduced to give a divergence angle such as laser light, the light output is 10,000 times smaller. In addition, since spontanesou emission, such as LED, emits light in all directions, when the numerical aperture of the optical system is small, the output is reduced by that amount, and light output is usually reduced by 100,000 times or more.

따라서, 상기 광원(101)으로는 발산각이 작으면서도 광출력이 높은 레이저광이 방출되는 것을 사용하는 것이 바람직하다. Therefore, as the light source 101, it is preferable to use a laser light emitted with a high light output while having a small divergence angle.

상기 레이저광은 다음에 설명할 형광층(106) 내 형광체를 여기시켜 자발 방출광을 발생시키기 위해 형광체의 흡수 파장, 즉 가시광선 또는 자외선 영역의 파장을 갖는 레이저광인 것이 바람직하다. 상기 레이저광의 파장은 150nm 내지 12,000nm의 범위 내인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 5,000nm 이하인 것이다.가장 바람직하게는 1,000nm 이하인 것이다. 또한 상기 레이저 다이오드는 작은 부피를 차지하기 때문에 조명 장치의 크기를 줄일 수 있는 장점이 있다. 양자점 형광체를 사용하는 경우에는 세라믹이나 유기 형광체에 비하여 흡수 파장 대역이 넓어서 여러 파장의 여기 광원을 사용할 수 있다. 최근 들어 405nm 파장대 부근의 청색 레이저광을 발생하는 다이오드가 생산되고 있어서 가격이 저렴하면서도 가시광선 대역의 양자점 형광체를 여기시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 EUV(extream ultraviolet) 리소그라피에도 적용될 수 있다. 이때 형광체는 Xe, Sn이 되고, 고출력 레이저광을 사용해서 작은 면적에 집속된 높은 에너지는 플라즈마를 발생시키고, 매우 짧은 파장의 자발 방출광이 방출된다. The laser light is preferably a laser light having an absorption wavelength of the phosphor, that is, a wavelength in the visible or ultraviolet region, in order to excite the phosphor in the fluorescent layer 106 to be described later to generate spontaneous emission light. It is preferable that the wavelength of the said laser beam exists in the range of 150 nm-12,000 nm. More preferably, it is 5,000 nm or less. Most preferably, it is 1,000 nm or less. In addition, since the laser diode occupies a small volume, there is an advantage that the size of the lighting device can be reduced. When a quantum dot phosphor is used, an absorption wavelength band is wider than that of a ceramic or an organic phosphor, so that an excitation light source of various wavelengths can be used. In recent years, diodes are being produced that generate blue laser light in the vicinity of the 405 nm wavelength band, which can inexpensive and excite the quantum dot phosphor in the visible light band. The invention is also applicable to EUV (extream ultraviolet) lithography. At this time, the phosphors are Xe and Sn, and high energy focused on a small area using high power laser light generates plasma, and spontaneous emission light of very short wavelength is emitted.

상기와 같이 레이저광을 방출하는 광원은, 종래 대면적의 자발 방출 광원을 이용하여 생성시킨 광과는 달리 매우 작은 크기의 점에서 발생했기 때문에, 외부 광학계를 이용하여 다시 작은 점으로 모을 수 있는 장점이 있다.As described above, since the light source emitting the laser light is generated at a very small size point unlike the light generated using a large-volume spontaneous emission light source, the light source can be collected again by using an external optical system. There is this.

상기 광원(101)에서 방출된 레이저광은 집속 렌즈(102)를 투과하면서 일정 경사각으로 굴절하여 통과한 후 상기 형광층(106)에서 집속된다. 상기 집속 렌즈(101)는 포물면경(103)의 초점 부위에 상기 레이저광의 촛점이 형성될 수 있도록 배치하는 것이 바람직하다. 상기 촛점의 크기는 집속 렌즈의 수차가 클수록 커지며, 렌즈 수차가 없고 레이저광의 횡모드가 공간적으로 균일한 단일 모드일 경우에는 회절에 의하여 최소 직경이 정해진다. 촛점의 직경은 렌즈 초점 거리가 f이고 발산각을 θ라고 할 때, 대략 2fθ해당한다. θ는 대략

Figure pat00001
이므로, 초점의 직경은 2f(
Figure pat00002
)정도이다. 예를 들어 파장 500nm의 레이저광의 직경이 1.0 mm 이고, 렌즈 초점 거리가 10 mm 이면 형성된 촛점의 직경은 약 10㎛ 정도이다.The laser light emitted from the light source 101 is refracted at a predetermined tilt angle while passing through the focusing lens 102 and then focused in the fluorescent layer 106. The focusing lens 101 may be disposed so that the focus of the laser light may be formed at a focal point of the parabolic mirror 103. The size of the focal point becomes larger as the focusing lens aberration becomes larger, and the minimum diameter is determined by diffraction when there is no lens aberration and the lateral mode of the laser light is spatially uniform. The diameter of the focal point is approximately 2fθ when the lens focal length is f and the divergence angle is θ. θ is approximately
Figure pat00001
Since the diameter of the focal point is 2f (
Figure pat00002
) For example, when the laser light having a wavelength of 500 nm is 1.0 mm and the lens focal length is 10 mm, the diameter of the formed focus is about 10 m.

상기 집속 렌즈(102)의 렌즈면은 프레넬 렌즈(Fresnel lense)로 형성될 수 있다(미도시). 프레넬 렌즈는 렌즈의 두께를 줄이기 위하여 렌즈의 굴절면을 몇 개의 띠 모양으로 나누어 각 띠에서 렌즈의 굴절 작용을 하도록 하여 일반 렌즈와 동일한 성능을 구현하도록 한 것으로서 이 분야에서 공지된 것을 사용할 수 있다. 이와 같이 프레넬 렌즈는 렌즈의 구성 요소가 되는 일련의 동심원들을 평면상에 적절하게 배치하여 짧은 초점 거리가 형성되도록 한 것이다. 본 발명에 따른 조명 장치는 프레넬 렌즈를 사용함으로써 광 손실을 감소시킬 수 있으며 조명 장치의 경량화 및 박형화를 실현할 수 있다.The lens surface of the focusing lens 102 may be formed of a Fresnel lens (not shown). Fresnel lens is to reduce the thickness of the lens by dividing the refractive surface of the lens into a number of bands to perform the refractive action of the lens in each band to implement the same performance as a general lens can be used in the art. In this way, the Fresnel lens is a series of concentric circles that are the components of the lens properly arranged on the plane to form a short focal length. The lighting device according to the present invention can reduce the light loss by using a Fresnel lens and can realize the light weight and thinning of the lighting device.

상기 집속 렌즈(102)를 투과한 레이저광은 일정한 각도로 굴절되어 형광 발광 수단(108)의 형광층(106)에 촛점을 형성한다. The laser light transmitted through the focusing lens 102 is refracted at a predetermined angle to focus on the fluorescent layer 106 of the fluorescent light emitting means 108.

상기 형광 발광 수단(108)은 기판(105), 반사층(107) 및 형광체를 포함한 형광층(106)이 순차적으로 적층되어 형성될 수 있다. The fluorescent light emitting means 108 may be formed by sequentially stacking a substrate 105, a reflective layer 107, and a fluorescent layer 106 including a phosphor.

상기 형광층(106)은 형광체를 포함한다. 상기 형광체는 종래의 유기 또는 무기 형광 화합물로 이루어진 형광체일 수 있다. 또는 상기 형광체는 상기 유기 또는 무기 형광 화합물에 비해 강한 형광을 좁은 파장대에서 발생하는 양자점 형광체일 수 있다. 양자점 형광체를 사용할 경우, 양자점 형광체의 발광 파장은 흡수 파장대가 넓고 양자점 크기에 따라 조절할 수 있으므로 이를 조절하여 임의의 파장에서 평행광을 생성할 수 있다. 또한 형광체와 포물면 거울의 상대적 위치에 따라 다양한 발산각을 가지는 광을 생성할 수 있다. The fluorescent layer 106 includes a phosphor. The phosphor may be a phosphor made of a conventional organic or inorganic fluorescent compound. Alternatively, the phosphor may be a quantum dot phosphor that generates stronger fluorescence in a narrower wavelength band than the organic or inorganic fluorescent compound. In the case of using the quantum dot phosphor, the emission wavelength of the quantum dot phosphor can be adjusted according to the size of the quantum dot having a broad absorption wavelength band, thereby generating parallel light at any wavelength. In addition, light having various divergence angles may be generated according to the relative positions of the phosphor and the parabolic mirror.

상기 광원(101)에서 방출된 레이저광은 상기 형광층(106)에 집속되며 집속된 상기 광은 형광층(106) 내 형광체를 여기시켜 자발 방출광을 발생시킨다. The laser light emitted from the light source 101 is focused on the fluorescent layer 106, and the focused light excites phosphor in the fluorescent layer 106 to generate spontaneous emission light.

상기 자발 방출광은 일정한 지향점이 없이 360°의 전 방향으로 빛을 발산하는데 상기 반사층(107)은 상기 기판(105) 방향으로 방출되는 광을 반사하여 포물면경(103)의 내면(109)인 반사면 방향으로 보내는 역할을 한다. 상기 기판(105)은 형광층(106)과 반사층(107)이 적층되는 지지대의 역할을 한다.The spontaneous emission light emits light in all directions of 360 ° without a constant direction point, and the reflective layer 107 reflects light emitted in the direction of the substrate 105 to be the inner surface 109 of the parabolic mirror 103. Sent in the direction of the slope. The substrate 105 serves as a support on which the fluorescent layer 106 and the reflective layer 107 are stacked.

상기 형광 발광 수단(108)은 상기 형광층(106)이 포물면경(103)의 초점에 위치하도록 배치하면 상기 형광층(106)에서 발생된 광이 상기 포물면경(103)의 내면(109)에서 반사되어 평행광으로 변환될 수 있다. 상기 형광 발광 수단(108)의 면적은 직경이 20 ㎛ 정도로 작게 하여 전체 출력광에서 중심부의 광 출력 감소를 방지하도록 하는 것이 바람직하다. 포물면경(103) 이외에도 타원면 렌즈를 통해서 형광층(106)에서 발생한 자발 방출광을 평행광으로 변환시킬 수 있다. 상기 포물면경(103)은 구면과 달리 초점에서 출발한 점 광원을 평행광으로 만들어 주는 이상적인 곡면이다. 따라서, 상기 변환된 광은 평행광으로 상기 광의 발산각은 상기 형광층(106)에 형성된 촛점 크기에 의해서 결정된다. 촛점의 크기가 5 ㎛이고, 포물면 경(103)의 초점 거리가 5 mm 인 경우, 발산각은 0.5 mrad 으로 광원(101)에서 발생되는 레이저광의 발산각에 가깝다.When the fluorescent light emitting means 108 is disposed so that the fluorescent layer 106 is positioned at the focal point of the parabolic mirror 103, the light generated from the fluorescent layer 106 is disposed on the inner surface 109 of the parabolic mirror 103. It can be reflected and converted into parallel light. It is preferable that the area of the fluorescent light emitting means 108 is as small as about 20 μm in diameter to prevent a decrease in light output at the center of the total output light. In addition to the parabolic mirror 103, the spontaneous emission light generated in the fluorescent layer 106 can be converted into parallel light through an ellipsoidal lens. Unlike the spherical surface, the parabolic mirror 103 is an ideal curved surface that makes the point light source starting from the focal point into parallel light. Accordingly, the converted light is parallel light, and the divergence angle of the light is determined by the focal size formed in the fluorescent layer 106. When the size of the focal point is 5 m and the focal length of the parabolic mirror 103 is 5 mm, the divergence angle is 0.5 mrad, which is close to the divergence angle of the laser light generated by the light source 101.

상기 포물면경(103)은 상기 집속 렌즈(102)와 상기 형광 발광 수단(108) 사이에 위치하며, 상기 포물면경(103)의 내면(109)과 형광층(106)이 대향하도록 배치된다. 상기 형광층(106)에 포함된 형광체가 여기되어 방출된 자발 방출광은 상기 포물면경(103)의 내면(109)에서 반사 및 굴절되어 조명 장치의 전면으로 방출된다. 상기 설명한 바와 같이 만일 상기 형광층(106)을 상기 포물면경(103)의 초점부위에 위치시키면 상기 자발 방출광은 평행광으로 변환된다. 상기 포물면경(103)은 내면(109)이 반사 코팅된 것이다. 상기 반사 코팅은 반사 효율을 높이기 위한 것으로 유리하게는 알루미늄, 은 등과 같은 금속 박막 코팅이 될 수 있다. 상기 반사 코팅은 고반사 코팅이 되며, 하나 또는 그 이상의 금속 물질이 혼합된 박막 코팅이 될 수 있으며, 이 분야에서 공지된 방법에 따라 이루어질 수 있다. The parabolic mirror 103 is positioned between the focusing lens 102 and the fluorescent light emitting means 108 and is disposed such that the inner surface 109 of the parabolic mirror 103 and the fluorescent layer 106 face each other. The spontaneous emission light emitted by excitation of the phosphor contained in the fluorescent layer 106 is reflected and refracted by the inner surface 109 of the parabolic mirror 103 to be emitted to the front of the lighting device. As described above, if the fluorescent layer 106 is positioned at the focal point of the parabolic mirror 103, the spontaneous emission light is converted into parallel light. The parabolic mirror 103 has a reflection coating on the inner surface 109. The reflective coating is to increase the reflection efficiency and may be advantageously a thin metal coating such as aluminum, silver, and the like. The reflective coating may be a highly reflective coating, a thin film coating in which one or more metal materials are mixed, and may be made according to a method known in the art.

상기 포물면경(103)은 투광부(104)가 형성되어 있는 것이다. 바람직하게는 상기 투광부(104)는 상기 집속 렌즈(102)를 투과한 레이저광이 상기 포물면경(103)의 초점 부위에 위치하는 상기 형광층(106)에서 집속되도록 하기 위해 상기 포물면경(103)의 중앙부에 형성된다. 앞서 설명한 바와 같이 상기 포물면경(103)은 상기 집속 렌즈(102)와 상기 형광 발광 수단(108) 사이에 위치하며, 상기 형광 발광 수단(108)에서 발생된 형광을 반사하기 위해 내면(109)을 불투과성의 반사면으로 형성한 것이다. 따라서, 상기 집속 렌즈(102)에서 투과된 광이 상기 형광 발광 수단(108)에 도달하려면 상기 포물면경(103)을 통과해야 한다. 이를 위해 상기 포물면경(103)의 중앙부에 광이 통과할 수 있는 투광부(104)를 형성하는 것이 바람직하다. The parabolic mirror 103 is formed with a light transmitting portion 104. Preferably, the light transmitting part 104 is configured so that the laser beam transmitted through the focusing lens 102 is focused on the fluorescent layer 106 located at a focal point of the parabolic mirror 103. ) Is formed in the center of the. As described above, the parabolic mirror 103 is positioned between the focusing lens 102 and the fluorescent light emitting means 108, and the inner surface 109 is reflected to reflect the fluorescence generated by the fluorescent light emitting means 108. It is formed by an opaque reflective surface. Therefore, the light transmitted from the focusing lens 102 must pass through the parabolic mirror 103 to reach the fluorescent light emitting means 108. To this end, it is preferable to form a light transmitting part 104 through which light can pass in the center of the parabolic mirror 103.

상기 투광부는 홀(hole)의 형태일 수 있다. 만일 상기 투광부(104)를 홀의 형태로 구성한다면 자발 방출광 중 형광 발광 수단(108)의 반사층에 의해 반사되어다시 투광부를 통과하여 소실되는 광량을 최소화하기 위해 홀의 직경은 포물면경(103) 직경의 1/5 이내의 범위로 하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써 형광층(106)에서 방출하는 자발 방출광의 상당수는 포물면경(103)에 의해 반사되어 전방으로 진행하므로 추가적인 에너지 손실은 적다. 상세하게는, 포물면경(103)의 초점에서 포물면경(103)의 중심에 있는 홀의 가장자리를 연결한 포물면경(103)의 광출과의 사이각을 θ라고 할 때, 형광체에서 방출되는 광량 중 홀을 통과하는 광량의 비율은, 광이 램버시안(lambertian) 특성을 갖는다고 가정하면, 다음과 같다.The light transmitting portion may be in the form of a hole. If the light emitting portion 104 is configured in the form of a hole, the diameter of the hole is reflected by the reflective layer of the fluorescent light emitting means 108 of the spontaneous emission light and then passed through the light transmitting portion to minimize the amount of light lost. The range is preferably within 1/5 of. By doing so, a large number of spontaneous emission light emitted from the fluorescent layer 106 is reflected by the parabolic mirror 103 and proceeds forward, so that additional energy loss is small. Specifically, when the angle between the light exit of the parabolic mirror 103 connecting the edge of the hole at the center of the parabolic mirror 103 at the focal point of the parabolic mirror 103 is?, The hole of the amount of light emitted from the phosphor The ratio of the amount of light passing through is assuming that the light has a Lambertian characteristic.

Figure pat00003
Figure pat00003

포물면경(103)의 초점 거리는 직경의 1/4 정도이므로, 홀의 직경이 포물면경(103) 직경의 1/5 이면, 각도 θ는 20° 정도이고, 위의 식에 대입하면 0.11 정도 값이 나온다. 다시 말하면 약 11%의 빛이 홀을 통과하고 반사되지 않는다는 의미이다. 따라서 홀의 직경이 포물면 직경의 1/5 이내이면 대략 10 % 이내의 광 손실만 있게 된다. 가령, 포물면경 직경을 10 mm 라고 가정하면 홀의 직경은 2 mm 이내이면 되고, 광원으로 사용할 수 있는 He-Ne 레이저광의 직경은 보통 1 mm 정도이므로 광원에서 방출된 레이저광은 홀을 통과하여 형광층에 도달할 수 있고 형광층에서 레이저광에 의해 여기된 자발 방출광은 약 10% 정도만 홀을 통과하여 소실된다. Since the focal length of the parabolic mirror 103 is about 1/4 of the diameter, when the diameter of the hole is 1/5 of the diameter of the parabolic mirror 103, the angle θ is about 20 °, and the value of about 0.11 is obtained by substituting the above equation. . In other words, about 11% of light passes through the hole and is not reflected. Thus, if the diameter of the hole is within 1/5 of the parabolic diameter, there is only about 10% light loss. For example, assuming that the parabolic diameter is 10 mm, the diameter of the hole should be less than 2 mm, and the diameter of the He-Ne laser light that can be used as the light source is usually about 1 mm. Therefore, the laser light emitted from the light source passes through the hole to form a fluorescent layer. And spontaneous emission light excited by the laser light in the fluorescent layer is lost through the hole by only about 10%.

상기 투광부는 상기 홀에 이색 반사 필터(204)을 더 구비할 수 있다. 이색 반사 필터는 입사하는 청색 레이저광은 통과시키지만 형광체(206)에서 발생하는 광은 반사하도록 설계할 수 있다. 도 5는 홀 부분에 이색 반사 필터를 구비한 조명 장치의 일 실시형태를 개략적으로 도시한 것이다. 이러한 이색 반사 필터는 코팅 설계에 따라서 반사와 투과하는 파장을 조절할 수 있으며, 제조 공정의 단순화를 위해서 포물면경(203)의 중심뿐만 아니라 포물면경 반사면 전체에 사용할 수도 있다. 이 경우에는 반사각에 따른 파장 특성이 변화할 수 있으므로 이를 고려해야 한다.The light transmitting part may further include a dichroic reflective filter 204 in the hole. The dichroic reflecting filter can be designed to pass incident blue laser light but reflect light generated from the phosphor 206. 5 schematically shows an embodiment of a lighting device having a dichroic reflective filter in a hole portion. Such a dichroic reflective filter can adjust the wavelength of reflection and transmission according to the coating design, and can be used not only in the center of the parabolic mirror 203 but also in the entire parabolic mirror reflecting surface in order to simplify the manufacturing process. In this case, the wavelength characteristics may change according to the reflection angle, so this should be considered.

상기 이색 반사 필터(204)는 굴절율이 물질과 굴절율이 낮은 물질의 박막을 교대로 여러 층을 적층한 것이다. 이의 선택적 광투과 기능은 다층막간섭 현상에 의한 높은 반사율에 의하여 달성될 수 있다. 낮은 굴절율을 갖는 물질은 금속 또는 금속 산화물로 예를 들어, MgF2 이나 SiO2 등 이며, 높은 굴절율을 갖는 물질은 금속 또는 금속 산화물로 예를 들어, Ag, TiO2, Ti2O3, Ta2O3 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 각 박막의 두께는 투과되는 광의 파장의 1/8 내지 1/2의 범위에서 설계에 따라 결정될 수 있다. The dichroic reflective filter 204 is formed by alternately stacking a plurality of layers of a material having a refractive index and a material having a low refractive index. Its selective light transmission function can be achieved by high reflectance due to the multilayer film interference phenomenon. Materials with low refractive index are metals or metal oxides, for example MgF 2 or SiO 2 The material having a high refractive index is a metal or a metal oxide, for example, Ag, TiO 2 , Ti 2 O 3 , Ta 2 O 3 and the like, but is not limited thereto. The thickness of each thin film may be determined according to the design in the range of 1/8 to 1/2 of the wavelength of the transmitted light.

본 발명의 일 실시형태에 따르면 상기 이색 반사 필터(204)는 굴절률이 서로 다른 복수의 유전체 박막이 적층되어 이루어진 구조를 가진다. 이 경우, 상기 이색 반사 필터(204)는 금속보다 훨씬 높은 반사율을 가진 거울면에 의한 다층막간섭 현상이 발생한다. 이러한 이색 반사 필터는 광학 분야에서 에지 필터라고도 불리며 설계에 따라서 특정 파장을 경계로 반사율이 급격하게 변하도록 설계할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the dichroic reflective filter 204 has a structure in which a plurality of dielectric thin films having different refractive indices are stacked. In this case, the dichroic reflection filter 204 has a multi-layer film interference phenomenon caused by a mirror surface having a much higher reflectance than that of metal. Such a dichroic reflection filter is also called an edge filter in the optical field, and may be designed such that the reflectance rapidly changes around a specific wavelength depending on the design.

본 발명의 일 실시형태에 따르면 상기 이색 반사 필터(204)는 상기 이색 반사 필터(204)를 구성하는 유전체 박막의 구성에 따라 자유로이 임의의 파장 영역의 광을 선택적으로 투과/반사시켜 광이용율을 향상시킬 수 있게 한다. 가령 상기 필터로 입사되는 평행광이 청색광인 경우, 상기 이색 반사 필터(204)는 청색광은 투과시키지만 녹색광과 적색광에 대해서는 반사하도록 설계할 수 있다. 따라서 형광층(20)에서 발생되는 녹색광 및 적색광은 상기 이색 반사 필터(204)에 의해 반사되어 기판 방향으로 출사된다. 이러한 방식으로 이색 반사 필터(204)는 형광층의 광 효율을 증가시킬 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present invention, the dichroic reflection filter 204 freely selectively transmits / reflects light in an arbitrary wavelength range according to the structure of the dielectric thin film constituting the dichroic reflection filter 204 to improve light utilization. To make it possible. For example, when the parallel light incident on the filter is blue light, the dichroic reflection filter 204 may be designed to transmit blue light but reflect green light and red light. Therefore, the green light and the red light generated in the fluorescent layer 20 are reflected by the dichroic reflective filter 204 and emitted toward the substrate. In this way, the dichroic reflective filter 204 can increase the light efficiency of the fluorescent layer.

본원 발명에 따른 일 실시형태에 있어서, 상기 이색 반사 필터(204)는 유리기판 상에 은(Ag) 박막과 SiO2 스페이서 박막을 순차적으로 적층하여 패브리-패로(Fabry-Perot) 공진기 구조의 특징을 갖도록 할 수 있다. 이러한 형태의 이색 반사 필터(204)는 청색광 파장에 대한 공진 파장만 투과시키고 나머지 파장의 광은 반사하는 특징을 보인다.In one embodiment according to the present invention, the dichroic reflective filter 204 is a thin film of silver (Ag) and SiO 2 on a glass substrate. The spacer thin films may be sequentially stacked to have the characteristics of a Fabry-Perot resonator structure. This type of dichroic reflection filter 204 transmits only the resonant wavelength with respect to the blue light wavelength and reflects the light of the remaining wavelength.

상기 포물면경(103)은 포물면경(103)의 개방부를 덮는 덮개를 구비할 수 있다. 상기 덮개는 광투과를 위해 투명한 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 덮개는 상기 포물면경(103)에서 반사되는 광이 최소 80% 이상, 바람직하게는 99% 이상 투과되는 것이라면 어느 것이나 사용가능하다. 본원 발명의 일 실시형태에 따르면 상기 기판은 폴리염화비닐계, 아크릴계 또는 에폭시계 합성 수지재 또는 유리재로 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. The parabolic mirror 103 may include a cover covering the opening of the parabolic mirror 103. The cover is preferably formed of a transparent material for light transmission. The cover may be used as long as the light reflected by the parabolic mirror 103 is transmitted at least 80% or more, preferably 99% or more. According to an embodiment of the present invention, the substrate may be made of polyvinyl chloride, acrylic or epoxy synthetic resin material or glass material, but is not limited thereto.

본원 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 기판(105)을 상기 포물면경(103)의 개구부 면적에 상응하게 설계하여 상기 포물면경(103)을 덮는 덮개의 역할을 하도록 할 수 있다(도 3 참조). 상기 기판(105)이 포물면경(103)의 덮개로 사용되는 경우에는 기판은 광투과를 위해 투명한 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 기판의 재질은 상기 포물면경(103)에서 반사되는 광이 광이 최소 80% 이상, 바람직하게는 99% 이상 투과되는 것이라면 어느 것이나 사용가능하다. 본원 발명의 일 실시형태에 따르면 상기 기판은 폴리염화비닐계, 아크릴계 또는 에폭시계 합성 수지재 또는 유리재로 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. According to one embodiment of the present invention, the substrate 105 may be designed to correspond to the opening area of the parabolic mirror 103 to serve as a cover for covering the parabolic mirror 103 (see FIG. 3). . When the substrate 105 is used as a cover of the parabolic mirror 103, the substrate is preferably formed of a transparent material for light transmission. The material of the substrate may be used as long as the light reflected by the parabolic mirror 103 transmits at least 80% or more, preferably 99% or more. According to an embodiment of the present invention, the substrate may be made of polyvinyl chloride, acrylic or epoxy synthetic resin material or glass material, but is not limited thereto.

상기와 같이, 상기 기판(105)을 포물면경의 덮개로 사용할 수도 있지만, 레이저 스폿 직경과 형광체가 차지하는 면적이 매우 작기 때문에 기판을 매우 작게 한 뒤 철사나 가느다란 막대로 포물면경 초점 위치에 형광체를 고정시키기만 해도 된다(미도시).As described above, the substrate 105 may be used as a cover of the parabolic mirror, but since the laser spot diameter and the area occupied by the phosphor are very small, the substrate is made very small and the phosphor is fixed at the parabolic focus position by a wire or a thin rod. You may just have to (not shown).

본원 발명에 따른 조명 장치를 통해 광이 방출되는 광경로를 다음과 같이 도 3에 예시된 조명 장치를 이용해 요약할 수 있다. The light path through which light is emitted through the lighting device according to the present invention can be summarized using the lighting device illustrated in FIG. 3 as follows.

광원(101)에서 발생된 레이저광은 집속 렌즈(102)를 통과하여 일정한 경사각으로 굴절되어 집속되어 형광 발광 수단(108)의 형광층에 촛점을 형성한다. 이때 상기 광은 집속 렌즈(102)와 형광 발광 수단(108) 사이에 위치한 포물면경(103)을 통과하여야 하는데 이것은 포물면경(103)에 형성된 투광부(104)를 통해 이루어진다. 상기 형광층(106)은 형광체를 포함하고 있어 상기 집속된 광에 의해 형광체가 여기되어 자발 방출광을 방출한다. 상기 자발 방출광은 360°의 전방향으로 방출되는데 상기 방출된 광 중에서 기판(105) 방향으로 방출되는 광은 형광체와 기판 사이에 형성된 반사층(107)에서 반사되어 포물면경(103) 방향으로 출사된다. 상기 형광층(106)을 상기 포물면경(103)의 초점 위치에 배치하게 되면 상기 형광층(106)에서 발생된 광은 포물면경(103)의 내면(109)의 반사면에서 반사 및 굴절되어 평행광으로 변환되어 상기 조명 장치를 빠져나가게 된다. The laser light generated by the light source 101 passes through the focusing lens 102 and is refracted and focused at a predetermined inclination angle to focus on the fluorescent layer of the fluorescent light emitting means 108. In this case, the light must pass through a parabolic mirror 103 located between the focusing lens 102 and the fluorescent light emitting means 108, which is made through the light transmitting unit 104 formed in the parabolic mirror 103. The phosphor layer 106 includes a phosphor, and the phosphor is excited by the focused light to emit spontaneous emission light. The spontaneous emission light is emitted in all directions of 360 °, and the light emitted in the direction of the substrate 105 is reflected by the reflective layer 107 formed between the phosphor and the substrate and is emitted toward the parabolic mirror 103. . When the fluorescent layer 106 is disposed at the focal position of the parabolic mirror 103, the light generated by the fluorescent layer 106 is reflected and refracted by the reflective surface of the inner surface 109 of the parabolic mirror 103 to be parallel to each other. It is converted to light and exits the lighting device.

마지막으로, 본 발명은 평행광을 만드는 장치를 예시로 들었지만, 레이저의 스폿이 맺히는 형광체의 위치를 초점이 아닌 다른 위치로 옮기면 발산하거나, 수렴하는 자발 방출광을 만들 수 있다. 이러한 경우에도 빛의 품질을 나타나내는 에텐듀는 매우 작아서 레이저광의 에텐듀와 비슷한 크기이다. 보통 LED나 필라멘트, 방전관에서 나오는 광의 에텐듀 보다 훨씬 작기 때문에 렌즈나 거울과 같은 광학계를 추가하면 발산각이 매우 작은 광으로의 변환이 가능하다.Finally, although the present invention has been described as an example of a device for producing parallel light, it is possible to make a spontaneous emission light that diverges or converges when the position of the phosphor that the spot of the laser forms is moved to a position other than the focal point. Even in this case, the etendue that shows the quality of light is very small and is similar in size to that of laser light. It is usually much smaller than the etendue of light from LEDs, filaments, and discharge tubes, so adding optics such as lenses or mirrors allows for conversion to very small divergence angles.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다. While the invention has been shown and described with respect to particular embodiments, it will be understood that various changes and modifications can be made in the art without departing from the spirit or scope of the invention as set forth in the claims below. It will be appreciated that those skilled in the art can easily know.

1... 광원 2.. 렌즈
101... 광원 102... 집속 렌즈
103... 포물면경 104... 투광부
105... 기판 106... 형광층
107... 반사층 108... 형광 발광 수단
109... 내면
201... 광원 202... 집속 렌즈
203... 포물면경 204... 투광부
205... 기판 206... 형광층
207... 반사층 208... 형광 발광 수단
209... 내면1 .... light source 2 .. lens
101 ... light source 102 ... focusing lens
103 ... Parabolic 104 ... Floodlight
105 ... substrate 106 ... fluorescent layer
107 ... reflective layer 108 ... fluorescent light emitting means
109 ... inside
201 ... light source 202 ... focusing lens
203 ... parabolic 204 ... floodlight
205 ... substrate 206 ... fluorescent layer
207 ... reflective layer 208 ... fluorescent light emitting means
209 ... inside

Claims (9)

레이저광을 방출하는 광원;
상기 레이저광이 입사되고 상기 입사된 레이저광을 집속 시키는 집속 렌즈;
형광체를 포함하며 상기 형광체가 상기 집속 렌즈를 통과한 상기 레이저광에 의해 여기되어 자발 방출광이 방출되는 형광 발광 수단;
상기 집속 렌즈와 상기 형광 발광 수단 사이에 위치하고, 상기 형광체가 여기되어 방출된 자발 방출광을 반사시키는 포물면경; 을 포함하며,
여기에서, 상기 포물면경은, 상기 집속 렌즈를 통과한 레이저광이 상기 형광 발광 수단에 도달할 수 있도록, 중앙부에 상기 레이저광의 통과를 위한 투광부가 형성되어 있는 것인 조명 장치.A light source emitting laser light;
A focusing lens for incident the laser light and focusing the incident laser light;
Fluorescent light emitting means including a phosphor, wherein the phosphor is excited by the laser light passing through the focusing lens to emit spontaneous emission light;
A parabolic mirror positioned between the focusing lens and the fluorescent light emitting means and reflecting the spontaneous emission light emitted by the phosphor; / RTI >
The parabolic mirror is an illuminating device in which a light transmitting portion for passing the laser light is formed in a central portion of the parabolic mirror so that the laser light passing through the focusing lens reaches the fluorescent light emitting means. 제1항에 있어서,
상기 형광 발광 수단은 기판, 반사층 및 형광체를 포함한 형광층이 순차적으로 적층되어 이루어지며 여기에서 상기 반사층은 형광체가 여기되어 방출되는 형광이 포물면경의 내면인 반사면 방향으로 방출되도록 하기 위해 구비되는 것인, 광원 창치.The method of claim 1,
The fluorescent light emitting means is formed by sequentially stacking a fluorescent layer including a substrate, a reflective layer, and a phosphor, wherein the reflective layer is provided so that the fluorescence emitted by excitation of the phosphor is emitted toward the reflective surface, the inner surface of the parabolic mirror. , Light source inch. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 레이저광은 파장이 150nm 내지 12,000nm의 범위인 것인, 조명 장치.The method according to claim 1 or 2,
Wherein the laser light has a wavelength in the range of 150 nm to 12,000 nm. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 레이저광의 직경은 상기 포물면경 직경의 1/5 이하인 것인, 조명 장치.The method according to claim 1 or 2,
The diameter of the said laser light is 1/5 or less of the parabolic diameter, The illuminating device. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 형광 발광 수단은 상기 형광층이 포물면경의 초점 거리에 위치하도록 배치하는 것인, 조명 장치.The method according to claim 1 or 2,
And the fluorescent light emitting means is arranged such that the fluorescent layer is located at a focal length of the parabolic mirror. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 투광부는 홀인 것인, 조명 장치.The method according to claim 1 or 2,
The light transmitting unit is a lighting device. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 홀은 직경이 상기 포물면경 직경의 1/5 이하인 것인, 조명 장치.The method according to claim 1 or 2,
Wherein said hole is less than 1/5 the diameter of said parabolic diameter. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 투광부는 상기 광원에서 방출된 레이저광과 동일한 파장의 광에 대해서 투광성을 갖고 상기 자발 방출광에 대해서는 높은 반사율을 갖는 이색 반사 필터인 것인, 조명 장치.The method according to claim 1 or 2,
And the light transmitting portion is a dichroic reflective filter having light transmittance with respect to light having the same wavelength as the laser light emitted from the light source and having high reflectance with respect to the spontaneous emission light. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 포물면경이 상기 레이저광과 동일한 파장의 광에 대해서 투광성을 갖고 상기 자발 방출광에 대해서는 높은 반사율을 갖는 이색 반사 필터인 것인, 조명 장치.The method according to claim 1 or 2,
And said parabolic mirror is a dichroic reflecting filter having light transmittance for light having the same wavelength as said laser light and having high reflectance for said spontaneous emission light.
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