WO2014163269A1 - 레이저 광원장치 - Google Patents

레이저 광원장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2014163269A1
WO2014163269A1 PCT/KR2013/010041 KR2013010041W WO2014163269A1 WO 2014163269 A1 WO2014163269 A1 WO 2014163269A1 KR 2013010041 W KR2013010041 W KR 2013010041W WO 2014163269 A1 WO2014163269 A1 WO 2014163269A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wavelength conversion
light
conversion plate
laser diode
wavelength
Prior art date
Application number
PCT/KR2013/010041
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
정병우
배용우
여상옥
이승규
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 US14/761,218 priority Critical patent/US9444217B2/en
Priority to EP13881149.2A priority patent/EP2930801B1/en
Publication of WO2014163269A1 publication Critical patent/WO2014163269A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0225—Out-coupling of light
    • H01S5/02257—Out-coupling of light using windows, e.g. specially adapted for back-reflecting light to a detector inside the housing
    • 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
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V13/00—Producing particular characteristics or distribution of the light emitted by means of a combination of elements specified in two or more of main groups F21V1/00 - F21V11/00
    • F21V13/12—Combinations of only three kinds of elements
    • F21V13/14—Combinations of only three kinds of elements the elements being filters or photoluminescent elements, reflectors and refractors
    • 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
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • 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
    • F21V7/0066—Reflectors for light sources specially adapted to cooperate with point like light sources; specially adapted to cooperate with light sources the shape of which is unspecified
    • 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
    • F21V9/00—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters
    • F21V9/06—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters for filtering out ultraviolet radiation
    • 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
    • F21V9/00—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters
    • F21V9/30—Elements containing photoluminescent material distinct from or spaced from the light source
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/005—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S5/0087—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping for illuminating phosphorescent or fluorescent materials, e.g. using optical arrangements specifically adapted for guiding or shaping laser beams illuminating these materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0225—Out-coupling of light
    • H01S5/02255—Out-coupling of light using beam deflecting elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
    • H01S5/32341—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP
    • 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
    • F21V7/0008—Reflectors for light sources providing for indirect lighting
    • 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
    • F21Y2101/00—Point-like light sources
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/02208—Mountings; Housings characterised by the shape of the housings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024—Arrangements for thermal management
    • H01S5/02469—Passive cooling, e.g. where heat is removed by the housing as a whole or by a heat pipe without any active cooling element like a TEC

Definitions

  • the present invention relates to a compact laser light source device that emits light having a high power straightness using a blue or ultraviolet laser diode.
  • LEDs light emitting diodes
  • the light emitting diode has a large light emission angle and a decrease in efficiency at a strong current, it has a limitation as a light source of a laser light source device that must emit light at a high output or a small area.
  • high-brightness discharge lamps HHID
  • metal halide lamps metal halide lamps
  • UHP high-pressure discharge lamps
  • An object of the present invention is to provide a small laser light source device that emits light having high power straightness using a blue or ultraviolet laser diode.
  • a laser diode for emitting light by an electrical signal;
  • a wavelength conversion plate transferring the wavelength of light emitted from the laser diode;
  • a reflector reflecting the light emitted from the laser diode to the wavelength conversion plate;
  • a laser light source device including a projection unit for emitting the light transferred from the wavelength conversion plate in the front direction.
  • the wavelength conversion plate and the laser diode may be disposed on the same plane so that they all face the front side.
  • a plurality of laser diodes may be arranged in a circular shape, and the wavelength conversion plate may be positioned at the center of the laser diode.
  • the reflector may be formed in a ring shape or a circle at a position where light emitted from the laser diode arranged in a circle reaches.
  • the reflector may use an anisotropic coating layer that reflects light emitted from the laser diode and transmits light of the wavelength converted from the wavelength conversion plate.
  • the wavelength conversion plate may use an opto-ceramic plate containing a fluorescent material.
  • the wavelength conversion plate may further include a reflection plate provided on the rear surface of the opto-ceramic plate.
  • the reflective plate may use a thin aluminum plate is coated on the surface in contact with the opto-ceramic plate.
  • the phosphor may be at least one of a YAG phosphor, a LuAG phosphor, and an oxynitride phosphor.
  • the wavelength conversion plate is disposed in a circular shape on the rotating plate, the light reflected from the reflecting portion is supplied to a portion of the wavelength conversion plate on the rotating plate, the position of the wavelength conversion plate to which the reflected light is supplied while the rotating plate is rotated Can be changed.
  • the projection unit may use a lens disposed in front of the laser diode and the wavelength conversion plate.
  • the reflector may be applied to a portion of the lens to reflect the light of the wavelength emitted from the laser diode and the light of the wavelength converted from the wavelength conversion plate may use an anisotropic coating layer.
  • the lens may use a collimating lens for guiding the light converted from the wavelength conversion plate to be emitted in a front direction in a straight line.
  • the collimating lens may include an incident surface covering the laser diode and the wavelength conversion plate, an exit surface in which the wavelength conversion plate is emitted in a linear direction opposite to the annoying first surface, and transition light incident through the incident surface. It may include a reflective surface for reflecting to the exit surface.
  • the anisotropic coating layer can be formed by applying to at least a portion of the incident surface.
  • the lens may be a positive lens or a condensed lens, and the anisotropic coating layer may be formed on one surface of the lens.
  • the reflector may be a reflector having a reflective surface of a concave mirror, and the projection unit may use a parabolic mirror formed around the wavelength conversion plate to emit light reflected from the wavelength conversion plate in the front direction.
  • the reflector may have an opening formed in the center thereof, and light reflected from the parabolic mirror may be emitted through the opening.
  • It may further include a heat radiation fin formed on the back of the wavelength conversion plate and the back of the laser diode.
  • the laser diode is a blue laser diode or an UV laser diode, and the light of the wavelength transferred from the wavelength conversion plate may use one of red, green, and yellow.
  • a laser diode emitting light by an electrical signal;
  • a wavelength conversion plate having one surface facing the front surface of the laser diode to transfer the wavelength of the emitted light;
  • a first anisotropic coating layer is coated on one surface of the wavelength conversion plate, and transmits light having a wavelength emitted from the laser diode, and reflects light whose wavelength is transferred from the wavelength conversion plate.
  • the second conversion layer may further include a second anisotropic coating layer coated on the other surface of the wavelength conversion plate and transmitting at least a portion of the light whose wavelength is transferred in the wavelength conversion plate.
  • the wavelength conversion plate may be a ceramic plate containing a fluorescent material.
  • It may further include a condense lens (condense lens) for condensing the wavelength-converted light in front of the wavelength conversion plate in parallel.
  • a condense lens condense lens
  • the light emitted from the laser diode is a wavelength of a region corresponding to blue or ultraviolet light of visible light, and the light of a wavelength transferred from the wavelength conversion plate may be one of red, green, and yellow.
  • the present invention it is possible to implement a laser light source device having a high output and a small size, it is possible to provide a laser light source device having a narrow light emission angle by using a laser diode.
  • FIG. 1 is a side sectional view showing a laser light source device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of the laser light source device according to the embodiment of FIG. 1.
  • 3 is a cross-sectional view of the wavelength conversion plate of the present invention.
  • FIG. 4 is a side sectional view showing a laser light source device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a side sectional view showing a laser light source device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a side sectional view showing a laser light source device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a side sectional view showing a laser light source device according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a plan view of a laser light source device according to the embodiment of FIG.
  • FIG. 9 is a side sectional view showing a laser light source device according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a plan view of the lamp according to the embodiment of FIG. 9.
  • FIG. 11 is a side sectional view showing a lamp according to a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a graph showing physical properties of the first coating layer according to the embodiment of FIG. 12.
  • FIG. 14 is a graph showing physical properties of the second coating layer according to the embodiment of FIG. 12.
  • FIG. 1 is a side cross-sectional view of a laser light source device 100 according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a plan view of the laser light source device 100 according to the embodiment of FIG. 1 and 2, a laser diode 10, a wavelength conversion plate 20, a reflector 50, a projection unit 30, and a heat dissipation fin 40 are illustrated.
  • the laser diode 10 is a semiconductor device that emits light according to an electrical signal.
  • the laser diode 10 emits light having a narrower wavelength band than the light emitting diode, and the emitted light has a straightness.
  • the laser diode 10 Since the laser diode 10 amplifies and emits light, the laser diode 10 has an output that is higher than that of the light emitting diode, is smaller than that of a conventional laser, and has a small power consumption. In addition, it can operate at a high speed, the blue laser diode 10 or the ultraviolet laser diode 10 has the advantage that there is no reduction in efficiency even at high current (high current).
  • a plurality of laser diodes 10 may be disposed in a circular shape, and the wavelength conversion plate 20 may be disposed inside the laser diode 10 to reflect light emitted from the laser diode 10 using the reflector 50. The light can be condensed by the wavelength conversion plate 20.
  • the wavelength conversion plate 20 is a plate member including a phosphor that changes color by transferring a wavelength of light emitted from the laser diode 10.
  • a method of mixing the organic binder such as silicone resin and applying to the plate-like member was used.
  • the silicone resin has a low thermal stability and is difficult to use for high power light supplied from the laser diode 10.
  • the present invention uses an optoeramic plate 21 containing a fluorescent material as the wavelength conversion plate 20. Since the opto-ceramic plate 21 contains a fluorescent material in the ceramic itself, there is no need to mix in the silicon binder has an advantage of excellent thermal stability.
  • the wavelength region to be converted varies depending on the fluorescent material included in the opto ceramic plate 21.
  • LuAG-based phosphors such as (Y1-x-yLuxCey) 3 Al 5 O 12 may be used as the fluorescent material which is converted to green color when irradiating a blue laser diode or an ultraviolet laser diode.
  • Y 3 (Al, Ga) 5 O 12 Ce, CaSc 2 O 4 : Ce, Ca3 (Sc, Mg) 2 Si 3 O1 2 : Ce, (Sr, Ba) 2 SiO 4 : Eu, (Si, Al) 6 (O, N) 8 : Eu ( ⁇ -sialon), (Ba, Sr) 3 Si 6 O1 2 N 2 : Eu, SrGa 2 S 4 : Eu, BaMgAl 10 O 17 : Eu, Mn Can be.
  • the wavelength conversion plate 20 is a light on the back of the opto-ceramic plate 21 and opto-ceramic plate 21 containing a fluorescent material for converting the wavelength And a reflecting plate 23 for reflecting.
  • the reflective plate 23 may use a metal plate such as aluminum, and may be silver coated 22 between the opto-ceramic plate 21 and the reflective plate 23 to increase the reflection efficiency. Light incident on the opto-ceramic plate 21 and shifted in wavelength is reflected by the reflective plate 23 and emitted to the front surface.
  • Reflector 50 is a portion for transmitting the light emitted from the laser diode 10 to the wavelength conversion plate 20, in this embodiment both the laser diode 10 and the wavelength conversion plate 20 toward the front. Because of this, the reflector 50 is used to deflect the light emitted from the laser diode 10 to the wavelength conversion plate 20.
  • the reflector 50 is disposed in front of the light emitted from the laser diode 10. As shown in FIG. 2, the reflector 50 is arranged to focus the light of the laser diode 10 arranged in a circular shape onto the wavelength conversion plate 20.
  • the anisotropic coating layer 50 may be used as the reflecting unit so that the reflecting unit 50 has a property of transmitting the light of the transferred wavelength while reflecting the light supplied from the laser diode 10.
  • the projection unit 30 refers to a lens or a mirror that emits light in the front direction.
  • a collimating lens is used.
  • the collimating lens 30 is a lens that emits light in one direction in parallel, and the shape thereof is not limited to the lens shape of FIG. 1.
  • the incident surface 31 is a surface in which both the light emitted from the laser diode 10 and the light reflected from the wavelength conversion plate 20 are directly incident.
  • the anisotropic coating layer 50 described above is formed of the incident surface 31. Only light that is applied to at least a part of the wavelength conversion plate 20 and is reflected is transmitted through the light emitted from the laser diode 10 reflects.
  • the shape of the collimating lens 30 is not limited to the form shown in FIG. 1.
  • 4 is a side cross-sectional view showing a laser light source device 100 according to a second embodiment of the present invention, which is an embodiment using another type of collimating lens 30.
  • the collimating lens 30 illustrated in FIG. 4 is also coated with an anisotropic coating layer 50 on a part of the incident surface 31, and may be formed in a donut shape according to the arrangement of the laser diode 10 arranged in a circular shape. .
  • the light of the wavelength transferred from the wavelength conversion plate 20 is directly emitted through the incident surface 31 to the exit surface, or is reflected from the reflective surface and is emitted horizontally through the exit surface.
  • 5 and 6 are plus lenses or condense lenses, and serve to focus the spreading light.
  • parallel straight light may be emitted.
  • FIG. 5 illustrates an embodiment in which an anisotropic coating layer 50 is formed on an incident surface of the lens 30, and FIG. 6 illustrates an embodiment in which an anisotropic coating layer 50 is formed on an output surface of the lens 30. It is possible to form a reflecting unit by forming the Yibaang coating layer 50 on one side.
  • the wavelength conversion plate 20 Since the laser diode 10 emits light, a lot of heat is generated, and the wavelength conversion plate 20 also increases the temperature when the focused light is continuously supplied, thereby reducing the efficiency. Therefore, it is preferable to add a heat radiation structure. Accordingly, as shown in FIGS. 1 and 4 to 6, the heat dissipation fins 40 are disposed on the rear surfaces of the laser diode 10 and the wavelength conversion plate 20 to provide the laser diode 10 and the wavelength conversion plate 20. Temperature rise can be prevented.
  • the laser diode 10 and the wavelength conversion plate 20 may be positioned on the same plane to form the heat dissipation fin 40 in one piece.
  • the heat dissipation fin 40 uses a metal material having high thermal conductivity, and may include a plurality of fins or ribs to increase the surface area.
  • FIG. 7 is a side cross-sectional view of the laser light source device 100 according to the fifth embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a plan view of the laser light source device 100 according to the embodiment of FIG. 7.
  • the wavelength conversion plate 25 is characterized by the shape of a rotating plate. In order to emit light parallel to the front surface, the light is focused on the wavelength conversion plate 25 in a specific area A in consideration of the light emission angle, so that the light is emitted to the front surface.
  • the efficiency of the wavelength conversion plate is lowered. That is, when the wavelength conversion efficiency of one laser diode 10 is 100%, the wavelength conversion efficiency of the ten laser diodes 10 drops to 60%.
  • the wavelength conversion plate 25 may be rotated so that the efficiency of the wavelength conversion plate 25 may be evenly used.
  • the light emitted from the laser diode 10 is reflected by the reflector 50 and is focused on the area A.
  • the position of the wavelength conversion plate 25 positioned at A is Because of the change, the fatigue degree of the wavelength conversion plate 25 is lowered.
  • the problem of temperature rise can be solved, and the heat radiation fin 40 for the wavelength conversion plate used in the above-described embodiment can be omitted.
  • FIG. 9 is a side cross-sectional view of the laser light source device 100 according to the sixth embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a plan view of the laser light source device 100 according to the embodiment of FIG.
  • the parabolic mirror 35 is used as the projection unit 30 and the reflector 55 is used as the reflection unit 50.
  • the reflector 55 faces the laser diode 10 and is disposed at an angle that reflects light incident from the laser diode 10 to the wavelength conversion plate 20. It may be arranged in a donut shape as shown in Figure 10 in a shape corresponding to the laser diode 10 arranged in a circle.
  • the reflecting surface of the reflector 55 may have a concave mirror shape to focus light in a narrow area.
  • the parabolic mirror 35 When the wavelength shifted from the wavelength conversion plate 20 is reflected, the parabolic mirror 35 may be used as a projection unit to emit the light parallel to the front surface thereof.
  • the parabolic mirror 35 is a kind of concave mirror having a curved surface to emit light emitted from the center in parallel and emits the wavelength transmitted from the wavelength conversion plate 20 in parallel to the front surface.
  • FIG. 11 is a side sectional view showing a laser light source device 70 according to the seventh embodiment of the present invention
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of a portion of the wavelength conversion plate 75 of FIG.
  • the embodiment illustrated in FIG. 11 may implement a laser light source device 70 having a small amount of light but a small size using one laser diode 71.
  • the laser light source device 70 of the present invention includes a laser diode 71, a wavelength conversion plate 75, and a condense lens 73.
  • the laser diode 71 may use a blue or ultraviolet laser diode having straightness.
  • the wavelength conversion plate 75 is positioned directly on the front surface of the laser diode 71, and a condensation lens 73 for emitting parallel light by preventing the emitted light from spreading is disposed on the front surface.
  • the wavelength conversion plate 75 converts blue light or ultraviolet rays emitted from the laser diode 71 into red, green, or yellow. As described above, different colors may be implemented according to the type of the wavelength conversion material included in the wavelength conversion plate 75.
  • the reflective plate 23 is provided on the rear surface.
  • the light is transmitted through the wavelength conversion plate 75 to the front surface.
  • the first anisotropic coating layer 76 is formed between the laser diode 71 and the wavelength conversion plate 75. Blue light or ultraviolet light emitted from the laser diode may be transmitted, but light of the wavelength converted by the wavelength conversion plate 75 may be reflected.
  • blue light is transmitted to be supplied to the wavelength conversion plate 75, but light reflected from the wavelength conversion plate 75 to the laser diode direction is reflected by the first anisotropic coating layer 76. Is reflected back to the front direction.
  • FIG. 13 is a graph showing the characteristics of the first anisotropic coating layer 76.
  • the light of about 530 nm or less wavelength (blue or ultraviolet ray) is transmitted, but the light having a longer wavelength (red, green, yellow) is not transmitted. It has a property of reflecting.
  • the second anisotropic coating layer 77 may be formed on the opposite side of the wavelength conversion plate 75.
  • the second anisotropic coating layer 77 is for purifying and injecting only light of a specific wavelength band among the light transferred from the wavelength conversion plate 75, and serves as a filter to narrow the wavelength range of the light emitted from the laser light source device 100. .
  • FIG. 14 shows the characteristics of the second anisotropic coating layer 77 according to an embodiment.
  • the wavelength region of the light transferred from the wavelength conversion plate 75 is 550 nm to 700 nm, the light is precisely 600 nm or less to emit only red light.
  • the second anisotropic coating layer 77 that does not transmit the wavelength can be used.
  • the wavelength region through which the second anisotropic coating layer 77 transmits may vary depending on the wavelength band transmitted by the wavelength conversion plate 75.
  • the present invention it is possible to implement a laser light source device having a high output and a small size, it is possible to provide a laser light source device having a narrow light emission angle by using a laser diode.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

전기적인 신호에 의해 빛을 사출하는 레이저 다이오드; 상기 레이저 다이오드에서 사출된 빛의 파장을 전이시키는 파장변환 플레이트; 상기 레이저 다이오드에서 사출된 빛을 상기 파장변환 플레이트로 반사시키는 반사부; 및 상기 파장변환 플레이트에서 전이된 빛을 전면 방향으로 사출하는 투사부를 포함하는 포함하는 레이저 레이저 다이오드는 고출력이면서 작은 사이즈의 레이저 광원장치를 구현할 수 있으며, 레이저 다이오드를 이용함으로써 좁은 광출사각을 구현할 수 있다.

Description

레이저 광원장치
본 발명은 청색 또는 자외선 레이저 다이오드를 이용하여 고출력의 직진성을 갖는 빛을 사출하는 소형의 레이저 광원장치에 관한 것이다.
종래의 광원으로서 발광다이오드(LED)가 주도적으로 발전해왔고 현재도 주요 광원으로 이용되며 지속적인 개발이 이루어지고 있다. 다만, 발광다이오드의 경우 광출사각도가 크고 강전류에서 효율이 감소하기 때문에 고출력의 조명이나 좁은 면적에 출사해야하는 레이저 광원장치의 광원으로서는 한계점을 가지고 있다.
이러한 한계점 때문에 발광다이오드 대신 고출력 광원으로서 고휘도 방전램프(HHID), 메탈 할라이드(metal halide) 램프, 고압방전램프(UHP) 등을 이용하였다. 다만, 상기 레이저 광원장치는 짧은 수명과 환경규제 및 낮은 효율 등의 문제를 가지고 있어 이를 대체할 새로운 광원에 대한 요구가 있다.
본 발명은 청색 또는 자외선 레이저 다이오드를 이용하여 고출력의 직진성을 갖는 빛을 사출하는 소형 레이저 광원장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기적인 신호에 의해 빛을 사출하는 레이저 다이오드; 상기 레이저 다이오드에서 사출된 빛의 파장을 전이시키는 파장변환 플레이트; 상기 레이저 다이오드에서 사출된 빛을 상기 파장변환 플레이트로 반사시키는 반사부; 및 상기 파장변환 플레이트에서 전이된 빛을 전면 방향으로 사출하는 투사부를 포함하는 레이저 광원장치를 제공한다.
상기 파장변환 플레이트와 상기 레이저 다이오드는 동일 평면상에 위치하여 모두 전면을 향하도록 배치할 수 있다.
이때, 상기 레이저 다이오드는 원형으로 복수개가 배치되고, 상기 파장변환 플레이트는 상기 레이저 다이오드의 중앙에 위치시킬 수 있다.
또한, 상기 반사부는 상기 원형으로 배치된 레이저 다이오드에서 사출되는 빛이 도달하는 위치에 링(ring)형상 또는 원형으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 반사부는 상기 레이저 다이오드에서 사출된 파장의 빛은 반사시키고 상기 파장변환 플레이트에서 변환된 파장의 빛은 투과사키는 이방성 코팅층을 이용할 수 있다.
상기 파장변환 플레이트는, 형광물질을 포함하는 옵토 세라믹 플레이트를 이용할 수 있다.
이때, 상기 파장변환 플레이트는, 상기 옵토 세라믹 플레이트의 배면에 구비된 반사플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 반사플레이트는 상기 옵토 세라믹 플레이트와 접하는 면에 은코팅이 되어 있는 알루미늄 박판을 이용할 수 있다.
상기 형광물질은 YAG계 형광체, LuAG계 형광체, 산질화물 형광체 중 적어도 하나일 수 있다.
한편, 상기 파장변환 플레이트는 회전판 위에 원형으로 배치되고, 상기 반사부에서 반사된 빛은 상기 회전판 상의 파장변환 플레이트 일부분에 공급되며, 상기 회전판이 회전하면서 상기 반사된 빛이 공급되는 파장변환 플레이트의 위치가 변화될 수 있다.
상기 투사부는 상기 레이저 다이오드 및 상기 파장변환 플레이트의 전면에 배치된 렌즈를 이용할 수 있다.
이때, 상기 반사부는, 상기 렌즈의 일부에 도포되어 상기 레이저 다이오드에서 사출된 파장의 빛은 반사시키고 상기 파장변환 플레이트에서 변환된 파장의 빛은 투과사키는 이방성 코팅층을 이용할 수 있다.
상기 렌즈는 상기 파장변환 플레이트에서 변환된 빛이 직선으로 전면 방향으로 사출되도록 가이드하는 콜리메이팅 렌즈를 이용할 수 있다.
상기 콜리메이팅 렌즈는 상기 레이저 다이오드와 상기 파장변환 플레이트를 커버하는 입사면과, 성가 제1 면에 대향하여 상기 파장변환 플레이트가 직선 방향으로 사출되는 사출면 및 상기 입사면을 통해 입사된 전이된 빛을 상기 사출면으로 반사시키는 반사면을 포함할 수 있다.
상기 이방성 코팅층은 상기 입사면의 적어도 일부에 도포해서 형성할 수 있다.
상기 렌즈는 플러스 렌즈 또는 콘덴스 렌즈이고, 상기 이방성 코팅층은 상기 렌즈의 일면에 형성될 수 있다.
상기 반사부는 오목거울의 반사면을 갖는 반사경이고, 상기 투사부는 파장변환 플레이트의 둘레에 형성되어 상기 파장변환 플레이트로 부터 반사된 빛을 전면방향으로 사출하는 포물경을 이용할 수 있다.
상기 반사경은, 가운데에 개구부가 형성되고 상기 개구부를 통해 상기 포물경에서 반사된 빛이 사출될 수 있다.
상기 파장변환 플레이트의 배면과 상기 레이저 다이오드의 배면에 형성된 방열핀을 더 포함할 수 있다.
상기 레이저 다이오드는 블루-레이저 다이오드(Blue Laser Diode) 또는 자외선 레이저 다이오드(UV Laser Diode)이고, 상기 파장변환 플레이트에서 전이된 파장의 빛은 적색, 녹색 및 황색 중 하나를 이용할 수 있다.
전기적인 신호에 의해 빛을 사출하는 레이저 다이오드; 일면이 상기 레이저 다이오드의 전면과 면하도록 배치되어 사출된 빛의 파장을 전이시키는 파장변환 플레이트; 및
상기 파장변환 플레이트의 일면에 코팅되며, 상기 레이저 다이오드에서 사출된 파장의 빛은 투과시키고, 상기 파장변환 플레이트에서 파장이 전이된 빛은 반사시키는 제1 이방성 코팅층을 포함할 수 있다.
상기 파장변환 플레이트의 타면에 코팅되며 상기 파장변환 플레이트에서 파장이 전이된 빛의 적어도 일부를 투과사키는 제2 이방성 코팅층을 더 포함할 수 있다.
상기 파장변환 플레이트는, 형광물질을 포함하는 세라믹 플레이트를 이용할 수 있다.
상기 파장변환 플레이트의 전면에 파장 변환된 빛을 집중시켜 평행하게 사출하는 콘덴스 렌즈(condense lens)를 더 포함할 수 있다.
상기 레이저 다이오드에서 사출되는 빛은 가시광선의 청색 또는 자외선에 대응하는 영역의 파장이고, 상기 파장변환 플레이트에서 전이된 파장의 빛은 적색, 녹색 및 황색 중 하나일 수 있다.
본 발명의 적어도 일 실시예에 따르면, 고출력이면서 작은 사이즈의 레이저 광원장치를 구현할 수 있으며, 레이저 다이오드를 이용함으로써 좁은 광출사각을 갖는 레이저 광원장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 다른 레이저 광원장치를 도시한 측단면도이다.
도 2는 도 1의 실시예에 따른 레이저 광원장치의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 파장변환 플레이트의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 광원장치를 도시한 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 레이저 광원장치를 도시한 측단면도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 레이저 광원장치를 도시한 측단면도이다.
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 레이저 광원장치를 도시한 측단면도이다.
도 8은 도 7의 실시예에 다른 레이저 광원장치의 평면도이다.
도 9는 본 발명의 제6 실시예에 따른 레이저 광원장치를 도시한 측단면도이다.
도 10은 도 9의 실시예에 따른 램프의 평면도이다.
도 11은 본 발명의 제7 실시예에 따른 램프를 도시한 측단면도이다.
도 12는 도 11의 파장변환 플레이트의 단면도이다.
도 13은 도 12의 실시예에 따른 제1 코팅층의 물성을 나타내는 그래프이다.
도 14는 도 12의 실시예에 따른 제2 코팅층의 물성을 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명과 관련된 이동단말기에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 광원장치(100)를 도시한 측단면도이고, 도 2는 도1의 실시예에 따른 레이저 광원장치(100)의 평면도이다. 도 1 및 도2를 참조하면 레이저 다이오드(10), 파장변환 플레이트(20), 반사부(50), 투사부(30) 및 방열핀(40)이 도시되어 있다.
레이저 다이오드(10)는 전기적인 신호에 따라 빛을 사출하는 반도체 소자로서, 발광다이오드에 비해 좁은 파장대역의 빛을 사출하며, 사출되는 빛은 직진성을 갖는다.
레이저 다이오드(10)는 빛을 증폭하여 사출하기 때문에 발광다이오드에 비해 출력이 세고, 종래의 레이저에 비해 소형이며, 소모전력이 작다는 장점이 있다. 또한 고속으로 작동가능하고, 청색의 레이저 다이오드(10) 또는 자외선 레이저 다이오드(10)는 대전류(high current)에서도 효율의 감소가 없다는 장점이 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 레이저 다이오드(10)은 원형으로 복수개 배치될 수 있고, 그 내측에 파장변환 플레이트(20)를 배치하여 레이저 다이오드(10)에서 사출된 빛을 반사부(50)를 이용하여 파장변환 플레이트(20)로 집광시킬 수 있다.
파장변환 플레이트(20)는 레이저 다이오드(10)에서 사출된 빛의 파장을 전이시켜 색상을 변화시키는 형광물질(phosphor)을 포함하는 판형부재이다. 종래에는 주로 파우더 상태의 형광물질을 플레이트 형태로 만들기 위해 실리콘 수지와 같은 유기 바인더에 혼합하여 판형 부재에 도포하는 방식을 이용하였다. 그러나, 실리콘 수지는 열적인 안정성이 낮아 레이저 다이오드(10)에서 공급되는 고출력의 빛에 이용하기 어렵다는 한계가 있다.
본 발명은 파장변환 플레이트(20)로 형광물질을 포함하는 옵토 세라믹 플레이트(optoceramic plate)(21)를 이용한다. 옵토 세라믹 플레이트(21)는 세라믹 자체에 형광물질을 포함하고 있기 때문에 실리콘 바인더에 혼합할 필요가 없어 열적안정성이 우수하다는 장점이 있다.
옵토 세라믹 플레이트(21)에 포함되는 형광물질에 따라 변환되는 파장영역이 달라진다. 청색 레이저 다이오드(10)나 자외선 레이저 다이오드를 조사할 때 노란색으로 변환시키는 형광물질로, (Y1-x-yGdxCey)3Al5O12 , (Y1-xCex)3Al5O12 , (Y1-xCex)3(Al1-yGay)5O12, (Y1-x-yGdxCey)3(Al1-zGaz)5O12 과 같은 YAG 계 형광체 와 (Y1-x-yLuxCey)3Al5O12 와 같은 LuAG계 형광체, (Sr,Ca,Ba,Mg)2SiO4:Eu 과 같은 Silicate계 또한 (Ca,Sr)Si2N2O2:Eu 와 같은 산화물질 형광체 등이 이용될 수 있다.
한편, 청색 레이저 다이오드나 자외선 레이저 다이오드를 조사할 때 녹색색으로 변환시키는 형광물질로, (Y1-x-yLuxCey)3Al5O12 과 같은 LuAG계 형광체를 이용할 수 있다. 그 외에도 Y3(Al,Ga)5O12:Ce, CaSc2O4:Ce, Ca3(Sc,Mg)2Si3O12:Ce, (Sr,Ba)2SiO4:Eu,(Si,Al)6(O,N)8:Eu (β - sialon), (Ba,Sr)3Si6O12N2:Eu, SrGa2S4:Eu, BaMgAl10O17:Eu,Mn 등이 이용될 수 있다.
한편, 청색 레이저 다이오드나 자외선 레이저 다이오드를 조사할 때 적색으로 변환시키는 형광물질로, (Ca,Sr,Ba)2Si5(N,O)8:Eu, (Ca,Sr,Ba)Si(N,O)2:Eu, (Ca,Sr,Ba)AlSi(N,O)8:Eu, (Sr,Ba)3SiO5:Eu, (Ca,Sr)S:Eu, (La,Y)2O2S:Eu, K2SiF6:Mn, CaAlSiN:Eu 등을 이용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 파장변환 플레이트(20)의 단면도로서, 파장변환 플레이트(20)는 파장을 변환하는 형광물질을 포함하는 옵토 세라믹 플레이트(21)와 옵토 세라믹 플레이트(21)의 배면에 빛을 반사시키기 위한 반사플레이트(23)를 포함한다.
반사플레이트(23)는 알루미늄과 같은 금속판을 이용할 수 있으며, 반사효율을 높이기 위해 옵토 세라믹 플레이트(21)와 반사플레이트(23) 사이에 은코팅(22)할 수 있다. 옵토 세라믹 플레이트(21)로 입사되어 파장이 전이된 빛은 상기 반사플레이트(23)에 반사되어 전면으로 사출된다.
반사부(50)는 상기 레이저 다이오드(10)에서 사출된 빛을 상기 파장변환 플레이트(20)로 전달하는 부분으로서, 본 실시예에서는 레이저 다이오드(10)와 파장변환 플레이트(20) 모두 전면을 향하고 있기 때문에 레이저 다이오드(10)에서 사출되는 빛을 파장변환 플레이트(20)로 꺽어주기 위해 반사부(50)를 이용한다.
이 경우 레이저 다이오드(10)에서 사출되는 빛을 파장변환 플레이트(20)로 반사시키기 위해 레이저 다이오드(10)에서 사출되는 빛의 정면에 반사부(50)를 배치한다. 도 2에 도시된 바와 같이 반사부(50)는 원형으로 배치된 레이저 다이오드(10)의 빛을 파장변환 플레이트(20)로 집광시키도록 배치한다.
이때, 파장변환 플레이트(20)에서 파장이 전이된 빛이 상기 반사부(50)로 사출되면 전면으로 빛이 사출되지 못하는 문제가 발생한다. 상기 문제를 해소하기 위해, 상기 반사부(50)가 레이저 다이오드(10)에서 공급되는 빛은 반사시키면서 전이된 파장의 빛은 투과시키는 성질을 갖도록 반사부로 이방성 코팅층(50)을 이용할 수 있다.
파장변환 플레이트(20)에서 전이된 파장의 빛은 이방성 코팅층(50)을 통과하여 투사부(30)를 통해 전면으로 사출된다. 투사부(30)는 전면방향으로 빛을 사출하는 렌즈 또는 거울을 의미하며, 도 1의 실시예에서는 콜리메이팅 렌즈(collimating lens)를 이용한다. 콜리메이팅 렌즈(30)는 일 방향으로 빛을 평행하게 사출하는 렌즈로서, 그 형상은 도 1의 렌즈 형상에 제한되지 않는다.
상기 레이저 다이오드(10)와 상기 파장변환 플레이트(20)와 마주하는 입사면(31)과, 상기 입사면(31)에 대향하여 상기 파장변환 플레이트(20)가 직선 방향으로 사출되는 사출면(32) 및 상기 입사면(31)을 통해 입사된 전이된 빛을 상기 사출면으로 반사시키는 반사면(33)을 포함할 수 있다.
입사면(31)은 레이저 다이오드(10)으로 부터 사출된 빛과 파장변환 플레이트(20)로 부터 반사된 빛이 모두 직접 입사되는 면으로 상술한 이방성 코팅층(50)은 상기 입사면(31)의 적어도 일부에 도포되어 파장변환 플레이트(20)에서 반사된 빛만 투과하고 레이저 다이오드(10)에서 사출된 빛은 반사시킨다.
입사면(31)에서 바로 사출면을 향해 전달되는 빛은 사출면에서 전면 방향으로 곧게 사출되나, 그 외의 방향으로 전달되는 빛은 전면 방향으로 직진성을 가지고 사출되기 어려운바, 상기 빛들을 사출면으로 다시 반사시키는 반사면을 구비한다.
콜리메이팅 렌즈(30)의 형상은 도 1에 도시된 형태에 국한되지 않는다. 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 광원장치(100)를 도시한 측단면도로서, 또 다른 형태의 콜리메이팅 렌즈(30)를 이용한 실시예이다. 도 4에 도시된 콜레메이팅 렌즈(30)도 입사면(31)의 일부분에 이방성 코팅층(50)이 도포되어 있으며, 원형으로 배치된 레이저 다이오드(10)의 배치에 따라 도너츠 형상으로 형성할 수 있다.
파장변환 플레이트(20)에서 전이된 파장의 빛이 입사면(31)을 통해 바로 사출면으로 사출되거나, 반사면에서 반사되어 사출면을 통해 수평하게 사출된다.
도 5 및 도 6은 플러스 렌즈 또는 콘덴스 렌즈이고, 퍼지는 빛을 집중시키는 역할을 한다. 도 5 및 도 6 형태의 플러스 렌즈 또는 콘덴스 렌즈의 굴절율을 조절하면 평행한 직진성 빛을 사출할 수 있다.
도 5는 렌즈(30)의 입사면에 이방성 코팅층(50)이 형성된 실시예이고, 도 6은 렌즈(30)의 출광면에 이방성 코팅층(50)을 형성된 실시예로서, 입사면과 출광면 중 한쪽에 이바엉 코팅층(50)을 형성하여 반사부를 구성할 수 있다.
레이저 다이오드(10)에서는 빛을 사출하면서 많은 열이 발생하고, 파장변환 플레이트(20)도 집광된 빛이 지속적으로 공급되면 온도가 상승하여 효율이 덜어지므로, 방열구조를 부가하는 것이 바람직하다. 따라서, 도 1, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 레이저 다이오드(10)와 파장변환 플레이트(20)의 배면에 방열핀(40)을 구비하여 레이저 다이오드(10)와 파장변환 플레이트(20)의 온도상승을 방지할 수 있다.
레이저 다이오드(10)과 파장변환 플레이트(20)가 같은 평면에 위치시켜 방열핀(40)을 일체형으로 구성할 수도 있다. 방열핀(40)은 열전도율이 높은 금속재질을 이용하고, 표면적을 넓히기 위해 다수의 핀 또는 리브를 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 레이저 광원장치(100)를 도시한 측단면도이고, 도 8은 도 7의 실시예에 따른 레이저 광원장치(100)의 평면도이다. 본 실시예에서는 파장변환 플레이트(25)가 회전판 형태인 것이 특징이다. 전면으로 평행한 빛을 사출하기 위해서는 빛의 사출 각도를 고려하여 특정 영역(A)의 파장변환 플레이트(25)에 빛을 집중시켜 전면으로 사출되도록 한다.
그러나, 파장변환 플레이트 상으로 빛이 일정량 이상 공급되면, 파장변환 플레이트의 효율이 떨어진다. 즉, 1개의 레이저 다이오드(10)에 대한 파장변환 효율을 100%이라고 할 때, 10개의 레이저 다이오드(10)에 대해서는 파장변환 효율이 60% 로 떨어지게 된다.
파장변환 플레이트의 피로도와 관련된 문제로, 상기 문제를 해결하기 위해 본 실시예에서는 파장변환 플레이트(25)를 회전시켜 넓은 면적의 파장변환 플레이트(25)를 골고루 이용하여 효율을 높일 수 있다.
도 8과 같이 레이저 다이오드(10)으로 부터 사출된 빛이 반사부(50)에서 반사되어 A영역으로 집광되는데 파장변환 플레이트(25)가 회전하면 A에 위치하는 파장변환 플레이트(25)의 위치가 변화하기 때문에 파장변환 플레이트(25)의 피로도가 낮아진다. 또한, 같은 위치에 빛이 지속적으로 공급되지 않으므로, 온도 상승문제도 해소될 수 있어, 상술한 실시예에서 이용했던 파장변환 플레이트를 위한 방열핀(40)은 생략할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제6 실시예에 따른 레이저 광원장치(100)를 도시한 측단면도이고, 도 10은 도 9의 실시예에 따른 레이저 광원장치(100)의 평면도이다. 본 실시예에서는 투사부(30)로 포물경(35)을 이용하고 반사부(50)로 반사경(55)을 이용한다.
상기 반사경(55)은 레이저 다이오드(10)와 마주보며 레이저 다이오드(10)로 부터 입사된 빛은 파장변환 플레이트(20)로 반사시키는 각도로 배치한다. 원형으로 배치된 레이저 다이오드(10)에 상응하는 형상으로 도 10에 도시된 바와 같이 도넛 형태로 배치될 수 있다. 상기 반사경(55)의 반사면은 좁은 영역으로 빛을 집광시키기 위해 오목거울 형상일 수 있다.
파장변환 플레이트(20)에서 전이된 파장이 반사되면 이를 전면으로 평행하게 사출하기 위해 투사부로 포물경(35)을 이용할 수 있다. 포물경(35)은 중심에서 사출된 빛을 평행하게 사출하는 곡면을 갖는 오목거울의 일종으로 파장변환 플레이트(20)에서 전이된 파장을 전면으로 평행하게 사출한다.
다음으로, 도 11은 본 발명의 제7 실시예에 따른 레이저 광원장치(70)를 도시한 측단면도이고, 도 12는 도 11의 파장변환 플레이트(75) 부분의 단면도이다. 도 11에 도시된 실시예는 상술한 실시예들과 달리, 하나의 레이저 다이오드(71)를 이용하여 광량은 작으나 작은 사이즈의 레이저 광원장치(70)를 구현할 수 있다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 레이저 광원장치(70)는 레이저 다이오드(71), 파장변환 플레이트(75) 및 콘덴스 렌즈(condense lens)(73)를 포함한다.
레이저 다이오드(71)는 상술한 바와 같이 직진성을 갖는 청색 또는 자외선 레이저 다이오드를 이용할 수 있다. 레이저 다이오드(71)의 전면에 바로 파장변환 플레이트(75)를 위치시키고, 사출되는 빛이 퍼지는 것을 방지하여 평행한 빛을 사출하기 위한 콘덴스 렌즈(73)가 전면에 배치된다.
파장변환 플레이트(75)는 레이저 다이오드(71)에서 사출된 청색 빛 또는 자외선을 적색, 녹색 또는 황색으로 변환시킨다. 상술한 바와 같이 파장변환 플레이트(75)에 포함된 파장변환 물질의 종류에 따라 다른 색상을 구현할 수 있다.
상술한 실시예에서는 파장변환 플레이트(20)에서 빛이 반사되어야 하기 때문에 배면에 반사플레이트(23)를 구비하였으나, 본 발명에서는 빛이 파장변환 플레이트(75)를 투과하여 전면으로 사출된다.
이때, 파장변환 플레이트(75)를 모든 빛이 투과하지 못하고 일부는 파장변환 플레이트(75)에서 다시 레이저 다이오드(71) 방향으로 반사될 수 있다. 반사되는 빛은 이용되지 못하여 레이저 광원장치(70)의 효율이 감소하는 문제가 있는 바, 본 발명에서는 레이저 다이오드(71)와 파장변환 플레이트(75) 사이에 제1 이방성 코팅층(76)을 형성하여 레이저 다이오드에서 사출되는 청색 빛 또는 자외선은 투과시키나, 파장변환 플레이트(75)에서 변환된 파장의 빛은 반사시킬 수 있다.
즉, 도 12에 도시된 바와 같이 청색 빛은 투과시켜 파장변환 플레이트(75)로 공급하나, 파장변환 플레이트(75)에서 전이된 빛 중 레이저 다이오드 방향으로 반사된 빛은 상기 제1 이방성 코팅층(76)에 의해 다시 전면 방향으로 반사된다.
도 13은 상기 제1 이방성 코팅층(76)의 특성을 나타낸 그래프로, 약 530nm 이하 파장의 빛(청색 또는 자외선)은 투과하나, 그 보다 파장이 긴 빛 (적색, 녹색, 황색)은 투과하지 않고 반사시키는 성질을 갖고 있다.
한편, 파장변환 플레이트(75)의 반대면에 제2 이방성 코팅층(77)을 형성할 수 있다. 제2 이방성 코팅층(77)은 파장변환 플레이트(75)에서 전이된 빛 중 특정 파장 대역의 빛만 정제하여 사출하기 위한 것으로, 레이저 광원장치(100)에서 사출되는 빛의 파장 범위를 좁히는 필터 역할을 한다.
도 14는 상기 제2 이방성 코팅층(77)의 일 실시예에 따른 특성을 나타낸 것으로, 파장변환 플레이트(75)에서 전이된 빛의 파장영역이 550nm에서 700nm이라고 하면 정확히 적색의 빛만 사출되도록 600nm이하의 파장은 투과시키지 않는 제2 이방성 코팅층(77)을 이용할 수 있다.
파장변환 플레이트(75)가 전이시키는 파장 대역에 따라 상기 제2 이방성 코팅층(77)이 투과하는 파장영역은 달라질 수 있다.
본 발명의 적어도 일 실시예에 따르면, 고출력이면서 작은 사이즈의 레이저 광원장치를 구현할 수 있으며, 레이저 다이오드를 이용함으로써 좁은 광 출사각을 갖는 레이저 광원장치를 제공할 수 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
따라서, 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 (25)

  1. 전기적인 신호에 의해 빛을 사출하는 레이저 다이오드;
    상기 레이저 다이오드에서 사출된 빛의 파장을 전이시키는 파장변환 플레이트;
    상기 레이저 다이오드에서 사출된 빛을 상기 파장변환 플레이트로 반사시키는 반사부; 및
    상기 파장변환 플레이트에서 전이된 빛을 전면 방향으로 사출하는 투사부를 포함하는 레이저 광원장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파장변환 플레이트와 상기 레이저 다이오드는 동일 평면상에 위치하여 모두 전면을 향하는 것을 특징으로 하는 레이저 광원장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 레이저 다이오드는 원형으로 복수개가 배치되고,
    상기 파장변환 플레이트는 상기 레이저 다이오드의 중앙에 위치하는 것을 특징으로 하는 레이저 광원장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 반사부는
    상기 원형으로 배치된 레이저 다이오드에서 사출되는 빛이 도달하는 위치에 링(ring)형상 또는 원형으로 형성된 것을 특징으로 하는 레이저 광원장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 반사부는
    상기 레이저 다이오드에서 사출된 파장의 빛은 반사시키고 상기 파장변환 플레이트에서 변환된 파장의 빛은 투과사키는 이방성 코팅층인 것을 특징으로 하는 레이저 광원장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 파장변환 플레이트는,
    형광물질을 포함하는 옵토 세라믹 플레이트인 것을 특징으로 하는 레이저 광원장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 파장변환 플레이트는,
    상기 옵토 세라믹 플레이트의 배면에 구비된 반사플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 광원장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 반사플레이트는
    상기 옵토 세라믹 플레이트와 접하는 면에 은코팅이 되어 있는 알루미늄 박판인 것을 특징으로 하는 레이저 광원장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 형광물질은 YAG계 형광체, LuAG계 형광체, 산질화물 형광체 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 레이저 광원장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 파장변환 플레이트는 회전판 위에 원형으로 배치되고,
    상기 반사부에서 반사된 빛은 상기 회전판 상의 파장변환 플레이트 일부분에 공급되며,
    상기 회전판이 회전하면서 상기 반사된 빛이 공급되는 파장변환 플레이트의 위치가 변화하는 것을 특징으로하는 레이저 광원장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 투사부는 상기 레이저 다이오드 및 상기 파장변환 플레이트의 전면에 배치된 렌즈인 것을 특징으로 하는 레이저 광원장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 반사부는,
    상기 렌즈의 일부에 도포되어 상기 레이저 다이오드에서 사출된 파장의 빛은 반사시키고 상기 파장변환 플레이트에서 변환된 파장의 빛은 투과사키는 이방성 코팅층인 것을 특징으로 하는 레이저 광원장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 렌즈는
    상기 파장변환 플레이트에서 변환된 빛이 직선으로 전면 방향으로 사출되도록 가이드하는 콜리메이팅 렌즈인 것을 특징으로 하는 레이저 광원장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 콜리메이팅 렌즈는
    상기 레이저 다이오드와 상기 파장변환 플레이트를 커버하는 입사면과,
    성가 제1 면에 대향하여 상기 파장변환 플레이트가 직선 방향으로 사출되는 사출면 및
    상기 입사면을 통해 입사된 전이된 빛을 상기 사출면으로 반사시키는 반사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 광원장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 이방성 코팅층은 상기 입사면의 적어도 일부에 도포된 것을 특징으로 하는 레이저 광원장치.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 렌즈는 플러스 렌즈 또는 콘덴스 렌즈이고,
    상기 이방성 코팅층은 상기 렌즈의 일면에 형성된 것을 특징으로 하는 레이저 광원장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 반사부는 오목거울의 반사면을 갖는 반사경이고,
    상기 투사부는 파장변환 플레이트의 둘레에 형성되어 상기 파장변환 플레이트로 부터 반사된 빛을 전면방향으로 사출하는 포물경인 것을 특징으로 하는 레이저 광원장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 반사경은,
    가운데에 개구부가 형성되고 상기 개구부를 통해 상기 포물경에서 반사된 빛이 사출되는 것을 특징으로 하는 레이저 광원장치.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 파장변환 플레이트의 배면과 상기 레이저 다이오드의 배면에 형성된 방열핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 광원장치.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 다이오드는 블루-레이저 다이오드(Blue Laser Diode) 또는 자외선 레이저 다이오드(UV Laser Diode)이고,
    상기 파장변환 플레이트에서 전이된 파장의 빛은 적색, 녹색 및 황색 중 하나인 것을 특징으로 하는 레이저 광원장치.
  21. 전기적인 신호에 의해 빛을 사출하는 레이저 다이오드;
    일면이 상기 레이저 다이오드의 전면과 면하도록 배치되어 사출된 빛의 파장을 전이시키는 파장변환 플레이트; 및
    상기 파장변환 플레이트의 일면에 코팅되며, 상기 레이저 다이오드에서 사출된 파장의 빛은 투과시키고, 상기 파장변환 플레이트에서 파장이 전이된 빛은 반사시키는 제1 이방성 코팅층을 포함하는 레이저 광원장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 파장변환 플레이트의 타면에 코팅되며 상기 파장변환 플레이트에서 파장이 전이된 빛의 적어도 일부를 투과사키는 제2 이방성 코팅층을 더 포함하는 레이저 광원장치.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 파장변환 플레이트는,
    형광물질을 포함하는 세라믹 플레이트인 것을 특징으로 하는 레이저 광원장치.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 파장변환 플레이트의 전면에 파장 변환된 빛을 집중시켜 평행하게 사출하는 콘덴스 렌즈(condense lens)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 광원장치.
  25. 제21항에 있어서,
    상기 레이저 다이오드에서 사출되는 빛은 가시광선의 청색 또는 자외선에 대응하는 영역의 파장이고,
    상기 파장변환 플레이트에서 전이된 파장의 빛은 적색, 녹색 및 황색 중 하나인 것을 특징으로 하는 레이저 광원장치.
PCT/KR2013/010041 2013-04-01 2013-11-07 레이저 광원장치 WO2014163269A1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/761,218 US9444217B2 (en) 2013-04-01 2013-11-07 Laser light source device
EP13881149.2A EP2930801B1 (en) 2013-04-01 2013-11-07 Laser light source device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130035217A KR102114607B1 (ko) 2013-04-01 2013-04-01 레이저 광원장치
KR10-2013-0035217 2013-04-01

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014163269A1 true WO2014163269A1 (ko) 2014-10-09

Family

ID=51658529

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2013/010041 WO2014163269A1 (ko) 2013-04-01 2013-11-07 레이저 광원장치

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9444217B2 (ko)
EP (1) EP2930801B1 (ko)
KR (1) KR102114607B1 (ko)
WO (1) WO2014163269A1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017050315A1 (de) * 2015-09-21 2017-03-30 Zweibrüder Optoelectronics Gmbh & Co. Kg Taschenlampe mit einer lichtquelle
CN107238049A (zh) * 2016-03-29 2017-10-10 Lg电子株式会社 车辆用发光机构
EP3104223B1 (en) * 2015-06-11 2020-08-05 Sypro Optics GmbH Laser source for exciting phosphor and light source comprising phosphor

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6515525B2 (ja) * 2014-12-22 2019-05-22 スタンレー電気株式会社 灯具
KR102294317B1 (ko) 2015-01-30 2021-08-26 엘지이노텍 주식회사 발광 장치
JP6622815B2 (ja) * 2015-11-06 2019-12-18 シャープ株式会社 発光装置
EP3226363B1 (en) 2016-03-31 2023-11-08 Nichia Corporation Light emitting device
KR101836845B1 (ko) * 2016-07-04 2018-03-09 엘지전자 주식회사 차량용 발광기구
DE102016113470A1 (de) * 2016-07-21 2018-01-25 Osram Opto Semiconductors Gmbh Laserbauelement
JP6776765B2 (ja) * 2016-09-26 2020-10-28 日亜化学工業株式会社 発光装置
US10145527B2 (en) * 2016-10-13 2018-12-04 National Taiwan University Of Science And Technology Laser car lamp and night vision system using the same
DE102017101729A1 (de) * 2017-01-30 2018-08-02 Osram Opto Semiconductors Gmbh Strahlungsemittierende Vorrichtung
CN109723992A (zh) * 2017-10-27 2019-05-07 江苏维福特科技发展股份有限公司 一种照明设备
WO2019128079A1 (zh) * 2017-12-28 2019-07-04 深圳市绎立锐光科技开发有限公司 光源系统及照明装置
CN110017434A (zh) * 2018-01-10 2019-07-16 深圳光峰科技股份有限公司 波长转换装置及其光源
US10374380B1 (en) * 2018-05-10 2019-08-06 Brant C. McLellan Laser diode pumped white light emitter module
CN111306512A (zh) * 2018-12-11 2020-06-19 深圳市绎立锐光科技开发有限公司 激光照明灯具
WO2021157452A1 (ja) * 2020-02-05 2021-08-12 マクセル株式会社 光源装置および投射型映像表示装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006278383A (ja) * 2005-03-28 2006-10-12 Ricoh Co Ltd 固体レーザ装置およびレーザ装置システム
KR20100063081A (ko) * 2007-08-23 2010-06-10 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. 반사형 파장 변환층을 포함하는 광원
US20120099184A1 (en) * 2010-04-23 2012-04-26 Horikawa Nobuyuki Wavelength conversion laser light source and image display device
JP2012231183A (ja) * 2006-11-17 2012-11-22 Rensselaer Polytechnic Institute 高出力白色発光ダイオードおよびその製造方法
KR20120129688A (ko) * 2011-05-20 2012-11-28 (주)라이타이저코리아 발광 다이오드 패키지 및 그의 제조 방법

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6063977A (ja) * 1983-09-17 1985-04-12 Mitsubishi Electric Corp 半導体レ−ザ装置
US7703945B2 (en) * 2006-06-27 2010-04-27 Cree, Inc. Efficient emitting LED package and method for efficiently emitting light
US20120320583A1 (en) * 2010-03-01 2012-12-20 Koninklijke Philips Electronics, N.V. Lighting apparatus
JP5657357B2 (ja) * 2010-12-01 2015-01-21 スタンレー電気株式会社 車両用灯具
DE102010062463A1 (de) * 2010-12-06 2012-06-06 Osram Ag Leuchtvorrichtung
JP2014501438A (ja) * 2010-12-29 2014-01-20 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 遠隔蛍光式ｌｅｄ装置のための蛍光反射板組立体

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006278383A (ja) * 2005-03-28 2006-10-12 Ricoh Co Ltd 固体レーザ装置およびレーザ装置システム
JP2012231183A (ja) * 2006-11-17 2012-11-22 Rensselaer Polytechnic Institute 高出力白色発光ダイオードおよびその製造方法
KR20100063081A (ko) * 2007-08-23 2010-06-10 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. 반사형 파장 변환층을 포함하는 광원
US20120099184A1 (en) * 2010-04-23 2012-04-26 Horikawa Nobuyuki Wavelength conversion laser light source and image display device
KR20120129688A (ko) * 2011-05-20 2012-11-28 (주)라이타이저코리아 발광 다이오드 패키지 및 그의 제조 방법

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3104223B1 (en) * 2015-06-11 2020-08-05 Sypro Optics GmbH Laser source for exciting phosphor and light source comprising phosphor
WO2017050315A1 (de) * 2015-09-21 2017-03-30 Zweibrüder Optoelectronics Gmbh & Co. Kg Taschenlampe mit einer lichtquelle
CN107238049A (zh) * 2016-03-29 2017-10-10 Lg电子株式会社 车辆用发光机构
US20170293052A1 (en) * 2016-03-29 2017-10-12 Lg Electronics Inc. Lighting device for vehicle
US10267471B2 (en) * 2016-03-29 2019-04-23 Lg Electronics Inc. Lighting device for vehicle with lens with reflecting unit

Also Published As

Publication number Publication date
EP2930801A4 (en) 2016-11-02
KR102114607B1 (ko) 2020-05-25
EP2930801A1 (en) 2015-10-14
US20150357790A1 (en) 2015-12-10
EP2930801B1 (en) 2020-10-14
KR20140119492A (ko) 2014-10-10
US9444217B2 (en) 2016-09-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2014163269A1 (ko) 레이저 광원장치
WO2013168949A1 (ko) 조명 장치
WO2016190644A1 (ko) 발광 장치 및 이를 포함하는 차량용 램프
US20120201030A1 (en) Photoluminescence color wheels
WO2016056727A1 (en) Light emitting device package and method of fabricating the same
WO2017077739A1 (ja) 発光体、発光装置、照明装置、および発光体の製造方法
WO2012138020A1 (en) Light source apparatus and method for manufacturing the same
WO2013151265A1 (ko) 발광 다이오드 조명 장치
WO2010117174A2 (ko) 엘이디 조명등용 히트 스프레더 피스와 이를 결합한 엘이디 조명등용 히트 스프레더 및 이를 구비한 튜브 타입 엘이디 조명등
JP2008543041A (ja) Ｌｅｄを備える照明システム
WO2019182194A1 (ko) 발광 스펙트럼을 제어한 초고연색 백색 발광 소자 및 이를 포함하는 조명 장치
WO2018137313A1 (zh) 一种光源装置
WO2010030100A2 (ko) 튜브 타입 엘이디 조명등
WO2010030069A1 (ko) 평판형 엘이디 조명등
WO2018137312A1 (zh) 一种荧光模块及相关光源
WO2014007451A1 (ko) 조명 장치
US10403800B1 (en) Remote wavelength-converting member and related systems
WO2012091275A1 (ko) 발광다이오드 및 그 제조방법
WO2016197963A1 (zh) 一种led灯板结构
WO2015130055A2 (ko) 발광 다이오드 패키지
WO2013058548A1 (en) Lighting device
WO2019203520A1 (ko) 형광체 모듈
WO2020156294A1 (zh) 一种发光装置及应用其车灯
TWI696302B (zh) 具有高導熱效果的發光二極體陣列封裝結構
WO2011027981A2 (ko) Led 패키지용 렌즈

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13881149

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2013881149

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14761218

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE