KR101762320B1 - 조명 장치 - Google Patents

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KR101762320B1
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공경일
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Abstract

실시예는 빛을 발광하는 발광소자 및 상기 발광소자가 위치되는 제1면과 상기 제1면과 대응되는 제2면을 가지는 기판을 포함하는 광원 어레이; 및 상기 광원 어레이의 사이에 위치하고, 상기 광원 어레이로부터 방출된 빛의 진행 경로를 변경하고, 상기 빛의 진행 경로가 변경되는 영역 내의 적어도 한 지점에서 높이가 가장 높은 최고점을 가지는 반사판을 포함하는 조명 장치를 제공한다.

Description

조명 장치{Illumination device}
실시예는 광원이 구비된 조명 장치에 관한 것이다.
일반적으로 등기구의 광원으로는 백열등, 고압 수은등, 형광등, 및 나트륨등과 같은 다양한 종류가 사용되지만, 이들은 밝기에 비하여 에너지 소비가 크고, 수명이 짧다.
광원으로 백열등, 고압 수은등, 형광등, 및 나트륨등을 사용하는 조명 기구는 수명이 짧기 때문에 주기적인 교체가 필요하다. 그러나 접근이 어려운 경우(예를 들어, 둥근 천장, 교각, 고층 빌딩, 교통 터널) 또는 교체 비용이 극히 비싼 경우에 교체의 어려움이 발생할 수 있다.
조명 기구 중에서 다운라이트(Down Light)는 천장에 작은 구멍을 뚫고 그 속에 광원을 매입하는 조명 방식이다. 다운라이트는 전반조명용 외에 기능과 용도에 따라 월워셔(wall washer) 다운라이트, 다운스포트(down spot) 등으로 구분되는데, 조명 기구의 노출이 거의 없어 천장면이 잘 정돈되어 보이는 것이 이점이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기 신호를 적외선, 가시광선과 같은 빛의 형태로 변환시키는 발광 소자로서, 부피가 작고 소비 전력이 적으며 낮은 열 방출 특성과 타 조명 장치에 비하여 상대적으로 수명이 길다. 이러한 장점으로 인하여 발광 다이오드는 기계 장치의 표시용 소자, 자동차의 외장에 들어가는 조명이나 내부의 기기, 전광판, 및 다운라이트 등에 널리 사용되고 있다.
실시예는 광원에서 투사되는 빛이 효율적으로 외부로 투사되는 조명 장치를 제공하는 것이다.
실시예는 빛을 발광하는 발광소자 및 상기 발광소자가 위치되는 제1면과 상기 제1면과 대응되는 제2면을 가지는 기판을 포함하는 광원 어레이; 및 상기 광원 어레이의 사이에 위치하고, 상기 광원 어레이로부터 방출된 빛의 진행 경로를 변경하고, 상기 빛의 진행 경로가 변경되는 영역 내의 적어도 한 지점에서 높이가 가장 높은 최고점을 가지는 반사판을 포함하는 조명 장치를 제공한다.
여기서, 상기 반사판은 상기 최고점이 상기 광원 어레이보다 높게 위치할 수 있다.
그리고, 상기 광원 어레이는 원형 형태로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 광원 어레이는 서로 마주보는 제 1 면과 제 2면에 각각 위치될 수 있다.
그리고, 상기 반사판은 구면 또는 포물면을 가질 수 있다.
그리고, 상기 광원 어레이와 상기 반사판의 사이에 위치된 형광 패널을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 반사판에 위치하는 광 감지 장치를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 기판의 제2 면 상에는 상기 광원으로부터 발생되는 열을 방출하는 방열부가 위치되고, 상기 광감지장치는 상기 반사판의 표면에 형성된 홀(hole)과 상기 반사판 내부에 구비된 광 센서를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 반사판으로부터 반사된 빛을 가이드하는 광 가이드부를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 광 가이드부는, 볼록 렌즈 및 상기 볼록 렌즈에서 방출된 빛을 가이드하는 광가이드를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 반사판에서 반사된 빛의 광축은 상기 조명 장치의 중심축과 일치하지 않을 수 있다.
그리고, 상기 광 가이드의 중심축과 상기 광 가이드로부터 출사되는 빛의 중심축이 일치하지 않을 수 있다.
그리고, 상기 광원 어레이 및 반사판의 각도를 기설정된 각도 내에서 조절하는 틸팅 유닛(tilting unit)을 더 포함할 수 있다.
다른 실시예는 제1 불순물이 도핑된 제1반도체층, 빛을 발광하는 활성층, 제2 불순물이 도핑된 제2 반도체층, 상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극 및 상기 제2 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 적어도 포함하는 발광소자; 상기 발광소자가 장착되고 상기 제1 전극 및 제2 전극과 전기적으로 연결되는 리드를 가지는 기판을 포함하는 광원 어레이; 상기 광원 어레이로부터 발생되는 빛의 진행 경로를 변경하는 제 1 반사판; 및 상기 제1 반사판 아래에 위치하고 상기 제1 반사판에서 반사된 빛의 진행 경로를 변경하는 제 2 반사판을 포함하고, 상기 제1 반사판의 높이가 가장 높은 최고점은 상기 제2 반사판이 상기 제1 반사판으로부터 반사된 빛을 받아들일 수 있는 수광 범위 내에 위치하는 조명 장치를 제공한다.
여기서, 상기 광원과 상기 제 1 반사판 사이의 광경로 및 상기 제 1 반사판과 상기 제 2 반사판 사이의 광경로 사이 중 적어도 하나의 영역에 위치되는 형광 패널을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제 2 반사판은 상기 빛이 투사되는 광축에 대하여 기설정된 각도로 기울어질 수 있다.
실시예에 따른 조명 장치는, 광원에서 투사되는 빛이 반사판과 광가이드를 통하여 외부로 투사되어 간접조명을 효율적으로 구현할 수 있다.
도 1a는 조명 장치의 제1 실시예의 측단면도이고,
도 1b는 조명 장치의 제2 실시예의 측단면도이고,
도 2는 도 1a의 조명 장치의 배면도이고,
도 3은 도 1a의 조명 장치의 광원과 반사면의 단면도이고,
도 4는 도 1a의 조명 장치의 광원과 반사면의 사시도이고,
도 5는 도 1a의 조명 장치에서의 광 경로를 나타낸 도면이고,
도 6은 조명 장치의 제3 실시예의 측단면도이고,
도 7은 도 6의 조명 장치의 배면도이고,
도 8은 도 6의 조명 장치에서의 광 경로를 나타낸 도면이고,
도 9은 조명 장치의 제4 실시예의 측단면도이고,
도 10a 및 도 10b는 조명 장치의 광원의 일실시예들의 측단면도이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
상기의 실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1a는 조명 장치의 제1 실시예의 측단면도이다.
도시된 바와 같이, 조명 장치(100)는 하우징(120) 내에 광원(102)을 포함하는 광원 유닛이 구비되고, 빛이 출사되는 방향에 광가이드(105)가 구비된다. 여기서, 상기 광원(102)은 도 10a 및 도 10b에 도시된 발광 소자(light emitting diode)일 수 있다.
하우징(120)은 광가이드(105) 방향에 개구부가 형성된 육면체 형상을 이루고 있으나, 반드시 육면체 형상일 필요는 없다. 여기서, 상기 개구부의 단면은 원형일 수 있다. 그리고, 상기 광원(102)으로는 형광램프, 백열등이 사용될 수 있으며, 발광 다이오드(Light emitting diode)가 사용될 수도 있다.
그리고, 광원(102)이 회로기판(106)에 고정되어 광원 모듈을 이루고, 상기 회로기판(106)의 후면에는 방열부(101)가 구비되어 있다. 즉, 회로기판(106)의 제1 면에는 광원(102)이 구비되고, 상기 제1 면에 대응하는 제2 면에는 방열부(101)가 구비된다. 또한, 상기 회로기판(106) 상의 리드에 상기 광원(102)의 전극이 연결되어 상기 광원(102)에 전류를 공급할 수 있다.
여기서, 방열부(101)는 구리, 알루미늄 등 열전도성이 뛰어난 물질이 핀(fin) 형상으로 구비될 수 있는데, 대기와 접촉하는 단면적이 증가할 수록 열전달 효과가 뛰어나기 때문이다.
그리고, 광원(102)에서 투사된 빛을 반사시켜서 상기 광가이드(105) 방향으로 진행시키는 반사판(104)이 구비된다. 여기서, 상기 반사판(104)은 상기 광원(102)의 사이에 구비되고, 또한 상기 광원(102) 어레이로부터 투사된 빛의 수렴 지점에서 최고점을 갖는다.
도 1a의 조명 장치의 광원과 반사면의 단면도인 도 3과, 도 1a의 조명 장치의 광원과 반사면의 사시도인 도 4를 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 광원(102) 어레이는 회로기판(106) 상에 고정되어 있는데, 상기 광원(102) 어레이는 도 4에 도시된 바와 같이 선형의 최고점을 갖는 반사판(104)을 사이에 두고 나란한 2개의 라인 타입으로 구비될 수 있다. 또한, 상기 광원(102) 어레이는 원뿔과 유사하게 중앙에서 최고점을 갖는 상기 반사판(104)을 둘러싼 원형 상에 구비될 수도 있다.
상기 광원(102) 어레이에서 방출된 빛의 진로를 변경하는 반사판(104)이 구비되는데, 상기 반사판(104)은 상기 빛의 진행 경로가 변경되는 영역 내의 적어도 한 지점에서 높이가 가장 높을 최고점을 갖는다.
구체적으로 설명하면 다음과 같다.
여기서, 도 3에 도시된 바와 같이 임의의 기준면을 정하고, 상기 기준면으로부터 광원(102)까지의 높이를 h3라 하고, 상기 기준면으로부터 상기 회로기판(106)까지의 높이를 h2라고 하고, 상기 기준면으로부터 상기 반사판(104)의 최고점까지의 높이를 h1이라고 한다.
이때, 상기 기준면으로부터 상기 반사판(104)의 높이가 h1로 최고를 갖는 지점으로 상기 광원(102) 어레이로부터 투사된 빛이 수렴된다. 그리고, 상기 수렴된 빛은 상기 반사판(104)에서 반사되어 진행 경로가 변경된다.
여기서, 상기 기준면으로부터 상기 반사판(104)의 최고점까지의 높이 h1는 상기 기준면으로부터 광원(102)까지의 높이 h3보다 더 높게 구비될 수 있다. 즉, 상기 만약 h1의 높이가 h3의 높이보다 낮으면, 광원(102)에서 투사된 빛이 반사판(104)에서 반사되지 않을 수 있기 때문이다.
도 4에 구비된 실시예에서는 서로 마주보는 2개의 면 상의 회로기판(106)에 광원(102) 어레이가 구비되어 있고, 상기 광원(102) 어레이의 중간 지점에서 상기 반사판(104)이 선형 타입으로 최고점을 갖는다. 여기서, 상기 반사판(104)은 최고점 부근에서 곡률을 갖는데, 구면 또는 포물면의 형상으로 구비될 수 있다.
도 1a에서는 상기 반사판(104)의 최고점은 최저점으로부터 h만큼 이격되어 있고, 상기 높이 h은 기준점으로부터 광원(102)까지의 높이보다 높아야 함은 상술한 바와 같다.
도 1a에서 광가이드(105)는 상기 하우징(120)의 일면에 구비되고, 상기 광원(102)으로부터 직접 투사되거나, 상기 반사판(104)에서 경로가 변경된 빛을 개구부 방향으로 가이드한다. 이때, 상기 광가이드(105)와 광원 유닛의 사이로 공기가 이동할 수 있으므로(107), 광원(102)과 회로기판(106)에서 발행하여 방열부(101)로 배출된 열이 조명 장치 외부로 배출될 수 있다.
그리고, 상기 반사판(104)의 중앙 부근에는 광센서(108)가 구비되어 상기 광원(102) 어레이로부터 투사되는 빛을 감지한다. 또한, 상기 광센서(108) 주변의 반사판(104)에는 홀(110)이 구비되어, 상기 광원(102) 어레이로부터 투사된 빛이 상기 광센서(108)에 도달할 수 있도록 한다.
이때, 상기 홀(110)은 상기 반사판(104)의 최고점 주변에 복수 개가 구비되어, 원형 또는 서로 마주보는 선형으로 구비된 광원(102) 어레이로부터 투사된 빛이 상기 광센서(108)에 도달할 수 있도록 한다. 따라서, 상기 광센서(108)는 광원(102)에서 빛이 제대로 투사되는지 그리고 색감 등을 감지할 수 있다.
도 1a에서 가상의 선(103)이 상기 광원(102)과 광가이드(105)의 시작점 및 종료점을 지나고 있다. 여기서, 상기 광가이드(105)의 시작점이 도시된 것보다 낮으면 광원(102)에서 투사된 빛이 외부로 곧장 투사될 수 있다. 따라서, 광원(102)과 광가이드(105)의 위치는 도시된 바와 같이 구비되어야 광원(102)에서 외부로 직사광이 투사되지 않는다.
그리고, 도 1a에서 각각의 광원(102)의 전면에는 형광 패널(111)이 구비되어, 상기 광원(102)에서 투사된 빛의 색을 조절할 수 있다. 또한, 도 1b에 도시된 실시예에서는 형광 패널(112)이 상기 광가이드(105)의 시작점에 구비되어 있다.
상기 형광 패널(111, 112)는, 특히 광원(102)으로 청색광을 방출하는 발광 다이오드(light emitting diode)가 사용될 때, 상기 광원(102)에서 투사된 청색광을 백색으로 변환하는 황색 형광 패널이 사용될 수 있다.
도 2는 도 1a의 조명 장치의 배면도이다.
즉, 도 1a의 A 방향으로부터 A' 방향으로 바라본 모양을 나타낸 것이며, 반사판(104)의 중앙 부근에 홀(110)이 4개 구비되어 있는데, 반드시 4개일 필요는 없다. 반사판(104)의 일부가 보이고, 외부로 광가이드(105)가 구비되며, 상기 광가이드(105)의 외부에는 광원(102) 어레이를 도시하고 있으나 실제로는 하우징(120)이 보일 뿐이다.
도 5는 도 1a의 조명 장치에서의 광 경로를 나타낸 도면이다.
a는 광원(102)에서 투사되어 광가이드(105)에서 반사되어 조명 장치 외부로 진행하고, b,c,d는 모두 반사판(104)에서 반사된 후 외부로 진행한다. 도시되지는 않았으나, 반사판(104)과 광가이드(105) 모두에서 반사된 후 외부로 진행할 수도 있다. 다만, 상술한 광원(102)과 광가이드(105)의 양 끝단의 위치 관계로 인하여, 광원(102)에서 투사된 빛이 직접 개구부의 외부로 투사되지는 않는다. 즉, 상기 광원(102) 어레이의 상단과 상기 광 가이드(105)의 하단을 연결하는 연장선 상에 상기 광가이드(105)의 상단이 위치하여 상술한 작용을 하며, 이때 상기 광가이드(105)는 제2 반사판으로 작용할 수 있다.
도 6은 조명 장치의 제3 실시예의 측단면도이다.
본 실시예에 따른 조명 장치(200)은 기본적으로 상술한 실시예들과 동일하나, 광원 유닛이 광출사구에 대하여 경사지게 구비된 차이점이 있다. 즉, C-C'는 광출사부에서 바라본 중심축이라 할 수 있는데, 반사판(204)의 중심을 지나는 축(1점 쇄선으로 도시됨)과 기울어져 있다.
본 실시예에 따른 조명 장치(200)는 하우징(220) 내에 광원(202)을 포함하는 광원 유닛이 구비되고, 빛이 출사되는 방향에 광가이드(205)가 구비된다.
하우징(220)은 광가이드(205) 방향에 개구부가 형성된 육면체 형상을 이루고 있으나, 반드시 육면체 형상일 필요는 없다. 광원(202)으로는 형광램프, 백열등이 사용될 수 있으며, 발광 다이오드(Light emitting diode)가 사용될 수도 있다.
그리고, 광원(202)이 회로기판(206)에 고정되어 광원 모듈을 이루고, 상기 회로기판(206)의 후면에는 방열부(201)가 구비되어 있다. 여기서, 방열부(201)는 구리, 알루미늄 등 열전도성이 뛰어난 물질이 핀(fin) 형상으로 구비될 수 있는데, 대기와 접촉하는 단면적이 증가할 수록 열전달 효과가 뛰어나기 때문이다.
그리고, 광원(202)에서 투사된 빛을 반사시켜서 상기 광가이드(205) 방향으로 진행시키는 반사판(204)이 구비된다. 여기서, 상기 반사판(204)은 상기 광원(202)의 사이에 구비되고, 또한 상기 광원(202) 어레이로부터 투사된 빛의 수렴 지점에서 최고점을 갖는다.
그리고, 광가이드(205)는 상기 하우징(220)의 일면에 구비되고, 상기 광원(202)으로부터 직접 투사되거나, 상기 반사판(204)에서 경로가 변경된 빛을 출구 방향으로 가이드한다. 이때, 상기 광가이드(205)와 광원 유닛의 사이로 공기가 이동할 수 있으므로(207), 광원(202)과 회로기판(206)에서 발행하여 방열부(201)로 배출된 열이 조명 장치 외부로 배출될 수 있다.
그리고, 상기 반사판(204)의 중앙 부근에는 광센서(208)가 구비되어 상기 광원(202) 어레이로부터 투사되는 빛을 감지한다. 또한, 상기 광센서(208) 주변의 반사판(204)에는 홀(210)이 구비되어, 상기 광원(202) 어레이로부터 투사된 빛이 상기 광센서(208)에 도달할 수 있도록 한다.
이때, 상기 홀(210)은 상기 반사판(204)의 최고점 주변에 복수 개가 구비되어, 원형 또는 서로 마주보는 선형으로 구비된 광원(202) 어레이로부터 투사된 빛이 상기 광센서(208)에 도달할 수 있도록 한다. 따라서, 상기 광센서(208)는 광원(202)에서 빛이 제대로 투사되는지 그리고 색감 등을 감지할 수 있다.
그리고, 상기 광원(202) 또는 반사판(204)에서 투사된 빛은 렌즈(212)를 통과하면서 굴절되어 광경로가 변경될 수 있는데, 상기 렌즈(212)는 오목 렌즈(Concave lens)인 것보다 볼록 렌즈(Convex lens)인 것이 광경로를 상기 가이드(205)로 변경시키는데 유리하다.
또한, 상기 렌즈(212)와 광가이드(205)는 모두 빛을 개구부 방향으로 진행시키므로 광가이드부라 칭할 수도 있다. 또한, 형광 패널(211)이 상기 광원(202)의 전면에 구비되어, 광원(202)에서 투사되는 빛의 색상을 변경할 수도 있다. 그리고, 상기 하우징(220)의 측면에는 구동 유닛(230)이 구비될 수 있는데, 상기 구동 유닛(230)은 상기 광원 유닛을 이동시킬 수 있는데 후술하기로 한다.
도 7은 도 6의 조명 장치의 배면도이다.
도 6의 개구부 C에서 C'방향을 도시한 것으로서, 하우징(220)의 중심의 개구부에 광가이드(205)가 나타나며 이때 광가이드(205)는 비대칭적인 형상이다. 또한, 상기 광가이드(205)의 내부에 렌즈(212)가 도시되는데 상기 광가이드(205)의 한쪽으로 치우친 형상이다.
도 8은 도 6의 조명 장치에서의 광 경로를 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이, 광원(202)에서 투사된 빛은 반사판(204)에서 반사된 후, 렌즈(212)와 광가이드(205)에서 굴절 및 반사된 후 개구부 외부로 진행한다.
도 9은 조명 장치의 제4 실시예의 측단면도이다.
본 실시예는 기본적으로 도 6에 도시된 실시예와 동일하나, 광원 유닛이 회전할 수 있다. 즉, 하우징(220) 내에서 광원 유닛이 회전할 수 있는데, 이때 종래의 위치에서의 광축을 I0라고 할 때, I1과 I2 사이에서 광원 유닛이 회절할 수 있다. 이때, 상기 광원 유닛의 회전은 틸팅 유닛(230)에 의하여 제어될 수 있다.
도 6 이하에 도시된 실시예들에서, 상기 반사판(204)에서 반사된 빛의 광축은 상기 조명 장치의 중심축과 일치하지 않을 수 있고, 또한 상기 광 가이드(205)의 중심축과 상기 광 가이드로부터 출사되는 빛의 중심축이 일치하지 않을 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 조명 장치의 광원의 일실시예들의 측단면도이며, 도 10a는 수평형 발광소자를 도시하고 있으며, 도 10b는 수직형 발광소자를 각각 도시하고 있다.
먼저, 도 10a에 도시된 발광소자는 기판(310) 상에 버퍼층(320)이 구비된다. 기판(300)은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, and Ga203 중 적어도 하나를 사용하거나, 반도체 기판(semiconductor substrate)를 사용하거나, 광추출구조(lighting extraction structure, 311)가 형성된 전도성 기판(conductive substrate)을 사용할 수 있다.
그리고, 하기의 발광 구조물과 기판(300) 사이에는 버퍼층(320)이 구비되어, 재료의 격자 부정합 및 열 팽장 계수의 차이를 완화시킬 수 있다. 상기 버퍼층(320)은 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 및 InGaN/GaN 초격자 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(320) 위에는 언도프드(undoped) 반도체층이 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
그리고, 상기 버퍼층(320) 상에는 발광 구조물이 형성되는데, 상기 발광 구조물은 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층으로 이루어진다. 상기 발광 구조물(320)은, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition), MBE(Molecular Beam Epitaxy), HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)법과 같은 기상 증착법에 의해 성장될 수 있다.
여기서, 상기 버퍼층(320) 상의 제1 도전형 반도체층(330, 335)은 두 개의 층으로 이루어질 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(330, 335)은 제1 도전형 도퍼트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 상기 제1 도전형 반도체층(330, 335)이 N형 반도체층인 경우, 상기 제1도전형 도펀트는 N형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
버퍼층(320) 상의 첫 번째 제1 도전형 반도체층(330)은 GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN 및 이들의 초격자층(Superlattices)으로 이루어질 수 있다. 그리고, 두 번째 제1 도전형 반도체층(335)은 InGaN/GaN, AlGaN/GaN, InGaN/InGaN, AlGaN/InGaN 및 이들의 초격자층(3~10층)으로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 제1 도전형 반도체층(330, 335) 상에는 활성층(340)이 구비될 수 있다. 상기 활성층(340)은 제1 도전형 반도체층(330, 335)을 통해서 주입되는 전자와 하기의 제2 도전형 반도체층(350, 355)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다.
상기 활성층(340)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(340)은 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 트리메틸 인듐 가스(TMIn)가 주입되어 다중 양자우물구조가 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성층(340)의 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, AlGaN/GaN, InAlGaN/GaN , GaAs,/AlGaAs(InGaAs), GaP/AlGaP(InGaP) 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 우물층은 상기 장벽층의 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
상기 활성층(340)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 도전형 클래드층은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 활성층(340)의 밴드 갭보다는 높은 밴드 갭을 갖을 수 있다.
그리고, 상기 활성층(340) 상의 제2 도전형 반도체층(350, 355)은 두 개의 층으로 이루어질 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(350, 355)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(350, 355)이 P형 반도체층인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 P형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
활성층(340) 상의 첫 번째 제2 도전형 반도체층(350)은 AlGaN, AlGaN/GaN 및 이들의 초격자층으로 이루어질 수 있는데, 30 나노미터이하의 두께를 가질 수 있다. 그리고, 두 번째 제2 도전형 반도체층(355)는 GaN, AlGaN/GaN 및 이들의 초격자층으로 이루어질 수 있다.
상기 두 번째 제2 도전형 반도체층(355)으로부터 첫 번째 제1 도전형 반도체층(330)의 일부분까지 메사 식각되어 있는데, 상기 제1 도전형 반도체층(330) 상에 제1 전극(360)이 형성될 위치를 마련하기 위하여서이다.
상기 제1 도전형 반도체층(330) 상에는 제1 전극(360)이 구비되고, 상기 제2 도전형 반도체층(355) 상에는 제2 전극(370)이 구비된다. 상기 제1 전극(360)과 제2 전극(370)은 몰리브덴, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 금(Au), 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 백금(Pt), 바나듐(V), 텅스텐(W), 납(Pd), 구리(Cu), 로듐(Rh) 및 이리듐(Ir) 중에서 선택된 어느 하나의 금속 또는 상기 금속들의 합금으로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 전극들의 오믹 특성을 좋게 하기 위하여 오믹층(미도시)을 형성할 수 있는데, 투명 전극층으로 형성되거나 반도체층을 포함하여 형성될 수도 있다.
상기 오믹층은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide),IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni, Ag, Ni/IrOx/Au, 또는 Ni/IrOx/Au/ITO 중 하나 이상을 이용하여 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
상술한 구조의 발광소자에서 전극을 통하여 전류가 주입되면, 각각의 도전형 반도체층으로부터 활성층으로 전자와 정공이 주입되고, 활성층에서 전자와 정공이 결합하여 빛을 방출한다.
도 10b에 도시된 수직형 발광소자는 도전성 지지기판(380) 상에 발광 구조물이 형성된다.
도전성 지지기판(380)은 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si), 텅스텐(W), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있으며, 또한, 금(Au), 구리합금(Cu Alloy), 니켈(Ninickel), 구리-텅스텐(Cu-W) 합금, 캐리어 웨이퍼(예: GaN, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiGe, SiC, SiGe, Ga2O3 등) 등을 선택적으로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 도전성 지지 기판(380)과 발광 구조물 사이에는 결합층(미도시)과 반사층(미도시)과 오믹층(미도시)이 형성되어, 활성층에서 방출된 빛을 반사시키고 재료의 오믹 특성을 향상시킬 수 있다.
여기서, 오믹층의 조성은 상술한 수평형 발광소자와 동일하다. 그리고, 결합층은 상기 도전성 지지기판(380)과 상기 반사층 또는 오믹층과의 결합을 위한 것으로서, (Au), 주석(Sn), 인듐(In), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 은(Ag), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 결합층(150)을 형성할 수 있다.
그리고, 상기 반사층은 알루미늄(Al), 은(Ag), 니켈(Ni), 백금(Pt), 로듐(Rh), 혹은 Al이나 Ag이나 Pt나 Rh를 포함하는 합금을 포함하는 금속층으로 이루어질 수 있는대, 알루미늄이나 은 등은 활성층에서 발생된 빛을 효과적으로 반사하여 발광소자의 광추출 효율을 크게 개선할 수 있다. 또한, 반사층은 제2 전극으로서 작용할 수도 있다.
제2 도전형 반도체층(350, 355)은 두 개의 층으로 이루어질 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(350, 355)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(350, 355)이 P형 반도체층인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 P형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
도전성 지지 기판(380) 방향에는 제2 도전형 반도체층(350, 355)이 두 개의 층으로 형성될 수 있다. 도전성 지지 기판 방향의 제2 도전형 반도체층(355)은 GaN, AlGaN/GaN 및 이들의 초격자층으로 이루어질 수 있다. 그리고, 활성층(340) 방향의 제2 도전형 반도체층(350)은 AlGaN, AlGaN/GaN 및 이들의 초격자층으로 이루어질 수 있는데, 30 나노미터이하의 두께를 가질 수 있다.
그리고, 상기 제2 도전형 반도체층(350) 상에는 활성층(340)이 구비되는데, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(340)은 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 트리메틸 인듐 가스(TMIn)가 주입되어 다중 양자우물구조가 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성층(340)의 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, AlGaN/GaN, InAlGaN/GaN , GaAs,/AlGaAs(InGaAs), GaP/AlGaP(InGaP) 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 우물층은 상기 장벽층의 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
활성층(340) 상의 제1 도전형 반도체층(330, 335)은 두 개의 층으로 이루어질 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(330, 335)은 제1 도전형 도퍼트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 상기 제1 도전형 반도체층(330, 335)이 N형 반도체층인 경우, 상기 제1도전형 도펀트는 N형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
그리고, 상기 활성층(340) 방향의 제1 도전형 반도체층(335)은 InGaN/GaN, AlGaN/GaN, InGaN/InGaN, AlGaN/InGaN 및 이들의 초격자층(3~10층)으로 이루어질 수 있다. 그리고, 다른 제1 도전형 반도체층(330)은 GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN 및 이들의 초격자층(Superlattices)으로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 제1 도전형 반도체층(330) 상에는 제1 전극(360)이 형성되는데, 몰리브덴, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 금(Au), 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 백금(Pt), 바나듐(V), 텅스텐(W), 납(Pd), 구리(Cu), 로듐(Rh) 및 이리듐(Ir) 중에서 선택된 어느 하나의 금속 또는 상기 금속들의 합금으로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 제1 도전형 반도체층(330)의 표면에는 광추출 구조(331)이 형성될 수 있다. 상기 광추출 구조(331)는 반구 형상, 다각형 형상, 삼각뿔 형상, 나노 기둥 형상 및 포토닉 크리스탈 구조(Photonic crystal structure) 등으로 형성될 수 있는데, 발광 구조물의 표면적을 증가시켜 광추출 효율을 증가시킬 수 있다.
또한, 도시되지는 않았으나 발광 구조물의 측면에는 패시베이션층이 형성될 수 있는데, 패시베이션층은 절연물질로 이루어질 수 있으며, 상기 절연물질은 비전도성인 산화물이나 질화물로 이루어질 수 있는데, 일 예로서 실리콘 산화물(SiO2)층, 산화 질화물층, 산화 알루미늄층으로 이루어질 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
101, 201 : 방열부 102 ,202 : 광원
104, 204 : 반사판 105, 205 : 광가이드
106, 206 :회로기판 108, 208 : 광센서
110, 210 : 홀 111, 112 , 211 : 형광필터
120, 220 : 하우징 230 : 틸팅 유닛
310 : 기판 311, 331 : 광추출구조
320 : 버퍼층 330, 335 : 제1 도전형 반도체층
340 : 활성층 350, 355 : 제1 도전형 반도체층
360 : 제1 전극 370 : 제2 전극
380 : 도전성 지지기판

Claims (16)

  1. 하우징;
    상기 하우징 내부에 배치되고, 복수 개의 발광소자들 및 상기 복수 개의 발광소자들이 배치되는 제1면과 상기 제1면과 마주보는 제2면을 가지는 회로기판을 포함하는 광원 어레이;
    상기 하우징 내부에 배치되고, 상기 광원 어레이의 사이에 위치하고, 상기 광원 어레이로부터 방출된 빛의 진행 경로를 변경하고, 중앙 영역이 하기 광 가이드부 방향으로 돌출된 반사판;
    상기 반사판에 배치되고, 상기 반사판의 표면에 형성된 홀(hole)과 상기 반사판 내부에 구비된 광 센서를 포함하는 광 감지 장치; 및
    상기 반사판으로부터 반사된 빛을 상기 하우징의 외부로 반사하는 광 가이드부를 포함하고,
    상기 회로 기판은 상기 반사판에 직접 접촉하며 배치되고,
    상기 하우징의 일측면에 개구부가 배치되고, 상기 광가이드부의 일부는 상기 개구부로부터 상기 하우징 내부에 삽입되고 다른 일부는 상기 개구부로부터 상기 하우징 외부로 돌출되고,
    상기 광센서는 상기 하우징에 구비된 개구부와 마주보며 배치되는 조명 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 회로 기판의 상기 제1 면은 상기 반사판의 일부분을 둘러싸고 배치되고, 상기 복수 개의 발광소자들은 상기 반사판의 일부분을 마주보고 배치되는 조명 장치.
  5. 제 1 항 또는 제4 항에 있어서,
    상기 반사판은 구면 또는 포물면의 형상을 가지는 조명 장치.
  6. 제 1 항 또는 제4 항에 있어서,
    상기 광원 어레이와 상기 반사판의 사이에 위치된 형광 패널을 더 포함하는 조명 장치.
  7. 삭제
  8. 제1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 회로 기판의 상기 제2 면 상에는 상기 광원 어레이로부터 발생되는 열을 방출하는 방열부가 위치되는 조명 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1 항 또는 제4 항에 있어서,
    상기 반사판에서 반사된 빛의 광축은 상기 조명 장치의 중심축과 일치하지 않는 조명 장치.
  12. 제 1 항 또는 제4 항에 있어서,
    상기 광가이드부의 중심축과 상기 광가이드부로부터 출사되는 빛의 중심축이 일치하지 않는 조명 장치.
  13. 제 1 항 또는 제4 항에 있어서,
    상기 광원 어레이 및 반사판의 각도를 기설정된 각도 내에서 조절하는 틸팅 유닛(tilting unit)을 더 포함하는 조명 장치.
  14. 제1 항 또는 제4 항에 있어서,
    상기 복수 개의 발광소자들은 각각, 제1 불순물이 도핑된 제1반도체층, 빛을 발광하는 활성층, 제2 불순물이 도핑된 제2 반도체층, 상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극 및 상기 제2 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 포함하는 조명 장치.
  15. 삭제
  16. 삭제
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