KR102354819B1 - 광원 모듈 및 이를 구비한 헤드 램프 - Google Patents

광원 모듈 및 이를 구비한 헤드 램프 Download PDF

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Abstract

실시 예에 개시된 광원 모듈은, 기판; 서로 반대측 제1,2측면 및 상부의 출사면을 갖고 상기 기판 상에 배치된 수지 부재; 및 상기 수지 부재의 제1측면에 인접하고 상기 제2측면과 대면하는 출사영역을 갖는 발광 소자를 포함하며, 상기 수지 부재의 출사면은, 적어도 일부가 상기 발광 소자와 수직 방향으로 중첩되는 제1영역, 상기 제1영역과 상기 제2측면 사이에 상기 기판 방향으로 오목한 제2영역, 상기 제2영역과 상기 제2측면 사이에 배치된 제3영역을 포함하며, 상기 제1영역은 제1광 추출 구조를 가지며, 상기 제3영역은 제2광 추출 구조를 가지며, 상기 제1영역의 높이는 상기 기판의 상면을 기준으로 상기 제2영역 및 제3영역의 높이보다 높고, 상기 제2영역은 상기 발광 소자의 출사 영역에 수직한 직선보다 상기 제2측면 방향에 더 인접하며, 상기 제2영역은 상기 제1영역으로부터 상기 기판 방향으로 연장되는 제1반사면, 및 상기 제1반사면으로부터 상기 제2측면 방향 연장되는 제2반사면을 포함하며, 상기 제2영역에서 상기 제1,2반사면 사이의 경계 부분은 상기 발광 소자의 상면보다 높고 상기 발광 소자로부터 이격될 수 있다.

Description

광원 모듈 및 이를 구비한 헤드 램프{LIGHT SOURCE MODULE AND HEAD LAMP HAVING THEREOF}
실시 예는 발광 소자를 갖는 광원 모듈에 관한 것이다.
실시 예는 광원 모듈을 갖는 헤드 램프에 관한 것이다.
실시 예는 광원 모듈을 갖는 차량용 램프에 관한 것이다.
통상적인 조명 응용은 차량용 조명(light)뿐만 아니라 디스플레이 및 간판용 백라이트를 포함한다.
발광 소자 예컨대, 발광 다이오드(LED)는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성 등의 장점이 있다. 이러한 발광 다이오드는 각종 표시 장치, 실내등 또는 실외등과 같은 각종 조명장치에 적용되고 있다.
일반적으로, 차량은 야간 주행을 할 때에 차량 주변에 위치한 대상물을 용이 하게 확인할 수 있도록 조명 기능 및 다른 차량이나 기타 도로 이용자에게 자기 차량의 주행 상태를 알리기 위한 신호 기능을 가지는 다양한 차량용 램프를 구비하고 있다.
예를 들어, 전방에 빛을 조사하여 운전자의 시야를 확보토록 하는 전조등, 브레이크를 밟을 때 점등되는 브레이크등, 우회전 또는 좌회전 시 사용되는 방향지시등과 같이 램프를 이용하여 직접 발광하는 방식으로 작동하는 장치가 있으며, 이외에도 차량의 전방 및 후방에는 자기 차량이 외부에서 용이하게 인식될 수 있도록 빛을 반사시키는 방식으로 기능을 수행하는 반사기 등이 장착되고 있다.
이러한 차량용 램프는 일반적으로 할로겐 램프 또는 고전압 방출(High intensity discharge, HID) 등과 같은 광원을 주로 사용한다.
최근에는 차량용 광원으로서, 발광 다이오드를 채용하는 램프가 제안되고 있다. 백열등과 비교하면, 발광 다이오드는 소비 전력이 작다는 점에서 유리하다. 그러나, 발광 다이오드로부터 출사되는 광의 출사각이 작기 때문에, 발광 다이오드를 차량용 램프로 사용할 경우에는, 발광 다이오드를 이용한 램프의 발광 면적을 증가시켜 주기 위한 요구가 있다.
발광 다이오드는 사이즈가 작기 때문에 램프의 디자인 자유도를 높여줄 수 있고 반 영구적인 수명으로 인해 경제성도 있다.
실시 예는 차량용 헤드 램프에서 발광 소자 및 그 위에 렌즈를 갖는 광원 모듈을 제공한다.
실시 예는 발광 소자 간의 간격에 따른 초점 위치를 렌즈로 보상하는 광원 모듈을 제공한다.
실시 예는 서로 반대측 발광 소자 간의 간격에 따른 초점 위치를 렌즈로 보상하는 광원 모듈을 제공한다.
실시 예는 광원 모듈 및 이를 구비한 헤드 램프의 광도를 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 광원 모듈을 갖는 차량용 램프를 제공할 수 있다.
실시 예에 따른 광원 모듈은, 베이스부 및 상기 베이스부로부터 제1방향으로 돌출되고 서로 다른 영역에 제1,2리세스를 갖는 지지부를 포함하는 본체; 상기 본체의 제1리세스에 배치된 제1발광부; 및 상기 본체의 제2리세스에 배치된 제2발광부를 포함하며, 상기 제1리세스는, 제1바닥부, 상기 제1바닥부의 제1방향 양측에 경사진 제1,2측면, 상기 제1바닥부의 제2방향 양측에 제1,2측벽을 포함하며, 상기 제2리세스는, 제2바닥부, 상기 제2바닥부의 제1방향의 양측에 경사진 제3,4측면, 상기 제1바닥부의 제2방향 양측에 제3,4측벽을 포함하며, 상기 제1발광부는 상기 제1리세스의 제1바닥부에 제1회로 기판, 상기 제1회로 기판에 제1 및 제2발광 소자, 상기 제1,2발광 소자 상에 제1렌즈를 포함하며, 상기 제2발광부는 상기 제2리세스의 제2바닥부에 제2회로 기판, 상기 제2회로 기판 상에 제3,4발광 소자, 상기 제3,4발광 소자 상에 제2렌즈를 포함하며, 상기 제1,2렌즈는 상기 제1 내지 제4발광 소자와 중첩된 센터 영역의 두께가 상기 제1 내지 제4측벽에 인접한 에지 영역의 두께보다 두꺼운 두께를 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 헤드 램프는, 제1방향으로 개방된 캐비티를 갖고 오목한 내부 표면을 갖는 하우징; 상기 하우징의 캐비티 바닥에 베이스부 및 상기 베이스부로부터 제1방향으로 돌출되며 서로 반대측 방향에 제1,2리세스를 갖는 지지부를 포함하는 본체; 상기 본체의 제1리세스에 배치된 제1발광부; 및 상기 본체의 제2리세스에 배치된 제2발광부를 포함하며, 상기 제1리세스는, 제1바닥부, 상기 제1바닥부의 제1방향 양측에 경사진 제1,2측면, 상기 제1바닥부의 제2방향 양측에 제1,2측벽을 포함하며, 상기 제2리세스는, 제2바닥부, 상기 제2바닥부의 제1방향의 양측에 경사진 제3,4측면, 상기 제1바닥부의 제2방향 양측에 제3,4측벽을 포함하며, 상기 제1발광부는 상기 제1리세스의 제1바닥부에 제1회로 기판, 상기 제1회로 기판에 제1 및 제2발광 소자, 상기 제1,2발광 소자 상에 제1렌즈를 포함하며, 상기 제2발광부는 상기 제2리세스의 제2바닥부에 제2회로 기판, 상기 제2회로 기판 상에 제3,4발광 소자, 상기 제3,4발광 소자 상에 제2렌즈를 포함하며, 상기 제1,2렌즈는 상기 제1 내지 제4발광 소자와 중첩된 센터 영역의 두께가 상기 제1 내지 제4측벽에 인접한 에지 영역의 두께보다 두꺼운 두께를 갖고, 상기 제1,2렌즈는 제2방향의 외부 곡면이 볼록한 곡면을 갖고, 제3방향의 내부 곡면이 오목한 곡면을 가질 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1,2렌즈는 제2방향의 외부 곡면이 볼록한 곡면을 갖고, 제3방향의 내부 곡면이 오목한 곡면을 가질 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1,2렌즈는 제1방향으로 일정한 두께를 갖고 상기 제1 내지 제4측면 상으로 연장될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1,2바닥부는 상기 제1내지 제4측벽보다 낮은 깊이를 가지며, 상기 제1,2회로 기판이 배치되는 상기 제1,2바닥부 사이의 간격은 상기 제1,2회로 기판의 두께 합보다 작을 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1,2발광 소자 중 적어도 하나는 제1방향으로 복수로 배치되며, 상기 제3,4발광 소자 중 적어도 하나는 제1방향으로 복수로 배치되며, 상기 제1발광부는 상기 제2발광 소자의 하부 영역을 감싸는 제1반사 컵을 포함하며, 상기 제2발광부는 상기 제4발광 소자의 하부 영역을 감싸는 제2반사 컵을 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1,2바닥부는 제1방향을 기준으로 서로 반대측에 배치될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1,2리세스의 외곽부의 두께는 상기 제1,3발광 소자의 발광 면 간의 간격과 동일하거나 작을 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1,2렌즈는 내부 곡면 및 외부 곡면 중 적어도 하나는 무반사 재질을 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1,2렌즈를 통과하는 상기 하우징의 내부 표면의 초점 위치는 서로 다를 수 있다.
실시 예에 의하면, 발광 소자를 갖는 광원 모듈에서 선 광원 또는 면 광원의 광도를 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예에 의하면, 광원 모듈에서 렌즈로 초점 위치를 이동시켜 주어 광도 저하를 방지할 수 있다.
실시 예에 의하면, 광원 모듈의 서로 반대측 렌즈를 이용하여 초점 위치를 발광 소자의 발광 면에 인접한 위치로 이동시켜 주어, 광도를 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예에 따른 광원 모듈 및 이를 갖는 조명 장치의 광학적인 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예에 따른 광원 모듈을 갖는 차량용 헤드 램프의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 광원 모듈을 갖는 백라이트 유닛, 각 종 표시장치, 면 광원 조명 장치, 또는 차량용 램프에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 헤드 램프가 장착된 차량을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 헤드 램프의 사시도이다.
도 3은 실시 예에 따른 광원 모듈을 갖는 헤드 램프의 사시도이다.
도 4는 도 3의 헤드 램프의 정면도이다.
도 5는 도 4의 헤드 램프의 A-A측 단면도이다.
도 6은 실시 예에 따른 광원 모듈의 사시도이다.
도 7은 도 6의 광원 모듈에서 렌즈가 제거된 구조를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7의 광원 모듈의 제1평면도이다.
도 9는 도 7의 광원 모듈의 제2평면도이다.
도 10은 도 6의 광원 모듈의 B-B측 단면도이다.
도 11은 도 6의 광원 모듈의 C-C측 단면도이다.
도 12는 도 6의 광원 모듈의 D-D측 부분 단면도이다.
도 13은 도 6의 광원 모듈의 렌즈의 사시도이다.
도 14는 도 13의 렌즈의 측면도이다.
도 15는 도 6의 광원 모듈이 결합된 헤드 램프의 부분 단면도이다.
도 16은 실시 예에 있어서, 렌즈가 없는 경우의 광원 모듈의 초점 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 실시 예에 있어서, 렌즈를 갖는 광원 모듈의 초점 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 18의 (a)(b)는 실시 예에 있어서, 광원 모듈의 렌즈 유무에 따른 초점 위치의 이동을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 실시 예에 따른 헤드 램프로부터 스크린의 조명 거리를 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 도 19의 헤드 램프에 있어서, (a) 하이 빔 및 (b)의 로우 빔의 조도 분포를 설명하기 위한 도면이다.
도 21은 실시 예에 따른 광원 모듈의 발광 소자의 일 예이다.
도 22는 실시 예에 따른 광원 모듈의 발광 소자의 다른 예이다.
도 23은 실시 에에 따른 광원 모듈에 있어서, 렌즈 두께와 초점 위치의 관계를 나타낸 도면이다.
도 24은 실시 에에 따른 광원 모듈에 있어서, 무반사 코팅한 렌즈의 두께와 (a) 하이 빔, (b)의 로우 빔의 광도의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 25는 실시 에에 따른 광원 모듈에 있어서, 무반사 코팅이 없는 렌즈의 두께와 (a) 하이 빔, (b)의 로우 빔의 광도의 관계를 나타낸 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다. 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
본 발명에 따른 조명장치는 조명이 필요로 하는 다양한 램프장치, 이를테면 차량용 램프, 가정용 조명장치, 산업용 조명장치에 적용이 가능하다. 예컨대 차량용 램프에 적용되는 경우, 헤드 램프, 차폭등, 사이드 미러등, 안개등, 테일등(Tail lamp), 제동등, 주간 주행등, 차량 실내 조명, 도어 스카프(door scar), 리어 콤비네이션 램프, 백업 램프 등에 적용 가능하다. 본 발명의 조명장치는 실내, 실외의 광고장치, 표시 장치, 및 각 종 전동차 분야에도 적용 가능하며, 이외에도 현재 개발되어 상용화되었거나 향후 기술발전에 따라 구현 가능한 모든 조명관련 분야나 광고관련 분야 등에 적용 가능하다고 할 것이다.
이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예들의 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 헤드 램프가 장착된 차량을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량(1)은 전방의 헤드 램프(101)와 후방 램프, 실내 조명, 도어 스카프(door scarf), 리어 콤비네이션 램프 등이 사용되고 있다.
차량용 헤드 램프(101)는 도 2와 같이, 제1 광원 유닛(105), 제2 광원 유닛(107), 제3 광원 유닛(109), 차폭등(Clearance Lamp), 사이드 미러등, 주간 주행등(Daytime running right), 안개등 및 방향 지시등(Turn signal Lamp)이 사용된 경우를 예를 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않고 배광 패턴 용도에 따라 사용되는 차량용 헤드 램프(101)의 구성은 추가 또는 삭제될 수 있다. 본 발명에서 차량용 헤드 램프(101)는 전조등을 의미하나 이에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명에서 차량용 헤드 램프(10)는 차량의 좌측 또는 우측에 구비된 램프를 의미하는 것으로서, 본 발명에서 설명하고 있지 않는 다른 차량용 헤드 램프는 본 발명의 차량용 헤드 램프(101)와 동일한 구성을 가지고 있거나 좌우 대칭적인 구성을 가지고 있는 것으로 이해될 수 있다. 차량의 후방 램프는, 테일등(Tail lamp), 후진등(back up lamp), 제동등(stop lamp) 등이 사용되고 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 헤드 램프의 사시도이다.
도 2를 참조하면, 상기 제1 광원 유닛(105)의 출사면은 차량의 전방 중심에서 외측을 향해 형성되는 자유 곡면(103)을 따라 연장되고 제2 광원 유닛(107)의 출사면은 제1 광원 유닛(105)에 인정하게 배치되며 자유 곡면(103)을 따라 연장될 수 있다. 상기 제1 광원 유닛(105)은 자유 곡면(103)의 일측을 둘러싸고, 제2 광원 유닛(107)은 자유 곡면(103)의 나머지를 둘러싸는 형상일 수 있다. 따라서, 자유 곡면(103)에 의해 제1 및 제2 광원 유닛(105,107)의 출사면은 자유 곡면 형상을 포함할 수 있다. 여기에서, 자유 곡면(103)이란 일정한 연속성의 조건을 만족하도록 접속한 곡면 분의 모임으로서 표현되는 곡면으로써, 본 발명에서는 도시된 바와 같이 차량의 전방 중심에서 외측 후방을 향해 형성되어 차량의 전방 및/또는 측방에서 보았을 때 사각형 형상일 수 있으나 다각형 타원 등의 모든 형상을 포함하는 3D 곡면을 의미할 수 있다.
상기 제1 및 제2 광원 유닛(105,107)은 면 광원 유닛으로, 그 출사면은 적어도 하나의 곡부를 가지는 3차원 자유 곡면일수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 광원 유닛(105)의 출사면은 우측 상단으로 볼록한 곡선 형상을 가지고, 제2 광원 유닛(107)의 출사면은 좌측 하단으로 볼록한 곡선 형상을 가질 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 곡부를 가지는 3차원 자유 곡면 형상을 통해 다른 차량과 구별되는 차별성을 구현할 수 있다. 다만, 상기 차별성을 구현할 수 있다면, 상기 곡부의 개수나 3차원 자유 곡면의 형상은 제한되지 않는다.
제3 광원 모듈(109)은 상기 제1 광원 모듈(105)과 제2 광원 모듈(107)과 인접하게 배치될 수 있다. 상기 제3 광원 모듈(109)은 상기 제1,2광원 모듈(105,107) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제3 광원 모듈(109)은 자유 곡면(103) 사이에 배치되어, 자유 곡면을 가질 수 있다. 상기 제1,2,3광원 모듈(103,105,109) 중 적어도 하나 또는 둘 이상은 로우 빔 배광 패턴 및 하이 빔 배광 패턴을 형성할 수 있다. 상기의 로우 빔 배광 패턴과 상기 하이 빔 배광 패턴은 주행 모드 또는 주행 상황에 따라 선택적으로 점등되고 소등될 수 있다. 상기 제1 내지 제3광원 모듈(105,107,109) 중 적어도 하나는 후술되는 헤드 램프를 포함할 수 있다. 상기 헤드 램프는 H4 밸브를 포함할 수 있다.
도 3은 실시 예에 따른 광원 모듈을 갖는 헤드 램프의 사시도이고, 도 4는 도 3의 헤드 램프의 정면도이며, 도 5는 도 4의 헤드 램프의 A-A측 단면도이고, 도 6은 실시 예에 따른 광원 모듈의 사시도이며, 도 7은 도 6의 광원 모듈에서 렌즈가 제거된 구조를 나타낸 도면이고, 도 8은 도 7의 광원 모듈의 제1평면도이고, 도 9는 도 7의 광원 모듈의 제2평면도이며, 도 10은 도 6의 광원 모듈의 B-B측 단면도이고, 도 11은 도 6의 광원 모듈의 C-C측 단면도이며, 도 12는 도 6의 광원 모듈의 D-D측 부분 단면도이고, 도 13은 도 6의 광원 모듈의 렌즈의 사시도이며, 도 14는 도 13의 렌즈의 측면도이고, 도 15는 도 6의 광원 모듈이 결합된 헤드 램프의 부분 단면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 실시 예에 따른 차량용 헤드 램프(90)는 광원 모듈(10) 및 하우징(92)을 포함하며, 상기 광원 모듈(10)은 상기 하우징(92)의 내부에 배치되어 측 방향으로 광을 조사하며, 상기 조사된 광은 상기 하우징(92)의 내부 표면(92A)을 통해 출사 방향으로 반사될 수 있다.
상기 하우징(92)은 금속 또는 비금속 재질을 포함할 수 있으며, 상기 비금속 재질은 플라스틱 재질을 포함할 수 있다. 상기 하우징(92)은 헤드 램프의 리플렉터일 수 있다. 상기 하우징(92)의 내부 표면(92A)은 고반사 재질이 코팅된 면이거나, 무반사(AR: anti-reflection) 재질을 갖는 반사층을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 고반사 재질은 금속 예컨대, Al, Ag, Au 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 무반사 재질은 MgF2, Al2O3, SiO, SiO2, TiO2+ZrO2, TiO2, ZrO2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 내부 표면(92A)의 반사층은 단층 또는 다층일 수 있다.
상기 헤드 램프(90)는 상기 하우징(92)을 통해 출사된 광을 투영시키는 이너 렌즈(Inner lens) 또는/및 아우터 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 이너 렌즈의 형상이나 광원 유닛의 개수에 따라 광원 모듈(10)로부터 조사된 광의 배광 패턴을 조절할 수 있다. 상기 광원 모듈(10)은 하이 빔 배광 패턴과 로우 빔 배광 패턴의 광이 선택적으로 조사하며, 상기 하이 빔 배광 패턴 또는 상기 로우 빔 배광 패턴은 주행 모드 또는 주행 상황에 따라 자동적으로 점등되고 소등될 수 있다.
상기 하우징(92)은 예컨대, 전 방향으로 출사측 영역이 개방된 캐비티(95)를 포함하며, 상기 캐비티(95)는 상기 광원 모듈(10)의 외측 둘레를 따라 곡면을 갖고 배치되며, 반구 형상 또는 상기 반구 형상의 하부가 수평한 면을 갖는 형상을 포함할 수 있다. 상기 반구 형상의 하부가 수평한 면은 차량에 인접한 부분에서 도로 상으로 손실되는 광을 줄여줄 수 있다. 상기 하우징(92)의 캐비티(95)는 배광 패턴에 따라 다양한 형상으로 제공될 수 있으며, 내부 표면(92A)에 곡면을 갖고 입사된 광을 반사하여 광 출사 방향으로 출사시켜 줄 수 있다. 상기 하우징(95)의 내부 표면(92A)은 서로 다른 곡률을 갖는 곡면이 배치되어, 배광 분포 및 광도를 조절할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 하우징(92)의 내부 표면(92A)은 부분적으로 돔형 또는 부분적인 타원 포물면을 포함할 수 있다. 상기 내부 표면(92A)은 복수의 패싯(Facet)을 가질 수 있다. 상기 패싯은 자유 형상, 평평한, 및/또는 곡선형(예컨대, 오목 또는 볼록) 부재일 수 있다. 몇몇 예에서, 단일 패싯은 자유 형상인 부분, 및/또는 평평한 부분, 및/또는 곡선형 부분(예컨대, 이들의 임의의 조합)을 가질 수 있다. 몇몇 실시 예에서, 패싯(또는 적어도 패싯 상의 안쪽을 향하는 면)은 적어도 근사화되거나, 그렇지 않다면 대수 방정식에 의해 정해질 수 있다. 예를 들어, 패싯의 형상 또는 안쪽으로 향하는 면은 하나 이상의 5차 대수 방정식에 의해 표현될 수 있다(물론, 임의의 차수의 다른 식도 가능하다). 적어도 하나의 예시적인 실시 예에서, 패싯의 표면(또는, 예컨대, 코팅)은 높은 반사율(예컨대, 80% 이상의 반사율)을 가진다. 패싯 및/또는 패싯 상의 코팅의 제한하지 않는 예는 알루미늄 및 은을 포함하지만, 다른 반사 재료가 사용될 수 있다.
상기 하우징(92)의 내부 표면(92A)은 상기 광원 모듈(10)의 측 방향으로 이격되고, 상기 광원 모듈(10)로부터 방출된 광은 상기 내부 표면(92A)에 의해 반사되고 상기 하우징(92)의 출사 측으로 집광될 수 있다. 도 19와 같이, 헤드 램프(90)에 의해 소정 거리(D21)로 이격된 스크린(99)에 광을 조사하면, 스크린(90)의 중심 부근에 가장 높은 광 부포를 가질 수 있다. 예컨대, 도 20의 조도 분포와 같이, (a)에서 하이 빔(HB)은 스크린의 중심 부근에서 가장 높은 광도를 가지며, (b)에서 로우 빔(LB)이 스크린의 중심 부근에서 가장 높은 광도를 가짐을 알 수 있다.
상기 하우징(92)의 캐비티(95)는 오목한 수납부 또는 오목하게 함몰된 리세스를 포함하며, 상기 하우징(92)은 내부 표면(92A)과 볼록한 외측면을 가지는 대체로 사발, 파라볼라 안테나 또는 접시 형상의 부재일 수 있다. 상기 캐비티(95)에는 광원 모듈(10) 및 프로세서와 같은 컴포넌트들을 고정 지지하거나 포함하기 위한 다양한 특징부 및 부속품을 포함할 수 있다. 상기 하우징(92)의 외측은 헤드램프(90)를 차량 내부에 장착하거나 연결시키기 위한 다양한 특징부 및 부속품을 포함할 수 있고, 파워 및/또는 신호를 연결하기 위한 전기적 인터페이스 예컨대, 소켓(도 5의 91)를 가질 수 있다. 상기한 하우징(92) 및 캐비티(95)는 일 예이며, 다양한 형상으로 변경될 수 있다. 실시 예에 따른 하우징(92)은 좌/우측 헤드 램프(90)의 리플렉터로 기능할 수 있다.
<광원 모듈(10)>
도 5를 참조하면, 상기 광원 모듈(10)은 본체(20), 상기 본체(20)의 서로 다른 영역에 배치된 발광부(30,40)를 포함할 수 있다. 상기 본체(20)는 상기 하우징(92)의 후방을 통해 캐비티(95) 내부로 돌출되어 결합될 수 있다.
상기 본체(20)는 원 기둥 또는 다각 기둥 형상을 포함할 수 있다. 상기 본체(20)는 상기 하우징(92)의 후방에 차량과 결합되고 상기 하우징(92)의 내부에 돌출될 수 있다. 상기 본체(20)는 전방에서 볼 때, 원 또는 다각 형상을 가지며, 상기 발광부(30,40)는 상기 본체(20)의 X축 방향을 기준으로 소정 각도로 다른 영역에 배치되어, 서로 다른 방향으로 광을 조사하게 된다. 상기 발광부(30,40)는 상기 본체(20) 내에서 서로 다른 방향으로 광을 조사하게 된다. 상기 발광부(30,40)를 통해 방출된 광은 도 6과 같이, 상기 본체(20)에서 방사 방향으로 광이 조사되고 상기 내부 표면(92A)에 의해 반사되어 출사 방향으로 출사될 수 있다. 도 5에서 X축 방향은 광이 외부로 출사되는 제1방향이 될 수 있으며, 상기 Y축 방향은 상기 X축 방향과 직교하는 제2방향일 수 있으며, Z축 방향은 X축과 Y축 방향과 직교하는 제3방향일 수 있다. 상기 제3방향은 발광부(30,40)가 수직하게 중첩된 방향이거나 발광부(30,40)의 일부 구성들이 중첩된 방향일 수 있다.
상기 본체(20)는 플라스틱 재질이거나 금속 재질일 수 있다. 상기 본체(20)는 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P), 알루미늄(Al) 중 복수의 금속을 포함할 수 있으며, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 상기 본체(20)는 열 전도성이 높은 금속 예컨대, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 본체(20)은 방열 플레이트를 포함할 수 있다.
도 5 및 도 6과 같이, 상기 본체(20)는 상기 하우징(92)에 결합된 베이스부(21) 및 상기 베이스부(21)로부터 캐비티(95) 내부 또는 광 출사 방향으로 돌출된 지지부(23)를 포함할 수 있다. 상기 베이스부(21)는 상기 하우징(92)의 내부 또는 외부에 결합될 수 있도록, 원형 또는 다각형의 판으로 포함할 수 있다. 상기 지지부(23)는 상기 베이스부(21)의 중심으로부터 상기 하우징(92)의 캐비티(95) 방향으로 돌출될 수 있다. 상기 베이스부(21)는 너비 또는 직경이 상기 지지부(23)의 너비(도 6의 D1) 또는 직경보다 크게 배치되어, 상기 하우징(92)의 캐비티(95)의 바닥과 결합될 수 있다.
상기 지지부(23)는 상기 발광부(30,40)가 배치된 리세스(25,26)를 포함할 수 있다. 상기 리세스(25,26)는 상기 지지부(23)의 표면으로부터 오목하게 함몰되며, 하우징(92)의 출사측 방향을 기준으로 서로 소정 각도 예컨대, 90도 내지 270도의 범위 내에서 배치될 수 있다. 상기 리세스(25,26)는 상기 지지부(23)의 제1영역에 배치된 제1리세스(25)와, 상기 지지부(23)의 제2영역에 배치된 제2리세스(26)를 포함할 수 있다. 상기 제1,2리세스(25,26)는 상기 지지부(23)가 돌출되는 방향을 기준으로 서로 소정 각도 예컨대, 90도 내지 270도의 범위 내에서 배치될 수 있다. 상기 제1리세스(25)는 예컨대, 상기 지지부(23)가 돌출되는 방향을 기준으로 상기 제2리세스(26)와 180도의 각도로 배치될 수 있다. 상기 제1,2리세스(25,26)은 서로 반대측 방향에 배치되거나, 서로 둔각의 범위로 이격될 수 있다. 상기 제1,2리세스(25,26)의 형상은 서로 대칭되는 형상을 포함할 수 있다. 실시 예에 따른 지지부(24)에서의 리세스(25,26)는 2개 또는 3개 이상을 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 지지부(24)는 방열 플레이트로 기능할 수 있다.
상기 발광부(30,40)는 예컨대, 상기 제1리세스(25)에 배치된 제1발광부(30) 및 상기 제2리세스(26)에 배치된 제2발광부(40)를 포함할 수 있다. 상기 제1발광부(30)는 자외선, 녹색, 청색, 적색, 백색의 광 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 예컨대 백색 광을 발광할 수 있다. 상기 제2발광부(40)는 자외선, 녹색, 청색, 적색, 백색의 광 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 예컨대 백색 광을 발광할 수 있다. 상기 제1,2발광부(30,40)은 하이 빔 및 로우 빔 중 적어도 하나 또는 모두를 발광할 수 있다. 예컨대, 상기 제1발광부(30)는 상기 제1리세스(25)에서 하이 빔과 로우 빔의 광을 발광하게 되며, 상기 제2발광부(40)는 상기 제2리세스(26)에서 하이 빔과 로우 빔의 광을 발광하게 된다. 상기 제1,2발광부(30,40)로부터 방출된 하이 빔과 로우 빔은 주행 모드 또는 주행 상황에 따라 선택적으로 점등 또는 소등될 수 있다. 상기 제1,2발광부(30,40)의 로우 빔은 동시에 점등 또는 소등되거나, 주행 상황에 따라 시간 차를 갖고 점등 또는 소등될 수 있다. 상기 제1,2발광부(30,40)의 하이 빔은 동시에 점등 또는 소등되거나, 주행 상황에 따라 시간 차를 갖고 점등 또는 소등될 수 있다. 상기 제1,2발광부(30,40)은 발광 칩 예컨대, 발광 다이오드(LED) 칩(이하, 발광 칩이라 함)을 포함할 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 지지부(23)에서 제1리세스(25)는 상기 제1리세스(25)의 제1바닥부(5)로부터 X축 방향으로 서로 대면하는 제1,2측면(5A,5B)을 포함한다. 상기 제1리세스(25)에서 X축 방향은 전방 방향 또는 본체(20)의 길이 방향이며 상기 제1,2측면(5A,5B)은 X축 방향의 양측에서 서로 대응될 수 있다. 상기 제1,2측면(5A,5B)은 X축 방향으로 양측에 배치되어, 반사면으로 제공될 수 있다. 상기 제1,2측면(5A,5B)은 평평한 면을 포함하며, Z축 방향에 대해 경사진 면으로 배치될 수 있다. 상기 제1,2측면(5A,5B)의 경사진 방향으로 연장된 직선의 각도는 둔각의 범위로 배치될 수 있다. 상기 제1,2측면(5A,5B)은 반구 형상을 갖고 상기 제1바닥부(5)으로부터 상기 지지부(21)의 표면까지 경사지게 배치될 수 있다. 상기 제1,2측면(5A,5B)은 단차진 구조로 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제1,2측면(5A,5B)는 오목한 곡면을 포함할 수 있어, 이러한 오목한 곡면은 입사된 광의 지향 분포를 조절할 수 있다. 상기 제1,2측면(5A,5B) 간의 간격은 상기 제1바닥부(5)에 인접할수록 점차 가까울 수 있다. 상기 제1,2측면(5A,5B) 간의 하부 간격은 상기 제1바닥부(5)의 X축 방향의 길이(D3)와 동일할 수 있다. 상기 제1바닥부(5)의 Y축 방향의 너비는 상기 길이(D3)와 같거나 작을 수 있으며, 상기 지지부(23)의 너비(D1) 또는 직경과 같을 수 있다. 여기서, 상기 Z축 방향은 X축 및 Y축 방향과 직교하는 방향이며, 상기 Z축 방향이 전 방향 또는 주행 방향이며, Y축 방향은 X축 방향과 직교하는 방향일 수 있다. 상기 지지부(23)의 너비(D1)는 15mm 이상 예컨대, 15mm 내지 35mm의 범위일 수 있으며, 헤드 램프에 따라 선택적으로 적용될 수 있다.
상기 제1리세스(25)의 제1바닥부(5)는 외측에 제1,2측벽(5C,5D)을 포함할 수 있다. 상기 제1측벽(5C)은 상기 제1,2측면(5A,5B)의 상부에 연결될 수 있으며, 상기 제2측벽(5D)은 상기 제1,2측면(5A,5B)의 하부에 연결될 수 있다. 상기 제1,2측벽(5C,5D)은 Y축 방향으로 서로 이격되고 X축 방향으로 긴 길이(예: D3)를 가질 수 있다. 상기 제1,2측벽(5C,5D)은 상기 제1바닥부(5)로부터 단차진 구조로 돌출될 수 있다. 상기 제1,2측벽(5C,5D) 사이의 거리(D11)는 상기 지지부(23)의 너비(D1)보다 작을 수 있으며, 내부의 제1회로 기판(31)의 Y축 방향의 너비보다 클 수 있다. 상기 제1,2측벽(5C,5D)은 서로 평행하게 배치되거나, 비평행하게 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제1,2측벽(5C,5D)의 상면은 평탄한 면이거나 요철 면일 수 있다. 상기 제1,2측벽(5C,5D)의 외부 면은 서로 반대측 면으로서, 곡면이거나 평탄한 면일 수 있다. 상기 제1,2측벽(5C,5D)의 내부 면은 서로 대응되는 면으로서, 평탄한 면이거나 요철 면일 수 있다. 상기 제1,2측벽(5C,5D)은 상기 제1,2측면(5A,5B)보다 낮은 높이로 돌출되므로, 제1방향 또는 X축 방향을 개방시켜 줄 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 제2리세스(26)는 상기 제2리세스(26)의 제2바닥부(6)로부터 X축 방향으로 서로 대면하는 제3,4측면(6A,6B)을 포함한다. 상기 제2리세스(26)에서 X축 방향은 전방 방향 또는 본체(20)의 길이 방향이며 상기 제3,4측면(6A,6B)은 X축 방향의 양측에서 서로 대응될 수 있다. 상기 제3,4측면(6A,6B)은 X축 방향으로 양측에 배치되어, 반사면으로 제공될 수 있다. 상기 제3,4측면(6A,6B)은 평평한 면을 포함하며, 제3방향 또는 Z축 방향에 대해 경사진 면으로 배치될 수 있다. 상기 제3,4측면(6A,6B)의 경사진 방향으로 연장된 직선의 각도는 둔각의 범위로 배치될 수 있다. 상기 제3,4측면(6A,6B)은 반구 형상을 갖고 상기 제2바닥부(6)으로부터 상기 지지부(23)의 표면까지 경사지게 배치될 수 있다. 상기 제3,4측면(6A,6B)은 단차진 구조로 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제3,4측면(6A,6B)는 오목한 곡면을 포함할 수 있어, 이러한 오목한 곡면은 입사된 광의 지향 분포를 조절할 수 있다. 상기 제3,4측면(6A,6B) 간의 간격은 상기 제2바닥부(6)에 인접할수록 점차 가까울 수 있다. 상기 제3,4측면(6A,6B) 간의 하부 간격은 상기 제2바닥부(6)의 X축 방향의 길이(D3)와 동일할 수 있다. 상기 제2바닥부(6)의 Y축 방향의 너비는 상기 길이(D3)와 같거나 작을 수 있으며, 상기 지지부(23)의 너비(D1)보다 작을 수 있다.
상기 제2리세스(26)의 제2바닥부(6)는 외측에 제3,4측벽(6C,6D)을 포함할 수 있다. 상기 제3측벽(6C)은 상기 제3,4측면(6A,6B)의 상부에 연결될 수 있으며, 상기 제4측벽(6D)은 상기 제3,4측면(6A,6B)의 하부에 연결될 수 있다. 상기 제3,4측벽(6C,6D)은 Y축 방향으로 서로 이격되고 X축 방향으로 긴 길이(예: D3)를 가질 수 있다. 상기 제3,4측벽(6C,6D)은 상기 제2바닥부(6)로부터 단차진 구조로 돌출될 수 있다. 상기 제3,4측벽(6C,6D) 사이의 거리(D11)는 상기 지지부(23)의 너비(D1)보다 작을 수 있으며, 내부의 제2회로 기판(41)의 Y축 방향의 너비보다 클 수 있다. 상기 제3,4측벽(6C,6D)은 서로 평행하게 배치되거나, 비평행하게 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제3,4측벽(6C,6D)의 상면은 평탄한 면이거나 요철 면일 수 있다. 상기 제3,4측벽(6C,6D)의 외부 면은 서로 반대측 면으로서, 곡면이거나 평탄한 면일 수 있다. 상기 제3,4측벽(6C,6D)의 내부 면은 서로 대응되는 면으로서, 평탄한 면이거나 요철 면일 수 있다. 상기 제3,4측벽(6C,6D)은 상기 제3,4측면(6A,6B)보다 낮은 높이로 돌출되므로, 제1방향 또는 X축 방향을 개방시켜 줄 수 있다.
도 9, 도 10 및 도 11과 같이, 상기 지지부(23)에서 제1,2리세스(25,26)의 외곽부(23A,23B)는 상기 제1,2리세스(25,26)의 바닥부(5,6) 간의 간격보다 큰 두께(D6)를 가질 수 있다. 상기 제1,2리세스(25,26)의 바닥부(5,6) 사이의 영역은 내부(23C)로서, 상기 외곽부(23A,23B)의 두께(T1)보다 얇은 두께(D6)를 가질 수 있다. 상기 두께(D6)는 두께(T1)의 40% 이하일 수 있으며, 예컨대 15% 내지 40%의 범위일 수 있다. 상기 두께(D6)가 상기 범위보다 얇으면 내부 강성이 저하되고 방열 효율이 저하될 수 있고 상기 범위보다 두꺼우면 발광 면(A1,A2) 간의 간격(D8)이 커지게 되어, 광도 저하의 원인이 될 수 있다. 상기 외곽부(23A,23B)의 두께(T1)는 Z축 방향의 두께로서, 상기 발광 면(A1,A2) 간의 간격(D8)과 동일하거나 더 작을 수 있다. 상기 외곽부(23A,23B)의 두께(T1)는 상기 내부(23C)의 두께(D6)의 5배 이하로 배치될 수 있다. 이는 외곽부(23A,23B)의 측벽(5C,5D,6C,6D)에 의해 제2방향 또는 Y축 방향으로 차단되는 광 손실을 줄여줄 수 있다. 상기 외곽부(23A,23B)의 두께(T1)는 3mm 이상 예컨대, 3mm 내지 6mm의 범위일 수 있다. 상기 지지부(23)에서 제1,2바닥부(5,6)의 깊이(D5)는 Z축 방향으로 함몰된 깊이로서, 상기 제1,2바닥부(5,6) 사이의 간격 또는 내부(23C)의 두께(D6)보다 클 수 다. 이에 따라 상기 제1,2바닥부(5,6) 상에 광원 모듈의 회로 기판(31,41) 및 발광 소자(32,33,42,43)가 배치될 수 있다. 상기 제1,2바닥부(5,6) 사이의 간격 또는 내부(23C)의 두께(D6)는 제1,2회로기판(31,41)의 두께 합보다 작을 수 있다.
<제1,2발광부(30,40)>
상기 제1리세스(25)에는 제1발광부(30)가 배치되며, 상기 제2리세스(26)에는 제2발광부(40)가 배치될 수 있다. 상기 제1,2발광부(30,40)는 서로 다른 리세스(25,26)에 배치되지만, 각 구성은 동일할 수 있어, 상기 제1발광부(30)의 구성을 설명하며, 상기 제2발광부(40)의 구성은 제1발광부(30)의 구성 및 동작을 참조하며 간략하게 설명하기로 한다.
도 6 내지 도 8, 및 도 10을 참조하면, 상기 제1발광부(30)는 상기 제1리세스(25) 상에서 제1측 방향으로 광을 조사하며, 상기 제2발광부(40)는 상기 제2리세스(26) 상에서 제2측 방향으로 광을 조사한다. 상기 제1발광부(30)는 상기 제1리세스(25)에서 하이 빔과 로우 빔의 광을 발광하게 되며, 상기 제2발광부(40)는 상기 제2리세스(26)에서 하이 빔과 로우 빔의 광을 발광하게 된다. 상기 제1,2발광부(30,40)로부터 방출된 광은 자외선, 청색, 녹색, 적색 및 백색의 광 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 예컨대 백색의 광을 포함할 수 있다.
상기 제1발광부(30)는, 제1회로 기판(31), 상기 제1회로 기판(31)에 제1,2 발광 소자(32,33), 및 상기 제1회로 기판(31) 상에 제1렌즈(39)를 포함할 수 있다. 상기 제1회로 기판(31)은 상기 제1리세스(25)의 제1바닥부(5)에 배치되며, 상기 제1바닥부(5)에 접착제 또는 체결부재로 고정될 수 있다. 상기 접착제는 열 전도성 접착제를 포함할 수 있으며, 상기 체결 부재는 나사 또는 리벳을 포함할 수 있다.
상기 제1회로 기판(31)은 상기 제1,2측벽(5C,5D)의 상면보다 낮게 배치될 수 있다. 상기 제1회로 기판(31)의 두께는 상기 제1,2측벽(5C,5D)의 높이 또는 제1바닥부(5)의 깊이보다 작을 수 있다. 상기 제1발광부(30)의 제1발광 소자(32)는 하이 빔용 광을 발생하는 LED를 포함하며, 상기 제2발광 소자(33)는 로우 빔용 광을 발생하는 LED를 포함할 수 있다. 상기 제1,2발광 소자(32,33)은 동일한 컬러의 광을 발광하거나 서로 다른 컬러의 광을 발광할 수 있다. 상기 제1,2발광 소자(32,33)는 백색 광의 발광을 발광할 수 있으며, 서로 동일한 색 온도 또는 서로 다른 색 온도의 광을 발광할 수 있다. 상기 제1,2발광 소자(32,33)의 색 온도는 2500K 내지 12000K의 색 온도 범위를 가질 수 있다.
도 6, 도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 제2발광부(40)는, 제2회로 기판(41), 상기 제2회로 기판(41)에 제3,4 발광 소자(42,43), 및 상기 제2회로 기판(41) 상에 제2렌즈(49)를 포함할 수 있다.
상기 제2회로 기판(41)은 상기 제2리세스(35)의 제2바닥부(6)에 배치되며, 상기 제2바닥부(6)에 접착제 또는 체결부재로 고정될 수 있다. 상기 제2회로 기판(41)은 상기 제3,4측벽(6C,6D)의 상면보다 낮게 배치될 수 있다. 상기 제2회로 기판(41)의 두께는 상기 제3,4측벽(6C,6D)의 높이 또는 제2바닥부(6)의 깊이보다 작을 수 있다. 상기 제1발광부(40)의 제3발광 소자(42)는 하이 빔용 광을 발생하는 LED를 포함하며, 상기 제4발광 소자(43)는 로우 빔용 광을 발생하는 LED를 포함할 수 있다. 상기 제3,4발광 소자(42,43)은 동일한 컬러의 광을 발광하거나 서로 다른 컬러의 광을 발광할 수 있다. 상기 제3,4발광 소자(42,43)는 백색 광의 발광을 발광할 수 있으며, 서로 동일한 색 온도 또는 서로 다른 색 온도의 광을 발광할 수 있다. 상기 제3,4발광 소자(42,43)의 색 온도는 2500K 내지 12000K의 색 온도 범위를 가질 수 있다.
상기 제1,2회로 기판(31,41)은 회로 패턴이 인쇄된 보드를 포함하며, 예를 들어, 수지 계열의 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board), 메탈 코아(Metal Core) PCB, 연성(Flexible) PCB, 세라믹 PCB, FR-4 기판을 포함할 수 있다. 상기 제1,2회로 기판(31,41)은 연성 또는 비연성 기판을 포함할 수 있다. 상기 제1,2회로 기판(31,41)은 방열을 위해 하부에 방열 플레이트 또는 방열 패드를 갖는 보드일 수 있다. 상기 제1,2회로 기판(31,41)의 두께는 0.7mm 이하 예컨대, 0.6mm±0.1mm의 범위일 수 있다. 상기 제1,2회로 기판(31,41)의 두께가 상기 범위보다 작은 경우, 방열 효율이 저하될 수 있고 상기 범위보다 두껍게 배치된 경우, 상기 발광 소자(32,33,42,43)의 발광 면 간의 간격이 더 멀어지게 되어 광도를 저하시킬 수 있고, 초점 위치가 달라지는 문제가 있다.
도 10에서, 제1,2발광부(30,40)의 회로 기판(31,41) 사이의 간격(D7)은 상기 외곽부(23A,23B)의 두께(T1)보다 작게 배치될 수 있으며, 예컨대 3mm 이하 또는 1.8mm 내지 3mm의 범위로 배치될 수 있다. 이에 따라 리세스(25,26)의 내부 두께(D6)와 회로 기판(31,41)의 방열 두께를 확보할 수 있다.
상기 발광 소자(32,33,42,43)는 발광 칩 예컨대, 발광 다이오드(LED) 칩(이하, 발광 칩이라 함)이거나, 상기 발광 칩이 패키징된 패키지를 포함할 수 있다. 상기 발광 칩은 자외선, 청색, 적색, 녹색, 자외선(UV), 적외선 중 적어도 하나를 발광할 수 있다. 상기 발광 소자(32,33,42,43)는 탑뷰 또는 사이드 뷰 타입일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 다른 예로서, 상기 발광 소자(32,33,42,43)는 발광 칩이 예컨대, COB(chip on board) 타입으로 구현될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 소자(32,33,42,43)는 발광 칩에 접촉되거나 이격되는 형광체를 포함할 수 있다. 상기 형광체는 수지 부재이거나 필름 형태로 제공되어, 상기 발광 칩으로부터 방출된 일부 광의 파장을 변환하게 된다. 상기 형광체는 황색, 녹색, 적색 및 청색 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1발광 소자(32)는 하나 이상의 LED를 포함하며, m×n 어레이될 수 있으며, 상기 m, n은 1이상일 수 있으며, m≥n일 수 있다. 상기 제2발광 소자(33)는 하나 이상의 LED를 포함하며, o×p 어레이될 수 있으며, 상기 o,p는 1이상일 수 있으며, o≥p의 관계를 가질 수 있다. 상기 제3발광 소자(42)는 하나 이상의 LED를 포함하며, q×r 어레이될 수 있으며, 상기 q, r은 1이상일 수 있으며, q≥r의 관계를 가질 수 있다. 상기 제4발광 소자(44)는 하나 이상의 LED를 포함하며, v×w 어레이될 수 있으며, 상기 v, w은 1이상일 수 있으며, v≥w의 관계를 가질 수 있다. 상기 m,o,q,v이 2이상인 경우, 이들의 어레이 방향은 수평 방향, 상기 본체의 길이 방향, 또는 상기 하우징(92)의 개구부 방향일 수 있다. 상기 n,p,r,w이 2이상인 경우, 이들의 어레이 방향은 수직 방향, 상기 본체의 너비 방향, 또는 상기 하우징(90)의 내측면 방향일 수 있다.
상기 제1,3발광 소자(32,42)의 개수는 서로 동일할 수 있다. 상기 제2,4발광 소자(33,43)의 개수는 서로 동일할 수 있다. 상기 제1,2발광 소자(32,42)의 개수는 서로 동일하거나 다를 수 있다. 상기 제3,4발광 소자(33,43)의 개수는 서로 동일하거나 다를 수 있다. 상기 제1,3발광 소자(32,42)는 상기 제2,4발광 소자(33,43)보다 상기 베이스부(21)에 더 인접하게 배치될 수 있다. 상기 제2,4발광 소자(33,43)는 상기 제1,3발광 소자(32,42)보다 지지부(23)의 출사측 단부(23E)에 더 인접하게 배치될 수 있다. 반대로, 상기 제2,4발광 소자는 상기 제1,3발광 소자보다 상기 베이스부(21)에 더 인접하게 배치될 수 있다. 상기 제1,3발광 소자(32,42)는 상기 제2,4발광 소자(33,43)보다 베이스부(21)에 더 인접하게 배치될 수 있다.
상기 제1발광 소자(32)의 어레이 중심을 연결한 직선은 상기 제2발광 소자(33)의 어레이의 중심을 연결한 직선과 다른 선상에 배치될 수 있으며, 예컨대 상기 제1발광 소자(32)의 어레이 중심을 연결한 직선이 상기 상기 제2발광 소자(33)의 어레이 중심을 연결한 직선보다 하부에 배치될 수 있다. 상기 제3발광 소자(42)의 어레이 중심을 연결한 직선은 상기 제4발광 소자(43)의 어레이의 중심을 연결한 직선과 다른 선상에 배치될 수 있으며, 예컨대 상기 제3발광 소자(42)의 어레이 중심을 연결한 직선이 상기 상기 제4발광 소자(43)의 어레이 중심을 연결한 직선보다 하부에 배치될 수 있다.
도 8, 도 9 및 도 11과 같이, 상기 제1발광부(30)는 제1반사 컵(36)을 포함하며, 상기 제1반사 컵(36)은 상부가 개방되며 상기 제2발광 소자(33)의 하부 외측을 감싸게 배치될 수 있다. 상기 제1반사 컵(36)은 상기 제2발광 소자(33)의 하부 영역을 감싸고 상부 영역을 개방하여, 상기 제2발광 소자(33)로부터 방출된 광이 하 방향으로 진행되는 것을 방지하도록 반사할 수 있다. 상기 제2발광부(40)는 제2반사 컵(46)을 포함하며, 상기 제2반사 컵(46)은 상부가 개방되며 상기 제4발광 소자(43)의 하부 외측을 감싸게 배치될 수 있다. 상기 제2반사 컵(46)은 상기 제4발광 소자(43)의 하부 영역을 감싸는 형태로 개방되며, 상기 제4발광 소자(43)로부터 방출된 광이 하 방향으로 진행되는 것을 방지하도록 반사할 수 있다. 상기 제1,2반사 컵(36,46)은 내측은 오목한 곡면이거나 각면 및 곡면이 혼합된 면을 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 여기서, 상기 제1,2반사 컵(36,46)은 상기 제2,4발광 소자(33,43)의 광축 예컨대, Z축 방향의 직선보다 아래에 배치되고, 상기 제2,4발광 소자(33,43)의 방출 광 중에서 하 방향으로 진행하는 광을 반사시켜 줄 수 있다. 이러한 제1,2반사 컵(36,46)은 상기 제2,4발광 소자(33,43)로부터 방출된 광이 로우 빔용 광으로 조사될 수 있도록 하부 영역을 커버하게 된다. 상기 제1,2반사 컵(36,36)은 상기 제1,2회로 기판(31,41)로부터 일체로 연장되거나 별도로 부착될 수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 제1,2반사 컵(36,46)은 제1,2렌즈(39,49)의 내부 곡면(R2)으로부터 소정 간격(G1)으로 이격될 수 있다. 상기 제1,2반사 컵(36,46)의 높이 예컨대, Z축 방향의 높이(G2)는 상기 회로 기판(31,41)의 표면으로부터 6mm 이하 예컨대, 3mm 내지 6mm의 범위를 포함할 수 있다. 상기 제1,2반사 컵(36,36)의 높이(G2)가 상기 범위보다 크면 렌즈(39,49)에 접촉되어, 광의 균일한 분포 제어가 어렵고 상기 범위보다 작으면 로우 빔의 광도가 저하될 수 있다. 상기 제1,2반사 컵(36,46)은 상기 지지부(21)의 재질과 같은 재질이거나 다른 재질일 수 있으며, 예컨대 금속 재질을 포함할 수 있다. 상기 제1,2반사 컵(36,46)은 수지 또는 플라스틱과 같은 비 금속 재질을 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 광원 모듈은 렌즈(39,49)를 포함할 수 있다. 실시 예에 따른 발광부(30,40)는 상기 렌즈(39,49)를 포함할 수 있다. 상기 렌즈(39,49)는 상기 제1발광부(30)의 출사 측에 배치된 제1렌즈(39)와, 상기 제2발광부(40)의 출사 측에 배치된 제2렌즈(49)를 포함할 수 있다. 상기 제1렌즈(39)의 초점 위치와 상기 제2렌즈(49)의 초점 위치는 서로 이격되어, LED 광원을 갖는 헤드 램프에 최적화시켜 줄 수 있다. 실시 예에 따른 렌즈(39,49)는 도 10 및 도 11과 같이, 상기 제1,2렌즈(39,49)는 상기 제1,2리세스(25,26)의 상부를 커버하고 상기 발광 소자(32,33,42,43)로부터 방출된 광을 굴절시켜 출사할 수 있다. 상기 제1,2렌즈(39,49)는 Y축 방향으로 기준으로 Z축 방향으로 볼록한 곡면을 포함할 수 있다. 상기 제1,2렌즈(39,49)는 Z축 방향으로 오목한 내부 곡면(R2) 및 Z축 방향으로 볼록한 외부 곡면(R1)을 포함할 수 있다. 상기 렌즈(39,49)는 유리 재질이거나, 실리콘 또는 에폭시와 같은 수지 재질이거나, 투명한 플라스틱 재질을 포함할 수 있다. 상기 렌즈(39,49)는 굴절률이 1.5±0.2의 범위를 포함할 수 있다. 상기 제1,2렌즈(39,49)는 볼록 메니커즈(Meniscus) 렌즈 형상을 포함할 수 있다.
도 10, 도 11 및 도 13과 같이, 상기 렌즈(39,49)의 외부 곡면(R1)은 양의 곡률을 갖고 상기 내부 곡면(R2)은 음의 곡률을 가질 수 있다. 상기 외부 곡면(R1)의 곡률 반경은 8.6mm 이상 예컨대, 8.6mm 내지 10.30mm의 범위를 포함할 수 있다. 상기 내부 곡면(R2)의 곡률 반경은 8mm 이상 예컨대, 8.6mm 내지 10.30mm의 범위를 가질 수 있다. 상기 렌즈(39,49)의 외부 곡면(R1)과 내부 곡면(R2)은 서로 다른 곡률 반경을 가질 수 있으며, 예컨대 R1<R2의 관계를 가질 수 있다. 상기 렌즈(39,49)의 외부 곡면(R1)과 내부 곡면(R2)은 센터 영역의 두께(d)와 초점 위치에 따라 상기 곡률 반경 내에서 선택될 수 있다. 상기 렌즈(39,49)의 외부 곡면(R1)은 상기 지지부(23)의 외부 표면보다 돌출되지 않을 수 있다.
상기 제1,2렌즈(39,49)는 센터 영역의 두께(d)가 Y축 방향의 주변 가장 자리에 비해 더 두꺼운 형태를 포함할 수 있다. 상기 제1,2렌즈(39,49)는 센터 영역의 두께(d)가 X,Y축 방향의 주변 가장 자리에 비해 더 두꺼운 형태를 포함할 수 있다. 상기 제1,2렌즈(39,49)는 센터 영역은 상기 발광 소자(32,33,42,43)과 Z축 방향으로 중첩된 영역일 수 있다. 상기 제1,2렌즈(39,49)는 센터 영역의 두께(d)가 가장 두껍고, 상기 제1,2리세스(25,26)의 측벽(5C,5D,6C,6D)에 인접할수록 점차 얇은 두께(예: B4)로 형성될 수 있다. 도 12와 같이, 제1,2렌즈(39,49)는 X축 방향으로 일정한 두께로 배치될 수 있다. 상기 X축 방향의 렌즈(39,49)의 에지 부분이 지지부(23)의 오목부(미도시) 상으로 돌출되어, 접착제나 나사와 같은 부재로 고정될 수 있다.
도 10 내지 도 12와 같이, 상기 제1,2렌즈(39,49)의 내부 곡면(R2)은 상기 제1,2리세스(25,26)의 측벽(5C,5D,6C,6D)과 측면(5A,5B,6A,6B)으로 연장되며, 그 외측면(도 13의 R3,R4,R5,R6)이 접착제(69) 또는 다른 고정 부재로 고정될 수 있다. 상기 접착제(69)는 실리콘 또는 에폭시와 같은 수지 재질을 포함할 수 있다. 상기 제1,2렌즈(39,49)의 적어도 외곽부는 지지부(23) 상에 나사와 같은 체결 부재로 체결될 수 있다.
상기 제1,2렌즈(39,49)의 바닥면(R3,R4)은 상기 측벽(5C,5D,6C,6D) 상에 접착되는 데, 이 경우 상기 제1,2렌즈(39,49)의 바닥면(R3,R4)의 너비 예컨대, Y축 방향의 두께(B4)는 상기 측벽(5C,5D,6C,6D)의 너비(D4)보다 작을 수 있다. 상기 제1,2렌즈(39,49)의 바닥면(R3,R4)에서 상기 Y축 방향의 두께(B4)는 최소 두께로서, 상기 너비(D4)의 1/2 이하일 수 있으며, 예컨대 1/2 내지 1/4 범위로 배치될 수 있다. 상기 최소 두께(B4)는 1.5mm 이하 예컨대, 0.8mm 내지 1.5mm 범위일 수 있다.
상기 제1,2렌즈(39,49)는 바닥면(R3,R4) 방향에 인접할수록 두께를 점차 얇게 제공하여, 출사 광량의 편차를 줄여줄 수 있다. 상기 제1,2렌즈(39,49)의 바닥면(R3,R4)은 상기 측벽(5C,5D,6C,6D)의 외측 즉, 상측 또는 하측에 배치되어, 상기 측벽(5C,5D,6C,6D)의 내측이 노출될 수 있다. 상기 제1,2렌즈(39,49)의 외부 곡면(R2)은 상기 지지부(23)의 외곽부(23A)의 곡면으로부터 연장될 수 있다. 상기 제1,2렌즈(39,49)의 외부 곡면(R2)은 상기 지지부(23)의 표면과 동일한 면이거나 상기 지지부(23)의 표면보다 외측으로 돌출되지 않게 배치될 수 있다.
도 10 및 도 14와 같이, 상기 제1,2렌즈(39,49)에서 Z축 방향의 높이(B2)는 Y축 방향의 길이(B1)의 1/2 이하 예컨대, 9mm 이하이거나 7mm 내지 9mm의 범위를 가질 수 있다. 상기 제1,2렌즈(39,49)의 Y축 방향의 길이(B1)는 지지부(23)의 너비(D1) 또는 직경과 같거나 작을 수 있으며, B1은 D1의 0.90 내지 0.99의 범위로 배치될 수 있다. 상기 제1,2렌즈(39,49)의 Y축 방향의 길이(B1)는 17mm 이상 예컨대, 17mm 내지 19mm의 범위 또는 17mm 내지 32mm의 범위일 수 있다. 도 14와 같이, 상기 제1,2렌즈(39,49)는 X축 방향의 최대 길이(B3)는 바닥면(R3,R4)의 길이(B11) 또는 최소 길이보다 클 수 있다. 상기 제1,2렌즈(39,49)는 상기 X축 방향의 최대 길이(B3)가 길이(B11)의 1.5배 이상 예컨대, 1.5내지 1.9배의 범위로 배치될 수 있으며, 30mm 이상 예컨대, 30mm 내지 40mm의 범위일 수 있다. 이러한 제1,2렌즈(39,49)의 X축 방향의 길이(B3,B11)는 상기 제1,2리세스(25,26)의 사이즈에 따라 달라질 수 있다.
이러한 광원 모듈(10)은 도 15와 같이, 본체(20) 및 발광부(30,40)를 포함하여 구현될 수 있으며, 수직한 축 방향에 대해 소정 각도(θ1)로 틸트되어 배치될 수 있으며, 이러한 각도(θ1)는 30도 이하일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 이러한 광원 모듈(10)을 통해 방출된 광은 하우징(92)의 내부 표면(92A)에 의해 반사되어, 전 방향 또는 차량 주행 방향으로 조사될 수 있다.
실시 예에 따른 헤드 램프는 LED 광원을 비교 예의 헤드 램프의 필라멘트 광원의 대체하여 적용할 수 있다. 여기서, 비교 예의 헤드 램프는 필라멘트 광원로부터 조사되는 선 광원에 최적화되고 있으나, 필라멘트의 지름 또는 직경은 약 1mm 정도로서, 비교 예의 헤드 램프의 초점은 필라멘트 광원의 위치 또는 필라멘트의 부근에 위치하게 된다. 여기서, 헤드 램프는 H4 밸브를 포함할 수 있다. 이러한 비교 예의 헤드 램프에 LED 광원 즉, 발광 소자(예: 32,33,42,43)을 대체한 경우, 도 16과 같이 렌즈를 사용하지 않으면 하우징의 초점 위치(P1)는 본체의 지지부(23)의 중심 위치에 맺히게 된다. 그러나, 도 16의 LED 광원를 사용한 경우, LED 광원 즉, 발광 소자 (32,33,42,43)의 발광 면(A1,A2) 간의 간격(도 10의 D8)은 1.5mm를 초과하게 되며, 예컨대 3mm 이상 또는 3mm 내지 4mm의 범위일 수 있다. 이러한 발광 소자(32,33,42,43)의 발광 면(A1,A2)의 간격이 더 넓어질 경우 발광 소자(32,33,42,43)으로부터 방출된 광이 상기 하우징(92)의 내부 표면(92A)에 의해 반사되고 전방향으로 출사되더라도, 광도가 저하되는 문제가 발생될 수 있다. 즉, 서로 반대측 발광 소자(32,33)(42,43) 간의 초점 위치가 멀어짐으로써, 광의 분산 범위가 커지게 되어 광도 저하가 발생된다. 이를 위해, 서로 반대측 발광 소자(32,33,42,43)의 발광 면(A1,A2) 간의 간격을 더 좁게 하기 위해, 발광 면(A1,A2) 사이의 구성 요소들의 두께를 줄여야 하는 문제가 발생될 수 있다. 예컨대 상기 발광 소자(32,33,42,43)의 발광 면 간의 간격을 줄이기 위해, 회로 기판(31,41)의 두께를 얇게 할 경우, 상기 회로 기판의 방열 능력이 저하되어, 발광 소자의 광도 편차가 발생되거나, 방열 신뢰성이 저하될 수 있다. 또한 지지부(23)의 내부(23C) 두께(D6)를 더 줄일 경우, 지지부(23)의 내부(23C) 강성이 저하될 수 있고 방열 측면에서 효율이 저하될 수 있다. 따라서, 발광 면 간의 간격이 좁아지면 필라멘트의 직경과 유사하여 헤드 램프의 광도는 올라갈 수 있으나, 회로 기판의 두께나 지지부의 내부 두께의 줄임에 따른 냉각 성능의 문제나 광도 저하의 문제가 야기될 수 있다.
실시 예는 발광 소자(32,33,42,43) 상에 렌즈(39,49)를 배치하여, 하우징(92)의 초점 위치를 이동시켜 주어, 광학적으로 발광 면간의 간격을 좁혀 줄 수 있고 회로 기판(31,41)의 방열 저하를 방지할 수 있으며 광도를 개선시켜 줄 수 있다. 실시 예는 도 16과 같이 렌즈가 없는 경우 서로 동일한 하우징의 초점(P1)이 도 17과 같이 서로 다른 하우징(92)의 초점(P2,P3)으로 이동시켜 줄 수 있다. 도 18의 (a)는 렌즈가 없는 경우 하우징(92)의 초점(P1)이 렌즈(39,49)가 있는 경우 하우징의 초점(P2)이 소정 거리로 이동됨을 알 수 있다.
상기 렌즈(39,49)의 센터 영역의 두께를 d라 하고, 내부 곡률 반경은 R2라 하고, 초점 이동 거리를 f(단위 mm)로 할 때, 상기 렌즈의 굴절률은 1.5이고, 외부 곡률 반경은 9.50으로 하여, 센터 영역의 두께(d)와 초점 이동 거리(f)의 관계는 표 1 및 도 23의 그래프와 같다. 여기서의 초점 이동 거리(f)는 한쪽 발광부에서의 이동 거리로서, 하우징(92) 내에서의 초점 이동 거리는 f×2로 계산될 수 있다.
표 1 및 도 23의 그래프와 같이, 상기 두께(d)가 1mm부터 4.5mm로 두꺼워지고 내부 곡면의 곡률 반경(R2)이 8.52mm부터 12.32mm로 커질 때, 상기 초점 이동 거리(f)는 0.01mm부터 1.15mm로 이동될 수 있다.
d(mm) R2(mm) f(mm)
1.0 8.52 0.01
1.5 8.69 0.30
2.0 8.92 0.55
2.5 9.25 0.76
3.0 9.69 0.92
3.5 10.30 1.04
4.0 11.14 1.11
4.5 12.32 1.15
여기서, 상기 본체(20)의 지지부(23)의 내부(23C) 두께(도 10의 D6)가 0.7mm 내지 0.9mm의 범위일 수 있다. 상기 회로 기판(31,41)의 두께는 0.5mm 내지 0.7mm의 범위일 수 있다. 상기 지지부(23)의 내부(23C) 두께는 상기 회로 기판(31,41)의 두께에 비해 0.1mm 이상 예컨대, 0.1mm 내지 0.3mm의 범위로 두꺼울 수 있다. 상기 발광 소자(32,33,42,43)의 두께는 0.6mm 이상 예컨대, 0.6mm 내지 1mm의 범위를 포함할 수 있다. 상기 헤드 램프에서 발광 소자(32,33,42,43)들의 발광 면(A1,A2) 간의 간격(도 10의 D8)은 3mm 이상 예컨대, 3mm 내지 4mm의 범위 또는 3.2mm 내지 3.8mm의 범위일 수 있다. 이에 따라 상기 렌즈(39,49)에 의한 초점 이동 거리(f)는 0.5mm 이상 예컨대, 0.5mm 내지 1.1mm 이하일 수 있으며, 전체 초점 이동 거리(2×f)는 1mm 내지 2.2mm로 이동될 수 있다.
도 17과 같이, 상기 하우징(92)의 초점 위치(P2,P3)는 상기 지지부(23)의 내부 중심보다는 상기 회로 기판(31,41)의 바닥 또는 이에 인접하게 배치될 수 있다. 실시 예는 하우징의 초점 거리를 비교 예의 하우징의 초점 거리보다 더 짧게 제공할 수 있다. 따라서, 렌즈의 초점 이동 거리에 따라 상기 하우징의 초점 위치를 보상하여, LED 광원을 사용하는 하우징의 초점 위치를 변경에 따른 광도 저하를 방지할 수 있다. 예컨대, 발광 소자의 발광 면 간의 물리적인 간격을 100%라 할 때, 광학적인 간격으로 90% 이하 예컨대, 70% 내지 90%의 범위로 초점 위치를 이동시켜 줄 수 있다. 이는 LED 광원의 초점 이동으로 인해 광의 분산 효과를 줄일 수 있고 표 2 및 표 3과 같이, 헤드 램프의 광도를 3% 이상 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예에 따른 발광부(30,40)에서 렌즈(31,41)의 내부 곡면(R2) 및 외부 곡면(R1) 중 적어도 하나 또는 모두는 무반사(AR: Anti-reflection) 코팅 또는 무반사 코팅 없은 면으로 제공될 수 있다. 상기 무반사 코팅은 반사를 줄이며 광의 투과 효율을 높여줄 수 있으며, 투과하는 파장 예컨대, 400nm 내지 800nm의 파장을 투과율을 증가시켜 주거나, 특정 파장 대역 예컨대, 400nm 내지 600nm의 투과율을 증가시켜 줄 수 있다. 상기 무반사 코팅 재료는, MgF2, SiO2, ZrO2, Al2O3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
표 2는 실시 예에 따른 렌즈의 내부 및 외부 곡면에 무반사 코팅을 한 경우의 광도를 비교한 표이며, 표 3은 실시 에에 따른 렌즈의 내부 및 외부 곡면에 무반사 코팅 없이 광도를 비교한 표이다.
d(mm) Hi-Beam Low-Beam
광도(MAX cd) 비율(%) 광도(MAX cd) 비율(%)
(Lens 무) 45611 100.0 63040 100.0
1.0 44265 97.0 61657 97.8
1.5 46847 102.7 63657 101.0
2.0 48280 105.9 65883 104.5
2.5 50448 110.6 67153 106.5
3.0 51616 113.2 67985 107.8
3.5 53010 116.2 68303 108.3
표 2에서 렌즈가 없는 경우를 100%로 할 때, 무반사 코팅을 갖는 렌즈의 두께 d가 1mm인 경우는 하이 빔 및 로우 빔의 광도가 렌즈가 없는 경우보다 낮으며, 렌즈 두께가 1.5mm 내지 3.5mm까지는 하이 빔 및 로우 빔의 광도가 증가함을 알 수 있다.
도 24는 본 발명에서 무반사 코팅 렌즈를 적용할 때, (a) 하이 빔 모드에서의 렌즈 두께(d)와 광도의 비율 관계를 나타낸 그래프이며, (b)는 로우 빔 모드에서의 렌즈 두께(d)와 광도의 비율 관계를 나타낸 그래프이다.
표 3은 렌즈의 내부 및 외부 곡면에 무반사 코팅이 없는 경우이다.
d(mm) Hi-Beam Low-Beam
광도(MAX cd) 비율(%) 광도(MAX cd) 비율(%)
(Lens무) 45611 100.0 63040 100.0
1.0 42370 92.9 58846 93.3
1.5 44863 98.4 60664 96.2
2.0 46153 101.2 62856 99.7
2.5 48144 105.6 64048 101.6
3.0 49364 108.2 64738 102.7
3.5 50696 111.1 65053 103.2
표 3 및 도 25와 같이, 렌즈가 없는 경우를 광도를 100%로 할 때, 무반사 코팅이 없는 렌즈의 두께 d가 1mm, 1.5mm인 경우는 하이 빔 및 로우 빔의 광도가 렌즈가 없는 경우보다 낮으며, 렌즈 두께가 1.5mm 내지 3.5mm까지는 하이 빔 또는 로우 빔의 광도가 증가함을 알 수 있다. 이는 렌즈의 센터 영역의 두께(d)를 2mm 내지 3.5mm로 한 경우, 하이 빔 및 로우 빔의 광도가 모두 증가됨을 알 수 있다. 도 25는 본 발명에서, 무반사 코팅이 없는 렌즈를 적용할 때, (a) 하이 빔 모드에서의 렌즈 두께(d)와 광도의 비율 관계를 나타낸 그래프이며, (b)는 로우 빔 모드에서의 렌즈 두께(d)와 광도의 비율 관계를 나타낸 그래프이다.
따라서, 상기 렌즈의 센터 영역의 두께(d)는 무반사 코팅이 있는 경우 1.5mm 이상, 무반사 코팅이 없는 경우 2.0mm 이상에서 광도 개선 효과가 있음을 알 수 있다. 또한 하이 빔의 광도가 로우 빔의 광도보다는 더 높게 개선됨을 알 수 있다.
실시 예에 따른 광원 모듈을 갖는 유닛은, 헤드 램프, 차폭등, 사이드 미러등, 안개등, 테일등(Tail lamp), 방향 지시등(turn signal lamp), 후진등(back up lamp), 제동등(stop lamp), 주간 주행등(Daytime running right), 차량 실내 조명, 도어 스카프(door scarf), 리어 콤비네이션 램프 등에 적용 가능하다. 예컨대, 도 34의 차량 상에서, 광원 유닛이 주간 주행등, 후진등, 방향 지시등과 같은 램프에 적용되어 중심 광도를 증가시켜 줄 수 있다.
실시 예에 따른 차량용 헤드 램프는 하우징 내의 LED 광원을 위한 지지부를 배치하고 발광 면간의 간격에 따른 초점 위치를 광원 모듈의 렌즈를 이용하여 보상해 줄 수 있다. 이에 따라 필라멘트의 위치에 있는 초점을 렌즈로 의도적으로 이동시켜 LED 발광 면에 인접하게 이동시켜 줌으로써, 광도를 저하를 방지할 수 있다. 실시 예는 광원 모듈의 발광부를 서로 반대측 예컨대, 180도 방향으로 배치된 예로 설명하였으나, 90도 내지 270도의 범위 내에서 렌즈 및 LED 광원을 갖는 발광부에 적용할 수 있다.
도 21은 실시 예에 따른 발광 소자의 일 예를 나타낸 측 단면도이다.
도 21을 참조하면, 발광 소자는 지지 기판(310), 상기 지지 기판(310) 위에 배치된 발광 칩(340), 상기 발광 칩(340) 위에 배치된 형광체층(360), 상기 발광 칩(340) 및 형광체층(360)의 둘레에 배치된 반사 부재(370), 및 상기 발광 칩(340)의 상면(S31) 및 측면(S32)에 배치된 접착 부재(350)를 포함한다.
상기 지지 기판(310)은 절연 재질을 포함하며, 예컨대 세라믹 소재를 포함한다. 상기 세라믹 소재는 동시 소성되는 저온 소성 세라믹(LTCC: low temperature co-fired ceramic) 또는 고온 소성 세라믹(HTCC: high temperature co-fired ceramic)을 포함한다. 상기 지지 기판(10)의 재질은 금속 화합물 예컨대, Al2O3, 또는 AlN일 수 있으며, 바람직하게는 질화알루미늄(AlN) 또는 알루미나(Al2O3)를 포함할 수 있으며, 또는 열 전도도가 140 W/mK 이상인 금속 산화물을 포함할 수 있다.
상기 지지 기판(310)의 재질은 다른 예로서, 수지 계열의 절연 물질 예컨대, 폴리프탈아미드(PPA: Polyphthalamide)와 같은 수지 재질로 형성될 수 있다. 상기 지지 기판(310)은 실리콘, 변성 실리콘 수지, 에폭시 수지, 변성 에폭시 수지, 또는 플라스틱 재질을 포함하는 열 경화성 수지, 또는 고내열성, 고 내광성 재질로 형성될 수 있다. 다른 예로서, 상기 지지 기판(310) 내에는 산무수물, 산화 방지제, 이형재, 광 반사재, 무기 충전재, 경화 촉매, 광 안정제, 윤활제, 이산화티탄 중에서 선택적으로 첨가될 수 있다. 상기 지지 기판(310)의 재질은 예를 들면, 트리글리시딜이소시아누레이트, 수소화 비스페놀 A 디글리시딜에테르 등으로 이루어지는 에폭시 수지와, 헥사히드로 무수 프탈산, 3-메틸헥사히드로 무수 프탈산4-메틸헥사히드로 무수프탈산 등으로 이루어지는 산무수물을, 에폭시 수지에 경화 촉진제로서 DBU(1,8-Diazabicyclo(5,4,0)undecene-7), 조촉매로서 에틸렌 그리콜, 산화티탄 안료, 글래스 섬유를 첨가하고, 가열에 의해 부분적으로 경화 반응시켜 B 스테이지화한 고형상 에폭시 수지 조성물을 사용할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 지지 기판(310)은 상면에 복수의 리드 전극(313,315)을 포함하며, 상기 복수의 리드 전극(313,315)은 예컨대, 제1리드 전극(313) 및 제2리드 전극(315)을 포함한다. 상기 제1리드 전극(313)과 상기 제2리드 전극(315)은 전기적으로 분리되며 상기 발광 칩(340)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 상기 발광 칩(340)은 제1,2리드 전극(313,315) 위에 접합부재(331,333)로 접착되어 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 상기 접합부재(331,333)는 상기 발광 칩(340)과 상기 제1,2리드 전극(313,315) 사이를 전기적으로 연결해 주는 전도성 재질 예컨대, 솔더 재질을 포함할 수 있다. 상기 제1리드 전극(313)과 상기 제2리드 전극(315)의 측면은 상기 지지 기판(310)의 상면 에지(edge)로부터 이격될 수 있다.
상기 지지 기판(10)은 내부에 복수의 연결 전극(317,319) 및 하면에 복수의 리드 프레임(314,316)을 포함할 수 있다. 상기 복수의 연결 전극(317,319)은 상기 제1리드 전극(313)에 연결된 적어도 하나의 제1연결 전극(317), 상기 제2리드 전극(315)에 연결된 적어도 하나의 제2연결 전극(319)을 포함하며, 상기 복수의 리드 프레임(314,316)은 상기 제1연결 전극(317)에 연결된 제1리드 프레임(314), 상기 제2연결 전극(319)에 연결된 제2리드 프레임(316)을 포함할 수 있다. 상기 제1연결 전극(317)은 상기 제1리드 전극(313)과 상기 제1리드 프레임(314)을 서로 연결해 주며, 상기 제2연결 전극(319)은 상기 제2리드 전극(315)과 상기 제2리드 프레임(316)을 서로 연결해 준다.
상기 제1리드 전극(313), 제2리드 전극(315), 상기 제1리드 프레임(314) 및 제2리드 프레임(316)은 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P) 중 복수의 금속을 포함할 수 있으며, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2리드 전극(313,315)의 표면에는 은(Ag) 또는 알루미늄(Ag)이 형성되어, 입사되는 광 반사 효율을 개선시켜 줄 수 있다. 상기 제1리드 프레임(314)과 제2리드 프레임(316)에는 금(Au)층이 형성되어, 습기에 의한 부식을 방지할 수 있고, 전기적인 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 제1연결 전극(317)과 상기 제2연결 전극(319)은 상기 제1리드 전극(313)과 동일한 물질로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제1리드 전극(313), 제2리드 전극(315), 상기 제1리드 프레임(314) 및 제2리드 프레임(316)은 50㎛ 내지 100㎛ 범위의 두께로 형성될 수 있으며, 상기 범위를 벗어날 경우 전기적인 특성 및 열 전도 특성이 저하될 수 있다.
상기 발광 칩(340)은 상기 제1리드 전극(313)과 제2리드 전극(315)의 위에 플립 칩 방식으로 배치될 수 있다. 상기 발광 칩(340)은 전도성 재질의 접합 부재(331,333)에 의해 제1,2리드 전극(313,315)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 발광 칩(340)은 기판(341), 반도체층을 갖는 발광 구조물(343), 및 복수의 전극(331,333)을 포함한다. 상기 기판(341)은 절연성 재질, 반도체 재질, 또는 전도성 재질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 기판(341)은 예컨대, 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, Ga2O3 중 적어도 하나를 이용할 수 있다. 상기 기판(341)은 상기 발광 칩(340)의 대부분의 두께를 차지하게 되므로, 예컨대 30㎛ 이상의 두께로 형성될 수 있다.
상기 발광 구조물(343)은 기판(341)의 아래에 배치되며, n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 포함하며, 자외선부터 가시광선까지의 파장 범위 내에서 소정 피크 파장을 발광하게 된다. 상기 복수의 전극(331,333)은 상기 지지 기판(310)의 제1,2리드 전극(313,315)과 대응되거나 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 복수의 전극(331,333) 중 어느 하나(331)는 n형 반도체층과 전기적으로 연결되고 제1리드 전극(313)과 접합 부재(331)로 연결될 수 있고, 다른 하나(333)는 p형 반도체층과 전기적으로 연결되고 제2리드 전극(315)과 접합 부재(333)로 연결될 수 있다.
상기 발광 칩(340)은 광원으로서, 자외선부터 가시광선까지의 파장 대역 중에서 선택적으로 발광하게 된다. 상기 발광 칩(340)은 UV LED 칩, 그린 LED 칩, 블록 LED 칩, 레드 LED 칩, 또는 백색 LED 칩 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 발광 칩(340)은 30㎛ 이상의 두께를 가질 수 있으며, 예컨대 30㎛ 내지 180㎛ 범위일 수 있다. 상기 발광 칩(340)은 탑뷰 형상이 다각형 형상 예컨대, 정 사각형 또는 직사각형 형상일 수 있다.
상기 발광 칩(340) 위에는 형광체층(360)이 배치될 수 있다. 상기 형광체층(360)은 상기 발광 칩(340)의 상면 면적보다 큰 면적 즉, 하면 면적을 가질 수 있다. 상기 형광체층(360)의 외 측면은 상기 발광 칩(340)의 측면(S32)보다 외측으로 돌출될 수 있다. 상기 형광체층(360)의 외측 면는 상기 발광 칩(340)의 상면(S31)보다 더 외측으로 돌출되므로, 상기 발광 칩(340)의 상부 영역을 벗어난 광에 대해서도 입사 받을 수 있다. 상기 형광체층(360)은 상기 발광 칩(340)의 상면(S31) 및 측면(S32)으로부터 방출된 일부 광을 흡수하여 다른 파장의 광으로 파장 변환하게 된다. 상기 형광체층(360)은 접착 부재(350)를 통해 입사된 광의 파장을 변환하게 된다. 상기 형광체층(360)은 실리콘 또는 에폭시와 같은 투광성 수지 재질에 형광체가 첨가되며, 상기 형광체는 황색 형광체, 녹색 형광체, 청색 형광체, 적색 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 예를 들면, Eu, Ce 등의 란타노이드계 원소에 의해 주로 활성화되는 질화물계 형광체·산질화물계 형광체·사이어론계 형광체, Eu 등의 란타노이드계, Mn 등의 천이금속계의 원소에 의해 주로 활성화되는 알칼리 토류 할로겐 아파타이트 형광체, 알칼리 토류 금속 붕산 할로겐 형광체, 알칼리 토류 금속 알루민산염 형광체, 알칼리 토류 규산염, 알칼리 토류 황화물, 알칼리 토류 티오갈레이트, 알칼리 토류 질화규소, 게르마늄산염, 또는, Ce 등의 란타노이드계 원소에 의해 주로 활성화되는 희토류 알루민산염, 희토류 규산염 또는 Eu 등의 란타노이드계 원소에 의해 주로 활성화되는 유기 및 유기 착체 등으로부터 선택되는 적어도 어느 하나 이상일 수 있다. 구체적인 예로서, 상기의 형광체를 사용할 수 있지만, 이것에 한정되지 않는다.
상기 형광체층(360)으로부터 방출된 광과 상기 발광 칩(340)으로부터 방출된 광은 백색 광으로 혼합될 수 있다. 상기 백색 광은 웜 화이트(Warm white), 쿨 화이트(Cool white) 또는 뉴트럴 화이트(Neutral white) 중 적어도 하나의 색 온도를 가질 수 있다.
상기 반사 부재(370)는 상기 지지 기판(310) 상에 배치되며, 상기 발광 칩(340)의 둘레에 배치될 수 있다. 상기 반사 부재(370)는 상기 지지 기판(310)의 상면, 상기 복수의 리드 전극(313,315)의 표면에 접촉될 수 있다.
상기 반사 부재(370)는 상기 발광 칩(340)의 측면(S32)의 일부 또는 전 영역과 비접촉될 수 있다. 상기 반사 부재(370)와 상기 발광 칩(340)의 측면(S32) 사이에는 접착 부재(350)가 배치될 수 있다. 이러한 반사 부재(370)는 상기 발광 칩(340)의 측면(S32)으로 방출된 광을 반사하게 되며, 예컨대 형광체층(360) 방향으로 반사하게 된다. 상기 반사 부재(370)와 상기 접착 부재(350) 사이의 계면은 곡면 또는 경사진 면일 수 있다. 이러한 곡면 또는 경사진 면을 갖는 계면으로 입사된 광은 전 반사될 수 있다.
상기 반사 부재(370)는 상기 발광 칩(340) 및 상기 형광체층(360)의 둘레에 배치될 수 있다. 상기 반사 부재(370)는 상기 형광체층(360)의 외 측면과 접촉 또는 비 접촉될 수 있으며, 예컨대 접착 부재(350)가 상기 형광체층(360)의 외 측면에 배치된 경우 반사 부재(370)는 형광체층(360)의 외 측면과 비 접촉될 수 있다. 상기 반사 부재(370)는 상기 형광체층(360)의 외 측면을 통해 방출된 광을 반사시켜 줄 수 있다.
상기 반사 부재(370)의 상면 높이는 상기 형광체층(360)의 상면 높이보다 낮게 배치될 수 있다. 상기 반사 부재(370)의 상면이 상기 형광체층(360)의 상면과 같거나 높게 배치된 경우, 제조 공정 상에서 상기 반사 부재(370)의 일부가 상기 형광체층(360)의 상면으로 침투하는 문제가 발생될 수 있다. 상기 반사 부재(370)가 상기 형광체층(360)의 상면과 같거나 높게 배치된 경우, 지향각의 좁아질 수 있다.
상기 반사 부재(370)는 수지 재질 내에 금속 산화물이 첨가된다. 상기 수지 재질은 실리콘 또는 에폭시를 포함하며, 상기 금속 산화물은 수지 재질보다 굴절률이 높은 물질로서, 예컨대 Al2O3, TIO2 또는 SiO2 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 금속 산화물은 상기 반사 부재(70) 내에 5wt% 이상 예컨대, 5~30wt% 범위로 형성된다. 상기 반사 부재(370)는 상기 발광 칩(340)으로부터 방출된 광에 대해 90% 이상의 반사율을 가질 수 있다.
상기 접착 부재(350)는 발광 칩(340)의 표면에 배치될 수 있다. 상기 접착 부재(350)는 상기 발광 칩(340)의 상면(S31)에 배치된 제1접착부(351) 및 상기 발광 칩(340)의 측면(S32)에 배치된 제2접착부(353)를 포함하며, 상기 제1,2접착부(351,353)는 서로 연결될 수 있다. 상기 제1접착부(351)는 상기 발광 칩(340)과 상기 형광체층(360) 사이에 배치되며 상기 형광체층(360)을 발광 칩(340)의 기판(341)의 상면(S31)에 접착시켜 준다.
상기 접착 부재(350)의 제2접착부(353)는 외 측면 또는 상기 반사 부재(370)와의 경계 면이 소정의 곡률을 갖는 곡면(R21)으로 형성되어, 입사되는 광을 전 반사시켜 줄 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자의 다른 예는 도 22를 참조하여 설명하기로 한다.
도 22를 참조하면, 발광 소자(200)는 발광 칩(200A)을 포함한다. 상기 발광 소자(200)는 발광 칩(200A)과 상기 발광 칩(200A) 상에 배치된 형광체층(250)을 포함할 수 있다. 상기 형광체층(250)은 청색, 녹색, 황색, 적색 형광체 중 적어도 하나 또는 복수를 포함하며, 단층 또는 다층으로 배치될 수 있다. 상기 형광체층(250)은 투광성 수지 재료 내에 형광체가 첨가된다. 상기 투광성 수지 재료는 실리콘 또는 에폭시와 같은 물질을 포함하며, 상기 형광체는 YAG, TAG, Silicate, Nitride, Oxy-nitride 계 물질 중에서 선택적으로 형성될 수 있다.
상기 형광체층(250)은 상기 발광 칩(200A)의 상면에 배치되거나, 상기 발광 칩(200A)의 상면 및 측면에 배치될 수 있다. 상기 형광체층(250)은 상기 발광 칩(200A)의 표면 중에서 광이 방출되는 영역 상에 배치되어, 광의 파장을 변환시켜 줄 수 있다. 상기 형광체층(250)은 단층 또는 서로 다른 형광체층을 포함할 수 있으며, 상기 서로 다른 형광체층은 제1층이 적색, 황색, 녹색 형광체 중 적어도 한 종류의 형광체를 가질 수 있고, 제2층이 상기 제1층 위에 형성되며 적색, 황색, 녹색 형광체 중 상기 제1층과 다른 형광체를 가질 수 있다. 다른 예로서, 상기 서로 다른 형광체층은 3층 이상의 형광체층을 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 다른 예로서, 상기 형광체층(250)은 필름 타입을 포함할 수 있다. 상기 필름 타입의 형광체층은 균일한 두께를 제공함으로써, 파장 변환에 따른 색 분포가 균일할 수 있다.
상기 발광 칩(200A)에 대해 설명하면, 발광 칩(200A)은 발광 구조물(225), 및 복수의 패드(245,247)를 포함한다. 상기 발광 구조물(225)은 II족 내지 VI족 원소의 화합물 반도체층 예컨대, III족-V족 원소의 화합물 반도체층 또는 II족-VI족 원소의 화합물 반도체층으로 형성될 수 있다. 상기 복수의 패드(245,247)는 상기 발광 구조물(225)의 반도체층에 선택적으로 연결되며, 전원을 공급하게 된다.
상기 발광 구조물(225)은 제1도전형 반도체층(222), 활성층(223) 및 제2도전형 반도체층(224)을 포함한다. 상기 발광 칩(200A)은 기판(221)을 포함할 수 있다. 상기 기판(221)은 상기 발광 구조물(225) 위에 배치된다. 상기 기판(221)은 예컨대, 투광성, 절연성 기판, 또는 전도성 기판일 수 있다.
상기 제1도전형 반도체층(222)은 제1도전형 도펀트가 도핑된 반도체 예컨대, n형 반도체층으로 구현될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(222)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함한다. 상기 제1도전형 반도체층(115)은 III족-V족 원소의 화합물 반도체 예컨대, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중에서 선택될 수 있다. 상기 제1도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 도펀트를 포함한다. 상기 활성층(223)은 제1도전형 반도체층(222) 아래에 배치되고, 단일 양자 우물, 다중 양자 우물(MQW), 양자 선(quantum wire) 구조 또는 양자 점(quantum dot) 구조를 선택적으로 포함하며, 우물층과 장벽층의 주기를 포함한다. 상기 우물층/장벽층의 주기는 예컨대, InGaN/GaN, GaN/AlGaN, AlGaN/AlGaN, InGaN/AlGaN, InGaN/InGaN, AlGaAs/GaA, InGaAs/GaAs, InGaP/GaP, AlInGaP/InGaP, InP/GaAs의 페어 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 제2도전형 반도체층(224)은 활성층(223) 아래에 배치된다. 상기 제2도전형 반도체층(119)은 제2도전형 도펀트가 도핑된 반도체 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함한다. 상기 제2도전형 반도체층(119)은, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP와 같은 화합물 반도체 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(119)이 p형 반도체층이고, 상기 제1도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba을 포함할 수 있다. 상기 발광 구조물(225)은 다른 예로서, 상기 제1도전형 반도체층(222)이 p형 반도체층, 상기 제2도전형 반도체층(224)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(224) 위에는 상기 제2도전형과 반대의 극성을 갖는 제3도전형 반도체층이 형성할 수도 있다. 또한 상기 발광 구조물(225)은 n-p 접합 구조, p-n 접합 구조, n-p-n 접합 구조, p-n-p 접합 구조 중 어느 한 구조로 구현할 수 있다.
상기 발광 칩(200A)은 하부에 패드(245,247)가 배치되며, 상기 패드(245,247)는 제1 및 제2패드(245,247)를 포함한다. 상기 제1 및 제2패드(245,247)는 상기 발광 칩(200A)의 아래에 서로 이격되어 배치된다. 상기 제1패드(245)는 상기 제1도전형 반도체층(222)과 전기적으로 연결되며, 상기 제2패드(247)는 제2도전형 반도체층(224)과 전기적으로 연결된다. 상기 제1 및 제2패드(245,247)은 바닥 형상이 다각형 또는 원 형상이거나, 회로 기판(200)의 제1 및 제2리드 전극(215,217)의 형상과 대응되도록 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2패드(245,247) 각각의 하면 면적은 예컨대, 제1 및 제2리드 전극(215,217) 각각의 상면 크기와 대응되는 크기로 형성될 수 있다.
상기 발광 칩(200A)은 상기 기판(221)과 상기 발광 구조물(225) 사이에 버퍼층(미도시) 및 언도프드 반도체층(미도시) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 버퍼층은 상기 기판(221)과 반도체층과의 격자 상수 차이를 완화시켜 주기 위한 층으로서, II족 내지 VI족 화합물 반도체 중에서 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층 아래에는 언도핑된 III족-V족 화합물 반도체층이 더 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 기판(221)은 제거될 수 있다. 상기 기판(221)이 제거된 경우 형광체층(250)은 상기 제1도전형 반도체층(222)의 상면이나 다른 반도체층의 상면에 접촉될 수 있다.
상기 발광 칩(200A)은 제1 및 제2전극층(241,242), 제3전극층(243), 절연층(231,233)을 포함한다. 상기 제1 및 제2전극층(241,242) 각각은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 전류 확산층으로 기능할 수 있다. 상기 제1 및 제2전극층(241,242)은 상기 발광 구조물(225)의 아래에 배치된 제1전극층(241); 및 상기 제1전극층(241) 아래에 배치된 제2전극층(242)을 포함할 수 있다. 상기 제1전극층(241)은 전류를 확산시켜 주게 되며, 상기 제2전극층(241)은 입사되는 광을 반사하게 된다.
상기 제1 및 제2전극층(241,242)은 서로 다른 물질로 형성될 수 있다. 상기 제1전극층(241)은 투광성 재질로 형성될 수 있으며, 예컨대 금속 산화물 또는 금속 질화물로 형성될 수 있다. 상기 제1전극층은 예컨대 ITO(indium tin oxide), ITON(ITO nitride), IZO(indium zinc oxide), IZON(IZO nitride), 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) 중에서 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 제2전극층(242)은 상기 제1전극층(241)의 하면과 접촉되며 반사 전극층으로 기능할 수 있다. 상기 제2전극층(242)은 금속 예컨대, Ag, Au 또는 Al를 포함한다. 상기 제2전극층(242)은 상기 제1전극층(241)이 일부 영역이 제거된 경우, 상기 발광 구조물(225)의 하면에 부분적으로 접촉될 수 있다. 다른 예로서, 상기 제1 및 제2전극층(241,242)의 구조는 무지향성 반사(ODR: Omni Directional Reflector layer) 구조로 적층될 수 있다. 상기 무지향성 반사 구조는 낮은 굴절률을 갖는 제1전극층(241)과, 상기 제1전극층(241)과 접촉된 고 반사 재질의 금속 재질인 제2전극층(242)의 적층 구조로 형성될 수 있다. 상기 전극층(241,242)은, 예컨대, ITO/Ag의 적층 구조로 이루어질 수 있다. 이러한 상기 제1전극층(241)과 제2전극층(242) 사이의 계면에서 전 방위 반사각을 개선시켜 줄 수 있다.
다른 예로서, 상기 제2전극층(242)은 제거될 수 있으며, 다른 재질의 반사층으로 형성될 수 있다. 상기 반사층은 분산형 브래그 반사(distributed bragg reflector: DBR) 구조로 형성될 수 있으며, 상기 분산형 브래그 반사 구조는 서로 다른 굴절률을 갖는 두 유전체층이 교대로 배치된 구조를 포함하며, 예컨대, SiO2층, Si3N4층, TiO2층, Al2O3층, 및 MgO층 중 서로 다른 어느 하나를 각각 포함할 수 있다. 다른 예로서, 상기 전극층(241,242)은 분산형 브래그 반사 구조와 무지향성 반사 구조를 모두 포함할 수 있으며, 이 경우 98% 이상의 광 반사율을 갖는 발광 칩(200A)을 제공할 수 있다. 상기 플립 방식으로 탑재된 발광 칩(200A)은 상기 제2전극층(242)로부터 반사된 광이 기판(221)을 통해 방출하게 되므로, 수직 상 방향으로 대부분의 광을 방출할 수 있다. 또한 상기 발광 칩(200A)의 측면으로 방출된 광은 반사 시트(600)에 의해 광학 렌즈의 입사면 영역으로 반사될 수 있다.
상기 제3전극층(243)은 상기 제2전극층(242)의 아래에 배치되며, 상기 제1 및 제2전극층(241,242)과 전기적으로 절연된다. 상기 제3전극층(243)은 금속 예컨대, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P) 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 제3전극층(243) 아래에는 제1패드(245) 및 제2패드(247)가 배치된다. 상기 절연층(231,233)은 제1 및 제2전극층(241,242), 제3전극층(243), 제1 및 제2패드(245,247), 발광 구조물(225)의 층 간의 불필요한 접촉을 차단하게 된다. 상기 절연층(231,233)은 제1 및 제2절연층(231,233)을 포함한다. 상기 제1절연층(231)은 상기 제3전극층(243)과 제2전극층(242) 사이에 배치된다. 상기 제2절연층(233)은 상기 제3전극층(243)과 제1/2패드(245,247) 사이에 배치된다. 상기 제1 및 제2패드(245,247)는 상기 제1 및 제2리드 전극(215,217)과 동일한 물질을 포함할 수 있다.
상기 제3전극층(243)은 상기 제1도전형 반도체층(222)과 연결된다. 상기 제3전극층(243)의 연결부(244)는 상기 제1, 2전극층(241, 242) 및 발광 구조물(225)의 하부를 통해 비아 구조로 돌출되며 제1도전형 반도체층(222)과 접촉된다. 상기 연결부(244)는 복수로 배치될 수 있다. 상기 제3전극층(243)의 연결부(244)의 둘레에는 상기 제1절연층(231)의 일부(232)가 연장되어 제3전극층(243과 상기 제1 및 제2전극층(241,242), 제2도전형 반도체층(224) 및 활성층(223) 간의 전기적인 연결을 차단한다. 상기 발광 구조물(225)의 측면에는 측면 보호를 위해 절연 층이 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제2패드(247)는 상기 제2절연층(233) 아래에 배치되고 상기 제2절연층(233)의 오픈 영역을 통해 상기 제1 및 제2전극층(241, 242) 중 적어도 하나와 접촉되거나 연결된다. 상기 제1패드(245)는 상기 제2절연층(233)의 아래에 배치되며 상기 제2절연층(233)의 오픈 영역을 통해 상기 제3전극층(243)과 연결된다. 이에 따라 상기 제1패드(247)의 돌기(248)는 제1,2전극층(241,242)을 통해 제2도전형 반도체층(224)에 전기적으로 연결되며, 제2패드(245)의 돌기(246)는 제3전극층(243)을 통해 제1도전형 반도체층(222)에 전기적으로 연결된다.
상기 제1 및 제2패드(245,247)는 상기 발광 칩(200A)의 하부에 서로 이격되며, 상기 회로 기판(200)의 제1 및 제2리드 전극(215,217)와 대면하게 된다. 상기 제1 및 제2패드(245,247)에는 다각형 형상의 리세스(271,273)를 포함할 수 있으며, 상기 리세스(271,273)는 상기 발광 구조물(225)의 방향으로 볼록하게 형성된다. 상기 리세스(271,273)는 상기 제1 및 제2패드(245,247)의 두께와 같거나 작은 깊이를 갖고 형성될 수 있으며, 이러한 리세스(271,273)의 깊이는 상기 제1 및 제2패드(245,247)의 표면적을 증가시켜 줄 수 있다.
상기 제1패드(245) 및 제1리드 전극(215) 사이의 영역 및 상기 제2패드(247) 및 제2리드 전극(217) 사이의 영역에는 접합 부재(255,257)가 배치된다. 상기 접합 부재(255,257)는 전기 전도성 물질을 포함할 수 있으며, 일부는 상기 리세스(271,273)에 배치된다. 상기 제1 및 제2패드(215,217)는 상기 접합 부재(255,257)가 리세스(271,273)에 배치되므로, 상기 접합 부재(255,257)와 제1 및 제2패드(245,247) 간의 접착 면적은 증가될 수 있다. 이에 따라 제1 및 제2패드(245,247)와 제1 및 제2리드 전극(215,217)가 접합되므로 발광 칩(200A)의 전기적인 신뢰성 및 방열 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 접합 부재(255,257)는 솔더 페이스트 재질을 포함할 수 있다. 상기 솔더 페이스트 재질은 금(Au), 주석(Sn), 납(Pb), 구리(Cu), 비스무트(Bi), 인듐(In), 은(Ag) 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 접합 부재(255,257)는 열 전달을 회로 기판(200)에 직접 전도하기 때문에 열 전도 효율이 패키지를 이용한 구조보다는 개선될 수 있다. 또한 상기 접합 부재(255,257)는 발광 칩(200A)의 제1 및 제2패드(245,247)와의 열 팽창계수의 차이가 적은 물질이므로, 열 전도 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 접합 부재(255,257)는 다른 예로서, 전도성 필름을 포함할 수 있으며, 상기 전도성 필름은 절연성 필름 내에 하나 이상의 도전성 입자를 포함한다. 상기 도전성 입자는 예컨대, 금속이나, 금속 합금, 탄소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 도전성 입자는 니켈, 은, 금, 알루미늄, 크롬, 구리 및 탄소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 전도성 필름은 이방성(Anisotropic) 전도 필름 또는 이방성 도전 접착제를 포함할 수 있다.
상기 발광 칩(200A)과 상기 회로 기판(200) 사이에는 접착 부재 예컨대, 열전도성 필름을 포함할 수 있다. 상기 열전도성 필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부티렌테레프탈레이드, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부티렌나프탈레이트 등의 폴리에스터 수지; 폴리이미드 수지; 아크릴 수지; 폴리스티렌 및 아크릴로니트릴-스티렌 등의 스티렌계 수지; 폴리카보네이트 수지; 폴리락트산 수지; 폴리우레탄 수지; 등을 사용할 수 있다. 또한, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체와 같은 폴리올레핀 수지; 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐리덴클로라이드 등의 비닐 수지; 폴리아미드 수지; 설폰계 수지; 폴리에테르-에테르케톤계 수지; 알릴레이트계 수지; 또는 상기 수지들의 블렌드 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 발광 칩(200A)은 회로 기판의 표면 및 발광 구조물(225)의 측면 및 상면을 통해 광을 방출함으로써, 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다. 이러한 회로 기판 상에 발광 칩(200A)을 직접 본딩할 수 있어 공정이 간소화될 수 있다. 또한 발광 칩(200A)의 방열이 개선됨으로써, 조명 분야 등에 유용하게 활용될 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.
10: 광원 모듈
20: 본체
21: 베이스부
23: 지지부
25,26: 리세스
30,40: 발광부
31,41: 회로 기판
32,33,42,43: 발광 소자
36,46: 반사 컵
39,49: 렌즈
92: 하우징
95: 캐비티
101,90: 헤드 램프

Claims (11)

  1. 제1방향으로 개방된 캐비티를 갖고 오목한 내부 표면을 갖는 하우징;
    상기 하우징의 캐비티 바닥에 배치되는 베이스부 및 상기 베이스부로부터 상기 제1방향으로 돌출되고 서로 다른 영역에 제1,2리세스를 갖는 지지부를 포함하는 본체;
    상기 본체의 제1리세스에 배치된 제1발광부; 및
    상기 본체의 제2리세스에 배치된 제2발광부를 포함하며,
    상기 제1리세스는, 제1바닥부, 상기 제1바닥부의 상기 제1방향 양측에 경사진 제1,2측면, 상기 제1바닥부의 제2방향 양측에 제1,2측벽을 포함하며,
    상기 제2리세스는, 제2바닥부, 상기 제2바닥부의 상기 제1방향의 양측에 경사진 제3,4측면, 상기 제1바닥부의 상기 제2방향 양측에 제3,4측벽을 포함하며,
    상기 지지부에서, 상기 제1 및 제2리세스의 깊이(D5)는 상기 제1 및 제2바닥부 사이의 간격(D6)보다 크고,
    상기 제1 및 제2바닥부 사이의 간격(D6)은 상기 제1 및 제2리세스의 외곽부 두께(T1)의 15% 내지 40%이고,
    상기 제1발광부는 상기 제1리세스의 제1바닥부에 제1회로 기판, 상기 제1회로 기판에 제1 및 제2발광 소자, 상기 제2발광소자의 하부 영역을 감싸고 상부 영역을 개방하는 제1반사컵, 상기 제1,2발광 소자 및 상기 제1반사컵 상에 제1렌즈를 포함하며,
    상기 제2발광부는 상기 제2리세스의 제2바닥부에 제2회로 기판, 상기 제2회로 기판 상에 제3,4발광 소자, 상기 제4발광소자의 하부 영역을 감싸고 상부 영역을 개방하는 제2반사컵, 상기 제3,4발광 소자 및 상기 제2반사컵 상에 제2렌즈를 포함하며,
    상기 제1,2렌즈 각각은 제3방향에 대해 오목한 형상을 가지는 내부 곡면 및 볼록한 형상을 가지는 외부 곡면을 포함하고,
    상기 제1,2렌즈의 외부 곡면의 곡률 반경은 내부 곡면의 곡률 반경보다 작고,
    상기 제1,2렌즈의 두께는 상기 제1 내지 제4발광 소자와 상기 제3방향으로 중첩된 센터 영역에서 가장 두껍고, 상기 센터 영역에서 상기 제1 내지 제4측벽에 인접한 에지 영역으로 갈수록 얇아지고,
    상기 제1,2렌즈는 상기 제1,2발광부에서 방출된 광의 초점 위치를 상기 제1,2렌즈가 생략될 경우와 비교하여 상기 제1,2렌즈와 인접한 영역으로 이동시키고,
    상기 제2방향은 상기 제1방향과 직교하는 방향이고, 상기 제3방향은 상기 제1 및 제2방향과 직교하는 방향인 헤드 램프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외부 곡면의 곡률 반경은 8.6mm 내지 10.3mm이고, 상기 내부 곡면의 곡률 반경은 8.6mm 내지 10.3mm인 헤드 램프.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1,2렌즈는 상기 제1방향으로 일정한 두께를 갖고 상기 제1 내지 제4측면 상으로 연장되는 헤드 램프.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1,2렌즈는 내부 곡면 및 외부 곡면 중 적어도 하나는 무반사 재질을 포함하고,
    상기 제1,2렌즈의 외부 곡면은 상기 본체의 지지부의 표면과 동일한 면 또는 상기 지지부의 표면보다 돌출되지 않게 배치되는 헤드 램프.
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