KR20150125251A - 조명장치 - Google Patents

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KR20150125251A
KR20150125251A KR1020140052291A KR20140052291A KR20150125251A KR 20150125251 A KR20150125251 A KR 20150125251A KR 1020140052291 A KR1020140052291 A KR 1020140052291A KR 20140052291 A KR20140052291 A KR 20140052291A KR 20150125251 A KR20150125251 A KR 20150125251A
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정홍재
박태관
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서울바이오시스 주식회사
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Abstract

일 실시 예에 따르는 조명장치는 기판; 기판에 배치되는 발광소자; 기판에 접촉되어 기판을 방열시키는 히트 싱크; 및 히트 싱크에 접촉되어 기판을 방열시키고, 발광소자에서 방사되는 광이 통과하도록 개구부가 형성되는 방열 커버를 포함한다.

Description

조명장치{illumination apparatus}
본 개시(disclosure)는 조명장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방열 성능을 향상시킬 수 있는 조명장치에 관한 것이다.
일반적으로 조명장치는 실내 및 실외에 설치되어 조명하는 기기이다. 조명장치에는 백열등, 할로겐 램프 및 엘이디 조명장치 등이 있다. 백열등은 다른 조명장치에 비해 제조 비용이 작게 들지만 수명이 짧다. 할로겐 램프는 백열등에 비해 수명이 길지만 제조 비용이 높게 든다. 최근에는 전력 소모를 감소시키기 위해 발광소자(LED)를 이용하여 조명장치를 제작하는 기술이 발전되고 있다. 발광소자를 이용한 조명장치는 전력 소모가 감소되면서도 수명이 길다.
발광소자를 이용한 조명장치는 회로기판에 발광소자를 실장한 구조를 갖는다. 발광소자에 전원이 공급됨에 따라 발광소자가 발열된다. 발광소자의 정션온도에 따라 발광소자의 광출력이 지수함수적으로 감소한다. 따라서, 회로기판과 발광소자의 방열 성능을 향상시키는 것이 요청된다. 여기서, 정션온도는 P형 반도체와 N형 반도체의 접합면의 온도를 의미한다.
본 개시의 실시 예들은 방열 성능을 향상시킬 수 있는 조명장치를 제공한다.
본 개시의 일 측면에 따르는 조명장치가 개시된다. 상기 조명장치는 기판; 상기 기판에 배치되는 발광소자; 상기 기판에 접촉되어 상기 기판을 방열시키는 히트 싱크; 및 상기 히트 싱크에 접촉되어 상기 기판을 방열시키고, 상기 발광소자에서 방사되는 광이 통과하도록 개구부가 형성되는 방열 커버를 포함한다.
본 개시의 다른 측면에 따르는 조명장치가 개시된다. 상기 조명장치는 기판; 상기 기판에 배치되는 발광소자; 상기 기판에 접촉되어 상기 기판을 방열시키는 히트 싱크; 및 상기 히트 싱크에 착탈 가능하게 설치되어 상기 기판을 방열시키고, 상기 발광소자에 대응되도록 개구부가 형성되는 방열 커버를 포함한다.
본 개시의 또 다른 측면에 따르는 조명장치가 개시된다. 상기 조명장치는 기판; 상기 기판에 배치되는 발광소자; 상기 기판의 일측에 접촉되어 상기 기판을 방열시키는 히트 싱크; 및 상기 히트 싱크에 접촉되게 설치되어 상기 기판을 방열시키고, 상기 기판의 타측을 둘러싸도록 설치되고, 상기 발광소자에 대응되도록 개구부가 형성되는 방열 커버를 포함한다.
본 개시의 실시 예에 따르면, 방열 커버가 방열 면적을 증가시키므로, 기판과 발광소자의 방열 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 방열 커버의 개구부가 발광소자의 지향각보다 큰 영역으로 형성되므로, 발광소자에서 방사되는 광의 손실을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 개시의 제1 실시 예에 따르는 조명장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 개시의 제1 실시 예에 따르는 조명장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 개시의 제1 실시 예에 따르는 조명장치의 길이방향에 수직한 단면을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 개시의 제1 실시 예에 따르는 조명장치의 길이방향에 평행한 단면을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 개시의 제1 실시 예에 따른 조명장치의 온도를 나타낸 표이다.
도 6은 본 개시의 제2 실시 예에 따르는 조명장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 개시의 제3 실시 예에 따르는 조명장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 개시의 실시 예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 본 개시에 개시된 기술은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면에서 각 장치의 구성요소를 명확하게 표현하기 위하여 상기 구성요소의 폭이나 두께 등의 크기를 다소 확대하여 나타내었다.
본 명세서에서 일 요소가 다른 요소 '위' 또는 '아래'에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 이는 상기 일 요소가 다른 요소 '위' 또는 '아래'에 바로 위치하거나 또는 그들 요소들 사이에 추가적인 요소가 개재될 수 있다는 의미를 모두 포함한다. 본 명세서에서, '상부' 또는 '하부' 라는 용어는 관찰자의 시점에서 설정된 상대적인 개념으로, 관찰자의 시점이 달라지면, '상부' 가 '하부'를 의미할 수도 있고, '하부'가 '상부'를 의미할 수도 있다.
복수의 도면들 상에서 동일 부호는 실질적으로 서로 동일한 요소를 지칭한다. 또, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 기술되는 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 상술하는 본 개시의 실시 예들은 방열 성능을 향상시킬 수 있는 조명장치를 제공한다. 먼저, 본 개시의 제1 실시 예에 따르는 조명장치에 관해 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 개시의 제1 실시 예에 따르는 조명장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2는 본 개시의 제1 실시 예에 따르는 조명장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 3은 본 개시의 제1 실시 예에 따르는 조명장치의 길이방향에 수직한 단면을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 4는 본 개시의 제1 실시 예에 따르는 조명장치의 길이방향에 평행한 단면을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 5는 본 개시의 제1 실시 예에 따른 조명장치의 온도를 나타낸 표이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 개시의 제1 실시 예에 따르는 조명장치(100)는 기판(110), 발광소자(120), 히트 싱크(130) 및 방열 커버(140)를 포함한다.
기판(110)에는 회로패턴이 형성된다. 기판(110)에는 전류를 변환해주는 컨버터(미도시)와, 전압과 전류를 일정하게 조절해주는 안정기(미도시) 등이 연결될 수 있다. 기판(110)은 조명장치의 형태에 따라 다양하게 변경 가능하다. 도시된 바와 같이, 조명장치(100)가 형광등 형태의 폭과 길이를 가지도록 형성될 경우, 기판(110)은 가늘고 긴 판 형태로 형성될 수 있다.
발광소자(120)는 기판(110)에 배치될 수 있다. 발광소자(120)는 기판(110)에 복수 개 실장될 수 있다. 발광소자(120)의 실장 개수는 발광소자(120)의 광출력 성능과 요구되는 조도 등에 의해 결정될 수 있다. 발광소자(120)는 기판(110)에 실장되는 적어도 하나 이상의 COB(chip on board) 타입의 발광다이오드 칩 또는 적어도 하나 이상의 발광다이오드 패키지를 포함할 수 있다. 발광다이오드는 적외선을 방사하는 UV 발광다이오드일 수 있다. 발광다이오드는 약 1000 mW 이하의 전력을 소모하도록 제조될 수 있으므로, 조명장치의 소모 전력을 감소시킬 수 있다. 도시되는 바와 같이, 발광 소자(12)는 기판(110)의 길이 방향을 따라 소정의 간격으로 배열될 수 있다.
히트 싱크(130)는 기판(110)에 접촉되어 기판(110)을 방열시킬 수 있다. 예를 들면, 히트 싱크(130)는 기판(110)의 일측에 접촉되도록 설치될 수 있다. 이때, 히트 싱크(130)는 기판(110)에 직접적으로 접촉될 수 있다. 또한, 히트 싱크(130)는 열교환 물질이나 열교환 부재에 의해 간접적으로 기판(110)에 접촉될 수 있다. 히트 싱크(130)가 기판(110)에 접촉된다는 의미는 간접적인 접촉과 직접적인 접촉을 모두 포함하는 개념이다. 히트 싱크(130)는 알루미늄이나 그 합금과 같은 열전도성이 우수한 재질로 형성될 수 있다.
히트 싱크(130)에는 외측으로 돌출되도록 열교환핀(133)이 형성될 수 있다. 열교환핀(133)은 발광 소자(120)가 배치되는 기판(110)의 일면과 반대측으로 돌출되게 형성될 수 있다. 열교환핀(133)은 히트 싱크(130)의 중심부에서 양측으로 갈수록 점차적으로 작아지는 형태로 형성될 수 있다. 열교환핀(133)은 히트 싱크(130)의 길이방향을 따라 판형태로 길게 형성되거나 히트 싱크(130)의 길이방향에 수직하게 형성될 수 있다. 그 외에도, 열교환핀(133)은 다양한 형태로 형성될 수 있다. 열교환핀(133)이 히트 싱크(130)에 형성되므로, 히트 싱크(130)의 방열 성능을 향상시킬 수 있다. 따라서, 기판(110)과 발광소자(120)의 열에너지가 히트 싱크(130)를 매개로 원활하게 방출될 수 있다.
방열 커버(140)는 발광 소자(120)가 배치되는 기판(110)의 일면 상에 배치될 수 있다. 일 실시 예로서, 방열 커버(140)는 기판(110)의 상기 일면을 둘러싸도록 배치될 수 있다.
방열 커버(140)는 히트 싱크(130)에 접촉되게 설치되어 기판(110)을 방열시킬 수 있다. 방열 커버(140)가 히트 싱크(130)에 접촉되게 설치되므로, 조명장치의 방열 면적이 히트 싱크(130)와 방열 커버(140)에 의해 증가될 수 있다. 이와 같이, 방열 커버(140)는 발광 소자(120)에서 발생하는 열을 히트 싱크(130)로 전도하는 역할을 수행할 수 있다. 또는, 방열 커버(140)는 발광 소자(120)에서 발생하여 방열 커버(140)로 전도된 열을 직접 외부 환경으로 방출시키는 기능을 수행할 수 있다. 따라서, 기판(110)과 발광소자(120)의 방열 성능이 향상될 수 있으므로, 발광소자(120)의 광출력이 감소되는 것을 억제할 수 있다. 나아가, 조명장치의 광손실을 감소시킬 수 있다.
방열 커버(140)에는 발광소자(120)에서 방사되는 광이 통과하도록 개구부(143)가 형성될 수 있다. 따라서, 방열 커버(140)에 의해 방열 면적을 증가시키면서도 광이 개구부(143)를 통해 조명장치의 외부로 조사되게 할 수 있다.
방열 커버(140)는 기판(110)의 타측을 둘러싸도록 설치될 수 있다. 방열 커버(140)에는 발광소자(120)에 대응되도록 개구부(143)가 형성될 수 있다. 따라서, 기판(110)을 기준으로 발광소자(120)의 광이 방출되는 측에도 방열 면적을 넓힐 수 있으므로, 발광소자(120)의 광출력이 감소되는 것을 억제할 수 있다.
발광 소자가 기판(110)에 복수 개 실장되는 경우, 방열 커버(140)에는 발광 소자와 일대일 대응되도록 복수의 개구부(143)가 형성될 수 있다. 발광 소자가 복수 실장되므로, 조명장치의 조도를 증가시킬 수 있다. 발광 소자의 실장 개수는 발광 소자의 광출력 성능과 조명장치의 목표 조도 등에 의해 변경될 수 있다.
방열 커버(140)는 히트 싱크(130)에 착탈 가능하게 설치될 수 있다. 예를 들면, 방열 커버(140)와 히트 싱크(130)의 양측에 체결홀이 형성되고, 스크류 등의 체결부재(147)가 체결홀에 체결될 수 있다. 따라서, 체결부재(147)를 풀거나 조임에 따라 방열 커버(140)가 히트 싱크(130)에 착탈 가능하게 설치된다.
방열 커버(140)의 개구부(143)는 발광소자(120)의 지향각(θ) 보다 크게 형성될 수 있다. 여기서, 지향각(θ)은 도 3에 도시되는 바와 같이, 발광소자(120)에 있어서, 발광 중심축(Ic) 상에서의 광량을 100%로 정할 때, 광량이 50%로 감소될 때까지 중심축(Ic)으로부터 기울어진 각도 영역을 의미한다. 본 실시 예에서, 발광소자(120)의 지향각(θ)을 약 120°정도로 설정하는 경우, 개구부(143)의 크기는 발광소자(120)와 방열 커버(140)의 거리에 따라 변경될 수 있다. 예를 들면, 발광소자(120)와 방열 커버(140)의 거리가 가까운 경우, 개구부(143)의 크기는 상대적으로 작게 형성될 수 있다. 반면, 발광소자(120)와 방열 커버(140)의 거리가 먼 경우, 개구부(143)의 크기는 상대적으로 크게 형성될 수 있다. 이처럼, 개구부(143)가 발광소자(120)의 지향각(θ)보다 큰 영역으로 형성되므로, 발광소자(120)에서 방사되는 광이 방열 커버(140)에 간섭되는 것을 감소시킬 수 있다. 또한, 조명장치의 조도가 방열 커버(140)에 의해 저하되는 것을 억제할 수 있다.
방열 커버(140)의 개구부(143)는 방열 커버(140)의 곡면을 따라 사각 형태로 형성될 수 있다. 방열 커버(140)를 사각 형태로 절개함에 따라 사각 형태의 개구부(143)를 형성하므로, 방열 커버(140)의 가공성을 향상시킬 수 있다.
방열 커버(140)는 길이 방향에 수직한 단면이 라운드지게 형성될 수 있다. 예를 들면, 방열 커버(140)의 길이 방향에 수직한 단면은 반원 또는 반타원 형태로 형성될 수 있다. 방열 커버(140)가 라운드지게 형성되므로, 히트 싱크(130)의 폭방향 중심부와 방열 커버(140)의 거리가 균일해질 수 있다. 따라서, 히트 싱크(130)와 방열 커버(140)의 열방출 경로가 방사상으로 형성되게 할 수 있다.
방열 커버(140)에는 방열핀(145)이 돌출되게 형성될 수 있다. 방열핀(145)은 방열 커버(140)의 방열 면적을 증가시키므로, 방열 커버(140)의 방열 성능을 보다 향상시킬 수 있다.
기판(110)의 발광 소자(120) 상부에는 투명 커버(150)가 배치될 수 있다. 투명 커버(150)는 발광 소자(120)를 외부 환경으로부터 보호하는 기능을 수행할 수 있다. 투명 커버(150)는 광투과성 폴리머 또는 플라스틱 등으로 제조될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 투명 커버(150)는 방열 커버(140)에 결합될 수 있다. 즉, 방열 커버(140)는 투명 커버(150)를 둘러싸도록 배치될 수 있다.일 예로서, 투명 커버(150)는 방열 커버(140)의 내부에 적층되게 설치될 수 있다. 투명 커버(150)의 길이는 방열 커버(140)의 길이와 실질적으로 동일하게 형성될 수 있다. 이 때, 방열 커버(140)의 개구부(143)가 투명 커버(150)에 의해 차폐되므로, 외부의 이물질이 조명장치의 내부로 침투되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 투명 커버(150)가 방열 커버(140)의 내측에 배치되므로, 방열 커버(140)가 공기에 노출되어 방열 성능을 저하시키지 않을 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 개시의 제1 실시 예에 따른 조명장치의 작용에 관해 설명하기로 한다.
발광소자(120)에 전원이 공급되면, 발광소자(120)에서 광이 방사된다. 발광소자(120)의 광은 개구부(143)를 통해 외부로 방사된다. 개구부(143)가 발광소자(120)의 지향각(θ)보다 큰 영역으로 형성되므로, 발광소자(120)에서 방사되는 광이 방열 커버(140)에 간섭되는 것을 감소시킬 수 있다 따라서, 방열 커버(140)에 의해 광손실이 발생되는 것을 억제할 수 있다.
발광소자(120)는 광을 발생시킴과 동시에 발열하게 된다. 발광소자(120)가 발열됨에 따라 기판(110)도 가열된다. 상술한 실시 예에서, 히트 싱크(130)와 방열 커버(140)는 기판(110)과 발광소자(120)에서 발생되는 열을 외부로 방열한다. 이때, 히트 싱크(130)는 기판(110)의 일측으로 열을 방출하고, 방열 커버(140)는 기판(110)의 타측으로 열을 방출하거나 히트 싱크(130)로 열을 전도시킬 수 있다.따라서, 발광소자(120)의 정션온도가 비정상적으로 상승되는 것을 방지할 수 있으므로, 발광소자(120)의 광출력을 향상시킬 수 있다.
종래에 방열커버가 설치되지 않은 조명장치는 발광소자(120)의 온도가 대략 67-67.8℃ 범위에서 분포되었다. 그러나, 본 발명과 같이 히트 싱크(130)와 방열 커버(140)가 설치된 경우 발광소자(120)의 온도가 대략 61.1-61.9℃ 범위에서 분포되었다. 이처럼 히트 싱크(130)와 방열 커버(140)가 설치되는 조명장치(100)는 발광소자(120)의 온도가 대략 5℃ 더 감소되는 것을 알 수 있다. [표]에서 Tj1, Tj2, Tj3, Tj4, Tj5는 도 2의 좌측에서 우측으로 순차적으로 배열된 발광소자(120)의 온도이다.
다음으로, 본 개시의 제2 실시 예에 따르는 조명장치에 관해 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 본 개시의 제2 실시 예에 따르는 조명장치는 투명 커버(150)의 설치 형태를 제외하고는 제1 실시 예와 실질적으로 동일하다. 아래에서는 제1 실시 예와 동일한 구성에 관해서는 동일한 도면 부호를 부여하고 그 작용에 관해서는 설명을 생략하기로 한다.
도 6은 본 개시의 제2 실시 예에 따르는 조명장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 방열 커버(140)에는 복수의 개구부(143)가 발광소자(120)에 대응되도록 형성될 수 있다. 각 개구부(143)에는 투명 커버(151)가 설치될 수 있다. 투명 커버(151)가 개구부(143)에 설치되므로, 외부의 이물질이 방열장치의 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 투명 커버(151)가 방열 커버(140)의 내측면에 접촉되지 않으므로, 방열 커버(140)의 발열 성능을 보다 향상시킬 수 있다.
다음으로, 본 개시의 제3 실시 예에 따르는 조명장치에 관해 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 본 개시의 제3 실시 예에 따르는 조명장치는 방열 커버(140)의 설치 형태를 제외하고는 제1 실시 예와 실질적으로 동일하다. 아래에서는 제1 실시 예와 동일한 구성에 관해서는 동일한 도면 부호를 부여하고 그 작용에 관해서는 설명을 생략하기로 한다.
도 7은 본 개시의 제3 실시 예에 따르는 조명장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 방열 커버(140)에는 복수의 개구부(143a)가 발광소자(120)에 대응되도록 형성될 수 있다. 개구부(143a)는 방열 커버(140)의 곡면을 따라 원 형태로 형성될 수 있다. 개구부(143a)가 원 형태로 형성되므로, 사각 형태의 개구부(143a)에서 모서리 부분이 제거되어 방열 면적을 증가시킬 수 있다. 따라서, 발광소자(120)와 기판(110)의 방열 성능을 보다 향상시킬 수 있다.
이상에서는 도면 및 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 출원의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원에 개시된 실시 예들을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 조명장치 110: 기판
120: 발광소자 130: 히트 싱크
133: 열교환핀 140: 방열 커버
143, 143a: 개구부 145: 방열핀
147: 체결부재 150, 151: 투명 커버

Claims (14)

  1. 기판;
    상기 기판의 일면에 배치되는 발광소자;
    상기 기판에 접촉되어 상기 기판을 방열시키는 히트 싱크; 및
    상기 히트 싱크에 접촉되어 상기 기판을 방열시키고, 상기 발광소자에서 방사되는 광이 통과하도록 개구부가 형성되는 방열 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 방열 커버는 상기 발광 소자가 배치되는 기판의 상기 일면 상에배치되고,
    상기 개구부는 상기 발광소자에 대응되게 형성되는 것을 특징으로 하는 조명장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 발광소자는 상기 기판의 길이 방향을 따라 복수 개 배열되고,
    상기 개구부는 상기 발광소자에 대응되도록 소정의 간격을 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 조명장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 개구부는 상기 발광소자의 지향각보다 큰 영역으로 형성되는 것을 특징으로 하는 조명장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 개구부는 상기 방열 커버의 곡면을 따라 사각 또는 원의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 조명장치.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 방열 커버는 길이 방향에 수직한 단면이 라운드지게 형성되는 것을 특징으로 하는 조명장치.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 방열 커버에는 방열핀이 돌출되게 형성되는 것을 특징으로 하는 조명장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 개구부에 설치되는 투명 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
  9. 기판;
    상기 기판의 일면에 배치되는 발광소자;

    상기 발광 소자가 배치되는 상기 기판의 일면 상에 배치되고, 상기 발광소자에 대응되도록 개구부가 형성되는 방열 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 발광소자는 상기 기판의 길이 방향을 따라 복수 개 실장되고,
    상기 개구부는 상기 발광소자에 대응되도록 소정의 간격을 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 조명장치.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 개구부는 상기 발광소자의 지향각보다 큰 영역으로 형성되는 것을 특징으로 하는 조명장치.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 발광 소자와 상기 방열 커버 사이에 개재되는 투명 커버를 더 포함하는 조명 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 투명 커버는 상기 개구부에 대응되는 위치에 배치되는 조명 장치.
  14. 제9 항에 있어서,
    상기 개구부는 상기 방열 커버의 곡면을 따라 사각 또는 원의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 조명장치.
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