KR20160138680A - 광학 렌즈, 조명 모듈 및 이를 구비한 라이트 유닛 - Google Patents

광학 렌즈, 조명 모듈 및 이를 구비한 라이트 유닛 Download PDF

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Abstract

실시 예에 따른 조명 모듈은, 회로 기판; 상기 회로 기판 상에 배치된 광학 렌즈; 및 상기 회로 기판과 상기 광학 렌즈 사이에 배치된 발광 소자를 포함하며, 상기 광학 렌즈는, 상기 회로 기판 상에 바닥면; 상기 바닥 면으로부터 위로 함몰된 리세스를 갖는 입사면; 상기 입사면으로 입사된 광을 투과 또는 반사시키는 구면의 제1광 출사면; 상기 입사된 광을 측 방향으로 방출하는 제2광 출사면을 포함하며, 상기 제2광 출사면으로부터 반사된 광의 일부는 바닥 면으로 진행하며, 상기 회로 기판은 상기 리세스의 둘레에 상기 바닥 면을 투과한 광을 흡수하는 흡수층을 포함하며, 상기 흡수층은 상기 회로 기판의 상면 중에서 상기 바닥 면으로 진행하는 광의 광도가 피크 치의 80% 이상인 영역에 배치된다.

Description

광학 렌즈, 조명 모듈 및 이를 구비한 라이트 유닛{OPTICAL LENS, LIGHT EMITTING MODULE AND LIGHT UNIT HAVING THEREOF}
본 발명은 광학 렌즈, 조명 모듈 및 이를 구비한 라이트 유닛에 관한 것이다.
발광 소자, 예컨대 발광 다이오드(Light Emitting Device)는 전기 에너지를 빛으로 변환하는 반도체 소자의 일종으로, 기존의 형광등, 백열등을 대체하여 차세대 광원으로서 각광받고 있다.
발광 다이오드는 반도체 소자를 이용하여 빛을 생성하므로, 텅스텐을 가열하여 빛을 생성하는 백열등이나, 또는 고압 방전을 통해 생성된 자외선을 형광체에 충돌시켜 빛을 생성하는 형광등에 비해 매우 낮은 전력만을 소모한다.
또한, 발광 다이오드는 반도체 소자의 전위 갭을 이용하여 빛을 생성하므로 기존의 광원에 비해 수명이 길고 응답특성이 빠르며, 친환경적 특징을 갖는다.
이에 따라, 기존의 광원을 발광 다이오드로 대체하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 발광 다이오드는 실내외에서 사용되는 각종 램프, 표시장치, 전광판, 가로등 등의 조명 장치의 광원으로서 사용이 증가하고 있다.
실시 예는 회로 기판 상에 광학 렌즈의 바닥 면으로 진행하는 불 필요한 광을 흡수하는 층을 배치한 조명 모듈을 제공한다.
실시 예는 회로 기판 상에 광학 렌즈의 바닥 면으로 진행하는 불 필요한 광을 흡수하는 층에 광학 렌즈의 지지 돌기를 돌출시킨 조명 모듈을 제공한다.
실시 예는 회로 기판 상에 광학 렌즈의 바닥 면으로 진행하는 불 필요한 광을 흡수하는 층에 광학 렌즈의 지지 돌기 및 상기 지지 돌기를 위한 구멍을 배치한 조명 모듈을 제공한다.
실시 예는 회로 기판 상에 배치된 광학 렌즈의 측면 돌출부가 상기 회로 기판의 측면보다 외측에 배치된 조명 모듈을 제공한다.
실시 예는 회로 기판 상에 배치된 복수의 광학 렌즈의 각 측면 돌출부가 상기 회로 기판의 적어도 한 측면 또는 양 측면보다 외측에 배치된 조명 모듈을 제공한다.
실시 예는 회로 기판 상에 배치된 복수의 광학 렌즈의 측면 돌출부의 절단 면이 상기 회로 기판의 제1축 방향의 측면과 평행하게 배치된 조명 모듈을 제공한다.
실시 예는 복수의 광학 렌즈의 각 측면 돌출부가 상기 복수의 광학 렌즈가 배열되는 간격 중 더 넓은 방향으로 배치되는 조명 모듈을 제공한다.
실시 예는 제1회로 기판 상에 배치된 광학 렌즈 간의 간격보다 제1회로 기판 상의 광학 렌즈와 제2회로 기판 상의 광학 렌즈 간의 간격이 더 넓게 배치된 조명 모듈을 제공한다.
실시 예는 광학 렌즈의 측면 돌출부의 방향이 상기 측면 돌출부에 인접한 두 지지 돌기를 연결한 선분에 대해 직교하는 방향이거나 작교하는 축으로부터 30도 이내에 배치된 조명 모듈을 제공한다.
실시 예는 광학 렌즈의 측면 돌출부는 상기 광학 렌즈의 출사면보다 외측으로 돌출되는 조명 모듈을 제공한다.
실시 예는 입사면 및 제1광 출사면의 정점이 동일한 방향으로 볼록한 광학 렌즈 및 이를 갖는 조명 모듈을 제공한다.
실시 예는 입사면의 정점이 광원보다는 제1광 출사면의 정점에 더 인접한 광학 렌즈 및 이를 갖는 조명 모듈을 제공한다.
실시 예는 입사면의 둘레에 구면의 제1광 출사면과 경사진 비 구면의 제2광 출사면을 갖는 광학 렌즈 및 이를 갖는 조명 모듈을 제공한다.
실시 예는 발광 소자의 둘레에 경사지거나 곡면인 바닥면을 갖는 광학 렌즈 및 이를 갖는 조명 모듈을 제공한다.
실시 예는 적어도 5면으로 발광하는 발광 소자로부터 입사된 광의 출사각을 변화시켜 주는 광학 렌즈 및 이를 갖는 조명 모듈을 제공한다.
실시 예는 광의 지향각을 벗어난 영역으로 방출되는 광의 출사각이 입사각보다 작은 광학 렌즈 및 이를 갖는 조명 모듈을 제공한다.
실시 예에 따른 광학 렌즈는, 바닥면; 상기 바닥면으로부터 볼록한 리세스; 상기 리세스의 둘레에 광이 입사되는 입사면; 상기 입사면으로 입사된 광을 방출하고 구면을 갖는 제1광 출사면; 상기 제1광 출사면의 외측 하부 둘레에 배치되며 비 구면을 갖는 제2광 출사면; 및 상기 광학 렌즈의 바닥 면으로부터 돌출된 복수의 지지 돌기를 포함하며, 상기 복수의 지지 돌기는 상기 바닥 면의 영역 중에서 상기 바닥 면으로 진행하는 광의 광도가 피크 치의 80% 이상인 영역 상에 배치된다.
실시 예에 따른 조명 모듈은, 회로 기판; 상기 회로 기판 상에 배치된 광학 렌즈; 및 상기 회로 기판과 상기 광학 렌즈 사이에 배치된 발광 소자를 포함하며, 상기 광학 렌즈는, 상기 회로 기판 상에 바닥면; 상기 바닥 면으로부터 위로 함몰된 리세스를 갖는 입사면; 상기 입사면으로 입사된 광을 투과 또는 반사시키는 구면의 제1광 출사면; 상기 입사된 광을 측 방향으로 방출하는 제2광 출사면; 및 상기 바닥 면으로부터 상기 회로 기판의 상면으로 돌출된 복수의 지지 돌기를 포함하며, 상기 제2광 출사면으로부터 반사된 광의 일부는 상기 바닥 면으로 진행하며, 상기 복수의 지지 돌기는 상기 바닥 면의 영역 중에서 상기 바닥 면으로 진행하는 광의 광도가 피크 치의 80% 이상인 영역에 배치된다.
실시 예는 광학 렌즈 아래에 배치된 발광 소자의 측면으로 방출되는 광 경로를 제어하여, 광학 렌즈의 휘도 분포를 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 광학 렌즈로부터 추출된 광에 의한 핫 스팟과 같은 노이즈를 줄일 수 있다.
실시 예는 인접한 광학 렌즈 간의 광 간섭을 줄여줄 수 있다.
실시 예는 서로 다른 회로 기판 상의 광학 렌즈 간의 간섭을 줄여줄 수 있다.
실시 예는 광학 렌즈 아래에 배치된 발광 소자의 측면으로 방출되는 광 경로를 제어하여, 광학 렌즈의 휘도 분포를 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 광학 렌즈로부터 추출된 광에 의한 핫 스팟과 같은 노이즈를 줄일 수 있다.
실시 예는 광학 렌즈에 의해 발광 소자 간의 간격을 넓게 제공하여, 광학 렌즈 간의 간섭을 줄여줄 수 있다.
실시 예는 라이트 유닛 내에 배치되는 발광 소자의 개수를 줄일 수 있다.
실시 예는 광학 렌즈를 갖는 조명 모듈의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 인접한 광학 렌즈 간의 간섭을 최소화하여 화상을 개선할 수 있다.
실시 예는 광학 렌즈와 같은 라이트 유닛의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 조명 모듈을 갖는 조명 시스템의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 조명 모듈의 평면도이다.
도 2는 도 1의 광학 렌즈의 평면도이다.
도 3은 도 1의 조명 모듈의 회로 기판 및 광학 렌즈를 나타낸 평면도이다.
도 4는 도 1의 광학 렌즈의 배면도이다.
도 5는 도 1의 광학 렌즈의 지지 돌기의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1의 광학 렌즈의 지지 돌기의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 실시 예에 따른 회로 기판의 상면을 나타낸 평면도이다.
도 8은 도 1의 조명 모듈의 A-A측 단면도이다.
도 9는 도 1의 조명 모듈의 B-B측 단면도이다.
도 10은 도 9의 조명 모듈의 부분 확대도이다.
도 11은 도 9의 조명 모듈에서 광학 렌즈의 지지 돌기를 회로 기판에 고정하기 위한 예를 나타낸 도면이다.
도 12는 실시 예에 따른 광학 렌즈의 측면도이다.
도 13은 도 1의 조명 모듈의 C-C측 단면도이다.
도 14는 도 13의 광학 렌즈의 부분 확대도이다.
도 15는 도 13의 광학 렌즈의 상세 구성을 나타낸 측 단면도이다.
도 16은 실시 예에 따른 회로 기판 상에 광학 렌즈를 배열한 조명 모듈의 예를 나타낸 도면이다.
도 17은 실시 예에 따른 조명 모듈을 갖는 라이트 유닛을 나타낸 도면이다.
도 18은 도 17의 조명 모듈 상에 광학 시트가 배치된 라이트 유닛을 나타낸 도면이다.
도 19는 실시 예에 따른 회로 기판 상에 배치된 발광 소자의 상세 구성을 나타낸 제1예이다.
도 20은 실시 예에 따른 회로 기판 상에 배치된 발광 소자의 제2예이다.
도 21은 실시 예에 따른 회로 기판 상에 배치된 발광 소자의 제3예를 나타낸 도면이다.
도 22는 실시 예에 따른 광학 렌즈의 광축으로부터 소정 거리에서의 광도를 나타낸 도면이다.
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 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예에 따른 광학 렌즈 및 이를 구비한 조명 모듈을 설명한다.
도 1은 실시 예에 따른 조명 모듈의 평면도이며, 도 2는 도 1의 광학 렌즈의 평면도이고, 도 3은 도 1의 조명 모듈의 회로 기판 및 광학 렌즈를 나타낸 평면도이며, 도 4는 도 1의 광학 렌즈의 배면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 조명 모듈(301)은, 발광 소자(100), 상기 발광 소자(100) 상에 배치된 광학 렌즈(300), 및 상기 발광 소자(100) 아래에 배치된 회로 기판(400)을 포함한다.
상기 발광 소자(100)는 상기 회로 기판(400) 상에 배치되어 상기 광학 렌즈(300)와 상기 회로 기판(400) 사이에 위치할 수 있다. 상기 발광 소자(100)는 상기 회로 기판(400)으로부터 전원을 공급받아 구동하며 광을 방출하게 된다.
상기 발광 소자(100)는 화합물 반도체를 갖는 LED 칩 예컨대, UV(Ultraviolet) LED 칩, 청색 LED 칩, 녹색 LED 칩, 백색 LED 칩, 적색 LED 칩 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 발광 소자(100)는 II족-VI족 화합물 반도체 및 III족-V족 화합물 반도체 중 적어도 하나 또는 모두를 포함할 수 있다. 상기 발광 소자(100)는 청색, 녹색, 청색, UV 또는 백색의 광 중 적어도 하나를 발광할 수 있다. 상기 발광 소자(100)는 광원으로 정의될 수 있다.
상기 광학 렌즈(300)는 발광 소자(100)로부터 방출된 광(light)의 경로를 변경한 후 외부로 추출시켜 줄 수 있다.
상기 광학 렌즈(300)는 서로 다른 광 출사면(330,335)를 구비할 수 있다. 상기 서로 다른 광 출사면(330,335)은 예컨대, 광학 렌즈(300)의 상면인 제1광 출사면(330)과 외측 둘레에 배치된 제2광 출사면(335)을 포함한다. 상기 제1광 출사면(330)은 구면을 포함하며, 상기 제2광 출사면(335)는 측 단면이 비 구면을 포함한다.
상기 광학 렌즈(300)는 리세스(315) 및 상기 리세스(315)의 둘레에 입사면(310)을 포함하며, 상기 리세스(315)는 광학 렌즈(300)의 바닥면(310)으로부터 상기 회로 기판(400)의 반대측 방향으로 볼록하게 함몰되며, 상기 입사면(310)은 상기 리세스(315)의 둘레에 곡면을 갖는다. 상기 리세스(315)는 반구 또는 반 타원 형상일 수 있으며, 이의 상세한 설명은 후술하기로 한다. 이러한 광학 렌즈(300)에 대한 구조는 후술하여 상세하게 설명하기로 한다.
상기 광학 렌즈(300)는 하부에 배치된 복수의 지지 돌기(350)를 포함한다. 상기 지지 돌기(350)는 상기 광학 렌즈(300)의 바닥면(310)으로부터 하 방향 즉, 회로 기판(400) 방향으로 돌출된다. 상기 지지 돌기(350)는 복수개가 회로 기판(400) 상에 고정되며, 상기 광학 렌즈(300)가 틸트되는 것을 방지할 수 있다. 상기 회로 기판(400) 상에는 상기 지지 돌기(350)의 삽입을 위한 삽입 홈이 배치될 수 있다. 상기 회로 기판(400) 상에는 상기 지지 돌기(350)의 삽입 홈으로 상기 지지 돌기(350)가 삽입되면, 접착 부재(미도시)를 이용하여 상기 지지 돌기(350)를 접착시켜 줄 수 있다.
상기 회로 기판(400)은 표시 장치, 단말기, 조명 장치와 같은 라이트 유닛 내에 배열될 수 있다. 상기 회로 기판(400)은 상기 발광 소자(100)와 전기적으로 연결되는 회로 층을 포함할 수 있다. 상기 회로 기판(400)은 수지 재질의 PCB, 금속 코어를 갖는 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 중 적어도 하나를 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 회로 기판(400)의 상에는 보호층(미도시)이 배치되며, 상기 보호층은 광학 렌즈(300)로부터 반사된 광을 흡수하거나 반사하는 재질을 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 회로 기판(400)은 탑뷰를 보면, 제1방향(X) 방향의 제1길이가 제2방향(Z)의 제2길이(D13)보다 긴 길이를 갖는다. 상기 제1길이는 가로 길이이며, 상기 제2길이(D13)는 세로 길이 또는 너비일 수 있다.
상기 회로 기판(400)의 제2길이(D13)는 상기 광학 렌즈(300)의 직경(D4) 또는 너비보다 작거나 같을 수 있다. 예를 들면, 상기 제2길이(D13)는 상기 광학 렌즈(300)의 직경(D4) 또는 너비보다 작게 배치될 수 있다. 이에 따라 상기 회로 기판(400)의 제2길이(D13)가 작게 되므로, 상기 회로 기판(400)의 제2길이(D13)를 감소시켜 줄 수 있고 이에 따른 비용 절감 효과가 있다.
상기 회로 기판(400)의 제1길이는 상기 광학 렌즈(300)의 직경 또는 너비의 2배 이상의 길이로 배치될 수 있으며, 예컨대 4개 이상의 광학 렌즈(300)의 직경 또는 너비의 합보다 긴 길이를 가질 수 있다. 이는 회로 기판(400)의 제1길이는 제2길이(D13)보다 길게 예컨대, 4배 이상 길게 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 1 및 도 7을 참조하면, 상기 회로 기판(400) 상에는 흡수층(412,414)이 배치된다. 상기 흡수층(412,414)은 반사율보다 흡수율이 높은 물질 예컨대, 흑색 레지스트 물질을 포함한다. 상기 흡수층(412,414)은 서로 이격된 제1 및 제2보수층(412,414)을 포함할 수 있으며, 상기 제1 및 제2흡수층(412,414)은 회로 기판(400)의 제1축(X1) 방향으로 이격될 수 있다. 상기 제1 및 제2흡수층(412,414)은 반원 형상으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제1 및 제2흡수층(412,414)은 광축(Y0)을 기준으로 서로 동일한 제1거리(r1)로 이격될 수 있다.
상기 흡수층(412,414)은 회로 기판(400)의 보호 재질이거나 별도의 층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1 및 제2흡수층(412,414)의 영역에는 상기 지지 돌기(350:51,52,53,54)가 수직 방향으로 오버랩될 수 있다. 상기 회로 기판(400)의 상면에는 상기 제1 및 제2흡수층(414,416)의 영역을 따라 상기 지지 돌기(350)가 삽입될 수 있는 복수의 구멍(416)을 구비할 수 있다.
도 9 및 도 10과 같이, 광학 렌즈(300)의 지지 돌기(350)는 상기 흡수층(412,414)의 영역에 배치된 구멍(416)에 삽입될 수 있다.
도 11과 같이, 광학 렌즈(300)의 지지 돌기(350)는 상기 구멍(416)에 삽입되면, 상기 지지 돌기(350)의 둘레에 접착제(405)로 접착시켜 줄 수 있다. 상기 접착제(405)는 흑색 수지 재질의 접착 재질 예컨대, 흑색 에폭시를 포함할 수 있다. 이러한 접착제(405)는 광을 흡수하여, 불필요한 광의 반사를 억제해 줄 수 있다.
한편, 상기 광학 렌즈(300)의 복수의 지지 돌기(350)는 상기 회로 기판(400)과 수직 방향으로 오버랩될 수 있다. 상기 광학 렌즈(300)는 투광성 재료를 포함할 수 있다. 상기 광학 렌즈(300)는 폴리카보네이트(PC), 폴리메타크릴산메틸(PMMA), 실리콘 또는 에폭시 수지, 또는 글래스(Glass) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 광학 렌즈(300)는 굴절률이 1.4 내지 1.7 범위의 투명 재료를 포함할 수 있다.
상기 광학 렌즈(300)는 최 외측으로 돌출된 측면 돌출부(360)를 포함한다. 상기 측면 돌출부(360)는 상기 광학 렌즈(300)의 제2광 출사면(335)으로부터 외측 방향으로 돌출된다. 상기 측면 돌출부(360)는 상기 회로 기판(400)의 영역보다 외측으로 돌출될 수 있다. 이에 따라 측면 돌출부(360)은 회로 기판(400)과 수직 방향으로 오버랩되지 않는 영역에 배치될 수 있다. 상기 측면 돌출부(360)는 상기 회로 기판(400)의 제1측면(401) 및 제2측면(402) 중 어느 하나보다 외측으로 돌출될 수 있다.
상기 측면 돌출부(360)는 사출시 게이트를 위한 영역이 커팅된 부분으로서, 게이트부, 절단부, 돌기, 또는 마크부로 정의될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 측면 돌출부(360)는 광학 렌즈(300)에 하나가 배치될 수 있다. 상기 광학 렌즈(300)은 상기 측면 돌출부(360) 이외에 외측으로 돌출된 적어도 하나의 돌기를 더 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 광학 렌즈(300)의 측면 돌출부(360)는 외 측면이 러프한 면으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 러프한 면은 상기 제1광 출사면(330)의 표면 거칠기보다 더 높은 표면 거칠기를 가질 수 있다. 상기 러프한 면은 상기 제1광 출사면(330)의 투과율보다 낮은 투과율을 가질 수 있다. 이러한 러프한 면은 절단 면일 수 있다.
상기 측면 돌출부(360)의 영역은 낮은 투과율 및 거친 표면 거칠기로 인해 광 분포가 불균일하게 나타날 수 있으며, 또한 광의 방출 각도를 제어하기 어렵다. 이러한 측면 돌출부(360)의 영역을 통해 방출된 광은 인접한 광학 렌즈로 조사될 수 있다. 즉, 측면 돌출부(360)의 영역이 제1방향(X)으로 배열되거나 또는 상기 회로 기판(400)과 수직 방향으로 오버랩되게 배치된 경우, 상기 측면 돌출부(360)를 통해 방출된 광이 인접한 광학 렌즈(300)에 조사되어 광 간섭 현상을 발생시킬 수 있고, 회로 기판(400)에 의해 반사되어 광 균일도에 영향을 줄 수 있는 문제가 있다.
실시 예는 상기 광학 렌즈(300)의 측면 돌출부(360)는 광축(Y0)에 직교하고 광학 렌즈(300)들이 배열되는 방향이 아닌 제2축(Z1) 방향으로 배치할 수 있다. 상기 제2축(Z1) 방향은 동일 평면 상에서 제1축(X1) 방향과 직교하게 배치될 수 있다. 상기 측면 돌출부(360)는 제2광 출사면(335)으로부터 돌출될 수 있다. 상기 측면 돌출부(360)의 외 측면(361)에 수평한 면은 상기 제2축(Z) 방향과 직교할 수 있다. 도 3과 같이, 상기 측면 돌출부(360)의 외 측면(361)에 대해 수평한 직선(X2)은 상기 제1축(X1) 방향과 평행한 방향일 수 있다. 여기서, 제1 및 제2축(X1,Z1)은 동일 수평 면 상에 배치된 경우, 광축(Y0)을 지나며 서로 직교할 수 있다.
도 2를 참조하면, 복수의 지지 돌기(350)는 상기 측면 돌출부(360)에 인접한 제1 및 제2지지 돌기(51,52)와, 상기 상기 측면 돌출부(360)를 기준으로 입사면(320)보다 더 이격된 제3 및 제4지지 돌기(53,54)를 포함할 수 있다.
상기 측면 돌출부(360)의 임의의 지점 예컨대, 센터 지점은 상기 제1 및 제2지지 돌기(51,52)와의 거리(D15)가 광축(Y0)과의 거리(D14)보다 가깝게 배치될 수 있다. 상기 거리 D15 > D14로 배치됨으로써, 제 1내지 제4지지 돌기(51,52,53,54)는 입사면(320)의 둘레에서 광학 렌즈(300)를 안정되게 지지할 수 있다. 상기 D14는 광학 렌즈(300)가 원 형상인 경우 반경일 수 있다. 여기서, 상기 제1거리(r1)는 광학 렌즈(300)의 반경(D14) 또는 바닥 면(310)의 반경의 0.82 내지 0.85 범위 내에 배치될 수 있다.
광축(Y0)을 기준으로, 상기 측면 돌출부(360)의 센터 지점을 지나는 제2축(Z1)과 상기 제1지지 돌기(52) 사이의 각도(R2)는 둔각일 수 있으며, 예컨대 45도 초과일 수 있다.
여기서, 복수의 지지 돌기(350)는 상기 광축(Y0)을 기준을 상기 측면 돌출부(360)에 인접한 제1 및 제2지지 돌기(51,52) 사이의 각도(R1)는 90도 초과일 수 있다. 이는 복수의 지지 돌기(350)가 상기 제2축(Z1)보다는 제1축(X1)에 더 인접하게 배치될 수 있다. 상기 복수의 지지 돌기(350)는 제1축(X1)에 더 인접하게 배치되어 광학 렌즈(300)를 안정되게 지지하고, 회로 기판(400)의 제2축(Z1) 방향의 길이(D13)를 줄여줄 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 제1 및 제2지 돌기(51,52)는 광학 렌즈(300)의 반경(D14)의 1/3 지점(P21)을 지나는 수평한 직선(X5)과의 거리(D21)보다 더 이격될 수 있다.
상기 회로 기판(400)의 제1 및 제2측면(401,402)의 위치는 상기 복수의 지지 돌기(350)를 지나는 수평한 직선(X3) 보다는 외측에 배치되고, 상기 광학 렌즈(300)의 외측 둘레 예컨대, 제2광 출사면(335)을 지나는 수평한 직선(X4)보다 안쪽에 배치될 수 있다. 상기 회로 기판(400)의 제1측면(401)은 상기 직선(X4)과 소정 거리(D22)로 이격될 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 복수의 지지 돌기(350)는 상기 광학 렌즈(300)의 광축(Y0)과 상기 측면 돌출부(360)의 중심을 지나는 제2축(Z1)과 상기 제2축(Z1)에 연직한 제1축(X1)으로부터 분할된 제1 내지 제4사분면(Q1,Q2,Q3,Q4)에 각각 배치될 수 있다. 또한 상기 복수의 지지 돌기(350:51,52,53,54)는 상기 제2축(Z1)보다 제1축(X1) 선상에 더 가깝게 배치될 수 있다.
상기 복수의 지지 돌기(350)의 중심과 상기 광축(Y0) 사이는 동일한 제1거리(r1)로 이격될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 복수의 지지 돌기(350) 중 적어도 하나는 나머지와 광 축(Y0)으로부터 다른 간격을 가질 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 복수의 지지 돌기(350:51,52,53,54) 간의 거리는 제1축(X1) 방향으로의 간의 거리(D31)가 제2축(Z1) 방향으로의 거리(D32)보다 더 클 수 있다. 이는 회로 기판(400)의 제2길이인 너비에 따라 달라질 수 있다.
상기 복수의 지지 돌기(350:51,52,53,54)는 적어도 4개가 다각형 형상 예컨대, 사각형 형상 즉, 직 사각형 형상으로 배치될 수 있다. 다른 예로서, 상기 복수의 지지 돌기(350:51,52,53,54)는 4개 이상 예컨대, 5개 또는 6개 이상이 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시 예는 복수의 지지 돌기(350:51,52,53,54)가 측면 돌출부(360)의 영역과 제2축(Z1)으로 오버랩되지 않게 이격시키고 제1축(X1) 방향에 더 가깝게 배치해 줌으로써, 광학 렌즈(300)의 사출 성형시 상기 복수의 지지 돌기(350:51,52,53,54)에 의해 제2광 출사면(330)의 표면에 영향을 주는 것을 줄여줄 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 광학 렌즈(300)의 지지 돌기(350: 55,56,57)는 3개가 삼각형 형상으로 배치될 수 있다. 상기 지지 돌기(350)들의 중심은 광축(Y0)과의 제1거리(r1)가 동일하거나 어느 하나는 다를 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 6을 참조하면, 광학 렌즈(300)의 복수의 지지 돌기(350:58,59,60) 중 적어도 하나 예컨대, 어느 하나의 지지 돌기(58)는 다른 지지 돌기(59,60)들에 비해 큰 너비 또는 면적을 가질 수 있다. 이는 복수의 지지 돌기(350) 중 거리가 상대적으로 먼 지지 돌기(58)는 거리가 상대적으로 가까운 지지 돌기(59,60)들보다는 작을 수 있다. 이는 지지 돌기들(58,59,60)의 바닥 면적 차이에 광축(Y0)과의 거리가 비례하도록 할 수 있다.
도 8은 도 1의 조명 모듈의 A-A측 단면도이다.
도 8과 같이, 발광 소자(100)로부터 방출된 광 중에서 제1광 출사면(330)로 입사된 광의 일부(L5)는 투과하지만, 다른 광(L6)들은 바닥면(310) 방향으로 반사된다. 이때 반사면(310) 방향으로 반사된 광(L6)의 광도를 측정한 결과 도 22와 같이 광축(Y0)으로부터 제1거리(r1)를 갖는 영역에서 피크 치가 검출되었다. 이는 바닥면(310)으로 진행된 광(L6)은 바닥 면(310)을 투과하거나 바닥 면(310)에 의해 반사되어 다른 광들에 간섭을 주게 된다.
실시 예는 바닥 면(310)으로 진행하는 광(L6)의 광도 중에서 피크 치 또는 피크 치의 80% 이상의 범위에 해당되는 영역에 상기 회로 기판(400)의 흡수층(412,414)을 배치하여, 불필요한 광을 흡수할 수 있다. 이러한 불필요한 광들이 외부로 진행할 때 무라(mura) 불량이 발생될 수 있다.
실시 예는 광학 렌즈(300)을 지지하기 위한 지지 돌기(350)는 바닥 면(310)으로 진행하는 광(L6)의 광도 중에서 피크 치 또는 피크 치의 80% 이상의 범위에 해당되는 영역에 배치될 수 있다. 상기 지지 돌기(350)를 흡수층(412,414)의 영역 내에 배치되거나, 흡수 재질의 접착제가 도포됨으로써, 입사되는 광(L6)을 흡수하여 무라 불량을 억제할 수 있다.
다른 예로서, 상기 광학 렌즈(300)의 바닥 면(310) 중 상기 영역에 광 흡수 재질이 도포될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1거리(r1)은 6mm 내지 6.5mm 범위를 포함할 수 있으며, 예컨대, 6.2mm 내지 6.4mm의 범위를 포함한다. 광축(Y0)으로부터 제1거리(r1)에 지지 돌기(350)를 배치해 줌으로써, 제1거리(r1) 및 그 주변 영역(r1±10%)에서 지지 돌기(350)가 배치된 바닥 영역으로 진행하는 광들에 의한 간섭을 줄여줄 수 있다. 상기 제1거리(r1)를 벗어난 영역으로 진행하는 광은 광 분포에 크게 영향을 주지 않게 된다.
따라서, 광학 렌즈(300)의 제1 및 제2광 출사면(330,335)을 통해 출사되는 광을 효과적으로 제어하고, 다른 영역 예컨대, 바닥 면(310)으로 진행하는 광(L6)이 다른 광의 분포에 간섭하는 것을 억제하여, 광의 균일한 분포를 개선시켜 줄 수 있다.
다른 예로서, 광학 렌즈의 외부에서 제1광 출사면으로 광을 조사할 때, 도 22와 같은 제1거리(r1)에서 피크 치의 광도가 검출될 수 있다. 실시 예는 제1광 출사면(330)의 곡면 특성에 의해 반사 또는 굴절될 수 있는 바닥 면(310)의 영역 중 광량이 최대인 영역과 대면하는 영역에 지지 돌기(350)와 흡수층(412,414) 및 접착제(도 9의 405) 중 적어도 하나 또는 모두를 배치하여, 무라 문제를 억제하고 균일한 광 분포에 간섭을 주는 것을 차단할 수 있다.
도 9는 도 1의 조명 모듈의 B-B측 단면도로서, 광학 렌즈의 입사면 및 출사면으로 출사된 광의 경로를 나타낸 도면이며, 도 12는 실시 예에 따른 광학 렌즈의 측면도이며, 도 13은 도 1의 조명 모듈의 C-C측 단면도이고, 도 14는 도 13의 광학 렌즈의 부분 확대도이며, 도 15는 도 13의 광학 렌즈의 상세 구성을 나타낸 측 단면도이다.
도 9, 도 12 내지 도 15를 참조하면, 광학 렌즈(300)에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
도 12 내지 도 15를 참조하면, 상기 광학 렌즈(300)는, 바닥면(310), 상기 바닥면(310)보다 위로 볼록한 리세스(recess)(315), 상기 리세스(315)의 둘레에 입사면(320), 상기 바닥면(310) 및 상기 입사면(320)의 반대측에 배치된 제1광 출사면(330), 및 상기 제1광 출사면(330)의 하부 둘레에 배치된 제2광 출사면(335), 상기에 설명된 측면 돌출부(360)를 포함한다.
상기 리세스(315)는 바닥면(310)의 센터 영역으로부터 광축(Y0) 방향으로 함몰된 형태이다. 상기 리세스(315)는 센터 영역 또는 광축(Y0)에 가까울수록 더 깊은 깊이를 가질 수 있다.
상기 발광 소자(100)의 상면에 대해 연직한 방향은 광축(Y0) 방향이라 할 수 있다. 상기 광축(Y0) 방향은 상기 회로 기판(400)의 상면에 직교하는 방향일 수 있다. 상기 광축(Y0)과 직교하는 제1축(X0) 방향은 상기 발광 소자(100)로부터 상기 광축(Y0)에 직교하는 방향일 수 있다.
상기 리세스(315)의 너비(D1)는 정점(21,31)에 인접할수록 점차 좁아질 수 있다. 상기 리세스(315)는 위로 올라갈수록 제1광 출사면(330)에 더 인접할 수 있다.
상기 리세스(315)의 측 단면 형상은 반구 형상 또는 반 타원 형상을 포함할 수 있으며, 그 표면의 하부 형상은 원 형상 또는 다각형 형상을 포함할 수 있다. 상기 입사면(320)은 바닥면(310)의 센터 영역으로부터 위로 볼록한 리세스(315)의 둘레에 배치된다. 상기 입사면(320)은 곡면을 포함할 수 있다.
상기 입사면(320)은 베지어(Bezier) 곡선을 갖는 회전체로 형성될 수 있다. 상기 입사면(320)의 곡선은 스플라인(Spline) 예컨대, 큐빅(cubic), B-스플라인, T-스플라인으로 구현될 수 있다. 상기 입사면(320)의 곡선은 베지어 곡선(Bezier curve)로 구현될 수 있다.
상기 입사면(320)은 상기 리세스(315)의 표면으로서 상기 발광 소자(100)의 상면(S1) 및 측면(S2)의 외측에 배치될 수 있다.
상기 광학 렌즈(300)의 바닥면(310)은 평평한 면, 곡면 또는 곡면과 플랫한 면을 포함할 수 있다. 상기 바닥면(310)은 상기 회로 기판(400)의 상면에 대해 경사진 면 또는 곡면을 제공할 수 있다. 상기 광학 렌즈(300)의 바닥면(310)은 회로 기판(400)의 상면에 수평한 직선(X0)을 기준으로 경사진 면 또는 곡면으로 제공될 수 있다. 상기 바닥면(310)은 80% 이상의 영역이 상기 회로 기판(400)의 상면에 대해 경사지거나 곡면일 수 있다. 상기 바닥면(310)은 전 반사면을 포함할 수 있다.
상기 광학 렌즈(300)의 바닥면(310)은 제1에지(23) 및 제2에지(25)를 포함한다. 상기 제1에지(23)는 상기 입사면(320)과 상기 바닥면(310) 사이의 경계 지점이며, 광학 렌즈(300)의 저점이 될 수 있다. 상기 제1에지(23)는 바닥면(310)의 영역 중에서 가장 낮은 지점이 될 수 있다. 상기 제1에지(23)의 위치는 수평한 선을 기준으로 제2에지(25)보다 낮게 위치될 수 있다. 상기 제1에지(23)는 상기 입사면(320)의 하부 둘레가 될 수 있다.
상기 제2에지(25)는 제2광 출사면(335)의 하부 둘레 또는 바닥면(310)의 최 외곽에 배치될 수 있다. 상기 제2에지(25)는 상기 바닥면(310)과 상기 제2광 출사면(335) 사이의 경계 지점일 수 있다
상기 제1에지(23)와 제2에지(25)는 상기 바닥면(310)의 양 끝단일 수 있다. 상기 제1에지(23)는 바텀 뷰 형상이 원 형상 또는 타원 형상일 수 있으며, 상기 제2에지(25)는 바텀 뷰 형상이 원 형상 또는 타원 형상일 수 있다.
상기 광학 렌즈(300)는 상기 발광 소자(100)로부터 방출된 광을 입사면(320)으로 입사받아 제1 및 제2광 출사면(330,335)로 방출하게 된다. 상기 입사면(320)으로부터 입사된 일부 광은 소정의 경로를 거쳐 상기 바닥면(310)으로 조사될 수 있다.
광학 렌즈(300)는 상기 발광 소자(100)로부터 방출된 광이 소정 각도의 지향각 분포를 갖고 입사면(320)으로 입사되면, 제1 및 제2광 출사면(330,335)을 통해 확산시켜 줄 수 있다.
상기 광학 렌즈(300)의 입사면(320)은 상기 발광 소자(100)의 상면(S1) 및 다수의 측면(S2)과 서로 대면하게 배치될 수 있다. 상기 발광 소자(100)의 측면(320)으로부터 방출된 광은 상기 입사면(320)으로 조사될 수 있다. 이에 따라 상기 발광 소자(100)의 측면(S2)으로 방출된 광은 누설 없이 입사면(320)으로 입사될 수 있다.
상기 발광 소자(100)는 상면(S1) 및 다수의 측면(S2)을 통해 광을 방출하게 되며, 예컨대 5면 또는 그 이상의 발광 면을 갖는다. 상기 발광 소자(100)의 다수의 측면(S2)은 적어도 4개의 측면을 포함한 구조로서, 발광 면일 수 있다.
상기 발광 소자(100)는 5면 이상의 발광 면을 제공하므로, 측면(S2)을 통해 방출된 광에 의해 광의 지향각 분포는 넓어질 수 있다. 상기 발광 소자(100)의 광의 지향각 분포는 140도 이상 예컨대, 142도 이상이 될 수 있다. 상기 발광 소자(100)의 지향각 분포의 반치폭은 70도 이상, 예컨대 71도 이상일 수 있다. 상기 반치폭은 지향각의 최대 광도의 1/2 광도을 갖는 폭을 나타낸다. 이러한 발광 소자(100)의 광의 지향각 분포를 넓게 제공해 줌으로써, 광학 렌즈(300)를 이용한 광 확산이 보다 용이한 효과가 있다.
상기 회로 기판(400)의 상면은 광학 렌즈(300)의 바닥면(310)의 제2에지(25)보다 제1에지(23)에 더 인접하게 배치될 수 있다. 상기 바닥면(310)의 제1에지(23)는 상기 회로 기판(400)의 상면에 접촉될 수 있고, 상기 제2에지(25)는 회로 기판(400)의 상면으로부터 최대 간격(T0)으로 이격될 수 있다. 상기 제2에지(25)는 발광 소자(100) 내의 활성층보다 낮은 위치에 배치될 수 있어, 광의 손실을 방지할 수 있다.
상기 광학 렌즈(300)의 제1 및 제2광 출사면(330,335)은 입사된 광을 굴절시켜 방출하게 된다. 상기 제2광 출사면(335)은 광축(Y0)을 기준으로, 굴절 후의 추출된 광의 각도가 굴절 전에 입사된 광의 각도보다 작게 굴절시켜 준다. 이에 따라 인접한 광학 렌즈(300)간의 광 간섭 거리를 길게 제공할 수 있고, 제2광 출사면(335)을 통해 출사된 일부 광과 제1광 출사면(330)으로 출사된 광이 광학 렌즈(300)의 주변에서 서로 혼색될 수 있다.
상기 광학 렌즈(300)의 제1광 출사면(330)은 전 영역으로 광이 출사되는 구면으로 형성될 수 있다. 상기 제1광 출사면(330)의 센터 영역은 정점(31) 또는 고점이 될 수 있으며, 상기 정점(31)으로부터 연속적으로 연결되는 곡면 형상을 포함한다. 상기 제1광 출사면(330)은 입사되는 광을 반사하거나 굴절시켜 외부로 출사시켜 줄 수 있다. 상기 제1광 출사면(330)은 광축(Y0)을 기준으로, 제1광 출사면(330)으로 방출된 광의 굴절 후의 방출 각도는 굴절 전에 입사된 입사 각도보다 클 수 있다.
상기 광학 렌즈(300)의 제1광 출사면(330)은 광의 지향각 분포의 반치각 내에서 광축(Y0)을 거리에 따라 단조가 증가하게 되며, 상기 제2광 출사면(335)은 광의 지향각 분포의 반치각을 벗어난 영역을 포함하며, 상기 광축(Y0)을 기준으로 거리에 따라 단조가 감소하게 된다.
상기 제1광 출사면(330)은 베지어(Bezier) 곡선을 갖는 회전체로 형성될 수 있다. 상기 제1광 출사면(330)의 곡선은 스플라인(Spline) 예컨대, 큐빅(cubic), B-스플라인, T-스플라인으로 구현될 수 있다. 상기 제1광 출사면(330)의 곡선은 베지어 곡선(Bezier curve)로 구현될 수 있다. 이러한 광학 렌즈(300)는 측면 돌출부(360)을 제외한 경우, 광축(Y0)을 기준으로 회전 대칭 형상으로 제공될 수 있다.
상기 제1광 출사면(330)의 센터 영역은 광축(Y0)의 인접 영역으로서, 위로 볼록한 곡면이거나 평탄한 면일 수 있다. 상기 제1광 출사면(330)의 센터 영역과 제2광 출사면(335) 사이의 영역은 볼록한 곡면 형상으로 제공될 수 있다.
상기 입사면(320) 및 제1광 출사면(330)은 양의 곡률 반경을 가질 수 있다. 상기 제1광 출사면(330)의 센터 영역 및 그 둘레 영역은 음의 곡률 반경을 갖지 않고 서로 다른 양의 곡률 반경을 가질 수 있다. 상기 제1광 출사면(330)의 센터 영역은 곡률 반경이 0인 영역을 포함할 수 있다.
상기 입사면(320)의 곡률 반경은 상기 제1광출사면(330)의 곡률 반경보다는 작을 수 있다. 또는 상기 입사면(320)은 기울기가 상기 제1광 출사면(330)의 기울기보다는 클 수 있다.
상기 제2광 출사면(335)은 제1광 출사면(330)의 하부 둘레에 배치되어 입사된 광을 굴절시켜 방출하게 된다. 상기 제2광 출사면(335)은 비구면 형상 또는 플랫(flat) 면을 포함한다. 상기 제2광 출사면(335)은 예컨대 상기 회로 기판(400)의 상면에 대해 수직한 면이거나 경사진 면일 수 있다. 상기 제2광 출사면(335)이 경사진 면으로 형성될 경우, 사출 성형시 분리가 용이한 효과가 있다.
상기 제2광 출사면(335)은 상기 광학 렌즈(300)의 외측 둘레에 배치될 수 있다. 상기 제2광 출사면(335)은 상기 제1광 출사면(330)의 하부 둘레로부터 플랫한 면 또는 비구면으로 바닥면(310)까지 연장될 수 있다. 상기 제2광 출사면(335)은 제1광 출사면(330)에 인접한 제3에지(35)를 포함할 수 있다. 상기 제2에지(25)는 제2광 출사면(335)의 하부 에지일 수 있으며, 제3에지(35)는 제2광 출사면(335)의 상부 에지이거나 제1 및 제2광 출사면(330,335) 사이의 경계 지점일 수 있다.
상기 제2광 출사면(335)은 발광 소자(100)의 측면(S2)으로 방출된 일부 광을 입사받아 굴절시켜 추출하게 된다. 이때 제2광 출사면(335)은 광축(Y0)을 기준으로, 방출된 광의 출사 각이 굴절 전의 입사각보다 작을 수 있다. 이에 따라 인접한 광학 렌즈(300) 간의 광 간섭 거리를 길게 제공할 수 있다.
도 15를 참조하면, 상기 광학 렌즈(300)는 너비 또는 직경(D4)이 두께(D3)보다 넓게 배치될 수 있다. 상기 너비 또는 직경(D4)는 상기 두께(D3)의 2.5배 이상 예컨대, 3배 이상이 될 수 있다. 상기 광학 렌즈(300)의 너비 또는 직경(D4)는 15mm이상일 수 있다. 이러한 광학 렌즈(300)의 너비 또는 직경(D4)가 두께(D3)보다 상기의 범위로 넓게 배치되므로, 라이트 유닛 예컨대, 백라이트 유닛의 전 영역에 균일한 휘도 분포를 제공할 수 있고, 또한 라이트 유닛의 두께를 줄여줄 수 있다.
여기서, 광학 렌즈(300)의 입사면(320)의 하부 너비(D1)는 상기 리세스(315)의 하부 너비일 수 있으며, 상기 발광 소자(100)의 너비(W1)보다는 넓게 배치될 수 있다. 이러한 입사면(320) 및 리세스(315)는 상기 발광 소자(100)로부터 방출된 광이 용이하게 입사될 수 있는 크기를 갖는다.
상기 리세스(315)의 깊이(D2)는 상기 입사면(320)의 하부 너비(D1)와 같거나 더 깊게 배치될 수 있다. 상기 리세스(315)의 깊이(D2)는 광학 렌즈(300)의 두께(D3)의 75% 이상 예컨대, 80% 이상의 깊이를 가질 수 있다. 상기 리세스(315)의 깊이(D2)는 상기 제1광 출사면(330)의 정점(31)과 바닥면(310) 또는 제1에지(23)사이의 거리의 80% 이상일 수 있다. 상기 리세스(315)의 깊이(D2)가 깊게 배치됨으로써, 제1광 출사면(330)의 센터 영역이 전 반사면 또는 음의 곡률을 갖지 않더라도, 입사면(320)의 정점(21)의 인접 영역에서도 측 방향으로 광을 확산시켜 줄 수 있다. 상기 리세스(315)의 깊이(D2)는 입사면(320)의 정점(21)의 깊이로서, 상기 입사면(320)의 정점(21)의 깊이가 깊게 배치됨으로써, 정점(21) 및 그 주변 영역으로 입사된 광에 대해 측 방향으로 굴절시켜 줄 수 있다.
상기 입사면(320)의 하부 너비(D1)과 상기 발광 소자(100)의 너비(W1)의 비율(D1:W1)은 1.8: 1 내지 3.0: 1 범위일 수 있다. 상기 입사면(320)의 하부 너비(D1)는 상기 발광 소자(100)의 너비(W1)의 3배 이하로 배치된 경우, 상기 발광 소자(100)로부터 방출된 광이 입사면(320)을 통해 효과적으로 입사될 수 있다.
상기 리세스(315)와 상기 제1광 출사면(330) 사이의 최소 거리(D5)는 상기 리세스(315)의 정점(21)과 제1광 출사면(330)의 정점(31) 사이의 간격일 수 있다. 상기 거리(D5)는 예컨대 1.5mm 이하일 수 있으며, 예컨대, 0.6mm 내지 1mm 범위일 수 있다. 상기 리세스(315)의 정점(21)과 제1광 출사면(330) 정점(31) 사이의 거리(D5)가 1.5mm 초과인 경우 상기 제1광 출사면(330)의 센터 영역으로 진행하는 광량이 많아질 수 있어, 핫 스팟 현상이 발생될 수 있다. 상기 리세스(315)의 정점(21)과 제2광 출사면(31) 사이의 거리(D5)가 0.6mm 미만인 경우 광학 렌즈(300)의 센터 측 강성이 약해지는 문제가 있다. 이러한 리세스(315) 및 제1광 출사면(330) 사이의 거리(D5)를 상기 범위로 배치함으로써, 제2광 출사면(335)의 센터 영역이 전 반사면 또는 음의 곡률을 갖지 않더라도, 센터 영역의 주변으로 광의 경로를 수평 방향으로 확산시켜 줄 수 있다. 이는 리세스(35)의 정점(21)이 상기 제1광 출사면(330)의 볼록한 정점(31)에 인접할수록 상기 입사면(320)을 통해 제1광 출사면(330)의 측 방향으로 진행하는 광의 광량이 증가될 수 있다. 따라서, 광학 렌즈(300)의 측 방향으로 확산하는 광량을 증가시켜 줄 수 있다.
상기 리세스(315)의 정점(21)은 상기 제2광 출사면(335)의 제3에지(35)로부터 수평하게 연장한 직선보다는 제1광 출사면(330)의 센터인 정점(31)에 더 인접하게 배치될 수 있다.
광학 렌즈(300)에서 상기 제1광 출사면(330)은 서로 다른 곡률 반경을 가질 수 있다. 상기 입사면(320)은 서로 다른 곡률 반경을 가질 수 있다. 상기 제1광 출사면(330) 및 상기 입사면(320)의 각 곡률 반경을 가지는 원들의 중심은 상기 입사면(320)의 정점(21)을 지나는 수평한 직선보다 아래에 배치될 수 있고, 상기 광학 렌즈(300)와 수직 방향으로 오버랩된 영역에 배치될 수 있다.
도 9를 참조하면, 이러한 광학 렌즈(300)의 광 경로를 보면, 상기 발광 소자(100)로부터 방출된 광 중에서 광학 렌즈(300)의 입사면(320)으로 입사된 제1광(L1)은 굴절되어 제1광 출사면(330)으로 방출될 수 있다. 또한 상기 발광 소자(100)로부터 방출된 광 중에서 상기 입사면(320)으로 입사된 제2광(L2)은 제2광 출사면(335)으로 방출될 수 있다.
여기서, 상기 광축(Y0)을 기준으로 입사면(320)으로 입사되는 제1광(L1)의 입사 각도를 제1각도(θ1)로 정의하고, 상기 광축(Y0)을 기준으로 제1광 출사면(330)으로 방출된 제1광(L1)의 방출 각도를 제2각도(θ2)로 정의할 수 있다. 상기 광축(Y0)을 기준으로 입사면(320)으로 입사되는 제2광(L2)의 입사 각도를 제3각도(θ3)로 정의하고, 상기 광축(Y0)을 기준으로 제2광 출사면(335)으로 출사된 제2광(L2)의 방출 각도를 제4각도(θ4)로 정의할 수 있다. 상기 제2광(L2)은 발광 소자(100)의 측면으로 방출된 광일 수 있다.
상기 제2각도(θ2)는 상기 제1각도(θ2)보다 크게 된다. 상기 제2각도(θ2)는 상기 제1각도(θ1)가 점차 커질수록 점차 커지게 되며, 상기 제1각도(θ1)가 점차 작아질수록 점차 작아지게 된다. 그리고 제1 및 제2각도(θ1, θ2)는 θ2>θ1 또는 1<(θ2/θ1)의 조건을 만족한다. 상기 제1광 출사면(330)의 제2각도(θ2)는 굴절 후의 방출 각도로서, 굴절 전의 입사 각도보다 클 수 있다. 이에 따라 제1광 출사면(330)은 입사면(320)을 통해 입사된 광 중에서 상기 제1광 출사면(330)으로 진행하는 제1광(L1)에 대해 굴절시켜 줌으로써, 제1광(L1)에 대해 광학 렌즈(300)의 측 방향으로 확산시켜 줄 수 있다.
상기 제4각도(θ4)는 상기 제3각도(θ3)보다 작을 수 있다. 상기 제3각도(θ3)가 증가할수록 상기 제4각도(θ4)는 증가하게 되며, 상기 제3각도(θ3)가 감소할수록 상기 제4각도(θ4)는 감소하게 된다. 그리고 제3 및 제4각도(θ3, θ4)는 θ4<θ3 또는 1>(θ4/θ3)의 조건을 만족한다. 상기 제2광 출사면(335)의 제4각도(θ4)는 굴절 후의 방출 각도로서, 굴절 전의 입사 각도보다 작을 수 있다. 상기 제2광 출사면(335)에는 발광 소자(100)의 측면(S2)을 통해 방출된 광이거나 광 지향각을 벗어난 광들이 입사될 수 있다. 이에 따라 상기 제2광 출사면(335)는 발광 소자(100)의 측면(S2)을 통해 방출된 광 및 광 지향각 분포를 벗어난 광에 대해, 휘도 분포의 반치각 영역 이내로 진행하도록 굴절시켜 줄 수 있다. 상기 제2광 출사면(335)에 의해 광 손실을 줄일 수 있다.
상기 제2광 출사면(335)의 제3에지(35)는 상기 광축(Y0)에 대해 상기 발광 소자(100)의 지향각 분포의 반치각 예컨대, 제4각도(θ4)의 위치 보다 위에 배치될 수 있다. 예컨대, 광축(Y0)과 기준점(P0)부터 제3에지(35) 사이를 연결하는 직선 사이의 각도는 상기 발광 소자(100)의 반치각보다 작을 수 있다. 여기서, 상기 반치각은 발광 소자(100)로부터 방출된 광 출력이 광축을 기준으로 피크치의 50% 또는 1/2이 되는 각도를 나타낸다.
발광 소자(100)로부터 방출된 광 중에서 반치각에 인접한 영역으로 조사된 광은 상기 제2광 출사면(335)을 통해 방출되도록 제어할 수 있다. 이 경우 제2광 출사면(335)으로 방출된 제2광(L2)은 제1광 출사면(330)으로 진행하는 광들과 혼색될 수 있다.
여기서, 상기 기준점(P0)는 광축(Y0)과 발광 소자(100)의 교점일 수 있다. 상기 기준점(P0)은 발광 소자(100)의 상면(S1)보다 낮은 위치에 배치될 수 있다. 상기 발광 소자(100)의 기준점(P0)은 상면(S1)의 중심과 복수의 측면(S2)의 중심이 교차되는 지점이거나 상기 상면(S1)의 중심과 각 측면(S2)의 하부 중심이 교차되는 지점이 될 수 있다. 이러한 기준점(P0)은 광축(Y0)과 발광 소자(100)로부터 출사된 광이 교차되는 교점이 될 수 있다. 상기 기준점(P0)은 상기 광학 렌즈(300)의 저점과 동일한 수평 선상에 배치되거나 더 높은 위치에 배치될 수 있다.
상기 발광 소자(100)로부터 방출된 광 중에서 입사면(320)으로 입사된 광(L3)은 상기 광학 렌즈(300)의 바닥면(310)에 의해 반사되고 제2광 출사면(335)으로 방출되거나 제2광 출사면(335)으로부터 반사될 수 있다. 상기 제2광 출사면(335)에 의해 반사된 광은 상기 입사면(320)으로 재 입사되어 굴절되어, 제1광 출사면(330)으로 방출될 수 있다.
발광 소자(100)의 측면(S2)으로 방출된 광 중에서 제2광 출사면(335)을 통해 방출된 광은 입사 각도보다 작은 방출 각도로 방출되므로, 도 17 및 도 18과 같이 서로 다른 회로 기판(400) 상에 배치된 광학 렌즈(100) 간의 간격(G2) 즉, 광 간섭 거리를 늘려줄 수 있다. 또한 광학 렌즈(300)에 의한 휘도 분포가 개선되므로, 회로 기판(400)과 광학 시트(514) 사이의 거리(H1)를 줄여줄 수 있다. 또한 백라이트 유닛 내에 배치된 광학 렌즈(300)의 개수를 줄여줄 수 있다.
상기 광학 렌즈(300)에서 바닥면(310)의 제1에지(23)의 위치는 상기 발광 소자(300)의 기준점(P0)보다 낮거나 같은 위치에 위치할 수 있으며, 제2에지(25)의 위치는 상기 발광 소자(100)의 상면(S1)보다 높게 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 이에 따라 상기 바닥면(310)은 상기 입사면(320)로부터 입사된 발광 소자(100)의 측면(S2)을 통해 방출된 광을 전 반사하게 된다.
상기 리세스(315)와 수직 방향으로 오버랩되는 제1광 출사면(330)의 센터 영역이 평탄한 면이거나 볼록한 면으로 처리됨으로써, 리세스(315)의 깊이(도 16의 D2)가 낮을 경우 상기 제1광 출사면(330)의 센터 영역으로 투과되는 광에 의해 핫 스팟이 발생될 수 있다. 실시 예는 리세스(315)의 깊이(D2)를 상기 제1광 출사면(330)의 볼록한 센터 영역에 인접하게 배치하여, 상기 리세스(315)의 입사면(320)에 의해 광을 측 방향으로 굴절시켜 줄 수 있다. 이에 따라 광학 렌즈(300)의 제1광 출사면(330)에 의해 출사된 광에 의한 핫 스팟은 줄어들 수 있다.
도 9와 같이, 광축(Y0)을 기준으로 상기 회로 기판(100)의 상면과 광학 렌즈(300)에서 바닥면(310)에 수평한 선 또는 양 에지(23,25)를 연결한 선분 사이의 각도(θ5)는 5도 이내일 수 있으며, 예컨대 0.5도 내지 4도 범위일 수 있다. 이러한 바닥면(310)이 경사진 각도(θ5)를 갖는 면 또는 곡면으로 배치됨으로써, 발광 소자(100)의 측면(S2)을 통해 입사된 광을 반사하여 제2광 출사면(335)을 통해 투과 또는 반사시켜 준다. 상기 제2광 출사면(335)의 출사각은 반사면(310)을 통해 입사된 입사각보다 작게 출사하게 됨으로써, 인접한 다른 회로 기판 상에 배치된 광학 렌즈(300) 간의 간섭을 줄여줄 수 있다. 이에 따라 광학 렌즈(300)의 제2광 출사면(335)을 통해 방출된 광량을 개선시켜 줄 수 있다.
그리고, 상기 바닥면(310)에서 제2에지(25)와 제3에지(35) 사이의 직선 거리는 상기 리세스(315)의 깊이(D2)보다 작을 수 있다. 즉, 리세스(315)의 깊이(도 16의 D2)를 깊게 배치하여, 광의 측 방향 확산을 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예로서, 상기 광학 렌즈(300)는 제2광 출사면(335)에는 요철 면을 구비할 수 있다. 상기 요철 면은 표면이 거친 헤이즈(Haze) 면으로 형성될 수 있다. 상기 요철 면은 산란 입자가 형성된 면일 수 있다.
상기 광학 렌즈(300)의 바닥면(310)은 요철 면을 구비할 수 있다. 상기 요철 면은 표면이 거친 헤이즈 면으로 형성되거나, 산란 입자가 형성될 수 있다.
광학 렌즈(300)의 제2광 출사면(335) 및 바닥면(310)에 요철 면이 형성된 경우, 상기 입사면(320)으로 입사된 광은 상기 바닥면(310)에 의해 전 반사될 수 있다. 상기 제2광 출사면(335)은 입사된 일부 광을 반사하게 되며, 상기 반사된 일부 광은 상기 입사면(320)으로 재 입사되어 굴절되거나 제1광 출사면(330)으로 직접 입사될 수 있다. 여기서, 상기 제2광 출사면(335)에 의해 반사된 광 중에서 입사면(320)으로 입사된 광량은 상기 제1광 출사면(330)으로 입사된 광량보다 더 많을 수 있다. 상기 입사면(320)으로 재 입사된 광은 굴절되어 제1광 출사면(330) 또는 제2광 출사면(335)을 통해 출사될 수 있다.
한편, 상기 광학 렌즈(300)의 측면 돌출부(360)는 외 측면이 러프한 면으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 러프한 면은 상기 제1광 출사면의 표면 거칠기보다 더 높은 표면 거칠기를 가질 수 있다. 상기 러프한 면은 상기 제1광 출사면의 투과율보다 낮은 투과율을 가질 수 있다. 이러한 러프한 면은 절단 면일 수 있다.
상기 광학 렌즈(300)의 측면 돌출부(360)는 도 13 및 도 14와 같이, 상기 제2광 출사면(350)으로부터 돌출된다. 상기 측면 돌출부(360)의 영역으로 입사된 광은 측면 돌출부(360)로부터 반사되어 외 측면(361)을 통해 방출된다. 이러한 회로 기판(400)의 광학 렌즈(300)는 측면 돌출부(360)가 서로 다른 회로 기판(400)이 배열되는 제2축(Z1) 방향으로 광을 반사시켜 주게 되므로, 동일한 회로 기판(400) 내의 광학 렌즈(300) 간의 광 간섭을 방지할 수 있다. 또한 서로 다른 회로 기판(400)의 간격을 상기 동일 회로 기판(400) 내의 광학 렌즈(300) 간의 간격보다 더 이격시켜 줌으로써, 서로 다른 회로 기판(400) 상의 광학 렌즈(300) 간의 광 간섭을 줄여줄 수 있다.
상기 측면 돌출부(360)는 제2광 출사면(335)으로부터 최소 두께(T1)로서 300㎛, 예컨대 500㎛ 이상 돌출될 수 있다. 이러한 측면 돌출부(360)의 배치 방향을 광학 렌즈(300) 간의 간격이 먼 방향으로 배치해 줌으로써, 광학 렌즈(300) 간의 광 간섭을 줄여줄 수 있다.
상기 측면 돌출부(360)의 높이(T2)는 상기 제2광 출사면(335)의 두께(도 15 D7)와 같거나 작을 수 있으며, 예컨대 1mm 이상이 될 수 있다. 이러한 측면 돌출부(360)의 높이(T2)는 광학 렌즈(300)의 사이즈에 따라 달라질 수 있다. 상기 측면 돌출부(360)의 높이(T2)는 광학 렌즈(300)의 두께(도 15의 D3)에 비해 최소 1/3 이상일 수 있다.
상기 측면 돌출부(360)의 너비(도 2의 T3)는 상기 높이(T2) 및 두께(T1) 보다 클 수 있으며, 예컨대 상기 T1 또는 T2의 2배 이상일 수 있다. 상기 측면 돌출부(360)의 너비(T3)는 상기 광학 렌즈(300)의 너비 또는 직경(D4)에 비해 최소 1/3 이상일 수 있다.
도 16을 참조하면, 회로 기판(400) 상에 복수의 광학 렌즈(300,300A)가 배치될 수 있다. 상기 복수의 광학 렌즈(300,300A)는 제1축(X1) 방향으로 배열되며, 서로 소정 간격(G1)으로 이격될 수 있다.
상기 각 광학 렌즈(300,300A)의 측면 돌출부(360)는 제2축(Z1) 방향으로 돌출될 수 있으며, 예컨대 상기 회로 기판(400)의 제1측면(401) 방향으로 돌출될 수 있다. 상기 복수의 광학 렌즈(300,300A)의 측면 돌출부(360)들은 상기 회로 기판(400)의 제1측면(401)보다 더 외측으로 돌출될 수 있다. 상기 복수의 광학 렌즈(300,300A)의 측면 돌출부(360)들은 서로 동일한 방향으로 돌출될 수 있다.
다른 예로서, 복수의 광학 렌즈(300,300A)의 측면 돌출부(360)는 제1축(X1) 방향을 기준으로 또는 광축(Y0)을 기준으로 서로 반대측 방향(+Z, -Z)으로 돌출될 수 있다. 상기 복수의 광학 렌즈(300,300A)의 측면 돌출부(360)는 회로 기판(400)의 제1 및 제2측면(401,402) 보다 외측으로 돌출될 수 있다.
다른 예로서, 복수의 광학 렌즈(300,300A)의 측면 돌출부(360)는 제1축(X1)을 기준으로 또는 광축(Y0)에 대해 서로 동일한 방향으로 돌출될 수 있다. 예컨대, 복수의 광학 렌즈(300,300A)의 측면 돌출부(360)는 상기 회로 기판(400)의 제1 및 제2측면(401,402) 중 제2측면(402) 방향으로 돌출될 수 있다. 복수의 광학 렌즈(300,300A)의 측면 돌출부(360)는 상기 회로 기판(400)의 제2측면(402)보다 외측으로 돌출될 수 있다.
실시 예의 각각의 광학 렌즈(300,300A)의 측면 돌출부(360)는 랜덤한 형태로 제1축(X1)에 수직한 제2축(Z1)의 정 또는 방향으로 배치될 수 있으며, 회로 기판(400)의 영역 외측 예컨대 제1 또는 2측면(401,402) 보다 외측으로 돌출될 수 있다.
도 17 및 도 18은 실시 예에 따른 조명 모듈을 갖는 라이트 유닛을 나타낸 도면이다.
도 17 및 도 18을 참조하면, 라이트 유닛은 바텀 커버(512), 상기 바텀 커버(512) 내에 조명 모듈(301)로서 복수의 회로 기판(400), 발광 소자(100) 및 상기 복수의 회로 기판(400) 상에 배치된 광학 렌즈(300)를 포함한다. 상기 복수의 회로 기판(400)은 바텀 커버(512) 내에 배열될 수 있다.
상기 바텀 커버(512)는 방열을 위한 금속 또는 열 전도성 수지 재질을 포함할 수 있다. 상기 바텀 커버(512)는 수납부를 구비할 수 있으며, 상기 수납부의 둘레에는 측면 커버를 구비할 수 있다.
상기 회로 기판(400)은 상기 발광 소자(100)와 전기적으로 연결되는 회로 층을 포함할 수 있다. 상기 회로 기판(400)은 수지 재질의 PCB, 금속 코어를 갖는 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 중 적어도 하나를 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 실시예에 따른 회로 기판 상에는 반사 시트가 배치될 수 있다. 상기 반사 시트는 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(512) 상에 광학 시트(514)가 배치될 수 있으며, 상기 광학 시트(514)는 분산된 광을 모으는 프리즘 시트들, 휘도강화시트 및 광을 다시 확산시키는 확산 시트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 광학 시트(514)와 조명 모듈 사이의 영역에는 도광층(미도시)이 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 각 회로 기판(400) 내에 배치된 광학 렌즈(300) 간의 간격(G1)은 서로 다른 회로 기판(400) 내에 배치된 광학 렌즈(300) 간의 간격(G2)보다 좁게 배열될 수 있다. 상기 간격(G1)은 상기 광학 렌즈(300)의 너비 또는 직경(D4)의 6배 내지 10배 범위 예컨대, 6배 내지 9배 범위로 배열될 수 있다. 상기 간격(G2)는 상기 광학 렌즈(300)의 너비 또는 직경(D4)의 9배 내지 11배 범위 예컨대, 9배 내지 11배 범위로 배치될 수 있다. 여기서, 상기 광학 렌즈(300)의 너비(D4)는 15mm 이상이 될 수 있다. 이러한 광학 렌즈(300) 간의 광 간섭 거리 즉, 간격(G1, G2)는 상기 광학 렌즈(300)의 너비 또는 직경(D4)의 최소 6배 이상 이격시켜 줄 수 있다.
상기 광학 렌즈(300)의 너비 또는 직경(D4)가 상기 범위보다 좁은 경우 라이트 유닛 내의 광학 렌즈(300)의 개수가 증가될 수 있고 상기 광학 렌즈(300)들 사이의 영역에 암부가 발생될 수 있다. 상기 광학 렌즈(300)의 너비 또는 직경(D4)이 상기 범위보다 넓은 경우 라이트 유닛 내의 광학 렌즈(300)의 개수는 감소되지만, 각 광학 렌즈(300)의 휘도가 감소될 수 있다.
라이트 유닛 내에서 광학 렌즈(300)의 개수는 측면 돌출부(360)의 개수와 동일한 개수로 배치될 수 있다.
도 19는 실시 예에 따른 발광 소자(100)의 제1예를 나타낸 도면이다. 도 19를 참조하여 발광 소자(100) 및 회로 기판(400)을 설명하기로 한다.
도 19를 참조하면, 상기 발광 소자(100)는 발광 칩(100A)을 포함한다. 상기 발광 소자(100)는 발광 칩(100A)과 상기 발광 칩(100A) 상에 배치된 형광체층(150)을 포함할 수 있다. 상기 형광체층(150)은 청색, 녹색, 황색, 적색 형광체 중 적어도 하나 또는 복수를 포함하며, 단층 또는 다층으로 배치될 수 있다. 상기 형광체층(150)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(150)은 상기 발광 칩(100A)의 상면에 배치되거나, 상기 발광 칩(100A)의 상면 및 측면에 배치될 수 있다. 상기 형광체층(150)은 상기 발광 칩(100A)의 표면 중에서 광이 방출되는 영역 상에 배치되어, 광의 파장을 변환시켜 줄 수 있다.
상기 형광체층(150)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(150)은 필름 타입을 포함할 수 있다. 상기 필름 타입의 형광체층은 균일한 두께를 제공함으로써, 파장 변환에 따른 색 분포가 균일할 수 있다.
상기 발광 칩(100A)에 대해 설명하면, 상기 발광 칩(100A)은 기판(111), 제1반도체층(113), 발광 구조물(120), 전극층(131), 절연층(133), 제1전극(135), 제2전극(137), 제1연결 전극(141), 제2연결 전극(143), 및 지지층(140)을 포함할 수 있다.
상기 기판(111)은 투광성, 절연성 또는 도전성 기판을 이용할 수 있으며, 예컨대, 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, Ga2O3 중 적어도 하나를 이용할 수 있다. 상기 기판(111)의 탑 면 및 바닥면 중 적어도 하나 또는 모두에는 복수의 볼록부(미도시)가 형성되어, 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다. 각 볼록부의 측 단면 형상은 반구형 형상, 반타원 형상, 또는 다각형 형상 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 기판(111)은 발광 칩(100A) 내에서 제거될 수 있으며, 이 경우 상기 제1반도체층(113) 또는 제1도전형 반도체층(115)이 발광 칩(100A)의 탑 층으로 배치될 수 있다.
상기 기판(111) 아래에는 제1반도체층(113)이 형성될 수 있다. 상기 제1반도체층(113)은 II족 내지 V족 원소의 화합물 반도체를 이용하여 형성될 수 있다. 상기 제1반도체층(113)은 II족 내지 V족 원소의 화합물 반도체를 이용하여 적어도 한 층 또는 복수의 층으로 형성될 수 있다. 상기 제1반도체층(113)은 예컨대, III족-V족 원소의 화합물 반도체를 이용한 반도체층 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP, GaP 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1반도체층(113)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖고, 버퍼층 및 언도프드(undoped) 반도체층 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층은 상기 기판과 질화물 반도체층 간의 격자 상수의 차이를 줄여줄 수 있고, 상기 언도프드 반도체층은 반도체의 결정 품질을 개선시켜 줄 수 있다. 여기서, 상기 제1반도체층(113)은 형성하지 않을 수 있다.
상기 제1반도체층(113) 아래에는 발광 구조물(120)이 형성될 수 있다. 상기 발광 구조물(120)은 II족 내지 V족 원소 및 III족-V족 원소의 화합물 반도체 중에서 선택적으로 형성되며, 자외선 대역부터 가시 광선 대역의 파장 범위 내에서 소정의 피크 파장을 발광할 수 있다.
상기 발광 구조물(120)은 제1도전형 반도체층(115), 제2도전형 반도체층(119), 상기 제1도전형 반도체층(115)과 상기 제2도전형 반도체층(119) 사이에 형성된 활성층(117)을 포함하며, 상기 각 층(115,117,119)의 위 및 아래 중 적어도 하나에는 다른 반도체층이 더 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1도전형 반도체층(115)은 제1반도체층(113) 아래에 배치되며, 제1도전형 도펀트가 도핑된 반도체 예컨대, n형 반도체층으로 구현될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(115)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(117)은 제1도전형 반도체층(115) 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(119)은 활성층(117) 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(120)은 다른 예로서, 상기 제1도전형 반도체층(115)이 p형 반도체층, 상기 제2도전형 반도체층(119)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(119) 위에는 상기 제2도전형과 반대의 극성을 갖는 제3도전형 반도체층이 형성할 수도 있다. 또한 상기 발광 구조물(120)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 제2도전형 반도체층(119) 아래에는 전극층(131)이 형성된다. 상기 전극층(131)은 반사층을 포함할 수 있다. 상기 전극층(131)은 상기 발광 구조물(120)의 제2도전형 반도체층(119)에 접촉된 오믹 접촉층을 포함할 수 있다. 상기 반사층은 반사율이 70% 이상인 물질 예컨대, Al, Ag, Ru, Pd, Rh, Pt, Ir의 금속과 상기의 금속 중 둘 이상의 합금 중에서 선택될 수 있다. 상기 반사층의 금속은 상기 제2도전형 반도체층(119) 아래에 접촉될 수 있다. 상기 오믹 접촉층은 투광성 재질, 금속 또는 비 금속 재질 중에서 선택될 수 있다.
상기 전극층(131)은 투광성 전극층/반사층의 적층 구조를 포함할 수 있으며, 상기 투광성 전극층은 예컨대 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), Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 이들의 선택적인 조합으로 구성된 물질 중에서 형성될 수 있다. 상기 투광성 전극층의 아래에는 금속 재질의 반사층이 배치될 수 있으며, 예컨대 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 이들의 선택적인 조합으로 구성된 물질 중에서 형성될 수 있다. 상기 반사층은 다른 예로서, 서로 다른 굴절률을 갖는 두 층이 교대로 배치된 DBR(distributed bragg reflection) 구조로 형성될 수 있다.
상기 제2도전형 반도체층(119) 및 상기 전극층(131) 중 적어도 한 층의 표면에는 러프니스와 같은 광 추출 구조가 형성될 수 있으며, 이러한 광 추출 구조는 입사되는 광의 임계각을 변화시켜 주어, 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 절연층(133)은 상기 전극층(131) 아래에 배치되며, 상기 제2도전형 반도체층(119)의 하면, 상기 제2도전형 반도체층(119) 및 상기 활성층(117)의 측면, 상기 제1도전형 반도체층(115)의 일부 영역에 배치될 수 있다. 상기 절연층(133)은 상기 발광 구조물(120)의 하부 영역 중에서 상기 전극층(131), 제1전극(135) 및 제2전극(137)을 제외한 영역에 형성되어, 상기 발광 구조물(120)의 하부를 전기적으로 보호하게 된다.
상기 절연층(133)은 Al, Cr, Si, Ti, Zn, Zr 중 적어도 하나를 갖는 산화물, 질화물, 불화물, 및 황화물 중 적어도 하나로 형성된 절연물질 또는 절연성 수지를 포함한다. 상기 절연층(133)은 예컨대, SiO2, Si3N4, Al2O3, TiO2 중에서 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 절연층(133)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 절연층(133)은 발광 구조물(120)의 아래에 플립 본딩을 위한 금속 구조물을 형성할 때, 상기 발광 구조물(120)의 층간 쇼트를 방지하기 위해 형성된다.
상기 절연층(133)은 서로 다른 굴절률을 갖는 제1층과 제2층이 교대로 배치된 DBR(distributed bragg reflector) 구조로 형성될 수 있으며, 상기 제1층은 SiO2, Si3N4, Al2O3, TiO2 중에서 어느 하나이며, 상기 제2층은 상기 제1층 이외의 물질 중 어느 하나로 형성될 수 있으나 이에 한정하지 않으며, 또는 상기 제1층 및 제2층이 동일한 물질로 형성되거나 3층 이상의 층을 갖는 페어(Pair)로 형성될 수도 있다. 이 경우, 상기 전극층은 형성하지 않을 수 있다.
상기 제1도전형 반도체층(115)의 일부 영역 아래에는 제1전극(135)이 배치되며, 상기 전극층(131)의 일부 아래에는 제2전극(137)이 배치될 수 있다. 상기 제1전극(135) 아래에는 제1연결 전극(141)이 배치되며, 상기 제2전극(137) 아래에는 제2연결 전극(143)이 배치된다.
상기 제1전극(135)은 상기 제1도전형 반도체층(115)과 상기 제1연결 전극(141)에 전기적으로 연결되며, 상기 제2전극(137)은 상기 전극층(131)을 통해 상기 제2도전형 반도체층(119)과 제2연결 전극(143)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1전극(135) 및 제2전극(137)은 Cr, Ti, Co, Ni, V, Hf, Ag, Al, Ru, Rh, Pt, Pd, Ta, Mo, W 중 적어도 하나 또는 합금으로 형성될 수 있으며, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 상기 제1전극(135)과 상기 제2전극(137)은 동일한 적층 구조이거나 다른 적층 구조로 형성될 수 있다. 상기 제1전극(135) 및 상기 제2전극(137) 중 적어도 하나는 암(arm) 또는 핑거(finger) 구조와 같은 전류 확산 패턴이 더 형성될 수 있다. 또한 상기 제1전극(135) 및 상기 제2전극(137)은 하나 또는 복수로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제1 및 제2연결 전극(141,143) 중 적어도 하나는 복수로 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1연결 전극(141) 및 상기 제2연결 전극(143)은 전원을 공급하는 리드(lead) 기능과 방열 경로를 제공하게 된다. 상기 제1연결 전극(141) 및 상기 제2연결 전극(143)은 원 형상, 다각 형상, 원 기둥 또는 다각 기둥과 같은 형상 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1연결 전극(141) 및 제2연결 전극(143)은 금속 파우더의 재질 예컨대, Ag, Al, Au, Cr, Co, Cu, Fe, Hf, In, Mo, Ni, Si, Sn, Ta, Ti, W 및 이들 금속의 선택적 합금 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 상기 제1연결 전극(141) 및 제2연결 전극(143)은 상기 제1전극(135) 및 제2전극(137)과의 접착력 향상을 위하여 In, Sn, Ni, Cu 및 이들의 선택적인 합금 중의 어느 한 금속으로 도금될 수 있다.
상기 지지층(140)은 열 전도성 재질을 포함하며, 상기 제1전극(135), 상기 제2전극(137), 상기 제1연결 전극(141) 및 상기 제2연결 전극(143)의 둘레에 배치될 수 있다. 상기 지지층(140)의 하면에는 상기 제1 및 제2연결 전극(141,143)의 하면이 노출될 수 있다.
상기 지지층(140)은 발광 소자(100)를 지지하는 층으로 사용된다. 상기 지지층(140)은 절연성 재질로 형성되며, 상기 절연성 재질은 예컨대, 실리콘 또는 에폭시와 같은 수지층으로 형성된다. 다른 예로서, 상기 절연성 재질은 페이스트 또는 절연성 잉크를 포함할 수 있다. 상기 절연성 재질의 재질은 그 종류는 polyacrylate resin, epoxy resin, phenolic resin, polyamides resin, polyimides rein, unsaturated polyesters resin, polyphenylene ether resin (PPE), polyphenilene oxide resin (PPO), polyphenylenesulfides resin, cyanate ester resin, benzocyclobutene (BCB), Polyamido-amine Dendrimers (PAMAM), 및 Polypropylene-imine, Dendrimers (PPI), 및 PAMAM 내부 구조 및 유기-실리콘 외면을 갖는 PAMAM-OS(organosilicon)를 단독 또는 이들의 조합을 포함한 수지로 구성될 수 있다. 상기 지지층(140)은 상기 절연층(133)과 다른 물질로 형성될 수 있다.
상기 지지층(140) 내에는 Al, Cr, Si, Ti, Zn, Zr 중 적어도 하나를 갖는 산화물, 질화물, 불화물, 황화물과 같은 화합물들 중 적어도 하나가 첨가될 수 있다. 여기서, 상기 지지층(140) 내에 첨가된 화합물은 열 확산제일 수 있으며, 상기 열 확산제는 소정 크기의 분말 입자, 알갱이, 필러(filler), 첨가제로 사용될 수 있다. 상기 열 확산제는 세라믹 재질을 포함하며, 상기 세라믹 재질은 동시 소성되는 저온 소성 세라믹(LTCC: low temperature co-fired ceramic), 고온 소성 세라믹(HTCC: high temperature co-fired ceramic), 알루미나(alumina), 수정(quartz), 칼슘지르코네이트(calcium zirconate), 감람석(forsterite), SiC, 흑연, 용융실리카(fusedsilica), 뮬라이트(mullite), 근청석(cordierite), 지르코니아(zirconia), 베릴리아(beryllia), 및 질화알루미늄(aluminum nitride) 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 세라믹 재질은 질화물 또는 산화물과 같은 절연성 물질 중에서 열 전도도가 질화물이나 산화물보다 높은 금속 질화물로 형성될 수 있으며, 상기 금속 질화물은 예컨대, 열 전도도가 140 W/mK 이상의 물질을 포함할 수 있다. 상기 세라믹 재질은 예컨대, SiO2, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, BN, Si3N4, SiC(SiC-BeO), BeO, CeO, AlN와 같은 세라믹 (Ceramic) 계열일 수 있다. 상기 열 전도성 물질은 C (다이아몬드, CNT)의 성분을 포함할 수 있다.
상기 발광 칩(100A)은 상기 회로 기판(400) 상에 플립 방식으로 탑재된다. 상기 회로 기판(400)은 금속층(471), 상기 금속층(471) 위에 절연층(472), 상기 절연층(472) 위에 복수의 리드 전극(473,474)을 갖는 회로 층(미도시) 및 상기 회로 층을 보호하는 보호층(475)을 포함한다. 상기 금속층(471)은 방열 층으로서, 열 전도성이 높은 금속 예컨대, Cu 또는 Cu-합금와 같은 금속을 포함하며, 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
상기 절연층(472)은 상기 금속층(471)과 회로 층 사이를 절연시켜 준다. 상기 절연층은 에폭시, 실리콘, 유리섬유, 프리 프레그(prepreg), 폴리프탈아미드(PPA: Polyphthalamide), LCP(Liquid Crystal Polymer), PA9T(Polyamide9T)와 같은 수지 재질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 상기 절연층(472) 내에는 금속 산화물 예컨대, TiO2, SiO2, Al2O3와 같은 첨가제가 첨가될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 다른 예로서, 상기 절연층(472)은 그라핀과 같은 재질을 실리콘 또는 에폭시와 같은 절연 물질 내에 첨가하여 사용할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 절연층(472)은 상기 금속층(471)이 양극 산화(anodizing) 과정에 의해 형성된 아노다이징(anodizing)된 영역일 수 있다. 여기서, 상기 금속층(471)은 알루미늄 재질이고, 상기 아노다이징된 영역은 Al2O3와 같은 재질로 배치될 수 있다.
상기 제1 및 제2리드 전극(473,474)은 발광 칩(100A)의 제1 및 제2연결 전극(141,143)과 전기적으로 연결된다. 상기 제1 및 제2리드 전극(473,474)과 상기 발광 칩(100A)의 연결 전극(141,143) 사이에는 전도성 접착제(461,462)가 배치될 수 있다. 상기 전도성 접착제(461,462)는 솔더 재질과 같은 금속 재질을 포함할 수 있다. 상기 제1리드 전극(473) 및 제2리드 전극(474)은 회로 패턴으로서, 전원을 공급해 주게 된다.
상기 보호층(475)은 상기 회로층 상에 배치될 수 있다. 상기 보호층(475)은 반사 재질을 포함하며, 예컨대 레지스트 재질 예컨대, 백색의 레지스트 재질로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 보호층(475)은 반사층으로 기능할 수 있으며, 예컨대 흡수율보다 반사율이 더 높은 재질로 형성될 수 있다. 다른 예로서, 상기 보호층(475)은 광을 흡수하는 재질로 배치될 수 있으며, 상기 광 흡수 재질은 흑색 레지스트 재질을 포함할 수 있다.
도 20을 참조하여 조명 모듈의 발광 소자의 제2예를 설명하기로 한다.
도 20을 참조하면, 발광 소자(100)는 발광 칩(100B)을 포함한다. 상기 발광 소자(100)는 발광 칩(100B)과 상기 발광 칩(100B) 상에 배치된 형광체층(150)을 포함할 수 있다. 상기 형광체층(150)은 청색, 녹색, 황색, 적색 형광체 중 적어도 하나 또는 복수를 포함하며, 단층 또는 다층으로 배치될 수 있다. 상기 형광체층(150)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(150)은 상기 발광 칩(100B)의 상면에 배치되거나, 상기 발광 칩(100B)의 상면 및 측면에 배치될 수 있다. 상기 형광체층(150)은 상기 발광 칩(100B)의 표면 중에서 광이 방출되는 영역 상에 배치되어, 광의 파장을 변환시켜 줄 수 있다.
상기 발광 칩(100B)은 기판(111), 제1반도체층(113), 발광 구조물(120), 전극층(131), 절연층(133), 제1전극(135), 제2전극(137), 제1연결 전극(141), 제2연결 전극(143), 및 지지층(140)을 포함할 수 있다. 상기 기판(111) 및 제2반도체층(113)은 제거될 수 있다.
발광 소자(100)의 발광 칩(100B)과 회로 기판(400)은 연결 전극(161,162)으로 연결될 수 있으며, 상기 연결 전극(161,162)은 전도성 펌프 즉, 솔더 범프를 포함할 수 있다. 상기 전도성 펌프는 각 전극(135,137) 아래에 하나 또는 복수로 배열될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 절연층(133)은 제1 및 제2전극(135,137)을 노출시켜 줄 수 있으며, 상기 제1 및 제2전극(135,137)은 연결 전극(161,162)와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 21을 참조하여, 발광 소자의 제3예를 설명하기로 한다.
도 21을 참조하면, 발광 소자(100)는 회로 기판(400)에 연결된 발광 칩(200A)을 포함한다. 상기 발광 소자(100)는 발광 칩(200A)의 표면에 배치된 형광체층(250)을 포함할 수 있다. 상기 형광체층(250)은 입사되는 광의 파장을 변환하게 된다. 상기 발광 소자(100) 상에는 도 4와 같이 광학 렌즈(도 4의 300)가 배치되어 상기 발광 칩(200A)으로부터 방출된 광의 지향 특성을 조절하게 된다.
상기 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. 이러한 구성은 도 4의 발광 구조물 및 기판에 대한 설명을 참조하기로 한다.
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(400)의 제1 및 제2리드 전극(415,417)의 형상과 대응되도록 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2패드(245,247) 각각의 하면 면적은 예컨대, 제1 및 제2리드 전극(415,417) 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 렌즈(300)의 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(415,417)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(400)의 제1 및 제2리드 전극(415,417)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(415) 사이의 영역 및 상기 제2패드(247) 및 제2리드 전극(417) 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(415,417)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(400)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(400) 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 기판(400)의 표면 및 발광 구조물(225)의 측면 및 상면을 통해 광을 방출함으로써, 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다. 이러한 회로 기판(400) 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.
이러한 라이트 유닛은, 각 종 휴대 단말기, 노트북 컴퓨터의 모니터, 랩탑 컴퓨터의 모니터, TV와 같은 표시 장치에 적용되거나, 3차원 디스플레이, 각종 조명등, 신호등, 차량 전조등, 전광판에 적용될 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.
51-54: 지지 돌기
100: 발광 소자
100A, 110B, 200A: 발광 칩
301: 조명 모듈
150,250: 형광체층
300,300A: 광학 렌즈
315: 리세스
320: 입사면
310: 바닥면
330: 제1광 출사면
335: 제1광 출사면
360: 측면 돌출부
400: 회로 기판
412,414: 흡수층
405: 접착제
416: 구멍
514: 광학 시트

Claims (22)

  1. 바닥면;
    상기 바닥면으로부터 볼록한 리세스;
    상기 리세스의 둘레에 광이 입사되는 입사면;
    상기 입사면으로 입사된 광을 방출하고 구면을 갖는 제1광 출사면;
    상기 제1광 출사면의 외측 하부 둘레에 배치되며 비 구면을 갖는 제2광 출사면; 및
    상기 광학 렌즈의 바닥 면으로부터 돌출된 복수의 지지 돌기를 포함하며,
    상기 복수의 지지 돌기는 상기 바닥 면의 영역 중에서 상기 바닥 면으로 진행하는 광의 광도가 피크 치의 80% 이상인 영역 상에 배치되는 광학 렌즈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 바닥 면은 경사진 면 또는 곡면을 포함하는 광학 렌즈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 지지 돌기 중 적어도 하나의 중심은 광축으로부터 상기 바닥 면의 반경의 0.82 내지 0.85 범위에 배치되는 광학 렌즈.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 지지 돌기는 광축에 직교하는 제1축 및 제2축 중 어느 하나에 더 인접하게 배치되는 광학 렌즈.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리세스는 상기 제1광 출사면의 정점과 상기 바닥면 사이의 거리의 80% 이상의 깊이를 가지는 광학 렌즈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1광 출사면의 영역 중 상기 리세스와 수직 방향으로 오버랩된 영역은 상기 리세스와 동일한 방향으로 볼록한 곡면을 갖는 광학 렌즈.
  7. 회로 기판;
    상기 회로 기판 상에 배치된 광학 렌즈; 및
    상기 회로 기판과 상기 광학 렌즈 사이에 배치된 발광 소자를 포함하며,
    상기 광학 렌즈는, 상기 회로 기판 상에 바닥면; 상기 바닥 면으로부터 위로 함몰된 리세스를 갖는 입사면; 상기 입사면으로 입사된 광을 투과 또는 반사시키는 구면의 제1광 출사면; 상기 입사된 광을 측 방향으로 방출하는 제2광 출사면; 및 상기 바닥 면으로부터 상기 회로 기판의 상면으로 돌출된 복수의 지지 돌기를 포함하며,
    상기 제2광 출사면으로부터 반사된 광의 일부는 상기 바닥 면으로 진행하며,
    상기 복수의 지지 돌기는 상기 바닥 면의 영역 중에서 상기 바닥 면으로 진행하는 광의 광도가 피크 치의 80% 이상인 영역에 배치되는 조명 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 회로 기판은 상기 리세스의 둘레에 상기 바닥 면을 투과한 광을 흡수하는 흡수층을 포함하며,
    상기 흡수층은 상기 회로 기판의 상면 중에서 상기 바닥 면으로 진행하는 광의 광도가 피크 치의 80% 이상인 영역에 배치되는 조명 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 흡수층은 상기 리세스의 둘레에 서로 이격되는 조명 모듈.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회로 기판은 상기 복수의 지지 돌기가 삽입되는 구멍을 포함하는 조명 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 지지 돌기 상에 접착제를 포함하는 조명 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 접착제는 흑색 수지 재질을 포함하는 조명 모듈.
  13. 제7항 또는 제9항에 있어서,
    상기 흡수층은 흑색 레지스트 재질을 포함하는 조명 모듈.
  14. 제7항 또는 제9항에 있어서,
    상기 보호흡수층은 광축을 기준으로 광학 렌즈의 반경의 0.82 내지 0.85 범위를 갖는 반 원 형상으로 형성된 조명 모듈.
  15. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 렌즈는 상기 제2광 출사면의 외측으로 돌출된 측면 돌출부를 포함하며,
    상기 측면 돌출부는 상기 회로 기판의 측면보다 외측에 배치되는 조명 모듈.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 회로 기판 상에 복수의 광학 렌즈가 배치되며,
    상기 각 광학 렌즈의 각 측면 돌출부는 상기 회로 기판의 제1 측면 또는 제2측면보다 외측으로 돌출되는 조명 모듈.
  17. 제8항에 있어서,
    상기 지지 돌기는 3개 또는 4개를 포함하는 조명 모듈.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 복수의 지지 돌기는 광학 렌즈의 광축으로부터 동일한 거리에 배치되는 조명 모듈.
  19. 제8항에 있어서,
    상기 광학 렌즈의 광축에 대해 서로 직교하는 제1 및 제2축을 포함하며,
    상기 제1축 방향은 상기 회로 기판의 길이가 더 긴 방향임,
    상기 복수의 지지 돌기는 제2축보다 제1축에 더 가깝게 배치되는 조명 모듈.
  20. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 광학 렌즈의 바닥 면은 경사진 면 또는 곡면을 포함하는 조명 모듈.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 리세스는 상기 제1광 출사면의 정점과 상기 바닥면 사이의 거리의 80% 이상의 깊이를 가지며,
    상기 제1광 출사면의 영역 중 상기 리세스와 수직 방향으로 오버랩된 영역은 상기 리세스와 동일한 방향으로 볼록한 곡면을 포함하며,
    상기 제2광 출사면은 상기 입사면으로 입사된 제1광의 입사각보다 작은 출사각을 갖는, 조명 모듈.
  22. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항의 조명 모듈; 및
    상기 조명 모듈 상에 광학 시트를 포함하는 라이트 유닛.
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