(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、
前記発光素子上に配置されて光軸が通過する中央の部分が光の出射方向に陥没した溝部を有する第１面及び前記第１面の反対の側に配置されて前記溝部を通じて入射した光が屈折して外部に放射される第２面を有する光学素子と、を備え、
前記光学素子は、前記第２面に配置されて前記光軸から前記第１面に連結される縁の方向に０．０１ｍｍ〜０．０４ｍｍの間の範囲の周期（ｐｉｔｃｈ）で周期的に配列される複数の凹凸部を有し、
前記光学素子の前記第１面は、前記発光素子の光のうちの前記第２面で全反射されて前記第１面に向かう光を再反射させて前記第２面を通じて外部に放射させる反射溝部をさらに備え、
前記反射溝部は、該反射溝部の頂点が前記溝部より低い高さに位置する構造を成すように形成された、前記頂点と前記第１面とを連結する傾斜面及び前記頂点と前記縁とを連結する反射面を含むことを特徴とする光源モジュール。
【請求項２】
前記複数の凹凸部は、該凹凸部のそれぞれが前記光軸を基準に同心円を成しながら配列されることを特徴とする請求項１に記載の光源モジュール。
【請求項３】
前記複数の凹凸部は、前記光軸を中心にらせん型の配列を有することを特徴とする請求項１に記載の光源モジュール。
【請求項４】
前記第２面は、光が進行する方向に膨らむように突出し、前記光軸が通過する中央の部分が前記溝部に向かって凹むように陥没して変曲点を有する構造を備えることを特徴とする請求項１に記載の光源モジュール。
【請求項５】
前記第２面は、前記光軸に沿って前記溝部に向かって陥没して凹んだ曲面を有する凹部及び前記凹部の外縁から前記光学素子の前記第１面に連結される縁まで連続して延長される膨らんだ曲面を有する凸部を含むことを特徴とする請求項１に記載の光源モジュール。
【請求項６】
前記溝部は、前記発光素子の上部に前記発光素子に相対するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の光源モジュール。
【請求項７】
前記溝部は、前記第１面に露出する断面のサイズが前記発光素子の発光面の断面のサイズより大きいことを特徴とする請求項１に記載の光源モジュール。
【請求項８】
前記光学素子は、前記第１面が前記発光素子に相対して前記発光素子の上面と少なくとも同一平面に位置するように前記発光素子の上部に配置されることを特徴とする請求項１に記載の光源モジュール。
【請求項９】
前記反射溝部は、前記第１面の縁の付近に前記光学素子の中央の前記溝部を囲うリング形状の構造を備えて前記光軸を基準に回転対称を成すことを特徴とする請求項１に記載の光源モジュール。
【請求項１０】
前記反射面は、緩やかな曲面を有することを特徴とする請求項１に記載の光源モジュール。
【請求項１１】
前記第１面には、前記光学素子を支持する支持部がさらに備えられることを特徴とする請求項１に記載の光源モジュール。
【請求項１２】
電気的連結構造を有するハウジングと、
前記ハウジングに装着されて前記電気的連結構造に電気的に連結される少なくとも一つの光源モジュールと、を備え、
前記少なくとも一つの光源モジュールは、請求項１に記載の光源モジュールであることを特徴とする照明装置。
【請求項１３】
前記ハウジングに装着されて前記少なくとも一つの光源モジュールを覆うカバーをさらに含むことを特徴とする前記請求項１２に記載の照明装置。
【請求項１４】
周辺の温度及び湿度のうちの少なくとも一つの大気条件を測定するセンシング部と、
前記センシング部によって測定された少なくとも一つの大気条件を設定値と比較する制御部と、
少なくとも一つの照明装置を含む照明部と、
前記センシング部、制御部、及び照明部に電源を供給する駆動部と、を備え、
前記少なくとも一つの照明装置は、電気的連結構造を有するハウジング及び前記ハウジングに装着される少なくとも一つの光源モジュールを含み、
前記少なくとも一つの光源モジュールは、
発光素子と、
前記発光素子上に配置されて光軸が通過する中央の部分が光の出射方向に陥没した溝部を有する第１面及び前記第１面の反対の側に配置されて前記溝部を通じて入射した光が屈折して外部に放射される第２面を有する光学素子と、を含み、
前記光学素子は、前記第２面に配置されて前記光軸から前記第１面に連結される縁の方向に０．０１ｍｍ〜０．０４ｍｍの間の範囲の周期（ｐｉｔｃｈ）で周期的に配列される複数の凹凸部を有し、
前記光学素子の前記第１面は、前記発光素子の光のうちの前記第２面で全反射されて前記第１面に向かう光を再反射させて前記第２面を通じて外部に放射させる反射溝部をさらに備え、
前記反射溝部は、該反射溝部の頂点が前記溝部より低い高さに位置する構造を成すように形成された、前記頂点と前記第１面とを連結する傾斜面及び前記頂点と前記縁とを連結する反射面を含み、
前記制御部は、前記比較の結果を通じて前記照明部の色温度を決定することを特徴とする照明システム。
【請求項１５】
前記複数の凹凸部は、該凹凸部のそれぞれが前記光軸を基準に同心円を成しながら配列されることを特徴とする請求項１４に記載の照明システム。
【請求項１６】
前記照明部は、第１色温度を有する第１光を放射する第１照明装置及び第２色温度を有する第２光を放射する第２照明装置を含み、
前記制御部は、前記第１光と第２光とを混合して前記決定された照明部の色温度を有する光を具現することを特徴とする請求項１４に記載の照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源モジュール、照明装置及び照明システムに関し、より詳しくは光分布の均一度を向上させた光源モジュール、照明装置及び照明システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、発光ダイオード（ＬＥＤ）用レンズは、原価低減のためにプラスチック射出成形方法で製作され、光学設計図を参照して金型を製作し、これを用いてレンズを大量に生産する。この方法は、ガラス加工レンズに比べて精度が低いが、最近スリム化への要求が強まるにつれてより精密な加工が求められている。特に、スリム化に伴い微細な射出成形の条件に応じてレンズの性能が決定されるため、同一の金型を用いても射出成形の条件によって性能に差異が発生するという難しさがある。また、たとえレンズ毎の微細な差異であっても、複数個が組み立てられて配列される場合、各レンズの特性によって照明装置またはディスプレイ装置において、斑のような光均一度（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）の不良が発生する可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、斑の発生を防止し、光分布を均一にすることができる光源モジュール並びにその光源モジュールを用いた照明装置及び照明システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による光源モジュールは、発光素子と、前記発光素子上に配置されて光軸が通過する中央の部分が光の出射方向に陥没した溝部を有する第１面及び前記第１面の反対の側に配置されて前記溝部を通じて入射した光が屈折して外部に放射される第２面を有する光学素子と、を備え、前記光学素子は、前記第２面に配置されて前記光軸から前記第１面に連結される縁の方向に０．０１ｍｍ〜０．０４ｍｍの間の範囲の周期（ｐｉｔｃｈ）で周期的に配列される複数の凹凸部を有し、前記光学素子の前記第１面は、前記発光素子の光のうちの前記第２面で全反射されて前記第１面に向かう光を再反射させて前記第２面を通じて外部に放射させる反射溝部をさらに備え、前記反射溝部は、該反射溝部の頂点が前記溝部より低い高さに位置する構造を成すように形成された、前記頂点と前記第１面とを連結する傾斜面及び前記頂点と前記縁とを連結する反射面を含むことを特徴とする。
【０００５】
前記複数の凹凸部は、該凹凸部のそれぞれが前記光軸を基準に同心円を成しながら配列され得る。
前記複数の凹凸部は、前記光軸を中心にらせん型の配列を有し得る。
前記第２面は、光が進行する方向に膨らむように突出し、前記光軸が通過する中央の部分が前記溝部に向かって凹むように陥没して変曲点を有する構造を備え得る。
前記第２面は、前記光軸に沿って前記溝部に向かって陥没して凹んだ曲面を有する凹部及び前記凹部の外縁から前記光学素子の前記第１面に連結される縁まで連続して延長される膨らんだ曲面を有する凸部を含み得る。
前記溝部は、前記発光素子の上部に前記発光素子に相対するように配置され得る。
前記溝部は、前記第１面に露出する断面のサイズが前記発光素子の発光面の断面のサイズより大きくてもよい。
【０００６】
前記光学素子は、前記第１面が前記発光素子に相対し、前記発光素子の上面と少なくとも同一平面に位置するように前記発光素子の上部に配置され得る。
【０００７】
前記反射溝部は、前記第１面の縁の付近に前記光学素子の中央の前記溝部を囲うリング形状の構造を備えて前記光軸を基準に回転対称を成し得る。
前記反射面は、緩やかな曲面を有し得る。
前記第１面には、前記光学素子を支持する支持部がさらに備えられ得る。
【０００８】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による照明装置は、電気的連結構造を有するハウジングと、前記ハウジングに装着されて前記電気的連結構造に電気的に連結される少なくとも一つの光源モジュールと、を備え、前記少なくとも一つの光源モジュールは、請求項１に記載の光源モジュールであることを特徴とする。
【０００９】
前記照明装置は、前記ハウジングに装着されて前記少なくとも一つの光源モジュールを覆うカバーをさらに含み得る。
【００１０】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による照明システムは、周辺の温度及び湿度のうちの少なくとも一つの大気条件を測定するセンシング部と、前記センシング部によって測定された少なくとも一つの大気条件を設定値と比較する制御部と、少なくとも一つの照明装置を含む照明部と、前記センシング部、制御部、及び照明部に電源を供給する駆動部と、を備え、前記少なくとも一つの照明装置は、電気的連結構造を有するハウジング及び前記ハウジングに装着される少なくとも一つの光源モジュールを含み、前記少なくとも一つの光源モジュールは、発光素子と、前記発光素子上に配置されて光軸が通過する中央の部分が光の出射方向に陥没した溝部を有する第１面及び前記第１面の反対の側に配置されて前記溝部を通じて入射した光が屈折して外部に放射される第２面を有する光学素子と、を含み、前記光学素子は、前記第２面に配置されて前記光軸から前記第１面に連結される縁の方向に０．０１ｍｍ〜０．０４ｍｍの間の範囲の周期（ｐｉｔｃｈ）で周期的に配列される複数の凹凸部を有し、前記光学素子の前記第１面は、前記発光素子の光のうちの前記第２面で全反射されて前記第１面に向かう光を再反射させて前記第２面を通じて外部に放射させる反射溝部をさらに備え、前記反射溝部は、該反射溝部の頂点が前記溝部より低い高さに位置する構造を成すように形成された、前記頂点と前記第１面とを連結する傾斜面及び前記頂点と前記縁とを連結する反射面を含み、前記制御部は、前記比較の結果を通じて前記照明部の色温度を決定することを特徴とする。
【００１１】
前記複数の凹凸部は、該凹凸部のそれぞれが前記光軸を基準に同心円を成しながら配列され得る。
前記照明部は、第１色温度を有する第１光を放射する第１照明装置及び第２色温度を有する第２光を放射する第２照明装置を含み、前記制御部は、前記第１光と第２光とを混合して前記決定された前記照明部の色温度を有する光を具現し得る。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、光源モジュールの斑の発生を防止し、光分布の均一度を向上させることができる。また、本発明によれば、光源モジュールの製造工程がより単純になり、費用が低減し、生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態による光源モジュールを概略的に示す斜視図である。
【図２】図１に示す光源モジュールの断面図である。
【図３】図１に示す光源モジュールに採用される光学素子の一例を示す平面図である。
【図４】図１に示す光源モジュールに採用される光学素子の他の例を示す平面図である。
【図５】図２に示す光源モジュールにおける光学素子を通過する光の経路を概略的に示す断面図である。
【図６】光学素子の第２面において凹凸部を通過して外部に放射される光の経路を概略的に示す断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態による光源モジュールを概略的に示す断面図である。
【図８】図７に示す光源モジュールにおける光の経路を概略的に示す断面図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の更に他の実施形態による光源モジュールを概略的に示す断面図である。
【図１０】光学素子を製造するために用いられる金型の一例を概略的に示す断面図である。
【図１１】図１０に示す金型を加工する過程の一例を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はその断面図である。
【図１２】図１０に示す金型を加工する過程の他の例を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はその断面図である。
【図１３】ツールの種類及び加工ピッチによる光特性を実験的に得た図である。
【図１４】本発明の一実施形態による光源モジュールに採用される発光素子の多様な例を示す断面図である。
【図１５】本発明の一実施形態による光源モジュールに採用される発光素子の多様な例を示す断面図である。
【図１６】ＣＩＥ１９３１の色度図である。
【図１７】本発明の一実施形態による光源モジュールに採用される発光ダイオードチップの多様な例を示す断面図である。
【図１８】本発明の一実施形態による光源モジュールに採用される発光ダイオードチップの多様な例を示す断面図である。
【図１９】本発明の一実施形態による光源モジュールに採用される発光ダイオードチップの多様な例を示す断面図である。
【図２０】本発明の一実施形態による照明装置（バルブ型）を概略的に示す分解斜視図である。
【図２１】本発明の他の実施形態による照明装置（Ｌランプ型）を概略的に示す分解斜視図である。
【図２２】本発明の更に他の実施形態による照明装置（平板型）を概略的に示す分解斜視図である。
【図２３】本発明の一実施形態による照明システムを概略的に示すブロック図である。
【図２４】図２３に示す照明システムの照明部の詳細な構成を概略的に示すブロック図である。
【図２５】図２３に示す照明システムの制御方法を説明するためのフローチャートである。
【図２６】図２３に示す照明システムを具現する使用例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明の実施形態は、様々な他の形態に変形可能であり、以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で通常の知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供するものである。従って、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張され得、図面上の同一符号で示す要素は同一要素である。また、明細書において、「上」、「上部」、「上面」、「下」、「下部」、「下面」、「側面」などの用語は図面を基準にしたものであって、実際には素子や構成要素が配置される方向によって異なる。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態による光源モジュールを概略的に示す斜視図であり、図２は、図１に示す光源モジュールの断面図である。
【００１６】
図１及び図２に示すように、本実施形態による光源モジュール１０は、発光素子１００及び発光素子１００上に配置される光学素子２００を含んで構成される。
【００１７】
発光素子１００は、外部から印加される駆動電源によって所定波長の光を発生させる光電素子である。例えば、ｎ型半導体層、ｐ型半導体層、及びこれらの間に配置された活性層を有する半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ並びにこれを備えたパッケージを含む。
【００１８】
発光素子１００は、含有する物質または蛍光体との組み合わせによって、青色光、緑色光、または赤色光を発光し、白色光や紫外光などを発光する。
【００１９】
発光素子１００としては、多様な構造の発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ、またはこのようなＬＥＤチップを内部に備える多様な形態のＬＥＤパッケージが用いられる。発光素子の具体的な構成及び構造については後述する。
【００２０】
光学素子２００は、発光素子１００上に配置され、発光素子１００から放出されて外部に放射される光の指向角を調節する。光学素子２００は、光を拡散させることにより、広い指向角を具現する広指向角レンズを含む。
【００２１】
光学素子２００は、発光素子１００上に配置される第１面２０１及び第１面２０１とは反対の側に配置されて発光素子１００からの光が屈折して外部に放射される第２面２０２を含む。また、光学素子２００は、第１面２０１が発光素子１００に相対し、且つ発光素子１００の上面と少なくとも同一平面に位置するように発光素子１００の上部に配置される。なお、実施形態によっては、第１面２０１が発光素子１００の上面より上方に位置するか、又は下方に位置するように配置される。
【００２２】
第１面２０１は、発光素子１００に相対する面であって、光学素子２００の底面に該当し、全体的に平坦な円形状の断面構造を有する。光軸Ｚが通過する第１面２０１の中央には、光の出射方向に陥没した溝部２１０が備えられる。
【００２３】
溝部２１０は、光学素子２００の中心を通過する光軸Ｚに対して回転対称を成す構造を有し、その表面は発光素子１００の光が入射する入射面として定義される。従って、発光素子１００において発生した光は溝部２１０を通過して光学素子２００の内部に進行する。
【００２４】
溝部２１０は、第１面２０１に露出する断面のサイズが発光素子１００の発光面の断面のサイズより大きくなるように形成される。また、発光素子１００を覆う形態で発光素子１００の上部において発光素子１００に相対するように配置される。
【００２５】
第２面２０２は、溝部２１０を通じて光学素子２００の内部に入射した光が外部に放射される光出射面であって、光学素子２００の上面に該当する。第２面２０２は、第１面２０１に連結される縁から上部方向に向かって全体的にドーム形態に突出し、光軸Ｚが通過する中央の部分が溝部２１０に向かって凹むように陥没して変曲点を有する構造を備える。
【００２６】
より具体的には、第２面２０２は、光軸Ｚに沿って溝部２１０に向かって陥没して凹んだ曲面を有する凹部２２０及び凹部２２０の外縁から第１面２０１に連結される縁まで連続して延長される膨らんだ曲面を有する凸部２３０を含む。
【００２７】
一方、第２面２０２には、光軸Ｚから第１面２０１に連結される光学素子２００の縁の方向に複数の凹凸部２４０が周期的に配列される。
【００２８】
図３は、図１に示す光源モジュールに採用される光学素子の一例を示す平面図である。図３に示すように、複数の凹凸部２４０のそれぞれは、光学素子２００の水平方向の断面形状に対応するリング形状を有し、光軸Ｚを基準に同心円を成す。また、光軸Ｚを中心に第２面２０２の凹部２２０及び凸部２３０の表面に沿って周期的なパターンを成して放射状に拡散する構造で配列される。
【００２９】
一方、図４は、図１に示す光源モジュールに採用される光学素子の他の例を示す平面図である。図４に示すように、光学素子２００’に備えられる複数の凹凸部２４０’は、光軸Ｚを中心に光学素子２００’の縁の方向に向かって連続して延長されるらせん型構造またはコイル構造を有するように形成される。ここで、図面の符号２１０’は溝部を示す。
【００３０】
複数の凹凸部２４０’は、それぞれが所定の周期（ｐｉｔｃｈ）Ｐで離隔されてパターンを成す。この場合、複数の凹凸部２４０’のそれぞれの間の周期Ｐは０．０１ｍｍ〜０．０４ｍｍの間の範囲を有する。
【００３１】
複数の凹凸部２４０’は、光学素子２００’を製造する過程において発生する可能性がある微細な加工誤差による光学素子間の性能の差異を相殺し、これによって光分布の均一度を向上させる。従って、斑の発生を防止することができる。
【００３２】
図５は、図２に示す光源モジュールにおける光学素子を通過する光の経路を概略的に示す断面図である。また、図６は、光学素子の第２面において凹凸部を通過して外部に放射される光の経路を概略的に示す断面図である。図５及び図６に示すように、発光素子１００の光は光学素子２００の溝部２１０を通じて光学素子２００の内部に進行し、光学素子２００の第２面２０２で屈折して光学素子２００の側方向に広く拡散する光分布を具現する。特に、凹凸部２４０を通過する光は、凹凸部２４０の構造的特徴により、一部の光Ｌ１が光学素子２００の側方向に屈折し、他の一部の光Ｌ２が光学素子２００の光軸方向に屈折する。即ち、微視的な観点から同一面を通過する光（Ｌ１、Ｌ２）が多様な方向に屈折する光分布を具現するため、巨視的な観点から光出射面、即ち、第２面２０２の全体にわたって均一な光分布を示す。これに対し、凹凸部２４０がない場合、第２面を通過する光は、特定の方向、即ち、側方向にのみ屈折する光分布を具現する。従って、光学素子の設計誤差が発生した場合、偏った光分布を有する可能性があり、光均一度の不良が発生するおそれがある。
【００３３】
図７は、本発明の他の実施形態による光源モジュールを概略的に示す断面図である。図７に示す実施形態による光源モジュールを構成する構造は、図１及び図２に示す実施形態の構造と基本的に同一である。但し、光学素子の構造が図１及び図２に示す実施形態とは異なるため、以下では上述の実施形態と重複する部分に関する説明は省略し、光学素子に関する構成を中心に説明する。
【００３４】
図７に示すように、本実施形態による光源モジュール２０は、発光素子１００及び発光素子１００上に配置される光学素子３００を含んで構成される。
【００３５】
発光素子１００は、外部から印加される駆動電源によって所定波長の光を発生させる光電素子である。例えば、ｎ型半導体層、ｐ型半導体層、及びこれらの間に配置された活性層を有する半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。
【００３６】
発光素子１００としては、多様な構造の発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ、またはこのようなＬＥＤチップを備える多様な形態のＬＥＤパッケージが用いられる。発光素子の具体的な構成及び構造については後述する。
【００３７】
光学素子３００は、発光素子１００上に配置される第１面３０１及び第１面３０１とは反対の側に配置される第２面３０２を含んで構成される。また、光学素子３００は、第１面３０１が発光素子１００に相対し、且つ発光素子１００の上面と少なくとも同一平面に位置するように発光素子１００の上部に配置される。
【００３８】
第１面３０１は、発光素子１００に相対する面であって、光学素子３００の底面に該当し、全体的に平坦な円形状の断面構造を有する。第１面３０１の中央には、光学素子３００の光軸Ｚに沿って上部に向かって陥没した溝部３１０が備えられる。
【００３９】
溝部３１０は、光学素子３００の中心を通過する光軸Ｚに対して回転対称を成す構造を有し、その表面は発光素子１００の光が入射する入射面として定義される。従って、発光素子１００において発生した光は溝部３１０を通過して光学素子３００の内部に進行する。
【００４０】
溝部３１０は、第１面３０１に露出する断面のサイズが発光素子１００の発光面の断面のサイズより大きくなるように形成される。また、発光素子１００を覆う形態で発光素子１００の上部において発光素子１００に相対するように配置される。
【００４１】
一方、第１面３０１には、発光素子１００の光のうちの第２面３０２で全反射されて第１面３０１に向かう光を、再反射させて第２面３０２を通じて外部に放射させるための反射溝部３５０が備えられる。
【００４２】
反射溝部３５０は、光軸Ｚを基準に回転対称を成し、第１面３０１の縁の付近において中央の溝部３１０を囲うリング形状の構造を備える。
【００４３】
反射溝部３５０は、頂点が溝部３１０より低い高さに位置する構造を成すように形成され、頂点と第１面３０１とを連結する傾斜面３５１及び頂点と縁とを連結する反射面３５２を含む。
【００４４】
傾斜面３５１は、反射溝部３５０の頂点から溝部３１０に向かって傾斜した構造を備える。反射面３５２は、頂点から光学素子３００の縁に向かって延長されて緩やかな曲面を有する構造を備える。
【００４５】
第２面３０２は、溝部３１０を通じて光学素子３００の内部に入射した光が外部に放射される光出射面であって、光学素子３００の上面に該当する。第２面３０２は、第１面３０１に連結される縁から上部方向に向かって全体的にドーム形態に突出し、光軸Ｚが通過する中央の部分が溝部３１０に向かって凹むように陥没して変曲点を有する構造を備える。
【００４６】
より具体的には、第２面３０２は、光軸Ｚに沿って溝部３１０に向かって陥没して凹んだ曲面を有する凹部３２０及び凹部３２０の外縁から第１面２０１に連結される縁まで連続して延長される膨らんだ曲面を有する凸部３３０を含む。
【００４７】
第２面３０２には、光軸Ｚから光学素子３００の縁の方向に向かって複数の凹凸部３４０が周期的に配列される。複数の凹凸部３４０のそれぞれは、光学素子３００の水平方向の断面形状に対応するリング形状を有し、光軸Ｚを基準に同心円を成しながら第２面３０２の凹部３２０及び凸部３３０上に形成されて配列される。
【００４８】
複数の凹凸部３４０は、それぞれが所定の周期（ｐｉｔｃｈ）Ｐで離隔されてパターンを成す。この場合、複数の凹凸部３４０のそれぞれの間の周期Ｐは約０．０１ｍｍ〜０．０４ｍｍの間の範囲を有する。
【００４９】
図８は、図７に示す光源モジュールにおける光の経路を概略的に示す断面図である。レンズのような光学素子は、屈折を用いて中心部から光を均一に拡散させることを容易にするが、特定の屈折条件を外れると（例えば、全反射）光が損失する可能性がある。このような屈折条件は、光が光学素子３００から空気中に進行するとき、その境界面である光学素子３００の光出射面、即ち、第２面３０２と成す角度によって決定される。
【００５０】
光学素子３００は、設計によっては、第２面３０２の一部領域において光が外部に透過せずに再び内部に反射される場合がある。このような全反射によって光学素子３００の外部に進行せずに損失する光は、光源モジュール２０の光効率を低下させ、また、照明装置またはディスプレイ装置において輝度の低下及び光均一度の不良をもたらす原因になりうる。
【００５１】
図８に示すように、本実施形態による光学素子３００は、第２面３０２で全反射されて第１面３０１に進行する光Ｌ３を、反射面３５２を通じて再反射させることにより、第２面３０２を通じて外部に放射させる。これにより、光が損失することを防止して、光効率を向上させる。
【００５２】
図９の（ａ）は、本発明の更に他の実施形態による光源モジュールを概略的に示す断面図である。図９の（ａ）に示す実施形態による光源モジュールの構成は、図１〜図７に示す実施形態と基本的な構造は実質的に同一である。但し、支持手段を備える点において光学素子の構造が図１〜図７に示す実施形態とは異なるため、以下では上述の実施形態と重複する部分に対する説明は省略し、光学素子に関する構成を中心に説明する。
【００５３】
図９の（ａ）に示すように、本実施形態による光源モジュール３０は、発光素子１００及び発光素子１００上に配置される光学素子４００を含んで構成される。
【００５４】
光学素子４００は、発光素子１００の光が入射する第１面４０１及び第１面４０１を通じて入射した発光素子１００の光を外部に放射する第２面４０２を含んで構成される。また、光学素子４００は、第１面４０１が発光素子１００に相対し、且つ発光素子１００の上面と少なくとも同一平面に位置するように発光素子１００の上部に配置される。
【００５５】
第１面４０１は、発光素子１００に相対する面であって、光学素子４００の底面に該当し、全体的に平坦な円形状の断面構造を有する。第１面４０１の中央には、光学素子４００の光軸Ｚに沿って上部に向かって陥没した溝部４１０が備えられる。
【００５６】
溝部４１０は、光学素子４００の中心を通過する光軸Ｚに対して回転対称を成す構造を有し、その表面は発光素子１００の光が入射される入射面として定義される。従って、発光素子１００において発生した光は、溝部４１０を通過して光学素子４００の内部に進行する。
【００５７】
第１面４０１には、光学素子４００が発光素子１００の上部に配置されるように支持する支持手段４６０がさらに備えられる。支持手段４６０は、複数個が溝部４１０の周りに沿って互いに離隔して配置される。または、支持手段４６０は、リング形態で溝部４１０と第１面４０１の縁との間に備えられる。
【００５８】
発光素子１００が、例えば、回路基板上に装着される場合、光学素子４００は、支持手段４６０を通じて第１面４０１が発光素子１００に相対する構造で回路基板上に装着される。
【００５９】
第２面４０２には、光軸Ｚから光学素子４００の縁の方向に向かって複数の凹凸部４４０が周期的に配列される。複数の凹凸部４４０のそれぞれは、光学素子４００の水平方向の断面形状に対応するリング形状を有し、光軸Ｚを基準に同心円を成しながら第２面４０２の凹部４２０及び凸部４３０上に形成されて配列される。
【００６０】
複数の凹凸部４４０は、それぞれが所定の周期（ｐｉｔｃｈ）Ｐで離隔されてパターンを成す。この場合、複数の凹凸部４４０のそれぞれの間の周期Ｐは約０．０１ｍｍ〜０．０４ｍｍの間の範囲を有する。
【００６１】
図９の（ｂ）は、本発明の更に他の実施形態による光源モジュールを概略的に示す断面図である。図９の（ｂ）に示す実施形態による光源モジュールの構成は、図７及び図８に示す実施形態と基本的な構造は実質的に同一である。但し、支持手段を備える点において光学素子の構造が図７及び図８に示す実施形態と異なるため、以下では上述の実施形態と重複する部分に対する説明は省略し、光学素子に関する構成を中心に説明する。
【００６２】
図９の（ｂ）に示すように、本実施形態による光源モジュール３０’は、発光素子１００及び発光素子１００上に配置される光学素子４００’を含んで構成される。
【００６３】
光学素子４００’は、発光素子１００の光が入射する第１面４０１’及び第１面４０１’を通じて入射した発光素子１００の光を外部に放射する第２面４０２’を含んで構成される。また、光学素子４００’は、第１面４０１’が発光素子１００に相対し、且つ発光素子１００の上面と少なくとも同一平面に位置するように発光素子１００の上部に配置される。
【００６４】
第１面４０１’は、発光素子１００に相対する面であって、光学素子４００’の底面に該当し、全体的に平坦な円形状の断面構造を有する。第１面４０１’の中央には、光学素子４００’の光軸Ｚに沿って上部に向かって陥没した溝部４１０’が備えられる。
【００６５】
溝部４１０’は、光学素子４００’の中心を通過する光軸Ｚに対して回転対称を成す構造を有し、その表面は発光素子１００の光が入射される入射面として定義される。従って、発光素子１００において発生した光は溝部４１０’を通過して光学素子４００’の内部に進行する。
【００６６】
図９の（ｂ）に示すように、第１面４０１’には、発光素子１００の光のうちの第２面４０２’で全反射されて第１面４０１’に向かう光を、再反射させて第２面４０２’を通じて外部に放射させる反射溝部４５０’が備えられる。
【００６７】
反射溝部４５０’は、光軸Ｚを基準に回転対称を成し、第１面４０１’の縁の付近において中央の上記溝部４１０’を囲うリング形状の構造を備える。
【００６８】
第１面４０１’には、光学素子４００’が発光素子１００の上部に配置されるように支持する支持手段４６０’がさらに備えられる。支持手段４６０’は、複数個が溝部４１０’の周りに沿って互いに離隔して配置される。または、支持手段４６０’は、リング形態で溝部４１０’と第１面４０１’の縁との間に備えられる。
【００６９】
発光素子１００が、例えば、回路基板上に装着される場合、光学素子４００’は、支持手段４６０’を通じて第１面４０１’が発光素子１００に相対する構造で回路基板上に装着される。
【００７０】
第２面４０２’には、光軸Ｚから光学素子４００’の縁の方向に向かって複数の凹凸部４４０’が周期的に配列される。複数の凹凸部４４０’は、それぞれが光学素子４００’の水平方向の断面形状に対応するリング形状を有し、それぞれ光軸Ｚを基準に同心円を成しながら第２面４０２’の凹部４２０’及び凸部４３０’上に形成されて配列される。
【００７１】
複数の凹凸部４４０’は、それぞれが所定の周期（ｐｉｔｃｈ）Ｐで離隔されてパターンを成す。この場合、複数の凹凸部４４０’のそれぞれの間の周期Ｐは約０．０１ｍｍ〜０．０４ｍｍの間の範囲を有する。
【００７２】
光学素子２００、２００’、３００、４００、４００’は、透光性を有する樹脂材質からなる。例えば、ポリカーボネート（ＰＣ：ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、アクリル（ａｃｒｙｌｉｃ）などを含む。或いは、ガラス材質からなり得るが、これに限定されない。
【００７３】
光学素子２００、２００’、３００、４００、４００’には、光分散物質が約３％〜約１５％の間の範囲内で含有される。光分散物質としては、例えば、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、及びＡｌ２Ｏ３からなるグループより選択される一つ以上の物質を含む。光分散物質が３％より少なく含有する場合は、光が十分に分散されないため光分散効果が期待できないという問題が発生する。一方、光分散物質が１５％以上含有する場合は、光学素子を通じて外部に放射される光量が減少して光抽出効率が低下するという問題が生じる。
【００７４】
図１０は、光学素子を製造するために用いられる金型の一例を概略的に示す断面図である。図１０に示すように、例えば、図２に示す光学素子２００は、容器Ｃ１内の流動性溶剤Ｒを金型Ｍ２の孔Ｈに挿入された管Ｃ２を通じて金型（Ｍ１、Ｍ２）で形成される空間Ｓの内部に注入し、固形化する方式で形成される。例えば、インジェクションモールディング（ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  ｍｏｌｄｉｎｇ）、トランスファーモールディング（ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｍｏｌｄｉｎｇ）、コンプレッションモールディング（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｍｏｌｄｉｎｇ）などの方式が用いられる。
【００７５】
光学素子２００を形成するために用いられる金型（Ｍ１、Ｍ２）は、例えば、ＳＴＡＶＡＸの金属を材質としてＤＴＭ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｔｕｒｎｉｎｇ  Ｍａｃｈｉｎｅ）、切削機、研削機などで加工する方式で製造される。これにより、金型（Ｍ１、Ｍ２）には、光学素子２００の形状に対応する形状を有する空間Ｓが形成される。
【００７６】
図１１は、図１０に示す金型を加工する過程の一例を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はその断面図である。図１１に示すように、金属を加工するのに用いられるツールＴにより空間を成す金型Ｍ１の表面にツール痕ｔが生じる。このようなツール痕ｔは、空間内の表面の中央を基準に複数のリング形状が同心円を成す構造で形成される。また、ツール痕ｔが成す複数のリング形状は、それぞれ所定の周期で形成されて、一定のパターンを成しながら金型Ｍ１の表面の中央から縁まで放射状に拡大される構造で形成される。
【００７７】
図１２は、図１０に示す金型を加工する過程の他の例を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はその断面図である。ツール痕ｔ’は、図１２に示すように、金型Ｍ１’の空間内において表面の中央を基準に縁に向かって連続するらせん型構造またはコイル構造で形成される。同様に、らせん型構造またはコイル構造のツール痕ｔ’は所定の周期で離隔されて一定のパターンを成すように形成される。
【００７８】
従って、金型（Ｍ１、Ｍ２）の空間内に流動性溶剤Ｒを注入し、これを固形化して製造される図２に示す光学素子２００では、第２面２０２にツール痕ｔに対応する複数の凹凸部２４０が形成される。複数の凹凸部２４０は、金型Ｍ１の表面を加工するのに用いられるツールＴの種類に応じて多様な形態及びサイズに形成されて、ピッチＰを調節する。従って、ユーザーは、金型Ｍ１を加工するのに用いられるツールＴを通じて光学素子２００の第２面２０２に形成される複数の凹凸部２４０が多様な条件を満たすように調節することができる。
【００７９】
図１３は、ツール（ツールＴ）の種類及び加工ピッチ（周期Ｐ）による光特性を実験的に得た図である。ツールには、直径が０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、０．７ｍｍ、１．０ｍｍ、及び１．５ｍｍを有するものが用いられており、各直径を有するツールを用いてそれぞれ０．０１ｍｍ、０．０２ｍｍ、０．０３ｍｍ、０．０４ｍｍ、０．０５ｍｍ、及び０．１ｍｍのピッチを有するツール痕が形成された金型を加工した。また、このような金型を用いて光学素子を製造し、各光学素子における光特性を検査した。
【００８０】
図１３に示すように、直径が０．３ｍｍ〜０．５ｍｍの間の範囲を有するツールを用いて０．０１ｍｍ〜０．０４ｍｍの間の範囲でピッチを加工した場合、光分布の均一度が高くなることが確認できる。具体的には、直径が０．３ｍｍであるツールを用いる場合、ピッチは０．０１ｍｍ〜０．０４ｍｍの間の範囲で加工するときに、光分布の均一度が高くなることを確認できる。また、直径が０．４ｍｍであるツールを用いる場合は、ピッチが０．０１ｍｍ〜０．０３ｍｍの間の範囲で加工するときに、光分布の均一度が高くなり、直径が０．５ｍｍであるツールを用いる場合は、ピッチが０．０１ｍｍ〜０．０２ｍｍの間の範囲で加工するときに、光分布の均一度が高くなることを確認できる。
【００８１】
このように、本実施形態による光源モジュール１０を構成する光学素子２００は、光が出射する表面に光軸Ｚに対して同心円を成すリング形状のパターンまたはらせん型のコイル形状のパターンが周期的に形成されるという特徴を有する。これにより、同一の金型（Ｍ１、Ｍ２）で製造される光学素子２００に加工誤差による光特性の微細な差異が発生しても光学素子２００の表面に形成される周期的なパターンを通じてこれを相殺することができる。従って、光分布の均一度を向上させることができる。
【００８２】
特に、このような周期的なパターンは、光学素子２００を製造するのに用いられる金型Ｍ１を加工する過程において発生するツール痕ｔを逆に用いて形成される。従って、金型Ｍ１の表面を滑らかにするために、ポリシング（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）のような追加の作業を行った従来とは異なり、本実施形態では、このような追加の作業を行う必要がないため、製造工程がより単純になり、費用が低減し、生産性が向上するという効果を有する。
【００８３】
以下、本発明の一実施形態による光源モジュールに採用される発光素子について説明する。図１４及び図１５は、本発明の一実施形態による光源モジュールに採用される発光素子の多様な例を示す断面図である。
【００８４】
図１４に示すように、本実施形態による発光素子１００は、反射カップ１２１を有する本体１２０内にＬＥＤチップ１１０が実装されたパッケージ構造を有する。
【００８５】
本体１２０は、ＬＥＤチップ１１０が実装されて支持されるベース部材に該当し、光反射率が高い白色の成形複合材（ｍｏｌｄｉｎｇ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ）からなる。これは、ＬＥＤチップ１１０から放出される光を反射させて外部に放射される光量を増加させる効果がある。このような白色の成形複合材は、高耐熱性の熱硬化性樹脂系またはシリコン樹脂系を含む。また、熱可塑性樹脂系に、白色の顔料及び充填剤、硬化剤、離型剤、酸化防止剤、並びに接着力向上剤などが添加される。なお、ＦＲ−４、ＣＥＭ−３、エポキシ材質、またはセラミック材質など、さらに、アルミニウム（Ａｌ）のような金属材質で形成することも可能である。
【００８６】
本体１２０には外部電源との電気的連結のためのリードフレーム１２２が備えられる。リードフレーム１２２は、電気伝導性に優れた材質、例えば、アルミニウムや銅などの金属材質からなる。本体１２０が金属材質からなる場合は、本体１２０とリードフレーム１２２との間に絶縁物質が介在する。
【００８７】
本体１２０に備えられる反射カップ１２１は、ＬＥＤチップ１１０が実装される底面にリードフレーム１２２が露出する。また、ＬＥＤチップ１１０は、露出したリードフレーム１２２に電気的に接続される。
【００８８】
反射カップ１２１の本体１２０の上面に露出する断面のサイズは、反射カップ１２１の底面のサイズより大きい構造を有する。ここで、本体１２０の上面に露出する反射カップ１２１の断面は、発光素子１００の発光面として定義される。
【００８９】
一方、ＬＥＤチップ１１０は、本体１２０の反射カップ１２１内に形成される封止材１３０によって密封される。封止材１３０には波長変換物質が含有される。
【００９０】
波長変換物質は、例えば、ＬＥＤチップ１１０で発生した光によって励起されて他の波長の光を放出する蛍光体を少なくとも１種以上含有する。これにより、白色光をはじめ、多様な色相の光が放出されるように調節することができる。
【００９１】
例えば、ＬＥＤチップ１１０が青色光を発光する場合、黄色、緑色、赤色、またはオレンジ色の蛍光体を組み合わせて白色光を発光させる。また、紫色、青色、緑色、赤色、または赤外線を発光する発光素子のうちの少なくとも一つを含むように構成する。この場合、ＬＥＤチップ１１０は、演色性（ＣＲＩ）をナトリウム（Ｎａ）ランプ（演色指数４０）などから太陽光（演色指数１００）の水準に調節することで、また、色温度を約２０００Ｋから約２００００Ｋの水準に調節することで、多様な白色光を発生させることができる。なお、必要に応じて、紫色、青色、緑色、赤色、オレンジ色の可視光、または赤外線を発生させて、周囲の雰囲気または気分に応じて色を調節する。さらに、植物の成長を促すことができる特殊な波長の光を発生させることもできる。
【００９２】
図１６は、ＣＩＥ１９３１の色度図である。青色ＬＥＤに黄色、緑色、赤色の蛍光体及び／または緑色、赤色ＬＥＤを組み合わせて発生される白色光は、２つ以上のピーク波長を有し、図１６に示すＣＩＥ  １９３１座標系の（ｘ、ｙ）の座標が（０．４４７６、０．４０７４）、（０．３４８４、０．３５１６）、（０．３１０１、０．３１６２）、（０．３１２８、０．３２９２）、（０．３３３３、０．３３３３）をつなぐ線分上に位置する。または、上記線分と黒体輻射スペクトルで覆われる領域に位置する。白色光の色温度は２０００Ｋ〜２００００Ｋの間に該当する。
【００９３】
蛍光体は以下のような組成式及びカラー（ｃｏｌｏｒ）を有する。
酸化物系：黄色及び緑色  Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｔｂ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ
シリケート系：黄色及び緑色  （Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ、黄色及び橙色  （Ｂａ，Ｓｒ）３ＳｉＯ５：Ｃｅ
窒化物系：緑色  β−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ、黄色  Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ、橙色  α−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ、赤色  ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、Ｓｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、ＳｒＳｉＡｌ４Ｎ７：Ｅｕ
フルオライド（ｆｌｕｏｒｉｄｅ）系：ＫＳＦ系  赤色  Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ４＋
【００９４】
蛍光体の組成は基本的に化学量論（Ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｙ）に符合しなければならず、各元素は周期率表上において各族内の他の元素で置換される。例えば、Ｓｒはアルカリ土類（ＩＩ）族のＢａ、Ｃａ、Ｍｇなどで、Ｙはランタン系のＴｂ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｇｄなどで置換される。また、活性剤であるＥｕなどは所望するエネルギー準位に応じてＣｅ、Ｔｂ、Ｐｒ、Ｅｒ、Ｙｂなどで置換される。なお、活性剤を単独で、または特性の変形のための副活性剤などが追加で適用される。
【００９５】
また、蛍光体代替物質としては、量子ドット（ＱＤ：Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｄｏｔ）などの物質が適用でき、蛍光体及びＱＤを混合または単独で用いる。
【００９６】
ＱＤは、ＣｄＳｅ、ＩｎＰなどのコア（Ｃｏｒｅ）（３ｎｍ〜１０ｎｍ）、ＺｎＳ、ＺｎＳｅなどのシェル（Ｓｈｅｌｌ）（０．５ｎｍ〜２ｎｍ）、及びコアとシェルの安定化のためのリガンド（ｌｉｇａｎｄ）の構造で構成され、サイズに応じて多様なカラーを具現する。
【００９７】
下記表１は青色ＬＥＤチップ（４４０ｎｍ〜４６０ｎｍ）が用いられた白色発光素子の応用分野別による蛍光体の種類である。
【００９８】
【表１】
0006041450.tif 000002
【００９９】
本実施形態では、発光素子１００が、反射カップ１２１を有する本体１２０の内部にＬＥＤチップ１１０を備えたパッケージ構造である例を示しているが、これに限定されない。例えば、図１５に示す発光素子１００’は、ＬＥＤチップ１１０’が本体１２０’の上面に実装されたチップオンボード（ＣＯＢ）の構造を有する。この場合、本体１２０’は、回路配線が形成された回路基板であり、封止材１３０’は本体１２０’の上面上に突出してＬＥＤチップ１１０’を覆うレンズ構造で形成される。
【０１００】
また、本実施形態では、発光素子１００がパッケージ単品である例を示しているが、これに限定されない。例えば、発光素子１００は、ＬＥＤチップ１１０そのものであってもよい。
【０１０１】
図１７〜図１９には、発光素子に採用されるＬＥＤチップの多様な実施例を概略的に示している。図１７〜図１９は、本発明の一実施形態による光源モジュールに採用される発光ダイオードチップの多様な例を示す断面図である。
【０１０２】
図１７を参照すると、ＬＥＤチップ１１０は、成長基板１１１上に順に積層された第１導電型半導体層１１２、活性層１１３、及び第２導電型半導体層１１４を含む。
【０１０３】
成長基板１１１上に積層される第１導電型半導体層１１２は、ｎ型不純物がドープされたｎ型窒化物半導体層である。また、第２導電型半導体層１１４は、ｐ型不純物がドープされたｐ型窒化物半導体層である。但し、実施形態に応じて第１導電型半導体層１１２及び第２導電型半導体層１１４は位置を変えて積層される。第１導電型半導体層１１２及び第２導電型半導体層１１４は、ＡｌｘＩｎｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎの組成式（ここで、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｘ＋ｙ＜１）を有し、例えば、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮなどの物質がこれに該当する。
【０１０４】
第１導電型半導体層１１２及び第２導電型半導体層１１４の間に配置される活性層１１３は、電子と正孔の再結合によって所定のエネルギーを有する光を放出する。活性層１１３は、第１導電型半導体層１１２及び第２導電型半導体層１１４のエネルギーバンドギャップより小さいエネルギーバンドギャップを有する物質を含む。例えば、第１導電型半導体層１１２及び第２導電型半導体層１１４がＧａＮ系の化合物半導体である場合、活性層１１３はＧａＮのエネルギーバンドギャップより小さいエネルギーバンドギャップを有するＩｎＧａＮ系の化合物半導体を含む。また、活性層１１３は、量子井戸層と量子障壁層とが交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌｓ）構造、例えば、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの構造が用いられる。但し、活性層１１３は、これに制限されず、単一量子井戸構造（ＳＱＷ：Ｓｉｎｇｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）を用いることもできる。
【０１０５】
ＬＥＤチップ１１０は、第１導電型半導体層１１２及び第２導電型半導体層１１４のそれぞれに電気的に接続される第１電極パッド１１５ａ及び第２電極パッド１１５ｂを備える。第１電極パッド１１５ａ及び第２電極パッド１１５ｂは、同一の方向を向くように露出及び配置される。また、ワイヤーボンディングまたはフリップチップボンディング方式で基板と電気的に接続される。
【０１０６】
図１８に示すＬＥＤチップ１１０’は、成長基板１１１上に形成された半導体積層体を含む。半導体積層体は、第１導電型半導体層１１２、活性層１１３、及び第２導電型半導体層１１４を含む。
【０１０７】
ＬＥＤチップ１１０’は、第１導電型半導体層１１２及び第２導電型半導体層１１４のそれぞれに接続された第１電極パッド１１５ａ及び第２電極パッド１１５ｂを含む。第１電極パッド１１５ａは、第２導電型半導体層１１４及び活性層１１３を貫通して第１導電型半導体層１１２に接続された導電性ビア１１５１ａと、導電性ビア１１５１ａに連結された電極延長部１１５２ａと、を含む。導電性ビア１１５１ａは、絶縁層１１６に覆われて活性層１１３及び第２導電型半導体層１１４と電気的に分離される。導電性ビア１１５１ａは、半導体積層体がエッチングされた領域に配置される。導電性ビア１１５１ａは、接触抵抗が低くなるように、個数、形状、ピッチ、及び／または第１導電型半導体層１１２との接触面積などを適切に設計する。また、導電性ビア１１５１ａは、複数個が半導体積層体上に行と列を成すように配列されることで電流の流れを改善させることができる。第２電極パッド１１５ｂは、第２導電型半導体層１１４上のオーミックコンタクト層１１５１ｂ及び電極延長部１１５２ｂを含む。
【０１０８】
図１９に示すＬＥＤチップ１１０’’は、成長基板１１１、成長基板１１１上に形成された第１導電型ベース層１１７１、及び第１導電型ベース層１１７１上に形成された複数のナノ発光構造物１１７を含む。また、絶縁層１１８及び充填部１１９をさらに含む。
【０１０９】
ナノ発光構造物１１７は、第１導電型半導体コア１１７ａ、このコア１１７ａの表面にシェル層で順に形成された活性層１１７ｂ、及び第２導電型半導体層１１７ｃを含む。
【０１１０】
本実施形態において、ナノ発光構造物１１７は、コア−シェル（ｃｏｒｅ−ｓｈｅｌｌ）構造として例示されているが、これに限定されず、ピラミッド構造のような他の構造を有し得る。第１導電型半導体ベース層１１７１は、ナノ発光構造物１１７の成長面を提供する層である。絶縁層１１８は、ナノ発光構造物１１７の成長のためのオープン領域を提供し、ＳｉＯ２またはＳｉＮｘのような誘電体物質である。充填部１１９は、ナノ発光構造物１１７を構造的に安定化させ、光を透過または反射する役割を担う。充填部１１９が透光性物質を含む場合、充填部１１９はＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、弾性樹脂、シリコーン（ｓｉｌｉｃｏｎｅ）、エポキシ樹脂、高分子、またはプラスチックのような透明な物質で形成される。他の例として、充填部１１９が反射性物質を含む場合、充填部１１９はＰＰＡ（ｐｏｌｙｐｈｔｈａｌａｍｉｄｅ）などの高分子物質に高反射性を有する金属粉末またはセラミック粉末を混合して用いられる。高反射性セラミック粉末としては、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３及びＺｎＯからなるグループより選択される少なくとも一つである。あるいは、ＡｌまたはＡｇのような高反射性金属が用いられる。
【０１１１】
第１電極パッド１１５ａ及び第２電極パッド１１５ｂは、ナノ発光構造物１１７の下面に配置される。第１電極パッド１１５ａは、第１導電型半導体ベース層１１７１の露出した上面に位置する。第２電極パッド１１５ｂは、ナノ発光構造物１１７及び充填部１１９の下部に形成されるオーミックコンタクト層１１５３ｂ及び電極延長部１１５４ｂを含む。なお、オーミックコンタクト層１１５３ｂと電極延長部１１５４ｂとは一体に形成されてもよい。
【０１１２】
図２０は、本発明の一実施形態による照明装置（バルブ型）を概略的に示す分解斜視図である。
【０１１３】
図２０を参照すると、本実施形態による照明装置１０００は、バルブ型ランプであり、室内照明用、例えば、ダウンライト（ｄｏｗｎｌｉｇｈｔ）として用いられる。照明装置１０００は、電気的連結構造１０３０を有するハウジング１０２０及びハウジング１０２０に装着される少なくとも一つの光源モジュール１０１０を含んで構成される。また、ハウジング１０２０に装着されて、少なくとも一つの光源モジュール１０１０を覆うカバー１０４０をさらに含む。
【０１１４】
光源モジュール１０１０は、図１〜図９の光源モジュールと実質的に同一であるため、これに対する具体的な説明を省略する。光源モジュール１０１０は複数個が回路基板１０１１上に装着される。光源モジュール１０１０の個数は、必要に応じて、多様に調節される。
【０１１５】
ハウジング１０２０は、光源モジュール１０１０を支持するフレームとしての機能、及び光源モジュール１０１０において発生する熱を外部に放出するヒートシンクとしての機能を担う。このため、ハウジング１０２０は、熱伝導率が高く、堅固な材質からなり、例えば、アルミニウム（Ａｌ）のような金属材質、放熱樹脂などからなる。
【０１１６】
ハウジング１０２０の外側面には、空気との接触面積を増加させて、放熱効率を向上させる複数の放熱フィン１０２１が備えられる。
【０１１７】
ハウジング１０２０には光源モジュール１０１０に電気的に接続される電気的連結構造１０３０が備えられる。電気的連結構造１０３０は、端子部１０３１及び端子部１０３１を通じて供給される駆動電源を光源モジュール１０１０に供給する駆動部１０３２を含む。
【０１１８】
端子部１０３１は、照明装置１０００を、例えば、ソケットなどに装着して固定し、電気的に連結する。本実施形態では、端子部１０３１がスライディング挿入されるピンタイプの構造を有する例を示しているが、これに限定されない。端子部１０３１は、必要に応じて、ねじ山を有し、回転して挿入されるエジソンタイプの構造を有し得る。
【０１１９】
駆動部１０３２は、外部の駆動電源を、光源モジュールが駆動される適正の電流源に変換して提供する役割をする。駆動部１０３２は、例えば、ＡＣ−ＤＣコンバータ、整流回路部品、ヒューズなどで構成される。また、場合に応じて、遠隔制御を具現する通信モジュールをさらに含む。
【０１２０】
カバー１０４０は、ハウジング１０２０に装着されて少なくとも一つの光源モジュール１０１０を覆い、膨らんだレンズ形状またはバルブ形状を有する。カバー１０４０は、光透過性材質からなり、光分散物質を含有する。
【０１２１】
図２１は、本発明の他の実施形態による照明装置（Ｌランプ型）を概略的に示す分解斜視図である。図２１を参照すると、照明装置１１００は、一例としてバー（ｂａｒ）タイプのランプであり、光源モジュール１１１０、ハウジング１１２０、端子１１３０、及びカバー１１４０を含んで構成される。
【０１２２】
光源モジュール１１１０としては、図１〜図９の光源モジュールが採用される。従って、これに対する具体的な説明を省略する。光源モジュール１１１０は、複数個が回路基板１１１１上に実装され、実装される個数は、必要に応じて、多様に調節される。
【０１２３】
ハウジング１１２０は、一面１１２２に光源モジュール１１１０を搭載して固定し、光源モジュール１１１０から発生する熱を外部に放出させる。このため、ハウジング１１２０は、熱伝導率に優れた材質、例えば、金属材質からなり、両側面には放熱のための複数の放熱フィン１１２１が突出して形成される。
【０１２４】
光源モジュール１１１０は、複数個が回路基板１１１１上に実装されて配列された状態でハウジング１１２０の一面１１２２に装着される。
【０１２５】
カバー１１４０は、光源モジュール１１１０を覆うようにハウジング１１２０の係止溝１１２３に締結される。また、カバー１１４０は、光源モジュール１１１０から発生した光が外部に全体的に均一に照射されるように半円形態の曲面を有する。カバー１１４０の底面にはハウジング１１２０の係止溝１１２３に噛み合う突起１１４１が長さ方向に沿って形成される。
【０１２６】
端子１１３０は、ハウジング１１２０の長さ方向の両先端部のうちの開放された少なくとも一側に備えられて、光源モジュール１１１０に電源を供給し、外部に突出した電極ピン１１３３を含む。
【０１２７】
図２２は、本発明の更に他の実施形態による照明装置（平板型）を概略的に示す分解斜視図である。図２２を参照すると、照明装置１２００は、一例として面光源タイプの構造を有し、光源モジュール１２１０、ハウジング１２２０、カバー１２４０、及びヒートシンク１２５０を含んで構成される。
【０１２８】
光源モジュール１２１０としては、図１〜図９の光源モジュールが採用される。従って、これに対する具体的な説明を省略する。光源モジュール１２１０は、複数個が回路基板１２１１上に実装されて配列される。
【０１２９】
ハウジング１２２０は、光源モジュール１２１０が搭載される一面１２２２、及び一面１２２２の周りから延長される側面１２２４を含んで、ボックス型構造を有する。ハウジング１２２０は、光源モジュール１２１０から発生する熱を外部に放出させるために熱伝導率に優れた材質、例えば、金属材質からなる。
【０１３０】
ハウジング１２２０の一面１２２２には、後述するヒートシンク１２５０が挿入されて締結される孔１２２６が一面１２２２を貫通して形成される。また、一面１２２２に搭載される光源モジュール１２１０が実装された回路基板１２１１は、部分的に孔１２２６上にかかって外部に露出する。
【０１３１】
カバー１２４０は、光源モジュール１２１０を覆うようにハウジング１２２０に締結される。また、全体的に扁平な構造を有する。
【０１３２】
ヒートシンク１２５０は、ハウジング１２２０の他面１２２５を通じて孔１２２６に締結される。また、孔１２２６を通じて光源モジュール１２１０に接触して光源モジュール１２１０の熱を外部に放出する。放熱効率の向上のために、ヒートシンク１２５０は、複数の放熱フィン１２５１を備える。ヒートシンク１２５０は、ハウジング１２２０のように熱伝導率に優れた材質からなる。
【０１３３】
発光素子を用いた照明装置は、その用途に応じて、大きく室内用（ｉｎｄｏｏｒ）及び室外用（ｏｕｔｄｏｏｒ）に区分される。室内用ＬＥＤ照明装置としては、主に従来の照明の代替用（Ｒｅｔｒｏｆｉｔ）であって、バルブ型ランプ、蛍光灯（ＬＥＤ−ｔｕｂｅ）、平板型照明装置がこれに該当し、室外用ＬＥＤ照明装置としては、街路灯、保安灯、投光灯、景観灯、信号灯などが該当する。
【０１３４】
また、ＬＥＤを用いた照明装置は、車両用内部及び外部光源として活用される。内部光源は、車両用室内灯、読書灯、計器板の各種の光源などとして用いられ、車両用外部光源は、前照灯、ブレーキ灯、方向指示灯、霧灯、走行灯などのすべての光源として用いられる。
【０１３５】
さらに、ロボットまたは各種の機械設備に用いられる光源としてＬＥＤ照明装置が適用される。特に、特殊な波長帯を用いたＬＥＤ照明は、植物の成長を促進させ、感性照明として人の気分を安定させ、また病気を治療する。
【０１３６】
図２３〜図２６を参照して、上述の照明装置を採用した照明システムについて説明する。本実施形態による照明システム２０００は、周辺環境（例えば、温度及び湿度）に応じて色温度を自動的に調節して、単純な照明の役割ではなく、人間の感性を満たす感性照明としての照明装置を提供する。
【０１３７】
図２３は、本発明の一実施形態による照明システムを概略的に示すブロック図である。
【０１３８】
図２３を参照すると、本発明の一実施形態による照明システム２０００は、センシング部２０１０、制御部２０２０、駆動部２０３０、及び照明部２０４０を含む。
【０１３９】
センシング部２０１０は、室内または室外に設置され、温度センサー２０１１及び湿度センサー２０１２を備えることで周辺の温度及び湿度のうちの少なくとも一つの大気条件を測定する。また、センシング部２０１０は、電気的に接続された制御部２０２０に測定した大気条件、即ち、温度及び湿度を伝達する。
【０１４０】
制御部２０２０は、測定された大気の温度及び湿度をユーザーによって予め設定された大気条件（温度及び湿度の範囲）と比較し、その後、大気条件に相応する照明部２０４０の色温度を決定する。制御部２０２０は、駆動部２０３０に電気的に接続され、決定された色温度で照明部２０４０を駆動するように駆動部２０３０を制御する。
【０１４１】
照明部２０４０は、駆動部２０３０から供給される電源によって動作する。照明部２０４０は、図２０〜図２２に示す照明装置を少なくとも一つ以上含む。
図２４は、図２３に示す照明システムの照明部の詳細な構成を概略的に示すブロック図である。例えば、照明部２０４０は、図２４に示すように、互いに異なる色温度を有する第１照明装置２０４１及び第２照明装置２０４２で構成され、各照明装置（２０４１、２０４２）は同一の白色光を発光する複数の発光素子を備える。
【０１４２】
第１照明装置２０４１は第１色温度の白色光を放出し、第２照明装置２０４２は第２色温度の白色光を放出し、第１色温度が第２色温度より低い。または、これと反対に、第１色温度が第２色温度より高くてもよい。ここで、相対的に色温度が低い白色は暖かい白色に該当し、相対的に色温度が高い白色は冷たい白色に該当する。このような第１照明装置２０４１及び第２照明装置２０４２に電源が供給されると、それぞれ第１及び第２色温度を有する白色光を放出し、各白色光は互いに混合されて制御部２０２０において決定された色温度を有する白色光を具現する。
【０１４３】
具体的には、第１色温度が第２色温度より低い場合、制御部２０２０において決定された色温度が相対的に高く決定されると、第１照明装置２０４１の光量を減少させ、第２照明装置２０４２の光量を増加させることにより、混合した白色光が決定された色温度になるように具現する。これと反対に、決定された色温度が相対的に低く決定されると、第１照明装置２０４１の光量を増加させ、第２照明装置２０４２の光量を減少させることにより、混合した白色光が決定された色温度になるように具現する。このとき、各照明装置（２０４１、２０４２）の光量は、電源を調節して全体の発光素子の光量を調節することによって具現されるか、または駆動される発光素子数を調節することによって具現される。
【０１４４】
図２５は、図２３に示す照明システムの制御方法を説明するためのフローチャートである。図２５を参照すると、まず、ユーザーが制御部２０２０を用いて色温度に対応する温度及び湿度の範囲を設定する（ステップＳ１０）。設定された温度及び湿度のデータは制御部２０２０に保存される。
【０１４５】
一般に、色温度が６０００Ｋ以上であると青色などの体感的に涼しい色相を演出し、色温度が４０００Ｋ以下であると赤色などの体感的に暖かい色相を演出する。従って、本実施形態では、ユーザーが、制御部２０２０を用いて、温度が２０度及び湿度が６０％を超える場合は照明部２０４０の色温度が６０００Ｋ以上で点灯されるように設定し、温度が１０度〜２０度及び湿度が４０％〜６０％である場合は照明部２０４０の色温度が４０００〜６０００Ｋの間で点灯されるように設定し、温度が１０度以下及び湿度が４０％以下である場合は照明部２０４０の色温度が４０００Ｋ以下で点灯されるように設定する。
【０１４６】
次に、センシング部２０１０は、周辺の温度及び湿度のうちの少なくとも一つの条件を測定する（ステップＳ２０）。センシング部２０１０で測定された温度及び湿度は制御部２０２０に伝達される。
【０１４７】
続いて、制御部２０２０は、センシング部２０１０から伝達された測定値と設定値とを比較する（ステップＳ３０）。ここで、測定値はセンシング部２０１０で測定された温度及び湿度のデータであり、設定値はユーザーが予め設定して制御部２０２０に保存された温度及び湿度のデータである。即ち、制御部２０２０は、測定された温度及び湿度と予め設定された温度及び湿度を比較する。
【０１４８】
比較結果により、測定値が設定値の範囲を満たしているか否かを判断する（ステップＳ４０）。測定値が設定値の範囲を満たしている場合、現在の色温度を維持し、温度及び湿度の測定を継続する（ステップＳ２０）。また、測定値が設定値の範囲を満たしていない場合、測定値に該当する設定値を検出し、これに該当する色温度を決定する（ステップＳ５０）。制御部２０２０は、決定された色温度で照明部２０４０が駆動されるように駆動部２０３０を制御する。
【０１４９】
その後、駆動部２０３０は、決定された色温度になるように照明部２０４０を駆動する（ステップＳ６０）。即ち、駆動部２０３０は、決定された色温度を駆動するために必要な電源を照明部２０４０に供給する。これにより、照明部２０４０は、周辺の温度及び湿度に応じてユーザーが予め設定した温度及び湿度に該当する色温度で調節される。
【０１５０】
これにより、照明システムは、周辺の温度及び湿度の変化によって自動的に室内の照明部の色温度を調節する。また、自然環境の変化に応じて異なる人間の感性を満たすことができ、心理的な安定感を与えることができる。
【０１５１】
図２６は、図２３に示す照明システムを具現する使用例を示す概略図である。図２６に示すように、照明部２０４０は、室内照明灯として天井に設置される。このとき、センシング部２０１０は、室外の外気温度及び湿度を測定すべく、別の個別装置として具現されて外部壁に設置される。また、制御部２０２０は、ユーザーの設定及び確認が容易になるように室内に設置される。しかし、本発明の照明システムは、これに限定されず、インテリア照明に代わって壁に設置されるか、又はスタンドなどのように室内外で用いることができる照明などすべてに適用される。
【０１５２】
ＬＥＤを用いた上述の照明装置は、製品の形態、場所及び目的に応じて光学設計が変わる。例えば、上述の感性照明に関連し、照明の色、温度、明るさ及び色相を制御する技術の他に、スマートフォンのような携帯機器を活用した無線（遠隔）制御技術を用いて照明を制御する技術が挙げられる。
【０１５３】
また、ＬＥＤ照明装置及びディスプレイ装置に通信機能を与えてＬＥＤ光源の固有の目的及び通信手段としての目的を同時に達成する可視光無線通信技術も可能である。これは、ＬＥＤ光源が従来の光源に比べて寿命が長く、電力効率に優れ、多様な色の具現が可能であるだけでなく、デジタル通信のためのスイッチング速度が速く、デジタル制御が可能であるという長所を有するためである。
【０１５４】
可視光無線通信技術は、人間が目で認知できる可視光波長帯域の光を用いて無線で情報を伝達する無線通信技術である。このような可視光無線通信技術は、可視光波長帯域の光を用いるという側面において従来の有線光通信技術及び赤外線無線通信と区別され、通信環境が無線であるという側面において有線光通信技術と区別される。
【０１５５】
また、可視光無線通信技術は、ＲＦ無線通信と異なって周波数の利用という側面において規制または許可を受けずに自由に用いることができるという便利性及び物理的な保安性に優れ、ユーザーが通信リンクを目で確認することができるという差別性を有し、何よりも光源の固有の目的及び通信機能をともに得ることができる融合技術としての特徴を有する。
【０１５６】
以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【符号の説明】
【０１５７】
１０、２０、３０、３０’、１０１０、１１１０、１２１０    光源モジュール
１００、１００’    発光素子
１１０、１１０’、１１０’’    ＬＥＤチップ
１１１    成長基板
１１２    第１導電型半導体層
１１３    活性層
１１４    第２導電型半導体層
１１５ａ    第１電極パッド
１１５ｂ    第２電極パッド
１１６、１１８    絶縁層
１１７    ナノ発光構造物
１１７ａ    第１導電型半導体コア
１１７ｂ    活性層
１１７ｃ    第２導電型半導体層
１１９    充填部
１２０、１２０’    本体
１２１    反射カップ
１２２    リードフレーム
１３０、１３０’    封止材
２００、２００’、３００、４００、４００’    光学素子
２０１、３０１、４０１、４０１’    第１面
２０２、３０２、４０２、４０２’    第２面
２１０、２１０’、３１０、４１０、４１０’    溝部
２２０、３２０、４２０、４２０’    凹部
２３０、３３０、４３０、４３０’    凸部
２４０、２４０’、３４０、４４０、４４０’    凹凸部
３５０、４５０’    反射溝部
３５１、４５１’    傾斜面
３５２、４５２’    反射面
４６０、４６０’    支持手段
１０００、１１００、１２００    照明装置
１０１１、１１１１、１２１１    回路基板
１０２０、１１２０、１２２０    ハウジング
１０２１、１１２１、１２５１    放熱フィン
１０３０    電気的連結構造
１０３１    端子部
１０３２    駆動部
１０４０、１１４０、１２４０    カバー
１１２２、１２２２    一面
１１２３    係止溝
１１３０    端子
１１３３    電極ピン
１１４１    突起
１１５１ａ    導電性ビア
１１５１ｂ、１１５３ｂ    オーミックコンタクト層
１１５２ａ、１１５２ｂ、１１５４ｂ    電極延長部
１１７１    第１導電型ベース層
１２２４    側面
１２２５    他面
１２２６    孔
１２５０    ヒートシンク
２０００    照明システム
２０１０    センシング部
２０１１    温度センサー
２０１２    湿度センサー
２０２０    制御部
２０３０    駆動部
２０４０    照明部
２０４１    第１照明装置
２０４２    第２照明装置
【図１】
0006041450.tif 000003
【図２】
0006041450.tif 000004
【図３】
0006041450.tif 000005
【図４】
0006041450.tif 000006
【図５】
0006041450.tif 000007
【図６】
0006041450.tif 000008
【図７】
0006041450.tif 000009
【図８】
0006041450.tif 000010
【図９】
0006041450.tif 000011
【図１０】
0006041450.tif 000012
【図１１】
0006041450.tif 000013
【図１２】
0006041450.tif 000014
【図１３】
0006041450.tif 000015
【図１４】
0006041450.tif 000016
【図１５】
0006041450.tif 000017
【図１６】
0006041450.tif 000018
【図１７】
0006041450.tif 000019
【図１８】
0006041450.tif 000020
【図１９】
0006041450.tif 000021
【図２０】
0006041450.tif 000022
【図２１】
0006041450.tif 000023
【図２２】
0006041450.tif 000024
【図２３】
0006041450.tif 000025
【図２４】
0006041450.tif 000026
【図２５】
0006041450.tif 000027
【図２６】
0006041450.tif 000028