JP6530864B2

JP6530864B2 - Ｌｅｄレンズ

Info

Publication number: JP6530864B2
Application number: JP2018523407A
Authority: JP
Inventors: ソンビンキム、; ビョンウクキム、
Original assignee: エニーキャスティングカンパニーリミテッド
Priority date: 2016-06-28
Filing date: 2017-06-26
Publication date: 2019-06-12
Anticipated expiration: 2037-06-26
Also published as: KR20180001791A; WO2018004221A1; JP2018536286A; KR101821405B1

Description

本発明は、ＬＥＤから出る光を均一に拡散させることができるＬＥＤレンズに関する。

一般に、ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）は、光変換効率が高いので消費電力が相対的に非常に低く、応答速度が速く、点灯回路が簡単であり、安全性に優れた長所のため室内外照明用光源として広く用いられている。

しかし、光源としてＬＥＤを用いる場合は、光が狭い領域に集中して発散する傾向にあるため、それを照明装置に適用するためには、光を広い領域に均一に分布するようにする必要がある。

このような機能を遂行するＬＥＤレンズに関する代表的な先行技術としては、特許文献１がある。

しかし、特許文献１に係るＬＥＤレンズは、ＬＥＤの光軸近くで円形の帯状の暗部（周辺より暗い部分）が発生する問題があり、また、ＬＥＤの光軸部位でホットスポット（周辺より明るい部分）が発生する問題がある。

米国特許第７３４８７２３号明細書

本発明は、前記のような問題点を解決するためのものであって、ＬＥＤの光軸近くで円形の帯状の暗部が発生する現象と、ＬＥＤの光軸部位でのホットスポットが発生する現象を改善できるＬＥＤレンズを提供する。

本発明の一実施例に係るＬＥＤレンズは、ＬＥＤから出る光を均一に拡散させるためのＬＥＤレンズにおいて、前記ＬＥＤから出る光が前記レンズの内部に入射する入射面と、前記入射面を通して前記レンズの内部に入射した光を前記レンズの外部に出射させる出射面とを含み、前記出射面は、垂直断面上、前記ＬＥＤ側に凸な曲面形状を形成する第１出射面と、前記第１出射面の周囲に位置し、前記ＬＥＤの反対側に凸な曲面形状を形成する第２出射面とを含み、前記第１出射面と前記第２出射面の接続部分に存在する変曲点部位には、垂直断面上、上方に凸な形状を有する凸部が形成され、前記凸部は、平面上、前記ＬＥＤの光軸を中心に円形の形態で存在する変曲点を囲む円形の帯状に形成され得る。

また、本発明の一実施例に係るＬＥＤレンズは、前記出射面には、垂直断面上、上方に凸な形状を有し、平面上、円形の帯状を有する第１凸部と第２凸部がさらに形成され、前記第１ブロック部は、前記凸部から前記第１出射面側に所定距離離隔した状態で前記第１出射面上に形成され、前記第２凸部は、前記凸部から前記第２出射面側に所定距離離隔した状態で前記第２出射面上に形成され得る。

また、本発明の一実施例に係るＬＥＤレンズは、前記第１凸部と前記第２凸部は、垂直断面上、前記凸部を基準として互いに対称をなすことができる。

前記のような構成を有する本発明の一実施例に係るＬＥＤレンズによれば、ＬＥＤの光軸近くで円形の帯状の暗部が発生する現象と、ＬＥＤの光軸部位でホットスポットが発生する現象を改善できる効果がある。

本発明に係る効果は、以上において言及された効果に制限されず、言及されていないまた他の効果は、請求の範囲と詳細な説明の記載から本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者に明確に理解され得るだろう。

本発明の一実施例に係るＬＥＤレンズを示す垂直断面図である。図１の概略的な平面図である。図１に係るレンズを通して出射する光の配光分布をシミュレーションした結果を示す図である。図３の「Ｂ」部分を拡大した図である。図１の「Ａ」領域を拡大した図である。本発明の他の実施例に係るＬＥＤレンズを示す垂直断面図である。図６の「Ａ」領域を拡大した図である。図６の概略的な平面図である。本発明のまた他の実施例に係るＬＥＤレンズを示す垂直断面図である。図９の概略的な平面図である。図９に係るレンズを通して出射する光の配光分布をシミュレーションした結果を示す図である。図１１の「Ｂ」部分を拡大した図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明に係る実施例について、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。

本発明は、様々な修正および変形を許容しながらも、その特定の実施例は図面で例示されて示され、以下において詳細に説明される。しかし、本発明を開示された特別な形態に限定しようとする意図はなく、むしろ、本発明は、請求項により定義された本発明の思想に合致する全ての修正、均等および代用を含む。

一方、添付の図面において、厚さおよび大きさは、明細書の明確性のために誇張されたものであり、従って、本発明は、添付の図面に示された相対的な大きさや厚さにより制限されない。

図１は、本発明の一実施例に係るＬＥＤレンズを示す垂直断面図である。

図１を参照すると、本発明の一実施例に係るＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）レンズ１０は、ＬＥＤ１１から出る光Ｌ１がレンズ１０の内部に入射する入射面２０と、入射面２０を通してレンズ１０の内部に入射した光Ｌ２をレンズ１０の外部に出射させる出射面３０とを含む。

また、本発明の一実施例に係るＬＥＤレンズ１０は、底面１３、底面１３の中心部に形成されてＬＥＤ１１を収容する収容溝１４、底面１３と出射面３０を連結し、出射面３０から外側に突出するフランジ１５、フランジ１５の下部に設けられたレッグ１７を含む。

ここで、入射面２０は、収容溝１４の内面からなり得る。

即ち、収容溝１４に収容されたＬＥＤ１１から出る光Ｌ１は、収容溝１４の内面である入射面２０を通してレンズ１０の内部に入射できる。

また、出射面３０は、ＬＥＤ１１側に凸な曲面形状、即ち、下方に凸な曲面形状を有する第１出射面３２と、第１出射面３２の周囲に位置し、ＬＥＤ１１の反対側に凸な曲面形状、即ち、上方に凸な曲面形状を有する第２出射面３４とを含み、第１出射面３２と第２出射面３４の接続部分には、変曲点３７が存在する。

このように、出射面３０が、下方に凸な曲面形状を有する第１出射面３２と、上方に凸な曲面形状を有する第２出射面３４とを含む場合、入射面２０を通してレンズ１０の内部に入射した光Ｌ２は、均一に拡散された状態で出射面３０を通してレンズ１０の外部に出射できるようになる。

図２は、図１の概略的な平面図である。

図２から見られるように、入射面２０と出射面３０の平面上の形状は、ＬＥＤ１１の光軸１２を中心に略円形の形状を有してよく、フランジ１５は、出射面３０から両側に突出し得る。

第１出射面３２は、出射面３０の平面上の領域中、ＬＥＤ１１の光軸１２を含む中心領域であり、第２出射面３４は、出射面３０の平面上の領域中、第１出射面３２を囲む縁領域であって、第１出射面３２と第２出射面３４との間に存在する変曲点３７は、平面上、ＬＥＤ１１の光軸１２を中心とする円形の形態で存在する。

図３は、図１に係るレンズを通して出射する光の配光分布をシミュレーションした結果を示す図であり、図４は、図３の「Ｂ」部分を拡大した図である。

図３および図４を参照すると、図１に係るＬＥＤレンズ１０による配光分布は、ＬＥＤ１１の光軸１２近くで略円形の帯状の周辺より暗い部分である暗部ｂが発生することを確認することができ、また、ＬＥＤ１１の光軸１２部位では、周辺より明るい部分であるホットスポットｈが発生することを確認することができるが、前記のような暗部ｂとホットスポットｈにより光の均一度が落ちる問題が発生する。

図５は、変曲点部位を拡大した図であって、図１の「Ａ」領域を拡大した図である。

図５から見られるように、第１出射面３２を通してレンズ１０の外部に出射する光Ｌ３と、第２出射面３４を通してレンズ１０の外部に出射する光Ｌ４は、略変曲点３７の上部領域で暗部領域Ｃを形成するようになるが、このような暗部領域Ｃにより配光分布上で略円形の帯状の暗部ｂが光軸１２近くに発生する。

これは、第１出射面３２と第２出射面３４の形状、即ち、第１出射面３２は、下方に凸な曲面形状を有するのに対し、第２出射面３４は、上方に凸な曲面形状を有するため発生する現象である。

詳細に説明すると、図面から見られるように、第１出射面３２は、下方に凸な曲面形状を有し、第２出射面３４は、上方に凸な曲面形状を有するため、第１出射面３２を通してレンズ１０の外部に出射する光Ｌ３の屈折角と、第２出射面３２を通してレンズ１０の外部に出射する光Ｌ４の屈折角に差が発生するようになるが、これによって、第１出射面３２と第２出射面３４が接続する変曲点３７を基準としてレンズ１０の外部に出射する光の屈折角が急激に変わるようになるため、略変曲点３７の上方領域に出射する光は顕著に減少することとなり、それによって暗部領域Ｃが形成されるのである。

一方、図示してはいないが、ＬＥＤ１１の光軸１２部位でホットスポットｈが発生する理由は、出射面３０を通してレンズ１０の外部に出射する時に発生するフレネル反射（Ｆｒｅｓｎｅｌｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）によるものである。

即ち、フレネル反射（Ｆｒｅｓｎｅｌｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）は、屈折率の異なる物質間で光が境界面を通過する時に生じる反射であるが、このようなフレネル反射によって、出射面３０を通して出射する光のうち一部は底面２０に反射するようになり、このように底面２０に反射された光は、また底面２０から反射して略光軸１２部位に向かうようになるが、このような光によって光軸１２部位でホットスポットｈが発生するようになるのである。

図６は、本発明の他の実施例に係るＬＥＤレンズを示す垂直断面図であり、図７は、図６の変曲点部位を拡大した図であって、図６の「Ａ」領域を拡大した図であり、図８は、図６の概略的な平面図である。

本実施例に係るＬＥＤレンズ４０は、図１に係るレンズ１０の配光分布上で発生する問題点、即ち、ＬＥＤ１１の光軸１２近くで円形の帯状の暗部ｂが発生する現象と、光軸１２部位でホットスポットｈが発生する現象を改善するためのものであって、図１に係るレンズ１０と比較して変曲点３７を除去する代わりに変曲点３７部位に凸部４２を形成させるという点で差があるので、その他の構成についての詳細な説明と図面符号は、図１に係るレンズ１０についての詳細な説明と図面符号を援用する。

図６乃至図８を参照すると、本実施例に係るＬＥＤレンズ４０は、変曲点３７部位に形成され、垂直断面上、上方に凸な形状を有する凸部４２を含む。

このように、変曲点３７部位に凸部４２を形成すれば、図３および図４から見られるような、図１に係るレンズ１０の配光分布上で発生する円形の帯状の暗部ｂを改善することができる。

詳細に説明すると、図７から見られるように、変曲点３７部位に凸部３７を形成すれば、変曲点３７部位を通してレンズ４０の外部に出射する光Ｌ５は、凸部３７を通して出射するようになることで、凸部３７のない場合に発生する暗部領域Ｃの方向に屈折して出射することとなり、それによって、暗部領域Ｃにより発生する配光分布上での円形の帯状の暗部ｂを改善できるようになる。

さらに、変曲点３７に形成された凸部４２は、出射面３０からフレネル反射した光が底面１３からまた反射してＬＥＤの光軸１２に向かう光を分散させるか（ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）、または変曲点３７の上方に集まるようにすることで、図３および図４から見られるような、図１に係るレンズ１０の配光分布上で発生する光軸１２部位でのホットスポットｈを改善できるようになる。

また、図８から見られるように、凸部４２は、変曲点３７部位、即ち、変曲点３７を囲むように形成されるが、それによって、凸部４２は、平面上、ＬＥＤ１１の光軸１２を中心とする円形の形態で存在する変曲点３７を囲む円形の帯状に形成され得る。

もちろん、図示してはいないが、凸部４２は、円形の帯状に形成されず、平面上、円形の形態で存在する変曲点３７の円周方向に所定間隔離隔した状態で複数個形成されてもよい。

しかし、図８から見られるように、凸部４２は、変曲点３７を囲む円形の帯状に形成されることが、円周方向に所定間隔離隔した状態で複数個形成されるより、光をさらに均一に拡散させることができるので好ましい。

図９は、本発明のまた他の実施例に係るＬＥＤレンズを示す垂直断面図であり、図１０は、図９の概略的な平面図である。

図９および図１０を参照すると、本実施例に係るＬＥＤレンズ４０は、凸部４２の他に、凸部４２と同様に、垂直断面上、上方に凸な形状を有する第１凸部４３と第２凸部４４をさらに含むことができる。

第１凸部４３は、凸部４２から第１出射面３２側に所定距離離隔した状態で第１出射面３２上に形成され得、第２凸部４４は、凸部４２から第２出射面３４側に所定距離離隔した状態で第２出射面３４上に形成され得る。

また、図１０から見られるように、第１凸部４３と第２凸部４４は、凸部４２と同様に、平面上、ＬＥＤ１１の光軸１２を中心とする円形の帯状に形成され得る。

このように、凸部４２の他に第１凸部４３と第２凸部４４をさらに形成すれば、図１に係るレンズ１０のように光軸１２近くで円形の帯状の暗部ｂが発生する現象をさらに改善できるようになる。

特に、凸部４２の他に第１凸部４３と第２凸部４４をさらに形成するようになれば、出射面３０からフレネル反射した光が底面１３からまた反射してＬＥＤの光軸１２に向かう光をさらに分散させることができるので、図１に係るレンズ１０のように光軸１２部位でホットスポットｈが発生する現象をさらに改善できるようになる。

また、第１凸部４３と第２凸部４４は、垂直断面上、凸部４２を基準として互いに対称をなすように形成され得る。すると、光軸１２近くで暗部ｂが発生する現象と、光軸１２部位でホットスポットｈが発生する現象をより一層改善できるようになる。

図１１は、図９に係るレンズを通して出射する光の配光分布をシミュレーションした結果を示す図であり、図１２は、図１１の「Ｂ」部分を拡大した図である。

図１１および図１２から見られるように、本実施例に係るレンズ４０の配光分布は、図１に係るレンズ１０の配光分布を示す図３および図４と比較して、光軸１２近くでの暗部ｂの発生現象と、光軸１２部位でのホットスポットｈの発生現象が改善されたことが分かる。

即ち、図３および図４の画面上で光軸１２近くに円形の帯である暗部ｂが発生していたのが、図１１および図１２の画面上では暗部ｂが周辺と比較してほぼ区別がつかない程度に改善されたことを確認することができる。

特に、図３および図４のグラフで光軸１２の両側にショルダー形態が発生していたのが、図１１および図１２のグラフでは前記ショルダー形態がほとんどなくなったことを確認することができるが、グラフで前記のようなショルダー形態が発生するということは、周囲より暗い暗部ｂが発生するということを意味するため、図１１および図１２のグラフで前記ショルダー形態がなくなったということは、暗部ｂの発生現象が改善されたことを示す。

また、図３および図４の画面上での光軸１２部位の明るさよりも図１１および図１２の画面上での光軸１２部位の明るさがより明るくないことを確認することができるが、これは、光軸１２部位でのホットスポットｈの発生現象が改善されたことを示す。

特に、図３および図４のグラフで光軸１２部位が上に尖っている形態であったのが、図１１および図１２のグラフではフラットな形態に変更されたことを確認することができるが、これは、光軸１２部位でのホットスポットｈの発生現象が改善されたことを示す。

以上において検討したように、本発明は、変曲点部位に凸部を形成することで、ＬＥＤの光軸近くで円形の帯状の暗部が発生する現象と、ＬＥＤの光軸部位でのホットスポットが発生する現象を改善できるＬＥＤレンズに関するものであって、その実施形態は、様々な形態に変更可能であるといえる。従って、本発明は、本明細書において開示された実施例により限定されず、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者が変更可能な全ての形態も本発明の権利範囲に属するといえる。

Claims

ＬＥＤから出る光を均一に拡散させるためのＬＥＤレンズにおいて、
前記ＬＥＤから出る光がレンズの内部に入射する入射面と、前記入射面を通して前記レンズの内部に入射した光を前記レンズの外部に出射させる出射面とを含み、
前記出射面は、
前記ＬＥＤの光軸を含む中心領域に形成され、垂直断面上、前記ＬＥＤの側に凸な曲面形状を有する第１出射面と、
前記第１出射面を囲む縁領域に形成され、垂直断面上、前記ＬＥＤの反対側に凸な曲面形状を有する第２出射面と、
前記第１出射面と前記第２出射面の接続部分に存在し、平面上で前記ＬＥＤの光軸を中心とする円形の形態で存在する変曲点と、
前記変曲点の部位に帯状に形成され、垂直断面上、前記ＬＥＤの反対側に凸な形状とされ、入射する光を前記変曲点が存在する場合に発生する暗部領域に屈折させて出射させる凸部と、
前記凸部から前記第１出射面の側に所定距離離隔した状態で前記第１出射面の上に形成され、垂直断面上、前記ＬＥＤの反対側に凸な形状を有する第１凸部と、
前記凸部から前記第２出射面の側に所定距離離隔した状態で前記第２出射面の上に形成され、垂直断面上、前記ＬＥＤの反対側に凸な形状を有する第２凸部と、を含み、
前記第１凸部および前記第２凸部は、平面上、円形の帯状を有し、垂直断面上、前記凸部を基準として互いに対称をなすことを特徴とする、ＬＥＤレンズ。