KR100869573B1

KR100869573B1 - 조명용 광학소자의 확산렌즈, 조명용 광학소자 및 그조명장치

Info

Publication number: KR100869573B1
Application number: KR20070052252A
Authority: KR
Inventors: 아리요시
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2007-05-29
Filing date: 2007-05-29
Publication date: 2008-11-21

Abstract

본 발명은 넓은 범위에 걸쳐서 균일한 조도를 구현할 수 있는 조명용 광학소자에 관한 것으로, 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판 상에 실장된 LED 소자; 및 상기 LED 소자 상부에, 적어도 두 개 이상의 곡률반경을 가지는 오목면이 형성되고, 상기 오목면과 대응하는 다른 일면에 또 다른 오목면을 가지는 확산렌즈를 포함하여 구성된 조명용 광학소자 및 조명장치를 제공한다.

조명, LED 소자, 확산렌즈, 실린더 렌즈, 곡률

Description

조명용 광학소자의 확산렌즈, 조명용 광학소자 및 그 조명장치{DIFUSSION LENSE, OPTICAL DEVICE AND LIGHTING APPARUTUS THEREOF}

도 1은 종래 조명용 LED 광학소자의 발광각 특성을 나타낸 도면.

도 2는 종래 조명용 LED 광학소자의 배광 분포 특성을 나타낸 도면.

도 3은 본 발명에 따른 조명용 광학소자를 개략적으로 나타낸 단면도.

도 4는 도 3에 도시된 조명용 광학소자의 확산렌즈에 대한 제1렌즈면의 평면도.

도 5는 도 3에 도시된 도시된 조명용 광학소자의 확산렌즈에 대한 단면도.

도 6은 도 3에 도시된 조명용 광학소자의 확산렌즈에 대한 제2렌즈면의 평면도.

도 7은 본 발명에 따른 확산렌즈에 따른 다른 실시예.

도 8은 본 발명에 따른 확산렌즈의 각 영역에 따른 광 확산경로를 나타낸 도면.

도 9는 본 발명에 따른 확산렌즈가 곡률반경의 상한치 및 유효직경의 하한치를 갖는 경우, 그 발광각 특성을 나타낸 도면.

도 10은 본 발명에 따른 확산렌즈가 곡률반경의 상한치 및 유효직경의 하한치를 갖는 경우, 그 배광 분포 특성을 나타낸 도면.

도 11은 본 발명에 따른 확산렌즈가 곡률반경의 하한치 및 유효직경의 상한치를 갖는 경우, 그 발광각 특성을 나타낸 도면.

도 12는 본 발명에 따른 확산렌즈가 곡률반경의 하한치 및 유효직경의 상한치를 갖는 경우, 그 배광 분포 특성을 나타낸 도면.

도 13은 도 7은 본 발명에 따른 확산렌즈에 따른 또 다른 실시예.

도 14는 실린더 렌즈를 적용한 경우, 그 발광각 특성을 나타낸 도면.

도 15는 실린더 렌즈를 적용한 경우, 그 배광 분포 특성을 나타낸 도면.

도 16은 본 발명에 따른 확산렌즈가 각 LED 소자 마다에 개별적으로 형성된 본 발명의 조명장치를 나타낸 단면도.

도 17은 본 발명에 따른 확산렌즈가 전체 LED 모듈을 수용하도록 일체형으로 형성된 본 발명의 조명장치를 나타낸 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110, 210, 310, 410 : 인쇄회로기판 120, 220, 320, 420 : LED 소자

130, 230, 330, 430 : 확산렌즈 131, 231, 331 : 제1오목면

132, 232, 332 : 제2오목면 133, 233, 333 : 제3오목면

134, 234, 334 : 제4오목면 135A, 235A, 235A : 제1렌즈면

135B, 235B, 235B : 제2렌즈면 136A, 236A, 336A : 제1오목부

136B, 236B, 336B : 제2오목부 140, 440 : 스페이서

450 : 방열기판 455 : 방열핀

460 : 구동부 470 : 커넥터

본 발명은 조명용 광학소자에 관한 것으로, 특히, LED 소자의 상부에 확산렌즈를 둠으로써, 광범위하고 균일한 조도 분포를 구현할 수 있는 조명용 광학소자 및 이를 이용한 조명장치를 제공하는 것이다.

LED (light emission diode; LED)소자는 반도체의 p-n 접합 구조를 이용하여 주입된 소수 캐리어(전자 또는 정공)를 만들고 이들의 재결합에 의하여 소정의 빛을 발산하는 소자를 지칭하며, GaAsP 등을 이용한 적색 LED 소자, GaP 등을 이용한 녹색 LED 소자, InGaN/AlGaN 더블 헤테로(double hetero) 구조를 이용한 청색 LED 소자 등이 있다.

LED 소자는 소비 전력이 적고 수명이 길며, 협소한 공간에 설치 가능하고, 또한 진동에 강한 특성을 제공한다. 이러한 LED 소자는 표시 소자 및 백라이트로 이용되고 있으며, 최근 일반 조명 용도로 이를 적용하기 위해 활발한 연구가 진행중이다.

그러나, LED 소자가 조명장치에 적용될 경우, LED의 발광특성상 그 지향성이 강하기 때문에, 조명되는 직하영역은 매우 밝지만, 그 주변영역은 어두운 단점이 있다.

도 1 및 도 2는, 종래 조명용 LED 광학소자의 광특성을 나타낸 것으로, 도 1은 발광각 특성을 나타낸 것이고, 도 2는 배광 분포의 특성을 각각 나타낸 것이다.

도면에 도시된 바와 같이, 고휘도 백색 LED 소자를 광원으로 했을 경우, 종래 조명용 LED 광학소자는, 관측각도에 따른 광의 밝기가, 중심부와 주변부에 대하여 그 발광세기의 차이가 심하게 나타낸다. 즉, 고휘도 백색 LED 광원의 중심(직하영역)에 대한 광 강도를 1로 했을 때, ±60°의 각도에서는 그 밝기가 1/2로 줄어드는 것을 알 수 있다. 따라서, 이러한 특성을 지닌 광원을 조명장치에 적용하여 소정높이에 설치할 경우, 중심부는 밝지만, 그 주변부는 어두운 특성을 나타내는 불균일한 조도 분포를 나타내게 된다.

따라서, 종래에는 이러한 LED 광원의 불균일한 조도 분포를 해결하기 위해서, LED 광원의 수를 증가시키거나, 조명장치의 배치수를 증가시키고 있으나, 이러한 방법은, 장치수의 증가에 의한 비용증가를 초래하게 된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, LED 광원의 상부에, 중심부와 주변부로의 광 확산을 균일하게 할 수 있는 확산렌즈를 구비하여, 광범위한 영역에 균일한 조도 분포를 구현할 수 있는 조명용 광학소자 및 그 조명장치를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 용도에 맞게 배광 분포의 특성을 제어할 수 있는 조명용 광학소자 및 그 조명장치를 제공하는 데 있다.

기타, 본 발명의 목적 및 특징은 이하의 발명의 구성 및 특허청구범위에서 상세히 기술될 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판 상에 실장된 LED 소자; 및 상기 LED 소자 상부에, 적어도 두 개 이상의 곡률반경을 가지는 오목면이 형성되고, 상기 오목면과 대응하는 다른 일면에 또 다른 오목면을 가지는 확산렌즈를 포함하여 구성된 조명용 광학소자를 제공한다.

상기 확산렌즈의 일면은, 중심부에 제1곡률반경(r1)을 가지는 제1오목면; 상기 제1오목면의 외측을 따라, 제2곡률반경(r2)을 가지는 제2오목면; 및 상기 제2오목면의 외측을 따라, 제3곡률반경(r3)을 가지는 제3오목면을 포함하여 구성되며, 상기 제1오목면으로부터 멀어질수록 오목면의 곡률반경이 커지게 된다.

즉, 상기 제1 ~ 제3곡률반경에 대한, 곡률반경의 상대적인 크기는, 제1곡률반경(r1)〈 제2곡률반경(r2)〈 제3곡률반경(r3) 순으로 형성되어 있다.

상기 LED 소자의 중심과 상기 확산렌즈의 일면의 중심과의 거리를 L이라 할때, 상기 확산렌즈의 직경(D)은, 3.4L ≤ D ≤ 11.4L 일 수 있다.

또한, 상기 제1곡률반경(r1)은, 0.8L ≤ r1 ≤ 1.2L 이고, 상기 제1오목면의 제1유효직경(D1)은, 1.0L ≤ D1 ≤ 1.23L 일 수 있으며, 상기 제2곡률반경(r2)은, 2.5L ≤ r2 ≤ 3.7L 이고, 상기 제2오목면의 제2유효직경(D2)은, 1.23L ≤ D2 ≤ 1.67L 일 수 있다.

그리고, 상기 제3곡률반경(r3)은, 10L ≤ r3 ≤ 167L 이고, 상기 제3오목면의 제3유효직경(D3)은, 1.67L ≤ D3 ≤ 2.4L 일 수 있다.

그리고, 상기 확산렌즈의 일면은, 상기 제1 ~ 제3오목면을 제외한 영역이 평평한 면으로 이루어진 제1평면을 더 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 확산렌즈의 다른 일면은, 중심부에, 제4곡률반경(r4)을 가지는 제4오목면을 포함하여 구성된다.

이때, 상기 LED 소자의 중심과 상기 확산렌즈의 일면의 중심과의 거리가 L일 경우, 상기 제4곡률반경(r4)은, 2L ≤ r4 ≤ 6.7L 이고, 상기 제4오목면의 제4유효직경(D4)은, 0.86L ≤ D4 ≤ 1.13L 일 수 있다.

또한, 상기 확산렌즈의 다른 일면은, 상기 제4오목면을 제외한 영역이 평평한 면 제2평면으로 이루어질 수 있으며, 이때, 상기 제1 및 제2평면 간의 두께(t)는, 1㎜ ≤ t ≤ 1.3L 일 수 있다.

또한, 상기 확산렌즈의 다른 일면의 제4오목면을 제외한 영역이, 프레넬 렌즈로 구성될 수도 있다.

상기 확산렌즈의 양면에 형성된, 상기 오목면은, 구면 형상이거나, 비구면 형상일 수 있으며, 원기둥면 형상인 것도 가능하다.

또한, 본 발명은, 적어도 두 개 이상의 서로 다른 곡률(curverture)을 가지는 오목면으로 구성된 제1오목부를 포함하는 제1면; 및 상기 제1오목부와 대응하는 영역에 또 다른 곡률을 가지는 오목면으로 구성된 제2오목부를 포함하는 제2면을 포함하여 구성된 조명용 광학소자의 확산렌즈를 제공한다.

상기 제1오목부를 제외한 제1면의 외곽은, 평평한 제1평면부로 구성되어 있다.

상기 제1면의 제1오목부는, 상기 제1면의 중심부에, 제1곡률을 가지는 제1오목면; 상기 제1오목면의 외곽을 따라, 제2곡률을 가지는 제2오목면; 및 상기 제2오목면을 따라, 제3곡률을 가지는 제3오목면을 포함하여 구성되며, 상기 제1 ~ 제3곡률은, 상기 제1면의 중심으로부터 멀어질수록 작아지는 특징을 가진다.

그리고, 상기 제2오목부를 제외한 제2면의 외곽은, 평평한 제2평면부로 구성되거나, 상기 제2오목부를 제외한 제2면의 외곽은, 프레넬 렌즈부로 구성될 수 있다.

상기 제1 및 제2오목부는, 구면 형상이거나, 비구면 형상일 수 있으며, 원기둥면 형상인 것도 가능하다.

또한, 본 발명은, 적어도 두 개 이상의 서로 다른 곡률(curverture)을 가지며, 중심부로부터 멀어질수록 상기 곡률이 작아지도록 구성된 복수의 오목면을 포함하는 제1렌즈면; 및 중심부에 오목면을 가지는 제2렌즈면을 포함하여 구성된 조명용 광학소자의 확산렌즈를 제공한다.

상기 제1 및 제2렌즈면에 형성된 오목면은, 구면 형상이거나, 비구면 형상일 수 있으며, 원기둥면 형상인 것도 가능하다.

상기 오목면을 제외한 제1렌즈면은, 평평한 제1평면부로 구성되며, 상기 오목면을 제외한 제2렌즈면은, 평평한 제2평면부 또는, 프레넬 렌즈로 구성될 수 있다.

또한, 본 발명은, 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판 상에 실장된 복수의 LED 소자; 및 상기 LED 소자 상부에 마련된 확산렌즈;를 포함하여 구성되며, 상기 확산렌즈는, 각각의 LED 소자의 대향면에, 적어도 두 개 이상의 서로 다른 곡률반경을 가지는 복수의 오목면으로 구성된 제1오목부를 포함하는 제1렌즈면; 및 중심부가 오목면으로 구성된 제2오목부를 포함하는 제2렌즈면을 포함하여 구성된 조명장치를 제공한다.

상기 제1렌즈면의 중심부로부터 멀어질수록 곡률반경은 커지도록 구성되어 있으며, 상기 제1오목부는, 제1렌즈면의 중심부에, 제1곡률반경(r1)을 가지는 제1오목면; 상기 제1오목면의 외곽을 따라, 제2곡률반경(r2)을 가지는 제2오목면; 및 상기 제2오목면을 따라, 제3곡률반경(r3)을 가지는 제3오목면을 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 LED 소자의 중심과 상기 제1렌즈면의 중심과의 거리를 L이라 할 때, 상기 확산렌즈의 직경(D)은, 3.4L ≤ D ≤ 11.4L 로 설계할 수 있다. 이때, 상기 제1곡률반경(r1)은, 0.8L ≤ r1 ≤ 1.2L 이고, 상기 제1오목면의 제1유효직경(D1)은, 1.0L ≤ D1 ≤ 1.23L 일 수 있으며, 상기 제2곡률반경(r2)은, 2.5L ≤ r2 ≤ 3.7L 이고, 상기 제2오목면의 제2유효직경(D2)은, 1.23L ≤ D2 ≤ 1.67L 일 수 있다. 그리고, 상기 제3곡률반경(r3)은, 10L ≤ r3 ≤ 167L 이고, 상기 제3오목면의 제3유효직경(D3)은, 1.67L ≤ D3 ≤ 2.4L 일 수 있다.

이때에도, 상기 제1렌즈면에 대하여, 상기 제1오목부의 외측영역은, 평평한 제1평면부로 구성되어 있다.

상기 제2오목부는, 상기 제2렌즈면의 중심부에, 제4곡률반경(r4)을 가지는 제4오목면을 포함하여 구성되며, 상기 제4곡률반경(r4)은, 2L ≤ r4 ≤ 6.7L 이고, 상기 제4오목면의 제4유효직경(D4)은, 0.86L ≤ D4 ≤ 1.13L 일 수 있다.

그리고, 상기 제2렌즈면에 대하여, 상기 제2오목부의 외측영역이, 평평한 제2평면부로 구성되거나, 프레넬 렌즈로 구성될 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2오목부는, 구면 형상 또는 비구면 형상으로 이루어질 수 있으며, 또는, 원기둥면 형상으로 구성된 것도 가능하다.

또한, 상기 확산렌즈는, 각각의 LED 소자마다에, 독립적으로 형성되거나, 일체형으로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 LED 소자와 상기 확산렌즈의 간격을 유지시켜 주기 위한 스페이서가 구성되어 있다. 상기 스페이서는, 각각의 LED 소자마다 확산렌즈가 개별적으로 마련된 경우, 각각의 LED 소자 영역에 개별적으로 형성되며, 복수의 LED 소자를 한번에 수용하도록, 상기 확산렌즈가 일체형으로 마련된 경우에는, 광학소자의 최외곽 영역에 형성될 수 있다.

그리고, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 조명장치는, 상기 인쇄회로기판 하부에 형성되며, 그 하부에 복수의 방열핀을 가지는 방열기판; 및 상기 LED 소자를 구동시키는 구동부를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명은, 렌즈의 양면에 오목면을 마련하되, LED 소자와 대향하는 렌즈면에 대하여, 중심부로부터 멀어질수록 곡률반경을 크게 설계하 여, 중심부에 몰려있던 광을 측면부로 분산시켜 발산시킴으로써, 중심부와 주변부의 조도를 균일하게 구현할 수 있는 조명용 광학소자 및 그 확산렌즈를 제공한다.

종래기술에서 언급한 바와 같이, 종래 조명장치로 사용되는 LED 광원은, 그 중심부는 밝지만, 상기 중심부로부터의 각이 커질수록, 즉, 주변부로 갈수록 밝기가 어두워지기 때문에, 조도가 불균일할 뿐만 아니라, 특히, 소정높이에 상기한 바와 같은 특징을 가지는 LED 광원을 조명장치에 설치할 경우, 주변부의 밝기가 어두워, 조명장치의 배치 수를 늘리는 방법이 사용되었다. 그러나, 이러한 방법은, 조명장치의 증가에 따른, 비용이 증가하는 문제를 발생시키게 된다.

따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 상기한 바와 같은, 확산렌즈의 구조변경을 통해, 중심부와 주변부에 이르기까지 균일한 조도를 실현할 수 있도록 한다.

특히, 본 발명에서는, 상기 확산렌즈의 양면에 오목면을 형성하되, LED 소자와 대향하는 렌즈면에, 중심으로부터 멀어질수록, 곡률반경이 커지는 렌즈구조를 통해, 조명장치의 증가 없이도, 중심부와 주변부에 대하여, 균일한 조도분포를 실현할 수 있는 조명용 광학소자 및 그 확산렌즈를 제공하고, 이를 이용한 조명장치도 함께 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기 확산렌즈의 오목면을 원기둥면으로 구성함으로써, 특정방향으로 광을 확산시켜, 원하는 방향으로 균일한 배광분포를 갖도록 하며, 도로조명장치에도 적용할 수 있도록 한다.

이하, 첨부한 도면을 통해, 상기한 바와 같은 본 발명에 대하여, 더욱 상세하게 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명에 따른 조명용 광학소자의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 조명용 광학소자(100)는, LED 소자(120)를 실장한 인쇄회로기판(110), 및 상기 LED 소자(120) 상부에 마련된 확산렌즈(130)를 포함하여 구성된다.

상기 인쇄회로기판(110)은, 열전도도가 높은 금속 성분의 방열체 상부에 폴리이미드로 구성된 연성 PCB(flexible PCB)를 접착제를 이용하여 부착시켜 방열 성능을 향상시킴으로써 방열효과가 좋은 메탈 인쇄회로기판으로, 상기 LED 모듈은 연성 PCB의 상부면에 실장되고 전선 또는 솔더링(soldering)을 통하여 연성 PCB의 상부면에 형성된 전극회로와 연결되어 전류를 공급받는다.

또는, 상기 인쇄회로기판(110)은, 그 상부 표면에 LED 램프를 전기적으로 연결하기 위한 전극회로가 형성되어 있는 수지계열의 재질로 이루어진 인쇄회로기판 일 수도 있으며, 상기 수지계열의 인쇄회로기판은, 그 하부에 방열체가 부착된다.

상기 LED 소자(120)는, 적색, 녹색, 청색 등의 다양한 조합으로 고휘도의 백색 및 다색광을 연출하게 되며, 적색, 녹색 또는 청색 발광소자를 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 또는, 상기 LED 소자(120), 백색 발광소자를 사용하는 것도 가능하다.

한편, 도면상에는 설명의 편의를 위해, 단일 LED 소자만이 도시되어 있으나, 실질적으로, 조명장치에서, 상기 LED 소자(120)는, 임의 n x m 행렬을 가지며, 상기 인쇄회로기판(110)을 통해 전기적으로 연결된 LED 소자(120)들이 매트릭스 형태로 구성된 LED 모듈을 구성하게 된다.

상기 LED 소자(120)의 상부에는, 상기 LED 소자(120)로부터 발생된 광을 주변부로 확산시키기 위한 확산렌즈(130)가 구비되어 있으며, 상기 LED 소자(120)와 상기 확산렌즈(130) 사이의 간격을 유지시켜 주기 위한 스페이서(140)가 인쇄회로기판(110) 상에 마련되어 있다.

본 명세서에서, 렌즈의 중앙부, 렌즈의 주변부, 렌즈의 측부라는 용어는 렌즈의 수직 방향을 기준으로 할 때, 출사광이 확산되는 각도 범위를 구별하기 위하여 채택한 용어인데, 렌즈의 수직선(법선) 방향을 0도라고 정할 경우, 렌즈의 중앙부는 수직방향과 근사한 각도, 예컨대 0~10도 범위를 말하고, 렌즈의 주변부는 10~40도, 렌즈의 측부는 40~90도 정도를 의미한다. 다만, 전술한 각도 범위는 예시를 위한 것이고 실제 적용되는 상황에 따라 렌즈의 상부, 중앙부, 측부의 각도 범위는 변경될 수 있다. 또한, 위 각도 범위는 일정부분 상호 중첩될 수 있음은 물론이다. 하지만, 이러한 각도 범위의 변경이 있는 경우도 모두 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 것이고, 당업자라면 본 명세서에서 렌즈의 중앙부, 주변부, 측부가 의미하는 것을 명확히 이해할 수 있을 것이다.

상기 확산렌즈(130)는, 곡률반경이 서로 다른 복수의 오목면(131~133)을 가지는 제1오목부(136A) 및 제1평면부(135A)로 이루어진 제1렌즈면(130A)과, 상기 오목면(131~133)과 대응하는 영역에 또 다른 오목면을 가지는 제2오목부(136B) 및 제 2평면부(135B)로 이루어진 제2렌즈면(130B)으로 구성된다.

상기한 바와 같이 구성된 확산렌즈(130)는, 제1렌즈면(130A)의 중심으로부터 멀어질수록 곡률반경이 증가하는 구조를 가지고 있으며, 위와 같은 구성을 통해, 렌즈의 중심부, 주변부 및 측부로의 광 발산을 균일하게 하여, 넓은 범위에서 광의 조도를 균일하게 구현한다. 상기 확산렌즈(130)를 통한 광 확산 경로는 추후에 더욱 상세하게 설명하도록 한다.

한편, 상기 LED 소자(120)의 중심부와 제1렌즈면(130A)의 중심부 사이의 거리를 L 이라고 정의할 때, 상기 제1 및 제2렌즈면(130B)에 형성된 오목면(134)의 곡률반경 및 유효범위(즉, 유효직경)은, 상기 L에 의해서 결정된다.

도 4 ~ 도 6은, 본 발명의 확산렌즈의 구체적인 설명을 위해, 도 3에 도시된 확산렌즈(130)의, 제1렌즈면, 절단면, 및 제2렌즈면을 각각 나타낸 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이, LED 소자와 대향하는 제1렌즈면(130A)은, 적어도 두 개 이상의 곡률반경을 가지는 제1오목부(130A) 및 제1평면부(135A)로 이루어진다.

상기 제1오목부(136A)는, 제1렌즈면(130A)의 중심부에 위치하며, 제1곡률반경(r1)을 가지는 제1오목면(131)과, 상기 제1오목면(131)과 인접하며, 제2곡률반경(r2)을 가지는 제2오목면(132) 및 상기 제2오목면(132)과 인접하며, 제3곡률반경(r3)을 가지는 제3오목면(133)으로 구성된다. 본 실시예에서는, 3개의 오목면만을 기술하고 있으나, 본 발명에서, 상기 오목면을 특정개수로 한정하는 것은 아니며, 적어도 두 개 이상의 서로 다른 곡률반경을 가지는 복수의 오목면을 이루기만 한다면, 모두 본 발명에 포함될 것이다.

상기 제1 ~ 제3곡률반경(r1 ~ r3)은, 앞서 서술한 바와 같이, LED 소자(120)의 중심과 제1렌즈면(130A)의 중심과의 거리(L)에 의해서 결정될 수 있으며(도 3 참고), 광의 균일한 확산을 위해, 상기 제1렌즈면(130A)의 중심으로부터 멀어질수록, 상기 곡률반경은 커지며, 곡률은 작아지도록 설계되어 있다. 즉, 제1 ~ 제3곡률반경(r1 ~ r3)은, r1 ＜ r2 ＜ r3 순으로 설계하는 것이 바람직하다.

LED 소자와 확산렌즈의 거리를 L 이라고 정의할 때, 상기 제1곡률반경(r1)은, 0.8L ≤ r1 ≤ 1.2L 범위에 있고, 상기 제2곡률반경(r2)은, 2.5L ≤ r2 ≤ 3.7L 범위에 있으며, 상기 제3곡률반경(r3)은, 10L ≤ r3 ≤ 167L 범위 내에서 설계될 수 있다.

또한, 제1 ~ 제3오목면이 제1렌즈면(130A)에서 차지하는 범위는 유효범위라 할 때, 상기 유효범위의 유효직경도, LED 소자(120)의 중심과 제1렌즈면(130A)의 중심과의 거리(L)에 의해서 결정될 수 있다.

즉, 상기 제1오목면(131)의 제1유효직경(D1)은, 1.0L ≤ D1 ≤ 1.23L 범위에 있고, 상기 제2오목면(132)의 제2유효직경(D2)은, 1.23L ≤ D2 ≤ 1.67L 범위에 있으며, 제3오목면(133)의 제3유효직경(D3)은, 1.67L ≤ D3 ≤ 2.4L 범위를 만족하는 값을 갖도록 설계될 수 있다.

그리고, 확산렌즈(130)의 직경(D)도, 3.4L ≤ D ≤ 11.4L 범위 내에서 결정할 수 있다.

한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 확산렌즈(130)의 다른 일면 즉, 제2렌즈 면(130B)은, 제2오목부(136B) 및 제2평면부(135B)로 이루어진다.

이때, 상기 제2평면부(135B)에 프레넬 렌즈를 형성하는 것도 가능하다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 확산렌즈(230)는, 제1 ~ 제3오목면(231~233)을 갖는 제1오목부(236A) 및 평면부(235)로 이루어진 제1렌즈면(230A)과, 제4오목면(234)을 갖는 제2오목부(236B) 및 프레넬렌즈(237)로 이루어진 제2렌즈면(230B)을 갖도록 설계하는 것도 가능하다.

계속해서, 도 6에 도시된 제2렌즈면(130B)을 설명하면, 상기 제2오목부(136B)는, 적어도 하나 이상이 곡률반경을 가지는 오목면을 가질 수 있으나, 도면에는, 단일 오목면 만을 도시하였다.

도시된 바와 같이, 제2오목부(136B)에는, 제2렌즈면(130B)의 중심부에 제4곡률반경(r4) 및 제4유효직경(D4)을 가지는 제4오목면(134)이 구성되어 있다.

이때에도, 제4곡률반경(r4) 및 제4유효직경(D4)은, LED 소자와 확산렌즈의 거리(L)에 의해서 설계할 수 있으며, 상기 제4곡률반경(r4)은, 각각 2L ≤ r4 ≤ 6.7L, 0.86L ≤ D4 ≤ 1.13L 을 만족하는 범위 내에서 결정할 수 있다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1렌즈면(130A)의 제1평면부(135A)과 제2렌즈면(130B)의 제2평면부(135B) 사이의 두께(t)도, 1㎜ ≤ t ≤ 1.3L 범위 내에서 설계하는 것이 바람직하다.

일반적으로, 확산렌즈의 곡률반경이 작을수록, 유효범위가 클수록 광은 보다 넓은 범위로 확산 되지만, 상대적으로 광의 손실이 커지기 때문에, 광 손실을 최소화하기 위해서, 본 발명에서는, 제1 ~ 제4곡률반경 및 제1 ~ 제4유효직경의 범위를 상기한 범위로 한정하는 것이다.

그러나, 용도에 따라서는, 광량의 손실을 허용해, 보다 넓은 범위로 조명하고 싶은 경우나, 좁은 범위에서도 균일한 조도를 요구하는 경우도, 고려될 수 있다.

따라서, 본 발명에서는, 확산렌즈의 곡률반경 및 유효직경의 범위를 상기의 범위로 한정하는 것은 아니며, 용도에 따라, 상기의 범위를 벗어나는 것도 가능하다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 확산렌즈는, 제1 및 제2렌즈면에 형성된 오목면을 통해 광을 확산시킴으로써, 확산렌즈의 중심부, 주변부 및 측면부에 균일한 광을 분포시키는 역할을 한다.

도 8은 본 발명에 따른 확산렌즈의 각 영역에서의 광확산 경로를 나타낸 것으로, LED 소자로부터 발생된 광이, 제1렌즈면(130A)의 제1오목면 ~ 제3오목면(131~133) 및 제1평면부(135A)를 통해, 제2렌즈면(130B)의 제4오목면(134) 및 제2평면부(135B)를 통과하는 광의 확산경로를 보여준 것이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 확산렌즈를 통과하는 광은, 아래와 같이, 렌즈를 5 영역(A ~ E)으로 구분하여 설명할 수 있다.

즉, LED 소자로부터 발생된 광은, 제1렌즈면(130A)의 제1오목면(131)을 통과해, 제2렌즈면(130B)의 제4오목면(134)을 통과하는 A 영역, 상기 제1렌즈면(130A)의 제1오목면(131)을 통과해, 제2렌즈면(130B)의 제2평면부(135B)를 통과하는 B 영역, 제1렌즈면(130A)의 제2오목면(132)을 통과해, 상기 제2렌즈면(130B)의 제2평면 부(135B)를 통과하는 C 영역, 제1렌즈면(130A)의 제3오목면(133)을 통과해 제2렌즈면(130B)의 제2평면부(135B)를 통과하는 D 영역, 및 제1렌즈면(130A)의 제1평면부(135A)를 통과해, 제2렌즈면(130B)의 제2평면부(135B)를 통과하는 E 영역으로 구분될 수 있다.

살펴본 바와 같이, 오목렌즈의 특성에 의하여, 확산렌즈는, 중심부로부터 발생되는 광을 확산시키되, 상기 오목면의 곡률반경에 의해서, 그 확산 정도가 달라지게 된다. 즉, 곡률반경이 작은 중심영역(A)에서, 렌즈를 투과하는 광이 주변으로 꺽어지는 정도가 가장 크게 나타나며, 중심영영(A)으로부터 멀어질수록, 그 꺽임각이 작아지는 것을 알 수 있다.

이와 같이, 본 발명은, 이러한 오목렌즈의 원리를 이용하여, 확산렌즈의 일면 및 다른면에 오목면을 두어, LED 소자로부터 발생된 광을 주변부 및 측면부로 확산시켜, 전체적으로 넓은 범위에서 균일한 조도를 유지할 수 있도록 한다.

앞서 설명한 바와 같이, 곡률반경이 커질수록, 유효직경이 작아질수록, 광은 넓은 범위로 확산될 수 있지만, 광손실을 초래할 수 있으며, 곡률반경이 작아질수록, 유효직경이 커질수록, 광의 확산범위는 좁아지지만, 광손실을 최소화할 수 있다.

따라서, 도 9 ~ 도 12에, 본 발명에서 한정하는 곡률반경의 상한치 및 유효직경의 하한치를 가지는 렌즈와, 곡률반경의 하한치 및 유효직경의 상한치를 가지는 렌즈에 대한 광 특성에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내었다.

우선, 도 9 및 도 10은, 곡률반경의 상한치 및 유효직경의 하한치를 가지는 확산렌즈에 대한 발광각 특성(도 9)과 배광 분포(도 10)를 각각 나타낸 것이다.

이때, LED 소자의 중심과 상기 LED 소자와 대향하는 제1렌즈면의 중심과의 거리(L)가 3 ㎜ 일 때, 제1 ~ 제4곡률반경(r1 ~ r4) 및 제1 ~ 제4유효직경(D1 ~ D4)은, r1=3.6㎜, r2=11.1㎜, r3=500㎜, r4=20.1㎜, D1=3㎜, D2=3.69㎜, D3=5.01㎜, D4=3㎜이며, 확산렌즈의 직경(D)가 17㎜ 이고, 평면부의 두께(t)는 2.1㎜ 로 가정하여 계산한 결과이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 종래에 비해(도 1 참고), 본 발명의 확산렌즈를 통해, 중심부의 발광세기는 줄었지만, 주변부의 발광세기가 상대적으로 강해져, 중심부와 주변부의 광조도가 균일해진 것을 알 수 있다. 이때, 광의 세기가 주변부에 상대적으로 많이 몰려있지만, 이는 중심부에서보다 주변부의 거리가 더 멀기 때문에, 관측자는 실질적으로 광범위한 범위에서 균일한 조도를 느낄 수 있게 된다.

도 10에 도시된 바와 같이, X축 및 Y축에 대한 배광분포는, 종래에 비해(도 2 참고), 확산렌즈로 인해, 광의 최고세기는 줄었지만, 광분포가 중심부에서부터 주변부로까지 넓게 펴져 분포하는 것을 알 수 있다.

또한, 도 11 및 도 12는, 곡률반경의 하한치 및 유효직경의 상한치를 가지는 확산렌즈에 대한 발광각 특성(도 11)과 배광 분포(도 12)를 각각 나타낸 것이다.

이때, LED 소자의 중심과 상기 LED 소자와 대향하는 제1렌즈면의 중심과의 거리(L)가 3㎜ 일 때, 제1 ~ 제4곡률반경(r1 ~ r4) 및 제1 ~ 제4유효직경(D1 ~ D4)은, r1=2.4mm, r2=7.5mm, r3=30mm, r4=6mm, D1=3.6mm, D2=5.01mm, D3=7.2mm, D4=3.39mm이며, 확산렌즈의 직경(D)가 D= 17㎜ 이고, 평면부의 두께(t)는 2.1㎜ 로 가정하여 계산한 결과이다.

먼저, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 곡률반경이 하한치를 가지며, 유효직경이 상한치를 갖는 확산렌즈를 적용할 경우, 곡률반경의 상한치 및 유효직경의 하한치를 가지는 확산렌즈를 적용한 경우(도 9 및 도 10참고)와 비교하여, 발광각 특성이 향상되었음을 알 수 있다. 즉, 주변부에서 측면부까지 넓은 범위에 걸쳐서 발광각을 나타내고 있다. 그러나, 광의 확산범위가 주변부로 넓어짐에 따라, 광의 세기는 더욱 약해진 것을 알 수 있다. 이는, 앞서 설명한 바와 같이, 곡률반경이 작아지고, 유효직경이 커졌기 때문이며, 본 발명에서는 곡률반경 및 유효직경의 조절을 통해 배광분포 특성 및 광세기 특성을 제어할 수 있다.

위 결과(도 9 ~ 도 12)는, 본 발명에서 한정한 곡률반경 및 유효직경의 상한치 및 하한치를 각각 비교하여, 이들 값에 따른 배광 분포특성을 보여주고자 한 것이다.

한편, 도 4 ~ 도 7은, 확산렌즈에 형성된 오목면(131~133, 231~233)이, 구면 형상인 경우를 나타내었으나, 본 발명에서, 상기 오목면은 비구면이나, 원기둥면 형상도 가능하다.

도 13은 확산렌즈의 오목면이 원기둥면 형상(즉, 실린더 렌즈)으로 이루어진 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 것이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 조명용 광학소자의 확산렌즈(320)는, 제1 ~ 제3오목면(321~333)을 갖는 제1오목부(336A) 및 제1평면부(335A)로 이루어진 제1렌즈면(330A)과, 제4오목면(334)을 갖는 제2오목부(336B) 및 제2평 면부(335B)로 이루어진 제2렌즈면(330B)을 갖도록 설계하되, 상기 제1 ~ 제4오목면(321~334)이 원기둥면 형상을 갖도록 설계한 것이다. 이때, 상기 제2평면부(335B)를 프레넬 렌즈로 형성하는 것도 가능하다.

상기한 바와 같이, 원기둥면 형상의 실린더 렌즈로 이루어진 본 발명의 확산렌즈(330)는, 원기둥면 형상의 곡률을 가진 방향으로만(X축 방향) 광이 확산되며, 이와 직교하는 방향(즉, Y축 방향)으로의 확산은 발생되지 않는다. 따라서, 특정방향으로만 광을 확산시킬 수가 있어, 도로 조명등이나, 좁고 긴 영역을 조명하는데 적용이 적합하다.

도 14 및 도 15는 도 13에 도시된 확산렌즈의 발광각 및 배광 분포를 각각 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 특정방향(곡률을 가진 방향, X축 방향)으로의 광의 확산이 광범위하게 이루어졌으나, 곡률이 없는 방향(Y축 방향)으로는 광의 확산이 발생되지 않아, 중심부에만 광이 분포되어 있는 것을 알 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 중심으로부터 멀어질수록 곡률이 작아지는(곡률반경이 커지는) 오목면을 가지는 확산렌즈를 둠으로써, 넓은 범위에 걸쳐서 즉, 중심부, 주변부 및 측부에 걸쳐서 광의 균일한 조도를 구현할 뿐 아니라, 오목면의 곡률반경 및 유효직경 그리고, 그 형상을 적절히 조절함으로써, 용도에 따라, 발광각 범위 및 광의 분포 방향을 조절할 수 있도록 한다.

한편, 본 발명은, 상기의 확산렌즈를 이용한 조명장치도 함께 제공한다.

도 16 및 도 17은 본 발명에 따른 확산렌즈를 이용한 조명장치의 단면을 개 략적으로 나타낸 것으로, 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른, 조명장치(400)는, 복수의 LED 소자(420)를 실장한 인쇄회로기판(410)과 상기 LED 소자(420) 상부에 마련된 확산렌즈(430)와, 상기 인쇄회로기판(410)의 하부에 마련되어, 상기 LED 소자(420)로부터 발생된 열을 외부로 방출하는 방열체(450,455) 및 상기 방열체(450,455) 하부에 마련되어, 상기 LED 소자(420)를 구동시키기 위한 구동신호를 발생시키는 구동부(460)를 포함하여 구성된다.

상기 LED 소자(420)는, 임의 n x m 행렬을 가지며, 상기 인쇄회로기판(410)을 통해 전기적으로 연결된 LED 소자(420)들이 매트릭스 형태로 구성된 LED 모듈을 구성하며, 상기 LED 소자(420)와 상기 확산렌즈(430) 사이의 간격을 유지시켜 주기 위한 스페이서(440)가 인쇄회로기판(410) 상에 마련되어 있다.

상기 확산렌즈(430)는 각각의 LED 소자(420)와 대응하는 영역에, 독립적으로 마련되어 있으며, 이에 따라, 상기 스페이서(440)는 각각의 LED 소자(420) 마다에 배치된다.

한편, 상기 확산렌즈(430)는, LED 모듈을 한번에 수용할 수 있도록, 일체형구조로 구성하는 것도 가능하다. 즉, 도 17에 도시된 바와 같이, 각각의 LED 소자(420)와 대응하는 영역에, 본 발명에서 제안하는 오목면을 가지되, LED 모듈 상부를 연속적으로 커버하도록, 일체형 구조로 형성하는 것도 가능하다.

상기 방열체(450,455)는, 방열기판(450)과 상기 방열기판(450)으로부터 인출된 방열핀(455)으로 구성되며, 상기 방열핀(450)은 방열면적을 넓혀, 더욱 향상된 방열효과를 가져오게 된다.

그리고, 상기 구동부(360) 하부에는 상기 구동부에 전원을 인가하기 위한 전원부(미도시)와의 컨택을 위한, 커넥터부(connector; 470)가 추가로 구성되어 있다.

본 발명의 기본 개념은, 도 4, 5, 6, 7, 13에 도시된 확산렌즈, 이를 이용한 광학소자 및 조명장치를 제공하는 것으로, 본 발명에서 제안한 확산렌즈를 포함하기만 한다면, 도 16 및 도 17에 도시된 조명장치의 구성은, 얼마든지 변형가능하다.

따라서, 서로 다른 곡률반경을 가지는 적어도 두 개 이상의 오목면을 가지는 렌즈면을 갖는 본 발명의 확산렌즈를 통해, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이고, 이에 따라, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 적어도 두 개 이상의 곡률반경을 가지는 확산렌즈를 통해, 중심부, 주변부 및 측면에 이르기까지 넓은 범위에 걸쳐서 균일한 배광특성을 구현할 수 있는 조명용 광학소자 및 조명장치를 제공한다.

또한, 본 발명은, 확산렌즈의 구조변경을 통해, 넓은 범위에 걸쳐서 균일한 조도를 갖도록 함에 따라, 광학소자의 증가없이도, 저비용으로 광범위하고, 균일한 조도를 갖는 조명용 광학소자를 제공한다.

더욱이, 본 발명은, 확산렌즈에 형성된 오목면의 형상, 곡률반경 및 유효범위의 변경을 통해, 발광범위, 발광세기 등을 자유롭게 조절하여, 용도에 맞는 조명용 광학소자 및 조명장치를 제공한다.

Claims

인쇄회로기판;

상기 인쇄회로기판 상에 실장된 LED 소자; 및

상기 LED 소자 상부에, 적어도 두 개 이상의 곡률반경을 가지는 오목면이 형성되고, 상기 오목면과 대응하는 다른 일면에 또 다른 오목면을 가지는 확산렌즈;

를 포함하며,

상기 확산렌즈의 일면은,

중심부에 제1곡률반경(r1)을 가지는 제1오목면;

상기 제1오목면의 외측을 따라, 제2곡률반경(r2)을 가지는 제2오목면; 및

상기 제2오목면의 외측을 따라, 제3곡률반경(r3)을 가지는 제3오목면;

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 조명용 광학소자.
삭제
제1항에 있어서,

상기 제1오목면으로부터 멀어질수록 오목면의 곡률반경이 커지는 것을 특징으로 하는 조명용 광학소자.
제3항에 있어서,

상기 제1 ~ 제3곡률반경에 대한, 곡률반경의 상대적인 크기는, 제1곡률반경(r1)〈 제2곡률반경(r2)〈 제3곡률반경(r3) 순으로 형성된 것을 특징으로 조명용 광학소자.
제1항에 있어서,

상기 LED 소자의 중심과 상기 확산렌즈의 일면의 중심과의 거리를 L이라 할때,

상기 확산렌즈의 직경(D)은, 3.4L ≤ D ≤ 11.4L 인 것을 특징으로 하는 조명용 광학소자.
제1항 또는 제5항에 있어서,

상기 제1곡률반경(r1)은, 0.8L ≤ r1 ≤ 1.2L 인 것을 특징으로 하는 조명용 광학소자.
제1항 또는 제5항에 있어서,

상기 제1오목면의 제1유효직경(D1)은, 1.0L ≤ D1 ≤ 1.23L 인 것을 특징으로 하는 조명용 광학소자.
제1항 또는 제5항에 있어서,

상기 제2곡률반경(r2)은, 2.5L ≤ r2 ≤ 3.7L 인 것을 특징으로 하는 조명용 광학소자.
제1항 또는 제5항에 있어서,

상기 제2오목면의 제2유효직경(D2)은, 1.23L ≤ D2 ≤ 1.67L 인 것을 특징으로 하는 조명용 광학소자.
제1항 또는 제5항에 있어서,

상기 제3곡률반경(r3)은, 10L ≤ r3 ≤ 167L 인 것을 특징으로 하는 조명용 광학소자.
제1항 또는 제5항에 있어서,

상기 제3오목면의 제3유효직경(D3)은, 1.67L ≤ D3 ≤ 2.4L 인 것을 특징으로 하는 조명용 광학소자.
제1항에 있어서,

상기 확산렌즈의 일면은,

상기 제1 ~ 제3오목면을 제외한 영역이 평평한 면으로 이루어진 제1평면을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 조명용 광학소자.
제1항에 있어서,

상기 확산렌즈의 다른 일면은,

중심부에, 제4곡률반경(r4)을 가지는 제4오목면을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 조명용 광학소자.
제13항에 있어서,

상기 LED 소자의 중심과 상기 확산렌즈의 일면의 중심과의 거리를 L이라 할때,

상기 제4곡률반경(r4)은, 2L ≤ r4 ≤ 6.7L 인 것을 특징으로 하는 조명용 광학소자.
제14항에 있어서,

상기 제4오목면의 제4유효직경(D4)은, 0.86L ≤ D4 ≤ 1.13L 인 것을 특징으로 하는 조명용 광학소자.
제13항에 있어서,

상기 확산렌즈의 다른 일면은,

상기 제4오목면을 제외한 영역이 평평한 면으로 이루어진 제2평면을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 조명용 광학소자.
제12항 또는 제16항에 있어서,

상기 제1 및 제2평면 간의 두께(t)는, 1㎜ ≤ t ≤ 1.3L 인 것을 특징으로 하는 조명용 광학소자.
제13항에 있어서,

상기 확산렌즈의 다른 일면에 형성된, 제4오목면을 제외한 영역이, 프레넬 렌즈로 구성된 것을 특징으로 하는 조명용 광학소자.
제1항에 있어서,

적어도 두 개 이상의 곡률반경을 가지는 오목면 또는 상기 오목면에 대응하는 다른 일면에 또 다른 오목면은, 구면, 비구면 또는 원기둥면 형상 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 조명용 광학소자.
적어도 두 개 이상의 서로 다른 곡률(curverture)을 가지는 오목면으로 구성된 제1오목부를 포함하는 제1면; 및

상기 제1오목부와 대응하는 영역에 또 다른 곡률을 가지는 오목면으로 구성된 제2오목부를 포함하는 제2면;

을 포함하여 구성되며,

상기 제1오목부를 제외한 제1면의 외곽은, 평평한 제1평면부로 구성된 것을 특징으로 하는 조명용 광학소자의 확산렌즈.
삭제
제20항에 있어서,

상기 제1면의 제1오목부는,

상기 제1면의 중심부에, 제1곡률을 가지는 제1오목면;

상기 제1오목면의 외곽을 따라, 제2곡률을 가지는 제2오목면; 및

상기 제2오목면을 따라, 제3곡률을 가지는 제3오목면;

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 조명용 광학소자의 확산렌즈.
제22항에 있어서,

상기 제1 ~ 제3곡률은, 상기 제1면의 중심으로부터 멀어질수록 작아지는 것을 특징으로 하는 조명용 광학소자의 확산렌즈.
제20항에 있어서,

상기 제2오목부를 제외한 제2면의 외곽은, 평평한 제2평면부로 구성된 것을 특징으로 하는 조명용 광학소자의 확산렌즈.
제20항에 있어서,

상기 제2오목부를 제외한 제2면의 외곽은, 프레넬 렌즈부로 구성된 것을 특징으로 하는 조명용 광학소자의 확산렌즈.
제20항에 있어서,

상기 제1 및 제2오목부는, 구면, 비구면 또는 원기둥면 형상 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 조명용 광학소자의 확산렌즈.
삭제
인쇄회로기판;

상기 인쇄회로기판 상에 실장된 복수의 LED 소자; 및

상기 LED 소자 상부에 마련된 확산렌즈;를 포함하여 구성되며,

상기 확산렌즈는,

각각의 LED 소자의 대향면에, 적어도 두 개 이상의 서로 다른 곡률반경을 가지는 복수의 오목면으로 구성된 제1오목부를 포함하는 제1렌즈면; 및

중심부가 오목면으로 구성된 제2오목부를 포함하는 제2렌즈면;

을 포함하여 구성되며,

상기 제1오목부는,

제1렌즈면의 중심부에, 제1곡률반경(r1)을 가지는 제1오목면;

상기 제1오목면의 외곽을 따라, 제2곡률반경(r2)을 가지는 제2오목면; 및

상기 제2오목면을 따라, 제3곡률반경(r3)을 가지는 제3오목면;

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 조명장치.
제28항에 있어서,

상기 제1렌즈면의 중심부로부터 멀어질수록 곡률반경이 커지는 것을 특징으로 하는 조명장치.
삭제
제28항에 있어서,

상기 LED 소자의 중심과 상기 제1렌즈면의 중심과의 거리를 L이라 할 때,

상기 확산렌즈의 직경(D)은, 3.4L ≤ D ≤ 11.4L 인 것을 특징으로 하는 조명장치.
제28항 또는 제31항에 있어서,

상기 제1곡률반경(r1)은, 0.8L ≤ r1 ≤ 1.2L 인 것을 특징으로 하는 조명장치.
제28항 또는 제31항에 있어서,

상기 제1오목면의 제1유효직경(D1)은, 1.0L ≤ D1 ≤ 1.23L 인 것을 특징으로 하는 조명장치.
제28항 또는 제31항에 있어서,

상기 제2곡률반경(r2)은, 2.5L ≤ r2 ≤ 3.7L 인 것을 특징으로 하는 조명장치.
제28항 또는 제31항에 있어서,

상기 제2오목면의 제2유효직경(D2)은, 1.23L ≤ D2 ≤ 1.67L 인 것을 특징으로 하는 조명장치.
제28항 또는 제31항에 있어서,

상기 제3곡률반경(r3)은, 10L ≤ r3 ≤ 167L 인 것을 특징으로 하는 조명장치.
제28항 또는 제31항에 있어서,

상기 제3오목면의 제3유효직경(D3)은, 1.67L ≤ D3 ≤ 2.4L 인 것을 특징으로 하는 조명장치.
제28항에 있어서,

상기 제1렌즈면에 대하여, 상기 제1오목부의 외측영역은, 평평한 제1평면부로 이루어진 것을 특징으로 하는 조명장치.
제28항에 있어서,

상기 제2오목부는,

상기 제2렌즈면의 중심부에, 제4곡률반경(r4)을 가지는 제4오목면을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 조명장치.
제39항에 있어서,

상기 제4곡률반경(r4)은, 2L ≤ r4 ≤ 6.7L 인 것을 특징으로 하는 조명장치.
제39항에 있어서,

상기 제4오목면의 제4유효직경(D4)은, 0.86L ≤ D4 ≤ 1.13L 인 것을 특징으로 하는 조명장치.
제28항에 있어서,

상기 제2렌즈면에 대하여, 상기 제2오목부의 외측영역이, 평평한 제2평면부로 구성된 것을 특징으로 하는 조명장치.
제28항에 있어서,

상기 제2렌즈면에 대하여, 상기 제2오목부의 외측영역이, 프레넬 렌즈로 구성된 것을 특징으로 하는 조명장치.
제28항에 있어서,

상기 제1 및 제2오목부는, 구면, 비구면 또는 원기둥면 형상 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 조명장치.
제28항에 있어서,

상기 확산렌즈는, 각각의 LED 소자마다에, 독립적으로 형성된 것을 특징으로 하는 조명장치.
제45항에 있어서,

상기 인쇄회로기판 상에, 상기 각각의 LED 소자와 상기 확산렌즈 사이의 거리를 유지시켜주는 스페이서를 더 포함하되, 상기 스페이서는, 각각의 LED 소자 영 역에 개별적으로 형성된 것을 특징으로 하는 조명장치.
제28항에 있어서,

상기 확산렌즈는, 복수의 LED 소자를 모두 수용하도록, 일체형으로 형성된 것을 특징으로 하는 조명장치.
제47항에 있어서,

상기 인쇄회로기판 상에, 상기 복수의 LED 소자와 상기 확산렌즈 사이의 거리를 유지시켜주는 스페이서를 더 포함하되, 상기 스페이서는, 광학소자의 최외곽 영역에 형성된 것을 특징으로 하는 조명장치.
제28항에 있어서,

상기 인쇄회로기판 하부에 형성되며,

그 하부에 복수의 방열핀을 가지는 방열기판; 및

상기 LED 소자를 구동시키는 구동부;

를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 조명장치.