KR100960735B1

KR100960735B1 - Ｌｅｄ 집광렌즈를 이용한 ｌｅｄ조명장치

Info

Publication number: KR100960735B1
Application number: KR1020090073695A
Authority: KR
Inventors: 김용철
Original assignee: 김용철
Priority date: 2009-08-11
Filing date: 2009-08-11
Publication date: 2010-06-01

Abstract

본 발명은 LED 집광렌즈 및 이 집광렌즈를 이용한 LED 조명장치에 관한 것으로서, 광원이 수용되는 수용홈을 갖으며, 수용홈 측에서 반대편 단부 측으로 외경이 확장되게 형성되어 이 경사를 따라 광원의 빛이 집광되면서 투과 또는 전반사되는 제 1 렌즈면과; 상기 제 1 렌즈면의 단부에 평면으로 형성되어 광원의 빛이 투과되는 제 2 렌즈면;을 포함하는 집광렌즈 및 이 집광렌즈를 이용한 조명장치를 구성함으로써, 집광렌즈에 의해서 LED에서 발산된 빛이 전면으로 집광되어, 종래보다 먼 거리에서도 동일한 광도를 유지하면서 무대조명등으로서 사용할 수 있게 된다.

집광렌즈, 볼록렌즈, 플랜지, 렌즈군, 조명장치, 방열핀, LED

Description

ＬＥＤ 집광렌즈를 이용한 ＬＥＤ조명장치{Illuminator having ＬＥＤ lens}

본 발명은 LED 집광렌즈를 이용한 LED 조명장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광원으로 사용되는 LED에서 발산된 빛을 집광시켜 원거리 조명이 가능하도록 한 LED 집광렌즈를 이용한 LED 조명장치에 관한 것이다.

일반적으로, 발광다이오드(Light Emitting Diode: 이하, "LED" 라 함)는 반도체의 P-N 접합구조를 이용하여 주입된 소수 캐리어를 생성시키고, 이들의 재결합에 의해 빛이 발광되는 소자이다.

이러한 LED는 전력에너지를 빛에너지로 변환시키는 효율이 뛰어나기 때문에 조명장치의 광원용으로 이용되고 있으며, 이를 위해서는 독립적인 다수의 LED를 직렬 및 병렬로 연결하여 조명을 위한 충분한 광도를 얻도록 구성하는데, 각각의 LED는 방열을 위하여 일정 거리 이격시켜 배열해야 한다.

이와 같은 LED는 방열 효율이 좋은 금속재질의 인쇄회로기판(Printed Circuit Board: 이하, "기판" 이라 함)에 집적되어, 광원으로서 사용된다.

이와 같이 설치된 LED는 통상 120도 정도의 조도 범위를 갖는 바, 따라서 무대 조명등으로 사용하기에는 확산범위가 너무 크다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 이러한 넓은 확산범위를 갖는 LED의 광을 집광하여 발산된 빛의 직진성을 높여주기 위한 LED 집광렌즈 및 이 집광렌즈를 이용한 LED 조명장치를 제공하는 것이다.

전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본원발명의 일 측면에 따른 LED 집광렌즈는, LED 광원에서 발산된 빛을 집광시켜 조명하는 집광렌즈에 있어서, 상기 집광렌즈는, 광원이 수용되는 수용홈을 갖으며, 수용홈 측에서 반대편 단부 측으로 외경이 확장되게 형성되어 이 경사를 따라 광원의 빛이 집광되면서 투과 또는 전반사되는 제 1 렌즈면과; 상기 제 1 렌즈면의 단부에 평면으로 형성되어 광원의 빛이 투과되는 제 2 렌즈면;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제 1 렌즈면의 수용홈에는 광원에서 발산된 빛을 제 2 렌즈면으로 모아 집광시키는 볼록렌즈부가 돌출 형성되고, 상기 제 2 렌즈면의 외주연부에는 돌출된 플랜지가 형성되되, 상기 플랜지는 육각형상으로 형성되어, 다수의 집광렌즈가 허니콤구조로서 배열 설치된 렌즈군을 구성하게 된다.

또한, 상기 집광렌즈를 통한 광원의 빛은 적색, 녹색, 청색, 흰색 중 어느 하나의 색상 또는 이들이 조합된 색상으로 출사되어 발광되도록 구성됨이 바람직하다.

한편, 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본원발명의 다른 측면에 따른 LED 집광렌즈를 이용한 LED 조명장치는, 조명장치의 상부에 구성되는 상부커버와; 상기 상부커버의 하부에 설치되는 한편 그 하면에는 다수의 LED가 설치되는 기판과; 상기 LED에 대응한 다수의 집광렌즈가 기판의 하면에 허니콤구조로서 배열되어 설치되는 렌즈군과; 상기 렌즈군의 하면에 설치되는 투과판과; 상기 투과판의 하면에 배치되어 상부커버에 착탈가능하게 결합되는 하부커버;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 집광렌즈를 이용한 조명장치에 의해 달성된다.

그리고, 상기 상부커버의 상면에는 다수의 방열핀이 돌출 형성되고, 상기 상부커버와 기판 사이에는 절연과 더불어 기판의 열을 방열시키는 방열판이 설치됨이 바람직하다.

본 발명의 집광렌즈 및 이 집광렌즈를 이용한 조명장치에 따르면, 집광렌즈에 의해서 LED에서 발산된 빛이 전면으로 집광되면서 발산됨으로써, 종래보다 원거리의 조명이 가능할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에서는 전술한 바와 같이 LED의 개수를 줄여 LED의 집적률을 감소시킬 수 있으므로 발열량이 감소되어 LED 및 조명장치의 손상을 방지할 수 있게 된다.

그리고, 본 발명에 따라 설치되는 LED를 종래와 동일한 개수로 설치하는 경우에는 광량 및 광도를 더욱 증가시킬 수 있게 된다.

특히, 여러가지 색채의 LED 들을 사용하는 경우, 하나의 조명등으로서 여러가지 무대조명을 대신할 수 있는 장점이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

첨부도면 도 1 내지 도 6은 본 발명에 따른 집광렌즈 및 이 집광렌즈를 이용한 조명장치를 도시한 도면이다.

먼저, 본 발명의 집광렌즈(200)는 광원에서 발산된 빛을 집광시켜 조명하는 구성으로서, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 크게 제 1 렌즈면(210)과, 제 2 렌즈면(220)으로 나눌 수 있다.

상기 제 1 렌즈면(210)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 집광렌즈(200)의 측면을 이루고, 광원에서 발산된 빛이 일정각도의 반각(half angle) 또는 지향각을 가지도록 후술될 수용홈(211) 측에서 제 2 렌즈면(220) 측으로 갈수록 외경이 점차적으로 확장되게 형성된다.

그리고, 상기 제 1 렌즈면(210)의 상면 중앙부에는 광원인 LED(131)가 수용되는 수용홈(211)이 형성되고, 상기 수용홈(211)의 내측 바닥면에는 LED(131)에서 발산된 빛을 후술될 제 2 렌즈면(220)으로 모아 집광시키는 볼록렌즈부(212)가 돌출 형성된다.

상기 제 2 렌즈면(220)은 제 1 렌즈면(210)의 하단부에 평면으로 형성되어 LED(131)에서 발산된 빛이 투과된다.

따라서, 상기 LED(131)에서 발산된 빛은 수용홈(211)에 집중적으로 수용되고, 제 1 렌즈면(210)의 경사를 따라 전반사되며, 투과된 빛은 제 2 렌즈면(220)을 통해 출력된다.

그리고, 상기 제 2 렌즈면(220)의 외주연부에는 플랜지(221)가 돌출 형성되되, 상기 플랜지(221)는 육각형상으로 형성되어, 도 3에서와 같이 다수의 집광렌즈(200)로 렌즈군(L)을 이룰 때 서로 인접한 집광렌즈(200)가 육각형상의 플랜지(221)에 의해서 허니콤구조로서 배열되어 설치된다.

이때, 상기와 같은 렌즈군(L)의 허니콤구조는 삼각 또는 사각 형상 등과 같은 기타 다른 형상에 의한 결합력보다 각 집광렌즈(200) 간의 결합력 및 결속력이 우수한 장점이 있다. 따라서, 상기 플랜지(221)는 육각형상 이외의 다른 형상으로 형성될 수도 있지만, 전술한 바와 같은 이유로 인해 육각형상으로 형성하는 것이 가장 바람직하다.

또한, 상기와 같이 형성된 집광렌즈(200)는 LED(131)에서 발산된 빛이 집광렌즈(200)를 통해 적색, 녹색, 청색, 흰색 중 어느 하나의 색상으로 발광되도록 구성될 수 있다.

즉, 상기 집광렌즈(200)는 성형 시 성형되는 집광렌즈(200)에 적색, 녹색, 청색, 흰색 중 어느 하나의 색상을 일체로 입힐 수 있고, 또는 위 색상 중 어느 하나의 색상을 제 1,2 렌즈면(210)(220)에 코팅하거나 또는 필름지를 부착하여 성형할 수도 있으나, 이에 국한되거나 한정되지 않고 다양한 수단과 방법을 통해 다양 한 형태로 실시될 수 있음은 자명하다.

또한, 이와 같이 형성된 다수의 집광렌즈(200)가 허니콤구조의 렌즈군(L)을 이루면, LED(131)에서 발산된 빛이 적색, 녹색, 청색, 흰색 중 어느 하나의 색상 또는 이들이 조합된 색상으로 발광될 수 있다.

이때, 상기와 같이 렌즈군(L)을 이루는 적색, 녹색, 청색의 집광렌즈(200)는 삼각형상의 대형으로 규칙적으로 배열되어 설치됨으로써, LED(131)의 동시 발광 시는 적, 녹, 청색으로 출사되는 빔이 색혼합된 백색광을 얻을 수 있게 된다.

한편, 다른 예로는 집광렌즈(200)는 투명한 흰색으로 형성하는 한편 집광렌즈(200)의 수용홈(211)에 수용되는 LED(131)를 적, 녹, 청, 흰색 LED(131)로 구성하여, 전술한 바와 같은 작용을 이룰 수도 있다.

그리고, 상기와 같이 구성된 집광렌즈(200)를 이용한 조명장치(100)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상부커버(110)와, 기판(130), 다수의 집광렌즈(200)가 집적되어 설치된 렌즈군(L), 투과판(140), 하부커버(150) 등으로 대별되어 구성된다.

상기 상부커버(110)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 조명장치(100)의 상부에 설치되는 구성으로서, 그 하부에는 기판(130)이 설치되고, 상면에는 기판(130)에서 발열된 열을 외부로 방열시키기 위한 다수의 방열핀(111)이 돌출 형성된다. 그리고, 상기 상부커버(110)의 하면 가장자리 부위에는 등간격으로 이격된 다수의 결합공(112)이 형성된다.

상기 기판(130)은 상부커버(110)의 하부에 설치되는 인쇄회로기판으로서, 그 하면에는 다수의 LED(131)가 각각 기판(130)에 전기적으로 접속되어 설치된다.

그리고, 상기 기판(130)과 상부커버(110) 사이에는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 기판(130)에서 발열된 열의 방열효율을 높이기 위해서 열전도율이 좋은 박판의 방열판(120)이 개재되어 설치된다. 이와 같이 설치된 방열판(120)은 기판(130)의 열을 방열시킬 뿐만 아니라 기판(130)과 상부커버(110) 사이를 절연시켜 줌으로써 감전 등의 안전사고를 사전에 방지하게 된다.

또한, 상기 렌즈군(L)은 전술한 바와 같은 다수의 집광렌즈(200)가 허니콤구조로서 배열 설치된 것으로, 상기 기판(130)의 하면에 LED(131)에 대응되게 설치된다. 즉, 상기 렌즈군(L)을 이루는 각각의 집광렌즈(200)가 LED(131)에 일대일 대응되게 설치된다. 따라서, 상기 집광렌즈(200)의 수용홈(211)에는 도 6에서와 같이, 각각의 LED(131)가 삽입되어 수용된다. 그리고, 상기 렌즈군(L)을 이루는 적색, 녹색, 청색, 흰색의 집광렌즈(200)는 규칙적으로 배열되어 설치된다. 즉, 상기 적색, 녹색, 청색 집광렌즈(200)는 삼각형상의 대형으로 규칙적으로 설치되므로 LED(131)의 동시 발광 시는 적, 녹, 청색으로 출사되는 빔이 색혼합되어 백색광을 얻을 수 있게 된다.

상기 렌즈군(L)의 하면에는 빛이 투과되는 투명 또는 반투명 재질의 투과판(140)이 설치되되, 상기 투과판(140)은 강화유리로 형성됨이 바람직하다. 이와 같이 설치된 투과판(140)에 의해서 지지된 렌즈군(L)은 투과판(140)과 기판(130) 사이에서 견고하게 고정 설치된다.

그리고, 상기 하부커버(150)는 링형태로 형성되고, 그 일측에는 상부커 버(110)의 결합공(112)에 대응한 결합공(151)이 천공되어, 이 결합공(112)(151)에 나사 결합되는 볼트(160)로서 상부커버(110)에 착탈가능하게 결합된다. 따라서, 이와 같이 결합된 상부커버(110)와 하부커버(150) 사이에는 도 5 및 도 6에서와 같이, 방열판(120)과, 기판(130), 투과판(140)이 고정되게 설치된다.

이상과 같이 구성된 본 발명의 집광렌즈 및 이 집광렌즈를 이용한 조명장치는, 기판(130)에 설치된 LED(131)에서 발산된 빛이 집광렌즈(200)의 볼록렌즈부(212)에 의해서 제 2 렌즈면(220)으로 집광되는 한편 제 1 렌즈면(210)을 통해 집광되면서 투과판(140)을 통해 조명됨으로써 종래보다 원거리의 무대조명이 가능하다는 장점이 있게 된다.

한편, 집광렌즈가 육각형으로 되어 하니콤 형상으로 함으로써, LED 소자들의 집적도를 높일 수 있는 장점이 있게 되고, 더욱이 대부분의 열이 발생되는 기판(130)의 상면에는 기판(130)의 열을 외부로 신속하게 방열시키기 위한 방열판(120)과 상부커버(110)의 방열핀(111)이 설치되어 있으므로 조명장치(100)의 방열성능이 향상된다.

또한, 상기와 같이 조명되는 LED(131)의 빛은 집광렌즈(200)에 의해서 적색, 녹색, 청색 광선으로 상호 균일하게 분산되어 색혼합이 잘된 백색광을 얻을 수 있고, 적색, 녹색, 청색별로 각각 독립적으로 단독 구동되는 경우에는 동일한 한가지 색상의 광빔으로 출사되어 조명된다.

한편, 이상과 같이 설명한 본 발명은 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 특정 실시예에만 한정되지 않고 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 실시 변경이 가능할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 집광렌즈를 도시한 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 집광렌즈의 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 집광렌즈를 집적한 렌즈군을 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 조명장치를 도시한 분리사시도이다.

도 5는 본 발명에 따른 조명장치를 도시한 결합사사도이다.

도 6은 본 발명에 따른 조명장치를 도시한 결합단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 조명장치 110 : 상부커버

111 : 방열핀 112 : 결합공

120 : 방열판 130 : 기판

131 : LED 140 : 투과판

150 : 하부커버 151 : 결합공

160 : 볼트 200 : 집광렌즈

210 : 제 1 렌즈면 211 : 수용홈

212 : 볼록렌즈부 220 : 제 2 렌즈면

221 : 플랜지 L : 렌즈군

Claims

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집광렌즈를 이용한 조명장치에 있어서,

상기 집광렌즈는, 광원으로서의 LED(131)에서 발산된 빛을 집광시켜 조명하는 집광렌즈로서,

집광렌즈(200)의 측면을 이루고, 광원이 수용되는 수용홈(211)을 갖으며, 광원에서 발산된 빛이 일정각도의 반각(half angle) 또는 지향각을 가지도록 수용홈 (211)측에서 반대편 단부 측으로 외경이 확장되게 형성되는 제 1 렌즈면(210)과;

상기 제 1 렌즈면의 단부에 평면으로 형성되어 광원의 빛이 투과되는 제 2 렌즈면(220);을 포함하되,

상기 제 1 렌즈면의 수용홈(211)에는 광원에서 발산된 빛을 제 2 렌즈면으로 모아 집광시키는 볼록렌즈부(212)가 돌출 형성되며,

상기 제 2 렌즈면의 외주연부에는 돌출된 플랜지(221)가 형성되되, 상기 플랜지는 육각형상으로 형성되어, 다수의 집광렌즈가 허니콤구조로서 배열 설치된 렌즈군을 구성하며,

상기 집광렌즈를 통한 광원은 적색, 녹색, 청색, 흰색 중 어느 하나의 색상 또는 이들이 조합된 색상으로 발광되도록 구성되며,

상기 조명장치(100)는,

조명장치의 상부에 구성되는 상부커버(110)와;

상기 상부커버의 하부에 설치되는 한편 그 하면에는 다수의 LED가 설치되는 기판(130)과;

상기 LED에 대응한 다수의 집광렌즈가 기판의 하면에 허니콤구조로서 배열되어 설치되는 렌즈군(L)과;

상기 렌즈군의 하면에 설치되는 투과판(140)과;

상기 투과판의 하면에 배치되어 상부커버에 착탈가능하게 결합되는 하부커버(150);를 포함하여 구성되며,

상기 상부커버와 기판 사이에는 절연과 더불어 기판의 열을 방열시키는 방열판(120)이 설치되며,

상기 LED(131)에서 발산된 빛은 상기 수용홈(211)에 집중적으로 수용되고, 상기 제 1 렌즈면(210)의 경사를 따라 전반사되면서 집광되며, 상기 제 2 렌즈면(220)을 통해 출력되는 것을 특징으로 하는 집광렌즈를 이용한 조명장치.
제 5 항에 있어서,

상기 상부커버의 상면에는 다수의 방열핀(111)이 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 집광렌즈를 이용한 조명장치.
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