KR101160648B1 - 균일한 배광분포를 가지는 ｌｅｄ 조명 렌즈 - Google Patents

균일한 배광분포를 가지는 ｌｅｄ 조명 렌즈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 균일한 배광분포 및 다른 color를 균일하게 조합하는 LED 조명 렌즈에 관한 것으로, 다른 색상을 발광하는 LED 칩이 다수개 실장된 조명용 LED 모듈에 있어서, 내부에 LED 칩이 구비되고, 상기 LED에서 출사되는 광을 확산시키기 위해 LED를 감싸도록 구비되는 볼록형상을 갖는 볼록렌즈를 포함하며 각각 다른 색상의 광을 출력하는 LED가 배치된 LED 모듈 및 상기 LED 모듈 전면에 구비되며 상기 볼록렌즈를 통해 출사되는 광을 산란시켜 배광분포를 균일화시키기 위한 제 1산란면과 제 2산란면을 포함하는 렌즈부를 포함하는 구성되는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성되는 본 발명은 서로 다른 색상의 LED칩이 실장된 LED 모듈의 광 산란 효과를 극대화하여 최종적으로 출력되는 광의 균일성을 제공할 수 있는 이점이 있다.

Description

균일한 배광분포를 가지는 ＬＥＤ 조명 렌즈{LED LIGHTING LENS}
본 발명은 균일한 배광분포 및 다른 컬러를 균일하게 조합하는 LED 조명 렌즈에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 각각 다른 특정 색상을 발광하는 LED의 배광분포를 균형 있게 조합하여 출사시킬 수 있는 LED 조명렌즈에 관한 것이다.
일반적으로, 발광다이오드(Light Emitting Diode : LED)는 반도체의 P-N 접합 구조를 이용하여 주입된 소수의 캐리어를 만들어내고, 이들의 재결합에 의하여 발광시키는 전광변환 반도체 소자이다. 발광파장은 반도체에 첨가되는 불순물의 종류에 따라 다른데, 예컨대 인화갈륨인 경우, 아연 및 산소 원자가 관여하는 발광은 적색(파장 700nm)이고, 질소 원자가 관여하는 발광은 녹색(파장 550nm)이다. 발광 다이오드는 종래의 광원(光源)에 비해 소형이고, 수명이 길며, 전기에너지가 빛에너지로 직접 변환하기 때문에 전력이 적게 들고 효율이 좋다.
발광 표시 소자 또는 저조도 광원용으로 주로 사용되는 LED는 환경 친화성, 긴 수명, 저 전력 소모, 색 재현성, 고효율 발광성, 정밀 제어성 등에서 많은 장점을 가지고 있으며, 근래 들어 고휘도화 및 박형화라는 기술발전에 힘입어 그 활용 범위가 점차 확대되어 가고 있다.
도 1은 각기 다른 색상의 엘이디가 실장된 하나의 LED모듈을 나타내고 있다. 도면에 나타낸 바와 같이 이러한 엘이디 모듈은 엘이디에서 출사되는 광을 확산시키기 위하여 칩 전면으로 볼록렌즈가 구비되어 있다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 LED 모듈에 따른 배광분포를 나타낸 분포도 및 상태도로써, 이를 살펴보면 기존의 복합 엘이디 모듈은 칩 전면으로 광 확산을 위한 볼록렌즈가 구비됨에도 불구하고 시뮬레이션 통한 지향각 분포결과 배광분포가 오른쪽으로 치우쳐 있는 것을 알 수 있다.
이처럼 서로 다른 색을 발광하는 LED 칩이 실장된 하나의 LED모듈에서 출사되는 광을 효과적으로 산란시켜 최종적으로 출력되는 광이 균일한 광 분포를 갖는 LED모듈용 렌즈가 필요한 실정이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 서로 다른 색을 출사하는 광원들을 산란시켜 균형 있는 배광분포를 가지는 균일한 배광분포를 갖는 LED 조명 렌즈를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 다른 색상을 발광하는 LED 칩이 다수개 실장된 조명용 LED 모듈에 있어서, 내부에 LED 칩이 구비되고, 상기 LED에서 출사되는 광을 확산시키기 위해 LED를 감싸도록 구비되는 볼록형상을 갖는 볼록렌즈를 포함하며 각각 다른 색상의 광을 출력하는 LED가 배치된 LED 모듈과, 상기 LED 모듈 전면에 구비되며 상기 볼록렌즈를 통해 출사되는 광을 산란시켜 배광분포를 균일화시키기 위한 제 1산란면과 제 2산란면을 포함하는 렌즈부를 포함하는 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 렌즈부는, 상기 LED 모듈의 볼록렌즈가 위치할 수 있는 홈이 더 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1산란면은, 내측면은 볼록형상을 가지며, 외측면은 평면형상을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 LED 조명 렌즈는, 저면에 양측에 지지부가 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1산란면은, 광 출사면적을 높이기 위해 상기 조명 렌즈의 저면보다 넓은 직경으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1산란면과 제 2산란면은, 산란물질 도포, 산란 패턴 가공, 화학적 부식 중 어느 하나의 방법의 통해 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 각기 다른 색을 발광하는LED칩이 실장된 LED 모듈에서 출사되는 광을 효과적으로 산란시켜 최종적으로 균일한 색상을 광이 출력되어 이점이 있다.
또한, 균일하게 광이 출사되기 때문에 조명에 적용 시 사용자들의 눈부심을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 조명용 LED 모듈을 나타낸 사시도.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 LED 모듈에 따른 배광분포를 나타낸 분포도 및 상태도,
도 3은 본 발명에 따른 균등한 배광분포를 갖는 LED 조명 렌즈를 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 균등한 배광분포를 갖는 LED 조명렌즈를 나타낸 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 LED 조명렌즈와 LED 모듈의 결합상태를 나타낸 사시도,
도 6은 도 5에 따른 결합상태의 단면을 나타낸 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 다른 실시예로 LED 조명렌즈를 나타낸 단면도,
도 8은 본 발명에 따른 균일한 배광분포를 갖는 LED 조명 렌즈의 배광분포를 나타낸 분포도,
도 9는 본 발명에 따른 균일한 배광분포를 갖는 LED 조명 렌즈를 사용한 상태도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 균일한 배광분포를 갖는 LED 조명 렌즈의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 내부에 LED 칩이 구비되고, 상기 LED에서 출사되는 광을 확산시키기 위해 LED를 감싸도록 구비되는 볼록형상을 갖는 볼록렌즈(110)를 포함하며 각각 다른 색상의 광을 출력하는 LED가 배치된 LED 모듈(100) 및 상기 LED 모듈 전면에 구비되며 상기 볼록렌즈를 통해 출사되는 광을 산란시켜 배광분포를 균일화시키기 위한 제 1산란면과 제 2산란면을 포함하는 렌즈부(200)를 포함하는 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 LED를 이용하여 특정 조명에 사용하기 위한 복합 조명(적색과 녹색)을 사용하기 위해 각각의 광원에서 출력되는 광을 효과적으로 산란시켜 배광분포의 균형을 향상시키고자 하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 LED 모듈(100)은 도 1에 도시된 바와 같이 다수의 엘이디가 실장된 기판(140)과, 상기 기판을 둘러싸도록 구성되며 상기 엘이디에서 출력되는 광을 확산시키기 위한 볼록렌즈(110)가 위치한다.
여기서, 상기 엘이디는 특정 조명에 사용하기 위한 용도로 적색LED(120)와 녹색(Green)LED(130)로 구성되며, 일실시예로 각각 두 개의 엘이디 칩이 배치되며, 녹색 LED 62.2lm과 적색 LED 30.6lm을 가지는 발광 다이오드를 사용하였다. 이러한 엘이디 칩은 기판에 실장되어 하나의 모듈로 구성되어 외부 조명장치에 설치되며, 칩을 감싸도록 구비된 볼록렌즈를 통해 출사되는 광은 1차적으로 확산된다.
렌즈(200)는 상기 LED모듈에 구비된 볼록렌즈를 수용하면서 결합되어 볼록렌즈를 통해 1차적으로 확산된 적색, 녹색 광을 산란시켜 최종적으로 출사되는 광의 배광분포를 균일하게 유지하기 위해 구비된다.
상기 렌즈(200)의 구성을 살펴보면, 볼록렌즈를 통해 출사되는 다시 1차적으로 확산시키는 제 1산란면(210)과, 이 산란면을 통과하는 광을 다시 2차적으로 확산시키기 위한 제 2산란면(220)을 형성한다.
상기 제 2산란면은 외측면은 평면을 가지며 내측면은 볼록 형상을 가지는 것으로, 상기 제 1산란면에서 산란된 적색광과 녹색광을 다시 산란시켜 최종적으로 출력되는 광의 배광분포를 균일하게 하고자 한다.
여기서 상기 제 2산란면(산란층)으로는 금속을 미세한 폭과 간격으로 인쇄하여 형성하거나, 미세한 입자로 증착시켜 형성할 수도 있다. 이와 더불어 SiO2, TiO2와 같은 산란물질을 미세한 입자 형태로 도포하여 형성할 수도 있으며, 다른 방법으로는 산란 효과를 내는 방안으로는 몰드(금형)에 화학적인 방법(몰드 부분에 화학처리)으로 산란 형상이나 패턴을 가공하여 렌즈 사출시 제품에 원하는 산란패턴을 형성할 수 있다. 일예로 일정한 패턴이 형성된 마스크를 금형에 장착한 후 화학 약품에 담가서 마스킹 된 부분은 부식이 안되고 마스킹이 된 부분은 부식이 되어 패턴이 형성되는데, 부식 정도에 따라서 패턴 높이 변화가 생기게 된다.
또 다른 방법으로 몰드(금형)면에 산란효과를 나타낼 수 있도록 기계적인 가공이나 산란제(beads류, 유리/플라스틱성분의 구슬 등)를 이용한 물리적인 충격으로 산란 효과를 부가하거나, 산란을 필요로 하는 부위에 직접적으로 화학적 부식 방법으로 처리할 수도 있다.
한편, 상기 렌즈(200)는 상기 엘이디모듈(100)과 결합될 때, 볼록렌즈를 수용할 수 있는 홈(230)이 형성된다. 상기 홈(230)은 볼록렌즈가 위치할 수 있도록 공간을 제공하기 위한 것이며, 상기 홈의 내측면으로 제 1산란면(210)이 형성되는 것이다.
도 2a는 기존의 엘이디 모듈에서 배광분포를 시뮬레이션한 결과이며, 도 8은 본 발명에 따른 엘이디 렌즈를 적용하여 배광분포를 시뮬레이션한 결과이다. 이를 통해 렌즈 설계를 구현한다.
도 7은 본 발명에 따른 다른 실시예로 LED 조명렌즈를 나타낸 단면도이다. 도시된 조명 렌즈는 전면부, 즉 제 1산란면이 렌즈의 저면 보다 지경이 큰 부채꼴 형상을 가지도록 구비되어 광 출사면적을 가지도록 제안한다. 또한, 도시된 바와 같이 조명렌즈의 저면부 양측으로는 지지부(240)가 더 형성되어 있다. 상기 지지부는 LED 모듈과 결합시킬 때 렌즈를 견고하게 고정시키거나 결합의 용이성을 제공하기 위해 구비된다.
이와 같이 구성되는 본 발명은 각기 다른 색을 발광하는 LED칩이 실장된 LED 모듈에서 출사되는 광을 효과적으로 산란시켜 최종적으로 균일한 배광분포를 갖는 광을 출력한다.
이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
100 : LED 모듈 110 : 볼록렌즈
120 : 적색LED 130 : 녹색LED
140 : 기판 200 : 렌즈
210 : 제 1산란면 220 : 제 2산란면
230 : 홈 240 : 지지부

Claims (7)

  1. 다른 색상을 발광하는 LED 칩이 다수개 실장된 조명용 LED 모듈에 있어서, 내부에 LED 칩이 구비되고, 상기 LED 모듈에서 출사되는 광을 확산시키기 위해 LED를 감싸도록 구비되는 볼록형상을 갖는 볼록렌즈를 포함하며 각각 다른 색상의 광을 출력하는 LED가 배치된 LED 모듈;과
    상기 LED 모듈 전면에 구비되며 상기 볼록렌즈를 통해 출사되는 광을 산란시켜 배광분포를 균일화시키기 위한 제 1산란면과 제 2산란면을 포함하는 렌즈부;를 포함하는 구성되며,
    상기 제 1산란면은 내측면은 볼록형상을 가지며, 외측면은 평면형상을 가지는 것을 특징으로 하는 균일한 배광분포를 가지는 LED 조명 렌즈.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 렌즈부는,
    상기 LED 모듈의 볼록렌즈가 위치할 수 있는 홈이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 균일한 배광분포를 가지는 LED 조명 렌즈.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 상기 LED칩은,
    적색LED와 녹색LED로 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 균일한 배광분포를 가지는 LED 조명 렌즈.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 LED 조명 렌즈는,
    저면에 양측에 지지부가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 균일한 배광분포를 가지는 LED 조명 렌즈.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 제 1산란면은,
    광 출사면적을 높이기 위해 상기 조명 렌즈의 저면보다 넓은 직경으로 형성되는 것을 특징으로 하는 균일한 배광분포를 가지는 LED 조명 렌즈.
  7. 제 1항 또는 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1산란면과 제 2산란면은, 산란물질 도포, 산란 패턴 가공, 화학적 부식 중 어느 하나의 방법의 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 균일한 배광분포를 가지는 LED 조명 렌즈.
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