KR101251441B1

KR101251441B1 - 발광소자용 편심 집광렌즈 및 이를 이용한 조명 장치

Info

Publication number: KR101251441B1
Application number: KR1020110029528A
Authority: KR
Inventors: 주재영; 박정욱; 홍진표; 김완호; 박선오
Original assignee: 한국광기술원
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2013-04-05
Also published as: KR20120111174A

Abstract

본 발명은 발광소자로부터 발광된 빛이 일정한 방향으로 배광을 형성하도록 하는 발광소자용 편심 집광렌즈를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 테이퍼 형상의 렌즈 본체부; 상기 렌즈 본체부의 지름이 작아지는 일측에 상기 렌즈 본체부의 중심축과 동심축으로 형성되어 발광소자로부터 발광된 빛이 입사되도록 하는 입사부; 및 상기 렌즈 본체부의 타측에 형성되어 상기 입사부로 입사된 빛이 방사되도록 하는 방사부를 포함하고, 상기 방사부는 상기 렌즈 본체부와 밀착된 상기 방사부의 선단부 일측이 상기 렌즈 본체부로부터 일정거리 돌출되어 상기 방사부의 곡률반경 중심축이 상기 렌즈 본체부의 중심축으로부터 일정거리 편심되어 형성한 것을 특징으로 한다. 따라서 향상된 직진성과 각도를 조절한 빛이 원거리의 국부적인 영역까지 배광을 형성하도록 함으로써 균일한 밝기를 제공할 수 있는 장점이 있다.

Description

발광소자용 편심 집광렌즈 및 이를 이용한 조명 장치{ECCENTRICITY CONDENSER LENS FOR LUMINOUS ELEMENT AND ILLUMINATION SYSTEM}

본 발명은 발광소자용 편심 집광렌즈 및 이를 이용한 조명 장치에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 발광소자로부터 발광된 빛이 일정한 방향으로 배광을 형성하도록 하는 발광소자용 편심 집광렌즈 및 이를 이용한 조명 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 발광 다이오드 소자(이하, LED라고 한다)는 그 특성상 조명하는 광의 조사 즉 방사각이 매우 크기 때문에, 광범위한 영역을 조사하는 역할 또는 가까운 거리를 조명하는 역할로서 주로 사용되었다.

최근 LED는 건물의 실내등, 간판, 전광판, 도로의 횡단보도 보조등, 가로등에 사용되며 그 활용도가 증가하고 있는 실정이다.

도 1은 횡단보도에 설치된 볼라드에 일반적인 집광렌즈가 적용된 LED를 설치한 상태를 나타낸 도면으로 볼라드(10)에 설치된 LED는 횡단보도를 건너가는 보행자가 차도에 표시된 횡단보도 표시를 인식할 수 있도록 횡단보도 상에 빛이 조사되도록 한다.

도 2는 종래기술에 따른 집광렌즈가 적용된 LED를 나타낸 도면으로서, LED 칩(20)의 전측에 집광렌즈(30)가 설치되고, 상기 집광렌즈(30)는 LED 칩(20)으로부터 발광된 빛이 방사되도록 한다.

상기 집광렌즈(30)는 몸체의 전체가 투명한 유리, PC(polycarbonate) 시트 또는 PMMA(Polymethylmethacrylate)와 같은 재질로 형성되고, 상면이 상방향으로 볼록한 곡선의 방사면으로 형성된다.

이와 같이 형성된 집광렌즈(30)로 인해 180도로 방사되는 LED(20)의 광은 집광렌즈(30)의 입사면을 투과하여 방사면에서 대략 150도 미만의 방사각으로 집광되어 조사된다.

그러나, 이러한 종래의 집광렌즈(30)는 다음과 같은 문제점이 있다.

도 3은 종래기술에 따른 집광렌즈의 배광 패턴을 나타낸 예시도로서, LED(20)는 그 특성상 방사각이 매우 크기 때문에 원거리의 국부적인 영역을 조사하는데 있어서 효율적으로 광을 조사하지 못하는 문제점이 있다.

즉 인도에서 차도방향으로 점선과 같은 패턴의 배광을 형성하여 보행자의 시인성이 향상되도록 해야하지만, 실선이 인도와 가까운 근거리의 차도에만 배광을 형성하여 효율적으로 광을 조사하지 못하는 문제점이 있다.

또한, 종래기술에 따른 집광렌즈(30)는 도 3의 실선과 같이 LED(20)에서 발광되는 빛의 방사각이 커서 근거리에만 배광을 형성함과 동시에 횡단보도를 건너오는 보행자에게 눈부심을 발생시켜 보행자의 시인성이 감소되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 발광소자로부터 발광된 빛이 일정한 방향으로 배광을 형성하도록 하는 발광소자용 편심 집광렌즈 및 이를 이용한 조명 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 발광소자용 편심 집광렌즈로서,
본체 제 1 비구면과 본체 제 2 비구면이 대칭으로 형성된 종 모양의 렌즈 본체부; 상기 렌즈 본체부의 지름이 작아지는 일측에 상기 렌즈 본체부의 중심축과 동심축으로 형성되어 발광소자로부터 발광된 빛이 입사되도록 하는 입사부; 및 상기 렌즈 본체부로부터 일정거리 돌출되어 형성되며 상기 입사부로 입사된 빛이 방사되도록 비구면을 형성한 방사부를 포함하고, 상기 렌즈 본체부의 본체 제 1 및 제 2 비구면은 상기 입사부를 통해 입사된 빛 중에서 상기 입사부의 측면으로 입사되는 빛을 상기 방사부로 전반사되도록 하며, 상기 방사부의 비구면은 곡률반경 중심축이 상기 렌즈 본체부의 중심축으로부터 일정거리 편심되도록 형성하여 방사부의 방사면으로 출력되는 빛이 상기 편심된 방향으로 굴절되어 출력되도록 한다.

삭제

또한, 본 발명에 따른 발광소자용 편심 집광렌즈는 입사부에 상기 렌즈 본체부의 중심축 하부방향으로 비구면의 입사면을 돌출시켜 형성한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 발광소자용 편심 집광렌즈를 이용한 조명 장치로서,

빛을 발광하는 발광소자; 및 입사부를 통해 입사된 빛 중에서 상기 입사부의 측면으로 입사되는 빛을 방사부로 전반사되도록 본체 제 1 비구면과 본체 제 2 비구면이 대칭으로 형성된 종 모양의 렌즈 본체부와, 상기 렌즈 본체부의 지름이 작아지는 일측에 상기 렌즈 본체부의 중심축과 동심축으로 형성되어 발광소자로부터 발광된 빛이 입사되도록 하는 입사부와, 상기 렌즈 본체부로부터 일정거리 돌출되어 형성되며 상기 입사부로 입사된 빛이 방사되도록 비구면을 형성하고, 상기 비구면은 곡률반경 중심축이 상기 렌즈 본체부의 중심축으로부터 일정거리 편심되도록 형성하여 방사면으로 출력되는 빛이 상기 편심된 곡률반경 중심축 방향으로 굴절되어 출력되도록 하는 방사부를 구비한 편심 집광렌즈를 포함하고, 상기 편심 집광렌즈는 상기 발광소자로부터 입사되는 빛을 상기 방사부의 곡률반경 중심축 방향으로 하향 굴절시켜 원거리까지 빛이 집중되도록 하는 것을 특징으로 한다.

횡단 보도의 일측에 설치되어 횡단 보도 제어 신호에 따라 동작 신호를 출력하는 횡단 보도 안내등 조립체; 상기 횡단 보도 안내등 조립체의 일측에 설치되어 상기 동작 신호에 따라 빛을 발광하는 적어도 하나 이상의 발광소자; 및 입사부를 통해 입사된 빛 중에서 상기 입사부의 측면으로 입사되는 빛을 방사부로 전반사되도록 본체 제 1 비구면과 본체 제 2 비구면이 대칭으로 형성된 종 모양의 렌즈 본체부와, 상기 렌즈 본체부의 지름이 작아지는 일측에 상기 렌즈 본체부의 중심축과 동심축으로 형성되어 발광소자로부터 발광된 빛이 입사되도록 하는 입사부와, 상기 렌즈 본체부로부터 일정거리 돌출되어 형성되며 상기 입사부로 입사된 빛이 방사되도록 비구면을 형성하고, 상기 비구면은 곡률반경 중심축이 상기 렌즈 본체부의 중심축으로부터 일정거리 편심되도록 형성하여 방사면으로 출력되는 빛이 상기 편심된 곡률반경 중심축 방향으로 굴절되어 출력되도록 하는 방사부를 구비한 편심 집광렌즈를 포함하고, 상기 편심 집광렌즈는 상기 발광소자로부터 입사되는 빛을 상기 방사부의 곡률반경 중심축 방향으로 하향 굴절시켜 상기 횡단 보도 안내등 조립체로부터 원거리의 도로면까지 빛이 집중되도록 하는 것을 특징으로 한다.

도로상에서 설치되어 교통 정보를 출력하는 전광판 조립체; 상기 전광판 조립체에 설치되어 상기 교통 정보가 표시되도록 빛을 발광하는 다수의 발광소자; 및 입사부를 통해 입사된 빛 중에서 상기 입사부의 측면으로 입사되는 빛을 방사부로 전반사되도록 본체 제 1 비구면과 본체 제 2 비구면이 대칭으로 형성된 종 모양의 렌즈 본체부와, 상기 렌즈 본체부의 지름이 작아지는 일측에 상기 렌즈 본체부의 중심축과 동심축으로 형성되어 발광소자로부터 발광된 빛이 입사되도록 하는 입사부와, 상기 렌즈 본체부로부터 일정거리 돌출되어 형성되며 상기 입사부로 입사된 빛이 방사되도록 비구면을 형성하고, 상기 비구면은 곡률반경 중심축이 상기 렌즈 본체부의 중심축으로부터 일정거리 편심되도록 형성하여 방사면으로 출력되는 빛이 상기 편심된 곡률반경 중심축 방향으로 굴절되어 출력되도록 하는 방사부를 구비한 편심 집광렌즈를 포함하고, 상기 편심 집광렌즈는 상기 발광소자로부터 입사되는 빛을 상기 방사부의 곡률반경 중심축 방향으로 하향 굴절시켜 상기 전광판 조립체로부터 원거리의 도로면까지 빛이 집중되도록 하는 것을 특징으로 한다.

광고 정보가 표시되는 옥외 광고판; 상기 옥외 광고판의 전면에 설치되어 상기 옥외 광고판의 전면 패널로 빛을 발광하는 다수의 발광소자; 입사부를 통해 입사된 빛 중에서 상기 입사부의 측면으로 입사되는 빛을 방사부로 전반사되도록 본체 제 1 비구면과 본체 제 2 비구면이 대칭으로 형성된 종 모양의 렌즈 본체부와, 상기 렌즈 본체부의 지름이 작아지는 일측에 상기 렌즈 본체부의 중심축과 동심축으로 형성되어 발광소자로부터 발광된 빛이 입사되도록 하는 입사부와, 상기 렌즈 본체부로부터 일정거리 돌출되어 형성되며 상기 입사부로 입사된 빛이 방사되도록 비구면을 형성하고, 상기 비구면은 곡률반경 중심축이 상기 렌즈 본체부의 중심축으로부터 일정거리 편심되도록 형성하여 방사면으로 출력되는 빛이 상기 편심된 곡률반경 중심축 방향으로 굴절되어 출력되도록 하는 방사부를 구비한 편심 집광렌즈를 포함하고, 상기 편심 집광렌즈는 상기 발광소자로부터 입사되는 빛을 상기 방사부의 곡률반경 중심축 방향으로 하향 굴절시켜 상기 발광소자로부터 옥외 전광판의 전면 패널 선단부까지 빛이 집중되도록 하는 것을 특징으로 한다.

전면 패널에 광고 정보가 표시되는 광고 간판; 상기 광고 간판의 내부에 설치되어 빛을 발광하는 다수의 발광소자; 및 입사부를 통해 입사된 빛 중에서 상기 입사부의 측면으로 입사되는 빛을 방사부로 전반사되도록 본체 제 1 비구면과 본체 제 2 비구면이 대칭으로 형성된 종 모양의 렌즈 본체부와, 상기 렌즈 본체부의 지름이 작아지는 일측에 상기 렌즈 본체부의 중심축과 동심축으로 형성되어 발광소자로부터 발광된 빛이 입사되도록 하는 입사부와, 상기 렌즈 본체부로부터 일정거리 돌출되어 형성되며 상기 입사부로 입사된 빛이 방사되도록 비구면을 형성하고, 상기 비구면은 곡률반경 중심축이 상기 렌즈 본체부의 중심축으로부터 일정거리 편심되도록 형성하여 방사면으로 출력되는 빛이 상기 편심된 곡률반경 중심축 방향으로 굴절되어 출력되도록 하는 방사부를 구비한 편심 집광렌즈를 포함하고, 상기 편심 집광렌즈는 상기 발광소자로부터 입사되는 빛을 상기 방사부의 곡률반경 중심축 방향으로 하향 굴절시켜 상기 발광소자로부터 상기 전면 패널의 선단부까지 빛이 집중되도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 발광소자용 편심 집광렌즈는 향상된 직진성과 각도를 조절한 빛이 원거리의 국부적인 영역까지 배광을 형성하도록 함으로써 균일한 밝기를 제공할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 발광소자용 편심 집광렌즈는 보행자의 눈높이 또는 운전자의 눈높이보다 낮은 방향으로 배광이 형성되도록 하여 눈부심으로 인한 보행자 또는 운전자의 시인성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 발광소자용 편심 집광렌즈는 원거리의 국부적인 영역에 배광을 형성할 수 있어서 도로 안내등, 옥외 광고판, 간판, 및 전광판 등에 효율적인 발광과 향상된 시인성을 제공할 수 있는 장점이 있다.

도 1 은 일반적인 LED 집광렌즈가 사용된 볼라드가 횡단보도에 설치된 사용상태를 나타낸 사시도.
도 2 는 종래기술에 따른 집광렌즈가 적용된 발광소자를 나타낸 단면도.
도 3 은 종래기술에 따른 집광렌즈의 배광 패턴을 나타낸 예시도.
도 4 는 본 발명에 따른 발광소자용 편심 집광렌즈를 나타낸 사시도.
도 5 는 도 4에 따른 발광소자용 편심 집광렌즈 구조를 나타낸 단면도.
도 6 은 도 4에 따른 발광소자용 편심 집광렌즈로 입사된 빛과 방사되는 빛의 조사범위를 나타낸 단면도.
도 7 은 도 4에 따른 발광소자용 편심 집광렌즈에서 조사되는 빛의 배광 패턴을 나타낸 예시도.
도 8 은 본 발명에 따른 발광소자용 편심 집광렌즈를 이용한 횡단 보도 안내등을 나타낸 사시도.
도 9 는 도 8에 따른 발광소자용 편심 집광렌즈를 이용한 횡단 보도 안내등의 동작 상태를 나타낸 예시도.
도 10 은 본 발명에 따른 발광소자용 편심 집광렌즈를 이용한 전광판을 나타낸 사시도.
도 11 은 도 10에 따른 발광소자용 편심 집광렌즈를 이용한 전광판의 동작 상태를 나타낸 예시도.
도 12 는 본 발명에 따른 발광소자용 편심 집광렌즈를 이용한 옥외 광고판을 나타낸 사시도.
도 13 은 도 12에 따른 발광소자용 편심 집광렌즈의 구성을 나타낸 단면도.
도 14 는 본 발명에 따른 발광소자용 편심 집광렌즈를 이용한 광고 간판의 구성을 나타낸 분해 사시도.
도 15 는 도 14에 따른 발광소자용 편심 집광렌즈를 이용한 광고 간판의 결합 상태를 나타낸 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 발광소자용 편심 집광렌즈의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

(편심 집광렌즈)

도 4는 본 발명에 따른 발광소자용 편심 집광렌즈를 나타낸 사시도이고, 도 5는 도 4에 따른 발광소자용 편심 집광렌즈 구조를 나타낸 단면도이며, 도 6은 도 4에 따른 발광소자용 편심 집광렌즈로 입사된 빛과 방사되는 빛의 조사범위를 나타낸 단면도이고, 도 7은 도 4에 따른 발광소자용 편심 집광렌즈에서 조사되는 빛의 배광 패턴을 나타낸 예시도이다.

도 4 내지 도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 발광소자용 편심 집광렌즈(100)는 렌즈 본체부(110)와, 입사부(120)와, 방사부(120)를 포함하여 구성된다.

렌즈 본체부(110)는 예를 들면, 지름이 좁아지는 테이퍼 형상 또는 종 모양의 원뿔 형상인 투명한 몸체로 이루어지고, 유리, PC(polycarbonate) 또는 PMMA(Polymethylmethacrylate) 중 어느 하나의 재질로 이루어진다.

또한, 상기 렌즈 본체부(110)는 렌즈 본체부의 둘레인 외부면이 비구면(Aspherics)으로 형성되고, 중심축(C1)을 기준으로 절개한 단면을 살펴보면 렌즈 본체부(110)는 본체 제 1 비구면(111)과 본체 제 2 비구면(112)이 대칭인 형성으로 이루어진다.

상기 본체 제 1 및 제 2 비구면(111, 112)은 입사부(120)를 통해 입사된 빛 중에서 입사부(120)의 측면으로 입사되는 빛을 방사부(130)로 전반사되도록 한다.

이를 위해, 상기 본체 제 1 및 제 2 비구면(111, 112)은 상기 측면으로 빛이 입사되어 도달하면 그 도달된 빛이 미리 설정된 특정 임계각을 넘어 굴절 가능하도록 형성된다.

즉 물질의 굴절율이 주위, 예컨대, 공기의 굴절율보다 훨씬 큰 경우에 특정 입사각 즉 임계각을 넘는 입사각도 범위에서 전반사가 발생한다는 점은 이미 공지의 사실이다.

예를 들어, 재질이 PC인 경우, 굴절율은 1.586이며 임계각은 약 39도이고, 재질이 PMMA인 경우 굴절율은 1.492이며 임계각은 약 42.2도이고, 재질이 유리인 경우에는 굴절율이 1.475이며 임계각은 약 42.6도이다.

따라서, 편심 집광렌즈의 본체 제 1 및 제 2 비구면(111, 112)은 광원이 임계각보다 큰 각도로 반사될 수 있는 형태로 설계할 수 있다.

또한, 상기 렌즈 본체부(110)는 지름이 작은 몸체의 일측에는 입사부(120)가 형성되고, 지름이 큰 몸체의 타측에는 방사부(130)가 형성된다.

상기 입사부(120)는 렌즈 본체부의 지름이 작아지는 일측 단부에 원통형상의 홈부가 형성되어 발광소자인 LED 칩(200)로부터 발광되는 빛이 입사되도록 하고, 상기 렌즈 본체부의 중심축(C1)과 동심축 상에 형성되며 제 1 입사면(121)과, 제 2 입사면(122)과, 제 3 입사면(123)을 포함하여 구성된다.

상기 제 1 입사면(121)은 입사부(120)에 상기 렌즈 본체부의 중심축(C1) 하부 방향으로 일정 길이 돌출되어 형성된 비구면의 입사면이고, LED 칩(200)에서 방사된 빛이 입사되어 방사부(130) 측으로 갈수록 중심축(C1) 방향으로 굴절되도록 한다.

상기 제 2 및 제 3 입사면(122, 123)은 상기 중심축(C1)을 기준으로 원통 형상의 입사부(120) 내측면으로 LED 칩(200)로부터 방사된 빛이 입사되어 렌즈 본체부(110)의 본체 제 1 및 제 2 비구면(111, 112)에서 반사되어 방사부(130) 측으로 굴절되도록 한다.

상기 방사부(130)는 렌즈 본체부(110)에 형성되어 LED 칩(200)에서 발광된 빛이 입사부(120)로 입사되면 그 빛이 방사되도록 한다.

또한, 상기 방사부(130)는 렌즈 본체부(110)와 밀착된 상기 방사부의 선단부 일측(132)이 렌즈 본체부(110)로부터 일정 거리(d)로 돌출되어 타측의 선단부(131)와 연결한 선분(점선)이 일정 각도의 기울기를 갖는 경사가 형성되도록 함으로써, 방사부(130)의 곡률반경 중심축(C2)이 상기 렌즈 본체부의 중심축(C1)으로부터 일정거리 이격된 편심축을 형성한다.

또한, 상기 방사부(130)는 빛이 출력되는 방사면을 볼록렌즈 형상으로 돌출시킨 비구면으로 형성한다.

다음은 본 발명에 따른 발광소자용 편심 집광렌즈(100)의 동작을 설명한다.

우선, 편심 집광렌즈(100)는 중심축(C1)의 하부에 방사부(130)의 곡률반경 중심축(C2)이 위치되도록 배치하고, LED 칩(200)은 편심 집광렌즈(100)의 렌즈 본체부(110) 일측에 형성된 입사부(120)에 삽입된 상태로서, LED 칩(200)은 180도로 방사되는 빛의 대부분이 입사부(120)로 입사된다.

LED 칩(200)으로부터 발광된 빛 중에서 예를 들면, 빛이 직진하는 수평방향(0도)을 기준으로 대략 -35도 ~ +35도 사이의 빛은 입사부(120)의 제 1 입사면(121)으로 입사되어 방사부(130) 방향으로 오목한 제 1 입사면(121)을 통해 중심축(C1)과 방사부(130)의 방사면이 교차하는 부분으로 굴절된다.

이때, 방사부(130)로 굴절된 빛은 방사부(130)의 곡률반경 중심축(C2)보다 상부 영역 즉 볼록한 방사면을 투과하면서 수평방향을 기준으로 평행하거나 또는 음(-)의 기울기를 갖는 아래 방향으로 하향 굴절되어 P1 영역에 배광을 형성한다.

상기 하향 굴절되는 빛은 수평선을 기준으로 -5도 ~ -15도 사이의 각도로 출사된다.

또한, LED 칩(200)으로부터 발광된 빛 중에서 예를 들면, +35도 이상의 빛은 입사부(120)의 제 2 입사면(122)으로 입사되어 렌즈 본체부(110)의 본체 제 1 비구면(111) 측으로 굴절되고, 상기 굴절된 빛은 본체 제 1 비구면(111)에서 방사부(130) 측으로 전반사 된다.

이때, 방사부(130) 측으로 전반사된 빛은 방사부(130)의 볼록한 방사면을 투과하면서 음의 기울기를 갖는 아래 방향으로 굴절되어 P2 영역에 배광을 형성한다.

또한, LED 칩(200)으로부터 발광된 빛 중에서 예를 들면, -35도 미만의 빛은 입사부(120)의 제 3 입사면(123)으로 입사되어 렌즈 본체부(110)의 본체 제 2 비구면(112) 측으로 굴절되고, 상기 굴절된 빛은 본체 제 2 비구면(112)에서 방사부(130) 측으로 전반사 된다.

이때, 방사부(130) 측으로 전반사된 빛은 렌즈 본체부(110)로부터 일정 거리(d) 돌출된 위치의 방사부(130) 볼록한 방사면을 투과하면서 굴절되어 P3 영역에 배광을 형성한다.

따라서 전반사와 비구면을 통해 빛의 굴절을 조절함으로써 빛의 손실을 최소화하고 방사각이 작게 형성되도록 하여 도 7과 같이 향상된 직진성과 각도를 조절한 빛이 원거리의 국부적인 영역까지 배광을 형성할 수 있으며, 수평방향을 기준으로 하방향으로 각도가 조절된 배광을 형성할 수 있게 된다.

(편심 집광렌즈 모듈)

본 발명에 따른 편심 집광렌즈 모듈(300)은 편심 집광렌즈(100)와 빛을 발광하는 LED 칩(200)을 포함하여 구성된다.

상기 편심 집광렌즈(100)는 테이퍼 형상의 렌즈 본체부(110) 일측에 상기 렌즈 본체부의 중심축과 동심축으로 형성되어 상기 발광소자로부터 발광된 빛이 입사되도록 입사부(120)가 형성된다.

또한, 상기 편심 집광렌즈(100)는 상기 렌즈 본체부의 타측에 형성되어 입사부(120)로 입사된 빛이 방사되도록 방사부(130)가 형성된다.

또한, 상기 방사부(130)는 렌즈 본체부(110)와 밀착된 상기 방사부의 선단부 일측이 렌즈 본체부(110)로부터 일정거리 돌출되어 상기 방사부의 곡률반경 중심축이 상기 렌즈 본체부의 중심축으로부터 일정거리 편심되어 형성된다.

상기 LED 칩(200)은 빛을 발광하는 광원으로서, 적색, 청색, 녹색 중 적어도 하나 이상의 색상을 광원으로 출력한다.

한편, 상기 편심 집광렌즈 모듈(300)은 상기 LED 칩(200)으로부터 입사되는 빛을 편심 집광렌즈(100)에서 전반사시켜 편심된 방사부(130)의 곡률반경 중심축 방향으로 하향 굴절시켜 방사부(130)를 통해 출사되도록 하여 원거리까지 빛이 집중될 수 있게 한다.

(편심 집광렌즈를 이용한 횡단 보도 안내등)

도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 발광소자용 편심 집광렌즈를 이용한 횡단 보도 안내등과 동작 상태를 나타낸 도면이다.

도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 편심 집광렌즈를 이용한 횡단 보도 안내등은 편심 집광렌즈 모듈(300)과 횡단 보도 안내등 조립체(400)로 이루어진다.

상기 편심 집광렌즈 모듈(300)은 횡단 보도 안내등 조립체(400)의 상부 일측에 설치되어 동작 신호에 따라 빛을 발광하는 LED 칩과 테이퍼 형상의 렌즈 본체부 일측에 상기 렌즈 본체부의 중심축과 동심축으로 형성되어 상기 발광소자로부터 발광된 빛이 입사되도록 입사부가 형성되고, 상기 렌즈 본체부의 타측에 형성되어 입사부로 입사된 빛이 방사되도록 방사부가 형성되며, 렌즈 본체부와 밀착된 상기 방사부의 선단부 일측이 렌즈 본체부로부터 일정거리 돌출되어 상기 방사부의 곡률반경 중심축이 상기 렌즈 본체부의 중심축으로부터 일정거리 편심된 편심 집광렌즈를 포함한다.

상기 횡단 보도 안내등 조립체(400)는 내부에 중공을 형성한 원통 형상의 케이스가 횡단 보도의 일측에 설치되어 미리 설정된 횡단 보도 제어 신호에 따라 온/오프 동작 신호를 상기 편심 집광렌즈 모듈(300)로 출력한다.

상기 편심 집광렌즈 모듈(300)은 상기 횡단 보도 안내등 조립체(400)로부터 출력되는 온/오프 동작 제어 신호에 따라 상기 LED 칩이 온/오프되도록 하고, 상기 LED 칩이 온 되어 발광되면 그 발광된 빛을 편심 집광렌즈에서 전반사시켜 편심된 방사부의 곡률반경 중심축 방향으로 하향 굴절시켜 방사부를 통해 출사되도록 하여 횡단 보도 안내등 조립체(400)로부터 원거리의 도로면까지 빛이 집중될 수 있게 한다.

즉 도 9(a) 및 도 9(b)와 같이 횡단 보도 안내등 조립체(400)로부터 연장된 수평선(H)보다 일정 각도 하향 굴절되고 직진성이 향상된 배광(B)이 이루어지도록 한다.

따라서, 횡단 보도를 지나가는 보행자나 도로를 주행하는 차량의 운전자에게 시인성이 확보됨과 동시에 눈부심을 방지할 수 있게 된다.

(편심 집광렌즈를 이용한 전광판)

도 10은 본 발명에 따른 발광소자용 편심 집광렌즈를 이용한 전광판을 나타낸 사시도이고, 도 11은 도 10에 따른 발광소자용 편심 집광렌즈를 이용한 전광판의 동작 상태를 나타낸 예시도이다.

도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 편심 집광렌즈를 이용한 전광판은 편심 집광렌즈 모듈(300)과 전광판 조립체(500)로 이루어진다.

상기 편심 집광렌즈 모듈(300)은 전광판 조립체(500)의 전면에 설치되어 동작 신호에 따라 빛을 발광하는 LED 칩과 테이퍼 형상의 렌즈 본체부 일측에 상기 렌즈 본체부의 중심축과 동심축으로 형성되어 상기 발광소자로부터 발광된 빛이 입사되도록 입사부가 형성되고, 상기 렌즈 본체부의 타측에 형성되어 입사부로 입사된 빛이 방사되도록 방사부가 형성되며, 렌즈 본체부와 밀착된 상기 방사부의 선단부 일측이 렌즈 본체부로부터 일정거리 돌출되어 상기 방사부의 곡률반경 중심축이 상기 렌즈 본체부의 중심축으로부터 일정거리 편심된 편심 집광렌즈를 포함한다.

상기 전광판 조립체(500)는 사각 형상의 함체가 도로상에서 설치되어 상기 교통 정보를 표시하기 위한 동작 제어 신호를 상기 편심 집광렌즈 모듈(300)로 출력한다.

상기 편심 집광렌즈 모듈(300)은 상기 전광판 조립체(500)로부터 출력되는 교통 정보 표시용 동작 제어 신호에 따라 상기 LED 칩이 온/오프되도록 하고, 상기 LED 칩이 온 되어 발광되면 그 발광된 빛을 편심 집광렌즈에서 전반사시켜 편심된 방사부의 곡률반경 중심축 방향으로 하향 굴절시켜 방사부를 통해 출사되도록 하여 전광판 조립체(500)로부터 원거리의 도로면까지 빛이 집중될 수 있게 한다.

즉 도 11(a)와 같이 전광판 조립체(500)로부터 연장된 수평선(H)보다 일정 각도 하향 굴절되고 직진성이 향상된 배광(B)이 이루어지도록 한다.

또한, 도 11(b)와 같이 도로의 차선별로 각각 배광(B)이 이루어질 수 있도록 하여 전광판 조립체(500)로부터 원거리에 위치한 차량(510)의 운전자에게 충분한 광량이 제공되어 전광판 정보에 대한 시인성을 향상시킬 수 있다.

(편심 집광렌즈를 이용한 옥외 광고판)

도 12는 본 발명에 따른 발광소자용 편심 집광렌즈를 이용한 옥외 광고판을 나타낸 사시도이고, 도 13은 도 12에 따른 발광소자용 편심 집광렌즈의 구성을 나타낸 단면도이다.

도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 편심 집광렌즈를 이용한 옥외 광고판은 편심 집광렌즈 모듈(300)과 옥외 광고판(600)으로 이루어진다.

상기 편심 집광렌즈 모듈(300)은 옥외 광고판(600)의 전면 상부에 설치되어 온/오프 동작 신호에 따라 빛을 발광하는 LED 칩과 테이퍼 형상의 렌즈 본체부 일측에 상기 렌즈 본체부의 중심축과 동심축으로 형성되어 상기 발광소자로부터 발광된 빛이 입사되도록 입사부가 형성되고, 상기 렌즈 본체부의 타측에 형성되어 입사부로 입사된 빛이 방사되도록 방사부가 형성되며, 렌즈 본체부와 밀착된 상기 방사부의 선단부 일측이 렌즈 본체부로부터 일정거리 돌출되어 상기 방사부의 곡률반경 중심축이 상기 렌즈 본체부의 중심축으로부터 일정거리 편심된 편심 집광렌즈를 포함한다.

상기 옥외 광고판(600)은 사각 형상의 전면 패널(610)에 인쇄 등을 통해 광고 정보가 표시되어 도로 주변 또는 건물의 옥상 등에 설치된다.

사용자로부터 스위치(미도시)를 통해 전원이 공급되면 상기 편심 집광렌즈 모듈(300)은 상기 LED 칩이 온 되도록 하여 빛이 발광되도록 하고, 상기 발광된 빛은 편심 집광렌즈에서 전반사되어 편심된 방사부의 곡률반경 중심축 방향으로 하향 굴절시켜 방사부를 통해 출사하여 옥외 광고판(600)의 전면으로 조사한다.

따라서 편심 집광렌즈 모듈(300)로부터 원거리에 위치한 전면 패널(610)의 선단부까지 빛이 집중될 수 있어서 편심 집광렌즈 모듈(300)로부터 연장된 수평선(H)보다 전면 패널(610)방향으로 일정 각도 하향 굴절되고 직진성이 향상된 배광(B)이 이루어지도록 한다.

따라서, 옥외 광고판(600)의 전면 패널(610)에 충분한 광량이 제공되어 옥외 광고판의 시인성을 향상시킬 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 상기 편심 집광렌즈 모듈(300)을 옥외 광고판(600)의 상부에 설치하여 설명하였으나, 상기 옥외 광고판(600)의 전면 패널(610) 하부에 설치하여 상방향으로 빛이 조사되도록 구성할 수도 있다.

(편심 집광렌즈를 이용한 광고 간판)

도 14는 본 발명에 따른 발광소자용 편심 집광렌즈를 이용한 광고 간판의 구성을 나타낸 분해 사시도이고, 도 15는 도 14에 따른 발광소자용 편심 집광렌즈를 이용한 광고 간판의 결합 상태를 나타낸 단면도이다.

도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 편심 집광렌즈를 이용한 광고 간판(700)은 편심 집광렌즈 모듈(300)과 간판 케이스(710)와 전면 패널(720)로 이루어진다.

상기 편심 집광렌즈 모듈(300)은 간판 케이스(710)의 내측 하부에 설치되어 온/오프 동작 신호에 따라 빛을 발광하는 LED 칩과 테이퍼 형상의 렌즈 본체부 일측에 상기 렌즈 본체부의 중심축과 동심축으로 형성되어 상기 발광소자로부터 발광된 빛이 입사되도록 입사부가 형성되고, 상기 렌즈 본체부의 타측에 형성되어 입사부로 입사된 빛이 방사되도록 방사부가 형성되며, 렌즈 본체부와 밀착된 상기 방사부의 선단부 일측이 렌즈 본체부로부터 일정거리 돌출되어 상기 방사부의 곡률반경 중심축이 상기 렌즈 본체부의 중심축으로부터 일정거리 편심된 편심 집광렌즈를 포함한다.

상기 광고 간판(700)은 건물의 벽면 등에 설치되어 광고 정보가 표시되도록 하는 구성으로서, 전면이 개방된 사각 형상의 간판 케이스(710)와 상기 간판 케이스(710)의 개방된 전면에 설치되어 인쇄 등을 통해 형성된 광고 정보가 표시되는 전면 패널(720)을 포함한다.

사용자가 스위치 등을 통해 전원을 공급하면, 상기 편심 집광렌즈 모듈(300)은 상기 LED 칩이 온 되도록 하여 빛이 발광되도록 하고, 상기 발광된 빛은 편심 집광렌즈에서 전반사되어 편심된 방사부의 곡률반경 중심축 방향으로 하향 굴절시켜 방사부를 통해 출사하여 간판 케이스(710)의 내측 하부에서 전면 패널(720)의 배면으로 조사되도록 한다.

따라서 편심 집광렌즈 모듈(300)로부터 원거리에 위치한 전면 패널(720)의 배면 상측 선단부까지 빛이 집중될 수 있어서 편심 집광렌즈 모듈(300)로부터 연장된 수평선(H)보다 전면 패널(720)방향으로 일정 각도 굴절되고 직진성이 향상된 배광(B)이 이루어질 수 있어서 광고 간판(700)의 전면 패널(720)로 충분한 광량이 제공되어 광고 간판(700)의 시인성을 향상시킬 수 있다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 편심 집광렌즈 110 : 렌즈 본체부
111 : 본체 제 1 비구면 112 : 본체 제 2 비구면
120 : 입사부 121 : 제 1 입사면
122 : 제 2 입사면 123 : 제 3 입사면
130 : 방사부 200 : LED 칩
300 : 편심 집광렌즈 모듈 400 : 횡단 보도 안내등 조립체
500 : 전광판 조립체 510 : 차량
600 : 옥외 광고판 610 : 전면 패널
700 : 광고 간판 710 : 간판 케이스
720 : 전면 패널

Claims

발광소자용 편심 집광렌즈로서,
본체 제 1 비구면과 본체 제 2 비구면이 대칭으로 형성된 종 모양의 렌즈 본체부;
상기 렌즈 본체부의 지름이 작아지는 일측에 상기 렌즈 본체부의 중심축과 동심축으로 형성되어 발광소자로부터 발광된 빛이 입사되도록 하는 입사부; 및
상기 렌즈 본체부로부터 일정거리 돌출되어 형성되며 상기 입사부로 입사된 빛이 방사되도록 비구면을 형성한 방사부를 포함하고,
상기 렌즈 본체부의 본체 제 1 및 제 2 비구면은 상기 입사부를 통해 입사된 빛 중에서 상기 입사부의 측면으로 입사되는 빛을 상기 방사부로 전반사되도록 하며, 상기 방사부의 비구면은 곡률반경 중심축이 상기 렌즈 본체부의 중심축으로부터 일정거리 편심되도록 형성하여 방사부의 방사면으로 출력되는 빛이 상기 편심된 방향으로 굴절되어 출력되도록 하는 것을 특징으로 하는 발광소자용 편심 집광렌즈.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 입사부는 상기 렌즈 본체부의 중심축 하부방향으로 돌출된 비구면의 입사면을 형성한 것을 특징으로 하는 발광소자용 편심 집광렌즈.
빛을 발광하는 발광소자; 및
입사부를 통해 입사된 빛 중에서 상기 입사부의 측면으로 입사되는 빛을 방사부로 전반사되도록 본체 제 1 비구면과 본체 제 2 비구면이 대칭으로 형성된 종 모양의 렌즈 본체부와, 상기 렌즈 본체부의 지름이 작아지는 일측에 상기 렌즈 본체부의 중심축과 동심축으로 형성되어 발광소자로부터 발광된 빛이 입사되도록 하는 입사부와, 상기 렌즈 본체부로부터 일정거리 돌출되어 형성되며 상기 입사부로 입사된 빛이 방사되도록 비구면을 형성하고, 상기 비구면은 곡률반경 중심축이 상기 렌즈 본체부의 중심축으로부터 일정거리 편심되도록 형성하여 방사면으로 출력되는 빛이 상기 편심된 곡률반경 중심축 방향으로 굴절되어 출력되도록 하는 방사부를 구비한 편심 집광렌즈를 포함하고,
상기 편심 집광렌즈는 상기 발광소자로부터 입사되는 빛을 상기 방사부의 곡률반경 중심축 방향으로 하향 굴절시켜 원거리까지 빛이 집중되도록 하는 것을 특징으로 하는 발광소자용 편심 집광렌즈를 이용한 조명 장치.
횡단 보도의 일측에 설치되어 횡단 보도 제어 신호에 따라 동작 신호를 출력하는 횡단 보도 안내등 조립체;
상기 횡단 보도 안내등 조립체의 일측에 설치되어 상기 동작 신호에 따라 빛을 발광하는 적어도 하나 이상의 발광소자; 및
입사부를 통해 입사된 빛 중에서 상기 입사부의 측면으로 입사되는 빛을 방사부로 전반사되도록 본체 제 1 비구면과 본체 제 2 비구면이 대칭으로 형성된 종 모양의 렌즈 본체부와, 상기 렌즈 본체부의 지름이 작아지는 일측에 상기 렌즈 본체부의 중심축과 동심축으로 형성되어 발광소자로부터 발광된 빛이 입사되도록 하는 입사부와, 상기 렌즈 본체부로부터 일정거리 돌출되어 형성되며 상기 입사부로 입사된 빛이 방사되도록 비구면을 형성하고, 상기 비구면은 곡률반경 중심축이 상기 렌즈 본체부의 중심축으로부터 일정거리 편심되도록 형성하여 방사면으로 출력되는 빛이 상기 편심된 곡률반경 중심축 방향으로 굴절되어 출력되도록 하는 방사부를 구비한 편심 집광렌즈를 포함하고,
상기 편심 집광렌즈는 상기 발광소자로부터 입사되는 빛을 상기 방사부의 곡률반경 중심축 방향으로 하향 굴절시켜 상기 횡단 보도 안내등 조립체로부터 원거리의 도로면까지 빛이 집중되도록 하는 것을 특징으로 하는 발광소자용 편심 집광렌즈를 이용한 조명 장치.
도로상에서 설치되어 교통 정보를 출력하는 전광판 조립체;
상기 전광판 조립체에 설치되어 상기 교통 정보가 표시되도록 빛을 발광하는 다수의 발광소자; 및
입사부를 통해 입사된 빛 중에서 상기 입사부의 측면으로 입사되는 빛을 방사부로 전반사되도록 본체 제 1 비구면과 본체 제 2 비구면이 대칭으로 형성된 종 모양의 렌즈 본체부와, 상기 렌즈 본체부의 지름이 작아지는 일측에 상기 렌즈 본체부의 중심축과 동심축으로 형성되어 발광소자로부터 발광된 빛이 입사되도록 하는 입사부와, 상기 렌즈 본체부로부터 일정거리 돌출되어 형성되며 상기 입사부로 입사된 빛이 방사되도록 비구면을 형성하고, 상기 비구면은 곡률반경 중심축이 상기 렌즈 본체부의 중심축으로부터 일정거리 편심되도록 형성하여 방사면으로 출력되는 빛이 상기 편심된 곡률반경 중심축 방향으로 굴절되어 출력되도록 하는 방사부를 구비한 편심 집광렌즈를 포함하고,
상기 편심 집광렌즈는 상기 발광소자로부터 입사되는 빛을 상기 방사부의 곡률반경 중심축 방향으로 하향 굴절시켜 상기 전광판 조립체로부터 원거리의 도로면까지 빛이 집중되도록 하는 것을 특징으로 하는 발광소자용 편심 집광렌즈를 이용한 조명 장치.
광고 정보가 표시되는 옥외 광고판;
상기 옥외 광고판의 전면에 설치되어 상기 옥외 광고판의 전면 패널로 빛을 발광하는 다수의 발광소자; 및
입사부를 통해 입사된 빛 중에서 상기 입사부의 측면으로 입사되는 빛을 방사부로 전반사되도록 본체 제 1 비구면과 본체 제 2 비구면이 대칭으로 형성된 종 모양의 렌즈 본체부와, 상기 렌즈 본체부의 지름이 작아지는 일측에 상기 렌즈 본체부의 중심축과 동심축으로 형성되어 발광소자로부터 발광된 빛이 입사되도록 하는 입사부와, 상기 렌즈 본체부로부터 일정거리 돌출되어 형성되며 상기 입사부로 입사된 빛이 방사되도록 비구면을 형성하고, 상기 비구면은 곡률반경 중심축이 상기 렌즈 본체부의 중심축으로부터 일정거리 편심되도록 형성하여 방사면으로 출력되는 빛이 상기 편심된 곡률반경 중심축 방향으로 굴절되어 출력되도록 하는 방사부를 구비한 편심 집광렌즈를 포함하고,
상기 편심 집광렌즈는 상기 발광소자로부터 입사되는 빛을 상기 방사부의 곡률반경 중심축 방향으로 하향 굴절시켜 상기 발광소자로부터 옥외 전광판의 전면 패널 선단부까지 빛이 집중되도록 하는 것을 특징으로 하는 발광소자용 편심 집광렌즈를 이용한 조명 장치.
전면 패널에 광고 정보가 표시되는 광고 간판;
상기 광고 간판의 내부에 설치되어 빛을 발광하는 다수의 발광소자; 및
입사부를 통해 입사된 빛 중에서 상기 입사부의 측면으로 입사되는 빛을 방사부로 전반사되도록 본체 제 1 비구면과 본체 제 2 비구면이 대칭으로 형성된 종 모양의 렌즈 본체부와, 상기 렌즈 본체부의 지름이 작아지는 일측에 상기 렌즈 본체부의 중심축과 동심축으로 형성되어 발광소자로부터 발광된 빛이 입사되도록 하는 입사부와, 상기 렌즈 본체부로부터 일정거리 돌출되어 형성되며 상기 입사부로 입사된 빛이 방사되도록 비구면을 형성하고, 상기 비구면은 곡률반경 중심축이 상기 렌즈 본체부의 중심축으로부터 일정거리 편심되도록 형성하여 방사면으로 출력되는 빛이 상기 편심된 곡률반경 중심축 방향으로 굴절되어 출력되도록 하는 방사부를 구비한 편심 집광렌즈를 포함하고,
상기 편심 집광렌즈는 상기 발광소자로부터 입사되는 빛을 상기 방사부의 곡률반경 중심축 방향으로 하향 굴절시켜 상기 발광소자로부터 상기 전면 패널의 선단부까지 빛이 집중되도록 하는 것을 특징으로 하는 발광소자용 편심 집광렌즈를 이용한 조명 장치.