KR101362186B1

KR101362186B1 - 전반사수단이 구비된 엘이디 가로등의 광확산렌즈

Info

Publication number: KR101362186B1
Application number: KR1020130093541A
Authority: KR
Inventors: 이활
Original assignee: 플럭스라이트(주)
Priority date: 2013-08-07
Filing date: 2013-08-07
Publication date: 2014-02-12

Abstract

본 발명에 따른 전반사수단이 구비된 엘이디 가로등의 광확산렌즈는 가로등 본체(100)의 하면에 상기 광확산렌즈(1)가 안착되도록 다수개가 천공된 투광장착부(101)가 형성되고; 상기 광확산렌즈(1)는 상기 가로등본체(100)의 내부에 구비된 엘이디소자(L)가 수용되도록 상면에 다수개의 요입홈(11)이 형성된 상부확산렌즈(10)와; 하면에 상기 엘이디소자(L)에서 조사된 빛이 굴절되거나 전반사되도록 다수개의 요철부(21)가 형성된 하부확산렌즈(20)로 구성되어 광확산렌즈의 상부에 엘이디소자를 수용하는 수용부와 일측으로 경사진 전반사부를 형성하여 엘이디소자에서 최초 조사된 빛의 면적을 확대하되, 하부확산렌즈로 빛을 집중시키고, 광확산렌즈의 하부에 투과된 빛이 굴절 또는 전반사되도록 일측방향으로 경사진 돌기형상의 굴절반사부를 다수개 형성하여 일반적인 빛의 굴절에 대한 각도보다 확대된 전반사 각도로 빛을 분산시켜 조사되는 빛의 면적으로 넓게 분포하는 효과가 있다.

Description

전반사수단이 구비된 엘이디 가로등의 광확산렌즈 { Equipped with an LED street light reflecting means of optical diffusion lens }

본 발명은 전반사수단이 구비된 엘이디 가로등의 광확산렌즈에 관한 것으로 보다 상세하게는 광확산렌즈의 상부에 최초 조사된 빛의 면적을 확대하되 하부확산렌즈로 빛이 집중되도록 엘이디소자를 수용하는 수용부와 일측으로 경사진 전반사부가 형성되며 광확산렌즈의 하부에 일반적인 빛의 굴절에 대한 각도보다 확대된 전반사 각도로 빛이 분산되도록 일측방향으로 경사진 돌기형상의 굴절반사부가 다수개 형성된 전반사수단이 구비된 엘이디 가로등의 광확산렌즈에 관한 것이다.

일반적으로 가로등은 도로나 보도 같은 길에서 운전자나 보행자의 시야 확보를 통한 사고예방 및 범죄예방을 위해 길 가장자리에 설치되는 것으로서, 그 용도에 따라 표지등, 도로등, 보안등으로 구분된다.

종래 가로등의 광원으로는 할로겐램프, 수은등, 나트륨등, 메탈할라이드램프 등이 많이 사용되었으나, 전력소비가 크고 발광효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

이를 해결하기 위해, 최근에는 전력소비가 낮고 긴 수명을 갖는 LED를 가로등의 광원으로 적용한 LED 가로등이 제안되고 있다.

한편, LED는 빛의 직진성이 강한 특성으로 점광원의 방사형태를 갖는 광원체로서, 도 1과 같이 빛에너지의 방사형태가 주변에 비해 중심부분에 집중되는 가우시안 분포를 이루게 되는데, 이는 중심 광이 주변에 비해 너무 강하므로 반짝거림으로 인한 눈부심 현상 및 빛 공해(light pollution)를 일으킨다.

이에 따라, LED의 광원에 대하여 광 분포를 확산 조정하여 줌으로써 빛에너지의 방사형태를 면광원으로 유도함은 물론 눈부심 현상 및 빛 공해의 단점을 보완하기 위한 노력들이 이루어지고 있는데, 그 대표적인 예로 광확산렌즈를 들 수 있다.

여기서, 종래의 광확산렌즈에 대한 기술문헌으로 등록특허공보 제10-1207517호가 개시되었다.

그러나, 현재까지 개발되어 적용되고 있는 대부분의 LED 광확산렌즈는, 점광원인 LED에 대해 광확산을 통해 면광원의 형태로 광 조정하여 유도하기는 하나, 광 조정된 LED의 빛에너지 방사형태는 도 2에서 보여주는 바와 같이, 램버시안 분포를 이루게 하는 것이 대부분으로 여전히 중심 광이 주변에 비해 강하게 작용하고 있음을 나타내고 있음은 물론 고른 밝기를 유도하지 못함을 나타내고 있다.

즉, 종래의 LED 광확산렌즈는 광 조정효율이 크게 떨어지는 것이며, LED의 발산광 조정에 대해 상당한 어려움이 존재함을 입증하는 것이다.

특히, 종래 LED 가로등에도 상술한 바와 같은 광확산렌즈가 적용 또는 계속적으로 제안되고 있으나, 근거리만 밝고 원거리는 어두운 기존의 형태를 크게 벗어나지 못하고 있고, 여전히 점광원 형태의 솔루션에 머물러 있는 수준이다.

덧붙여, 종래 광확산렌즈를 갖는 LED 가로등은 도 3에 도시된 바와 같이 LED 광원을 광 굴절시켜 빛을 분사시키는 돔형상의 광확산렌즈가 많이 사용되는데 돔형상의 광확산렌즈를 적용함에 있어 굴절에 의한 빛 꺽임에 대한 각도에 한계가 있어 광분산효과가 한정되고 내부 자유곡면을 제대로 활용하지 못하여 여전히 조명효율을 높여주지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로 본 발명의 목적은 광확산렌즈의 상부에 엘이디소자를 수용하는 수용부와 일측으로 경사진 전반사부를 형성하여 엘이디소자에서 최초 조사된 빛의 면적을 확대하되, 하부확산렌즈로 빛을 집중시키고, 광확산렌즈의 하부에 투과된 빛이 굴절 또는 전반사되도록 일측방향으로 경사진 돌기형상의 굴절반사부를 다수개 형성하여 일반적인 빛의 굴절에 대한 각도보다 확대된 전반사 각도로 빛을 분산시켜 조사되는 빛의 면적으로 넓게 분포하는 전반사수단이 구비된 엘이디 가로등의 광확산렌즈를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 전반사수단이 구비된 엘이디 가로등의 광확산렌즈는 다수개의 엘이디소자를 광원으로 갖는 엘이디 가로등 본체에 장착되어 빛을 분산시키는 엘이디 가로등의 광확산렌즈로서 상기 가로등 본체의 하면에 상기 광확산렌즈가 안착되도록 다수개가 천공된 투광장착부가 형성되고; 상기 광확산렌즈는 상기 가로등본체의 내부에 구비된 엘이디소자가 수용되도록 상면에 다수개의 요입홈이 형성된 상부확산렌즈와; 하면에 상기 엘이디소자에서 조사된 빛이 굴절되거나 전반사되도록 다수개의 요철부가 형성된 하부확산렌즈로 구성되며; 상기 상부확산렌즈의 요입홈은 상기 엘이디소자가 수용되는 엘이디수용부와, 상기 엘이디수용부의 외측으로 경사진 상부반사부와, 상기 엘이디수용부의 바닥면에 상부로 돌출된 돔형상의 상부굴절반사부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 상부확산렌즈의 외측면에는 상기 광확산렌즈가 투광장착부의 내측에 안착될 수 있도록 외측으로 연장된 확산렌즈연결편이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 하부확산렌즈의 요철부는 중심부에 상기 상부확산렌즈에서 투과된 빛이 굴절되도록 만곡형상의 홈이 형성된 제1하부굴절반사부가 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 하부확산렌즈의 요철부는 상기 상부확산렌즈에서 투과된 빛이 굴절 또는 전반사되도록 일측방향으로 경사진 돌기형상의 제2하부굴절반사부가 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 하부확산렌즈의 요철부는 상기 상부확산렌즈에서 투과된 빛이 굴절 또는 전반사되도록 일측방향으로 경사진 돌기형상의 제3하부굴절반사부가 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 제3하부굴절반사부에는 상기 상부확산렌즈에서 투과된 빛의 굴절 또는 전반사에 다양성이 향상되도록 경사면의 각도가 가변된 가변굴절반사부가 형성된 것을 특징으로 한다.

이와 같이 본 발명에 의한 전반사수단이 구비된 엘이디 가로등의 광확산렌즈는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 상부에 엘이디소자가 수용된 상부확산렌즈에 엘이디수용부를 형성하여 빛 소비율을 향상시키고, 외측으로 경사진 상부반사부를 형성함으로써, 측방향으로 전반사된 빛을 다시 하부방향으로 전반사시켜 엘이디소자에서 최초 조사된 빛의 면적을 확대하되, 하부확산렌즈로 빛을 집중시킬 수 있어 조명효율을 향상시킬 수 있고,

둘째, 엘이디소자의 빛을 확산시켜 외부로 투광시키는 하부확산렌즈에 상부확산렌즈에서 투과된 빛이 굴절 또는 전반사되도록 일측방향으로 경사진 돌기형상의 제2하부굴절반사부를 다수개 형성함으로써, 굴절 각도보다 확대된 전반사 각도로 빛을 분산시켜 조사되는 빛의 면적으로 넓게 분포시키는 것으로 가로등의 효율 및 조명효율을 대폭 향상시킬 수 있으며,

셋째, 상부확산렌즈의 외측면에 광확산렌즈가 가로등본체의 내측에 안착될 수 있도록 외측으로 연장된 확산렌즈연결편이 형성됨으로써, 편리하게 제작 및 결합할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 엘이디 광원에 대한 일반적인 빛에너지 방사형태를 보인 도면이고,
도 2는 종래의 광확산렌즈에 의해 광 조정되는 엘이디 광원의 방사형태를 보인 도면이며,
도 3은 종래의 광확산렌즈가 장착된 가로등을 나타내 보인 구성도이고,
도 4는 본 발명에 따른 광확산렌즈와 가로등을 나타내 보인 구성도이며,
도 5는 본 발명에 따른 광확산렌즈를 나타내 보인 부분 사시도이고,
도 6은 본 발명에 따른 광확산렌즈의 사용상태를 나타내 보인 부분 단면도로서 도 4에 도시된 A-A'단면을 나타내 보인 부분 단면도이며,
도 7은 본 발명에 따른 상부확산렌즈의 작용을 나타내 보인 사용상태도이고,
도 8은 본 발명에 따른 하부확산렌즈의 작용을 나타내 보인 사용상태도이며,
도 9는 본 발명에 따른 광확산렌즈의 광분포도에 대한 각도를 나타내 보인 실험데이터표이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 전반사수단이 구비된 엘이디 가로등의 광확산렌즈는 도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이 다수개의 엘이디소자(L : 발광다이오드)를 광원으로 갖는 엘이디 가로등 본체(100)에 장착되어 빛을 분산시키는 광확산렌즈(1)로서 상기 가로등 본체(100)의 하면에 상기 광확산렌즈(1)가 안착되도록 다수개가 천공된 투광장착부(101)가 형성되고; 상기 광확산렌즈(1)는 상기 가로등본체(100)의 내부에 구비된 엘이디소자(L)가 수용되도록 상면에 다수개의 요입홈(11)이 형성된 상부확산렌즈(10)와; 하면에 상기 엘이디소자(L)에서 조사된 빛이 굴절되거나 전반사되도록 다수개의 요철부(21)가 형성된 하부확산렌즈(20)로 구성된다.

여기서, 상기 상부확산렌즈(10)의 요입홈(11)은 도 6에 도시된 바와 같이 상기 엘이디소자(L)가 수용되는 엘이디수용부(11a)와, 상기 엘이디수용부(11a)의 외측으로 경사진 상부반사부(11b)와, 상기 엘이디수용부(11a)의 바닥면에 상부로 돌출된 돔형상의 상부굴절반사부(11c)로 이루어진다.

이때, 상기 엘이디수용부(11a)는 원통형의 홈으로 형성되고, 상기 상부반사부(11b)는 상기 홈의 외측 둘레를 따라 일측방향으로 경사를 이루며 형성되며, 상기 상부굴절반사부(11c)는 상기 엘이디수용부(11a)의 바닥면에 돔형상으로 돌출되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 상부확산렌즈(10)의 외측면에는 상기 광확산렌즈(1)가 투광장착부(101)의 내측에 안착될 수 있도록 외측으로 연장된 확산렌즈연결편(12)이 형성된다.

한편, 상기 확산렌즈연결편(12)은 상기 투광장착부(101)의 내측에 볼트로 안착 결합되는 것이 바람직하고, 상기 볼트가 연결될 수 있도록 다수개의 볼트공이 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 확렌즈연결편(12)은 상기 투광장착부(101)의 내측에 접착제로 안착되는 것도 바람직하다.

그리고, 상기 하부확산렌즈(20)의 요철부(21)는 중심부에 상기 상부확산렌즈(10)에서 투과된 빛이 굴절 또는 전반사되도록 만곡형상의 홈이 형성된 제1하부굴절반사부(21a)가 형성된다.

여기서, 상기 제1하부굴절반사부(21a)의 만곡형상 홈은 도 4에 도시된 바와 같이 일측방향으로 연장되도록 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 하부확산렌즈(20)의 요철부(21)는 상기 상부확산렌즈(10)에서 투과된 빛이 굴절 또는 전반사되도록 일측방향으로 경사진 돌기형상의 제2하부굴절반사부(21b)가 형성된다.

한편, 상기 제2하부굴절반사부(21b)는 상기 하부확산렌즈(20)의 하면에 하나 이상으로 형성되되, 상기 일측방향으로 형성된 경사면은 상기 하부확산렌즈(20)의 중심부 방향으로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 하부확산렌즈(20)의 요철부(21)는 상기 상부확산렌즈(10)에서 투과된 빛이 굴절 또는 전반사되도록 일측방향으로 경사진 돌기형상의 제3하부굴절반사부(21c)가 형성된다.

이때, 상기 제3하부굴절반사부(21c)는 상기 하부확산렌즈(20)의 하면에 하나 이상으로 형성되되, 상기 일측방향으로 형성된 경사면은 상기 하부확산렌즈(20)의 중심부 방향으로 형성되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 제3하부굴절반사부(21c)에는 상기 상부확산렌즈(10)에서 투과된 빛의 굴절 또는 전반사에 다양성이 향상되도록 경사면의 각도가 가변된 가변굴절반사부(21d)가 형성된다.

한편, 상기 가변굴절반사부(21d)는 도 8에 도시된 바와 같이 상기 제3하부굴절반사부(21c)에 형성된 경사면의 하부에서 연장되도록 형성되되, 상기 제3하부굴절반사부(21c)에 형성된 경사면의 각도(θ1)와 대비시 감소된 경사면의 각도(θ2)로 형성되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 전반사수단이 구비된 엘이디 가로등의 광확산렌즈의 작용을 살펴보면 아래와 같다.

본 발명에 의한 전반사수단이 구비된 엘이디 가로등의 광확산렌즈는 도 7에 도시된 바와 같이 상기 엘이디소자(L)가 수용되도록 상면에 다수개의 요입홈(11)이 형성된 상부확산렌즈(10)와; 하면에 상기 엘이디소자(L)에서 조사된 빛이 굴절되거나 전반사되도록 다수개의 요철부(21)가 형성된 하부확산렌즈(20)로 구성되되, 상기 상부확산렌즈(10)는 상기 엘이디소자(L)가 수용되는 엘이디수용부(11a)가 형성되어 빛 소비율을 향상시키고, 상기 엘이디수용부(11a)의 외측으로 경사진 상부반사부(11b)와, 상기 엘이디수용부(11a)의 바닥면에 돔형상의 상부굴절반사부(11c)가 형성됨으로써, 조사된 빛을 굴절 또는 전반사하여 직진성을 가지는 엘이디소자(L)의 빛 조사면적을 확대하는 것으로 조명효율을 향상시킬 수 있게 된다.

여기서, 상기 상부반사부(11b)는 상기 상부굴절반사부(11c)로 조사되어 측방향으로 전반사된 빛을 다시 하부방향으로 전반사시킴으로써, 상기 엘이디소자(L)에서 최초 조사된 빛의 면적을 확대하되, 상기 하부확산렌즈(20)로 전반사되는 빛을 집중시킬 수 있게 되어 조명효율을 향상시킬 수 있게 된다.

그리고, 상기 하부확산렌즈(20)는 도 8에 도시된 바와 같이 중심부에 상기 상부확산렌즈(10)에서 투과된 빛이 굴절되도록 만곡형상의 홈이 형성된 제1하부굴절반사부(21a)가 형성됨으로써, 일반적인 굴절작용으로 상기 엘이디소자(L)에서 최초 조사된 빛의 면적을 확대하며 빛을 분산시킬 수 있게 된다.

이때, 상기 하부확산렌즈(20)에는 상기 상부확산렌즈(10)에서 투과된 빛이 굴절 또는 전반사되도록 일측방향으로 경사진 돌기형상의 제2하부굴절반사부(21b)가 형성됨으로써, 투과된 빛이 상기 제2하부굴절반사부(21b)의 경사면에서 전반사되는 것으로 상기 제1하부굴절반사부(21a)에서 굴절된 빛이 꺽이는 각도(평균 : 0~50° )보다 확대된 각도(평균 : 50~60°)로 전반사작용이 발생되어 상기 광확산렌즈(1)의 하측방향으로 조사되는 빛의 면적으로 넓게 분포시키는 것으로 가로등의 효율 및 조명효율을 대폭 향상시킬 수 있게 된다.

여기서, 도 9은 본원 발명의 광확산렌즈(1)에 대한 광분포도를 확인하기 위하여 실험한 데이터로서 광분포가 상하 +60U/D ~ -60U/D로 형성되는 것을 확인할 수 있다.

이때, 상기 하부확산렌즈(20)에는 도 8에 도시된 바와 같이 상기 제3하부굴절반사부(21c)의 하부에서 연장되며 상기 상부확산렌즈(10)에서 투과된 빛의 굴절 또는 전반사에 다양성이 향상되도록 경사면의 각도가 가변된 가변굴절반사부(21d)가 형성됨으로써, 광분포를 용이하게 가변할 수 있게 된다.

한편, 상기 상부확산렌즈(10)의 외측면에 도 6과 같이 상기 광확산렌즈(1)가 투광장착부(101)의 내측에 안착될 수 있도록 외측으로 연장된 확산렌즈연결편(12)이 형성됨으로써, 결합의 용이성을 향상시킬 수 있게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 광확산렌즈 10 : 상부확산렌즈
11 : 요입홈 11a : 엘이디수용부
11b : 상부반사부 11c : 상부굴절반사부
12 : 확산렌즈연결편 20 : 하부확산렌즈
21 : 요철부 21a : 제1하부굴절반사부
21b : 제2하부굴절반사부 21c : 제3하부굴절반사부
21d : 가변굴절반사부 100 : 가로등 본체
101 : 투광장착부 L : 엘이디소자

Claims

다수개의 엘이디소자(L : 발광다이오드)를 광원으로 갖으며 하면에 다수개의 투광장착부(101)가 천공된 엘이디 가로등 본체(100)에 장착되어 빛을 분산시키는 엘이디 가로등의 광확산렌즈(1)에 있어서,
상기 광확산렌즈(1)는 상면에 상기 가로등본체(100)의 내부에 구비된 엘이디소자(L)가 수용되도록 다수개의 요입홈(11)이 형성된 상부확산렌즈(10)와;
하면에 상기 엘이디소자(L)에서 조사된 빛이 굴절되거나 전반사되도록 다수개의 요철부(21)가 형성된 하부확산렌즈(20)로 구성되며;
상기 상부확산렌즈(10)의 요입홈(11)은 상기 엘이디소자(L)가 수용되는 엘이디수용부(11a)와, 상기 엘이디수용부(11a)의 외측으로 경사진 상부반사부(11b)와, 상기 엘이디수용부(11a)의 바닥면에 상부로 돌출된 돔형상의 상부굴절반사부(11c)로 이루어지며;
상기 상부확산렌즈(10)의 외측면에는 상기 광확산렌즈(1)가 투광장착부(101)의 내측에 안착될 수 있도록 외측으로 연장된 확산렌즈연결편(12)이 형성되고;
상기 하부확산렌즈(20)의 요철부(21)는 중심부에 상기 상부확산렌즈(10)에서 투과된 빛이 굴절되도록 만곡형상의 홈이 형성된 제1하부굴절반사부(21a)가 형성된 것을 특징으로 하는 전반사수단이 구비된 엘이디 가로등의 광확산렌즈.
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제 1 항에 있어서,
상기 하부확산렌즈(20)의 요철부(21)는 상기 상부확산렌즈(10)에서 투과된 빛이 굴절 또는 전반사되도록 일측방향으로 경사진 돌기형상의 제2하부굴절반사부(21b)가 형성된 것을 특징으로 하는 전반사수단이 구비된 엘이디 가로등의 광확산렌즈.
제 1 항에 있어서,
상기 하부확산렌즈(20)의 요철부(21)는 상기 상부확산렌즈(10)에서 투과된 빛이 굴절 또는 전반사되도록 일측방향으로 경사진 돌기형상의 제3하부굴절반사부(21c)가 형성된 것을 특징으로 하는 전반사수단이 구비된 엘이디 가로등의 광확산렌즈.
제 5 항에 있어서,
상기 제3하부굴절반사부(21c)에는 상기 상부확산렌즈(10)에서 투과된 빛의 굴절 또는 전반사에 다양성이 향상되도록 경사면의 각도가 가변된 가변굴절반사부(21d)가 형성된 것을 특징으로 하는 전반사수단이 구비된 엘이디 가로등의 광확산렌즈.