KR101462510B1

KR101462510B1 - 엘이디 조명용 배광 렌즈

Info

Publication number: KR101462510B1
Application number: KR1020130027052A
Authority: KR
Inventors: 이상길
Original assignee: 에이옵틱스주식회사
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2013-03-14
Publication date: 2014-11-20
Also published as: KR20140113785A

Abstract

본 발명은 가로등과 같은 조명에 사용되는 엘이디가 용도별 또는 크기별에 따라 달라지는 렌즈의 사이즈를 똑같은 비율로 키워 동일한 배광 분포를 간단히 얻을 수 있는 범위를 찾아낸 엘이디 조명용 배광 렌즈에 관한 것이다.

Description

엘이디 조명용 배광 렌즈{LIGHT DISTRIBUTION LENS FOR LIGHT EMITTING DEVICE LIGHTING}

일반적으로, 조명등은 설치되는 장소에 따라 가로등, 터널등, 횡단 보도등, 보안등 기타 여러 가지로 구분된다. 상기 조명등은 각 장소에서의 조명 용도에 따라 적절한 배광 분포를 갖도록 설치된다. 예를 들어, 도로의 중앙차선에 설치되는 가로등은, 양쪽 차선의 모든 노면을 일정 수준 이상의 밝기로 비추기 위해, 조명등의 광원으로부터 출사된 광이 하향 분산되도록 설치된다. 또한, 차도와 인도가 접하는 도로 근방에 설치되는 가로등은, 차도에는 빛을 밝게, 인도에는 상대적으로 빛을 어둡게 비추기 위해, 광원으로부터 출사된 광이 인도 방향으로 덜 향하도록 외부 반사판에 의해 일방으로만 하향 분산되도록 설치된다.

이러한 용도의 LED용 비구면 렌즈로서, 예컨대 특허문헌에 공지된 것이 제안되어 있다.

종래 LED를 수용하기 위한 홈을 가지며, 상기 LED로부터 출사된 광을 굴절시키는 LED용 비구면 렌즈는 상기 LED로부터 광이 입사되며, 상기 홈의 형상에 따라 정의되는 입광면; 및 상기 입광면을 통해 입사된 광이 외부로 출사되는 출광면을 포함하며, 상기 렌즈의 제1 방향의 폭은, 상기 제1 방향과 평면상에서 수직하는 제2 방향의 폭보다 작으며, 상기 홈의 상기 제1 방향의 폭은, 상기 제2 방향의 폭보다 크게 구현되어 있다.

또한, LED용 비구면 렌즈는 특허문헌의 도면1, 도면3a 및 도면3b를 참조하여 설명하면, I-I'단면(횡방향단면) 및 II-II'단면(종방향단면)의 중심선(OP-BP-AP)에 대해 모두 좌우 대칭의 구면을 갖는다.

이러한 종래의 LED용 비구면 렌즈에서는 입광면의 제1곡면이 용도별이나 크기별에 따라 동일한 배광 분포를 갖도록 설계되어 있지 않고, 단 하나의 용도나 크기에만 해당되는 제1곡면을 가지고 있다. 따라서, 용도별이나 크기별에 따른 LED용 비구면 렌즈가 배광 분포에 맞추지 않고 LED 패키지의 사이즈에만 맞으면 적용하는 실정이다.

한편, 횡방향단면 및 종방향단면의 중심선에 대해 좌우대칭이기 때문에, 특허문헌의 도면7과 같이 차도와 차도 사이의 가로등에 설치되는 경우에는 좌우 차도에 넓게 배광할 수 있다.

그러나, 종래의 LED용 비구면 렌즈가 차도와 갓길(또는 인도) 사이에 설치되는 경우에는 좌우대칭의 횡방향단면으로 인해 갓길(또는 인도) 쪽으로 불필요하게 많은 배광(조명)을 하여 비효율적일 수 있다.

한국등록특허 제10-1236763

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 용도별 또는 크기별로 달라지는 엘이디의 사이즈에 맞춰 입광면의 형상을 똑같은 비율로 키워 배광 분포를 균일하게 얻을 수 있는 엘이디 조명용 배광 렌즈를 제공함에 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 청구항 1에 기재된 엘이디 조명용 배광 렌즈는 렌즈몸체와, 상기 렌즈몸체 하부에 형성되어 LED가 수용되는 홈을 포함하되, 상기 홈 내면이 비구면으로 형성되어 상기 LED 광이 입사되는 입광면과, 상기 렌즈몸체 외측에 비구면으로 형성되어 상기 입광면을 통과한 광이 외부로 출사되는 출광면을 가지며,

상기 렌즈몸체의 종방향(y)단면에 볼 때, 종방향 입광면의 반경(r)은 상기 종방향 입광면의 정점(V)을 통과하는 곡률반경(PV)이고, 종방향 입광면의 높이(H)는 상기 LED의 광원중심(O)과 상기 종방향 입광면의 정점(V) 사이의 거리(OV)이고,

상기 렌즈몸체의 횡방향(x)단면에서 볼 때, 횡방향 입광면의 반경(R)은 상기 횡방향 입광면의 정점(V)을 통과하는 곡률반경(QV)이고, 상기 횡방향 입광면의 높이(H)의 연장선과 상기 횡방향 입광면의 곡률반경(QV) 사이의 각도를 θ라 하고, LED광원의 직경을 Φ라고 하면,

PV/Φ는 0.3~0.6, OV/Φ는 0.5~0.7; QV/Φ는 1.6~2.0, θ는 150°~170°를 만족하는 입광면이 형성되어 있다.

본 발명의 청구항 2에 기재된 엘이디 조명용 배광 렌즈에 있어서, 상기 종방향 입광면의 높이(OV)를 중심으로 해서 좌우 대칭인 상기 입광면과 상기 출광면이 형성되고, 상기 횡방향 입광면의 높이(OV)를 중심으로 해서 좌우 비대칭인 상기 입광면과 상기 출광면이 형성되어 있다.

본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

종방향에 대해서는 V/Φ 는 0.3~0.6, OV/Φ 는 0.5~0.7; 횡방향에 대해서는 QV/Φ 는 1.6~2.0, θ 는 150°~170°을 만족하게 입광면이 형성됨으로써, 용도별이나 크기별에 따라 LED의 사이즈가 바뀌더라도 위 비율에 따라 똑같은 비율로 사이즈를 키울 수 있는 금형 설계가 가능하여 배광 분포의 균일성을 향상시킨다.

또한, 횡방향단면에 대해 좌우를 비대칭으로 형성하면, 렌즈의 두께에 따른 다른 굴절의 양에 따라, 갓길(또는 인도)과 차도 사이에 설치된 가로등인 경우 차도 쪽으로 더 많은 배광이 형성되어, 조명효율을 현저히 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엘이디 조명용 배광 렌즈를 도시한 사시도.
도 2는 도 1의 평면도.
도 3은 도 2의 3-3선을 취하여 본 단면도.
도 4는 도 2의 4-4선을 취하여 본 단면도.
도 5는 도 3에서 곡률반경(r=PV)과 높이(H=OV), LED 광원의 직경(Φ)을 표시한 단면도.
도 6은 도 4에서 곡률반경(R=QV)과 각도(θ), LED 광원의 직경(Φ)을 표시한 단면도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엘이디 조명용 배광 렌즈를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 평면도이고, 도 3은 도 2의 3-3선을 취하여 본 단면도이고, 도 4는 도 2의 4-4선을 취하여 본 단면도이고, 도 5는 도 3에서 곡률반경(r=PV)과 높이(H=OV), LED 광원의 직경(Φ)을 표시한 단면도이고, 도 6은 도 4에서 곡률반경(R=QV)과 각도(θ), LED 광원의 직경(Φ)을 표시한 단면도이다.

도 1 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 LED 조명용 배광 렌즈(1)는 외형을 이루는 렌즈몸체(10)와, 렌즈몸체(10) 하부에 형성되어 LED가 수용되는 홈(30)으로 이루어진다.

홈(30)의 입구측 주변 측면(31)과 하면(33)은 사각형상으로 기판(미도시) 등에 고정할 때 평탄함을 주기 위한 구성이다.

렌즈몸체(10)는 도 1과 같이 y축을 따르는 종방향과 x축을 따르는 횡방향, x-y평면에 수직한 z축을 갖는 형상을 갖는다.

렌즈몸체(10)의 종방향(y) 길이는 횡방향(x)의 길이보다 길게 형성되고, 렌즈몸체(10)의 외면은 x-y평면 내에서 z축을 따르는 외부 렌즈면인 출광면(50)으로 이루어진다.

홈(30)의 내면은 구면에서 약간 벗어난 곡면인 비구면으로 형성되는 내부 렌즈면인 입광면(40)이 형성되어 있다.

입광면(40)은 상기 LED 광이 입사되는 면이다.

렌즈몸체(10)의 외면에도 비구면으로 형성되어 입광면(40)을 통과한 광이 외부로 출사되는 출광면(50)이 형성되어 있다.

입광면(40)은 도 3과 같은 종방향 입광면(40a)과, 도 4와 같은 횡방향 입광면(40b)으로 형성되어 있다.

종방향 입광면(40a)은 크게 제1곡면(41a)과, 제1곡면(41a)보다 곡률반경이 큰 제2곡면(43a)으로 이루어진다.

제1곡면(41a)은 종방향 입광면(40a)의 정점(V)을 중심으로 해서 좌우로 곡률반경이 작은 곡면이고, 제2곡면(43a)은 제1곡면(41a)의 좌우에서 아래쪽으로 내려갈수록 곡률반경이 큰 곡면으로 형성되어 있다.

한편, 도 5와 같이, 종방향(y)단면에 볼 때, 제1곡면(41a)의 원의 반경(r)은 종방향 입광면(40a)의 곡률반경(PV) 또는 제1곡면(41a)의 곡률반경(PV)이며, 종방향 입광면(40a)의 정점(V)을 통과하는 곡률반경을 기준으로 한다.

여기서, V는 z축선 상에 있는 제1곡면(41a)의 정점이기도 하며, P는 곡률반경(PV)의 중심이다.

또한, 종방향 입광면(40a)의 높이(H)는 LED의 광원중심(O)과 종방향 입광면(40a)의 정점(V) 사이의 거리(OV)로서, z축을 따르는 거리이다.

또한, 곡률반경(PV)의 중심(P)은 LED 광원중심(O)과 종방향 입광면(40a)의 정점(V) 사이에 위치한다.

또한, 홈(30)의 입구측에는 LED가 놓이는 위치로서, O는 LED 광원의 중심을 나타내고, Φ는 x-y축이 교차하는 평면상의 광원 직경을 나타낸다.

예컨대, LED가 4개인 경우 Φ는 두 개의 LED의 대각선 거리이며, 광원중심(O)은 대각선이 서로 교차하는 중심이다.

한편, 종방향 입광면(40a)은 z축을 중심으로 좌우가 대칭인 곡면으로 이루어진다.

출광면(50)은 입광면(40)과 마찬가지로 종방향 출광면(50a)과 횡방향 출광면(50b)으로 이루어진다.

도 3 및 도 5에 도시한 바와 같이, 종방향 입광면(40a)과 출광면(50a)은 z축을 중심으로 좌우가 대칭인 곡면으로 형성되어 있다.

이러한 좌우 대칭의 형상으로 인해, 차선 폭을 따라 멀리 배광이 이루어진다.

한편, 도 3 및 도 6과 같이, 렌즈몸체(10)의 횡방향(x)단면에서 볼 때, 횡방향 입광면(40b)의 반경(R)은 횡방향 입광면(40b)의 곡률반경(QV)이며, 횡방향 정점(V)을 통과하는 곡률반경을 기준으로 한다.

여기서, V는 z축선 상에 있는 횡방향 입광면(40b)의 정점이며, Q는 곡률반경(QV)의 중심이다.

또한, 곡률반경(QV)은 도 6과 같이 LED광원중심(O)의 아래쪽 우측에 형성되어 있다.

또한, 횡방향 입광면(40b)의 높이(H)는 LED의 광원중심(O)과 횡방향 입광면(40b)의 정점(V) 사이의 거리(OV)로서, z축을 따르는 거리이다.

본 실시예에서는 z축선 상을 따르는 종방향 입광면(40a)의 높이(H)는 횡방향 입광면(40b)의 높이(H)와 같다.

또한, 횡방향 입광면(40b)의 높이(OV)의 위쪽 z축과 횡방향 입광면(40b)의 곡률반경(QV) 사이의 각도(θ)는 둔각을 이룬다.

이러한 형상을 갖는 종방향 입광면(40a)과 횡방향 입광면(40b)은 아래와 같은 표 1의 범위를 만족하면, 용도별 또는 크기별에 따라 렌즈 사이즈를 간편하게 키우거나 줄일 수 있다.

입광면	종방향 입광면	곡률반경(r=PV)	PV/Φ	0.3~0.6
	종방향 입광면	높이(H=OV)	OV/Φ	0.5~0.7
	횡방향 입광면	곡률반경(R=QV)	QV/Φ	1.6~2.0
	횡방향 입광면	각도(θ)		150°~170°

이러한 비율을 바람직한 실시예에 따라 계산하면,

Φ가 9.598mm 이라고 하면, 아래와 같은 표 2와 같이 종방향 입광면의 치수와 횡방향 입광면의 치수를 설정하여 위쪽 표 1의 범위 내에 들어가도록 설계하면 비구면 입광면(40)을 간단히 얻을 수 있다.

입광면	종방향 입광면	PV=4.376mm	PV/Φ	0.456
	종방향 입광면	OV=6mm	OV/Φ	0.625
	횡방향 입광면	QV=17.987mm	QV/Φ	1.874
	횡방향 입광면	θ=162°		162°

또한, 횡방향 입광면(40b)은 그 높이(OV)를 따르는 z축선을 중심으로서 좌우 비대칭인 입광면과 출광면이 형성되어 있다.

좌측의 횡방향 입광면과 출광면 사이의 두께는 우측의 횡방향 입광면과 출광면 사이의 두께보다 더 두꺼운 비대칭이다.

따라서, 두께가 더 두꺼운 좌측의 횡방향 입광면과 출광면이 우측의 횡방향 입광면과 출광면보다 더 많은 굴절로 인해 배광효율이 좋다.

이러한 배광효율의 차이는 배광이 많이 필요한 차도와 그렇지 않은 인도의 경계상에 설치되는 가로등의 경우에는 매우 유용하다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변경 또는 변형하여 실시할 수 있음은 해당기술분야의 당업자라면 자명하다 할 것이다.

1 : LED 조명용 배광 렌즈 10 : 렌즈몸체
30 : 홈 40 : 입광면
40a : 종방향 입광면 41a : 제1곡면
43a : 제2곡면 40b : 횡방향 입광면
50 : 출광면 50a : 종방향 입광면
50b : 횡방향 입광면
V : 종방향 입광면 또는 횡방향 입광면의 정점
r=PV : 제1곡면의 곡률반경
P : 곡률반경(PV)의 중심
OV=H : 종방향 입광면 또는 횡방향 입광면의 높이
O : LED의 광원중심
Φ : LED 광원의 직경
R=QV : 횡방향 입광면의 곡률반경
Q : 곡률반경(QV)의 중심
θ : H의 연장선과 곡률반경(QV) 사이의 각도(둔각)

Claims

렌즈몸체(10)와, 상기 렌즈몸체(10)의 하부에 형성되어 LED가 수용되는 홈(30)을 포함하되,
상기 홈(30)의 내면이 비구면으로 형성되어 상기 LED 광이 입사되는 입광면(40)과,
상기 렌즈몸체(10)의 외면이 비구면으로 형성되어 상기 입광면(40)을 통과한 광이 외부로 출사되는 출광면(50)을 가지며,
상기 입광면(40)은 종방향 입광면(40a)과 횡방향 입광면(40b)으로 형성되되,
상기 렌즈몸체의 종방향(y)단면에 볼 때, 상기 종방향 입광면의 반경(r)은 상기 종방향 입광면의 정점(V)을 통과하는 곡률반경(PV)이고, 상기 종방향 입광면의 높이(H)는 상기 LED의 광원중심(O)과 상기 종방향 입광면의 정점(V) 사이의 거리(OV)이고,
상기 렌즈몸체의 횡방향(x)단면에서 볼 때, 상기 횡방향 입광면의 반경(R)은 상기 횡방향 입광면의 정점(V)을 통과하는 곡률반경(QV)이고, 상기 횡방향 입광면의 높이(H)의 연장선과 상기 횡방향 입광면의 곡률반경(QV) 사이의 각도를 θ라 하고,
LED광원의 직경을 Φ라고 하면,
PV/Φ 는 0.3~0.6, OV/Φ 는 0.5~0.7
QV/Φ 는 1.6~2.0, θ 는 150°~170°
를 만족하는 입광면이 형성되는 엘이디 조명용 배광 렌즈.
청구항 1에 있어서,
상기 종방향 입광면의 높이(OV)를 중심으로 해서 좌우 대칭인 상기 입광면과 상기 출광면이 형성되고,
상기 횡방향 입광면의 높이(OV)를 중심으로 해서 좌우 비대칭인 상기 입광면과 상기 출광면이 형성되는 엘이디 조명용 배광 렌즈.