KR101742196B1 - Led 소자용 광확산 렌즈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은, LED 소자에서 발생하는 빛을 작은 부품으로 효과적으로 확산시킬 수 있는 LED 소자용 광확산 렌즈를 제공하는 것이다. 이를 위하여 본 발명에서는, LED 소자(20)마다 설치되는 LED 소자용 광확산 렌즈(10)로서, 빛이 통과하는 재질로 만들어진 본체; 상기 본체의 하측 중앙에 형성되어 LED 소자(20)가 수용되는 수용 홈(11); 상기 수용 홈(11) 상부에 LED 소자(20)에 대향하여 오목하게 형성된 제1 확산면(15); 및 상기 제1 확산면(15)을 통과한 빛이 외부로 진행하면서 거치는 부분으로 외부에서 볼 때 오목하게 형성된 제2 확산면(16)을 구비하고, 상기 제1 확산면(15) 및 상기 제2 확산면(16)에는 동심원을 이루는 복수의 골과 산이 교대로 형성되어서 평면도를 기준으로 동심원의 중심점을 지나는 선을 따라 취한 단면의 형상은 톱니 형상인 LED 소자용 광확산 렌즈(10)를 제공한다.

Description

LED 소자용 광확산 렌즈{Lens of light diffusion for LED device}
본 발명은 LED 소자 마다 설치되는 렌즈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LED 소자 단위로 설치되어 LED 소자에서 발생하는 빛이 확산되도록 하는 LED 소자용 광확산 렌즈에 관한 것이다.
일반적으로, LED(Light Emitting Diode) 소자는 화합물 반도체 특성을 이용해서 전기 신호를 적외선 또는 가시광선으로 변환시키는 반도체의 일종이다. 기존의 백열전구나 형광 램프에 비해 LED 소자는 상대적으로 저 전력으로 고휘도의 빛을 발생시키고, 수명이 길어서 근래에 각종 조명용 램프를 대체하는 수단으로 각광받고 있다.
LED 소자에서 발생하는 빛을 사람이 육안으로 볼 경우 눈부심과 피로를 느끼기 쉬워서 통상의 LED 소자를 이용한 조명 기구는 빛이 투과하는 등기구를 사용하여 사람이 직접 LED소자에서 발생하는 빛을 보지 않도록 하고 있다. 그러나 빛의 확산을 위해 별도의 등기구를 사용하여야 하는 경우에는 조명 장치의 크기가 커질 수밖에 없어서 두께가 얇거나 슬림한 사이즈로 조명 기구를 구성하기 어려운 문제점이 있어왔다. 이에 LED 소자에서 발생하는 빛을 작은 부품으로 효과적으로 확산시킬 수 있는 수단을 강구할 필요성이 크게 대두되어 왔다.
예를 들어, 대한민국 특허공개공보 제10-2010-0045639호에는 LED 소자마다 설치되어 LED 소자에서 발생하는 빛을 확산하는 기능을 가지는 렌즈가 개시되어 있다. 그러나 여기의 렌즈는 전체적으로 LED 소자의 전면 부분이 볼록 렌즈 형상으로 구성되어서 효과적으로 빛을 확산시키기 어려운 구조이다. 이에 이러한 종래 기술의 문제점을 해소할 수 있는 새로운 수단으로 본 발명의 LED 소자용 광확산 렌즈를 고안하게 되었다.
대한민국 특허공개공보 제10-2010-0045639호
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, LED 소자에서 발생하는 빛을 작은 부품으로 효과적으로 확산시킬 수 있는 LED 소자용 광확산 렌즈를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는
LED 소자마다 설치되는 LED 소자용 광확산 렌즈로서,
빛이 통과하는 재질로 만들어진 본체;
상기 본체의 하측 중앙에 형성되어 LED 소자가 수용되는 수용 홈;
상기 수용 홈 상부에 LED 소자에 대향하여 오목하게 형성된 제1 확산면; 및
상기 제1 확산면을 통과한 빛이 외부로 진행하면서 거치는 부분으로 외부에서 볼 때 오목하게 형성된 제2 확산면을 구비하고,
상기 제1 확산면 및 상기 제2 확산면에는 동심원을 이루는 복수의 골과 산이 교대로 형성되어서 평면도를 기준으로 동심원의 중심점을 지나는 선을 따라 취한 단면의 형상은 톱니 형상인 것을 특징으로 하는 LED 소자용 광확산 렌즈를 제공한다.
여기서, 상기 제1 확산면 또는 제2 확산면은 곡률반경이 큰 외측 오목부와, 그 중앙에 형성되고 외측 오목부에 비해 곡률반경이 작은 내측 오목부를 구비할 수 있다.
여기서, 상기 제1 확산면 및 상기 제2 확산면 상에 단면을 기준으로 톱니 형상으로 형성된 굴곡에 있어서, 산의 단부는 렌즈의 중심축에 대해 외측을 향하고, 골의 하단부는 렌즈의 중심축을 향할 수 있다.
본 발명의 LED 소자용 광확산 렌즈를 사용하면 LED 소자에서 발생하는 빛을 작은 부품으로 효과적으로 확산시킬 수 있다. 특히, LED 소자 전면의 형상이 오목 렌즈 형상 또는 2중 오목 렌즈 형상으로 만들어지고, 그 표면에 산과 골이 있는 굴곡이 형성되어서 오목 렌즈 형상에 의한 광확산 효과와 굴곡에 의한 광확산 효과가 중첩적으로 발생하여 작은 렌즈의 사용만으로 조명 장치의 사이즈를 축소시키면서 LED소자에서 발생하는 빛을 효과적으로 확산시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 광확산 렌즈를 사용하는 경우에는 광확산에 의해 조명 장치에서 발생한 빛이 비추는 면적이 증대되어 비교적 넓은 공간의 조명으로의 사용이 용이하게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 LED 소자용 광확산 렌즈의 구성을 보여주는 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 LED 소자용 광확산 렌즈를 A 방향에서 바라본 평면도.
도 3은 본 발명에 따른 LED 소자용 광확산 렌즈가 LED 소자에 장착된 모습을 보여주는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 LED 소자용 광확산 렌즈와 대비되는 비교예의 광확산 구조를 보여주는 도면.
도 5는 LED 소자용 광확산 렌즈의 일례를 보여주는 도면.
도 6은 도 5에 도시된 광확산 렌즈에 본 발명에 따른 LED 소자용 광확산 렌즈의 특징적인 구성이 적용된 것을 보여주는 도면.
도 7은 도 6에 도시된 LED 소자용 광확산 렌즈의 다른 변형예를 보여주는 도면.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 1에는 본 발명에 따른 LED 소자용 광확산 렌즈의 구성을 보여주는 단면도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1에 도시된 LED 소자용 광확산 렌즈를 A 방향에서 바라본 평면도가 도시되어 있으며, 도 3에는 본 발명에 따른 LED 소자용 광확산 렌즈가 LED 소자에 장착된 모습을 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 LED 소자용 광확산 렌즈(10)는 LED 소자(20)가 수용되는 수용 홈(11)과, 상기 수용 홈(11) 상부에 LED 소자(20)에 대향하여 오목하게 형성된 제1 확산면(15)과, 상기 제1 확산면(15)을 통과한 빛이 외부로 진행하면서 거치는 부분으로 외부에서 볼 때 오목하게 형성된 제2 확산면(16)을 구비한다.
본 발명에 따른 상기 LED 소자용 광확산 렌즈(10)는 빛이 투과 가능한 재질로 만들어지고, PCB(Printed Circuit Board)(30) 상에 설치된 하나 또는 복수의 LED 소자(20)에 대해 각 LED 소자(20)마다 그 전방에 설치되어 LED 소자(20)에서 발생하는 빛이 확산되도록 하는 기능을 한다.
빛을 확산시키는 이유는 LED 소자(20)에서 발생한 빛을 사람의 눈에서 직접 인식할 때에는 너무 밝아서 눈의 피로를 쉽게 느끼게 된다. 이에 LED 소자(20)에서 발생하는 빛이 사람의 눈으로 직접 투사되지 않도록 확산광을 제공하는 것이 조명에 사용되는 LED 소자(20)에 있어서는 필요하다.
도 2에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 LED 소자용 광확산 렌즈(10)는 전방에서 볼 때 원형의 평면 형상을 가진다. 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 제1 확산면(15) 및 제2 확산면(16)은 기본적인 형상이 오목렌즈와 같이 광원인 LED소자를 향하는 제1 확산면(15)과 외부에서 보이는 제2 확산면(16) 모두 오목하게 형성되어 있다. 이 오목한 면상에 산과 골이 형성되어 있는데, 어느 방향으로나 균일하게 빛이 확산될 수 있도록 동심원 형태로 산과 골이 형성되어 있다. 동심원의 중심을 지나는 선으로 자른 단면을 기준으로는 도 1에 도시된 것과 같이 산과 골이 반복하여 형성되어 있어서, 톱니 형상으로 보이게 된다.
이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 LED 소자용 광확산 렌즈(10)는 도 3에 도시된 것과 같이 사용될 수 있다.
도 3에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 LED 소자용 광확산 렌즈(10)는 LED 소자(20)의 전방에 LED 소자(20) 1개와 일대일로 대응하도록 배치된다. 즉, 본 발명에 따른 LED 소자용 광확산 렌즈(10)에 형성된 수용 홈(11)에 LED 소자(20)가 수용된다. LED 소자(20)들은 도 3의 지면에 수직한 방향으로 여러 개가 설치될 수 있고, LED 소자(20)를 구비하는 조명 장치의 경우 LED 소자(20)들에서 방출하는 열을 발산하기 위해 바디(40)에 방열 핀(fin)(45)을 구비하는 것이 바람직하다.
도 4에는 본 발명에 따른 LED 소자용 광확산 렌즈와 대비되는 비교예의 광확산 구조를 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 4에 도시된 것과 같이 LED 소자(20)들이 지면에 수직한 방향으로 여러 개 배치되어 LED 조명 장치를 구성하는 경우에는 LED 소자(20)에서 발생한 빛을 사람이 직접 보지 않도록 확산판(48)을 설치하는 것을 생각할 수 있다. 확산판(48)은 광 반투명의 유리나 플라스틱으로 만들어질 수 있는데, 확산판(48)과 LED 소자(20)의 거리(D)가 약 20mm 이상으로 이격되어야 광확산 효과가 얻어진다. 또한, 도 4의 비교예에서는 확산판(48)을 고정하기 위해 별도의 브래킷(46, 47)이 필요하게 된다.
그러나 본 발명에 따른 LED 소자용 광확산 렌즈(10)에서는 확산면이 오목면으로 형성되고, 확산면이 제1 확산면(15)과 제2 확산면(16)으로 2중으로 배치되며, 광확산을 위한 굴곡이 형성되어 있어서 별도의 확산판(48)을 사용하지 않아도 충분한 광확산 효과를 얻을 수 있다. 더욱이 확산판(48)을 사용하는 경우에 비해 LED 소자(20) 전방 공간을 확보할 수 있어서 조명 장치의 전후방 두께를 감소시킬 수 있다(즉, 조명 장치의 슬림화가 가능하게 된다).
더욱이, 본 발명에 따른 LED 소자용 광확산 렌즈(10)는 광학적 구조를 사용하여 광확산 효과를 얻는 것이어서, 단순히 광투과도를 조절하는 확산판(48)에 의하는 경우에 비해 광 손실이 적어서 조명 장치의 조도를 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
도 5에는 LED 소자용 광확산 렌즈의 일례를 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 5에 도시된 것과 같이, 오목 렌즈만을 사용하여 광확산 기능을 구현하고자 하는 경우에는 오목 렌즈를 2중으로 형성할 수 있다.
즉, 제1 확산면(15) 및 제2 확산면(16)을 모두 곡률반경이 큰 외측 오목부(5, 6)와, 그 중앙에 형성되고 외측 오목부(5, 6)에 비해 곡률반경이 작은 내측 오목부(4, 7)를 구비하는 방식으로 2중으로 오목 렌즈 면을 형성하는 경우에는 어느 정도 LED 소자(20)에서 발생하는 빛의 확산 효과를 얻을 수 있다.
도 6에는 도 5에 도시된 광확산 렌즈에 본 발명에 따른 LED 소자용 광확산 렌즈의 특징적인 구성이 적용된 것을 보여주는 도면이 도시되어 있고, 도 7에는 도 6에 도시된 LED 소자용 광확산 렌즈의 다른 변형예를 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 것과 같이, 전방에서 볼 때 동심원을 이루는 산과 골이 제1 확산면(15)과 제2 확산면(16)에 형성되어 있고, 이 제1 확산면(15)과 제2 확산면(16)은 외측 오목부(115, 116, 215, 216)와, 그 중앙에 형성되고 외측 오목부(115, 116, 215, 216)에 비해 곡률반경이 작은 내측 오목부(114, 117, 214, 217)의 2중 오목면이 형성되어 있다.
도 6에 도시된 LED 소자용 광확산 렌즈(10)에서는 골곡의 형상이 렌즈의 중심을 향하는 면이 더 넓고 렌즈의 외측을 향하는 면이 더 짧게 형성되어 있고, 도 7에 도시된 LED 소자용 광확산 렌즈(10)에서는 굴곡의 형상이 렌즈의 중심을 향하는 면이 더 넓고 렌즈의 외측을 향하는 면이 더 짧으면서 산과 골의 각도가 예각으로 날카롭게 형성되어 있다. 또한, 상기 제1 확산면(15) 및 상기 제2 확산면(16) 상에 단면을 기준으로 톱니 형상으로 형성된 굴곡에 있어서, 산의 단부는 렌즈의 중심축에 대해 외측을 향하고, 골의 하단부는 렌즈의 중심축을 향한다.
도 6 및 도 7에 도시된 변형예에서는 제1 확산면(15)과 제2 확산면(16)에 2중 오목면과 굴곡이 동시에 형성되어 있어서 광확산 효과가 더욱 증대된다.
또한, 도 7과 같이 굴곡의 산과 골 부분의 단면 각도가 예각으로 형성된 경우에는 하나의 산을 통해 입사한 빛이 굴절되면서 다른 산이 형성된 부분으로 진행하기도 하여 광확산 효과가 더욱 증대된다.
한편, 본 발명에 따른 LED 소자용 광확산 렌즈(10)에서 제1 확산면(15) 및 제2 확산면(16)에 형성된 톱니 형상의 산 사이의 간격은 0.2mm 내지 1mm 정도로 형성되는 것이 바람직하다. 0.2mm 이하로 산 사이의 간격이 좁아지면 광확산을 만드는 빛의 굴절이 효과적으로 발생하지 않고, 1.0mm 이상으로 간격이 넓어지면 간격이 더 좁을 때에 비해 진행하는 빛이 인접한 산과 골로 진행하여 중첩적으로 굴절 및 확산되는 효과가 감소되어 전체적으로 광확산 효과가 감소된다.
지금까지 본 발명을 설명함에 있어, 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해짐이 자명하다.
1, 10, 110, 210: LED 소자용 광확산 렌즈
11: 수용 홈
15: 제1 확산면
16: 제2 확산면
20: LED 소자
30: PCB 기판
40: 바디
45: 방열 핀
46, 47: 브래킷
48: 확산판
114, 117, 214, 217: 내측 오목부
115, 116, 215, 216: 외측 오목부

Claims (3)

  1. LED 소자(20)마다 설치되는 LED 소자용 광확산 렌즈(10)로서,
    빛이 통과하는 재질로 만들어진 본체;
    상기 본체의 하측 중앙에 형성되어 LED 소자(20)가 수용되는 수용 홈(11);
    상기 수용 홈(11) 상부에 LED 소자(20)에 대향하여 오목하게 형성된 제1 확산면(15); 및
    상기 제1 확산면(15)을 통과한 빛이 외부로 진행하면서 거치는 부분으로 외부에서 볼 때 오목하게 형성된 제2 확산면(16)을 구비하고,
    상기 제1 확산면(15) 및 상기 제2 확산면(16)에는 동심원을 이루는 복수의 골과 산이 교대로 형성되어서 평면도를 기준으로 동심원의 중심점을 지나는 선을 따라 취한 단면의 형상은 상기 제1 확산면 및 상기 제2 확산면 각각을 따라 연속적으로 형성된 톱니 형상인 것을 특징으로 하는 LED 소자용 광확산 렌즈(10).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 확산면(15) 또는 제2 확산면(16)은 곡률반경이 큰 외측 오목부(115, 116, 215, 216)와, 그 중앙에 형성되고 외측 오목부(115, 116, 215, 216)에 비해 곡률반경이 작은 내측 오목부(114 117, 214, 217)를 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 소자용 광확산 렌즈(10).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 확산면(15) 및 상기 제2 확산면(16) 상에 단면을 기준으로 톱니 형상으로 형성된 굴곡에 있어서, 산의 단부는 렌즈의 중심축에 대해 외측을 향하고, 골의 하단부는 렌즈의 중심축을 향하는 것을 특징으로 하는 LED 소자용 광확산 렌즈(10).
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