KR200433246Y1 - 엘이디용 융합형 광섬유 어레이 광학 장치 - Google Patents

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Abstract

융합형 광섬유 어레이 광학 장치가 LED 렌즈로서 제공된다. 융합형 광섬유 어레이 광학 장치는 동일한 개구수를 가지며 서로 정렬되고 함께 융합된 다수의 섬유에 의해 형성된다. 각 섬유는 크래딩 내부에서 둘러싸인 투명한 코어를 구비한다. 특정 개구수의 섬유를 선택하고 그에 따른 융합형 광섬유 어레이 광학 장치를 LED 장치의 렌즈로 이용함으로써, LED 장치의 제조자는 LED 장치로부터의 원하는 조명 범위를 달성할 수 있다.

Description

엘이디용 융합형 광섬유 어레이 광학 장치{FUSED FIBER ARRAY OPTICS FOR LED}
도 1은 본 고안의 제 1 실시예에 따른 융합형 광섬유 어레이 광학 장치를 도시한 단면도이다.
도 2는 LED 장치에 적용된 도 1의 융합형 광섬유 어레이 광학 장치를 도시한 단면도이다.
도 3은 작은 개구의 섬유가 사용되었을 때를 도시한 도면으로서, 도 2의 LED 장치의 조명 범위를 도시한 측면도이다.
도 4는 큰 개구의 섬유가 사용되었을 때를 도시한 도면으로서, 도 2의 LED 장치의 조명 범위를 도시한 측면도이다.
도 5는 본 고안의 제 2 실시예에 따른 융합형 광섬유 어레이 광학 장치를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 고안의 제 3 실시예에 따른 융합형 광섬유 어레이 광학 장치를 도시한 단면도이다.
도 7은 융합형 광섬유 어레이 광학 장치가 볼록 렌즈로 연마되었을 때를 도시한 도면으로서, 도 2의 LED 장치의 조명 범위를 도시한 측면도이다.
도 8은 융합형 광섬유 어레이 광학 장치가 오목 렌즈로 연마되었을 때를 도 시한 도면으로서, 도 2의 LED 장치의 조명 범위를 도시한 측면도이다.
도 9는 융합형 광섬유 어레이 광학 장치가 아치형일 때를 도시한 도면으로서, 도 2의 LED 장치의 조명 범위를 도시한 측면도이다.
도 10은 섬유들이 베이스를 향해 부채꼴로 전개되는 LED 장치의 조명 범위를 도시한 측면도이다.
도 11은 융합형 광섬유 어레이 광학 장치가 볼록 렌즈로 연마되었을 때를 도시한 도면으로서, 도 10의 LED 장치의 조명 범위를 도시한 측면도이다.
도 12는 융합형 광섬유 어레이 광학 장치가 오목 렌즈로 연마되었을 때를 도시한 도면으로서, 도 10의 LED 장치의 조명 범위를 도시한 측면도이다.
도 13은 섬유들이 베이스로부터 부채꼴로 전개되는 LED 장치의 조명 범위를 도시한 측면도이다.
도 14는 융합형 광섬유 어레이 광학 장치가 볼록 렌즈로 연마되었을 때를 도시한 도면으로서, 도 13의 LED 장치의 조명 범위를 도시한 측면도이다.
도 15는 융합형 광섬유 어레이 광학 장치가 오목 렌즈로 연마되었을 때를 도시한 도면으로서, 도 13의 LED 장치의 조명 범위를 도시한 측면도이다.
도 16은 통상적인 LED 장치를 부분 절개하여 도시한 사시도이다.
본 고안은 대체적으로 발광 다이오드(LEDs)에 관한 것으로서, 특히 LED용 융 합형 광섬유 어레이 광학 장치에 관한 것이다.
도 16에 도시된 바와 같이, 통상적인 LED 장치는 베이스(20)의 상부에 놓여진 발광 요소(21)(예를 들어, GaN-계 LED 칩)를 구비한다. 발광 요소(21)는 빛 투사를 위해 플라스틱 렌즈(22) 내부에 밀봉된다.
소정의 사용 시간이 경과하면, 시효된(aged) 매트(mat) 플라스틱 렌즈(22)는 투과율이 저하될 것이고, LED 장치의 휘도를 상당히 감소시키게 될 것이다.
한편, 플라스틱 렌즈(22)는 발광 요소(21)로부터 방출된 빛을 굴절시켜, 후광 효과(halo effect)를 일으키고 LED 장치의 조명 성능을 감소시키게 될 것이다.
수 많은 개선된 LED 렌즈가 제안되었다. 예를 들어, 대만 특허 제 M245555호에, 다수의 LED 칩 및 디스크형 렌즈를 포함하는 LED 램프가 개시되어 있다. 상기 디스크형 렌즈는 다수의 조밀하게 정렬된 렌즈 유닛을 포함하고, 상기 각 렌즈 유닛은 하나의 LED 칩에 각각 대응하도록 위치된다. 각 렌즈 유닛은 볼록 렌즈로서 작용하는 곡선형 표면을 구비한다. 렌즈 유닛의 다른 표면은 다수의 직교형 물결부(orthogonal ripples)를 구비한다. 그 경우, 각 렌즈 유닛은 (볼록 렌즈에 의한) 포커싱 및 (직교형 물결부에 의한) 확산을 제공하여, 대응 LED 칩으로부터 방출된 빛의 휘도 및 균일성을 개선한다. 그러나, 디스크형 렌즈가 플라스틱으로 제조되는 경우에, 전술한 투과율 저하 문제 및 바람직하지 못한 후광 효과가 여전히 불가필 할 것이다.
만약, 디스크형 렌즈가 유리로 제조된다면, 물결부의 형성이 매우 어려울 것이며, 그에 따라 제조 비용이 상당히 높아질 것이다.
본 고안의 주목적은 통상적인 LED 렌즈의 전술한 단점들을 극복하기 위해 융합형 광섬유 어레이 광학 장치를 제공하는 것이다. 본 고안의 융합형 광섬유 어레이 광학 장치는 동일한 개구수(numerical aperture)를 가지며 서로 정렬되고 함께 융합된 다수의 섬유들에 의해 형성된다. 각 섬유는 내부에 투명 코어를 가지고 외측의 쉘 크래딩(shell cladding)에 의해 둘러싸이며, 상기 섬유들의 지름은 모두 동일하거나 또는 서로 상이한 크기를 가질 수 있다.
섬유들은 다양한 방식으로 정렬되어 적절한 단면 형상을 형성할 수 있다. 예를 들어, 원형, 육각형, 팔각형, 십각형 단면을 가지도록 섬유 번들(bundle)이 정렬될 수 있다. 섬유들은 또한 원뿔과 같이 융합형 광섬유 어레이 광학 장치의 축선으로부터 부채꼴로 전개(fan out)될 수 있다.
각 코어는 적절한 색채의 투명 유리로 제조될 수 있다. 각 코어의 단면은 원형, 육각형, 또는 타원형과 같은 다른 적절한 형태를 가질 수 있다.
본 고안은 여러 가지 이점을 가진다. 첫번째로, 각 섬유가 독립적으로 빛을 전달하기 때문에, 플라스틱 렌즈를 이용하는 종래의 LED 장치에 비해 LED 장치의 휘도가 상당히 개선된다. 두번째로, 본 고안의 제조가 상당히 단순하다. 융합형 광섬유 어레이 광학 장치는 유리 섬유 어레이로 이루어진 번들을 진공 및 고온하에서 함께 융합시킴으로써 형성된다. 이어서, 융합형 광섬유 광학 장치 어레이는 섬유 번들을 얇은 조각으로 슬라이싱(slicing)함으로서 얻어지며, 상기 얇은 조각의 두 표면은 LED 장치의 조명 범위를 더욱 조절하기 위해 오목 또는 볼록 표면으로 추가로 연마될 수 있다. 섬유들이 유리로 제조되기 때문에, 시효 및 투과율 저하와 관련하여 본 고안은 종래의 플라스틱 렌즈 보다 더욱 견고하다. 그에 따라, 본 고안은 긴 작동 수명을 갖는다. 본 고안의 융합형 광섬유 어레이 광학 장치가 얇은 조각으로 형성되기 때문에, 섬유 어레이를 렌즈로서 구비하는 LED 장치는 종래의 LED 장치에 비해 높이가 상당히 낮다.
전술한 목적 및 요약은 단지 본 고안을 간략히 설명하기 위한 것이다. 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 소위 당업자는, 첨부 도면을 참조한 이하의 상세한 설명 및 실용신안등록청구범위로부터, 본 고안의 이러한 목적들 및 기타 목적들을 전체적으로 분명히 이해할 수 있을 것이다. 본 명세서 및 도면을 통해서, 동일한 참조번호는 동일하거나 유사한 부분을 나타낸다.
상세한 설명 및 첨부 도면을 참조하면, 소위 당업자는 본 고안의 다른 많은 이점 및 특징을 명확히 인식할 수 있을 것이며, 상기 상세한 설명 및 도면에는 본 고안의 원리가 구현된 바람직한 구조적 실시예가 예시적으로 설명 및 도시되어 있다.
이하의 상세한 설명은 단지 예시적인 실시예에 관한 것이며, 본 고안의 범위, 이용가능성 또는 형태를 어떠한 방식으로든 제한하지 않는다. 오히려, 이하의 상세한 설명은 본 고안의 예시적인 실시예의 실시를 위한 명료한 설명을 제공한다. 실용신안등록청구범위에 기재된 본 고안의 범위내에서, 본 명세서에서 설명된 실시예들에 대한 여러 가지 기능 및 요소 배치의 변형이 가능할 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 고안의 실시예에 따른 융합형 광섬유 어레이 광학 장치(10)가 다수의 섬유(11)를 정렬시키고 함께 융합시킴으로써 형성된다. 각 섬유들은 동일한 개구수의 코어(110)를 포함하며, 다시 코어(110)의 굴절율과 상이한 굴절율을 가지는 크래딩(111)에 의해 둘러싸인다. 코어(110)는 투명한 유리로 제조된다. 각 코어(110)의 단면은 원형, 육각형, 다각형, 또는 타원형일 수 있다. 각 코어(110)는 또한 적절한 색채의 투명 유리로 제조될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 융합형 광섬유 어레이 광학 장치(10)의 단면이 원형이 되도록, 섬유(11)는 번들로 정렬된다. 섬유(11)의 전체 번들은 크래딩(12)에 의해 둘러싸인다. 이어서, 섬유(11) 및 크래딩(12)이 고온 및 진공하에서 함께 융합된다. 섬유(11)의 번들이 횡방향으로 슬라이스되어 본 고안의 융합형 광섬유 어레이 광학 장치(10)를 형성한다. 슬라이싱 후에, 크래딩(12)을 선택적으로 연마하여 제거할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 융합형 광섬유 어레이 광학 장치(10)가 베이스(20)의 상부에 위치되어 베이스(20) 내부의 발광 요소(21)를 폐쇄한다. 섬유(11)의 코어(110)의 개구수에 의해 결정되는 바와 같이, 융합형 광섬유 어레이 광학 장치(10)는 발광 요소(21)로부터 방출되는 빛을 특정 조명 범위로 제한할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 섬유(11)의 코어(110)의 개구수가 0.1이라면, 발광 요소(21)로부터의 빛은 융합형 광섬유 어레이 광학 장치(10)를 통과한 후에 11 도의 발광 각도를 가짐으로써, 좁고 거의 직선형인 조명 범위(L1)를 생성할 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 섬유(11)의 코어(110)의 개구수가 0.44라면, 발광 요소(21)로부터의 빛은 융합형 광섬유 어레이 광학 장치(10)를 통과한 후에 52도의 발광 각도를 가짐으로써, 넓고 산란된 조명 범위(L2)를 생성할 것이다. 따라서, 특정 개구수의 섬유(11)를 선택하고 그에 따른 융합형 광섬유 어레이 광학 장치(10)를 LED 장치의 렌즈로 이용함으로써, LED 장치의 제조자는 LED 장치로부터의 원하는 조명 범위를 달성할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 육각형 단면의 융합형 광섬유 어레이 광학 장치(100)를 형성하도록 섬유(11)들이 정렬될 수 있다. 또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 팔각형 단면의 융합형 광섬유 어레이 광학 장치(101)를 형성하도록, 섬유(11)들이 또한 정렬될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 융합형 광섬유 어레이 광학 장치(100)는 곡선형 외측 표면(13)을 가지도록 연마될 수 있다. 그에 따라, 섬유 어레이(10)가 볼록 렌즈로 작용하여 보다 넓은 조명 범위(L3)를 생성할 수 있다.
도 8에 도시된 다른 실시예에서, 융합형 광섬유 어레이 광학 장치(10)는 오목한 외측 표면(14)을 가지도록 연마된다. 그에 따라, 융합형 광섬유 어레이 광학 장치(10)는 오목 렌즈로 작용하여 보다 포커싱된 조명 범위(L4)를 생성할 수 있다.
도 9에 도시된 또 다른 실시예에서, 융합형 광섬유 어레이 광학 장치(10)는 제조중에 고온 압착되어 아치형이 되며, 그에 따라 융합형 광섬유 어레이 광학 장 치(10)가 볼록 렌즈로 작용하여 보다 더 넓은 조명 범위(L5)를 생성할 수 있다.
도 10 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 융합형 광섬유 어레이 광학 장치(10)의 섬유(11)는, 진공내에서 섬유(11)들이 융합되었을 때, 콘(cone)과 같이 융합형 광섬유 어레이 광학 장치(10)의 축선(S)으로부터 부채꼴로 전개되도록 형성된다.
도 10에 도시된 바와 같이, 섬유(11)들은 베이스(20)를 향해 축선(S)으로부터 부채꼴로 전개된다. 그 경우에, 융합형 광섬유 어레이 광학 장치(10)를 통과한 빛은 포커스 지점(F)을 향하고 그 포커스 지점에서 포커싱된다.
도 11에 도시된 바와 같이, 융합형 광섬유 어레이 광학 장치(10)가 볼록 렌즈와 같이 작용하도록, 도 10의 융합형 광섬유 어레이 광학 장치(10)의 외측 표면이 융기형 곡선 표면(13)으로 연마된다.
도 12에 도시된 바와 같이, 융합형 광섬유 어레이 광학 장치(10)가 오목 렌즈와 같이 작용하도록, 도 10의 융합형 광섬유 어레이 광학 장치(10)의 외측 표면이 오목한 곡선 표면(14)으로 연마된다.
도 13에 도시된 다른 실시예에서, 섬유(11)들이 베이스(20)에서 시작하여 축선(S)으로부터 부채꼴로 전개된다. 이 경우에, 융합형 광섬유 어레이 광학 장치(10)를 통과한 빛이 보다 더 외측으로 펼쳐진다.
도 14에 도시된 바와 같이, 융합형 광섬유 어레이 광학 장치(10)가 볼록 렌즈와 같이 작용하도록, 도 13의 융합형 광섬유 어레이 광학 장치(10)의 외측 표면이 융기형 곡선 표면(13)으로 연마된다. 도 15에 도시된 바와 같이, 융합형 광섬 유 어레이 광학 장치(10)가 오목 렌즈와 같이 작용하도록, 도 13의 융합형 광섬유 어레이 광학 장치(10)의 외측 표면이 오목한 곡선 표면(14)으로 연마된다.
본 고안의 특정한 신규 특징들을 도시하고 설명하였으며 또 실용신안등록청구범위에 기재하였지만, 본 고안은 그러한 것으로 제한되지 않는다. 본 고안이 속하는 기술분야의 숙련된 기술자는 본 고안의 사상 및 범위내에서도 실시예들에 대한 다양한 생략, 개량, 치환 및 변형이 가능하다는 것을 분명히 이해할 것이다.
본 고안은 휘도가 상당히 개선되고, 제조가 단순하며, 시효 및 투과율 저하와 관련하여 성능이 보다 뛰어나며, 긴 작동 수명을 갖는 LED 장치를 제공한다.

Claims (10)

  1. LED 장치의 베이스상에 렌즈로서 위치되는 융합형 광섬유 어레이 광학 장치로서:
    동일한 개구수를 가지고 서로 정렬되고 함께 융합된 다수의 섬유를 포함하며, 상기 각 섬유는 크래딩 내부에서 둘러싸인 투명한 코어를 구비하는, 융합형 광섬유 어레이 광학 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 섬유 어레이가 원형, 육각형, 및 팔각형 단면 형상 중 하나를 가지도록 상기 섬유들이 정렬되는, 융합형 광섬유 어레이 광학 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 각각의 코어가 채색된 투명 유리로 제조되는, 융합형 광섬유 어레이 광학 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 각각의 코어는 원형, 타원형, 육각형 및 다각형 단면 중 하나를 가지는, 융합형 광섬유 어레이 광학 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 섬유들은 상기 섬유 어레이의 축선으로부터 부채꼴로 전개되는, 융합형 광섬유 어레이 광학 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 섬유들은 상기 LED 장치의 베이스를 향해 상기 섬유 어레이의 축선으로부터 부채꼴로 전개되는, 융합형 광섬유 어레이 광학 장치.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 섬유들은 상기 LED 장치의 베이스에서 시작하여 상기 섬유 어레이의 축선으로부터 부채꼴로 전개되는, 융합형 광섬유 어레이 광학 장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 융합형 광섬유 어레이 광학 장치의 외측 표면은 볼록한 표면인, 융합형 광섬유 어레이 광학 장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 융합형 광섬유 어레이 광학 장치의 외측 표면은 오목한 표면인, 융합형 광섬유 어레이 광학 장치.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 융합형 광섬유 어레이 광학 장치는 아치형인, 융합형 광섬유 어레이 광학 장치.
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