KR20100017138A - 와이드 빔 생성을 위한 개선된 ｌｅｄ 장치 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

와이드 빔 생성을 위한 개선된 ｌｅｄ 장치 및 이를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

소정의 조명된 표면 패턴이 광 전송 돔을 갖는 LED 패키지 내 LED 광원의 소정의 에너지 분포 패턴으로부터 생성된다. 렌즈형 광학계의 평가된 광학 전달 함수는 LED 패키지의 광 전송 돔을 적어도 일부 감싸는 외측 및 내측 표면의 형상에 의해 정의된다. 에너지 분포 패턴은 광원의 소정의 에너지 분포 패턴과 상기 평가된 광학 전달 함수의 조합에 의하여 얻어진다. 상기 조명된 표면에 대한 에너지 분포 패턴의 투사가 결정된다. 상기 투사는 소정의 조명된 표면 패턴과 비교된다. 이후 상기 평가된 전달 함수가 수정되며, 상기 투사와 상기 소정의 조명된 표면 패턴 간에 수용 가능한 정합성이 달성될 때까지 상기 단계들이 반복된다.

Description

와이드 빔 생성을 위한 개선된 ＬＥＤ 장치 및 이를 제조하는 방법{AN IMPROVED LED DEVICE FOR WIDE BEAM GENERATION AND METHOD OF MAKING THE SAME}
본 출원은 2007년 2월 26일에 제출된 미국특허출원 제11/711,218호, 2006년 2월 27일에 제출된 미국예비특허출원 제60/777,310호, 2006년 8월 15일에 제출된 미국예비특허출원 제60/838,035호, 2006년 11월 29일에 제출된 미국예비특허출원 제60/861,789호 및 35USC119 규정에 따라 우선권을 주장하는 2007년 5월 21일에 제출된 미국예비특허출원 제60/939,275호에 관련되어 있으며, 이들 각각은 여기에 참조로 편입된다.
본 발명은 대응하는 와이드 프로파일 빔(Wide Profile Beam)을 제공하기 위하여 광학적으로 수정된 광원이나 이와 같이 수정된 복수 광원의 플랫 어레이(Flat Array)를 이용하여, 소정의 와이드 프로파일 2차원 조명 패턴을 생성하도록 발광 다이오드(LED, Light Emitting Diode)나 기타 광원을 이용하기 위한 장치 및 방법의 분야에 관련된 것이다.
LED 조명의 초기 투자 비용은 루멘당 비용을 계측법으로 이용하면 종래의 발광 수단에 비할 때 고가이다. 이는 시간에 걸쳐서 변할 수 있으나, 이러한 높은 비용은 LED 광학 시스템의 집합 및 분포 효율성을 유발한다. 백열광, 형광 및 네온 등과 같은 종래의 발광 수단과 비교하면, 시스템의 효율이 높을수록 더욱 비용 효과적이다.
LED로 넓은 빔을 생성하는 종래의 방법은 하나 이상의 반사경 및/또는 렌즈를 이용하여 LED 에너지를 수집한 뒤 원하는 빔 형상으로 발산하고, 곡면형 설치물 상에 탑재된 이러한 LED의 경사형 어레이를 제공하는 것이다. 예를 들어, 종래에 가로등 조명 패턴은 타입 Ⅰ 내지 Ⅴ의 5개 카테고리로 정의된다. 타입 Ⅰ은 타원의 중앙에 조명을 갖는 거리의 타원형 패턴이다. 타입 Ⅱ는 잎 모양의 패턴 중앙에 조명을 갖는 대칭적인 4개의 잎형 패턴이다. 타입 Ⅲ는 타원의 평평한 측면 부근에 조명을 갖는 평평한 타원 패턴이다. 타입 Ⅳ는 평평한 베이스(Base) 부근에 조명을 갖는 평평한 베이스를 포함하는 포물선 패턴이다. 타입 Ⅴ는 원의 중앙에 조명을 갖는 원형 패턴이다. 이러한 카테고리별 패턴의 비대칭적인 측면은 곡면형 보강재나 설치물에 광원을 탑재함으로써 얻어진다. 거리 등의 표면 상에서 넓거나 퍼진 빔을 생성하기 위하여 필요한 방향으로 LED나 광원을 가리키도록 설치물을 곡면지게 하거나 경사지게 함으로써, 광의 일부는 필연적으로 거리로부터 하늘을 향해 위로 향하게 된다.
따라서, 모든 비행기 승객은 밤에 도착 시 빛나는 도시의 풍경에 익숙하다. 이러한 화려한 디스플레이는 대개 가로등에 기인한 것으로, 특히 퍼진 빔을 형성하여 집합적으로 상당량의 광을 하늘로 향하게 하는 경사형 설치물을 갖는 가로등 때문이다. 효과적으로 조명이 이루어지는 도시에서는, 가로등이 하늘이 아니라 거리에만 비추어지고 있어야 하므로, 비행물체에 대해 도시가 훨씬 더 어둡게 보일 것 이다. 비행기에서 보는 화려한 도시의 조명은 로맨틱할 수 있겠지만, 낭비되는 잘못된 방향의 조명을 위한 전기를 생성하기 위해 필요한 발전소로부터의 엄청난 에너지 손실, 불필요한 연료 사용 및 다량의 불필요한 온실가스를 나타낸다.
다른 기법은 에너지를 원하는 빔으로 펼치기 위하여 Physical Devices사에 의해 제작되는 것과 같은 시준 렌즈 및/또는 반사경과 시트(Sheet) 광학계를 이용하는 것이다. 반사경은 사용되는 증착 기술에 따라 소정의 표면 손실을 갖는다. 반사 방지 코팅으로 표면 처리되지 않은 렌즈 역시 이와 관련된 표면 손실을 갖는다. Physical Devices사의 시트 물질은 약 8%의 손실을 갖는다.
고효율 시스템에 근접하는 종래기술의 한가지 예는 Lumileds에 의해 그 LED 패키지 제품의 일부로서 판매되는 "측면 이미터(Side-Emitter)"이다. 그러나, 이 "측면 이미터"는 전방향 빔이 아니라 거의 90도의 방사형(Radial) 패턴을 갖는 빔을 형성하는 것을 의도하는 것이다. 보통 로우돔(Low Dome)이나 뱃윙(Bat Wing) LED라 불리는 다른 Lumileds의 LED는 광의 방향을 바꾸기 위하여 LED 패키지 위에 렌즈를 포함하고 있으나, 주변의 전방향 입체각을 향하는 빛의 각도를 변경하기 위한 렌즈에 하부가 절단된 표면(Undercut Surface)을 갖지 않는다는 점에 주의해야 한다. 마찬가지로, LED에 제공되는 종래의 5mm 돔 렌즈나 패키징은 돔 내에 하부가 절단된 표면을 전혀 갖지 않는다는 점에 주의해야 한다.
방사상 비대칭인 빔의 가능성에도 불구하고 종래기술의 내재적인 문제점을 겪지 않는 부드러운 빔 프로파일을 설계자가 구현할 수 있도록 하는 설계 방법으로 생성 가능한 와이드 각의 빔을 형성하는 장치가 요구되고 있다.
본 발명에 대하여 기술하는 실시형태는 광 전송 돔을 갖는 LED 패키지 내 LED 광원의 소정의 에너지 분포 패턴으로부터 소정의 조명된 표면 패턴을 제공하는 방법을 포함한다. 상기 방법은, 상기 LED 패키지의 상기 광 전송 돔을 적어도 부분적으로 감싸는 잠재적으로 굴절성인 외측 및 내측 표면을 갖는 광학계의 렌즈 형상의 평가된 광학 전달 함수를 정의하는 단계; 상기 광원의 상기 소정의 에너지 분포 패턴으로부터 렌즈 형상의 상기 평가된 광학 전달 함수를 이용하여 에너지 분포 패턴을 생성하는 단계; 상기 조명된 표면 위에 대한 상기 에너지 분포 패턴의 투사(Projection)를 생성하는 단계; 상기 에너지 분포 패턴의 상기 투사를 상기 소정의 조명된 표면 패턴과 비교하는 단계; 상기 렌즈 형상의 상기 평가된 광학 전달 함수를 수정하는 단계; 및 상기 에너지 분포 패턴의 상기 투사와 상기 소정의 조명된 표면 패턴 간에 수용 가능한 정합성(Consistency)이 얻어질 때까지, 상기 광원의 상기 소정의 에너지 분포 패턴으로부터 상기 광학계의 상기 내측 표면을 포함하는 상기 렌즈 형상의 상기 평가된 광학 전달 함수를 이용하여 상기 에너지 분포 패턴을 생성하는 단계, 상기 조명된 표면 위에 대한 상기 에너지 분포 패턴의 상기 투사를 생성하는 단계 및 상기 에너지 분포 패턴의 상기 투사를 상기 소정의 조명된 표면 패턴에 비교하는 단계를 반복하는 단계를 포함한다.
LED 패키지가 캐리어의 웰(Well) 내에 배치되는 실시형태에 있어서, 광학계의 렌즈 형상의 평가된 광학 전달 함수를 정의하는 단계는 상기 웰의 외측으로 광을 향하게 하기 위하여 상기 광학계의 내측 표면을 배치하고 구성하는 단계를 포함하며, 그렇지 않으면 그 광은 방향을 변경하지 않는다면 상기 웰에 의하여 차단될 것이다.
다른 실시형태에서, 광학계의 렌즈 형상의 평가된 광학 전달 함수를 정의하는 단계는 사용자 정의된 시스템 요구사항을 만족하는 방향으로 광을 향하게 하기 위하여 상기 광학계의 내측 표면을 배치하고 구성하는 단계를 포함한다.
본 장치 및 방법은 문법적인 유동성을 위하여 기능적인 설명으로 묘사될 것이지만, 35USC112 규정에 따라 특별히 조직되지 않는 이상 청구범위는 "수단"이나 "단계"의 한정 구성에 의하여 어떠한 방식으로든 필연적으로 제한되는 것으로 해석되어서는 안되며, 균등론의 판단하에서 본 청구범위에 의해 제공된 정의의 등가물과 의미의 전체적인 범위에 일치해야 하고, 본 청구범위가 35USC112 규정하에서 명백하게 조직된 경우에는 35USC112 규정하에서 모든 법령의 등가물에 일치해야 한다. 이제 본 발명은, 동일한 구성요소에 대하여 동일한 번호가 매겨진 이하의 도면을 참조함으로써 더 잘 가시화될 수 있다.
도 1은 설명하는 실시형태의 측단면도이다.
이제 본 발명 및 그 다양한 실시형태는 청구범위에 정의된 본 발명의 기술된 예로서 제시되는 바람직한 실시형태에 대한 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 더 잘 이해될 수 있다. 청구범위에 의하여 정의된 본 발명은 이하에서 기술하는 실시형태보다 더욱 광범위할 수 있다는 점이 명백히 이해되어야 한다.
앞서 참조한 다양한 통합된 어플리케이션에서 기술한 바와 같이 LED 패키지(1)와 결합된 것으로서 도 1에서 참조번호 10으로 일반적으로 표시한 블롭(Blob) 렌즈나 광학계에 대한 추가적인 개선으로서, 도 1은 대략적으로 램버시안 LED 소스(12)의 평면광 트레이스(Trace)를 갖는 측단면도의 방사 대칭형 블롭 광학계(10)를 나타내는 또 다른 실시형태에를 나타낸다. LED 패키지(1)의 돔(14)은 거의 반구로 도시되어 있다. 돔(14)은 광학계(10)에 정의된 공동(Cavity)으로 배치된다. 광학계(10)의 내측 표면(4)이 돔(14) 주위에 방사로 배치된 잠재적인 굴절 표면이 되도록, 굴절률을 대비시키는 에어갭(Air Gap)이나 적어도 하나의 영역(Zone, 26)이 존재한다. 영역(26)이 정의된 굴절 표면을 갖는 것으로 볼 것인지 광학계(10)의 내측 표면(4)을 정의된 표면으로 볼 것인지는 중요하지 않는데, 그것은 굴절 표면을 정의하는 공통의 경계에서 굴절률의 불연속이기 때문이다. 블롭 광학계(10)의 내측 표면(4)을 수정함으로써, LED 소스(12)로부터 설정된 광선은 특정한 어플리케이션마다 다를 수 있는 사용자 정의 시스템 요구사항을 수용하도록 변경 가능하다.
예를 들어, 도 1의 도시에 있어서 LED 소스(12)와 패키지(1)는 캐리어(18)에서 정의된 웰(20)에 배치되어 있으며, 이는 LED 소스(12)를 캐리어(18)의 위쪽 표면의 수준 아래에 두게 된다. 또한 블롭 광학계(10)는 웰(20) 속으로 탑재된 것으로 도시되어 있으며, 표면(22)의 수준 아래에서 연장한다.
도 1은 LED 소스(12)의 수직 중앙선(16)으로부터 90도로 복사되는 LED 소스(12)로부터의 광선(3)이, 내측 표면(4)에 의해 방향이 변경되지 않는 이상, 블록 광학계(10)의 외측 표면(2)을 빗맞혀서 어떤 종류의 유용한 어플리케이션에 대해서 도 이용 불가능하거나 소실될 것이라는 점을 나타낸다. 이는 물론 광선(3)에 대해서만 그러한 것은 아니며, 통상적으로 LED 패키지(1)의 전방향 반구형 방사 패턴의 낮은 주변 입체각에 놓이는 모든 광선에 대하여도 마찬가지로서, 낮은 주변의 입체각은 웰(20)의 내측 벽에 의하여 표면(22)까지 차단된다.
광학계(10)와 결합된 LED 패키지(1)에 의해 형성된 출력 내지 빔으로부터의 이러한 에너지 성분의 손실을 방지하기 위하여, 광학계(10)의 내측 표면(4)은, LED 패키지(1)로부터의 차단된 빛을 표면(22)의 수준 위에 존재하는 광학계(10)의 외측 표면(2)의 일부로 굴절시키도록, 반지름 방향으로 외측으로 조명하는 광학계(10)의 내측 표면과 돔(14) 사이에 굴절 영역(26)을 형성하기 위하여 낮은 주변부 내지 스커트(Skirt, 24)를 따라 안쪽으로 굴곡되어 있다. 도시한 실시형태에서, 표면(4)의 벌어진 스커트(24)는 LED 소스(12)에 대하여 방위각으로 대칭이다. 그러나, 벌어진 외측 부분(24)이 방위각의 함수인 형상을 가질 수 있다는 점은 본 발명의 범위에 완전히 속하는 것이다.
부가적인 효과는 내측 표면(4)에 대한 다른 형상의 변경에 의하여 고려된다. 예컨대, 방향 변경을 위해 선택된 LED 패키지(1)로부터의 차단된 광뿐만 아니라, LED 패키지(1)로부터 방사된 광의 어떤 부분이라도, 소정의 어플리케이션에서 요구될 수 있는 사용자 정의 시스템 요구사항을 위해 광학계(10)의 외측 표면(2)의 선택된 일부로 방향을 변경하도록 광학계(10)의 내측 표면(4)의 굴곡지거나 모양 지어진 부분에 의하여 광학적으로 처리될 수 있다. 예를 들어, LED 패키지(1)의 축(16) 상에 혹은 그 부근의 광이 축(16)에 대하여 다른 각도로, 즉 주변부를 향해 혹은 선택된 주변의 방향을 향해 중앙 빔을 벗어나서 방향 변경될 것이 요구되는 점은 흔한 경우이다. 그러면 이와 같은 경우에, 내측 표면(4)은 LED 패키지(1)로부터의 중심축 광을 원하는 방향이나 복수의 방향으로 굴절시키도록 축(16)에 근접하거나 근사한 그 위쪽의 왕관 영역(28)에서 변형된 형태를 가질 것이다. 예를 들어, 내측 표면(4)은, 축(16)을 포함하는 가상의 수직 평면 중 일측 상에 놓여있는 표면(4)의 일부 위에 입사하는 광이 상기 가상의 수직 평면의 반대측을 향하거나 광학계(10)를 통하도록, 형성될 수 있다.
부가적인 광학 효과의 설명한 예는 광학계(10)의 외측 표면(2)의 상호 관련된 변경과 함께 혹은 내측 표면(4)의 변경만으로부터 구현할 수 있는 모든 가능한 광학적 효과를 고려하는 본 발명의 범위나 정신에 대한 제한이 아니라는 점을 명백히 이해한다.
요컨대, 본 발명의 설명한 실시형태는 광 전송 돔을 갖는 LED 패키지 내 LED 광원의 소정의 에너지 분포 패턴으로부터 소정의 조명된 표면 패턴을 제공하는 방법이다. 본 방법은, 상기 LED 패키지의 상기 광 전송 돔을 적어도 부분적으로 감싸는 잠재적으로 굴절성인 외측 및 내측 표면을 갖는 광학계의 렌즈 형상의 평가된 광학 전달 함수를 정의하는 단계; 상기 광원의 상기 소정의 에너지 분포 패턴으로부터 렌즈 형상의 상기 평가된 광학 전달 함수를 이용하여 에너지 분포 패턴을 생성하는 단계; 상기 조명된 표면 위에 대한 상기 에너지 분포 패턴의 투사(Projection)를 생성하는 단계; 상기 에너지 분포 패턴의 상기 투사를 상기 소정의 조명된 표면 패턴과 비교하는 단계; 상기 렌즈 형상의 상기 평가된 광학 전달 함수를 수정하는 단계; 및 상기 에너지 분포 패턴의 상기 투사와 상기 소정의 조명된 표면 패턴 간에 수용 가능한 정합성(Consistency)이 얻어질 때까지, 상기 광원의 상기 소정의 에너지 분포 패턴으로부터 상기 광학계의 상기 내측 표면을 포함하는 상기 렌즈 형상의 상기 평가된 광학 전달 함수를 이용하여 상기 에너지 분포 패턴을 생성하는 단계, 상기 조명된 표면 위에 대한 상기 에너지 분포 패턴의 상기 투사를 생성하는 단계 및 상기 에너지 분포 패턴의 상기 투사를 상기 소정의 조명된 표면 패턴에 비교하는 단계를 반복하는 단계를 포함한다.
본 방법은, 상기 광학계의 모양 지어진 내측 표면을 포함하여, 최종적으로 얻어진 평가된 광학 전달 함수를 갖는 렌즈를 제조하는 단계를 더 포함한다. 상기 제조하는 방법은 현재 알려져 있거나 이후에 개조될 모든 형태의 구조를 포함한다. 예컨대, 광학계에 대하여 수용 가능한 전달 함수가 상술한 단계들에 따라 일단 결정되기만 하면, 상기 광학계의 외측 및 내측 표면의 형상이 완벽하게 정의된다. 상기 광학계는 투명하거나 광학적인 플라스틱 혹은 폴리머로부터 일반적으로 주조된다.
상기 설명한 실시형태에 있어서, 상기 반복되는 단계들은, 소정의 가로등 조명 패턴 혹은 더욱 구체적으로는 타입 Ⅰ 내지 Ⅴ의 가로등 조명 패턴 중 하나와 부합하는 상기 조명된 표면 위에 대한 상기 에너지 분포 패턴의 투사를 생성한다.
가장 실용적인 실시형태의 경우, 복수의 LED 광원이 결합되며, 그에 따라 상기 평가된 광학 전달 함수를 정의하는 단계, 에너지 분포 패턴을 생성하는 단계, 상기 에너지 분포 패턴의 투사를 생성하는 단계, 상기 에너지 분포 패턴의 상기 투 사를 비교하는 단계 및 상기 렌즈 형상의 상기 평가된 광학 전달 함수를 수정하는 단계는 상기 복수의 LED 광원 각각에 대하여 반복된다.
가장 실용적인 실시형태에 있어서 추가적으로, 상기 복수의 LED 광원은 설치물(Fixture) 혹은 상기 설치물에 다시 탑재된 캐리어 내에 배치된다. 상기 평가된 광학 전달 함수를 정의하는 단계, 에너지 분포 패턴을 생성하는 단계, 상기 에너지 분포 패턴의 투사를 생성하는 단계, 상기 에너지 분포 패턴의 투사를 비교하는 단계 및 상기 렌즈 형상의 상기 평가된 광학 전달 함수를 수정하는 단계는, 상기 설치물 혹은 상기 설치물의 상기 캐리어 내 상기 LED 광원 각각에 대한 위치와 방향을 고려하여, 상기 복수의 LED 광원 각각에 대하여 반복된다.
일반적으로, 다수의 탑재물에서 상기 LED 패키지는 캐리어에서 정의되는 웰(Well) 내에 배치되고, 그에 따라 상기 렌즈 형상의 상기 평가된 광학 전달 함수를 이용하여 상기 에너지 분포 패턴을 생성하는 단계는, 상기 LED 광원으로부터의 광이 상기 웰에 충돌하지 않고서 상기 웰의 외측으로 광의 일부가 향하는 에너지 분포 패턴을 생성하는 단계를 포함하되, 상기 광의 일부는 상기 LED 광원으로부터 상기 LED 광원 상에서 중심에 위치한 전방향 반구형 입체각(Forward Hemispherical Solid Angle)의 적어도 일부로 발사되고, 그렇지 않으면 방향의 변경이 없는 이상 상기 웰의 일부분에 충돌하게 된다. 상기 웰의 외측으로 상기 광의 일부를 향하게 하는 단계는, 상기 광학계의 상기 내측 표면 위에서 안쪽으로 벌어진 스커트(Skirt)를 이용하여 상기 웰의 외측으로 상기 광의 상기 일부를 향하게 하는 단계를 포함한다.
일반적으로, 상기 렌즈 형상의 상기 평가된 광학 전달 함수를 이용하여 상기 에너지 분포 패턴을 생성하는 단계는, 사용자 정의 시스템 요구사항을 만족하기 위한 패턴으로 광이 향하는 에너지 분포 패턴을 생성하는 단계를 포함한다.
다른 실시형태에 있어서, 상기 렌즈 형상의 상기 평가된 광학 전달 함수를 이용하여 상기 에너지 분포 패턴을 생성하는 단계는, 상기 외측 표면에 의하여 상기 광이 굴절되는 곳으로부터 상기 광학계의 반대측을 향해 광이 상기 광학계의 상기 외측 표면을 통해 향하게 되는 에너지 분포 패턴을 생성하는 단계를 포함한다.
상기 개시된 방법에 부가하여, 설명한 실시형태는 이들 방법에 의해 제공되는 광학계 그 자체 혹은 그러한 복수의 광학계가 LED 광원과 함께 포함되어 있는 설치물이나 캐리어를 명백히 포함한다.
다수의 수정 및 변경이 본 발명의 정신과 범위를 넘지 않으면서 당업자에 의하여 이루어질 수 있다. 따라서, 설명한 실시형태는 오직 예시적인 목적으로 제시된 것임을 이해하여야 하며, 이것이 이하의 청구범위에 의해 정의된 본 발명을 제한하는 것으로서 취급되어서는 안된다는 점을 이해해야 한다. 예컨대, 청구범위의 구성요소들이 이하에서 특정한 조합으로 제시되어 있다는 점에도 불구하고, 본 발명이 더 적거나 더 많은, 혹은 서로 다른 구성요소들의 다른 조합을 포함하며, 이는 그러한 조합으로 처음에 청구되지 않은 경우조차도 상술한 바에 개시되어 있다는 점을 명확하게 이해해야 한다.
본 발명 및 그 다양한 실시형태를 설명하기 위하여 본 명세서에 사용된 단어는 통상적으로 정의되는 의미로만 이해할 것이 아니라, 본 명세서에서의 특별한 정 의에 의하여 통상적으로 정의되는 의미의 범위를 넘는 구조, 물질 혹은 작용을 포함하도록 이해되어야 한다. 따라서, 본 명세서의 문맥에서 어떤 구성요소가 하나 이상의 의미를 포함하는 것으로 이해될 수 있다면, 청구범위에 그것을 사용하는 것은 본 명세서와 그 단어 자체에 의해 뒷받침되는 모든 가능한 의미에 대하여 총칭적인 것으로서 이해되어야 한다.
따라서, 다음의 청구범위의 단어나 구성요소의 정의는 문언대로 제시된 구성요소들의 조합만이 아니라, 실질적으로 동일한 결과를 얻기 위해 실질적으로 동일한 방식으로 실질적으로 동일한 기능을 수행하기 위한 모든 등가의 구조, 물질 혹은 작용을 포함하도록 본 명세서에서 정의되어 있다. 따라서 이런 의미에서, 이하의 청구범위의 구성요소들 중 어느 것에 대해서도 2 혹은 그 이상의 구성요소들에 대한 등가의 대체가 이루어질 수 있으며, 청구범위에 있어서 단일의 구성요소가 2 혹은 그 이상의 구성요소에 대하여 대체될 수 있는 것으로 여겨진다. 구성요소들이 특정한 조합에서 작용하는 것으로서 기술될 수 있고 그와 같이 초기에 청구될 수조차 있음에도 불구하고, 청구된 조합 중 하나 혹은 그 이상의 구성요소는 일부 경우에 있어서 해당 조합으로부터 배제되고 청구된 조합이 하위 조합이나 하위 조합의 변형물로 될 수 있다는 점을 명백히 이해하여야 한다.
당업자의 관점에서 본 청구된 주제로부터의 사소한 변경으로서 현재 알려져 있거나 이후에 개조될 사항은 본 청구항의 범위 내에 균등하게 속하는 것으로서 명백하게 이해된다. 따라서, 당업자에게 현재 혹은 이후에 알려지는 당연한 대체물은 정의된 구성요소의 범위 내에 속하는 것으로 정의된다.
따라서 본 청구범위는 구체적으로 앞서 설명한 사항, 개념적으로 등가인 사항, 명백하게 대체 가능한 사항 및 본 발명의 본질적인 개념을 실질적으로 포함하는 사항을 포괄하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (21)

  1. 광 전송 돔을 갖는 LED 패키지 내 LED 광원의 소정의 에너지 분포 패턴으로부터 소정의 조명된 표면 패턴을 제공하는 방법에 있어서,
    상기 LED 패키지의 상기 광 전송 돔을 적어도 부분적으로 감싸는 잠재적으로 굴절성인 외측 및 내측 표면을 갖는 광학계의 렌즈 형상의 평가된 광학 전달 함수를 정의하는 단계;
    상기 광원의 상기 소정의 에너지 분포 패턴으로부터 렌즈 형상의 상기 평가된 광학 전달 함수를 이용하여 에너지 분포 패턴을 생성하는 단계;
    상기 조명된 표면 위에 대한 상기 에너지 분포 패턴의 투사(Projection)를 생성하는 단계;
    상기 에너지 분포 패턴의 상기 투사를 상기 소정의 조명된 표면 패턴과 비교하는 단계;
    상기 렌즈 형상의 상기 평가된 광학 전달 함수를 수정하는 단계; 및
    상기 에너지 분포 패턴의 상기 투사와 상기 소정의 조명된 표면 패턴 간에 수용 가능한 정합성(Consistency)이 얻어질 때까지, 상기 광원의 상기 소정의 에너지 분포 패턴으로부터 상기 광학계의 상기 내측 표면을 포함하는 상기 렌즈 형상의 상기 평가된 광학 전달 함수를 이용하여 상기 에너지 분포 패턴을 생성하는 단계, 상기 조명된 표면 위에 대한 상기 에너지 분포 패턴의 상기 투사를 생성하는 단계 및 상기 에너지 분포 패턴의 상기 투사를 상기 소정의 조명된 표면 패턴에 비교하 는 단계를 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광학계의 모양 지어진 내측 표면을 포함하여, 최종적으로 얻어진 평가된 광학 전달 함수를 갖는 렌즈를 제조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 반복되는 단계들은, 소정의 가로등 조명 패턴과 부합하는 상기 조명된 표면 위에 대한 상기 에너지 분포 패턴의 투사를 생성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 반복되는 단계들은, 타입 Ⅰ 내지 Ⅴ의 가로등 조명 패턴 중 하나와 부합하는 상기 조명된 표면 위에 대한 상기 에너지 분포 패턴의 투사를 생성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 LED 광원은 복수의 LED 광원이며,
    상기 평가된 광학 전달 함수를 정의하는 단계, 에너지 분포 패턴을 생성하는 단계, 상기 에너지 분포 패턴의 투사를 생성하는 단계, 상기 에너지 분포 패턴의 상기 투사를 비교하는 단계 및 상기 렌즈 형상의 상기 평가된 광학 전달 함수를 수정하는 단계는 상기 복수의 LED 광원 각각에 대하여 반복되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 LED 광원은 설치물(Fixture) 내 복수의 LED 광원이며,
    상기 평가된 광학 전달 함수를 정의하는 단계, 에너지 분포 패턴을 생성하는 단계, 상기 에너지 분포 패턴의 투사를 생성하는 단계, 상기 에너지 분포 패턴의 투사를 비교하는 단계 및 상기 렌즈 형상의 상기 평가된 광학 전달 함수를 수정하는 단계는, 상기 설치물의 상기 LED 광원 각각에 대한 위치와 방향을 고려하여, 상기 복수의 LED 광원 각각에 대하여 반복되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 복수의 LED 광원은 상기 설치물에 탑재된 캐리어(Carrier)에 배치되고,
    상기 평가된 광학 전달 함수를 정의하는 단계, 에너지 분포 패턴을 생성하는 단계, 상기 에너지 분포 패턴의 투사를 생성하는 단계, 상기 에너지 분포 패턴의 투사를 비교하는 단계 및 상기 렌즈 형상의 상기 평가된 광학 전달 함수를 수정하는 단계는, 상기 설치물 내 상기 캐리어에 있어서 상기 LED 광원 각각에 대한 위치와 방향을 고려하여, 상기 복수의 LED 광원 각각에 대하여 반복되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 LED 패키지는 캐리어에서 정의되는 웰(Well) 내에 배치되고,
    상기 렌즈 형상의 상기 평가된 광학 전달 함수를 이용하여 상기 에너지 분포 패턴을 생성하는 단계는, 상기 LED 광원으로부터의 광이 상기 웰에 충돌하지 않고서 상기 웰의 외측으로 광의 일부가 향하는 에너지 분포 패턴을 생성하는 단계를 포함하되, 상기 광의 일부는 상기 LED 광원으로부터 상기 LED 광원 상에서 중심에 위치한 전방향 반구형 입체각(Forward Hemispherical Solid Angle)의 적어도 일부로 발사되고, 그렇지 않으면 방향의 변경이 없는 이상 상기 웰의 일부분에 충돌하게 되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 웰의 외측으로 상기 광의 일부를 향하게 하는 단계는, 상기 광학계의 상기 내측 표면 위에서 안쪽으로 벌어진 스커트(Skirt)를 이용하여 상기 웰의 외측으로 상기 광의 상기 일부를 향하게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 렌즈 형상의 상기 평가된 광학 전달 함수를 이용하여 상기 에너지 분포 패턴을 생성하는 단계는, 사용자 정의 시스템 요구사항을 만족하기 위한 패턴으로 광이 향하는 에너지 분포 패턴을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 렌즈 형상의 상기 평가된 광학 전달 함수를 이용하여 상기 에너지 분포 패턴을 생성하는 단계는, 상기 외측 표면에 의하여 상기 광이 굴절되는 곳으로부터 상기 광학계의 반대측을 향해 광이 상기 광학계의 상기 외측 표면을 통해 향하게 되는 에너지 분포 패턴을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. LED 패키지의 광 전송 돔을 적어도 부분적으로 감싸는 잠재적으로 굴절성인 외측 및 내측 표면을 포함하는 상기 광 전송 돔을 갖는 LED 패키지 내 LED 광원의 소정의 에너지 분포 패턴으로부터 소정의 조명된 표면 패턴을 제공하기 위한 광학계로서,
    상기 외측 및 내측 표면은 LED 광원의 상기 소정의 에너지 분포 패턴과 결합된 경우에 에너지 분포 패턴을 생성하는 평가된 광학 전달 함수를 정의하고,
    상기 조명된 표면에 대한 상기 에너지 분포 패턴의 투사는 상기 에너지 분포 패턴으로부터 도출 가능하며,
    상기 외측 및 내측 표면은, 상기 에너지 분포 패턴의 상기 투사를 상기 소정의 조명된 표면 패턴에 비교하고, 상기 외측 및 내측 표면의 상기 평가된 광학 전 달 함수를 수정하고, 상기 에너지 분포 패턴의 상기 투사와 상기 소정의 조명된 표면 패턴 사이에 수용 가능한 정합성이 얻어질 때까지 상기 에너지 분포 패턴을 생성하는 단계와 상기 에너지 분포 패턴의 상기 투사를 생성하는 단계와 상기 에너지 분포 패턴의 상기 투사를 상기 소정의 조명된 표면 패턴에 비교하는 단계를 반복하는 것에 의하여 정의되는 것을 특징으로 하는 광학계.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 외측 및 내측 표면은 소정의 가로등 조명 패턴과 부합하는 상기 조명된 표면 위에 대한 상기 에너지 분포 패턴의 투사를 집합적으로 제공하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 외측 및 내측 표면은 타입 Ⅰ 내지 Ⅴ의 가로등 조명 패턴 중 하나와 부합하는 상기 조명된 표면 위에 대한 상기 에너지 분포 패턴의 투사를 집합적으로 제공하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 LED 광원은 대응하는 광학계를 각각 갖는 복수의 LED 광원이고,
    상기 복수의 LED 광원의 상기 외측 및 내측 표면은, 평가된 광학 전달 함수, 에너지 분포 패턴 및 상기 에너지 분포 패턴의 상기 투사와 상기 소정의 조명된 표 면 패턴 간의 수용 가능한 정합성을 갖는 상기 에너지 분포 패턴의 투사를 집합적으로 정의하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  16. 청구항 12에 있어서,
    상기 LED 광원은 설치물 내에 배치된 대응하는 광학계를 각각 갖는 복수의 LED 광원이고,
    상기 복수의 LED 광원의 상기 외측 및 내측 표면은, 평가된 광학 전달 함수, 에너지 분포 패턴 및 상기 에너지 분포 패턴의 상기 투사와 상기 소정의 조명된 표면 패턴 간의 수용 가능한 정합성을 갖는 상기 에너지 분포 패턴의 투사를, 상기 설치물의 상기 LED 광원 각각에 대한 위치와 방향을 고려하여, 집합적으로 정의하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 복수의 LED 광원은 상기 설치물에 탑재되는 캐리어에 배치되고,
    상기 복수의 LED 광원의 상기 외측 및 내측 표면은, 평가된 광학 전달 함수, 에너지 분포 패턴 및 상기 에너지 분포 패턴의 상기 투사와 상기 소정의 조명된 표면 패턴 간의 수용 가능한 정합성을 갖는 상기 에너지 분포 패턴의 투사를, 상기 설치물 내 상기 캐리어에 있어서 상기 LED 광원 각각에 대한 위치와 방향을 고려하여, 집합적으로 정의하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  18. 청구항 12에 있어서,
    상기 LED 패키지는 캐리어에서 정의되는 웰 내에 배치되고,
    상기 외측 및 내측 표면은, 상기 LED 광원으로부터의 광이 상기 웰에 충돌하지 않고서 상기 웰의 외측으로 광의 일부가 향하는 에너지 분포 패턴을 제공하되, 상기 광의 일부는 상기 LED 광원으로부터 상기 LED 광원 상에서 중심에 위치한 전방향 반구형 입체각의 적어도 일부로 발사되고, 그렇지 않으면 방향의 변경이 없는 이상 상기 웰의 일부분에 충돌하게 되는 것을 특징으로 하는 광학계.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 광학계의 상기 내측 표면 상에서 안쪽으로 벌어진 스커트가 상기 웰의 외측으로 상기 광의 상기 일부를 향하게 하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  20. 청구항 12에 있어서,
    상기 외측 및 내측 표면은 사용자 정의 시스템 요구사항을 만족하기 위한 패턴으로 광이 향하는 에너지 분포 패턴을 생성하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  21. 청구항 12에 있어서,
    상기 외측 및 내측 표면은, 상기 외측 표면에 의하여 상기 광이 굴절되는 곳으로부터 상기 광학계의 반대측을 향해 광이 상기 광학계의 상기 외측 표면을 통해 향하게 되는 에너지 분포 패턴을 제공하는 것을 특징으로 하는 광학계.
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