KR20100105082A - Ｌｅｄ 조명장치 - Google Patents

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KR20100105082A
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Abstract

LED 광원용 렌즈는 내측에 형성되어 상기 LED에서 발산된 빛이 입사하는 제1만곡면과, 상기 제1만곡면의 외측에 형성되어 상기 제1만곡면으로 입사된 빛이 출사되는 제2만곡면을 구비하고, 상기 제1만곡면의 만곡도는 제2만곡면의 만곡도보다 작게 형성됨으로써 LED에서 발산되는 빛을 효율적으로 분산시킬 수 있어 LED를 조명장치로 사용할 수 있게 된다.
LED, 렌즈, 제1만곡면, 제2만곡면, 오목면, 조명장치

Description

ＬＥＤ 광원용 렌즈 및 이를 구비하는 조명장치{Lens for LED Light Source and Lighting Apparatus}
본 발명은 LED 광원용 렌즈 및 이를 구비하는 조명장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LED에서 발산되는 빛이 효율적으로 분산되도록 하는 LED 광원용 렌즈 및 이를 구비하는 조명장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode, 이하에서는 LED로 칭함)는 전기에너지를 직접 빛 에너지로 변환하기 때문에 백열전구, 형광등, 할로겐 램프 등에 비해 빛 에너지로의 변환 효율이 높고 발광 시에 열이 발생하지 않는다는 특징이 있다.
백열전구는 전기 에너지를 일단 열 에너지로 변환시키고, 전기 에너지가 열 에너지로 변환될 때 발생하는 빛을 이용하기 때문에 원리적으로 전기 에너지가 빛 에너지로 변환되는 효율이 1%를 넘지 않는다.
형광등은 전기 에너지를 이용하여 수은 가스가 플라즈마 방전을 일으켜 자외선을 방출하도록 하고 이때 발생하는 자외선이 관 내벽의 형광물질에 닿아서 빛을 발생시키게 한다.
형광등은 이와 같이 과정을 거쳐 전기 에너지를 빛 에너지로 변화시키기 때문에 형광등도 백열등과 마찬가지로 전기 에너지를 빛 에너지로 변환시키는 효율이 낮다.
이에 반해 LED는 전기 에너지를 빛 에너지로 변환시킬 때 20% 이상의 효율 달성이 가능하여, 백열전구나 형광등에 비해 약 100배 이상의 변환효율을 용이하게 달성할 수 있다. 또한 LED는 반영구적이라고 할 정도로 긴 수명을 가진다.
그리고 LED에서 발광되는 빛은 형광등에서 발광되는 빛과 같이 깜빡 거림이 없기 때문에 사람의 눈이 피로감을 덜 느끼도록 한다.
이와 같이 LED는 우수한 특성을 가지고 있으므로 각종 기기에 사용되고 있으며, 특히 제어패널에 장착되는 표시 램프나 전광 게시판 등의 표시 장치 등에 널리 사용되고 있다.
그러나 LED가 가로등, 자동차 조명등과 같은 조명장치로 사용되는 예는 적다.
도 1에 도시된 바와 같이 LED(1)가 빛을 발산할 때 대략 120~140°각도로 발산된다. 그리고 상기 LED(1)에는 평면을 가지는 렌즈가 씌워질 수 있다. 상기 LED(1)에서 발산되는 빛이 렌즈의 평면으로 입사되면 LED 주변 빛이 상기 렌즈의 측면에 부딪쳐 되반사를 반복하게 된다. 이와 같이 되반사 빛은 도 2에 도시된 바와 같이 다른 빛과 간섭하여 띠무늬가 발생하게 된다.
따라서 LED(1)를 가로등 또는 자동차 조명등과 같은 조명장치로 사용하게 되면 LED(1)에서 발산되는 빛의 가장자리에 형성되는 띠무늬는 자동차를 운전하는 운전자의 시야를 방해하는 요소가 된다.
도 3은 상기 LED에서 발광되는 빛의 광속 분포를 나타낸 스펙트럼이다.
도 3에 도시된 바와 같이 LED(1)에서 발광되는 빛은 직진성이 뛰어나므로 LED(1)에서 발광되는 빛의 대부분은 중앙부에 집중된다.
따라서 LED(1)를 자동차의 조명장치로 사용할 경우 LED(1)에서 발광되는 직진하는 빛이 마주보며 주행하는 자동차에 승차한 운전자의 눈 방향으로 향하게 되면 운전자의 시야를 방해하게 되는 문제점이 있다.
이와 같은 LED(1)의 특성 때문에 LED를 가로등, 자동차 조명등과 같은 조명장치로 사용하기가 어려운 것이 현실이며, 이를 극복하기 위한 방안이 강구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 LED에서 발산되는 빛의 테두리에서 발생하는 띠무늬를 제거할 수 있으며, LED에서 발산되는 빛이 효율적으로 분산되도록 함으로써 LED를 가로등이나 자동차 조명등과 같은 조명장치로 사용할 수 있도록 하는 LED 광원용 렌즈 및 조명장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 LED 광원용 렌즈는 LED에서 빛이 발산되는 경로상에 설치되는 LED 광원용 렌즈로서, 내측에 형성되어 상기 LED에서 발산된 빛이 입사하는 제1만곡면과, 상기 제1만곡면의 외측에 형성되어 상기 제1만곡면으로 입사된 빛이 출사되는 제2만곡면을 구비하고, 상기 제1만곡면의 만곡도는 제2만곡면의 만곡도보다 작게 형성될 수 있다.
이때 상기 제1만곡면은 구면을 형성하거나 구면보다 작은 만곡도를 가질 수 있다.
그리고 상기 제2만곡면은 구면을 형성하거나 구면보다 큰 만곡도를 가질 수 있다.
한편 상기 LED는 칩형 LED일 수 있다.
한편 상기 제1만곡면은 상기 칩형 LED를 수용하는 수용공간을 형성한다.
이때 상기 제1만곡면의 구경에 대한 상기 칩형 LED의 구경의 비는 0.1이상 0.9이하일 수 있다.
그리고 상기 제2만곡면에서 상기 제1만곡면 측으로 오목하게 형성된 오목면을 구비할 수 있다.
이때 상기 오목면은 상기 제1만곡면의 중심과 상기 제2만곡면의 중심을 연결하는 연장선상에 형성될 수 있다.
한편 상기 LED의 중심과 상기 오목면의 양단을 연결하는 직선이 이루는 각도는 20도 이상 120도 이하로 형성된다.
또한 상기 오목면의 구경에 대한 상기 오목면의 깊이의 비는 0.1이상 0.7이하로 형성된다.
또한 상기 오목면의 구경에 대한 상기 오목면의 곡률반경의 비는 0.5이상 3이하로 형성된다.
한편 상기 LED 광원용 렌즈의 외경에서 반경 방향으로 돌출된 돌기를 더 구비할 수 있다. 이때 상기 돌기의 두께는 제1만곡면의 깊이보다 작게 형성될 수 있다.
또한 LED 광원용 렌즈는 광학 유리로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 조명장치는 빛을 발광하는 칩형 LED와, 내측에 형성되어 상기 LED에서 발산된 빛이 입사하는 제1만곡면과, 상기 제1만곡면의 외측에 형성되어 상기 제1만곡면으로 입사된 빛이 출사되는 제2만곡면을 구비하고, 상기 제1만곡면의 만곡도는 제2만곡면의 만곡도보다 작게 형성되는 LED 광원용 렌즈를 구비한다.
본 발명의 일 측면에 따른 LED 광원용 렌즈에 의하면 LED에서 발산되는 빛의 테두리에 발생되는 띠무늬를 제거할 수 있으므로 운전자의 시야를 방해하는 것을 방지할 수 있다.
또한 LED에서 발산되는 빛의 발산각을 조절하여 LED에서 발산되는 빛의 균일도를 높일 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 광원용 렌즈 및 이를 구비하는 조명장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 광원용 렌즈 및 이를 구비하는 조명장치의 단면을 보인 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 조명장치(10)는 가로등, 자동차 조명과 같이 비교적 크기가 큰 조명장치로 사용된다.
이와 같은 비교적 큰 조명장지로 사용될 수 있도록 상기 조명장치(10)는 일정량 이상의 빛을 발광하는 LED(20)와, 상기 LED(20)에서 발산되는 빛이 진행하는 경로상에 구비되는 LED 광원용 렌즈(30)를 구비한다.
상기 LED(20)로는 램프형 LED 또는 칩형 LED가 사용될 수 있으나, 본 실시 예에서는 상기 LED(20)로 칩형 LED가 사용된 것을 보였다. 여기서 칩형 LED란 회로기판 등에 복수개의 램프형 LED가 실장된 것을 말한다.
이와 같이 상기 LED(20)로 칩형 LED가 사용됨으로써 발광 효율을 높일 수 있다.
상기 LED 광원용 렌즈(30)는 상기 LED(20)에서 발산되는 빛이 진행하는 경로상에 설치되어 상기 LED(20)에서 발광되는 빛을 굴절시킨다.
이와 같이 상기 LED(20)의 전방에 구비되어 상기 LED(20)에서 발광되는 빛을 굴절시킬 수 있도록 상기 LED 광원용 렌즈(30)는 광학 유리로 형성된다.
상기 LED 광원용 렌즈(30)가 광학 유리로 형성됨으로써 성형성을 높일 수 있다. 또한 LED 광원용 렌즈(30)가 플라스틱으로 형성될 때 보다 표면에 스크래치가 발생하는 것을 줄일 수 있다.
그리고 3와트(watt) 이상의 고출력 LED를 광원으로 사용하였을 경우 LED에서 발광되는 빛이 황색으로 변하는 황변화 현상을 방지할 수 있다.
상기 LED 광원용 렌즈(30)를 형성하는 광학 유리의 재질로는 굴절률이 큰 크라운 유리 또는 굴절률이 작은 플린터 유리 중 어느 것이 사용되어도 무방하다.
이하에서는 상기 LED 광원용 렌즈(30)의 구조에 대해 좀더 상세히 설명한다.
상기 LED 광원용 렌즈(30)는 내측에 형성되어 상기 LED(20)에서 발산된 빛이 입사하는 제1만곡면(40)과, 상기 제1만곡면(40)의 외측에 형성되어 상기 제1만곡면(40)으로 입사된 빛이 출사되는 제2만곡면(50)을 구비한다.
상기 제1만곡면(40)은 수용공간(41)을 형성하고, LED(20)는 상기 수용공간(41)에 수용된다.
상기 제2만곡면(50)의 단부, 즉 LED 광원용 렌즈(30)의 외경에는 LED 광원용 렌즈(30)가 가로등 또는 자동차 조명등으로 사용될 때 LED(20)의 후면에 구비되는 반사판 등과 결합되는 결합부(31)가 형성된다. 상기 결합부(31)는 제1만곡면(40)의 단부와 평면(32)에 의해 연결된다.
상기 결합부(41)는 제2만곡면을 그라인딩하여 편평하게 만든 것으로 결합 부(41)의 폭(W1)은 제1만곡면(30)의 깊이(D1)보다 작게 만들어지는 것이 바람직하다. 그 이유는 결합부(41)의 폭(W1)이 너무 크게 되면 LED(20)에서 발산되는 빛의 발산 각에 영향을 줄 수 있기 때문이다.
한편 상기 제1만곡면(40)은 구면 또는 비구면으로 형성될 수 있다.
상기 제1만곡면(40)이 구면이 될 수 있는 한계치는 제1만곡면(40)의 깊이(D1)와 제1만곡면(40)의 구경(E1)의 비에 따라 결정된다.
한편 상기 제1만곡면(40)이 비구면으로 형성될 때에는 상기 제1만곡면(40)은 구면보다 작은 만곡도(Curve Degree)를 가진다. 여기서 만곡도란 면이 활모양으로 굽은 정도를 말한다.
이와 같이 제1만곡면(40)의 만곡도를 조절함으로써 LED에서 발산되는 빛의 경로를 1차적으로 변경할 수 있다.
일반적으로 빛은 서로 다른 매질을 지나갈 때 서로 다른 매질의 경계면에서 일부는 반사하고 일부는 통과된다.
이때 서로 다른 매질의 경계면을 통과하는 빛은 굴절하게 되는데, 이때 빛이 굴절되는 각도는 굴절의 법칙(Snell's Law)에 의해 두 매질의 종류와 통과하는 빛의 입사각에 의해 정해지게 된다.
한편 상기 제1만곡면(40)이 형성하는 수용공간(41)에 LED(20)가 수용되므로 LED(20)의 구경(M)에 따라 상기 제1만곡면(40)의 구경(E1)은 달라져야 한다.
이때, 상기 제1만곡면(40)의 구경(E1)에 대한 LED(20)의 구경(M)의 비는 0.1 이상 0.9이하의 범위를 만족한다.
상기 제1만곡면(40)의 구경(E1)에 대한 LED(20)의 구경(M)의 비가 0.1미만일 때에는 LED(20)의 크기가 제한되므로 상기 LED(20)가 조명으로 사용되지 못할 만큼의 출력을 낼 수 있다는 문제점이 있고, 상기 제1만곡면(40)의 구경(E1)에 대한 LED(20)의 구경(M)의 비가 0.9초과일 때에는 상기 제1만곡면(40)이 상기 LED(20)를 수용하기 위해 상기 제1만곡면(40)의 깊이(D1)가 깊어져야 하는데, 제1만곡면(40)의 깊이(D1)가 너무 깊어지게 되면 LED(20)에서 발광된 빛의 확산각도 커지게 되므로 LED(20)에서 발광된 빛이 LED 광원용 렌즈(30)의 측면에서 반사되어 띠무늬가 발생할 수 있기 때문이다.
한편 상기 제2만곡면(50)도 구면 또는 비구면으로 형성될 수 있다.
이때 상기 제2만곡면(50)이 구면이 될 수 있는 한계치는 LED 광원용 렌즈(30)의 구경(G)과 제2만곡면(50)의 높이(H)의 비에 따라 결정된다.
상기 제2만곡면(50)이 비구면으로 형성될 때에는 상기 제2만곡면(50)은 구면보다 큰 만곡도를 가진다.
한편 상기 제1만곡면(40)의 만곡도는 제2만곡면(50)의 만곡도보다 작게 형성된다.
따라서 상기 LED 광원용 렌즈(30)는 중앙부에서 가장 자리부로 갈수로 그 두께(T)가 점점 얇아지는 형태를 가진다. 따라서 상기 LED 광원용 렌즈(30)는 볼록렌 즈와 같은 형태를 가지게 된다.
도 5는 LED(20)에서 발광되는 빛 중에서 중앙부를 향해 진행하는 빛이 LED 광원용 렌즈(30)를 통과할 때 진행되는 경로가 변경되는 모습을 보인 것이다.
LED(20)에서 발광된 빛이 제1만곡면(40)을 지날 때 유리의 굴절율이 공기의 굴절율이 1보다 크기 때문에 굴절의 법칙에 의하면 각 θ1은 각 θ2 보다 크게 된다.
따라서 LED(20)에서 발광된 빛은 제1만곡면(40)을 지날 때 중앙부에서 가장자리 쪽으로 휘게 된다.
다음으로 LED 광원용 렌즈(30)의 내부로 들어온 빛이 제2만곡면(50)을 지날 때 공기의 굴절율이 유리의 굴절율보다 작기 때문에 굴절의 법칙에 의하면 각 θ4는 각 θ3 보다 크게 된다.
따라서 제1만곡면(40)을 지난 빛이 제2만곡면(50)을 지날 때에는 중앙부 쪽으로 휘게 된다.
그러나 전체적으로 보면 LED(20)에서 발광된 빛이 제1만곡면(40)과 제2만곡면(50)을 지나면서 중앙부에서 가장자리 쪽으로 휘게 되므로 LED(20)에서 발광되는 빛을 중앙에서 가장자리 쪽으로 분산시킬 수 있어 빛의 균일화를 도모할 수 있다.
도 6는 LED(20)에서 발광된 빛이 도 4에 도시된 LED 광원용 렌즈(30)를 통과할 때 띄무늬가 발생하지 않는 모습을 보인 도면이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 광원용 렌즈(30)는 제1만곡면(40)을 구비함으로써 LED(20)에서 발광된 빛이 렌즈의 측면에 부딪쳐 되반사되는 것을 방지할 수 있으므로 빛이 서로 간섭하여 생기는 띄무늬를 제거할 수 있게 된다.
도 7은 LED(20)에서 발광된 빛이 상술한 LED 광원용 렌즈(30)를 통과할 때 빛이 발산되는 모습을 보인 것이고, 도 8은 LED(20)에서 발광된 빛이 상술한 LED 광원용 렌즈(30)를 통과한 후의 광속 분포를 나타낸 스펙트럼이다.
도 7과 도 1을 비교하여 보면 LED(20)에서 발광된 빛이 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 광원용 렌즈(30)를 통과할 때 빛이 중앙부에 집중되지 않고 균일하게 분산된다는 것을 알 수 있다.
도 8과 도 3을 비교하면 LED(20)에서 발광된 빛이 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 광원용 렌즈(30)를 통과할 때 광속 또한 다소 분산된다는 것을 알 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 LED 광원용 렌즈 및 이를 구비하는 조명장치에 대해 설명한다.
본 발명의 다른 실시 예를 설명함에 있어 상술한 실시 예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조번호를 사용하며 동일한 구성에 대해서는 상세한 설명은 생략 한다.
도 9에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 광원용 렌즈 및 이를 구비하는 조명장치가 도시되어 있다.
도 9에 도시된 LED 광원용 렌즈(30)가 상술한 LED 광원용 렌즈와 다른 점은 상기 LED 광원용 렌즈(30)가 가로등 또는 자동차 조명 등으로 사용될 때, LED(20)의 후면에 구비되는 반사판 등에 구비되는 조임새 등과 결합하도록 LED 광원용 렌즈(30)의 외경에 돌기(35)가 형성되어 있다는 것이다.
상기 돌기(35)는 LED 광원용 렌즈(30)의 외경에서 반경방향으로 돌출되어 있다.
상기 돌기(35)의 폭(W2)이 너무 크게 되면 LED(20)에서 발산되는 빛의 발산 각에 영향을 줄 수 있으며, 상기 돌기(35)의 길이가 너무 길면 상기 돌기에 충격이 가해졌을 때 상기 돌기(35)가 파손될 수 있다.
따라서 돌기(35)의 폭(W2)은 제1만곡면(30)의 깊이(D1)보다 작게 만들어지는 것이 바람직하다. 그리고 상기 돌기(35)의 폭(W2)에 대한 길이의 비는 0.5이상 3인 것이 바람직하다.
도 10에는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 LED 광원용 렌즈 및 이를 구비하는 조명장치가 도시되어 있다.
도 10에 도시된 LED 광원용 렌즈(30)에는 제2만곡면(50)에 제1만곡면(40) 측 으로 오목하게 형성된 오목면(60)이 형성되어 있다.
이때 상기 오목면(60)은 제1만곡면(40)의 중심과 제2만곡면(50)의 중심을 연결하는 연장선상에 형성된다.
상기 오목면(60)은 제1만곡면(40)을 통과한 빛이 상기 오목면(60)에서 반사되도록 함으로써 중앙부 측으로 발광되는 빛이 가장자리 쪽으로 휘게 하여 LED(20)에서 발광되는 빛을 분산시킬 수 있어 LED(20)에서 발광되는 빛을 균일화할 수 있다.
상기 오목면(60)은 구면 또는 비구면으로 형성될 수 있다.
한편 LED(20)의 중심(O)과 상기 오목면(60)의 양단을 연결하는 2개의 직선(L1,L2)이 이루는 각도(θ)는 20° 이상 120° 이하이다.
그 이유는 상기 각도(θ)가 너무 작으면 중앙부 측으로 발광되는 빛이 가장자리 쪽으로 분산되는 정도가 작을 수 있어 빛의 균일화를 이루기가 힘들고, 상기 각도(θ)가 너무 크게 되면 중앙부 측에서 가장자리 쪽으로 분산되는 정도가 너무 커져서 오히려 중앙부의 빛이 가장자리 쪽 빛보다 약해질 수 있기 때문이다.
도 11은 LED(20)에서 발광되는 빛 중에서 중앙부를 향해 발산되는 빛이 도 10에 도시된 LED 광원용 렌즈(30)를 통과할 때 경로가 변경되는 모습을 보인 것이다.
LED(20)에서 발광된 빛이 제1만곡면(40)을 지날 때 유리의 굴절율이 공기의 굴절율이 1보다 크기 때문에 굴절의 법칙에 의하면 각 θ1은 각 θ2 보다 크게 된 다.
따라서 LED(20)에서 발광된 빛은 제1만곡면(40)을 지날 때 중앙부에서 가장자리 쪽으로 휘게 된다.
다음으로 LED 광원용 렌즈(30)의 내부로 들어온 빛이 오목면(60)에 도달하게 되면 일부는 상기 오목면(60)에 반사되는데 이때 입사각과 반사각의 법칙에 의해 각 θ5은 각 θ6는 같게 된다.
그리고 LED 광원용 렌즈(30)의 내부로 들어온 빛이 오목면(60)을 지날 때 굴절의 법칙에 의하면 θ5는 각 θ6보다 작게 된다. 따라서 제1만곡면(40)을 지난 빛이 오목면(60)을 지날 때에는 중앙부에서 바깥쪽으로 휘게 된다.
이와 같이 제2만곡면(40)에 오목면(60)을 형성함으로써 LED(20)에서 발광되는 빛을 중앙에서 가장자리 쪽으로 분산시킬 수 있어 빛의 균일화를 도모할 수 있다.
한편 상기 오목면(60)이 구면으로 형성될 때 오목면의 깊이(D2), 오목면의 구경(E2), 오목면의 곡률반경(R)에 의해 LED(20)에서 발광되는 빛의 균일한 정도가 정해진다.
이때, LED(20)에서 발광되는 빛이 소정 정도 균일하도록 하기 위한 상기 오목면의 구경(E2)에 대한 상기 오목면의 깊이(D2)의 비의 범위는 0.1이상 0.7이하이다.
상기 오목면의 구경(E2)에 대한 상기 오목면의 깊이(D2)의 비가 0.1미만일 때 오목면의 구경(E2)이 너무 작으면 오목면의 깊이(D2)가 너무 낮아서 LED(20)에서 중앙으로 발광되는 빛의 확산이 잘 되지 않으며, 상기 오목면의 구경(E2)에 대한 상기 오목면의 깊이(D2)의 비가 0.7초과일 때 오목면의 구경(E2)이 커짐에 따른 LED 광원용 렌즈(30)를 형성하기 위한 오목면 깊이(D2)의 한계에 가까워지기 때문이다.
한편 본 발명인은 상기 오목면의 구경(E)과 오목면의 곡률반경(R)을 변화시켜 가면서 LED(20)에서 발광되는 빛의 분산 정도를 실험하였다.
본 발명인은 상기 오목면의 구경(E)과 오목면의 곡률반경(R)을 각각 15mm와 10mm, 20mm와 17mm 및 22mm와 50mm로 설정한 후 LED(20)에서 발광되는 빛이 발산되는 모습과 광속의 분포를 관측하였다.
도 12 내지 17는 도 10에 도시된 LED 광원용 렌즈에서 오목면의 구경과 곡률반경의 변화에 따라 빛이 발산되는 모습 및 광속의 분포를 보인 것이다.
그리고 LED(20)에서 10m 떨어진 곳의 몇 곳에서 광량을 스팟 측정하고 그 광량의 평균값을 구하였다. 참고로 LED(20)에 LED 광원용 렌즈가 설치되지 않은 경우 LED(20)에서 10m 떨어진 곳에서 도달하는 광량은 LED(20)에서 발광되는 전체 광량의 약 75%이다.
도 12 및 도 13은 오목면의 구경(E)과 곡률반경(R)이 각각 15mm와 10mm인 경 우 빛의 분산 정도는 떨어진다.
이때 측정된 광량은 LED(20)에서 발광되는 전체 광량의 약 93%이다.
도 14 및 도 15는 오목면의 구경(E)과 곡률반경(R)이 각각 20mm와 17mm인 경우 빛의 분산 정도는 오목면의 구경(E)과 곡률반경(R)이 각각 15mm와 10mm인 경우보다 크게 된다.
이때 측정된 광량은 LED(20)에서 발광되는 전체 광량의 약 86%이다.
도 16 및 도 17은 오목면의 구경(E)과 곡률반경(R)이 각각 22mm와 50mm인 경우 빛의 분산 정도는 오목면의 구경(E)과 곡률반경(R)이 각각 20mm와 17mm인 경우보다 크게 된다.
이때 측정된 광량은 LED(20)에서 발광되는 전체 광량의 약 73%이다.
이상에서 알 수 있는 바와 같이 오목면의 구경(E) 및 곡률반경(R)이 작은 경우에는 LED(20)에서 떨어진 곳에 도달되는 광량이 큰 대신 빛의 분산 정도는 저하되고, 오목면의 구경(E) 및 곡률반경(R)이 커짐에 따라 10m 떨어진 곳에 도달되는 광량이 작아지는 대신 빛의 분산 정도는 좋아진다는 것을 알 수 있다.
본 발명은 이와 같은 실험을 통해 상기 LED(20)에서 발광되는 빛이 어느 정도 떨어진 곳까지 도달하면서도 어느 정도의 분산 효과를 가지기 위해서는 상기 오 목면의 구경(E)에 대한 상기 오목면의 곡률반경의 비(R)는 0.5이상 3이하인 것이 바람직하다는 것을 알 수 있었다.
상기 오목면의 구경(E)에 대한 오목면의 곡률반경(R)의 비가 0.5미만일 때에는 상기 오목면(60)은 구면을 형성하지 못하게 되고, 상기 오목면의 구경(E)에 대한 오목면의 곡률반경(R)의 비가 3초과일 때에는 오목면의 깊이(D2)가 낮아지게 되어 LED(20)에서 발광된 빛이 중앙에서 가장자리 쪽으로 잘 분산되지 못하기 때문이다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 LED 광원용 렌즈 및 이를 구비하는 조명장치에 의하면 LED에서 발산되는 빛의 발산각을 조절하여 LED에서 발산되는 빛의 균일도를 높일 수 있다.
이상에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 광원용 렌즈 및 이를 구비하는 조명장치에 대해 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 개념을 벗어나지 않고 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.
도 1은 종래 LED에서 빛이 발산되는 모습을 보인 도면.
도 2는 도 1에 도시된 LED에서 빛이 발산될 때 테두리에서 띄무늬가 발생하는 것을 보인 도면.
도 3은 도 1에 도시된 LED에서 발산되는 광속의 분포를 보인 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 광원용 렌즈 및 이를 구비하는 조명장치의 단면도.
도 5는 LED에서 발광된 빛이 도 4에 도시된 LED 광원용 렌즈를 통과할 때 경로가 변화되는 모습을 보인 도면.
도 6은 LED에서 발광된 빛이 도 4에 도시된 LED 광원용 렌즈를 통과할 때 띄무늬가 발생하지 않는 모습을 보인 도면.
도 7은 LED에서 발광된 빛이 도 4에 도시된 LED 광원용 렌즈를 통과할 때 발산되는 모습을 보인 도면.
도 8은 LED에서 발광된 빛이 도 4에 도시된 LED 광원용 렌즈를 통해 발산되는 광속의 분포를 보인 도면.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 광원용 렌즈 및 이를 구비하는 조명장치의 단면도.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 광원용 렌즈 및 이를 구비하는 조명장치의 단면도.
도 11은 LED에서 발광된 빛이 도 8에 도시된 LED 광원용 렌즈를 통과할 때 경로가 변화되는 모습을 보인 도면.
도 12 내지 도 17은 도 10에 도시된 LED 광원용 렌즈에서 오목면의 구경과 곡률반경의 변화에 따라 빛이 발산되는 모습 및 광속의 분포의 변화를 보인 도면.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
10: 조명장치 20: LED
30: LED 광원용 렌즈 40: 제1만곡면
50: 제2만곡면 60: 오목면

Claims (20)

  1. LED에서 빛이 발산되는 경로상에 설치되는 LED 광원용 렌즈로서,
    내측에 형성되어 상기 LED에서 발산된 빛이 입사하는 제1만곡면과,
    상기 제1만곡면의 외측에 형성되어 상기 제1만곡면으로 입사된 빛이 출사되는 제2만곡면을 구비하고,
    상기 제1만곡면의 만곡도는 제2만곡면의 만곡도보다 작은 것을 특징으로 하는 LED 광원용 렌즈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1만곡면은 구면을 형성하거나 구면보다 작은 만곡도를 가지는 것을 특징으로 하는 LED 광원용 렌즈.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제2만곡면은 구면을 형성하거나 구면보다 큰 만곡도를 가지는 것을 특징으로 하는 LED 광원용 렌즈.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 LED는 칩형 LED인 것을 특징으로 하는 LED 광원용 렌즈.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제1만곡면은 상기 칩형 LED를 수용하는 수용공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 광원용 렌즈
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1만곡면의 구경에 대한 상기 칩형 LED의 구경의 비는 0.1이상 0.9이하인 것을 특징으로 하는 LED 광원용 렌즈.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제2만곡면에서 상기 제1만곡면 측으로 오목하게 형성된 오목면을 더 구비하는 LED 광원용 렌즈.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 오목면은 상기 제1만곡면의 중심과 상기 제2만곡면의 중심을 연결하는 연장선상에 형성된 것을 특징으로 하는 LED 광원용 렌즈.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 LED의 중심과 상기 오목면의 양단을 연결하는 직선이 이루는 각도는 인 20도 이상 120도 이하인 것을 특징으로 하는 LED 광원용 렌즈.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 오목면의 구경에 대한 상기 오목면의 깊이의 비는 0.1이상 0.7이하인 것을 특징으로 하는 LED 광원용 렌즈.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 오목면의 구경에 대한 상기 오목면의 곡률반경의 비는 0.5이상 3이하인 것을 특징으로 하는 LED 광원용 렌즈.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 LED 광원용 렌즈의 외경에서 반경 방향으로 돌출된 돌기를 더 구비하는 LED 광원용 렌즈.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 돌기의 두께는 제1만곡면의 깊이보다 작은 것을 특징으로 하는 LED 광원용 렌즈.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 LED 광원용 렌즈는 광학 유리로 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 광원용 렌즈.
  15. 빛을 발광하는 칩형 LED와,
    내측에 형성되어 상기 LED에서 발산된 빛이 입사하는 제1만곡면과, 상기 제1만곡면의 외측에 형성되어 상기 제1만곡면으로 입사된 빛이 출사되는 제2만곡면을 구비하고, 상기 제1만곡면의 만곡도는 제2만곡면의 만곡도보다 작은 것을 특징으로 하는 LED 광원용 렌즈를 포함하는 조명장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 칩형 LED는 상기 제1만곡면이 형성하는 수용공간에 수용되는 것을 특징으로 하는 조명장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 제1만곡면의 구경에 대한 상기 칩형 LED의 구경의 비는 0.1이상 0.9이하인 것을 특징으로 하는 조명장치.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 제2만곡면에서 상기 제1만곡면 측으로 오목하게 형성된 오목면을 더 구비하는 조명장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 오목면은 상기 제1만곡면의 중심과 상기 제2만곡면의 중심을 연결하는 연장선상에 형성된 것을 특징으로 하는 조명장치.
  20. 제 18항에 있어서,
    상기 LED의 중심과 상기 오목면의 양단을 연결하는 직선이 이루는 각도는 인 20도 이상 120도 이하인 것을 특징으로 하는 조명장치.
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