KR20100108246A

KR20100108246A - 조명장치

Info

Publication number: KR20100108246A
Application number: KR1020100026585A
Authority: KR
Inventors: 안치 웨이; 지밍 라이
Original assignee: 폭스세미콘 인티그리티드 테크놀로지, 인코포레이티드
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2010-10-06
Also published as: US20100246173A1; CN101846288A

Abstract

본 발명은, 광선을 출사하는데 사용되며, 중심 대칭축을 갖고 있는 고체 광원 및; 상기 고체 광원에 마주 대하고 있으며, 입사면 및 이 입사면의 상대쪽에 있는 출사면을 갖고 있는 광학렌즈를 구비하되; 상기 광학렌즈의 입사면 및 출사면 중의 하나에 제1방향에 따라 연신되는 복수개의 제1마이크로프리즘이 형성되어 있으며, 상기 복수개의 제1마이크로프리즘은 상기 중심 대칭축의 양쪽에 대칭되도록 설치되어 상기 광선이 상기 제1방향에 수직이 되는 제2방향에 있어서의 복사범위를 확장하는 조명장치를 제공한다.

Description

조명장치{ILLUMINATION DEVICE}

본 발명은 비교적 큰 조명범위를 가지는 조명장치에 관한 것이다.

발광다이오드(LED)는 휘도가 높고, 동작 전압이 낮으며, 전력 소모율이 적고, 직접회로(integrate circuit)와의 통합이 용이하며, 구동이 간편하고, 수명이 길다는 등의 이점을 갖고 있기 때문에, 조명분야에서 광원으로서 많이 사용되고 있다.

광학분야에서는, 항상 각 방향의 광도(光度)의 분포상태를 배광곡선으로 표시하고 있으며, LED 광원은 방사형 배광곡선으로 표시되는 분포상태를 가지고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, LED 광원은 램버트(Lambertian) 형태의 배광분포를 가지며, 상기 LED 광원의 반치전폭각도(Full Width Half Maximum, FWHM)는 ±60도 내에 있으므로, 상기 LED 광원의 발광각도는 약 120도이다.

그러나, 상기 LED 광원은 비교적 큰 조명범위를 필요로 하는 장소에는 적용하기 어렵다는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 발명된 것으로, 비교적 큰 조명범위를 가지는 조명장치를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 조명장치는, 광선을 출사하는데 사용되며, 중심 대칭축을 갖고 있는 고체 광원 및; 상기 고체 광원에 마주 대하고 있으며, 입사면 및 이 입사면의 상대쪽에 있는 출사면을 갖고 있는 광학렌즈를 구비하되; 상기 광학렌즈의 입사면 및 출사면 중의 하나에 제1방향에 따라 연신되는 복수개의 제1마이크로프리즘이 형성되어 있으며, 상기 복수개의 제1마이크로프리즘은 상기 중심 대칭축의 양쪽에 대칭되도록 설치되어 상기 광선이 상기 제1방향에 수직이 되는 제2방향에 있어서의 복사범위를 확장하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 조명장치에 따르면, 광학렌즈에 제1방향에 따라 연신되는 복수개의 제1마이크로프리즘이 형성되어 있고, 상기 복수개의 제1마이크로프리즘은 고체 광원의 중심 대칭축 양쪽에 대칭되도록 설치되어 상기 고체 광원이 출사한 광선을 확장하고 있는바, 이에 따라 상기 광학렌즈를 투과한 광선의 복사범위를 확장하여 비교적 큰 조명범위를 얻을 수 있다.

도 1은 종래의 LED 광원의 배광곡선도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 조명장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 조명장치의 배광곡선도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 조명장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 조명장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 조명장치의 배광곡선도이다.
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 조명장치의 구조를 나타낸 도면이다.

이하, 예시도면을 참조하면서 본 발명에 따른 발광다이오드 광원에 대해 상세히 설명한다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 조명장치(100)는 광원모듈(11) 및 광학렌즈(15)를 구비한다.

상기 광원모듈(11)은 기판(111) 및 이 기판(111) 위에 설치되어 있는 고체 광원(113)을 구비한다. 상기 기판(111)은 회로기판으로서, 외부전원에 연결되어 상기 고체 광원(113)에 전원을 공급한다. 상기 고체 광원(113)은 LED 칩 또는 LED로서, 중심 대칭축(M)을 가지고 있다. 상기 고체 광원(113)이 LED인 경우, 광선(I)은 출사면(113A)으로부터 방사형으로 출사되고, 그 배광곡선은 도 1에 도시된 배광곡선과 유사하다.

상기 광학렌즈(15)는 두께(D)가 약 3mm인 판모양으로 되어 있고, 상기 광원모듈(11)과 서로 마주 대하고 있다. 상기 광학렌즈(15)는 입사면(150) 및 이 입사면(150)의 상대쪽에 있는 출사면(152)을 구비한다. 상기 입사면(150)은 평면이고, 상기 고체 광원(113)에 인접하고 있다. 상기 입사면(150)과 상기 고체 광원(113)의 출사면(113A) 사이의 간격(L)은 2mm이다. 상기 출사면(152)에 제1방향[도 2는 광학렌즈(15)가 제1방향을 따르고 있는 경우의 정면도를 도시하고 있다]에 따라 연신되는 복수개의 띠모양(Strip type)의 제1마이크로프리즘(Microprism)(155)이 나란히 설치되어 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 제1마이크로프리즘(155)의 상기 제1방향에 수직이 되는 방향에 있어서의 단면은 삼각형이고, 상기 삼각형의 정점각(vertex angle) θ는 20도 내지 70도이며, 상기 정점각 θ에 마주 대하고 있는 밑변(d)의 길이는 1mm인 것이 바람직하다. 다른 실시예로서, 상기 제1마이크로프리즘(155)의 상기 제1방향에 수직이 되는 방향에 있어서의 단면을 사다리꼴형태로 할 수도 있다. 본 실시예에 있어서, 상기 제1마이크로프리즘(155)은 제1측면(155A) 및 제1측면(155A)에 연결되는 제2측면(155B)을 구비하고, 상기 제1측면(155A)은 상기 제1마이크로프리즘(155)의 상기 중심 대칭축(M)으로부터 떨어져 있는 쪽에 있으며, 또한 상기 입사면(150)에 수직으로 되어 있다. 상기 중심 대칭축(M)의 같은 쪽에 있는 서로 인접한 두 제1마이크로프리즘(155)에 있어서, 한 제1마이크로프리즘(155)의 제2측면(155B)은 다른 제1마이크로프리즘(155)의 제1측면(155A)에 연결되어 있는바, 이에 따라 서로 인접한 복수개의 제1마이크로프리즘(155)이 톱니모양 마이크로프리즘 어레이를 형성한다. 상기 중심 대칭축(M)의 양쪽에 각각 하나의 톱니모양 마이크로프리즘 어레이가 형성되어 있고, 이 두 개의 톱니모양 마이크로프리즘 어레이는 상기 중심 대칭축(M)에 관하여 서로 대칭으로 되어 있다.

상기 고체 광원(113)의 출사면(113A)으로부터 출사되는 광선(I)은, 상기 입사면(150)으로부터 상기 광학렌즈(15)로 입사된다. 상기 광선(I)이 상기 광학렌즈(15)의 제1측면(155A) 또는 제2측면(155B)으로부터 출사될 때, 출사광선은 상기 제1측면(155A) 또는 상기 제2측면(155B)에서 확산방향으로 굴절되거나 또는 전반사되어 광확산 상태를 이루게 된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 광학렌즈(15)를 투과한 광선(I)의 반치전폭각도는 약 145도이다. 상기 광학렌즈(15)는 상기 고체 광원(113)의 상기 제1방향에 수직이 되는 제2방향에 있어서의 복사범위를 확장하고 있는바, 이에 따라 상기 조명장치(100)는 보다 큰 조명범위를 가지게 된다.

상기 광학렌즈(15)의 재료는, 실리콘(Silicon), 아크릴(PMMA), 폴리 카보네이트(PC), 에폭시(Epoxy) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 등이다.

상기 복수개의 제1마이크로프리즘(155)은 상기 광학렌즈(15)의 출사면(152) 에 형성되지만, 필요에 따라 상기 입사면(150)에 형성될 수도 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 조명장치(200)의 구조는 제1실시예에 따른 조명장치(100)의 구조와 비슷하지만, 광학렌즈(25)의 출사면(252)이 평면이고, 복수개의 제1마이크로프리즘(155)이 입사면(250)에 형성되어 있으며, 상기 광학렌즈(25)와 광원(213) 사이에 투광접합층(27)이 형성되어 있는 점이 다르다.

상기 투광접합층(27)의 재료는 수지 또는 실리카겔(silica gel)이다. 제작 시에는, 상기 투광접합층(27)의 재료를 상기 광학렌즈(25)와 상기 광원(213) 사이에 채워 넣은 다음에 자외광으로 조사하여 고화시킴으로써, 상기 투광접합층(27)이 상기 광학렌즈(25) 및 상기 광원(213)과 일체로 형성되도록 하고 있다. 상기 광원(213)이 LED칩인 경우는, 상기 투광접합층(27)은 상기 LED칩의 밀봉재로 사용된다. 이때, 상기 투광접합층(27)의 굴절율(Refractive Index)은 상기 광학렌즈(25)의 굴절율보다 작아야 한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 조명장치(300)의 구조는 제1실시예에 따른 조명장치(100)의 구조와 비슷하지만, 광학렌즈(35)의 입사면(350)에 복수개의 제2마이크로프리즘(358)이 형성되어 있고, 상기 복수개의 제2마이크로프리즘(358)이 제2방향(Y)에 따라 연신되며, 상기 제2방향(Y)은 제1방향(X)에 수직으로 되며, 회로기판(311) 상부에 제2방향(Y)에 따라 네 개의 LED(313)가 배열되어 있는 점이 다르다. 이들 네 개의 LED(313)는 중심 대칭축(M)을 가지고 있다.

상기 복수개의 제2마이크로프리즘(358)의 구조는 상기 복수개의 제1마이크로프리즘(155)의 구조와 같다.

상기 복수개의 제2마이크로프리즘(358)은 제1방향(X)에 따라 상기 LED(313)가 발사한 광선을 확산시킨다. 도 6은 LED(313)가 발사한 광선이 상기 광학렌즈(35)을 투과한 다음 제1방향(X) 및 제2방향(Y)으로 형성한 배광곡선(s,t)을 나타내는 도면이다. 상기 배광곡선(s)으로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 광선이 상기 광학렌즈(35)를 투과한 후의 제1방향(X)에 있어서의 반치전폭각도는 약 150도이다. 상기 배광곡선(t)로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 광선이 상기 광학렌즈(35)를 투과한 후의 제2방향(Y)에 있어서의 반치전폭각도는 약 150도이다. 이와 같이, 상기 광학렌즈(35)는 상기 LED(313)의 제1방향(X) 및 제2방향(Y)에 있어서의 복사범위를 확장하고 있는바, 이에 따라 상기 조명장치(300)는 보다 큰 조명범위를 가지게 된다.

또한, 상기 복수개의 제2마이크로프리즘(358)은 출사면(352)에 형성될 수도 있는바, 이에 따라 상기 LED(313)는 제1방향(X)에 있어서의 복사범위를 확장할 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4실시예에 따른 조명장치(400)의 구조는 제2실시예에 따른 조명장치(200)의 구조와 비슷하다. 상기 조명장치(400)는 회로기판(411) 상부에 장착되어 있는 복수개의 광원(413)을 구비하고 있다. 광학렌즈(45)는 제1방향에 따라 연신되고 또한 상기 광원(413)에서 멀어지는 쪽으로 돌출되는 아치형 윤곽을 가지고 있으며, 따라서 상기 회로기판(411)도 상기 광학렌즈(45)에 대응되는 아치형 윤곽을 가지고 있다. 상기 광학렌즈(45)의 출사면(452)은 상기 아치형 윤곽에 대응되는 곡면이다. 상기 회로기판(411) 상부에 장착되어 있는 복수개의 광원(413)은 아치형 분포를 형성하고, 상기 광원(413)으로부터 출사되는 광선은 상기 광학렌즈(45)를 투과한 다음 더욱 확산되며 또한 균일하게 출사된다. 상기 회로기판(411)은 연성 회로기판(Flexible Circuit Board, FPC)일 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 이용하여 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

11 --- 광원모듈 15 --- 광학렌즈
100 --- 조명장치 111 --- 기판
113 --- 고체 광원 113A --- 출사면
150 --- 입사면 152--- 출사면
155 --- 제1마이크로프리즘 155A --- 제1측면
155B --- 제2측면 25 --- 광학렌즈
27 --- 투광접합층 200 --- 조명장치
213 --- 광원 250 --- 입사면
252 --- 출사면 35 --- 광학렌즈
300 --- 조명장치 311 --- 회로기판
313 --- LED 350 ---입사면
352 --- 출사면 355 --- 제1마이크로프리즘
358 --- 제2마이크로프리즘 45 --- 광학렌즈
400 --- 조명장치 411 --- 회로기판
413 --- 광원 452 --- 출사면

Claims

광선을 출사하는데 사용되며, 중심 대칭축을 갖고 있는 고체 광원 및;
상기 고체 광원에 마주 대하고 있으며, 입사면 및 이 입사면의 상대쪽에 있는 출사면을 갖고 있는 광학렌즈를 구비하되;
상기 광학렌즈의 입사면 및 출사면 중의 하나에 제1방향에 따라 연신되는 복수개의 제1마이크로프리즘이 형성되어 있으며, 상기 복수개의 제1마이크로프리즘은 상기 중심 대칭축의 양쪽에 대칭되도록 설치되어 상기 광선이 상기 제1방향에 수직이 되는 제2방향에 있어서의 복사범위를 확장하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
제1항에 있어서,
상기 광학렌즈는 판모양이며, 상기 입사면 및 상기 출사면 중의 다른 하나에 상기 제2방향에 따라 연신되는 복수개의 제2마이크로프리즘이 더 형성되어 있으며, 상기 복수개의 제2마이크로프리즘은 상기 중심 대칭축의 양쪽에 대칭되도록 설치되어 상기 광선이 상기 제1방향에 있어서의 복사범위를 확장하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
제1항에 있어서,
상기 제1마이크로프리즘은 제1측면 및 제1측면에 연결되는 제2측면을 구비하며, 상기 제1측면은 상기 제1마이크로프리즘의 상기 중심 대칭축으로부터 떨어져 있는 쪽에 있으며, 또한 상기 입사면에 수직이 되는 것을 특징으로 하는 조명장치.
제3항에 있어서,
상기 제1마이크로프리즘의 상기 제2방향에 있어서의 단면은 삼각형이며, 상기 삼각형의 정점각 θ는 20도 내지 70도인 것을 특징으로 하는 조명장치.
제1항에 있어서,
상기 광학렌즈는 상기 제1방향에 따라 연신되며 또한 상기 광원에서 멀어지는 쪽으로 돌출되는 아치형 윤곽을 가지고 있고, 상기 복수개의 제1마이크로프리즘은 상기 입사면에 형성되어 있으며, 상기 출사면은 상기 아치형 윤곽에 대응되는 곡면인 것을 특징으로 하는 조명장치.
제1항에 있어서,
상기 고체 광원과 상기 광학렌즈 사이에 투광접합층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 조명장치.
제6항에 있어서,
상기 투광접합층의 굴절율은 상기 광학렌즈의 굴절율보다 작은 것을 특징으로 하는 조명장치.
제1항에 있어서,
상기 고체 광원은 적어도 하나의 발광다이오드 또는 적어도 하나의 발광다이오드칩을 구비하는 것을 특징으로 하는 조명장치.