KR20100109064A - 엘이디용 반사렌즈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엘이디용 반사렌즈에 관한 것으로, 엘이디 발광소자에서 출력되는 광을 일정방향으로 조사시키기 위한 엘이디용 반사렌즈에 있어서, 광을 출력하는 엘이디 광원, 상기 엘이디 광원이 수용될 수 있는 수용부가 형성되고, 출력되는 광을 굴절시켜 입사각을 결정하는 입사부, 상기 입사부에서 출력되는 광의 입사각으로 전반사를 일으키는 것으로 입사부를 감싸도록 구비되는 전반사부, 상기 엘이디 광원의 선단에 구비되어 출력된 광을 집광시키는 제 1집광부, 상기 제 1집광부에서 집광된 광과 상기 전반사부에서 전반사된 광을 집광시키기 위한 제 2집광부, 상기 엘이디 광원이 고정되는 외부 기판에 형성된 홈에 결합될 수 있도록 상기 입사부의 하측으로 소정길이 돌출 구비된 가이드핀 및 일측에 외부에 결합되고 타측이 상기 반사렌즈에 결합되어 상기 반사렌즈와 엘이디 광원과의 간격 조절을 위한 조절수단을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성되는 본 발명은 광 손실을 최소화 하고, 출사광의 출력을 높이며, 집광효율이 좋고 사용자의 선택에 따라 출사각을 조절할 수 있는 이점이 있다.

엘이디, 반사렌즈, 입계각, 전반사

Description

엘이디용 반사렌즈{reflection lens for LED}

본 발명은 엘이디용 반사렌즈에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 출사각을 용이하게 조절하고 광 손실 없이 효과적으로 광을 출사시킬 수 있는 엘이디용 반사렌즈에 관한 것이다.

일반적으로, 실내 또는 실외의 조명등으로 전구나 형광등이 많이 사용되고 있는데, 이러한 전구나 형광등은 수명이 짧아 자주 교환하여야 하는 문제가 있다. 또한, 종래의 형광등은 그 사용시간 경과에 따른 열화로 인해 조도가 점차 떨어지는 현상이 과도하게 발생하는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 우수한 제어성, 빠른 응답속도, 높은 전기 광 변환효율, 긴 수명, 적은 소비전력 및 높은 휘도의 특성이 있는 LED를 사용하는 조명기구가 개발되고 있다.

그 중 최근에 고출력의 LED를 적용한 조명기구가 개발되고 있는데, 이러한 고출력 LED를 이용한 조명기구는 조명공간에서의 조도는 만족시킬 수 있으나 LED에 서 고열이 발생하므로 이를 방열하기 위하여 방열 핀과 송풍 팬을 포함하는 복잡한 구조의 방열장치가 별도로 요구되기 때문에 제품 단가가 상승하고 전기효율이 떨어져서 실용화가 어려운 문제가 있었다.

한편, 도 1은 일실시예로 종래 LED를 이용한 조명기구에서의 조도 및 배광특성을 보여주는 설명도이다.

도시한 바와 같이, 종래의 LED를 이용한 조명기구(10)는, 각 LED(20)에서 방사되는 빛이 LED(20)에서부터 직접 확산하여 조명공간으로 방사되기 때문에 확산경로 상에서 광 감쇠가 일어나 보통의 조명을 필요로 하는 실내나 실외의 공간에서는 그 조도가 충분히 확보되지 못하는 문제가 있다. 즉, LED(20)는 높은 전기-광 변환효율, 긴수명, 적은 소비전력 및 높은 휘도 등 여러 가지 장점이 있지만, 그 LED(20)의 출력이 약하기 때문에 빛의 도달 거리가 짧아 실내 또는 실외에서의 원하는 조명공간에서 만족할 만한 조도를 얻을 수 없는 문제가 있었다.

또한, 종래의 LED를 이용한 조명기구(10)는 각 LED(20)에서 방사되는 빛이 직진하기 때문에 조명기구의 주변으로 빛을 비추는 배광특성이 매우 불량할 뿐만 아니라 확산이 부족하여 일반 조명용으로 적용하는데 어려움이 있었다.

도 2는 종래기술에 따른 엘이디 반사장치와 반사방향을 나타낸 개략도이다. 도시된 바와 같이 플라스틱 홀더(반사장치) 내부 반사면에 코팅물질을 코팅하여 반사판으로 사용하고 있다. 그리고 중앙부분에 설치된 광원에서 출력되는 광은 반사물질이 코팅된 반사면에 무분별하게 입사된 후 다시 반사되어 광을 조사하게 된다.

하지만 이러한 기존의 반사장치는 광원에서는 모든 방향으로 출력되는 광이 반사면에 직접적으로 입사되기 때문에 광원의 뒤쪽으로 입사되는 일부 광량은 손실량이 크며 반사면에서 반사되는 광은 조사방향이 균일하지 않아 집광력이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 반사면에 코팅된 코팅재질이 벗겨질 경우 광 손실량이 크게 발생되는 문제점이 있었다.

또한, 원거리를 국부적으로 조명하는데 있어서는 한계가 있는 문제가 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 렌즈를 통해 최종 출력되는 광의 출사각을 사용자가 원하고자하는 각도로 용이하게 조절하여 편의성을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

또한, 광손실을 최소화 하고, 집광효율을 높여 광원에서 출력되는 광을 효과적으로 조사하고, 전반사를 통해 광투과 없이 조사량을 높이고자 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 엘이디 발광소자에서 출력되는 광을 일정방향으로 조사시키기 위한 엘이디용 반사렌즈에 있어서, 광을 출력하는 엘이디 광원, 상기 엘이디 광원이 수용될 수 있는 수용부가 형성되고, 출력되는 광을 굴절시켜 입사각을 결정하는 입사부, 상기 입사부에서 출력되는 광의 입사각으로 전반사를 일으키는 것으로 입사부를 감싸도록 구비되는 전반사부, 상기 엘이디 광원의 선단에 구비되어 출력된 광을 집광시키는 제 1집광부, 상기 제 1집광부에서 집광된 광과 상기 전반사부에서 전반사된 광을 집광시키기 위한 제 2집광부, 상기 엘이디 광원이 고정되는 외부 기판에 형성된 홈에 결합될 수 있도록 상기 입사부의 하측으로 소정길이 돌출 구비된 가이드핀 및 일측에 외부에 결합되고 타측이 상기 반사렌즈에 결합되어 상기 반사렌즈와 엘이디 광원과의 간격 조절을 위한 조절수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 입사부, 전반사부, 제 1집광부 및 제 2집광부는 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제 2집광부는, 상기 반사렌즈로부터 분리되고, 이를 통해 상기 제 1 집광부와 간격 조절이 가능한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 조절수단은, 회전방식에 의해 상기 반사렌즈를 외부 기판에 고정된 상기 광원과 간격 조절을 통해 출사각을 결정하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 조절수단을 통해 최종 출력되는 광을 출사각을 용이하게 조절할 수 있어 사용목적에 따라 적합한 광량을 적용할 수 있는 이점이 있다.

또한, 전반사면을 이용하여 광손실 없어 광출력을 최대화할 수 있는 이점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 엘이디용 반사렌즈의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 반사렌즈의 나타낸 단면도. 도 4는 본 발명에 따른 엘이디용 반사렌즈의 광 진로 방향을 나타낸 상태도, 도 5는 본 발명에 따른 다른 실시예로 반사렌즈를 나타낸 단면도이다.

본 발명에 따른 엘이디용 반사렌즈(700)는, 광을 출력하는 엘이디 광원(100)과, 상기 엘이디 광원이 수용될 수 있는 수용부(210)가 형성되고, 출력되는 광을 굴절시켜 입사각을 결정하는 입사부(200)와, 상기 입사부에서 출력되는 광의 입사각으로 전반사를 일으키는 것으로 입사부를 감싸도록 구비되는 전반사부(300)와, 상기 엘이디 광원의 선단에 구비되어 출력된 광을 집광시키는 제 1집광부(400) 및 상기 제 1집광부에서 집광된 광과 상기 전반사부에서 전반사된 광을 집광시키기 위한 제 2집광부(500)를 포함하여 구성되고, 상기 엘이디 광원(100)과 상기 제 1,2집광부(400, 500)의 거리를 선택적으로 조절하여 출사각을 결정하는 것을 특징으로 한다.

엘이디(LED) 광원은 조명광을 출력하는 발광소자로써, 엘이디 소자는 일반적으로 방사각이 매우 큰 광원으로써 본 발명에서는 광이 확산(Lambertian Type)의 LED를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 엘이디 광원은 전원을 인가받기 위해 회로기판에 설치되며, 적정 전압과 전류를 인가받아 광을 출력한다.

본 발명에 따른 엘이디용 반사렌즈(700)는 유리나 아크릴과 같은 투명성 재질로 형성되며, 여기에는 광원에서 출력되는 광을 입사시키는 입사부(200)와 상기 입사부에서 입사되는 광을 반사시키는 전반사부(300), 상기 광원에서 출력되는 중심광을 집광하는 제 1집광부(400) 및 상기 전반사부(300)와 제 1집광부에서 출사되 는 광을 집광하는 제 2집광부(400)로 크게 구성된다.

입사부(200)는 광을 굴절시켜 출사시키는 것이며, 엘이디 광원이 수용될 수 있는 소정 크기의 수용부(210)가 형성된다.

상기 입사부는 그 내부면이 곡률을 가지는 형태로 이루어져 광원에서는 출력되는 광 즉, 방사광을 일측으로 굴절시켜주는데, 이때 후술할 전반사부(300)로 방사광이 입사하여 전반사가 일어날 수 있는 조건에 맞는 입사각으로 광을 출사한다.

수용부(210)는 LED 소자를 소정 공간에 수용할 수 있는 공간을 제공하는 것으로, 기판에 고정되어 돌출된 LED 소자를 수용한다. 즉, 입사부의 내측으로 수용부가 형성되는 것이다.

전반사부(300)는 반사렌즈(700)의 몸체를 형성하도록 구성된다. 상기 입사부에는 출사되는 방사광은 전반사부에 입사되고, 여기에 임계각을 만족하여 반사렌즈의 전면으로 전반사시키게 된다.

상기 전반사부(300)는 아래쪽에서 위쪽으로 점차 확장되는 형상을 가지며, 아래쪽으로는 상기 입사부(200)가 소정 높이 돌출되도록 형성되어 있다.

제 1집광부(400)는 상기 입사부의 전면에 위치하는 것으로, 엘이디 광원에서 출력되는 중심광 즉, 광축과 평행한 광을 전면으로 출사시킨다. 상기 제 1집광부는 비구면렌즈(Aspheric Lens)로써, 내측으로 볼록한 형상을 가지는 렌즈 형태를 가진다.

상기 제 1집광부는 상기 입사부와 일체로 형성되는 것이 바람직하나, 별도로 구비시킬 수 도 있다.

따라서, 광원(100)에서 출력되는 방사광은 상기 입사부(200)를 투과하여 전반사부로 조사되고 전반사 되어 전방으로 출사된다. 또한, 광원에서 출력된 중심광은 상기 제 1집광부(400)를 통해 전방으로 출사된다.

제 2집광부(500)는 상기 전반사부에서 반사되는 광과 제 1집광부에서 출사되는 광을 입사받아 최종적으로 조명광을 집광하여 출사한다. 상기 제 2집광부는 제 1집광부와 마찬가지로 비구면렌즈로 구비되는 것이 바람직하며, 외측으로 볼록한 형상을 가지는 렌즈이다.

이때 상기 제 2집광부는 직경을 달리 설계하여 최종적으로 출력되는 광을 출사각을 결정할 수 있다. 또한, 상기 제 1집광부와 대치되는 면 즉 상, 하면에 서로 다른 크기로 형성된다.

한편, 상기 제 2집광부가 중앙에 위치하면 그 외측으로는 출사면(510)이 형성되어 상기 전반사부에서 반사되어 제 2집광부로 입사된 광을 제외한 나머지 광이 입사된다. 상기 출사면은 중앙에 형성된 제 2집광부를 향해 경사지게 형성됨에 따라 출사면으로 입사된 광도 최종적으로 집광된다.

이와 같이 구성되는 반사렌즈는 광원과의 거리를 조절하여 최종 출사각을 조절하기 위하여 조절수단(610)이 구비된다.

우선, 상기 입사부의 아래쪽으로 엘이디 광원이 설치되는 기판에 유동가능하게 결합되는 가이드핀(600)이 몸체와 일체로 형성되거나 별도로 구비되어 기판에 형성된 홈에 삽입되고, 상기 조절수단(610)에 의해 반사렌즈 전체와 광원간의 거리를 조절함으로써 출사각을 조절한다.

상기 조절수단(610)은 사용자가 직접 조절하여 반사렌즈와 광원간에 거리를 조절할 수 있는 것으로, 일실시예로 나사방식을 이용할 수 있다. 예를 들어 나사부재의 일측은 회전 가능하게 반사렌즈가 설치되는 타측 몸체(후레쉬, 조명모듈 등)에 고정되고 타측은 반사렌즈의 상부측(제 2집광부)에 형성된 홀에 체결되어 관통 결합된다. 이러한 조절수단이 2 내지 3개 구비되어 나사부재 타측에서 회전시키면 나사체결된 홀에 의해 반사렌즈를 광원으로부터 소정간격 이동시킬 수 있다.

이처럼 광원과 반사렌즈간에 간격을 조절하여 광량이나 출사각을 조절할 수도 있는 것이다.

또한, 본 발명에서는 상기 조절수단가 같이 사용하거나 달리 적용함으로써 출사각을 조절하기 위해 상기 제 1집광부(400)와 제 2집광부(500)의 거리를 조절하여 출사각을 조절한다.

반사렌즈의 몸체를 이루를 상기 전반사부(300)와 선택적으로 결합되되, 제 1집광부와 간격을 조절할 수 있도록 이루어지는데, 일 실시예로 체결방식으로 제 2집광부를 결합함으로써 체결량에 따라 제 1집광부와 간격을 조절할 수 있다. 또한, 별도의 간격조절부재(520)를 제 2집광부와 몸체 사이에 삽입함으로써 조절할 수 있는 것이다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 작용을 상세히 설명한다.

입사부가 형성하는 수용부에 위치한 LED 광원(100)에서 광을 출력하면 출력광 중 측면으로 방사되는 방사광은 입사부(200)로 입사된 후 굴절되어 전반사부(300)로 출사된다. 이때 굴절된 입사각은 전반사를 위한 임계각과 동일하다.

상기 엘이디 광원(100)에 출력된 방사광을 제외한 중심광은 제 1집광부를 통해 집광되어 전방으로 그대로 출사된다.

그리하여 제 1집광부를 통해 출사된 광은 제 2집광부로 입사되고, 상기 전반사부를 통해 전반사된 일부 광도 제 2집광부로 입사되어 제 2집광부에서는 엘이디 광원에서 출력된 광을 집광하여 최종적으로 출력되다.

전반사된 광 중 제 2집광부로 입사된 광을 제외한 나머지 광은 제 2집광부를 감싸고 있는 출사면으로 입사되어 출력된다.

최종 출사각을 확산 또는 집광시키고자 할 경우 앞서 설명한 바와 같이 사용자가 분리되는 제 2집광부를 통해 제 1집광부와 거리를 조절하여 설정할 수 있으며, 조절수단(610)을 통해서도 광량이나 출사각을 선택적으로 조절할 수 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 광원에서 출력되는 광량의 손실을 최소화하고, 전반사부를 통해 집광효율을 높일 수 있으며, 반사렌즈와 광원 또는/및 제 1집광부와 제 2집광부 간의 간격을 조절함에 따라 출사각을 선택적으로 결정할 수 있어 사용용도에 따라 용이하게 조절할 수 있는 이점이 있다.

이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다.

오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간 주되어야 할 것이다.

도 1은 일반적으로 엘이디를 이용한 조명장치의 조명각을 나타낸 상태도,

도 2는 종래기술에 따른 엘이디 반사장치와 반사방향을 나타낸 개략도,

도 3은 본 발명에 따른 반사렌즈의 나타낸 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 엘이디용 반사렌즈의 광 진로 방향을 나타낸 상태도,

도 5는 본 발명에 따른 다른 실시예로 반사렌즈를 나타낸 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 엘이디 광원 200 : 입사부

210 : 수용부 300 : 전반사부

400 : 제 1집광부 500 : 제 2집광부

510 : 출사면 520 : 간격조절부재

600 : 가이드핀 610 : 조절수단

700 : 반사렌즈

Claims (4)

1. 엘이디 발광소자에서 출력되는 광을 일정방향으로 조사시키기 위한 엘이디용 반사렌즈에 있어서,

   광을 출력하는 엘이디 광원;

   상기 엘이디 광원이 수용될 수 있는 수용부가 형성되고, 출력되는 광을 굴절시켜 입사각을 결정하는 입사부;

   상기 입사부에서 출력되는 광의 입사각으로 전반사를 일으키는 것으로 입사부를 감싸도록 구비되는 전반사부;

   상기 엘이디 광원의 선단에 구비되어 출력된 광을 집광시키는 제 1집광부;

   상기 제 1집광부에서 집광된 광과 상기 전반사부에서 전반사된 광을 집광시키기 위한 제 2집광부;

   상기 엘이디 광원이 고정되는 외부 기판에 형성된 홈에 결합될 수 있도록 상기 입사부의 하측으로 소정길이 돌출 구비된 가이드핀; 및

   일측에 외부에 결합되고 타측이 상기 반사렌즈에 결합되어 상기 반사렌즈와 엘이디 광원과의 간격 조절을 위한 조절수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디용 반사렌즈.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 입사부, 전반사부, 제 1집광부 및 제 2집광부는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 엘이디용 반사렌즈.
3. 제 1항에 있어서, 상기 제 2집광부는,

   상기 반사렌즈로부터 분리되고, 이를 통해 상기 제 1 집광부와 간격 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 엘이디용 반사렌즈.
4. 제 1항에 있어서, 상기 조절수단은,

   회전방식에 의해 상기 반사렌즈를 외부 기판에 고정된 상기 광원과 간격 조절을 통해 출사각을 결정하는 것을 특징으로 하는 엘이디용 반사렌즈.

Images