KR20110059150A

KR20110059150A - 비드층을 구비한 ｌｅｄ용 집광 렌즈

Info

Publication number: KR20110059150A
Application number: KR1020090115797A
Authority: KR
Inventors: 최무길; 김진호; 오진택; 서동진
Original assignee: 주식회사 세코닉스
Priority date: 2009-11-27
Filing date: 2009-11-27
Publication date: 2011-06-02
Also published as: KR101061097B1

Abstract

본 발명은 LED용 집광 렌즈에 관한 것으로, 렌즈 전방에 위치되고 출사면으로서 기능하는 전방면과, 렌즈 후방에 위치되는 후방면을 포함하는 몸체부로 형성된 LED용 집광 렌즈에 있어서, 상기 몸체부 내에는 상기 후방면에 위치된 LED용 렌즈로부터의 광을 확산하기 위한 광확산부재가 더 형성되고, 상기 확산부재를 통과한 광이 상기 출사면으로서 기능하는 전방면을 통해 방출되는 것을 특징으로 하는 LED용 집광 렌즈를 제공한다.

렌즈, 광확산부재, 오목렌즈, 볼록렌즈, 마이크로렌즈어레이

Description

비드층을 구비한 ＬＥＤ용 집광 렌즈{A CONDENSING LENS FOR LED HAVING A BEADS LAYER}

본 발명은 LED용 집광 렌즈에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 LED용 집광 렌즈의 출사면의 내측면에 비드층을 구비한 LED용 렌즈에 관한 것이다.

최근 LED(발광 다이오드) 소자를 이용한 조명이 각광 받고 있다. LED 조명은 전구나 형광등에 비하여 소비 전력이 매우 적으며, 또한 백열 전구와 같이 필라멘트 단락 등과 같은 현상이 없기 때문에, 수명은 통상 50,000 ~ 100,000 시간으로 알려져 있으며, 반영구적이라는 장점이 있다. 또한 대부분의 LED는 에폭시 패키징과 같은 소재로 몰딩되어 있기 때문에 충격에 강해 내구성 면에서 우수한 장점을 갖는다.

그러나, 이런 LED 소자는 전술한 장점 이외에, 소자 자체로부터 방사되는 광의 방사각이 170°정도로 매우 넓고, 또한, 광축 중심부에서 조사되는 광에 비해 광축 외측으로 조사되는 광의 세기가 약하기 때문에, 실내 조명으로 사용하기 위해서는 광세기를 균일하게 조절하면서 이를 국부적인 영역으로 조사할 필요가 있다.

이를 위해, 도 1a에 도시한 바와 같은 렌즈(10) 구조가 알려져 있다. 이 LED용 렌즈(10) 구조에서는 LED로부터 렌즈의 중앙부로 방사되는 빛은 LED의 상층에 형성된 제1 입사면(11)을 통해 출사면(14)으로 방출되고, LED로부터 렌즈의 외측으로 방사되는 빛은 제2 입사면(12)을 통해 반사면(13) 측으로 굴절되고, 반사면(13)에서 다시 반사되어 미리 정해진 각도 범위로 렌즈의 출사면(14)을 통해 외측으로 방사되게 된다. 이때, LED로부터의 광이 출사면(14)을 통해 방출될 때 출사광의 확산성을 좋게 하여 보다 균일한 강도의 광을 제공하도록 출사면(14) 외측에 마이크로렌즈 어레이 구조물(15) 또는 마이크로렌즈 필터 구조물(15) 등을 더 구비한 구조가 알려져 있다.

그러나, 이런 구조에서는 마이크로렌즈 어레이 구조물(15)이 LED용 렌즈(10)의 외측에 별도로 제공됨에 따라 외부의 충격에 직접적으로 노출되고, 장시간의 사용시에는 마이크로렌즈 어레이 구조물(15)이 파손되거나 스크레치 등에 의해 손상되어 광의 확산성이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점에 기반하여 안출된 것으로, 마이크로렌즈 어레이 구조물과 같은 광확산부재를 외부의 충격으로부터 보호할 수 있는 LED용 렌즈를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 렌즈 전방에 위치되고 출사면으로서 기능하는 전방면과, 렌즈 후방에 위치되는 후방면을 포함하는 몸체부로 형성된 LED용 집광 렌즈로서, 몸체부 내에는 상기 후방면에 위치된 LED용 렌즈로부터의 광을 확산하기 위한 광확산부재가 더 형성되고, 확산부재를 통과한 광이 상기 출사면으로서 기능하는 전방면을 통해 방출되는 것을 구성적인 특징으로 한다.

몸체부는 상기 후방면과 전방면 사이에 연장되며, 상기 집광 렌즈의 측벽을 형성하는 만곡진 형태의 측면을 더 포함할 수도 있다.

또한 몸체부는 상기 후방면의 중앙부에서 전방면을 향해 형성된 원통 형상의 홈부를 더 포함할 수도 있으며, 홈부는, LED로부터 상측 방향을 향한 빛이 입사되는 제1 입사면과, LED로부터 측면 방향을 향한 빛이 입사되는 제2 입사면을 포함하고, 만곡진 형태의 측면은 상기 제2 입사면으로부터 입사되어 온 광을 전방면을 향 해 반사시키며, 광학산부재는 제1 입사면과 전방면의 사이에 위치되어, 제1 입사면을 통해 들어온 광과, 만곡진 형태의 측면을 통해 반사되어 들어온 광을 확산한다.

또한, 광확산부재는 광확산시트로 이루어지고, 광확산시트는 입사되어 들어온 광을 확산하기 위한 구형의 비드를 광확산 시트에 분산 또는 혼입시켜 형성된다.

또한, 광확산부재는 볼록렌즈 또는 오목렌즈로 이루어진 마이크로렌즈 어레이 패턴중 어느 하나로 이루어질 수도 있다. 또한 광확산시트는 LED용 집광 렌즈의 몸체부와 동일한 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.

전술한 본 발명의 특징적 구성에 의하면, 광확산부재를 렌즈 몸체부의 내측에 형성함으로써 광학산부재가 외부로부터 손상되는 것을 방지할 수 있는 LED용 렌즈를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LED용 집광 렌즈(100)의 외관 및 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 LED용 집광 렌즈(100)는 렌즈 후방에 위치되는 후방면(160)과, 렌즈 전방에 위치되는 전방면(140)과, 후방면(160)과 전방면(140) 사이에서 연장되어, 상기 집광 렌즈(100)의 측벽을 형성하는 만곡진 형태의 측면(130)을 포함하는 몸체부(170)로 형성된다.

또한, 몸체부(170)는 후방면(160)의 중앙부에서 전방면(140)을 향해 형성된 원통 형상의 홈부(R) 또는 리세스를 더 포함하고, 홈부(R)에는 LED 모듈(200)(도 3 참조)이 안착된다.

또한, 홈부(R)는 후방면(160)측에서의 단면적보다 전방면(140)측에서의 단면적이 작도록 상측을 향해 테이퍼진 형상으로 형성되며, 바람직하게 대략 4°의 경사 각도를 갖는 것이 바람직하다.

이런 구조의 렌즈에서는 홈부(R) 내부에 LED가 안착되기 때문에 LED로부터 방사되는 빛은 손실 없이 LED 집광 렌즈(100)의 전방면(140)으로 방사될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 LED용 집광 렌즈(100)는 출사면으로서 기능하는 전방면(140)과, 렌즈 후방에 위치되는 후방면(160) 사이에는, 후방면에 위치된 LED용 렌즈로부터의 광을 확산하기 위한 광확산부재(150)가 더 형성되어, 확산부재를 통과한 광이 전방면을 통해 방출됨에 따라 균일도가 높은 광을 소정 영역에 제공할 수 있다.

도 3은 상기 도 2에 도시한 LED용 집광 렌즈(100)를 X-X' 선분을 따라 절취한 단면도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 홈부(R)는 대략 원통인 형상으로 형성되며, 그 하단부는 LED 모듈(200)이 안착되기 위해 개방되어 있다.

LED 모듈(200)로부터 방사되는 빛은 홈부(R)의 상면을 형성하는 제1 입사면(110)과, 홈부(R)의 측벽을 형성하는 제2 입사면(120)을 통과하게 된다. 제1 입사면(110)은 LED 모듈(200)로부터 방사된 대략 중앙부근의 광을 집광한다.

보다 구체적으로 설명하면, 도 3에 도시한 바와 같이, LED 모듈(200)로부터 출사되는 광선 중 LED 모듈(200)의 광축(C)에 대해 약 α가 90°(±45°) 범위 내에 있는 광선, 바람직하게는 α<85°(±42.5°) 범위 내의 광선은 홈부의 제1 입사면(110)을 통해 입사 및 굴절되고, 제1 입사면(110)과 출사면 또는 전방면(140) 사이에 형성된 광확산부재(150)를 통해 출사된다.

또한, 도 3에 도시한 바와 같이, LED 모듈(200)로부터 출사되는 광선 중 LED(200)의 광축(C)에 대해 약 α가 90°(±45°) 범위 이외에 있는 광선, 바람직하게는 α>85°(±42.5°) 범위 이외에 있는 주변 광선은 홈부의 제2 입사면(120)을 통해 입사되고, 전반사면으로서 기능하는 몸체부의 측면(130)에서 전반사되어 광확산부재(150)를 통과하여 확산되고, 최종적으로 평탄하게 형성된 전방면(140)을 통해 출사되게 된다.

이와 같은 구조에서, 제2 입사면(120)은 제1 입사면(110)과 함께 홈부 내에 안착된 LED(200)을 감싸도록 형성됨에 따라, LED(200)로부터 광이 180°로 방사된다고 하더라도 제1 입사면(110)과 제2 입사면(120) 그리고 반사면(130)을 통해 방사되어 광 손실이 최소한으로 감소될 뿐만 아니라, 제1 입사면(110)과 전방면(140) 사이에 광확산부재(150)이 형성됨에 따라 LED(200)로부터의 광이 균일하게 확산되어 방출됨에 따라 조사되는 영역에서의 광의 균일도가 향상된다.

또한, 광확산부재(150)가 렌즈 몸체부 내에 형성됨에 따라 광확산부재의 스크레치등으로 인한 파손이 일어날 일이 없기 때문에 내구성이 비약적으로 향상되는 효과도 얻어질 수 있다.

도 4의 (a) 내지 (c)는 본 발명에 따른 광확산부재(150)의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 광확산부재는 시트형상으로 형성될 수 있으며, 상기 광확산시트(150)는 박막 광학필름으로서, 아크릴과 같은 투명한 수지 또는 렌즈 몸체와 동일한 재료로 형성된 시트에 비즈(beads) 등의 구조물을 시트에 분산 또는 혼입시켜 형성될 수도 있고, 기계적 가공 또는 샌드 블래스트와 같은 스프레이 도포 등으로 형성될 수도 있다.

비즈 물질은 광 확산성이 좋은 물질이라면 어느 것이라도 사용될 수 있으며, 일례로 고온에서의 내열성이 좋은 아크릴(PMMA) 등의 물질을 비즈 재료로서 사용할 수 있다. 또한, 시트에 형성되는 비즈 구조물은 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이 균일하지 않은 크기로 형성될 수도 있고, 또한 균일한 크기로 형성될 수도 있으며, 비즈의 크기는 대략 20㎛ 내지 80㎛ 사이에 있는 것이 바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니다.

도 4의 (b) 및 도 4의 (c)는 본 발명에 따른 광확산부재의 다른 실시예를 도시한 도면으로 (b)는 하부를 향해 볼록한 렌즈 형상을 지닌 광확산부재를 도시한 도면이고, (c)는 상부를 향해 볼록한 렌즈 형상을 지닌 광확산부재를 도시한 도면이다. 도 4의 (b) 및 (c)에 도시한 광확산부재 역시 전술한 바와 같은 시트로서 형성될 수도 있다.

광확산 부재(150)를 시트로서 형성하는 경우, 도 3을 참조하면, 광확산부재(150) 하부의 렌즈 구조물(이하 하부 렌즈 구조물)을 사출성형등을 통해 형성해두고 난 후, 광확산 부재로서의 시트의 하부에 접착제 등을 부여하여 하부 렌즈 구조물의 상부에 접착하고, 그 다음 출사면을 포함한 상부 렌즈 구조물을 상기 광확산 시트의 상부에 형성한다.

광확산부재(150)를 시트로서 형성하지 않는 경우에는, 먼저 하부 렌즈 구조물을 사출성형을 통해 형성한 후, 비드 물질을 상기 하부 렌즈 구조물의 상부에 도포한 후, 다시 상부 렌즈 구조물을 상기 비드 물질이 도포된 상태의 하부 렌즈 구조물의 상부에 성형하여 형성할 수도 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 게시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아닌 설명을 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

따라서 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 종래의 광확산기를 포함한 LED용 렌즈 구조를 도시한 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 비드층을 구비한 LED용 렌즈를 개략적으로 도시한 도면.

도 3은 도 2에 도시한 LED용 렌즈를 X-X'선을 기준하여 절단한 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 광학산부재로 사용될 수 있는 예를 도시한 도면.

Claims

렌즈 전방에 위치되고 출사면으로서 기능하는 전방면과, 렌즈 후방에 위치되는 후방면을 포함하는 몸체부로 형성된 LED용 집광 렌즈에 있어서,

상기 몸체부 내에는 상기 후방면에 위치된 LED용 렌즈로부터의 광을 확산하기 위한 광확산부재가 더 형성되고,

상기 확산부재를 통과한 광이 상기 출사면으로서 기능하는 전방면을 통해 방출되는 것을 특징으로 하는 LED용 집광 렌즈.
제1항에 있어서,

상기 몸체부는 상기 후방면과 전방면 사이에 연장되며, 상기 집광 렌즈의 측벽을 형성하는 만곡진 형태의 측면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED용 집광 렌즈.
제2항에 있어서,

상기 몸체부는 상기 후방면의 중앙부에서 전방면을 향해 형성된 원통 형상의 홈부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED용 집광 렌즈.
제3항에 있어서,

상기 홈부는,

상기 LED로부터 상측 방향을 향한 빛이 입사되는 제1 입사면과,

상기 LED로부터 측면 방향을 향한 빛이 입사되는 제2 입사면을 포함하고,

상기 만곡진 형태의 측면은 상기 제2 입사면으로부터 입사되어 온 광을 상기 전방면을 향해 반사시키며,

상기 광학산부재는 상기 제1 입사면과 상기 전방면의 사이에 위치되어, 상기 제1 입사면을 통해 들어온 광과, 상기 만곡진 형태의 측면을 통해 반사되어 들어온 광을 확산하는 것을 특징으로 하는 LED용 집광 렌즈.
제1항에 있어서,

상기 광확산부재는 광확산시트로 이루어지고,

상기 광확산시트는 입사되어 들어온 광을 확산하기 위한 구형의 비드를 상기 광확산 시트에 분산 또는 혼입시켜 형성된 것을 특징으로 하는 LED용 집광 렌즈.
제5항에 있어서,

제1항에 있어서,

상기 광확산부재는 볼록렌즈 또는 오목렌즈로 이루어진 마이크로렌즈 어레이 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED용 집광 렌즈.
제5항에 있어서,

상기 광확산시트는 상기 LED용 집광 렌즈의 몸체부와 동일한 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 LED용 집광 렌즈.