KR20120110679A

KR20120110679A - Ｌｅｄ 집광 조명장치

Info

Publication number: KR20120110679A
Application number: KR1020110028697A
Authority: KR
Inventors: 윤승남; 이현성
Original assignee: 윤승남; 이현성
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2012-10-10
Also published as: KR101254027B1

Abstract

본 발명에 의한 LED 집광 조명장치는 제품이나 전시물 등에 집중적으로 조명광을 조사(照射)하는 투광등(flood lamp)으로 사용되는 LED 집광 조명장치에 있어서, 일정 깊이를 가지며, 양단이 개구된 통형상의 조명장치 몸체; 상기 조명장치 몸체의 일측 개구부에 결합되는 LED 광원; 상기 LED 광원의 발광면과 대응되는 일측면이 상기 발광면과 근접되게 배치되고, 그 타측면에는 구면이 형성되어, 상기 LED 광원의 빛을 방출하는 구면렌즈; 및 상기 구면렌즈의 지름보다 큰 지름을 가지도록 형성되며, 상기 구면렌즈의 광 진행방향에 대하여, 일정 거리 이격되도록 배치되는 비구면렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 LED 광원은, 고출력을 가지는 적어도 1개의 발광반도체 모듈로 구성되는데, 만일 복수 개의 발광반도체 모듈이 사용될 경우, 프리즘을 이용하여, 한 개의 구면렌즈로 빛을 조사하여 사용할 수 있다.

Description

ＬＥＤ 집광 조명장치{LED lighting apparatus having optical condensing means}

본 발명은 빛의 직진성을 확보하고, 이동 중에 산란되어 유실되는 빛을 투광부쪽으로 전달하는 구면렌즈와, 투광되는 빛을 유실 없이 원거리까지 집광하는 비구면 렌즈를 동시에 구비하는 LED 조명장치에 관한 것이다.

일반적으로 전시 중인 제품에 하이라이트(Highlight)를 주기 위한 조명은, 조명의 대상이 되는 지점에 빛을 집중적으로 조사(照射)하기 위하여, 제품 가까이에 조명장치를 설치하는 경우가 많다. 그러나 조명장치를 제품과 지나치게 가깝게 배치할 경우, 조명장치에서 발생 되는 열로 인해 제품이 열적 변형 혹은 변질, 변형등이 될 수 있기 때문에, 전시제품과 조명장치는 가급적 일정 거리 이상 이격되는 것이 바람직하다.

그런데 제품을 보호하기 위해, 조명장치를 제품과 지나치게 멀리 떨어진 곳에 배치할 경우, 충분한 조명 밝기를 얻기 어렵다. 즉, 조명장치를 제품과 멀리 떨어진 위치에 설치하면, 상기 조명장치에서 발생된 조명광이 제품으로 도달하는 과정 중에 상당 부분 유실되기 때문이다. 따라서 제품과 조명장치가 서로 충분한 거리로 이격 설치될 필요가 있을 때에는, 광량이 큰 조명제품을 사용할 필요가 있고, 이는 조명장치에 요구되는 전력량의 증가로 이어져, 에너지 낭비 요소가 발생할 수 있다.

특히, 최근에는 저전력 조명장치에 대한 관심이 증가하면서, 광원으로 LED를 사용하는 조명장치의 개발이 폭넓게 이루어지고 있다. 그러나, LED를 이와 같인 제품 조명용 투광등(flood lamp)의 광원으로 사용할 경우, 상기 LED 광원으로부터 발출되는 빛의 양 중에서 3 ~ 4m 이상의 목적지까지 도달하는 양은 방출량의 1/10도 되지 않으며, 대부분의 빛은 목적지 이외의 공간으로 퍼져 유실되는 문제가 있다.

또한, LED 광원을 사용한 조명의 경우 LED의 광량이 종래 투광등으로 많이 사용되는 필라멘트 램프, 방전램프 등과 비교했을 때 상대적으로 조명량이 부족하다는 문제점이 있으며, 광량을 늘리기 위해, 더 큰 면적의 LED 모듈을 사용하거나, LED의 사용 개수를 증가시킬 경우에는, 광원의 면적증가, 발열문제와 같은 문제점들이 추가로 발생될 수 있다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 전력효율이 높은 LED 광원을 이용하며, 매우 또렷한 집광경계면을 획득할 수 있는 투광등(flood lamp)으로 사용 가능한 LED 집광 조명장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

제품이나 전시물 등에 집중적으로 조명광을 조사(照射)하는 투광등(flood lamp)으로 사용되는 LED 집광 조명장치에 있어서, 일정 깊이를 가지며, 양단이 개구된 통형상의 조명장치 몸체; 상기 조명장치 몸체의 일측 개구부에 결합되는 LED 광원; 상기 LED 광원의 발광면과 대응되는 일측면이 상기 발광면과 근접되게 배치되고, 그 타측면에는 구면이 형성되어, 상기 LED 광원의 빛을 방출하는 구면렌즈; 및 상기 구면렌즈의 지름보다 큰 지름을 가지도록 형성되며, 상기 구면렌즈의 광 진행방향에 대하여, 일정 거리 이격되도록 배치되는 비구면렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 조명장치 몸체는, 상기 비구면렌즈가 상기 구면렌즈와 일정 거리 이격된 위치에 안착되도록 내주면에 형성된 걸림턱; 상기 걸림턱이 형성된 내주면에 마련된 암나사부; 및 상기 암나사부에 나사결합되어, 상기 비구면렌즈를 위치고정하는 고정홀더;를 포함하는 것이 좋다.

상기 비구면렌즈는, 상기 LED 광원과 마주보는 평평한 면의 둘레에, 상기 걸림턱에 안착되는 안착돌기가 형성될 수 있다.

상기 걸림턱과 비구면렌즈 사이에 개재되어 일단이 고정되고, 그 타단은 상기 구면렌즈의 구면부의 표면에 안착되는 반사갓을 더 포하하는 것이 좋다.

상기 LED 광원은, 광 발생부의 반대편에 방열유닛이 마련될 수 있으며, 상기 구면렌즈의 면적보다 크지 않도록 마련되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 LED 광원은, 고출력을 가지는 1개의 발광반도체 모듈로 구성될 수도 있고, 복수 개의 발광반도체가 멀티 어레이로 구성될 수도 있다. 한편, 상기 멀티 어레이로 구성된 복수 개의 발광반도체는, 프리즘을 이용하여 생성된 빛을 상기 구면렌즈로 집광하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 LED 광원은, 상기 조명장치 몸체와 동일한 알루미늄 재질로 형성된 기판에 형성되는 것이 바람직하다.

상기 구면렌즈는, 상기 LED 광원과 마주보는 면이, 상기 LED 광원의 발광면적의 1 ~ 1.2배의 면적을 가지는 것이 바람직하다.

상기 구면렌즈는, 원통형상으로 마련되는 원통부; 및 상기 원통부의 상측에 구성되는 구면부;를 포함하며, 상기 원통부는, 렌즈 소재에 따른 굴절률과 색수차 변화에 따라 그 길이가 결정되는 것이 바람직하다.

상기 원통부는, 일단이 상기 LED 광원과 최대한 밀착 배치되는 경통으로 마련되며, 그 내주면에는 유광 도금면을 형성하여 반사율을 향상시키는 것이 좋다.

상기 비구면렌즈의 지름은, 구면렌즈의 초점으로부터의 거리가 a", 조사각도가 θ라고 할 때, 2a"ㅧtanθ인 것이 좋다.

한편, 상기 조사각도가 60도이고, 상기 구면렌즈의 초점거리가 a, 상기 초점과 비구면렌즈의 거리를 a", 상기 구면렌즈의 지름을 b, 상기 비구면렌즈의 지름을 b", a:a"의 비율을 n이라고 할 때, 상기 비구면렌즈의 지름은 상기 구면렌즈의 지름의 n 배인 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 비구면렌즈와 조명 대상물 사이의 광경로 상에 볼록 렌즈를 추가로 배치할 수도 있다.

이상과 같은 본 발명에 의한 LED 조명장치에 따르면, 적은 양의 LED 광원을 구면 / 비구면 렌즈의 조합을 통해 집광하여, 방출되는 빛을 유실 없이 목적지까지 90% 이상 도달시켜, 고 광량의 조명장치와 같은 투광효과를 얻을 수 있다.

또한, 에너지 낭비의 주범인 나트륨등, 할로겐등과 같은 고 광량을 가지는 투광기들을 저소비 전력으로 장시간 사용할 수 있는 LED 조명장치로 대체하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 LED 조명장치는, 조명장치의 집광면적을 자유로이 조정하여 설치장소의 제약을 없앨 수 있으며, 전시되어 있는 제품에 열적 변형을 야기하는 유해 광선들이 발생하지 않는다.

또한, 색 온도가 3000~4000K 사이에 국한되어있는 투광등 들의 색감을 2000K~12000K 대역까지 자유롭게 변경할 수 있기 때문에, 보다 효과적으로 제품을 전시하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명에 의한 LED 집광 조명장치의 일 예를 개략적으로 도시한 도면
도 2 및 도 3은 도 1의 LED 집광 조명장치의 작동 원리를 설명하기 위한 개략도,
도 4 및 도 5는 도 1의 LED 광원과 구면렌즈의 서로 다른 실시예를 나타낸 도면,
도 6은 일반적인 LED 광원의 모듈구성을 도시한 도면,
도 7은 본 발명에 의한 LED 광원의 모듈구성을 도시한 도면,
도 8은 현재 사용 중인 일반적인 투광들과 본 발명에 의한 LED 집광 조명장치의 타켓형태(Cd)를 비교한 도면이다.

이하, 본 발명에 의한 LED 집광 조명장치의 구조를 도면과 함께 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 집광 조명장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 LED 집광 조명장치는, 제품이나 전시물 등에 집중적으로 조명광을 조사(照射)하는 투광등(flood lamp)으로 사용되는 LED 집광 조명장치로서, 조명장치 몸체(110), LED 광원(120), 구면렌즈(130) 및 비구면렌즈(140)를 포함한다.

조명장치 몸체(110)는, 일정 깊이를 가지며 양단이 개구된 통형상으로 마련된다. 상기 조명장치 몸체(110)의 개구된 양단부에는 각각 LED 광원(120)과 비구면 렌즈(140)가 결합된다. 각각의 결합구조는 뒤에 보다 상세히 설명한다. 상기 조명장치 몸체(110)는 양호한 방열성을 가지도록 금속 재질로 마련되는 것이 좋으며, 경제성과 경량성을 모두 가지고 있는 알루미늄 재질로 마련되는 것이 바람직하나, 이를 한정하는 것은 아니며, 플라스틱 재질을 사용하는 것도 가능하다.

상기 조명장치 몸체(110)는, 상기 비구면렌즈(140)가 상기 구면렌즈(130)와 일정 거리(L2, 도 2 참조) 이격된 위치에 안착되도록 내주면에 형성된 걸림턱(111)과, 상기 걸림턱(111)이 형성된 내주면에 마련된 암나사부(112) 및 상기 암나사부(112)에 나사결합되어, 상기 비구면렌즈(140)를 위치고정하는 고정홀더(113)를 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성에 따라, 상기 비구면렌즈(140)는 상기 조명장치 몸체(110)의 소정의 위치에 고정/결합될 수 있다.

LED 광원(120)은 상기 조명장치 몸체(110)의 일측 개구부에 결합되며, 바람직하게는 상기 조명장치 몸체(110)와 동일한 금속재질의 기판에 LED 소자가 실장되는 것이 바람직하다.

상기 LED 광원(120)은, 광 발생부의 반대편에 방열유닛(125)이 마련될 수 있으며, 상기 구면렌즈(130)의 면적보다 크지 않도록 마련되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 LED 광원(120)은, 고출력을 가지는 1개의 발광반도체 모듈로 구성될 수도 있고, 복수 개의 발광반도체가 멀티 어레이로 구성될 수도 있다. 또한, 상기 LED 광원(120)은, 상기 조명장치 몸체와 동일한 알루미늄 재질로 형성된 기판에 형성되는 것이 바람직하다. LED 광원(120)의 구성은 뒤에 다시 설명한다.

구면렌즈(130)는, 상기 LED 광원(120)의 발광면(120a)과 대응되는 일측면(131a)이 상기 발광면(120a)과 근접되게 배치되고, 그 타측면에는 구면(131a)이 형성되어, 상기 LED 광원(120)의 빛을 방출한다.

상기 구면렌즈(130)의 지름은 상기 LED 광원(120)의 면적과 대응되거나, 약간 더 크게 형성되는 것이 바람직하다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 구면렌즈(130)는, 상기 LED 광원(120)과 마주보는 면이, 상기 LED 광원(120)의 발광면적의 1 ~ 1.2배의 면적을 가지는 것이 바람직하다.

상기 구면렌즈(130)는 상기 LED 광원(120)과 완전히 밀착되게 설치되는 것이 가장 이상적이지만, LED 광원(120)에서 발생되는 열을 외부로 방출하고, 발열에 대한 영향을 최소화하기 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 공기흐름이 형성될 수 있는 정도로 소정 거리(g) 이격 배치할 수도 있다. 만일, 렌즈가 열에 강한 유리재질 등으로 제조될 경우에는 완전히 밀착되는 것도 가능하다.

상기 구면렌즈(130)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 원통부(131)와 구면부(132)로 구성된다.

상기 원통부(131)는, 상기 LED 광원(120)에서 발생된 빛을 가이드 하기 위한 것으로, 원기둥 형상으로 마련되며, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 구면부(132)와 일체로 형성될 수도 있고, 도 3에 도시된 바와 같이, 경량화를 위해, 내측 공간이 비어있는 경통으로 마련될 수도 있다. 상기 원통부(131)는 렌즈 소재에 따른 굴절률과 색수차거리의 변동으로 상쇄시킬 수 있으므로 굴절률 및 색수차 변화에 따라 그 길이가 결정된다. 한편, 상기 원통부(131)를 경통 형성으로 마련할 경우, 그 내주면에는 유광 도금면(133)을 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 유광 도금면(133)은 크롬(Cr) 등을 이용하여 형성할 수 있다. 한편, 상기 구면부(132)는, 반구형으로 최대 굴절값을 가지도록 마련되는 것이 바람직하다.

비구면렌즈(140)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 구면렌즈(130)와 일정 거리(L2) 이격 배치되며, 상기 구면렌즈(120)의 지름보다 큰 지름을 가지도록 형성된다.

상기 비구면렌즈(140)는, 상기 LED 광원(120)과 마주보는 평평한 면의 둘레에, 상기 걸림턱(111)에 안착되는 안착돌기(141)가 형성될 수 있다.

반사갓(150)은 상기 걸림턱(111)과 비구면렌즈(140)의 안착돌기(141) 사이에 개재되어 일단이 고정되고, 그 타단은 상기 구면렌즈(130)의 구면부의 표면(132a)에 안착되어 고정된다. 상기 반사갓(150)은 상기 구면렌즈(130)를 통과한 빛을 반사하여, 유실되는 빛의 양을 최소화하기 위한 것으로, 양단이 개구된 원추형상으로 마련되는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명에 의한 LED 집광 조명장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면으로, 도시된 각각의 참조부호가 의미하는 것은 다음과 같다.

A (Area) : LED광원의 면적, Sd (Spherical Lens Diameter) : 구면 렌즈의 직경, St (Spherical Lens thickness): 구면 렌즈의 두께, Ad (Aspherical Lens Diameter) : 비구면 렌즈의 직경, At (Aspherical Lens thickness) : 비구면 렌즈의 두께, Cd (Circle Diameter) : Target 위치의 집광 직경, Cs (Circle Spread): 집광면 외곽의 선명도, L1 (Length 1) : LED 광원과 1차렌즈 접촉면까지의 거리, L2 (Length 2) : 1차 구면렌즈의 렌즈 시작점부터 2차 비구면 렌즈의 집광 시작점 까지의 거리, L3 (Length 3) : 광 출력부로부터 target 지점(빛 투영 지점)까지의 거리

이에 따라, 구면렌즈(130)와 구면렌즈의 촛점간의 거리를 a, 구면렌즈(130)의 지름을 b라고 하고, 상기 촛점과 비구면렌즈(140)의 거리를 a", 비구면렌즈(140)의 지름을 b", 구면렌즈(130)와 비구면렌즈(140)의 중심축에 대한 조사각도를 θ라고 한다면, 비구면렌즈의 지금은 2a"ㅧtanθ로 계산될 수 있다.

만일, 상기 조사각도(θ)가 60도일 경우, a:a"의 비율을 n이라고 할 때, 상기 비구면렌즈(140)의 지름은 상기 구면렌즈(130)의 지름의 n 배로 계산될 수 있다.

도 5에는 도 4와 유사한 광학적 구성을 가지는 LED 집광 조명장치의 구성이 기재되어 있다. 상기한 도 4의 구성과 차이나는 부분은 LED 광원(120) 부분의 구성으로, 앞선 실시예와 달리, 프리즘(121)을 이용하여, 복수 개의 LED 광원(120)의 빛을 공급받을 수 있다. 이와 같이 구성된 광학 시스템에서는 각각의 동일한 광원을 집광하는 것도 가능하지만, 각각의 LED 광원(120)이 서로 다른 색온도, 광원(자외선, 적외선 등)을 집광 및 제어하도록 구성할 수도 있다.

또한, 비구면렌즈(140)의 두께는 상기한 촛점거리(a") 및 촛점 크기에 맞추어 설계할 수 있다.

한편, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 타겟이 되는 위치의 집광 직경(Cd, Circle Diameter)는, 비구면 렌즈(140)의 곡율을 조정하여 그 값을 조정하는 것이 가능하다. 본 발명의 경우, 그 일예로서, L3 = 4m의 값을 기준으로 하여, Cd =1.8m , θ2 = 25도 로 맞추어 개발하였다.

Cd 값을 가변적으로 바꾸기 위해서는, L1값을 증가 혹은 감소시킨 후 L2값으로 초점을 맞추어 구현할 수 있다. 이때 L2값을 가변하여 촛점면적의 외곽부분을 선명하게(Sharpness) 혹은 엷게(Spread) 맞출 수 있다. Cd값을 작게(1도~10도 이내의 size) 만들려면, 비구면 렌즈 앞에 상용 볼록렌즈를 하나 더 장착하여 비구면 렌즈의 설계변경 없이 Cd값을 변화시키는 것도 가능하다(3매의 렌즈 구성). 이때 상용 볼록렌즈의 사이즈는 Ad와 같거나 Ad값보다 작은 렌즈를 사용하면 θ2 ≤ 25도의 초점 각도를 만들 수 있다(10도 이하의 초점도 가능).

또한, 타겟이 되는 위치에 대하여, 상기한 렌즈들(130)(140)에 의해 포커싱된 조명부분의 조도를 다양하게 변화시키는 것도 가능하다. 이는, 타겟이 되는 조명대상 위치인 하이라이트 중심부와 그 외곽의 조도를 다르게 변화시킬 수 있는 구조를 의미하는 것이다.

예컨대, 사용자의 필요에 따라, 타겟 대상물의 하이라이트 전체가 비슷한 광량이 되도록 마련될 수도 있고, 하이라이트의 중심부는 밝고 외각부분으로 갈수록 어두워지도록 구성할 수도 있다. 이러한 경우, 조명장치의 기본적인 구성은 동일하지만, 도 4 및 도 5에 도시된 L1, L2 길이를 각각 적절히 조정하는 동작을 통해, 조명 대상영역의 조도를 변경할 수 있다. 이와 같은 구성으로 인해, 필요에 따라 중심을 어둡게하고 하이라이트 주변을 상대적으로 밝게 바꾸는 구성이나, 그 반대의 구성으로 조명장치를 사용하는 것이 가능하다.

한편, 도 6 및 도 7에는 종래기술에 따른 LED 광원(120')과 본 발명에 의한 LED 광원(120)을 각각 도시하고 있다. 참조부호 130 및 140은 상기한 바와 같이 구면렌즈와 비구면렌즈이다.

도시된 바와 같이, 종래에는 LED 칩(1)과 본딩 와이어(2)를 PCB(10)와 통전 가능하게 연결한다. 이를 위해, PCB(10) 상에 마련된 솔더 패드(10a)에 음극리드(cathode lead)(12)를 솔더링(11)하여 고정하며, 컴파운드 리플렉터(13)를 몰딩 성형하고, 상기 LED 칩(1)이 배치된 상기 컴파운드 리플렉터(13)의 공간(15)운 에폭시 또는 실리콘과 같은 광투광성 재질로 채워주었다. 그러나 이러한 구성에 따르면, LED 칩(1)에서 발생된 열이 원활하게 배출되기 어려우며, 구조가 복잡하여 제조가 쉽지 않다는 문제가 있다.

본 발명에 따른 LED 광원(120)의 경우, 투광등과 같이 매우 강한 빛을 발생하므로, 많은 열이 발생될 수 있기 때문에, 발생된 열을 효과적으로 배출하는 것이 매우 중요하다.

도 7은 이를 위해, 보다 개선된 형태의 LED 광원(120)의 구조 및 본 발명에 의한 LED 집광 조명장치와의 결합관계를 개략적으로 도시하였다. 종래와 동일한 역할을 수행하는 구성요소는 이해를 돕기 위해 동일한 참조부호를 이용하여 설명한다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 LED 광원(120)은 LED 칩(1)과 본딩 와이어(2)가 동일하게 마련되어 있으나, 알루미늄 재질로 형성된 상기 조명장치 몸체(110)와 동일한 재질로 마련된 알루미늄 PCB(3)에 상기 본딩 와이어(2)가 직접 연결된다. 그리고, 상기 LED 칩(1)은 음극 리드(12) 상에 실장 되는데, 이는 종래와 같다.

한편, 상기 음극리드(12) 및 알루미늄 PCB(3)의 상측에는, 컴파운드 리플렉터(13)가 몰딩 성형되며, 상기 LED 칩(1)의 빛을 효과적으로 반사될 수 있도록, 그 내주면에는 반사재질로 코팅되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 컴파운드 리플렉터(13)와 LED 칩(1) 사이의 공간(15)은 투광성 재질로 채워진다.

이와 같은 구성에 따르면, 보다 컴팩트하고 가볍게 LED 광원(120)을 구성할 수 있으며, 별도의 경통 기구물을 구성할 필요가 없다. 또한, 빛 손실을 최소화할 수 있으며, 열전달 및 방열효과가 탁월하다.

도 8은 본 발명에 의한 LED 집광 조명장치의 포커싱 조명과 기존에 사용되고 있는 투광기의 포커싱 조명을 비교한 도면이다. 가장 좌측이 본 발명에 의한 포커싱 조명으로, 구면/비구면렌즈(130)(140) 구성의 집광방식을 이용하여, 기존의 투광기에서 반드시 발생하는 광 유실 면적(Cs)이 발생되지 않으므로, 상기 광 유실 면적(Cs) 만큼의 광 면적을 포커싱 조명(Cd) 안에 집광함으로써 동일 출력대비 대상 타겟 부분의 광량을 증가시킬 수 있다. 또한, 구면 및 비구면렌즈(130)(140) 사이의 거리를 조정하는 구성에 의해, 조명 효과의 변화를 줄 수도 있다.

110; 조명장치 몸체 111; 걸림턱
112; 암나사부 113; 고정홀더
120; LED 광원 130; 구면렌즈
140; 비구면렌즈

Claims

제품이나 전시물 등에 집중적으로 조명광을 조사(照射)하는 투광등(flood lamp)으로 사용되는 LED 집광 조명장치에 있어서,
일정 깊이를 가지며, 양단이 개구된 통형상의 조명장치 몸체;
상기 조명장치 몸체의 일측 개구부에 결합되는 LED 광원;
상기 LED 광원의 발광면과 대응되는 일측면이 상기 발광면과 근접되게 배치되고, 그 타측면에는 구면이 형성되어, 상기 LED 광원의 빛을 방출하는 구면렌즈; 및
상기 구면렌즈의 지름보다 큰 지름을 가지도록 형성되며, 상기 구면렌즈의 광 진행방향에 대하여, 일정 거리 이격되도록 배치되는 비구면렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 집광 조명장치.
제 1 항에 있어서, 상기 조명장치 몸체는,
상기 비구면렌즈가 상기 구면렌즈와 일정 거리 이격된 위치에 안착되도록 내주면에 형성된 걸림턱;
상기 걸림턱이 형성된 내주면에 마련된 암나사부; 및
상기 암나사부에 나사결합되어, 상기 비구면렌즈를 위치고정하는 고정홀더;를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 집광 조명장치.
제 2 항에 있어서, 상기 비구면렌즈는,
상기 LED 광원과 마주보는 평평한 면의 둘레에, 상기 걸림턱에 안착되는 안착돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 LED 집광 조명장치.
제 3 항에 있어서,
상기 걸림턱과 비구면렌즈 사이에 개재되어 일단이 고정되고, 그 타단은 상기 구면렌즈의 구면부의 표면에 안착되는 반사갓을 더 포하하는 것을 특징으로 하는 LED 집광 조명장치.
제 1 항에 있어서, 상기 LED 광원은,
상기 구면렌즈의 면적보다 크지 않도록 마련된 것을 특징으로 하는 LED 집광 조명장치.
제 1 항에 있어서, 상기 LED 광원은,
고출력을 가지는 적어도 1개의 발광반도체 모듈로 구성된 것을 특징으로 하는 LED 집광 조명장치.
제 1 항에 있어서, 상기 LED 광원은,
복수 개의 발광반도체로 구성된 것을 특징으로 하는 LED 집광 조명장치.
제 7 항에 있어서, 상기 복수 개의 발광반도체는,
멀티 어레이로 구성된 것을 특징으로 하는 LED 집광 조명장치.
제 8 항에 있어서,
상기 멀티 어레이로 구성된 복수 개의 발광반도체는, 프리즘을 이용하여 생성된 빛을 상기 구면렌즈로 집광하는 것을 특징으로 하는 LED 집광 조명장치.
제 1 항에 있어서, 상기 구면렌즈는,
상기 LED 광원과 마주보는 면이, 상기 LED 광원의 발광면적의 1 ~ 1.2배의 면적을 가지는 것을 특징으로 하는 LED 집광 조명장치.
제 1 항에 있어서, 상기 구면렌즈는,
원통형상으로 마련되는 원통부; 및
상기 원통부의 상측에 구성되는 구면부;를 포함하며,
상기 원통부는, 렌즈 소재에 따른 굴절률과 색수차 변화에 따라 그 길이가 결정되는 것을 특징으로 하는 LED 집광 조명장치.
제 11 항에 있어서, 상기 원통부는,
일단이 상기 LED 광원과 최대한 밀착 배치되는 경통으로 마련되며,
그 내주면에는 유광 도금면을 형성하여 반사율을 향상시킨 것을 특징으로 하는 LED 집광 조명장치.
제 1 항에 있어서, 상기 비구면렌즈의 지름은,
구면렌즈의 초점으로부터의 거리가 a", 조사각도가 θ라고 할 때, 2a"ㅧtanθ인 것을 특징으로 하는 LED 집광 조명장치.
제 13 항에 있어서,
상기 조사각도가 60도이고, 상기 구면렌즈의 초점거리가 a, 상기 초점과 비구면렌즈의 거리를 a", 상기 구면렌즈의 지름을 b, 상기 비구면렌즈의 지름을 b", a:a"의 비율을 n이라고 할 때,
상기 비구면렌즈의 지름은 상기 구면렌즈의 지름의 n 배인 것을 특징으로 하는 LED 집광 조명장치.
제 14 항에 있어서,
상기 비구면렌즈와 조명 대상물 사이의 광경로 상에 볼록 렌즈를 추가로 배치하는 것을 특징으로 하는 LED 집광 조명장치.
제 1 항에 있어서, 상기 LED 광원은,
상기 조명장치 몸체와 동일한 알루미늄 재질로 형성된 기판에 형성된 것을 특징으로 하는 LED 집광 조명장치.

[청구항 추가]
고 광량을 출력하기 위해 복수개의 멀티어레이 엘이디를 프리즘을 이용하여 배치하는 방법 [도 5] 번 그림