발광 다이오드(LED)는 전기에너지를 빛에너지로 변환하여 사용할 수 있기 때문에 일반 조명을 대체하여 사용할 수 있다. LED는 백열전구나 할로겐 램프, 형광등에 비해서 에너지 효율이 높고 발광효율이 높은 특징이 있다. 또하나의 특징은 LED광원은 백열전구나 할로겐 램프에 비해서 발광시 열이 발생하지 않는다. 백열전구와 할로겐 램프는 전기에너지를 열에너지로 전환시키며, 이 순간 발생하는 빛을 이용하여 발광을 하는 것으로 전체적인 에너지 변환효율이 1%를 넘지 않는다. 형광등은 전기에너지를 이용하여 형광등 안에 있는 가스를 방전시켜 자외선을 방출하고 방출된 자외선은 형광등 관 내벽에 있는 형광물질에 에너지를 주입하여 빛을 방출하게 하는 것으로 백열전구와 마찬가지로 에너지 변환효율이 낮다. 이에 반해 LED는 전기에너지를 빛 에너지로 전환할 때 변환효율이 20% 이상의 효율성이 달성이 가능하며, 백열전구나 형광등의 100 이상의 광변환 효율을 달성할 수 있다. 또한, LED는 반영구적인 수명을 가지며, 형광등과 같이 깜빡거림이 없어 눈의 피로감이 덜 느껴지도록 한다. 현재는 LED조명장치의 효용성이 확대되어 실내외등에서 적용되어지고 있으나, LED의 광특성인 큰 발산각 120~140도로 발산하며, 발산되는 빛은 약 ±30도에서 광량의 70%이상이 분포하여 자동차나 보행자가 LED광원을 직접보았을 때, 운전자는 시야가 방해될 수 있고, 보행자는 눈부심으로 순간적인 시야의 방향성을 잃을 수 있다. 따라서, 도1에 도시된 LED광원에 렌즈가 씌어지면 LED광원이 점 단위에서 면단위로 확대되어 눈부심 현상이 줄어들며, 도1에 도시된 렌즈의 특성으로 전체적인 광손실이 최소화되고, 광균일도가 개선되어 에너지 효율의 극대화와 조명장치로서 사용이 가능하게 한다. 여기에, 광학의 반사 코팅기술을 접목하여 측면에서 발생하는 광손실을 줄일 수 있다. 또한, 광학유리에 적용되는 비반사 코팅을 입사면에 적용하면 코팅 전 입사면에서 발생할 수 있는 되반사되어지는 일부 광의 손실을 보존할 수 있다. 여기에 비반사 코팅을 출사면에 적용하면 출사면에서 발생할 수 있는 내부 반사를 제거하여 광손실을 최소화 할 수 있다.Light-emitting diodes (LEDs) can be used in place of general lighting because it can be used to convert electrical energy into light energy. LEDs have higher energy efficiency and higher luminous efficiency than incandescent lamps, halogen lamps and fluorescent lamps. Another feature is that the LED light source does not generate heat when emitting light as compared to an incandescent lamp or a halogen lamp. Incandescent lamps and halogen lamps convert electrical energy into thermal energy, and emit light using light generated at this moment, and the overall energy conversion efficiency does not exceed 1%. Fluorescent lamps emit ultraviolet rays by discharging gas in fluorescent lamps using electric energy, and the emitted ultraviolet rays inject energy into fluorescent materials in the inner wall of the fluorescent tube to emit light. On the contrary, when the LED converts electrical energy into light energy, the conversion efficiency is 20% or more, and the light conversion efficiency of incandescent lamps or fluorescent lamps is greater than 100. In addition, the LED has a semi-permanent lifespan, and there is no flickering like a fluorescent lamp so that the eye fatigue is less felt. Nowadays, the effectiveness of LED lighting device has been expanded and applied to indoor and outdoor lights, but it emits 120 ~ 140 degrees of large divergence angle, which is the optical characteristic of LED, and the emitted light is distributed at about ± 30 degrees and more than 70% of the light is distributed. When the pedestrian sees the LED light directly, the driver may be obstructed and the pedestrian may lose the direction of the momentary vision by glare. Therefore, when the lens is applied to the LED light source shown in Figure 1, the LED light source is expanded from the point unit to the surface unit to reduce the glare phenomenon, the overall light loss is minimized by the characteristics of the lens shown in Figure 1, the light uniformity is improved It maximizes energy efficiency and makes it possible to use as a lighting device. In addition, optical reflection coating technology can be incorporated to reduce light loss generated from the side surface. In addition, the application of an antireflective coating applied to the optical glass to the incident surface can preserve the loss of some reflected light that can occur at the incident surface before coating. Applying a non-reflective coating to the exit surface can minimize the light loss by eliminating internal reflections that may occur at the exit surface.
발산각 광원의 대표적인 LED광의 광량 중심 편중 현상 및 조명으로서의 효율성의 떨어짐을 개선할 수 있는 단일 렌즈를 구성하여 광량 손실을 최소화하고 광균일도를 개선하여 LED광을 일반조명과 같은 광원으로서 쉽게 사용할 수 있는 렌즈를 개발하였다. 다양한 광속을 갖는 LED광원의 광손실을 최소화하고 광균일도를 효과적으로 구현하여 에너지 절약형 조명으로서 적용을 쉽게 할 수 있는 LED광원용 렌즈를 개발하고자 하였다.It is possible to easily use LED light as a light source such as general lighting by minimizing light loss and improving light uniformity by constructing a single lens that can improve the center of gravity of light intensity and the fall of efficiency as lighting. The lens was developed. This study aims to develop an LED light source lens that can be easily applied as an energy-saving light by minimizing light loss of LED light sources having various luminous fluxes and effectively implementing light uniformity.
렌즈의 특징은 도 1을 참조하여 보면 첫째, 광학렌즈의 특성을 활용하여 LED광원에서 발산되는 주변광을 렌즈의 제1만곡면 R1의 R값(곡률 이하 R값)에 따라서 광속을 발산시키고 R1에 의해 발산된 LED광원의 주변광속을 제1직선면 S1이나 제2만곡면 R2에서 반사되어 제3만곡면 R3은 포물면 형태의 비구면이나 원뿔형이더라도 볼록렌즈 효과를 가지고 있어 주변광속과 중심에서 주변으로 분산되는 광속을 LED광원의 조사면에 광량의 손실을 최소화하여 집속할 수 있게 하며, LED광원의 중심 광속은 제4만곡면 R4는 포물면 형태의 비구면이나 원뿔형이더라도 오목렌즈 효과를 가지고 있어 중심 광속을 주변광으로 분산되게 하여 전체적인 광균일도를 개선하는 렌즈(전구)가 된다. 상기 렌즈(전구)는 LED의 광속분포에 따라서 제한되어 질 수 있는 LED조명장치의 한계를 제1만곡면부터 제4만곡면을 조정하여 광량의 손실의 최소화 및 광균일도를 조정할 수 있는 새로운 조명 렌즈의 형태인 것으로, 렌즈3~5매로 구성될 수 있는 것을 단일 렌즈로 구성하여 다양한 발산각과 광속을 갖는 LED의 광균일도를 렌즈의 R값을 조정하여 광균일도를 확보하였고, 측면의 S1이나 R2에 최대 반사 코팅(Metal 코팅, 유전체 코팅)을 하면 LED조명장치에서 LED광원의 발산각을 조절하기 위해 사용되었던 반사갓을 제거하여 전체적인 광량의 증가시킬 수 있으며, R1면과 R3, R4면에 비반사 코팅을 진행하면 광량손실을 약 6%이상 개선시킬 있는 LED광원용 렌즈(전구)이다.Referring to FIG. 1, a characteristic of the lens is first. First, by utilizing characteristics of an optical lens, ambient light emitted from an LED light source emits a light beam according to an R value (R value below curvature) of the first curved surface R1 of the lens, and R1. The ambient light flux of the LED light emitted by the light is reflected from the first straight surface S1 or the second curved surface R2, so that the third curved surface R3 has a convex lens effect even if it is a parabolic or aspherical surface. Dispersed luminous flux can be focused on the irradiated surface of the LED light source by minimizing the loss of light, and the central luminous flux of the LED light source has a concave lens effect even though the fourth curved surface R4 has a parabolic or aspherical surface. It becomes the lens (bulb) which makes it disperse to ambient light and improves the overall light uniformity. The lens (bulb) is a new illumination lens that can minimize the loss of light and adjust the light uniformity by adjusting the limit of the LED lighting device that can be limited according to the light flux distribution of the LED from the first curved surface to the fourth curved surface It consists of a single lens that can be composed of three to five lenses, and the light uniformity of the LED having various divergence angles and luminous fluxes is adjusted by adjusting the R value of the lens to secure the light uniformity. The maximum reflection coating (metal coating, dielectric coating) can remove the reflection shade used to control the divergence angle of the LED light source in the LED lighting device and increase the overall amount of light.Non-reflective coating on the R1 side, R3 and R4 side This is a lens for LED light source (light bulb) that can improve the light loss by about 6% or more.
일반조명보다 LED조명이 갖고 있는 광효율성 및 에너지 효율을 극대화하여 일반조명으로 적용이 가능하게 하여 LED 조명산업의 활성화를 주도할 수 있는 발명이다. 상기 렌즈는 LED의 광속분포에 따라서 제한되어 질 수 있는 LED조명장치의 한계인 광량과 광균일도를 제1만곡면부터 제4만곡면을 조정하여 광량의 손실의 최소화 및 광균일도를 조정할 수 있는 새로운 조명 렌즈의 형태인 것으로 LED에서 발산된 빛이 입사하는 제1만곡면과 제3만곡면의 외측에 형성되는 측면은 제1직선면 혹은 제2만곡면을 형성하며 제1직선면과 제2만곡면에 최대반사코팅을 하여 LED광에서 주변으로 발산되는 주변광을 광원의 발광 방향과 평행한 방향으로 광을 모아주고, 제3만곡면에 형성된 R값은 제2만곡면에서 형성된 광과 LED중심광 일부를 균일하게 조사면의 주변으로 모아주어 LED광 조사면의 전체적인 광균일도를 개선시켜 준다. 또한, 제4만곡면도 LED중심광의 광량을 주변광으로 분산시켜 광균일도를 개선시켜 LED조명에 의한 Glare현상도 감소시킨다. 또한, 일반 광학산업의 설계 기술 한계 극복과 선진국에서 도입되었던 조명설계 기술이 LED조명에서는 선진국과 비견될 수 있는 원천설계기술을 확보할 수 있는 발명이다.It is an invention that can lead the activation of the LED lighting industry by maximizing the light efficiency and energy efficiency that LED lighting has than general lighting, so that it can be applied as general lighting. The lens adjusts the light uniformity and light uniformity by minimizing the loss of light quantity and adjusting the light uniformity by adjusting the light quantity and light uniformity, which are the limitations of the LED lighting apparatus, which can be limited according to the light flux distribution of the LED, from the first curved surface to the fourth curved surface. A side of the first curved surface and the third curved surface to which light emitted from the LED is incident in the form of an illumination lens forms a first straight surface or a second curved surface, and the first straight surface and the second curved surface. The maximum reflection coating is applied to the surface to collect the ambient light emitted from the LED light in the direction parallel to the light emitting direction of the light source, and the R value formed on the third curved surface is the light and the LED center formed on the second curved surface. Part of the light is uniformly gathered around the irradiation surface to improve the overall light uniformity of the LED light irradiation surface. In addition, the fourth curved surface also improves the light uniformity by dispersing the amount of light from the center of the LED to the ambient light, thereby reducing the glare phenomenon by the LED lighting. In addition, it is an invention that can secure the original design technology that can overcome the design technology limitations of general optical industry and the lighting design technology introduced in developed countries can be compared with developed countries in LED lighting.
LED조명장치는 램프형 LED 또는 칩형 LED가 사용될 수 있으나, 본 실시 예에서는 칩형LED가 사용되었다. 상기 LED조명장치의 렌즈형 커버가 광학유리로 형성됨으로써 고출력 LED 3W이상에서 황변화 현상이 없으며, 렌즈 표면에 발생할 수 있는 스크래치나 색변화에 강하며, 투과율 또한 플라스틱 재질 보다는 뛰어나다. 렌즈의 재질은 광학 유리 재질로서 굴절률이 큰 크라운 유리 또는 굴절률이 작은 프린트 유리, 고굴절용 합성수지를 사용해도 무방하나 합성수지의 경우 저출력 광원에서 사용해야 한다. 첫째, 광학코팅으로 metal 코팅이나 유전체 코팅을 측면에 진행하면 반사율이 높아져 광량의 손실이 줄어들고 광균일도가 개선 된다. 둘째, 본 렌즈는 LED광원의 발산을 원활히 하기 위해 광원 입사면에 오목면 제1만곡면 R1을 형성하였다. 셋째, LED광원의 광균일도와 광량개선을 위해 제1만곡면 끝단의 직선면을 기준으로 기울기 각도 F를 광원의 발산분포에 따라 25 ~ 83도 사이에서 광균일도를 조정할 수 있다. 넷째, 광균일도의 조건에 따라서 측면의 형태를 직선형태 제1직선면과 곡선형태 제2만곡면 R2는 타원과 비구면으로 비구면은 R값이 2개이상을 갖고 있는 형태로 설계하여 광균일도가 최대가 되게 하였다. 다섯째, 최대반사코팅이 끝나는 광출력 부분의 렌즈 형태는 측면 구조상 중심 곡면은 오목하게 형성되어 있고, 렌즈중심으로 좌측과 우측은 대칭으로 볼록하게 솟아 있는 구조로 볼록한 제3만곡면 R3는 포물면 형태의 비구면과 원뿔 형태로도 구성될 수 있으며, 제3만곡면이 볼록렌즈의 형태로 형성되면 광속을 집속 시킬수 있으며, 제3 만곡면을 중심으로 R값이 작을수록 광량을 많이 모아준다. 여섯째, 중심곡면은 오목면으로 제4만곡면 R4는 포물면형태의 비구면과 원뿔형태로도 구성될 수 있으며, 제4만곡면이 오목렌즈의 형태로 형성되면 중심 광속을 분산되게 한다. 제4만곡면을 중심으로 R값은 작을수록 중심 광속을 주변으로 많이 분산되게 한다. 일곱째, 전체 높이는 제1만곡면 끝단 평면 ~ 제3만곡면 볼록렌즈 끝단을 수평으로 놓았을때의 높이E + I+ J의 합으로 10mm에서 90mm까지로 제한되어 있다. 여덟째, 제1만곡면 끝단 S1 또는 R2의 코팅 끝단과 제3만곡면 시작점까지의 높이 E는 10mm ~ 70mm로 제한되어 있다. 아홉째, 제3만곡면 볼록렌즈의 높이 I는 0 ~ 40mm까지 제한하였다. 열번째 제4만곡면의 깊이 J는 제3만곡면의 시작점에서 0~50mm까지 제한하였다. 열한번째, 제1만곡면의 외경 크기 A는 LED광원의 크기와 파워에 따라서 2~60mm까지 정하였다. 열두번째, 제3만곡면의 외경 크기 G는 광균일도 및 광원의 크기에 따라서 2 ~ 50mm까지 조정하였다. 열세번째, 제4만곡면의 구경의 크기 H는 광균일도 및 광원의 크기에 따라서 2 ~ 40mm까지 조정하였다. 열네번째, 제1만곡면은 광손실을 최소화하고 광량을 최대화하기 위해 AR(Antireflection)코팅 또는 BB(Broad Band)AR코팅을 시행하였다. 열다섯번째, 제3만곡면과 제4만곡면은 광손실을 최소화하고 광량을 최대화하기 위해 AR(Antireflection)코팅 또는 BB(Broad Band)AR코팅을 시행하였다. 열아홉번째, 제3만곡면은 제작의 용이성과 크기의 간소화를 위해 프레넬 렌즈 형상으로 하여 구성할 수 있다. 이십번째, 렌즈의 재질은 Glass, 합성 수지등을 적용할 수 있다. 이십일번째, 렌즈의 매질은 Glass또는 합성 수지가 완전히 채워지지 않은 질소 충전된 내부가 비어있는 것으로 구성하여 렌즈의 무게를 줄여서 전구의 형태로 만들 수 있다. 이십이번째, 제1만곡면의 깊이 D는 LED의 구경 A과 R1의 R값에 따라서 달라지며 1mm~30mm까지 정하였다.The LED lighting device may be a lamp type LED or a chip type LED, but in this embodiment, a chip type LED is used. Since the lens type cover of the LED lighting device is formed of optical glass, there is no yellowing phenomenon in the high-power LED 3W or more, and it is resistant to scratches or color changes that may occur on the lens surface, and the transmittance is also superior to that of the plastic material. The lens is made of optical glass, which may be crown glass with high refractive index, printed glass with low refractive index, or synthetic resin for high refractive index, but synthetic resin should be used in low power light source. First, if the metal coating or dielectric coating is applied to the side by optical coating, the reflectance is increased to reduce the amount of light and improve the light uniformity. Second, in order to facilitate the divergence of the LED light source, the lens has a concave surface first curved surface R1 formed on the light source incident surface. Third, in order to improve the light uniformity and the light quantity of the LED light source, the light uniformity may be adjusted between 25 to 83 degrees according to the divergence distribution of the light source with the inclination angle F based on the straight surface at the end of the first curved surface. Fourth, according to the condition of the light uniformity, the side shape is designed as a straight first straight surface and a curved second curved surface R2 is an ellipse and an aspherical surface, and the aspherical surface has two or more R values. To become. Fifth, the lens shape of the light output portion where the maximum reflection coating is finished is concave in the center curved surface of the side structure, the convex third curved surface R3 is a parabolic shape in the lens center, the left and right sides are symmetrically convex. It may also be configured as an aspherical surface and a conical shape, when the third curved surface is formed in the form of a convex lens can focus the light beam, the smaller the R value around the third curved surface to collect more light. Sixth, the central curved surface is a concave surface, and the fourth curved surface R4 may be configured as a parabolic aspherical surface and a conical shape. When the fourth curved surface is formed in the form of a concave lens, the central light beam is dispersed. The smaller the R value around the fourth curved surface, the more the central luminous flux is dispersed around. Seventh, the total height is limited to 10mm to 90mm by the sum of the height E + I + J when the first curved surface end plane to the third curved surface convex lens end are placed horizontally. Eighth, the height E to the coating end of the first curved surface end S1 or R2 and the third curved surface starting point is limited to 10mm ~ 70mm. Ninth, the height I of the third curved surface convex lens was limited to 0 to 40mm. The depth J of the tenth curved surface was limited to 0 to 50 mm from the starting point of the third curved surface. Eleventh, the outer diameter size A of the first curved surface was set to 2 to 60 mm depending on the size and power of the LED light source. Twelfth, the outer diameter size G of the third curved surface was adjusted to 2 to 50 mm according to the light uniformity and the size of the light source. Thirteenth, the size H of the fourth curved surface was adjusted to 2 to 40 mm according to the light uniformity and the size of the light source. Fourteenth, the first curved surface was subjected to AR (Antireflection) coating or BB (Broad Band) AR coating to minimize light loss and maximize light quantity. The fifteenth and fourth curved surfaces were subjected to AR (Antireflection) coating or BB (Broad Band) AR coating to minimize light loss and maximize light intensity. The ninth and third curved surfaces can be configured in the form of Fresnel lenses for ease of manufacture and simplicity in size. Twentieth, the material of the lens is glass, synthetic resin, etc. can be applied. Twenty-first, the medium of the lens consists of a hollow, nitrogen-filled interior that is not completely filled with glass or synthetic resin, reducing the weight of the lens to form a bulb. The twelfth, depth D of the first curved surface varies depending on the aperture A of the LED and the R value of R1, and is determined from 1 mm to 30 mm.
