KR20150029946A - 단일 광원을 이용한 엘이디 랜턴 - Google Patents

단일 광원을 이용한 엘이디 랜턴 Download PDF

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Abstract

제조가 용이하고, 자체의 무게가 가벼우며, 방열이 작아 장시간 사용할 수 있으며, 약 100~200m의 물체의 식별도 용이한 단일 광원을 이용한 LED 랜턴을 제시한다. 그 랜턴은 양면은 볼록한 렌즈이고, 볼록렌즈 사이는 콘(cone) 모양을 가지는 렌즈 구조체와, 단일 광원이고 광각 80도 내지 100도를 가지며 렌즈 구조체의 하면 중심부에 대하여 렌즈 구조체의 초점의 0.1~1배 범위의 작동범위에서 움직이는 LED 칩을 포함한다.

Description

단일 광원을 이용한 엘이디 랜턴{LED lantern using single source of light}
본 발명은 광 효율을 높인 LED 랜턴에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광소자의 광각 및 렌즈의 구조의 최적화를 통하여 단일 광원의 효율을 높인 LED 랜턴에 관한 것이다.
랜턴(lantern)은 휴대하면서 주위를 밝히는 도구로서, 특히 어두운 곳이나 야간에 필요한 작업을 수행하기 위하여 빛을 비추는 것이다. 랜턴은 등산, 낚시, 야간 정비, 군사용, 항해용 등으로 다양하게 활용되고 있다. 최근에는 LED 램프를 이용한 랜턴이 많이 보급되고 있다. LED 램프는 전기에너지를 빛에너지로 변환시키는 것으로, 반도체이어서 건전지의 소모가 매우 적으며, 약 100,000만 시간 정도의 수명을 가지고 있어, 반영구적으로 사용할 수 있다. 그러나 상기 LED 램프는 빛의 확산력이 커서 빛의 밝기가 부족하기 때문에, 주로 근거리에만 사용되고 있는 실정이다.
한편, LED 랜턴을 군사용, 해상감시용, 산악탐지용 등에서 사용하기 위하여, 약 100~200m에 달하는 거리에서도 물체의 식별을 정확하게 할 수 있는 원거리용 랜턴이 요구되고 있다. 또한, 이러한 원거리용 랜턴은 휴대가 가능하도록 가볍고, 장시간 동안 사용할 수 있어야 한다. 그런데, 종래의 원거리용 랜턴은 백열전구나 할로겐전구를 사용하기도 하였지만, 필라멘트에 전류가 흐를 때 열로 소모되는 에너지가 너무 많아 적합하지 않았다. 이를 극복하기 위하여, 빛으로 전환되는 효율이 높고 소비전력이 낮은 LED 랜턴이 제안되었다.
국내공개특허 제10-2009-546785호는 다수개의 LED가 장착된 복수개의 수평발광부가 다각형을 이루도록 수직으로 결합되며, 상기 복수개의 수평발광부의 상부에는 다수개의 LED가 장착된 수직발광부가 결합되도록 구성된 LED 랜턴을 제시하였다. 그런데, 상기 랜턴은 다수개의 LED가 장착되므로, 렌즈와의 정렬이 쉽지 않아 제작이 용이하지 못하다. 또한, 랜턴을 점등할 때, 다수개의 LED에서 많은 열이 발생하여, 충분히 방열시키지 못하면, 발광효율이 급격히 감소하거나 수명이 현저히 단축된다. 나아가, 다수개의 LED를 구동하기 위하여, 용량이 큰 전원을 필요하여, 랜턴의 크기가 커져 휴대하기에 불편하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 제조가 용이하고, 자체의 무게가 가벼우며, 방열이 작아 장시간 사용할 수 있으며, 약 100~200m의 물체의 식별도 용이한 단일 광원을 이용한 LED 랜턴을 제공하는 데 있다.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 단일 광원을 이용한 LED 랜턴은 양면은 볼록한 렌즈이고, 상기 볼록한 렌즈 사이는 콘(cone) 모양을 가지는 렌즈 구조체 및 단일 광원이고, 광각 80도 내지 100도를 가지며, 상기 렌즈 구조체의 하면 중심부에 대하여 상기 렌즈 구조체의 초점의 0.1~1배 범위의 작동범위에서 움직이는 LED 칩을 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 단일 광원을 발생시키는 LED 칩은 가로*세로= 1mm*1mm~2.5mm*2.5mm 이내의 정사각형의 발광 창을 가질 수 있다. 상기 볼록한 렌즈 구조체의 상면에서 광다발의 직경이 최대가 될 수 있다. 상기 렌즈 구조체는 유리계 또는 아크릴계 중의 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 하면에서 상면으로 갈수록 직경이 커지는 것이 바람직하다. 상기 LED 칩은 상기 렌즈 구조체의 초점에 놓였을 때, 최대의 직진성을 가진다. 상기 렌즈 구조체가 유리인 경우, 전반사에 의한 임계각은 41.8일 수 있다.
본 발명의 단일 광원을 이용한 LED 랜턴에 의하면, 단일 광원을 발생하는 하나의 LED 칩의 광각과 그에 최적화된 렌즈의 구조를 구현함으로써, 랜턴의 제조가 용이하고, 자체의 무게가 가벼우며, 방열이 작아 장시간 사용할 수 있다. 또한, 광다발이 수렴하거나 평행하여 약 100~200m에 해당하는 원거리에 있는 물체의 식별을 용이하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 단일 광원을 이용한 LED 랜턴을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 LED 광원이 초점[R(f)]에 있는 경우의 렌즈 구조체에 수렴하는 광각을 추출하기 위한 단면도이다.
도 3a는 LED 광원이 렌즈 구조체의 초점에 있고 광각이 120도인 경우의 빛의 경로를 해석한 단면도이다.
도 3b는 도 3a와 동일한 조건에서 광각이 90도인 경우의 빛의 경로를 해석한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 LED 랜턴을 포함한 랜턴에 대한 광각에 따른 광 효율을 표현하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
본 발명의 실시예는 단일 광원을 발생하는 하나의 LED 칩의 광각과 그에 최적화된 렌즈의 구조를 구현함으로써, 랜턴의 제조가 용이하고, 자체의 무게가 가벼우며, 방열이 작아 장시간 사용할 수 있는 단일 광원을 이용한 LED 랜턴을 제시한다. 이를 위해, 단일 광원을 발생하는 하나의 LED 칩의 최적의 광각과 그에 부합하는 렌즈의 구조에 대하여 상세하게 살펴보고, 이를 통하여 얻어지는 광 효율의 개선효과를 구체적으로 알아보기로 한다. 여기서, 단일 광원(single source of light)이란 하나의 LED 칩에 의해 발생하는 빛이 렌즈 구조체에 유효하게 적용되는 것으로, 복수개의 LED 칩을 이용하는 복수 광원과는 구별된다. 단일 광원에서 발생하는 빛은 모두 렌즈 구조체로 입사되며, 본 발명의 실시예에서는 광원의 크기는 가로*세로= 1mm*1mm~2.5mm*2.5mm 이내의 정사각형의 발광 창을 가지는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에서는 최적화된 단일 광원의 광각과 그에 부합하는 렌즈 구조체를 특징으로 한다. 즉, 단일 광원을 원거리용 랜턴에 적용하기 위하여, 상기 광각과 렌즈 구조를 특정한 것이다. 본 발명의 랜턴에 의하면, 광각과 렌즈 구조를 최적화함으로써, 직진성이 향상되어 약 100~200m 만큼 떨어져 있는 물체의 식별이 용이하고, 빛의 밝기인 광량이 충분하여 근접거리에서도 물체를 보다 명확하게 확인할 수 있다. 여기서, 설명의 편의를 위하여, 광원을 기준으로, 약 100~200m의 물체를 식별할 수 있는 경우를 원거리라고 하고, 약 10m의 반경 정도에서 물체를 구분할 수 있는 경우를 근거리라고 정의하기로 한다. 물론, 본 발명의 범주 내에서 상기 거리와 반경은 약간 차이가 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 단일 광원을 이용한 LED 랜턴을 나타내는 단면도이다. 이때, 렌즈의 표면에서 불가피하게 반사되는 빛은 본 발명의 개념에서 제외하였다. 왜냐하면, 렌즈의 표면에서 반사되는 빛은 렌즈의 특성상 반드시 일어나는 것이고, 본 발명에서는 렌즈에 입사되는 빛을 활용하는 것이기 때문이다.
도 1에 의하면, 단일 광원을 방출하는 LED 칩(20), LED 칩(20)에 전기적 신호를 처리하는 회로기판(10) 및 LED 칩(20)에서 발생하는 빛을 굴절시키는 렌즈 구조체(30)를 포함한다. 이때, 렌즈 구조체(30)에는 렌즈 지지부(도시하지 않음)에 고정하기 위한 걸림턱(32)이 구비되어 있다. 렌즈 구조체(30)의 양면은 볼록한 렌즈이고, 볼록렌즈 사이는 콘(cone) 모양을 이룬다. 렌즈 구조체(30)에서, LED 칩(20)을 바라보는 면을 하면이라고 하고, 그 반대의 볼록면을 상면이라고 한다. 그리고 하면에서 LED 칩(20)과 가장 가까운 곳을 하면 중심부라고 하며, 가장 먼 곳을 상면 중심부라고 한다. 하면의 중심부와 상면의 중심부를 연결한 선이 렌즈 구조체(30)의 중심선이다. 본 발명의 렌즈 구조체(30)는 굴절률이 약 1.5인 유리계 또는 아크릴계 소재를 사용할 수 있다.
상면을 이루는 볼록렌즈와 콘 모양의 렌즈 사이에는 걸림턱(32)을 위한 구조가 마련되어 있다. 렌즈 구조체(30)는 빛의 확산을 고려하여, LED 칩(20)의 하면에서 상면으로 갈수록 직경이 커지는 것이 바람직하다. LED 칩(20)에서 렌즈 구조체(30)의 하면으로 입사된 빛은 콘 모양의 렌즈를 거쳐 상면을 이루는 볼록렌즈에서 최대한으로 확장된 다음에 굴절되어 렌즈 구조체(30) 외부로 방출된다. 즉, 빛이 전파되는 경로를 나타내는 다발들의 묶음인 광다발의 직경[D(s)]는 걸림턱(32)을 지나 상면을 이루는 볼록렌즈에서 최대가 된다. 상기 콘(cone) 렌즈는 렌즈 구조체(30)와 공기층과의 경계면에서, 빛이 반사되어 렌즈 구조체(30) 안으로 회귀하도록 하기 위하여 선택된 것이다.
본 발명의 실시예에 의한 랜턴은 상기 광다발이 렌즈 구조체(30)의 외부로 손실이 일어나지 않고, 모두 렌즈 구조체(30)를 거치게 함으로써, 광 효율을 높이고자 함이다. LED 칩(20)은 광각[θ(S)]를 이루면서, 빛을 렌즈 구조체(30)의 하면으로 입사시킨다. 광각[θ(S)]는 빛의 입사각이 렌즈 구조체(30)의 중심선에 대하여, 양측으로 대칭된 각을 합한 것이다. 본 발명의 실시예의 LED 랜턴에서 제시하는 광각[θ(s)]는 80도 내지 100도이다. 광각[θ(s)]가 100도라 함은, 렌즈 구조체(30)의 중심선으로부터 좌측으로 50도, 우측으로 50도 합하여 100도가 되도록, 렌즈 구조체(30)의 하면으로 빛을 입사시키는 LED 칩(20)에 의해 만들어진다.
광각[θ(s)]가 80도보다 작으면, 렌즈 구조체(30)에 형성되는 광다발의 직경[D(s)]가 지나치게 작아서, 물체를 식별하는 영역이 지나치게 좁아져, 원거리용 랜턴에 적용하기에는 부족함이 있다. 광각[θ(s)]가 100도보다 크면, 광다발의 직경[D(s)]가 추후에 제시하는 수렴직경[또는 수렴면적, 도 2의 D(e)]보다 커져서 광 손실이 일어난다. 이때, 광다발의 직경[D(s)]는 렌즈 구조체(30)의 상면 중심부에서 p 간격에 있는 곳에서의 직경을 말한다. 상기 p 간격은 추후에 설명될 실시예들의 광다발의 직경을 서로 비교하기 위하여 임의로 설정된 것이다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 의한 랜턴에서 요구되는 광량을 충족시키며, 광 손실이 없는 광각[θ(s)]는 80도 이상 그리고 100도 이하가 바람직하다.
LED 칩(20)은 렌즈 구조체(30) 하면의 중심부에서 작동범위[R(s)]만큼 떨어져 있다. 본 발명의 LED 랜턴은 작동범위[R(s)]를 초점[R(f)]의 0.1~1배로 한정된다. 이때, 0.1배는 LED 칩(20)이 렌즈 구조체(30)의 하면 중심부에 실질적으로 가장 근접하는 것을 수치적으로 표현한 것에 불과하다. 작동범위[R(s)]가 초점[R(f)]의 0.1배이면, 상기 광다발이 상기 수렴직경[D(e)]보다 확대되나, 광다발이 모두 렌즈 구조체(30) 내에 있으므로, 광량을 유지하게 되어 근거리용이 적합하다. 작동범위[R(s)]가 초점[R(f)]와 같으면, 상기 광다발이 수렴직경[D(e)] 안에 형성되므로, 원거리용으로 사용될 수 있다. 즉, 본 발명의 랜턴은 작동범위[R(s)]가 초점[R(f)]에 있을 때, 직진성이 최대가 되도록 설계되었다. 이와 같이, 작동범위[R(s)]를 조절하면, 랜턴을 원거리용 또는 근거리용으로 활용할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 LED 랜턴의 광각[θ(s)], 초점[R(f)]에 관련된 작동범위[R(s)] 및 광다발의 직경[D(s)]에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예의 LED 광원이 초점[R(f)]에 있는 경우의 렌즈 구조체(30)에 수렴하는 광각을 추출하기 위한 단면도이다. 이때, 수렴되는 광각을 추출하기 위하여, LED 칩(22)은 광각이 120도인 것을 사용하였으며, 도 1의 LED 칩과 구분하기 위하여 참조번호를 22로 하였다. 상기 수렴되는 광각을 추출하기 위해서는, 두 가지 광학적인 법칙이 사용된다. 첫째는 스넬의 굴절법칙이다. 이를 식으로 표현하면,
θ(i) = θ(r) … 식(1)
n(1)[sinθ(i)] = n(2)[sinθ(r)] … 식(2)
이다. 이때, i 및 r은 입사 및 반사를 나타내고, n(1) 및 n(2)은 각각 입사광 및 굴절광 매질의 굴절률을 말한다. 여기서, n(1) 및 n(2)의 매질이 각각 공기와 유리라고 한다면, 각 매질의 굴절률은 1 및 1.5이다.
둘째는 빛이 광학적으로 밀한 매질에서 소한 매질로 입사한다고 할 때, 입사각[θ(i)]를 증가시켜주면, 굴절광은 표면방향인 굴절각 90도의 임계각[θ(c)]에 이르게 된다. 임계각[θ(c)]보다 더 큰 입사각에 대해서는 굴절현상은 일어나지 않고 표면에서 반사현상이 일어난다. 이를 전반사라고 한다. 이를 식으로 표현하면,
n(1) < n(2) … 식(3)
n(2)[sinθ(c)] = n(1)[sin90ㅀ] … 식(4)
sinθ(c) = n(1)/n(2) … 식(5)
이다. 이때, c는 임계를 나타내고, n(1) 및 n(2)은 각각 입사광 및 굴절광 매질의 굴절률을 말한다.
도 2에 의하면, n(1) 및 n(2)의 매질은 각각 공기와 유리라고 설정하면, 각 매질의 굴절률은 1 및 1.5이다. 또한, 초점[R(f)]는 3.3mm인 렌즈 구조체(30)를 이용하였다. 광각 120도인 LED 광원으로부터 발생된 임의의 빛이 렌즈 구조체(30)의 중심선으로부터 50도의 각으로 입사한다고 가정하면, 입사광과 렌즈 구조체(30)의 하면이 만나는 접선 L(1t)에 수직한 법선 L(1n)과 이루는 입사각[θ(1)]은 62도이다. 광원으로부터 입사한 빛이 유리성분의 렌즈 구조체(30)에서의 굴절각[θ(2)]는 스넬의 법칙에 의하여 법선 L(1n)과 이루는 36도이다. 굴절각[θ(2)]인 36도로 진행하는 빛은 렌즈 구조체(30)의 상면과 만나는 접선 L(2t)에 수직한 법선 L(2n)과 이루는 입사각[θ(3)]은 41도이다.
전반사 조건으로부터 n(1)=1, n(2)=1.5인 매질 사이의 입사각(반사 임계각) [θ(c)]는 41.8도이다. 따라서 렌즈 구조체(30)의 중심선으로 부터 50도의 각으로 입사한 빛은 렌즈 구조체(30)의 표면에 이르러 임계각[θ(c)]인 41.8도보다 작은 각인 41도로 입사되어 렌즈 구조체(30)의 상면에서 반사되지 않고 굴절됨을 알 수 있다. 이때의 굴절각[θ(4)]는 약 79도로 굴절된 빛은 렌즈 구조체(30)의 축에 평행하거나 수렴하여 원거리까지 빛이 도달할 수 있는 조건을 충족한다. 즉, 초점[R(f)] 3.3mm인 렌즈 구조체(30)의 LED 광원의 수렴 조건은 광각이 100도 이하인 광각의 경우에 한하여, 평행하거나 수렴하여 원거리에 적합한 것을 알 수 있다.
이를 광다발의 직경[D(s)]의 관점에서 살펴보면, 본 발명의 실시예에 의한 랜턴에서 광다발이 평행하거나 수렴하기 위한 수렴직경[D(e)] 내에 포함된다. 여기서, 수렴직경[D(e)]는 p 간격에서의 광다발의 직경을 말한다. 다시 말해, 광각이 100도 이하이면, 광다발은 실효직경[D(e)]의 범위 안에 있다. 그런데, 광각이 80도보다 작으면, 광다발의 직경이 수렴직경[D(e)]에 비해 작아져, 물체를 식별하는 면적을 충분하게 확보할 수 없다. 이에 따라, 본 발명의 랜턴에서, 렌즈 구조체(30)의 초점[R(f)]에 위치하는 LED 광원의 광각은 80도 이상이고 100도 이하가 바람직하다.
도 3a는 LED 광원이 렌즈 구조체(30)의 초점에 있고 광각이 120도인 경우의 빛의 경로를 해석한 단면도이고, 도 3b는 도 3a와 동일한 조건에서 광각이 90도인 경우의 빛의 경로를 해석한 단면도이다. 이때, 광각 120도는 본 발명이 제시하는 광각의 범위보다 큰 경우이고, 광각 90도는 본 발명의 광각의 범위에 포함된 것이다. n(1) 및 n(2)의 매질은 각각 공기와 유리라고 설정하면, 각 매질의 굴절률은 1 및 1.5이다. 또한, 초점[D(f)]는 3.3mm인 렌즈 구조체(30)를 이용하였다.
도 3a를 참조하면, 광각 120도인 LED 광원으로부터 발생된 임의의 빛이 렌즈 구조체(30)의 중심선으로부터 57도의 각으로 입사한다고 가정하면, 입사광과 렌즈 구조체(30)의 하면이 만나는 접선 L(1t)에 수직한 법선 L(1n)과 이루는 입사각은 75도이다. 광원으로부터 입사한 빛이 유리성분의 렌즈 구조체(30)에서의 굴절각은 스넬의 법칙에 의하여 법선 L(1n)과 이루는 40도이다. 굴절각 40도로 진행하는 빛은 렌즈 구조체(30)의 상면과 만나는 접선 L(2t)에 수직한 법선 L(2n)과 이루는 입사각은 44도이다.
전반사 조건으로부터 n(1)=1, n(2)=1.5인 매질 사이의 임계각[θ(c)]는 41.8도이다. 따라서 위에서 임의의 빛은 렌즈 구조체(30)의 표면에 이르러 임계각[θ(c)]인 41.8도보다 큰 각인 44도로 입사되어 굴절되지 못하고 렌즈 구조체(30)의 상면에서 반사됨을 알 수 있다. 이렇게 되면, 광각 120도에 의한 광다발의 직경[D(120)]은 수렴직경[D(e)]보다 크게 확장된다. 여기서, 광다발의 직경[D(120)]은 p 간격에서의 직경을 말한다. 광다발의 직경[D(120)]이 수렴직경[D(e)]보다 크게 확장되면, 빛은 직진성보다 퍼짐성이 우세하여 원거리용으로는 적합하지 않다.
도 3b를 참조하면, 광각 90도인 LED 광원으로부터 발생된 빛은 렌즈 구조체(30)의 중심선으로부터 45도의 각으로 입사하며 입사광과 렌즈 구조체(30)의 하면이 만나는 접선 L(1t)에 수직한 법선 L(1n)과 이루는 입사각은 55도이다. 광원으로부터 입사한 광원이 유리성분의 렌즈 구조체(30)에서의 굴절각은 스넬의 법칙에 의하여 법선 L(1n)과 이루는 굴절각은 33도이다. 굴절각 33도로 진행하는 빛은 렌즈 구조체(30)의 상면과 만나는 접선 L(2t)에 수직한 법선 L(2n)과 이루는 입사각은 38도이다.
전반사 조건으로부터 렌즈 구조체(30)의 중심선으로부터 45도의 각으로 입사한 빛은 렌즈 구조체(30)의 상면에 이르러 임계각[θ(c)]인 41.8도보다 작은 각인 38도로 입사되어 상기 상면에서 반사되지 않고 100% 굴절됨을 알 수 있다. 광각 90도인 LED 광원의 렌즈 구조체(30)로부터 굴절각은 약 67도로 굴절된 광은 거의 모든 광원이 렌즈 구조체(30)의 축에 평행하거나 수렴한다고 할 수 있다. 광각 90도에 의한 광다발의 직경[D(90)]은 수렴직경[D(e)] 내에 포함되므로, 원거리 사용하기에 적합하다. 여기서, 광다발의 직경[D(900]은 p 간격에서의 직경을 말한다.
도 4는 본 발명의 실시예의 LED 랜턴을 포함한 랜턴에 대한 광각에 따른 광 효율을 표현하기 위한 도면이다. 이때, 광각이 100도, 120도 및 90도인 경우의 빛의 경로 해석은 각각 도 2, 도 3a 및 도 3b를 참조하기로 한다.
도 4에 의하면, 광각 120도의 광다발의 면적은 362.37mm2이었고, 임계각[θ(c)] 조건을 만족하는 광각 100도의 면적은 64.75mm2이었으며, 광각 90도인 경우의 면적은 40.72mm2이었다. 이를 광다발의 직경으로 표현한다면, 광각 120도의 직경은 [D(120)], 광각 100도의 직경은 [D(e)] 및 광각 90도의 직경은 [D(90)]으로 나타낼 수 있다. 광각 100도의 직경 [D(e)]를 기준으로, 광각 120도의 직경 [D(120)]은 본 발명의 실시예에 의한 랜턴의 범위를 벗어나고, 광각 90도의 직경 [D(90)]은 상기 범위에 포함된다. 상기 직경 [D(120)], [D(90)] 및 [D(e)] 내의 광량은 동일하다.
광각 100도일 때, 본 발명의 범주에서 랜턴을 원거리용으로 사용하기에 적합한 100%의 효율을 가진다. 이때, 광 특성상 불가피하게 손실되는 빛은 제외하기로 한다. 한편, 광각 120도는 362.37mm2 중에 64.75mm2가 적합하고 나머지 297.62mm2는 손실된다. 이에 따라, 광각 120도인 LED 광원에서 원거리용에 적용될 수 있는 출력 효율은 약 18% 정도에 지나지 않는다. 또한, 동일한 광량에 대하여, 광각 120도는 광각 100도에 비해 넓은 면적을 가지므로, 단위면적 당 광량은 광각 100도보다 작아서, 약 18%에 해당하는 원거리용 광다발의 광량은 광각 100도에 비해 작다.
이에 반해, 광각 90도인 LED 광원의 광다발은 모두 광각 100도의 영역에 포함된다. 이에 따라, 광각 90도의 원거리용에 적용하기 위한 출력효율은 거의 100% 정도를 가진다. 또한, 또한, 동일한 광량에 대하여, 광각 90도는 광각 100도에 비해 좁은 면적을 가지므로, 단위면적 당 광량은 광각 100도보다 커서, 렌즈의 표면에서 반사되는 광원을 제외하고 렌즈에 입사하는 빛의 약 100%에 해당하는 원거리용 광다발의 광량을 유지한다. 구체적으로, 광각 90도의 랜턴은 광각 100도에 비해 큰 광량을 유지한 채, 약 100~200m에 해당하는 원거리의 물체를 충분하게 식별할 수 있다.
본 발명의 랜턴은 하나의 LED 칩(20)에 의한 단일 광원을 사용하기 때문에, 복수개의 LED 칩을 이용하는 것보다 렌즈 구조체(30)에 대한 정렬이 용이하다. 이에 따라, 랜턴의 제조가 상대적으로 쉽다. 또한, 하나의 LED 칩(20)을 사용하므로, 사용되는 전력이 작게 소모된다. 이에 따라, 전원의 용량을 크게 줄일 수 있어서, 랜턴 자체의 무게를 가볍게 할 수 있다. 나아가, 하나의 LED 칩(20)에 의한 방열은 복수개의 LED 칩에 비해 잘 일어나므로, 발광효율이 급격히 감소하는 것을 방지하고 수명이 크게 늘일 수 있다.
이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
10; 회로기판 20; LED 칩
30; 렌즈 구조체
D(s), D(e), D(120), D(90); 광다발의 직경

Claims (6)

  1. 양면은 볼록한 렌즈이고, 상기 볼록한 렌즈 사이는 콘(cone) 모양을 가지는 렌즈 구조체; 및
    단일 광원이고, 광각 80도 내지 100도를 가지며, 상기 렌즈 구조체의 하면 중심부에 대하여 상기 렌즈 구조체의 초점의 0.1~1배 범위의 작동범위에서 움직이는 LED 칩을 포함하는 단일 광원을 이용한 엘이디 랜턴.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단일 광원을 발생시키는 LED 칩은 가로*세로= 1mm*1mm~2.5mm*2.5mm 이내의 정사각형의 발광 창을 가지는 것을 특징으로 하는 단일 광원을 이용한 엘이디 랜턴.
  3. 제1항에 있어서, 상기 볼록한 렌즈의 상면에서 광다발의 직경이 최대가 되는 것을 특징으로 하는 단일 광원을 이용한 엘이디 랜턴.
  4. 제1항에 있어서, 상기 렌즈 구조체는 하면에서 상면으로 갈수록 직경이 커지는 것을 특징으로 하는 단일 광원을 이용한 엘이디 랜턴.
  5. 제1항에 있어서, 상기 LED 칩이 상기 렌즈 구조체의 초점에 놓였을 때, 최대의 직진성을 가지는 것을 특징으로 하는 단일 광원을 이용한 엘이디 랜턴.
  6. 제1항에 있어서, 상기 렌즈 구조체가 유리인 경우, 전반사에 의한 임계각은 41.8인 것을 특징으로 하는 단일 광원을 이용한 엘이디 랜턴.
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