KR20150038549A - 발광 다이오드용 절두원추형 표면을 포함한 전방향 반사기 - Google Patents

발광 다이오드용 절두원추형 표면을 포함한 전방향 반사기 Download PDF

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Abstract

광원으로서 하나의 발광 다이오드(LED)를 구비한 램프 또는 조명 장치용의 광학 요소(100)로서, LED로부터의 단방향성 광 출력을 광도의 변화가 제어되는 전방향 출력으로 분산시키는 광학 요소(100)가 제공된다. 예를 들면 산란에 의한 광선의 추가 분산을 제공하기 위해 광학 요소 및 LED 주위에서 디퓨저를 또한 사용할 수 있다. 광학 요소(100)는 상기 LED에 인접하게 배치되고 중심 축(CA) 및 이 중심 축(CA)에 실질적으로 수직한 횡축(L)을 정의한다. 광학 요소(100)는 중심 축(CA) 주위에서 원주 방향으로 연장하고, 중심 축(CA)에 대하여 대칭이면서 상기 LED에 인접하게 배치된 볼록 수광면(102)과, 상기 볼록 수광면(102)의 외측에서 측면으로 배치되고 상기 중심 축(CA)에 대하여 실질적으로 대칭인 절두원추형 광 투사면(104)과, 상기 절두원추형 광 투사면(104)의 내측에서 측면으로 배치되고 상기 중심 축(CA)에 대하여 실질적으로 대칭인 곡면의 광 반사면(114)을 포함하며, 상기 곡면의 광 반사면(114)은 상기 중심 축(CA)을 따라 상기 볼록 수광면(102)으로부터 이격된다.

Description

발광 다이오드용 절두원추형 표면을 포함한 전방향 반사기{OMNI-DIRECTIONAL REFLECTOR COMPRISING A FRUSTO-CONICAL SURFACE FOR A LIGHT-EMITTING DIODE}
본 발명의 주제는 일반적으로 조명 장치에 관한 것으로, 특히 광원으로서의 하나 이상의 LED 및 개선된 광 분산을 제공하는 광학 요소를 이용하는 조명 장치에 관한 것이다.
일반적인 A19 전구 사이즈와 같은 종래의 백열 램프는 전형적으로 비교적 균일한 광 분산을 제공한다. 구체적으로, 전구를 통하여 중심선 축으로부터 고정 거리에서 그러나 상이한 각도로 측정한 광도는 비교적 일정하다. 소비자 요청(consumer appeal) 외에, 이러한 균일성은 소정의 응용에 필요할 수 있다.
백열 램프와 비교할 때, 소정의 장점을 가진 다른 유형의 발광 장치를 이용할 수 있다. 예를 들면, 발광 다이오드(LED)는 백열 램프에 필적하지만 에너지 효율이 크게 개선된 광 출력을 제공할 수 있다. 게다가, LED 램프의 수명은 백열 램프보다 실질적으로 더 길 수 있다.
LED는 종래의 백열 램프와 상호교환할 수 있도록 나사산 기저부(threaded base)(가끔은 "에디슨 기저부"라고 부름)를 포함한 램프로 구성될 수 있다. 광 산란 외에, 종래의 백열 램프의 형상과 유사한 형상을 가진 LED 램프를 제공할 수 있는 디퓨저(diffuser)가 또한 제공될 수 있다. LED에 의해 제공되는 색 및 광도도 또한 백열 램프와 유사하게 될 수 있다.
그러나, 비 백열 램프를 사용하기 위해서는 몇 가지 난제가 있다. 예를 들면, LED 램프는 관련된 회로판을 필요로 하고 필적하는 광 출력을 갖는 백열 램프보다 훨씬 더 많은 열을 발생한다. 또한, LED는 균등확산 광원(lambertian source)에 가깝게 작용하고 따라서 LED만으로는 전형적으로 균일하게 분산되는 전방향 광 출력을 제공하지 못한다. LED 장치는 일반적으로 회로판에 평평하게 장착되어 광 출력이 실질적으로 상기 회로판의 평면에 수직한 선을 따른다.
그래서, 회로판 및 열 관리 특징이 각 방향을 따라 상이한 광학 손실에 기여하여 LED로부터의 광 분산의 불균일성을 야기한다. LED에 더 많은 에너지를 제공하면 광 출력량을 증가시킬 수 있지만, 여전히 균일성을 제공하지 못한다. 그러나, 이것은 발생되는 열량을 증가시키고, 이것에 의해, 더 큰 냉각 특징과 같은 추가의 열 관리가 수행되지 않으면, LED 성능이 감퇴할 것이다. 또한, 의도된 응용 또는 바람직한 종래의 램프 형태에 따라서 전체적인 램프 사이즈가 제한될 수 있다.
따라서, 하나 이상의 LED, 또는 대안적으로 복수의 칩을 함께 단단히 패킹하여 구성된 칩온보드(chip-on-board) LED를 포함한 광원으로부터의 광을 더 균일하게 분산시키는 광학 요소 또는 렌즈가 유용할 것이다. 특히, 광도의 변화가 더 적지만 LED로부터의 각도를 변화시키는 조명을 제공할 수 있는 광학 요소가 유리할 것이다. 그러한 광학 요소를 통합한 조명 장치 또는 램프가 또한 유용할 것이다.
본 발명은 광원으로서 적어도 하나의 발광 다이오드(LED)를 구비한 램프 또는 조명 장치용의 광학 요소를 제공한다. 대안적으로, 광원은 복수의 LED 다이를 밀접하게 패킹한 칩온보드(Chip-On-Board, COB) LED일 수 있다. 광학 요소는 LED에 근접하게 위치하여 LED로부터 광선을 수신한다. 그 다음에, 광학 요소는 LED로부터의 실질적으로 단방향성인 (균등확산(lambertian)) 광을 LED 주위의 다른 위치에서 광도의 변화가 제어되는 전방향 출력으로 분산시킨다. 예를 들면 광 산란에 의한 광선의 추가 분산을 제공하기 위해 광학 요소 및 LED 주위에서 디퓨저를 또한 사용할 수 있다. 본 발명의 추가적인 양태 및 장점은 이하의 설명에서 부분적으로 설명될 것이고, 또는 이하의 설명으로부터 명백하게 되거나 본 발명의 실시를 통해 알 수 있을 것이다.
하나의 예시적인 실시형태에 있어서, 본 발명은 적어도 하나의 발광 다이오드, 및 상기 적어도 하나의 발광 다이오드에 인접하게 배치된 광학 요소를 포함한 조명 장치를 제공한다. 광학 요소는 중심 축 및 이 중심 축에 실질적으로 수직한 횡축을 정의한다. 광학 요소는 중심 축 주위에서 원주 방향으로 연장하고, 중심 축에 대하여 실질적으로 대칭이면서 상기 적어도 하나의 발광 다이오드에 인접하게 배치된 볼록 수광면과; 상기 볼록 수광면의 외측에서 측면으로 배치되고 상기 중심 축에 대하여 실질적으로 대칭인 절두원추형 광 투사면과; 상기 절두원추형 광 투사면의 내측에서 측면으로 배치되고 상기 중심 축에 대하여 실질적으로 대칭인 아치형의 광 반사면을 포함하며, 상기 아치형 광 반사면은 상기 중심 축을 따라 상기 볼록 수광면으로부터 이격된다.
다른 예시적인 실시형태에 있어서, 본 발명은 적어도 하나의 발광 다이오드, 및 상기 적어도 하나의 발광 다이오드에 인접하게 배치된 광학 요소를 포함한 조명 장치를 제공한다. 광학 요소는 중심 축 및 이 중심 축에 실질적으로 수직한 횡축을 정의한다. 광학 요소는 중심 축 주위에서 원주 방향으로 연장하고, 중심 축에 대하여 실질적으로 대칭이면서 상기 적어도 하나의 발광 다이오드에 인접하게 배치되며 상기 중심 축과 예각을 형성하는 수광면과; 상기 중심 축에 대하여 실질적으로 대칭이고 상기 중심 축을 따라 상기 수광면으로부터 이격된 광 투사면과; 상기 광 투사면과 접속되고 상기 중심 축에 대하여 실질적으로 대칭인 절두원추형 표면과; 상기 절두원추형 표면의 내측에서 측면으로 배치되고 상기 중심 축에 대하여 실질적으로 대칭인 아치형 광 반사면을 포함하며, 상기 아치형 광 반사면은 상기 중심 축을 따라 상기 수광면으로부터 이격된다.
또 다른 예시적인 실시형태에 있어서, 본 발명은 적어도 하나의 발광 다이오드를 구비한 조명 장치용의 광학 요소를 제공한다. 광학 요소는 상기 적어도 하나의 발광 다이오드에 인접하게 배치된다. 광학 요소는 중심 축 및 이 중심 축에 실질적으로 수직한 횡축을 정의한다. 광학 요소는 중심 축 주위에서 원주 방향으로 연장한다. 광학 요소는 중심 축 주위에서 원주 방향으로 연장하고 상기 적어도 하나의 발광 다이오드 부근에 배치하도록 구성된 수광면을 포함한다. 절두원추형 표면은 가로 방향을 따라 상기 수광면으로부터 이격되고 상기 중심 축 주위에서 원주 방향으로 연장하며 상기 중심 축에 대하여 실질적으로 대칭이다. 아치형의 광 반사면은 상기 절두원추형 표면의 내측에서 측면으로 배치되고 상기 중심 축 주위에서 원주 방향으로 연장하며 상기 중심 축에 대하여 실질적으로 대칭이다. 광학 요소는 상기 적어도 하나의 발광 다이오드로부터의 광이 0∼135도에 걸쳐서 측정한 평균 광도로부터 ±20%를 넘지 않는, 0∼135도의 범위에 걸쳐서 중심 축(CA)으로부터 고정 거리에서 측정한 광도에서의 변화를 갖는 광학 요소로부터 방출되도록 구성된다.
본 발명의 상기 및 다른 특징, 양태 및 장점은 이하의 상세한 설명 및 첨부된 특허 청구범위를 참조함으로써 더 잘 이해될 것이다. 이 명세서에 통합되어 이 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 각종 실시형태를 나타내며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는데 소용된다.
이 기술에 통상의 지식을 가진 사람에게 지향되는, 본 발명의 최상 모드를 포함한 본 발명의 충분하고 가능한 설명이 첨부 도면을 참조하면서 이하의 명세서에서 전개된다.
도 1은 본 발명의 광학 요소의 예시적인 실시형태의 투시도이다.
도 2는 도 1의 예시적인 실시형태의 횡단면을 보인 투시도이다.
도 3은 도 1의 선 3-3을 따라 취한 도 1의 예시적인 실시형태의 횡단면도이다.
도 4는 중심 축(CA)의 일측을 따르는, 도 1의 예시적인 실시형태의 외부 표면의 개략도이다.
도 5는 여기에서 구체적으로 설명하는 소정의 광원으로부터의 광선에서 도 1의 예시적인 광학 요소의 효과를 나타내는 개략도이다.
도 6은 여기에서 구체적으로 설명하는, 도 1의 예시적인 실시형태에 대한 위치의 함수로서 광도를 묘사하는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 다른 예시적인 실시형태의 투시도이다.
도 8은 본 발명의 광학 요소의 다른 예시적인 실시형태의 투시도이다.
도 9는 도 8의 예시적인 실시형태의 횡단면을 보인 투시도이다.
도 10은 도 8의 선 10-10을 따라 취한 도 8의 예시적인 실시형태의 횡단면도이다.
도 11은 도 8의 예시적인 실시형태의 외부 표면의 개략도이다.
도 12는 여기에서 구체적으로 설명하는 소정의 광원으로부터의 광선에서 도 8의 광학 요소의 효과를 나타내는 개략도이다.
도 13은 예시적인 디퓨저와 함께 도시한 도 5의 예시적인 광학 요소 및 LED의 투시도이다.
이제, 하나 이상의 예를 도면에 예시한 본 발명의 실시형태에 대하여 상세히 설명한다. 각 예는 본 발명을 설명하기 위해 제공된 것이고 발명을 제한하는 의도는 없다. 사실, 본 발명의 범위 또는 정신으로부터 벗어나지 않고 본 발명에 대하여 각종의 수정 및 변형이 가능하다는 것이 이 기술에 숙련된 사람에게는 명백할 것이다. 예를 들면, 일 실시형태의 일부로서 예시 또는 설명되는 특징들은 다른 실시형태와 함께 사용되어 또 다른 실시형태를 산출할 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허 청구범위 내에 있는 그러한 수정 예 및 변형 예, 및 그 균등물을 포괄하는 것으로 의도된다.
본 발명의 렌즈 또는 광학 요소(100)의 예시적인 실시형태가 도 1 내지 도 4에 도시되어 있다. 후술하는 바와 같은 소정의 표면들을 포함한 광학 요소(100)는 중심 축(CA)에 대하여 실질적으로 대칭이고 상기 중심 축(CA) 주위에서 원주 방향(C)을 따라 연장한다. 본 발명의 이러한 예시적인 실시형태를 추가로 설명함에 있어서, 광학 요소(100)는 상기 중심 축(CA)에 실질적으로 수직하게 연장하는 측면 방향(L)을 정의한다. 광학 요소(100)는 예를 들면 유리와 같은 광 투과 물질, 폴리카보네이트 또는 아크릴과 같은 중합체, 또는 다른 광 투과 물질을 포함할 수 있다.
광학 요소(100)는 볼록한 수광면(102)을 포함한다. 램프와 같은 조명 장치에 있어서, 볼록한 수광면(102)은 하나 이상의 LED에 인접하게, 또는 밀접하게 배치되고, 광원으로부터의 광선들이 광학 요소(100) 내로 이동하게 한다(도 5). 볼록 수광면(102)은 원주 방향으로 연장하고 중심 축(CA)에 대하여 실질적으로 대칭이다. 도 4에 도시된 것처럼, 이 예시적인 실시형태에 있어서, 볼록 수광면은 약 11.75 mm의 반경(R1)에 의해 정의된다. 다른 값의 반경(R1)도 또한 사용할 수 있다.
볼록 수광면(102)은 광학 요소(102)의 원통형 부분(110)의 일부이다. 원통형 부분(110)은 도 3에 도시한 단면을 따라 보았을 때 선형인 원통형 표면(108)을 포함한다. 중심 축(CA)을 따르는 원통형 부분(110)의 길이는 본 발명의 다른 실시형태에서 다르게 될 수 있다.
광학 요소(100)는 또한 중심 축(CA)의 방향을 따라서 원통형 부분(110)에 인접한 나팔형 부분(112)을 포함한다. 나팔형 부분(112)은 볼록 수광면(102)의 외측에서 측면으로 배치된 절두원추형 광 투사면(104)을 포함한다. 표면(104)은 광학 요소(100)의 중심 축(CA) 주위에서 원주 방향으로 연장하고 중심 축(CA)에 대하여 실질적으로 대칭이다. 도 4에 도시된 것처럼, 이 예시적인 실시형태에 있어서, 절두원추형 광 투사면(104)은 중심 축(CA)과 예각을 형성하고 측면 방향(L)과 관련하여 각도 θ6를 형성한다. 하나의 예시적인 실시형태에 있어서, 각도 θ6는 측면 방향(L)으로부터 약 50도 내지 약 70도의 범위로 각도를 형성한다. 다른 예시적인 실시형태에 있어서, 각도 θ6는 약 60도이다.
나팔형 부분(112)은 절두원추형 광 투사면(104)의 내측에서 측면으로 배치된 아치형 광 반사면(114)을 또한 포함한다. 표면(114)은 광학 요소(100)의 중심 축(CA) 주위에서 원주 방향으로 연장하고 중심 축(CA)에 대하여 실질적으로 대칭이다. 비록 자유 형태 곡선으로 도시되어 있지만, 아치형 광 반사면(114)은 도 4의 각도 θ1, θ2, θ3, θ4 및 θ5와 관련하여 또한 설명될 수 있다. 이러한 각각의 각도(θi)는 10, 20, 30, 40 및 50의 위치에서 표면(114)에 접하는 선의 측면 방향(L)에 관한 각도를 나타낸다. 상기 10, 20, 30, 40 및 50의 위치는 중심 축(CA)과 측면 방향(L)을 포함하는 평면 내에 있고 표면(114)을 따라 등거리만큼 각각의 위치로부터 이격된다.
하나의 예시적인 실시형태에 있어서, θ1은 약 63도이고, θ2는 약 38도이고, θ3는 약 24도이고, θ4는 약 19도이며, θ5는 약 14도이다. 다른 예시적인 실시형태에 있어서, θ1은 약 50도 내지 약 70도의 범위에 있고, θ2는 약 30도 내지 약 50도의 범위에 있고, θ3는 약 20도 내지 약 30도의 범위에 있고, θ4는 약 10도 내지 약 30도의 범위에 있으며, θ5는 약 10도 내지 약 30도의 범위에 있다. 아치형 광 반사면(114)에 대하여 다른 형상도 또한 사용할 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시되어 있는 것처럼, 광학 요소(100)는 중심 축(CA)에 실질적으로 수직하고 횡축(L)에 실질적으로 평행한 평면 내에 있는 평탄한 광 투사면(106)을 또한 포함한다. 평탄한 광 투사면(106)은 중심 축(CA) 주위에서 원주 방향으로 연장하고 중심 축(CA)에 대하여 실질적으로 대칭인 가장자리(116)에서 절두원추형 광 투사면(104)과 접속된다. 평탄한 광 투사면(106)은 중심 축(CA) 주위에서 원주 방향으로 연장하고 중심 축(CA)에 대하여 실질적으로 대칭이며 가장자리(116)의 내측으로 측면으로 배치된 가장자리(118)에서 아치형 광 반사면(114)과 또한 접속된다. 가장자리(118)는 위치 50(도 4)과 일치한다.
광학 요소(100)는 중심 축(CA) 주위에 실질적으로 대칭 방식으로 구성되고 가장자리(124)에서 아치형 광 반사면(114)에 접속되는 원추형 표면(122)을 포함한다. 도시된 것처럼, 표면(122)은 0도의 방향으로 중심 축(CA)을 따라 개방된다. 가장자리(124)는 위치 10과 일치한다.
아치형 광 반사면(114)은 광학 요소(100)의 몸체(120) 구성에 사용되는 물질과는 다른 고 반사성 물질로 커버 또는 코팅될 수 있다. 예를 들면, 표면(114)은 금속화되거나 또는 예컨대 알루미늄, 은 또는 다른 반사성 금속의 코팅으로 커버될 수 있다. 다른 물질 및/또는 기술도 또한 사용될 수 있다. 유사하게, 원추형 표면(122)도 또한 몸체(120)의 구성에 사용되는 물질과는 다른 고 반사성 물질로 커버 또는 코팅될 수 있다.
도 5는 광학 요소(100)를 LED(115, 117, 119)를 포함한 3개의 광원에 밀접하게 배치함으로써 얻어지는 시뮬레이트 결과를 나타낸다. 대안적으로, 복수의 광원은 복수의 다이를 구비한 칩온보드(BOC) LED로 교체할 수 있다. 예를 들면, 광선(126)은 볼록 수광면(102)을 통과하고, 몸체(120)의 물질을 통과하며, 아치형 광 반사면(114)으로부터 상이한 각도로 반사된다. 광선(128)은 볼록 수광면(102)을 통과하고, 그 다음에 상이한 각도로 원추형 표면(122)을 통과한다. 일부 광선(130)은 볼록 수광면(102)을 통과하고, 그 다음에 평탄한 광 투사면(106)을 통해 광학 요소(100)를 빠져나간다.
광학 요소(100) 및 이 광학 요소(100)에 인접하게 배치된 LED(115, 117, 119)를 통합한 조명 장치는 도 13에 도시한 것처럼 디퓨저(136)를 또한 포함할 수 있다. 특히, 디퓨저(136)는 광학 요소(100) 주위에 배치되어, 이 기술에 숙련된 사람이라면 이해하고 있는 바와 같이 LED 및 광학 요소(100)로부터의 광선을 더욱 산란시킬 수 있다. 디퓨저(136)는 예를 들면 흡광 손실이 낮은 확산성의 플라스틱 물질로부터 또는 인을 함유한 유리 전구로서 구성될 수 있고 광학 요소(100) 및 하나 이상의 LED 주위에 배치될 수 있다. 디퓨저(136)는 예를 들면 히트 싱크 및/또는 나사산(예를 들면, 에디슨) 기저부(도시 생략됨)에 접속할 수 있다.
광학 요소(100)는 실질적으로 단일 방향의 광 출력을 제공하는, LED 광원으로부터 이용할 수 있는 것보다 더 균일한 광 분산을 제공하도록 구성된다. 더 구체적으로, 도 6은 광학 요소(100)에 대하여 중심 축(CA)으로부터 수직 각도의 함수로서 광도(예를 들면, 칸델라)의 시뮬레이트된 그래프를 제공한다. 예를 들어서 램프(133)를 이용하는 경우, 그래프는 도시된 것처럼 중심 축(CA)으로부터 0도에서부터 180도까지의 각도에서 광도를 나타내고 있다(0도와 180도는 중심 축(CA)과 일치한다). 도 6에 도시되어 있는 것처럼, 광학 요소(100)의 예시적인 실시형태에 있어서, 위에서 설명한 표면들은 0∼135도의 범위에 걸쳐 중심 축(CA)으로부터 임의의 거리에서 측정한 광도의 변화가 0∼135도에서 측정한 평균 광도로부터 ±20%를 넘지 않도록 구성된다. 다른 예시적인 실시형태에 있어서, 상기 광도 변화는 0∼150도에서 측정한 각 각도에서의 평균 광도로부터 ±10%를 넘지 않는다.
도 7은 볼록 수광면(102), 절두원추형 광 투사면(204) 및 아치형 광 반사면(214)을 포함한다는 점에서 도 1 내지 도 4의 예시적인 실시형태와 유사한 본 발명의 광학 요소(200)의 다른 예시적인 실시형태의 투시도를 제공한다. 그러나, 광학 요소(200)는 중심 축(CA) 주위에서 실질적으로 대칭 방식으로 연장하고 중심 축(CA) 주위에서 도는 광 투사면(206) 상의 곡선 플루트(flute)(232)를 포함한다. 게다가, 중심 축(CA)에 위치하는 원형 표면(236)은 중심 축(CA) 주위에서 실질적으로 대칭 방식으로 연장하고 중심 축(CA) 주위에서 도는 복수의 플루트(238)를 또한 포함한다. 플루트(232, 238)는 추가의 광 산란을 제공한다. 예컨대 필로(pillow)와 같은 다른 표면 특징들도 또한 추가의 광 산란을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 광학 요소(300)의 다른 예시적인 실시형태는 도 8, 9, 10 및 11에 도시되어 있다. 도 12는 LED(315, 317, 319)와 함께 이 예시적인 실시형태를 보인 것이다. 후술하는 소정 표면들을 포함한 광학 요소(300)는 중심 축(CA) 주위에서 실질적으로 대칭이고 중심 축(CA) 주위에서 원주 방향(C)을 따라 연장한다. 본 발명의 이러한 예시적인 실시형태를 추가로 설명함에 있어서, 광학 요소(300)는 중심 축(CA)에 실질적으로 수직하게 연장하는 측면 방향(L)을 또한 정의한다. 광학 요소(300)는 예를 들면 유리와 같은 광 투과 물질, 폴리카보네이트, 아크릴, 또는 다른 광 투과 물질로 구성된다.
광학 요소(300)는 디스크형 부분(310)과 나팔형 부분(312)을 포함한다. 디스크형 부분(310)은 수광면(302)을 포함한다. 도시되어 있는 것처럼, 표면(302)은 원추 형상이고 중심 축(CA)과 예각을 형성한다. 그러나, 수광면(302)은 또한 볼록 방식으로 곡면을 이룰 수 있다. 램프 등의 조명 장치에 있어서, 수광면(302)은 하나 이상의 LED에 인접하게, 또는 밀접하게 배치되고, 그러한 광원으로부터의 광선이 광학 요소(300) 내로 이동하게 한다(도 12). 수광면(302)은 원주 방향으로 연장하고, 중심 축(CA)에 대하여 실질적으로 대칭이다.
디스크형 부분(310)은 도 10에 도시한 단면을 따라 보았을 때 선형인 원통형 표면(308)을 포함한다. 중심 축(CA)을 따르는 디스크형 부분(310)의 길이는 본 발명의 다른 실시형태에서 다르게 될 수 있다. 광 투사면(338)은 표면(308)에 접속되고, 도시된 것처럼 중심 축(CA)의 방향을 따라 수광면(302)으로부터 이격된다. 도시된 예시적인 실시형태에 있어서, 광 투사면(338)은 절두원추 형상이다. 그러나, 표면(338)은 또한 발명의 다른 실시형태에서 아치형 또는 볼록면일 수 있다. 도 11에 도시된 것처럼, 이 예시적인 실시형태에 있어서, 표면(338)은 중심 축(CA)에 대하여 둔각을 형성하고 측면 방향(L)에 대하여 예각(α8)을 형성한다. 하나의 예시적인 실시형태에 있어서, 각도 α8은 약 25도이다. 다른 예시적인 실시형태에 있어서, 각도 α8은 약 20도와 약 30도의 범위 내에 있다.
나팔형 부분(312)은 중심 축(CA)의 방향을 따라 디스크형 부분(310)에 인접한다. 나팔형 부분(312)은 광 투사면(338)과 접속되는 절두원추 표면(304)을 포함한다. 표면(304)은 광학 요소(300)의 중심 축(CA) 주위에서 원주 방향으로 연장하고 중심 축(CA)에 대하여 실질적으로 대칭이며, 표면(338)으로부터 중심 축(CA)을 따라 이격된다. 도 11에 도시되어 있는 바와 같이, 이 예시적인 실시형태에 있어서, 절두원추 표면(304)은 중심 축(CA)에 대하여 예각을 형성하고 측면 방향(L)에 대하여 각도 α7을 형성한다. 하나의 예시적인 실시형태에 있어서, 각도 α7은 측면 방향(L)으로부터 약 28도이다. 다른 예시적인 실시형태에 있어서, 각도 α7은 측면 방향(L)으로부터 약 23도와 약 33도의 범위 내에 있다.
나팔형 부분(312)은 또한 절두원추 표면(304)의 내측에서 측면으로 배치된 아치형 광 반사면(314)을 포함한다. 표면(314)은 광학 요소(300)의 중심 축(CA) 주위에서 원주 방향으로 연장하고 중심 축(CA)에 대하여 실질적으로 대칭이다. 비록 자유 형태 곡선으로 도시되어 있지만, 아치형 광 반사면(314)은 도 11의 각도 α2, α3, α4, α5 및 α6와 관련하여 또한 설명될 수 있다. 이러한 각각의 각도(αi)는 도 11에 도시된 바와 같이 10, 20, 30, 40 및 50의 위치에서 표면(314)에 접하는 선의 측면 방향(L)에 관한 각도를 나타낸다. 상기 10, 20, 30, 40 및 50의 위치는 중심 축(CA)과 측면 방향(L)을 포함하는 평면 내에 있고 표면(314)을 따라 등거리만큼 각각의 위치로부터 이격된다.
하나의 예시적인 실시형태에 있어서, α2는 약 51도이고, α3는 약 43도이고, α4는 약 33도이고, α5는 약 23도이며, α6는 약 15도이다. 다른 예시적인 실시형태에 있어서, α2는 약 46도 내지 약 56도의 범위에 있고, α3는 약 38도 내지 약 48도의 범위에 있고, α4는 약 28도 내지 약 38도의 범위에 있고, α5는 약 18도 내지 약 28도의 범위에 있으며, α6는 약 10도 내지 약 20도의 범위에 있다. 반사면(314)에 대하여 다른 형상도 또한 사용할 수 있다.
도 10 및 도 11에 도시되어 있는 것처럼, 광학 요소(300)는 중심 축(CA)에 대하여 실질적으로 대칭이고 중심 축(CA) 주위에서 원주 방향으로 연장하는 한 쌍의 인접하는 절두원추 표면(340, 342)을 또한 포함한다. 표면(340, 342)은 아치형 광 반사면(314)과 절두원추 표면(304) 사이에 접속된다.
광학 요소(300)는 중심 축(CA)을 따라 실질적으로 대칭 방식으로 위치되고 가장자리(324)에서 아치형 광 반사면(314)에 접속된 원추형 표면(322)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 표면(322)은 0도의 방향으로 중심 축(CA)을 따라 돌출한다. 가장자리(324)는 10의 위치와 일치한다.
아치형 광 반사면(314)은 광학 요소(300)의 몸체(320) 구성에 사용되는 물질과는 다른 고 반사성 물질로 커버 또는 코팅될 수 있다. 예를 들면, 표면(314)은 금속화되거나 또는 예컨대 알루미늄, 은 또는 다른 반사성 금속의 코팅으로 커버될 수 있다. 다른 물질 및/또는 기술도 또한 사용될 수 있다. 유사하게, 원추형 표면(322)도 또한 몸체(320)의 구성에 사용되는 물질과는 다른 고 반사성 물질로 커버 또는 코팅될 수 있다.
도 12는 광학 요소(300)를 LED(315, 317, 319)를 포함한 3개의 광원에 밀접하게 배치함으로써 얻어지는 시뮬레이트 결과를 나타낸다. 예를 들면, 광선(326)은 수광면(302)을 통과하고, 몸체(120)의 물질을 통과하며, 표면(338, 304)을 통과하고, 아치형 광 반사면(314)으로부터 상이한 각도로 반사된다. 광선(328)은 수광면(302)을 통과하고, 그 다음에 상이한 각도로 원추형 표면(322)을 통과한다. 일부 광선(330)은 수광면(302)을 통과하고, 그 다음에 한 쌍의 절두원추 표면(340, 342) 중의 어느 하나 또는 양측 표면을 통해 광학 요소(300)를 빠져나간다.
광학 요소(300) 및 이 광학 요소(300)에 인접하게 배치된 하나 이상의 LED(315, 317, 319)를 포함한 조명 장치는 예시적인 실시형태(100)와 관련하여 도 13에 도시한 디퓨저(136)와 유사한 디퓨저를 또한 포함할 수 있다. 광학 요소(300)는 광학 요소(300)를 위치시키고 지지하기 위해 사용되는 복수의 다리(344)를 구비한다.
앞의 실시형태와 마찬가지로, 광학 요소(300)는 LED 광원으로부터 이용할 수 있는 것보다 더 균일한 광 분산을 제공하도록 구성된다. 도 6을 이용하여 위에서 설명한 것과 유사한 방식으로, 광학 요소(100) 및 위에서 설명한 표면들은 0∼135도의 범위에 걸쳐 중심 축(CA)으로부터 상이한 각도로 측정한 광도의 변화가 0∼135도에 걸쳐 고정 거리에서 측정한 평균 광도로부터 ±20%를 넘지 않도록 구성된다. 다른 예시적인 실시형태에 있어서, 상기 광도 변화는 평균 광도로부터 ±10%를 넘지 않는다.
지금까지의 설명은 최상 모드를 포함한 본 발명을 설명하고, 이 기술에 숙련된 사람이 임의의 장치 또는 시스템을 제작 및 이용하고 임의의 통합된 방법을 수행하는 것을 포함한 본 발명을 실시할 수 있도록 하기 위해 각종 예를 사용하고 있다. 본 발명의 특허 범위는 첨부된 특허 청구범위에 의해 정의되고, 이 기술에 숙련된 사람이 생각할 수 있는 다른 예들을 포함한다. 그러한 다른 예들은, 만일 그 예가 특허 청구범위의 문자 언어로부터 상이하지 않은 구조적 요소를 포함하고 있으면, 또는 그 예가 청구범위의 문자 언어로부터 비실질적인 차이를 가진 등가적인 구조적 요소를 포함하고 있으면, 특허 청구범위의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims (19)

  1. 조명 장치에 있어서,
    적어도 하나의 발광 다이오드와;
    상기 적어도 하나의 발광 다이오드에 인접하게 배치되고 중심 축 및 이 중심 축에 실질적으로 수직한 횡축을 정의하며, 상기 중심 축 주위에서 원주 방향으로 연장하는 광학 요소
    를 포함하고, 상기 광학 요소는,
    상기 중심 축에 대하여 실질적으로 대칭이면서 상기 적어도 하나의 발광 다이오드에 인접하게 배치된 볼록 수광면과;
    상기 볼록 수광면의 외측에서 측면으로 배치되고 상기 중심 축에 대하여 실질적으로 대칭인 절두원추형 광 투사면과;
    상기 절두원추형 광 투사면의 내측에서 측면으로 배치되고 상기 중심 축에 대하여 실질적으로 대칭이며, 상기 중심 축을 따라 상기 볼록 수광면으로부터 이격된 아치형 광 반사면
    을 포함한 것인 조명 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광학 요소는 상기 적어도 하나의 발광 다이오드로부터의 광이 0∼135도의 각도 범위에 걸쳐서 측정한 평균 광도로부터 ±20%를 넘지 않는, 0∼135도의 각도 범위에 걸쳐서 중심 축(CA)으로부터 상이한 각도로 측정한 광도에서의 변화를 갖는 상기 광학 요소로부터 방출되도록 구성된 것인 조명 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광학 요소는 상기 중심 축에 대하여 실질적으로 대칭인 방식으로 구성되고 상기 아치형 광 반사면에 접속된 원추형 표면을 더 포함한 것인 조명 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 원추형 표면은 상기 중심 축 주위에서 원주 방향으로 연장하는 플루트(flute)를 포함한 것인 조명 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 아치형 광 반사면은 금속화된 것인 조명 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 아치형 광 반사면은 고 반사성 물질로 코팅된 것인 조명 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 광학 요소는 상기 중심 축에 실질적으로 수직하고 상기 횡축에 실질적으로 평행한 평면 내에 배치된 평탄한 광 투사면을 더 포함하고, 상기 평탄한 광 투사면은 상기 절두원추형 광 투사면 및 상기 아치형 광 반사면과 접속되며, 상기 평탄한 광 투사면은 상기 중심 축 주위에서 원주 방향으로 연장하는 것인 조명 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 평탄한 광 투사면은 상기 중심 축 주위에서 원주 방향으로 연장하는 플루트를 포함한 것인 조명 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 광학 요소 및 상기 적어도 하나의 발광 다이오드 주위에 배치된 디퓨저를 더 포함하고, 상기 디퓨저는 상기 광학 요소 및 상기 적어도 하나의 발광 다이오드로부터 수신된 광선을 산란시키도록 구성된 것인 조명 장치.
  10. 적어도 하나의 발광 다이오드와;
    상기 적어도 하나의 발광 다이오드에 인접하게 배치되고 중심 축 및 이 중심 축에 실질적으로 수직한 횡축을 정의하며, 상기 중심 축 주위에서 원주 방향으로 연장하는 광학 요소
    를 포함하고, 상기 광학 요소는,
    상기 중심 축에 대하여 실질적으로 대칭이면서 상기 적어도 하나의 발광 다이오드에 인접하게 배치되며, 상기 중심 축과 예각을 형성하는 수광면과;
    상기 중심 축에 대하여 실질적으로 대칭이고 상기 중심 축을 따라 상기 수광면으로부터 이격된 광 투사면과;
    상기 광 투사면과 접속되고 상기 중심 축에 대하여 실질적으로 대칭인 절두원추형 표면과;
    상기 절두원추형 표면의 내측에서 측면으로 배치되고 상기 중심 축에 대하여 실질적으로 대칭이며, 상기 중심 축을 따라 상기 수광면으로부터 이격된 아치형 광 반사면
    을 포함한 것인 조명 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 광학 요소는, 상기 적어도 하나의 발광 다이오드로부터의 광이 0∼135도의 각도 범위에 걸쳐서 측정한 평균 광도로부터 ±20%를 넘지 않는, 0∼135도의 각도 범위에 걸쳐서 중심 축(CA)으로부터 상이한 각도로 측정한 광도에서의 변화를 갖는 상기 광학 요소로부터 방출되도록 구성된 것인 조명 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 광 투사면은 절두원추형이고 상기 중심 축과 둔각을 형성하는 것인 조명 장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 광 투사면은 볼록한 것인 조명 장치.
  14. 제10항에 있어서, 상기 광학 요소는 상기 중심 축을 따라 실질적으로 대칭인 방식으로 위치되고 상기 아치형 광 반사면에 접속된 원추형 표면을 더 포함한 것인 조명 장치.
  15. 제10항에 있어서, 상기 아치형 광 반사면은 금속화된 것인 조명 장치.
  16. 제10항에 있어서, 상기 아치형 광 반사면은 고 반사성 물질로 코팅된 것인 조명 장치.
  17. 제10항에 있어서, 상기 광학 요소 및 상기 적어도 하나의 발광 다이오드 주위에 배치된 디퓨저를 더 포함하고, 상기 디퓨저는 상기 광학 요소 및 상기 적어도 하나의 발광 다이오드로부터 수신된 광선을 산란시키도록 구성된 것인 조명 장치.
  18. 제10항에 있어서, 상기 수광면으로부터 연장하며 상기 광학 요소를 지지하도록 구성된 복수의 다리를 더 포함한 조명 장치.
  19. 적어도 하나의 발광 다이오드를 구비한 조명 장치용의 광학 요소에 있어서,
    상기 광학 요소는 상기 적어도 하나의 발광 다이오드에 인접하게 배치되고, 중심 축 및 이 중심 축에 실질적으로 수직한 횡축을 정의하며, 상기 중심 축 주위에서 원주 방향으로 연장되고, 상기 광학 요소는,
    상기 중심 축 주위에서 원주 방향으로 연장하고 상기 적어도 하나의 발광 다이오드 부근에 배치되도록 구성된 수광면과;
    가로 방향을 따라 상기 수광면으로부터 이격되고 상기 중심 축 주위에서 실질적으로 대칭인 방식으로 원주 방향으로 연장하는 절두원추형 표면과;
    상기 절두원추형 표면의 내측에서 측면으로 배치되고 상기 중심 축 주위에서 실질적으로 대칭인 방식으로 원주 방향으로 연장하는 아치형 광 반사면
    을 포함하고,
    상기 광학 요소는, 상기 적어도 하나의 발광 다이오드로부터의 광이 0∼135도의 각도 범위에 걸쳐서 측정한 평균 광도로부터 ±20%를 넘지 않는, 0∼135도의 범위에 걸쳐서 상기 중심 축(CA)으로부터 고정 거리에서 측정한 광도에서의 변화를 갖는 상기 광학 요소로부터 방출되도록 구성된 것인 광학 요소.
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