KR20200034537A - 엘이디 서치라이트용 집광렌즈 및 이를 이용한 엘이디 서치라이트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엘이디 서치라이트용 집광렌즈 및 이를 이용한 엘이디 서치라이트를 개시한다.
본 발명에 따른 서치라이트용 집광렌즈는 칩온보드 방식의 각각의 엘이디 광원에 대응되는 복수의 집광렌즈가 배치되는 엘이디 서치라이트용 집광렌즈에 있어서, 상기 각 집광렌즈는;, 원통 홈 형상의 광 입사 구멍의 일측에 오목한 홈 형상으로 구비되는 굴절면 및 이 굴절면과 이격되되 점진적으로 지름이 확장되는 것으로 광 출사면의 직경은 166.6mm이고 두께는 51~52mm 인 전반사면으로 이루어진 몸체; 상기 각각의 엘이디 광원의 광 출사면과 해당 집광렌즈 사이의 거리를 일정하게 유지시키기 위해 상기 몸체의 일측면에 간격을 두고 복수 돌출 형성된 것으로 2~4mm의 두께를 갖는 다리; 상기 엘이디 서치라이트와의 안착을 위해 상기 몸체의 타측면의 외주면의 지름을 확장하여 형성된 플랜지로 구성된다.
또한, 상기 서치라이트용 집광렌즈 이용한 엘이디 서치라이트는 150W급 엘이디 서치라이트로서, 목표지향각 6이내 및 중심광도 800,000cd 이상을 만족시키기 위해, 다수개의 집광렌즈가 칩온보드 방식의 각각의 엘이디 광원에 각각 대응된 채로 어레이되고, 상기 다수개의 집광렌즈의 각각은 요형태의 광 입사 구멍에 형성된 굴절면 및 상기 굴절면과 이격된 전반사면을 포함하는 몸체; 상기 각각의 엘이디 광원의 광 출사면과 해당 집광렌즈 사이의 거리를 일정하게 유지시키기 위해 상기 몸체의 일측면에 형성된 복수개의 다리; 및 상기 엘이디 서치라이트에 설치될 때 쉽게 안착되기 위해 상기 몸체의 타측면의 외주연에 형성된 플랜지;를 포함하고, 상기 몸체의 타측면에서의 광 출사면의 직경은 166.6mm 이고, 상기 몸체의 두께는 51 ~ 52mm 이고, 상기 다리의 두께는 2 ~ 4mm로 구성된다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 엘이디 서치라이트용 집광렌즈 및 이를 이용한 엘이디 서치라이트는 엘이디를 사용하여 높은 중심 광도와 지향각을 충족하면서 종전의 1KW급 할로겐 서치라이트에 대해 낮은 전력소모와 사이즈의 소형화를 통한 설계의 자유도를 높일 수 있는 집광렌즈 및 이를 채용한 150W급 엘이디 서치라이트의 제공이 가능하므로 제품에 대한 경쟁력을 높일 수 있을 뿐만 아니라 경제적인 양산과 공급이 가능하여 소비자의 만족도를 높일 수 있는 유용한 효과가 기대된다.

Description

엘이디 서치라이트용 집광렌즈 및 이를 이용한 엘이디 서치라이트{LED search light lens and LED search light using the same}

본 발명은 엘이디 서치라이트용 집광렌즈 및 이를 이용한 엘이디 서치라이트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 1KW 할로겐 서치라이트를 대체할 수 있는 150W급 엘이디 서치라이트의 집광렌즈 및 이를 이용한 엘이디 서치라이트에 관한 것이다.

일반적으로 서치라이트(Search Light)는 강력한 광원(光源)과 반사경을 조합하여 강렬한 광속(光束)을 고공까지 도달시키는 조명 장치를 일컫는 것으로, 군사용 조명 시스템으로서 야간의 항공기, 선박, 군부대 등을 탐색하기 위한 목적으로 사용될 수 있고, 또한 특정한 지역을 관찰하기 위한 목적의 조명시스템으로서 적용되거나, 건물, 교각 또는 특정한 사물에 대한 경관 조명 시스템, 의료용 조명시스템으로 사용되는 휴대 또는 고정형 조명장치를 일컫는다.

이러한 서치라이트는 일정거리에서 향상된 배광 특성을 갖기 위해서는 반사판(반사경)을 이용하여 지향각을 조절하도록 되어 있으나, 최근 광원으로 널리 사용되는 엘이디의 경우 넓은 배광 특성을 갖는 것으로 인해 지향각을 조절하기 위해서는 집광렌즈 또는 포물경이 필수적이다. 이는 조명의 사용 용도에 따라 광손실을 최소화하고 지향각을 조절함으로써 다양한 분야에 LED를 적용할 수 있다.

집광렌즈는 도 1에서와 같은 전반사 렌즈(TIR Lens; Total Internal Reflection Lens)를 이용하여 설계 될 수 있으며, 상기 전반사(TIR)렌즈란 내부전반사를 이용한 렌즈로서, 전반사면에서의 반사 손실이 거의 없어 높은 광속 효율을 갖는 특징을 갖는다. 따라서 전반사(TIR)렌즈의 굴절면(Refractive Surface)(1)과 전반사면(TIR Surface)(2)의 최적 설계를 통해 높은 중심 광도와 원하는 지향각의 설계가 가능하다.

전반사(TIR)렌즈는 발산하는 LED광을 집속시키기 위한 방법 중 렌즈를 통과한 광선이나 전자선을 평행하게 하는 콜리메이팅(Collimating) 기술을 이용하여 도 2에서와 같이 발산광을 평행광으로 만들어 조사면적을 향해 집속시킨다.

현재 이러한 집광렌즈가 채용된 서치라이트에는 직경이 대략 50mm 이하로 소형인 집광렌즈가 사용된다. 이는 서치라이트의 칩온보드 LED의 소비전력이 매우 적은 경우에 유용할 것이다. 여기서, 칩온보드 LED는 칩온보드(Chip On Board)방식의 LED를 의미한다.

그런데, 1KW 할로겐 서치라이트를 대체하는 150W급 엘이디 서치라이트를 제작하는 경우에는 광원이 되는 칩온보드 LED의 사이즈도 어느 정도 커야 되고, 그에 따라 집광렌즈의 사이즈도 보다 대형화가 되어야 한다.

그런데, 집광렌즈의 원료는 대부분 플라스틱이어서 대형의 집광렌즈 사출시에는 소형의 집광렌즈 사출에 비해 수축변형이 심하다. 이로 인해, 150W급 칩온보드 LED를 광원으로 하면서 원하는 지향각 및 중심광도를 얻기가 어려웠다.

이와 같이, 무작정 칩온보드 LED의 사이즈를 키우고, 집광렌즈의 사이즈를 키운다고 하여 150W급 칩온보드 LED를 광원으로 하면서 원하는 지향각 및 중심광도를 얻을 수가 없다.

그에 따라, 대형의 집광렌즈의 사출시 수축변형이 최소화되면서도 150W급 칩온보드 LED를 광원으로 하면서 원하는 지향각 및 중심광도를 얻을 수 있는 최적 사이즈의 엘이디 서치라이트용 집광렌즈가 필요한다.

특허문헌 1 : 대한민국 등록특허 제10-1849771호(TIR LED 렌즈 및 그 설계 방법) 특허문헌 2 : 대한민국 등록특허 제10-1452217호(서치라이트용 엘이디 탐조등) 특허문헌 3 : 대한민국 공개특허 제10-2015-0145937호(내부 전반사 구조를 가진 준 평행광 렌즈에서 최적화 알고리즘을 통한 3차원 조명 렌즈 설계 방법) 특허문헌 4 : 대한민국 등록특허 제10-1262302호(집적 엘이디가 구비된 서치라이트 조명장치) 특허문헌 5 : 대한민국 공개특허 제10-2015-0081088호(조명용 렌즈) 특허문헌 6 : 대한민국 등록특허 제10-1568267호(다중 광원의 통합 제어용 집광형 렌즈광학계를 포함하는 라인 설계형 LED 집광모듈)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 집광효율을 향상시켜 1KW 할로겐 서치라이트를 대체하면서 높은 중심 광도와 지향각을 충족시킬 수 있도록 하고, 사이즈를 최적화하여 설계의 자유도를 높일 수 있는 150W급 엘이디 서치라이트 및 이에 채용되는 집광렌즈를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시례에 따른 엘이디 서치라이트용 집광렌즈는 칩온보드 방식의 각각의 엘이디 광원에 대응되는 복수의 집광렌즈가 배치되는 엘이디 서치라이트용 집광렌즈에 있어서,

상기 각 집광렌즈는;, 원통 홈 형상의 광 입사 구멍의 일측에 오목한 홈 형상으로 구비되는 굴절면 및 이 굴절면과 이격되되 점진적으로 지름이 확장되는 것으로 광 출사면의 직경은 166.6mm이고 두께는 51~52mm 인 전반사면으로 이루어진 몸체; 상기 각각의 엘이디 광원의 광 출사면과 해당 집광렌즈 사이의 거리를 일정하게 유지시키기 위해 상기 몸체의 일측면에 간격을 두고 복수 돌출 형성된 것으로 2~4mm의 두께를 갖는 다리; 상기 엘이디 서치라이트와의 안착을 위해 상기 몸체의 타측면의 외주면의 지름을 확장하여 형성된 플랜지로 구성되는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 다수개의 집광렌즈는 3개로 구성되고, 서로의 중심 간격이 일정하게 유지되도록 삼각으로 배치되는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 다른 특징으로서, 상기 몸체의 타측면에서의 광 출사면은 평평한 것에 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 각각의 엘이디 광원의 사이즈는 8.6 ~ 9mm인 것에 있다.

상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시례에 따른 엘이디 서치라이트는, 150W급 엘이디 서치라이트로서, 목표지향각 6이내 및 중심광도 800,000cd 이상을 만족시키기 위해, 다수개의 집광렌즈가 COB 방식의 각각의 엘이디 광원에 각각 대응된 채로 어레이되고, 상기 다수개의 집광렌즈의 각각은 요형태의 광 입사 구멍에 형성된 굴절면 및 상기 굴절면과 이격된 전반사면을 포함하는 몸체; 상기 각각의 엘이디 광원의 광 출사면과 해당 집광렌즈 사이의 거리를 일정하게 유지시키기 위해 상기 몸체의 일측면에 형성된 복수개의 다리; 및 상기 엘이디 서치라이트에 설치될 때 쉽게 안착되기 위해 상기 몸체의 타측면의 외주연에 형성된 플랜지;를 포함하고, 상기 몸체의 타측면에서의 광 출사면의 직경은 166.6mm 이고, 상기 몸체의 두께는 51 ~ 52mm 이고, 상기 다리의 두께는 2 ~ 4mm인 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 다수개의 집광렌즈는 3개로 구성되고, 서로의 중심 간격이 일정하게 유지되도록 삼각으로 배치되는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 다른 특징으로서, 상기 몸체의 타측면에서의 광 출사면은 평평한 것에 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 각각의 엘이디 광원의 사이즈는 8.6 ~ 9mm인 것에 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 각각의 엘이디 광원의 소비전력은 44.77W인 것에 있다.

본 발명에 따른 엘이디 서치라이트용 집광렌즈 및 이를 이용한 엘이디 서치라이트는 엘이디를 사용하여 높은 중심 광도와 지향각을 충족하면서 종전의 1KW급 할로겐 서치라이트에 대해 낮은 전력소모와 사이즈의 소형화를 통한 설계의 자유도를 높일 수 있는 집광렌즈 및 이를 채용한 150W급 엘이디 서치라이트의 제공이 가능하므로 제품에 대한 경쟁력을 높일 수 있을 뿐만 아니라 경제적인 양산과 공급이 가능하여 소비자의 만족도를 높일 수 있는 유용한 효과가 기대된다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1은 일반적인 전반사(TIR)렌즈의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 전반사(TIR)렌즈의 레이아웃을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 엘이디 서치라이트용 집광렌즈가 어레이된 모습을 보여주는 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 집광렌즈의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4의 측단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 집광렌즈가 채용되는 엘이디 서치라이트를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 엘이디 서치라이트를 위에서 바라본 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 집광렌즈가 엘이디 서치라이트에 설치된 모습을 보여주는 도면이다.
도 9 내지 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 집광렌즈를 이용한 엘이디 서치라이트에 대한 시뮬레이션 결과를 보여주는 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 즉, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시례에 따른 엘이디 서치라이트용 집광렌즈가 어레이된 모습을 보여주는 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 집광렌즈의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 4의 측단면도이다.

먼저, 본 발명은 1KW 할로겐 서치라이트를 대체하기 위한 것으로서, 150W급 칩온보드 LED를 광원으로 하는 엘이디 서치라이트 및 이에 채용되는 집광렌즈를 구현하는 것을 목표로 한다. 여기서, 칩온보드 LED는 칩온보드(Chip On Board)방식의 LED를 의미한다.

특히, 본 발명은 목표지향각 6이내, 및 중심광도 800,000cd 이상을 만족할 수 있는 엘이디 서치라이트를 구현하는 것으로 하였다.

이를 위해, 본 발명은 도 3에서와 같이 단일의 집광렌즈(60)을 제작한 후에 서로의 중심 간격이 190mm가 되도록 삼각으로 배치한다.

이와 같이 3개의 집광렌즈(60)의 서로간의 중심 간격이 190mm가 되도록 삼각으로 배치된 경우의 전체 사이즈(직경)는 대략 410mm 정도이다.

여기서, 각각의 집광렌즈(60)는 굴절율, 투명도 등의 광학 성질 및 가공성을 고려하여서 플라스틱 재질 또는 광학용 유리 재질로 이루질 수 있다. 예를 들어, 집광렌즈(60)는 환형 올레핀 중합체(cyclo olefin polymer, COP)인 Zeonex E48R 광학 플라스틱, 폴리카보네이트(PC) 수지인 Planet SP1516 광학 플라스틱, 환형 올레핀 중합체인 APEL 광학 플라스틱 중 어느 하나를 채택하거나, 당업계에 널리 알려진 광학용 열가소송 플라스틱재, 실리콘 류 또는 합성수지재 군에서 선택된 재질로 정해질 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 각각의 집광렌즈(60)의 재질을 PMMA로 하였다.

각각의 집광렌즈(60)는 도 4 및 도 5에서와 같이, 요형태의 광 입사 구멍(25)에 형성된 굴절면(1) 및 굴절면(1)과 이격된 TIR면(2)을 포함하는 몸체(10); 대향된 각각의 광원(즉, 칩온보드 LED)(도시 생략)의 광 출사면과 해당 집광렌즈 사이의 거리를 일정하게 유지시키기 위해 몸체(10)의 일측면에 형성된 복수개의 다리(20); 및 엘이디 서치라이트에 설치될 때 쉽게 안착되기 위해 몸체(10)의 타측면의 외주연에 형성된 플랜지(30)를 포함한다.

본 발명에서 목표로 하는 목표지향각 6이내, 및 중심광도 800,000cd 이상을 만족할 수 있는 엘이디 서치라이트를 위해, 도 5에서와 같이 집광렌즈(60)의 각 부분은 다음과 같은 수치로 이루어질 수 있다.

즉, 몸체(10)의 타측면에서의 광 출사면의 직경(L1)(즉, 플랜지(30) 제외)은 166.6mm 이고, 몸체(10)의 두께(L2)(즉, 다리(20) 제외)는 51 ~ 52mm 이고, 다리(20)의 두께(L3)는 2 ~ 4mm 이고, 몸체(10)의 일측면(즉, 광 입사 구멍(25)이 형성된 측면)의 직경(L4)은 91.19mm 이고, 플랜지(30)의 두께(L5)는 2 ~ 3mm이고, 몸체(10)의 타측면의 직경(L6)(즉, 플랜지(30) 포함)은 176mm 이다.

그리고, 목표로 하는 목표지향각 6이내, 및 중심광도 800,000cd 이상을 만족시키기 위해서는 적어도 몸체(10)의 타측면에서의 광 출사면은 평평한 것이 바람직하다. 몸체(10)의 타측면에서의 광 출사면이 평평하지 않고 울퉁불퉁하다면 목표지향값 및 중심광도를 원하는 바대로 얻을 수 없게 된다.

한편, 목표로 하는 목표지향각 6이내, 및 중심광도 800,000cd 이상을 만족시키기 위해서는, 각각의 집광렌즈(60)에 대응된 광원(즉, 칩온보드 LED)의 사이즈(즉, 직경)는 8.6 ~ 9mm 로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 소비전력이 대략 44.77W 인 광원(즉, 칩온보드 LED)의 사이즈를 8.6 mm로 하는 경우 광효율은 대략 87.73 lm/w이고, 총광속은 대략 3927.3 lm이 될 수 있다. 이와 달리, 소비전력이 대략 44.77W 인 광원(즉, 칩온보드 LED)의 사이즈를 8.99 mm로 하는 경우 광효율은 대략 100.1 lm/w이고, 총광속은 대략 4481,4 lm이 될 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 집광렌즈가 채용되는 엘이디 서치라이트를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 도 6에 도시된 엘이디 서치라이트를 위에서 바라본 도면이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 집광렌즈가 엘이디 서치라이트에 설치된 모습을 보여주는 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 엘이디 서치라이트는 도 6에서와 같이 집광렌즈(60)가 수납되는 경통(40), 및 경통(40)의 저면과 연결된 히트싱크(50)를 포함한다.

여기서, 경통(40)의 상면과 하면은 각각 개구되고, 경통(40)의 상부 내측면에는 집광렌즈(60)의 안착이 용이하도록 하는 턱부(40a)가 환형으로 형성된다. 즉, 턱부(40a)에는 집광렌즈(60)의 플랜지(30)가 얹혀지게 된다.

경통(40)과 연결된 히트싱크(50)의 일면에는 광원(즉, 칩온보드 LED)이 실장되는 기판이 밀착되어 있을 것이다. 보통 광원은 기판의 중앙부에 실장된다. 따라서, 도 7에서와 같이 경통(40)을 위에서 내려다 보면 광원(즉, 칩온보드 LED)이 실장되는 부분이 보일 것이다.

그리고, 경통(40)에 집광렌즈(60)를 수납하게 되면 도 8에서와 같이 된다.

본 발명은 목표지향각 6이내 및 중심광도 800,000cd 이상을 만족시키는 150W급 엘이디 서치라이트를 구현하기 위한 것이므로, 결국에는 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명한 엘이디 서치라이트가 3개로 그룹지어져서 최종의 엘이디 서치라이트가 될 것이다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 집광렌즈를 이용한 엘이디 서치라이트에 대한 시뮬레이션 결과를 설명한다.

먼저, 도 9를 참조하여 몸체(10)의 타측면에서의 광 출사면이 평평해야 하는 이유에 대해 설명한다.

도 9에 제시된 본 발명과 비교예들의 결과는 모두 도 3에서와 같이 단일의 집광렌즈(60)을 제작한 후에 서로의 중심 간격이 190mm가 되도록 삼각으로 배치하되, 각각의 집광렌즈(60)에서 몸체(10)의 타측면에서의 광 출사면의 직경(L1)은 166.6mm 이고, 몸체(10)의 두께(L2)는 52mm 이고, 다리(20)의 두께(L3)는 3mm 이고, 몸체(10)의 일측면의 직경(L4)은 91.19mm 이고, 플랜지(30)의 두께(L5)는 3mm이고, 몸체(10)의 타측면의 직경(L6)은 176mm 인 것으로 설정한다. 다리(20)의 두께(L3)가 3mm 라는 것은 광원(즉, 칩온보드 LED)의 광 출사면과 해당 집광렌즈 사이의 거리가 3mm 라는 것이다. 그리고, 광원(즉, 칩온보드 LED)의 사이즈는 8.6 mm인 것으로 설정한다.

도 9를 보면 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에서와 같이 몸체(10)의 타측면에서의 광 출사면이 평평한 경우(K 참조)에는 지향각이 4.83이고, 1개의 집광렌즈에 의한 중심광도는 318,110cd이고, 3개의 집광렌즈에 의한 중심광도는 954,330cd이 되어서, 목표로 하는 목표지향각 6이내, 및 중심광도 800,000cd 이상을 만족시킨다.

이에 반해, 비교예 1에서와 같이 몸체(10)의 타측면에서의 광 출사면이 울퉁불통한 경우(M 참조)에는 지향각이 6.76이고, 1개의 집광렌즈에 의한 중심광도는 174,200cd이고, 3개의 집광렌즈에 의한 중심광도는 522,600cd이 되어서, 목표로 하는 목표지향각 6이내, 및 중심광도 800,000cd 이상을 만족시킬 수 없게 된다.

또한, 비교예 2에서와 같이 몸체(10)의 타측면에서의 광 출사면이 울퉁불통한 경우(V 참조)에는 지향각이 6.86이고, 1개의 집광렌즈에 의한 중심광도는 176,730cd이고, 3개의 집광렌즈에 의한 중심광도는 530,190cd이 되어서, 목표로 하는 목표지향각 6이내, 및 중심광도 800,000cd 이상을 만족시킬 수 없게 된다.

이러한 비교를 통해, 몸체(10)의 타측면에서의 광 출사면이 평평해야 하는 것이 중요함을 알 수 있다.

도 10 및 도 11은 광원(즉, 칩온보드 LED)의 광 출사면과 집광렌즈 사이의 거리만을 조정하여 비교해 본 결과이다. 광원의 광 출사면과 집광렌즈 사이의 거리를 조정하였다는 것은 집광렌즈(60)의 다리(20)의 두께(L3)를 조정하였다는 것이다.

도 10 및 도 11에서는 광원의 광 출사면과 집광렌즈 사이의 거리를 제외한 나머지 부분의 수치는 상술한 도 9에서 설정한 수치를 원용한 것으로 한다.

광원의 광 출사면(즉, 칩온보드 LED의 출사면)과 해당 집광렌즈 사이의 거리가 3mm인 경우에는 지향각이 4.83이고, 1개의 집광렌즈에 의한 중심광도는 318,110cd이고, 3개의 집광렌즈에 의한 중심광도는 954,330cd이 되어서, 목표로 하는 목표지향각 6이내, 및 중심광도 800,000cd 이상을 만족시킨다.

광원의 광 출사면(즉, 칩온보드 LED의 출사면)과 해당 집광렌즈 사이의 거리가 2mm인 경우에는 지향각이 5.26이고, 1개의 집광렌즈에 의한 중심광도는 266,680cd이고, 3개의 집광렌즈에 의한 중심광도는 800,040cd이 되어서, 목표로 하는 목표지향각 6이내, 및 중심광도 800,000cd 이상을 만족시킨다.

광원의 광 출사면(즉, 칩온보드 LED의 출사면)과 해당 집광렌즈 사이의 거리가 1mm 인 경우에는 지향각이 6.15이고, 1개의 집광렌즈에 의한 중심광도는 212,486cd이고, 3개의 집광렌즈에 의한 중심광도는 637,460cd이 되어서, 목표로 하는 목표지향각 6이내, 및 중심광도 800,000cd 이상을 만족시킬 수 없게 된다.

광원의 광 출사면(즉, 칩온보드 LED의 출사면)과 해당 집광렌즈 사이의 거리가 0mm 인 경우에는 지향각이 7.44이고, 1개의 집광렌즈에 의한 중심광도는 150,314cd이고, 3개의 집광렌즈에 의한 중심광도는 450,940cd이 되어서, 목표로 하는 목표지향각 6이내, 및 중심광도 800,000cd 이상을 만족시킬 수 없게 된다.

한편, 광원의 광 출사면(즉, 칩온보드 LED의 출사면)과 해당 집광렌즈 사이의 거리가 4mm인 경우에는 지향각이 4.75이고, 1개의 집광렌즈에 의한 중심광도는 311,030cd이고, 3개의 집광렌즈에 의한 중심광도는 933,090cd이 되어서, 목표로 하는 목표지향각 6이내, 및 중심광도 800,000cd 이상을 만족시킨다.

결국, 목표로 하는 목표지향각 6이내, 및 중심광도 800,000cd 이상을 만족시키기 위해서는, 광원의 광 출사면과 해당 집광렌즈 사이의 거리를 2 ~ 4mm 로 유지하는 것이 중요함을 알 수 있다.

도 12는 집광렌즈의 몸체의 두께(L2)를 조정하여 비교해 본 결과이다.

도 12에서는 집광렌즈의 몸체의 두께(L2)를 제외한 나머지 부분의 수치는 상술한 도 9에서 설정한 수치를 원용한 것으로 한다.

집광렌즈의 몸체의 두께(L2)가 52mm인 경우에는 지향각이 4.82이고, 3개의 집광렌즈에 의한 중심광도는 955,740cd이 되어서, 목표로 하는 목표지향각 6이내, 및 중심광도 800,000cd 이상을 만족시킨다.

집광렌즈의 몸체의 두께(L2)가 51.5mm인 경우에는 지향각이 4.82이고, 3개의 집광렌즈에 의한 중심광도는 955,740cd이 되어서, 목표로 하는 목표지향각 6이내, 및 중심광도 800,000cd 이상을 만족시킨다.

집광렌즈의 몸체의 두께(L2)가 51mm인 경우에는 지향각이 4.82이고, 3개의 집광렌즈에 의한 중심광도는 955,740cd이 되어서, 목표로 하는 목표지향각 6이내, 및 중심광도 800,000cd 이상을 만족시킨다.

결국, 목표로 하는 목표지향각 6이내, 및 중심광도 800,000cd 이상을 만족시키기 위해서는, 집광렌즈의 몸체의 두께(L2)를 51 ~ 52mm 로 유지하는 것이 바람직함을 알 수 있다.

도 13 및 도 14는 광원(즉, 칩온보드 LED)의 사이즈를 조정하여 비교해 본 결과이다. 광원의 사이즈가 다르다고 하더라도 도 13 및 도 14에서의 모든 사이즈의 광원의 소비전력은 44.77W로 동일하고, 총광속 및 광효율이 사이즈에 따라 약간씩 차이날 뿐이다. 즉, 광원의 사이즈가 클수록 총광속 및 광효율의 값은 보다 커진다.

도 13 및 도 14에서는 광원의 사이즈를 제외한 나머지 부분의 수치는 상술한 도 9에서 설정한 수치를 원용한 것으로 한다.

광원의 사이즈가 8.6mm인 경우에는 지향각이 4.83이고, 1개의 집광렌즈에 의한 중심광도는 318,580cd이고, 3개의 집광렌즈에 의한 중심광도는 955,740cd이 되어서, 목표로 하는 목표지향각 6이내, 및 중심광도 800,000cd 이상을 만족시킨다.

광원의 사이즈가 8.99mm인 경우에는 지향각이 5.01이고, 1개의 집광렌즈에 의한 중심광도는 333,140cd이고, 3개의 집광렌즈에 의한 중심광도는 999,420cd이 되어서, 목표로 하는 목표지향각 6이내, 및 중심광도 800,000cd 이상을 만족시킨다.

광원의 사이즈가 9mm인 경우에는 지향각이 5.02이고, 1개의 집광렌즈에 의한 중심광도는 291,320cd이고, 3개의 집광렌즈에 의한 중심광도는 873,960cd이 되어서, 목표로 하는 목표지향각 6이내, 및 중심광도 800,000cd 이상을 만족시킨다.

광원의 사이즈가 10mm인 경우에는 지향각이 5.53이고, 1개의 집광렌즈에 의한 중심광도는 236,420cd이고, 3개의 집광렌즈에 의한 중심광도는 709,260cd이 되어서, 목표로 하는 목표지향각 6이내, 및 중심광도 800,000cd 이상을 만족시킬 수 없게 된다.

광원의 사이즈가 10.4mm인 경우에는 지향각이 5.75이고, 1개의 집광렌즈에 의한 중심광도는 218,630cd이고, 3개의 집광렌즈에 의한 중심광도는 655,890cd이 되어서, 목표로 하는 목표지향각 6이내, 및 중심광도 800,000cd 이상을 만족시킬 수 없게 된다.

광원의 사이즈가 10.8mm인 경우에는 지향각이 5.99이고, 1개의 집광렌즈에 의한 중심광도는 202,840cd이고, 3개의 집광렌즈에 의한 중심광도는 608,520cd이 되어서, 목표로 하는 목표지향각 6이내, 및 중심광도 800,000cd 이상을 만족시킬 수 없게 된다.

광원의 사이즈가 11mm인 경우에는 지향각이 6.12이고, 1개의 집광렌즈에 의한 중심광도는 195,540cd이고, 3개의 집광렌즈에 의한 중심광도는 586,620cd이 되어서, 목표로 하는 목표지향각 6이내, 및 중심광도 800,000cd 이상을 만족시킬 수 없게 된다.

결국, 목표로 하는 목표지향각 6이내, 및 중심광도 800,000cd 이상을 만족시키기 위해서는, 각각의 집광렌즈(60)에 대응된 광원(즉, 칩온보드 LED)의 사이즈를 8.6 ~ 9mm 로 하는 것이 중요함을 알 수 있다.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

한편, 본 발명은 기재된 실시례에 한정되는 것은 아니고, 적용 부위를 변경하여 사용하는 것이 가능하고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10 : 몸체 20 : 다리
30 : 플랜지 40 : 경통
50 : 히트싱크 60 : 집광렌즈

Claims (9)

1. 칩온보드 방식의 각각의 엘이디 광원에 대응되는 복수의 집광렌즈가 배치되는 엘이디 서치라이트용 집광렌즈에 있어서,
   상기 각 집광렌즈는;,
   원통 홈 형상의 광 입사 구멍의 일측에 오목한 홈 형상으로 구비되는 굴절면 및 이 굴절면과 이격되되 점진적으로 지름이 확장되는 것으로 광 출사면의 직경은 166.6mm이고 두께는 51~52mm 인 전반사면으로 이루어진 몸체;
   상기 각각의 엘이디 광원의 광 출사면과 해당 집광렌즈 사이의 거리를 일정하게 유지시키기 위해 상기 몸체의 일측면에 간격을 두고 복수 돌출 형성된 것으로 2~4mm의 두께를 갖는 다리;
   상기 엘이디 서치라이트와의 안착을 위해 상기 몸체의 타측면의 외주면의 지름을 확장하여 형성된 플랜지;
   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 엘이디 서치라이트용 집광렌즈.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 다수개의 집광렌즈는 3개로 구성되고, 서로의 중심 간격이 일정하게 유지되도록 삼각으로 배치된 것을 특징으로 하는 엘이디 서치라이트용 집광렌즈.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 몸체의 타측면에서의 광 출사면은 평평한 것을 특징으로 하는 엘이디 서치라이트용 집광렌즈.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 각각의 엘이디 광원의 사이즈는 8.6 ~ 9mm인 것을 특징으로 하는 엘이디 서치라이트용 집광렌즈.
5. 150W급 엘이디 서치라이트로서,
   목표지향각 6이내 및 중심광도 800,000cd 이상을 만족시키기 위해, 다수개의 집광렌즈가 칩온보드 방식의 각각의 엘이디 광원에 각각 대응된 채로 어레이되고,
   상기 다수개의 집광렌즈의 각각은 요형태의 광 입사 구멍에 형성된 굴절면 및 상기 굴절면과 이격된 전반사면을 포함하는 몸체; 상기 각각의 엘이디 광원의 광 출사면과 해당 집광렌즈 사이의 거리를 일정하게 유지시키기 위해 상기 몸체의 일측면에 형성된 복수개의 다리; 및 상기 엘이디 서치라이트에 설치될 때 쉽게 안착되기 위해 상기 몸체의 타측면의 외주연에 형성된 플랜지;를 포함하고,
   상기 몸체의 타측면에서의 광 출사면의 직경은 166.6mm 이고, 상기 몸체의 두께는 51 ~ 52mm 이고, 상기 다리의 두께는 2 ~ 4mm인 것을 특징으로 하는 엘이디 서치라이트.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 다수개의 집광렌즈는 3개로 구성되고, 서로의 중심 간격이 일정하게 유지되도록 삼각으로 배치된 것을 특징으로 하는 엘이디 서치라이트.
7. 제 5항에 있어서,
   상기 몸체의 타측면에서의 광 출사면은 평평한 것을 특징으로 하는 엘이디 서치라이트.
8. 제 5항에 있어서,
   상기 각각의 엘이디 광원의 사이즈는 8.6 ~ 9mm인 것을 특징으로 하는 엘이디 서치라이트.
9. 제 5항에 있어서,
   상기 각각의 엘이디 광원의 소비전력은 44.77W인 것을 특징으로 하는 엘이디 서치라이트.

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