KR101128284B1

KR101128284B1 - Ｌｅｄ용 집광 렌즈

Info

Publication number: KR101128284B1
Application number: KR1020090115793A
Authority: KR
Inventors: 최무길; 김진호; 오진택; 서동진
Original assignee: 주식회사 세코닉스
Priority date: 2009-11-27
Filing date: 2009-11-27
Publication date: 2012-04-12
Also published as: KR20110059149A

Abstract

본 발명은 두께가 감소된 LED용 집광 렌즈에 관한 것으로, 본 발명은, 렌즈 후방에 위치되는 후방면, 렌즈 전방에 위치되는 전방면, 및 후방면과 전방면 사이에 연장되며, 집광 렌즈의 측벽을 형성하는 만곡진 형태의 측면을 포함하는 몸체부로 형성된 LED용 집광 렌즈에 있어서, 몸체부는 후방면의 중앙부에서 전방면을 향해 형성된 원통 형상의 홈부를 더 포함하고, 홈부는, LED로부터 상측 방향을 향한 빛이 입사되는 제1 입사면과, LED로부터 측면 방향을 향한 빛이 입사되는 제2 입사면을 포함하고, 제2 입사면에는 LED로부터 입사된 광을 LED의 광축에 수직인 방향으로 굴절하기 위한 고굴절부가 형성되어 있는 LED용 집광 렌즈를 제공한다.

LED, 집광 렌즈, 굴절, 반사, 사출, 성형, 고굴절부

Description

ＬＥＤ용 집광 렌즈{A CONDENSING LENS FOR LED}

본 발명은 LED용 집광 렌즈에 관한 것으로, 구체적으로 소형의 장치에 사용가능하도록 두께가 얇은 LED용 집광 렌즈에 관한 것이다.

최근 LED(발광 다이오드) 소자를 이용한 조명이 각광 받고 있다. LED 조명은 전구나 형광등에 비하여 소비 전력이 매우 적으며, 또한 백열 전구와 같이 필라멘트 단락 등과 같은 현상이 없기 때문에, 수명은 통상 50,000 ~ 100,000 시간으로 알려져 있으며, 반영구적이라는 장점이 있다. 또한 대부분의 LED는 에폭시 패키징과 같은 소재로 몰딩되어 있기 때문에 충격에 강해 내구성 면에서 우수한 장점을 갖는다.

그러나, 이런 LED 소자는 전술한 장점 이외에, 소자 자체로부터 방사되는 광의 방사각이 170°정도로 매우 넓고, 또한, 광축 중심부에서 조사되는 광에 비해 광축 외측으로 조사되는 광의 세기가 약하기 때문에, 실내 조명으로 사용하기 위해서는 광세기를 균일하게 조절하면서 이를 국부적인 영역으로 조사할 필요가 있다.

이를 위해, 도 1a에 도시한 바와 같은 렌즈 구조가 알려져 있다. 이 렌즈구조에서는 LED로부터 렌즈의 중앙부로 방사되는 빛은 LED의 상층에 형성된 제1 입사면(11)을 통해 방출되고, LED로부터 렌즈의 외측으로 방사되는 빛은 제2 입사면(12)을 통해 반사면(13) 측으로 굴절되고, 반사면(13)에서 반사되어 미리 정해진 각도 범위로 렌즈 외측으로 방사되게 된다.

그러나, 최근 전자기기는 종래의 발광원을 대체하여 LED를 채용한 사례가 점차적으로 증가되고 있으며, 전자기기의 소형화가 진행됨에 따라, 이들 전자기기에 채용되는 LED용 렌즈 역시 소형화가 절실한 실정이다.

다시, 도 1을 참조하면, 이 렌즈 구조에서는 제2 입사면(12)에서 굴절되는 굴절각은 렌즈를 형성하는 재질에 따라 약간의 차이가 있긴 하지만, 근본적으로 굴절각도는 한계가 있기 때문에, 제2 입사면(12)을 경유해 온 빛을 일정 범위 각도로 전반사 시키기 위해서는 최소한의 두께 t₁이 필요하게 된다.

즉, 도 1b와 같이 렌즈의 높이 t2가 너무 작게 형성되는 경우, 제2 입사면(12)의 상단부를 경유하는 경로(P1)의 빛은, 도 1b와 같이 반사면(13)의 반사 제어를 받지 못하고 렌즈 외측으로 출사되어 버리고, 이는 렌즈를 통해 구현하고자 했던 최초의 방사각도 이외로 출사되어 버리는 결과가 되어, 최종적으로 얻어지는 광 효율이 좋지 않고, 또한 최근의 소형화 추세에도 적합하지 않다.

본 발명은 전술한 문제점에 기반하여, 소형이면서 두께가 감소된 LED용 집광 렌즈를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 렌즈 후방에 위치되는 후방면, 렌즈 전방에 위치되는 전방면, 및 후방면과 전방면 사이에 연장되며, 집광 렌즈의 측벽을 형성하는 만곡진 형태의 측면을 포함하는 몸체부로 형성된 LED용 집광 렌즈에 있어서, 몸체부는 후방면의 중앙부에서 전방면을 향해 형성된 원통 형상의 홈부를 더 포함하고, 홈부는, LED로부터 상측 방향을 향한 빛이 입사되는 제1 입사면과, LED로부터 측면 방향을 향한 빛이 입사되는 제2 입사면을 포함하고, 제2 입사면에는 LED로부터 입사된 광을 LED의 광축에 수직인 방향으로 굴절하기 위한 고굴절부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 LED용 집광 렌즈를 제공한다.

LED용 집광 렌즈는 광축을 중심으로 대칭구조를 갖는 2개의 편을 결합하여 형성되며, 원통 형상의 홈부는 상측을 향해 테이퍼진 형상을 갖는다. 제2 입사면에 형성된 고굴절부는 반사면측으로부터 제2 입사면을 향해 돌출된 일련의 톱니 형상될 수도 있다.

또한, 반사면은 전반사 조건으로 이루어져 있으며, 제1 입사면으로 입사되는 광선은 LED에 수직한 광축에 대해 ±45°의 범위 내에서 LED에 의해 방사되는 광선이며, 제2 입사면으로 입사되는 광선은 LED에 수직한 광축에 대해 ±45°의 범위 이외에서 LED에 의해 방사되는 광선이다. 또한 최종 전방면에서 출사되는 광의 출사 각도는 30°~ 60°범위에 있는 것이 바람직하며, LED용 집광 렌즈를 형성하는 편은 사출 성형에 의해 형성된 것이 바람직하다.

전술한 본 발명의 특징적 구성에 따르면, 별도의 작업 공정을 추가할 필요가 없이 렌즈 두께의 소형화 및 소형화에 따른 제조 비용을 감소할 수 있다는 작용효과가 얻어진다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LED용 집광 렌즈(100)의 외관 및 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 LED용 집광 렌즈(100)는 렌즈 후방에 위치되는 후방면(140)과, 렌즈 전방에 위치되는 전방면(120)과, 후방면(140)과 전방면(120) 사이에서 연장되어, 상기 집광 렌즈(100)의 측벽을 형성하는 만곡진 형태의 측면(130)을 포함하는 몸체부(110)로 형성된다.

또한, 몸체부(110)는 후방면(140)의 중앙부에서 전방면(120)을 향해 형성된 원통 형상의 홈부(150)를 더 포함하고, 홈부(150)에는 LED 모듈(도 3의 200)이 안착된다. 또한, 홈부(150)는 후방면(140)의 면적보다 전방면(120)의 면적이 작도록 상측을 향해 테이퍼진 형상으로 형성되며, 바람직하게 대략 4°의 경사 각도를 갖는 것이 바람직하다. 또한 홈부(150) 내부에 LED가 안착됨에 따라 LED로부터 방사되는 빛은 손실 없이 LED 집광 렌즈(100)의 전방면(120)으로 방사될 수 있다.

도 3은 상기 도 2에 도시한 LED용 집광 렌즈(100)를 X-X' 선분을 따라 절취한 단면도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 홈부(150)는 대략 원통인 형상으로 형성되며, 그 하단부는 LED 모듈(200)이 안착되기 위해 개방되어 있다.

LED 모듈(200)로부터 방사되는 빛은 홈부(150)의 상면을 형성하는 제1 입사면(151)과, 홈부(150)의 측벽을 형성하는 제2 입사면(152)을 통과하게 된다. 제1 입사면(151)은 LED 모듈(200)로부터 방사된 대략 중앙부근의 광을 집광한다.

보다 구체적으로 설명하면, 도 3에 도시한 바와 같이, LED 모듈(200)로부터 출사되는 광선 중 LED 모듈(200)의 광축(C)에 대해 약 α가 90°(±45°) 범위 내에 있는 광선, 바람직하게는 α<85°(±42.5°) 범위 내의 광선은 홈부(150)의 제1 입사면(151)을 통해 입사 및 굴절되고, 최종적으로 평탄하게 형성된 전방면(120)을 통해 출사된다.

또한, 도 3에 도시한 바와 같이, LED 모듈(200)로부터 출사되는 광선 중 LED(200)의 광축(C)에 대해 약 α가 90°(±45°) 범위 이외에 있는 광선, 바람직하게는 α>85°(±42.5°) 범위 이외에 있는 주변 광선은 홈부(150)의 제2 입사면(152)을 통해 입사되고, 전반사면으로서 기능하는 몸체부(110)의 측면(130)에서 전반사되며, 최종적으로 평탄하게 형성된 전방면(120)을 통해 출사되게 된다.

이와 같은 구조에서, 제2 입사면(152)은 제1 입사면(151)과 함께 홈부 내에 안착된 LED(200)을 감싸도록 형성됨에 따라, LED(200)로부터 광이 180°로 방사된다고 하더라도 제1 입사면(151)과 제2 입사면(152) 그리고 반사면(130)을 통해 방사되는 광은 손실 없이 렌즈 외부의 소정 영역에 방사될 수 있다.

또한, 홈부(150)의 제2 입사면(152)에는 LED 모듈(200)로부터 출사되어 들어온 광을, 도 4에 도시한 바와 같이, 광축(C)에 수직한 방향으로 굴절시키기 위한 고굴절부(152a)가 더 형성된다.

고굴절부(152a)는 몸체부(130)과 동일한 재질로 홈부(150)의 측벽을 따라 형성되는데, LED 모듈(200)로부터 입사되는 광이 각도가 45°내지 170°(또는 -45°내지 -170°)인 것을 감안하여, 홈부(150)의 측벽에 형성되는 것이 바람직하다.

그러나, 도 1b에 도시한 바와 같이, 홈부(150)의 측벽 중 일정 지점 이상의 높이(임계 높이)에서 굴절된 광이 측면(13)에서 전반사되지 못함을 감안한다면, 홈부(150)의 제2 입사면(152) 중 임계 높이에 해당되는 제2 입사면의 지점으로부터 제1 입사면(151)과의 경계점까지 고굴절부(152a)를 형성할 수도 있다.

제2 입사면(152)에 형성된 고굴절부(152a)는 측면(130)으로부터 제2 입사면(152)측 방향으로 돌출된 형태를 가진 일련의 톱니 형상으로 형성되며, 제2 입사면으로부터 돌출되는 각도는 90°보다 작다. 또한 이 실시예에서 고굴절부는 톱니형상인 것으로 설명되었지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 이와 동일한 기능을 수행하는 다른 형태로도 형성될 수도 있다.

또한, 최종적으로 제1 입사면과 제2 입사면을 통해 전방면으로부터 출사되는 광의 출사 각도는 30°~ 60°범위에 있도록 조절되는 것이 바람직하다.

LED용 렌즈를 저비용 및 대량 생성하기 위한 방법으로, 통상적인 사출 성형을 예로 들 수 있다. 그러나, 본 발명에서와 같이 홈부(150)의 제2 입사면(152) 중 적어도 일부에 고굴절부(152a)를 갖는 LED용 렌즈를 도 5a에 도시한 바와 같이 사출 성형한 후, LED용 렌즈(100)를 성형틀(500)로부터 취출하는 경우, 고굴절부(152a)의 각진 형상으로 인해 렌즈 성형물이 성형틀(500)로부터 빠지지 않는 문 제가 발생하게 된다.

본 발명에서는 전술한 성형상의 문제점을 해결하기 위해, 도 5b에 도시한 바와 같이, 렌즈 성형물(LED용 렌즈(100))이 대칭 구조를 갖는 것에 착안하여, 2피스의 성형틀(501,502)을 이용해서 렌즈(100)의 절반부(100a) 만을 사출 성형한 후, 도 6에 도시한 바와 같이 각각 성형된 2개의 절반부(100a, 100a)를 접착제 등을 사용해 결합함으로써 LED용 렌즈(100)를 완성하였다.

이와 같이 2개의 편으로 이루어지는 동시에 2개의 편을 접착하는 구조를 가진 LED용 렌즈(100)는 접착 공정 이외의 별도의 작업 공정을 거칠 필요가 없기 때문에 별다른 비용의 증가가 필요치 않으며, 또한 렌즈의 홈부 측벽에 형성된 고굴절부로 인해 두께의 소형화가 이루어질 수 있고, 또한 소형화에 따른 재료비용의 절감으로 인해 렌즈의 원가절감이라는 작용효과가 얻어질 수 있다.

이상 본 발명의 실시예에 대해 설명하였지만, 각종 변형 및 변경이 본 발명의 범위내에서 이루어질 수 있다. 일례로, 도 7은 본 발명의 변형예 중 일부를 나타낸 도면으로, 각각의 렌즈편(100a,100b)는 서로 상이한 모습으로 성형될 수 있다. 이 경우 렌즈편(100a)의 접착면(B1)과 렌즈편(100b)의 접착면(B2)이 서로 접착됨에 따라, 도 6에 도시한 본 발명의 실시예에 비해 보다 강한 접착력을 얻을 수 있다는 이점이 있지만, 도 6의 실시예에 비교하여 렌즈편(100a,100b) 각각을 사출 성형해야 하는 불편함이 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 게시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아닌 설명을 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

따라서 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1a는 종래 LED용 렌즈 구조를 도시한 도면.

도 1b는 종래 LED용 렌즈 구조에서 두께를 감소시킨 구조를 도시한 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LED용 렌즈 구조를 개략적으로 도시한 도면.

도 3은 도 2에 도시된 LED용 렌즈를 선분 X-X'를 기준하여 절단한 단면도.

도 4는 도 3에 도시한 단면 구조를 갖는 LED용 렌즈에서 광의 경로를 개략적으로 도시한 도면.

도 5a는 본 발명에 따른 LED용 렌즈를 사출성형하기 위한 일례를 도시한 도면.

도 5b는 본 발명에 따른 LED용 렌즈를 사출성형하기 위한 다른 일례를 도시한 도면.

도 6은 도 5b에 도시한 사출 성형에 의해 사출된 렌즈편을 도시한 도면.

도 7은 본 발명의 변형예의 일례를 도시한 도면.

Claims

렌즈 후방에 위치되는 후방면, 렌즈 전방에 위치되는 전방면, 및 상기 후방면과 전방면 사이에 연장되며, LED용 집광 렌즈의 측벽을 형성하는 만곡진 형태의 측면을 포함하는 몸체부로 형성된 LED용 집광 렌즈에 있어서,

상기 몸체부는 상기 후방면의 중앙부에서 전방면을 향해 형성된 원통 형상의 홈부를 더 포함하고,

상기 홈부는,

상기 LED로부터 상측 방향을 향한 빛이 입사되는 제1 입사면과,

상기 LED로부터 측면 방향을 향한 빛이 입사되는 제2 입사면을 포함하고,

상기 제2 입사면에는 상기 LED로부터 입사된 광을 LED의 광축에 수직인 방향으로 굴절하기 위한 고굴절부가 형성되어 있으며,

상기 제2 입사면을 통해 입사된 빛은 반사면으로 작용하는 몸체부의 측면에서 반사되어 전방면으로 출사되는 것을 특징으로 하는 LED용 집광 렌즈.
제1항에 있어서,

상기 원통 형상의 홈부는 상측을 향해 테이퍼진 것을 특징으로 하는

LED용 집광 렌즈.
제1항에 있어서,

상기 LED용 집광 렌즈는 광축을 중심으로 대칭구조를 갖는 2개의 편을 결합하여 형성한 것을 특징으로 하는

LED용 집광 렌즈.
제1항에 있어서,

상기 제2 입사면에 형성된 고굴절부는 반사면 측으로부터 제2 입사면측으로 돌출된 일련의 톱니 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는

LED용 집광 렌즈.
삭제
제1항에 있어서,

상기 제1 입사면으로 입사되는 광선은 LED에 수직한 광축에 대해 ±45°의 범위 내에서 LED에 의해 방사되는 광선이며,

상기 제2 입사면으로 입사되는 광선은 LED에 수직한 광축에 대해 ±45°의 범위 이외에서 LED에 의해 방사되는 광선인 것을 특징으로 하는

LED용 집광 렌즈.
제1항에 있어서,

상기 전방면으로부터 출사되는 광의 출사 각도는 30°~ 60°범위에 있는 것을 특징으로 하는

LED용 집광 렌즈.
제3항에 있어서,

상기 LED용 집광 렌즈를 형성하는 편은 사출 성형에 의해 형성된 것을 특징으로 하는

LED용 집광 렌즈.