LED 보안등 2차 렌즈 광학설계 연구

초록

발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)는 수은을 사용하지 않아 친환경적이고, 높은 색 재현성을 갖는 반도체 광원이다. 또한 긴 수 명, 소형, 경량화 그리고 고효율 등의 특성을 갖기 때문에 새로운 광 원으로 각광 받고 있다. LED는 점광원으로 눈부심이 발생하고, 특 정방향으로의 발산각 조절이 어렵기 때문에 조명용 광원이나 선 광 원으로 이용하기 위해서는 사용 목적에 따른 2차 렌즈나 light guide 가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 보안등에 적용되는 LED 2차 렌 즈의 광학적 특성을 연구하고자 한다. LED 보안등 2차 렌즈의 균일 도는 40%, 광효율은 90%를 목표로 하였다. 보안등기구의 설치 높이에 따른 전용면적은 KS규정(KS C 7658)에 따라 결정하였다. LED 보안등과 target까지의 거리는 4 m, 전용면적은 가로X세로의 면적이 8X4 m를 기준하였고, 가로축과 세로축의 배광각을 θH =45deg, θ V=26.56deg로 결정하였다. 균일도를 결정해주기 위해 렌즈형상은 TIR(Total Internal Reflection), freeform surface로 bar타입의 렌즈를 설계하였다. LED광원특성은 surface source의 lambertian type과 LED를 측정한 ray source를 적용하여 비교하였다. 2차 렌즈를 설계하여 전산 모의한 결과 [그림 1]과 같이 surface source는 horizontal과 vertical방향의 균일도는 40%이상으로 모두 만족하였고, ray source의 균일도는 vertical방향만 만족하였다. 또한 두 개의 광원 모두 광 효율은 60%로 목표보다 30%낮은 효율로 목표에 만족하지 못하였다. 향후 연구계획은 bar 타입의 렌즈형상을 곡면이나 freeform형상으로 설계하면 광 효율이 향상될 것으로 기대된다.