Fabrication and Performance Evaluation of MR-16 Lamp Series with Narrow Angular Distribution of Luminous Intensity Using an Aspherical Planar-convex 2×2 Fly-eye Lens Type

This paper reports the optical design of the MR-16 lamp series with a LED second lens and an aspherical plano-convex lens suitable for a simple and rapid injection molding fabrication method. The fabrication and performance evaluation of the MR-16 lamp series, which was designed with a narrow angular distribution of luminous intensity, were conducted to replace halogen lamps with LED lamps. Four types of LED lamps were fabricated, which have angular distributions of luminous intensity of $22.4^{\circ}$, $31.1^{\circ}$, $37.3^{\circ}$, and $59.9^{\circ}$ and luminous efficiencies of 76.5 lm/W, 75.2 lm/W, 72.0 lm/W, and 77.8 lm/W, respectively, while their spreading angles with an illuminance uniformity of 81% were $3^{\circ}$, $15^{\circ}$, $22^{\circ}$, and $49^{\circ}$, respectively. After eliminating a yellow tail of the LED lamps using a diffusion sheet, the angular distributions of the luminous intensity were measured to be $20.8^{\circ}$, $31.5^{\circ}$, $37.8^{\circ}$, and $68.7^{\circ}$.

평면-비구면 2×2 fly-eye 렌즈형태의 2차 렌즈를 사용한 고효율의 좁은 배광각을 갖는 MR-16 램프 시리즈 제작 및 성능평가

본 연구에서는 간편하고 빠른 사출성형을 위하여 한쪽이 평면인 비구면 형상을 갖는 단일 fly-eye 렌즈형태의 2차 렌즈를 사용하는 MR-16 램프 시리즈의 설계를 보고하고자 한다. 인테리어 조명용 할로겐 램프를 대체하기 위해 효율이 높고 좁은 배광각을 갖도록 MR-16 램프용 광학계를 설계하여 이를 제작하고 성능을 확인하였다. 광학설계용 소프트웨어는 ORA사의 CODE V와 LightTools를 사용하였다. 그 결과, 제작된 MR-16 램프의 배광각은 $22.4^{\circ}$, $31.1^{\circ}$, $37.3^{\circ}$, $59.9^{\circ}$였으며, 광효율은 각각 76.5 lm/W, 75.2 lm/W, 72.0 lm/W, 77.8 lm/W 이고, 복사 균제도 81%에서 발산각은 $3^{\circ}$, $15^{\circ}$, $22^{\circ}$, $49^{\circ}$이다. 그리고 제작된 MR-16 램프에 확산시트를 2차 렌즈와 LED사이에 확산 시트를 적용하여 황색 띠를 제거한 후의 배광각은 각각 $20.8^{\circ}$, $31.5^{\circ}$, $37.8^{\circ}$, $68.7^{\circ}$로 측정되었다. 실험적으로 2차 렌즈를 같은 렌즈 4개를 붙이는 형식으로 fly-eye 형태로 함으로써 설계 및 제작이 용이하며 배광각과 균일한 조도 분포를 갖는데 있어서 문제가 없다는 것을 알 수 있었다.