본 논문은 UV LED를 이용한 line beam 형성 방법에 대한 연구를 진행하였다. 기존의 linear type UV LED 경화기 광학계는 여러 매의 cylindrical lens로 구성되어 있는데 추후 광학계의 align, 모듈의 대형화, 효율 등에서 문제가 발생할 수 있다. 이런 문제점들의 해결을 위한 대안으로서 cylindrical lens와 마찬가지로 Y축 방향에 대해서만 자유 곡면을 가지는 bar type의 TIR lens를 설계하여 최대조도, 조도 균일도, 광속 효율 등에서의 이점이 있음을 검증하였다.
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.
본 연구는 초소형 광학 시스템을 구현할 수 있는 설계 및 제작의 방법론을 제시하고자 한다. 초소형 광학계에서는 조명 및 결상 광학소자의 성능과 소형화가 조광면의 균질도와 결상 된 이미지의 선명도에 중요한 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 얇은 두께로 실효 광도를 배가시키기 위한 초박형의 LED 빔조형 렌즈를 설계 제작하였다. 상기 렌즈는 중앙부의 비구면렌즈와 외각의 전반사 프레넬 가장자리 부로 구성되어 있다. 설계된 LED 빔조형 렌즈(직경 4.7 mm, 두께 0.6 mm)는 다이아몬드 선삭으로 중앙 비구면부의 전반사(TIR) 가장자리가 정밀하게 가공되었으며, LED 의 빔각을 150 도에서 17.5 도로 축소 시켰다. 다른 광학소자들 마이크로 프리즘, 결상광학용 프레넬 렌즈, 광가이드는 다양한 마이크로 나노 크기의 제조공정으로 일체형으로 성형되었다. 시작품으로 제작된 초소형 광학계($6.8{\times}2.2{\times}2.5mm$)는 마이크로 패턴을 결상의 가능성을 보여주었고, 지문인식용 초소형광학계로서의 성능을 검증하였다.
The purpose of this research is to enhance the luminance of the LED and to improve the implementation of color by mounting an array lens on the LED without special technology in process. The workmanship of key components considering the economical efficiency and the injection molding technology for high quality of the product are essential to achieve it. In this paper, the mold was computer-aided was designed and manufactured by CAM software (NX4) and high speed machining center. the applied final machining conditions were 3,000-5,000mm/min feed speed, 15,000-25,000rpm and ${\Phi}0.3mm$ ball end-mill. And the Flow analysis was performed using the mold flow software(MPI) in order to get uniformity of resin. Injection conditions acquired by the flow analysis and the injection experiment are as follows. The cylinder temperature is $220-260^{\circ}C$, the mold temperature is $70-80^{\circ}C$, the injection time is about 1.2sec, the injection pressure and velocity is each 7.8-14.7Mpa, and the injection velocity is 0.8-1.2m/sec.
LED를 조명용으로 사용하기 적합하도록 Lambertian Type의 백색 LED에 1차 렌즈를 씌어서 일정거리의 작업 면에서 균일한 조도를 얻고자, 광학 설계프로그램인 LightTools 를 이용하여 렌즈의 형태를 모델링하고 시뮬레이션을 통해 LED 광원의 배광분포 등의 광학적 특성을 비교분석함으로써 조도 균제도가 우수한 렌즈의 형태를 얻었다.
Recently, silicone is being used for LED chip lens due to its good thermal stability and optical transmittance. In order to predict residual stresses, which cause optical birefringence and mechanical warpage of silicone, a finite element analysis was conducted for the curing of silicone during molding. For the analysis of the curing process, a dynamic cure kinetics model was derived based on the results of a differential scanning calorimetry (DSC) testing and applied to the material properties for finite element analysis. Finite element simulation results showed that a step cure cycle reduced abrupt reaction heat and showed a decrease in the residual stresses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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