• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제31권4호
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• pp.267-271
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• 2018

A high directivity TIR (total internal reflection) lens in the UV-A region was designed using a silicone resin, and a UV light source module with a maximum irradiation density of $150mW/cm^2$ was fabricated. The beam angle of the TIR lens was designed to be $8.04^{\circ}$ and the maximum diameter of the TIR lens was Ø13.5. A silicone resin having a UV transmittance of 93% and a refractive index of 1.4 at a wavelength of 365 nm was used, and the lens was manufactured using an aluminum mold, from which silicone could be easily released. The module was fabricated in a metal printed circuit board of COB (chip on board) type using a $0.75{\times}0.75mm^2$ UV chip. A jig was used to adjust the focal length between lens and chip and to fix the position of the lens. The optical characteristics such as illumination distributions of the lens and module were designed using 'LightTools' optical simulation software. The heat dissipation system was designed to use a forced-air cooling method using a heat-sink and fan.

• Journal of the Optical Society of Korea
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• 제20권5호
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• pp.614-622
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• 2016

In this paper, we propose a novel differential equation method for designing a total internal reflection (TIR) LED lens with double freeform surfaces. A complete set of simultaneous differential equations for the method is derived from the condition for minimizing the Fresnel loss, illumination models, Snell’s Law of ray propagation, and a new constraint on the incident angle of a ray on the light-exiting surface of the lens. The last constraint is essential to complete the set of simultaneous differential equations. By adopting the TIR structure and applying the condition for minimizing the Fresnel loss, it is expected that the proposed TIR LED lens can have a high luminous flux efficiency, even though its beam-spread angle is narrow. To validate the proposed method, three TIR LED lenses with beam-spread angles of less than 22.6° have been designed, and their performances evaluated by ray tracing. Their luminous flux efficiencies could be obviously increased by at least 35% and 5%, compared to conventional LED lenses with a single freeform surface and with double freeform surfaces, respectively.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제31권6호
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• pp.433-436
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• 2018

A total internal reflection (TIR) linear lens of size $190(W){\times}5(D){\times}2.1(H)mm^3$ has a directivity of $25^{\circ}$ and was made of a polydimethysiloxane (PDMS) silicone resin with a refractive index of 1.4 and a transmittance of 93% at 365 nm UV wavelength. A light source with a size of $190{\times}25.5mm^2$ was fabricated by installing a TIR linear lens on a chip on board (COB) type LED module mounted with a $1.1{\times}1.1mm^2$ size UV LED. The optical characteristics of the light source showed a maximum irradiation density of $3,840mW/cm^2$ at a working distance of 5 mm and a high uniformity of 91.6% over a $150{\times}25mm^2$ irradiation area. The thermal characteristics of the light source were measured at a supply current of 500 mA. The saturation temperature was reached after 30 min of operation, and measured to be $95^{\circ}C$.

• 조명전기설비학회논문지
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• 제29권11호
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• pp.1-5
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• 2015

In this paper, we propose the optical system design for a medium sized LED marine lanterns which simplifies the multi-layer structure into a single structure. In order to satisfy the target fixed intensity(35,000cd) and vertical divergence($-2.5^{\circ}{\sim}-4.0^{\circ}$, $+2.5^{\circ}{\sim}+4.0^{\circ}$), we use the total internal reflection collimator lens. And a Monte Carlo simulation has been utilized to optimize a condition of a LED package, TIR lens and outside lens. The computer simulation results indicated that this LED marine lanterns can produce of a fixed intensity(35,382cd) and vertical divergence($-3.1^{\circ}{\sim}+2.5^{\circ}$). Using the this optical system, we achieve the target value of LED lanterns.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제17권2호
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• pp.255-264
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• 2022

종래의 spot형 UV경화기는 복수의 렌즈를 이용한 collimator 광학계를 구성하여 광속을 광케이블로 입사하도록 하고 있다. 전달 광 효율을 높이기 위해 3매 이상의 렌즈로 구성된 collimator 광학계가 필요하며 이에 따라 광학계 정렬에 어려움이 있고, 시스템을 컴팩트하게 구현하기 어렵다. 본 연구에서는 3매 렌즈로 구성된 collimator 광학계와 동등한 수준의 스폿 직경 및 광 효율을 구현할 수 있는 단일 TIR 렌즈 collimator 설계하였다. 이를 통해 최소 조도 편차를 갖는 경화 위치에서의 광 효율이 33.2 % 수준으로 참조 collimator 광학계의 성능과 유사한 수준을 확보하였고, 경화면에서의 조도 편차는 18.8 % 수준으로 양호한 성능을 확보하였다. 또한, 이미지 면에서의 조도 평탄화 기능을 갖는 fly-eye lens를 condensing 렌즈 앞단에 배치함으로써, TIR 렌즈만 적용한 경화 광학계와 비교할 때, 유효 경화영역 직경이 5.0 mm에서 3.0 mm 로 줄어 보다 높은 경화 에너지 밀도를 구현할 수 있었으며, 조도 편차는 14.4 % 수준으로 현격히 개선할 수 있음을 확인하였다.

• 반도체디스플레이기술학회지
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• 제23권1호
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• pp.84-87
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• 2024

A water sterilization system is developed utilizing a 275 nm-wavelength LED light source equipped with a TIR lens. The system's light source is constructed by combining a 275 nm-wavelength UVC LED, known for its germicidal properties, with a TIR lens having a direction angle of 6.8 degrees. The optical simulation software 'LightTools' is employed to design and optimize the intensity of deep ultraviolet sterilizing light irradiation, its distribution, and sterilization capacity. In the inactivation experiment with E. coli, the water sterilizer system achieved a sterilization rate of 78.92 % while maintaining a water flow capacity of 50 L/min. Compared to the conventional mercury lamp light source water sterilizer system, the UVC LED water sterilizer system addresses environmental concerns related to mercury usage and offers advantages in terms of lifespan and durability.

• 한국광학회지
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• 제28권6호
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• pp.295-303
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• 2017

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.

• 한국광학회지
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• 제31권2호
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• pp.81-87
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• 2020

본 연구에서는 좁은 지향각, 높은 최대 중심광도를 갖는 탐조등 광학계 설계 기술 연구를 진행하였다. 기존 탐조등 광원인 할로겐램프와 제논램프는 진동과 충격에 취약하며, 크기가 크고 무거워 운반에 많은 어려움이 있다. 또한 탐조등 후면부에 위치한 포물경은 제작 시 광원과 조립 오차에 따른 성능 저하와 낮은 광 효율의 단점을 지니고 있다. 이를 해결하기 위해 본 논문에서는 1 kW 할로겐램프를 150 W급 고출력 COB LED로 대체하고 목표 성능을 만족하기 위한 고효율 TIR 렌즈를 설계하였다. 이후 광학계 사출 시 발생하는 표면 오차를 해결하는 방안으로 TIR 렌즈 어레이를 제시하여 제작 신뢰성을 확보하였다. 설계된 광학계를 바탕으로 시제품을 제작한 후 시중 할로겐램프 탐조등과 성능을 비교하여 광학 성능의 우수함을 확인하였다.

• Journal of the Optical Society of Korea
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• 제20권6호
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• pp.739-744
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• 2016

We have designed a new TIR(Total Internal Reflection) structure for generating an LED lens which can produce a rectangular beam with small divergence angle in two perpendicular directions for an optical guidance system. The lens can control the divergence angle in the horizontal direction to be a small value of about $8^{\circ}$ with a $1mm{\times}1mm$ LED source, also in the vertical direction it can be about $7^{\circ}$, with optical collection efficiency higher than 0.83. After the lens is manufactured, the work demonstrates that the lens is suitable for an optical guidance system.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권10호
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• pp.1189-1193
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• 2012

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.