KR101423467B1 - 조명 시스템 - Google Patents

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에버하드 와펜슈미트
디르크 헨테
미하엘 브라가르드
볼프강 오토 부데
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코닌클리케 필립스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 1차 코일(18)을 갖는 기저부(12), 및 1차 코일(18)과 유도적으로 상호작용하도록 적응된 2차 코일(26)을 갖는 적어도 하나의 광 모듈(13, 14)을 포함하는 조명 시스템에 관한 것이다. 본 조명 시스템은, 기저부(12)는 1차 코일(18)을 가지며 평평한 결합 영역(16)을 형성하는 기판(50)을 포함하고, 1차 코일의 권선(winding)은 한 평면에 놓이고, 2차 코일(26)의 권선은 한 평면에 놓이고, 광 모듈(13, 14)은 적어도 하나의 광 소자(20)와 평평한 바닥 표면을 포함하여, 광 모듈(13, 14)이 자신의 평평한 표면을 평평한 결합 영역(16) 상에 두고 위치될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
Figure 112009010764764-pct00001
조명 시스템, 코일, 기저부, 광 모듈, 컨버터

Description

조명 시스템{LIGHTING SYSTEM}
본 발명은 적어도 하나의 1차 코일을 갖는 기저부(base part), 및 1차 코일과 유도적으로 상호작용하도록 적응된 2차 코일을 갖는 적어도 하나의 광 모듈(light module)을 포함하는 조명 시스템에 관한 것이다.
본 기술분야에서, 예를 들어, 유럽 특허 1 319 899 A1에서, LED에 연결된 1차 코일 및 2차 코일을 이용함으로써 발광 다이오드에 유도적으로 전류를 통하게 하는 기술이 공지되어 있다.
일반적으로, 무선 전력공급 및/또는 충전 시스템은 많은 응용에서 자주 사용된다. 이것은 전기 접촉 없이 장치의 전력공급 또는 배터리(또는 커패시터) 충전을 허용한다. 이것은 특히, 화장실 및 병원의 특수실(special room)과 같은 전기 플러그 및 커넥터가 허용되지 않는 환경이나 전기 플러그 및 커넥터가 실용적이지 않는 곳에서 이득이 된다.
무선 전력공급 시스템은 유도성 결합(inductive coupling)의 도움으로 실현된다. 모선 전력공급 시스템의 전력은 예를 들면, 공공 그리드(public grid) 또는 배터리로부터 끌어올 수 있다. 이것은 바람직하게, 소프트-스위칭(soft-switching) 거동을 갖는 공진의 하프-브릿지(half-bridge) 또는 풀-브릿지(full- bridge) 컨버터로서 실현된다. 변압기(transformer)는 유도성 결합을 가능하게 한다. 변압기의 1차 코일을 지나는 전류는 교번 자기장(alternating magnetic field)을 생성한다. 이 교번 자기장은 2차 코일에서 전압을 발생시킨다. 그 후, 정류된 전압은 발광 다이오드와 같은 광원에 직접 공급된다. 위에서 언급한 발광 다이오드뿐만 아니라, 소위, 유기 발광 다이오드(OLED)에 대한 관심이 증가하고 있고, OLED는 높은 잠재성을 갖는 미래의 광원일 것으로 생각된다. 이것은 높은 효율성 및 비용 효율이 높은 제조 때문이다. OLED의 가장 중요한 장점들 중 하나는 폼 팩터(form factor)인데, 이는 OLED가 얇고 평평하기 때문이다.
LED 또는 OLED가 사용될 수 있는 많은 응용에서, LED 또는 OLED 타일들은 자유롭게 위치가능(placeable) 및 크기조정가능(scalable) 하여야 한다. 그러한 응용의 예로는 일반적인 조명 시스템, 디자인 램프 및 장식 조명이 있다.
한가지 문제점으로서, LED 또는 OLED를 갖는 장치는 전력 공급될 필요가 있을 수도 있고, 그것의 배터리가 충전될 필요가 있을 수도 있다. 많은 환경에서, 전기 접촉을 이용한 통상적인 해결책은 오염 또는 습기의 영향을 받는다. 또한, 개방되어 있는 전기 접촉은 단락 위험 또는 감전 위험을 야기한다. 따라서, 무선 유도 충전 방법이 선호된다. OLED의 경우, 폼 팩터(얇고 평평함)는 설계자 및 건축가에게 중요하다. 그러나, 표준 드라이버는 부피가 크다.
WO 01/16995 A, US 5 264 997 A, FR 2 695 285 A3, 및 DE 24 15 086 A1은 적어도 하나의 1차 코일을 갖는 기저부, 및 1차 코일과 유도적으로 상호작용하는 2차 코일을 갖는 적어도 하나의 광 모듈을 갖는 조명 시스템을 개시한다. 1차 코일의 권선은 기판에 평행한 평면에서 확장하고 평평한 결합 영역을 형성한다. 또한, 2차 코일의 권선은 한 평면에 놓여, 광 모듈이 자신의 평평한 표현을 평평한 결합 영역 상에 두고 위치될 수 있도록 한다.
<요약>
상술한 관점에서, 본 발명의 목적은 에너지 절감 조명 시스템, 바람직하게는, LED 또는 OLED를 갖는 조명 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 이러한 목적 및 그 외의 목적은 본원 청구범위의 독립 청구항의 특징에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시예는 본원 청구범위의 종속 청구항들의 특징에 의해 설명된다. 본 발명의 조명 시스템은 위에서 언급한 조명 시스템에 기초한 것인데, 이 조명 시스템에서, 기저부는 1차 코일을 가지며 평평한 결합 영역을 형성하는 기판을 포함하고, 1차 코일의 권선(winding)은 한 평면에 놓이고, 2차 코일의 권선은 한 평면에 놓이고, 광 모듈은 적어도 하나의 광 소자와 평평한 바닥 표면을 포함하여, 광 모듈이 자신의 평평한 표면을 평평한 결합 영역 상에 두고 위치될 수 있도록(placeable) 한다. 바람직하게, 광 모듈은 2차 코일에 결합된 컨버터 유닛, 바람직하게는, 정류기 회로를 포함한다. 광 소자는 LED 또는 OLED, 또는 LED들 또는 OLED들의 어레이일 수 있다.
환언하면, 본 발명은 평평한 1차 코일을 갖는 기판을 가진 기저부를 제공하는데, 1차 코일의 권선 회전(winding turns)은 기판에 평행한 평면에서 확장한다. 이전의 해결책에서는, 변압기(transformer)의 1차 코일은 그 권선이 3차원으로 확장하는 원통 모양을 갖는다.
본 발명에 따른 1차 코일의 장점은 응용 분야가 넓어질 수 있다는 것이다.
또한, 광 모듈은 2차 코일의 권선도 광 모듈의 평평한 표면에 평행한 한 평면에 놓인다는 사실 때문에 더 작은 폼 팩터를 갖고 설계될 수 있다.
이제 어떠한 전기 접촉도 없이 매우 작은 광 모듈을 설계하는 것이 가능하다. 광 모듈은 기저부의 평평한 결합 영역 상에 위치하기만 하면 되고, 1차 코일과 2차 코일 사이의 전자기장을 이용함으로써 무선으로 전력 공급될 수 있다.
1차 코일 및 2차 코일은 매우 비용 효율이 높은 제조를 허용하는 (구리, 은 등의 도전성 재료로 구성된) 인쇄 회로 라인으로서 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 장점은, 기판 및 그 위의 전자 구성요소들을 갖는 기저부가 매우 컴팩트하게 형성되어 기저부를 예를 들어, 일반적으로 매우 얇은 물체들인 직물(textile), 벽지, 거울, 커튼 또는 바닥재와 같은 매우 많은 물체 내에 통합하게 할 수 있다는 것이다.
일반적으로, 본 발명의 해결책은 이전의 해결책과 비교하여 더 적은 제약을 갖고서 조명 시스템을 설계할 수 있게 한다.
바람직한 실시예에서, 기저부는 복수의 바람직하게 유사한 결합 영역들(a plurality of preferably similar coupling areas)을 정의하는, 바람직하게, 어레이로서 배열된 복수의 1차 코일을 포함한다.
환언하면, 기저부는 일례로서 체스 보드와 같이 배열된 복수의 결합 영역을 포함한다. 물론 직사각형이든 원형이든 다른 형태도 고려할 수 있다. 평평한 표면을 갖는 광 모듈은 복수의 유사한 결합 영역들 중 어느 영역에라도 놓일 수 있어, 조명 시스템의 설계자 또는 사용자가 하나 이상의 광 모듈을 배열할 다양한 가능성을 갖도록 한다.
다른 바람직한 실시예에서, 기저부 및/또는 광 모듈은 연질 자성판을 포함한다.
이 수단은, 코일의 자기장이 나머지 회로로부터 차폐되고, 코일의 권선 내의 자속 밀도(magnetic flux density)가 향상되어 더 높은 출력 전압과 더 양호한 결합(coupling)을 획득한다는 장점을 갖는다. 연질 자성 재료는 페라이트 판(ferrite plate), μ-금속(μ-metal) 등일 수 있지만, 바람직하게는, 인쇄 회로판에 적층될 수 있는 재료, 예를 들어, 가소성 페라이트 혼합물(plastic ferrite compound) 또는 구조화된 높은 투과성의 금속박(structured high permeable metal foil)으로 구성된다.
다른 바람직한 실시예에서, 기저부는 바람직하게 100KHz 초과의 기본 주파수를 갖는 AC 전력 공급기를 포함한다. 더 바람직하게는, AC 전력 공급기는 DC 소스, 및 AC 전압을 생성하는 DC-대-AC 컨버터를 포함한다.
이러한 수단은 효율성 관점에서 이득인 것으로 증명되었다. 특히, 수동 구성요소는 치수(dimension)가 더 작아질 수 있다.
다른 바람직한 실시예에서, 기저부의 1차 코일 및/또는 광 모듈의 2차 코일은 emPIC(embedded passive integrated circuit) 기술로 실현된다. 더 바람직하게, 기저부 및 광 모듈의 임의의 또는 모든 수동(passive) 구성요소, 바람직하게는, 인덕터 및 변압기는 emPIC 기술로 실현된다.
이 기술은 각각 1차 코일과 2차 코일의 권선을 형성하는 매우 얇고 비용 효율이 높은 인쇄 회로 라인들을 실현하게 한다. emPIC 기술은 몇몇만 예로 들자면, 특허 출원 EP 05 109 219, EP 05 106 924, EP 03 102 693, EP 03 102 694, EP 03 102 648 또는 EP 03 101 991에 개시되어 있다. 이러한 출원은 본원에서 참조로써 통합된다.
다른 바람직한 실시예에서, 기저부는 결합 영역 내에 위치한 광 모듈을 검출하기 위한 검출기 유닛, 및 광 모듈의 검출에 응답하여 결합 영역에 할당된 1차 코일에 전력을 공급하도록 적응된 스위치를 포함한다.
이 수단은 광 모듈의 2차 코일의 형태의 대응물을 갖는 그러한 1차 코일들에만 전류를 통하게 하기 때문에 에너지가 절감될 수 있다는 장점을 갖는다.
바람직한 실시예에서, 기저부는 결합 영역 내에서 적어도 하나의 광 모듈의 위치를 지정하기 위한 위치지정 소자, 바람직하게는, 기계적 위치지정 소자를 포함한다.
이 수단은 광 모듈이 미리 정의된 위치의 결합 영역 상에 놓여, 1차 코일과 2차 코일 사이의 유도성 결합이 최적이 되도록 할 수 있다는 장점을 갖는다. 또한, 위치지정 소자는 광 모듈을 제자리에 홀딩(holing)한다. 바람직하게, 위치지정 소자는 스냅-인 락(snap-in lock)과 같은 기계적 위치지정 소자로서 제공된다. 그러나, 예를 들어, 기저부와 광 모듈에 제공된 자석을 끌어당기는 것과 같은 다른 위치지정 소자도 가능하다.
바람직한 실시예에서, 기저부 및/또는 광 모듈은 공진 커패시터 및 제어 회로를 포함한다. 더 바람직하게, 광 모듈은 에너지 저장 소자, 바람직하게는, 재충전가능 배터리 또는 수퍼 커패시터(super capacitor)를 포함한다. 더 바람직하게는, 광 모듈은 제어된 전류 및/또는 전압을 적어도 하나의 광 소자, 바람직하게는 OLED 소자에 제공하도록 적응된 컨버터 유닛을 포함한다. 컨버터 유닛은 AC-대-DC 일단 회로(single stage circuit) 또는 AC-대-DC 및 DC-대-DC 2단 회로(dual stage circuit)를 포함한다. 물론, 다른 컨버터 토폴로지도 고려할 수 있지만, 위에서 언급한 토폴로지는 이로운 것으로서 증명되었다.
바람직하게는, 기저부의 DC-대-AC 컨버터, 1차 코일 및 2차 코일, 및 광 모듈의 컨버터 유닛은 공진 컨버터로서 실현된다.
상술한 수단은 실제로 이득인 것으로 증명되었다.
다른 바람직한 실시예에서, 기판은 반도체 기판, 유리 기판, 직물 기판, 플라스틱 기판, 벽지, 거울, 커튼 또는 바닥재이다. 이들이 바람직한 기판이지만, 다른 기판도 채용될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 1차 코일 및/또는 2차 코일은 ITO(indium tin oxide)로 구성되어서, 그 권선 회전은 투명하다.
이 수단은 1차 코일 및/또는 2차 코일이 기판의 투명도에 부정적으로 영향을 끼치지 않고서 유리 등과 같은 투명한 기판 상에서 형성될 수 있다는 장점을 갖는다. 환언하면, 투명한 기판 상에 형성된 1차/2차 코일은 사용자가 볼 수 없다.
바람직한 실시예에서, 기저부 및 광 모듈은 1차 코일 및 2차 코일을 통해 제어 신호를 무선으로 전송하고 수신하도록 적응된 제어기 유닛을 각각 포함한다.
환언하면, 이것은 1차 코일 및 2차 코일이 광 소자에 전류를 통하게 하기 위해 전력을 전송하는 데 뿐만 아니라 기저부와 광 모듈 사이에서 제어 정보를 전송하는 데에도 사용된다는 것을 의미한다. 제어 신호는 예를 들어, 광 모듈의 어느 광 소자가 스위치 온되고 스위치 오프되어야 하는지의 정보를 포함할 수 있다. 제어 신호는 예를 들어, 컬러, 에이전트 보상(ageant compensation) 등에 관한 정보를 더 포함할 수 있다. 제어 신호는 1차 코일에 인가된 AC 전압에 대하여 변조될 수 있다.
본 발명의 조명 시스템은 디자인 램프, 장식 조명, 게임, 퍼즐, 양초("티라이트") 대체물 및 그 외의 많은 적용에 채용될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 기저부 및/또는 광 모듈의 권선은 적어도 두 개의 권선 부분을 포함하고, 각각의 권선 부분은 다층 회로판의 한 계층 상에 놓인 권선 회전을 갖는다.
환언하면, 권선 회전을 갖는 권선은 복수의 부분으로 나누어 진다. 각 부분은 다층 회로판의 한 계층 상에서 형성되는 권선 회전을 갖는다. 따라서, 권선의 권선 회전은 다층 회로판의 병렬 계층들 상에서 제공되는데, 여기서, 인접 계층들의 권선 회전이 예를 들어, 비아에 의해 서로 전기적으로 결합된다. 본 출원이 문맥에서, "평면(plane)"이라는 표현은 수학적으로 정의된 평면이 아니라, 권선이 제공되는 회로판 또는 기판에 의해 정해진 공간적(3차원) 평면으로서 이해해야 한다. 따라서, 본 실시예에 따른 모든 권선 부분은 여전히 평면, 즉, 회로판의 평면에 놓여 있다.
다른 특징 및 장점은 다음의 설명 및 첨부 도면으로부터 알 수 있다.
위에서 언급한 특징 및 이하에서 설명될 특징은 제시된 각각의 조합으로 뿐만 아니라 본 발명의 범주를 벗어나지 않고서 다른 조합들로 또는 단독으로도 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
한 실시예에서, 광 소자(20)는 적어도 하나의 OLED를 포함한다.
다른 실시예에서, 광 모듈(12)은 포스트(91) 내에 배열된다. 광 모듈(14)을 포함하는 포스트(91)는 기저부(12)의 배열을 포함하는 지면 바닥(1) 상에 위치하는, 포스트 벨트(post belt)(92)를 통해 연결된 몇몇 포스트(91)의 배열(9)의 일부분이다. 바람직한 실시예에서, 포스트(91)는 포스트 벨트(92)를 통해 전기적으로 연결된다.
다른 실시예에서, 포스트(91) 내의 광 모듈(14)은 기저부(12)에 의해 충전되는 재충전가능 배터리를 더 포함한다.
대안적인 실시예에서, 광 모듈(14)은 바람직하게 원격 제어를 통해 광 소자(20)를 스위치온/스위치오프하기 위한 적어도 하나의 스위치를 더 포함한다.
본 발명의 실시예는 도면에서 도시되며, 이들 도면을 참조하여 이하의 설명에서 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 조명 시스템의 개략적 평면도.
도 2는 본 발명에 따른 조명 시스템의 블럭도.
도 3은 광 모듈을 검출하기 위한 검출기를 갖는 조명 시스템의 블럭도.
도 4는 제1 면과 제2 면 간의 유도성 결합을 갖는 공진 컨버터의 블럭도.
도 5는 조명 시스템의 개략적 투시도.
도 6은 제2 실시예에 따른 1차 코일을 갖는 기저부의 개략적 평면도.
도 7은 연결된 포스트들의 배열에 전력을 공급하는 데 사용된 조명 시스템의 개략도.
도 1에서, 조명 시스템에 대한 일 실시예가 개략적으로 도시되고 참조 번호 10으로 표시된다. 조명 시스템(10)의 개략도는 본 발명을 이해하기 위해 필요한 기술적 특징들을 설명하기 위한 도시 목적임을 유념한다.
조명 시스템(10)은 실질적으로 두 개의 주요 부분, 즉, 기저부(12)와 적어도 하나의 광 모듈(13)로 구성된다. 본 실시예에서, 광 모듈은 유기 발광 다이오드 모듈(14)(이하, OLED 모듈)로서 제공된다. 유기 발광 다이오드는 본 기술분야에 공지되어 있으며, 예를 들어, LCD에 비해 감소된 전력 요구조건, 폼 팩터, 유연성(flexibility) 및 거의 모든 컬러를 제공하는 가능성 때문에 점점 더 많은 관심을 받는다. 다른 실시예에서, 광 모듈(14)은 LED 모듈일 수 있다.
본 실시예에서 기저부(12)는 인쇄 회로판(도 5의 50)을 홀딩하기 위한 직사각형 모양의 프레임을 포함한다. 인쇄 회로판(50) 상에서, 복수의 결합 영역(16)이 제공된다. 도 1에 도시된 예에서, 4×4 어레이의 결합 영역(16)이 정의되어, 총 16개의 결합 영역이 생긴다. 그러나, 이것은 일례일 뿐이며 결합 영역의 수는 응용에 따라 더 많거나 더 적게끔 달라질 수 있음에 유의해야 한다.
각 결합 영역(16)은 적어도, 라인(19)을 통해 AC-전압을 인가받는 1차 코일(18)을 포함한다. 각 1차 코일은 권선의 복수의 권선 회전을 정의하는 나선형으로 배열된 회로 라인으로 구성된다. 따라서, 1차 코일(18)의 권선 회전은 인쇄 회로판(50)에 평행한 한 평면에서 확장한다. 물론, 회로 라인들은 서로 다른 형태, 예를 들어, 나선형, 직사각형 등으로 배열될 수 있다. 또한, 1차 코일은 복수의 코일 부분 또는 구성요소로 구성될 수 있고, 각 구성요소는 다층의 인쇄 회로판의 한 계층에서 배열된 (권선 회전을 형성하는) 회로 라인을 포함함을 유념한다. 환언하면, 1차 코일은 복수의 권선 부분을 포함하고, 권선 회전을 갖는 각 권선 부분은 다층 회로판의 한 계층 상에 놓인다.
각 결합 영역(16)은 광 모듈(13) 상에서 제공된 대응하는 위치지정 소자와 맞물리도록 적응된 적어도 하나의 위치지정 소자(24)를 더 포함한다. 위치지정 소자(24)는 결합 영역(16) 상에서 광 모듈을 정확히 위치시키는 기능을 한다. 위치지정 소자(24) 자체는 전체로서 스냅-인 핀(snap-in pin)을 수용하기 위해 인쇄 회로판에 제공될 수 있다. 물론, 예를 들어, 인쇄 회로판(50) 및 광 모듈(13) 상의 자성 소자, 또는 임의의 다른 기계적 위치지정 해결책과 같은 다른 가능성도 생각할 수 있다.
각 광 모듈(13)은 결합 영역(16)의 장(field) 크기에 적응된 프레임을 포함한다. 프레임은 또한 전기적 소자가 제공되는 인쇄 회로판(도 5의 54)을 지지한다. 또한, 광 모듈(13)은 적어도 하나의 광 소자, 예를 들어, LED 또는 OLED 소자(20)를 포함한다. 본 실시예에서, 복수의 LED 또는 OLED 소자(20)는 3×3 매트릭스로 제공 및 배열된다. 따라서, 본 광 모듈(13)은 총 9개의 LED 또는 OLED 소자(20)를 포함한다. 그러나, 이 개수는 일례일 뿐이며, 광 모듈(13)은 단 하나의 LED 또는 OLED 소자만 포함할 수도 있고 9개 초과의 LED 또는 OLED 소자를 포함할 수도 있음을 유념한다.
각 광 모듈(13)은 바람직하게 1차 코일(18)과 같이 구조화된(반드시 그러한 것은 아님) 2차 코일(도 5의 26)을 더 포함한다. 특히, 2차 코일(26)은 광 모듈(13)의 인쇄 회로판(54)에 평행한 한 평면에 놓인다. 물론, 2차 코일(26)은 1차 코일(18)을 참조하여 상술한 다층 인쇄 회로판 상에서도 제공될 수 있다. 특히, 2차 코일의 권선 또한, 적어도 2개의 권선 부분으로 나누어질 수 있는데, 복수의 권선 회전을 갖는 각 권선 부분은 다층 회로판의 한 계층에 놓인다. 따라서, 권선 회전을 갖는 권선 부분들은 서로 평행이지만, 여전히 회로판의 평면에서 제공된다.
2차 코일(26)은 무선으로 기저부(12)로부터 광 모듈(13)로 전력을 전송하기 위해 1차 코일(18)과 유도적으로 상호작용하는 기능을 한다.
무선으로 전력을 전송하기 위해, 광 모듈(13)은 결합 영역(16) 상에 위치되어야 한다. 1차 코일(18) 및 2차 코일(26)은 서로 직접 인접하게 놓여, AC가 통하는 1차 코일에 의해 생성된 전자기장이 2차 코일 내에 전류를 유도하도록 해야 한다. 그 후, 이 전류는 광 모듈(13) 및 LED 또는 OLED 모듈(14) 각각의 각 LED 또는 OLED 소자(20)에 전류를 통하게 하는 데 사용된다.
도 1로부터 명백하게, 광 모듈(13)은 복수의 결합 영역(16) 각각 상에 위치할 수 있다. 또한, 기저부(12)는 하나보다 많은 광 모듈(13)을 수용할 수 있다. 예를 들어, 16개의 결합 영역(16) 각각 상에 광 모듈(13)을 위치시키는 것이 가능할 것이다.
도 1에서, 커버판(22)이 부분적으로 도시되어 있는데, 이 커버판(22)은 하나의 결합 영역(16)을 커버하는 데 사용된다.
도 2를 참조하면, 조명 시스템(10)의 전기 구조가 개략적으로 도시되고 이하 에서 설명될 것이다.
기저부(12)는 이미 상술된 바와 같이, 적어도 하나의 1차 코일(18)을 포함한다. 1차 코일(18)은 변압기(28)의 일부분이고, 광 모듈(13)의 2차 코일(26)도 변압기(28)에 속한다.
1차 코일(18)은 DC 전력 공급기(30)에 의해 전력공급되는 DC-대-AC 컨버터(32)와 결합된다. DC-대-AC 컨버터는 DC 전압을 약 100KHz 또는 그 이상의 주파수를 갖는 AC 전압으로 변환시키도록 적응된 것이다.
각 광 모듈(13)은 DC-대-DC 컨버터(36)에 결합되어 있는 AC-대-DC 컨버터(34)에 결합된 2차 코일(26)을 포함한다. 그 후, DC-대-DC 컨버터(36)의 출력은 적어도 하나의 LED 또는 OLED 소자(20)와 결합된다.
AC-대-DC 컨버터(34)는 2차 코일(32)에 의해 인가된 AC 전압을 비제어(non-controlled) DC 전압으로 정류한다. 그 후, 후속하는 DC-대-DC 컨버터(36)는 이 비제어 전압을 LED 또는 OLED 소자(들)(20)에 전력을 제공하는 데 필요한 제어 전류로 변환한다.
위에서 언급한 바와 같이, DC 전력 공급기(30)로부터 광 모듈(13)로의 무선 전력 전송은 1차 코일(18)과 2차 코일(26) 간의 유도성 결합에 의해 수행된다. 바람직한 실시예에서, 이 유도성 결합, 즉, DC-대-AC 컨버터(32), 변압기(28) 및 AC-대-DC 컨버터(34)는 공진 컨버터(60)로서 실현되는데, 그 예가 도 4에 도시된다. 공진 컨버터의 DC-대-AC 컨버터(32)는 전계 효과 트랜지스터로서 제공되고 직렬로 연결된 2개의 스위칭 소자(68)를 포함한다. 트랜지스터(68)에 병렬로, 2개의 커패 시터(69)가 직렬로 배열된다. 코일(18)은 트랜지스터 직렬 연결과 커패시터 직렬 연결의 센터 탭(centre tap)과 결합된다. 1차 코일(18)의 한 인가 라인에서, 추가의 커패시터(70)가 제공된다.
광 모듈(13)의 AC-대-DC 컨버터(34)는 비제어 DC 전압을 제공하는 브릿지 정류기(bridge rectifier)(71)를 포함한다. 2차 코일(26)과 브릿지 정류기(71) 사이의 한 인가 라인에서, 커패시터(70)가 제공된다.
도 1에 도시된 조명 시스템에서, 복수의 1차 코일(18) 각각은 광 모듈(13)이 각각의 결합 영역(16) 상에 위치하는지 여부에 상관없이, 할당된 DC-대-AC 컨버터(32)에 의해 전력공급 받는다. 에너지를 절감하기 위해, 바람직한 실시예에서, 복수의 1차 코일(18) 각각은 선택적으로 스위치온 및 스위치오프될 수 있다. 이것은 DC-대-AC 컨버터(32)와 결합 영역(16)의 1차 코일(18) 사이에 스위치(42)를 제공함으로써 달성될 수 있다. 이 스위치(42)는 사용자에 의해 수동으로 동작될 수도 있고, 바람직한 실시예에서, 광 모듈(13)이 결합 영역(16) 상에 위치하는지 여부에 따라 자동으로 동작될 수도 있다. 그러한 해결책의 개별적인 전기적 블럭도가 도 3에 도시된다. 도 2에 도시된 회로에 더하여, 각각의 결합 영역(16)에 대해 검출기가 제공된다. 검출기는 결합 영역(16) 상의 광 모듈(13)을 검출하도록 적응된 것이다. 광 모듈(13)이 결합 영역(16) 상에 존재하면, DC-대-AC 컨버터와 1차 코일(18) 사이의 스위치(42)가 스위치온된다. 그렇지 않으면, 검출기(40)는 스위치(42)를 스위치오프 상태로 유지한다.
도 5에서, 조명 시스템(10)의 바람직한 구현예가 개략적으로 도시된다. 기 저부(12)는 복수의 1차 코일(18)을 갖는 기판(50), 여기에서는, 인쇄 회로판을 포함한다. 1차 코일(18)은 나선형으로 확장하는 인쇄 회로판 도선으로서 제공된다. 따라서, 권선을 갖는 코일(18)은 기판(50)에 평행한 평면 내에 놓인다. 환언하면, 코일(18)은 매우 평평한 2차원 소자로서 설계된다.
각각의 나선형 코일(18)의 중앙에는, 검출기 및 스위치 회로(72)가 배치된다. 검출기 및 스위치 회로(72)는 그 위에 위치하는 광 모듈(13)을 인식하도록 적응된 것이다. 본 기술분야에서, 광 모듈을 검출하는 다른 가능성들이 알려져 있다. 검출은 기계적, 자기적, 유도적 및/또는 광학적으로 수행될 수 있다.
또한, 기판(50)은 DC 전력 공급기(30), 및 모든 코일(18)에 요구된 AC 전압을 인가하는 DC-대-AC 컨버터(32)도 갖는다. 기판(50) 아래에 그에 평행하게, 연질-자성판(52)이 배치된다. 연질-자성판은 1차 코일과 2차 코일 사이의 유도성 결합을 향상시키도록 기능한다.
광 모듈(13)은 또한, 2차 코일(26)이 제공되는 인쇄 회로판의 형태의 기판(54)을 포함한다. 이 바람직한 실시예에서, 2차 코일(26)은 2차원의 평평한 2차 코일(56)로서 설계되며, 그것의 나선형으로 확장하는 권선은 기판(54)에 평행한 평면 내에 놓인다. 2차 코일(56)의 권선 회전 수는 응용 목적, 바람직하게는, 요구된 전압의 레벨에 따라 선택된다.
기판(54) 위에, 위에서 언급된 연질-자성판(52)과 동일한 목적으로 기능하는 연질-자성판(58)이 배치된다.
광 모듈(13)은 인쇄 회로판 상에 배열되고, 공진 커패시터(62), 정류기(64) 및 재충전가능 배터리(66)를 포함하는 회로를 더 포함한다.
배터리(66)는 도 5에 도시되지 않은 하나 이상의 LED 또는 OLED 소자(20)에 전력공급(supply)한다. 회로는 추가로, 광 모듈의 LED 또는 OLED 소자(20)의 스위치를 제어하기 위한 제어 장치를 포함할 수 있다.
전체 시스템을 얇게 유지하기 위해, 1차 코일(18) 및 2차 코일(26) 뿐만 아니라 광 모듈(13)의 회로도 소위, emPIC(embedded passive IC) 토폴로지로 실현하는 것이 바람직하다.
도 6에서, 조명 시스템(10)의 다른 실시예가 도시되며 참조 번호 80으로 표시된다. 상술된 조명 시스템과의 유일한 차이점은 1차 코일(18)의 구조이다. 이 실시예에서, 1차 코일은 제1 도선(82) 및 제2 도선(84)에 의해 형성된다. 제1 도선들(82) 뿐만 아니라 제2 도선들(84)도 서로 평행하게 확장하고, 제1 도선(82)은 제2 도선(84)에 직교로 확장한다. 2차 코일 내의 유도성 결합에 필요한 자기장을 생성하기 위하여, 도 6의 화살표에 의해 표시된 바와 같이, 전류 방향은 3개의 인접 도선마다 엇갈린다. 제2 도선(84)에 대해서도 동일하게 적용된다. LED 또는 OLED 모듈(14)은 도 6에 도시된 바와 같이, 도선(82, 84) 상에 위치하고, 도선(82, 84) 내의 전류에 의해 생성된 자기장은 LED 또는 OLED 모듈(14)의 2차 코일(26) 내의 전압을 유도한다.
위에서 언급한 바와 같이, 광 모듈(13)은 복수의 LED 또는 OLED 소자(20)를 포함할 수 있다. 각 LED 또는 OLED 소자(20)를 선택적으로 스위치하기 위해, 기저부(12)로부터 광 모듈(13)로 제어 신호가 전송된다. 제어 신호의 전송은 무선으로 도 실현될 수 있다. 예를 들어, 제어 신호는 기저부(12)의 DC-대-AC 컨버터(32)에 의해 제공된 AC 전압에 대하여 변조될 수 있다.
이 변조된 제어 신호는 광 모듈(13)의 2차 코일(26)에 연결된 각각의 수신기에 의해 수신될 수 있다. 그러나, 제어 신호를 전송하는 다른 가능성도 가능하다. 신호의 무선 전송의 예로는, RFID, NFC(nearfield communication), 커패시터 결합, 유도성 결합 또는 광 결합이 있다.
도 7에 도시된 다른 실시예에서, 조명 시스템(10)은 많은 공공 장소에서 예를 들어, 대기 행렬을 정리하고 금지 구역을 표시하고 공항, 경기장, 기차역 등의 넓은 장소를 구조화하기 위해 군중 제어 요소로서 사용될 때, 수개의 포스트(post)(91)(벨트 포스트 시스템)의 배열(9)의 일부분으로서의 광 소자(20)에 전력공급을 하는 데 사용된다. 전형적인 응용에서, 벨트 포스트(belt post)(91)는 지면(1) 상에 자유롭게 위치하여, 더 자유롭거나 덜 자유로운 재배열을 가능하게 한다. 여기서, 지면(1)의 바닥재는 적어도 하나의 기저부(12)를 포함하는 한편, 벨트 포스트 시스템(9)의 적어도 하나의 포스트(91)는 2차 코일(26)을 갖는 적어도 하나의 광 모듈(14)을 포함한다. 벨트 포스트 시스템(9)의 안내(guiding) 기능은 예를 들어, 녹색, 적색 또는 황색의 발광 소자(20)를 통하여 추가의 가시 정보를 제공하는 조명 시스템(10)에 의해 지원된다. 그러한 조명 시스템(10)은 또한, 예를 들어, 영화관이나 극장과 같은 어두운 공간에서 포스트(91) 주변 영역, 특히, 포스트(91) 주변의 지면 바닥(1)을 조명하는 데 사용될 수 있다.
기저부(12)와 광 모듈(14) 간의 결합을 가능하게 하기 위해, 포스트 풋(post foot)은 넓은 지면판을 포함하여, 광 모듈(12)의 2차 코일(26)이 지면 바닥(1)의 많은 영역을 커버한다. 벨트 포스트 시스템(9)의 가변성을 향상시키기 위해, 지면 바닥(1)은 기저부(12)의 어레이를 포함할 수 있다. 여기서, 적어도 하나의(그러나, 몇몇 또는 전부일 수도 있음) 포스트(91)는 지면 바닥(1) 내의 이웃하는 기저부(12)에 결합되기 위해 2차 코일(26)을 포함한다.
다른 실시예에서, 포스트들(91)은 리본 내에 짜여지거나 리본에 꿰매어 질 수 있는 적어도 2개의 와이어를 포함하는 구부러질 수 있는 리본(flexible ribbon)으로 만들어진 벨트(92)를 통해 전기적으로 연결된다. 대안적으로, 도전성 접착제를 이용하여 리본 상에 택(tack)이 인쇄될 수 있다. 각 리본은 그 말단 상에 연결 수단을 포함하여, 리본을 다음의 포스트에 연결시킨다. 여기서, 포스트들(91)은 전기 에너지를 공유할 수 있다. 조명 시스템(10)의 기저부(12)를 포함하는 지면 바닥(1)의 영역 외부에 포스트(91)를 위치시키는 것이 가능하다.
다른 실시예에서, 하나 이상의 포스트(91)는 추가로, 임의의 결합된 기저부(12)에 의해 충전될 수 있는 재충전가능 배터리를 갖춘다. 여기서, 연결되지 않은 포스트(91)는 특정 시간량 동안 기저부(12)가 없는 지면 바닥 영역 상에서 사용될 수 있다.
또한, 광 소자(20)는 포스트들(91) 상의 배열에 더하여 또는 그를 대신하여 리본 상에 배열될 수 있다. 광 소자(20)는 예를 들어, 큐(cue)의 이동 방향을 나타내는 러닝 라이트(running light)로서 배열되거나 그것에 연결될 수 있다. 러닝 라이트의 속도는 이동의 긴급성에 대한 표시자일 수 있다.
광 소자(20)는 디스플레이, 예를 들어, 화살표 등과 같은 방향 표시 신호로서 또는 대기하고 있는 사람들에 관한 정보를 제공하는 것으로서 배열될 수 있다.
광 모듈(14)은 포스트 내에 통합된 추가의 스위치를 포함하여, 운영자에 의한 원격 제어를 통해 광 소자(20)를 스위치온/스위치오프할 수 있다. 예를 들어, 포스트(91)는 적색 광 소자(20a) 및 녹색 광 소자(20b)를 포함하는데, 여기서, 적색 소자(20a) 및 녹색 소자(20b)는 개별적으로, 녹색 광일 때에는 "가기", 적색 광일 때에는 "정지"를 나타내도록 스위치될 수 있고, 깜박거리는 광은 위험을 나타낼 수 있다.
광 모듈을 통한 조명 목적과 함께 벨트 포스트 시스템의 가변성을 유지하기 위한 배터리를 통한 대안적인 전력 공급은, 며칠마다 수백 개 이상의 포스트 내의 배터리들을 주기적으로 교환(required periodical exchange)하기 때문에 가능하지 않다.
상술한 관점에서, 광 모듈(13)을 배열하는 데 높은 유연성을 제공하는 매우 유연하고 평평한 조명 시스템(10)이 제공될 수 있음을 유념한다. 또한, 광 모듈(13)에서 사용된 평평한 코일은 OLED 소자의 폼 팩터를 유지하여, 이러한 모듈의 치수가 특히 그 높이에 있어서 감소될 수 있게 한다.
무선 전력은 기저부로부터 각각의 광 모듈에 전송되고, 광 모듈의 평평한 형태는 본 발명의 조명 시스템이 넓은 분야의 응용에서 사용되게 한다. 예를 들어, 본 발명에 따른 조명 시스템은 디자인 램프, 장식 조명뿐만 아니라, 게임, 퍼즐, 양초("티라이트") 대체물 등에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 조명 시스템은 벽지, 커튼, 거울 또는 바닥재 상에서 사용될 수 있다. 1차 코일의 도선이 ITO(tin-doped indium oxide) 기술로 제공되면, ITO 회로 선은 투명하기 때문에, 본 발명의 조명 시스템은 창문 상에서도 사용될 수 있다.

Claims (24)

  1. 조명 시스템에 있어서,
    제1 도선들(82) 및 제2 도선들(84)을 갖는 기저부(12) - 상기 제1 도선들(82)은 서로 평행하게 확장하고, 상기 제2 도선들(84)은 서로 평행하게 확장하고, 상기 제1 도선들(82)은 상기 제2 도선들(84)에 직교로 확장하고, 제1 전류는 상기 제1 도선들(82)을 따라 흐르도록 구성되고, 제2 전류는 상기 제2 도선들(84)을 따라 흐르도록 구성되고, 상기 제1 전류의 방향은 3개의 인접 제1 도선들(82)마다 엇갈리고, 상기 제2 전류의 방향은 3개의 인접 제2 도선들(84)마다 엇갈림 -; 및
    상기 제1 도선들(82) 및 상기 제2 도선들(84)과 유도적으로(inductively) 상호작용하도록 되어 있는 코일(26)을 갖는 적어도 하나의 광 모듈(13, 14)
    을 포함하고,
    상기 기저부(12)는 평평한 결합 영역(16)을 형성하고 한 평면에 놓인 상기 제1 도선들(82) 및 상기 제2 도선들(84)을 가지는 기판(50)을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 광 모듈(13, 14)은 상기 적어도 하나의 광 모듈(13, 14)이 자신의 평평한 표면을 상기 평평한 결합 영역(16) 상에 두고 위치될 수 있도록(placeable), 적어도 하나의 광 소자(20)와 평평한 바닥 표면을 포함하고,
    상기 기저부(12) 및 상기 적어도 하나의 광 모듈(13, 14)은 상기 도선들(82, 84) 및 상기 코일을 통해 제어 신호를 무선으로 전송하고 수신하도록 되어 있는 제어기 유닛을 각각 포함하는 조명 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광 모듈은 상기 코일(26) 및 상기 광 소자(20)에 결합된 정류기 회로(rectifier circuit)(64, 71)를 갖는 컨버터 유닛(34, 36)을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기저부(12) 내의 상기 제1 도선들(82) 및 상기 제2 도선들(84)은 복수의 결합 영역(16)을 정의하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기저부(12) 및 상기 광 모듈(13, 14) 중 적어도 하나는 연질-자성판(soft-magnetic plate)(52, 58)을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기저부(12)는 100KHz 초과의 기본 주파수(fundamental frequency)를 갖는 AC 전력 공급기를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 AC 전력 공급기는 AC 전압을 생성하기 위해 DC 소스(30) 및 DC-대-AC 컨버터(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기저부의 상기 제1 도선들(82) 및 상기 제2 도선들(84), 및 상기 적어도 하나의 광 모듈(13, 14)의 상기 코일(26) 중 적어도 하나는 emPIC(embedded passive integrated circuit) 기술로 실현되는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기저부 및 상기 적어도 하나의 광 모듈의 임의의 또는 모든 수동(passive) 구성요소는 emPIC 기술로 실현되는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기저부(12)는 상기 결합 영역(16) 내에 위치한 상기 적어도 하나의 광 모듈(13,14)을 검출하기 위한 검출기 유닛(40), 및 상기 적어도 하나의 광 모듈의 검출에 응답하여 상기 결합 영역에 할당된 상기 제1 도선들(82) 및 상기 제2 도선들(84)에 전력을 공급하도록 되어 있는 스위치(42)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기저부(12)는 결합 영역 내에서 상기 적어도 하나의 광 모듈의 위치를 지정하기 위한 기계적 위치지정 소자(mechanical positioning element)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광 모듈(13, 14)은 에너지 저장 소자(66), 재충전가능 배터리 또는 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광 모듈(13, 14)의 컨버터 유닛(34, 36)은 제어된 전류 및 전압 중 적어도 하나를 상기 적어도 하나의 광 소자(20)에 제공하도록 되어 있고, 2단 회로(dual stage circuit)로서의 AC-대-DC 컨버터(34) 및 DC-대-DC 컨버터 회로(36), 또는 AC-대-DC 1단 컨버터 회로(single stage converter circuit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 기저부의 DC-대-AC 컨버터, 상기 제1 도선들(82) 및 상기 제2 도선들(84) 및 코일들(18, 26), 및 상기 적어도 하나의 광 모듈의 컨버터 유닛(34, 36)은 공진 컨버터(resonant converter)로서 실현되고, 상기 기저부 및 상기 적어도 하나의 광 모듈 중 적어도 하나는 공진 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  14. 제1항, 제2항 또는 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판(50, 54)은 반도체 기판, 유리 기판, 직물 기판(textile substrate), 플라스틱 기판, 벽지, 거울, 커튼 또는 바닥재 중 하나인 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  15. 제1항, 제2항 또는 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 도선들(82) 및 상기 제2 도선들(84) 및 상기 코일 중 적어도 하나는 ITO(indium tin oxide)로 구성되어서, 그 권선이 투명한 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  16. 제1항, 제2항 또는 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기저부 및 상기 적어도 하나의 광 모듈 중 적어도 하나의 권선은 적어도 두 개의 권선 부분을 포함하고, 각각의 권선 부분은 다층 회로판의 한 계층 상에 놓인 권선 회전(winding turns)을 갖는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  17. 제1항, 제2항 또는 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 소자(20)는 적어도 하나의 OLED를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  18. 제1항, 제2항 또는 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광 모듈(13, 14)은 포스트(post)(91) 내에 배열되는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 포스트(91)는 기저부(12)의 배열을 포함하는 지면 바닥(1) 상에 위치하는, 포스트 벨트(post belt)(92)를 통해 연결된 수개의 포스트(91)의 배열(9)의 일부분인 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 포스트들(91)은 상기 포스트 벨트(92)를 통해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광 모듈(13, 14)은 상기 기저부(12)에 의해 충전되는 재충전가능 배터리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  22. 제1항, 제2항 또는 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광 모듈(13, 14)은 원격 제어를 통해 상기 광 소자(20, 20a, 20b)를 스위치온(switch on)/스위치오프(switch off)하기 위한 적어도 하나의 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
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