KR101754585B1 - 모듈식 ｌｅｄ 전구 - Google Patents

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Abstract

LED 기반 조명 장치 및 그 제작 방법에 관한 발명이다. 상기 조명 장치는 방열판에 설치된 LED 광원, 파워 어댑터 및 컨트롤러를 포함한다. 파워 어댑터는 종래의 백열등 파워 어댑터와 상호교환가능하도록 구성된다. 컨트롤러는 전원이 파워 어댑터를 통해 장치와 연결될 때 LED 광원으로 평균 전류를 제공한다. 평균 전류는 실질적으로 장치에 따른 상기 LED 광원의 변동에 관계 없이 상기 LED 광원이 기결정된 표준 세기의 광을 발생시키도록 한다. 본 발명의 일 태양에서, LED 광원은 직렬로 연결된 복수의 LED(s)를 포함하며, LED(s)는 방열판에 결합되며 서로 와이어 연결에 의해 직렬로 연결되고 방열판의 전도성 트레이스와 연결된다.

Description

모듈식 ＬＥＤ 전구{Modular LED Light Bulb}
발광 다이오드(LEDs)는 가령 백열등 및 형광 광원과 같은 종래의 광원을 대체하기 위한 매력적인 후보이다. LED(s)는 백열등보다 더 높은 광변환 효율을 가지며, 두 가지 형태의 종래 광원들보다 더 수명이 오래간다. 게다가, LED(s)의 광변환 효율은 계속해서 개선되고 있다.
LED는 상대적으로 좁은 스펙트럼 대에서 빛을 산출한다. 따라서, 임의의 색을 갖는 광원을 산출하기 위해서는 다중 LED(s)를 갖는 합성 광원이 일반적으로 이용되거나 단일의 LED로부터의 빛의 일부를 제 2 파장의 빛으로 변환하여 본래의 LED로부터의 빛과 혼합되도록 해야 한다. 예를 들어, 사람의 눈에 백색으로 인지되도록 방출되는 LED 기반 백색 광원은 각 색깔에 맞는 광의 세기를 발생시키는 적색, 청색 및 녹색 발광 LED(s)의 배열로부터의 빛을 결합하여 구성될 수 있다. 대안적으로, 청색 LED로부터의 빛의 일부는 황색 형광체를 여기시켜 백색으로 인지되는 광원을 산출할 수 있다.
LED(s)는 일반적으로 다이(dies)에 전력을 공급하기 위한 파워 단자 및 다이로부터 열을 제거하기 위한 열전달면(heat transfer surface)을 포함하는 어떠한 형태의 기판에 설치된 하나 이상의 다이를 가지는 패키지에 일괄되어 있다. 또한, 상기 패키지는 백색 LED의 경우에는 형광층을 또는 선택할 수 있는 전범위의 색 이상 빛을 방출하도록 설계된 적색, 청색 및 녹색 광원의 경우에는 색을 가진 LED(s)의 상대적 세기를 설정하기 위한 컨트롤러를 포함할 수 있다. 그 다음에 패키지 LED(s)는 전원을 매치하도록 설정된 최종 전구 조립체나 다른 형태의 조명기구로 통합된다. 예를 들어, 종래의 백열 광원을 대체하는 조명기구의 경우 조명기구는 상응하는 백열등에 의해 사용된 종래의 광 소켓을 매치시키는 종래의 베이어넷(bayonet)이나 나사선형의 광 커넥터를 포함할 수 있다.
유감스럽게도, LED의 성능은 LED를 패키지하는 방식에 결정적으로 의존한다. 어떠한 형광체의 코팅뿐만 아니라 LED의 광변환 효율도 LED의 작동 온도 및 작동 방법에 의존한다. 또한, LED 칩과 형광체 코팅의 변동성은 최종 패키지된 LED 성능의 변동성을 가져오기 때문에, 특히 형광체 변환된 LED(s)의 경우에 LED 마다 상당한 변동성이 있다. 패키지된 LED(s)의 제조자는 더 균일한 제품을 제공하기 위해 최종 패키지된 LED(s)를 분별할 수 있지만, 그러한 비닝(binning) 비용은 중요하다.
또한, LED가 작동하는 온도는 최종 조명기구에서 방열판과 방열면에 의해 결정된다. 어떤 온도에서 동일한 광출력과 구동 전류를 갖는 각각 다른 패키지된 LED(s)는 또 다른 온도에서 실질적으로 다른 광출력을 가질 수 있다. 따라서, 패키지들이 최종 조명기구에서 조립될 때까지는 이러한 어떤 변동성의 정도를 충분히 판단할 수 없다.
이에 대해, 표준 AC 콘센트에 연결될 때 세기의 관점에서 표준화된 출력을 가진 광원을 제공하는 표준화된 부품을 이용할 수 없기 때문에, 제조자의 조명기구에 패키지된 LED(s)를 테스트하는데 필요한 시설을 갖추어야 하는 조명기구 제조자에게 부담으로 작용한다. 따라서, 조명기구의 제조자는 만들어진 조명기구의 광원이 균일하도록 하기 위해 생산된 각 광원에 대한 LED(s)의 전력 레벨을 설정하는 것 뿐만 아니라 제조자의 생산 라인에서 교정 설비를 설치 및 유지해야 한다. 이것은 생산 라인에 요구되는 투자 자본을 증가시킨다.
마지막으로, "백색" LED(s)의 경우에는 심지어 "차가운 백색"에서부터 "따뜻한 백색"으로 변화하는 서로 다른 색온도가 존재한다. 각각의 다른 형광체 코팅이 형광체 변환 소스들에서 색의 변화들 각각을 만들어내는데 사용된다. 이러한 형광체들은 일반적으로 LED 패키지에 통합되므로, 다른 색 온도를 얻기 위해 형광체를 바꾸는 것은 또한 LED도 대체해야 할 필요가 있는 것을 의미한다. 따라서, 조명기구 제조자는 서로 다른 LED/형광체 소스들을 비축해야 한다. 마찬가지로, 최종 사용자는 형광체 변환 광원을 가진 새로운 색 온도를 얻기 위해서는 전체의 조명기구를 바꾸어야 한다. 비슷하게, LED가 고장이 발생한다면 LED 및 관련된 형광체 모두를 대체해야 한다.
본 발명은 LED 기반 조명 장치 및 그 제작 방법에 관한 발명이다. 상기 조명 장치는 방열판에 설치된 LED 광원, 파워 어댑터를 포함한다. 파워 어댑터는 종래의 백열등 또는 형광등 파워 어댑터와 상호교환가능하도록 구성된다. 본 발명의 일 태양에서 컨트롤러는 전원이 파워 어댑터를 통해 장치와 연결될 때 LED 광원으로 평균 전류를 제공한다. 평균 전류는 실질적으로 장치에 따른 상기 LED 광원의 변동에 관계 없이 상기 LED 광원이 기결정된 표준 세기의 광을 발생시키도록 한다. 본 발명의 일 태양에서, LED 광원은 직렬로 연결된 복수의 LED(s)를 포함하며, LED(s)는 방열판에 결합되며 서로 와이어 연결에 의해 직렬로 연결되고 방열판의 전도성 트레이스와 연결된다.
본 발명의 또 다른 태양에서 조명 장치는 LED 광원에 의해 발생된 스펙트럼의 빛의 일부를 또 다른 스펙트럼을 변환하는 형광층을 포함하는 상호교환가능한 글로브를 포함한다. 글로브를 바꿈으로써, 조명 장치의 출력 스펙트럼은 광원을 바꿀 필요 없이 변경될 수 있다. 또한, 글로브는 LED 광원을 대체할 필요가 있다면 재활용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 태양에서 장치는 광원에 전력을 공급하는데 제 1 반파 정류된 전원이 사용될 때, 파워 어댑터에 연결된 AC 전압을 기결정된 세기의 광을 제공하는 듀티 사이클(duty cycle)을 갖는 제 1 반파 정류된 전원으로 변환하는 제 1 반파 정류기를 포함한다. 제 1 반파 정류기는 상기 기결정된 세기의 광을 제공하도록 선택된 제어신호를 갖는 실리콘제어 정류기를 포함할 수 있다. 제어신호는 광원이 방열판에서 작동될 때 LED 광원으로부터의 광의 측정된 값에 종속되는 값을 갖는다. 본 발명의 또 다른 태양에서, LED 광원은 제 1 및 제 2 LED(s)를 포함하며, 제 1 LED는 제 1 반파 정류기에 의해 전력을 공급받고, 제 2 LED는 제 1 반파 정류된 전원과 180°위상이 다른 출력을 갖는 제 2 반파 정류기에 의해 전력을 공급받는다.
본 발명의 또 다른 태양에서, 방열판은 광원으로부터의 광을 확산시키고 방향을 바꾸는 분광(light diffusing) 요소를 수용하기 위해 개조된다. 또한, 장치는 분광 요소에 광의 세기를 측정하는 광검출기를 포함할 수 있고, 상기 컨트롤러는 기결정된 표준 세기를 유지하기 위해 측정된 광의 세기를 이용한다.
본 발명의 내용 중에 포함되어 있다.
도 1은 다수의 분광기 중 어느 하나와 연결될 수 있는 본 발명에 따른 광 베이스 유닛의 횡단면도이다.
도 2는 종래의 조명 소켓에 연결되도록 공장에서 베이스 유닛을 초기화하는데 사용될 수 있는 초기화 설정을 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 베이스 유닛에 이용될 수 있는 전원 회로의 일실시예를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 베이스 유닛 컨트롤러의 일실시예를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 태양에 따른 조명 장치의 일부로서 베이스 유닛(100)의 한 부분에 대한 횡단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 표준화된 베이스 유닛을 이용하는 광원의 또 다른 실시예에 대한 횡단면도이다.
다수의 분광기(31) 중 어느 하나와 연결될 수 있는 본 발명에 따른 광 베이스 유닛(21)을 가지는 조명 장치(20)의 횡단면도인 도 1을 참조하여, 본 발명이 제공하는 이점을 이루는 방식이 쉽게 이해될 수 있다. 베이스 유닛(21)은 복수의 LED(s)가 장착된 방열판(22)을 포함한다. LED(s)의 수는 특정 어플리케이션이나 베이스 유닛의 전력 등급에 좌우된다. 컨트롤러(24)는 LED(s)를 작동시킨다. 도면을 단순화시키기 위해, 컨트롤러(24)와 LED(s) 사이의 연결은 도면에서 생략되었다. 전구 커넥터의 나사와 같은 표준 커넥터(25)는 베이스 유닛(21)과 종래의 조명 소켓을 연결하는데 사용된다. "베이어넷(bayonet)" 커넥터와 같이 돌려서 조이는 형태가 아닌 커넥터가 또한 이용될 수 있다.
상기 언급된 것처럼, LED(s)는 그 제작시 이용되는 제조과정의 다양성에 기인하여 그 광출력(light output)을 다양화할 수 있다. 또한, 어떤 적용 예에서는 LED(s)가 그로부터의 일부 또는 전부의 빛을 다른 스펙트럼을 가진 빛으로 변환하는 형광층(26)에 의해 덮여질 수 있다. 예를 들어, 백색 LED(s)의 경우 노란 형광체가 종종 이용된다. 이러한 목적으로 이용되는 형광체의 변환 효율은 형광층의 온도에 좌우되며, 따라서 광출력은 LED(s)와 형광층이 방열판(22)에 결합될 때까지 예상될 수 없다.
본 발명의 일 태양에서, 베이스 유닛(21)에 의해 발생된 빛은 LED(s)가 방열판(22)에 장착되고 어느 형광층으로 덮여진 후에 조절된다. 컨트롤러(24)에 의해 LED(s)로 공급된 전력은 광출력이 기결정된 특정 범위 이내에 있을 때까지 조절된다. 소정의 광출력을 제공하는 LED(s)로의 평균 전류를 지정한 정보가 이후 컨트롤러(24)에 저장되고, 컨트롤러(24)에 의해 LED(s)를 작동시키기 위해 사용되는 평균 전류를 설정하는데 이용된다. 이런 방식으로, 각 베이스 유닛은 동일한 광출력을 제공하기 위해 조절되며, 따라서 베이스 유닛(21)을 이용하는 조명기구의 제조사는 재생가능한 제품임을 보증한다. LED(s)를 통하는 평균 전류는 LED(s)에 인가될 수 있는 최대 전류를 출력하는 정전류원(constant current source)을 이용하여 제어될 수 있다. 이후 상기 전류원의 출력은 소정의 평균 전류를 제공하는 듀티 사이클(duty cycle)을 가지고 점멸된다. 대안적으로, 소정의 평균 전류 레벨을 제공하도록 전류 또는 전압이 조절하는데에 DC 신호가 LED(s)로 인가될 수 있다.
LED(s)는 발진(oscillating) 전압원 또는 직류 전압원에 의해 작동될 수 있다. 사람의 눈은 단지 짧은 시간 동안의 평균 광출력만을 판단하므로, 진동 주파수가 대략 초당 30 사이클인 최소 주파수 위에 있다면, 깜박거리며 진동하는 광출력을 인지하지 못한다. 따라서, 평균 전류는 LED가 빛을 발생하도록 바이어스(biased)된 것에 대한 진동 파형의 비율에 변화를 줌으로써 제어될 수 있다. 빛이 발생된 부분에 대한 전압 사이클의 부분을 "듀티 계수(duty factor)"라고 한다. 듀티 사이클을 변화시킴으로써, 피크(peak) 구동 전압(drive voltage)을 고정시킨 채로 평균 강도가 제어될 수 있다. 대안적으로, 구동 전압이 소정의 평균 전류를 제공하도록 변경되는데에 가변 전류원이 이용될 수 있다.
컨트롤러에 의해 LED(s)로의 소정의 평균 전류를 저장하는데 필요한 데이터는 커넥터(25)에 의해 제공되거나 또는 베이스 유닛(21)의 테스트 및 교정 동안 접속되는 별도의 커넥터에 의해 제공되는 전원 연결을 통해 컨트롤러로 입력될 수 있다. AC 전원 라인들로 신호를 보내는 것은 관련 기술 분야에 공지되어 있으므로, 여기서는 자세히 논의하지 않는다. 본 발명의 또 다른 일 태양에서는 광검출기(27)가 베이스 유닛(21)에 포함되며, 컨트롤러(24)에 의해 모니터된다. 광학 기반 신호가 요구되는 시그널링을 제공하기 위해 광검출기(27)로 보내질 수 있다. 이러한 방식은 심지어 분광기(31)가 베이스 유닛(21)에 부착된 후에도 컨트롤러(24)가 광학적으로 신호를 보내게 할 수 있다는 점을 주목해야 한다.
본 발명의 또 다른 일 태양에서, 광검출기(27)는 컨트롤러(24)가 LED(s)의 노화를 보상하도록 하기 위해 분광기(31)가 부착된 후에 작동 중에 모니터될 수 있다. 일반적으로 LED(s)의 광출력은 시간이 지남에 따라 감소하므로, 어떠한 형태로의 보상 기법이 존재하더라도 조명 장치(20)의 광출력은 희미해질 것이다. 원칙적으로 장치(20)의 광출력은 모니터될 수 있으며, 그 다음에 LED(s)로의 평균 전류는 LED(s)의 노화를 보상하도록 증가될 수 있다. 광검출기(27)의 반대쪽에 위치한 분광기(31)에 광학적 투명창(28)이 제공됨에 따라 컨트롤러(24)는 조명 장치(20)이 작동하는 동안 분광기(31)의 광 레벨을 모니터할 수 있다. 분광기(31)는 다양한 LED(s)(23)으로부터의 빛을 혼합시키므로, 광검출기(27)의 출력은 베이스 유닛(21)으로부터의 전체 광출력과 관련이 있다. 광검출기(27)의 출력과 조명 장치(20)에 의해 발생되는 빛 사이의 정확한 관계는, 장치마다 다른, 각양각색의 분광기들의 기하학적 구조 및 광검출기(27)에 결합하는 광효율의 다양성 때문에 알아내기가 어렵다는 점을 주의해야 한다. 그러나, 컨트롤러(24)는 베이스 유닛(21)의 광출력이 정확한 값에 있도록 보증하는 초기 평균 전류를 가지고 프로그램화되어 있음을 주의해야 한다. 따라서, 컨트롤러(24)는 단지 분광기(31)가 부착된 후 광검출기(27)의 출력을 기억하고, 이 광출력값을 유지하도록 평균 전류를 제어해야 한다. 기결정된 광학 신호는 장치가 컨트롤러(24)로 하여금 광검출기(27)에 대한 목표 출력값을 저장하도록 조립된 후 조명 장치(20)로 보내질 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 태양에서, 베이스 유닛(21)은 방열판(22)의 온도를 모니터하는 온도 센서(29)를 포함한다. 상기 언급된 대로, LED(s)의 광출력은 온도와 함께 변화한다. 컨트롤러(24)에 의해 제공된 평균 전류는 컨트롤러가 표준 광출력을 제공하도록 초기화될 때 어느 기결정된 온도에서 결정된다. 그러나, 베이스 유닛(21)의 동작 온도는 환경적 조건 및/또는 분광기(31)의 존재에 기인하여 변화될 수 있다. 온도의 작용에 따른 광출력의 변화는 교정하는 동안 및 온도의 작용으로서 광출력의 변화를 보상하기 위해 결정된 LED(s)를 지나는 평균 전류의 상응하는 변화 동안 각 베이스 유닛에 대해 측정될 수 있다. 광검출기(27)가 베이스 유닛(21)에 포함되는 실시예에서는 광검출기(27) 및 관련된 서보제어루프(servo loop)가 광검출기(27)의 출력이 기결정된 온도에서 기억되면서 나타난 문제에 대한 보상을 제공할 것이다.
도 2를 참조하면, 종래의 조명 소켓에 연결되도록 공장에서 베이스 유닛을 초기화하는데 사용될 수 있는 초기화 설정을 나타낸다. 상기 언급된 대로, 본 발명은 기존의 백열등을 즉시 대체하는 조명 장치를 구성하기 위해 다양한 분광기들과 함께 사용될 수 있는 표준 베이스 유닛을 제공한다. 베이스 유닛들은 각 베이스 유닛이 대체되는 백열등 관련 종래의 조명 소켓에 연결될 때 기결정된 빛의 세기로 출력되도록 공장에서 설정된다. 베이스 유닛의 초기화는 LED(s)(55)가 방열판에 결합되고 층(56)과 같은 어떤 형광층이 증착된 후에 이루어진다. 베이스 유닛(61)은 종래의 조명 소켓(53)에 연결되고, 초기화 공정 동안 컨트롤러(52)로부터 전력을 공급받는다. 일실시예에서, 베이스 유닛은 "베이어넷(bayonet)" 커넥터와 같은 '논 트레디드(non-treaded)' 커넥터를 이용한다. 베이스 유닛(61)에 의해 발생된 빛은 광검출기(51)에 의해 측정된다. 컨트롤러(52)는 초기화 공정 동안 LED(s)(55)에 이어지는 평균 전류를 제어한다. 컨트롤러(52)는 베이스 유닛(61)으로부터의 광출력이 소정의 범위에 있을 때까지 평균 전류를 변화시킨다. 그 후 이 전류값은 베이스 유닛 컨트롤러(54)로 전달되며, 정상 작동에서의 사용을 위해 그 값을 저장한다.
상기 언급된 대로, 본 발명의 어느 실시예에서 베이스 유닛(61)은 방열판의 온도를 측정하기 위해 베이스 유닛 컨트롤러(54)에 의해 사용되는 온도 센서(57)를 포함하여, 베이스 유닛 컨트롤러(54)는 초기 전류가 결정될 때의 온도와 베이스 유닛(61)의 실제 동작 온도 사이의 온도차를 보상할 수 있다. 초기화 공정 단계에서 베이스 유닛(61)은 컨트롤러(52)의 제어하에 있는 복사 난방기(radiant heater)에 의해 가열된다. 다수의 온도 각각에 대해, 소정의 광출력을 제공하는 평균 전류도 또한 결정되며 베이스 유닛 컨트롤러(54)에 저장된다. 베이스 유닛(61)의 정상 동작 동안, 베이스 유닛(61)에 인가되는 정확한 평균 전류를 결정하여 온도들과 그에 대응하는 평균 전류에 대한 저장 테이블에 기입된다.
많은 경우에 LED 기반 조명 장치에 의해 대체될 백열등은 AC 전원에 의해 작동된다. 본 발명의 일 태양에서는 베이스 유닛은 AC 대 DC 변환기를 포함하고, DC 전압은 LED(s)를 흐르는 평균 전류를 제어하는 회로에 전력을 공급하는데 사용된다. 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 베이스 유닛에 이용될 수 있는 전원 회로의 일실시예를 나타낸다. 회로(70)는 베이스 유닛 컨트롤러(76)가 포토다이오드(77)에 의해 수신된 광신호로 상기 논의된 초기화 설정과 통신하도록 한다. 상기 언급된 대로, 포토다이오드(77)는 또한 베이스 유닛에 부착된 분광기의 광 레벨을 모니터하는데도 사용될 수 있다.
회로(70)는 베이스 유닛이 상기 논의된 커넥터(35)와 같은 커넥터에 의해 대응하는 소켓에 삽입될 때 AC 소스(81)로부터 전력을 공급받는다. 커넥터(25)에 장착될 수 있는 변압기(75)는 소스 전압을 LED(s)를 가로질러 인가될 수 있는 최대 전압으로 결정된 값까지 감소시키는데 이용될 수 있다.
도면을 간소화하기 위해, 회로(70)는 단지 두 개의 LED(s)(72, 74)만을 가지는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 이들 LED(s) 각각이 복수의 LED(s)로 대체될 수 있다. 특히, 개별 LED 작동 전압보다 상당히 더 큰 피크(peak) 전압을 출력하는 변압기(75)를 사용하는 동안에 직렬로 연결된 복수의 LED(s)는 베이스 유닛으로 하여금 약간의 볼트(volts)로 작동되도록 일반적으로 설계된 LED(s)를 이용하게 한다. 이런 방식은 베이스 유닛 내에서 이동해야 하는 전류를 감소시키므로, 이런 목적으로 이용되는 컨덕터들의 크기도 감소된다. 마찬가지로, 그러한 다수의 직렬 연결된 일련의 LED(s)는 증가된 광출력을 제공하기 위해 병렬로 연결될 수 있었다. 병렬 연결된 일련의 열들은 또한 개방 회로를 형성하여 고장이 나는 하나 이상의 개별 LED(s)로 인한 장치의 고장의 횟수를 감소시킨다.
LED(s) 각각을 지나는 평균 전류는 실리콘 제어 정류기(SCRs)를 통해 제어된다. SCR(71)은 AC 사이클의 반으로 LED(72)를 통하는 전류를 제어하며, SCR(73)은 AC 사이클의 나머지 반 동안 LED(74)를 통하는 평균 전류를 제어한다. LED(s)에 공급되는 전력에 대한 AC 사이클의 비는 SCR(s)로의 제어 신호들에 의해 결정되며, 이는 컨트롤러(76)의 제어하에 있다. 정확한 제어 신호가 상기 기재된 초기화 공정 동안 컨트롤러(76)로 전달된다.
본 발명의 일 태양에서, 컨트롤러(76)는 컨트롤러(76)의 논리 회로와 SCR 제어 신호에 대한 전력을 제공하는 소형 AC 대 DC 전력 변환기(78)를 포함한다. 광원으로부터 빛을 발생시키기 위해 필요한 전력은 AC 전원으로부터 직접 공급되므로, 소형 전원만이 컨트롤러 내 논리 회로소자의 전력 공급을 위해 필요하다.
본 발명의 일실시예에서 베이스 유닛 컨트롤러는 단지 AC/DC 변환기와 SCR(s)에 대한 제어신호를 생성하기 위한 회로소자를 포함한다. 이러한 실시예에서 포토다이오드(77)는 없다. 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 베이스 유닛 컨트롤러의 일실시예를 나타낸다. 베이스 유닛 컨트롤러(90)는 버스(91)를 통해 베이스 유닛에 전력을 공급하는 AC 전원에 연결될 때 SCR(s)을 제어하기에 충분한 전력을 갖는 DC 신호를 생성시키는 소형 AC/DC 변환기(95)를 포함한다. SCR 제어신호는 저항(93) 및 가변저항소자(95)로 구성된 저항 분배기의 변환기(95)의 출력을 분할하여 생성된다. 가변저항소자(95)의 저항은 초기화 컨트롤러와 연결된 버스(92)에 있는 신호에 의해 설정된다. 초기화 공정 동안 초기화 컨트롤러는 직접적으로 SCR 제어신호를 제어하고 소정의 광출력을 얻을 때까지 그 신호를 변화시킨다. 그 다음 가변저항소자(94)는 버스(92)에 제어신호가 없을 때 결정된 제어 전압을 발생시킬 저항을 제공하도록 설정된다.
가변저항소자(94)는 링크(link)를 지나는 기결정된 값 이상으로 전류가 흐를 때 제거될 수 있는 링크로 버스 라인들과 연결된 고정저항 배열로 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서 링크는 버스(92)를 통해 초기화 컨트롤러와 연결된다. 또한, EEPROM의 게이트에 전하에 의해 결정되는 가변저항을 제공하기 위해 아날로그 모드에서 실행되는 EEPROM을 이용하는 실시예가 이용될 수 있다.
본 발명의 일 태양에서, 방열판은 제어회로소자에 직렬로 연결된 다수의 LED(s)를 연결하는데 이용되는 복수의 트레이스(traces)를 포함한다. LED(s) 및 LED(s)에 전력을 공급하는 구동회로소자의 수는 트레이스가 변경될 필요 없이 변화될 수 있으므로, 동일한 베이스 유닛이 서로 다른 광출력을 가지는 다수의 조명 장치를 구성하는데 이용될 수 있다. 본 발명의 일 태양에 따른 조명 장치의 일부로서 베이스 유닛(100)의 한 부분에 대한 횡단면도인 도 5을 참조하여, 본 발명이 제공하는 이점을 이루는 방식이 쉽게 이해될 수 있다. 베이스 유닛(100)은 방열판(124)으로부터 트레이스(135, 136)와 같은 다수의 전도성 트레이스를 분리시키는 절연층(125)을 갖는 방열판(124)을 포함하며, 금속재료로 구성된다. 컨트롤러는 칩(126)과 같은 하나 이상의 칩을 포함한다. LED(s)(131 내지 133)는 열전도성 에폭시 수지(epoxy) 또는 다른 열전도성 접착제를 이용하여 방열판(124) 상에 부착 부위(121)에 직접적으로 장착된다. 개별 LED(s)는 와이어 본드(wire bond)(134)와 같은 와이어 본드에 의해 직렬로 연결된다. 그 다음에 직렬 연결된 일련의 LED(s)는 트레이스(135, 136)를 통해 컨트롤러와 연결된다. 와이어 본드에 의해 인터스트링(inter-string) 연결로 이루어졌기 때문에, 연결된 다수의 LED(s)는 방열판 표면에 다른 전도성 트레이스 형태가 필요 없이 베이스 유닛 여기저기에 변화될 수 있다.
LED(s)가 와이어 본드로 연결된 후, LED(s)와 와이어 본드는 보호용 캡(137)을 형성하는 투명한 재료로 캡슐화된다(encapsulated). 본 발명의 일 태양에서는 보호용 캡(137)이 층(125)의 표면에 링(138)을 부착한 후 실리콘과 같은 투명한 재료로 링을 채워 형성된다. 형광재료가 이용될 것이라면 형광입자를 실리콘에 혼합시킬 수 있다. 그러나, 보호용 캡을 제공하기 위한 다른 방법들도 이용될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 액적(droplet) 또는 다른 재료가 LED(s) 상에 놓여질 수 있다. 본 발명의 또 다른 태양에서, 보호용 캡은 별도로 형성되며 LED(s)와 보호용 캡의 상부 표면 사이에 공기층을 남겨두고 LED(s) 상에 놓여진다. 보호용 캡 및/또는 캡 내의 봉합재는 LED(s)에 의해 방출되는 빛의 파장을 소정의 스펙트럼 구성의 빛으로 변환하기 위해 형광재료를 포함할 수 있다.
상기 언급된 대로, 베이스 유닛(100)의 LED(s)의 배치는 전도성 트레이스의 구조 변화 없이 변경될 수 있다. 다수의 LED(s), LED(s)의 배치 및 LED(s)의 상호 연결은 부착 부위(121)에 있는 다이(dies)를 포함하는 LED를 배치하는 장치와 특정 와이어 본드를 만드는 와이어 본딩 시스템에 의해 결정된다. 상기 두 제작 장치 모두의 작동은, 트레이스 패턴이 인쇄 회로 기판의 중심부에 있는 광원과 인쇄 회로 기판 사이의 최종 연결을 하는 충분한 단자를 가지는 한, 트레이스 패턴과 독립하여 변경될 수 있는 컴퓨터 프로그램 및 데이터 파일에 의해 제어된다. 따라서, 하나의 인쇄 회로 기판 설계는 다수의 여러 가지 장치들을 이용할 수 있다.
또한, 다른 다이가 부착 부위(121)에 배치될 수 있고 LED(s)와 연결될 수 있음을 주의해야 한다. 예를 들어, LED(s)에 전류를 제공하는 드라이버 칩이 상기 칩에 의해 발생된 열이 방열판(124)에 의해 소멸되도록 부착 부위에 장착될 수 있다. 게다가, 서로 다른 스펙트럼 밴드에 있는 빛을 방출하는 복수의 칩들을 이용하는 LED 광원은 보통 관찰자에 의해 특정한 색으로 인식되는 빛을 발생시키기 위해 각 스펙트럼 밴드에서 발생된 빛의 세기를 조절하는 컨트롤러를 포함한다. 마찬가지로, 이러한 컨트롤러는 만일 컨트롤러가 중심부에 구현된 특정한 광원으로 특정한다면 인쇄 회로 기판 중심부에 장착될 수 있고 인쇄 회로 기판 트레이스 보다는 LED(s)에 연결될 수 있다.
도 6을 참조하면, 도 6은 본 발명에 따른 표준화된 베이스 유닛을 이용하는 광원의 또 다른 실시예에 대한 횡단면도이다. 광원(200)은 베이스 유닛과 별도의 글로브(globe)로 구성된다. 베이스 유닛은 표준 커넥터(202)로 부착되는 표준화된 방열판(201)을 이용하는데, 이 실시예에서는 표준 커넥터(202)가 종래의 백열등을 수용하도록 설계된 광 소켓과 일치되는 나사선형(threaded) 전구 커넥터이다.
복수의 LED(s)(210)는 열전도 본드에 의해 방열판(201)과 결합하는 기판(216) 상에 설치된다. LED(s)는 패키지된 칩 또는 베어칩(bare chips)의 형태로 있을 수 있다. 베어칩이 사용된다면, 상기 논의된 것처럼 보호용 재료의 층이 칩 상에 적용될 수 있다.
또한, 기판(216)은 LED(s)의 특정한 전력 요구에 대한 크기로 만들어진 제어회로(11)와 드라이버(212)를 포함한다. 기판(216)은 바람직하게 높은 열전도성을 갖는 재료 및 다양한 구성요소들과 커넥터(202)와의 연결을 제공하는 방열판(201)의 매칭 트레이스(matching traces)(208)를 연결하기 위한 복수의 트레이스(207)를 지지할 수 있는 재료로 구성된다.
방열판(201)은 주변 환경으로 기판상에 있는 구성요소들에 의해 발생된 열의 소멸을 용이하게 하는 복수의 핀(203, 215)을 포함할 수 있다. 이러한 핀은 글로브(206)와 연결되는 나사선형의(threaded) 외관을 제공하기 위해 배열될 수 있다. 대안적으로, 글로브(206)는 상기 글로브(206)가 방열판(201)에 "클립 고정(clip)"될 수 있도록 접합 돌출부(218)의 세트가 돌출부(215)와 원상회복가능하도록 결합하게 하는 가요부(204)을 제공할 수 있다. 다른 방식으로, 방열판(201)은 광원의 소비자나 제조자에 의해 적용될 수 있는 복수의 서로 다른 글로브들이 수용될 수 있다. 따라서, 소비자는 단지 글로브를 바꿈으로써 광원의 색온도를 변화시킬 수 있다. 또한, 베이스에 있는 LED(s) 또는 다른 구성요소들이 고장나고 대체가 필요할 때 글로브는 재활용될 수 있다.
글로브(206)는 LED(s)에 의해 발생된 빛의 일부를 다른 스펙트럼을 갖는 빛으로 변환하는 형광체를 포함할 수 있다. 원칙적으로, 형광체는 글로브(206)를 채우는 투명한 매체에서 확산될 수 있다. 그러나, 이런 방식은 형광체에 의해 발생된 열이 글로브(206) 내부에 가두어진다. 일반적으로 조명 시스템에 이용되는 형광체의 효율은 온도의 함수로서 크게 감소된다. 형광체는 그것에 대해 입사하는 빛의 일부를 소정의 스펙트럼의 빛으로 변환한다. 그러나, 입사하는 빛의 상당한 부분이 열로 변환된다. 따라서, 방열은 중요하게 고려할 사항이다. 글로브(206)의 외부 표면에 형광층(205)을 제공함으로써 형광체에 의한 빛의 흡수로 발생된 열이 주변 환경으로 방출될 수 있다. 게다가, 열이 발생되고 방출되는 표면 부위는 LED(s)가 그와 가까운 형광층으로 덮여져 있는 실시예의 대응하는 부위보다 상당히 더 크다.
형광층은 글로브(206)의 내부 표면에 있거나 글로브(206)가 구성되는 투명한 재료 내에 확산될 수 있음을 유의해야 한다. 내부 표면에 형광층을 배치하면 발명의 일 태양에서 방열 기능은 줄어든다. 그러나, 이러한 방식은 외부 환경의 충격으로부터 형광층을 보호하는 기능을 제공한다. 외피 내에 형광체를 확산시키는 것은 형광체의 보호 및 외피 내부 표면의 형광층에 비교하여 개선된 방열을 제공한다. 또한, 글로브가 방열판 상에 개별 LED 칩과 관련된 높은 온도로부터 격리되기 때문에, 플라스틱 글로브에서 용해되는 유기 형광체가 이용될 수 있다. 게다가, 형광층이 LED 칩에 의해 발생된 열로부터 격리되기 때문에 형광체는 낮은 온도에서 동작한다.
각각 다른 형광 성분들이 서로 다른 글로브에 포함될 수 있으므로 최종 사용자는 단지 글로브를 바꿈으로써 광원의 색 스펙트럼을 변화시킬 수 있음을 주목해야 한다. 각각 다른 글로브는 서로 다른 형광체들 또는 서로 다른 농도를 갖는 동일한 형광체들을 포함할 수 있다. 예를 들어, LED(s)에 의해 방출되는 청색광의 일부를 황색광으로 변환하여 얻어지는 백색 LED에서 글로브에 있는 형광체의 농도는 광원의 출력으로 황색광에 대한 청색광의 비율을 제어하므로, 농도를 변화시키는 것은 광원으로부터 방출되는 빛의 스펙트럼을 바꿀 것이다.
또한, 각각 다른 글로브들은 서로 다른 모양과 크기를 가질 수 있다. 이러한 점에서, 여기서 사용되는 '글로브'라는 용어는 단지 구형이나 공(bowl) 모양의 물체가 아닌 어떠한 형태의 물체라도 포함하도록 정의될 수 있다고 생각된다. 예를 들어, 베이스 유닛에 원상회복가능하도록 부착하는 원통형 물체도 '글로브'의 용어에 또한 포함된다.
상기 기재된 본 발명의 실시예들은 현재 백열등을 위해 이용되는 소켓에 베이스 유닛이 접속되도록 하는 어댑터(adpater)를 갖는 베이스 유닛을 이용한다. 그러나, 형광등에 사용되는 소켓과 같은 다른 종래의 조명 소켓들에 베이스 유닛이 접속되도록 하는 어댑터가 또한 이용될 수 있다. 이러한 논의를 위해서, 종래의 전구 파워 어댑터는 종래의 LED 광이 아닌 전구나 형광 기구를 수용하는 어댑터로 정의된다.
상기 기재된 본 발명의 실시예들은 다양한 본 발명의 태양들을 기술하고 있다. 그러나, 각각 다른 특정한 실시예에 나타난 본 발명의 서로 다른 태양들은 본 발명의 다른 실시예들을 제공하기 위해 결합될 수 있다. 또한, 본 발명의 다양한 변형이 앞선 상세한 설명 및 수반한 도면들에 의해 가시화될 수 있다. 따라서, 본 발명은 다만 다음의 청구항의 범위에 의해서만 제한되는 것이다.

Claims (25)

  1. 방열판;
    상기 방열판에 설치된 LED 광원;
    종래의 전구 파워 어댑터와 상호교환될 수 있도록 설정된 파워 어댑터; 및
    상기 방열판 상에 설치된 집적 회로를 포함하는 컨트롤러로서, 상기 컨트롤러는 전원이 상기 파워 어댑터를 통해 장치로 연결될 때 상기 LED 광원에 평균 전류를 제공하도록 구성되는, 상기 컨트롤러를 포함하고,
    상기 평균 전류는 실질적으로 상기 LED 광원의 변동에 관계 없이 상기 LED 광원이 기결정된 표준 세기의 광을 발생시키도록 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 종래의 전구 파워 어댑터는 광 소켓에 돌려서 고정되도록 맞춰진 나사선형 베이스(threaded base)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 종래의 전구 파워 어댑터는 베이어넷(bayonet) 어댑터를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 종래의 전구 파워 어댑터는 백열등 어댑터를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 종래의 전구 파워 어댑터는 형광등 어댑터를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 광원은 직렬로 연결된 복수의 LED(s)를 포함하며, 상기 LED(s)는 상기 방열판에 연결되고 와이어 본드(wire bonds)에 의해 서로 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 광원은 LED 및 상기 LED로부터의 광을 다른 파장의 광으로 변환하는 형광층을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 LED(s) 중 2 개는 상기 방열판 상에 전도성 트레이스(traces)와 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 파워 어댑터에 연결된 AC 전압을 상기 컨트롤러에 전력을 공급하는 DC 전원으로 변환하는 AC 대 DC 변환기를 더 포함하는 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    광원에 전력을 공급하는데 제 1 반파 정류된 전원이 사용될 때, 상기 파워 어댑터에 연결된 AC 전압을 기결정된 세기의 광을 제공하는 듀티 사이클(duty cycle)을 갖는 제 1 반파 정류된 전원으로 변환하는 제 1 반파 정류기를 더 포함하는 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 반파 정류기는 상기 기결정된 세기의 광을 제공하도록 선택된 제어신호를 갖는 실리콘제어 정류기를 포함하며, 상기 제어신호는 광원이 상기 방열판에서 작동될 때 상기 LED 광원으로부터의 광의 측정된 값에 종속되는 값을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 LED 광원은 제 1 및 제 2 LED(s)를 포함하며, 상기 제 1 LED는 상기 제 1 반파 정류기에 의해 전력을 공급받고, 상기 제 2 LED는 상기 제 1 반파 정류된 전원과 180°위상이 다른 출력을 갖는 제 2 반파 정류기에 의해 전력을 공급받는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열판은 광원으로부터의 광을 확산시키고 방향을 바꾸는 분광(light diffusing) 요소를 수용하기 위해 개조되는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 분광 요소에 광의 세기를 측정하는 광검출기를 더 포함하며, 상기 컨트롤러는 상기 기결정된 표준 세기를 유지하기 위해 상기 측정된 광의 세기를 이용하는 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 광원을 덮는 글로브를 더 포함하며, 상기 글로브는 표면에 형광체의 층을 포함하는 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 글로브는 투명한 외피를 포함하며, 상기 형광체는 상기 투명한 외피의 표면에 증착되는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 글로브는 광원에 상기 글로브를 착탈식으로 부착하기 위한 어댑터를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 글로브는 플라스틱을 포함하는 투명한 외피를 포함하며, 상기 형광체는 상기 플라스틱에 용해되는 유기 형광체인 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 방열판, 상기 방열판에 설치된 LED 광원, 종래의 백열등 파워 어댑터와 상호교환될 수 있도록 설정된 파워 어댑터 및 전원이 상기 파워 어댑터를 통해 장치로 연결될 때 상기 LED 광원에 상기 LED 광원이 광을 발생시키도록 하는 평균 전류를 제공하는 컨트롤러를 포함하는 베이스 요소를 제공하는 단계;
    상기 컨트롤러로 기결정된 광의 세기가 측정될 때까지 상기 LED 광원에 의해 발생된 광의 세기를 측정하는 동안 상기 LED 광원을 지나는 상기 평균 전류를 변화시키는 단계; 및
    상기 LED 광원이 상기 기결정된 광의 세기를 발생한 상기 평균 전류를 명시한 정보를 저장하는 단계를 포함하는 LED 기반의 조명 장치를 구성하는데 사용하기 위한 베이스 요소를 제공하는 방법으로서,
    상기 컨트롤러는 전원이 상기 파워 어댑터와 연결될 때 상기 LED 광원으로의 평균 전류를 제공하는 베이스 요소 제공방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 SCR을 포함하며, 상기 정보는 상기 SCR에 대한 제어신호를 명시하는 베이스 요소 제공방법
  22. 베이스 유닛 및 제 1 분리가능한 글로브를 포함하는 조명 시스템으로서, 상기 베이스 유닛은,
    방열판;
    상기 방열판에 설치된 LED 광원으로서, 상기 LED 광원은 제 1 스펙트럼의 특성을 갖는 광을 발생시키는, 상기 LED 광원;
    종래의 전구 파워 어댑터와 상호교환되도록 구성된 파워 어댑터; 및
    상기 방열판 상에 설치된 적어도 하나의 드라이버 칩을 포함하는 컨트롤러로서, 상기 컨트롤러는 전원이 상기 파워 어댑터를 통해 장치로 연결될 때 상기 LED 광원에 평균 전류를 제공하도록 구성되며, 상기 평균 전류는 실질적으로 상기 LED 광원의 변동에 관계 없이 상기 LED 광원이 기결정된 표준 세기의 광을 발생시키도록 하는, 상기 컨트롤러를 포함하고,
    상기 제 1 분리가능한 글로브는 외피 상에 또는 그 외피에 함유된 제 1 형광체 성분을 갖는 투명한 외피 및 상기 제 1 분리가능한 글로브를 상기 베이스 유닛에 부착하기 위한 어댑터를 포함하며, 상기 형광체 성분은 상기 LED 광원으로부터의 광의 일부를 상기 제 1 스펙트럼과 다른 제 2 스펙트럼을 갖는 광으로 변환하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  23. 삭제
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 1 분리가능한 글로브는 플라스틱을 포함하며, 상기 제 1 형광체 성분은 상기 플라스틱에 용해되는 유기 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  25. 제 22 항에 있어서,
    제 2 형광체 성분을 갖는 제 2 분리가능한 글로브를 더 포함하는 조명 시스템.
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