KR20040033296A - 발광다이오드 조명장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고휘도 발광다이오드(14)의 조명장치로써 LED를 직렬로 연결하여 사용하였을 때 공급되는 교류전원의 효율을 반밖에 활용할 수 없었던 LED조명장치에 이용하여 보다 안정된 빛과 LED가 가지고 있는 빛의 용량을 최대로 활용하는 발명으로써 4개의 다이오드를 사용한 다이오드브리지(Diode bridge)(11)회로의 장치를 연결하여 교류전원을 100% 활용하여 전파(도4-C)형을 얻어 빛을 밝게 하고, 전해콘덴서와 코일을 이용한 평활회로(Smoothing Circuit)(12)를 추가로 장치하고 LED의 수량에 따라서 보호저항(13)을 연결하여 전파형을 안전한 직류로 바꾸어 사용하는 LED조명장치로써 튜브 속의 내장하여 네온사인, 간판문자나 조형물, 형광등램프, 성탄츄리나 야간조명장식에 사용하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 조명장치에 관한 것이다.

Description

발광다이오드 조명장치{Lighting Apparayus Using Luminescent Diode}

본 발명은 발광다이오드를 직렬로 연결하여 LED의 수량에 따라서 보호저항을 연결하고 다이오드브리지 회로 장치와 전해콘덴서와 코일을 이용한 평활회로를 장치함으로써 LED 빛의 효율과 교류전원의 효율을 최대로 활용하는 고휘도 발광 다이오드의 조명장치에 관한 것이다.

기존의 LED을 이용하여 여러 가지 광고와 간판재료 네온사인 대체조명, 야간장식조명 교회종탑 십자가 등으로 사용되고 있으며 특히 LED을 직렬로 연결하여 교류전원에 사용하는 조명장치에서 교류전원을 반밖에 활용할 수 없고 효율도 나쁘며 출력 파형이 반파(도 3-B)로써 빛이 안정되지 못하고 떨림 현상이 일어나고, 발광다이오드가 가지고 있는 밝기를 제대로 활용하지 못하였던 것을 본 발명에서 다이오드브리지 회로(도 2-B)인 4개의 다이오드를 사용하여 종래의 LED조명장치의 반밖에 사용하지 못했던 교류전압을 본 발명에서는 100%활용하여 전파(도 4-B)의 출력 파형을 만들고 추가하여 평활회로(도 2-C)인 콘덴서와 코일을 이용하여 출력 파형을 안정되게 교류를 직류로 전환하여 LED의 효율을 높였다.

종래 발명의 적색발광다이오드를 기준으로 하여 LED 35개를 직렬로 연결하여보호저항만 달았을 때 조도가 477룩스가 나오던 것을 본 발명의 다이오드브리지 장치만 연결하여 925룩스의 조도를 얻었고, 평활회로 장치를 추가 연결하여 조도를 1616룩스를 얻은 수치가 실험에서 증명되었다.

종래의 직렬로 연결하여 교류전원에 사용하던 발광다이오드의 조명장치를 보다 효율적으로 안정된 빛과 밝은 빛을 내기 위하여 4개의 다이오드와 전해콘덴사와 코일를 추가하여 장치하는 것을 본 발명의 목적으로 하였다.

종래의 조명에서 꼬마전구를 이용하여 성탄츄리나 나무, 건물에 야간장식 등으로 길게 늘여서 사용하거나 간판, 문자광고, 조명, 야간 조형물등에 사용하는 수은등, 백열등, 형광등, 네온사인 등은 과다한 전력소모와 수명이 짧으며 네온사인인 경우는 15,000V의 고압에서 작동하므로 전기 감전 사고의 위험이 있었다.

종래에 고휘도 발광다이오드를 직렬로 길게 연결하여 비닐호수나 투명튜브에 넣어서 네온사인 대체조명으로 사용하였는데 공급되는 교류전원의 반밖에 사용하는 못하는 단점 때문에 LED가 지니고 있는 빛의 밝기를 제대로 활용하지 못하였고 출력 파형도 반파인 맥류로써 불안정한 빛의 상태가 되었다.

본 발명은 상기의 문제점을 개선하여 LED가 지니고 있는 빛의 밝기를 최대한 활용하기 위하여 종래의 출력 파형이 반파(도 3-B)인 효율을 4개의 다이오드를 추가하여 출력 파형이 전파(도 4-C)로 바꾸어 효율을 배로 증가시키었고 전해 콘덴서와 코일을 추가 장치하여 전파(도 4-C)형을 평활(도 4-D)하게 직류로 전환하여 효율을 또다시 배로 증가시키는 결과가 실험에서 나타났다.

아래 표는 종래의 LED장치와 본 발명의 LED장치를 같은 면적에서 색상별로조도를 측정실험을 한 결과이다.

상기의 조도 측정 실험은 가로50cm, 세로30cm, 높이30cm 밀폐된 박스에서 직렬로 연결된 발광다이오드 35개를 1m의 불투명 튜브 속에 색상별로 같은 조건의 박스에 넣어 밀봉시킨 다음 조도계로 측정한 실험이며 오차범위는 +3룩스(lux)이다.

튜브속에 넣은 LED장치가 색상에 따라서 조도계에 가깝게 위치할 수 있으나 같은 색상끼리는 같은 조건이며 LED자체의 휘도를 나타내는 측정은 아님.

상기 실험에서 볼 때 종래의 발광다이오드의 조도(Lux)보다 다이오드브리지 회로를 사용할 때에 조도가 약 배가 증가됨을 볼 수 있으며 평활회로를 추가로 사용할 때에 조도가 또다시 약 배로 증가됨을 실험을 통하여 알 수 있었다.

발광다이오드의 사용전압은 색상에 따라 다르지만 보통 입력전압이 직류 2 볼트에서 4.5볼트이며 밧테리나 직류전환장치를 이용하여 사용하였고 발광다이오드를 교류전원에 사용할 때에는 입력전압에 따라서 LED의 수량을 결정하여야 하며,예를 들면 2볼트용 LED를 교류전원 220V에 연결할 때 110개 이내의 LED 를 직렬로 연결하여야 하며 더 이상의 수량을 연결하여야 할때에는 새로운 전원을 병렬로 연결하고 이것을 반복적인 단계적으로 추가하여 계속하여 길게 연결할 수 있으며, 직렬로 연결된 수량에 따라서 저항값을 계산하여 보호저항을 달아야 과부하에서도 보호되며 발광다이오드 조명장치가 작동하게 된다.

이렇게 직렬로 결선 되어 교류전원에 연결하면 발광다이오드가 반파정류(도 3-B)가 되어 불빛의 밝기가 약하며 전기의 주파수가 50Hz인 국가에서는 LED의 불빛이 깜빡이며 떨림 현상으로 빛이 안정되지 못하였다.

본 발명은 교류전압에 따라 1초 동안에 50번이나 60번씩 깜빡이는 현상과 떨림 현상을 해결하여 1초 동안에 100번이나 120번씩 깜빡이게 하는 발명으로 다이오드브리지(Diode bridge)(도 2-B)회로의 장치를 이용하여 -파형을 +파형으로 전환하여 전파정류(Full-wave rectification)를 얻었고 전해콘덴서와 코일을 추가로 이용한 평활회로(Smoothing Circuit)를 사용하여 깨끗한 직류로 변환하여 종래의 장치인 발광다이오드의 깜빡이는 현상을 없앴고 안정되고 밝은 빛을 내는것으로 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같으며 도면의 파형 +상단은 LED의 불이 들어오는 최고치를 나타내는 파형이다.

도 1은 본 발명의 전체적인 사용 도이며 LED의 수량에 따라서 저항 값을 정하여 연결하고 다이오드브리지(Diode bridge)회로와 평활회로의 기본회로는 변하지 않으며 저항, 다이오드, 전해콘덴서, 코일의 용량과 규격은 조금씩 변할 수 있다.

도 2는 본 발명의 회로도이며 장치별로 회로도 옆에 실질적인 LED 작동의 파형 도를 그려 넣어 설명에 도움을 주었다.

도 3은 종래의 발광다이오드를 직렬로 연결하고 저항만 장치하여 사용하는 회로도이며 입력전원의 파형과 LED의 실제 파형을 그려 넣었다.

도 4는 전자나 전기의 일반적인 전압의 파형 그림이며 4-A는 교류전압을 표시한 것이며, 4-B는 종래의 발명인 LED의 파형이며 , 4-C와 4-D는 본 발명의 장치인 LED 파형이며, 4-E는 밧테리의 직류 파형을 각각 나타내고 있다.

도 1은 본 발명을 사용한 장치의 간략도

도 2는 본 발명의 회로도와 파형도

2-A는 입력교류전원

2-B는 다이오드브리지 회로도

2-C는 평활회로도

도 3은 종래의 사용 회로도와 파형도

3-A는 입력교류전원

3-B는 LED 발광의 반파형도

도 4는 종류별 파형도

4-B는 종래의 LED조명장치 파형도

4-C는 본 발명의 다이오드브리지(전파정류장치)회로와 파형도

4-D는 본 발명의 평활회로의 파형도

4-E는 직류전압의 파형도

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

11: 다이오드브리지(Diode bridge)장치

12: 평활회로(Smoothing Circuit)장치 13: 보호저항

14: 발광다이오드(LED) 15: LED +극성단자

16: LED -극성단자 17: 납땜부분

18: 교류 -전원 19: 교류전원

본 발명은 고휘도 발광다이오드를 직렬로 길게 납땜을 하여 비닐이나 투명튜브에 넣어 네온사인 대신 사용하였으며 네온사인의 조도에 비하여 약하게 발광하는 것을 4개의 다이오드를 사용하는 다이오드브리지 회로의 장치를 사용하였고 추가로 전해콘덴서와 코일을 사용하여 평활회로를 장치하여 종래의 발광다이오드 장치에 비하여 조도가 약 4배가 높아지게 하는 발명인 것이다.

일반적으로 사용하는 교류전원에 다이오드브리지회로(11)와 평활회로(12)에 연결하여 직류로 바꾼 다음 발광다이오드의 수량에 따라서 보호저항(13)을 달면 발광다이오드(14)는 도4-D처럼 직류 현상을 일으키며, 종래의 발광다이오드에 저항만 연결하여 사용할 때와 다이오드브리지 회로와 평활회로를 추가로 사용할 때에 LED장치를 길이와 실험장소와 면적에서 똑같은 조건을 유지시키며 실험한 결과 각 단계별로 조도가 약 2배씩 조도가 증가되는 것이 확인되었다.

본 발명의 다이오드브리지 회로를 설명하면 교류전압을 직류전압으로 바꾸기 위해 정류용 다이오드를 사용하는데 하나의 다이오드에서는 플러스와 마이너스가교대로 변화하는 전압의 플러스측 또는 마이너스측 중에서 어느 한쪽만 사용할 수 없지만, 다이오드를 4개 조합하면 전파정류를 할 수 있고 4개를 조합한 것이 다이오드 브리지(diode bridge)이며 전파정류(Full-wave rectification)의 파형을 얻을 수 있다.

본 발명에서 사용되는 평활회로는 전해콘덴서와 코일을 조합한 회로로 코일이 전류의 변화를 저지하려는 작용을 하고, 콘덴서가 입력전압이 0V로 되어도 축적한 전기를 그때마다 도출하기 때문에 안정한 직류를 얻을 수 있다.

본 발명의 LED조명 장치의 사용처는 네온사인과 백열등을 대체하는 조명과 교회십자가 종탑의 조명, 형광등기구를 사용하는 모든 간판에 형광등을 대체하는 조명기구로써 사용할 수 있다.

본 발명의 발광다이오드 조명장치와 형광등과 전력소모를 비교한다면, 본 발명의 소재가 LED로 되어 있으며 LED 1개당 보통 전류는 20mA와 전력소모가 0.04W로 되어있다.

따라서 20W형광등 램프의 길이에 LED 100개가 수요된다고 하더라도 소비전력을 계산하면 LED의 입력전압이 2V에 20mA이라면 2Vx0.02A=0.04W로 한개 LED의 소모전력이 나온다.

100개의 LED가 사용된다면 0.04x100개=4W의 전력소모가 되지 않아 기존 형광등에 비하여 소비전력에 있어서 75%가 절약되며 수명 또한 형광등램프는 1년이지만 LED는 보통 5만 시간에서 10만 시간으로 약10년 간의 수명으로 형광등 램프보다 10배가 오래간다고 볼 수 있다.

또한 LED자체가 빛을 내더라도 열을 내지 않아 기존 형광등에 비하여 열이 전혀 없으며 열로 인한 단락, 감전, 합선으로 인한 화재의 위험도 줄였다.

본 발명은 기존의 발광다이오드를 직렬로 혹은 병렬로 병행하여 연결하여 사용하는 장식조명 장치로 LED의 사용추세가 늘어가고 있으며 사용처도 다양하여 현재까지 사용하던 백열등이나 형광등, 꼬마전구를 이용한 성탄츄리, 장식줄조명, 네온사인 간판등 많은 분야에 LED의 사용이 확산되고 있다.

본 발명이 종래의 LED조명장치의 문제점을 개선하여 어둡고 불안정한 빛을 해결하기 위하여 발명된 장치로서, 종래의 조명장치와 함께 예를 들어 설명하면 다음과 같다.

발광다이오드를 직렬로 연결하고 보호저항을 달아 교류전압(3-A)에 연결하면 발광다이오드에 반파정류(Half-wave rectification)(3-B)인 맥류(Ripple)가 흘러서 밝은 불빛을 낼 수가 없었다.

본 발명의 장치가 종래의 반파정류(3-B)인 맥류가 흐르는 적색 LED을 기준으로 실험하여 조도가 477룩스인 것을 다이오드브리지(2-B)회로의 장치를 사용하여 조도를 926룩스 얻었고 평활회로(2-C)를 추가로 사용한 다음에는 1616룩스의 조도를 얻어 단계별로 약 2배씩 조도의 증가됨을 실험에서 얻었다.

보통 고휘도 LED 1개의 입력전원은 색깔에 따라 다르지만 적색은 보통 2V이며 청색, 초록, 백색은 3V∼4.5V로 소비전력이 0.04W에서 0.09W가 되며 통상 교류220V의 전원에 연결 할 때는 2V짜리 적색LED 110개를 직렬로 연결하고 과부하를 예상하여 양끝에 보호저항을 달아주면 되며 만약 LED 50개를 연결한다면 100V에서 작동되므로 모자라는 120V 만큼 저항치를 달아주면 된다.

본 발명은 직렬로 연결되어 교류전원에 사용하는 고휘도 발광다이오드의 조명장치에 관한 것으로 기존의 LED의 효율을 최대로 사용하여 안정된 빛과 더욱 밝은 빛을 내는 것이 본 발명의 효과라고 본다.

종래의 꼬마전구를 이용하여 성탄츄리나 길게 늘여서 백화점이나 상점에 장식조명으로 많이 사용하였는데 꼬마전구도 전기소모가 크며 수명이 짧은 문제점이 있었다.

실내외 광고용 간판에도 적게는 수 개부터 수십 개에 이르는 네온사인등, 고압트랜스, 형광등램프와 안정기 점화램프로 구성되어있어 주야간에 불을 밝혀 상품이나 회사광고로 이용하고 있다.

실내외의 형광등기구를 사용하는 간판에는 내부의 안정기와 형광등램프에서 발생하는 열이 간판의 밀폐로 인하여 여름철에는 온도가 80도 이상 올라가며 높은 온도의 상승이 램프의 수명을 단축시키며 보통 6개월에 한번씩 램프를 교체하여 주어야 하는 작업상 어려움과 과다 경비지출이 되었다.

또한 안정기의 과열로 인하여 안정기는 물론 형광등램프의 수명도 점차적으로 단축되지만 간판내부의 온도 상승으로 인하여 전선줄이 녹아 단선 및 전기누전, 합선으로 인한 화재로 이어지기도 한다.

수명이 다된 형광등 램프와 네온사인 등은 폐기 처분하는데 많은 경비가 들고 형광등과 네온사인 등의 내부에 다량의 수은 함량으로 수은에 따른 환경오염도심각성을 나타내고 있다.

본 발명은 이렇게 종래의 광고용 조명등기구의 문제점을 개선하여 발명된 것으로써, 안정되고 밝은 빛을 발하는 발광다이오드의 장치이며 특히 점차적으로 사용수요가 늘고 있는 기존 형광등과 네온사인, 백열등, 헬로겐등을 대체할수 있는 장치의 발명으로써 환경보호에도 이바지 할 수 있다.

본 발명으로 장치된 고휘도 발광다이오드의 조명장치는 소비전력이 아주 적은 LED로 이용하여 전력의 소모가 기존의 형광등과 대비하여 75%가 절약되며 수명도 5만에서 10만 시간으로 기존 형광등보다 10배 이상의 수명이 보장된다.

또한 LED자체는 열이 없는 차가운 빛이므로 화재의 위험과 전기누전, 합선에서 안전이 최대한으로 보장되었다.

이렇게 기존의 조명기구를 대체할 본 발명은 전력소모는 물론이며 대량으로 사용하는 형광등램프와 네온사인 등의 폐기 처리는 램프의 다량 수은 함량으로 인하여 정부에서 형광등 램프를 수거함에도 불구하고 수거 전에 파손하거나 그냥 깨어서 일반 쓰레기통에 버려 환경오염에도 막대한 영향을 주고 있다.

이러한 문제점을 개선하려고 직렬로 연결된 LED 조명이 사용되어 전력소모, 수명, 고압, 안전성 등은 만족되는데 한가지 문제점이 LED의 불빛이 흐려 광고의 효과가 부족하다는 단점이 있었다.

기존의 LED조명장치는 이러한 문제의 단점을 일부 개선한 것이며 본 발명의 장치를 추가함으로써 기존의 LED 조명장치의 문제점까지도 개선한 것이며 다이오드브리지 장치와 평활회로를 추가로 장치하면서 기존의 장치보다 조도계의 측정결과약 4배정도 증가시키는 발명인 발광다이오드 조명장치인 것이다.

Claims (2)

1. 직렬로 연결된 발광다이오드(14)의 수량에 따라 보호저항을(13)장치하고 4개의 다이오드를 사용한 다이오드브리지(Diode bridge)(11)회로의 장치를 사용하여 LED의 효율을 높이는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 조명장치.
2. 청구항 1에 있어서 전해콘덴서와 코일을 사용한 평활회로(Smoothing Circuit)(12)장치를 추가로 사용하여 LED의 효율을 높이는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 조명장치.