KR20110036528A - 튜브형 ｌｅｄ 조명장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 튜브 단위 LED를 제공한다. 이 튜브 단위 LED는 광이 전달되며, 각각 파워 플러그(4) 및 파워 소켓(4')이 제공된 2개의 밀봉 단부를 갖춘 단위 글래스 튜브(1); 상기 단위 글래스 튜브(1)에 배치되고, 상기 파워 플러그(4) 및 파워 소켓(4')에 의해 파워되며, 광을 방출하기 위한 다수의 LED 칩(3-2)이 한 표면 상에 설치된 적어도 하나의 LED 발광 베이스판(3); 및 상기 단위 글래스 튜브(1)의 챔버에 적어도 하나의 LED 발광 베이스판(3)을 부착하는 다수의 부착 서포트(5)를 포함한다. 상기 튜브 단위 LED는 상기 적어도 하나의 LED 발광 베이스판(3)으로부터 상기 단위 글래스 튜브(1)의 외측으로 방출된 광을 반사하기 위해 상기 단위 글래스 튜브(1)의 내면 또는 외면 상에 부착된 반사기(2)를 더 포함한다.

Description

튜브형 ＬＥＤ 조명장치{TUBULAR ＬＥＤ LIGHTING DEVICE}
본 발명은 LED 조명에 관한 것으로, 특히 LED 및 이 LED를 포함하는 조명장치에 관한 것이다.
LED 광은 안정적인 조명 기술의 중요한 핵심이다. LED의 활성층으로부터 방출된 광은 LED 칩의 복잡한 경로를 통해 주변 환경으로 방출되고, 몇몇 광은 기판, 반도체층, 전극 및 수지 캡을 통해 흡수되어 모두 방산될 것이다. 현재의 고휘도 LED에 사용된 일반적인 방법은 두꺼운 투명기판을 채용하고, 직사각형 구성에서 6개의 피라미드가 개방될 때까지 광 방출을 위한 피라미드의 수를 증가시키거나, 또는 광 방출의 효율성을 향상시키기 위해 흡수 기판을 간단히 제거하는 방법이다. 고휘도 LED에서의 활성층의 통상 두께는 0.3~1㎛의 범위이고, 그 활성층의 두께는 0.3㎛ 이하로 더 감소될 수 있으며, 다중양자-웰(multiquantum-well)을 위한 헤테로 구조(heterostructure)가 LED 성능을 향상시키기 위해 도입된다. 이 경우, 외부 양자효율은 단지 20%이다. 두번째로, 높은 파워의 안정한 백색광 조명 칩의 결합으로 열 손실의 문제를 해결하는 것은 곤란하다. 현재 사용되고 있는 대부분의 방열장치는 금속으로 만들어져, 그로 인한 양호한 열 전도 및 열 손실로 인해 광 추출과 관련하여 호환성이 좋지 않다. 더욱이, 통상의 백색광 조명기와 같이, 일반적인 광원으로 채용된 모드의 LED의 호환성, 특히 대면적에 사용된 기존의 튜브형 형광등과 LED의 호환성 및 상호교환성은 고려되고 있지 않다.
본 발명은 종래의 문제를 해결하기 위해, 튜브 단위 LED를 제공하는 것을 목적으로 한다.
튜브 단위 LED는 광이 전달되며, 각각 파워 플러그 및 파워 소켓이 제공된 2개의 밀봉 단부를 갖춘 단위 글래스 튜브; 상기 단위 글래스 튜브에 배치되고, 상기 파워 플러그 및 파워 소켓에 의해 파워되며, 광을 방출하기 위한 다수의 LED 칩이 한 표면 상에 설치된 적어도 하나의 LED 발광 베이스판; 및 상기 단위 글래스 튜브의 내부 챔버에 적어도 하나의 LED 발광 베이스판을 부착하는 다수의 부착 서포트를 포함한다.
상기 튜브 단위 LED는 상기 적어도 하나의 LED 발광 베이스판으로부터 상기 단위 글래스 튜브의 외측으로 방출된 광을 반사하기 위해 상기 단위 글래스 튜브의 내면 또는 외면 상에 부착된 반사기를 더 포함한다.
상기 튜브 단위 LED에 있어서, 상기 단위 글래스 튜브는 다결정 알루미나 튜브, 석영 글래스 튜브, 바이코(Vycor) 글래스 튜브, 붕규산염 글래스 튜브, 미세결정 글래스 튜브 및 소다 라임(soda lime) 글래스 튜브 중 어느 하나이다.
상기 튜브 단위 LED에 있어서, 상기 파워 플러그 및 파워 소켓은 2개 또는 그 이상의 튜브 단위 LED가 상기 파워 플러그 및 파워 소켓을 통해 서로 연결되도록 서로 상보적이다.
상기 튜브 단위 LED에 있어서, 상기 파워 플러그 및 파워 소켓은 서로 원-핀(one-pin) 플러그 및 원-핀 소켓 상보적이거나, 또는 서로 더블-핀(double-pin) 플러그 및 더블-핀 소켓 상보적이다.
상기 튜브 단위 LED에 있어서, 상기 단위 글래스 튜브는 실린더, 아크형 실린더, 타원형 실린더, 아크-타원형 실린더, 프리즘 및 아크형 프리즘 중 어느 하나로 형성된다.
상기 튜브 단위 LED에 있어서, 상기 단위 글래스 튜브는 0.5mm~26.5mm 범위의 직경, 0.15mm~1.5mm 범위의 벽 두께, 및 7mm~480mm 범위의 길이를 갖는다.
상기 튜브 단위 LED에 있어서, LED 발광 베이스판은 6mm~470mm 범위의 길이, 0.25mm~24mm 범위의 폭, 및 0.1mm~1.5mm 범위의 두께를 갖는다.
상기 튜브 단위 LED에 있어서, LED 발광 베이스판은 반투명 다결정 알루미나 판 또는 석영 글래스 판으로 이루어진다.
상기 튜브 단위 LED에 있어서, LED 칩은 미세결정 LED 칩이다.
상기 튜브 단위 LED에 있어서, 다결정 LED 칩은 10㎛~50㎛ 범위의 직경을 갖는다.
상기 튜브 단위 LED에 있어서, 반사기는 단위 글래스 튜브의 튜브 벽의 내면 또는 외면 상에 코팅된 필름 금속 반사기, 또는 단위 글래스 튜브의 튜브 벽의 내면 또는 외면 상에 매립된 판 금속 반사기이거나, 유전 필름이다.
상기 튜브 단위 LED에 있어서, 금속 반사기는 알루미나로 이루어지고, 유전 필름은 아연 설파이드 및 불화마그네슘으로 이루어지거나, 또는 일산화규소 및 불화마그네슘으로 이루어진다.
상기 튜브 단위 LED에 있어서, 단위 글래스 튜브의 내면의 1/2 및 외면의 1/2이 반사기에 부착된다.
상기 튜브 단위 LED에 있어서, 반사기는 서로 삽입되어 서로 전기적으로 절연되는 2개의 빗형 금속부를 포함한다.
상기 튜브 단위 LED에 있어서, 튜브 단위 LED는 2개의 LED 발광 베이스판을 포함한다.
상기 튜브 단위 LED에 있어서, 2개의 LED 발광 베이스판은 단위 글래스 튜브의 축을 따라 대칭적으로 배치되고, LED 칩이 설치되는 2개의 LED 발광 베이스판의 2개 표면으로부터 각각 연장되는 2개의 평면간 각도는 90도 이상이다.
상기 튜브 단위 LED에 있어서, 튜브 단위 LED는 3개의 LED 발광 베이스판을 포함한다.
상기 튜브 단위 LED에 있어서, 3개의 LED 발광 베이스판의 각각의 평면은 삼각 프리즘을 형성하도록 교차하고, LED 칩이 설치되는 3개의 LED 발광 베이스판의 각각의 표면은 삼각 프리즘의 외면이다.
상기 튜브 단위 LED에 있어서, 3개의 LED 발광 베이스판 중에서, 2개의 LED 발광 베이스판 모두가 세번째 LED 발광 베이스판의 평면에 대해 대칭이다.
상기 튜브 단위 LED에 있어서, 다수의 부착 서포트가 금속으로 이루어진다.
상기 튜브 단위 LED에 있어서, 다수의 부착 서포트는 표면-폴리쉬(polish)된 알루미늄으로 이루어진다.
상기 튜브 단위 LED에 있어서, 단위 글래스 튜브는 100Torr~3atm 범위의 압력으로 건조 질소 또는 불활성가스가 채워진다.
상기 본 발명의 튜브 단위 LED에 있어서, LED 발광 베이스판 상의 LED가 작동할 때 열이 발생되는데, 그 열의 일부분은 금속 리드에 의해 부착 서포트 및 반사기로 전도되며, 그 열의 또 다른 부분은 단위 글래스 튜브의 반사기, 부착 서포트 및 튜브 벽으로 전도되도록 단위 글래스 튜브 내의 고밀도 질소 또는 불활성가스의 열 교환에 의해 양호한 열 전도성의 PCA 판을 통해 방산되어, 최종적으로 단위 글래스 튜브 외측의 주변 대기로 방산하기 위한 튜브 벽을 통해 빠져 나간다. 또한, 단위 튜브의 투명성은 방사열의 투과성을 증가시킨다. 따라서, 본 발명에 따른 튜브 단위 LED에서는 열 전도성, 열 교환, 열 방산, 광 방출이 고려되기 때문에, 칩의 내부 양자효율이 증가될 뿐만 아니라, 외부 양자효율이 200%로 증가되며, 하나의 튜브 단위 LED의 입력 파워가 기존의 백색광 LED의 3~5W의 파워에서 15~20W의 최대 파워로 증가된다.
더욱이, 본 발명에 따른 다수의 튜브 단위 LED는 램프 튜브를 형성하기 위해 함께 연결될 수 있다. 그 램프 튜브는 일반적인 조명광원의 모드, 특히 대면적에 사용된 기존의 튜브형 형광등과의 양호한 호환성 및 상호교환성 모드로 사용될 수 있다.
상기와 같이 이루어진 본 발명은 튜브 단위 LED를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 튜브 단위 LED를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 라인 A-A에 따른 본 발명의 제1실시예에 의한 튜브 단위 LED의 단면도이다.
도 3은 도 1의 라인 B-B에 따른 본 발명의 제1실시예에 의한 튜브 단위 LED의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 의한 튜브 단위 LED의 LED 발광 베이스판의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 의한 튜브 단위 LED의 LED 발광 베이스의 확대도이다.
도 6a는 본 발명의 제1실시예에 의한 튜브 단위 LED의 단부에서의 파워 플러그 및 파워 소켓의 정면도이고, 도 6b는 도 1의 라인 B-B에 따른 본 발명의 제1실시예에 의한 튜브 단위 LED의 일단부에서의 파워 플러그의 단면도이며, 도 6c는 도 1의 라인 B-B에 따른 본 발명의 제1실시예에 의한 튜브 단위 LED의 타단부에서의 파워 소켓의 단면도이다.
도 7은 도 1의 라인 B-B에 따른 본 발명의 제1실시예에 의한 튜브 단위 LED의 반사기의 단면도이다.
도 8은 도 1의 라인 A-A에 따른 본 발명의 제1실시예에 의한 튜브 단위 LED의 반사기의 단면도이다.
도 9는 본 발명에 의한 튜브 단위 LED의 2개 부분으로 형성된 반사기의 개략도이다.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 의한 튜브 단위 LED(아크형 튜브 단위 LED)의 개략도이다.
도 11은 본 발명의 제1실시예에 의한 튜브 단위 LED에 의해 구성된 조명장치(직선 램프 튜브)의 일예의 개략도이다.
도 12는 본 발명의 제2실시예에 의한 튜브 단위 LED에 의해 구성된 조명장치(링형 램프 튜브)의 다른예의 개략도이다.
본 발명의 실시예가 도면을 참조하여 이하 상세히 기술되며, 동일한 구성요소는 동일한 참조부호로 표시된다.
제1실시예
본 발명의 바람직한 실시예에 의한 튜브 단위 LED는 높은 파워 및 높은 발광을 갖는 백색광 LED이다. 백색광 LED의 구조는 도면을 참조하여 이하 기술될 것이다.
본 발명에 있어서, "단위(elementary)" LED는 광을 방출할 수 있고, 주위의 캐리어로서 글래스 튜브와 함께 "구성요소"로 결합된 N(N≥1)개의 LED 미세결정 칩에 의해 구성되는 완전체를 말한다. 이러한 특정 유닛을 본 발명에서는 "튜브 단위" LED라 부르거나, 또는 짧게 "단위" LED라 부른다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 튜브 단위 LED의 도면을 나타낸다. 도 2는 도 1의 라인 A-A에 따른 본 발명의 제1실시예에 의한 튜브 단위 LED의 단면도이다. 도 3은 도 1의 라인 B-B에 따른 본 발명의 제1실시예에 의한 튜브 단위 LED의 단면도이다.
도 2 및 3에 나타낸 바와 같이, 튜브 단위 LED는 단위 글래스 튜브(1), 반사기(2), LED 발광 베이스판(3), 파워 플러그(4), 파워 소켓(4'), 및 다수의 부착 서포트(5)를 포함한다.
특히, 단위 글래스 튜브(1)는 반투명 다결정 알루미나(PCA) 튜브, 석영 글래스 튜브, 바이코 글래스 튜브, 붕규산염 글래스 튜브, 미세결정 글래스 튜브 또는 일반적인 소다 라임 글래스 튜브로 이루어진다. 예컨대, 단위 글래스 튜브(1)는 바람직하게 0.5mm~26.5mm의 직경, 0.15mm~1.5mm의 벽 두께, 및 7mm~480mm의 길이를 가지며, 그 내부 원형부 및 단부(내부 원형부의 2개 단부는 테이퍼(taper) 형태의 포트로 폴리쉬(polish)되는 형태적 기준에 충족되도록 그라인드(grind) 및 폴리쉬되어, 청결함과 밝게 빛나는 선명함을 나타낸다.
바람직하게, 본 발명에 따른 튜브 단위 LED는 LED 발광 베이스판(3)으로부터 방출된 광을 반사하기 위한 반사기(2)를 더 포함한다.
LED 발광 베이스판(3)으로부터 방출된 광을 반사하기 위한 반사기(2)는 이하 도 7 및 8을 참조하여 기술될 것이다.
도 7은 도 1의 라인 B-B에 따른 본 발명의 제1실시예에 의한 튜브 단위 LED의 반사기의 단면도이다. 도 8은 도 1의 라인 A-A에 따른 본 발명의 제1실시예에 의한 튜브 단위 LED의 반사기의 단면도이다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 반사기(2)는 단위 글래스 튜브(1) 내벽의 소정 영역 상에 코팅된 알루미나(양호한 반사 특성을 갖는 다른 금속, 예컨대 은 등이 사용될 수도 있다) 반사층이고, 단위 글래스 튜브(1)의 내벽 상에 매립된 금속판으로 이루어진 금속 반사기일 것이다.
또한, 유전 필름은 단위 글래스 튜브(1) 내벽의 특정 영역 상에 도금될 수 있고, 그 유전 필름은 가시광을 반사하고 적외선광을 전달할 수 있다. 예컨대, 상기 유전 필름은 아연 설파이드(zinc sulfide) 및 불화마그네슘으로 이루어진 필름이거나, 또는 일산화규소 및 불화마그네슘으로 이루어진 필름일 수 있다.
반사기(2)는 LED 발광 베이스판(3)으로부터 방출된 광을 반사할 수 있다. 따라서, 반사기(2)는 바람직하게 양호한 반사 효과를 달성하기 위해 단위 글래스 튜브(1) 내벽의 실린더 표면의 1/2 상에 배치된다. 물론, 상기 반사기(2)는 또한 단위 글래스 튜브(1)의 내벽 상에 배치될 수 있으며, 달성되는 반사 효과는 단위 글래스 튜브(1)의 내벽 상에 배치된 반사기(2)와 동일하다.
또한, 금속판으로 이루어진 금속 반사기는 양호한 열 전도성을 달성하기 위해 단위 글래스 튜브(1)의 내벽에 부착된다.
물론, 도 7 및 8에 일체 형성된 반사기(2)로 나타냈을 지라도, LED 칩의 PN 정션(junction)에서 최적의 열 방산 효과를 고려하여, 금속판으로 이루어진 금속 반사기(2)는 모두 다수의 볼록부 및 오목부를 갖는 B-B축의 방향으로 2개 부분의 빗형 부분으로 디자인될 수 있으며, 어느 하나의 빗형 부분의 볼록부는 다른 하나의 빗형 부분의 대응하는 오목부에 거의 삽입된다. 도 9는 본 발명에 의한 튜브 단위 LED의 2개 부분으로 이루어진 반사기(2)의 개략도이다. 따라서, 반사기는 전기 전도성 기능의 관점에 따라 2개의 부분으로 분할될 수 있다.
반사기(2)는 튜브 단위 LED에 절대적으로 필요한 것은 아니다. 2개 또는 그 이상의 LED 발광 베이스판(3)이 튜브 단위 LED 주위에 일정한 광속(luminous flux)을 달성하기 위해 튜브 단위 LED에 사용될 수 있으며, 반사기(2)를 필요로 하지는 않는다.
LED 발광 베이스판(3)은 이하 도 4 및 5를 참조하여 기술될 것이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 의한 튜브 단위 LED의 LED 발광 베이스판의 개략도이다. 도 5는 본 발명의 제1실시예에 의한 튜브 단위 LED의 LED 발광 베이스판의 확대도이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, LED 발광 베이스판(3)은 스트립(strip) 형상이고, 높은 열 전도성을 갖는 반투명 PCA 알루미나 판 또는 실리카 글래스 판(3-1)으로 이루어진다. 예컨대, 스트립-형상 LED 발광 베이스판(3)은 바람직하게 6mm~470mm 길이, 0.25mm~24mm 폭 및 0.1mm~1.5mm 두께의 반투명 PCA 알루미나를 가압 및 소결하거나, 또는 유사한 치수를 갖는 퓨즈(fuse)된 석영 글래스를 가압함으로써 만들어질 수 있다.
도 5에 나타낸 바와 같이, N개의 LED 칩(3-2)이 LED 발광 베이스판(3)의 한 표면 상에 일체로 설치되고, 그 칩의 바디는 청색광을 위한 AlInGaN 시스템의 미세결정 LED 칩으로부터 만들어진다. LED 칩(3-2)의 PN 정션은 우선 각각 직렬로 연결된 후 리드에 의해 병렬로 연결되어, 애노드 리드 단자(3-3) 및 캐소드 리드 단자(3-4)를 형성한다. 예컨대, N개(N＞1)의 미세결정 칩이 그룹으로 병렬로 연결되는 방식으로, 미세결정 칩들이 LED 발광 베이스판(3) 상에 배치될 수 있으며, 그와 같은 그룹은 4개씩 직렬로 연결된다.
더욱이, LED 발광 베이스판(3)은 광대역 방출물 SrGa2S4, Eu2+SrS, Eu2 에 의한 적절한 조합의 2개의 이온 형광체를 갖는다. 전자의 이온 형광체는 청색광을 535nm의 녹색광으로 변환시키고, 후자의 이온 형광체는 청색광을 615nm의 적색광으로 변환시킨다. 녹색광을 방출하는 칩과 적색광을 방출하는 칩이 적절하게 결합되면, 높은 컬러 렌더링(color rendering) 비율(Ra)이 달성될 수 있고, 가장 높은 99까지 도달할 수 있다. 바람직하게, LED 발광 베이스판(3)은 95% 이상의 가시광을 전달할 수 있는 PCA 알루미나 판이다.
물론, 당업자들에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, LED 칩은 적절한 크기를 갖는 소정 컬러의 광을 방출하는 칩이며, 그 형광체는 다른 조합이 될 수 있다.
적어도 하나의 LED 발광 베이스판(3)이 본 발명에 의한 튜브 단위 LED에 배치된다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 2개의 LED 발광 베이스판(3)이 단위 글래스 튜브(1)에 배치된다. 바람직하게, 2개의 LED 발광 베이스판(3)이 단위 글래스 튜브(1)의 축을 따라 대칭적으로 배치되고, LED 칩이 설치되는 2개의 LED 발광 베이스판(3)의 2개의 대응하는 표면 상으로 연장되는 2개의 평면간 각도가 형성되며, 그 각도는 바람직하게는 90도 이상이 된다.
또한, 도 2에 나타낸 바와 같은 2개의 LED 발광 베이스판(3)은 단지 예일 뿐이다. 도면에 나타내지 않은 일예로서, 하나의 LED 발광 베이스판만이 단위 글래스 튜브(1)에 배치될 수 있다. 도면에 나타내지 않은 또 다른 예로서, 3개의 LED 발광 베이스판(3)이 단위 글래스 튜브(1)에 배치될 수 있다. 3개의 LED 발광 베이스판은 소정 방식으로 배치될 수 있다.
하나의 바람직한 실시예에 있어서, 3개의 LED 발광 베이스판의 각각의 평면은 삼각 프리즘을 형성하도록 교차하며, LED 칩이 설치되는 3개의 LED 발광 베이스판의 각각의 표면은 삼각 프리즘의 외면이다.
또 다른 바람직한 실시예에 있어서, 2개의 LED 발광 베이스판 모두가 세번째의 LED 발광 베이스판의 평면에 대해 대칭이다. LED 칩이 설치되는 3개의 LED 발광 베이스판의 표면이 소정 방향으로 향할 수 있는데, LED 칩이 설치되는 3개의 LED 발광 베이스판의 각각의 표면이 그 LED 칩이 설치되지 않는 인접한 LED 발광 베이스판의 표면으로 향하는 것이 바람직하다.
물론, 만약 필요하다면 4개 또는 그 이상의 LED 발광 베이스판이 단위 글래스 튜브(1)에 배치될 수 있다. 3개 또는 그 이상의 LED 발광 베이스판이 사용되는 경우, 반사기(2)는 튜브 단위 LED에 포함되지 않을 것이다.
도 2 및 3에 나타낸 바와 같이, LED 발광 베이스판(3)은 단위 글래스 튜브(1) 또는 반사기(2) 상에 고정된 일단부를 갖는 다수의 부착 서포트(5)에 의해 지지되고, 그 부착 서포트(5)는 양호한 광반사 특성을 갖도록 금속, 바람직하게는 표면-폴리쉬된 알루미늄으로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서는 부착 서포트(5)가 금속으로 이루어지기 때문에, 그 부착 서포트(5)는 LED 발광 베이스판(3)에 파워를 공급하는데 사용될 수 있다. 특히, 도 2 및 3에 나타낸 바와 같이, 다수의 부착 서포트(5)가 다수의 애노드 서포트(5-1) 및 다수의 캐소드 서포트(5-2)로 분할될 수 있다. 반사기(2)가 금속으로 이루어진 경우, 애노드 서포트(5-1) 또는 캐소드 서포트(5-2)가 반사기(2)를 통해 튜브 단위 LED의 파워 플러그 및 파워 소켓의 애노드 또는 캐소드에 연결될 수 있다. 반사기(2)가 단일로 형성되기 때문에, 반사기는 애노드를 연결하는 전도체나 또는 캐소드를 연결하는 전도체로서만 작용할 수 있다.
예컨대, 애노드 서포트(5-1)가 반사기(2)를 통해 파워 플러그의 애노드 및 파워 소켓의 애노드에 연결되면, 캐소드 서포트(5-2)는 단위 글래스 튜브(1)의 내벽 상에 고정되고, 반사기(2)로부터 절연되며, 반사기(2)로부터 절연된 와이어(wire)를 통해 파워 플러그(4)의 캐소드 및 파워 소켓(4')의 캐소드에 연결된다. 동시에, 애노드 서포트(5-1) 및 캐소드 서포트(5-2)는 각각 LED 발광 베이스판(3) 상의 미세결정 칩의 애노드 리드 단자(3-3) 및 캐소드 리드 단자(3-4)의 파워 리드로서 작용한다. 물론, 상술한 구조에서, 포지티브 서포트(5-1) 및 네가티브 서포트(5-2)는 상호 교환가능하다. 즉, 캐소드 서포트(5-2)가 반사기(2)를 통해 파워 플러그(4)의 캐소드 및 파워 소켓(4')의 캐소드에 연결되는 한편, 애노드 서포트(5-1)가 단위 글래스 튜브(1)의 내벽 상에 고정되고, 반사기(2)로부터 절연된다.
반사기(2)와 접촉하는 애노드 서포트(5-1)이거나 또는 캐소드 서포트(5-2)인지에 상관없이, PN 정션이 부착 서포트(5)를 통해 다수의 지점에서 금속 반사기와 양호한 접촉을 가질 수 있어, 단위 글래스 튜브(1)의 내벽의 1/2에 부착되는 금속 반사기(2)로 PN 정션으로부터 방출된 열을 전도하고, 전도를 통해 열을 방산할 수 있다.
더욱이, 도 9에 나타낸 바와 같은 또 다른 바람직한 실시예에 있어서, 반사기(2)의 2개의 빗형 부분(2a, 2b)은 하나의 볼록부가 다른 오목부에 상보(complimentary)되는 방식으로 배치되며, 저전압(≥DC 12V)에서의 최소 절연 거리의 절연 간격(2c; 또는 절연 재료로 이루어지는)이 2개 부분의 빗형 부분 2a와 2b간 유지됨으로써, 상기 빗형 부분(2a, 2b)은 각각 그들간 최소 거리를 갖는 도 1에 나타낸 서포트(5)의 다수의 애노드 서포트(5-2) 및 다수의 캐소드 서포트(5-2)에 연결될 수 있다. 따라서, 애노드 서포트(5-1) 및 캐소드 서포트(5-2) 중 어느 하나만이 전기적으로 반사기(2)에 연결되는 상기 방식과 비교하여 향상된 열 전도성이 달성될 수 있다.
제1실시예에 의한 튜브 단부 LED의 단부의 파워 플러그 및 파워 소켓이 이하 도 6a~6c를 참조하여 기술될 것이다.
도 6a는 본 발명의 제1실시예에 의한 튜브 단위 LED의 단부에서의 파워 플러그 및 파워 소켓의 정면도이고, 도 6b는 도 1의 라인 B-B에 따른 본 발명의 제1실시예에 의한 튜브 단위 LED의 일단부에서의 파워 플러그의 단면도이며, 도 6c는 도 1의 라인 B-B에 따른 본 발명의 제1실시예에 의한 튜브 단위 LED의 타단부에서의 파워 소켓의 단면도이다.
도 1 및 2에 나타낸 바와 같이, 단위 글래스 튜브(1)의 2개의 밀봉 단부는 퓨즈된 글래스 재료 또는 미세결정 글래스를 가압한 후 소결함으로써 만들어진다. 2개의 밀봉 단부에는 각각 파워 플러그(4) 및 파워 소켓(4')이 제공되며, 파워 플러그(4)가 파워 입력이고, 파워 소켓(4')이 파워 출력이다. 파워 플러그(4) 및 파워 소켓(4')은 소정의 금속과 같은 전도재료로 이루어질 수 있다. 도 6b 및 6c에 나타낸 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 파워 플러그(4) 및 파워 소켓(4')은 단자를 이끄는 오목부 및 볼록부일 수 있다. 볼록 단부는 더블-핀(double-pin) 플러그이며, 그 중 한 핀은 직사각형 단면을 갖는 직사각형 핀(4-1)이고, 다른 핀은 원형 단면을 갖는 원형 핀(4-2)이다. 오목 단부는 더블-홀(double-hole) 소켓이며, 그 중 한 홀은 직사각형 단면을 갖는 직사각형 홀(4'-1)이고, 다른 홀은 원형 단면을 갖는 원형 홀(4'-2)이다. 상기 파워 플러그(4) 및 파워 소켓(4')은 더블-핀 플러그 및 더블-홀 소켓으로부터 떨어져 서로 플러그하도록 채용된 소정의 구조일 수 있다는 것은 명백하다. 따라서, 동일한 매칭 규정 조건을 갖는 파워 플러그(4) 및 파워 소켓(4')이 서로 플러그될 수 있다. 따라서, 동일한 매칭 규정 조건의 튜브 단위 LED의 2개의 단부는 튜브 단부 LED를 기존의 튜브형 형광등 시스템의 발광체 서포트와의 호환을 아주 용이하게 하는 소정 원하는 수의 튜브 단위 LED를 포함하는 튜브 완전체를 형성하도록 서로 플러깅(plugging)함으로써 함께 연결될 수 있다.
상술한 더블-핀 및 더블-홀 구조의 파워 플러그 및 파워 소켓에 있어서, LED 발광 베이스판(3)을 파워시키도록 어느 한 핀 및 한 홀은 양극이고, 다른 핀 및 다른 홀은 음극이다.
또한, 비록 상기한 더블-핀 파워 플러그 및 더블-홀 파워 소켓을 도면에 나타냈을 지라도, 파워 플러그 및 파워 소켓은 원-핀(one-pin) 플러그 및 원-홀(one-hole) 소켓일 수 있다. 즉, 원-핀 파워 플러그가 양극이면, 원-홀 파워 소켓은 음극이거나, 또는 원-핀 파워 플러그가 음극이면, 원-홀 파워 소켓은 양극이다.
파워 플러그 및 파워 소켓이 더블-핀 및 더블-홀 구조 또는 원-핀 및 원-홀 구조에 상관없이, 동일한 플러깅 구조를 갖는 파워 플러그(4) 및 파워 소켓(4')이 서로 플러그되어, 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 상술한 파워 플러그 및 파워 소켓에서 핀 및 홀의 단면이 직사각형 또는 원형인 것은 단지 일예일 뿐, 핀 및 홀은 서로 쉽게 플러그되는 한 어떠한 원하는 형태도 가능하다.
모두 금속으로 이루어진 반사기(2) 및 부착 서포트(5)를 통해 파워 플러그(4) 및 파워 소켓(4')에 의해 LED 발광 베이스판(3)이 파워되는 경우가 상기 기술되었다. 당업자라면 다른 방식으로 파워 플러그(4) 및 파워 소켓(4')에 의해 LED 발광 베이스판(3)을 파워 업(power up)시키기 위한 회로 루프를 구성할 수 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 파워 플러그(4) 및 파워 소켓(4')은 와이어를 통해 금속으로 이루어진 부착 서포트(5)와 연결됨으로써, LED 발광 베이스판(3)을 파워시킨다. 또한, 파워 플러그(4) 및 파워 소켓(4')은 단위 글래스 튜브(1) 또는 반사기(2) 상에 금속 와이어 또는 투명 와이어를 위치시킴으로써 금속으로 이루어진 부착 서포트(5)와 연결됨으로써, 금속으로 이루어진 부착 서포트(5)를 통해 LED 발광 베이스판(3)을 파워 업시킨다. 물론, 파워 플러그(4) 및 파워 소켓(4')은 직접 LED 발광 베이스판(3)에 연결될 것이다.
바람직하게, 파워 플러그(4) 및 파워 소켓(4') 뿐만 아니라, 단부 및 단위 글래스 튜브(1) 모두는 낮은 용융 글래스의 가스-기밀 밀봉 또는 금속 납땜을 채용한다. 바람직하게 가스-기밀 밀봉에는 2개의 단계가 수행되는데, 단계 1에서는 전체 장치가 단위 글래스 튜브(1)에서 흡수된 수증기 및 다른 가스를 제거하기 위해 진공에서 150℃로 가열되고, 단계 2에서는 단위 글래스 튜브(1)가 100Torr~3atm 범위의 압력으로 건조 질소 또는 불활성가스(예컨대, 아르곤, 네온 등)로 채워진다. 바람직하게는, 기술에 있어 질소를 사용하는 것이 저렴하기 때문에 질소가 채워진다. 질소는 일반적으로 액체 질소로부터 얻어지며, 그와 같은 질소는 매우 건조하고, 수증기 함유는 천만분의 일 이하로, 이는 패키지 내의 수증기 함유가 5000ppm(5‰) 이하인 것을 보장할 수 있다. 그와 같은 0℃ 이하의 이슬점(6000ppm, 즉 6‰)은 어느정도의 물이 모아져 얼음이 나타나는 것을 보장하고, 이는 액체의 물로 인한 단위 글래스 튜브(1) 내의 구성요소 및 회로의 장애를 야기하지 않게 할 것이다.
미세결정 LED 칩(3-2)은 양호한 열 전도성을 갖는 PCA로 이루어진 LED 발광 베이스판(3) 상에 직접 설치되고, 가시광의 95%를 전달할 수 있으며, LED 칩(3-2)이 작동할 때 발생된 열의 일부분을 부착 서포트(5) 및 반사기(2)에 의해 전도한다. 열의 또 다른 부분은 단위 글래스 튜브(1)의 반사기(2), 부착 서포트(5) 및 튜브 벽으로 전도되도록 단위 글래스 튜브(1) 내의 고밀도 질소 또는 불활성가스의 열 교환에 의해 양호한 열 전도성을 갖는 PCA 판으로 이루어진 LED 발광 베이스판(3)을 통해 방산되어, 최종적으로 단위 글래스 튜브(1) 외측의 주변 대기로 방산하기 위한 튜브 벽을 통해 빠져 나간다. 또한, 단위 튜브(1)의 투명성은 방사열의 투과성을 증가시킨다.
미세결정 LED 칩의 그와 같은 양호한 열 스트레스 방출 특성은 칩의 유전장을 낮추고 내부 양자효율을 향상시킬 것이다. 미세결정 LED 칩은 어레이로 일체로 설치되고, 이는 그 칩 주위의 주변 영역을 증가시킨다. 또한, 미세결정 LED 칩의 직경이 단지 약 10㎛이지만 그 측면 길이가 40㎛까지 될 수 있기 때문에, 직경이 수 밀리미터인 칩과 비교되고, 미세결정 LED의 주변 길이가 수백배 이상 연장되므로, 활성층에서의 광의 측면 방출을 위한 양호한 경로가 제공될 수 있다. 0.4㎛보다 작은 폭을 갖는 미세결정 LED 칩이 가시광을 투과하는 것으로 고려되기 때문에, 미세결정 LED 칩 주위의 약 16㎛2의 활성층으로부터 발생된 광은 소정의 방해물 없이 방출되고, 따라서 외부 양자효율이 거의 200%로 증가될 수 있다. 다수의 미세결정 LED 칩으로부터 소정 방향으로 방출된 광은 외층의 공간으로 튜브 단위 LED의 단위 튜브(1)를 직접 빠져 나가거나, 또는 단위 튜브(1)의 반사기(2)에 의해 반사되어 또 다른 방향으로 외층의 공간으로 보내진다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 LED 칩의 열 전도성, 열 교환, 열 방산, 광 방출이 고려되기 때문에, 칩의 내부 양자효율이 증가될 뿐만 아니라, 외부 양자효율도 200%로 증가되며, 하나의 튜브 단위 LED의 입력 파워는 기존의 백색광 LED의 3~5W의 파워에서 15~20W의 최대 파워로 증가된다.
제2실시예
하나의 바람직한 실시예에 의한 튜브 단위 LED가 상기 기술되었을 지라도, 상기 기술된 튜브 단위 LED가 다른 형태로 형성될 수 있다는 것은 당업자들에게는 자명할 것이다. 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 튜브 단위 LED(아크형 튜브 단위 LED)의 개략도이다.
본 실시예에 있어서, 도 10에 나타낸 바와 같이, 튜브 단위 LED는 아크형 튜브로 디자인될 수 있다. 단위 글래스 튜브(1), 반사기(2), 및 LED 발광 베이스판(3)이 아크형으로 형성된 것 외에, 본 실시예의 아크형 튜브 단위 LED는 도 1~3의 것과 동일하다. 아크형 튜브 단위 LED의 중심각은 소정의 각도, 바람직하게는 180도 이하가 될 것이다.
명백하게, 본 실시예의 아크형 튜브 단위 LED 외에, 단위 글래스 튜브(1), 반사기(2), 및 LED 발광 베이스판(3)을 포함하는 튜브 단위 LED는 소정 형태, 예컨대, 실린더, 아크형 실린더, 타원형 실린더, 아크-타원형 실린더, 프리즘, 및 아크형 프리즘으로 형성될 수 있다.
제3실시예
본 발명에 있어서, 다수의 튜브 단위 LED는 조명장치, 예컨대 램프 튜브와 함께 조립될 수 있다. 본 발명에 의한 다수의 튜브 단위 LED에 의해 구성된 예시의 램프 튜브가 도 11 및 12를 참조하여 기술될 것이다.
도 11은 본 발명의 제1실시예에 의한 단위 LED에 의해 구성된 조명장치(직선 램프 튜브)의 일예의 개략도이다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 제1실시예에 의한 3개의 튜브 단위 LED(10-1 내지 10-3)에 의해 직선 램프가 구성된다. 하나의 어댑터 플러그(10-4)가 직선 램프 튜브의 우측 단부에 제공되고, 상기 어댑터 플러그(10-4)의 일단부는 튜브 단위 LED(10-3)의 소켓에 플러그되고, 상기 어댑터 플러그(10-4)의 타단부는 램프 서포트(도시하지 않음)의 한 측 상의 소켓에 플러그될 수 있으며, 튜브 단위 LED(10-1)의 소켓은 램프 서포트의 또 다른 측 상의 소켓에 플러그될 수 있다. 물론, 상기 어댑터 플러그는, 심지어 다수의 튜브 단위 LED로 이루어진 조명장치의 크기가 램프 서포트의 크기와 매치되지 않을 때 조차 직선 램프의 양 측 상에 설치될 수 있으며, 그와 같은 조명장치는 여전히 어댑터 플러그를 통해 램프 서포트에 조립될 수 있다.
상기 직선 램프가 제1실시예에 의한 소정 원하는 수의 튜브 단위 LED로 이루어질 수 있다는 것은 당업자에게는 자명할 것이다. 튜브 단위 LED의 크기에 따라, 직선 램프 튜브가 기존의 형광등 서포트와 호환이 이루어질 수 있다.
제4실시예
도 12는 본 발명의 제2실시예에 의한 튜브 단위 LED에 의해 구성된 조명장치(링형 램프 튜브)의 또 다른 예의 개략도이다.
도 12에 나타낸 바와 같이, 링형 램프 튜브는 제2실시예에 의한 3개의 튜브 단위 LED(11-1 내지 11-3)로 이루어진다. 링형 램프 튜브의 아크형 튜브 단위 LED(11-1)의 일단부 및 링형 램프 튜브의 아크형 튜브 단위 LED(11-3)의 일단부는 어댑터 플러그(11-4)에 플러그되고, 외측에 노출되는 도 12의 어댑터 플러그의 단부(11-41)는 램프 서포트(도시하지 않음)의 소켓에 플러그될 수 있다.
링형 램프 튜브가 제2실시예에 의한 소정 원하는 수의 아크형 튜브 단위 LED로 이루어질 수 있다는 것은 당업자에게는 자명할 것이다. 아크형 튜브 단위 LED의 크기에 따라, 링형 램프 튜브가 기존의 형광등 램프 서포트와 호환이 이루어질 수 있다.
따라서, 본 발명의 다수의 튜브 단위 LED를 포함하는 램프 튜브는 기존 램프와의 양호한 호환성을 갖는다. 더욱이, 상기한 기술로부터, 본 발명에 의한 다양한 형태의 튜브 단위 LED를 채용함으로써 다양한 형태의 램프 튜브를 편리하게 만들 수 있다는 것은 당업자에게는 자명할 것이다. 예컨대, 종래의 소정 형태의 램프 튜브가 상기 제1실시예에 의한 튜브 단위 LED, 제2실시예에 의한 튜브 단위 LED 및 다른 형태의 튜브 단위 LED를 연결함으로써 제조될 수 있고, 예컨대 나선형 램프 튜브, U형 램프 튜브 및 나비형 램프 튜브 등이 각각 본 발명의 튜브 단위 LED에 의해 만들어질 수 있다. 더욱이, 타원의 링형 램프 튜브, 다각형 램프 튜브 등이 제조될 것이다.
제3 및 제4실시예의 기술로부터, 어댑터 플러그가 조명장치를 램프 서포트에 조립될 수 있게 할 뿐만 아니라, 다수의 단위 LED의 플러그 및 소켓이 서로 매치하지 않을 경우, 상기 어댑터 플러그가 이들 비매치 플러그 및 소켓을 갖는 튜브 단위 LED를 서로 연결할 수 있게 하는데 사용될 수 있다는 것은 당업자에게는 자명할 것이다.
제5실시예
본 발명은 또한 구성요소로서 작용할 수 없는 튜브 LED로서 실시될 수도 있다. 즉, 튜브 LED의 일단부에만 파워 플러그 또는 파워 소켓이 제공되어, 상기 튜브 LED가 또 다른 튜브 LED에 플러그될 수 있다. 이와 별개로, 상기 튜브 LED의 다른 구조는 제1 및 제2실시예에 의한 튜브 단위 LED의 구조와 동일하다.
상술한 본 발명의 실시예들은 단지 설명을 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다.
1 : 단위 글래스 튜브, 2 : 반사기,
3 : LED 발광 베이스판, 4 : 파워 플러그,
4' : 파워 소켓, 5 : 부착 서포트.

Claims (23)

  1. 광이 전달되며, 각각 파워 플러그(4) 및 파워 소켓(4')이 제공된 2개의 밀봉 단부를 갖춘 단위 글래스 튜브(1);
    상기 단위 글래스 튜브(1)에 배치되고, 상기 파워 플러그(4) 및 파워 소켓(4')에 의해 파워되며, 광을 방출하기 위한 다수의 LED 칩이 한 표면 상에 설치된 적어도 하나의 LED 발광 베이스판(3); 및
    상기 단위 글래스 튜브(1)의 내부 챔버에 적어도 하나의 LED 발광 베이스판(3)을 부착하는 다수의 부착 서포트(5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 튜브 단위 LED.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 LED 발광 베이스판(3)으로부터 상기 단위 글래스 튜브(1)의 외측으로 방출된 광을 반사하기 위해 상기 단위 글래스 튜브(1)의 내면 또는 외면 상에 부착된 반사기(2)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 튜브 단위 LED.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 단위 글래스 튜브(1)는 다결정 알루미나 튜브, 석영 글래스 튜브, 바이코 글래스 튜브, 붕규산염 글래스 튜브, 미세결정 글래스 튜브 및 소다 라임 글래스 튜브 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 튜브 단위 LED.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 파워 플러그(4) 및 파워 소켓(4')은 2개 또는 그 이상의 튜브 단위 LED가 상기 파워 플러그(4) 및 파워 소켓(4')을 통해 서로 연결되도록 서로 상보적인 것을 특징으로 하는 튜브 단위 LED.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 파워 플러그(4) 및 파워 소켓(4')은 서로 원-핀 플러그 및 원-핀 소켓 상보적이거나, 또는 서로 더블-핀(4-1, 4-2) 플러그 및 더블-핀(4'-1, 4'-2) 소켓 상보적인 것을 특징으로 하는 튜브 단위 LED.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 단위 글래스 튜브(1)는 실린더, 아크형 실린더, 타원형 실린더, 아크-타원형 실린더, 프리즘 및 아크형 프리즘 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 튜브 단위 LED.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 단위 글래스 튜브(1)는 0.5mm~26.5mm 범위의 직경, 0.15mm~1.5mm 범위의 벽 두께, 및 7mm~480mm 범위의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 튜브 단위 LED.
  8. 청구항 7에 있어서,
    LED 발광 베이스판(3)은 6mm~470mm 범위의 길이, 0.25mm~24mm 범위의 폭, 및 0.1mm~1.5mm 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 튜브 단위 LED.
  9. 청구항 1에 있어서,
    LED 발광 베이스판(3)은 반투명 다결정 알루미나 판 또는 석영 글래스 판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 튜브 단위 LED.
  10. 청구항 1에 있어서,
    LED 칩(3-2)은 미세결정 LED 칩인 것을 특징으로 하는 튜브 단위 LED.
  11. 청구항 10에 있어서,
    다결정 LED 칩은 10㎛~50㎛ 범위의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 튜브 단위 LED.
  12. 청구항 2에 있어서,
    반사기(2)는 단위 글래스 튜브(1)의 튜브 벽의 내면 또는 외면 상에 코팅된 필름 타입 금속 반사기, 또는 단위 글래스 튜브(1)의 튜브 벽의 내면 또는 외면 상에 매립된 판 타입 금속 반사기이거나, 상기 반사기(2)는 유전 필름인 것을 특징으로 하는 튜브 단위 LED.
  13. 청구항 12에 있어서,
    금속 반사기는 알루미나로 이루어지고, 유전 필름은 아연 설파이드 및 불화마그네슘으로 이루어지거나, 또는 일산화규소 및 불화마그네슘으로 이루어진 것을 특징으로 하는 튜브 단위 LED.
  14. 청구항 2에 있어서,
    단위 글래스 튜브(1)의 내면의 1/2 및 외면의 1/2이 반사기(2)에 부착되는 것을 특징으로 하는 튜브 단위 LED.
  15. 청구항 2에 있어서,
    반사기(2)는 서로 삽입되어 서로 전기적으로 절연되는 2개의 빗형 금속부를 포함하는 것을 특징으로 하는 튜브 단위 LED.
  16. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    튜브 단위 LED는 2개의 LED 발광 베이스판(3)을 포함하는 것을 특징으로 하는 튜브 단위 LED.
  17. 청구항 16에 있어서,
    2개의 LED 발광 베이스판(3)은 단위 글래스 튜브(1)의 축을 따라 대칭적으로 배치되고, LED 칩(3-2)이 설치되는 2개의 LED 발광 베이스판(3)의 2개 표면으로부터 각각 연장되는 2개의 평면간 각도는 90도 이상인 것을 특징으로 하는 튜브 단위 LED.
  18. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    튜브 단위 LED는 3개의 LED 발광 베이스판(3)을 포함하는 것을 특징으로 하는 튜브 단위 LED.
  19. 청구항 18에 있어서,
    3개의 LED 발광 베이스판(3)의 각각의 평면은 삼각 프리즘을 형성하도록 교차하고, LED 칩이 설치되는 3개의 LED 발광 베이스판(3)의 각각의 표면은 삼각 프리즘의 외면인 것을 특징으로 하는 튜브 단위 LED.
  20. 청구항 18에 있어서,
    3개의 LED 발광 베이스판(3) 중에서, 2개의 LED 발광 베이스판(3) 모두가 세번째 LED 발광 베이스판(3)의 평면에 대해 대칭인 것을 특징으로 하는 튜브 단위 LED.
  21. 청구항 1에 있어서,
    다수의 부착 서포트(5)가 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 튜브 단위 LED.
  22. 청구항 21에 있어서,
    다수의 부착 서포트(5)는 표면-폴리쉬된 알루미늄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 튜브 단위 LED.
  23. 청구항 1에 있어서,
    단위 글래스 튜브(1)는 100Torr~3atm 범위의 압력으로 건조 질소 또는 불활성가스가 채워지는 것을 특징으로 하는 튜브 단위 LED.
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