KR20120001616A - Ｌｅｄ 램프 시스템 - Google Patents

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히로키 나카가와
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후미히코 마수코
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Abstract

[과제] LED 소자의 깜박거림을 억제한 LED 램프 시스템을 제공한다.
[해결수단] LED 램프 시스템은, LED 소자(25)를 갖는 직관형 LED 램프(16)와, LED 소자(25)를 점등시키는 전용 전원(17)을 구비한다. 전용 전원(17)은, 상용 교류 전원(e)을 전파 정류 및 평활하게 하고, 리플율이 1.3 이하의 정전류를 출력함으로써, LED 소자(25)를 점등시킨다.

Description

ＬＥＤ 램프 시스템{LED LAMP SYSTEM}
본 발명은, 정전류(定電流)를 LED 소자에 공급하는 전원장치를 구비한 LED 램프 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 예를 들면 직관형(直管形), 혹은 전구형 등의 형광램프를 대신하여 사용 가능한 광원으로서, 소비 전력이 낮고 수명이 긴 LED 소자를 이용한 램프장치가 제안되고 있다.
일본 공개특허 2000-260578호 공보
근년, 조명기구의 리뉴얼을 위해서, 기존의 조명기구에 LED 램프를 부착하고자 하는 요구가 높고, 또한, 램프 광색의 변경이나 램프 출력의 변화에 수반하는 램프 교환을 고려하면, LED 소자를 이용한 램프장치에서는, 기존의 형광램프의 기구 본체에 그대로 부착되는 것으로 하는 것이 바람직하다. 따라서, 이 램프장치에서는, 상용 교류 전원, 혹은 형광램프의 점등장치 등의 교류 출력을 직류로 변환하여 점등한다. 그 때문에, 출력전류에 리플 성분을 많이 포함하고, 이 리플 성분이 소정 이상의 변동폭을 갖는 경우에는 깜박거림으로서 인식된다. 특히, 램프의 전체 광속(光束)이 작고 조도(照度)가 낮은 램프장치의 경우, 이 깜박거림에 의해 사용자가 불쾌감을 느끼므로, 조명으로서의 기능이 손상될 우려가 있다.
본 발명은, 이러한 점에 감안하여 이루어진 것으로, LED 소자의 깜박거림을 억제한 LED 램프 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 LED 램프 시스템은, LED 소자를 구비한 직관 형상 LED 램프를 갖는다. 또한, LED 램프 시스템은, 교류 전원을 정류 및 평활하게 하여, 리플율이 1.3 이하인 정전류를 직관 형상 LED 램프의 LED 소자에 공급하여 LED 소자를 점등시키는 전원장치를 갖는다.
본 발명에 의하면, 리플율을 1.3 이하로 한 정전류를 전원장치로부터 LED 소자로 공급하여 LED 소자를 점등시키므로, 출력전류의 맥류(脈流)에 기인하는 LED 소자의 깜박거림을 억제할 수 있다.
도 1은 일 실시 형태를 도시하는 LED 램프 시스템의 회로도이다.
도 2는 일 실시 형태의 LED 램프 시스템의 사시도이다.
도 3은 일 실시 형태의 전원장치의 출력전류의 전류 파형을 도시하는 설명도이다.
도 4는 일 실시 형태의 전원장치의 출력전류의 리플율과, LED 소자의 깜박거림을 감지한 피험자의 비율과의 대응을 나타내는 표이다.
이하, 일 실시 형태를, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한다.
도 2에 있어서, 11은 LED 램프 시스템을 나타내고, 이 LED 램프 시스템(11)은, 천정 직부착형 조명기구로, 천정에 설치되는 도시하지 않는 본체부 및 이 본체부에 부착되는 역삼각형의 반사체(12)를 갖는 시스템 본체로서의 기구 본체(13), 이 기구 본체(13)의 양단에 서로 대향하여 배치된 한 쌍의 광원 부착수단으로서의 소켓(14), 이들 한 쌍의 소켓(14) 사이에 접속되는 직관형의 광원, 즉 램프로서의(직관 형상) LED 램프인 직관형 LED 램프(16), 및 이 직관형 LED 램프(16)에 전력을 공급하여 직관형 LED 램프(16)를 점등시키는 전원장치(전원회로)로서의 점등장치인 전용 전원(17)을 구비하고 있다. 이 LED 램프 시스템(11)은, 2등(燈)용으로서, 한 쌍의 소켓(14)이 2조(組) 사용되어, 2개의 직관형 LED 램프(16)가 사용된다.
본 실시형태의 LED 램프 시스템(11)은, 직관형 형광램프를 사용하는 이미 설치된 조명기구 구조의 기구 본체(13) 및 소켓(14)을 그대로 사용하여, 직관형 LED 램프(16) 및 전용 전원(17)을 사용하는 LED 램프 시스템(11)으로서 리뉴얼하는 것이다. 또는, 직관형 LED 램프(16) 및 전용 전원(17)을 사용하는 LED 램프 시스템(11)을 신규로 설치하는 경우에도, 직관형 형광램프를 사용하는 기존의 조명기구 구조의 기구 본체(13) 및 소켓(14)을 유용하여, 직관형 LED 램프(16) 및 전용 전원(17)을 사용하는 LED 램프 시스템(11)으로서 설치하는 것이다.
직관형 LED 램프(16)는, 예를 들면, 투광성을 갖는 원통형상으로, 직관형의 관체(管體)(21), 이 관체(21)내에 수용된 발광 모듈(22), 및 관체(21)의 양단에 설치된 접속부(23)를 구비하고 있다.
관체(21)는, 투광성 및 확산성을 갖는 유리나 수지 재료에 의해서, 직관형 형광램프와 대략 같은 관 길이 및 관 지름이고, 직관형 형광램프와 대략 같은 외관인 긴 원통형상으로 형성되고, 양단에는 부착부인 접속부(23)가 설치되어 있다.
발광 모듈(22)은, 관체(21)의 관축방향을 따라서 가늘고 긴 기판(도시하지 않음), 및 이 기판의 길이방향을 따라서 실장(實裝)된 부하(負荷)로서의 복수의 LED 소자(25)를 구비하고 있다. 이 발광 모듈(22)은, 기판을 평판 형상으로 하고, 그 기판의 한 면에 LED 소자(25)를 실장하여, 주로 관체(21)의 소정의 방향으로부터 빛이 방사되도록 해도 좋고, 혹은, 기판을 다각형의 통 형상으로 하고, 그 기판의 둘레면에 LED 소자(25)를 실장하여, 관체(21)의 전 둘레로부터 빛이 방사되도록 해도 좋다. LED 소자(25)는, 예를 들면 LED 소자의 경우, 청색광을 발광하는 LED 칩이, 청색광으로 여기(勵起)되어 황색광을 방출하는 형광체를 함유한 투명 수지로 밀봉되어 있고, 이 투명 수지의 표면으로부터 백색계의 빛이 방사된다.
접속부(23)는, 소켓(14)에 대해서 접속되는 것으로, 예를 들면, 절연성을 갖는 합성수지 재료에 의해서, 직관형 형광램프의 구금(口金)과 같은 형상으로 형성되고, 관체(21)의 단부(端部)에 피착(被着)되어 고정돼 있다. 또한, 이 접속부(23)의 단면(端面)에는, 직관형 형광램프의 램프 핀과 동일한 수전부(受電部)로서의 한 쌍의 램프 핀(26)이 돌출설치되어 있다. 또한, 접속부(23)는, 한 쌍의 램프 핀(26)에 한하지 않고, 1개의 램프 핀이라도 좋고, 혹은 다른 구성이라도 좋으며, 소켓(14)에 대해서 전기적 접속이나 지지가 가능하면 어떠한 구성이라도 상관없다. 또한, 이 접속부(23)는, 예를 들면 어댑터 등을 통해 소켓(14)에 전기적 및 물리적으로 접속해도 좋다.
그리고, 직관형 LED 램프(16)는, 예를 들면 기존의 직관형 형광램프 40W형(FL40형, FHF32형)과 외경 및 전체 광속이 대략 동등한 것으로, 관축방향의 전장이 1300mm 미만, 1000mm 이상의 범위이고, 전체 광속이 2000lm 이상의 정격 특성을 갖고 있다.
또한, 도 1에 도시하는 바와 같이, 상용 교류 전원(e)(예를 들면 100VAC, 50/60Hz)을 공급하는 한 쌍의 전원선(31)이 기구 본체(13)내를 통해서 전용 전원(17)의 입력측에 접속되고, 이 전용 전원(17)의 출력측과 각 소켓(14)이 접속선(35)으로 접속되어 있다. 또한, 도 1에는, 한쪽의 직관형 LED 램프(16)만을 도시하지만, 다른 쪽의 직관형 LED 램프(16)에 대해서도 마찬가지이다.
이 경우, 전용 전원(17)은, 예를 들면, 상용 교류 전원(e)으로부터의 교류 전력을 정류하는 브리지 다이오드 등의 전파(全波) 정류소자(37), 이 전파 정류소자(37)로부터의 출력 전력을 평활하게 하는 평활 콘덴서 등의 (제1) 평활 소자 (38), 및, 원하는 전압으로 변환하는 초퍼 회로 등을 포함한 DC-DC 컨버터(40)를 구비하고, 교류 정현파 또는 교류 직사각형파의 교류 전력을 직류 변환하여 소켓 (14)을 통하여 직관형 LED 램프(16)의 램프 핀(26)에 공급한다. 또한, 전용 전원 (17)은, 예를 들면 상용 교류 전원(e)으로부터의 교류 전력을 교류 전력으로서 출력하는 형광램프용의 점등장치 등의 교류 전원의 출력측에 접속해도 좋다.
DC-DC 컨버터(40)는, 예를 들면 평활 소자(38)의 양단 사이에 전기적으로 접속된 스위칭 소자(41)와 플라이 휠 다이오드로 되는 다이오드(42)와의 직렬회로, 이 다이오드(42)에 병렬로 전기적으로 접속된 인덕터(43)와 콘덴서 등의 (제2) 평활 소자(44)와의 직렬 회로를 갖고 있고, 도시하지 않는 제어수단에 의해 스위칭 소자(41)가 스위칭 제어됨으로써 강압(降壓) 동작을 행하는 것이다. 또한, 스위칭 소자(41)는, 예를 들면 MOSFET 등의 스위칭 소자라도 좋다.
여기서, 전용 전원(17)은, 예를 들면 도 3에 도시하는 전류 파형(램프전류 포락(包絡)파형)(W)을 갖는 출력전류(정전류)를 출력하고, 스위칭 소자(41)의 스위칭 제어(스위칭 주파수 및, 듀티비)와, 평활 소자(44)의 용량 중 적어도 어느 한쪽에 의해서 그 리플율 RF가 설정되어 있다. 리플율 RF란, 전용 전원(17)의 출력전류의 변동폭 Ipp를 램프 전류 평균치(실효 전류치) Ia에 의해 나눈 것이고(RF= Ipp/Ia), 출력전류의 변동폭 Ipp란, 출력전류의 최대치 Imax로부터 최소치 Imin을 뺀 것이다(Ipp=Imax - Imin). 즉, 리플율 RF가 작을수록, 출력전류에 포함되는 맥류가 작은 것을 의미한다. 그리고, 이 전용 전원(17)에서는, 출력전류의 리플율 RF가 1.3 이하가 되도록 설정되어 있다. 한편, 본 실시형태에 있어서, 전용 전원(17)은, 50/60Hz의 상용 교류 전원(e)을 전파 정류소자(37)에 의해 전파 정류하고 있기 때문에, 출력전류에 포함되는 맥류의 주파수는 100/120Hz로 되어 있지만, 예를 들면 출력전류에 포함되는 맥류가 100Hz 이상의 주파수이면, 동일하게 대응하여 이용할 수 있다.
그리고, 전용 전원(17)에서는, DC-DC 컨버터(40)에 있어서 제어수단이 스위칭 소자(41)를 온(on)함으로써, 인덕터(43)에 증가 전류가 흘러 자기(磁氣) 에너지가 축적되고, 스위칭 소자(41)를 오프(off)함으로써, 인덕터(43)에 축적된 자기 에너지가 다이오드(42)를 경유하여 방출되어, 감소 전류가 흘러 평활소자(44)가 충전된다. 이하, 동일한 회로 동작의 반복에 의해, 본 실시형태에서는 도 3에 도시하는 전류 파형(W)을 갖는 정전류, 즉 최소치 Imin이 0보다 큰(0으로 되지 않음) 출력전류가 전용 전원(17)으로부터 출력되고, 이 출력전류가 접속선(35), 소켓(14) 및 접속부(23)의 램프 핀(26)을 통해 발광 모듈(22)의 LED 소자(25)에 공급되어, LED 소자(25)가 점등한다.
이때, 전용 전원(17)의 출력전류의 리플율 RF를 1.3 이하로 설정함으로써, LED 소자(25)의 깜박거림, 환언하면 사용자가 육안으로 확인 가능한 레벨의 발광량의 변화를 억제할 수 있고, 특히, 높은 조도의 환경하에서의 플리커(flicker)를 줄일 수 있다.
여기서, 복수의 피험자에 대해서 리플율 RF가 상이한 램프를 보여, 깜박거림을 느꼈는지 여부를 실험한 결과를 도 4에 도시한다. 상기 일 실시 형태에 대응하는 실시예 1 및 실시예 2에서는, 리플율 RF를 각각 1.3, 1.1로 하고, 종래예에 대응하는 비교예에서는, 리플율 RF를 1.5로 하였다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 비교예의 경우, 50% 이상의 피험자가 깜박거림을 느낀 것에 비하여, 실시예 1 및 실시예 2의 경우에는, 깜박거림을 느낀 피험자가 각각 10%, 5%로 되었다. 즉, 출력전류의 리플율 RF를 1.3 이하로 함으로써, LED 소자(25)의 깜박거림을 효과적으로 억제할 수 있음을 알 수 있다.
특히, 출력전류에 포함되는 맥류의 주파수가 비교적 작은 범위, 예를 들면 100Hz 정도의 주파수에 있어서는, 인간의 눈에 의해 LED 소자(25)의 깜박거림이 검출 가능하기 때문에, 사용자가 깜박거림을 느끼기 쉽다. 이 때문에, 100Hz 이상의 맥류를 포함하는 출력전류를 출력하는 전용 전원(17)에 있어서, 리플율 RF를 1.3 이하로 설정함으로써, 사용자가 깜박거림을 느끼기 쉬운 주파수대역의 맥류를 포함하는 출력전류에 의해 점등하는 LED 소자(25)이라도, 사용자가 깜박거림을 느끼지 않게 되어, 깜박거림에 기인하는 불쾌감을 저감할 수 있다.
더욱이, 전용 전원(17)의 출력전류를, 1사이클마다 최소치 Imin이 0으로 되지 않도록 제어함으로써, LED 소자(25)가 일시적으로 소등하는 기간을 없앨 수 있다. 이 때문에, 사용자가 LED 소자(25)의 깜박거림을, 더욱 느끼지 않게 된다.
또한, 이 직관형 LED 램프(16)와 적합되는 LED 램프 시스템(11)에서는, 전용 전원(17)을 기구 본체(13)측에 배치함으로써, 직관형 LED 램프(16)를 염가로 구성할 수 있는 동시에, 기존의 직관형 형광램프와 마찬가지로 교환할 수 있으므로, 직관형 LED 램프(16)의 교환이 용이해진다. 더욱이, 이 직관형 LED 램프(16)의 교환시의 비용적인 부담을 저감할 수 있고, 또한, 전용 전원(17)이 LED 소자(25)로부터 열적 영향을 받는 것을 저감할 수 있어, 전용 전원(17)의 신뢰성이나 수명을 향상할 수 있다.
또한, 상기 일 실시 형태에 있어서, 전용 전원(17)은, 출력전류의 전류 파형 (W)의 리플율 RF를 1.3 이하로 설정하면, 예를 들면 1사이클마다 출력전압(출력전류)이 0 V(0 A)로 되도록 구성해도 좋다. 이 경우에는, 예를 들면 직관형 LED 램프 (16)내의 회로중의 각 접속 부분의 착탈, 접촉 불량, 단선 등에 의해 회로중에 만일 아크가 발생한 경우에도, 직관형 LED 램프(16)에 공급하는 출력전압(출력전류)이 1사이클마다 0으로 됨으로써 아크의 계속을 방지할 수 있다.
또한, LED 램프 시스템(11)으로서는, 예를 들면 한 쌍의 소켓(14)을 1조 사용한 1등형의 조명기구라도 좋고, 한 쌍의 소켓(14)을 3조 이상 사용한 복수 등형의 조명기구라도 좋다. 또한, 천정 직부착형 조명기구에 한하지 않고, 매설형 조명기구 등이라도 좋다.
더욱이, 소켓(14)으로부터 직관형 LED 램프(16)로의 전력 공급은, 예를 들면 한 쌍의 소켓(14)의 양쪽으로부터 행하여도 좋고, 한쪽으로부터만 행하여도 좋다. 한쪽의 소켓(14)만으로부터 전력 공급하는 경우에는, 다른쪽의 소켓(14)측에서는 직관형 LED 램프(16)의 단부를 지지하는 것만이라도 좋고, 혹은, 다른쪽의 소켓 (14)으로부터 예를 들면 조광(調光)신호를 직관형 LED 램프(16)에 전송하고, 직관형 LED 램프(16)에 내장된 조광회로에 의해서 LED 소자(25)의 점등 상태를 조광하도록 해도 좋다. 또한, 소켓(14)을 이용하지 않고, 기구 본체(13)측에 배치한 비접촉 송전부로부터 직관형 LED 램프(16)측에 배치된 비접촉 수전부에 대해서 유전(誘電)결합 등의 방법에 의해 비접촉으로 전력 공급하도록 해도 좋다. 또한, 소켓(14)은 직관형 LED 램프(16)의 지지에만 사용하고, 직관형 LED 램프(16)에 대해서는 다른 급전방법을 이용해도 좋다.
11 : LED 램프 시스템
16 : 직관 형상 LED 램프로서의 직관형 LED 램프
17 : 전원장치로서의 전용 전원
25 : LED 소자

Claims (1)

  1. LED 소자를 구비한 직관 형상 LED 램프와;
    교류 전원을 정류 및 평활하게 하여, 리플율이 1.3 이하인 정전류를 직관 형상 LED 램프의 LED 소자에 공급하여 LED 소자를 점등시키는 전원장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 LED 램프 시스템.
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