KR20130079524A - Ｌｅｄ 램프 벌브 및 4π 출광 가능한 ｌｅｄ 발광봉 - Google Patents

Ｌｅｄ 램프 벌브 및 4π 출광 가능한 ｌｅｄ 발광봉 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LED 램프 벌브 및 4π 출광 가능한 LED 발광봉을 제공한다. LED 램프 벌브는, LED 램프 벌브 커버(1), 배기관(2)과 프레임(42)을 구비는 코어 기둥체(5), 적어도 하나의 4π 출광 LED 칩을 가지는 LED 발광봉(6), 구동기(7), 및 전기 접속기(8)를 포함한다. LED 램프 벌브 커버는 코어 기둥체에 진공 밀봉되어 진공 밀봉 챔버(13)를 형성하고, 진공 밀봉 챔버 내에는 점성 계수가 낮고 열 전도율이 높은 가스가 충전(充塡)된다. 프레임 및 프레임에 고정되는 LED 발광봉은 진공 밀봉 챔버 내에 수용된다. LED 발광봉은 구동기 및 전기 접속기에 순차적으로 전기적으로 연결된다. 전기 접속기는 외부 전원에 전기적으로 연결된다.

Description

ＬＥＤ 램프 벌브 및 4Π 출광 가능한 ＬＥＤ 발광봉{ＬＥＤ lamp bulb and ＬＥＤ lighting bar capable of emitting light over 4Π}
본 발명은 조명 기술 분야에 관한 것이며, 더 상세하게 기술하면 LED 발광봉 및 이를 사용하는 LED 램프 벌브에 관한 것이다.
종래 기술에서는, 백열등 대신으로 사용될 수 있는 전구형 LED 램프 벌브(LED lamp bulb)가 하나 또는 하나 이상의 출력형 LED, 하나의 금속 회로 기판 (metal based PCB; MPCB), 일련의 방열 핀(dissipating fin)을 가지는 하나의 방열기, 스위칭 전원 및 정전류 장치를 포함하는 하나의 구동기, 하나의 접속자(connecting member), 하나의 방현(anti-dazzle) 벌브 커버, 하나의 전기 접속기로 이루어지는 것이 전형적이다. 현재 이와 같은 유형의 램프 벌브의 발광 효율은 널리 사용되어 왔던 에너지 절약용 형광 램프의 형광 효율 수준에 도달하여 전체 에너지 절약용 형광 램프의 형광 효율이 40-70 lm/W이지만, 백색광 LED 소자의 형광 효율은 이미 130 lm/W에 이르렀으므로, LED 램프 벌브의 발광 효율이 더 개선될 필요가 있다. 현재의 이러한 LED 램프 벌브는 그 원가 및 판매가격이 동일한 광속(luminous flux)의 조건에서 상기 에너지 절약형 형광 램프의 원가 및 판매가격의 수 배여서, 보급하기 어려운 점이 있었다. 그 고가의 요인은 LED 칩 자체 때문이 아니라 주로 고가의 알루미늄 합금 방열기, 변압기가 부착된 스위칭 전원과 정전류 장치를 포함하는 구동기, 및 LED 패키징 때문이다. 이와 같은 변압기가 부착된 스위칭 전원과 정전류 장치를 가지는 구동기는 원가가 높을 뿐만 아니라 효율이 낮다. 이와 같은 구동기는 LED의 수명과 일치하지 않는 짧은 수명을 갖는, 3극관, 변압기, 전해 콘덴서 등의 소자를 포함한다. 이러한 소자의 평균적인 공칭(公稱) 수명은 일반적으로 25000 시간 미만이지만 LED 자체의 수명은 50000-100000 시간에 이르러야 한다. 즉, 백열등 대신으로 사용되는 종래 기술의 LED 램프 벌브는 전반적인 발광 효율이 비교적 낮고 원가가 너무 높으며 수명이 그다지 길지 않다. LED 램프 벌브가 백열 램프 및 널리 사용되어 왔던 에너지 절약형 형광 램프를 대신하여 일반 조명의 주류로 되려면 그의 발광 효율이 더 증대되어야 하고, 원가가 대폭 절감되어야 하며, 사용 수명은 연장되어야 하고, 그의 체적 및 중량이 백열등과 실질적으로 동일한 체적 및 중량을 가져야 한다.
LED의 발광은 원래 4π 발광체인, LED의 PN 접합에서 생기게 된다. 종래 기술의 LED는 집광 혹은 금속 방열기와의 연결을 위하여, PN 접합의 일면에 반사층, 반사컵, 혹은 방열기를 가진다. 즉, 원래의 4π 발광체는 2π 혹은 2π이하의 발광체로 제조된다. 따라서 방열기의 일면을 향하여 출사되는 2π 광이 단일의 반사, 복수 회의 반사, 및 각종 흡수를 거쳐야만 출사될 수 있다. 출광면을 향하여 출사된 2π 광 중의 일부분도 전반사에 의하여 방열기로 되돌아가는 광은 반사, 복수 회의 반사, 및 각종 흡수를 거쳐야만 출사될 수 있다. 따라서, PN 접합이 발광하는 광 출사율은 대단히 감소하게 된다. 즉, LED의 발광 효율이 감소하게 된다. 현재 LED의 PN 접합이 발광하는 내부 양자 효율은 이미 90％에 접근하지만 외부 양자 효율은 약 30％ 밖에 되지 않는다. 내부 양자 효율이 90％이라는 것은, PN 접합에서 단지 10％의 주입 전자만이 광자를 생성하지 않고 배출되고, 90％의 주입 전자 각각이 하나의 광자를 생성하는 것을 의미한다. 한편, 외부 양자 효율이 약 30％ 밖에 되지 않는 이유 중의 하나는 원래 4π 발광하는 PN 접합이 2π 발광체로 변했기 때문이다. LED의 PN 접합에서 4π 발광하는 것이 가능하다면 LED의 발광 효율은 반드시 크게 향상하게 된다.
이전에도 이에 대하여 연구를 진행한 적이 있었다. 예를 들면, 중국 특허 제 200510089384.X호에서는, 하나의 LED 칩을 광 투과 물질 중에 부유 상태로 설치하여 상기 칩이 4π 발광하게 하였다. 그러나 이는 상기 칩의 방열 문제를 해결하지 못했으며, 상기 칩이 지지판 없이 부유 상태로 놓여져 상기 칩 상의 출력 인출선의 안정성이 낮아서 하나의 저출력 칩밖에 사용할 수 없으므로, 충분한 광속을 출력하는 신뢰성 있는 램프를 제조하기 어렵다. 또한 미국 공개특허 제2007/0139949호에서는 복수의 작은 칩을 직렬 연결하여 고가의 사파이어, 다이아몬드, GaN 등과 같은 투명 열전도 기판상에 혹은, 구리, SiC 등과 같은 불투명 열전도 기판상에 장착한 후, 열을 전도하는 인출선 및 프레임을 사용하여 램프 헤드에 위에서 언급한 기판을 연결하여 방열하며, 또한 진공 밀봉이 되어있지 않고 내부가 공기로 채워져 있으며 주위의 대기와 연통하게 되는 벌브 커버를 더 포함하여 백열등 형태의 LED 램프 벌브를 형성한다. 상기 특허에 기재된 사파이어, 다이아몬드 등과 같은 투명 열전도 기판은 아주 고가인 것으로 실제로 사용되기 어렵고 구리 및 SiC 등은 불투명하여 4π 발광을 이룰 수 없다. 이러한 종류의 벌브에 대한 방열 루트는 칩→열전도 기판→열전도 리드선→열전도 프레임→램프 헤드이다. 방열 루트는 마지막에 램프 헤드에 도달하여 열 연결이 어렵고 방열 효과에 제한이 있다. 램프 헤드 내에 LED의 구동기가 구비되는 경우, 방열 루트는 중단되어 무효로 된다. 램프 벌브가 진공 밀봉되는 경우에도, 상기 방열 루트가 무효로 된다. 그러므로, 실용적이고 충분한 광속을 출력할 수 있는 램프를 제조하기 어렵다.
종래 기술의 LED 램프 벌브의 주류로서 저전압 및 고전류의 출력형 LED를 사용하여, 하나의 LED 칩에 하나의 PN 접합을 가지게 하며, 하나의 LED 칩의 동작 전류가 0.35A 만큼 크고, 1 W 내지 수 W 혹은 그 이상의 전력이 상기 칩의 1 내지 수 mm2인 면적에 집중된다. 그러나 외부 양자 효율은 단지 약 30％ 밖에 되지 않고 주입 전자와 이에 의해 생성되는 광자 사이의 에너지 차, 및 PN 접합에 의해 생성되는 광자와 최종적으로 출사하는 광자 사이의 에너지 차를 포함하여 약 70％의 전력이 열로 변환된다. 이와 같은 대량의 열을 어떻게 방출할 것인지는 이러한 출력형 LED가 처음 출시된 이래로 주요한 과제 중의 하나이었다. LED가 반도체 소자이므로 PN 접합 온도가 높아지면 발광 효율이 급격하게 감소하게 되고 심지어는 PN 접합이 타버릴 수도 있다. 오늘날에 이르러서도 방열 문제는 여전히 LED 램프 벌브를 포함한, 이와 같은 유형의 저전압 및 고전류 출력형 LED 발광의 주요한 과제 중의 하나이다.
방열 문제를 해결하기 위하여 종래 기술의 LED 램프 벌브는 주로 방열 핀을 가지는 금속 수동 방열기를 사용한다. 이와 같은 방열기의 재료, 형태, 및 어떤 방식으로 공기와의 대류 열교환을 증가시킬지 등에 관하여 이미 많은 연구를 진행하였으며 또한 많은 특허가 이미 존재하고 있다. 예를 들면, 중국 특허 제200510062323.4호와 미국 특허 제6787999호, 제7144135호 등이 있다. 상기 금속 방열기는 주로 합금 알루미늄으로 제조되는데, 체적이 크고 중량이 많이 나가며 원가가 높은 점들은 종래 기술의 LED 램프 벌브가 고가로 되는 주된 요인 중의 하나이었다.
상술한 금속 방열기 대신에 액체를 사용하여 방열하는 것에 대해서도 연구를 진행하였다. 예를 들면, 중국 특허 제200810093378.5호, 제200910100681.8호, 및 제200910101643.4호에서는 광 투과성 열전도 액체를 채운 밀봉 벌브 커버 내에 LED를 설치한다. 상기 열전도 액체는 예를 들면, 물, 기름, 글리콜, 혹은 그 외의 불활성 액체이다. 액체의 열 전도율은 금속의 열 전도율보다 훨씬 낮다. 예를 들면, 물의 열 전도율은 약 0.7W/(m·K)인데 비하여 금속의 열 전도율은 50-415W/(m·K)이고 LED 램프 벌브의 방열기에 일반적으로 사용되는 알루미늄 합금의 열 전도율은 96-226W/(m·K)이다. 이로부터 알 수 있는 점은 액체의 열 전도율이 금속의 열 전도율보다 훨씬 낮다는 점이다. 한편, 액체의 점성 계수는 매우 크다. 예를 들면, 물은 점도가 8937 μP로서 대류를 형성하기 어렵다. 그러므로, 액체의 열전도 및 대류 방열 효과는 모두 좋지 않다. 또한 액체를 사용하여 방열할 경우, 액체가 전해되거나, 액체가 LED를 침식하거나, 액체가 상전이(phase transition)되어 LED 표면에 기상(gas phase) 층을 형성하여 방열이 실효(失效)되거나 심지어는 폭발을 초래하거나, 벌브 커버가 파열되어 액체가 오염되거나 중량이 무거워지는 등 문제가 존재하므로 실용 및 보급되기 어렵다.
상술한 금속(고체) 및 액체를 사용하여 방열하는 대신에 가스를 사용하여 방열하는 것에 대해서도 연구를 진행하였다. 예를 들면, 중국 특허 제201010176451.2호의 LED 램프 벌브에서는 밀봉된 벌브 커버에 음이온 질소 가스를 충전(充塡)하여 방열한다. 또 다른 예를 들면, 중국 특허 제200910250434.6호의 LED 램프 벌브에서는 벌브 커버 내에 밀봉된 질소 및 아르곤의 혼합 가스를 사용하여 방열한다. 이러한 방법은 아직 실현되지 않고 있다. 이러한 LED 램프 벌브 외에 예를 들면, 냉음극 형광 램프(cold cathode fluorescent lamp)와 같이 기타 종류의 램프에 있어서는 열 전도율이 높은 헬륨 가스 혹은 헬륨 및 수소의 혼합 가스를 사용하여 방열하는 예를 들면 중국 특허 제200710148853.X호가 있다. 그러나 냉음극 형광 램프는 그 체적이 벌브 커버 전체를 차지할 정도로 커서 제한된 대류를 실현하기 어렵고, 열전도 및 방열 효과가 제한되어 아직 실용되지 않고 있다. 그 외에 예를 들면, 중국 특허 제200580039670.3호와 같이 벌브 커버 내에 질소, 수소 등 가스를 충전(充塡)하는 금속 할로겐 램프도 있다. 백열등 중에도 질소, 수소 등 가스를 충전(充塡)하는 것들이 있다. 그러나 이러한 램프는 전부 LED 램프 벌브와 다른 유형의 램프이다.
종래 기술의 LED 램프 벌브는 상술한 방열 문제 외에도 상용 고전압 출력을 어떤 방식으로 저전압 및 고전류로 변환할 것인지에 관한 구동 문제도 지니고 있다. 상술한 바와 같이, 종래 기술의 대부분의 LED 램프 벌브는 직류 저전압 및 고전류로 동작하는 출력형 LED로서 동작 전압이 수 볼트 내지 수십 볼트이고 전류가 0.35A 내지 수 A이다. 그러나, 종래의 일반 조명을 위한 백열등 및 에너지-절약형 형광 램프는 전부 110-230V의 상용 교류 전류를 직접 사용한다. 이러한 백열등 및 에너지-절약형 형광 램프를 직접 교체하려면 고전압의 교류 전류를 저전압 및 고전류의 직류 전류로 변환하는 AC/DC 컨버터를 포함하는 구동기가 필요하다. 이와 같은 구동기는 일반적으로 3극관, 변압기, 전해 콘덴서 등의 소자를 포함하는 스위칭 전원, 및 정전류 회로를 포함한다. 백열등 대신 사용되는 LED 램프 벌브는 체적이 그다지 크지 않으므로, 될수록 구동기의 체적을 작게 해야 하고 변압기도 될수록 작게 해야 한다. 그러나 입력 전압 및 출력 전압 사이의 차가 매우 커서 전기 변환 효율이 70%-80％로 낮은 것이 전형적이고 이는 램프 벌브 전체의 발광 효율를 감소시킨다. 동시에 효율이 낮고 자체의 발열량이 크며 또한 LED로부터의 열로 인하여 상기 구동기의 온도는 쉽게 상승하게 된다. 이는 구동기의 효율을 더 감소시킬 뿐만 아니라 구동기의 수명도 단축시킨다. 상기 구동기는, 3극관, 변압기, 전해 콘덴서 등과 같은, 온도에 민감한 소자를 포함하는데, 온도가 상승하면 이들의 효율, 수명, 및 신뢰성을 현저하게 감소시킨다. 이는 종래 기술의 LED 램프 벌브의 수명이 주로 LED에 의하여 결정되는 것이 아니라 구동기에 의하여 결정되게 한다. 또한 상기 변압기가 부착된 스위칭 전원과 정전류 회로를 구비하는 구동기는 회로가 복잡하고 소자에 대한 요구사항이 많으므로 원가가 높다. 이는 종래 기술의 LED 램프 벌브의 원가가 높게 되는 또 하나의 주된 요인이다.
이와 같은 구동기의 사용을 피면(避免)하기 위하여, ACLED(alternating current LED; 교류 LED)라 불리는 기술이 개발되었다. 예를 들면, 중국 특허 제200510020493.6호 및 제200610099185.1호, 및 미국 특허 제7515248호 및 제7535028호 및 AX3221 제품 등에서는 일련의 소량 전류의 LED 칩들을 브리지 정류 회로와 같이 직렬 연결하여 하나의 MPCB 상에 장착한 후, 방열기를 더 설치하면 상용 교류 전류를 직접 사용할 수 있는데, 그 구동회로는 아주 간단하다. 그러나 현재 이와 같은 LED는 그 효율이 비교적 낮음과 동시에 반드시 공기 중에 노출되어야 하는 금속 방열기와 밀착되어 열적으로 연결되어야 한다. 그러나 ACLED에는 고전압의 교류 전류가 연결되므로 금속 방열기가 쉽게 대전될 수 있어 안전하지 않다. 예를 들면, 중국 특허 제201020159200.9호와 같이 종래 기술의 HVLED(고전압 LED)에도 동일한 안전 문제가 존재한다.
또한 LED는 일종의 점광원으로서 100 lm 정도의 광이 약 1mm2의 면적에 집중되어 그 광의 휘도가 수천만 니트(nit)에 달하여 이를 인체의 눈으로 직접 보면, 강렬한 현광(眩光)이 발생하여 시야에 그림자(shadow)가 남아 짧은 시간 내에 시력에 큰 영향을 준다. 그러므로 가정용 램프에는 반드시 방현 벌브 커버 혹은 광을 분산시키는 기타의 장치를 설치하여야 한다. 양호한 광의 감각을 얻기 위하여 방현 벌브 커버의 광 확산층은 충분한 두께를 가져야 한다. 그러나 동시에 벌브 커버의 투과 효율은 감소하게 되어 15％ 정도의 광이 손실되는 것이 전형적이다. 이 또한 램프 벌브 전체의 발광 효율을 감소시킨다.
이상에서 설명한 바와 같이, 백열등 및 에너지 절약형 형광 램프 대신에 종래 기술의 LED 램프를 일반 조명에 적용하려면 그 발광 효율을 더 향상시켜야 하고 원가를 대폭 낮추어야 하며 사용 수명을 더 연장하여야 하고 체적 및 중량을 백열등의 체적 및 중량에 근접시켜야 한다.
본 발명의 목적은 종래 기술 중에 존재하는 상술한 과제 및 결함 중의 적어도 하나를 해결하기 위한 것이다.
따라서, 본 발명의 일 목적은 고효율로 4π 출광 가능한 LED 발광봉을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 고효율로 4π 출광 가능한 LED 칩을 가지는 고효율 LED 램프 벌브를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 원가가 낮은 4π 출광 가능한 LED 칩을 가지는 고효율 LED 램프 벌브를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 수명이 긴 4π 출광 가능한 LED 칩을 가지는 고효율 LED 램프 벌브를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 체적 및 중량이 백열등의 체적 및 중량에 근접한 4π 출광 가능한 LED 칩을 가지는 고효율 LED 램프 벌브를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, LED 램프 벌브 커버, 배기관(exhaust tube) 및 프레임을 구비하는 코어 기둥체, 적어도 하나의 4π 출광 LED 칩을 가지는 LED 발광봉, 구동기, 전기 접속기를 포함하는 LED 램프 벌브를 제공한다. 상기 LED 램프 벌브 커버는 코어 기둥체에 진공 밀봉되어 진공 밀봉 챔버를 형성하고, 상기 진공 밀봉 챔버 내에는 점성 계수가 낮고 열 전도율이 높은 가스가 충전(充塡)되며, 프레임 및 프레임 상에 고정되는 상기 LED 발광봉은 상기 진공 밀봉 챔버 내에 수용되고, 상기 LED 발광봉은 상기 구동기, 전기 접속기와 순차적으로 전기적으로 연결되며, 상기 전기 접속기는 외부 전원에 전기적으로 연결되어 있으며 LED 발광봉을 점등시키기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 측면에 의하면, 4π 출광 LED 칩을 가지는 LED 발광봉을 제공한다. 상기 LED 발광봉은, 투명 기판, 및 상기 투명 기판상의 적어도 일련의, 동일 PN 접합 방향으로 직렬 연결된 LED 칩을 포함하고, 상기 LED 칩은 투명 칩 기판을 구비하고, 상기 LED 칩의 전극은 상기 투명 기판 양단에 설치된 LED 칩의 전극 인출 장치에 의하여 인출되고, 상기 투명 기판은 연질 유리, 경질 유리, 석영 유리, 투명 세라믹, 혹은 플라스틱으로 제조된다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 의하면, 4π 출광 LED 칩을 가지는 LED 발광봉을 제공한다. 상기 LED 발광봉은 투명 기판, 및 상기 투명 기판상의 적어도 일련의, 동일 PN 접합 방향으로 직렬 연결된 LED 칩을 포함하고, 상기 LED 칩은 투명 칩 기판을 구비하고, 상기 LED 칩의 전극은 상기 투명 기판 양단에 설치된 LED 칩의 전극 인출 장치에 의하여 인출된다. 여기서, 상기 LED 칩의 일부는 청색광 LED 칩이고 다른 일부는 적색광 LED 칩이며, 상기 청색광 LED 칩이 발광하는 일부 청색광을 황색광으로 변환시키고 다른 일부 청색광과 상기 황색광 및 적색광을 혼합하여 백색광, 연색 지수가 높은 백색광, 혹은 다른 색의 광이 되도록 상기 LED 칩과 상기 LED 칩이 장착된 투명 기판 주위에 발광 형광체 분말 층을 설치하였다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 4π 출광 LED 칩을 가지는 LED 발광봉을 제공한다. 상기 LED 발광봉은, 투명 기판, 및 상기 투명 기판상의 적어도 일련의, 동일 PN 접합 방향으로 직렬 연결된 LED 칩을 포함하고, 상기 LED 칩은 투명 칩 기판을 구비하고, 상기 LED 칩의 전극은 투명 기판 양단에 설치된 LED 칩의 전극 인출 장치에 의하여 인출되고, 상기 LED 칩과 투명 기판의 최외면(outermost side)은 투명 튜브 혹은 투명 발광 형광체 분말 튜브에 의하여 봉입된다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 의하면, 4π 출광 LED 칩을 가지는 LED 발광봉을 제공한다. 상기 LED 발광봉은 투명 기판, 및 상기 투명 기판상의 적어도 일련의, 동일 PN 접합 방향으로 직렬 연결된 LED 칩을 포함하고, 상기 LED 칩은 투명 칩 기판을 구비하고, 상기 LED 칩의 전극은 투명 기판 양단에 설치된 LED 칩의 전극 인출 장치에 의하여 인출된다. 여기서, LED 칩은 칩 기판이 투명한 고전압 LED 칩이고, 각각의 투명한 고전압 LED 칩은 적어도 2개의 직렬 연결된 LED PN 접합을 포함한다.
본 발명의 4π 출광 LED 칩을 가지는 고효율 LED 램프 벌브는, 하나의 광 투과 벌브 커버; 배기관, 출력 인출선, 및 프레임을 가지는 하나의 코어 기둥체; 적어도 하나의 4π 출광 LED 칩을 가지는 LED 발광봉; 하나의 구동기; 하나의 전기 접속기; 하나의 벌브 커버와 전기 접속기의 접속자;를 포함한다. 광 투과 벌브 커버는 코어 기둥체와 진공 밀봉되어 진공 밀봉 챔버를 형성하고, 진공 밀봉 챔버 내에는 점성 계수가 낮고 열 전도율이 높은 가스가 충전(充塡)된다. 상기 벌브 커버, LED 발광봉, 구동기, 전기 접속기, 및 접속자는 서로 전기적으로 연결되어 완전한 램프를 형성한다. LED 발광봉은 코어 기둥체에 고정되고 그 전극은 코어 기둥체의 출력 인출선을 통하여 구동기, 전기 접속기에 연결되어 외부 전원에 연결된다. 외부 전원을 인가하면, LED 발광봉을 점등시킬 수 있다.
이로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예에 있어서, 광 투과용 LED 램프 벌브는 코어 기둥체와 진공 밀봉되어 상응한 프레임 및 그 위에 있는 LED 발광봉을 수용하고, 구동기 및 전기 접속기는 상기 진공 밀봉 챔버 밖에 배치된다.
상기 광 투과 벌브 커버와 코어 기둥체로 구성되는 진공 밀봉 챔버 내에는 예를 들면, 헬륨 가스, 수소 가스, 혹은 헬륨 가스와 수소 가스의 혼합가스와 같은 점성 계수가 낮고 열 전도율이 높은 가스가 충전(充塡)되는데, 그 기압은 실온에서 50-1520 Torr이다. 공지된 바와 같이, 모든 정지된 가스(static gas)는 뛰어난 열 절연체(thermal insulator)로서 가스의 방열은 주로 대류에 의존한다. 즉, 점성 계수가 낮은 가스를 선택하여야 한다. 헬륨 가스는 가스 중에서도 점성 계수가 가장 낮은 가스로서, 그 점성 계수는 116 μP밖에 되지 않아서 (수소 가스의 점성 계수는 173 μP이고, 공기의 점성 계수는 922 μP이며, 물의 점성 계수는 8937 μP임), 효과적으로 방열하는 대류를 형성하기 쉽다. 한편, 상기 LED 발광봉은 체적이 작아서 효과적인 가스 대류를 더 쉽게 형성할 수 있다. 따라서, LED 발광봉의 동작 시에 생성되는 열을 상기 가스의 대류 및 열전도를 거쳐 다시 벌브 커버를 통하여 효과적으로 방출할 수 있다. 또한, LED 발광봉은, 헬륨 가스 등 불활성 기체 혹은 기타 점성 계수가 낮은 가스에 의하여 보호됨과 동시에 진공 밀봉되어 주위 환경 중의 습기 등의 영향을 전혀 받지 않음으로써, LED 발광봉 및 그 중의 LED 칩의 수명을 더 연장시킨다.
상기 4π 출광 LED 칩을 가지는 LED 발광봉은 하나의 투명 기판을 포함하고, 투명 기판에는 적어도 일련의, 동일 PN 접합 방향으로 직렬 연결된 LED 칩이 설치된다. 상기 LED 칩은 칩 기판이 투명한 칩이다. LED 칩은 예를 들면, 실리콘 접착제(silicon glue), 개질 수지, 혹은 에폭시 수지 등과 같은 투명 접착제에 의하여 투명 기판상에 고정된다. LED 칩은 4π 출광하고 발광 효율이 높다. LED 전극은 투명 기판 양단의 출력 인출선에 의하여 인출된다.
상기 LED 발광봉의 투명 기판은 유리, 경질 유리, 석영 유리, 투명 세라믹, 혹은 플라스틱 등으로 제조된다. LED 발광봉 양단의 출력 인출선은 고온 접착제, 플라스틱, 실버 슬러리(silver slurry), 혹은 융점이 낮은 유리에 의하여 투명 기판의 양단에 고정된다.
상기 적어도 일련의 LED 칩은 서로 독립적으로 투명 기판상에 고정된다. 각각의 칩은 서로 인접 배치될 수도 있고, 일정한 거리를 두고 장착될 수도 있다. 예를 들면, 칩 사이의 거리가 0.01mm보다 클 때, LED 동작 시에 생성되는 열은 사방으로 분산되어 방열이 용이해지고 LED의 온도 상승도 작아지며 사용 수명도 길어진다. 또한, LED의 발광이 사방으로 분산되는 것은 LED의 현광을 감소시킨다.
상기 투명 기판상에 직렬 연결로 장착된 칩은 동일 혹은 다른 발광색을 가지는 LED 칩일 수 있다. 예를 들면, 동일한 청색광, 자외광, 혹은 기타 단색광을 가질 수 있다. 또한, 적색, 녹색 및 청색의 3원색 혹은 다원색을 가짐으로써 백색광 혹은 다른 색을 가지는 혼합광을 얻을 수 있다. 상이한 개수의 여러 발광색을 가지는 LED를 사용하면 연색 지수가 높은 백색광을 얻을 수 있다.
상기 LED 발광봉의 투명 기판의, 칩이 장착되는 면, 및 칩 상에는 예를 들면, 실리콘 접착제, 플라스틱 혹은 에폭시 수지와 같은 고 광 투과율 및 고 굴절율의 투명 유전층(transparent dielectric layer)을 구비한다. 이로써, 광 출사율을 향상시킴과 동시에, LED 칩 및 그 전기 연결선을 보호할 수 있다.
LED 칩이 청색광 혹은 자외광을 발광하고 또한 발광 형광체 분말에 의하여 이를 백색광 혹은 기타 색상의 광으로 변환해야 할 경우, 상기 발광봉 및 칩 외부에 균일한 발광 형광체 분말 층을 더 설치하여야 한다.
상기 발광 형광체 분말은 투명 기판 및 칩 주위의 외부 표면에 도포될 수 있다.
상기 발광 형광체 분말 층은 발광봉의 투명 기판, 및 그 칩이 장착된 일면과 칩 상의 투명 유전층 주위의 외부 표면에 도포될 수 있다.
상기 발광봉의 투명 기판 및 그 칩 주위에 먼저 투명 유전층을 도포한 후 발광 형광체 분말 층을 균일하게 도포할 수 있다.
상기 발광봉의 투명 기판 및 그 칩 주위에 먼저 균일한 발광 형광체 분말 층을 도포한 후, 투명 유전층을 도포할 수 있다.
상기 발광 형광체 분말 층은 발광 분말과 투명 유전체를 혼합하여 제조된다. 상기 투명 유전체는 예를 들면, 실리콘 접착제, 에폭시 수지, 플라스틱, 투명 접착제, 투명 래커(transparent lacquer), 및 유기 고분자 재료 등과 같은 고 광 투과율, 고 굴절율, 고 열 전도율을 가지는 매질이다.
상기 발광 형광체 분말과 투명 유전체를 사전에 혼합하여 균일한 발광막을 제조한 후 상기 투명 기판 및 칩 상의 투명 유전층 주위를 덮는다.
상기 발광 형광체 분말과 투명 유전체가 혼합되어 제조된 발광 형광체 분말 층은 투명 유전 발광 형광체 분말 튜브로 제조되어 상기 투명 기판 및 칩 외부에 배치될 수도 있다. 상기 투명 유전체는 예를 들면, 실리콘 접착제, 에폭시 수지, 플라스틱 혹은 유리 등이다.
상기 발광 형광체 분말을 유리 튜브의 내벽 혹은 외벽에 도포하여 유리 발광 형광체 분말 튜브를 제조한 후, 적어도 일련의 LED 칩이 장착된 투명 기판을 상기 유리 발광 형광체 분말 튜브 중에 배치할 수도 있다.
상기 투명 유전 발광 형광체 분말 튜브와 유리 발광 형광체 분말 튜브, 및 투명 기판과 LED 칩의 사이에는 예를 들면 실리콘 접착제, 에폭시 수지, 플라스틱 등과 같은 고 광 투과율, 고 열 전도율, 고 굴절율을 가지는 유전체가 충전(充塡)될 수 있고, 투명 유전 발광 형광체 분말 튜브 또는 유리 발광 형광체 분말 튜브의 양단은 투명 기판 양단의 출력 인출선과 고정 혹은 밀봉될 수 있다.
상기 발광 형광체 분말을 투명 벌브 커버의 내벽에도 도포할 수 있다.
상기 4π 출광 LED 칩을 가지는 LED 발광봉의 적어도 일련의 직렬 연결된 LED 칩은 고전압 LED 칩일 수 있다. 상기 고전압 LED 칩은 각각 적어도 2개의 직렬 연결된 LED PN 접합을 포함한다. 임의의 2개의 PN 접합 사이에는 적어도 하나의 전기 연결선이 구비되고, 각각의 고전압 LED 칩의 양단에는 적어도 하나의 용접 및 본딩용 금속 전극이 설치되고, 임의의 2개의 고전압 LED 칩의 사이, 및 고전압 LED 칩과 고전압 LED 출력 인출선 사이에는 적어도 하나의 전기 연결선이 설치된다. 각각의 고전압 LED 칩에 복수의 LED PN 접합이 구비되어 있기 때문에, 발광봉이 필요로 하는 칩의 개수가 대폭 감소하게 되고, 발광봉의 다이 본딩 및 와이어 본딩 공정이 간단해지고, 발광봉의 제품 수율이 향상된다. 동시에 상기 LED PN 접합 상에는 면적이 큰 불투명 금속 용접 패드를 필요로 하지 않고, 칩의 광 출사율이 향상된다. 즉, 발광 효율이 향상된다.
상술한 각종 4π 출광 LED 칩을 가지는 LED 발광봉은 본 발명에 따른 LED 램프 벌브의 제조에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 독립적인 발광 소자로서 사용될 수도 있다.
상기 적어도 일련의 동일 PN 접합 방향으로 직렬 연결된 LED 칩이 충분한 개수를 가짐으로써, 사용되는 적어도 하나의 LED 발광봉의 직렬 연결 혹은 직-병렬 연결 후의 총 구동 전압이 외부의 상용 교류 전압 혹은 외부의 직류 전원 전압에 근접하는데, 예를 들면 사용되는 교류 전압 최고치 혹은 직류 전원 전압의 20％-100％이다. 구동기는 변압기를 필요하지 않아서 회로가 간단해지고 효율이 높아지며 원가가 낮아진다.
상기 적어도 하나의 4π 출광 LED 칩을 가지는 LED 발광봉은 쌍방향의 교류 모드 혹은 일 방향의 직류 모드로 동작하도록 직렬 혹은 직-병렬 연결될 수 있다.
상기 적어도 하나의 발광봉의 배열 방식에는 V형, W형, 기둥형, 원추형, 혹은 평면헝 등이 있다.
하나의 LED 발광봉으로부터 출사되는 광이 다른 하나의 LED 발광봉에 의하여 저지되어 벌브 커버 상에 그림자를 남기는 것을 방지하기 위하여, 상기 적어도 하나의 발광봉의 개별 발광봉들은 상호 교차 배열된다. 즉, 여러 LED 발광봉 중의 임의의 2개의 발광봉은 동일 평면상에 존재하지 않는다.
상기 LED 발광봉 중의 여러 LED 발광봉은 상호 교차 배열되어, 가상의 다면 기둥체(virtual polyhedral column) 혹은 다면 절두형 원추체(polyhedral truncated cone)의 각 면의 대각선 상에 배치된다.
쌍방향의 교류 모드로 동작하는 경우, 적어도 하나의 LED 발광봉은 순방향으로 도통되고 또한 적어도 하나의 다른 LED 발광봉은 역방향으로 도통되어, 교류의 순방향, 역방향이 순차적으로 번갈아 바뀌게 됨으로써 발광될 수 있다. 물론, 적어도 5개의 LED 발광봉은 브리지 정류 회로와 유사하게 구성되고 종래의 ACLED와 같이 교류의 순방향, 역방향이 순차적으로 번갈아 바뀌게 됨으로써 발광될 수도 있다. 상기 발광봉이 진공 밀봉된 광 투과 벌브 커버 내에 밀봉되고, 높은 동작 전압이 벌브 커버에 의해 혹은 벌브 커버 내에서 차단되므로, 상용 교류 전류를 직접 사용할 수 있거나 혹은 콘덴서와 저항을 병렬 연결한 전류 제한 또는 조정 회로, 혹은 PTC 저항 등만을 직렬 연결하여 사용할 수도 있다. 이로써, LED 발광봉의 안정성 및 신뢰성이 양호해지고 종래의 ACLED와 HVLED의 방열기가 고전압을 가지게 되기 쉽고 안정성이 부족한 결함을 해결하였다.
상기 적어도 하나의 LED 발광봉은 일 방향의 직류 모드로 동작하도록 연결되는 경우, 외부의 직류 전원 혹은 교류 전원을 사용하여 동작할 수 있다. 외부의 교류 전원을 사용하는 경우, 상기 구동기는 콘덴서와 저항을 병렬 연결한 강압(step-down) 전류 제한 회로와 정류기 및 필터 회로로 구성될 수 있고, 정류기 및 필터 회로 혹은 정류기 회로와 그에 직렬 연결된 PTC 저항을 사용할 수도 있다. 구동기는 회로가 간단하고 원가가 낮으며 3극관과 변압기가 배치되어 있지 않아서 고주파 방사도 없다. 그리고 전해 콘덴서를 사용하지 않아도 된다. 또한 변압기를 구비하지 않고 비교적 간단한 인덕턴스 및 정전류원을 가지는 비-차단식 구동기를 사용할 수도 있다.
상기 광 투과 벌브 커버는 투명하거나 혹은 유백, 무광택, 유색의 벌브 커버이거나, 일부에 반사층을 구비하거나, 일부에 일련의 작은 프리즘, 작은 렌즈를 가지는 벌브 커버일 수도 있다.
상기 광 투과 벌브 커버의 형태는 A-형, G-형, R-형, PAR-형, T-형, 초(candle)형, P형, PS형, BR형, ER형, 혹은 BRL형 등의 종래의 램프 벌브 커버 중의 어느 하나일 수 있다.
상기 전기 접속기는 E40, E27, E26, E14, GU, BX, BA, EP, EX, GY, GX, GR, GZ, G형 등의 종래의 LED 램프 벌브의 전기 접속기 중의 어느 하나일 수 있다.
본 발명은 종래 기술에 비하여 아래와 같은 이점이 있다.
- 발광 효율이 높다. 진공 밀봉된 벌브 내에 밀봉된, 점성 계수가 낮은 가스로 대류를 형성하여 방열함으로써 4π 출광 LED 칩의 방열문제를 해결하였다. 칩이 4π 출광하기 때문에, 광 출사율을 65％이상 향상시켰다. 복수의 LED 칩을 직렬 연결하여 구성되는 고전압 LED 발광봉을 사용하므로, 구동기의 회로 효율은 95％이상에 달하였다. 램프 전체의 효율은 130 lm/W 이상에 달할 수 있는데 이는 종래의 LED 램프 벌브의 1배, 에너지 절약형 형광 램프의 2배, 백열등의 10배이다. 4π 출광 LED 칩을 가지는 고전압 LED 칩을 사용하면 발광 효율을 더 향상시킬 수 있다.
- 원가가 낮다. LED의 동작 시에 LED에서 생성되는 열은 진공 밀봉된 벌브 커버 내의 점성 계수가 낮고 열 전도율이 높은 가스의 대류 및 전도를 거친 후 다시 벌브 커버로부터 방열되는 바, 금속 방열기를 전혀 사용하지 않는다. 고전압 LED 발광봉을 사용하면 변압기가 부착된 원가가 높은 AC/DC 컨버터를 사용할 필요가 없다. 램프 전체의 원가는 2/3 이상 낮아진다. 4π 출광 LED 칩을 가지는 고전압 LED 칩을 사용하면 원가를 더 감소시킬 수 있다.
- 수명이 길다. 램프 전체에는 수명이 짧은 소자가 구비되어 있지 않고, LED는 진공 밀봉되고 불활성 헬륨 가스가 충전(充塡)된 벌브 커버 중에 배치되어 주위 환경의 습기 등의 영향을 전혀 받지 않는다. 또한, 칩이 분산 장착되고 소량의 전류 그리고 저온에서 동작한다. LED 램프 벌브의 사용 수명은 LED 자체의 5-10만 시간의 긴 수명에 달할 수 있다.
- 안전하고 신뢰성이 높다. 고전압 LED 발광봉 및 그 높은 동작 전압은 진공 밀봉된 벌브 커버 내에 밀봉되어 안정성 및 신뢰성이 좋다. 이로써 종래 기술의 ACLED와 HVLED의 안전 문제를 해결하였다.
- 가볍고 체적이 작다. LED 램프 전체는 금속 방열기와 변압기를 사용하지 않아서 램프의 무게는 2/3 이상 가벼워지고 그 무게가 에너지 절약형 형광 램프보다도 덜 나가고 백열등의 무게에 근접한다. 그 체적도 백열등의 체적에 근접한다.
- 현광이 적다. 복수의 소량 전류 LED 칩이 분산 분포되어 LED 칩의 현광을 경감한다.
LED 칩의 내부 양자 효율이 더 향상되고 칩 가격이 계속 하락함에 따라, 본 발명의 4π 출광 LED 칩을 가지는 LED 램프 벌브는 LED 일반 조명 램프의 주류로 될 수 있다.
백열등 및 에너지 절약형 형광 램프를 직접 대신하여 조명에 사용될 수 있다.
이하에는 본 발명의 상술한 및/혹은 그 외의 이점들이 도면과 결합하여 바람직한 실시예에 대한 아래의 기재로부터 자명해지고 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 4π 출광 LED 칩을 가지는 고효율 LED 램프 벌브의 개략적인 구조도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 4π 출광 LED 칩을 가지는 고효율 LED 램프 벌브의 개략적인 구조도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 4π 출광 LED 칩을 가지는 고효율 LED 램프 벌브의 개략적인 구조도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 4π 출광 LED 칩을 가지는 고효율 LED 램프 벌브의 개략적인 구조도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 4π 출광 LED 칩을 가지는 고효율 LED 램프 벌브의 개략적인 구조도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 4π 출광 LED 칩을 가지는 고효율 LED 램프 벌브의 LED 발광봉의 개략적인 정면 구조도이다.
도 7은 도 6의 선 A-A에 따라 절취된 LED 발광봉의 일 실시예의 개략적인 구조도이다.
도 8은 도 6의 선 A-A에 따라 절취된 LED 발광봉의 다른 일 실시예의 개략적인 구조도이다.
도 9는 도 6의 선 A-A에 따라 절취된 LED 발광봉의 또 다른 일 실시예의 개략적인 구조도이다.
도 10은 도 6의 선 A-A에 따라 절취된 LED 발광봉의 또 다른 일 실시예의 개략적인 구조도이다.
도 11은 도 6의 선 A-A에 따라 절취된 LED 발광봉의 또 다른 일 실시예의 개략적인 구조도이다.
도 12는 도 6의 선 A-A에 따라 절취된 LED 발광봉의 또 다른 일 실시예의 개략적인 구조도이다.
도 13은 도 6의 선 A-A에 따라 절취된 LED 발광봉의 또 다른 일 실시예의 개략적인 구조도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 4π 출광 LED 칩을 가지는 고효율 LED 램프 벌브의 LED 발광봉의 개략적인 정면 구조도이다.
도 15는 도 14의 선 B-B에 따라 절취된 LED 발광봉의 일 실시예의 개략적인 구조도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 4π 출광 고전압 LED 칩을 가지는 LED 발광봉의 개략적인 정면 구조도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 4π 출광 LED 칩을 가지는 고효율 LED 램프 벌브의 LED 발광봉의 일 배열 방식을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 4π 출광 LED 칩을 가지는 고효율 LED 램프 벌브의 LED 발광봉의 다른 일 배열 방식을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 4π 출광 LED 칩을 가지는 고효율 LED 램프 벌브의 LED 발광봉의 또 다른 일 배열 방식을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 4π 출광 LED 칩을 가지는 고효율 LED 램프 벌브의 LED 발광봉의 또 다른 일 배열 방식을 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 도면 1 내지 20을 참조하여 기재된 실시예를 통하여 본 발명의 기술적 해결 방안을 더 구체적으로 설명한다. 본 명세서 전반에서, 동일 또는 유사한 도면 부호는 동일 또는 유사한 부재를 표시한다. 아래, 첨부도면을 참조하여 기재된 본 발명의 실시 형태에 대한 설명은 본 발명의 전반적인 발명의 개념을 이해시키려고 한 것이고 본 발명을 한정하려고 한 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 4π 출광 LED 칩을 가지는 고효율 LED 램프 벌브의 개략적인 구조도이다. 상기 4π 출광 LED 칩을 가지는 고효율 LED 램프 벌브는, 하나의 광 투과 LED 램프 벌브 커버(1), 배기관(2) 및 프레임을 가지는 하나의 코어 기둥체(5), 적어도 하나의 4π 출광 LED 칩을 가지는 LED 발광봉(6), 하나의 구동기(7), 하나의 전기 접속기(8), 벌브 커버(1)를 전기 접속기(8)와 연결시키는 하나의 접속자(9)를 포함한다. 상기 광 투과 LED 램프 벌브 커버(1), 코어 기둥체(5), LED 발광봉(6), 구동기(7), 전기 접속기(8), 및 접속자(9)는 서로 연결되어 일체로 형성되어 LED 램프 벌브(10)를 형성한다. 상기 LED 발광봉(6)은 전기 출력 인출선(3) 및 금속선(11)에 의하여 코어 기둥체(5) 상에 고정된다. 상기 LED 발광봉(6)의 전극은 코어 기둥체(5)의 전기 출력 인출선(3) 및/혹은 금속선(11)을 거쳐 구동기(7), (필요한 경우에 설치되는) 전기 연결선(12), 전기 접속기(8), 및 외부 전원과 차례로 상호 연결된다. 외부 전원이 인가되면 LED 발광봉(6)을 점등시킬 수 있다. 광 투과 LED 램프 벌브 커버(1)와 코어 기둥체(5)는 진공 밀봉되어 진공 밀봉 챔버(13)를 구성한다. 상기 챔버(13) 내에는 점성 계수가 낮고 열 전도율이 높은 가스가 충전(充塡)되어, LED 발광봉(6)의 동작 시에 LED 발광봉(6)에 의해 생성되는 열을 상기 가스의 대류 및 전도에 의하여 다시 광 투과 LED 램프 벌브 커버(1)로부터 방출시킬 수 있다.
여기서, 도 1의 지주(4), 출력 인출선(3), 및 금속선(11)은 LED 발광봉(6)을 고정하기 위한 프레임(42)으로서 사용된다. 본 발명의 실시예에서, 코어 기둥체(5)는 일체로 조립된 배기관(2), 나팔관(1a), 및 프레임(42)(이 프레임(42)은, 출력 인출선(3), 지주(4) 및 금속선(11)을 포함함)을 포함한다. 상술한 바와 같이, 코어 기둥체(5)와 LED 램프 벌브 커버(1)가 진공 밀봉되는 경우, 구체적으로는 나팔관(1a)과 LED 램프 벌브 커버(1)가 이들의 접합 위치에서 진공 밀봉된다. 당업자들은, 본 실시예의 코어 기둥체가 종래 기술의 코어 기둥체의 여러 부재들의 배치 방식과 기본적으로 동일하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 여기에서는 상기 코어 기둥체를 상세히 설명하지 않는다.
구체적으로, LED 램프 벌브 커버(1)와 코어 기둥체(5)는 이들의 접합 위치에서 고온 가열 처리를 통하여 용접되어 하나의 진공 밀봉 챔버(13)를 구성한다. 그 공정은 전통적인 백열등의 밀봉 공정과 동일한바, LED 발광봉(6)과 코어 기둥체(5)의 지주(4), 전기 출력 인출선(3)의 일단과 발광봉(6) 사이의 금속선/연결선(11)은 함께 진공 밀봉 챔버(13) 내에 밀봉된다. 그리고 배기관(2)을 통하여 진공 밀봉 챔버(13)를 진공 상태로 형성한 후 점성 계수가 낮고 열 전도율이 높은 가스를 충전(充塡)하여 배기관(2)을 밀봉 위치(2a)에서 용접함으로써 상기 점성 계수가 낮고 열 전도율이 높은 가스를 진공 밀봉 챔버(13) 내에 밀봉한다. 상기 진공 밀봉 챔버(13) 내의 점성 계수가 낮고 열 전도율이 높은 가스는 예를 들면, 헬륨 가스, 수소 가스, 혹은 헬륨 가스와 수소 가스의 혼합가스로, 그 기압은 실온에서 50-1520 Torr이다. 헬륨 가스는 여러 가스 중에서 점성 계수가 가장 작은 가스로서 그 점성 계수가 116μP밖에 되지 않아서(수소 가스의 점성 계수는 173μP이고 공기의 점성 계수는 922μP이며 물의 점성 계수는 8937μP임) 대류에 의한 방열을 효과적으로 형성하기 쉽고 LED 발광봉의 정상 동작을 확보하도록 LED 발광봉의 동작 시에 LED 발광봉에 의해 생성되는 열을 방출할 수도 있다.
이로부터 알 수 있는 점은, 상기 진공 밀봉 챔버(13) 내에는, LED 발광봉(6), 코어 기둥체(5)의 지주(4), 및 출력 인출선(3)의 일단과 발광봉(6) 사이의 금속선/연결선(11)만 포함된다는 점이다. 상기 LED 발광봉(6) 양단의 전극은 코어 기둥체(5) 상의 출력 인출선(3)을 통하여 상기 진공 밀봉 챔버(13) 외부의 구동기(7), 전기 연결선(12), 및 전기 접속기(8)와 차례로 서로 전기적으로 연결된다. 전기 접속기(8)는 외부 전원을 연결하여 상기 LED 발광봉(6)을 점등시키기 위한 것이다.
상기 LED 발광봉(6)은 헬륨 가스 등의 불활성 가스 혹은 기타 점성 계수가 낮은 가스에 의하여 보호됨과 동시에 진공 밀봉된다. 따라서, 예를 들면 주위 환경 중의 수분 등의 영향을 전혀 받지 않으므로 LED의 수명을 더 연장시킬 수 있다.
상기 LED 발광봉(6) 상에는 적어도 일련의, 동일 PN 접합 방향으로 직렬 연결된 LED 칩이 설치된다. 상기 LED 칩은, 사용되는 적어도 하나의 LED 발광봉이 직렬 연결 혹은 직-병렬 연결된 후의 총 구동 전압이 예를 들면, 사용된 교류 전압 최고값 혹은 직류 전원 전압의 20％-100％로 외부 교류 전압 혹은 외부 직류 전원 전압에 근접하도록 충분히 많은 수량으로 설치되어 있다. 그러므로 이와 같이 4π 출광 LED 칩을 지니는 고전압 LED 발광봉을 구성함으로써 구동기는 변압기를 필요 하지 않게 되고 회로가 간단하게 되며 효율이 높아지게 되고 원가가 낮아지게 된다.
상기 적어도 하나의 LED 발광봉(6)은 직렬 혹은 직-병렬 연결됨으로써 쌍방향의 교류 모드로 동작하거나 혹은 일 방향의 직류 모드로 동작하는 것이 가능하다. 도 1은 2개의 LED 발광봉(6)이 일 방향의 직류 모드로 동작하도록 직렬 연결된 예를 도시한 것이다.
상기 적어도 하나의 LED 발광봉(6)이 일 방향의 직렬 모드로 동작하도록 연결되는 경우, 그 외부 전원은 직류(DC) 전원 혹은 교류(AC) 전원일 수 있다. 외부 교류 전원을 사용할 경우, 상기 구동기(7)는 콘덴서와 저항을 병렬 연결한 강압(step-down) 전류 제한 회로와 정류기 및 필터 회로로 구성될 수도 있고; 3극관, 변압기, 및/혹은 전해 콘덴서를 사용하지 않은 정류기 및 필터 회로 혹은 정류기 회로와 그에 직렬 연결된 PTC 저항을 사용할 수도 있으며; 또한 변압기 및 스위칭 전원을 구비하지 않은 정전류 장치를 사용할 수도 있다. 이로 인하여 구동기의 원가가 절감된다.
상기 적어도 하나의 LED 발광봉(6)이 쌍방향의 교류 모드로 동작하도록 연결되는 경우, 적어도 하나의 LED 발광봉(6)이 순방향으로 도통되며 또한 적어도 하나의 다른 LED 발광봉(6)이 역방향으로 도통될 수 있고, 교류가 순방향, 역방향 순으로 번갈아 바뀌게 됨으로써 상기 LED 발광봉(6)이 발광하도록 차례로 도통된다. 물론, 적어도 5개의 LED 발광봉(6)을 설치하여 브리지 정류 회로와 유사하게 구성할 수도 있다. 즉, 4개의 LED 발광봉(6)은 4개의 암(arm) 부재 상에서 교류가 순방향, 역방향 순으로 번갈아 바뀌게 됨으로써 발광하도록 차례로 도통되고 다른 하나의 LED 발광봉(6)은 상기 4개의 암 부재의 대각선 위치상에 연결되어 교류가 순방향이든 역방향이든 발광하도록 항상 도통된다.
상기 발광봉이 상기 쌍방향의 교류 모드로 동작할 때, 직접 상용 교류 전류를 사용하여 동작할 수도 있고 상기 구동기(7)가 단지 직렬 연결된 전류 제한 저항 또는 PTC 저항일 수도 있다.
상기 4π 출광 LED 칩을 가지는 LED 발광봉은 고전압 LED 발광봉일 수 있는데 그 동작 전압이 높은 동작 환경은 진공 밀봉된 LED 램프 벌브 커버 내에 밀봉된다. 때문에 상기 4π 출광 LED 칩을 가지는 LED 발광봉은 고전압 LED 발광봉은 안전하고 신뢰성이 있다.
상기 광 투과 벌브 커버(1)는 투명하거나 혹은 유백, 무광택, 유색의 벌브 커버이다. 물론 필요에 따라 부분적으로 반사층을 가지거나 혹은 부분적으로 일련의 작은 프리즘 또는 렌즈를 가지는 벌브 커버 일 수도 있다.
상기 광 투과 벌브 커버(1)의 형태는 A-형, G-형, R-형, PAR-형, T-형, S-형, 초(candle)형, P형, PS형, BR형, ER형, BRL형, 혹은 기타 종래의 램프 벌브 커버 중의 어느 하나일 수 있다.
상기 전기 접속기(8)는 상이한 램프 소켓 혹은 조명 기구에 장착되기 적합하도록 형성된 E40, E27, E26, E14, GU, B22, BX, BA, EP, EX, GY, GX, GR, GZ, G형 등의 종래의 LED 램프 벌브의 전기 접속기 중의 어느 하나이다. 도 1은 E형 램프 헤드의 예를 나타낸다.
여기서, 본 발명의 하기 각각의 실시예에 사용되는, 도 1에 표시된 도면 부호와 동일한 도면 부호는 도 1에 도시된 실시예와 동일한 소자 혹은 동일한 기능을 가지는 소자를 나타낸다. 편의상, 하기 각 실시예에 있어서, 다른 구조 혹은 기능을 가지는 부분 이외에는 중복적인 설명을 하지 않는다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 4 π출광 LED 칩을 가지는 고효율 LED 램프 벌브의 개략적인 구조도이다. 도 2에 있어서, 하나의 LED 발광봉에서 출사한 광이 다른 하나의 LED 발광봉에 의해 저지되어 LED 램프 벌브 커버(1)(이하, 벌브 커버(1)라 언급함) 혹은 조명 기구 상에 그림자를 남기는 것을 방지하기 위하여, 상기 각 LED 발광봉은 상호 교차 배열된다. 즉, 각 LED 발광봉 중의 임의의 2개의 발광봉은 동일 평면에 존재하지 않는다. 본 실시예에 있어서, LED 발광봉(6)은 2개의 LED 발광봉(6a,6b)을 포함한다. 상기 2개의 발광봉(6a,6b)의 하단(배기관(2)에 인접한 일단)은 도 2의 동일 수평면에(혹은 동일 높이에) 위치하고 이들의 상단은 각각 앞뒤로 장착된다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 4π 출광 LED 칩의 고효율 LED 램프 벌브의 개략적인 구조도이다. 여기서, 상기 벌브 커버(1)는 PAR형으로, 벌브 커버(1)의 내벽 상에 광 반사층(14)을 구비하고, LED 발광봉(6)은 코어 기둥체(5)의 금속선(11)과 전기 출력 인출선(3)에 고정된다. 광 출사율을 높이기 위하여 벌브 커버(1)의 밑부분에는 광 반사판(14a)이 설치되어 밑부분에 출사되는 LED 발광봉(6)의 광을 앞방향으로 반사시켜 광 출사율을 높이도록 한다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 4π 출광 LED 칩의 고효율 LED 램프 벌브의 개략적인 구조도이다. 여기서, 상기 벌브 커버(1)는 T형 벌브 커버이다. 적어도 하나의 LED 발광봉(6)은 코어 기둥체(5)의 출력 인출선(3,3a)에 직접 고정된다. LED 발광봉(6)의 상단에 연결되는 출력 인출선(3a)은 만곡되어 있는데 이로써 LED 발광봉(6)으로부터 출사되는 광이 그에 평행되는 출력 인출선을 통하여 벌브 커버(1) 상에 투영되어 그림자가 생성되는 것을 방지한다. 상기 벌브 커버(1)의 내벽 상에는 발광 분말 층(26a)이 설치되고, 상기 LED 발광봉(6)은 발광 분말 층을 구비하지 않는 LED 발광봉이다. 전기 접속기(8)는 벌브 커버(1)에 직접 연결된다. 여기서, 출력 인출선(3a)을 LED 발광봉(6)에 사용되는 만곡형 프레임으로 간주할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 4π 출광 LED 칩을 가지는 고효율 LED 램프 벌브의 전형적인 구조도이다. 여기서, 상기 벌브 커버(1)는 R형 반사 벌브 커버로서, 벌브 커버(1)의 내벽 상에 광 반사층(14)이 구비된다. 4개의 직렬 연결된 LED 발광봉(6)은 출력 인출선(3), 코어 기둥체 상의 금속선(11a), 및 지주(4) 상의 금속선(11)에 의하여 코어 기둥체(5)에 고정연결된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 4π 출광 LED 칩을 가지는 고효율 LED 램프 벌브에 사용되는 LED 발광봉(6)의 개략적인 정면 구조도이다. 상기 LED 발광봉(6)은 투명 기판(15)을 포함한다. 투명 기판(15) 상에는 적어도 일련의, 동일 PN 접합 방향으로 직렬 연결된 LED 칩(16)이 설치되어 있다. 상기 LED 칩(16) 사이에는 전기 연결선(17)이 설치되어 있다. 투명 기판(15)의 양단에는 LED 전극 인출선(18) 및 그 고정 장치(19)가 있다. 연결선(21)과 LED 칩(16)을 전기적으로 연결하기 위하여, 전극 인출선(18)의 LED 칩(16)을 향한 일단(20)은 노출된다.
상기 투명 기판(15)은 유리, 경질 유리, 석영 유리, 투명 세라믹, 혹은 플라스틱 등으로 제조된다. LED 발광봉(6) 양단의 전극 인출선(18)의 고정 장치(19)는 고온 접착제, 플라스틱，실버 슬러리(silver slurry), 혹은 융점이 낮은 유리에 의하여 제조된다. 본 발명의 LED 램프 벌브는 LED 램프 벌브 커버와 코어 기둥체를 진공 밀봉하여 진공 밀봉 챔버를 형성하며, 이 진공 밀봉 챔버 내에 점성 계수가 낮고 열 전도율이 높은 가스를 충전(充塡)하여 급속한 방열을 진행한다. 그러므로 본 발명에서는 LED 발광봉이 생성하는 고온에 견디기 위하여, 종래 기술의 LED 발광봉과 달리 사파이어, 다이아몬드 등의 매우 고가인 투명 기판만을 사용하지 않아도 된다. 따라서, 본 발명의 LED 발광봉(6)의 투명 기판은 유리, 경질 유리, 석영 유리, 투명 세라믹, 혹은 플라스틱 등의 비교적 저렴한 재료로 제조될 수 있으므로 LED 발광봉(6)의 제조 원가를 절감할 수 있다.
상기 투명 기판(15) 상에 장착되는 직렬 연결된 칩(16)은 동일 혹은 상이한 발광색을 가지는 LED 칩일 수 있다. 예를 들면, 상기 발광색은 동일한 청색광, 자외광, 혹은 기타 단색광일 수 있다. 또한 상기 발광색은 상이한 색의 혼합광 혹은 백색광을 얻기 위한 상이한 발광색일 수도 있다. 상이한 개수의 여러 발광색을 가지는 LED를 사용하면 높은 연색 지수를 가지는 상이한 색 온도의 백색광을 얻을 수 있다.
도 7은 도 6의 선 A-A에 따라 절취된 LED 발광봉(6)의 개략적인 단면 구조도이다. 도 7을 참조하면, LED 칩(16)은 투명 접착제(22)에 의하여 투명 기판(15)에 고정되며, 상기 LED 칩(16)의 칩 기판은 투명하다. 상기 LED 칩(16)의 PN 접합(24)이 출사한 광에 있어서, 전기 연결선(17)을 향하는 일부 광은 직접 출사될 수 있고, 다른 일부 광이 전반사되어 투명 기판(15)을 향하는 광 및 원래 투명 기판(15)을 향하는 광은 칩 기판 및 발광봉의 투명 기판(15)을 통하여 출사된다. 도 7을 참조하면, 출사광(23)으로부터 알수 있는 점은, 상기 LED 칩(16)은 4π 출광 가능하여 PN 접합으로부터 출사되는 광이 LED 칩(16) 내에서의 반사, 복수 회의 반사, 및 흡수에 의한 광 손실을 대폭적으로 감소시켜, LED 칩의 광 출사율을 대폭적으로 향상시키고 외부 양자 효율을 대폭적으로 향상시킨다. 다시 말하면, LED 칩의 광 출사율을 향상시킨다. 상기 투명 접착제(22)는 예를 들면, 에폭시 수지, 개질 수지, 혹은 실리카겔 등일 수 있다.
도 8은 도 6의 선 A-A에 따라 절취된 LED 발광봉(6)의 또 다른 일 실시예의 개략적인 단면 구조도이다. 여기서, 상기 LED 칩(16), 및 LED 칩(16)이 장착된 투명 기판(15)의 일면 상에는 고 굴절율, 고 광 투과율, 고 열 전도율을 가지는 투명 유전층(25)이 구비된다. 이로써 LED 칩(16)의 연결선(17) 방향으로 LED 칩(16)의 광 출사율을 향상시키고, 또한 LED 칩(16) 및 그 전기 연결선(17)을 보호한다. 상기 투명 유전체는 예를 들면, 실리카겔, 에폭시 수지, 플라스틱 등이다.
LED 칩이 청색광 혹은 자외광을 출사하고 발광 분말에 의하여 이를 백색광 혹은 기타 발광색으로 변환시켜야 할 경우, 도 6, 도 7, 혹은 도 8에 도시된 LED 발광봉(6) 외부에 발광 분말 층이 부가적으로 필요하다. 상기 발광 분말 층은 LED 발광봉(6)의 표면에 밀착되거나 LED 발광봉(6) 외부의 투명 유전체 튜브의 내벽 혹은 외벽 상에 도포될 수 있다. 혹은, (예를 들면, 발광 분말 튜브로 제조되도록) 발광 분말을 투명 유전체 튜브 벽 내에 혼합할 수도 있고, 도 4의 형광체 분말 층(26a)과 같이 벌브 커버(1)의 내벽 상에 도포할 수도 있다.
도 9는 발광 분말층을 가지는 LED 발광봉의 일 실시예의 개략적인 단면 구조도이다. 여기서, LED 칩(16)과 투명 기판(15) 주위의 외부 표면상에는 균일하게 발광 분말 층(26)이 도포되어 있다. 다시 말하면, 도 7에 도시된 LED 발광봉의 외부 표면상에 균일하게 발광 분말 층(26)이 도포되어 있다.
상기 발광 분말 층(26)은 발광 분말과 투명 유전체를 혼합하여 제조된다. 상기 투명 유전체는 예를 들면, 실리콘 접착제, 에폭시 수지, 플라스틱, 투명 접착제, 투명 래커(transparent lacquer), 고분자 중합체 등이 있다.
도 10은 발광 분말 층을 가지는 LED 발광봉의 또 다른 일 실시예의 개략적인 단면 구조도이다. 도 10에 있어서, LED 칩(16) 및 투명 기판(15)의, 상기 칩이 장착된 일면 상에 투명 유전층(25)(도 8 참조)을 도포한 후, 균일한 발광 분말층(26)을 덮는다.
도 11은 발광 분말 층을 가지는 LED 발광봉의 또 다른 일 실시예의 개략적인 단면 구조도이다. 도 11에 있어서, 상기 투명 기판(15) 및 이의, LED 칩(16)이 장착된 일면 상의 투명 유전층(25) 주위에 투명 유전층(25a)을 도포한 후, 균일한 발광 분말 층(26)을 덮는다.
도 12는 발광 분말 층을 가지는 LED 발광봉의 또 다른 일 실시예의 개략적인 단면 구조도이다. 도 12에 있어서, 칩(16)과 투명 기판(15) 주위에 투명 유전층(25)을 덮은 후, 균일한 발광 분말층(26)을 덮는다.
도 13은 발광 분말 층을 가지는 LED 발광봉의 또 다른 일 실시예의 개략적인 단면 구조도이다. 도 13에 있어서, LED 칩(16)과 투명 기판(15) 주위에 균일한 발광 분말 층(26)을 덮은 후, 투명 유전층(25)을 덮는다.
또한, 도 6에 도시된 LED 발광봉(6) 외부에, LED 칩을 보호하기 위한 투명 튜브를 더 증설할 수도 있다. 물론 상기 LED 발광봉(6)에 발광 분말 층을 더 증설할 수 있다. 도 14는 외부 투명 튜브를 설치한 LED 발광봉의 일 실시예의 개략적인 정면 구조도이다. 도 14를 참조하면, 상기 LED 발광봉(27)은 하나의 외부 투명 튜브(28)를 포함하고, LED 칩(16)이 장착된 투명 기판(15)은 투명 튜브(28) 내에 밀봉된다. LED 칩(16)의 전극은 투명 튜브(28) 양단의 전기 출력 인출선(29)에 의하여 인출되고 전기 출력 인출선(29)과 투명 튜브(28)는 밀봉 위치(30)에서 밀봉된다. 도 14에 있어서, 상기 LED 칩(16)은 2가지의 상이한 발광색을 가지는 LED 칩이다. 예를 들면, LED 칩(16)은 청색광을 출사하고 LED 칩(16a)은 적색광을 출사한다. 상기 상이한 색상의 LED 칩(16a)은 발광 색온도 및 연색 지수를 변경하는데 사용될 수 있다.
도 15는 도 14의 선 B-B에 따라 절취된 4π 출광 LED 칩을 가지는 LED 발광봉(27)의 개략적인 구조도이다. 도 15에 있어서, LED 칩(16) 및 그 투명 기판(15)에는 유리, 플라스틱, 혹은 실리콘 접착제 등으로 제조되는 투명 튜브(28)가 증설되어 있다. 발광봉(27)이 발광 분말 층을 필요로 할 경우, 발광 분말을 상기 투명 튜브(28)의 내벽 혹은 외벽 상에 도포할 수 있다. 도 15는 발광 분말 층(32)을 투명 튜브(28)의 내벽 상에 도포한 예를 나타낸다.
도 15를 참조하면, 발광 분말을 상기 투명 튜브(28)의 투명 유전체 중에 혼합할 수 있다. 즉, 발광 분말을 유리, 플라스틱, 실리콘 접착제 등의 투명 유전체와 혼합한 후, 투명 발광 분말 튜브를 제조한다. 이리하여 투명 튜브(28)의 내벽 혹은 외벽 상에 발광 분말 층(32)을 다시 도포하지 않아도 된다.
도 15을 참조하면, 투명 튜브(28)와 LED 칩 및 그 투명 기판(15) 사이에는 예를 들면, 투명 실리콘 접착제, 에폭시 수지 및 플라스틱 등과 같은 고 열 전도율, 고 굴절율, 고 광 투과율을 가지는 재료(31)를 더 충전(充塡)할 수 있다. LED 칩은 4π 출광한다. 상기 유리 기판, 투명 접착제, 및 유리 튜브의 광 굴절율이 서로 근접해 있으므로 LED 칩으로부터 출사된 광의, 여러 유전체 계면에서의 광 손실이 매우 적으며, 이로 인하여 LED 칩의 광 출사율이 높다. 즉, 발광 효율이 높다.
도 16은 본 발명의 4π 출광 LED 칩을 가지는 LED 발광봉의 또 다른 일 실시예의 개략적인 정면 구조도이다. 도 16을 참조하면, 상기 4π 출광 LED 칩을 가지는 LED 발광봉(33)에서 LED 칩의 칩 기판은 투명하다. 상기 LED 칩은 고전압 LED 칩으로, 각각의 고전압 LED 칩(34)은 적어도 2개의 직렬 연결된 LED PN 접합(35)을 포함하고, 개별 PN 접합들 사이에는 적어도 하나의 전기 연결선(36)이 연결된다. 각각의 고전압 LED 칩의 양단에는 각각 용접 및 와이어 본딩 용의 금속 전극(37)이 적어도 하나 구비된다. 개별 고전압 LED 칩들 사이, 및 고전압 LED 칩과 고전압 LED 발광봉의 출력 인출선(18) 사이에는 적어도 하나의 전기 연결선(38)이 설치된다.
도 16에 도시된 LED 발광봉(33)의 적어도 하나의 고전압 LED 칩(34)은 동일 혹은 상이한 발광색을 가질 수 있다. 도 6 및 도 14에 도시된 LED 발광봉과 동일하게, 도 16에 도시된 칩의 일면 상에 투명 유전층이 구비될 수 있고 발광봉(33)의 주위에도 발광 분말 층을 설치할 수 있다.
상술한 4π 출광 LED 칩을 가지는 LED 발광봉(6,27,33)은 도 1, 도 2, 도 3, 도 4, 및 도 5에 도시된 LED 램프 벌브의 제조에 사용될 수도 있고 단독적으로 발광소자로 사용될 수도 있다.
LED 램프 벌브의 제조에 사용될 경우, 상기 적어도 하나의 LED 발광봉의 위치는 필요에 따라 설정할 수 있다. 예를 들면, 도 1, 도 2, 도 3, 도 4, 및 도 5에 도시된 배열과 같이 기둥형, V형, W형, 원추형 및 평면형 등으로 배열된다. 또한, 도 17, 도 18, 도 19, 및 도 20에 도시된 바와 같이, 하나의 LED 발광봉에서 출사된 광이 다른 하나의 LED 발광봉에 의해 저지되어 벌브 커버 상에 그림자를 생성하는 것을 방지해야 할 경우, 상기 적어도 하나의 LED 발광봉의 각 LED 발광봉은 상호 교차 배열된다. 도 18을 참조하면, 상기 복수의 LED 발광봉은 가상의 다면 기둥체(virtual polyhedral column) 혹은 다면 절두형 원추체(polyhedral truncated cone)의 각 면의 대각선 상에 배열된다. 혹은 복수의 LED 발광봉은 전체적으로 다면 기둥체 혹은 다면 절두형 원추체의 실체 형식으로 설치되어 각 LED 발광봉은 전부 동일 평면상에 놓이지 않는다. 도 18은 4개의 LED 발광봉이 직방체 형식으로 배열되는 동시에, 각각 도 18의 점선(41)이 나타내는 4개 면의 대각선 상에 놓이는 상태를 도시한다.
사용된 발광봉(6, 27, 33)은 동일 혹은 상이한 발광색을 가질 수 있다. 이로써, 발광색이 상이하고 상이한 색온도 및 상이한 연색 지수를 가지는 램프를 얻는다. 예를 들면, 도 17을 참조하면, 청색광을 출사하는 4개의 LED 칩을 포함하며 또한 청색광에 여기되어 황색광을 생성할 수 있는 발광 분말 층이 도포된 발광봉(6, 27, 혹은 33)은, 이들 사이의 원추의 축(39)을 에워싸서 원추형으로 배열된다. 동시에 그 외의 다른 색을 발광하는 하나의 LED 발광봉(40)이 구비된다. 상기 LED 발광봉(40)은 예를 들면, 적색광을 출사한다. 양자의 상대 광속을 변경하면 상이한 색온도 및 연색 지수를 가지는 백색광 LED 램프 벌브를 얻을 수 있다.
본 발명의 전반적인 개념을 나타내는 일부 실시예에 대하여 이미 도시 혹은 설명하였으나, 당업자들은 발명의 전반적인 개념 및 취지에서 벗어나지 않는 한 이러한 실시예들을 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 특허 청구의 범위 및 그들의 등가물에 의하여 결정된다.
1: 광 투과 LED 램프 벌브 커버; 1a: 코어 기둥체의 나팔관;
2: 배기관; 2a: 배기관의 밀봉 위치;
3: 전기 출력 인출선; 3a: 만곡된 전기 출력 인출선;
4: 지주; 42: 프레임;
5: 코어 기둥체; 6, 6a, 6b: LED 발광봉;
7: 구동기; 8: 전기 접속기;
9: 접속자; 10: LED 램프 벌브;
11, 11a: 코어 기둥체 상의 금속선; 12: 전기 연결선;
13: 진공 밀봉 챔버; 14: 광 반사층;
14a: 광 반사판; 15: 투명 기판;
16, 16a: LED 칩; 17: 칩 사이의 전기 연결선;
18: 전극 인출선; 19: 전기 출력 인출선의 고정 장치;
20: 전기 출력 인출선의 용접단; 21: 전기 연결선;
22: 투명 접착제; 23: 출사광;
24: PN 접합; 25, 25a: 투명 유전층;
26, 26a: 발광 형광체 분말 층;
27: 투명 튜브 혹은 발광 형광체 분말 튜브를 가지는 발광봉;
28: 투명 튜브 혹은 발광 형광체 분말 튜브; 29: 전기 출력 인출선;
30: 밀봉 위치; 31: 투명 유전체;
32: 발광 형광체 분말 층; 33: 고전압 LED 칩의 발광봉;
34: 고전압 LED 칩 ; 35: LED PN 접합;
36: PN 접합사이의 전기 연결선;
37: 고전압 LED 칩의 양단의 와이어 본딩판;
38: 고전압 LED 칩 사이와 고전압 LED 칩 및 출력 인출선 사이의 전기 연결선; 39: 원추의 축;
40: 발광색이 상이한 LED 발광봉; 41: 가상 다면체

Claims (40)

  1. LED 램프 벌브 커버;
    배기관 및 프레임을 구비하는 코어 기둥체;
    적어도 하나의, 4π 출광 LED 칩을 가지는 LED 발광봉;
    구동기; 및
    전기 접속기;
    를 포함하는 LED 램프 벌브로서,
    상기 LED 램프 벌브 커버는 코어 기둥체와 진공 밀봉되어 진공 밀봉 챔버를 형성하고,
    상기 진공 밀봉 챔버 내에는 점성 계수가 낮고 열 전도율이 높은 가스가 충전(充塡)되며,
    프레임 및 프레임에 고정되는 상기 LED 발광봉은 상기 진공 밀봉 챔버 내에 수용되고,
    상기 LED 발광봉은 상기 구동기 및 전기 접속기와 순차적으로 전기적으로 연결되며,
    상기 전기 접속기는 외부 전원에 전기적으로 연결되어 LED 발광봉을 점등하는, LED 램프 벌브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 램프 벌브 커버는 광 투과성을 가지며 직접 또는 접속자를 통하여 상기 전기 접속기에 연결되는, LED 램프 벌브.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 코어 기둥체의 프레임은, 전기 출력 인출선, 지주, 및 상기 LED 발광봉을 고정하기 위한 금속선을 포함하고,
    상기 LED 발광봉 양단의 전극은 상기 전기 출력 인출선을 통하여 상기 진공 밀봉 챔버 외부의 상기 구동기 및 전기 접속기에 순차적으로 전기적으로 연결되는, LED 램프 벌브.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 점성 계수가 낮고 열 전도율이 높은 가스에는 헬륨 가스, 수소 가스, 또는 헬륨 가스와 수소 가스의 혼합 가스가 포함되고, 상기 점성 계수가 낮고 열 전도율이 높은 가스의 기압은 실온에서 50-1520 Torr인, LED 램프 벌브.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 LED 발광봉 각각은 적어도 일련의, 동일 PN 접합 방향으로 직렬 연결된 LED 칩을 가지고, 상기 LED 칩은 충분한 수량으로써 상기 LED 발광봉의 직렬 연결 또는 직-병렬 연결 후의 총 구동 전압을 외부 구동 전압에 근접시키는, LED 램프 벌브.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 총 구동 전압은 교류 전압 최고값 또는 직류 전원 전압의 20％-100％인, LED 램프 벌브.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 발광봉은, 적어도 2개 구비되고 쌍방향의 교류 모드로 동작하도록 연결되며, 적어도 하나의 LED 발광봉은 순방향으로 도통되고 적어도 하나의 다른 LED 발광봉은 역방향으로 도통되어 교류의 순방향, 역방향이 순차적으로 번갈아 바뀌게 됨으로써, 상기 LED 발광봉을 번갈아 도통시켜 발광시키는, LED 램프 벌브.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 LED 발광봉은 일 방향의 직류 모드로 동작하도록 연결되는, LED 램프 벌브.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 발광봉은 상호 직렬 연결되거나 또는 직-병렬 연결되고, 발광봉의 배열 방식은 V형, W형, 기둥형, 원추형 또는 평면형인, LED 램프 벌브.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나의 LED 발광봉이 출사하는 광이 다른 하나의 LED 발광봉에 의하여 차폐되어 LED 램프 벌브 커버 상에 그림자를 생성하는 것을 방지하기 위하여 개별 LED 발광봉들 중 임의의 2 개의 LED 발광봉이 동일 평면상에 놓이지 않도록 상기 개별 LED 발광봉들이 상호 교차 배열되는, LED 램프 벌브.
  11. 제 1 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 LED 발광봉 각각은 상호 교차 배열되어 가상의 다면 기둥체(virtual polyhedral column) 혹은 다면 절두형 원추체(polyhedral truncated cone)의 각 면의 대각선 상에 설치되는, LED 램프 벌브.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 램프 벌브 커버는 투명, 유백, 무광택, 또는 유색의 벌브 커버이거나, 일부에 반사층을 가지거나, 일부에 일련의 작은 프리즘 또는 렌즈를 가지는 벌브 커버이고,
    상기 LED 램프 벌브 커버의 형태는 A-형, G-형, R-형, PAR-형, T-형, 초(candle)형, P형, PS형, BR형, ER형, 또는 BRL형인, LED 램프 벌브.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 램프 벌브 커버의, 상기 전기 접속기에 인접한 일단에는 광 반사판이 설치되는, LED 램프 벌브.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 접속기는 E40, E27, E26, E14, GU, BX, BA, EP, EX, GY, GX, GR, GZ, G 형 LED 램프 벌브의 전기 접속기 중의 하나인, LED 램프 벌브.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 4π 출광 LED 칩을 가지는 LED 발광봉은,
    투명 기판; 및
    상기 투명 기판상에 장착된 적어도 일련의, 동일 PN 접합 방향으로 직렬 연결된 LED 칩;을 포함하고,
    상기 LED 칩은 투명 칩 기판을 가지는, LED 램프 벌브.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 투명 기판 양단에 설치된 LED 칩의 전극 인출 장치;
    를 더 포함하는, LED 램프 벌브.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 LED 칩이 투명 접착제에 의하여 서로 독립적으로 상기 투명 기판상에 고정되고, 상기 LED 발광봉의 투명 기판은 연질 유리, 경질 유리, 석영 유리, 투명 세라믹, 또는 플라스틱으로 제조되는, LED 램프 벌브.
  18. 제 16 항에 있어서,
    전극 인출 장치를 상기 투명 기판의 양단에 고정하는 고정 장치;
    를 더 포함하고,
    상기 고정 장치는 고온 접착제, 플라스틱, 실버 슬러리(silver slurry), 또는 융점이 낮은 유리로 제조되는, LED 램프 벌브.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 LED 칩은 동일 또는 상이한 발광색을 가지는 LED 칩인, LED 램프 벌브.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 LED 칩은 청색광 또는 자외광 LED 칩; 적색, 녹색, 청색의 3원색 LED 칩; 또는 다원색 LED 칩인, LED 램프 벌브.
  21. 제 15 항에 있어서,
    상기 LED 칩의 일부가 청색광 LED 칩이고 다른 일부가 적색광 LED 칩인, LED 램프 벌브.
  22. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
    상기 LED 칩과 상기 LED 칩을 장착하는 투명 기판 주위에 설치되는 발광 분말 층;
    을 더 포함하는, LED 램프 벌브.
  23. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
    상기 투명 기판의, LED 칩을 장착한 표면상에 그리고 상기 LED 칩 상에 설치되는 제 1 투명 유전층;
    을 더 포함하는, LED 램프 벌브.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 투명 유전층과 상기 LED 칩을 장착한 투명 기판 주위에 설치되는 발광 분말 층;
    을 더 포함하는, LED 램프 벌브.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 1 투명 유전층과 상기 LED 칩을 장착하는 투명 기판 주위에 순차적으로 설치되는 다른 투명 유전층과 발광 분말 층;
    을 더 포함하는, LED 램프 벌브.
  26. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
    상기 LED 칩과 LED 칩을 장착한 투명 기판 주위에 순차적으로 설치되는 투명 유전층과 발광 분말 층;
    을 더 포함하는, LED 램프 벌브.
  27. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
    상기 LED 칩과 상기 LED 칩을 장착하는 투명 기판 주위에 순차적으로 설치되는 발광 분말 층과 투명 유전층;
    을 더 포함하는, LED 램프 벌브.
  28. 제 22 항 내지 제 27 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 분말 층은 발광 분말과 투명 유전체를 혼합하여 제조되고, 상기 투명 유전체는 실리콘 접착제, 에폭시 수지, 플라스틱, 투명 접착제, 투명 래커(transparent lacquer), 및 중합체 중의 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함하는, LED 램프 벌브.
  29. 제 15 항에 있어서,
    상기 LED 칩과 투명 기판의 최외면(outermost side)은 투명 튜브에 의하여 봉입되는, LED 램프 밸브.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 투명 튜브의 내벽 또는 외벽 상에는 발광 분말 층이 설치되는, LED 램프 밸브.
  31. 제 29 항에 있어서,
    상기 투명 튜브는 유리, 플라스틱 또는 실리콘 접착제인, LED 램프 밸브.
  32. 제 15 항에 있어서,
    상기 LED 칩과 투명 기판의 최외면(outermost side)은 투명 발광 분말 튜브에 의하여 봉입되는, LED 램프 벌브.
  33. 제 29 항에 있어서,
    상기 투명 튜브와 상기 LED 칩 및 투명 기판 사이에는 고 광 투과율, 고 열 전도율, 고 굴절율을 가지는 유전체;
    를 더 포함하고,
    상기 고 광 투과율, 고 열 전도율, 고 굴절율을 가지는 유전체는 투명 실리콘 접착제, 에폭시 수지, 또는 플라스틱을 포함하는, LED 램프 벌브.
  34. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서,
    상기 LED 칩은 고전압 LED 칩이고, 각각의 고전압 LED 칩은 직렬 연결된 LED PN 접합을 적어도 2개 포함하는, LED 램프 벌브.
  35. 투명 기판; 및
    상기 투명 기판상의 적어도 일련의, 동일 PN 접합 방향으로 직렬 연결된 LED 칩;
    을 포함하는, 4π 출광 LED 칩을 가지는 LED 발광봉에 있어서,
    상기 LED 칩은 투명 칩 기판을 가지고, 상기 LED 칩의 전극은 투명 기판 양단에 설치되는 LED 칩의 전극 인출 장치에 의하여 인출되고,
    상기 투명 기판은 연질 유리, 경질 유리, 석영 유리, 투명 세라믹, 또는 플라스틱으로 제조되는, 4π 출광 LED 칩을 가지는 LED 발광봉.
  36. 투명 기판; 및
    상기 투명 기판상의 적어도 일련의, 동일 PN 접합 방향으로 직렬 연결된 LED 칩;
    을 포함하는, 4π 출광 LED 칩을 가지는 LED 발광봉에 있어서,
    상기 LED 칩은 투명 칩 기판을 가지고, 상기 LED 칩의 전극은 투명 기판 양단에 설치된 LED 칩의 전극 인출 장치에 의하여 인출되고, 상기 LED 칩의 일부는 청색광 LED 칩이고 다른 일부는 적색광 LED 칩이며, 상기 LED 칩이 발광하는 일부 청색광을 황색광으로 변환시키고 다른 일부 청색광과 상기 황색광 및 적색광을 혼합하여 백색광, 연색 지수가 높은 백색광, 또는 다른 색의 광이 되도록 상기 LED 칩과 상기 LED 칩이 장착된 투명 기판 주위에 발광 분말 층이 설치된, 4π 출광 LED 칩을 가지는 LED 발광봉.
  37. 투명 기판; 및
    상기 투명 기판상의 적어도 일련의, 동일 PN 접합 방향으로 직렬 연결된 LED 칩;
    을 포함하는, 4π 출광 LED 칩을 가지는 LED 발광봉에 있어서,
    상기 LED 칩은 투명 칩 기판을 구비하고, 상기 LED 칩의 전극은 투명 기판 양단에 설치된 LED 칩의 전극 인출 장치에 의하여 인출되고, 상기 LED 칩과 투명 기판의 최외면은 투명 튜브 또는 투명 발광 분말 튜브에 의하여 봉입되는, 4π 출광 LED 칩을 가지는 LED 발광봉.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 투명 튜브의 내벽 또는 외벽 상에는 발광 분말 층이 설치되는, 4π 출광 LED 칩을 가지는 LED 발광봉.
  39. 투명 기판; 및
    상기 투명 기판상의 적어도 일련의, 동일 PN 접합 방향으로 직렬 연결된 LED 칩;
    을 포함하는, 4π 출광 LED 칩을 가지는 LED 발광봉에 있어서,
    상기 LED 칩은 투명 칩 기판을 구비하고, 상기 LED 칩의 전극은 투명 기판 양단에 설치된 LED 칩의 전극 인출 장치에 의하여 인출되고, LED 칩은 칩 기판이 투명한 고전압 LED 칩이고, 각각의 고전압 LED 칩은 직렬 연결된 LED PN 접합을 적어도 2개 포함하는, 4π 출광 LED 칩을 가지는 LED 발광봉.
  40. 제 39 항에 있어서,
    각각의 LED PN 접합 사이에는 적어도 하나의 전기 연결선이 설치되어 있고, 각각의 고전압 LED 칩의 양단은 각각 용접 와이어 본딩용 금속 전극을 적어도 하나 포함하고,
    각각의 고전압 LED 칩 사이, 및 고전압 LED 칩과 고전압 LED 발광 봉의 출력 인출선 사이에는 적어도 하나의 전기 연결선이 포함되는, 4π 출광 LED 칩을 가지는 LED 발광봉.
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