KR20140097346A - 필라멘트 효과를 생성하기 위한 led 램프 상의 측면 발광 가이드파이프 기술 - Google Patents

필라멘트 효과를 생성하기 위한 led 램프 상의 측면 발광 가이드파이프 기술 Download PDF

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Abstract

램프(10)는 히트 싱크와 열적으로 연통하는 적어도 2개의 발광 다이오드(12, 40)를 포함한다. 발광 다이오드(12, 40)로부터 방출된 광을 수용하는 반투명 엔벌로프(14)가 또한 제공된다. 광 가이드(16)는 적어도 하나의 발광 다이오드(12)로부터 방출된 광을 수용하도록 위치된다. 광 가이드(16)는 히트 싱크로부터 엔벌로프(14)의 내부를 향해 멀리 연장되는 제 1 레그, 및 제 1 레그에 대해 각을 이루는 발광 제 2 레그를 포함한다. 제 2 레그는 램프(10)의 종축에 적어도 실질적으로 수직일 수 있다.

Description

필라멘트 효과를 생성하기 위한 LED 램프 상의 측면 발광 가이드파이프 기술{SIDE-EMITTING GUIDEPIPE TECHNOLOGY ON LED LAMP TO MAKE FILAMENT EFFECT}
발광 다이오드(light emitting diode; LED)를 포함하는 고체 조명 기술은 종래의 백열 램프보다 에너지 효율이 높고, 종래의 콤팩트 형광 램프보다 부정적인 환경 영향이 낮은 램프를 생산하는 방법으로 오랫동안 알려져 왔다. 따라서, 고체 조명 기술을 사용하는 많은 소위 대체 램프(retrofit lamp)가 도입되고 있다.
그러나, 소비자의 관점에서, 이러한 고체형 대체 램프의 큰 결점은 종래의 백열 램프의 외관을 갖지 않는다는 것이다. 게다가, LED는 주로 점광원 배광을 제공한다. 통상의 백열 전구의 일반적인 외관을 제공하기 위해서, 램프 엔벌로프 상에 코팅이 제공되어, 램버시안 배광(lambertian light distribution)을 생성할 수 있다. 그러나, 필라멘트 발생 광의 통상의 백열 외관은 생성되지 않는다. 이것은 종래의 캔들형(candelabra-style) 백열 램프를 대체하려고 생각하는 대체품에 대해 특히 그렇다.
본 발명은 백열 램프의 외관을 갖는 고체형 대체 램프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
제 1 실시예에 따르면, 램프가 제공된다. 램프는 히트 싱크와 열적으로 연통하는 적어도 2개의 발광 다이오드를 포함한다. 발광 다이오드로부터 방출된 광을 수용하는 반투명 엔벌로프(envelope)가 또한 제공된다. 광 가이드는 발광 다이오드의 적어도 하나로부터 방출된 광을 수용하도록 위치된다. 광 가이드는 히트 싱크로부터 엔벌로프의 내부를 향해 멀리 연장되는 제 1 레그, 및 제 1 레그에 대해 각을 이루는 발광 제 2 레그를 포함한다. 제 2 레그는 램프의 종축에 적어도 실질적으로 수직일 수 있다.
제 2 실시예에 따르면, 광 가이드를 적어도 실질적으로 둘러싸는 투명 엔벌로프를 포함하는 램프가 제공된다. 광 가이드는 발광 다이오드와 광 수용 관계에 있는 제 1 단부를 갖는 제 1 레그를 포함한다. 광 가이드는 제 1 레그에 대해 각을 이루고, 램프의 종축에 적어도 실질적으로 수직으로 배향되는 제 2 레그를 포함한다. 제 2 레그는 광이 방출되게 하는 요소를 추가로 포함한다.
도 1은 대표적인 램프 실시예의 부분 단면을 갖는 측면도,
도 2 는 도 1의 램프의 부분 단면을 갖는 평면도.
이제 도 1 및 도 2를 참조하면, 램프 조립체(10)는 엔벌로프(14) 내에 배치된 발광 다이오드(LED)(12)의 제 1 쌍을 포함한다. 엔벌로프(14)는 폴리머 또는 유리와 같은 유전체로 형성될 수도 있다. 엔벌로프(14)가 투명 또는 반투명일 수 있다는 것이 구상된다. 통상의 캔들형 램프가 소망될 때, 투명 형태가 선택될 수도 있다. 보다 램버시안형의 배광을 생성하도록 광 확산 코팅이 엔벌로프 상에 포함되는 경우, 반투명이 선택될 수도 있다. LED(12)는 광을 광 가이드(16) 내로 방출한다.
광 가이드는 내부 전반사에 의해 광이 안내 또는 전송되는 원통형 구조일 수 있다. 내부 전반사는 광이 광 가이드의 내부로부터 광 가이드 외부로 통과하는 것을 방지한다. 임계각보다 큰 각도로 광 가이드를 둘러싸는 분위기와 광 가이드 사이의 경계면에 광이 충돌할 때 내부 전반사가 발생한다. 임계각은 광 가이드의 매질 및 주변 분위기의 매질에 대한 굴절률의 함수이다. 광 가이드(16)는 유리, 폴리카보네이트, 아크릴 또는 다른 적합한 플라스틱과 같은 광학적으로 투명한 물질로 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 광 가이드는 LED에 의해 발생된 모든 광을 실질적으로 포착하기 위해, LED(12)를 밀폐시키는 공동(19)을 규정하는 단자 벽을 구비하는 부착 단부(18)를 포함한다. 부착 단부(18)는 LED(12)가 장착되는 인쇄 회로 기판(20)과 정합한다. 인쇄 회로 기판은 LED에 대한 전기 접속부를 제공하고, 히트 싱크를 제공하도록 금속 코어 인쇄 회로 기판(metal core printed circuit board; MCPCB)일 수 있다. 이것과 관련하여, 히트 싱크는 MCPCB만을 포함하거나 또는 MCPCB와 열적으로 연통하는 방열 핀과 같은 다른 전형적인 열확산 장치를 포함할 수 있다.
투명 에폭시(21)는 공동(19)을 충전하고, LED(12) 및 회로 기판(20)에 광 파이프(16)의 부착 단부(18)를 고정하고, 광 가이드를 배향시켜서 발광 다이오드(12)에 의해 방출된 광을 수용할 수 있게 한다. 광은 광 가이드(16)를 통해 내부 전반사율로 부착 단부(18)로부터 윈위 단부(24)로 전송된다. 광 가이드(16)는 일체형의 사출 성형 구성요소일 수 있다. 광 가이드로부터 가시광을 발생시키기 위해서, 형광 물질 또는 다른 파장 변환 물질을 LED(12)와 결합시키는 것이 가능하다. 대안적으로, 파장 변환 물질을 광 파이프(16)와 결합시키는 것이 실현 가능하다. 광 파이프 방출 광이 약 2,700K 내지 10,000K 범위 내의 색온도(CCT)를 갖는 것이 바람직할 수도 있다.
광 가이드(16)의 윈위 단부(24)는 표면 요소 상에 충돌하는 광을 반사하는 내부 또는 외부 반사 스트립 또는 다른 표면 요소를 포함할 수 있다. 반사된 광의 적어도 일부는 광 가이드-주변 분위기 경계면의 임계각보다 작은 각도로 광 가이드의 외측면과 주변 분위기 사이의 경계면에 충돌하여, 광이 광 가이드로부터 방출된 광으로서 탈출하게 한다.
개별 반사 표면 요소(28)의 밴드 또는 패턴(26)은 광 가이드(16)의 윈위 단부(24) 상에 제공될 수 있다. 표면 요소(28)는 서로 이격될 수도 있다. 표면 요소(28)는 광 가이드(16)의 외표면(30)에 프린팅되거나 아니면 부착될 수도 있다. 대안적으로, 표면 요소(28)는 광 가이드(16)의 내부에 형성될 수도 있다.
일 실시예에 있어서, 표면 요소(28)는 표면 요소(28)에 충돌하는 광을 반사한다. 예를 들어, 광 가이드(16)를 통해 전송되는 광의 적어도 일부는 표면 요소(28)에 충돌하고, 표면 요소(28)에 의해 반사 또는 산란된다. 표면 요소에 의해 반사된 광의 적어도 일부분은 방출된 광(32)으로서 광 가이드(16)를 빠져나올 수도 있다. 방출된 광(32)은 램프의 종축(34)을 가로지르는 방향으로 광 가이드(16)로부터 발산될 수도 있다. 물론, 방출된 광(32)은 여러 방향으로 광 가이드(16)로부터 발산될 수도 있다.
광 가이드(16)로부터 발산되는 광(32)의 원하는 분포를 제공하기 위해, 표면 요소(28)의 패턴(26)은 하나 이상의 형상 및 분포로 광 가이드의 윈위 단부(24)의 길이를 따라 제공될 수도 있다. 방출된 광(32)은 길이 및 투사각에 의해 규정된 분포를 가질 수도 있다. 길이는, 광(32)이 종축을 가로지르는 방향으로 광 가이드(16)로부터 발산하는 횡축(38)에 평행한 방향으로 광 가이드(16)의 윈위 단부를 따르는 거리를 나타낸다. 투사각은 광이 광 가이드(16)의 표면을 지나서 연장되는 방사상 거리이다. 대표적인 실시예에 있어서, 분포각은 약 30° 내지 약 330°(0°는 인쇄 회로 기판으로 향하는 것임)로 연장되어, 백열 필라멘트와 전형적으로 관련된 광 패턴을 제공한다.
대안적으로, 형성된 요소와는 대조적으로, 표면 요소(28)는 광 가이드(16)의 굴절률과 다른 굴절률을 갖는 광 투과 요소를 포함할 수도 있다. 표면 요소(28)와 광 가이드(16) 사이의 경계면은 내부 전반사에 필요한 임계각을 변경할 수도 있다. 예를 들어, 표면 요소(28)는 광 가이드(16)와 표면 요소(28) 사이의 경계면에서의 임계각을 증가시키는 굴절률을 가질 수도 있다. 임계각을 증가시키면, 광 가이드(16) 내에서 내부적으로 반사되는 광의 양을 감소시킬 수 있고, 광 가이드(16)로부터 발산하는 광의 양을 증가시킬 수도 있다. 표면 요소(28)에 의해 굴절되는 광은 광 가이드(16)로부터 표면 요소(28)를 통해 발산될 수도 있다. 예를 들어, 발산하는 굴절된 광은 표면 요소(28)가 배치되는 광 가이드(16)의 동일측에 근접한 광 가이드(16)를 빠져나갈 수도 있다.
표면 요소(28) 또는 패턴(26)의 크기 및/또는 밀도를 제어함으로써, 발산된 광(32)의 양이 종축(38)을 따라서 제어될 수도 있다. 예를 들어, 광(32)은, 방출된 광(32)의 세기에 상당한 구배가 존재하지 않도록 광 가이드(16)로부터 발산될 수 있거나, 종축(34)에 접근할수록 횡축(38)을 따라 세기가 증가하도록 조정될 수도 있다.
램프 조립체(10)는 인쇄 회로 기판(20) 상에 배치된 한 쌍의 보조 LED(40)를 추가로 포함한다. LED(40)는 엔벌로프(14) 상에 직접 방사되는 광을 방출한다. 일 실시예에 있어서, LED(40)는 소망의 가시 스펙트럼(예를 들면, 백색)으로 변환하도록, 엔벌로프(14)와 결합된 형광 물질(42)(또는 다른 광 변환 물질)을 여기시키기 위한 제 1 방사선으로 방출할 수 있다. 대안적으로, 형광 물질은 LED(40)에 직접 코팅되는 것과 같이 LED에 직접 결합될 수 있다. 추가적인 선택예에 있어서, 소망된 스펙트럼 출력(예를 들면, 백색광을 생성하기 위한 R-G-B 혼합)을 획득하기 위해 방사광 각각이 혼합되는 다색 LED 장치가 이용될 수 있다. 물론, 램프는 임의의 특정 수의 보조 LED 또는 광 가이드 조명 LED에 한정되지 않는다. 전자 패키지(도시하지 않음)는 커넥터 베이스(44) 내에 배치될 수 있다.
예시적인 실시예는 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었다. 명백하게는, 변형 및 변경은 상기의 상세한 설명을 읽고 이해함으로써 이루어질 수 있다. 예시적인 실시예는 첨부된 특허청구범위 또는 그 등가물의 범위 내에 있는 한, 그러한 변형 및 변경 모두를 포함하는 것으로 해석되고자 한다.

Claims (19)

  1. 램프에 있어서,
    히트 싱크와 열적으로 연통하는 적어도 2개의 발광 다이오드와,
    상기 발광 다이오드로부터 방출된 광을 수용하도록 위치된 반투명 엔벌로프와,
    상기 적어도 2개의 발광 다이오드중 적어도 하나로부터 방출된 광을 수용하도록 위치된 광 가이드를 포함하고,
    상기 광 가이드는 인접한 상기 히트 싱크로부터 상기 엔벌로프의 내부를 향해 연장되는 제 1 레그, 및 상기 제 1 레그에 대해 각을 이루는 제 2 레그를 포함하고, 상기 제 2 레그는 상기 램프의 종축에 적어도 실질적으로 수직이며, 상기 제 2 레그는 상기 광 가이드로부터 광을 방출하는
    램프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 레그는 상기 램프의 종축에 적어도 실질적으로 평행한
    램프.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 가이드는 인접한 상기 히트 싱크로부터 상기 엔벌로프의 내부를 향해 연장되는 제 3 레그를 추가로 포함하고, 상기 제 3 레그는 상기 제 2 레그와 교차하는
    램프.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 3 레그는 상기 제 1 레그와 교차하는 단부에 반대인 단부에서 상기 제 2 레그와 교차하는
    램프.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 레그 내로 광을 방출하는 발광 다이오드를 추가로 포함하는
    램프.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 3 레그는 적어도 실질적으로 내부 전반사율을 갖는
    램프.
  7. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 발광 다이오드는 적어도 다량의 주어진 광을 상기 엔벌로프 상에 직접 방출하는
    램프.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 엔벌로프와 결합되는 파장 변환 물질을 추가로 포함하며, 상기 파장 변환 물질은 상기 적어도 하나의 발광 다이오드에 의해 방출된 광에 의해 여기되고 상이한 스펙트럼으로 광을 방출하는
    램프.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 발광 다이오드와 결합된 파장 변환 물질을 추가로 포함하는
    램프.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 히트 싱크는 MCPCB를 포함하는
    램프.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드와 상기 광 가이드 사이에 파장 변환 물질이 배치되는
    램프.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 가이드는 파장 변환 물질을 포함하는
    램프.
  13. 램프에 있어서,
    광 가이드를 적어도 실질적으로 둘러싸는 반투명 엔벌로프를 포함하고,
    상기 광 가이드는 적어도 하나의 발광 다이오드와 광 수용 관계에 있는 제 1 단부를 포함하는 제 1 레그로 구성되고, 상기 광 가이드는 상기 제 1 레그에 대해 각을 이루고 상기 램프의 종축에 적어도 실질적으로 수직으로 배향된 제 2 레그를 포함하며, 상기 제 2 레그는 광이 광 가이드를 빠져나가게 하는 요소를 포함하는
    램프.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 엔벌로프는 투명한
    램프.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 광 가이드의 제 1 레그는 상기 발광 다이오드를 수용하는 공동을 포함하는
    램프.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 광 가이드는 상기 제 2 레그와 교차하는 제 3 레그를 포함하고, 상기 제 3 레그는 추가의 발광 다이오드와 광 수용 관계에 있는
    램프.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 광 가이드는 대체로 U자형인
    램프.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 요소는 리플렉터를 포함하는
    램프.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 레그는 적어도 대체로 원통형이고, 광은 상기 제 2 레그의 원주 주위로 약 30° 내지 330°로 빠져나가고, 상기 제 2 레그의 0° 배향은 상기 발광 다이오드로 향하는
    램프.
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