KR101309683B1 - Ｌｅｄ 형광램프 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시 형태는, 제1 연결핀 및 제2 연결핀을 포함하는 외부연결핀과, 직렬접속된 복수의 LED를 포함하는 LED 어레이와, 상기 LED 어레이와 병렬 연결되는 전류안정용 캐패시터와 상기 LED 어레이와 상기 외부 연결핀 사이에 연결되어 상기 외부 연결핀을 통해 접속되는 형광등 안정기의 임피던스를 변경시키는 용량성 소자부를 포함하는 LED 형광램프를 제공할 수 있다.

Description

ＬＥＤ 형광램프 {LED FLUORESCENT LAMP}
본 발명은 LED 형광램프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기존 형광램프의 안정기를 그대로 사용할 수 있는 내부구조를 갖는 장수명, 고효율 LED 형광램프에 관한 것이다.
기술의 발전에 따라, 과거 인디케이터 등의 소전력 지시등용으로 밖에 사용되지 못하던 LED(Light Emitting Diode)의 광효율이 실생활에 사용될 수 있을 만큼 향상되고 있다. 또한, LED는 다른 광원들과 달리 수은이 함유되지 않은 친환경 광원으로, 휴대폰용 백라이트, LCD TV용 백라이트, 차량용 램프, 및 일반 조명 등에 사용되는 차세대 광원으로 널리 각광을 받고 있다. 2000 년대에 들어 원유가의 급등에 따른 전력 발전의 단가가 급상승하기 시작하였으며, 환경문제의 대두에 따라, 지난 100여년 동안 조명의 주광원으로 사용되어 왔던 백열등이나 형광등이 LED 램프로 대체되기 시작하고 있다.
그러나, LED 램프의 경우, 백열등을 대체할 경우에는 E26 base 호환형등의 경우 그대로 교체가 가능하지만, 일반 조명의 주류를 이루고 있는 형광등을 대체할 경우에는 등기구를 바꾸거나 전용 안정기를 별도로 설치하여야 한다. 따라서, 등기구 내부의 배선을 바꾸어야 하는 등의 어려움이 있어 형광등형 LED 램프가 널리 보급되지 못하고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은, LED가 고주파로 온/오프(on/off) 스위칭 동작하는 것을 막음으로써 LED 형광램프의 수명을 최대한 늘리고 또한 LED 동작전류의 파고율을 최소화함으로써 LED 형광램프의 광효율을 높이며 별도의 전용 안정기나 배선의 변경없이 기존 형광등용 안정기에서 사용 가능한 LED 형광램프를 제공함에 있다.
본 발명의 일실시 형태는, 제1 연결핀 및 제2 연결핀을 포함하는 외부연결핀과, 직렬접속된 복수의 LED를 포함하는 LED 어레이와, 상기 LED 어레이와 병렬 연결되는 전류안정용 캐패시터와 상기 LED 어레이와 상기 외부 연결핀 사이에 연결되어 상기 외부 연결핀을 통해 접속되는 형광등 안정기의 임피던스를 변경시키는 용량성 소자부를 포함하는 LED 형광램프를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 형태는, 상기 외부 연결핀은 제3 연결핀 및 제4 연결핀을 더 포함할 수 있으며, 상기 용량성 소자부는, 일단은 상기 제1 연결핀에 연결되고, 타단은 상기 LED 어레이의 애노드측 단자에 연결되는 제1 캐패시터와, 일단은 상기 제2 연결핀에 연결되고, 타단은 상기 LED 어레이의 캐소드측 단자에 연결되는 제2 캐패시터와, 일단은 상기 제3 연결핀에 연결되고, 타단은 상기 LED 어레이의 애노드측 단자에 연결되는 제3 캐패시터, 및 일단은 상기 제4 연결핀에 연결되고, 타단은 상기 LED 어레이의 캐소드측 단자에 연결되는 제4 캐패시터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 형태는, 상기 LED 어레이의 양단에 연결되어, 상기 LED 어레이에 일방향 전류 패스를 형성하는 다이오드부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 별도의 전용 안정기 설치나 등기구 내부의 배선 변경없이 기존 형광등용 안정기에 그대로 사용할 수 있고, 플리커 현상이 없으며, 장수명, 고효율의 LED 형광램프가 제공된다. 따라서, 특별한 비용을 들이지 않고 간단하게 기존 형광등을 교체할 수 있어, 친환경, 고효율의 조명을 보다 쉽게 이용할 수 있도록 한다.
도 1은, LED 형광램프의 기본 구성도이다.
도 2는, LED 형광램프에 인가되는 전압 및 LED 어레이에 흐르는 전류파형을 나타낸 그래프이다.
도 3은, 본 발명의 일실시 형태에 따른 LED 형광램프의 회로도이다.
도 4는, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 LED 형광램프의 회로도이다.
도 5는, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 LED 형광램프의 회로도이다.
도 6은, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 LED 형광램프의 회로도이다.
도 7은, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 LED 형광램프의 회로도이다.
도 8은, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 LED 형광램프의 회로도이다.
도 9는, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 LED 형광램프의 회로도이다.
도 10의 (a) 내지 (d)는, 본 발명의 실시형태에 따른 LED 형광램프의 작동을 설명하기 위한 그래프이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 LED 형광램프의 구성도이다. 이러한 LED 형광램프(100)는 LED 어레이(110), 복수의 캐패시터(131, 132, 133, 134) 및 복수의 다이오드(141, 142, 143, 144, 145, 146, 147, 148, 149, 150)를 포함할 수 있다. 상기 복수의 캐패시터 및 다이오드에 의해 상기 LED 형광램프를 종래의 형광램프용 안정기에 직접 연결하더라도 상기 LED 형광램프가 작동될 수 있다. 이러한 LED 형광램프의 작동 및 특성은 한국등록특허 0981854 호에 상세히 설명되어 있다. 본 명세서에서 'LED 형광램프'란 LED를 광원으로 사용하는 형광등 타입의 램프를 의미하며, 그 외부 형태는 직선형, 굴곡형 등 다양한 형태를 포함한다.
도 2는, 상기 도 1에 기재된 LED 형광램프를 고주파 동작을 하는 전자식 안정기로 구동시 LED 어레이에 인가되는 전압파형(①) 및 LED 어레이를 흐르는 전류파형(②)을 예시한 그래프이다.
도 2를 참조하면, LED 어레이에 인가되는 전압파형(①)은 싸인파 형태를 이루며, 상기 인가전압이 LED 어레이의 임계치(VTH) 이상이 되는 구간에서만 상기 LED 어레이에 전류(②)가 흐르게 된다. 따라서, 상기 램프전압이 상기 LED 어레이의 임계치 이하인 구간(tb - tc)은 상기 LED 어레이에 전류가 흐르지 않는 암각이 발생하여 전체 LED 어레이의 광효율이 떨어지게 되고 매 사이클마다 온/오프(on/off) 동작에 의해 돌입전류(in-rush current) 가 흘러 LED 형광램프의 수명을 단축시키는 요인이 되게 된다.
도 3은, 본 발명의 일실시 형태에 따른 LED 형광램프(300)의 회로도이다.
본 실시형태에 따른 LED 형광램프(300)는, 제 1 내지 제4 외부 연결핀(1, 2, 3, 4), LED 어레이(310), 전류 안정용 캐패시터(320) 및 용량성 소자부(331, 332, 333, 334)를 포함할 수 있다.
상기 LED 어레이(310)는, 직렬접속된 복수의 LED를 포함할 수 있으며, 상기 직렬접속된 복수의 LED 가 병렬로 복수 개 연결될 수도 있다. 본 실시형태에 사용되는 LED 어레이의 구성은 다양하게 구현될 수 있으며, LED 는 LED 칩일 수도 있고, 복수의 LED 칩이 실장된 하나의 패키지 또는 COB(Chip on Board) 패키지일 수도 있다.
상기 외부 연결핀(1, 2, 3, 4)은, 제1 외부 연결핀(1), 제3 외부연결핀(3)이 상기 LED 어레이(310)의 애노드측 일단에 형성되고, 제2 외부 연결핀(2) 및 제4 외부 연결핀(4)이 상기 LED 어레이(310)의 캐소드측 타단에 형성될 수 있다. 상기 제1 내지 제4 외부 연결핀은 본 실시형태에 따른 LED 형광램프를 종래의 형광램프용 등기구에 장착하기 위해 사용될 수 있다. 상기 4 개의 외부 연결핀은 종래의 형광램프용 등기구에 장착된 안정기의 형태에 따라 4 개의 외부 연결핀 모두가 안정기에 연결될 수도 있고, LED 어레이(310)의 일단에 연결된 외부 연결핀 중 하나와 타단에 연결된 외부 연결핀 중 다른 하나만이 안정기에 연결될 수도 있다. 또한 LED 어레이(310)의 일단에 연결된 제1 외부 연결핀(1)과 제3 외부 연결핀(3)을 쇼트시켜 하나의 외부 연결핀으로 사용하고 타단에 연결된 제2 외부 연결핀(2)과 제4 외부 연결핀(4)을 쇼트시켜 다른 하나의 외부 연결핀으로 사용하는 형태도 가능할 수 있다.
상기 용량성 소자부(331, 332, 333, 334)는, 상기 외부 연결핀을 통해 접속되는 전자식 형광등 안정기의 회로와 연결되어 인덕터와 커패시터를 포함하는 직렬공진 회로의 공진주파수를 변경시키거나 LED 어레이(310)에 흐르는 전류를 제어하는 역할을 할 수 있다. 본 실시형태에서 상기 용량성 소자부는, 일단은 상기 제1 연결핀(1)에 연결되고 타단은 상기 LED 어레이(310)의 애노드측 단자에 연결되는 제1 캐패시터(331), 일단은 상기 제2 연결핀(2)에 연결되고 타단은 상기 LED 어레이(310)의 캐소드측 단자에 연결되는 제2 캐패시터(332), 일단은 상기 제3 연결핀(3)에 연결되고 타단은 상기 LED 어레이(310)의 애노드측 단자에 연결되는 제3 캐패시터(333) 및 일단은 상기 제4 연결핀(4)에 연결되고 타단은 상기 LED 어레이(310)의 캐소드측 단자에 연결되는 제4 캐패시터(334)를 포함할 수 있다.
본 도면에서는 상기 제1 외부 연결핀과 제3 외부연결핀, 및 상기 제2 외부 연결핀과 제4 외부연결핀이 각각 오픈된 상태(a)로 도시되어 있으나, 본 실시형태의 LED 형광램프를 인스턴트 스타트 방식의 안정기에 연결하는 경우, 보다 안정되고 균일한 광특성을 얻기 위해서 상기 제1 외부 연결핀과 제3 외부연결핀을 쇼트시키거나(b), 상기 제2 외부 연결핀과 제4 외부연결핀을 쇼트시키거나(c), 상기 제1 외부 연결핀과 제3 외부연결핀, 및 상기 제2 외부 연결핀과 제4 외부연결핀 모두를 쇼트시켜(d) 형성할 수도 있다.
상기 LED 형광램프가 인스턴트 스타트 방식의 전자안정기에 연결된 경우, 각 외부연결핀에 접속된 캐패시터(331 - 334)의 용량을 C1 이라 하고 전자안정기로 부터 인가되는 전압의 주파수의 각속도를
Figure 112011069406618-pat00001
라 놓고, 상기 전자안정기 내부의 커패시터가 상기 C1 보다 매우 크다고 하면, 이때의 LED 어레이(310)에 흐르는 전류는
상기 (a)의 경우에는
Figure 112011069406618-pat00002
(b)와 (c)의 경우에는
Figure 112011069406618-pat00003
(d)의 경우에는
Figure 112011069406618-pat00004
의 복합임피던스에 의해 제어되게 된다.
상기 전류안정용 캐패시터(320)는, 일단이 상기 LED 어레이(310)의 일단에 연결되고 타단이 상기 LED 어레이(310)의 타단에 연결되어 상기 LED 어레이와 병렬로 연결될 수 있다.
상기 전류안정용 캐패시터(320)에 의한 기본 동작을 살펴보면, 키르히호프의 법칙에 의해 상기 LED 형광램프(300)를 흐르는 전류는 아래의 식으로 표현될 수 있다.
Figure 112011069406618-pat00005
여기서,
Figure 112011069406618-pat00006
은, 외부 안정기로부터 상기 외부 연결핀을 통해 LED 형광램프로 흐르는 전류,
Figure 112011069406618-pat00007
는 LED 어레이(310)에 흐르는 전류,
Figure 112011069406618-pat00008
는 전류안정용 캐패시터(320)를 흐르는 전류를 나타낸다.
여기서, LED 어레이(310) 양단에 병렬 접속된 전류안정용 캐패시터(320)의 용량값이 LED 어레이에 전류를 충분히 공급할 수 있는 수십 마이크로파라드(uF) 이상이라 하면 상기 전류안정용 캐패시터(320)에 의해 LED 어레이(310)에는 항상 평활된 직류 전류가 흐르게 된다.
상기 수학식 1에 의해,
Figure 112011069406618-pat00009
를 얻을 수 있으며, 상기 LED 어레이(310)를 흐르는 전류
Figure 112011069406618-pat00010
는 안정기로부터의 전류 값
Figure 112011069406618-pat00011
에서 전류안정용 캐패시터(320)를 통해 흐르는 전류값인
Figure 112011069406618-pat00012
를 뺀 값 즉
Figure 112011069406618-pat00013
만큼 역 바이어스가 걸린 값으로 나타낼 수 있다.
따라서, 상기 전류안정용 캐패시터(320)의 값이 충분히 크다고 가정하면 이 캐패시터(320)의 역할에 의해 LED 어레이 부하에는 평활된 직류전류가 흐르게 되고, 따라서 도 2에 보이는 바와 같은 안정기로부터의 맥류전압 성분에 의한 동작전류의 암각구간 발생을 방지할 수 있으며, LED 어레이에 직류전류가 흐름으로써 전류의 파고율이 낮아짐에 의한 LED 형광램프 광속 효율이 향상되고, 매 동작 사이클시의 LED 어레이의 온/오프 동작에 의한 돌입 전류(in-rush current)를 방지함으로써 LED 형광램프의 장수명 사용이 가능하게 된다.
이하의 실시형태에서 설명하는 LED 형광램프에서도 LED 어레이 및 상기 LED 어레이와 병렬로 연결되는 전류 안정용 캐패시터는 모두 공통의 구성요소로 포함하고 있다. 따라서, 이하의 설명에서는 LED 어레이 및 전류 안정용 캐패시터에 대한 중복 설명은 생략하고, 각 실시형태에서의 특징적인 구성 및 작동을 중심으로 설명하도록 한다.
도 4는, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 LED 형광램프(400)의 회로도이다.
도 4의 실시형태는, 상기 도 3의 실시형태에 따른 LED 형광램프에 비해 LED 어레이(410)의 양단에 직렬연결된 제1 다이오드(441) 및 제2 다이오드(442)를 추가한 것이다. 상기 제1 다이오드(441) 및 제2 다이오드(442)는 상기 LED 어레이(410)에 순방향으로만 전류가 흐르도록 할 수 있다. 따라서, 상기 LED 어레이(410) 내부의 LED에 역방향으로 제너 다이오드가 병렬연결된 경우, (-) 주기에서 제너 다이오드를 통해 전류가 흘러 전력손실이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 본 실시형태에서는 두 개의 다이오드(441, 442)를 포함하고 있으나, 사용환경에 따라 상기 두 개의 다이오드 중 하나의 다이오드만을 연결할 수도 있다.
도 5는, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 LED 형광램프(500)의 회로도이다.
도 5의 실시형태에 따른 LED 형광램프(500)는, 상기 도 4의 실시형태에 따른 LED 형광램프에 비해 제3 내지 제10 다이오드(543~550)를 더 포함할 수 있다. 본 실시형태에서, 제3, 제4, 제5, 및 제6 다이오드(543, 544, 545, 546)는 각각 그 양단이 상기 제1 내지 제4 캐패시터(531, 532, 533, 534)의 양단에 연결되어 상기 제1 내지 제4 캐패시터와 병렬로 연결될 수 있다. 상기 제3 내지 제6 다이오드(543, 544, 545, 546)는, 전자안정기로부터 인가되는 전압의 위상에 따라 쇼트(short) 또는 오픈(open)으로 보이게 되어, 상기 병렬로 연결된 제1 내지 제4 캐패시터(531, 532, 533, 534)와 전자 안정기 내부의 직렬공진 캐패시터 C가 합성되어 전류를 제어하는 복합 임피던스를 변화시키는 역할을 할 수 있다.
본 실시형태에 따른 LED 형광램프가 직렬공진 회로를 갖는 하프브릿지(Half Bridge) 방식의 형광등용 안정기에 연결된 경우 상기 제3 및 제4 외부 연결핀(3, 4)은 각각 안정기 내부 인버터의 스위칭 출력점과 전원단에 연결되고, 상기 제1 및 제2 외부 연결핀(1, 2)은 안정기 내부의 직렬공진용 캐패시터 C와 연결될 수 있다. 이 때, 상기 제3 외부 연결핀(3)의 전위가 상기 제4 연결핀(4)의 전위보다 높은 경우에는 제3외부 연결핀(3) - 제5 다이오드(545) - 제1 캐패시터(531) - 외부 공진 캐패시터(C) - 제2 캐패시터(532) - 제6 다이오드(546)의 경로로 전류가 흐르고, 제3 외부연결핀(3)의 전위가 제4 외부연결핀(4)의 전위보다 낮은 경우에는 제4 외부연결핀(4) - 제4 캐패시터(534) - 제4 다이오드(544) - 외부공진 캐패시터(C) - 제3 다이오드(543) -제3 캐패시터(533) - 제3 외부연결핀(3)의 경로로 전류가 흐르며 상기 4개의 캐패시터(531 - 534)의 용량을 바꿈으로써 상기 4개의 캐패시터(531 - 534) 중 적어도 일부와 외부 공진 캐패시터 C의 직렬 구성으로 이루어진 복합 임피던스를 변화시켜 LED 어레이(500)에 흐르는 전류를 제어할 수 있게 된다.
상기 제7 내지 제10 다이오드(547, 548, 549, 550)는, 다양한 형광등용 안정기에서 교류전압의 위상변화와 관계없이 상기 LED 어레이에 순방향 전류가 흐르도록 하여 LED 형광램프가 작동하도록 하는 역할을 담당한다.
본 실시형태의 개량형태로, 상기 전류 안정용 캐패시터(520)의 일단을 상기 제1 다이오드(541)의 애노드에 연결하고, 타단을 상기 제2 다이오드(542)의 캐소드에 연결하는 형태로 변경할 수도 있다.
도 6은, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 LED 형광램프(600)의 회로도이다.
본 실시형태에 따른 LED 형광램프(600)에서는, 상기 도 5의 실시형태에 따른 LED 형광램프에 비해 제 3 내지 제6 다이오드(643, 644, 645, 646)이 각각 제1 내지 제4 캐패시터와 직렬로 연결되어 있다. 상기 제 3 내지 제 6 다이오드(643, 644, 645, 646) 및 제 7 내지 제10 다이오드(647, 648, 649, 650)는 다양한 형광등용 안정기에서 교류 전압의 위상과 관계없이 LED 어레이에 순방향 전류가 흐르도록 하여 본 실시형태에 따른 LED 형광램프가 작동하게 할 수 있다.
본 실시형태에 따른 LED 형광램프(600)가 인스턴트 스타트 방식의 전자식 형광등용 안정기에 연결된 경우, 제 1 외부 연결핀(1) 및 제2 외부 연결핀(2)은 상기 안정기의 출력선에 연결되고, 상기 제3 외부 연결핀(3) 및 제4 외부 연결핀(4)은 오픈이거나 쇼트된 형태일 수 있다. 상기 안정기의 내부에는 상기 LED 형광램프의 제1 외부 연결핀(1)에 직렬로 연결되는 내부 캐패시터가 배치될 수 있다.
제1 외부 연결핀(1)과 제2 외부 연결핀(2)에 전자식 안정기로부터의 출력이 인가되게 되면, 상기 제1 외부 연결핀(1)의 전압이 상기 제2 외부 연결핀(2)의 전압보다 높은 경우 전류는 상기 안정기 내부의 전류제어용 캐패시터 - 제1 외부 연결핀(1) - 제1 캐패시터(631) - 제3 다이오드(643) - 제1 다이오드(641) - LED 어레이(610) 및 전류 안정용 캐패시터(620) - 제2 다이오드(642) - 제4 다이오드(644) - 제2 캐패시터(632) - 제2 외부 연결핀(2)을 통해 흐를 수 있다. 반대로, 제1 외부 연결핀(1)의 전압이 상기 제2 외부 연결핀(2)의 전압보다 낮은 경우 전류는 제2 외부 연결핀(2) - 제2 캐패시터(632) - 제8 다이오드(648) - 제1 다이오드(641) - LED 어레이(610) 및 전류 안정용 캐패시터(620) - 제2 다이오드(642) - 제7 다이오드(647) - 제1 캐패시터(631) - 제1 외부 연결핀(1) - 안정기 내부의 전류 제어 캐패시터를 통해 흐를 수 있다. 즉, 상기 LED 어레이 및 전류 안정용 캐패시터(620)에 흐르는 전류값은 전자 안정기의 내부에 들어있는 안정기 내부의 캐패시터와 제1 캐패시터(631) 및 제2 캐패시터(632)의 직렬복합 임피던스에 의해 제어되게 되며, 안정기 내부 캐패시터의 용량을 C 라하고 제1 내지 제4 캐패시터(631 - 634)의 용량을 각각 C1이라 하면 LED 어레이(610) 및 전류 안정용 캐패시터(620)에 흐르는 전류를 제어하는 복합 임피던스는
Figure 112011069406618-pat00014
와 같이 나타낼 수 있다.
또한, 상기 제3 외부 연결핀(3) 및 제4 외부 연결핀(4)이 상기 인스턴트 스타트 방식의 안정기의 출력선에 연결되고, 상기 제1 외부 연결핀(1) 및 제2 외부 연결핀(2)은 오픈된 형태인 경우에도 상기 제5, 제6, 제9, 및 제10 다이오드(645, 646, 649, 650)에 의해 전류의 방향이 제어되어 상기 LED 어레이에 전류가 흐를 수 있으며, 이 경우에도 LED 어레이에 흐르는 전류값은 앞에서 서술한 바와 같은 안정기 내부의 캐패시터 - 제3 캐패시터(633) 및 제4 캐패시터(634)의 직렬복합 임피던 스 값인
Figure 112011069406618-pat00015
에 의해 제어되게 된다.
상기 인스턴트 스타트 방식의 안정기의 형태에 따라 상기 제1 외부 연결핀(1)과 제3 외부 연결핀(3), 및/또는 상기 제2 외부 연결핀(2)과 제4 외부 연결핀(4)을 연결(short)하여 사용할 수도 있으며 이 경우의 전류제어 복합 임피던스 값은
Figure 112011069406618-pat00016
이 된다.
본 실시형태의 개량형태로, 상기 전류 안정용 캐패시터(620)의 일단을 상기 제1 다이오드(641)의 애노드에 연결하고, 타단을 상기 제2 다이오드(642)의 캐소드에 연결하는 형태로 변경할 수도 있다.
도 7은, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 LED 형광램프(700)의 회로도이다.
도 7의 실시형태에 따른 LED 형광램프(700)는, LED 어레이(710), 상기 LED 어레이와 병렬연결된 전류 안정용 캐패시터(720), 제1 내지 제4 연결핀(1, 2, 3, 4) 및 제1 내지 제4 외부 연결핀(1, 2, 3, 4)에 각각 일단이 연결되는 제1 내지 제4 캐패시터(731, 732, 733, 734)를 포함하며, 상기 LED 어레이에 순방향 전류가 흐르도록 배치된 다이오드부를 포함할 수 있다.
상기 다이오드부는, 애노드가 제1 캐패시터(731)의 타단에 연결되고 캐소드는 상기 LED 어레이(710)의 일단에 연결되는 제1 다이오드(741), 애노드는 상기 LED 어레이(710)의 타단에 연결되고 캐소드는 상기 제2 캐패시터(732)의 타단에 연결되는 제2 다이오드(742), 애노드는 상기 제2 캐패시터(732)의 타단에 연결되고 캐소드는 상기 LED 어레이(710)의 일단에 연결되는 제3 다이오드(743), 애노드는 상기 LED 어레이(710)의 타단에 연결되고 캐소드는 상기 제3 캐패시터(733)의 타단에 연결되는 제4 다이오드(744)를 포함할 수 있다.
상기 제1 다이오드(741)는 상기 제1 외부 연결핀(1) 또는 제3 외부 연결핀(3)을 통해 유입된 전류를 상기 LED 어레이로 흐르게 할 수 있고, 상기 제2 다이오드(742)는 상기 제2 외부 연결핀(2) 및 제4 외부 연결핀(4)을 통해 유입된 전류가 직접 LED 어레이(710)의 역방향으로 흐르는 것을 방지할 수 있다. 상기 제3 다이오드(743)는 상기 제2 외부 연결핀(2) 및 제4 외부연결핀(4)을 통해 유입된 전류의 경로를 바꿔 상기 LED 어레이(710)에 순방향으로 전류가 유입되도록 할 수 있고, 상기 제4 다이오드(744)는 상기 제2 외부 연결핀(2) 및 제4 외부연결핀(4)을 통해 유입된 전류가 상기 LED 어레이(710)를 통과하여 상기 제1 외부연결핀(1) 또는 제3 외부 연결핀(3)으로 출력될 수 있도록 한다. 즉, 제3 다이오드(743) 및 제4 다이오드(744)는 다양한 형광등용 안정기에서 제1 내지 제4 연결핀(1, 2, 3, 4)에 인가되는 전압의 위상변화와 무관하게 본 실시예에 따른 LED 형광램프가 동작되도록 할 수 있다.
본 도면에서는 상기 제1 외부 연결핀과 제3 외부연결핀, 및 상기 제2 외부 연결핀과 제4 외부연결핀이 각각 오픈된 상태로 도시되어 있으나, 본 실시형태의 LED 형광램프를 인스턴트 스타트 방식의 안정기에 연결하는 경우, 보다 안정되고 균일한 광특성을 얻기 위해서 상기 제1 외부 연결핀과 제3 외부연결핀을 쇼트시키거나, 상기 제2 외부 연결핀과 제4 외부연결핀을 쇼트시키거나, 상기 제1 외부 연결핀과 제3 외부연결핀, 및 상기 제2 외부 연결핀과 제4 외부연결핀 모두를 쇼트시켜 형성할 수도 있다.
도 8은, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 LED 형광램프(800)의 회로도이다.
본 실시형태에 따른 LED 형광램프(800)는, LED 어레이(810), 상기 LED 어레이와 병렬연결된 전류 안정용 캐패시터(820), 제1 내지 제4 연결핀(1, 2, 3, 4) 및 제1 내지 제4 외부 연결핀(1, 2, 3, 4)에 각각 일단이 연결되는 제1 내지 제4 캐패시터(831, 832, 833, 834)를 포함하며, 상기 LED 어레이에 순방향 전류가 흐르도록 배치된 다이오드부를 포함할 수 있다.
도 8의 실시형태에 따른 LED 형광램프(800)는, 상기 도 7의 실시형태에 따른 LED 형광램프(700)와 비교하여 제5 내지 제8 다이오드(845, 846, 847, 848)의 방향만 반대로 바뀌었다. 이와 같이 극성의 방향이 반대로 연결하여도 전류가 흐르는 경로만이 달라질 뿐이며 기본적인 동작은 상기 도 7에서 전술한 바와 동일하게 이루어 질 수 있다.
도 9는, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 LED 형광램프(900)의 회로도이다.
본 실시형태에 따른 LED 형광램프(900)는, LED 어레이(910), 상기 LED 어레이와 병렬연결된 전류 안정용 캐패시터(920), 제1 내지 제4 연결핀(1, 2, 3, 4) 및 제1 내지 제4 외부 연결핀(1, 2, 3, 4)에 각각 일단이 연결되는 제1 내지 제4 캐패시터(931, 932, 933, 934)를 포함하며, 상기 LED 어레이에 순방향 전류가 흐르도록 배치된 다이오드부를 포함할 수 있다.
상기 다이오드부는, 애노드가 상기 제1 캐패시터(931)의 타단에 연결되고 캐소드가 상기 LED 어레이(910)의 일단에 연결되는 제1 다이오드(941), 애노드가 상기 LED 어레이(910)의 타단에 연결되고 캐소드가 상기 제2 캐패시터(932)의 타단에 연결되는 제2 다이오드(942), 애노드가 상기 LED 어레이(910)의 타단에 연결되고 캐소드가 상기 제3 캐패시터(933)의 타단에 연결되는 제3 다이오드(943) 및 애노드가 상기 제4 캐패시터(934)의 타단에 연결되고 캐소드가 상기 LED 어레이(910)의 일단에 연결되는 제4 다이오드(944)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 내지 제4 캐패시터(931, 932, 933, 934)와 병렬로 연결되는 제5 내지 제8 다이오드(945, 946, 947, 948)를 포함할 수 있다.
또한, 애노드가 상기 제2 캐패시터(932)의 타단에 연결되고 캐소드가 상기 제1 캐패시터(931)의 일단에 연결되는 제9 다이오드(949), 애노드가 상기 제2 캐패시터(932)의 일단에 연결되고 캐소드가 상기 제1 캐패시터(931)의 타단에 연결되는 제10 다이오드(950), 애노드가 상기 제3 캐패시터(933)의 타단에 연결되고 캐소드가 상기 제4 캐패시터(934)의 일단에 연결되는 제11 다이오드(951) 및 애노드가 상기 제3 캐패시터(933)의 일단에 연결되고 캐소드가 상기 제4 캐패시터(934)의 타단에 연결되는 제12 다이오드(952)를 포함할 수 있다.
본 실시형태에서는 제1 내지 제4 다이오드(941, 942, 943, 944) 및 제9 내지 제12 다이오드(949, 950, 951, 952)가 사용되어, 다양한 형광등용 안정기에서 제1 내지 제4 연결핀(1, 2, 3, 4)에 인가되는 교류 전압의 위상변화와 무관하게 본 실시형에 따른 LED 형광램프가 안정적으로 동작되도록 할 수 있다.
본 실시형태의 개량형태로, 전류 안정용 캐패시터(920)의 일단을 상기 제1 다이오드(941)의 애노드에 연결하고, 타단을 상기 제2 다이오드(942)의 캐소드에 연결하는 형태로 변경할 수도 있다. 또 다른 개량형태로, 전류 안정용 캐패시터(920)의 일단을 상기 제3 다이오드(943)에 연결하고, 타단을 상기 제4 다이오드(944)의 애노드에 연결할 수도 있다.
도 10의 (a) 내지 (d)는, 본 발명의 일실시 형태에 따른 LED 형광램프의 동작특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 10의 (a) 및 (b)는 상기 도 6의 실시형태에 따른 LED 형광램프(600)에서 전류 안정용 캐패시터(620)를 제거한 LED 형광램프를 인스턴트 스타트 방식의 전자식 안정기에 연결하여 측정한 것이고, 도 10의 (c) 및 (d)는 상기 도 6의 실시형태에 따른 LED 형광램프(600)를 인스턴트 스타트 방식의 전자 안정기에 연결하여 측정한 것이다.
도 10의 (a)의 그래프에서는, LED 형광램프(600) 양단에 인가되는 전압 즉 제1 외부연결핀(1)과 제3 외부연결핀(3) 중 하나와 제2 외부연결핀(2)과 제4 외부연결핀(4) 중 하나에 인가되는 인스턴트 스타트 방식 안정기로부터의 전압(vl)과, 캐패시터(631 내지 634)를 거친 후의 LED 어레이 양단의 전압(vd)을 나타낸다. LED 어레이 양단에 연결된 전류제어 캐패시터(631 내지 634)의 역할에 의해 LED 어레이 양단전압의 위상이 LED 형광램프 양단 전압의 위상보다 td 만큼 래그(lag)되어 있음을 보인다.
도10 (b)의 그래프에서는, LED 어레이 사이의 전압(vd)과 LED 어레이를 통해 흐르는 전류(il)를 나타낸다. 상기 LED 형광램프 내에 배치된 복수의 다이오드(647 ~ 650)에 의해 LED 형광램프 양단의 전압이 부전압(-)인 경우에도 상기 LED 어레이에 순방향으로 전류가 흐르게 되므로, 상기 LED 어레이(610)를 흐르는 전류의 주파수는 상기 LED 어레이 양단 전압의 주파수의 2배로 되어 있음을 볼 수 있다. 이처럼, 고주파 성분의 전류가 LED 어레이(610)에 흐르면 LED 전류의 파고율이 아주 높아짐으로써 고주파 플리커 현상과 광속 효율의 저하되게 되는 단점이 있다. 여기서 ton은 LED 어레이에 전류가 흐르는 구간을 나타내고, toff 는 LED 어레이에 전류가 흐르지 않는 구간을 나타낸다.
도10(c)의 그래프는, LED 어레이(610)에 병렬로 전류안정용 캐패시터(620)를 접속했을 때의 상기 LED 어레이 양단의 전압(vd)과, 상기 전류안정용 캐패시터(620)에 흐르는 전류(ic) 파형을 나타낸다. 여기에서 도 10(b)와 비교하여 볼 때 도10(b)의 LED어레이에 흐르는 전류 파형과 도10(c)의 전류 안정용 캐패시터(620)를 흐르는 전류파형을 비교해 보면 기본 파형은 그대로 유지하면서 도10(c)의 안정화된 LED 전류값 id 만큼 시프트되어 전류가 흐르는 것을 알 수 있다.
도10(d)는 LED 어레이(610)에 병렬로 전류안정용 캐패시터(620)을 접속했을 때의 상기 LED 어레이 양단의 전압(vd)과 LED 어레이(610)에 흐르는 전류(id)를 나타내는 그래프이다.
도 10의 (b), (c), 및 (d)를 참조하면, 전류 안정용 캐패시터(620)를 LED 어레이(610)와 병렬로 연결한 경우, LED 형광램프 전체에 흐르는 전류 중 고주파 성분을 포함하는 전류는 전류 안정용 캐패시터로 흐르게 되고, LED 어레이에는 고주파 성분이 제거된 정전류가 흐르게 된다. 상기 그래프에는 수학식 1이 그대로 적용되어 전류특성이 나타남을 볼 수 있다.
이처럼, 전류 안정용 캐패시터(620)가 접속되면 고주파 전류 성분은 모두 전류 안정용 커패시터(620)을 통해 흐르고 LED 어레이(610)에는 정전류가 흘러 플리커 현상이 없어지게 되며 또한 광속효율을 극대화 시킬 수 있게 되는 장점이 있다.
캐패시터 비연결시 캐패시터 연결시
총광속[Lm] 1548 1622
입력전력[W] 21.6 20.31
광속효율[Lm/W] 73.16 79.86
LED 전류 파고율 2.63 1.36
상기 표 1은, 도 6의 실시형태에서 보인 LED 형광램프에서 전류안정용 캐패시터를 연결하지 않은 경우와 연결한 경우를 비교하여 측정한 데이터이다. 본 실시예에서, 상기 LED 형광램프는 인스턴트 방식의 전자식 안정기에 연결하였으며, LED 어레이(610)는 직렬연결된 56개 LED 어레이 2 조를 병렬로 연결하였다. 전류안정용 캐패시터(620)는 1500 pF 의 용량을 갖도록 하였다.
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 동일한 조건에서 전류안정용 캐패시터를 연결한 경우의 광속효율이 전류안정용 캐패시터를 연결하지 않은 경우의 광속효율에 비해 약 9.2% 의 효율이 상승하는 효과가 있고, LED 전류의 파고율은 2.63 에서 1.36 으로 약 43% 낮아지는 효과가 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
1, 2, 3, 4 :제 1 내지 제4 외부 연결핀
100 : LED 형광램프
131, 132, 133, 134 : 캐패시터
141, 142, 143, 144, 145, 146, 147, 148, 149, 150 : 복수의 다이오드
300 : LED 형광램프
310: LED 어레이 320 : 전류 안정용 캐패시터
331, 332, 333, 334 : 용량성 소자부
400 : LED 형광램프 410 : LED 어레이
441 : 제1 다이오드 442 : 제2 다이오드
500 : LED 형광램프 543~550 : 제3 내지 제10 다이오드
531, 532, 533, 534 : 제1 내지 제4 캐패시터
600 : LED 형광램프
610 : LED 어레이 620 : 전류 안정용 캐패시터
631 ~ 634 : 제1 내지 제4 캐패시터
641 ~ 650 : 제 1 내지 제10 다이오드
700 : LED 형광램프
710 : LED 어레이 720 : 전류 안정용 캐패시터
731, 732, 733, 734 : 제1 내지 제4 캐패시터
741, 742, 743, 744 : 제1 내지 제4 다이오드
800 : LED 형광램프
810 : LED 어레이
820 : 전류 안정용 캐패시터
831, 832, 833, 834 : 제1 내지 제4 캐패시터
845, 846, 847, 848 : 제5 내지 제8 다이오드
900 : LED 형광램프
910 : LED 어레이
920 : 전류 안정용 캐패시터
931, 932, 933, 934 : 제1 내지 제4 캐패시터
941~952 : 제1 내지 제12 다이오드

Claims (15)

  1. 제1 내지 제4 연결핀을 포함하는 외부연결핀;
    직렬접속된 복수의 LED를 포함하는 LED 어레이;
    상기 LED 어레이와 병렬 연결되는 전류안정용 캐패시터;
    상기 LED 어레이와 상기 외부연결핀 사이에 연결되어, 상기 외부 연결핀을 통해 접속되는 형광등 안정기의 임피던스를 변경시키는 용량성 소자부; 및
    상기 LED 어레이의 양단과 상기 외부연결핀 사이에 형성되어, 상기 형광등 안정기로부터 입력되는 고주파 교류를 맥류로 변환하여 상기 LED 어레이에 입력시키는 다이오드부
    를 포함하며,
    고주파 성분이 포함된 전류를 상기 전류안정용 캐패시터로 흐르게 함으로서 상기 LED 어레이에는 고주파 성분이 제거된 정전류가 흐르게 하는 것을 특징으로 하는 LED 형광램프.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 용량성 소자부는,
    일단은 상기 제1 연결핀에 연결되고, 타단은 상기 LED 어레이의 애노드측 단자에 연결되는 제1 캐패시터;
    일단은 상기 제2 연결핀에 연결되고, 타단은 상기 LED 어레이의 캐소드측 단자에 연결되는 제2 캐패시터;
    일단은 상기 제3 연결핀에 연결되고, 타단은 상기 LED 어레이의 애노드측 단자에 연결되는 제3 캐패시터; 및
    일단은 상기 제4 연결핀에 연결되고, 타단은 상기 LED 어레이의 캐소드측 단자에 연결되는 제4 캐패시터
    중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 형광램프.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 캐패시터를 모두 포함하며,
    상기 다이오드부는,
    캐소드가 상기 LED 어레이의 일단에 연결되고, 애노드는 상기 제1 캐패시터의 타단 및 제3 캐패시터의 타단에 공통으로 연결되는 제1 다이오드;
    애노드가 상기 LED 어레이의 타단에 연결되고, 캐소드는 상기 제2 캐패시터의 타단 및 제4 캐패시터의 타단에 공통으로 연결되는 제2 다이오드;
    애노드는 상기 제1 캐패시터의 일단에 연결되고, 캐소드는 상기 제1 캐패시터의 타단에 연결되는 제3 다이오드;
    캐소드는 상기 제2 캐패시터의 일단에 연결되고, 애노드는 상기 제2 캐패시터의 타단에 연결되는 제4 다이오드;
    애노드는 상기 제3 캐패시터의 일단에 연결되고, 캐소드는 상기 제3 캐패시터의 타단에 연결되는 제5 다이오드;
    캐소드는 상기 제4 캐패시터의 일단에 연결되고, 애노드는 상기 제4 캐패시터의 타단에 연결되는 제6 다이오드;
    중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 형광램프.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 캐패시터를 모두 포함하며,
    상기 다이오드부는,
    캐소드가 상기 LED 어레이의 일단에 연결되고, 애노드는 상기 제1 캐패시터의 타단 및 제3 캐패시터의 타단에 공통으로 연결되는 제1 다이오드;
    애노드가 상기 LED 어레이의 타단에 연결되고, 캐소드는 상기 제2 캐패시터의 타단 및 제4 캐패시터의 타단에 공통으로 연결되는 제2 다이오드;
    애노드는 상기 제2 캐패시터의 타단에 연결되고, 캐소드는 상기 제1 캐패시터의 일단에 연결되는 제7 다이오드;
    애노드는 상기 제2 캐패시터의 일단에 연결되고, 캐소드는 상기 제1 캐패시터의 타단에 연결되는 제8 다이오드;
    애노드는 상기 제4 캐패시터의 일단에 연결되고, 캐소드는 상기 제3 캐패시터의 타단에 연결되는 제9 다이오드;
    애노드는 상기 제4 캐패시터의 타단에 연결되고, 캐소드는 상기 제3 캐패시터의 일단에 연결되는 제10 다이오드
    중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 형광램프.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 캐패시터를 모두 포함하며,
    상기 다이오드부는,
    캐소드가 상기 LED 어레이의 일단에 연결되는 제1 다이오드;
    애노드가 상기 LED 어레이의 타단에 연결되는 제2 다이오드;
    애노드가 상기 제1 캐패시터의 타단에 연결되고 캐소드가 상기 제1 다이오드의 애노드에 연결되는 제3 다이오드;
    애노드가 상기 제2 다이오드의 캐소드에 연결되고 캐소드가 상기 제2 캐패시터의 타단에 연결되는 제4 다이오드;
    애노드가 상기 제3 캐패시터의 타단에 연결되고 캐소드가 상기 제1 다이오드의 애노드에 연결되는 제5 다이오드;
    애노드가 상기 제2 다이오드의 캐소드에 연결되고 캐소드가 상기 제4 캐패시터의 타단에 연결되는 제6 다이오드;
    애노드가 상기 제2 다이오드의 캐소드에 연결되고 캐소드가 상기 제1 캐패시터의 타단에 연결되는 제7 다이오드;
    애노드가 상기 제2 캐패시터의 타단에 연결되고 캐소드가 상기 제3 다이오드의 캐소드에 연결되는 제8 다이오드;
    애노드가 상기 제4 캐패시터의 타단에 연결되고 캐소드가 상기 제5 다이오드의 캐패시터에 연결되는 제9 다이오드; 및
    애노드가 상기 제2 다이오드의 캐소드에 연결되고 캐소드가 상기 제3 캐패시터의 타단에 연결되는 제10 다이오드
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 형광램프
  9. 제3항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 캐패시터를 모두 포함하며,
    상기 다이오드부는,
    애노드는 상기 제1 캐패시터의 타단에 연결되고 캐소드는 상기 LED 어레이의 일단에 연결되는 제1 다이오드;
    애노드는 상기 LED 어레이의 타단에 연결되고 캐소드는 상기 제2 캐패시터의 타단에 연결되는 제2 다이오드;
    애노드는 상기 제2 캐패시터의 타단에 연결되고 캐소드는 상기 LED 어레이의 일단에 연결되는 제3 다이오드;
    애노드는 상기 LED 어레이의 타단에 연결되고 캐소드는 상기 제3 캐패시터의 타단에 연결되는 제4 다이오드
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 형광램프.
  10. 제9항에 있어서,
    애노드는 상기 제1 캐패시터의 일단에 연결되고 캐소드는 상기 제1 캐패시터의 타단에 연결되는 제5다이오드;
    애노드는 상기 제2 캐패시터의 일단에 연결되고 캐소드는 상기 제2 캐패시터의 타단에 연결되는 제6다이오드;
    애노드는 상기 제3 캐패시터의 일단에 연결되고 캐소드는 상기 제3 캐패시터의 타단에 연결되는 제7다이오드;
    애노드는 상기 제4 캐패시터의 일단에 연결되고 캐소드는 상기 제4 캐패시터의 타단에 연결되는 제8다이오드;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 형광램프.
  11. 제9항에 있어서,
    애노드는 상기 제1 캐패시터의 타단에 연결되고 캐소드는 상기 제1 캐패시터의 일단에 연결되는 제5다이오드;
    애노드는 상기 제2 캐패시터의 타단에 연결되고 캐소드는 상기 제2 캐패시터의 일단에 연결되는 제6다이오드;
    애노드는 상기 제3 캐패시터의 타단에 연결되고 캐소드는 상기 제3 캐패시터의 일단에 연결되는 제7다이오드;
    애노드는 상기 제4 캐패시터의 타단에 연결되고 캐소드는 상기 제4 캐패시터의 일단에 연결되는 제8다이오드;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 형광램프.
  12. 제3항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 캐패시터를 모두 포함하며,
    상기 다이오드부는,
    애노드는 상기 제1 캐패시터의 타단에 연결되고 캐소드는 상기 LED 어레이의 일단에 연결되는 제1 다이오드;
    애노드는 상기 LED 어레이의 타단에 연결되고 캐소드는 상기 제2 캐패시터의 타단에 연결되는 제2 다이오드;
    애노드는 상기 LED 어레이의 타단에 연결되고 캐소드는 상기 제3 캐패시터의 타단에 연결되는 제3 다이오드; 및
    애노드는 상기 제4 캐패시터의 타단에 연결되고 캐소드는 상기 LED 어레이의일단에 연결되는 제4 다이오드
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 형광램프.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 다이오드부는,
    애노드는 상기 제1 캐패시터의 일단에 연결되고 캐소드는 상기 제1 캐패시터의 타단에 연결되는 제5 다이오드;
    애노드는 상기 제2 캐패시터의 타단에 연결되고 캐소드는 상기 제2 캐패시터의 일단에 연결되는 제6 다이오드;
    애노드는 상기 제3 캐패시터의 타단에 연결되고 캐소드는 상기 제3 캐패시터의 일단에 연결되는 제7 다이오드;
    애노드는 상기 제4 캐패시터의 일단에 연결되고 캐소드는 상기 제4 캐패시터의 타단에 연결되는 제8 다이오드;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 형광램프.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 다이오드부는,
    애노드는 상기 제2 캐패시터의 타단에 연결되고 캐소드는 상기 제1 캐패시터의 일단에 연결되는 제9 다이오드;
    애노드는 상기 제2 캐패시터의 일단에 연결되고 캐소드는 상기 제1 캐패시터의 타단에 연결되는 제10 다이오드;
    애노드는 상기 제3 캐패시터의 타단에 연결되고 캐소드는 상기 제4 캐패시터의 일단에 연결되는 제11 다이오드;
    애노드는 상기 제3 캐패시터의 일단에 연결되고 캐소드는 상기 제4 캐패시터의 타단에 연결되는 제12 다이오드;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 형광램프.
  15. 삭제
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