KR20110098811A - Ｌｅｄ 광원, 및 ｌｅｄ 광원을 포함하는 램프 - Google Patents

Ｌｅｄ 광원, 및 ｌｅｄ 광원을 포함하는 램프 Download PDF

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KR20110098811A
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피터 데익슬러
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코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

AC 공급 전압원으로의 접속을 위한 제1 및 제2 입력 단자, 및 제1 LED 스트링에 의해 접속된 제1 및 제2 출력 단자를 구비하는 제1 정류기, 제1 및 제2 입력 단자와 출력 단자들을 갖는 제2 정류기 - 상기 제2 정류기의 상기 제1 입력 단자는 제1 정류기의 제1 입력 단자에 연결되고, 제2 정류기의 제2 입력 단자는 제1 정류기의 제2 입력 단자에 연결되고, 출력 단자들은 제2 LED 스트링에 의해 접속됨 -, 및 동작 동안 제1 정류기의 출력 단자들과 제2 정류기의 출력 단자들에 각각 존재하는 전압들 간의 위상 시프트를 유발하기 위한 수단을 포함하는 LED 광원이 개시된다. LED 스트링들은 본선 공급 전압에 의해 공급될 수 있는 대우 단순한 회로에 의해 구동된다. 위상 시프트로 인해, 스트로보스코프 효과가 억제된다.

Description

ＬＥＤ 광원, 및 ＬＥＤ 광원을 포함하는 램프{LED LIGHT SOURCE AND LAMP COMPRISING SUCH A LED LIGHT SOURCE}
본 발명은 본선(mains)에 의해 공급받기에 적합한 LED 광원, 및 그러한 LED 광원을 포함하는 램프에 관한 것이다.
LED 스트링에 전류를 공급하는 매우 저렴한 방법은 LED 스트링을 정류기의 출력 단자들에 접속하는 것에 의한 것이다. 동작 동안, 정류기의 입력 단자들은 본선 공급원(mains supply)에 접속되고, 출력 단자들에서, 정류된 본선이 LED 스트링에 걸쳐 존재하여, LED 스트링을 통해 전류가 흐른다.
본선 전압의 제로 크로싱(zero crossings)의 바로 옆에서, LED 스트링에 걸친 전압은 LED 스트링을 통해 전류가 흐르게 하기에는 너무 낮다. 그 결과, LED 스트링을 통한 전류는 본선 주파수의 2배와 동일한 주파수로 차단된다. 정상 상태(steady state) 동작에서는 명멸(flickering)이 감지되지 않지만, 움직이는 물체를 조명하면 스트로보스코프 아티팩트(stroboscopic artefacts)가 생성된다.
2개의 LED 스트링을 포함하는 LED 광원이 이용되고, 제1 LED 스트링 내의 전류와 제2 LED 스트링 내의 전류 간에 위상 시프트가 실현되는 경우, 이러한 스트로보스코프 아티팩트는 크게 억제될 수 있다. 그러한 위상 시프트는 LED 스트링들 각각을 상이한 정류기의 출력 단자들에 접속함으로써 실현될 수 있다. 제1 정류기는 예를 들어 본선 공급원에 직접, 또는 위상 시프트를 유발하지 않는 컴포넌트들을 통해 접속되고, 제2 정류기는 예를 들어 용량성 소자 또는 유도성 소자와 같이 위상 시프트를 유발하는 반응성 컴포넌트를 통해 본선에 접속된다. 제1 정류기의 출력 단자들은 제1 LED 스트링에 접속되고, 제2 정류기의 출력 단자들은 제2 LED 스트링에 접속된다. LED 스트링들 중 하나를 통한 전류가 제로일 때, 위상 시프트로 인해, 다른 LED 스트링을 통한 전류는 제로가 아니다. 그 결과, 스트로보스코프 아티펙트가 크게 억제된다. 바람직하게는, 제1 LED 스트링을 통한 전류와 제2 LED 스트링을 통한 전류 사이의 위상 시프트는 약 90도이다.
LED 광원이 셋 이상의 LED 스트링을 포함하고, 후속 LED 스트링들을 통한 전류가 약 180/n도 시프트되는 경우에서도(n은 LED 스트링의 개수임), 스트로보스코프 아티팩트를 억제하는 것이 가능하다. 이러한 위상 시프트를 실현하기 위해, LED 광원은 적어도 제3 정류기 및 제2 반응성 소자를 반드시 포함해야 한다.
LED 스트링에 걸친 전압 강하가 감소될 때, LED 스트링을 통한 전류의 듀티 사이클(즉, LED 스트링이 전류를 전도시키는 동안 경과되는 시간과 본선 공급원의 주기의 절반의 지속시간의 비율)은 증가한다. 이것은, LED 스트링 내에 포함되는 LED들의 일부를 병렬로 배치함으로써 행해질 수 있다. 무효 전류에 의해 공급되는 LED 스트링들에 걸친 전압 강하가 다른 LED 스트링에 걸친 전압 강하보다 낮은 경우, LED 스트링들을 통한 전류들 간의 위상 시프트가 증가된다.
위에서 설명된 광원은 램프 용기, 공급 소스로의 접속을 위한 전기 컨택트들, 램프 용기 내에 적어도 부분적으로 포함된 히트 싱크, 다수의 구획으로 분할된 램프 용기에 의해 둘러싸인 공간을 포함하며, 그 구획 각각이 적어도 부분적으로 히트 싱크와 램프 용기의 벽에 의해 한정되는 LED 램프에서 이용되기에 매우 적합하다. LED 광원의 LED 스트링들 각각 내에 포함된 LED들은 히트 싱크에 접속되고, 구획들의 적어도 일부에 걸쳐 분산된다.
바람직한 실시예에서, LED 램프는 램프 캡, 램프 캡에 접속되고 둘 이상의 부분으로 나뉘어진 램프 전구(lamp bulb), 램프 전구의 부분들 사이에 존재하고, 램프 내의 공간을 램프 전구의 부분들의 개수와 동일한 다수의 구획으로 분할하는 히트 싱크를 포함하며, LED 스트링들 각각 내에 포함되는 LED들은 히트 싱크에 접속되고, 구획들에 걸쳐 균일하게 분산된다.
본 발명의 실시예들은 도면을 이용하여 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 LED 광원의 실시예, 및 본 발명에 따른 LED 램프의 실시예의 구획들에 걸친 LED 스트링 내에 포함된 LED들의 분산을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 LED 램프의 실시예를 도시한 것이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 LED 램프의 실시예에 포함된 구획들에 걸친, 본 발명에 따른 LED 광원의 실시예의 LED 스트링들 내에 포함된 LED들의 분산을 도시한 것이다.
도 1에서, K1 및 K2는 본선 공급원으로의 접속을 위한 입력 단자들이다. 입력 단자 K1은 옴 저항 R1을 통해 정류기 브리지 Rect1의 제1 입력 단자에 접속되고, 또한 옴 저항 R2 및 커패시터 C를 통해 제2 정류기 브리지 Rect2의 제1 입력 단자에 접속된다. 커패시터 C는 반응성 소자를 형성한다. 입력 단자 K2는 제1 정류기 브리지 Rect1의 제2 입력 단자 및 제2 정류기 브리지 Rect2의 제2 입력 단자에 접속된다. 제1 정류기 브리지 Rect1의 제1 출력 단자는 LED 스트링 LS1의 제1 단에 접속된다. LED 스트링 LS1의 제2 단은 제1 정류기 Rect1의 제2 출력 단자에 접속된다. 제2 정류기 Rect2의 제1 출력 단자는 제2 LED 스트링 LS2의 제1 단에 접속된다. 제2 LED 스트링 LS2의 제2 단은 제2 정류기 브리지 Rect2의 제2 출력 단자에 접속된다. 도 1에서, Comp1 및 Comp2는 본 발명에 따른 LED 램프의 실시예 내에 포함되는 제1 구획 및 제2 구획 각각의 개략적인 표현이다. LED 스트링들 LS1 및 LS2 각각의 LED들은 각각의 LED 스트링의 LED들의 일부가 제1 구획 Comp1 내에 존재하고, 각각의 LED 스트링의 LED들의 나머지가 제2 구획 Comp2 내에 존재하도록, 제1 구획 Comp1 및 제2 구획 Comp2에 걸쳐 분산된다.
도 1에 도시된 LED 광원의 동작은 이하와 같다.
입력 단자 K1 및 K2가 본선 공급원의 극(pole)들에 접속될 때, 이러한 본선 공급원에 의해 공급되는 제1의 사인파 형상의 저주파 AC 전압이 제1 정류기 브리지 Rect1의 입력 단자들에 존재하고, 제1 정류기 브리지 Rect1의 출력 단자들 사이에, 따라서 제1 LED 스트링 LS1에 걸쳐 존재하는 제1의 주기적 DC 전압으로 정류된다. 제2의 사인파 형상의 저주파 AC 전압은 제2 정류기 브리지 Rect2의 입력 단자에 존재하고, 제2 정류기 브리지 Rect2의 출력 단자들 사이에, 따라서 제2 LED 스트링 LS2에 걸쳐 존재하는 제2의 주기적 DC 전압으로 정류된다. 제2의 사인파 형상의 AC 전압은 커패시터 C를 통해 본선 공급원에 의해 공급되고, 따라서 제1의 사인파 형상의 AC 전압에 관하여 위상 시프트된다. 그 결과, 제2의 주기적 DC 전압도 제1의 주기적 DC 전압에 관하여 위상 시프트된다. 제1의 주기적 DC 전압의 순간 진폭이, 제1 LED 스트링 LS1을 통해 전류가 흐르게 하기에는 너무 낮을 때, 위상 시프트로 인해, 제2의 주기적인 DC 전압의 순간 진폭은 제2 LED 스트링 LS2를 통해 전류가 흐르게 하기에 충분히 높다. 결과적으로, 임의의 순간에서, LED 스트링들 중 하나는 항상 전류를 운반하고 있고, 따라서 광을 생성하고 있다. 각각의 LED 스트링의 LED들은 구획들 Comp1 및 Comp2에 걸쳐 분산되므로, 어떠한 순간에서도 각 구획 내에서 광이 생성된다. 이러한 이유로 인해, 스트로보스코프 효과들이 방지된다.
도 2에는, 백열 램프의 형상을 갖는 LED 램프가 도시되어 있다. 램프는 램프 캡(1), 및 2개의 부분(2 및 3)으로 분할되는 램프 용기 또는 램프 전구(2/3)를 갖는다. 2개의 부분 사이에는, 램프 전구 내의 공간을 2개의 구획으로 분할하는 히트 싱크(4)가 존재한다. LED 램프는 도 1에 도시된 것과 같은 LED 광원을 포함한다. 구획들 각각에서, 2개의 상이한 LED 스트링 각각에 속하는 LED들의 절반이 히트 싱크 상에 존재한다. 2개의 상이한 LED 스트링은 도 1에 도시된 방식으로 본선 공급원에 접속된다. 각 스트링 내의 LED들의 제1 절반은 제1 구획 내에 존재하고, 다른 절반은 제2 구획 내에 존재하므로, 구획들 각각에서 생성되는 광의 양은 항상 동일하다. 2개의 정류기, 2개의 저항 및 커패시터는 램프 캡 내에 존재한다.
물론, 백열 램프와는 다른 형상을 갖는 램프 용기를 선택하는 것이 가능하다. 또한, 램프 용기 내의 공간을, 적어도 부분적으로는 히트 싱크 및 램프 용기의 벽에 의해 한정되는 셋 이상의 구획으로 분할하는 것도 가능하다. 램프는 램프 캡 또는 램프 피팅(lamp fitting)과는 다른 전기 컨택트들을 구비할 수 있다. 램프의 실제 사용에 따라, LED들을 포함하는 각 구획의 광 출력이 거의 동일할 것이 요구될 수 있다. 이 경우, 둘 이상의 LED 스트링 내에 포함된 LED들은 구획들 중 적어도 일부에 걸쳐 균일하게 분산될 필요가 있다. 일부 응용들에서, 상이한 구획들이 상이한 광 출력들을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 이것은 둘 이상의 LED 스트링 내에 포함되는 LED들을 구획들의 적어도 일부에 걸쳐서 불균일하게 분포시키는 것에 의해 실현될 수 있다.
도 3b는 LED 램프의 3개의 구획에 걸친 3개의 LED 스트링의 분포를 개략적으로 도시한 것이다. LED 스트링들 각각은 주기적인 DC 전압을 공급받는다. 이러한 주기적인 DC 전압들은 3개의 정류기(Rect1, Rect2 및 Rect3), 및 2개의 커패시터의 형태로 된 2개의 반응성 소자 C1 및 C2를 포함하는 도 3a에 도시된 회로에 의해 생성된다. 3개의 개별 정류기의 출력 단자들(K3-K8) 사이에는, 3개의 주기적인 DC 전압이 존재한다. 이러한 주기적인 DC 전압들 각각은 2개의 다른 주기적인 DC 전압에 대하여 위상 시프트된다. 제1 LED 스트링 LS1은 정류기 Rect1의 출력 단자 K3 및 K4 사이에 접속된다. 제2 LED 스트링 LS2는 정류기 Rect2의 출력 단자 K5 및 K6 사이에 접속된다. 제3 LED 스트링 LS3는 Rect3의 출력 단자 K7 및 K8 사이에 접속된다. LED들의 제1 부분이 구획 내에 존재하고, LED들의 나머지가 다른 구획 내에 존재하므로, LED 스트링들 LS1, LS2 및 LS3 각각은 3개의 구획 Comp1, Comp2 및 Comp3 중 2개에 걸쳐 분산된다. 각각의 구획은 동일한 수의 LED를 포함하며, 따라서 LED 램프의 동작 동안 동일한 광 출력을 갖는다. 일반적으로, 3개의 구획을 갖는 램프들은 생성되는 광의 더 양호한 전방향적 분포를 갖는다. 3개의 개별적인 LED 스트링을 통한 3개의 위상 시프트된 전류의 이용은, 일반적으로 광이 단 2개의 LED 스트링에 의해 생성되는 경우에서보다 시간에 걸쳐 덜 변하는 광 강도를 제공한다.
도 4는 LED 램프의 3개의 구획에 걸친 3개의 LED 스트링의 분산을 개략적으로 도시한 것이다. LED 스트링들은 도 3a에 도시된 것과 같은 회로에 의해 공급된다. 각각의 LED 스트링은 8개의 LED를 포함하는데, 그 중 처음 3개는 제1 구획 내에 포함되고, 두번째 3개는 제2 구획 내에 포함되고, 나머지 2개는 제3 구획 내에 포함되므로, LED 스트링들 각각은 3개의 구획에 걸쳐 불균일하게 분산된다. 3개의 구획 각각은 동일한 개수의 LED를 포함하여, 3개의 LED 스트링 내에 포함된 LED들의 총 개수는 3개의 구획에 걸쳐 균일하게 분산되게 된다.
도 5는 LED 램프의 2개의 구획에 걸친 2개의 LED 스트링의 분산을 개략적으로 도시한 것이다. 도 1에서와 같이, 각각의 LED 스트링은 주기적인 DC 전압을 공급받는다. 2개의 주기적인 DC 전압은 서로에 대해 위상 시프트된다. 각각의 LED 스트링 중의 LED들의 일부는 제1 구획 내에 존재하고, 나머지는 제2 구획 내에 존재한다. 2개의 스트링 내에 포함된 LED들의 총 개수 중에서, 제2 구획에서보다 제1 구획 내에 더 많은 부분이 존재한다. 결과적으로, 동작 동안의 제1 구획의 광 출력은 제2 구획보다 더 높다. 그러나, 각 구획은 두 LED 스트링들에 속하는 LED들을 포함하므로, 스트로보스코프 아티팩트가 크게 억제된다. 제1 구획 내에서 생성된 광은 예를 들어 책상을 밝게 하기 위해 이용될 수 있는 한편, 제2 구획 내에서 생성된 광은 책상 주변을 밝게 하기 위해 이용될 수 있다.
도 6은 2개의 구획에 걸쳐 분산된 2개의 LED 스트링을 도시한 것이다. 2개의 LED 스트링은 도 1 또는 도 5에서와 같이 공급된다. 제2 스트링 내에 포함된 LED들의 적어도 일부가 병렬로 배치된다. 이러한 제2 스트링이 그것의 입력 단자에 접속된 커패시터를 갖는 도 1의 정류기의 출력 단자들에 접속되고, 다른 스트링은 다른 정류기의 출력 단자들에 접속되는 경우에서, 제1 스트링에 걸친 전압 강하는 모든 LED가 직렬로 배치된 경우에서보다 낮기 때문에, 용량성 전류의 듀티 사이클이 증가된다. 결과적으로, 커패시터에 걸친 전압이 증가되고, 따라서 2개의 스트링을 통한 전류들 간의 위상 시프트도 증가된다.

Claims (6)

  1. LED 광원으로서,
    AC 공급 전압원으로의 접속을 위한 제1 입력 단자 및 제2 입력 단자, 및 제1 출력 단자 및 제2 출력 단자를 구비하는 제1 정류기와, 상기 제1 출력 단자와 상기 제2 출력 단자 사이에 연결된 제1 LED 스트링,
    제1 입력 단자 및 제2 입력 단자, 및 제1 출력 단자 및 제2 출력 단자를 갖는 제2 정류기, 및 상기 출력 단자들 사이에 연결된 제2 LED 스트링 - 상기 제2 정류기의 상기 제1 입력 단자는 상기 제1 정류기의 상기 제1 입력 단자에 연결되고, 상기 제2 정류기의 상기 제2 입력 단자는 상기 제1 정류기의 상기 제2 입력 단자에 연결됨 -, 및
    동작 동안 상기 제1 정류기의 상기 출력 단자들과 상기 제2 정류기의 상기 출력 단자들에 각각 존재하는 전압들 간의 위상 시프트를 유발하기 위한 수단
    을 포함하는 LED 광원.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위상 시프트를 유발하기 위한 수단은 상기 제2 정류기의 상기 제1 입력 단자와 상기 제1 정류기의 상기 제1 입력 단자 사이에 연결된 반응성 소자(reactive element)를 포함하는 LED 광원.
  3. 제2항에 있어서,
    제1 입력 단자 및 제2 입력 단자와 제1 출력 단자 및 제2 출력 단자를 갖는 적어도 하나의 추가의 정류기, 및 상기 추가의 정류기의 상기 출력 단자들 사이에 연결된 추가의 LED 스트링을 포함하고, 상기 추가의 정류기의 상기 제1 입력 단자는 추가의 반응성 소자를 통해 상기 제1 정류기의 상기 제1 입력 단자에 연결되고, 상기 추가의 정류기의 상기 제2 입력 단자는 상기 제1 정류기의 상기 제2 입력 단자에 연결되는 LED 광원.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 LED 스트링 내에 포함된 LED들의 적어도 일부는 병렬로 연결되는 LED 광원.
  5. LED 램프로서,
    램프 용기,
    전기 컨택트,
    상기 램프 용기 내에 적어도 부분적으로 포함된 히트 싱크,
    다수의 구획으로 분할된 상기 램프 용기에 의해 둘러싸인 공간 - 상기 구획 각각은 적어도 부분적으로 상기 히트 싱크와 상기 램프 용기의 벽에 의해 한정됨 -, 및
    제1항 또는 제2항에 따른 LED 광원
    을 포함하고,
    상기 LED 스트링들 각각 내에 포함된 LED들은 상기 히트 싱크에 접속되고, 상기 구획들의 적어도 일부에 걸쳐 분산되는 LED 램프.
  6. 제4항에 있어서,
    램프 캡,
    상기 램프 캡에 접속되고 둘 이상의 부분으로 나뉘어진 램프 전구(lamp bulb),
    상기 램프 전구의 부분들 사이에 존재하고, 상기 램프 내의 공간을 상기 램프 전구의 부분들의 개수와 동일한 다수의 구획으로 분할하는 히트 싱크,
    제1항 또는 제2항에 따른 LED 광원
    을 포함하고,
    상기 LED 스트링들 각각 내에 포함된 LED들은 상기 히트 싱크에 접속되고, 상기 구획들에 걸쳐 균일하게 분산되는 LED 램프.
KR1020117015966A 2008-12-12 2009-12-03 Ｌｅｄ 광원, 및 ｌｅｄ 광원을 포함하는 램프 KR20110098811A (ko)

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