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KR102450579B1 - Led램프 - Google Patents

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KR102450579B1
KR102450579B1 KR1020170069779A KR20170069779A KR102450579B1 KR 102450579 B1 KR102450579 B1 KR 102450579B1 KR 1020170069779 A KR1020170069779 A KR 1020170069779A KR 20170069779 A KR20170069779 A KR 20170069779A KR 102450579 B1 KR102450579 B1 KR 102450579B1
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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 벌브(bulb); 상기 벌브의 일단에 결합된 베이스부; 상기 벌브의 내부 공간에 수용되어 배치된 LED모듈 어레이;를 포함하며, 상기 LED모듈 어레이는, 각각, 막대 형상인 하나 또는 서로 병렬 연결된 복수의 LED모듈로 구성되며, 서로 직렬 연결된 복수의 LED 그룹을 포함하며, 상기 복수의 LED 그룹 중 적어도 하나의 제1 LED 그룹에 포함된 LED모듈의 개수는 다른 제2 LED 그룹에 포함된 LED모듈의 개수와 상이한 LED램프를 제공한다.

Description

LED램프{LED LAMP}
본 발명은 LED램프에 관한 것이다.
일반적으로 실내 또는 실외의 조명등으로 백열전구나 형광등이 많이 사용되고 있는데, 이러한 백열전구나 형광등은 수명이 짧아 자주 교환하여야 하는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 우수한 제어성, 빠른 응답속도, 높은 광변환 효율, 긴 수명, 적은 소비전력 및 높은 휘도 특성을 갖는 LED를 적용한 조명기구가 개발되기에 이르렀다. 즉, LED(Light Emitting Diode)는 광변환 효율이 높기 때문에 소비전력이 적으며, 열적 발광이 아니기 때문에 예열시간이 불필요하여 점등, 소등속도가 빠르다는 장점이 있다.
또한, LED는 기존의 백열전구나 형광등에 비해 충격에 강하며, 전력소모가 적으며, 사용수명이 반영구적이면서 다양한 색상의 조명효과도 낼 수 있다. 또한, 작은 광원을 사용함에 따라 소형화가 가능하다는 장점으로 인해, 조명분야의 활용범위가 넓어지고 있다.
이와 같이, LED를 이용한 조명분야의 활용범위가 넓어짐에 따라, LED 조명기구에 대한 다양한 요구가 증가하고 있다. 일례로, 단순히 기존의 조명기구와 동일한 광을 더 적은 전력에 제공하는 것에서 나아가, 기존의 조명기수에 비해 제조비용이 절감되어 가격 경쟁력이 우수한 조명기구에 대한 요구가 증가하고 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제 중 하나는, 제조비용이 절감되며 배광분포가 우수한 LED램프를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예는, 벌브(bulb); 상기 벌브의 일단에 결합된 베이스부; 상기 벌브의 내부 공간에 수용되어 배치된 LED모듈 어레이;를 포함하며, 상기 LED모듈 어레이는, 각각, 막대 형상인 하나 또는 서로 병렬 연결된 복수의 LED모듈로 구성되며, 서로 직렬 연결된 복수의 LED 그룹을 포함하며, 상기 복수의 LED 그룹 중 적어도 하나의 제1 LED 그룹에 포함된 LED모듈의 개수는 다른 제2 LED 그룹에 포함된 LED모듈의 개수와 상이한 LED램프를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 벌브(bulb); 상기 벌브의 일단에 결합된 베이스부; 상기 벌브의 내부 공간에 수용되어 배치된 LED모듈 어레이;를 포함하며, 상기 LED모듈 어레이는, 각각, 막대 형상인 하나 또는 서로 병렬 연결된 복수의 LED모듈로 구성되며, 서로 직렬 연결된 복수의 LED 그룹을 포함하며, 상기 복수의 LED 그룹 중 적어도 하나의 LED 그룹에 포함된 LED모듈의 개수는 다른 LED 그룹에 포함된 LED모듈의 개수와 상이한 LED램프를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 벌브(bulb); 상기 벌브의 일단에 결합된 베이스부; 상기 벌브의 내부 공간에 수용되어 배치된 LED모듈 어레이;를 포함하며, 상기 LED모듈 어레이는, 막대 형상의 LED모듈이 적어도 하나 포함된 복수의 LED 그룹이 서로 직렬연결되며, 상기 복수의 LED 그룹 중 적어도 하나의 LED 그룹에 포함된 LED모듈은, 상기 벌브의 일단과 타단을 연결하는 중심축에 대하여, 적어도 하나의 LED 그룹에 포함된 LED모듈의 길이 방향이 다른 LED 그룹에 포함된 LED모듈의 길이 방향과 상이한 각도로 배치된 LED램프를 제공한다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 LED램프는, 제조비용이 절감되는 효과 및 배광효과가 우수한 효과가 있다.
다만, 본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 LED램프의 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I'방향에서 본 측단면도이다.
도 3은 도 1의 LED모듈 어레이의 전개도이다.
도 4는 도 3의 LED모듈 어레이의 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시에에 의한 LED램프의 사시도이다.
도 6은 도 5의 II-II'방향에서 본 측단면도이다.
도 7은 도 5의 LED모듈 어레이의 전개도이다.
도 8은 도 3의 LED모듈 어레이의 변형예의 전개도이다.
도 9는 비교예인 LED모듈 어레이의 회로도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예와 비교예의 배광분포를 비교한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예의 LED모듈의 측단면도이다.
도 12는 도 11의 발광 다이오드 칩의 확대도이다.
도 13은 도 11의 III-III'방향에서 본 단면도이다.
도 14는 도 13의 LED모듈의 변형예이다.
도 15은 본 발명의 일 실시예에 의한 LED모듈의 평면도이다.
도 16은 도 15의 IV-IV' 방향에서 본 횡단면도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 의한 LED모듈의 측단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 LED램프의 사시도이고, 도 2는 도 1의 I-I'방향에서 본 측단면도이다. 도 3은 도 1의 LED모듈 어레이의 전개도이고, 도 4는 도 3의 LED모듈 어레이의 회로도이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, LED램프(10)는 벌브(bulb)(200), 상기 벌브(200)의 일단에 결합된 베이스(600)및 상기 벌브(200)의 내부 공간에 수용되며 복수의 LED모듈(LM1~LM11)을 갖는 LED모듈 어레이(100)를 포함한다. 상기 복수의 LED모듈(LM1~LM11)은 직렬연결된 복수의 LED 그룹(110, 120, 130)을 구성할 수 있다. 또한, 일 실시예의 경우, 하나의 벌브(200) 내에 하나의 LED모듈 어레이(100)가 배치된 경우를 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 실시예에 따라서는, 하나의 벌브(200) 내에 복수개의 LED모듈 어레이가 배치되도록 구성할 수도 있으며, 복수개의 LED모듈 어레이는 서로 다른 색온도의 광을 방출하도록 구성할 수도 있다.
상기 벌브(200)는 유리, 경질 유리, 석영 유리 또는 광투과성 수지로 이루어진, 투명하거나 혹은 유백, 무광택, 유색의 커버일 수 있다. 상기 벌브(200)의 형태는 A-형, G-형, R-형, PAR-형, T-형, S-형, 초(candle)형, P형, PS형, BR형, ER형, BRL형과 같은 기존의 조명 장치의 벌브형 커버 중의 어느 하나일 수 있다.
상기 베이스(600)는 상기 벌브(200)와 결합하여 상기 LED램프(10)의 외형을 이루며, 기존의 조명 장치와 대체 가능하도록, E40, E27, E26, E14, GU, B22, BX, BA, EP, EX, GY, GX, GR, GZ, G형 등의 소켓에 적용가능한 형상으로 구성될 수 있다. 상기 LED램프(10)에 인가되는 전력은 상기 베이스(600)를 통하여 공급될 수 있다. 상기 베이스(600)의 내부공간에는 전원부(700)가 배치되어 상기 베이스(600)를 통해 인가되는 전력을 AC-DC변환하거나 전압을 변경하여 상기 LED모듈 어레이(100)에 공급할 수 있다.
상기 베이스(600)의 중앙영역을 관통하여 벌브(200)의 일단과 타단을 연결하는 중심축(C1) 상에는, 상기 LED모듈 어레이(100)의 복수의 LED모듈(LM1~LM11)을 고정하기 위한 프레임(400)이 설치되는 지주(300)가 배치될 수 있다. 따라서, 상기 중심축(C1) 상에서 보았을 때, 상기 지주(300)에 고정된 복수의 LED모듈(LM1~LM11)이 상기 벌브(200)의 중앙 영역에 배치될 수 있다.
상기 지주(300)는 상기 벌브(200)와 유사한 유리, 경질 유리, 석영 유리 또는 광투과성 수지로 이루어져, 상기 LED모듈 어레이(100)에서 방출되는 광을 투과시킬 수 있다. 상기 지주(300)는 상기 벌브(200)의 개방된 영역을 덮어 고온 가열 처리를 통해 용접되어 밀봉된 내부공간을 형성할 수 있다. 따라서, 벌브(200)의 내부 공간에 배치된 LED모듈 어레이(100)를 외부의 수분 등으로부터 차단할 수 있다.
상기 프레임(400)은 전도성 금속 재질로 이루어질 수 있다. 상기 프레임(400)은, LED모듈 어레이(100)를 지지하며 LED모듈 어레이(100)의 복수의 LED 그룹(110, 120, 130)을 연결하는 제1 및 제2 연결 프레임(420a, 420b)과, LED모듈 어레이(100)의 양단에 배치되어 복수의 LED모듈(LM1~LM11)에 전력을 공급하기 위한 제1 및 제2 전극 프레임(410a, 410b)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 연결 프레임(420a, 420b)과 제1 및 제2 전극 프레임(410a, 410b)은 각각 일부분이 지주(300)에 삽입되어 고정될 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 전극 프레임(410a, 410b)은 각각 지주(300)에 매립되어 전원부(700)와 연결된 제1 및 제2 전선(500a, 500b)과 접속되어, 상기 전원부(700)로부터 공급되는 전력이 LED모듈 어레이(100)에 인가되도록 구성될 수 있다. 실시예에 따라서는, 상기 전원부(700)는 색온도가 다른 광을 방출하는 복수의 LED모듈 어레이를 선택적으로 구동하도록 전원을 인가할 있으며, 복수의 LED모듈 어레이를 동시에 구동하도록 전원을 인가할 수도 있다. 또한, 색온도가 다른 광을 방출하는 복수의 LED모듈 어레이를 동시에 구동하되, 서로 다른 광량의 광이 방출되도록 복수의 LED모듈 어레이에 인가되는 전압 또는 전류의 비율를 조절하는 것도 가능하다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 LED모듈 어레이(100)는 상기 벌브(200)의 내부 공간에 수용될 수 있다. 상기 LED모듈 어레이(100)는 막대 형상인 복수의 LED모듈(LM1~LM11)이 포함하되, 상기 복수의 LED모듈(LM1~LM11)은 복수의 LED 그룹(110, 120, 130)을 이루도록 구성될 수 있다. 각 LED 그룹은 하나의 LED모듈 또는 복수의 LED모듈을 포함할 수 있으며, 복수의 LED모듈을 포함하는 경우에는, 동일한 LED 그룹에 포함된 LED모듈이 모두 동일한 방향을 향하여 광을 방출하도록, LED모듈의 길이 방향으로 서로 나란하게 배치될 수 있다. 이때, 복수의 LED 그룹(110, 120, 130)은 제1 및 제2 연결 프레임(420a, 420b)을 통해 서로 전기적으로 직렬 연결되도록 배치될 수 있다.
상기 복수의 LED모듈(LM1~LM11)은 각각 양단에 접속단자가 노출되고 중단은 파장변환부로 덮인 가늘고 긴 막대 형상을 가질 수 있다. 상기 LED모듈(LM1~LM11)은 종래의 백열 전구의 필라멘트와 유사한 형상으로 제조되어, 전원이 인가되면 필라멘트와 유사한 선형의 광을 방출하므로, LED필라멘트(LED filament)라고도 불린다.
구체적으로, 상기 LED모듈 어레이(100)는 복수의 LED 그룹(110, 120, 130)이 전기적으로 직렬 연결되도록 구성되며, 복수의 LED 그룹(110, 120, 130)은 LED모듈의 개수가 상이한 제1 LED 그룹(120)과 제2 LED 그룹(110, 130)을 포함할 수 있다.
제1 LED 그룹(120) 및 제2 LED 그룹(110, 130)은 각각 하나 이상의 LED모듈을 포함할 수 있다. 제1 LED 그룹(120)과 제2 LED 그룹(110, 130)이 복수의 LED모듈을 포함하는 경우에는, 복수의 LED모듈은 각 그룹 내에서 서로 전기적으로 병렬 연결되도록 구성될 수 있다. 일 실시예는 LED모듈 어레이(100)가 하나의 제1 LED 그룹(120)과 두개의 제2 LED 그룹(110, 130)으로 구성된 경우를 예를 들어 설명하나, 이에 한정하는 것은 아니며, 두개의 제1 LED 그룹과 두개의 제2 LED 그룹을 포함할 수 있으며, 3개의 제1 LED 그룹과 두개의 제2 LED 그룹을 포함하는 등 다양하게 변형 가능하다. 또한, 제2 LED 그룹(110, 130)이 복수인 경우, 제1 LED 그룹(120)은 제2 LED 그룹(110, 130)의 사이에 배치될 수 있으며, 제2 LED 그룹(110, 130)은 제1 LED 그룹(120)의 양단에 동일한 수로 배치될 수 있다.
제1 LED 그룹(120) 및 제2 LED 그룹(110, 130)은 벌브(200)의 내부 공간에, 중심축(C1)에 대하여 서로 다른 각도로 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 LED 그룹(120)은, LED모듈(LM5~LM7)의 길이방향의 사잇각(θ1)이 제2 LED 그룹(110, 130)의 LED모듈(LM1~LM4, LM8~LM11)의 길이방향의 사잇각(θ2)에 비해 큰 각도를 갖도록 배치될 수 있다. 따라서, 벌브(200)의 측면에 배치되는 제2 LED 그룹(110, 130)은 중심축(C1)에 대하여 서로 동일한 배광방향(D1)을 갖도록 배치될 수 있으며, 제1 LED 그룹(120)은 중심축(C1)과 동일한 배광방향(D2)을 가질 수 있다. 여기서 배광방향이란, LED모듈에서 방출된 광이 조사되는 방향인, LED모듈의 길이 방향에 대해 수직인 방향인 것으로 정의한다.
또한, 제1 LED 그룹(120)에 포함된 LED모듈(LM5~LM7)은 중심축(C1)을 향하여 나란하게 배치될 수 있다.
따라서, 도 10에 도시된 바와 같이, 일실시예의 LED모듈 어레이(100)는 중심축(C1) 상에 배치된 제1 LED 그룹(120)으로 인해, 중심축(C1) 방향을 향하여 방출되는 광이 증가하는 배광분포(G1)를 가진다. 따라서, 중심축(C1) 상에 LED모듈이 배치되지 않은 LED모듈 어레이의 배광분포(G2)에 비해, 배광분포가 균일해지는 효과가 있다. 따라서, 본 실시예의 경우, 백열 전구에 채용된 필라멘트의 배광분포와 더욱 유사한 배광분포를 가질 수 있다.
또한, 제1 LED 그룹(120)에 포함된 LED모듈(LM5~LM7)의 길이 및/또는 개수를 제2 LED 그룹(110, 130)에 포함된 LED모듈(LM1~LM4, LM8~LM11)의 길이 및/또는 개수와 다르도록 구성할 수 있다. 예를 들어, 제1 LED 그룹(120)에 포함된 LED모듈들의 개수를, 제2 LED 그룹(110, 130)에 포함된 LED모듈들의 개수보다 적게할 수 있다. 또한, 제1 LED 그룹(120)에 포함된 LED모듈들의 길이를, 제2 LED 그룹(110, 130)에 포함된 LED모듈들의 길이보다 짧게 할 수 있다. 여기서, LED모듈의 길이는 접속단자의 길이를 제외한 부분의 길이를 의미하는 것으로 정의한다. 실시예에 따라서는, 길이가 짧은 LED모듈에 포함된 복수의 발광다이오드 칩을 하나의 멀티정션(multi-junction)구조를 갖는 반도체 발광소자로 대체할 수도 있다.
이와 같은 LED모듈 어레이(100)를 벌브(200) 내에 배치할 경우, 입구가 좁은 벌브(200)의 특성상, 벌브(200) 내에 배치할 수 있는 LED모듈 어레이(100)의 폭(LA)이 제한되는 문제점이 있다(도 2 참조). LED모듈 어레이(100)를 3개 이상의 LED 그룹으로 구성할 경우에는 LED모듈 어레이(100)의 전체 길이가 증가하여, 벌브(200) 내에 배치된 LED모듈 어레이(100)의 폭(LA)도 증가하게 된다. 따라서, 기존의 백열 전구의 벌브 내에 LED모듈 어레이(100)를 배치할 수 없는 문제점이 발생할 수 있다. 본 실시예는 중심축(C1) 상에 배치된 제1 LED 그룹(120)에 포함된 LED모듈의 길이를 제2 LED 그룹(110, 130)에 포함된 LED모듈의 길이에 비해 짧게함으로써, LED모듈 어레이(100)의 폭(LA)의 증가를 최소화하였다. 따라서, 종래에 사용되던 백열전구의 벌브 내에 LED모듈 어레이(100)를 배치할 수 있는 효과가 있다.
일 실시예의 경우, 복수의 LED 그룹(110, 120, 130) 중 제2 LED 그룹(110, 130)의 사이에 배치된 제1 LED 그룹(120)의 길이(L2)는 제2 LED 그룹(110, 130)의 길이(L1)보다 작도록 배치될 수 있다.
또한, 제1 LED 그룹(120)의 LED모듈(LM5~LM7)의 개수를 제2 LED 그룹(110, 130)의 LED모듈(LM1~LM4, LM8~LM11)의 개수보다 작도록 배치될 수 있다.
또한, 제1 LED 그룹(120)의 각 LED모듈(LM5~LM7)에 포함된 발광다이오드 칩의 개수를 제2 LED 그룹(110, 130)의 각 LED모듈(LM1~LM4, LM8~LM11)에 포함된 발광다이오드 칩의 개수보다 작도록 배치될 수 있다.
또한, 제1 LED 그룹(120)의 각 LED모듈(LM5~LM7)에 포함된 발광다이오드 칩들 사이의 간격을 제2 LED 그룹(110, 130)의 각 LED모듈(LM1~LM4, LM8~LM11)에 포함된 발광다이오드 칩들 사이의 간격보다 작도록 배치될 수 있다.
일 실시예의 경우, 제1 LED 그룹(120)은 3개의 LED모듈을 포함하며, 제2 LED 그룹(110, 130)은 각각 4개의 LED모듈을 포함하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기와 같은 구성의 LED모듈 어레이(100)는 중심축(C1) 상에 LED모듈이 배치되지 않은 LED모듈 어레이에 비해, 방출되는 총 광량은 동일하면서도, 제조비용이 감소되고, 배광분포 및 방열효과는 향상되는 효과가 있다. 이하에서는 도 4 및 도 9를 참조하여, 이에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 4는 제1 LED 그룹(120) 및 제2 LED 그룹(110, 130)의 전기적 접속관계를 도시한 LED모듈 어레이(100)의 회로도이다. 제1 LED 그룹(120) 및 제2 LED 그룹(110, 130)은 서로 직렬접속되도록 배치된다. 본 실시예의 경우, 제1 LED 그룹(120)의 LED모듈(LM5~LM7)이 각각 7개의 발광다이오드 칩(LED2-1~LED2-7)을 포함하며, 제2 LED 그룹(110, 130)의 LED모듈(LM1~LM4, LM8~LM11)이 각각 18개의 발광다이오드 칩(LED1-1, LED1-18, LED3-1, LED3-18)을 포함하는 경우를 예로 들어 설명한다.
도 4의 실시예의 iT가 60mA이면, 제2 LED 그룹(110)의 각 LED모듈(LM1~LM4)에 흐르는 전류(i1)는 15mA이며, 제1 LED 그룹(120)의 각 LED모듈(LM5~LM7)에 흐르는 전류(i2)는 20mA이며, 제2 LED 그룹(130)의 각 LED모듈(LM8~LM11)에 흐르는 전류(i3)는 15mA이다. 각 LED모듈에 실장된 발광다이오드 칩의 개수를 고려하여 전력소모를 계산하면, 제2 LED 그룹(120)의 LED모듈(LM5~LM7)은 각각 0.58W의 전력을 소모하며, 제2 LED 그룹(110, 130)의 LED모듈(LM1~LM4, LM8~LM11)은 각각 0.83W의 전력을 소모함을 알 수 있다. 전력 소모량으로부터 발광량을 계산하면, 제1 LED 그룹(120)의 LED모듈(LM5~LM7)은 각각 66lm의 광량을 방출하며, 제2 LED 그룹(110, 130)의 LED모듈(LM1~LM4, LM8~LM11)은 각각 100lm의 광량을 방출한다. 따라서, 제1 LED 그룹(120)은 200lm의 광량을 방출하며, 제2 LED 그룹(110, 130)은 각각 400lm의 광량을 방출한다.
반면에, 도 9의 비교예의 경우, 두개의 LED 그룹(110a, 130a)이 서로 직렬연결되어 있으며, 각각의 LED 그룹(110a, 130a)에는 4개의 LED모듈(LM1c~LM8c)이 포함되어 있다. 또한, 각각의 LED모듈(LM1c~LM8c)에는 24개의 발광다이오드 칩(LED4-1~LED4-24, LED5-1~LED5-24)이 포함되어 있다. 도 4의 실시예와 동일하게 iT가 60mA이면, LED 그룹(110a, 130a)의 각 LED모듈(LM1c~LM8c)에 흐르는 전류(i4, i5)는 15mA이므로, 각 LED모듈에 실장된 발광다이오드 칩의 개수를 고려하여 전력소모를 계산하면, 각각의 LED 그룹(110a, 130a)은 1.04W의 전력을 소모하게 된다. 전력 소모량으로부터 발광량을 계산하면, LED 그룹(110c, 130c)의 LED모듈(LM1c~LM8c)은 각각 125lm의 광량을 방출하게 된다. 따라서, LED 그룹(110c, 130c)은 각각 500lm의 광량을 방출한다.
따라서, 본 실시예와 도 9의 비교예는 동일한 총 광량(1000lm)을 방출하나, 본 실시예의 발광다이오드 칩은 186개이고, 비교예의 발광다이오드 칩은 192개이므로, 본 실시예가 비교예에 비해 본 실시예의 발광다이오드 칩의 개수가 적음을 알 수 있다. 또한, 실장되는 칩 개수가 감소하면, 발광다이오드 칩이 실장되는 데 필요한 회로기판의 길이도 감소하게 되므로, LED모듈의 제조비용이 감소되는 효과가 있다.
또한, 본 실시예는, 앞서 설명한 바와 같이, 중심축(C1) 상에 제1 LED 그룹(120)이 배치되어, 비교예에 비해 배광분포가 향상되는 효과가 있다. 또한, 본 실시예는, 비교예에 비하여 발광다이오드 칩의 개수가 감소하여, LED모듈 어레이에서 방출되는 열이 감소하는 효과가 있다. 또란, LED모듈의 개수가 증가하여 공기와 맞닿는 면적이 증가하므로, 방열효율이 증가하여 방열효과가 향상되는 효과가 있다.
도 8에는 도 3의 실시예의 LED모듈 어레이(100)의 변형예로서, LED 그룹의 개수를 증가시킨 LED모듈 어레이의 전개도가 도시되어 있다.
도 8를 참조하면, 본 실시예에 따른 LED모듈 어레이(100c)는 상술한 실시예와 비교하여, 제1 전극 프레임을 두개(410c, 410d)로 분할하고, 제1 및 제2 전극 프레임도 각각 두개(410e, 410f)(420c, 420d)로 분할하여, LED모듈 어레이에 포함된 LED 그룹의 개수를 증가시킨 차이점이 있다. 앞서 설명한 실시예와 비교할 때, 포함된 LED모듈(LM1b~LM10b)의 개수는 1개 감소되었으나, 직렬연결된 LED 그룹(110c, 120c, 130c, 140c, 150c, 160c)의 개수가 6개로 증가하였음을 알 수 있다. 변형예의 경우, 분할된 제1 전극 프레임(410c, 410d)을 통해 전원이 인가된다.
도 5 내지 도 7에는 상술한 실시예와 다른 구조의 LED모듈 어레이를 갖는 LED램프(20)가 도시되어 있다. 도 5는 본 발명의 일 실시에에 의한 LED램프의 사시도이고, 도 6은 도 5의 II-II'방향에서 본 측단면도이며, 도 7은 도 5의 LED모듈 어레이의 전개도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 LED램프(20)는 상술된 실시예에 따른 벌브(200), 벌브(200)의 일단에 결합된 베이스(600)및 상기 벌브(200)의 내부 공간에 수용되며 복수의 LED모듈(LM1a~LM14a)을 갖는 LED모듈 어레이(100 a)를 포함한다. 상기 LED모듈 어레이(100a)는 도 1에 도시된 LED모듈 어레이(100)와 유사하게 구성될 수 있으나, LED모듈(LM1a~LM14a)의 개수 및 배치, 지주(300a)와 프레임(400a)의 구성이 상이하다.
본 실시예의 LED모듈 어레이(100a)는 상술된 실시예에 따른 LED모듈 어레이(100)에 비해 복수의 제1 LED 그룹(120a, 130a)이 배치된 차이점이 있다. 상술된 실시예의 경우, 제1 LED 그룹(120)이 중심축(C1)에 배치되었으나, 본 실시예는 제1 LED 그룹이 복수개로 구성되며, 복수개의 제1 LED 그룹(120a, 130a)이 중심축(C2)에 대하여 동일한 배광방향(D4)을 갖도록 대칭으로 배치된 차이점이 있다. 제2 LED 그룹(110a, 140a)이 중심축(C2)에 대하여 동일한 배광방향(D3)을 갖도록 배치된 점은 상술된 실시예와 동일하다. 상술한 실시예와 유사하게, 제2 LED 그룹(110a, 140a)의 사이에 배치된 제1 LED 그룹(120a, 130a)의 길이(L4)는 제2 LED 그룹(110a, 140a)의 길이(L3)보다 짧게 배치될 수 있다. 또한, 제1 LED 그룹(120a, 130a)의 각 LED모듈(LM5a~LM7a, LM8a~LM10a)의 개수는 제2 LED 그룹(110a, 140a)의 LED모듈(LM1a~LM4a, LM11a~LM14a)의 개수보다 적게 배치될 수 있다.
또한, 본 실시예의 프레임(400a)은 상술된 실시예에 따른 프레임(400)에 비해, 제3 연결 프레임(440)을 더 포함하는 차이점이 있으며, 상기 지주(300a)는 상기 제3 연결 프레임(440)을 지지하기 위한 안착부(320)를 더 포함할 수 있다. 상기 지주(300a)의 중단(310)에는 제1 및 제2 전극 프레임(410a, 410b)이 고정되도록 설치되어, 상기 제1 및 제2 전극 프레임(410a, 410b)에 용접되는 복수의 LED모듈(LM1a~LM4a, LM11a~LM14a)을 지지할 수 있으며, 상기 제1 및 제2 전극 프레임(410a, 410b)은 각각 지주(300a)에 매립된 제1 및 제2 전선(500a, 500b)와 연결되어 상기 전원부(700)로부터 공급되는 전력이 인가될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 채용가능한 LED모듈을 나타내는 측단면도이고, 도 12는 도 11에 도시한 LED모듈의 확대도이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, LED모듈(1000)은, 발광 다이오드 칩(1200)과, 상기 발광 다이오드 칩(1200)이 실장된 회로 기판(1100)과, 상기 발광 다이오드 칩(1200)을 둘러싸는 파장변환부(1400)와, 상기 발광 다이오드 칩(1200)에 연결되며 전원을 인가하기 위한 제1 및 제2 접속 단자(1500a,1500b)를 포함한다.
상기 회로 기판(1100)은 상기 발광 다이오드 칩(1200)이 실장되는 면을 가지며, 일 방향으로 긴 판재 형상으로 이루어질 수 있다. 상기 회로 기판(1100)은 유리, 경질 유리, 석영 유리, 투명 세라믹, 사파이어 또는 플라스틱 등으로 제조된 투광성 기판일 수 있으며, 실시예에 따라서는, 상기 발광 다이오드 칩(1200)의 투광성 지지 기판과 동일한 재질로 이루어질 수 있다.
도 12를 참조하면, 상기 발광 다이오드 칩(1200)은 광투과성 기판(1210)상에 순차적으로 배치된 제1 도전형 반도체층(1220a), 다중 양자 우물 구조인 활성층(1220b)및 제2 도전형 반도체층(1220c)을 포함하는 발광 적층체(1220)를 포함할 수 있다.
상기 광투과성 기판(1210)은 사파이어, SiC, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN 등의 물질로 이루어진 반도체 성장용 기판을 사용할 수 있다. 이 경우, 사파이어는 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 및 a축 방향의 격자상수가 각각 13.000Å과 4.758Å이며, C(0001)면, A(11-20)면, R(1-102)면 등을 가질 수 있다. 이 경우, 상기 C면은 비교적 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 질화물 성장용 기판으로 주로 사용될 수 있다.
상기 광투과성 기판(1210)은 서로 대향하는 면을 가질 수 있으며, 대향하는 면 중 적어도 하나에는 요철구조가 형성될 수 있다. 상기 요철구조는 상기 광투과성 기판(1210)의 일부를 식각함으로써 제공될 수 있으며, 이와 달리 상기 광투과성 기판(1210)과 다른 이종 물질층을 형성함으로써 제공될 수도 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(1220a)은 n형 AlxInyGa1-x- yN (0≤x<1, 0≤y<1, 0≤x+y<1)을 만족하는 질화물 반도체일 수 있으며, n형 불순물은 Si일 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(1220c)은 p형 AlxInyGa1-x- yN (0≤x<1, 0≤y<1, 0≤x+y<1)을 만족하는 질화물 반도체층일 수 있으며, p형 불순물은 Mg일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 반도체층(1220a)은 n형 GaN을 포함할 수 있으며, 상기 제2 도전형 반도체층(1220c)은 p형 GaN을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 도전형 반도체층(1220c)은 단층 구조로 구현될 수도 있으나, 필요에 따라 서로 다른 조성을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
상기 활성층(1220b)은 양자 우물층과 양자 장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조일 수 있다. 예를 들어, 상기 양자 우물층과 양자 장벽층은 서로 다른 조성을 갖는 AlxInyGa1-x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)로 이루어질 수 있다. 특정 예에서, 상기 양자 우물층(16a)은 InxGa1 - xN (0<x≤1)이며, 상기 양자 장벽층(16b)은 GaN 또는 AlGaN일 수 있다.
상기 발광 다이오드 칩(1200)은, 상기 제1 도전형 반도체층(1220a)에 배치된 제1 전극(1240)과, 상기 제2 도전형 반도체층(1220c) 상에 순차적으로 배치된 오믹콘택층(1230)과 제2 전극(1250)을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극(1240)과 오믹콘택층(1230)은 이에 한정되지 않지만, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 포함할 수 있으며, 단일층 또는 2층 이상의 구조로 채용될 수 있다. 상기 제1 전극(1240)은 콘택 전극층으로서 Cr/Au을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극(1240)은 콘택 전극층 상에 패드 전극층을 더 포함할 수 있다. 상기 패드 전극층은 Au, Sn 또는 Au/Sn층일 수 있다.
상기 오믹콘택층(1230)은 칩 구조에 따라 다양하게 구현될 수 있다. 예를 들어 플립칩 구조인 경우에, 상기 오믹콘택층(1230)은 Ag을 포함할 수 있다. 이와 반대로 배치되는 구조인 경우에, 상기 오믹콘택층(1230)은 투광성 전극으로 이루어질 수 있다. 상기 투광성 전극은 투명 전도성 산화물층 또는 질화물층 중 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, ITO(Indium Tin Oxide), ZITO(Zinc-doped Indium Tin Oxide), ZIO(Zinc Indium Oxide), GIO(Gallium Indium Oxide), ZTO(Zinc TinOxide), FTO(Fluorine-doped Tin Oxide), AZO(Aluminium-doped Zinc Oxide), GZO(Gallium-doped Zinc Oxide), In4Sn3O12 및 Zn(1-x)MgxO(Zinc Magnesium Oxide, 0≤x≤1)로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다. 필요에 따라, 상기 오믹콘택층(1230)은 그래핀(graphene)을 포함할 수도 있다. 상기 제2 전극(1250)은 Au, Sn 또는 Au/Sn을 포함할 수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 제1 및 제2 접속 단자(1500a,1500b)는 상기 발광 다이오드 칩(1200)의 제1 및 제2 전극(1240, 1250)에 접속되도록 상기 회로 기판(1100)양단에 배치되며, 상기 제1 및 제2 전극(1240, 1250)과 접속하는 면에는 열전도성을 향상시키기 위한 써멀 페이스트가 도포되거나 금속층이 증착될 수 있다. 상기 써멀 페이스트는 열전도성이 좋은 다이아몬드, Ag, AlN, BN 및 ZnO의 필러를 포함할 수 있으며, 상기 금속층은 Au, Sn,Ag, Al, W, Ni, Cu, In 및 Pb를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 발광 다이오드 칩(1200)에서 방출된 열은, 회로 기판(1100)을 통해, 상기 제1 및 제2 접속 단자(1500a,1500b)로 신속하게 방출될 수 있다.
상기 파장변환부(1400)는 발광 다이오드 칩(1200)이 실장된 상기 회로 기판(1100)의 제1 면(1100a) 뿐만 아니라 제2 면(1100b)까지 덮도록 형성될 수 있다. 본 실시예의 경우, 상기 파장변환부(1400)는 상기 회로 기판(1100)의 상면에 위치한 발광 다이오드 칩(1200)을 덮으면서 상기 회로 기판(1100)을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 따라서, LED모듈(1000)의 상부와 하부 방향으로 방출되는 광(L) 모두가 파장변환부(1400)에 의해 원하는 광으로 변환될 수 있다. 상기 파장변환부(140)는 LED모듈(1000)이 포함된 LED 그룹에 따라, 서로 다은 조성의 파장변환물질을 포함하도록 구성하여, LED 그룹에 따라 다른 색온도의 광을 방출하도록 구성할 수도 있다.
도 13은 도 11의 LED모듈의 정단면도이다. 도 13을 참조하면, 회로 기판(1100)의 상면을 연장한 실장면(P-P')이 파장변환부(1400)의 중심(C0)을 지나는 면(CP-CP')보다 하부에 배치되어, 파장변환부(1400)의 전방부(1400A)의 표면적이 후방부(1400B)의 표면적보다 넓게 배치될 수 있다. 이러한 배치를 활용하여 상하면으로 배출되는 광량이 조절될 수 있다.
도 14 및 도 15에는 상술된 실시예와 다른 구조의 파장변환부를 갖는 LED모듈이 도시되어 있다.
도 14를 참조하면, 본 실시예에 따른 LED모듈(1000A)은 상술된 실시예에 따른 발광다이오드 칩(1200) 및 회로 기판(1100')과 상기 발광다이오드 칩(1200)을 둘러싸는 파장변환부(1400')를 포함할 수 있다. 상기 파장변환부(1400')는 도 17에 도시된 파장변환부(1400)와 유사하게 구성될 수 있다.
앞선 실시예(도 13 참조)와 비교하여, 파장변환부(1400')가 발광다이오드 칩(1200)이 실장된 회로 기판(1100')의 일면 중 일부 영역(A1)에만 형성되어, 회로 기판(1100')의 양단 영역(A2)이 노출되며, 회로 기판(1100') 상에 반사층(1600)이 배치된 차이점이 있다. 상기 발광다이오드 칩(1200)에서 방출된 광(L)은 상기 반사층(1600)에서 반사되어 전면으로 방출되므로, 파장변환부(1400')를 발광다이오드 칩(1200)이 실장된 면에만 형성할 수 있다. 따라서, 파장변환부(1400')가 사용되는 양을 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 발열 효율이 낮은 파장변환부(1400')가 형성되지 않은 영역이 증가하므로, LED모듈(1200)의 발열효율이 증가하는 효과가 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 의한 LED모듈의 평면도이고, 도 16은 도 15의 IV-IV' 방향에서 본 측단면도이다.
도 15를 참조하면, 본 실시예에 따른 LED모듈(2000)은, 회로 기판(2100)과, 상기 회로 기판(2100)의 일면에 실장된 복수의 발광다이오드 칩(1200)과, 상기 복수의 발광다이오드 칩(1200)을 둘러싸는 파장변환부(1400)와, 상기 발광다이오드 칩(1200)에 연결되며 전원을 인가하기 위한 제1 및 제2 접속 단자(1500a, 1500b)를 포함한다.
상기 파장변환부(1400)는 도 11에 도시된 파장변환부(1400)와 유사하게 구성될 수 있다.
상기 복수의 발광다이오드 칩(1200)은 와이어(1300) 연결을 통해 서로 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 회로 기판(2100) 상에 별도의 패키지 없이 COB(Chip On Board)의 형태로 직접 실장될 수도 있다. 일 실시예에서는 복수의 발광다이오드 칩(1200)이 와이어(1300)를 통해 직렬로 연결된 경우를 예시하였다.
상기 회로 기판(2100)은 도 11에 도시된 회로 기판(1100)과 유사하게 투광성 기판으로 구성될 수 있으나, 실시예에 따라서는 발열이 우수한 금속기판으로 구성될 수 있다. 또한, 도 16을 참조하면, 상기 회로 기판(2100)은 파장변환부(1400)가 배치된 영역(A3)을 제외한 영역(A4), 즉, 폭 방향의 양단(2100a, 2100b)이 공기 중에 노출되어, 발광다이오드 칩(1200)에서 방출된 열(H)을 신속하게 발열할 수 있다.
도 17에는 상술된 실시예와 다른 구조를 갖는 LED모듈이 도시되어 있다.
도 17을 참조하면, 본 실시예에 따른 LED모듈(3000)은 발광다이오드 칩(3200)과 상기 발광다이오드 칩(3200)이 실장된 일면(3100a) 및 타면(3011b)을 갖는 회로 기판(3100)과 상기 발광다이오드 칩(3200)을 둘러싸는 파장변환부(1400)를 포함할 수 있다. 상기 회로 기판(3100)의 일면(3100a)에는 발광다이오드 칩(3200)이 솔더에 의해 접속되는 제1 및 제2 본딩패드(3110a, 3100b)가 배치될 수 있다.
앞선 실시예(도 11 참조)와 비교하여, 복수의 발광다이오드 칩을 하나의 멀티정션(multi-junction)구조의 발광다이오드 칩(3200)으로 대체된 차이점이 있다. 멀티정션 구조의 발광다이오드 칩(3200)은 하나의 반도체 적층체의 일부 영역을 메사 에칭하여 제1 도전형 반도체층을 공유하는 복수의 발광셀을 포함하는 구조를 가진다. 따라서, 복수의 반도체 발광소자를 하나의 멀티정션 구조의 발광다이오드 칩(3200)로 대체하면, 동일한 개수의 발광셀을 갖는 LED모듈의 길이를 더 짧은 길이로 제조하여, 제조비용을 감소시킬 수 있는 장점이 있다. 도 11의 실시예와 비교할 때, 도 17의 LED모듈(3000)의 길이(TL2)는 도 11의 LED모듈(1000)의 길이(TL1)에 비해 짧으므로, 회로 기판(3100) 및 파장변환부(1400)를 제조하는 데에 소요되는 비용이 감소된다.
지금까지의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: LED램프
100: LED모듈 어레이
200: 벌브
300: 지주
400: 프레임
500a, 500b: 제1 및 제2 전선
600: 베이스
700: 전원부

Claims (20)

  1. 벌브(bulb);
    상기 벌브의 일단에 결합된 베이스부;
    상기 벌브의 내부 공간에 수용되어 배치된 LED모듈 어레이;를 포함하며,
    상기 LED모듈 어레이는,
    각각, 막대 형상인 하나 또는 서로 병렬 연결된 복수의 LED모듈로 구성되며 서로 직렬 연결된 복수의 LED 그룹을 포함하며,
    상기 복수의 LED 그룹은, 상기 벌브의 일단과 타단을 연결하는 중심축 상에 배치되는 적어도 하나의 제1 LED 그룹 및 상기 제1 LED 그룹의 양단에 배치되는 복수의 제2 LED 그룹을 포함하며,
    상기 제1 LED 그룹에 포함된 LED모듈의 개수는 상기 제2 LED 그룹에 포함된 LED모듈의 개수보다 적으며,
    상기 제1 LED 그룹에 포함된 LED모듈의 LED 칩의 개수는, 상기 제2 LED 그룹에 포함된 LED모듈의 LED 칩의 개수보다 적은 LED램프.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제2 LED 그룹은 상기 제1 LED 그룹의 양단에 동일한 수로 배치되는 LED램프.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 LED모듈은,
    제1 면 및 이에 대향하는 제2 면을 갖는 바(bar) 형상 투명기판;
    상기 투명기판의 제1 면 상에 실장되고, 서로 전기적으로 연결된 복수의 발광 다이오드 칩;
    상기 투명기판의 양단에 배치되며 상기 복수의 발광 다이오드 칩에 전기적으로 접속된 제1 및 제2 접속단자; 및
    상기 발광 다이오드 칩을 덮는 파장변환부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED램프.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 LED 그룹에 포함된 LED모듈의 투명기판의 길이는, 상기 제2 LED 그룹에 포함된 LED모듈의 투명기판의 길이 보다 작은 것을 특징으로 하는 LED램프.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 LED 그룹은 복수의 LED모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED램프.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 LED 그룹은 상기 복수의 LED모듈이 병렬로 연결되도록 상기 복수의 LED모듈의 양단에 각각 접속된 제1 및 제2 전도성 프레임을 포함하는 LED램프.
  10. 벌브(bulb);
    상기 벌브의 일단에 결합된 베이스부;
    상기 벌브의 내부 공간에 수용되어 배치된 LED모듈 어레이;를 포함하며,
    상기 LED모듈 어레이는,
    각각, 막대 형상인 하나 또는 서로 병렬 연결된 복수의 LED모듈로 구성되며, 서로 직렬 연결된 복수의 LED 그룹을 포함하며,
    상기 복수의 LED 그룹은, 상기 벌브의 일단과 타단을 연결하는 중심축 상에 배치되는 적어도 하나의 LED 그룹 및 상기 적어도 하나의 LED 그룹의 양단에 배치되는 복수의 다른 LED 그룹을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 LED 그룹에 포함된 LED모듈의 길이는 상기 다른 LED 그룹에 포함된 LED모듈의 길이보다 작은 LED램프.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 LED 그룹은 상기 벌브의 일단과 타단을 연결하는 중심축 상에 배치된 것을 특징으로 하는 LED램프.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 중심축에 대하여, 상기 LED모듈의 길이 방향이 상기 다른 LED 그룹의 LED모듈의 길이 방향과 상이한 사잇각을 갖도록 배치된 것을 특징으로 하는 LED램프.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 중심축에 대하여, 상기 LED모듈의 길이 방향이 상기 다른 LED 그룹의 LED모듈의 길이 방향보다 큰 사잇각을 갖도록 배치된 것을 특징으로 하는 LED램프.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 다른 LED 그룹은 복수의 LED모듈을 포함하며,
    상기 복수의 LED모듈의 길이 방향은 상기 중심축에 대하여 서로 동일한 사잇각을 갖는 것을 특징으로 하는 LED램프.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 LED 그룹은 복수의 LED모듈을 포함하며, 상기 복수의 LED모듈은 상기 중심축을 향하여 나란하게 배치된 것을 특징으로 하는 LED램프.

  16. 제10항에 있어서,
    상기 LED모듈은,
    제1 면 및 이에 대향하는 제2 면을 갖는 긴 바(bar) 형상 투명기판;
    상기 투명기판의 제1 면 상에 실장되고, 서로 전기적으로 연결된 복수의 발광 다이오드 칩;
    상기 투명기판의 양단에 배치되며 상기 복수의 발광 다이오드 칩에 전기적으로 접속된 제1 및 제2 접속단자; 및
    상기 발광 다이오드 칩을 덮는 파장변환부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED램프.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 LED모듈 어레이는 제1 및 제2 LED모듈 어레이를 포함하며,
    상기 제1 LED모듈 어레이와 상기 제2 LED모듈 어레이에 각각 포함된 파장변환부는 서로 다른 파장변환물질의 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 LED램프.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 어레이에 전원을 인가하는 전원부를 더 포함하며,
    상기 전원부는 상기 제1 및 제2 어레이를 선택적으로 구동하는 것을 특징으로 하는 LED램프.
  19. 삭제
  20. 삭제
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