KR101246033B1 - 피엔접합 반도체 발광소자 조명 장치 및 이를 조광하는 방법 - Google Patents

피엔접합 반도체 발광소자 조명 장치 및 이를 조광하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시는 조광기에 의해 조절된 교류를 공급하는 단계; 공급된 교류에 의해, 제1 전압에서, 제1 경계 내에 위치하는 하나의 피엔접합 발광소자와 제2 경계 내에 위치하는 하나의 피엔접합 발광소자를 가지는 제1 그룹을, 제1 스위치를 온(on) 시킨 상태에서, 발광시키는 단계; 그리고, 공급된 전류에 의해 제1 전압보다 높은 제2 전압에서, 제1 경계 내에 위치하는 다른 하나의 피엔접합 발광소자와 제2 경계 내에 위치하는 다른 하나의 피엔접합 발광소자를 가지며 제1 그룹에 직렬로 연결된 제2 그룹을, 제1 그룹과 제2 그룹 사이에 위치하는 제1 스위치를 오프(off)한 상태에서, 발광시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 피엔접합 발광소자 조명장치를 조광하는 방법에 관한 것이다.

Description

피엔접합 반도체 발광소자 조명 장치 및 이를 조광하는 방법{LIGHTING APPARATUS USING PN JUNCTION LIGHT EMITTING MEANS AND DIMMING METHOD FOR THE SAME}
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 피엔접합 반도체 발광소자 조명장치 및 이를 조광하는 방법에 관한 것으로, 특히 조광기와 함께 사용이 가능한 교류를 이용하는 피엔접합 반도체 발광소자 조명장치 및 이를 조광하는 방법에 관한 것이다.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
도 1은 종래의 조명 장치의 일 예를 나타내는 도면으로서, 조명 장치(9)는 별도의 구동 회로 없이 교류 전원(1)에 직접 연결되어 있으며, 엘이디(2,3,4)와 엘이디(5,6,7)가 극성을 달리하여 병렬연결되어 있다. 필요한 전압의 조절은 저항(8)을 통해 이루어지며, 양(+)의 전압 인가시에 발광 다이오드(5,6,7)가 발광되고, 음(-)의 전압 인가시에 엘이디(2,3,4)가 발광된다.
이러한 조명 장치는 교류를 직류로 전환하는 별도의 구동 회로 없이도 간단히 엘이디 조명 장치를 구현하는 이점을 가지지만, 조광기(Dimmer; 도 2 참조)의 사용에 문제점을 야기한다. 예를 들어 직렬연결된 엘이디(5,6,7)의 구동에 10V가 필요한 경우에 5V로 조광된다면, 전류가 도통되지 않게 된다. 도통 시간을 on/off하는 방식의 조광기를 이용하는 경우에, 기본적으로 10V 이하에서 엘이디(5,6,7)가 발광하지 않아 발광 시간이 제약되는데, 더하여 조광기에 의해 도통 시간이 제약되면 눈깜박임 등의 문제점을 야기할 수 있다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 조광기에 의해 조절된 교류를 공급하는 단계; 공급된 교류에 의해, 제1 전압에서, 제1 경계 내에 위치하는 하나의 피엔접합 발광소자와 제2 경계 내에 위치하는 하나의 피엔접합 발광소자를 가지는 제1 그룹을, 제1 스위치를 온(on) 시킨 상태에서, 발광시키는 단계; 그리고, 공급된 전류에 의해 제1 전압보다 높은 제2 전압에서, 제1 경계 내에 위치하는 다른 하나의 피엔접합 발광소자와 제2 경계 내에 위치하는 다른 하나의 피엔접합 발광소자를 가지며 제1 그룹에 직렬로 연결된 제2 그룹을, 제1 그룹과 제2 그룹 사이에 위치하는 제1 스위치를 오프(off)한 상태에서, 발광시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 피엔접합 발광소자 조명장치를 조광하는 방법이 제공된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 종래의 조명 장치의 일 예를 나타내는 도면,
도 2는 종래의 조광기를 구비한 조명 장치의 일 예를 나타내는 도면,
도 3은 본 개시에 따른 피엔접합 발광소자 조명장치의 일 예를 나타내는 도면,
도 4는 조광기의 적용에 따른 교류 전압의 변화를 설명하는 도면,
도 5는 스위치 구성의 일 예를 나타내는 도면,
도 6은 본 개시에 따른 패키지를 이용하는 피엔접합 발광소자 조명장치의 일 예를 나타내는 도면.
이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).
도 3은 본 개시에 따른 피엔접합 발광소자 조명장치의 일 예를 나타내는 도면으로서, 조광기(10), 교류전원(20), 제1 그룹(30)의 엘이디(31,32,33), 제2 그룹(40)의 엘이디(41,42,43), 제3 그룹(50)의 엘이디(51,52,53), 제1 그룹(30)과 제2 그룹(40) 사이에 위치하는 스위치(60), 제2 그룹(40)과 제3 그룹(50) 사이에 위치하는 스위치(70), 그리고 브릿지 다이오드로 된 정류회로(80)가 구비되어 있다. 정류회로(80)를 구비함으로써, 도 1 및 도 2와 달리 엘이디를 양방향으로 배치하지 않아도 된다. 그룹의 수에는 제한이 없으나, 2이상의 그룹이 필요하다. 하나의 그룹 내에서 엘이디는 병렬로 연결되어도 좋고 직렬로 연결되어도 좋다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 교류 전압이 V1에 이르면 제1 그룹(30)의 엘이디(31,32,33)가 발광될 수 있다. 이때 스위치(60)가 온(on)되어 있으면 교류가 흐를 수 있게 되어 제1 그룹(30)의 발광이 가능해진다. 또한 교류 전압이 V2에 이르면 제2 그룹(40)의 엘이디(41,42,43)가 발광될 수 있고, 이때 스위치(60)가 오프(off)되고 스위치(70)가 온(on)되어 있으면 제1 그룹(30) 및 제2 그룹(40)의 발광이 가능해진다. 또한 교류 전압이 V3에 이르면 제3 그룹(50)의 엘이디(51,52,53)도 발광될 수 있고, 이때 스위치(60) 및 스위치(70)가 오프(off)되어 있으면 제1 그룹(30), 제2 그룹(40) 및 제3 그룹(50)의 발광이 가능해진다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 조광기에 의해 최대 전압이 V2과 V3 사이의 값으로 설정되면, 제1 그룹(30) 및 제2 그룹(40)에서만 발광이 일어나고, 제3 그룹(50)에서는 발광이 일어나지 않게 된다. 본 개시는 제1 그룹(30)에 속하는 엘이디(31), 제2 그룹(40)에 속하는 엘이디(41) 및 제3 그룹(50)에 속하는 엘이디(51)를 하나의 경계(100; boundary)에 포함시키고, 제1 그룹(30)에 속하는 엘이디(32), 제2 그룹(40)에 속하는 엘이디(42) 및 제3 그룹(50)에 속하는 엘이디(52)를 다른 하나의 경계(200; boundary)에 포함시키고, 제1 그룹(30)에 속하는 엘이디(33), 제2 그룹(40)에 속하는 엘이디(43) 및 제3 그룹(50)에 속하는 엘이디(53)를 또다른 하나의 경계(300; boundary)에 포함시킴으로써, 조광에 의해 제3 그룹(50)이 발광되지 않더라도, 조명장치에 두루 위치하는 제1 경계(100), 제2 경계(200) 및 제3 경계(300) 모두에서 발광이 이루어지도록 하고 있다. 경계는 예를 들어 패키지에 의해 정의될 수 있다. 즉, V1 이상의 교류 전압에서 제1 경계(100)의 엘이디(31), 제2 경계(200)의 엘이디(32) 및 제3 경계(300)의 엘이디(33)가 발광되고, V2의 교류 전압에서 제1 경계(100)의 엘이디(31,41), 제2 경계(200)의 엘이디(32,42) 및 제3 경계(300)의 엘이디(33,43)가 발광하게 된다. 이때 발광의 밝기는 하나의 경계 내의 3개의 엘이디 모두가 발광하는 구간이 없으므로, 다소 어두워지게 된다. 그러나 조명장치 전체에 걸쳐 두루 조광된 발광이 이루어진다.
도 4c에 도시된 바와 같이, 도통 시간을 조절하여 조광이 이루어지는 경우에, 교류 전압의 하나의 주기 내에서 1/2의 구간에서만 발광이 이루어지므로 전체 광량이 줄어들게 된다. 그러나 조명장치 전체에 걸쳐 조광된 발광이 두루 이루어진다.
도 5는 스위치 구성의 일 예를 나타내는 도면으로서, 도 2의 스위치(60,70)는 스위칭용 트랜지스터(T)에 교류 전압의 크기가 각각 V1,V2,V3에 도달했는지를 감지하는 OP 앰프 비교기(OP1)를 이용하면 용이하게 구현할 수 있다.
도 6은 본 개시에 따른 패키지를 이용하는 피엔접합 발광소자 조명장치의 일 예를 나타내는 도면으로서, 피엔접합 발광소자 조명 장치는 전원전달기판(600)을 구비한다. 전원전달기판(600)에는 조광된 전류가 공급되는 커넥터(610), 복수의 피엔접합 발광소자 칩이 내장된 패키지(620), 스위칭 등을 위한 회로 소자(630,640)가 구비되어 있다. 전원전달기판(600) 위에 피캐지(620)에 대응하는 개구(660)가 형성된 상부 커버(650)가 위치한다. 바람직하게는 투명 렌즈(670)가 더 구비된다. 전원전달기판(600) 아래에 하부 커버(680)가 위치하며, 그 수용홈(690)에 전원전달기판(610)이 접촉 수용된다. 하부 커버(680)를 통해 패키지(620)에서 발생한 열이 외부로 배출된다. 수용홈(690)을 형성함으로써, 하부 커버(680)의 두께가 얇아 지고 열 방출이 용이해진다. 개구(660)가 형성된 상부 커버(650)를 구비함으로써, 발광이 가능한 한편, 회로 소자(630,640)를 발광 면 측에 구비함에도 불구하고, 이들을 용이하게 가릴 수 있게 된다.
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 조광기에 의해 조절된 교류를 공급하는 단계; 공급된 교류에 의해, 제1 전압에서, 제1 경계 내에 위치하는 하나의 피엔접합 발광소자와 제2 경계 내에 위치하는 하나의 피엔접합 발광소자를 가지는 제1 그룹을, 제1 스위치를 온(on) 시킨 상태에서, 발광시키는 단계; 그리고, 공급된 전류에 의해 제1 전압보다 높은 제2 전압에서, 제1 경계 내에 위치하는 다른 하나의 피엔접합 발광소자와 제2 경계 내에 위치하는 다른 하나의 피엔접합 발광소자를 가지며 제1 그룹에 직렬로 연결된 제2 그룹을, 제1 그룹과 제2 그룹 사이에 위치하는 제1 스위치를 오프(off)한 상태에서, 발광시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 피엔접합 발광소자 조명장치를 조광하는 방법.
조광기는 공급되는 전력을 변화시켜 조명장치의 밝기를 조절하는 수단이며, 전압 자체를 조절하거나, 도 2에서와 같이 도통 시간을 조절하는(예: SCR, TRIAC) 등의 방법이 사용될 수 있다.
피엔접합 발광소자는 LED(Light Emitting Diode)를 그 대표적인 예로 하며, 이외에도 LD(Laser Diode) 등을 예로 들 수 있다.
제1 경계는 복수의 칩을 가지는 하나의 패키지에 의해 이루어지거나, 하나의 기판에 형성된 복수의 칩에 의해 이루어지거나, 단순히 하나의 영역에 복수의 칩 또는 패키지를 배치하는 등의 방법으로 이루어질 수 있으나, 칩의 집약도를 높이고 이후에 필요한 배선을 고려할 때 하나의 패키지를 이용하는 것이 바람직하다.
(2) 제1 그룹에서, 제1 경계 내에 위치하는 하나의 피엔접합 발광소자와 제2 경계 내에 위치하는 하나의 피엔접합 발광소자는 병렬연결되어 있으며, 제2 그룹에서, 제1 경계 내에 위치하는 다른 하나의 피엔접합 발광소자와 제2 경계 내에 위치하는 다른 하나의 피엔접합 발광소자는 병렬연결되어 있는 것을 특징으로 하는 피엔접합 발광소자 조명장치를 조광하는 방법. 그룹 내에서 피엔접합 발광소자들은 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있지만, 병렬로 연결하는 경우에 디밍에 보다 감도 높게 반응할 수 있는 조명장치를 제공할 수 있게 된다. 예를 그룹 내에 3개의 피엔접합 발광소자(3V에서 발광)가 구비된다면, 직렬의 경우에 9V가 필요하지만 병렬의 경우에 3V가 필요하게 되며, 9V 단위가 아니라 3V 단위로 조광기에 대응할 수 있게 된다.
(3) 제2 그룹의 발광이 제2 스위치를 온(on)한 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 피엔접합 발광소자 조명장치를 조광하는 방법. 이는 피엔접합 발광소자의 그룹이 필요에 따라 추가될 수 있음을 의미한다.
(4) 제2 경계가 다른 하나의 패키지에 의해 정의되고, 제1 경계를 정의하는 패키지와 제2 경계를 정의하는 패키지는 서로 거리를 두고 전원전달기판에 위치하는 것을 특징으로 하는 피엔접합 발광소자 조명장치를 조광하는 방법. 이러한 구성을 통해, 조광기가 적용됨에도 불구하고, 조명장치 전체에 걸쳐 교류 전원의 변화에 따라 고르게 발광을 행할 수 있게 된다.
(5) 제1 스위치가 전원전달기판에 위치하고, 제1 그룹과 제2 그룹의 발광이, 전원전달기판 위에 위치하여 제1 스위치를 가리고 있는 상부 커버에 구비된, 제1 그룹의 발광 및 제2 발광의 각각에 대응하는 개구를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 피엔접합 발광소자 조명장치를 조광하는 방법. 이는 본 개시에 따른 조명장치의 바람직한 일 실시예이다. 이러한 구성을 통해 조광기의 도입에 따른 제1 스위치 등의 구조 변경에 따른 제약 없이 조명장치가 발광을 행할 수 있게 된다.
(6) 전원전달기판과 접촉하는 하부 커버를 통해 제1 그룹과 제2 그룹에서 발생한 열을 배출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 피엔접합 발광소자 조명장치를 조광하는 방법. 하부 커버를 전원전달기판에 접촉시켜 방열함으로써, 조광기의 출력이 높아지는 경우에도, 별도의 히트 싱크의 도움없이 방열을 용이하게 할 수 있다.
본 개시에 따른 피엔접합 반도체 발광소자 조명장치 및 이를 조광하는 방법에 의하면, 교류를 조광하여 사용하는데 적합한 조명장치를 제공할 수 있게 된다.
또한 본 개시에 따른 다른 피엔접합 반도체 발광소자 조명장치 및 이를 조광하는 방법에 의하면, 조명장치 전체에 걸쳐 고르게 조광된 빛을 발광할 수 있게 된다.
또한 본 개시에 따른 또다른 피엔접합 반도체 발광소자 조명장치 및 이를 조광하는 방법에 의하면, 높은 조광기의 출력에도 방열을 효과적으로 할 수 있게 된다.
10: 조광기 31: 발광 다이오드

Claims (10)

  1. 조광기에 의해 조절된 교류를 공급하는 단계;
    공급된 교류에 의해, 제1 전압에서, 제1 경계 내에 위치하는 하나의 피엔접합 발광소자와 제2 경계 내에 위치하는 하나의 피엔접합 발광소자를 가지는 제1 그룹을, 제1 스위치를 온(on) 시킨 상태에서, 발광시키는 단계; 그리고,
    공급된 전류에 의해 제1 전압보다 높은 제2 전압에서, 제1 경계 내에 위치하는 다른 하나의 피엔접합 발광소자와 제2 경계 내에 위치하는 다른 하나의 피엔접합 발광소자를 가지며 제1 그룹에 직렬로 연결된 제2 그룹을, 제1 그룹과 제2 그룹 사이에 위치하는 제1 스위치를 오프(off)한 상태에서, 제1 그룹과 함께 발광시키는 단계;를 포함하며,
    제1 그룹에서, 제1 경계 내에 위치하는 하나의 피엔접합 발광소자와 제2 경계 내에 위치하는 하나의 피엔접합 발광소자는 병렬연결되어 있으며,
    제2 그룹에서, 제1 경계 내에 위치하는 다른 하나의 피엔접합 발광소자와 제2 경계 내에 위치하는 다른 하나의 피엔접합 발광소자는 병렬연결되어 있고,
    제2 그룹의 발광은 전류의 흐름에 있어서 제2 그룹의 뒤에 위치하는 제2 스위치를 온(on)한 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 피엔접합 발광소자 조명장치를 조광하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    제1 경계는 하나의 패키지에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 피엔접합 발광소자 조명장치를 조광하는 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 2항에 있어서,
    제2 경계는 다른 하나의 패키지에 의해 정의되고,
    제1 경계를 정의하는 패키지와 제2 경계를 정의하는 패키지는 서로 거리를 두고 전원전달기판에 위치하는 것을 특징으로 하는 피엔접합 발광소자 조명장치를 조광하는 방법.
  6. 청구항 5항에 있어서,
    제1 스위치는 전원전달기판에 위치하고,
    제1 그룹과 제2 그룹의 발광은, 전원전달기판 위에 위치하여 제1 스위치를 가리고 있는 상부 커버에 구비된, 제1 그룹의 발광 및 제2 발광의 각각에 대응하는 개구를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 피엔접합 발광소자 조명장치를 조광하는 방법.
  7. 삭제
  8. 청구항 1항에 있어서,
    제1 경계와 제2 경계는 전원전달기판에 위치하며,
    제1 그룹과 제2 그룹의 발광은, 전원전달기판 위에 위치하여 제1 스위치를 가리고 있는 상부 커버에 구비된, 제1 그룹의 발광 및 제2 발광의 각각에 대응하는 개구를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 피엔접합 발광소자 조명장치를 조광하는 방법.
  9. 삭제
  10. 청구항 1에 있어서,
    전원전달기판과 접촉하는 하부 커버를 통해 제1 그룹과 제2 그룹에서 발생한 열을 배출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 피엔접합 발광소자 조명장치를 조광하는 방법.
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