KR101306740B1

KR101306740B1 - 조명 장치 및 조명 장치에서 조사되는 광을 제어하는 방법

Info

Publication number: KR101306740B1
Application number: KR1020110084896A
Authority: KR
Inventors: 김남진
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2011-08-25
Filing date: 2011-08-25
Publication date: 2013-09-11
Also published as: US20130049615A1; KR20130022123A; US8786202B2

Abstract

본 발명은 조명 장치 및 조명 장치에서 광 조사 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 조명 장치의 일 예는, 조명 장치에 있어서, 입력 교류 전압을 정류하는 정류 회로, 직렬 접속된 복수의 발광 다이오드들로 구성된 발광그룹들, 상기 각 발광그룹과 직렬로 연결되어 전류 양을 제어하는 전류소스원들 및 상기 각 발광그룹과 해당 발광그룹과 직렬 연결된 전류소스원 사이에 위치하여 해당 발광 그룹과 연결된 전류소스원의 턴-온 또는 턴-오프를 제어하는 연결제어수단들을 포함하는 발광부들, 상기 각 발광그룹 사이에 위치하는 다이오드, 상기 각 발광부의 사이에 위치하며 연결 또는 연결 해제되어 상기 각 발광그룹을 서로 직렬 또는 병렬로 연결되도록 하는 스위칭 소자 및 상기 정류된 입력 전압에 따라 상기 각 전류소스원의 턴-온 또는 턴-오프를 제어 및 전류 양을 기 정의된 레벨로 제어하고, 상기 스위칭 소자의 연결 또는 연결 해제를 제어하여 각 발광 그룹을 직렬 또는 병렬 연결을 제어를 통해 조사되는 광의 양을 제어하는 제어부를 포함하는 조명 장치.

Description

조명 장치 및 조명 장치에서 조사되는 광을 제어하는 방법{A lighting device and a method of controlling a light emitted thereof}

본 발명은 조명 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 직렬 접속된 복수의 발광 다이오드로 구성된 발광부들을 구비한 조명 장치 및 상기 조명 장치에서 디밍 동작시 부자연스럽게 광속이 증가하거나 광속이 역전되지 않도록 즉, 상기 디밍 동작에 따라 출력 광 또는 광 조사량이 연속성을 가지도록 광을 제어하는 방법에 관한 것이다.

오랜 역사를 가진 조명 산업에서는 여전히 조명 기기에 대한 광원, 발광 방식, 구동 방식 등에 대한 연구들이 진행되고 있다.

종래 조명 시스템은 백열전구, 방전등, 형광등과 같은 광원들을 주로 사용하여, 가정용, 경관용, 산업용 등 다양한 분야에서 이용되었다. 다만, 상기 광원들 중 백열전구와 같은 저항성 광원은 효율이 낮고 발열 문제가 있으며, 방전등의 경우에는 높은 가격과 높은 전압으로 인한 문제가 있고, 형광등의 경우 수은 사용에 의한 환경 문제가 있었다.

이러한 광원 문제를 해결하기 위해 최근에는 효율, 색 다양성, 디자인의 자율성 등에 장점이 있는 발광 다이오드가 조명의 광원으로 주목받고 있다. 발광 다이오드는 순방향으로 전압을 가했을 때 발광하는 반도체 소자로서, 수명이 길고, 소비 전력이 낮으며, 대량 생산에 적합한 전기적, 광학적, 물리적 특성들을 가지고 있다.

한편, 빌딩이나 공장과 같은 대형 건물에는, 매우 많은 발광 다이오드나 센서와 같은 조명 기기들이 요구되며, 이러한 조명 기기들에 대한 관리와 제어를 위한 조명 시스템이 요구된다. 종래 조명 시스템은, 다수의 직렬 연결된 발광 다이오드들로 구성된 발광부들이 서로 직렬로 연결된 경우, 입력 전압에 따라 디밍 레벨을 조절시 시스템 효율을 위해 중간 탭을 이용하는 경우도 있다. 여기서, 중간 탭에 의해 서로 직렬 연결되는 발광부가 증가하면 발광 다이오드의 개수가 늘어나기 때문에 조사되는 광의 양이 증가하여야 한다. 다만, 종래 조명 시스템에서는, 발광 다이오드의 개수와 입력 전압의 증가에도 불구하고 일시적으로 깜빡거림 현상이 발생하거나 오히려 어두워지는 현상이 발생하는 문제점이 있었다. 이는 발광 다이오드는 문턱 전압 이상의 전압이 걸려야만 턴-온 되는 특성 때문인데, 이러한 이유로 인해 사용자는 불안함을 가질 수 있고 조명 시스템에 대해서도 신뢰성을 잃을 수 있는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 직렬 접속된 복수의 발광 다이오드로 구성된 발광부들을 구비한 조명 장치에서 디밍 동작시 부자연스럽게 광속이 증가하거나 광속이 역전되지 않도록 즉, 상기 디밍 동작에 따라 출력되는 광 또는 광 조사량이 연속성을 가지도록 제어하는 방법을 제공하는 것을 일 과제로 한다.

본 명세서에서는 본 발명에 따른 조명 장치 및 조명 장치에서의 광 조사 방법이 개시된다.

본 발명에 따른 조명 장치의 일 예는, 교류 전압을 정류하여 각 발광부로 공급하는 정류 회로; 직렬 접속된 복수의 발광 다이오드로 구성되어 광을 조사하는 발광부; 입력 전압에 따라 각 발광부 및 제1 스위칭 소자를 제어하는 제어부; 및 상기 제어부의 제어에 따라 온/오프되는 제1 스위칭 소자;를 포함하되, 상기에서, 제어부는 입력전압에 따라 제1 스위칭 소자를 온/오프시켜 제1 발광부와 제2 발광부를 번갈아 직병렬로 연결되도록 제어하는 조명 장치.

본 발명에 따라 직렬 접속된 복수의 발광 다이오드로 구성된 발광부들을 구비한 조명 장치에서 조사되는 광을 제어하는 방법의 일 예는, (a) 교류 전압을 정류하여 각 발광부로 공급하는 단계; 및 (b) 입력 전압에 따라 조사되는 광의 광속 변화에 불연속이 발생하거나 역전되지 않도록 제어하는 단계;를 포함하여 이루어지되, 상기 (b) 단계에서, 상기 입력 전압에 따라 제1 발광부와 제2 발광부가 직병렬 연결이 번갈아 이루어진다.

본 발명에 따르면,

첫째, 입력 전압에 따른 광속의 역전 현상 즉, 출력 광 또는 광 조사량의 불연속성을 미연에 방지하여 조명 장치의 역률, 효율, 디밍 성능을 개선할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 보조 셀을 통해 간단하게 회로를 구성하고 구현할 수 있으며 비용 증가를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 조명 장치 구성에 대한 블록도를 도시한 것,
도 2는 도 1의 조명 장치의 광 조사 방식을 설명하기 위해 도시한 도면,
도 3은 도 2 및 표 1에 따른 광속 변화를 설명하기 위해 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 조명 장치 구성의 일 예에 대한 블록도를 도시한 것,
도 5는 도 4의 조명 장치에서의 조사되는 광을 제어하는 방법을 설명하기 위해 도시한 도면,
도 6은 도 5의 조명 장치에서의 광속 변화를 설명하기 위해 도시한 도면,
도 7은 도 4의 제1 스위칭 소자(480) 상세 구성의 일 예에 대한 블록도,
도 8은 도 4의 제1 전류 소스원(442)의 상세 구성의 일 예에 대한 블록도,
도 9는 도 4의 제2 전류 소스원(456)의 상세 구성의 일 예에 대한 블록도,
도 10은 도 8의 피드백 저항 부분(VR1)의 상세 회로 구성의 일 예에 대한 블록도,
도 11은 도 9의 피드백 저항 부분(VR2)의 상세 회로 구성의 일 예에 대한 블록도, 그리고
도 12는 본 발명에 따른 조명 장치에서의 조사되는 광의 제어 방법의 일 예를 설명하기 위해 도시한 순서도이다.

이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 조명 장치 및 조명 장치에서의 광 조사 방법에 관하여 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.

또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.

한편, 이하 본 명세서에서 제1 또는 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들이 상기 용어들에 의해 한정되지 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별시키는 목적으로만 사용된다.

도 1은 종래 기술에 따른 조명 장치 구성에 대한 블록도를 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 조명 장치는 크게 정류부와 발광부(140,150)로 구성된다.

정류부는 입력되는 교류 전압을 정류하여 정류된 전압을 발광부(140,150)로 공급한다. 이러한 정류부는 보호회로(110), 서지보호회로(120) 및 정류회로(130)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 교류 전압은 예컨대, 상용 전원일 수 있다.

도 1에서는 정류부와 연결된 두 개의 발광부(140,150)가 도시되었다.

여기서, 각 발광부는 예컨대, 하나의 발광 그룹과 전류 소스원을 포함하여 구성된다.

또한, 각 발광 그룹(142,152)은, 직렬(series)로 연결된 복수의 발광 다이오드(light-emitting diode)를 포함하여 구성된다.

또한, 도 1에서 두 개의 발광 그룹(142,152)은 서로 직렬로 연결된다. 다시 말해, 제1 발광 그룹(142)과 제2 발광 그룹(152)은 직렬로 연결된다.

이하 도 1의 조명 장치 내 특히, 정류부에서 정류되어 입력되는 전압에 따라 각 발광 그룹(142,152) 내 발광 다이오드의 온/오프 등 전체적인 조명 장치의 동작에 대해 후술하는 도 2 내지 4를 참조하여 보다 상세하게 설명하면, 다음과 같다.

도 2는 도 1의 조명 장치의 광 조사 방식을 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 3은 도 2 및 표 1에 따른 광속 변화를 설명하기 위해 도시한 도면이다. 이하 본 명세서에서 설명되는 광속의 변화는 입력 전압 즉, 디밍 제어에 따른 광의 연속성과 관련된다. 예컨대, 광의 연속성이라 함은 사용자가 예를 들어, 선형적으로 디밍 레벨을 업/다운 요청함에 따라 발광부를 통해 조사되는 출력 광이 업/다운되는 것을 말한다. 따라서, 광속이 역전된다고 함은 예컨대, 발광부를 통해 조사되는 출력 광 또는 출력 광의 조사량이 광속 증가 요구에도 불구하고 감소하는 것 즉, 광속 변화가 입력 전압에 대응하여 불연속적인 경우를 의미한다.

도 2를 참조하면, 가로축은 시간축(time axis)([t])을 나타내고, 세로축은 입력되는 전압의 레벨 또는 양(Voltage level)([v]) 및 전류의 레벨 또는 양(Current level)([I])(미도시)을 나타낸다.

여기서, 시간축을 기준으로 반원 형태의 커브(curve)는, 도 3(a)와 같이 전술한 정류부에서 정류되어 입력되는 전압의 변화를 나타낸다. 그리고 영역(210,230)은 도 1의 제1 발광부(140) 내 제1 전류 소스원(144)를 통한 전류(I1) 양의 변화를 나타낸 것이고, 영역(220)은 도 1의 제2 발광부(150) 내 제2 전류 소스원(154)를 통한 전류(I2) 양의 변화를 나타낸다. 또한, 상기 영역들의 커브 형태는 발광 다이오드의 특성상 문턱 전압 이상에서만 전류가 흐르고 각 전류 소스원은 문턱 전압 이상에서 흐르는 전류를 I1 및 I2 레벨로 안정(saturation)되도록 제한함에 따른 것이다.

도 2는 입력 전압에 따라 가로축 즉, 시간축을 기준으로 크게 3개의 구간으로 구분할 수 있으며, 세로축을 기준으로 크게 2개의 구간으로 구분할 수 있다.

예컨대, 가로축을 기준으로 하는 경우에는, 입력 전압에 따라 제1 발광 그룹(142)만 온 되는 구간(210,230) 및 제2 발광 그룹(152)도 온 되는 구간(220)이 존재한다. 이때, 제1 발광 그룹(142)만 온 되는 구간(210,230)과 제2 발광 그룹(152)도 온 되는 구간(220) 사이에는 간격들(215, 225)이 존재한다. 상기 간격들(215,225)는, 전술한 광속이 불연속을 일으키는 원인으로, 이는 제1 발광 그룹(142)만 온 되는 구간(210)에서 제1 발광 그룹(142)가 온 된 이후 제2 발광 그룹(152)도 온 되는 구간(220)에서 제2 발광 그룹(152)가 바로 온 되지 않고 소정 시간이 소요된 후에 턴-온 되기 때문에 발생하는 것이다. 예컨대, 도 2의 영역(215)는, 도 1에서 제1 전류 소스원(144)를 턴-오프하고 제2 전류 소스원(154)를 턴-온 하는 순간 제1 발광 그룹(142)와 제2 발광 그룹(152)가 직렬로 연결되나, 직렬 연결 순간에 제2 발광 그룹(152)에 걸리는 전압이 문턱 전압보다 낮아 연결과 동시에 바로 전류가 흐르는 것은 아니기 때문이다.

한편, 후자의 경우 즉, 세로축을 기준으로 하는 경우에는, 입력 전압에 따라 V1 레벨까지의 구간(210,230)과 Vmax 레벨까지의 구간(220) 총 2개의 구간이 존재한다. 제1 전류 소스원(144)는, V1 레벨까지 온 되고, 상기 V1 레벨 이후에는 턴-오프 된다. 반면, 제2 전류 소스원(154)는, V1 레벨까지 오프였다가 상기 V1 레벨 이후에 턴-온 된다. 도시된 바와 같이, 제1 전류 소스원(144)가 V1 레벨에 도달하여 턴-오프 되는 경우에, 제2 전류 소스원(154)이 턴-온 되더라도 제2 발광 그룹(152)는 직렬 연결에 따른 연결된 발광 다이오드 개수의 증가에 따른 전압 강하로 인해 연결과 동시에 V1 레벨에 도달하지 않을 수 있다.

표 1에서는 도 2의 도면을 예를 들어, 후자의 방법에 따라 설명하고 있다.

레벨( Level )	0~ V1	V1 ~ Vmax
CS1	I1_Level1	OFF
CS2	OFF	I2_level1

표 1에 기재된 바와 같이, V1 레벨(0~V1)까지는 제1 발광 그룹(142)에 연결된 전류 소스원(CS1)(144)만 온 시키고 I1_Level1으로 전류를 제어하고, 제2 발광 그룹(152)에 연결된 전류 소스원(CS2)(154)는 오프 되는 것을 알 수 있다.

반대로, Vmax 레벨(V1~Vmax)에서는 제2 발광 그룹(152)에 연결된 전류 소스원(CS2)(154)만 온 시키고 I2_Level1으로 전류를 제어하고, 제1 발광 그룹(142)에 연결된 전류 소스원(CS1)(144)은 오프 되는 것을 알 수 있다.

상기에서, V1과 Vmax는 예컨대, 조명 장치에서 정류부에서 정류되어 입력되는 전압의 소정 값을 기준 값으로 임의로 정한 것으로, Vmax의 경우에는 특히 입력 전압의 최대값이 아닐 수 있다. 또한, 제1 레벨과 제2 레벨에서 커버하는 전압 레벨의 범위가 대칭일 수도 있으며 그렇지 않을 수도 있다.

도 3을 참조하면, 도 2 및 표 1에서의 입력 전압의 변화 및 광속 변화를 쉽게 비교할 수 있다.

먼저, 도 3(a)는 입력 전압의 변화를 도시한 것으로, 좌에서 우로 시간의 흐름으로 생각할 때, 도 2의 반원 커브와 같이, 입력 전압은 점진적으로 증가하다가 정점(점선)을 지나 다시 점진적으로 감소한다.

도 3(c)는 도 3(a)의 입력 전압의 변화에 따른 조명 장치에서의 광속의 변화량을 설명하기 위해 도시한 것이다. 여기서, 도 3(c)를 참조할 때, 광속의 변화량은 예컨대, 도 1을 참조할 때 제1 전류 소스원(144)이 턴-오프 되고 제2 전류 소스원(154)가 턴-온 되는 순간에, 도 3(a)에 도시된 바와 같이 광속의 기울기가 다른 순간의 광속의 기울기보다 작다. 다시 말해, 입력 전압이 증가하고 제1 전류 소스원(144)의 턴-오프 및 제2 전류 소스원(154)의 턴-온으로 인해 온 되어야 할 발광 다이오드의 개수는 증가하나, 해당 발광 그룹의 다이오드 특성에 따라 턴-온 되어 전류가 흐르는 문턱 전압까지 일정 소요 시간의 필요로 인해 광속 변화량에 비선형적인 부분(310) 즉, 불연속점이 발생한다. 여기서, 이러한 비선형적인 부분(310)은 예컨대, 조명 장치가 점진적으로 밝아지거나 어두워지는 것이 아니라 특정 지점에서 급격히 밝아지거나 반대로 급격히 어두워지게 되는 것을 의미한다. 이러한 현상은 사용자가 조명 장치에 이상이 있는지 불안감을 조성할 수 있어 문제가 될 수 있다.

삭제

도 3(d)는 도 3(a)의 입력 전압의 변화에 따른 조명 장치에서의 광속의 변화량의 예로써, 도 3(c)와 유사하다. 다만, 도 3(d)의 그래프가 도 3(c)의 그래프와 다른 것은 예를 들어, 발광 다이오드의 개수에 의한 것일 수 있다. 예컨대, 도 3(c)에서의 제2 발광 그룹(152) 내 발광 다이오드의 개수에 비해 도 3(d)에서의 제2 발광 그룹(152) 내 발광 다이오드의 개수가 더 많은 경우에는 상기 발광 그룹이 온 되기 위해서는 더 높은 문턱 전압이 요구되고, 그 과정에서 도 3(c)에 비해 도 3(d)의 광속 역전 그래프가 생성될 수 있다. 다시 말해, 입력 전압이 증가하고 온 되어야 하는 발광 다이오드의 개수가 증가함에도 오히려 전술한 도 2의 간격들(215,225)와 같은 불연속 광속 변화점(320)이 발생한다. 여기서, 불연속 광속 변화점(320)이라 함은 예컨대, 조명 장치가 디밍 동작시 부자연스러운 증가를 하거나 광속 변화가 역전되는 현상이 발생하여 출력 광 조사량의 변화가 불연속성을 가지는 부분을 나타낸다.

이러한 원인은 예컨대, 도 2 내지 표 1을 참조할 때, 제1 전류 소스원(144)의 턴-오프로 인해 제2 발광 그룹(152)이 온 되더라도 상기 제2 발광 그룹(152)의 전압 레벨이 다이오드 특성에 따라 바로 V1 레벨에 도달하기 전에 제1 전류 소스원(144)이 오프 되어 광속이 보상되지 못하기 때문이다. 도 2에서 제1 지점(215)과 제2 지점(225)이 그러한 원인 부분이다.

이러한 광속의 변화는 조명 장치가 깜빡거리거나 밝다가 잠시 어두워지거나 반대로 어둡다고 잠시 밝아지는 등 사용자에게 불안감을 주어 문제가 될 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 조명 장치 구성의 다른 예에 대한 블록도를 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 조명 장치의 일 예는, 교류 전압을 정류하여 각 발광부로 공급하는 정류 회로, 직렬 접속된 복수의 발광 다이오드로 구성되어 광을 조사하는 발광부, 입력 전압에 따라 각 발광부 및 제1 스위칭 소자를 제어하는 제어부 및 상기 제어부의 제어에 따라 온/오프되는 제1 스위칭 소자를 포함하여 구성된다. 상기에서, 제어부는 입력전압에 따라 제1 스위칭 소자를 온/오프시켜 제1 발광부와 제2 발광부를 번갈아 직병렬로 연결되도록 제어할 수 있다.

한편, 제어부는, 제1 스위칭 소자를 온시켜 제1 발광부와 제2 발광부를 병렬 연결, 오프시켜 상기 제1 발광부와 제2 발광부를 직렬로 연결되도록 제어할 수 있다. 또한, 상기 제1 발광부와 제2 발광부 사이에는 제2 스위칭 소자가 직렬로 연결될 수 있다.

제2 스위칭 소자는, 제1 스위칭 소자가 오프인 경우에만 온되고, 제2 발광부에서 제1 발광부로의 전류 역행을 방지할 수 있다.

또한, 각 발광부는, 발광 다이오드와 연결되어 전류 제어를 위한 전류 소스원과 상기 발광 다이오드와 상기 전류 소스원을 연결/해제하는 연결 제어 수단을 포함할 수 있다.

제어부는, 상기 입력 전압에 따라 광속 변화에 불연속이 발생하거나 역전되지 않도록 상기 제1 스위칭 소자 및 전류 소스원의 온/오프를 제어할 수 있다.

제2 발광부와 제1 발광부는, 직렬 접속된 발광 다이오드의 개수가 서로 상이할 수 있다.

조명 장치는, 소정 입력 전압 이후 온되는 발광 다이오드의 개수가 일정할 수 있다. 제어부는, 입력 전압에 따라 상기 제2 발광부 내 제2 전류 소스원의 전류가 충분할 정도의 전압 레벨에 도달하면, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제1 발광부 내 제1 전류 소스원을 모두 오프시켜 상기 제2 전류 소스원만 구동시킬 수 있다.

도 4를 참조하여, 조명 장치를 구성하는 각 구성에 대해 설명하면, 다음과 같다.

정류부는, 입력되는 교류 전압을 정류하여 정류된 전압을 복수의 발광부들(440,450)로 공급한다. 이러한 정류부는, 보호회로(410), 서지보호회로(420) 및 정류회로(430)를 포함하여 구성될 수 있다.

도 4에서는 전술한 도 1과는 달리, 정류부단(V_HIGH~GND)에 두 개의 발광부(440,450)이 연결된 것을 예시하였다. 다만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 발광부(440)와 제2 발광부(450)의 연결 방식과 동일 또는 유사한 방식으로 제3 내지 제N 발광부(N은 정수)가 더 연결될 수도 있다. 여기서, 상기 N은 무한대의 값일 필요는 없으며, 조명장치 내 입력 전압, 회로의 효율성 등을 고려하여 적정한 값이 결정될 수 있다. 다만, 도 4에서는 본 발명의 이해를 돕고 설명의 편의를 위해 두 개의 발광부만을 예시하였다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 제1 발광부(440)와 제2 발광부(450)는 예컨대, 직렬 및 병렬로 연결된 것을 알 수 있다. 여기서, 본 발명에서는 상기 제1 발광부(440)와 제2 발광부(450)의 병렬 연결을 위해 별도의 제1 스위칭 소자(480)이 위치하고, 상기 제1 발광부(440)와 제2 발광부(450)의 직렬 연결을 위해서는 제2 스위칭 소자(490)이 위치한다. 이러한 연결 제어 수단들에 대한 보다 상세한 설명은 후술한다.

각 발광부는 예컨대, 도 1과 달리, 복수의 발광 다이오드가 서로 직렬로 연결된 발광 그룹(442,452), 연결제어수단들(444,454) 및 전류소스원(446,456)을 포함하여 구성된다. 예를 들어, 제1 발광부(440)는 제1 발광 그룹(442), 제1 연결제어수단(444) 및 제1 전류소스원(CS1)(446)으로 구성된다. 상기 제1 발광부(440)와 직병렬로 연결된 제2 발광부(450)는 제2 발광 그룹(452), 제2 연결제어수단(454) 및 제2 전류소스원(CS2)(456)으로 구성된다.

제어부는, 기본적으로 연결제어수단(444,454)을 통해 각 발광그룹(442,452)의 온/오프를 제어하는 기능을 한다. 다만, 본 명세서에서 본 발명에 따라 제어부에서 각 발광부의 온/오프를 제어하는 알고리즘 내지 방법에 대해서는 후술할 도 5 내지 표 2를 참조하여 보다 상세하게 설명하고, 여기서는 생략한다.

본 명세서에서 사용되는 연결제어수단들은 중간 탭(tap), 스위치(switch), 다이오드(diode) 등 중 어느 하나일 수 있다. 다만, 이하 본 명세서에서는 설명의 편의를 위해, 제1 및 제2 연결제어수단(444,454)은 예컨대, 중간 탭을, 제1 스위칭 소자(480)는 스위치를 그리고 제2 스위칭 소자(490)는 다이오드(전류 역행 방지 목적)를 이용하는 것을 예로 하여 설명한다. 특히, 제1 및 제2 연결제어수단(444,454)은, 발광 그룹(442,452)과 전류 소스원(446,456) 사이에 위치하여 제어부의 제어에 따라 또는 제어부의 제어에 따른 전압 내지 전류의 변화에 따라 양자를 연결 또는 연결 해제한다.

이하 도 4의 조명 장치 내 특히, 정류부에서 정류되어 입력되는 전압에 따라 각 발광 그룹(442,452) 내 발광 다이오드의 온/오프 등 전체적인 조명 장치의 동작에 대해 후술하는 도 5 내지 6 및 표 2를 참조하여 보다 상세하게 설명하면, 다음과 같다.

도 5는 도 4의 조명 장치에서의 조사되는 광을 제어하는 방법을 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 6은 도 5의 조명 장치에서의 광속 변화 및 온되는 발광 다이오드의 개수 관계를 설명하기 위해 도시한 도면이다.

이하 도 5 내지 6 및 표 2는 예컨대, 도 2 내지 3 및 표 1과 유사한 부분에 대한 설명은 이를 원용하고, 여기서는 본 발명에 따라 상이한 부분을 주로 설명한다. 한편, 도 5를 참조하면, I1 영역은 도 4의 제1 발광부(440) 내 제1 전류 소스원(446)을 통한 전류(I1) 양의 변화를 나타낸 것이고, I2 영역은 도 4의 제2 발광부(450) 내 제2 전류 소스원(456)을 통한 전류(I2) 양의 변화를 나타낸 것이다. 한편, 여기서, I3 영역은 도 4의 제1 발광부(440) 내 제1 전류 소스원(446)과 제2 전류 소스원(456)을 통한 전류(I3) 양의 변화를 나타낸 것으로, 이는 I1과 I2와의 구분을 위해 추가 전류 소스원이 없음에도 불구하고 구분하기 위해 기재된 것이다.

본 발명에서 기본적으로 발광부의 온/오프를 제어하는 제어부는, 정류부를 거쳐 정류부단(V_HIGH~GND)를 통해 입력되는 입력 전압을 기초로 스위칭 소자를 이용하여 발광부들을 병렬 동작 및 직렬 동작을 병행하여 사용할 수 있도록 함으로써 발광 다이오드의 이용률을 증가시키도록 하고자 한다. 이때, 본 발명에 따르면, 모든 발광 다이오드가 항상 온되고 입력 전압에 따라 광속만 변하도록 제어할 수 있다. 특히, 상기 광속 제어시 조명 장치의 광속 변화에 불연속점이 발생하거나 상기 광속 변화가 역전되지 않도록 광 조사량이 연속성을 가지도록 각 발광부(442,452)의 온/오프를 제어하는 것이다.

여기서, 상기 제어부는 상기 각 발광부(440,450)에 구비된 연결 제어 수단(444,454)을 통해 해당 발광부의 온/오프를 제어할 수 있다.

다만, 제2 발광부(450)는, 제1 발광부(440)와 직렬 접속된 발광 다이오드의 개수가 동일하거나 동일하지 않을 수도 있다.

또한, 본 발명에 따를 경우, 광속 변화가 역전되지 않도록 제어함에 따라 입력 전압에 따라 온되는 발광 다이오드의 개수가 선형적으로 증가하지 않을 수 있다. 예컨대, 본 발명에 따를 경우 온되는 발광 다이오드의 개수는 입력전압에 상관없이 항상 동일할 수 있다.

이하 먼저, 도 4 및 5와 표 2를 참조하여, 본 발명에 따라 전압 레벨에 따른 발광부의 온/오프 제어 과정에 대해 기술하면, 다음과 같다.

전술한 도 2와 마찬가지로, 도 5에서 가로축은 시간축을 나타내고, 세로축은 전압 레벨 측을 나타낸다.

다만, 도 5의 경우에는 전술한 도 2와 달리, 세로축의 전압 레벨 기준은 세 개(V1, V2, Vmax)가 존재하고, 가로축의 시간 구간은 세 개의 구간이 존재하나 도 2에서의 의미와는 상이하다.

표 2는 예컨대, 도 5에서 세로축을 기준으로, 각 레벨 및 발광부의 온/오프 제어 동작을 설명하기 위한 것이다.

Level	0~V1	V1~V2	V2~VMax
S1	On	On	OFF
CS1	I1_Level1	I1_Level2	OFF
CS2	I2_Level1	I2_Level2	I2_Level2

예컨대, 도 4 및 5와 표 2를 참조하면, 세로축을 기준으로 먼저 광 제어 방법에 대해 기술하면, 다음과 같다.

V1 레벨(O~V1)에서는, 입력 전압에 따라 제1 스위칭 소자(480)는 온 상태이다. 따라서, 제1 발광그룹(442)와 제2 발광그룹(452)는 병렬로 연결되고 정류부단(V_HIGH~GND)의 전압이 상기 제1 발광그룹(442)와 제2 발광그룹(452)에 동일하게 인가된다. 이때, 제1 발광부 내 제1 전류 소스원(446)과 제2 발광부 내 제2 전류 소스원(456)의 전류 양은 각각 I1_LEVEL1과 I2_LEVEL1이거나 설정된다. 여기서, 상기 I1_LEVEL1과 I2_LEVEL1은 동일할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 예컨대, 만약 제1 발광 그룹(442)와 제2 발광 그룹(452) 내 직렬 연결된 발광 다이오드의 개수에 따라 결정될 것이다.

V2 레벨(V1~V2)에서는, 입력 전압에 따라 제1 스위칭 소자(480)는 여전히 온 상태를 유지한다. 따라서, 제1 발광 그룹(442)와 제2 발광그룹(452)는 여전히 병렬로 연결되고, 정류부단(VHIGH~GND)의 전압이 상기 제1 발광그룹(442)와 제2 발광그룹(452)에 동일하게 인가된다. 또한, 제1 발광부 내 제1 전류 소스원(446)과 제2 발광부 내 제2 전류 소스원(456)의 전류 양은 각각 I1_LEVEL2과 I2_LEVEL2이거나 설정된다. 전술한 바와 같이, 상기 I1_LEVEL2과 I2_LEVEL2은 동일할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.

한편, 전술한 V1 레벨에서의 I1_LEVEL1과 I2_LEVEL1와 V2 레벨에서의 I1_LEVEL2과 I2_LEVEL2는 해당 레벨에서의 입력 전압이 서로 상이하기 때문에 서로 다른 값을 가진다. 다시 말해, 도 5에 도시된 바와 같이, V1 레벨에서의 I1_LEVEL1과 I2_LEVEL1에 비해 V2 레벨에서의 I1_LEVEL2과 I2_LEVEL2는 더 높은 값을 가진다.

마지막으로, V3(V2~Vmax) 레벨에서는, 입력 전압에 따라 특히, 제2 전류 소스원(456)의 전류 양이 충분할 정도로 증가하였기 때문에, 제1 스위칭 소자(480)를 오프시킨다. 여기서, 제1 전류 소스원(446) 역시 함께 오프시킴으로써, 정류부단(V_HIGH~GND)에서 인가된 전압은 제1 발광 그룹(442)와 제2 발광 그룹(452)에 비례하여 분배되고, 도 5와 같이 I2_LEVEL2의 값을 가진다.

또한, V3 레벨에서, 제1 스위칭 소자(480)를 오프 즉, 개방시키는 경우에 S1_Top 지점과 S1_Bot 지점 사이의 전압 차로 인해 전류가 역류하여 광 조사량이 불연속해지는 현상을 방지하기 위해 제1 발광 그룹(442)과 제2 발광 그룹(452) 사이에 전류 역률 방지용 스위칭 소자 즉, 다이오드(490)를 직렬로 연결한다.

도 6에서는 도 5의 제어 방법에 따른 온되는 발광 다이오드의 개수와 광속의 변화에 대해 도시하였는데, 도 6(a)에 도시된 바와 같이, 전압이 정류부단을 거쳐 인가되면, 도 6(b)에서와 같이 최초 각 발광 다이오드를 온시키기에 충분한 정도의 전압이 인가되면, 입력 전압에 따른 전압 레벨에 따라 제1 발광그룹(442)와 제2 발광그룹(452)가 병렬 연결되었다가 직렬 연결로 변경되어, 온되는 발광 다이오드의 개수는 항상 동일하다. 다만, 도 6(c)와 같이, 온되는 발광 다이오드의 개수가 일정하다고 하더라도 입력 전압이 낮은 경우에는 광속이 작으나 입력 전압이 높아질수록 광속도 커져 전체적으로 입력 전압에 비례하여 점진적으로 증가하는 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따를 경우, 조명 장치 내부에서는 소정 전압 이상 인가되면, 발광 다이오드의 온 개수가 항상 일정함에도 불구하고 사용자가 느끼는 광속의 변화는 입력되는 전압에 따라 불연속점이 생기거나 비선형적으로 광속이 역전되지 않고 선형에 가깝게 점진적으로 증가하게 된다. 이는 결국, 조명 장치를 사용하는 사용자의 입장에서 디밍(dimming) 동작시 사용자의 요청에 따른 디밍 동작이 자연스럽게 이루어질 수 있음을 의미하는 것으로 이렇게 광이 조사되도록 제어함으로써 사용자에게 편안함을 느끼게 할 수 있다. 더불어, 광속 변화의 선형성은 전술한 도 1 내지 3과 달리 조명 장치가 깜빡이거나 밝다가 어두워진다든가 반대의 경우도 미연에 방지하게 된다.

이하에서는 도 4의 각 구성의 상세 구성들에 대해 설명한다.

도 7은 도 4의 제1 스위칭 소자(480) 상세 구성의 일 예에 대한 블록도이다.

도 4에서는 간단한 스위치를 예시하였으나, 이에 대한 상세 회로 구성은 도 7과 같이 구성할 수 있다.

도 7을 참조하면, 크게 두 부분으로 구분되는데, 좌측 부분은 전압 레벨 센싱 회로를 나타내고, 우측 부분은 스위칭 회로를 구현한 것이다.

여기서, 좌측 부분은 저항, 제너 다이오드 및 증폭기로 구성되어 전압 레벨을 센싱하기 위한 회로로써, 입력 전압의 레벨에 따라 우측 부분의 스위칭 회로의 입력을 제어함으로써 제1 스위칭 소자(480)의 온/오프를 결정하게 된다.

도 8은 도 4의 제1 전류 소스원(446)의 상세 구성의 일 예에 대한 블록도이다.

도 8은 기본적으로 도 4의 제1 발광부(440)에 속한 제1 전류 소스원(446)의 상세 회로 구성을 도시한 것이다.

이러한 제1 전류 소스원(446)은 발광 그룹 내 발광 다이오드로 입력되는 전류를 제어하는 회로로서 이를 통해 발광 그룹 내 발광 다이오드는 온/오프될 수 있다. 이때, 전류 제어 회로는 예를 들어, 피드백(feedback) 저항(VR1)(822)을 구비하여 증폭기들로 입력되는 전류의 양을 제어할 수 있다.

또한, 본 발명에 따라 연결 제어 수단(444)에 의해 전류 제어 회로로 입력되는 전류가 제어될 수 있다. 이러한 입력 전류는 피드백 저항(VR1)(822)에 의해 다시 레벨이 조정될 수 있다.

한편, 도 8에서는 우측 부분의 전류 소스원(820) 즉, 연결 제어 수단(444)과 접지(GND) 사이뿐만 아니라 좌측 부분의 전압 레벨 센싱 회로(810)(도 7과 동일한 회로 및 기능)도 도시되었다.

전압 레벨 센싱 회로는 예컨대, 도 4에서 정류부 내 정류 회로(430)의 후단 부분 즉, V_HIGH와 접지(Ground: GND) 사이의 단자 사이에 위치한다.

이러한 전압 레벨 센싱 회로(810)는, 정류부에서 정류된 전압이 입력되면 가변 저항을 통해 저항을 조정하여 전압 레벨을 센싱하게 된다.

도 9는 도 4의 제2 전류 소스원(456)의 상세 구성의 일 예에 대한 블록도이다.

도 9는 전술한 도 8과 같이 기본적으로 도 4의 제2 발광부(450)에 속한 제2 전류 소스원(456)의 회로 구성을 도시한 것이다.

이러한 제2 전류 소스원(456)는 예컨대, 도 8의 우측 전류 제어 회로와 동일한 구성을 가지며 제2 연결 제어 수단(454)에 의해 제어되는바, 전술한 도 8의 우측 부분의 설명을 원용하고 여기서 상세한 설명은 생략한다.

도 10은 도 8의 피드백 저항 부분(VR1)(822)의 상세 회로 구성의 일 예에 대한 블록도이다.

도 10은 도 8의 피드백 저항 부분(VR1)의 상세 회로도를 설명하기 위한 것으로, 이러한 피드백 저항 부분(VR1)은 예컨대 전류 제어를 위한 레벨을 제어하기 위해 스위칭 소자와 저항 소자들로 구성된다.

한편, 도 10에서는 좌측 부분에 상기 전류 제어 회로 내 전류 제어와 관련하여 스위칭 제어 회로가 구성되었다. 이러한 스위칭 제어 회로에 의해 레벨에 따른 전류 제어가 가능해 진다.

도 11은 도 9의 피드백 저항 부분(VR2)(922)의 상세 회로 구성의 일 예에 대한 블록도이다.

도 11은 도 9의 피드백 저항 부분(VR2)(922)의 상세 회로도를 설명하기 위한 것으로, 도 11의 좌측 부분 스위칭 제어 부분과 우측의 피드백 저항 부분은 전술한 도 10의 회로 구성과 동일하다.

따라서, 여기서 상세한 설명은 생략하고 전술한 내용을 원용한다.

다만, 전술한 바와 같이, 도 10과 도 11은 모두 서로 다른 발광부와 연결되므로, 회로 구성의 각 소자 값은 서로 상이할 수 있다.

도 12는 본 발명에 따른 조명 장치에서의 조사되는 광의 제어 방법의 일 예를 설명하기 위해 도시한 순서도이다.

본 발명에 따른 조명 장치에서의 직렬 접속된 복수의 발광 다이오드로 구성된 발광부들을 구비한 조명 장치에서 조사되는 광을 제어하는 방법의 일 예는, 다음과 같다.

먼저, 조명 장치의 정류부는 입력되는 교류 전압을 정류하여 각 발광부(440,450)로 공급 또는 입력한다(S1210).

제어부는 정류되어 입력 전압에 따라 조사되는 광의 광속 변화에 불연속이 발생하거나 역전되지 않도록 제어한다(S1220).

도 12의 과정에서는, 상기 S1220 단계에서, 상기 입력 전압에 따라 제1 발광부와 제2 발광부가 직/병렬 연결이 번갈아 이루어질 수 있다. 그리고 상기 S1220 단계에서, 상기 입력 전압이 소정 전압 레벨 이하인 경우에는 상기 제1 발광부와 제2 발광부를 병렬 연결, 상기 소정 레벨 초과인 경우에는 상기 제1 발광부와 제2 발광부를 직렬 연결되도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 제1 발광부와 제2 발광부 사이에는 스위칭 소자를 직렬로 연결할 수 있다. 상기 스위칭 소자는, 상기 소정 레벨 초과인 경우에만 온되고, 상기 제2 발광부에서 제1 발광부로의 전류 역행을 방지할 수 있다.

그 밖에, 상기 각 발광부는, 발광 다이오드와 연결되어 전류 제어를 위한 전류 소스원과 상기 발광 다이오드와 상기 전류 소스원을 연결/해제하는 연결 제어 수단을 포함할 수 있다.

한편, 상기 S1220 단계는, 상기 입력 전압에 따라 광속 변화에 불연속이 발생하거나 역전되지 않도록 즉, 광 조사량이 연속성을 가지고 변화도록 상기 제1 발광부와 상기 제2 발광부의 직/병렬 연결 및 전류 소스원의 온/오프를 제어할 수 있다.

다만, 상기 제2 발광부와 상기 제1 발광부는, 직렬 접속된 발광 다이오드의 개수가 서로 상이할 수 있다.

그러나, 상기 S1220 단계에서, 온되는 발광 다이오드의 개수가 일정할 수 있다. 또한, 상기 S1220 단계에서, 상기 입력 전압에 따라 상기 제2 발광부 내 제2 전류 소스원(456)의 전류가 충분할 정도의 전압 레벨에 도달하면, 상기 제1 스위칭 소자(480)와 상기 제1 발광부 내 제1 전류 소스원(446)을 모두 오프시켜 상기 제2 전류 소스원(456)만 구동시킬 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면, 입력 전압에 따른 광속의 역전 현상을 미연에 방지하여 조명 장치의 역률, 효율, 디밍 성능을 개선할 수 있으며, 보조 셀을 통해 간단하게 회로를 구성하고 구현할 수 있어 비용 증가를 최소화할 수 있다.

위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시 예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

410: 보호 회로 420: 서지 보호 회로
430: 정류 회로
440: 제1 발광부
442: 제1 발광 그룹 444: 제1 연결제어수단
446: 제1 전류 소스원
450: 제2 발광부
452: 제2 발광 그룹 454: 제2 연결제어수단
456: 제2 전류 소스원
480: 제1 스위칭 소자 490: 제2 스위칭 소자

Claims

조명 장치에 있어서,
입력 교류 전압을 정류하는 정류 회로;
직렬 접속된 복수의 발광 다이오드들로 구성된 발광그룹들, 상기 각 발광그룹과 직렬로 연결되어 전류 양을 제어하는 전류소스원들 및 상기 각 발광그룹과 해당 발광그룹과 직렬 연결된 전류소스원 사이에 위치하여 해당 발광 그룹과 연결된 전류소스원의 턴-온 또는 턴-오프를 제어하는 연결제어수단들을 포함하는 발광부들;
상기 각 발광그룹 사이에 위치하는 다이오드;
상기 각 발광부의 사이에 위치하며 연결 또는 연결 해제되어 상기 각 발광그룹을 서로 직렬 또는 병렬로 연결되도록 하는 스위칭 소자; 및
상기 정류된 입력 전압에 따라 상기 각 전류소스원의 턴-온 또는 턴-오프를 제어 및 전류 양을 기 정의된 레벨로 제어하고, 상기 스위칭 소자의 연결 또는 연결 해제를 제어하여 각 발광 그룹을 직렬 또는 병렬 연결을 제어를 통해 조사되는 광의 양을 제어하는 제어부를 포함하는 조명 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
하나의 발광그룹과 연결된 전류소스원을 턴-오프 시켜 해당 발광그룹과 다음 발광그룹이 서로 직렬 연결되도록 제어하는 조명 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 전류소스원을 턴-오프 시키는 경우 상기 스위칭 소자의 연결 해제 상태를 유지 또는 연결 상태를 해제하도록 제어하는 조명 장치.
삭제
삭제
제4항에 있어서,
상기 제1 발광그룹과 제2 발광그룹은 발광 다이오드의 개수가 서로 상이한 조명 장치.
제7항에 있어서,
상기 제2 발광그룹의 발광 다이오드의 개수가 상기 제1 발광그룹의 발광 다이오드의 개수보다 많은 조명 장치.
삭제
직렬 접속된 복수의 발광 다이오드들로 구성된 발광그룹들, 상기 각 발광그룹과 직렬로 연결되어 전류 양을 제어하는 전류소스원들 및 상기 각 발광그룹과 해당 발광그룹과 직렬 연결된 전류소스원 사이에 위치하여 해당 발광 그룹과 연결된 전류소스원의 턴-온 또는 턴-오프를 제어하는 연결제어수단들을 포함하는 발광부들, 상기 각 발광그룹 사이에 위치하는 다이오드 및 상기 각 발광부의 사이에 위치하며 연결 또는 연결 해제되어 상기 각 발광그룹을 서로 직렬 또는 병렬로 연결되도록 하는 스위칭 소자를 구비한 조명 장치에서 조사되는 광을 제어하는 방법에 있어서,
(a) 입력 교류 전압을 정류하는 단계; 및
(b) 상기 정류된 입력 전압에 따라 상기 각 전류소스원의 턴-온 또는 턴-오프를 제어 및 전류 양을 기 정의된 레벨로 제어하고, 상기 스위칭 소자의 연결 또는 연결 해제를 제어하여 각 발광 그룹을 직렬 또는 병렬 연결을 제어를 통해 조사되는 광의 양을 제어하는 단계를 포함하여 이루어지는 방법.
제10항에 있어서,
상기 (b) 단계에서,
하나의 발광그룹과 연결된 전류소스원을 상기 연결제어수단을 통해 턴-오프 시켜 해당 발광그룹과 다음 발광그룹이 서로 직렬 연결되도록 제어하는 방법.
제11항에 있어서,
상기 (b) 단계에서,
상기 전류소스원을 턴-오프 시키는 경우 상기 스위칭 소자의 연결 해제 상태를 유지 또는 연결 상태를 해제하도록 제어하는 방법.
삭제
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제12항에 있어서,
상기 제1 발광그룹과 제2 발광그룹은 발광 다이오드의 개수가 서로 상이한 방법.
제16항에 있어서,
상기 제2 발광그룹의 발광 다이오드의 개수가 상기 제1 발광그룹의 발광 다이오드의 개수보다 많은 방법.
삭제