KR101365586B1 - 발광 다이오드 모듈 및 그 조작방법 - Google Patents

발광 다이오드 모듈 및 그 조작방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발광 다이오드 모듈에 관한 것으로, 상기 발광 다이오드 모듈은 외부 전압원에 의해 전기가 공급되며, 브리지 정류 유닛, 발광 다이오드 유닛 및 집적회로 유닛을 포함한다. 상기 브리지 정류 유닛은 상기 외부 전압원을 내부 직류 전압원으로 정류하고, 상기 발광 다이오드 유닛은 상기 브리지 정류 유닛에 전기적으로 연결되며, 상기 직류 전압원에 의해 구동된다. 상기 집적회로 유닛은 상기 브리지 정류 유닛과 상기 발광 다이오드 유닛에 전기적으로 연결되고, 상기 직류 전압원에 의해 전기가 공급됨으로써, 상기 발광 다이오드 유닛에 분할 정전류 제어 또는 분할 가변전류 제어를 제공한다. 그 외에, 본 발명은 발광 다이오드 모듈의 조작방법을 더 제공한다.

Description

발광 다이오드 모듈 및 그 조작방법{LIGHT-EMITTING DIODE MODULE AND METHOD FOR OPERATING THE SAME}
본 발명은 발광 다이오드 및 그 조작방법에 관한 것으로, 특히 발광 다이오드 모듈 및 그 조작방법에 관한 것이다.
교류전원 발광 다이오드(AC LED)는 근래 가장 주목받고 있는 조명기술로서, 종래의 조명과 양립할 수 있는 외에, 종래의 직류전원 발광 다이오드(DC LED)의 방열문제를 대폭 낮출 수 있어 에너지를 절약하고, 전체 발광면적을 높일 수 있는 목적에 도달한다.
교류전원 발광 다이오드의 회로는 일반적으로, 역방향 병렬구조(도 1a참조)와, 브리지 정류구조(도 1b참조)의 두가지 방식으로 설계된다.
역방향 병렬구조에 있어서, 이러한 LED미립자는 양방향 미립자 구조로써, 베이스 기판에 에칭하는 방식으로 복수개의 미립자로 분할되어 절연처리를 한 후 다시 금속 브리지로 2개의 미립자를 에노드와 캐소드를 반전 병렬연결하여 한조로 하고, N조의 직렬연결을 통해 교류전원 발광 다이오드를 구성한다. 이 구조는 에노드와 캐소드를 반전 병렬연결하여 이루어지기 때문에 모두 2*N개의 LED미립자가 수요된다. 그러나, 교류전압에 의해 구동되면서 에노드와 캐소드의 반주기(半周期)에서 교대로 전기를 공급할 경우, LED미립자의 절반만 동시에 발광하게 되므로, 반전 병렬구조에서 LED미립자의 순간 발광면적 및 이용율이 낮다.
브리지 정류구조에 있어서, 미립자를 브리지 회로구조 방식으로 연결하고, LED의 적당한 개수에 따라 전압전류 곡선과 입력전원을 배치하여 교류 전압원에 의해 구동될 수 있다. 상기 구조는 순간 발광면적을 증가할 수 있으나, 교류 전압원에 의해 구동되면서 에노드와 캐소드의 반주기에서 교대로 전기를 공급하기 때문에 공용 브리지 아암의 LED미립자만 전주기(全周期)에서 발광하고, 나머지 브리지 아암상의 미립자는 임의의 반주기에서만 발광하며, 다른 반주기에서는 꺼짐상태(4개의 브리지 아암상의 LED미립자가 쌍을 이루면서 교대로 발광)이기 때문에 브리지 정류구조의 LED미립자의 이용률도 바람직하지 않다.
도 2a는 종래 기술에 따른 브리지 정류를 갖는 교류전원 발광 다이오드 구조의 회로도이고, 도 2b는 도 2a의 회로구조의 파형도이다.
도 2a에 도시한 바와 같이, 상기 발광 다이오드 미립자는 외부 교류 전압원(Vac)에 의해 전기가 공급되고, 상기 외부 교류 전압원(Vac)은 브리지 정류유닛(도시하지 않음)에 의해 직류 전압원(도시하지 않음)으로 정류된다. 상기 발광 다이오드 미립자는 상기 직류 전압원에 의해 구동되며 정전류 제어를 제공한다. 그러나, 상기 발광 다이오드들이 직렬구조이기 때문에, 상기 구동전압이 상기 발광 다이오드들의 순방향 전압의 총합보다 클 때에만, 상기 발광 다이오드들은 발광하게 된다.
도 2b에 도시한 바와 같이, 상기 구동전압이 상기 순방향 전압원의 총합보다 클 때, 즉 도통각(conduction angle)(θ on)에 도달할 경우, 상기 외부 교류 전압원(Vac)이 증가함에 따라 상기 구동전압도 증가하여 상기 발광 다이오드들이 지속적으로 발광하고, 상기 발광 다이오드에 흐르는 전류 크기가 정전류(Ic)의 크기이다. 그러나, 상기 구동전압이 상기 순방향 전압의 총합보다 작으면, 상기 발광 다이오드를 구동하여 발광시킬 수 없다. 반주기에 있어서, 상기 발광 다이오드의 발광시간 구간(θe)은 상기 도통각 (θ on)로부터 차단각((θ off))까지이다. 따라서 브리지 정류의 교류전원 발광 다이오드 구조에 있어서, 발광효율이 너무 낮은 것이 최대의 결함이다.
이에 본 발명자가 해결하고자 하는 과제는 발광 다이오드 모듈 및 그 조작방법을 제공함으로써, 분할 정전류 제어 또는 분할 가변전류 제어를 통해 발광효율을 높이고, 발광 다이오드의 이용율을 높일 수 있으며, 또한 시스템 패키지 모듈 기술을 이용하여 패키지 공정을 간단하게 하고, 상기 발광 다이오드 모듈을 소형화하는데 있다.
본 발명의 목적은 발광 다이오드 모듈을 제공하여 종래의 기술 문제를 해결하는데 있다. 상기 발광 다이오드 모듈은 전압원에 의해 전기가 공급되며, 발광 다이오드 유닛 및 집적회로 유닛을 포함한다.
상기 발광 다이오드 유닛은 상기 전압원에 전기적으로 연결되고, 상기 전압원에 의해 구동된다. 상기 발광 다이오드 유닛은 복수개의 발광 다이오드 스트링을 포함하고, 각 발광 다이오드 스트링은 전기적으로 직렬연결되어 있다. 상기 집적회로 유닛은 상기 전압원과 상기 발광 다이오드 유닛에 전기적으로 연결되고, 상기 전압원에 의해 전기가 공급된다. 상기 집적회로 유닛은 적어도 하나의 정전류원과, 적어도 하나의 개폐소자 및 제어기를 포함한다. 상기 제어기는 적어도 하나의 정전류원과 상기 적어도 하나의 개폐소자에 전기적으로 연결되어 상기 전압원의 크기를 판단함으로써 상기 적어도 하나의 개폐소자를 제어하는 동시에 상기 발광 다이오드 유닛에 분할 정전류 제어 또는 분할 가변전류 제어를 제공한다.
본 발명의 다른 목적은 발광 다이오드 모듈의 조작방법을 제공하여 종래의 기술문제를 해결하는데 있다. 상기 발광 다이오드 모듈은 전압원에 의해 전기가 공급된다. 상기 조작방법은 전기적으로 직렬연결된 복수개의 발광 다이오드 스트링을 포함하는 발광 다이오드 유닛을 제공하는 단계와; 적어도 하나의 정전류원, 적어도 하나의 개폐소자 및 제어기를 포함하고, 상기 전압원의 크기를 판단하는 것에 의해 상기 발광 다이오드 유닛에 분할 전류 제어를 제공하는 집적회로 유닛을 제공하는 단계;를 포함한다.
이하, 본 발명의 소정의 목적을 달성하기 위한 기술, 수단 및 작용을 더 명확하게 이해하기 위해, 본 발명에 따른 상세설명 및 도면을 참고하여 설명한다. 이에 의해 본 발명의 목적, 특징 및 장점을 더욱 구체적이고 명확하게 이해할 수 있을 것이다. 그러나 첨부 도면은 설명을 위해 참고로 제공하는 것이며 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
첫째, 분할 가변전류 제어에 의해 상기 구동전압의 전압파형(정현파)을 피팅하도록 스텝(스텝파형(step wave))전류 파형을 제공하여, 상기 교류전원 발광 다이오드 모듈의 전체 역률(power factor)을 크게 높이는 효과가 있다.
둘째, 분할 가변전류 제어와 분할 정전류 제어에 의해 구동전압이 점차 커짐에 따라(또는 점차 작아짐에 따라), 상기 발광 다이오드 유닛을 점차 발광시킴으로써, 상기 발광 다이오드 유닛의 발광시간(출광시간)을 크게 높이는 효과가 있다.
셋째, 상기 브리지 정류유닛, 상기 발광 다이오드 유닛 및 상기 집적회로 유닛을 정합하여 시스템 패키지 모듈을 형성함으로써, 패키지 공정을 간단하게 하고, 상기 발광 다이오드 모듈을 소형화하는 효과가 있다.
도 1a는 종래 기술에 따른 교류전원 발광 다이오드의 역방향 병렬구조를 나타내는 회로도이다.
도 1b는 종래 기술에 따른 교류전원 발광 다이오드의 브리지 정류구조를 나타내는 회로도이다.
도 2a는 종래 기술에 따른 브리지 정류를 갖는 교류전원 발광 다이오드 구조의 회로도이다.
도 2b는 도 2a회로도 구조의 파형도이다.
도 3은 본 발명이 교류전원 발광 다이오드 모듈에 분할전류제어를 제공하는 회로도이다.
도 4a는 본 발명의 분할 가변전류 제어를 나타내는 파형도이다.
도 4b는 본 발명의 분할 정전류 제어를 나타내는 파형도이다.
도 5a는 도 3의 회로구조의 일 조작상황의 일부 등가회로도이다.
도 5b는 도 3의 회로구조의 다른 조작상황의 일부 등가회로도이다.
도 5c는 도 3의 회로구조의 또 다른 조작상황의 일부 등가회로도이다.
도 5d는 도 3의 회로구조의 또 다른 조작상황의 일부 등가회로도이다.
도 6은 본 발명의 교류전원 발광 다이오드 모듈의 조작방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 본 발명의 기술내용 및 상세설명을 도면을 결합하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 발광 다이오드 모듈에 분할 전류제어를 제공하는 회로도이다.
상기 발광 다이오드 모듈(10)은 외부 교류 전압원(Vac)에 의해 전기가 공급되거나 직류 전압원에 의해 전기가 공급될 수 있다. 본 실시예에서는 상기 발광 다이오드 모듈(10)이 상기 외부 교류 전압원(Vac)에 의해 전기가 공급되는 것을 예로 설명한다.
상기 발광 다이오드 모듈(10)은 브리지 정류 유닛(102)과, 발광 다이오드 유닛(104_N)과, 집적회로 유닛(106)을 포함한다. 상기 브리지 정류 유닛(102), 상기 발광 다이오드 유닛(104_N) 및 상기 집적회로 유닛(106)은 시스템 패키지 모듈을 형성하도록 정합된다. 즉, 인쇄회로기판을 사용하지 않고도 상기 브리지 정류 유닛(102), 상기 발광 다이오드 유닛(104_N) 및 상기 집적회로 유닛(106)을 직접 발광 다이오드 모듈로 패킹할 수 있다.
상기 브리지 정류 유닛(102)은 상기 외부 교류 전압원(Vac)을 내부 직류 전압원(도시하지 않음)으로 정류한다. 상기 발광 다이오드 유닛(104_N)은 상기 브리지 정류 유닛(102)에 전기적으로 연결되고, 상기 직류 전압원에 의해 구동된다. 상기 발광 다이오드 유닛(104_N)은 복수개의 발광 다이오드 스트링을 포함하고, 상기 각 발광 다이오드 스트링은 전기적으로 직렬연결되어 있다. 상기 집적회로 유닛(106)은 상기 브리지 정류 유닛(102)과 상기 발광 다이오드 유닛(104_N)에 전기적으로 연결되고, 상기 직류 전압원에 의해 전기가 공급된다. 본 실시예에 있어서, 상기 교류전원 발광 다이오드 모듈(10)은 분할 전류 제어를 제공하며, 분할 전류 제어에 대한 설명을 간단하게 하기 위해 이하 4단계의 예(N-4)로 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
따라서, 상기 집적회로 유닛(106)은 적어도 하나의 정전류원(1066_N)을 포함하며, 상술한 바와 같이, 상기 분할 전류 제어는 4단계 분할 전류 제어를 예로 한다. 따라서, 상기 정전류원(1066_N)의 개수는 4개(즉 제1정전류원(1066_1), 제2정전류원(1066_2), 제3정전류원(1066_3) 및 제4정전류원(1066_4))과, 적어도 하나의 개폐소자(1064_N)(즉, 제1개폐소자(1064_1), 제2개폐소자(1064_2), 제3개폐소자(1064_3) 및 제4개폐소자(1064_4))와, 제어기(1062)를 포함한다. 상기 제어기(1062)는 상기 정전류원(1066_N)과, 상기 개폐소자(1064_N)에 전기적으로 연결되어 상기 개폐소자(1064_N)를 제어하고, 동시에 상기 발광 다이오드 유닛(104_N)에 대해 분할 전류 제어(sectioning current control)를 제공한다. 여기서, 상기 분할 전류 제어는 분할 가변전류 제어(sectioning varied-current control)와 분할 정전류 제어(sectioning fixed-current control)를 포함하며, 양자간의 조작원리에 대해서는 이하에 상세하게 설명한다. 다시 말하자면, 상기 발광 다이오드 유닛(104_N)은 복수개의 발광 다이오드 스트링(104_N)(즉 제1발광 다이오드 스트링(104_1), 제2발광 다이오드 스트링(104_2), 제3발광 다이오드 스트링(104_3) 및 제4발광 다이오드 스트링(104_4))을 포함한다. 상기 정전류원(1066_N)의 개수는 상기 개폐소자(1064_N)의 개수 및 상기 발광 다이오드 스트링(104_N)의 개수와 동일하다.
도 3에 도시한 바와 같이, 상기 각 정전류원(1066_N)은 대응하는 상기 개폐소자(1064_N)에 전기적으로 직렬연결되어 직렬회로를 형성하고, 상기 직렬회로는 다시 전기적으로 병렬연결되어 있다. 상기 개폐소자(1064_N)는 금속 산화물 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET) 또는 이종 접합형 트랜지스터(BJT)이다.
상기 교류전원 발광 다이오드 모듈의 분할 전류 제어에 대해 더 설명한다.
도 4a는 본 발명의 분할 전류 제어의 파형도이다. 상술한 바와 같이, 상기 발광 다이오드 유닛(104_N)은 4개의 발광 다이오드 스트링(4단 전류제어 예)을 포함한다. 분할 전류 제어의 원리를 간단하게 설명하기 위해 각 발광 다이오드 스트링(104_N)이 10개의 발광 다이오드를 포함하고, 각 발광 다이오드의 순방향 전압(forward voltage)을 3볼트로 가정한다.
그 외, 상기 외부 교류 전압원(Vac)은 교류 상용전원이고, 그 전압의 크기를 110볼트로 가정한다. 따라서, 상기 브리지 정류유닛(102)이 상기 외부 교류 전압원(Vac)에 대해 전파 정류(full-wave rectifying)하여 얻은 전압의 출력파형은 도 4a에 도시한 바와 같다(에노드 반주기 부분). 따라서, 정류된 후 상기 전압은 상기 발광 다이오드(104_N)를 구동한다. 다시 말하자면, 상기 110볼트 전압크기의 교류 상용전원은 상기 외부 교류 전압원(Vac)의 유효 전압의 값이거나, 또는 자승 평균 평방근(root-mean-square) 전압의 값이 110볼드이므로, 전파 정류하여 얻어진 상기 구동 전압의 피크 값은 약 156볼트이다. 상술한 바와 같이, 각 발광 다이오드 스트링(104_N)은 10개의 발광 다이오드를 포함하고, 각 발광 다이오드의 순방향 전압은 3볼트이나 이에 한정되는 것은 아니며, 축상(axial view)발광 다이오드의 유형에 따라 다소 차이가 있을 수 있다. 예를 들어, 적색광 발광 다이오드의 순방향 전압은 약 2볼트이고, 백색광 또는 청색광 발광 다이오드의 순방향 전압은 약 3~3.5볼트이다. 따라서, 각 발광 다이오드 스트링(104_N)의 순방향 전압의 총합은 30볼트이다. 이로부터 상기 제1발광 다이오드 스트링(104_1)의 제1순방향 전압(Vf1)이 30볼트이고, 상기 제2발광 다이오드 스트링(104_2)의 제2순방향 전압(Vf2)이 30볼트이며, 상기 제3발광 다이오드 스트링(104_3)의 제3순방향 전압(Vf3)이 30볼트이고, 동일하게 상기 제4발광 다이오드 스트링(104_4)의 제4순방향 전압(Vf4)이 30볼트 임을 알 수 있다.
상기 제어기(1062)가 상기 정류 후의 상기 구동전압이 상기 제1순방향 전압(Vf1)보다 작은 것을 측정하였을 경우, 상기 제어기(1062)는 상기 모든 개폐기(1064_N)를 차단상태로 제어한다. 이 때, 상기 발광 다이오드 유닛(104_N)은 아직 발광되지 않은 상태에 있다.
상기 구동 전압이 점차 커져 상기 제어기(1062)가 상기 구동 전압이 상기 제1순방향 전압(Vf1)보다 큰 것을 측정한 경우(본 실시예에서 30볼트, 즉 제1도통각(θ1)에 도달한 경우), 상기 제어기(1062)는 상기 제1개폐소자(1064_1)를 도통상태 (나머지 개폐소자는 차단상태)로 제어함으로써, 상기 제1발광 다이오드 스트링(104_1)이 발광하고, 상기 제1발광 다이오드 스트링(104_1)에 흐르는 전류 크기는 상기 제1정전류원(1066_1)의 제1전류(Ic1)이다. 본 실시예를 예로, 상기 제1도통각(θ1)은 약 0.062π라디안(즉, 11.12각)이다. 도 5a에 이 조작하에서의 등가회로도를 나타낸다.
상기 구동전압이 점차 커져 상기 제어기(1062)가 상기 구동전압이 상기 제1순방향 전압(Vf1)과 상기 제2순방향 전압(Vf2)의 합보다 큰 것을 측정한 경우(본 실시예에서 60볼트, 즉 제2도통각(θ2)에 도달한 경우), 상기 제어기(1062)는 상기 제2개폐소자(1064_2)를 도통상태(나머지 개폐소자는 차단상태)로 제어함으로써, 상기 제1발광 다이오드 스트링(104_1)과 제2발광 다이오드 스트링(104_2)이 발광하고, 상기 제1발광 다이오드 스트링(104_1)과 상기 제2발광 다이오드 스트링(104_2)에 흐르는 전류 크기는 상기 제2정전류원(1066_2)의 제2전류(Ic2)이다. 여기서, 상기 제1발광 다이오드 스트링(104_1)과 상기 제2발광 다이오드 스트링(104_2)은 직렬연결되어 있다. 본 실시예를 예로, 상기 제2도통각(θ2)은 약 0.126π라디안(즉, 22.69각)이다. 도 5b에 이 조작하에서의 등가회로도를 나타낸다.
상기 구동전압이 점차 커져 상기 제어기(1062)가 상기 구동전압이 상기 제1순방향 전압(Vf1), 상기 제2순방향 전압(Vf2) 및 상기 제3순방향 전압(Vf3)의 합보다 큰 것을 측정한 경우(본 실시예에서 90볼트, 즉 제3도통각(θ3)에 도달한 경우), 상기 제어기(1062)는 상기 제3개폐소자(1064_3)를 도통상태(나머지 개폐소자는 차단상태)로 제어함으로써, 상기 제1발광 다이오드 스트링(104_1), 상기 제2발광 다이오드 스트링(104_2) 및 상기 제3발광 다이오드 스트링(104_3)이 발광하며, 상기 제1발광 다이오드 스트링(104_1), 상기 제2발광 다이오드 스트링(104_2) 및 상기 제3발광 다이오드 스트링(104_3)에 흐르는 전류 크기는 상기 제3정전류원(1066_3)의 제3전류(Ic3)이다. 여기서, 상기 제1발광 다이오드 스트링(104_1), 상기 제2발광 다이오드 스트링(104_2) 및 상기 제3발광 다이오드 스트링(104_3)은 직렬연결되어 있다. 본 실시예를 예로, 상기 제3도통각(θ3)은 약 0.196π라디안(즉, 35.35각)이다. 도 5c에 이 조작하에서의 등가회로도를 나타낸다.
상기 구동전압이 점차 커져 상기 제어기(1062)가 상기 구동전압이 상기 제1순방향 전압(Vf1), 상기 제2순방향 전압(Vf2), 상기 제3순방향 전압(Vf3) 및 상기 제4순방향 전압(Vf4)의 합보다 큰 것을 측정한 경우(본 실시예에서 120볼트, 즉 제4도통각(θ4)에 도달한 경우), 상기 제어기(1062)는 상기 제4 개폐소자(1064_4)를 도통상태(나머지 개폐소자는 차단상태)로 제어함으로써, 상기 제1발광 다이오드 스트링(104_1), 상기 제2발광 다이오드 스트링(104_2), 상기 제3발광 다이오드 스트링(104_3) 및 상기 제4발광 다이오드 스트링(104_4)이 발광하며, 상기 제1발광 다이오드 스트링(104_1), 상기 제2발광 다이오드 스트링(104_2), 상기 제3발광 다이오드 스트링(104_3) 및 상기 제4발광 다이오드 스트링(104_4)에 흐르는 전류 크기는 상기 제4정전류원(1066_4)의 제4전류(Ic4)이다. 여기서, 상기 제1발광 다이오드 스트링(104_1), 상기 제2발광 다이오드 스트링(104_2), 상기 제3발광 다이오드 스트링(104_3) 및 상기 제4발광 다이오드 스트링(104_4)은 직렬연결되어 있다. 본 실시예를 예로, 상기 제4도통각(θ4)은 약 0.281π라디안(즉, 50.48각)이다. 도 5d에 이 조작하에서의 등가회로도를 나타낸다.
본 실시예에서, 4단계 전류제어를 예로 하여, 상기 발광 다이오드 유닛(104_N)이 모두 발광된 후, 상기 구동접압이 지속적으로 커지면, 상기 발광 다이오드 유닛(104_N)이 모두 상기 제4정전류원(1066_4)의 상기 제4전류(Ic4)에 의해 구동된다.
상기 외부 교류 전압원(Vac)이 피크값을 지난 후 점차 작아져 상기 제어기(1062)가 상기 구동전압이 상기 제1순방향 전압(Vf1), 상기 제2순방향 전압(Vf2), 상기 제3순방향 전압(Vf3) 및 상기 제4순방향 전압(Vf4)의 합보다 작은 것을 측정한 경우(본 실시예에서 120볼트, 즉 제5도통각(θ5)에 도달한 경우), 상기 제어기(1062)는 상기 제3개폐소자(1064_3)를 도통상태(나머지 개폐소자는 차단상태)로 제어함으로써, 상기 제1발광 다이오드 스트링(104_1), 상기 제2발광 다이오드 스트링(104_2) 및 상기 제3발광 다이오드 스트링(104_3)이 발광하며, 상기 제1발광 다이오드 스트링(104_1), 상기 제2발광 다이오드 스트링(104_2) 및 상기 제3발광 다이오드 스트링(104_3)에 흐르는 전류 크기는 상기 제3정전류원(1066_3)의 제3전류(Ic3)이다. 여기서, 상기 제1발광 다이오드 스트링(104_1), 상기 제2발광 다이오드 스트링(104_2) 및 상기 제3발광 다이오드 스트링(104_3)은 직렬연결되어 있다. 본 실시예를 예로, 상기 제5 도통각(θ5)은 약 0.719π라디안(즉, 129.52각)이다. 도 5c에 이 조작하에서의 등가회로도를 나타낸다.
상기 구동전압이 점차 작아져 상기 제어기(1062)가 상기 구동전압이 상기 제1순방향 전압(Vf1), 상기 제2순방향 전압(Vf2) 및 상기 제3순방향 전압(Vf3)의 합보다 작은 것을 측정한 경우(본 실시예에서 90볼트, 즉 제6도통각(θ6)에 도달한 경우), 상기 제어기(1062)는 상기 제2개폐소자(1064_2)를 도통상태(나머지 개폐소자는 차단상태)로 제어함으로써, 상기 제1발광 다이오드 스트링(104_1), 상기 제2발광 다이오드 스트링(104_2)이 발광하며, 상기 제1발광 다이오드 스트링(104_1) 및 상기 제2발광 다이오드 스트링(104_2)에 흐르는 전류 크기는 상기 제2정전류원(1066_2)의 제2전류(Ic2)이다. 여기서, 상기 제1발광 다이오드 스트링(104_1)과, 상기 제2발광 다이오드 스트링(104_2)은 직렬연결되어 있다. 본 실시예를 예로, 상기 제6도통각(θ6)은 약 0.804π라디안(즉, 144.65각)이다. 도 5b에 이 조작하에서의 등가회로도를 나타낸다.
상기 구동전압이 점차 작아져 상기 제어기(1062)가 상기 구동전압이 상기 제1순방향 전압(Vf1)과, 상기 제2순방향 전압(Vf2)의 합보다 작은 것을 측정한 경우(본 실시예에서 60볼트, 즉 제7도통각(θ7)에 도달한 경우), 상기 제어기(1062)는 상기 제1개폐소자(1064_1)를 도통상태(나머지 개폐소자는 차단상태)로 제어함으로써, 상기 제1발광 다이오드 스트링(104_1)이 발광하며, 상기 제1발광 다이오드 스트링(104_1)에 흐르는 전류 크기는 상기 제1정전류원(1066_1)의 제1전류(Ic1)이다. 본 실시예를 예로, 상기 제7도통각(θ7)은 약 0.874π라디안(즉, 157.31각)이다. 도 5a에 이 조작하에서의 등가회로도를 나타낸다.
상기 구동전압이 점차 작아져, 제어기(1062)가 상기 구동전압이 상기 제1순방향 전압(Vf1)보다 작은 것을 측정한 경우(본 실시예에서 30볼트, 즉 제8도통각(θ8)에 도달한 경우, 약 0.938π라디안(즉, 168.88각)이다), 상기 제어기(1062)는 상기 모든 개폐소자(1064_N)를 차단상태로 제어함으로써 상기 발광 다이오드 유닛(104_N)이 모두 점멸상태로 된다.
본 실시예에 있어서, 4단계 전류제어를 예로, 상기 발광 다이오드 유닛(104_N)이 모두 점멸되면, 상기 구동전압은 지속적으로 감소한다. 상기 외부 교류 전압원(Vac)이 0점(또는 원점이라고 함)을 지난 후 캐소드 반주기 조작에 들어간다. 즉, 상기 외부 교류 전압원(Vac)의 전압의 크기는 부(-)의 값으로 된다. 그러나, 상기 구동전압이 전파 정류한 출력전압이기 때문에 상기 구동전압의 전압 크기는 전파 정류를 거친 후 여전히 정(+)의 값을 가진다. 때문에, 상기 외부 교류 전압원(Vac)이 반주기 조작에 들어가면 상기 구동전압은 실질상 상술한 상기 외부 교류 전압원(Vac)이 에노드 반주기 조작 시의 파형이다. 상기 외부 교류 전압원(Vac)이 캐소드 반주기 조작을 시작하여서부터 전압의 크기가 피크값에 도달하기 전 까지 상기 구동전압은 점차 커지지만, 반대로, 상기 외부 교류 전압원(Vac)의 전압의 크기가 피크값을 지나, 그 다음의 에노드 반주기 조작 전 까지 상기 구동전압은 점차 감소한다. 때문에. 상술한 외부 교류 전압원(Vac)은 에노드 반주기 조작 순서이고, 상기 발광 다이오드 유닛(104_N)은 상기 구동전압의 변화에 따라 상기 제어기(1062)에 의해 분할 전류 제어가 제공된다. 상기 교류전원 발광 다이오드 모듈의 캐소드 반주기 조작이 에노드 반주기 조작과 동일하기 때문에 이하 상세한 설명은 생략한다.
상기 정전류원의 전류크기(1c1~1c4)는 상기 발광 다이오드 유닛(104_N)의 발광 다이오드의 전압과 전류특성에 따라 상기 정전류원(1064_N)의 크기를 설정한다. 여기서, 상기 정전류원(1066_N)의 크기가 상기 구동전압의 증가에 따라 증가하면(상기 구동전압의 감소에 따라 감소)(이에 한정되지 않음), 상기 교류전원 발광 다이오드 모듈의 분할 전류 제어를 분할 가변전류 제어(sectioning varied-current control)라고 한다. 다시 말하자면, 상기 교류전원 발광 다이오드 모듈이 분할 전류 제어에서 조작될 경우, 상기 정전류원의 전류 크기(Ic1~Ic4)가 크기가 서로 다른 전류값으로 설정된다(도 4a 참조). 그 외에, 상기 교류전원 발광 다이오드 모듈이 분할 전류 제어에서 조작될 때, 상기 정전류원의 전류 크기(Ic1~Ic4)가 크기가 동일한 전류값으로 설정되면 상기 교류전원 발광 다이오드 모듈의 분할 전류 제어를 분할 정전류 제어((sectioning fixed-current control)라 한다(도 4b 참조).
따라서, 상기 교류전원 발광 다이오드 모듈이 본 발명의 분할 전류 제어(분할 가변전류 제어 및 분할 정전류 제어 포함)에서 조작될 경우, 반주기에서, 상기 제1도통각(θ1)으로부터 상기 제8도통각(θ1)까지 사이 발광시간구간(θe)에서 상기 발강 다이오드 유닛(104_N)은 발광상태에 있다. 이로써, 상기 발광 다이오드 유닛(104_N)의 발광시간(출광시간)을 크게 높일 수 있다.
그 외, 상기 실시예는 4단계 분할 전류제어를 예로 설명하였지만, 사용자는 요구에 따라 분할 전류 제어의 단계를 조정할 수 있다. 즉, 더 많은 단계의 분할 전류 제어를 통해, 상기 구동전압의 크기(즉, 상기 외부 교류 전압원(Vac)의 크기) 변화에 따라 상기 정전류원(1066_N)의 크기가 서로 다른 전류값과 결합하여 스텝(스텝파) 전류파형을 제공하여 상기 구동전압의 전압파형(정현파)을 피팅하며, 이에 의해 분할 가변전류 제어를 통해 상기 교류전원 발광 다이오드 모듈의 전체 역률을 크게 높인다.
도 6은 본 발명의 발광 다이오드 모듈의 조작방법의 흐름도이다.
상기 발광 다이오드 모듈은 전압원에 의해 전기가 공급된다. 여기서. 상기 전압원은 교류 전압원 또는 직류 전압원이며, 상기 조작방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.
첫째, 전기적으로 직렬연결된 복수개의 발광 다이오드 스트링(S200)을 포함하는 발광 다이오드 유닛을 제공하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 전압원이 상기 교류 전압원이면, 단계(S200) 전에 상기 전압원을 직류 전압원으로 정류하는 브리지 정류 유닛을 제공하는 단계(S100)를 더 포함한다.
둘째, 적어도 하나의 정전류원, 적어도 하나의 개폐소자 및 제어기를 포함하고, 상기 직류 전압원의 크기를 판단하는 것에 의해 상기 발광 다이오드 유닛에 전류 제어를 제공하는 집적회로 유닛을 제공하는 단계(S300)를 포함한다. 여기서, 상기 적어도 하나의 정전류원의 개수는 상기 적어도 하나의 개폐소자의 개수 및 상기 발광 다이오드 스트링의 개수와 같다. 상기 각 정전류원은 대응하는 상기 개폐소자와 전기적으로 직렬연결되어 직렬회로를 형성하고, 상기 직렬회로는 전기적으로 병렬연결된다. 그 외에, 상기 적어도 하나의 개폐소자는 금속산화물 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET) 또는 이종 접합형 트랜지스터(BJT)이다.
단계(S300)에서 상기 발광 다이오드 유닛은 복수개의 발광 다이오드 스트링을 포함하고, 각 발광 다이오드 스트링은 총합의 순방향 전압을 가진다. 상기 제어기에 의해 상기 정류된 상기 구동전압과 상기 순방향 전압 총합의 관계를 측정함으로써 상기 적어도 하나의 개폐소자의 도통 및 차단상태를 제어하여 상기 발광 다이오드 유닛의 발광 및 점멸상태를 결정한다. 상기 각 정전류원의 크기가 같으면 분할 정전류 제어이고, 상기 각 정전류원의 크기가 변하면 분할 가변전류 제어이다. 상기 브리지 정류유닛, 상기 발광 다이오드 유닛 및 상기 집적회로 유닛을 정합하여 시스템 패키지 모듈을 형성한다(S400). 즉, 인쇄회로판을 사용하지 않고도 상기 브리지 정류유닛, 상기 발광 다이오드 유닛 및 상기 집적회로 유닛을 직접 발광 다이도드 모듈로 패킹할 수 있다.
이상은 본 발명의 바람직한 구체적 실시예에 대한 상세한 설명과 도면으로써 본 발명의 특징은 이에 한정되는 것이 아니고, 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 모든 범위는 후술하는 특허 청구의 범위를 기준으로 해야 하며, 본 발명의 특허 청구 범위의 정신 및 유사한 변화에 부합되는 실시예는 본 발명의 범위에 속한다고 해야 할 것이며, 본 발명의 기술영역에 속하는 기술자라면 누구나 용이하게 변화 또는 수정할 수 있으며, 이 또한 본 발명의 특허범위에 속한다고 해야할 것이다.

Claims (19)

  1. 전압원에 의해 전기가 공급되는 발광 다이오드 모듈에 있어서,
    상기 전압원에 전기적으로 연결되고, 상기 전압원에 의해 구동되며, 각각 전기적으로 직렬연결된 복수개의 발광 다이오드 스트링을 포함하는 발광 다이오드 유닛과,
    상기 전압원과 상기 발광 다이오드 유닛에 전기적으로 연결되고, 상기 전압원에 의해 전기가 공급되며, 적어도 두개의 정전류원과, 상기 정전류원과 대응되는 적어도 두개의 개폐소자 및 제어기를 포함하는 집적회로 유닛을 포함하며,
    상기 모든 개폐소자는 상기 대응되는 정전류원과 직렬연결되고,
    상기 직렬연결된 개폐소자 및 정전류원은 두개의 상기 발광다이오드 스트링 사이에 연결되고,
    상기 제어기는 상기 적어도 두개의 정전류원과 적어도 두개의 개폐소자에 전기적으로 연결되고,
    상기 전압원이 상기 발광 다이오드 스트링의 순방향 전압보다 클 경우, 상기 제어기는 대응하는 상기 개폐소자를 도통시키고 나머지 개폐소자는 차단하고,
    상기 전압원의 크기가 변할 때, 상기 적어도 두개의 정전류원의 크기가 동일하면 상기 제어기는 상기 발광 다이오드 유닛을 분할 정전류 제어하고, 상기 전압원의 크기가 변할 때, 상기 적어도 두개의 정전류원의 크기가 동일하지 않으면, 상기 제어기는 상기 발광 다이오드 유닛을 분할 가변전류 제어하는
    발광 다이오드 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압원이 교류 전압원 또는 직류 전압원인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전압원이 상기 교류 전압원일 경우, 상기 발광 다이오드 모듈이 상기 교류 전압원을 직류 전압원으로 정류하도록 브리지 정류 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 브리지 정류 유닛, 상기 발광 다이오드 유닛 및 상기 집적회로 유닛이 정합되어 시스템 패키지 모듈을 형성하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 집적회로 유닛의 적어도 하나의 정전류원의 개수 및 적어도 하나의 개폐소자의 개수가 상기 발광 다이오드 스트링의 개수와 동일한 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 정전류원은 대응하는 상기 개폐소자와 전기적으로 직렬연결되어 직렬회로를 형성하며, 상기 직렬회로는 다시 전기적으로 병렬연결되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 개폐소자가 금속산화물 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET) 또는 이종 접합형 트랜지스터(BJT)인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈.
  10. 전압원에 의해 전기가 공급되는 발광 다이오드 모듈에 있어서, 상기 발광 다이오드 모듈의 조작방법은,
    (a) 전기적으로 직렬연결된 복수개의 발광 다이오드 스트링을 포함하는 발광 다이오드 유닛을 제공하는 단계;
    (b) 적어도 두개의 정전류원, 적어도 두개의 개폐소자 및 제어기를 포함하고, 상기 모든 개폐소자는 상기 대응되는 정전류원과 직렬연결되고, 상기 직렬연결된 개폐소자 및 정전류원은 두개의 상기 발광다이오드 스트링 사이에 연결되는 집적회로 유닛을 제공하는 단계;
    (c) 상기 전압원의 크기가 변할 때, 상기 전압원의 크기가 동일하면, 상기 제어기는 상기 발광 다이오드 유닛을 분할 정전류 제어하고, 상기 전압원의 크기가 변할 때, 상기 적어도 두개의 정전류원의 크기가 동일하지 않으면 상기 제어기는 상기 발광 다이오드 유닛을 분할 가변전류 제어하는 단계;
    를 포함하는 발광 다이오드 모듈의 조작방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 전압원이 교류 전압원 또는 직류 전압원인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈의 조작방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 전압원이 상기 교류 전압원일 경우, (a)단계 전에
    (a`) 상기 교류 전압원을 직류 전압원으로 정류하는 브리지 정류유닛을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈의 조작방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    (b)단계 후에
    (c) 상기 브리지 정류유닛, 상기 발광 다이오드 유닛 및 상기 집적회로 유닛을 정합하여 패키기 모듈을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈의 조작방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제 10 항에 있어서,
    (b)단계에서, 상기 집적회로 유닛의 적어도 하나의 정전류원의 개수 및 상기 적어도 하나의 개폐소자의 개수가 상기 발광 다이오드 스트링의 개수와 동일한 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈의 조작방법.
  18. 제 10 항에 있어서,
    (b)단계에서, 상기 각 정전류원은 대응하는 상기 개폐소자와 전기적으로 직렬연결되어 직렬회로를 형성하며, 상기 직렬회로는 다시 전기적으로 병렬연결되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈의 조작방법.
  19. 제 10 항에 있어서,
    (b)단계에서, 상기 적어도 하나의 개폐소자가 금속산화물 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET) 또는 이종 접합형 트랜지스터(BJT)인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈의 조작방법.
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