KR101517977B1 - 반도체 발광소자 조명장치 - Google Patents

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Abstract

본 개시는, 반도체 발광소자 조명장치에 있어서, 제1 발광 영역 및 제1 발광 영역 둘레의 제2 발광 영역을 구비하는 기판; 제1 발광 영역에 배치되는 제1 LED 칩 그룹; 제2 발광 영역에 배치되는 제2 LED 칩 그룹; 제1 색온도의 제1 형광체를 포함하며 제1 발광 영역에 디스펜싱되어 제1 LED 칩 그룹을 덮는 제1 봉지부; 제1 색온도보다 높은 제2 색온도의 제2 형광체를 포함하며 제2 발광 영역에 디스펜싱되어 제2 LED 칩 그룹을 덮는 제2 봉지부; 조도를 조절하는 조광기; 및 조광기의 입력에 따라 최대출력과 최소출력 사이의 설정출력을 기준으로 제1 LED 칩 그룹 및 제2 LED 칩 그룹으로의 전원 공급을 제어하되, 설정출력 이하의 출력의 적어도 일부 구간에서는 제2 LED 칩 그룹에 공급되는 전류를 차단한 상태에서 제1 LED 칩 그룹에 공급되는 전류를 증감시키고, 설정출력 이상의 출력의 적어도 일부 구간에서는 제1 LED 칩 그룹에 공급되는 전류를 최대로 유지하고 제2 LED 칩 그룹에 공급되는 전류를 증감시키는 구동회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 조명장치에 관한 것이다.

Description

반도체 발광소자 조명장치{ILLUMINATING APPARATUR USING LIGHT EMITTING ELEMENTS}
본 발명은 반도체 발광소자 조명장치에 관한 것으로, 특히 조도 조절시 색온도를 동시에 조절할 수 있는 반도체 발광소자 조명장치에 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 교류 전원을 이용한 반도체 발광소자 조명장치의 일 예를 나타내는 도면으로서, 교류 전원(100), 교류 전원(100)의 전압을 조절하는 저항(110), 그리고 극성을 반대로 하여 병렬연결된 LED(120) 및 LED(130)가 도시되어 있다. 양의 전류가 흐를 때 LED(120)가 발광하며, 음의 전류가 흐를 때 LED(130)가 발광한다.
도 2는 종래의 교류 전원을 이용한 반도체 발광소자 조명장치의 다른 예를 나타내는 도면으로서, 발광장치(200)는 정류 회로(210; Rectifier), 평활 회로(220; Regulator), 발광부(230)를 포함한다. 교류는 정류 회로(210)를 통해 맥류로 전환되며, 평활 회로(220)를 통해 직류의 형태로 전환되어 발광부(230)에 공급된다.
도 3은 종래의 교류 전원을 이용한 반도체 발광소자 조명장치의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 정류 회로(310), 트랜스를 포함하는 스위칭 모드 파워 스플라이(320; SMPS), 복수 발광소자가 직렬연결된 LED 어레이(330)가 구비된 발광부(340)가 도시되어 있다. 그러나 SMPS(320)를 사용하는 경우에, EMI(Electromanetic Interference) 필터(350)가 추가로 구비되어야 한다.
도 4 및 도 5는 종래의 교류 전원을 이용한 반도체 발광소자 조명장치의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 발광소자(400)는 정류 회로(410)와 전압에 맞추어 직렬연결된 복수의 LED(420)를 구비한다. 정류 회로(410)를 거친 전압은 도 5에 도시된 것과 같은 형태의 파형을 가진다. 복수의 LED(420)는 이들 모두가 도통될 수 있을 만큼 이르렀을 때(Ton)에야 발광되며, 또한 그 이하로 전압이 떨어질 때(Toff)에 소광된다. 따라서 회로부의 구성을 간단히 할 수 있는 반면에, 교류 전원 전체 주기에서 사용하지 못하는 문제점이 있다.
도 6 및 도 7은 미국공개특허공보 제2010-0194298호에 제시된 교류 전원을 이용한 반도체 발광소자 조명장치의 일 예를 나타내는 도면으로서, 상기한 문제점을 해소하기 위하여, 발광소자(600)는 정류 회로(610), 직렬연결된 LED를 복수의 그룹(631,632,633,634,635)으로 나누어 제어하는 제어부(620)를 구비한다. 제어부(620)는 각각의 그룹(631,632,633,634,635)을 발광하도록 제어하는 스위치(Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6)를 가진다. 정류된 전류의 전압이 LED 그룹(631)을 On할 수 있는 시간(T1) 및 전압(20V)에 이르면, 스위치(Q1)가 On 상태로 유지시켜, LED 그룹(631)을 거친 전류가 스위치(Q1)를 통해 도통함으로써, 20V부터 40V 사이의 전압에서 LED 그룹(631)을 발광시킨다. LED 그룹(631)과 LED 그룹(632)을 On할 수 있는 시간(T2) 및 전압(40V)에 이르면, 스위치(Q1)를 Off 시키고 스위치(Q2)를 On 상태에 유지시켜, LED 그룹(631) 및 LED 그룹(632)를 거친 전류가 스위치(Q2)를 통해 도통함으로써, 40V부터 60V 사이의 전압에서 LED 그룹(631) 및 LED 그룹(632)을 발광시킨다. 동일한 방식으로 LED 그룹(635)까지를 발광시키고, 전압이 감소하면 반대로 스위치를 On/Off 함으로써 순차로 발광을 감소시킨다. 이러한 발광소자에 의하면, 정류된 전류 전체를 발광소자의 발광에 이용할 수 있는 이점을 가지지만, LED 그룹(631)을 한 주기 전체에 걸쳐 발광을 하게 되며, LED 그룹(635)은 가장 높은 전압의 구간에서만 발광을 하게 되므로, 시간이 지남에 따라 LED 특성이 변할 수 있는 문제점을 가진다.
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).
이를 위하여, 본 개시는, 반도체 발광소자 조명장치에 있어서, 제1 발광 영역 및 제1 발광 영역 둘레의 제2 발광 영역을 구비하는 기판; 제1 발광 영역에 배치되는 제1 LED 칩 그룹; 제2 발광 영역에 배치되는 제2 LED 칩 그룹; 제1 색온도의 제1 형광체를 포함하며 제1 발광 영역에 디스펜싱되어 제1 LED 칩 그룹을 덮는 제1 봉지부; 제1 색온도보다 높은 제2 색온도의 제2 형광체를 포함하며 제2 발광 영역에 디스펜싱되어 제2 LED 칩 그룹을 덮는 제2 봉지부; 조도를 조절하는 조광기; 및 조광기의 입력에 따라 최대출력과 최소출력 사이의 설정출력을 기준으로 제1 LED 칩 그룹 및 제2 LED 칩 그룹으로의 전원 공급을 제어하되, 설정출력 이하의 출력의 적어도 일부 구간에서는 제2 LED 칩 그룹에 공급되는 전류를 차단한 상태에서 제1 LED 칩 그룹에 공급되는 전류를 증감시키고, 설정출력 이상의 출력의 적어도 일부 구간에서는 제1 LED 칩 그룹에 공급되는 전류를 최대로 유지하고 제2 LED 칩 그룹에 공급되는 전류를 증감시키는 구동회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 조명장치를 제공한다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 종래의 교류 전원을 이용한 반도체 발광소자 조명장치의 일 예를 나타내는 도면,
도 2는 종래의 교류 전원을 이용한 반도체 발광소자 조명장치의 다른 예를 나타내는 도면,
도 3은 종래의 교류 전원을 이용한 반도체 발광소자 조명장치의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 4 및 도 5는 종래의 교류 전원을 이용한 반도체 발광소자 조명장치의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 6 및 도 7은 미국공개특허공보 제2010-0194298호에 제시된 교류 전원을 이용한 반도체 발광소자 조명장치의 일 예를 나타내는 도면,
도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자 조명장치의 일 예를 나타내는 도면,
도 9는 도 8의 A-A선 단면도,
도 10은 도 8의 반도체 발광소자 조명장치를 구동하는 구동회로의 일 예를 나타내는 회로도,
도 11은 본 개시에 따른 반도체 발광소자 조명장치의 다른 일 예를 나타내는 도면,
도 12는 도 11의 B-B선 단면도,
도 13은 도 11의 반도체 발광소자 조명장치를 부분적으로 나타내는 회로도,
도 14는 본 개시에 따른 반도체 발광소자 조명장치의 입력 전압에 따른 점등 상태를 구간별로 나타내는 그래프.
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 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자 조명장치의 일 예를 나타내는 도면이고, 도 9는 도 8의 A-A선 단면도, 도 10은 도 8의 반도체 발광소자 조명장치를 구동하는 구동회로의 일 예를 나타내는 회로도이다.
반도체 발광소자 조명장치(100)는 조도를 조절하는 조광기(110), 칩 온 보드(이하, COB: Chip On Board) 타입의 발광 모듈(130) 및 구동회로(150)를 포함한다.
발광 모듈(130)은, 중앙의 제1 발광 영역(111) 및 제1 발광 영역(111) 둘레의 제2 발광 영역(113)을 구비하는 기판(115), 제1 발광 영역(111)에 배치되는 제1 LED 칩 그룹(G1), 제2 발광 영역(113)에 배치되는 제2 LED 칩 그룹(G2), 제1 발광 영역(111)에 디스펜싱되어 제1 LED 칩 그룹(G1)을 덮는 제1 봉지부(125), 및 제2 발광 영역(113)에 디스펜싱되어 제2 LED 칩 그룹(G2)을 덮는 제2 봉지부(135)를 포함한다.
기판(115)은 또한 제1 발광 영역(111)과 전기적으로 연결되는 제1 입력단자(116) 및 제1 출력단자(117)를 구비하고, 제2 발광 영역(113)과 전기적으로 연결되는 제2 입력단자(118) 및 제2 출력단자(119)를 구비한다.
제1 LED 칩 그룹(G1)은 다수의 LED 칩(121)으로 이루어질 수 있으며 제1 발광 영역(111)에 장착된다. LED 칩(121)은 예를 들어 청색 LED 칩이 사용될 수 있다. 제1 LED 칩 그룹(G1)은 제1 입력단자(116) 및 제1 출력단자(117)와 전기적으로 연결되며, 제1 입력단자(116) 및 제1 출력단자(117)를 통해 구동회로(150)에 연결된다. 제2 LED 칩 그룹(G2) 역시 다수의 LED 칩(131)으로 이루어질 수 있으며 제2 발광 영역(113)에 장착된다. 제2 LED 칩 그룹(G2)을 이루는 LED 칩(131) 역시 제1 LED 칩 그룹(G1)을 이루는 LED 칩(121)과 마찬가지로 청색 LED 칩이 사용될 수 있다. 제2 LED 칩 그룹(G2)은 제2 입력단자(118) 및 제2 출력단자(119)와 전기적으로 연결되며, 제2 입력단자(118) 및 제2 출력단자(119)를 통해 구동회로(150)에 연결된다. 따라서, 제1 LED 칩 그룹(G1) 및 제2 LED 칩 그룹(G2)은 독립적으로 전원을 공급받아 독립적으로 제어될 수 있다.
제1 봉지부(125) 및 제2 봉지부(135)는 실리콘 등과 같은 투명재질의 수지 및 형광체를 혼합한 액상의 봉지제를 제1 발광 영역(111) 및 제2 발광영역(113) 각각에 디스펜싱한 다음 경화시키는 방식으로 형성될 수 있다. 제1 봉지부(125)는 예를 들어 투명재질의 실리콘 수지 및 1800K 정도의 색온도를 갖는 웜(warm)계열의 주황색 형광체를 포함할 수 있다. 제2 봉지부(135)는 예를 들어 투명재질의 실리콘 수지 및 제1 봉지부(125)에 포함되는 주황색 형광체보다 색온도가 높은 4000K 정도의 색온도를 갖는 쿨(cool)계열의 황색 형광체를 포함할 수 있다. 물론, 제1 봉지부(125)에 포함되는 형광체와 제2 봉지부(135)에 포함되는 형광체의 종류는 변경될 수 있으며, 형광체의 종류 변경을 통해 색온도를 변화시킬 수 있다.
기판(115) 위의 제1 발광 영역(111)과 제2 발광 영역(113)의 경계를 따라 경계턱(160)이 형성될 수 있다. 경계턱(160)은 제1 봉지부(125)의 외곽을 한정하며, 따라서 제1 봉지부(125)와 제2 봉지부(135)가 형성되는 영역을 명확하게 구분함으로써, 제1 봉지부(125)를 이루는 봉지제와 제2 봉지부(135)를 이루는 봉지제가 디스펜싱을 통한 형성과정에서 섞이는 것을 방지할 수 있다. 경계턱(160)은 또한 제1 LED 칩 그룹(G1)에서 발생한 빛이 제2 LED 칩 그룹(G2) 쪽으로 방출되는 것을 차단하고, 제2 LED 칩 그룹(G2)에서 발생한 빛이 제1 LED 칩 그룹(G1) 쪽으로 방출되는 것을 차단하여, 제1 LED 칩 그룹(G1) 및 제2 LED 칩 그룹(G2)에서 발생한 빛이 제1 봉지부(125) 및 제2 봉지부(135) 밖으로 방출되기 이전에 혼합되는 것을 방지할 수 있다. 더불어, 기판(115) 위의 제2 발광 영역(113)의 둘레를 따라 외곽 경계턱(170)을 포함할 수 있다. 외곽 경계턱(170)은 제2 봉지부(135)의 외곽을 한정하며, 따라서 제2 봉지부(135)의 형성과정에서 봉지제가 제2 발광 영역(113) 밖으로 퍼지는 것을 차단하여 외관이 불량해지는 것을 방지할 수 있다.
구동회로(150)는 조광기(110)와 전기적으로 연결되며, 조광기(110)의 입력에 대응하여 제1 LED 칩 그룹(G1) 및 제2 LED 칩 그룹(G2)으로의 전원 공급을 제어한다. 구동회로(150)는, 조광기(110)의 입력에 대응하여, 직류 전류를 최대출력과 최소출력 사이에서 제어하도록 구성될 수 있다. 구동회로(150)는, 최대출력과 최소출력 사이에서의 출력 전류 제어 및 최대출력과 최소출력 사이에서 결정되는 설정출력에서 제2 LED 칩 그룹(G2)의 On/Off 제어를 수행하는, 전류제어 IC 소자(155)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 최대출력은 160mA, 설정출력은 60mA, 그리고 최소출력은 0mA로 결정된다고 가정했을 때, 전류제어 IC 소자(155)는 160mA의 최대출력과 60mA의 설정출력 사이에서 제1 LED 칩 그룹(G1)에 공급되는 최대로 유지하고 제2 LED 칩 그룹(G2)에 공급되는 전류를 증감시키는 방식으로 출력 전류를 제어하며, 60mA의 설정출력과 0mA의 최소전류 사이에서 제2 LED 칩 그룹(G2)에 공급되는 전류를 차단한 상태에서 제1 LED 칩 그룹(G1)에 공급되는 전류를 증감시키는 방식으로 출력 전류를 제어한다. 구동회로(150)는, 예를 들어 도 10에 도시한 바와 같이, 정류회로(151), 촙핑 회로(152: chopping circuit), 플라이백 컨버터(153: flyback converter) 및 전류제어 IC 소자(155)를 포함한 구성으로 이루어질 수 있다.
따라서, 조광기(110)를 사용한 조도 조절시, 160mA의 최대출력에서 제1 LED 칩 그룹(G1) 및 제2 LED 칩 그룹(G2)이 모두 최대 밝기로 발광하며, 조광기(110)의 조절에 의해 출력 전류가 감소하게 되면 제1 LED 칩 그룹(G1)은 최대 밝기를 유지한 상태에서 제2 LED 칩 그룹(G2)만 점진적으로 어두워지고, 60mA의 설정출력에 도달하면 제2 LED 칩 그룹(G2)은 전류 공급 차단과 함께 소등되며, 출력 전류가 60mA 이하로 더 감소하게 되면 제2 LED 칩 그룹(G2)은 소등된 상태에서 제1 LED 칩 그룹(G1)만 점진적으로 어두워지는 방식으로 조도 조절이 이루어지게 된다.
이와 같은 방식으로 반도체 발광소자 조명장치(100)의 조도가 조절되는 과정에서, 색온도 또한 동시에 조절된다. 구체적으로, 제1 LED 칩 그룹(G1)은 주황색 형광체를 포함하는 제1 봉지부(125)에 덮이게 됨에 따라 1800K 정도의 색온도를 갖는 빛을 발하고, 제2 LED 칩 그룹(G2)은 황색 형광체를 포함하는 제2 봉지부(135)에 덮이게 됨에 따라 4000K 정도의 색온도를 갖는 빛을 발하게 되며, 최대출력에서 제1 LED 칩 그룹(G1)에서 방출된 빛과 제2 LED 칩 그룹(G2)에서 방출된 빛이 혼합되어 조명장치(100)에서 발하는 빛은 전체적으로 대략 3000K 정도의 색온도를 갖게 되어 상대적으로 차가운 느낌을 제공할 수 있게 된다. 조도 조절로 출력 전류가 감소하게 되면 제2 LED 칩 그룹(G2)이 점진적으로 어두워지고, 이 과정에서 조명장치(100)의 전체 밝기가 감소함과 더불어 색온도 또한 점진적으로 감소하게 되면서따듯한 느낌을 제공할 수 있게 된다. 나아가, 출력 전류가 설정출력 아래로 감소하게 되면 제1 LED 칩 그룹(G1)만 빛을 방출하게 되므로, 조명장치(100)에서 발하는 빛은 1800K 정도의 색온도 갖게 된다. 즉, 조광기(110)를 사용한 조도 조절시, 최대출력과 최소출력 사이에서 조도를 조절하는 과정에서, 3000K 내지 1800K 범위 내에서 색온도 또한 조절할 수 있다. 물론, 제1 봉지부(125) 및 제2 봉지부(135)에 포함되는 형광체의 종류를 변경함으로써, 색온도의 조절 범위가 변경될 수 있을 것이다.
다른 예로서, 별도로 도시하진 않지만, 제2 LED 칩 그룹(G2) 둘레에 추가적인 LED 칩 그룹이 구비될 수 있다. 추가적인 LED 칩 그룹은 제2 LED 칩 그룹(G2)을 덮는 제2 봉지부(135)에 포함되는 형광체와 다른 종류의 형광체를 포함하는 봉지부에 의해 덮이도록 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, 색온도 조절의 범위를 확대할 수 있다.
도 11은 본 개시에 따른 반도체 발광소자 조명장치의 다른 일 예를 나타내는 도면이고, 도 12는 도 11의 B-B선 단면도이며, 도 13은 도 10의 반도체 발광소자 조명장치를 부분적으로 나타내는 회로도이며, 도 14는 본 개시에 따른 반도체 발광소자 조명장치의 입력 전압에 따른 점등 상태를 구간별로 나타내는 그래프이다.
반도체 발광소자 조명장치(200)는 조도를 조절하는 조광기(210), 칩 온 보드(이하, COB: Chip On Board) 타입의 발광 모듈(230) 및 구동회로(250)를 포함한다.
조광기(210)는 예를 들어 트라이악(triac)을 이용하여 도통시간을 제어하는 방식으로 제공될 수 있고, 펄스 폭 변조방식으로 제공될 수도 있다.
구동회로(250)는 하나 이상의 바이패스 스위치(S1,S2,S3)를 구비하며, 조광기(210)의 입력에 대응하여 발광 모듈(230)에 공급되는 전원을 제어한다.
발광 모듈(230)은, 중앙의 제1 발광 영역(211) 및 제1 발광 영역(211) 둘레의 제2 발광 영역(213)을 구비하는 기판(215), 제1 발광 영역(211)에 배치되는 제1 LED 칩 그룹(G1), 제2 발광 영역(213)에 배치되는 제2 LED 칩 그룹(G2), 제1 발광 영역(211)에 디스펜싱되어 제1 LED 칩 그룹(G1)을 덮는 제1 봉지부(225), 및 제2 발광 영역(213)에 디스펜싱되어 제2 LED 칩 그룹(G2)을 덮는 제2 봉지부(235)를 포함한다.
제1 봉지부(225) 및 제2 봉지부(235)는 실리콘 등과 같은 투명재질의 수지 및 형광체를 혼합한 액상의 봉지제를 제1 발광 영역(211) 및 제2 발광영역(213) 각각에 디스펜싱한 다음 경화시키는 방식으로 형성될 수 있다. 제1 봉지부(225)는 예를 들어 투명재질의 실리콘 수지 및 1800K 정도의 색온도를 갖는 웜(warm)계열의 주황색 형광체를 포함할 수 있다. 제2 봉지부(235)는 예를 들어 투명재질의 실리콘 수지 및 제1 봉지부(225)에 포함되는 주황색 형광체보다 색온도가 높은 4000K 정도의 색온도를 갖는 쿨(cool)계열의 황색 형광체를 포함할 수 있다. 물론, 제1 봉지부(225)에 포함되는 형광체와 제2 봉지부(235)에 포함되는 형광체의 종류는 변경될 수 있으며, 형광체의 종류 변경을 통해 색온도를 변화시킬 수 있다.
제1 LED 칩 그룹(G1) 및 제2 제2 LED 칩 그룹(G2)은, 제1 LED 칩 그룹(G1)을 이루는 하나 이상의 LED 칩 채널(C1) 및 제2 LED 칩 그룹(G2)을 이루는 하나 이상의 LED 칩 채널(C2,C3,C4)을 포함하는 것으로서, 각각 교류 전압의 반주기 내에서 발광할 수 있는 직렬로 연결된 복수개의 LED 칩 채널(C1,C2,C3,C4)로 구성된다. 예를 들어, 도 11에 나타낸 것과 같이, 제1 LED 칩 그룹(G1)은 1개의 LED 칩 채널(C1)로 이루어지고, 제2 LED 칩 그룹(G2)은 3개의 LED 칩 채널(C2,C3,C4)로 이루어질 수 있다.
각 LED 칩 채널(C1,C2,C3,C4)은 교류 전압의 반주기 내에서 발광할 수 있으며, 직렬로 연결된다. LED 칩 채널(C1,C2,C3,C4)은 각각 하나 이상의 LED 칩(221)으로 이루어지고, LED 칩들(221)도 각 LED 칩 채널(C1,C2,C3,C4) 내에서 직렬로 연결된다.
LED 칩 채널의 수는 변화될 수 있으며, 구동회로(250)를 구성하는 바이패스 스위치(S1,S2,S3)의 수 또한 LED 칩 채널(C1,C2,C3,C4)의 수에 따라 변화될 수 있다. 바이패스 스위치(S1,S2,S3)의 수는 LED 칩 채널(C1,C2,C3,C4)의 수보다 1개 적은 수로 구비되는 것이 바람직하다.
바이패스 스위치(S1,S2,S3)는, 예를 들어 LED 칩 채널(C1,C2,C3,C4)의 수가 4개인 경우, 전류 흐름 상에서 첫 번째 LED 칩 채널(C1)과 2번째 LED 칩 채널(C2) 사이, 2번째 LED 칩 채널(C2)과 3번째 LED 칩 채널(C3) 사이 및 3번째 LED 칩 채널(C3)과 4번째 LED 칩 채널(C4) 사이에 각각 위치하여, 각각의 LED 칩 채널(C1,C2,C3,C4)을 상기 반주기 내의 일부 구간에서 발광시킨다.
반도체 발광소자 조명장치(200)를 구성하는 LED 칩의 총 수는 전체 동작전압과 각 LED 칩이 가지는 고유의 동작전압을 고려하여 결정된다. 예를 들어, 대략 2.9V 정도의 고유 동작전압을 가지는 청색 LED 사용하여 120V의 전체 동작전압을 가지는 반도체 발광소자 조명장치를 구성하기 위해, 42개의 LED 칩이 사용될 수 있다. 42개의 LED 칩은 예를 들어 4개의 LED 칩 채널(C1,C2,C3,C4)로 구분될 수 있다.
전류 흐름 상에서 첫 번째 LED 칩 채널(C1)은 제1 LED 칩 그룹(G1)에 포함되어 제1 발광 영역(211) 위에 배치되며, 2번째 내지 4번째 LED 칩 채널(C2,C3,C4)은 제2 LED 칩 그룹(G2)에 포함되어 제2 발광 영역(213) 위에 배치된다. 첫 번째 LED 칩 채널(C1)을 포함하는 제1 LED 칩 그룹(G1)은 제1 봉지부(225)에 의해 덮이게 되고, 2번째 내지 4번째 LED 칩 채널(C2,C3,C4)을 포함하는 제2 LED 칩 그룹(G2)은 제2 봉지부에 의해 덮이게 된다. 제1 봉지부(225)는 방출되는 빛이 1800K 정도의 낮은 색온도를 갖도록 하는 주황색 형광체를 포함하며, 제2 봉지부(235)는 방출되는 빛이 4000K 정도의 상대적으로 높은 색온도를 갖도록 하는 황색 형광체를 포함한다. 따라서, 제1 LED 칩 그룹(G1)에 포함되는 첫 번째 LED 칩 채널(C1)이 발광할 때 낮은 색온도의 빛을 발하게 되고, 제2 LED 칩 그룹(G1)에 포함되는 2번째 내지 4번째 LED 칩 채널(C2,C3,C4)이 발광할 때 높은 색온도의 빛을 발하게 된다. 그리고, 4개의 LED 칩 채널(C1,C2,C3,C4)이 모두 발광할 때 가장 높은 색온도의 빛을 발하게 되고, 발광되는 LED 칩 채널의 수가 감소함에 따라 방출되는 빛의 색온도가 낮아지다가, 제1 LED 칩 그룹(G1)에 속하는 첫 번째 LED 칩 채널(C1)만이 발광할 때 가장 낮은 색온도의 빛을 발하게 된다.
물론, 제1 봉지부(225) 및 제2 봉지부(235) 각각에 포함되는 형광체의 종류는 변경될 수 있으며, 형광체의 종류 변경으로 구현할 수 있는 색온도의 범위가 변결될 수 있다. 또한, 제1 LED 칩 그룹(G1)이 2개의 LED 칩 채널(C1,C2)을 포함하고 제2 LED 칩 그룹(G2)이 2개의 LED 칩 채널(C3,C4)을 포함하는 것과 같은 변경도 가능하다.
이와 같이 전류 흐름 상에서 상류 측에 위치하는 첫 번째 LED 칩 채널(C1)이 낮은 색온도를 구현하는 주황색 형광체를 포함하는 제1 봉지부(225)에 의해 덮이는 제1 LED 칩 그룹(G1)에 포함되고, 2번째 내지 4번째 LED 칩 채널(C2,C3,C4)이 높은 색온도를 구현하는 황색 형광체를 포함하는 제2 봉지부(235)에 의해 덮이는 제2 LED 칩 그룹(G1)에 포함됨에 따라, 조광기(210)를 입력에 대응하여 마지막의 4번째 LED 칩 채널(C4)부터 역순으로 광량이 낮아지다가 소등되며, 이 과정에서 반도체 발광소자 조명장치(200)의 전체 색온도가 점진적으로 낮아지게 된다. 따라서, 최대밝기 상태에서 상대적으로 차가운 느낌을 제공할 수 있게 되고, 밝기가 낮아짐에 따라 색온도가 저하되면서 따듯한 느낌을 제공할 수 있게 된다. 즉, 반도체 발광소자 조명장치(200)에서, 조광기(210)를 사용한 밝기조절과 동시에 색온도의 변화를 구현할 수 있다.
복수의 LED 칩 채널(C1,C2,C3,C4)은 제1 동작전압을 가지는 LED 칩 채널과 제1 동작전압 높은 제2 동작전압을 가지는 LED 칩 채널로 구분될 수 있다. 그리고, 제2 동작전압을 가지는 하나의 LED 칩 채널과 제1 동작전압을 가지는 나머지 LED 칩 채널들로 구분될 수 있다. 전류 흐름 상에서 첫 번째 LED 칩 채널(C1)은 제1 동작전압을 가지는 것이 바람직하다. 물론, 제1 LED 칩 그룹(G1)과 제2 LED 칩 그룹(G2)이 각각 하나의 LED 칩 채널로 이루어져 총 2개의 LED 칩 채널(C1,C2)로 구성되는 경우에는, 전류 흐름 상에서 2번째 LED 칩 채널(C2)이 마지막 LED 칩 채널이 될 수밖에 없어 불가피하지만, 3개 이상의 LED 칩 채널로 구분되는 경우에는, 제2 동작전압을 가지는 LED 칩 채널은 첫 번째 LED 칩 채널(C1)과 마지막 LED 칩 채널(C4)을 제외한 나머지 LED 칩 채널 중 어느 하나를 이루는 것이 바람직하다. 나아가, 2번째 LED 칩 채널(C2)이 다른 LED 칩 채널들보다 높은 제2 동작전압을 가지는 것이 바람직하다. 한편, 제2 동작전압은 제1 동작전압의 2배 내지 3배의 범위 이내인 것이 바람직하다.
예를 들어, 도 11에 나타낸 것과 같이, 총 42개의 LED가 4개의 LED 칩 채널(C1,C2,C3,C4)로 구분되는 경우, 첫 번째 LED 칩 채널(C1), 3번째 LED 칩 채널(C3) 및 4번째 LED 칩 채널(C3)은 각각 8개의 LED 칩으로 이루어져 대략 23V의 제1 동작전압을 가지고, 2번째 LED 칩 채널(C2)은 18개의 LED 칩으로 이루어져 대략 52V의 제2 동작전압을 가지도록 구성될 수 있다. 각 LED 칩 채널(C1,C2,C3,C4)을 구성하는 LED 칩의 수는 상기한 전제들을 만족하는 범위 이내에서 변화될 수 있다. 제1 동작전압을 가지는 LED 칩 채널들(C1,C3,C4)을 이루는 LED 칩의 수가 반드시 동일해야 하는 것은 아니며, 첫 번째 LED 칩 채널(C1)의 동작전압보다 높지 않은 한도 내에서 소폭 변화될 수 있을 것이다.
도 14에 도시된 것과 같이, 정류회로를 통해 반파 정류된 정현파 형태의 교류 입력 전압이 인가되면, 4개의 LED 칩 채널(C1,C2,C3,C4)은 전류 흐름을 기준으로, 상류에 위치하는 첫 번째 LED 칩 채널(C1)으로부터 하류에 위치하는 4번째 LED 칩 채널의 순으로 순차적으로 발광이 일어난다. 교류 전압의 반주기 내에서, 첫 번째 LED 칩 채널(C1)의 동작전압인 23V에 도달하면, 바이패스 스위치(S1)가 On 상태로 유지되고, 첫 번째 LED 칩 채널(C1) 만이 발광된다. 첫 번째 LED 칩 채널(C1)이 낮은 23V의 낮은 동작전압을 가짐에 따라, 반도체 발광소자 조명장치가 낮은 전압에서 점등이 시작된다. 교류 전압이 첫 번째 LED 칩 채널(C1)과 2번째 LED 칩 채널(C2)의 동작전압을 합한 값인 75V에 도달하면 바이패스 스위치(S1)가 off 됨과 동시에 바이패스 스위치(S2)가 On 상태로 유지되고, 첫 번째 LED 칩 채널(C1)과 2번째 LED 칩 채널(C2)이 발광된다. 교류 전압이 첫 번째 LED 칩 채널(C1) 내지 3번째 LED 칩 채널(C3)의 동작전압을 합한 값인 98V에 도달하면 바이패스 스위치(S2)가 off 됨과 동시에 바이패스 스위치(S3)가 On 상태로 유지되고, 첫 번째 LED 칩 채널(C1), 2번째 LED 칩 채널(C2) 및 3번째 LED 칩 채널(C3)이 발광된다. 이어서, 교류 전압이 첫 번째 LED 칩 채널(C1) 내지 4번째 LED 칩 채널(C4)의 동작전압을 모두 합한 값인 120V에 도달하면 바이패스 스위치(S3)가 off 되면서 첫 번째 LED 칩 채널(C1), 2번째 LED 칩 채널(C2), 3번째 LED 칩 채널(C3) 및 4번째 LED 칩 채널(C4)이 모두 발광된다.
상기한 바와 같이, 첫 번째 LED 칩 채널(C1)이 낮은 동작전압을 가짐에 따라, 조광기를 사용한 조도 조절시 점등 시작 전압이 낮게 형성되므로, 넓은 조광범위를 실현할 수 있다. 이로 인해 현저한 전기 효율 및 역률 개선을 달성할 수 있다.
도 11에 나타낸 것과 같이, 제1 LED 칩 그룹(G1)은 기판의 중심 측에 배치되고 제2 LED 칩 그룹(G2)은 제1 LED 칩 그룹(G1) 둘레를 둘러싸는 구조로 배치되며, 구체적으로 제1 LED 칩 그룹(G1)을 이루는 LED 칩 채널(C1)이 중심 측에 배치되고, 제2 LED 칩 그룹(G2)을 이루는 LED 칩 채널들(C1,C2,C3)은 기판(215) 위에서 중심 측으로부터 가장자리 측으로 가면서 겹겹이 둘러싸는 구조로 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 전류 흐름 상에서 첫 번째 LED 칩 채널(C1)부터 순차적으로 기판(215)의 중심 측에서 시작하여 가장자리 측으로 가면서 배치되는 것이 바람직하다. 이와 같이 배치함으로써, 교류전압의 반주기 내에서, 전류 흐름 상의 상류에 위치하는 첫 번째 LED 칩 채널(C1)로부터 하류에 위치하는 4번째 LED 칩 채널(C4)의 순으로 발광이 일어나게 된다. 따라서 기판(215)의 중심 측에서부터 가장자리 측으로 가면서 점진적으로 점등이 진행되고, 가장자리 측에서부터 중심 측으로 가면서 점진적으로 소등이 진행되어 전체적으로 빛의 밝기를 균일하게 구현할 수 있다. 또한, 점진적인 점등과 더불어 발생되는 빛의 색온도 또한 점진적으로 높아지고, 점진적인 소등과 더불어 발생되는 빛의 색온도 또한 점진적으로 낮아지게 구현할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 개시에 따른 반도체 발광소자 조명장치에서, 각각 하나 이상의 LED 칩을 포함하는 복수의 LED 칩 채널(C1,C2,C3,C4)은 직렬로 연결되는 가운데 기판(215) 위에 균형적인 배치구조로 배열되고, 나아가 LED 칩 채널과 LED 칩 채널 사이사이에 위치하는 바이패스 스위치(S1,S2,S3)에 의해 채널 단위로 순차적으로 점등될 수 있도록 제어됨에 따라, 교류전압의 반주기 중 어떤 구간에도 전체적으로 빛의 밝기를 균일하게 구현할 수 있다. 또한, 조광기(210)를 사용한 조도 조절시에도 중심 측에서부터 가장자리 측으로 가면서 점진적인 조도 조절이 가능하여, 암역이 발생하지 않는 가운데 전체적으로 빛의 밝기를 균일하게 구현할 수 있다. 더불어, 조광기(210)를 사용한 조도 조절시 밝기조절과 동시에 색온도 또한 조절할 수 있다.
이하, 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 제1 발광 영역과 제2 발광 영역의 경계를 따라 형성되어 제1 봉지부와 제2 봉지부를 구분하는 경계턱;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 조명장치.
(2) 제2 발광 영역의 둘레를 따라 형성되어 제2 봉지부의 외곽을 한정하는 외곽 경계턱;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 조명장치.
(3) 구동회로는 최대출력과 최소출력 사이에서 결정되는 설정출력에서 제2 LED 칩 그룹의 On/Off 제어를 수행하는 전류제어 IC 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 조명장치.
(4) 전류제어 IC 소자는, 최대출력과 설정출력 사이에서 제1 LED 칩 그룹에 공급되는 최대로 유지하고 제2 LED 칩 그룹에 공급되는 전류를 증감시키며, 설정출력과 최소전류 사이에서 제2 LED 칩 그룹에 공급되는 전류를 차단한 상태에서 제1 LED 칩 그룹에 공급되는 전류를 증감시키는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 조명장치.
(5) 조광기는 교류 전압을 조절하여 조도를 조절하며, 제1 LED 칩 그룹 및 제2 LED 칩 그룹은, 제1 LED 칩 그룹을 이루는 하나 이상의 LED 칩 채널 및 제2 LED 칩 그룹을 이루는 하나 이상의 LED 칩 채널을 포함하여, 각각 교류 전압의 반주기 내에서 발광할 수 있는 직렬로 연결된 n개의 LED 칩 채널(n≥2)(하나의 반주기는 (2n+1)개의 구간으로 나누어지며, 2번째 구간에서 1개의 LED 칩 채널이 발광할 수 있으며, (k+1)번째 구간(1<k≤n)에서 k개의 LED 칩 채널이 발광할 수 있고, (n+1)번째 구간에서 n개의 LED 칩 채널이 발광할 수 있고, (n+m)번째 구간(1<m≤n)에서 (n+1-m)개의 LED 칩 채널이 발광할 수 있음)로 이루어지고, 전류 흐름 상에서 첫 번째 LED 칩 채널은 제1 LED 칩 그룹에 포함되며, 구동회로는, 전류 흐름 상에서 p번째 LED 칩 채널(1≤p<n) 후방과 (p+1)번째 LED 칩 채널 사이에 위치하여 On 되었을 때 (p+1)번째 LED 칩 채널에 도달하기 이전에 전류 흐름을 바이패스하는 하나 이상의 바이패스 스위치를 이용하여, 각각의 LED 칩 채널을 상기 반주기 내의 일부 구간에서 발광시키는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 조명장치.
(6) n개의 LED 칩 채널 중 첫 번째 LED 칩 채널을 포함하는 (n-1)개의 LED 칩 채널은 제1 동작전압을 가지고, 나머지 한 개의 LED 칩 채널은 제1 동작전압보다 높은 제2 동작전압을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 조명장치.
(7) 제2 동작전압은 제1 동작전압의 2배 내지 3배의 범위 이내인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 조명장치.
(8) 2번째 LED 칩 채널은 제2 동작전압을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 조명장치.
(9) n이 3이상이며, 제2 동작전압을 가지는 LED 칩 채널은 첫 번째 LED 칩 채널 및 n번째 LED 칩 채널을 제외한 나머지 LED 칩 채널 중 어느 하나를 이루는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 조명장치.
(10) 상기 반주기 내에서, 전류 흐름 상의 상류에 위치하는 첫 번째 LED 칩 채널로부터 하류에 위치하는 n번째 LED 칩 채널의 순으로 발광이 일어나는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 조명장치.
(11) n개의 LED 칩 채널은 제1 발광 영역의 중심 측에서부터 제2 발광 영역의 가장자리 측으로 가면서 겹겹이 둘러싸는 구조로 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 조명장치.
본 개시는 밝기 조절과 더불어 색온도를 조절할 수 있는 반도체 발광소자 조명장치를 제공하기 위한 것이다.
본 개시에 따른 하나의 반도체 발광소자 조명장치에 의하면, 제1 LED 칩 그룹이 낮은 색온도의 빛을 발하고 제2 LED 칩 그룹이 높은 색온도의 빛을 발하며, 조광기를 사용한 조도 조절시 제1 LED 칩 그룹 및 제2 LED 칩 그룹이 순차적으로 점/소등되는 과정에서 밝기 조절과 동시에 색온도 조절 또한 구현할 수 있다.
본 개시에 따른 다른 하나의 반도체 발광소자 조명장치에 의하면, 첫 번째 LED 칩 채널이 낮은 동작전압을 가짐에 따라, 조광기를 사용한 조도 조절시 점등 시작 전압이 낮게 형성되므로 넓은 조광범위를 실현할 수 있다.
본 개시에 따른 또 다른 하나의 반도체 발광소자 조명장치에 의하면, 전기 효율 및 역률의 개선을 달성할 수 있다.
본 개시에 따른 또 다른 하나의 반도체 발광소자 조명장치에 의하면, 교류전압의 반주기 중 어떤 구간에도 전체적으로 빛의 밝기를 균일하게 구현할 수 있다.
본 개시에 따른 또 다른 하나의 반도체 발광소자 조명장치에 의하면, 조광기를 사용한 조도 조절시 중심 측에서부터 가장자리 측으로 가면서 점진적인 조도 조절이 가능하여, 암역이 발생하지 않는 가운데 전체적으로 빛의 밝기를 균일하게 구현할 수 있다.
110, 210: 조광기 111, 211: 제1 발광 영역
113, 213: 제2 발광 영역 115, 215: 기판
121, 131, 221: LED 칩 125, 225: 제1 봉지부
130, 230: 발광 모듈 135, 235: 제2 봉지부
150, 250: 구동회로 155: 전류제어 IC 소자
160, 260: 경계턱 170, 270: 외곽 경계턱
C1, C2, C3, C4: LED 칩 채널 G1: 제1 LED 칩 그룹
G2: 제2 LED 칩 그룹 S1, S2, S3: 바이패스 스위치

Claims (12)

  1. 반도체 발광소자 조명장치에 있어서,
    제1 발광 영역 및 제1 발광 영역 둘레의 제2 발광 영역을 구비하는 기판;
    제1 발광 영역에 배치되는 제1 LED 칩 그룹;
    제2 발광 영역에 배치되는 제2 LED 칩 그룹;
    제1 색온도의 제1 형광체를 포함하며 제1 발광 영역에 디스펜싱되어 제1 LED 칩 그룹을 덮는 제1 봉지부;
    제1 색온도보다 높은 제2 색온도의 제2 형광체를 포함하며 제2 발광 영역에 디스펜싱되어 제2 LED 칩 그룹을 덮는 제2 봉지부;
    조도를 조절하는 조광기; 및
    조광기의 입력에 따라 최대출력과 최소출력 사이의 설정출력을 기준으로 제1 LED 칩 그룹 및 제2 LED 칩 그룹으로의 전원 공급을 제어하되, 설정출력 이하의 출력의 적어도 일부 구간에서는 제2 LED 칩 그룹에 공급되는 전류를 차단한 상태에서 제1 LED 칩 그룹에 공급되는 전류를 증감시키고, 설정출력 이상의 출력의 적어도 일부 구간에서는 제1 LED 칩 그룹에 공급되는 전류를 최대로 유지하고 제2 LED 칩 그룹에 공급되는 전류를 증감시키는 구동회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 조명장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    제1 발광 영역과 제2 발광 영역의 경계를 따라 형성되어 제1 봉지부와 제2 봉지부를 구분하는 경계턱;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 조명장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    제2 발광 영역의 둘레를 따라 형성되어 제2 봉지부의 외곽을 한정하는 외곽 경계턱;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 조명장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    구동회로는 최대출력과 최소출력 사이에서 결정되는 설정출력에서 제2 LED 칩 그룹의 On/Off 제어를 수행하는 전류제어 IC 소자를 포함하며,
    전류제어 IC 소자는, 최대출력과 설정출력 사이에서 제1 LED 칩 그룹에 공급되는 전류를 최대로 유지하고 제2 LED 칩 그룹에 공급되는 전류를 증감시키며,
    설정출력과 최소전류 사이에서 제2 LED 칩 그룹에 공급되는 전류를 차단한 상태에서 제1 LED 칩 그룹에 공급되는 전류를 증감시키는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 조명장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    구동회로는 조광기의 입력에 대응하여, 직류를 최대출력과 최소출력 사이에서 제어하며, 최대출력과 최소출력 사이에서 변경가능하게 설정출력을 설정하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 조명장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    조광기는 교류 전압을 조절하여 조도를 조절하며,
    제1 LED 칩 그룹 및 제2 LED 칩 그룹은, 제1 LED 칩 그룹을 이루는 하나 이상의 LED 칩 채널 및 제2 LED 칩 그룹을 이루는 하나 이상의 LED 칩 채널을 포함하여, 각각 교류 전압의 반주기 내에서 발광할 수 있는 직렬로 연결된 n개의 LED 칩 채널(n≥2)(하나의 반주기는 (2n+1)개의 구간으로 나누어지며, 2번째 구간에서 1개의 LED 칩 채널이 발광할 수 있으며, (k+1)번째 구간(1<k≤n)에서 k개의 LED 칩 채널이 발광할 수 있고, (n+1)번째 구간에서 n개의 LED 칩 채널이 발광할 수 있고, (n+m)번째 구간(1<m≤n)에서 (n+1-m)개의 LED 칩 채널이 발광할 수 있음)로 이루어지고,
    전류 흐름 상에서 첫 번째 LED 칩 채널은 제1 LED 칩 그룹에 포함되며,
    구동회로는, 전류 흐름 상에서 p번째 LED 칩 채널(1≤p<n) 후방과 (p+1)번째 LED 칩 채널 사이에 위치하여 On 되었을 때 (p+1)번째 LED 칩 채널에 도달하기 이전에 전류 흐름을 바이패스하는 하나 이상의 바이패스 스위치를 이용하여, 각각의 LED 칩 채널을 상기 반주기 내의 일부 구간에서 발광시키는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 조명장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    n개의 LED 칩 채널 중 첫 번째 LED 칩 채널을 포함하는 (n-1)개의 LED 칩 채널은 제1 동작전압을 가지고, 나머지 한 개의 LED 칩 채널은 제1 동작전압보다 높은 제2 동작전압을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 조명장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    제2 동작전압은 제1 동작전압의 2배 내지 3배의 범위 이내인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 조명장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    2번째 LED 칩 채널은 제2 동작전압을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 조명장치.
  10. 청구항 7에 있어서,
    n이 3이상이며,
    제2 동작전압을 가지는 LED 칩 채널은 첫 번째 LED 칩 채널 및 n번째 LED 칩 채널을 제외한 나머지 LED 칩 채널 중 어느 하나를 이루는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 조명장치.
  11. 청구항 6에 있어서,
    상기 반주기 내에서, 전류 흐름 상의 상류에 위치하는 첫 번째 LED 칩 채널로부터 하류에 위치하는 n번째 LED 칩 채널의 순으로 발광이 일어나는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 조명장치.
  12. 청구항 6에 있어서,
    n개의 LED 칩 채널은 제1 발광 영역의 중심 측에서부터 제2 발광 영역의 가장자리 측으로 가면서 겹겹이 둘러싸는 구조로 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 조명장치.
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