KR101704564B1 - 발광 소자 구동 장치 및 이를 포함하는 발광 모듈 - Google Patents

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Abstract

실시 예는 제1 내지 제k 발광 소자 어레이들을 포함하는 발광부를 제어하는 발광 소자 구동 장치에 관한 것으로, 교류 신호를 정류하고, 정류한 결과에 따른 정류 신호를 상기 발광부에 공급하는 정류부, 및 상기 제1 내지 제k-1 발광 소자 어레이들과 대응하는 제1 내지 제k-1 구동부들을 포함하며, 상기 제1 내지 제k-1 구동부들 각각은 상기 대응하는 발광 소자 어레이의 양극 단자에 연결되는 입력 단자, 상기 대응하는 발광 소자 어레이의 음극 단자에 연결되는 센싱 단자, 이웃하는 구동부의 입력 단자와 연결되는 출력 단자, 상기 입력 단자와 상기 센싱 단자 사이에 연결되는 트랜지스터, 및 상기 센싱 단자와 상기 출력 단자 사이에 연결되는 센싱 저항을 포함하며, 상기 제1 구동부의 입력 단자에는 상기 정류 신호가 인가되고, 상기 제k-1 구동부의 출력 단자는 상기 제k 발광 소자 어레이의 양극 단자에 연결된다.

Description

발광 소자 구동 장치 및 이를 포함하는 발광 모듈{APPARATUS OF DRIVING A LIGHT EMITTING DEVICE AND ILLUMINATION SYSTEM INCLUDING THE SAME}
실시 예는 발광 소자 구동 장치 및 이를 포함하는 조명 장치에 관한 것이다.
반도체 기술의 발전으로 인하여, 발광 다이오드(LED:Light Emitting Diode)의 효율성이 많이 향상되었다. 이에 따라, LED는 백열 전구나 형광등과 같은 기존의 조명 장치에 비하여 수명이 길고 에너지 소모가 적어 경제적일 뿐만 아니라 친환경적이라는 장점을 갖는다. 이러한 장점들로 인해, LED는 현재 신호등이나 액정 디스플레이(LCD:Liquid Crystal Display) 같은 평판 표시 장치의 백라이트 등을 대체할 광원으로 주목받고 있다.
일반적으로 LED 어레이(Array)를 광원으로 사용하고, 전원으로 교류 전원을 이용하는 경우, 교류 전원을 이용하여 LED 어레이를 점등 및 소등을 제어하기 위한 발광 소자 제어 장치가 필요하다.
이와 같이, LED 어레이를 제어하는 발광 소자 제어 장치는 일반적으로 교류(AC:Alternating Current) 전압을 정류하고, 정류된 맥류 전압에 의해 LED 어레이의 점등 및 소등을 제어할 수 있다.
실시 예는 THD(Total Harmonic Distortion) 및 EMI 특성이 악화되는 것을 방지할 수 있는 발광 소자 구동 장치 및 이를 포함하는 발광 모듈을 제공한다.
실시 예는 제1 내지 제k 발광 소자 어레이들을 포함하는 발광부를 제어하는 발광 소자 구동 장치에 관한 것으로, 교류 신호를 정류하고, 정류한 결과에 따른 정류 신호를 상기 발광부에 공급하는 정류부; 및 상기 제1 내지 제k-1 발광 소자 어레이들과 대응하는 제1 내지 제k-1 구동부들을 포함하며, 상기 제1 내지 제k-1 구동부들 각각은 상기 대응하는 발광 소자 어레이의 양극 단자에 연결되는 입력 단자; 상기 대응하는 발광 소자 어레이의 음극 단자에 연결되는 센싱 단자; 이웃하는 구동부의 입력 단자와 연결되는 출력 단자; 상기 입력 단자와 상기 센싱 단자 사이에 연결되는 트랜지스터; 및 상기 센싱 단자와 상기 출력 단자 사이에 연결되는 센싱 저항을 포함하며, 상기 제1 구동부의 입력 단자에는 상기 정류 신호가 인가되고, 상기 제k-1 구동부의 출력 단자는 상기 제k 발광 소자 어레이의 양극 단자에 연결된다.
상기 트랜지스터는 상기 센싱 저항의 전압에 기초하여 턴 온 또는 턴 오프될 수 있다.
상기 발광 소자 구동 장치는 상기 센싱 단자에 연결되는 제1 입력 단자; 기준 전압이 입력되는 제2 입력 단자; 및 상기 트랜지스터의 게이트와 연결되는 출력 단자를 포함하는 증폭기를 더 포함할 수 있다.
상기 대응하는 발광 소자 어레이의 양단 전압이 상기 대응하는 발광 소자 어레이의 동작 전압보다 크거나 같은 경우, 상기 트랜지스터는 턴 오프될 수 있다.
상기 대응하는 발광 소자 어레이의 양단 전압이 상기 대응하는 발광 소자 어레이의 동작 전압보다 작은 경우, 상기 트랜지스터는 턴 온될 수 있다.
다른 실시 예에 따른 발광 소자 구동 장치는 제1 내지 제k 발광 소자 어레이들을 포함하는 발광부를 제어하기 위한 것으로, 교류 신호를 정류하고, 정류한 결과에 따른 정류 신호를 상기 발광부에 공급하는 정류부; 및 상기 제k 발광 소자 어레이를 제외한 나머지 발광 소자 어레이들과 대응하고, 직렬 연결되는 복수의 구동부들을 포함하며, 상기 복수의 구동부들 각각은 상기 나머지 발광 소자 어레이들 중 대응하는 어느 하나와 병렬 연결되는 입력 단자 및 센싱 단자; 직렬 연결되는 이웃하는 구동부의 입력 단자와 연결되는 출력 단자를 포함하고, 상기 직렬 연결되는 구동부들 중 첫 번째 구동부의 입력 단자에는 상기 정류 신호가 인가되고, 상기 직렬 연결되는 구동부들 중 마지막 구동부의 출력 단자는 상기 제k 발광 소자 어레이의 양극 단자에 연결되며, 상기 대응하는 발광 소자 어레이의 양단의 전압 크기에 따라 상기 복수의 구동부들 각각은 상기 입력 단자와 상기 출력 단자 간의 제1 전류 패스, 또는 상기 입력 단자, 상기 대응하는 발광 소자 어레이, 상기 센싱 단자, 및 상기 출력 단자로 이루어지는 제2 전류 패스 중 어느 하나를 형성할 수 있다.
상기 구동부들 각각은 게이트, 상기 입력 단자에 연결되는 드레인, 및 상기 센싱 단자에 연결되는 소스를 포함하는 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.
상기 구동부들 각각은 상기 센싱 단자와 상기 출력 단자 사이에 연결되는 센싱 저항을 더 포함할 수 있다.
상기 구동부들 각각은 상기 센싱 저항과 상기 센싱 노드의 접점과 연결되는 제1 입력 단자; 기준 전압이 입력되는 제2 입력 단자; 및 상기 트랜지스터의 게이트에 연결되는 출력 단자를 포함하는 증폭기를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 발광 모듈은 제1 내지 제k 발광 소자 어레이들을 포함하는 발광부; 및 실시 예에 따른 발광 소자 구동 장치를 포함한다.
실시 예는 THD(Total Harmonic Distortion) 및 EMI 특성이 악화되는 것을 방지할 수 있고, 발광 소자 어레이의 동작 전압의 자유도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 조명 장치의 블록도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 구동부의 일 실시 예를 나타낸다.
도 3은 제1 구동부의 입력 단자와 센싱 단자 간의 전류와 제1 발광 소자 어레이를 흐르는 전류를 나타내는 그래프이다.
도 4a 내지 도 4d는 정류 신호의 크기에 따른 구동부들의 동작 및 발광부의 점등 및 소등을 나타낸다.
도 5는 정류 신호의 크기에 따른 구동부들의 동작 및 발광 소자 어레이들을 흐르는 전류를 나타내는 그래프이다.
도 6은 비교 예에 따른 구동부, 및 발광 소자 어레이들을 나타낸다.
도 7은 도 6에 도시된 구동부의 구성도를 나타낸다.
도 8은 도 7에 도시된 구동부의 입력 단자와 출력 단자 간의 전류와 도 7에 도시된 발광 소자 어레이 양단의 전압 간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 정류 신호의 크기에 따라 도 6에 도시된 발광 소자 어레이들에 흐르는 전류를 나타낸다.
도 10은 도 6의 제3 구동부가 꺼지는 순간 전류 패스의 변화 및 전류량의 변화를 나타낸다.
도 11은 도 1에 도시된 교류 전원 공급부로부터 공급되는 교류 신호의 파형도를 나타낸다.
도 12는 도 1에 도시된 정류부로부터 출력되는 정류 신호의 일 실시 예를 나타낸다.
이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 또한 동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다.
도 1은 실시 예에 따른 조명 장치(100)의 블록도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 조명 장치(100)는 발광부(101), 및 발광부(101)의 동작을 제어하는 발광 소자 구동부(105)를 포함한다.
발광부(101)는 복수의 발광 소자 어레이들(예컨대, D1 내지 D4)을 포함한다.
예컨대, 도 1에서 발광부(101)는 4개의 발광 소자 어레이들(D1 내지 D4)을 포함하지만, 발광 소자 어레이들의 수는 이에 한정되는 것은 아니다.
발광 소자 어레이들(D1 내지 D4) 각각은 1개 이상의 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)를 포함할 수 있다. 또한 발광 소자 어레이들(D1 내지 D4) 각각에 포함되는 발광 다이오드의 수가 복수 개일 경우, 복수의 발광 다이오드들은 서로 직렬 연결되거나, 병렬 연결되거나, 또는 직렬 및 병렬 연결될 수 있다.
발광 소자 구동부(105)는 교류 전원(Vac)일 이용하여, 발광 소자 어레이들(D1 내지 D4)의 점등 및 소등을 제어한다.
발광 소자 구동부(105)는 교류 전원 공급부(110), 정류부(120), 제어부(130), 및 채널 라인들(CH1 내지 CH4)을 포함할 수 있다.
교류 전원 공급부(110)는 교류 신호(Vac)를 정류부(120)에 제공한다.
도 11은 도 1에 도시된 교류 전원 공급부(110)로부터 공급되는 교류 신호(Vac)의 파형도를 나타내고, 도 12는 도 1에 도시된 정류부(120)로부터 출력되는 정류 신호(VR)의 일 실시 예를 나타낸다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 교류 신호(Vac)는 최대치가 MAX이고, 최소치가 MIN이며, 주기가 Ta인 사인파(sine wave) 또는 코사인파(cosine wave)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예컨대, 교류 신호(Vac)는 50㎐ 내지 60㎐의 주파수를 갖는 교류 전압일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
발광 소자 구동부(105)는 교류 전원 공급부(110)와 정류부(130) 사이에 연결되는 퓨즈(fuze, 미도시)를 더 구비할 수 있다. 순간적으로 높은 레벨을 갖는 교류 신호가 제공될 때, 퓨즈가 끊어짐으로 높은 레벨을 갖는 교류 신호로부터 발광 소자 구동부(105)가 보호될 수 있다.
정류부(120)는 교류 전원 공급부(110)로부터 제공되는 교류 신호(Vac)를 정류하고, 정류된 결과에 따른 정류 신호(ripple current, VR)를 출력한다.
정류부(120)는 브릿지 구조로 연결되는 4개의 다이오드들(BD1, BD2, BD3, BD4)을 포함하는 브릿지 다이오드 회로로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
정류부(120)는 도 11에 도시된 교류 신호(Vac)를 전파 정류하고, 도 12에 도시된 바와 같이 전파 정류된 교류 신호인 정류 신호(VR)를 출력할 수 있다. 정류부(120)에 의하여 전파 정류된 교류 신호를 "정류 신호(VR)"라 한다.
정류부(120)로 출력되는 정류 신호(VR)는 제어부(130), 및 발광부(101)에 제공될 수 있다. 예컨대, 정류 신호(VR)는 제1 구동부(130-1)의 입력단, 및 제1 발광 소자 어레이(D1)의 입력단에 제공될 수 있다.
정류 신호(VR)는 최대치가 MAX이고, 최소치가 0일 수 있으며, 주기가 Tb인 사인파(sine wave) 또는 코사인파(cosine wave)일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 정류 신호(VR)의 주기(Tb)는 교류 신호(Vac)의 주기(Ta)의 2분 1일 수 있다(Tb=Ta/2).
제어부(130)는 정류부(130)로부터 제공되는 정류 신호(VR)에 기초하여, 발광부(101)의 발광 소자 어레이들(예컨대, D1 내지 D4)의 점등 및 소등을 제어한다.
채널 라인들(CH1 내지 CH4)은 발광 소자 어레이들(D1 내지 D4)과 제어부(130) 사이에 연결될 수 있다.
제어부(130)는 채널 라인들(예컨대, CH1 내지 CH4) 중 어느 하나를 통하여 발광 소자 어레이들(D1 내지 D4) 중 어느 하나와 전류 패스를 형성할 수 있다.
제어부(130)는 복수의 발광 소자 어레이들 중 어느 하나를 제외한 나머지 발광 소자 어레이들과 대응하는 복수의 구동부들(130-1 내지 130-3)을 포함할 수 있다.
예컨대, 발광부(105)는 제1 내지 제k 발광 소자 어레이들(예컨대, k=4)을 포함할 수 있으며, 제어부(130)는 제1 내지 제k-1 발광 소자 어레이들(예컨대, k=4)과 대응하는 제1 내지 제k-1 구동부들(예컨대, k=4)을 포함할 수 있다.
예컨대, 제1 내지 제k-1 구동부들(예컨대, 130-1 내지 130-3) 각각은 출력단이 제1 전원에 접속되는 발광 소자 어레이(이하 "마지막 발광 소자 어레이"라 한다)를 제외한 나머지 발광 소자 어레이들(D1 내지 D3) 중 어느 하나와 대응할 수 있다. 예컨대, 제1 전원은 접지(Vss) 또는 그라운드 전원일 수 있으나, 이에 한정되는 것을 아니다.
구동부들(130-1 내지 130-3) 각각은 입력 단자(예컨대, A1, A2, 또는 A3), 출력 단자(예컨대, K1, K2, 또는 K3), 및 센싱 단자(S1, S2, 또는 S3)를 포함한다.
구동부들(130-1 내지 130-3)은 직렬 연결되며, 마지막 구동부(130-3)의 출력 단자는 마지막 발광 소자 어레이(D4)의 양극 단자((+) 단자)와 연결될 수 있다.
구동부들(130-1 내지 130-3) 각각은 입력 단자(A1, A2, 또는 A3), 센싱 단자(S1, S2, 또는 S3), 및 출력 단자(K1, K2, 또는 K3)를 포함할 수 있다.
각 구동부(130-1,130-2, 또는 130-3)의 입력 단자(A1, A2, 또는 A3)는 대응하는 발광 소자 어레이의 양극 단자와 연결될 수 있다.
각 구동부(130-1,130-2, 또는 130-3)의 센싱 단자(S1, S2, 또는 S3)는 대응하는 발광 소자 어레이의 음극 단자와 연결될 수 있다.
k(k>1인 자연수)번째 구동부의 출력 단자는 k-1번째 구동부의 입력 단자와 연결될 수 있으며, 마지막 번째 구동부(예컨대, 130-3)의 출력 단자(예컨대, K3)는 마지막 발광 소자 어레이(D4)의 양극 단자와 연결될 수 있다.
첫 번째 구동부(130-1)의 입력 단자에는 정류 신호(VR)가 제공될 수 있다.
구동부들(130-1 내지 130-3) 각각은 대응하는 발광 소자 어레이의 양단에 걸리는 전압(VAS)이 제1 기준 전압(VF)보다 작은 경우에는 입력 단자(A1, A2, 또는 A3)와 출력 단자(K1, K2, 또는 K3) 간의 제1 전류 패스를 형성할 수 있다.
반면에, 구동부들(130-1 내지 130-3) 각각은 대응하는 발광 소자 어레이(D1,D2,또는D3)의 양단에 걸리는 전압(VAS)이 제1 기준 전압(VF)보다 큰 경우에는 제2 전류 패스를 형성할 수 있다. 예컨대, 제2 전류 패스는 각 구동부(130-1,130-2,130-3)의 입력 단자(A1,A2,또는 A3), 대응하는 발광 소자 어레이(D1,D2,또는D3), 센싱 단자(S1,S2,또는S3), 및 출력 단자(K1,K2,또는 K3)로 이루어질 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 구동부(130-1)의 일 실시 예를 나타내며, 도 3은 제1 구동부(130-1)의 입력 단자(A1)와 센싱 단자(S1) 간의 전류와 제1 발광 소자 어레이(D1)를 흐르는 전류를 나타내는 그래프이다. 도 2에서는 제1 구동부(130-1)에 대해서만 설명하며, 나머지 구동부들(130-2,130-3) 각각의 구성은 제1 구동부(130-1)와 동일할 수 있다.
도 2를 참조하면, 제1 구동부(130-1)는 제1 입력 단자(A1), 제1 센싱 단자(S1), 제1 출력 단자(K1), 제1 증폭기(210), 제1 트랜지스터(220), 및 제1 센싱 저항(Rs)을 포함할 수 있다.
제1 입력 단자(A1)는 대응하는 발광 소자 어레이(D1)의 양극 단자에 연결될 수 있고, 제1 출력 단자(K1)는 대응하는 발광 소자 어레이(D1)의 음극 단자에 연결될 수 있다.
여기서 발광 소자 어레이(D1)의 양극 단자는 직렬 연결되는 복수의 발광 다이오드들(10-1 내지 10-n) 중에서 첫 번째 발광 다이오드(10-1)의 양극 단자((+) 단자)일 수 있고, 발광 소자 어레이(D1)의 음극 단자는 직렬 연결되는 복수의 발광 다이오드들(10-1 내지 10-n) 중에서 마지막 번째 발광 다이오드(10-n)의 음극 단자((-) 단자)일 수 있다.
제1 증폭기(210)는 센싱 단자(S1)의 전압과 제2 기준 전압(VEF)을 입력받고, 증폭 신호(TS)를 출력한다.
예컨대, 제1 증폭기(210)는 제1 센싱 단자(S1)와 연결되는 제1 입력 단자(211), 제2 기준 전압(VREF)이 입력되는 제2 입력 단자(212), 및 증폭 신호(TS)를 출력하는 출력 단자(213)를 포함할 수 있다.
예컨대, 제1 증폭기(210)는 차동 증폭기일 수 있으며, 제1 및 제2 입력 단자들로 입력되는 신호들을 차동 증폭하고, 차동 증폭된 결과에 따른 증폭 신호(TS)를 출력할 수 있다.
제1 트랜지스터(220)는 증폭 신호(TS)가 입력되는 게이트, 입력 단자(A1)와 센싱 단자(S1) 사이에 연결되는 소스 및 드레인을 포함할 수 있다.
예컨대, 제1 트랜지스터(220)는 증폭 신호(TS)가 입력되는 게이트, 입력 단자(A1)와 연결되는 드레인, 및 센싱 단자(S1)와 연결되는 소스를 포함할 수 있다.
센싱 저항(Rs)은 센싱 단자(S1)와 출력 단자(K1) 사이에 연결될 수 있다.
제1 트랜지스터(220)는 센싱 저항(Rs)의 양단 전압에 기초하여, 턴 온 또는 턴 오프될 수 있다.
제1 발광 소자 어레이(D1)의 양단 전압(VAS)이 제1 발광 소자 어레이의 동작 전압(VF)보다 작은 경우(VAS < VF), 제1 구동부(130-1)는 제1 전류 패스(IP1)를 통하여 전류가 흐르도록 하며, 제2 전류 패스(IP2)를 통하여 흐르는 전류(IAS , 이하 "발광 소자 전류"라 한다)는 0이 된다. 따라서 제1 구동부(130-1)의 제1 전류 패스(IP1)를 통하여 흐르는 전류(IAK, 이하 "구동부 전류"라 한다)는 어떠한 영향도 받지 않는다.
여기서 제1 전류 패스(IP1)는 구동부(130-1)의 입력 단자(A1), 트랜지스터(220), 센싱 저항(Rs), 및 출력 단자(K1)를 통하여 흐르는 전류 패스일 수 있고, 제2 전류 패스(IP2)는 구동부(130-1)의 입력 단자(A1), 발광 소자 어레이(D1), 센싱 단자(S1), 센싱 저항(Rs), 및 출력 단자(K1)를 통하여 흐르는 전류 패스일 수 있다.
제1 발광 소자 어레이(D1)의 양단 전압(VAS)이 제1 발광 소자 어레이(D1)의 동작 전압(VF)보다 작은 경우(VAS < VF), 제1 구동부(130-1)의 트랜지스터(220)는 턴 온된 상태이고, 제1 구동부(130-1)는 정전류원(constant current source)로 작동할 수 있다. 이때 구동부 전류(IAK)는 정전류 값(IDRV = Vs/Rs)일 수 있으며, 정전류 값(IDRV)은 센싱 단자(S1)의 전압(Vs)을 센싱 저항(Rs)으로 나눈 값일 수 있다. 또한 구동부 전류(IAK)의 최대치는 정전류 값(IDRV)으로 제한될 수 있다.
반면에 제1 발광 소자 어레이(D1)의 양단 전압(VAS)이 제1 발광 소자 어레이의 동작 전압(VF)보다 크거나 같은 경우(VAS ≥ VF), 제1 구동부(130-1)는 제2 전류 패스(IP2)를 통하여 발광 소자 전류(IAS)가 흐르도록 한다.
제1 발광 소자 어레이(D1)의 양단 전압(VAS)이 제1 발광 소자 어레이의 동작 전압(VF)보다 크거나 같은 경우(VAS ≥ VF)에는 트랜지스터(220)는 턴 오프되며, 제1 발광 소자 어레이(D1)의 양단 전압(VAS)이 증가함에 따라 발광 소자 전류(IAS)가 증가할 수 있으며, 발광 소자 전류(IAS)가 증가함에 따라 상대적으로 구동부 전류(IAK)는 감소하다가 결국 0[A]가 될 수 있다. 발광 소자 전류(IAS)의 크기는 센싱 저항(Rs)을 조절함에 따라 변경될 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 정류 신호(VR)의 크기에 따른 구동부들(130-1 내지 130-3)의 동작 및 발광부(105)의 점등 및 소등을 나타내고, 도 5는 정류 신호(VR)의 크기에 따른 구동부들(130-1 내지 130-3)의 동작 및 발광 소자 어레이들(D1 내지 D4)을 흐르는 전류(I1 내지 I4)를 나타내는 그래프이다.
도 4a를 참조하면, 정류 신호(VR)가 제1 레벨(LV1)보다 크거나 같고 제2 레벨(LV2)보다 작은 경우(LV1≤VR<LV2), 제4 발광 소자 어레이(D4)의 양단에는 기준 전압(VF)이 제공될 수 있지만, 나머지 발광 소자 어레이들(D1 내지 D3) 각각의 양단의 전압(VAS)은 제1 기준 전압(VF) 미만일 수 있다. 여기서 제1 기준 전압(VF)은 각 발광 소자 어레이의 동작 전압일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 발광 소자 어레이들(D1 내지 D4) 각각의 동작 전압은 서로 동일할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
따라서 제1 내지 제3 구동부들(130-1 내지 130-3) 각각은 제1 전류 패스를 형성시킬 수 있다. 제1 내지 제3 발광 소자 어레이들(D1 내지 D3)에는 전류가 흐르지 않고, 제1 내지 제3 구동부들(130-1 내지 130-3) 각각의 제1 전류 패스 및 제4 발광 소자 어레이(D4)를 통하여 제1 전류(I1)가 흐를 수 있다.
여기서 제1 레벨(LV1)은 한 개의 발광 소자 어레이(예컨대, D4)를 동작시킬 수 있는 전압과 동일할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4b를 참조하면, 정류 신호(VR)가 제2 레벨(LV2)보다 크거나 같고 제3 레벨(LV3)보다 작은 경우(LV2≤VR<LV3), 제3 및 제4 발광 소자 어레이들(D3, D4) 각각의 양단에는 제1 기준 전압(VF)이 제공될 수 있지만, 나머지 발광 소자 어레이들(D1, D2) 각각의 양단의 전압(VAS)은 제1 기준 전압(VF) 미만일 수 있다.
따라서 제1 및 제2 구동부들(130-1 내지 130-2) 각각은 제1 전류 패스를 형성시킬 수 있고, 제3 구동부(130-3)는 제2 전류 패스를 형성할 수 있다.
제1 및 제2 발광 소자 어레이들(D1 내지 D2)에는 전류가 흐르지 않고, 제1 및 제2 구동부들(130-1, 130-2) 각각의 제1 전류 패스, 및 제3 구동부(130-3)의 제2 전류 패스, 및 제4 발광 소자 어레이(D4)를 통하여 제2 전류(I2)가 흐를 수 있다.
여기서 제2 레벨(LV2)은 2 개의 발광 소자 어레이들(예컨대, D3 및 D4)를 동작시킬 수 있는 전압과 동일할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4c를 참조하면, 정류 신호(VR)가 제3 레벨(LV3)보다 크거나 같고 제4 레벨(LV4)보다 작은 경우(LV3≤VR<LV4), 제2 내지 제4 발광 소자 어레이들(D2 내지 D4) 각각의 양단에는 제1 기준 전압(VF)이 제공될 수 있지만, 나머지 발광 소자 어레이들(D1)의 양단의 전압(VAS)은 제1 기준 전압(VF) 미만일 수 있다.
따라서 제1 구동부(130-1)는 제1 전류 패스를 형성시킬 수 있고, 제2 및 제3 구동부들(130-2, 130-3) 각각은 제2 전류 패스를 형성할 수 있다.
제1 발광 소자 어레이(D1)에는 전류가 흐르지 않고, 제1 구동부(130-1)의 제1 전류 패스, 제2 및 제3 구동부들(130-2, 130-3) 각각의 제2 전류 패스, 및 제4 발광 소자 어레이(D4)를 통하여 제3 전류(I3)가 흐를 수 있다.
여기서 제3 레벨(LV3)은 3 개의 발광 소자 어레이들(예컨대, D2 내지 D4)를 동작시킬 수 있는 전압과 동일할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4d를 참조하면, 정류 신호(VR)가 제4 레벨(LV4)보다 크거나 같을 경우(LV4≤VR), 제1 내지 제4 발광 소자 어레이들(D1 내지 D4) 각각의 양단에는 제1 기준 전압(VF)이 제공될 수 있다.
따라서 제1 내지 제3 구동부들(130-1 내지 130-3) 각각은 제2 전류 패스를 형성시킬 수 있다. 제1 내지 제3 구동부들(130-1 내지 130-3) 각각의 제2 전류 패스, 및 제4 발광 소자 어레이(D4)를 통하여 제4 전류(I4)가 흐를 수 있다.
여기서 제4 레벨(LV4)은 4 개의 발광 소자 어레이들(예컨대, D1 내지 D4)를 동작시킬 수 있는 전압과 동일할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
만약 정류 신호(VR)가 제1 레벨(LV1)보다 작은 경우(VR<LV1), 제1 내지 제4 발광 소자 어레이들(D1 내지 D4) 각각의 양단의 전압은 기준 전압(VF) 미만이기 때문에 제1 내지 제4 발광 소자 어레이들(D1 내지 D3)은 모두 소등될 수 있다.
도 6은 비교 예에 따른 구동부(610-1 내지 610-3), 및 발광 소자 어레이들(D1 내지 D4)을 나타내며, 도 7은 도 6에 도시된 구동부(예컨대, 610)의 구성도를 나타내고, 도 8은 도 7에 도시된 구동부(160-1)의 입력 단자(A)와 출력 단자(K) 간의 전류(IAK)와 도 7에 도시된 발광 소자 어레이 양단의 전압(VAK) 간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 구동부들(610-1 내지 610-3) 각각은 대응하는 발광 소자 어레이(D1,D2, 또는 D3)의 양단의 전압(VAK)을 검출하고, 검출된 발광 소자 어레이(D1,D2, 또는 D3) 양단의 전압(VAK)이 제1 기준 전압(VF)보다 크거나 같은 경우에는 구동부들(610-1 내지 610-3) 각각의 입력 단자(A)와 출력 단자(K) 사이의 전류 패스를 차단한다.
반면에, 구동부들(610-1 내지 610-3) 각각은 검출된 발광 소자 어레이(D1,D2, 또는 D3) 양단의 전압(VAK)이 제1 기준 전압(VF)보다 작을 경우에는 입력 단자(A)와 출력 단자(K) 사이의 전류 패스를 형성한다.
구동부들(610-1 내지 610-3)은 정류 신호(VR)의 전압이 변함에 따라, 제1 내지 제4 발광 소자 어레이들(D1 내지 D4)을 순차적으로 구동할 수 있다.
구동부들(610-1 내지 610-3) 각각의 구성은 다음과 같다.
도 7에서는 제1 구동부(610-1)의 구성만을 도시하며, 구동부들(610-1 내지 610-3) 각각의 구성은 서로 실질적으로 동일할 수 있다.
제1 구동부(610-1, 610-)는 입력 단자(A), 출력 단자(K), 제1 비교기(601), 제2 비교기(602), 로직 회로(603), 증폭기(604), 및 트랜지스터(605), 및 센싱 저항(Rs)을 포함할 수 있다.
제1 비교기(601)는 발광 소자 어레이(D1,D2,D3)의 양단 전압(VAK)과 제1 전압(V1)을 비교하고, 비교한 결과에 따른 제1 비교 신호(CS1)를 출력한다.
제2 비교기(602)는 발광 소자 어레이(D1,D2,또는 D3)의 양단 전압(VAK)과 제2 전압(V2)을 비교하고, 비교한 결과에 따른 제2 비교 신호(CS2)를 출력한다.
로직 회로(603)는 제1 비교 신호(CS1)와 제2 비교 신호(CS2)를 논리 연산하고, 논리 연산한 결과에 따른 로직 신호(LS)를 출력한다.
증폭기(604)는 로직 신호(LS)에 응답하여 인에이블 또는 디스에이블되며, 센싱 저항과 제1 트랜지스터(604)의 접점(node1)과 연결되는 제1 입력 단자, 기준 전압(VREF)이 입력되는 제2 입력 단자, 및 증폭 신호(TS1)를 출력하는 출력 단자를 포함할 수 있다.
트랜지스터(605)는 증폭 신호(TS1)가 입력되는 게이트, 제1 구동부(610-1)의 입력 단자(A)에 연결되는 드레인, 및 센싱 저항(Rs)에 연결되는 소스를 포함할 수 있다.
센싱 저항(Rs)은 트랜지스터(605)의 소스와 출력 단자(K) 사이에 연결될 수 있다. 센싱 저항(Rs)과 트랜지스터(605)의 소스가 만나는 접점(node)은 증폭기(604)의 제1 입력 단자와 연결될 수 있다.
발광 소자 어레이(D1,D2,D3)의 양단 전압(VAK)이 제1 전압(V1)보다 클 경우, 로직 회로(603)로부터 생성되는 로직 신호(LS)에 의하여 증폭기(604)는 디스에이블(disable)될 수 있다. 증폭기(604)가 디스에이블되면, 트랜지스터(605)는 턴 오프한다.
반면에, 발광 소자 어레이(D1,D2,D3)의 양단 전압(VAK)이 제2 전압(V2)보다 작을 경우, 로직 회로(603)로부터 생성되는 로직 신호(LS)에 의하여 증폭기(604)는 인에이블(Enable)될 수 있다. 증폭기(604)가 인에이블되면, 증폭기(604)는 트랜지스터(605) 및 센싱 저항(Rs)으로 부궤환(negative feedback)을 형성할 수 있고, 정전류원 역할을 할 수 있다. 이때 구동부(610-1)의 입력 단자(A)에서 센싱 단자(S)로 흐르는 전류(IAK)는 VREF/Rs이 될 수 있다.
도 7에 도시된 구동부(610-1)는 정류 신호(VR)의 위상 또는 크기에 따라 구동부(610-1)의 입력 단자(A)와 출력 단자(K) 사이에 흐르는 전류를 제어함으로써, 복수의 발광 소자 어레이들(D1 내지 D4)을 순차적으로 점등 또는 소등할 수 있다.
도 9는 정류 신호(VR)의 크기에 따라 도 6에 도시된 발광 소자 어레이들(D1 내지 D4)에 흐르는 전류(I_LED)를 나타낸다.
도 9를 참조하면, 구동부(610-1 내지 610-3)의 트랜지스터(605)가 턴 오프되고, 구동부(610-1 내지 610-3)에 병렬로 연결되는 발광 소자 어레이(D1, D2, 또는 D3)를 통하여 전류가 흐르게 되는 시점(t1, t2, t3)에 발광 소자 어레이들(D1 내지 D4)에 흐르는 전류(I_LED)가 순간적으로 급감할 수 있다.
이는 n번째 구동부(610-n)가 꺼지는 순간, n+1번째 발광 소자 어레이(Dn+1)에 흐르는 전류(I_LEDn +1)는 n번째 발광 소자 어레이(Dn)에 흐르는 전류(I_LEDn)에 의해 제한되기 때문이다.
즉 구동부(610-n)가 꺼지기 전에 I_LEDn + 1는 I_LEDn + I_Dn이지만, 구동부(610-n)가 꺼지는 순간에는 구동부(610-n)에 흐르는 전류(I_Dn)가 없어지기 때문에 구동부(610-n)가 꺼진 후의 I_LEDn + 1는 I_LEDn이 되기 때문이다. 따라서 구동부가 꺼지기 전후에 n+1번째 발광 소자 어레이(Dn+1)에 흐르는 전류(I_LEDn +1)는 급감할 수 있다.
도 10은 도 6의 제3 구동부(610-3)가 꺼지는 순간 전류 패스의 변화 및 전류량의 변화를 나타낸다.
도 10을 참조하면, 제1 내지 제3 구동부들(610-1 내지 610-3)이 켜진 상태이고, 제3 구동부(610-3)만이 꺼지기 바로 직전에 발광 소자 어레이(D4)에 흐르는 전류(I_LED4)는 I_LED3 + I_D3일 수 있다. 그런데 제1 내지 제3 구동부들(610-1 내지 610-3)이 켜진 상태이고, 제3 구동부(610-3)만이 꺼진 후에 발광 소자 어레이(D4)에 흐르는 전류(I_LED4')는 I_LED3일 수 있다.
따라서 제3 구동부(610-3)가 꺼지기 직전에 발광 소자 어레이(D4)에 흐는 전류(I_LED4)에 비하여, 제3 구동부(610-3)가 꺼진 직후에 발광 소자 어레이(D4)에 흐는 전류(I_LED4')는 순간적으로 급감할 수 있으며, 이러한 결과는 THD(Total Harmonic Distortion) 및 EMI 특성에 나쁜 영향을 미칠 수 있다.
그러나 실시 예는 구동부(130-1,130-2,또는130-3)가 꺼지는 순간에 발광 소자 어레이(D1 내지 D4)에 흐르는 전류가 급감하는 현상이 나타나지 않는다.
도 3을 참조하면, 발광 소자 전류(IAS)가 감소함에 따라 구동부 전류(IAK)는 상대적으로 증가하기 때문에, 구동부(예컨대, 130-1)가 턴 오프되는 순간에 구동부 전류(IAK)는 갑자기 감소하는 것이 아니라, 발광 소자 전류(IAS)가 감소하는 만큼 감소하기 때문이다.
도 10과 비교하여 설명하면 다음과 같다.
제1 내지 제3 구동부들(130-1 내지 130-3)이 켜진 상태이고, 제3 구동부(130-3)만이 꺼지기 바로 직전에 발광 소자 어레이(D4)에 흐르는 전류(I_LED4)는 I_LED3 + I_D3일 수 있다. 여기서 I_LED3는 제3 구동부(130-3) 꺼지기 직전에 발광 소자 어레이(D3)에 흐르는 전류일 수 있고, I_D3는 제3 구동부(130-3) 꺼지기 직전에 제3 구동부(130-3)에 흐르는 전류일 수 있다.
제3 구동부(예컨대, 130-3)가 꺼지는 순간에 제3 구동부(130-3)의 트랜지스터(220)는 서서히 턴 오프되기 때문에, 실시 예에서 제3 구동부(130-3)가 꺼진 후에 발광 소자 어레이(D4)에 흐르는 전류(I_LED4')는 급감하지 않는다. 따라서 실시 예은 구동부들의 턴 오프시에 발광 소자 어레이에 흐르는 전류가 급감하는 현상을 억제할 수 있으며, 이로 인하여 THD 및 EMI 특성이 나빠지는 것을 방지할 수 있다.
도 7에 도시된 구동부(610-1)를 사용할 경우, LED 모듈 제작시 발광 소자 어레이의 동작 전압(VF)의 선택이 자유롭지 못한다.
즉 구동부(610-1)에서 기설정된 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2) 사이의 동작 전압(V2<VF<V1)을 갖는 발광 소자 어레이를 사용해야 한다.
만약 발광 소자 어레이의 동작 전압(VF)이 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2) 사이의 전압으로 매칭되지 않는다면, LED 모듈은 오동작을 할 수 있다.
예를 들어, 발광 소자 어레이의 동작 전압(VF)이=50V 이고, 제1 전압(V1)이 52V이고, 제2 전압(V2)이 48V라고 가정하면, 발광 소자 어레이의 양단 전압(VAK)이 동작 전압(VF) 이상이 되었을 때, 구동부는 꺼질 수 있고, LED 모듈은 정상 동작할 수 있다.
그러나 만일 발광 소자 어레이의 동작 전압(VF)이 50V이고, 제1 전압(V1)이 47V이고, 제2 전압(V2)이 43V라고 가정하면, 발광 소자 어레이의 양단 전압(VAK)이 동작 전압 이하에서도 구동부는 꺼질 수 있고, 이로 인하여 LED 모듈은 오동작할 수 있다.
실시 예는 LED 모듈 제작시 발광 소자 어레이의 동작 전압 선택이 자유롭다. 도 2에 도시된 바와 같이, 구동부(130-1)는 도 7의 제1 및 제2 전압들(V1,V2)에 의한 제한이 없고, 발광 소자 어레이의 동작 전압과 상관없이 작동하기 때문이다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
101: 발광부 105: 발광 소자 구동부
130-1 내지 130-3: 구동부 210: 제1 증폭기
220: 제1 트랜지스터 Rs: 센싱 저항
A1: 제1 입력 단자 S1: 제1 센싱 단자
K1: 제1 출력 단자 D1 내지 D4: 발광 소자 어레이들.

Claims (10)

  1. 제1 내지 제k 발광 소자 어레이들을 포함하는 발광부를 제어하는 발광 소자 구동 장치에 있어서,
    교류 신호를 정류하고, 정류한 결과에 따른 정류 신호를 상기 발광부에 공급하는 정류부; 및
    상기 제1 내지 제k-1 발광 소자 어레이들과 대응하는 제1 내지 제k-1 구동부들을 포함하며,
    상기 제1 내지 제k-1 구동부들 각각은,
    상기 대응하는 발광 소자 어레이의 양극 단자에 연결되는 입력 단자;
    상기 대응하는 발광 소자 어레이의 음극 단자에 연결되는 센싱 단자;
    이웃하는 구동부의 입력 단자와 연결되는 출력 단자;
    일단이 상기 출력 단자에 연결되는 센싱 저항;
    게이트, 및 상기 입력 단자와 상기 센싱 저항의 타단 사이에 연결되는 소스 및 드레인을 포함하는 트랜지스터; 및
    상기 센싱 저항과 상기 트랜지스터의 접점과 연결되는 제1 입력 단자, 기준 전압이 입력되는 제2 입력 단자, 및 상기 트랜지스터의 게이트와 연결되는 출력 단자를 포함하는 증폭기를 포함하며,
    상기 센싱 단자는 상기 센싱 저항과 상기 트랜지스터의 접점과 접속되며,
    상기 제1 구동부의 입력 단자에는 상기 정류 신호가 인가되고, 상기 제k-1 구동부의 출력 단자는 상기 제k 발광 소자 어레이의 양극 단자에 연결되는 발광 소자 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 트랜지스터는 상기 센싱 저항의 전압에 기초하여 턴 온 또는 턴 오프되는 발광 소자 구동 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 트랜지스터의 드레인은 상기 입력 단자에 접속되고,
    상기 트랜지스터의 소스는 상기 센싱 저항의 타단과 접속되는 발광 소자 구동 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 대응하는 발광 소자 어레이의 양단 전압이 상기 대응하는 발광 소자 어레이의 동작 전압보다 크거나 같은 경우, 상기 트랜지스터는 턴 오프되는 발광 소자 구동 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 대응하는 발광 소자 어레이의 양단 전압이 상기 대응하는 발광 소자 어레이의 동작 전압보다 작은 경우, 상기 트랜지스터는 턴 온되는 발광 소자 구동 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 구동부들은 직렬 연결되고, 상기 직렬 연결되는 구동부들 중 첫 번째 구동부의 입력 단자에는 상기 정류 신호가 인가되고, 상기 직렬 연결되는 구동부들 중 마지막 구동부의 출력 단자는 상기 제k 발광 소자 어레이의 양극 단자에 연결되는 발광 소자 구동 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 대응하는 발광 소자 어레이의 양단의 전압 크기에 따라 상기 복수의 구동부들 각각은 상기 입력 단자와 상기 출력 단자 간의 제1 전류 패스, 또는 상기 입력 단자, 상기 대응하는 발광 소자 어레이, 상기 센싱 단자, 및 상기 출력 단자로 이루어지는 제2 전류 패스 중 어느 하나를 형성하는 발광 소자 구동 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 정류 신호는 전파 정류된 교류 신호인 발광 소자 구동 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 증폭기는 차동 증폭기인 발광 소자 구동 장치.
  10. 제1 내지 제k 발광 소자 어레이들을 포함하는 발광부; 및
    제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 발광 소자 구동 장치를 포함하는 발광 모듈.
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