KR102140272B1 - 발광소자의 구동 방법 및 구동 회로 - Google Patents

발광소자의 구동 방법 및 구동 회로 Download PDF

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Abstract

실시예는 (a) 제1 발광소자 모듈과, 상기 제1 발광소자 모듈보다 구동 전압이 낮은 제2 발광소자 모듈에 정전압을 공급하는 단계(여기서 상기 각각의 발광소자 모듈은 발광소자 어레이와 드라이버 IC를 포함한다); (b) 상기 제1 발광소자 모듈과 상기 제2 발광소자 모듈의 드라이버 IC에 각각 인가되는 전력을 검출하는 단계; 및 (c) 상기 제2 발광소자 모듈 내에서 상기 발광소자 어레이에만 전류가 흐르도록, 상기 제2 발광소자 모듈에 인가되는 전압을 제어하는 발광소자의 구동 방법를 제공한다.

Description

발광소자의 구동 방법 및 구동 회로{METHOD AND CIRCUIT FOR DRIVING A LIGHT EMITTING DEVICE}
실시예는 발광소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광소자의 구동 방법 및 구동 회로에 관한 것이다.
반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Ligit Emitting Diode)나 레이저 다이오드와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저 소비 전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
따라서, 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등에까지 응용이 확대되고 있다.
발광소자가 배치된 백라이트 유닛에서는 복수 개의 발광 소자를 병렬로 연결하여 사용할 수 있는데, 발광소자 어레이에 정전압이나 정전류를 제공하는 구동 회로가 사용되어 휘도와 색 온도 등을 조절한다.
도 1a 내지 도 1c는 발광소자 어레이에 전압 내지 전류를 공급하는 방법에 따른 문제점을 나타낸 도면이다.
도 1a에서는 복수 개의 발광소자 어레이들에 정전압을 공급하여 구동하는 실시예를 나타낸 도면이다.
발광소자 어레이 1과 발광소자 어레이 2에 동일한 전압인 48 V(볼트)가 공급되는데, 각각의 발광소자 어레이들의 구동 전압(Vf)은 조금씩 다를 수 있으며, 구동 전압이 동일한 발광소자 어레이들을 준비하여도 사용함에 따라 에이징(aging)되어 구동 전압이 달라질 수 있다.
각각의 발광소자 어레이의 구동 전압(Vf)의 차이에 의하여 각각의 발광소자 어레이에 흐르는 전류가 다르다. 즉, 발광소자 어레이 2의 구동 전압이 상대적으로 작아서 발광소자 어레이 2에 흐르는 전류가 상대적으로 많고, 따라서 발광소자 어레이 2의 발광소자들이 더 밝게 구동되는 문제점이 있다.
도 1b에서는 복수 개의 발광소자 어레이들에 정전류를 공급하여 구동하는 실시예를 나타낸 도면이다.
각각의 발광소자 어레이들에 동일한 크기의 정전류를 공급하고 있는데, 각각의 발광소자 어레이들의 밝기는 서로 동일하나 출력 전압이 서로 다르며, 따라서 전류와 전압의 곱으로 구하여지는 전력(Power)이 발광소자 어레이마다 다른 문제점이 있다.
도 1c에서는 복수 개의 발광소자 어레이들에 정전압을 공급하여 구동하는 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 1b에 도시된 실시예에서의 문제점을 해결하기 위하여, 각각의 발광소자 어레이에 정전압을 공급하며 동시에 각각의 발광소자 어레이에 정전류 드라이어(driver)를 적용하고 있다.
구체적으로 설명하면 다음과 같다.
예를 들면, 발광소자 어레이 1에는 49 볼트(V)와 550 밀리암페어(mA)의 전류가 공급되고, 발광소자 어레이 2에는 47 볼트와 550 밀리암페어의 전류가 공급되며, 복수 개의 발광소자 어레이들 중에서 구동 전압이 가장 높은 발광소자 어레이를 제외한 나머지 발광소자 어레이에 대하여, 상술한 구동 전압이 가장 높은 발광소자 어레이와의 구동 전압의 차이를 각각의 드라이버 IC에 인가한다.
즉, 도 1c의 실시예에서는 발광소자 어레이 2의 드라이버 IC에 2 볼트의 전압을 인가하면 동일한 전류, 예를 들면 550 밀리 암페어가 인가된다.
따라서, 발광소자 어레이 1에서 소비되는 전력은 전류와 전압의 곱으로 구하면 26.95 와트(W)이고, 발광소자 어레이 2에서 소비되는 전력은 25.85 와트이고, 발광소자 어레이 2의 드라이버 IC에서 소비되는 전력은 1.1 와트이다. 그러므로, 발광소자 어레이 2와 드라이버 IC에서 소비되는 전력의 합은 26.95 와트이며, 발광소자 어레이 1에서 소비되는 전력은 동일하다.
상술한 바와 같이 정전력으로 발광소자 어레이들을 구동하면, 발광소자 어레이에 대응하는 드라이버 IC에서 소비되는 전력이 열로 변환되어 소모되고, 따라서 발광소자의 구동회로의 효율이 저하될 수 있고, 이는 발광소자의 효율 저하로 이어질 수 있다.
실시예는 발광소자의 구동회로에서 열로 소모되는 전류를 줄이고, 발광소자의 광출력을 향상시키고자 한다.
실시예는 (a) 제1 발광소자 모듈과, 상기 제1 발광소자 모듈보다 구동 전압이 낮은 제2 발광소자 모듈에 정전압을 공급하는 단계(여기서 상기 각각의 발광소자 모듈은 발광소자 어레이와 드라이버 IC를 포함한다); (b) 상기 제1 발광소자 모듈과 상기 제2 발광소자 모듈의 드라이버 IC에 각각 인가되는 전력을 검출하는 단계; 및 (c) 상기 제2 발광소자 모듈 내에서 상기 발광소자 어레이에만 전류가 흐르도록, 상기 제2 발광소자 모듈에 인가되는 전압을 제어하는 발광소자의 구동 방법를 제공한다.
(c) 단계는, 제2 발광소자 모듈에 (P1/P2)×V2의 전압을 공급하고, P1은 상기 (a) 단계에서 제1 발광소자 모듈에 공급되는 전력이고, P2는 상기 (b) 단계에서 제2 발광소자 모듈에 공급되는 전력이며, V2는 상기 (a) 단계에서 제2 발광소자 모듈에 공급되는 전압일 수 있다.
(c) 단계에서, PWM(Pulse with modulation) Duty를 (P1/P2)×V2로 제어할 수 있다.
다른 실시예는 각각 발광소자 어레이와 드라이버 IC를 포함하는 제1 발광소자 모듈과, 상기 제1 발광소자 모듈보다 구동 전압이 낮은 제2 발광소자 모듈; 상기 각각의 발광소자 모듈에 정전압을 공급하는 SMPS(Switching Mode Power Supply); 상기 각각의 발광소자 모듈의 구동 전류와, 상기 각각의 발광소자 모듈 내의 드라이버 IC에 인가되는 전압을 검출하는 전류/전압 센싱부; 및 상기 제2 발광소자 모듈 내에서, 상기 발광소자 어레이에만 전류가 흐르도록, 상기 SMPS의 출력 전압을 조절하는 MCU를 포함하는 발광소자의 구동 회로를 제공한다.
MCU는 PWM Duty를 제어하여 상기 SMPS의 출력 전압을 조절할 수 있다.
MCU는 상기 각각의 발광소자 모듈 별로 전류의 증가비율을 확인하고, 상기 각각의 발광소자 모듈 별로 전류의 증가 비율에 따라 PWM Duty를 설정할 수 있다.
MCU는, 상기 제2 발광소자 모듈에 (P1/P2)×V2의 전압을 공급할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자의 구동 회로는 제2 발광소자 모듈 내의 드라이버 IC에 인가되어 열로 소모되는 전력량을 없애서, 구동 회로의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 발광소자 모듈에 전압 내지 전류를 공급하는 방법에 따른 문제점을 나타낸 도면이고,
도 2는 실시예에 따라 발광소자 모듈에 전압 내지 전류를 공급하는 방법을 나타낸 도면이고,
도 3은 발광소자의 모듈의 구동 회로의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 4는 발광소자의 모듈의 정전력 제어 방법을 나타낸 도면이고,
도 5는 발광소자의 모듈의 구동 전류 설정 방법을 나타낸 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향 뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 2는 실시예에 따라 발광소자 모듈에 전압 내지 전류를 공급하는 방법을 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 발광소자의 구동 방법은, 복수 개의 발광소자 모듈에 정전압을 공급하는데, 각각의 발광소자 모듈은 발광소자 어레이와 드라이버 IC를 포함하여 이루어질 수 있다. 그리고, 각각의 발광소자 모듈의 구동 전압(Vf)는 서로 다를 수 있는데, 구동 전압(Vf)이 가장 높은 발광소자 모듈을 제1 발광소자 모듈이라 하고, 다른 발광소자 모듈을 제2 발광소자 모듈이라 할 수 있다.
그리고, 제1 발광소자 모듈과 제2 발광소자 모듈의 드라이버 IC에 각각 인가되는 전력을 검출한다.
제1 발광소자 모듈에 49 볼트의 전압(V1)이 공급되고 550 밀리 암페어의 전류가 흐를 때, 제1 발광소자 모듈에 인가되는 전력(P1)은 26.95 와트일 수 있다. 그리고, 제2 발광소자 모듈에도 49 볼트의 전압(V2)이 공급되는데, 제2 발광소자 모듈 내의 발광소자 어레이와 드라이버 IC에는 각각 550 밀리 암페어와 350 밀리 암페어의 전류가 흐를 수 있다. 이때, 제2 발광소자 모듈 전체의 소비 전력(P2)은 44.1 와트일 수 있다.
이때, 제2 발광소자 모듈 내의 발광소자 어레이에만 전압이 공급되도록 할 수 있는데, 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
제2 발광소자 모듈 내의 드라이버 IC에 인가되는 전압을 제로(zero)로 할 수 있는데, 제2 발광소자 모듈에 (P1/P2)×V2의 전압을 공급할 수 있다. 여기서, P1은 최초에 제1 발광소자 모듈에 공급되는 전력이고, P2는 최초에 제2 발광소자 모듈에 공급되는 전력이며, V2는 최초에 제2 발광소자 모듈에 공급되는 전압이다.
도 2에 도시된 실시예에서, P1은 26.95 와트이고, P2는 전력은 44.1 와트이며, V2는 49 볼트이다. 따라서, (P1/P2)×V2=0.6611×49 볼트의 전압을 인가하여, 제2 발광소자 모듈 내의 발광소자 어레이에만 전압이 인가되고, 제2 발광소자 모듈 내의 드라이버 IC에는 전압이 인가되지 않도록 할 수 있다. 그리고, 이러한 제2 발광소자 모듈 내의 드라이버 IC에 전압이 인가되지 않도록 하기 위하여, PWM(Pulse with modulation) Duty를 상술한 값 즉, (P1/P2)×V2=61.1 1%로 제어할 수 있다.
즉, 후술하는 전류 조절부에서 제2 발광소자 모듈에 공급하는 전류를 증가시키면, 제2 발광소자 모듈 내의 구동 전압(Vf)가 증가하고, PWM Duty를 제어하여 실제로 제2 발광소자 모듈 내에는 제1 발광소자 모듈과 동일한 크기의 전류가 흐를 수 있으며, 이러한 PWM Duty의 제어는 상술한 MCU에서 SMPS의 출력 전압을 조절하여 이루어질 수 있다.
따라서, 제2 발광소자 모듈 내의 드라이버 IC에 인가되어 열로 소모되는 전력량을 없애서, 구동 회로의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 3은 발광소자 모듈의 구동 회로의 일실시예를 나타낸 도면이고, 도 4는 발광소자 모듈의 정전력 제어 방법을 나타낸 도면이고, 도 5는 발광소자 모듈의 구동 전류 설정 방법을 나타낸 도면이다. 이하에서, 도 3 내지 도 5를 참조하여, 발광소자 모듈의 구동 회로 및 구동 방법을 설명한다.
발광소자 모듈의 구동 회로(100)는 정전압을 출력하는 SMPS(Switching Mode Power Supply, 110)와, 복수 개의 발광소자 어레이(120a, 120b)와 드라이버 IC(130a, 130b)와 전류 조절부(140a, 140b)와 전류/전압 센싱부(150)와, MCU(170)을 포함하여 이루어진다. 발광소자 어레이(120a, 120b) 등은 2개가 도시되어 있으나, 3개 이상이 구비될 수 있으며, 이때 각각의 발광소자 어레이에는 드라이버 IC와 전류/전압 센싱부(150) 및 전류 조절부(140a, 140b)가 구비될 수 있다.
SMPS(110)에서는 정전압을 출력하여 각각의 발광소자 모듈에 공급할 수 있다(S110).
그리고, 전류/전압 센싱부(150)에서 각각의 발광소자 모듈의 구동 전류를 검출하고(S120), 각각의 발광소자 모듈의 드라이버 IC에 인가되는 전압을 검출할 수 있다(S130).
그리고, 채널별로 즉, 각각의 발광소자 모듈에 대응하는 드라이버 IC에 인가되는 전압의 차이가 있는지 판단하여(S140), 차이가 없으면 예를 들어 차이가 0.5 볼트(V) 이하일 때 드라이버 IC에 인가되는 전압이 최소치 본 실시예에서는 0.5 볼트가 되도록 출력 전압을 조절할 수 있다(S150).
채널별로, 즉 각각의 발광소자 모듈 내의 드라이버 IC에 인가되는 전압의 차이가 기설정된 범위 이상일 때, 본 실시예에서는 0.5 볼트를 초과할 때는 MCU(170)의 제어 신호에 따라 SMPS(110)의 출력 전압을 조절한다(S161).
SMPS(110)의 출력 전압 조절을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 각 발광소자 모듈별로 MCU(170)의 전류 제어신호를 발생(S162)하고, 각 발광소자 모듈별로 전류의 증가 비율을 확인(S163)하고, 각 발광소자 모듈별로 전류의 증가 비율에 대비하여 PWM Duty를 설정한다(S164).
그리고, 각 발광소자 모듈 내의 발광소자의 구동 전압(Vf) 및 전류를 검출한다(S165). 그리고, 정전력 제어를 위한 연산을 실행하는데, 검출된 발광소자의 구동 전압(Vf)과 전류 및 설정된 PWM Duty의 곱을 구하여(S166), 각 발광소자 모듈 별로 전력의 차이가 없으면 발광소자를 구동하고(S167), 채널 별로 전력의 차이가 있으면 SMPS의 출력 전압을 다시 조절할 수 있다.
상술한 S166은 상술한 도 2와 관련하여 상세히 설명되어 있다. 즉, 구동 전압이 상대적으로 작은 제2 발광소자 모듈 내에 (P1/P2)×V2의 전압을 공급할 수 있고, 제2 발광소자 모듈 내의 드라이버 IC에 전압이 인가되지 않도록 하기 위하여, PWM(Pulse with modulation) Duty를 상술한 값 즉, (P1/P2)×V2으로 제어할 수 있다.
즉, 정전압으로 발광소자 모듈들을 구동할 때, 각각의 발광소자 모듈에 흐르는 전류가 순간적으로 서로 다르게 되나, PWM Duty를 제어하여 각각의 발광소자 모듈에 동일한 양의 전류가 흐르게 할 수 있다.
도 5에서, 먼저 LED의 구동 전류를 설정(S210)하는데, 상술한 PWM Duty 제어를 통하여 제2 발광소자 모듈에 흐르도록 설정할 전류값을 정하는 것이다.
그리고, 설정된 값보다 작은 전류 값으로 제2 발광소자 모듈을 구동한다(S220). 그리고, SMPS의 출력 전압을 조금씩 증가시키면서 제2 발광소자 모듈 내의 LED의 구동 전류값을 검출(S230)하는데, 설정된 전류 값(ISET)보다 실제로 구동되는 전류 값(ILED)을 비교(S240)하여, 설정된 전류 값(ISET)과 실제로 구동되는 전류 값(ILED)이 동일하면 설정된 전류 값(ISET)을 확정(S250)한다.
만약, 설정된 전류 값(ISET)보다 실제로 구동되는 전류 값(ILED)이 서로 다르면, 상술한 S220 단계를 반복할 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 구동 회로 110: SMPS
120a, 120b: 발광소자 어레이
130a, 130b: 드라이버 IC
140a, 140b: 전류 조절부 150: 전류/전압 센싱부
170: MCU

Claims (7)

  1. (a) 제1 발광소자 모듈과, 상기 제1 발광소자 모듈보다 구동 전압이 낮은 제2 발광소자 모듈에 정전압을 공급하는 단계(여기서 상기 각각의 발광소자 모듈은 발광소자 어레이와 드라이버 IC를 포함한다);
    (b) 상기 제1 발광소자 모듈과 상기 제2 발광소자 모듈의 드라이버 IC에 각각 인가되는 전력을 검출하는 단계; 및
    (c) 상기 제2 발광소자 모듈 내에서 상기 발광소자 어레이에만 전류가 흐르도록, 상기 제2 발광소자 모듈에 인가되는 전압을 제어하고,
    상기 (c) 단계는,
    상기 제2 발광소자 모듈에 (P1/P2)×V2의 전압을 공급하는 발광소자의 구동 방법. (여기서, P1은 상기 (a) 단계에서 제1 발광소자 모듈에 공급되는 전력이고, P2는 상기 (b) 단계에서 제2 발광소자 모듈에 공급되는 전력이며, V2는 상기 (a) 단계에서 제2 발광소자 모듈에 공급되는 전압이다.)
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 (c) 단계에서,
    PWM(Pulse with modulation) Duty를 (P1/P2)×V2로 제어하는 발광소자의 구동 방법.
  4. 각각 발광소자 어레이와 드라이버 IC를 포함하는 제1 발광소자 모듈과, 상기 제1 발광소자 모듈보다 구동 전압이 낮은 제2 발광소자 모듈;
    상기 각각의 발광소자 모듈에 정전압을 공급하는 SMPS(Switching Mode Power Supply);
    상기 각각의 발광소자 모듈의 구동 전류와, 상기 각각의 발광소자 모듈 내의 드라이버 IC에 인가되는 전압을 검출하는 전류/전압 센싱부; 및
    상기 제2 발광소자 모듈 내에서, 상기 발광소자 어레이에만 전류가 흐르도록, 상기 SMPS의 출력 전압을 조절하는 MCU를 포함하고,
    상기 MCU는 PWM Duty를 제어하여 상기 SMPS의 출력 전압을 조절하고,
    상기 MCU는 상기 각각의 발광소자 모듈 별로 전류의 증가비율을 확인하고, 상기 각각의 발광소자 모듈 별로 전류의 증가 비율에 따라 PWM Duty를 설정하는 발광소자의 구동 회로.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 각각 발광소자 어레이와 드라이버 IC를 포함하는 제1 발광소자 모듈과, 상기 제1 발광소자 모듈보다 구동 전압이 낮은 제2 발광소자 모듈;
    상기 각각의 발광소자 모듈에 정전압을 공급하는 SMPS(Switching Mode Power Supply);
    상기 각각의 발광소자 모듈의 구동 전류와, 상기 각각의 발광소자 모듈 내의 드라이버 IC에 인가되는 전압을 검출하는 전류/전압 센싱부; 및
    상기 제2 발광소자 모듈 내에서, 상기 발광소자 어레이에만 전류가 흐르도록, 상기 SMPS의 출력 전압을 조절하는 MCU를 포함하고,
    상기 MCU는, 상기 제2 발광소자 모듈에 (P1/P2)×V2의 전압을 공급하는 발광소자의 구동 회로. (여기서, P1은 상기 제1 발광소자 모듈에 공급되는 전력이고, P2는 상기 제2 발광소자 모듈에 공급되는 전력이며, V2는 상기 제2 발광소자 모듈에 공급되는 전압이다.)
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