KR20130019799A - 다양한 색상을 출력할 수 있는 조명 소자 - Google Patents

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Abstract

우수한 역률을 가지며 발광 소자들을 포함하는 복수의 발광 블록들을 제어하는 조명 소자가 개시된다. 상기 조명 소자는 복수의 제 1 레드 발광 소자들, 복수의 제 1 그린 발광 소자들 및 복수의 제 1 블루 발광 소자들을 포함하는 제 1 발광 블록, 상기 제 1 발광 블록과 병렬로 연결되며, 복수의 제 2 레드 발광 소자들, 복수의 제 2 그린 발광 소자들 및 복수의 제 2 블루 발광 소자들을 포함하는 제 2 발광 블록, 상기 제 2 발광 블록과 병렬로 연결되며, 복수의 제 3 레드 발광 소자들, 복수의 제 3 그린 발광 소자들 및 복수의 제 3 블루 발광 소자들을 포함하는 제 3 발광 블록 및 제 1 제어부, 제 2 제어부 및 제 3 제어부를 가지는 구동 회로부를 포함한다. 여기서, 상기 제 1 레드 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되고, 상기 제 1 그린 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되며, 상기 제 1 블루 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되고, 상기 제 2 레드 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되며, 상기 제 2 그린 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되고, 상기 제 2 블루 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되며, 상기 제 3 레드 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되고, 상기 제 3 그린 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되며, 상기 제 3 블루 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되고, 상기 제 1 제어부는 상기 발광 블록들의 블루 발광 소자들의 동작을 제어하며, 상기 제 2 제어부는 상기 발광 블록들의 그린 발광 소자들의 동작을 제어하고, 상기 제 3 제어부는 상기 발광 블록들의 레드 발광 소자들의 동작을 제어한다.

Description

다양한 색상을 출력할 수 있는 조명 소자{LIGHT DEVICE FOR OUTPUTTING VARIOUS COLORS}
본 발명은 우수한 역률을 가지며 발광 소자들을 포함하는 복수의 발광 블록들을 제어하는 조명 소자에 관한 것이다.
일반적으로 조명등으로는 형광등 및 백열등이 주로 사용되었으나, 최근에는 친환경 및 CO2 배출 가스 감소를 위하여 LED 조명등이 백열등을 대체하고 있다.
종래의 LED 조명등은 복수의 발광 다이오드들(Light Emitting Diodes, LED들)과 이를 구동시키는 안정기로 기본 구성된다.
상기 안정기는 자기식과 전자식이 있으며, 전자식 중 인버터 방식에서는 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 방법을 통하여 상기 LED들을 구동시키며, 즉 PWM 구동 방식을 사용하며, 정류회로, 노이즈 필터(noise filter) 및 PWM 제어부를 포함한다.
상기 노이즈 필터는 PWM 구동으로 인하여 발생되는 잡음을 제거한다.
상기 PWM 제어부는 다수의 캐패시터들 및 인덕터들을 사용하여 상기 PWM 구동을 제어한다.
이러한 안정기를 포함하는 LED 조명등은 일체형이며, 따라서 상기 LED 조명등의 일부 소자의 수명이 다된 경우, 상기 LED 조명등을 폐기하고 새로운 LED 조명등을 사용하여야만 한다.
일반적으로 상기 LED의 수명은 약 50000시간인데 반하여, 상기 캐피시터들의 수명은 약 3000시간 내지 8000시간이다. 결과적으로, 상기 LED들이 수명이 다하기 전에 상기 캐피시터들 및 인덕터들의 수명이 다하여 상기 LED 조명등을 약 3000시간 경과 후에는 교체할 수밖에 없는 문제점이 있다.
또한, 상기 PWM 구동 방법은 일정한 크기의 직류 전류를 상기 LED들로 계속적으로 제공하는 방식이며, 따라서 상기 LED 조명등의 전력 소모를 최소화할 수 없다.
게다가, 상기 LED 조명등이 다수의 캐피시터들과 인덕터들을 사용하므로, 상기 캐패시터들과 상기 인덕터들로 인하여 상기 LED들로 제공되는 전류와 전압 사이에 위상차가 발생할 수 있다. 결과적으로, 상기 LED 조명등의 역률이 낮아지게 되어서 상기 LED 조명등의 효율이 85%이상 나오기 어려운 문제점이 있다.
한편, 종래의 LED 조명등은 원하는 다양한 색상들을 표현할 수가 없었다. 따라서, 회전 스시 등에서 식재에 요구되는 색을 필요에 따라 다르게 구현할 수가 없어서 식재를 맛있어 보일 수 있게 표현할 수가 없었다.
본 발명은 적은 수의 내부 소자들로 구성된, 특히 캐패시터와 인덕터를 전혀 포함하지 않는 구동 회로부를 사용하는 조명 소자를 제공하는 것이다.
본 발명은 전력 소모를 줄이고 역률을 개선시키는 조명 소자를 제공하는 것이다.
본 발명은 교류 입력 전원의 2배수 주기로 한계 전압 이상에서만 정전류를 통전시켜서 조명 소자의 밝기를 극대화하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 발광 블록들의 발광 소자들을 색상별로 제어하여 제어 효율을 향상시키는 구동 회로부를 가지는 조명 소자를 제공하는 것이다.
본 발명은 다양한 색상을 표현할 수 있는 조명 소자를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 소자는 복수의 제 1 레드 발광 소자들, 복수의 제 1 그린 발광 소자들 및 복수의 제 1 블루 발광 소자들을 포함하는 제 1 발광 블록; 상기 제 1 발광 블록과 병렬로 연결되며, 복수의 제 2 레드 발광 소자들, 복수의 제 2 그린 발광 소자들 및 복수의 제 2 블루 발광 소자들을 포함하는 제 2 발광 블록; 상기 제 2 발광 블록과 병렬로 연결되며, 복수의 제 3 레드 발광 소자들, 복수의 제 3 그린 발광 소자들 및 복수의 제 3 블루 발광 소자들을 포함하는 제 3 발광 블록; 및 제 1 제어부, 제 2 제어부 및 제 3 제어부를 가지는 구동 회로부를 포함한다. 여기서, 상기 제 1 레드 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되고, 상기 제 1 그린 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되며, 상기 제 1 블루 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되고, 상기 제 2 레드 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되며, 상기 제 2 그린 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되고, 상기 제 2 블루 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되며, 상기 제 3 레드 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되고, 상기 제 3 그린 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되며, 상기 제 3 블루 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되고, 상기 제 1 제어부는 상기 발광 블록들의 블루 발광 소자들의 동작을 제어하며, 상기 제 2 제어부는 상기 발광 블록들의 그린 발광 소자들의 동작을 제어하고, 상기 제 3 제어부는 상기 발광 블록들의 레드 발광 소자들의 동작을 제어한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조명 소자에서 복수의 제 1 레드 발광 소자들, 복수의 제 1 그린 발광 소자들 및 복수의 제 1 블루 발광 소자들을 포함하는 제 1 발광 블록 및 복수의 제 2 레드 발광 소자들, 복수의 제 2 그린 발광 소자들 및 복수의 제 2 블루 발광 소자들을 포함하는 제 2 발광 블록을 제어하는 구동 회로부는 상기 발광 블록들의 레드 발광 소자들, 그린 발광 소자들 및 상기 그린 발광 소자들 중 하나의 색상의 발광 소자들의 동작을 제어하는 제 1 제어부; 및 상기 제 1 제어부가 제어하는 색상의 발광 소자들 외의 다른 색상의 발광 소자들 중 하나의 색상의 발광 소자들의 동작을 제어하는 제 2 제어부를 포함한다. 여기서, 상기 제 2 발광 블록은 상기 제 1 발광 블록과 병렬로 연결되며, 상기 제 1 레드 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되고, 상기 제 1 그린 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되며, 상기 제 1 블루 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되고, 상기 제 2 레드 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되며, 상기 제 2 그린 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되고, 상기 제 2 블루 발광 소자들은 상호 직렬로 연결된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 소자는 레드 발광 소자와 제 1 화이트 발광 소자를 가지는 제 1 발광 소자부; 그린 발광 소자와 제 2 화이트 발광 소자를 가지는 제 2 발광 소자부; 블루 발광 소자와 제 3 화이트 발광 소자를 가지는 제 3 발광 소자부; 상기 제 1 발광 소자부와 직렬로 연결되어 상기 제 1 발광 소자부로 흐르는 제 1 전류를 제어하는 제 1 제어부; 상기 제 2 발광 소자부와 직렬로 연결되어 상기 제 2 발광 소자부로 흐르는 제 2 전류를 제어하는 제 2 제어부; 및 상기 제 3 발광 소자부와 직렬로 연결되어 상기 제 3 발광 소자부로 흐르는 제 3 전류를 제어하는 제 3 제어부를 포함한다. 여기서, 상기 제 1 전류는 펄스들로 구현되며, 상기 펄스들 사이의 시간차는 1/70초 이하이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 소자는 레드 발광 소자, 그린 발광 소자 및 블루 발광 소자 중 하나와 적어도 하나의 화이트 발광 소자를 가지는 발광 소자부; 및 상기 발광 소자부와 직렬로 연결되어 상기 발광 소자부로 흐르는 전류를 제어하는 제어부를 포함한다. 여기서, 상기 레드 발광 소자, 상기 그린 발광 소자 및 상기 블루 발광 소자 중 하나와 상기 화이트 발광 소자는 직렬로 연결되고, 상기 제어부는 상기 발광 소자부로 흐르는 전류를 가변시키며, 상기 정전류는 펄스들로 구현되며, 상기 펄스들 사이의 시간차는 1/70초 이하이다.
본 발명에 따른 조명 소자의 제어부들이 발광 블록들의 발광 소자들을 각기 색상별로 제어하므로, 상기 발광 소자들의 제어가 용이하고 제어 효율이 향상될 수 있다.
또한, 상기 조명 소자가 캐패시터나 인덕터를 사용하지 않으므로, 상기 조명 소자의 수명이 연장될 수 있고, 발광 소자들로 제공되는 전류와 전압의 위상차가 발생하지 않으며, 그 결과 역률이 개선되어 상기 조명 소자의 효율이 향상될 수 있다.
게다가, 상기 발광 소자로 제공되는 상기 구동 회로부로부터 출력된 전류가 불연속적이므로, 상기 조명 소자의 전력 소모가 감소할 수 있다. 또한 전류 파형이 펄스형이어서 색상 파장의 정밀한 제어가 가능하여 특정 파장에서의 특수 용도의 조명 소자를 제작 할 수 있다. 또한 TRIAC 조광기를 사용 할 수 있어 전기 설비비를 절감하며 조명소자의 디밍 기능이 되므로 전력 소모 제어가 용이하게 된다. 물론, 상기 불연속을 위한 펄스들 사이의 시간차는 사람이 상기 발광 소자의 깜박임을 인지하지 못하는 시간 범위 내에서 구현된다.
특정 파장 제어가 가능하기 때문에, 상기 발광 소자가 다양한 색상을 조합하여 출력할 수 있으므로, 회전 스시 등과 같은 음식의 식재 등을 맛있게 보이도록 표현 및 변질을 지연 시킬수 있고, 의류, 그림, 도서 등을 변색이 지연되게 하면서 돋보이게 표현할 수 있다.
LED 컬러는 조광용에 한정되어 사용되어지나 본 발명의 효과로서 조명용 컬러 조명 소자가 사용 될 수 있으므로 조명 시장의 활성화를 할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 조명 소자를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 조명 소자의 회로 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부들의 출력 전류를 도시한 타이밍 다이어그램이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 소자의 구성 요소들을 도시한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 제어부를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전류부를 도시한 회로도이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시에에 따른 조명 소자를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 조명 소자를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 조명 소자를 도시한 도면이다.
도 10은 조명의 색도도를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 조명 소자를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 소자의 휘도 및 파장을 제어하는 방법을 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 자세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 조명 소자를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 조명 소자는 각종 조명등으로서 동작할 수 있으며, 정류 회로부(100), 구동 회로부(102) 및 발광부(104)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 조명 소자는 발광 다이오드들(Light Emitting Diodes, LEDs)을 사용하는 LED 조명등일 수 있으며, 즉 발광부(104)는 발광 다이오드들로 이루어질 수 있다.
정류 회로부(100)는 상기 조명 소자의 입력단에 배열되며, 외부로부터 입력된 교류 전원, 예를 들어 110V 또는 220V의 교류 전원을 반파 정류 또는 전파 정류하여 직류를 발생시킨다. 다만, 사람이 상기 조명 소자가 계속적으로 빛을 발산한다고 인지하여야 하므로, 정류 회로부(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 입력된 교류 전원을 전파 정류하는 것이 바람직하다.
상기 조명 소자가 LED들을 사용하는 경우, 상기 LED에 특정 전압 이상이 걸려야 상기 LED가 턴-온(Turn-on)되므로, 정류 회로부(100)로부터 출력되는 전류는 도 1에 도시된 바와 같이 펄스 파형을 가진다.
즉, 정류 회로부(100)는 상기 입력된 교류 전원을 전파 정류하여 도 1에 도시된 바와 같은 전압 파형 및 전류 파형을 발생시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 정류 회로부(100)로부터 출력되는 전류의 펄스들 사이에는 소정 시간차가 존재한다. 이것은 후술하는 바와 같이 전력 소모를 감소시키기 위해서이다.
구동 회로부(102)는 정류 회로부(100)에 연결되고, 정류 회로부(100)로부터 제공된 전압으로 정전류를 출력시키며, 상기 정전류를 발광부(104)로 제공한다.
구동 회로부(102)로부터 출력되는 전압 및 전류는 도 1에 도시된 바와 같이 펄스 파형을 가질 수 있다.
전류 파형을 살펴보면, 상기 펄스들 사이에 시간차(△t)가 존재한다. 다만, 시간차(△t, 실험 결과 4㎳)가 사람이 상기 조명 소자의 깜박임을 인지할 수 있는 최소 시간(1/70초 = 약 14㎳)보다 작으므로, 상기 전류가 불연속적임에도 불구하고 사람은 상기 조명 소자가 빛을 계속적으로 발산하는 것으로 인지한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동 회로부(102)는 블루 발광 소자들, 그린 발광 소자들 및 그린 발광 소자들을 각기 제어하는 제 1 제어부(110), 제 2 제어부(112) 및 제 3 제어부(114)를 포함할 수 있다.
제어부들(110, 112 및 114)은 도 1에 도시된 바와 같이 순차적으로 직렬로 연결되며, 각기 발광부(104)의 발광 소자들과 연결된다. 즉, 각 제어부들(110, 112 및 114)로부터 출력된 전류가 발광부(104)로 제공되며, 즉 제어부들(110, 112 및 114)은 상기 전류의 크기를 조정하여 발광 소자들의 휘도를 제어한다. 제어부들(110, 112 및 114)의 자세한 동작 및 회로 구성은 후술하겠다.
발광부(104)는 복수의 발광 소자들로 이루어지며, 상기 발광 소자로는 수명이 길고 발광 효율이 우수한 복수의 LED가 사용될 수 있다. 물론, 상기 발광 소자로는 발광하는 한 LED로 제한되지는 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 발광부(104)는 상호 병렬로 배열된 복수의 발광 블록들을 포함하되, 각 발광 블록들은 각기 레드(Red) 발광 소자들, 그린(Green) 발광 소자들 및 블루(Blue) 발광 소자들을 포함한다. 이 경우, 제어부들(110, 112 및 114)은 발광 블록별로 발광 소자들을 제어하는 방법을 사용하지 않고, 각기 특정 색의 발광 소자들을 제어한다. 예를 들어, 제 1 제어부(110)는 발광 블록과 관계없이 블루 발광 소자들의 동작을 제어하고, 제 2 제어부(112)는 그린 발광 소자들의 동작을 제어하며, 제 3 제어부(114)는 레드 발광 소자들의 동작을 제어할 수 있다.
요컨대, 본 실시예의 조명 소자에서, 구동 회로부(102)로부터 출력되는 전류가 불연속적이며, 구동 회로부(102)는 종래와 같은 PWM 제어 방법을 사용하지 않는다. 또한, 구동 회로부(102)의 제어부들(110, 112 및 114)은 색상별로 발광 소자들의 동작을 제어한다.
이하, 본 발명의 조명 소자에서 제어부들(110, 112 및 114)의 동작을 첨부된 도면들을 참조하여 상술하겠다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 조명 소자의 회로 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부들의 출력 전류를 도시한 타이밍 다이어그램이다.
도 2를 참조하면, 발광부(104)는 제 1 발광 블록(200), 제 2 발광 블록(202) 및 제 3 발광 블록(204)을 포함할 수 있다. 물론, 발광부(104)가 상호 병렬로 연결된 2개 이상의 발광 블록들을 포함하는 한 발광 블록들의 수에는 특별한 제한이 없다.
제 1 발광 블록(200)은 복수의 제 1 레드 발광 소자들, 복수의 제 1 그린 발광 소자들 및 복수의 제 1 블루 발광 소자들을 포함한다. 여기서, 상기 제 1 레드 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되고, 상기 제 1 그린 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되며, 상기 제 1 블루 발광 소자들도 상호 직렬로 연결된다. 한편, 하나의 레드 발광 소자, 하나의 그린 발광 소자 및 하나의 블루 발광 소자가 하나의 픽셀로서 구현될 수 있다.
제 2 발광 블록(202)은 제 1 발광 블록(200)과 병렬로 연결되며, 복수의 제 2 레드 발광 소자들, 복수의 제 2 그린 발광 소자들 및 복수의 제 2 블루 발광 소자들을 포함한다. 여기서, 상기 제 2 레드 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되고, 상기 제 2 그린 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되며, 상기 제 2 블루 발광 소자들도 상호 직렬로 연결된다.
제 3 발광 블록(204)은 제 1 발광 블록(200) 및 제 2 발광 블록(202)과 각기 병렬로 연결되며, 복수의 제 3 레드 발광 소자들, 복수의 제 3 그린 발광 소자들 및 복수의 제 3 블루 발광 소자들을 포함한다. 여기서, 상기 제 3 레드 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되고, 상기 제 3 그린 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되며, 상기 제 3 블루 발광 소자들도 상호 직렬로 연결된다.
제 1 제어부(110)는 제 1 발광 블록(200)의 제 1 블루 발광 소자들과 연결되고, 제 2 발광 블록(202)의 제 2 블루 발광 소자들과 연결되며, 제 3 발광 블록(204)의 제 3 블루 발광 소자들과 연결될 수 있다. 즉, 제 1 제어부(110)는 모든 발광 블록들(200, 202 및 204)의 블루 발광 소자들과 연결될 수 있다.
제 2 제어부(112)는 발광 블록들(200, 202 및 204)의 그린 발광 소자들과 연결되고, 제 3 제어부(114)는 발광 블록들(200, 202 및 204)의 레드 발광 소자들과 연결될 수 있다.
즉, 제어부들(110, 112 및 114)은 특정 색의 발광 소자들과 연결되어 해당 발광 소자들을 제어한다. 구체적으로는, 제 1 제어부(110)는 제 1 제어 전류를 블루 발광 소자들로 제공하고, 제 2 제어부(112)는 제 2 제어 전류를 그린 발광 소자들로 제공하며, 제 3 제어부(114)는 제 3 제어 전류를 레드 발광 소자들로 제공한다. 이 경우, 상기 제 1 제어 전류, 제 2 제어 전류 및 제 3 제어 전류 중 적어도 하나는 다른 크기를 가질 수 있으며, 이는 후술하는 바와 같이 병렬로 연결된 저항들을 이용하여 전류 증폭율을 다르게 함에 의해 구현될 수 있다.
도 3을 참조하여 상기 제어 전류들의 전류 파형을 살펴보면, 제 1 제어부(110)의 출력, 즉 블루 발광 소자들로 제공되는 제 1 제어 전류는 펄스 파형을 가지되, 예를 들어 30㎃를 가질 수 있다. 여기서, 펄스들 사이에는 특정 시간차가 존재하나, 상기 시간차는 1/70초 이하이다.
제 2 제어부(112)의 출력, 즉 그린 발광 소자들로 제공되는 제 2 제어 전류는 펄스 파형을 가지되, 예를 들어 10㎃를 가질 수 있다. 여기서, 펄스들 사이에는 특정 시간차가 존재하나 상기 시간차는 1/70초 이하이며, 상기 제 1 제어 전류의 파형과 동일한 파형을 가질 수 있다.
제 3 제어부(114)의 출력, 즉 레드 발광 소자들로 제공되는 제 3 제어 전류는 펄스 파형을 가지되, 예를 들어 40㎃를 가질 수 있다. 여기서, 펄스들 사이에는 특정 시간차가 존재하나 상기 시간차는 1/70초 이하이며, 상기 제 1 제어 전류 및 상기 제 2 제어 전류의 파형들과 동일한 파형을 가질 수 있다.
즉, 레드 발광 소자들로 제공되는 제 3 제어 전류, 블루 발광 소자들로 제공되는 제 1 제어 전류 및 그린 발광 소자들로 제공되는 제 2 제어 전류의 순으로 크기가 크되, 상기 제어 전류들의 펄스들의 시간차, 펄스 형태 및 주기는 색상에 관계없이 모두 동일할 수 있다.
정리하면, 제어부들(110, 112 및 114)은 발광 블록과 관계없이 각기 특정 색의 발광 소자들의 동작을 제어하며, 제어 전류들의 펄스들 사이에 시간차가 존재한다.
물론, 발광 블록들이 많아서 하나의 제어기로 특정 색상의 발광 소자들을 제어하기가 어려운 경우, 복수의 제어기들이 특정 색상의 발광 소자들을 분배하여 제어할 수도 있다. 다만, 이 경우에도 하나의 제어기는 동일한 색상의 발광 소자들만을 제어한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 각 발광 블록들(200, 202 및 204)은 각기 레드 발광 소자들, 그린 발광 소자들, 블루 발광 소자들 및 화이트 발광 소자들을 포함할 수 있다. 여기서, 하나의 레드 발광 소자, 하나의 그린 발광 소자, 하나의 블루 발광 소자 및 하나의 화이트 발광 소자가 하나의 픽셀을 구성할 수 있으며, 제 4 제어부가 발광 블록들(200, 202 및 204)의 모든 화이트 발광 소자들의 동작을 제어할 수 있다.
이하, 본 발명의 구동 회로부(102)의 구성을 첨부된 도면들을 참조하여 상술하겠다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 소자의 구성 요소들을 도시한 회로도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 제어부를 도시한 도면이다. 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전류부를 도시한 회로도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예의 조명 소자는 정류 회로부(100), 구동 회로부(102) 및 발광부(104)를 포함한다.
정류 회로부(100)는 퓨즈(Fuse, F), 비선형 반도체 저항 소자인 배리스터(Varistor, RV) 및 정류 회로를 포함한다.
상기 정류 회로는 입력된 교류 전류를 반파 정류 또는 전파 정류하는 회로이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 정류 회로는 도 4에 도시된 바와 같이 4개의 다이오드들(D1 내지 D4)로 이루어진 브릿지 회로로 구현될 수 있으며, 전파 정류한다.
정류 회로부(100)의 연결 관계를 살펴보면, 퓨즈(F) 및 배리스터(RV)의 일 단자는 (+) 전극 단자와 연결되며, 제 1 다이오드(D1)와 제 2 다이오드(D2) 사이의 노드(n1)에 연결된다.
또한, 배리스터(RV)의 타단자는 (-) 전극 단자와 연결되며, 제 3 다이오드(D3)와 제 4 다이오드(D4) 사이의 노드(n2)에 연결된다.
구동 회로부(102)를 살펴보면, 구동 회로부(102)는 제 1 제어부(110), 제 2 제어부(112) 및 제 3 제어부(114)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 각 제어부들(110, 112 및 114)은 적어도 하나의 정전류 다이오드 및 증폭 회로를 포함할 수 있다. 여기서, 제어부들(110, 112 및 114)은 도 4에 도시된 바와 같이 동일한 회로 구성을 가질 수 있다. 다만, 제 3 제어부(114)는 발열을 고려하여 2개의 트랜지스터들(T3 및 T4)을 사용하였으나, 제어부들(110 및 112)과 동일한 회로 구성을 가지도록 구현될 수도 있다. 즉, 제어부들(110, 112 및 114)은 동일한 제어 방식을 사용한다.
이하, 제 1 제어부(110)를 대표로 하여 제어부들(110, 112 및 114)의 회로 구성 및 동작을 살펴보겠다.
도 5를 참조하면, 제 1 제어부(110)는 정전류부(500), 증폭부(502) 및 온도 보상부(504)를 포함한다.
정전류부(500)는 입력된 소전류를 증폭된 정전류로 변화시키며, 예를 들어 적어도 하나의 정전류 다이오드로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 정전류부(500)는 상호 직렬로 연결된 2개의 정전류 다이오드들(D11 및 D12)로 이루어진 제 1 서브 정전류부(510) 및 상호 직렬로 연결된 2개의 정전류 다이오드들(D13 및 D14)로 이루어진 제 2 서브 정전류부(512)를 포함할 수 있다. 여기서, 다이오드들(D11 및 D12) 사이의 노드와 다이오드들(D13 및 D14) 사이의 노드는 연결될 수 있다.
각 서브 정전류부들(510 및 512) 내의 정전류 다이오드들을 직렬로 연결하는 것은 내전압을 견디도록 하기 위해서이다. 상세하게는, 110V의 교류 전원이 상기 조명 소자로 인가되고 각 발광 소자들에 각기 3V의 전압이 걸린다고 가정하면, 상기 발광 소자들 전체에 102V가 걸리면 트랜지스터(T1)의 베이스와 컬렉터 사이에 8V가 걸릴 수 있다. 즉, 트랜지스터(T1)의 베이스와 컬렉터 사이의 전압(VBC, 내전압)은 8V가 된다. 여기서, 트랜지스터(T1)의 베이스와 컬렉터 사이에는 서브 정전류부(510 및 512)의 정전류 다이오드들(D11 내지 D14)이 연결되어 있으므로, 정전류 다이오드들(D11 내지 D14)이 8V를 견딜 수 있어야 한다. 따라서, 사용자는 내전압을 고려하여 정전류 다이오드의 수를 결정할 수 있다. 즉, 사용자는 입력 교류 전압 및 상기 발광 소자들의 수를 고려하여 상기 정전류 다이오드들의 수(정전류부(500)의 저항)를 결정한다.
서브 정전류부들(510 및 512)의 배열 관계를 살펴보면, 제 1 서브 정전류부(510) 내의 정전류 다이오드들(D11 및 D12)과 제 2 서브 정전류부(512) 내의 정전류 다이오드들(D13 및 D14)은 상호 병렬로 연결되어 있다. 이것은 구동 회로부(102)로부터 출력되는 전류의 크기를 세밀하게 조정하기 위해서이다.
즉, 정전류부(500)의 정전류 다이오드들의 수 및 배열 방법은 내전압 및 출력 전류의 조정을 고려하여 결정된다.
위에서는, 각 서브 정전류부들(510 및 512)이 동일한 수의 정전류 다이오드들을 포함하였으나, 서로 다른 수의 정전류 다이오드들을 포함할 수도 있다. 또한, 정전류부(500)가 2개의 서브 정전류부들(510 및 512)만을 포함하는 것으로 도시하였으나, 하나의 서브 정전류부만을 포함할 수도 있고 3개 이상의 서브 정전류부들을 포함할 수도 있다. 게다가, 정전류부(500)에 사용되는 정전류 다이오드들 중 적어도 하나는 다른 다이오드들과 다른 특성을 가질 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 서브 정전류부들(510 및 512)는 도 6에 도시된 바와 같은 구조를 가질 수도 있다.
도 5를 다시 참조하면, 온도 보상부(504)는 정전류 다이오드들(D11 내지 D14)의 온도를 보상해주는 역할을 수행한다.
증폭부(502)는 정전류 회로부(100)로부터 출력된 전류를 증폭하는 역할을 수행하며, 트랜지스터(T1) 및 복수의 저항들, 예를 들어 2개의 저항들(R13 및 R14)로 구성된다.
트랜지스터(T1)는 예를 들어 증폭용 NPN 트랜지스터일 수 있다.
트랜지스터(T1)의 연결 관계를 살펴보면, 트랜지스터(T1)의 컬렉터는 노드(n3)에 연결되고, 베이스는 노드(n4)에 연결된다.
저항(R14)은 노드(n4)에 연결되며, 즉 트랜지스터(T1)의 베이스에 연결된다.
저항(R13)은 트랜지스터(T1)의 이미터에 연결되며, 저항(R14)에 병렬로 연결된다.
이러한 구조를 가지는 증폭부(502)의 증폭률(G)은 아래의 수학식 1과 같다.
Figure pat00001
여기서, β는 트랜지스터(T1)의 증폭률을 의미한다.
즉, 증폭부(502)는 정전류부(500)로 입력되는 소전류를 증폭률(G)을 가지고 증폭시키며, 상기 증폭된 전류를 출력시킨다.
정전류부(500)와 증폭부(502)를 전체적으로 고려하면, 증폭부(502)로부터 출력되는 전류는 정전류부(500)의 정전류 다이오드들과 증폭부(502)의 저항들(R13 및 R14)에 영향을 받는다. 따라서, 사용자는 상기 정전류 다이오드들과 저항들(R13 및 R14)을 적절하게 설정하여 원하는 출력 전류를 발생시킬 수 있다. 상기 출력 전류는 해당 발광 소자들로 제공된다.
일반적으로 발광 소자들의 수가 많아지면 상기 발광 소자들로 인가되는 전류 또한 커져야 한다. 따라서, 사용자는 상기 발광 소자들의 수 및 휘도 크기를 고려하여 상기 정전류 다이오드들 및 저항들의 수 및 배열을 설정한다. 물론, 정전류 다이오드들만을 사용하여 출력 전류를 제어할 수도 있지만, 상기 정전류 다이오드들만을 사용하면 상기 구동 회로가 복잡해질 수 있다. 따라서, 상기 정전류 다이오드들과 저항들을 함께 사용하여 출력 전류를 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 발광부(104)의 발광 소자들로 인가되는 전류는 도 1에 도시된 바와 같은 파형을 가진다.
요컨대, PWM 방식으로 정전류를 발생시키는 종래의 LED 조명등과 달리, 본 실시예의 조명 소자는 정전류부(500) 및 증폭부(502)를 이용하여 정전류를 발생시킨다. 여기서, 정전류부(500)는 정전류를 발생시키는 한 정전류 다이오드로 제한되지는 않으나, 내전압 및 정전류의 제어를 고려할 때 상기 정전류 다이오드로 이루어지는 것이 바람직하다.
위에서 설명하지는 않았지만, 제 2 제어부(112) 및 제 3 제어부(114)도 유사한 회로 구성 및 동작을 수행한다. 다만, 증폭을 조절하기 위해 사용되는 제 1 제어부(110)의 저항들(R13 및 R14)의 비율, 제 2 제어부(112)의 저항들(R23 및 R24)의 비율, 제 3 제어부(114)의 저항들(R33 및 R34)의 비율은 각기 다를 수 있다. 이것은 레드광, 그린광 및 블루광의 광 특성을 고려하였기 때문이다.
또한, 조명 소자를 다양한 색으로 구현하고자 하는 경우, 제어부들(110, 112 및 114)의 저항들의 비율을 달리하여 조정할 수도 있고, 트랜지스터들(T1 내지 T3) 중 일부만 턴-온시켜 조정할 수도 있다.
한편, 위에서 설명한 바와 같이 저항들(R13, R14, R23, R24, R33 및 R34)을 고정 저항으로 하여 사용할 수도 있지만, 저항들(R13, R14, R23, R24, R33 및 R34)을 가변 저항으로 구현할 수도 있다. 이 경우에는 조명 소자가 더 많은 색상을 구현할 수 있다.
이하, 본 발명의 조명 소자와 종래의 LED 조명등을 비교하겠다.
1. 수명
종래의 LED 조명등은 LED들을 구동시키기 위하여 정류회로, 노이즈 필터(noise filter) 및 PWM 제어부로 이루어진 안정기를 사용한다. 여기서, 상기 PWM 제어부는 펄스들의 폭을 가변시켜 LED들로 제공되는 전류를 일정하게 유지시키며, 상기 PWM 제어를 위하여 다수의 캐패시터들 및 인덕터들을 사용한다.
일반적으로 상기 캐패시터들 및 인덕터들의 수명(약 3000시간 내지 8000시간)은 LED의 수명(약 50000시간)에 비하여 상당히 짧다. 그럼에도 불구하고, 상기 LED 조명등이 일체형으로 구현되므로, 상기 캐패시터들 및 인덕터들의 수명이 다된 경우 상기 LED들을 더 오랫동안 사용할 수 있음에도 불구하고 상기 LED 조명등을 새로운 LED 조명등으로 교체하여야만 한다.
반면에, 본 발명의 조명 소자는 수명이 짧은 캐피시터들 및 인덕터들를 사용하지 않고 LED 이상의 수명을 가지는 트랜지스터(TR), 정전류 다이오드들 및 저항들만을 사용한다. 결과적으로, 상기 조명 소자의 수명이 종래의 LED 조명등에 비하여 상당히 길어질 수 있다.
2. 신뢰도 및 가격
종래의 LED 조명등의 안정기는 상기 정류 회로, 상기 노이즈 필터 및 상기 PWM 제어부로 이루어지고 상기 PWM 제어부가 많은 내부 소자들로 구성된다. 따라서, 상기 안정기의 사이즈 및 비용이 증가되고 상기 안정기의 신뢰도가 저하된다. 또한, 상기 PWM 구동 방법은 상당한 노이즈를 발생시킬 수 있다.
반면에, 본 발명의 조명 소자에서는, 정류 회로부(100, 300)와 구동 회로부(102, 304)를 포함하는 컨버터가 적은 수의 내부 소자들만을 사용하므로, 상기 컨버터의 사이즈가 종래의 안정기에 비하여 상당히 작아질 수 있다.
또한, 상기 컨버터가 적은 수의 내부 소자들을 사용하므로, 상기 컨버터의 비용이 감소하고 신뢰도가 향상될 수 있다.
게다가, 상기 조명 소자는 저항 등만을 이용하여 정전류를 출력하므로, 노이즈가 거의 발생하지 않는다.
3. 전류 제어 방법
종래의 LED 조명등은 PWM 제어 방법을 사용하여 LED들로 인가되는 전류의 크기를 상기 LED들이 발광할 수 있는 최소 크기 이상으로 유지시킨다. 즉, 종래의 LED 조명등에서는 전원이 온되어 있는 동안에는 상기 LED들이 계속적으로 발광 상태를 유지한다. 결과적으로, 상기 LED 조명등의 전력 소모가 증가되었다.
반면에, 본 발명의 조명 소자에서는 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 발광 소자들로 인가되는 전류가 연속적이지 않고 불연속적이다. 다만, 펄스들 사이의 시간차(△t)가 작아서 사람이 상기 조명 소자의 깜박거림을 인지하지 못한다. 결과적으로, 상기 조명 소자는 조명등으로서 기능하면서도 전력 소모를 감소시킬 수 있다. 다른 측면에서 발광 소자들로 인가되는 정전류의 크기를 종래 LED 조명등의 전류의 크기보다 크게 유지하여 상기 조명 소자의 휘도를 상기 LED 조명등의 휘도보다 높게 할 수 있다. 이 경우, 상기 조명 소자의 전력 소모는 종래의 LED 조명등의 전력 소모와 비슷하다.
또한, 제어부들(110, 112 및 114)은 발광 블록별로 발광 소자들을 제어하는 방법이 아닌, 발광 블록과 관계없이 색상별로 발광 소자들을 제어한다. 따라서, 제어가 간단하여 조명 소자의 제어 효율이 향상될 수 있고, 펄스형에 의한 전류치 조절로서 빛 파장과 전류 듀티비에 의한 빛 세기 조절이 가능 하고 색상별 제어가 가능하므로 다양한 색상의 빛 및 정밀한 빛 파장을 출력시킬 수 있다.
4. 역률
종래의 LED 조명등은 다수의 캐피시터들과 인덕터들을 사용하므로, LED들로 인가되는 전류와 전압 사이에 위상차가 발생한다. 결과적으로, 상기 LED 조명등의 역률이 낮아지게 되어서 상기 LED 조명등의 효율을 85% 이상 구현하기 어려웠다. 따라서, 종래의 LED 조명등은 역률 보상 회로를 별도로 구비하여야 했다.
반면에, 본 발명의 발광 소자는 캐패시터들 및 인덕터들을 사용하지 않고 저항 등만을 이용하므로, 상기 발광 소자들로 인가되는 전류와 전압의 위상차가 발생하지 않아서 이론상 역률이 1이다. 결과적으로, 본 발명의 발광 소자의 효율이 상당히 높아져서 다양한 규격의 조명등에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 조명 소자가 우수한 역률을 가지므로, 상기 조명 소자는 종래의 LED 조명등과 달리 별도의 역률 보상 회로를 필요로 하지 않는다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시에에 따른 조명 소자를 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예의 조명 소자는 구동 회로부(700) 및 발광부(702)를 포함한다. 여기서, 발광부(702)는 제 1 발광 소자부들(720), 제 2 발광 소자부들(722) 및 제 3 발광 소자부(724)들을 가진다.
제 1 발광 소자부들(720)은 상호 직렬로 연결되며, 하나의 제 1 발광 소자부(720)는 상호 직렬로 연결된 레드 발광 소자(740) 및 화이트 발광 소자(746)로 이루어진다.
제 2 발광 소자부들(722)은 상호 직렬로 연결되며, 하나의 제 2 발광 소자부(722)는 상호 직렬로 연결된 그린 발광 소자(742) 및 화이트 발광 소자(746)로 이루어진다.
제 3 발광 소자부들(724)은 상호 직렬로 연결되며, 하나의 제 3 발광 소자부(724)는 상호 직렬로 연결된 블루 발광 소자(744) 및 화이트 발광 소자(746)로 이루어진다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 하나의 레드 발광 소자(740), 하나의 그린 발광 소자(742) 및 하나의 블루 발광 소자(744)가 하나의 칩 내에 구현되고, 발광 소자들(740, 742 및 744) 다음의 화이트 발광 소자들(746)이 하나의 칩 내에 구현될 수 있다. 결과적으로, 복수의 칩들이 직렬로 배열될 수 있다.
구동 회로부(700)는 제 1 제어부(710), 제 2 제어부(712) 및 제 3 제어부(714)를 포함한다.
제 1 제어부(710)는 제 1 발광 소자부들(720)로 제공되는 제 1 전류를 조정하며, 제 1 전류 가변 제어 소자(730)로 이루어질 수 있다.
제 2 제어부(712)는 제 2 발광 소자부들(722)로 제공되는 제 2 전류를 조정하며, 제 2 전류 가변 제어 소자(732)로 이루어질 수 있다.
제 3 제어부(714)는 제 3 발광 소자부들(724)로 제공되는 제 3 전류를 조정하며, 제 3 전류 가변 제어 소자(734)로 이루어질 수 있다.
정리하면, 레드 발광 소자(740), 그린 발광 소자(742) 및 블루 발광 소자(744)는 상호 병렬로 연결되고, 발광 소자부(720, 722 또는 724)는 레드 발광 소자(740), 그린 발광 소자(742) 및 블루 발광 소자(744) 중 하나와 화이트 발광 소자(746)로 이루어진다. 이러한 발광부를 제어하기 위하여 상호 병렬로 연결된 제어부들(710, 712 및 714)이 해당 발광 소자부(720, 722 또는 724)로 흐르는 전류를 제어하여 상기 조명 소자의 조도를 가변시킨다.
특히, 레드 발광 소자(740), 그린 발광 소자(742) 및 블루 발광 소자(744) 중 하나와 화이트 발광 소자(746)를 직렬로 연결시키므로, 병렬로 연결시키는 경우에 비하여 소비 전류를 절감시키고 색 번짐을 방지할 수 있다.
위에서는 하나의 발광 소자부가 레드 발광 소자, 그린 발광 소자 및 블루 발광 소자 중 하나와 하나의 화이트 발광 소자로 이루어졌지만, 레드 발광 소자, 그린 발광 소자 및 블루 발광 소자 중 하나와 2개 이상의 화이트 발광 소자들로 이루어질 수도 있다.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 조명 소자를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 실시에의 조명 소자는 구동 회로부(800) 및 발광부(802)를 포함한다.
구동 회로부(800)는 제 1 제어부(810), 제 2 제어부(812) 및 제 3 제어부(814)를 포함하고, 발광부(802)는 레드 발광 소자와 화이트 발광 소자로 이루어진 제 1 발광 소자부(820), 그린 발광 소자와 화이트 발광 소자로 이루어진 제 2 발광 소자부(822) 및 블루 발광 소자와 화이트 발광 소자로 이루어진 제 3 발광 소자부(824)를 포함한다.
제어부(810, 812 또는 814)의 구조를 제외한 나머지 구성요소들은 제 2 실시예에서와 동일하므로, 이하 동일한 구성요소들에 대한 설명은 생략한다. 또한, 제어부들(810, 812 및 814)의 회로 구성이 모두 동일하므로, 제 1 제어부(810)의 회로 구성만을 설명하겠다.
제 1 제어부(810)는 정전류 다이오드(830) 및 전류 가변 제어 소자(832)를 포함한다.
정전류 다이오드(830)는 입력되는 전원이 상승할 경우 제 1 발광 소자부(820)의 발광 소자들로 흐르는 전류가 초과하지 않도록 전류를 제한하는 역할을 수행하며, 발광부(802)로 정전류가 흐르도록 제어한다. 즉, 본 실시예의 조명 소자는 정전류를 발광 소자들로 제공하여 상기 발광 소자들을 발광시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 발광 소자들로 제공되는 정전류는 불연속적이며, 바람직하게는 복수의 펄스들로 이루어진다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하겠다.
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 조명 소자를 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예의 조명 소자(900)는 구동 회로부(902) 및 발광부(904)를 포함하며, 외부 제어기(906)와 연결된다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 외부 제어기(906)가 조명 소자(900) 내에 포함되어 구현될 수도 있다.
구동 회로부(902)는 제 1 제어부(910), 제 2 제어부(912) 및 제 3 제어부(914)를 포함하고, 발광부(904)는 레드 발광 소자와 화이트 발광 소자로 이루어진 제 1 발광 소자부(920), 그린 발광 소자와 화이트 발광 소자로 이루어진 제 2 발광 소자부(922) 및 블루 발광 소자와 화이트 발광 소자로 이루어진 제 3 발광 소자부(924)를 포함한다.
외부 제어기(906) 및 제어부(910, 912 또는 914)의 구조를 제외한 나머지 구성요소들은 제 2 실시예에서와 동일하므로, 이하 동일한 구성요소들에 대한 설명은 생략한다. 또한, 제어부들(910, 912 및 914)의 회로 구성이 모두 동일하므로, 제 1 제어부(910)의 회로 구성만을 설명하겠다.
제 1 제어부(910)는 정전류 다이오드(930), 트랜지스터(932), 저항(934) 및 가변 저항 등과 같은 전류 가변 제어 소자(936)를 포함한다. 제 1 제어부(910)는 큰 부하에 대응하여 대전류가 흐르는 트랜지스터(932)를 사용한다.
외부 제어기(906)는 트랜지스터(932)의 베이스와 전기적으로 연결되어 트랜지스터(932)의 동작을 제어한다. 따라서, 본 실시예의 조명 소자(900)에서는 레드광, 그린광 및 블루광 중 일부만을 출력시킬 수 있으며, 다양한 색상의 광을 출력시킬 수 있다.
도 10은 조명의 색도도를 도시한 도면이고, 도 11은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 조명 소자를 도시한 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예의 조명 소자는 구동 회로부(1100), 발광부(1102) 및 전류 검출부(1138)를 포함하며, 색상 제어부(1104) 및 설정부(1106)와 연결된다.
구동 회로부(1100)는 제 1 제어부(1110), 제 2 제어부(1112) 및 제 3 제어부(1114)를 포함하고, 발광부(1102)는 레드 발광 소자와 화이트 발광 소자로 이루어진 제 1 발광 소자부(1120), 그린 발광 소자와 화이트 발광 소자로 이루어진 제 2 발광 소자부(1122) 및 블루 발광 소자와 화이트 발광 소자로 이루어진 제 3 발광 소자부(1124)를 포함한다.
색상 제어부(1104), 설정부(1106) 및 전류 검출부(1138)를 제외한 나머지 구성요소들은 제 4 실시예에서와 동일하므로, 이하 동일한 구성요소들에 대한 설명은 생략한다.
설정부(1106)는 도 10의 색도도에 따라 조명 소자가 출력하길 원하는 조도 및 색상을 설정하며, 색상 제어부(1104)는 설정부(1106)의 설정에 따라 제어부들(1110, 1112 및 1114)을 제어하여 원하는 전류들을 발광 소자부들(1120, 1122 및 1124)로 제공한다.
전류 검출부(1138)는 제어부(1110, 1112 또는 1114)와 발광 소자부(1120, 1122 또는 1124) 사이에 연결되어 발광 소자부(1120, 1122 또는 1124)로 흐르는 전류를 검출하고, 검출 결과를 색상 제어부(1104)로 피드백한다. 이 경우, 색상 제어부(1104)는 피드백된 검출 결과를 기초로 제어부들(1110, 1112 및 1114)을 제어한다. 예를 들어, 설정기(1106)가 적색을 강조하도록 설정한 경우, 전류 검출기(1138)의 검출 결과에 따라 제 1 제어부(1110)를 제어하여 제 1 발광 소자부(1120)로 흐르는 전류를 증가시키고, 증가분만큼 제 2 발광 소자부(1122) 및 제 3 발광 소자부(1124)로 흐르는 전류들의 세기를 균등히 감소시키도록 제 2 제어부(1112) 및 제 3 제어부(1114)를 제어한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 소자의 휘도 및 파장을 제어하는 방법을 도시한 도면이다. 구체적으로는, 도 12(A)는 종래 기술에서의 휘도 제어 방법을 도시하였고, 도 12(B)는 본 발명의 휘도 및 빛의 파장 제어 방법을 도시하였다.
도 12(A)에 도시된 바와 같이, 종래 조명 소자는 DC 제어 방식을 사용하여, 즉 일정한 크기의 전류를 계속적으로 발광 소자들로 제공한다. 이러한 조명 소자에서 휘도를 조정하고자 하는 경우, 예를 들어 휘도를 증가시키는 경우, 제어부는 도 12(A)에 도시된 바와 같이 전류의 레벨을 상승시킨다. 그러나, 이러한 방법은 조명 소자로부터 출력되는 빛의 파장을 제어할 수가 없었다. 따라서, 도 10에 도시된 색도도에 따른 원하는 휘도 및 파장을 동시에 구현할 수가 없었다.
그러나, 본 발명의 조명 소자는 발광 소자들로 정전류를 제공하되, 전류는 도 12(B)에 도시된 바와 같이 펄스들로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 조명 소자는 60㎐로 펄스 구동시킬 수 있으며, 펄스들 사이의 시간차가 존재한다. 여기서, 펄스들 사이의 시간차는 사람이 상기 조명 소자의 깜박임을 인지할 수 있는 최소 시간(1/70초 = 약 14㎳)보다 작도록 설정된다.
본 발명의 조명 소자는 출력되는 빛의 휘도를 조정하기 위하여 펄스들의 레벨을 조절하며, 빛의 파장을 조정하기 위하여 도 12(B)에 도시된 바와 같이 펄스들 사이의 시간차, 즉 듀티비(펄의 on/off 타임의 비율)를 조절한다. 즉, 본 발명의 조명 소자는 펄스들을 이용하여 빛의 휘도 및 파장을 원하는 값으로 각기 제어할 수 있으며, 따라서 도 10의 색도도에 따라 원하는 휘도 및 파장을 구현할 수 있다. 또한, 상기 조명 소자는 플릭커(Flicker) 잡음 등과 같은 노이즈를 최소화할 수 있다.
상기한 본 발명의 실시예는 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.
100 : 정류 회로부 102 : 구동 회로부
104 : 발광부 110 : 제 1 제어부
112 : 제 2 제어부 114 : 제 3 제어부
200 : 제 1 발광 블록 202 : 제 2 발광 블록
204 : 제 3 발광 블록 500 : 정전류부
502 : 증폭부 504 : 온도 보상부
510 : 제 1 서브 정전류부 512 : 제 2 서브 정전류부
700 : 구동 회로부 702 : 발광부
710 : 제 1 제어부 712 : 제 2 제어부
714 : 제 3 제어부 720 : 제 1 발광 소자부
722 : 제 2 발광 소자부 724 : 제 3 발광 소자부
740 : 레드 발광 소자 742 : 그린 발광 소자
744 : 블루 발광 소자 746 : 화이트 발광 소자
800 : 구동 회로부 802 : 발광부
900 : 조명 소자 902 : 구동 회로부
904 : 발광부 906 : 외부 제어기
1100 : 구동 회로부 1102 : 발광부
1104 : 색상 제어부 1106 : 설정부
1138 : 전류 검출부

Claims (16)

  1. 복수의 제 1 레드 발광 소자들, 복수의 제 1 그린 발광 소자들 및 복수의 제 1 블루 발광 소자들을 포함하는 제 1 발광 블록;
    상기 제 1 발광 블록과 병렬로 연결되며, 복수의 제 2 레드 발광 소자들, 복수의 제 2 그린 발광 소자들 및 복수의 제 2 블루 발광 소자들을 포함하는 제 2 발광 블록;
    상기 제 2 발광 블록과 병렬로 연결되며, 복수의 제 3 레드 발광 소자들, 복수의 제 3 그린 발광 소자들 및 복수의 제 3 블루 발광 소자들을 포함하는 제 3 발광 블록; 및
    제 1 제어부, 제 2 제어부 및 제 3 제어부를 가지는 구동 회로부를 포함하되,
    상기 제 1 레드 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되고, 상기 제 1 그린 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되며, 상기 제 1 블루 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되고, 상기 제 2 레드 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되며, 상기 제 2 그린 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되고, 상기 제 2 블루 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되며, 상기 제 3 레드 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되고, 상기 제 3 그린 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되며, 상기 제 3 블루 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되고, 상기 제 1 제어부는 상기 발광 블록들의 블루 발광 소자들의 동작을 제어하며, 상기 제 2 제어부는 상기 발광 블록들의 그린 발광 소자들의 동작을 제어하고, 상기 제 3 제어부는 상기 발광 블록들의 레드 발광 소자들의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 조명 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 모든 발광 소자들은 발광 다이오드이고, 상기 제 1 제어부, 상기 제 2 제어부 및 상기 제 3 제어부는 상호 직렬로 연결되며, 상기 제 1 블루 발광 소자들, 상기 제 2 블루 발광 소자들 및 상기 제 3 블루 발광 소자들은 상기 제 1 제어부에 대하여 상호 병렬로 연결되고, 상기 제 1 그린 발광 소자들, 상기 제 2 그린 발광 소자들 및 상기 제 3 그린 발광 소자들은 상기 제 2 제어부에 대하여 상호 병렬로 연결되며, 상기 제 1 레드 발광 소자들, 상기 제 2 레드 발광 소자들 및 상기 제 3 레드 발광 소자들은 상기 제 3 제어부에 대하여 상호 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 조명 소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 조명 소자는,
    입력 교류 전원을 직류로 변화시키는 정류 회로부를 더 포함하고,
    상기 제 1 제어부는,
    상기 정류 회로부로부터 출력된 제 1 전류를 정전류로 변화시키는 정전류부; 및
    상기 정류 회로부로부터 출력된 제 1 전류를 제 2 전류로 증폭시키는 증폭부를 포함하되,
    상기 정전류부는 적어도 하나의 정전류 다이오드를 포함하고, 상기 증폭부는 상기 정전류 다이오드와 연결된 트랜지스터 및 상기 트랜지스터와 연결되며 증폭률을 결정하는 저항들을 포함하며, 상기 제 2 전류는 상기 입력 교류 전원의 2배수의 주기로 펄스 형태로 구현되며, 상기 펄스들 사이의 시간차는 1/70초 이하인 것을 특징으로 하는 조명 소자.
  4. 제3항에 있어서, 상기 정전류 다이오드는 상기 트랜지스터의 베이스 및 컬렉터에 연결되며, 상기 저항들 중 하나는 상기 트랜지스터의 이미터에 연결되며, 다른 저항은 상기 트랜지스터의 베이스 및 상기 정전류 다이오드와 연결되고,
    상기 정전류부는,
    상호 직렬로 연결된 복수의 제 1 정전류 다이오드들로 구성된 제 1 서브 정전류부; 및
    상기 제 1 정전류 다이오드들과 병렬로 연결되며, 상호 직렬로 연결된 복수의 제 2 정전류 다이오드들로 구성된 제 2 서브 정전류부를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 소자.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제 1 제어부는 제 1 트랜지스터 및 상기 제 1 트랜지스터와 연결된 제 1 저항들을 포함하고, 상기 제 2 제어부는 제 2 트랜지스터 및 상기 제 2 트랜지스터와 연결된 제 2 저항들을 포함하며, 상기 제 3 제어부는 제 3 트랜지스터 및 상기 제 3 트랜지스터와 연결된 제 3 저항들을 포함하되,
    상기 제 1 저항들의 비율, 상기 제 2 저항들의 비율 및 상기 제 3 저항들의 비율은 서로 다르며, 상기 트랜지스터들의 컬렉터들은 상호 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 조명 소자.
  6. 조명 소자에서 복수의 제 1 레드 발광 소자들, 복수의 제 1 그린 발광 소자들 및 복수의 제 1 블루 발광 소자들을 포함하는 제 1 발광 블록 및 복수의 제 2 레드 발광 소자들, 복수의 제 2 그린 발광 소자들 및 복수의 제 2 블루 발광 소자들을 포함하는 제 2 발광 블록을 제어하는 구동 회로부에 있어서,
    상기 발광 블록들의 레드 발광 소자들, 그린 발광 소자들 및 상기 그린 발광 소자들 중 하나의 색상의 발광 소자들의 동작을 제어하는 제 1 제어부; 및
    상기 제 1 제어부가 제어하는 색상의 발광 소자들 외의 다른 색상의 발광 소자들 중 하나의 색상의 발광 소자들의 동작을 제어하는 제 2 제어부를 포함하되,
    상기 제 2 발광 블록은 상기 제 1 발광 블록과 병렬로 연결되며, 상기 제 1 레드 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되고, 상기 제 1 그린 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되며, 상기 제 1 블루 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되고, 상기 제 2 레드 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되며, 상기 제 2 그린 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되고, 상기 제 2 블루 발광 소자들은 상호 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 조명 소자에 사용되는 구동 회로부.
  7. 제6항에 있어서, 상기 구동 회로부는,
    상기 제 1 제어부 및 상기 제 2 제어부가 제어하는 색상의 발광 소자들 외의 다른 색상의 발광 소자들의 동작을 제어하는 제 3 제어부를 더 포함하되,
    상기 모든 발광 소자들은 발광 다이오드이고, 상기 제 1 제어부, 상기 제 2 제어부 및 상기 제 3 제어부는 상호 직렬로 연결되며, 상기 제 1 블루 발광 소자들, 상기 제 2 블루 발광 소자들 및 상기 제 3 블루 발광 소자들은 상기 제 1 제어부에 대하여 상호 병렬로 연결되고, 상기 제 1 그린 발광 소자들, 상기 제 2 그린 발광 소자들 및 상기 제 3 그린 발광 소자들은 상기 제 2 제어부에 대하여 상호 병렬로 연결되며, 상기 제 1 레드 발광 소자들, 상기 제 2 레드 발광 소자들 및 상기 제 3 레드 발광 소자들은 상기 제 3 제어부에 대하여 상호 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 조명 소자에 사용되는 구동 회로부.
  8. 제6항에 있어서, 상기 구동 회로부는,
    입력 교류 전원을 직류로 변화시키는 정류 회로부를 더 포함하고,
    상기 제 1 제어부는,
    상기 정류 회로부로부터 출력된 제 1 전류를 정전류로 변화시키는 정전류부; 및
    상기 정류 회로부로부터 출력된 제 1 전류를 제 2 전류로 증폭시키는 증폭부를 포함하되,
    상기 정전류부는 적어도 하나의 정전류 다이오드를 포함하고, 상기 증폭부는 상기 정전류 다이오드와 연결된 트랜지스터 및 상기 트랜지스터와 연결되며 증폭율을 결정하는 저항들을 포함하며, 상기 제 2 전류는 상기 입력 교류 전원의 2배수의 주기로 펄스 형태로 구현되고, 상기 펄스들 사이의 시간차는 1/70초 이하인 것을 특징으로 하는 조명 소자에 사용되는 구동 회로부.
  9. 제8항에 있어서, 상기 정전류 다이오드는 상기 트랜지스터의 베이스 및 컬렉터에 연결되며, 상기 저항들 중 하나는 상기 트랜지스터의 이미터에 연결되며, 다른 저항은 상기 트랜지스터의 베이스 및 상기 정전류 다이오드와 연결되며,
    상기 정전류부는,
    상호 직렬로 연결된 복수의 제 1 정전류 다이오드들로 구성된 제 1 서브 정전류부; 및
    상기 제 1 정전류 다이오드들과 병렬로 연결되며, 상호 직렬로 연결된 복수의 제 2 정전류 다이오드들로 구성된 제 2 서브 정전류부를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 소자에 사용되는 구동 회로부.
  10. 제6항에 있어서, 상기 제 1 제어부는 제 1 트랜지스터 및 상기 제 1 트랜지스터와 연결된 제 1 저항들을 포함하고, 상기 제 2 제어부는 제 2 트랜지스터 및 상기 제 2 트랜지스터와 연결된 제 2 저항들을 포함하며, 상기 제 3 제어부는 제 3 트랜지스터 및 상기 제 3 트랜지스터와 연결된 제 3 저항들을 포함하되,
    상기 제 1 저항들의 비율, 상기 제 2 저항들의 비율 및 상기 제 3 저항들의 비율은 서로 다르며, 상기 트랜지스터들의 컬렉터들은 상호 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 조명 소자에 사용되는 구동 회로부.
  11. 레드 발광 소자와 제 1 화이트 발광 소자를 가지는 제 1 발광 소자부;
    그린 발광 소자와 제 2 화이트 발광 소자를 가지는 제 2 발광 소자부;
    블루 발광 소자와 제 3 화이트 발광 소자를 가지는 제 3 발광 소자부;
    상기 제 1 발광 소자부와 직렬로 연결되어 상기 제 1 발광 소자부로 흐르는 제 1 전류를 제어하는 제 1 제어부;
    상기 제 2 발광 소자부와 직렬로 연결되어 상기 제 2 발광 소자부로 흐르는 제 2 전류를 제어하는 제 2 제어부; 및
    상기 제 3 발광 소자부와 직렬로 연결되어 상기 제 3 발광 소자부로 흐르는 제 3 전류를 제어하는 제 3 제어부를 포함하되,
    상기 제 1 전류는 펄스들로 구현되며, 상기 펄스들 사이의 시간차는 1/70초 이하인 것을 특징으로 하는 조명 소자.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제어부들은 상호 병렬로 연결되고, 상기 제 1 제어부는 상기 제 1 발광 소자부로 흐르는 전류를 제어하는 전류 가변 제어 소자를 포함하며, 상기 레드 발광 소자와 상기 제 1 화이트 발광 소자는 직렬로 연결되고, 상기 그린 발광 소자와 상기 제 2 화이트 발광 소자는 직렬로 연결되며, 상기 블루 발광 소자와 상기 제 3 화이트 발광 소자는 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 조명 소자.
  13. 제11항에 있어서, 상기 제 1 제어부는,
    정전류 다이오드; 및
    상기 정전류 다이오드와 직렬로 연결된 전류 제어 가변 소자를 포함하되,
    상기 전류 제어 가변 소자는 상기 레드 발광 소자와 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 조명 소자.
  14. 제11항에 있어서, 상기 제 1 제어부는,
    트랜지스터;
    상기 트랜지스터와 상기 레드 발광 소자 사이에 연결되는 저항; 및
    상기 트랜지스터의 베이스에 상호 병렬로 연결된 정전류 다이오드 및 전류 제어 가변 소자를 포함하되,
    상기 트랜지스터의 베이스는 외부 제어기에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 조명 소자.
  15. 제11항에 있어서, 상기 조명 소자는 상기 제 1 제어부와 상기 제 1 발광 소자부 사이에 연결된 제 1 전류 검출부, 상기 제 2 제어부와 상기 제 2 발광 소자부 사이에 연결된 제 2 전류 검출부 및 상기 제 3 제어부와 상기 제 3 발광 소자부 사이에 연결된 제 3 전류 검출부를 더 포함하되,
    상기 전류 검출기들은 색상 제어부에 연결되고, 상기 색상 제어부는 상기 전류 검출기들의 전류 검출 결과에 따라 상기 제어부들을 제어하여 상기 발광 소자들로 흐르는 전류의 세기를 조정하는 것을 특징으로 하는 조명 소자.
  16. 레드 발광 소자, 그린 발광 소자 및 블루 발광 소자 중 하나와 적어도 하나의 화이트 발광 소자를 가지는 발광 소자부; 및
    상기 발광 소자부와 직렬로 연결되어 상기 발광 소자부로 흐르는 정전류를 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 레드 발광 소자, 상기 그린 발광 소자 및 상기 블루 발광 소자 중 하나와 상기 화이트 발광 소자는 직렬로 연결되고, 상기 제어부는 상기 발광 소자부로 흐르는 전류를 가변시키는 전류 가변 제어 소자를 가지며, 상기 정전류는 펄스들로 구현되며, 상기 펄스들 사이의 시간차는 1/70초 이하인 것을 특징으로 하는 조명 소자.






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