KR20130090542A - 엘이디 어레이 및 이를 이용한 엘이디 조명장치 - Google Patents

엘이디 어레이 및 이를 이용한 엘이디 조명장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 엘이디 어레이 및 이를 이용한 엘이디 조명장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 태양에 따르면, 제어부의 제어에 따라 동작되는 엘이디 어레이에 있어서, 각각 N 개(N은 2 이상의 양의 정수)의 엘이디 칩을 구비한 M 개(M은 2 이상의 양의 정수)의 엘이디 패키지를 포함하는 엘이디 어레이로서, 제 1 내지 제 M 엘이디 패키지의 제 1 행 내지 제 N 행에 배치된 엘이디 칩들이 행별로 서로 직렬로 연결되며, 상기 행별로 서로 직렬 연결된 M 개의 엘이디 칩들이 제 1 내지 제 N 엘이디 그룹을 형성하는 것을 특징으로 하는 엘이디 어레이가 제공된다.

Description

엘이디 어레이 및 이를 이용한 엘이디 조명장치{LED ARRAY AND LED LUMINESCENT APPARUTUS WITH THEREOF}
본 발명은 엘이디 어레이 및 이를 이용한 엘이디 조명장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인가되는 전압레벨에 따라 또는 일정한 주기에 따라 엘이디 어레이 내의 엘이디 그룹들이 순차적으로 점등되는 순차점등 방식에 있어, 각 엘이디 그룹의 밝기를 동일하게 하여 균일성(Uniformity)를 확보할 수 있는 엘이디 어레이 및 이를 이용한 엘이디 조명장치에 관한 것이다.
LED(light emitting diode), 즉, 발광 다이오드란 Ga(갈륨), P(인), As(비소), 인듐(In), 질소(N), 알루미늄(Al) 등을 재료로 하여 만들어진 반도체로서, 다이오드의 특성을 가지고 있으며, 전류를 흐르게 하면 붉은색, 녹색, 노란색으로 빛을 발한다. 전구에 비해 수명이 길고 응답 속도(전류가 흘러서 빛을 발하기까지의 시간)가 빠르며, 전력 소비량이 작다는 이점이 있어 널리 이용되고 있는 추세이다.
일반적으로 발광 소자는 다이오드 특성에 의해 DC전원에서만 구동할 수 있었다. 이에 종래의 발광 소자를 이용한 발광 장치는 그 사용이 제한적일 뿐 아니라, 현재 가정에서 사용하는 AC 220V의 전원에서 사용하기 위해서는 SMPS와 같은 별도의 회로를 포함하여야 한다. 이에 따라 발광 장치의 회로가 복잡해지고, 이의 제작 단가가 높아지게 되는 문제가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해 다수의 발광 셀을 직렬 또는 병렬 연결하여 AC전원에서도 구동할 수 있는 발광 소자에 관한 연구가 활발히 진행중이다.
도 1a은 종래기술에 따른 교류 전원에서 구동가능한 엘이디 조명장치의 개략적인 구성 블록도이고, 도 1b는 교류전원이 전파정류되어 제어부에 인가되는 전압 파형을 도시한 전압 파형도이며, 도 2는 종래기술에 따른 교류 전원에서 구동가능한 엘이디 어레이를 구성하는 하나의 엘이디 그룹의 구성 블록도이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 교류 전원에서 구동가능한 엘이디 조명장치는 인가되는 교류전원을 전파정류하여 출력하는 전원부(100), 전원부(100)로부터 출력되는 정류전원을 인가받아 복수의 엘이디 그룹(120-1 ~ 120-n)에 선택적으로 전원을 공급함으로써 복수의 엘이디 그룹의 작동을 제어하는 제어부(110) 및 제어부(110)의 제어에 따라 선택적으로 정류전원을 인가받아 작동되는 복수의 엘이디 그룹(120-1 ~ 120-n)을 포함하여 구성된다.
전원부(100)를 SMPS 등의 정전압/정전류 공급회로를 포함하여 구성하는 경우 안정적인 전압레벨을 갖는 구동전원을 확보할 수 있으나, 이러한 경우 엘이디 조명장치의 크기가 지나치게 커지고, 제작단가가 높아진다는 문제점이 있다. 이에 따라 종래기술에 따른 엘이디 조명장치는 전원부(100)를 풀 브리지 회로(미도시)와 같은 정류회로만으로 구성하고, 제어부(110)에서 인가되는 정류전원의 전압레벨에 따라 또는 미리 설정된 동작주기에 따라 엘이디 어레이에 포함된 복수의 엘이디 그룹들(120-1 ~ 120-n) 중 해당 전압레벨(또는 해당 동작주기)에서 동작될 수 있는 엘이디 어레이에 전류패스를 형성하여 엘이디 어레이를 구동하도록 구성되었다.
여기서, '엘이디 어레이'란 복수의 엘이디들이 직렬/병렬/직병렬로 연결되어 조명장치 내에서 발광하는 엘이디들(엘이디 패키지들)의 집합을 의미하며, '엘이디 그룹'이란 엘이디 어레이 내에서 제어부의 제어에 따라 하나의 단위로서 동작이 제어되는(즉, 같이 점등/소등되는) 엘이디들의 집합을 의미하고, '엘이디 패키지'란 적어도 하나 이상의 엘이디 칩, 전극, 기판, 히트싱크, 봉지 등을 포함하여 구성되는 일 구성요소를 의미한다.
도 1a에는 n개의 엘이디 그룹(120-1 ~ 120-n)이 포함된 엘이디 조명장치가 개시되어 있다. 제 1 엘이디 그룹(120-1)과 제 2 엘이디 그룹(120-2) 및 제 n 엘이디 그룹(120-n)은 각기 다른 전압레벨에서 동작되도록 구성된다. 즉, 제 1 엘이디 그룹(120-1)과 제 2 엘이디 그룹(120-2) 및 제 n 엘이디 그룹(120-n) 각각에 포함되는 엘이디의 수가 서로 상이하여, 각 엘이디 그룹의 동작 전압(문턱 전압)이 상이하게 구성된다.
한편, 엘이디 그룹은 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 엘이디 패키지(200a ~ 200n)들이 서로 직렬로 연결되어 구성될 수 있다. 도 2를 참조하여, 종래기술에 따른 엘이디 그룹의 구성을 살펴보면, 엘이디 패키지(200a) 내에서 서로 직렬로 연결된 3 개의 엘이디 칩(210a-1, 210a-2, 210a-3)을 포함하고 있는 n개의 엘이디 패키지들(200a ~ 200n)이 서로 직렬로 연결되어 하나의 엘이디 그룹을 구성하고 있다. 종래기술에 따른 엘이디 그룹들은 서로 포함되는 엘이디 패키지의 수가 달라 서로 다른 전압레벨에서 동작된다. 예를 들어, 제 1 엘이디 그룹은 3 개의 엘이디 패키지를 포함하여 구성되고, 제 2 엘이디 그룹은 6 개의 엘이디 패키지를 포함하여 구성되며, 제 3 엘이디 그룹은 9 개의 엘이디 패키지를 포함하여 구성될 수 있다.
설명의 편의를 위하여, 도 1a에 도시된 종래기술에 따른 엘이디 조명장치가 3 개의 엘이디 그룹을 포함하여 구성되고, 포함된 엘이디 그룹 중 제 1 엘이디 그룹(120-1)(3 개의 엘이디 패키지를 포함)은 인가되는 전원(Vin)의 전압레벨이 도 1b의 V1 이상에서 V2 미만인 구간에서 작동되도록 구성되며, 제 2 엘이디 그룹(120-2)(6 개의 엘이디 패키지를 포함)은 인가되는 전압레벨이 도 1b의 V2 이상에서 V3 미만인 구간에서 작동되도록 구성되고, 제 3 엘이디 그룹(120-3)(9 개의 엘이디 패키지를 포함)은 인가되는 전압레벨이 도 1b의 V3 이상인 구간에서 작동되도록 구성된 경우를 상정하여 설명한다.
먼저, 제어부(110)는 인가되는 전압레벨이 V2 미만인 경우(0 ~ V2)(또는 동기제어 방식인 경우 t0 ~ t2, t5 ~ t7), 제 1 엘이디 그룹(120-1)에 정류전원을 인가하여 제 1 엘이디 그룹(120-1)만이 발광하도록 제어한다. 다음으로, 제어부(110)는 인가되는 전압레벨이 V3 미만인 경우(V2 ~ V3)(또는 동기제어 방식인 경우 t2 ~ t3, t4 ~ t5), 제 2 엘이디 그룹(120-2)에 정류전원을 인가하여 제 2 엘이디 그룹(120-2)만이 발광하도록 제어하며, 동일한 방식으로 인가되는 전압레벨이 V3 이상인 경우(V3 이상)(또는 동기제어 방식인 경우 t3 ~ t4), 제 3 엘이디 그룹(120-3)에 정류전원을 인가하여 제 3 엘이디 그룹만(120-3)이 발광하도록 제어한다. 따라서, 종래기술에 따른 엘이디 조명장치의 경우, 제 1 엘이디 그룹(120-1), 제 2 엘이디 그룹(120-2), 제 3 엘이디 그룹(120-3)이 인가되는 전압레벨에 따라 또는 미리 설정된 주기에 따라 순차적으로 점등/소등된다.
그러나, 전술한 바와 같은 엘이디 조명장치의 경우 일단 각각의 엘이디 그룹(120-1 ~ 120-n)에 포함되는 엘이디의 수(엘이디 패키지의 수)가 서로 상이하여, 각 엘이디 그룹이 서로 다른 세기의 빛을 출력하게 되므로, 조명장치로부터 출력되는 빛의 밝기가 조명장치 내의 각 엘이디 그룹이 위치된 장소별로 서로 달라 빛의 균일성이 확보될 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 위에서 언급한 종래기술의 문제점을 해결하는 것이다.
본 발명의 일 목적은, 교류 전원을 이용하여 엘이디 조명장치를 안정적이고 효율적으로 구동할 수 있는 엘이디 어레이 및 이를 이용한 엘이디 조명장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 인가되는 전압 레벨에 따라 순차적으로 점등되는 엘이디 어레이 내의 복수의 엘이디 그룹들의 밝기를 동일하게 구성함으로써, 엘이디 조명장치에서의 제공되는 조명의 균일성(Uniformity) 문제를 해결할 수 있는 엘이디 어레이 및 이를 이용한 엘이디 조명장치를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특유의 효과를 달성하기 위한, 본 발명의 특징적인 구성은 하기와 같다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 제어부의 제어에 따라 동작되는 엘이디 어레이에 있어서, 각각 N 개(N은 2 이상의 양의 정수)의 엘이디 칩을 구비한 M 개(M은 2 이상의 양의 정수)의 엘이디 패키지를 포함하는 엘이디 어레이로서, 제 1 내지 제 M 엘이디 패키지의 제 1 행 내지 제 N 행에 배치된 엘이디 칩들이 행별로 서로 직렬로 연결되며, 상기 행별로 서로 직렬 연결된 M 개의 엘이디 칩들이 제 1 내지 제 N 엘이디 그룹을 형성하는 것을 특징으로 하는 엘이디 어레이가 제공된다.
본 발명의 다른 일 태양에 따르면, 청구항 1 또는 청구항 2에 따르는 상기 엘이디 어레이; 교류전원을 인가받아 정류하여 정류전원을 제어부로 출력하는 전원부; 및 상기 인가되는 정류전원의 전압레벨을 판단하고, 상기 제 1 엘이디 그룹에 상기 전원을 인가하며, 상기 판단된 전압레벨에 따라 상기 엘이디 어레이 내의 상기 엘이디 그룹들 간의 연결관계를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 일 태양에 따르면, 청구항 1 또는 청구항 2에 따르는 상기 엘이디 어레이; 교류전원을 인가받아 정류하여 정류전원을 제어부로 출력하는 전원부; 및 상기 인가되는 정류전원의 입력주기를 판단하고, 상기 제 1 엘이디 그룹에 상기 전원을 인가하며, 상기 판단된 입력주기에 따라 상기 엘이디 어레이 내의 상기 엘이디 그룹들 간의 연결관계를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치가 제공된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 교류 전원을 이용하여 엘이디 조명장치를 안정적이고 효율적으로 구동할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 인가되는 전압 레벨에 따라 순차적으로 점등되는 엘이디 어레이 내의 복수의 엘이디 그룹들의 밝기를 동일하게 구성함으로써, 엘이디 조명장치에서의 제공되는 조명의 균일성(Uniformity) 문제를 해결할 수 있다는 효과가 있다.
도 1a은 종래기술에 따른 교류 전원에서 구동가능한 엘이디 조명장치의 개략적인 구성 블록도.
도 1b는 교류전원이 전파정류되어 제어부에 인가되는 전압 파형을 도시한 전압 파형도.
도 2는 종래기술에 따른 교류 전원에서 구동가능한 엘이디 어레이를 구성하는 하나의 엘이디 그룹의 구성 블록도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 교류 전원에서 구동가능한 엘이디 조명장치의 구성 블록도.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 교류 전원에서 구동가능한 제어부의 구성 블록도.
도 5는 본 발명의 다른 바람직한 일 실시예에 따른 교류 전원에서 구동가능한 제어부의 구성 블록도.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 적절하게 설명된다면 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
[본 발명의 바람직한 실시예]
본 발명의 실시예에서, 용어 '엘이디 패키지'란 적어도 하나 이상의 엘이디 칩, 엘이디 칩별 전극, 기판, 히트싱크, 봉지 등을 포함하여 구성되는 일 구성요소를 의미한다.
또한, 용어 '엘이디 어레이'란 복수의 엘이디들이 직렬/병렬/직병렬로 연결되어 조명장치 내에서 발광하는 엘이디들(엘이디 패키지들)의 집합을 의미하며, '엘이디 그룹'이란 엘이디 어레이 내에서 제어부의 제어에 따라 하나의 단위로서 동작이 제어되는(즉, 같이 점등/소등되는) 엘이디들의 집합을 의미한다.
교류 전원에서 구동가능한 엘이디 조명장치의 제 1 실시예
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 교류 전원에서 구동가능한 엘이디 조명장치의 구성 블록도이고, 도 4는 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 교류 전원에서 구동가능한 제어부의 구성 블록도이다. 이하에서 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 개선된 엘이디 에레이 구조 및 이를 이용한 엘이디 조명장치에 대하여 상세하게 설명하도록 한다.
엘이디 어레이
먼저, 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 개선된 구조를 갖는 엘이디 어레이(310)가 도시되어 있다. 이하에서, 설명의 편의를 위하여, 본 발명에 따른 엘이디 어레이(310)가 각각 3 개(N=3)의 엘이디 칩(330)을 포함하는 3 개(M=3)의 엘이디 패키지들(320a ~ 320c)로 구성된 실시예를 기준으로 설명하나, 실시예를 구성하기에 따라 엘이디 어레이를 구성하는 엘이디 패키지들(320a ~ 320c)의 수 및/또는 엘이디 패키지(320a ~ 320c)를 구성하는 엘이디 칩(330)의 수는 다양하게 변경될 수 있으며, 이러한 변형/변용에 불구하고 본 발명의 기술적 요지를 그대로 포함하고 있는 한, 본 발명의 권리범위에 속함은 당업자에게 자명할 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 엘이디 어레이(310)는 제 1-1 엘이디 칩(330a-1), 제 1-2 엘이디 칩(330a-2), 제 1-3 엘이디 칩(330a-3)을 구비한 제 1 엘이디 패키지(320a), 제 2-1 엘이디 칩(330b-1), 제 2-2 엘이디 칩(330b-2), 제 2-3 엘이디 칩(330b-3)을 구비한 제 2 엘이디 패키지(320b), 제 3-1 엘이디 칩(330c-1), 제 3-2 엘이디 칩(330c-2), 제 3-3 엘이디 칩(330c-3)을 구비한 제 3 엘이디 패키지(320c)를 포함하여 구성된다.
한편, 본 발명에 따른 엘이디 어레이(310)는, 제 1 내지 제 M 엘이디 패키지의 제 1 행 내지 제 N 행에 배치된 엘이디 칩들이 행별로 서로 직렬로 연결되며, 상기 행별로 서로 직렬 연결된 M 개의 엘이디 칩들이 제 1 내지 제 N 엘이디 그룹을 형성하도록 구성된다. 즉, 도 3에 도시된 실시예에서, 제 1 내지 제 3 엘이디 패키지(320c) 각각의 제 1 행에 배치된 제 1-1 엘이디 칩(330a-1), 제 2-1 엘이디 칩(330b-1), 제 3-1 엘이디 칩(330c-1)이 직렬로 연결되어 제 1 엘이디 그룹(340a)을 형성한다. 즉, 제 1-1 엘이디 칩(330a-1)의 캐소드 단자와 제 2-1 엘이디 칩(330b-1)의 애노드 단자가 직렬로 연결되고, 제 2-1 엘이디 칩(330b-1)의 캐소드 단자와 제 3-1 엘이디 칩(330c-1)의 애노드 단자가 직렬로 연결된다. 한편, 제 1-1 엘이디 칩(330a-1)의 애노드 단자와 제 3-1 엘이디 칩(330c-1)의 캐소드 단자는 제어부(300)에 연결된다.
유사한 방식으로, 즉, 도 3에 도시된 실시예에서, 제 1 내지 제 3 엘이디 패키지(320c) 각각의 제 2 행에 배치된 제 1-2 엘이디 칩(330a-2), 제 2-2 엘이디 칩(330b-2), 제 3-2 엘이디 칩(330c-2)이 직렬로 연결되어 제 2 엘이디 그룹(340b)을 형성하고, 제 1 내지 제 3 엘이디 패키지(320c) 각각의 제 3 행에 배치된 제 1-3 엘이디 칩(330a-3), 제 2-3 엘이디 칩(330b-3), 제 3-3 엘이디 칩(330c-3)이 직렬로 연결되어 제 3 엘이디 그룹(340c)을 형성한다. 이때, 제 3-2 엘이디 칩(330c-2)의 캐소드 단자는 제어부(300)에 연결되며, 제 3-3 엘이디 칩(330c-3)의 캐소드 단자는 제어부(300) 내의 그라운드에 연결된다.
전술한 방식으로 형성되는 본 발명에 따른 제 1 내지 제 3 엘이디 그룹(340a ~ 340c)은 제어부(300)의 제어에 따라 선택적으로 구동전압이 인가되어 발광된다. 이를 보다 상세하게 살펴보면, 일 실시예를 구성하기에 따라, 본 발명에 따른 제 1 엘이디 그룹(340a)은 제어부(300)의 제어에 따라 선택적으로 제어부(300) 내의 그라운드에 연결되거나 또는 제 2 엘이디 그룹(340b)에 직렬로 연결되며, 유사하게 제 2 엘이디 그룹(340b)은 제어부(300)의 제어에 따라 선택적으로 제어부(300) 내의 그라운드에 연결되거나 또는 제 2 엘이디 그룹(340b)에 직렬로 연결되도록 구성된다. 이러한 제 1 내지 제 3 엘이디 그룹(340a ~ 340c)을 포함하는 본 발명에 따른 향상된 엘이디 어레이(310)의 구성으로 인하여, 각 엘이디 그룹에 포함되는 엘이디 칩(330)의 개수가 동일하여 각 엘이디 그룹(340a ~ 340c)의 광 출력이 동일하며, 또한, 각 엘이디 패키지(320a ~ 320c)에 포함된 엘이디 칩(330)이 순차적으로 발광될 수 있으므로 엘이디 어레이(310) 전체에 걸쳐 고르게 빛이 발광될 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
엘이디 어레이를 이용한 엘이디 조명장치 제어부의 제 1 실시예
이하에서, 전술한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 엘이디 어레이(310)를 이용한 엘이디 조명장치의 상세 구성과 그 동작제어 방법에 대하여 상세하게 설명하도록 한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 엘이디 조명장치는 전원부(100), 제어부(300) 및 엘이디 어레이(310)를 포함할 수 있다.
먼저, 전원부(100)는 교류전원을 인가받아 정류하여 정류전원을 제어부로 출력하는 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 엘이디 조명장치의 특성 상 SMPS 등의 정전류/정전압 회로를 구비할 수 없으므로, 본 발명에 따른 전원부(100)는 반파 정류회로 또는 풀 브리지로 구성된 전파 정류회로로 구현될 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나, 본 발명에 따른 전원부(100)는 서지전압으로부터 회로를 보호할 수 있는 바리스터 등의 소자로 구현될 수 있는 서지 보호부(미도시), 과전류로부터 회로를 보호할 수 있는 퓨즈 등의 소자로 구현될 수 있는 퓨즈부(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
제어부(300)는 미리 설정된 기준에 따라 제 1 엘이디 그룹(340a), 제 2 엘이디 그룹(340b), 제 3 엘이디 그룹(340c) 간의 연결관계를 제어하여, 전원부(100)로부터 인가되는 정류전원의 전압레벨에 적합하게 각 엘이디 그룹(340a ~ 340c)의 구동을 제어하는 기능을 수행하도록 구성된다. 이때, 설정된 기준이란, 인가되는 정류전원의 전압레벨을 검출한 후 검출된 전압레벨을 비교하기 위한 미리 설정된 전압레벨 정보일 수도 있으며, 또는 동기분할 방식을 이용하는 경우 정류전원의 입력주기(타이밍)일 수 있다. 본 발명에 따른 엘이디 조명장치의 제 1 실시예는 정류전원의 전압레벨을 검출하여 각 엘이디 그룹(340a ~ 340c)의 작동을 제어하도록 구성된 실시예이며, 엘이디 조명장치의 제 2 실시예는 정류전원의 입력주기에 따라 각 엘이디 그룹(340a ~ 340c)의 작동을 제어하도록 구성된 실시예이다. 제 2 실시예에 대해서는 후술하도록 하고, 이하에서는 제 1 실시예에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 제어부(300)는 구동전압 검출부(400), 제 1 스위치부(410a) 및 제 2 스위치부(410b)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 어레이(310)의 구성을 살펴보면 다음과 같다. 제 1 어레이 그룹의 제일 처음 배치된 제 1-1 엘이디 칩(330a-1)은 구동전압 검출부(400)에 직접 연결되어, 구동전압 검출부(400)로부터 출력되는 정류전원을 인가받도록 구성되며, 제 1 어레이 그룹의 제일 마지막에 배치된 제 3-1 엘이디 칩(330c-1)과 제 2 어레이 그룹의 제일 처음 배치된 제 1-2 엘이디 칩(330a-2)은 제 1 스위치부(410a)에 연결되도록 구성되고, 제 2 어레이 그룹의 제일 마지막에 배치된 제 3-2 엘이디 칩(330c-2)과 제 3 어레이 그룹의 제일 처음 배치된 제 1-3 엘이디 칩(330a-3)은 제 2 스위치부(410b)에 연결되도록 구성되며, 제 3 어레이 그룹의 제일 마지막에 배치된 제 3-3 엘이디 칩(330c-3)은 제어부(300) 내의 그라운드에 직접 연결되도록 구성되어 있다.
제 1 스위치부(410a)는 제 1 엘이디 그룹(340a)의 제 3-1 엘이디 칩(330c-1), 그라운드, 제 2 엘이디 그룹(340b)의 제 1-2 엘이디 칩(330a-2) 사이에 연결되어, 제어부(300)의 제어에 따라 제 1 엘이디 그룹(340a)의 제 3-1 엘이디 칩(330c-1)을 선택적으로 그라운드 또는 제 2 엘이디 그룹(340b)의 제 1-2 엘이디 칩(330a-2)에 연결하는 기능을 수행하도록 구성된다.
유사하게, 제 2 스위치부(410b)는 제 2 엘이디 그룹(340b)의 제 3-2 엘이디 칩(330c-2), 그라운드, 제 3 엘이디 그룹(340c)의 제 1-3 엘이디 칩(330a-3) 사이에 연결되어, 제어부(300)의 제어에 따라 제 2 엘이디 그룹(340b)의 제 3-2 엘이디 칩(330c-2)을 선택적으로 그라운드 또는 제 3 엘이디 그룹(340c)의 제 1-3 엘이디 칩(330a-3)에 연결하는 기능을 수행하도록 구성된다. 전술한 바와 같은, 제 1 및 제 2 스위치부(410b)는 MOSFET 등 이미 공지된 다양한 전자식 스위칭 소자 중 필요에 따라 하나가 채택되어 사용될 수 있다.
엘이디 어레이(310) 내에 3개의 엘이디 칩(330)을 구비한 엘이디 패키지(320)가 포함되는 실시예를 기준으로 설명하였기 때문에, 본 발명에 따른 제어부(300)가 2 개의 스위치부(410a, 410b)를 포함하는 것일 뿐, 제어부(300) 내에 포함되는 스위치부의 수는 엘이디 패키지(320)에 포함되는 엘이디 칩(330)의 수에 따라 변화되는 것은 당업자에게 자명할 것이며, 이러한 변형과 변용에 불구하고 본 발명의 기술적 요지를 포함하고 있는 한 본 발명의 권리범위에 속할 것이다. 즉, 하나의 엘이디 패키지(320) 내에 N 개의 엘이디 칩(330)이 구비되는 경우, 제어부(300)는 N-1 개의 스위치부를 포함하여 구성된다는 것에 유의해야 할 것이다.
한편, 구동전압 검출부(400)는 전원부(100)로부터 인가되는 정류전원의 전압레벨을 검출하고, 검출된 전압레벨에 따라 제 1 스위치부(410a) 및 제 2 스위치부(410b)를 제어하여 제 1 엘이디 그룹(340a), 제 2 엘이디 그룹(340b), 제 3 엘이디 그룹(340c) 간의 연결관계를 제어하는 기능을 수행하도록 구성된다. 다시 도 1b를 참조하면, 전원부(100)로부터 인가되는 정류전원은 시간의 경과에 따라 0V에서 V1, V2, V3, V4까지 증가하였다가, 다시 V3, V2, V1, 0V로 감소한다. 이때, V1은 하나의 엘이디 그룹을 구동할 수 있는 전압레벨(1VF)이고, V2는 두 개의 엘이디 그룹을 구동할 수 있는 전압레벨(2VF)이며, V3는 세 개의 엘이디 그룹을 구동할 수 있는 전압레벨(3VF)이다. 이하에서, 인가되는 정류전원의 전압레벨이 0V ~ V2 미만인 구간(t0 ~ t2, t5 ~ t7)을 제 1 전압레벨 구간, V2 이상 ~ V3 미만인 구간(t2 ~ t3, t4 ~ t5)을 제 2 전압레벨 구간, V3 이상인 구간(t3 ~ t4)을 제 3 전압레벨 구간이라고 한다.
먼저 구동전압 검출부(400)는 인가되는 전원의 전압레벨이 제 1 전압레벨 구간에 속하는 것으로 판단되는 경우, 제 1 스위치부(410a)를 제어하여, 제 1 엘이디 그룹(340a)의 제 3-1 엘이디 칩(330c-1)의 캐소드가 제어부(300) 내의 그라운드에 연결되도록 연결관계를 제어한다. 이에 따라 제 1 엘이디 그룹(340a)에만 정류전원이 인가되어 제 1 엘이디 그룹(340a)만 동작되며, 제 2 엘이디 그룹(340b) 및 제 3 엘이디 그룹(340c)에는 전원이 인가되지 않아 동작되지 않게 된다.
만일, 구동전압 검출부(400)는 인가되는 전원의 전압레벨이 제 2 전압레벨 구간에 속하는 것으로 판단되는 경우, 제 1 스위치부(410a)를 제어하여 제 1 엘이디 그룹(340a)의 제 3-1 엘이디 칩(330c-1)의 캐소드가 제 2 엘이디 그룹(340b)의 제 1-2 엘이디 칩(330a-2)의 애노드에 직렬로 연결하도록 연결관계를 제어하는 동시에, 제 2 스위치부(410b)를 제어하여 제 2 엘이디 그룹의 제 3-2 엘이디 칩(330c-2)의 캐소드가 제어부(300) 내의 그라운드에 연결되도록 연결관계를 제어한다. 이에 따라, 이에 따라 제 1 엘이디 그룹(340a)과 제 2 엘이디 그룹(340b)에 정류전원이 인가되어 제 1 엘이디 그룹 및 제 2 엘이디 그룹(340b)이 동작되며, 제 3 엘이디 그룹(340c)에는 전원이 인가되지 않아 동작되지 않게 된다.
또한, 만일, 구동전압 검출부(400)는 인가되는 전원의 전압레벨이 제 3 전압레벨 구간에 속하는 것으로 판단되는 경우, 제 1 스위치부(410a)를 제어하여 제 1 엘이디 그룹(340a)의 제 3-1 엘이디 칩(330c-1)의 캐소드가 제 2 엘이디 그룹(340b)의 제 1-2 엘이디 칩(330a-2)의 애노드에 직렬로 연결되도록 연결관계를 제어하는 동시에, 제 2 스위치부(410b)를 제어하여 제 2 엘이디 그룹(340b)의 제 3-2 엘이디 칩(330c-2)의 캐소드가 제 3 엘이디 그룹(340c)의 제 1-3 엘이디 칩(330a-3)의 애노드에 직렬로 연결되도록 연결관계를 제어한다. 이에 따라, 이에 따라 제 1 엘이디 그룹(340a), 제 2 엘이디 그룹(340b) 및 제 3 엘이디 그룹(340c)에 정류전원이 인가되어 제 1 엘이디 그룹(340a), 제 2 엘이디 그룹(340b) 및 제 3 엘이디 그룹(340c)이 동작되어, 엘이디 조명장치 내 모든 엘이디 그룹이 발광하게 된다.
엘이디 어레이를 이용한 엘이디 조명장치 제어부의 제 2 실시예
도 5는 본 발명의 다른 바람직한 일 실시예에 따른 교류 전원에서 구동가능한 제어부의 구성 블록도이다. 이하에서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 개선된 엘이디 어레이를 이용한 엘이디 조명장치 제어부(300)의 구성과 기능에 대하여, 도 5를 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 제어부(300)는 입력주기 검출부(500), 제 1 스위치부(410a), 제 2 스위치부(410b)를 포함할 수 있다. 제 2 실시예에 따른 제어부(300)의 구성 중 제 1 스위치부(410a)와 제 2 스위치부(410b)의 구성과 기능은 제 1 실시예와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 하며, 이하에서는 제 2 실시예의 독창적인 구성인 입력주기 검출부(500)를 중심으로 제 2 실시예에 대하여 설명하도록 한다.
한편, 입력주기 검출부(500)는 전원부(100)로부터 인가되는 정류전원의 입력주기를 검출하고, 검출된 정류전원의 입력주기에 따라 제 1 스위치부(410a) 및 제 2 스위치부(410b)를 제어하여 제 1 엘이디 그룹(340a), 제 2 엘이디 그룹(340b), 제 3 엘이디 그룹(340c) 간의 연결관계를 제어하는 기능을 수행하도록 구성된다. 다시 도 1b를 참조하면, 전원부(100)로부터 인가되는 정류전원은 1 주기 동안 시간의 경과에 따라 0V에서 V1, V2, V3, V4까지 증가하였다가, 다시 V3, V2, V1, 0V로 감소한다. 이때, V1은 하나의 엘이디 그룹을 구동할 수 있는 전압레벨(1VF)이고, V2는 두 개의 엘이디 그룹을 구동할 수 있는 전압레벨(2VF)이며, V3는 세 개의 엘이디 그룹을 구동할 수 있는 전압레벨(3VF)이다. 이하에서, 인가되는 정류전원의 전압레벨이 0V ~ V2 미만인 구간(t0 ~ t2, t5 ~ t7)을 제 1 시간 구간, V2 이상 ~ V3 미만인 구간(t2 ~ t3, t4 ~ t5)을 제 2 시간 구간, V3 이상인 구간(t3 ~ t4)을 제 3 시간 구간이라고 한다.
먼저 입력주기 검출부(500)는 인가되는 정류전원의 입력주기가 제 1 시간 구간(t0 ~ t2, t5 ~ t7)에 속하는 경우, 제 1 스위치부(410a)를 제어하여, 제 1 엘이디 그룹(340a)의 제 3-1 엘이디 칩(330c-1)의 캐소드가 제어부(300) 내의 그라운드에 연결되도록 연결관계를 제어한다. 이에 따라 제 1 엘이디 그룹(340a)에만 정류전원이 인가되어 제 1 엘이디 그룹(340a)만 동작되며, 제 2 엘이디 그룹(340b) 및 제 3 엘이디 그룹(340c)에는 전원이 인가되지 않아 동작되지 않게 된다.
만일, 입력주기 검출부(500)는 인가되는 정류전원의 입력주기가 제 2 시간 구간(t2 ~ t3, t4 ~ t5)에 속하는 것으로 판단되는 경우, 제 1 스위치부(410a)를 제어하여 제 1 엘이디 그룹(340a)의 제 3-1 엘이디 칩(330c-1)의 캐소드가 제 2 엘이디 그룹(340b)의 제 1-2 엘이디 칩(330a-2)의 애노드에 직렬로 연결하도록 연결관계를 제어하는 동시에, 제 2 스위치부(410b)를 제어하여 제 2 엘이디 그룹의 제 3-2 엘이디 칩(330c-2)의 캐소드가 제어부(300) 내의 그라운드에 연결되도록 연결관계를 제어한다. 이에 따라, 이에 따라 제 1 엘이디 그룹(340a)과 제 2 엘이디 그룹(340b)에 정류전원이 인가되어 제 1 엘이디 그룹 및 제 2 엘이디 그룹(340b)이 동작되며, 제 3 엘이디 그룹(340c)에는 전원이 인가되지 않아 동작되지 않게 된다.
또한, 만일, 입력주기 검출부(500)는 인가되는 정류전원의 입력주기가 제 3 시간 구간(t3 ~ t4)에 속하는 것으로 판단되는 경우, 제 1 스위치부(410a)를 제어하여 제 1 엘이디 그룹(340a)의 제 3-1 엘이디 칩(330c-1)의 캐소드가 제 2 엘이디 그룹(340b)의 제 1-2 엘이디 칩(330a-2)의 애노드에 직렬로 연결되도록 연결관계를 제어하는 동시에, 제 2 스위치부(410b)를 제어하여 제 2 엘이디 그룹(340b)의 제 3-2 엘이디 칩(330c-2)의 캐소드가 제 3 엘이디 그룹(340c)의 제 1-3 엘이디 칩(330a-3)의 애노드에 직렬로 연결되도록 연결관계를 제어한다. 이에 따라, 이에 따라 제 1 엘이디 그룹(340a), 제 2 엘이디 그룹(340b) 및 제 3 엘이디 그룹(340c)에 정류전원이 인가되어 제 1 엘이디 그룹(340a), 제 2 엘이디 그룹(340b) 및 제 3 엘이디 그룹(340c)이 동작되어, 엘이디 조명장치 내 모든 엘이디 그룹이 발광하게 된다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 : 전원부 300 : 제어부
310 : 엘이디 어레이
320a : 제 1 엘이디 패키지 320b : 제 2 엘이디 패키지
320c : 제 3 엘이디 패키지 330 : 엘이디 칩
340a : 제 1 엘이디 그룹 340b : 제 2 엘이디 그룹
340c : 제 3 엘이디 그룹
400 : 구동전압 검출부 410a : 제 1 스위치부
410b : 제 2 스위치부

Claims (10)

  1. 제어부의 제어에 따라 동작되는 엘이디 어레이에 있어서,
    각각 N 개(N은 2 이상의 양의 정수)의 엘이디 칩을 구비한 M 개(M은 2 이상의 양의 정수)의 엘이디 패키지를 포함하는 엘이디 어레이로서,
    제 1 내지 제 M 엘이디 패키지의 제 1 행 내지 제 N 행에 배치된 엘이디 칩들이 행별로 서로 직렬로 연결되며, 상기 행별로 서로 직렬 연결된 M 개의 엘이디 칩들이 제 1 내지 제 N 엘이디 그룹을 형성하는 것을 특징으로 하는 엘이디 어레이.
  2. 청구항 1에 있어서,
    K 행(K는 1 내지 N 중 하나)에 배치된 엘이디 칩들 중 마지막 열에 배치된 엘이디 칩은 상기 제어부의 제어에 따라 다음 행(K+1 행)의 첫 번째 열에 배치된 엘이디 칩에 직렬로 연결되거나 또는 그라운드에 연결되는 것을 특징으로 하는 엘이디 어레이.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 따르는 상기 엘이디 어레이;
    교류전원을 인가받아 정류하여 정류전원을 제어부로 출력하는 전원부; 및
    상기 인가되는 정류전원의 전압레벨을 판단하고, 상기 제 1 엘이디 그룹에 상기 전원을 인가하며, 상기 판단된 전압레벨에 따라 상기 엘이디 어레이 내의 상기 엘이디 그룹들 간의 연결관계를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어부는 판단된 상기 전압레벨이 K 개(K는 1 내지 N 중 어느 하나)의 엘이디 그룹을 구동할 수 있는 전압레벨에 해당되는 경우,
    상기 정류전원을 제 1 엘이디 그룹의 첫 번째 열에 위치된 엘이디 칩에 인가하며,
    제 1 내지 제 K-1 엘이디 그룹 각각의 마지막 열에 배치된 엘이디 칩을 다음 엘이디 그룹(제 2 내지 제 K 엘이디 그룹)의 첫 번째 열에 배치된 엘이디 칩에 직렬로 연결되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 N은 3이며,
    상기 제어부는,
    상기 인가되는 정류전원의 전압레벨을 판단하고, 제 1 어레이 그룹에 상기 전원을 인가하며, 상기 판단된 전압레벨에 따라 상기 엘이디 어레이 내의 상기 엘이디 그룹들 간의 연결관계를 제어하는 구동전압 검출부;
    상기 구동전압 검출부의 제어에 따라 상기 제 1 어레이 그룹의 마지막 열에 배치된 엘이디 칩을 그라운드에 연결하거나 또는 상기 제 2 어레이 그룹의 첫 번째 열에 배치된 엘이디 칩에 직렬로 연결하는 제 1 스위치부; 및
    상기 구동전압 검출부의 제어에 따라 상기 제 2 어레이 그룹의 마지막 열에 배치된 엘이디 칩을 그라운드에 연결하거나 또는 상기 제 3 어레이 그룹의 첫 번째 열에 배치된 엘이디 칩에 직렬로 연결하는 제 2 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 구동전압 검출부는,
    상기 판단된 전압레벨이 1 개의 어레이 그룹을 구동할 수 있는 전압레벨인 경우, 상기 제 1 스위치부를 제어하여 상기 제 1 어레이 그룹의 마지막 열에 배치된 엘이디 칩을 그라운드에 연결하고,
    상기 판단된 전압레벨이 2 개의 어레이 그룹을 구동할 수 있는 전압레벨인 경우, 상기 제 1 스위치부를 제어하여 상기 제 1 어레이 그룹의 마지막 열에 배치된 엘이디 칩을 상기 제 2 어레이 그룹의 첫 번째 열에 배치된 엘이디 칩에 직렬로 연결하고, 상기 제 2 어레이 그룹의 마지막 열에 배치된 엘이디 칩을 그라운드에 연결하며,
    상기 판단된 전압레벨이 3 개의 어레이 그룹을 구동할 수 있는 전압레벨인 경우, 상기 제 1 스위치부를 제어하여 상기 제 1 어레이 그룹의 마지막 열에 배치된 엘이디 칩을 상기 제 2 어레이 그룹의 첫 번째 열에 배치된 엘이디 칩에 직렬로 연결하고, 상기 제 2 어레이 그룹의 마지막 열에 배치된 엘이디 칩을 상기 제 3 어레이 그룹의 첫 번째 열에 배치된 엘이디 칩에 직렬로 연결하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 따르는 상기 엘이디 어레이;
    교류전원을 인가받아 정류하여 정류전원을 제어부로 출력하는 전원부; 및
    상기 인가되는 정류전원의 입력주기를 판단하고, 상기 제 1 엘이디 그룹에 상기 전원을 인가하며, 상기 판단된 입력주기에 따라 상기 엘이디 어레이 내의 상기 엘이디 그룹들 간의 연결관계를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어부는 판단된 상기 입력주기가 K 개(K는 1 내지 N 중 어느 하나)의 엘이디 그룹을 구동할 수 있는 입력주기에 해당되는 경우,
    상기 정류전원을 제 1 엘이디 그룹의 첫 번째 열에 위치된 엘이디 칩에 인가하며,
    제 1 내지 제 K-1 엘이디 그룹 각각의 마지막 열에 배치된 엘이디 칩을 다음 엘이디 그룹(제 2 내지 제 K 엘이디 그룹)의 첫 번째 열에 배치된 엘이디 칩에 직렬로 연결되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 N은 3이며,
    상기 제어부는,
    상기 인가되는 정류전원의 입력주기를 판단하고, 제 1 어레이 그룹에 상기 전원을 인가하며, 상기 판단된 입력주기에 따라 상기 엘이디 어레이 내의 상기 엘이디 그룹들 간의 연결관계를 제어하는 입력주기 검출부;
    상기 입력주기 검출부의 제어에 따라 상기 제 1 어레이 그룹의 마지막 열에 배치된 엘이디 칩을 그라운드에 연결하거나 또는 상기 제 2 어레이 그룹의 첫 번째 열에 배치된 엘이디 칩에 직렬로 연결하는 제 1 스위치부; 및
    상기 입력주기 검출부의 제어에 따라 상기 제 2 어레이 그룹의 마지막 열에 배치된 엘이디 칩을 그라운드에 연결하거나 또는 상기 제 3 어레이 그룹의 첫 번째 열에 배치된 엘이디 칩에 직렬로 연결하는 제 2 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 입력주기 검출부는,
    상기 판단된 입력주기가 1 개의 어레이 그룹을 구동할 수 있는 전압레벨을 갖는 입력주기인 경우, 상기 제 1 스위치부를 제어하여 상기 제 1 어레이 그룹의 마지막 열에 배치된 엘이디 칩을 그라운드에 연결하고,
    상기 판단된 입력주기가 2 개의 어레이 그룹을 구동할 수 있는 전압레벨을 갖는 입력주기인 경우, 상기 제 1 스위치부를 제어하여 상기 제 1 어레이 그룹의 마지막 열에 배치된 엘이디 칩을 상기 제 2 어레이 그룹의 첫 번째 열에 배치된 엘이디 칩에 직렬로 연결하고, 상기 제 2 어레이 그룹의 마지막 열에 배치된 엘이디 칩을 그라운드에 연결하며,
    상기 판단된 입력주기가 3 개의 어레이 그룹을 구동할 수 있는 전압레벨을 갖는 입력주기인 경우, 상기 제 1 스위치부를 제어하여 상기 제 1 어레이 그룹의 마지막 열에 배치된 엘이디 칩을 상기 제 2 어레이 그룹의 첫 번째 열에 배치된 엘이디 칩에 직렬로 연결하고, 상기 제 2 어레이 그룹의 마지막 열에 배치된 엘이디 칩을 상기 제 3 어레이 그룹의 첫 번째 열에 배치된 엘이디 칩에 직렬로 연결하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
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