KR20130117133A

KR20130117133A - 밝기편차가 개선된 엘이디 조명장치

Info

Publication number: KR20130117133A
Application number: KR1020120039919A
Authority: KR
Inventors: 이동원
Original assignee: 이동원
Priority date: 2012-04-17
Filing date: 2012-04-17
Publication date: 2013-10-25

Abstract

본 발명은, LED 조명장치에 있어서, 교류전압을 정류하여 직류의 정류전압으로 변환하는 정류회로; 1개 이상의 LED 로 구성되는 LED 발광블럭; 상기 LED 발광블럭이 n 개 직렬로 연결된 부하(n≥2 자연수); 상기 LED 발광블럭에 공급되는 전류를 조절하는 전류원; 상기 부하의 각 발광블럭에 흐르는 전류를 바이패스 시키는 스위치로 구성된 스위치 블럭 상기 스위치와 상기 전류원을 제어하는 제어기;를 포함하여 구성되며, 상기 제어기는 소정의 주기(이하, "점등주기"라 칭함)로 한 점등주기에서는 일측에 배치된 LED 발광블럭 으로부터 타측에 배치된 LED 발광블럭 순서로 점등이 이루어지도록 하고(이하,"순방향 순차점등"이라 칭함),
그리고 다른 점등 주기에서는 상기 순방향 순차점등과 반대로 타측에 배치된 LED 발광블럭 으로부터 일측에 배치된 LED 발광블럭 순서로 점등(이하,"역방향 순차점등"이라 칭함)이 이루어지도록 상기 스위치 블럭을 제어하고, 그리고 또 다른 점등주기 에서는 양끝에 배치된 LED 발광블럭 으로부터 중간에 배치된 LED 발광블럭 순서로 점등(이하 "줌인 점등"이라 칭함)이 이루어지도록 상기 스위치 블럭을 제어하는 것;을 특징으로하는 밝기편차가 개선된 LED 조명장치에 관한 것이다.

Description

밝기편차가 개선된 엘이디 조명장치{LED Lighting Device of improved deviation of brightness}

본 발명은 LED (발광다이오드)를 사용하는 조명장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 밝기편차가 개선된 LED 조명장치에 관한 것이다

발광다이오드(LED)는 전류가 흐르면 빛을 방출하는 전광변환 반도체 소자로서, 표시기 백라이트 등에 널리 사용되고 있으며, 기술의 발달로 전광변환 효율이 기존의 백열등 및 형광등보다 높아져서 현재는 일반 조명으로 그 범위를 넓혀가고 있다.

LED 램프를 구동하는 방법 중에서, 교류전압으로 LED 램프를 바로 구동하는 방법(이하, "LED 램프 교류 직구동 방법")이 본 발명인의 특허 제 10-1110380 호를 비롯하여 다수 개 소개되어 있다.

상기 LED 램프 교류 직구동 방법의 주요 특징은, 1) 전기 에너지를 저장하는 소자(즉, 평활용 전해콘덴서 및 스위칭용 코일)을 사용하지 않아서 전원장치의 수명이 LED 보다 길다. 2) 공급받은 전원전압의 순시값에 적합한 직렬 LED 를 개수를 설정하고 점등한다는 것이다. 그리고 3) 순시 전원전압이 0 V 에서 상승을 개시하면, 상기 순시 전원전압에 대응하여, 먼저 점등되는 LED 와 늦게 점등되는 LED 가 존재하기 때문에 LED 간에 밝기 차이가 발생하는 문제점이 있다.

상기 문제점을 해결하기 위하여, LED 램프(교류 직구동 방식)에서 밝기 차이를 줄이는 방법이 다수 개 개발되어 있다. 상기 개발된 점등방법들은 도 1에 예시된 회로를 기본 개념회로로 사용하고 있다.

종래의 대표적인 LED 조명장치 점등방법을 몇 개 예를 들면, 특허 제 10-0942234 호 에서는 인접한 LED 가 서로 다른 그룹에 속하도록 물리적인 배치를 통하여 밝기편차를 줄이는 방법을 제시하였다. 그리고, 특허 제 10-0995793 호 에서는 LED 를 점등 순서대로 소등(이하, "선점등 선소등 방법"이라 칭함)되도록 하여서 밝기 편차를 줄였다. 또한 본 발명인이 제안한 특허 제 10-1110380 호 에서는 "역순환 점등법" 과 "원형 순환 점등법" 을 제안 하였다.

그런데 상기 문헌들에서는 모두 개념적인 설명만 들어 있고, 구체적인 수치를 사용하여 설명을 하지 않았다. 즉, 개념적으로는 이해가 되지만, 어느 점등방법이 더 나은 방법인지 판단하기가 어려운 문제점이 있다.

특허 제 10-1110380 호 특허 제 10-0942234 호 특허 제 10-0995793 호

본 발명의 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 점등순서를 조절하여 각 LED 간의 밝기편차를 줄이는 교류 직구동 방식의 LED 조명장치에서, 구체적인 수치를 사용하여 종래의 점등방법을 분석하여 문제점을 도출하고, 밝기 편차가 더욱 개선된 LED 점등방법을 제안하고자 한다.

이를 위해, 본 발명에 따른 교류구동 LED 조명장치는 교류전압을 정류하여 직류의 정류전압으로 변환하는 정류회로; 1개 이상의 LED 로 구성되는 LED 발광블럭; 상기 LED 발광블럭이 n 개 직렬로 연결된 부하(n≥2 자연수); 상기 LED 발광블럭에 공급되는 전류를 조절하는 전류원; 상기 부하의 각 발광블럭에 흐르는 전류를 바이패스 시키는 스위치로 구성된 스위치 블럭; 상기 스위치와 상기 전류원을 제어하는 제어기;를 포함하여 구성되며, 상기 제어기는 정류주기보다 짧은 소정의 주기(이하, "점등주기"라 칭함)로 한 점등주기에서는 일측에 배치된 LED 발광블럭 으로부터 타측에 배치된 LED 발광블럭 순서로 점등이 이루어지도록 하고(이하,"순방향 순차점등"이라 칭함), 그리고 다른 점등주기에서는 상기 순방향 순차점등과 반대로 타측에 배치된 LED 발광블럭 으로부터 일측에 배치된 LED 발광블럭 순서로 점등(이하,"역방향 순차점등"이라 칭함)이 이루어지도록 상기 스위치 블럭을 제어하고, 그리고 또 다른 점등주기 에서는 양끝에 배치된 LED 발광블럭 으로부터 중간에 배치된 LED 발광블럭 순서로 점등(이하 "줌인 점등"이라 칭함)이 이루어지도록 상기 스위치 블럭을 제어하는 것;을 특징으로한다.

이때, 상기 제어기는 교류전압과 동위상의 정현파 신호(이하, "정현파1" 이라 칭함)로 상기 전류원을 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어기는 순시 정류전압 또는 정류전압 위상 중 어느 하나에 근거하여 계단파 형태로 상기 전류원을 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어기는 정류주파수보다 낮은 주파수의 정현파(이하, "정현파2"라 칭함)를 발생시키고, 상기 정현파2 신호에 대응하는 전류를 부하에 공급하도록 상기 전류원을 제어하고, 또한 각 정류전압 위상 90 도에서 상기 정현파2의 최대 순시값이 나타나는 것이 바람직하다.

또한, 상기 부하는 잉여 발광블럭을 더 포함한 것이 바람직하다.

이상과 같은 본 발명에 따른 LED 조명장치에 의하면, 점등순서를 조절하여 각 LED 간의 밝기편차를 줄이는 교류 직구동 방식의 LED 조명장치에서, 구체적인 수치를 사용하여 종래의 점등방법을 분석하여 문제점을 도출하고, 그 문제점을 개선함으로써 밝기 편차가 개선된 LED 조명장치를 제공되는 효과가 있다.

도 1은 LED 조명장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 LED 에 공급되는 전류 파형의 일 예이다

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때 첨부된 도면에서 동일한 구성요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 또한 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석해서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지구성 및 기능에 대한 상세한 설명을 생략한다.

본 발명인의 특허 제 10-1110380 호 에서 제안한 "역순환 점등법" 을 더욱 개선하여 밝기편차를 최소화한 것이다.

도 1은 본 발명에 적합한 회로의 일 예이다.

먼저 도 1을 참조하여 회로구성을 살펴보면, 교류전원(1), 정류회로(2) 그리고 부하를 구성하는 제1 발광블럭(11) 내지 제4 발광블럭 (14), 전류원(CS) 및 제어기(4)로 구성되며, 이때 상기 제1 발광블럭(11) 내지 제4 발광블럭(14) 및 전류원(CS)은 모두가 직렬로 연결되어 있다.

그리고, 점등되는 발광블럭의 직렬 개수를 제어하는 제1 스위치(S11) 내지 제4 스위치 (S14)를 포함하여 구성되며, 상기 제1 스위치(S11)은 제1 발광블럭(11)과 병렬로 설치되고, 상기 제2 스위치(S12)은 제2 발광블럭(12)의 병렬로 설치된다. 즉 일반화하여 설명하면 제n 스위치는 제n 발광블럭과 병렬로 설치된다.

바람직하게, 상기 제1 발광블럭(11) 내지 제4 발광블럭(14)은 1개 이상의 LED 로 구성되며, 다수개의 LED 가 직렬 또는 병렬 또는 직/병렬 배열로 구성될 수 있다. 상기 발광블럭들은 널리 알려진 공지기술로 구성할 수 있으므로, 본 명세서에서는 설명의 간략화를 위하여 이에 대한 구체적인 기술은 생략한다

도 1 회로에서, 제어기(4)는 정류전압(Vrect) 한 싸이클(one cycle)이 공급되면, 낮은 순시 정류전압(Vrect) 에서는 적은 부하전류가 흐르고, 높은 순시 정류전압 (Vrect)에서는 많은 부하전류가 흐르도록, 전류원(CS)을 제어하여 역율을 개선하는 것이 바람직하다

여기서, 상기 제어기(4)는 순시 정류전압에 근거하여 계단파 전류를 부하에 공급하도록 전류원(CS)을 제어하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제어기(4)는 정류전압위상에 근거하여 계단파 전류를 부하에 공급하도록 전류원(CS)을 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명인의 특허 제 10-1110380 호 에서 설명하였듯이 상기 제어기(4)는 상기 정류전압과 동 위상의 정현파 신호(이하, "정현파1"라 칭함)를 발생기능을 더 포함하여, 상기 정현파1 신호에 대응하는 전류( 이하 "정현파1 전류"라 칭함)를 부하에 공급하도록 전류원(CS)을 제어하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 제어기(4)가 교류전압과 동 위상의 정현파1 을 발생하는 이유는, 교류전원에서 공급되는 교류전류가 교류전압과 동일한 위상이고, 그 형태는 정현파 이어서 역율이 개선되기를 바라기 때문이다. 그리고, 부하에 흐르는 부하전류는 상기 교류전류가 정류된 것임은 당연할 것이다.

또한, 상기 제어기(4)는 정류주파수(교류전원 주파수의 2배 주파수) 보다 낮은 주파수의 정현파(이하, "정현파2" 라 칭함)를 발생시키고, 상기 정현파2 신호에 대응하는 전류( 이하 "정현파2 전류"라 칭함)를 부하에 공급하도록 부하전류원(CS)을 제어하는 것이 바람직하다. 여기서, 각 정류전압 위상 90 도 에서 상기 정현파2 의 최대 순시전압이 나타나도록 하는 것이 바람직하다.

이렇게 하면 전원전류 고조파 함유율이 상대적으로 높아지지만 보다 밝은 LED 램프를 제공할 수 있기 때문이다. 일 예를 들면, 우리나라는 저전력(예, 25 와트 이하) LED 조명장치의 전원전류 고조파 함유율을 30 % 이하로 규정하고 있다. 그런데, 정현파1 에 의하면, 전원전류 고조파 함유율이 일반 저항의 경우에는 이론상 0 % 이고, LED 조명장치의 경우는 1 % 이하로 만들 수 있다. 따라서 전원전류 고조파 함유율이 약간 증가(규제값인 30 % 이하)하여서 역율이 약간 낮아지더라도 밝기를 개선한 LED 램프를 제공하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 정현파2 에 근거하여 계단파 전류를 부하에 공급하도록 전류원 (CS)를 제어하는 것이 본 발명의 사상을 벗어나지 않음은 당연하다.

이상에서 설명하였듯이 부하에 전류를 공급하는 방법이 다수 개 존재하고, 이것들이 본 발명의 요지가 아니므로 반복전인 설명을 피하기 위하여 계단파 전류를 대표로 설명한다.

순시 정류전압(Vrect)에 적합한 개수의 LED 발광블럭이 직렬로 연결되도록 스위치블럭을 제어하는 방법, 순시 정류전압에 근거한 계단파 전류를 부하에 공급하는 방법, 순시 정류전압위상에 근거한 계단파 전류를 부하에 공급하는 방법 및 정현파 신호발생기에 의한 전류를 부하에 공급하는 방법은 본 발명인이 출원한 특허 제 10-1110380 호 및 특허 10-1043533 호 을 비롯하여 그 외 널리 알려진 공지기술로 구성할 수 있으므로, 본 명세서에서는 설명의 간략화를 위하여 이에 대한 구체적인 기술은 생략한다.

이하, 본 발명에 필요한 분석방법에 대하여 설명한다.

< 분석 방법 >

먼저 본 분석에 사용된 가정들을 설명한다.

가정 1) 먼저, 교류전압 220 Vac 의 순시 최대정류전압을 계산하면 311 Vdc ( 311 = 220 x 1.414 )가 된다. 일반적으로 조명에 사용되는 백색 LED 의 (목표전류에서) 순방향전압이 3.0 Vdc 에서 3.2 Vdc 사이의 값을 가진다. 따라서 LED 의 순방향 전압이 3.11 Vdc 라 가정하면, 교류전압 220 Vac 를 정류하여 구동할 수 있는 직렬 LED 개수는 100 개이다. 본 발명의 명세서에서는 설명의 편리상, 정류전압 최대값을 100 V 로 표준화한다. 그러면 LED 한 개의 순방향전압을 1 Vdc 로 환산된다.

가정 2) 그리고, 이상적인 LED 구동전류는 정현파이고, 그 순시 최대값은 100 mA 로 가정한다.

가정 3) 소정의 개수의 LED 를 직렬로 연결하여 하나의 발광블럭을 구성하고 상기 발광블럭을 다수개 직렬 연결하여 부하를 구성한다.

가정 4) 제일 먼저 점등되는 LED 발광블럭의 경우, 해석을 단순화하기 위하여, 전류가 흐르기 시작하는 문턱전압에서 (목표전류가 흐르는) 순방향전압 사이에서는 전류가 흐르지 않는다고 가정한다.

가정 5) 각 LED 발광블럭의 밝기는 LED 전류와 발광블럭이 점등된 기간(위상)을 곱하여 구한다. 이때 단위는 무시하여 표기하고, 전압위상 0 도에서 전압위상 90 도 까지의 기간만 밝기를 계산하는데 사용한다. 즉 점등순서를 조정하는 주기(이하,"점등주기"라 칭함)는 교류전압위상 90 도 이며, 상기 점등주기의 정수배 위상에서 점등순서가 조정된다.

이하, 5 개의 LED 발광블럭을 구비하고, 각 발광블럭은 18 개의 직렬 LED 로 구성된 조명장치에 대해여 밝기편차(또는 "밝기차"라 칭함)를 분석한다.

<분석 1 : 순차점등법>

먼저, 도 2를 사용하여 해석에 필요한 파형을 설명한다. 정현파(2a)는 최대값이 100 V 로 표준화된 정류전압(가정1) 이고, 또한 정현파(2a)는 100 mA 로 표준화된 이상적인 LED 부하 전류(가정2)로 해석할 수 있다. 그리고 ,실제 분석에 사용하는 LED 전류는 계단파 파형(2b) 이다

각 발광블럭이 18 개의 LED 로 구성되어 있고, 순방향전압이 1 V (가정1)이므로 한 개의 발광블럭을 구동하기 위해서는 18 V 가 필요하다.

상기 도 2 에서, 정류전압이 0 V 에서 상승을 개시하여 100 V 에 도달하는 동안, 정류전압이 18 V (전압위상 10.4 도) 를 통과하면 1 개의 발광블럭이 점등되고 전류 18 mA 가 LED 에 공급개시되고 다음 발광블럭이 점등될 때까지 유지된다.

정류전압이 36 V (전압위상 21.1 도) 를 통과하면 2 개의 발광블럭이 점등되고 전류 36 mA 가 LED 에 공급개시되고 다음 발광블럭이 점등될 때까지 유지된다.

정류전압이 54 V (전압위상 32.7 도) 를 통과하면 3 개의 발광블럭이 점등되고 전류 54 mA 가 LED 에 공급되고 다음 발광블럭이 점등될 때까지 유지된다.

정류전압이 72 V (전압위상 46.1 도) 를 통과하면 4 개의 발광블럭이 점등되고 전류 72 mA 가 LED 에 공급되고 다음 발광블럭이 점등될 때까지 유지된다.

정류전압이 72 V (전압위상 64.2 도) 를 통과하면 4 개의 발광블럭이 점등되고 전류 90 mA 가 LED 에 공급되고 전압위상 90도 까지 유지된다.

여기서, 1 개 발광블럭 점등시 상기 발광블럭의 밝기는 전류 18 mA 와 LED 점등기간 [위상 10.7 도 = 21.1 도(2개 점등개시 전압위상) - 10.4 도(1개 점등개시 전압위상)] 의 곱으로 구할 수 있다. 즉 발광블럭의 밝기는 193 이 된다.

동일한 원리로 2 개의 발광블럭이 점등 되었을때, 각 발광블럭의 밝기는 전류 36 mA 와 LED 점등기간 [위상 21.1 도 = 32.7 도(3개 점등개시 전압위상) - 위상 21.1 도(2개 점등개시 전압위상)] 의 곱으로 구할 수 있다. 즉 각 발광블럭의 밝기는 417 된다.

동일한 원리로 3 개의 발광블럭 내지 5 개의 발광블럭을 점등할 때 점등기간(위상) 과 각 발광블럭의 밝기를 계산하면 표 1. 과 같이 된다.

점등 블럭 개수	전류 (mA)	점등개시 위상	점등기간 (위상)	각 발광블럭 밝기
1개	18	10.4	10.7	193
2개	36	21.1	11.6	417
3개	54	32.7	13.4	722
4개	72	46.1	18.1	1,303
5개	90	64.2	25.8	2,326

이하, 정류전압이 증가하여 1 개의 발광블럭을 더 추가할 때에, 기존에 점등된 발광블럭은 점등상태를 유지하고 신규로 인접한 발광블럭을 추가로 점등하는 경우(이하, "순차점등 방법" 이라 칭함), 대하여 밝기편차를 계산한다.

표 1.에서 계산된 밝기를 사용하여 점등블럭이 1 개 일때 부터 5 개일 때 까지 각 발광블럭의 누적밝기(밝기 합) 및 각 발광블럭의 누적밝기(밝기 합)를 제일 어두운 발광블럭의 누적밝기(밝기 합)로 나눈 밝기비(상대 밝기)를 계산해 보면 표 2.와 같이 된다.

점등블럭 개수	발광블럭 순번
점등블럭 개수	B1	B2	B3	B4	B5
1 개	193
2 개	417	417
3 개	722	722	722
4 개	1,303	1,303	1,303	1,303
5 개	2,326	2,326	2,326	2,326	2,326
밝기 합	4,961	4,768	4,351	3,629	2,326
상대 밝기	2.13	2.05	1.87	1.56	1.00

즉, 제1 발광블럭(B1) 은 점등블럭이 1 개일 때 부터 점등블럭이 5 개일 때까지 계속 켜져 있으므로 제일 밝고, (밝기 합)은 4,961 이 되며 (상대밝기)는 2.13 이 된다. 그리고, 제2 발광블럭(B2)는 점등블럭이 5 개일 때 부터 점등블럭이 5 개일 때 까지 계속 켜져 있으므로 (밝기 합)은 4,768 이 되어서 (상대밝기)는 2.05 가 된다. 동일한 방법으로 제3 발광블럭(B3)의 (밝기 합)은 4,351 이 되고 (상대밝기)는 1.87 이 되며, 제4 발광블럭(B4)의 (밝기 합)은 3,629 이 되고 (상대밝기)는 1.56 이 되며, 제5 발광블럭(B5)의 (밝기 합)은 2,326 이 되어 제일 어둡고 (상대밝기)는 1.00 이 된다.

결론적으로, 제일 먼저 점등되는 제1 발광블럭(B1)이 제일 밝으며, 제일 나중에 점등되는 제5 발광블럭(B5)가 제일 어두우며, 제1 발광블럭(B1) 내지 제5 발광블럭(B5)간의 최대 밝기차는 2.13 이 된다.

이하 순차점등법보다 밝기편차가 개선된 점등법에 대하여 설명한다.

<분석 2 : 역순환 점등법>

본 발명인이 특허 제 10-1110380 호 에서 제안한 "역순환 점등법" 에 대하여 상기 < 분석 1 : 순차점등법 > 에서 사용한 동일한 가정 및 절차로 각 발광블럭 밝기와 밝기편차를 계산하면 표 3. 과 같이 된다.

즉, 제1 발광블럭(B1) 부터 제5 발광블럭(B5) 순으로 순차점등을 개시하는 "순방향 순차점등"과 제5 발광블럭(B5) 부터 제1 발광블럭(B1) 순으로 순차점등을 실시하는 "역방향 순차점등"을 교대로 실시하는 역순환 점등법에서는 밝기차가 1.19 가 달성된다. 이것은 < 분석 1 : 순차점등법 > 결과인 2.13 보다 약 2 배 정도 밝기편차가 개선된 값이다.

점등블럭 개수		발광블럭 순번
점등블럭 개수		B1	B2	B3	B4	B5
순방향 순차점등	1 개	193
	2 개	417	417
	3 개	722	722	722
	4 개	1,303	1,303	1,303	1,303
	5 개	2,326	2,326	2,326	2,326	2,326
역방향 순차점등	1 개					193
	2 개				417	417
	3 개			722	722	722
	4 개		1,303	1,303	1,303	1,303
	5 개	2,326	2,326	2,326	2,326	2,326
밝기 합		7,287	8,397	8,703	8,397	7,287
상대 밝기		1.00	1.15	1.19	1.15	1.00

표 3.에서 각 발광블럭별 (상대 밝기)를 살펴보면 양끝에 있는 발광블럭, 즉 제1 발광블럭 (B1)과 제5 발광블럭(B5)가 1.00 으로 제일 어둡다. 중간에 있는 제3 발광블럭(B3)의 (상대밝기)가 1.19 로 제일 밝다. 그리고 중간과 양끝 사이에 있는 발광블럭(즉, 제2 및 제4 발광블럭)의 (상대밝기)는 1.15 로 중간 밝기를 가진다. 이것은 간단하게 "중간이 높고 가장자리가 낮은 산 형태의 밝기편차가 나타난다." 고 표현 할 수 있다.

다른 발광블럭 구성에서도 역순환 점등시 상기 "산 형태의 밝기편차"가 나타나는지를 조사한 결과가 표 4. 이다.

발광블럭 구성	발광블럭 순번									최대 상대밝기
발광블럭 구성	B1	B2	B3	B4	B5	B6	B7	B8	B9	최대 상대밝기
5단 90	1.00	1.15	1.19	1.15	1.00					1.19
7단 91	1.00	1.14	1.20	1.22	1.20	1.14	1.00			1.22
9단 90	1.00	1.11	1.17	1.21	1.22	1.21	1.17	1.11	1.00	1.22

여기서, (5단 90)은 90 개의 LED 가 5 개의 발광블럭으로 구성되었음을 나타낸다. 따라서 각 발광블럭은 18 개( 90 LED / 5 발광블럭 = 18 개 LED)의 직렬 LED 로 구성된 경우로써 표 3.에서 가져온 값이다.

동일한 방법으로 (7단 91)은 91개의 LED 가 7 개의 발광블럭으로 구성되며 각 발광블럭은 13 개(13 x 7 = 91)의 직렬 LED 로 구성된 경우이다.

그리고, 표 4. 에는 표시하지 않았지만, 짝수개의 발광블럭을 가지는 경우도 "산 형태의 밝기편차"가 나타남을 확인 하였다.

여기서, 역순환 점등법의 문제점을 기술하면, 시간상 중간에 점등을 개시하는 발광블럭은 밝기가 제일 밝고, 시간상 처음과 마지막에 점등을 개시하는 발광블럭은 밝기가 제일 어두워서 중간이 높고 가장자리가 낮은 산 형태의 밝기 편차가 발생하는 것이다.

이하, 상기 문제를 개선하는 본 발명에 의한 점등법에 대하여 설명한다.

<실시예 1>

본 실시예는 역순환 점등법으로 n 개의 LED 발광블럭을 점등하면 제1 발광블럭과 제n 발광블럭이 제일 어둡고, 제(n/2) 발광블럭이 제일 밝은 것에 착안하여, 역순환 점등후에 제일 어두운 양끝 발광블럭을 먼저점등(먼저 점등하면 밝으므로)하고 어두운 중간 발광블럭은 나중에 점등(나중에 점등하면 어두우므로) 밝기편차를 개선하는 방법이다.

보다 구체적으로 설명하면, 역순환 점등후에 제일 어두운 제1 발광블럭 및 제n 발광블럭을 먼저 점등하고, 제일 밝은 제(n/2) 발광블럭을 제일 나중에 점등하는 방법[이하, 줌인 (zooom in) 점등방법"이라 칭함]을 발명하였다. 즉, 줌인 점등방법은 양끝에 배치된 LED 발광블럭 으로부터 중간에 배치된 LED 발광블럭 순서로 점등이 이루어지도록하는 점등 방법이다.

표 3. 을 작성하는데 사용한 가정(즉, 총 5 개의 발광블럭을 사용하고, 각 발광블럭은 18 개의 LED 로 구성되는 경우)을 사용하여 1) 순방향 순차점등을 실시하고, 2) 역방향 순차점등을 이어서 실시하며, 3) 그리고 줌인 점등을 실시한 경우에 대하여 각 발광블럭의 밝기를 계산한 결과가 표 5. 이다.

표 5.(발명 점등방법에의한 각 발광블럭 밝기)에서 본 발명에의한 점등법 (즉, 역순환 점등법에 줌인 점등법을 부가한 혼합 점등법)에 의하면 최대 밝기차 1.16 이 달성된다. 이것은 종래의 역순환 점등법의 밝기차 1.19 보다 개선된 값이다.

점등블럭 개수		발광블럭 순번
점등블럭 개수		B1	B2	B3	B4	B5
순방향 순차점등	1 개	193
	2 개	417	417
	3 개	722	722	722
	4 개	1,303	1,303	1,303	1,303
	5 개	2,326	2,326	2,326	2,326	2,326
역방향 순차점등	1 개					193
	2 개				417	417
	3 개			722	722	722
	4 개		1,303	1,303	1,303	1,303
	5 개	2,326	2,326	2,326	2,326	2,326
줌인 점등	1 개	193
	2 개	417				417
	3 개	722	722			722
	4 개	1,303	1,303		1,303	1,303
	5 개	2,326	2,326	2,326	2,326	2,326
밝기 합		12,249	12,749	11,028	12,027	12,055
상대 밝기		1.11	1.16	1.00	1.09	1.09

표 5. 에서 (순방향 순차점등) 및 (역방향 순차점등) 값들은 표 3.과 같으므로 설명의 편리상 생략하고, 이하 (줌인 점등)의 동작원리에 대하여 설명한다.

먼저, 상기 도 2 에서, 정류전압이 0 V 에서 상승을 개시하여 100 V 에 도달하는 동안 1 개의 발광블럭을 구동할 전압이 공급되면 일측에 배치된 제일 낮은 번호의 발광블럭을 점등한다. 이때 점등된 발광블럭의 밝기는 193 이다.

정류전압이 상승하여서 2 개의 발광블럭을 구동할 전압이 공급되면 이미 점등된 제1 발광블럭은 점등상태를 계속 유지하고 타측에 배치된 제일 높은 제5 발광블럭을 점등한다. 이때 점등된 각 발광블럭의 밝기는 417 이다.

그리고 정류전압이 계속 상승하여서 3 개의 발광블럭을 구동할 전압이 공급되면 이미 점등된 점등블럭은 점등상태를 유지하고 일측에 배치된 발광블럭중 점등되지않은 제일 낮은 번호인 제2 발광블럭을 점등한다. 이때 점등된 각 발광블럭의 밝기는 722 이다.

마찬가지로, 4 개의 발광블럭을 구동할 전압이 공급되면 이미 점등된 점등블럭은 점등상태를 유지하고 타측에 배치된 발광블럭중 점등되지않은 제일 높은 번호인 제4 발광블럭을 점등한다. 이때 점등된 각 발광블럭의 밝기는 1,303 이다.

이상의 설명을 일반화하여 표현하면, 정류전압이 상승하여 홀수번째 점등블럭이 점등을 개시한 순서가 되면, 이미 점등된 점등블럭은 점등상태를 유지하고 일측에 배치된 발광블럭중 점등되지않은 제일 낮은 번호의 발광블럭을 점등한다.

그리고, 정류전압이 상승하여 짝수번째 점등블럭이 점등을 개시한 순서가 되면, 이미 점등된 점등블럭은 점등상태를 유지하고 타측에 배치된 발광블럭중 점등되지않은 제일 높은 번호의 발광블럭을 점등한다.

다른 발광블럭 구성(표 3.에서 사용한 것과 동일한 구성)에서 본 발명의 점등법으로 구동하였을 때 조사한 결과를 모두 표 6.에 나타내었다.

발광블럭 구성	발광블럭 순번									최대 상대 밝기
발광블럭 구성	B1	B2	B3	B4	B5	B6	B7	B8	B9	최대 상대 밝기
5단 90	1.11	1.16	1.00	1.09	1.09					1.16
7단 91	1.11	1.17	1.15	1.00	1.09	1.15	1.10			1.17
9단 90	1.11	1.16	1.17	1.12	1.00	1.07	1.14	1.15	1.10	1.17

종래의 기술인 표 3. 과 본 발명기술에 의한 표 6.을 비교해 보면, (5단 90) 구성에서는 밝기편차(최대 상대밝기)가 1.19 에서 1.16 으로 개선되었으며, (7단 91) 구성 및 (9단 90)구성에서는 밝기편차(최대 상대밝기)가 각각 1.22 에서 1.17 로 개선되었다.

이상의 설명에서 점등주기가 교류전압위상 90 도 인 경우에 대하여 설명하였다. 그런데, 점등주기가 정류주기인 교류전압 위상 180 도 또는 그보다 짧은 경우에 대하여도 본 발명의 개념을 적용할 수 있음은 당연하다.

<실시예 2>

본 발명에의한 제2 실시예는 본 발명인의 출원특허 10-2011-0049437 호 "잉여 발광블럭을 구비한 LED 조명장치"에 적용한 경우이다.

간단히 "잉여 발광블럭을 구비한 LED 조명장치"를 설명하면, 교류 직구동 방식의 LED 조명장치는 에너지를 저장하는 소자(즉, 평활용 전해콘덴서 및 스위칭용 코일)을 사용하지 않기 때문에 정류전압이 공급되는 즉시 사용하여야만 한다.

여기서 발생하는 문제점은, 전 세계적으로 볼 때 전기 배송 품질이 좋은 지역(예를 들면 +/- 10 % ㅇ이하) 에서는 잉여 발광블럭이 필요 없지만, 전기 배송 품질이 나쁜 지역(예를 들면 +/- 20 % 정도)에서는 잉여 발광블럭을 구비하여 잉여전압이 발생하면 잉여 발광블럭에서 상기 잉여전압을 소비하는 것이 바람직하다. 그 이유는 상용전압이 120 % 정도가 공급되면 20 % 의 잉여전압을 즉시 소비하여야 하는데, LED 에서 소비하면 LED 수명이 문제시되고, LED 전류를 조절하는 전류원에서 소비하면 전원효율이 20 % 가 나빠지고 전류원 수명 역시 문제가 되기 때문이다.

계산과정은 실시예 1과 동일하므로 생략하고 잉여블럭 포함 발광블럭 구성에서 역순환 점등법을 실시한 결과를 도시한 일 예가 표 7.이다. 이때 <분석 2: 역순환 점등법> 에서 사용한 가정 및 절차를 동일하게 사용하였다.

점등블럭 개수		발광블럭 순번
점등블럭 개수		B1	B2	B3	B4	B5	B6
순방향 순차점등	1 개	193
	2 개	417	417
	3 개	722	722	722
	4 개	1,303	1,303	1,303	1,303
	5 개	2,326	2,326	2,326	2,326	2,326
역방향 순차점등	1 개						193
	2 개					417	417
	3 개				722	722	722
	4 개			1,303	1,303	1,303	1,303
	5 개		2,326	2,326	2,326	2,326	2,326
밝기 합		4,972	4,772	5,658	5,658	4,773	2,639
상대 밝기		1.00	1.43	1.61	1.61	1.43	1.00

표 7.에서 발광블럭(B6)은 잉여 발광블럭이며, 순방향 순차점등에서는 점등되지 않는 것을 알 수 있다. 그리고 최대 밝기편차(상대밝기)는 1.61 임을 알 수 있다. 이것은 잉여 발광블럭이 없을 때의 최대 밝기편차 1.19 보다 더 편차가 커진 것이다.

그리고, (상대밝기)를 살펴보면 중간이 높고 가장자리가 낮은 산 형태의 밝기편차가 역시 나타남을 확인할 수 있다.

다른 잉여블럭 포함 발광블럭 구성에서도 역순환 점등시 "산 형태의 밝기편차"가 나타나는지를 조사한 결과가 표 8.이다.

발광블럭 구성	발광블럭 순번										최대 상대밝기
발광블럭 구성	B1	B2	B3	B4	B5	B6	B7	B8	B9	B10	최대 상대밝기
5단 90	1.00	1.43	1.61	1.61	1.43	1.00					1.61
7단 91	1.00	1.41	1.59	1.66	1.66	1.59	1.41	1.00			1.66
9단 90	1.00	1.43	1.58	1.66	1.70	1.70	1.66	1.58	1.43	1.00	1.70

그리고, 표 8. 에는 표시하지 않았지만, 짝수개의 발광블럭을 가지는 경우도 "산 형태의 밝기편차"가 나타남을 확인하였다.

본 표 8.에 나타난 잉여블럭 포함 발광블럭 구성에 대하여 본 발명의 점등법(즉, 역순환 점등법에 줌인 점등법을 부가한 혼합 점등법)을 적용한 결과가 표 9. 이다.

발광블럭 구성	발광블럭 순번										최대 상대밝기
발광블럭 구성	B1	B2	B3	B4	B5	B6	B7	B8	B9	B10	최대 상대밝기
5단 90	1.24	1.43	1.29	1.00	1.34	1.219					1.43
7단 91	1.20	1.42	1.43	1.26	1.00	1.35	1.38	1.192			1.43
9단 90	1.18	1.41	1.45	1.41	1.26	1.00	1.34	1.41	1.39	1.17	1.45

종래 기술인 표 8.과 본 발명기술에 의한 표 9.를 비교해 보면, (5단 90) 구성에서는 밝기편차(최대 상대밝기)가 1.61 에서 1.43 으로 개선되었으며, (7단 91) 및 (9단 90) 구성에서는 밝기편차(최대 상대밝기)가 각각 1.66 및 1.70 에서 1.43 및 1.45 로 개선되었다.

이상, 본 발명에 의한 바람직한 일 예를 설명하였다.

본 명세서에서는 정류전압 위상에 근거한 계단파 전류를 부하인 LED 발광블럭에 공급하는 것에 대하여 설명하였다. 상기 계단파 전류는 순시 정류전압에 근거한 것일 수도 있음은 당연하다.

또한, 본 발명의 개념은 정류전압과 동 위상의 정현파 전류를 부하인 LED 발광블럭에 공급하는 경우에도 적용될 있음은 당연하다.

그리고, 본 발명의 개념은 정류주파수(교류전원 주파수의 2배 주파수) 보다 낮은 주파수의 정현파(이하, "정현파2" 라 칭함)를 발생시키고, 상기 정현파2 신호에 대응하는 전류( 이하 "정현파2 전류"라 칭함)를 부하에 공급하는 경우에도 적용할 수 있음은 당연하다.

이상, 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 살펴보았으나 이는 예시에 불과하며, 본 기술 분야의 통상적인지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형된 실시예가 가능함을 이해하여야 할 것이다. 그러므로, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술내용을 쉽게 설명하고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

1 교류전원
2 정류회로
11,12,13,14 LED 발광블럭
S11,S12,S13,S14 스위치
CS 전류원
4 제어기
2a 정현파 전류
2b 계단파 전류

Claims

교류전압을 정류하여 직류의 정류전압으로 변환하는 정류회로;
1개 이상의 LED 로 구성되는 LED 발광블럭;
상기 LED 발광블럭이 n 개 직렬로 연결된 부하(n≥2 자연수);
상기 LED 발광블럭에 공급되는 전류를 조절하는 전류원;
상기 부하의 각 발광블럭에 흐르는 전류를 바이패스 시키는 스위치로 구성된 스위치 블럭
상기 스위치와 상기 전류원을 제어하는 제어기;를 포함하여 구성되며,

상기 제어기는 정류주기보다 짧은 소정의 주기(이하, "점등주기"라 칭함)로 한 점등주기에서는 일측에 배치된 LED 발광블럭 으로부터 타측에 배치된 LED 발광블럭 순서로 점등이 이루어지도록 하고(이하,"순방향 순차점등"이라 칭함),
그리고 다른 점등주기에서는 상기 순방향 순차점등과 반대로 타측에 배치된 LED 발광블럭 으로부터 일측에 배치된 LED 발광블럭 순서로 점등(이하,"역방향 순차점등"이라 칭함)이 이루어지도록 상기 스위치 블럭을 제어하고,
그리고 또 다른 점등주기 에서는 양끝에 배치된 LED 발광블럭 으로부터 중간에 배치된 LED 발광블럭 순서로 점등(이하 "줌인 점등"이라 칭함)이 이루어지도록 상기 스위치 블럭을 제어하는 것;을 특징으로하는 밝기편차가 개선된 LED 조명장치
제1 항에 있어서,
상기 제어기는 교류전압과 동위상의 정현파 신호(이하, "정현파1" 이라 칭함)로 상기 전류원을 제어하는 것;을 특징으로 하는 밝기편차가 개선된 LED 조명장치
제1항에 있어서, 상기 제어기는 순시 정류전압 또는 정류전압 위상 중 어느 하나에 근거하여 계단파 형태로 상기 전류원을 제어하는 것;을 특징으로 하는 밝기편차가 개선된 LED 조명장치
제1항에 있어서,
상기 제어기는 정류주파수 보다 낮은 주파수의 정현파(이하, "정현파2"라 칭
함)를 발생시키고, 상기 정현파2 신호에 대응하는 전류를 부하에 공급하도록 상기
전류원을 제어하고, 또한 각 정류전압 위상 90 도에서 상기 정현파2의 최대
순시값이 나타나는 것;을 특징으로 하는 밝기편차가 개선된 LED 조명장치
제1항에 있어서,
상기 부하는 잉여 발광블럭을 더 포함한 것;을 특징으로 하는 밝기편차가 개선된 LED 조명장치