KR20150012537A - Led 조명장치 - Google Patents

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KR20150012537A
KR20150012537A KR1020130088169A KR20130088169A KR20150012537A KR 20150012537 A KR20150012537 A KR 20150012537A KR 1020130088169 A KR1020130088169 A KR 1020130088169A KR 20130088169 A KR20130088169 A KR 20130088169A KR 20150012537 A KR20150012537 A KR 20150012537A
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이강녕
한상욱
강현구
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서울반도체 주식회사
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Abstract

본 발명은, 역률 보상회로를 이용해 비발광 구간을 제거함으로써, 및/또는 LED 조명장치를 구성하는 LED들 중 역률 보상회로에 의해 보상되는 구간(보상구간)에서 발광하는 LED들의 비율을 증가시킴으로써, 및/또는 비보상구간(정상동작 구간) 중 적어도 일부 구간에서만 발광하는 LED들을 나머지 LED들보다 낮은 광속(Luminousflux)을 가진 LED로 구성함으로써, 및/또는 비보상구간 중 적어도 일부 구간에서만 발광하는 LED들이 발광하는 구간에서 LED들에 공급되는 LED 구동전류를 그 외의 구간에서 LED들에 공급되는 LED 구동전류보다 낮게 제어함으로써, 플릭커 인덱스를 개선할 수 있는, LED 조명장치를 개시한다.

Description

LED 조명장치{LED LUMINESCENT APPARUTUS}
본 발명은 LED 조명장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 역률 보상회로를 이용해 비발광 구간을 제거함으로써, 및/또는 LED 조명장치를 구성하는 LED들 중 역률 보상회로에 의해 보상되는 구간(보상구간)에서 발광하는 LED들의 비율을 증가시킴으로써, 및/또는 비보상구간(정상동작 구간) 중 적어도 일부 구간에서만 발광하는 LED들을 나머지 LED들보다 낮은 광속(Luminousflux)을 가진 LED로 구성함으로써, 및/또는 비보상구간 중 적어도 일부 구간에서만 발광하는 LED들이 발광하는 구간에서 LED들에 공급되는 LED 구동전류를 그 외의 구간에서 LED들에 공급되는 LED 구동전류보다 낮게 제어함으로써, 동작구간 중 발생하는 광 출력 편차를 저감할 수 있는, LED 조명장치에 관한 것이다.
LED 구동은 직류구동 방식이 일반적이다. 직류구동 방식의 경우 SMPS 등의 AC-DC 컨버터가 필수적으로 요구되며, 이러한 전원 컨버터는 조명기구의 제조단가를 상승시키고, 조명기구의 소형화를 어렵게 하며, 조명기구의 에너지 효율을 떨어뜨리고, 짧은 수명으로 인해 조명기구의 수명을 단축시킨다는 문제점이 있다.
이러한 직류구동 방식의 문제점을 해결하기 위하여, LED의 교류구동 방식이 제안되었다. 그러나 이러한 기술에 따른 회로의 경우 입력전압과 LED에서 출력되는 전류의 불일치로 인하여 역률이 저하되는 문제가 있을 뿐 아니라, LED의 비발광 구간이 길어질 경우, 사용자가 조명의 깜빡거림을 인지하게되는 플리커 현상이 발생한다는 문제점이 있다.
도 1은 플리커 인덱스(Flicker Index)를 설명하기 위한 개념도이다. 최근 에너지 스타(Energy Star) 스펙(SPEC)의 플리커 수준의 기준이 되는 플리커 인덱스의 정의와 규정은 아래와 같다.
(1) 플리커 인덱스의 정의
도 1에 도시된 바와 같이, 플리커 인덱스란, 1주기의 광출력 파형도 상에서, 평균 광출력 이상의 면적(Area1)을 전체 광출력 면적(Area1+Area2)으로 나눈 값을 의미한다. 따라서, 플리커 인덱스는 1주기 동안 평균 광출력 이상의 광이 얼마나 발생되는지를 수치적으로 나타내는 값으로서, 플리커 인덱스가 낮을수록 플리커 수준이 양호하다.
(2) 에너지 스타 플리커 규정
- 광 출력 파형(Light output waveform) ≥ 120Hz
- 플리커 인덱스 ≤ 주파수 X 0.001 (at Max. Dimmer, 800Hz 이상의 경우 제외)(따라서, 120 Hz에서의 플리커 인덱스 ≤ 0.12 )
이상에서 살펴본 바와 같이, LED 조명장치의 성능에 있어 플리커 수준이 중요한 기준으로 부각되고 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것이다.
본 발명은 비발광구간을 제거하여 광출력의 편차를 저감함으로써 사용자에게 자연스러운 광을 제공할 수 있는, LED 조명장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 LED 조명장치를 구성하는 LED들 중 역률 보상회로에 의한 보상구간에서 발광하는 LED들의 비율을 증가시킴으로써 광출력의 편차를 저감하여 사용자에게 자연스러운 광을 제공할 수 있는, LED 조명장치를 제공하는 것을 다른 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 비보상구간 중 적어도 일부 구간에서만 발광하는 LED들을 나머지 LED들보다 낮은 광속을 가진 LED로 구성함으로써 광출력의 편차를 저감하여 사용자에게 자연스러운 광을 제공할 수 있는, LED 조명장치를 제공하는 것을 또 다른 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 비보상구간 중 적어도 일부 구간에서만 발광하는 LED들이 발광하는 구간에서 LED들에 공급되는 LED 구동전류를 그 외의 구간에서 LED들에 공급되는 LED 구동전류보다 낮게 제어함으로써 광출력의 편차를 저감하여 사용자에게 자연스러운 광을 제공할 수 있는, LED 조명장치를 제공하는 것을 또 다른 일 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특유의 효과를 달성하기 위한, 본 발명의 특징적인 구성은 하기와 같다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 교류전원에 연결되어 인가되는 교류전압을 전파정류하고, 전파정류된 제 1 정류전압을 제 1 구동전압으로서 LED 발광부에 제공하는 정류부; 충전구간에서 상기 정류전압을 이용하여 에너지를 충전하며, 보상구간에서 상기 LED 발광부에 제 2 구동전압을 제공하는 역률 보상부; 제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹(n은 2 이상의 양의 정수)을 포함하여 구성되며, 상기 충전구간에서 상기 제 1 구동전압을 공급받아 발광하며, 상기 보상구간에서 상기 제 2 구동전압을 공급받아 발광하는 LED 발광부; 및 상기 제 1 구동전압 또는 상기 제 2 구동전압의 전압레벨을 판단하고, 판단된 전압레벨에 따라 상기 제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 광그룹의 순차구동을 제어하는 LED 구동 제어부를 포함하되, 상기 LED 발광부는 상기 LED 발광부를 구성하는 LED들의 적어도 60%가 상기 보상구간에서 발광하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, LED 조명장치가 제안된다.
바람직하게, 상기 보상구간에서 발광하는 적어도 하나의 LED 그룹의 총 순방향 전압레벨과 상기 보상구간에서 발광하지 않는 적어도 하나의 LED 그룹의 총 순방향 전압레벨의 비는 1:1일 수 있다.
바람직하게, 상기 n은 4이며, 상기 제 1 LED 그룹 내지 제 4 LED 그룹들 각각의 순방향 전압레벨의 비는 1:1:1:3일 수 있다.
바람직하게, 상기 제 1 LED 그룹 내지 제 4 LED 그룹들 각각을 구성하는 LED 개수의 비는 5:5:5:6일 수 있다.
바람직하게, 상기 n은 4이며, 상기 제 1 LED 그룹 내지 제 4 LED 그룹들 각각의 순방향 전압레벨의 비는 2:1:1:2일 수 있다.
바람직하게, 상기 제 1 LED 그룹 내지 제 4 LED 그룹들 각각을 구성하는 LED 개수의 비는 10:5:4:2일 수 있다.
바람직하게, 상기 보상구간이 아닌 구간(비보상구간) 중 적어도 일부 구간에서만 발광하는 적어도 하나의 LED 그룹을 구성하는 LED는 제 1 광속을 가지며, 상기 적어도 하나의 LED 그룹 외의 LED 그룹들을 구성하는 LED 상기 제 1 광속보다 보다 낮은 제 2 광속을 갖도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 제 1 내지 제 (n-1) LED 그룹을 구성하는 LED는 제 1 광속을 가지며, 상기 제 n LED 그룹을 구성하는 LED는 상기 제 1 광속보다 낮은 제 2 광속을 갖도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 LED 구동 제어부는, 비보상구간 중 적어도 일부 구간에서만 발광하는 적어도 하나의 LED 그룹이 발광하는 구간에서 상기 LED 발광부를 구동하기 위한 LED 구동전류를, 상기 비보상구간 중 적어도 일부 구간 외의 구간에서 상기 LED 발광부를 구동하기 위한 LED 구동전류보다 작게 제어하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 LED 구동 제어부는, 제 n LED 구동전류를 제 (n-1) LED 구동전류보다 작게 제어하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 역률 보상부는 밸리-필(valley-fill) 회로이며, 상기 제 1 내지 제 n LED 그룹의 총 순방향 전압레벨의 1/2를 보상하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 비발광구간을 제거함으로써 광출력의 편차를 저감하여 사용자에게 자연스러운 광을 제공할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 본 발명은 LED 조명장치를 구성하는 LED들 중 역률 보상회로에 의한 보상구간에서 발광하는 LED들의 비율을 증가시킴으로써 광출력의 편차를 저감하여 사용자에게 자연스러운 광을 제공할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 비보상구간 중 적어도 일부 구간에서만 발광하는 LED들을 나머지 LED들보다 낮은 광속을 가진 LED로 구성함으로써 광출력의 편차를 저감하여 사용자에게 자연스러운 광을 제공할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 비보상구간 중 적어도 일부 구간에서만 발광하는 LED들이 발광하는 구간에서 LED들에 공급되는 LED 구동전류를 그 외의 구간에서 LED들에 공급되는 LED 구동전류보다 낮게 제어함으로써 광출력의 편차를 저감하여 사용자에게 자연스러운 광을 제공할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 플리커 인덱스(Flicker Index)를 설명하기 위한 개념도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르는 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도.
도 3a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 발광부의 구성도.
도 3b는 도 3a에 따라 구성된 LED 발광부의 교류전압의 양의 반주기를 기준으로 한 광출력 파형도.
도 4a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 LED 발광부의 구성도.
도 4b는 도 4a에 따라 구성된 LED 발광부의 교류전압의 양의 반주기를 기준으로 한 광출력 파형도.
도 5a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 발광부의 LED 믹싱 여부에 따른 광출력 파형의 비교도.
도 5b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 LED 발광부의 LED 믹싱 여부에 따른 광출력 파형의 비교도.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 구동 제어부의 LED 구동전류 제어 여부에 따른 광출력 파형의 비교도.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 구동 제어부의 LED 구동전류의 크기와 플리커 인덱스의 관계를 도시한 그래프.
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 'LED 그룹'이란 복수의 LED들(또는 복수의 발광셀들)이 직렬/병렬/직병렬로 연결되어, LED 구동모듈의 제어에 따라 하나의 단위로서 동작이 제어되는(즉, 같이 점등/소등되는) LED들의 집합을 의미한다.
또한, 용어 '단위 순방향 전압레벨(Vf)'란 LED 그룹 내에 포함되는 LED, LED 칩, LED 모듈 등의 순방향 전압레벨이다. 단위 순방향 전압레벨(Vf)은 LED 그룹들의 순방향 전압레벨을 상대적으로 표현하기 위한 일 단위로서 사용될 수 있으며, 고정된 값이 아니라 상대적인 개념으로 이해되어야 한다. 따라서, 제 1 LED 그룹의 순방향 전압레벨이 1Vf이고, 제 1 LED 그룹의 순방향 전압레벨이 2Vf이며, 제 1 LED 그룹은 제 2 LED 그룹의 2배의 순방향 전압레벨을 갖는다는 것을 의미한다.
또한, 용어 '제 1 순방향 전압레벨(Vf1)'은 제 1 LED 그룹을 구동할 수 있는 임계 전압레벨을 의미하며, 용어 '제 2 순방향 전압레벨(Vf2)'은 직렬로 연결된 제 1 LED 그룹 및 제 2 LED 그룹을 구동할 수 있는 임계 전압레벨(즉, 제 1 LED 그룹의 순방향 전압레벨과 제 2 LED 그룹의 순방향 전압레벨을 더한 전압레벨)을 의미하고, 용어 '제 3 순방향 전압레벨(Vf3)'은 직렬로 연결된 제 1 내지 제 3 LED 그룹들을 구동할 수 있는 임계 전압레벨을 의미한다. 즉, '제 n 순방향 전압레벨(Vfn)'은 직렬로 연결된 제 1 내지 제 n LED 그룹들을 구동할 수 있는 임계 전압레벨(즉, 제 1 LED 그룹의 순방향 전압레벨 내지 제 n LED 그룹의 순방향 전압레벨들을 모두 더한 전압레벨)을 의미한다.
또한, 용어 '순차구동 방식'이란, 시간에 따라 크기가 변화하는 입력전압을 인가받아 LED를 구동하는 LED 구동모듈에 있어, 인가되는 입력전압의 증가에 따라 복수의 LED 그룹들을 순차적으로 발광시키고, 인가되는 입력전압의 감소에 따라 복수의 LED 그룹들을 순차적으로 소등시키는 구동방식을 의미한다.
또한, 용어 '제 1 구동전압'이란 입력전압 자체 또는 입력전압이 일정하게 처리되어(예를 들어, 정류회로 등의 과정을 통한 처리) LED 그룹들에 1차적으로 공급되는 구동전압을 의미한다. 또한, 용어 '제 2 구동전압'이란 입력전압이 에너지 저장 소자에 저장된 후, 에너지 저장 소자로부터 LED 그룹들에 2차적으로 공급되는 구동전압을 의미한다. 이러한 제 2 구동전압은, 예시적으로, 입력전압이 캐패시터에 저장된 후, 충전된 캐패시터로부터 LED 그룹들에 공급되는 구동전압일 수 있다. 따라서, 특별히 '제 1 구동전압' 또는 '제 2 구동전압'으로 구별되어 지칭되는 경우 외에, 용어 '구동전압'은 LED 그룹들에 공급되는 제 1 구동전압 및/또는 제 2 구동전압을 포괄하는 의미이다.
또한, 용어 '보상구간'이란 순차구동 방식에 있어, 입력전압(정류전압)의 전압레벨이 미리 설정된 순방향 전압레벨 미만인 구간으로서 LED 그룹에 구동전류를 공급하지 못하는 구간을 의미한다. 예를 들어, 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 보상구간은 정류전압의 전압레벨이 Vf1 미만인 구간을 의미한다. 이 경우, 보상구간은 비발광 구간이 된다. 또한, 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 보상구간은 정류전압의 전압레벨이 Vf2 미만인 구간을 의미한다. 따라서 제 n 순방향 전압레벨(Vfn) 보상구간은 정류전압의 전압레벨이 Vfn 미만인 구간을 의미한다. 또한, 용어 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 보상이란 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 보상구간에서 제 2 구동전압을 LED 그룹에 공급함으로써 LED 그룹에 구동전류를 공급하는 것을 의미하며, 용어 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 보상이란 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 보상구간에서 제 2 구동전압을 LED 그룹에 공급하는 것을 의미한다. 따라서, 제 n 순방향 전압레벨(Vfn) 보상이란 제 n 순방향 전압레벨(Vfn) 보상구간에서 제 2 구동전압을 LED 그룹에 공급하는 것을 의미한다.
또한, 용어 '비보상구간'(또는 '정상 동작구간')이란 순차구동 방식에 있어, 입력전압(정류전압)의 전압레벨이 미리 설정된 미리 설정된 순방향 전압레벨 이상인 구간으로서, 입력전압(제 1 구동전압)이 LED 그룹에 공급되어 LED 그룹(들)이 발광하는 구간을 의미한다. 예시적으로, 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 보상을 수행하는 실시예에 있어 '비보상구간'(또는 '정상 동작구간')은 입력전압의 전압레벨이 Vf1 이상인 구간을 의미하며, 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 보상을 수행하는 실시예에 있어 '비보상구간'(또는 '정상 동작구간')은 입력전압의 전압레벨이 Vf2 이상인 구간을 의미한다. 따라서, 제 n 순방향 전압레벨(Vfn) 보상을 수행하는 실시예에 있어 '비보상구간'(또는 '정상 동작구간')은 입력전압의 전압레벨이 Vfn 이상인 구간을 의미한다.
또한, 본 명세서 내에서 임의의 특정 전압, 특정 시점, 특정 온도 등을 나타내기 위하여 사용되는 V1, V2, V3,..., t1, t2,..., T1, T2, T3, 등의 용어는 절대적인 값을 나타내기 위하여 사용되는 것이 아니라 서로를 구분하기 위하여 사용되는 상대적인 값이다.
LED 조명장치(1000)의 개괄
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르는 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도이다. 이하에서, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)의 구성과 기능에 대해 간략하게 살펴보도록 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)는 정류부(100), 역률 보상부(200), LED 발광부(300) 및 LED 구동 제어부(400)를 포함할 수 있다.
먼저, LED 발광부(300)은 복수의 LED 그룹들로 구성될 수 있으며, LED 발광부(300)에 포함된 복수의 LED 그룹들은 LED 구동 제어부(400)의 제어에 따라 순차적으로 발광되고, 순차적으로 소등된다. 도 2에는 제 1 LED 그룹(310), 제 2 LED 그룹(320), 제 3 LED 그룹(330) 및 제 4 LED 그룹(340)을 포함하고 있는 LED 발광부(300)가 개시되어 있으나, 필요에 따라 LED 발광부(300)에 포함되는 LED 그룹의 수가 다양하게 변경될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 다만, 이하에서는, 설명과 이해의 편의를 위하여 LED 발광부(300)가 4개의 LED 그룹들로 구성된 실시예를 기준으로 설명하지만, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다.
한편, 실시예를 구성하기에 따라, 제 1 LED 그룹(310), 제 2 LED 그룹(320), 제 3 LED 그룹(330) 및 제 4 LED 그룹(340)은 각각 서로 상이한 순방향 전압레벨을 가질 수도 있다. 예를 들어, 제 1 LED 그룹(310), 제 2 LED 그룹(320), 제 3 LED 그룹(330) 및 제 4 LED 그룹(340)이 각각 상이한 수의 LED 소자를 포함하여 구성되는 경우, 제 1 LED 그룹(310), 제 2 LED 그룹(320), 제 3 LED 그룹(330) 및 제 4 LED 그룹(340)은 서로 다른 순방향 전압레벨을 가지게 될 것이다. 이를 도 3a, 4a를 참조하여 보다 구체적으로 살펴보도록 한다.
도 3a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 발광부의 구성도이다. 도 3a에 도시되어 있는 바와 같이, 제 1 LED 그룹(310) 내지 제 3 LED 그룹(330)은 각각 1개의 LED를 포함하는 5개의 LED 스트링들이 서로 병렬로 연결되어 구성된다. 따라서, 제 1 LED 그룹(310) 내지 제 3 LED 그룹(330) 각각의 순방향 전압레벨은 1Vf이다. 한편, 제 4 LED 그룹(340)은 각기 직렬로 연결된 3개의 LED를 포함하는 2개의 LED 스트링들이 서로 병렬로 연결되어 구성되므로, 제 4 LED 그룹(340)의 순방향 전압레벨은 3Vf이다. 따라서, 도 3a에 도시된 바와 같이 LED 발광부(300)가 구성되는 경우, 제 1 LED 그룹(310) 내지 제 4 LED 그룹(340)들 각각의 순방향 전압레벨의 비는 1:1:1:3이 된다.
또한, 도 4a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 LED 발광부의 구성도이다. 도 4a에 도시되어 있는 바와 같이, 제 1 LED 그룹(310)은 각기 직렬로 연결된 2개의 LED를 포함하는 5개의 LED 스트링들이 서로 병렬로 연결되어 구성되므로, 제 1 LED 그룹(310)의 순방향 전압레벨은 2Vf이다. 또한, 제 2 LED 그룹(320)은 1개의 LED를 포함하는 5개의 LED 스트링들이 서로 병렬로 연결되어 구성되므로 제 2 LED 그룹(320)의 순방향 전압레벨은 1Vf이고, 제 3 LED 그룹(330)은 1개의 LED를 포함하는 4개의 LED 스트링들이 서로 병렬로 연결되어 구성되므로 제 3 LED 그룹(330)의 순방향 전압레벨은 1Vf이며, 제 4 LED 그룹(340)은 2개의 LED를 포함하는 LED 스트링으로 구성되므로 제 4 LED 그룹(340)의 순방향 전압레벨은 2Vf이다. 따라서, 도 4a에 도시된 바와 같이 LED 발광부(300)가 구성되는 경우, 제 1 LED 그룹(310) 내지 제 4 LED 그룹(340)들 각각의 순방향 전압레벨의 비는 2:1:1:2가 된다.
본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 LED 발광부(300)의 구성의 차이에 기인하는 플리커 인덱스의 개선효과에 대해서는 도 3b, 4b를 참조하여 후술하도록 한다.
다시 도 2로 돌아오면, 본 발명에 따른 정류부(100)는 외부 전원으로부터 입력되는 교류전압(VAC)을 정류하여 정류전압(Vrec)을 생성 및 출력하도록 구성된다. 이러한 정류부(100)로서 전파 정류회로, 반파 정류회로 등 공지된 다양한 정류회로 중 하나가 이용될 수 있다. 정류부(100)는 생성된 정류전압(Vrec)을 역률 보상부(200), LED 발광부(300), LED 구동 제어부(400)로 제공하도록 구성된다. 도 2에는 4개의 다이오드(D1, D2, D3, D4)로 구성된 브리지 전파 정류회로가 도시되어 있다.
본 발명에 따른 역률 보상부(200)는 충전구간에서 정류전압(Vrec)을 이용하여 에너지를 충전하며, 보상구간에서 LED 발광부(300)에 제 2 구동전압을 제공하도록 구성된다. 도 2에는 제 1 커패시터(C1), 제 2 커패시터(C2) 및 3개의 역류 방지용 다이오드들(D5, D6, D7)로 구성된 밸리-필(valley-fill)회로가 본 발명에 따른 역률 보상부(200)로서 도시되어 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 공지된 다양한 역률 보상회로들 중 하나가 필요에 따라 채택되어 사용될 수 있다. 밸리-필 회로의 구성과 기능에 대해서는 이미 공지된 기술을 채택하고 있는 바, 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 본 발명에 따른 역률 보상부(200)에 의해 보상되는 순방향 전압레벨은 역률 보상부(200)를 구성하는 에너지 충방전 소자(예를 들어, 도 2의 제 1 커패시터(C1), 제 2 커패시터(C2) 등)의 용량에 따라 다양하게 설계될 수 있다. 일 실시예에 있어, 본 발명에 따른 역률 보상부(200)는 총 순방향 전압레벨(LED 그룹들의 순방향 전압레벨을 모두 합한 전압레벨)의 1/2의 전압레벨을 보상하도록 구성될 수 있다. 도 3a, 4a에 도시된 LED 발광부(300)의 경우 6Vf의 총 순방향 전압레벨을 가지고 있으므로, 이러한 경우, 본 발명에 따른 역률 보상부(200)는 3Vf의 전압레벨을 보상하도록 구성될 수 있다. 이하에서, 설명 및 이해의 편의를 위해 본 발명에 따른 역률 보상부(200)가 총 순방향 전압레벨의 1/2(도 3a, 4a의 예에 있어, 3Vf의 전압레벨)을 보상하도록 구성된 실시예를 기준으로 설명하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 LED 구동 제어부(400)는 입력되는 구동전압(비보상구간에서는 정류부(100)로부터 제공되는 제 1 구동전압(정류전압(Vrec)), 보상구간에서는 역률 보상부(200)로부터 제공되는 제 2 구동전압)의 전압레벨을 판단하고, 판단된 구동전압의 크기에 따라 LED 발광부(300)(보다 구체적으로는 LED 발광부(300)에 포함되는 복수의 LED 그룹들(310~340) 각각)에 제공될 LED 구동전류의 크기, LED 구동전류의 제공시점 및 차단시점을 결정한다. 또한, LED 구동 제어부(400)는 결정된 LED 구동전류의 제공시점에 하나 또는 복수의 LED 그룹(들)(310~340 중 하나 이상)으로 결정된 크기를 갖는 LED 구동전류를 제공하며, 결정된 LED 구동전류의 차단시점에 하나 또는 복수의 LED 그룹(들)(310~340 중 하나 이상)으로의 LED 구동전류의 제공을 중지함으로써, LED 발광부(300)의 순차구동을 제어하도록 구성된다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 LED 구동 제어부(400)는 판단된 구동전압(Vp)의 전압레벨에 따라 제 1 전류경로(P1), 제 2 전류경로(P2), 제 3 전류경로(P3) 및 제 4 전류경로(P4)의 연결 및 분리를 제어함으로써, 제 1 LED 그룹(310) 내지 제 4 LED 그룹(340)의 순차구동을 제어하도록 구성된다. 또한, 보다 바람직하게, 본 발명에 따른 LED 구동 제어부(400)는 정전류 제어기능을 수행할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 정전류 제어기능을 수행하기 위하여, 본 발명에 따른 LED 구동 제어부(400)는 정전류 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 정전류 제어부는 다양한 공지된 기술을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 정전류 제어부는 전류 검출하기 위한 센싱 저항, 기준 전류 값과 현재 검출된 전류 값을 비교하기 위한 차동 증폭기, 차동 증폭기의 출력에 따라 경로의 연결을 제어하며, 또한 경로가 연결된 경우 경로를 통해 흐르는 LED 구동전류 값을 정전류로 제어하도록 구성되는 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
이를 구체적으로 살펴보면, 구동전압(Vp)의 전압레벨이 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 이상이고 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 미만인 구간에서, LED 구동 제어부(400)의 제어에 따라 제 1 전류경로(P1)가 연결되며, 이에 따라 제 1 전류경로(P1)를 통해 제 1 LED 구동전류(ILED1)가 흐른다. LED 구동 제어부(400)는 제 1 LED 구동전류(ILED1)를 검출하고, 제 1 LED 구동전류(ILED1)가 제 1 기준전류(IREF1)로 유지될 수 있도록 정전류 제어기능을 수행하게 된다.
유사하게, 구동전압(Vp)의 전압레벨이 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 이상이고 제 3 순방향 전압레벨(Vf3) 미만인 구간에서, LED 구동 제어부(400)의 제어에 따라 제 2 전류경로(P2)가 연결되며, 이에 따라 제 2 전류경로(P2)를 통해 제 2 LED 구동전류(ILED2)가 흐른다. LED 구동 제어부(400)는 제 2 LED 구동전류(ILED2)를 검출하고, 제 2 LED 구동전류(ILED2)가 제 2 기준전류(IREF2)로 유지될 수 있도록 정전류 제어기능을 수행하게 된다.
또한, 구동전압(Vp)의 전압레벨이 제 3 순방향 전압레벨(Vf3) 이상이고 제 4 순방향 전압레벨(Vf4) 미만인 구간에서, LED 구동 제어부(400)의 제어에 따라 제 3 전류경로(P3)가 연결되며, 이에 따라 제 3 전류경로(P3)를 통해 제 3 LED 구동전류(ILED3)가 흐른다. LED 구동 제어부(400)는 제 3 LED 구동전류(ILED3)를 검출하고, 제 3 LED 구동전류(ILED3)가 제 3 기준전류(IREF3)로 유지될 수 있도록 정전류 제어기능을 수행하게 된다.
마지막으로, 구동전압(Vp)의 전압레벨이 제 4 순방향 전압레벨(Vf4) 이상인 구간에서, LED 구동 제어부(400)의 제어에 따라 제 4 전류경로(P4)가 연결되며, 이에 따라 제 4 전류경로(P4)를 통해 제 4 LED 구동전류(ILED4)가 흐른다. LED 구동 제어부(400)는 제 4 LED 구동전류(ILED4)를 검출하고, 제 4 LED 구동전류(ILED4)가 제 4 기준전류(IREF4)로 유지될 수 있도록 정전류 제어기능을 수행하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 LED 구동 제어부(400)는 역률(Power Factor, PF)과 전고조파 왜곡(Total Harmonic Distortion, THD) 특성을 향상시키기 위하여, LED 구동전류의 파형이 정류전압의 파형에 근사화될 수 있도록 제 1 기준전류(IREF1), 제 2 기준전류(IREF2), 제 3 기준전류(IREF3), 제 4 기준전류(IREF4)의 값을 서로 상이하게 설정하여, 제 1 LED 구동전류(ILED1) 내지 제 4 LED 구동전류(ILED4)를 사인파형에 근사화할 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 LED 구동 제어부(400)는 제 4 LED 구동전류(ILED4)를 85mA로, 제 3 LED 구동전류(ILED3)를 제 4 LED 구동전류(ILED4)의 80%~95% 중 어느 하나의 값으로, 제 2 LED 구동전류(ILED2)를 제 4 LED 구동전류(ILED4)의 65%~80% 중 어느 하나의 값으로, 제 1 LED 구동전류(ILED1)를 제 4 LED 구동전류(ILED4)의 30%~65% 중 어느 하나의 값으로 정전류 제어하도록 구성될 수 있다. 전술한 예는 설명을 위한 예시일 뿐이라는 것에 주의해야 하며, 제 1 LED 구동전류(ILED1) 내지 제 4 LED 구동전류(ILED4)의 값이 다양하게 설명될 수 있다는 것은 당업자에게 자명할 것이다.
LED 조명장치(1000)의 플리커 인덱스 개선
이하에서, 전술한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)의 플리커 인덱스를 개선하기 위한 구체적인 실시예들을 살펴보도록 한다. 개괄적으로, 본 발명은 3가지 방향에서 플리커 인덱스의 개선을 꾀할 수 있도록 방안을 제시한다.
첫째로, 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)의 LED 발광부(300)를 구성함에 있어, 보상구간에서 발광하는 LED들의 비율을 증가시킴으로써 플리커 인덱스를 개선할 수 있다. 둘째로, 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)의 LED 발광부(300)를 구성함에 있어, 비보상구간 중 적어도 일부 구간에서만 발광하는 LED들을 나머지 LED들보다 낮은 광속을 가진 LED로 구성함으로써, 플리커 인덱스를 개선할 수 있다. 셋째로, 본 발명에 따른 LED 구동 제어부(400)가 비보상구간 중 적어도 일부 구간에서만 발광하는 LED들이 발광하는 구간에서 LED들에 공급되는 LED 구동전류를 그 외의 구간에서 LED들에 공급되는 LED 구동전류보다 낮게 제어함으로써 플리커 인덱스를 개선할 수 있다. 이하에서 도 3a 내지 도 6를 참조하여 각각의 플리커 인덱스 개선방안에 대하여 상세하게 살펴보도록 한다.
LED 발광부(300)의 구성 변경에 의한 플리커 인덱스 개선
이하에서는, 도 3a 내지 도 4b를 참조하여, LED 발광부(300)의 구성 변경함으로써 LED 조명장치(1000)의 플리커 인덱스를 개선하는 방안에 대하여 살펴보도록 한다. 도 3a 및 도 4a에 도시된 LED 발광부(300)들은 각각 21개의 LED를 포함하고 있는 것으로 가정한다. 또한, 본 발명에 따른 LED 발광부(300)의 총 순방향 전압레벨은 6Vf이며, 역률 보상부(200)는 3Vf의 전압레벨을 보상하도록 구성되어 있는 것으로 가정한다.
도 3a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 발광부의 구성도이고, 도 3b는 도 3a에 따라 구성된 LED 발광부의 교류전압의 양의 반주기를 기준으로 한 광출력 파형도이다. 도 3a를 참조하여 이상에서 살펴본 바와 같이, 제 1 LED 그룹(310)은 5개의 LED들을 포함하며, 제 1 LED 그룹(310)의 순방향 전압레벨은 1Vf이다. 또한, 제 2 LED 그룹(320)은 5개의 LED들을 포함하며, 1Vf의 순방향 전압레벨을 갖는다. 제 3 LED 그룹(330)은 5개의 LED들을 포함하며 1Vf의 순방향 전압레벨을 가지고, 제 4 LED 그룹(340)은 6개의 LED들을 포함하며 3Vf의 순방향 전압레벨을 갖는다. 역률 보상부(200)에 의해 보상될 수 있는 최대 전압레벨이 3Vf이므로, 제 1 LED 그룹(310), 제 2 LED 그룹(320) 및 제 3 LED 그룹(330)이 보상구간에서 발광하게 되며, 그 결과 보상구간에서 발광하는 LED들의 수는 15개(총 LED의 약 71%)이다. 결과적으로, 도 3a에 따라 구성된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 발광부(300)는 도 3b에 도시된 바와 같은 광출력 파형을 보인다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 제 1 LED 그룹(310), 제 2 LED 그룹(320) 및 제 3 LED 그룹(330)은 역률 보상부(200)에 의해 보상받으므로 계속해서 발광상태를 유지하게 되며, 제 4 LED 그룹(340)은 구동전압(Vp)의 전압레벨이 6Vf 이상인 구간에서 발광하게 된다. 이러한 경우, 도 3a 및 도 3b와 동일한 조건 하에서 측정되는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 발광부(300)를 포함하는 LED 조명장치(1000)의 플리커 인덱스는 0.163이다.
도 4a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 LED 발광부의 구성도이고, 도 4b는 도 4a에 따라 구성된 LED 발광부의 교류전압의 양의 반주기를 기준으로 한 광출력 파형도이다. 도 4a를 참조하여 이상에서 살펴본 바와 같이, 제 1 LED 그룹(310)은 10개의 LED들을 포함하며, 제 1 LED 그룹(310)의 순방향 전압레벨은 2Vf이다. 또한, 제 2 LED 그룹(320)은 5개의 LED들을 포함하며, 1Vf의 순방향 전압레벨을 갖는다. 제 3 LED 그룹(330)은 4개의 LED들을 포함하며 1Vf의 순방향 전압레벨을 가지고, 제 4 LED 그룹(340)은 2개의 LED들을 포함하며 2Vf의 순방향 전압레벨을 갖는다. 역률 보상부(200)에 의해 보상될 수 있는 최대 전압레벨이 3Vf이므로, 제 1 LED 그룹(310) 및 제 2 LED 그룹(320)이 보상구간에서 발광하게 되며, 그 결과 보상구간에서 발광하는 LED들의 수는 15개(총 LED의 약 71%)이다. 결과적으로, 도 4a에 따라 구성된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 LED 발광부(300)는 도 4b에 도시된 바와 같은 광출력 파형을 보인다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 제 1 LED 그룹(310) 및 제 2 LED 그룹(320)은 역률 보상부(200)에 의해 보상받으므로 계속해서 발광상태를 유지하게 되며, 제 3 LED 그룹(330)은 구동전압(Vp)의 전압레벨이 4Vf 이상인 구간에서 발광하게 되며, 제 4 LED 그룹(340)은 구동전압(Vp)의 전압레벨이 6Vf 이상인 구간에서 발광하게 된다. 이러한 경우, 도 3a 및 도 3b와 동일한 조건 하에서 측정되는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 발광부(300)를 포함하는 LED 조명장치(1000)의 플리커 인덱스는 0.161이다.
다음의 표 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 발광부(300), 본 발명의 제 2 실시예에 따른 LED 발광부(300)를 각각 포함하는 LED 조명장치(1000)의 플리커 인덱스를 비교해 놓은 표이다.
발광부의 구성 보상구간 발광 LED 비율 F/I
제 1 실시예 1(5개)-1(5개)-1(5개)-3(6개) 71% 0.163
제 2 실시예 2(10개)-1(5개)-1(4개)-2(2개) 71% 0.161
이상의 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 총 LED 중 보상구간에서 발광하는 LED의 비율을 높일수록 플리커 인덱스가 개선되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 동일한 수의 LED들이 보상구간에서 발광하도록 LED 발광부(300)가 구성되더라도, 낮은 전압레벨에서 동작하는 구간에서 발광하는 LED 그룹에 포함되는 LED들의 수가 증가될 수록 플리커 인덱스가 개선되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 제 1 실시예와 제 2 실시예 모두 보상구간에서 15개의 LED들이 발광하도록 구성되어 있지만, 제 1 LED 그룹(310)에 5개의 LED가 포함되고, 제 2 LED 그룹(320)에 5개의 LED가 포함되며, 제 3 LED 그룹(330)에 5개의 LED가 포함되는 제 1 실시예보다, 제 1 LED 그룹(310)에 10개의 LED가 포함되고, 제 2 LED 그룹(320)에 5개의 LED가 포함되는 제 2 실시예의 플리커 인덱스가 더 양호하다는 것을 확인할 수 있다.
LED 믹싱(Mixing)에 의한 플리커 인덱스 개선
한편, 전술한 바와 같이, LED 발광부(300)의 구성을 변경하여 플리커 인덱스 개선하는 방안 외에 플리커 인덱스를 개선하기 위한 추가적인 방안이 제안된다. 일반적으로 LED 조명장치(1000)의 LED 발광부(300)는 동일한 종류의 LED로 구성된다. 그러나, 본 발명은 LED 그룹별로 상이한 종류의 LED들을 혼용함으로써 플리커 인덱스를 개선하는 방안을 제안한다. 즉, 도 1을 참조하여 살펴본 바와 같이, 1 주기를 기준으로, 광출력이 균일하면 균일할수록 플리커 인덱스가 양호하고, 광출력의 편차가 크면 클수록 플리커 인덱스가 나쁘다. 광출력에 영향을 미칠 수 있는 일 요소로써 LED의 광속을 고려할 수 있으며, 이러한 점에 착안하여, 본 발명에 따른 LED 발광부(300)가 구성될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 LED 발광부(300)는 평균 광출력보다 광출력이 높은 구간에서만 발광하는 적어도 하나의 LED 그룹을 다른 LED 그룹을 구성하는 LED에 비하여 광속이 낮은 LED를 사용하여 구성함으로써, 광출력의 편차를 개선할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따른 LED 발광부(300)는 보상구간에서 발광하는 LED 그룹의 경우 광속이 상대적으로 높은 LED를 사용하여 구성하고, 보상구간에서 발광하지 않는 LED 그룹의 경우 광속이 상대적으로 낮은 LED를 사용하여 구성할 수 있다. 물론 실시예에 따라, 보상구간에서 발광하지 않는 LED 그룹이 복수로 존재하는 경우, 해당 LED 그룹들 전체를 광속이 낮은 LED를 사용하여 구성할 수도 있으며, 또는 해당 LED 그룹들 중 일부만을 광속이 낮은 LED를 사용하여 구성할 수도 있다.
도 5a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 발광부의 LED 믹싱 여부에 따른 광출력 파형의 비교도이다. 도 5a의 좌측에는 LED 믹싱을 적용하지 않은 제 1 실시예에 따른 LED 발광부(300)를 포함하는 LED 조명장치(1000)의 광출력 파형이 도시되어 있으며, 도 5a의 우측에는 LED 믹싱을 적용한 제 1 실시예에 따른 LED 발광부(300)를 포함하는 LED 조명장치(1000)의 광출력 파형이 도시되어 있다. LED 믹싱을 적용한 제 1 실시예에 따른 LED 발광부(300)를 포함하는 LED 조명장치(1000)의 경우, 보상구간에서 발광하는 제 1 LED 그룹(310) 내지 제 3 LED 그룹(330)은 제 1 광속을 갖는 LED로 구성되며, 보상구간에서 발광하지 않는 제 4 LED 그룹(340)은 제 1 광속보다 낮은 제 2 광속을 갖는 LED로 구성될 수 있다. 도 5a에서 확인할 수 있는 바와 같이, LED 믹싱을 적용한 LED 조명장치(1000)의 광출력 파형이 LED 믹싱을 적용하지 않은 LED 조명장치(1000)의 광출력 파형보다 플리커 인덱스가 개선되는 것을 확인할 수 있다.
도 5b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 LED 발광부의 LED 믹싱 여부에 따른 광출력 파형의 비교도이다. 도 5b의 좌측에는 LED 믹싱을 적용하지 않은 제 2 실시예에 따른 LED 발광부(300)를 포함하는 LED 조명장치(1000)의 광출력 파형이 도시되어 있으며, 도 5b의 우측에는 LED 믹싱을 적용한 제 2 실시예에 따른 LED 발광부(300)를 포함하는 LED 조명장치(1000)의 광출력 파형이 도시되어 있다. LED 믹싱을 적용한 제 1 실시예에 따른 LED 발광부(300)를 포함하는 LED 조명장치(1000)의 경우, 보상구간에서 발광하는 제 1 LED 그룹(310) 및 제 2 LED 그룹(320)은 상대적으로 광속이 높은 LED로 구성되며, 보상구간에서 발광하지 않는 제 3 LED 그룹(330) 및 제 4 LED 그룹(340)은 상대적으로 광속이 낮은 LED로 구성될 수 있다. 또한, 실시예를 구성하기에 따라, 제 1 LED 그룹(310) 내지 제 3 LED 그룹(330)은 상대적으로 광속이 높은 LED로 구성되며, 제 4 LED 그룹(340)은 상대적으로 광속이 낮은 LED로 구성될 수도 있다. 도 5b에서 확인할 수 있는 바와 같이, LED 믹싱을 적용한 LED 조명장치(1000)의 광출력 파형이 LED 믹싱을 적용하지 않은 LED 조명장치(1000)의 광출력 파형보다 플리커 인덱스가 개선되는 것을 확인할 수 있다.
다음의 표 2는 본 발명의 LED 믹싱을 적용하지 않은 제 1 실시예에 따른 LED 발광부(300), LED 믹싱을 적용한 제 1 실시예에 따른 LED 발광부(300), 본 발명의 LED 믹싱을 적용하지 않은 제 2 실시예에 따른 LED 발광부(300), LED 믹싱을 적용한 제 2 실시예에 따른 LED 발광부(300)를 각각 포함하는 LED 조명장치(1000)의 플리커 인덱스를 비교해 놓은 표이다.
LED 믹싱 F/I
제 1 실시예
(1-1-1-3 구조)		 적용 안함 0.163
적용 함 0.142
제 2 실시예
(2-1-1-2 구조)		 적용 안함 0.161
적용 함 0.149
표 2에 나타난 바와 같이, LED 믹싱 기법을 이용하여 본 발명에 따른 LED 발광부(300)를 구성하는 경우, LED 믹싱 기법을 이용하지 않고 본 발명에 따른 LED 발광부(300)를 구성하는 경우에 비하여, 플리커 인덱스가 개선되는 것을 확인할 수 있다.
LED 구동전류 제어에 의한 플리커 인덱스 개선
한편, 전술한 바와 같이, LED 발광부(300)의 구성을 변경하여 플리커 인덱스 개선하는 방안 및 LED 믹싱 기법 외에 플리커 인덱스를 개선하기 위한 추가적인 방안이 제안된다. 광출력에 영향을 미칠 수 있는 일 요소로써 LED 구동전류(ILED)를 고려할 수 있으며, 이러한 점에 착안하여, 본 발명에 따른 LED 구동 제어부(400)가 구성될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 LED 구동 제어부(400)는 평균 광출력보다 광출력이 높은 구간에서 LED 발광부(300)에 공급되는 LED 구동전류(ILED)를, 그 외의 구간에서 LED 발광부(300)에 공급되는 LED 구동전류(ILED)보다 낮게 제어함으로써 플리커 인덱스를 개선할 수 있다. 다만, 이러한 경우, LED 조명장치(1000)의 전력과 광출력이 낮아질 수 있다는 문제점이 있으므로, 이를 최소화할 수 있는 지점을 이론적 및/또는 실험적으로 결정해야하는 것이 중요하다.
본 발명의 제 1 실시예에 따라 구성된 LED 발광부(300)를 포함하는 LED 조명장치(1000)의 경우, 전술한 바와 같이 보상구간에서는 제 1 LED 그룹(310) 내지 제 3 LED 그룹(330)이 발광하며, 비보상구간에서는 제 1 LED 그룹(310) 내지 제 4 LED 그룹(340)이 모두 발광하게 된다. 따라서, 보상구간에서 제 1 LED 그룹(310) 내지 제 3 LED 그룹(330)에 공급되는 LED 구동전류는 제 3 LED 구동전류(ILED3)이며, 비보상구간에서 제 1 LED 그룹(310) 내지 제 4 LED 그룹(340)에 공급되는 LED 구동전류는 제 4 LED 구동전류(ILED4)이다. 따라서, 본 발명에 따른 LED 구동 제어부(400)는 제 4 LED 구동전류(ILED4)를 제 3 LED 구동전류(ILED3)보다 작은 값으로 정전류 제어함으로써, 플리커 인덱스를 개선할 수 있다. 이러한 예가 도 6에 도시되어 있다. 도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 구동 제어부(400)의 LED 구동전류 제어 여부에 따른 광출력 파형의 비교도이다. 도 6의 왼쪽에는 LED 구동 제어부(400)가 제 4 LED 구동전류(ILED4)를 제 3 LED 구동전류(ILED3)보다 큰 값으로 제어하는 일반적인 구성의 광출력 파형이 도시되어 있으며, 오른쪽에는 LED 구동 제어부(400)가 제 4 LED 구동전류(ILED4)를 제 3 LED 구동전류(ILED3)보다 작은 값으로 제어하는 광출력 파형이 도시되어 있다. 도 6에서 확인할 수 있는 바와 같이, LED 구동 제어부(400)가 제 4 LED 구동전류(ILED4)를 제 3 LED 구동전류(ILED3)보다 작은 값으로 제어하는 경우 그렇지 않은 경우에 비해 플리커 인덱스가 개선되는 것을 확인할 수 있다.
한편, 본 발명의 제 2 실시예에 따라 구성된 LED 발광부(300)를 포함하는 LED 조명장치(1000)의 경우, 전술한 바와 같이 보상구간에서는 제 1 LED 그룹(310) 및 제 2 LED 그룹(320)이 발광하며 이때의 LED 구동전류는 제 2 LED 구동전류(ILED2)이고, 비보상구간 중 구동전압(Vp)의 전압레벨이 4Vf 이상이고 6Vf 미만 구간에서는 제 1 LED 그룹(310) 내지 제 3 LED 그룹(330)이 발광하며 이때의 LED 구동전류는 제 3 LED 구동전류(ILED3)이며, 비보상구간 중 구동전압(Vp)의 전압레벨이 6Vf 이상인 구간에서는 제 1 LED 그룹(310) 내지 제 4 LED 그룹(340)이 발광하며 이때의 LED 구동전류는 제 4 LED 구동전류(ILED4)이다. 따라서, 일 실시예에 있어, 본 발명에 따른 LED 구동 제어부(400)는 제 3 LED 구동전류(ILED3) 및 제 4 LED 구동전류(ILED4) 둘 모두를 제 2 LED 구동전류(ILED2)보다 낮게 제어하도록 구성될 수 있다. 또한, 다른 실시예에 있어, 본 발명에 따른 LED 구동 제어부(400)는 제 3 LED 구동전류(ILED3)는 일반적인 구성과 유사하게 제 2 LED 구동전류(ILED2)보다 크게 제어하며, 제 4 LED 구동전류(ILED4)만을 제 2 LED 구동전류(ILED2) 및/또는 제 3 LED 구동전류(ILED3)보다 작게 제어하도록 구성될 수 있다.
표 3 및 도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 구동 제어부의 LED 구동전류의 크기와 플리커 인덱스의 관계를 도시한 그래프이다. 보다 구체적으로, 도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 구성된 LED 발광부(300)를 포함하는 LED 조명장치(1000)에 있어, 제 4 LED 구동전류(ILED4)의 크기에 따른 플리커 인덱스 변화를 나타낸 그래프이다.
최대 구동전류(mA) 제 4 LED 구동전류(mA) rate(%) F/I
85 41.8 49.18% 0.083
85 46.5 54.71% 0.100
85 50.5 59.41% 0.105
85 53.4 62.82% 0.113
85 56.1 66% 0.131
85 71.3 83.88% 0.152
85 85.0 100% 0.161
표 3 및 도 7에 나타난 것처럼, 제 4 LED 구동전류(ILED4)의 크기가 작으면 작을수록 플리커 인덱스가 개선되는 것을 확인할 수 있다. 다만, 전술한 바와 같이, 일반적인 순차구동(즉, 제 4 LED 구동전류(ILED4)가 가장 큰 구성)과 달리, 제 4 LED 구동전류(ILED4)를 낮은 값으로 제어하게 되면 LED 조명장치(1000)의 전체적인 광출력이 저하될 수 있으므로, 플리커 인덱스를 개선하면서도 전체적인 광출력의 저하를 최소화할 수 있는 최적의 제 4 LED 구동전류(ILED4) 값을 선택해야만 한다. 이러한 최적의 제 4 LED 구동전류(ILED4) 값은 여러가지 요소를 고려하여 이론적으로 결정될 수도 있으며, 및/또는 실험적으로 결정될 수도 있다. 한편, 제 4 LED 구동전류(ILED4)의 제어는 전술한 바와 같은 LED 구동 제어부(400) 자체의 정전류 제어기능을 사용할 수도 있으며, 별도의 전류 제한 소자를 이용할 수도 있다.
이상에서 LED 조명장치(1000)의 플리커 인덱스를 개선하기 위한 3가지 방안에 대하여 살펴보았다. 여기서 주의해야 할 점은, 전술한 3가지 방안이 각기 독립적으로 LED 조명장치(1000)에 적용될 수도 있으며, 또는, 3가지 방안 중 복수의 방안이 복합적으로 LED 조명장치(1000)에 적용될 수도 있다는 것이다.
1000 : LED 조명장치 100 : 정류부
200 : 역률 보상부 300 : LED 발광부
310 : 제 1 LED 그룹 320 : 제 2 LED 그룹
330 : 제 3 LED 그룹 340 : 제 4 LED 그룹
400 : LED 구동 제어부

Claims (11)

  1. 교류전원에 연결되어 인가되는 교류전압을 전파정류하고, 전파정류된 제 1 정류전압을 제 1 구동전압으로서 LED 발광부에 제공하는 정류부;
    충전구간에서 상기 정류전압을 이용하여 에너지를 충전하며, 보상구간에서 상기 LED 발광부에 제 2 구동전압을 제공하는 역률 보상부;
    제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹(n은 2 이상의 양의 정수)을 포함하여 구성되며, 상기 충전구간에서 상기 제 1 구동전압을 공급받아 발광하며, 상기 보상구간에서 상기 제 2 구동전압을 공급받아 발광하는 LED 발광부; 및
    상기 제 1 구동전압 또는 상기 제 2 구동전압의 전압레벨을 판단하고, 판단된 전압레벨에 따라 상기 제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 광그룹의 순차구동을 제어하는 LED 구동 제어부를 포함하되,
    상기 LED 발광부는 상기 LED 발광부를 구성하는 LED들의 적어도 60%가 상기 보상구간에서 발광하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, LED 조명장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보상구간에서 발광하는 적어도 하나의 LED 그룹의 총 순방향 전압레벨과 상기 보상구간에서 발광하지 않는 적어도 하나의 LED 그룹의 총 순방향 전압레벨의 비는 1:1인 것을 특징으로 하는, LED 조명장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 n은 4이며,
    상기 제 1 LED 그룹 내지 제 4 LED 그룹들 각각의 순방향 전압레벨의 비는 1:1:1:3인 것을 특징으로 하는, LED 조명장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 LED 그룹 내지 제 4 LED 그룹들 각각을 구성하는 LED 개수의 비는 5:5:5:6인 것을 특징으로 하는, LED 조명장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 n은 4이며,
    상기 제 1 LED 그룹 내지 제 4 LED 그룹들 각각의 순방향 전압레벨의 비는 2:1:1:2인 것을 특징으로 하는, LED 조명장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 LED 그룹 내지 제 4 LED 그룹들 각각을 구성하는 LED 개수의 비는 10:5:4:2인 것을 특징으로 하는, LED 조명장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 보상구간이 아닌 구간(비보상구간) 중 적어도 일부 구간에서만 발광하는 적어도 하나의 LED 그룹을 구성하는 LED는 제 1 광속을 가지며, 상기 적어도 하나의 LED 그룹 외의 LED 그룹들을 구성하는 LED 상기 제 1 광속보다 보다 낮은 제 2 광속을 갖는 것을 특징으로 하는, LED 조명장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 (n-1) LED 그룹을 구성하는 LED는 제 1 광속을 가지며, 상기 제 n LED 그룹을 구성하는 LED는 상기 제 1 광속보다 낮은 제 2 광속을 갖는 것을 특징으로 하는, LED 조명장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 구동 제어부는, 비보상구간 중 적어도 일부 구간에서만 발광하는 적어도 하나의 LED 그룹이 발광하는 구간에서 상기 LED 발광부를 구동하기 위한 LED 구동전류를, 상기 비보상구간 중 적어도 일부 구간 외의 구간에서 상기 LED 발광부를 구동하기 위한 LED 구동전류보다 작게 제어하는 것을 특징으로 하는, LED 조명장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 구동 제어부는, 제 n LED 구동전류를 제 (n-1) LED 구동전류보다 작게 제어하는 것을 특징으로 하는, LED 조명장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 역률 보상부는 밸리-필(valley-fill) 회로이며, 상기 제 1 내지 제 n LED 그룹의 총 순방향 전압레벨의 1/2를 보상하는 것을 특징으로 하는, LED 조명장치.
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