KR20150028635A - 균일한 광방출량을 갖는 교류전원 동작용 led 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서로 직렬 연결된 복수 개의 LED 채널로 구성되며 비(非)직류 전원에 의해 구동되는 LED 어레이에 관한 것이다. 복수 개의 LED 채널에 포함된 제1 LED 패키지의 순방향 전압은 제2 LED 패키지의 순방향 전압과 다르다. 이때, 제1 LED 패키지를 통해 흐르는 총 전류의 양이 상기 제2 LED 패키지를 통해 흐르는 총 전류의 양보다 많으며 제1 LED 패키지의 순방향전압이 제2 LED 채널의 순방향전압 이하이다.

Description

균일한 광방출량을 갖는 교류전원 동작용 LED 모듈{AC LED module with uniform intesity of illumination}

본 발명은 복수 개의 LED 패키지들이 결합되어 있는 교류전원용 LED 조명에 관한 것으로서, 특히 LED 조명에서 방출되는 빛의 면 균일도를 향상시키는 기술에 관한 것이다.

LED 기술이 발달하면서 LED는 액정표시장치 뿐만 아니라 일반 조명 분야에도 사용되고 있으며, 조명용 LED를 구동하기 위한 전원으로서 비직류 전원, 예컨대 교류전원을 이용할 수 있다. 교류전원용 LED 조명은 LED 어레이 및 이를 제어하는 부분을 포함하여 구성될 수 있다. 예컨대, 도 1의 (a)에 나타낸 바와 같이 LED 어레이(100)는 복수 개의 LED 패키지(200)가 직렬로 연결된 구성을 할 수 있다. 이때, 각각의 LED 패키지(200)는 도 1의 (b)에 나타낸 바와 같이, 도 1의 (c)에 나타낸 LED 칩(300)이 한 개 또는 복수 개가 직렬로 결합된 것일 수 있다. 이때, LED 어레이(100)에 포함된 각각의 LED 칩(300)의 순방향전압은 모두 같을 수도 있고, 일부 또는 전부 서로 다를 수도 있다.

도 1과 달리 LED 어레이(100)는 복수 개의 LED 패키지(200)가 직렬 및/또는 병렬로 연결된 구성을 할 수도 있으며, 각각의 LED 패키지(200) 내에 복수 개의 LED 칩(300)이 포함된 경우, 한 개의 LED 패키지 내에서 LED 칩(300)들은 서로 직렬 및/또는 병렬로 연결된 구성을 할 수도 있다. 교류전원용 LED 조명이 대체로 구(globe)의 형상을 하고 있는 경우에, LED 패키지(201~212)들은 도 2a와 같이 PCB 보드(101) 위의 미리 결정된 위치에 배치될 수 있다. 또한 다른 예로서 교류전원용 LED 조명이 대체로 긴 막대의 형상을 하고 있는 경우에, LED 패키지(201~212)들은 도 2b와 같이 PCB 보드(101) 위의 미리 결정된 위치에 배치될 수 있다. LED 패키지(201~212)는 순서대로 서로 직렬로 연결되어 있을 수 있으며, 4개의 LED 채널(31~34)로 그룹핑 될 수 있다. 각각의 LED 채널은 서로 다른 발광특성을 가지도록 제어될 수 있다. 그리고 각 LED 패키지(200) 내에 포함된 한 개 또는 복수 개의 LED 칩들은 육안으로는 쉽게 식별되지 않을 수도 있다.

LED 패키지들이 직렬/병렬 연결된 LED 조명을 교류전원을 이용하여 동작시키는 다양한 종래기술들이 존재한다. 도 2a 및 도 2b에 도시한 LED 어레이(100)가 교류전원에 의한 종래기술의 동작원리에 따라 제어되는 경우, 12개의 LED 패키지(200) 중 일부는 정현파 형태를 갖는 교류 순간전압이 제1 전압레벨(ex: 30V)보다 큰 시 구간에서만 발광하도록 되어 있지만, 다른 일부는 교류 순간전압이 상기 제1 전압레벨보다 큰 제2 전압레벨(ex: 60V)보다 큰 시 구간에서만 발광하도록 되어 있다. 이때, 교류전원용 LED 조명에 충분한 크기의 AC 전압이 인가되지 않으면 전혀 발광하지 않는 LED 패키지(200)가 한 개 이상 발생할 수도 있다. 또는 너무 큰 전압이 인가되는 경우 LED 조명이 고장날 가능성이 높아진다. 따라서 한 개의 LED 조명에 있어서 육안으로 관찰되는 광 강도는 복수 개의 LED 패키지 별로 서로 다르게 되며, 따라서 LED 조명에서 방출되는 면 균일도가 악화되는 문제가 발생할 수 있다.

상술한 바와 같이, 한 개의 LED 어레이(100)를 구성하는 LED 패키지(201~212)들이 미리 결정된 위치에 배치되어 있을 수 있다. 그런데 LED 어레이(100)가 교류전원과 같은 비직류 전원에 의해 구동되는 경우, LED 패키지(201~212)들 중 일부는 다른 일부에 비하여 항상 더 오랜 시간 동안 발광하며 더 많은 전력을 소모하게 된다. 따라서 LED 어레이(100)에 포함된 LED 패키지 별 광강도의 균일성이 감소할 수 있다는 문제가 있다.

본 발명에서는 상술한 문제점들을 해결하기 위한 LED 어레이(100)의 구조를 제공하고자 한다.

본 발명의 범위가 상술한 과제에 의해 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 일 관점에 따라 서로 직렬 연결된 복수 개의 LED 채널로 구성되며 비(非)직류 전원에 의해 구동되는 LED 어레이가 제공될 수 있다. 이때, 상기 복수 개의 LED 채널에 포함된 제1 LED 패키지의 순방향 전압은 제2 LED 패키지의 순방향 전압과 다르다.

이때, 상기 제1 LED 패키지를 통해 흐르는 총 전류의 양이 상기 제2 LED 패키지를 통해 흐르는 총 전류의 양보다 많으며, 상기 제1 LED 패키지의 순방향전압이 상기 제2 LED 채널의 순방향전압 이하일 수 있다.

이때, 상기 제1 LED 패키지와 상기 제2 LED 패키지는 단일 종류의 LED 칩으로 구성될 수 있다.

이때, 상기 복수 개의 LED 채널 중 제1 LED 채널에 포함된 LED 패키지의 개수는 제2 LED 채널에 포함된 LED 패키지의 개수와 다를 수 있다.

본 발명의 다른 관점에 따라 비(非)직류 전원에 의해 구동되는 LED 조명이 제공될 수 있다. 이 LED 조명은 서로 직렬 연결된 복수 개의 LED 채널를 포함하여 구성된 LED 어레이; 및 상기 LED 어레이를 구동하는 전원 모듈을 포함한다. 그리고 상기 복수 개의 LED 채널에 포함된 제1 LED 패키지의 순방향 전압은 제2 LED 패키지의 순방향 전압과 다르다.

본 발명의 또 다른 관점에 따라 직렬 연결된 복수 개의 LED 채널을 포함하며 비(非)직류 전원에 의해 구동되는 LED 어레이가 제공될 수 있다. 이때, 상기 복수 개의 채널 중 제1 LED 채널을 통해 흐르는 총 전류의 양이 상기 복수 개의 채널 중 제2 LED 채널을 통해 흐르는 총 전류의 양보다 많은 경우, 상기 제1 LED 채널의 순방향전압이 상기 제2 LED 채널의 순방향전압 이하이다.

이때, 상기 제1 LED 채널을 통해 전류가 흐르는 시간이 상기 제2 LED 채널을 통해 전류가 흐르는 시간보다 길 수 있다.

이때, 상기 복수 개의 LED 채널 각각의 캐쏘드 측은 상기 비직류 전원의 순간전압에 따라 가장 많은 개수의 LED 채널을 발광시킬 수 있도록 되어 있는 전류 스위칭 회로에 연결될 수 있다.

이때, 전류가 상기 제1 LED 채널로부터 상기 제2 LED 채널을 향해 흐른다.

이때, 상기 제1 LED 채널과 상기 제2 LED 채널은 각각 동일한 개수의 LED 패키지로 구성될 수 있다.

이때, 상기 제1 LED 채널이 상기 제2 LED 채널보다 전원부의 양극에 가깝게 더 배치되어 있을 수 있다.

본 발명에 따르면 LED 조명의 LED 패키지 별 광강도의 균일성을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 범위가 상술한 효과에 의해 제한되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에서 사용되는 LED 어레이, LED 패키지, 및 LED 칩의 개념을 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에서 사용될 수 있는 LED 패키지의 실장구조를 나타낸 것이다.
도 2b는 본 발명의 다른 실시예에서 사용될 수 있는 LED 패키지의 실장구조를 나타낸 것이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에서 사용될 수 있는 LED 조명의 구동 구조를 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따라 복수 개의 채널을 포함하는 LED 조명의 각 채널의 구성을 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명의 각 채널의 구성을 도 2b 및 도 3a에 나타낸 참조번호를 이용하여 설명한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 교류전압의 시간에 따른 LED 어레이의 동작상태를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하기 위하여 도시한 LED 모듈의 일 구성예를 나타낸 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 아래의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이러한 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 도면에 표시된 각 구성요소들의 관계는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에서 사용될 수 있는 LED 조명 시스템을 설명하기 위한 다이어그램이다. 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따라 복수 개의 채널을 포함하는 LED 조명의 각 채널의 구성을 설명하기 위한 다이어그램이다. 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명의 각 채널의 구성을 도 2b 및 도 3a에 나타낸 참조번호를 이용하여 설명한 것이다.

이하, 도 2b, 도 3a, 도 3b, 및 도 3c를 함께 참조하여 본 발명에 따른 일 실시예를 설명한다.

LED 조명 시스템은 전원부(20), LED 어레이(100), LED 구동 IC(40), 및 저항(50)을 포함하여 구성될 수 있다. 그리고 LED 조명 시스템은 외부의 교류전원(10)에 의해 구동될 수 있다.

도 3a의 전원부(20)는 외부로부터 입력받은 상용의 교류전원(10)을 반파 정류, 또는 전파 정류한 파형을 제공할 수 있다. 이를 위하여 전원부(20)는 브릿지 다이오드를 포함하여 구성될 수 있다. 또는, 전원부(20)는 정현파형이 임의의 모양으로 형성된 파형을 제공할 수도 있다. 예컨대 전원부(20)는 구형파 모양의 파형을 제공할 수도 있다. 전원부(20)는 입출력 손실율 x를 가질 수 있다. 예컨대, x=5%인 경우에는 피크전압이 141V인 교류전원(10)이 입력된 경우, 전원부(20)에 의해 정류된 파형의 피크전압은 141*0.95V일 수 있다.

도 3a의 LED 어레이(100)는 도 1의 (a)에 나타낸 LED 어레이(100)를 채널 단위(30)로 나누어 표현된 것이다. 즉, 이 실시예에서 LED 어레이(100)에 포함된 총 12개의 LED 패키지(201~212)는 직렬로 연결되어 있는 n개(ex: n=4)의 LED 채널(31~34)로 구분된다. 즉, 서로 다른 LED 채널은 서로 다른 LED 패키지들의 조합인 것으로 이해될 수 있다. 그리고 각 LED 채널(31~34)은 도 3b에 나타낸 바와 같이 한 개 또는 복수 개의 LED 패키지(200)로 구성될 수 있다. 구체적으로, 일 실시예에서, 채널(31), 채널(32), 채널(33), 및 채널(34)는 각각 도 2b에 나타낸 3개의 LED 패키지(201~203), 3개의 LED 패키지(204~206), 3개의 LED 패키지(207~209), 그리고 3개의 LED 패키지(210~212)로 구성된다.

LED 구동 IC(40)는 n개(ex: n=4)의 스위치(41~44)를 포함하고 있다. m번째 스위치는 m번째 LED 채널(30)의 캐쏘드 쪽에 연결되어 있다(단, m은 n이하의 자연수). LED 구동 IC(40)의 각 스위치(41~44)는 FET(Field Effect Transistor), 특히, NMOS FET로 구성될 수 있다. 그리고 저항(50)은 가변저항으로 구성할 수도 있다. 저항(50)의 일 단자는 LED 구동 IC(40)에 포함되어 있는 각 스위치(41~44)에 연결되어 있다. 따라서 저항(50)에 흐르는 전류는 스위치(41~44)에 흐르는 전류의 합이 된다.

본 실시예에 따른 LED 구동 IC(40)는 다음과 같이 동작한다.

먼저 초기에는 LED 구동 IC(40)의 모든 스위치(41~44)를 온(on) 상태인 쇼트 상태로 설정한다. 이후에 전원부(20)에서 출력된 입력전압(Vd)의 크기에 따라, LED 어레이(100)를 통해 저항(50)에 걸리는 센싱전압(Vr)에 의해서 LED 구동 IC(40)의 스위치(41~44)는 자동으로 스위칭될 수 있다.

본 실시예에서는 저항(50)은 예를 들어 10옴(Ω)으로 설정할 수 있다.

다음 <표 1>은 각 스위치(41~44)의 포화 전류값(Id)과, 각 스위치(41~44)에 포화 전류(Id)가 흐르는 경우에 있어서 저항(50)에 걸리는 센싱전압(Vr)을 나타낸다.

	Id(mA)	Vr
스위치 41	Id1=20	0.2
스위치 42	Id2=40	0.4
스위치 43	Id3=60	0.6
스위치 44	Id4=80	0.8

이때, 각 LED 채널(31~34)의 순방향전압(Vf1~Vf4)이 각각 50V인 경우를 살펴본다.

입력전압(Vd)이 상승하여 50V 근처에 이르게 되면, LED 채널(31)이 동작하게 되고 스위치(41)를 통해서 전류(I1)가 서서히 흐르게 된다.

입력 전압(Vd)이 50V 이상이 되면 스위치(41)에는 20mA의 포화전류가 흐르고 저항(50)에 걸리는 센싱전압(Vr)은 0.2V 가 된다.

입력전압(Vd)이 상승하여 100V 근처에 이르게 되면 LED 채널(32)이 동작하게 되고 스위치(42)를 통해서 전류(I2)가 서서히 흐르게 된다. 이때에 저항(50)에서는 스위치(41)에 흐르는 전류인 20mA와 스위치(42)에 흐르는 전류(I2)의 합만큼 전류가 흐르게 된다. 입력전압(Vd)이 점차 상승하여 스위치(42)를 통해 흐르는 전류(I2)가 점차 증가하게 되면, 저항(50)에 걸리는 센싱전압(Vr)이 점차 상승하고 상대적으로 스위치(41)의 게이트에 입력되는 전압(Vgs1)이 낮아지게 되어 스위치(41)는 온 상태에서 오프 상태로 바뀌는 스위칭 조건에 들어가게 된다.

입력전압(Vd)이 100V 이상이 되면 스위치(42)에는 40mA의 포화전류가 흐르고 스위치(41)는 완전히 오프 상태가 된다. 그리고 저항(50)에 걸리는 센싱전압(Vr)은 0.4V 가 된다.

입력전압(Vd)이 상승하여 150V 근처에 이르게 되면 LED 채널(33)이 동작하게 되고 스위치(43)를 통해서 전류(I3)가 서서히 흐르게 된다. 이때에 저항(50)에서는 스위치(42)에 흐르는 전류인 40mA와 스위치(43)에 흐르는 전류(I3)의 합만큼 전류가 흐르게 된다. 입력전압(Vd)이 점차 상승하여 스위치(43)를 통해 흐르는 전류(I3)가 점차 증가하게 되면, 저항(50)에 걸리는 센싱전압(Vr)이 점차 상승하고 상대적으로 스위치(42)의 게이트에 입력되는 전압(Vgs2)이 낮아지게 되어 스위치(42)는 온 상태에서 오프 상태로 바뀌는 스위칭 조건에 들어가게 된다.

입력전압(Vd)이 150V 이상이 되면 스위치(43)에는 60mA의 포화전류가 흐르고 스위치(42)는 완전히 오프 상태가 된다. 그리고 저항(50)에 걸리는 센싱전압(Vr)은 0.6V 가 된다.

입력전압(Vd)이 상승하여 200V 근처에 이르게 되면 LED 채널(34)이 동작하게 되고, 스위치(43) 및 스위치(44)를 통해서 전류(I3, I4)가 흐르게 된다. 이때에 저항(50)에서는 스위치(43)에 흐르는 전류인 60mA와 스위치(44)에 흐르는 전류의 합만큼 전류가 흐르게 된다.

입력전압(Vd)이 200V 이상이 되면 스위치(44)에는 80mA의 포화전류가 흐르고 스위치(43)는 완전히 오프 상태가 된다. 그리고 저항(50)에 걸리는 센싱전압(Vr)은 0.8V 가 된다.

상술한 바와 같이 입력전압(Vd)이 상승함에 따라 n개(ex: n=4)의 스위치 중 순차적으로 k+1번째 스위치에 전류가 흐르기 시작하면, k번째 스위치는 오프 상태로 전환되게 된다(ex: k=1).

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 AC 전압의 시간에 따른 LED 어레이의 동작상태를 나타낸 그래프이다.

그래프(400)는, 예컨대 전원부(20)에 의해 반파 또는 전파 정류되어 출력된 전압곡선, 즉 입력전압(Vd) 중 일부만을 표시한 것이다. 그래프(400)는, 예컨대 60Hz, 220V의 상용전원파형 중 1/2주기만큼의 파형일 수 있다.

도 4의 예에서 그래프(400)는 좌우대칭이며, 이 경우, 구간(T0, T1, T2, T3)는 각각 구간(T8, T7, T6, T5)와 동일한 시간 길이를 갖는다.

구간(T0, T8)에서는 입력전압(Vd, 400)이 LED 채널(31)의 순방향전압(Vf1)보다 작기 때문에 4개의 LED 채널(31~34)이 모두 발광하지 않는다.

구간(T1, T7)에서는 입력전압(Vd, 400)이 LED 채널(31)의 순방향전압(Vf1) 이상이지만, 2개의 LED 채널(31, 32)의 순방향전압의 합(=Vf1+Vf2)보다는 작다. 따라서 4개의 LED 채널(31~34) 중 1개의 LED 채널(31)만이 발광한다. 이때, LED 채널(31)에는 전류(I1)가 흐른다.

구간(T2, T6)에서는 입력전압(Vd, 400)이 2개의 LED 채널(31, 32)의 순방향전압의 합(=Vf1+Vf2) 이상이지만, 3개의 LED 채널(31~33)의 순방향전압의 합(=Vf1+Vf2+Vf3)보다는 작다. 따라서 4개의 LED 채널(31~34) 중 2개의 LED 채널(31, 32)만이 발광한다. 이때, LED 채널(31, 32)에는 전류(I2)가 흐른다.

구간(T3, T5)에서는 입력전압(Vd, 400)이 3개의 LED 채널(31~33)의 순방향전압의 합(=Vf1+Vf2+Vf3) 이상이지만, 4개의 LED 채널(31, 32, 33, 34)의 순방향전압의 합(=Vf1+Vf2+Vf3+Vf4)보다는 작다. 따라서 4개의 LED 채널(31~34) 중 3개의 LED 채널(31~33)만이 발광한다. 이때, LED 채널(31~33)에는 전류(I3)가 흐른다.

구간(T4)에서는 입력전압(Vd, 400)이 4개의 LED 채널(31~34)의 순방향전압의 합(=Vf1+Vf2+Vf3+Vf4) 이상이다. 따라서 4개의 LED 채널(31~34) 모두가 발광한다. 이때, LED 채널(31~34)에는 전류(I4)가 흐른다.

위의 각 시구간(T1~T8)에서 발광하는 LED 채널을 통해 흐르는 전류의 크기는, 각 시구간(T1~T8)에서 동작하고 있는 각 스위치(41~44)의 포화전류에 의해 제어될 수 있다. 따라서 각 시구간(T1~T8)에서 발광하는 LED 채널을 통해 흐르는 전류의 크기를 조정하고자 한다면 각 스위치(41~44)의 포화전류를 조절하면 된다. 대한민국 등록특허 10-1273384에 공개된 방식 중 하나를 사용하면 각 시구간(T1~T8)에서 발광하는 LED 채널을 통해 흐르는 전류의 크기가 모두 동일하도록 제어할 수도 있다.

한편, 도 4의 시구간(T9) 동안 각 LED 채널에서의 발광량은 아래의 수학식 1과 같이 근사화될 수 있다.

이때, 만일 Vf1 = Vf2 = Vf3 = Vf4 = Vf 를 만족한다면, 즉, 각 LED 채널의 순방향전압이 모두 동일하다면, 시구간(T9) 동안의 각 LED 채널의 광방출량은 수학식 2와 같이 된다.

수학식 2와 같은 조건에 따르면, 도 2a 또는 도 2b와 같이 각 LED 채널에 동일한 개수의 LED 패키지를 배치한 경우에는, 각 LED 채널 및 각 LED 패키지 당 광방출 강도가 서로 다르기 때문에, 면 발광 특성이 비균일하게 되는 문제가 발생한다. 아래의 실시예 1과 실시예 2는 광 균일성을 향상시키기 위한 본 발명의 일부 실시예들을 나타낸 것이다.

<실시예 1>

본 발명의 실시예 1에 따른 LED 조명은 기본적으로 상술한 도 1, 도 2b, 도 3a, 및 도 4에 따른 구성을 가질 수 있다. 이때, Vf1 내지 Vf4 중 적어도 2개 이상이 서로 다른 값을 갖도록 하는 구성을 택할 수 있다.

예컨대, 도 4에서 시구간(T1~T8)에서의 전류의 값 I1=I2=I3=I4=I가 되도록 설계된 경우의 예를 들면, LED 채널(31~34) 각각의 광방출량은 도 4에 표시한 부호 ①, ②, ③, ④가 차지하는 영역의 면적에 대응한다고 볼 수 있다. 이때 부호 ①, ②, ③, ④가 차지하는 영역의 면적을 모두 동일한 값으로 만들어 줄 수 있다면 LED 채널별 광 균일성을 향상시킬 수 있다. 이때 부호 ①, ②, ③, ④가 각각 차지하는 영역의 면적은 가로변과 세로변의 길이를 제어함으로써 변경할 수 있다. 이때, 각 영역의 가로변의 길이와 세로변의 길이는 그래프의 모양에 따라 서로 상관관계를 가지고 변하게 된다. 따라서 특정 영역의 가로변과 세로변의 길이를 독립적으로 변경할 수는 없다는 점을 이해할 수 있다.

전류의 값이 I1=I2=I3=I4=I를 만족하지 않는 경우라고 하더라도 LED 채널별로 순방향 전압을 서로 다르게 조절하는 노력을 통해 LED 조명의 광 균일성을 향상시킬 수 있다.

이를 위하여, 예컨대, 복수 개의 LED 채널 중 전원단(20)에 더 가까이 배치된 LED 채널일수록 더 작은 순방향전압을 갖도록 설계할 수 있다. 이를 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.

즉, 제1 LED 채널이 제2 LED 채널보다 앞단에 있는 경우 제1 LED 채널의 순방향전압이 제2 LED 채널의 순방향전압보다 작도록 설계할 수 있다. 여기서 ‘앞단’이란 전원부(20)에 더 가까운 쪽을 의미할 수 있다. 또는, ‘앞단’이란 전류가 도통되는 시간이 더 길게되는 배치영역을 의미할 수도 있다(도 4를 살펴보면 전류가 도통하는 시간은 각 LED 채널별로 다르다는 것을 확인할 수 있다).

그런데 각 LED 채널의 순방향전압은, 각 LED 채널에 포함된 LED 패키지의 개수, 각 LED 패키지 내에 포함된 LED 칩의 개수 및 특성에 따라 결정될 수 있다. 이때, LED 칩의 종류에 제한이 있는 경우에는 상술한 Vfk(k=1~4) 값을 마음대로 조정하지 못하는 경우가 발생할 수도 있다. 또한, 각 LED 패키지 내에 포함된 LED 칩의 개수와 각 LED 채널에 포함되는 LED 패키지의 개수가 모두 이산값을 가지기 때문에 상술한 Vfk(k=1~4) 값을 마음대로 조정하지 못하는 경우가 발생할 수도 있다. 이와 같이 수학식 3을 만족하도록 LED 어레이를 설계하지 못하는 경우에는, 최소한 Vf1 < Vf4의 관계를 만족하도록 설계될 수 있다.

<본 발명의 실시예 2>

도 5는 본 발명의 실시예 2를 설명하기 위하여 도시한 LED 모듈의 일 구성예를 나타낸 것이다.

본 발명의 실시예 2에 따른 LED 조명은 상술한 실시예 1과 유사한 구성을 갖는다. 다만, 각 LED 채널에 포함된 LED 패키지의 개수가 도 5에 나타낸 것과 같이 서로 동일하지 않을 수 있다.

도 5에서 LED 채널(31~33)은 각각 3개의 LED 패키지들로 구성되고, LED 채널(34)은 2개의 LED 패키지들로 구성된다. 이때, 예컨대 각 LED 채널에 동일한 전력 3*P가 배분되도록 설계할 수 있다. 그리고 LED 패키지(201~209)가 각각 서로 동일한 순방향 전압을 갖도록 되어 있고, LED 패키지(210~211)가 각각 서로 동일한 순방향 전압을 갖도록 되어 있을 수 있다. 이 경우, LED 패키지(201~209)에는 각각 P의 전력이 배분되고, LED 패키지(210~211)에는 1.5*P의 전력이 배분된다. 그 결과 LED 패키지별 방출광량이 일정하지 않다는 문제가 발생할 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 적어도 2개의 서로 다른 LED 채널이 서로 다른 전력을 소비하도록 설계할 수 있다. 예컨대, LED 채널(31~33)에는 각각 3*P의 전력이 배분되고, LED 채널(34)에는 2*P의 전력이 배분되도록 설계할 수 있다. 이렇게 하면, LED 패키지(210~211)는 각각 P의 전력이 배분되어 LED 패키지별 광 방출량을 균일하게 만들 수 있다.

각각의 LED 패키지(210~211)가 일정한 간격으로 배치되고 LED 패키지별 광 방출량이 균일하면, LED 패키지(210~211)를 포함하는 LED 조명의 면 발광의 공간분포가 균일하게 유지될 수 있다.

도 3a의 전원부(20), LED 구동 IC(40), 및 저항(50)을 통틀어 전원 모듈이라고 지칭할 수 있다. 그리고 도 3a의 LED 어레이(100) 및 이를 실장하기 위한 PCB 보드(101)를 통틀어 LED 모듈이라고 지칭할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 LED 모듈과 전원 모듈이 일체형으로 제공될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서는 LED 모듈과 전원 모듈이 별도로 제공되어 케이블에 의해 서로 결합될 수도 있다.

지금까지 LED 모듈이 4개의 채널의 갖고 있는 경우의 예를 설명하였으나, 임의의 개수의 채널로 설계된 LED 조명에도 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있다.

본 명세서에서 채널이란 한 개의 LED 조명 내에서 서로 다른 발광특성을 갖는 LED 칩 또는 LED 패키지들을 모아놓은 것을 의미할 수 있다. 예컨대, 도 4와 같이 발광 시작 및 종료 시점이 서로 다른 LED 칩 또는 LED 패키지들은 서로 다른 채널에 속할 수 있다.

본 명세서에서는 LED 구동 IC가 도 3a와 같은 구성을 갖는 경우의 예를 설명하였으나, LED 어레이(100)의 각 채널(30) 사이에 연결되어 도 3a와 동일 또는 유사 기능을 하는 어떠한 형태의 LED 어레이 구동장치라도 본 발명의 실시예들과 결합될 수 있다는 점을 쉽게 이해할 수 있다.

본 명세서에서 두 개의 LED 채널이 서로 직렬로 연결되어 있다는 것은, 상기 두 개의 LED 채널에 전류가 동시에 흐를 때에, 상기 두 개의 LED 채널을 통해 흐르는 상기 전류의 크기가 실질적으로 서로 같다는 것을 의미할 수 있다. 특히, 두 개의 LED 채널에 연결된 스위치들의 온/오프 상태가 변경되는 일부 천이 시구간을 제외하고는 상기 전류의 크기가 실질적으로 서로 같다는 것을 의미할 수 있다.

본 발명에 따른 LED 어레이의 구성이 정현파 형태의 전원에만 적용될 수 있는 것은 아니다. 즉, 상기 LED 어레이에 직접 입력되는 전원의 파형은 비(非)직류 형태의 임의의 형상의 파형을 가질 수 있다. 그리고 바람직하게는 위 전원의 크기는 한 쪽 방향의 극성만을 가지고 있을 수 있다.

본 명세서의 "발명의 배경이 되는 기술"에 설명한 내용은 본 발명에서 보호받고자 하는 기술의 범위를 설명하기 위해 필요한 내용을 서술한 것이며, 종래에 이미 공개되어 있던 내용임을 인지하고 서술한 것은 아니다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10: 외부 전원 20: 전원부
30, 31~34: LED 채널 40: LED 구동 IC(전류 스위칭 회로)
41~44: 스위치 50: 저항
100: LED 어레이 200, 201~212: LED 패키지
300: LED 칩 400: LED 어레이 입력전압
500: 동작 중인 LED 채널들의 총 순방향전압

Claims (12)

1. 서로 직렬 연결된 복수 개의 LED 채널로 구성되며 비(非)직류 전원에 의해 구동되는 LED 어레이로서, 상기 복수 개의 LED 채널에 포함된 제1 LED 패키지의 순방향 전압은 제2 LED 패키지의 순방향 전압과 다른, LED 어레이.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 LED 패키지를 통해 흐르는 총 전류의 양이 상기 제2 LED 패키지를 통해 흐르는 총 전류의 양보다 많으며, 상기 제1 LED 패키지의 순방향전압이 상기 제2 LED 채널의 순방향전압 이하인 것을 특징으로 하는, LED 어레이.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 LED 패키지와 상기 제2 LED 패키지는 단일 종류의 LED 칩으로 구성되어 있는, LED 어레이.
4. 제1항에 있어서, 상기 복수 개의 LED 채널 중 제1 LED 채널에 포함된 LED 패키지의 개수는 제2 LED 채널에 포함된 LED 패키지의 개수와 다른, LED 어레이.
5. 비(非)직류 전원에 의해 구동되는 LED 조명으로서,
   서로 직렬 연결된 복수 개의 LED 채널를 포함하여 구성된 LED 어레이; 및
   상기 LED 어레이를 구동하는 전원 모듈
   을 포함하며,
   상기 복수 개의 LED 채널에 포함된 제1 LED 패키지의 순방향 전압은 제2 LED 패키지의 순방향 전압과 다른,
   LED 조명.
6. 제5항에 있어서, 상기 제1 LED 패키지를 통해 흐르는 총 전류의 양이 상기 제2 LED 패키지를 통해 흐르는 총 전류의 양보다 많으며, 상기 제1 LED 패키지의 순방향전압이 상기 제2 LED 채널의 순방향전압 이하인 것을 특징으로 하는, LED 조명.
7. 직렬 연결된 복수 개의 LED 채널을 포함하며 비(非)직류 전원에 의해 구동되는 LED 어레이로서,
   상기 복수 개의 채널 중 제1 LED 채널을 통해 흐르는 총 전류의 양이 상기 복수 개의 채널 중 제2 LED 채널을 통해 흐르는 총 전류의 양보다 많은 경우, 상기 제1 LED 채널의 순방향전압이 상기 제2 LED 채널의 순방향전압 이하인 것을 특징으로 하는,
   LED 어레이.
8. 제7항에 있어서, 상기 제1 LED 채널과 상기 제2 LED 채널은 각각 동일한 개수의 LED 패키지로 구성된 것을 특징으로 하는, LED 어레이.
9. 제7항에 있어서, 상기 제1 LED 채널을 통해 전류가 흐르는 시간이 상기 제2 LED 채널을 통해 전류가 흐르는 시간보다 긴, LED 어레이.
10. 제7항에 있어서, 상기 복수 개의 LED 채널 각각의 캐쏘드 측은 상기 비직류 전원의 순간전압에 따라 가장 많은 개수의 LED 채널을 발광시킬 수 있도록 되어 있는 전류 스위칭 회로에 연결되도록 되어 있는, LED 어레이.
11. 제7항에 있어서, 전류가 상기 제1 LED 채널로부터 상기 제2 LED 채널을 향해 흐르는, LED 어레이.
12. 제7항에 있어서, 상기 제1 LED 채널이 상기 제2 LED 채널보다 전원부의 양극에 가깝게 더 배치되어 있는, LED 어레이.

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