KR20160116886A - 색온도 디밍 제어가 가능한 led 조명장치 - Google Patents

색온도 디밍 제어가 가능한 led 조명장치 Download PDF

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Abstract

색온도 디밍 제어가 가능한 LED 조명장치가 개시된다. 색온도 디밍 제어가 가능한 LED 조명장치는 교류전원에 연결되어 인가되는 교류전압을 정류하고, 정류전압을 LED 발광부에 제공하는 정류부; 제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹(n은 2 이상의 양의 정수)을 포함하여 구성되며, 상기 정류부로부터 상기 정류전압을 공급받아 발광하는 LED 발광부; 및 상기 정류전압의 전압레벨에 따라 상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹의 순차구동을 제어하고, 동작구간별로 LED 구동전류를 미리 설정된 동작구간별 LED 구동전류 값에 기초하여 정전류 제어하되, 디밍레벨을 검출하고 검출된 디밍레벨에 따라 상기 LED 발광부의 디밍제어를 수행하는 LED 구동 제어부를 포함하며, 상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹 중 적어도 하나의 LED 그룹은 나머지 LED 그룹들의 색온도와 상이한 색온도를 갖는다.

Description

색온도 디밍 제어가 가능한 LED 조명장치{A LED LIGHTING APPARATUS CAPABLE OF COLOR TEMPERATURE DIMMING CONTROL}
본 발명은 색온도 디밍 제어가 가능한 LED 조명장치에 관한 것으로서, 더 구체적으로, LED 조명장치로부터 출력되는 광의 조도 및 색온도를 제어할 수 있는 색온도 디밍 제어가 가능한 LED 조명장치에 관한 것이다.
LED가 개발되어 조명장치에 사용되면서, 점점 더 다양한 색을 나타내는 LED 조명장치가 개발되고 있다. 통상적으로 이러한 유색 LED 조명장치는 적색(red) LED, 청색(blue) LED, 및 녹색(green) LED의 밝기를 조절하여 원하는 색을 출력하도록 구성되어 있다. 종래기술에 따른 유색 LED 조명장치의 경우, 사람이 인지할 수 없는 시간을 설정하고 설정된 시간을 정해진 비율로 나누어 원하는 색을 표현하도록 구성된다. 보다 구체적으로, 이러한 유색 LED 조명장치는 PWM 신호의 형태로 전류를 LED에 인가하여 원하는 색을 표현하도록 구성될 수도 있으며, 또는 전류 이득을 조절하여 원하는 색을 표현하도록 구성될 수도 있다.
한편, 근래에 들어 LED 조명장치가 단순히 조명장치로써만 활용되는 것이 아니라, 감성 조명을 구현하기 위한 감성 조명장치로써 활용되기 시작하고 있다. 즉, 전술한 바와 같이 구성되는 종래기술에 따른 유색 LED 조명장치를 감성 조명장치로 활용하기 시작하고 있다. 그러나, 이러한 종래기술에 따른 유색 LED 조명장치의 경우 적색 LED, 청색 LED, 및 녹색 LED를 사용하고 원하는 색에 따라 적색 LED, 청색 LED, 및 녹색 LED 각각의 밝기를 제어해야만 하기 때문에, LED 구동회로의 구성이 복잡하고 제조비용이 비싸다는 문제점이 있었다. 또한, 이러한 종래기술에 따른 유색 LED 조명장치의 경우 AD/DC 컨버터 등을 이용한 직류 구동방식의 제품만이 생산되고 있으며, 일반적으로 디밍기능이 지원되지 않는 문제점이 있었다. 또한, 이러한 종래기술에 따른 유색 LED 조명장치의 경우 연색성(color rendering index: CRI)를 원하는 만큼 유지하기가 어려워 사용자에게 거부감을 느끼게 하는 색을 구현하게 되며, 비트 수에 따라 다수의 색을 구현할 수 있지만 실질적으로 사용되는 색은 3~4가지이기 때문에 LED 조명장치가 불필요하게 복잡해진다는 문제점을 가지고 있다. 또한, AD/DC 컨버터 등을 이용한 직류 구동방식의 LED 조명장치의 경우 역률(power factor: PF)을 높이기 위해 별도의 역률 보상 회로가 필요하다는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것이다.
본 발명은, 교류 순차 구동 방식의 LED 조명장치에 있어, 색온도 디밍 제어가 가능한 LED 조명장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 선셋(sunset) 효과를 구현할 수 있는 색온도 디밍 제어가 가능한 LED 조명장치를 제공하는 것을 다른 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 복잡한 디밍 제어 회로 없이 LED 구동 전류의 제어를 통해 색온도 디밍 제어를 수행할 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 정류하고, 정류전압을 LED 발광부에 제공하는 정류부; 제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹(n은 2 이상의 양의 정수)을 포함하여 구성되며, 상기 정류부로부터 상기 정류전압을 공급받아 발광하는 LED 발광부; 및 상기 정류전압의 전압레벨에 따라 상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹의 순차구동을 제어하고, 동작구간별 LED 구동전류를 미리 설정된 동작구간별 LED 구동전류 값에 기초하여 정전류 제어하되, 디밍레벨을 검출하고 검출된 디밍레벨에 따라 상기 LED 발광부의 디밍제어를 수행하는 LED 구동 제어부를 포함하며, 상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹 중 적어도 하나의 LED 그룹은 나머지 LED 그룹들의 색온도와 상이한 색온도를 갖는, LED 조명장치가 제공된다.
바람직하게, 상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹 중 적어도 하나의 LED 그룹은 서로 상이한 색온도를 갖는 LED들을 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹 중 적어도 하나의 LED 그룹은 웜-화이트(warm-white) LED, 쿨-화이트(cool-white) LED 및 앰버(amber) LED 중 적어도 2가지 종류의 LED를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 LED 구동 제어부는 동작구간별로 LED 구동전류를 설정하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹 중 적어도 하나의 LED 그룹은 웜-화이트 LED를 포함하며, 나머지 LED 그룹들은 쿨-화이트 LED를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹 중 적어도 하나의 LED 그룹은 앰버 LED를 포함하며, 나머지 LED 그룹들은 쿨-화이트 LED를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹의 구성은 디밍레벨에 걸친 상기 LED 발광부의 상관 색온도(correlated color temperature: CCT) 곡선 및 디밍레벨에 걸친 상기 LED 발광부의 광 출력(flux) 곡선에 기초하여 설계될 수 있다.
바람직하게, 상기 미리 설정된 동작구간별 LED 구동전류 값은 디밍레벨에 걸친 상기 LED 발광부의 상관 색온도(correlated color temperature: CCT) 곡선 및 디밍레벨에 걸친 상기 LED 발광부의 광 출력(flux) 곡선에 기초하여 설정될 수 있다.
바람직하게, 상기 LED 구동 제어부에 연결되어 상기 LED 구동 제어부로부터 내부 전압을 공급받아 발광하는 추가 LED 발광부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 교류전원에 연결되어 인가되는 교류전압을 정류하고, 정류전압을 LED 발광부에 제공하는 정류부; 제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹(n은 2 이상의 양의 정수)을 포함하여 구성되며, 상기 정류부로부터 상기 정류전압을 공급받아 발광하는 LED 발광부; LED 구동 제어부의 제어에 따라 상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹 사이의 직병렬 연결관계를 제어하는 직병렬 제어 스위치부; 및 상기 정류전압의 전압레벨에 따라 상기 직병렬 제어 스위치부를 제어하여 상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹 사이의 직병렬 연결관계를 변경하며, 동작구간별 LED 구동전류를 미리 설정된 동작구간별 LED 구동전류 값에 기초하여 정전류 제어하되, 디밍레벨을 검출하고 검출된 디밍레벨에 따라 상기 LED 발광부의 디밍제어를 수행하는 LED 구동 제어부를 포함하며, 상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹 중 적어도 하나의 LED 그룹은 나머지 LED 그룹들의 색온도와 상이한 색온도를 갖는, LED 조명장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 교류전원에 연결되어 인가되는 교류전압을 정류하고, 정류전압을 제 1 LED 모듈 및 제 2 LED 모듈에 제공하는 정류부; 상기 정류부로부터 상기 정류전압을 공급받아 발광하는 제 1 LED 모듈로서, 상기 제 1 LED 모듈은: 제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹(n은 2 이상의 양의 정수)을 포함하여 구성되며, 상기 정류부로부터 상기 정류전압을 공급받아 발광하는 제 1 LED 발광부; 및 상기 정류전압의 전압레벨에 따라 상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹의 순차구동을 제어하고, 동작구간별 LED 구동전류를 미리 설정된 동작구간별 LED 구동전류 값에 기초하여 정전류 제어하되, CCT 제어부로부터 입력되는 제 1 디밍신호에 따라 상기 제 1 LED 발광부의 디밍제어를 수행하는 제 1 LED 구동 제어부를 포함하는, 상기 제 1 LED 모듈; 상기 정류부로부터 상기 정류전압을 공급받아 발광하는 제 2 LED 모듈로서, 상기 제 2 LED 모듈은: 제 1 LED 그룹 내지 제 m LED 그룹(m은 2 이상의 양의 정수)을 포함하여 구성되며, 상기 정류부로부터 상기 정류전압을 공급받아 발광하는 제 2 LED 발광부로서, 상기 제 2 LED 발광부는 상기 제 1 LED 발광부와 상이한 색 온도를 갖는, 상기 제 2 LED 발광부; 및 상기 정류전압의 전압레벨에 따라 상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 m LED 그룹의 순차구동을 제어하고, 동작구간별 LED 구동전류를 미리 설정된 동작구간별 LED 구동전류 값에 기초하여 정전류 제어하되, 상기 CCT 제어부로부터 입력되는 제 2 디밍신호에 따라 상기 제 2 LED 발광부의 디밍제어를 수행하는 제 2 LED 구동 제어부를 포함하는, 상기 제 2 LED 모듈; 및 선택된 CCT 레벨에 따라 상기 제 1 디밍신호 및 상기 제 2 디밍신호 중 적어도 하나의 디밍신호를 생성하여 출력하는 CCT 제어부를 포함하는, LED 조명장치가 제공된다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 교류 순차 구동 방식의 LED 조명장치에서 색온도 디밍 제어 기능을 구현할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 교류 순차 구동 방식의 LED 조명장치에서 선셋 효과를 구현할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 동작 구간별 LED 구동 전류를 적절히 제어함으로써 색온도 디밍 제어를 수행할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 LED 조명장치에 입력되는 정류전압의 전압레벨 및 그에 따른 LED 구동전류를 도시한 파형도이다.
도 2는 디밍 레벨에 따른 색온도 제어를 위한 LED 발광부의 구성 방법의 일 예를 도시하는 예시도이다.
도 3은 디밍 레벨에 따른 색온도 제어를 위한 LED 그룹의 구성 방법의 일 예를 도시하는 예시도이다.
도 4a 내지 도 4d는 LED 발광부의 4가지 구성에 따른 LED 발광부의 광 출력(flux)과 상관 색온도(correlated color temperature: CCT) 변동과의 관계를 도시하는 실험 결과도들이다.
도 5a는 쿨-화이트(cool-white) LED에 있어 LED 구동 전류의 변화에 따른 색좌표의 변화를 나타낸 실험 결과도이다.
도 5b는 웜-화이트(warm-white) LED에 있어 LED 구동 전류의 변화에 따른 색좌표의 변화를 나타낸 실험 결과도이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도이다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도이다.
도 8a는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도이다.
도 8b는 도 8a에 도시된 LED 조명장치의 정류전압 및 LED 구동전류의 관계를 도시한 파형도이다.
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 '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. 이하에서는, LED 그룹들이 모두 동일한 순방향 전압레벨을 갖는 실시예를 기준으로 본 발명을 설명하지만, 필요에 따라 LED 그룹들 각각의 순방향 전압레벨이 서로 상이하게 설계될 수 있다는 것이 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 이하에서, 제 1 순방향 전압레벨은 1Vf이며, 제 2 순방향 전압레벨은 2Vf이고, 마찬가지로 제 n 순방향 전압레벨은 nVf인 실시예를 기준으로 본 발명의 바람직한 실시예들이 설명될 것이다.
또한, 용어 '순차구동 방식' 또는 '다단구동 방식' 또는 '교류구동 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, 순차구동 방식에 있어, 제 1 단 동작구간은 상기 제 1 LED 그룹만이 발광하는 동작구간을 의미하며, 제 2 단 동작구간은 상기 제 1 LED 그룹 및 제 2 LED 그룹만이 발광하는 동작구간을 의미하고, 유사하게, 제 n 단 동작구간은 상기 제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹 모두가 발광하는 동작구간을 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.
본 발명에 따른 색온도 디밍 제어가 가능한 LED 조명장치(이하, ' LED 조명장치'라 함)의 개괄
첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 LED 조명장치의 구체적인 구성 및 기능을 살펴보기에 앞서, 본 발명에 따른 LED 조명장치의 기본적인 개념에 대해 살펴보도록 한다. 먼저, 본 발명에서 목적으로 하는 색온도 디밍 제어란 최저 디밍레벨(예를 들어, 10%)로부터 최고 디밍레벨(예를 들어, 100%)로 디밍레벨이 증가할 수록 LED 조명장치로부터 출력되는 광이 적색광으로부터 백색광으로 변화되는 것을 의미한다. 즉, 디밍레벨에 따라 웜-투-쿨(warm-to-cool) 디밍이 자연스럽게 잘 구현되는 LED 조명장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
이러한 색온도 디밍제어를 구현하기 위하여, 본 발명은 순차구동 방식의 LED 조명장치를 구성하는 복수의 LED 그룹들이 서로 다른 색온도를 갖도록 구성함으로써 컬러-믹싱에 의해 LED 조명장치가 원하는 색온도 디밍 특성을 갖게 하는 방식을 제안한다. 예를 들어, 2가지 색온도를 갖는 LED을 사용하는 경우, 적어도 하나의 LED 그룹은 웜-화이트(warm-white) LED로 구성되며, 나머지 LED 그룹들은 쿨-화이트(cool-white) LED로 구성될 수 있다. 또한, 다른 예에 있어, 적어도 하나의 LED 그룹은 앰버(amber) LED로 구성되며, 나머지 LED 그룹들은 쿨-화이트(cool-white) LED로 구성될 수 있다. 또한, 다른 예에 있어, 웜-화이트 LED, 앰버 LED, 쿨-화이트 LED 모두가 사용될 수도 있다. 이러한 LED 그룹 간 컬러-믹싱은 순차구동 방식의 LED 조명장치에서 더 효과적이다. 즉, 순차구동되는 복수의 LED 그룹들을 포함하여 구성되는 LED 조명장치에 있어, 순차구동 방식의 LED 조명장치의 특성상 각각의 LED 그룹들은 동작구간이 서로 상이하다. 따라서, 이러한 점에 기초하여, LED 그룹들의 색온도를 상이하게 구성하는 경우, 직류구동 방식의 LED 조명장치와는 상이한 색온도 특성을 얻을 수 있다. 즉, SMPS를 사용하는 직류구동 방식의 LED 조명장치의 경우, 모든 LED들이 계속해서 발광상태를 유지하며 디밍레벨에 따라 모든 LED들에 동일한 LED 구동전류가 공급되기 때문에 별도의 색온도 제어회로가 없는 경우 전술한 바와 같은 웜-투-쿨 디밍제어를 할 수 없다는 문제점이 있다. 반면, 순차구동 방식의 LED 조명장치의 경우, 각각의 LED 그룹들은 동작구간이 서로 상이하기 때문에 LED 그룹의 구성을 적절히 설계하는 경우 별도의 색온도 제어회로 없이도 원하는 색온도 특성을 얻을 수 있다. 이러한 내용은 이하에서 도 2를 참조하여 더 구체적으로 설명하도록 한다.
또한, 본 발명에 있어 하나의 LED 그룹이 상이한 색온도를 갖는 LED로 구성될 수도 있다. 일반적으로 동일한 색온도를 갖는 LED만으로 하나의 LED 그룹을 구성하는 경우 해당 LED 그룹이 포함하고 있는 LED의 색온도 특성에 따르기 때문에 원하는 색온도 특성을 얻기 힘들 수도 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 하나의 LED 그룹을 상이한 색온도 특성을 갖는 LED들로 구성하는 방안을 제안한다. 이러한 경우, 포함되는 LED들의 색온도 특성들에 따라 다양한 색온도 특성을 갖는 LED 그룹을 구성할 수 있다. 이러한 내용은 이하에서 도 3을 참조하여 더 구체적으로 설명하도록 한다.
또한, LED 소자의 특성상 LED의 색온도가 LED에 공급되는 LED 구동전류의 크기에 따라 변화하며, 따라서, 본 발명은 이러한 LED 소자의 특성을 또한 이용하도록 구성될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 주요한 기술적 특징들 중 하나는, 원하는 색온도 디밍제어 특성을 획득할 수 있도록, 디밍레벨에 걸친 LED 조명장치의 상관 색온도(correlated color temperature: CCT) 곡선이 디밍레벨에 걸친 LED 조명장치의 광 출력 곡선에 근사화될 수 있도록 LED 조명장치의 LED 그룹들을 설계하는 것이다. 또한, 본 발명의 주요한 기술적 특징들 중 다른 하나는, 원하는 색온도 디밍제어 특성을 획득할 수 있도록, 디밍레벨에 걸친 LED 조명장치의 상관 색온도(correlated color temperature: CCT) 곡선이 디밍레벨에 걸친 LED 조명장치의 광 출력 곡선에 근사화될 수 있도록 동작구간별 LED 구동전류를 제어하는 것이다.
이하에서 이러한 개념을 구현하기 위한 본 발명의 다양한 실시예들에 대해 첨부된 도면들을 참조하여 구체적으로 살펴보도록 한다.
제 1 실시예에 따른 LED 조명장치의 구성 및 기능
도 1a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도이며, 도 1b는 도 1a에 도시된 LED 조명장치에 입력되는 정류전압의 전압레벨 및 그에 따른 LED 구동전류를 도시한 파형도이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)는, 서지 보호부(100), 정류부(200), LED 발광부(400) 및 LED 구동 제어부(500)를 포함할 수 있다.
도 1a에 도시된 바와 같은, 서지 보호부(100)는 교류전원과 정류부(200) 사이에 위치되어, 과전압 및 과전류로부터 정류부(200), LED 발광부(400), LED 구동 제어부(500)를 보호하는 기능을 수행하도록 구성된다. 이러한 서지 보호부(100)는 EMI 필터, 바리스터 등의 공지된 다양한 서지 보호 소자 및/또는 서지 보호 회로를 포함할 수 있으며, 이미 공지된 기술을 채택하고 있는 바, 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명의 LED 조명장치(1000)의 정류부(200)는 외부 전원으로부터 입력되는 교류 전압(VAC)을 정류하여 정류전압(Vrec)을 생성하고, 생성된 정류전압(Vrec)을 LED 발광부(400) 및 LED 구동 제어부(500)로 출력하도록 구성된다. 이러한 정류부(200)로서 전파 정류회로, 반파 정류회로 등 공지된 다양한 정류회로 중 하나가 이용될 수 있다. 한편, 도시되지는 않았지만, 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)는 역률을 개선하고 LED 조명장치(1000)의 비발광 구간을 제거하기 위한 역률 보상부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이러한 역률 보상부는 밸리-필 회로 등 다양한 공지된 역률 보상회로를 이용하여 구현될 수 있다.
한편, LED 발광부(400)는 복수의 LED 그룹들로 구성될 수 있으며, LED 발광부(400)에 포함된 복수의 LED 그룹들은 정류전압(Vrec)의 전압레벨에 따라 LED 구동 제어부(500)의 제어에 따라 순차적으로 발광되고, 순차적으로 소등된다. 도 4에는 제 1 LED 그룹(410), 제 2 LED 그룹(420), 제 3 LED 그룹(430), 및 제 4 LED 그룹(440)을 포함하고 있는 LED 발광부(400)가 개시되어 있으나, 필요에 따라 LED 발광부(400)에 포함되는 LED 그룹의 수 및/또는 각각의 LED 그룹에 포함되는 LED들의 수가 다양하게 변경될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 다만, 이하에서는, 설명과 이해의 편의를 위하여 LED 발광부(400)가 4개의 LED 그룹들로 구성된 실시예를 기준으로 설명하지만, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, LED 발광부(400)는 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 3 LED 그룹(430)까지의 3개의 LED 그룹들로 구성될 수도 있으며, 본 발명의 기술적 요지를 그대로 포함하고 있는 한, 본 발명의 권리범위에 속함은 당업자에게 자명할 것이다.
또한, 실시예를 구성하기에 따라, 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 4 LED 그룹(440)은 각각 서로 상이한 순방향 전압레벨을 가질 수도 있다. 예를 들어, 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 4 LED 그룹(440)이 각각 상이한 수의 LED 소자를 포함하여 구성되는 경우 또는 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 4 LED 그룹(440) 각각이 상이한 방식의 직렬 또는 병렬 또는 직병렬 연결관계를 가질 경우, 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 4 LED 그룹(440)은 서로 다른 순방향 전압레벨을 가지게 될 것이다. 물론, 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 4 LED 그룹(440)의 전부 또는 일부가 동일한 순방향 전압레벨을 갖도록 구성될 수도 있다.
본 발명에 따른 LED 구동 제어부(500)는 입력되는 정류전압(Vrec)의 전압레벨에 따라 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 4 LED 그룹(440)의 순차구동을 제어하며, 동작구간별 LED 구동전류를 미리 설정된 동작구간별 LED 구동전류 값에 기초하여 정전류 제어하되, 디밍레벨을 검출하고 검출된 디밍레벨에 따라 LED 발광부(400)의 디밍제어를 수행하도록 구성될 수 있다.
전술한 바와 같은 기능을 수행하기 위하여, 도 1a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 구동 제어부(500)는 제어 모듈(510), 검출 모듈(520), 내부 전원 모듈(530), 보호 모듈(540), 디밍 제어 모듈(550), LED 구동전류 설정모듈(560), 제 1 정전류 스위치(SW1), 제 2 정전류 스위치(SW2), 제 3 정전류 스위치(SW3), 및 제 4 정전류 스위치(SW4)를 포함할 수 있다.
먼저, 본 발명에 따른 검출 모듈(520)은 입력되는 정류전압(Vrec)의 전압레벨을 검출하고, 검출된 정류전압(Vrec)의 전압레벨을 제어 모듈(510)로 출력하도록 구성될 수 있다. 또한, 일 실시예에 있어, 본 발명에 따른 검출 모듈(520)은 입력되는 정류전압(Vrec)에 기초하여 디밍레벨을 검출하고, 검출된 디밍레벨을 제어 모듈(510)로 출력하도록 더 구성될 수도 있다. 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)에 있어 다양한 방식의 디밍 제어가 활용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 있어 트라이악 디머(미도시), 또는 IGBT 등을 이용한 위상 제어 디밍이 이용될 수도 있으며, 다른 실시예에 있어 디밍레벨에 대응하는 아날로그 전압을 이용하는 아날로그 디밍이 이용될 수도 있다. 도 1a에 도시된 LED 조명장치(1000)는 트라이악 디머를 이용하는 위상 제어 디밍을 수행하도록 구현될 실시예로서, 이러한 실시예에 있어, 검출 모듈(520)은 2개의 분압 저항(RVSI _1) 및 커패시터(CVSO)를 이용하여 입력되는 정류전압(Vrec)의 위상을 검출함으로써 현재 설정된 디밍레벨을 검출하도록 구성될 수 있다. 다만, 본 발명이 이러한 트라이악 디머를 이용한 위상 제어 디밍에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 다양한 디밍 제어 방식이 활용될 수 있고, 본 발명의 요지를 그대로 포함하고 있는 한 본 발명의 권리범위에 속함은 당업자에게 자명할 것이다.
한편, 내부 전원모듈(530)은 입력되는 정류전압(Vrec)으로부터 LED 구동 제어부(500) 내부에서 사용되는 내부 전원을 생성하고, 구성요소들로 생성된 내부 전원을 공급하도록 구성된다.
본 발명에 따른 보호모듈(540)은 크게 2가지 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 첫째, 본 발명에 따른 보호모듈(540)은 LED 구동 제어부(500) 내부에 구비된 온도 센서(미도시)로부터 출력되는 온도 정보를 입력받고, 입력된 온도 정보에 따라 현재 검출되는 LED 구동 제어부(500) 내부 온도가 미리 설정된 온도(예를 들어, 150℃) 이상인 경우 LED 구동 제어부(500)의 동작을 중단하도록 구성될 수 있다. 둘째, 본 발명에 따른 보호모듈(540)은 입력되는 정류전압(Vrec)을 모니터링하고, 과전압 또는 과전류가 입력되는 경우 LED 구동 제어부(500)의 동작을 중단하도록 구성될 수 있다.
한편, 디밍 제어 모듈(550)은 전술한 바와 같은 아날로그 디밍 방식이 이용되는 경우, ADIM 단자를 통해 입력되는 아날로그 디밍 신호에 기초하여 선택된 디밍레벨을 검출하고, 검출된 디밍레벨을 LED 구동전류 설정모듈(560)로 출력하도록 구성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 위상 제어 디밍 방식이 이용되는 경우 디밍 제어 모듈(550)은 사용되지 않을 수 있다.
LED 구동전류 설정모듈(560)은 외부의 LED 구동전류 설정용 저항들(Rset-1, Rset-2, Rset-3, Rset-4)의 저항값에 기초하여 동작구간별 LED 구동전류 값을 설정하는 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 제 1 LED 구동전류 설정용 저항(Rset-1)은 제 1 단 동작구간 동안의 제 1 LED 구동전류(ILED1) 값을 설정하기 위한 저항이며, 제 2 LED 구동전류 설정용 저항(Rset-2)은 제 2 단 동작구간 동안의 제 2 LED 구동전류(ILED2) 값을 설정하기 위한 저항이고, 제 3 LED 구동전류 설정용 저항(Rset-3)은 제 3 단 동작구간 동안의 제 3 LED 구동전류(ILED3) 값을 설정하기 위한 저항이며, 제 4 LED 구동전류 설정용 저항(Rset-4)은 제 4 단 동작구간 동안의 제 4 LED 구동전류(ILED4) 값을 설정하기 위한 저항이다. 이러한 점에 있어, 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)는 종래의 LED 조명장치와 차별화될 수 있다. 즉, 기존의 LED 조명장치의 경우, 하나의 LED 구동전류 설정용 저항만이 구비되며, 그에 따라 기준이 되는 기준 LED 구동전류 값이 설정되고, 동작구간별 LED 구동전류의 값은 기준이 되는 기준 LED 구동전류 값의 비율로서 결정되도록 구성된다. 이는, 역률 개선 및 전고조파 왜곡(Total Harmonic distortion: THD)을 개선하기 위해 LED 구동전류(ILED)가 입력되는 정류전압(Vrec)의 파형에 근사하도록, 본 발명에 따른 제어 모듈(510)이 제 1 단 동작구간으로부터 제 4 단 동작구간까지 순차적으로 LED 구동전류(ILED)의 값이 증가하게 LED 구동전류(ILED)를 정전류 제어하도록 구성되었기 때문이다. 즉, '제 1 LED 구동전류(ILED1) < 제 2 LED 구동전류(ILED2) < 제 3 LED 구동전류(ILED3) < 제 4 LED 구동전류(ILED4)'의 관계가 성립되도록 각 동작구간별 LED 구동전류를 제어하도록 제어 모듈(510)이 구성될 수 있다. 이러한 관계가 도 1b에 도시되어 있다. 즉, 도 1b에 도시된 바와 같이, 입력되는 정류전압(Vrec)의 파형에 근사하도록, 제 1 LED 구동전류(ILED1)로부터 제 4 LED 구동전류(ILED4)까지 순차적으로 전류 값이 증가하도록 구성된다.
그러나, 전술한 바와 같이, LED의 색온도 특성이 LED 구동전류에 따라 변화하기 때문에, LED 발광부(400)의 원하는 색온도 디밍 특성을 획득하기 위하여 LED 구동전류를 동작구간별로 제어해야할 필요성이 있다. 따라서, 본 발명에 따른 LED 구동 제어부(500)는 제 1 LED 구동전류 설정용 저항(Rset-1) 내지 제 4 LED 구동전류 설정용 저항(Rset-1)을 이용하여 제 1 단 동작구간 LED 구동전류(ILED1) 내지 제 4 단 동작구간 LED 구동전류(ILED4)을 각기 원하는 값으로 설정할 수 있도록 구성될 수 있다. 다만, 본 발명이 이러한 구성에 한정되는 것은 아니며, 종래의 LED 조명장치, 즉, 하나의 LED 구동전류 설정용 저항만을 포함하는 LED 조명장치 또한 본 발명의 권리범위에 속함은 당업자에게 자명할 것이다.
본 발명에 따른 제어 모듈(510)은 입력되는 정류전압(Vrec)의 전압레벨을 판단하고, 판단된 정류전압(Vrec)의 전압레벨에 따라 제 1 정전류 스위치(SW1) 내지 제 4 정전류 스위치(SW4)를 제어하여 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 4 LED 그룹(440)의 순차구동을 제어하도록 구성된다. 보다 구체적으로, 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 이상이고 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 미만인 구간(제 1 단 동작구간)에서 제어 모듈(510)이 제 1 정전류 스위치(SW1)를 턴-온하여 제 1 전류경로(P1)를 연결함으로써 제 1 LED 그룹(410)만이 발광되게 제어한다. 유사하게, 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 이상이고 제 3 순방향 전압레벨(Vf3) 미만인 구간(제 2 단 동작구간)에서 제어 모듈(510)이 제 2 정전류 스위치(SW2)를 턴-온하여 제 2 전류경로(P2)를 연결함으로써 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)이 발광되게 제어한다. 또한, 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 3 순방향 전압레벨(Vf3) 이상이고 제 4 순방향 전압레벨(Vf4) 미만인 구간(제 3 단 동작구간)에서 제어 모듈(510)이 제 3 정전류 스위치(SW3)를 턴-온하여 제 3 전류경로(P3)를 연결함으로써 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 3 LED 그룹(430)이 발광되게 제어한다. 마지막으로, 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 4 순방향 전압레벨(Vf4) 이상인 구간(제 4 단 동작구간)에서 제어 모듈(510)이 제 4 정전류 스위치(SW4)를 턴-온하여 제 4 전류경로(P4)를 연결함으로써 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 4 LED 그룹(440)이 모두 발광되게 제어한다. 이때, 본 발명에 따른 제어 모듈(510)이 제 1 정전류 스위치(SW1) 내지 제 4 정전류 스위치(SW4)를 제어하여 동작구간별로 LED 구동전류를 미리 설정된 값으로 정전류 제어하도록 구성될 수 있다. 이러한 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)의 정류전압(Vrec)의 한 주기 동안의 정류전압(Vrec)과 LED 구동전류(ILED)의 파형이 도 1b에 도시되어 있다. 물론, 전술한 바와 같이, 원하는 색온도 특성을 얻기 위해 도 1b에 도시된 것과 다른 LED 구동전류(ILED)가 설정될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 LED 구동전류(ILED1)가 제 2 LED 구동전류(ILED2)보다 더 큰 값으로 설정될 수도 있다. 또는, '제 1 LED 구동전류(ILED1) > 제 2 LED 구동전류(ILED2) > 제 3 LED 구동전류(ILED3) > 제 4 LED 구동전류(ILED4)'의 관계가 성립되도록 각 동작구간별 LED 구동전류가 정전류 제어될 수도 있다. 즉, 동작구간별 LED 구동전류는 LED 발광부(400)의 원하는 색온도 디밍특성을 달성하기 위하여, 필요에 따라 다양하게 설정될 수 있음을 명심해야 한다.
또한, 본 발명에 따른 제어 모듈(510)은 현재 선택된 디밍레벨에 따라 LED 발광부(400)를 흐르는 LED 구동전류(ILED)를 제어함으로써 디밍제어를 수행하도록 구성된다. 일반적으로, 이러한 디밍제어는 LED의 광 출력이 LED 구동전류에 비례하는 특성에 기초하여, 제어 모듈(510)이 LED 구동전류(ILED)의 크기를 디밍레벨에 기초하여 제어함으로써 수행된다. 예를 들어, 20% 디밍레벨인 경우, 100% 디밍레벨에서의 LED 구동전류(ILED) 값의 20%로 LED 구동전류(ILED)를 제어함으로써 20% 디밍레벨에 따른 디밍제어를 수행할 수 있다. 한편, 전술한 바와 같이, 현재 선택된 디밍레벨은, 위상 제어 디밍 방식을 채택한 경우 검출 모듈(520)에 의해 검출되어 제어 모듈(510)로 입력되며, 아날로그 디밍 방식을 채택한 경우 디밍 제어 모듈(550)에 의해 검출되어 LED 구동전류 설정모듈(560)을 통해 제어 모듈(510)로 입력될 수 있다.
본 발명에 따른 제 1 정전류 스위치(SW1) 내지 제 4 정전류 스위치(SW4)는 제어 모듈(510)의 제어에 따라 턴-온되거나 또는 턴-오프되며, 각각의 정전류 스위치를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)를 정전류 제어하도록 구성될 수 있다. 이러한 제 1 정전류 스위치(SW1) 내지 제 4 정전류 스위치(SW4)는 다양한 공지된 기술을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 제 1 정전류 스위치(SW1) 내지 제 4 정전류 스위치(SW4) 각각은 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. 또한, 정전류 스위치를 구성하는 스위칭 소자는 BJT(bipolar junction transistor), FET(field effect transistor) 등의 공지된 다양한 전자식 스위칭 소자들 중 하나로 구현될 수 있다.
도 2는 디밍 레벨에 따른 색온도 제어를 위한 LED 발광부의 구성 방법의 일 예를 도시하는 예시도이며, 도 3은 디밍 레벨에 따른 색온도 제어를 위한 LED 그룹의 구성 방법의 일 예를 도시하는 예시도이다. 이하에서, 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 4 LED 그룹(440)의 구성 방법에 대해 살펴보도록 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)는 적절한 색온도 디밍기능을 제어하기 위해, LED 발광부(400)를 구성하는 복수의 LED 그룹들 중 적어도 하나의 LED 그룹을 제 1 색온도를 갖는 LED(예를 들어, 웜-화이트 LED 또는 앰버 LED)로 구성하고, 나머지 LED 그룹을 제 2 색온도를 갖는 LED(예를 들어, 쿨-화이트 LED)로 구성할 수 있다. 제 1 색온도 및 제 2 색온도는 원하는 색온도 디밍특성에 따라 시뮬레이션, 실험 등을 통해 적절히 설계/선택될 수 있다. 또한, 제 1 색온도를 갖는 LED로 구성되는 LED 그룹의 수와 제 2 색온도를 갖는 LED로 구성되는 LED 그룹의 수 또한 원하는 색온도 디밍특성에 따라 시뮬레이션, 실험 등을 통해 적절히 설계/선택될 수 있다. 예를 들어, 더 따뜻한 느낌의 색온도 디밍특성이 필요한 경우 웜-화이트 LED로 구성되는 LED 그룹의 수가 증가될 수 있으며, 반면 더 차가운 느낌의 색온도 디밍특성이 필요한 경우 쿨-화이트 LED로 구성되는 LED 그룹의 수가 증가될 수 있는 등이다. 바람직하게는, 디밍레벨 전체에 걸친 색온도 곡선이 디밍레벨 전체에 걸친 LED 발광부(400)의 광출력 곡선에 근사될 수 있도록, 제 1 색온도, 제 2 색온도, 제 1 색온도를 갖는 LED로 구성되는 LED 그룹의 수, 및/또는 제 2 색온도를 갖는 LED로 구성되는 LED 그룹의 수가 결정될 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 제 1 색온도 및 제 2 색온도와 상이한 제 3 색온도를 갖는 LED가 LED 그룹을 구성하기 위해 추가로 사용될 수도 있으며, 본 발명이 특정 색온도의 종류나 수에 한정되지 않는다는 것을 유의해야 한다.
또한, 전술한 바와 같이, 하나의 LED 그룹이 다수의 색온도를 갖는 LED들로 구성될 수도 있다. 도 3에 도시된 실시예의 경우, 제 1 LED 그룹(410)이 서로 병렬로 연결된 제 1 LED 내지 제 n LED로 구성된 실시예를 예시하고 있다. 이러한 실시예에서, 제 1 LED는 앰버 LED로 구현되고, 제 2 LED는 웜-화이트 LED로 구현되며, 제 3 LED 내지 제 n LED는 쿨-화이트 LED로 구현될 수 있다. 이러한 경우, 하나의 색온도를 갖는 LED들로만 구성되는 LED 그룹과는 상이한 색온도 특성을 가질 것이다. 따라서, 이러한 방식으로, 원하는 색온도 디밍 특성을 획득하기 위해, 하나의 LED 그룹을 적어도 2가지 종류의 색온도를 갖는 LED들로 구성할 수도 있다.
도 4a 내지 도 4d는 LED 발광부의 4가지 구성에 따른 LED 발광부의 광 출력(flux)과 상관 색온도(correlated color temperature: CCT) 변동과의 관계를 도시하는 실험 결과도들이다.
먼저, 도 4a는 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 4 LED 그룹(440) 전체를 웜-화이트 LED(예를 들어, 약 2600K ~ 약 4200K 사이의 색온도를 갖는 LED)를 사용하여 구성한 실시예에 있어서의, 디밍레벨에 걸친 LED 발광부(400)의 광 출력 곡선과 LED 발광부(400)의 상관 색온도 곡선을 도시하고 있다.
다음으로, 도 4b는 제 1 LED 그룹(410)을 웜-화이트 LED로 구성하고, 제 2 LED 그룹(420) 내지 제 4 LED 그룹(440)을 쿨-화이트 LED(예를 들어, 약 4200K ~ 약 7000K 사이의 색온도를 갖는 LED)로 구성한 실시예에 있어서의, 디밍레벨에 걸친 LED 발광부(400)의 광 출력 곡선과 LED 발광부(400)의 상관 색온도 곡선을 도시하고 있다.
다음으로, 도 4c는 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)을 웜-화이트 LED로 구성하고, 제 3 LED 그룹(430) 및 제 4 LED 그룹(440)을 쿨-화이트 LED로 구성한 실시예에 있어서의, 디밍레벨에 걸친 LED 발광부(400)의 광 출력 곡선과 LED 발광부(400)의 상관 색온도 곡선을 도시하고 있다.
마지막으로, 도 4d는 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 3 LED 그룹(430)을 웜-화이트 LED로 구성하고, 제 4 LED 그룹(440)을 쿨-화이트 LED로 구성한 실시예에 있어서의, 디밍레벨에 걸친 LED 발광부(400)의 광 출력 곡선과 LED 발광부(400)의 상관 색온도 곡선을 도시하고 있다.
도 4a 내지 도 4d에 도시된 바와 같이, LED 그룹들 중 일부를 제 1 색온도를 갖는 LED로 구성하고, 나머지 LED 그룹을 제 2 색온도를 갖는 LED로 구성하는 경우, 웜-투-쿨 색온도 디밍제어가 적절하게 이루어질 수 있으며 디밍범위도 10% ~ 100%로 선형적으로 구현될 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
한편, 도 5a는 쿨-화이트(cool-white) LED에 있어 LED 구동 전류의 변화에 따른 색좌표의 변화를 나타낸 실험 결과도이며, 도 5b는 웜-화이트(warm-white) LED에 있어 LED 구동 전류의 변화에 따른 색좌표의 변화를 나타낸 실험 결과도이다. 도 5a 및 도 5b에서 확인할 수 있는 바와 같이, 특정 색온도 특성을 갖는 LED라 하더라도 LED 구동전류에 따라 색좌표가 변화한다는 것을 확인할 수 있다. 또한, 이러한 LED 구동전류에 따른 색좌표의 변화율이 쿨-화이트 LED와 웜-화이트 LED가 서로 상이하다는 것을 또한 확인할 수 있다. 따라서, 이러한 특성을 이용하여, 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)는 동작구간별 LED 구동전류를 적절히 설정함으로써, 원하는 색온도 디밍 특성을 획득하도록 구성될 수 있다.
제 2 실시예에 따른 LED 조명장치의 구성 및 기능
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도이다. 도 6에 도시된 제 2 실시예에 따른 LED 조명장치(2000)는 LED 구동 제어부(500)로부터 내부 전원(Vcc)를 공급받아 발광하는 추가 LED 발광부(450)를 제외하면 도 1a를 참조하여 설명한 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)의 구성 및 기능과 유사하므로 중복되는 부분에 대한 설명은 제 1 실시예에 대한 설명을 원용하기로 하며, 차이점을 위주로 설명하도록 한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제 2 실시예에 따른 LED 조명장치(2000)는 LED 구동 제어부(500)로부터 내부 전압(Vcc)를 공급받아 발광하는 추가 LED 발광부(450)를 더 포함할 수 있으며, 필요에 따라 추가 LED 발광부(450)에 병렬로 연결된 캐패시터(C1)를 더 포함할 수 있다.
추가 LED 발광부(450)는 LED 조명장치(2000)의 원하는 색온도 디밍특성을 달성하기 위해 적절한 색온도를 갖는 LED로 구성될 수 있다. 또한, 추가 LED 발광부(450)에 병렬로 연결된 캐패시터(C1)의 용량을 적절하게 설계함으로써, 추가 LED 발광부(450)의 온/오프 구간을 결정할 수 있다.
한편, 추가 LED 발광부(450)에 내부 전압(Vcc)을 공급하기 위해 LED 구동 제어부(500)는 내부 전원 모듈(530)에 연결된 Vreg 모듈(570)을 더 포함하여 구성될 수 있다. Vreg 모듈(570)은 내부 전원 모듈(530)로부터 입력되는 내부 전압(Vcc)을 필요에 따라 적절히 조절하여 추가 LED 발광부(450)에 제공하도록 구성될 수 있다.
제 3 실시예에 따른 LED 조명장치의 구성 및 기능
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도이다. 도 7에 도시된 제 3 실시예에 따른 LED 조명장치(3000)는 정류전압(Vrec)의 전압레벨에 따라 제 1 LED 그룹(410a) 내지 제 n LED 그룹(410n)을 순차구동하는 것이 아니라, 제 1 LED 그룹(410a) 내지 제 n LED 그룹(410n) 간의 직병렬 연결관계를 제어한다는 점에 있어, 도 1a를 참조하여 이상에서 설명한 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)와 상이하다.
이러한 기능을 수행하기 위하여, 제 3 실시예에 따른 LED 조명장치(3000)는 제 1 직병렬 제어 스위치(S1) 내지 제 n-1 직병렬 제어 스위치(Sn-1)를 더 포함하여 구성되며, LED 구동 제어부(500)는 정류전압(Vrec)의 전압레벨에 따라 제 1 직병렬 제어 스위치(S1) 내지 제 n-1 직병렬 제어 스위치(Sn-1)를 제어함으로써 제 1 LED 그룹(410a) 내지 제 n LED 그룹(410n) 간의 직병렬 연결관계를 제어하도록 구성된다. 제 1 LED 그룹(410a) 내지 제 n LED 그룹(410n) 간의 직병렬 연결관계를 제어하기 위한 구성 및 기능 자체는 이미 공지된 기술을 채택하고 있는 바 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
다만, 이러한 방식의 LED 조명장치(1000)의 LED 그룹들에도 도 2 및 도 3을 참조하여 전술한 바와 같은 색온도 디밍제어를 위한 기법들이 적용될 수 있다는 점을 명심해야 한다.
제 4 실시예에 따른 LED 조명장치의 구성 및 기능
도 8a는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도이이며, 도 8b는 도 8a에 도시된 LED 조명장치의 정류전압 및 LED 구동전류의 관계를 도시한 파형도이다.
도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같은 제 4 실시예에 따른 LED 조명장치(4000)는 제 1 LED 모듈(600) 및 제 2 LED 모듈(700)을 포함하여 구성된다는 측면에 있어, 도 1a 및 도 1b를 참조하여 이상에서 설명된 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)와 상이하다. 즉, 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)의 경우 일부 LED 그룹이 제 1 색온도를 갖는 LED들로 구성되며 나머지 LED 그룹이 제 2 색온도를 갖는 LED들로 구성되는 반면, 제 4 실시예에 따른 LED 조명장치(4000)의 경우 제 1 LED 모듈(600)이 제 1 색온도를 갖는 LED들로 구성되며 제 2 LED 모듈(700)이 제 2 색온도를 갖는 LED들로 구성된다는 점에 있어 차이점이 있다. 제 1 LED 모듈(600) 및 제 2 LED 모듈(700) 각각이 전술한 바와 같은 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)와 구성 및 기능에 있어 유사하다. 따라서, 중복되는 부분에 대한 설명은 이상의 설명은 원용하도록 한다.
즉, 제 4 실시예에 따른 LED 조명장치(4000)는 각기 다른 색온도를 갖는 LED들로 구성된 제 1 LED 모듈(600)과 제 2 LED 모듈(700) 각각의 광출력을 적절하게 조절함으로써 LED 조명장치(1000) 전체의 광출력을 원하는 CCT 레벨로 조절할 수 있도록 구성된다. 이러한 기능을 수행하기 위하여, 제 4 실시예에 따른 LED 조명장치(4000)는 CCT 제어부(800)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 CCT 제어부(800)는 선택된 CCT 레벨에 따라 제 1 디밍신호 및/또는 제 2 디밍신호를 생성하여 제 1 LED 모듈(600) 및/또는 제 2 LED 모듈(700)로 출력하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, A라는 CCT 레벨이 설정된 경우, 본 발명에 따른 CCT 제어부(800)는 90% 디밍레벨에 해당되는 제 1 디밍신호를 생성하여 제 1 LED 모듈(600)로 출력하고, 80% 디밍레벨에 해당되는 제 2 디밍신호를 생성하여 제 2 LED 모듈(700)로 출력할 수 있다. 이러한 기능을 수행하기 위해, 일 실시예에 있어, 본 발명에 따른 CCT 제어부(800)는 특정 CCT 레벨에 대응하는 각각의 제 1 디밍신호와 제 2 디밍신호가 구조화된 테이블이 포함할 수 있으며, CCT 제어부(800)는 저장된 테이블을 참조하여 제 1 디밍신호 및 제 2 디밍신호를 생성하여 출력할 수 있다. 반면, 다른 실시예에 있어, 본 발명에 따른 CCT 제어부(800)는 특정 CCT 레벨에 대응하는 각각의 제 1 디밍신호와 제 2 디밍신호를 실시간으로 산출하여 출력하도록 구성될 수도 있다.
도 8b는 전술한 바와 같이 구성되는 제 4 실시예에 따른 LED 조명장치(4000)에 있어 제 1 LED 모듈(600) 및 제 2 LED 모듈(700) 각각의 LED 구동전류가 제 1 디밍신호 및 제 2 디밍신호에 따라 증감될 수 있음을 보여주는 도면이다.
1000, 2000, 3000, 4000: LED 조명장치
100: 서지 보호부 200: 정류부
400: LED 발광부 500: LED 구동 제어부

Claims (11)

  1. 교류전원에 연결되어 인가되는 교류전압을 정류하고, 정류전압을 LED 발광부에 제공하는 정류부;
    제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹(n은 2 이상의 양의 정수)을 포함하여 구성되며, 상기 정류부로부터 상기 정류전압을 공급받아 발광하는 LED 발광부; 및
    상기 정류전압의 전압레벨에 따라 상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹의 순차구동을 제어하고, 동작구간별 LED 구동전류를 미리 설정된 동작구간별 LED 구동전류 값에 기초하여 정전류 제어하되, 디밍레벨을 검출하고 검출된 디밍레벨에 따라 상기 LED 발광부의 디밍제어를 수행하는 LED 구동 제어부를 포함하며,
    상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹 중 적어도 하나의 LED 그룹은 나머지 LED 그룹들의 색온도와 상이한 색온도를 갖는, LED 조명장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹 중 적어도 하나의 LED 그룹은 서로 상이한 색온도를 갖는 LED들을 포함하는, LED 조명장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹 중 적어도 하나의 LED 그룹은 웜-화이트(warm-white) LED, 쿨-화이트(cool-white) LED 및 앰버(amber) LED 중 적어도 2가지 종류의 LED를 포함하는, LED 조명장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 구동 제어부는 동작구간별로 LED 구동전류를 설정할 수 있는, LED 조명장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹 중 적어도 하나의 LED 그룹은 웜-화이트 LED를 포함하며, 나머지 LED 그룹들은 쿨-화이트 LED를 포함하는, LED 조명장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹 중 적어도 하나의 LED 그룹은 앰버 LED를 포함하며, 나머지 LED 그룹들은 쿨-화이트 LED를 포함하는, LED 조명장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹의 구성은 디밍레벨에 걸친 상기 LED 발광부의 상관 색온도(correlated color temperature: CCT) 곡선 및 디밍레벨에 걸친 상기 LED 발광부의 광 출력(flux) 곡선에 기초하여 설계되는, LED 조명장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 미리 설정된 동작구간별 LED 구동전류 값은 디밍레벨에 걸친 상기 LED 발광부의 상관 색온도(correlated color temperature: CCT) 곡선 및 디밍레벨에 걸친 상기 LED 발광부의 광 출력(flux) 곡선에 기초하여 설정되는, LED 조명장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 구동 제어부에 연결되어 상기 LED 구동 제어부로부터 내부 전압을 공급받아 발광하는 추가 LED 발광부를 더 포함하는, LED 조명장치.
  10. 교류전원에 연결되어 인가되는 교류전압을 정류하고, 정류전압을 LED 발광부에 제공하는 정류부;
    제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹(n은 2 이상의 양의 정수)을 포함하여 구성되며, 상기 정류부로부터 상기 정류전압을 공급받아 발광하는 LED 발광부;
    LED 구동 제어부의 제어에 따라 상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹 사이의 직병렬 연결관계를 제어하는 직병렬 제어 스위치부; 및
    상기 정류전압의 전압레벨에 따라 상기 직병렬 제어 스위치부를 제어하여 상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹 사이의 직병렬 연결관계를 변경하며, 동작구간별 LED 구동전류를 미리 설정된 동작구간별 LED 구동전류 값에 기초하여 정전류 제어하되, 디밍레벨을 검출하고 검출된 디밍레벨에 따라 상기 LED 발광부의 디밍제어를 수행하는 LED 구동 제어부를 포함하며,
    상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹 중 적어도 하나의 LED 그룹은 나머지 LED 그룹들의 색온도와 상이한 색온도를 갖는, LED 조명장치.
  11. 교류전원에 연결되어 인가되는 교류전압을 정류하고, 정류전압을 제 1 LED 모듈 및 제 2 LED 모듈에 제공하는 정류부;
    상기 정류부로부터 상기 정류전압을 공급받아 발광하는 제 1 LED 모듈로서, 상기 제 1 LED 모듈은:
    제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹(n은 2 이상의 양의 정수)을 포함하여 구성되며, 상기 정류부로부터 상기 정류전압을 공급받아 발광하는 제 1 LED 발광부; 및
    상기 정류전압의 전압레벨에 따라 상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹의 순차구동을 제어하고, 동작구간별 LED 구동전류를 미리 설정된 동작구간별 LED 구동전류 값에 기초하여 정전류 제어하되, CCT 제어부로부터 입력되는 제 1 디밍신호에 따라 상기 제 1 LED 발광부의 디밍제어를 수행하는 제 1 LED 구동 제어부를 포함하는, 상기 제 1 LED 모듈;
    상기 정류부로부터 상기 정류전압을 공급받아 발광하는 제 2 LED 모듈로서, 상기 제 2 LED 모듈은:
    제 1 LED 그룹 내지 제 m LED 그룹(m은 2 이상의 양의 정수)을 포함하여 구성되며, 상기 정류부로부터 상기 정류전압을 공급받아 발광하는 제 2 LED 발광부로서, 상기 제 2 LED 발광부는 상기 제 1 LED 발광부와 상이한 색 온도를 갖는, 상기 제 2 LED 발광부; 및
    상기 정류전압의 전압레벨에 따라 상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 m LED 그룹의 순차구동을 제어하고, 동작구간별 LED 구동전류를 미리 설정된 동작구간별 LED 구동전류 값에 기초하여 정전류 제어하되, 상기 CCT 제어부로부터 입력되는 제 2 디밍신호에 따라 상기 제 2 LED 발광부의 디밍제어를 수행하는 제 2 LED 구동 제어부를 포함하는, 상기 제 2 LED 모듈; 및
    선택된 CCT 레벨에 따라 상기 제 1 디밍신호 및 상기 제 2 디밍신호 중 적어도 하나의 디밍신호를 생성하여 출력하는 CCT 제어부를 포함하는, LED 조명장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101982111B1 (ko) * 2018-06-08 2019-05-24 홍정흠 Led 조명장치
KR101982114B1 (ko) * 2018-06-08 2019-05-24 홍정흠 감성조명을 위한 led 조명장치 및 이의 제어방법
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