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KR102378822B1 - Led 구동 장치 - Google Patents

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KR102378822B1
KR102378822B1 KR1020150062146A KR20150062146A KR102378822B1 KR 102378822 B1 KR102378822 B1 KR 102378822B1 KR 1020150062146 A KR1020150062146 A KR 1020150062146A KR 20150062146 A KR20150062146 A KR 20150062146A KR 102378822 B1 KR102378822 B1 KR 102378822B1
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이봉진
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Abstract

본 발명의 실시 형태에 따른 LED 구동 장치는, 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 정류부, 상기 직류 전원을 승압 또는 강압하는 변압기와, 상기 변압기의 1차측 권선에 연결되는 메인 스위치와, 상기 변압기의 2차측 권선에 연결되며 복수의 LED에 구동 전원을 공급하는 출력 회로를 포함하는 컨버터부, 상기 메인 스위치에 제어 신호를 출력하여 상기 컨버터부의 동작을 제어하는 컨트롤러, 및 상기 변압기의 1차측에 배치되며, 상기 제어 신호의 동작 주파수 및 듀티 비 중 적어도 하나를 조절하여 상기 구동 전원을 변경하는 출력 변경부를 포함한다.

Description

LED 구동 장치{LED DRIVING APPARATUS}
본 발명은 LED 구동 장치에 관한 것이다.
반도체 발광소자는 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED) 등의 소자를 포함하며, 낮은 소비전력, 높은 휘도, 긴 수명 등의 여러 장점을 가지고 있어 광원으로 그 사용 영역을 점점 넓혀가고 있다. 반도체 발광소자를 다양한 분야 광원으로 적용함에 있어서, 각 반도체 발광소자의 설계 및 동작 특성에 따라 LED 구동 장치를 서로 다르게 설계해야 하는 번거로움이 있었다.
또한, 최근에는 광원으로 제공되는 반도체 발광소자의 밝기를 조절할 수 있는 디밍(DIMMING) 기능을 갖춘 LED 구동 장치가 다양하게 제공되고 있다. 디밍 기능을 갖춘 LED 구동 장치를 제공하기 위해서는 디밍을 위한 제어 신호를 별도로 생성하기 위한 회로 구성 요소가 추가되어 LED 구동 장치의 신뢰성이 저하되고 가격이 상승하는 문제가 있었다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 과제 중 하나는, 광원 및 부하(load)로서 서로 다른 특성을 갖는 다양한 반도체 발광소자를 구동할 수 있으며, 간단한 회로 구성으로 디밍 기능을 제공할 수 있는 LED 구동 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 LED 구동 장치는, 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 정류부, 상기 직류 전원을 승압 또는 강압하는 변압기와, 상기 변압기의 1차측 권선에 연결되는 메인 스위치와, 상기 변압기의 2차측 권선에 연결되며 복수의 LED에 구동 전원을 공급하는 출력 회로를 포함하는 컨버터부, 상기 메인 스위치에 제어 신호를 출력하여 상기 컨버터부의 동작을 제어하는 컨트롤러, 및 상기 변압기의 1차측에 배치되며, 상기 제어 신호의 동작 주파수 및 듀티 비 중 적어도 하나를 조절하여 상기 구동 전원을 변경하는 출력 변경부를 포함한다.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 출력 변경부는, 서로 병렬로 연결되는 복수의 저항 소자와, 상기 복수의 저항 소자를 서로 연결 또는 분리하는 적어도 하나의 스위치 소자를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 출력 변경부는, 가변 저항을 포함하며 상기 메인 스위치와 직렬로 연결되는 저항 회로를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 출력 변경부는, 가변 저항을 포함하며 상기 메인 스위치의 시정수를 조절하는 시정수 제어 회로를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 시정수 제어 회로는 상기 컨트롤러에 포함되는 적어도 하나의 커패시터와 연결되어 상기 적어도 하나의 커패시터가 충전 또는 방전되는 시간을 조절할 수 있다.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 출력 변경부는, 상기 제어 신호의 동작 주파수 및 듀티 비 중 적어도 하나를 높여서 상기 구동 전원을 증가시키고, 상기 제어 신호의 동작 주파수 및 듀티 비 중 적어도 하나를 낮춰서 상기 구동 전원을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 컨버터부는, 상기 변압기의 1차측 권선에 연결되어 상기 변압기의 1차측 인덕턴스를 변경하는 인덕턴스 변경부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 LED 구동 장치는, 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 정류부, 상기 직류 전원을 승압 또는 강압하는 변압기와, 상기 변압기의 1차측에 연결되는 메인 스위치와, 상기 변압기의 2차측에 연결되며 복수의 LED에 구동 전원을 공급하는 출력 회로와, 상기 변압기의 1차측 권선에 연결되어 상기 변압기의 1차측 인덕턴스를 변경하는 인덕턴스 변경부를 포함하는 컨버터부, 및 상기 메인 스위치에 제어 신호를 공급하여 상기 컨버터부의 동작을 제어하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 인덕턴스 변경부는, 상기 변압기의 1차측 권선의 적어도 일부에 병렬로 연결되는 스위치 소자를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 서로 병렬로 연결되는 복수의 저항 소자 및 상기 복수의 저항 소자를 서로 연결 또는 분리하는 적어도 하나의 스위치 소자를 포함하는 출력 변경부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 변압기의 1차측에 마련되는 출력 변경부 또는 인덕턴스 변경부의 동작에 따라 LED로 공급하는 구동 전원을 조절할 수 있는 LED 구동 장치를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 장치는, 간단한 회로 구성으로 디밍 기능을 갖출 수 있으며, 서로 다른 부하(load) 특성을 갖는 다양한 LED에 범용적으로 적용될 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 장치를 포함하는 조명 장치를 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 장치를 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 3 내지 도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 LED 구동 장치를 나타낸 회로도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 장치가 적용된 조명 시스템을 개략적으로 나타내는 도이다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 장치의 동작을 설명하기 위해 제공되는 그래프이다.
도 14 내지 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 장치가 적용된 다양한 백라이트 유닛을 나타낸다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 장치를 포함하는 디스플레이 장치의 개략적인 분해사시도이다.
도 24 내지 도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 장치가 적용된 조명 장치를 나타낸 도이다.
도 28 내지 도 30는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 장치를 포함하는 조명 제어 네트워크 시스템을 나타낸 도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다.
본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형되거나 여러 가지 실시 형태가 조합될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 장치를 포함하는 조명 장치를 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치(1)는, LED 구동 장치(10), 전원부(20), 및 광원부(30)를 포함할 수 있다. 전원부(20)는 상용 교류 전원을 출력할 수 있으며, 광원부(30)는 적어도 하나의 LED를 포함할 수 있다. 광원부(30)가 복수의 LED를 포함하는 경우, 광원부(30) 내에서 복수의 LED는 서로 병렬 또는 직렬로 연결될 수 있다.
광원부(30)에 포함되는 복수의 LED는 LED 구동 장치(10)에 부하(load)로 적용될 수 있으며, LED 구동 장치(10)가 출력하는 구동 전원에 의해 빛을 출력할 수 있다. 따라서, 광원부(30)에 포함되는 복수의 LED의 개수, 연결 상태, 각 LED의 스펙(spec) 등에 의해 결정되는 광원부(30)의 부하 특성에 적합한 구동 전원을 LED 구동 장치(10)가 출력할 수 있어야 광원부(30)가 효율적으로 동작할 수 있다. 일반적으로는 광원부(30)의 부하 특성에 따라 LED 구동 장치(10)의 하드웨어 설계를 변경해야 할 필요가 있었으나, 본 발명의 실시예에 따른 LED 구동 장치(10)는 광원부(30)의 부하 특성이 변경되는 경우, 설계 변경 없이 간단한 조작만으로 구동 전원을 바꿀 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 LED 구동 장치(10)는, 설계 변경 없이 다양한 부하 특성을 갖는 광원부(30)을 안정적이고 효율적으로 동작시킬 수 있다.
LED 구동 장치(10)는 정류부(11), 컨버터부(12), 컨트롤러(13), 및 출력 변경부(14)를 포함할 수 있다. 정류부(11)는 전원부(20)가 출력하는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하며, 컨버터부(12)는 정류부(11)가 출력하는 직류 전원을 이용하여 광원부(30)에 구동 전원을 공급할 수 있다. 컨버터부(12)는 플라이백 컨버터, 벅 컨버터, 포워드 컨버터 등 다양한 토폴로지(topology)에 따른 직류-직류 컨버터 회로를 포함할 수 있다.
컨트롤러(13)는 소정의 동작 주파수 및 듀티비(duty ratio)를 갖는 제어 신호를 컨버터부(12)로 출력하는 집적 회로(IC) 칩일 수 있다. 컨트롤러(13)가 출력하는 제어 신호의 동작 주파수 및 듀티비에 의해 컨버터부(12)가 출력하는 구동 전원의 특성이 결정될 수 있다.
출력 변경부(14)는 가변 저항 특성을 갖는 회로를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 출력 변경부(14)는 가변 저항 소자를 포함하거나, 서로 직렬 또는 병렬로 연결되는 복수의 저항 소자 및 복수의 저항 소자 사이에 연결되어 복수의 저항 소자의 연결 관계를 정의하는 적어도 하나의 스위치 소자를 포함할 수 있다. 출력 변경부(14)의 저항 값에 따라 컨트롤러(13)가 출력하는 제어 신호의 동작 주파수 또는 듀티비 등이 바뀔 수 있다. 따라서, 출력 변경부(14)의 저항 값을 조절할 수 있는 수단을 사용자에게 제공함으로써 다양한 부하 특성을 갖는 광원부(30)를 사용자가 선택적으로 채택하도록 하거나, 또는 광원부(30)의 밝기를 조절하는 디밍 기능을 구현할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 장치를 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 LED 구동 장치(100)는, 정류부(110), 컨버터부(120), 컨트롤러(130) 및 출력 변경부(140)를 포함할 수 있다. 정류부(110)는 입력 단자 IN을 통해 전달되는 교류 전원을 변환하여 직류 전원을 생성할 수 있다. 컨버터부(120)는 하나 이상의 LED를 구동하기 위한 전류 ILED를 출력 단자 OUT으로 출력할 수 있으며, 컨버터부(120)의 동작은 컨트롤러(130) 및 출력 변경부(140)에 의해 제어될 수 있다.
컨버터부(120)는 플라이백 컨버터, 벅 컨버터, 포워드 컨버터 등의 직류-직류 컨버터 회로를 포함할 수 있으며, 변압기(123), 메인 스위치(125), 및 출력 회로(127)를 포함할 수 있다. 메인 스위치(125)는 변압기(123)의 1차측 권선에 직렬로 연결될 수 있으며, 컨트롤러(130)는 메인 스위치(125)의 제어 단자에 제어 신호를 인가하여 컨버터부(120)의 동작을 제어할 수 있다.
컨버터부(120)가 출력하는 전류 ILED의 크기는, 컨트롤러(130)가 메인 스위치(125)에 인가하는 제어 신호의 동작 주파수 및 듀티비에 의해 변할 수 있다. 일 실시예에서, 제어 신호의 동작 주파수 및 듀티비가 증가하는 경우 전류 ILED의 크기가 증가하고, 제어 신호의 동작 주파수 및 듀티비가 감소하는 경우 전류 ILED의 크기는 감소할 수 있다.
제어 신호의 동작 주파수 및 듀티비는 출력 변경부(140)에 의해 결정될 수 있다. 출력 변경부(140)는 가변 저항 소자 또는 복수의 저항 소자 및 적어도 하나의 스위치 소자를 포함할 수 있다. 출력 변경부(140)의 저항 값에 따라 제어 신호의 동작 주파수 및 듀티비 중 적어도 하나가 변하도록, 출력 변경부(140)는 메인 스위치(125)에 연결되거나, 또는 컨트롤러(130)의 시정수 제어 단자에 연결될 수 있다.
출력 회로(127)는 다이오드 및 커패시터를 포함할 수 있다. 메인 스위치(125)가 턴-온되는 경우, 정류부(110)로부터 전달되는 직류 전원은 변압기(123)에 충전될 수 있으며, 출력 회로(127)의 커패시터에 충전된 전원에 의해 전류 ILED가 출력될 수 있다. 한편 메인 스위치(125)가 턴-오프되면, 변압기(123)에 충전된 전원에 의해 전류 ILED가 출력될 수 있다.
도 3 내지 도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 LED 구동 장치를 나타낸 회로도이다.
우선 도 3을 참조하면, 교류 전원 VIN이 정류부(110)에 인가될 수 있다. 정류부(110)는 다이오드 브릿지 회로를 포함할 수 있으며, 교류 전원 VIN을 직류 전원으로 변환할 수 있다. 직류 전원의 전압 값은 저항 RIN에 의해 검출되어 컨트롤러 회로의 HV(High Voltage) 핀에 인가될 수 있다. 커패시터 C1은 바이패스 커패시터로서 고주파 노이즈 성분을 제거할 수 있다.
컨버터부(120)는 변압기(123), 메인 스위치(125), 및 출력 회로(127)를 포함할 수 있다. 메인 스위치(125)는 반도체 소자로 구현될 수 있으며, 일 실시예로 전계 효과 트랜지스터(FET)를 포함할 수 있다. 메인 스위치(125)는 변압기(123)의 1차측 권선에 직렬로 연결될 수 있으며, 저항 RG를 통해 컨트롤러(130)로부터 전달되는 제어 신호에 따라 그 동작이 제어될 수 있다.
출력 회로(127)는 변압기(123)의 2차측 권선에 연결되며, 다이오드 D1 및 커패시터 C2를 포함할 수 있다. 메인 스위치(125)가 턴-온되면, 정류부(110)가 출력하는 직류 전원에 의해 변압기(123)에 에너지가 저장되며, 다이오드 D1은 역방향으로 바이어스되어 변압기(123)의 2차측으로 정류부(110)가 출력하는 직류 전원이 전달되지 않는다. 따라서, 컨버터부(120)의 출력 전원 VOUT은 커패시터 C2에 저장된 에너지에 의해 공급될 수 있다. 한편, 메인 스위치(125)가 턴-오프되면, 다이오드 D1이 순방향으로 바이어스되며 변압기(123)에 저장된 에너지에 의해 출력 전원 VOUT이 공급될 수 있다.
출력 변경부(140)는 복수의 저항 소자 R1-R3 및 복수의 저항 소자 R1~R3을 서로 연결 또는 분리하는 스위치 소자 SW1-SW2를 포함할 수 있다. 스위치 소자 SW1-SW2의 동작에 의해 출력 변경부(140)의 전체 저항 값이 달라질 수 있으며, 출력 변경부(140)의 전체 저항 값이 변함에 따라 컨트롤러(130)의 CS(Current Sense) PIN에 인가되는 전류 검출 전압이 바뀔 수 있다. 컨트롤러(130)의 CS PIN을 통해 인가되는 전류 검출 전압이 변하는 경우, CON PIN을 통해 출력하는 제어 신호의 동작 주파수 및 듀티비가 변하게 되어 출력 전류 ILED가 증가 또는 감소할 수 있다. 한편, 출력 변경부(140)와 컨트롤러(130)의 CS PIN 사이에는 저항 RF와 커패시터 CF를 포함하는 로우 패스 필터(150)가 마련되어 스위칭 노이즈를 차단할 수 있다.
예를 들어, 스위치 소자 SW1, SW2가 모두 턴-온되는 경우, 출력 변경부(140)의 전체 저항 값이 감소하여 전류 검출 전압이 감소하게 되며, 컨트롤러(130)는 제어 신호의 동작 주파수 및 듀티 비를 증가시켜 출력 전류 ILED를 높일 수 있다. 반면 스위치 소자 SW1, SW2 중 어느 하나가 턴-오프되어 출력 변경부(140)의 전체 저항 값이 증가하는 경우, 전류 검출 전압이 증가하게 되어 컨트롤러(130)는 제어 신호의 동작 주파수 및 듀티 비를 감소시키고, 결과적으로 출력 전류 ILED가 감소할 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 LED 구동 장치(100)는, 스위치 소자 SW1, SW2의 온/오프를 조절하는 방식으로 디밍(dimming) 기능을 제공할 수 있다. 즉, 사용자가 스위치 소자 SW1, SW2의 온/오프를 선택할 수 있도록 함으로써 출력 전류 ILED의 값을 사용자가 조절할 수 있으며, 그로부터 디밍(dimming) 기능을 구현할 수 있다. 사용자는 스위치 소자 SW1, SW2을 모두 턴-온시켜 LED 구동 장치(100)에 연결된 LED의 밝기를 증가시키거나, 또는 스위치 소자 SW1, SW2를 모두 턴-오프시켜 LED의 밝기를 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 LED 구동 장치(100)는 하드웨어 설계 변경 없이 서로 다른 부하 특성을 갖는 다양한 LED를 구동할 수 있다. 상대적으로 높은 전류에 의해 동작하는 LED가 출력단에 연결되는 경우, 사용자는 스위치 소자 SW1, SW2을 모두 턴-온시켜 LED 구동 장치(100)의 출력 전류 ILED를 증가시킬 수 있다. 반면, 상대적으로 낮은 전류에 의해 동작하는 LED가 출력단에 연결되는 경우, 사용자는 LED에 과전류가 인가되어 파손되는 것을 방지하기 위해 스위치 소자 SW1, SW2 중 적어도 하나를 턴-오프시켜 LED 구동 장치(100)의 출력 전류 ILED를 감소시킬 수 있다.
다음으로 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 장치(200)가 개시되어 있다. 도 4에 도시한 실시예에 따른 LED 구동 장치(200)에서, 정류부(210), 컨버터부(220), 컨트롤러(230), 및 로우 패스 필터(250) 등의 동작은 도 3을 참조하여 설명한 바와 유사할 수 있다.
즉, 메인 스위치(225)의 동작은 컨트롤러(230)가 CON PIN을 통해 출력하는 제어 신호에 의해 결정될 수 있으며, 상기 제어 신호의 동작 주파수 및 듀티비에 의해 출력 전류 ILED가 결정될 수 있다. 다만, 도 4에 도시한 실시예에서는 도 3에 도시한 실시예와 달리 출력 변경부(140)가 아닌 인덕턴스 변경부(260)에 의해 출력 전류 ILED의 값이 조절될 수 있다.
도 4를 참조하면, 변압기(223)의 1차측 권선에 인덕턴스 변경부(260)가 마련될 수 있으며, 인덕턴스 변경부(260)는 변압기(223)의 1차측 권선의 적어도 일부와 병렬로 연결되는 스위치 소자를 포함할 수 있다. 인덕턴스 변경부(260)에 포함되는 스위치 소자가 턴-온되는 경우, 변압기(223) 1차측의 인덕턴스 값이 상대적으로 감소할 수 있다. 따라서, 변압기(223)의 1차측 권선에 흐르는 전류가 증가하게 되며, 출력 전류 ILED가 증가할 수 있다. 반면, 인덕턴스 변경부(260)에 포함되는 스위치 소자가 턴-오프되는 경우, 변압기(223) 1차측의 인덕턴스 값이 상대적으로 증가하여 변압기(223)의 1차측 권선에 흐르는 전류가 감소하게 되므로, 출력 전류 ILED는 감소할 수 있다.
도 4에 도시한 실시예에 따른 LED 구동 장치(200)는 인덕턴스 변경부(260)에 포함되는 스위치 소자의 온/오프를 조절할 수 있는 장치를 사용자에게 제공할 수 있다. 따라서, 사용자가 출력 전류 ILED를 조절함으로써 디밍 기능을 구현하거나, 서로 다른 크기의 전류에 의해 동작하는 다양한 LED를 LED 구동 장치(200)에 광원으로 적용하는 것이 가능하다.
다음으로 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 장치(300)는 정류부(310), 컨버터부(320), 컨트롤러(330), 및 출력 변경부(340)를 포함할 수 있다. 정류부(310), 컨버터부(320), 및 컨트롤러(330)의 동작은 도 3 및 도 4에 도시한 실시예와 유사할 수 있다.
컨트롤러(330)는 저항 RIN에 연결된 HV PIN을 통해 초기 기동 전류를 공급받을 수 있으며, 저항 R1과 연결된 CS PIN을 통해 메인 스위치(325)에 흐르는 전류를 검출할 수 있다. 한편, 도 5에 도시한 실시예에서 LED 구동 장치(300)는 보조 권선(370)을 포함할 수 있으며, 보조 권선(370)에 의해 컨트롤러(330)의 동작에 필요한 전원이 VDD PIN으로 공급될 수 있다. 컨트롤러(330)는 VS PIN을 통해 보조 권선(370)의 전압을 검출하여 변압기(323)의 2차측 출력을 계산할 수 있다.
한편, 컨트롤러(330)는 CON PIN을 통해 제어 신호를 출력하여 메인 스위치(325)의 온/오프 동작을 제어할 수 있으며, 그로부터 출력 전류 ILED를 결정할 수 있다. 도 5에 도시한 실시예에서 출력 변경부(340)는 컨트롤러(330)의 RT PIN에 연결되는 시정수 제어 회로를 포함할 수 있다. 출력 변경부(340)는 RT PIN을 통해 컨트롤러(330) 내부의 오실레이터 또는 커패시터 등과 연결될 수 있으며, 출력 변경부(340)의 저항 값에 의해 컨버터부(300)의 동작 주파수가 변경될 수 있다. COMP PIN은 컨버터부(320)의 부궤환 루프를 안정화하기 위한 핀으로 커패시터 CT와 연결될 수 있으며, GND PIN은 접지단에 연결될 수 있다.
출력 변경부(340)는 복수의 저항 소자 RT1-RT3 및 스위치 소자 SW3, SW4를 포함할 수 있다. 스위치 소자 SW3, SW4가 턴-온되면 출력 변경부(340)의 저항이 상대적으로 감소하며, 스위치 소자 SW3, SW4가 턴-오프되면 출력 변경부(340)의 저항이 상대적으로 증가할 수 있다. 출력 변경부(340)의 저항이 감소하면, 컨트롤러(330) 내에 포함되는 커패시터의 충방전 속도가 증가하여 컨트롤러(330)가 출력하는 제어 신호의 동작 주파수가 증가하고, 출력 전류 ILED가 커질 수 있다. 반면 출력 변경부(340)의 저항이 증가하면, 컨트롤러(330) 내에 포함되는 커패시터의 충방전 속도가 감소하여 컨트롤러(330)가 출력하는 제어 신호의 동작 주파수가 감소하고 출력 전류 ILED가 작아질 수 있다.
출력 변경부(340)에 포함되는 스위치 소자 SW3, SW4는 사용자에 의해 선택적으로 온/오프될 수 있다. 따라서, 사용자는 스위치 소자 SW3, SW4의 온/오프를 선택하여 LED 구동 장치(300)에 의해 동작하는 LED의 밝기를 조절하거나, 또는 서로 다른 크기의 전류에 의해 동작하는 다양한 LED를 LED 구동 장치(300)에 광원으로 적용할 수 있다.
도 6에 도시한 실시예에서, LED 구동 장치(400)는 정류부(410), 컨버터부(420), 컨트롤러(430), 출력 변경부(440), 로우 패스 필터(450), 및 인덕턴스 변경부(460)를 포함할 수 있다. LED 구동 장치(400)에 포함되는 각 구성 요소의 동작은, 도 3 내지 도 5에 도시한 실시예를 참조하여 설명한 바와 유사할 수 있다.
도 6을 참조하면, LED 구동 장치(400)는 메인 스위치(425)와 직렬로 연결되어 전류 검출 전압을 조절하는 출력 변경부(440)와, 변압기(423)의 1차측 권선의 적어도 일부에 병렬로 연결되는 스위치 소자를 갖는 인덕턴스 변경부(460)를 포함할 수 있다. 사용자는 출력 변경부(440)에 포함되는 스위치 소자 SW1 및 SW2, 또는 인덕턴스 변경부(460)에 포함되는 스위치 소자의 온/오프를 조절함으로써 출력 전류 ILED를 증가 또는 감소시킬 수 있다.
출력 변경부(440)에 포함되는 스위치 소자 SW1 및 SW2의 온/오프에 의해 출력 변경부(440)의 저항 값이 증가하는 경우, 출력 전류 ILED는 감소할 수 있다. 또한 출력 변경부(440)의 저항 값이 감소하는 경우, 출력 전류 ILED는 증가할 수 있다. 인덕턴스 변경부(460)에 포함되는 스위치 소자가 턴-온되면, 출력 전류 ILED는 증가하며, 인덕턴스 변경부(460)에 포함되는 스위치 소자가 턴-오프되면 출력 전류 ILED는 감소할 수 있다.
사용자는 출력 변경부(440) 및 인덕턴스 변경부(460) 각각에 포함되는 스위치 소자를 선택적으로 온/오프함으로써, LED 구동 장치(400)에 연결되는 LED의 밝기를 조절할 수 있다. 또한, LED 구동 장치(400)의 설계 변경 없이, 서로 다른 동작 특성을 갖는 다양한 LED를 LED 구동 장치(400)에 연결하여 사용할 수 있다.
다음으로 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 LED 구동 장치(500)는 정류부(510), 컨버터부(520), 컨트롤러(530), 출력 변경부(540), 로우 패스 필터(550), 인덕턴스 변경부(560), 및 보조 권선(570)을 포함할 수 있다. LED 구동 장치(500)에 포함되는 각 구성 요소의 동작은, 도 3 내지 도 6에 도시한 실시예를 참조하여 설명한 바와 유사할 수 있다.
도 7에 도시한 실시예에서, LED 구동 장치(500)는 컨버터부(520)의 동작 주파수를 조절하기 위해 제공되는 출력 변경부(540), 및 변압기(523)의 1차측 인덕턴스를 조절할 수 있는 인덕턴스 변경부(560)를 포함할 수 있다. 출력 변경부(540)는 컨트롤러(530)의 RT PIN을 통해 컨트롤러(530) 내에 포함되는 오실레이터 또는 커패시터와 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 출력 변경부(540)의 저항 값에 따라 컨트롤러(530) 내에 포함되는 커패시터가 충전 또는 방전되는 시간이 달라질 수 있으며, 그로부터 컨버터부(520)의 동작 주파수가 변경될 수 있다.
사용자는 출력 변경부(540)에 포함되는 스위치 소자 SW3, SW4 및 인덕턴스 변경부(560)에 포함되는 스위치 소자의 온/오프를 조절하여 출력 전류 ILED를 증가 또는 감소시킬 수 있다. LED 구동 장치(500)에 연결된 LED를 더 밝게 동작시키고자 하는 경우, 사용자는 출력 변경부(540) 및 인덕턴스 변경부(560)에 포함되는 스위치 소자들을 턴-온시킬 수 있다. 반대로 LED의 밝기를 낮추고자 하는 경우, 사용자는 출력 변경부(540) 및 인덕턴스 변경부(560)에 포함되는 스위치 소자들을 턴-오프시킬 수 있다.
도 8은 출력 변경부(640a, 640b)만을 포함하는 LED 구동 장치(600)의 실시예를 나타낸 회로도이다. 도 8을 참조하면, LED 구동 장치(600)는 정류부(610), 컨버터부(620), 컨트롤러(630), 출력 변경부(640a, 640b), 로우 패스 필터(650) 및 보조 권선(670)을 포함할 수 있다. LED 구동 장치(600)에 포함되는 각 구성 요소의 동작은, 도 3 내지 도 7에 도시한 실시예를 참조하여 설명한 바와 유사할 수 있다.
도 8에 도시한 실시예에서, 출력 변경부(640a, 640b)는, 메인 스위치(625)에 연결되어 전류 검출 저항으로 기능하는 제1 출력 변경부(640a) 및 RT PIN을 통해 컨트롤러(630) 내부의 커패시터 또는 오실레이터와 연결되어 컨버터부(620)의 동작 주파수를 조절하는 제2 출력 변경부(640b)를 포함할 수 있다. 제1 출력 변경부(640a)와 제2 출력 변경부(640b) 각각은 복수의 저항 소자 R1-R3, RT1-RT3 및 스위치 소자 SW1-SW2, SW3-SW4를 포함할 수 있다.
사용자는 각 출력 변경부(640a, 640b)에 포함되는 스위치 소자 SW1-SW4의 온/오프를 선택하여 LED 구동 장치(600)에 연결되어 동작하는 LED의 광량을 증가 또는 감소시키거나, 서로 다른 크기의 동작 전류를 갖는 LED를 LED 구동 장치(600)의 설계 변경없이 광원으로 이용할 수 있다. 스위치 소자 SW1-SW4 각각의 온/오프 조합에 따른 LED의 밝기는 사용 설명서 또는 LED 구동 장치가 적용되는 실내외 벽면 등에 인쇄되는 형태로 제공될 수 있다.
다음으로 도 9를 참조하면, 도 9의 실시예에 따른 LED 구동 장치(700)는 정류부(710), 컨버터부(720), 컨트롤러(730), 출력 변경부(740a, 740b), 로우 패스 필터(750), 인덕턴스 변경부(760), 및 보조 권선(770)을 포함할 수 있다. LED 구동 장치(700)에 포함되는 각 구성 요소의 동작은, 도 3 내지 도 8에 도시한 실시예를 참조하여 설명한 바와 유사할 수 있다.
도 9에 도시한 실시예에서, 출력 변경부(740a, 740b)는 메인 스위치(725)와 직렬로 연결되어 전류 검출 전압을 조절하는 제1 출력 변경부(740a) 및 RT PIN을 통해 컨트롤러(730) 내부의 커패시터 또는 오실레이터와 연결되어 컨버터부(720)의 동작 주파수를 조절하는 제2 출력 변경부(740b)를 포함할 수 있다. 또한, LED 구동 장치(700)는 변압기(723)의 1차측 권선 중 적어도 일부에 병렬로 연결되는 스위치 소자를 갖는 인덕턴스 변경부(760)를 포함할 수 있다.
사용자는 출력 변경부(740a, 740b) 및 인덕턴스 변경부(760)에 포함되는 스위치 소자의 온/오프를 선택하여 LED 구동 장치(700)와 연결되는 LED의 밝기를 조절하거나, LED 구동 장치(700)에 연결된 LED의 전류 특성에 알맞은 출력 전류 ILED를 설정함으로써 LED의 효율적인 동작을 확보할 수 있다. 예를 들어, LED의 밝기를 최대한 낮추고자 하는 경우, 사용자는 출력 변경부(740a, 740b) 및 인덕턴스 변경부(760)에 포함되는 스위치 소자를 모두 턴-오프시킬 수 있다. 반대로 LED의 밝기를 최대한 높이고자 하는 경우, 사용자는 출력 변경부(740a, 740b) 및 인덕턴스 변경부(760)에 포함되는 스위치 소자를 모두 턴-온시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서, 컨트롤러로 적용되는 집적 회로 칩의 종류에 따라, 컨트롤러에서 출력되는 제어 신호의 동작 주파수 및 듀티 비 중 어느 하나가 고정되어 있을 수 있다. 이 경우, 컨트롤러로 적용되는 집적 회로 칩의 종류에 따라 출력 변경부 및 인덕턴스 변경부를 적절히 선택함으로써, 디밍 기능을 제공하고 다양한 동작 특성의 LED를 광원으로 적용할 수 있는 LED 구동 장치를 구현할 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시한 바와 같이 LED 구동 장치(100)의 메인 스위치(125)에 연결되는 출력 변경부(140)의 경우, 스위치 소자 SW1-SW2의 온/오프에 따라 컨트롤러(130)가 출력하는 제어 신호의 동작 주파수 및 듀티 비가 함께 변경될 수 있다. 따라서, 제어 신호의 동작 주파수 또는 듀티 비가 고정인 경우에도, 출력 변경부(140)에 의해 출력 전류 ILED가 조절될 수 있다.
한편, 제어 신호의 동작 주파수가 고정되어 있는 경우, 도 5의 실시예에 따른 출력 변경부(340)를 적용하기가 어려울 수 있다. 따라서, 제어 신호의 동작 주파수가 고정되어 있는 경우에는 도 3에 도시한 바와 같이 메인 스위치(125)에 연결되는 출력 변경부(140)를 채용하거나, 또는 도 4에 도시한 바와 같이 변압기(223)의 1차측 권선에 연결되는 인덕턴스 변경부(260)를 채용하여 출력 전류 ILED를 조절할 수 있다. 반면, 제어 신호의 듀티 비가 고정되고 동작 주파수를 조절할 수 있는 경우에는, 도 4의 실시예에 따른 인덕턴스 변경부(260) 또는 도 5의 실시예에 따른 출력 변경부(340)가 효율적인 수단으로 채택될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 장치가 적용된 조명 시스템을 개략적으로 나타내는 도이다. 도 10에서 조명 시스템(800)은 실내 조명에 적용된 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않으며 실외 조명, 차량용 조명 등에 다양하게 적용될 수 있다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 조명 시스템(800)은 센서부(810), 조명 제어부(820), 및 광원부(830)를 포함할 수 있다. 광원부(830)는 빛을 출력하기 위한 LED를 포함할 수 있으며, 조명 시스템(800)이 설치되는 공간의 천장, 벽면, 또는 바닥 등에 배치될 수 있다. 센서부(810)는 온도 센서, 조도 센서, 습도 센서를 포함할 수 있으며, 온도, 조도, 습도 등을 감지하고 그 정보를 조명 제어부(820)에 전송할 수 있다.
조명 제어부(820)는 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 LED 구동 장치(100-700)를 포함할 수 있으며, 디밍 기능을 사용자에게 안내하기 위한 테이블(823) 및 스위치부(825, 827)를 가질 수 있다. 테이블(823)은 스위치부(825, 827)에 포함되는 제1 스위치(825)와 제2 스위치(827)의 온/오프 상태에 따른 광원부(830)의 밝기를 사용자에게 안내할 수 있다.
조명 제어부(820)가 도 3에 도시한 LED 구동 장치(100)를 포함하는 경우, 제1 스위치(825) 및 제2 스위치(827)는 출력 변경부(140)에 포함되는 스위치 소자 SW1, SW2와 각각 연동되어 동작할 수 있다. 즉, 사용자가 제1 스위치(825)를 턴-온하는 경우, 스위치 소자 SW1이 턴-온될 수 있으며, 제2 스위치(827)를 턴-오프하는 경우 스위치 소자 SW2이 턴-오프될 수 있다.
출력 변경부(140)에 포함되는 스위치 소자 SW1, SW2가 모두 턴-온되는 경우, 출력 변경부(140)는 가장 낮은 저항 값을 가질 수 있다. 따라서, 메인 스위치(125)에 흐르는 전류 검출 전압이 감소하게 되며, 컨트롤러(130)가 출력하는 제어 신호의 주파수 및 듀티 비가 증가하고 출력 전류 ILED가 높아져서 광원부(830)의 밝기를 높일 수 있다. 반면, 출력 변경부(140)에 포함되는 스위치 소자 SW1, SW2가 모두 턴-오프되는 경우에는 메인 스위치(125)에 흐르는 전류 검출 전압이 감소하게 되어, 컨트롤러(130)가 출력하는 제어 신호의 주파수 및 듀티 비가 감소할 수 있다.
결과적으로, 출력 전류 ILED가 감소하여 광원부(830)의 밝기를 낮출 수 있다. 테이블(823)에 도시된 바와 같이, 사용자는 제1 스위치(825)와 제2 스위치(827)를 모두 턴-온시켜 광원부(830)의 밝기를 최대로 증가시키거나, 제1 스위치(825)와 제2 스위치(827)를 모두 턴-오프시켜 광원부(830)의 밝기를 최저로 낮출 수 있다. 제1 스위치(825)만 턴-온되는 경우 광원부(830)의 밝기는, 출력 변경부(140)에 포함되는 저항 R1-R3의 크기에 따라 다르게 설정될 수 있다. 한편, 도 10에 도시한 실시예에서 조명 제어부(820)는 서로 독립적으로 온/오프될 수 있는 제1 및 제2 스위치(825, 827)를 포함하는 것으로 도시되었으나, 반드시 이와 같은 형태로 한정되는 것은 아니며 다이얼 형태 또는 슬라이드 형태의 다양한 스위치로도 구현될 수 있다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 장치의 동작을 설명하기 위해 제공되는 그래프이다.
도 11 내지 도 13에 도시한 그래프는 도 3 내지 도 9에 도시한 LED 구동 장치(100-700)의 동작 특성을 설명하는 데에 모두 적용될 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위하여 도 3에 도시한 LED 구동 장치(100)를 참조하여 도 11 내지 도 13의 그래프를 설명하기로 한다.
우선 도 11은 출력 변경부(140)에 포함되는 스위치 소자 SW1, SW2가 모두 턴-온된 경우, 컨트롤러(130)가 출력하는 제어 신호 Vgate 및 LED 구동 장치(100)가 출력하는 출력 전류 ILED의 파형을 도시한 그래프이다. 도 12는 스위치 소자 SW1만 턴-온된 경우에 제어 신호 Vgate 및 출력 전류 ILED의 파형을 도시한 그래프이다. 마지막으로, 도 13은 스위치 소자 SW1, SW2가 모두 턴-오프된 경우, 제어 신호 Vgate 및 출력 전류 ILED의 파형을 나타낸 그래프이다.
도 11을 참조하면, 컨트롤러(130)가 CS PIN을 통해 출력 변경부(140)로부터 측정하는 전류 검출 전압 VCS는 0.83V이며, 제어 신호 Vgate의 주파수는 54.5kHz, 듀티비는 약 0.154로 측정되었고, 출력 전류 ILED는 1.4A로 검출되었다. 한편, 도 12를 참조하면, 전류 검출 전압 VCS는 도 11의 실시예에 비해 0.97V로 증가하였으며, 그로부터 제어 신호 Vgate의 주파수 및 듀티비가 모두 감소한 것을 확인할 수 있다. 결과적으로, 출력 전류 ILED는 1.06A로 감소하였다.
도 13을 참조하면, 스위치 소자 SW1, SW2가 모두 턴-오프됨에 따라 전류 검출 전압 VCS는 1.14V로 증가하였으며, 제어 신호 Vgate의 주파수는 53.05kHz, 듀티비는 0.106으로 감소하였다. 제어 신호 Vgate의 주파수 및 듀티비 감소에 따라 출력 전류 ILED는 0.73A로 감소하였다. 따라서, 스위치 소자 SW1, SW2를 조절할 수 있는 수단을 사용자에게 제공하고, 사용자가 스위치 소자 SW1, SW2의 온/오프를 선택함으로써, LED 구동 장치(100)에 의해 동작하는 LED의 밝기를 조절하는 디밍 기능을 제공할 수 있다.
또는, LED 구동 장치(100)를 특정 센서와 연동시켜 외부 조도, 습도, 온도, 사람 수 등에 맞게 LED의 밝기를 자동으로 조절할 수도 있다. 외부 조도가 감소하는 경우, 스위치 소자 SW1, SW2를 턴-온시켜 LED의 밝기를 증가시키거나, 외부 조도가 증가하는 경우 LED의 밝기를 감소시키는 등의 다양한 방법으로 LED의 밝기를 자동 제어할 수 있다.
도 14 내지 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 장치가 적용된 다양한 백라이트 유닛을 나타낸다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛의 개략적인 사시도이다.
도 14를 참조하면, 백라이트 유닛(1000)은 도광판(1040) 및 도광판(1040) 양측면에 제공되는 광원모듈(1010)을 포함할 수 있다. 또한, 백라이트 유닛(1000)은 도광판(1040)의 하부에 배치되는 반사판(1020)을 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 백라이트 유닛(1000)은 에지형 백라이트 유닛일 수 있다.
실시예에 따라, 광원모듈(1010)은 도광판(1040)의 일 측면에만 제공되거나, 다른 측면에 추가적으로 제공될 수도 있다. 광원모듈(1010)은 인쇄회로기판(1001) 및 인쇄회로기판(1001) 상면에 실장된 복수의 광원(1005)을 포함할 수 있다.
도 15는 직하형 백라이트 유닛의 일 실시예를 나타낸다.
도 15를 참조하면, 백라이트 유닛(1100)은 광확산판(1140) 및 광확산판(1140) 하부에 배열된 광원모듈(1110)을 포함할 수 있다. 또한, 백라이트 유닛(1100)은 광확산판(1140) 하부에 배치되며, 광원모듈(1110)을 수용하는 바텀케이스(1160)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 백라이트 유닛(1100)은 직하형 백라이트 유닛일 수 있다.
광원모듈(1110)은 인쇄회로기판(1101) 및 인쇄회로기판(1101) 상면에 실장된 복수의 광원(1105)을 포함할 수 있다.
도 16은 직하형 백라이트 유닛에 있어서, 광원의 배치의 일 예를 나타낸다.
본 실시예에 따른 직하형 백라이트 유닛(1200)은 기판(1201)상에 배열된 복수의 광원(1205)을 갖추어 구성된다.
광원(1205)들의 배열 구조는 행과 열로 배열된 매트릭스 구조로서 각각의 행과 열은 지그재그 형태를 갖는다. 이는, 복수의 광원(1205)이 일직선상에 행과 열로 배열된 제1 매트릭스의 내부에 동일한 형태의 제2 매트릭스가 배치된 구조로서 상기 제1 매트릭스에 포함된 인접한 4개의 광원(1205)이 이루는 사각형의 내부에 상기 제2 매트릭스의 각 광원(1205)이 위치하는 것으로 이해될 수 있다.
다만, 상기 직하형 백라이트 유닛에 있어서 휘도의 균일성 및 광효율을 보다 향상시키기 위해 필요에 따라서는, 상기 제1 및 제2 매트릭스는 그 배치 구조 및 간격을 서로 다르게 할 수도 있다. 또한, 이러한 복수의 광원 배치 방법 외에, 휘도 균일도를 확보할 수 있도록 인접한 광원간의 거리(S1, S2)를 최적화할 수 있다.
이와 같이, 광원(1205)들로 구성된 행과 열을 일직선상에 배치하지 않고, 지그재그로 배치함에 따라, 동일한 발광 면적에 대하여 약 15% ~ 25% 정도 광원(1205)의 수를 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 17은 직하형 백라이트 유닛의 다른 실시예를 나타낸다.
도 17을 참조하면, 본 실시예에 따른 백라이트 유닛(1300)은 광학시트(1320) 및 광학시트(1320) 하부에 배열된 광원모듈(1310)을 포함할 수 있다.
광학시트(1320)는 확산시트(1321), 집광시트(1322), 보호시트(1323) 등을 포함할 수 있다.
광원모듈(1310)은 회로 기판(1311), 회로 기판(1311) 상에 실장된 복수의 광원(1312)(도 18 참조) 및 복수의 광원(1312)(도 18 참조) 상부에 각각 배치되는 복수의 광학소자(1313)를 포함할 수 있다. 광원(1312)(도 18 참조)은 백색광 광원 모듈일 수 있다.
광학소자(1313)는, 굴절을 통해 광의 지향각을 조절할 수 있으며, 특히 광원(1312)(도 18 참조)의 빛을 넓은 영역으로 확산시키는 광지향각 렌즈가 주로 사용될 수 있다. 이러한 광학소자(1313)가 부착된 광원(1312)(도 18 참조)은 더 넓은 광 분포를 갖게 되기 때문에 백라이트, 평판 조명 등에 광원모듈이 사용되는 경우, 동일 면적당 필요한 광원(1312)(도 18 참조)의 개수를 절약할 수 있다.
도 18을 참조하면, 광학소자(1313)는 광원(1312) 상에 배치되는 바닥면(1313a)과, 광원(1312)의 광이 입사되는 입사면(1313b)과, 상기 광이 외부로 방출되는 출사면(1313c)을 포함할 수 있다.
바닥면(1313a)은 광원(1312)의 광축(Z)이 지나는 중앙에 출사면(1313c) 방향으로 함몰된 홈부(1313d)가 구비될 수 있다. 홈부(1313d)는 그 표면이 광원(1312)의 광이 입사되는 입사면(1313b)으로 정의될 수 있다. 즉, 입사면(1313b)은 홈부(1313d)의 표면을 이룰 수 있다.
바닥면(1313a)은 입사면(1313b)과 연결되는 중앙 영역이 광원(1312)으로 부분적으로 돌출되어 전체적으로 비평판형 구조를 가질 수 있다. 즉, 바닥면(1313a) 전체가 평평한 일반적인 구조와 달리 홈부(1313d) 둘레를 따라서 부분적으로 돌출된 구조를 가질 수 있다. 바닥면(1313a)에는 복수의 지지부(1313f)가 구비될 수 있으며, 광학소자(1313)가 회로 기판(1311) 상에 장착되는 경우 광학소자(1313)를 고정 및 지지할 수 있다.
출사면(1313c)은 바닥면(1313a)과 연결되는 테두리로부터 상부 방향(광출사 방향)으로 돔 형태로 돌출되며, 광축(Z)이 지나는 중앙이 홈부(1313d)를 향해 오목하게 함몰되어 변곡점을 가지는 구조를 가질 수 있다.
출사면(1313c)에는 광축(Z)의 테두리 방향으로 복수의 요철부(1313e)가 주기적으로 배열될 수 있다. 복수의 요철부(1313e)는 광학소자(1313)의 수평 단면 형상에 대응하는 링 형상을 가질 수 있으며, 광축(Z)을 기준으로 동심원을 이룰 수 있다. 그리고, 광축(Z)을 중심으로 출사면(1313c)의 표면을 따라 주기적인 패턴을 이루며 방사상으로 확산되는 구조로 배열될 수 있다.
복수의 요철부(1313e)는 각각 일정한 주기(pitch)(P)로 이격되어 패턴을 이룰 수 있다. 이 경우, 복수의 요철부(1313e) 사이의 주기(P)는 0.01mm 내지 0.04mm 사이의 범위를 가질 수 있다. 복수의 요철부(1313e)는 광학소자(1313)를 제조하는 과정에서 발생할 수 있는 미세한 가공 오차로 인하여 광학소자들 간의 성능의 차이를 상쇄할 수 있으며, 이를 통해 광 분포의 균일도를 향상시킬 수 있다.
도 19는 직하형 백라이트 유닛의 또 다른 실시예를 나타낸다.
도 19를 참조하면, 백라이트 유닛(1400)은 회로기판(1401) 상에 광원(1405)이 실장되며, 그 상부에 배치된 하나 이상의 광학 시트(1406)를 구비한다. 상기 광원(1405)은 본 발명에 따른 적색 형광체를 함유한 백색 발광장치일 수 있다.
본 실시예에 채용된 회로기판(1401)은 메인 영역에 해당되는 제1 평면부(1401a)와 그 주위에 배치되어 적어도 일부가 꺾인 경사부(1401b)와, 상기 경사부(1401b)의 외측인 회로 기판(1401)의 모서리에 배치된 제2 평면부(1401c)를 가질 수 있다. 상기 제1 평면부(1401a) 상에는 제1 간격(d1)에 따라 광원(1405)이 배열되며, 상기 경사부(1401b) 상에도 제2 간격(d2)으로 하나 이상의 광원(1405)이 배열될 수 있다. 상기 제1 간격(d1)은 상기 제2 간격(d2)과 동일할 수 있다. 상기 경사부(1401b)의 폭(또는 단면에서는 길이)는 제1 평면부(1401a)의 폭보다 작으며 제2 평면부(1401c)의 폭에 비해서는 길게 형성될 수 있다. 또한, 제2 평면부(1401c)에도 필요에 따라 적어도 하나의 광원(1405)이 배열될 수 있다.
상기 경사부(1401b)의 기울기는 제1 평면부(1401a)를 기준으로 0°보다는 크며 90°보다는 작은 범위 안에서 적절하게 조절할 수 있다. 회로기판(1401)은 이러한 구조를 취함으로써 광학 시트(1406)의 가장자리 부근에서도 균일한 밝기를 유지할 수 있다.
도 20 내지 도 22는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 백라이트 유닛의 개략적인 단면도이다.
도 20 내지 도 22의 백라이트 유닛들(1500, 1600, 1700)은 파장변환부(1550, 1650, 1750)가 광원(1505, 1605, 1705)에 배치되지 않고, 광원(1505, 1605, 1705)의 외부에서 백라이트 유닛들(1500, 1600, 1700) 내에 배치되어 광을 변환시킬 수 있다.
도 20을 참조하면, 백라이트 유닛(1500)은 직하형 백라이트 유닛으로, 파장변환부(1550), 상기 파장변환부(1550)의 하부에 배열된 광원모듈(1510) 및 상기 광원모듈(1510)을 수용하는 바텀케이스(1560)를 포함할 수 있다. 또한, 광원모듈(1510)은 인쇄회로기판(1501) 및 상기 인쇄회로기판(1501) 상면에 실장된 복수의 광원(1505)을 포함할 수 있다.
본 실시예의 백라이트 유닛(1500)에서는, 바텀케이스(1560) 상부에 파장변환부(1550)가 배치될 수 있다. 따라서, 광원모듈(1510)로부터 방출되는 광의 적어도 일부가 파장변환부(1550)에 의해 파장 변환될 수 있다. 상기 파장변환부(1550)는 별도의 필름으로 제조되어 적용될 수 있으나, 도시되지 않은 광확산판과 일체로 결합된 형태로 제공될 수 있다.
도 21 및 도 22를 참조하면, 백라이트 유닛(1600, 1700)은 에지형 백라이트 유닛으로, 파장변환부(1650, 1750), 도광판(1640, 1740), 상기 도광판(1640, 1740)의 일 측에 배치되는 반사부(1620, 1720) 및 광원(1605, 1705)을 포함할 수 있다.
상기 광원(1605, 1705)에서 방출되는 광은 상기 반사부(1620, 1720)에 의해 상기 도광판(1640, 1740)의 내부로 안내될 수 있다. 도 21의 백라이트 유닛(1600)에서, 파장변환부(1650)는 도광판(1640)과 광원(1605)의 사이에 배치될 수 있다. 도 22의 백라이트 유닛(1700)에서, 파장변환부(1750)는 도광판(1740)의 광 방출면 상에 배치될 수 있다.
도 20 내지 도 22에서의 파장변환부(1550, 1650, 1750)에는 통상적인 형광체가 포함될 수 있다. 특히, 광원으로부터의 열 또는 수분에 취약한 양자점의 특성을 보완하기 위하여 양자점 형광체를 사용하는 경우, 도 20 내지 도 22에 개시된 파장변환부(1550, 1650, 1750) 구조를 백라이트 유닛(1500, 1600, 1700)에 활용할 수 있다.
도 14 내지 도 22를 참조하여 상술한 백라이트 유닛(1000-1700)들은 본 발명의 실시예에 따른 LED 구동 장치(100-700)를 포함할 수 있다. 따라서, 사용자가 백라이트 유닛(1000-1700)의 밝기를 조절하거나, 또는 백라이트 유닛(1000-1700)과 연동되는 센서가 감지하는 주변의 조도, 온도 등에 따라 백라이트 유닛(1000-1700)의 밝기가 자동 제어될 수 있다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 장치를 포함하는 디스플레이 장치의 개략적인 분해사시도이다.
도 23을 참조하면, 디스플레이 장치(2000)는, 백라이트 유닛(2100), 광학시트(2200) 및 액정 패널과 같은 화상 표시 패널(2300)을 포함할 수 있다.
백라이트 유닛(2100)은 바텀케이스(2110), 반사판(2120), 도광판(2140) 및 도광판(2140)의 적어도 일 측면에 제공되는 광원모듈(2130)을 포함할 수 있다. 광원모듈(2130)은 인쇄회로기판(2131) 및 광원(2132)을 포함할 수 있다. 특히, 광원(2105)은 광방출면에 인접한 측면으로 실장된 사이드뷰 타입 발광소자일 수 있다.
광학시트(2200)는 도광판(2140)과 화상 표시 패널(2300)의 사이에 배치될 수 있으며, 확산시트, 프리즘시트 또는 보호시트와 같은 여러 종류의 시트를 포함할 수 있다.
화상 표시 패널(2300)은 광학시트(2200)를 출사한 광을 이용하여 영상을 표시할 수 있다. 화상 표시 패널(2300)은 어레이 기판(2320), 액정층(2330) 및 컬러 필터 기판(2340)을 포함할 수 있다. 어레이 기판(2320)은 매트릭스 형태로 배치된 화소 전극들, 상기 화소 전극에 구동 전압을 인가하는 박막 트랜지스터들 및 상기 박막 트랜지스터들을 작동시키기 위한 신호 라인들을 포함할 수 있다. 컬러 필터 기판(2340)은 투명기판, 컬러 필터 및 공통 전극을 포함할 수 있다. 상기 컬러 필터는 백라이트 유닛(2100)으로부터 방출되는 백색광 중 특정 파장의 광을 선택적으로 통과시키기 위한 필터들을 포함할 수 있다. 액정층(2330)은 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극 사이에 형성된 전기장에 의해 재배열되어 광투과율을 조절할 수 있다. 광투과율이 조절된 광은 컬러 필터 기판(2340)의 상기 컬러 필터를 통과함으로써 영상을 표시할 수 있다. 화상 표시 패널(2300)은 영상 신호를 처리하는 구동회로 유닛 등을 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 디스플레이 장치(2000)에 따르면, 상대적으로 작은 반치폭을 가지는 청색광, 녹색광 및 적색광을 방출하는 광원(2132)을 사용하므로, 방출된 광이 컬러 필터 기판(2340)을 통과한 후 높은 색순도의 청색, 녹색 및 적색을 구현할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 디스플레이 장치(2000)는, 도 1 내지 도 13을 참조하여 설명한 실시예에 따른 LED 구동 장치(100-700)를 채용하여 백라이트 유닛(2100)를 구동할 수 있다. 따라서, 사용자의 입력에 따라 백라이트 유닛(2100)의 밝기가 증가 또는 감소하거나, 디스플레이 장치(2000)와 연동되는 센서가 감지하는 조도, 온도, 습도, 시청자 수 등의 조건에 의해 백라이트 유닛(2100)의 밝기가 자동 제어될 수 있다.
도 24 내지 도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 장치가 적용된 조명 장치를 나타낸 도이다.
도 24는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 평판 조명 장치를 간략하게 나타내는 사시도이다.
도 24를 참조하면, 평판 조명 장치(3100)는 광원모듈(3110), 전원공급장치(3120) 및 하우징(3030)을 포함할 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 광원모듈(3110)은 발광소자 어레이를 광원으로 포함할 수 있고, 전원공급장치(3120)는 발광소자 구동부를 포함할 수 있다.
광원모듈(3110)은 발광소자 어레이를 포함할 수 있고, 전체적으로 평면 현상을 이루도록 형성될 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 발광소자 어레이는 발광소자 및 발광소자의 구동정보를 저장하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
전원공급장치(3120)는 광원모듈(3110)에 전원을 공급하도록 구성될 수 있다. 하우징(3130)은 광원모듈(3110) 및 전원공급장치(3120)가 내부에 수용되도록 수용 공간이 형성될 수 있고, 일측면에 개방된 육면체 형상으로 형성되나 이에 한정되는 것은 아니다. 광원모듈(3110)은 하우징(3130)의 개방된 일측면으로 빛을 발광하도록 배치될 수 있다.
도 25는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치로서 벌브형 램프를 간략하게 나타내는 분해 사시도이다.
구체적으로, 조명 장치(3200)는 소켓(3210), 전원부(3220), 방열부(3230), 광원모듈(3240) 및 광학부(3250)를 포함할 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 광원모듈(3240)은 발광소자 어레이를 포함할 수 있고, 전원부(3220)는 발광소자 구동부를 포함할 수 있다.
소켓(3210)은 기존의 조명 장치와 대체 가능하도록 구성될 수 있다. 조명 장치(3200)에 공급되는 전력은 소켓(3210)을 통해서 인가될 수 있다. 도시된 바와 같이, 전원부(3220)는 제1 전원부(3221) 및 제2 전원부(3222)로 분리되어 조립될 수 있다. 방열부(3230)는 내부 방열부(3231) 및 외부 방열부(3232)를 포함할 수 있고, 내부 방열부(3231)는 광원모듈(3240) 및/또는 전원부(3220)와 직접 연결될 수 있고, 이를 통해 외부 방열부(3232)로 열이 전달되게 할 수 있다. 광학부(3250)는 내부 광학부 및 외부 광학부를 포함할 수 있고, 광원모듈(3240)이 방출하는 빛을 고르게 분산시키도록 구성될 수 있다.
광원모듈(3240)은 전원부(3220)로부터 전력을 공급받아 광학부(3250)로 빛을 방출할 수 있다. 광원모듈(3240)은 하나 이상의 발광소자(3241), 회로기판(3242) 및 컨트롤러(3243)를 포함할 수 있고, 컨트롤러(3243)는 발광소자(3241)들의 구동 정보를 저장할 수 있다.
도 26은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치로서 통신 모듈을 포함하는 램프를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
구체적으로, 본 실시예에 따른 조명 장치(3300)와, 도 25에서 개시한 실시예에 따른 조명 장치(3200)의 차이점은 광원 모듈(3240)의 상부에 반사판(3310)이 포함되어 있으며, 반사판(3310)은 광원으로부터의 빛을 측면 및 후방으로 고르게 퍼지게 하여 눈부심을 줄일 수 있다.
반사판(3310)의 상부에는 통신 모듈(3320)이 장착될 수 있으며 상기 통신 모듈(3320)을 통하여 홈-네트워크(home-network) 통신을 구현할 수 있다. 예를 들어, 통신 모듈(3320)은 지그비(Zigbee), 와이파이(WiFi) 또는 라이파이(LiFi)를 이용한 무선 통신 모듈일 수 있으며, 스마트폰 또는 무선 컨트롤러를 통하여 조명 장치의 온(on)/오프(off), 밝기 조절 등과 같은 가정 내외에 설치되어 있는 조명을 컨트롤 할 수 있다. 또한 상기 가정 내외에 설치되어 있는 조명 장치의 가시광 파장을 이용한 라이파이 통신 모듈을 이용하여 TV, 냉장고, 에어컨, 도어락, 자동차 등 가정 내외에 있는 전자 제품 및 자동차 시스템의 컨트롤을 할 수 있다.
반사판(3310)과 통신 모듈(3320)은 커버부(3330)에 의해 커버될 수 있다.
도 27은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치로서 바(bar) 타입의 램프를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
구체적으로, 조명 장치(4000)는 방열 부재(4100), 커버(4200), 광원 모듈(4300), 제1 소켓(4400) 및 제2 소켓(4500)을 포함한다. 방열 부재(4100)의 내부 또는/및 외부 표면에 다수개의 방열 핀(4110, 4120)이 요철 형태로 형성될 수 있으며, 방열 핀(4110, 4120)은 다양한 형상 및 간격을 갖도록 설계될 수 있다. 방열 부재(4100)의 내측에는 돌출 형태의 지지대(4130)가 형성되어 있다. 지지대(4130)에는 광원 모듈(4430)이 고정될 수 있다. 방열 부재(4100)의 양 끝단에는 걸림 턱(4140)이 형성될 수 있다.
커버(4200)에는 걸림 홈(4210)이 형성되어 있으며, 걸림 홈(4210)에는 방열 부재(4100)의 걸림 턱(4140)이 후크 결합 구조로 결합될 수 있다. 걸림 홈(4210)과 걸림 턱(4140)이 형성되는 위치는 서로 바뀔 수도 있다.
광원 모듈(4300)은 발광소자 어레이를 포함할 수 있다. 광원 모듈(4300)은 인쇄회로기판(4310), 광원(4320) 및 컨트롤러(4330)를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 컨트롤러(4330)는 광원(4320)의 구동 정보를 저장할 수 있다. 인쇄회로기판(4310)에는 광원(4320)을 동작시키기 위한 회로 배선들이 형성되어 있다. 또한, 광원(4320)을 동작시키기 위한 구성 요소들이 포함될 수도 있다.
제1, 2 소켓(4400, 4500)은 한 쌍의 소켓으로서 방열 부재(4100) 및 커버(4200)로 구성된 원통형 커버 유닛의 양단에 결합되는 구조를 갖는다. 예를 들어, 제1 소켓(4400)은 전극 단자(4410) 및 전원 장치(4420)를 포함할 수 있고, 제2 소켓(4500)에는 더미 단자(4510)가 배치될 수 있다. 또한, 제1 소켓(4400) 또는 제2 소켓(4500) 중의 어느 하나의 소켓에 광센서 및/또는 통신 모듈이 내장될 수 있다. 예를 들어, 더미 단자(4510)가 배치된 제2 소켓(4500)에 광센서 및/또는 통신 모듈이 내장될 수 있다. 다른 예로서, 전극 단자(4410)가 배치된 제1 소켓(4400)에 광센서 및/또는 통신 모듈이 내장될 수도 있다.
도 28 내지 도 30는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 장치를 포함하는 조명 제어 네트워크 시스템을 나타낸 도이다.
도 28은 실내용 조명 제어 네트워크 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
본 실시예에 따른 네트워크 시스템(5000)은 LED 등의 발광소자를 이용하는 조명 기술과 사물인터넷(IoT) 기술, 무선 통신 기술 등이 융합된 복합적인 스마트 조명-네트워크 시스템일 수 있다. 네트워크 시스템(5000)은, 다양한 조명 장치 및 유무선 통신 장치를 이용하여 구현될 수 있으며, 센서, 컨트롤러, 통신수단, 네트워크 제어 및 유지 관리 등을 위한 소프트웨어 등에 의해 구현될 수 있다.
네트워크 시스템(5000)은 가정이나 사무실 같이 건물 내에 정의되는 폐쇄적인 공간은 물론, 공원, 거리 등과 같이 개방된 공간 등에도 적용될 수 있다. 네트워크 시스템(5000)은, 다양한 정보를 수집/가공하여 사용자에게 제공할 수 있도록, 사물인터넷 환경에 기초하여 구현될 수 있다. 이때, 네트워크 시스템(5000)에 포함되는 LED 램프(5200)는, 주변 환경에 대한 정보를 게이트웨이(5100)로부터 수신하여 LED 램프(5200) 자체의 조명을 제어하는 것은 물론, LED 램프(5200)의 가시광 통신 등의 기능에 기초하여 사물인터넷 환경에 포함되는 다른 장치들(5300~5800)의 동작 상태 확인 및 제어 등과 같은 역할을 수행할 수도 있다.
도 28을 참조하면, 네트워크 시스템(5000)은, 서로 다른 통신 프로토콜에 따라 송수신되는 데이터를 처리하기 위한 게이트웨이(5100), 게이트웨이(5100)와 통신 가능하도록 연결되며 LED 발광소자를 포함하는 LED 램프(5200), 및 다양한 무선 통신 방식에 따라 게이트웨이(5100)와 통신 가능하도록 연결되는 복수의 장치(5300~5800)를 포함할 수 있다. 사물인터넷 환경에 기초하여 네트워크 시스템(5000)을 구현하기 위해, LED 램프(5200)를 비롯한 각 장치(5300~5800)들은 적어도 하나의 통신 모듈을 포함할 수 있다. 일 실시예로, LED 램프(5200)는 WiFi, 지그비(Zigbee), LiFi 등의 무선 통신 프로토콜에 의해 게이트웨이(5100)와 통신 가능하도록 연결될 수 있으며, 이를 위해 적어도 하나의 램프용 통신 모듈(5210)을 가질 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 네트워크 시스템(5000)은 가정이나 사무실 같이 폐쇄적인 공간은 물론 거리나 공원 같은 개방적인 공간에도 적용될 수 있다. 네트워크 시스템(5000)이 가정에 적용되는 경우, 네트워크 시스템(5000)에 포함되며 사물인터넷 기술에 기초하여 게이트웨이(5100)와 통신 가능하도록 연결되는 복수의 장치(5300~5800)는 가전 제품(5300), 디지털 도어록(5400), 차고 도어록(5500), 벽 등에 설치되는 조명용 스위치(5600), 무선 통신망 중계를 위한 라우터(5700) 및 스마트폰, 태블릿, 랩톱 컴퓨터 등의 모바일 기기(5800) 등을 포함할 수 있다.
네트워크 시스템(5000)에서, LED 램프(5200)는 가정 내에 설치된 무선 통신 네트워크(Zigbee, WiFi, LiFi 등)를 이용하여 다양한 장치(5300~5800)의 동작 상태를 확인하거나, 주위 환경/상황에 따라 LED 램프(5200) 자체의 조도를 자동으로 조절할 수 있다. 또한 LED 램프(5200)에서 방출되는 가시광선을 이용한 LiFi 통신을 이용하여 네트워크 시스템(5000)에 포함되는 장치들(5300~5800)을 컨트롤 할 수도 있다.
우선, LED 램프(5200)는 램프용 통신 모듈(5210)을 통해 게이트웨이(5100)로부터 전달되는 주변 환경, 또는 LED 램프(5200)에 장착된 센서로부터 수집되는 주변 환경 정보에 기초하여 LED 램프(5200)의 조도를 자동으로 조절할 수 있다. 예를 들면, 텔레비젼(5310)에서 방송되고 있는 프로그램의 종류 또는 화면의 밝기에 따라 LED 램프(5200)의 조명 밝기가 자동으로 조절될 수 있다. 이를 위해, LED 램프(5200)는 게이트웨이(5100)와 연결된 램프용 통신 모듈(5210)로부터 텔레비전(5310)의 동작 정보를 수신할 수 있다. 램프용 통신 모듈(5210)은 LED 램프(5200)에 포함되는 센서 및/또는 컨트롤러와 일체형으로 모듈화될 수 있다.
예를 들어, TV프로그램에서 방영되는 프로그램 값이 휴먼드라마일 경우, 미리 셋팅된 설정 값에 따라 조명도 거기에 맞게 12000K 이하의 색 온도, 예를 들면 5000K로 낮아지고 색감이 조절되어 아늑한 분위기를 연출할 수 있다. 반대로 프로그램 값이 개그프로그램인 경우, 조명도 셋팅 값에 따라 색 온도가 5000K 이상으로 높아지고 푸른색 계열의 백색조명으로 조절되도록 네트워크 시스템(5000)이 구성될 수 있다.
또한, 가정 내에 사람이 없는 상태에서 디지털 도어록(5400)이 잠긴 후 일정 시간이 경과하면, 턴-온된 LED 램프(5200)를 모두 턴-오프시켜 전기 낭비를 방지할 수 있다. 또는, 모바일 기기(5800) 등을 통해 보안 모드가 설정된 경우, 가정 내에 사람이 없는 상태에서 디지털 도어록(5400)이 잠기면, LED 램프(5200)를 턴-온 상태로 유지시킬 수도 있다.
LED 램프(5200)의 동작은, 네트워크 시스템(5000)과 연결되는 다양한 센서를 통해 수집되는 주변 환경에 따라서 제어될 수도 있다. 예를 들어 네트워크 시스템(5000)이 건물 내에 구현되는 경우, 빌딩 내에서 조명과 위치센서와 통신모듈을 결합, 건물 내 사람들의 위치정보를 수집하여 조명을 턴-온 또는 턴-오프하거나 수집한 정보를 실시간으로 제공하여 시설관리나 유휴공간의 효율적 활용을 가능케 한다. 일반적으로 LED 램프(5200)와 같은 조명 장치는, 건물 내 각 층의 거의 모든 공간에 배치되므로, LED 램프(5200)와 일체로 제공되는 센서를 통해 건물 내의 각종 정보를 수집하고 이를 시설관리, 유휴공간의 활용 등에 이용할 수 있다.
한편, LED 램프(5200)와 이미지센서, 저장장치, 램프용 통신 모듈(5210) 등을 결합함으로써, 건물 보안을 유지하거나 긴급상황을 감지하고 대응할 수 있는 장치로 활용할 수 있다. 예를 들어 LED 램프(5200)에 연기 또는 온도 감지 센서 등이 부착된 경우, 화재 발생 여부 등을 신속하게 감지함으로써 피해를 최소화할 수 있다. 또한 외부의 날씨나 일조량 등을 고려하여 조명의 밝기를 조절, 에너지를 절약하고 쾌적한 조명환경을 제공할 수도 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 네트워크 시스템(5000)은 가정, 오피스 또는 건물 등과 같이 폐쇄적인 공간은 물론, 거리나 공원 등의 개방적인 공간에도 적용될 수 있다. 물리적 한계가 없는 개방적인 공간에 네트워크 시스템(5000)을 적용하고자 하는 경우, 무선 통신의 거리 한계 및 각종 장애물에 따른 통신 간섭 등에 따라 네트워크 시스템(5000)을 구현하기가 상대적으로 어려울 수 있다. 각 조명 기구에 센서와 통신 모듈 등을 장착하고, 각 조명 기구를 정보 수집 수단 및 통신 중개 수단으로 사용함으로써, 상기와 같은 개방적인 환경에서 네트워크 시스템(5000)을 좀 더 효율적으로 구현할 수 있다. 이하, 도 29를 참조하여 설명한다.
도 29는 개방적인 공간에 적용된 네트워크 시스템(5000')의 일 실시예를 나타낸다. 도 29를 참조하면, 본 실시예에 따른 네트워크 시스템(5000')은 통신 연결 장치(5100'), 소정의 간격마다 설치되어 통신 연결 장치(5100')와 통신 가능하도록 연결되는 복수의 조명 기구(5200', 5300'), 서버(5400'), 서버(5400')를 관리하기 위한 컴퓨터(5500'), 통신 기지국(5600'), 통신 가능한 상기 장비들을 연결하는 통신망(5700'), 및 모바일 기기(5800') 등을 포함할 수 있다.
거리 또는 공원 등의 개방적인 외부 공간에 설치되는 복수의 조명 기구(5200', 5300') 각각은 스마트 엔진(5210', 5310')을 포함할 수 있다. 스마트 엔진(5210', 5310')은 빛을 내기 위한 발광소자, 발광소자를 구동하기 위한 구동 드라이버 외에 주변 환경의 정보를 수집하는 센서, 및 통신 모듈 등을 포함할 수 있다. 상기 통신 모듈에 의해 스마트 엔진(5210', 5310')은 WiFi, Zigbee, LiFi 등의 통신 프로토콜에 따라 주변의 다른 장비들과 통신할 수 있다.
일례로, 하나의 스마트 엔진(5210')은 다른 스마트 엔진(5310')과 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 이때, 스마트 엔진(5210', 5310') 상호 간의 통신에는 WiFi 확장 기술(WiFi Mesh)이 적용될 수 있다. 적어도 하나의 스마트 엔진(5210')은 통신망(5700')에 연결되는 통신 연결 장치(5100')와 유/무선 통신에 의해 연결될 수 있다. 통신의 효율을 높이기 위해, 몇 개의 스마트 엔진(5210', 5310')을 하나의 그룹으로 묶어 하나의 통신 연결 장치(5100')와 연결할 수 있다.
통신 연결 장치(5100')는 유/무선 통신이 가능한 액세스 포인트(access point, AP)로서, 통신망(5700')과 다른 장비 사이의 통신을 중개할 수 있다. 통신 연결 장치(5100')는 유/무선 방식 중 적어도 하나에 의해 통신망(5700')과 연결될 수 있으며, 일례로 조명 기구(5200', 5300') 중 어느 하나의 내부에 기구적으로 수납될 수 있다.
통신 연결 장치(5100')는 WiFi 등의 통신 프로토콜을 통해 모바일 기기(5800')와 연결될 수 있다. 모바일 기기(5800')의 사용자는 인접한 주변의 조명 기구(5200')의 스마트 엔진(5210')과 연결된 통신 연결 장치(5100')를 통해, 복수의 스마트 엔진(5210', 5310')이 수집한 주변 환경 정보를 수신할 수 있다. 상기 주변 환경 정보는 주변 교통 정보, 날씨 정보 등을 포함할 수 있다. 모바일 기기(5800')는 통신 기지국(5600')을 통해 3G 또는 4G 등의 무선 셀룰러 통신 방식으로 통신망(5700')에 연결될 수도 있다.
한편, 통신망(5700')에 연결되는 서버(5400')는, 각 조명 기구(5200', 5300')에 장착된 스마트 엔진(5210', 5310')이 수집하는 정보를 수신함과 동시에, 각 조명 기구(5200', 5300')의 동작 상태 등을 모니터링할 수 있다. 각 조명 기구(5200', 5300')의 동작 상태의 모니터링 결과에 기초하여 각 조명 기구(5200', 5300')를 관리하기 위해, 서버(5400')는 관리 시스템을 제공하는 컴퓨터(5500')와 연결될 수 있다. 컴퓨터(5500')는 각 조명 기구(5200', 5300'), 특히 스마트 엔진(5210', 5310')의 동작 상태를 모니터링하고 관리할 수 있는 소프트웨어 등을 실행할 수 있다.
스마트 엔진(5210', 5310')이 수집한 정보를 사용자의 모바일 기기(5800')로 전달하기 위해 다양한 통신 방식이 적용될 수 있다. 도 30을 참조하면, 스마트 엔진(5210', 5310')과 연결된 통신 연결 장치(5100')를 통해, 스마트 엔진(5210', 5310')이 수집한 정보가 모바일 기기(5800')로 전송되거나, 또는 스마트 엔진(5210', 5310')과 모바일 기기(5800')가 직접 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 스마트 엔진(5210', 5310')과 모바일 기기(5800')는 가시광 무선통신(LiFi)에 의해 서로 직접 통신할 수 있다. 이하, 도 30을 참조하여 설명한다.
도 30은 가시광 무선통신에 의한 조명 기구(5200')의 스마트 엔진(5210')과 모바일 기기(5800')의 통신 동작을 설명하기 위한 블록도이다. 도 30을 참조하면, 스마트 엔진(5210')은 신호 처리부(5211'), 제어부(5212'), LED 드라이버(5213'), 광원부(5214'), 센서(5215') 등을 포함할 수 있다. 스마트 엔진(5210')과 가시광 무선통신에 의해 연결되는 모바일 기기(5800')는, 제어부(5801'), 수광부(5802'), 신호처리부(5803'), 메모리(5804'), 입출력부(5805') 등을 포함할 수 있다.
가시광 무선통신(LiFi) 기술은 인간이 눈으로 인지할 수 있는 가시광 파장 대역의 빛을 이용하여 무선으로 정보를 전달하는 무선통신 기술이다. 이러한 가시광 무선통신 기술은 가시광 파장 대역의 빛, 즉 상기 실시예에서 설명한 발광 패키지로부터의 특정 가시광 주파수를 이용한다는 측면에서 기존의 유선 광통신기술 및 적외선 무선통신과 구별되며, 통신 환경이 무선이라는 측면에서 유선 광통신 기술과 구별된다. 또한, 가시광 무선통신 기술은 RF 무선통신과 달리 주파수 이용 측면에서 규제 또는 허가를 받지 않고 자유롭게 이용할 수 있다는 편리성과 물리적 보안성이 우수하고 통신 링크를 사용자가 눈으로 확인할 수 있다는 차별성을 가지고 있으며, 무엇보다도 광원의 고유 목적과 통신기능을 동시에 얻을 수 있다는 융합 기술로서의 특징을 가지고 있다.
도 30을 참조하면, 스마트 엔진(5210')의 신호 처리부(5211')는, 가시광 무선통신에 의해 송수신하고자 하는 데이터를 처리할 수 있다. 일 실시예로, 신호 처리부(5211')는 센서(5215')에 의해 수집된 정보를 데이터로 가공하여 제어부(5212')에 전송할 수 있다. 제어부(5212')는 신호 처리부(5211')와 LED 드라이버(5213') 등의 동작을 제어할 수 있으며, 특히 신호 처리부(5211')가 전송하는 데이터에 기초하여 LED 드라이버(5213')의 동작을 제어할 수 있다. LED 드라이버(5213')는 제어부(5212')가 전달하는 제어 신호에 따라 광원부(5214')를 발광시킴으로써, 데이터를 모바일 기기(5800')로 전달할 수 있다.
모바일 기기(5800')는 제어부(5801'), 데이터를 저장하는 메모리(5804'), 디스플레이와 터치스크린, 오디오 출력부 등을 포함하는 입출력부(5805'), 신호 처리부(5803') 외에 데이터가 포함된 가시광을 인식하기 위한 수광부(5802')를 포함할 수 있다. 수광부(5802')는 가시광을 감지하여 이를 전기 신호로 변환할 수 있으며, 신호 처리부(5803')는 수광부에 의해 변환된 전기 신호에 포함된 데이터를 디코딩할 수 있다. 제어부(5801')는 신호 처리부(5803')가 디코딩한 데이터를 메모리(5804')에 저장하거나 입출력부(5805') 등을 통해 사용자가 인식할 수 있도록 출력할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
10, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700: LED 구동 장치
11, 110, 210, 310, 410, 510, 610, 710: 정류부
12, 120, 220, 320, 420, 520, 620, 720: 컨버터부
13, 130, 230, 330, 430, 530, 630, 730: 컨트롤러
14, 140, 340, 440, 540, 640a, 640b, 740a, 740b: 출력 변경부

Claims (10)

  1. 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 정류부;
    상기 직류 전원을 승압 또는 강압하는 변압기와, 상기 변압기의 1차측 권선에 연결되는 메인 스위치와, 상기 변압기의 2차측 권선에 연결되며 복수의 LED에 구동 전원을 공급하는 출력 회로를 포함하는 컨버터부;
    상기 메인 스위치에 제어 신호를 출력하여 상기 컨버터부의 동작을 제어하는 컨트롤러; 및
    상기 변압기의 1차측에 배치되고 2차측 권선과 분리되며, 상기 제어 신호의 동작 주파수 및 듀티 비 중 적어도 하나를 조절하여 상기 구동 전원을 변경하고, 가변 저항을 포함하며 상기 메인 스위치와 직렬로 연결되는 저항 회로를 포함하는 출력 변경부; 를 포함하는 LED 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 출력 변경부는, 서로 병렬로 연결되는 복수의 저항 소자와, 상기 복수의 저항 소자를 서로 연결 또는 분리하는 적어도 하나의 스위치 소자를 포함하는 LED 구동 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 출력 변경부는, 가변 저항을 포함하며 상기 메인 스위치의 시정수를 조절하는 시정수 제어 회로를 포함하는 LED 구동 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 시정수 제어 회로는 상기 컨트롤러에 포함되는 적어도 하나의 커패시터와 연결되어 상기 적어도 하나의 커패시터가 충전 또는 방전되는 시간을 조절하는 LED 구동 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 출력 변경부는, 상기 제어 신호의 동작 주파수 및 듀티 비 중 적어도 하나를 높여서 상기 구동 전원을 증가시키고, 상기 제어 신호의 동작 주파수 및 듀티 비 중 적어도 하나를 낮춰서 상기 구동 전원을 감소시키는 LED 구동 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터부는, 상기 변압기의 1차측 권선에 연결되어 상기 변압기의 1차측 인덕턴스를 변경하는 인덕턴스 변경부; 를 더 포함하는 LED 구동 장치.
  8. 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 정류부;
    상기 직류 전원을 승압 또는 강압하는 변압기와, 상기 변압기의 1차측에 연결되는 메인 스위치와, 상기 변압기의 2차측에 연결되며 복수의 LED에 구동 전원을 공급하는 출력 회로와, 상기 변압기의 1차측 권선에 연결되고 2차측 권선과 분리되어 상기 변압기의 1차측 인덕턴스를 변경하는 인덕턴스 변경부를 포함하는 컨버터부; 및
    상기 메인 스위치에 제어 신호를 공급하여 상기 컨버터부의 동작을 제어하는 컨트롤러; 를 포함하는 LED 구동 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 인덕턴스 변경부는, 상기 변압기의 1차측 권선의 적어도 일부에 병렬로 연결되는 스위치 소자를 포함하는 LED 구동 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    서로 병렬로 연결되는 복수의 저항 소자 및 상기 복수의 저항 소자를 서로 연결 또는 분리하는 적어도 하나의 스위치 소자를 포함하는 출력 변경부; 를 더 포함하는 LED 구동 장치.

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