KR20100105290A

KR20100105290A - 발광장치 및 그의 구동회로

Info

Publication number: KR20100105290A
Application number: KR1020090042325A
Authority: KR
Inventors: 강현구; 이상민; 이윤석; 김원일; 권유진
Original assignee: 서울반도체 주식회사
Priority date: 2009-03-18
Filing date: 2009-05-15
Publication date: 2010-09-29
Also published as: US8513899B2; WO2010107161A1; TW201036490A; JP5560322B2; US20100237800A1; TWI468078B; DE112009004979B4; JP2012521067A; DE112009004979T5

Abstract

역률 개선, 고조파 왜곡 및 플리커 현상 저감 및 광 효율 증가를 위한 발광장치 및 발광장치 구동회로가 개시된다. 그러한 발광장치 및 발광장치 구동회로는, 하나 이상의 발광다이오드를 포함하며, 서로 간에 직렬 연결되는 제1 발광유닛 및 제2 발광유닛을 포함하고, 제1 발광유닛에는 병렬 연결되고 제2 발광유닛에는 직렬 연결되어 교류 전원의 인가시 제1 발광유닛이 동작하기 전에 제2 발광유닛이 동작하도록 하는 PTF 유닛을 포함한다.

발광다이오드, 역률, 고조파왜곡, 플리커, 커패시터

Description

발광장치 및 그의 구동회로{LIGHT EMITTING DEVICE AND DRIVING CIRCUIT THEREOF}

본 발명은 발광장치 및 그의 구동회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 역률을 개선하고, 고조파 왜곡 및 플리커 현상 등을 줄이고, 광 효율을 높일 수 있는 발광장치 및 그의 구동회로에 관한 것이다.

발광다이오드(Light Emitting Diode, LED)는 순방향 전압의 인가시 순방향 문턱 전압 이상이 인가되는 경우에 턴온되어 동작하는 일반적인 다이오드의 특성을 그대로 갖고 있다. 또한, 교류 전원의 인가시 발광 구간을 늘리기 위해 두 개 또는 그 보다 많은 발광다이오드들을 역병렬로 연결(이하에서는 편의상 '교류 LED' 라 칭함)하여 사용하기도 하는데, 이 경우에도 마찬가지로, 교류 전원의 양의 반주기에서는 양의 반주기 전압에 대해 순방향으로 연결된 발광다이오드의 순방향 문턱전압 이상이 인가되는 경우에 턴온되고, 음의 반주기에서도 음의 반주기 전압에 대해 순방향으로 연결된 발광다이오드의 순방향 문턱전압 이상이 인가되는 경우에 턴온되는 특성을 갖는다.

따라서, 교류 전원에서 사용하는 경우 각각의 발광다이오드의 턴온 구간이 짧음으로 인해 플리커 현상이나 고조파 왜곡 현상이 많이 발생하며, 그에 따라 광 효율도 저하되는 문제점이 존재한다. 이러한 문제점들은 특히 위와 같이 교류 LED가 여러단으로 직렬 연결될 경우에는 더욱 뚜렷하게 나타난다. 이하에서는 그러한 문제점들을 첨부된 도면들을 참조하여 설명하도록 한다.

도 1은 종래의 교류 LED의 문제점을 설명하기 위한 등가 회로도이고, 도 2는 도 1에서의 전압 및 전류 특성을 나타낸 그래프이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 발광장치(10), 교류 전원(V_ac) 및 저항 소자(R₁₁)가 서로 직렬로 연결되어 있다. 여기서는, 앞서 언급한 바와 같이 발광장치(10) 중의 LED(D₁₁, D₁₂; 12) 및 LED(D₁₃, D₁₄; 14)는 각각 교류 LED라 칭하도록 한다.

교류 전원(V_ac)의 양의 반주기가 교류 LED(12, 14) 측으로 인가되는 경우에는 발광다이오드들(D₁₁, D₁₃)이 동작한다. 물론, 발광다이오드들(D₁₁, D₁₃)이 직렬 연결된 형태이므로, 전압의 크기가 발광다이오드들(D₁₁, D₁₃) 각각의 순방향 문턱 전압의 합보다 더 큰 경우에 동작한다.

이와 유사하게, 교류 전원(V_ac)의 음의 반주기가 교류 LED(14, 12) 측으로 인가되는 경우에는 발광다이오드들(D₁₄, D₁₂)이 동작하는데, 이 경우에도 전압의 크기가 발광다이오드들(D₁₄, D₁₂) 각각의 순방향 문턱 전압의 합보다 더 큰 경우에 동작한다. 여기서의 발광다이오드의 동작은 발광다이오드의 발광 동작을 의미하고, 이하의 설명들에서도 모두 동일하게 해석되는 것으로 한다.

위에서 교류 전원(V_ac)의 양의 반주기 또는 음의 반주기에서 교류 LED(12, 14)동작시 전류의 크기 결정은 저항 소자(R₁₁)에 의해 결정된다.

다음으로 도 2를 살펴 보면, v₁은 전압 그래프이고, i₁은 전류 그래프이다. X축은 시간을 나타내고, Y축은 전압 및 전류의 크기를 나타낸다. 이는 이하의 전압 및 전류의 그래프들에서 모두 동일하다.

앞서 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 교류 전원(V_ac)의 인가시 양의 반주기 또는 음의 반주기에 따라 각각의 전압에 순방향으로 연결되는 발광다이오드들의 각각의 순방향 문턱 전압의 합보다 더 큰 경우에 전류가 흐르게 되고, 이러한 특성은 도 2의 전압 및 전류 그래프에 잘 나타나 있다. 물론, 하나의 교류 LED(12 또는 14)만 연결된 경우에도 이러한 전압 및 전류 그래프는 유사하게 나타나고, 나아가, 도 1에서는 두 개의 교류 LED(12, 14)인 경우만 예시되어 있으나, 그 보다 더 많은 경우에도 마찬가지로 도 2의 전압 전류 그래프와 유사하게 나타난다.

이와 같이, 인가되는 전압의 크기가 순방향 문턱 전압 이상인 경우에만 동작하는 교류 LED(12, 14)의 동작 특성, 즉 교류 전원(V_ac)의 인가에 의해 순방향 연결되는 발광다이오드의 순방향 문턱 전압 이상인 경우에 급작스럽게 전류가 흘러 동작하는 특성 및 인가되는 교류 전원의 한 주기에 대해 교류 LED의 동작 구간이 짧은 특성으로 인해, 고조파 왜곡(total harmonic distortion, THD)이 증가하고, 플리커(flicker) 현상이 과다하게 발생하며, 나아가 광 효율이 저하되는 문제점이 있 다.

따라서, 교류 전원의 인가에 따른 교류 LED의 동작 특성으로 인한 역률 저하, 고조파 왜곡 문제, 플리커 현상의 과다 발생 문제를 개선하기 위한 발광장치 또는 그의 구동회로가 절실히 요구되는 실정이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 교류 전원의 인가시 순방향으로 연결되는 LED의 순방향 문턱 전압 이상인 경우에 급작스럽게 전류가 흘러 동작하는 특성 및 인가되는 교류 전원의 한 주기에 대해 교류 LED의 동작 구간이 짧은 특성으로 인해, 역률이 감소하고, 고조파 왜곡이 증가하며, 플리커 현상이 과다하게 발생하며, 광 효율이 저하되는 문제점을 개선하기 위한 발광장치 및 그의 구동회로를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 발광장치는, 하나 이상의 발광다이오드를 포함하며, 서로간에 직렬 연결되는 제1 발광유닛 및 제2 발광유닛, 및 상기 제1 발광유닛에는 병렬 연결되고 상기 제2 발광유닛에는 직렬 연결되는 PTF 유닛을 포함한다.

바람직하게는, 상기 제1 발광유닛 및 상기 제2 발광유닛 중 어느 하나 또는 둘 모두는 역병렬 연결된 두 개의 발광다이오드를 포함한다.

바람직하게는, 상기 PTF 유닛은 교류 전원의 인가시 상기 제1 발광유닛이 동작하기 전에 상기 제2 발광유닛이 동작하도록 한다.

바람직하게는, 상기 제1 발광유닛은 역병렬 연결된 제1 발광다이오드 및 제2 발광다이오드를 포함하고, 상기 제2 발광유닛은 역병렬 연결된 제3 발광다이오드 및 제4 발광다이오드를 포함하고, 상기 제1 발광다이오드 및 상기 제3 발광다이오 드는 상기 교류 전원의 양의 반주기 구간에서 동작하며, 상기 제2 발광다이오드 및 상기 제4 발광다이오드는 상기 교류 전원의 음의 반주기 구간에서 동작하되, 상기 교류 전원의 양의 반주기 구간에서 상기 제1 발광다이오드가 동작하기 전에 상기 제3 발광다이오드가 동작하고, 상기 교류 전원의 음의 반주기 구간에서 상기 제2 발광다이오드가 동작하기 전에 상기 제4 발광다이오드가 동작한다.

바람직하게는, 상기 발광장치는 상기 발광장치와 상기 교류 전원 사이에 연결되는 정류부를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 PTF 유닛은 상기 교류 전원의 인가시 상기 제1 발광유닛이 동작하기 전에 상기 제2 발광유닛이 동작하도록 한다.

바람직하게는, 상기 PTF 유닛은 커패시터를 포함한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 양상에 따른 발광장치는, 순방향 직렬 연결된 적어도 두 개의 발광다이오드를 각각 포함하며, 서로간에 역병렬 연결되는 제1 및 제2 발광유닛과, 상기 제1 발광유닛의 일부 발광다이오드에 병렬 연결되는 제1 PTF 유닛과, 상기 제2 발광유닛의 일부 발광다이오드에 병렬 연결되는 제2 PTF 유닛을 포함한다.

바람직하게는, 상기 제1 PTF 유닛 및 제2 PTF 유닛은 교류 전원의 인가시 상기 제1 PTF 유닛이 병렬 연결된 일부 발광다이오드 또는 상기 제2 PTF 유닛이 병렬 연결된 일부 발광다이오드가 동작하기 전에, 상기 제1 발광유닛에서 상기 제1 PTF 유닛이 병렬 연결된 일부 발광다이오드 이외의 발광다이오드 또는 상기 제2 발광유 닛에서 상기 제2 PTF 유닛이 병렬 연결된 일부 발광다이오드 이외의 발광다이오드가 동작하도록 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 양상에 따른 발광장치는, 하나 이상의 발광다이오드를 포함하는 제1 발광유닛을 하나 이상 포함하는 제1 발광그룹과, 하나 이상의 발광다이오드를 포함하는 제2 발광유닛을 하나 이상 포함하는 제2 발광그룹과, 상기 제1 발광그룹에는 병렬 연결되고 상기 제2 발광그룹에는 직렬 연결되는 하나 이상의 PTF 유닛을 포함한다.

바람직하게는, 상기 PTF 유닛은 전원의 인가시 상기 제1 발광그룹이 동작하기 전에 상기 제2 발광그룹이 동작하도록 한다.

바람직하게는, 상기 제1 발광그룹이 두 개 이상의 제1 발광유닛들을 포함하는 경우, 상기 제1 발광유닛들 간은 서로 병렬 연결되고, 상기 PTF 유닛은 상기 제1 발광유닛들에 공통으로 병렬 연결된다.

바람직하게는, 상기 제1 발광그룹이 두 개 이상의 제1 발광유닛들을 포함하고, 상기 제2 발광그룹이 두 개 이상의 제2 발광유닛들을 포함하며, 상기 제1 발광유닛들 각각과 상기 제2 발광유닛들 각각은 하나씩 대응되어 서로간에 직렬 연결되되, 상기 제1 발광유닛들 각각에 상기 PTF 유닛이 병렬 연결된다.

바람직하게는, 상기 제1 발광유닛 및 제2 발광유닛 중 어느 하나 또는 둘 모두가 두 개 이상의 발광다이오드들을 포함할 경우, 상기 두 개 이상의 발광다이오드들은 서로 순방향 직렬 연결, 병렬 연결, 역병렬 연결, 및 직렬 또는 병렬 연결 의 조합 중 어느 하나의 연결 형태를 갖는다.

바람직하게는, 상기 제1 발광그룹 또는 상기 제2 발광그룹은 단일 기판 상에 모놀리식으로 집적된다.

바람직하게는, 상기 제1 발광유닛들 각각 또는 상기 제2 발광유닛들 각각이 개별 패키지로 형성된다.

바람직하게는, 상기 제1 발광유닛들의 발광다이오드 각각 또는 상기 제2 발광유닛들의 발광다이오드 각각이 개별 패키지로 형성된다.

바람직하게는, 상기 제1 발광그룹 또는 상기 제2 발광그룹이 하나의 패키지로 형성되되, 하나의 패키지로 형성된 상기 제1 발광그룹 내의 발광다이오드들 또는 상기 제2 발광그룹 내의 발광다이오드들 각각이 개별 패키지로 형성된다.

바람직하게는, 상기 제1 발광유닛은, 제1 내지 제4 노드를 통해 서로간에 연결된 제1 발광다이오드 내지 제4 발광다이오드를 포함하되, 상기 제1 발광다이오드는 상기 제1 노드에서 상기 제3 노드 방향으로 순방향 연결되며, 상기 제2 발광다이오드는 제4 노드에서 상기 제1 노드 방향으로 순방향 연결되며, 상기 제3 발광다이오드는 상기 제2 노드에서 상기 제3 노드 방향으로 순방향 연결되며, 상기 제4 발광다이오드는 상기 제4 노드에서 상기 제2 노드 방향으로 순방향 연결되며, 상기 제3 노드와 상기 제4 노드 간은 전기적으로 연결된다.

바람직하게는, 상기 제3 노드와 상기 제4 노드 사이에는, 상기 제3 노드에서 상기 제4 노드 방향으로 순방향 연결되는 제5 발광다이오드를 더 포함한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 발광장치 구동회로는, 하나 이상의 발광다이오드를 갖는 제1 발광유닛 및 제2 발광유닛이 제1 노드를 통해 직렬 연결되는 발광장치를 교류 전원으로 구동하며, 상기 제1 발광유닛에는 병렬 연결되고 상기 제2 발광유닛에는 직렬 연결되는 PTF 유닛을 포함한다.

바람직하게는, 상기 PTF 유닛은 커패시터를 포함한다.

바람직하게는, 병렬 연결된 상기 제1 발광유닛 및 상기 PTF 유닛에, 제2 노드를 통해 직렬 연결되는 저항 소자를 더 포함하되, 상기 제1 발광유닛 및 상기 PTF 유닛은 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에서 병렬 연결된다.

바람직하게는, 상기 교류 전원과 상기 제1 발광 유닛 사이에서 상기 제1 발광유닛과 직렬 연결되는 저항 소자를 더 포함하되, 상기 PTF 유닛은 직렬 연결된 상기 저항 소자와 상기 제1 발광유닛에 병렬 연결된다.

바람직하게는, 상기 제1 발광유닛은 역병렬 연결된 제1 발광다이오드 및 제2 발광다이오드를 포함하고, 상기 제2 발광유닛은 역병렬 연결된 제3 발광다이오드 및 제4 발광다이오드를 포함하고, 상기 제1 발광다이오드 및 상기 제3 발광다이오드는 상기 교류 전원의 양의 반주기 구간에서 동작하며, 상기 제2 발광다이오드 및 상기 제4 발광다이오드는 상기 교류 전원의 음의 반주기 구간에서 동작하되, 상기 교류 전원의 양의 반주기 구간에서 상기 제1 발광다이오드가 동작하기 전에 상기 제3 발광다이오드가 동작하고, 상기 교류 전원의 음의 반주기 구간에서 상기 제2 발광다이오드가 동작하기 전에 상기 제4 발광다이오드가 동작한다.

바람직하게는, 상기 발광장치와 상기 교류 전원 사이에 연결된 정류부를 더 포함한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 양상에 따른 발광장치 구동회로는, 하나 이상의 발광다이오드를 갖는 제1 발광유닛 및 제2 발광유닛이 제1 노드를 통해 직렬 연결되는 발광장치를 교류 전원으로 구동하며, 제2 노드를 통해 상기 제1 발광유닛에 직렬 연결되는 제1 저항 소자, 제3 노드와 상기 제1 노드 사이에서, 직렬 연결된 상기 제1 발광유닛과 상기 제1 저항 소자에 병렬 연결되는 커패시터, 및 상기 제3 노드와 상기 제1 노드 사이에서, 상기 커패시터에 직렬 연결되는 제2 저항 소자를 포함한다.

바람직하게는, 상기 제2 저항 소자는 상기 커패시터의 충/방전 시간 조절 역할과 노이즈 및 전자기간섭을 저감하는 역할을 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 교류 전원과 상기 발광장치 사이에 직렬 연결되는 서미스터 소자를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 개선된 발광장치 및 그의 구동회로를 제공함으로써, 교류 전원의 인가시 순방향으로 연결되는 LED의 순방향 문턱 전압 이상인 경우에 급작스럽게 전류가 흘러 동작하는 특성과, 인가되는 교류 전원의 한 주기에 대해 교류 LED의 동작 구간이 짧은 특성으로 인해, 역률이 감소하고, 고조파 왜곡이 증가하며, 플리커 현상이 과다하게 발생하며, 광 효율이 저하되는 문제점을 해결하는 효과를 갖는다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 살펴보도록 한다. 이하의 설명 및 도면들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명에 대한 이해를 도울 의도로 예시된 것에 불과하므로, 이러한 설명 및 도면들이 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 아니될 것이다.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 발광장치 또는 발광장치 구동회로를 설명하기 위한 블록도이다.

먼저 도 3을 참조하면, 제1 발광유닛(32), 제2 발광유닛(34) 및 PTF 유닛(36)을 포함한다. 제1 발광유닛(32) 및 제2 발광유닛(34) 각각은 역병렬 연결된 적어도 두 개의 발광다이오드를 포함한다. PTF 유닛(36)은 제1 발광유닛(32)에는 병렬 연결되고 제2 발광유닛(34)에는 직렬 연결되어 전원 입력단(IN₁, IN₂)으로 교류 전원이 인가되는 경우 제1 발광유닛(32)이 동작하기 전에 제2 발광유닛(34)이 동작하도록 기능한다.

PTF 유닛(36)은, 예를 들면 저항 소자, 커패시터, 및 인덕터 등의 다양한 소자들을 포함할 수 있으며, 교류 전원이 인가되는 경우 제1 발광유닛(32)이 동작하기 전에 제2 발광유닛(34)이 동작하도록 기능한다면 이들 소자 이외의 다양한 소자들이 더 사용될 수도 있다.

예를 들어, 제1 발광유닛(32)이 두 개의 LED가 역병렬 연결된 교류 LED이고, 제2 발광유닛(32)도 두 개의 LED가 역병렬 연결된 교류 LED라면, 위의 제1 발광유닛(32)의 동작은 실제로는 두 개의 LED 중 순방향 연결된 LED가 동작하는 경우를 의미한다.

즉, 이하의 예들에서 더욱 상세히 설명되고 있으나 먼저 간단히 살펴보면, 인가되는 교류 전원에 대해 순방향 연결되는 제1 발광유닛(32) 내의 LED가 동작하기 이전(즉, 순방향 전압의 크기가 제1 발광유닛(32) 내의 LED의 순방향 문턱 전압보다 작고 제2 발광유닛(34) 내의 LED의 순방향 문턱 전압보다는 큰 경우)에는 전류가 노드(N₃₄), PTF 유닛(36), 노드(N₃₂), 제2 발광유닛(34) 및 노드(N₃₆)의 경로로 흐르게 된다. 이에 반해 PTF 유닛(36)이 없는 경우의 발광장치의 경우에는 제1 발광유닛(32) 내의 LED의 순방향 문턱 전압과 제2 발광유닛(34) 내의 LED의 순방향 문턱 전압의 합 보다 더 큰 전압이 인가되는 경우에만 발광장치가 동작하는 것은 이미 앞서 살펴 보았다.

그리하여, PTF 유닛(36)이 없는 종래의 경우에 비해 발광장치의 동작 구간이 훨씬 길어지게 되고, 제1 발광유닛(32)과 제2 발광유닛(34)에서 교류 전원의 양의 반주기 또는 음의 반주기에 따라 각각에 순방향 연결되는 LED의 순방향 문턱 전압의 합 이상의 전압 크기인 경우에 급작스럽게 전류가 흐르게 되는 문제점도 줄어들게 된다. 따라서, 역률(Power Factor)의 개선, 고조파 왜곡(Total Harmonics Distortion)의 감소, 플리커(Fliker) 현상의 감소로 귀결될 수 있다. 상기 PTF 유닛은 이와 같이 역률, 고조파 왜곡, 플리커 현상의 개선과 관련되므로, 이들의 이니셜로부터 명명되었다.

도 3에서는 PTF 유닛(36)이 제1 발광유닛(32)에 병렬로 연결된 경우를 예시하고 있으나 제2 발광유닛(34)에 병렬로 연결된 경우에도 결국 동일한 기능을 수행하는 발광장치임을 알 수 있다. 또한, 각각의 발광유닛은 LED 단일 소자의 역병렬 구조 뿐만 아니라 적어도 두 개의 LED의 역병렬 연결 조합이 하나의 패키지로 형성된 것일 수도 있고, PTF 유닛(36)을 포함하는 전체의 발광유닛을 하나의 패키지로 구성할 수도 있다.

나아가, 제1 발광유닛(32) 및 제2 발광유닛(34) 각각을 하나씩으로만 예시하였으나, 제1 발광유닛(32) 및 제2 발광유닛(34) 각각에는 적어도 하나 이상의 또 다른 발광유닛이 병렬로 부가될 수 있다. 또한, 제1 발광유닛(32) 및 PTF 유닛(36)과, 제2 발광유닛(34)를 포함하는 하나의 발광장치가 계속해서 병렬로 연결될 수도 있다.

더 나아가, 제1 발광유닛(32) 또는 제2 발광유닛(34) 각각에 적어도 하나 이상의 또 다른 발광유닛이 직렬로 연결될 수도 있고, 앞서 제1 발광유닛(32) 및 제2 발광유닛(34) 각각에 적어도 하나 이상의 또 다른 발광유닛이 병렬로 부가된 상태 에서 각각의 발광유닛에 또 다른 발광유닛이 직렬로 더 연결될 수도 있다.

더 나아가, PTF 유닛(36)이 병렬 연결되는 위치는 가변될 수 있고, PTF 유닛(36)에 병렬로 연결되는 발광유닛의 개수는 다양할 수 있다.

위와 같이, 직렬 및/또는 병렬로 부가되는 방법 및 그들의 개수는 다양할 수 있으며, 이러한 변형 구조들도 또한 본 발명의 범위 이내에 있음은 자명하다 할 것이다.

다음으로 도 4를 참조하면, 저항 소자(48)가 IN₁과 IN₂ 사이에 인가되는 교류 전원과 노드(N₄₄) 사이에 연결되어, 저항 소자(48), 병렬 연결된 제1 발광유닛(42)과 PTF 유닛(46), 및 제2 발광유닛(44)이 직렬 연결된 형태로 볼 수 있다.

앞서의 도 3에서와 마찬가지로, PTF 유닛(46)은 제1 발광유닛(42) 및 제2 발광유닛(44)과의 상호 연결 관계를 살펴보면, 제1 발광유닛(42)에는 병렬 연결되고 제2 발광유닛(44)에는 직렬 연결되어 교류 전원이 인가되는 경우 제1 발광유닛(42)이 동작하기 전에 제2 발광유닛(44)이 동작하도록 기능한다. 추가된 저항 소자(48)는 제1 발광유닛(42) 및/또는 제2 발광유닛(44)의 동작시 전류의 크기를 결정하는 역할을 한다.

도 4에서는 저항 소자(48)가 교류 전원과 제1 발광유닛(42) 사이에 연결된 경우가 예시되어 있으나, 이와는 달리 교류 전원의 입력단 중 IN₂와 제2 발광유닛(44) 사이에 직렬로 연결될 수도 있다.

도 5는 저항 소자(58)와 제1 발광유닛(52)이 직렬 연결되고, 이렇게 직렬 연 결된 저항 소자(58)와 제1 발광유닛(52)이 PTF 유닛(56)과 병렬 연결된 형태이다. 이는 도 4의 경우에서와 마찬가지로, PTF 유닛(56)은 교류 전원이 인가되는 경우 제1 발광유닛(52)이 동작하기 전에 제2 발광유닛(54)이 동작하도록 기능한다. 또한 저항 소자(58)는 제1 발광유닛(52) 및/또는 제2 발광유닛(54)의 동작시 전류의 크기를 결정하는 역할을 한다. 또한 도 4의 경우에서와 마찬가지로 저항 소자(58)는 교류 전원의 입력단 중 IN2와 제2 발광유닛(54) 사이에 직렬로 연결될 수도 있다.

도 6은 도 3 내지 도 5의 발광장치 또는 발광장치 구동회로의 전압 및 전류 특성을 나타낸 그래프이다. 도 2 및 도 6을 함께 참조하면, PTF 유닛(36, 46, 56)이 없는 종래의 경우에 비해 발광장치의 동작 구간이 넓어짐을 알 수 있다. 즉, 전류 그래프(i₁₀)에서 제1 발광유닛(32, 42, 52)의 동작에 앞서 제2 발광유닛(34, 44, 54)이 동작하므로 PTF 유닛(36, 46, 56)이 없는 종래의 경우에는 동작하지 않았던 구간에서도 발광장치가 동작하므로, 그 만큼 동작 구간이 넓어지게 되므로 결과적으로 플리커 현상의 감소에 크게 기여하게 되고, 낮은 전압에서 미리 온되어 있으므로 고조파 왜곡의 감소에도 크게 기여하게 된다.

도 3에서 제1 발광유닛(32) 및 제2 발광유닛(34)을 구성하는 교류 LED의 개수는 동일할 수도 있고 다를 수도 있다. 도 4 및 도 5의 제1 발광유닛(42, 52) 및 제2 발광유닛(44, 54)의 경우에도 마찬가지이다. 제1 발광유닛(32, 42, 52)을 이루는 교류 LED의 개수와 제2 발광유닛(34, 44, 54)을 이루는 교류 LED의 개수가 상이한 경우에는 제2 발광유닛(34, 44, 54)의 동작 시점 및 제1 발광유닛(32, 42, 52) 의 동작 시점에 영향을 미칠 수 있으므로, 이를 고려하여 사용자의 필요에 따라 적절하게 설계되어야 할 것이다. 나아가, 앞서 설명된 바와 같이 사용되는 교류 전원이나 교류 LED를 이루는 발광다이오드들의 순방향 문턱 전압을 고려하여 다양한 형태의 직병렬 연결 구조가 사용될 수도 있고, 발광유닛들도 개별 발광다이오드를 연결하여 사용할 수도 있고, 하나의 칩 내에 여러 개의 발광다이오드를 배치하여 사용할 수도 있다.

도 7은 도 4에 상응하는 발광장치 또는 발광장치 구동회로의 등가 회로도이다. 도 7을 참조하면, PTF 유닛(46)은 커패시터(C₄₁)를 포함하고 있고, 제1 발광유닛(42) 및 제2 발광유닛(44) 각각은 두 개의 발광다이오드를 포함하고 있으며, 제1 발광유닛(42) 및 제2 발광유닛(44) 간은 제1 노드(N₄₂)를 통해 직렬 연결되어 있다. 또한, 서로 병렬 연결된 제1 발광유닛(42)과 커패시터(C₄₁)에는 저항 소자(48)가 제2 노드(N₄₄)를 통해 직렬 연결되어 있다. 즉, 제1 노드(N₄₂)와 제2 노드(N₄₄) 사이에서 제1 발광유닛(42)과 커패시터(C₄₁)가 병렬 연결된 형태이다. 또한, 커패시터(C₄₁), 제1 발광유닛(42) 및 제2 발광유닛(44) 간의 연결 관계를 살펴보면, 커패시터(C₄₁)는 제1 발광유닛(42)과는 병렬 연결되어 있고, 제2 발광유닛(44)과는 직렬 연결되어 있다.

제1 발광유닛(42)은 서로 역병렬 연결된 제1 발광다이오드(D₄₁) 및 제2 발광 다이오드(D₄₂)를 포함하고, 제2 발광유닛(44)은 서로 역병렬 연결된 제3 발광다이오드(D₄₃) 및 제4 발광다이오드(D₄₄)를 포함한다. 도 7에 도시된 제1 발광유닛(42) 및 제2 발광유닛(44)은 각각 가장 기본적인 교류 LED에 대한 예시일 뿐이므로, 제1 발광유닛(42) 및 제2 발광유닛(44) 각각은 이와 같이 하나의 교류 LED를 포함할 수도 있고, 그 보다 많은 개수의 교류 LED를 포함할 수 있음은 앞서 언급하였다. 더 나아가, 하나의 교류 LED(예를 들면, 42)도 교류 전원의 인가에 의해 동작할 수 있는 특성을 갖는다면 두 개보다 더 많은 개수의 발광다이오드들을 포함할 수도 있다.

교류 전원(V_ac)의 인가시, 제1 발광다이오드(D₄₁) 및 제3 발광다이오드(D₄₃)은 양의 반주기 구간에서 동작하며, 제2 발광다이오드(D₄₃) 및 제4 발광다이오드(D₄₄)는 음의 반주기 구간에서 동작한다. 교류 전원(V_ac)의 양의 반주기 구간에서 제1 발광다이오드(D₄₁)가 동작하기 전에 제3 발광다이오드(D₄₃)가 동작하고, 교류 전원(V_ac)의 음의 반주기 구간에서 제2 발광다이오드(D₄₂)가 동작하기 전에 제4 발광다이오드(D₄₄)가 동작한다.

도 7에서는 PTF 유닛(46)이 하나의 커패시터(C₄₁)인 경우를 예시하고 있으나, 앞서 언급한 바와 같이 저항 소자나 인덕터, 또는 저항 소자, 커패시터 등의 다양한 소자들의 연결일 수도 있다.

또한, 발광장치 구동회로는 교류 전원(V_ac)과 발광장치(40) 사이에 직렬 연 결되는 서미스터(thermistor) 소자(R₄₄)를 더 포함할 수 있다. 서미스터 소자는 일반적으로 온도가 높아지면 저항값이 감소하는 부저항온도 계수의 특성을 갖는 NTC(Negative Temperature Coefficient thermistor)와, 온도가 높아지면 저항값이 증가하는 정저항온도계수의 특성을 갖는 PTC(Positive Temperature Coefficient thermistor)로 분류될 수 있는 데, 여기서는 발광장치(40)의 온도가 높아지는 경우 발광장치(40)로의 공급 전류를 감소시킬 수 있도록하는 후자가 바람직하다.

또한, 발광장치(40)의 동작시 전류의 크기를 결정하기 위한 저항 소자(48) 및 저항 소자(R₄₃)의 개수 및 크기는 설명의 편의를 위해 간단히 두 개의 저항 소자(R₄₁, R₄₂)의 하나의 저항 소자(R₄₃)로 예시하였으나, 저항 소자의 개수 및 저항 크기, 또는 저항 소자들 간의 연결 형태 등은 발광장치(40) 내의 발광다이오드의 개수 및 정격 전력 등을 고려하여 필요에 따라 다양하게 설계될 수 있을 것이다. 또한, 저항 소자(R₄₃)은 서미스터 소자(R₄₄)와 병렬 연결된 형태만 예시되어 있으나, 이러한 예시에 국한되지 않고 다양한 형태로 변형될 수 있을 것이다.

도 8 내지 도 13은 도 7의 발광장치 또는 발광장치 구동회로의 동작 설명을 위한 등가 회로도 및 그래프로서, 특히 도 8 내지 도 9는 교류 전원(V_ac)의 양의 반주기 인가시 동작을 설명하기 위한 등가 회로도이고, 도 10은 그에 상응하는 전압 및 전류 그래프이고, 도 11 내지 도 12는 교류 전원(V_ac)의 음의 반주기 인가시 동작을 설명하기 위한 등가 회로도이고, 도 13은 그에 상응하는 전압 및 전류 그래프 이다.

우선, 도 8을 살펴보면, 교류 전원(V_ac)의 양의 반주기에서 전압의 크기가 제1 발광다이오드(D₄₁)와 제3 발광다이오드(D₄₃) 각각의 순방향 문턱 전압의 합보다 작은 경우에는 제3 발광다이오드(D₄₃)만 동작한다. 즉, 전류의 경로가 화살표 A₁ 및 A₂를 따르게 된다. 여기서, 교류 전원(V_ac)의 양의 반주기에서 전압의 크기가 0V인 시점에서 제3 발광다이오드(D₄₃)의 순방향 문턱 전압 보다 작은 경우에는 커패시터(C₄₁)의 영향으로 인해, 교류 전원(V_ac)의 전압의 크기가 제3 발광다이오드(D₄₃)의 순방향 전압보다 작은 경우에도 발광장치에 화살표 A₁ 및 A₂를 따르는 전류가 흐르게 된다(이는 이후에 설명될 교류 전원(V_ac)의 음의 반주기를 고려하고, 커패시터(C₄₁)의 동작 특성 중 전류의 위상 앞섬 현상을 고려하면 이해될 수 있다).

계속해서, 전압의 크기가 증가하여 제1 발광다이오드(D₄₁) 및 제3 발광다이오드(D₄₃)의 각각의 순방향 문턱 전압의 합보다 더 커지게 되는 경우에는 화살표 A₃ 및 A₄를 따르는 전류 경로가 형성된다. 그리하여, 제1 발광다이오드(D₄₁) 및 제3 발광다이오드(D₄₃)가 동작하게 된다.

즉, 화살표 A₁ 및 A₂를 따라 전류가 흐르다가 제1 발광다이오드(D₄₁)가 온되는 시점에 커패시터(C₄₁)에 흐르던 전류는 차단되어 화살표 A₃ 및 A₄를 따라 전류가 흐르게 된다.

교류 전원(V_ac)의 양의 반주기 전체를 고려해 보면, 제1 발광다이오드(D₄₁)의 동작에 앞서 제3 발광다이오드(D₄₃)가 먼저 온되어 동작하게 되고(도 8의 A₁ 및 A₂를 따르는 전류 경로), 이후에 제1 발광다이오드(D₄₁) 및 제3 발광다이오드(D₄₃)가 함께 동작하게 된다.

도 10은 도 8 및 도 9를 참조하여 설명된 바와 같이, 교류 전원(V_ac)의 양의 반주기 구간의 전압(g₁)과 전류(g₂) 그래프이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 제3 발광다이오드(D₄₃)가 먼저 동작하고, 그 이후에 제1 발광다이오드(D₄₁)가 온되어 제1 발광다이오드(D₄₁) 및 제3 발광다이오드(D₄₃)가 함께 동작하게 된다.

다음으로, 도 11을 살펴보면, 교류 전원(V_ac)의 음의 반주기에서 전압의 크기가 제2 발광다이오드(D₄₂)와 제4 발광다이오드(D₄₄) 각각의 순방향 문턱 전압의 합보다 작은 경우에는 제4 발광다이오드(D₄₄)만 동작한다. 즉, 전류의 경로는 화살표 A₅ 및 A₆을 따른다. 여기서, 교류 전원(V_ac)의 음의 반주기에서 전압의 크기가 0V인 시점에서 제4 발광다이오드(D₄₄)의 순방향 문턱 전압보다 작은 경우에는 커패시터(C₄₁)의 영향으로 인해, 교류 전원(V_ac)의 전압의 크기가 제4 발광다이오드(D₄₄)의 순방향 전압보다 작은 경우에도 발광장치에 화살표 A₅ 및 A₆을 따르는 전류가 흐르 게 된다. 이는 커패시터(C41)의 동작 특성 중 전류의 위상이 전압의 위상에 비해 앞서는 특성을 고려하면 이해될 수 있다.

계속해서, 교류 전원(V_ac)의 음의 반주기에서 전압의 크기가 증가하여 제2 발광다이오드(D₄₂) 및 제4 발광다이오드(D₄₄)의 각각의 순방향 문턱 전압의 합보다 더 커지게 되는 경우에는 화살표 A₇ 및 A₈을 따르는 전류 경로가 형성된다. 그리하여, 제2 발광다이오드(D₄₂) 및 제4 발광다이오드(D₄₄)가 함께 동작하게 된다.

즉, 교류 전원(V_ac)의 음의 반주기에서는 제4 발광다이오드(D₄₄) 및 커패시터(C₄₁)를 따라 전류가 흐르다가 제2 발광다이오드(D₄₂)가 온되는 시점에 커패시터(C₄₁)으로의 전류는 차단되고 제4 발광다이오드(D₄₄) 및 제2 발광다이오드(D₄₂)를 통해 전류가 흐르게 된다.

이후, 교류 전압의 음의 반주기 이후의 새로운 양의 반주기는 앞서 도 8 내지 도 10을 참조하여 설명된 동작과 같은 동작을 반복하는 것으로 보면 된다.

도 13은 도 11 및 도 12를 참조하여 설명된 바와 같이, 교류 전원(V_ac)의 음의 반주기 구간의 전압(g₃) 및 전류(g₄) 그래프이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 제4 발광다이오드(D₄₄)가 먼저 동작하고, 그 이후에 제2 발광다이오드(D₄₂)가 온되어 제2 발광다이오드(D₄₂) 및 제4 발광다이오드(D₄₄)가 함께 동작하게 된다.

도 14는 도 8 내지 도 13을 참조하여 설명된 교류 전원(V_ac)의 양의 반주기 및 음의 반주기를 함께 고려한 교류 전원(V_ac)의 한 주기 내에서의 전압(g₅) 및 전류(g₆) 그래프이다.

교류 전원(V_ac)의 한 주기 전체를 고려해 보면, 양의 반주기에서, 제1 발광다이오드(D₄₁)의 동작에 앞서 제3 발광다이오드(D₄₃)가 먼저 동작하고, 이후에 제1 발광다이오드(D₄₁) 및 제3 발광다이오드(D₄₃)가 함께 동작하게 되며, 음의 반주기에서, 제2 발광다이오드(D₄₂)의 동작에 앞서 제4 발광다이오드(D₄₄)가 동작하고, 이후에 제2 발광다이오드(D₄₂) 및 제4 발광다이오드(D₄₄)가 함께 동작하게 된다.

그리하여, 도 1 및 도 2의 경우, 즉 PTF 유닛이 없는 경우의 발광장치와 비교할 경우, 본 발명에 따른 발광장치 또는 발광장치 구동회로는 동작 구간이 넓어지게 되므로 플리커 현상이 줄어들게 되고, 종래의 경우와 같이 순방향 연결되는 두 개의 발광다이오드 각각의 문턱 전압의 합 이상의 전압이 인가되는 경우 발광장치가 급작스럽게 동작하는 현상이 줄어들고, 첨두치 전류도 줄어들게 되어, 고조파 왜곡 및 역률이 개선되고, 광 효율도 개선되는 이점을 갖게 된다.

이상의 설명들은 본 발명의 특징을 효과적으로 나타낼 수 있도록 하기 위해, 정성적 분석에 입각하여 이루어졌음을 이해하여야 할 것이다. 즉, 본 발명의 실시예들에 따른 발광장치 또는 발광장치 구동회로에서 구체적인 커패시터의 용량이나 저항 소자의 저항 값, 및 부하인 발광장치 내의 교류 LED의 개수나 부하전력 등을 고려할 경우에는 제1 발광유닛 및 제2 발광유닛의 동작 시점에는 약간의 차이가 있을 수 있음을 이해하여야 할 것이다.

도 15는 도 5에 상응하는 발광장치 또는 발광장치 구동회로를 설명하고, 나아가 저주파 필터 역할을 더 수행할 수 있도록 하는 저항 소자를 더 구비하는 등가 회로도이다. 도 15를 참조하면, 제1 발광유닛(52), 제2 발광유닛(54), 커패시터(C₅₁), 제1 저항 소자(58) 및 제2 저항 소자(R_c)가 도시되어 있다.

즉, 제1 발광유닛(52) 및 제2 발광유닛(54)이 제1 노드(N₅₂)를 통해 직렬 연결되어 발광장치(50)를 이룬다. 이러한 발광장치(50)에 교류 전원(V_ac)을 인가하여 구동하기 위한 발광장치 구동회로는, 제1 저항 소자(58), 커패시터(C₅₁) 및 제2 저항 소자(R_c)를 포함한다.

제1 저항 소자(58)는 제2 노드(N₅₄)를 통해 제1 발광유닛(52)에 직렬 연결되며, 발광장치(50)의 동작시 전류의 크기를 결정하게 된다. 커패시터(C₅₁)는 제3 노드(58)와 제1 노드(N₅₂) 사이에서, 직렬 연결된 제1 발광유닛(52)과 제1 저항 소자(58)에 병렬 연결된다. 커패시터(C₅1)는 앞서 도 5를 참조한 설명에서 PTF 소자(56)의 설명에서 이미 설명되었다.

제2 저항 소자(R_c)는 제3 노드(58)와 제1 노드(N₅₂) 사이에서 커패시터(C₅₁)에 직렬 연결된다. 제3 노드(58)에서 제1 노드(N₅₂) 방향 볼 때, 제2 저항 소자(R_c), 커패시터(C₅₁) 순서로 직렬 연결된 형태가 예시되어 있으나, 연결 순서가 바뀌어도 무방하다. 또한 제2 저항 소자(R_c)가 하나의 저항 소자로 도시되어 있으나, 개수나 연결에는 특별한 제한은 없다.

이러한 제2 저항 소자(R_c)는 커패시터(C₅₁)의 전류 충/방전 시간 조절과 아울러, 전자기 간섭 또는 기타 노이즈에 기인한 고주파가 유입되는 경우에 이를 차단하는 저주파 필터 역할을 수행할 수 있게 된다.

나아가, 교류 전원(V_ac)과 발광장치(50) 사이에는 서미스터 소자(R₅₄)가 직렬로 더 부가될 수 있고, 이러한 서미스터 소자의 기능에 대해서는 앞서 살펴 보았다. 그리고, 교류 전원(V_ac)의 인가에 따른 기본적인 동작은 도 8 내지 도 13을 참조하여 설명된 것과 실질적으로 동일하므로 중복 설명은 생략한다.

도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광장치 또는 발광장치 구동회로를 설명하기 위한 등가 회로도이다. 도 16을 참조하면, 발광장치 또는 발광장치 구동회로는 정류부(68) 및 제1 발광유닛(D₆₁), 제2 발광유닛(D₆₂) 및 PTF 유닛(66)을 포함한다.

정류부(68)는 네 개의 정류 다이오드를 사용한 브릿지 정류회로를 예시하였으나, 다양한 형태의 공지의 정류회로가 사용될 수 있다.

제1 발광유닛(D₆₁) 및 제2 발광유닛(D₆₂) 각각은 하나의 발광다이오드만을 예시하였으나 이에 국한되지 않고, 복수 개의 발광다이오드들이 순방향으로 서로 직 병렬 연결되는 형태일 수 있다.

도 17은 도 16에 상응하는 전압 및 전류 그래프이다. 도 17의 전류 그래프(i₂₀)에서 알 수 있는 바와 같이, PTF 유닛(66)이 없는 경우(도 2의 양의 반주기 부분의 전류 그래프(i₁) 참조)와 비교할 경우, 발광장치의 동작 시점이 훨씬 빨라졌음을 알 수 있다.

도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광장치 또는 발광장치 구동회로를 설명하기 위한 등가 회로도이다. 도 18을 참조하면, 제1 발광유닛(D₇₁, D₇₃), 제2 발광유닛(D₇₂, D₇₄), 제1 PTF 유닛(76a), 및 제2 PTF 유닛(76b)이 도시되어 있다.

제1 발광유닛(D₇₁, D₇₃) 및 제2 발광유닛(D₇₂, D₇₄) 각각은 순방향 직렬 연결되는 적어도 두 개의 발광다이오드를 포함한다. 도 18에는 각각의 발광유닛은 순방향 직렬 연결된 두 개의 발광다이오드들로서만 도시되어 있으나, 앞서의 실시예들에서와 마찬가지로, 순방향 직렬 연결된 복수 개의 발광다이오드들을 포함할 수 있다.

제1 PTF 유닛(76a)은 제1 발광유닛(D₇₁, D₇₃)의 어느 하나의 발광다이오드에 병렬 연결되며, 제2 PTF 유닛(76b)은 제2 발광유닛(D₇₂, D₇₄)의 어느 하나의 발광다이오드에 병렬 연결된다. 제1 PTF 유닛(76a) 및 제2 PTF 유닛(76b) 각각은 앞서 설명한 바와 같이 저항 소자, 커패시터, 인덕터 등의 다양한 소자들을 포함할 수 있으며, 제1 PTF 유닛(76a)은 제1 발광유닛의 발광다이오드(D₇₁)이 동작하기 전에 발 광다이오드(D₇₃)이 동작하도록 하며, 제2 PTF 유닛(77a)은 제2 발광유닛의 발광다이오드(D₇₄)가 동작하기 전에 발광다이오드(D₇₂)가 동작하도록 한다.

도 3 내지 도 18를 참조한 설명에서, 발광장치 또는 발광장치 구동회로를 명확하게 구별하여 설명하지 않았거나, 어떤 경우에는 발광장치를 발광유닛들만을 포함하는 것으로 설명하였다. 도 3의 경우를 예를 들면, 제1 발광유닛(32), 제2 발광유닛(34) 및 PTF 유닛(36) 모두를 포함하는 것을 발광장치로 볼 수 있고, 발광유닛들의 직렬 연결(30) 만을 발광장치로도 볼 수 있으며, 후자의 경우 PTF 유닛(36)을 포함하는 나머지 부분(예를 들면, 도 7의 저항 소자(48, R₄₇ 등 포함))을 발광장치 구동회로로 볼 수 있기 때문에 엄격하게 구별하여 설명하지 않았다.

도 19 및 도 20은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 발광장치를 설명하기 위한 블록도들이다. 먼저, 도 19를 참조하면, 발광장치는 하나 이상의 발광다이오드를 포함하는 제1 발광유닛들(192 ₁ , ..., 192 _n )을 하나 이상 포함하는 제1 발광그룹(191), 하나 이상의 발광다이오드를 포함하는 제2 발광유닛들(194 ₁ , ..., 194 _n )을 하나 이상 포함하는 제2 발광그룹(193), 및 상기 제1 발광그룹(191)에는 병렬 연결되고 상기 제2 발광그룹(193)에는 직렬 연결되는 PTF 유닛(196)을 포함한다. PTF 유닛(196)은, 입력단(IN1, IN2)을 통해 전원이 인가되는 경우, 제1 발광그룹(191)이 동작하기 전에 제2 발광그룹(193)이 동작하도록 기능한다.

제1 발광그룹(191)이 하나의 제1 발광유닛(예를 들어 192 ₁ ) 만을 포함하는 경우에는, 제1 발광그룹(191)이 곧 제1 발광유닛(192 ₁ )이 되고, 이는 앞서 도 3을 참조한 실시예의 설명에서 설명된 것과 동일하다. 제2 발광그룹(193)의 경우에도 그와 유사하므로, 여기서는 제1 발광그룹(191)이 두 개 이상의 발광유닛들(192 ₁ , ..., 192 _n )을 포함하고, 제2 발광그룹(193)이 두 개 이상의 발광유닛들(194 ₁ , ..., 194 _n )에 대해 설명하도록 한다.

제1 발광유닛들(192 ₁ , ..., 192 _n )은 노드(N ₁₉₄ )와 노드(N ₁₉₂ ) 사이에서 서로 간에 병렬 연결된다. PTF 유닛(196)은 노드(N ₁₉₄ )와 노드(N ₁₉₂ ) 사이에 연결되어 결과적으로 제1 발광유닛들(192 ₁ , ..., 192 _n )에 공통으로 병렬 연결되는 형태이다.

마찬가지로, 제2 발광유닛들(194 ₁ , ..., 194 _n )도 서로 간에 병렬 연결된다.

그리하여, 앞서 언급한 바와 같이 PTF 유닛(196)과 제1 발광그룹(191)은 서로 병렬 연결되고, PTF 유닛(196)과 제2 발광그룹(193)은 서로 직렬 연결된다.

제1 발광유닛들(192 ₁ , ..., 192 _n ) 각각 및 제2 발광유닛들(194 ₁ , ..., 194 _n ) 각각을 구성하는 하나 이상의 발광다이오드의 구체적인 예는 도 21 내지 도 23에 도시되어 있는 바와 같이, 단일 발광다이오드(도 23의 a)로 구성될 수도 있고, 복수 개의 발광다이오드들이 직렬(도 23의 b), 병렬(도 23의 c), 역병렬(도 23의 d), 역병렬의 조합(도 23의 e) 및 직렬 또는 병렬 연결의 조합(도 21, 도 22) 중 어느 하나일 수 있으나, 이러한 발광다이오드들의 연결 예로 제한되는 것은 아니다.

제1 발광그룹(191) 및 제2 발광그룹(193)은 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들면, 제1 발광그룹(191) 또는 제2 발광그룹(193)은 단일 기판 상에 모놀리식(monolithic) 집적회로 공정에 의해 단일 패키지로 형성될 수 있다. 이와는 달리, 제1 발광유닛들(192 ₁ , ..., 192 _n ) 각각 또는 제2 발광유닛들(194 ₁ , ..., 194 _n ) 각각이 개별(separate) 패키지로 형성될 수도 있다. 또 다르게는, 제1 발광유닛들(192 ₁ , ..., 192 _n )의 발광다이오드들(예를 들면, 도 21 내지 도 23의 발광다이오드들) 각각 또는 제2 발광유닛들(194 ₁ , ..., 194 _n )의 발광다이오드들(예를 들면, 도 21 내지 도 23의 발광다이오드들) 각각이 개별 패키지로 형성될 수도 있다. 나아가, 제1 발광그룹(191) 또는 제2 발광그룹(193)이 하나의 패키지로 형성되되, 제1 발광그룹(191) 내의 발광다이오드들(예를 들면, 도 21 내지 도 23의 발광다이오드들) 또는 제2 발광그룹(193) 내의 발광다이오드들(예를 들면, 도 21 내지 도 23의 발광다이오드들) 각각이 개별 패키지로 형성될 수도 있다.

다음으로, 도 20을 참조하면, 제1 발광그룹은 하나 이상의 발광유닛(202 ₁ , ..., 202 _n )을 포함하고, 제2 발광그룹은 하나 이상의 발광유닛(204 ₁ , ..., 204 _n )을 포함한다. 이 경우에도, 제1 발광그룹이 하나의 발광유닛(예를 들어, 202 ₁ )만을 포함하는 경우에는 제1 발광그룹이 제1 발광유닛이므로, 이는 앞서 도 3을 참조한 실시예의 설명에서 설명된 것과 동일하다. 제2 발광그룹의 경우에도 그와 유사하므로, 여기서는 제1 발광그룹이 두 개 이상의 발광유닛들(202 ₁ , ..., 202 _n )을 포함하 고, 제2 발광그룹이 두 개 이상의 발광유닛들(204 ₁ , ..., 204 _n )에 대해 설명하도록 한다.

제1 발광유닛들(202 ₁ , ..., 202 _n ) 각각과 제2 발광유닛들(204 ₁ , ..., 204 _n ) 각각이 서로 하나씩 대응되어 서로간에 직렬 연결된다. 즉, 제1 발광그룹 중의 어느 하나의 제1 발광유닛(예를 들어, 202 ₁ )과 제2 발광그룹 중의 어느 하나의 제2 발광유닛(예를 들어, 204 ₁ )이 서로 대응되어 하나의 직렬 연결 형태(200 ₁ )를 이룬다. 그리고, 제1 발광유닛들(202 ₁ , ..., 202 _n ) 각각에는 PTF 유닛들(206 ₁ , ..., 206 _n ) 각각이 병렬로 연결된다.

이 경우에도, 발광유닛들(202 ₁ , ..., 202 _n , 204 ₁ , ..., 204 _n ) 각각을 구성하는 발광다이오드들은 도 21 내지 도 23에 예시된 것과 같이 다양한 형태로 연결될 수 있다.

또한, 발광유닛들(202 ₁ , ..., 202 _n , 204 ₁ , ..., 204 _n ) 각각이 개별 패키지로 형성될 수도 있으며, 제1 발광유닛들(202 ₁ , ..., 202 _n ) 각각에 상응하는 PTF 유닛들(206 ₁ , ..., 206 _n )과 함께 개별 패키지로 형성될 수도 있으며, 발광유닛들(202 ₁ , ..., 202 _n , 204 ₁ , ..., 204 _n )을 구성하는 발광다이오드들 각각이 개별 패키지로 형성될 수도 있다.

도 21 및 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광유닛의 일 예를 나타낸 등가 회로도이다. 먼저 도 21을 참조하면, 제1 발광유닛(210) 및 제2 발광유닛(211)이 노드(N ₂₁₂ )를 통해 직렬로 연결된다.

제1 발광유닛(210)은 제1, 2, 3 및 4 노드(차례대로, N ₂₁₁ , N ₂₁₂ , N ₂₁₃ , N ₂₁₄ )를 통해 서로간에 연결된 제1, 2, 3 및 4 발광다이오드(차례대로, D ₂₁₁ , D ₂₁₂ , D ₂₁₃ , D ₂₁₄ )를 포함한다.

제1 노드(N211) 및 제2 노드(N212)는 제1 발광유닛(210)과 병렬로 PTF 유닛(미도시)이 연결되는 노드들이다. 또한, 제2 노드(N ₂₁₂ )는 제2 발광유닛(211)이 연결되는 노드이다.

제1 내지 제4 노드(N ₂₁₁ , N ₂₁₂ , N ₂₁₃ , N ₂₁₄ )를 통한 제1 내지 제4 발광다이오드(D ₂₁₁ , D ₂₁₂ , D ₂₁₃ , D ₂₁₄ ) 간의 연결을 살펴보면, 제1 발광다이오드(D ₂₁₁ )는 제1 노드(N ₂₁₁ )에서 제3 노드(N ₂₁₃ ) 방향으로 순방향 연결되며, 제2 발광다이오드(D ₂₁₂ )는 제4 노드(N ₂₁₄ )에서 제1 노드(N ₂₁₁ ) 방향으로 순방향 연결되며, 제3 발광다이오드(D ₂₁₃ )는 제2 노드(N ₂₁₂ )에서 제3 노드(N ₂₁₃ ) 방향으로 순방향 연결되며, 제4 발광다이오드(D ₂₁₄ )는 제4 노드(N ₂₁₄ )에서 제2 노드(N ₂₁₂ ) 방향으로 순방향 연결된다. 여기서, 제3 노드(N ₂₁₃ )와 제4 노드(N ₂₁₄ ) 간은 전기적(예를 들면, 와이어 등의 전기 배선 수단에 의해)으로 연결된다. 마찬가지로, 제2 발광유닛(211)의 경우에도 제1 발광유닛(210)의 발광다이오드들의 연결 형태와 동일할 수 있다.

도 22는 도 21의 노드들(N ₂₁₃ , N ₂₁₄ ) 사이에 제5 발광다이오드(D ₂₃₁ )가 더 연결된 발광유닛의 예를 보여주고 있다. 즉, 제5 발광다이오드(D ₂₃₁ )가 제3 노드(N ₂₂₃ ) 내지 제4 노드(N ₂₂₄ ) 사이에서, 제3 노드(N ₂₂₃ ) 에서 제4 노드(N ₂₂₄ ) 방향으로 순방향 연결된다.

도 21 및 도 22에 도시된 것과 같은 발광유닛 내의 발광다이오드들의 연결을 통해, 고조파 왜곡, 플리커 현상이 더욱 감소될 수 있으며, 광효율도 증가될 수 있따.

도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광유닛의 다양한 예들을 나타낸 등가 회로도이다. 도 23의 a는 발광유닛이 하나의 발광다이오드로 이루어진 예이고, b는 복수 개가 직렬 연결된 예이고, c는 병렬 연결된 예이며, d는 역병렬 연결된 예이고, e는 역병렬 연결의 조합이다.

예를 들어, 이러한 다양한 발광유닛을 포함하는 발광장치에 정류회로없이 직접 교류 전원이 인가되는 경우에는 d 나 e의 예에서와 같이 발광다이오드들이 역병렬 연결되는 것이 바람직하다. 이와는 달리, 예를 들어 정류회로를 통해 전파정류된 전원이 인가되는 경우에는 a, b, c와 같은 형태로 단방향으로 연결되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 발광장치 또는 발광장치 구동회로는 본 발명의 범위를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 설계 변경되고 개조될 수 있으므로, 본 발명의 보호범위는 상세한 설명에서의 실시예들에 의해 정해져서는 아 니되고 이하의 청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1은 종래의 교류 LED의 문제점을 설명하기 위한 등가 회로도이다.

도 2는 도 1에서의 전압 및 전류 특성을 나타낸 그래프이다.

도 6은 도 3 내지 도 5의 발광장치 또는 발광장치 구동회로의 전압 및 전류 특성을 나타낸 그래프이다.

도 7은 도 4에 상응하는 발광장치 또는 발광장치 구동회로의 등가 회로도이다.

도 8 내지 도 9는 교류 전원의 양의 반주기 인가시 동작을 설명하기 위한 등가 회로도이다.

도 10은 도 8 내지 도 9에 상응하는 전압 및 전류 그래프이다.

도 11 내지 도 12는 교류 전원의 음의 반주기 인가시 동작을 설명하기 위한 등가 회로도이다.

도 13은 도 11 내지 도 12에 상응하는 전압 및 전류 그래프이다.

도 14는 도 8 내지 도 13을 참조하여 설명된 교류 전원의 양의 반주기 및 음의 반주기를 함께 고려한 교류 전원의 한 주기 내에서의 전압 및 전류 그래프이다.

도 15는 도 5에 상응하는 발광장치 또는 발광장치 구동회로를 설명하고, 나아가 저주파 필터 역할을 더 수행할 수 있도록 하는 저항 소자를 더 구비하는 등가 회로도이다.

도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광장치 또는 발광장치 구동회로를 설명하기 위한 등가 회로도이다.

도 17은 도 16에 상응하는 전압 및 전류 그래프이다.

도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광장치 또는 발광장치 구동회로를 설명하기 위한 등가 회로도이다.

도 19 및 도 20은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 발광장치를 설명하기 위한 블록도들이다.

도 21 및 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광유닛의 일 예를 나타낸 등가 회로도이다.

도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광유닛의 다양한 예들을 나타낸 등가 회로도이다.

<도면의 중요 부분에 대한 부호의 설명>

30, 40, 50 : 발광장치

32, 34, 42, 44, 52, 54, 192₁~192_n, 194₁~194_n, 202₁~202_n, 204₁~204_n, 210, 211, 220, 221, 232~235 : 발광유닛

36, 46, 56, 66, 76a, 76b, 196, 206₁~206_n : PTF 유닛

48, 58, R_c : 저항 소자 R₄₄, R₅₄ : 서미스터 소자

68 : 정류부

D41~D44, D51~D54, D61~D64, D71~D74, D211~D218, D221~D228, D231 : 발광다이오드

Claims

하나 이상의 발광다이오드를 포함하며, 서로간에 직렬 연결되는 제1 발광유닛 및 제2 발광유닛; 및

상기 제1 발광유닛에는 병렬 연결되고 상기 제2 발광유닛에는 직렬 연결되며, 교류 전원의 인가시 상기 제1 발광유닛이 동작하기 전에 상기 제2 발광유닛이 동작하도록 하는 PTF 유닛을 포함하는 발광장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 발광유닛 및 상기 제2 발광유닛 중 어느 하나 또는 둘 모두는 역병렬 연결된 두 개의 발광다이오드를 포함하는 발광장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 발광유닛은 역병렬 연결된 제1 발광다이오드 및 제2 발광다이오드를 포함하고, 상기 제2 발광유닛은 역병렬 연결된 제3 발광다이오드 및 제4 발광다이오드를 포함하고, 상기 제1 발광다이오드 및 상기 제3 발광다이오드는 상기 교류 전원의 양의 반주기 구간에서 동작하며, 상기 제2 발광다이오드 및 상기 제4 발광다이오드는 상기 교류 전원의 음의 반주기 구간에서 동작하되,

상기 교류 전원의 양의 반주기 구간에서 상기 제1 발광다이오드가 동작하기 전에 상기 제3 발광다이오드가 동작하고, 상기 교류 전원의 음의 반주기 구간에서 상기 제2 발광다이오드가 동작하기 전에 상기 제4 발광다이오드가 동작하는 발광장 치.
순방향 직렬 연결된 적어도 두 개의 발광다이오드를 각각 포함하며, 서로간에 역병렬 연결되는 제1 및 제2 발광유닛;

상기 제1 발광유닛의 일부 발광다이오드에 병렬 연결되는 제1 PTF 유닛; 및

상기 제2 발광유닛의 일부 발광다이오드에 병렬 연결되는 제2 PTF 유닛을 포함하는 발광장치.
청구항 4에 있어서, 상기 제1 PTF 유닛 및 제2 PTF 유닛은 교류 전원의 인가시 상기 제1 PTF 유닛이 병렬 연결된 일부 발광다이오드 또는 상기 제2 PTF 유닛이 병렬 연결된 일부 발광다이오드가 동작하기 전에, 상기 제1 발광유닛에서 상기 제1 PTF 유닛이 병렬 연결된 일부 발광다이오드 이외의 발광다이오드 또는 상기 제2 발광유닛에서 상기 제2 PTF 유닛이 병렬 연결된 일부 발광다이오드 이외의 발광다이오드가 동작하도록 하는 발광장치.
하나 이상의 발광다이오드를 포함하는 제1 발광유닛을 하나 이상 포함하는 제1 발광그룹;

하나 이상의 발광다이오드를 포함하는 제2 발광유닛을 하나 이상 포함하는 제2 발광그룹; 및

상기 제1 발광그룹에는 병렬 연결되고 상기 제2 발광그룹에는 직렬 연결되어 전원의 인가시 상기 제1 발광그룹이 동작하기 전에 상기 제2 발광그룹이 동작하도록 하는 하나 이상의 PTF 유닛을 포함하는 발광장치.
청구항 6에 있어서, 상기 제1 발광그룹이 두 개 이상의 제1 발광유닛들을 포함하는 경우, 상기 제1 발광유닛들 간은 서로 병렬 연결되고, 상기 PTF 유닛은 상기 제1 발광유닛들에 공통으로 병렬 연결되는 발광장치.
청구항 6에 있어서, 상기 제1 발광그룹이 두 개 이상의 제1 발광유닛들을 포함하고, 상기 제2 발광그룹이 두 개 이상의 제2 발광유닛들을 포함하며, 상기 제1 발광유닛들 각각과 상기 제2 발광유닛들 각각은 하나씩 대응되어 서로간에 직렬 연결되되,

상기 제1 발광유닛들 각각에 상기 PTF 유닛이 병렬 연결되는 발광장치.
청구항 7에 있어서, 상기 제1 발광유닛 및 제2 발광유닛 중 어느 하나 또는 둘 모두가 두 개 이상의 발광다이오드들을 포함할 경우,

상기 두 개 이상의 발광다이오드들은 서로 순방향 직렬 연결, 병렬 연결, 역병렬 연결, 및 직렬 또는 병렬 연결의 조합 중 어느 하나의 연결 형태를 갖는 발광장치.
청구항 7에 있어서, 상기 제1 발광그룹 또는 상기 제2 발광그룹은 단일 기판 상에 모놀리식으로 집적된 발광장치.
청구항 7에 있어서, 상기 제1 발광유닛들 각각 또는 상기 제2 발광유닛들 각각이 개별 패키지로 형성되는 발광장치.
청구항 7에 있어서, 상기 제1 발광유닛들의 발광다이오드 각각 또는 상기 제2 발광유닛들의 발광다이오드 각각이 개별 패키지로 형성되는 발광장치.
청구항 7에 있어서, 상기 제1 발광그룹 또는 상기 제2 발광그룹이 하나의 패키지로 형성되되,

하나의 패키지로 형성된 상기 제1 발광그룹 내의 발광다이오드들 또는 상기 제2 발광그룹 내의 발광다이오드들 각각이 개별 패키지로 형성되는 발광장치.
청구항 7에 있어서, 상기 제1 발광유닛은, 제1 내지 제4 노드를 통해 서로간에 연결된 제1 발광다이오드 내지 제4 발광다이오드를 포함하되,

상기 제1 발광다이오드는 상기 제1 노드에서 상기 제3 노드 방향으로 순방향 연결되며, 상기 제2 발광다이오드는 제4 노드에서 상기 제1 노드 방향으로 순방향 연결되며, 상기 제3 발광다이오드는 상기 제2 노드에서 상기 제3 노드 방향으로 순방향 연결되며, 상기 제4 발광다이오드는 상기 제4 노드에서 상기 제2 노드 방향으로 순방향 연결되며, 상기 제3 노드와 상기 제4 노드 간은 전기적으로 연결되는 발 광장치.
청구항 14에 있어서, 상기 제3 노드와 상기 제4 노드 사이에는, 상기 제3 노드에서 상기 제4 노드 방향으로 순방향 연결되는 제5 발광다이오드를 더 포함하는 발광장치.
청구항 1 내지 15 중 어느 한 항에 있어서, 상기 PTF 유닛은 커패시터를 포함하는 발광장치.
하나 이상의 발광다이오드를 갖는 제1 발광유닛 및 제2 발광유닛이 제1 노드를 통해 직렬 연결되는 발광장치를 교류 전원으로 구동하기 위한 발광장치 구동회로에 있어서,

제2 노드를 통해 상기 제1 발광유닛에 직렬 연결되는 제1 저항 소자;

제3 노드와 상기 제1 노드 사이에서, 직렬 연결된 상기 제1 발광유닛과 상기 제1 저항 소자에 병렬 연결되는 커패시터; 및

상기 제3 노드와 상기 제1 노드 사이에서, 상기 커패시터에 직렬 연결되는 제2 저항 소자를 포함하는 발광장치 구동회로.
청구항 17에 있어서,

상기 교류 전원과 상기 발광장치 사이에 직렬 연결되는 서미스터 소자를 더 포함하는 발광장치 구동회로.