KR101067976B1 - 발광소자 구동장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광소자를 구동하는 발광소자 구동장치에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 발광소자의 파손 및 노화를 방지할 수 있는 발광소자 구동장치를 제공하는 것이다.
이를 위해 본 발명은 애노드와 캐소드를 갖고 캐소드가 접지에 전기적으로 연결된 발광소자 및, 발광소자의 애노드와 전원부에 전기적으로 연결되어 전원부에서 발광소자로 흐르는 전류량을 제어하는 정전류 구동부를 포함하며, 정전류 구동부는 발광소자의 주변 온도가 증가하면 발광소자로 흐르는 전류량을 감소시키는 음의 온도 계수를 갖는 것으로 이루어진 발광소자 구동장치를 개시한다.

Description

발광소자 구동장치{Light Emitting Diode Driving Device}
본 발명은 발광소자 구동장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 음의 온도 계수를 갖는 정전류 구동부를 구성함으로써, 발광소자의 파손 및 노화를 방지하기 위한 발광소자 구동장치에 관한 것이다.
일상생활에서 이용되는 디지털 마이크로미러 디바이스(DMD: Digital Micromirror Device)를 사용한 DLP(Digital Light Processing)는 프로젝션 TV, 프로젝터 및 LCD 영상장치의 광원으로 보통 발광소자를 사용하고 있다. 통상적으로 발광소자(Light Emitting Diode, LED)를 사용하는 이유는 백열등, 형광등 등 재래식 조명과 달리 전기에너지를 빛(光)에너지로 전환하는 효율이 높아 최고 90%까지 에너지를 절감할 수 있는 장점이 있기 때문이다. 이런 발광소자는 형광성 또는 인광성 화합물을 전기적으로 여기시켜 발광시키고, 세 가지 색상인 빨강(red), 녹색(green) 및 파랑(blue) 각각에 대하여 복수개의 어레이로 구성된다. 이런 발광소자를 구동하기 위한 발광소자 구동장치는 발광소자 모듈에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출부, 검출된 전류치에 대응하는 전압과 기준전압(Vref)을 비교하여 오차신호를 출력하는 에러앰프, 오차신호에 따라 발광소자모듈에 흐르는 전류를 증감시키 는 트랜지스터, PWM 변조부, 게이트회로, 인덕터 및 다이오드 등으로 구성할 수 있다. 이러한 구성의 발광소자는 발광소자 구동장치 내부의 트랜지스터가 온 상태인 경우, 전원부에 의해 공급된 전류가 발광소자에 흐르게 되어 발광을 하게 된다. 이때, 상기 발광소자는 온도의 상승에 따라 전류가 증가하는 특성으로 인하여 온도가 증가하면 전류 소모량이 커지며, 휘도가 증가하게 되어 발광소자가 파손되거나 노화가 되는 문제점이 발생하게 된다. 다시 말해, 상기 발광소자는 상온에서 전류 흐름이 통상적인 상태를 유지하지만, 주변의 온도가 상승될시 높은 전류가 흐르게 되어, 발광소자가 파손되거나 노화된다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 온도 증가 시 구동전류를 감소시켜 발광소자의 노화 및 파손을 방지할 수 있는 발광소자 구동장치를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 발광소자 구동장치는 애노드와 캐소드를 갖고 캐소드가 접지에 전기적으로 연결된 발광소자; 및, 상기 발광소자의 애노드와 전원부에 전기적으로 연결되어 상기 전원부에서 상기 발광소자로 흐르는 전류량을 제어하는 정전류 구동부를 포함하며, 상기 정전류 구동부는 상기 발광소자의 주변 온도가 증가하면 상기 발광소자로 흐르는 전류량을 감소시키는 음의 온 도 계수를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 정전류 구동부는 제 1 전극, 제 2 전극 및 제어전극으로 이루어진 트랜지스터를 포함하며, 상기 제 1 전극은 제 1저항에 전기적으로 연결되며, 상기 제 2 전극은 상기 발광소자의 애노드에 전기적으로 연결되고, 상기 제어전극은 제 2저항과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제 1저항은 일단이 상기 제 1 전극에 전기적으로 연결되고, 타단이 상기 전원부에 전기적으로 연결 될 수 있다.
상기 정전류 구동부는 애노드가 상기 제 1저항과 전기적으로 연결되고, 캐소드가 상기 제 2저항과 전기적으로 연결된 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 다이오드는 적어도 하나가 직렬로 각각 전기적으로 연결 될 수 있다.
상기 2 저항은 일단이 상기 제어전극과 전기적으로 연결되고, 타단이 접지되어 있는 것을 포함할 수 있다.
상기 발광소자는 적어도 하나가 직렬로 각각 전기적으로 연결 될 수 있다.
상기 정전류 구동부는 상기 전원부와의 사이에 외부저항이 전기적으로 연결 될 수 있다.
상기 외부 저항은 상기 전원부로부터 공급되는 상기 정전류 구동부의 전류량을 조절하여 상기 발광소자의 발광 량을 조절하여 빛의 밝기를 조절할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 발광소자 구동장치는 음의 온도 계수를 갖는 정전류 구동부를 구성함으로써, 발광소자의 파손 및 노화를 방지하여 보다 더 안정적인 발광소자 구동장치를 구현할 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
여기서, 명세서 전체를 통하여 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
또한, 어떤 부분이 다른 부분과 전기적으로 연결(electrically coupled)되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 발광소자 구동장치의 구성 회로도가 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 발광소자 구동장치(100)는 정전류 구동부(110) 및 발광소자(LED)를 포함할 수 있다.
상기 정전류 구동부(110)는 상기 발광소자(LED)의 애노드(anode,양극)와 전원부(Vin)에 전기적으로 연결되어 상기 전원부(Vin)에서 상기 발광소자(LED)로 흐르는 전류량을 제어한다. 이때 상기 정전류 구동부(110)는 다이오드(D), 제 1저항(R1), 제 2저항(R2) 및 트랜지스터(T)를 포함할 수 있다.
상기 트랜지스터(T)는 PNP 트랜지스터로서 온 또는 오프 신호에 따라 상기 전원부(Vin)로부터 상기 발광소자(LED)로 전원을 공급 또는 차단시킨다.
이때, 상기 트랜지스터(T)는 제 1 전극(에미터), 제 2 전극(콜렉터) 및 제어 전극(베이스)으로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 제 1전극은 상기 전원부(Vin)에 전기적으로 연결되고, 상기 제 2 전극은 상기 발광소자(LED)의 애노드에 전기적으로 연결되며, 상기 제어 전극은 상기 제 2저항(R2)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제 1저항(R1)은 일단이 상기 트랜지스터(T)의 상기 제 1전극에 전기적으로 연결되어 있으며, 타단은 적어도 하나의 배터리가 직렬로 연결되어 있는 상기 전원부(Vin)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 상기 제 1저항(R1)과 상기 전원부(Vin) 사이에는 상기 발광소자 구동장치(100)에 흐르는 전류량을 조절 할 수 있는 외부저항(Rext)이 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 상기 외부저항(Rext)은 일단이 상기 전원부(Vin)와 전기적으로 연결되어 있고 타단이 상기 제 1전극에 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서 상기 외부저항(Rext)은 저항 값에 따라 상기 발광소자(LED)에 흐르는 전류량을 조절하여 원하는 상기 발광소자(LED)의 빛의 밝기를 조절하는 역할을 한다. 또한 상기 제 1저항(R1)은 상기 전원부(Vin)에 의해 공급되는 상기 정전류 구동부(110)의 내부에 흐르는 전류가 과다하게 흐르는 것을 방지하는 역할을 한다.
상기 다이오드(D)는 애노드가 상기 제 1저항(R1)과 전기적으로 연결되어 있 으며, 캐소드는 상기 제 2저항(R2) 및 상기 트랜지스터(T)의 제어 전극에 전기적으로 연결되어 있다. 여기서, 상기 다이오드(D)는 상기 전원부(Vin)로부터 인가된 전류를 상기 발광소자 구동부(110)에 인가된 신호에 따라 흐르게 하는 역할을 한다.
상기 제 2저항(R2)은 일단이 상기 다이오드(D)의 캐소드 및 상기 트랜지스터(T)의 상기 제어전극에 전기적으로 연결되어 있고, 타단은 접지되어 있다. 이때, 상기 제 2저항(R2)은 상기 정전류 구동부(110)의 내부에 흐르는 전류가 과다하게 흐르는 것을 방지하는 역할을 한다.
이와 같이 상기 정전류 구동부(110)는 상기 다이오드(D), 상기 제 1저항(R1), 상기 제 2저항(R2) 및 상기 트랜지스터(T)를 포함하여 이루어진다. 이때, 상기 정전류 구동부(110)는 기존과 같이 온도 증가에 따른 전류 증가로 인한 발광소자의 파손 및 노화의 발생을 예방할 수 있다. 이런 문제점을 예방할 수 있는 본 발명에 따른 음의 계수를 갖는 상기 정전류 구동부(110)는 온도 증가에 따라 전류량이 감소하기 하게 되고, 이에 따라 상기 발광소자(LED)의 파손 및 노화 현상을 방지한다.
좀 더 자세하게 본 발명의 일실시예에 따른 음의 온도 계수를 갖는 정전류 구동부(110)로 구성된 상기 발광소자 구동장치(100)를 수식을 이용해서 설명하면 다음과 같다.
상기 다이오드(D)의 양단에 걸리는 전압(VF)은 상기 제 1저항(R1)의 양단에 걸리는 전압(VR1)과 상기 트랜지스터(T)의 상기 제 1전극과 상기 제어 전극 사이에 걸리는 전압(VFBE)의 합인 식(1)과 같다.
VF = VR1+VFBE -------------------------------------- 식(1)
이때, 상기 식(1)에서 상기 제 1저항(R1)의 양단에 걸리는 전압(VR1)은 식(2)과 같이 나타낼 수 있다.
VR1 = VF-VFBE -------------------------------------- 식(2)
여기서, VR1은 IOUT*R1이고,
또한 상기 식(2)를 통해서 상기 발광소자(LED)에 흐르는 전류(IOUT)를 식(3)과 같이 나타낼 수 있다.
IOUT = (VF-VFBE)/R1 -------------------------------------- 식(3)
이때, 상기 발광소자 구동장치(100)의 온도가 증가하게 되면, 각각의 소자에 걸리는 전압량, 즉, 상기 다이오드(D)의 양단에 걸리는 전압(VF) 및 상기 트랜지스터(T)의 상기 제 1전극과 상기 제어 전극 사이에 걸리는 전압(VFBE)이 감소하게 된다. 여기서, 상기 제 1저항(R1)의 값이 일정하게 되면, 상기 식(3)과 같이 상기 발광소자(LED)에 흐르는 전류(IOUT)는 감소하게 된다. 이로 인해 발광소자 구동장치의 문제점이었던 온도 상승으로 인한 전류 소모량 증가에 따른 발광소자의 파손 및 노 화를 방지할 수 있다.
상기 발광소자(LED)는 애노드와 캐소드를 갖고 캐소드는 접지에 전기적으로 연결되어 있으며, 애노드는 상기 트랜지스터(T)의 상기 제 2전극에 전기적으로 연결되어 있다. 이러한 상기 발광소자(LED)는 상기 트랜지스터(T)를 통하여 제어되는 전류(IOUT)에 의해 소정 밝기로 발광하는 역할을 한다. 여기서, 상기 발광소자(LED)는 갈륨의 화합물인 갈륨비소(GaAs),갈륨인(GaP)등 발광하기 쉬운 성질을 갖고 있는 재료로 접합되어 있으며, 상기 발광소자(LED)에 순방향 전압을 걸면 전자와 정공이 재결합하여 녹색, 적색, 황색, 블루, 화이트 등의 빛이 나게 된다.
본 발명의 다른 실시 예로 도 2를 참조하면, 상기 정전류 구동부(210) 및 상기 발광소자(LED)를 포함한 상기 발광소자 구동장치(200)가 도시되어 있다. 상기 정전류 구동부(210)는 상기 트랜지스터(T), 상기 제 1저항(R1), 상기 다이오드(D) 및 상기 제 2저항(R2)을 포함한다. 여기서, 상기 정전류 구동부(210)에 포함되어 있는 각각의 소자들의 전기적 연결은 위에서 설명한 상기 도 1과 동일하기에 도 2의 각각 소자들의 전기적 연결 관계에 대한 설명은 생략하기로 한다. 그러나 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 정전류 구동부(210)의 상기 다이오드(D) 및 상기 발광소자(LED)는 적어도 하나이상 각각 전기적으로 연결하여 구성할 수 있다. 다시 말해, 제 1다이오드(D1)의 캐소드가 제 2다이오드(D2)의 애노드와 전기적으로 연결되 어 직렬의 형태로 구성될 수 있으며, 제 1발광소자(LED1)의 캐소드가 제 2발광소자(LED2)의 애노드에 전기적으로 연결되어 직렬의 형태로 구성될 수 있다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 상기 정전류 구동부(110,220)는 반도체 집적 회로에 구성될 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 발광소자 구동장치를 실시하기 위한 하나의실시 예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 발광소자 구동장치를 도시한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광소자 구동장치를 도시한 회로도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 발광소자 구동장치 110 : 정전류 구동부
T : 트랜지스터 R1 : 제 1저항
D : 다이오드 R2 : 제 1저항
Rext : 외부저항 Vin : 전원부

Claims (9)

  1. 애노드와 캐소드를 갖고 상기 캐소드가 접지에 전기적으로 연결된 발광소자; 및,
    전원부에서 상기 발광소자로 흐르는 전류량을 제어하는 정전류 구동부를 포함하며,
    상기 정전류 구동부는,
    일단과 타단을 갖고 상기 일단이 상기 전원부와 전기적으로 연결된 제 1 저항; 애노드와 캐소드를 갖고 상기 애노드가 상기 제 1 저항의 일단에 전기적으로 연결된 다이오드; 및 제 1 전극, 제 2 전극 및 제어 전극을 갖고 상기 제 1 전극이 상기 제 1 저항의 타단에 전기적으로 연결되고 상기 제 2 전극이 상기 발광소자의 애노드에 전기적으로 연결되고 상기 제어전극이 상기 다이오드의 캐소드에 전기적으로 연결된 트랜지스터를 포함하고,
    상기 발광소자의 주변 온도가 증가하면 상기 발광소자로 흐르는 전류량을 감소시키는 음의 온도 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 발광소자 구동장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 정전류 구동부는 일단과 타단을 갖는 제 2 저항을 더 포함하고,
    상기 제 2 저항의 일단은 상기 다이오드의 캐소드 및 상기 트랜지스터의 제어전극에 전기적으로 연결되고, 타단은 접지에 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 발광소자 구동장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 다이오드는
    적어도 하나가 직렬로 각각 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 발광소자 구동장치.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 발광소자는
    적어도 하나가 직렬로 각각 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 발광소자 구동장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 정전류 구동부는
    상기 전원부와의 사이에 외부저항이 전기적으로 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 발광소자 구동장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 외부 저항은
    상기 전원부로부터 공급되는 상기 정전류 구동부의 전류량을 조절하여 상기 발광소자의 발광 량을 조절하여 빛의 밝기를 조절하는 것을 특징으로 하는 발광소자 구동장치.
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