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정전류 구동방식을 이용한 LED Driver IC 기술

 

■ 기술의 개요

○ LED(Light Emitting Diode)는 p-n접합된 반도체 칩에 전압을 인가하여 전기에너지를 光에너지로 전환하여 빛을 방출하는 반도체 발광소자로서 다양한 분야에 활용되고 있음

○ LED는 빛을 활용하는 경제․사회적 공간에 감성․융합․親환경을 접목시켜 다양한 고부가가치 파생산업을 창출하는 등 新성장동력의 원천 기능을 수행하며, 반도체 조명은 기존산업 전반에 폭넓게 응용되어 신산업 창출과 함께 한계 산업에 돌파구를 제시하고 있음

○ 이처럼 LED의 활용범위가 다양해짐에 따라 입력전압변동이 심하고 낮은 전압으로부터 안정된 밝기 및 높은 효율로 LED를 켜주는 LED Driver IC의 수요도 증가하고 있는 추세이다. LED Driver IC는 정전류원 회로의 부하 트랜지스터에 걸리는 전압을 센싱하여 전원 공급회로 출력 전압 제어를 수행하고 이를 통해 일정 수준의 부하전류를 항상 일정하게 유지하여야 함

기존의 LED Driver IC는 전압구동방식에 따른 전력손실 발생 및 부하전류 편차에 의한 일정 광출력 제어 어려움 등의 문제점이 존재함

○ 전자부품연구원에서 개발한 본 기술은 4 채널을 동시에 구동이 가능하고, 선형 방식의 정전류원과 스위치 방식의 정전압원을 모두 하나의 칩에 집적화하여 사용의 편의성을 극대화하였으며, 각 채널 간 구동전류의 오차를 최소함과 동시에 높은 전력 변환 효율을 얻을 수 있음

 

[자기 최적화된 정전류원을 갖는 LED Drive IC]

정전류 구동방식을 이용한 LED Driver IC 기술

■ 기술의 현황

○ 단일 광원으로서의 LED의 성능은 LED 소자 자체의 여러 가지 특성에 의해서 결정되지만, LED를 이용하여 구현되는 전체 시스템의 성능은 LED를 구동하는 구동 IC(LED Driver IC)에 의해서 결정됨

- 특히 LED 조명기기의 경우 LED 구동 특성이 제품의 성능 및 신뢰성과 직접적인 연관이 있어서 LED와 더불어 구동 IC의 중요성이 더욱 커지고 있음

○ 저소비 전력으로 높은 효율을 갖추고, LED 조명기기에 공급되는 전압의 변화에도 휘도 변화 억제 가능한 구동 회로 제어 기술 개발이 가속화되고 있음

- 이러한 기술력을 갖추지 못한 국내 LED 업체들의 경우 대형 조명회사 및 LED칩 제조사와 전략적 제휴를 통한 다양한 LED 제품에 활용할 수 있는 Driver IC를 개발 추진 중

기술개발 현황

정전류 구동방식을 이용한 LED Driver IC 기술

■ 기술의 장점(경쟁기술과의 차별성)

 

구분

장점

전력 사용 절감

- 정전류원 회로를 이용하여 발광다이오드의 순방향 전류 직접 제어

․특정 바이어스 전류 값 이용 ➡ 부하 트랜지스터 게이트 제어

호환성

- 드레인 소스 전압 센싱 후 전원 공급 회로의 출력전압을

제어함으로써 저항을 이용한 센싱 방법 대체 가능 ➡ 기존 부품과

호환성 향상

제조비용

- 광출력 제어를 위한 별도의 트랜지스터 구비 불필요 ➡ 제조비용

절감 가능

부품 수

- 동기형 (Synchronous) 스위칭 레귤레이터용 파워 트랜지스터를

포함하여 정전류 제어회로까지 One Chip에 집적화

- 외부 부품 수를 최소화 시스템 설계의 편의성을 극대화

구동전류 편차

- 전류 센싱용 외부 저항을 사용하지 않고 Driver IC 내부 정전류 회로

사용 각 채널별 구동전류 편차를 최소화 (<3%)

전력변환 효율

- 일반적인 선형 방식의 정전류 구동 IC에 비해 우수한 전력 변환 효율의 구현 가능

 

■ 적용범위 및 응용분야

○ LED의 대표적인 응용분야로는 휴대전화․MP3플레이어 등을 포함하는 모바일 디바이스, 대형 TV, PC 모니터 등의 전자기기의 백라이트와 도로 표시기, 광고판, 신호등, 각종 대중 교통의 알림판 등의 디스플레이용을 중심으로 보

 

○ 고효율, 긴수명, 초소형, 초박형화 및 광제어라는 혁신적인 기능을 구현함에 따라 정보통신, 디지털가전, 조명, 자동차, 의료 등 전 산업에 걸쳐 응용되고 있음

 

이처럼 LED의 응용분야가 다양한 만큼 LED Driver IC도 LED 전분야로 확대되고 있음

- 단, 동작환경, 전원의 종류 및 구동 전류 등에 맞게 Design Revision은 필요

[LED Drive IC 응용분야]

정전류 구동방식을 이용한 LED Driver IC 기술

 

■ 시장동향 및 전망

○ LED 조명 및 응용시장의 총합계는 2007년 140억 달러 규모에서 19.8%의 연평균성장률을 기록하면서 2012년에는 430억 달러, 2015년에는 800억 달러 규모에 이를 것으로 전망

 

[세계 LED 조명 및 응용시장 전망] 

(단위 : 억불)

 

정전류 구동방식을 이용한 LED Driver IC 기술

 

○ LED Driver 분야는 향후 20% 이상의 고성장이 예상되며, LED 조명시장의 성장률을 반영하여 30%대의 초고속성장도 예상됨

[세계 LED Driver IC 시장전망]

(단위: 조원)

구 분

2007

2008

2009

2010

2011

2012

CAGR

LED Driver IC

0.98

1.18

1.41

1.69

1.90

2.28

20%

                         자료 : Strategies unlimited(2009)

 

■ 지식재산권 현황 및 기술이전 내용

지식재산권 현황

구분

발명의 명칭

출원번호

(출원일)

등록번호

(등록일)

특허

발광다이오드 구동 회로 및 구동방법

2009-0040677

(2009. 5. 11)

10-1028587

(2011. 4. 4)

 

○ 기술이전 내용 및 범위

구 분

기술이전 내용

형식

제공방법

LED Driver IC 설계 기술

시스템 구성도

문서

기술문서

반도체 칩 배치도

GDS 파일

파일

Driver IC 시제품

시제작품

시제작품

Data Sheet (Test Circuit, Application Note 포함)

문서

기술문서

상기 내용에 대한 세미나

자료

세미나

 

 

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