JP2009540599A - 発光ダイオードを用いた人工太陽光システム - Google Patents

Abstract

本発明は、人工太陽光システムに関し、特に、発光ダイオードを用いた人工太陽光システムに関する。本発明は、経時による実際太陽のような発光効果を示す発光ダイオードを用いた人工太陽光システムを提供することができる。また、本発明は、位置や気候に影響されず、安価な発光ダイオードを用いた人工太陽光システムを提供することができる。

Description

本発明は、人工太陽光システムに関し、特に、発光ダイオードを用いた人工太陽光システムに関する。

一般に、太陽光が当たり難い場所、すなわち、地下やその他の密閉した空間では、太陽光の日照量不足による副作用（成長抑制、皮膚病、心理不安など）の病症が生じ得る。従来、これを解決するための方案として、太陽光を人為的に発生させる人工太陽光システム、または、外部からの太陽光を、光ファイバ等を通じて、直接室内に取り込むようにする太陽光追跡システムを構築した。

上述した従来技術の人工太陽光システムは、白熱ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプのような人工光源を一定のモジュールとして構築し、一つの人工太陽光照射装置として作製した。前記白熱ランプの場合、現在の光源のうち、演色特性に最も優れ、晴れた日に地表面に到達する太陽光スペクトルの効果が得られる。しかしながら、このような白熱ランプの場合、約３２００Ｋの色温度を有しており、実際太陽光の時間帯別の色温度（約３０００Ｋ乃至７０００Ｋ）特性を表現するのに制約があった。また、前記メタルハライドランプとキセノンランプも、色温度指数が約５０００Ｋ及び６０００Ｋに限定されており、経時による実際太陽光のような発光効果を示すことができない。

また、前記太陽光追跡システムは、太陽の移動経路を追跡し、実時間で太陽光を光学レンズで集光され、ガラス光ファイバを通じて室内に流入させるシステムであって、太陽光集光面に多数の光学レンズを配置し、レンズモジュールの中央にフォトセンサが位置しており、太陽の移動経路により、実時間で集光面モジュールが自動に回転するように、マイクロプロセッサにプログラムが内蔵されている。上記した従来技術による太陽光追跡システムは、実際の太陽光エネルギーをそのまま取り込み、特定のフィルタを用いて、太陽光のうち有害な波長を除去することができるという長所があった。しかしながら、梅雨期のような雨期や曇った日などには使用できないという短所があった。また、前記光学レンズは、太陽光が取り込まれる野外に位置しなければならないので、管理上の注意が必要であった。また、光学レンズから太陽光を集光し、光ファイバでこれを室内に伝送しなければならない。しかしながら、このような光ファイバの場合、安価な樹脂系光ファイバではなく、熱特性が強いガラス光ファイバを用いなければならないが、マイクロン単位の小型のガラス光ファイバは、損失が大きく、直径１ｍｍ以上の高価品を適用しなければならないという問題点があった。また、前記光学レンズは、通常、建物の屋上に設置しなければならず、これにより、ガラス光ファイバ による費用上昇と、増加した距離による価格損失が大きく、設置上の制約と使用上の制約が伴うようになる。

本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を解決するためのものであり、経時による実際太陽のような発光効果を示すことができる発光ダイオードを用いた人工太陽光システムを提供することである。

また、本発明の他の目的は、位置や気候に影響されず、安価な発光ダイオードを用いた人工太陽光システムを提供することである。

上述した技術的課題を達成するために、本発明は、異なる色温度を有する複数個の発光ダイオードモジュールと、前記複数個の発光ダイオードモジュールを制御するための制御部と、を備えることを特徴とする発光ダイオードを用いた人工太陽光システムを提供する。
また、本発明による人工太陽光システムは、前記複数個の発光ダイオードモジュールの前面部に配置され、前記複数個の発光ダイオードモジュールから放出された光を混合して出射させるための拡散グローブをさらに備えてもよい。

この際、前記複数個の発光ダイオードモジュールは、交互に配置されてもよい。
前記複数個の発光ダイオードモジュールは、３０００Ｋ乃至７０００Ｋの色温度を有し、前記制御部は、経時による太陽の色温度及び光特性変化データを保存するためのメモリ部と、前記メモリ部に保存された前記経時による太陽の色温度及び光特性変化データを用いて、色温度が異なるそれぞれの発光ダイオードモジュールに印加される電流を制御するためのマイクロプロセッサと、を有してもよい。

この際、前記メモリ部は、地球の自転及び公転周期による太陽座標系情報をさらに有し、前記マイクロプロセッサは、前記メモリ部に保存された前記太陽座標系情報及び前記経時による太陽の色温度及び光特性変化データを用いて、前記発光ダイオードモジュールを制御することができる。

この際、前記マイクロプロセッサは、任意の位置情報を入力され、当該位置情報に応じて、前記メモリ部に保存された前記太陽座標系情報及び前記経時による太陽の色温度及び光特性変化データを用いて、発光ダイオードモジュールを制御することができる。

また、前記制御部は、前記人工太陽光システムの位置を認識するための衛星測位システムをさらに有し、前記マイクロプロセッサは、前記衛星測位システムが認識した前記位置に応じて、前記メモリ部に保存された前記太陽座標系情報及び前記経時による太陽の色温度及び光特性変化データを用いて、発光ダイオードモジュールを制御することができる。

上述のように、本発明は、経時による実際太陽のような発光効果を示す発光ダイオードを用いた人工太陽光システムを提供することができる。
また、本発明は、位置や気候に影響されず、安価な発光ダイオードを用いた人工太陽光システムを提供することができる。

本発明は、以下に開示される実施例に限定されるものではなく、相違した様々な形態で具現され、単に、本実施例は、本発明の開示が完全になるようにし、通常の知識を有する者に、発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。図面上の同一の符号は、同一の要素を指す。

図１は、本発明の第１の実施例による発光ダイオードを用いた人工太陽光システムの概念図である。
本発明の第１の実施例による発光ダイオードを用いた人工太陽光システムは、図１に示すように、光源モジュール４００と、前記光源モジュール４００上に設けられた拡散グローブ５００と、前記光源モジュール４００を制御するための制御部６００と、を備える。

前記光源モジュール４００は、本発明による発光ダイオードを用いた人工太陽光システムの光源として、ベース板３００と、前記ベース板３００に装着された第１及び第２の発光ダイオードモジュール１００、２００と、を有する。

前記ベース板３００は、前記第１及び第２の発光ダイオードモジュール１００、２００を装着して固定させるためのものであって、通常の基板のような形態、すなわち、絶縁体上に電極パターンが形成された構造を有してもよい。このようなベース板３００に、前記第１及び第２の発光ダイオードモジュール１００、２００が装着され、電極パターンと連結され、前記電極パターンが外部電源と連結されて、第１及び第２の発光ダイオードモジュール１００、２００が動作するようになる。前記ベース板３００は、発光ダイオードを用いた人工太陽光システムの目的及び用途に応じて、その形状は多様に変化され得る。すなわち、本実施例では、前記ベース板３００を四角板状に作製しているが、これに限定されるものではなく、円形板または多角形板であってもよい。また、円柱または多角柱であってもよく、球形であってもよい。このようなベース板３００は、本発明の目的を外れない限り、その形状は限定されない。

前記第１及び第２の発光ダイオードモジュール１００、２００は、３０００Ｋ乃至７０００Ｋの色温度を有する第１及び第２の発光ダイオードモジュール１００、２００であってもよい。

この際、前記第１の発光ダイオードモジュール１００は、色温度が約３０００Ｋ乃至５０００Ｋである多数個の発光ダイオードを有してもよく、前記第２の発光ダイオードモジュール２００は、色温度が約５０００Ｋ乃至７０００Ｋである多数個の発光ダイオードを有してもよい。しかし、これに限定されるものではなく、第３の発光ダイオードモジュールを加えてもよい。すなわち、例えば、色温度が約３０００Ｋ乃至４５００Ｋである第１の発光ダイオードモジュールと、色温度が約４５００Ｋ乃至６０００Ｋである第２の発光ダイオードモジュールと、色温度が約６０００Ｋ乃至７０００Ｋである第３の発光ダイオードモジュールと、を用いてもよい。上記のように、本発明は、色温度が約３０００Ｋ乃至７０００Ｋの範囲であり、異なる色温度を有すれば、２個以上の発光ダイオードモジュールを用いることができる。この際、前記複数個の発光ダイオードモジュールは、それぞれの色温度範囲が、境界領域において互いに重なってもよい。

上記のような第１及び第２の発光ダイオードモジュール１００、２００を構成する発光ダイオードは、発光チップ及び蛍光物質を有し、このような発光チップと蛍光物質は多様に結合され得る。例えば、前記発光ダイオードは、一つの青色発光チップと、一つの黄色発光蛍光物質とを有してもよい。すなわち、発光チップから発光される青色光と、蛍光物質により波長変換される黄色光との混合として白色を具現することができる。

また、前記発光ダイオードは、一つの青色発光チップと、緑色発光蛍光物質と、オレンジ色発光蛍光物質とを有してもよい。これは、発光チップから発光される青色光、蛍光物質により波長変換される緑色光、及びオレンジ色光の混合として白色を具現することができる。この場合は、前記青色発光チップと黄色発光蛍光物質からなる前記発光ダイオードに比べて、より向上した演色性が得られる長所がある。すなわち、発光チップと、多様な発光ピークを有する多数個の蛍光物質とを用いることにより、演色性を向上させることができる。多数個の蛍光物質を用いる場合、蛍光物質の組成のみならず、多数個の蛍光物質の組成比により、多様な色温度及び演色性を有する白色光を具現することができる。本発明による発光ダイオードの発光チップは、青色または紫外線（ＵＶ）発光チップを用いることが好ましい。

前記蛍光物質は、多様な発光ピークの範囲を有する系列の物質、例えば、緑色から赤色の発光ピークの範囲を有するシリケート系蛍光物質のような物質を用いてもよい。すなわち、発光チップから放出される光を励起源として多様な色を具現し、これにより、多様な光スペクトル及び色温度特性を有する白色光を具現することができる。また、多数個の蛍
光物質を含む場合、同一系列の物質を用いることにより、蛍光物質の相互間の影響力を最小化することができる。

上記のように色温度で区分される一定光の第１の発光ダイオードモジュール１００と第２の発光ダイオードモジュール２００を交差配列し、一つの光源モジュール４００を構成する。このような光源モジュール４００の構成の際に、上述のように、同一の色温度領域の発光ダイオードモジュールを一定の範囲別に区分し、それぞれ異なる領域の発光ダイオードモジュール同士にモジュール化する。この際、図１に示すように、本実施例では、第１及び第２の発光ダイオードモジュール１００、２００が２列で配置されているが、これに限定されるものではなく、それ以上または以下となってもよい。また、図１では、前記第１及び第２の発光ダイオードモジュール１００、２００が互いに交互に配置されているが、これに限定されるものではない。すなわち、図２の（ａ）に示すように、列方向ではなく、行方向に、第１及び第２の発光ダイオードモジュール１００、２００が配置されてもよく、図２の（ｂ）に示すように、第１及び第２の発光ダイオードモジュール１００、２００が帯状に配置されてもよい。また、図２の（ｃ）に示すように、第１及び第２の発光ダイオードモジュール１００、２００が対角線方向に配置されてもよく、図２の（ｄ）に示すように、第１及び第２の発光ダイオードモジュール１００、２００が、行と列に対して交互に配置されてもよい。また、図示されてはいないが、前記ベース板３００の一側に多数個の第１の発光ダイオードモジュール１００を配置し、ベース板３００の他側に前記多数個の第２の発光ダイオードモジュール２００を配置してもよく、第１及び第２の発光ダイオードモジュール１００、２００がランダムに配置されてもよい。しかし、発光ダイオードを用いた人工太陽光システムが全体的に一定の色温度を発するために、前記第１及び第２の発光ダイオードモジュール１００、２００は、同一の個数が交互に配置されることが好ましい。

前記制御部６００は、前記光源モジュール４００の正確な駆動のためのものであって、経時による太陽の色温度及び光特性変化データを保存するためのメモリ部６４０と、このようなデータを用いて、色温度が異なるそれぞれの発光ダイオードモジュールを制御するためのマイクロプロセッサ６２０と、を有する。すなわち、マイクロプロセッサ６２０は、それぞれの発光ダイオードモジュールに対して電流制御を行い、経時による太陽の色温度及び光特性変化に対応するようにする。このような電流制御を通じて、光源モジュール４００が、実際太陽光のスペクトル変化と類似した特性を有する光を発するようにする。しかし、これに限定されるものではなく、使用者の必要に応じて、特殊な色温度領域の波長を活用しようとする場合、手動モードに転換してもよい。

また、本発明による発光ダイオードを用いた人工太陽光システムは、光源モジュール４００の使用用途に応じて、その大きさを変更させてもよい。すなわち、前記光源モジュール４００に設けられる発光ダイオードモジュールの数量及び発光ダイオードの数量に応じて、大型化または小型化が可能である。

前記拡散グローブ５００は、前記発光ダイオードモジュールから放出された光を混合するためのものであって、発光ダイオードモジュールの前面部に配置される。前記拡散グローブ５００は、透過特性に優れた材質で作製され、色温度が異なる発光ダイオードモジュールの色感差を混合し、色度差を滑らかにする役割をする。このような前記拡散グローブ５００は、発光ダイオードを用いた人工太陽光システムの目的及び用途に応じて、形成しなくてもよい。

上記のように第１の発光ダイオードモジュール１００として色温度が約３０００Ｋ乃至５０００Ｋである多数個の発光ダイオードを用い、第２の発光ダイオードモジュール２００として色温度が約５０００Ｋ乃至７０００Ｋである多数個の発光ダイオードを用いるこ
とにより、本発明による発光ダイオードを用いた人工太陽光システムは、太陽光と類似した約３０００Ｋ乃至７０００Ｋの色温度分布を有する。本発明は、上記のような色温度分布を有する発光ダイオードモジュールを、色温度が類似した発光ダイオードモジュール同士に、電源ラインを独立的に構成する。

上記のように独立的な電源ラインを有する光源モジュールは、電流の大きさの調節により、太陽の日照変化による色温度特性が合う発光ダイオードには、高い電流を印加し、残りの発光ダイオードには、少し低い電流を印加して、全体的な色温度を調節することができる。すなわち、例えば、午前の場合、色温度が低い第１の発光ダイオードモジュール１００に高い電流を印加し、色温度が高い第２の発光ダイオードモジュール２００に低い電流を印加し、正午の場合、第１及び第２の発光ダイオードモジュール１００、２００に同一の電流を印加する。また、午後の場合、第１の発光ダイオードモジュール１００には低い電流を印加し、第２の発光ダイオードモジュール２００には高い電流を印加する。

上記のように本発明による発光ダイオードを用いた人工太陽光システムは、太陽光と類似した色温度を有する発光ダイオードを用い、これをコントロールする制御部６００を設けて、太陽の移動特性と経時による特性変化に対応することができる。また、太陽光を取り込むために野外に設置しなければならなかった光学レンズと、前記光学レンズに入射された光を伝送するための光ファイバが必要ないので、気候の変化にかかわらず、必要に応じて可動することができ、その移動及び運用も容易である。また、これにより、光ファイバのような高価の部品が必要ないばかりでなく、これによる光伝送損失もない。

上記のような発光ダイオードを用いた人工太陽光システムの構成により、実際太陽光と類似したスペクトルを発散する光源の構築が可能であり、これは、バイオ産業、室内及び地下の植物生長、農業、高級魚種を養育及び展示する水族館のように、日照が足りない地域に適用され得る。また、皮膚病患者のための照明施設と、患者の挙動が不便な重病患者室のような施設等にも適用され、イメージデザインの室内装飾用として、心理治療、美容、医療用等の分野で活用され得る。

次に、衛星測位システム(GPS) を備える本発明の第２の実施例による発光ダイオードを用いた人工太陽光システムについて、図面を参照して説明する。後述する内容のうち、上述した実施例と重複する内容は、省略または略述する。

図３は、本発明の第２の実施例による発光ダイオードを用いた人工太陽光システムの概念図である。
本発明の第２の実施例による発光ダイオードを用いた人工太陽光システムは、図３に示すように、光源モジュール４００と、前記光源モジュール４００上に設けられた拡散グローブ５００と、前記光源モジュール４００を制御するために衛星測位システム６６０が設けられた制御部６００と、を備える。この際、前記拡散グローブ５００は、形成されなくてもよい。

前記制御部６００は、前記光源モジュール４００を駆動するためのものであって、経時による太陽の色温度及び光特性変化データを保存するためのメモリ部６４０と、このようなデータを用いて、色温度が異なるそれぞれの発光ダイオードモジュールを制御するためのマイクロプロセッサ６２０と、発光ダイオードを用いた人工太陽光システムの位置を認識するための衛星測位システム６６０と、を有する。

すなわち、この実施例による発光ダイオードを用いた人工太陽光システムは、前記衛星測位システム６６０を用いて、発光ダイオードを用いた人工太陽光システムが設置された位置を把握し、これにより、前記マイクロプロセッサ６２０は、それぞれの発光ダイオー
ドモジュールに対して電流制御を行い、発光ダイオードを用いた人工太陽光システムが設置された位置及び経時による太陽の色温度及び光特性変化に対応するようにする。このような電流制御を通じて、光源モジュール４００が、発光ダイオードを用いた人工太陽光システムが設置された地域の実際太陽光のスペクトル変化と類似した特性を有する光を発するようにすることができる。

上記のように発光ダイオードを用いた人工太陽光システムに衛星測位システム６６０を採用し、地球の自転及び公転周期による太陽座標系情報をメモリ部６４０に保存すると、この実施例による発光ダイオードを用いた人工太陽光システムは、全世界どこでも、その地域の特性に合う太陽光放射特性を有するようになる。例えば、地球上の北半球の冬季が、南半球では夏季となるように、地域別に緯度／経度により、太陽光の放射特性が異なるので、これに合う人工太陽光システムの運用特性が必要である。このような補完策として、上述したように、安価であり、電波チャンネルが全世界的に開放されている衛星測位システム６６０を備え、全世界の位置情報及び当該位置情報による太陽の移動経路（放射特性）をメモリ部６４０に保存し、マイクロプロセッサ６２０により光源モジュール４００を運用すると、より効果的であり、周辺環境に最適化した人工太陽光を作ることができる。しかし、これに限定されるものではなく、この実施例による発光ダイオードを用いた人工太陽光システムでは、使用者が慣れている本来の環境の自然光を照射するようにすることもできる。すなわち、例えば、北極において韓国の春の太陽光を照射しようとするとき、前記衛星測位システム６６０の機能を停止させ、位置情報に３月の韓国の緯度及び経度を入力し、それに合う人工太陽光を照射することができる。また、今のように、全世界的に環境汚染が深刻な時代には、室外から太陽エネルギーを楽に照射されることが容易ではないので、一定空間の部屋の天井面に、本発明による発光ダイオードを用いた人工太陽光システムを設置して駆動すると、野外での太陽光と類似した光照射を、室内で安全に受けるようにすることができる。

以上では、図面及び実施例を参照して説明しているが、当該技術分野の熟練した当業者であれば、下記の特許請求の範囲に記載の本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、本発明を、様々に修正及び変更させ得ることが理解されるだろう。

本発明の第１の実施例による発光ダイオードを用いた人工太陽光システムの概念図。 本発明の第１の実施例による光源モジュールを示す平面図。 本発明の第２の実施例による発光ダイオードを用いた人工太陽光システムの概念図。

符号の説明

１００…第１の発光ダイオードモジュール、２００…第２の発光ダイオードモジュール、３００…ベース板、４００…光源モジュール、５００…拡散グローブ、６００…制御部、６２０…マイクロプロセッサ、６４０…メモリ部、６６０…衛星測位システム。

Claims (8)

1. 異なる色温度を有する複数個の発光ダイオードモジュールと、
   前記複数個の発光ダイオードモジュールを制御するための制御部と、
   を備えることを特徴とする発光ダイオードを用いた人工太陽光システム。
2. 前記複数個の発光ダイオードモジュールの前面部に配置され、前記複数個の発光ダイオードモジュールから放出された光を混合して出射させるための拡散グローブをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードを用いた人工太陽光システム。
3. 前記複数個の発光ダイオードモジュールは、交互に配置されることを特徴とする請求項２に記載の発光ダイオードを用いた人工太陽光システム。
4. 前記複数個の発光ダイオードモジュールは、３０００Ｋ乃至７０００Ｋの色温度を有することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードを用いた人工太陽光システム。
5. 前記制御部は、経時による太陽の色温度及び光特性変化データを保存するためのメモリ部と、
   前記メモリ部に保存された前記経時による太陽の色温度及び光特性変化データを用いて、色温度が異なるそれぞれの発光ダイオードモジュールに印加される電流を制御するためのマイクロプロセッサと、を有することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードを用いた人工太陽光システム。
6. 前記メモリ部は、地球の自転及び公転周期による太陽座標系情報をさらに有し、
   前記マイクロプロセッサは、前記メモリ部に保存された前記太陽座標系情報及び前記経時による太陽の色温度及び光特性変化データを用いて、前記発光ダイオードモジュールを制御することを特徴とする請求項５に記載の発光ダイオードを用いた人工太陽光システム。
7. 前記マイクロプロセッサは、任意の位置情報を入力され、当該位置情報に応じて、前記メモリ部に保存された前記太陽座標系情報及び前記経時による太陽の色温度及び光特性変化データを用いて、発光ダイオードモジュールを制御することを特徴とする請求項６に記載の発光ダイオードを用いた人工太陽光システム。
8. 前記制御部は、前記人工太陽光システムの位置を認識するための衛星利用測位システムをさらに有し、
   前記マイクロプロセッサは、前記衛星利用測位システムが認識した前記位置に応じて、前記メモリ部に保存された前記太陽座標系情報及び前記経時による太陽の色温度及び光特性変化データを用いて、発光ダイオードモジュールを制御することを特徴とする請求項６に記載の発光ダイオードを用いた人工太陽光システム。

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