KR100387552B1 - 조명 센서 및 전자식 자동 온/오프 스위치 - Google Patents

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Abstract

주변 밝기를 감지하기 위한 태양 전지 SB가 제공되고 스위칭 소자 SW는 태양 전지 SB의 출력 전압에 기초하여 제어된다. 스위칭 소자 SW는 MOSFET Q1 및 Q2로 구성된다. 전자식 자동 온/오프 스위치를 형성하기 위해, 트라이액 Q는 스위칭 소자 SW를 턴온/오프시킴으로써 제어된다.

Description

조명 센서 및 전자식 자동 온/오프 스위치{ILLUMINATION SENSOR AND ELECTRONIC AUTOMATIC ON/OFF SWITCH}
본 발명은 외광의 밝기에 응하여 개별적으로 제공된 스위치 소자를 턴온 및 턴오프시키기 위한 조명 센서 및 외광의 밝기에 응하여 부하에 대해 전원을 턴온 및 턴오프시키기 위한 전자식 자동 온/오프 스위치에 관한 것이다.
종래에는, 외광의 밝기를 검출하고, 외광이 밝기 이하로 규정되는 경우 부하를 밝히기 위한 자동 온/오프 스위치가 제공되어 왔다. 이러한 종류의 자동 온/오프 스위치에 따르면, CdS 셀은 외광의 밝기를 검출하기 위하여 조명 센서로서 널리 사용되어 왔다. 이러한 종류의 자동 온/오프 스위치는 열형이라 하며, 스위치 소자로서의 바이메탈 히터가 CdS 셀에 직렬로 접속되고 부하 및 전원 사이에 삽입된 접점은 바이메탈에 의해 개폐된다. 이러한 열형 자동 온/오프 스위치는 저렴하게 제공될 수 있다는 점에서 유리하다. 그러나, 카드뮴은 CdS 셀에 사용되므로, 조명 센서로서 CdS 셀을 사용하는 자동 온/오프 스위치는, 제조되고 폐기되는 환경에 대한 큰 부하의 문제를 갖는다.
그 다음, 외광의 밝기를 검출하기 위해 CdS 셀의 광다이오드 어레이를 사용하는 디바이스는 제조되고 폐기되는 환경에 대한 부하를 감소시키기 위해 제안된다. 예를 들면, JP-A-5-152924는, 도 81에 도시된 바와 같이, 광다이오드 어레이(1)가 외광의 밝기를 검출하기 위한 조명 센서로서 사용되고, 직렬로 접속된 두 개의 공핍형 MOSFET을 포함한 스위칭 소자(2)는 전원 E에서 부하 L로의 공급 경로를 턴온 및 턴오프시키기 위한 스위치 소자로서 사용된다.
이러한 구성에서, 환경에 대한 카드뮴의 부하는, CdS 셀이 밝기를 검출하는데 사용되지 않고 스위칭 소자(2)를 제어하기 위해 어떠한 전력도 요구되지 않기 때문에 제거되고, 부품 개수는 광기전력 소자(photovoltaic element)의 광다이오드 어레이(1)가 사용되기 때문에 줄어든다.
이와 같이, 두 개의 공핍형 MOSFET을 포함한 스위칭 소자(2)는 도 81에 도시된 구성에서 전원 E 및 부하 L 사이에 삽입되므로, 스위칭 소자(2)는 큰 전력을 소모하는 부하를 사용하기 위해 대정격 전류 용량을 갖는 것이 필요하다. 대정격 전류 용량의 스위칭 소자를 구동하기 위해, 다이오드 어레이(1)의 기전력 역시 증대되어야 한다. 하나의 광다이오드의 기전력이 일정하기 때문에, 광다이오드의 개수는 큰 기전력을 제공하기 위해 증가될 필요가 있고, 그 결과 광다이오드 어레이(1)의 점유 면적은 커진다. 즉, 스위칭 소자(2)로서 대정격 전류 용량의 고비용 스위칭 소자를 사용하는 것 이외에도, 큰 면적의 고비용 광다이오드 어레이(1)는 또한 광다이어드 어레이(1)로서 사용된다.
JP-A-5-152924는, 부하 용량이 크면, 스위칭 소자(2)를 구성하는 MOSFET는 병렬로 접속되므로, 스위칭 소자(2)의 전류 용량을 증가시키지만, 둘 이상의 MOSFET의 게이트 및 소스가 병렬로 접속되면, 게이트 및 소스의 용량 성분 역시 병렬로 접속되므로, 용량 성분이 피드백 경로를 형성하여 발진 상태를 초래한다는 염려가 있다는 사실을 기술한다. 게다가, 둘 이상의 MOSFET이 병렬로 접속되면, 비용은 대정격 전류 용량의 MOSFET의 사용과 함께 증가되고 MOSFET 점유 면적은 커져서 업사이징을 초래한다.
따라서, 본 발명의 목적은 환경에 대한 부하를 경감시키고 저렴하게 비교적 큰 전류 용량을 제공할 수 있는 전자식 자동 온/오프 스위치 및 상기 전자식 자동 온/오프 스위치의 일부를 스위치 소자로 형성하는 조명 센서를 제공하는 것이다.
조명 센서
본 발명의 제1 특징에 따르면, 외광의 밝기에 응답하여 전압을 발생시키기 위한 태양 전지로 이루어진 광기전력 소자, 및 각각 제공되는 스위치 소자를 개폐시키기 위한 광기전력 소자의 출력 전압에 응답하여 턴온 또는 턴오프되는 MOSFET를 포함하는 스위칭 소자를 포함하는 조명 센서가 제공된다. 이러한 구성에 따르면, 태양 전지는 광기전력 소자로서 사용되므로, 광다이오드와 같은 바이어스 전압을 인가하기 위한 회로가 제공될 필요가 없고 또한 전원이 스위칭 소자를 제어하는데 요구되지 않는다. 또한, MOSFET는 스위칭 소자로서 사용되므로, 저전력이 소모되고 스위칭 소자는 소형의 태양 전지의 출력에 의해 턴온 및 오프될 수 있다. 게다가, Cds 셀은 사용되지 않으므로, 환경에 대하여 카드뮴의 악영향이 미치지 않는다.
본 발명의 제2 특징에서, 본 발명의 제1 특징으로서의 조명 센서에서, 스위칭 소자는, 소스들 및 게이트들이 공통으로 접속된 두 개의 MOSFET로 구성된다. 이러한 구성에서, 스위칭 소자는 AC 전원에 사용될 수 있다.
본 발명의 제3 특징에서, 본 발명의 제1 특징으로서의 조명 센서에서, 광기전력 소자는, 단일 평면상에 직렬 접속된 핀 구조를 각각 갖는 복수의 셀을 포함하는 태양 전지이며, 상기 셀은 단일 기판상에 형성된다. 이러한 구성에 따라, 광기전력 소자의 출력 전압은 조립시에 부품의 개수를 증가시키기 않고 상승될 수 있다.
본 발명의 제4 특징에서, 본 발명의 제1 특징으로서의 조명 센서에서, 400 내지 700㎚의 감도 파장 범위, 500㎚ 부근의 피크 파장, 및 사람의 체광 특성과 거의 유사한 스펙트럼 감도 특성을 갖는 비정질 실리콘 태양 전지가 태양 전지로서 사용된다. 이러한 구성에 따라, 외광의 밝기에 응답한 스위칭 소자의 동작은 사람의 체광 특성과 일치될 수 있고 부적합성이 없는 제어가 행해진다. 게다가, 비정질 실리콘 태양 전지가 사용되므로, 비교적 저렴한 유리 기판, 실리콘 등상에 비교적 저온에서 쉽게 형성할 수 있어 비용이 절감될 수 있다.
본 발명의 제5 특징에서, 본 발명의 제1 특징으로서의 조명 센서는, 광기전력 소자의 수광면에 대한 외광의 입사 경로 중 적어도 일부에 배치되어, 스위치 소자의 개폐에 응답하여 발생되는 외부 신호에 의해 제어되는 투과율을 갖는다. 이러한 구성에 따라, 외광의 밝기에 응답하여 제어되는 스위칭 소자의 턴온 또는 턴오프에 응답하여 외부 신호에 의해 제어되는 투과율을 갖는 광량 조절 부재가 광기전력 소자에 대한 외광의 입사 경로에 배치되므로, 외광의 밝기 및 스위칭 소자의 턴온/오프 간의 관계에 히스테리시스를 제공할 수 있게 된다. 즉, 외부 신호는, 외광이 감소될 때 광량 조절 부재의 투과율을 감소시키기 위해 제공되므로, 외광의 양이 작을 때 감도를 낮출 수 있게 되고, 자동차의 전조등 등의 광이 야간에 입사되면 오동작을 방지하도록 설정될 수 있게 된다. 지연 소자가 태양 전지 및 스위칭 소자 사이에 배치될 필요가 없으므로, 외광의 광량 변화가 매우 크면 광량 조절 부재의 투과율은 지연없이 바로 상승될 수 있다.
본 발명의 제6 특징에서, 본 발명의 제5 특징으로서의 조명 센서에서, 광량 조절 부재는 액정에 인가된 전계의 세기에 응답하여 투과율이 변경되는 투과형 액정판을 갖는다. 이러한 구성에 따르면, 액정판은 광량 조절 부재로서 사용되며, 전계에 의해 구동되고 매우 큰 임피던스를 가지므로, 작은 전력을 소모한다. 즉, 스위칭 소자는 광기전력 소자의 출력 전압에 의해 구동되고 광량 조절 부재를 제어하기 위하여 외부 신호에 필요한 전력은 작아, 조명 센서는 매우 작은 전력으로 동작될 수 있다. 편광판은 액정판의 표면 및 배면 각각에 배치되고 편광판 및 액정판의 투과율은 편광판을 통과하는 광의 진동면의 상대각에 기초하여 설정된다. 이러한 구성에 따라, 투과율은 편광판을 통과하는 광의 진동면의 위치 관계에 기초하여 조정되므로, 광기전력 소자상에 입사하는 광량의 전체를 조정할 수 있게 된다.
본 발명의 제7 특징에서, 본 발명의 제5 특징으로서의 조명 센서에서, 가시광선 영역 및 근적외선 영역에 걸친 감도 파장 범위 및 적외선 영역에서의 피크 파장을 갖는 단결정 실리콘 태양 전지가 광기전력 소자로서 사용되고 사용되는 액정판은 가시광선 영역과 적외선 영역 사이에 다른 투과율 특성을 갖는다. 광량 조절 부재는 액정에 인가되는 전계의 세기에 응답하여 투과율이 변경되는 투과형 액정판을 갖는다. 이러한 구성에 따라, 액정판은 광량 조절 부재로서 사용되며, 전계에 의해 구동되고 매우 큰 임피던스를 가지며, 이에 따라 작은 전력을 소모한다. 즉, 스위칭 소자는 광기전력 소자의 출력 전압에 의해 구동되고 광량 조절 부재를 제어하기 위하여 외부 신호에 필요한 전력은 작아 조명 센서는 매우 작은 전력으로 동작될 수 있다. 이러한 구성에 따라, 광기전력 소자의 스펙트럼 감도 특성 및 액정판의 투과율 특성을 조합함으로써 조명광에 대한 히스테리시스를 증가시키고 자연광에 대한 히스테리시스를 감소시킬 수 있게 된다. 즉, 조명광 또는 전조등의 광이 야간에 외광으로서 입사되면 응답이 없고 태양광이 새벽에 입사되면 바로 응답이 있는 히스테리시스 특성을 제공할 수 있게 된다.
본 발명의 제8 특징에서, 본 발명의 제4 특징으로서의 조명 센서에서, 가시광선 영역 및 적외선 영역에서 다른 투과율을 갖는 필터는 광기전력 소자의 수광면에 대한 외광의 입사 경로에 부가된다. 이러한 구성에 따라, 광기전력 소자에 입사된 광량은 광의 파장에 응답하여 조정될 수 있고 임의의 원하는 히스테리시스 특성을 제공할 수 있게 된다.
본 발명의 제9 특징에서, 본 발명의 제1 특징으로서의 조명 센서는 광기전력 소자의 출력 전압의 변화에 대한 스위칭 소자의 응답을 조정하기 위하여 광기전력 소자 및 스위칭 소자 사이에 개재되는 제어 회로를 더 포함한다. 이러한 구성에 따라, 광기전력 소자의 출력에 대한 스위칭 소자의 응답이 조정될 수 있다.
본 발명의 제10 특징에서, 본 발명의 제1 특징으로서의 조명 센서는 합성 수지의 주조물로 만들어진 패키지를 더 포함하며, 상기 패키지는 일체로 외부 회로에 접속시키기 위한 접속 단자와 함께 형성된다. 이러한 구성에 따라, 접속 단자는 쉽게 장착하기 위하여 패키지상에 돌출된다. 조명 센서를 형성하는 전기 부품이 합성 수지로 만들어진 주조물의 패키지에 내장되므로, 조명 센서는 소형화될 수 있고 또한 조명 센서가 임의의 다른 유닛에 설치될 때, 별도의 전기 부품이 설치될 필요는 없으며 조명 센서가 일부분으로서 조작될 수 있다. 게다가, 광기전력 소자 및 스위칭 소자의 배선 길이는 조명 센서를 소형화함으로써 짧아질 수 있고, 외부 복사 노이즈는 스위칭 소자의 오동작을 방지시킬 수 있다.
본 발명의 제11 특징에서, 본 발명의 제10 특징으로서의 조명 센서에서, 패키지는 금속 프레임과 함께 일체로 동시에 주조되며, 상기 프레임은, 접속 단자 및 전기 부품이 장착된 부품 실장부, 및 접속 단자와 부품 실장부 사이에 전기 경로를 형성하는 배선부로 형성된다. 이러한 구성에 따라, 전기 부품은 프레임상에 장착되고 패키지는 프레임과 함께 일체로 동시에 주조되므로, 제조가 용이하고 인쇄-회로 보드 등으로 사용하는 경우에 비해 소형화할 수 있게 된다.
본 발명의 제12 특징에서, 본 발명의 제11 특징으로서의 조명 센서는 반투명 특성을 가지며 광기전력 소자를 밀봉하는 제1 밀봉 부재 및 차광 특성을 가지며 스위칭 소자를 밀봉하는 제2 밀봉 부재를 더 포함한다. 이러한 구성에 따라, 광기전력 소자 및 스위칭 소자 모두는 밀봉 부재로 밀봉되므로, 습도 등에 의해 유발되는 저하는 억제될 수 있고 또한 스위칭 소자는 차광 특성을 갖는 밀봉 부재로 밀봉되므로, 광을 스위칭 소자로 인입시킴으로써 유발되는 오동작 또는 저하가 방지될 수 있다.
본 발명의 제13 특징에서, 본 발명의 제11 특징으로서의 조명 센서에서, 패키지에는 스위칭 소자의 장착부 및 광기전력 소자의 장착부를 분리하기 위한 분리 벽이 제공되고, 차광 특성을 가지며 스위칭 소자를 밀봉하는 제1 밀봉 부재 및 반투명 특성을 가지며 광기전력 소자를 밀봉하는 제2 밀봉 부재는 분리 벽을 통해 분리된다. 이러한 구성에 따라, 스위칭 소자는 광이 통과할 수 없게 하는 밀봉 부재로 밀봉되므로, 스위칭 소자는 주변 환경으로 인해 저하되는 것을 방지할 수 있고, 광기전력 소자는 반투명 특성을 갖는 밀봉 부재로 밀봉되므로, 광기전력 소자는 주변 환경으로 인해 저하되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 스위칭 소자의 장착부 및 광기전력 소자의 장착부는 분리 벽에 의해 분리되며, 이에 따라 스위칭 소자를 밀봉하기 위한 차광 특성을 갖는 밀봉 부재 및 광기전력 소자를 밀봉하기 위한 반투명 특성을 갖는 밀봉 부재는 혼합되지 않으며, 차광 특성을 갖는 밀봉 부재가 광기전력 소자의 수광면상에 입사한 광량을 감소시키기 위하여 광기전력 소자로 인입되는 경우가 방지될 수 있고, 각각의 밀봉 부재가 임의의 다른 부분으로 인입되기 때문에 완전히 밀봉되지 않아 밀봉 부재의 양이 저감되는 상태의 발생이 방지될 수 있다.
본 발명의 제14 특징에서, 본 발명의 제11 특징으로서의 조명 센서에서, 스위치 소자의 개폐에 응답하여 발생되는 외부 신호에 의해 제어되는 투과율을 갖는 광량 조절 부재는 광기전력 소자의 수광면의 적어도 일부를 중첩하도록 패키지에 부착되고 부품 실장부상에 장착되고 접속 단자에 전기적으로 접속된다. 이러한 구성에 따라, 외부 제어 신호는 광량 조절 부재에 입력되므로, 광량 조절 부재를 통과하고 광기전력 소자의 수광면상에 입사한 광량은 조정될 수 있으며, 예를 들면, 스위칭 소자가 오프이면, 광량 조절 부재를 통과하는 광량은 감소되므로, 히스테리시스는, 스위칭 소자가 턴온 및 턴오프될 때의 외광의 밝기에 대한 스위칭 소자의 응답에 제공될 수 있다.
본 발명의 제15 특징에서, 본 발명의 제14 특징으로서의 조명 센서에서, 광량 조절 부재는 액정에 인가된 전계의 세기에 응답하여 변경되는 투과율을 갖는 투과형 액정판을 갖고, 액정판에 대한 외광의 입사측상의 주변을 적어도 밀봉하기 위한 반투명 밀봉 부재를 포함한다. 이러한 구성에 따라, 액정판은 주변 환경(특히 습도)에 취약하지만, 액정판의 적어도 주변은 밀봉 부재로 밀봉되므로, 액정판은 습도로 인해 저하되는 것이 방지될 수 있다.
본 발명의 제16 특징에서, 본 발명의 제14 특징으로서의 조명 센서에서, 광량 조절 부재는 광기전력 소자의 것과 다른 스펙트럼 투과율 특성을 가지며, 상기 필터는 광기전력 소자의 수광면에 대향되도록 패키지에 부착된다. 이러한 구성에 따라, 광기전력 소자상에 입사한 광의 스펙트럼 특성은 필터를 통해 보정되므로, 광기전력 소자에는 임의의 원하는 파장 영역에서 광에 대한 감도가 제공될 수 있다.
본 발명의 제17 특징에서, 본 발명의 제1 특징으로서의 조명 센서는, 전기 부품을 표면 장착하기 위한 배선 패턴으로 형성되고 외부 회로를 접속시키기 위한 접속 단자를 제공받는 인쇄-회로 보드, 및 반투명 합성 수지로 만들어지고 광기전력 소자가 장착되는 인쇄-회로 보드의 측면을 커버하도록 인쇄-회로 보드와 통합한 패키지를 더 포함한다. 이러한 구성에 따라, 조명 센서를 형성하는 전기 부품은 인쇄-회로 보드상에 장착되어 쉽게 장착될 수 있고 회로 패턴은 비교적 쉽게 변경될 수 있고 다양한 특수성을 갖는 조명 센서가 저렴하게 제공될 수 있다.
본 발명의 제18 특징에서, 본 발명의 제10 특징으로서의 조명 센서에서, 패키지는 전기 부품을 장착하기 위한 부품 실장부 및 부품 실장부와 접속 단자 사이에 전기 경로를 금속 도금에 의해 형성하는 배선부로 형성되는 MID이다. 이러한 구성에 따라, 전기 부품을 입체적으로 배치할 수 있게 되고 조명 센서는 소형화될 수 있다.
전자식 자동 온/오프 스위치
본 발명의 제19 특징에 따르면, 외광의 밝기에 응답하여 전압을 발생시키기 위한 태양 전지로 이루어진 광기전력 소자, 광기전력 소자의 출력 전압 수신시 턴온 또는 턴오프되는 MOSFET를 포함한 스위칭 소자, 및 AC 전원과 부하 사이에 개재되고 광기전력 소자에 의해 감지된 밝기가 특정값 이하일 때 부하를 통전시키도록 스위칭 소자에 의해 제어되는 스위치 소자를 포함하는 전자식 자동 온/오프 스위치가 제공된다. 이러한 구성에 따라, 외광의 밝기가 태양 전지에 의해 감지되므로, 제조시 또는 폐기시 환경에 대한 부하는 Cds 셀을 사용한 경우에 비해 경감되고, 또한 태양 전지는 면적당 비교적 큰 출력을 생성하므로, 저전력을 소모하는 전압 구동형 MOSFET는 부수적인 전원 또는 구동 회로를 사용하지 않고 신뢰성있게 구동될 수 있다. 게다가, 외광의 밝기가 특정값 이하일 때, 즉 주변이 어두워질 때, 부하는 스위칭 소자로부터 개별적으로 제공된 스위치 소자를 통해 통전되므로, 부하 전류는 MOSFET로 흐르도록 할 필요는 없고, 부하 전류가 크면, 부하 전류 보다 작은 비율의 전류 용량을 갖는 저렴한 소자가 스위칭 소자로서 사용될 수 있다. 스위치 소자가 스위칭 소자에 의해 제어되므로, 비교적 큰 기본각 전류 용량을 갖고 비교적 저렴한 전자석 릴레이 또는 3-단자 양방향 사이리스터는 스위치 소자로서 사용될 수 있어 대용량 MOSFET이 사용되는 경우에 비해 비용이 절감될 수 있다.
본 발명의 제20 특징에서, 본 발명의 제19 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치에서, 스위치 소자는 전원 및 부하 사이에 개재되는 콘택트, 및 전원과 스위칭 소자 사이에 개재된 릴레이 코일을 갖는 전자석 릴레이다. 이러한 구성에 따라, 부하는 전자석 릴레이에 의해 제어되어 열이 다소 발생되며, 3-단자 양방향 사이리스터가 사용됨에 따라 요구되는 복사판은 필요하지 않고, 노이즈 방지 회로부는 둘다 필요없어진다. 즉, 전자식 자동 온/오프 스위치는 더욱 소형화될 수 있고 3-단자 양방향 사이리스터가 스위치 소자로서 사용되는 경우에 비해 비용이 절감된다.
본 발명의 제21 특징에서, 본 발명의 제19 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치에서, 스위칭 소자는, 소스들 및 게이트들이 공통으로 접속된 두 개의MOSFET로 구성된다. 따라서, 교류를 스위칭 소자에 공급하는 구성을 채택하기 위해, MOSFET가 오프일 때 전류가 MOSFET의 기생 다이오드를 통해 스위칭 소자로 흐르지 못하도록 할 수 있고, 스위칭 소자는 신뢰성있게 턴오프될 수 있다.
본 발명의 제22 특징에서, 본 발명의 제19 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치에서, 광기전력 소자는 단일 평면상에 직렬 접속된 핀 구조를 각각 갖는 복수의 셀을 포함하는 태양 전지이며, 상기 셀은 단일 기판상에 형성된다. 이러한 구성에 따라, 스위칭 소자는 셀의 직렬 회로의 출력 전압에 기초하여 제어되므로, 감도는 증가될 수 있고 태양 전지는 복수의 셀을 포함한 일부로서 조작될 수 있어 조립시 부품의 개수가 증가되지 않다.
본 발명의 제23 특징에서, 본 발명의 제19 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치에서, 400 내지 700㎚의 감도 파장 범위, 500㎚ 부근의 피크 파장, 및 사람의 체광 특성과 거의 유사한 스펙트럼 감도 특성을 갖는 비정질 실리콘 태양 전지가 태양 전지로서 사용된다. 이러한 구성에 따라, 비정질 실리콘 태양 전지가 사용되므로, 비교적 저렴한 유리 기판, 실리콘 등상에 비교적 저온에서 쉽게 형성될 수 있다. 스펙트럼 감도 특성이 사람의 체광 특성과 거의 유사해지므로, 사람의 체광을 거의 일치하는 부하를 제어할 수 있게 되고, 부하 제어시 부적합성은 생성되지 않는다.
본 발명의 제24 특징에 따르면, 외광의 밝기에 응답하여 전압을 발생시키기 위한 광기전력 소자, 광기전력 소자의 출력 전압에 의해 구동되고 기준 전압과 광기전력 소자의 출력 전압 간의 보다 큰 또는 보다 작은 관계에 응답하여 이진 신호를 발생시키는 전압 감시 회로, 및 스위칭 소자의 턴온/오프에 응답하여 부하의 전원을 턴온 또는 턴오프시키기 위하여 전원과 부하 사이에 개재된 스위치 소자를 포함하는 전자식 자동 온/오프 스위치가 제공된다. 이러한 구성에 따라, 광기전력 소자의 출력 전압의 변화에 대한 스위칭 소자의 응답 시간이 조정되지 않기 때문에, 밝기의 변화 속도에 의해 오동작이 발생되지 않고 또한 밝기 변화에 대한 응답성이 강화될 수 있다.
본 발명의 제25 특징에서, 본 발명의 제24 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치에서, 전압 감시 회로는 기준 전압을 발생시키기 위한 기준 전압 발생 회로, 및 광기전력 소자의 출력 전압과 기준 전압의 대소 관계를 비교하기 위한 비교기를 포함한다. 이러한 구성에 따라, 스위칭 소자를 동작시키기 위한 밝기의 임계값은 정확히 설정될 수 있다.
본 발명의 제26 특징에서, 본 발명의 제25 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치에서, 저항을 통해 광기전력 소자에 접속된 복수의 다이오드의 직렬 회로가 기준 전압 발생 회로로서 사용된다. 이러한 구성에 따라, 기준 전압은 간단한 회로 구성에서 발생될 수 있다.
본 발명의 제27 특징에서, 본 발명의 제25 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치에서, 비교기는 광기전력 소자의 출력 전압에 대한 임계값에 히스테리시스를 제공하기 위한 피드백 저항을 포함한다. 이러한 구성에 따라, 히스테리시스는, 부하가 턴온/오프될 때 밝기의 임계값에 제공되므로, 부하는 주변 밝기의 변화로 인한 오동작을 방지시킬 수 있다.
본 발명의 제28 특징에서, 본 발명의 제25 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치에서, 임계값 스위칭 소자는, 복수의 다이오드 중 적어도 일부에 병렬 접속되는 광기전력 소자의 출력 전압에 대한 임계값에 히스테리시스를 제공하기 위하여 비교기의 출력에 기초하여 턴온 또는 턴오프된다. 임계값 스위칭 소자는 턴온 또는 턴오프되므로, 부하가 턴온/오프될 때 밝기의 임계값에 히스테리시스를 제공하기 위하여 기준 전압을 변화시킨다.
본 발명의 제29 특징에서, 본 발명의 제25 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치에서, 광기전력 소자는, 직렬 접속되는 복수의 셀을 포함한 태양 전지로 형성되고, 임계값 스위칭 소자는 복수의 셀 중 적어도 일부에 병렬 접속된 광기전력 소자의 출력 전압에 대한 임계값에 히스테리시스를 제공하기 위하여 비교기의 출력에 기초하여 턴온 또는 턴오프된다. 이러한 구성에 따라, 임계값 스위칭 소자는 턴온 또는 턴오프되므로, 부하가 턴온/오프될 때 밝기의 임계값에 히스테리시스를 제공하기 위하여 태양 전지의 기전력을 변화시킨다.
본 발명의 제30 특징에서, 본 발명의 제19 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치는 외광과는 다른 광을 광기전력 소자상에 입사될 수 있게 하고 스위치 소자가 온일 때의 것에 비해 스위치 소자가 오프일 때의 광량을 증가시키기 위한 발광 소자를 포함한다. 이러한 구성에 따라, 주변이 밝으면, 발광 소자는 턴온되므로, 외광 및 발광 소자로부터의 광이 광기전력 소자에 동시에 입사될 수 있게 하며, 주변이 어둡고 양방향 사이리스터가 부하를 통전시키기 위하여 턴온되면, 발광 소자는 턴오프된다. 따라서, 히스테리시스는 주변 밝기 및 양방향 사이리스터의 턴온/오프에 제공되고, 양방향 사이리스터의 온/오프 상태는 외광의 밝기의 미소한 변화로 인해 변화되지 않으며, 즉 사이리스터를 턴온/오프시키는 동작이 안정화된다.
본 발명의 제31 특징에서, 본 발명의 제30 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치에서, 발광 소자 및 가변 저항의 직렬 회로는 스위치 소자에 병렬 접속된다. 이러한 구성에 따라, 주변이 밝으면, 발광 소자는 턴온되므로, 외광 및 발광 소자로부터의 광이 광기전력 소자에 동시에 입사될 수 있게 하며, 주변이 어둡고 양방향 사이리스터가 부하를 통전시키기 위하여 턴온되면, 발광 소자는 턴오프된다. 따라서, 히스테리시스는 주변 밝기 및 양방향 사이리스터의 턴온/오프에 제공될 수 있고, 양방향 사이리스터의 온/오프 상태는 외광의 밝기의 미소한 변화로 인해 변화되지 않으며, 즉 사이리스터를 턴온/오프시키는 동작은 안정화된다. 또한, 가변 저항은 발광 소자에 직렬 접속되므로, 가변 저항이 조정되면, 발광 소자의 발광량은 조정되고 히스테리시스 특성은 쉽게 조정될 수 있다.
본 발명의 제32 특징에서, 본 발명의 제30 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치에서, 발광 소자, 가변 저항, 및 스위칭 소자의 직렬 회로는 스위치 소자에 직렬 접속된다. 이러한 구성에 따라, 주변이 밝으면, 발광 소자는 턴온되므로, 외광 및 발광 소자로부터의 광이 광기전력 소자로 동시에 입사될 수 있게 하며, 주변이 어둡고 양방향 사이리스터가 부하를 통전시키기 위하여 턴온될 때, 발광 소자는 턴오프된다. 따라서, 히스테리시스는 주변 밝기 및 양방향 사이리스터의 턴온/오프에 제공될 수 있고, 양방향 사이리스터의 온/오프 상태는 외광의 밝기의 미소한 변화로 인해 변화되지 않으며, 즉 사이리스터를 턴온/오프시키는 동작은 안정화된다. 게다가, 가변 저항은 발광 소자에 직렬 접속되므로, 가변 저항이 조정되면, 발광 소자의 발광량은 조정되고 히스테리시스 특성은 쉽게 조정될 수 있다.
본 발명의 제33 특징에서, 본 발명의 제30 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치는, 광기전력 소자 및 스위칭 소자를 장착하는 금속 프레임, 합성 수지로 만들어지고 프레임과 함께 일체로 동시에 주조되는 패키지를 더 포함하며, 발광 소자는 패키지에 부착되고 금속 프레임상에 일체로 연속해서 형성된 접속 단자는 패키지로부터 돌출된다. 이러한 구성에 따라, 접속 단자는 패키지상에 돌출되며, 그 결과 장착이 용이하다.
본 발명의 제34 특징에서, 본 발명의 제19 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치는, 광기전력 소자의 수광면상에의 외광의 입사 경로 중 적어도 일부에 배치되고, 스위치 소자가 오프일 때의 것에 비해 스위치 소자가 온일 때 낮아진 투과율을 갖는 광량 조절 부재를 더 포함한다. 이러한 구성에 따라, 일단 스위치 소자의 온 또는 오프 상태가 변화되면, 온 또는 오프 상태는, 외광의 밝기가 변하면 변경되기 곤란해질 수 있고, 히스테리시스는 외광의 밝기에 응답하여 스위치 소자의 턴온 또는 턴오프에 제공될 수 있다.
본 발명의 제35 특징에서, 본 발명의 제34 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치에서, 광량 조절 부재는 액정에 인가된 전계의 세기에 응답하여 변경되는 투과율을 갖는 투과형 액정판을 갖는다. 따라서, 액정판에 인가된 전압은 조정되므로, 히스테리시스 특성은 조정될 수 있다.
본 발명의 제36 특징에서, 본 발명의 제35 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치는 광기전력 소자 및 스위칭 소자가 부착되는 일측을 갖는 베이스 및 상기 베이스의 일측을 커버하기 위한 커버를 더 포함하며, 상기 커버는 외광이 광기젼력 소자상에 입사될 수 있게 하기 위해 반투명판을 갖는 일부에 설치되며, 액정판은 광기전력 소자 및 반투명판 사이에 배치된다. 이러한 구성에 따라, 광기전력 소자 및 액정판이 베이스 및 커버에 의해 폐쇄된 공간에 내장되므로, 스트레이(stray) 광의 영향이 미치기 어렵고 외광에 대한 히스테리시스 특성을 정확하게 설정할 수 있게 된다.
본 발명의 제37 특징에서, 본 발명의 제35 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치는 광기전력 소자 및 스위칭 소자가 부착되는 일측을 갖는 베이스 및 상기 베이스의 일측을 커버하기 위한 커버를 더 포함하며, 상기 커버에는 외광이 광기전력 소자상에 입사되도록 하기 위해 일부에서 액정판이 제공된다. 이러한 구성에 따라, 광기전력 소자 및 액정판 사이의 공간은 베이스 및 커버에 의해 폐쇄된 공간이 되므로, 스트레이 광의 영향이 미치기는 어렵고 외광에 대한 히스테리시스 특성을 정확하게 설정할 수 있게 된다.
본 발명의 제38 특징에서, 본 발명의 제35 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치는 광기전력 소자 및 스위칭 소자를 장착하는 금속 프레임, 및 합성 수지로 만들어지고 프레임과 함께 일체로 동시에 주조되는 패키지를 더 포함하며, 상기 액정판은 광기전력 소자의 수광면을 중첩하도록 패키지에 부착되고, 금속 프레임상에 일체로 연속해서 형성된 접속 단자는 패키지로부터 돌출된다. 이러한 구성에 따라, 금속 프레임 및 합성 수지 패키지는 일체로 동시에 주조되며, 프레임에는 접속 단자가 제공되고, 부품은 프레임상에 장착되므로, 임의의 다른 회로 보드가 요구되지 않아 전자식 자동 온/오프 스위치는 소형화될 수 있다.
본 발명의 제39 특징에서, 본 발명의 제35 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치는 광기전력 소자 및 스위칭 소자를 장착하는 인쇄-회로 보드, 액정판을 보유하기 위해 합성 수지로 만들어진 홀딩 프레임, 및 인쇄-회로 보드를 적어도 내장하기 위한 케이스를 더 포함하며, 상기 홀딩 프레임은 인쇄-회로 보드 및 케이스 모두에 단단하게 고정되므로, 액정판은 신뢰성있게 배치될 수 있다.
본 발명의 제40 특징에서, 본 발명의 제20 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치에서, 전원은 AC 전원이며, 전자석 렐레이는 AC 구동형으로 이루어지며, 스위칭 소자는, 소스들 및 게이트들이 공통으로 접속된 두 개의 MOSFET로 구성되고, 하나의 MOSFET의 드레인은 전원 및 릴레이 코일의 직렬 회로의 일단에 접속되고 다른 MOSFET의 드레인은 직렬 회로의 대향단에 접속된다. 두 개의 MOSFET가 반대로 직렬 접속되므로, 전류는, MOSFET가 오프일 때 기생 다이오드를 통해 흐르지 않아 교류는 차단될 수 있다. 결국, 간단한 회로 구성이 AC 전원과 호환가능하다.
본 발명의 제41 특징에서, 본 발명의 제20 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치에서, 전원은 AC 전원이고 전자석 릴레이는 DC 구동형으로 이루어지며, MOSFET의 드레인 및 소스과, 릴레이 코일의 직렬 회로 및 전원 사이에 개재된 정류기, 및 릴레이 코일에 병렬 접속되는 평활 캐패시터를 더 포함한다. 이러한 구성에 따라, 부품의 개수는 두 개의 MOSFET가 사용되는 경우에 비해 증가되지만, 저렴한 DC 전자석 릴레이가 사용될 수 있으며, MOSFET의 개수는 하나일 수 있고, MOSFET 특성의 변화를 고려할 필요는 없다. 또한, 평활 캐패시터가 사용되므로, 스위칭 소자가 턴오프되는 순간 및 전자석 릴레이의 접점이 턴오프되는 순간 사이의 지연 시간이 설정될 수 있으며, 예를 들면, 자동차의 전조등 등의 강한 광이 야간에 순식간에 인가되면, 전자석 릴레이의 접점은 광에 응답하지 않으며, 이에 따라 오동작이 방지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예를 도시한 회로도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 사용된 태양 전지의 평면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 사용된 태양 전지의 특성을 도시한 동작의 개략도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 사용된 조명 센서를 도시한 확대 투시도.
도 5는 도 4에서의 조명 센서의 확대 투시도.
도 6a 내지 6c는 본 발명의 제1 실시예에 사용된 태양 전지의 제조 공정을 도시한 도면.
도 7a 내지 7c는 본 발명의 제1 실시예에 사용된 태양 전지의 제조 공정을 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 사용된 태양 전지의 스펙트럼 감도 특성의 개략도.
도 9는 비정질 실리콘의 특성을 도시한 개략도.
도 10은 도 9에서의 비정질 실리콘의 스펙트럼 감도 특성을 도시한 개략도.
도 11은 비정질 실리콘 특성의 개략도.
도 12는 본 발명의 제2 실시예를 도시한 회로도.
도 13은 본 발명의 제3 실시예를 도시한 회로도.
도 14는 본 발명의 제3 실시예에서의 주요 회로도.
도 15는 본 발명의 제3 실시예에서의 주요 회로도.
도 16은 본 발명의 제4 실시예를 도시한 주요 회로도.
도 17은 본 발명의 제4 실시예에서의 히스테리시스 동작에 관한 개략도.
도 18은 본 발명의 제5 실시예를 도시한 주요 회로도.
도 19는 본 발명의 제5 실시예에서의 다른 구성예를 도시한 주요 회로도.
도 20은 본 발명의 제6 실시예를 도시한 회로도.
도 21은 본 발명의 제6 실시예에서의 주요 회로도.
도 22는 본 발명의 제6 실시예에서의 다른 구성예를 도시한 주요 회로도.
도 23은 본 발명의 제7 실시예를 도시한 회로도.
도 24는 본 발명의 제7 실시예에 사용된 조명 센서의 단면도.
도 25는 본 발명의 제7 실시예에서의 히스테리시스 동작에 관한 개략도.
도 26은 본 발명의 제8 실시예를 도시한 회로도.
도 27은 본 발명의 제9 실시예를 도시한 회로도.
도 28은 본 발명의 제10 실시예를 도시한 회로도.
도 29는 본 발명의 제10 실시예에서의 동작에 대한 개략도.
도 30은 본 발명의 제10 실시예에 사용된 패키지를 도시한 개략도.
도 31은 본 발명의 제11 실시예를 도시한 회로도.
도 32는 본 발명의 제12 실시예를 도시한 회로도.
도 33은 본 발명의 제13 실시예를 도시한 회로도.
도 34는 본 발명의 제14 실시예를 도시한 회로도.
도 35는 본 발명의 제14 실시예에 사용된 조명 센서의 확대 투시도.
도 36은 도 35에서의 조명 센서의 확대 투시도.
도 37은 본 발명의 제15 실시예에 사용된 조명 센서의 확대 투시도.
도 38은 도 37에서의 조명 센서의 확대 투시도.
도 39는 본 발명의 제16 실시예를 도시한 회로도.
도 40a 및 40b는 본 발명의 제16 실시예에 사용된 조명 센서를 도시한 도면이며, 도 40a는 액정판이 제거된 조명 센서의 전면도이고 도 40b는 조명 센서의 단면도.
도 41a 및 41b는 본 발명의 제16 실시예에 사용된 조명 센서의 다른 구성예를 도시한 도면이며, 도 41a는 액정판이 제거된 조명 센서의 전면도이고 도 41b는 조명 센서의 단면도.
도 42는 본 발명의 제17 실시예를 도시한 회로도.
도 43은 본 발명의 제17 실시예에 사용된 조명 센서의 확대 투시도.
도 44는 본 발명의 제18 실시예를 도시한 회로도.
도 45는 본 발명의 제19 실시예를 도시한 회로도.
도 46은 본 발명의 제20 실시예를 도시한 회로도.
도 47은 본 발명의 제21 실시예를 도시한 회로도.
도 48은 본 발명의 제22 실시예를 도시한 회로도.
도 49는 본 발명의 제22 실시예에 사용된 액정판을 도시한 투시도.
도 50은 도 49에서의 액정판의 확대 투시도.
도 51a 및 51b는 본 발명의 제22 실시예에서의 동작의 개략도.
도 52a 및 52b는 본 발명의 제22 실시예에서의 동작의 개략도
도 53a 및 53b는 본 발명의 제22 실시예에서의 동작의 개략도.
도 54는 도 48에서의 조명 센서를 사용하는 자동 온/오프 스위치의 확대 투시도.e
도 55a 및 55b는 본 발명의 제23 실시예를 도시한 동작의 개략도.
도 56a 및 56b는 본 발명의 제24 실시예를 도시한 동작의 개략도.
도 57은 본 발명의 제25 실시예를 도시한 동작의 개략도.
도 58a 및 58b는 본 발명의 제25 실시예에서의 동작의 개략도.
도 59는 본 발명의 제26 실시예를 도시한 개략적인 주요 부분도.
도 60은 본 발명의 제27 실시예를 도시한 개략적인 주요 부분도.
도 61은 본 발명의 제28 실시예를 도시한 회로도.
도 62는 본 발명의 제28 실시예에서의 조명 센서의 동작에 대한 개략도.
도 63은 도 62에 도시된 조명 센서를 사용하는 전자식 자동 온/오프 스위치를 도시한 회로도.
도 64는 도 62에 도시된 조명 센서를 사용하는 전자식 자동 온/오프 스위치의 동작을 도시한 개략도.
도 65a 및 65b는 도 62에 도시된 조명 센서를 도시하며, 도 65a는 액정판이 제거된 조명 센서의 전면도이고 도 65b는 도 65a에서의 선 X-X을 따라 절취한 단면도.
도 66a 및 66b는 도 62에 도시된 조명 센서를 도시하며, 도 66a는 SIP형의 투시도이고 도 66b는 DIP형의 투시도.
도 67a 및 67b는 도 62에 도시된 조명 센서를 도시하며, 도 67a는 액정판이 부착된 조명 센서를 도시하며, 도 67a는 액정판이 부착된 조명 센서의 전면도이고 도 67b는 도 67a에서 선 Y-Y을 따라 절취한 단면도.
도 68은 조명 센서로 사용된 프레임의 평면도.
도 69는 조명 센서의 확대 투시도.
도 70은 접속 피스(pieces)가 절단되기 전에 조명 센서의 평면도.
도 71은 조명 센서의 단면도.
도 72a는 비교예의 주요부의 단면도이고 도 72b는 조명 센서의 주요부의 단면도.
도 73은 액정판의 밀봉 상태를 도시한 조명 센서의 단면도.
도 74는 액정판의 다른 밀봉 상태를 도시한 조명 센서의 단면도.
도 75는 액정판의 또 다른 밀봉 상태를 도시한 조명 센서의 단면도.
도 76은 필터의 부착 상태를 도시한 조명 센서의 단면도.
도 77은 필터의 다른 부착 상태를 도시한 조명 센서의 단면도.
도 78a 및 78b는 본 발명의 제29 실시예를 도시하며, 도 78a는 액정판이 제거된 전면도이고 도 78b는 단면도.
도 79는 본 발명의 제30 실시예에서의 액정판이 제거된 평면도.
도 80a 및 80b는 본 발명의 제31 실시예를 도시하며, 도 80a는 액정판이 제거된 전면도이고 도 80b는 단면도.
도 81은 관련 분야에서의 예를 도시한 회로도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11: 베이스
12: 관식 커버
13: 반투명판
14: 단자 핀
15: 보드
제1 실시예
본 발명의 제1 실시예에서, 기본 구성이 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 태양 전지 SB는 외광의 밝기에 응하여 출력 전압을 발생시키기 위한 광기전력 소자로서 사용된다. 태양 전지 SB는 직렬로 접속된 복수의 셀을 포함하고 셀 CL은, 도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 기판 BS의 일면상에 매트릭스와 같이 구성되고 직렬로 접속되어 있다. 전극 ER은 셀 CL의 직렬 회로의 양단상에 배치된다. 태양 전지 SB는 도 3의 (1)에 도시된 스펙트럼 감도 특성을 갖는다. 감도 파장 범위는 400 내지 700㎚이고 피크 파장은 약 500㎚이다. 도 3의 (2) 곡선은 사람의 체광 특성을 나타내고 본 실시예에 사용된 태양 전지 SB의 스펙트럼 감도 특성은 사람의 체광 특성과 거의 유사하다. 이러한 종류의 태양 전지 SB는 비정질 태양 전지에 의해 제공된다.
커패시터 C는 태양 전지 SB에 병렬로 접속되고 태양 전지 SB는 저항 R을 통해 스위칭 소자 SW의 접속 단자에 접속된 음극을 갖는다. 저항 R1 및 커패시터 C는 태양 전지 SB의 출력에 대해 스위칭 소자 SW의 응답을 조절하기 위한 제어 회로를 구성한다. 스위칭 소자 SW는 서로 반대로 직렬 접속되고 소스들 및 게이트들이 공통으로 접속된 두 개의 공핍형(정상-오프-형)(normally-off-type) MOSFET Q1 및 Q2를 구비한다. 따라서, 스위칭 소자 SW의 Q1 및 Q2의 게이트는 저항 R1을 통해 제어 단자로서 태양 전지 SB의 음극에 접속되고 소스는 태양 전지 SB의 양극에 접속된다. MOSFET Q1 및 Q2를 서로 반대로 직렬 접속시키는 목적은, MOSFET Q1 및 Q2가 스위칭 소자 SW를 통해 교류를 제어할 수 있도록 오프되는 경우 전류가 MOSFET Q1 및 Q2의 기생 다이오드를 통해 흐르지 못하게 하는 것이다. MOSFET Q1 및 Q2가 서로 반대로 직렬 접속되므로, 온 저항은 교류의 극성과는 무관하게 거의 동일해진다.
이 구성에 따르면, 외광이 밝은 경우, 태양 전지 SB는 비교적 큰 전압을 출력하고 MOSFET Q1 및 Q2 각각의 게이트 전위는 소스 전위보다 낮아지므로, 스위칭 소자 SW는 지속된다. 한편, 외광의 양이 저하하고 태양 전지 SB의 출력 전압이 작아지는 경우, 스위칭 소자 SW는 턴온된다. 따라서, 스위칭 소자 SW는 외광의 밝기에 응하여 턴온 및 턴오프되므로, 태양 전지 SB, 커패시터 C, 저항 R1, 및 스위칭 소자 SW는 외광의 밝기를 검출하기 위한 조명 센서 A를 구성한다.
전자식 자동 온/오프 스위치는 상업용 전원과 같은 전원 E 및 부하 간에 개재된 스위치 소자를 포함하고, 이 스위치 소자는 상술된 조명 센서 A에 의해 제어된다. 본 실시예에서, 3-단자 양방향 사이리스터(트라이액) Q는 스위치 소자로서 사용된다. 즉, 전원 E 및 부하 L의 직렬 회로는 일단에서 트라이액 Q의 T1 단자에 접속되고 다른 단에서 T2 단자에 접속되며, 스위칭 소자 SW는 일단(MOSFET Q2의 드레인)에서 트라이액 Q의 게이트에 접속되고 대향단(MOSFET Q1의 드레인)에서 저항 R3을 거쳐 트라이액 Q의 T2 단자에 접속된다. 따라서, 스위칭 소자 SW가 턴온될 때, 트라이액 Q는 트리거되고 턴온되어, 부하 L을 턴온시킨다. 일반적으로, 전자식 자동 온/오프 스위치에 의해 제어될 부하 L은 조명 부하이고 트라이액 Q이 턴온될 때, 조명 부하는 턴온된다. 저항 Rsn 및 캐패시터 Csn을 구성하는 직렬 회로의 스너버(snubber) 회로 SN은 트라이액 Q 양단에 접속된다.
상술된 구성에 따르면, 주변이 밝고 외광의 양이 크면, MOSFET Q1, Q2의 게이트 전위는 태양 전지 SB의 출력 전압에 응하여 소스 전위보다 낮아지므로, 스위칭 소자 SW는 턴오프되고 트라이액 Q는 유지되어, 부하 L을 라이트-아웃(light-out) 상태로 보유한다. 한편, 주변이 어둡고 외광의 양이 낮아진 다음, 태양 전지 SB의 출력 전압이 낮아지고 스위칭 소자 SW를 오프 상태로 유지할 수 없으면, 스위칭 소자 SW는 턴온되고 트라이액 Q는 트리거되고 턴온되어, 부하 L을 줄인다.
이와 같이, 본 실시예에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 태양 전지 SB, 캐패시터 C, 저항(1) 및 스위칭 소자 SW가 장착되어 있는 보드(15)는 패키지(10)내에 내장되므로, 조명 센서 A를 형성하고 조명 센서 A는, 도 5에 도시된 바와 같이, 트라이액 Q과 같은 다른 부품과 함께 케이스(20)에 내장되므로, 전자식 자동 온/오프 스위치를 제공한다. 패키지(10)는 평탄한 베이스(11)상에 관식 커버(12)를 놓음으로써 형성된다. 보드(15)는 베이스(11)상에 고정되고 반투명판(13)이 태양 전지 SB의 수광면(축방향으로 커버(12)의 일단면)에 대응하는 커버(12)의 부분에 부착된다. 따라서, 외광은 반투명판(13)을 통해 태양 전지 SB상에 입사된다. 조명 센서 A에서 스위칭 소자 SW의 양단에 접속된 한 쌍의 단자 핀(14)은 베이스(11)으로 삽입된다. 단자 핀(14) 및 스위칭 소자 SW는 (도시되지 않은) 와이어에 의해 접속된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 조명 센서 A는 인쇄-회로 보드(21)상에 장착되고, 스너버 회로 SN을 구성하는 트라이액 Q 및 저항 R3 및 캐패시터 Csn 및 저항 Rsn은 또한 인쇄-회로 보드(21)상에 장착된다. 또한, 수직 가열 슬링거(slinger) HS는 트라이액 Q에 접하도록 인쇄-회로 보드(21)상에 똑바로 설정된다. 두 개의 전선은 전원 E 및 부하 L에의 접속을 위하여 인쇄-회로 보드(21)에 접속된다.
인쇄-회로 보드(21)를 내장하기 위한 케이스(20)는 박스와 같이 합성 수지로 각각 형성된 본체(23) 및 커버(24)를 결합함으로써 형성된다. 인쇄-회로 보드(21)는 (도시되지 않은) 고정 나사에 의해 본체(23)에 고정된다. 커버(24)는 조립체 홀(24a)을 통해 본체(23)에 조여진 (도시되지 않은) 조립 나사에 의해 본체(23)에 결합된다. 테두리 부분(24b)은 본체(23) 측상에 커버(24)의 주변에 형성되고 전선(22)을 케이스(20)의 바깥쪽으로 끌어당기는 한 쌍의 노치(24c)는 테두리 부분(24b)의 일부에 형성된다. ABS 수지 등은 본체(23)에 사용되고 반투명성 등을 갖는 아크릴 수지는 커버(24)에 사용된다. 따라서, 외광은 케이스(20)의 커버(24) 및 패키지(10)의 반투명판(13)을 통해 태양 전지 SB상에 입사된다.
다음에, 태양 전지 SB의 제조 방법이 도 6 및 7을 참조하여 기술될 것이다.여기서, 태양 전지 SB를 형성하는 두 개의 셀 CL만이 기술될 것이다. 즉, 단결정 실리콘 기판(30)은 확산 퍼니스로 인입되고 고온(약 1100℃)으로 가열되어 발열성 산화를 행해지므로, 각각 1㎛ 두께인 SiO2막(31 및 31')이 도 6a에 도시된 단결정 실리콘 기판(30)의 표면 및 배면상에 형성된다. 즉, 기판 BS가 형성된다.
다음에, 크롬막은 EB 배기 시스템에 의해 단결정 실리콘 기판의 표면상에 형성된 SiO2막(31)의 전면상에 형성된 다음, 소정의 형태로 패터닝된 제1 레지스트 마스크는 포토리소그래피에 의해 형성되고, 그 다음에 크롬막의 불필요한 부분은 습식 에칭에 의해 제거되고 제1 레지스트 마스크가 제거되므로, 소정의 모양의 크롬막으로 각각 이루어진 하부 전극(32a 및 32b)은 도 6b에 도시된 바와 같이 형성된다.
다음에, p형 비정질 실리콘 층(p 층), i형 비정질 실리콘 층(i 층), 및 n형 비정질 실리콘 층(n 층)이 플라즈마 DVD 시스템에 의해 주표면의 전면을 커버하도록 순서대로 피착된 다음(또는 n, i, 및 p 층은 주표면의 전면을 커버하도록 순서대로 피착됨), 소정의 형태로 패터닝된 제2 레지스트 마스크는 포토리소그래피에 의해 형성되며, 그 다음에 층의 불필요한 부분은 습식 에칭에 의해 제거되고 제2 레지스트 마스크가 제거되므로, 핀 구조의 비정질 실리콘 층(34)은 도 6c에 도시된 바와 같이 형성된다. 이는, 각각의 비정질 실리콘 층(34)이 서로 피착된 p 층, i 층, 및 n 층을 포함한다는 것을 의미한다. p 층 및 n 층은 i 층보다 충분히 얇은 막 두께로 각각 설정된다. 본 실시예에서, 비정질 실리콘 층(34)은 순서대로 피착된 p 층, iI 층, 및 n 층을 포함하지만, 순서대로 피착된 n 층, i 층 및 p 층을 포함할 수 있다.
다음에, ITO(인듐 주석 산화물)로 이루어진 반투명 도전막은 EB 배기 시스템에 의해 주표면의 전면을 커버하기 위해 형성된 다음, 반투명 도전막을 소정의 형태로 패터닝하기 위한 제3 레지스트 마스크가 포토리소그래피에 의해 형성되며, 그 다음에 반투명 도전막의 불필요한 부분은 습식 에칭에 의해 제거되고 제3 레지스트 마스크가 제거되므로, 반투명 도전막으로 이루어진 상부 전극(33a 및 33b)은 도 7a에 도시된 바와 같이 형성된다.
즉, 하부 전극(32a) 및 상부 전극(33a) 사이에 배치된 비정질 실리콘 층(34), 하부 전극(32a) 및 상부 전극(33a)은 하나의 셀 CL을 구성하고 하부 전극(32b) 및 상부 전극(33b) 사이에 배치된 비정질 실리콘 층(34), 하부 전극(32b), 및 상부 전극(33b)은 다른 셀 CL을 구성한다. 하나의 셀 CL의 상부 전극(33a)의 일단부(33ab)는 다른 셀 CL의 하부 전극(32b)과 접촉하도록 형성된다. 따라서, 셀 CL 모두는 직렬로 접속된다.
셀 CL이 직렬로 접속된 후, 비정질 SiO2막으로 이루어진 보호막(35)은 플라즈마 CVD 시스템에 의해 도 7b에 도시된 바와 같이 주표면의 전면상에 형성되고 전극 ER(도 7 참조)을 하나의 셀 CL의 하부 전극(32a) 및 다른 셀 CL의 상부 전극(33b)에 접속시키기 위한 개구를 갖는 제4 레지스트 마스크가 리소그래피에 의해 형성되며, 그 다음에 비정질 SiO2막의 일부는 콘택트 홀(35a 및 35b)을 형성하도록 습식 에칭된 다음, 제4 레지스트 마스크는 제거된다.
다음에, 알루미늄막은 EB 배기 시스템에 의해 콘택트 홀(35a 및 35b)을 매립하기 위해 주표면의 전면상에 형성된 다음, 알루미늄막을 전극 ER의 모양으로 패터닝하기 위한 제5 레지스트 마스크가 리소그래피에 의해 형성되며, 그 다음, 알루미늄막의 불필요한 부분이 습식 에칭에 의해 제거되므로, 전극 ER(패드 전극)은 도 7c에 도시된 바와 같이 형성된 다음, 제5 레지스트 마스크가 제거된다. 하부 전극(32a)은 하나의 전극 ER에 접속되고 상부 전극(33b)은 다른 전극 ER에 접속된다. 직렬로 접속된 두 개의 셀 CL을 포함한 태양 전지 SB는 상술된 공정을 실행함으로써 형성된다.
이와 같이, 비정질 실리콘의 광흡수를 고려하여, 비정질 실리콘 층(34)의 두께를 d(i 층의 막 두께가 p층 및 n층이 각각 셀 CL에서 i층보다 충분히 얇기 때문에 d에 가까운 값이 됨)로 하고, 비정질 실리콘 층(34)의 주표면에 입력된 광의 세기를 Fph로 하고, 비정질 실리콘 층(34)을 통과하고 배면으로부터 방출되는 광의 세기를 Fph X exp(-αd)로 하며, 파장을 λ로 하고, 광흡수 계수를 α(1/㎠)로 하면, 비정질 실리콘 층(34)의 광흡수량은 다음의 수학식에 의해 표현된다.
여기서, 비정질 실리콘 층(34)의 광흡수 계수는 도 9에서 (1), (2), 및 (3)에 도시된 바와 같이 파장 의존성을 갖는다(도면에서 (4)는 단결정 실리콘의 파장의존성을 나타냄). (1), (2) 및 (3)은, 비정질 실리콘 층(34)이 형성될 때의 기판 온도 Ts가 325℃, 420℃ 및 30℃임을 나타낸다. (1)은 예로서 기술될 것이다. 예를 들면, 파장 λ=0.6㎛으로 광흡수 계수 α는 2 X 10-4㎝-1이다. 파장 λ=0.6㎛의 흡수 길이(입사광의 64%를 흡수하는데 필요한 막 두께 d)는 광흡수 계수의 역수가 되므로, d=1/(2 X 104) = 5 X 10㎝ = 0.5㎛으로 표현된다.
여기서, 광흡수 계수 α는 도 9에 도시된 바와 같이 파장 λ의 단파측에서 커지고 장파측에서 작아진다. 따라서, 비정질 실리콘 층(34)의 막 두께 d가 줄어들면, 단파의 감도는 증가되며, 막 두께 d가 증가되면, 장파의 감도는 증가된다. 도 10은 예로서 핀 구조의 비정질 실리콘 태양 전지에서 i 층의 막 두께를 0.2㎛, 0.4㎛, 및 0.6㎛로 변경함으로써 광전류의 측정 결과를 도시한다. 도 10의 수평축은 파장 λ(㎚)을 가리키고 수직축은 광전류(상대값)을 가리키며, 도 10에서 (1), (2) 및 (3)은, i 층의 막 두께가 0.2㎛, 0.4㎛, 및 0.6㎛인 경우에 대응한다.
한편, 반도체에 흡수된 광의 파장 λ는 다음과 같다.
여기서 h는 플랑크 상수이고 c는 광 속도이며, E0(eV)은 광 금지 대역폭이다. 그러나, 비정질 실리콘인 경우, 광 금지 대역폭 E0은 막 형성 시간에서 기판 온도 Ts(제조 온도)에 따라 도 11에 도시된 바와 같이 변한다(기판 온도 Ts가 100℃ 내지 500℃의 범위내에 있는 경우, 기판 온도 Ts가 높을수록 광 금지 대역폭 E0는 작아짐). 도 11에 도시된 바와 같이, 예를 들면, 기판 온도 Ts가 100℃일 때, E0은 1.9eV가 되고 λ=1.24/1.9=0.65㎛의 광이 흡수된다. 기판 온도 Ts가 300℃일 때, E0은 1.7eV가 되고 λ=1.24/1.7=0.73㎛의 광이 흡수된다. 간단히, 비정질 실리콘 층(34)은 광 흡수 파장이 제조 온도에서의 기판 온도 Ts를 조절함으로써 변경되도록 한다.
상술된 바와 같이, 비정질 실리콘 층(34)은 막 두께 d 및 제조 온도에서의 기판 온도 Ts에 응하여 변경될 수 있는 스펙트럼 감도 특성을 갖는다. 따라서, 막 두께 d 및 제조 온도에서의 기판 온도는 사람의 체광 특성에 거의 유사한 스펙트럼 감도 특성을 제공하기 위해 조절될 수 있다. 태양 전지 SB를 형성하는 셀 CL이 비정질 실리콘을 사용하기 때문에, 기판에 대한 한계는 단결정이 형성되어 있는 경우에 비해 줄어들고, 셀 CL은 유리 기판, 실리콘 기판, 또는 SiO2와 같은 절연막상에 비교적 저온에서 쉽게 형성될 수 있다. 상술된 태양 전지에서, 반투명 도전막으로 이루어진 상부 전극(33a)의 일단부(33ab)는 다른 셀 CL의 하부 전극(32b)과 콘택트하게 되므로, 두 개의 셀 CL은 직렬로 접속되지만, 셀 CL은, 도 2에 도시된 바와 같이, 알루미늄 배선 AL을 사용하여 직렬로 접속될 수 있다.
제2 실시예
본 발명의 제2 실시예에서, 스위칭 소자 SW을 구성하는 두 개의 MOSFET Q1 및Q2는, 도 12에 도시된 바와 같이, 증대형(일반적으로 오프형)으로 구성되며, 태양 전지 SB의 양극은 저항 R1을 거쳐 MOSFET Q1 및 Q2의 게이트에 접속되고 태양 전지 SB의 음극은 소스에 접속된다. 스위칭 소자 SW는 일단(MOSFET Q2의 드레인)에서 트라이액 Q의 T1 단자에 접속되고 대향 단(MOSFET Q1의 드레인)에서 트라이액 Q의 게이트에 접속된다. 또한, 저항 R3은 트라이액 Q의 게이트 및 T2 단자 사이에 접속된다. 이러한 구성에서, 태양 전지 SB상의 입사광의 양이 작은 경우, 스위칭 소자는 오프이다. 이 때, 전압은 저항 R3을 거쳐 트라이액 Q의 게이트에 인가되어 트라이액 Q를 턴온시킨다. 즉, 주변이 어두워지면, 트라이액 Q는 턴온되어 부하 L을 통전시킨다. 주변이 밝으면, 태양 전지 SB는 큰 전압을 출력하여 스위칭 소자 SW가 턴온되며, 그 결과 트라이액 Q는 턴오프되어 부하 L을 통전시키지 않는다. 첨부한 도면을 참조하여 상술된 것과 유사한 다른 구성요소는 도 12에서 동일한 참조 번호로 표시되어 있으므로 그 설명은 생략할 것이다.
제3 실시예
본 발명의 제3 실시예에서, 도 13에 도시된 바와 같이, 제1 실시예에서의 캐패시터 C 및 저항 R1 대신에 태양 전지 SB의 출력 전압을 관리하기 위한 전압 감시 회로 VS를 포함한다. 전압 감시 회로 VS는 태양 전지 SB로부터 출력된 전력에 의해 구동되며, 태양 전지 SB의 출력 전압을 기준 전압과 비교하고, 스위칭 소자 SW를 턴온하거나 턴오프하기 위한 이진 신호를 발생시킨다. 전압 감시 회로 VS로부터 출력되는 이진 신호는 스위칭 소자 SW의 제어 단자에 입력된다. 이는, 이진 신호가 스위칭 소자 SW를 구성하는 MOSFET Q1 및 Q2의 게이트 및 소스 사이에 인가된다.
기준 전압 Vref를 발생시키기 위한 기준 전압 발생 회로 GV, 및 태양 전지SB의 출력 전압과 기준 전압 Vref 간의 보다 크거나 보다 작은 관계에 응하여 소정의 음 전압(로우)의 이진 신호 또는 0V(하이)의 이진 신호를 발생시키기 위한 비교기 CP로 구성된다. 비교기 CP는, 주변이 밝아지고 태양 전지 SB의 출력 전압이 상승하면 로우 이진 신호를 출력하도록 접속된다. 따라서, 주변이 밝아지고 태양 전지 SB의 출력 전압이 기준 전압 Vref보다 커지면, 비교기 CP는 로우 신호를 출력하고 MOSFET Q1, Q2의 게이트 전위는 소스 전위보다 낮아지므로, 스위칭 소자 SW는 턴오프된다. 한편, 주변이 어두워지고 태양 전지 SB의 출력 전압이 기준 전압 Vref보다 작아지면, 비교기 CP는 하이 신호를 출력하고 MOSFET Q1, Q2의 게이트 전위는 소스 전위와 동일해지므로, MOSFET Q1, Q2는 오프 상태를 유지할 수 없고 스위칭 소자 SW는 턴온된다.
상술된 동작에 따르면, 주변이 밝아지고 태양 전지 SB의 출력 전압이 기준 전압 Vref보다 커지면, 스위칭 소자 SW는 턴오프되고 트라이액 Q는 트리거되지 않으므로, 부하 L은 경감되지 않는다. 한편, 주변이 어두워지고 태양 전지 SB의 출력 전압이 기준 전압 Vref보다 작아지면, MOSFET Q1, Q2의 게이트 전위는 전압 감시 회로 VS의 출력으로 인해 소스 전위와 동일해지므로, 스위칭 소자 SW는 턴온되고 게이트 신호가 트라이액 Q에 제공된 다음, 턴온되어 부하 L을 턴온시킨다.
상세하게는, 도 15에 도시된 바와 같이, 저항 R4를 거쳐 태양 전지 SB에 접속된 복수의 다이오드 D의 직렬 회로는 기준 전압 발생 회로 GV로서 사용된다. 다이오드 D는 태양 전지 SB의 출력 전압 극성에 대해 순방향으로 접속되고 다이오드 D의 순방향 전압의 합으로 결정된 기준 전압 Vref는 비교기 CP의 반전 입력 단자에 인가된다. 저항 R5 및 R6의 직렬 회로는 태양 전지 SB 양단에 접속되고 저항 R5 및 R6을 통해 태양 전지 SB의 출력 전압을 분할함으로써 제공된 전압 V1은 비교기 CP의 비반전 입력 단자에 입력된다. 비교기 CP는 스위칭 소자 SW의 제어 단자에 접속된 출력 단자를 갖는다.
이러한 구성에 따르면, 주변이 밝아지고 저항 R5 및 R6을 통해 태양 전지 SB의 출력 전압을 분할함으로써 제공된 전압 V1은 음극 측으로 되고 기준 전압 Vref 이하로 떨어질 때, 비교기 CP는 로우 신호를 출력하고 MOSFET Q1, Q2의 게이트는 음 전위로 되므로, 스위칭 소자 SW는 턴오프된다. 스위칭 소자 SW가 이와 같이 오프되면, 트라이액 Q는 오프되고 부하 L은 통전되지 않는다. 주변이 어두워질 때, 태양 전지 SB의 출력 전압은 낮아지고 비교기 CP는 하이 신호(0V)를 출력하므로, 스위칭 소자 SW는 오프 상태를 유지할 수 없어 턴온되고 트라이액 Q는 트리거되고 턴온되어, 부하 L을 통전시킨다.
전압 감시 회로 VS가 기준 전압 발생 회로 GV 및 비교기 CP로 구성되기 때문에, 스위칭 소자 SW를 턴온/턴오프시키기 위한 밝기의 임계값은 정확하게 설정될 수 있다. 기준 전압 Vref가 다이오드 D의 직렬 회로에 의해 발생되기 때문에, 간단한 회로 구성에서 발생될 수 있다. 첨부한 도면을 참조하여 상술된 제1 실시예와 유사한 다른 구성요소가 도 13 내지 15에서 동일한 참조 번호에 의해 표시되므로 이에 대한 설명은 생략할 것이다.
제4 실시예
상술된 실시예에서, 부하 L이 광 상태로부터 스위치 오프될 때에 인가되는밝기 임계값은 일정하다. 본 발명의 제4 실시예에서, 히스테리시스는, 부하 L이 광 상태로부터 스위치 오프될 때 인가되는 밝기 임계값에 제공된다.
즉, 본 실시예에서, 도 16에 도시된 바와 같이, 피드백 저항 Rh는 도 15에 도시된 회로 구성에서의 비교기 CP의 출력 단자 및 비반전 입력 단자 사이에 접속되므로, 히스테리시스는 태양 전지 SB의 출력 전압에 대한 비교기 CP의 임계값에 제공된다. 저항 Rh가 제공되므로, 비교기 CP의 비반전 입력 단자에 인가되는 전압 V1의 분할비는 비교기 CP의 출력에 응하여 변경될 수 있다.
보다 상세하게는, 도 17a에서와 같이 주변이 밝고 비교기 CP가 로우 신호를 출력할 때, 스위칭 소자 SW는 도 17c에서와 같이 오프되고 부하 L은 도 17b에서와 같이 오프된다. 이 상태에서, 저항 R5 및 저항 Rh는 등가적으로 병렬 접속되고 전압 V1의 절대값은 커지므로(음극 측이 커짐), 비교기 CP의 출력이 로우 상태에서 하이로 전환될 때의 밝기에 대한 임계값 L1은 비교적 작아진다. 이는, 스위칭 소자 SW가 오프 상태로부터 턴온되기 곤란해진다는 것을 의미한다.
이와는 반대로, 주변이 도 17a에서와 같이 임계값 L1에 대응한 밝기보다 어두워지면, 비교기 CP는 하이 신호를 출력하고 스위칭 소자 SW는 도 17c에서와 같이 턴온되고 부하 L은 도 17b에서와 같이 턴온된다. 이 때, 저항 R6 및 저항 Rh는 등가적으로 병렬 접속되며, 비교기 CP의 출력이 하이 상태에서 로우로 전환될 때의 밝기에 대한 임계값 L2는 비교적 커진다. 이는, 스위칭 소자 SW가 온 상태로부터 턴오프되기 곤란해진다는 것을 의미한다.
상술된 바와 같이, 히스테리시스는, 트라이액 Q가 턴온 및 턴오프될 때의 밝기 임계값에 제공되고, 트라이액 Q가 부하 L을 턴오프시키기 위해 턴오프될 때의 밝기 임계값 L2는, 트라이액 Q가 부하 L을 턴온시키기 위해 턴온될 때의 밝기 임계값 L1에 비해 상승된다. 동작이 수행됨에 따라, 일단 턴온된 부하 L은, 외광의 밝기가 다소 변하면 턴오프되기 곤란해지고 일단 턴오프된 부하 L은, 외광의 밝기가 다소 변하면 턴온되기 곤란해진다. 이는, 부하 L을 턴오프시키기 위한 밝기 임계값 L2가 턴온시키기 위한 밝기 임계값 L1보다 △Lx 만큼 높아진다는 것을 의미한다.
따라서, 히스테리시스는 밝기 임계값에 제공되므로, 오동작은 야간에 자동차의 전조등에 의해 발생되는 외광의 변화와 같은 외광의 밝기 변화에 대해 방지될 수 있다. 따라서, 지연 회로 등이 스위칭 소자 SW의 응답 시간을 조절하여 태양 전지 SB의 변화를 출력하는 구성에 비해 밝기의 변화 속도에 의해 발생되는 오동작은 발생하지 않고 또한 부하 L은, 외광의 밝기가 충분히 변하면 양호한 응답으로 턴온 및 턴오프될 수 있다. 또한, 히스테리시스를 제공하기 위한 전력은 미소하며 태양 전지 SB로부터 공급될 수 있으므로, 부하 L이 턴오프될 때의 누설 전류는 심하게 발생하며, 특히 부하로서 백열형 형광등을 사용하기 위해 백열 방전을 발생시키는 문제는 간과될 수 있다. 첨부한 도면을 참조하여 상술된 제1 실시예에서의 것들과 유사한 다른 구성요소는 도 16에서 동일한 참조 번호로 표시되므로 이에 대한 설명은 생략할 것이다.
제5 실시예
본 발명의 제5 실시예에서, 히스테리시스를 태양 전지 SB의 출력 전압에 대한 임계값에 제공하기 위한 구성으로서, 임계값 스위칭 소자로서 공핍형 MOSFET Q4가 태양 전지 SB의 셀 CL의 일부에 병렬 접속되고 비교기 CP의 출력 단자가 MOSFET Q4의 게이트에 접속되는 구성은, 도 18에 도시된 바와 같이, 피드백 저항 Rh을 사용하는 것 대신에 채택된다.
이 구성에서, 주변이 어두워지고 저하이 R5를 통해 태양 전지 SB의 출력 전압에 의해 분할함으로써 제공된 전압 V1이 음극 측으로 되고 기준 전압 Vref 아래로 떨어질 때, 비교기 CP는 로우 신호를 출력하고 MOSFET Q1, Q2의 게이트는 음 전위로 되므로, 스위칭 소자 SW는 턴오프된다. 동시에, MOSFET Q1 역시 턴오프되므로, 태양 전지 SB의 출력 전압은 커진다. 그 결과, 전압 V1은 음극 측상에서 더욱 커지고 부하 L이 오프 상태로부터 스위치 온될 때 외광의 밝기 임계값은 비교적 작아진다.
한편, 주변이 어두워지고 저항 R5 및 R6을 통해 태양 전지 SB의 출력 전압을 분할함으로써 제공된 전압 V1이 기준 전압 Vref를 초과할 때, 비교기 CP는 하이 신호(거의 0V)를 출력하고 스위칭 소자 SW는 오프 상태를 유지할 수 없어 턴온된다. 스위칭 소자 SW가 턴온되면, MOSFET Q4는 또한 턴온되어 태양 전지 SB의 셀 CL의 일부는 MOSFET Q4에 의해 단락 회로화되고 태양 전지 SB의 출력 전압은 작아진다. 그 결과, 부하 L이 온 상태로부터 스위치 오프될 때 외광의 밝기 임계값은 비교적 커진다.
따라서, 비교기 CP는 태양 전지 SB를 구성하는 셀 CL의 일부에 병렬로 접속된 임계값 스위칭 소자로서 MOSFET Q4를 제어하므로, 히스테리시스는 태양 전지 SB의 출력 전압에 대한 임계값에 제공될 수 있다.
도 19에 도시된 바와 같이, 임계값 스위칭 소자로서 공핍형 MOSFET Sa는 1대1 대응으로 태양 전지 SB를 구성하는 셀 CL에 병렬로 접속되는 구성이 또한 채택될 수 있다. 즉, 전압 감시 회로 VS는 MOSFET Sa를 각각 턴온 및 턴오프시키므로, 태양 전지 SB를 구성하는 셀 CL의 개수를 적절하게 선택할 수 있게 된다. 첨부한 도면을 참조하여 상술된 제1 및 제4 실시예에서의 것과 유사한 다른 구성요소는 도 18에서 동일한 참조 번호로 표시되므로 이에 대한 설명은 생략할 것이다. 히스테리시스를 부여함으로써 제공되는 잇점은 제4 실시예에서의 것과 유사하다.
제6 실시예
본 발명의 제6 실시예는 기본적으로 도 13에 도시된 것과 유사한 구성을 가지며, 제6 실시예에서 스위칭 소자 SW는, 도 20에 도시된 바와 같이, 증대형 (일반-오프-형) MOSFET Q1 및 Q2로 구성된다. 스위칭 소자 SW는 일단(MOSFET Q1의 드레인)에서 저항 R3을 거쳐 트라이액 Q의 T2 단자 및 트라이액 Q의 게이트에 접속된다. 스위칭 소자 SW는 대향단(MOSFET Q2의 드레인)에서 트라이액 Q의 T1 단자에 접속된다. 또한, 태양 전지 SB의 출력 전압은 전압 감시 회로 VS에 입력되고 극성은 도 13에 도시된 구성에서의 극성과는 반대이다.
도 21에 도시된 바와 같이, 전압 감시 회로 VS는 기본적으로 도 15에 도시된 전압 감시 회로의 것과 유사한 구성을 가지며, 즉 기준 전압 Vref를 발생시키기 위한 기준 전압 발생 회로 GV 및 태양 전지 SB의 출력 전압을 기준 전압 Vref와 비교하여 이진 신호를 출력하기 위한 비교기 CP로 구성된다. 그러나, 태양 전지 SB의 출력 전압에 대한 임계값에 히스테리시스를 제공하기 위한 구성은 기준 전압 발생 회로 GV의 출력 전압을 스위칭하기 위한 구성이다. 즉, 임계값 스위칭 소자로서 증대형 MOSFET Q4는 기준 전압 발생 회로 GV를 구성하는 다이오드 D의 일부에 병렬로 접속되고 비교기 CP의 출력 단자는 MOSFET Q4의 게이트에 접속된다. 스위칭 소자 SW에 대한 태양 전지 SB의 접속 극성이 도 15에 도시된 구성에서의 극성과 반대이기 때문에, 기준 전압 발생 회로 GV에 배치된 다이오드 D 각각의 극성은 또한 역방향이다(그러나, 태양 전지 SB의 출력 전압 극성에 순방향임). 이러한 구성에서, 주변이 어두워지고 저항 R5 및 R6을 통해 태양 전지 SB의 출력 전압을 분할함으로써 제공된 전압 V1이 상승하여 기준 전압 Vref를 초과하면, 비교기 CP는 하이 신호를 출력하고 MOSFET Q1, Q2의 게이트 전위는 소스 전위보다 높아지므로, 스위칭 소자 SW는 턴온된다. 스위칭 소자 SW가 온이면, 트라이액 Q의 게이트 및 T1 단자는 단락 회로화되므로, 트라이액 Q는 턴오프되고 부하 L은 통전되지 않는다. 동시에, MOSFET Q4는 또한 턴오프되므로, 일부 다이오드 D는 단락 회로화되며, 기준 전압 발생 회로 GV로부터 출력된 기준 전압 Vref는 작아지고, 스위칭 소자 SW가 온 상태에서 스위치 오프될 때의 밝기 임계값, 즉 부하 L이 오프 상태에서 스위치 온될 때의 외광의 밝기 임계값은 비교적 작아진다.
한편, 주변이 어두워지고 저항 R5 및 R6을 통해 태양 전지 SB의 출력 전압을 분할함으로써 제공된 전압 V1은 기준 전압 Vref 아래로 떨어질 때, 비교기 CP는 로우 신호를 출력하고 스위칭 소자 SW는 턴오프되어 부하 L을 통전시킨다. 스위칭 소자 SW가 턴오프되면, MOSFET Q4는 또한 턴오프되므로, 기준 전압 발생 회로 GV의 모든 다이오드는 직렬로 접속되고 기준 전압 Vref는 커진다. 그 결과, 부하 L이 온 상태에서 스위치 오프될 때의 밝기 임계값은 비교적 커진다.
따라서, 비교기 CP는 태양 전지 SB를 구성하는 셀 CL의 일부에 병렬로 접속된 임계값 스위칭 소자로서 MOSFET Q4를 제어하므로, 히스테리시스는 태양 전지 SB의 출력 전압에 대한 임계값에 제공될 수 있다.
도 22에 도시된 바와 같이, 임계값 스위칭 소자로서 증대형 MOSFET Sb가 1대1 대응으로 기준 전압 발생 회로 GV를 구성하는 다이오드 D에 병렬로 접속된 구성이 또한 채택될 수 있다. 즉, 전압 감시 회로 VS는 MOSFET Sb를 각각 턴온 및 턴오프시키므로, 기준 전압 Vref를 임의의 소정의 전압값으로 제어할 수 있게 된다. 첨부한 도면을 참조하여 상술된 제1 및 제4 실시예에서의 것과 유사한 다른 구성요소는 도 20 및 도 21에서 동일한 참조 번호로 표시되므로 이에 대한 설명은 생략할 것이다. 히스테리시스를 부여함으로써 제공되는 잇점은 제4 실시예에서의 것과 유사하다.
본 실시예에서, 기준 전압 Vref는 비교기 CP의 출력에 응하여 변경되므로, 히스테리시스는 외광 및 부하 L의 턴온/턴오프 간의 관계에 제공된다. 그러나, 기준 전압 Vref를 변경하는 것 대신에, 피드백 저항은 히스테리시스를 제공하기 위하여 비교기 CP의 출력 단자 및 비반전 입력 단자 사이에 접속될 수 있거나, 태양 전지 SB에서 직렬로 접속된 셀 CL의 개수는 히스테리시스를 제공하기 위하여 변경될 수 있다.
제7 실시예
본 발명의 제7 실시예에서, 태양 전지 SB에 대한 외광의 입사 경로에 배치된 광량 조절 부재로서의 액정판 LC는 외광 및 부하의 턴온/턴오프 간의 관계에 히스테리시스를 제공하는 구성으로서 사용된다. 즉, 기본 구성으로서 도 1에 도시된 회로에 따르면, 도 23에 도시된 바와 같이, 두 개의 저항 R7 및 R8의 직렬 회로는 트라이액 Q에 병렬로 접속되고 액정판 LC는 저항 R8에 병렬로 접속된다. 액정판 LC는 투과형으로 구성되고 액정에 인가된 전계의 세기에 응하여 투과율이 변경된다. 여기서 사용되고 있는 액정판 LC는, 전력이 공급되지 않을 때의 투과율이 전력이 공급될 때의 투과율보다 낮아지는 네가티브형으로 구성된다. 즉, 액정판 LC는, 트라이액 Q가 턴온되고 전력이 공급되지 않을 때 투과율이 낮아지고 트라이액 Q가 턴오프되고 전력이 공급될 때 투과율이 상승된다.
액정판 LC는, 도 24에 도시된 바와 같이, 패키지(10)내의 반투명판(13) 및 태양 전지 SB 사이에 배치된다. 이는, 태양 전지 SB의 수광면이 액정판 LC로 커버된다는 것을 의미한다. 따라서, 외광은 반투명판(13) 및 액정판 LC를 통해 태양 전지 SB상에 입사되며, 즉 반투명판(13)을 통과하는 외광은 태양 전지 SB에 입사되기 전에 액정판 LC에 의해 적절하게 감소된다. 베이스(11)에 개재된 단자 핀(14)은, 태양 전지 SB 등이 와이어(16)에 의해 장착되는 보드(15)에 접속된다.
본 실시예의 구성에서, 외광이 도 25a에서와 같이 밝을 때, 스위칭 소자 SW는 태양 전지 SB의 출력 전압으로 인하여 턴오프되고 트라이액은 도 25b에서와 같이 오프로 유지되어 부하 L은 통전되지 않는다. 이 때, 전력이 액정판 LC에 공급되므로, 액정판 LC의 투과율은 하이이고(광이 통과할 수 있게 하기 위한 액정판 LC의 윈도우 부분이 개방된다는 의미로 도 25c에서 "개방(open)"), 태양 전지 SB상에 입사되는 광량은 증가된다. 이는, 외광에 대한 임계값 L1이 비교적 낮다는 것을 의미한다.
한편, 주변이 어두워지고 도 25c에서와 같이 외광이 t1에서 임계값 L1로 낮아지고 태양 전지 SB의 출력이 스위칭 소자 SW의 오프 상태를 유지할 수 없게 될 때 스위칭 소자 SW는 턴온되고 트라이액 Q은 도 25b에서와 같이 턴온되므로, 부하 L을 통전시키고 경감시킨다. 이 때, 액정판 LC의 전원은 차단되므로, 액정판 LC의 투과율은 낮아지고(액정판 LC의 윈도우 부분이 폐쇄된다는 의미로 도 25c에서 "폐쇄(close)"), 태양 전지 SB에 입사되는 광량은 더욱 감소된다. 이는, 외광의 임계값 L2이 비교적 낮아진다는 것을 의미한다. 따라서, 일단 트라이액 Q이 턴온되면, 태양 전지 SB에 입사된 광은, 외광의 밝기 레벨이 다소 증가되면 액정판 LC에 의해 감소되며, 그 결과 트라이액 Q는 턴오프되기 곤란해지고 부하 L은 온으로 유지될 수 있다.
그 다음, 주변이 밝아지고 외광이 시간 t2에서 임계값 L2에 도달할 때, 트라이액 Q는 턴오프되고, 부하 L은 턴오프되며, 전력은 전원 E에서 액정판 LC로 공급된 다음, 개방 상태로 놓여진다. 이는, 임계값 L1 및 L2 간의 차이 △Lx의 히스테리시스가 외광의 변화에 응하여 트라이액 Q의 턴온/턴오프에 제공된다. 히스테리시스 특성은 전압을 액정판 LC에 인가하기 위하여 저항 R7 및 R8의 분할비를 조정함으로써 조정될 수 있다. 본 실시예의 구성에서, 태양 전지 SB 및 액정판 LC는 패키지(10)내에 내장되며, 그 결과 교란의 광은 액정판 LC 및 태양 전지 SB 사이의 공간에 입사되지 않고 액정판 LC의 광 감소 특성은 고정도로 조정될 수 있다.
본 실시예에서, 액정판 LC는 반투명판(13) 및 태양 전지 SB 사이에 배치되지만, 액정판 LC는 반투명판(13) 대신에 배치될 수 있다.
제8 실시예
본 발명의 제8 실시예에서, 스위칭 소자 SW는, 도 26에 도시된 바와 같이, 증대형 MOSFET Q1 및 Q2로 구성된다. 따라서, 태양 전지 SB의 접속 극성은 제7 실시예에서의 것과는 반대이다. 스위칭 소자 SW는 일단(MOSFET Q1의 드레인)에서 저항 R3을 거쳐 트라이액 Q의 T2 단자 및 트라이액 Q의 게이트에 접속되고 대향단(MOSFET Q2의 드레인)에서 트라이액 Q의 T1 단자에 접속된다. 이 구성은, 액정판 LC을 구동하기 위한 부분을 제외하면 도 12에 도시된 것과 유사하다. 액정판 LC는 도 23에 도시된 제7 실시예에서와 같이 저항 R8에 병렬로 접속되고 저항 R8 및 R7의 직렬 회로는 트라이액 Q 양단에 접속된다. 다른 구성요소는 제7 실시예에서의 것과 유사하며, 제8 실시예의 구성에 따르면, 히스테리시스는 또한 외광의 밝기에 응하여 트라이액 Q의 턴온/턴오프에 제공된다.
제9 실시예
본 발명의 제9 실시예에서, 도 27에 도시된 바와 같이, 태양 전지 SB에 의해 구동되는 스위칭 소자 SW는 조명 센서 A에서 스위칭 소자 SW를 제외하고 액정판 LC를 구동시키기 위하여 제공된다. 스위칭 소자 SW2는 반대의 직렬로 접속된 두 개의 공핍형(일반-온-형) MOSFET Q5 및 Q6을 포함하고 소스들 및 게이트들이 공통으로 접속된다. 그 제어 단자로서의 스위칭 소자 SW2의 게이트는 저항 R1을 거쳐 태양 전지 SB의 음극에 접속되고 소스는 태양 전지 SB의 양극에 접속된다.
스위칭 소자 SW2는 저항 R9 및 R10의 직렬 회로를 거쳐 전원 E에 접속되고 액정판 LC는 저항 R10에 병렬로 접속된다. 액정판 LC는, 전력이 공급될 때의 투과율이 전력이 공급되지 않을 때의 투과율보다 낮아지는 포지티브형으로 구성되며, 스위칭 소자 SW2가 온일 때의 투과율은 스위칭 소자 SW2가 오프일 때의 투과율보다 낮아진다.
주변이 밝을 때, 스위칭 소자 SW 및 트라이액 Q는 오프되고 부하 L이 오프된다. 이 때, 스위칭 소자 SW2는 또한 오프되므로 전력이 전원 E로부터 액정판 LC에 공급되며, 액정판 LC의 투과율은 하이이고, 외광의 임계값은 비교적 낮다.
한편, 주변이 어두워지고 태양 전지 SB의 출력이 스위칭 소자 SW의 오프 상태를 유지할 수 없게 될 때, 스위칭 소자 SW는 턴온되고 트라이액 Q는 턴온되고 부하 L 역시 턴온된다. 이 때, 스위칭 소자 SW2도 턴온되므로, 전력은 전원 E로부터 액정판 LC에 공급되며, 액정판 LC의 투과율은 낮아지고, 태양 전지 SB에 입사되는 광량은 더욱 감소된다. 이는, 외광의 임계값이 비교적 높아진다는 것을 의미한다.
상술된 동작에 따르면, 본 실시예에서, 외광의 임계값은 또한 히스테리시스를 제공하기 위하여 변경될 수 있다. 이는, 제7 실시예의 것과 유사한 잇점이 제공될 수 있다는 것을 의미한다. 다른 구성요소는 제7 실시예에서의 것과 유사하다. 제9 실시예에서, 포지티브형의 액정판 LC가 사용되지만, 스위칭 소자 SW2가 공핍형 MOSFET보다는 증대형 MOSFET로 구성되고 게이트 및 소스의 접속 극성과, 태양 전지 SB가 반대이면, 네가티브형의 액정판 LC가 사용될 수 있다.
제10 실시예
본 발명의 제10 실시예에서, 외광을 제외하고 태양 전지 SB에 입사되는 광을 형성하기 위한 발광 소자가 외광에 응하여 히스테리시스를 트라이액 Q의 턴온/오프에 제공하기 위한 구성으로서 부가된다.
즉, 도 28에 도시된 바와 같이, 전류를 제한하기 위한 가변 저항 VR 및 발광 소자 LE의 직렬 회로는 트라이액 Q 양단에 접속되고 발광 소자 LE로부터의 광은 태양 전지 SB에 입사된다. AC 전원은 전원 E로서 사용되고 교류가 발광 소자 LE로 흐르므로, 사용되고 있는 발광 소자 LE은 반대로 병렬 접속된 두 개의 발광 다이오드를 구비한다. 이는, 발광 소자 LE가 전류를 두가지 방식으로 흐르게 할 수 있다는 것을 의미한다. 반대로 병렬 접속되고 하나의 케이스에 내장된 한 쌍의 발광 다이오드를 구비한 양방향 발광 다이오드는 발광 소자 LE로서 사용될 수 있다. 가변 저항 VR 및 발광 소자 LE의 직렬 회로가 트라이액 Q에 병렬 접속되므로, 트라이액 Q가 턴온되면, 발광 소자 LE는 턴오프된다.
상술된 구성에 따르면, 주변이 밝으면, MOSFET Q1, Q2의 게이트는 태양 전지 SB의 출력 전압으로 인하여 음 전위로 되므로, 스위칭 소자 SW는 턴오프되고 게이트 신호는 트라이액 Q의 게이트에 제공되지 않고 온으로 유지된다. 이는, 부하 L이 경감되지 않는다는 것을 의미한다. 이 때, 전류는 발광 소자 LE로 흐르며, 그 결과 발광 소자 LE는 턴온되고, 주변으로부터의 외광과 발광 소자 LE로부터의 광은 태양 전지 SB에 입사된다. 이는, 태양 전지 SB가, 외광만이 존재할 때의 전력보다 큰 전력을 출력한다는 것을 의미한다. 즉, 스위칭 소자 SW를 오프 상태로 유지하기 위한 태양 전지 SB의 최소 기전력을 제공하는 외광의 밝기 레벨은, 발광 소자 LE가 존재하지 않을 때의 것보다 낮아진다.
한편, 주변이 어두워지고 태양 전지 SB의 출력이 스위칭 소자 SW의 오프 상태를 유지할 수 없게 될 때, 스위칭 소자 SW는 턴온되고 게이트 신호는 트라이액 Q을 턴온시키기 위하여 트라이액 Q에 제공된다. 이는, 부하 L가 전력을 공급받은 다음 경감된다는 것을 의미한다. 트라이액 Q가 턴온될 때, 전력은 발광 소자 LE에 공급되므로, 발광 소자 LE는 턴오프되고 태양 전지 SB에 입사되는 광량은 더욱 감소된다. 즉, 일단 트라이액 Q가 턴온되면, 외광의 밝기 레벨이 다소 증가되면 턴오프되지 않고, 부하 L의 온 상태는 유지될 수 있다.
간단히 말해서, 히스테리시스는 외광의 밝기에 응하여 트라이액 Q의 턴온/오프에 제공되고, 트라이액 Q를 턴오프시키기 위한 밝기는 트라이액 Q을 턴온시키기 위한 밝기에 비해 상승된다. 동작이 수행됨에 따라, 일단 턴온된 트라이액 Q는, 밝기가 다소 변하면 턴오프되기 곤란해지고 일단 턴오프된 트라이액 Q는, 밝기가 다소 변하면 턴온되기 곤란해진다. 도 29a 내지 29e는 이러한 관계를 도시한다. 도 29a는, 발광 소자 LE가 턴온 및 턴오프되는 방법을 도시하고, 도 29b는 외광의 변화를 도시하며, 도 29c는 태양 전지 SB상에 입사되는 광량을 도시하며, 도 29d는 스위칭 소자 SW의 턴온 및 턴오프를 도시하고, 도 29e는 부하 L의 턴온 및 턴오프를 도시한다. 도 29a 내지 29e에 도시된 바와 같이, 부하 L이 턴오프될 때의 외광의 밝기에 대한 임계값 L2는 부하 L이 △Lx 만큼 턴온될 때의 외광의 밝기에 대한 임계값 L1보다 높아진다.
태양 전지 SB, 스위칭 소자 SW, 저항 R1, 및 캐패시터 C를 포함한 보드(15)는 발광 소자 LE와 함께 도 30에 도시된 바와 같이 패키지(10)내에 내장된다. 외광은 반투명판(13)을 통해 태양 전지 SB상에 입사되고 베이스(11)상에 수직으로 배치된 지지대(17)의 상부에 배치된 발광 소자 LE로부터의 광은 또한 태양 전지 SB상에 입사된다. 다른 구성요소는 제1 실시예에서의 것과 유사하다.
상술된 바와 같이, 부하 L이 턴온될 때 턴오프되고 부하 L이 턴오프될 때 턴온되는 발광 소자가 제공되고, 외광 이외에도 발광 소자 LE로부터의 광은 태양 전지 SB에 입사되며, 그 결과 히스테리시스는 주변의 밝기 및 트라이액 Q의 턴온과 턴오프 간의 관계에 제공되고, 주변 밝기가 변하면, 부하 L은 온 또는 오프로 유지될 수 있다. 트라이액 Q가 턴온되거나 턴오프될 때의 밝기가 변경되므로, 오동작을 방지하고 지연 회로 등이 응답 시간을 조정하는 구성에서와 같이 밝기의 변화 속도에 의해 유발된 오동작은 발생하지 않고 또한 밝기의 변화에 대한 양호한 응답이 제공될 수 있다. 발광 소자 LE로 흐르는 전류가 가변 저항 VR에 의해 조정되는 구성이 채택되고 주변이 밝을 때의 발광 소자 LE의 광량은 가변 저항 VR에 의해 조정될 수 있고 히스테리시스 특성은 조정될 수 있다. 따라서, 동작 조건에 응하여 조정이 행해질 수 있다.
제11 실시예
본 발명의 제11 실시예에서, 도 31에 도시된 바와 같이, 발광 소자 LE 및 가변 저항 VR의 직렬 회로는 스위칭 소자 SW에 직렬로 접속되고, 발광 소자 LE, 가변 저항 VR, 및 스위칭 소자 SW의 직렬 회로는 트라이액 Q에 병렬 접속된다. 스위칭 소자 SW는 트라이액 Q의 게이트 및 T1 단자 사이에 접속된다. 스위칭 소자 SW를 구성하는 MOSFET Q1 및 Q2는 증대형으로 이루어지고 태양 전지 SB의 양극은 저항 R1을 거쳐 MOSFET Q1, Q2의 게이트에 접속되고, 태양 전지 SB에 입사되는 광량이 작으면, 스위칭 소자 SW는 오프된다. 이러한 구성에서, 스위칭 소자 SW가 오프될 때, 트라이액 Q은 가변 저항 VR 및 발광 소자 LE을 통해 트리거되므로, 트라이액 Q는 턴온된다. 즉, 주변이 어두워질 때, 제10 실시예에서와 같이 트라이액 Q는 턴온되고 부하 L은 통전된다. 이 때, 전류는 발광 소자 LE로 흐르지 않으므로, 발광 소자 LE는 턴오프된다.
한편, 주변이 밝으면, 태양 전지 SB는 보다 큰 전압을 출력한다. 따라서, 스위칭 소자 SW는 태양 전지 SB의 출력 전압으로 인해 턴온된다. 스위칭 소자 SW가 턴온될 때, 트라이액 Q는 턴오프되지 않아 부하 L는 통전되지 않는다. 전류가 가변 저항 VR 및 스위칭 소자 SW를 통해 발광 소자 LE로 흐르기 때문에, 발광 소자 LE는 턴온되고 외광과 함께 발광 소자 LE로부터의 광은 태양 전지 SB로 인입된다. 그 결과, 히스테리시스는 제10 실시예에서와 같이 주변 밝기 및 트라아액 Q의 턴온/오프 사이의 관계에 제공된다. 이러한 구성에서, 전류를 발광 소자 LE로 제한하기 위한 가변 저항 VR도 제10 실시예에서 저항 R3으로서 사용되며, 그 결과 부품의 개수는 제10 실시예에 비해 하나(저항 R3) 감소된다. 다른 구성요소는 제10 실시예에서의 것과 유사하다.
제12 실시예
본 발명의 제12 실시예에서, 도 32에 도시된 바와 같이, 발광 소자 LE 및 가변 저항 VR의 직렬 회로와, 저항 R3 및 스위칭 소자 SW의 직렬 회로는 트라이액 Q에 병렬 접속되고, 저항 R3 및 스위칭 소자 SW의 접속점은 트라이액 Q의 게이트에 접속된다. 스위칭 소자 SW를 구성하는 MOSFET Q1 및 Q2는 증대형으로 이루어지고 태양 전지 SB의 양극은 저항 R1을 거쳐 MOSFET Q1, Q2의 게이트에 접속된다.
이러한 구성에서, 주변이 밝으면, 스위칭 소자 SW는 태양 전지 SB의 출력 전압으로 인해 턴온된다. 이 때, 전류는 가변 저항 VR 및 발광 소자 LE의 직렬 회로로 흘러, 발광 소자 LE를 턴온시킨다. 이는, 외광과 함께 발광 소자 LE로부터의 광이 태양 전지 SB에 입사된다는 것을 의미한다. 한편, 주변이 어두워지면, 태양 전지 SB의 기전력은 낮아지고 스위칭 소자 SW는 턴오프된다. 이 때, 트라이액 Q는 턴온되고 부하 L은 통전된다. 트라이액 Q가 턴온되면, 전류는 발광 소자 LE로 흐르지 않으므로 발광 소자 LE는 턴오프된다.
동작이 수행됨에 따라, 히스테리시스는 제10 실시예에서와 같이 주변 밝기 및 트라이액 Q의 턴온/오프 간의 관계에 제공될 수 있다. 다른 구성요소는 제10 실시예에서의 것과 유사하다.
제13 실시예
본 발명의 제13 실시예에서, 도 33에 도시된 바와 같이, 저항 R3 및 스위칭 소자 SW의 직렬 회로는 트리이액 Q에 병렬 접속되고, 스위칭 소자 SW를 제외하고 스위칭 소자 SW1이 부가되고 스위칭 소자 SW1, 가변 저항 VR, 및 발광 소자 LE의 직렬 회로는 W전원 E에 접속된다. 스위칭 소자 SW를 구성하는 MOSFET Q1 및 Q2는 공핍형으로 이루어지고 스위칭 소자 SW를 구성하는 MOSFET Q7 및 Q8은 증대형으로 이루어진다. 스위칭 소자 SW을 구성하는 MOSFET Q1, Q2의 게이트는 저항 R1을 거쳐 태양 전지 SB의 음극에 접속되고, MOSFET Q1, Q2의 소스는 태양 전지 SB의 양극에 접속된다. 스위칭 소자 SW1을 구성하는 MOSFET Q7, Q8의 게이트는 태양 전지 SB의 양극에 접속되고, MOSFET Q7, Q8의 소스는 저항 R1을 거쳐 태양 전지 SB의 음극에 접속된다.
이러한 구성에서, 주변이 밝으면, 태양 전지 SB는 비교적 큰 전압을 출력하고 스위칭 소자 SW는 턴오프되지만, 스위칭 소자 SW는 턴온되므로, 전력은 가변 저항 VR을 거쳐 전원으로부터 발광 소자 LE로 공급되어 발광 소자 LE를 턴온시킨다. 주변이 어두워지고 태양 전지 SB의 출력 전압이 낮아지면, 스위칭 소자 SW는 턴온되므로, 트라이액 Q는 턴온되고 부하 L은 통전된다. 이 때, 스위치 소자 SW1은 턴오프되므로, 발광 소자 LE는 턴오프된다. 즉, 히스테리시스는, 다른 실시예에서와 같이 주변 밝기 및 트라이액 Q의 턴온/오프 간의 관계에 제공될 수 있다. 제13 실시예에서, 발광 소자 LE로 흐르는 전류가 부하 L을 통과하기 때문에, 트라이액 Q가 오프일 때 발광 소자 LE을 통전시키기 위해 부하 L을 통해 흐르는 전류는 없고, 이러한 구성은 또한 미소한 전류로 동작하는 부하 L과 함께 사용될 수 있다. 다른 구성요소는 제10 실시예에서의 것과 유사하다.
제10 내지 제13 실시예에서, 발광 소자 LE는 패키지(10)내에 내장되지만, 패키지(10) 외부에 배치될 수 있다.
제14 실시예
각 실시예의 설명에서, 트라이액 Q는 스위치 소자로서 사용된다. 본 발명의 제14 실시예에서, 전자석 릴레이는 스위치 소자로서 사용되는 예가 도시되어 있다.
본 실시예에서 사용된 조명 센서 A는, 도 34에 도시된 바와 같이, 저항 R2 및 캐패시터가 태양 전지 SB에 병렬 접속되고 태양 전지 SB의 양극은 스위칭 소자 SW의 제어 단자에 접속된다. 높은 저항은 저항 R2로서 사용된다. 스위칭 소자 SW는 공핍형(일반-온-형) MOSFET Q3으로서 사용되고 게이트는 제어 단자로서 태양 전지 SB의 양극에 접속되고 소스는 태양 전지 SB의 음극에 접속된다. 또한, 액정판 LC는 도 23을 참조하여 상술된 제7 실시예에서와 같이 태양 전지 SB의 수광면상에 중첩된다. 액정판 LC는 두 개의 반투명 전극, 유리 기판, 및 중첩되는 반투명 전극과 액정 모두를 포함하는 부재의 표면과 배면상에 중첩되는 편광판을 포함한다. 이는, 액정판 LC가 모든 반투명 전극 사이에 인가된 전압에 응하여 변경될 수 있는 투과율을 갖는다는 것을 의미한다.
스위칭 소자 SW는 전자석 릴레이의 릴레이 코일 Ry에 직렬 접속되고, 스위칭 소자 SW 및 릴레이 코일 Ry의 직렬 회로는 상업용 전원의 전원 E를 전-파(full-wave) 정류하기 위한 다이오드 브릿지의 정류기 DB의 DC 출력 단자들 사이에 접속된다. 전자석 릴레이는, 동작 전압 이상의 DC 전압이 릴레이 코일 Ry에 인가될 때, 콘택트 r이 턴온되는 DC 구동형으로 이루어진다. 저항 R12는 정류기 DB의 하나의 AC 입력 단자에 직렬 접속되고 전원 E는 정류기 DB 및 저항 R12의 직렬 회로 양단에 접속된다. 서지 흡수기 ZNR은 정류기 DB 및 저항 R12의 직렬 회로에 병렬 접속된다. 한편, 전자석 릴레이의 콘택트 r은 전원 E 및 조명 부하와 같은 부하 L 사이에 개재된다. 즉, 콘택트 r은 전원 E 및 부하 L의 직렬 회로에 접속되고 부하 L에 대한 전원은 콘택트 r이 턴온되고 턴오프됨에 따라 턴온되고 턴오프된다. 평활 캐패시터 C1은 거의 일정한 DC 전압을 릴레이 코일 Ry에 인가하기 위하여 정류기 DB의 출력 전압을 평활하기 위한 릴레이 코일에 병렬 접속된다.
또한, 저항 R7 및 R8의 직렬 회로는 콘택트 r 양단에 접속되고 액정판 LC는 하나의 저항 R8에 병렬 접속된다. 이는, 액정판 LC에 인가된 전압이 저항 R7 및 R8을 통해 콘택트 r 양단에 전압을 분할함으로써 제공된 전압으로 된다는 것을 의미한다. 이는, 액정판 LC에 인가된 전압이 저항 R7 및 R8을 통해 콘택트 r 양단을 분할함으로써 제공된 전압으로 된다는 것을 의미한다. 인가 전압이 낮아질수록 액정판 LC의 투과율은 낮아진다. 따라서, 콘택트 r이 온일 때의 투과율은 콘택트 r이 오프일 때의 투과율보다 낮아진다.
액정판 LC가 상술된 바와 같이 태양 전지 SB의 수광면상에 중첩되기 때문에, 태양 전지 SB상에 입사되는 광량도 액정판 LC의 투과율 변화와 함께 변한다. 또한, 태양 전지 SB상에 입사된 광량이 감소됨에 따라 스위칭 소자 SW가 동작하고 콘택트 r이 턴온될 때, 액정판 LC의 투과율은 낮아지며, 태양 전지 SB상에 입사되는 광량이 증가됨에 따라 스위칭 소자 SW가 동작되지 않고 콘택트 r이 턴오프될 때 액정판 LC의 투과율은 상승된다. 따라서, 히스테리시스는 액정판 LC에 의한 외광에 응하여 콘택트 r의 턴온/오프에 제공된다. 즉, 콘택트 r이 턴온되면, 온으로 유지되어 턴오프되기 곤란해지며, 콘택트 r이 턴오프되면, 오프로 유지되어 턴온되기 곤란해진다. 결국, 콘택트 r이 야간에 턴온되고 부하 L의 조명 부하가 경감될 때,자동차의 전조등 등으로부터 광이 인가되면 콘택트 r은 액정판의 투과율이 낮아지기 때문에 온으로 유지된다. 평활 캐패시터 C1이 릴레이 코일 Ry에 병렬 접속되기 때문에, 콘택트 r이 야간에서와 같이 온일 때, 자동차의 전조등 등으로부터 광이 인가되고 스위칭 소자 SW가 턴오프되면, 전류는 캐패시터 C1에 의해 릴레이 코일 Ry로 계속해서 흐르고 콘택트 r은 온으로 유지되며, 그 결과 콘택트 r을 바로 턴오프시키는 오동작이 방지될 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에서, 도 35에 도시된 바와 같이, 태양 전지 SB, 저항 R, 캐패시터 C, 스위칭 소자 SW, 및 액정판 LC는 하나의 패키지(10)내에 내장되어 조명 센서 A를 형성하고, 조명 센서 A는 다른 부품과 함께 케이스(20)(도 36 참조)에 내장되어 전자식 자동 온/오프 스위치를 형성한다. 패키지(10)는 합성 수지로 만들어지고 일면이 개방된 박스와 같이 금속 프레임과 함께 일체로 주조된다. 조명 센서 A를 구성하는 부품은 패키지(10)내의 프레임에 설치되고 프레임의 일부는 패키지(10)에서 외부로 돌출되어 4개의 평탄한 접속 단자(18)를 형성한다. 4개의 접속 단자(18) 중 두 개는 스위칭 소자 SW의 양단에 접속되고 나머지 두 개는 액정판 LC의 양단에 접속된다.
도 36에 도시된 바와 같이, 조명 센서 A는 인쇄-회로 보드(21)상에 장착되고 서지 흡수기 ZNR, 저항 R1, R7, 및 R8, 캐패시터 C, 정류기 DB, 및 릴레이 코일 Ry 및 콘택트 r을 포함하는 전자석 릴레이 Mg도 인쇄-회로 보드(21)상에 장착된다. 조명 센서 A 및 다른 부품은 인쇄-회로 보드(21)의 대향측상에 장착되고, 전원 E 및 부하 L에 접속시키기 위한 전선(22)은 인쇄-회로 보드(21)상에 접속된다.
인쇄-회로 보드(21)를 내장하기 위한 케이스(20)는 베이스(23) 및 합성 수지로 이루어진 박스와 같은 모양의 커버(24)를 결합함으로써 형성된다. 인쇄-회로 보드(21)는 장착 나사(29)로 커버(24)에 고정된다. 윈도우 홀(24a)은 조명 센서 A의 전면에 대응하는 커버(24)의 일부에 형성되고 수광 커버(25)는 윈도우 홀(24a)에 부착된다. 외광은 윈도우 홀(24a)을 통해 조명 센서 A상에 입사된다. 장착 반침대(27)는 집, 빌딩 등에 케이스(20)를 부착하는데 사용될 수 있다.
상술된 바와 같이, 본 실시예에서, 전자석 릴레이 Mg는 부하 L의 통전을 제어하는데 사용되므로, 열 슬링거가 트라이액 Q이 스위치 소자로서 사용되는 경우에 비해 필요없게 되고, 결국 케이스(20)는 비교적 소규모화된다.
제15 실시예
본 발명의 제15 실시예에서, 도 37에 도시된 바와 같이, 액정판 LC를 제외한 조명 센서 A를 구성하는 부품은 인쇄-회로 보드(21)상에 표면 장착된다. 도 38에 도시된 바와 같이, 유동성 보드(19)를 사용하여, 액정판 LC는 인쇄-회로 보드(21)에 접속된다. 액정판 LC는 합성 수지로 이루어진 홀딩 프레임(28)에 접속되고 이 홀딩 프레임(28)은 인쇄-회로 보드(21)에 고정된다. 즉, 액정판 LC는 홀딩 프레임(28)에 의해 인쇄-회로 보드(21)에 지지된다. 다른 구성요소는 제14 실시예에서의 것과 유사하다. 홀딩 프레임(28)은 인쇄-회로 보드(21) 보다는 케이스(20)에 고정될 수 있다.
제16 실시예
제14 실시예에서, 사용되고 있는 전자석 릴레이 Mg는 DC-구동형으로 이루어지고 하나의 MOSFET Q3은 스위칭 소자 SW로서 사용되며, 본 발명의 제16 실시예에서, 두 개의 MOSFET Q1 및 Q2로 구성되는 스위칭 소자 SW는 제1 실시예에서와 같이 사용되고 사용되고 있는 전자석 릴레이 Mg는 AC-구동형으로 이루어진다.
즉, 도 39에 도시된 바와 같이, 스위칭 소자 SW는 반대로 직렬 접속되고 소스들 및 게이트들이 공통으로 접속된 두 개의 공핍형(일반-온-형) MOSFET Q1 및 Q2를 구비한다. 게이트는 제어 단자로서 태양 전지 SB의 음극에 접속되고 소스는 태양 전지 SB의 양극에 접속된다.
스위칭 소자 SW는 전자석 릴레이 Mg의 릴레이 코일 Ry를 거쳐 전원 E에 접속된다. 전자석 릴레이 Mg는, 동작 전압 이상의 AC 전압이 인가될 때 콘택트 r이 턴온되는 AC-구동형으로 이루어진다. 서지 흡수기 ZNR은 릴레이 코일 Ry 및 스위칭 소자 SW의 직렬 회로에 병렬 접속된다. 다른 구성요소는 제14 실시예에서의 것과 유사하다.
본 실시예의 구성에서, 교류는 반대로 직렬 접속된 MOSFET Q1 및 Q2를 통과하며, 이에 따라 MOSFET Q1 및 Q2의 특성은, MOSFET Q1 및 Q2 모두를 통해 흐르는 전류의 크기가 방향에 따라 변경되지 않도록 매칭될 필요가 있지만, 정류기 DB, 평활 캐패시터 C1 등은 요구되지 않고 부품의 개수는 줄어든다. 이는, 제14 실시예에서의 것보다 유닛이 소형화될 수 있게 된다. 다른 점은 제14 실시예에서의 것과 유사하다.
제16 실시예에서 사용되는 조명 센서 A는 도 40a 및 40b 또는 도 41a 및 41b에 도시된 바와 같이 형성될 수 있다. 도 40a 및 40b에서, 조명 센서 A를 구성하는 부품은 금속 프레임(41)에 설치되고 프레임(41)과 함께 일체로 주조된 합성 수지 패키지(10)내에 내장되고, 조명 센서 A는 제14 실시예에서의 것과 유사한 구성을 갖는다. 도 41a 및 41b에서, 조명 센서 A를 구성하는 부품은 다른 부품과 함께 인쇄-회로 보드(21)상에 장착되고, 액정판 LC는 유동성 보드(19)를 거쳐 인쇄-회로 보드(21)에 접속된다. 액정판 LC는 홀딩 프레임(28)에 의해 인쇄-회로 보드(21)에 지지된다. 와이어-본딩(도시되지 않음)은 부품의 전기적 접속이 필요할 때마다 채택된다. MOSFET Q1 및 Q2는 불반투명 수지로 이루어진 밀봉 부재(43a)에 의해 밀봉되고 태양 전지 SB는 반투명 수지로 이루어진 밀봉 부재(43b)에 의해 밀봉된다.
제17 실시예
본 발명의 제17 실시예에서, 히스테리시스는 액정판 LC 보다는 발광 소자를 사용하여 제공된다. 즉, 본 실시예의 기본 구성은 제15 실시예에서의 것과 유사하며, 도 42에 도시된 바와 같이, 제15 실시예에서의 저항 R7과 R8, 및 액정판 LC 대신에 저항 R11 및 발광 소자로서의 네온등 Ne의 직렬 회로는 콘택트 r에 직렬 접속된다. 다른 구성요소는 제14 실시예에서의 것과 유사하다.
도 43에 도시된 바와 같이, 네온등 Ne는 인쇄-회로 보드(21)상에 장착되고 네온등 Ne로부터의 광이 태양 전지 SB상에 입사되도록 배치된다. 조명 센서 A를 구성하는 부품은 제15 실시예에서와 같이 인쇄-회로 보드(21)상에 장착된다. 상술된 접속 관계로부터 알 수 있듯이, 네온등 Ne는, 콘택트 r이 오프일 때 턴온되고, 외광에 의해 생성된 태양 전지 SB상에 입사되는 광량이 낮에서와 같이 크면, 네온등 Ne는 태양 전지 SB상에 입사된 광량을 더욱 증가시키기 위하여 턴온된다. 따라서, 네온등 Ne에 의해 생성된 광량의 증가 또는 감소는 외광량의 증가 또는 감소에 부가될 수 있고 히스테리시스는 액정판 LC가 사용됨에 따라 제공될 수 있다. 다른 구성요소는 제15 실시예에서의 것과 유사하다. 발광 소자의 네온등 Ne는 인쇄-회로 보드(21) 보다는 케이스(20)에 고정될 수 있다.
제18 실시예
본 발명의 제18 실시예에서, 도 44에 도시된 바와 같이, 두 개의 발광 다이오드 LED는 발광 소자로서 사용된다. 발광 다이오드 LED 모두는 반대로 병렬 접속되고 저항 R14에 병렬 접속된다. 저항 R14는 저항 R13에 직렬 접속되고 저항 R14 및 R13의 직렬 회로는 콘택트 r에 병렬 접속된다. 따라서, 제17 실시예에서와 같이, 콘택트 r이 오프이면 발광 다이오드 LED는 턴온되고, 주변이 밝으면 태양 전지 SB에 입사되는 광량은 더욱 증가될 수 있다. 발광 다이오드 LED가 반대로 병렬 접속되기 때문에, 8개의 발광 다이오드 LED는 교류에 응하여 항상 턴온된다. 다른 구성요소는 제17 실시예에서의 것과 유사하다.
제19 실시예
이하 설명되는 각 실시예에서, 스위치 소자(트라이액 Q 또는 전자석 릴레이 Mg)와 함께 사용되는 전자식 자동 온/오프 스위치를 형성하는 조명 센서가 기술될 것이다.
본 발명의 제19 실시예에 도시된 조명 센서 A는 제1 실시예에 사용된 구성을 갖는다. 도 45에 도시된 바와 같이, 주변 밝기를 감지하기 위한 광기전력 소자로서의 태양 전지 SB를 포함하고, 태양 전지 SB는 직렬로 접속된 복수의 셀 CL을 포함한다. 스위칭 소자 SW는 반대로 직렬 접속되고 소스들 및 게이트들이 공통으로 접속되는 두 개의 공핍형(일반-온-형) MOSFET Q1 및 Q2를 구비한다. 캐패시터 C는 태양 전지 SB에 병렬 접속되고 태양 전지 SB의 음극은 저항 R1을 거쳐 MOSFET Q1 및 Q2 모두의 게이트에 접속된다. 따라서, 자동차가 인근을 통과할 때의 전조등으로 인하여 밝기가 변경됨에 따라 밝기가 일시적으로 변경되는 경우, 스위칭 소자 SW는 턴오프되지 않고 스위칭 소자 SW의 오동작이 방지된다.
제20 실시예
본 발명의 제20 실시예에 도시된 조명 센서 A는 제2 실시예 등에 사용된 구성을 갖는다. 도 46에 도시된 바와 같이, 스위칭 소자 SW는 반대로 직렬 접속되고 소스들 및 게이트들이 공통으로 접속된 두 개의 증대형(일반-오프-형) MOSFET Q1 및 Q2를 구비한다. 캐패시터 C는 태양 전지 SB에 병렬 접속되고 태양 전지 SB의 음극은 저항 R1을 거쳐 MOSFET Q1 및 Q2 모두의 게이트에 접속된다. 태양 전지 SB의 양극은 MOSFET Q1 및 Q2 모두의 소스에 접속된다.
주변이 밝으면, 태양 전지 SB의 출력 전압은 증가되고 스위칭 소자 SW는 턴온된다. 한편, 주변이 어두우면 태양 전지 SB의 출력 전압은 낮아지고 스위칭 소자 SW는 턴오프된다. 이는, 외광의 밝기에 따라 스위칭 소자 SW를 턴온 및 턴오프시키는 관계가 제19 실시예에서의 것과 반대가 된다. 다른 구성요소는 제19 실시예에서의 것과 유사하다.
제21 실시예
본 발명의 제20 실시예에 도시된 조명 센서 A는 제13 실시예 등에서 사용된 구성을 갖는다. 그러나, 도 47에 도시된 바와 같이, 스위칭 소자 SW는 제16 실시예에서와 같이 반대로 직렬 접속된 증대형 MOSFET Q1 및 Q2를 구비한다. 즉, 주변이 밝아지고 스위칭 소자 SW가 오프 상태로부터 스위칭 온될 때 인가되는 밝기 임계값을, 주변이 어두워지고 스위칭 소자 SW가 온 상태로부터 스위칭 오프될 때 인가되는 밝기 임계값 보다 높게 하기 위해 히스테리시스를 제공하기 위한 전압 감시 회로 VS가 태양 전지 SB 및 스위칭 소자 SW 사이에 배치된다.
따라서, 주변이 어두워지고 스위칭 소자 SW가 오프 상태로부터 스위칭 온될 때, 스위칭 소자 SW가 온 상태로부터 스위치 오프될 때의 밝기 임계값은 높아지고, 일단 스위칭 소자 SW가 턴온되면, 턴오프되기 곤란해진다. 반대로, 주변이 밝아지고 스위칭 소자 SW가 온 상태로부터 스위치 오프될 때, 스위칭 소자 SW가 오프 상태로부터 스위치 온될 때의 밝기 임계값은 낮아지고, 일단 스위칭 소자 SW가 턴오프되면, 턴온되기 곤란해진다. 이러한 히스테리시스가 제공되므로, 주변 밝기의 변화로 인한 스위칭 소자의 오동작은 방지될 수 있다.
본 실시예의 구성은, 캐패시터 C가 밝기의 과도적 변화에 의해 유발되는 스위칭 소자의 오동작을 방지하기 위하여 태양 전지 SB에 병렬 접속되는 제19 실시예 또는 제20 실시예의 구성에 비해 외광의 밝기 변화에 응하여 지연없이 스위칭 소자 SW를 턴온 및 턴오프시킬 수 있게 한다. 예를 들면, 다른 조명은 조명 부하의 부하 L이 경감되면서 깜박거리면, 부하 L은 캐패시터 C가 충전될 때까지 경감되지만, 캐패시터 C가 충전되면, 부하 L을 턴오프시키는 오동작은 발생된다. 반대로, 제21실시예의 구성에서, 부하 L의 온/오프 상태는 외광의 밝기 변화가 비교적 커지면 변경되기 때문에 이러한 오동작을 피할 수 있게 된다.
제22 실시예
본 발명의 제22 실시예에 도시된 조명 센서 A는 제7 실시예 등에 사용된 것과 유사한 구성을 갖는다. 즉, 본 실시예의 조명 센서 A는 태양 전지 SB의 수광면을 커버하기 위해 배치된 액정판 LC을 구비한다.
본 실시예의 조명 센서 A를 사용하는 전자식 자동 온/오프 스위치는 도 48에 도시된 회로로 가정한다. 조명 센서 A는 외광의 밝기에 응하여 출력 전압을 발생시키기 위한 광기전력 소자로서 태양 전지 SB를 사용한다. 태양 전지 SB는 직렬 접속된 복수의 셀을 포함하고 셀 CL은 하나의 기판상에 매트릭스와 같이 구성된다.
저항 R2 및 캐패시터 C는 태양 전지 SB에 병렬 접속되고 또한 태양 전지 SB의 음 전극은 스위칭 소자 SW의 제어 단자에 접속된다. 높은 저항은 저항 R로서 사용된다. 스위칭 소자 SW는 반대로 직렬 접속되고 소스들 및 게이트들이 공통으로 접속된 두 개의 공핍형(일반-온-형) MOSFET Q1 및 Q2를 구비한다. 게이트는 제어 단자로서 태양 전지 SB의 양극에 접속되고 소스는 태양 전지 SB의 음극에 접속된다.
액정판 LC는 태양 전지 SB의 수광면상에 중첩된다. 액정판 LC는, 도 49에 도시된 바와 같이, 두 개의 반투명 전극들 사이에 개재된 액정, 유리 기판 GB, 및 액정판 LC의 표면과 배면상에 피복된 편광판 PL을 구비한다. 이러한 구성에 따르면, 액정판 LC는 유리 기판 GB 모두에 배치된 반투명 전극들 사이에 인가된 전압에응하여 변경될 수 있는 투과율을 갖는다. 하나의 유리 기판 GB의 일부는 다른 유리 기판 GG에 비해 연장되고 반투명 전극으로 이루어진 전극 PE(ITO막)는 연장하여 형성된다.
조명 센서 A는 태양 전지 SB, 액정판 LC(편광판 PL), 저항 R2, 캐패시터 C, 및 스위칭 소자 SW를 내장하기 위한 패키지(10)를 포함한다. 이는, 도 50에 도시된 바와 같이, 부품들이 한 면이 개방된 합성 수지로 이루어진 박스형 패키지(10)에 내장된다. 패키지(10)는 조명 센서 A를 구성하는 부품(태양 전지 SB, 저항 R2, 캐패시터 C, MOSFET Q 1 및 Q2, 액정판 LC)을 설치하기 위하여 금속 프레임(41)과 함께 일체로 주조된다. 프레임(41)의 일부상에는, 패키지(10)의 일측상의 4개의 접속 단자(18)가 행으로 배치된다. 4개의 접속 단자(18) 중 두 개는 스위칭 소자 SW의 양단에 배치되고 나머지 두 개는 액정판 LC의 양단에 접속된다. 와이어-본딩(도시되지 않음)은, 프레임(41) 및 부품의 접속을 위하여 필요할 때마다 채택된다. 패키지(10)에서, MOSFET Q1 및 Q2는 불반투명 수지로 이루어진 밀봉 부재(43a)에 의해 밀봉되고, 태양 전지 SB는 반투명 수지로 이루어진 밀봉 부재(43b)에 의해 밀봉된다.
본 실시예의 조명 센서 A를 사용하는 전자식 자동 온/오프 스위치는 제7 실시예에서의 구성과 유사한 기본 구성을 가지며, 서지 흡수기 ZNR은 스너버 회로 SN을 병렬 접속시키는 것 대신에 트라이액 Q에 병렬 접속된다. 그러나, 실질적인 차이는 동작시 존재한다.
액정판 LC가 제22 실시예의 구성에서 태양 전지 SB의 수광면상에 중첩되기때문에, 태양 전지 SB상에 입사되는 광량은 또한 액정판 LC의 투과율 변화에 따라 변한다. 게다가, 태양 전지 SB상에 입사되는 광량이 감소됨에 따라 스위칭 소자 SW가 동작하고 트라이액 Q가 턴온되면, 액정판 LC의 투과율은 낮아지고, 태양 전지 SB상에 입사되는 광량이 증가됨에 따라 스위칭 소자 SW가 동작되지 않고 트라이액 Q가 턴오프되면, 액정판 LC의 투과율은 상승된다. 따라서, 히스테리시스 특성은 액정판 LC에 의한 외광에 응하여 트라이액 Q의 턴온/오프에 제공된다. 즉, 트라이액 Q가 턴온되면, 온으로 유지되고 턴오프되기 곤란해지며, 트라이액 Q가 턴오프되면, 오프로 유지되고 턴온되기 곤란해진다. 여기서, 트라이액 Q가 오프-온 상태로 천이할 때의 광량 대 트라이액 Q가 온-오프 상태로 천이할 때의 광량의 비율은 히스테리시스 확대라 한다(=광량(오프-온)/광량(온-오프)). 지금부터, 트라이액 Q가 오프-온 상태로 천이할 때의 광량이 일정하다고 가정하면, 히스테리시스 확대가 높을수록 트라이액 Q가 온-오프 상태로 천이할 때의 광량을 감소시키며, 이에 따라 트라이액 Q를 온으로 유지하는 동작은 하이이다.
결국, 트라이액 Q가 야간 등에 턴온되고 부하 L의 조명 부하가 경감되는 경우, 광은 조명 부하, 자동차 전조등 등으로부터 인가되면, 트라이액 Q는 액정판이 낮아지기 때문에 온으로 유지된다. 또한, 캐패시터 C가 태양 전지 SB에 병렬 접속되기 때문에, 트라이액 Q는 야간에서와 같이 온인 경우, 광이 자동차의 전조등 등으로부터 인가되고 태양 전지 SB 양단의 전압이 상승하면, 스위칭 소자 SW는 캐패시터 C가 충전되면서 비동작 상태로 유지될 수 있고, 트라이액 Q를 바로 턴오프시키는 오동작이 회피될 수 있다.
여기서, 액정판 LC의 투과율의 스펙트럼 특성 및 태양 전지 SB의 스펙트럼 감도 특성의 조합이 상세하게 기술될 것이다. 액정판 LC의 투과율의 스펙트럼 특성 및 태양 전지 SB의 스펙트럼 감도 특성은 각각 도 51a 및 도 51b에서와 같이 설정된다. 도 51a에서 (1)은, 트라이액 Q가 오프일 때의 액정판 LC의 투과율을 가리키고, (2)는 트라이액 Q가 온일 때의 액정판의 투과율을 가리킨다.
즉, 도 51a에서와 같이 스펙트럼 특성은 액정판 LC의 투과율에 제공되며, 가시광선 영역은 적외선 영역보다 낮은 투과율 갖고 또한 인가 전압이 투과율을 변경시키기 위해 변경될 때 가시광선 영역의 투과율 변화가 근적외선 영역의 투과율 변화보다 커진다. 즉, 투과율 특성은, 액정판 LC의 투과율이 트라이액 Q가 온 또는 오프인지와는 무관하게 파장 900㎚ 이상의 적외선 영역에서 거의 일정하고 투과율이 가시광선 영역에서는 크게 변하도록 설정된다. 자연광의 태양광은, 가시광선 영역에서의 광량이 일반적으로 조명용으로 사용되는 형광등, HID등 등의 근적외선 영역의 것보다는 아주 크지만 가시광선 영역 이외에도 근적외선 영역 및 적외선 영역을 많이 포함한다는 사실은 자연광에 대한 액정판 LC의 투과율의 변화를 감소시키고 조명광에 대한 액정판 LC의 투과율의 변화를 증가시키는데 사용된다.
한편, 도 51b에 도시된 바와 같이, 400 내지 1200㎚의 감도 파장 범위(가시광선 영역 대 적외선 영역) 및 약 950㎚(근적외선 영역)의 피크 파장이 사용된다. 이러한 태양 전지 SB는 단결정 실리콘 태양 전지에 의해 제공된다. 이는, 태양 전지 SB가 가시광선 영역으로부터 적외선 영역으로의 감도 파장 범위를 갖고 피크 파장은 근적외선 영역이 된다는 것을 의미한다.
결국, 액정판 LC 및 태양 전지 SB의 조합된 감도는, 트라이액 Q가 온 또는 오프인지 그리고 가시광선 영역에 있는지와는 무관하게 근적외선 영역에서 비교적 높아지고, 트라이액 Q가 오프일 때 높아진다.
태양광은 도 52a에서와 같은 스펙트럼 특성을 가지며, 형광등은 도 52b에서와 같은 스펙트럼 특성을 가지므로, 태양 전지 SB의 출력은 도 53a 및 53b에 도시된 바와 같이 된다. 도 53a, 53b내의 (1)은, 트라이액 Q가 오프일 때의 출력을 가리키고, (2)는 트라이액 Q가 온일 때의 출력을 가리킨다. 태양광인 경우, 가시광선 영역에서, 태양 전지 SB의 출력 전압은, 트라이액 Q가 턴온되고 오프됨에 따라 변하지만, 근적외선 영역에서는 다소 변하며, 형광등의 광인 경우, 태양 전지 SB의 출력 전압은, 대부분이 가시광선 영역이기 때문에 트라이액 Q가 턴온 및 턴오프됨에 따라 크게 변한다.
도 53a 및 53b에서의 특성으로부터 알 수 있듯이, 조명광이 야간 등에 입사되면, 태양 전지 SB의 출력 전압은 상승하지 않고 그 결과 트라이액 Q는 온으로 유지된다. 반대로, 태양광이 새벽에 입사됨에 따라, 근적외선 영역에서의 광으로 인해 비교적 큰 출력 전압이 태양 전지 SB로부터 발생되고, 트라이액 Q는 바로 턴오프된다. 태양광이 야간에 감소되면, 가시광선 영역의 광 및 근적외선 영역의 광 모두는 감소되므로, 트라이액 Q는 바로 턴온된다.
도 54에 도시된 바와 같이, 조명 센서 A는 서지 흡수기 ZNR, 저항 R1, R2, 및 R3(도면에서, 하나만 저항 R로서 도시됨)과 함께 인쇄-회로 보드(21)상에 장착되고 열 슬링거 HS가 부착된 트라이액 Q와 함께 케이스(20)에 내장된다. 한 쌍의 커플링 레그(leg) HSa는 열 슬링거 HS상에 돌출되고 커플링 레그 HSs의 끝은 인쇄-회로 보드(21)에 형성된 커플링 홀(21a)로 개재되고 코킹 또는 납땜에 의해 결합된다. 트라이액 Q의 리드는 인쇄-회로 보드(21)에 납땜된다. 이 상태에서, 열 슬링거 HS는 한 쌍의 장착 나사(44)로 케이스(20)에 고정된다. AC 전원 AC 및 부하 L의 직렬 회로에 접속된 두 개의 전선(22)은 또한 인쇄-회로 보드(21)에 접속된다.
인쇄-회로 보드(21)를 내장하기 위한 케이스(20)는 베이스(23), 및 조립 나사(45)로 합성 수지로 이루어진 박스 모양으로 각각 형성된 커버(24)를 결합함으로써 형성된다. 수광 커버(25)는 조명 센서 A의 전면에 대응하는 커버(24)의 일부에 부착되고 외광은 수광 커버(25)를 통해 조명 센서 A상에 입사된다. 장착 받침대(29)는, 집, 빌딩 등에 케이스(20)를 부착하는데 사용될 수 있도록 케이스(20)의 외부에 부착된다.
상술된 바와 같이, 본 실시예에서, 자연광에 대한 액정판 LC의 투과율 변화는 감소되고 조명광에 대한 액정판 LC의 투과율 변화는 증가된다. 따라서, 자연광에 대한 히스테리시스 확대는 작아질 수 있고 조명광에 대한 히스테리시스 확대는 커질 수 있다. 결국, 트라이액 Q가 부하 L의 조명광을 비추기 위해 야간 등에 턴온될 때, 광이 자동차의 전조등 등으로부터 입사되면, 액정판 LC의 투과율은 매우 낮고 트라이액 Q는 온으로 유지된다. 반대로, 태양광의 양이 새벽에 증가될 때, 자연광에 대한 액정판 LC의 투과율이 낮기 때문에 트라이액 Q를 바로 턴오프시킬 수 있게 된다. 간단히 말해서, 빠른 응답이 자연광에 대해 행해지고 주변 밝기의변화에 응하는 부하 L의 제어가 신속하게 실행될 수 있으며, 느린 응답이 자연광에 대한 밝기 변화에 대해 행해지므로, 자동차의 전조등 또는 임의의 다른 조명에 의해 유발되는 부하 L의 오동작이 방지될 수 있다.
제23 실시예
본 발명의 제23 실시예에서, 필터는 제23 실시예에서 액정판 LC 이외에도 사용된다. 제23 실시예에 사용된 필터는 가시광선 영역 및 적외선 영역에 다른 투과율을 가지며, 즉, 도 55a에 도시된 바와 같이, 가시광선 영역에서 거의 일정한 투과율을 갖고 근적외선 영역에서의 투과율은 가시광선 영역에서의 투과율 보다 낮다.
이러한 필터는 제22 실시예에서의 태양 전지 SB상의 외광의 입사 경로에 배치되므로, 자연광 변화에 응하는 태양 전지 SB의 출력 전압은 도 55b에 도시된 바와 같이 변한다. 즉, 도 53a에서와 같은 출력이 도 52a에서와 같이 자연광에 응하여 태양 전지 SB 및 액정판 LC의 특성으로부터 제공되며, 이에 따라 태양 전지 SB의 출력은 도 55a에서와 같은 특성을 갖는 필터를 부가함으로써 도 55b에 도시된 바와 같이 된다. 결국, 자연광에 대한 히스테리시스 확대는 필터의 특성에 응하여 조정될 수 있다. 도 55b내의 (1)은, 트라이액 Q가 오프일 때의 출력을 가리키고, (2)는, 트라이액 Q가 온일 때의 출력을 가리킨다. 다른 구성요소는 제22 실시예에서의 것과 유사하다.
제24 실시예
제22 실시예에서 상술된 바와 같이, 편광판 PL은 액정판 LC의 양측에 배치되며 이에 따라 편광판 PL 모두를 통과하는 광의 진동면의 상대각이 적절하게 설정되므로, 액정판 LC 및 편광판 PL을 포함한 투과율은 조정될 수 있다. 간단히 말해서, 광이 액정판 LC를 통과하는 동안의 광의 진동면 변화는 무시된다. 즉, 액정판 LC 전의 광 진동면이 액정판 LC 이후의 것과 동일하다고 가정하면, 편광판 PL 모두를 통과하는 광의 진동면이 일치할 때, 편광판 PL의 투과율은 거의 100%이고 진동면들 간의 각도 차이가 증가됨에 따라, 투과율은 감소된다. 예를 들면, 편광판 PL 모두를 통과하는 광의 진동면이 일치할 때, 액정판 LC 및 편광판 PL의 투과율은 도 51a에서와 같이 되므로, 태양 전지 SB의 출력 전압은 도 53a에 도시된 바와 같이 된다. 반대로, 각도 차이가 편광판 PL 모두를 통과하는 광의 진동면들 간에 존재하면, 액정판 LC 및 편광판 PL의 투과율은, 예를 들면 도 56a에서와 같은 특성이 되므로, 태양 전지 SB의 출력 전압은 도 56a에 도시된 바와 같은 특성으로 된다. 도 56내의 (1)은, 트라이액 Q가 오프일 때의 특성을 가리키고 (2)는, 트라이액 Q가 온일 때의 특성을 가리킨다. 따라서, 편광판 PL은 파장에 대한 투과율 변화 경향을 변경하지 않고 전체 투과율을 조정할 수 있게 된다. 예를 들면, 필터가 제23 실시예에서와 같이 사용되고 가시광선 영역에서의 히스테리시스 확대가 너무 크면, 히스테리시스 확대는, 편광판 PL 간의 상대적 위치 관계가 적절하게 조정되면 적당한 범위내에서 조정될 수 있다. 다른 구성요소는 제22 실시예에서의 것과 유사하다.
제25 실시예
상술된 각각의 실시예에서, 단결정 실리콘 태양 전지는 태양 전지 SB로서 사용된다. 단결정 실리콘 태양 전지가 사람의 체광 특성과는 다른 스펙트럼 감도 특성을 갖기 때문에, 조명 센서 A의 응답에 대해 부적합성이 생성될 수 있다. 사람의 체광 특성에 가까운 응답이 필요해지면, 비정질 태양 전지가 제1 실시예 등에서 상술된 바와 같은 태양 전지 SB로서 사용될 수 있다.
여기서, 액정판 LC의 투과율의 스펙트럼 특성이 도 51a에 도시된 바와 같이 된다고 가정하면, 태양 전지의 출력 전압은 도 57에서와 같이 된다. 도 57내의 (1)은, 트라이액 Q가 오프일 때의 출력을 가리키고, (2)는, 트라이액 Q가 온일 때의 출력을 가리킨다. 도 57에 도시된 바와 같이, 비정질 태양 전지가 사용되면, 히스테리시스 확대는 가시광선 영역에서 매우 커진다. 그 다음, 투과율이 제24 실시예에서와 같이 편광판 PL의 상대적 위치를 조정함으로써 조정되면, 도 58a에서와 같이 액정판 LC 및 편광판 PL의 총 투과율을 설정할 수 있고, 도 52a에 도시된 스펙트럼 특성을 갖는 자연광에 응하는 태양 전지 SB의 출력 특성은 도 58b에서와 같이 된다. 도 58내의 (1)은, 트라이액 Q가 오프일 때의 특성을 가리키고, (2)는, 트라이액 Q가 온일 때의 특성을 가리킨다. 이는, 히스테리시스 확대가 감소될 수 있다는 것을 의미한다. 다른 구성요소는 제22 실시예에서의 것과 유사하다.
제26 실시예
본 발명의 제26 실시예에서, 편광판 PL을 사용하는 투과율의 제어 부분은 태양 전지 SB의 뷰 필드 범위의 일부이다. 즉, 태양 전지 SB의 뷰 필드 범위의 모든 영역에 대응하여 배치된 편광판 PL은 제24 실시예 등에서 사용되며, 본 발명의 제26 실시예에서, 광은 도 59에 도시된 바와 같이 태양 전지 SB의 뷰 필드 범위의일부 영역에서만 편광판 PL에 의해 감소된다. 즉, 광은 태양 전지 SB의 뷰 필드 범위의 나머지 영역에서 편광판 PL에 의해 감소되지 않는다. 즉, 광이 편광판 PL에 의해 감소되는 동안, 광량은, 광이 태양 전지 SB의 모든 영역에서 감소될 때의 것보다 더욱 낮아지고 전체 감도는 증가될 수 있다. 다른 구성요소는 제22 실시예에서의 것과 유사하다.
제27 실시예
본 발명의 제27 실시예에서, 액정판 LC를 사용하는 투과율의 제어 부분은 태양 전지 SB의 뷰 필드 범위의 일부이다. 즉, 액정판 LC의 투과율은 제22 실시예 등에서 사용된 태양 전지 SB의 뷰 필드 범위의 모든 영역에서 변경되며, 본 발명의 제27 실시예에서, 광은 도 60에 도시된 바와 같이 태양 전지 SB의 뷰 필드 범위의 일부 영역에서만 액정판 LC을 통과한다(통과 영역은 Da로 표시됨). 광은 태양 전지 SB의 뷰 필드 범위의 나머지 영역 Db에서는 액정판 LC를 통과하지 않는다. 이러한 액정판 LC는, 광이 통과되지 않는 영역내에 전극을 배치하지 않음으로써 제공될 수 있다. 다른 구성요소는 제27 실시예에서의 것과 유사하다.
제28 실시예
본 발명의 제28 실시예에서, 태양 전지 SB의 수광면상에 중첩된 액정판 LC를 구비한 조명 센서 A에는 태양 전지 SB 및 스위칭 소자 SW 사이에 배치되는, 저항 R1과 R2, 캐패시터 C, 및 다이오드 D1로 구성된 제어 회로가 제공된다. 즉, 저항 R2는 태양 전지 SB에 병렬 접속되고 저항 R1 및 캐패시터 C의 직렬 회로는 저항 R2에 병렬 접속된다. 또한, 다이오드 D1은 저항 R1에 병렬 접속된다. 제어 회로는 태양 전지 SB 및 스위칭 소자 SW 사이에 개재되고, 스위칭 소자 SW의 응답을 조정하여 태양 전지 SB의 출력 전압을 변화시킨다.
스위칭 소자 SW는, 반대로 직렬 접속되고 소스들 및 게이트들이 공통으로 접속되는 두 개의 공핍형 MOSFET Q1 및 Q2를 구비한다. 태양 전지 SB의 양극은 MOSFET Q1, Q2의 소스에 접속되고, 태양 전지 SB의 음극은 저항 R1 및 다이오드 D1의 병렬 회로를 거쳐 MOSFET Q1, Q2의 게이트에 접속된다. 이는, 캐패시터가 MOSFET Q1, Q2의 게이트 및 소스 사이에 접속된다는 것을 의미한다. 본 실시예의 조명 센서 A는 4개의 접속 단자 P1 내지 P4를 갖고 스위칭 소자 SW는 일단(MOSFET Q1의 드레인)에서 접속 단자 P2에 접속되고, 대향단(MOSFET Q2의 드레인)에서 접속 단자 P3에 접속된다. 액정판 LC는 일단에서 접속 단자 P1에 접속되고 다른 단에서 접속 단자 P4에 접속된다.
조명 센서 A의 동작은 기본적으로 본 발명의 제7 실시예에서 사용된 조명 센서 A의 것과 유사하므로 간단하게 설명할 것이다. 도 62a는 외광 밝기 Lx1을 도시하고, 도 62b는 MOSFET Q1, Q2의 드레인-소스 임피던스 Z1을 도시하며, 도 62c는 태양 전지 SB의 출력 전압 VSB를 도시한다. 도 62a 내지 62c는 액정판 LC가 제공되지 않은 조명 센서 A의 동작을 도시한다.
외광 밝기 Lx1이 소정의 값 Lth를 초과하면, MOSFET Q1, Q2의 게이트 전위는 태양 전지 SB의 출력 전압 VSB로 인해 음 전위로 되고 태양 전지 SB의 출력 전압 VSB의 절대값은 MOSFET Q1, Q2의 임계 전압 Vth 보다 커지므로, MOSFET Q1, Q2를 턴오프시킨다(즉, 스위칭 소자 SW를 턴오프시킴). 한편, 외광 밝기 Lx1이 소정의값 Lth 아래로 떨어지면, 태양 전지 SB의 출력 전압 VSB의 절대값은 임계 전압 Vth 보다 작아지고, MOSFET Q1, Q2는 오프로 유지될 수 없으며, 이 때 MOSFET Q1, Q2의 드레인-소스 임피던스 Z1은 신속하게 낮아지고 MOSFET Q1, Q2는 턴온된다(즉, 스위칭 소자 SW는 턴온됨). 즉, 태양 전지 SB의 출력 전압 VSB가 외광 밝기 Lx1에 응하여 감소되거나 증가됨에 따라, MOSFET Q1, Q2의 드레인-소스 임피던스 Z1은 MOSFET Q1, Q2의 임계 전압 근방에서 신속하게 변경된다.
여기서, 높은 저항값의 저항 R2는 태양 전지 SB 양단에 접속되고 전류는 태양 전지 SB로부터 저항 R2로 흐르고 전압은 저항 R2 양단에 발생되므로, 태양 전지 SB의 출력 전압 VSB는 설정된다. 캐패시터 C가 MOSFET Q1, Q2의 게이트 및 소스 사이에 접속되므로, MOSFET Q1, Q2의 게이트에 인가된 전압은 안정해진다. 캐패시터 C 및 저항 R1의 직렬 회로는 태양 전지 SB에 병렬 접속되고 캐패시터 C와 저항 R1은 적분 회로를 구성한다. 따라서, 태양 전지 SB의 출력 전압 VSB가 외광의 일시적인 변화로 인해 일시적으로 변경되면, 캐패시터 양단의 전압은 변경하지 않고 펄스 광은 MOSFET Q1, Q2를 오동작시키지 못하도록 할 수 있다. 다이오드 D1은 캐패시터 C를 방전시키기 위한 다이오드이다.
본 실시예의 조명 센서 A는 도 63에 도시된 형태로 전자식 자동 온/오프 스위치와 함께 사용된다. 도 63에 도시된 전자식 자동 온/오프 스위치는, 저항 R7 및 R8이 트라이액 Q 양단의 전압을 액정판 LC에 인가하기 위한 구성으로서 생략된다는 것을 제외하면 도 48을 참조하여 상술된 제27 실시예의 것과 기본적으로 유사하다.
따라서, 본 발명의 조명 센서 A의 동작은 또한 제22 실시예의 것과 유사하다. 즉, 도 64a는, 광이 액정판 LC를 통과한 후의 외광 밝기 Lx1 및 조명 Lx2를 도시하고, 도 64b는 트라이액 Q의 동작 상태를 도시하며, 도 64c는 MOSFET Q1, Q2의 드레인-소스 임피던스 Z1을 도시하고, 도 64d는 태양 전지 SB의 출력 전압 VSB를 도시한다.
도 63에 도시된 전자식 자동 온/오프 스위치에서, 조명 센서 A의 접속 단자 P2(즉 MOSFET Q1의 드레인)는 저항 R3을 거쳐 트라이액 Q의 T2 단자에 접속되고, 접속 단자 P3은 트라이액 Q의 게이트에 접속된다. 조명 센서 A의 접속 단자 P1은 트라이액 Q의 T2 단자에 접속되고, 접속 단자 P4는 트라이액 Q의 T1 단자에 접속된다. 즉, 액정판 LC는 트라이액 Q의 T1 및 T2 단자 사이에 접속된다. 여기서 사용되는 액정판 LC는, 액정판 LC 양단의 전압이 보다 작아짐에 따라 그 투과율은 낮아진다. 이는, 트라이액 Q가 온일 때, 액정판 LC의 입력 단자 양단에 인가된 전압은 거의 0V로 되고 투과율은 낮아진다.
외광 밝기 Lx1이 크고 스위칭 소자 SW가 오프일 때, 트라이액 Q는 트리거되지 않고 오프로 보유된다. 이 때, 전압은 액정판 LC의 입력 단자 양단에 인가되고 액정판 LC는 높은 투과율을 갖는다. 한편, 주변이 어두워지고 광이 액정판 LC를 통과한 후의 조명 Lx2가 소정의 임계값 Vth 보다 어두워지면, 태양 전지 SB의 출력 전압 VSB는 MOSFET Q1, Q2의 임계 전압 Vth 보다 낮아지고, MOSFET Q1, Q2는 오프로 유지될 수 없고, 이 때 MOSFET Q1, Q2의 드레인-소스 임피던스 Z1은 신속하게 낮아지고 스위칭 소자 SW는 턴온된다. 이 때, 트라이액 Q는 스위칭 소자 SW를 통해 트리거되어 턴온된다. 트라이액 Q가 턴온되면, 액정판 LC의 입력 단자 양단에 인가된 전압은 거의 0V가 되므로, 액정판 LC는 높은 투과율 상태에서 낮은 투과율 상태로 전환된다. 이는, 태양 전지 SB의 수광면상에 입사된 광량이 더욱 낮아지고 스위칭 소자 SW 및 트라이액 Q가 완전히 오프-온 상태로 천이된다는 것을 의미한다.
그 다음, 주변이 다시 밝아지고 광이 액정판 LC를 통과한 후의 조명 Lx2가 소정의 임계값 Lth 보다 밝아지면, 태양 전지 SB의 출력 전압 VSB는 MOSFET Q1, Q2의 임계 전압 Vth 보다 높아지고, MOSFET Q1, Q2의 드레인-소스 임피던스 Z1은 신속하게 증가되고 스위칭 소자 SW는 턴오프된다. 이 상태에서, 트라이액 Q는 트리거되지 않으므로 턴오프된다. 트라이액 Q가 턴오프되면, 전압은 액정판 LC의 입력 단자 양단에 인가되고 액정판 LC가 낮은 투과율 상태에서 높은 투과율 상태로 전환된다. 이는, 태양 전지 SB의 수광부에 입사되는 광량이 더욱 증가되고 스위칭 소자 SW와 트라이액 Q는 완전하게 턴오프된다는 것을 의미한다.
따라서, 스위칭 소자 SW가 오프일 때, 액정판 LC는 태양 전지 SB의 수광부에 입사되는 광량을 증가시키기 위하여 투과율이 상승되고, 스위칭 소자가 온일 때, 액정판 LC는 태양 전지 SB의 수광부상에 입사되는 광량을 감소시키기 위해 투과율이 낮아진다. 따라서, 스위칭 소자 SW가 온 상태로부터 스위치 오프될 때의 외광 밝기 Lx2는, 스위칭 소자 SW가 오프 상태로부터 스위치 온될 때의 외광 밝기 Lx1에 비해 높아지고, 히스테리시스는 외광의 밝기 임계값에 제공될 수 있다.
다음에, 조명 센서 A의 구조가 설명될 것이다. 도 65 내지 도 67에 도시된 바와 같이, 조명 센서 A의 패키지(10)는 거의 직각 평행 6면체처럼 만들어진 주조된 수지물이고, 금속 프레임(41)과 함께 일체로 주조된다. 프레임(41)은 전기 도전율을 갖는 금속 시트를 붙히고 또한 구부림으로써 도 68에 도시된 모양으로 형성된다. 즉, 소자가 장착된 복수의 소자 장착부(41a), 접속 단자 P1 내지 P4, 소자 장착부(41a) 및 접속 단자 P1 내지 P4 사이의 전기 경로를 형성하는 배선부(41b), 액정판 LC의 입력 단자가 전기적으로 접속되는 단자부(41c), 및 도 66b에서와 같이 DIP(듀얼-인-라인 패키지)로서 패키지(10)를 차후에 사용하기 위해 보유되는 더미 단자 P5 내지 P8로 형성된다. 또한, 더미 단자 P9 및 P10이 제공된다. 소자가 이러한 모양으로 형성된 프레임(41)상에 장착될 때, 도 61에 도시된 회로가 형성된다. 프레임(41)은 직각 또는 링과 같이 형성되며, 소자가 장착될 수 있고 패키지(10)는 양 생성 시간에서 연속 공정으로 주조될 수 있어 비용이 절감될 수 있다. 이 단계에서, 접속 단자 P1 내지 P4 및 더미 단자 P5 내지 P8은 접속 피스(41d)를 거쳐 연속적이고 접속 피스(41d)는 이후 단계에서 절단된다.
패키지(10)는 소자를 장착하기 위한 리세스(46)로 일측상에 형성되고, 프레임(41)의 소자 장착부(41a) 및 배선부(41b)는 리세스(46)의 베이스에 노출된다. 접속 단자 P1 내지 P4는 도 66a에서와 같이 SIC(단일-인-라인 패키지)의 형태로서 패키지(10)의 일단면으로부터 외부로 돌출된다.
리세스(46)는 스텝부(46a 및 46b)로 내측상에 형성되고, 액정판 LC가 패키지(10)에 부착될 때, 도 67b에 도시된 바와 같이, 액정판 LC의 주변면은 리세스(46)의 내측에 접하고 액정판 LC의 배면은 스텝부(46a 및 46b)에 접한다. 패키지(10)가 프레임(41)과 함께 일체로 주조되고 소자가 프레임(41)의 소자 장착부(41a)상에 장착되므로, 태양 전지 SB 및 액정판 LC 사이의 상대적 위치는 쉽게 결정될 수 있다. 접속 단자 P1 내지 P4 각각의 일단을 구부림으로써 형성된 단자부(41c)는 접속 단자 P1 및 P4의 돌출측상에 있는, 리세스(46)의 내측에 배치된 스텝부(46b)에 배치된다. 액정판 LC가 패키지(10)에 부착될 때, 액정판 LC의 배면상에 배치된 ITO막으로 만들어진 전극 PE는, 예를 들어 도전성 접착제로 단자부(41c)에 전기적으로 접속된다.
패키지(10)가 주조 재료로 프레임(41)과 함께 일체로 주조된 다음, 저항 R1 및 R2, 캐패시터 C, 다이도드 D1, MOSFET Q1과 Q2, 태양 전지 SB의 전기 부품은 도 69 및 70에 도시된 바와 같이 패키지(10)의 리세스(41)에 노출된 프레임(41)의 소자 장착부(41a)상에 장착될 때, 전기 부품은 프레임(41)을 거쳐 전기적으로 접속된다. 전극은 저항 R1 및 R2, 캐패시터 C, 및 다이오드 D 등의 표면 장착부를 가로질러 제공되고, 표면 장착부는 프레임(41)의 두 개의 소자 장착부(41a)를 가로질러 부착된다. MOSFET Q1 및 Q2, 및 태양 전지 SB는 프레임(41)의 소자 장착부(41a)에 다이본딩되고 와이어(본딩 와이어) W를 거쳐 프레임(41)의 배선부(41b)에 전기적으로 접속된다. 그 다음, 접속 단자 P1 내지 P4 및 더미 단자 P5 내지 P10을 접속시키는 접속 피스(41d)는 SIP로서 패키지(10)를 형성하도록 절단된다. 패키지(10)를 DIP로 형성하기 위해, 접속 단자 P1 내지 P4 및 더미 단자 P5 내지 P10을 접속시키는 접속 피스(41d)는 절단된다.
이와 같이, 패키지(10)는 태양 전지 SB를 내장하기 위한 제1 하우징 챔버(47a) 및 스위칭 소자 SW를 내장하기 위한 제2 하우징 챔버(47b), 즉 MOSFET Q1 및 Q2로 분리하기 위한 분리 벽(46)과 함께 형성된다. 저항 R1 및 R2, 캐패시터 C, 다이오드 D 및 태양 전지 SB는 제1 하우징 챔버(47a)상에 장착된다. 패키지(10)는 전기 부품을 분리하기 위한 파티션 벽(49)과 함께 형성된다. 전기 부품이 파티션 벽(49)에 의해 분리되므로, 전기 부품의 장착 위치는 크게 시프트하지 않고 또한 전기 부품의 단자를 소자 장착부(41a)에 접속시키기 위한 도전성 접착제(예를 들면, 실버 페이스트 등)는 다른 전기 부품의 장착 위치로 인입되지 않으므로, 전기 접속의 신뢰성은 증가된다.
패키지(10)에 설치된 전기선에 따르면, 도 71에 도시된 바와 같이, 태양 전지 SB를 내장하기 위한 제1 하우징 챔버(47a)는 반투명 수지로 이루어진 밀봉 부재(43b)로 채워지고 MOSFET Q1 및 Q2를 내장하기 위한 제2 하우징 챔버(47b)는 차광 수지로 이루어진 밀봉 부재(43a)로 채워진다.
이와 같이, MOSFET Q1 및 Q2가 차광 수지를 갖는 밀봉 부재(43a)로 채워지므로, 광은 MOSFET Q1 또는 Q2상에 입사되지 않고 입사광에 의해 유발되는 MOSFET Q1 및 Q2의 저하는 방지될 수 있고 주변 환경(설치 장소에 적당한 외습, 부유 가스 등)MOSFET Q1 및 Q2의 저하는 방지될 수 있다. 태양 전지 SB가 반투명 특성을 갖는 밀봉 부재(43b)로 밀봉되므로, 주변 환경에 의해 유발되는 태양 전지 SB의 저하는, 광이 태양 전지 SB상에 입사되는 동안 방지될 수 있다. 게다가, 태양 전지 SB가 장착되는 제1 하우징 챔버(47a) 및 MOSFET Q1과 Q2가 장착된 제2 하우징 챔저(47b)는 다른 밀봉 부재(43b 및 43a)로 채워지며, 제1 및 제2 하우징 챔버(47a 및 47b)는 분리 벽(48)에 의해 분리되므로, 두 개의 밀봉 부재(43a 및 43b)는 혼합되지 않는다. 따라서, 차광 특성을 갖는 밀봉 부재(43a)가 출력 전압을 낮추기 위해 태양 전지의 수광부상에 입사되는 광량을 감소시키기 위해 태양 전지 SB로 인입되는 경우가 방지될 수 있고, 각각의 밀봉 부재(43a, 43b)가 임의의 다른 부분으로 인입되므로, 전기 부품이 완전히 밀봉되지 않아 밀봉 부재(43a, 43b)의 액체 레벨이 낮아지는 상태가 발생하는 것이 방지될 수 있다.
이와 같이, 저항 R1(칩부)와 같은 표면 장착부의 양단에 배치된 단자부(5a 및 5a)가 프레임(41)의 소자 장착부(41a)에 전기적으로 접속되고 표면 장착부(5)가 두 개의 소자 장착부(41a)를 가로질러 장착될 때, 미세한 갭(6)은 도 72a에 도시된 바와 같이, 표면 장착부(5) 및 패키지(10) 사이에 발생할 수 있다. 갭(6)이 형성되면, 밀봉 부재(43b)는 갭(6)으로 진입하기 어려워 완전한 밀봉이 제공되지 않아서 표면 장착부(5)의 절연 저항이 저하될 우려가 있다. 표면 장착부(5)의 상부 및 측면은 밀봉 부재(43b)로 밀봉되지만, 베이스는 밀봉 부재(43b)로 채워지지 않으며, 이에 따라 밀봉 부재(43)가 경화되면, 단일 측 응력이 표면 장착부(5)상에 발생할 수 있어 표면 장착부(5) 및 소자 장착부(41a)의 전기 접속부를 파괴할 우려가 있다.
그 다음, 패키지(10)는 단자부(5a 및 5a) 사이의 표면 장착부(5)에 대향한 부분에서 리세스(10b)와 함께 형성되므로, 밀봉 부재(43)는 리세스(10b)으로 흐를 수 있게 된다. 이 구조에 따르면, 표면 장착부(5)는 밀봉 부재(43b)로 신뢰성있게 밀봉될 수 있고 표면 장착부(5)의 절연 저항이 저하되는 것이 방지될 수 있다. 밀봉 부재(43b)가 표면 장착부(5)의 전면을 커버하므로, 밀봉 부재(43b)가 경화될 때 한 방향으로부터 표면 장착부(5)에 인가되지 않는다.
액정판 LC가 습도에 의해 쉽게 영향을 받기 때문에, 액정판 LC의 윈도우의 주변 및 패키지(10)의 리세스(46) 및 액정판 LC 사이의 갭은, 외광이 도 73에 도시된 바와 같이 입사되는 액정판 LC의 전면상에 반투명 특성을 갖는 밀봉 부재(43c)로 밀봉되므로, 액정판 LC는 외습으로 인해 저하되는 것을 방지할 수 있다. 외광이 입사되는 액정판 LC의 전면은, 도 74에 도시된 바와 같이, 반투명 특성을 갖는 밀봉 부재(43c)로 밀봉될 수 있거나 외광이 입사되는 액정판 LC의 전면은 반투명 특성을 갖는 밀봉 부재(43c)로 밀봉될 수 있고 밀봉 부재(43c)는, 도 75에 도시된 바와 같이, 패키지(10)내에 형성된 스루 홀(도시되지 않음)을 통해 액정판 LC 및 액정판 LC의 표면 및 배면을 완전히 밀봉하기 위한 패키지(10)에 의해 둘러싸인 공간으로 주입된다.
대안으로, 평탄한 필터(7)는, 도 76에 도시된 바와 같이, 태양 전지 SB의 수광부상에 입사되는 광의 스펙트럼 특성을 보정하기 위하여 액정판 LC 및 태양 전지 SB의 수광면 사이에 배치될 수 있다. 이러한 필터(7)가 제공되므로, 태양 전지 SB가 특정 파장 영역에서 광에 대한 감도를 가지면, 외광의 스펙트럼 특성을 보정함으로써 임의의 원하는 스펙트럼 영역에서 광에 대한 감도가 제공될 수 있다. 필터(7)는 또한 파티션 벽(48) 및 리세스(46)의 내측에 의해 둘러싸인 제1 하우징 챔버(47a)를 커버하기 위한 리드(lid)로서의 기능을 갖고, 제1 하우징 챔버(47a)내에 채워진 밀봉 부재(43b)가 흘러나가는 것을 방지할 수 있다. 필터(7)는 외광측에서 액정판 LC의 전면을 커버하기 위해 패키지(10)내에 배치될 수 있으며, 구성시 임의의 원하는 파장 영역에서의 광에 대한 감도가 또한 외광의 스펙트럼 특성을 보정하는 필터(7)을 통해 제공될 수 있다.
상술된 바와 같이, 조명 센서 A를 구성하는 전기 부품은 주조된 수지물로 이루어진 패키지(10)내에 내장되며, 이에 따라 분리된 하우징에 내장되는 경우에 비해 소형화될 수 있고, 조명 센서 A의 전체는 소형화될 수 있다. 게다가, 하우징내에 전기 부품을 설치하는 단계는 각각 실행될 필요는 없으므로, 조명 센서 A의 제조 비용은 감소될 수 있다. 태양 전지 SB 및 MOSFET Q1과 Q2 사이의 배선 길이가 짧아지므로, 외부 복사 노이즈는 MOSFET Q1 및 Q2의 오동작을 유발시킴으로써 방지될 수 있고, 노이즈에 면역성은 증가된다.
제29 실시예
제28 실시예에서, 전기 부품은, 패키지(10)가 일체로 주조되는 프레임(41)에 장착된다. 본 발명의 제29 실시예에서, 저항 R1 및 R2, 캐패시터 C, 다이오드 D1, MOSFET Q1 및 Q2, 및 태양 전지 SB는 프레임(41)상에 장착된 다음, MOSFET Q1 및 Q2 및 태양 전지 SB의 전극 및 프레임(41)의 배선부(41b)는 와이어 W에 의해 전기적으로 접속된 다음, MOSFET Q1 및 Q2는, 도 78a 및 78b에 도시된 바와 같이, 차광 수지로 만들어진 밀봉 부재(43a)로 밀봉되고 패키지(10)는 반투명 특성을 갖는 주조 재료로 프레임(41)과 함께 일체로 주조(이동-주조)된다. 다른 구성요소는 제28 실시예에서의 것과 유사하다.
따라서, 조명 센서를 구성하는 전기 부품은 주조된 수지물로 만들어진 패키지(10)내에 패키징되고, 패키지(10)는 전기 부품이 프레임(41)상에 장착된 후 형성된다. 따라서, 장착시에 패키지(10) 등의 벽에 대한 제한이 없고 전기 부품의 패키징 밀도는 상승될 수 있고 그 결과 조명 센서는 더욱 소형화될 수 있다.
본 실시예에서, MOSFET Q1 및 Q2는 차광 특성을 갖는 밀봉 부재(43b)로 밀봉되지만, 프레임(41)에서, 주조부는 MOSFET Q1 및 Q2를 차단하고 밀봉하기 위해 MOSFET Q1 및 Q2의 장착부에서 차광 특성을 갖는 주조 재료로 형성될 수 있다.
제30 실시예
제1 실시예에서, 전기 부품은 패키지(10)가 일체로 주조되는 프레임(41)에 장착된다. 본 발명의 제30 실시예에서, 도 79에 도시된 바와 같이, 패키지(10)는 MID(주조된 상호접속 디바이스)으로 형성되며, 전기 부품은 패키지(10)상에 표면 장착되고, 접속 단자 P1 내지 P4는 납땜(9)에 의해 패키지(10)에 전기적 그리고 기계적으로 접속된 다음, 전기 부품은 패키지(10)의 리세스(46)에서 반투명 특성을 갖는 밀봉 부재로 밀봉되고 액정판 LC는 패키지(10)의 전면상에 고정된다. 패키지(10)가 소자 장착부(41a) 및 배선부(41b)와 함께 입체적으로 형성되기 때문에, 프레임(41)을 부치거나 구부리는데 부적합한 모양의 배선 패턴이 형성될 수 있으며, 전기 부품을 전기적으로 접속시키기 위한 배선부(41b)가 소형화될 수 있고 전체 조명 센서는 소형화될 수 있다. 다른 구성요소는 제28 실시예에서의 것과 유사하다.
제31 실시예
제28 실시예에서, 전기 부품은 패키지(10)가 일체로 주조되는 프레임(41)에 장착된다. 본 발명의 제31 실시예에서, 도 80a 및 80b에 도시된 바와 같이, 접속 단자는 납땜에 의해 전기적 그리고 기계적으로 접속되거나 도전성 접착제로 전기 부품을 전기적으로 접속시키기 위한 배선 패턴(8a)으로 형성된 인쇄-회로 보드(8)의 일단부에 접속된 다음, 저항 R1 및 R2, 캐패시터 C, 다이오드 D, MOSFET Q1 및 Q2, 및 태양 전지 SB는 인쇄-회로 보드(8)의 일측상에 표면 장착되고, 태양 전지 SB 및 배선 패턴(8a)은 와이어 W에 의해 전기적으로 접속된 다음, MOSFET Q1 및 Q2는 차광 특성을 갖는 밀봉 부재(43b)로 밀봉되고 인쇄-회로 보드(8)의 전체는 패키지(10)을 형성하기 위하여 반투명 특성(예를 들면 에폭시 수지)을 갖는 주조 재료로 주조된다. 여기서, 액정판 LC는 태양 전지 SB의 수광부에 대향된 패키지(10)의 전면상에 배치되므로, 회로 패턴은 비교적 쉽게 변경될 수 있고 다양한 특수성을 갖는 조명 센서가 저렴하게 제공될 수 있다. 다른 구성요소는 제28 실시예에서의 것과 유사하다.
본 발명의 제1 특징에 따르면, 외광의 밝기에 응답하여 전압을 발생시키기 위한 태양 전지로 이루어진 광기전력 소자, 및 각각 제공되는 스위치 소자를 개폐시키기 위한 광기전력 소자의 출력 전압에 응답하여 턴온 또는 턴오프되는 MOSFET를 포함하는 스위칭 소자를 포함하는 조명 센서가 제공된다. 이러한 구성에 따르면, 태양 전지는 광기전력 소자로서 사용되므로, 광다이오드와 같은 바이어스 전압을 인가하기 위한 회로가 제공될 필요가 없고 또한 전원이 스위칭 소자를 제어하는데 요구되지 않는다. 또한, MOSFET는 스위칭 소자로서 사용되므로, 저전력이 소모되고 스위칭 소자는 소형의 태양 전지의 출력에 의해 턴온 및 오프될 수 있다. 게다가, Cds 셀은 사용되지 않으므로, 환경에 대하여 카드뮴의 악영향이 미치지 않는다.
본 발명의 제2 특징에서, 본 발명의 제1 특징으로서의 조명 센서에서, 스위칭 소자는, 소스들 및 게이트들이 공통으로 접속된 두 개의 MOSFET로 구성된다. 이러한 구성에서, 스위칭 소자는 AC 전원에 사용될 수 있다.
본 발명의 제3 특징에서, 본 발명의 제1 특징으로서의 조명 센서에서, 광기전력 소자는, 단일 평면상에 직렬 접속된 핀 구조를 각각 갖는 복수의 셀을 포함하는 태양 전지이며, 상기 셀은 단일 기판상에 형성된다. 이러한 구성에 따라, 광기전력 소자의 출력 전압은 조립시에 부품의 개수를 증가시키기 않고 상승될 수 있다.
본 발명의 제4 특징에서, 본 발명의 제1 특징으로서의 조명 센서에서, 400 내지 700㎚의 감도 파장 범위, 500㎚ 부근의 피크 파장, 및 사람의 체광 특성과 거의 유사한 스펙트럼 감도 특성을 갖는 비정질 실리콘 태양 전지가 태양 전지로서 사용된다. 이러한 구성에 따라, 외광의 밝기에 응답한 스위칭 소자의 동작은 사람의 체광 특성과 일치될 수 있고 부적합성이 없는 제어가 행해진다. 게다가, 비정질 실리콘 태양 전지가 사용되므로, 비교적 저렴한 유리 기판, 실리콘 등상에 비교적 저온에서 쉽게 형성할 수 있어 비용이 절감될 수 있다.
본 발명의 제5 특징에서, 본 발명의 제1 특징으로서의 조명 센서는, 광기전력 소자의 수광면에 대한 외광의 입사 경로 중 적어도 일부에 배치되어, 스위치 소자의 개폐에 응답하여 발생되는 외부 신호에 의해 제어되는 투과율을 갖는다. 이러한 구성에 따라, 외광의 밝기에 응답하여 제어되는 스위칭 소자의 턴온 또는 턴오프에 응답하여 외부 신호에 의해 제어되는 투과율을 갖는 광량 조절 부재가 광기전력 소자에 대한 외광의 입사 경로에 배치되므로, 외광의 밝기 및 스위칭 소자의 턴온/오프 간의 관계에 히스테리시스를 제공할 수 있게 된다. 즉, 외부 신호는, 외광이 감소될 때 광량 조절 부재의 투과율을 감소시키기 위해 제공되므로, 외광의 양이 작을 때 감도를 낮출 수 있게 되고, 자동차의 전조등 등의 광이 야간에 입사되면 오동작을 방지하도록 설정될 수 있게 된다. 지연 소자가 태양 전지 및 스위칭 소자 사이에 배치될 필요가 없으므로, 외광의 광량 변화가 매우 크면 광량 조절 부재의 투과율은 지연없이 바로 상승될 수 있다.
본 발명의 제6 특징에서, 본 발명의 제5 특징으로서의 조명 센서에서, 광량 조절 부재는 액정에 인가된 전계의 세기에 응답하여 투과율이 변경되는 투과형 액정판을 갖는다. 이러한 구성에 따르면, 액정판은 광량 조절 부재로서 사용되며, 전계에 의해 구동되고 매우 큰 임피던스를 가지므로, 작은 전력을 소모한다. 즉, 스위칭 소자는 광기전력 소자의 출력 전압에 의해 구동되고 광량 조절 부재를 제어하기 위하여 외부 신호에 필요한 전력은 작아, 조명 센서는 매우 작은 전력으로 동작될 수 있다. 편광판은 액정판의 표면 및 배면 각각에 배치되고 편광판 및 액정판의 투과율은 편광판을 통과하는 광의 진동면의 상대각에 기초하여 설정된다. 이러한 구성에 따라, 투과율은 편광판을 통과하는 광의 진동면의 위치 관계에 기초하여 조정되므로, 광기전력 소자상에 입사하는 광량의 전체를 조정할 수 있게 된다.
본 발명의 제7 특징에서, 본 발명의 제5 특징으로서의 조명 센서에서, 가시광선 영역 및 근적외선 영역에 걸친 감도 파장 범위 및 적외선 영역에서의 피크 파장을 갖는 단결정 실리콘 태양 전지가 광기전력 소자로서 사용되고 사용되는 액정판은 가시광선 영역과 적외선 영역 사이에 다른 투과율 특성을 갖는다. 광량 조절 부재는 액정에 인가되는 전계의 세기에 응답하여 투과율이 변경되는 투과형 액정판을 갖는다. 이러한 구성에 따라, 액정판은 광량 조절 부재로서 사용되며, 전계에 의해 구동되고 매우 큰 임피던스를 가지며, 이에 따라 작은 전력을 소모한다. 즉, 스위칭 소자는 광기전력 소자의 출력 전압에 의해 구동되고 광량 조절 부재를 제어하기 위하여 외부 신호에 필요한 전력은 작아 조명 센서는 매우 작은 전력으로 동작될 수 있다. 이러한 구성에 따라, 광기전력 소자의 스펙트럼 감도 특성 및 액정판의 투과율 특성을 조합함으로써 조명광에 대한 히스테리시스를 증가시키고 자연광에 대한 히스테리시스를 감소시킬 수 있게 된다. 즉, 조명광 또는 전조등의 광이 야간에 외광으로서 입사되면 응답이 없고 태양광이 새벽에 입사되면 바로 응답이 있는 히스테리시스 특성을 제공할 수 있게 된다.
본 발명의 제8 특징에서, 본 발명의 제4 특징으로서의 조명 센서에서, 가시광선 영역 및 적외선 영역에서 다른 투과율을 갖는 필터는 광기전력 소자의 수광면에 대한 외광의 입사 경로에 부가된다. 이러한 구성에 따라, 광기전력 소자에 입사된 광량은 광의 파장에 응답하여 조정될 수 있고 임의의 원하는 히스테리시스 특성을 제공할 수 있게 된다.
본 발명의 제9 특징에서, 본 발명의 제1 특징으로서의 조명 센서는 광기전력 소자의 출력 전압의 변화에 대한 스위칭 소자의 응답을 조정하기 위하여 광기전력 소자 및 스위칭 소자 사이에 개재되는 제어 회로를 더 포함한다. 이러한 구성에 따라, 광기전력 소자의 출력에 대한 스위칭 소자의 응답이 조정될 수 있다.
본 발명의 제10 특징에서, 본 발명의 제1 특징으로서의 조명 센서는 합성 수지의 주조물로 만들어진 패키지를 더 포함하며, 상기 패키지는 일체로 외부 회로에 접속시키기 위한 접속 단자와 함께 형성된다. 이러한 구성에 따라, 접속 단자는 쉽게 장착하기 위하여 패키지상에 돌출된다. 조명 센서를 형성하는 전기 부품이 합성 수지로 만들어진 주조물의 패키지에 내장되므로, 조명 센서는 소형화될 수 있고 또한 조명 센서가 임의의 다른 유닛에 설치될 때, 별도의 전기 부품이 설치될 필요는 없으며 조명 센서가 일부분으로서 조작될 수 있다. 게다가, 광기전력 소자 및 스위칭 소자의 배선 길이는 조명 센서를 소형화함으로써 짧아질 수 있고, 외부 복사 노이즈는 스위칭 소자의 오동작을 방지시킬 수 있다.
본 발명의 제11 특징에서, 본 발명의 제10 특징으로서의 조명 센서에서, 패키지는 금속 프레임과 함께 일체로 동시에 주조되며, 상기 프레임은, 접속 단자 및 전기 부품이 장착된 부품 실장부, 및 접속 단자와 부품 실장부 사이에 전기 경로를 형성하는 배선부로 형성된다. 이러한 구성에 따라, 전기 부품은 프레임상에 장착되고 패키지는 프레임과 함께 일체로 동시에 주조되므로, 제조가 용이하고 인쇄-회로 보드 등으로 사용하는 경우에 비해 소형화할 수 있게 된다.
본 발명의 제12 특징에서, 본 발명의 제11 특징으로서의 조명 센서는 반투명 특성을 가지며 광기전력 소자를 밀봉하기 위한 제1 밀봉 부재 및 차광 특성을 가지며 스위칭 소자를 밀봉하기 위한 제2 밀봉 부재를 더 포함한다. 이러한 구성에 따라, 광기전력 소자 및 스위칭 소자 모두는 밀봉 부재로 밀봉되므로, 습도 등에 의해 유발되는 저하는 억제될 수 있고 또한 스위칭 소자는 차광 특성을 갖는 밀봉 부재로 밀봉되므로, 광을 스위칭 소자로 인입시킴으로써 유발되는 오동작 또는 저하가 방지될 수 있다.
본 발명의 제13 특징에서, 본 발명의 제11 특징으로서의 조명 센서에서, 패키지에는 스위칭 소자의 장착부 및 광기전력 소자의 장착부를 분리하기 위한 분리 벽이 제공되고, 차광 특성을 가지며 스위칭 소자를 밀봉하기 위한 제1 밀봉 부재 및 반투명 특성을 가지며 광기전력 소자를 밀봉하기 위한 제2 밀봉 부재는 분리 벽을 통해 분리된다. 이러한 구성에 따라, 스위칭 소자는 광이 통과할 수 없게 하는 밀봉 부재로 밀봉되므로, 스위칭 소자는 주변 환경으로 인해 저하되는 것을 방지할 수 있고, 광기전력 소자는 반투명 특성을 갖는 밀봉 부재로 밀봉되므로, 광기전력 소자는 주변 환경으로 인해 저하되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 스위칭 소자의 장착부 및 광기전력 소자의 장착부는 분리 벽에 의해 분리되며, 이에 따라 차광 특성을 가지며 스위칭 소자를 밀봉하기 위한 밀봉 부재 및 반투명 특성을 가지며 광기전력 소자를 밀봉하기 위한 밀봉 부재는 혼합되지 않으며, 차광 특성을 갖는 밀봉 부재가 광기전력 소자의 수광면상에 입사한 광량을 감소시키기 위하여 광기전력 소자로 인입되는 경우가 방지될 수 있고, 각각의 밀봉 부재가 임의의 다른 부분으로 인입되기 때문에 완전히 밀봉되지 않아 밀봉 부재의 양이 저감되는 상태의 발생이 방지될 수 있다.
본 발명의 제14 특징에서, 본 발명의 제11 특징으로서의 조명 센서에서, 스위치 소자의 개폐에 응답하여 발생되는 외부 신호에 의해 제어되는 투과율을 갖는 광량 조절 부재는 광기전력 소자의 수광면의 적어도 일부를 중첩하도록 패키지에 부착되고 부품 실장부상에 장착되고 접속 단자에 전기적으로 접속된다. 이러한 구성에 따라, 외부 제어 신호는 광량 조절 부재에 입력되므로, 광량 조절 부재를 통과하고 광기전력 소자의 수광면상에 입사한 광량은 조정될 수 있으며, 예를 들면, 스위칭 소자가 오프이면, 광량 조절 부재를 통과하는 광량은 감소되므로, 히스테리시스는, 스위칭 소자가 턴온 및 턴오프될 때의 외광의 밝기에 대한 스위칭 소자의 응답에 제공될 수 있다.
본 발명의 제15 특징에서, 본 발명의 제14 특징으로서의 조명 센서에서, 광량 조절 부재는 액정에 인가된 전계의 세기에 응답하여 변경되는 투과율을 갖는 투과형 액정판을 갖고, 액정판에 대한 외광의 입사측상의 주변을 적어도 밀봉하기 위한 반투명 밀봉 부재를 포함한다. 이러한 구성에 따라, 액정판은 주변 환경(특히 습도)에 취약하지만, 액정판의 적어도 주변은 밀봉 부재로 밀봉되므로, 액정판은 습도로 인해 저하되는 것이 방지될 수 있다.
본 발명의 제16 특징에서, 본 발명의 제14 특징으로서의 조명 센서에서, 광량 조절 부재는 광기전력 소자의 것과 다른 스펙트럼 투과율 특성을 가지며, 상기 필터는 광기전력 소자의 수광면에 대향되도록 패키지에 부착된다. 이러한 구성에 따라, 광기전력 소자상에 입사한 광의 스펙트럼 특성은 필터를 통해 보정되므로, 광기전력 소자에는 임의의 원하는 파장 영역에서 광에 대한 감도가 제공될 수 있다.
본 발명의 제17 특징에서, 본 발명의 제1 특징으로서의 조명 센서는, 전기 부품을 표면 장착하기 위한 배선 패턴으로 형성되고 외부 회로를 접속시키기 위한 접속 단자를 제공받는 인쇄-회로 보드, 및 반투명 합성 수지로 만들어지고 광기전력 소자가 장착되는 인쇄-회로 보드의 측면을 커버하도록 인쇄-회로 보드와 통합한 패키지를 더 포함한다. 이러한 구성에 따라, 조명 센서를 형성하는 전기 부품은 인쇄-회로 보드상에 장착되어 쉽게 장착될 수 있고 회로 패턴은 비교적 쉽게 변경될 수 있고 다양한 특수성을 갖는 조명 센서가 저렴하게 제공될 수 있다.
본 발명의 제18 특징에서, 본 발명의 제10 특징으로서의 조명 센서에서, 패키지는 전기 부품을 장착하기 위한 부품 실장부 및 부품 실장부와 접속 단자 사이에 전기 경로를 금속 도금에 의해 형성하는 배선부로 형성되는 MID이다. 이러한 구성에 따라, 전기 부품을 입체적으로 배치할 수 있게 되고 조명 센서는 소형화될 수 있다.
본 발명의 제19 특징에 따르면, 외광의 밝기에 응답하여 전압을 발생시키기 위한 태양 전지로 이루어진 광기전력 소자, 광기전력 소자의 출력 전압 수신시 턴온 또는 턴오프되는 MOSFET를 포함한 스위칭 소자, 및 AC 전원과 부하 사이에 개재되고 광기전력 소자에 의해 감지된 밝기가 특정값 이하일 때 부하를 통전시키도록 스위칭 소자에 의해 제어되는 스위치 소자를 포함하는 전자식 자동 온/오프 스위치가 제공된다. 이러한 구성에 따라, 외광의 밝기가 태양 전지에 의해 감지되므로, 제조시 또는 폐기시 환경에 대한 부하는 Cds 셀을 사용한 경우에 비해 경감되고, 또한 태양 전지는 면적당 비교적 큰 출력을 생성하므로, 저전력을 소모하는 전압 구동형 MOSFET는 부수적인 전원 또는 구동 회로를 사용하지 않고 신뢰성있게 구동될 수 있다. 게다가, 외광의 밝기가 특정값 이하일 때, 즉 주변이 어두워질 때, 부하는 스위칭 소자로부터 개별적으로 제공된 스위치 소자를 통해 통전되므로, 부하 전류는 MOSFET로 흐르도록 할 필요는 없고, 부하 전류가 크면, 부하 전류 보다 작은 비율의 전류 용량을 갖는 저렴한 소자가 스위칭 소자로서 사용될 수 있다. 스위치 소자가 스위칭 소자에 의해 제어되므로, 비교적 큰 기본각 전류 용량을 갖고 비교적 저렴한 전자석 릴레이 또는 3-단자 양방향 사이리스터는 스위치 소자로서 사용될 수 있어 대용량 MOSFET이 사용되는 경우에 비해 비용이 절감될 수 있다.
본 발명의 제20 특징에서, 본 발명의 제19 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치에서, 스위치 소자는 전원 및 부하 사이에 개재되는 콘택트, 및 전원과 스위칭 소자 사이에 개재된 릴레이 코일을 갖는 전자석 릴레이다. 이러한 구성에 따라, 부하는 전자석 릴레이에 의해 제어되어 열이 다소 발생되며, 3-단자 양방향 사이리스터가 사용됨에 따라 요구되는 복사판은 필요하지 않고, 노이즈 방지 회로부는 둘다 필요없어진다. 즉, 전자식 자동 온/오프 스위치는 더욱 소형화될 수 있고 3-단자 양방향 사이리스터가 스위치 소자로서 사용되는 경우에 비해 비용이 절감된다.
본 발명의 제21 특징에서, 본 발명의 제19 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치에서, 스위칭 소자는, 소스들 및 게이트들이 공통으로 접속된 두 개의 MOSFET로 구성된다. 따라서, 교류를 스위칭 소자에 공급하는 구성을 채택하기 위해, MOSFET가 오프일 때 전류가 MOSFET의 기생 다이오드를 통해 스위칭 소자로 흐르지 못하도록 할 수 있고, 스위칭 소자는 신뢰성있게 턴오프될 수 있다.
본 발명의 제22 특징에서, 본 발명의 제19 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치에서, 광기전력 소자는 단일 평면상에 직렬 접속된 핀 구조를 각각 갖는 복수의 셀을 포함하는 태양 전지이며, 상기 셀은 단일 기판상에 형성된다. 이러한 구성에 따라, 스위칭 소자는 셀의 직렬 회로의 출력 전압에 기초하여 제어되므로, 감도는 증가될 수 있고 태양 전지는 복수의 셀을 포함한 일부로서 조작될 수 있어 조립시 부품의 개수가 증가되지 않다.
본 발명의 제23 특징에서, 본 발명의 제19 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치에서, 400 내지 700㎚의 감도 파장 범위, 500㎚ 부근의 피크 파장, 및 사람의 체광 특성과 거의 유사한 스펙트럼 감도 특성을 갖는 비정질 실리콘 태양 전지가 태양 전지로서 사용된다. 이러한 구성에 따라, 비정질 실리콘 태양 전지가 사용되므로, 비교적 저렴한 유리 기판, 실리콘 등상에 비교적 저온에서 쉽게 형성될 수 있다. 스펙트럼 감도 특성이 사람의 체광 특성과 거의 유사해지므로, 사람의 체광을 거의 일치하는 부하를 제어할 수 있게 되고, 부하 제어시 부적합성은 생성되지 않는다.
본 발명의 제24 특징에 따르면, 외광의 밝기에 응답하여 전압을 발생시키기 위한 광기전력 소자, 광기전력 소자의 출력 전압에 의해 구동되고 기준 전압과 광기전력 소자의 출력 전압 간의 보다 큰 또는 보다 작은 관계에 응답하여 이진 신호를 발생시키는 전압 감시 회로, 및 스위칭 소자의 턴온/오프에 응답하여 부하의 전원을 턴온 또는 턴오프시키기 위하여 전원과 부하 사이에 개재된 스위치 소자를 포함하는 전자식 자동 온/오프 스위치가 제공된다. 이러한 구성에 따라, 광기전력 소자의 출력 전압의 변화에 대한 스위칭 소자의 응답 시간이 조정되지 않기 때문에, 밝기의 변화 속도에 의해 오동작이 발생되지 않고 또한 밝기 변화에 대한 응답성이 강화될 수 있다.
본 발명의 제25 특징에서, 본 발명의 제24 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치에서, 전압 감시 회로는 기준 전압을 발생시키기 위한 기준 전압 발생 회로, 및 보다 큰 또는 보다 작은 관계에 대하여 광기전력 소자의 출력 전압을 기준 전압과 비교하기 위한 비교기를 포함한다. 이러한 구성에 따라, 스위칭 소자를 동작시키기 위한 밝기의 임계값은 정확히 설정될 수 있다.
본 발명의 제26 특징에서, 본 발명의 제25 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치에서, 저항을 거쳐 광기전력 소자에 접속된 복수의 다이오드의 직렬 회로가 기준 전압 발생 회로로서 사용된다. 이러한 구성에 따라, 기준 전압은 간단한 회로 구성에서 발생될 수 있다.
본 발명의 제27 특징에서, 본 발명의 제25 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치에서, 비교기는 광기전력 소자의 출력 전압에 대한 임계값에 히스테리시스를 제공하기 위한 피드백 저항을 포함한다. 이러한 구성에 따라, 히스테리시스는, 부하가 턴온/오프될 때 밝기의 임계값에 제공되므로, 부하는 주변 밝기의 변화로 인한 오동작을 방지시킬 수 있다.
본 발명의 제28 특징에서, 본 발명의 제25 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치에서, 임계값 스위칭 소자는, 복수의 다이오드 중 적어도 일부에 병렬 접속되는 광기전력 소자의 출력 전압에 대한 임계값에 히스테리시스를 제공하기 위하여 비교기의 출력에 기초하여 턴온 또는 턴오프된다. 임계값 스위칭 소자는 턴온 또는 턴오프되므로, 부하가 턴온/오프될 때 밝기의 임계값에 히스테리시스를 제공하기 위하여 기준 전압을 변화시킨다.
본 발명의 제29 특징에서, 본 발명의 제25 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치에서, 광기전력 소자는, 직렬 접속되는 복수의 셀을 포함한 태양 전지로 형성되고, 임계값 스위칭 소자는 복수의 셀 중 적어도 일부에 병렬 접속된 광기전력 소자의 출력 전압에 대한 임계값에 히스테리시스를 제공하기 위하여 비교기의 출력에 기초하여 턴온 또는 턴오프된다. 이러한 구성에 따라, 임계값 스위칭 소자는 턴온 또는 턴오프되므로, 부하가 턴온/오프될 때 밝기의 임계값에 히스테리시스를 제공하기 위하여 태양 전지의 기전력을 변화시킨다.
본 발명의 제30 특징에서, 본 발명의 제19 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치는 외광과는 다른 광을 광기전력 소자상에 입사될 수 있게 하고 스위치 소자가 온일 때의 것에 비해 스위치 소자가 오프일 때의 광량을 증가시키기 위한 발광 소자를 포함한다. 이러한 구성에 따라, 주변이 밝으면, 발광 소자는 턴온되므로, 외광 및 발광 소자로부터의 광이 광기전력 소자에 동시에 입사될 수 있게 하며, 주변이 어둡고 양방향 사이리스터가 부하를 통전시키기 위하여 턴온되면, 발광 소자는 턴오프된다. 따라서, 히스테리시스는 주변 밝기 및 양방향 사이리스터의 턴온/오프에 제공되고, 양방향 사이리스터의 온/오프 상태는 외광의 밝기의 미소한 변화로 인해 변화되지 않으며, 즉 사이리스터를 턴온/오프시키는 동작이 안정화된다.
본 발명의 제31 특징에서, 본 발명의 제30 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치에서, 발광 소자 및 가변 저항의 직렬 회로는 스위치 소자에 병렬 접속된다. 이러한 구성에 따라, 주변이 밝으면, 발광 소자는 턴온되므로, 외광 및 발광 소자로부터의 광이 광기전력 소자에 동시에 입사될 수 있게 하며, 주변이 어둡고 양방향 사이리스터가 부하를 통전시키기 위하여 턴온되면, 발광 소자는 턴오프된다. 따라서, 히스테리시스는 주변 밝기 및 양방향 사이리스터의 턴온/오프에 제공될 수 있고, 양방향 사이리스터의 온/오프 상태는 외광의 밝기의 미소한 변화로 인해 변화되지 않으며, 즉 사이리스터를 턴온/오프시키는 동작은 안정화된다. 또한, 가변 저항은 발광 소자에 직렬 접속되므로, 가변 저항이 조정되면, 발광 소자의 발광량은 조정되고 히스테리시스 특성은 쉽게 조정될 수 있다.
본 발명의 제32 특징에서, 본 발명의 제30 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치에서, 발광 소자, 가변 저항, 및 스위칭 소자의 직렬 회로는 스위치 소자에 직렬 접속된다. 이러한 구성에 따라, 주변이 밝으면, 발광 소자는 턴온되므로, 외광 및 발광 소자로부터의 광이 광기전력 소자로 동시에 입사될 수 있게 하며, 주변이 어둡고 양방향 사이리스터가 부하를 통전시키기 위하여 턴온될 때, 발광 소자는 턴오프된다. 따라서, 히스테리시스는 주변 밝기 및 양방향 사이리스터의 턴온/오프에 제공될 수 있고, 양방향 사이리스터의 온/오프 상태는 외광의 밝기의 미소한 변화로 인해 변화되지 않으며, 즉 사이리스터를 턴온/오프시키는 동작은 안정화된다. 게다가, 가변 저항은 발광 소자에 직렬 접속되므로, 가변 저항이 조정되면, 발광 소자의 발광량은 조정되고 히스테리시스 특성은 쉽게 조정될 수 있다.
본 발명의 제33 특징에서, 본 발명의 제30 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치는, 광기전력 소자 및 스위칭 소자를 장착하는 금속 프레임, 합성 수지로 만들어지고 프레임과 함께 일체로 동시에 주조되는 패키지를 더 포함하며, 발광 소자는 패키지에 부착되고 금속 프레임상에 일체로 연속해서 형성된 접속 단자는 패키지로부터 돌출된다. 이러한 구성에 따라, 접속 단자는 패키지상에 돌출되며, 그 결과 장착이 용이하다.
본 발명의 제34 특징에서, 본 발명의 제19 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치는, 광기전력 소자의 수광면상에의 외광의 입사 경로 중 적어도 일부에 배치되고, 스위치 소자가 오프일 때의 것에 비해 스위치 소자가 온일 때 낮아진 투과율을 갖는 광량 조절 부재를 더 포함한다. 이러한 구성에 따라, 일단 스위치 소자의 온 또는 오프 상태가 변화되면, 온 또는 오프 상태는, 외광의 밝기가 변하면 변경되기 곤란해질 수 있고, 히스테리시스는 외광의 밝기에 응답하여 스위치 소자의 턴온 또는 턴오프에 제공될 수 있다.
본 발명의 제35 특징에서, 본 발명의 제34 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치에서, 광량 조절 부재는 액정에 인가된 전계의 세기에 응답하여 변경되는 투과율을 갖는 투과형 액정판을 갖는다. 따라서, 액정판에 인가된 전압은 조정되므로, 히스테리시스 특성은 조정될 수 있다.
본 발명의 제36 특징에서, 본 발명의 제35 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치는 광기전력 소자 및 스위칭 소자가 부착되는 일측을 갖는 베이스 및 상기 베이스의 일측을 커버하기 위한 커버를 더 포함하며, 상기 커버는 외광이 광기전력 소자상에 입사될 수 있게 하기 위해 반투명판을 갖는 일부에 설치되며, 액정판은 광기전력 소자 및 반투명판 사이에 배치된다. 이러한 구성에 따라, 광기전력 소자 및 액정판이 베이스 및 커버에 의해 폐쇄된 공간에 내장되므로, 스트레이(stray) 광의 영향이 미치기 어렵고 외광에 대한 히스테리시스 특성을 정확하게 설정할 수 있게 된다.
본 발명의 제37 특징에서, 본 발명의 제35 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치는 광기전력 소자 및 스위칭 소자가 부착되는 일측을 갖는 베이스 및 상기 베이스의 일측을 커버하기 위한 커버를 더 포함하며, 상기 커버에는 외광이 광기전력 소자상에 입사되도록 하기 위해 일부에서 액정판이 제공된다. 이러한 구성에 따라, 광기전력 소자 및 액정판 사이의 공간은 베이스 및 커버에 의해 폐쇄된 공간이 되므로, 스트레이 광의 영향이 미치기는 어렵고 외광에 대한 히스테리시스 특성을 정확하게 설정할 수 있게 된다.
본 발명의 제38 특징에서, 본 발명의 제35 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치는 광기전력 소자 및 스위칭 소자를 장착하는 금속 프레임, 및 합성 수지로 만들어지고 프레임과 함께 일체로 동시에 주조되는 패키지를 더 포함하며, 상기 액정판은 광기전력 소자의 수광면을 중첩하도록 패키지에 부착되고, 금속 프레임상에 일체로 연속해서 형성된 접속 단자는 패키지로부터 돌출된다. 이러한 구성에 따라, 금속 프레임 및 합성 수지 패키지는 일체로 동시에 주조되며, 프레임에는 접속 단자가 제공되고, 부품은 프레임상에 장착되므로, 임의의 다른 회로 보드가 요구되지 않아 전자식 자동 온/오프 스위치는 소형화될 수 있다.
본 발명의 제39 특징에서, 본 발명의 제35 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치는 광기전력 소자 및 스위칭 소자를 장착하는 인쇄-회로 보드, 액정판을 보유하기 위해 합성 수지로 만들어진 홀딩 프레임, 및 인쇄-회로 보드를 적어도 내장하기 위한 케이스를 더 포함하며, 상기 홀딩 프레임은 인쇄-회로 보드 및 케이스 모두에 단단하게 고정되므로, 액정판은 신뢰성있게 배치될 수 있다.
본 발명의 제40 특징에서, 본 발명의 제20 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치에서, 전원은 AC 전원이며, 전자석 렐레이는 AC 구동형으로 이루어지며, 스위칭 소자는, 소스들 및 게이트들이 공통으로 접속된 두 개의 MOSFET로 구성되고, 하나의 MOSFET의 드레인은 전원 및 릴레이 코일의 직렬 회로의 일단에 접속되고 다른 MOSFET의 드레인은 직렬 회로의 대향단에 접속된다. 두 개의 MOSFET가 반대로 직렬 접속되므로, 전류는, MOSFET가 오프일 때 기생 다이오드를 통해 흐르지 않아 교류는 차단될 수 있다. 결국, 간단한 회로 구성이 AC 전원과 호환 가능하다.
본 발명의 제41 특징에서, 본 발명의 제20 특징으로서의 전자식 자동 온/오프 스위치에서, 전원은 AC 전원이고 전자석 릴레이는 DC 구동형으로 이루어지며, MOSFET의 드레인 및 소스과, 릴레이 코일의 직렬 회로 및 전원 사이에 개재된 정류기, 및 릴레이 코일에 병렬 접속되는 평활 캐패시터를 더 포함한다. 이러한 구성에 따라, 부품의 개수는 두 개의 MOSFET가 사용되는 경우에 비해 증가되지만, 저렴한 DC 전자석 릴레이가 사용될 수 있으며, MOSFET의 개수는 하나일 수 있고, MOSFET 특성의 변화를 고려할 필요는 없다. 또한, 평활 캐패시터가 사용되므로, 스위칭 소자가 턴오프되는 순간 및 전자석 릴레이의 콘택트가 턴오프되는 순간 사이의 지연 시간이 설정될 수 있으며, 예를 들면, 자동차의 전조등 등의 강한 광이야간에 순식간에 인가되면, 전자석 릴레이의 콘택트는 광에 응답하지 않으며, 이에 따라 오동작이 방지될 수 있다.

Claims (41)

  1. 외광(ambient light)의 밝기에 응답하여 전압을 발생시키는 태양 전지로 정의되는 광기전력 소자와,
    상기 광기전력 소자의 출력 전압에 응답하여 온/오프됨으로써 별도로 설치된 스위치 소자를 개폐시키는 MOSFET으로 정의되는 스위칭 소자
    를 포함하되,
    상기 스위칭 소자는, 소스들 및 게이트들이 공통으로 접속되는 두 개의 MOSFET으로 이루어지며,
    상기 광기전력 소자는 핀 구조를 갖는 복수개의 셀을 단일 면상에 직렬로 접속한 태양전지이며, 상기 셀들이 단일 기판 상에 형성되어 있는 조명 센서.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 감도 파장 범위가 400nm 내지 700㎚이고, 피크 파장 범위가 500㎚ 부근이며, 사람의 체광 특성(luminosity characteristic)과 거의 유사한 스펙트럼 감도 특성을 갖는 비정질 실리콘 태양 전지를 상기 태양 전지로 사용하는 조명 센서.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광기전력 소자의 수광면(light reception face)에 대한 외광의 입사 경로의 적어도 일부에 배치되고 상기 스위치 소자의 개폐에 응답하여 발생되는 외부 신호에 의해 투과율이 제어되는 광량 조절 부재(light quantity adjustment member)를 더 포함하는 조명 센서.
  6. 제5항에 있어서, 액정판의 표면 및 배면 각각에 배치된 편광판 - 상기 편광판 및 상기 액정판의 투과율은 상기 편광판을 통과하는 광의 진동면의 상대 각에 기초하여 설정됨 - 을 더 포함하며,
    상기 광량 조절 부재는 액정에 인가된 전계의 세기에 응답하여 투과율이 변경되는 투과형 액정판을 갖는 조명 센서.
  7. 제5항에 있어서, 가시광선 영역 및 근적외선 영역에 걸친 감도 파장 범위 및 적외선 영역에서 피크 파장을 갖는 단결정 실리콘 태양 전지가 상기 광기전력 소자로 사용되고, 상기 광량 조절 부재는 액정에 인가된 전계의 세기에 응답하여 투과율이 변경되는 투과형 액정판을 가지며,
    상기 액정판으로는 상기 가시광선 영역 및 상기 적외선 영역에서 투과율 특성이 상이한 것을 이용하는 조명 센서.
  8. 제4항에 있어서, 상기 광기전력 소자의 수광면에 대한 외광의 입사 경로에 부가되며 가시광선 영역 및 적외선 영역에서의 투과율이 상이한 필터를 더 포함하는 조명 센서.
  9. 제1항에 있어서, 상기 광기전력 소자 및 상기 스위칭 소자 사이에 개재되어 상기 광기전력 소자의 출력 전압의 변화에 대한 상기 스위칭 소자의 응답을 조정하는 제어 회로를 더 포함하는 조명 센서.
  10. 제1항에 있어서, 합성 수지의 성형품으로 이루어지는 패키지를 더 구비하되, 상기 패키지에는 외부 회로와 접속하기 위한 접속 단자가 일체로 형성되어 있는 조명 센서.
  11. 제9항에 있어서, 상기 패키지에는 금속 프레임이 동시에 일체로 주조되며, 상기 프레임은, 접속 단자 및 전기 부품이 실장되는 부품 실장부, 및 상기 접속 단자와 상기 부품 실장부 사이에 전기 경로를 형성하는 배선부로 형성되는 것을 특징으로 하는 조명 센서.
  12. 제11항에 있어서,
    반투명 특성을 가지며 상기 광기전력 소자를 밀봉하는 제1 밀봉 부재 및 차광 특성을 가지며 상기 스위칭 소자를 밀봉하는 제2 밀봉 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 센서.
  13. 제11항에 있어서, 상기 패키지에는 상기 스위칭 소자의 장착부 및 상기 광기전력 소자의 장착부를 분리하기 위한 분리 벽이 제공되고,
    차광 특성을 가지며 상기 스위칭 소자를 밀봉하는 제1 밀봉 부재 및 반투명 특성을 가지며 상기 광기전력 소자를 밀봉하는 제2 밀봉 부재는 상기 분리 벽을 통해 분리되는 것을 특징으로 하는 조명 센서.
  14. 제11항에 있어서, 상기 스위치 소자의 개폐에 응답하여 발생되는 외부 신호에 의해 투과율이 제어되는 광량 조절 부재는 상기 광기전력 소자의 수광면의 적어도 일부에 중복하도록 상기 패키지에 부착되고 상기 부품 실장부상에 장착되며 상기 접속 단자에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 조명 센서.
  15. 제14항에 있어서, 상기 광량 조절 부재는 액정에 인가된 전계의 세기에 응답하여 투과율이 변경되는 투과형 액정판을 갖고 상기 액정판에 대한 외광의 입사측상의 적어도 주변을 밀봉하기 위한 반투명 밀봉 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 센서.
  16. 제14항에 있어서, 상기 광량 조절 부재는 상기 광기전력 소자의 스펙트럼 투과율 특성(spectral transmittance characteristic)과는 상이한 스펙트럼 투과율 특성을 갖는 필터를 갖고, 상기 필터는 상기 광기전력 소자의 수광면에 대향되도록 상기 패키지에 부착되는 것을 특징으로 하는 조명 센서.
  17. 제1항에 있어서, 전기 부품이 표면 장착되는 배선 패턴이 형성되고 외부 회로와 접속하기 위한 접속 단자가 설치된 인쇄-회로 보드, 및 반투명 합성 수지로 만들어지고 상기 광기전력 소자가 장착되는 상기 인쇄-회로 보드의 측면을 커버하도록 상기 인쇄-회로 보드와 일체가되는 패키지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 센서.
  18. 제10항에 있어서, 상기 패키지는 전기 부품을 장착하기 위한 부품 실장부, 및 금속 도금에 의해 상기 부품 실장부와 상기 접속 단자 사이에 전기 경로를 형성하는 배선부로 형성되는 MID인 것을 특징으로 하는 조명 센서.
  19. 전자식 자동 온/오프 스위치에 있어서,
    외광의 밝기에 응답하여 전압을 발생시키는 태양 전지로 이루어지는 광기전력 소자,
    상기 광기전력 소자의 출력 전압을 수신하여 온 또는 오프되는 MOSFET를 포함하는 스위칭 소자, 및
    AC 전원 및 부하 사이에 삽입되고, 상기 광기전력 소자에 의해 감지되는 밝기가 특정값 이하일 때 상기 부하를 통전시키도록 상기 스위칭 소자에 의해 제어되는 스위치 소자
    를 포함하되,
    상기 광기전력 소자는 핀 구조를 갖는 복수개의 셀을 단일 면상에 직렬로 접속한 태양전지이고, 상기 셀들이 단일 기판 상에 형성되어 있으며,
    상기 스위칭 소자는 소스들 및 게이트들이 공통으로 접속된 두 개의 MOSFET으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자식 자동 온/오프 스위치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 스위치 소자는 전원 및 부하 사이에 접점이 삽입되며 전원과 상기 스위칭 소자 사이에 릴레이 코일(relay coil)이 삽입되는 전자석 릴레이인 것을 특징으로 하는 전자식 자동 온/오프 스위치.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 제19항에 있어서, 감도 파장 범위가 400nm 내지 700㎚이고, 피크 파장 범위가 500㎚ 부근이며, 사람의 체광 특성과 거의 유사한 스펙트럼 감도 특성을 갖는 비정질 실리콘 태양 전지를 상기 태양 전지로 사용하는 것을 특징으로 하는 전자식 자동 온/오프 스위치.
  24. 전자식 자동 온/오프 스위치에 있어서,
    외광의 밝기에 응답하여 전압을 발생시키는 광기전력 소자,
    상기 광기전력 소자의 출력 전압에 의해 구동되고 기준 전압과 상기 광기전력 소자의 출력 전압과의 대소 관계에 응답하여 이진 신호를 발생시키는 전압 감시 회로(voltage supervisory circuit),
    상기 전압 감시 회로의 이진 신호에 응답하여 온 또는 오프되는 스위칭 소자, 및
    전원 및 상기 부하 사이에 삽입되어 상기 스위칭 소자의 온 또는 오프에 응답하여 부하로의 전원 공급을 온 또는 오프시키는 스위치 소자
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 자동 온/오프 스위치.
  25. 제24항에 있어서, 상기 전압 감시 회로는, 기준 전압을 발생시키기 위한 기준 전압 발생 회로 및 상기 광기전력 소자의 출력 전압과 기준 전압의 대소 관계를 비교하기 위한 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 자동 온/오프 스위치.
  26. 제25항에 있어서, 저항을 통해 상기 광기전력 소자에 접속되는 복수의 다이오드들의 직렬 회로는 기준 전압 발생 회로로서 사용되는 것을 특징으로 하는 전자식 자동 온/오프 스위치.
  27. 제25항에 있어서, 상기 비교기는, 상기 광기전력 소자의 출력 전압에 대한 임계값에 히스테리시스(hysteresis)를 부여하기 위한 피드백 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 자동 온/오프 스위치.
  28. 제25항에 있어서,
    상기 광기전력 소자의 출력 전압에 대한 임계값에 히스테리시스를 제공하기 위하여 상기 비교기의 출력에 기초하여 턴온 또는 턴오프되며, 상기 복수의 다이오드 중 적어도 하나에 병렬 접속되는 임계값 스위칭 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 자동 온/오프 스위치.
  29. 제25항에 있어서, 상기 광기전력 소자는 직렬 접속된 복수의 셀을 포함한 태양 전지에 의해 형성되고,
    임계값 스위칭 소자는 상기 복수의 셀 중 적어도 일부에 병렬 접속되는 상기 광기전력 소자의 출력 전압에 대한 임계값에 히스테리시스를 부여하기 위하여 상기 비교기의 출력에 기초하여 턴온 또는 턴오프되는 것을 특징으로 하는 전자식 자동 온/오프 스위치.
  30. 제19항에 있어서,
    외광과 다른 광이 상기 광기전력 소자상에 입사될 수 있게 하고, 상기 스위치 소자가 온일 때의 광량에 비해 상기 스위치 소자가 오프일 때의 광량을 증가시키기 위한 발광 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 자동 온/오프 스위치.
  31. 제30항에 있어서, 상기 발광 소자 및 가변 저항의 직렬 회로는 상기 스위치 소자에 병렬 접속되는 것을 특징으로 하는 전자식 자동 온/오프 스위치.
  32. 제30항에 있어서, 상기 발광 소자, 가변 저항, 및 상기 스위칭 소자에 의해 정의된 직렬 회로는 상기 스위치 소자에 병렬 접속되는 것을 특징으로 하는 전자식 자동 온/오프 스위치.
  33. 제30항에 있어서,
    상기 광기전력 소자 및 상기 스위칭 소자가 장착되는 금속 프레임, 및 합성 수지로 만들어지고 프레임과 함께 동시에 일체로 형성되는 패키지를 더 포함하며,
    상기 발광 소자는 상기 패키지에 부착되고, 상기 금속 프레임상에 일체로 연속해서 형성되는 접속 단자는 상기 패키지로부터 돌출되는 것을 특징으로 하는 전자식 자동 온/오프 스위치.
  34. 제19항에 있어서,
    상기 광기전력 소자의 수광면에 대한 외광의 입사 경로의 적어도 일부에 배치되고, 상기 스위치 소자가 오프일 때에 비해 상기 스위치 소자가 온일 때 투과율이 낮아지는 광량 조절 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 자동 온/오프 스위치.
  35. 제34항에 있어서, 상기 광량 조절 부재는 액정에 인가되는 전계의 세기에 응답하여 투과율이 변경되는 투과형 액정판을 갖는 것을 특징으로 하는 전자식 자동 온/오프 스위치.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 광기전력 소자 및 상기 스위칭 소자가 부착되는 일측을 갖는 베이스(base), 및
    상기 베이스의 일측을 커버하기 위한 커버를 더 포함하며,
    상기 커버에는, 외광이 상기 광기전력 소자상에 입사될 수 있게 하기 위한 반투명판이 일부분에 제공되며,
    상기 액정판은 상기 광기전력 소자 및 상기 반투명판 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 전자식 자동 온/오프 스위치.
  37. 제35항에 있어서,
    상기 광기전력 소자 및 상기 스위칭 소자가 부착되는 일측을 갖는 베이스, 및
    상기 베이스의 일측을 커버하기 위한 커버를 더 포함하며,
    상기 커버에는, 외광이 상기 광기전력 소자상에 입사될 수 있게 하기 위한 액정판이 일부분에 제공되는 것을 특징으로 하는 전자식 자동 온/오프 스위치.
  38. 제35항에 있어서,
    상기 광기전력 소자 및 상기 스위칭 소자가 실장되는 금속 프레임, 및
    합성 수지로 만들어지고 상기 프레임과 함께 동시에 일체로 주조되는 패키지를 더 포함하며,
    상기 액정판은 상기 광기전력 소자의 수광면을 중복하도록 상기 패키지에 부착되고, 상기 금속 프레임상에 일체로 연속해서 형성된 접속 단자는 상기 패키지로부터 돌출되는 것을 특징으로 하는 전자식 자동 온/오프 스위치.
  39. 제35항에 있어서,
    상기 광기전력 소자 및 상기 스위칭 소자를 장착하는 인쇄-회로 보드,
    상기 액정판을 보유하기 위한 합성 수지로 만들어진 홀딩 프레임(holding frame), 및
    적어도 상기 인쇄-회로 보드를 수납하기 위한 케이스를 더 포함하며,
    상기 홀딩 프레임은 상기 인쇄-회로 보드 및 상기 케이스 중 하나에 단단하게 고정되는 것을 특징으로 하는 전자식 자동 온/오프 스위치.
  40. 제20항에 있어서, 상기 전원은 AC 전원이며, 상기 전자석 릴레이는 AC-구동형으로 이루어지고, 상기 스위칭 소자는, 소스들 및 게이트들이 공통으로 접속된 두 개의 MOSFET으로 이루어지며,
    상기 하나의 MOSFET의 드레인은 상기 전원 및 상기 릴레이 코일의 직렬 회로의 일단에 접속되고, 상기 다른 MOSFET의 드레인은 직렬 회로의 대향단에 접속되는 것을 특징으로 하는 전자식 자동 온/오프 스위치.
  41. 제20항에 있어서, 상기 전원은 AC 전원이고 상기 전자석 릴레이는 DC-구동형으로 이루어지며,
    상기 전자석 온/오프 스위치는,
    상기 MOSFET의 드레인과 소스 및 상기 릴레이 코일의 직렬 회로, 및 상기 전원 사이에 삽입되는 정류기, 및
    상기 릴레이 코일에 병렬 접속되는 평활 캐패시터(smoothing capacitor)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 자동 온/오프 스위치.
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