KR100545336B1 - 색온도 조정이 가능한 엘이디등(ｌｅｄ 燈) 및 이 엘이디등의 색온도 조정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 현재의 엘이디를 사용하여 색온도의 자유로운 설정뿐만 아니라 연색성의 향상을 꾀하는데 그 목적이 있다. 이를 위하여 본 발명은 흑체복사선상의 최저 색온도 Xlow(°K)로 조정된 백색 엘이디 광원과, 상기 최저 색온도 Xlow와 흑체복사선상의 고온도 방향에서 선택된 적어도 하나의 원하는 색온도 X를 잇는 선의 연장선과 교차하는 색도도상의 짧은 파장 쪽의 교차점 S2(nm)의 근방 영역에 피크 파장이 위치하는 발광 스펙트럼을 가지는 제3보정 엘이디 광원으로 이루어지고, 상기 백색 엘이디 광원과 상기 제3보정 엘이디 광원의 혼색 비율에 의해 색온도를 보다 높은 색온도 방향으로 조절 할 수 있는 것을 특징으로 하는 색온도 조정이 가능한 엘이디등을 제공한다. 본 발명은 특히 엘이디 무영등, 거실등, 화장대등으로서 유용하다.

엘이디등, 색온도, 스펙트럼

Description

색온도 조정이 가능한 엘이디등(ＬＥＤ 燈) 및 이 엘이디등의 색온도 조정방법{LED Lamp for Controlling Color Temperature Method for Controlling Color Temperature thereof}

도 1a는 본 발명에 따른 색온도 조정이 가능한 엘이디등에서, 색도도(色度圖)상에서 색온도의 설정 및 조정 방법의 실시예를 나타내는 그래프이다.

도 1b는 본 발명에 따른 색온도 조정이 가능한 엘이디등에서, 색도도상에서 색온도의 설정 및 조정 방법의 다른 실시예를 나타내는 그래프이다.

도 1c는 본 발명에 따른 색온도 조정이 가능한 엘이디등에서, 색도도상에서 색온도의 설정 및 조정 방법의 또 다른 실시예를 나타내는 그래프이다.

도 2는 본 발명에 따른 색온도 조정이 가능한 엘이디등을 수술대에서 보조 광원으로 사용하는 방법을 나타내는 개략도이다.

도 3은 본 발명에 따른 색온도 조정이 가능한 엘이디등을 무영등에서 보조 광원으로 사용하는 방법을 나타내는 개략도이다.

도 4는 본 발명에 따른 색온도 조정이 가능한 엘이디등에서 엘이디의 배치 부위를 나타내는 평면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 색온도 조정이 가능한 엘이디등의 바람직한 실시예에서의 엘이디 헤드의 구성을 나타내는 평면도이다.

도 6는 본 발명에 따른 색온도 조정이 가능한 엘이디등의 바람직한 실시예에 서 엘이디 헤드의 설치 상태를 나타내는 것으로서, 도 5의 A-A선 단면도이다.

도 7은 시판되는 백색 엘이디의 대표적인 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.

도 8은 본 발명의 엘이디등에 의해 실현할 수 있는 고연색성의 스펙트럼의 일예를 도시한 그래프이다.

도 9는 본 발명의 엘이디등에 의해 실현할 수 있는 고연색성의 스펙트럼의 다른 예를 도시한 그래프이다.

도 10은 본 발명에 따른 색온도 조정이 가능한 엘이디등의 구체적 사용예의 하나로서, 구면 반사 거울을 사용하여 엘이디등의 균일 혼합을 행하고 소정의 조도 구경(口徑)으로 설정하는 방법을 나타내고, 일부 확대도는 상기 엘이디등에 사용되는 백색 엘이디를 나타내는 사시도이다.

도 11a는 종래 개량형 다운라이트의 개략 단면도이며, 도 11b는 본 발명에 따른 엘이디등을 다운라이트에 응용했을 경우를 도시한 개략 단면도이다.

도 12는 종래 거실의 실내등 컨트롤 시스템에 본 발명에 따른 엘이디등을 사용했을 경우의 컨트롤 방법을 설명하기 위한 사시도이다.

도 13a 및 도 13b는 하루 24시간에서 색온도와 조도의 관계를 나타낸 그래프이다.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 수술대 11: 기존의 바

20: 무영등 30: 엘이디 보조광원 장치

31: 플렉시블 튜브 32: 엘이디 광원

33: 직류 전압원 41: 엘이디등

42: 플렉시블 암 I-1 ~ I-4: 거실 엘이디등

II-1, II-2, II-4: 엘이디 다운라이트 II-3: 천장 엘이디등

본 발명은 색온도 조정이 가능한 엘이디등(LED 燈)에 관한 것으로서, 특히 외과 수술 조명용으로 사용되는 무영등(無影燈)에 유용한 색온도 조정이 가능한 엘이디 무영등, 원하는 장소의 색온도를 재현할 수 있고 화장이 잘 되었는지를 평가할 수 있는 화장등, 원하는 분위기의 색온도를 선택할 수 있는 거실 실내등에 적합한 백색 엘이디등 및 이 백색 엘이디등의 색온도 조정방법에 관한 것이다.

현재, 외과 수술용 무영등으로서 할로겐 램프가 사용되고 있다. 이 할로겐 램프는 깜빡임이 없는 직류 전원에 의하여 작동되고, 동양인의 눈에 가장 적합한 색온도 4000°K 정도로 설정되어 있다. 그러나, 할로겐 램프의 발열이 너무 크다는 단점이 있다. 따라서, 할로겐 램프를 사용하는 무영등에는 할로겐 램프의 뒷면에 가시 광선은 90% 이상 반사시키고 열선(熱線)은 90% 이상 이면으로 투과시키는 콜드미러를 배치한다. 또는, 할로겐 램프로부터의 빛을 일단 뒷면으로 반사시키고, 가시광선을 90% 이상 투과하고 열선을 거의 투과하지 않는 콜드 필터를 사용하여 열선을 흡수하고, 광선 조사 방향의 수술실에 열영향을 미치지 않도록 고안되어 있다.

즉, 종래 기술에서는 할로겐 램프 이외에 열 영향을 제거하기 위한 여러 가지 기구를 추가할 필요가 있고, 비용이 올라감과 동시에 열영향에 의해 할로겐 램프의 수명은 약 2000시간으로 짧다는 단점이 있다. 게다가 설령 열선을 앞쪽으로 방사하지 않는다고 해도 뒷면으로 방사되는 열영향은 해소되지 않는다. 더욱이, 발명자의 견해에 의하면, 외과용 수술에는 수술 부위(뇌외과, 흉부외과, 복강외과, 정형외과)에 의해 적어도 적당한 색온도가 설정되어야 하는데, 할로겐 램프의 색온도는 1종류로서, 그 요구에 부응하고 있지 않다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 발열이 극히 적고 수명이 긴 색온도 조정이 가능한 백색 엘이디등 및 이 백색 엘이디등의 색온도 조정방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 연색성을 향상시킬 수 있는 색온도 조정이 가능한 백색 엘이디등을 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 원리를 설명하면 다음과 같다.

본 발명자는 발열이 극히 적고, 게다가 깜빡임도 없으며, 장시간의 내구성(10만 시간)을 가지는 백색 엘이디과 같은 엘이디의 사용을 제안한다. 그러나, 백색 엘이디와 같은 엘이디는 색온도의 조정은 쉽지 않은 것으로 알려져 있다. 왜냐하면, 광원으로서의 청색 엘이디의 발광 파장의 조정 및 그에 따른 형광체 조성의 조정이 동반되기 때문이다. 본 발명자가 세밀히 연구한 결과, 현 상태의 백색 엘이디는 색온도의 자유로운 설정이 곤란할 뿐만 아니라, 연색성에도 문제가 있고, 현 상태로는 외과 수술용 조명으로서는 적당하지 않다는 것을 알았다.(도 7은 InGaN을 발광층으로 하는 엘이디와, YAG:Ce를 형광체로 하는 시판의 백색 엘이디의 스펙트럼 도면이다)

본 발명자는 이러한 과제를 해결하기 위해서는 더욱 연구한 결과, 현 상태의 백색 엘이디의 색온도뿐만 아니라, 스펙트럼 분포를 고려하여 색온도 보정을 하는 것이 좋다는 것을 알아내었다. 더욱 연구한 결과, 소정의 색온도로 설정된 백색 엘이디에 대해, 특정 파장 영역에서 피크 파장을 가지는 보정색의 엘이디를 준비하고 그 엘이디와의 혼색에 의해 색온도뿐만 아니라, 연색성의 보정이 이루어지는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하는데 이르렀다. 또한, 백색 엘이디를 대체하는 엘이디를 이용하여 본 발명을 구현할 수 있다.

첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1a를 참조하여, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 실시예에 따르면, 최저 소망의 색온도 Xmin(°K), 예를 들어 3000°K부터 최고 소망의 색온도 Xmax(°K), 예를 들어 8000°K 사이의 소정의 중간 색온도 X, 예를 들어 5000°K으로 설정된 백색 엘이디 광원과, 상기 최저 색온도 Xmin과 중간 색온도 X를 잇는 선의 연장선과 교차하는 색도도(色度圖) 상의 긴 파장 쪽의 교차점 L1(nm)의 근방에, 예를 들어 585에서 610nm에 피크 파장이 위치하는 주황색 발광 스펙트럼을 가진 제1보정 엘이디 광원과, 상기 최고 소망의 색온도 Xmax와 설정 색온도 X를 잇는 선의 연장선과 교차하는 색도도 상의 파장 S1(nm) 점의 근방에, 예를 들어 470에서 490nm에 피크 파장이 위치하는, 청색 발광 스펙트럼을 가지는 제2보정 엘이디광원으로 이루어진다.

그리고, 백색 엘이디 광원과 제1보정 또는 제2보정 엘이디 광원의 혼색 비율에 의해, 예를 들어 제1보정 엘이디 광원과의 혼색에 의해 상기 백색 엘이디 광원이 가지는 설정 색온도를 원하는 최저 색온도 방향으로 조절할 수 있다. 또는, 제2보정 엘이디 광원과의 혼색에 의해 상기 백색 엘이디 광원이 가지는 설정 색온도를 최고 색온도 방향으로 조절할 수 있다. 한편, 본 발명에 있어서, 색온도는 색도도 상에 형성되는 흑체복사선 상에서 상정한 색온도 및 그것에 근사한 색온도를 말한다.

한편, 상술한 제1보정 엘이디광원 및 제2보정 엘이디광원의 피크 파장는 하나의 바람직한 예이며, 따라서 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 590-630nm에 피크 파장이 위치하는 주황색 발광 스펙트럼을 가진 광원을 제1보정 엘이디광원으로 사용하고, 430-470m에 피크 파장이 위치하는 청색 발광 스펙트럼을 가진 광원을 제2보정 엘이디광원으로 사용하는 것도 가능하다.

도 1b를 참조하여, 본 발명에 따른 바람직한 다른 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 실시예는 백색 엘이디 광원을 원하는 최저 색온도 Xlow(°K)로 설정하는 것이다. 즉, 최저 색온도로 설정된 백색 엘이디 광원과, 상기 최저 색온도 Xlow와 적어도 한 개의 소망 설정 색온도 X를 잇는 선의 연장선과 교차하는 색도도 상에 짧은 파장 쪽의 교차점 S2(nm) 쪽의 근방에 피크 파장이 위치하는 발광 스펙트럼을 가지는 제3보정 엘이디 광원으로 이루어진다. 그러면, 백색 엘이디 광원과 제3보정 엘이디 광원의 혼색 비율에 의해 상기 백색 엘이디 광원이 가지는 설정 색온도를 보다 높은 색온도 방향으로 조절할 수 있다.

도 1c를 참조하여, 본 발명에 따른 바람직한 다른 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 실시예는 백색 엘이디 광원을 원하는 최고 색온도 Xhigh(°K)로 설정하는 것이다. 즉, 최고 색온도로 설정된 백색 엘이디 광원과, 상기 최고 색온도 Xhigh와 적어도 하나의 소망 설정 색온도 X를 잇는 선의 연장선과 교차하는 색도도 상의 긴 파장 쪽의 교차점 L2(nm)의 근방에 피크 파장이 위치하는 발광 스펙트럼을 가지는 제4보정 엘이디 광원으로 이루어진다. 그러면, 백색 엘이디 광원과 제4보정 엘이디 광원의 혼색 비율에 의해 상기 백색 엘이디 광원을 가지는 설정 색온도를 보다 낮은 색 온도 방향으로 조절할 수 있다.

한편, 본 발명에서 사용하는 백색 엘이디 광원으로는, 400에서 490nm, 바람직하게는 430~470nm의 청색 영역에 발광 피크 파장을 가지게 조정한 청색 엘이디와, 이 청색 엘이디에 의해 여기되어, 530~580nm 바람직하게는 530~570nm의 황록색 영역에 형광 피크 파장을 조정한 YAG 형광체를 조합하여 구성하는 것이 좋다(예를 들어, 도 7). 필요에 따라 400nm 정도의 엘이디의 자외영역에서 가까운 파장을 사용하고, 형광체의 선택에 의해 백색 발광으로 할 수도 있다.

백색 엘이디 광원의 색온도의 설정은, 도 1a에서 파선으로 나타내는 바와 같이, 청색 엘이디의 피크 파장점과 색도도의 소망의 색온도를 잇고, 연장선을 연장하고, 색도도 상의 긴 파장 쪽의 교차점에서 형광 스펙트럼의 피크 파장을 결정하 고, 형광체의 조성을 결정하여, 양자의 조합에 의해 실현할 수 있다. 또는 중심이 되는 색온도를 색도도 상에서 설정하고, 좌우로 연장하여 그 연장선과 색도도의 교차점의 짧은 파장 쪽을 엘이디의 피크 파장으로, 긴 파장 쪽을 형광체의 피크 파장으로 고려하여 백색 엘이디를 설계할 수 있다.

한편, 백색 엘이디 광원과의 혼색 비율에 의해 상기 백색 엘이디 광원이 가지는 설정 색온도를 최고 소망 색온도 방향으로 조절할 수 있는 엘이디로서는, 바람직하게는 430~470nm의 청색 영역으로 발광 피크 파장을 조정한 청색 엘이디가 선택된다.

한편, 백색 엘이디 광원과의 혼색 비율에 의해 상기 백색 엘이디 광원이 가지는 설정 색온도를 최저 소망 색온도 방향으로 조절할 수 있는 엘이디로서는, 바람직하게는 585~630, 보다 바람직하게는 585~600nm의 주황색 영역으로 피크 파장을 조정한 주황색 엘이디가 선택된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 주 엘이디 광원과 보정 엘이디 광원의 혼색에 의해 전체적인 발광 색온도를 3000~8000 켈빈 범위에서 조정할 수 있다.

한편, 상기 주 엘이디 광원에 있어서 혼색은 주 엘이디 광원의 YAG 형광체층 투과 스펙트럼 강도(또는 면적)와 YAG 형광체층 발광 스펙트럼 강도(또는 면적)의 비에 의해 결정되지만, 이들의 강도비가 2:1에서 1:4가 되도록 설정되고, 여러 가지의 스펙트럼이 얻어지고 있다. (예를 들어, 시판되는 일본의 일아화학(日亞化學)의 백색 엘이디는 도 7의 스펙트럼을 나타낸다) 이 스펙트럼을 중심으로 형광체량이 증가하면 청색 영역의 스펙트럼이 감소하고, 거의 황색을 띠는 혼색이 얻어진다. 반대로 엘이디의 청색 영역의 스펙트럼이 증가하면, 거의 푸른색을 띠는 혼색이 얻어지기 때문에, 당업자에 의하면, 스펙트럼 분포를 고려하여 색온도의 설정이 가능하다.

한편, 본 발명의 다른 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 실시예에서는 보정 엘이디를 사용하지 않고 색온도를 조정하는 것이다. 즉, 상술한 보정 엘이디 광원을 사용하는 색온도 조정의 대체 구성이다. 상세히 설명하면, 상기 주 엘이디 광원군 안에, 자외영역으로 발광 피크 파장을 조정한 1종 또는 2종 이상의 보조 엘이디를 적절히 분산 배치하고, 상기 보조 엘이디를 덮는 필터에 상기 보조 엘이디에 의해 여기되어 430~490nm의 청색 영역에서 피크 파장을 가지는 형광 또는 590~700nm의 주황색 내지 적색 영역에서 피크 파장을 가지는 형광을 방사하는 형광체를 함유시킨다. 이것에 의해 상기 주광원 엘이디로부터의 발광과 필터로부터의 형광 발광의 혼색에 의해 필터 투과 파장의 색온도를 3000~8000 켈빈의 범위로 조정하도록 할 수 있다. 또한, 상기 주광원의 백색 엘이디에 이것을 덮는 색온도 변환 필터를 설치함으로써, 발광 파장의 색온도를 3000~8000 켈빈의 범위로 조정할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 실시예는 백색 엘이디를 사용하지 않는 경우의 대체법에 관한 것이다. 즉, 상기 백색 엘이디 대신에, 다음과 같이 하여도 백색 광원을 얻을 수 있다.

제1대체 구성을 설명하면, 430~470nm의 청색 영역에 발광 피크 파장을 가지게 조정한 제1 엘이디와, 530~570nm의 황록색 영역에 피크 파장을 가지게 조정한 제2엘이디와, 585~630, 바람직하게는 585~600nm의 주황색 영역에 피크 파장을 가지게 조정한 제3엘이디로 전체적으로 혼색에 의해 백색을 형성하여도 좋다. 이 경우, 제2엘이디군을 주체로 하여 그 안에 제1 및 제3 엘이디가 분산하도록 배치하고, 상기 제2엘이디에 대한 제1엘이디 또는 제3엘이디의 상대 방사 강도를 조정함으로써, 전체적인 혼색 색온도를 3000~8000 켈빈의 범위에서 조정할 수 있다.

그리고, 제2엘이디군 안으로의 제1 및 제3 엘이디의 배치는, 전체로서 1±1:3:2±1의 방사 강도 비율이 좋다. 반치폭에도 따르지만, 각 영역의 파장이 비교적 좁은 파장의 경우에는 상기 각 영역의 발광 피크가 1:3:2의 방사 강도 비율이 되도록 분산 배치되는 것이 바람직하다.

제2대체 구성을 설명하면, 430~470nm의 청색 영역에 발광 피크 파장을 가지도록 조정한 청색 엘이디를 주광원 엘이디로 하고, 상기 주광원 엘이디군 안에 자외영역으로 발광 피크 파장을 조정한 보조 엘이디를 적절히 분배 배치한다. 한편, 상기 주 광원 엘이디 및 보조 엘이디를 덮는 필터에 상기 주광원 엘이디에 의해 여기되어 530~570nm의 황록색 영역에서 피크 파장을 가지는 형광을 발하는 YAG 형광체와 상기 보조 엘이디에 의해 여기되어 430~490nm의 청색 영역으로 피크 파장을 가지는 형광을 발하는 형광체와, 590~700nm의 주황색 또는 적색 영역으로 피크 파장을 가지는 형광을 방사하는 형광체를 함유시키고, 이것에 의해 주광원 엘이디 강도 및 보조 엘이디 강도를 조정하고, 상기 필터에 의해 필터 투과광의 파장의 색온도를 3000~8000 켈빈의 범위로 조정할 수 있다.

상술한 바와 같이 구성하면, 색온도 조정이 가능한 엘이디등을 구성할 수 있다. 더 나아가, 색온도뿐만 아니라 연색성을 향상시키기 위해서는, 도 8 및 도 9에서 나타내는 스펙트럼을 형성하는 것이 바람직하다. 도 8 및 도 9의 스펙트럼은 상기 백색 엘이디 광원에 주황색 엘이디를 사용하여 보색하는 것만이 아니라, 녹색 엘이디를 사용하여 보색함으로써 형성할 수 있다. 도 8과 도 9의 스펙트럼 형성방법의 차이는, 청색 엘이디에 대한 YAG 형광체의 사용량 및 주황색 엘이디에서의 보색량의 차이에 기인한다. 적어도, 녹색 엘이디로 보색하여 둠으로써, 연색성을 향상시킬 수 있다. 하지만, 색온도는 백색 엘이디에 대하여, 보조 광원으로서 소정의 청색 엘이디 광원 또는 주황색 엘이디 광원을 사용함으로써 변화시키는 것이 연색성을 훼손시키는 것이 아니라, 오히려 향상시키면서 색온도의 변화를 얻을 수 있기 때문에 바람직하다.

다음으로는, 상술한 색온도 조절이 가능하고 연색성을 향상시킬 수 있는 백색 엘이디등을 실제의 용도 예를 들어 외과 수술 조명용으로 사용되는 무영등, 원하는 분위기의 색온도를 선택할 수 있는 거실 실내등에 적용하는 것을 상세히 설명한다.

먼저, 기존 설비로의 적용 방법을 설명하면 다음과 같다.

상기 백색 엘이디등을 보통 전구와 마찬가지로 직접 100V 등의 교류 전원에 적용하는 경우를 설명한다. 이러한 경우에는 교류 전원에 접속되는 커넥터와, 이 커넥터에 접속하여 교류 전원을 변압하는 변압기와, 이 변압기에 접속하여 상기 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고 이 직류 전원으로부터 상기 주광원 엘이디와 상기 보색 엘이디에 각각 소정의 직류 전압으로 설정하여 공급하는 조광기를 구비함으로써 적용할 수 있다.

무영등 직류 전원에 적용하는 경우에는, 24V 직류 전원이기 때문에 접속되는 커넥터와, 이 커넥터에 접속하여 상기 주광원 엘이디와 상기 보색 엘이디에 각각 소정의 직류전압으로 설정하여 공급하는 조광기를 구비함으로써 적용할 수 있다.

도 11을 참조하여, 본 발명의 백색 엘이디등을 거실 실내등으로 사용하는 것을 설명한다.

거실내에서는 본 발명의 백색 엘이디등을 다운라이트로서 사용하는 것이 바람직하다. 도 11a에 나타내는 바와 같이, 종래의 다운라이트에서는 비스듬히 배치하더라도 단열재(22)로의 열차단이 반드시 필요하다. 그러나, 도 11b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 엘이디등(26)을 사용하면 열발생이 거의 없기 때문에 편평한 것으로 할 수 있다. 예를 들어 천장 패널판(24)에 심어 넣도록 설치할 수 있다.

도 12를 참조하여, 본 발명을 이용하여 기존의 거실 실내등을 리모트 컨트롤하는 시스템을 설명하면 다음과 같다.

단란한 장면, 식사 장면, 휴식 장면, AV 장면으로 4개의 조명 상황을 결정하고, 그 상황에 따라 라이트 I-1에서 I-4와 II-1에서 II-4의 각 라이트의 전등(全燈), 반등, 소등의 세 종류 중에서 선택할 수 있게 되어 있다. 본 발명의 엘이디등을 조명 램프 I-1 ~ I-4 및 II-1 ~ II-4의 각각에 적용하여, 계절, 아침 점심 저녁 시간대를 고려하여 각 상황의 적절한 색온도를 설정하고, 이들을 조합하여 조명 스케쥴을 결정한다. 이와 같이 함으로써, 지금까지 경험하지 못한 조명 효과를 리모트 컨트롤 조작에 의해 간단히 실현할 수 있고, 만족할 수 있다.

도 12에서, I-1 ~ I-4는 거실 엘이디등, II-1, II-2, II-4는 엘이디 다운라이트, II-3은 천장 엘이디등이다.

다음으로, 조명 스케쥴에 대하여 설명한다.

종래에는 조명의 색온도를 변환하는 경우, 먼저 백열등을 점등하고 그 후 형광등을 점등하여 색온도의 상승을 측정하고 마지막에 백열등을 소등하여 최고 색온도로 한다. 하지만, 이 방법에서는 연속한 색온도의 설정이 어렵고 자유롭게 색온도를 설정할 수 없다. 본 발명에 따르면, 색온도 및 조도의 변환이 자유롭게 이루어질 수 있는 엘이디등을 이용할 수 있기 때문에, 백열등으로부터 형광등으로 교체할 필요가 없고 자유롭게 색온도와 조도를 설정할 수 있으며 매우 쉽게 조광을 컨트롤할 수 있다.

또한, 상기 엘이디 광원들의 광량을 각각 조절하는 광량조절수단 예를 들어 마이크로컴퓨터 내장의 리모콘 컨트롤과, 센서에 의해 바로 아래의 컨트롤을 간단하게 수행할 수 있다.

1) 기상·취침 타이머의 설정

2) 원하는 조도·색온도의 설정

3) 시계 표시

4) 원하는 시각으로 소등·점등을 설정

5) 하루 24시간의 조광을 기억시켜 컨트롤하는 설정

예를 들어, 이 방법에 의해, 자명종 시각 30분 전에 엘이디등의 조광 점등을 시작하여 아침과 같은 여유로운 리듬으로 서서히 밝아지게 하고 이 빛으로 눈꺼풀을 통해 뇌를 자극하여 서서히 각성 상태로 이끈다. 설정 시각이 되면, 더욱 색온도가 높고 조도가 크며 밝은 빛으로 상쾌한 아침을 재촉할 수 있다. 더욱이 저녁에 되면, 색온도가 낮은 빛으로 침착한 공간을 연출하고 마음을 가라앉힐 수 있다.

이러한 기능은 쇼윈도우의 조명, 광고의 조명, 의류 판매장의 조명, 화장품 판매점의 조명 등에 이용하여, 하루 중의 여러 시간대의 모의 조명을 연출하고 각 장면에서의 적절한 의복, 화장 등을 선택할 수 있다. 외과 수술의 경우에는, 수술 준비 시간, 수술 초기, 수술 중반, 수술 후반, 휴식 시간으로 나누어 색온도와 조도를 자동적으로 또는 적절히 선택하도록 할 수 있다. 도 13은 하루 24시간대의, 색온도와 조도의 관계를 그래프로 나타낸 것으로서, 도 13a는 조도와 색온도 변화가 평행한 것이고, 도 13b는 조도와 색온도 변화가 평행하지 않은 예이다.

한편, 필요에 따라 엘이디의 빛을 집광하거나 분산 혼합할 수 있다. 즉, 상기 주광원 엘이디 및 보색 엘이디를 설치하는 기판은 구면 반사 거울을 갖추고, 적당하게 집광하도록 해도 좋다. 또한, 필요에 따라 각종 엘이디로부터의 빛이 잘 혼합되도록 앞면의 렌즈 구성을 고려해도 좋다. 이와 같이 함으로써 각종 엘이디로부터의 빛을 균일하게 혼합할 수 있다.

특히, 외과 수술용 무영등에 있어서는 수술 부위에 10만 럭스라는 고휘도 조명을 필요로 하기 때문에, 도 10에 나타내는 바와 같이, 구면 반사 거울(14)에 일단 반사시키고, 원하는 조사 구경으로 조절하는 것이 좋다. 도 10에서 부호 12는 엘이디등이며, 부호 16은 광학렌즈이다. 지금, 개발중인 일아화학의 NSCx190D의 백색 엘이디를 사용하면, 20cm 직경의 조사 구경으로는 약 140개의 엘이디로, 25cm 직경의 조사 구경으로는 약 210개의 엘이디로 10만 럭스라는 조도를 얻을 수 있다. 게다가 긴 수명을 가지기 때문에, 외과 수술용에 적합한 조건을 제공한다.

다음은 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 백색 엘이디등을 수술용 조명등에서 보조 광원으로 사용하는 구체적 예를 설명하면 다음과 같다.

무영등은 수술용 조명등으로서 수술실에 설치되어 있는 경우가 많다. 따라서, 보조 광원으로는 무영등 조명을 보조하기 때문에 조사 방향을 쉽게 변경할 수 있는 것이 바람직하다. 상술한 백색 엘이디 등을 이용함으로써 조사 방향을 쉽게 변환할 수 있는 보조 광원을 제공할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 나타낸 바와 같이, 수술대(10)의 한 쪽끝에는 기존의 바(11)가 존재하기 때문에 엘이디 보조 광원을 설치할 수 있다. 또는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 기존의 무영등(20)의 중심 아랫쪽에 돌출하는 핸들부에 설치하도록 할 수 있다.

상기 엘이디 보조 광원 장치(30)는 플렉시블 튜브(31)의 앞쪽 끝에 여러개의 엘이디로 이루어진 엘이디 광원(32)을 매설하는 한편, 뒤쪽 끝에 전지를 직렬로 하여 4V 전후의 직류 전압원(33) 및 스위치(SW)를 구성하고, 상기 엘이디 광원(32)과 접속하여 구성하는 것이 좋다. 수술대의 기존 바(11) 또는 무영등의 핸들부에 설치하는데 있어서는 비틀어박기 고정, 끼워설치하는 고정 등의 기존의 고정 기구가 채용되어도 좋다. 이러한 보조 광원에 따르면, 무영등의 주광원을 보조하고 특히 필요한 부위의 조도를 향상시킬 수 있다. 게다가 발열이 거의 없기 때문에 수술하는 사람의 작업에 방해가 되지 않는다.

도 4 내지 도 6을 참조하여, 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

약 450~460nm의 청색 영역으로 발광 피크 파장을 조정한 청색 엘이디와, 이 엘이디에 의해 여기되어, 약 570nm의 황록색 영역으로 형광 피크 파장을 조정한 YAG 형광체를 조합하여 이루어진 색온도 약 5000°K의 백색 엘이디(W)를 구성한다.

이어서, 약 470~480nm의 청색 영역으로 발광 피크 파장을 조정한 InGaN을 활성층으로 하는 청색 엘이디(B)로 이루어진 제1보정 광원과, 약 590nm의 주황색 영역으로 피크 파장을 조정한 AlInGaP를 활성층으로 하는 주황색 엘이디(Am)로 이루어진 제2보정 광원을 준비한다.

도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 상기 엘이디를 기판상에 31개 배열한다. 중심(16) 및 제1원형열(10,11,17,22,21,15) 및 제3원형열(1,2,7,13,24,29,31,30,25,19,8,3)의 총 17개에 백색 엘이디(W)를, 제2원형열에는 청색 엘이디(B) 6개를 위치(4,6,18,28,26,14)에, 주황색 엘이디(Am) 6개를 위치(5,12,23,27,20,9)에 각각 번갈아 배치한다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 이 엘이디등(41)에는 청색 엘이디(B) 6개 및 주황색 엘이디(Am) 6개에는 고정 또는 가변 저항(44)을 통하여 조도 조정이 가능하게 직류 전원으로 접속하고, 백색 엘이디는 그대로 직류전원(3.6 ~ 4.5V)으로 접속한다. 접속 방법은 전원 전압에 따라 변경해도 좋다. 이 엘이디등(41)을 플렉시블 암(42)의 앞쪽 끝 헤드(43)에 설치하면, 색온도 조정이 가능한 엘이디 무영등이 형성된다. 기존의 무영등의 할로겐 램프 대신에 사용하는 경우에는 상기 앞쪽 끝 헤드(43)의 뒤쪽 끝에 커넥터를 설치하도록 하여 직접 적용할 수 있다.

여기서, 백색 엘이디만을 점등하면, 색온도 5000°K의 백색광이 얻어지지만 연색성이 떨어진다. 그런데, 주황색 엘이디 3 ~ 6개를 점등하면 연색성이 향상함과 동시에, 색온도는 3000 ~ 2500°K까지 저하한다. 한편, 백색 엘이디 전(全)점등에 서 청색 엘이디 3 ~ 6개를 점등하면, 색온도는 8000°K이상까지 높아진다. 하지만, 청색 엘이디에서는 연색성의 향상을 기대할 수 없기 때문에 주황색 엘이디를 2 ~ 3개 점등하면 색온도는 8000 ~ 6000 전후로 저하하지만 연색성이 향상했다.

이와 같이 상기 주광원 엘이디와 보정 광원 엘이디의 혼색에 의해 전체로서 발광 색온도를 3000 ~ 8000 켈빈의 범위에서 조정가능하다. 적절히 주황색 엘이디를 점등하면 연색성은 향상하지만 색온도가 저하하기 때문에 청색 엘이디의 점등과 균형을 이룸으로써 색온도와 연색성 양자의 조정을 이룰 수 있다.

상기 실시예에서는 주광원을 중간 색온도로 설정하고, 보정 광원에 의해 색온도를 낮은 쪽으로 또는 높은 쪽으로 조절하도록 했지만, 주광원의 색온도를 약 8000°K로 설정하고 약 590nm의 주황색 엘이디를 보정 광원으로 하여 색온도를 낮은 방향으로 조절하도록 해도 좋다. 또한, 주광원의 색온도를 약 3000°K로 설정하고 약 480nm의 청색 엘이디를 보정 광원으로 하여 색온도를 높은 방향으로 조절하도록 해도 좋다. 이 경우, 연색성의 정도에 의해 상기 주황색을 적절히 혼색하면서 조정하도록 해도 좋다.

마지막으로, 수술 부위에 따라서 색온도를 조정하는 경우의 프로그램을 설명하면 다음과 같다.

(제1프로그램)

뇌 외과 8000K : 흉부외과 6000K : 복강외과 5000K : 정형외과 4000K

(보정색 청색 on-off) ← 백색 → (보색 주황색 on-off)

(제2프로그램)

뇌 외과 8000K : 흉부외과 6000K : 복강외과 5000K : 정형외과 4000K

(보색 청색 강-약) ← 백색 → (보색 주황색 강-약)

초기설정 청색(강도 1) 황색(강도 3) 주황색(강도 2)

제1프로그램은 백색 엘이디(5000°K)를 주광원으로 하여, 보정 광원 청색 엘이디 및 주황색 엘이디로 색온도를 보정하는 경우를 나타내고, 제2프로그램은 청색 엘이디, 황색 엘이디, 주황색 엘이디의 혼색으로 백색 광원을 만들어, 청색 또는 주황색의 강도를 조정하여 색온도를 보정하는 경우를 나타낸다.

한편, 가시광 중에서 580nm 부근의 빛을 제거하면 채도가 높은 색으로 보이기 때문에, 청색 영역 450nm으로부터 황색 영역 550nm으로 상승하고, 일단 내려서 600nm을 넘은 부근에서 다시 상승하는 스펙트럼을 형성할 수 있다.

한편, 상기 무영등의 색온도 설정은 상기 도 12에서 나타낸 리모트컨트롤 시스템을 적용하여, 각 장면을 설정해 두면 쉽게 원하는 색온도와 연색성을 동시에 실현할 수 있다.

본 발명에 따르면, 백색 엘이디 또는 엘이디 혼색에 의한 백색 발광을 보정함으로써 다른 색온도의 백색 발광으로 조정할 수 있다.

따라서, 무영등에 이용하면, 예를 들어 뇌 외과(8000K), 흉부외과(6000K), 복강외과(5000K), 정형외과(4000K) 등과 수술 부위에 따라 색온도를 설정할 수 있다. 또한, 주황색을 보정색으로 사용하기 때문에 연색성도 뛰어나게 할 수 있다.

또한, 수술하는 사람이 원하는 색온도로 외과 수술을 할 수 있고, 게다가 발 열이 거의 없기 때문에 적절한 수술 환경을 형성할 수 있다.

또한, 이러한 색온도를 조정할 수 있는 엘이디등을 사용함으로써, 상관(相關) 색온도 : 6700K 시원한 색(쿨한 분위기, 상쾌한 분위기), 상관 색온도 : 5000K 자연스러운 색(자연스러운 분위기), 상관 색온도 : 3000K 따뜻한 색(안정된 분위기)과 같은 방으로 조명의 색온도를 바꿈으로써 색다른 분위기를 연출할 수도 있다.

한편, 본 발명은 색온도 설정이 중요한 역할을 하는 화장용 엘이디등으로서도 추천할 수 있다. 이 경우에 있어서도, 필요한 상황을 장면 별로 설정하고, 스위치 또는 리모콘 조작에 의해 주광원에 대한 보조광원의 광량을 수동, 바람직하게는 자동적으로 조절하여 원하는 장소의 색온도를 선택할 수 있는 시스템으로 함으로써 화장등으로서 간편하게 사용할 수 있다.

Claims (8)

1. 430 ~ 470nm의 청색영역에 발광 피크 파장을 가지는 청색 엘이디의 YAG 형광체층을 투과하는 투과 스펙트럼 강도와 상기 청색 엘이디로 여기되어 530 ~ 570nm의 황록색에 형광 피크 파장으로 발광하는 발광 스펙트럼 강도 비가 2:1 로부터 1:4가 되도록 조정하여 흑체복사선상의 소정의 최저 색온도 Xlow (°K)로 백색 엘이디 광원을 조정하는 단계;

   상기 최저 색온도와 흑체복사선상의 고온도 방향에서 선택된 적어도 하나의 소정 색온도 X를 잇는 선의 연장선과 교차하는 색도도상의 짧은 파장 쪽의 교차점 S2(nm)의 근방영역에 피크 파장이 위치하는 발광 스펙트럼을 가지도록 보정 엘이디 광원을 조정하는 단계; 그리고

   상기 백색 엘이디 광원과 상기 보정 엘이디 광원의 혼색비율을 변경하여 상기 최저 색온도보다 높은 색온도 방향으로 색온도를 조절하는 단계를 구비함을 특징으로 하는 백색 엘이디등의 색온도 조정방법.
2. 삭제
3. 430 ~ 470nm의 청색 영역으로 발광 피크 파장을 조정한 청색 엘이디와 이 청색 엘이디에 의해 여기되며 530 ~ 570nm의 황록색 영역에 형광 피크 파장을 가지게 조정한 YAG 형광체를 조합하여 이루어진 주 엘이디 광원과;

   430 ~ 470nm의 청색 영역에 발광 피크 파장을 가지게 조정한 청색 엘이디로 이루어진 보정 엘이디 광원과,

   상기 주 엘이디 광원과 보정 엘이디 광원의 혼색에 의해 전체적인 발광 색온도를 3000 ~ 8000 켈빈의 범위에서 조정할 수 있도록 하는 색온도 조정수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 색온도 조정이 가능한 백색 엘이디등.
4. 제3항에 있어서, 상기 색온도 조정수단은,

   교류 전원에 접속되는 커넥터와; 상기 커넥터에 접속하여 교류 전원을 변압하는 변압기와; 상기 변압기에 접속하여 상기 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고, 이 직류 전원으로부터 상기 주 엘이디 광원과 보정 엘이디 광원에 각각 소정의 직류 전압을 공급하는 조광기로 구성되는 색온도 조정이 가능한 백색 엘이디등.
5. 제3항에 있어서, 상기 색온도 조정수단은,

   직류 전원에 접속되는 커넥터와; 상기 커넥터에 접속하고 상기 주 엘이디 광원과 보정 엘이디 광원에 각각 소정의 직류 전압을 공급하는 조광기로 구성되는 색온도 조정이 가능한 백색 엘이디등.
6. 제3항에 있어서,

   상기 주 엘이디 광원 및 보정 엘이디 광원의 앞면에는 구면 반사 거울이 더 구비되어, 반사광의 혼색에 의해 색의 얼룩이 없는 백색광을 얻는 것을 특징으로 하는 색온도 조정이 가능한 백색 엘이디등.
7. 제3항에 따른 백색 엘이디등에 상기 주 엘이디 광원과 보정 엘이디 광원의 광량을 각각 조절하는 광량조절수단이 구비되어 구성되는 것을 특징으로 하는 색온도 조정이 가능한 백색 엘이디등 시스템.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 색온도를 조정하는 단계는

   교류 전원에 커넥터를 통하여 접속하고 상기 교류 전원을 변압하는 변압기와, 상기 변압기에 접속하여 상기 교류 전원을 직류전원으로 변환하고, 이 직류 전원으로부터 각각 소정의 직류 전압을 상기 백색 엘이디 광원 및 상기 보정 엘이디 광원에 공급되는 조광기를 구비하고,

   상기 조광기에서 상기 백색 엘이디 광원 및 상기 보정 엘이디 광원에 공급되는 소정의 직류 전압을 조정하여 상기 백색 엘이디 광원과 상기 보정 엘이디 광원의 혼색비율을 변경함으로써 이루어짐을 특징으로 하는 백색 엘이디등의 색온도 조정방법.

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