KR20060127801A - 2 단자 발광다이오드 디바이스 - Google Patents

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KR20060127801A
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유 훙 라우
준 촉 리
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Abstract

2 단자 발광다이오드("LED") 디바이스는 제 1 단자 및 제 2 단자, 그리고 제 1 색상 발광다이오드 및 제 2 색상 발광다이오드를 갖는다. 세기 제어 디바이스는 제 1 색상 발광다이오드에 결합되고 제어 회로는 제 1 단자에 제공된 제어 신호에 따라 제 1 색상 발광다이오드로부터 선택된 광 세기를 만들어내도록 세기 제어 디바이스를 제어한다. 제어 신호는 제 1 색상 발광다이오드와 제 2 색상 발광다이오드에 전력을 또한 제공한다.

Description

2 단자 발광다이오드 디바이스{TWO-TERMINAL LED DEVICE WITH TUNABLE COLOR}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 2 단자 발광다이오드 디바이스의 도면,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 디지털 제어를 이용한 2 단자 적색-녹색-청색(RGB) 발광다이오드의 도면,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 아날로그 제어를 이용한 2 단자 적색-녹색-청색(RGB) 발광다이오드의 도면,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 펄스-폭 변조를 이용한 2 단자 적색-녹색-청색(RGB) 발광다이오드의 도면,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 집적 센서를 구비한 2 단자 적색-녹색-청색(RGB) 발광다이오드의 도면,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 적색-녹색-청색(RGB) 발광다이오드 디바이스 대 공급 전압의 모델화된 분광 출력(modeled spectral output)을 도시하는 색도를 나타내는 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
102 : 제 1 색상 발광다이오드 104 : 제 2 색상 발광다이오드
106 : 세기 제어 디바이스 114 : DC-DC 컨버터
200 : 2 단자 RGB 발광다이오드
본 발명은 발광다이오드(Light-Emitting Diode; "LED") 디바이스에 관한 것으로, 특히, 공급 신호에 따라 선택가능한 색상을 만들어내는 2 단자 발광다이오드 디바이스에 관한 것이다.
발광다이오드는 발광다이오드를 통해 전류가 흐를 때 광을 방사할 수 있는 반도체 디바이스이다. 발광다이오드는 전자 디스플레이(electronic display), 교통 신호(traffic signal), 및 비디오 사인(video sign)과 같은 많은 응용분야에서 사용된다. 발광다이오드는 단색광을 방사한다, 즉, 발광다이오드에 의해 방사되는 광의 파장은 전형적으로 약 20-50나노미터("nm")의 좁은 범위내에 있다. 상이한 형태의 발광다이오드는 상이한 광의 파장(색상)을 방사한다. 상이한 색상을 방사하는 개개의 발광다이오드는 백색광을 방사하는 발광다이오드 디바이스에서 적색-발광 LED("red LED"), 녹색-발광 LED("green LED") 및 청색-발광 LED("blue LED")를 조합하는 것과 같은 발광다이오드 모듈 또는 발광다이오드 디바이스에서 종종 사용된다. 발광다이오드로부터의 전체 조합 방사는 발광다이오드에 의해 방사되는 다양한 색상의 조합이다. 이러한 발광다이오드는 통상적으로 "RGB LED 모듈"이라 불리운 다. RGB 모듈의 특별한 형태는 "백색 발광다이오드 모듈"이며, 이 모듈은 백색광을 방사하기 위해 RGB 광을 조합한다.
많은 종래의 2 단자 RGB 발광다이오드 모듈은 고정된 광 출력을 방사한다. 즉, 모듈의 색상 출력을 조정할 수 없다. 불행하게도, 상이한 온도에서 발광다이오드 수명 및 수행은 다르다. 수명 및/또는 온도 효과는 RGB 발광다이오드 모듈로부터의 전체 조합 방사를 시프트시킬 수 있다.
유사하게, RGB 발광다이오드 모듈로부터의 전체 조합 방사에서 선택된 시프트는 몇몇 응용분야에서 바람직하다. 예를 들면, 백색 발광다이오드 모듈이 사진 플래시 응용분야(a photographic flash application)에 사용되면, 일광 사용을 위한 플래시에서 광의 원하는 분광 합성은 텅스텐-필라멘트 조명하에서 사용하거나, 또는 형광등 조명하에서 사용하기 위한 플래시에서 광의 원하는 분광 합성과 다르다.
색상-조정가능한 RGB 발광다이오드 모듈은 전체 조합 방사의 색상 콘텐츠를 선택적으로 변경하기 위해 사용자로 하여금 발광다이오드를 제어할 수 있도록 개발되었다. 기본적으로, 사용자는 "따듯한" 백색광(상대적으로 적색광이 풍부한) 또는 "시원한" 백색광(상대적으로 청색광이 풍부한)을 만들어내도록 RGB 발광다이오드 모듈의 출력을 선택적으로 색상 조정할 수 있다. 그러나, 이들 색상-조정가능한 RGB 발광다이오드 모듈은 여러 접촉 핀을 가지며, 본질적으로 분리 핀 또는 각각의 발광다이오드에 대한 한쌍의 핀이다. 사용자는 각각의 발광다이오드에 대해 제어 신호(전형적으로 바이어스 전압)를 발생하고, 접촉 핀을 통해 제어 신호를 결합함 으로써 개별적으로 각각의 발광다이오드의 바이어스 포인트를 설정한다. 그러나, 사용자가 독립적으로 각각의 발광다이오드에 대해 제어 신호를 발생시키고 적용하는 것은 불편하고 복잡하다. 적절한 제어 신호는 각각의 발광다이오드의 방사 특성, 및 원하는 전체 조합 방사를 형성하기 위해 발광다이오드의 광 출력을 어떻게 혼합하는가에 좌우된다.
보다 간단한 제어 기법을 제공하는 색상-조정가능한 발광다이오드 모듈이 바람직하다.
2 단자 발광다이오드("LED") 디바이스는 제 1 단자 및 제 2 단자, 그리고 제 1 색상 발광다이오드 및 제 2 색상 발광다이오드를 갖는다. 세기 제어 디바이스는 제 1 색상 발광다이오드에 결합되고 제어 회로는 제 1 단자에 제공된 제어 신호에 따라 제 1 색상 발광다이오드로부터 선택된 광 세기를 만들어내도록 세기 제어 디바이스를 제어한다. 제어 신호는 제 1 색상 발광다이오드와 제 2 색상 발광다이오드에 전력을 또한 제공한다.
1. 예시적인 색상-조정가능한 2 단자 발광다이오드 디바이스
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 2 단자 발광다이오드 디바이스(100)의 도면이다. 2 단자 발광다이오드 디바이스(100)는 제 1 색상 발광다이오드(102) 및 제 2 색상 발광다이오드(104)를 포함한다. 즉, 제 1 색상 발광다이오드(102)는 제 1 색상(예를 들면, 적색)의 광을 방사하고 제 2 색상 발광다이오드(104)는 제 2 색상(예를 들면, 녹색)의 광을 방사한다. 제 1 색상 발광다이오드(102) 및 제 2 색상 발광다이오드(104)에 의해 방사되는 광은 중간색(예를 들면, 노란색)을 갖는 전체 조합 방사를 형성하기 위해 조합된다.
광 출력은 발광다이오드에 공급되는 구동 전압을 사용하여 또한 제어될 수 있지만, 발광다이오드의 I-V 특성은 전압의 작은 변화가 전류의 커다란 변화를 야기할 수 있다는 것을 의미한다. 광 출력이 발광다이오드를 통해 흐르는 전류에 의해 결정되기 때문에, 구동 전압이 정밀하고 안정적일 필요가 있는 것이 통상적으로 바람직하다. 구동 전류 및 정시(on-time)(시간 변조)는 발광다이오드로부터의 광 세기를 신뢰성 있게 제어하는 2가지 방식이다. 펄스-폭 변조는 시간 변조 기법의 예이다. 시간 변조 기법의 다른 예는 비트 각 변조(bit angle modulation)이다.
제1 색상 발광다이오드(102)로부터의 광 세기는 펄스-폭 변조기("PWM"), 디지털-아날로그 제어기("DAC"), 제어 신호(예를 들면, 가변 공급 전압, Vsupp)와 조합하는 가변 전류 싱크(variable current sink) 또는 가변 저항기와 같은 세기 제어 디바이스(106)를 사용하여 선택적으로 제어된다. 제어 신호는 제어 회로(108)에 결합되고, 제어 회로(108)는 세기 제어 디바이스(106)를 동작시키기 위해 세기 제어 신호를 만들어 낸다. 예를 들면, 제어 회로는 PWM의 듀티 싸이클(duty cycle), DAC의 전압 레벨, 가변 전류원을 통과하는 전류, 또는 제어 신호값에 따른 가변 저항 기의 저항을 설정하는 아날로그, 디지털, 또는 이들의 혼합 회로이다.
몇몇 실시예에 있어서, 제어 신호는, 예를 들어, 세기 제어 디바이스가 전압 제어형 가변 저항기일 때 제어 회로를 방해함이 없이 세기 제어 디바이스에 직접적으로 결합된다. 이것은 특히 Vsupp와 전체 조합 방사의 색상 및 세기간의 관계에 걸쳐 정밀한 제어를 필요로 하지 않는 응용분야에 대해 바람직하다.
세기 제어 디바이스(106)는 제 1 색상 발광다이오드(102)에 의해 방사되는 광의 세기를 제어하며, 차례로 2 단자 발광다이오드 디바이스(100)의 전체 조합 방사를 제어한다. 예를 들면, 세기 제어 디바이스가 가변 저항기이면, 저항이 광 세기의 점감에 따라서 발광다이오드로부터의 전체 조합 방사에 대한 기여를 증대함에 따라서 제 1 색상 발광다이오드(102)를 통해 보다 적은 전류가 흐를 것이다. 제 2 색상 발광다이오드(104)를 통과하는 전류, 및 제 2 색상 발광다이오드(104)의 광세기는 일정하게 유지된다. 제 1 색상 발광다이오드가 적색 발광다이오드이고 제 2 색상 발광다이오드가 녹색 발광다이오드인 예를 지속하면, 2 단자 발광다이오드 디바이스(100)는 상기 가변 저항기가 로우 저항일 때 노란색 광을 방사하고, 저항이 증가됨에 따라서 보다 더 녹색인 광을 방사한다. 제 1 색상 발광다이오드가 본질적으로 차단(shut off)되면, 2 단자 발광다이오드로부터의 방사는 제 2 색상 발광다이오드의 색상(예를 들면, 녹색)이다.
제어 신호는 또한 제 1 색상 발광다이오드(102), 제 2 색상 발광다이오드(104), 및 2 단자 발광다이오드 디바이스의 다른 구성요소에 전력을 제공한다. 따라서, 2 단자 발광다이오드 디바이스는 발광다이오드에 전력을 제공하며 발광다이오드 디바이스의 색상 조정은 단지 2개의 단자(110, 112)를 사용한다. 특정한 실시예에 있어서, 제어 신호는 원하는 발광다이오드 바이어스 전압보다 큰 공급 전압(Vsupp)이다. 제어 신호는 제 1 단자(110)에 적용되고, 제 2 단자는 접지된다. 대안적인 실시예에 있어서, 단자는 상이하게 접속된다, 예를 들어, 제 2 단자는 접지 이외의 전위에 접속된다.
DC-DC 컨버터(114)는 공급 전압(VSUPP)을 발광다이오드 전압(VLED)으로 변환한다. DC-DC 컨버터는, 예를 들어, 선형 조정기(linear regulator), 스위칭 조정기(switching regulator), 또는 전하 펌프-기반형 조정기(charge pump-based regulator)이다. DC-DC 컨버터(114)는 VLED를 변화시키지 않고 VSUPP가 변할 수 있도록 한다. 따라서, VSUPP는 제 1 색상 발광다이오드(102)와 제 2 색상 발광다이오드(104)에 제공되는 전압을 변화시키지 않고도 색상 제어 신호로서 사용된다. 비록 이것이 제어 신호에 의해 원하는 전체 조합 방사를 획득하는 것을 단순하게 한다 하더라도, 이러한 특징이 모든 실시예에서 요구되는 것은 아니다. 다른점에서, 발광다이오드로부터의 광의 세기는 공급 전압의 함수로서 변할 수도 있다. 몇몇 응용분야에서의 다른 장점은 세기 제어 디바이스 및/또는 제어 회로가 발광다이오드와는 다른 전압에서 또는 다른 전압 범위에 걸쳐서 최적으로 동작할 수도 있다는 것이다. 대안으로, 제어 신호는 DC 성분(오프셋) 및 디지털 신호를 포함한다. DC 성분은 발광다이오드에 전력을 제공하며, 디지털 신호는 디지털 제어 회로에 원하는 세기 정보를 제공하거나, 또는 하나 이상의 디지털 세기 제어 디바이스를 직접 제어한다.
대안적인 실시예에서, 추가적인 발광다이오드는 2 단자 발광다이오드 디바이스에 포함된다. 이들 발광다이오드는 제어되거나 제어되지 않을 수 있다. 예를 들면, 제 1 색상 발광다이오드는 오렌지-적색 발광다이오드일 수 있으며, 제 3 색상 발광다이오드는 제어 회로로부터의 동일한 세기 제어 신호에 의해 제어되는 진한 적색 발광다이오드일 수 있다. 다른 실시예에서, 제 3 색상 발광다이오드(예를 들면, 청색 발광다이오드)는 제어되지 않는다. 적색, 녹색, 및 청색 광은 본질적으로 2 단자 발광다이오드 디바이스로부터의 백색광을 제공하기 위해 조합된다. 제 1 색상 발광다이오드의 조정은 백색광의 색상 온도를 선택적으로 변화시킬 수 있도록 한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 디지털 제어를 사용한 2 단자 RGB 발광다이오드(200)의 도면이다. 제어 신호(VSUPP)는 제 1 단자(110)에 제공되고, 제 2 단자(112)는 접지된다. 제어 신호는 색상 발광다이오드(202,204,206)를 바이어스하기에 적합한 전압(VLED)으로 변환된다. 특정한 실시예에 있어서, 제 1 색상 발광다이오드(202)는 적색 발광다이오드이고, 제 2 색상 발광다이오드(204)는 녹색 발광다이오드이며 제 3 색상 발광다이오드(206)는 청색 발광다이오드이다. 색상 발광다이오드 각각의 세기는 결합된 디지털 세기 제어 디바이스(208, 210, 212)에 의해 개별적으로 제어된다. 2 단자 발광다이오드 디바이스내 각각의 색상 발광다이오드 를 제어하는 것이 바람직한데, 이는 세기뿐만이 아니라 전체 조합 방사의 색상을 조정할 수 있도록 하기 때문이다. 적절한 디지털 세기 제어 디바이스는 예를 들어 전류-출력 DAC 및/또는 PWM을 포함한다.
통상적으로, 전류 출력 DAC는 디지털 세기 제어 디바이스로서 이용되어 결합된 색상 발광다이오드를 통해 흐르는 전류를 가변시킨다. PWM은 기본적으로 결합된 색상 발광다이오드의 듀티 싸이클을 가변시키기 위해 신속히 개폐되는 스위치이다. 듀티 싸이클을 증가시키면 색상 발광다이오드에 의해 발생되는 광이 증가된다. PWM은 전형적으로 시각적으로 검출할 수 있는 것보다 빠른 속도로 스위치된다. 디지털 세기 제어 디바이스로서 PWM을 사용하는 것이 특히 바람직한데, 이는 광 출력 대 듀티 싸이클이 광 출력 대 전류 보다 선형적이기 때문이다. 대안적인 실시예에 있어서, 디지털 세기 제어 디바이스(들)가 DC-DC 제어기와 색상 발광다이오드 사이에 마련된다.
저항기(214, 216)는 노드(218)에서 VSUPP를 기준 전압(Vref)으로 선형적으로 변환시키는 전압 분할기를 형성한다. 아날로그-디지털 컨버터("ADC")(219)는 디지털 기준 신호(220)를 생성하기 위해 Vref를 사용한다. 디지털 기준 신호(220)는 디지털 세기 제어 디바이스(208, 210, 212)를 구동하는 디지털 제어 회로(즉, "로직")(222)에 제공된다. 특정한 실시예에 있어서, 디지털 제어 회로(222)는 룩업테이블("LUT")(223)을 포함하거나 기타 디지털적으로 판독가능한 데이타를 포함하며 제어 신호(VSUPP)에 따라서 디지털 세기 제어 디바이스(208, 210, 212)로 적절한 디 지털 제어 신호를 출력한다. 룩업테이블("LUT")이 디지털 제어 회로(222)에 포함되는 것으로 도시되었지만, 이는 디지털 제어 회로 외부에 존재할 수도 있다. 룩업테이블("LUT")은 2 단자 발광다이오드 디바이스의 전체 조합 방사 특성에 따라서 생성되며, 이러한 특성은 개별적인 디바이스에 따라서 또는 여러 개별적인 디바이스에 대해 전반적으로 구현될 수도 있다. 원하는 전체 조합 방사를 생성하도록 아날로그 전압 제어 신호를 변환하기 위한 기법은 도 6과 관련하여 보다 상세히 논의된다.
전압 분할기는 ADC 동작에 보다 적합한 전위로 제어 신호의 전위를 감소시키는 것이 바람직하다. 특정한 실시예에 있어서, VSUPP는 약 5V부터 약 12V까지의 범위인데, 이러한 전압은 몇몇 ADC에 대해서는 높아서 바람직하지 않지만, DC-DC 컨버터(224)에 의한 조정 후 색상 발광다이오드(202, 204, 206)에 전기적으로 전력을 공급하기에 필요한 전압 보다 적절히 높다. 전압 분할기는 VREF를 약 1V와 약 4V 사이로 떨어뜨린다. 최소 VLED는 LED 배열내 어느 한 LED에 걸쳐 요구되는 최대 포워드 전압에 의해 결정된다. 이것은 전형적으로 녹색 또는 청색 발광다이오드에 대해 약 4V이다. 따라서, 5V의 VLED는 DC-DC 컨버터와 발광다이오드를 구동하기에 충분한 공급 전압을 제공할 것이다.
특정한 실시예에 있어서, DC-DC 컨버터(224), ADC(219), 디지털 제어 회로(222), 및 디지털 세기 제어 디바이스(208, 210, 212)는 점선(226)으로 표시되는 집적 회로("IC")에 포함된다. 저항기(214, 216)는 선택적으로 집적 회로에 포함된 다(예를 들면, 도 4 참조). 디지털 회로는 VLED에 의해 전력을 공급받거나, 또는 대안적으로 DC-DC 컨버터로부터의 (도시되지 않은)제 2 조정된 전압에 의해 전력을 공급받는다. 색상 발광다이오드(202, 204, 206)는 전형적으로 종래의 다이-부착(die-attach) 및 와이어-본드(wire-bond) 기법을 사용하여 집적 회로(226)와 함께 공통 패키지에 장착된 분리 칩이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라서 아날로그 제어 회로(322)를 사용한 2 단자 RGB 발광다이오드 디바이스(300)의 도면이다. 증폭기(316, 318, 320)는 아날로그 세기 제어 디바이스(308, 310, 312)를 구동한다. 아날로그 세기 제어 디바이스는 예를 들어 가변 전류 싱크(variable current sinks) 및 전압-제어형 가변 저항기를 포함한다. 증폭기들은 서로 다른 양의 이득(gain)을 제공한다. 불행히도, 광 출력이 발광다이오드 포워드 전류에 선형적으로 비례하지 않지만, 당업자는 아날로그 실시예에서 사용될 감마 정정 곡선을 얻기 위해 발광다이오드를 프로파일(profile)할 수 있다.
선형성은, 디지털 세기 제어 회로가 룩업테이블과 함께 사용될 때에는 문제가 되지 않는데, 이는 구동 전류가 선형성의 가정하에서 계산될 필요가 없기 때문이다. 각각의 룩업테이블 엔트리는 발광다이오드 디바이스의 특성화를 통해 결정되며, 세기 대 전류 관계는 룩업테이블에 맵핑된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 펄스-폭 변조를 사용한 2 단자 RGB 발광다이오드 디바이스(400)의 도면이다. 2 단자 RGB 디바이스는 도 2의 것들과 유사 하게 동작하는 색상 발광다이오드(402, 404, 406), DC-DC 컨버터(424), ADC(419), 및 저항기(414, 416)를 포함한다. 각각의 색상 발광다이오드는 결합된 PWM(408, 410, 412) 및 PWM들과 직렬인 전류 출력 DAC(409, 411, 413)을 갖는다. 전류 출력 DAC는 색상 발광다이오드와 PWM 사이에 교번적으로 존재하며, 또는 전류 출력 DAC와 PWM 중의 어느 하나 또는 둘 모두가 색상 LED와 DC-DC 컨버터(424) 사이에 존재한다.
디지털 제어 회로("로직")(422)는 PWM(408, 410, 412) 및 전류 출력 DAC(409, 411, 413)를 제어한다. 디지털 제어 회로(422)는 각각의 색상 발광다이오드(402, 404, 406)의 세기(밝기)를 개별적으로 제어하기 위해 PWM(408, 410, 412) 및 전류 출력 DAC(409, 411, 413) 모두로 전송되는 디지털 세기 제어 신호를 발생시키도록 룩업테이블(423)과 함께 ADC(419)로부터의 디지털 기준 신호를 사용한다. PWM으로 전송된 디지털 세기 제어 신호(들)는 제 1 버스(428)를 통해 보내지고, 전류 출력 DAC로 전송된 디지털 세기 제어 신호(들)은 제 2 버스(430)를 통해 전송된다. 대안적으로, 디지털 세기 제어 신호는 (도시되지 않았지만) 공통 버스를 통해 전류 출력 DAC와 PWM 모두로 전송된다.
전류 출력 DAC와 함께 PWM을 사용하는 것이 바람직한데, 이는 PWM이 조합된 색상 발광다이오드로부터의 광 세기를 변조하기 위해 사용되는 반면에 DAC는 조합된 색상 발광다이오드를 통해 피크 전류(peak current)를 설정하기 위해 사용될 수도 있기 때문이다. 시간 변조가 바람직한데, 이는 발광다이오드 광 출력이 듀티 싸이클에 선형적으로 비례하기 때문이다. PWM 주파수가 충분히 높으면(통상적으로 100Hz 보다 큼) 흔들림(flicker)이 발생하지 않을 것이다. 따라서, 한 듀티 싸이클값에서의 발광다이오드의 광 세기를 알게 되면 당업자라면 다른 듀티 싸이클 값에서 광 세기가 무엇인지를 계산할 수 있다. 이것은 룩업테이블을 생성하는데 있어서 아주 유용하다. 특정한 실시예에 있어서, 교정 프로세스(calibration process)는 특정 듀티 싸이클에서 RGB 모듈의 색상 및 세기를 측정하는 카메라를 사용한다. 외삽 계산(extrapolation calculation)이 수행되어 다른 듀티 싸이클에서 색상 및 세기를 획득하도록 수행함으로써 룩업테이블 맵핑이 완료된다. 대안적으로, 전류를 세기로 맵핑하는 룩업테이블내 각각의 엔트리는 계산값이 아니라 측정값일 수 있다.
DC-DC 컨버터(424), ADC(419), 저항기(414, 416), 디지털 제어 회로(426), 전류 출력 DAC(409, 411, 413) 및 PWM(408, 410, 412)은 집적 회로(426)에 제작된다. 종래의 기법을 사용하여 집적 회로(426) 및 색상 발광다이오드(402, 404, 406)를 패키지내에 하이브리드 회로로서 조립하며 2 단자 발광다이오드 디바이스(400)를 제공한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라서 집적 센서(501)를 갖는 2 단자 RGB 발광다이오드 디바이스(500)의 도면이다. 특정한 실시예에 있어서, 센서(501)는 RGB 센서이다. 대안적으로, 센서는 상이한 광 센서 또는 온도 센서이다. 센서(501)는 색상 발광다이오드(502, 504, 506)로부터의 광 방사를 검출하고, 디지털 제어 회로("로직")(522)에 센서 신호 또는 신호들(예를 들면, RGB 센서의 경우에 있어서 적색 센서 신호, 녹색 센서 신호, 및 청색 센서 신호)을 제공한다. 디지털 제어 회 로(522)는 단자(110)에 제공된 제어 신호(VSUPP)와 함께 센서 신호를 사용한다. 특정한 실시예에 있어서, 센서(501)는 RGB 센서이고 센서 신호(503)는 룩업테이블(523)내 값과 비교된다. 센서 신호가 제어 신호에 대한 기대값이 아니면, 디지털 제어 회로(522)는 적절한(예상되는) 센서 신호를 성취하기 위해 하나 이상의 디지털 세기 제어 디바이스(508, 509, 510, 511, 512, 513)에 대한 세기 제어 신호(들)를 조정한다. 대안적으로, 센서는 하나 이상의 색상 발광다이오드로부터 광을 검출하도록 배치된다. 예를 들면, (도시되지 않은)센서는 제 1 색상 발광다이오드(102)에 의해 방사되는 광을 검출하기 위해 도 1의 2 단자 발광다이오드 디바이스에 포함되고 센서 신호를 제어 회로(108)에 제공한다.
색상 발광다이오드의 배치(batch)들간의 (주어진 바이어스 레벨에서)밝기는 전형적으로 어느 정도의 변화가 존재한다. 이것은 2 단자 발광다이오드 디바이스의 조합된 방사가 동일한 제어 신호(VSUPP)에 대해 각 부분마다 변할 수 있다는 것을 의미한다. 전형적으로 그러한 변화는 다중 색상 발광다이오드의 조합간 보다 센서들간에서 보다 적다. 2 단자 발광다이오드 디바이스(500)내에 RGB 센서를 포함함으로써 사용자 레벨에서 부분간(part-to-part) 변화를 감소시킨다. 즉, 선택된 제어 신호에서 보다 일관되고 정확한 광 출력을 제공한다. 이것은 원하는 전체 조합 방사를 정확히 획득함에 따라 사용자로 하여금 제어 신호를 제공할 수 있도록 한다.
RGB 센서는 또한 색상 발광다이오드에 영향을 미치는 노화 또는 열적 효과로부터 야기되는 광 출력에서의 변화를 고려할 수 있다. 발광다이오드는 전형적으로 센서보다 노화 및 온도 효과에 더욱 민감하다. 예를 들면, 노화로 인해 하나 이상의 색상 발광다이오드가 효율성(즉, 고정 바이어스 또는 듀티 싸이클에서의 밝기)이 떨어지면, 센서 신호(들)가 출력을 증대하기 위해 사용된다. 유사하게, 하나 이상의 색상 발광다이오드가 온도에 의해 변화되면, 센서는 원하는 색상 및/또는 밝기에서 전체 조합 방사를 유지하기 위한 센서 신호를 제공한다. 대안적으로, 센서(501)는 온도 센서이고 센서 신호는 2 단자 발광다이오드 디바이스(500)의 온도를 나타낸다. 로직은 센서 신호 및 제어 신호를 조합하여 전체 조합 방사를 제공하기 위한 세기 제어 신호를 발생한다.
도 6은 도 5의 실시예에 따라 RGB 발광다이오드 디바이스 대 공급 전압의 모델화된 분광 출력을 도시하는 색도(600)이다. 점선(602)으로 표시된 삼각형은 RGB 색상 공간을 도시한다. 상이한 제어 신호(즉, 상이한 VSUPP)에 대한 색상 출력 포인트가 표 1에 따라서 RGB 색상 공간(602)내에 도시된다.
Figure 112006039698386-PAT00001
표 1에 제공된 예는 255 제어 포인트를 제공하는 8-비트 ADC, 각각의 적색, 녹색, 및 청색 센서에 대해 255 출력 값을 제공하는 8-비트 RGB 센서, 및 각각의 적색, 녹색 및 청색 PWM에 의해 제어되는 4095개의 상이한 색상 발광다이오드 듀티 싸이클을 제공하는 12-비트 듀티 싸이클을 사용하여 모델화 되었다. 즉, 0의 듀티 싸이클은 발광다이오드가 턴오프된 것을 의미하며, 4095의 듀티 싸이클은 발광다이오드가 완전히 턴온된 것을 의미한다. 많은 응용분야는 이 정도의 설정 안정성 또는 제어성을 요구하지 않는다. 그러나, 이러한 예는 공급 전압을 변화시킴으로써 2 단자 RGB 발광다이오드의 광 출력이 색상 공간(602)에 걸쳐 어떻게 튜닝될 수 있는지를 보여준다. 색상 공간(602)의 모서리 근처의 색상 출력 포인트(5V, 7V, 9V)는 본질적으로 단일 색상 발광다이오드로부터 원색을 제공한다. 즉, 녹색, 청색 또는 적색 발광다이오드는 턴온되고, 다른 색상 발광다이오드는 본질적으로 턴오프(매우 낮은 듀티 싸이클 및/또는 전류)된다. 색상 공간(602)의 에지(edge)를 따라서 색상 출력 포인트(6V, 8V, 10V)는 본질적으로 2개의 색상 발광다이오드로 부터 혼합 색상, 즉 청녹, 분홍 및 노란색을 제공한다. 색상 공간(602)의 내부에서 색상 포인트(11V, 12V)는 본질적으로 모든 3 색상 발광다이오드로부터 백색 광을 제공한다.
본 발명의 예에서 녹색으로부터 청색으로 적색으로 노란색으로 따듯한 백색으로 시원한 백색으로의 색상 이동은 임의적이다. 로직 및/또는 룩업테이블은 색상의 상이한 순서, 또는 색상의 비순서 변화를 제공하도록 맵핑될 수 있다. 예를 들면, 5V의 VSUPP는 시원한 백색으로 맵핑될 수 있으며, 6V의 VSUPP는 청녹색으로 맵핑될 수 있으며, 그리고 7V의 VSUPP는 적색으로 맵핑될 수 있다. 유사하게, 8-비트 ADC는 보다 많은(255까지) 색상 설정이 가능하다. 제어 신호 및 색상 이동의 범위는 응용분야에 따라서 선택되며, 로직 및 전체 조합 방사로의 룩업테이블의 맵핑 역시 마찬가지이다. 특정한 실시예에 있어서, 2 단자 RGB 발광다이오드 디바이스는 백색 광을 만들어내기 위해 사용되며 제어 신호, 룩업테이블 값, 및 로직은 선택된 색상 온도를 갖는 백색 광을 만들어내기 위해 2 단자 RGB 발광다이오드 디바이스의 전체 조합 방사를 조정하기 위해 선택된다.
표 2는 PWM 및 12-비트 디지털 세기 제어 신호를 사용한 듀티 싸이클에 대한 예시적인 값을 제공한다. 결과는 적색, 녹색, 및 청색 발광다이오드의 전형적인 출력 특성에 기초하여 시뮬레이션 된다.
Figure 112006039698386-PAT00002
표 3은 8-비트 RGB 센서로부터 예상되는 예시적인 값 출력을 제공한다. 결과는 전형적인 RGB 센서에 기초하여 시뮬레이션 된다.
Figure 112006039698386-PAT00003
표 2 및 3을 보는 다른 방법은 이들 표가 룩업테이블의 콘텐츠의 일부를 나타낸다는 것이다. RGB 센서가 없는 경우에, PWM 출력이 표 2내 각각의 엔트리에 대해 조정될 수 있어 발광다이오드는 엔트리의 ADC 코드에 대해 목표 색상을 출력한다. RGB 센서를 갖는 경우(표 3), 발광다이오드는 목표 값에 출력을 맞추기 위해 로직에 따라 구동된다. 어느 한 경우에 있어서, 룩업테이블은 공장 내에서 수행되는 모듈 교정 프로세스(module calibration process)를 사용하여 구현된다. VSUPP와 개별적인 RGB 발광다이오드 모듈의 색상 출력 간의 정밀한 맵핑이 요구되지 않는 응용분야에서는, 일반적인 룩업테이블이 사용될 수 있다(즉, 룩업테이블이 RGB 발광다이오드 설계를 위해 정해지고 각각의 개별적인 모듈에서 사용된다). 그러나, 그러한 경우 발광다이오드, 드라이버, 검출 회로, 및 RGB 센서에서 부분간 변화가 주어진 VSUPP에 대한 전체 조합 방사의 모듈-모듈 색상 및/또는 세기 변화에 기여할 수 있다.
특정한 실시 예에 있어서, 센서 출력은 로직(도 5의 참조번호 522를 참조)과 함께 2 단자 RGB 발광다이오드 디바이스의 색상을 조정하기 위해 사용된다. 제어 신호 VSUPP는 원하는 출력 색상을 나타낸다. 로직은 예상 센서 출력에 대한 실제 센서 출력을 비교하여, 센서 출력이 예상 값을 판독할 때까지 RGB 발광다이오드 디바이스의 색상 출력을 조정하기 위해 대안적으로 아날로그 세기 제어 신호인 디지털 세기 제어 신호를 조절한다. 이것에 따라 RGB 발광다이오드 디바이스가 작동 온도 범위에 걸쳐/또는 발광다이오드 수명까지 보다 일정한 색상 출력이 유지된다. 예를 들면, 노화로 인해 청색 발광다이오드의 출력이 떨어지면, 이것은 센서 및 로직에 의해 검출될 것이며, 청색 PWM의 듀티 싸이클이 청색 발광다이오드의 세기를 증가시키기 위해 증가할 수 있으며, 따라서 RGB 발광다이오드 디바이스의 전체 조합 방사를 조정한다.
비록 본 발명의 바람직한 실시 예가 상세히 예시되었지만, 다음의 특허청구범위에 설명하는 바와 같이 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 당업자에 의해 이들 실시 예의 변경 및 적용이 있을 수 있다는 것이 분명하다.
본 발명에 따르면, 보다 간단한 제어 기법을 제공하는 색상-조정가능한 발광다이오드 모듈을 제공할 수 있다.

Claims (19)

  1. 제 1 단자와,
    제 2 단자와,
    제 1 색상 발광다이오드와,
    제 2 색상 발광다이오드와,
    상기 제 1 색상 발광다이오드에 결합된 세기 제어 디바이스(an intensity control device)와,
    상기 제 1 단자에 공급되는 제어 신호에 따라서 상기 제 1 색상 발광다이오드로부터 선택된 광 세기를 만들어내도록 상기 세기 제어 디바이스를 제어하며, 상기 제 1 색상 발광다이오드와 상기 제 2 색상 발광다이오드에 전력을 공급하는 제어 회로를 포함하는
    2 단자 발광다이오드("LED") 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 신호는 선택된 공급 전압이며, 상기 제 1 단자와 상기 제 1 및 제 2 색상 발광다이오드 사이에 배치된 DC-DC 컨버터를 더 포함하는 2 단자 발광다이오드 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 단자는 그라운드 전위에 결합되는 2 단자 발광다이오드 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 회로는 디지털 제어 회로이며 상기 세기 제어 디바이스는 디지털 세기 제어 디바이스인 2 단자 발광다이오드 디바이스.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 디지털 세기 제어 디바이스와 직렬 연결된 제 2 디지털 세기 제어 디바이스를 더 포함하는 2 단자 발광다이오드 디바이스.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 단자 및 상기 디지털 제어 회로 사이에 배치된 아날로그-디지털 컨버터("ADC")를 더 포함하는 2 단자 발광다이오드 디바이스.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 ADC와 상기 제 1 단자 사이에 배치된 전압 분할기를 더 포함하는 2 단자 발광다이오드 디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 색상 발광다이오드에 결합된 제 2 세기 제어 디바이스를 더 포함하되, 상기 제어 회로가 상기 제어 신호 따라 상기 제 2 색상 발광다이오드로부터 제 2 선택된 광 세기를 만들어내어 상기 2 단자 발광다이오드 디바이스로부터의 선택된 전체 조합 방사(a selected total combined emission)를 생성하도록 상기 제 2 세기 제어 디바이스를 또한 제어하는 2 단자 발광다이오드 디바이스.
  9. 제 8 항에 있어서,
    제 3 색상 발광다이오드와,
    제 3 세기 제어 디바이스를 더 포함하되,
    상기 제어 회로가 상기 제어 신호에 따라 상기 제 3 색상 발광다이오드로부터 제 3 선택된 광 세기를 만들어내도록 상기 제 3 세기 제어 디바이스를 또한 제어하는 2 단자 발광다이오드 디바이스.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 선택된 전체 조합 방사는 선택된 색상 온도를 갖는 백색광(white light)인 2 단자 발광다이오드 디바이스.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 색상 발광다이오드는 적색 발광다이오드이며, 상기 제 2 색상 발광다이오드는 녹색 발광다이오드이며, 상기 제 3 색상 발광다이오드는 청색 발광다이오드인 2 단자 발광다이오드 디바이스.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 회로에 센서 신호를 제공하는 센서를 더 포함하는 2 단자 발광다이오드 디바이스.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 센서는 온도 센서인 2 단자 발광다이오드 디바이스.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 센서는 적어도 상기 제 1 발광다이오드로부터 광을 검출하기 위해 배치된 광학 센서인 2 단자 발광다이오드 디바이스.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어 회로에 센서 신호를 제공하는 적색-녹색-청색("RGB") 센서를 더 포함하되, 상기 제어 회로는 상기 센서 신호와 함께 상기 제어 신호에 따라 상기 세기 제어 디바이스, 상기 제 2 세기 제어 디바이스, 및 상기 제 3 세기 제어 디바이스를 제어하여 선택된 전체 조합 방사를 만들어내는 2 단자 발광다이오드 디바이스.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 신호 디바이스는 아날로그 세기 제어 디바이스인 2 단자 발광다이오드 디바이스.
  17. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어 신호에 상기 2 단자 발광다이오드 디바이스의 전체 조합 방사를 맵핑하는 룩업테이블(look-up table)을 더 포함하는 2 단자 발광다이오드 디바이스.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 룩업테이블은 상기 디지털 제어 회로에 집적되는 2 단자 발광다이오드 디바이스.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 센서 신호에 상기 2 단자 발광다이오드 디바이스의 전체 조합 방사를 맵핑하는 룩업테이블을 더 포함하는 2 단자 발광다이오드 디바이스.
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