KR20080079269A

KR20080079269A - Ｌｅｄ 조명 시스템, ｌｅｄ 조명 제어 시스템, 및 ｌｅｄ조명 유닛 제어 방법

Info

Publication number: KR20080079269A
Application number: KR1020087014864A
Authority: KR
Inventors: 페테르 하. 에프. 데우렌베르그; 크리스토프 게. 아. 호이렌
Original assignee: 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2005-11-22
Filing date: 2006-11-13
Publication date: 2008-08-29
Also published as: TW200731867A; EP1955577A1; WO2007060570A1; US20080290251A1; CN101313630A; JP2009516894A

Abstract

본 발명은 발광 다이오드(LED) 조명 시스템(10)에 관한 것으로, 이 LED 조명 시스템(10)은 혼합 색 광을 생성하는 다수의 LED 광원 - 다수의 LED 광원은 제1 파장의 광을 방출하도록 적응된 최소한 하나의 LED, 및 LED(들)로부터 방출된 광의 최소한 일부를 다른 파장의 광으로 변환하는 파장 변환기를 포함하는 최소한 하나의 LED 광원을 포함함-; 및 LED 광원들의 플럭스 출력을 개별적으로 제어하는 제어 시스템(33)을 포함한다. 그 다음, 제어 시스템은 LED 광원들 중의 최소한 한 광원의 플럭스의 피드백을 제공하는 수단 - 피드백은 피드백에 따라 최소한 하나의 LED 광원을 제어할 수 있게 하기 위해, 개별 LED 광원의 실제 플럭스에 응답한 필터되지 않은 센서(22)로부터의 입력에 기초함-; 및 파장 변환 LED 광원(들)의 제1 파장 누설을 보상하도록, 최소한 하나의 LED 광원을 조정할 수 있게 하기 위해, 제1 파장 플럭스에 응답한 필터된 센서(36)로부터의 입력에 기초한 제1 제어 데이터를 제공하는 수단을 포함한다. 본 발명은 또한 LED 조명 유닛을 제어하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

LED 광원, 센서, 시간 멀티플렉서, 제어 시스템, 플럭스, 피드백

Description

ＬＥＤ 조명 시스템, ＬＥＤ 조명 제어 시스템, 및 ＬＥＤ 조명 유닛 제어 방법{LED LIGHTING SYSTEM AND CONTROL METHOD}

본 발명은 혼합 색 광을 생성하는 다수의 LED 광원을 포함하는 발광 다이오드(LED) 조명 시스템에 관한 것으로, 다수의 LED 광원은 제1 파장의 광을 방출하도록 적응된 최소한 하나의 LED, 및 LED(들)로부터 방출된 광의 최소한 일부를 다른 파장의 광으로 변환하는 파장 변환기를 포함하는 최소한 하나의 LED 광원을 포함한다. 본 발명은 또한 LED 조명 유닛을 위한 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.

혼합 색을 얻기 위해 다수의 유색 LED를 혼합하는 것은 백색 또는 유색 광을 생성하는 일반적인 방식이다. 생성된 광은 다수의 요인, 예를 들어 사용된 LED의 유형, 색 비, 구동 비, 혼합 비 등에 의해 결정된다. 그러나, LED의 광 특성은 작동 중에 LED의 온도가 상승할 때 변화하는데: 즉, 플럭스 출력이 감소하고, 피크 파장이 변한다.

이러한 문제를 극복하거나 완화하기 위해, 사용 중에 LED의 광 특성의 이러한 변화를 보상하기 위한 다양한 색 제어 시스템이 제안되어 있다. 색 제어 시스템 또는 알고리즘의 예는, 예를 들어 P. Deurenberg 등 저의 공보 "Achieving color point stability in RGB multi-chip LED modules using various color control loops", Proc. SPIE Vol. 5941, 59410C(2005년 9월 7일)에 개시된 바와 같이, CCFB(color coordinates feedback), TFF(temperature feed forward), FFB(flux feedback), 또는 마지막 두 개(FBB+TFF)의 조합을 포함한다.

또한, 혼합 색 광을 생성하는 다양한, 소위 형광체 변환 LED(phosphor converted LED)라고 하는 LED를 사용하는 것이 제안되어 있는데, 이 LED는 종래의 고유(intrinsic) LED에 비해 광 출력이 더욱 안정적이다. 형광체 변환 LED에서, 하위 LED로부터의 광의 일부는 색 변환기(예를 들어, 형광체)에 의해 다른 파장의 광으로 변환된다.

그러나, 형광체 변환 LED는 하위 LED로부터의 (변환되지 않은) 광의 일부를 누설하는 경향이 있다. 이 누설은 변환된 광과 혼합하여, 형광체 변환 LED로부터 방출된 명백한 색을 변화시킨다. 더욱이, 이 누설은 (예를 들어, 하위 LED의 온도 감도로 인해) 시간 및 온도에 따라 변화하여, 출력의 변화를 초래한다(예를 들어, 하위 LED로부터의 변환되지 않은 광은 증가하고, 변환된 광은 감소한다). 이 변화는 하위 LED로부터의 광의 파장이 가시 스펙트럼 내에 있는 경우에 특히 중요하다. 이 변화는 상기 언급된 색 제어 시스템에 의해서는 만족스러운 방식으로 보상될 수 없는데, 그 이유는 그러한 색 제어 시스템이 형광체 변환 LED의 총 출력으로부터 하위 LED로부터의 변환되지 않은 광의 누설을 식별할 수 없기 때문이다.

본 발명의 목적은 이러한 문제를 극복하기 위한 것으로, 개선되고 더욱 안정된 LED 조명 시스템을 제공하기 위한 것이다.

다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 이들 및 다른 목적은 첨부된 청구범위에 따라, LED 조명 시스템, 및 LED 조명 유닛을 제어하는 방법에 의해 달성된다.

본 발명의 한 실시양상에 따르면, LED 조명 시스템이 제공되는데, 이 LED 조명 시스템은 혼합 색 광을 생성하는 다수의 LED 광원 - 다수의 LED 광원은 제1 파장의 광을 방출하도록 적응된 최소한 하나의 LED, 및 LED(들)로부터 방출된 광의 최소한 일부를 다른 파장의 광으로 변환하는 파장 변환기를 포함하는 최소한 하나의 LED 광원을 포함함-; 및 LED 광원들의 플럭스 출력을 개별적으로 제어하는 제어 시스템을 포함하고, 제어 시스템은 상기 LED 광원들 중의 최소한 한 광원의 플럭스의 피드백을 제공하는 수단 - 피드백은 피드백에 따라 최소한 하나의 LED 광원을 제어할 수 있게 하기 위해, 개별 LED 광원의 실제 플럭스에 응답한 필터되지 않은 센서로부터의 입력에 기초함-; 및 파장 변환 LED 광원(들)의 제1 파장 누설을 보상하도록, 최소한 하나의 LED 광원을 조정할 수 있게 하기 위해, 제1 파장 플럭스에 응답한 필터된 센서로부터의 입력에 기초한 제1 제어 데이터를 제공하는 수단을 포함한다.

필터된 센서에 의해, 제1 파장을 갖는 광의 누설을 식별할 수 있고, LED 광원들 중의 최소한 하나의 대응하는 보상을 할 수 있다. 이것은 색 및 플럭스에 관련하여 더욱 안정된 조명 시스템이 되게 한다.

상기 피드백 수단 및 필터되지 않은 센서는 시스템에서 플럭스 피드백(FFB) 기능을 구현한다. 양호하게, 피드백(LED 광원 당 총 실제 플럭스)은 최소한 하나의 LED 광원에 대해, LED 광원에 대한 원하는 플럭스를 나타내는 설정 값(setpoint value)들에 비교되고, 이것에 의해, 당해 LED 광원들은 각각 피드백과 설정 값 사이의 차에 따라 제어될 수 있다. 총 실제 플럭스는 실제 플럭스가 얻어질 LED 광원들 상에서 시간 멀티플렉서에 의해 필터되지 않은 센서를 시간 다중화함으로써 얻어질 수 있다. 양호하게, 필터되지 않은 센서는 파장 변환 LED 광원을 측정할 때 제1 파장 누설의 효과를 최소화하기 위해, 제1 파장에 대해 낮은 감도를 갖고, 그외 다른 파장에 대해 더 높은 감도를 갖는다.

한 실시예에서, 다수의 LED 광원은 제1 파장과 동일한 파장 범위 내의 파장을 갖는 최소한 하나의 고유 LED 광원을 더 포함하고, 제1 제어 데이터는 모든 LED 광원의 총 실제 제1 파장 플럭스를 나타내며, 제어 시스템은 고유 LED 광원에 대한 원하는 플럭스를 나타내는 설정 값과 제1 제어 데이터 사이의 차에 따라 고유 LED 광원을 제어하도록 적응된다. 이러한 방식으로, 총 실제 제1 파장 플럭스(파장 변환 LED 광원으로부터의 누설 및 제1 파장에서 방출하는 고유 LED 광원으로부터의 방출)는 제1 파장에서 방출하는 하나의 고유 LED 광원을 조정함으로써 보상될 수 있다.

다른 실시예에서, 제1 제어 데이터를 제공하는 수단은 파장 변환 LED 광원(들) 상의 필터된 센서를 시간 다중화하는 시간 멀티플렉서를 포함하고, 제1 제어 데이터는 각각의 파장 변환 LED 광원의 실제 제1 파장 플럭스를 나타내며, 제어 시스템은 제1 제어 데이터에 따라 상기 파장 변환 LED 광원(들)에 대한 원하는 플럭스를 나타내는 설정 값들을 보상하도록 적응된다. 그러므로, 제1 파장에 관련된 플럭스의 일부는 각각의 파장 변환 LED 광원에 대해 구해지고, 그 정보는 제1 파장 누설의 변화를 책임지기 위해 파장 변환 LED 광원에 대한 설정 값을 보상하는데 사용된다.

또 다른 실시예에서, 파장 변환 LED 광원(들)에 대한 설정 값을 보상하는 대신에, 제어 시스템은 각각의 파장 변환 LED 광원의 실제 제1 파장 플럭스를 나타내는 제1 제어 데이터에 따라 파장 변환 LED에 대한 피드백을 조정하도록 적응된다. 이것은 제1 파장 누설의 변화를 책임지는 대안적인 방식이고, 그것은 또한 더욱 안정된 조명 시스템이 되게 한다.

부수적으로, 각각의 파장 변환 LED 광원의 실제 제1 파장 플럭스를 나타내는 제1 제어 데이터에 기초한 보상 또는 조정을 위해, 이 실제 제1 파장 플럭스는 필터된 센서 및 필터되지 않은 센서 둘 다로부터의 입력에 기초하여 계산될 수 있다. 또한, 이들 실시예의 LED 조명 유닛이 제1 파장과 동일한 파장 범위 내의 파장을 갖는 고유 LED 광원을 포함하는 경우에, 이 광원은 다른 LED 광원처럼, 필터되지 않은 센서로부터의 피드백에 기초하여 제어될 수 있다. 그러나, 양호하게, 고유 LED 광원은 (고유 LED 광원 상에서의 필터된 센서의 시간 다중화에 의해) 필터된 센서로부터의 피드백에 기초하여 제어되는데, 그 이유는 이것이 센서의 측정의 수를 최소화하기 때문이다.

양호하게, 상기 언급된 센서는 광 다이오드이다. 또한, 양호하게, 제1 파장은 청색에 대응하고, 이것에 의해, 상기 언급된 일치된 고유 LED 광원은 청색 LED 광원이고, 필터된 광 다이오드는 청색 광 다이오드일 수 있다. 더욱이, 파장 변환기는 양호하게, 예를 들어 하위 청색 LED와 함께 예를 들어 백색 광을 생성하기 위해 사용될 수 있는 형광체(phosphor)를 포함한다.

FFB와 결합된 제1 파장 누설에 관한 상기 보상 또는 조정은 부수적으로 온도 피드 포워드(TFF) 기능과 결합될 수 있고, 이것에 의해, 시스템은 LED 광원 온도 변화와 같은 LED 광원의 피크 파장 편이를 보상하기 위해, 각 LED 광원의 온도를 구하는 수단, 및 LED 광원 온도를 포함하는 제2 제어 데이터에 따라 LED 광원에 대한 원하는 플럭스를 나타내는 설정 값을 보상하는 수단을 더 포함한다.

각각의 LED 광원의 온도를 구하기 위해, 온도를 구하는 수단은 LED 광원을 수용하는 히트 싱크(heat sink)의 온도를 측정하도록 적응된 온도 센서, 및 최소한 측정된 히트 싱크 온도 및 다수의 LED 광원의 열 모델(thermal model)에 기초하여 LED 광원 온도를 계산하는 수단을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시양상에 따르면, 혼합 색 광을 생성하는 다수의 LED 광원을 포함하는 LED 조명 유닛을 위한 제어 시스템이 제공되는데, 다수의 LED 광원은 제1 파장의 광을 방출하도록 적응된 최소한 하나의 LED, 및 LED(들)로부터 방출된 광의 최소한 일부를 다른 파장의 광으로 변환하는 파장 변환기를 포함하는 최소한 하나의 LED 광원을 포함하고, 제어 시스템은 LED 광원의 플럭스 출력을 개별적으로 제어하도록 적응되고, LED 광원들 중의 최소한 한 광원의 플럭스의 피드백을 제공하는 수단 - 피드백은 피드백에 따라 최소한 하나의 LED 광원을 제어할 수 있게 하기 위해, 개별 LED 광원의 실제 플럭스에 응답한 필터되지 않은 센서로부터의 입력에 기초함-, 및 파장 변환 LED 광원(들)의 제1 파장 누설을 보상하도록, 최소한 하나의 LED 광원을 조정할 수 있게 하기 위해, 제1 파장 플럭스에 응답한 필터된 센서로부터의 입력에 기초한 제1 제어 데이터를 제공하는 수단을 포함한다. 이 제어 시스템은 이전에 설명된 본 발명의 실시양상으로 얻어진 것과 유사한 장점을 제공한다.

본 발명의 또 다른 실시양상에 따르면, 혼합 색 광을 생성하는 다수의 LED 광원을 포함하는 LED 조명 유닛을 제어하는 방법이 제공되고, 다수의 LED 광원은 제1 파장의 광을 방출하도록 적응된 최소한 하나의 LED, 및 LED(들)로부터 방출된 광의 최소한 일부를 다른 파장의 광으로 변환하는 파장 변환기를 포함하는 최소한 하나의 LED 광원을 포함하며, 이 방법은 LED 광원들 중의 최소한 하나의 플럭스의 피드백을 제공하는 단계 - 피드백은 개별 LED 광원의 실제 플럭스에 응답한 필터되지 않은 센서로부터의 입력에 기초함-, 피드백에 따라 최소한 하나의 LED 광원을 제어하는 단계, 제1 파장 플럭스에 응답한 필터된 센서로부터의 입력에 기초한 제1 제어 데이터를 제공하는 단계; 및 파장 변환 LED 광원(들)의 제1 파장 누설을 보상하도록, 제1 제어 데이터에 따라 최소한 하나의 LED 광원의 플럭스를 조정하는 단계를 포함한다. 이 방법은 이전에 설명된 본 발명의 실시양상으로 얻어진 것과 유사한 장점을 제공한다.

본 발명의 이들 및 다른 실시양상은 이제 본 발명의 현재 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 FFB 기능을 갖는 LED 조명 시스템의 블록도.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 LED 조명 시스템의 블록도.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 조명 시스템의 블록도.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 조명 시스템의 블록도.

도 5는 추가 TFF 기능을 갖는 도 3의 LED 조명 시스템의 변형의 블록도.

도 1은 종래 기술의 LED 조명 시스템(10)의 블록도이다. 이러한 유형의 LED 조명 시스템은 예를 들어, 위에서 언급된 P. Deurenberg 등 저의 공보 "Achieving color point stability in RGB multi-chip LED modules using various color control loops", Proc. SPIE Vol. 5941, 59410C(2005년 9월 7일)에 개시된다.

LED 조명 시스템(10)은 LED 조명 유닛(12)을 포함하는데, 이 LED 조명 유닛(12)은 적색 광을 방출하도록 적응된 LED를 포함하는 하나의 LED 광원(14a), 녹색 광을 방출하도록 적응된 LED를 포함하는 하나의 LED 광원(14b) 및 청색 광을 방출하도록 적응된 LED를 포함하는 하나의 LED 광원(14c)을 포함한다. LED들은 모두 (가시) 방사광을 직접 방출하도록 적응된 "정규" 고유 LED이다. 각각의 LED 광원(14)은 LED 광원을 구동하는 대응하는 구동기(16)에 접속된다. LED 조명 시스템(10)은 예를 들어, 상이한 LED 광원(14)의 출력을 혼합함으로써 백색 광을 생성할 수 있고, 그것은 조명의 목적으로 사용될 수 있다. 또한, LED 조명 시스템(10)은 가변 색 LED 조명 시스템일 수 있다.

LED 조명 시스템(10)은 사용자 인터페이스(18) 및 교정 매트릭스(calibration matrix)(20)를 더 포함한다. LED 조명 유닛(12)의 원하는 출력을 나타내는 사용자 입력은 사용자 인터페이스(18)를 통해 수신된다. 사용자 입력은, 예를 들어 CIE 1931 색도도(chromaticity diagram) 내의 소정의 위치를 나타내는 CIE x,y,L에서 지정될 수 있다. 사용자 입력은 사용자 입력(즉, 사용자 도메인에서 액추에이터 도메인으로 변환된 사용자 입력)에 기초하여 각각의 색 R, G, B에 대한 공칭 듀티 사이클(duty cycle)을 계산하는 교정 매트릭스(20)에 전달된다.

플럭스 피드백 기능을 구현하기 위해, LED 조명 시스템(10)은 필터되지 않은 광 다이오드(22), 시간 멀티플렉서(24), 신호 추출기(26), 플럭스 참조 블록(28), 비교 블록(30) 및 PID(proportional-integral-derivative) 제어기(32a-32c)를 더 포함한다. LED 조명 유닛(12)을 위한 전체 제어 시스템은 참조번호(33)로 표시된다.

LED 조명 시스템(10)의 동작 시에, 필터되지 않은 광 다이오드(22)는 LED 광원(14a-14c)의 실제 (총) 플럭스 레벨을 측정한다. 이와 같이, 필터되지 않은 광 다이오드(22)는 적색, 녹색 및 청색 광을 서로 구별할 수 없다. 그러므로, 각 LED 색의 플럭스를 개별적으로 측정하기 위해, LED 조명 유닛의 출력은 상이한 LED 색을 온/오프로 순차적으로 스위칭함으로써 시간적 순서로 측정된다. 그러므로, 필터되지 않은 광 다이오드(22)는 상이한 LED 광원(14) 상에서 시간 다중화된다. 그 다음, 각 색의 실제 플럭스는 시간 멀티플렉서(24) 및 색 신호 추출기(26)에 의해 결정된다. 실제 플럭스는 센서 도메인 내에 있다.

실제 플럭스(피드백)는 그 후 각 색에 대한 원하는 플럭스를 나타내는 고정된 설정 값에 비교된다. 이들 고정된 설정 값은 플럭스 참조 블록(28)에 의해 제공되고, 소정의 참조 온도에서 교정 동안에 결정되었다. 각 색에 대한 실제 플럭 스 및 원하는 플럭스는 비교 블록(30)에서 비교되고, 이렇게 얻어진 차는 PID 제어기(32)에 공급된다. 그 다음에, PID 제어기(32)는 이렇게 나온 차에 따라 LED 구동기(16a-16c)로의 입력을 변경한다. 이것은 원하는 플럭스가 LED 조명 유닛(12)으로부터 출력되도록(즉, 설정 값과 피드백 값 사이의 에러가 정상 상태 조건 하에서 0에 달하도록) 적색, 녹색 및 청색 LED 광원(14a-14c)을 조정한다. LED 조명 유닛으로 넘겨지기 전에, PID 제어기의 출력은 센서 도메인에서 액추에이터 도메인(듀티 사이클)으로 변환되고, 교정 매트릭스로부터의 출력(즉, 공칭 듀티 사이클)이 배가된다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 LED 조명 시스템의 블록도이다. 도 2의 LED 조명 시스템은 도 1의 LED 조명 시스템(10)과 유사하다. 그러나, 차이점은 고유 LED 광원들 중의 2개가 형광체 변환 LED 광원으로 대체되었다는 것, 즉 "정규" 적색 LED 광원(14a)이 적색 형광체 변환 LED 광원(34a)으로 대체되었고, "정규" 녹색 LED 광원(14b)이 녹색 형광체 변환 LED 광원(34b)으로 대체되었다는 것이다. 여기에서, 형광체 변환 LED 광원(34a 및 34b)은 각각 적색 및 녹색 광을 방출하기 위해 파장 변환 형광체에 의해 덮인 청색 LED를 포함한다.

상기 설명된 바와 같이, 형광체 변환 LED는 정규 고유 LED보다 더욱 색 안정적이지만, 또한 하위 LED로부터의 필터되지 않은 광의 누설이 있다. 이것은 적색 형광체 변환 LED 광원(34a)이 적색을 제외하고, 또한 약간의 청색 광을 방출하는 반면, 녹색 형광체 변환 LED 광원(34b)이 녹색 이외에, 또한 약간의 청색 광을 방출한다는 것을 의미한다. 하위 청색 LED의 특성이 사용중에, 예를 들어 온도에 따 라 변하기 때문에, 적색/녹색 및 청색 광의 상대적인 양도 사용중에 변화하여, LED 조명 유닛의 출력의 색 및 플럭스의 상당한 변화를 초래할 수 있다.

도 1에서 개시된 플럭스 피드백 시스템이 형광체 변환 LED 광원을 포함하는 LED 조명 유닛에 사용되었으면, 정규 청색 LED 광원의 플럭스 측정은 청색 LED 광원에 의해 방출된 청색 광만을 나타내고, (누설로 인해) 형광체 변환 LED 광원으로부터 방출된 청색 광을 나타내지 않았을 것이다. 따라서, 후속적인 청색 LED 광원의 조정은 총 청색 플럭스 출력에 관해 정확하게 정정하지 못하게 했을 것이다.

그러므로, 본 발명의 한 실시예에 따르면, LED 조명 시스템(10)은 청색 필터된 광 다이오드(36)를 더 포함한다. 청색 필터된 광 다이오드(36)는 LED 조명 유닛(12)으로부터 방출된 청색 광의 플럭스에 응답한다. 동작 시에, 필터되지 않은 광 다이오드(22)는 LED 광원들(34a 및 34b)의 각각에 대한 실제 플럭스를 결정하기 위해, 도 1에서와 같이, 적색 및 녹색 형광체 변환 LED 광원(34a 및 34b) 상에서 시간 다중화된다. 이러한 측정시에 각각의 형광체 변환 LED 광원으로부터의 청색 광의 누설의 영향을 최소화하기 위해, 필터되지 않은 광 다이오드(22)는 양호하게 청색 스펙트럼에서 낮은 감도를 갖고, 다른 파장에 대해서는 더 높은 감도를 갖는다. 그 다음, 적색 및 녹색 형광체 변환 LED 광원(34a 및 34b)의 실제 플럭스는 각각, 도 1에서와 같이, 대응하는 LED 광원을 조정하기 위해 사용된다.

또한, 총 실제 청색 플럭스(즉, 모든 LED 광원에 대해 집계된 실제 청색 플럭스)는 원하는 청색 플럭스를 나타내는 설정 값과의 비교를 위해 비교 블록(30)에 측정치(제1 제어 데이터)가 바로 공급되는 청색 필터된 광 다이오드(36)(시간 적분 측정)에 의해 측정된다. 총 실제 청색 플럭스가 비교되는 설정 값은 교정 매트릭스(20)로부터의 입력에 기초하여 설정 값을 계산한 블록(28)에 의해 공급된다. 즉, 참조 블록(28)은 소정의 참조 온도에서, 교정 매트릭스(20)로부터의 (액추에이터 도메인에서의) 공칭 듀티 사이클을 (센서 도메인에서의) 청색 플럭스 설정 값으로 변환한다. 이러한 방식으로, 총 실제 청색 플럭스(형광체 변환 LED 광원(34a 및 34b)으로부터의 누설 및 고유 청색 LED 광원(14c)으로부터의 방출)는 청색 LED 광원(14c)을 조정함으로써 연속적으로 보상될 수 있다. 예를 들어, 청색 누설 값이 증가되면, 이것은 시스템에 의해 검출되고, 이것에 의해, 청색 LED 광원(14c)의 강도는 원하는 레벨로 총 청색 출력을 유지하기 위해 감소될 수 있다.

그러므로, 도 2에 도시된 실시예에서, 청색 LED 광원의 출력은 청색 플럭스에 응답하여 청색 필터된 광 다이오드(36)에 의해 제공된 데이터에 따라 제어기(32c)에 의해 조정되게 된다. 이것은 청색 누설의 변화를 보상하는 플럭스 피드백 알고리즘의 능력을 상당히 증가시킨다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 조명 시스템(10)을 개시한 것으로, 시스템은 청색 누설에 대한 훨씬 더 완전한 보상을 달성한다. 도 2에서의 시스템에 비해, 도 3에서의 LED 조명 시스템(10)은 청색 광 다이오드(36)에 결합된 추가적인 시간 멀티플렉서(38)를 포함한다.

도 3에서의 LED 조명 시스템(10)의 동작 시에, 필터되지 않은 광 다이오드(22)는 시간 멀티플렉서(24)에 의해 형광체 변환 LED 광원(34a 및 34b) 상에서 시간 다중화된다. 이와 동시에, 청색 필터된 광 다이오드(36)는 시간 멀티플렉 서(38)에 의해 모든 LED 광원(34a, 34b 및 34c) 상에서 시간 다중화된다. 그 다음, 각 LED 광원에 대한 실제 플럭스(모든 색)뿐만 아니라 각각의 형광체 변환 LED 광원(34a 및 34b)의 실제 청색 플럭스는 색 신호 추출기(26)에 의해 추출된다.

그러한 측정을 위한 적합한 방식은 표 1에 표시된다. X는 필터되지 않은 광 다이오드(22)를 이용한 측정치를 나타내고, [X]는 청색 필터된 광 다이오드(36)를 이용한 측정치를 나타낸다.

예시적인 측정 방식

측정치 #	적색 형광체 변환 LED 광원(34a)	녹색 형광체 변환 LED 광원(34b)	청색 LED 광원(14c)	배경 레벨
1				X
2				[X]
3	X			x
4	[X]			[X]
5	X	X		X
6	[X]	[X]		[X]
7	[X]	[X]	[X]	[X]

표 1에서 알 수 있는 바와 같이, (도 1 및 도 2의 시스템에서의 4개의 측정치에 비해) 필요한 데이터를 얻기 위해 7개의 측정치가 필요하다. 측정치 3번과 1번 사이의 차는 적색 형광체 변환 LED 광원(34a)에 대한 실제 (총) 플럭스를 제공하고, 측정치 5번과 3번 사이의 차는 녹색 형광체 변환 LED 광원(34b)에 대한 실제 (총) 플럭스를 제공한다. 이와 유사하게, 측정치 4번과 2번 사이의 차는 적색 형광체 변환 LED 광원(34a)에 대한 실제 청색 플럭스를 제공하고, 측정치 6번과 4번 사이의 차는 녹색 형광체 변환 LED 광원(34b)에 대한 실제 청색 플럭스를 제공한다. 마지막으로, 측정치 7번과 6번 사이의 차는 청색 LED 광원(14c)에 대한 실제 청색 플럭스를 제공한다. 실제 청색 플럭스는 대안적으로 필터되지 않은 광 다이오드에 의해 측정될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

각각의 LED 광원에 대한 실제 (총) 플럭스는 LED 조명 유닛(12)의 출력의 보상을 위해 비교 블록(30)에 공급된다. 더욱이, 참조 블록(28)에서의 적색 및 녹색 플럭스 설정 값은 이제 청색 누설에 대해 보상될 수 있는데, 설정 값은 소정의 참조 온도에서 교정 동안에 결정되었다. 즉, 설정 값은 현재의 청색 누설 값에 대해 다시 계산된다. 이러한 재계산은 각각의 형광체 변환 LED 광원에 대해, 현재의 청색 누설값(제1 제어 데이터), (교정에서 결정된) 참조 온도에서의 청색 누설값, 및 청색 및 형광체 변환 (이 경우에, 적색 또는 녹색) 스펙트럼에 대한 필터되지 않은 광 다이오드의 감도(센서 사양으로부터 공지됨)를 필요로 한다. 현재의 청색 누설값은 필터된 그리고 필터되지 않은 광 다이오드 둘 다로부터의 측정치를 사용하여 계산될 수 있다.

그러므로, LED 조명 유닛(12)의 원하는 출력을 나타내는 설정 값이 비교 블록(30)에서 상이한 LED 광원에 대한 실제 플럭스 출력에 비교될 때, 적색 및 녹색의 설정 값은 청색 누설값에 관해 미리 보상된다. 따라서, 도 3에 도시된 실시예에서, 적색 및 녹색 형광체 변환 LED 광원(34a 및 34b)의 출력은 청색 필터된 광 다이오드(36) 및 필터되지 않은 광 다이오드(22)에 의해 제공된 데이터에 따라 참조 블록(28)에서 대응하는 플럭스 설정 값을 다시 계산함으로써 조정되게 된다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 조명 시스템(10)을 개시한 것이다. 도 3에서의 시스템에 비해, 블록(28)에서 설정 값을 보상하는 대신에, 적색 및 녹색 형광체 변환 LED 광원(34a 및 34b)의 청색 누설값을 나타내는 제1 제어 데이터는 피드백 값이 보상 블록(30)에 공급되기 전에, 블록(39)에서 형광체 변환 LED 광원(34a 및 34b)에 대한 피드백 값을 조정하기 위해 사용된다. 이것은 또한 더욱 견고한 LED 조명 시스템을 제공한다.

도 3의 시스템은 종래의 온도 피드 포워드 시스템과 결합되어, 도 5에 개시된 것과 같은 LED 조명 시스템(10)을 만들어낼 수 있다. 도 5에서, 온도 센서(40)는 LED 광원(34a, 34b 및 14c)을 수용하는 히트 싱크(42)의 온도를 측정한다. 그 다음, 각 LED 광원의 온도는 측정된 히트 싱크 온도, 시스템의 열 모델, 및 LED 광원에 입력된 전류에 의해 계산 블록(44)에서 계산된다. 그 다음, LED 광원 온도는 LED의 온도 변화에 따른 파장 편이를 책임지기 위해/보상하기 위해 교정 매트릭스(20)의 듀티 사이클 값 및 플럭스 참조 블록(28)의 설정 값을 보상하도록, 온도와 파장 사이의 관계를 나타내는 미리 결정된 데이터와 함께 사용된다.

도 5에 개시된 온도 피드 포워드 시스템은 또한 도 4에 개시된 LED 조명 시스템 내에 편입될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

마지막으로, 이 출원에서 사용된 "플럭스"라는 용어는 센서의 감도가 눈의 감도와 일치하지 않더라도, 광원의 광 출력을 나타낸다는 것을 알 수 있을 것이다.

본 분야에 숙련된 기술자는 본 발명이 상기 설명된 양호한 실시예에 결코 제한되지 않는다는 것을 알고 있다. 오히려, 첨부된 청구범위의 범위 내에서 많은 변경 및 변형이 가능하다.

Claims

발광 다이오드(LED) 조명 시스템(10)에 있어서,

혼합 색 광을 생성하는 다수의 LED 광원(14, 34) - 상기 다수의 LED 광원은 제1 파장의 광을 방출하도록 적응된 최소한 하나의 LED, 및 상기 LED(들)로부터 방출된 광의 최소한 일부를 다른 파장의 광으로 변환하는 파장 변환기를 포함하는 최소한 하나의 LED 광원(34)을 포함함-; 및

상기 LED 광원들의 플럭스 출력을 개별적으로 제어하는 제어 시스템(33)

을 포함하는데,

상기 제어 시스템은,

상기 LED 광원들 중의 최소한 한 광원의 플럭스의 피드백을 제공하는 수단 - 상기 피드백은 상기 피드백에 따라 상기 최소한 하나의 LED 광원을 제어할 수 있게 하기 위해, 개별 LED 광원의 실제 플럭스에 응답한 필터되지 않은 센서(22)로부터의 입력에 기초함-; 및

파장 변환 LED 광원(들)의 제1 파장 누설을 보상하도록, 최소한 하나의 LED 광원을 조정할 수 있게 하기 위해, 제1 파장 플럭스에 응답한 필터된 센서(36)로부터의 입력에 기초한 제1 제어 데이터를 제공하는 수단

을 포함하는 시스템.
제1항에 있어서,

상기 다수의 LED 광원은 상기 제1 파장과 동일한 파장 범위 내의 파장을 갖는 최소한 하나의 고유(intrinsic) LED 광원(14)을 더 포함하고,

상기 제1 제어 데이터는 모든 LED 광원의 총 실제 제1 파장 플럭스를 나타내며,

상기 제어 시스템은 상기 고유 LED 광원에 대한 원하는 플럭스를 나타내는 설정 값(setpoint value)과 상기 제1 제어 데이터 사이의 차에 따라 상기 고유 LED 광원을 제어하도록 적응되는 시스템.
제1항에 있어서,

상기 제1 제어 데이터를 제공하는 수단은 상기 파장 변환 LED 광원(들) 상의 필터된 센서를 시간 다중화하는 시간 멀티플렉서(38)를 포함하고,

상기 제1 제어 데이터는 각각의 파장 변환 LED 광원의 실제 제1 파장 플럭스를 나타내며,

상기 제어 시스템은 상기 제1 제어 데이터에 따라 상기 파장 변환 LED 광원(들)에 대한 원하는 플럭스를 나타내는 설정 값들을 보상하도록 적응되는 시스템.
제1항에 있어서,

상기 제1 제어 데이터를 제공하는 수단은 상기 파장 변환 LED 광원(들) 상의 상기 필터된 센서를 시간 다중화하는 시간 멀티플렉서(38)를 포함하고,

상기 제1 제어 데이터는 각각의 파장 변환 LED 광원의 실제 제1 파장 플럭스 를 나타내며,

상기 제어 시스템은 상기 제1 제어 데이터에 따라 상기 파장 변환 LED 광원(들)에 대한 피드백을 보상하도록 적응되는 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피드백을 제공하는 수단은 실제 총 플럭스가 얻어질 LED 광원들 상의 상기 필터되지 않은 센서를 시간 다중화하는 시간 멀티플렉서(24)를 포함하는 시스템.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터되지 않은 센서는 상기 제1 파장에 대해 더 낮은 감도를 갖고, 그외 다른 파장에 대해 더 높은 감도를 갖는 시스템.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서들은 광 다이오드들인 시스템.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 파장은 청색에 대응하는 시스템.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파장 변환기는 형광체(phosphor)를 포함하는 시스템.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 각 LED 광원의 온도를 구하는 수단(40, 44), 및 상기 LED 광원 온도들을 포함하는 제2 제어 데이터에 따라 LED 광원들에 대한 원하는 플럭스를 나타내는 설정 값들을 보상하는 수단(28)을 더 포함하는 시스템.
제10항에 있어서, 상기 온도를 구하는 수단은 상기 LED 광원들을 수용하는 히트 싱크(heat sink)(42)의 온도를 측정하도록 적응된 온도 센서(40)를 포함하는 시스템.
제11항에 있어서, 상기 온도를 구하는 수단은 최소한 상기 측정된 히트 싱크 온도 및 상기 다수의 LED 광원의 열 모델(thermal model)에 기초하여 LED 광원 온도들을 계산하는 수단(44)을 더 포함하는 시스템.
혼합 색 광을 생성하는 다수의 LED 광원을 포함하는 발광 다이오드(LED) 조명 유닛을 위한 제어 시스템에 있어서 - 상기 다수의 LED 광원은 제1 파장의 광을 방출하도록 적응된 최소한 하나의 LED, 및 상기 LED(들)로부터 방출된 광의 최소한 일부를 다른 파장의 광으로 변환하는 파장 변환기를 포함하는 최소한 하나의 LED 광원을 포함하고, 상기 제어 시스템은 LED 광원들의 플럭스 출력을 개별적으로 제어하도록 적응됨-,

상기 LED 광원들 중의 최소한 한 광원의 플럭스의 피드백을 제공하는 수단 - 상기 피드백은 상기 피드백에 따라 상기 최소한 하나의 LED 광원을 제어할 수 있게 하기 위해, 개별 LED 광원의 실제 플럭스에 응답한 필터되지 않은 센서로부터의 입력에 기초함-; 및

파장 변환 LED 광원(들)의 제1 파장 누설을 보상하도록, 최소한 하나의 LED 광원을 조정할 수 있게 하기 위해, 제1 파장 플럭스에 응답한 필터된 센서로부터의 입력에 기초한 제1 제어 데이터를 제공하는 수단

을 포함하는 제어 시스템.
혼합 색 광을 생성하는 다수의 LED 광원을 포함하는 LED 조명 유닛을 제어하는 방법에 있어서 - 상기 다수의 LED 광원은 제1 파장의 광을 방출하도록 적응된 최소한 하나의 LED, 및 상기 LED(들)로부터 방출된 광의 최소한 일부를 다른 파장의 광으로 변환하는 파장 변환기를 포함하는 최소한 하나의 LED 광원을 포함함-,

상기 LED 광원들 중의 최소한 한 광원의 플럭스의 피드백을 제공하는 단계 - 상기 피드백은 개별 LED 광원의 실제 플럭스에 응답한 필터되지 않은 센서로부터의 입력에 기초함-;

상기 피드백에 따라 상기 최소한 하나의 LED 광원을 제어하는 단계;

제1 파장 플럭스에 응답한 필터된 센서로부터의 입력에 기초한 제1 제어 데이터를 제공하는 단계; 및

파장 변환 LED 광원(들)의 제1 파장 누설을 보상하도록, 상기 제1 제어 데이 터에 따라 최소한 하나의 LED 광원의 플럭스를 조정하는 단계

를 포함하는 방법.