KR20090011339U - Ｐｗｍ 제어방식에 의한 ｌｅｄ의 색광 조합과 밝기 제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 고안은 LED를 이용한 조명 장치에 관한 것으로서 보다 상세하게는 적색, 녹색, 청색 LED를 마련하여 각각의 LED를 온 오프 하거나 밝기를 조절하여 색광을 혼합하므로써 다양한 색광을 발현하며 밝기 제어 가능하도록 이루어진 PWM 제어방식에 의한 LED의 색광 조합과 밝기 제어에 관한 것이며, 학습이나 독서를 위한 조명 외에도 수면을 위한 보조용 조명, 정밀작업시에 활용될 수 있는 단색조명, 기타 사용자의 감성을 안정시키고 쾌적한 분위기를 만드는 무드조명 등 조명의 사용 목적과 활용도에 따라서 여러 가지의 차별화된 조명기능을 갖도록 이루어진 PWM 제어방식에 의한 LED의 색광 조합과 밝기 제어 장치를 제공하고자 빛의 삼원색에 해당하는 적색, 녹색, 청색 LED를 개별적으로 PWM 방식으로 점등을 제어함으로서 임의의 색상에 해당하는 빛을 조합하며, PWM 신호의 듀티비를 조절함으로서 밝기를 제어하도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.
LED, 조명, PWM, 색광, 조합, 마이컴

Description

ＰＷＭ 제어방식에 의한 ＬＥＤ의 색광 조합과 밝기 제어 장치{The PWM control method with the LED control device }
본 고안은 LED를 이용한 조명 장치에 관한 것으로서 보다 상세하게는 적색, 녹색, 청색 LED를 마련하여 각각의 LED를 온 오프하거나 밝기를 조절하여 색광을 혼합하므로써 다양한 색광을 발현하며 밝기 제어 가능하도록 이루어진 PWM 제어방식에 의한 LED의 색광 조합과 밝기 제어에 관한 것이다.
LED는 각종 장치의 표시 광원으로 개발되어 사용되고 그 광원은 직진성을 갖는 특성과 함께 소비전력이 작고 수명이 긴 특징을 갖으며 기술 발전에 따라 고휘도 LED가 제조 사용되고 있다.
고휘도 LED는 후랫쉬와 유사한 휴대용 조명 및 자전거 등의 안전 표시 조명으로 매우 유용하게 사용되고 있으며 이러한 고휘도 LED를 집약하면 상당한 조도의 조명등으로 사용이 가능할 정도로 공지되어 있다.
상기와 같은 LED는 조명용의 제품으로 학습이나 독서 등의 목적을 위해 사용되는 스탠드 장치와, 조명과 실내 외 경관용으로 벽면 설치되는 무드등 장치 및 현관 등에 센서 조명등 장치 등에 폭 넓게 실용화되어 있다.
그러나 이러한 조명등 장치는 주로 백색광을 단색광원으로 하는 구조를 이루고 있으며, LED에 일정한 전압이나 전류를 인가하여 단색 광원을 일정한 광량으로 발광하도록 이루어지고 간혹 2~3가지 색상의 다색 광원을 사용하는 경우에는 각각의 색상을 일정한 광량으로 발광하도록 순차 점등하여 시각적인 색상 변화가 가능하도록 이루어지는 장치는 주로 실 내외 경관 조명등으로 공지되어 있다.
상기 발광소자인 LED를 구동하는 방법으로는 전압제어방식, 전류제어방식 등이 알려져 있다.
이러한 기존의 제어방식은 LED에 일정한 전압이나 전류를 인가하여 특정의 색상과 밝기의 상태를 유지하도록 작용한다.
상술한 바와 같은 종래 기술에 의하면 조명이 단조롭고 단색 조명이거나 단색조명을 바꾸면서 조명하는 정도의 변화에 불과하여 경관 조명에서도 제한적인 표현에 한계가 있다.
본 고안은 전술한 종래 기술이 갖는 문제점을 해소하고 새로운 활용 욕구를 충족시키기 위해 안출된 것으로서 다음과 같은 목적을 갖는다.
본 고안은 학습이나 독서를 위한 조명 외에도 수면을 위한 보조용 조명, 정밀작업시에 활용될 수 있는 단색조명, 기타 사용자의 감성을 안정시키고 쾌적한 분위기를 만드는 무드조명 등 조명의 사용 목적과 활용도에 따라서 여러 가지의 차별화된 조명기능을 갖도록 이루어진 PWM 제어방식에 의한 LED의 색광 조합과 밝기 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 고안은 청색, 녹색 및 적색 LED의 광색을 혼합하고 광량을 조절하여 다양한 색감의 조명색을 얻을 수 있도록 이루어진 PWM 제어방식에 의한 LED의 색광 조합과 밝기 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 고안은 광색의 조합을 사용자 설정에 의해 메모리에 입력하거나 입력된 광색의 조합으로 조명을 이룰 수 있도록 이루어진 PWM 제어방식에 의한 LED의 색광 조합과 밝기 제어 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 구현하기 위하여 이루어지는 본 고안은 빛의 삼원색에 해당하는 적색, 녹색, 청색 LED를 개별적으로 PWM 방식으로 점등을 제어함으로서 임의의 색상에 해당하는 빛을 조합하며, PWM 신호의 듀티비를 조절함으로서 밝기를 제어하도 록 이루어진다.
사용자에 의하여 입력되는 각각의 램프에 대한 입력조건을 입력부와, LED 구동을 제어하도록 마이컴으로 이루어지는 제어부와, 상기 입력부에는 각각의 색상에 해당하는 LED의 상태를 결정하기 위한 스위치와 메모리 여부를 결정하기 위한 스위치, 메모리에 저장된 데이터를 불러오기 위한 스위치 및 전원을 제어하기 위한 스위치 등을 구비하고, 상기 제어부는 입력부에서 전송된 신호를 분석하여 전원부를 제어하여 구동 전원을 온/오프 시키도록 이루며, 상기 입력부의 입력조건에 따라서 LED 구동 드라이버인 PWM신호부에 신호를 보내야할 제어신호를 결정하고, 결정된 제어신호를 PWM신호부로 전송하도록 이룬다.
또한 제어부는 상기 입력부의 입력된 사항이 메모리부에 기록되어 있는 데이터를 활용하는 경우에는 메모리부로부터 신호를 입력받아서 이 신호를 PWM신호부로 전송하며, 현재 설정된 빛의 색상을 기록해야하는 경우에는 현재의 데이터를 메모리부로 전송하여 기록하도록 제어를 수행한다.
각각의 색상별 LED를 구동하기 위한 제어신호를 제어부로부터 입력받은 PWM신호부에서는 각각의 색상에 해당하는 LED를 구동하기 위한 듀티비가 제어된 PWM 신호를 출력하여 조명부의 LED가 제어된 색상의 빛을 출력하도록 구성하며, 상기 제어부의 밝기 제어신호에 의하여 듀티비를 일괄적으로 제어하는 등의 기능을 통하여 원하는 색상의 빛을 출력할 뿐만 아니라 전체적인 발기의 제어를 겸하며, 상기조명부에서는 PWM신호부에서 출력된 제어신호에 의하여 각각의 LED를 구동함으로서 원하는 색상 및 밝기의 빛을 출력할 수 있게 이루어지는 것에 의한다.
본 고안은 학습이나 독서를 위한 조명 외에도 수면을 위한 보조용 조명, 정밀작업시에 활용될 수 있는 단색조명, 기타 사용자의 감성을 안정시키고 쾌적한 분위기를 만드는 무드조명 등 조명의 사용 목적과 활용도에 따라서 여러 가지의 차별화된 조명기능 구현하는 효과가 있고, PWM 제어방식에 의한 LED의 색광 조합하여 가법혼색의 정도와 밝기 제어하므로 원하는 색상과 밝기를 쉽게 얻을 수 있는 효과가 있으며, 광색의 조합을 사용자 설정에 의해 메모리에 입력하거나 입력된 광색의 조합으로 조명을 이룰 수 있도록 이루어 사용자의 편의를 증진 시킨 매우 우수한 고안인 것이다.
본 고안은 빛의 색상 및 밝기를 설정하고, 설정 상태를 확인하기 위한 입력부(10)와, 빛의 색상 및 밝기 설정상태에 대한 데이터를 메모리하고, 필요 시 데이터를 불러내어 활용하기 위한 메모리부(20), LED구동 및 제어 전원을 공급하며 온/오프하기 위한 전원부(30), 입력부(20) 조작에 의해 상기 전원부(30)와 메모리부(20)를 포함하여 전체적인 제어를 이루도록 마이컴으로 이루어지는 제어부(Ctrl)와, 상기 제어부(Ctrl)의 전송 테이터에 의해 LED구동을 위한 PWM신호를 발생하는 PWM신호부(40)와, PWM신호부(40)로부터 출력된 신호에 의하여 직접적으로 빛을 발산하기 위한 적색, 녹색 및 청색 LED가 다수 집적된 조명부(50)로 이루어진다.
상기 입력부(10)는 스위치 또는 터치 스위치 등의 방식에 의하여 전원의 온/오프와 각각의 LED에 대하여 색상 및 밝기를 조절하거나 설정된 빛의 색상 및 밝기를 메모리하거나, 메모리된 데이터를 불러오는 기능 등을 수행하는 사용자 인터페이스를 위한 스위치와 볼륨으로 이루어진다.
상기와 같이 이루어지는 본 고안은 한정된 LED의 색상으로 여러 가지 빛의 색상에 대한 표현과 더불어 밝기를 제어한다. 한정된 LED의 색상으로 여러 가지 색상의 빛을 표현하기 위해 본 고안은 빛의 삼원색인 적색, 녹색, 청색의 LED를 집적하여 이루어져 있다.빛의 삼원색인 적색, 녹색, 청색을 주로 사용함으로서 사람이 느끼는 모든 색상의 표현이 가능하다. 이러한 빛의 삼원색에 해당하는 컬러의 LED는 1개의 LED 내부에 3개의 컬러가 모두 개별적으로 구성되어 있는 경우와 각각의 컬러에 해당하는 LED가 개별적으로 구성되는 경우가 있으며 본 고안에서는 이러한 각각의 경우에 구분없이 활용이 가능하다.
빛의 3원색을 이용하여 여러 가지 색상의 빛을 연출하기 위해서는 각각의 삼원색을 PWM 제어방식에 의하여 각각 개별적으로 듀티 비를 제어함으로서 가능하다.
첨부 도 2은 같은 주파수에서 듀티 비를 제어할 경우 각각의 LED 출력의 상태를 나타낸 것이다. 도 2에서 각각의 1), 2), 3)항은 같은 사이클로 PWM 제어가 되고 있으며, 각 항의 듀티 비는 서로 다르다는 것을 알 수 있다. 여기서 듀티비는 PWM 제어신호의 “L"에 대한 “H"신호의 폭으로서 ”H"신호 측의 폭이 넓을수록 크 다고 표현하며, 1)항을 보면 같은 주파수에서 듀티비가 가장 큼으로서 1), 2), 3)항중 가장 밝게 구동이 되고 있으며, 2)항은 중간, 3)항은 가장 좁게 구동이 됨으로 1)항이 가장 밝고, 2)항과 3)항의 순으로 밝기가 이루어진다. 또한 듀티비를 “O”으로 으로 함으로서 특정 LED의 색상을 제거할 수도 있다.
즉, 도 2에서와 같이 각각의 LED에 대해서 PWM 제어를 할 경우에 듀티비에 의하여 각각의 상태에 대한 밝기가 상호 다르게 나타남을 알 수 있다. 이를 이용하여 빛을 조합하여 다른 색상을 구현하는 예는 다음과 같다. 빛의 삼원색 중 청색과 적색을 함께 비치면 황색으로 표현되며, 적색과 청색의 빛을 함께 비치면 마젠타라고 불리는 자색을 띤 분홍색의 빛으로, 녹색과 청색을 함께 비치면 하늘색의 빛으로 표현된다.
또한 상기 황색을 조합하는 과정에서 PWM제어신호의 듀티비를 도 2의 3)항과 같이 구동하는 경우에 비하여 도 2의 1)항과 같이 구동하는 것이 더 밝은 색상의 황색을 조합할 수 있게 된다. 이렇게 빛의 삼원색에 해당하는 적색, 녹색, 청색의 LED 색광을 조합하여 동시에 제어함으로서 원하는 컬러의 빛을 표현할 수 있으며, 각각의 듀티비를 제어함으로서 밝기의 제어가 가능하게 된다.
본 고안에서는 위에서 설명한 바와 같이 적색, 녹색, 청색 LED의 색광을 조합(가법혼색)하는 방법과 이러한 PWM제어신호의 듀티비를 제어함으로서 함으로서 원하는 색상과 밝기를 구현이 이루어진다.
본 고안의 적색, 녹색, 청색 LED 색광의 조합을 좀더 구체적인 실시예로써 알아보면 도 3 도시와 같이 각 LED의 점등을 이루는 "H"레벨의 듀티비를 입력부(10) 선택에 의해 일정 단위시간(t) 내에서 최대 비율 "1" 상태까지 단계별로 상승하도록 이루어 각각 설정된 듀티비에 의해 색광이 가법혼색을 이루어 다양한 색광을 연출하고, 각 LED 점등 레벨의 듀티비가 결정된 상태에서 듀티비에 배수로 각 LED의 점등 시간을 증가시키거나 감소시킴으로 가법 혼색된 색광의 전체적인 밝기를 단계별로 조절하도록 이루어져 있다.
이는 도 3의 1)항과 같이 일정 단위시간(t) 내에서 LED의 점등을 이루는 "H"레벨의 듀티비를 가변시켜 다양한 색광을 표현한다. 예컨대 적색:녹색:청색(R:G:B) 1:5:10의 비율로 가법 혼색하여 색광을 혼합할 수 있고, 혼합된 색광을 유지하는 상태에서 각 LED의 듀티비를 도 3의 2)항 및 3)항과 같이 배수 즉, 2t 또는 3t로 조절하여 출력하면 혼합 색광은 동일하게 유지하며 밝기는 단계적으로 상승 된다.
즉, 도 3의 1), 2), 3)항은 각각 최저 밝기로부터 최대 밝기로의 조절을 알 수 있고, 각 LED의 점등 듀티비는 분해능을 높일수록 더 많은 단계의 색조합이 가능함을 알 수 있다.
도 1은 본 고안의 구성을 도시한 제어 장치 불록다이어그램.
도 2는 본 고안의 PWM 제어 과정을 설명하는 LED 구동 신호를 도시한 타임 챠트.
도 3은 본 고안의 LED 가법 혼색과 밝기 조절을 보여주는 제어 실시예의 타임챠트.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
10: 입력부 20: 메모리부
30: 전원부 40: PWM 신호부
50: 조명부 Ctrl: 제어부

Claims (3)

  1. LED를 광원으로 조명을 이루는 램프의 제어 장치에 있어서, 빛의 색상 및 밝기를 설정하고, 설정 상태를 확인하기 위한 입력부(10)와,
    빛의 색상 및 밝기 설정상태에 대한 데이터를 메모리하고, 필요 시 데이터를 불러내어 활용하기 위한 메모리부(20),
    LED구동 및 제어 전원을 공급하며 온/오프하기 위한 전원부(30),
    입력부(20) 조작에 의해 상기 전원부(30)와 메모리부(20)를 포함하여 전체적인 제어를 이루도록 마이컴으로 이루어지는 제어부(Ctrl)와,
    상기 제어부(Ctrl)의 전송 테이터에 의해 LED구동을 위한 PWM신호를 발생하는 PWM신호부(40)와,
    상기 PWM신호부(40)로부터 출력된 신호에 의하여 직접적으로 빛을 발산하기 위한 적색, 녹색 및 청색 LED가 다수 집적된 조명부(50)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 PWM 제어방식에 의한 LED의 색광 조합과 밝기 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 입력부(10)는 스위치 또는 터치 스위치 등의 방식에 의하여 전원의 온/오프와 각각의 LED에 대하여 색상 및 밝기를 조절하고 설정된 빛의 색상 및 밝기를 메모리 기록하며, 메모리된 데이터를 불러오는 사용자 인터페이스를 위한 스위치와 볼륨으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 PWM 제어방식에 의 한 LED의 색광 조합과 밝기 제어 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 마이컴에 의한 색광의 조합과 밝기의 조절은 각 LED의 점등을 이루는 "H"레벨의 듀티비를 입력부(10) 선택에 의해 일정 단위시간(t) 내에서 최대 비율 "1" 상태까지 단계별로 상승하도록 이루어 각각 설정된 듀티비에 의해 색광이 가법혼색을 이루어 다양한 색광을 연출하도록 이루고, 각 LED 점등 레벨의 듀티비가 결정된 상태에서 듀티비에 배수로 각 LED의 점등 시간을 증가시키거나 감소시킴으로 가법 혼색된 색광의 전체적인 밝기를 단계별로 조절하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 PWM 제어방식에 의한 LED의 색광 조합과 밝기 제어 장치.
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