KR20090035703A - 광원, 광원 구동 방법, 컴퓨터 프로그램 제품, 및 컴퓨터 판독가능 저장 매체 - Google Patents

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KR20090035703A
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이안 아쉬다운
마크 살스버리
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티아이알 테크놀로지 엘피
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Abstract

본 발명은 하나 이상의 조명 특성을 최적화하기 위한 광원, 방법, 컴퓨터 판독가능 저장 매체 및 컴퓨터 프로그램 제품을 제공한다. 특히, 본 발명은 네 개 이상의 발광 엘리먼트들, 혹은 그 그룹들 또는 어레이들을 포함하는 광원을 제공하는데, 이들 각각은 지정된 강도 비에 따라 조합될 때 특정 컬러 온도에서 조명을 제공하는 각 사전정의된 방사 스펙트럼을 갖는다. 이 광원은, 최적화될 하나 이상의 조명 특성을 선택하기 위한 내부 및/또는 외부 선택 모듈, 및 선택된 최적화된 조명 특성을 제공하기 위한 광원의 구동 파라미터들을 최적화하기 위한 내부 및/또는 외부 컴퓨팅 모듈을 포함할 수 있다. 광원은, 사전 선택된 조명 특성을 최적화하기 위해 본 발명의 방법, 컴퓨터 판독가능 저장 매체 및/또는 컴퓨터 프로그램 제품을 이용하여, 선택된 사전정의된 구동 파라미터들에 따라 동작하도록 선택적으로 하드와이어링될 수 있다.
조명 특성 최적화, 구동 파라미터, 컬러 온도, 발광 엘리먼트, 광원

Description

광원, 광원 구동 방법, 컴퓨터 프로그램 제품, 및 컴퓨터 판독가능 저장 매체{LIGHT SOURCE AND METHOD FOR OPTIMISING ILLUMINATION CHARACTERISTICS THEREOF}
본 발명은 조명 분야에 관한 것으로, 특히 광원, 및 그 조명 특성을 최적화하기 위한 방법, 컴퓨터 판독가능 저장 매체 및 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
고체 반도체 및 유기 발광 다이오드(LED) 등의 발광 디바이스들의 광속의 발전 및 개선으로 인해 이들 디바이스들이, 건축, 엔터테인먼트 및 도로 조명을 비롯한 전반적인 조명 용도에 이용되기에 적절하게 되었다. 발광 다이오드들은 백열, 형광, 및 고휘도 방전 램프들과 같은 광원들과 점점 더 경쟁하고 있다.
특히, 현재 이용되는 범용 광원들과 동등한 양호한 컬러 렌더링 성능을 제공하기 위해 몇몇 범용 LED 기반 광원들이 제안되어 왔다. 예를 들면, 적절히 양호한 백색 광원을 제공하기 위해 소정의 유형들의 인광체 코팅된 LED(phosphor-coated LED; pc LED)들이 개발되어 왔으며, 여기서 이 LED로부터의 방사는 인 코팅으로부터의 방사를 유발시키고, 때때로는 이 인 코팅으로부터의 방사와 조합되어 백색 광을 발생시킨다.
적어도 세 개의 LED들의 방사를 조합시킴으로써 백색 광을 제공하기 위한 다른 LED 기반 광원들이 일반적으로 공개되어 있는데, 이들 적어도 세 개의 LED들의 파장들은 특히 이 공개된 광원의 컬러 렌더링 인덱스(colour rendering index; CRI)를 최적화하도록 선택된다. 예를 들면, 1998년 12월 22일자로 특허 결정된, Doughty 등의 미국 특허 제5,851,063호(Light-Emitting Diode White Light Source)에서는, 각 LED의 파장들의 적절한 선택에 의해 최적화된 CRI를 갖는, 적어도 세 개의 다색화된 LED들을 갖는 시스템이 개시되어 있다. 이 개시된 시스템은 그 최적화된 CRI로 인해 일반적인 조명 용도에 유용하다고 한다. 미국 특허 제7,008,078호 및 제6,817,735호에서는, 네 개의 서로 다른 유형의 LED들, 즉 청색 LED, 청녹색 LED, 주황색 LED 및 적색 LED를 포함하는 광원이 개시되어 있는데, 이들 LED들 각각은 높은 효율 및 높은 컬러 렌더링 효과를 제공하도록 선택된 사전결정된 범위의 파장 내에서 발광한다.
피드백 시스템을 포함하는 또다른 LED 기반 광원들이 개시되었는데, 이 피드백 시스템은, 원하는 출력을 실질적으로 유지하기 위해 이러한 광원들이 광원의 LED들의 출력을 피드백 신호의 함수로서 조정할 수 있게 해준다. 예를 들면, 광원의 출력을, 사전설정된 동작 상태를 실질적으로 유지하도록 조정하기 위해, 광원 출력 컬러, 강도 혹은 동작 온도와 관련된 피드백 신호들이 이용된다. 이러한 광원들의 예들은, 미국 특허 제6,411,046호, 미국 특허 출원 2005/0237733, 2005/0161586 및 2004/0211888, 및 국제 출원 WO 2004/025998 및 WO 2004/100611에 제공되어 있다.
그러나, 여전히, 현재 및 미래의 LED 기술을 일반적 조명 용도에 적응시키는 것에 대한 몇몇 도전과제들이 해결되어야 한다. 예를 들면, 범용 LED 기반 광원들을, 현재의 이용가능한 범용 광원들과 경쟁시키고 궁극적으로는 이들을 능가하게 만들기 위해서는, 최적화된 구동 파라미터들을 통해 이러한 LED 기반 디바이스들의 일반적 조명 특성을 개선시키고 바람직하게는 최적화하기 위한 기술들이 개발되어야 한다. 즉, 이러한 최적화에 이바지하는 특정 LED 파장들을 선택함으로써 LED 기반 광원들의 CRI를 최적화하는 LED 기반 기술들이 공개되어 있지만, 이들 파장 최적화 기술들은 일반적으로 소정의 상관 컬러 온도(correlated colour temperature; CCT)에만 적용가능하며, 실제로는, 이들 최적화된 광원들의 제조에 필요한 비닝(binning) 유형과 연관된 비용을 상승시킬 수 있다. 이에 따라, 현재의 이용가능한 LED들 및/또는 다른 이러한 발광 엘리먼트들을 이용하거나, 혹은 이러한 광원들의 CRI를 개선 및/또는 최적화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 또한 이러한 디바이스들의 다른 선택된 조명 특성들, 예를 들면 컬러 품질 스케일(colour quality scale; CQS), 시감 효능(luminous efficacy) 및/또는 출력 전력 등을 선택적으로 개선 및/또는 최적화할 수 있는 새롭게 개발된 발광 엘리먼트들을 또한 이용하는 광원 해결책에 대한 필요가 존재한다.
이 배경 정보는, 출원인에 의해 본 발명과 관련 가능성이 있는 것으로 여겨지는 정보를 나타내도록 제공되는 것이다. 이 선행하는 정보 중 임의의 것이 본 발명에 반하여 종래 기술을 구성하는 것에 대해 허용되지 않으며 이와 같이 해석되어서도 않된다.
<발명의 요약>
본 발명의 목적은 그 조명 특성들을 최적화하기 위한 광원 및 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 일 양태에 따르면, 각각이 각 방사 스펙트럼을 갖는 네 개 이상의 발광 엘리먼트들; 광원이 최적화될 하나 이상의 조명 특성을 선택하기 위한 선택 모듈; 각 방사 스펙트럼을 나타내는 값들로부터, 상기 선택된 하나 이상의 조명 특성을 실질적으로 달성하기 위한, 광원을 구동하기 위한 최적화된 구동 파라미터들을 계산하기 위한 컴퓨팅 모듈; 및 상기 최적화된 구동 파라미터들에 따라 상기 네 개 이상의 발광 엘리먼트들 각각을 구동하기 위한 구동 모듈을 포함하는 광원이 제공된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 광원의 하나 이상의 조명 특성을 최적화하는 구동 파라미터들에 따라 광원을 구동시키는 방법이 제공되는데, 광원은, 각각이 각 방사 스펙트럼을 갖는 네 개 이상의 발광 엘리먼트들을 포함하며, 이 방법은, 네 개 이상의 발광 엘리먼트들 각각에 대해 그 각 방사 스펙트럼을 나타내는 하나 이상의 값을 식별하는 단계; 광원이 최적화될 하나 이상의 조명 특성을 선택하는 단계; 상기 하나 이상의 값 각각을 이용하여, 상기 선택된 하나 이상의 조명 특성을 최적화하는 구동 파라미터들을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 구동 파라미터들에 따라 광원을 구동시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 각각이 각 방사 스펙트럼을 갖는 네 개 이상의 발광 엘리먼트들을 포함하는 광원의 하나 이상의 선택된 조명 특성을 최적화하기 위한 구동 파라미터들을 결정하기 위한 컴퓨팅 모듈을 동작시키기 위한 명령어들이 내부에 구현되어 있는 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서, 컴퓨팅 모듈의 동작은, 상기 네 개 이상의 발광 엘리먼트들 각각에 대해, 입력으로서 각 방사 스펙트럼을 나타내는 하나 이상의 값을 수신하는 단계; 선택된 입력으로서 하나 이상의 선택된 조명 특성을 수신하는 단계; 상기 하나 이상의 나타낸 값 및 상기 선택된 입력 각각으로부터, 선택된 하나 이상의 조명 특성을 최적화하는 구동 파라미터들을 계산하는 단계; 및 선택된 하나 이상의 조명 특성에 따라 광원을 구동시키는 데에 이용하기 위한 계산된 구동 파라미터들을 출력하는 단계를 따라 행해지는 컴퓨터 판독가능 저장 매체가 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 RAGB 광원을 도식적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라, 광원의 하나 이상의 조명 특성의 최적화를 대화식으로 제어하기 위한 선택가능한 사용자 인터페이스를 제공하기 위해 광원에 동작가능하게 결합된 제어 패널의 정면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 광원의 하나 이상의 조명 특성을 최적화하기 위한, 컴퓨팅 디바이스에 의해 구현되는 것으로 예시되어 있는 방법의 단계들을 예시하는 고레벨 플로우차트.
도 4는 RAGB 광원의 최적화되지 않은 조명 특성들 및 구동 파라미터들을 그래프식으로 나타낸 도면.
도 5는 최적화된 출력 전력을 제공하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따라 결 정된 RAGB 광원의 조명 특성들 및 구동 파라미터들을 그래프식으로 나타낸 도면.
도 6은 최적화된 CRI를 제공하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따라 결정된 RAGB 광원의 조명 특성들 및 구동 파라미터들을 그래프식으로 나타낸 도면.
도 7은 최적화된 CRI 및 시감 효능을 동시에 제공하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따라 결정된 RAGB 광원의 조명 특성들 및 구동 파라미터들을 그래프식으로 나타낸 도면.
정의
"발광 엘리먼트"라는 용어는, 예를 들어 전위차를 인가하거나 전류를 흘림으로써 활성화될 때, 소정의 영역, 혹은 전자기 스펙트럼 영역들, 예를 들면 가시선 영역, 적외선 및/또는 자외선 영역의 조합 영역 내에 방사하는 디바이스를 정의하는 데에 이용된다. 이에 따라, 발광 엘리먼트는 단색, 준단색(quasi-monochromatic), 다색 혹은 광대역 스펙트럼 방사 특성들을 가질 수 있다. 발광 엘리먼트들의 예들에는, 반도체, 유기, 혹은 중합체/중합 발광 다이오드들, 광학적 펌핑된(pumped) 인광체 코팅된 발광 다이오드들, 광학적 펌핑된 나노 크리스탈 발광 다이오드들 혹은, 본 기술 분야의 기술자가 용이하게 알 수 있는 그 밖의 유사한 디바이스들이 있다. 또한, 발광 엘리먼트라는 용어는, 방사를 행하는 특정 디바이스, 예를 들면 LED 다이를 정의하는 데에 이용되며, 이 특정 디바이스 또는 디바이스들이 배치되는 하우징 혹은 패키지와, 방사를 행하는 이 특정 디바이스의 조합체를 정의하는 데에 동등하게 이용될 수 있다.
"조명 특성"이라는 용어는, 본 발명의 실시예를 통해 최적화될 수 있는 지정된 광원의 특성을 정의하는 데에 이용된다. 이러한 조명 특성들에는, 지정된 광원의 컬러 렌더링 인덱스(CRI), 컬러 품질 스케일(CQS), 전력 출력, 색도 및 시감 효능이 포함될 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 그 밖의 다른 이러한 조명 특성들은 이하의 개시물을 참조할 때 본 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 명백하게 될 것이며, 그러한 것으로서, 본 개시물의 일반적 범주 및 본질로부터 벗어나는 것으로 간주되어서는 않된다. 또한, 본 발명의 서로 다른 실시예들에 따른, 본원에서 보다 상세히 정의되는 바와 같은 위의 예시적인 조명 특성들은, 본 발명의 전반적인 범주 및 본질로부터 벗어나지 않고 임의의 적절한 수학적, 분석적, 수치적, 양적 및/또는 질적 정의를 이용하여 정의될 수 있음을 이해할 것이다.
"구동 파라미터"라는 용어는, 지정된 광원을 구동, 동작 및/또는 제어하도록 정의된 임의의 파라미터 및/또는 속성을 정의하는 데에 이용된다. 본 발명의 각종 실시예들을 이용하여, 이들 "구동 파라미터들"이, 지정된 광원의 하나 이상의 조명 특성을 최적화하도록 결정 및/또는 설정될 수 있다. 이러한 구동 파라미터들은, 지정된 광원 내에 포함되는 발광 엘리먼트들의 듀티 사이클, 이들 발광 엘리먼트들의 상대적인 강도들, 발광 엘리먼트들을 구동시키기 위한 전류(들), 구동 메카니즘의 유형(예를 들면, 펄스폭 변조, 펄스 코드 변조 등) 및 그 파라미터들, 동작 혹은 졍션(junction) 온도 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 다른 이러한 구동 파라미터들은, 이하의 개시물을 참조할 때 본 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 명백하게 될 것이며, 이에 따라, 본 개시물의 일반적인 범위 및 본질로부터 벗어나는 것으로 간주되어서는 않된다.
본원에서 사용되는 "약(about)"이라는 용어는, 명목 값으로부터의 +/-10%의 변동을 가리킨다. 이러한 변동은, 이것이 구체적으로 언급되는지에 관계없이, 본원에 제공되는 임의의 지정된 값 내에 항상 포함됨을 알아야 한다.
본원에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어들은, 달리 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 통상적으로 이해될 수 있는 것과 동일한 의미를 가진다.
본 발명은 광원, 및 그 하나 이상의 조명 특성을 최적화하기 위한 방법, 컴퓨터 판독가능 저장 매체 및 컴퓨터 프로그램 제품을 제공한다. 특히, 본 발명은 4개 이상의 발광 엘리먼트들, 혹은 그 그룹들, 클러스터들 혹은 어레이들(이들 각각은, 지정된 강도 비에 따라 조합될 때 특정 컬러 온도에서 조명을 제공하는 각 방사 스펙트럼을 가짐)을 포함하는 광원을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광원은, 위에서 정의된 바와 같이 최적화될 하나 이상의 조명 특성을 선택하기 위한 내부 및/또는 외부 선택 모듈(예를 들면, 스위치, 버튼, 슬라이드 혹은 스크롤 바, 레버(lever), 및 그 밖의 다른 이러한 물리적 선택 모듈들, 하드와이어링된 스위치(hardwired switch), 소프트웨어 애플리케이션/그래픽 사용자 인터페이스 선택 모듈, 펌웨어 모듈, 하드웨어 모듈, 및/또는 그 밖의 다른 이러한 선택 수단), 및/또는 위에서 또한 정의된 바와 같은 광원의 구동 파라미터들을 최적화하여 선택되는 하나 이상의 최적화된 조명 특성을 제공하기 위한 내부 및/또는 외부 컴퓨팅 모듈(예를 들면, 프로세서, 컴퓨팅 플랫폼, 통 신가능하게 연결된 퍼스널 컴퓨터 및/또는 PDA, 원격 제어 플랫폼, 및/또는 그 밖의 다른 이러한 컴퓨팅 수단)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 광원은, 광원의 하나 이상의 사전 선택된 조명 특성을 최적화하기 위해, 본 발명의 방법, 컴퓨터 판독가능 저장 매체 및/또는 컴퓨터 프로그램 제품의 실시예를 이용하여, 선택되는 사전정의된 구동 파라미터들에 따라 동작하도록 하드와이어링 및/또는 사전구성될 수 있다.
본 기술 분야에 공지된 바와 같이, 조명 기구 등의, 적색, 녹색 및 청색 발광 엘리먼트들(예를 들면, LED들)로 이루어진 광원의 경우, 특정 컬러 온도를 제공할 발광 엘리먼트들의 고유한 조합이 존재한다. 그러한 것으로서, 세 개의 발광 엘리먼트들을 포함하는 시스템의 경우, 이러한 각 엘리먼트의 상대적인 강도가 최적화되지 않고 오히려 섞인다(solved).
이와 대조적으로, 적어도 네 개의 발광 엘리먼트들, 혹은 이들의 그룹들, 클러스터들 혹은 어레이들(이들 각각은 각 방사 스펙트럼을 가짐)를 포함하는 광원에서, 지정된 컬러 온도에서의 이 적어도 네 개의 발광 엘리먼트들간의 강도 비의 결정은 덜 제약된(underconstrained) 문제이며, 이에 따라 다수의 해결책들을 갖는다. 예를 들면, 하나 이상의 적색 발광 엘리먼트(R), 하나 이상의 황색 발광 엘리먼트(A), 하나 이상의 녹색 발광 엘리먼트(G) 및 하나 이상의 청색 발광 엘리먼트(B)를 포함하는 광원의 경우, 지정된 컬러 온도에서의 R:A:G:B 비는 덜 제약된 문제이다. 이에 따라, 이들 해결책들의 일부는 일반적으로, 광원이 이용될 용도에 가장 적절한 조명 특성(들)에 따라, 다른 것들보다 더 나은 조명 특성들을 제공한 다.
이하의 설명을 위해, 적색, 황색, 녹색 및 청색 발광 엘리먼트들을 포함하는 광원, 이와 다르게는 RAGB 광원들을 참조한 예들이 설명될 것이다. 위에서 정의된 바와 같이, 각종 서로 다른 유형들의 발광 엘리먼트들이 동일한 광원 내에 있는 것으로 간주될 수 있기 때문에, 본 개시물의 전반적인 범주 및 본질로부터 벗어나지 않고 그 밖의 다른 컬러 조합들이 고려될 수 있음을 알 것이다.
본 발명의 일 양태는, 네 개 이상의 발광 엘리먼트들, 혹은 이들의 그룹들, 클러스터들 혹은 어레이들을 포함하는 지정된 광원의 구동 파라미터들을 최적화하여, 상기 지정된 광원이 이용될 용도에 가장 적절한 하나 이상의 조명 특성을 최적화하기 위한 방법, 컴퓨터 판독가능 저장 매체 및 컴퓨터 프로그램 제품을 제공한다.
일 실시예에서, 하나의 조명 특성을 최적화하도록 구동 파라미터들이 결정된다.
일 실시예에서, 두 개의 조명 특성들을 동시에 최적화하도록 구동 파라미터들이 결정된다.
일 실시예에서, 광원의 사용자에게는, 구동 파라미터들이 최적화될 조명 특성(들)을 선택하는 옵션이 제공된다. 그 밖의 다른 이러한 실시예들은 본 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 이에 따라 이들은 본 개시물의 전반적인 범주 및 본질로부터 벗어나지 않는 것이다.
이하에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 이러한 최적화에서 밸런 싱(balancing)될 수 있는 조명 특성들에는, 두서너 가지 예만 들면, 컬러 렌더링 인덱스(CRI), 컬러 품질 스케일(CQS), 총 출력(포토픽(photopic)) 전력 및 시감 효능이 포함될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 일 실시예에서, CRI 및 시감 효능 양쪽 모두에 상대적 가중치가 할당되며, 지정된 광원의 R:A:G:B 밸런스가 그 가중화에 대해 최적화된다. 일 실시예에서는, 광원의 총 출력(포토픽(photopic)) 전력 및 컬러 품질 스케일(CQS) 값이 고려된다. 일 실시예에서는, CRI, CQS, 효능 및 출력 전력 모두가 고려되거나, 혹은 대안적으로는, 이들 특성들 각각에 할당되는 각각의 가중화의 함수로서 선택적으로 고려된다. 그 밖의 다른 이러한 실시예들 및 대안예들은 본 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다. 즉, 본 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 이하의 설명을 참조하면, 전술한 조명 특성들 및 다른 이러한 조명 특성들의 조합의 최적화와 관련된 각종 시나리오들이 본 개시물의 전반적인 범주 및 본질로부터 벗어나지 않고 고려될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들면, 일 실시예에서는, 하나 이상의 조명 특성이 독립적으로 최적화되는 반면에, 다른 실시예에서는, 각종 조명 특성들이 동시에 최적화된다.
또한, 발광 엘리먼트 강도들의 최적의 밸런스는 일반적으로, 다수의 현재 이용가능한 발광 엘리먼트들에 공통되는 높은 열적 민감성으로 인해, 온도에 따라 변경된다. 예를 들면, 이하에 추가로 설명되는 바와 같이, AlInGaP LED의 출력 전력은 일반적으로 그 기판이 가열됨에 따라 급격히 감소되어서, 25℃에서 이들 LED들을 동작시키는 시스템에 대해 결정된 솔루션이 95℃에서 동작하는 동일한 시스템에 대한 솔루션과는 매우 다르게 될 것이다. 이에 따라, 이러한 LED들을 이용하여 실질적으로 일정한 출력을 유지하기 위해서는, 예를 들어 그 듀티 사이클이 일반적으로 시스템의 동작 온도가 증가함에 따라 증가된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서, 발광 엘리먼트들의 동작에 대한 온도 효과가 최적화 루틴 내에 포함되어서, 지정된 시스템에 대한 솔루션이 이 시스템의 실제 혹은 예상되는 동작 온도에 대해 최적화되게 한다.
본 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 전술한 내용은 RAGB 시스템에 제한되지 않음을 알 것이다. 이는, 네 개 이상의 서로 다른 발광 엘리먼트들, 혹은 그 그룹들, 어레이들 혹은 클러스터들을 포함할 수 있는, 서로 다른 컬러 발광 엘리먼트들의 각종 조합을 포함하는 시스템에 직접 적용될 수 있다.
광원
도 1 및 도 2를 참조하여, 전반적으로 참조 부호 10을 이용하는, 본 발명의 일 실시예에 따른 광원에 대해 이하 기술될 것이다. 광원(10)은 일반적으로, 각 컬러들(예를 들면, 적색, 황색, 녹색 및 청색 - RAGB)의 광을, 각각의 방사 스펙트럼들에 따라 방사시키도록 구성된 엘리먼트들(12, 14, 16, 18)과 같은 적어도 네 개의 발광 엘리먼트들을 포함한다. 예를 들면, 지정된 발광 엘리먼트의 방사 스펙트럼은, 피크 방사 파장, 대표적 대역폭(예를 들면, 반치 전폭 혹은 반치 반폭(full or half at half max) 등) 등의 임의의 조합에 의해 정의될 수 있다. 광원(10)은 서로 다른 컬러를 갖는 네 개의 개별적인 발광 엘리먼트들을 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 이러한 엘리먼트들의 다양한 조합, 구성, 응집화, 및 그룹 화 및/또는 어레이도 또한, 본 개시물의 전반적인 범주 및 본질로부터 벗어나지 않고 고려될 수 있다.
광원(10)은 또한, 하우징(20)(이를 통해 발광 엘리먼트들(12, 14, 16, 18)의 조합된 출력들이 투사됨), 및 내부 및/또는 외부 전원 공급 장치(24)에 동작가능하게 결합되도록 적응된 베이스 유닛(22)을 포함하는 것으로 예시되어 있다. 그래픽 사용자 인터페이스, 물리적 하드와이어 스위칭 디바이스, 전기 스위칭 디바이스 등(이에 제한되지는 않음)의 임의의 조합을 포함할 수 있는 선택가능한 사용자 인터페이스(26)도 또한, 광원(10)의 하나 이상의 조명 특성의 최적화를 커스터마이징하고 선택적으로 조작하는 데에 이용될 수 있다.
본 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 바와 같이, 도 1에 도시된 광원(10)은 오직 예로서 제공되는 것이다. 본 개시물의 전반적 범주 및 본질로부터 벗어나지 않고 다양한 광학적 및/또는 동작적 구성이 고려될 수 있다. 예를 들면, 이 도면에서는 단지 네 개의 발광 엘리먼트들(12, 14, 16, 18)만이 도시되어 있지만, 발광 엘리먼트들에 대한 다른 수 및/또는 조합이 지정된 광원(10) 내에서 조합되어서, 위에서 제시되고 이하에 보다 상세히 기술되는 바와 같은 최적화된 조명 특성들을 제공할 수도 있다. 즉, 광원(10)은, 도시된 바와 같이 네 개의 독립적인 발광 엘리먼트들, 혹은 각 선택된 컬러마다의 이러한 엘리먼트들의 하나 이상의 어레이(예를 들면, 적색 발광 엘리먼트들의 어레이, 황색 발광 엘리먼트들의 어레이, 녹색 발광 엘리먼트들의 어레이 및 청색 발광 엘리먼트들의 어레이 등) 중 어느 것이라도, 어떠한 조합 및/또는 공간적 구성으로도 포함할 수 있다. 또한, 하우징(20)은 각종 광학적 효과를 제공하기 위해 어떠한 수의 광학적 및/또는 비광학적 컴포넌트들이라도 포함할 수 있다. 이들 컴포넌트들은, 원하는 효과를 제공하기 위해 서로 다른 조합으로 이용되는 하나 이상의 반사 면, 렌즈, 확산기 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
베이스 유닛(22)은 일반적으로 광원(10)을 구동 및/또는 제어하기 위한 구동 모듈(예를 들면, 회로, 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 등)을 제공한다. 즉, 이하에 추가로 설명되는 바와 같이, 베이스 유닛(22)은, 하나 이상의 선택된 조명 특성을 최적화하도록 결정된 구동 파라미터들에 따라 발광 엘리먼트들(12, 14, 16, 18)을 구동하도록 구성될 수 있다. 본 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있는 바와 같이, 이러한 구동 및/또는 제어 수단은 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 및/또는 고정 및/또는 가변 제어 회로의 조합을 포함할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 전원 공급 장치(24)에 의해 전력이 공급되는 것으로 예시된 이 베이스 유닛은, 도 1에 도시된 바와 같이, 광원(10)의 구성 요소인 단일 모듈 내에 인캡슐레이팅되거나, 혹은 광원(10)에 동작가능하게 연결가능한 개별적인 모듈로서 제공될 수 있다. 대안적으로는, 구동 및/또는 제어 수단들/모듈들(예를 들면, 회로, 소프트웨어, 하드웨어, 펌웨어, 및/또는 그 밖의 다른 이러한 제어기들/드라이버들)이 유닛(22)으로 되어 있는 완전한 베이스 유닛, 및 외부 제어 유닛(도시하지 않음) 사이에 분산되어 있을 수 있다.
일반적으로, 베이스 유닛(22)은, 광원(10) 내에 사전 프로그래밍되어 있거나 혹은 사용자 또는 그 프로그래머에 의해 선택적으로 변동될 수 있는 최적화된 파라 미터들에 따라 광원(10)을 동작시키도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에서, 광원(10)의 베이스 유닛(22)은, 광원(10)의 하나 이상의 사전선택된 조명 특성을 최적화하도록 결정된 사전정의된 구동 파라미터들에 따라 동작하도록 사전 구성된다. 이 실시예에서, 최적화된 구동 파라미터들은 광원(10)의 제조 동안 정의되며, 하나 이상의 사전 선택된 최적화된 조명 특성을 발생시키도록 하드와이어링되거나 혹은 사전 프로그래밍될 수 있다.
일 실시예에서, 광원은, 조명 특성이 최적화될 사용자 제어를 제공하도록 구성된 선택가능한 사용자 인터페이스(26)를 통해 동작가능하다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 패널(28)을 도시하는데, 여기서 제어 패널은 사용자 인터페이스(26)로서 동작한다. 예를 들어 광원(10)의 구성요소인 펌웨어를 통해 하나 이상의 조명 특성의 최적화를 구현하는 데에 이용될 수 있는 이 패널(28)은, 예를 들어 광원(10)이 최적화될 원하는 조명 특성을 선택하기 위한 선택 스위치들(32, 34) 및 슬라이드 바(30)를 포함하는 선택 모듈을 제공한다. 디스플레이(36)로 되어 있는 디스플레이가 또한, 선택된 최적화에 기인하는, 광원(10)의 각종 조명 특성들을 가리키는 값들을 디스플레이하도록 예시적으로 제공되어 있다.
본 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 본 개시물의 일반적인 범주 및 본질로부터 벗어나지 않고, 본 발명의 전술한 실시예들 및 다른 이러한 실시예들 중 임의의 실시예에 대해 각종 다른 유형들의 사용자 입력들 및/또는 인터페이스들이 고려될 수 있음을 알 것이다. 예를 들면, 최적화된 구동 파라미터들이 제조 동안 광원(10) 내에서 하드와이어링된 실시예에서, 사용자 인터페이스는, 최적화를 위해 사전 선택된 하나 이상의 조명 특성에 따라, 각 항목, 혹은 유사한 항목들의 각 배치(batch)를 최적화하도록 광원 설계자 및/또는 제조자에게 제공될 수 있다. 이 인터페이스는 다시, 컴퓨터 프로그램 제품의 실시예를 실행시키거나 혹은 본 발명의 컴퓨터 판독가능 저장 매체를 포함하는 설계 및/또는 제조 시스템 내에 하드와이어링되거나, 혹은 이 컴퓨터 프로그램 제품 혹은 컴퓨터 판독가능 저장 매체의 독립적으로 동작되는 실시예와 결부되어 제공될 수 있다. 동작에 관한 더욱 상세한 사항에 대해서는, 이들 실시예들의 사용 및 출력이 도 3 내지 도 7을 참조하여 이하에 추가로 제공될 것이다.
조명 특성들
전술한 바와 같이, 본 발명은 광원의 하나 이상의 조명 특성의 최적화를 제공한다. 예를 들면, 도 1의 광원(10)은, 엘리먼트들(12, 14, 16, 18)(예를 들면, RAGB 조명 기구)과 같은 적어도 네 개의 발광 엘리먼트들을 포함한다. 이하에서는 전술한 바와 같이 광원이 본 발명의 각종 실시예들에 따라 최적화될 수 있는 다수의 조명 특성들을 정의한다. 본 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 본 개시물의 일반적인 범주 및 본질로부터 벗어나지 않고 다른 이러한 조명 특성들이 최적화를 위해 고려될 수 있음을 알 것이다.
컬러 렌더링 인덱스(CRI)는 광원이 얼마나 양호하게 컬러를 렌더링하는지에 대한 측정치이다. 일 실시예에서, 지정된 광원에 대해, 이는, CIE(Commission Internationale de l'Eclairage) 13.3(1995년)(이 전체 내용은 본원에 참조로 포함됨)에 의해 상세하게 나타내는 바와 같이 계산된다.
특히, 본 기술 분야에 널리 공지된 이들 가이드라인들은 테스트 개체들 혹은 샘플들의 발생된 컬러 시프트들에 기초하여 광원의 컬러 렌더링 속성들을 측정 및 지정하는 방법을 제공한다. 일반적으로, 광원이 이용될 응용장치에 따라 14개 이상이 이용될 수 있지만, 8개의 테스트 컬러 샘플들이 고려된다.
일반적으로, 이들 가이드라인에 따라 계산된 CRI는, 테스트 광원과, 이 테스트 광원의 색도에 근접한 색도를 갖는 참조 광원에 의해 영향을 받을 때 테스트 컬러 샘플들의 컬러 차이들을 비교한다. 이러한 비교는, 공지되고 계산(예를 들면, 내삽, 시뮬레이팅, 외삽, 등)되며/되거나 측정된 테스트 및 참조 광원들의 조명 특성들을 이용하여 다수의 수치적, 수학적 및/또는 실험적 방법들을 이용하여, 본 발명의 각종 실시예들에서 계산될 수 있다. 예를 들면, 테스트 광원의 컬러 렌더링 특성들이 참조 광원의 컬러 렌더링 특성들에 근접하면, 컬러 렌더링 인덱스는 100의 최대 CRI에 근접하게 된다. 또한, 예를 들면, 테스트 광원의 컬러 렌더링 특성들이 참조 광원의 컬러 렌더링 특성들과 현저하게 다르면, 컬러 렌더링 인덱스는 0의 최소 CRI를 향해 감소될 것이다.
시감 효능(ε)은 가시 스펙트럼에서의 광원의 효율의 측정치이다. 일반적으로, 이는 이하와 같이 계산된다.
Figure 112009008845086-PCT00001
여기서, Dcolour [i]는 특정 발광 엘리먼트, 혹은 그 그룹, 클러스터 혹은 어레 이의 듀티 사이클이며, εcolour [i]는 특정 발광 엘리먼트, 그룹 혹은 어레이의 시감 효능이다. 예를 들면, 컬러들 1 내지 4가 적색, 황색, 녹색 및 청색을 포함하도록 선택될 수 있으며, 여기서 이들 컬러들 각각의 발광 엘리먼트들의 듀티 사이클 및 시감 효능은 광원들의 시감 효능의 계산에 이용된다. 대안적으로는, 컬러들 1 내지 4는, 적색, 주황색, 녹색, 청색 및/또는 남색의 각종 쉐이드들(shades)과, 각종 유형의 백색 발광 엘리먼트들을 포함할 수 있는 그 밖의 다른 컬러 조합을 포함할 수 있다. 본 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 위에서 나열한 컬러들은 예시적인 것이며, 위에서 제시된 바와 같이, 발광 엘리먼트들의 총 수가 4개로 제한되지 않는 것이 가능하기 때문에, 지정된 광원에 이용되는 특정 발광 엘리먼트들에 따라 변동될 수 있음을 알 것이다.
출력 전력(Pout)은, 일 실시예에서 다음과 같이 정의될 수 있는 광도 측정(photometric) 출력 전력의 측정치이다.
Figure 112009008845086-PCT00002
여기서, k는 상수이며, SPD(λ)는 광원의 광학적 스펙트럼이며, V(λ)는 CIE 15.2, 테이블 2.1(1996년)(이 전체 내용은 본원에 참조로 포함됨)에 의해 정의된 바와 같은 인간의 눈 응답 커브이다. 숙련된 기술자에게 알려진 바와 같이, k는 일반적으로 약 683 lm/W이지만, 이 값은 일반적으로, 상대적 전력만을 고려할 때 중요하지 않다.
일반적으로, 지정된 광원의 네트(net) 광학적 스펙트럼 SPD(λ)는 일반적으로, 네 개의 발광 엘리먼트들을 갖는 광원의 경우, 각 LED의 광학적 스펙트럼의 합, 즉 SPD(λ) = SPD1 + SPD2 + SPD3 + SPD4에 의해 정의될 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 지정된 광원 내의 발광 엘리먼트들의 총 수는 4개에 제한되지 않을 수도 있으며, 네트 스펙트럼은 어떠한 경우에도, 발광 엘리먼트들 각각으로부터의 모든 개별적인 스펙트럼들의 합으로서 정의된다.
일 실시예에서, 각 스펙트럼 SPDi는, Ohno, Y.의 "Toward an Improved Colour Rendering Metric"(SPIE 2005)(이 전체 내용은 본원에 참조로 포함됨)에 개시된 바와 같이 이하와 같이 상당히 근사화될 수 있는 것으로 간주된다.
Figure 112009008845086-PCT00003
Figure 112009008845086-PCT00004
여기서, λ는 파장이며, λ0는 피크 파장이며, λ1/2는 반치 전폭(full-width at half-maximum; FWHM)이며, I0는 강도이다. 전술한 바와 같이, 지정된 광원의 네트 스펙트럼을 얻기 위해서는, 스펙트럼들 SPDi는 각각의 발광 엘리먼트에 대한 각 파라미터들 λ0 및 λ1/2를 이용하여 합산되며, 이는 각 발광 엘리먼트, 혹은 그 그 룹, 클러스터 혹은 어레이에 대해 실험적으로 도출될 수 있거나, 혹은 이러한 발광 엘리먼트들의 제조자로부터 얻어질 수 있으며 일반적으로 이에 따라 제공되는 각 발광 엘리먼트에 대한 상당히 정확한 값을 나타낸다.
컬러 품질 스케일(colour quality scale; CQS)은, 현재 NIST(National Institute of Standards and Technology)에서 개발되고 있는 CRI와 유사한 측정치이다. 그러나, CRI와는 달리, CQS는 단순히 컬러 충실도가 아니라 전체 광 품질을 측정하는 것이다. CQS가 계산되는 방법의 상세사항은, Ohno, Y의 "Toward an Improved Colour Rendering Metric"(SPIE 2005)(이 전체 내용은 본원에 참조로 포함됨)에 개시되어 있다. 지정된 광원에 대한 컬러 품질 스케일의 계산은, 본 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 달성될 수 있으며, 컬러 렌더링 인덱스 계산에 대한 보충으로서 혹은 교체된 본 컨텍스트에 동등하게 적용가능하다.
조명 특성(들)의 선택 및 최적화
최적화에 대한 대부분의 기존의 방법들은 최소화와 관련되어 있다. 이 작업에서 설명되는 문제는 최대화(예를 들면, 최대화된 CRI, ε, Pout, CQS 등) 중 하나이다. 간략하게 하기 위해, 이는 이에 따라 예를 들어 이하와 같이 표현되는 가중화된 조명 특성 목적 함수의 최소화로서 다시 계산된다.
Figure 112009008845086-PCT00005
여기서, ICi는 각 조명 특성들을 나타내며, σi는 그와 연관된 각 최적화 가 중치를 나타낸다.
일 실시예에서, 가중화된 조명 특성 목적 함수는 이하와 같이 표현된다.
Figure 112009008845086-PCT00006
여기서, σi는 각 값의 가중화 파라미터들이다.
Figure 112009008845086-PCT00007
여기서, (x, y)는 광원의 색도 좌표들이며, (x0, y0)는 원하는 색도 좌표들이다.
일 실시예에서, 전술한 최적화 루틴은 발광 엘리먼트들의 최적의 강도 비를 결정한다. 이 최적화는, 각 발광 엘리먼트의 듀티 사이클, 각 발광 엘리먼트의 구동 진폭 등과 같은 최적화된 구동 파라미터들을 선택하고 이들 최적화된 구동 파라미터들에 따라 광원을 동작시킴으로써 구현될 수 있다. 본 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 명확한 바와 같이, 발광 엘리먼트들을 구동시키기 위한 전류(들), 구동 메카니즘의 유형(예를 들면, 펄스 폭 변조, 펄스 코드 변조 등) 및 그 파라미터들, 동작 온도 혹은 졍션 온도 등의 그 밖의 다른 구동 파라미터들도 또한 최적화에 고려될 수 있다.
방법 및 알고리즘은 둘 이상의 특성들에 대해 최적화될 수 있기 때문에, 가 중치(혹은 중요도)가 일반적으로 각 특성(예를 들면, CRI, ε, Δxy)에 할당된다. 이들 가중화 파라미터들 σi는 이하와 같은 여러가지 방식으로 결정될 수 있다:
(a) 시행착오;
(b) 동일한 가중치를 CRI 및 ε에 부여하도록 σ1 및 σ2를 선택하고, Δxy ＞0(혹은, Δxy＞광원의 색도 요건과 관련의 소정의 허용치)인 경우 σ3≫(σ1+σ2)가 되도록 하고 그 외의 경우는 σ3=0이 되도록 선택하기;
(c) 인식된 중요도에 따라 CRI/ε의 임의의 가중화를 선택하고 옵션 (b)에서처럼 σ3을 선택하기;
(d) σ1=1, σ2=0이 되게 하고, σ3을 옵션 (b)에서처럼 선택하여 CRI에 대해서만 최적화하기; 및
(e) σ1=0, σ2=1이 되게 하고 σ3을 옵션 (b)에서처럼 선택하여 ε에 대해서만 최적화하기.
일 실시예에서, 최대화는 출력 전력 Pout 및/또는 CQS에 대해 또한 행해질 수 있다. 따라서, 수학식 4는 이하와 같이 수정된다:
[식 6]
Figure 112009008845086-PCT00008
식 6에 대한 무의미한 해법을 방지하기 위해, 가중화 파라미터들 σi는 적절 하게 선택되어져야 한다. 예를 들면, 일반적으로, CRI 및 CQS 양쪽 모두에 대해 최적화되지는 않도록, σ1=0 혹은 σ5=0을 설정할 것이다. 마찬가지로, 또한 일반적으로 ε 및 Pout 양쪽 모두에 대해 최적화되지는 않도록 σ2=0 혹은 σ3=0을 설정할 것이다.
일 실시예에서, f(CRI, ε, Δxy) 혹은 f(CRI, ε, Δxy, Pout, CQS)를 최소화하기 위해, Lagarias J., Reeds J., Wright M., 및 Wright P.의 "Convergence Properties of the Nelder-Mead Simplex Method in Low Dimensions"(SIAM Journal of Optimisation, 9(1), 1998년)(이 전체 내용은 본원에 참조로 포함됨)에서 개략적으로 설명된 바와 같은 넬더-메드 심플렉스법(Nelder-Mead Simplex method)이 이용된다. 이 방법은 매트랩(Matlab) 서브루틴, 혹은 임의의 다른 이러한 수학적 모델링 소프트웨어 및/또는 하드웨어를 이용하여 구현될 수 있다.
넬더-메드 심플렉스법은 일반적으로 제약되지 않는 문제들에서 이용하기 위한 것이다. 그러나, 이 문제에 대한 다수의 제약 사항들이 존재하므로, 그 목적은 이 제약사항 외의 값에 대해 제로에 근접하도록 수정되었다. 예를 들면, 각 발광 엘리먼트는 양의 강도 및 0과 100% 사이의 듀티 사이클을 가져야 한다. 이러한 다른 제약사항은 본 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
또한, 각 발광 엘리먼트의 전력 레벨들(일반적으로 밀리와트 혹은 루멘으로 표현됨) 간의 차이들은 특히 고온에서 두드러질 수 있다. 예를 들면, 전술한 바와같이, 적색 및 황색 LED들을 제조하는 데에 이용되는 AlGaInP 반도체의 출력 전력 은 고온에서 현저하게 감소된다. 이에 따라, 일 실시예에서는, 달성가능한 전력 레벨들만을 정의하는 솔루션들을 생성하도록 전술한 최적화 방법이 구성된다. 예를 들면, 이 최적화는, 광원의 투사된 동작 온도에서의 각 발광 엘리먼트의 강도를 고려하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 각종 실시예들에서 고려될 수 있는 다른 효과로서 두서너 가지 예만 들면, 스펙트럼 확장, 피크 파장 시프트 및 순방향 전압 변화가 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 이 종류의 변화는 최적의 솔루션에 요구되는 상대적인 강도들에 영향을 미칠 수 있으며, 그러한 것으로서 전술한 모델에서 밝혀질 수 있다.
본 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 바와 같이, 최급강하 알고리즘(steepest descent algorithm) 등의 다른 도함수 기반 알고리즘들도 또한 유사한 결과를 제공하는 데에 이용될 수 있다. 예를 들면, 몇몇 다른 도함수 기반 최적화 방법들이 목적 함수를 평가하는데에 또한 이용될 수 있다(수학식 3, 4 및/또는 6). 이러한 방법들은 때때로 본원에서 제안된 넬더-메드법보다 효율적일 수 있지만, 도함수의 수치적 근사를 요구할 수 있다. 이러한 근사는 평가 포인트로부터 먼 포인트들에서는 부정확할 수 있다. 그러나, 이들은 유사한 결과를 제공하는 데에 이용될 수 있다.
동작 방법
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 전술한 바와 같이 광원의 조명 특성을 최적화하기 위한 방법(100)은 이하와 같이 개략적으로 기술될 수 있다. 제1 단계(102)에서, 입력 값들은, 디바이스(104)와 같은 컴퓨팅 디바이스 등에 삽 입되거나 저장된다. 이들 입력 값들은, 광원(10) 내에 포함되는 각 발광 엘리먼트, 혹은 그 그룹, 클러스터 혹은 어레이의 피크 방사 파장(예를 들면, λ0), 피크 폭(예를 들면, λ1/2), 열적 퇴화 및 출력 전력 파라미터들의 임의의 조합을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
각종 구성 및/또는 조합에서 각 발광 엘리먼트와 독립적으로 연관되어 있거나, 혹은 전체적으로 광원(10)과 연관되어 있든지 간에, 광원(10)의 일반적인 컬러 렌디션(rendition) 및/또는 품질 속성들과 연관된 파라미터들과, 임의의 참조 및/또는 테스트 광원과 연관된 속성들은, 전술한 각종 최적화 계산에서 이용하기 위해 디바이스(104)에 또한 저장될 수 있다. 예를 들면, 사전결정된 컬러 렌디션 및/또는 품질 함수는, 개별적인 발광 엘리먼트들 및/또는 조합된 광원(10)의 각종 공지 및/또는 측정된 출력 파라미터들을 이용하여 광원(10)의 각종 조명 특성의 계산(예를 들면, 직접 계산, 샘플로부터의 내삽 및/또는 외삽, 데이터의 테스트 및/또는 배치(batch), 광학적/전기적 피드백 측정으로부터의 반복적 계산 등)을 행하도록 저장될 수 있다. 그 밖의 다른 이러한 입력 파라미터들은 본 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 명확한 것이다.
단계(106)에서, 이 방법의 사용자(예를 들면, 광원 설계자, 제조자, 사용자 등)는, 구동 파라미터들이 최적화될 하나 이상의 조명 특성을 선택한다. 이는, 전술한 바와 같이, 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 및/또는 그 조합(도 3에는 컴퓨팅 디바이스(104)로서 개략적으로 도시되어 있음)에 대화식으로 결합된 임의의 유형의 사용자 인터페이스를 통해 구현될 수 있다.
입력 값들 및 선택이 단계들(102, 106)을 통해 입력되면, 컴퓨팅 디바이스(106)는 단계(108)에서, 전술한 바와 같이 선택된 조명 특성을 최적화하는 광원의 구동 파라미터들을 계산한다. 이들 파라미터들은 그 후, (도 2 및 5 내지 7에서처럼) 단계(110)에서 출력되며, 단계(112)에서 선택적으로 시각적으로 사용자에게 제공되거나, 혹은 컴퓨팅 디바이스(104)가 광원에 동작가능하게 결합되어 있는 경우, 단계(114)에서 광원의 출력을 제어하도록 직접 선택적으로 이용된다.
예를 들면, 일 실시예에서, 지정된 광원 내에 포함되는 발광 엘리먼트들의 상대적인 강도들은, 펄스 폭 변조기(pulse-width modulator; PWM), 혹은 다른 유사한 구동 기술들을 통해, 이용될 듀티 사이클들로 변환되어서, 선택된 최적화된 조명 특성을 제공하도록 지정된 광원을 구동시킨다. 직접 구동 최적화의 다른 예들은 본 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 이에 따라 본 개시물의 일반적인 범주 및 본질로부터 벗어나지 않는 것으로 간주되어야 한다.
이하, 본 발명에 대해 구체적인 예들을 참조하여 설명하기로 한다. 이하의 예들은 본 발명의 실시예들을 설명하기 위한 것으로 어쨌든 본 발명을 제한하려는 의도는 아니다.
예들
예 1:
도 4는 RAGB 광원의 구동 파라미터들 및 조명 특성들을 그래프로 나타낸 도면이다. 이 예에서, 광원은 본 발명의 실시예에 따라 최적화되지는 않았으며, 따 라서, 어떠한 최적화된 조명 특성들도 제공하지 않는다.
예 2:
도 5는 RAGB 광원의 구동 파라미터들 및 조명 특성들을 그래프로 나타낸 도면이다. 이 예에서, 광원의 구동 파라미터들(예를 들면, 듀티 사이클들)이 본 발명의 실시예에 따라 최적화되어서 최적화된 출력 전력(즉, 식 6에서 σ1=σ2=σ5=0, σ4=1)을 제공하였다. 결과는 약 80℃의 동작 온도 및 약 3500K의 컬러 온도에 대해 얻어진 것이다.
예 3:
도 6은 RAGB 광원의 구동 파라미터들 및 조명 특성들을 그래프로 나타낸 도면이다. 이 예에서, 광원의 구동 파라미터들(예를 들면, 듀티 사이클들)은 본 발명의 실시예에 따라 최적화되어서 최적화된 CRI(즉, 식 6에서 σ1=1, 및 σ2=σ4=σ5=0)를 제공하였다. 결과는 약 80℃의 동작 온도 및 약 3500K의 컬러 온도에 대해 얻어진 것이다.
예 4:
도 7은 RAGB 광원의 구동 파라미터들 및 조명 특성들을 그래프로 나타낸 도면이다. 이 예에서, 광원의 구동 파라미터들(예를 들면, 듀티 사이클들)이 본 발명의 실시예에 따라 최적화되어서, 최적화된 CRI 및 시감 효능(즉, 식 6에서 σ1=σ2 및 σ4=σ5=0)을 제공하였다. 결과는 약 90℃의 동작 온도 및 약 4000K의 컬러 온도에 대해 얻어진 것이다.
예 5:
전술한 바와 같이, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 패널(28)의 정면도이며, 여기서 제어 패널은, 예를 들어 도 1의 광원(10)에서처럼 RAGB 광원에 결합되어서, 광원의 하나 이상의 조명 특성의 최적화를 대화식으로 제어하기 위한 선택가능한 사용자 인터페이스를 제공할 수 있다. 이 예에서, 선택 스위치들(32, 34)은 각각 광원의 효능 및 CQS의 가변적 최적화를 제공하도록 설정되며, 슬라이드 바(30)는 상기 효능에 비해 꽤 높은 가중치를 CQS에 제공하도록 위치된다. 디스플레이 수단(36)은, 사용자가 선택한 최적화 가중화에 의해 설정되는 광원의 조명 특성들을 읽을 수 있게 해준다.
본 발명의 전술한 실시예들은 예들이며, 많은 방식으로 변경될 수 있다. 이러한 현재 또는 미래의 변형들은 본 발명의 정신 및 범주로부터 벗어나는 것으로 간주되어서는 않되며, 본 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 이러한 모든 변경들은 이하의 특허청구범위의 범주 내에 있는 것이다.

Claims (30)

  1. 광원으로서,
    각각이 각 방사 스펙트럼을 갖는 네 개 이상의 발광 엘리먼트들;
    상기 광원이 최적화될 하나 이상의 조명 특성을 선택하기 위한 선택 모듈;
    상기 각 방사 스펙트럼 각각을 나타내는 값들로부터, 상기 선택된 하나 이상의 조명 특성을 실질적으로 달성하도록, 상기 광원을 구동하기 위한 최적화된 구동 파라미터들을 계산하기 위한 컴퓨팅 모듈; 및
    상기 최적화된 구동 파라미터들에 따라 상기 네 개 이상의 발광 엘리먼트들 각각을 구동하기 위한 구동 모듈
    을 포함하는 광원.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조명 특성들은, 상기 광원의 CRI, CQS, 시감 효능(luminous efficacy) 및 출력 전력을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 광원.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 선택 모듈은, 각 최적화 가중치를 상기 조명 특성들 중 두 개 이상에 연관시키도록 구성되며, 상기 각 최적화 가중치 각각은, 상기 최적화된 구동 파라미터들을 계산할 때 상기 컴퓨팅 모듈에 의해 이용되는 광원.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 각 최적화 가중치 각각은 실질적으로 0에서 1까지의 범위에 있는 광원.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 조명 특성들 중 지정된 하나에 대해 상기 각 최적화 가중치를 선택하면, 사전정의된 관계에 따라 상기 조명 특성들 중 다른 것에 대한 상기 각 최적화 가중치가 자동으로 선택되는 광원.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 조명 특성들 중 상기 지정된 하나에 대한 상기 각 최적화 가중치, 및 상기 조명 특성들 중 상기 다른 하나에 대한 상기 각 최적화 가중치는 합해서 1이 되는 광원.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 조명 특성들 중 상기 지정된 하나 및 상기 다른 하나는, 상기 광원의 CRI 및 CQS, 및 상기 광원의 시감 효능 및 출력 전력을 포함하는 그룹들로부터 각각 선택되는 광원.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 구동 파라미터들은, 출력 강도들, 상대적 출력 강도들, 구동 전류들, 상대적 구동 전류들, 듀티 사이클들, 상대적 듀티 사이클들, 및 구동 신호 변조 파라미터들을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 광원.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 선택 모듈은, 하나 이상의 하드와이어링된(hardwired) 선택 모듈, 하나 이상의 물리적 선택 모듈, 하나 이상의 소프트웨어 선택 모듈, 하나 이상의 펌웨어 선택 모듈, 및 그 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 광원.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 선택 모듈은, 사용자가, 상기 광원이 최적화될 상기 하나 이상의 조명 특성을 선택할 수 있게 해주는 사용자 인터페이스를 포함하는 광원.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 컴퓨팅 모듈에 동작가능하게 결합되어서 상기 광원의 하나 이상의 동작 특성을 나타내는 피드백 신호를 그것에 제공하는 피드백 모듈을 더 포함하며, 상기 컴퓨팅 모듈은, 상기 하나 이상의 동작 특성을 알아내고 이에 따라 상기 최적화된 구동 파라미터들을 조정하도록 또한 구성되는 광원.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 발광 엘리먼트들 각각은 하나 이상의 각 유형의 발광 엘리먼트를 포함하는 광원.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 각 유형 각각은, 하나 이상의 실질적인 적색 발광 엘리먼트, 하나 이상의 실질적인 황색 발광 엘리먼트, 하나 이상의 실질적인 주황색 발광 엘리먼트, 하나 이상의 실질적인 녹색 발광 엘리먼트, 하나 이상의 실질적인 청색 발광 엘리먼트, 하나 이상의 실질적인 백색 발광 엘리먼트를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 광원.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 선택된 유형 각각은, 하나 이상의 단일 발광 엘리먼트, 유사한 발광 엘리먼트들의 그룹, 유사한 발광 엘리먼트들의 어레이, 유사한 발광 엘리먼트들의 클러스터(cluster) 및 그 조합을 포함하는 광원.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 광원은 RAGB 광원인 광원.
  16. 제3항에 있어서,
    상기 각 최적화 가중치 각각은, 가중화된 조명 특성 목적 함수의 최소화로서 표현되는 자동화된 최적화 루틴을 통해 상기 최적화된 구동 파라미터들을 계산하도록 상기 컴퓨팅 모듈에 의해 이용되는 광원.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 가중화된 조명 특성 목적 함수는
    Figure 112009008845086-PCT00009
    로서 표현되며, ICi는 상기 두 개 이상의 조명 특성들 중 각 특성을 나타내며, σi는 이와 연관된 상기 각 최적화 가중치를 나타내는 광원.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 가중화된 조명 특성 목적 함수는
    Figure 112009008845086-PCT00010
    로서 표현되며, 상기 두 개 이상의 조명 특성들 중 상기 각 특성은 계산가능한 컬러 렌더링 인덱스(colour rendering index; CRI), 계산가능한 시감 효능(ε) 및 원하는 색도 좌표들로부터의 광원 색도 변동(Δxy)을 포함하는 광원.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 가중화된 조명 특성 목적 함수는 넬더-메드 심플렉스법(Nelder-Mead Simplex method)을 통해 최소화되는 광원.
  20. 광원의 하나 이상의 조명 특성을 최적화하는 구동 파라미터들에 따라 상기 광원을 구동시키는 방법 ― 상기 광원은, 각각이 각 방사 스펙트럼을 갖는 네 개 이상의 발광 엘리먼트들을 포함함 ― 으로서,
    상기 네 개 이상의 발광 엘리먼트들 각각에 대해, 그 각 방사 스펙트럼을 나타내는 하나 이상의 값을 식별하는 단계;
    상기 광원이 최적화될 상기 하나 이상의 조명 특성을 선택하는 단계;
    상기 하나 이상의 값 각각을 이용하여, 상기 선택된 하나 이상의 조명 특성에 대하여 최적화하는 상기 구동 파라미터들을 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 구동 파라미터들에 따라 상기 광원을 구동시키는 단계
    를 포함하는 광원 구동 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 계산 단계는 자동화된 최적화 루틴을 통해 수행되는 광원 구동 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 자동화된 최적화 루틴은 넬더-메드 최적화 루틴을 포함하는 광원 구동 방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 자동화된 최적화 루틴은, 상기 광원의 구동 모듈에 동작가능하게 결합 되며 상기 계산된 구동 파라미터들을 그에 자동으로 송신하여 그에 따라 상기 광원을 구동시키도록 구성된 컴퓨팅 모듈에 의해 구현되는 광원 구동 방법.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 선택 단계는 상기 광원의 사용자 인터페이스를 통해 구현되는 광원 구동 방법.
  25. 제20항에 있어서,
    상기 선택 단계 후에 각 최적화 가중치를 상기 하나 이상의 선택된 조명 특성 각각에 연관시키는 단계를 더 포함하며, 상기 계산 단계는, 상기 각 최적화 가중치 각각에 따라 상기 구동 파라미터들을 계산하는 단계를 포함하는 광원 구동 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 각 최적화 가중치 각각은, 가중화된 조명 특성 목적 함수의 최소화로서 표현되는 자동화된 최적화 루틴을 통해 상기 구동 파라미터들을 계산하는 데에 이용되는 광원 구동 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 가중화된 조명 특성 목적 함수는
    Figure 112009008845086-PCT00011
    로서 표현되며, ICi는 상기 둘 이상의 조명 특성들 중 각 특성을 나타내며, σi는 이와 연관된 상기 각 최적화 가중치를 나타내는 광원 구동 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 가중화된 조명 특성 목적 함수는
    Figure 112009008845086-PCT00012
    로서 표현되며, 상기 둘 이상의 조명 특성들 중 상기 각 특성은, 계산가능한 컬러 렌더링 인덱스(CRI), 계산가능한 시감 효능(ε) 및 원하는 색도 좌표들로부터의 광원 색도 변동(Δxy)을 포함하는 광원 구동 방법.
  29. 제20항의 단계들을 구현하기 위한 수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.
  30. 각각이 각 방사 스펙트럼을 갖는 네 개 이상의 발광 엘리먼트들을 포함하는 광원의 하나 이상의 선택된 조명 특성을 최적화하기 위한 구동 파라미터들을 결정하도록 컴퓨팅 모듈을 동작시키기 위한 명령어들이 내부에 구현되어 있는 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서, 상기 컴퓨팅 모듈의 동작은,
    상기 네 개 이상의 발광 엘리먼트들 각각에 대해, 입력으로서 상기 각 방사 스펙트럼을 나타내는 하나 이상의 값을 수신하는 단계;
    선택된 입력으로서 상기 하나 이상의 선택된 조명 특성을 수신하는 단계;
    상기 하나 이상의 나타내는 값 및 상기 선택된 입력 각각으로부터, 상기 선택된 하나 이상의 조명 특성을 최적화하는 상기 구동 파라미터들을 계산하는 단계; 및
    상기 선택된 하나 이상의 조명 특성에 따라 상기 광원을 구동시키는 데에 이용하기 위한 상기 계산된 구동 파라미터들을 출력하는 단계
    를 따라 행해지는 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
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