KR20090082276A

KR20090082276A - 제1 노드와 제2 노드 사이에 직렬로 접속되어 있는 복수의 ｌｅｄ에 전원을 공급하는 방법, 장치 및 자동차 조명 장치

Info

Publication number: KR20090082276A
Application number: KR1020097011892A
Authority: KR
Inventors: 이호 에이. 리스
Original assignee: 필립스 솔리드-스테이트 라이팅 솔루션스, 인크.
Priority date: 2006-11-10
Filing date: 2007-11-09
Publication date: 2009-07-29
Also published as: EP2082621B1; JP2010526696A; JP5757974B2; JP2013232419A; JP5366815B2; ATE474438T1; WO2008060469A3; DE602007007804D1; KR101460004B1; EP2082621A2; US20080122376A1; US7781979B2; WO2008060469A2

Abstract

직렬-접속된 LED를 제어하는 방법 및 장치. 2개 이상의 LED가 제1 노드와 제2 노드 사이에 직렬로 접속되어 있고, 상기 노드들에 동작 전압이 인가될 때 상기 노드들 사이에 직렬 전류가 흐른다. 상기 직렬 전류가 적어도 제1 LED를 적어도 부분적으로 우회하게 하기 위해 하나 이상의 제어가능한 전류 경로가 적어도 제1 LED와 병렬로 접속되어 있다. 제어기는 동작 전압을 나타내는 적어도 하나의 파라미터를 모니터링하고, 동작 전압에 의해 전원을 공급받을 수 있는 직렬-접속된 LED의 최대 수를 결정하며, 이 최대 수가 직렬로 접속되어 있는 LED 전부의 총수보다 작을 때 적어도 제1 LED를 우회하는 직렬 전류의 양을 증가시키기 위해 제어가능한 전류 경로(들)를 제어한다. 일례에서, 이상의 내용은 자동차 응용에 적합한 조명 장치를 제공하기 위해 집적 회로 패키지로서 구현될 수 있다.

LED, 자동차 조명 장치, 조명 유닛 제어기, 직렬 전류, 집적 회로 패키지

Description

제1 노드와 제2 노드 사이에 직렬로 접속되어 있는 복수의 ＬＥＤ에 전원을 공급하는 방법, 장치 및 자동차 조명 장치{METHODS AND APPARATUS FOR CONTROLLING SERIES-CONNECTED LEDS}

발광 다이오드(LED)는 표시용으로 저전력 기기 및 가전제품 응용에서 종종 이용되는 반도체-기반 광원이다. 종래에, LED는 그의 제조에 사용된 물질의 유형에 기초하여 다양한 색상(예를 들어, 적색, 녹색, 황색, 청색, 백색)으로 이용가능하다. 이러한 LED의 색상 다양성이 최근에는 새로운 공간-조명 응용에 충분한 광 출력을 갖는 새로운 LED-기반 광원을 제조하는 데 이용되고 있다. 예를 들어, 미국 특허 제6,016,038호에 기술된 바와 같이, 조명 기구에 다수의 상이한 색상의 LED가 겸비되어 있을 수 있으며, 여기서 각각의 상이한 색상의 LED의 세기는 독립적으로 변화되어 다수의 상이한 색상을 생성한다. 이러한 장치의 일례에서, 적색, 녹색 및 청색 LED가 함께 사용되어 하나의 조명 기구로부터 문자 그대로 수백개의 상이한 색상을 생성한다. 그에 부가하여, 적색, 녹색 및 청색 LED의 상대 세기가 컴퓨터-제어될 수 있음으로써 프로그램가능한 다색 광원을 제공할 수 있다. 이러한 LED-기반 광원은 가변 색상 조명 효과가 요망되는 각종의 조명 응용에서 이용되고 있다.

예를 들어, 미국 특허 제6,777,891호("'891 특허"라고 함)는 복수의 LED-기 반 조명 유닛을 컴퓨터-제어가능 "라이트 스트링(light string)"으로서 배열하는 것을 생각하고 있으며, 여기서 각각의 조명 유닛은 개별적으로 제어가능한 라이트 스트링의 "노드(node)"를 구성한다. 이러한 라이트 스트링에 적합한 응용으로는 장식 및 오락-관련 조명 응용(예를 들어, 크리스마스 트리 전구, 디스플레이 전구, 테마파크 조명, 비디오 및 기타 게임 아케이드 조명, 기타)이 있다. 컴퓨터 제어를 통해, 하나 이상의 이러한 라이트 스트링은 각종의 복잡한, 시간에 따라 색상이 변하는 조명 효과를 제공한다. 많은 구현예에서, 조명 데이터는 각종의 서로 다른 데이터 전송 및 처리 방식에 따라 주어진 라이트 스트링의 하나 이상의 노드에 직렬로 전달되는 반면, 전력은 (예를 들어, 정류된 고전압원(어떤 경우에, 상당한 리플 전압을 가짐)으로부터) 라이트 스트링의 각자의 조명 유닛에 병렬로 제공된다.

(조명 유닛들의 병렬 전력 상호접속으로 인해, 라이트 스트링에서 뿐만 아니라) 각각의 조명 유닛에서 필요로 하는 동작 전압은 통상적으로 각각의 조명 유닛에서의 LED의 순방향 전압(예를 들어, LED의 유형/색상에 따라 대략 2 내지 3.5 볼트임), 조명 유닛의 각각의 "색상 채널"에 몇개의 LED가 이용되는지와 이들 LED가 어떻게 상호접속되어 있는지, 그리고 각각의 색상 채널이 어떻게 전원으로부터 전력을 받도록 구성되어 있는지에 관계되어 있다. 예를 들어, 전력을 받기 위해 각각의 색상 채널의 병렬 구성(각각의 채널은 3 볼트 정도의 순방향 전압을 갖는 하나의 LED 및 그 채널에 전류를 제공하는 대응하는 회로를 포함함)을 갖는 조명 유닛의 동작 전압은 4 내지 5 볼트 정도일 수 있으며, 각각의 채널에 있는 하나의 LED 및 전류 회로에 대응하기 위해 이 동작 전압이 모든 채널에 병렬로 인가된다. 그에 따라, 많은 응용에서, 보다 흔하게 이용가능한 높은 전원 전압(예를 들어, 12 VDC, 15 VDC, 24 VDC, 정류된 선간 전압, 기타)으로부터 일반적으로 낮은 동작 전압을 하나 이상의 LED-기반 조명 유닛에 제공하기 위해 어떤 유형의 전압 변환 디바이스가 요망된다.

일반적으로 높은 전원 전압을 용이하게 이용할 수 있는 응용들에서 저전압 LED 및 저전압 LED-기반 조명 유닛을 광원으로서 널리 채택하는 것에 대한 한가지 장애는 에너지를 한 전압으로부터 다른 전압으로 변환해야 한다는 것이며, 그 결과 많은 경우에 변환이 비효율적이고 에너지 낭비가 있게 된다. 게다가, 에너지 변환은 일반적으로 집적에 방해가 되는 유형 및 크기의 전력 관리 부품을 필요로 하는 것이 통상적이다. 종래에, LED는 단일의 LED 패키지로서 제공되거나, 하나의 패키지 내에 직렬로 또는 병렬로 접속되어 있는 다수의 LED로서 제공된다. 현재, 어떤 유형의 전력 변환 회로와 함께 집적되어 있는 하나 이상의 LED를 포함하는 LED 패키지는 이용가능하지 않다. LED와 전력 변환 회로의 집적에 대한 한가지 중요한 장벽은 에너지를 LED를 구동하는 데 통상적으로 요구되는 비교적 더 낮은 전압 레벨로 변환하는 데 필요한 전력 관리 부품의 유형 및 크기와 관계되어 있다.

예를 들어, 전압 변환 장치(예를 들어, DC-DC 컨버터)는 에너지 저장 요소로서 통상적으로 인덕터(집적 회로를 형성하기 위해 실리콘 칩에 효과적으로 집적될 수 없음)를 이용한다. 인덕터 크기는 또한, 개개의 인덕터 부품이 집적 회로의 일부인 것과 관련해서는 물론 보다 구체적으로 LED 패키지에서도, 집적 회로 구현에 대한 심각한 장벽이다. 게다가, 인덕터가 통상적으로 효율적이면서도 비교적 넓은 범위의 전압을 처리할 수도 있도록 제조될 수는 없고, 유도성 변환기(inductive converter)는 변환기 동작 동안에 에너지를 저장하기 위해 상당한 커패시턴스를 필요로 한다. 따라서, 인덕터를 기반으로 한 종래의 전압 변환 장치는 단일 또는 다중 LED 패키지와 비교할 때 상당한 풋프린트(footprint)를 차지하고 LED 패키지와 집적하는 데 그다지 적합하지 않다.

용량성 전압 변환 시스템도 유사한 과제를 제공한다. 용량성 시스템은 전압을 직접 변환할 수 없고, 그 대신에 고정 비율의 체배 또는 분배 전압을 생성할 수 있다. 필요한 커패시터의 수는 분수의 분자와 분모에 있는 정수들의 곱에 직접 관계되어 있다. 각각의 커패시터가 또한 그 자신을 높은 전압의 전원과 비교적 낮은 전압의 부하 사이에 접속시키기 위해 일반적으로 다수의 스위치를 필요로 하기 때문에, 분모와 분자가 증가함에 따라 부품의 수가 극적으로 증가하고, 그에 따라 효율이 떨어진다. 효율이 가장 중요한 요건인 경우, 이들 시스템은 단위 분자 또는 분모를 갖는 실용적인 비를 가져야만 하고, 따라서 높은 전류에서 입력 또는 출력이 낮은 전압이고 이는 효율을 효과적으로 감소시킨다. 따라서, 복잡성을 감소시키고 더 간단한 비율이 되도록 하기 위해 특정의 동작 전압에서 불가피하게도 효율이 떨어지게 된다.

출원인은 동작 전력을 받기 위해 다수의 조명 유닛 또는 광원(예를 들어, LED)은 물론 기타 유형의 부하를 병렬보다는 직렬로 접속하는 것을 고려하는 것이 종종 유용하다는 것을 잘 알고 있다. 다수의 LED의 직렬 상호접속은 통상의 LED 순방향 전압보다 상당히 더 높은 동작 전압의 사용을 가능하게 해줄 수 있으며, 또한 전원(예를 들어, 120 VAC 또는 240 VAC 등의 벽 전원(wall power) 또는 선간 전압)과 부하(즉, 다수의 직렬-연결된 부하가 선간 전압으로부터 "직접" 동작될 수 있음) 사이에 변압기를 필요로 하지 않고 다수의 LED 또는 LED-기반 조명 유닛의 동작을 가능하게 해줄 수 있다.

그에 따라, 본 발명의 다양한 실시예들은 일반적으로 다중-요소 광원의 각각의 요소 및/또는 다중 광원 자체가 동작 전력을 받기 위해 직렬로 연결되어 있는 LED-기반 광원을 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 이러한 부품들의 직렬 상호접속은 일반적으로 시스템의 전체적인 동작 전압의 증가를 가능하게 해주며, 예를 들어, 각각이 대략 3 내지 7.4 VDC의 공칭 동작 전압을 갖는 3개의 LED 또는 LED-기반 조명 유닛이 직렬로 접속되어 9 내지 24 VDC의 전압으로 동작될 수 있다. 물론, 실질적으로 임의의 적절한 수의 LED 또는 LED-기반 조명 유닛이 적어도 부분적으로 각각의 LED 또는 조명 유닛의 공칭 동작 전압에 따라 마찬가지로 직렬로 연결될 수 있고, 예상된 공칭 공급 전압이 이용가능한 전원에 의해 제공될 수 있다. 이하의 설명을 위해, 직렬-접속된 LED에 관한 여러 가지 개념들이 기술되어 있지만, 본 명세서에 기술된 개념들 전부는 아니더라도 그 중 다수의 개념들이 동작 전력을 받기 위해 직렬로 연결되어 있는 다수의 LED-기반 조명 유닛 뿐만 아니라 다양한 LED 그룹(직렬, 병렬, 및/또는 직/병렬 배열)에도 마찬가지로 적용될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.

한 예시적인 실시예에서, 다수의 LED가 동작 전압이 인가되는 2개의 노드 사이에 직렬로 공칭 접속되어 있고, 하나 이상의 제어가능한 전류 경로가 직렬-접속된 LED 중 하나 이상과 병렬로 접속되어 있다. 다양한 측면들에서, 제어가능한 전류 경로(들)는 전류가 주어진 LED를 완전히 우회하게 하는 하나 이상의 제어가능한 스위치로서 또는 2개의 노드 사이에 흐르는 직렬 전류의 전부 또는 그 일부만이 주어진 LED를 우회하게 하도록 구성된 제어가능한 가변 또는 고정 전류원으로서 구현될 수 있다. 이와 같이, 주어진 LED의 밝기가 제어될 수 있고, 극단적으로, 전류가 LED를 완전히 우회하게 함으로써 LED가 완전히 꺼질 수 있다. 다른 측면에서, 제어기가 다수의 기법들 중 임의의 기법에 따라 하나 이상의 제어가능한 전류 경로를 제어하도록 구성되어 있으며, 예를 들어, 제어기는 조명 명령어로서 수신된 데이터 및/또는 2개의 노드에 인가되는 이용가능한 동작 전압에 관계된 하나 이상의 측정된 파라미터에 기초하여 하나 이상의 제어가능한 전류 경로를 동작시킬 수 있다.

보다 구체적으로는, 일 실시예에서, 전류가 부분적으로 또는 완전히 하나 이상의 직렬-접속된 LED를 우회하게 할 수 있는 기능은 직렬-접속된 디바이스들이 접속되어 있는 2개의 노드에 인가되는 공칭 예상 동작 전압이 직렬-접속된 디바이스들 전부에 전원을 제공하는 데 필요한 최소 동작 전압 이하로 떨어지는 상황에서 이용된다. 예를 들어, 종래의 12 볼트 자동차 배터리를 포함하는 전기 시스템에 기초한 자동차 응용에서, 엔진이 돌아가고 있고 전기 시스템이 충전을 하고 있을 때 자동차 부속품에 대한 이용가능한 동작 전압이 통상적으로 13.8 내지 14.5 볼트이지만, 엔진이 돌아가고 있지 않을 때, 이용가능한 동작 전압은 12 내지 12.8 볼트로 또는 심지어 더 낮게(예를 들어, 고부하가 존재할 때 및/또는 자동차 배터리가 더 방전됨에 따라) 빠르게 떨어질 수 있다. 따라서, 직렬-접속된 LED에 기초한 자동차 응용에 대한 조명 장치는 이용가능한 동작 전압에 영향을 주는 가능한 상황들 전부를 고려해야만 한다.

이상의 것들을 고려하여, 본 발명의 일 실시예는 다수의 직렬-접속된 LED, 상기 직렬-접속된 LED 중 하나 이상의 LED와 병렬로 접속된 하나 이상의 제어가능한 전류 경로, 및 상기 직렬-접속된 LED에 대한 이용가능한 동작 전압을 나타내는 하나 이상의 모니터링된 파라미터에 기초하여 상기 제어가능한 전류 경로 중 하나 이상의 전류 경로를 제어하는 제어기를 포함하는 조명 장치에 관한 것이다. 자동차 응용의 일례가 이상에서 제공되어 있지만, 이 실시예의 다양한 구현예들이 꼭 자동차 응용으로 제한되는 것은 아니며 또한 이러한 응용에 대해 생각된 특정 범위의 동작 전압으로도 제한되는 것이 아니라는 것을 잘 알 것이다. 보다 일반적으로, 이 실시예의 한 측면에서, 제어기는 제어가능한 전류 경로 중 하나 이상의 전류 경로를 제어하여, 하나 이상의 파라미터가 동작 전압이 직렬-접속된 LED 전부에 전원을 공급하는 데 필요한 것보다 작음을 나타낼 때 대응하는 LED를 우회하는 전류의 양을 증가시키도록 구성되어 있을 수 있으며, 그에 따라 직렬-접속된 디바이스들에 전원을 공급하는 데 필요한 요구된 동작 전압을 감소시킨다. 예를 들어, 한 구현예에서, 제어가능한 전류 경로들은 대응하는 LED를 본질적으로 단락시켜 디바이스들의 직렬 접속으로부터 제거하기 위해 전류가 대응하는 LED를 완전히 우회하게 하는 스위치일 수 있다. 이와 같이, 나머지 직렬-접속된 LED를 동작시키는 데 필요한 동작 전압이 전류 우회(current diversion)로 인해 단락되는 각각의 LED의 개개의 동작 전압만큼 저하된다.

또다른 실시예에서, 다수의 직렬-접속된 LED, 상기 직렬 접속된 LED 중 하나 이상의 LED와 병렬로 접속된 하나 이상의 제어가능한 전류 경로, 및 상기 제어가능한 전류 경로 중 하나 이상의 전류 경로를 제어하는 제어기에 기초한 조명 장치는 하나 이상의 집적 회로로서 구현될 수 있다. 게다가, 집적 회로 구현예는 종래의 동작 전압이 즉각 이용가능한 응용들을 비롯한 다수의 응용 중 임의의 응용에서 설치, 배포 및/또는 사용의 용이를 위해 적절히 패키지화될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 다수의 직렬-접속된 LED, 상기 LED 중 하나 이상의 LED와 병렬인 하나 이상의 제어가능한 전류 경로, 및 상기 전류 경로를 제어하는 제어기를 포함하는 LED-기반 조명 유닛은 다수의 종래의 동작 전압 중 임의의 동작 전압(예를 들어, 자동차 응용의 경우, 공칭 12 내지 14 볼트 DC)에 있는 전원에 직접 용이하게 연결될 수 있는 하나 이상의 적절한 전기 커넥터를 포함하는 단일의 패키지 내에 하나 이상의 집적 회로로서 구현될 수 있다.

요약하면, 본 발명의 일 실시예는 제1 노드와 제2 노드 사이에 직렬로 접속되어 있는 적어도 2개의 LED를 포함하는 장치에 관한 것으로서, 여기서 상기 제1 노드와 상기 제2 노드에 동작 전압이 인가될 때 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에 직렬 전류가 흐른다. 상기 장치는 상기 적어도 2개의 LED 중 적어도 제1 LED와 병렬로 접속되어 상기 직렬 전류가 적어도 부분적으로 상기 제1 LED를 우회하게 하는 적어도 하나의 제어가능한 전류 경로를 더 포함한다. 상기 장치는 상기 동작 전압을 나타내는 적어도 하나의 파라미터를 모니터링하고 상기 적어도 2개의 LED 중 상기 동작 전압에 의해 전원을 공급받을 수 있는 LED의 최대 수를 결정하는 적어도 하나의 제어기를 더 포함한다. 상기 적어도 하나의 제어기는 상기 최대 수가 직렬로 접속된 상기 적어도 2개의 LED 전부의 총수보다 작을 때 적어도 상기 제1 LED를 우회하는 상기 직렬 전류의 양을 증가시키기 위해 상기 적어도 하나의 제어가능한 전류 경로를 제어한다.

다른 실시예는 제1 노드와 제2 노드 사이에 직렬로 접속되어 있는 복수의 LED에 전원을 공급하는 방법에 관한 것으로서, 여기서 상기 제1 노드와 상기 제2 노드에 동작 전압이 인가될 때 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에 직렬 전류가 흐른다. 상기 방법은, A) 상기 동작 전압을 나타내는 적어도 하나의 파라미터를 모니터링하는 단계, B) 상기 적어도 2개의 LED 중 상기 동작 전압에 의해 전원을 공급받을 수 있는 LED의 최대수를 결정하는 단계, 및 C) 상기 최대 수가 직렬로 접속된 상기 적어도 2개의 LED 전부의 총수보다 작을 때, 상기 복수의 LED 전부보다 적은 LED가 동시에 전원을 공급받도록 상기 복수의 LED 중 적어도 하나의 LED를 단락시키는 단계를 포함한다.

다른 실시예는 제1 노드와 제2 노드 사이에 직렬로 접속된 복수의 LED를 포함하는 장치에 관한 것으로서, 여기서 상기 제1 노드와 상기 제2 노드에 동작 전압이 인가될 때 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에 직렬 전류가 흐른다. 상기 장치는 복수의 제어가능한 전류 경로 - 각각의 전류 경로는 상기 직렬 전류가 상기 복수의 LED 중 대응하는 LED를 우회하게 하기 위해 상기 복수의 LED 중 상기 대응하는 LED와 병렬로 접속되어 있음 -, 및 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에서 상기 복수의 LED와 직렬로 접속되어, 상기 직렬 전류를 설정하는 전류원을 더 포함한다. 상기 장치는 상기 동작 전압에 관계된 적어도 하나의 파라미터를 모니터링하고 상기 적어도 하나의 모니터링된 파라미터가 상기 동작 전압이 미리 정해진 문턱값보다 작음을 나타낼 때 상기 직렬 전류가 상기 복수의 LED 중 각각의 대응하는 LED를 시간 순서로 우회하게 함으로써 상기 복수의 LED 전부보다 적은 LED가 동시에 전원을 공급받도록 하기 위해 상기 복수의 제어가능한 전류 경로를 간헐적으로 제어하는 적어도 하나의 제어기를 더 포함한다.

다른 실시예는 적어도 하나의 집적 회로 칩을 포함하는 자동차 조명 장치에 관한 것이다. 상기 적어도 하나의 집적 회로 칩은, i) 제1 노드와 제2 노드 사이에 직렬로 접속된 제1 수의 LED - 상기 제1 노드와 상기 제2 노드에 동작 전압이 인가될 때 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에 직렬 전류가 흐름 -, ii) 제2 수의 제어가능한 전류 경로 - 상기 제2 수는 상기 제1 수보다 작거나 같고, 각각의 전류 경로는 상기 직렬 전류가 상기 제1 수의 LED 중 대응하는 LED를 우회하게 하기 위해 상기 제1 수의 LED 중 상기 대응하는 LED와 병렬로 접속됨 -, iii) 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에서 상기 제1 수의 LED와 직렬로 접속되어, 상기 직렬 전류를 설정하는 전류원, 및 iv) 상기 동작 전압을 나타내는 적어도 하나의 파라미터를 모니터링하고 상기 제1 수의 LED 중 상기 동작 전압에 의해 전원을 공급받을 수 있는 LED의 최대 수를 결정하는 적어도 하나의 제어기를 포함한다. 상기 적어도 하나의 제어기는 상기 최대 수가 상기 제1 수보다 작을 때 상기 직렬 전류가 상기 제1 수의 LED 중 각각의 대응하는 LED를 우회하게 함으로써 상기 제1 수의 LED 전부보다 적은 LED가 동시에 전원을 공급받도록 하기 위해 상기 제2 수의 제어가능한 전류 경로를 제어한다. 상기 자동차 조명 장치는 상기 적어도 하나의 집적 회로 칩에 대한 패키지를 더 포함하며, 상기 패키지는 자동차의 상보적 전기 커넥터 또는 와이어 하네스(wire harness)와 짝을 이루도록 구성되어 있는 적어도 하나의 제1 전기 커텍터를 포함한다. 상기 적어도 하나의 제1 전기 커넥터는 상기 제1 노드와 상기 제2 노드에 상기 동작 전압을 인가하기 위해 상기 제1 노드에 전기적으로 접속된 제1 리드 및 상기 제2 노드에 전기적으로 접속된 제2 리드를 적어도 포함한다.

관련 용어

본 설명을 위해 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "LED"가 전기 신호에 응답하여 방사를 발생할 수 있는 전계 발광 다이오드 또는 기타 유형의 캐리어 주입/접합-기반 시스템을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 용어 LED는 전류에 응답하여 광을 방출하는 여러 가지 반도체-기반 구조, 발광 폴리머(light emitting polymer), OLED(organic light emitting diode, 유기 발광 다이오드), 전계 발광 스트립(electroluminescent strip), 기타 등등을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다.

상세하게는, 용어 LED는 적외선 스펙트럼, 자외선 스펙트럼, 및 가시 스펙트럼(일반적으로 대략 400 나노미터 내지 대략 700 나노미터의 방사 파장을 포함함)의 여러 부분 중 하나 이상에서 방사를 발생하도록 구성되어 있을 수 있는 모든 유형의 발광 다이오드(반도체 및 유기 발광 다이오드를 포함함)를 말한다. LED의 어떤 예들로는 여러 가지 유형의 적외선 LED, 자외선 LED, 적색 LED, 청색 LED, 녹색 LED, 황색 LED, 호박색 LED, 오렌지색 LED, 및 백색 LED(이하에서 더 설명함)가 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 또한, LED가 주어진 스펙트럼(예를 들어, 협대역폭, 광대역폭)에 대해 다양한 대역폭(예를 들어, FWHM(full width at half maximum, 반치폭))을 갖고 주어진 일반 색상 분류(general color categorization) 내에서 각종의 주파장(dominant wavelength)을 갖는 방사를 발생하도록 구성 및/또는 제어될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.

예를 들어, 본질적으로 백색인 광을 발생하도록 구성된 LED(예를 들어, 백색 LED)의 한 구현예는 모두 혼합되면 본질적으로 백색인 광을 형성하는 서로 다른 전계 발광 스펙트럼을 각각 방출하는 다수의 다이를 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 백색광 LED는 제1 스펙트럼을 갖는 전계 발광을 다른 제2 스펙트럼으로 변환하는 인광 물질과 연관되어 있을 수 있다. 이러한 구현예의 일례에서, 비교적 짧은 파장 및 협대역폭 스펙트럼을 갖는 전계 발광은 인광 물질을 "펌핑"하고, 이는 차례로 얼마간 더 넓은 스펙트럼을 갖는 더 긴 파장의 방사를 방출한다.

또한, 용어 LED가 LED의 물리적 및/또는 전기적 패키지 유형을 제한하지 않는다는 것을 잘 알 것이다. 예를 들어, 상기한 바와 같이, LED는 (예를 들어, 개별적으로 제어가능하거나 제어가능하지 않을 수 있는) 서로 다른 방사 스펙트럼을 각각 방출하도록 구성되어 있는 다수의 다이를 갖는 단일의 발광 디바이스를 말하는 것일 수 있다. 또한, LED는 LED(예를 들어, 어떤 유형의 백색 LED)의 필수 불가결한 부분으로 간주되는 인광 물질과 연관되어 있을 수 있다. 일반적으로, 용어 LED는 패키지화된 LED, 비패키지화된 LED, 표면 실장 LED, 칩-온-보드(chip-on-board) LED, T-패키지 실장 LED, 래디얼 패키지(radial package) LED, 파워 패키지(power package) LED, 어떤 유형의 케이스 및/또는 광학 요소(예를 들어, 확산 렌즈)를 포함하는 LED, 기타 등등을 의미하는 것일 수 있다.

용어 "광원"은 LED-기반 광원(이상에서 정의한 하나 이상의 LED를 포함함), 백열 광원(예를 들어, 필라멘트 램프, 할로겐 램프), 형광 광원, 인광 광원, 고휘도 방전 광원(예를 들어, 나트륨 증기 램프, 수은 증기 램프, 및 메탈 할라이드(metal halide) 램프), 레이저, 기타 유형의 전계 발광 광원, 파이로-발광(pyro-luminescent) 광원(예를 들어, 불꽃), 캔들-발광(candle-luminescent) 광원(예를 들어, 가스 맨틀(gas mantle), 카본 아크 방사(carbon arc radiation) 광원), 축광(photo-luminescent) 광원(예를 들어, 가스 방전 광원), 전자 포만(electronic satiation)을 사용하는 음극 발광(cathode luminescent) 광원, 갈바노-발광(galvano-luminescent) 광원, 결정-발광(crystallo-luminescent) 광원, 키네-발광(kine-luminescent) 광원, 열-발광(thermo-luminescent) 광원, 마찰 발광(triboluminescent) 광원, 음파 발광(sonoluminescent) 광원, 방사선 발광(radioluminescent) 광원, 및 발광 폴리머(luminescent polymer)(이들로 제한되지 않음)를 비롯한 각종의 방사원 중 임의의 하나 이상을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.

주어진 광원은 가시 스펙트럼 내에서, 가시 스펙트럼 밖에서, 또는 이 둘의 조합으로 전자기 방사를 발생하도록 구성되어 있을 수 있다. 따라서, 용어 "광" 및 "방사"는 본 명세서에서 서로 바꾸어 사용될 수 있다. 그에 부가하여, 광원은 필요 불가결한 구성요소로서 하나 이상의 필터(예를 들어, 컬러 필터), 렌즈, 또는 기타 광학 구성요소를 포함할 수 있다. 또한, 광원이 표시(indication), 디스플레이(display), 및/또는 조명(이들로 제한되지 않음)을 비롯한 각종의 응용에 대해 구성될 수 있다는 것을 잘 알 것이다. "조명 광원"은 특별히 내부 또는 외부 공간을 효과적으로 조명하기에 충분한 세기를 갖는 방사를 발생하도록 구성되어 있는 광원을 말한다. 이와 관련하여, "충분한 세기"란 주변 조명(ambient illumination)(즉, 간접적으로 인지될 수 있는 광으로서, 예를 들어, 전체적으로 또는 부분적으로 인지되기 전에 각종의 중간 표면들 중 하나 이상에서 반사된 것일 수 있는 광)을 제공하기 위해 공간 또는 환경에서 발생되는 가시 스펙트럼에서의 충분한 방사 출력(radiant power)(단위 "루멘스"는 종종 모든 방향에서 광원으로부터의 전체 광 출력을 방사 출력 또는 "광속(luminous flux)"으로 환산하여 표현하는 데 이용됨)을 말한다.

용어 "스펙트럼"은 하나 이상의 광원에 의해 생성된 임의의 하나 이상의 방사 주파수(또는 파장)를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 그에 따라, 용어 "스펙트럼"은 가시 영역에 있는 주파수(또는 파장) 뿐만 아니라 적외선, 자외선, 및 전자기 스펙트럼 전체의 기타 영역들에 있는 주파수(또는 파장)도 의미한다. 또한, 주어진 스펙트럼은 비교적 좁은 대역폭(예를 들어, FWHM이 본질적으로 적은 수의 주파수 또는 파장 성분을 가짐) 또는 비교적 넓은 대역폭(몇개의 주파수 또는 파장 성분이 다양한 상대 세기를 가짐)을 가질 수 있다. 또한, 주어진 스펙트럼이 2개 이상의 다른 스펙트럼을 혼합한 결과(예를 들어, 다수의 광원으로부터 각각 방출된 방사의 혼합)일 수 있다는 것을 잘 알 것이다.

이 설명을 위해, 용어 "색상"은 용어 "스펙트럼"과 서로 바꾸어 사용될 수 있다. 그렇지만, 용어 "색상"은 일반적으로 관찰자에 의해 인지가능한 방사의 특성을 말하기 위해 주로 사용된다(그렇지만, 이 용법이 이 용어의 범위를 제한하기 위한 것은 아님). 그에 따라, 용어 "서로 다른 색상"은 암시적으로 서로 다른 파장 성분 및/또는 대역폭을 갖는 다수의 스펙트럼을 말한다. 또한, 용어 "색상"이 백색광 및 비백색광 둘다와 관련하여 사용될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.

용어 "색 온도"가 본 명세서에서는 일반적으로 백색광과 관련하여 사용되고 있지만, 이 용법이 이 용어의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다. 색 온도는 본질적으로 백색인 광의 특정의 색조(color content 또는 shade)(예를 들어, 불그스름, 푸르스름)를 말한다. 주어진 방사 샘플의 색 온도가 종래에는 문제의 방사 샘플과 본질적으로 동일한 스펙트럼을 방사하는 흑체 방사체의 켈빈 온도(K)로 표현된다. 흑체 방사체의 색 온도는 일반적으로 대략 700 K(통상적으로 사람의 눈에 보이는 첫번째 것으로 생각됨) 내지 10,000 K 이상의 범위에 있으며, 백색광은 일반적으로 1500-2000 K 이상의 색 온도에서 인지된다.

낮은 색 온도는 일반적으로 적색 성분을 더 많이 갖는, 즉 "따뜻한 느낌"을 갖는 백색광을 나타내는 반면, 높은 색 온도는 일반적으로 청색 성분을 더 많이 갖는, 즉 "차가운 느낌"을 갖는 백색광을 나타낸다. 예로서, 불꽃은 대략 1,800 K의 색 온도를 가지며, 종래의 백열 전구는 대략 2,848 K의 색 온도를 갖고, 이른 아침의 햇빛은 대략 3,000 K의 색 온도를 가지며, 한낮의 구름낀 하늘은 대략 10,000 K의 색 온도를 갖는다. 대략 3,000 K의 색 온도를 갖는 백색광 하에서 보는 컬러 이미지는 비교적 불그스름한 색조를 갖는 반면, 대략 10,000 K의 색 온도를 갖는 백색광 하에서 보는 동일한 컬러 이미지는 비교적 푸르스름한 색조를 갖는다.

용어 "조명 기구"는 본 명세서에서 특정의 폼팩터, 어셈블리 또는 패키지에서의 하나 이상의 조명 유닛의 구현 또는 배열을 의미하기 위해 사용된다. 용어 "조명 유닛"은 본 명세서에서 동일한 또는 상이한 유형의 하나 이상의 광원을 포함하는 장치를 의미하기 위해 사용된다. 주어진 조명 유닛은 각종의 광원(들) 탑재 배열, 인클로저/하우징 배열 및 형상, 및/또는 전기적 및 기계적 접속 구성 중 임의의 것을 가질 수 있다. 그에 부가하여, 주어진 조명 유닛은 선택적으로 광원(들)의 동작에 관계된 다양한 기타 구성요소(예를 들어, 제어 회로)와 연관되어 있을 수 있다(예를 들어, 그 구성요소들을 포함하고, 그 구성요소들에 결합되어 있고, 및/또는 그 구성요소들과 함께 패키지화되어 있다). "LED-기반 조명 유닛"은 상기한 것과 같은 하나 이상의 LED-기반 광원만을 포함하거나 LED-기반 광원을 다른 비LED-기반 광원과 함께 포함하는 조명 유닛을 말한다. "다중-채널" 조명 유닛은 서로 다른 방사 스펙트럼을 각각 발생하도록 구성된 적어도 2개의 광원을 포함하는 LED-기반 또는 비LED-기반 조명 유닛을 말하며, 여기서 각각의 서로 다른 광원 스펙트럼을 다중-채널 조명 유닛의 "채널"이라고 할 수 있다.

용어 "제어기"는 본 명세서에서 일반적으로 하나 이상의 광원의 동작에 관계된 다양한 장치를 말하기 위해 사용된다. 제어기는 본 명세서에 기술된 다양한 기능들을 수행하도록 여러 방식으로(예를 들어, 전용 하드웨어를 사용하는 등에 의해) 구현될 수 있다. "프로세서"는 본 명세서에서 논의되는 다양한 기능들을 수행하도록 소프트웨어(예를 들어, 마이크로코드)를 사용하여 프로그램될 수 있는 하나 이상의 마이크로프로세서를 이용하는 제어기의 일례이다. 제어기는 프로세서를 이용하여 구현되거나 프로세서를 이용하지 않고 구현될 수 있으며, 또한 어떤 기능들을 수행하는 전용 하드웨어와 다른 기능들을 수행하는 프로세서(예를 들어, 하나 이상의 프로그램된 마이크로프로세서 및 관련 회로)의 조합으로서 구현될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들에서 이용될 수 있는 제어기 구성요소의 일례로는 종래의 마이크로프로세서, ASIC(application specific integrated circuit), 및 FPGA(field-programmable gate array)가 있지만, 이들로 제한되지 않는다.

다양한 구현예들에서, 프로세서 또는 제어기는 하나 이상의 저장 매체(일반적으로 본 명세서에서 "메모리"라고 함. 예를 들어, RAM, PROM, EPROM 및 EEPROM, 플로피 디스크, 컴팩트 디스크, 광 디스크, 자기 테이프, 기타 등등의 휘발성 및 비휘발성 컴퓨터 메모리)와 연관되어 있을 수 있다. 어떤 구현예들에서, 저장 매체는 하나 이상의 프로세서 및/또는 제어기 상에서 실행될 때 본 명세서에서 논의된 기능들 중 적어도 몇몇 기능을 수행하는 하나 이상의 프로그램으로 인코딩될 수 있다. 다양한 저장 매체가 프로세서 또는 제어기 내에 고정되어 있을 수 있거나, 그에 저장된 하나 이상의 프로그램이 본 명세서에서 논의된 본 발명의 여러 측면들을 구현하기 위해 프로세서 또는 제어기 내에 로드될 수 있도록 전송가능할 수 있다. 용어 "프로그램" 또는 "컴퓨터 프로그램"은 본 명세서에서 일반적 의미로 하나 이상의 프로세서 또는 제어기를 프로그램하는 데 이용될 수 있는 임의의 유형의 컴퓨터 코드(예를 들어, 소프트웨어 또는 마이크로코드)를 말하기 위해 사용된다.

용어 "주소 지정가능(addressable)"은 본 명세서에서 자신을 포함한 다수의 디바이스로 보내지는 정보(예를 들어, 데이터)를 수신하고 자신에게로 보내진 특정의 정보에 선택적으로 응답하도록 구성되어 있는 디바이스(예를 들어, 일반 광원, 조명 유닛 또는 기구, 하나 이상의 광원 또는 조명 유닛과 연관된 제어기 또는 프로세서, 기타의 비조명 관련 디바이스, 기타 등등)를 말하는 데 사용된다. 용어 "주소 지정가능"은 다수의 디바이스들이 어떤 통신 매체 또는 매체들을 통해 서로 연결되어 있는 네트워크화된 환경(즉, 이하에서 더 기술되는 "네트워크")과 관련하여 사용되는 경우가 있다.

한 네트워크 구현예에서, 네트워크에 연결된 하나 이상의 장치들이 네트워크에 연결된 하나 이상의 다른 장치들에 대한 제어기로서 역할할 수 있다(예를 들어, 마스터/슬레이브 관계). 다른 구현예에서, 네트워크화된 환경은 네트워크에 연결된 디바이스들 중 하나 이상을 제어하도록 구성된 하나 이상의 전용 제어기를 포함할 수 있다. 일반적으로, 네트워크에 연결된 다수의 디바이스들 각각이 통신 매체 또는 매체들 상에 존재하는 데이터에 액세스할 수 있지만, 주어진 디바이스가, 예를 들어, 그에 할당된 하나 이상의 특정의 식별자(예를 들어, "주소")에 기초하여 네트워크와 선택적으로 데이터를 교환(즉, 네트워크로부터 데이터를 수신하고 및/또는 네트워크로 데이터를 전송)하도록 구성되어 있다는 점에서 "주소 지정가능"일 수 있다.

용어 "네트워크"는, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 임의의 2개 이상의 디바이스들 간에 및/또는 네트워크에 연결된 다수의 디바이스들 간에 (예를 들어, 디바이스 제어, 데이터 저장, 데이터 교환, 기타 등등을 위해) 정보를 전송하는 것을 용이하게 해주는 2개 이상의 디바이스(제어기 또는 프로세서를 포함함)의 임의의 상호접속을 말한다. 잘 알 것인 바와 같이, 다수의 디바이스들을 상호접속시키는 데 적합한 네트워크들의 다양한 구현예는 각종의 네트워크 토폴로지 중 어느 것이라도 포함할 수 있고 각종의 통신 프로토콜 중 어느 것이라도 이용할 수 있다. 그에 부가하여, 본 발명에 따른 다양한 네트워크에서, 2개의 디바이스 간의 임의의 한 접속이 2개의 시스템 간의 전용 접속(dedicated connection), 또는 다른 대안으로서 비전용 접속(non-dedicated connection)을 나타낼 수 있다. 2개의 디바이스로 보내지는 정보를 전달하는 것에 부가하여, 이러한 비전용 접속은 2개의 디바이스 중 어느 하나로 꼭 보내져야 하는 것은 아닌 정보도 전달할 수 있다(예를 들어, 개방형 네트워크 접속). 게다가, 본 명세서에 기술된 디바이스들의 여러 가지 네트워크가 네트워크를 통한 정보 전송을 용이하게 해주기 위해 하나 이상의 무선, 유선/케이블, 및/또는 광섬유 링크를 이용할 수 있다는 것을 잘 알 것이다.

용어 "사용자 인터페이스"는, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 사람 사용자 또는 조작자와 하나 이상의 디바이스 간의 통신을 가능하게 해주는 사용자와 디바이스(들) 간의 인터페이스를 말한다. 본 발명의 여러 가지 구현예에서 이용될 수 있는 사용자 인터페이스의 예로는 스위치, 전위차계, 버튼, 다이얼, 슬라이더, 마우스, 키보드, 키패드, 다양한 유형의 게임 제어기(예를 들어, 조이스틱), 트랙볼, 디스플레이 화면, 다양한 유형의 그래픽 사용자 인터페이스(GUI), 터치 스크린, 마이크, 및 어떤 유형의 사람-발생 자극을 수신하고 그에 응답하여 신호를 발생할 수 있는 기타 유형의 센서가 있지만, 이들로 제한되지 않는다.

관련 특허 및 특허 출원

이하의 특허 및 특허 출원은 여기에 인용함으로써 그 전체 내용이 본 명세서에 포함된다.

2000년 1월 18일자로 특허된, 발명의 명칭이 "Multicolored LED Lighting Method and Apparatus(다색 LED 조명 방법 및 장치)"인 미국 특허 제6,016,038호,

2001년 4월 3일자로 특허된, 발명의 명칭이 "Illumination Components(조명 부품)"인 미국 특허 제6,211,626호,

2003년 8월 19일자로 특허된, 발명의 명칭이 "Methods and Apparatus for Controlling Devices in a Networked Lighting System(네트워크화된 조명 시스템에서 디바이스들을 제어하는 방법 및 장치)"인 미국 특허 제6,608,453호,

2004년 8월 17일자로 특허된, 발명의 명칭이 "Methods and Apparatus for Controlling Devices in a Networked Lighting System(네트워크화된 조명 시스템에서 디바이스들을 제어하는 방법 및 장치)"인 미국 특허 제6,777,891호, 및

2007년 8월 9일자로 출원된, 발명의 명칭이 "Methods and Apparatus for Simulating Resistive Loads(저항 부하를 시뮬레이션하는 방법 및 장치)"인 미국 특허 출원 제11/836,560호.

이상의 개념들 및 이하에서 더 상세히 논의되는 부가의 개념들의 모든 조합이 (이러한 개념들이 상호 모순되지 않는 한) 본 명세서에 개시된 발명 대상의 일부인 것으로 생각된다는 것을 잘 알 것이다. 상세하게는, 본 명세서의 끝에 있는 청구된 발명 대상의 모든 조합이 본 명세서에 개시된 발명 대상의 일부인 것으로 생각된다. 또한, 본 설명에 참고로 포함되어 있을 수 있는 본 명세서에서 명시적으로 이용되는 용어들이 본 명세서에 개시된 특정의 개념들과 가장 잘 부합하는 의미로 보아야 한다는 것을 잘 알 것이다.

도 1은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 조명 유닛을 나타낸 도면.

도 2는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 네트워크화된 조명 시스템을 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 다수의 직렬-접속된 LED 및 하나 이상의 제어가능한 전류 경로를 포함하는 조명 장치의 블록도.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 3에 도시된 조명 장치의 예시적인 회로 구현예를 나타낸 도면.

도 5A 내지 도 5D는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른, 도 4의 회로에서 사용하기에 적합한 제어가능한 전류 경로의 각각의 예를 나타낸 도면.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 4의 조명 장치에 대한 예시적인 패키지를 나타낸 도면.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 직렬-접속된 LED 스택에서 주어진 LED 양단의 노드 전압을 제어하는 예시적인 회로를 나타낸 도면.

도 8은 직렬-접속된 LED 스택에서 각자의 노드 전압을 발생하기 위해 연산 증폭기 전원을 이용하고 각각의 LED에 대해 개별 전류원을 이용하는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명 장치를 나타낸 도면.

도 9는 대응하는 전류원들과 연관된 서로 다른 제어가능한 채널 그룹들을 갖는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명 장치를 나타낸 도면.

도 10은 저항 부하를 시뮬레이션하도록 특별히 구성된, 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명 장치.

도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른, 동작 전압으로부터 다수의 조명 유닛에 전력을 제공하는 "레일 분할(rail splitting)" 구조를 나타낸 도면.

도면들에서, 유사한 참조 문자는 일반적으로 서로 다른 도면들에 걸쳐 동일한 부분을 가리킨다. 또한, 도면들이 꼭 축척대로 되어 있는 것은 아니며, 그 대신에 본 발명의 원리들을 설명하는 것에 중점을 두고 있다.

특히 LED-기반 광원에 관한 어떤 실시예들을 포함한 본 발명의 다양한 실시예들에 대해 이하에서 설명한다. 그렇지만, 본 발명이 임의의 특정의 구현 방식으로 제한되지 않고 본 명세서에 명시적으로 논의된 다양한 실시예들이 주로 예시를 위한 것임을 잘 알 것이다. 예를 들어, 본 명세서에 논의된 다양한 개념들이 LED-기반 광원 및 LED를 포함하지 않는 기타 유형의 광원을 포함하는 각종의 환경, LED 및 기타 유형의 광원 둘다를 함께 포함하는 환경, 및 비조명 관련 디바이스만을 포 함하거나 비조명 관련 디바이스를 다양한 유형의 광원과 함께 포함하는 환경에서 적절히 구현될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 유닛(100)의 일례를 나타낸 것이다. 도 1과 관련하여 이하에 기술되는 것들과 유사한 LED-기반 조명 유닛의 몇몇 일반적인 예들이, 예를 들어, 2000년 1월 18일자로 특허된 발명의 명칭이 "Multicolored LED Lighting Method and Apparatus(다색 LED 조명 방법 및 장치)"인 Mueller 등의 미국 특허 제6,016,038호와 2001년 4월 3일자로 특허된 발명의 명칭이 "Illumination Components(조명 부품)"인 Lys 등의 미국 특허 제6,211,626호에서 찾아볼 수 있으며, 이들 특허 둘다는 여기에 인용함으로써 그 전체 내용이 본 명세서에 포함된다.

도 1에 도시된 조명 유닛(100)은 단독으로 사용되거나 조명 유닛들의 시스템 내의 다른 유사한 조명 유닛들과 함께 사용될 수 있다(예를 들어, 도 2와 관련하여 이하에서 이하에서 더 설명함). 단독으로 사용되거나 다른 조명 유닛들과 함께 사용될 때, 조명 유닛(100)은 직접조망(direct-view) 또는 간접조망(indirect-view) 내부 또는 외부 공간(예를 들어, 건축) 조명 및 일반 조명, 물체 또는 공간의 직접 또는 간접 조명, 극장 또는 기타 공연-관련/특수 효과 조명, 장식 조명, 안전-관련 조명, 차량 조명, 디스플레이 및/또는 상품과 연관된 조명이나 디스플레이 및/또는 상품의 발광(예를 들어, 광고용 및/또는 소매/소비자 환경에서), 조명 또는 발광과 통신 시스템의 결합, 기타 등등은 물론 다양한 표시, 디스플레이 및 정보 제공(이들로 제한되지 않음)을 비롯한 각종의 응용에서 이용될 수 있다. 그에 부가하여, 도 1과 관련하여 설명된 것과 유사한 하나 이상의 조명 유닛이 다양한 형상 및 전기/기계적 결합 구성을 갖는 다양한 형태의 조명 모듈 또는 전구(종래의 소켓 또는 기구에서 사용하기에 적합한 대체 또는 "교체" 모듈 또는 전구를 포함함)(이들로 제한되지 않음)를 비롯한 각종 제품은 물론, 각종의 소비자 및/또는 가정용 제품(예를 들어, 야간등, 장난감, 게임 또는 게임 기기, 오락 기기 또는 시스템, 가정용품, 가전제품, 주방용품, 청소용품, 기타)과 건축 용품(예를 들어, 벽, 바닥, 천장용 조명 패널(lighted panel), 조명 트림(lighted trim) 및 장식 용품, 기타)에 구현될 수 있다.

다양한 구현예 및 실시예에서, 도 1에 도시된 조명 유닛(100)은 하나 이상의 광원(104A, 104B, 104C, 104D)(전부를 104로 나타냄)을 포함하며, 이들 광원 중 하나 이상의 광원이 하나 이상의 발광 다이오드(LED)를 포함하는 LED-기반 광원일 수 있다. 이 실시예의 한 측면에서, 이들 광원 중 임의의 2개 이상의 광원이 서로 다른 색상(예를 들어, 적색, 녹색, 청색)의 방사를 발생하도록 구성되어 있을 수 있으며, 이 점에서, 상기한 바와 같이, 서로 다른 색상의 광원 각각이 "다중-채널" 조명 유닛의 서로 다른 "채널"을 구성하는 서로 다른 광원 스펙트럼을 발생한다. 도 1이 4개의 광원(104A, 104B, 104C, 104D)을 도시하고 있지만, 이하에서 더 기술하는 바와 같이, 각종의 서로 다른 색상(본질적으로 백색인 광을 포함함)의 방사를 발생하도록 구성된 다른 수 및 다양한 유형의 광원(LED-기반 광원으만 이루어진 것, LED-기반 광원과 비LED-기반 광원이 결합된 것, 기타)이 조명 유닛(100)에 이용될 수 있기 때문에, 조명 유닛이 이와 관련하여 제한되지 않는다는 것을 잘 알 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 조명 유닛(100)은 또한 광원으로부터 다양한 세기의 광을 발생하도록 광원을 구동하는 하나 이상의 제어 신호를 출력하도록 구성된 제어기(105)도 포함할 수 있다. 예를 들어, 한 구현예에서, 제어기(105)는 각각의 광원에 의해 발생되는 광의 세기(예를 들어, 루멘스 단위의 방사 출력)를 독립적으로 제어하기 위해 각각의 광원에 대한 적어도 하나의 제어 신호를 출력하도록 구성될 수 있으며, 다른 대안으로서, 제어기(105)는 2개 이상의 광원의 그룹을 한꺼번에 똑같이 제어하기 위해 하나 이상의 제어 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 광원을 제어하기 위해 제어기에 의해 발생될 수 있는 제어 신호의 몇몇 예로는 펄스 변조 신호, 펄스폭 변조 신호(PWM), 펄스 진폭 변조 신호(PAM), 펄스 코드 변조 신호(PCM), 아날로그 제어 신호(예를 들어, 전류 제어 신호, 전압 제어 신호), 이상의 신호들의 여러 조합 및/또는 변조, 또는 기타 제어 신호들이 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 한 측면에서, 특히 LED-기반 광원과 관련하여, 가변 LED 구동 전류가 이용되는 경우에 일어날 수 있는 잠재적인 바람직하지 않거나 예측할 수 없는 LED 출력 변동을 감소시키기 위해, 하나 이상의 변조 기법은 하나 이상의 LED에 인가되는 고정된 전류 레벨을 사용하여 가변 제어를 제공한다. 다른 측면에서, 제어기(105)는 다른 전용 회로(도 1에 도시되어 있지 않음)를 제어할 수 있으며, 이 전용 회로가 차례로 광원을 제어하여 그 각자의 세기를 변화시킨다.

일반적으로, 하나 이상의 광원에 의해 발생되는 방사의 세기(방사 출력)는 주어진 기간에 걸쳐 광원(들)에 전달된 평균 전력에 비례한다. 그에 따라, 하나 이상의 광원에 의해 발생되는 방사의 세기를 변화시키는 한 기법은 광원(들)에 전달되는 전력(즉, 광원(들)의 동작 전력)을 변조하는 것을 포함한다. LED-기반 광원을 비롯한 몇몇 유형의 광원의 경우, 이것은 펄스폭 변조(PWM) 기법을 사용하여 효과적으로 달성될 수 있다.

PWM 제어 기법의 한 예시적인 구현예에서, 조명 유닛의 각 채널에 대해, 고정된 미리 정해진 전압(V _source )이 채널을 구성하고 있는 주어진 광원의 양단에 주기적으로 인가된다. 전압(V _source )의 인가는 제어기(105)에 의해 제어되는 하나 이상의 스위치(도 1에 도시되지 않음)를 통해 달성될 수 있다. 전압(V _source )이 광원의 양단에 인가되는 동안, 미리 정해진 고정된 전류(I _source )(예를 들어, 역시 도 1에 도시되지 않은 전류 조절기에 의해 결정됨)가 전류 조절기를 통해 흐를 수 있다. LED-기반 광원이 하나 이상의 LED를 포함할 수 있고 따라서 광원을 이루고 있는 일군의 LED에 전압(V _source )이 인가될 수 있고 이 일군의 LED에 의해 전류(I _source )가 도출될 수 있다는 것을 다시 한번 상기하자. 전원이 공급될 때 광원 양단의 고정된 전압(V _source ), 및 전원이 공급될 때 광원에 의해 도출되는 조절된 전류(I _source )가 광원의 순간 동작 전력(P _source )의 양을 결정한다(P _source = V _source ·I _source ). 상기한 바와 같이, LED-기반 광원에 있어서, 조절된 전류를 사용하면 가변 LED 구동 전류가 이용된 경우 일어날 수 있는 LED 출력에서의 잠재적인 바람직하지 않거나 예측할 수 없는 변동이 감소된다. PWM 기법에 따르면, 광원에 전압(V _source )을 주기적으로 인가 하고 주어진 온-오프 사이클 동안에 전압이 인가되는 시간을 변화시킴으로써 시간에 따라 광원에 전달되는 평균 전력(평균 동작 전력)이 변조될 수 있다. 상세하게는, 제어기(105)는 (예를 들어, 광원에 전압을 인가하기 위해 하나 이상의 스위치를 동작시키는 제어 신호를 출력함으로써) 주어진 광원에 펄스 방식으로, 양호하게는 사람의 눈이 검출할 수 있는 것보다 더 큰(예를 들어, 대략 100 Hz보다 더 큰) 주파수로 전압(V _source )을 인가하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 광원에 의해 발생되는 광의 관찰자는 이산적인 온-오프 사이클(통상 "플리커 효과"라고 함)을 인지하지 못하지만, 그 대신에 눈의 적분 기능이 본질적으로 연속적인 광 발생을 인지한다. 제어 신호의 온-오프 사이클의 펄스폭(즉, ON 시간 또는 "듀티비")을 조정함으로써, 제어기는 임의의 주어진 기간에 광원이 전원을 공급받는 평균 시간량을 변화시키며, 따라서 광원의 평균 동작 전력을 변화시킨다. 이와 같이, 각각의 채널로부터 발생된 광의 인지된 밝기가 차례로 변화될 수 있다.

이하에서 더 상세히 설명하는 바와 같이, 제어기(105)는 각각의 채널에 의해 발생되는 광의 대응하는 방사 출력을 제공하기 위해 미리 정해진 평균 동작 전력으로 다중-채널 조명 유닛의 각각의 서로 다른 광원 채널을 제어하도록 구성될 수 있다. 다른 대안으로서, 제어기(105)는 하나 이상의 채널에 대한 규정된 동작 전력, 따라서 각각의 채널에 의해 발생되는 광의 대응하는 방사 출력을 지정하는 명령어(예를 들어, "조명 명령")를 사용자 인터페이스(118), 신호원(124), 또는 하나 이상의 통신 포트(120) 등의 각종의 발신지로부터 수신할 수 있다. 하나 이상의 채 널에 대한 규정된 동작 전력을 (예를 들어, 서로 다른 명령어, 즉 조명 명령에 따라) 변화시킴으로써, 서로 다른 인지된 색상 및 밝기 레벨의 광이 조명 유닛에 의해 발생될 수 있다.

조명 유닛(100)의 일 실시예에서, 상기한 바와 같이, 도 1에 도시된 광원(104A, 104B, 104C, 104D) 중 하나 이상이 제어기(105)에 의해 모두 제어되는 다수의 LED 또는 기타 유형의 광원의 그룹(예를 들어, LED 또는 기타 유형의 광원의 다양한 병렬 및/또는 직렬 접속)을 포함할 수 있다. 그에 부가하여, 광원들 중 하나 이상이 다양한 가시 색상(본질적으로 백색인 광을 포함함), 백색광의 다양한 색 온도, 자외선, 또는 적외선(이들로 제한되지 않음)을 비롯한 각종의 스펙트럼(즉, 파장 또는 파장 대역) 중 임의의 스펙트럼을 갖는 방사를 발생하도록 구성된 하나 이상의 LED를 포함할 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 각종의 스펙트럼 대역폭(예를 들어, 협대역, 광대역)을 갖는 LED가 조명 유닛(100)의 다양한 구현예에서 이용될 수 있다.

도 1에 도시된 조명 유닛(100)의 다른 측면에서, 조명 유닛(100)은 광범위한 가변 색상 방사를 생성하도록 구성 및 배열될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 조명 유닛(100)은 특히 광원들 중 2개 이상에 의해 발생되는 제어가능한 가변 세기(즉, 가변 방사 출력)의 광이 결합되어 혼합 색상의 광(각종의 색 온도를 갖는 본질적으로 백색인 광을 포함함)을 생성하도록 배열될 수 있다. 상세하게는, 혼합 색상의 광의 색상(즉, 색 온도)이 (예를 들어 제어기(105)에 의해 출력되는 하나 이상의 제어 신호에 응답하여) 광원들의 각자의 세기(방사 출력) 중 하나 이상을 변화시킴으로써 변환될 수 있다. 게다가, 제어기(105)는 특히 각종의 정적 또는 시변(동적) 다색(또는 다색 온도) 조명 효과를 발생하기 위해 광원들 중 하나 이상에 제어 신호를 제공하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 일 실시예에서, 제어기는 광원들 중 하나 이상에 이러한 제어 신호를 제공하도록 프로그램된 프로세서(102)(예를 들어, 마이크로프로세서)를 포함할 수 있다. 다양한 측면들에서, 프로세서(102)는 조명 명령에 응답하여 또는 다양한 사용자 또는 신호 입력에 응답하여 이러한 제어 신호를 자동으로 제공하도록 프로그램될 수 있다.

따라서, 조명 유닛(100)은 다양한 조합에서 아주 다양한 색상의 LED를 포함할 수 있으며, 색상 혼합을 생성하는 적색, 녹색 및 청색 LED 중 2개 이상은 물론 하나 이상의 다른 LED를 포함하여 가변 색상 및 색 온도의 백색광을 생성할 수 있다. 예를 들어, 적색, 녹색 및 청색은 호박색, 백색, UV, 오렌지색, IR 또는 기타 LED 색상과 혼합될 수 있다. 그에 부가하여, 백색 LED만으로 된 조명 유닛에서 또는 다른 색상의 LED도 함께 포함하는 조명 유닛에서 서로 다른 색 온도를 갖는 다수의 백색 LED(예를 들어, 제1 색 온도에 대응하는 제1 스펙트럼을 발생하는 하나 이상의 제1 백색 LED 및 제1 색 온도와 다른 제2 색 온도에 대응하는 제2 스펙트럼을 발생하는 하나 이상의 제2 백색 LED)가 이용될 수 있다. 조명 유닛(100)에서의 서로 다른 색상의 LED 및/또는 서로 다른 색 온도의 백색 LED의 이러한 조합은 조명 조건의 다수의 바람직한 스펙트럼의 정확한 재현을 용이하게 해줄 수 있으며, 이러한 조명 조건의 예로는 서로 다른 시간에서의 각종의 실외 일광 상응 조건, 다양한 실내 조명 조건, 복잡한 다색 배경을 시뮬레이션하는 조명 조건, 기타 등등이 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 기타의 바람직한 조명 조건은 어떤 환경들에서 특정적으로 흡수, 감쇠 또는 반사될 수 있는 특정의 스펙트럼을 제거함으로써 생성될 수 있다. 예를 들어, 물은 대부분의 비청색 및 비녹색 색상의 광을 흡수하여 감쇠시키는 경향이 있으며, 따라서 수중에서의 응용은 다른 스펙트럼 원소들에 대해 어떤 스펙트럼 원소를 강조 또는 감쇠시키도록 조정되어 있는 조명 조건으로부터 이익을 볼 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 조명 유닛(100)은 또한 정보를 저장하는 메모리(114)도 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(114)는 (예를 들어, 광원에 대한 하나 이상의 제어 신호를 발생하기 위해) 프로세서(102)에서 실행하기 위한 하나 이상의 조명 명령 또는 프로그램은 물론 가변 색상 방사를 발생하는 데 유용한 다양한 유형의 데이터(예를 들어, 이하에서 더 설명하는 보정(calibration) 정보)를 저장하는 데 이용될 수 있다. 메모리(114)는 또한 조명 유닛(100)을 식별하기 위해 로컬적으로 또는 시스템 레벨에서 사용될 수 있는 하나 이상의 특정의 식별자(예를 들어, 일련번호, 주소, 기타)도 저장할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 이러한 식별자들은, 예를 들어, 제조업자에 의해 사전 프로그램될 수 있고, 그 후에 (예를 들어, 조명 유닛에 있는 어떤 유형의 사용자 인터페이스를 통해, 조명 유닛에 의해 수신된 하나 이상의 데이터 또는 제어 신호를 통해, 기타 등등을 통해) 변경가능하거나 그렇지 않을 수 있다. 다른 대안으로서, 이러한 식별자들은 조명 유닛을 현장에서 처음 사용할 때 결정될 수 있고, 다시 말하지만 그 후에 변경가능하거나 그렇지 않을 수 있다.

여전히 도 1을 참조하면, 조명 유닛(100)은 다수의 사용자-선택가능 설정 또는 기능(예를 들어, 일반적으로 조명 유닛(100)의 광 출력을 제어하는 것, 조명 유닛에 의해 발생되는 다양한 사전 프로그램된 조명 효과를 변경 및/또는 선택하는 것, 선택된 조명 효과의 다양한 파라미터를 변경 및/또는 선택하는 것, 조명 유닛의 주소 또는 일련번호 등의 특정의 식별자를 설정하는 것, 기타) 중 임의의 것을 용이하게 해주기 위해 제공되는 하나 이상의 사용자 인터페이스(118)를 선택적으로 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 사용자 인터페이스(118)와 조명 유닛 간의 통신이 유선이나 케이블, 또는 무선 전송을 통해 달성될 수 있다. 한 구현예에서, 조명 유닛의 제어기(105)는 사용자 인터페이스(118)를 모니터링하고 사용자의 인터페이스 조작에 적어도 부분적으로 기초하여 광원(104A, 104B, 104C, 104D) 중 하나 이상을 제어한다. 예를 들어, 제어기(105)는 사용자 인터페이스의 조작에 응답하여 광원들 중 하나 이상을 제어하기 위한 하나 이상의 제어 신호를 발생하도록 구성되어 있을 수 있다. 다른 대안으로서, 프로세서(102)는 메모리에 저장된 하나 이상의 사전 프로그램된 제어 신호를 선택하거나, 조명 프로그램을 실행하여 발생된 제어 신호를 수정하거나, 메모리로부터 새로운 조명 프로그램을 선택하여 실행하거나, 또는 광원들 중 하나 이상에 의해 발생된 방사에 다른 방식으로 영향을 주는 것으로 응답하도록 구성되어 있을 수 있다.

상세하게는, 한 구현예에서, 사용자 인터페이스(118)는 제어기(105)로의 전력을 차단하는 하나 이상의 스위치(예를 들어, 표준의 벽 스위치)로 구성될 수 있다. 이 구현예의 한 측면에서, 제어기(105)는 사용자 인터페이스에 의해 제어되는 전력을 모니터링하고 차례로 사용자 인터페이스의 조작에 의한 전력 차단의 지속기간에 적어도 부분적으로 기초하여 광원들 중 하나 이상을 제어하도록 구성되어 있다. 이상에서 살펴본 바와 같이, 제어기는 특히 미리 정해진 전력 차단 지속기간에 응답하여, 예를 들어, 메모리에 저장된 하나 이상의 사전 프로그램된 제어 신호를 선택하거나, 조명 프로그램을 실행하여 발생된 제어 신호를 수정하거나, 메모리로부터 새로운 조명 프로그램을 선택하여 실행하거나, 광원들 중 하나 이상에 의해 발생된 방사에 다른 방식으로 영향을 주도록 구성되어 있을 수 있다.

도 1은 또한 조명 유닛(100)이 하나 이상의 다른 신호원(124)으로부터 하나 이상의 신호(122)를 수신하도록 구성될 수 있다는 것도 나타내고 있다. 한 구현예에서, 조명 유닛의 제어기(105)는 신호(들)(122)만을 사용하거나 신호(들)(122)를 다른 제어 신호들(예를 들어, 조명 프로그램을 실행하여 발생되는 신호, 사용자 인터페이스로부터의 하나 이상의 출력, 기타)과 함께 사용하여 사용자 인터페이스와 관련하여 상기한 것과 유사한 방식으로 광원(104A, 104B, 104C, 104D) 중 하나 이상을 제어할 수 있다.

제어기(105)에 의해 수신되어 처리될 수 있는 신호(들)(122)의 예로는 하나 이상의 오디오 신호, 비디오 신호, 전력 신호, 다양한 유형의 데이터 신호, 네트워크(예를 들어, 인터넷)로부터 획득된 정보를 나타내는 신호, 하나 이상의 검출가능한/감지된 조건을 나타내는 신호, 조명 유닛으로부터의 신호, 변조된 광을 이루고 있는 신호, 기타 등등이 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 다양한 구현예들에서, 신호원(들)(124)은 조명 유닛(100)으로부터 원격지에 위치할 수 있거나 조명 유닛 의 구성요소로서 포함되어 있을 수 있다. 일 실시예에서, 한 조명 유닛(100)으로부터의 신호가 네트워크를 통해 다른 조명 유닛(100)으로 전송될 수 있다.

도 1의 조명 유닛(100)에서 이용되거나 그와 관련하여 사용될 수 있는 신호원(124)의 몇몇 예는 어떤 자극에 응답하여 하나 이상의 신호(122)를 발생하는 각종의 센서 또는 트랜스듀서 중 임의의 것을 포함한다. 이러한 센서의 예로는 열 감응(예를 들어, 온도, 적외선) 센서, 습도 센서, 움직임 센서, 포토센서/광 센서(예를 들어, 포토다이오드, 분광복사계(spectroradiometer) 또는 분광광도계(spectrophotometer) 등의 하나 이상의 특정의 전자기 방사 스펙트럼에 민감한 센서, 기타) 등의 다양한 유형의 환경 조건 센서, 다양한 유형의 카메라, 소리 또는 진동 센서, 또는 기타의 압력/힘 트랜스듀서(예를 들어, 마이크, 압전 디바이스), 기타 등등이 있지만, 이들로 제한되지 않는다.

신호원(124)의 부가적인 예는 전기 신호 또는 특성(예를 들어, 전압, 전류, 저력, 저항, 커패시턴스, 인덕턴스, 기타) 또는 화학적/생물학적 특성(예를 들어, 산도(acidity), 하나 이상의 특정의 화학적 또는 생물학적 제제, 박테리아, 기타의 존재)을 모니터링하고 그 신호 또는 특성의 측정값에 기초하여 하나 이상의 신호(122)를 제공하는 다양한 계측/검출 디바이스를 포함한다. 신호원(124)의 또다른 예는 다양한 유형의 스캐너, 이미지 인식 시스템, 음성 또는 기타 소리 인식 시스템, 인공 지능 및 로봇 시스템, 기타 등등을 포함한다. 신호원(124)은 또한 조명 유닛(100), 다른 제어기 또는 프로세서, 또는 미디어 플레이어, MP3 플레이어, 컴퓨터, DVD 플레이어, CD 플레이어, 텔레비전 신호원, 카메라 신호원, 마이크, 스 피커, 전화, 셀 전화, 인스턴트 메신저 디바이스, SMS 디바이스, 무선 디바이스, 개인용 전자 수첩(personal organizer) 디바이스, 및 많은 다른 것들 등의 많은 이용가능한 신호 발생 디바이스 중 임의의 것일 수 있다.

일 실시예에서, 도 1에 도시된 조명 유닛(100)은 또한 광원(104A, 104B, 104C, 104D)에 의해 발생되는 방사를 광학적으로 처리하는 하나 이상의 광학 요소(130)도 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 광학 요소는 발생된 방사의 공간 분포 및 전파 방향 중 하나 또는 그 둘다를 변경하도록 구성되어 있을 수 있다. 상세하게는, 하나 이상의 광학 요소가 발생된 방사의 확산각(diffusion angle)을 변경하도록 구성되어 있을 수 있다. 이 실시예의 한 측면에서, 하나 이상의 광학 요소(130)는 (예를 들어, 어떤 전기적 및/또는 기계적 자극에 응답하여) 발생된 방사의 공간 분포 및 전파 방향 중 하나 또는 그 둘다를 가변적으로 변경하도록 특별히 구성되어 있을 수 있다. 조명 유닛(100)에 포함될 수 있는 광학 요소의 예로는 반사 물질, 굴절 물질, 반투명 물질, 필터, 렌즈, 거울, 및 광섬유가 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 광학 요소(130)는 또한 인광 물질, 발광 물질, 또는 발생된 방사에 반응하거나 그와 상호작용할 수 있는 기타 물질을 포함할 수 있다.

역시 도 1에 도시된 바와 같이, 조명 유닛(100)은 조명 유닛(100)을 각종의 다른 디바이스들 중 임의의 것에 연결시키는 것을 용이하게 해주기 위해 하나 이상의 통신 포트(125)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 통신 포트(125)는, 조명 유닛들 중 적어도 일부가 주소 지정가능하고(예를 들어, 특정의 식별자 또는 주소를 갖고) 네트워크를 통해 전달된 특정의 데이터에 응답하는 네트워크화된 조명 시스템으로서, 다수의 조명 유닛을 서로 연결시키는 것을 용이하게 해줄 수 있다.

상세하게는, 네트워크화된 조명 시스템 환경에서는, (예를 들어, 도 2와 관련하여) 이하에서 추가적으로 더 상세히 설명하는 바와 같이, 데이터가 네트워크를 통해 전달될 때, 네트워크에 연결된 각각의 조명 유닛의 제어기(105)는 그와 관련되어 있는 특정의 데이터(예를 들어, 조명 제어 명령)(예를 들어, 어떤 경우에, 네트워크화된 조명 유닛들의 각자의 식별자에 의해 결정됨)에 응답하도록 구성되어 있을 수 있다. 주어진 제어기가 그에게로 보내진 특정의 데이터를 식별하는 경우, 제어기는 데이터를 판독하고, 예를 들어, 수신된 데이터에 따라 (예를 들어, 광원들에 대해 적절한 제어 신호를 발생함으로써) 그의 광원들에 의해 발생되는 조명 상태를 변경할 수 있다. 한 측면에서, 네트워크에 연결된 각각의 조명 유닛의 메모리(127)에는, 예를 들어, 제어기의 프로세서(102)가 수신하는 데이터에 대응하는 조명 제어 신호들의 테이블이 로드될 수 있다. 프로세서(102)가 네트워크로부터 데이터를 수신하면, 프로세서는 이 테이블을 조회하여 수신된 신호에 대응하는 제어 신호를 선택하고 그에 따라 조명 유닛의 광원들을 제어할 수 있다.

이 실시예의 한 측면에서, 주어진 조명 유닛의 프로세서(102)는, 조명 유닛이 네트워크에 연결되어 있든 그렇지 않든 간에, (예를 들어, 미국 특허 제6,016,038호 및 제6,211,626호에 기술되어 있는) DMX 프로토콜(조명 업계에서 어떤 프로그램가능 조명 응용을 위해 종래에 이용되는 조명 명령 프로토콜임)로 수신되 는 조명 명령어/데이터를 해석하도록 구성되어 있을 수 있다. DMX 프로토콜에서, 조명 명령어는 512 바이트의 데이터를 포함하는 패킷 형식으로 되어 있는 제어 데이터로서 조명 유닛으로 전송되며, 여기서 각각의 데이터 바이트는 0 내지 255의 디지털 값을 표현하는 8-비트로 이루어져 있다. 이들 512 데이터 바이트는 그 앞에 "시작 코드" 바이트가 온다. 513 바이트(시작 코드와 데이터)를 포함하는 전체 "패킷"은 RS-485 전압 레벨 및 배선 지침에 따라 250 kbit/s로 직렬로 전송되고, 패킷의 시작은 적어도 88 마이크로초의 중단으로 표시된다.

DMX 프로토콜에서, 주어진 패킷에서의 512 바이트 중의 각각의 데이터 바이트가 다중-채널 조명 유닛의 특정의 "채널"에 대한 조명 명령이며, 여기서 0의 디지털 값은 조명 유닛의 주어진 채널에 대한 방사 출력이 없음(즉, 채널 꺼짐)을 나타내고, 255의 디지털 값은 조명 유닛의 주어진 채널에 대한 총 방사 출력(100% 가용 전력)(즉, 채널 완전히 켜짐)을 나타낸다. 예를 들어, 한 측면에서, 당분간 적색, 녹색 및 청색 LED에 기초한 3-채널 조명 유닛(즉, "R-G-B" 조명 유닛)을 생각해보면, DMX 프로토콜에서의 조명 명령은 적색 채널 명령, 녹색 채널 명령, 및 청색 채널 명령 각각을 0 내지 255의 값을 나타내는 8-비트 데이터(즉, 데이터 바이트)로서 지정할 수 있다. 색상 채널들 중 임의의 채널에 대한 255의 최대값은 프로세서(102)에게 대응하는 광원(들)을 제어하여 그 채널에 대한 최대 가용 전력(즉, 100%)으로 동작시킴으로써 그 색상에 대한 최대 가용 방사 출력을 발생하도록 지시한다(R-G-B 조명 유닛에 대한 이러한 명령 구조를 통상 24-비트 색상 제어라고 한다). 따라서, 형식 [R, G, B] = [255, 255, 255]의 명령은 조명 유닛으로 하여 금 적색광, 녹색광 및 청색광 각각에 대한 최대 방사 출력을 발생하게 한다(따라서 백색광을 생성한다).

따라서, DMX 프로토콜을 이용하는 주어진 통신 링크는 종래에 최대 512개의 서로 다른 조명 유닛 채널을 지원할 수 있다. DMX 프로토콜 형식으로 되어 있는 통신을 수신하도록 설계된 주어진 조명 유닛은 일반적으로 조명 유닛의 채널의 수에 대응하는 패킷 내의 512 바이트 중 하나 이상의 특정의 데이터 바이트(예를 들어, 3-채널 조명 유닛의 예에서, 3 바이트가 조명 유닛에 의해 사용됨)에만 반응하고, 패킷 내의 512 데이터 바이트의 전체 시퀀스에서의 원하는 데이터 바이트(들)의 특정의 위치에 기초하여, 나머지 바이트는 무시하도록 구성되어 있다. 이를 위해, DMX-기반 조명 유닛은 주어진 DMX 패킷에서 조명 유닛이 응답하는 데이터 바이트(들)의 특정의 위치를 결정하기 위해 사용자/설치자에 의해 수동으로 설정될 수 있는 주소 선택 메카니즘을 구비하고 있을 수 있다.

그렇지만, 다양한 실시예들에 따른 조명 유닛이 그 각자의 광원을 제어하기 위해 다른 유형의 통신 프로토콜/조명 명령 형식에 응답하도록 구성될 수 있기 때문에, 본 발명의 목적에 적합한 조명 유닛이 DMX 명령 형식으로 제한되지 않는다는 것을 잘 알 것이다. 일반적으로, 프로세서(102)는 각각의 채널에 대한 0 내지 최대 가용 동작 전력을 나타내는 어떤 스케일에 따라 다중-채널 조명 유닛의 각각의 서로 다른 채널에 대한 규정된 동작 전력을 표현하는 다양한 형식의 조명 명령에 응답하도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 다른 실시예에서, 주어진 조명 유닛의 프로세서(102)는 종래의 이더넷 프로토콜(또는 이더넷 개념에 기초한 유사한 프로토콜)로 수신되는 조명 명령어/데이터를 해석하도록 구성될 수 있다. 이더넷은 네트워크를 형성하는 상호접속된 디바이스들에 대한 배선 및 시그널링 요건은 물론 네트워크를 통해 전송되는 데이터에 대한 프레임 형식 및 프로토콜을 정의하는, 근거리 통신망(LAN)에 종종 이용되는 공지의 컴퓨터 네트워킹 기술이다. 네트워크에 연결된 디바이스들은 각자의 고유 주소를 가지며, 네트워크 상의 하나 이상의 주소 지정가능 디바이스들에 대한 데이터는 패킷으로 구성되어 있다. 각각의 이더넷 패킷은 목적지 주소(패킷이 어디로 가는지) 및 소스 주소(패킷이 어디로부터 왔는지)를 지정하는 "헤더"를 포함하고, 그 뒤에 몇 바이트의 데이터를 포함하는 "페이로드"(예를 들어, 타입 II 이더넷 프레임 프로토콜에서, 페이로드는 46 데이터 바이트 내지 1500 데이터 바이트일 수 있음)가 온다. 패킷은 에러 정정 코드, 즉 "체크섬"으로 끝난다. 이상에서 설명한 DMX 프로토콜에서와 같이, 이더넷 프로토콜로 통신을 수신하도록 구성된 주어진 조명 유닛으로 보내지는 연속적인 이더넷 패킷의 페이로드는 조명 유닛에 의해 발생될 수 있는 서로 다른 이용가능한 광 스펙트럼(예를 들어, 서로 다른 색상 채널)에 대한 각자의 규정된 방사 출력을 나타내는 정보를 포함할 수 있다.

또다른 실시예에서, 주어진 조명 유닛의 프로세서(102)는, 예를 들어, 미국 특허 제6,777,891호에 기술되어 있는 바와 같은 직렬-기반 통신 프로토콜로 수신되는 조명 명령어/데이터를 해석하도록 구성될 수 있다. 상세하게는, 직렬-기반 통신 프로토콜에 기초한 일 실시예에 따르면, 다수의 조명 유닛(100)이 그의 통신 포트(120)를 통해 서로 연결되어 조명 유닛들의 직렬 접속(예를 들어, 데이지-체인 또는 링 토폴로지)을 형성하며, 여기서 각각의 조명 유닛은 입력 통신 포트 및 출력 통신 포트를 갖는다. 조명 유닛으로 전송되는 조명 명령어/데이터는 각각의 조명 유닛의 직렬 접속에서의 상대 위치에 기초하여 순차적으로 배열되어 있다. 조명 유닛들의 직렬 상호접속에 기초한 조명 네트워크가 직렬-기반 통신 프로토콜을 이용하는 실시예와 관련하여 상세히 기술되어 있지만, 본 발명에서 생각되는 조명 네트워크 토폴로지의 다른 예들이 도 3과 관련하여 이하에서 더 설명되기 때문에, 본 발명이 이와 관련하여 제한되지 않는다는 것을 잘 알 것이다.

직렬-기반 통신 프로토콜을 이용하는 일 실시예에서, 직렬 접속에서의 각각의 조명 유닛의 프로세서(102)가 데이터를 수신할 때, 프로세서는 그에게로 보내진 데이터 시퀀스의 하나 이상의 처음 부분들을 "떼어내고", 즉 추출하고 데이터 시퀀스의 나머지를 직렬 접속에서의 그 다음 조명 유닛으로 전송한다. 예를 들어, 또다시 다수의 3-채널(예를 들어, "R-G-B") 조명 유닛의 직렬 상호접속을 가정하면, 3개의 다중-비트 값(채널마다 하나씩의 다중-비트 값)이 각각의 3-채널 조명 유닛에 의해 수신된 데이터 시퀀스로부터 추출된다. 직렬 접속에서의 각각의 조명 유닛은 차례로 이 절차를 반복한다, 즉 수신된 데이터 시퀀스의 하나 이상의 처음 부분(다중-비트 값)을 떼어내고, 즉 추출하고 그 시퀀스의 나머지를 전송한다. 각각의 조명 유닛에 의해 차례로 떼어내어진 데이터 시퀀스의 처음 부분은 조명 유닛에 의해 발생될 수 있는 서로 다른 이용가능한 광 스펙트럼(예를 들어, 서로 다른 색상 채널)에 대한 각자의 규정된 방사 출력을 포함할 수 있다. DMX 프로토콜과 관련하여 이상에서 설명한 바와 같이, 다양한 구현예들에서, 부분적으로 각각의 채널 에 대한 원하는 제어 분해능에 따라, 채널마다의 각각의 다중-비트 값은 8-비트 값이거나 채널마다 다른 수의 비트(예를 들어, 12, 16, 24, 기타)일 수 있다.

직렬-기반 통신 프로토콜의 또다른 예시적인 구현예에서, 수신된 데이터 시퀀스의 처음 부분을 떼어내기 보다는, 플래그가 주어진 조명 유닛의 다수의 채널에 대한 데이터를 나타내는 데이터 시퀀스의 각 부분과 연관되어 있으며, 다수의 조명 유닛에 대한 전체 데이터 시퀀스가 직렬 접속에서의 조명 유닛에서 조명 유닛으로 전체적으로 전송된다. 직렬 접속에서의 조명 유닛이 데이터 시퀀스를 수신할 때, 조명 유닛은 (하나 이상의 채널을 나타내는) 주어진 부분이 어떤 조명 유닛에 의해서도 아직 판독되지 않은 것으로 플래그가 나타내는 데이터 시퀀스의 첫번째 부분을 찾는다. 이러한 부분을 찾으면, 조명 유닛은 그 부분을 판독하고 처리하여 대응하는 광 출력을 제공하고, 그 부분이 판독되었음을 나타내도록 대응하는 플래그를 설정한다. 다시 말하면, 전체 데이터 시퀀스가 조명 유닛에서 조명 유닛으로 전체적으로 전송되고, 여기서 플래그의 상태는 데이터 시퀀스의 그 다음 부분이 판독 및 처리에 이용가능한지를 나타낸다.

직렬-기반 통신 프로토콜에 관한 일 실시예에서, 직렬-기반 통신 프로토콜용으로 구성된 주어진 조명 유닛의 제어기(105)는 이상에서 설명한 "데이터 떼어내기/추출" 프로세스 또는 "플래그 수정" 프로세스에 따라 수신된 조명 명령어/데이터 스트림을 특정하여 처리하도록 설계된 ASIC(application-specific integrated circuit)로서 구현될 수 있다. 보다 구체적으로는, 직렬 상호접속에서 서로 연결되어 네트워크를 형성하는 다수의 조명 유닛의 한 예시적인 실시예에서, 각각의 조 명 유닛은 도 1에 도시된 프로세서(102), 메모리(114) 및 통신 포트(들)(120)의 기능을 갖는 ASCI-구현 제어기(105)를 포함한다(물론, 선택적인 사용자 인터페이스(118) 및 신호원(124)이 어떤 구현예에서는 포함될 필요가 없다). 이러한 구현예가 미국 특허 제6,777,891호에 상세히 설명되어 있다.

일 실시예에서, 광원(104)은 하나 이상의 전원(108)을 포함할 수 있고 및/또는 그에 연결되어 있을 수 있다. 다양한 측면들에서, 전원(들)(108)의 예로는 AC 전원, DC 전원, 배터리, 태양-기반 전원, 열전(thermoelectric) 또는 기계-기반 전원, 기타 등등이 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 그에 부가하여, 한 측면에서, 전원(들)(108)은 외부 전원에 의해 수신된 전력을 광원(104)의 다양한 내부 회로 부품 및 광원의 동작에 적합한 형태로 변환하는 하나 이상의 전력 변환 디바이스 또는 전력 변환 회로(예를 들어, 어떤 경우에, 광원(104) 내부에 있음)를 포함하거나 그와 연관되어 있을 수 있다. 발명의 명칭이 "LED Power Control Methods and Apparatus(LED 전력 제어 방법 및 장치)"인 미국 특허 제7,256,554호(여기에 인용함으로써 그 전체 내용이 본 명세서에 포함됨)에 기술된 한 예시적인 구현예에서, 광원(104)의 제어기(105)는 전원(108)으로부터 표준의 AC 선간 전압을 받고 DC-DC 변환에 관련된 개념 또는 "스위칭" 전원 개념에 기초하여 조명 유닛의 광원 및 기타 회로에 적절한 DC 동작 전력을 제공하도록 구성되어 있을 수 있다. 이러한 구현에들의 한 측면에서, 제어기(105)는 표준의 AC 선간 전압을 받을 뿐만 아니라 상당히 높은 역률로 선간 전압으로부터 전력을 도출하는 회로를 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크화된 조명 시스템(200)의 일례 를 나타낸 것이다. 도 2의 실시예에서, 도 1과 관련하여 이상에서 설명한 것들과 유사한 다수의 조명 유닛(100)이 서로 연결되어 네트워크화된 조명 시스템을 형성한다. 그렇지만, 도 2에 도시된 조명 유닛의 특정의 구성 및 배열이 단지 예시를 위한 것이며 본 발명이 도 2에 도시된 특정의 시스템 토폴로지로 제한되지 않는다는 것을 잘 알 것이다.

그에 부가하여, 도 2에 명시적으로 도시되어 있지는 않지만, 네트워크화된 조명 시스템(200)이 하나 이상의 사용자 인터페이스는 물론 센서/트랜스듀서 등의 하나 이상의 신호원을 포함하도록 유연하게 구성될 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 예를 들어, 하나 이상의 사용자 인터페이스 및/또는 센서/트랜스듀서 등의 하나 이상의 신호원(도 1과 관련하여 이상에서 설명함)은 네트워크화된 조명 시스템(200)의 조명 유닛들 중 하나 이상과 연관되어 있을 수 있다. 다른 대안으로서(또는 이상의 것들에 부가하여), 하나 이상의 사용자 인터페이스 및/또는 하나 이상의 신호원이 네트워크화된 조명 시스템(200)에서 "독립형" 구성요소로서 구현될 수 있다. 독립형 구성요소이든 하나 이상의 조명 유닛(100)과 특별히 연관되어 있든 간에, 이들 디바이스는 네트워크화된 조명 시스템의 조명 유닛들에 의해 "공유"될 수 있다. 달리 말하면, 하나 이상의 사용자 인터페이스 및/또는 센서/트랜스듀서 등의 하나 이상의 신호원이 네트워크화된 조명 시스템의 조명 유닛들 중 하나 이상을 제어하는 것과 관련하여 사용될 수 있는 네트워크화된 조명 시스템 내의 "공유 자원"을 구성할 수 있다.

도 2의 실시예에 도시된 바와 같이, 조명 시스템(200)은 하나 이상의 조명 유닛 제어기(이후부터 "LUC"라고 함)(208A, 208B, 208C, 208D)를 포함할 수 있고, 여기서 각각의 LUC는 그에 연결된 하나 이상의 조명 유닛(100)과 통신하여 일반적으로 이들 조명 유닛(100)을 제어하는 일을 맡고 있다. 도 2가 각각의 LUC에 하나의 조명 유닛(100)이 연결되어 있는 것을 나타내고 있지만, 다른 수의 조명 유닛(100)이 각종의 서로 다른 통신 매체 및 프로토콜을 사용하여 각종의 서로 다른 구성(직렬 접속, 병렬 접속, 직렬 접속과 병렬 접속의 조합, 기타)으로 주어진 LUC에 연결될 수 있기 때문에, 본 발명이 이와 관련하여 제한되지 않는다는 것을 잘 알 것이다.

도 2의 시스템에서, 각각의 LUC는 차례로 하나 이상의 LUC와 통신하도록 구성되어 있는 중앙 제어기(202)에 연결될 수 있다. 도 2가 일반 접속(204)(임의의 수의 각종의 종래의 연결, 스위칭 및/또는 네트워킹 디바이스를 포함할 수 있음)을 통해 중앙 제어기(202)에 연결된 4개의 LUC를 나타내고 있지만, 다양한 실시예들에 따르면, 다른 수의 LUC가 중앙 제어기(202)에 연결될 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 그에 부가하여, 본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, LUC 및 중앙 제어기는 각종의 서로 다른 통신 매체 및 프로토콜을 사용하여 각종의 구성으로 서로 연결되어 네트워크화된 조명 시스템(200)을 형성할 수 있다. 게다가, LUC와 중앙 제어기의 상호접속 및 조명 유닛들과 각자의 LUC의 상호접속이 서로 다른 방식으로(예를 들어, 서로 다른 구성, 통신 매체, 및 프로토콜을 사용하여) 달성될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.

예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 2에 도시된 중앙 제어기(202) 는 LUC와 이더넷-기반 통신을 구현하도록 구성될 수 있고, 차례로 LUC는 조명 유닛(100)과 이더넷-기반, DMX-기반 또는 직렬-기반 프로토콜 통신 중 하나를 구현하도록 구성될 수 있다(상기한 바와 같이, 다양한 네트워크 구현에 적합한 예시적인 직렬-기반 프로토콜이 미국 특허 제6,777,891호에 상세히 설명되어 있음). 상세하게는, 이 실시예의 한 측면에서, 각각의 LUC는 주소 지정가능 이더넷-기반 제어기로서 구성될 수 있고, 그에 따라 이더넷-기반 프로토콜을 사용하여 특정의 고유 주소(또는 고유의 주소 및/또는 기타 식별자 그룹)를 통해 중앙 제어기(202)에서 식별가능할 수 있다. 이와 같이, 중앙 제어기(202)는 결합된 LUC들의 네트워크에 걸쳐 이더넷 통신을 지원하도록 구성될 수 있고, 각각의 LUC는 그에게로 보내지는 통신들에 응답할 수 있다. 차례로, 각각의 LUC는 중앙 제어기(202)와의 이더넷 통신에 응답하여, 예를 들어, 이더넷, DMX 또는 직렬-기반 프로토콜을 통해, 자신에 연결된 하나 이상의 조명 유닛에 조명 제어 정보를 전달할 수 있다(여기서, 조명 유닛은 이더넷, DMX, 또는 직렬-기반 프로토콜로 LUC로부터 수신되는 정보를 해석하도록 적절히 구성되어 있음).

도 2에 도시된 LUC(208A, 208B, 208C)는 조명 제어 정보가 조명 유닛(100)으로 전달될 수 있기 전에 중앙 제어기(202)가 LUC에 의해 해석되어야만 하는 상위 레벨 명령을 LUC에 전달하도록 구성될 수 있다는 점에서 "지능적"이도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 조명 시스템 조작자는, 조명 유닛들이 서로에 대해 특정의 배치로 되어 있는 경우, 여러 색의 무지개가 퍼져가는 모습("무지개 쫓기(rainbow chase)")을 발생하도록 조명 유닛마다 색상을 변화시키는 색상 변경 효과를 발생하 고자 할 수 있다. 이 예에서, 조작자는 이것을 달성하기 위해 중앙 제어기(202)에 간단한 명령어를 제공할 수 있고, 차례로 중앙 제어기는 "무지개 쫓기"를 발생하는 상위 레벨 명령을 이더넷-기반 프로토콜을 사용하여 하나 이상의 LUC로 전달할 수 있다. 이 명령은, 예를 들어, 타이밍, 세기, 색조, 채도 또는 기타 관련 정보를 포함할 수 있다. 주어진 LUC가 이러한 명령을 수신할 때, 그 LUC는 명령을 해석하고 각종의 프로토콜(예를 들어, 이더넷, DMX, 직렬-기반) 중 임의의 것을 사용하여 추가적인 명령을 하나 이상의 조명 유닛으로 전달하고, 이에 응답하여 조명 유닛의 각자의 광원들이 각종의 시그너링 기법들(예를 들어, PWM) 중 임의의 기법을 통해 제어된다.

또한, 조명 네트워크의 하나 이상의 LUC가 다수의 조명 유닛(100)의 직렬 접속에 연결되어 있을 수 있다(예를 들어, 2개의 직렬-접속된 조명 유닛(100)에 연결되어 있는 도 2의 LUC(208A)를 참조할 것). 예를 들어, 이와 같이 연결된 각각의 LUC는 직렬-기반 통신 프로토콜을 사용하여 다수의 조명 유닛과 통신하도록 구성되어 있으며, 이러한 것의 예들에 대해 이상에서 설명하였다. 보다 구체적으로는, 한 예시적인 구현예에서, 주어진 LUC는 이더넷-기반 프로토콜을 사용하여 중앙 제어기(202) 및/또는 하나 이상의 다른 LUC와 통신하고, 차례로 직렬-기반 통신 프로토콜을 사용하여 다수의 조명 유닛과 통신하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, LUC는 어떤 의미에서 이더넷-기반 프로토콜로 조명 명령어 또는 데이터를 수신하고 직렬-기반 프로토콜을 사용하여 그 명령어를 다수의 직렬-접속된 조명 유닛들로 전달하는 프로토콜 변환기로 볼 수 있다. 물론, 각종의 가능한 토폴로지로 배열된 DMX-기반 조명 유닛을 포함하는 다른 네트워크 구현예에서, 주어진 LUC가 이와 유사하게 이더넷 프로토콜로 조명 명령어 또는 데이터를 수신하고 DMX 프로토콜 형식으로 된 명령어를 전달하는 프로토콜 변환기로 볼 수 있다는 것을 잘 알 것이다.

다시 말하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 시스템에서 다수의 서로 다른 통신 구현(예를 들어, 이더넷/DMX)을 사용하는 상기 예가 단지 예시를 위한 것이며 본 발명이 이 특정의 예로 제한되지 않는다는 것을 잘 알 것이다.

이상으로부터, 하나 이상의 조명 유닛이 상기한 바와 같이 광범위한 색상에 걸친 고도로 제어가능한 가변 색상 광을 발생하는 것은 물론 광범위한 색 온도에 걸친 가변 색 온도 백색광을 발생할 수 있다는 것을 잘 알 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 다수의 조명 유닛 또는 광원(예를 들어, LED)의 접속이 병렬이 아니라 직렬로 동작 전력을 수신하는 것으로 생각하는 것이 종종 유용하다. 다수의 LED의 직렬 상호접속은 통상적인 LED 순방향 전압보다 상당히 더 높은 동작 전압의 사용을 가능하게 해줄 수 있고, 전원(예를 들어, 120 VAC 또는 240 VAC 등의 벽 전원 또는 선간 전압)과 부하 사이에 변압기를 필요로 하지 않고 다수의 LED 또는 LED-기반 조명 유닛의 동작을 가능하게 해줄 수 있다(즉, 다수의 직렬-접속된 부하들이 선간 전압으로부터 "직접" 동작될 수 있다).

그에 따라, 본 발명의 다른 실시예들은 일반적으로 다중-요소 광원의 각자의 요소 및/또는 다수의 광원 자체가 동작 전력을 받기 위해 직렬로 연결되어 있는 LED-기반 광원을 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 이하에서 더 설명되는 다양한 실시예들에서, 실질적으로 적절한 수의 LED 또는 LED-기반 조명 유닛이 적어 도 부분적으로 각각의 LED 또는 조명 유닛의 공칭 동작 전압에 따라 직렬로 연결될 수 있고 예상된 공칭 공급 전압이 이용가능한 전원에 의해 제공될 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 이하에서의 설명을 위해, 직렬-접속된 LED에 관한 다양한 개념들에 대해 먼저 설명하지만, 본 명세서에서 설명되는 개념들 전부가 아닌 다수의 개념들이 다양한 LED 그룹(직렬, 병렬, 및/또는 직/병렬 배열)은 물론 동작 전력을 받기 위해 직렬로 연결되어 있는 다수의 LED-기반 조명 유닛에 적용될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 다수의 직렬-접속된 LED를 포함하는 LED-기반 조명 장치(100A)의 블록도이다. 도 3의 장치에서, 다수의 LED는 동작 전압(전원(108)에 대해서는 도 1과 관련하여 이상에서 전반적으로 설명하였음)이 인가되는 제1 노드(108A)와 제2 노드(108B) 사이에 공칭 직렬 접속되어 직렬-접속된 디바이스 "스택"을 형성하고 있다. 이하의 설명을 위해, 제1 및 제2 노드에 각각 인가되는 2개의 전압 전위 중 하나에 대한 직렬-접속된 디바이스 "스택"에서의 하나 이상의 LED의 위치를 "스택"에서의 "높이"라고 한다.

도 3에서, 제1 광원(104B)(예시를 위해 하나의 LED로 나타내어져 있음)은 스택에서 제1 높이에 나타내어져 있고 제2 광원(104A)(다시 말하자면, 예시를 위해 하나의 LED로 나타내어져 있음)은 스택에서 제2 높이에 나타내어져 있다. 도 3이 2개의 광원을 갖는 예시적인 장치를 나타내고 있지만, 주어진 장치에서 실질적으로 임의의 수의 광원이 직렬로 접속될 수 있기 때문에, 상기한 바와 같이 본 발명이 이와 관련하여 제한되지 않는다는 것을 잘 알 것이다. 도 3은 또한 제1 노드와 제 2 노드 사이에서 LED에 직렬로 접속된 전류원(310)을 나타내고 있으며, 한 측면에서, 전류원(310)은 동작 전압이 제1 노드와 제2 노드에 인가될 때 직렬-접속된 LED 중 하나 이상을 통해 제1 노드와 제2 노드 사이에 흐르는 직렬 전류(I _series )를 설정한다.

도 1과 관련하여 상기한 바와 같이, 다양한 구현예들에서, 도 3에 도시된 장치(100A)의 광원(104A, 104B) 각각은 하나의 LED 또는 다수의 LED(예를 들어, 병렬 배열로 상호접속되어 있음)를 포함할 수 있다. 그에 부가하여, 광원(104A, 104B)은 유사한 또는 실질적으로 동일한 스펙트럼(예를 들어, 컬러 광 또는 본질적으로 백색인 광을 구성함)을 갖는 방사를 발생할 수 있거나, 광원(104A, 104B)은 각각 서로 다른 스펙트럼을 발생할 수 있다. 그에 따라, 서로 다른 구현예에서, 직렬-접속된 디바이스들의 스택에서의 각각의 서로 다른 높이에서 하나 이상의 LED가 이용될 수 있고, 게다가, 컬러 광의 서로 다른 스펙트럼(또는 백색광의 서로 다른 색 온도)이 스택에서의 서로 다른 높이에서 발생될 수 있거나 본질적으로 동일한 광 스펙트럼이 스택에서의 각각의 높이에서 발생될 수 있다. 다시 말하면, 이하의 설명에서 예시를 위해, 도 3의 광원(104A, 104B) 각각을 단순히 LED라고 말하지만, 본 발명의 다양한 구현예들이 직렬-접속된 디바이스들의 스택에서의 각각의 높이에서 하나의 LED를 갖는 것으로 제한되지 않는다는 것을 잘 알 것이다.

또한, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 장치(100A)는 직렬-접속된 LED 중 하나 이상과 병렬로 접속된 하나 이상의 제어가능한 전류 경로(312A, 312B)(간략히 "CCP"라고 함)를 포함한다. 다양한 측면에서, 제어가능한 전류 경로는 직렬 전류(I _series )가 주어진 LED를 완전히 우회하게 하는 제어가능한 스위치로서 또는 직렬 전류의 전부 또는 일부만이 주어진 LED를 우회하게 하도록 구성된 제어가능한 가변 또는 고정 전류원으로서 구현될 수 있다. 이와 같이, 주어진 LED의 밝기가 제어될 수 있고, 극단적으로 전류가 LED를 완전히 우회하게 함으로써 LED가 완전히 꺼질 수 있다. 도 3이 제어가능한 전류 경로(312A, 312B)와 LED(104A, 104B) 간의 일대일 대응관계를 나타낸 것이지만, 본 발명이 이와 관련하여 제한되지 않는다는 것을 잘 알 것이다. 상세하게는, 이하에서 더 설명되는 다양한 실시예들에 따르면, 직렬 접속에서의 각각의 LED가 전용의/대응하는 제어가능한 전류 경로와 연관될 필요가 없으며, 오히려 어떤 구현예들에서, 어떤 제어가능한 전류 경로도 직렬 접속의 하나 이상의 LED와 연관되어 있지 않을 수 있고 및/또는 주어진 제어가능한 전류 경로가 직렬 접속의 다수의 LED와 연관되어 있을 수 있다.

도 3에 도시된 실시예의 다른 측면에서, 장치(100A)는 하나 이상의 제어가능한 전류 경로(312A, 312B)를 각자의 제어 신호(314A, 314B)를 통해 제어하도록 구성된 제어기(105A)를 포함한다. 도 3에서, 제어기는 동작 전력을 획득하기 위해 제1 및 제2 노드에 인가되는 동작 전압에 연결되어 있는 것으로 도시되어 있다. 다른 대안으로서, 제어기(105A)는 동작 전력을 획득하기 위해 전류원(310) 및 직렬-접속된 LED와 직렬로 연결될 수 있다. 한 구현예에서, 제어기(105A)는 하나 이상의 통신 포트(120A)를 통해 조명 명령어로서 수신된 데이터에 기초하여 하나 이상 의 제어가능한 전류 경로(312A, 312B)를 동작시킬 수 있다(도 1 및 도 2와 관련하여 이상에서 설명하였음). 이를 위해, 제어기는 직렬 데이터 프로토콜에 응답하고 장치(100A)와 유사한 다수의 조명 장치의 각자의 제어기들 간의 직렬 데이터 통신을 용이하게 해주기 위해 적어도 2개의 통신 포트(예를 들어, 데이터 입력 포트 및 데이터 출력 포트)를 포함하도록 구성될 수 있다.

다른 구현예에서, 제어기(105A)는 제1 및 제2 노드(108A, 108B)에 인가되는 이용가능한 동작 전압에 관계된 하나 이상의 측정된 파라미터에 기초하여 하나 이상의 제어가능한 전류 경로를 동작시키도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로는, 일 실시예에서, 전류가 부분적으로 또는 완전히 하나 이상의 직렬-접속된 LED를 우회하게 할 수 있는 기능은 제1 노드 및 제2 노드에 인가되는 공칭 예상 동작 전압이 직렬-접속된 디바이스들 전부에 전원을 제공하는 데 필요한 최소 동작 전압 이하로 떨어지는 상황에서 이용된다. 다양한 구현예들에서, 이 최소 동작 전압은 직렬-접속된 디바이스 스택에서 이용되는 LED의 수 및 유형에, 보다 구체적으로는 스택에서 이용되는 개개의 LED의 각자의 순방향 동작 전압에 적어도 부분적으로 의존할 수 있다.

이상의 내용을 고려하면, 일 실시예에서, 도 3에 도시된 장치(100A)의 제어기(105A)는 직렬-접속된 LED에 대한 이용가능한 동작 전압을 나타내는 하나 이상의 모니터링된 파라미터에 적어도 부분적으로 기초하여 제어가능한 전류 경로들 중 하나 이상을 제어한다. 모니터링된 파라미터(들)로부터, 제어기는 동작 전압에 의해 전원을 공급받을 수 있는 직렬-접속된 LED의 최대 수를 결정하고, 이 최대 수가 직 렬-접속된 LED 전부의 총수보다 작을 때 직렬-접속된 LED 중 하나 이상을 우회하는 직렬 전류의 양을 증가시키기 위해 제어가능한 전류 경로 중 하나 이상을 제어한다. 예를 들어, 한 구현예에서, 제어가능한 전류 경로는 대응하는 LED를 본질적으로 단락시켜 디바이스들의 직렬 접속으로부터 제거하기 위해 전류가 대응하는 LED를 완전히 우회하게 하는 스위치일 수 있다. 이와 같이, 나머지 직렬-접속된 LED를 동작시키는 데 필요한 동작 전압이 전류 우회(current diversion)로 인해 단락되는 각각의 LED의 개개의 동작(순방향) 전압만큼 저하된다.

어떤 예시적인 구현예들에서, 제어기는 제어가능한 전류 경로들 중 하나 이상을 제어하여, 모니터링된 파라미터(들)이 동작 전압이 미리 정해진 문턱값보다 작음을 나타낼 때 대응하는 LED를 우회하는(예를 들어, 대응하는 LED를 단락시키는) 전류의 양을 증가시키도록 구성될 수 있다. 한 측면에서, 상기 미리 정해진 문턱값은 주어진 장치에서의 직렬-접속된 LED 전부에 전원을 공급하는 데 필요한 최소 동작 전압을 나타낼 수 있으며, 이와 같이 주어진 장치에서의 LED의 수 및 LED의 각자의 순방향 전압에 적어도 부분적으로 의존할 수 있다. 마찬가지로, 어떤 시점에서 동작 전압이 어떤 미리 정해진 문턱값보다 낮고 이어서 문턱값 이상으로 증가하는 경우, 제어기는 제어가능한 전류 경로들 중 하나 이상을 적절히 제어하여, 하나 이상의 "단락된" LED가 직렬 전류에 의해 전원을 공급받도록 이를 다시 직렬-접속된 스택에 추가할 수 있다. 보다 일반적으로, 동작 전압을 나타내는 모니터링된 파라미터(들)를 통해, 제어기는 임의의 주어진 때에 이용가능한 동작 전압에 기초하여 효과적으로 전원을 공급받을 수 있는 LED의 수에 관하여 판정을 할 수 있고(또 실질적으로 연속적으로 또는 주기적으로 그렇게 할 수 있음), 그에 따라 하나 이상의 제어가능한 전류 경로를 제어하여 장치의 직렬-접속된 LED 전부 또는 전부보다 적은 LED들에 전원을 공급할 수 있다. 이하에서 더 설명하는 바와 같이, 제어기(105A)는 주어진 기간에 걸쳐 및/또는 주어진 범위의 동작 전압 조건에 걸쳐 제어가능한 전류 경로들 중 하나 이상을 정적으로 또는 동적으로 제어하기 위해 각종의 제어 전략을 구현할 수 있다.

도 3에 도시된 장치(100A)의 또다른 측면들에서, 전류원(310)은 고정 전류원일 수 있거나(즉, 직렬 전류(I _series )의 값이 고정되어 있을 수 있음), 전류원은 직렬 전류(I _series )가 가변이도록 제어가능한 전류원일 수 있다. 이를 위해, 일 실시예에서, 제어기(105A)는 그에 부가하여 도 3에 나타낸 점선 제어 연결(315)로 나타낸 바와 같이 전류원(310)도 제어할 수 있다. 여러 가지 점에서, 제어기는 동작 전압을 나타내는 모니터링된 파라미터(들)에 적어도 부분적으로 기초하여 직렬 전류를 설정하기 위해 또한 각종의 관계(예를 들어, 비례, 반비례, 기타) 중 임의의 관계에 따라 이용가능한 동작 전압의 변화에 기초하여 직렬 전류를 증가시키거나 감소시키기 위해 전류원을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 전류원을 제어하여, 장치의 전원 공급된 LED에 의해 발생된 광의 밝기를 본질적으로 일정하게 유지하기 위해 동작 전압이 감소할 때 직렬 전류를 증가시키도록 구성될 수 있다. 제어기(105A)는 또한 밝기를 감소시키기 위해 직렬 전류의 값을 변화시킬 수 있거나 동작 전압의 변화에 기초하여 직렬 전류를 변화시킬 수 있다. 직렬 전류와 동작 전 압 간의 다양한 동적 관계가 제어기(105A)에 의해 실시될 수 있고, 예를 들어, 한 구현예에서, 직렬 전류는 동작 전압이 감소될 때 서서히 감소될 수 있지만, LED 단락 프로세스가 시작될 때 어떤 양(예를 들어, 25%)만큼 증가될 수 있다. 이와 같이, 동작 전압이 감소될 때 전체 밝기의 갑작스런 감소가 없게 된다. 또다른 측면에서, 제어기(105A)는 전류원(310)을 제어하여, 고정된 또는 가변인 평균 직렬 전류를 제공하기 위해 직렬 전류를 듀티비 변조할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 3에 도시된 장치(100A)의 예시적인 회로 구현예를 나타낸 도면이다. 이 실시예의 한 측면에서, 도 4의 장치는 공칭 예상 동작 전압이 대략 12 내지 14.5 볼트 범위에 있는 자동차 조명 응용에 특히 적합하다. 상세하게는, 종래의 12 볼트 자동차 배터리를 포함하는 전기 시스템에 기초한 자동차 응용에서, 엔진이 돌아가고 있고 전기 시스템이 충전을 하고 있을 때 자동차 부속물에 대한 이용가능한 동작 전압이 통상적으로 13.8 내지 14.5 볼트이지만, 엔진이 돌아가고 있지 않을 때, 이용가능한 동작 전압은 12 내지 12.8 볼트로 또는 심지어 더 낮게(예를 들어, 고부하가 존재할 때 및/또는 자동차 배터리가 더 방전됨에 따라) 빠르게 떨어질 수 있다. 이상의 것을 염두에 두고, 각각이 대략 3.0 내지 3.3 볼트(예를 들어, GaN 기술에 기초함)의 순방향 전압을 갖는 4개의 직렬-접속된 LED가 이용됨으로써 4개의 LED 전부의 직렬-접속된 스택 및 LED와 직렬인 전류원이 대략 13.0 내지 13.5 볼트의 동작 전압을 필요로 하는, 도 3에 도시된 것과 유사한 조명 장치를 생각해보자. 한 측면에서, 이와 같이 구성된 장치는 "일정한 면적 비용(constant area cost)"의 원리에 기초한다, 즉 고정된 크기의 LED 반도체 구조는 몇개의 섹션으로 분할될 수 있는지에 상관없이 구현하는 데 거의 일정한 비용이 든다. 따라서, LED 반도체 구조가 직렬로 접속되는 4개의 섹션으로 분할되는 경우, 하나의 LED와 본질적으로 동일한 비용이 들고 단일의 LED의 1/4의 전류로 동작하며 단일 LED의 순방향 전압의 4배인 동작 전압을 갖는 디바이스가 얻어진다.

물론, 이상에서 설명한 자동차 응용에서, 직렬-접속된 LED에 기초한 조명 장치는 있을 수 있는 이용가능한 동작 전압의 전체 범위를 고려해야만 한다. 즉, 자동차 전기 시스템으로부터 이용가능한 동작 전압이 대략 13.0 내지 13.5 볼트 이하로 떨어지는 경우, 4개의 직렬-접속된 LED 전부에 전원을 공급하기에 충분한 전압이 없을지도 모른다. 이를 위해, 도 4의 회로에서, 4개의 직렬-접속된 LED(104A-104D)가 4개의 제어가능한 전류 경로(312A-312D)와 함께 이용되며, 이들 전류 경로는 일대일 대응관계로 LED와 병렬이고 제어기(105A)에 의해 제공되는 대응하는 제어 신호(314A-314D)에 응답한다. 도 4에서, 제어가능한 전류 경로는 직렬 전류(I _series )가 대응하는 LED를 우회하게 하기 위해 SPST(single-pole single-throw) 스위치(SW1-SW4)로서 구현된다. 전류원(310)은 연산 증폭기(U7A), N-형 전계 효과 트랜지스터(Q35), 및 저항기(R41)로 구현된다. 도 4의 회로에서, 전류원(310)은 제어기(105A)의 제어를 받지 않지만, 전류원(310)에 의해 제공되는 직렬 전류(I _series )는 저항기(R43, R42)에 의해 형성되는 전압 분배기를 통해 동작 전압을 추종한다.

도 3과 관련하여 상기한 바와 같이, 도 4의 회로에서의 제어기(105A)(U8)는 제1 및 제2 노드(108A, 108B) 사이에 연결되어, 이들 노드에 인가되는 동작 전압으로부터 직접 동작 전력을 획득할 수 있다. 그에 부가하여, 제어기는 선택적으로 다양한 정보를 나타내는 데이터를 전송 및 수신하기 위해 제1 통신 포트(120A) 및 제2 통신 포트(120B)를 포함할 수 있으며, 이에 대해서는 이하에서 더 설명한다. 또한 도 3과 관련하여 이상에서 설명한 바와 같이, 도 4의 회로에서의 제어기(105A)는 스위치(SW1-SW4)에 의해 형성되는 제어가능한 전류 경로를 동작시키기 위해 각종의 제어 기법을 구현할 수 있다.

예를 들어, 제1 및 제2 노드(108A, 108B)에 인가되는 동작 전압이 4개의 LED(104A-104D) 전부에 적절히 전원을 공급하는 데 필요한 레벨 이하로 떨어질 때, 제어기(105A)는 모든 LED가 관찰자에게 켜져 있는 것처럼 보이도록 한번에 하나씩(예를 들어, 시간 순서로) LED를 단락시키기 위해 스위치(SW1-SW4)를 제어하기 시작할 수 있다. 달리 말하면, 동작 전압이 4개의 직렬-접속된 LED에 적절히 전력을 제공하기에 불충분한 레벨로 떨어질 때, 임의의 주어진 때에 LED들 중 단지 3개 또는 더 적은 LED가 동시에 전원을 공급받는다. 이와 같이, 제어기는 간헐적으로 직렬 전류가 각자의 LED를 우회하게 한다. 한 측면에서, 4개보다 적은 LED의 다른 그룹이 관찰자가 일반적으로 인지할 수 없는 방식으로 연속적으로 전원을 공급받는다. 다른 측면에서, 장치로부터 여전히 광을 발생하면서 동작 전압의 추가적인 감소를 가능하게 해주기 위해 2개 이상의 LED가 동시에 단락될 수 있다(예를 들어, 임의의 주어진 때에 단지 2개의 LED에 전원이 공급될 수 있고, 2개의 LED의 서로 다른 그룹이 관찰자가 일반적으로 인지할 수 없도록 적절한 비율로 연속적으로 전원을 공급받을 수 있다).

도 4의 회로에서, 제어기(105A)는 노드(108A, 108B)에 인가되는 동작 전압을 나타내는 하나 이상의 파라미터를 모니터링하고 스위치(SW1-SW4)에 의해 구현되는 제어가능한 전류 경로들을 효과적으로 제어하기 위해 전원을 공급받을 수 있는 LED의 적절한 수를 결정하는 다수의 기법들 중 임의의 하나 이상의 기법을 이용할 수 있다. 이를 위해, 제어기(105A)는 동작 전압 자체(라인(324)을 통함), FET(Q35)의 드레인 전압(라인(320)을 통함), 및 FET(Q35)의 게이트 전압(라인(322)을 통함) 중 하나 이상을 모니터링하기 위해 신호를 수신하는 하나 이상의 입력을 포함할 수 있다.

일례에서, 제어기(105A)는 FET(Q35)의 게이트 전압 및 드레인 전압 둘다를 모니터링하고, 여기서 비교적 높은 게이트 전압은 동작 전압이 감소했고 하나 이상의 LED를 단락시킬 필요가 있음을 나타내는 반면, 비교적 높은 드레인 전압은 동작 전압이 증가했고 더 적은 LED를 단락시키는 것이 가능할 수 있음을 나타낸다. 예를 들어, 대략 13.5 내지 14.5 볼트의 공칭 예상 동작 전압(예를 들어, 자동차 응용) 및 4개의 직렬-접속된 LED를 포함하는 장치(100A)에 기초한 한 특정의 구현예에서, 대략 4 볼트의 게이트 전압은 동작 전압이 적어도 하나의 LED를 단락시킬 필요가 있는 값으로 떨어졌음을 나타내고, 대략 5 볼트의 드레인 전압은 직렬-접속된 스택에 4개의 LED 전부를 포함시키기에 충분한 동작 전압을 나타낸다. 다른 예에서, 제어기(105A)는 FET(Q35)의 드레인 전압 및 게이트 전압 중 하나만을 모니터링 하고, 의사 결정을 달성하기 위해 높은 및 낮은 드레인 전압의 정확한 감지에 의존하거나, 단락시킬 LED의 정확한 수를 결정하기 위해 스위치의 투기적 동작에 의존한다. 또다른 예에서, 제어기(105A)는 동작 전압을 직접 모니터링할 수 있고, 모니터링된 동작 전압이 단락된 LED의 어떤 수에 직접 매핑되는 예측적 전략을 이용할 수 있다. 이를 위해, 일 실시예에서, 제어기는 하나 이상의 미리 정해진 문턱값을 이용할 수 있고, 동작 전압이 주어진 미리 정해진 문턱값 아래로 떨어질 때, 하나 이상의 LED가 단락되어야만 한다. 단락시킬 LED의 정확한 수를 결정하기 위해 FET(Q35)의 드레인, 소스, 및/또는 게이트 전압을 간접적으로 평가하는 것을 비롯한 다양한 다른 기법들이 사용될 수 있다.

도 4의 회로에서 제어기(105A)가 전류원(310)을 제어하지 않지만, 당업자라면, 도 3과 관련하여 상기한 바와 같이, 제어기(105A)가 전원 공급된 LED 스트링을 통해 흐르는 직렬 전류의 값도 변경할 수 있고, 발생된 전체 광 세기를 유지하거나 밝기를 감소시키거나 동작 전압의 변화에 기초하여 장치의 동작의 어떤 측면을 다른 방식으로 변화시키기 위해 전류원을 듀티비 변조할 수 있는 다른 회로 구현예가 실현될 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 게다가, 일반적으로 도 4에 도시된 회로 구조에 기초한 장치(100A)의 대안의 구현예들에서, 전류원은 하나 이상의 연산 증폭기 및 BJT나 FET 등의 n-형 또는 p-형 트랜지스터를 이용하는 회로를 비롯한 당업자에게는 잘 알려진 다수의 방식 중 임의의 방식으로 구현될 수 있다. 마찬가지로, 스위치(SW1-SW4)로 구현된 제어가능한 전류 경로(312A-312D)는 다양한 설계를 가질 수 있다.

예를 들어, 도 5A 내지 도 5D는 4개의 비제한적인 예시적인 회로를 나타낸 것으로서, 이들 중 어느 것이라도 도 4에 도시된 스위치(SW1-SW4)를 구현하는 데 이용될 수 있다. 설명을 위해, 도 5A 내지 도 5D의 회로도는 도 4에 도시된 스위치(SW4)(제어가능한 전류 경로(312A))에 대한 4개의 서로 다른 가능한 경우를 나타낸 것으로서, LED(104A) 양단에 접속하기 위한 노드(313A, 313B)가 도면들에 나타내어져 있다. 도 5A 내지 도 5D에 도시된 스위치 설계 중 어느 것이라도 도 4에 도시된 스위치(SW1-SW4) 중 임의의 하나 이상에 이용될 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 전류원(310)의 서로 다른 구현예에서와 같이, 스위치는 n-형 또는 p-형 디바이스 중 하나 또는 그 둘다를 포함할 수 있다. 다른 측면들에서, 이용가능한 스위치 게이트 전압을 증가시키기 위해 용량성 전하 펌프 또는 부스트 캡(boost cap) 구조가 이용될 수 있다.

한 구현예에서, 도 4의 제어기(105A)가, 상기한 바와 같이, 간헐적으로 스위치(SW1-SW4) 중 서로 다른 스위치 또는 다수의 서로 다른 스위치를 연속적으로 제어할 수 있지만, 제어가능한 전류 경로를 제어하기 위해 다양한 실시예들에 따라 제어기(105A)에 의해 다수의 제어 기법들이 구현될 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 예를 들어, 전류 경로들은, 어떤 미리 정해진 순서 또는 랜덤한 순서에 따라 또한 각종의 시간 스케일에 따라, 순차적으로 제어될 수 있다. 물론, 상기한 바와 같이, 한 구현예에서, 서로 다른 전류 경로들이 제어되는 속도가 통상적인 관찰자가 광 특성의 인지가능한 차이를 분간할 수 있는 속도보다 충분히 더 빠르도록(예를 들어, 대략 50-60 Hz 이상) 선택될 수 있다. 도 3 및 도 4에 도시된 것들과 유사 한 조명 장치의 다른 실시예들에서, 조명 장치는 결과적인 인지된 광이 임의의 주어진 때에 어느 특정의 LED에 전원이 공급되는지에 비교적 무관하도록 각자의 LED에 의해 발생된 광을 혼합, 확산, 결합 또는 다른 방식으로 광학적으로 처리하기 위해 하나 이상의 광학 요소(예를 들어, 도 1과 관련하여 이상에서 설명하였음)를 포함할 수 있다.

그에 부가하여, 도 3 및 도 4에 도시된 장치(100A)의 어떤 응용들에서, 하나 이상의 LED를 스위칭하여 직렬-접속된 스택에 들어가도록 또한 그로부터 빠지도록 하거나 다른 방식으로 전류의 어떤 부분이 하나 이상의 LED를 우회하게 하기 위해 제어가능한 전류 경로를 주기적으로, 순차적으로 또는 간헐적으로 동작시키는 것이 필요하지 않을 수 있으며, 예를 들어, 주어진 순간에 이용가능한 동작 전압에 기초하여 특정의 동작 상태(예를 들어, 어떤 수의 LED가 전원을 공급받음)를 단순히 선택하고 그 상태를 어떤 기간 동안 또는 무한히 유지하는 것이 타당한 어떤 응용들이 있을 수 있다. 이를 위해, 제어가능한 전류 경로에 대해 어떤 유형의 정적 또는 동적 제어 기법이 이용되든 간에, 2개 이상의 전류 경로가 동시에 제어될 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 마찬가지로, 이용가능한 동작 전압이 각종의 구간들 중 임의의 구간에서 모니터링/샘플링될 수 있고, 샘플링된 동작 전압에 기초하여 다양한 제어 기법들이 구현될 수 있다.

도 4에 도시된 장치의 다른 측면들에서, 어떤 응용들(자동차 및 기타 응용을 포함함)에서 스위치(SW1-SW4)가 모두 필요한 것은 아니라는 것을 잘 알 것이다(즉, 직렬-접속된 LED 전부가 반드시 단락될 수 있어야만 하는 것은 아니다). 예를 들 어, 종래의 자동차 전기 시스템에서, 10 내지 12 볼트보다 상당히 낮거나, 심지어 5 볼트 정도로 낮은 동작 전압이 일상적으로 예상되지 않는 경우, 4개의 직렬-접속된 LED 중 2개 또는 3개의 LED를 단락시킬 수 있기만 하면 된다. 달리 말하면, 도 3과 관련하여 상기한 바와 같이, 어떤 구현예들에서 직렬-접속된 스택의 하나 이상의 LED가 대응하는 제어가능한 전류 경로와 연관되어 있지 않고 스택에서 낮은 동작 전압으로 유지(전원 공급)됨으로써 요구되는 제어가능한 전류 경로의 수를 감소시키는 것이 타당할 수 있다.

또다른 측면에서, 제어기(105A)는, 동작 전압이 직렬-접속된 스택에서의 모든 LED를 동작시키기에 불충분할 때, 발생된 광의 전체적인 모습이 관찰자가 인지할 수 있을 정도로 변하도록 제어가능한 전류 경로 또는 스위치(SW1-SW4)를 제어하게 구성될 수 있다. 즉, 발생된 광의 품질(예를 들어, 밝기)의 인지가능한 변화를 통해 관찰자가 감소된 동작 전압을 알아채게 하는 것이 유용하고 및/또는 바람직할 수 있다. 상이한 컬러 LED가 이용되는 경우, 이러한 유형의 표시가 아주 잘 보일 수 있다(즉, 동작 전압의 변화로 인한 광의 품질 변화가 밝기 및 색상을 포함할 수 있다).

또한 도 3과 관련하여 상기한 바와 같이, 일반적으로 도 4에 도시된 장치(100A)의 LED가 동일한 색상(또는 백색의 색 온도)을 갖거나 서로 다른 색상(또는 백색의 서로 다른 색 온도)을 가질 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 일 실시예에서, 주어진 장치에서의 서로 다른 색상 또는 서로 다른 색 온도의 LED의 물리적 배열, 및/또는 제어기(105A)에 의해 구현되는 제어 기법이 다양한 조명 효과를 생성 하기 위해 서로 다른 색상 또는 서로 다른 색 온도의 LED를 사용할 수 있다. 보다 일반적으로, 복수의 직렬-접속된 LED는 제1 스펙트럼을 갖는 제1 방사를 발생하는 적어도 하나의 제1 LED, 및 제1 스펙트럼과 다른 제2 스펙트럼을 갖는 제2 방사를 발생하는 적어도 하나의 제2 LED를 포함할 수 있으며, 제어기는 LED의 서로 다른 스펙트럼에 적어도 부분적으로 기초하여 미리 정해진 방식으로 제어가능한 전류 경로를 제어할 수 있다.

한 예시적인 구현예에서, 제1 LED는 제1 스펙트럼이 제1 색 온도에 대응하도록 제1 백색 LED를 포함할 수 있고, 제2 LED는 제2 스펙트럼이 제1 색 온도와 다른 제2 색 온도에 대응하도록 제2 백색 LED를 포함할 수 있다. 한 측면에서, 제어기는 장치에 의해 발생된 광의 전체적인 색 온도(제1 스펙트럼 및 제2 스펙트럼 중 적어도 하나에 기초함)가 동작 전압이 감소함에 따라 감소되도록 제어가능한 전류 경로를 제어할 수 있다. 예를 들어, 어떤 위치에 따뜻한 백색 LED가 사용되고 다른 위치에 차가운 백색 LED가 사용되는 경우, 제어기는 동작 전압이 감소될 때 백열 전구에 의해 발생되는 효과를 모방하기 위해 우선적으로 따뜻한 LED을 전원이 공급된 채로 유지하도록 구성될 수 있다. 각각의 전원 공급된 LED의 광 출력이 충분히 광학적으로 혼합되는 경우, 스위칭 동작이 아주 조악할 수 있지만 여전히 원하는 품질의 광 출력을 생성할 수 있다. 다른 측면들에서, 전류원(310)에 의해 제공되는 직렬 전류를 제어하고 및/또는 발생된 광의 결과적인 색상, 색 온도 및/또는 밝기의 조정을 달성하기 위해 직렬-접속된 스택에 있는 모든 LED를 동작시키기에 충분한 동작 전압이 있을 때에도 가끔씩 의도적으로 LED를 단락시키는 것이 편 리할 수 있다.

도 4의 장치에 4개의 직렬-접속된 LED가 도시되어 있지만, 도 3과 관련하여 상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 4개보다 더 적은(2개 정도로 적은) 또는 더 많은 LED를 갖는 실시예들이 생각되기 때문에, 이 장치가 이와 관련하여 제한되지 않는다. 보다 일반적으로, 도 4에 도시된 장치와 관련하여 이상에서 자동차 응용의 예가 제공되었지만, 본 발명의 다양한 구현예들이 자동차 응용이나 이러한 응용에 대한 특정의 범위의 생각된 동작 전압으로 꼭 제한되는 것은 아니라는 것을 잘 알 것이다. 한 측면에서, 도 3 및 도 4에 도시된 것과 유사한 구성 및 기능을 갖는 장치에서의 직렬-접속된 LED의 수는 주어진 응용에서의 공칭 동작 전압 및 예상 동작 전압의 범위에 부분적으로 좌우될 수 있다. 예를 들어, 각각이 대략 3.0 내지 3.3 볼트의 순방향 전압을 갖는 4개의 LED가 대략 13.0 내지 14.5 볼트의 동작 전압(예를 들어, 자동차 응용에서)에 특히 적합할 수 있지만, 각각이 2.5 내지 3 VDC의 순방향 전압을 갖는 2개의 LED에 기초한 장치는 6 내지 9 VDC의 동작 전압을 필요로 하는 응용에 특히 적합할 수 있고, 7개의 직렬-접속된 LED를 갖는 장치는 대략 24 볼트의 동작 전압을 필요로 하는 응용에 특히 적합할 수 있다. 다시 말하면, 각종의 응용에서 실질적으로 임의의 범위의 예상 동작 전압에 대해 임의의 수의 LED를 포함하는 본 발명에 따른 장치가 생각될 수 있다.

또한 도 3과 관련하여 상기한 바와 같이, 직렬-접속된 스택에서 주어진 높이에 있는 병렬-접속된 LED의 그룹을 비롯한 2개 이상의 LED가 주어진 제어가능한 전류 경로에 의해 제어될 수 있거나, 단일의 제어가능한 전류 경로가 직렬-접속된 스 택에서 2개 이상의 높이에 있는 LED를 제어할 수 있다(이 경우, 각각의 높이에, 1개 이상의 LED가 있을 수 있다). 물론, (예를 들어, 스택에서의 주어진 높이에서) 제어되는 그룹당 LED의 수가 증가함에 따라, 전류가 스택에서의 서로 다른 높이를 우회하기 때문에 장치에 의해 발생되는 광의 밝기차가 증가한다는 것을 잘 알 것이다. 예를 들어, 24 볼트의 동작 전압에 기초한 한 구현예에서, 장치는 7개의 직렬-접속된 LED 및 단지 5개의 제어가능한 전류 경로를 포함할 수 있고, 여기서 LED들은, 2개의 개별적으로 제어가능한 LED와 직렬로, 2개의 직렬-접속된 LED로 된 3개의 제어가능한 그룹으로서 배열된다. LED의 서로 다른 제어가능한 그룹에 기초한 다른 구현예들에서, 직렬-접속된 스택에서 각자의 높이에서의 짝수 및 홀수 LED 그룹이 장치에 의해 발생되는 광의 전체적인 밝기가 하나의 LED의 증분으로(즉, 스택에서의 어떤 높이도 단지 하나의 제어가능한 LED를 갖는 일 없이) 조정될 수 있도록 구현될 수 있다. 게다가, 어떤 실시예들에서, 도 3과 관련하여 이상에서 설명한 바와 같이, 직렬-접속된 스택에서 이용되는 LED 모두가 전류 우회와 관련하여 제어되어야만 하는 것은 아니다. 직렬-접속된 스택에서의 하나 이상의 "ON으로 고정된"(비제어가능) LED에 기초한 한 구현예에서(여기서, 비제어되는 LED는 일반적으로 어떤 상황에서 OFF인 것으로 가정되는 나머지 제어되는 LED보다 더 많은 광을 전달함), 실현된 디바이스에서 LED의 물리적 레이아웃이 광학 효율을 최적화하기 위해 조정될 수 있다(예를 들어, 비제어되는 LED가 광학계 내에서 중앙에 올 수 있다).

또다른 실시예에서, 다수의 직렬-접속된 LED, 이 직렬-접속된 중 하나 이상 과 병렬로 접속된 하나 이상의 제어가능한 전류 경로, 및 제어가능한 전류 경로들 중 하나 이상을 제어하는 제어기에 기초한, 도 3 및 도 4에 도시된 것과 유사한 조명 장치가 하나 이상의 집적 회로로서 구현될 수 있다. 게다가, 집적 회로 구현예는 종래의 동작 전압이 바로 이용가능한 응용들을 비롯한 다수의 응용 중 임의의 응용에서 설치, 배포 및/또는 사용의 용이함을 위해 적절히 패키지화될 수 있다.

예를 들어, 도 4에 도시된 장치와 관련된 일 실시예에서, 특히 자동차 조명 응용과 관련하여, 이 장치는 하나 이상의 집적 회로로서 구현될 수 있고 자동차 환경에서의 설치 및 사용을 용이하게 해주는 패키지에 포함될 수 있다. 이를 위해, 도 4에 도시된 회로의 구성요소들 전부가 하나의 집적 회로 칩 상에 구현될 수 있거나, LED가 하나의 칩 상에 구현되고 연관된 제어 회로가 다른 칩 상에 구현되어 LED 칩과 적층될 수 있다. 통상적인 제조 기법에서, LED가 먼저 "서브마운트(submount)"에 부착되고, 이 서브마운트는 보통 높은 과도 전류 또는 전압으로 인한 디바이스 고장을 방지하는 역방향 바이어스 보호 다이오드, 즉 제너 다이오드를 갖는 반도체 디바이스인 경우가 많다. 도 4에 도시된 회로가 전부 집적될 수 있고, 동작을 위해 커패시턴스를 거의 필요로 하지 않으며, 따라서 LED 및 연관된 회로가 전부 집적될 수 있다.

도 4의 회로에 기초한 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 조명 장치는 그 회로가 구현되어 있는 하나 이상의 집적 회로 칩에 대한 패키지를 더 포함할 수 있다. 도 6은 일반적으로 이러한 조명 장치에 대한 예시적인 패키지(400)를 나타낸 것으로서, 이 패키지는 장치(100A)가 구현되어 있는 하나 이상의 집적 회로 칩(404), 칩(들)을 보호하고 광 출력을 가능하게 해주는 하나 이상의 광학 요소(402)(예를 들어, 렌즈), 및 적어도 하나의 전기 커넥터(406)을 포함한다. 한 측면에서, 전기 커넥터(406)는 자동차의 와이어 하네스(410)에 연결된 상보적인 전기 커넥터(408)와 짝을 이루도록 구성되어 있다. 다른 측면에서, 전기 커넥터(406)(는 물론 전기 커넥터(408))는 동작 전압이 인가되는 제1 노드(108A)에 전기적으로 접속된 제1 리드(406A), 및 동작 전압이 인가되는 제2 노드(108B)에 전기적으로 접속된 제2 리드(406B)를 포함할 수 있다. 자동차 응용에 적합한 아주 다양한 전기 커넥터는 공지되어 있으며 도 6에 도시된 조명 장치의 다양한 구현을 위해 생각되고 있다.

그에 따라, 한 예시적인 구현예에서, 자동차 조명 장치에 대한 전체적인 패키지는, 2-리드 패키지에서 렌즈 아래에 그룹화되어 있고 0.5 내지 5 와트 정도의 전체 동작 전력을 갖는 하나 이상의 집적 회로 칩 상에 4개의 직렬-접속된 LED 및 연관된 제어 회로를 포함할 수 있다.

또다른 측면에서, 도 6에 도시된 패키지(400)는 다른 구성요소들을 포함할 수 있으며, 이 구성요소들의 전형적인 예로는 전류 또는 전류/전압 특성을 설정하는 하나 이상의 저항기, 추가의 EMI 감소를 위한 소형 커패시터, 및 아마도 인덕터, 커패시터, 제너 다이오드, 기타를 포함하는 다른 필터링 또는 보호 구성요소가 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 패키지(400)는 또한 전력 트랜지스터(예를 들어, TO-220 또는 TO-247 패키지)에서 사용되는 것과 유사한 마운팅 홀(mounting hole) 또는 보유 클립 랜딩 영역(retaining clip landing area) 등의 다른 기능을 갖는 부가의 리드 또는 리드-프레임을 구비할 수 있다. 부가의 리드는 모드 또는 전류 설정, 통신(이러한 기능이 제어 회로에 추가되어 있는 경우), 보정(calibration), 또는 고장 검출 및 감지를 비롯한 다양한 목적으로 사용될 수 있다.

보다 구체적으로는, 도 4의 장치에서 LED와 연관된 제어 회로가 LED에 대한 기판으로서 제조될 수 있고 이러한 기판이 제어 회로 자체를 구현하는 데 필요한 크기보다 클 수 있는 최소 크기를 가질 수 있기 때문에, 다른 기능들도 포함될 수 있다. 따라서, 다른 실시예에서, 제어기(105A)는 제어가능한 전류 경로 및/또는 전류원의 제어 이외에 각종의 기능들을 구현할 수 있다. 이와 같이, 상당한 기능이 이러한 조명 디바이스에 포함될 수 있어, 통상적인 패키지화된 LED의 생산 비용에 비해 비교적 적은 비용의 증가가 있다.

예를 들어, 도 3 및 도 4와 관련하여 이상에서 설명한 바와 같이, 제어기(105A)는 정보를 수신 및/또는 전송하는 하나 이상의 통신 포트(예를 들어, 도 4에 도시된 120A 및 120B)를 포함할 수 있다. 다시 도 6을 참조하면, 패키지(400)의 전기 커넥터(406)는 통신 포트(들)에 전기적으로 접속되어 있는 제3 리드(406C)를 포함할 수 있으며, 그에 따라 제어기는 제3 리드 및 통신 포트들 중 적어도 하나를 통해 제1 정보를 수신할 수 있다. 마찬가지로, 일 실시예에서, 제어기는 제2 정보를 저장하는 메모리를 포함할 수 있으며, 제2 정보의 적어도 일부를 적어도 하나의 통신 포트로부터 제3 리드를 통해 자동차의 와이어 하네스(410)로 전송할 수 있다.

제어기가 직렬-접속된 LED 스택으로부터 광을 발생하는 것과 거의 또는 전혀 관계가 없을 수 있는 정보에 기초하여 어떤 기능을 수행하는 경우에도, 조명 장치의 제어기와 정보(예를 들어, 조명 명령어 또는 자동차의 어떤 측면에 관한 외부 조건을 나타내는 데이터)를 주고받을 수 있는 기능이 아주 강력하게 되는 수많은 예시적인 상황이 있다. 예를 들어, 제어기는 이 장치가 설치된 자동차 부품의 추적을 가능하게 해주기 위해 통신 포트(120A, 120B) 중 하나를 통해 액세스가능한 다양한 유형의 로깅 정보(예를 들어, 디바이스 테스트와 관계됨) 및/또는 고유의 일련 번호를 포함하는 메모리를 포함할 수 있다. 제어기로 전달되는 정보는 조명 장치 자체의 동작, 예를 들어, 온도 등의 외부 조건을 감지하는 것, 문, 패널, 밸브를 열거나 닫는 것, 또는 사용자 인터페이스 또는 기타 스위치 또는 아날로그 센서의 동작과 관련되어 있을 수 있다. 제어기에 의해 전송되는 정보는 또한 자동차에 있는 표시기, 모터, 솔레노이드, 밸브, 펌프, 잠금 장치, 팬 또는 기타 광원의 제어 등의 외부 조작을 실시하는 데도 사용될 수 있다. 그에 부가하여, 제어기 메모리는 제어기가 외부 신호에 어떻게 응답해야 하는지에 관한 정보를 저장하는 데 사용될 수 있다. 이러한 기능은 완전히 일반화된, 저장된 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수 있다.

이상의 내용을 바탕으로, 다양한 기능을 갖는 본 발명에 따른 자동차 조명 장치의 많은 변형들이 생각된다. 예를 들어, 주어진 조명 장치는 도어 손잡이에 대한 표시등을 생성하는 것은 물론 도어 잠금 메카니즘의 제어도 제공할 수 있다. 상이한 프로그래밍을 갖는 동일한 디바이스가 실내등(dome light)일 수 있으며, 이 는 그의 동작을 제어하는 용량성 터치 스위치를 지원한다. 하나의 디바이스가 후진등 및 브레이크등 기능 둘다를 동작시킬 수 있다.

또다른 실시예에서, 도 3 또는 도 4에 따른 다수의 조명 장치가 병렬 또는 직렬 구성으로 이용될 수 있다. 상세하게는, 12 내지 15 볼트보다 상당히 더 높은 동작 전압의 경우, 하나 이상의 종래의 LED 또는 종래의 LED 패키지(즉, 도 4의 장치의 제어 기능이 없음)가 도 4의 장치와 직렬로 사용될 수 있으며, 여기서 도 4의 장치의 제어 기능은 다수의 직렬-접속된 장치에 인가되는 동작 전압의 감소에 대처하기 위해 이용된다. 이와 같이, 도 4의 장치는 이러한 디바이스들의 직렬 접속에서 "지능적(intelligent)" 또는 "능동적(active)" 요소로서 역할하는 반면, 하나 이상의 종래의 LED 또는 종래의 LED 패키지는 직렬 접속에서 "비지능적(dumb)" 또는 "수동적(passive)" 요소이다. 한 측면에서, 요소들의 이러한 구성은 24 볼트 시스템에 특히 적합할 수 있다.

다른 측면들에서, 도 3 및 도 4에 도시된 것들과 유사한 본 발명에 따른 조명 장치는 소위 "저전압 전자 변압기"(AC 선간 전압으로부터 도출된 DC 전압을 제공하기 위해 브리지 정류기를 포함함)와의 호환성을 가능하게 해주기 위해 상당히 낮은 커패시턴스를 갖는다. 상세하게는, 도 4에 도시된 조명 장치의 저항적 성질은 이 장치를 비교적 높은 역률을 요구하는 응용에 특히 적합하도록 만들어준다. 구체적으로는, 도 4의 회로에 있는 전류원(310)은, 저항기(R43, R42)로 형성된 전압 분배기를 통해, 노드(108A, 108B)에 인가되는 동작 전압에 기초하여 직렬 전 류(I _series )를 설정하도록 구성되어 있다. 이와 같이, 저항기(R43)는 "전압 감지" 기능을 수행하고 이 장치에 의해 도출된 전류는 동작 전압의 변화를 추종한다. LED-기반 조명 장치를 본질적으로 저항성 또는 선형 부하로 보이도록 구성함으로써, 변압기 포화, 음향 노이즈, 및 입력 고조파 전류가 감소될 수 있고, 그에 의해 역률이 향상될 수 있다.

본 발명에 따른 또다른 실시예에서, 동작 전압의 변화에 기초하여 직렬-접속된 LED를 제어하기 보다는, 도 3에 도시된 것과 유사한 조명 장치는 제어기(105A)가, 도 1 및 도 2와 관련하여 이상에서 설명한 바와 같이, 통신 포트(120A)를 통해 수신된 하나 이상의 조명 명령어 또는 조명 명령에 따라 LED(104A, 104B) 각각을 다중-채널 조명 유닛의 개별적으로 또한 독립적으로 제어가능한 채널로서 제어하도록 구성될 수 있다. 다시 말하면, 도 3에 도시된 일반적인 회로 구조에 기초한 주어진 조명 장치는 2개 이상의 독립적으로 제어가능한 채널을 가질 수 있고, 예를 들어, 일 실시예에서, 조명 장치는 백색 LED만을 포함할 수 있고, 스택에서 제1 높이에 위치한 하나 이상의 따뜻한 백색 LED를 갖는 "따뜻한 백색 채널(warm white channel)" 및 스택에서 제2 높이에 위치한 하나 이상의 차가운 백색 LED를 갖는 "차가운 백색 채널(cool white channel)"을 포함할 수 있다. 다른 대안으로서, 조명 장치는 스택에서 제1 높이에 위치한 하나 이상의 적색 LED를 포함하는 "적색" 채널, 스택에서 제2 높이에 위치한 하나 이상의 녹색 LED를 포함하는 "녹색" 채널, 및 스택에서 제3 높이에 위치한 하나 이상의 청색 LED를 포함하는 "청색" 채널을 포함할 수 있다. 물론, 컬러 및 백색 LED의 다양한 조합이 서로 다른 구현예에서 이용될 수 있다.

많은 응용에서, LED가 스위칭되어 직렬-접속된 스택에 들어가거나 그로부터 빠져나가는 것에 기초한 노드 전압 변동이 거의 또는 전혀 문제가 되지 않을 수 있다. 그렇지만, 어떤 상황들에서, 전력 소모의 분산을 유지하고 LED 스택에서 서로 다른 높이에 있는 노드들에서의 전압 편위(voltage excursion)를 피하기 위해 전압 평형 디바이스가 선택적으로 사용될 수 있는데, 그 이유는 이렇게 함으로써 그렇지 않았으면 다양한 커패시턴스(어떤 경우에, LED 자체의 커패시턴스를 포함함)를 구동하는 데 낭비될지도 모르는 전력을 감소시킬 수 있기 때문이다. 직렬-접속된 스택에 주어진 LED에 대한 전압 평형 섹션 및 전류 우회 섹션 둘다를 포함하는 회로의 한 구현예가 도 7에 도시되어 있으며 차동 트랜지스터쌍의 양측을 제어하기 위해 2개의 연산 증폭기를 이용한다. 출력 전압을 감소시켜 적절한 전류 경로를 오프/온시키기 위해 이들 증폭기에 대한 기준 전압이 변경될 수 있거나, 이들이 오프될 수 있다. 다양한 측면들에서, 기준 전압이 동작 전압의 퍼센트로서 고정될 수 있거나, 비율적(ratiometric) 전압 성분 및 고정된 전압 성분 둘다를 포함할 수 있거나, (예를 들어, 제어기(105A)의 제어 하에서) 부분적으로 또는 완전히 프로그램가능할 수 있다.

본 발명에 따른 조명 장치의 다른 실시예에서, 연산 증폭기로 다수의 서로 다른 노드 전압이 발생되고, 각각의 노드 전압들 사이에서 LED를 구동하는 제어가능한 전류원이 이용된다. 이들 회로는 통상적으로 더 복잡하고 전체 전류를 처리 할 크기로 되어 있어야만 하는 디바이스를 더 많이 이용하며 따라서 덜 비용 효과적이다. 그에 부가하여, 이들 회로는 안정성을 유지하기 위해 외부 커패시터를 필요로 할 수 있다. 하나의 이러한 조명 장치(100C)의 3-LED 예가 도 8에 도시되어 있다.

직렬-접속된 LED를 이용하는 다중-채널 조명 장치의 다른 측면들에서, 직렬-접속된 회로 구성이 일반적으로, 하나 이상의 채널에 전원이 공급되지 않을 때 전류가 주어진 채널에서 차단되기 보다는 전체 회로를 통해 여전히 흐른다는 점에서, 다수의 제어가능한 LED 채널이 동작 전압에 병렬로 연결되어 있는 것보다 덜 효율적이라는 것을 잘 알 것이다. 이러한 효과를 완화시키고 전력을 절감하기 위해, 어떤 실시예들에서, 디바이스들의 스택에 흐르는 직렬 전류가 선형적으로 또는 LED의 활성화 신호 이후에 감소될 수 있다. 한 측면에서, 큰 LED 전류가 동시에 디바이스들 전부를 통해 흐르고 또 직렬 전류를 설정하는 전류원이 차단될 수 있는 동안인 소거 기간(clear period)이 존재하도록 LED의 활성화 신호들을 정렬시키는 것이 일반적으로 유익할 수 있다. 본 발명에 따른 조명 장치의 다른 실시예들에서, 제어가능한 LED 채널들이 여러 그룹으로 분할될 수 있으며, 도 9에 나타낸 장치(100D)에 나타낸 바와 같이, 각각의 그룹은 별도의 전류원을 갖는다.

도 10은 일반적으로 직렬-접속된 LED 및 각각의 LED에서의 전류 우회의 구조에 기초한 본 발명의 또다른 실시예에 따른 LED-기반 조명 유닛(100E)을 나타낸 것이다. 도 10의 장치는 그에 부가하여 미국 가특허 출원 제60/883,620호(여기에 인용함으로써 그 전체 내용이 본 명세서에 포함됨)에 개시된 개념들에 기초하여 본질 적으로 저항성 또는 선형 요소처럼 거동하도록 구성되어 있다. 상세하게는, 도 10의 장치는 직렬-접속된 LED(D38, D39, D40) 및 부분적으로 병렬 전압 조절기로서 기능하는 대응하는 스위치(SW1-SW3)(예를 들어, 제너 다이오드와 직렬로 있는 트랜지스터로 형성됨)를 포함한다. 이 장치는 또한 장치(100E)가 노드(108A, 108B)에 연결된 동작 전압에 대해 본질적으로 저항성 또는 실질적으로 선형 부하처럼 보이게 하는 전류 미러 회로(600)를 포함한다. 제어기(105B)의 전압 요건에 따라, 이 장치는 또한 제어기(105B)(U7)에 공급 전압을 제공하기 위해 제너 다이오드(D37)를 포함할 수 있다.

또다른 실시예에서, 이상에서 설명된 도면들 중 임의의 것과 관련하여 상기한 바와 같은 조명 유닛을 형성하는 LED 및 제어기의 조합은 도 11에 도시된 바와 같이 동작 전압 사이에 2개의 높이(two-high)로 적층될 수 있고, 도 12에 도시된 바와 같이, 다수의 이러한 조명 유닛("A" 내지 "E"로 표시됨)이 모든 조명 유닛에 전력을 제공하기 위해 동작 전압을 분할하는 "레일 분할(rail splitting)" 구조에서 하나의 증폭기를 공유할 수 있다. 레일 분할 증폭기의 위아래에 있는 조명 유닛의 수가 동일할 필요는 없으며, 조명 유닛 자체가 유사할 필요가 없다(예를 들어, 서로 다른 LED가 서로 다른 조명 유닛에서 사용될 수 있고, 데이터 배선(data wiring)이 스택 레벨와 어떤 관계도 유지할 필요가 없다). 증폭기가 발산 디바이스(dissipating device)이거나 그렇지 않을 수 있으며, 예를 들어, 많은 오디오 증폭기 설계와 유사한 SMPS(switch mode power supply, 스위치 모드 전원 장치)일 수 있다. 또한, 증폭기가 제어 회로들 중 하나와 집적되어 있거나 그렇지 않을 수 있 다. 게다가, 제어 회로는 데이터 입력을 가질 수 있으며, 이들 데이터 입력은 용량 결합(capacitively coupled)되어 있거나 다른 방식을 사용하여 서로 통신할 수 있다.

본 발명의 몇개의 실시예가 본 명세서에 설명되고 예시되어 있지만, 당업자라면 본 명세서에 기술된 기능을 수행하고 및/또는 본 명세서에 기술된 이점들 중 하나 이상 및/또는 결과들을 달성하는 각종의 기타 수단 및/또는 구조를 용이하게 생각해낼 것이고, 이러한 변형예 및/또는 수정예 각각은 본 명세서에 설명된 본 발명의 실시예들의 범위 내에 속하는 것으로 간주된다. 보다 일반적으로, 당업자라면 본 명세서에 기술된 모든 파라미터, 치수, 물질 및 구성이 예시적인 것이며 실제의 파라미터, 치수, 물질 및/또는 구성이 본 발명이 사용되는 특정의 응용 또는 응용들에 의존한다는 것을 잘 알 것이다. 당업자라면 본 명세서에 기술된 본 발명의 특정의 실시예들에 대한 많은 등가물들을 잘 알 것이거나 단지 일상적인 실험만으로 확인할 수 있을 것이다. 따라서, 이상의 실시예들이 단지 예로서 제공된 것이고, 본 명세서에 첨부된 청구항 및 등가물의 범위 내에서, 본 발명의 실시예들이 구체적으로 기술되고 청구된 것과 다른 방식으로 실시될 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 본 발명의 다양한 실시예들은 본 명세서에 기술된 각각의 개별적인 특징, 시스템, 물품, 물질, 키트, 및/또는 방법에 관한 것이다. 그에 부가하여, 2개 이상의 이러한 특징, 시스템, 물품, 물질, 키트, 및/또는 방법의 임의의 조합은, 이러한 특징, 시스템, 물품, 물질, 키트 및/또는 방법이 서로 모순되지 않는 한, 본 발명의 범위내에 포함된다.

본 명세서에서 정의되어 사용되는 모든 정의들이 사전상의 정의, 인용 문헌으로 포함된 문서에서의 정의, 및/또는 정의된 용어의 보통의 의미보다 우선한다는 것을 잘 알 것이다.

본 명세서의 상세한 설명 및 청구항에서 사용되는 관형사 "한" 및 "하나"는, 명백히 달리 언급하지 않는 한, "적어도 하나"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서의 상세한 설명 및 청구항에서 사용되는 어구 "및/또는"은 그렇게 등위 접속된 요소들 중 "어느 하나 또는 그 둘다"(즉, 어떤 경우에 논리곱적으로 존재하고 다른 경우에 논리합적으로 존재하는 요소)를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. "및/또는"으로 열거된 다수의 요소들이 동일한 방식으로, 즉, 그렇게 등위 접속된 요소들 중 "하나 이상"으로 해석되어야만 한다. "및/또는" 구문으로 구체적으로 확인된 요소들과 관련이 있든지 관련이 없든지 간에, "및/또는"으로 구체적으로 확인된 요소들 이외의 다른 요소들이 선택적으로 존재할 수 있다. 따라서, 비제한적인 예로서, "A 및/또는 B"라고 말하는 것은, "포함하는" 등의 개방형 용어(open-ended language)와 관련하여 사용될 때, 일 실시예에서 A만(선택적으로 B 이외의 요소들을 포함함)을 말하거나, 다른 실시예에서 B만(선택적으로 A 이외의 요소들을 포함함)을 말하거나, 또다른 실시예에서 A 및 B 둘다(선택적으로 다른 요소들을 포함함)를 말하거나, 기타 등등일 수 있다.

명세서에서 상세한 설명 및 청구항에서 사용되는 바와 같이, "또는"은 이상 에서 정의한 "및/또는"과 동일한 의미를 갖는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 목록에서 항목들을 분리할 때, "또는"이나 "및/또는"은 포함적인 것으로 해석되어야 한다, 즉 다수의 요소 또는 목록의 요소들 및 선택적으로 부가의 열거되지 않은 항목들 중 적어도 하나를 포함하는 것은 물론 2개 이상을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. "~중 하나만" 또는 "~중 정확히 하나" 등의 명백히 달리 표시된 용어들 또는 청구항에서 사용될 때 "~로 이루어지는"만이 다수의 요소들 또는 목록의 요소들 중 정확히 하나의 요소를 포함하는 것을 말한다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용되는 용어 "또는"은 "~중 어느 하나", "~중 하나", "~중 하나만", 또는 "~중 정확히 하나" 등의 배타적 표현과 함께 올 때 배타적 대안(즉, "한쪽 또는 다른쪽 그렇지만 둘다는 아님")을 나타내는 것으로 해석될 뿐이다. "본질적으로 ~로 이루어지는"은, 청구항에서 사용될 때, 특허법 분야에서 사용되는 바와 같이 그의 통상적인 의미를 갖는다.

본 명세서의 상세한 설명 및 청구항에서 사용되는 바와 같이, 하나 이상의 요소들의 목록과 관련하여 "적어도 하나"라는 구문은 요소 목록 내의 요소들 중 임의의 하나 이상으로부터 선택되는 적어도 하나의 요소를 의미하는 것으로 이해되어야 하지만, 요소 목록 내에 구체적으로 열거된 모든 요소들 중 적어도 하나를 꼭 포함한다는 것이 아니고 또 요소 목록 내의 요소들의 임의의 조합을 꼭 제외한다는 것이 아니다. 이 정의는 또한 구문 "적어도 하나"가 말하고 있는 요소 목록 내에 구체적으로 열거된 요소들 이외의 요소들이, 구체적으로 열거된 요소들과 관련이 있든 관련이 없든 간에, 선택적으로 존재할 수 있다는 것도 허용한다. 따라서, 비 제한적인 예로서, "A 및 B 중 적어도 하나"(또는 같은 의미로 "A 또는 B 중 적어도 하나" 또는 같은 의미로 "A 및/또는 B 중 적어도 하나")는, 일 실시예에서 A가 적어도 하나(선택적으로 2개 이상을 포함함) 있고 B가 없는 것(선택적으로 B 이외의 요소들을 포함함)을 말하고, 다른 실시예에서 B가 적어도 하나(선택적으로 2개 이상을 포함함) 있고 A가 없는 것(선택적으로 A 이외의 요소들을 포함함)을 말하며, 또다른 실시예에서 A가 적어도 하나(선택적으로 2개 이상을 포함함) 있고 B가 적어도 하나(선택적으로 2개 이상을 포함함)(선택적으로 다른 요소들을 포함함) 있는 것을 말하며, 기타 등등을 말한다.

또한, 명백히 달리 언급하지 않는 한, 2개 이상의 단계 또는 동작을 포함하는 본 명세서에 청구된 임의의 방법에서, 방법의 단계들 또는 동작들의 순서가 꼭 방법의 단계들 또는 동작들이 기술된 순서로 제한되는 것은 아님을 잘 알 것이다.

이상의 상세한 설명은 물론 청구항에서, "포함하는", "구비하는", "갖춘", "갖는", "내포하는", "수반하는", "보유하는", "~로 구성되어 있는", 기타 등등의 모든 전이구는 개방형인 것으로, 즉 포함하지만 그것으로 제한되지 않음을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. "~로 이루어진" 및 "본질적으로 ~로 이루어진"의 전이구만이 폐쇄형(closed) 또는 반폐쇄형(semi-closed) 전이구이며, 이들 각각은 미국 특허청 특허 심사 기준의 섹션 2111.03에 설명되어 있다.

Claims

제1 노드와 제2 노드 사이에 직렬로 접속되어 있는 적어도 2개의 LED - 상기 제1 노드와 상기 제2 노드에 동작 전압이 인가될 때 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에 직렬 전류가 흐름 -,

상기 적어도 2개의 LED 중 적어도 제1 LED와 병렬로 접속되어, 적어도 부분적으로 상기 직렬 전류가 상기 제1 LED를 우회하게 하는 적어도 하나의 제어가능한 전류 경로, 및

상기 동작 전압을 나타내는 적어도 하나의 파라미터를 모니터링하고 상기 적어도 2개의 LED 중 상기 동작 전압에 의해 전원을 공급받을 수 있는 LED의 최대 수를 결정하는 적어도 하나의 제어기를 포함하며,

상기 적어도 하나의 제어기는 상기 최대 수가 직렬로 접속되어 있는 상기 적어도 2개의 LED 전부의 총수보다 작을 때 적어도 상기 제1 LED를 우회하는 상기 직렬 전류의 양을 증가시키기 위해 상기 적어도 하나의 제어가능한 전류 경로를 제어하는 것인, 장치.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어기는, 상기 적어도 하나의 파라미터가 상기 동작 전압이 미리 정해진 문턱값보다 작음을 나타낼 때, 상기 제1 LED를 우회하는 상기 직렬 전류의 양을 증가시키기 위해 상기 적어도 하나의 제어가능한 전류 경로를 제어하고,

상기 미리 정해진 문턱값은 상기 적어도 2개의 LED 전부에 전원을 공급하는 데 필요한 최소 동작 전압을 나타내는 것인, 장치.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어기는 상기 직렬 전류가 상기 제1 LED를 실질적으로 우회하게 하여 상기 제1 LED를 단락시키기 위해 상기 적어도 하나의 제어가능한 전류 경로를 제어하는 것인, 장치.
제1항에 있어서, 상기 적어도 2개의 LED는 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에 직렬로 접속되어 있는 적어도 3개의 LED를 포함하고,

상기 적어도 하나의 제어가능한 전류 경로는 상기 적어도 하나의 제어기에 응답하는 복수의 제어가능한 전류 경로를 포함하며, 각각의 전류 경로는 상기 적어도 3개의 LED 중 적어도 하나의 LED와 병렬로 접속되어 있는 것인, 장치.
제4항에 있어서, 상기 적어도 3개의 LED는 제1 수의 LED를 포함하며,

상기 복수의 제어가능한 전류 경로는 제2 수의 제어가능한 전류 경로를 포함하고,

상기 제1 수와 상기 제2 수는 서로 다른 것인, 장치.
제4항에 있어서, 상기 적어도 3개의 LED는 제1 수의 LED를 포함하고,

상기 복수의 제어가능한 전류 경로는 제2 수의 제어가능한 전류 경로를 포함 하고,

상기 제1 수와 상기 제2 수가 동일하며,

각각의 전류 경로가 상기 적어도 3개의 LED 중 대응하는 LED와 병렬로 접속되어 있는 것인, 장치.
제4항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어기는 상기 복수의 제어가능한 전류 경로 중 적어도 몇몇 전류 경로를 제어하고,

상기 제어기에 의해 제어되는 각각의 제어가능한 전류 경로는, 상기 적어도 3개의 LED 전부보다 적은 LED가 동시에 전원을 공급받도록, 상기 직렬 전류가 상기 적어도 3개의 LED 중 상기 대응하는 적어도 하나의 LED를 간헐적으로 우회하게 하는 것인, 장치.
제7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어기는 상기 복수의 제어가능한 전류 경로 중 상기 적어도 몇몇 전류 경로를 순차적으로 제어하는 것인, 장치.
제7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어기는 상기 복수의 제어가능한 전류 경로의 상기 적어도 몇몇 전류 경로 중 적어도 2개를 동시에 제어하는 것인, 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에서 상기 적어도 2개의 LED와 직렬로 접속되어, 상기 직렬 전류를 설정하는 전류원을 더 포함하는, 장 치.
제10항에 있어서, 상기 전류원은 상기 동작 전압에 기초하여 상기 직렬 전류를 설정하도록 구성되어 있는 것인, 장치.
제10항에 있어서, 상기 전류원은 상기 적어도 하나의 제어기에 응답하고,

상기 적어도 하나의 제어기는 상기 동작 전압을 나타내는 상기 모니터링된 적어도 하나의 파라미터에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 직렬 전류를 제어하는 것인, 장치.
제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어기는 상기 동작 전압이 감소할 때 상기 직렬 전류를 증가시키기 위해 상기 전류원을 제어하도록 구성되어 있는 것인, 장치.
제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어기는 상기 동작 전압을 나타내는 상기 모니터링된 적어도 하나의 파라미터에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 직렬 전류를 듀티비 변조하기 위해 상기 전류원을 제어하도록 구성되어 있는 것인, 장치.
제1 노드와 제2 노드 사이에 직렬로 접속되어 있는 복수의 LED에 전원을 공 급하는 방법으로서,

상기 제1 노드와 상기 제2 노드에 동작 전압이 인가될 때 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에 직렬 전류가 흐르고,

상기 방법은,

A) 상기 동작 전압을 나타내는 적어도 하나의 파라미터를 모니터링하는 단계,

B) 상기 적어도 2개의 LED 중 상기 동작 전압에 의해 전원을 공급받을 수 있는 LED의 최소 수를 결정하는 단계, 및

C) 상기 최소 수가 직렬로 접속되어 있는 상기 적어도 2개의 LED 전부의 총수보다 작을 때, 상기 복수의 LED 전부보다 적은 LED가 동시에 전원을 공급받도록 상기 복수의 LED 중 적어도 하나를 단락시키는 단계를 포함하는 것인, 제1 노드와 제2 노드 사이에 직렬로 접속되어 있는 복수의 LED에 전원을 공급하는 방법.
제15항에 있어서, 상기 단계 C)는 상기 복수의 LED 중 서로 다른 LED에 또는 상기 복수의 LED 전부보다 적은 LED의 서로 다른 그룹에 연속적으로 전원을 공급하는 단계를 포함하는 것인, 제1 노드와 제2 노드 사이에 직렬로 접속되어 있는 복수의 LED에 전원을 공급하는 방법.
제1 노드와 제2 노드 사이에 직렬로 접속되어 있는 복수의 LED - 상기 제1 노드와 상기 제2 노드에 동작 전압이 인가될 때 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사 이에 직렬 전류가 흐름 -,

복수의 제어가능한 전류 경로 - 각각의 전류 경로는 상기 복수의 LED 중 대응하는 LED와 병렬로 접속되어, 상기 직렬 전류가 상기 복수의 LED 중 상기 대응하는 LED를 우회하게 함 -,

상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에서 상기 복수의 LED와 직렬로 접속되어, 상기 직렬 전류를 설정하는 전류원, 및

상기 동작 전압에 관계된 적어도 하나의 파라미터를 모니터링하고 상기 적어도 하나의 모니터링된 파라미터가 상기 동작 전압이 미리 정해진 문턱값보다 작을 때 상기 직렬 전류가 상기 복수의 LED 중 각각의 대응하는 LED를 시간 순서로 우회하게 함으로써 상기 복수의 LED 전부보다 적은 LED가 동시에 전원을 공급받도록 하기 위해 상기 복수의 제어가능한 전류 경로를 간헐적으로 제어하는 적어도 하나의 제어기를 포함하는, 장치.
제17항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어기는 상기 동작 전압이 상기 미리 정해진 문턱값 이하로 떨어질 때 상기 직렬 전류를 증가시켜 상기 복수의 LED에 의해 발생되는 광의 밝기를 본질적으로 일정하게 유지하기 위해 상기 전류원을 제어하도록 구성되어 있는 것인, 장치.
제17항에 있어서, 상기 복수의 LED는 제1 스펙트럼을 갖는 제1 방사를 발생하는 적어도 하나의 제1 LED, 및 상기 제1 스펙트럼과 다른 제2 스펙트럼을 갖는 제2 방사를 발생하는 적어도 하나의 제2 LED를 포함하고,

상기 적어도 하나의 제어기는 상기 복수의 LED의 서로 다른 스펙트럼에 적어도 부분적으로 기초하여 미리 정해진 방식으로 상기 복수의 제어가능한 전류 경로를 제어하는 것인, 장치.
제19항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 LED는 상기 제1 스펙트럼이 제1 색 온도에 대응하도록 적어도 하나의 제1 백색 LED를 포함하고,

상기 적어도 하나의 제2 LED는 상기 제2 스펙트럼이 상기 제1 색 온도와 다른 제2 색 온도에 대응하도록 적어도 하나의 제2 백색 LED를 포함하며,

상기 적어도 하나의 제어기는, 상기 동작 전압이 상기 미리 정해진 문턱값 이하로 떨어질 때, 상기 제1 스펙트럼 및 상기 제2 스펙트럼 중 적어도 하나에 기초하여 상기 복수의 LED에 의해 발생되는 광의 전체적인 색 온도가 감소되도록 상기 복수의 제어가능한 전류 경로를 제어하는 것인, 장치.
자동차 조명 장치로서,

적어도 하나의 집적 회로 칩, 및

상기 적어도 하나의 집적 회로 칩에 대한 패키지를 포함하며,

상기 집적 회로 칩은,

제1 노드와 제2 노드 사이에 직렬로 접속되어 있는 제1 수의 LED - 상기 제1 노드와 상기 제2 노드에 동작 전압이 인가될 때 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에 직렬 전류가 흐름 -,

제2 수의 제어가능한 전류 경로 - 상기 제2 수는 상기 제1 수보다 작거나 같고, 각각의 전류 경로는 상기 제1 수의 LED 중 대응하는 LED와 병렬로 접속되어, 상기 직렬 전류가 상기 제1 수의 LED 중 상기 대응하는 LED를 우회하게 함 -,

상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에서 상기 제1 수의 LED와 직렬로 접속되어, 상기 직렬 전류를 설정하는 전류원, 및

상기 동작 전압을 나타내는 적어도 하나의 파라미터를 모니터링하고 상기 제1 수의 LED 중 상기 동작 전압에 의해 전원을 공급받을 수 있는 LED의 최대 수를 결정하는 적어도 하나의 제어기 - 상기 적어도 하나의 제어기는 상기 최대 수가 상기 제1 수보다 작을 때 상기 직렬 전류가 상기 제1 수의 LED 중 각각의 대응하는 LED를 우회하게 함으로써 상기 제1 수의 LED 전부보다 적은 LED가 동시에 전원을 공급받도록 하기 위해 상기 제2 수의 제어가능한 전류 경로를 제어함 -, 를 포함하고,

상기 패키지는 자동차의 상보적 전기 커넥터 또는 와이어 하네스와 짝을 이루도록 구성된 적어도 하나의 제1 전기 커넥터를 포함하고,

상기 적어도 하나의 제1 전기 커넥터는 상기 제1 노드와 상기 제2 노드에 상기 동작 전압을 인가하기 위해 상기 제1 노드에 전기적으로 접속된 제1 리드 및 상기 제2 노드에 전기적으로 접속된 제2 리드를 적어도 포함하는 것인, 자동차 조명 장치.
제21항에 있어서, 상기 제1 수는 4인 것인, 자동차 조명 장치.
제21항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어기는 정보를 수신 및/또는 전송하는 적어도 하나의 통신 포트를 포함하며,

상기 적어도 하나의 제1 전기 커넥터는 상기 적어도 하나의 통신 포트에 전기적으로 접속된 제3 리드를 적어도 포함하는 것인, 자동차 조명 장치.
제23항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어기는 상기 제3 리드를 통해 상기 적어도 하나의 통신 포트에 의해 수신된 제1 정보에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 제2 수의 제어가능한 전류 경로를 제어하고,

상기 제1 정보는 상기 자동차와 연관된 외부 조건에 관계되어 있는 것인, 자동차 조명 장치.
제23항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어기는 제2 정보를 저장하는 적어도 하나의 메모리를 포함하고,

상기 적어도 하나의 제어기는 상기 제3 리드를 통해 상기 적어도 하나의 통신 포트로부터 상기 제2 정보 중 적어도 일부를 전송하는 것인, 자동차 조명 장치.