KR20120070503A - Ｌｅｄ 구동 회로 및 이것을 이용한 ｌｅｄ 조명 등구 - Google Patents

Ｌｅｄ 구동 회로 및 이것을 이용한 ｌｅｄ 조명 등구 Download PDF

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Abstract

위상 제어식 조광기에 의해 위상 제어된 조광 신호가 입력되어 색조가 다른 복수의 LED 부하를 갖는 발광부를 제어하는 LED 구동 회로가 제공된다. LED 구동 회로는 입력된 상기 조광 신호에 의거하여 상기 각 LED 부하에 흐르는 전류를 조정함으로써 상기 발광부의 조광 및 조색을 수행하는 조광/조색부를 포함한다.

Description

ＬＥＤ 구동 회로 및 이것을 이용한 ＬＥＤ 조명 등구{LED DRIVE CIRCUIT AND LED ILLUMINATION COMPONENT USING THE SAME}
본 발명은 2010년 12월 21일에 출원된 일본 특허 출원 2010-284943호에 의거하고, 그 내용은 참조로 여기에서 통합된다.
본 발명은 LED(Light Emitting Diode)를 구동하는 LED 구동 회로 및 이것을 이용한 LED 조명 등구에 관한 것이다.
LED는 저소비 전류이며 긴수명 등의 특징을 가져 표시 장치뿐만 아니라 조명 기구 등에도 그 용도가 확대되고 있다. LED 조명 기구에서는 소망의 조도를 얻기 위해서 복수의 LED도 종종 사용한다.
일반적인 조명 기구는 상용 교류 전원을 종종 사용하고 백열 전구 등의 일반적인 조명 등구 대신에 LED 조명 등구를 사용할 경우를 고려하면 LED 조명 등구도 일반적인 조명 등구와 같이 상용 교류 전원을 사용하는 구성인 것이 바람직하다.
또한, 백열 전구를 조광 제어하기 위한 경우 스위칭 소자[일반적으로는 사이리스터 소자나 트라이악 소자]를 교류 전원 전압의 소정 위상각에서 온시킴으로써 백열 전구로의 전원 공급을 볼륨 요소의 간단한 동작으로 쉽게 조광 제어할 수 있는 위상 제어식 조광기(일반적으로 백열 라이트 콘트롤러라 함)가 이용된다. 그러나, 저전력 백열 전구를 위상 제어식 조광기로 조광할 경우에 있어서 저전력 백열 전구와 위상 제어식 조광기를 접속하면 플리커링(flickering) 또는 블링킹(blinking)이 발생되어 정상적으로 조광할 수 없다는 것이 알려져 있다.
교류 전원을 사용하는 LED 조명 등구를 조광 제어하기 위한 경우 기존의 백열등용 위상 제어식 조광기를 그대로 LED 조명 등구에 접속할 수 있는 것이 바람직하다. 조광용 설비는 기존과 같이 이용하지만 조명 등구만을 LED 조명 등구로 변경함으로써 백열등을 이용하는 경우와 비교하면 대폭적인 저소비 전력화가 가능하게 된다. 또한, 이것은 조광용 설비를 LED 조명 등구 전용 타입으로 변경할 필요없이 호환성을 확보할 수 있고, 설비 비용을 저감한다.
여기서, 도 23은 교류 전원을 이용한 LED 조명 등구를 조광 제어할 수 있는 LED 조명 시스템의 종래예를 도시한다. 도 23에 도시한 LED 조명 시스템은 상용 교류 전원(1)과, 위상 제어식 조광기(2)와, 다이오드 브릿지(DB1)와 전류 제한부(3)를 갖는 LED 구동 회로와, LED를 직렬로 접속하여 형성된 LED 어레이(4)를 구비한다. 위상 제어식 조광기(2)에서는 가변 저항(Rvar1)의 저항값이 가변됨으로써 저항값에 의존한 전원 위상각으로 트라이악(Tri1)이 온된다. 통상, 가변 저항(Rvar1)은 회전 노브(rotary knob)나 슬라이더식으로 되어 있고, 노브의 회전각을 변경하거나 슬라이더 위치를 변경하도록 구성되어 조명 등구의 조광 제어를 허용한다. 또한, 위상 제어식 조광기(2)에서는 콘덴서(C1)와 인덕터(L1)가 잡음 억제 회로를 구성하여 위상 제어식 조광기(2)로부터 교류 전원 라인에 귀환하는 잡음을 저감한다. 도 24는 위상 제어식 조광기(2)의 위상각 0°, 45°, 90°, 및 135°에 대응하는 조광기의 출력 파형과 다이오드 브릿지(DB1)의 출력 파형을 각각 도시한다. 위상각이 커짐에 따라 다이오드 브릿지(DB1)의 출력 전압의 평균값이 감소된다. 그러므로, 위상 제어식 조광기(2)에 LED 조명 등구가 접속된 경우에 조광기의 위상각이 커지므로 밝기가 감소한다.
위상 제어식 조광기(2)의 위상각이 증가되어 LED의 밝기를 감소한 때 다이오드 브릿지(DB1)의 출력 전압이 LED 어레이(4)가 발광을 시작할 때 얻은 순방향 전압(VF)보다 작을 경우 LED 어레이(4)가 더 이상 발광하지 않게 되어 조광기에 흐르는 전류에 급격한 감소가 발생한다. 조광기에 흐르는 전류의 급격한 감소 때문에 조광기에 흐르는 전류는 조광기 내에서 트라이악(Tri1)의 온 상태 유지 전류의 레벨 아래로 떨어져 트라이악(Tri1)이 오프되어 조광기의 출력이 정지해서 불안정해져 LED 어레이(4)의 밝기에 플리커링이 발생한다. 또한, 조광기 출력의 위상 제어를 통해 트라이악(Tri1)이 오프 상태로부터 온 상태로 스위칭 될 때에 LED가 오프 상태로부터 온 상태로 되어 LED의 임피던스가 급격히 저하한다. 이것에 의해 조광기의 출력 전압이 급격히 변화되는 에지 부분에 링잉(ringing)이 발생할 수 있다. 상기 기재된 이유 때문에 위상 제어식 조광기에 대응한 LED 조명 시스템에서는 LED가 발광하지 않을 때는 트라이악(Tri1)이 오프되지 않도록 유지 전류를 강제적으로 흘려보내는 전류 인출 회로가 이용된다. 그러나, 이 경우에 인출 전류가 모두 열로 변환되어 LED 조명 시스템의 효율이 악화되어서 방열 대책도 필요하게 된다.
종래의 백열등 부하가 접속된 경우에 텅스텐 등의 필라멘트가 부하를 구성하기 때문에 위상 제어식 조광기(2)의 트라이악(Tri1)이 오프 상태로부터 온 상태로 스위칭되어도 임피던스의 변동이 적어서 낮은 임피던스가 상태가 유지된다. 따라서, 위상 제어식 조광기(2)를 통해 흐르는 전류가 급격히 변화되는 일이 발생되지 않아서 교류 전원이 0V 부근의 전압값을 갖는 한 안정한 조광 동작이 수행될 수 있다.
또한, 도 23에 도시한 종래예의 경우 다이오드 브릿지(DB1)의 출력 전압이 LED 어레이(4)가 발광하기 시작할 때 얻어지는 순방향 전압(VF)보다 낮을 때에는 LED가 오프되고 교류 전원의 주파수가 60㎐인 경우를 가정하면 다이오드 브릿지(DB1)에 의해 전파 정류가 수행되기 때문에 교류 전원 주파수의 2배의 주파수인 120㎐로 LED가 온/오프를 반복하게 된다. LED의 이 온/오프는 플리커링의 원인이 되고, 그러한 플리커링은 스포츠 경기 등의 빠른 움직임을 볼 때에 그/그녀의 시선을 갑자기 움직였을 때 유저에 의해 플리커링이 인지되기 쉬워지게 되어 문제가 될 것이다. 백열등을 이용하는 경우에 필라멘트는 0.1초 정도의 응답 속도를 갖기 때문에 120㎐의 온/오프 동작에서 반응하지 않아 상기 플리커링이 눈에 띄기 어렵다. 그러나, LED를 이용하는 경우에 응답 속도는 백열등에 이용된 필라멘트의 응답 속도의 100만배 이상이기 때문에 플리커링이 눈에 띄기 쉬운 경향이 있다.
또한, 도 25는 도 23에 도시한 종래의 LED 조명 시스템 및 백열등 조명 시스템의 각각에 있어서의 위상 제어식 조광기의 위상각(θ)과 조명 밝기 사이 관계[조광 곡선]를 도시한다. 종래의 LED 조명 시스템에서는 위상각(θ) = 0° 내지 45°에서 밝기의 변화가 전혀 없고, θ = 45°이상에서는 선형적으로 광량이 감소해서 θ = 130°에서 LED 조명 시스템은 소등된다. 백열등의 경우는 θ = 0°로부터 완만하게 광량이 저하해서 θ = 50° 내지 100°까지는 종래의 LED 조명 시스템의 조광 곡선과 병행되어 광량이 감소해서 θ = 120° 내지 150°에서 완만하게 광량이 저하한다는 특징이 있다. 밝기는 인간의 눈에 의해 대수적으로 인식되기 때문에 저조도에서 미세하게 광량을 조정하려고 하면 위상각(θ)에 대해서 완만하게 광량이 저하하는 특성이 중요하게 된다. 종래의 LED 조명 시스템에서는 θ = 130°부근에서 갑자기 어두워져버리기 때문에 위상각 120° 내지 150°부근에서의 광량은 백열등의 경우와 비교하면 미세하게 컨트롤할 수 없다는 문제가 있었다.
최근, 위상 제어식 조광기에 대응할 수 있도록 위상 제어식 조광기내의 트라이악이 오프되어서 조광기가 오동작하지 않도록 전류를 인출함으로써 기존의 위상 제어식 조광기와 조합하여 이용될 때도 플리커링이 발생을 억제하는 LED 조명 등구가 고안되었다. 그러나, 위상 제어식 조광기에 백열등이나 할로겐 램프가 접속된 경우와 같은 방식으로 밝기나 색온도가 변화되지 않기 때문에 위화감을 느끼는 것이 문제가 되었다. 예를 들면 위상 제어식 조광기에 백열등을 접속한 경우 밝을 때는 색온도가 높고, 조광기의 볼륨을 조정함으로써 위상각이 증가함에 따라 색온도가 낮아지는 특성이 있다. 백색 LED가 위상 제어식 조광기에 접속된 경우에는 불리하게도 밝기에 관계없이 광의 색온도는 거의 일정하게 된다. 또한, 위상 제어식 조광기의 위상각의 변화에 의한 밝기의 변화에 대해서도 저조도 때에 백열등은 완만하게 소등하는 것에 대해서 조광기에 대응된 LED 조명 등구는 저조도 때의 밝기의 변화가 커서 미묘한 밝기의 컨트롤이 어렵다는 문제점이 있다.
전용의 조광기를 이용해서 색온도와 광량을 조정할 수 있는 타입의 조명 등구가 있다. 그러나, 이 타입은 전용 조광기를 설치하기 위한 공사가 필요하게 된다. 또한, 조명 설계는 백열등 등 기존의 조명 기구에 맞춰서 행하여져 있기 때문에 기존의 설비에 LED 조명 등구를 접속한 경우 당초의 조명 설계로 의도된 대로의 동작이 행하여지지 않고, 조명 하에서 작업하고 있는 인간이 불쾌감을 느끼는 원인이 된다. 기존의 설비나 조명 디자인의 설계 자산을 활용하는 관점에서도 조광기에 LED 조명 등구를 접속했을 때에 기존의 조명 등구(백열등이나 할로겐 램프 등)와 거의 같은 조광 및 조색 특성을 갖는 LED 조명 등구의 시장이 요구되었다.
본 발명은 기존의 위상 제어식 조광기를 이용할 때 조광 및 조색 특성을 기존의 조명 등구(예를 들면 백열등 등)와 유사하게 할 수 있고, 위화감이 적은 조광 및 조색을 가능하게 하는 LED 구동 회로 등을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 위상 제어식 조광기의 오동작에 의한 LED의 플리커링의 발생을 억제하고 LED 조명 등구의 개체 차이에 의한 색 차이나 밝기의 차이를 저감하는 것을 본 발명의 목적으로 한다.
본 발명은 위상 제어식 조광기에 의해 위상 제어된 조광 신호가 입력되어 색조가 다르게 발광하는 복수의 LED 부하를 갖는 발광부를 제어하는 LED 구동 회로이다. 본 발명은 입력된 상기 조광 신호에 의거하여 상기 각 LED 부하에 흐르는 전류를 조정함으로써 상기 발광부의 조광 및 조색을 수행하는 조광/조색부를 포함하는 구성으로 한다.
이러한 구성에 의하면 기존의 위상 제어식 조광기를 이용한 경우에 조광 및 조색 특성을 기존의 조명 등구(예를 들면 백열등 등)의 그것에 가까이 할 수 있고, 위화감이 적은 조광 및 조색을 가능하게 한다.
또한, 상기 LED 구동 회로는 백색 LED 부하와 적색 LED 부하의 구성을 가질 수 있다.
또한, LED 구동 회로는 상기 조광/조색부가 상기 조광 신호의 위상각이 증가함에 따라 상기 발광부의 광량과 색온도를 감소시키는 구성을 가질 수 있다.
또한, LED 구동 회로는 상기 조광 신호의 위상각을 검출하는 위상각 검출부를 더 포함하고 상기 위상각 검출부는 상기 조광 신호의 평균 전압을 검출함으로써 위상각을 검출하는 구성을 가질 수 있다.
또한, LED 구동 회로는 상기 조광 신호의 위상각을 검출하는 위상각 검출부를 더 포함하고 상기 위상각 검출부는 상기 조광 신호와 참조 전압을 비교해서 비교 결과에 의거하여 펄스 신호를 생성하고 생성된 펄스 신호의 듀티비를 검출함으로써 위상각을 검출하는 구성을 가질 수 있다.
또한, LED 구동 회로는 상기 발광부의 광량 및 색온도를 검출하는 검출부를 더 포함하고 상기 조광/조색부는 상기 검출부에 의해 검출된 광량 및 색온도에 의거하여 상기 발광부가 상기 조광 신호에 대응하는 목표 광량 및 목표색 온도가 되도록 조광 및 조색을 수행하는 구성을 가질 수 있다.
또한, 상기 LED 구동 회로는 상기 조광/조색부가 상기 각 LED 부하를 시분할로 발광시키는 구성을 가질 수 있다.
또한, 상기 LED 구동 회로는 상기 각 LED 부하의 발광 기간이 동일하고 일정하며, LED 부하의 발광 강도는 가변인 구성을 가질 수 있다.
또한, 상기 LED 구동 회로는 상기 LED 부하의 발광 강도가 동일하고 일정하며, LED 부하의 발광 기간은 가변인 구성을 가질 수 있다.
또한, LED 구동 회로는 상기 검출부가 광량 센서를 가지고, 상기 각 LED 부하의 발광 타이밍으로부터 발광 기간을 적분 시간으로 하여 상기 광량 센서의 출력을 적분해서 상기 각 LED 부하의 광량을 검출하는 구성을 가질 수 있다.
또한, LED 구동 회로는 상기 조광 신호가 저전압으로 된 것을 검출하는 저전압 검출부와, 상기 저전압 검출부가 저전압을 검출하면 상기 LED 부하에 전원을 공급하는 전원 공급 라인으로부터 전류를 인출하는 전류 인출부를 더 포함하는 구성을 가질 수 있다.
또한, LED 구동 회로는 상기 조광 신호의 에지를 검출하는 에지 검출부와, 상기 에지 검출부가 에지를 검출하면 상기 LED 부하에 전원을 공급하는 전원 공급 라인으로부터 전류를 인출하는 전류 인출부를 더 포함하는 구성을 가질 수 있다.
또한, LED 구동 회로는 외부 광의 조도 및/또는 색온도를 검출하는 검출부를 더 포함하고, 상기 조광/조색부는 상기 각 LED 부하를 시분할로 발광시켜 상기 각 LED 부하가 발광하지 않는 기간에 있어서의 상기 검출부의 검출 결과에 따라서 상기 각 LED 부하의 광량을 조정하는 구성을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 LED 조명 등구는 상기한 어떤 구성을 갖는 LED 구동 회로와, 상기 LED 구동 회로의 출력측에 접속된 색조가 다르게 발광하는 복수의 LED 부하를 구비한 구성으로 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 LED 조명 시스템의 전체 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 LED 구동 회로의 일구성예를 도시하는 도면이다.
도 3은 전류의 인출 제어를 도시하는 파형예를 도시하는 도면이다.
도 4는 전류의 인출 제어를 도시하는 파형예를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 LED 조명 시스템의 전체 구성을 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 4 실시형태에 의한 LED 조명 시스템의 전체 구성을 도시하는 도면이다.
도 7은 위상 제어된 입력 전압과 평균 전압의 관계를 도시하는 도면이다.
도 8은 위상 제어식 조광기의 위상각과 입력 전압의 평균 전압의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 9는 입력 전압과 위상각 검출부에 의해 출력되는 펄스 신호의 파형예를 도시하는 도면이다.
도 10은 위상 제어식 조광기의 위상각과 펄스 신호의 듀티비의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 11은 R, G, 및 B의 각 LED 어레이의 발광 패턴의 일예를 도시하는 도면이다.
도 12는 R, G, 및 B의 각 LED 어레이의 발광 패턴의 일예를 도시하는 도면이다.
도 13은 R, G, 및 B의 각 LED 어레이의 발광 패턴의 일예를 도시하는 도면이다.
도 14는 백열등의 입력 전압과 출력 광량의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 15는 백열등의 입력 전압과 출력 광의 색온도의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 16은 백열등을 위상 제어식 조광기에 접속한 경우의 위상각과 광량의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 17은 백열등을 위상 제어식 조광기에 접속한 경우의 위상각과 색온도의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 18은 3자극값의 등색 함수를 도시하는 그래프이다.
도 19는 xy색도 도면에 있어서의 플랑크 궤적을 도시하는 그래프이다.
도 20은 xy색도 도면에 있어서의 플랑크 궤적 주변을 확대한 그래프이다.
도 21은 조광/조색부의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 22는 조광/조색부의 다른 구성예를 도시하는 도면이다.
도 23은 종래의 LED 조명 시스템의 전체 구성을 도시하는 도면이다.
도 24는 위상 제어식 조광기의 출력 파형과 다이오드 브릿지의 출력 파형을 도시하는 도면이다.
도 25는 위상 제어식 조광기의 위상각과 광속의 관계를 도시하는 그래프이다.
(제 1 실시형태)
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조해서 설명한다. 도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 LED 조명 시스템의 전체 구성을 도시한다. 도 1에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 LED 조명 시스템은 상용 교류 전원(1)과, 위상 제어식 조광기(2)와, 퓨즈(F1)와, 서지 대책용 소자(NR1)와, 다이오드 브릿지(DB1)와, 조광 및 조색 기능을 갖는 LED 구동 회로(5)와, 발광부(6)를 구비한다. 상용 교류 전원(1)은 위상 제어식 조광기(2) 및 퓨즈(F1)를 통해서 다이오드 브릿지(DB1)에 접속되고, 상용 교류 전원(1)의 일단과 퓨즈(F1)의 일단 사이에 서지 대책용 소자(NR1)가 접속된다. 다이오드 브릿지(DB1)의 출력측에 LED 구동 회로(5)가 접속되고, LED 구동 회로(5)의 출력측에 발광부(6)가 접속된다. 위상 제어식 조광기(2)는 도 23에 도시한 상기 소자로 구성된다.
발광부(6)는 R(적색)의 발광 파장의 광을 발광하는 적색 LED 어레이(R)와, G(녹색)의 발광 파장의 광을 발광하는 녹색 LED 어레이(G)와, B(청색)의 발광 파장의 광을 발광하는 청색 LED 어레이(B)로 구성된다. 적색 LED 어레이(R)는 LED 구동 회로(5)로부터 출력 전압(VOUT)이 출력되는 출력 단자(T1)와 R단자(T2) 사이에 접속된다. 녹색 LED 어레이(G)는 출력 단자(T1)와 G단자(T3) 사이에 접속된다. 청색 LED 어레이(B)는 출력 단자(T1)와 B단자(T4) 사이에 접속된다. LED 구동 회로에서의 손실을 최소한으로 억제하기 위해서 R, G, 및 B의 각 LED 어레이의 순방향 전압의 차이는 가능한 한 작게 설정되는 것이 바람직하다.
LED 구동 회로(5)와, 발광부(6)와, 다이오드 브릿지(DB1)가 LED 조명 등구를 구성하고, LED 조명 등구의 일례로서는 LED 전구이다.
상용 교류 전원(1)은 나라마다 다르고 100V ∼ 250V인 정현파의 교류 전압을 출력하고, 주파수는 50㎐ 또는 60㎐가 사용된다. 교류 전압이 위상 제어식 조광기(2)에 입력되면 조광하기 위한 볼륨의 회전이나 슬라이드 동작을 따라 교류파형의 어떤 위상 포인트를 잘라냄으로써 얻은 파형을 생성한다. 위상 제어식 조광기(2)의 출력 파형은 다이오드 브릿지(DB1)에 의해 전파 정류되고, 입력 주파수의 2배(50㎐의 경우 100㎐, 60㎐의 경우 120㎐)의 주파수를 갖는 맥동 파형이 LED 구동 회로(5)의 입력 단자(T0)에 입력된다.
LED 구동 회로(5)는 상기 설명한 맥동 파형을 갖는 입력 전압(VIN)의 위상각을 검출하고 검출된 위상각에 따라서 적색 LED 어레이(R), 녹색 LED 어레이(G), 및 청색 LED 어레이(B)의 각각을 통해 흐르는 전류의 전류값을 제어해서 발광부(6)의 광량 및 색온도를 조정할 수 있다.
여기서, 도 2는 LED 구동 회로(5)의 일구성예를 도시한다. 도 2에 도시한 LED 구동 회로(5)는 저전압 검출부(7)와, 제 1 전류 인출부(8)와, 에지 검출부(9)와, 제 2 전류 인출부(10)와, 위상각 검출부(11)와, 승압/평활 회로(12)와, 조광/조색부(13)를 갖는다. 승압/평활 회로(12)는 입력 전압(VIN)을 승압 및 평활해서 직류 전압을 생성해서 발광부(6)의 각 LED 어레이를 구동 제어한다. 한편, 승압 동작은 행하지 않고 평활 회로만으로도 좋다. 평활 회로에 의해 직류 전압에 가까운 낮은 리플 전압(ripple voltage)을 얻음으로써 플리커링을 저감하는 것이 가능하다. 여기서, 캐패시터를 이용한 평활 회로만의 경우가 이용될 때 역율이 악화되기 때문에 역율의 악화를 방지하기 위해서는 승압 동작을 수행하는 것이 바람직하다.
저전압 검출부(7)는 입력 전압(VIN)이 역치 전압보다 낮아지고, 즉 승압 동작이 수행될 수 없는 저전압이 된 것을 검출하면 그 검출 신호를 제 1 전류 인출부(8)에 출력한다. 그 후, 제 1 전류 인출부(8)는 위상 제어식 조광기(2)의 유지 전류보다 큰 전류를 발광부(6)에 전원을 공급하는 전원 공급 라인(LN1)으로부터 인출해서 위상 제어식 조광기(2)의 오동작을 억제할 수 있다. 또한, 입력 전압(VIN)이 낮아졌을 때에 전류를 인출해서 효율의 저하가 억제될 수 있다.
또한, 에지 검출부(9)는 입력 전압(VIN)의 상승을 검출하면 그 검출 신호를 제 2 전류 인출부(10)에 출력한다. 그 후, 제 2 전류 인출부(10)는 제 1 전류 인출부(8)에서 인출된 전류보다 큰 펄스 전류를 전원 공급 라인(LN1)으로부터 인출해서 위상 제어식 조광기(2)의 공진에 의한 오동작을 방지할 수 있다.
도 3은 위상 제어식 조광기(2)의 위상각이 45°인 경우에 입력 전압(VIN)(상단)과 제 1 전류 인출부(8) 및 제 2 전류 인출부(10)에 의한 인출 전류파형(하단)을 도시한다. 제 1 인출 전류(I1)가 제 1 전류 인출부(8)에 의한 인출 전류파형으로 도시되고, 제 2 인출 전류(I2)가 제 2 전류 인출부(10)에 의한 인출 전류파형으로 도시된다. 또한, 도 4에 도시한 바와 같이 제 2 인출 전류(I2)는 사다리꼴파형을 갖도록 설정되고, 위상 제어식 조광기(2)의 공진에 의한 오동작의 억제 효과가 향상될 수 있다. 또한, 사다리꼴파형을 갖도록 설정될 때 제 2 인출 전류(I2)는 크기를 작게 할 수 있고, 제 2 인출 전류(I2)에 의한 효율 저하가 저감될 수 있다. 따라서, 상기 두 개의 전류 인출부는 위상 제어식 조광기(2)의 오동작을 방지해서 결과적으로 광의 플리커링을 억제할 수 있다.
또한, 위상각 검출부(11)는 입력 전압(VIN)의 위상각, 즉 위상 제어식 조광기(2)의 위상각을 검출하고 검출된 위상각에 의한 발광부(6)의 각 색 LED 어레이를 통해 흐르는 전류의 전류값을 조광/조색부(13)가 조정해서 위상각에 대응한 광량이나 색온도의 광을 발광부(6)가 출력할 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조해서 위상각 검출부(11)가 위상각을 검출하는 방법의 일례를 설명한다. 도 7은 100V의 상용 교류 전원(1)이 접속된 위상 제어식 조광기(2)의 위상각이 각각 0°, 45°, 90°, 및 135°일 때의 입력 전압(VIN)의 파형과 평균 전압을 도시하는 도면이다. 위상각이 증가함에 따라 평균 전압이 감소되어 이 평균 전압을 검출함으로써 위상 제어식 조광기(2)의 위상각을 검출하는 것이 가능하게 된다. 도 8은 위상 제어식 조광기(2)의 위상각과 평균 전압의 관계를 도시한다. 위상각 검출부(11)는 검출한 평균 전압에 대응한 위상각 정보(전압 레벨, 디지털 신호 등)를 출력한다.
또한, 위상각 검출부(11)가 위상각을 검출하는 방법의 다른 일례를 도 9 및 도 10을 참조해서 설명한다. 도 9에 도시한 바와 같이 위상각 검출부(11)는 입력 전압(VIN)과 참조 전압(Vref)을 비교해서 입력 전압(VIN)이 참조 전압(Vref)을 초과하는 값을 갖는 고레벨을 갖는 펄스 신호를 생성해서 출력한다. 도 10은 위상각 제어식 조광기(2)의 위상각과 펄스 신호의 듀티비의 관계를 도시한다. 펄스 신호의 듀티비는 조광기의 위상각에 대해서 선형의 특성을 갖기 때문에 정밀한 위상각이 검출될 수 있다. 조광/조색부(13) 및 승압/평활 회로(12)는 펄스 신호의 듀티비를 검출한다.
이하, 위상 제어식 조광기(2)에 백열등이 접속된 경우의 광량과 색온도의 변화에 대해서 설명한다. 도 14는 백열등의 입력 전압과 출력 광량의 관계를 도시하며, 입력 전압이 상승함에 따라 광량이 증가하는 특성을 나타낸다. 도 15는 백열등의 입력 전압과 출력 광의 색온도의 관계를 도시하는 도면이다. 이 관계는 입력 전압이 감소됨에 따라 색온도가 낮아지고, 입력 전압이 상승됨에 따라 색온도가 높아지는 특성을 나타낸다. 도 14 및 도 15의 특성에 의거하여 도 16 및 도 17은 백열등이 위상 제어식 조광기(2)에 접속된 경우의 위상각과 광량, 위상각과 색온도의 관계를 도시한다. 조광/조색부(13)는 위상각 검출부(11)의 출력에 따라, 즉 검출된 위상각에 따라 발광부(6)의 각 색 LED 어레이를 통해 흐르는 전류의 전류값을 조정하여 위상각과 발광부(6)의 출력 광의 광량의 관계, 위상각과 발광부(6)의 출력 광의 색온도의 관계를 백열등의 경우에 얻어지는 도 16에 도시한 조광 특성, 도 17에 도시한 조색 특성에 일치하도록 제어한다. 또한, 승압/평활 회로(12)는 위상각 검출부(11)의 출력에 따라, 즉 검출된 위상각에 따라 출력 전압을 조정한다.
이하, 광량과 색온도를 조정하는 방법에 대해서 상세하게 설명한다. LED의 광량은 LED의 구동 전류와 거의 비례 관계에 있어서, R, G, 및 B의 각 색 LED 어레이의 광량은 구동 전류에 의해로 제어될 수 있다. R, G, 및 B의 각 LED 어레이를 통해 흐르는 전류가 각각 Ir, Ig, 및 Ib로 지시되면 각각의 LED 어레이의 광량은 구동 전류의 함수가 되고, 즉 다음과 같다.
Φr(Ir)
Φg(Ig)
Φb(Ib)
그러므로, 발광부(6)의 전체의 광량(Φ)은 R, G, 및 B의 각 색 LED 어레이의 광량의 합으로서 결정되고, 즉 다음과 같다.
Φ = Φr(Ir)+Φg(Ig)+Φb(Ib)
따라서, R, G, 및 B의 각 색 LED 어레이를 통해 흐르는 전류의 전류값을 위상 검출부(11)의 출력에 따라 제어함으로써 밝기가 조정될 수 있다.
이어서, 발광부(6)로부터 발광되는 광의 색온도의 제어에 대해서 설명한다. 일정한 전류(Io)가 R, G, 및 B의 각 색 LED 어레이에 흐르면 각 색 LED 어레이로부터 발광되는 광의 분광 특성은 광의 파장(λ)의 함수로서 표현될 수 있고, 즉 다음과 같다.
Ro(λ)
Go(λ)
Bo(λ)
R, G, 및 B의 각 색 LED 어레이를 통해 흐르는 전류가 각각 Ir, Ig, 및 Ib로 지시되면 3종류의 LED 어레이의 광이 함께 혼합된 광원 전체의 분광 특성 P(λ)이 다음과 같이 표현된다.
P(λ) = (Ir·Ro(λ)+Ig·Go(λ)+Ib·Bo(λ))/Io
상기 P(λ)의 분광 특성을 가진 광원의 xy색도 도면 상의 좌표는 도 18에 도시한 3자극값의 등색 함수에 의거하여 결정될 수 있다. X(λ), Y(λ), 및 Z(λ)의 3종류의 분광 특성을 갖는 각 수광 소자에 P(λ)의 분광 특성을 갖는 광이 입사했을 때의 각 출력을 IPD_X, IPD_Y, 및 IPD_Z로 하면 다음식이 유지된다:
IPD_X=∫P(λ)·x(λ)·dλ
IPD_Y=∫P(λ)·y(λ)·dλ
IPD_Z=∫P(λ)·Ｚ(λ)·dλ
xy색도 도면 상의 좌표 x 및 y는 다음으로 표현된다.
x = IPD_X/(IPD_X+IPD_Y+IPD_Z), 및
y = IPD_Y/(IPD_X+IPD_Y+IPD_Z)
따라서, P(λ)의 xy색도 도면 상의 좌표는 R, G, 및 B의 각 색 LED 어레이를 통해 흐르는 전류(Ir, Ig, 및 Ib)를 가변시킴으로써 이동될 수 있다.
도 19는 흑체 복사 광원의 색온도가 변화되었을 때의 xy색도 도면 상의 궤적을 도시하는 그래프이며, 이 궤적은 플랑크 궤적으로 언급된다. 450㎚부근의 파장을 갖는 파랑 성분이 상대적으로 증가되면 IPD_Z는 증가해서 x, y가 각각 감소되기 때문에 색온도는 높아진다. 또한, 파장이 600㎚부근의 빨강 성분이 상대적으로 커지면 IPD_X는 증가해서 좌표 x, y가 커져 색온도가 낮아진다. P(λ)의 xy색도 도면 상의 좌표가 플랑크 궤적에 따르도록 Ir, Ig, 및 Ib를 가변시킴으로써 임의인 색온도를 갖는 광이 출력될 수 있다.
다음 식이 유지되기 때문에
P(λ) = [(Ir/Ig)·Ro(λ)+Go(λ)+(Ib/Ig)·Bo(λ)]·(Ig/Io)
xy색도 도면 상에 광원의 좌표인 x 및 y는 각각 (Ir/Ig), (Ib/Ig)의 함수로서 표현된다. (Ir/Ig)과 (Ib/Ig)를 일정 값으로 유지함으로써 색온도는 변경하지 않고 광량을 가변시킬 수 있음으로써 광량과 색온도를 서로 독립으로 제어하는 것이 가능하게 된다.
상기한 바와 같이 조광/조색부(13)는 검출된 위상각에 따라서 R, G, 및 B의 각 색 LED 어레이를 통해 흐르는 전류(Ir, Ig, 및 Ib)를 조정해서 위상 제어식 조광기(2)의 위상각과 광량의 관계, 및 조광기(2)의 위상각과 색온도의 관계가 각각 도 16에 도시한 조광 특성과 도 17에 도시한 조색 특성과 일치하도록 제어한다. 따라서, 백열등과 같은 조광 및 조색 특성이 얻어질 수 있어, 기존의 조광 설비에 백열등 대신에 LED 조명 등구가 접속해도 위화감이 거의 없고, 저전력 소비가 가능하게 된다. 또한, 직류 전류 대신에 각 색 LED 어레이를 통해 흐르는 전류는 평균 전류가 Ir, Ig, 및 Ib이 되는 맥동 전류일 수 있다.
도 21은 직류 전류가 LED 어레이를 통해 흐르는 경우에 조광/조색부(13)의 구성예를 도시한다. 도 21에 도시한 조광/조색부(13)는 LED 전류 설정부(13a)와, 전압원(VIR, VIG, 및 VIB)과, 연산 증폭기(AMP1, AMP2, 및 AMP3)와, NchＭOS 트랜지스터(TR1, TR2, 및 TR3)와, 및 저항(RIR, RIG, 및 RIB)을 갖는다. R단자(T2)에 NchＭOS 트랜지스터(TR1)의 소스가 접속되고, 드레인이 저항(RIR)의 일단에 접속되며, 게이트에 연산 증폭기(AMP1)의 출력이 접속된다. 저항(RIR)의 타단이 접지된다. 연산 증폭기(AMP1)의 비반전 단자에는 전압원(VIR)이 접속되고, 반전 단자에는 NchＭOS 트랜지스터(TR1)의 드레인과 저항(RIR)의 접속점이 접속된다. G단자(T3)와 B단자(T4)는 상기와 유사하게 구성되므로 상세한 설명이 생략된다.
R단자(T2), G단자(T3), 및 B단자(T4)에 흐르는 전류는 다음과 같이 표시된다.
I(T2) = VIR/RIR
I(T3) = VIG/RIG
I(T4) = VIB/RIB
따라서, LED 전류 설정부(13a)는 검출된 위상각에 따라서 VIR, VIG, 및 VIB를 제어함으로써 R, G, 및 B의 각 색 LED 어레이를 통해 흐르는 전류를 제어할 수 있다.
또한, 도 22는 맥동 전류가 LED 어레이를 통해 흐르는 경우에 조광/조색부(13)의 구성예를 도시한다. 도 22에 도시한 조광/조색부(13)는 LED 전류 설정부(13a)와, 펄스 전압원(VIR, VIG, 및 VIB)과, 연산 증폭기(AMP1, AMP2, 및 AMP3)와, NchＭOS 트랜지스터(TR1, TR2, 및 TR3)와, 저항(RIR, RIG, 및 RIB)을 갖는다. R단자(T2)에 NchＭOS 트랜지스터(TR1)의 소스가 접속되고, 드레인이 저항(RIR)의 일단에 접속되고, 연산 증폭기(AMP1)의 출력이 게이트에 접속된다. 저항(RIR)의 타단이 접지된다. 연산 증폭기(AMP1)의 비반전 단자에는 펄스 전압원(VIR)이 접속되고, 반전 단자에는 NchＭOS 트랜지스터(TR1)의 드레인과 저항(RIR)의 접속점이 접속된다. G단자(T3)와 B단자(T4)는 상기와 유사하게 구성되므로 상세한 설명은 생략된다.
각 펄스 전압원의 진폭이 VIR, VIG, 및 VIB로 지시되어 각 펄스 전압원의 듀티비가 DIR, DIG, 및 DIB이면 R단자(T2), G단자(T3), 및 B단자(T4)에 흐르는 펄스 맥동 전류의 평균 전류는 다음과 같이 표시된다:
I(T2) = DIR·VIR/RIR
I(T3) = DIG·VIG/RIG
I(T4) = DIB·VIB/RIB
따라서, LED 전류 설정부(13a)는 검출된 위상각에 따라서 각 펄스 전압원의 진폭 또는 듀티비를 제어함으로써 R, G, 및 B의 각 색 LED 어레이를 통해 흐르는 전류를 제어할 수 있다.
또한, 상기와 같이 구성된 LED 조명 시스템의 이용을 통해 조광기의 위상각에 의한 색온도의 변화를 다이내믹하게 변화시키는 것도 가능하다. 예를 들면 조광기의 위상각이 작을 때에는 조명의 색온도가 높은 "주광색"이나 "주백색"으로, 위상각이 클 때에는 "전구색"으로 하여 백열등보다 넓은 범위에서 조명의 색온도를 변화시키도록 설정될 수 있어, 넓은 이용 범위가 달성될 수 있다. 보다 구체적으로는, 예를 들면 도 17에 도시한 위상각에 의한 색온도의 변화에 대해 위상각 0°에서의 "주광색" 색온도가 6500K이고, 위상각 60°에서의 "주백색"의 색온도가 5000K이고, 위상각 150°에서의 "전구색"의 색온도가 2800K가 되도록 Ir, Ig, 및 Ib가 제어되어 광원의 색온도가 변화될 수 있다. 백열등이 조광기에 접속된 경우에 조광기의 위상각에 의한 색온도의 변화와 일치시키는 상기 제어와 비교해서 위상각이 작을 때는 Ib의 상대값(Ib/Ig)이 더 증가되어 색온도가 증가될 수 있고, 따라서 백열등보다 넓은 범위에서 광원의 색온도가 변화될 수 있도록 설정될 수 있어 넓은 이용 범위가 달성될 수 있다.
(제 2 실시형태)
도 2에 도시한 발광부(6)에 있어서의 R, G, 및 B의 각 색 LED 어레이는 백색 LED 어레이와 적색 LED 어레이의 2종류로 대체될 수 있다. 이 경우에, 위상 제어식 조광기(2)의 위상각에 따라서 백색 LED 어레이와 적색 LED 어레이를 통해 흐르는 전류의 전류값이 제어되어, 위상각과 광량, 위상각과 색온도의 관계가 백열등의 경우의 조광 및 조색 특성이 획득될 수 있다.
이제, 다음은 광량과 색온도를 조정하는 방법에 대해서 상세하게 기재한다. LED의 광량은 LED의 구동 전류와 비례 관계에 있어서 각각의 백색 LED 어레이 및 적색 LED 어레이의 광량은 구동 전류로 제어될 수 있다. 각각의 백색 LED 어레이 및 적색 LED 어레이를 통해 흐르는 전류가 각각 Iw 및 Ir과 같이 지시된 각각의 LED 어레이를 통해 흐르고 LED 어레이의 광량은 다음과 같은 구동 전류의 함수가 된다.
Φw(Iw)
Φr(Ir)
따라서, 발광부(6) 전체의 광량(Φ)은 다음 식에 의해 각각의 백색 LED 어레이 및 적색 LED 어레이의 광량의 합으로 된다.
Φ = Φw(Iw)+Φr(Ir)
따라서, 각 LED 어레이를 통해 흐르는 전류를 위상 검출부(11)의 출력에 따라서 제어함으로써 밝기가 조정될 수 있다.
이어서, 다음은 색온도의 제어에 대해서 설명한다. 일정한 전류(Io)가 각각의 백색 LED 어레이 및 적색 LED 어레이를 통해 흐르는 경우에 각 LED 어레이로부터 발광되는 광의 분광 특성은 다음과 같은 광의 파장(λ)의 함수로서 의미될 수 있다.
Wo(λ)
Ro(λ)
각각의 백색 LED 어레이 및 적색 LED 어레이를 통해 흐르는 전류가 각각 Iw 및 Ir로 지시되면 2종류의 LED 어레이의 광은 혼합된 광원 전체의 분광 특성 P(λ)이 다음 식으로 표현된다.
P(λ) = (Iw·Wo(λ)+Ir·Ro(λ))/Io
상기 언급된 P(λ)의 분광 특성을 갖는 광원의 xy색도 도면 상의 좌표는 도 18에 도시한 3자극값의 등색 함수에 의거하여 결정될 수 있다. X(λ), Y(λ), 및 Z(λ)의 3종류의 분광 특성을 갖는 각 수광 소자의 출력은 P(λ)의 분광 특성을 갖는 광이 입사되었을 때 IPD_X, IPD_Y, 및 IPD_Z로 지시되고 다음 식으로 표현된다.
IPD_X=∫P(λ)·x(λ)·dλ
IPD_Y=∫P(λ)·y(λ)·dλ
IPD_Z=∫P(λ)·Ｚ(λ)·dλ
xy색도 도면 상의 좌표 x 및 y는 다음 식으로 표현된다.
x = IPD_X/(IPD_X+IPD_Y+IPD_Z)
y = IPD_Y/(IPD_X+IPD_Y+IPD_Z)
P(λ)의 xy색도 도면 상의 좌표는 각각의 백색 LED 어레이 및 적색 LED 어레이에 흐르는 전류(Iw 및 Ir)를 가변시킴으로써 이동될 수 있다. 적색 LED 어레이를 통해 흐르는 전류, 즉 Ir이 감소되면 색온도가 증가하고, Ir이 증대되면 색온도가 감소된다. 제 1 실시형태와 같이 R, G, 및 B의 3원색을 채용하면 xy색도 도면 상의 좌표가 플랑크 궤적에 완전히 따르도록 제어하는 것이 가능하다. 반면에, Iw 및 Ir을 가변시킬 경우는 파라미터가 둘로 되기 때문에 P(λ)의 xy색도 도면 상의 좌표가 플랑크 궤적에 완전히 따르도록 할 수는 없다. 그러나, 이것은 플랑크 궤적으로부터 어떤 범위에 있으면 xy색도 도면 상의 좌표가 플랑크 궤적에 완전히 일치하지 않아도 광원의 색온도는 정의될 수 있기 때문에 심각한 문제가 안되는 경우가 있다.
도 20은 도 19의 그래프에 있어서 플랑크 궤적의 부분을 확대한 도면이며, 시판의 조명 장치[형광등(F1 내지 F12), 표준 광원(A광원, B광원, C광원, D50광원, D55광원, D65광원, D75광원)]로부터 출력되는 광의 xy좌표를 xy색도 도면 상에 플로팅된다. 실제로, 도 20에 도시한 바와 같이 출력된 광의 좌표가 표준 광원에 있어서도 플랑크 궤적에 완전히 일치하고 있는 것은 아니다.
xy색도 도면 상의 좌표에서 색온도를 산출하는 식으로서 McCamy의 식이 알려져 있고 다음과 같이 주어진다:
색온도 = 449n3+3525n2+6823.3n+5520.33
n = (x-0.3320)/(0.1858-y)
이 식을 이용하면, xy색도 도면 상의 좌표에서 색온도가 구해질 수 있다.
또한, 다음 식에 의해
P(λ) = (Wo(λ)+ (Ir/Iw)·Ro(λ))/(Iw/Io)
(Ir/Iw)를 일정 값으로 유지함으로써 색온도는 변경하지 않고 광량을 가변시킬 수 있으므로 광량과 색온도는 서로 독립하여 제어할 수 있게 한다. 상기한 바와 같이 위상각 검출부(11)에 의해 검출된 위상각에 따라서 각각의 백색 LED 어레이 및 적색 LED 어레이를 통해 흐르는 전류(Ir 및 Iw)가 제어됨으로써 위상 제어식 조광기(2)의 위상각과 광량 사이의 관계, 위상 제어식 조광기(2)의 위상각과 색온도 사이의 관계가 백열등의 경우의 조광 및 조색 특성이 달성될 수 있고, R, G, 및 B의 3종류의 LED 어레이가 사용할 경우에 비해서 비용이 억제될 수 있다.
(제 3 실시형태)
도 5는 본 발명의 제 3 실시형태에 관련된 LED 조명 시스템의 전체 구성을 도시한다. LED 조명 시스템의 조광/조색부(13)에 컬러 센서(14)가 접속됨으로써 R, G, 및 B의 각 LED 어레이로부터 구성되는 발광부(6)가 출력하는 광의 광량, 색온도를 실제 시간에 측량해서 피드백 제어를 행한다. 이것은 대단히 정밀한 광량 및 색온도의 제어가 가능하게 한다.
이제, 다음은 컬러 센서(14)에 의한 광량, 색온도의 검출에 대해서 설명한다. 도 18은 광원의 xy색도 도면 상의 좌표를 구하기 위한 기본이 되는 3자극값의 분광 특성을 나타낸다. 컬러 센서(14)는 X(λ), Y(λ), 및 Z(λ)의 분광 특성을 갖는 각 수광 소자를 가져 이들 각 수광 소자를 이용하는 것에 의해 광원의 색온도 및 광량이 측정될 수 있다. X(λ), Y(λ), 및 Z(λ)의 분광 특성을 갖는 각 수광 소자에 임의인 조명 장치의 광이 입사한 경우의 출력을 각각 IPD_X, IPD_Y, 및 IPD_Z로 지시되면 하기의 연산에 의해 입사광의 색조를 나타내는 xy색도 도면 상의 좌표가 구해질 수 있다.
x = IPD_X/(IPD_X+IPD_Y+IPD_Z)
y = IPD_Y/(IPD_X+IPD_Y+IPD_Z)
또한, Y(λ)는 표준시 감도에 일치한 분광 특성을 갖기 때문에 IPD_Y를 이용하여 광원의 광량이 추정될 수 있다.
또한, 컬러 센서(14)의 각 수광 소자의 분광 감도 특성이 3자극값에 대응하지 않아도 변환 행렬을 써서 xy색도 도면 상에 좌표로 변환될 수 있다.
상기한 바와 같이 컬러 센서(14)에 의해 xy색도 도면의 좌표(즉, 색온도)와 광량을 측정해서 조광/조색부(13)는 측정된 색온도의 광량에 의거하여 발광부(6)의 광량과 색온도가 위상각에 대응하는 목표 광량과 목표색 온도가 되는 바와 같이 R, G, 및 B의 각 색 LED 어레이를 통해 흐르는 전류의 전류값을 제어한다. 따라서, LED 조명 등구의 개체 차이에 의한 색 차이나 밝기의 차이가 저감될 수 있다.
(제 4 실시형태)
도 6은 본 발명의 제 4 실시형태에 관련되는 LED 조명 시스템의 전체 구성을 도시한다. 도 6에 도시한 LED 조명 시스템에서는 조광/조색부(13)에 광량 센서(15)가 접속된다. 이 경우에 조광/조색부(13)는 초기 단계에서는 우선 위상각 검출부(11)에 의해 검출된 위상각에 대응하는 목표 광량, 목표색 온도가 되도록 R, G, 및 B의 각 색 LED 어레이의 각 전류(Ir, Ig, 및 Ib)가 평균 전류가 되도록 펄스 전류를 흘린다. 이 때, 전류를 흘리는 온 기간과 같은 시간 길이에 대해 각 색 LED 어레이가 R, G, 및 B의 순서대로 설정되어 온 기간을 이동한다. 따라서, 도 11에 도시한 바와 같이 R, G, 및 B의 각 LED 어레이에서 발광 타이밍이 이동해서 발광 기간은 같게 설정될 수 있고 발광 강도를 다르게 할 수 있다.
그리고, 조광/조색부(13)는 R, G, 및 B 영역에 감도를 갖는 넓은 분광 감도 특성을 갖는 광량 센서(15)의 출력을 각각의 발광 타이밍에 적분 시간을 각 발광 기간으로서 적분함으로써 R, G, 및 B의 각 LED 어레이의 각 광량을 검출한다. 따라서, 검출된 광량이 합해져서 발광부(6)의 광량이 검출된다. 또한, R, G, 및 B의 각 LED 어레이가 시분할로 발광하게 되어 발광한 광이 광량 센서(15)에 입력된다. 이 경우의 광량 센서(15)의 평균 출력이 각각 IPD_R, IPD_G, IPD_B로 지시되고, 미리 실험적으로 요구된 변환 행렬을 이용해서 xy색도 도면 상의 좌표(색온도)가 다음 식에 의해 근사적으로 구해질 수 있다.
Figure pat00001
검출된 광량과 색온도에 의거하여 조광/조색부(13)는 발광부(6)가 광량과 색온도가 위상각에 대응하는 목표 광량과 목표색 온도를 달성하도록 R, G, 및 B의 각 LED 어레이의 발광 기간은 일정한 그대로 발광 강도를 조정한다. 이것은 대단히 정밀한 광량 및 색온도의 제어를 가능하게 하고 조명 등구의 개체 차이에 의한 색 차이나 밝기의 차이가 저감될 수 있다.
또한, 상술한 실시형태의 변형예로서 각 색 LED 어레이에 흐르는 전류가 같도록 해서 온 기간을 다르게 설정될 수 있다. 따라서, 도 12에 도시한 바와 같이 각 색 LED 어레이는 발광 강도가 동일하게 설정되어 발광 기간이 변화하게 한다. 그 후, 조광/조색부(13)는 광량 센서(15)의 출력을 각각의 발광 시간으로 적분 시간을 각 발광 기간으로서 적분함으로써 각 LED 어레이의 각 광량을 검출한다. 이 경우에, 조광/조색부(13)는 검출된 광량과 색온도에 의거하여 발광부(6)의 광량과 색온도가 위상각에 대응하는 목표 광량과 목표색 온도가 되도록 R, G, 및 B의 각 LED 어레이의 발광 강도는 일정하게 유지하여 발광 기간을 조정한다.
(제 5 실시형태)
도 13에 도시한 바와 같은 구성이 채용될 수 있어 R, G, 및 B의 각 LED 어레이의 발광 타이밍이 이동되어 어느쪽의 LED 어레이도 발광하지 않는 기간(T1)이 제공되어 이 기간에 광량 센서(15) 또는 컬러 센서(14)에 의해 외부 광이 검출될 수 있다. 예를 들면 방에 커튼이 개방되어 태양빛이 인출되어 조명 등구를 점등하지 않아도 충분히 밝을 경우 광량 센서(15)에 의해 외부 광의 조도가 검출되고, 그 검출에 의거하여 R, G, 및 B의 각 LED 어레이의 광량을 억제한다. 이것은 에너지 절약 효과를 제공할 수 있다. 또한, 다음도 가능하다. 즉, 컬러 센서(14)에 의해 외부 광의 조도와 색온도가 검출되고, 그 검출에 의거하여 R, G, 및 B의 각 LED 어레이의 광량이 제어되어 발광부(6)의 적절한 광량 및 색온도로 조정된다.

Claims (14)

  1. 위상 제어식 조광기에 의해 위상 제어된 조광 신호가 입력되어 색조가 다르게 발광하는 복수의 LED 부하를 갖는 발광부를 제어하는 LED 구동 회로로서:
    입력된 상기 조광 신호에 의거하여 상기 각 LED 부하를 통해 흐르는 전류를 조정함으로써 상기 발광부의 조광 및 조색을 수행하는 조광/조색부를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 부하는 백색 LED 부하와 적색 LED 부하인 것을 특징으로 하는 LED 구동 회로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 조광/조색부는 상기 조광 신호의 위상각이 증가함에 따라 상기 발광부의 광량과 색온도를 감소시키는 것을 특징으로 하는 LED 구동 회로.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 조광 신호의 위상각을 검출하는 위상각 검출부를 더 포함하고,
    상기 위상각 검출부는 상기 조광 신호의 평균 전압을 검출함으로써 위상각을 검출하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 회로.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 조광 신호의 위상각을 검출하는 위상각 검출부를 더 포함하고,
    상기 위상각 검출부는 상기 조광 신호와 참조 전압을 비교해서 비교 결과에 의거하여 펄스 신호를 생성하고 생성된 펄스 신호의 듀티비를 검출함으로써 위상각을 검출하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 회로.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광부의 광량 및 색온도를 검출하는 검출부를 더 포함하고,
    상기 조광/조색부는 상기 검출부에 의해 검출된 광량 및 색온도에 의거하여 상기 발광부가 상기 조광 신호에 대응하는 목표 광량 및 목표색 온도가 되도록 조광 및 조색을 수행하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 회로.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 조광/조색부는 상기 각 LED 부하를 시분할로 발광시키는 것을 특징으로 하는 LED 구동 회로.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 LED 부하의 발광 기간은 동일하고 일정하며, 상기 LED 부하의 발광 강도는 가변인 것을 특징으로 하는 LED 구동 회로.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 LED 부하의 발광 강도는 동일하고 일정하며, 상기 LED 부하의 발광 기간은 가변인 것을 특징으로 하는 LED 구동 회로.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 검출부는 광량 센서를 가지고, 상기 각 LED 부하의 발광 타이밍으로부터 발광 기간을 적분 시간으로 하여 상기 광량 센서의 출력을 적분해서 상기 각 LED 부하의 광량을 검출하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 회로.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 조광 신호가 저전압으로 된 것을 검출하는 저전압 검출부, 및
    상기 저전압 검출부가 저전압을 검출하면 상기 LED 부하에 전원을 공급하는 전원 공급 라인으로부터 전류를 인출하는 전류 인출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 회로.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 조광 신호의 에지를 검출하는 에지 검출부, 및
    상기 에지 검출부가 에지를 검출하면 상기 LED 부하에 전원을 공급하는 전원 공급 라인으로부터 전류를 인출하는 전류 인출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 회로.
  13. 제 1 항에 있어서,
    외부 광의 조도 및/또는 색온도를 검출하는 검출부를 더 포함하고,
    상기 조광/조색부는 상기 각 LED 부하를 시분할로 발광시켜 상기 각 LED 부하가 발광하지 않는 기간에 있어서의 상기 검출부의 검출 결과에 따라서 상기 각 LED 부하의 광량을 조정하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 회로.
  14. 위상 제어식 조광기에 의해 위상 제어된 조광 신호가 입력되어 색조가 다르게 발광하는 복수의 LED 부하를 갖는 발광부를 제어하는 LED 구동 회로로서, 입력된 상기 조광 신호에 의거하여 상기 각 LED 부하에 흐르는 전류를 조정함으로써 상기 발광부의 조광 및 조색을 수행하는 조광/조색부를 포함하는 LED 구동 회로; 및
    상기 LED 구동 회로의 출력측에 접속된 색조가 다른 복수의 LED 부하를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 등구.
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