KR20120080340A - Lighting apparatus and method for controlling the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 엘이디 조명장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엘이디에서 출사되는 빛의 특성을 능동적으로 조절할 수 있는 엘이디 조명장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to an LED lighting apparatus and a control method thereof, and more particularly, to an LED lighting apparatus and a control method thereof that can actively adjust the characteristics of the light emitted from the LED.
엘이디(LED : light emitting diode(발광 다이오드))는 전계 발광 효과에 의해 순방향 전압이 가해졌을 때, 빛을 발하는 반도체 소자이다. 엘이디는 효율이 높고 형광등이나 백열 전구에 비하여 수명이 길어, 근래 조명장치로서 각광을 받고 있다. 엘이디에서 나오는 발광 색은 엘이디 제작에 사용되는 재료에 따라 다르며, 자외선 영역에서부터 가시광선, 적외선 영역까지 발광하는 것을 제조할 수 있다. An LED (light emitting diode) is a semiconductor device that emits light when a forward voltage is applied by an electroluminescent effect. LED has high efficiency and long lifespan compared to fluorescent lamps and incandescent bulbs. The color of light emitted from the LED depends on the material used to make the LED, and it is possible to manufacture light emitting from the ultraviolet region to the visible light and the infrared region.
조명용으로 엘이디를 사용하기 위해서는 백색 엘이디가 사용되는 것이 바람직하다. 그렇지만, 백색 엘이디는 제작상의 문제에 의하여, 색 좌표가 동일한 조명장치를 양산하기 어려우며, 중요한 성능 지표인 색 온도와 연색성 평가지수(color rendering index : CRI)의 조절도 매우 어렵다. 그런데, 최근에는 조명의 색 온도가 사용자의 집중력이나 정신적 피로도 등에 영향을 미치는 것으로 알려져, 이른바 '감성 조명'으로서의 역할까지 고려해야 하는 시점이다. 따라서 최근에는 엘이디 조명의 색 온도를 조절할 수 있는 기술들이 제안되고 있다.In order to use an LED for lighting, it is preferable that a white LED is used. However, due to manufacturing problems, white LEDs are difficult to produce lighting devices having the same color coordinates, and it is very difficult to control color temperature and color rendering index (CRI), which are important performance indicators. However, recently, it is known that the color temperature of lighting affects the user's concentration, mental fatigue, and the like, and it is time to consider the role as so-called 'emotional lighting'. Therefore, recently, techniques for controlling the color temperature of LED lighting have been proposed.
종래의 엘이디 조명장치에서 색 온도 조절 방법은 크게 두 가지 방식이 있다. 첫 번째 방식은 발광 소자 주변에 형광체를 배치하여 발광 소자로부터 나온 빛이 발광체를 투과하면서 색 온도가 변화하는 원리를 적용한 방식이다. 두 번째의 방식은 하나의 패키지 내에 각각 다른 색 온도를 가지는 발광 소자를 두 개 이상 다수 개 배치하여 각 발광 소자의 밝기 또는 켜지는 개수를 조절하여 색 온도를 조절하는 방식이다. In the conventional LED lighting apparatus, there are two methods of adjusting color temperature. The first method is to apply the principle that the color temperature is changed while the phosphor is disposed around the light emitting device so that the light from the light emitting device passes through the light emitting body. The second method is a method of controlling the color temperature by controlling the brightness or the number of the light emitting device is turned on by placing two or more light emitting devices having different color temperatures in one package.
그러나, 첫 번째 방식의 경우에는 색 온도를 능동적으로 조절할 수 없고, 다양한 색 온도를 가진 발광 소자를 제작하기 위해서 복잡한 제조 공정 및 관리가 필요하다는 단점이 있다. 두 번째 방식의 경우에는 능동적으로 색 온도를 조절할 수 있으나 반드시 다수 개의 엘이디 소자를 이용하여야 하고 색 온도를 조절하기 위한 별도의 복잡한 제어 시스템을 필요로 한다는 단점이 있다. However, in the case of the first method, the color temperature cannot be actively controlled, and complicated manufacturing processes and management are required to manufacture light emitting devices having various color temperatures. In case of the second method, the color temperature can be actively controlled, but the disadvantage is that a plurality of LED elements must be used and a separate complicated control system for adjusting the color temperature is required.
현재 일반적으로 엘이디 조명장치에서 색 온도 조절을 위하여 사용되는 기술은 색 온도가 다른 2가지 발광 소자를 이용하는 것이다. 즉, 웜 화이트(warm white) 색 온도 특성을 나타내는 엘이디 패키지와 쿨 화이트(cool white) 색 온도 특성을 가지는 엘이디 패키지를 사용하여 색 온도를 조절하거나, 혹은 쿨 화이트 특성의 엘이디와 적색 엘이디를 사용해서 색 온도를 조절한다. 그러나, 이러한 방법은 모두 추가적인 엘이디가 필요하기 때문에 가격 문제로 대중화되지 못하고 있는 실정이다. 따라서, 다수의 발광 소자를 이용하지 않으면서도, 색조, 색 온도와 같은 조명 광의 특성을 능동적으로 조절할 수 있고, 또한 제어 및 제조가 간단한 엘이디 조명장치의 개발이 요구되고 있다.Currently, a technique generally used for color temperature control in LED lighting apparatuses is to use two light emitting devices having different color temperatures. That is, the color temperature is controlled by using an LED package having a warm white color temperature characteristic and an LED package having a cool white color temperature characteristic, or by using a cool white characteristic LED and a red LED. Adjust the color temperature. However, all of these methods are not popularized due to price issues because additional LEDs are required. Accordingly, there is a demand for development of an LED lighting device that can actively adjust characteristics of illumination light such as color tone and color temperature without using a plurality of light emitting elements, and is simple to control and manufacture.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 보다 효과적으로 색조, 색 온도 등과 같은 조명 광의 특성을 조절할 수 있는 엘이디 조명장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an LED lighting apparatus and a control method thereof, which can more effectively adjust the characteristics of illumination light, such as color tone, color temperature and the like.
본 발명의 또 다른 목적은 제조가 용이한 엘이디 조명장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide an LED lighting device and a method of controlling the same, which are easy to manufacture.
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 엘이디 광원과; 상기 엘이디 광원에서 나오는 빛 중에서 특정 파장 대역의 빛을 선택적으로 투과 또는 차단시키기 위하여, 전기 습윤 원리에 의하여 작동되는 가변 컬러 필터를 포함하는 엘이디 조명장치를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention includes an LED light source; In order to selectively transmit or block light having a specific wavelength band among the light emitted from the LED light source, an LED lighting apparatus including a variable color filter operated by an electrowetting principle is provided.
상기 가변 컬러 필터는, 소수성 유전체부와; 상기 소수성 유전체부에 구비되는 극성 액체와; 상기 소수성 유전체부에 선택적으로 전압을 인가하는 구동부를 포함하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 소수성 유전체부에는 상기 극성 액체의 투과 스펙트럼 특성과는 다른 투과 스펙트럼 특성을 가지는 무극성 액체가 더욱 구비되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 무극성 액체는 소정의 색조 및 연색성을 갖는 유색 액체인 것이 바람직하다. 또한, 상기 무극성 액체는 유성 액체인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 극성 액체는 투명 액체인 것이 바람직하며, 상기 극성 액체는 수성 액체인 것이 더욱 바람직하다.The variable color filter includes a hydrophobic dielectric portion; A polar liquid provided on the hydrophobic dielectric portion; It is preferable to include a driving unit for selectively applying a voltage to the hydrophobic dielectric portion. The hydrophobic dielectric portion is further preferably provided with a nonpolar liquid having a transmission spectrum characteristic different from that of the polar liquid. At this time, the nonpolar liquid is preferably a colored liquid having a predetermined color tone and color rendering property. In addition, the nonpolar liquid is preferably an oil liquid. The polar liquid is preferably a transparent liquid, and more preferably the polar liquid is an aqueous liquid.
한편, 상기 구동부는, 상기 소수성 유전체의 일측에 위치하는 제1전극부과; 상기 소수성 유전체의 타측에 위치하는 제2전극부을 포함하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 구동부는 상기 소수성 유전체부의 일부에 전압을 인가하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1전극부의 하부에는 제1투명부가 구비되고, 상기 제2전극부의 상부에는 제2투명부가 구비되는 것이 더욱 바람직하다.On the other hand, the driving unit, the first electrode portion located on one side of the hydrophobic dielectric; It is preferable to include a second electrode portion located on the other side of the hydrophobic dielectric. The driving unit preferably applies a voltage to a portion of the hydrophobic dielectric unit. In addition, it is more preferable that a first transparent part is provided below the first electrode part, and a second transparent part is provided above the second electrode part.
한편, 상기 가변 컬러 필터는 다수의 셀로 구성되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 셀들은 형상 및 배열 중의 최소한 한 개는 무작위 또는 의사 무작위인 것이 바람직하다. 또한, 상기 셀들은 투과 스펙트럼 특성이 다른 다수의 셀의 집합인 것이 바람직하다. 상기 다수의 셀들은 동일 평면 상에 배열될 수 있으며, 상기 다수의 셀들은 다층으로 적층될 수도 있다.On the other hand, the variable color filter is preferably composed of a plurality of cells. The cells are preferably at least one of a shape and an arrangement are random or pseudo-random. In addition, the cells are preferably a collection of a plurality of cells having different transmission spectral characteristics. The plurality of cells may be arranged on the same plane, and the plurality of cells may be stacked in multiple layers.
본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 본 발명은 소수성 유전체 위에 극성 액체를 배치하는 단계와; 상기 소수성 유전체에 선택적으로 전압을 인가하여 상기 극성 액체를 선택적으로 이동시켜, 엘이디 광원에서 나오는 빛 중에서 특정 파장 대역의 빛을 선택적으로 투과 또는 차단시키는 단계를 포함하는 엘이디 조명장치의 제어방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, the present invention comprises the steps of disposing a polar liquid over a hydrophobic dielectric; It provides a control method of the LED lighting device comprising selectively applying a voltage to the hydrophobic dielectric to selectively move the polar liquid to selectively transmit or block light of a specific wavelength band from the light emitted from the LED light source. .
상기 소수성 유전체에는 무극성 액체가 더욱 구비되며, 상기 극성 액체가 선택적으로 이동됨에 따라 상기 무극성 액체가 응집 또는 퍼지는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 소수성 유전체의 일부분에 선택적으로 전압을 인가하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 극성 액체는 투명 수성 액체이며, 상기 무극성 액체는 유색 유성 액체인 것이 바람직하다.The hydrophobic dielectric further includes a nonpolar liquid, and it is preferable that the nonpolar liquid aggregates or spreads as the polar liquid is selectively moved. It is further desirable to selectively apply a voltage to a portion of the hydrophobic dielectric. Preferably, the polar liquid is a transparent aqueous liquid, and the nonpolar liquid is a colored oily liquid.
상술한 본 발명에 따른 엘이디 조명장치 및 그 제어방법의 효과를 설명하면 다음과 같다.The effects of the LED lighting apparatus and the control method according to the present invention described above are as follows.
첫째, 본 발명에 따른 엘이디 조명장치 및 그 제어방법에서는, 전기 습윤의 원리를 이용하여 보다 용이한 방법으로 색 온도 등의 조절이 가능하고, 또한 사용자의 기호에 맞추어 다양한 색 온도의 능동적 조절이 가능하다는 이점이 있다. First, in the LED lighting apparatus and the control method according to the present invention, it is possible to adjust the color temperature, etc. in an easier way by using the principle of electric wetting, and also to actively adjust the various color temperature according to the user's preference There is an advantage.
둘째, 본 발명에 따른 엘이디 조명장치 및 그 제어방법에서는, 광원으로 이용하는 엘이디 소자 또는 엘이디 패키지를 소정의 색 온도 특성을 갖는 하나 또는 한 종류만으로도 구현할 수 있으므로, 서로 상이한 색 온도 특성을 갖는 두 개 이상의 다수 개 엘이디를 이용하는 종래 기술에 비하여 보다 저렴하다는 이점이 있다. Secondly, in the LED lighting apparatus and the control method thereof according to the present invention, since the LED element or the LED package used as the light source can be implemented by one or only one having a predetermined color temperature characteristic, two or more having different color temperature characteristics There is an advantage that it is cheaper than the prior art using a plurality of LEDs.
셋째, 본 발명에 따른 엘이디 조명장치 및 그 제어방법에서는, 엘이디 소자의 색 온도를 미세 조절할 수 있어, 소자들 간의 특성의 균일성을 확보할 수 있다는 이점이 있다.Third, in the LED lighting apparatus and the control method according to the present invention, it is possible to finely adjust the color temperature of the LED element, there is an advantage that can ensure the uniformity of the characteristics between the elements.
도 1은 본 발명에서 이용되는 전기습윤의 원리를 나타내는 도면
도 2는 본 발명에 따른 엘이디 조명장치의 바람직한 실시예를 도시한 단면도
도 3은 도 2의 엘이디 조명장치의 단위 가변 컬러 필터를 도시한 단면도
도 4는 도 2의 엘이디 조명장치의 단위 가변 컬러 필터에서, 전압과 투명 영역의 비율을 도시한 그래프
도 5는 본 발명에 따른 엘이디 조명장치의 다른 실시예를 도시한 평면도
도 6은 본 발명에 따른 엘이디 조명장치의 또 다른 실시예를 도시한 개략적으로 도시한 단면도
도 7은 본 발명에 따른 엘이디 조명장치의 또 다른 실시예를 도시한 개략적으로 도시한 단면도1 is a view showing the principle of electrowetting used in the present invention
2 is a cross-sectional view showing a preferred embodiment of the LED lighting apparatus according to the present invention
3 is a cross-sectional view showing a unit variable color filter of the LED lighting apparatus of FIG.
4 is a graph illustrating a ratio of a voltage and a transparent region in a unit variable color filter of the LED lighting apparatus of FIG.
5 is a plan view showing another embodiment of the LED lighting apparatus according to the present invention
Figure 6 is a schematic cross-sectional view showing yet another embodiment of the LED lighting apparatus according to the present invention
7 is a schematic cross-sectional view showing another embodiment of the LED illumination device according to the present invention
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 엘이디 조명장치 및 그 제어방법을 설명한다.Hereinafter, an LED lighting apparatus and a control method thereof according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명에서는 발광 소자 즉 엘이디로 부터 나온 빛 중 특정 파장 영역만을 통과시켜 광학적인 셔터 역할을 하는 가변 컬러 필터(Adjustable Color Filter)를 이용하여 색 온도를 조절하며, 상기 가변 컬러 필터는 전기 습윤(electrowetting) 원리를 이용하여 구현된다. 전기 습윤 현상은 1900년대 초에 물리학자인 G. Lippmann 등에 의해 발견된 것으로, 인가된 전계에 의해 소수성 표면의 젖음성(wetting properties)이 변화되는 현상을 기반으로 한다.In the present invention, the color temperature is adjusted using an adjustable color filter that acts as an optical shutter by passing only a specific wavelength region of light emitted from the light emitting device, that is, the LED, and the variable color filter is electrowetting. ) Is implemented using the principle. The electrowetting phenomenon was discovered by physicist G. Lippmann et al in the early 1900s and is based on the change in the wetting properties of hydrophobic surfaces by an applied electric field.
먼저, 도 1을 참조하여, 전기 습윤 원리를 설명한다.First, referring to FIG. 1, the electrowetting principle will be described.
소수성 유전체 층(hydrophobic dielectric material layer)(120) 위에서 물 또는 수용액 방울은 액체 자체의 표면 장력이 작용하여 최대한 표면적을 작게 유지하려는 성질이 있다. 따라서, 보통의 상태에서 액체는 소수성 유전체층(120)의 표면과 큰 접촉 각(θ1)을 이룬 형태(100)로 존재한다. 그러나, 제1전극부(130)과 제2전극부(140)을 통해 액체와 도전판(110)에 전압을 인가하면, 액체와 소수성 유전체층(120) 사이에 정전 에너지가 누적된다. 그러면 액체 방울은 추가된 정전 에너지에 의해 각 계면(interfaces)들 간의 에너지 균형을 이루기 위해, 소수성 유전체층(120)의 표면과 접촉 각(θ2)이 작아져 넓은 면적으로 퍼지게 된다. 따라서, 퍼진 형태(101)로 존재하게 된다. 본 발명에 의한 엘이디 조명장치에서는, 색 온도 등을 조절하기 위한 가변 컬러 필터를 이러한 전기 습윤 원리를 이용하여 구현한다. Drops of water or aqueous solution on the hydrophobic
도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 엘이디 조명장치의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다. 먼저, 본 실시예에 따른 엘이디 조명장치의 전체적인 구성을 설명한다.Referring to Figure 2, it will be described a preferred embodiment of the LED lighting apparatus according to the present invention. First, the overall configuration of the LED lighting apparatus according to the present embodiment will be described.
엘이디 광원(310)의 위 즉 빛의 조사 방향에는 가변 컬러 필터(320)가 구비된다. 엘이디 광원(310)은 엘이디 소자, 엘이디 소자를 포함하는 패키지 및 소정의 색상 스펙트럼을 구현하기 위한 형광체(phosphor) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 그리고 가변 컬러 필터(320)는 미세 광학 셔터 역할을 하는 다수의 단위 가변 컬러 필터로 구성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 가변 컬러 필터(320)를 다수의 셀로 구분하고, 각각의 셀에 단위 가변 컬러 필터(321)가 구비되어 각각의 셀에서 색 온도 등을 조절할 수 있게 하는 것이 바람직하다. The
도 3을 참조하여, 단위 가변 컬러 필터(321)를 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 3a는 가변 컬러 필터(320)에 외부 전계가 가해지지 않은 상태를 도시한 도면이며, 도 3b는 가변 컬러 필터(320)에 외부 전계가 가해진 상태를 도시한 도면이다. Referring to FIG. 3, the unit
다수의 단위 셀(322)에는 각각 단위 가변 컬러 필터(321)가 구비된다. 다수의 셀(322)은 격벽(230)에 의하여 구획되는 것이 바람직하며, 상기 셀(322)들은 화소(pixel) 형태로 배열되는 것이 바람직하다. 단위 가변 컬러 필터(321) 또는 가변 컬러 필터(320)를 상세히 설명하면 다음과 같다.Each of the
단위 가변 컬러 필터(321)는 엘이디 광원(미도시)에서 나오는 빛 중에서 특정 파장 대역의 빛을 선택적으로 투과 또는 차단시키는 역할을 한다. 이를 위하여, 단위 가변 컬러 필터(321)는 기본적으로 소수성 유전체부(240)와, 상기 소수성 유전체부(240)의 위에 구비되는 극성 액체(260)와 무극성 액체(270)와, 상기 소수성 유전체부(240)에 선택적으로 전압을 인가하는 구동부(220, 250, 280)를 포함하여 구성된다. The unit
즉 구동부(220, 250, 280)에 의한 소수성 유전체부(240)로 전압을 인가하면 극성액체(260)가 움직이게 되고, 상기 극성액체(260)의 이동에 따라 무극성 유체(270)가 응집됨으로써 특성 파장 영역의 빛을 선택적으로 투과 또는 차단하게 된다. 예를 들어, 무극성 유체(270)가 응집된 상태이면, 엘이디 광원에서 나오는 빛이 극성 액체(260)를 통과하여 외부로 나가게 된다. 무극성 유체(270)가 퍼진 상태이면, 엘이디 광원에서 나오는 빛은 무극성 액체(270) 및 극성 액체(260)를 통과하여 외부로 나가게 되므로 색 온도 등의 조절이 가능하다.(보다 상세한 내용은 후술함.)That is, when a voltage is applied to the hydrophobic dielectric part 240 by the driving
한편, 극성 액체(260)와 무극성 액체(270)는 서로 다른 투과 스펙트럼 특성을 가지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 무극성 액체(270)는 소정의 색조 및 연색성을 갖는 유색 액체가 될 수 있으며, 상기 유색 액체는 하나 또는 다수의 염료가 분산된 형태로 구성될 수 있다. 그리고 극성 액체(260)는 수용액을 포함하는 무색의 투명 극성 액체, 소정의 투과 스펙트럼을 갖는 극성 액체, 또는 안료가 분산 용해되어 무극성 액체와는 다른 소정의 투과 스펙트럼 특성을 갖도록 조제된 극성 액체 등으로 이루어질 수 있다. 또한, 극성 액체(260)는 수성 액체이고 무극성 액체(270)는 유성 액체이어서, 극성 액체(260)와 무극성 액체(270)가 서로 섞이지 않는 것이 바람직하다. Meanwhile, the
상술한 바와 같이, 극성 액체(260) 및 무극성 액체(270)를 여러 가지 방식이 사용될 수 있으나, 이하의 설명에서는 설명의 편의상, 극성 액체(260)는 투명 수성액체이고 무극성 액체(270)는 유색 유성 액체이어서, 무극성 액체(270)에 의하여 색 온도 등을 조절하는 것을 예로 들어 설명한다. 도 3은 이러한 예를 도시한 것이다.As described above, the
한편, 소수성 유전체부(240)에 선택적으로 전압을 인가하기 위한 구동부를 설명하면 다음과 같다. 구동부는, 소수성 유전체부(240)의 하부에 위치하는 제1전극부(250)과, 상기 소수성 유전체부(240)와 이격되어 상부에 위치하는 제2전극부(220)과, 상기 제1전극부(250)과 상기 제2전극부(220)을 연결하는 제어 전원(280)을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 그리고, 제1전극부(250)은 소수성 유전체부(240)의 일부를 제외한 부분에 구비되는 것이 바람직하다. 즉 소수성 유전체부(240)의 일부에 무전극 영역(251)이 구비되는 것이 바람직하며, 상기 무전극 영역(251)은 광학적으로 불투명하게 처리되는 것이 바람직하다. 즉 단위 가변 컬러 필터(321)에 전압이 인가될 때, 상기 무전극 영역(251)에 무극성 액체(270)가 응집되게 하는 것이 바람직하다. 그리고 제1전극부(250) 및 제2전극부(220)은 투명하여, 빛을 그대로 투과시키는 것이 바람직하다. 또한 제1전극부(250)의 하부에는 제1투명부(290)가 구비되고, 상기 제2전극부(220)의 상부에는 제2투명부(210)가 구비되어, 단위 가변 컬러 필터(321)의 하우징 역할을 하는 것이 바람직하다.Meanwhile, the driving unit for selectively applying a voltage to the hydrophobic dielectric part 240 will be described. The driving unit may include a
도 3a 및 도 3b를 참조하여, 본 실시예에 따른 엘이디 조명장치의 작용을 설명하면 다음과 같다. 도 3a는 가변 컬러 필터에 외부 전계가 가해지지 않은 상태를 도시한 도면이며, 도 3b는 가변 컬러 필터에 외부 전계가 가해진 상태를 도시한 도면이다. Referring to Figures 3a and 3b, the operation of the LED lighting apparatus according to the present embodiment will be described. 3A is a diagram illustrating a state in which no external electric field is applied to the variable color filter, and FIG. 3B is a diagram illustrating a state in which an external electric field is applied to the variable color filter.
본 실시예에서는 단위 셀(322)에 물 또는 수용액과 같은 극성 액체(260)(이하 설명의 편의상 '투명 극성 액체'라 함) 및 무극성의 유색 유성 액체(270)(이하 설명의 편의상 '유색 무극성 액체'라 함)를 포함하는 경우에 대하여 설명하며, 특히 투명 극성 액체(260)와 유색 무극성 액체(270)의 경계면에서의 움직임을 중점적으로 설명한다. In the present embodiment, the
도 3a을 참조하여, 단위 가변 컬러 필터(321)에 외부 전계가 인가되지 않은 상태를 먼저 설명한다. Referring to FIG. 3A, a state in which no external electric field is applied to the unit
단위 가변 컬러 필터(321)에 외부 전계가 인가되지 않은 평형 상태에서는, [γo,w + γo,i < γw,i ]( γ:계면 장력, o:유성액체(oil), w:물 또는 수용액(water or saline), i:절연체)로 표현되는 계면 장력 간의 관계에 의해, 자연적으로 유색 무극성 액체(270)은 투명 극성 액체(260)와 소수성 유전체부(240)의 사이에 위치하게 된다. 즉 유색 무극성 액체(270)가 단위 셀(322) 전체 면에 퍼져있는 상태가 되어, 셀(322)은 유색 무극성 액체(270)가 투과시키는 스펙트럼 분포의 빛만을 투과시킨다. 셀(322)은 매우 작은 크기 바람직하게는 2 mm 미만이므로, 계면 간에 작용하는 힘인 표면장력이 중력에 비해 훨씬 크게하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 유색 무극성 액체(270)로 이루어진 막은 셀(322)에서 모든 방향으로 안정적이고 연속적인 상태로 유지된다.In an equilibrium state where no external electric field is applied to the unit
다음으로, 도 3b를 참조하여, 단위 가변 컬러 필터(321)에 외부 전계가 인가된 상태를 설명한다.Next, a state in which an external electric field is applied to the unit
제2전극부(220)을 통해 투명 극성 액체(260)와 제1전극부(250) 사이에 전압이 인가되면, 에너지 균형을 이루고 있던 시스템에 정전 에너지가 추가된다. 따라서, 유색 무극성 액체(270)와 투명 극성 액체(260)가 적층된 상태(도 3a에 표시된 상태)는 더 이상 유지되지 못한다. 즉 투명 극성 액체(260)은 소수성 유전체부(240)의 표면과 접촉되도록 이동함으로써 시스템의 전체적인 에너지를 낮추는 방향으로 이동한다. 따라서 유색 무극성 액체(270)는 소수성 유전체부(240)의 표면으로부터 밀려나, 셀(322)의 무전극 영역(251)에 응집된다. 즉 유색 무극성 액체(270)가 응집된 영역 이외의 영역에는 투명 극성 액체(260)가 위치하게 되어, 이 영역은 투명한 상태가 된다. 따라서 셀(322)은 상기 셀(322)의 하부에 구비된 엘이디 광원(미도시)에서 출사되는 빛을 색상의 천이 없이 투과시키게 된다.When a voltage is applied between the transparent
즉 위에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 엘이디 조명장치에 따르면, 유색 무극성 액체(270)를 선택적으로 응집 또는 퍼지게 함으로써, 엘이디 광원에서 출사되는 색 온도 등을 조절하는 것이 가능하다. 또한 제1전극부(250)과 제2전극부(220)에 인가되는 전압을 제어함으로써, 보다 미세하게 엘이디 광원에서 출사되는 빛을 조절할 수 있다. That is, as described above, according to the LED lighting apparatus according to the present embodiment, by selectively agglomerated or spreading the colored
도 4를 참조하여, 제1전극부(250)과 제2전극부(220)에 인가되는 전압을 제어하여, 엘이디 광원에서 출사되는 빛을 미세하게 조절하는 방식을 설명한다. Referring to FIG. 4, a method of finely controlling the light emitted from the LED light source by controlling voltages applied to the
도 4는 전극에 인가된 전압에 따른 단위 셀의 면적 중에서 투명 영역이 차지하는 면적의 비율을 나타낸 그래프이다. 전압이 (0 - Vth)의 사이인 경우에는 유색 무극성 액체(270)가 거의 응집되지 않는다. 따라서 유색 무극성 액체(270)가 셀(322) 전체에 퍼져 있는 상태이므로, 투명 영역이 셀(322)에서 차지하는 면적 비율이 0에 가깝다. 따라서 엘이디 광원에서 출사되는 빛은 유색 무극성 액체(270)을 통과하게 되고, 이에 따라 유색 무극성 액체(270)의 의한 발색 상태가 된다. 즉 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 셀(322)의 전체 면적이 소정의 색상으로 발색하게 된다. 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 전압이 증가함에 따라 유색 무극성 액체(270)는 응집하게 되고, 이에 따라 유색 무극성 액체(270)가 없는 영역 즉 투명 극성 액체(260)만이 존재하는 투명 영역도 증가하게 된다. 이 경우에는 엘이디 광원의 색상과 소정의 유색 무극성 액체(270)에 의한 투과 색상이 혼색되는 상태이다. 도 4의 (c)에 도시한 바와 같이, 전압이 더욱 증가하여 전압이 소정치(Vfull) 이상이 되면, 투명 영역은 80% 이상이 된다. 이 경우에는 엘이디 광원에서 출사된 광이 거의 혼색없이 투과되게 된다. 따라서, 위에서 설명한 바와 같이, 단위 가변 컬러 필터에서 전압을 제어하여 투명 면적을 조절함으로써, 상기 단위 가변 컬러 필터의 색 농도 등을 미세하게 조절하는 것이 가능하다. 4 is a graph showing the ratio of the area occupied by the transparent area to the area of the unit cell according to the voltage applied to the electrode. When the voltage is between (0-V th ), the colored
도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 가변 컬러 필터의 다른 실시예를 설명하면 다음과 같다.Referring to Figure 5, another embodiment of a variable color filter according to the present invention will be described.
본 실시예도 상술한 실시예와 기본 원리는 동일하다. 다만 본 실시예는 상술한 실시예에 비하여 셀(322) 또는 단위 가변 컬러 필터(321)의 형상이 다르다. 상술한 실시예(도 3 참조)에서는, 소정의 주기를 가지고 셀 또는 단위 가변 컬러 필터들이 배열된다. 그런데 가변 컬러 필터와 엘이디 광원과의 배치 형태, 이격 거리, 엘이디 광원의 크기 등에 따라 회절 현상에 의해 발광되는 광 세기(light intensity)의 공간 분포가 불균일하게 될 수 있다. 예를 들어, 소정 주기를 가지고 단위 셀을 배열하면, 광이 투과하는 주기적인 슬릿(slit) 배열에 의한 회절 간섭 등이 나타날 수 있다.This embodiment also has the same basic principle as the above-described embodiment. However, in the present embodiment, the shape of the
따라서 본 실시예에서는 이러한 현상을 억제하기 위하여 가변 컬러 필터를 구성하는 셀(322)들 또는 단위 가변 컬러 필터(322)들의 형상 및 배치를 무작위(random) 또는 의사 무작위(pseudo-random) 방식으로 구성한다. 예들 들어, 셀(322)의 형상을 무작위 또는 의사 무작위 형상으로 할 수 있다. 또는, 셀(322)들의 배치 형태를 공간적인 주기성이 없거나 억제된 무작위 또는 의사 무작위 방식으로 할 수 있다. 또는 다양한 크기를 갖는 셀들을 공간적으로 무작위 또는 의사 무작위 방식으로 배열할 수 있다. 물론 이러한 방법들을 조합하여 사용하는 것도 가능하다. Therefore, in this embodiment, in order to suppress this phenomenon, the shape and arrangement of the
도 5(a)는 셀(322) 표면에 퍼져 있는 유색 무극성 액체를 투과한 빛이 소정의 색상을 필터링된 발색 상태를 나타낸 도면이며, 도 5(b)는 소정의 응집 영역에 유색 무극성 액체가 모이고, 응집 영역 이외의 투명한 부분으로 엘이디 광원의 출사 광이 색 천이 없이 투과되는 상태를 도시한 도면이다.FIG. 5 (a) is a view illustrating a color development state in which light transmitted through a colored nonpolar liquid spreading on the surface of the
도 6 및 도 7을 참조하여, 본 발명에 따른 가변 컬러 필터의 또 다른 실시예를 설명하면 다음과 같다.6 and 7, another embodiment of the variable color filter according to the present invention will be described.
본 실시예도 상술한 실시예들과 기본 원리는 동일하다. 다만 본 실시예는 파장 대역별로 또는 색상 별로 단위 셀 또는 단위 가변 필터를 구성한 것이다. 이렇게 구성함으로써 가시광 영역 내에서의 임의의 색상 조절이 가능하다. 상세히 설명하면 다음과 같다.This embodiment also has the same basic principle as the above-described embodiments. However, in the present embodiment, a unit cell or a unit variable filter is configured for each wavelength band or color. This configuration allows arbitrary color adjustment within the visible light region. It will be described in detail as follows.
상술한 실시예(도 3 참조)에서는, 모든 셀에 단일 유색 무극성 액체를 사용하며, 상기 단일 유색 무극성 액체는 소비자 또는 사용자가 선호하는 색조 및 연색성을 얻을 수 있는 빛의 투과 특성을 가지도록 선정된다. 그리고 단일 유색 무극성 액체가 셀에 접촉하는 면적을 전기적으로 제어함으로써 색 농도를 임의로 조절할 수 있다. 그런데, 본 실시예서는 각각의 셀들을 각 파장 대역별 또는 색상 별로 구분하여 구성하므로, 가시광 영역 내에서의 임의의 색상 조절이 가능하다.In the above-described embodiment (see FIG. 3), a single colored nonpolar liquid is used for all the cells, and the single colored nonpolar liquid is selected to have a light transmitting property to obtain a color tone and color rendering property preferred by the consumer or the user. . And the color density can be arbitrarily adjusted by electrically controlling the area where a single colored nonpolar liquid contacts the cell. However, in the present embodiment, since each cell is configured by dividing each wavelength band or color, arbitrary color adjustment is possible in the visible light region.
예를 들어, 도 6에 도시한 바와 같이, 각 파장 대역별 또는 색상 별로 각각 다른 특성이 다른 다수의 셀(321a, 321b, 321c)을 동일 평면(layer)에 단층으로 구성할 수 있다. 또는 도 7에 도시한 바와 같이, 각 파장 대역별 또는 색상 별로 다수의 셀(321a, 321b, 321c)을 다층으로 적층할 수도 있다. 도 7에서는 각 파장 대역별의 셀(321a, 321b, 321c) 또는 필터를 편의상 개략적으로 도시하였으나, 각각의 셀(321a, 321b, 321c)에는 도 3에 도시 및 설명한 단위 가변 컬러 필터가 설치된다.For example, as illustrated in FIG. 6, a plurality of
한편, 본 실시예에서는 각각의 셀(321a, 321b, 321c)들은 각각 독립적으로 전압이 인가되며, 따라서 각각의 셀(321a, 321b, 321c)의 표면에 퍼져있는 유색 무극성 액체의 접촉 면적을 독립적으로 조절할 수 있다. 그 결과 엘이디 광원(310)으로부터 나온 빛의 특성 예를 들어 다양하고 미세한 색상, 색 농도 및 색 온도 등을 가변 컬러 필터에 의하여 조절하는 것이 가능하다. On the other hand, in the present embodiment, each of the
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기본 원리를 이용한 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 상술한 실시예에서는 유색 무극성 액체 및 투명 극성 액체를 같이 사용하는 것을 도시 및 설명하였으나, 하나의 액체 예를 들어 유색 극성 액체를 사용하는 것도 가능하다. 또한 상술한 실시예에서는 광원으로서 엘이디 광원을 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니다.The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible using the basic principles of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the use of a colored nonpolar liquid and a transparent polar liquid together is illustrated and described, but it is also possible to use one liquid, for example, a colored polar liquid. In addition, although the above-described embodiment described the LED light source as the light source, the present invention is not limited thereto.
310 : 엘이디 광원 320 : 가변 컬러 필터
321 : 셀 240 : 소수성 유전체부
260 : 투명 극성 액체 270 : 유색 무극성 액체
250, 220 : 제1전극부, 제2전극부 290, 210 : 제1투명부, 제2투명부310: LED light source 320: variable color filter
321 cell 240 hydrophobic dielectric material
260: transparent polar liquid 270: colored nonpolar liquid
250, 220: first electrode portion,
Claims (19)
상기 엘이디 광원에서 나오는 빛 중에서 특정 파장 대역의 빛을 선택적으로 투과 또는 차단시키기 위하여, 전기 습윤 원리에 의하여 작동되는 가변 컬러 필터를 포함하는 엘이디 조명장치.LED light source;
LED lighting device including a variable color filter operated by the electro-wetting principle to selectively transmit or block light of a specific wavelength band among the light emitted from the LED light source.
상기 소수성 유전체에 선택적으로 전압을 인가하여 상기 극성 액체를 선택적으로 이동시켜, 엘이디 광원에서 나오는 빛 중에서 특정 파장 대역의 빛을 선택적으로 투과 또는 차단시키는 단계를 포함하는 엘이디 조명장치의 제어방법.Disposing a polar liquid over the hydrophobic dielectric;
Selectively applying a voltage to the hydrophobic dielectric to selectively move the polar liquid to selectively transmit or block light of a specific wavelength band from the light emitted from the LED light source.
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