KR20130092761A - 스펙트럼 혼합 제어 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 임의의 파장을 갖는 LED 칩과 형광체의 조합을 설계 및 제조하여 출력 광이 임의의 스펙트럼 분포를 만족하고 연색지수가 향상된 LED 패키지의 제조가 가능한 스펙트럼 혼합 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 본 발명은 목표 스펙트럼 분포 및 설정 조건을 검출하는 입력부; 상기 입력부로부터 입력된 목표 스펙트럼 분포와 설정 조건에 따라 스펙트럼 데이터베이스에서 임의의 광원 및 형광체 정보를 선택하고, 상기 선택된 광원 및 형광체 정보를 조합하여 스펙트럼 분포를 산출하며, 상기 산출된 스펙트럼 분포에 기초하여 제조된 테스트용 LED 패키지의 발광 스팩트럼 분포를 검출하여 분석하고, 상기 분석된 결과가 상기 목표 스펙트럼 분포와 설정 조건을 만족하면 상기 광원 및 형광체의 조합 정보를 출력하는 스펙트럼 제어부; 상기 스펙트럼 제어부로 저장된 광원 및 형광체의 파장 정보와, 임의의 광원과 형광체의 중량비(Wt%)에 따라 반응하여 출력되는 빛의 파장 정보를 제공하는 스펙트럼 데이터베이스; 및 상기 입력부가 제공하는 목표 스펙트럼 분포 및 설정 조건과, 상기 스펙트럼 제어부로부터 출력되는 분석 결과 및 조합 정보를 표시하는 디스플레이부를 포함한다. 따라서 본 발명은 임의의 파장을 갖는 LED 칩과 형광체의 조합을 설계하여 출력 광이 원하는 스펙트럼 분포를 형성하도록 LED 패키지를 제공할 수 있는 장점이 있다.
Description
본 발명은 스펙트럼 혼합 제어 장치 및 방법에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 임의의 파장을 갖는 LED 칩과 형광체의 조합을 설계 및 제조하여 출력 광이 임의의 스펙트럼 분포를 만족하고 연색 지수가 향상된 LED 패키지의 제조가 가능한 스펙트럼 혼합 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 눈부신 반도체기술의 발달로 LED의 수명 및 효율은 점차 높아가고 있으며, 곧 기존의 조명기구들을 대체하게 될 것으로 전망된다.
긴 수명을 가지는 LED 조명은 유지보수가 어려운 환경에서 사용되는 기존의 조명기구를 대체하게 될 것으로 예견되며, 높은 연색지수 및 좁은 영역에 빛을 집속하는 것도 가능하여, 상가에서 상품전시를 위한 조명으로 널리 활용되고 있으며, 적은 소비전력으로 인하여 점차 모든 가정의 조명기구들을 대체할 것으로 기대된다.
한편, LED를 이용한 백색광을 구현하는 방식에는 일반적으로 청색 LED에 형광체를 도포하여 패키지 레벨에서 백색광을 구현하는 방법과, 적색(Red color), 청색(Blue color), 녹색(Green color) LED 소자를 인접하게 설치함으로써, 각 LED로부터 발광된 빛이 혼합하여 백색광을 구현하는 삼색 LED 방식이 있다.
도 1은 청색, 녹색, 적색 LED의 스팩트럼 분포를 나타낸 파형도로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 LED는 460nm 부근에서 피크 파장을 이루는 청색 LED, 520nm부근에서 피크 파장을 이루는 녹색 LED 및 630nm 부근에서 피크 파장을 이루는 적색 LED가 주종을 이루고 있다.
그러나 이러한 삼색 LED는 각 발광 소자들 간의 상이한 광학적 특성으로 인하여 균일한 혼색 즉, 청색, 녹색 및 적색 LED들의 피크 사이에서는 스펙트럼 영역이 매우 좁기 때문에 가시광 영역을 모두 포함하는 자연광에 가까운 백색광이 구현되지 못하는 문제점이 있다.
또한, 조명기구의 광학적 특성을 분석하는 지표로서, 연색지수(Color Rendering Index: CRI)와 상관 색온도(Correlated Color Temperature: CCT)가 있는데 연색지수(CRI)는 같은 색온도를 가지는 자연광(black body radiation과 유사)과 인공적으로 제작한 조명을 동일한 사물에 조사한 경우, 상기 사물의 색상이 달라지는 정도를 나타낸다.
또한, 상기 상관 색온도(CCT)는 조명기구를 포함하는 발광물체가 백색광을 방출할 때에 이와 매우 비슷한 전자기파를 복사(radiation)하는 흑체(black body)의 온도를 말하는 것으로 상기 상관 색온도(CCT)는 인간의 감성 및 뇌파에 미치는 영향이 크다는 연구결과들이 밝혀지고 있다.
한편, 자연광(태양광)은 380-780nm 파장의 전대역에 걸쳐서 고르게 방출되고 인간의 시각 활동이 이 자연광에 적응하여 왔기 때문에, 이 자연광이 비추는 사물을 보면 인간은 편안한 느낌을 받게 되고, 시력 역시 보호가 되게 된다.
또한, 자연광 아래에서의 색상과 동일하게 보이는 정도인 연색성을 개선하여, 자연광 아래에서의 색상과 동일하게 보이게 하는 것이 중요하다.
그래서, 종래의 LED를 이용하는 조명장치에서는 자연광에 근접하도록 다양한 파장의 LED를 조합하여 연색성을 개선하려고 시도하고 있으나, 각 파장의 LED를 제조하는 것이 제조비용이나 제조 공정상의 수율 문제 등으로 인해 어려운 문제점이 있다.
또한, 백색광 LED는 도 2와 같은 스펙트럼 분포를 형성하여 일반적으로 440-460nm 파장에서 제 1 피크 파장과 520-600nm 파장에서 제 2 피크 파장을 갖는 광을 방출하고, 이러한 백색광 LED는 점선과 같이 태양광에는 존재하지만 백색광 LED에서는 방출되지 않는 파장이 많아서 연색 지수(CRI)가 65-75 수준으로 나빠지는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 임의의 파장을 갖는 LED 칩과 형광체의 조합을 설계 및 제조하여 출력 광이 임의의 스펙트럼 분포를 만족하고 연색지수가 향상된 LED 패키지의 제조가 가능한 스펙트럼 혼합 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 스펙트럼 혼합 제어 장치로서, 목표 스펙트럼 분포 및 설정 조건을 검출하는 입력부; 상기 입력부로부터 입력된 목표 스펙트럼 분포와 설정 조건에 따라 스펙트럼 데이터베이스에서 임의의 광원 및 형광체 정보를 선택하고, 상기 선택된 광원 및 형광체 정보를 조합하여 스펙트럼 분포를 산출하며, 상기 산출된 스펙트럼 분포에 기초하여 제조된 테스트용 LED 패키지의 발광 스팩트럼 분포를 검출하여 분석하고, 상기 분석된 결과가 상기 목표 스펙트럼 분포와 설정 조건을 만족하면 상기 광원 및 형광체의 조합 정보를 출력하는 스펙트럼 제어부; 상기 스펙트럼 제어부로 저장된 광원 및 형광체의 파장 정보와, 임의의 광원과 형광체의 중량비(Wt%)에 따라 반응하여 출력되는 빛의 파장 정보를 제공하는 스펙트럼 데이터베이스; 및 상기 입력부가 제공하는 목표 스펙트럼 분포 및 설정 조건과, 상기 스펙트럼 제어부로부터 출력되는 분석 결과 및 조합 정보를 표시하는 디스플레이부를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 스펙트럼 제어부는 상기 분석 결과가 목표 스펙트럼 분포와 설정 조건을 만족하지 않으면 오차 정보를 검출하고, 상기 검출된 오차 정보를 상기 선택된 광원 및 형광체의 선택 정보와 스펙트럼 분포에 반영하여 재산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 스펙트럼 제어부는 선택된 광원 및 형광체 정보로부터 1차 스펙트럼의 분포를 산출하고, 상기 산출된 1차 스펙트럼 분포를 합성하여 2차 스펙트럼 분포를 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 2차 스펙트럼은 임의의 1차 스펙트럼과, 상기 1차 스펙트럼의 합성을 통해 리액션된 스펙트럼을 순차적으로 합성하여 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 광원 정보는 390nm ~ 420nm 사이에서 피크 파장인 청자색 광을 발광하는 LED 칩의 파장 정보, 440nm ~ 470nm 사이에서 피크 파장인 청색 광을 발광하는 LED 칩의 파장 정보, 470nm ~ 490nm 사이에서 피크 파장인 시안색 광을 발광하는 LED 칩의 파장 정보 및 620nm ~ 640nm 사이에서 적색 광을 발광하는 LED 칩의 파장 정보 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 형광체 정보는 임의의 파장을 갖는 적어도 하나 이상의 형광체가 임의의 중량비(Wt%)로 혼합된 형광체 정보인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 임의의 파장을 갖는 형광체는 청색 형광체, 녹색 형광체, 적색 형광체, 오렌지색 형광체 및 황색 형광체 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 스펙트럼 혼합 제어 방법으로서, a) 입력부에서 목표 스펙트럼 정보가 제공되면 스펙트럼 제어부가 목표 스펙트럼 분포와 조건을 설정하는 단계; b) 상기 스펙트럼 제어부가 목표 스펙트럼 분포를 형성하기 위한 광원 및 형광체 정보를 스펙트럼 데이터베이스에서 선택하고, 상기 선택된 광원 및 형광체 정보를 조합하기 위한 1차 스펙트럼 분포를 산출하는 단계; c) 상기 스펙트럼 제어부가 산출된 1차 스펙트럼 분포로부터 2차 스펙트럼 분포를 산출하는 단계; d) 상기 스펙트럼 제어부가 산출된 2차 스펙트럼 분포를 상기 설정된 조건과 비교하여 만족하는지 여부를 판단하는 단계; e) 상기 판단 결과, 2차 스펙트럼 분포가 설정된 조건을 만족하면 상기 스펙트럼 제어부가 산출된 정보를 출력하고, 상기 산출된 정보에 근거하여 제조된 테스트용 LED 패키지의 스펙트럼 분포를 검출하여 분석하는 단계; 및 f) 상기 스펙트럼 제어부는 분석된 테스트용 LED 패키지의 스펙트럼 분포를 상기 목표 스펙트럼 분포와 비교하여 만족하면 양산용 LED 패키지 제조 정보를 출력하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 f)단계는 테스트용 LED 패키지의 스펙트럼 분포가 목표 스펙트럼 분포를 만족하지 않으면 오차 정보를 검출하고, 상기 b)단계에서 선택된 광원 및 형광체의 선택 정보와 1차 스펙트럼 분포에 상기 검출된 오차 정보를 반영하여 상기 c) 내지 e)단계를 재수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 a)단계의 조건은 연색 지수 및 상관 색온도인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 b)단계에서 선택되는 광원 및 형광체 정보는 서로 다른 임의의 파장을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 b)단계의 광원 정보는 390nm ~ 420nm 사이에서 피크 파장인 청자색 광을 발광하는 LED 칩의 파장 정보, 440nm ~ 470nm 사이에서 피크 파장인 청색 광을 발광하는 LED 칩의 파장 정보, 470nm ~ 490nm 사이에서 피크 파장인 시안색 광을 발광하는 LED 칩의 파장 정보 및 620nm ~ 640nm 사이에서 적색 광을 발광하는 LED 칩의 파장 정보 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 b)단계의 형광체 정보는 임의의 파장을 갖는 적어도 하나 이상의 형광체가 임의의 중량비(Wt%)로 혼합된 형광체 정보인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 임의의 파장을 갖는 형광체는 청색 형광체, 녹색 형광체, 적색 형광체, 오렌지색 형광체 및 황색 형광체 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 c)단계의 2차 스펙트럼 분포는 광원 및 형광체의 1차 스펙트럼을 형성하는 단일광 및 복합광을 혼합하여 시뮬레이션을 통해 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 임의의 파장을 갖는 LED 칩과 형광체의 조합을 설계하여 출력 광이 원하는 스펙트럼 분포를 형성하도록 LED 패키지를 제공할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 출력광의 연색지수를 향상시켜 자연광에 가까운 광을 출력하는 LED 패키지를 제공할 수 있는 장점이 있다.
도 1 은 일반적인 청색, 녹색, 적색 LED의 스팩트럼 분포를 나타낸 파형도.
도 2 는 종래 기술에 따른 백색광 LED의 스펙트럼 분포를 나타낸 파형도.
도 3 은 본 발명에 따른 스펙트럼의 혼합 제어 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 4 는 본 발명에 따른 스펙트럼의 혼합 제어 방법을 나타낸 흐름도.
도 5 는 도 4에 따른 스펙트럼의 혼합 제어 방법의 스펙트럼 산출 과정을 나타낸 파형도.
도 2 는 종래 기술에 따른 백색광 LED의 스펙트럼 분포를 나타낸 파형도.
도 3 은 본 발명에 따른 스펙트럼의 혼합 제어 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 4 는 본 발명에 따른 스펙트럼의 혼합 제어 방법을 나타낸 흐름도.
도 5 는 도 4에 따른 스펙트럼의 혼합 제어 방법의 스펙트럼 산출 과정을 나타낸 파형도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 스펙트럼 혼합 제어 장치 및 방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
(스펙트럼의 혼합 제어 장치)
도 3은 본 발명에 따른 스펙트럼 혼합 제어 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 스펙트럼 혼합 제어 장치(100)는 입력부(110)와, 스펙트럼 제어부(120)와, 스펙트럼 데이터베이스(130)와, 디스플레이부(140)를 포함하여 구성된다.
상기 입력부(110)는 사용자로부터 설계 대상이 되는 목표 스펙트럼의 분포와, 연색 지수(Color Rendering Index: CRI) 및 상관 색온도(Correlated Color Temperature: CCT) 등과 같은 설정 조건을 입력받아 제공하는 구성으로서, 키패드, 키보드, 스위치, 마우스 등의 입력 수단과, 외부 장치(컴퓨터)로부터 송신되는 입력 정보들을 수신하기 위한 데이터 송수신 수단을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 입력부(110)는 설정 조건으로 사용자가 입력하는 임의의 광원 정보와 형광체 정보와 상기 형광체의 중량비(Wt%)를 검출하여 제공한다.
상기 스펙트럼 제어부(120)는 입력부(110)로부터 입력된 목표 스펙트럼 분포와 설정 조건에 따라 스펙트럼 데이터베이스(130)에서 미리 설정된 임의의 광원 정보와 상기 광원과 반응하는 적어도 하나 이상의 형광체 정보를 선택하고, 상기 선택된 광원 및 형광체 정보를 조합하여 스펙트럼 분포를 산출한다.
또한, 상기 스펙트럼 제어부(120)는 선택된 광원 및 형광체 정보로부터 각각의 광원과 형광체가 갖는 고유의 파장을 분해하여 배열한 1차 스펙트럼의 분포를 산출하고, 상기 산출된 1차 스펙트럼 분포를 합성하여 2차 스펙트럼 분포를 산출 한다.
상기 2차 스펙트럼 분포는 광원의 1차 스펙트럼과 상기 광원과 가까운 파장을 갖는 형광체의 1차 스펙트럼을 합성하며, 상기 합성으로 인해 리액션되는 스펙트럼과 선택된 형광체 중에서 다른 파장을 갖는 형광체의 1차 스펙트럼을 순차적으로 재합성하여 2차 스펙트럼의 분포를 산출한다.
또한, 상기 스펙트럼 제어부(120)는 상기 산출된 스펙트럼의 분포와 상기 스펙트럼으로부터 연색 지수(CRI) 또는 상관 색온도(CCT) 등을 검출하고, 상기 검출된 정보들을 상기 목표 스펙트럼의 분포, 연색 지수 및 상관 색온도 등과 비교 및 분석하여 만족하면 테스트용 LED 패키지의 제조를 위한 광원 및 형광체의 파장 정보와 상기 형광체의 혼합 중량비(Wt%) 등을 포함한 테스트용 LED 패키지 제조 정보를 출력한다.
또한, 상기 스펙트럼 제어부(120)는 상기 산출된 스펙트럼의 분포, 연색 지수 및 상관 색온도가 목표 스펙트럼의 분포, 연색 지수 및 상관 색온도를 충족하기 않으면 산출된 스펙트럼과 목표 스펙트럼 사이의 스펙트럼 분포, 연색 지수 및 상관 색온도를 포함한 오차 정보를 검출하여 상기 선택된 광원 및 형광체의 파장과 형광체의 종류와 혼합 중량비(Wt%)에 반영시켜 2차 스펙트럼을 재산출한다.
또한, 상기 스펙트럼 제어부(120)는 입력부(110)를 통해 상기 테스트용 LED 패키지 제조 정보에 기초하여 제조된 테스트용 LED 패키지의 발광 스팩트럼 분포가 검출되면, 상기 검출된 테스트용 LED 패키지의 발광 스펙트럼 분포와 연색 지수 및 상관 색온도 등을 분석하고, 상기 분석된 결과 정보들을 상기 목표 스펙트럼의 분포, 연색 지수 및 상관 색온도 등의 설정 조건과 비교하여 만족하면 양산용 LED패키지 제조를 위한 광원 및 형광체의 최종 조합 정보를 출력한다.
상기 광원 및 형광체의 최종 조합 정보는 광원의 파장, 형광체의 종류 및 파장, 각 형광체의 혼합 중량비(Wt%)를 포함한다.
또한, 상기 스펙트럼 제어부(120)는 상기 테스트용 LED 패키지의 분석 결과 정보들이 상기 목표 스펙트럼의 분포, 연색 지수 및 상관 색온도 등의 설정 조건과 비교하여 만족하지 않으면 분석된 스펙트럼과 목표 스펙트럼 사이의 스펙트럼 분포, 연색 지수 및 상관 색온도를 포함한 오차 정보를 검출하여 상기 선택된 광원 및 형광체의 파장과 형광체의 종류와 혼합 중량비(Wt%)에 반영시켜 2차 스펙트럼을 재산출한다.
상기 스펙트럼 데이터베이스(130)는 임의의 광원과, 형광체 정보와, 상기 광원을 미리 설정된 중량비(Wt%)의 형광체 또는 복수의 형광체들을 임의의 중량비(Wt%)로 혼합한 형광체와 반응하여 출력되는 빛의 파장 정보를 저장하고, 상기 스펙트럼 제어부(120)로 상기 저장된 정보들을 제공한다.
상기 광원 정보는 390nm ~ 420nm 사이에서 피크 파장인 청자색 광을 발광하는 LED 칩의 파장 정보, 440nm ~ 470nm 사이에서 피크 파장인 청색 광을 발광하는 LED 칩의 파장 정보, 470nm ~ 490nm 사이에서 피크 파장인 시안색 광을 발광하는 LED 칩의 파장 정보 및 620nm ~ 640nm 사이에서 적색 광을 발광하는 LED 칩의 파장 정보 등을 포함하고, 상기 광원 정보는 상기 파장 정보에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 형광체 정보는 임의의 파장을 갖는 적어도 하나 이상의 형광체와, 상기 형광체 사이에 임의의 중량비(Wt%)로 혼합된 형광체의 파장 정보를 포함한다.
상기 형광체의 혼합 중량비(Wt%)는 예를 들면, 실리콘 중량비(Wt%) 100에 대하여 청색 형광체 6.28 내지 8.39, 녹색 형광체 0.96 내지 1.29, 황색 형광체 0.96 내지 1.29, 적색 형광체 0.4 내지 0.53 중량비(Wt%)에 따라 혼합된 경우 각각의 혼합 중량비에 따른 혼합된 형광체의 파장 정보이다.
또한, 상기 임의의 파장을 갖는 형광체는 청색 형광체, 녹색 형광체, 적색 형광체, 오렌지색 형광체 및 황색 형광체 등을 포함한다.
상기 디스플레이부(140)는 입력부(110)를 통해 제공하는 목표 스펙트럼 분포 및 설정 조건 등이 사용자에게 표시될 수 있도록 하고, 상기 스펙트럼 제어부(120)로부터 출력되는 스펙트럼의 산출 정보 및 분석 결과 정보와, 테스트용 LED 패키지의 제조 정보와 양산용 LED 패키지 제조를 위한 광원 및 형광체의 최종 조합 정보가 사용자에게 표시되도록 한다.
(스펙트럼의 혼합 제어 방법)
도 4는 본 발명에 따른 스펙트럼 혼합 제어 방법을 나타낸 흐름도이고, 도 5는 도 4에 따른 스펙트럼 혼합 제어 방법의 스펙트럼 산출 과정을 나타낸 파형도이다.
도 3 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 스펙트럼 혼합 제어 방법은 입력부(110)에서 목표 스펙트럼의 정보가 제공되면 스펙트럼 제어부(120)가 입력된 목표 스펙트럼 정보를 디스플레이부(140)로 표시함과 동시에 상기 입력된 목표 스펙트럼 정보를 분석하여 스펙트럼 분포와 연색 지수(CRI)와 상관 색온도(CCT)와 임의의 광원이나 형광체의 혼합 중량비(Wt%) 등을 포함한 조건을 설정(S100)한다.
상기 스펙트럼 제어부(120)가 상기 설정된 목표 스펙트럼 분포를 형성하기 위한 광원 및 형광체 정보와, 혼합 중량비 등의 정보를 스펙트럼 데이터베이스(130)로부터 선택(S110)하고, 상기 선택된 광원 및 형광체 정보를 조합하기 위한 1차 스펙트럼 분포를 산출(S120)한다.
상기 S120단계에서 선택되는 광원 및 형광체 정보는 서로 다른 임의의 파장을 갖고, 상기 광원 정보는 390nm ~ 420nm 사이에서 피크 파장인 청자색 광을 발광하는 LED 칩의 파장 정보, 440nm ~ 470nm 사이에서 피크 파장인 청색 광을 발광하는 LED 칩의 파장 정보, 470nm ~ 490nm 사이에서 피크 파장인 시안색 광을 발광하는 LED 칩의 파장 정보 및 620nm ~ 640nm 사이에서 적색 광을 발광하는 LED 칩의 파장 정보 등을 포함한다.
또한, 상기 형광체 정보는 상기 광원에서 출력되는 빛과 반응하여 스펙트럼을 형성하도록 임의의 파장을 갖는 적어도 하나 이상의 형광체가 포함되고, 복수의 형광체가 포함되는 경우 각 형광체의 파장 정보와 각 형광체별로 미리 설정된 임의의 중량비(Wt%)를 포함하고, 상기 임의의 파장을 갖는 형광체는 청색 형광체, 녹색 형광체, 적색 형광체, 오렌지색 형광체 및 황색 형광체
또한, 상기 1차 스펙트럼 정보는 선택된 광원 및 형광체의 독립된 파장 정보와 이를 개략적인 스펙트럼 분포로 디스플레이하는 정보이다.
상기 스펙트럼 제어부(120)는 상기 S120단계에서 산출된 1차 스펙트럼 분포로부터 2차 스펙트럼 분포를 산출(S130)하고, 상기 2차 스펙트럼 분포는 광원 및 형광체의 1차 스펙트럼을 형성하는 단일광 및 복합광을 혼합하여 시뮬레이션을 통해 산출되며, 상기 제 2 스펙트럼 분포를 산출하는 방법은 다음과 같다.
예를 들면, λ0의 파장을 갖는 광원과, λ1의 파장을 갖는 제 1 형광체와, λ2의 파장을 갖는 제 2 형광체와 λ3의 파장을 갖는 제 3 형광체의 스펙트럼을 합성하는 경우 스펙트럼 제어부(120)는 도 5와 같이, λ0의 파장을 갖는 광원의 스펙트럼 R1(λ0)을 산출하고, 상기 R1(λ0) 스펙트럼과 인접한 위치에 λ1의 파장을 갖는 제 1 형광체의 스펙트럼 R2{R2(λ0), R12(λ1)}를 산출하며, λ2의 파장을 갖는 제 2 형광체의 스펙트럼 R3{R3(λ0), R13(λ1), R23(λ2)}를 산출하고, λ3의 파장을 갖는 제 3 형광체의 스펙트럼 R4{R4(λ0), R14(λ1), R24(λ2), R34(λ3)}를 산출하여 가산 혼합을 통해 제 2 스펙트럼을 산출한다.
상기 가산 혼합은 스펙트럼을 더하는 혼합으로써, 혼합하면 할수록 명도가 높아져 밝아지는 장점이 있다.
상기 S130단계에서 2차 스펙트럼 정보가 산출되면 상기 스펙트럼 제어부(120)는 상기 산출된 2차 스펙트럼 분포로부터 연색 지수(CRI) 또는 상관 색온도(CCT) 등을 검출하고, 상기 검출된 정보를 상기 S100단계에서 설정된 목표 스펙트럼의 분포, 연색 지수 또는 상관 색온도 등의 기준값(예를 들면 연색 지수가 90이상)과 비교하여 만족하는지 여부를 판단(S140)한다.
상기 S140단계의 판단 결과, 상기 산출된 스펙트럼의 분포, 연색 지수 및 상관 색온도가 목표 스펙트럼의 분포, 연색 지수 및 상관 색온도를 충족하기 않으면 상기 스펙트럼 제어부(120)는 산출된 2차 스펙트럼과 목표 스펙트럼 사이의 스펙트럼 분포, 연색 지수 및 상관 색온도를 포함한 오차 정보를 검출하고, 상기 검출된 오차 정보를 디스플레이부(140)로 출력하며 상기 S110단계에서 선택된 광원 및 형광체의 파장과 형광체의 종류와 혼합 중량비(Wt%)를 조절(S141)하여 1차 스펙트럼 및 2차 스펙트럼을 재산출한다.
또한, 상기 S140단계의 판단 결과 상기 산출된 스펙트럼의 분포, 연색 지수 및 상관 색온도가 목표 스펙트럼의 분포, 연색 지수 및 상관 색온도를 충족하면, 상기 스펙트럼 제어부(120)는 테스트용 LED 패키지의 제조를 위한 상기 광원 및 형광체의 파장 정보와 상기 형광체의 혼합 중량비(Wt%) 등을 포함한 테스트용 LED 패키지 제조 정보를 디스플레이부(140)를 통해 출력하며 테스트용 LED 패키지의 제조(S150)가 수행되도록 한다.
상기 스펙트럼 제어부(120)는 상기 S150단계의 테스트용 LED 패키지 제조 정보에 기초하여 제조된 테스트용 LED 패키지의 스펙트럼 분포를 입력부(110)를 통해 수신하면, 상기 수신된 테스트용 LED 패키지의 스펙트럼 정보로부터 스펙트럼 분포, 연색 지수, 상관 색온도 등을 분석(S160)한다.
상기 스펙트럼 제어부(120)는 상기 S160단계에서 분석된 테스트용 LED 패키지의 스펙트럼 정보를 상기 목표 스펙트럼 정보의 기준값과 비교하여 만족하는지 여부를 판단(S170)한다.
상기 S170단계의 판단 결과, 상기 분석된 스펙트럼의 결과 정보들이 상기 목표 스펙트럼의 분포, 연색 지수 및 상관 색온도 등의 설정 조건에 일치하거나 만족하면 양산용 LED 패키지의 제조를 위한 광원 및 형광체의 파장 정보와 상기 형광체의 혼합 중량비(Wt%) 등을 포함한 최종 조합 정보를 디스플레이부(140)를 통해 출력하며 양산용 LED 패키지의 제조(S180)가 수행되도록 한다.
또한, 상기 S170단계의 판단 결과, 상기 분석된 스펙트럼의 결과 정보들이 상기 목표 스펙트럼의 분포, 연색 지수 및 상관 색온도 등의 설정 조건에 일치하거나 만족하지 않으면, 상기 스펙트럼 제어부(120)는 상기 분석된 스펙트럼과 목표 스펙트럼 사이의 스펙트럼 분포, 연색 지수 및 상관 색온도를 포함한 오차 정보를 검출하고, 상기 검출된 오차 정보를 디스플레이부(140)로 출력하며 상기 S110단계에서 선택된 광원 및 형광체의 파장과 형광체의 종류와 혼합 중량비(Wt%)를 조절(S141)하여 1차 스펙트럼 및 2차 스펙트럼을 재산출한다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있으며, 상술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
100 : 스펙트럼 제어 장치 110 : 입력부
120 : 스펙트럼 제어부 130 : 스펙트럼 데이터베이스
140 : 디스플레이부
120 : 스펙트럼 제어부 130 : 스펙트럼 데이터베이스
140 : 디스플레이부
Claims (15)
- 목표 스펙트럼 분포 및 설정 조건을 검출하는 입력부;
상기 입력부로부터 입력된 목표 스펙트럼 분포와 설정 조건에 따라 스펙트럼 데이터베이스에서 임의의 광원 및 형광체 정보를 선택하고, 상기 선택된 광원 및 형광체 정보를 조합하여 스펙트럼 분포를 산출하며, 상기 산출된 스펙트럼 분포에 기초하여 제조된 테스트용 LED 패키지의 발광 스팩트럼 분포를 검출하여 분석하고, 상기 분석된 결과가 상기 목표 스펙트럼 분포와 설정 조건을 만족하면 상기 광원 및 형광체의 조합 정보를 출력하는 스펙트럼 제어부;
상기 스펙트럼 제어부로 저장된 광원 및 형광체의 파장 정보와, 임의의 광원과 형광체의 중량비(Wt%)에 따라 반응하여 출력되는 빛의 파장 정보를 제공하는 스펙트럼 데이터베이스; 및
상기 입력부가 제공하는 목표 스펙트럼 분포 및 설정 조건과, 상기 스펙트럼 제어부로부터 출력되는 분석 결과 및 조합 정보를 표시하는 디스플레이부를 포함하는 스펙트럼 혼합 제어 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 스펙트럼 제어부는 상기 분석 결과가 목표 스펙트럼 분포와 설정 조건을 만족하지 않으면 오차 정보를 검출하고, 상기 검출된 오차 정보를 상기 선택된 광원 및 형광체의 선택 정보와 스펙트럼 분포에 반영하여 재산출하는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 혼합 제어 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 스펙트럼 제어부는 선택된 광원 및 형광체 정보로부터 1차 스펙트럼의 분포를 산출하고, 상기 산출된 1차 스펙트럼 분포를 합성하여 2차 스펙트럼 분포를 산출하는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 혼합 제어 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 2차 스펙트럼은 임의의 1차 스펙트럼과, 상기 1차 스펙트럼의 합성을 통해 리액션된 스펙트럼을 순차적으로 합성하여 산출하는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 혼합 제어 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 광원 정보는 390nm ~ 420nm 사이에서 피크 파장인 청자색 광을 발광하는 LED 칩의 파장 정보, 440nm ~ 470nm 사이에서 피크 파장인 청색 광을 발광하는 LED 칩의 파장 정보, 470nm ~ 490nm 사이에서 피크 파장인 시안색 광을 발광하는 LED 칩의 파장 정보 및 620nm ~ 640nm 사이에서 적색 광을 발광하는 LED 칩의 파장 정보 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 스펙트럼 혼합 제어 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 형광체 정보는 임의의 파장을 갖는 적어도 하나 이상의 형광체가 임의의 중량비(Wt%)로 혼합된 형광체 정보인 것을 특징으로 하는 스펙트럼 혼합 제어 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 임의의 파장을 갖는 형광체는 청색 형광체, 녹색 형광체, 적색 형광체, 오렌지색 형광체 및 황색 형광체 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 스펙트럼 혼합 제어 장치. - a) 입력부에서 목표 스펙트럼 정보가 제공되면 스펙트럼 제어부가 목표 스펙트럼 분포와 조건을 설정하는 단계;
b) 상기 스펙트럼 제어부가 목표 스펙트럼 분포를 형성하기 위한 광원 및 형광체 정보를 스펙트럼 데이터베이스에서 선택하고, 상기 선택된 광원 및 형광체 정보를 조합하기 위한 1차 스펙트럼 분포를 산출하는 단계;
c) 상기 스펙트럼 제어부가 산출된 1차 스펙트럼 분포로부터 2차 스펙트럼 분포를 산출하는 단계;
d) 상기 스펙트럼 제어부가 산출된 2차 스펙트럼 분포를 상기 설정된 조건과 비교하여 만족하는지 여부를 판단하는 단계;
e) 상기 판단 결과, 2차 스펙트럼 분포가 설정된 조건을 만족하면 상기 스펙트럼 제어부가 산출된 정보를 출력하고, 상기 산출된 정보에 근거하여 제조된 테스트용 LED 패키지의 스펙트럼 분포를 검출하여 분석하는 단계; 및
f) 상기 스펙트럼 제어부는 분석된 테스트용 LED 패키지의 스펙트럼 분포를 상기 목표 스펙트럼 분포와 비교하여 만족하면 양산용 LED 패키지 제조 정보를 출력하는 단계를 포함하는 스펙트럼 혼합 제어 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 f)단계는 테스트용 LED 패키지의 스펙트럼 분포가 목표 스펙트럼 분포를 만족하지 않으면 오차 정보를 검출하고, 상기 b)단계에서 선택된 광원 및 형광체의 선택 정보와 1차 스펙트럼 분포에 상기 검출된 오차 정보를 반영하여 상기 c) 내지 e)단계를 재수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 혼합 제어 방법. - 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 a)단계의 조건은 연색 지수 및 상관 색온도인 것을 특징으로 하는 스펙트럼 혼합 제어 방법. - 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 b)단계에서 선택되는 광원 및 형광체 정보는 서로 다른 임의의 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 혼합 제어 방법. - 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 b)단계의 광원 정보는 390nm ~ 420nm 사이에서 피크 파장인 청자색 광을 발광하는 LED 칩의 파장 정보, 440nm ~ 470nm 사이에서 피크 파장인 청색 광을 발광하는 LED 칩의 파장 정보, 470nm ~ 490nm 사이에서 피크 파장인 시안색 광을 발광하는 LED 칩의 파장 정보 및 620nm ~ 640nm 사이에서 적색 광을 발광하는 LED 칩의 파장 정보 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 스펙트럼 혼합 제어 방법. - 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 b)단계의 형광체 정보는 임의의 파장을 갖는 적어도 하나 이상의 형광체가 임의의 중량비(Wt%)로 혼합된 형광체 정보인 것을 특징으로 하는 스펙트럼 혼합 제어 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 임의의 파장을 갖는 형광체는 청색 형광체, 녹색 형광체, 적색 형광체, 오렌지색 형광체 및 황색 형광체 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 스펙트럼 혼합 제어 방법. - 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 c)단계의 2차 스펙트럼 분포는 광원 및 형광체의 1차 스펙트럼을 형성하는 단일광 및 복합광을 혼합하여 시뮬레이션을 통해 산출하는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 혼합 제어 방법.
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