KR20170132910A - 백열 램프 컬러 온도 거동을 갖는 ｌｅｄ 조명 - Google Patents

Abstract

조명 디바이스에서, 디밍되는 경우에 백열 램프 거동을 닮도록 LED들의 자연 특성들을 이용하는 LED들의 세트가 채용되고, 그에 따라 정교한 컨트롤들에 대한 필요성을 제거한다. LED 드라이버로부터 디밍된 LED 전류를 수신하기 위한 2개의 입력 단자를 갖는 회로를 포함하는 2-단자 LED 모듈이 개시된다. 상기 LED 모듈은 제1 컬러 온도를 갖는 광을 생성하기 위한 적어도 하나의 LED의 제1 세트 및 제2 컬러 온도를 갖는 광을 생성하기 위한 적어도 하나의 LED의 제2 세트를 포함한다. LED들의 제2 세트는 저항기와 직렬로 접속되고, 이 직렬 배열이 LED들의 제1 세트와 병렬로 접속되어, LED들의 제1 세트를 통한 전류와 LED들의 제2 세트를 통한 전류의 비율이 수신된 디밍된 LED 전류의 크기에 종속하여 가변된다. 이 병렬 배열은 다시 LED 모듈의 2개의 입력 단자들 사이에 접속된다. 조명 디바이스는 바람직하게는 흑체 커브와 평행하며 근접한 컬러 포인트를 갖는 광을 생성한다.

Description

백열 램프 컬러 온도 거동을 갖는 ＬＥＤ 조명{LED LIGHTING WITH INCANDESCENT LAMP COLOR TEMPERATURE BEHAVIOR}

본 발명은 일반적으로는 광원으로서 복수의 LED들을 포함하고 전력을 수신하기 위한 단지 2개의 단자들만을 갖는 조명 디바이스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디밍되는 경우에 백열 램프 컬러 온도 거동을 갖는 LED 조명 디바이스에 관한 것이다. 본 발명은 또한 LED 조명 디바이스 및 디밍 디바이스를 포함하는 부품들의 키트에 관한 것이다.

전통적인 백열 전구(light bulb)는 전력을 수신하기 위한 2개의 단자들을 갖는 광원(즉, 램프 필라멘트)을 포함하는 조명 디바이스의 일례이다. 그러한 백열 전구에 전압이 인가되는 경우, 전류가 필라멘트를 통해 흐른다. 필라멘트의 온도는 저항성 가열(Ohmic heating)로 인해 상승한다. 필라멘트는 흑체인 것으로 간주될 수 있는 필라멘트의 온도와 관련된 컬러 온도를 갖는 광을 생성한다. 정상적으로는, 램프는 공칭 램프 전압, 예를 들면 유럽의 230V AC에서의 공칭 램프 전력에 대응하며, 방출된 광의 특정 공칭 컬러에 대응하는 공칭 레이팅을 갖는다.

수십년 이래로, 사람들은 상이한 전력의 백열 램프의 광을 사용해 왔다. 백열 램프의 광은 일반적인 웰빙의 느낌을 제공한다. 일반적으로, 백열 램프의 전력이 더 낮을수록, 이 램프에 의해 방출되는 광의 컬러 온도가 더 낮다. 일 특징으로서, 사람의 광의 지각은 컬러 온도가 더 낮은 경우에 "더 따뜻하다". 하나의 동일한 백열 램프에 있어서, 램프에 공급된 전력이 더 낮을수록 - 램프가 디밍되는 경우에 발생함 -, 방출된 광의 컬러 온도가 더 낮다.

램프를 디밍하는 것, 즉 광 출력을 감소시키는 것이 가능하다는 것은 이미 공지되어 있다. 이것은 예를 들면 위상 컷팅(phase cutting)에 의해 평균 램프 전압을 감소시켜 평균 램프 전력을 감소시킴으로써 수행된다. 그 결과, 또한 필라멘트의 온도가 감소하고, 결과적으로, 방출된 광의 컬러는 더 낮은 컬러 온도로 변경된다. 예를 들면, 60W 공칭 레이팅을 갖는 표준 백열 램프에서, 컬러 온도는 램프가 100% 광 출력에서 동작하는 경우에 약 2700K인 한편, 램프가 4% 광 출력으로 디밍되는 경우에 컬러 온도는 약 1700K로 감소한다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 컬러 온도는 색도도에서 전통적인 흑체 라인을 따른다. 더 낮은 컬러 온도는 더 많은 불그스름한 느낌에 대응하고, 이것은 더 따뜻하고, 더 편안하며 유쾌한 분위기와 연관된다.

비교적 최근의 경향은 LED들이 전기 에너지를 광으로 변환하는데 더 효율적이고 더 긴 수명을 갖는다는 사실을 감안하여, 백열 광원을 LED 광원들에 기초한 조명 디바이스들로 교체하고 있는 것이다. 그러한 조명 디바이스는 실제 LED 광원(들)과는 별도로, 백열 램프를 동작시키도록 의도된 메인 전압을 수신하고 입력 메인 전압을 동작 LED 전류로 변환하는 드라이버를 포함한다. LED들은 공칭 크기를 갖는 정전류로 동작하는 경우에 공칭 광 출력을 제공하도록 설계된다. LED는 또한 디밍될 수 있다. 이것은 전류 크기를 감소시킴으로써 수행될 수 있지만, 이것은 통상적으로 광 출력의 컬러를 변경시킨다. 생성된 광의 컬러 온도를 가능한 한 일정하게 유지하기 위해서, LED를 디밍하는 것은 통상적으로 듀티 사이클 디밍으로도 표시되는 펄스폭 변조에 의해 수행되는데, 여기서 LED 전류는 비교적 높은 주파수로 스위칭 ON 및 OFF되며, ON 주기들에서의 전류 크기는 공칭 설계 크기와 동일하고, ON 시간과 스위칭 주기 사이의 비율은 광 출력을 결정한다.

광원으로서 하나 이상의 LED들을 갖는 조명 디바이스를 구비하는 것이 바람직하고, 여기서 전통적인 백열 램프의 디밍 거동은 디밍 시에 출력 광의 컬러 온도가 더 높은 컬러 온도로부터 더 낮은 온도로의 경로(바람직하게는, 흑체 라인에 근접함)를 따르도록 시뮬레이션된다.

그러한 기능을 할 수 있는 조명 디바이스들은 예를 들면 US-2006/0273331에서 이미 제안되어 있다. 그러한 종래 기술의 디바이스들은, 대응하는 전류 소스를 각각 구비하는 서로 상이한 컬러들의 적어도 2개의 LED들, 및 각각의 LED들의 상대 광 출력들을 변경하도록 개별적인 전류 소스를 제어하는 마이크로프로세서와 같은 지능형 제어 디바이스를 포함한다. 공지된 디바이스는 전력 및 제어 신호를 반송하는 입력 전압 신호를 수신한다. 디바이스에서, 제어 신호는 입력 신호로부터 취해지고, 수신된 제어 데이터에 기초하여 개별적인 전류 소스들을 제어하는 지능형 제어 디바이스에 전달된다. 각각의 광 출력들 사이의 비율을 변경함으로써, 전체 광 출력에 대한 상대 기여들이 변경되고, 따라서 관측자에 의해 지각되는, 전체 광 출력의 전체 컬러가 변경된다. 따라서, 그러한 조명 디바이스는 분리된 제어 입력 신호를 필요로 한다.

LED 조명 디바이스들에 있어서, 디밍 조건들에서, 백열 램프와 유사한 LED 광의 컬러 온도의 거동이 획득될 수 있지만, 지금까지는 예를 들어 DE10230105로부터 알려진 바와 같이 광범위한 전류 컨트롤만을 희생하여 획득되고 있다. 원하는 컬러 온도 거동을 위해 LED 조명 디바이스에 컨트롤들을 추가해야 하는 필요성은 컴포넌트의 개수를 증가시키고, 조명 디바이스의 복잡도를 증가시키며, 비용을 증가시킨다. 이들 영향들은 바람직하지 못하다.

본 발명은, 지능형 컨트롤이 생략될 수 있으며 피드백 센서가 생략될 수 있는, 그러한 LED 조명 디바이스에 대한 LED 회로 및 그러한 LED 회로를 포함하는 LED 조명 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.

디밍되는 경우에 백열 램프의 컬러 온도 거동을 닮거나 이에 접근하는 컬러 온도 거동을 갖는 LED 조명 디바이스를 제공하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 광범위한 컨트롤들을 필요로 하지 않으면서, 디밍되는 경우에 백열 램프 컬러 온도 거동을 갖는 LED 조명 디바이스를 제공하는 것이 바람직할 것이다.

본 발명의 일 양태에 따르면, LED 조명 디바이스는 디밍 레벨에 기초한 크기를 갖는 정전류의 형태로 디밍된 LED 전류를 생성할 수 있는 LED 드라이버, 즉 단일의 디밍가능한 전류 소스, 및 LED 드라이버로부터 디밍된 LED 전류를 수신하기 위한 2개의 입력 단자를 갖는 회로를 포함하는 2-단자 LED 모듈을 포함한다. LED 모듈은 단지 LED들만이 존재하는 어레이와 유사하게, 전류 소스에 대한 부하로서 거동한다. 전류 소스에서 어떠한 지능형 전류 컨트롤도 필요하지 않다.

복수의 LED들 및 조명 디바이스로 전류를 공급하기 위한 2개의 단자들을 포함하는 LED 조명 디바이스가 제공된다. 조명 디바이스는 제1 컬러 온도를 갖는 광을 생성하는 제1 타입의 적어도 하나의 LED의 제1 세트(또는 그룹), 및 제1 컬러 온도와 상이한 제2 컬러 온도를 갖는 광을 생성하는 제2 타입의 적어도 하나의 LED의 제2 세트(또는 그룹)를 포함한다. LED 모듈은 LED 전류들을 LED 그룹들로 공급할 수 있고, 이 LED 전류들은 디밍된 LED 전류로부터 도출된다. LED 모듈은 적어도 제1 LED 그룹 및 제2 LED 그룹으로부터의 광 출력 기여들을 갖는 광 출력을 생성한다. LED 모듈은, 모듈의 광 출력의 컬러 포인트가 수신된 디밍된 LED 전류의 크기의 함수로서 가변되도록, 수신된 디밍된 LED 전류의 크기에 종속하여 개별적인 LED 그룹들의 개별적인 LED 전류들을 가변시키도록 설계된다. LED들의 제2 그룹은 저항기와 직렬로 접속되고, 이 직렬 배열이 LED들의 제1 그룹과 병렬로 접속되어, LED들의 제1 그룹을 통한 전류와 LED들의 제2 그룹을 통한 전류의 비율이 수신된 디밍된 LED 전류의 크기에 종속하여 가변된다. 이 병렬 배열이 LED 모듈의 2개의 입력 단자들 사이에 접속된다. 조명 디바이스는, 바람직하게는 단자들로 공급된 평균 전류의 변동에서 흑체 커브에 따라 가변되는 컬러 포인트를 갖는 광을 생성하도록 구성된다.

백열 램프의 컬러 온도 거동은 다음의 관계:

에 의해 기술될 수 있는데, 여기서 CT(100%)는 램프의 최대 전력(100% 전류)에서의 광의 컬러 온도이며, CT(x%)는 램프의 x% 디밍(x% 전류, 여기서 0<x<100)에서의 광의 컬러 온도이다.

추가적인 유리한 상세내용은 종속 청구항들에 언급된다.

본 발명의 이들 양태들, 특징들과 장점들 및 다른 양태들, 특징들과 장점들은 동일한 참조번호들이 동일하거나 유사한 부분들을 나타내는 도면들을 참조하여 하나 이상의 바람직한 실시예들의 다음의 설명에 의해 추가적으로 설명될 것이다.
도 1의 (A) 내지 도 1의 (D)는 본 발명을 개략적으로 예시하는 블록도들이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 분배 회로의 전류 분배 거동을 예시하는 그래프들이다.
도 3a는 분배 회로의 제1 가능 배열을 예시하는 도면이다.
도 3b는 분배 회로의 제1 가능 배열의 변형을 예시하는 도면이다.
도 4a는 분배 회로의 제2 가능 배열을 예시하는 도면이다.
도 4b는 분배 회로의 제3 가능 배열을 예시하는 도면이다.
도 5는 분배 회로의 제4 가능 배열을 예시하는 도면이다.
도 6은 전류 소스에 의해 전력이 공급되는, 제5 배열에서의 LED 조명 디바이스를 도시한다.
도 7은 상이한 타입들의 LED들에 대한 광속과 온도 사이의 관계를 예시한다.
도 8은 상이한 타입들의 LED들에 대한 광속과 온도 사이의 추가 관계들을 예시한다.
도 9는 상이한 타입들의 LED들에 대한 광속 비율과 디밍 비율 사이의 관계를 예시한다.
도 10은 전류 소스에 의해 전력이 공급되는, 본 발명에 따른 제6 배열에서의 LED 조명 디바이스를 도시한다.
도 11은 도 10의 제1 및 제2 세트들의 LED들을 통한 전류의 비율뿐만 아니라, 상이한 타입들의 LED들에 대한 LED 전류와 순방향 전압 사이의 관계를 예시한다.

도 1의 (A)는 메인 M(예를 들면, 유럽의 230 VAC@50Hz)에 접속된 디머(9)로부터 디밍된 메인 전압을 수신하는, 벽 소켓(8)에 접속된 전력 코드(11) 및 전력 플러그(12)를 갖는 조명 디바이스(10)를 개략적으로 도시한다. 유의할 점은, 벽 소켓(8) 및 전력 플러그(12) 대신에, 조명 디바이스(10)는 또한 고정된 와이어링을 통해 직접 접속될 수 있다는 점이다. 종래에, 조명 디바이스(10)는 하나 이상의 백열 램프들을 포함한다.

도 1의 (B)는 좌측에서 광원으로서 LED들을 갖는 조명 디바이스(10)의 종래의 레이아웃을 도시한다. 그러한 디바이스는 LED 어레이(102)에 대한 전류를 생성하는 드라이버(101)를 포함한다. 드라이버(101)는 메인 전력을 수신하기 위한 입력 단자들(103)을 갖는다. 종래의 시스템들에서, 드라이버는 단지 스위칭 온 또는 오프될 수 있다. 더 정교한 시스템에서, 드라이버(101)는 디머(9)로부터 디밍된 메인 전압을 수신하고 LED들에 대한 펄스형 출력 전류를 생성하도록 되어 있으며, 펄스 높이는 공칭 전류 레벨과 동일한 한편, 평균 전류 레벨은 디밍된 메인 전압에 포함된 딤(dim) 정보에 기초하여 감소한다. 우측에서, 도 1의 (B)는 본 발명에 따른 조명 디바이스(100)를 도시하고, 여기서 LED 어레이(102)는 LED 모듈(110)로 대체되고, 드라이버(101)로부터 봤을 때 LED 모듈(110)은 LED 어레이로서 거동하는데, 즉 LED 모듈의 부하 특성들은 LED 어레이의 부하 특성들과 동일하거나 유사하다.

도 1의 (C)는 본 발명에 따른 LED 모듈(110)의 기본 개념을 개략적으로 예시하는 블록도이다. 모듈(110)은 드라이버(101)로부터 LED 전류를 수신하기 위한 2개의 입력 단자들(111, 112)을 갖는다. 모듈(110)은 적어도 2개의 LED 어레이들(113, 114)을 포함한다. 각 LED 어레이는 하나의 단일 LED로 구성될 수 있거나 2개 이상의 LED들을 포함할 수 있다. 복수의 LED들을 포함하는 LED 어레이의 경우에, 그러한 LED들은 모두 직렬로 접속될 수 있지만, 병렬로 접속된 LED들도 가질 수 있다. 또한, 복수의 LED들을 포함하는 LED 어레이의 경우에, 그러한 LED들은 모두 동일한 타입 및/또는 동일한 컬러로 이루어질 수 있지만, 복수는 또한 서로 상이한 컬러들의 LED들을 수반할 수 있다. 도 1의 (C)의 개략적인 도면에서 단지 2개의 LED 어레이들만이 도시되어 있다는 것을 알 수 있지만, 유의할 점은, LED 모듈이 2개보다 많은 LED 어레이들을 포함할 수 있다는 점이다. 추가적으로 유의할 점은, 그러한 어레이들은 직렬로 그리고/또는 병렬로 접속될 수 있다는 점이다. 모듈(110)은 구동 전류를 LED 어레이들(113, 114)로 제공하는 분배 회로(115)를 더 포함하고, 이들 구동 전류들은 드라이버(101)로부터 수신된 입력 LED 전류로부터 도출된다. 분배 회로(115)는 입력 LED 전류를 감지하고 분배 회로(115)로 순간 평균 입력 전류를 나타내는 정보를 제공하는 전류 센서 수단(116)을 구비한다. 이러한 센서 수단(116)은 도시된 바와 같이 분배 회로(115)의 외부에 있는 분리된 센서일 수 있지만, 또한 분배 회로(115)의 필수 부분일 수 있다. 각각의 LED 어레이들(113, 114)에 대한 개별적인 구동 전류들의 크기들은 순간 평균 입력 전류에 좌우되고, 보다 상세하게는 각각의 LED 어레이들(113, 114)에서의 개별적인 구동 전류들 사이의 비율은 순간 평균 입력 전류에 좌우된다. 이를 위해, 분배 회로(115)는, 전체 입력 전류와 전류 분배 비율 사이의 관계를 정의하는 정보를 포함하는, 도시된 바와 같이 분배 회로(115)의 외부에 있거나 분배 회로(115)의 필수 부분인 메모리(117)를 구비할 수 있다. 이 정보는 예를 들면 함수 또는 룩업 테이블의 형태로 이루어질 수 있고, 여기서 분배 회로(115)는 예를 들면 마이크로프로세서와 같은 지능형 제어 수단을 포함한다. 그러나, 본 발명에 의한 바람직한 비용-효율적인 실시예에서, 분배 회로(115)는, LED들에 대한 전압 강하에 의해 공급되는, 수동 및/또는 능동 전자 컴포넌트들을 갖는 전자 회로로 구성되고, 메모리 기능은 전자 회로의 설계 시에 구현된다.

도 2a 및 도 2b는 분배 회로(115)의 가능한 실시예의 전류 분배 거동의 일례를 예시하는 그래프들이고, 여기서 공식들 I1=p·Iin 및 I2=q·In이 적용되고, I1은 제1 LED들(백색)에서의 전류를 나타내며, I2는 제2 LED들(호박색)에서의 전류를 나타낸다. 분배 회로 자체에서의 전류 소비를 무시하면, 항상 p+q=1이다. 수평축은 드라이버(101)로부터 수신된 입력 전류 Iin을 나타낸다. 수직축은 LED 어레이들(113, 114)로 제공된 출력 전류를 나타낸다. 하나의 스트링, 예를 들면 제1 스트링(113)의 LED들은 백색 LED들이고 다른 스트링의 LED들은 호박색 LED들이라고 가정하자. 커브 W는 백색 LED들의 전류를 나타내고, 커브 A는 호박색 LED들의 전류를 나타낸다. 도 2a는 선형 거동을 예시하는 한편, 도 2b는 비선형 거동의 예를 예시하는데; 다른 실시예들도 가능하다는 것은 자명하다. 분배 회로 자체는 소량의 전류를 소비하고 이것은 설명의 목적상 무시되지만, 모든 경우에, 양쪽 스트링들에서의 전류들의 합은 직선에 의해 표현된 입력 전류 Iin과 거의 동일하다. 도면들은, 입력 전류 Iin이 최대인 경우에, 모든 전류는 백색 LED들로 진행하고 호박색 LED들은 오프되어 있다는 것을 보여주고 있다. 입력 전류 Iin이 감소하는 경우에, 백색 LED들의 전류의 비율이 감소하고 호박색 LED들을 통한 전류가 증가한다. 특정 입력 전류 레벨로부터와 같이, 모든 전류는 호박색 LED들로 진행하고, 백색 LED들이 오프된다. 출력 광의 컬러 포인트는 모든 스트링들의 모든 LED들의 전체 기여에 의해 결정되므로, 입력 전류 Iin이 최대일 때 컬러 포인트는 백색이고 컬러 포인트는 입력 전류를 감소함에 따라 더 따뜻하게 된다는 점은 자명하다.

더 일반적으로는, Iin이 0 또는 0에 가까운 경우, p는 0과 동일할 수 있는 최소값 Pmin과 동일하고 q는 1과 동일할 수 있는 최대값 Qmax와 동일하다. Iin이 소정의 공칭(또는 최대) 레벨에 있는 경우, q는 0과 동일할 수 있는 최소값 Qmin과 동일하고 p는 1과 동일할 수 있는 최대값 Pmax와 동일하다. dp/d(Iin)이 항상 양이고 dq/d(Iin)이 항상 음인 입력 전류들의 범위가 적어도 존재한다. p 및 q가 일정한 입력 전류들의 범위가 존재할 수 있다. p=0인 입력 전류들의 범위가 존재할 수 있다. q=0인 입력 전류들의 범위가 존재할 수 있다.

본 발명에 따르면, 중요한 이슈는 분배 회로가 적어도 하나의 LED 어레이에서 전류를 개별적으로 변경할 수 있다는 점이다. 그렇게 하기 위해 가능한 수개의 방식들이 있다. 예를 들면, 도 1의 (D)에 예시된 바와 같이, 2개의 어레이들(113, 114)이 병렬로 배열되고 입력 전류는 제1 어레이(113)로 진행하는 제1 부분 및 제2 어레이(114)로 진행하는 제2 부분으로 분할될 수 있다. 제1 및 제2 부분의 합은 항상 입력 전류와 동일할 수 있다. 전류를 분할하는 것은 크기 기반으로 수행될 수 있으므로, 각 어레이는 여전히 가변 크기의 정전류를 수신한다; 이것은 예를 들면, 분배 회로가 적어도 하나의 제어가능한 저항 또는 관련된 LED 어레이와 직렬로 된 적어도 하나의 제어가능한 전류 소스를 포함하는 경우에 달성될 수 있다. 전류를 분할하는 것은 또한 시간 기반으로 수행될 수 있으므로, 각 어레이는 여전히 가변 펄스 지속기간의 일정한 크기를 갖는 전류 펄스들을 수신한다; 이것은 예를 들면, 분배 회로가 LED 어레이와 직렬로 된 적어도 하나의 제어가능한 스위치를 포함하는 경우에 달성될 수 있다. 제3 부하(예를 들면, 저항기)는 LED 어레이를 바이패싱하는 입력 전류의 제3 부분을 발산시키는데 이용될 수 있다. 하나의 전류 부분은 일정하게 유지될 수 있다.

다음은 본 발명을 실시하는 예시적인 구현들의 예증적 예들을 포함하지만, 유의할 점은, 이들 예들이 본 발명을 제한하는 것으로 간주되지 않는다는 점이다. 유의할 점은, 이하에서 단지 LED 모듈만이 도시될 것이고, 드라이버(101)는 표준 LED 드라이버에 의해 구현될 수 있으므로 드라이버(101)는 단순화를 위해 생략될 것이라는 점이다.

도 3a는 분배 회로(115)의 제1 가능 실시예를 예시하는 도면이다. LED 모듈의 이러한 실시예는 참조번호 300으로 표시되고 그 분배 회로는 참조번호 315로 표시될 것이다. 분배 회로(315)는 연산 증폭기(310), 및 가능하게는 도시되지 않은 저항기를 통해 연산 증폭기(310)의 출력에 연결된 베이스 단자를 갖는 트랜지스터(320)를 포함한다. 연산 증폭기(310)는 입력 단자들(111, 112) 사이에 접속된 2개의 저항기들(331, 332)의 직렬 배열로 구성되는 전압 분배기(330)에 의해 결정된 기준 전압 레벨로 설정된 비반전 입력(301)을 가지며, 이 비반전 입력(301)은 이러한 2개의 저항기들(331, 332) 사이의 노드에 연결된다. LED 모듈(300)은 입력 단자들(111, 112) 사이에서 직렬로 배열된 3개의 백색 LED들(341, 342, 343)의 스트링을 더 포함하고, 저항기는 백색 LED들의 스트링과 직렬로 배열된 전류 센서(350)의 역할을 한다. 피드백 저항기(360)는 전류 센서 저항기(350)와 백색 LED들(341, 342, 343)의 스트링 사이의 노드에 접속된 하나의 단자를 가지며, 연산 증폭기(310)의 반전 입력에 접속된 그 제2 단자를 갖는다. 트랜지스터(320)는 연산 증폭기(310)의 반전 입력에 접속된 그 이미터 단자를 갖는다. 트랜지스터(320)의 콜렉터 단자는 이러한 콜렉터 라인의 호박색 LED(371)와 함께, LED 스트링(341, 342, 343)의 일 포인트, 이 경우에는 제1 LED(341)와 제2 LED(342) 사이의 노드에 접속된다.

그러므로, 도시된 실시예에서, 트랜지스터(320)의 콜렉터-이미터 경로는 백색 LED들(341, 342, 343)의 스트링의 일부에 병렬로 접속된다; 이것은 전체 3개의 스트링들을 구성하는 것으로 간주될 수 있고, 하나의 스트링은 하나의 호박색 LED(371)를 포함하는 스트링에 병렬인 2개의 백색 LED들(342, 343)을 포함하며, 이들 2개의 스트링들은 하나의 백색 LED(341)를 포함하는 제3 스트링에 직렬로 접속된다. 대안으로, 트랜지스터(320)의 콜렉터-이미터 경로는 백색 LED들(341, 342, 343)의 전체 스트링에 직렬로 접속될 수 있고, 이 경우에 단지 2개의 스트링들만이 존재할 것이다. 그 예에서, 직렬로 된 3개의 백색 LED들(341, 342, 343)이 있지만, 이것은 2개 또는 4개 또는 그 이상일 수 있다. 이러한 예에서, 콜렉터 라인은 단지 하나의 호박색 LED를 포함하지만, 이러한 라인은 2개 이상의 호박색 LED들의 직렬 배열을 포함할 수 있다. 일반적으로, 콜렉터 라인에서 직렬로 접속된 호박색 LED들의 개수는 트랜지스터(320)의 콜렉터-이미터 경로에 병렬인 스트링에서 직렬-접속된 백색 LED들의 개수보다 작은 것이 바람직하다.

동작은 다음과 같다. 증가하는 입력 전류에 따라, 전류 센서 저항기(350)에 걸친 전압 강하가 상승하고, 따라서 입력 단자들(111, 112) 사이의 전압이 상승하며, 따라서 연산 증폭기의 비반전 입력에서의 전압이 상승한다. 백색 LED들(341, 342, 343)의 스트링에 걸친 전압 강하가 실질적으로 일정하므로, 입력 단자들(111, 112) 사이의 전압 상승은 실질적으로 전류 센서 저항기(350)에 걸친 전압 강하의 상승과 동일한 한편, 연산 증폭기의 비반전 입력에서의 전압 상승은 입력 단자들(111, 112) 사이의 전압 상승보다 작으며, 이 비율은 전압 분배기(320)의 저항기들(331, 332)에 의해 정의된다. 그러므로, 피드백 저항기(360)에 걸친 전압 강하는 감소될 것이고, 따라서 트랜지스터(320)의 콜렉터-이미터 경로의 전류도 감소한다.

도 3b는 분배 회로(115)의 제2 가능 실시예를 예시하는 도면이다. LED 모듈의 이러한 실시예는 참조번호 400에 의해 표시될 것이고 그 분배 회로는 참조번호 415로 표시될 것이다. 연산 증폭기(310)가 예를 들면 200mV의 기준 전압을 제공하는 기준 전압 소스(430)에 의해 결정된 기준 전압 레벨 Vref로 설정된 비반전 입력(301)을 갖는 한편, 추가적으로 트랜지스터(320)의 베이스 단자가 저항기(440)를 통해 양의 입력 단자(111)에 연결된다는 점을 제외하고는, 분배 회로(415)는 분배 회로(315)와 실질적으로 동일하다. 도 3a의 분배 회로(315)에 대한 이러한 분배 회로(415)의 하나의 중요한 장점은 더 안정적이고, 즉 개별적인 LED들의 순방향 전압들의 변동들에 덜 민감하다는 것이다. 동작은 유사하다: 증가하는 입력 전류에 따라, 전류 센서 저항기(350)에 걸친 전압 강하가 상승하고, 따라서 연산 증폭기의 반전 입력(302)에서의 전압이 상승하며, 트랜지스터의 베이스 전압을 감소시키고 따라서 트랜지스터(320)의 콜렉터-이미터 경로에서의 전류를 감소시킨다.

도 4a는 LED 모듈(500)의 제2 실시예를 예시하는, 도 1의 (D)와 유사한 블록도로서, 입력 전류 Iin은 시간 기반으로 2개의 LED 스트링들(113, 114)에 걸쳐 분배된다. 이러한 실시예의 분배 회로는 참조번호 515로 표시될 것이다. 모듈(500)은, 입력 전류 Iin을 수신하는 입력 단자를 가지며, LED 스트링들(113, 114)에 각각 연결된 2개의 출력 단자들을 갖는 제어가능한 스위치(501)를 포함한다. 제어가능한 스위치(501)는 2개의 동작 상태들, 즉 제1 출력 단자가 그 입력 단자에 접속되는 하나의 상태, 및 제2 출력 단자가 그 입력 단자에 접속되는 하나의 상태를 갖는다. 제어 회로(520)는 비교적 높은 주파수에서 이들 2개의 동작 상태들 사이에서 스위칭하도록 제어가능한 스위치(501)를 제어한다. 그러므로, 각 LED 스트링(113, 114)은 각각 특정 지속기간 t1, t2를 갖는 전류 펄스들을 수신하고, 전류 펄스는 크기 Iin을 갖는다. 스위칭 주기가 T로서 표시되는 경우에, 비율 t1/T는 제1 LED 스트링(113)에서의 평균 전류를 결정하고, 비율 t2/T는 제2 LED 스트링(114)에서의 평균 전류를 결정하며, 여기서 t1+t2=T이다. 제어 회로(520)는 전류 센서(116)에 의해 감지된 입력 전류 Iin에 기초하여 듀티 사이클(또는 비율 t1/t2)을 설정한다: 입력 전류 레벨 Iin이 감소하는 경우에, t1이 감소하고 t2가 증가하여 제1 LED 스트링(113; 예를 들면, 백색)의 평균 광 출력이 감소하며 제2 LED 스트링(114; 예를 들면, 호박색)의 평균 광 출력이 증가한다.

도 4b는 LED 모듈(600)의 제3 실시예를 예시하는 블록도이고, 여기서 제2 그룹의 LED들(114; 예를 들면, 호박색)에서의 전류량은 제1 그룹의 LED들(113; 예를 들면, 백색)에 병렬로 접속된 벅(Buck) 전류 컨버터(601)에 의해 제어된다. 이러한 실시예의 분배 회로는 참조번호 615에 의해 표시될 것이다. 제1 LED 스트링(113)은 입력 단자들(111, 112)에 병렬로 접속된다. 필터 커패시터 Cb는 제1 LED 스트링(113)에 병렬로 접속된다. 제2 LED 스트링(114)은 인덕터 L과 직렬로 접속되고, 다이오드 D는 이러한 직렬 배열에 병렬로 접속된다. 제어가능한 스위치 S는 제어 회로(115)에 의해 제어되는, 이러한 병렬 배열에 직렬로 접속되고, 여기서 제어 회로(620)는 스위치 S의 듀티 사이클 δ를, 전류 센서(116)에 의해 감지된 입력 전류 Iin에 기초하여 설정한다. 제2 LED 스트링(114)에서의 결과적인 전류는 Ia로 표시되고, 제1 LED 스트링(113)에서의 결과적인 전류는 Iw로 표시된다.

벅 컨버터는 CCM(continuous conduction mode)으로 동작하여, Ia에서의 리플은 그 평균값에 비해 작다. 벅 컨버터의 입력 전류 Is'는 Ia와 동일한 피크값 및 듀티 사이클 δ를 갖는 스위칭된 전류이다. 스위칭된 전류 Is'는 필터 커패시터 Cb로부터 공급되고, 이러한 필터 커패시터 Cb로의 입력 전류 Is는 실제로 Is'의 평균값이다. CCM으로 동작하며 전류 리플을 무시하는 벅 컨버터에 대해, Is=δIa를 도출할 수 있다. 제1 LED 스트링(113)에서의 전류가 필터 커패시터 Cb로의 입력 전류 Is만큼 감소하거나, 또는

라는 것은 자명하다.

그러므로, δ가 호박색 전류 Ia에 적응하도록 변경되는 경우, 백색 LED들을 통한 전류 Iw도 또한 변경된다. 전류 소스 Iin은 도 2a/b에 도시된 바와 같이 딤 설정에 대한 동일한 선형 종속성을 갖는다. 입력 전류 Iin은 전류 센서(116)에 의해 모니터링되어, 감지 신호 Vctrl을 생성하고, 제어 회로(620)는 벅 컨버터의 듀티 사이클 δ를 변경하며, 이와 같이 전류들 Iw 및 Ia 양쪽 모두를 변경한다.

원리상으로, 도 2a/b에 도시된 바와 같은 동일한 백색/호박색 전류 분배들은 이러한 실시예로 실현될 수 있다. 다른 실시예들과 비교하여 장점은 더 높은 효율이다. 벅 컨버터는 본질적으로 도 3a 및 도 3b의 다른 실시예들이 사실상 그러한 것과 같이, 선형 전류 조절기보다 더 높은 효율을 갖는다. 또한, 적합한 전류 감지 네트워크(사전-바이어싱된 전류 미러)를 통해, 감지 저항기 Rs는 매우 작게 유지될 수 있다.

유의할 점은, 호박색 LED 전류 Ia를 조절하는 벅 컨버터는 바람직하게는 히스테리틱(hysteretic) 모드 제어형 벅 컨버터라는 점이다.

도 5는 LED 모듈(700)의 제4 실시예를 예시하는 블록도이고, 여기서 각 개별적인 LED 스트링(113, 114)은 대응하는 전류 컨버터(730, 740)에 의해 각각 구동된다. 이러한 실시예의 분배 회로는 참조번호 715에 의해 표시될 것이다. 이 경우, 2개의 전류 컨버터들(730, 740)은 직렬로 접속된다. 도시된 실시예에서, 컨버터들은 벅 타입인 것으로 도시되어 있지만, 유의할 점은, 상이한 타입들, 예를 들면 부스트, 벅-부스트, 세픽(sepic), 쿡(cuk), 제타(zeta)도 가능하다는 점이다. 제어 회로(720)는 전류 센서(116)에 의해 감지된 입력 전류 Iin에 기초하여, 컨버터들의 스위치들 S를 개별적으로 제어하기 위한 2개의 제어 출력 단자들을 갖는다. 각 전류 컨버터(730, 740)는 당업자에게 자명한 바와 같이, 대응하는 스위치 S의 스위칭의 듀티 사이클에 따라 출력 전류를 생성한다. 이러한 실시예에서, 제어 회로(720)는 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 동일한 전류 종속성을 구현할 수 있지만, 또한 서로에 대해 독립적으로 개별적인 LED 스트링들(113, 114)에 대한 개별적인 전류들을 제어할 수 있으므로, 사실상, 양쪽 LED 스트링들(113, 114)은 최대 광 출력에서 또는 최소 광 출력에서 동시에 구동될 수 있다.

또한, LED들 자체의 고유 특성들에 기초하여 원하는 거동을 획득할 수 있다.

도 6은 AlInGaP 타입 LED와 같은 제1 타입의 적어도 하나의 LED(11)를 포함하며 제1 컬러 온도를 갖는 광을 생성하는 조명 디바이스(1)를 도시한다. 적어도 하나의 LED(11)는 InGaN 타입 LED와 같이, 제1 타입과 상이하고, AlInGaP 타입 LED의 컬러 온도보다 더 높은 제2 컬러 온도를 갖는 광을 생성하는 제2 타입의 적어도 하나의 LED(12)와 직렬로 접속된다. 조명 디바이스(1)는 전류 소스(18)로부터 LED들(11, 12)의 직렬 접속에 전류 IS를 공급하기 위한 2개의 단자들(14, 16)을 갖는다. 조명 디바이스(1)는 어떠한 능동 컴포넌트들도 갖지 않는다. 파선으로 표시된 바와 같이, 조명 디바이스(1)의 직렬 접속 LED들은 추가적인 제1 타입의 LED들(11) 및/또는 제2 타입의 LED들(12)을 포함하여, 조명 디바이스(1)가 제1 타입의 복수의 LED들(11) 및/또는 제2 타입의 복수의 LED들(12)을 포함할 수 있다. 조명 디바이스(1)는 제1 타입 및 제2 타입과 상이한 제3 타입의 임의의 다른 타입의 LED들 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

제1 타입의 하나 이상의 LED들(11)은 제2 타입의 하나 이상의 LED들(12)의 온도의 함수로서의 제2 광속 출력의 그레디언트와 상이한 그레디언트를 갖는 온도의 함수로서의 제1 광속 출력을 갖도록 선택된다. 실제로, 광속 출력 FO 변동은 LED의 25℃ 내지 100℃ 접합 온도의 광속 손실의 비율을 나타내는 소위 핫-콜드 인자(hot-coldfactor)에 의해 특성화될 수 있다. 이것은 도 7, 도 8 및 도 9를 참조하여 예시된다.

도 7은 제1 타입의 상이한 LED들(11)의 온도 T(수평축, ℃)의 함수로서의 광속 출력 FO(수직축, 루멘/mW)의 그래프들을 예시한다. 제1 그래프(21)는 적색 광도 LED에 대한 온도 상승에서의 광속 출력 FO 감소를 예시한다. 제2 그래프(22)는 적색-오렌지색 광도 LED에 대한 온도 상승에서 그래프(21)보다 더 급격한 광속 출력 FO 감소를 예시한다. 제3 그래프(23)는 호박색 광도 LED에 대한 온도 상승에서 그래프들(21 및 22)보다 훨씬 더 급격한 광속 출력 FO 감소를 예시한다.

도 8은 제2 타입의 상이한 LED들(12)의 온도 T(수평축, ℃)의 함수로서의 광속 출력 FO(수직축, 루멘/mW)의 그래프들을 예시한다. 제1 그래프(31)는 시안색 광도 LED에 대한 온도 상승에서의 광속 출력 FO 감소를 예시한다. 제2 그래프(32)는 녹색 광도 LED에 대한 온도 상승에서 그래프(31)보다 약간 더 급격한 광속 출력 FO 감소를 예시한다. 제3 그래프(33)는 감청색 광도 LED에 대한 온도 상승에서 그래프들(31 및 32)보다 훨씬 더 급격한 광속 출력 FO 감소를 예시한다. 제4 그래프(34)는 백색 광도 LED에 대한 온도 상승에서 그래프들(31, 32 또는 33)보다 훨씬 더 급격한 광속 출력 FO 감소를 예시한다. 제5 그래프(35)는 청색 광도 LED에 대한 온도 상승에서 그래프들(31, 32, 33 또는 34)보다 약간 더 급격한 광속 출력 FO 감소를 예시한다.

도 7 및 도 8은 제1 타입의 LED(11)가 제2 타입의 LED(12)보다 더 높은 핫-콜드인자를 갖는다는 것을 보여주고 있고, 이는 LED(11)의 온도의 함수로서의 광속 출력의 그레디언트가 LED(12)의 온도의 함수로서의 광속 출력의 그레디언트보다 더 높다는 것을 나타낸다.

도 9는 디밍 비율 DR(수평축, 단위없음(dimensionless))의 함수로서 비교적 낮은 컬러 온도를 갖는 제1 타입(적색, 오렌지색, 호박색)의 LED들(11)의 스트링, 및 비교적 높은 컬러 온도를 갖는 제2 타입(시안색, 청색, 백색)의 LED들(12)의 스트링의 광속 출력 비율 FR(수직축, 단위없음)의 그래프(41)를 예시하고, 여기서 모든 LED 다이들의 온도는 100% 전력(디밍 없음, 즉 디밍 비율=1)에서 100℃이며 주위 온도는 25℃이다. 그래프(41)는 디밍 비율 증가에서의 광속 출력 비율 FR 감소를 예시한다. 그러므로, 도 9에 따르면, 도시된 바와 같은 제1 및 제2 세트의 LED들의 광속 비율을 갖는 조명 디바이스(1)는 조명 디바이스(1)가 디밍되는 경우에 컬러 온도 감소를 보여줄 것이다. 특정 디밍 비율에서의 특정 광속 출력 비율은 적절한 타입의 LED들을 적절한 양만큼 선택하고 LED들의 세트의 각 LED의 주위에 대한 적절한 열 저항을 선택하여 특정 디밍 비율들에서 LED에 대한 원하는 온도들을 획득함으로써, 과도한 실험 없이 설계될 수 있다. 예를 들면, AlInGaP LED들과 같은 제1 타입의 하나 이상의 LED들은 InGaN LED들과 같은 제2 타입의 하나 이상의 LED들보다 주위에 대한 더 높은 열 저항으로 장착될 수 있다. 적절한 설계 시에, LED 조명 디바이스(1)는 추가 컨트롤들 없이 백열 램프의 컬러 온도 거동과 같은 컬러 온도 거동을 보여줄 것이다.

도 10은 InGaN 타입 LED와 같이, 제1 타입과는 상이한 제2 타입의 적어도 하나의 LED(52)와 병렬로 접속된 AlInGaP 타입 LED와 같은 제1 타입의 적어도 하나의 LED(51)를 포함하는 조명 디바이스(50)를 도시한다. 조명 디바이스(50)는 전류 소스(58)로부터 LED들(51, 52)의 병렬 접속으로 전류 IS를 공급하기 위한 2개의 단자들(54, 56)을 갖는다. 적어도 하나의 LED(52)와 직렬로, 저항기(59)가 제공된다. 저항기(59)는 또한 적어도 하나의 LED(52)와 직렬인 대신에, 적어도 하나의 LED(51)와 직렬로 접속될 수 있다. 대안적으로, 일 저항기가 적어도 하나의 LED(51)와 직렬로 접속되고, 또 다른 저항기가 적어도 하나의 LED(52)와 직렬로 접속될 수 있다. 조명 디바이스(50)는 어떠한 능동 컴포넌트들도 갖지 않는다. 파선들로 표시된 바와 같이, 조명 디바이스(50)의 적어도 하나의 LED(51) 및 적어도 하나의 LED(52)는 조명 디바이스(50)가 제1 타입의 복수의 LED들(51) 및/또는 제2 타입의 복수의 LED들(52)을 포함하도록 추가 LED들(51 및/또는 52)을 포함할 수 있다. 조명 디바이스(50)는 제1 타입 및 제2 타입과 상이한 제3 타입의 임의의 다른 타입의 LED들 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

저항기(59)는 그 저항값의 변동에 의한 비교적 느린 온도 변동들을 보상하는 음의 온도 계수(NTC) 타입 저항기이다.

제1 타입의 하나 이상의 LED들(51)은 저항기(59)와 직렬로 접속된 제2 타입의 하나 이상의 LED들(52)의 제2 동적 저항과 상이한 제1 동적 저항(LED(들)에 걸친 순방향 전압과 LED(들)를 통한 전류의 비율로 측정됨)을 갖도록 선택된다. 그 결과, 제1 타입의 하나 이상의 LED들(51)을 통한 전류와 하나 이상의 LED들(52)을 통한 전류의 비율은 가변될 것이다. 이것은 도 11을 참조하여 예시된다.

도 11은 제1 및 제2 타입의 LED(들)에 대한 순방향 전압 FV(수평축, V)의 함수로서의 전류들 ILED1, ILED2(좌측 수직축, A)의 그래프들을 예시한다. 또한, 도 10을 참조하면, 제1 그래프(61)는 LED(들)(51)에 걸친 순방향 전압의 함수로서의 InGaN LED(들)(51)에서의 전류 ILED1을 예시한다. 제2 그래프(62)는 LED(들)(52) 및 저항기(59)에 걸친 순방향 전압의 함수로서의 AlInGaP LED(들)(52) 및 저항기(59)에서의 전류 ILED2를 예시한다. 도시된 예에서, 저항기(59)는 8옴의 값을 갖는다.

도 11은 순방향 전압 FV의 함수로서의 전류 비율 ILED1/ILED2(우측 수직축, 단위없음)의 그래프(63)를 더 도시한다. 그래프(63)에서 알 수 있는 바와 같이, 약 2.9V보다 높은 순방향 전압들 FV에 대해, LED(들)(52) 및 저항기(59)를 통한 전류 ILED2보다 더 높은 전류 ILED1이 LED(들)(51)를 통해 흐르는 반면, 약 2.9V의 순방향 전압 FV 아래에서, 전류 ILED1은 ILED2보다 더 낮다. 따라서, 전류 소스(58)에 의해 제공된 전류가 디밍 동작 시에 저하되는 경우에, LED(들)(51)로부터의 광속 출력은 LED(들)(52)로부터의 광속 출력의 감소보다 더 높은 레이트로 감소하므로, 조명 디바이스(50)의 컬러 온도는 전류 소스(58)에 의해 제공되는 더 높은 전류에서 - 여기서, 조명 디바이스(50)의 컬러 온도는 LED(들)(51)의 컬러 온도를 향하는 경향이 있을 것임 - 보다 LED(들)(52)의 컬러 온도로 더 많이 향하는 경향이 있을 것이다. 그러므로, 적절한 설계에서, LED 조명 디바이스(50)는 추가적인 컨트롤들 없이 백열 램프의 컬러 온도 거동과 같은 컬러 온도 거동을 보여줄 것이다.

전류 소스들(18, 58)은 낮은 전류 리플을 가질 수 있는 DC 전류를 제공하도록 구성된다. 디밍을 위해, 전류 소스들(18, 58)은 펄스폭 변조될 수 있다. 조명 디바이스(10)에 피딩하는 전류 소스(18)의 경우, LED들의 접합 온도들은 디밍하는 경우에 감소될 것이다. 전류 소스(58)의 경우, 전류가 조명 디바이스(50)에서 흐르는 시간 동안의 평균 전류는 디밍 동안에 감소되어야 된다. 그러므로, 각 전류 소스(18, 58)는 가변 전력, 특히 가변 전류를 제공하도록 되어 있는 출력 단자들을 갖는 디머로 간주되어야 되고, 단자들(14, 16 및 54, 56)은 각각 디머의 출력 단자들에 접속되도록 구성된다.

상기에서는, 조명 디바이스에서, 디밍되는 경우에 백열 램프 거동을 닮도록 LED들의 자연 특성들을 이용하는 LED들의 세트가 채용되고, 그에 따라 정교한 컨트롤들에 대한 필요성을 제거하는 것이 설명되었다. 적어도 하나의 LED의 제1 세트는 제1 컬러 온도를 갖는 광을 생성하며, 적어도 하나의 LED의 제2 세트는 제2 컬러 온도를 갖는 광을 생성한다. 제1 세트 및 제2 세트는 직렬로 접속되거나, 또는 가능하게는 저항 소자가 제1 세트 또는 제2 세트와 직렬인 상태에서 제1 세트 및 제2 세트가 병렬로 접속된다. 제1 세트 및 제2 세트는 온도 거동이 상이하거나, 또는 상이한 동적 전기 저항을 갖는다. 조명 디바이스는 흑체 커브와 평행하며 근접한 컬러 포인트를 갖는 광을 생성한다.

요구되는 바와 같이, 본 발명의 상세한 실시예들이 본 명세서에 개시되어 있다; 그러나, 개시된 실시예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있는 본 발명의 예시일 뿐이라는 것이 이해되어야 한다. 그러므로, 본 명세서에 개시된 특정 구조적 및 기능적 세부사항들은 제한이 아니라, 청구항들에 대한 기초로서, 그리고 본 발명을 실질적으로 임의의 적절하게 상세화된 구조로 다양하게 채용하도록 당업자를 교시하기 위한 대표적인 기초로서 해석되어야 한다. 또한, 본 명세서에 이용된 용어들 및 구문들은 제한이 아니라 본 발명의 이해가능한 설명을 제공하려는 것이다.

본 명세서에서 이용되는 바와 같이, "a" 또는 "an"이라는 용어는 하나 또는 하나보다 많은 것으로 정의된다. 본 명세서에서 이용되는 바와 같이, "복수(plurality)"라는 용어는 2개 또는 2개보다 많은 것으로 정의된다. 본 명세서에서 이용되는 바와 같이, "또 다른(another)"이라는 용어는 적어도 제2 또는 그 이상으로 정의된다. 본 명세서에서 이용되는 바와 같이, "포함하는(including)" 및/또는 "갖는(having)"이라는 용어는 포함하는(comprising)(즉, 다른 요소들 또는 단계들을 배제하지 않는 개방형 언어)으로 정의된다. 청구항들에서의 임의의 참조부호들은 청구항들 또는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

특정 수단들이 서로 상이한 종속항들에서 인용된다는 단순한 사실은 이들 수단들의 조합이 장점을 발휘하는데 이용될 수 없다는 것을 나타내지는 않는다.

본 명세서에서 이용되는 바와 같이, "연결된(coupled)"이라는 용어는, 반드시 직접적으로는 아니며 반드시 기계적으로는 아니지만, 접속된 것으로 정의된다.

요약하면, 조명 디바이스에서, 본 발명은, 디밍되는 경우에 백열 램프 거동을 닮도록 LED들의 자연 특성들을 이용하는 LED들의 세트가 채용되고, 그에 따라 정교한 컨트롤들에 대한 필요성을 제거하는 것을 제공한다. 적어도 하나의 LED의 제1 세트는 제1 컬러 온도를 갖는 광을 생성하며, 적어도 하나의 LED의 제2 세트는 제2 컬러 온도를 갖는 광을 생성한다. 제1 세트 및 제2 세트는 직렬로 접속되거나, 또는 가능하게는 저항 소자가 제1 세트 또는 제2 세트와 직렬인 상태에서 제1 세트 및 제2 세트가 병렬로 접속된다. 제1 세트 및 제2 세트는 온도 거동이 상이하거나, 또는 상이한 동적 전기 저항을 갖는다. 조명 디바이스는 흑체 커브와 평행하며 근접한 컬러 포인트를 갖는 광을 생성한다.

또한, 본 발명은 전원에 접속되도록 되어 있는 입력 단자들을 가지며, 가변 전력을 제공하도록 되어 있는 출력 단자들을 갖는 디머, 및 첨부된 청구항들 중 어느 한 항에 따른 조명 디바이스를 포함하는 부품들의 조명 키트에 관한 것이며, 여기서 조명 디바이스의 단자들은 디머의 출력 단자들에 접속되도록 구성된다.

본 발명은 도면들 및 전술한 설명에서 상세하게 예시되고 설명되었지만, 그러한 예시 및 설명은 제한이 아니라 예시적이거나 예증적인 것으로 간주되어야 된다는 것은 당업자에게 자명하다. 본 발명은 개시된 실시예들로 제한되지 않고, 오히려 첨부된 청구항들에 정의된 바와 같은 본 발명의 보호 범위 내에서 수개의 변동들 및 변형들이 가능하다.

예를 들면, 상이한 컬러들이 이용될 수 있다. 예를 들면, 호박색 대신에, 황색 또는 적색을 이용할 수 있을 것이다. 또한, 유의할 점은, 예에서, 백색 LED들의 기여는 감소하는 입력 전류에 따라 0으로 감소하지만, 이것은 필수적인 것은 아니라는 점이다.

또한, 상기에서, 드라이버(101)는 디머(9)로부터 디밍된 메인들을 수신할 수 있는 것으로 기재되어 있지만, 드라이버(101)는 또한 정상 메인 전압을 수신하는 동안에 원격 컨트롤에 의해 디밍되도록 설계될 수 있다. 중요한 양태는, 드라이버(101)가 전류 소스로서 동작하고 있고, LED 모듈에 의해 입력 전류로서 수신되는 디밍된 출력 전류를 생성할 수 있다는 점이다. 그러므로, 광 출력 레벨은 LED 모듈로의 특정 출력 전류를 생성함으로써 드라이버(101)에 의해 결정되고, 광 출력의 컬러는 드라이버(101)로부터 수신된 전류에 종속하여 LED 모듈에 의해 결정된다.

본 출원은 다음의 항목(clause)들에 따른 다수의 배열들을 개시한다. 제1 항목에 따라 조명 디바이스(100)가 개시되고, 상기 조명 디바이스(100)는, 디밍된 LED 전류를 생성할 수 있는 LED 드라이버(101); 및 상기 LED 드라이버(101)로부터 입력 전류(Iin)를 수신하기 위한 2개의 입력 단자들(111, 112)을 가지며, 제1 컬러 온도를 갖는 광을 생성하기 위한 적어도 하나의 제1 타입 LED를 포함하는 제1 LED 그룹(113), 및 상기 제1 컬러 온도와 상이한 제2 컬러 온도를 갖는 광을 생성하기 위한 적어도 하나의 제2 타입 LED를 포함하는 제2 LED 그룹(114)을 포함하는 2-단자 LED 모듈(110; 300; 400; 500; 600)을 포함하고, 상기 모듈은 LED 전류들을 상기 LED 그룹들로 공급할 수 있으며, 상기 LED 전류들은 상기 입력 전류(Iin)로부터 도출되고, 상기 LED 모듈은 적어도 상기 제1 LED 그룹(113) 및 상기 제2 LED 그룹(114)으로부터의 광 출력 기여들을 갖는 광 출력을 생성하며, 상기 모듈은, 상기 모듈의 광 출력의 컬러 포인트가 입력 전류 크기의 함수로서 가변되도록, 수신된 입력 전류(Iin)의 평균 크기에 종속하여 개별적인 LED 그룹들의 개별적인 LED 전류들을 가변시키도록 설계된다.

제1 항목에 종속하는 제2 항목에 따른 또 다른 배열이 개시된다. 이에 따르면, 상기 LED 모듈은, 디밍 시에 상기 모듈의 광 출력의 컬러 포인트가 흑체 커브를 따르도록, 개별적인 LED 그룹들의 개별적인 LED 전류들을 가변시키도록 설계된다.

제1 항목에 종속하는 제3 항목에 따른 또 다른 배열이 개시된다. 이에 따르면, 상기 LED 모듈은, 디밍 시에 상기 모듈의 광 출력의 컬러 거동이 백열 램프의 컬러 거동을 닮도록, 개별적인 LED 그룹들의 개별적인 LED 전류들을 가변시키도록 설계된다.

제1 항목에 종속하는 제4 항목에 따른 또 다른 배열이 개시된다. 이에 따르면, 상기 조명 디바이스는, 다음의 관계:

를 따라서 단자들로 공급된 x%의 평균 전류에서 컬러 온도 CT(x%)를 갖는 광을 생성하도록 구성된다.

제1 항목에 종속하는 제5 항목에 따른 또 다른 배열이 개시된다. 이에 따르면, LED들의 상기 제1 그룹은 상기 제1 타입 LED의 접합 온도의 함수로서 가변되는 제1 광속 출력을 갖고, LED들의 상기 제2 그룹은 상기 제2 타입 LED의 접합 온도의 함수로서 가변되는 제2 광속 출력을 가지며, 가변되는 접합 온도들에서, 상기 제2 광속 출력에 대한 상기 제1 광속 출력의 비율은 가변되고, 바람직하게는, 상기 제1 컬러 온도는 상기 제2 컬러 온도보다 더 낮은 한편, 감소하는 접합 온도들에서, 상기 제2 광속 출력에 대한 상기 제1 광속 출력의 비율은 증가하고, 그 반대도 성립된다.

제1 항목에 종속하는 제6 항목에 따른 또 다른 배열이 개시된다. 이에 따르면, 상기 제1 타입 LED의 접합 온도의 함수로서의 제1 광속 출력의 그레디언트는 상기 제2 타입 LED의 접합 온도의 함수로서의 제2 광속 출력의 그레디언트와 상이하고, 바람직하게는, 상기 제1 컬러 온도는 상기 제2 컬러 온도보다 더 낮은 한편, 상기 제1 타입 LED의 온도의 함수로서의 상기 제1 광속 출력의 그레디언트의 절대값은 상기 제2 타입 LED의 온도의 함수로서의 상기 제2 광속 출력의 그레디언트보다 더 높다.

제1 항목에 종속하는 제7 항목에 따른 또 다른 배열이 개시된다. 이에 따르면, LED들의 상기 제1 그룹의 주위에 대한 열 저항은 LED들의 상기 제2 그룹의 주위에 대한 열 저항과 상이하고, 바람직하게는, 상기 제1 컬러 온도는 상기 제2 컬러 온도보다 더 낮은 한편, LED들의 상기 제1 그룹의 주위에 대한 열 저항은 LED들의 상기 제2 그룹의 주위에 대한 열 저항보다 더 높다.

제1 항목에 종속하는 제8 항목에 따른 또 다른 배열이 개시된다. 이에 따르면, LED들의 상기 제1 그룹은 제1 동적 전기 저항을 가지며, LED들의 상기 제2 그룹은 제2 동적 전기 저항을 갖는다.

제1 항목에 종속하는 제9 항목에 따른 또 다른 배열이 개시된다. 이에 따르면, LED들의 상기 제1 그룹 및 LED들의 상기 제2 그룹 중 하나는 저항기와 직렬로 접속되고, 이러한 직렬 배열은 LED들의 상기 제1 그룹 및 LED들의 상기 제2 그룹 중 나머지 하나와 병렬로 접속되며, 이러한 병렬 배열은 상기 LED 모듈의 2개의 입력 단자들(111, 112) 사이에 접속되고, 바람직하게는, 상기 저항기는 음의 온도 계수(NTC) 타입 저항기이다.

제1 항목 내지 제9 항목 중 어느 한 항목에 종속하는 제10 항목에 따른 또 다른 배열이 개시된다. 이에 따르면, 상기 제1 타입 LED는 AlInGaP 타입 LED이고/이거나, 상기 제2 타입 LED는 InGaN 타입 LED이다.

제1 항목에 종속하는 제11 항목에 따른 또 다른 배열이 개시된다. 이에 따르면, 상기 LED 모듈은, 상기 LED 모듈의 입력에서 수신된 입력 전류 레벨의 함수로서 LED들의 상기 2개의 그룹들(113, 114)에서 상기 LED 전류들(I1, I2)을 제어할 수 있는 전자 분배 회로(115)를 포함한다.

제11 항목에 종속하는 제12 항목에 따른 또 다른 배열이 개시된다. 이에 따르면, 상기 전자 분배 회로는 정전류를 LED들의 상기 2개의 그룹들로 공급할 수 있으며, 다음의 공식들: I1 = p·Iin, I2 = q·Iin, 및 p+q=1이 적용되도록 상기 LED 전류들(I1, I2)을 제어할 수 있고, 여기서, Iin은 상기 입력 전류 크기를 나타내고, I1은 LED들의 상기 제1 그룹에서의 전류 크기를 나타내며, I2는 LED들의 상기 제2 그룹에서의 전류 크기를 나타내고, dp/d(Iin)이 항상 양이고 dq/d(Iin)이 항상 음인 입력 전류 크기들의 범위가 적어도 존재한다.

제12 항목에 종속하는 제13 항목에 따른 또 다른 배열이 개시된다. 이에 따르면, 상기 LED 모듈은, LED들의 상기 그룹들 중 하나와 직렬로 배열된 전류 조절 소자(320) - 이러한 직렬 배열은 LED들의 상기 그룹들 중 또 다른 하나에 병렬로 연결됨 -; 상기 LED 모듈의 입력 단자들에서 수신된 입력 전류를 감지하도록 배열된 전류 감지 소자(350); 및 상기 감지 소자로부터 감지 출력 신호를 수신하며, 이러한 감지 출력 신호에 기초하여 상기 전류 조절 소자를 구동하는 조절기 드라이버(310)를 포함한다.

제11 항목에 종속하는 제14 항목에 따른 또 다른 배열이 개시된다. 이에 따르면, 상기 전자 분배 회로(515)는, LED들의 상기 2개의 그룹들 사이에서 수신된 입력 전류(Iin)를 시간적으로 분배하기 위한 제어가능한 스위치(501); 상기 입력 전류가 제1 시간 지속기간 t1 동안 LED들의 상기 제1 그룹으로 전달되며, 상기 입력 전류가 제2 시간 지속기간 t2 동안 LED들의 상기 제2 그룹으로 전달되도록 스위칭 주기 T에서 상기 스위치(501)를 제어하기 위한 제어 디바이스(520) - 여기서, t1+t2=T임 -; 및 상기 LED 모듈의 입력 단자들에서 수신된 입력 전류를 감지하도록 배열된 전류 감지 소자(116)를 포함하고, 상기 제어 디바이스는 상기 감지 소자로부터 감지 출력 신호를 수신하도록 연결되며, dt1(Iin)이 항상 양이고 dt2(Iin)이 항상 음인 입력 전류 크기들의 범위가 적어도 존재하도록 상기 감지 출력 신호에 기초하여 상기 스위치의 스위칭의 비율 t1/t2를 가변시키도록 설계된다.

제11 항목에 종속하는 제15 항목에 따른 또 다른 배열이 개시된다. 이에 따르면, LED들의 상기 제2 그룹(114)은 LED들의 상기 제1 그룹(113)에 병렬로 접속된 입력 단자들을 갖는 전류 컨버터(601)에 의해 공급되고, 상기 전류 컨버터는 상기 LED 모듈의 입력 전류를 감지하는 전류 감지 소자(116)로부터 감지 출력 신호를 수신하는 제어 회로(620)를 포함하며, 이러한 제어 회로(620)는 상기 전류 감지 소자(116)로부터 수신된 상기 감지 출력 신호에 기초하여 상기 전류 컨버터(601)를 제어하도록 설계된다.

제11 항목에 종속하는 제16 항목에 따른 또 다른 배열이 개시된다. 이에 따르면, LED들의 상기 제1 그룹(113)은 제1 전류 컨버터(730)에 의해 공급되고, LED들의 상기 제2 그룹(114)은 제2 전류 컨버터(740)에 의해 공급되며, 이들 2개의 전류 컨버터는 직렬로 접속된 입력 단자들을 갖고, 상기 LED 모듈은 상기 LED 모듈의 입력 전류를 감지하는 전류 감지 소자(116)로부터 감지 출력 신호를 수신하는 제어 회로(720)를 포함하며, 이러한 제어 회로(720)는 상기 전류 감지 소자(116)로부터 수신된 상기 감지 출력 신호에 기초하여 상기 전류 컨버터들(730, 740)을 제어하도록 설계된다.

개시된 실시예들에 대한 다른 변동들은 도면들, 개시물 및 첨부된 청구항들의 연구로부터 청구 발명을 실시하는데 있어서 당업자들에 의해 이해되고 달성될 수 있다. 청구항들에서, "포함하는(comprising)"이라는 단어는 다른 요소들 또는 단계들을 배제하지 않고, 부정관사 "a" 또는 "an"은 복수를 배제하지 않는다. 단일 프로세서 또는 다른 유닛은 청구항들에 인용된 수개의 아이템들의 기능들을 이행할 수 있다. 특정 수단들이 서로 상이한 종속 청구항들에서 인용된다는 단순한 사실은 이들 수단들의 조합이 장점을 발휘하는데 이용될 수 없다는 것을 나타내지는 않는다. 청구항들에서의 임의의 참조부호들은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

상기에서, 본 발명은 본 발명에 따른 디바이스의 기능 블록들을 예시하는 블록도들을 참조하여 설명되었다. 이들 기능 블록들 중 하나 이상은 하드웨어로 구현될 수 있지만 - 이러한 기능 블록의 기능은 개별적인 하드웨어 컴포넌트에 의해 수행됨 -, 이들 기능 블록들 중 하나 이상이 소프트웨어로 구현되는 것도 가능하여, 그러한 기능 블록의 기능은 컴퓨터 프로그램 또는 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 디지털 신호 프로세서 등과 같은 프로그래밍가능한 디바이스의 하나 이상의 프로그램 라인들에 의해 수행된다는 것이 이해되어야 한다.

Claims (15)

1. 조명 디바이스로서,
   디밍 레벨에 기초한 크기를 갖는 정전류의 형태로 디밍된 LED 전류를 생성할 수 있는 LED 드라이버;
   상기 LED 드라이버로부터 상기 디밍된 LED 전류를 수신하기 위한 2개의 입력 단자들을 갖는 회로를 포함하는 2-단자 LED 모듈
   을 포함하고, 상기 회로는
   제1 컬러 온도를 갖는 광을 생성하기 위한 적어도 하나의 제1 타입 LED를 포함하는 제1 LED 그룹;
   상기 제1 컬러 온도와 상이한 제2 컬러 온도를 갖는 광을 생성하기 위한 적어도 하나의 제2 타입 LED를 포함하는 제2 LED 그룹
   을 포함하고,
   상기 LED 모듈은 LED 전류들을 상기 LED 그룹들로 공급할 수 있고, 상기 LED 전류들은 상기 디밍된 LED 전류로부터 도출되고,
   상기 LED 모듈은 적어도 상기 제1 LED 그룹 및 상기 제2 LED 그룹으로부터의 광 출력 기여들을 갖는 광 출력을 생성하고,
   상기 LED 모듈은, 상기 모듈의 광 출력의 컬러 포인트가 상기 수신된 디밍된 LED 전류의 크기의 함수로서 가변되도록, 상기 수신된 디밍된 LED 전류의 크기에 종속하여 개별적인 LED 그룹들의 개별적인 LED 전류들을 가변시키도록 설계되고,
   상기 제2 LED 그룹은 저항기와 직렬로 접속되고, 이 직렬 배열이 상기 제1 LED 그룹과 병렬로 접속되어, 상기 제1 LED 그룹을 통한 전류와 상기 제2 LED 그룹을 통한 전류의 비율이 상기 수신된 디밍된 LED 전류의 크기에 종속하여 가변되고, 이 병렬 배열이 상기 LED 모듈의 2개의 입력 단자들 사이에 접속되는, 조명 디바이스.
2. 제1항에 있어서,
   상기 LED 드라이버는 상기 디밍된 LED 전류를 제공하는 디밍가능한 정전류 전원인, 조명 디바이스.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 디밍된 LED 전류가 낮아지는 디밍 동작 동안에 상기 제1 LED 그룹으로부터의 광속 출력이 상기 제2 LED 그룹으로부터의 광속 출력의 감소보다 더 높은 비율로 감소하여, 상기 조명 디바이스의 컬러 온도가, 상기 조명 디바이스의 컬러 온도가 상기 제1 LED 그룹의 컬러 온도로 향하는 경향이 있는 더 높은 디밍된 LED 전류에서보다 상기 제2 LED 그룹의 컬러 온도로 더 많이 향하도록 하는, 조명 디바이스.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 조명 디바이스의 광속 출력의 컬러 온도가 백열 램프의 컬러 온도 거동을 보이도록 구성되는, 조명 디바이스.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 회로는 상기 디밍된 LED 전류와 상기 비율 사이의 관계를 정의하는, 조명 디바이스.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 LED 모듈은 2개의 단자만을 갖는, 조명 디바이스.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 회로는 적어도 1개의 수동 부품을 갖는 LED들만으로 이루어지는, 조명 디바이스.
8. 제7항에 있어서,
   상기 수동 부품은 저항기인, 조명 디바이스.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 회로는 수동 부품들로 이루어지는, 조명 디바이스.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 LED 모듈은, 디밍 시에 상기 LED 모듈의 광 출력의 컬러 포인트가 흑체 커브를 따르도록, 개별적인 LED 그룹들의 개별적인 LED 전류들을 가변시키도록 설계되는 조명 디바이스.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 LED 모듈은, 디밍 시에 상기 LED 모듈의 광 출력의 컬러 거동이 백열 램프의 컬러 거동을 닮도록, 개별적인 LED 그룹들의 개별적인 LED 전류들을 가변시키도록 설계되는 조명 디바이스.
12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 조명 디바이스는, 다음의 관계:
    

    

    
    를 따라서 상기 단자들로 공급되는 x%의 평균 전류에서 컬러 온도 CT(x%)를 갖는 광을 생성하도록 구성되는 조명 디바이스.
13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 조명 디바이스는 디머의 출력 단자들에 접속되도록 구성된 단자들을 갖고, 상기 LED 드라이버는 상기 디머로부터 디밍된 메인 전압을 수신하고 상기 디밍된 메인 전압에 기초하여 디밍된 LED 전류를 제공하도록 구성되는, 조명 디바이스.
14. 제13항에 있어서,
    상기 디머는 위상 컷(phase cut) 디머인, 조명 디바이스.
15. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 LED 드라이버는 정상 메인 전압을 수신하도록 구성되고, 상기 LED 드라이버는 원격 제어에 의해 디밍되도록 구성되는, 조명 디바이스.

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