WO2020111897A1 - 조명 장치 및 그것을 갖는 조명 시스템 - Google Patents

조명 장치 및 그것을 갖는 조명 시스템 Download PDF

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WO2020111897A1
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lighting device
lighting
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송준호
한보용
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서울반도체주식회사
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
    • Y02B20/40—Control techniques providing energy savings, e.g. smart controller or presence detection

Definitions

  • the present disclosure relates to lighting devices and lighting systems, and more particularly, to lighting devices and lighting systems using light emitting diodes as light sources.
  • the human body has also been adapted to sunlight for a long time. Accordingly, the human daily cycle circadian rhythm changes according to changes in sunlight.
  • the cortisol hormone is secreted by the human body in bright sunlight in the morning. Cortisol hormones provide more blood to each organ in the body to counteract external stimuli such as stress, thereby increasing the pulse and breathing, allowing the body to wake up and prepare for external activity.
  • the hormone melatonin is released, which lowers the pulse, body temperature, and blood pressure, thereby helping the body to fall asleep.
  • indoor lighting devices generally exhibit a constant spectral power distribution, and this spectral power distribution has many differences from the spectral power distribution of sunlight.
  • white light may be realized by a combination of blue, green, and red, but the spectral power distribution is spread over a wide wavelength in the visible region, such as sunlight. It does not show and shows a distribution with a peak at a specific wavelength.
  • FIG. 1 shows the spectral power distribution of blackbody radiation corresponding to several Color Temperatures located on a Plankian locus on the CIE color coordinate
  • FIG. 2 shows several Corelated color temperatures ) Is a graph showing the spectral power distribution of white light sources based on a conventional blue light emitting diode chip.
  • the spectrum of black body radiation such as the sun is similar to that of a conventional white light source, and the higher the color temperature, the higher the intensity in the blue wavelength region.
  • the spectrum of the white light source shows a distinct difference from that of blackbody radiation.
  • the white light-emitting device based on a blue light-emitting diode chip, the higher the color temperature, the light in the blue wavelength region becomes relatively very strong compared to other visible regions.
  • the human lens which has been adapted to the solar spectrum, can be damaged by light in the unusually strong blue wavelength region, which can result in poor vision.
  • abnormal signals are transmitted to the brain to abnormally generate or suppress hormones such as cortisol and melatonin, which may negatively affect the body's daily cycle circadian rhythm. .
  • the present disclosure provides a lighting device and a lighting system capable of automatically changing the spectral power distribution to correspond to the change in the spectral power distribution of sunlight.
  • the present disclosure provides a lighting device and a lighting system that can prevent or mitigate damage to a human lens or retina by light in an abnormal blue region.
  • the present disclosure provides a lighting device and a lighting system capable of stably maintaining the progress of time even when an external power supply is cut off.
  • a lighting device includes a controller; LED driver; And an LED lighting fixture, wherein the LED lighting fixture implements a maximum color temperature of 5000K or more at a minimum color temperature of 3000K or less, and the controller controls the LED driver to adjust the color temperature of the LED lighting fixture to correspond to the color temperature change of sunlight. Changes.
  • a lighting system includes a lighting device; And software for inputting a signal to the lighting device, the lighting device comprising: a controller; LED driver; And an LED lighting fixture, wherein the LED lighting fixture implements a maximum color temperature of 5000K or more at a minimum color temperature of 3000K or less, and the controller controls the LED driver to adjust the color temperature of the LED lighting fixture to correspond to the color temperature change of sunlight. Changes.
  • the lighting device and the lighting system according to the embodiment of the present disclosure may automatically change the spectral power distribution to correspond to the spectral power distribution change of the positive light.
  • the lighting device and the lighting system according to an embodiment of the present disclosure can prevent or mitigate damage to the human lens or retina by light in an abnormal blue region.
  • the lighting device and the lighting system according to an embodiment of the present disclosure can stably maintain the progress of time even when an external power supply is cut off.
  • 1 is a graph showing spectral power distribution of blackbody radiation corresponding to several color temperatures located on a plankian locus on a CIE color coordinate.
  • FIG. 2 is a graph showing spectral power distribution of white light sources based on a conventional blue light emitting diode chip corresponding to several related color temperatures.
  • FIG 3 is a schematic plan view of a light emitting device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for describing a light emitting unit according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for describing a light emitting unit according to another embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6 is a graph showing spectral power distribution of various light emitting units according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a schematic color coordinate diagram for describing a light emitting device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8 is a schematic plan view illustrating a light emitting unit according to another embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 9 is a schematic color coordinate diagram for describing a light emitting device according to the embodiment of FIG. 8.
  • FIG. 10 is a schematic color coordinate diagram for describing a light emitting device according to another embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a schematic color coordinate diagram for describing a light emitting device according to another embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 12 is a schematic plan view of a light emitting device according to still another embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a schematic plan view of a light emitting device according to still another embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 14 is a schematic plan view of a light emitting device according to still another embodiment of the present disclosure.
  • 15 is a schematic color coordinate diagram for describing a light emitting device according to another embodiment of the present disclosure.
  • 16 is a graph for explaining the spectral power distribution of light emitting devices according to an example of the present disclosure.
  • 17 to 28 are graphs showing various spectra implemented using the light emitting elements of FIG. 16 and the spectrum of blackbody radiation (reference light source) at a corresponding correlated color temperature.
  • 29 is a schematic block diagram illustrating a lighting system according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 30 is a schematic block diagram illustrating a lighting system according to another embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 31 is a schematic block diagram illustrating a lighting system according to another embodiment of the present disclosure.
  • a lighting device includes a controller; LED driver; And an LED lighting fixture, wherein the LED lighting fixture implements a maximum color temperature of 5000K or more at a minimum color temperature of 3000K or less, and the controller controls the LED driver to adjust the color temperature of the LED lighting fixture to correspond to the color temperature change of sunlight. Changes.
  • an illumination device having a color temperature change similar to sunlight having a color temperature change during one cycle is provided.
  • the highest color temperature may be 6000K or more, and the lowest color temperature may be 2700K or less, and further, the highest color temperature may be 6500K or more.
  • the lighting device may further include an RTC.
  • the built-in RTC can be changed according to the color temperature schedule of the lighting fixture without input of an external signal.
  • the lighting device may further include an RTC power supply for supplying power to the RTC.
  • the RTC can maintain time progress even when external power is cut off by the RTC power supply.
  • the RTC power supply may include a supercapacitor. Accordingly, it is possible to stably operate the RTC for a long time even in an environment where the temperature rises by the operation of the lighting device.
  • the RTC can be embedded in the controller.
  • the controller may automatically change the color temperature of the lighting device by controlling the lighting device to correspond to the color temperature of sunlight by the RTC.
  • the lighting device can also automatically adjust the brightness and color temperature of light emitted from the lighting device during the day without external input.
  • the LED lighting fixture includes a light emitting device, the light emitting device, at least one first light emitting unit including an ultraviolet, purple or blue light emitting diode chip and a first wavelength converter; At least one second light emitting unit including an ultraviolet, purple or blue light emitting diode chip and a second wavelength converter; And at least one third light emitting unit comprising an ultraviolet, purple or blue light emitting diode chip and a third wavelength converter, defined by color coordinates of the first light emitting unit, the second light emitting unit and the third light emitting unit.
  • the triangular region includes at least some sections on the flankian locus, but the highest color temperature on the flankian locus included in the triangle may be 5000K or more, and the lowest color temperature may be 3000K or less.
  • Planckian locus and specific color coordinates refer to the Planckian locus and color coordinates in the CIE-1931 coordinate system defined by the American National Standards Institute (ANSI), unless otherwise specified.
  • the CIE-1931 coordinate system can be easily changed to the 1976 coordinate system by simple formula conversion.
  • the first to third light emitting units may use only ultraviolet or purple light emitting diode chips.
  • the first and second light emitting units may use only ultraviolet or purple light emitting diode chips, and the third light emitting unit may use ultraviolet, purple or blue light emitting diode chips.
  • the third light emitting unit has a color coordinate close to red, and thus, the intensity of blue light may be relatively weak compared to the first and second light emitting units.
  • a blue light emitting diode chip is not used in the first to third light emitting units, or the intensity of the light emitted from the blue light emitting diode chip is reduced to prevent damage to the lens or retina by light having a blue wavelength. Furthermore, it is possible to provide a light emitting device capable of realizing a color temperature in the range of 3000K to 5000K on the Plankian locus, and thus changing the spectral power distribution to correspond to the spectral power distribution change of sunlight.
  • the highest color temperature on the flankian locus included in the triangle may be 6000K or more and the lowest color temperature may be 2700K or less. Furthermore, the highest color temperature may be 6500K or more. Moreover, the highest color temperature may be 10000K or more, and the lowest color temperature may be 1800K or less.
  • the color coordinate of the second light emitting unit is located above the flankian locus on the CIE-1931 coordinate system, the color coordinate of the first light emitting unit is closer to the color temperature 5000K than the second and third light emitting units, and the third light emitting unit The color coordinate of may be closer to the color temperature 3000K than the first and second light emitting units.
  • the first to third light emitting units may be configured to operate in a dimming manner to continuously implement color temperatures on the Planckian locus included in the triangle.
  • the light emitting device may include a plurality of first light emitting units, a plurality of second light emitting units, and a plurality of third light emitting units.
  • the light output of the light emitting device can be increased by adopting a plurality of light emitting units.
  • a lighting system includes a lighting device; And software for inputting a signal to the lighting device, the lighting device comprising: a controller; LED driver; And an LED lighting fixture, wherein the LED lighting fixture implements a maximum color temperature of 5000K or more at a minimum color temperature of 3000K or less, and the controller controls the LED driver to adjust the color temperature of the LED lighting fixture to correspond to the color temperature change of sunlight. Changes.
  • the software may include a remote controller, mobile app, PC or server.
  • the lighting device can be driven in various modes using the software.
  • the lighting device may automatically change the color temperature of the LED lighting fixture in response to a change in color temperature of sunlight even when the software is turned off.
  • the lighting system may further include an RTC built into the lighting device. By embedding an RTC in the lighting device, the lighting device can change the color temperature over time without an input signal by the software.
  • the lighting system may further include an RTC power supply for supplying power to the RTC.
  • an RTC power supply for supplying power to the RTC.
  • the RTC power supply may include a supercapacitor.
  • the lighting device may further include a memory storing a color temperature change scenario according to the season time. Accordingly, the color temperature change may be different for each season.
  • the highest color temperature may be 6500K or more, and the lowest color temperature may be 2700K or less. Therefore, it is possible to automatically change the color temperature within the range of at least 2700K to 6500K.
  • the LED lighting fixture includes a light emitting device, the light emitting device, at least one first light emitting unit including an ultraviolet, purple or blue light emitting diode chip and a first wavelength converter; At least one second light emitting unit including an ultraviolet, purple or blue light emitting diode chip and a second wavelength converter; And at least one third light emitting unit comprising an ultraviolet, purple or blue light emitting diode chip and a third wavelength converter, defined by color coordinates of the first light emitting unit, the second light emitting unit and the third light emitting unit.
  • the triangular region includes at least some sections on the flankian locus, but the highest color temperature on the flankian locus included in the triangle may be 5000K or more, and the lowest color temperature may be 3000K or less.
  • the highest color temperature on the flankian locus included in the triangle may be 6500K or more, and the lowest color temperature may be 2700K or less.
  • the first to third light emitting units may be configured to be driven in a dimming manner.
  • the light emitting device may further include a base, and the first to third light emitting units may be regularly arranged on the base.
  • the first light emitting units, the second light emitting units and the third light emitting units may be arranged in one column or in a matrix.
  • first light emitting unit, the second light emitting unit, and the third light emitting unit form one unit, and the first to third light emitting units in one unit may be arranged to form a triangle.
  • first to third light emitting units may be arranged such that units adjacent to one unit forming a triangle form an inverted triangle.
  • a distance between adjacent first light emitting units, a distance between adjacent second light emitting units, and a distance between adjacent third light emitting units may be the same.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of a light emitting device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a light emitting unit according to an embodiment of the present disclosure.
  • the light emitting device 100 includes a base 110, a first light emitting unit 122, a second light emitting unit 124, and a third light emitting unit 126.
  • the base 110 may include circuit wiring for supplying power to each light emitting unit 122, 124, 126, such as a printed circuit board. Also, an integrated circuit device or the like may be mounted on the base 110.
  • the first to third light emitting units 122, 124, and 126 may be arranged on the base 110.
  • a plurality of first light emitting units 122, a plurality of second light emitting units 124, and a plurality of third light emitting units 126 may be arranged on the base 110.
  • the first to third light emitting units 122, 124, and 126 may be arranged as one unit to repeat within one column.
  • three different types of light emitting units 122, 124, and 126 will be described as being arranged on the base 110, but not necessarily limited to three types of light emitting units, but two types B or four or more types of light emitting units may be arranged.
  • the first to third light emitting units 122, 124, and 126 may have a similar structure, except that the first to third light emitting units 122, 124, and 126 are each a specific color temperature on the Planckian locus. Emits light corresponding to. First, the structure of the light emitting unit will be described with reference to FIG. 4.
  • each light emitting unit 122, 124, and 126 includes a light emitting diode chip 23 and a wavelength converter 25, and may include a housing 21 and a molding unit 25.
  • the housing 21 has leads for electrical connection and may have a cavity.
  • the light emitting diode chip 23 may be mounted in the cavity of the housing 21 and electrically connected to the leads.
  • the light emitting diode chip 23 can be generally a horizontal light emitting diode chip, and thus can be electrically connected to the leads by bonding wires.
  • the light emitting diode chip 23 may emit light having a peak wavelength in the range of 300 to 470 nm.
  • the light emitting diode chip 23 may be a blue chip, a purple chip, or an ultraviolet chip.
  • the light emitting diode chip 23 may emit light having a peak wavelength in the range of 300 to 440 nm, specifically in the range of 380 to 440 nm, and more specifically in the range of 400 to 420 nm.
  • the first to third light emitting units 122, 124, and 126 may all include the same type of light emitting diode chips 23 that emit light of the same peak wavelength, but are not limited thereto, and within the above range It may also include light emitting diode chips that emit light of different peak wavelengths.
  • the first to third light emitting units 122, 124, and 126 may all emit light having a shorter wavelength than the blue light emitting diode chip, and thus, the first to third light emitting units 122, 124, 126
  • the light emitted using the light in the blue region has a weaker intensity than the conventional light emitting source.
  • the third light emitting unit 126 uses a blue light emitting diode chip, since most of the blue light is wavelength-converted to green or red light, the intensity of blue light emitted to the outside is relatively weak. Therefore, the third light emitting unit 126 does not damage the retina even when a blue light emitting diode chip is used.
  • the first and second light emitting units 122 and 124 may employ ultraviolet or purple light emitting diode chips, and the third light emitting unit 126 may adopt blue light emitting diode chips.
  • the wavelength converter 25 may be disposed in the cavity of the housing 21 to cover the light emitting diode chip 23.
  • the wavelength converter 25 converts light emitted from the light emitting diode chip 23 into light having a longer wavelength.
  • the wavelength converter 25 may include one or more types of phosphors.
  • a light emitting unit that emits light having a desired color temperature using the light emitting diode chip 23 and the wavelength converter 25 may be provided.
  • the wavelength converter 25 may include, for example, a blue phosphor, a green phosphor, a yellow phosphor, or a red phosphor.
  • blue phosphors include BAM-based, Halo-Phosphate-based or aluminate-based phosphors, for example, BaMgAl 10 O 17 :Mn 2+ , BaMgAl 12 O 19 :Mn 2+ or (Sr,Ca, Ba)PO 4 Cl:Eu 2+ .
  • the blue phosphor may have a peak wavelength within the range of 440 to 500 nm, for example.
  • green or yellow phosphors examples include LuAG(Lu 3 (Al,Gd) 5 O 12 :Ce 3+ ), YAG(Y 3 (Al,Gd) 5 O 12 :Ce 3+ ), Ga-LuAG((Lu, Ga) 3 (Al,Gd) 5 O 12 :Ce 3+ ), Ga-YAG ((Ga,Y) 3 (Al,Gd) 5 O 12 :Ce 3+ ), LuYAG ((Lu,Y) 3 ( Al,Gd) 5 O 12 :Ce 3+ ), Ortho-Silicate ((Sr,Ba,Ca,Mg) 2 SiO 4 :Eu 2+ ), Oxynitride ((Ba,Sr,Ca)Si 2 O 2 N 2 :Eu 2+ ), or Thio Gallate (SrGa 2 S 4 :Eu 2+ ).
  • the green or yellow phosphor may have a peak wavelength in the range of 500 to 600 n
  • red phosphor examples include Nitride, Sulfide, Fluoride, or Oxynitride-based phosphor, and specifically, CASN (CaAlSiN 3 :Eu 2+ ), (Ba,Sr,Ca) 2 Si 5 N 8 :Eu 2+ , (Ca,Sr)S 2 :Eu 2+ ) or (Sr,Ca) 2 SiS 4 :Eu 2+ .
  • the red phosphor may have a peak wavelength in the range of 600 to 700 nm,
  • the molding part 27 is formed in the cavity of the housing 21 to cover the wavelength converter 25.
  • the molding portion 27 is formed of a material transparent to light.
  • the molding portion 27 may be formed of methyl-based silicon or phenyl-based silicon, and furthermore, may be formed of phenyl-based silicon.
  • Phenyl silicone is susceptible to yellowing by ultraviolet light, but has a higher strength than methyl silicone.
  • the molding portion 27 is illustrated to be formed to cover the wavelength converter 25, the molding portion 27 and the wavelength converter 25 may be integrally formed. That is, the wavelength converter 25 may include a molding part together with the phosphor, and thus the molding part covering the wavelength converter may be omitted.
  • the light emitting diode chip 23 is described as being horizontal and electrically connected to the leads using bonding wires, the light emitting diode chip 23 is not limited to the horizontal type, but is vertical or It may be a flip-chip type light emitting diode chip.
  • the vertical or flip-chip type light emitting diode chip may be mounted and used in the cavity of the housing 21.
  • the flip chip type light emitting diode chip may be mounted directly on the base 110 without the housing 21.
  • 5 shows a light emitting unit including a flip chip type light emitting diode chip 23a.
  • the wavelength converter 25a may cover the top and side surfaces of the light emitting diode chip 23a. Bonding pads are formed on the lower surface of the light emitting diode chip 23a, and thus, the light emitting diode chip 23a on which the wavelength converter 25a is formed can be directly mounted on the base 110 using bonding pads.
  • the first to third light emitting units 122, 124, and 126 respectively emit light corresponding to the color temperature on the flankian locus, which will be described in detail with reference to FIG. 6.
  • 6 is a graph showing spectral power distribution of various light emitting units according to an embodiment of the present disclosure.
  • Each light emitting unit includes a light emitting diode chip having a shorter wavelength than a blue light emitting diode chip and a wavelength converter, and has an average color rendering index of 95 or more.
  • the light emitting diode chip may have a peak wavelength of about 416 nm, for example, and phosphors are suitably selected to realize a correlation color temperature of each light emitting unit and an average color rendering index of 95 or more.
  • the intensity of the blue wavelength region increases as the color temperature increases from 2700K to 6500K.
  • the blue wavelength region since light in the blue wavelength region is emitted from the blue phosphor, it does not exhibit an abnormally high intensity at a specific wavelength. Also, the intensity of light emitted from the phosphor is higher than that of light emitted from the light emitting diode chip.
  • the intensity of the blue region can be lowered by using the light emitting units according to the present embodiment compared to the light emitting unit using the conventional blue light emitting diode chip.
  • a fidelity index (Rf) calculated by IES TM-30-15.
  • Table 1 shows the average color rendering index (CRI) and fidelity index according to the correlation color temperatures of the light sources based on the blue light emitting diode chip
  • Table 2 shows the average color rendering index and fidelity according to the correlation color temperatures of the light emitting units according to the present embodiment. Index.
  • a blue light emitting diode chip-based conventional light source exhibits a relatively low fidelity index even if it satisfies CRI 95 or higher. Particularly, in the region where the correlation color temperature is low, the difference between the CRI and the fidelity index is not large, but in the region where the correlation color temperature is high, the difference between the CRI and the fidelity index is large.
  • the light emitting units of the present embodiment based on the purple light emitting diode chip are It can be seen that the difference between the CRI and the fidelity index is not large. Therefore, by using a light source based on a purple light emitting diode chip, light that is more similar to the actual spectrum of sunlight can be emitted.
  • FIG. 7 is a schematic color coordinate diagram for describing a light emitting device according to an embodiment of the present disclosure.
  • a light emitting device using the first to third light emitting units 122, 124, and 126 will be described.
  • the first to third light emitting units 122, 124, and 126 may have color temperatures of 6500K, 4000K, and 2700K, respectively. These light emitting units 122, 124, 126 may be arranged on the base 110, as described with reference to FIG.
  • 2700K of light emitting units 126 are operated to implement light corresponding to sunlight in the morning or evening
  • 6500K of light emitting units 122 are operated to realize light corresponding to daylight.
  • 4000K of light emitting units 124 may be operated to implement light corresponding to sunlight in the middle of the morning and midday or in the middle of the day and evening. That is, the color temperature of the light source can be changed in accordance with the spectral change of the sunlight in one day cycle by operating the necessary light-emitting units among the first to third light-emitting units 122, 124, and 126 according to the required color temperature.
  • the first to third light emitting units 122, 124, and 126 are described as being color temperatures of 6500K, 4000K, and 2700K, respectively, but are not limited thereto, and may have other color temperatures. However, these light emitting units 122, 124, and 126 are located on or near the flank of the Frankian locus.
  • a specific light emitting unit among the first to third light emitting units 122, 124, and 126 may operate. Accordingly, while the first light emitting unit 122 is operating, the second and third light emitting units 124 and 126 remain off, while the second light emitting unit 124 is operating, the first and first light emitting units The three light emitting units 122 and 126 remain off, and the first and second light emitting units 122 and 124 remain off while the third light emitting unit 126 is operating.
  • the present disclosure is not limited to this.
  • the first light emitting unit 122 and the second light emitting unit 124 may be driven in a dimming manner to realize a correlated color temperature between 6500K and 4000K, and to implement a correlated color temperature between 4000K and 2700K.
  • the second light emitting unit 124 and the third light emitting unit 126 may be driven in a dimming manner. Accordingly, the light corresponding to most correlated color temperatures between 6500K and 2700K can be implemented by combining the first to third light emitting units 122, 124, and 126.
  • FIG. 8 is a schematic plan view for explaining the light emitting device 200 according to another embodiment of the present disclosure
  • FIG. 9 shows a schematic color coordinate for describing the light emitting device according to the embodiment of FIG. 8.
  • the light emitting device 200 is similar to the light emitting device 100 of FIG. 3, but two types of light emitting units 222 and 224 having different color temperatures are arranged. There is a difference. That is, the first light emitting units 222 and the second light emitting units 224 are arranged on the base 210. The first light emitting units 222 and the second light emitting units 224 may be alternately arranged.
  • the base 210 is the same as the base 110 described above, detailed description is omitted.
  • the structures of the first light emitting units 222 and the second light emitting units 224 are similar to those described with reference to FIGS. 4 or 5, detailed descriptions thereof will be omitted.
  • the first light emitting unit 222 may have a color temperature of 6500K, for example, and the second light emitting unit 224 may have a color temperature of 2700K, for example.
  • Light emission units 222 and 224 having color temperatures of 6500K and 2700K may be used to implement light corresponding to the spectrum of sunlight at midday and light corresponding to the spectrum of sunlight at morning or evening.
  • 6500K first light emitting unit 222 and the 2700K second light emitting unit 224 are operated in a dimming manner, light having different correlation color temperatures between 6500K and 2700K can be realized.
  • 6500K first light emitting units 222 and 2700K second light emitting units 224 may be mixed and operated to realize light having a color temperature of 4000K.
  • the light emitting device according to this embodiment includes three types of light emitting units, that is, first to third light emitting units 322, 324, and 326, and these light emitting units include a base 110 as described with reference to FIG. ).
  • each of the light emitting units 322, 324, and 326 includes an ultraviolet chip, a purple chip, or a blue chip, and includes a wavelength converter for wavelength conversion of light emitted from the light emitting diode chip.
  • the first light emitting unit 322 and the second light emitting unit 324 include an ultraviolet chip or a purple chip
  • the third light emitting unit 326 includes an ultraviolet chip, a purple chip, or a blue chip can do.
  • the color coordinates of the light emitting units 322, 324, and 326 of this embodiment are different from those described with reference to FIG. 7, and these color coordinates are set using a light emitting diode chip and a wavelength converter.
  • a characteristic configuration of the light emitting device of this embodiment will be described in detail.
  • the first light emitting unit 322, the second light emitting unit 324, and the third light emitting unit 326 are arranged to realize a color temperature of 3000K to 5000K on the Frankian locus. Unlike the embodiment of Fig. 7, the first to third light emitting units 322, 324, and 326 need not represent color coordinates on the Planckian locus.
  • the first light emitting unit 322 has color coordinates closer to a color temperature of 5000K than the second and third light emitting units 324 and 326, and the third light emitting unit 326 has first and second light emitting units 322, 324), it may have a color coordinate closer to the color temperature 3000K.
  • the first light emitting unit 322 may have a color temperature of 5000K
  • the third light emitting unit 326 may have a color temperature of 3000K.
  • the second light emitting unit 324 has a color coordinate located above the Planckian Locus curve on the CIE-1931 color coordinate system.
  • the x coordinate of the second light emitting unit 324 may be within the range of x coordinates between a color temperature of 5000K and a color temperature of 3000K on the Plankian locus.
  • a straight line connecting the color coordinates of the first light emitting unit 322 and the color coordinates of the second light emitting unit 324 a straight line connecting the color coordinates of the second light emitting unit 324 and the color coordinates of the third light emitting unit 326, and none of the straight lines connecting the color coordinates of the first light emitting unit 322 and the color coordinates of the third light emitting unit 326 traverse the region between 5000K and 3000K on the Planckian locus.
  • a triangular area is defined by the color coordinates of the first to third light emitting units 322, 324, and 326, and a curved portion between the color temperature 5000K and the color temperature 3000K on the Plankian locus is disposed in the triangular area.
  • a straight line connecting the color coordinates of the first light emitting unit 322 and the color coordinates of the second light emitting unit 324 may pass a color temperature of 5000K
  • a straight line connecting the color coordinates of the unit 326 may pass the color temperature 3000K.
  • a straight line connecting the color coordinates of the first light emitting unit 322 and the color coordinates of the third light emitting unit 326 may pass a color temperature of 5000K or a color temperature of 3000K.
  • the first to third light emitting units 322, 324, and 326 are driven in a dimming manner, so that all color temperatures on the Plankian locus within the color temperature range of 3000K to 5000K can be implemented. Moreover, since none of the first to third light emitting units 322, 324, and 326 include a blue light emitting diode chip, it is possible to prevent the emission of abnormally high intensity light from the blue region.
  • the maximum color temperature CTmax implemented according to the present exemplary embodiment may be 5000K or more according to the selection of the first light emitting unit 322 and the second light emitting unit 324, and the lowest color temperature CTmin is the second light emitting.
  • the unit 324 and the third light emitting unit 326 may be 3000K or less.
  • the color temperatures of 3000K and 5000K are minimum requirements for responding to spectral changes in light during the day, and in this range, light corresponding to spectral changes in sunlight can be similarly emitted.
  • the highest color temperature CTmax may be further increased, and the lowest color temperature CTmin may be further reduced.
  • the highest color temperature (CTmax) may be 6000K or more, 6500K or more, and even 10000K or more.
  • the minimum color temperature (CTmin) may be 2700K or less, furthermore, 1800K or less.
  • the first light emitting unit 322 has an x coordinate value equal to or less than the x coordinate of the color coordinate corresponding to the highest color temperature CTmax in the color temperature range to be implemented
  • the second light emitting unit 324 is the color temperature range to be implemented
  • the third light emitting unit 326 has an x coordinate value equal to or greater than the x coordinate of the color coordinate corresponding to the lowest color temperature CTmin in the color temperature range to be implemented.
  • FIG. 11 shows color coordinates of one embodiment capable of realizing a color temperature on a Plankian locus in a range of 1800K to 10000K.
  • the first light emitting unit 322 has an x coordinate value equal to or greater than the x coordinate of a color temperature of 10000K
  • the second light emitting unit 322 has an x coordinate value between 1800K and 10000K
  • the third light emitting unit 326 Has an x-coordinate value equal to or greater than the x-coordinate of the color temperature of 1800K.
  • the y-coordinate of the second light-emitting unit 324 is set such that the color coordinates of the second light-emitting unit 324 are located above the flankian locus.
  • the y-coordinate values of the first light emitting unit 322 and the third light emitting unit 326 are triangles defined by color coordinates of the first to third light emitting units 322, 324, 326 between 0 and 1
  • the region is set to contain a Plankian Locus between 1800K to 10000K color temperature.
  • the color temperatures on the Planckian locus can be implemented by operating the first to third light emitting units 322, 324, 326 in a dimming manner. Accordingly, all color temperatures within the range of the lowest color temperature CTmin to the maximum color temperature CTmax can be implemented. The color temperatures other than the highest color temperature CTmax and the lowest color temperature CTmin are implemented by operating all three types of light emitting units 322, 324, and 326.
  • the maximum color temperature CTmax is a combination of the first light emitting unit 322, the first light emitting unit 322 and the second light emitting unit 324, and the combination of the first light emitting unit 322 and the third light emitting unit 326.
  • the lowest color temperature CTmin is the third light emitting unit 326, the second light emitting unit 324, and the third. It may be implemented through a combination of the light emitting unit 326, a combination of the first light emitting unit 322 and the third light emitting unit 326, or a combination of the first to third light emitting units (322, 324, 326). . As such, most color temperatures are implemented by operating all three types of light emitting units 322, 324, and 326 in a dimming manner.
  • the light emitting device described with reference to FIG. 7 waits in a state in which some light emitting units are stopped in order to realize a specific color temperature. However, in this embodiment, all the light emitting units can be driven together, and accordingly, the number of light emitting units required for the lighting fixture can be reduced.
  • the first to third light emitting units 322, 324, and 326 may be arranged to repeat within a single column on the base, as described with reference to FIG. 3, but are not limited thereto, and may be arranged in various ways.
  • Can be. 12 to 14 show light emitting devices 300, 400 and 500 in which the first to third light emitting units 322, 324 and 326 are arranged in various ways on the base 310.
  • the base 310 is similar to the base 110 described with reference to FIG. 3, detailed description thereof will be omitted.
  • the first to third light emitting units 322, 324, and 326 may be arranged in a matrix.
  • the first light emitting units 322 are arranged in one row
  • the second light emitting units 324 are arranged in the next row
  • the third light emitting units 326 are arranged in the next row.
  • the first to third light emitting units 322, 324, and 326 may be disposed together in the same column.
  • the first light emitting unit 322, the second light emitting unit 324, and the third light emitting unit 326 are arranged in a triangle as one unit, and these units may be arranged to repeat the same.
  • a light emitting device 400 capable of emitting more uniform light than the light emitting device 300 of FIG. 12 may be provided.
  • the first light emitting unit 322, the second light emitting unit 324, and the third light emitting unit 326 are arranged in a triangle as one unit, and these units are repeatedly arranged. Show how. That is, units neighboring one unit arranged in a triangle have an inverted triangle shape. In particular, the distance between the same light emitting units may be constant. For example, the distance between the first light emitting units 322, the distance between the second light emitting units 324 and the distance between the third light emitting units 326 may be the same. Accordingly, the light emitting device 500 may emit light more uniformly than the light emitting device 400.
  • 15 is a schematic color coordinate diagram for describing a light emitting device according to another embodiment of the present disclosure.
  • the light emitting device includes first to fourth light emitting units 422, 424, 426, and 428.
  • the first to fourth light emitting units 422, 424, 426, and 428 all include ultraviolet, purple, or blue light emitting diode chips and a wavelength converter.
  • a rectangular area is defined by color coordinates of the first to fourth light emitting units 422, 424, 426, and 428, and the required Plankian locus is located in the rectangular area. Accordingly, it is possible to implement all of the color temperatures on the Planckian locus located in the rectangle through the combination of the first to fourth light emitting units 422, 424, 426, and 428.
  • the first light emitting unit 422 has a color coordinate near the color temperature of 10000K
  • the second light emitting unit 424 may have a color coordinate located above the flankian locus on the CIE-1931 coordinate system.
  • the third light emitting unit 426 and the fourth light emitting unit 428 may be located near the color temperature of 1800K
  • the third light emitting unit 426 is located above the flankian locus
  • the fourth light emitting unit 428 is Can be located below the Plankian Locus.
  • the first and second light emitting units 422 and 424 may use ultraviolet or purple light emitting diode chips without using a blue light emitting diode chip.
  • the third and fourth light emitting units 426 and 428 do not damage the retina because the intensity of blue light emitted to the outside is weak even when a blue light emitting diode chip is used. Accordingly, the third and fourth light emitting units 426 and 428 may be selected and used as needed in an ultraviolet, purple, or blue light emitting diode chip.
  • a light emitting device capable of realizing a color temperature of 1800K to 10000K of a color temperature may be provided.
  • the present disclosure is not limited thereto, and the first to fourth light emitting units 422, 424, 426, and 428 may be set to implement, for example, a color temperature range of 3000K to 5000K or more.
  • FIG. 16 is a graph for explaining spectral power distribution of the first to third light emitting units according to an example of the present disclosure
  • FIGS. 17 to 28 are various spectrums implemented using the light emitting units of FIG. 16 and corresponding thereto These graphs show contrast of the spectrum of blackbody radiation (reference light source) at the correlated color temperature.
  • the first to third light emitting units all include a purple light emitting diode chip having a peak wavelength of about 416 nm. Further, the first light emitting unit includes a blue phosphor, a green phosphor, a yellow phosphor, and a red phosphor, the color coordinates (x, y) are (0.2638, 0.2756), the correlation color temperature is 13597K, and the Duv is 0.0043.
  • the second light emitting unit includes a blue phosphor, a green and yellow phosphor, and a red phosphor, the color coordinates (x, y) are (0.3860, 0.4354), the correlated color temperature is 4222K, and the Duv is 0.0236.
  • the third light emitting unit includes a blue phosphor, a green and yellow phosphor, and a red phosphor, the color coordinates (x, y) are (0.5439, 0.4055), the correlated color temperature is 1822K, and the Duv is 0.000.
  • the spectrums at various color temperatures implemented by the first to third light emitting units generally match the spectrums due to black body radiation in the visible region.
  • the intensity of light in the blue region is not abnormally higher than that of other regions.
  • Table 2 shows average color rendering index (CRI) and fidelity index (Rf) at various color temperatures implemented using the first to third light emitting units.
  • CRI and Rf of the light emitting device according to an example CCT CRI Rf 10000K 96.2 96.9 6500K 97.6 98.1 5700K 98.3 98.3 5000K 97.3 98.2 4500K 97.4 97.5 4000K 97.4 97.4 3500K 95.6 96.8 3000K 95.6 96.4 2700K 95.2 95.9 2500K 95.6 94.8 2200K 95.0 94.6 1800K 94.3 91.8
  • each light emitting unit is 90 Used individually.
  • 90 first light emitting units 122 operate to realize a color temperature of 6500K
  • 90 second light emitting units 122 operate to implement a color temperature of 4000K
  • a color temperature of 2700K To implement, 90 third light emitting units 126 operate.
  • one type of light emitting unit eg 122
  • other light emitting units eg, 124 and 126) remain in standby.
  • each light emitting unit may be used, for example, 60. Accordingly, light having a desired color temperature may be realized using a total of 180 light emitting units.
  • the first light emitting units 322 or the third light emitting unit 326 may be used in increments of 90. have. Even in this case, only 60 second light emitting units 324 may be used, thereby reducing the number of light emitting units required compared to the switching on/off driving method of FIG. 6.
  • 29 is a schematic block diagram illustrating a lighting system 1000 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the lighting system 1000 may include a lighting device 1100 and software 1200 for operating the lighting device.
  • the lighting device 1100 includes a controller 1110, an LED driver 1130, and an LED luminaire 1150.
  • the software 1200 may include a remote controller 1210, a mobile app 1230, or a personal computer or server 1250.
  • the LED lighting fixture 1150 includes the light emitting devices of the above-described embodiments, and accordingly, light of various color temperatures may be implemented. A detailed description of the light emitting device is omitted to avoid duplication.
  • the software 1200 transmits a signal for operating the lighting device 1100, and the controller 1110 receives the signal transmitted from the software 1200 to drive the LED driver 1130. Accordingly, the LED driver 1130 operates the light emitting units in the LED lighting fixture 1150 to irradiate light having a predetermined brightness and a predetermined color temperature.
  • the LED driver 1130 may drive the light emitting units in a dimming method using a pulse width modulation method, a voltage modulation method, and a phase modulation method.
  • the software 1200 may cause the LED lighting fixture 1150 to change the color temperature over time by changing the signal. Accordingly, the color temperature of the lighting device 1150 may be changed to the same color temperature as the color temperature of sunlight during the daytime.
  • the remote controller 1210 transmits an input signal
  • the controller 1110 that receives the signal through the wireless communication module may drive the LED driver 1130 according to the input signal of the remote controller 1210.
  • the signal may be transmitted through the mobile app 1230, or may be transmitted through a PC or a server 1250.
  • the PC or server 1250 may include a controller 1110 and drive the LED driver 1130 by wire or wireless.
  • the color temperature and brightness of the lighting device 1150 by a user inputting a control signal using the remote controller 1210, the mobile app 1230, or the server 1250 from the outside of the lighting device 1100 Can be adjusted.
  • the user directly controls the LED lighting fixture 1150 by adjusting a switch wired to the controller 1110 ) May be adjusted, or the sensor may be installed in the LED lighting fixture 1150 to change the color temperature and brightness of the LED lighting fixture 1150 through the sensor.
  • FIG. 30 is a schematic block diagram illustrating a lighting system 2000 according to another embodiment of the present disclosure.
  • the lighting system 2000 may include a lighting device 2100 and software 2200 for operating the lighting device.
  • the lighting device 2100 may include a controller 2110, an LED driver 2130, an LED lighting fixture 2150, and a memory 2170.
  • the software 2200 may include a remote controller 2210, a mobile app 2230, or a personal computer or server 2250.
  • the lighting system 2000 according to the present embodiment is substantially similar to the lighting system 1000 of FIG. 29, detailed descriptions of the same items will be omitted, and characteristic differences will be mainly described.
  • the controller 2110 includes a real time clock (RTC).
  • the RTC may be included in the controller 2110 in the form of an integrated circuit. Since the RCT is included in the controller 2110, the control module 2110 can control the lighting fixture 2150 according to a schedule without receiving a signal from the outside.
  • the color temperature and brightness of sunlight according to seasonal time may be stored in the memory 2170, etc., and the controller 2110 uses RTC to emit light equal to or similar to the brightness and color temperature of sunlight according to seasonal time.
  • the light emitting device in the lighting fixture 2150 can be controlled. Accordingly, the lighting device 2150 may illuminate the indoor space while changing the color temperature in the same manner as the color temperature of sunlight changes during the daytime.
  • Table 3 shows an example of a possible scenario of a change in color temperature according to the time of season by using a lighting device 2150 that varies from 2200K to 6500K.
  • the color temperature was maintained at 2200K at sunset time, and the color temperature was changed to be similar to the color temperature of sunlight during daytime.
  • Table 1 is an example showing a change in color temperature over time, and the color temperature change over time can be set arbitrarily.
  • the color temperature is set so that the color temperature changes in units of every hour.
  • the lighting device 2200 may operate in various modes, and these modes may be selected through the software 2100. For example, whether to control the color temperature using RTC may be selected using a remote controller 2210, a mobile app 2230, or a PC or server 2250. In addition, in a specific mode, the lighting device 2100 may be controlled using the software 2100, or may be manually controlled using a switch.
  • the controller 2110 may include a wireless communication module for receiving a signal input from the software 2100.
  • the illumination mode can be set to implement lighting optimized for biorhythm by age.
  • infants, children, adolescents, and adulthood can be divided into age groups, and the lighting times of cool white and warm white can be adjusted differently.
  • 31 is a schematic block diagram illustrating a lighting system 3000 according to another embodiment of the present disclosure.
  • the lighting system 3000 according to this embodiment is similar to the lighting system 2000 described with reference to FIG. 30, but further includes an RTC power supply 2190 for supplying power to the RTC. There is a difference.
  • the lighting device 2100 may operate by receiving power from an external power source (or main power source).
  • RTC can also be powered from an external power source.
  • the external power is cut off to turn off the lighting fixture 2150 or due to an abnormality
  • power supply to the RTC is also cut off.
  • the RTC is placed in an unknown state of progress over time. Thereafter, even if power is supplied again by an external power source, the RTC cannot be interlocked with the passage of the actual time. Accordingly, the lighting device 2100 cannot change the color temperature in real time in conjunction with sunlight change.
  • the RTC power supply 2190 prevents the RTC from being turned off by supplying power to the RTC while the external power or the main power is cut off. Accordingly, the RTC can maintain the actual time progress.
  • the RTC power supply 2190 is connected to the RTC within the lighting device 2100 to supply power to the RTC.
  • the RTC power supply 2190 may also be connected to the RTC to be charged while the external power is turned on and discharged while the external power is cut off.
  • the RTC power supply 2190 may be, for example, a primary battery or a secondary battery.
  • a lithium battery or a lithium ion battery can be used.
  • the primary battery does not need a separate charging circuit, but the battery life is not long, and frequent replacement may be required depending on the battery life.
  • the secondary battery can be charged and discharged, there is no need for frequent replacement, but the use temperature is limited.
  • the general lighting device 2100 is driven for a long time, and accordingly, the temperature in the lighting device may reach 60°C or higher.
  • the secondary battery is generally unsuitable for use at a temperature of 60°C or higher, it is difficult to use it in the lighting device 2100 used for a long time.
  • a super capacitor may be used as the RTC power supply 2190.
  • the supercapacitor is suitable for the operating environment of the lighting device 2190 with an operating temperature in the range of about -40°C to 85°C.
  • the supercapacitor has a very long lifespan compared to a primary battery or a secondary battery, and can be charged by an external power source, thereby substantially eliminating the need for replacement.

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Abstract

조명 장치 및 조명 시스템이 제공된다. 일 실시예에 따른 조명 장치는, 컨트롤러; LED 드라이버; 및 LED 조명 기구를 포함하고, 상기 LED 조명 기구는 3000K 이하의 최저 색온도에서 5000K 이상의 최고 색온도를 구현하며, 상기 컨트롤러는 상기 LED 드라이버를 제어하여 태양광의 색온도 변화에 상응하도록 상기 LED 조명 기구의 색온도를 변화시킨다.

Description

조명 장치 및 그것을 갖는 조명 시스템
본 개시는 조명 장치 및 조명 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 발광 다이오드를 광원으로 이용하는 조명 장치 및 조명 시스템에 관한 것이다.
대부분의 생명체는 태양광의 변화에 맞추어 활동하도록 적응되어 왔다. 인간의 몸 또한 오랜 기간 태양광에 적응되어 왔다. 이에 따라, 인간의 하루 주기 생체리듬(Circadian Rhythm)이 태양광의 변화에 따라 변한다. 특히, 아침에는 밝은 태양광 하에서 인체에 코르티졸(cortisol) 호르몬이 분비된다. 코르티졸 호르몬은 스트레스와 같은 외부 자극에 대항하도록 신체 각 기관으로 더 많은 혈액을 공급하도록 하며, 이에 따라, 맥박과 호흡이 증가되어 인체가 잠에서 깨어나 외부 활동을 준비하도록 한다. 낮 시간에는 강한 태양광 아래에서 신체 활동을 하다가 저녁이 되면 멜라토닌 호르몬이 분비되어 맥박, 체온, 혈압을 저하시키고 이에 따라 몸이 나른해져 잠이 들도록 도와준다.
그러나 현대 사회에서는 대부분의 사람들이 태양광 아래에서 신체활동을 하는 것이 아니라 주로 집이나 사무실 등의 실내에서 활동을 한다. 한낮에도 실내에 머무르는 시간이 태양광 아래에서 신체 활동을 하는 시간보다 더 긴 것이 일반적이다.
그런데, 실내 조명 장치는 일반적으로 일정한 스펙트럼 파워 분포(spectral power distribution)를 나타내며, 이러한 스펙트럼 파워 분포는 태양광의 스펙트럼 파워 분포와는 많은 차이가 있다. 예를 들어, 청색, 녹색 및 적색 발광 다이오드를 사용하는 발광 장치의 경우, 청색, 녹색 및 적색의 조합에 의해 백색광을 구현할 수는 있지만, 태양광과 같이 가시영역의 넓은 파장에 걸쳐 스펙트럼 파워 분포를 나타내지 못하고 특정 파장에서 피크를 가지는 분포를 나타낸다.
도 1은 CIE 색좌표 상의 플랭키안 로커스(plankian locus) 상에 위치하는 몇 개의 색 온도들(Color Temperatures)에 대응하는 흑체 복사의 스펙트럼 파워 분포를 나타내며, 도 2는 몇몇 상관 색 온도들(Corelated color temperatures)에 대응하는 종래의 청색 발광 다이오드 칩을 기반으로 한 백색 광원들의 스펙트럼 파워 분포를 나타내는 그래프이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 태양과 같은 흑체 복사의 스펙트럼은 종래의 백색 광원의 스펙트럼과 유사하게 색 온도가 높을 수록 청색 파장 영역에서 강도가 높다. 그러나, 색 온도가 높아질 수록 백색 광원의 스펙트럼은 흑체 복사의 스펙트럼과 뚜렷한 차이를 나타낸다. 예컨대 6500K의 온도에서, 흑체 복사의 스펙트럼은 청색 영역에서 적색 영역으로 광의 강도가 서서히 감소하는 경향을 보인다. 이에 반해, 도 2에 도시되듯이, 청색 발광 다이오드 칩을 기반으로 한 백색 조명 장치는 색 온도가 높을수록 청색 파장 영역의 광이 다른 가시영역에 비해 상대적으로 매우 강해진다.
태양 스펙트럼에 적응해 온 인간의 수정체는 비정상적으로 강한 청색 파장 영역의 광에 의해 손상될 수 있으며, 이에 따라 시력이 나빠질 수 있다. 또한, 망막 세포가 과도한 청색 영역의 에너지에 노출됨으로써 뇌에 비정상적인 신호가 전달되어 코르티졸과 멜라토닌과 같은 호르몬을 비정상적으로 생성하거나 억제하여 신체의 하루 주기 생체 리듬(Circadian Rhythm)에 부정적 영향을 미칠 수 있다.
본 개시는 태양광의 스펙트럼 파워 분포 변화에 상응하도록 스펙트럼 파워 분포를 자동으로 변화시킬 수 있는 조명 장치 및 조명 시스템을 제공한다.
본 개시는 인간의 수정체나 망막이 비정상적인 청색 영역의 광에 의해 손상되는 것을 방지 또는 완화할 수 있는 조명 장치 및 조명 시스템을 제공한다.
본 개시는 외부 전원이 차단되어도 안정적으로 시간의 진행을 유지할 수 있는 조명 장치 및 조명 시스템을 제공한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 조명 장치는, 컨트롤러; LED 드라이버; 및 LED 조명 기구를 포함하고, 상기 LED 조명 기구는 3000K 이하의 최저 색온도에서 5000K 이상의 최고 색온도를 구현하며, 상기 컨트롤러는 상기 LED 드라이버를 제어하여 태양광의 색온도 변화에 상응하도록 상기 LED 조명 기구의 색온도를 변화시킨다.
본 개시의 또 다른 실시예에 따른 조명 시스템은, 조명 장치; 및 조명 장치에 신호를 입력하기 위한 소프트웨어를 포함하고, 상기 조명 장치는, 컨트롤러; LED 드라이버; 및 LED 조명 기구를 포함하고, 상기 LED 조명 기구는 3000K 이하의 최저 색온도에서 5000K 이상의 최고 색온도를 구현하며, 상기 컨트롤러는 상기 LED 드라이버를 제어하여 태양광의 색온도 변화에 상응하도록 상기 LED 조명 기구의 색온도를 변화시킨다.
본 개시의 실시예에 따른 조명 장치 및 조명 시스템은 양광의 스펙트럼 파워 분포 변화에 상응하도록 스펙트럼 파워 분포를 자동으로 변화시킬 수 있다.
또한, 본 개시의 실시예에 따른 조명 장치 및 조명 시스템은 인간의 수정체나 망막이 비정상적인 청색 영역의 광에 의해 손상되는 것을 방지 또는 완화할 수 있다.
또한, 본 개시의 실시예에 따른 조명 장치 및 조명 시스템은 외부 전원이 차단되어도 안정적으로 시간의 진행을 유지할 수 있다.
도 1은 CIE 색좌표 상의 플랭키안 로커스(plankian locus) 상에 위치하는 몇 개의 색온도들(Color Temperatures)에 대응하는 흑체 복사의 스펙트럼 파워 분포를 나타내는 그래프이다.
도 2는 몇몇 상관색온도들(Corelated color temperatures)에 대응하는 종래의 청색 발광 다이오드 칩을 기반으로 한 백색 광원들의 스펙트럼 파워 분포를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 발광 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 발광 유닛을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 발광 유닛을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 다양한 발광 유닛들의 스펙트럼 파워 분포를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 발광 장치를 설명하기 위한 개략적인 색좌표를 나타낸다.
도 8은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 발광 유닛을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 9는 도 8의 실시예에 따른 발광 장치를 설명하기 위한 개략적인 색좌표를 나타낸다.
도 10은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 발광 장치를 설명하기 위한 개략적인 색좌표를 나타낸다.
도 11은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 발광 장치를 설명하기 위한 개략적인 색좌표를 나타낸다.
도 12는 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 발광 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 13은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 발광 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 14는 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 발광 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 15는 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 발광 장치를 설명하기 위한 개략적인 색좌표를 나타낸다.
도 16은 본 개시의 일 예에 따른 발광 소자들의 스펙트럼 파워 분포를 설명하기 위한 그래프이다.
도 17 내지 도 28은 도 16의 발광 소자들을 이용하여 구현되는 다양한 스펙트럼들과 이에 대응하는 상관색온도에서의 흑체 복사(기준 광원)의 스펙트럼을 대비하여 나타낸 그래프들이다.
도 29는 본 개시의 일 실시예에 따른 조명 시스템을 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.
도 30은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 조명 시스템을 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.
도 31은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 조명 시스템을 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 개시의 일 실시예에 따른 조명 장치는, 컨트롤러; LED 드라이버; 및 LED 조명 기구를 포함하고, 상기 LED 조명 기구는 3000K 이하의 최저 색온도에서 5000K 이상의 최고 색온도를 구현하며, 상기 컨트롤러는 상기 LED 드라이버를 제어하여 태양광의 색온도 변화에 상응하도록 상기 LED 조명 기구의 색온도를 변화시킨다.
이에 따라, 일주기 동안 색온도가 변화하는 태양광과 유사하게 색온도가 변하는 조명 장치가 제공된다.
상기 최고 색온도는 6000K 이상이고 최저 색온도는 2700K 이하일 수 있으며, 나아가, 상기 최고 색온도는 6500K 이상일 수 있다.
한편, 상기 조명 장치는 RTC를 더 포함할 수 있다. RTC를 내장함으로써 외부 신호의 입력 없이도 조명 기구의 색온도 스케줄에 따라 변화시킬 수 있다.
또한, 상기 조명 장치는 상기 RTC에 전력을 공급하기 위한 RTC 전원 공급 장치를 더 포함할 수 있다. 상기 RTC 전원 공급 장치에 의해서, 외부 전원이 차단되어도 상기 RTC가 시간 진행을 유지할 수 있다.
또한, 상기 RTC 전원 공급 장치는 수퍼커패시터를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 조명 장치의 작동에 의해 온도가 상승하는 환경에서도 장시간 동안 RTC를 안정하게 동작시킬 수 있다. 상기 RTC는 컨트롤러 내에 내장될 수 있다.
한편, 상기 컨트롤러는 상기 RTC에 의해 태양광의 색온도에 상응하도록 상기 조명 기구를 제어하여 상기 조명 기구의 색온도를 자동으로 변화시킬 수 있다.
상기 조명 장치는 또한 하루 동안 자동으로 상기 조명 기구에서 방출되는 광의 밝기 및 색온도를 외부 입력 없이 자동으로 조절할 수 있다.
한편, 상기 LED 조명 기구는 발광 장치를 포함하며, 상기 발광 장치는, 자외선, 보라색 또는 청색 발광 다이오드 칩 및 제1 파장변환기를 포함하는 적어도 하나의 제1 발광 유닛; 자외선, 보라색 또는 청색 발광 다이오드 칩 및 제2 파장변환기를 포함하는 적어도 하나의 제2 발광 유닛; 및 자외선, 보라색 또는 청색 발광 다이오드 칩 및 제3 파장변환기를 포함하는 적어도 하나의 제3 발광 유닛을 포함하고, 상기 제1 발광 유닛, 제2 발광 유닛 및 제3 발광 유닛의 색좌표들에 의해 정의되는 삼각형 영역은 적어도 플랭키안 로커스 상의 일부 구간을 포함하되, 상기 삼각형 내에 포함되는 플랭키안 로커스 상의 최고 색온도는 5000K 이상이고, 최저 색온도는 3000K 이하일 수 있다.
이하에서, 플랭키안 로커스 및 특정 색좌표는 특별한 언급이 없는 한 미국 표준 협회(American National Standards Institute, ANSI)에 의하여 규정된 CIE-1931 좌표계에서의 플랭키안 로커스 및 색좌표를 의미한다. CIE-1931 좌표계는 간단한 수식 변환에 의해 1976 좌표계로 쉽게 변경될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 내지 제3 발광 유닛들은 자외선 또는 보라색 발광 다이오드 칩만을 사용할 수도 있다. 다른 실시예에서, 제1 및 제2 발광 유닛들은 자외선 또는 보라색 발광 다이오드 칩만을 사용하고, 제3 발광 유닛은 자외선, 보라색 또는 청색 발광 다이오드 칩을 사용할 수도 있다. 제3 발광 유닛은 적색에 가까운 색좌표를 가지며, 따라서, 청색광의 강도가 제1 및 제2 발광 유닛에 비해 상대적으로 약할 수 있다.
제1 내지 제3 발광 유닛들에 청색 발광 다이오드 칩을 사용하지 않거나, 청색 발광 다이오드 칩에서 외부로 방출되는 광의 강도를 작게 함으로써 청색 파장의 광에 의해 수정체나 망막이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 플랭키안 로커스 상의 3000K 내지 5000K 범위의 색온도를 구현할 수 있어, 태양광의 스펙트럼 파워 분포 변화에 상응하도록 스펙트럼 파워 분포를 변화시킬 수 있는 발광 장치를 제공할 수 있다.
상기 최고 색온도를 증가시키고, 최저 색온도를 감소시킴으로써 태양광의 스펙트럼에 더 유사한 광을 구현할 수 있다. 예를 들어, 상기 삼각형 내에 포함되는 플랭키안 로커스 상의 최고 색온도는 6000K 이상이고 최저 색온도는 2700K 이하일 수 있다. 나아가, 상기 최고 색온도는 6500K 이상일 수 있다. 더욱이, 상기 최고 색온도는 10000K 이상이고, 상기 최저 색온도는 1800K 이하일 수도 있다.
한편, 상기 제2 발광 유닛의 색좌표는 CIE-1931 좌표계 상에서 플랭키안 로커스 위쪽에 위치하고, 상기 제1 발광 유닛의 색좌표는 제2 및 제3 발광 유닛들보다 색온도 5000K에 더 가깝고, 상기 제3 발광 유닛의 색좌표는 제1 및 제2 발광 유닛들보다 색온도 3000K에 더 가까울 수 있다.
상기 제1 내지 제3 발광 유닛들은 디밍 방식으로 작동하여 상기 삼각형 내에 포함되는 플랭키안 로커스 상의 색온도들을 연속적으로 구현하도록 구성될 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 발광 장치는 복수의 제1 발광 유닛들, 복수의 제2 발광 유닛들 및 복수의 제3 발광 유닛들을 포함할 수 있다. 복수의 발광 유닛들을 채택함으로써 발광 장치의 광 출력을 증가시킬 수 있다.
본 개시의 또 다른 실시예에 따른 조명 시스템은, 조명 장치; 및 조명 장치에 신호를 입력하기 위한 소프트웨어를 포함하고, 상기 조명 장치는, 컨트롤러; LED 드라이버; 및 LED 조명 기구를 포함하고, 상기 LED 조명 기구는 3000K 이하의 최저 색온도에서 5000K 이상의 최고 색온도를 구현하며, 상기 컨트롤러는 상기 LED 드라이버를 제어하여 태양광의 색온도 변화에 상응하도록 상기 LED 조명 기구의 색온도를 변화시킨다.
상기 소프트웨어는, 리모트 컨트롤러, 모바일 앱, PC 또는 서버를 포함할 수 있다. 상기 소프트웨어를 이용하여 다양한 모드에서 조명 장치를 구동할 수 있다.
상기 조명 장치는 상기 소프트웨어가 턴오프된 상태에서도 자동으로 태양광의 색온도 변화에 상응하여 LED 조명 기구의 색온도를 변화시킬 수 있다.
몇몇 실시예에서, 상기 조명 시스템은 상기 조명 장치 내에 내장된 RTC를 더 포함할 수 있다. RTC를 조명 장치 내에 내장함으로써 상기 소프트웨어에 의한 입력 신호 없이도 상기 조명 장치가 시간에 따라 색온도를 변화시킬 수 있다.
또한, 상기 조명 시스템은 상기 RTC에 전력을 공급하기 위한 RTC 전원 공급 장치를 더 포함할 수 있다. RTC 전원 공급 장치를 마련함으로써 외부 전원이 턴오프된 상태에서도 RTC에 전력을 공급할 수 있어 시간을 유지할 수 있다.
상기 RTC 전원 공급 장치는 수퍼커패시터를 포함할 수 있다.
상기 조명 장치는 계절별 시간에 따른 색온도 변화 시나리오를 저장한 메모리를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 계절별로 색온도 변화를 다르게 할 수 있다.
상기 최고 색온도는 6500K 이상이고, 상기 최저 색온도는 2700K 이하일 수 있다. 따라서, 적어도 2700K 내지 6500K 범위 내에서 색온도를 자동으로 변화시킬 수 있다.
한편, 상기 LED 조명 기구는 발광 장치를 포함하며, 상기 발광 장치는, 자외선, 보라색 또는 청색 발광 다이오드 칩 및 제1 파장변환기를 포함하는 적어도 하나의 제1 발광 유닛; 자외선, 보라색 또는 청색 발광 다이오드 칩 및 제2 파장변환기를 포함하는 적어도 하나의 제2 발광 유닛; 및 자외선, 보라색 또는 청색 발광 다이오드 칩 및 제3 파장변환기를 포함하는 적어도 하나의 제3 발광 유닛을 포함하고, 상기 제1 발광 유닛, 제2 발광 유닛 및 제3 발광 유닛의 색좌표들에 의해 정의되는 삼각형 영역은 적어도 플랭키안 로커스 상의 일부 구간을 포함하되, 상기 삼각형 내에 포함되는 플랭키안 로커스 상의 최고 색온도는 5000K 이상이고, 최저 색온도는 3000K 이하일 수 있다.
나아가, 상기 삼각형 내에 포함되는 플랭키안 로커스 상의 최고 색온도는 6500K 이상이고, 최저 색온도는 2700K 이하일 수 있다. 또한, 상기 제1 내지 제3 발광 유닛들은 디밍 방식으로 구동되도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 발광 장치는 베이스를 더 포함할 수 있으며, 상기 제1 내지 제3 발광 유닛들은 상기 베이스 상에 규칙적으로 배열될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 제1 발광 유닛들, 제2 발광 유닛들 및 제3 발광 유닛들은 일 열로 또는 행렬로 배열될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 제1 발광 유닛, 제2 발광 유닛 및 제3 발광 유닛이 하나의 단위를 이루며, 하나의 단위 내의 제1 내지 제3 발광 유닛들은 삼각형을 이루도록 배열될 수 있다.
나아가, 상기 제1 내지 제3 발광 유닛들은 삼각형을 이루는 하나의 단위에 이웃하는 단위는 역삼각형을 이루도록 배열될 수 있다.
또한, 인접한 제1 발광 유닛들 사이의 거리, 인접한 제2 발광 유닛들 사이의 거리 및 인접한 제3 발광 유닛들 사이의 거리는 동일할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 다양한 실시예들에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이고, 도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 발광 유닛을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3을 참조하면, 발광 장치(100)는 베이스(110), 제1 발광 유닛(122), 제2 발광 유닛(124) 및 제3 발광 유닛(126)을 포함한다.
베이스(110)는 인쇄회로보드와 같이 각 발광 유닛(122, 124, 126)에 전력을 공급하기 위한 회로 배선을 포함할 수 있다. 또한, 베이스(110) 상에 집적회로 소자 등이 실장될 수도 있다.
제1 내지 제3 발광 유닛들(122, 124, 126)은 베이스(110) 상에 배열될 수 있다. 베이스(110) 상에 복수개의 제1 발광 유닛들(122), 복수개의 제2 발광 유닛들(124) 및 복수개의 제3 발광 유닛들(126)이 배열될 수 있다. 또한, 도 3에 도시한 바와 같이 제1 내지 제3 발광 유닛들(122, 124, 126)이 하나의 단위가 되어 한 열 내에 반복하도록 배치될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 세 종류의 서로 다른 발광 유닛들(122, 124, 126)이 베이스(110) 상에 배열된 것에 대해 설명하지만, 반드시 세 종류의 발광 유닛들에 한정되는 것은 아니며, 2종류나 또는 4 종류 이상의 발광 유닛들이 배열될 수도 있다.
제1 내지 제3 발광 유닛들(122, 124, 126)은 유사한 구조를 가질 수 있으며, 다만, 상기 제1 내지 제3 발광 유닛들(122, 124, 126)은 각각 대체로 플랭키안 로커스 상의 특정 색온도에 대응하는 광을 방출한다. 우선, 발광 유닛의 구조에 대해 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4를 참조하면, 각각의 발광 유닛(122, 124, 126)은 발광 다이오드 칩(23) 및 파장변환기(25)를 포함하며, 하우징(21) 및 몰딩부(25)를 포함할 수 있다.
하우징(21)은 전기적 연결을 위한 리드들을 가지며, 캐비티를 가질 수 있다.
발광 다이오드 칩(23)은 하우징(21)의 캐비티 내에 실장될 수 있으며, 리드들에 전기적으로 연결된다. 발광 다이오드 칩(23)은 일반적으로 수평형 발광 다이오드 칩일 수 있으며, 따라서, 본딩 와이어들에 의해 리드들에 전기적으로 연결될 수 있다.
발광 다이오드 칩(23)은 300 내지 470nm 범위 내의 피크 파장을 가지는 광을 방출할 수 있다. 예컨대, 발광 다이오드 칩(23)은 청색 칩, 보라색 칩 또는 자외선 칩일 수 있다. 일 실시예에서, 발광 다이오드 칩(23)은 300 내지 440nm 범위 내, 구체적으로 380 내지 440nm 범위 내, 더 구체적으로 400 내지 420nm 범위 내의 피크 파장을 가지는 광을 방출할 수 있다.
제1 내지 제3 발광 유닛들(122, 124, 126)이 모두 동일한 피크 파장의 광을 방출하는 동종의 발광 다이오드 칩(23)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 위 범위 내에서 서로 다른 피크 파장의 광을 방출하는 발광 다이오드 칩들을 포함할 수도 있다. 제1 내지 제3 발광 유닛들(122, 124, 126)은 모두 청색 발광 다이오드 칩보다 단파장의 광을 방출할 수 있으며, 따라서, 상기 제1 내지 제3 발광 유닛들(122, 124, 126)을 이용하여 방출되는 광은 청색 영역의 광의 강도가 종래의 발광 광원에 비해 약하다. 다만, 제3 발광 유닛(126)은 청색 발광 다이오드 칩을 사용하더라도 대부분의 청색광이 녹색 또는 적색광으로 파장변환되므로, 외부로 방출되는 청색광의 강도가 상대적으로 약하다. 따라서, 제3 발광 유닛(126)은 청색 발광 다이오드 칩을 사용해도 망막에 손상을 주지 않는다. 따라서, 특정 실시예에 있어서, 제1 및 제2 발광 유닛(122, 124)은 자외선 또는 보라색 발광 다이오드 칩을 채택하고, 제3 발광 유닛(126)은 청색 발광 다이오드 칩을 채택할 수도 있다.
파장변환기(25)는 발광 다이오드 칩(23)을 덮도록 하우징(21)의 캐비티 내에 배치될 수 있다. 파장변환기(25)는 발광 다이오드 칩(23)에서 방출된 광을 그 보다 장파장의 광으로 변환한다.
파장변환기(25)는 한 종류 이상의 형광체를 포함할 수 있다. 발광 다이오드 칩(23)과 파장변환기(25)를 이용하여 원하는 색온도의 광을 방출하는 발광 유닛이제공될 수 있다.
파장변환기(25)는 예를 들어 청색 형광체, 녹색 형광체, 황색 형광체 또는 적색 형광체를 포함할 수 있다. 청색 형광체의 예로는 BAM계, Halo-Phosphate계 또는 알루미네이트계의 형광체를 들 수 있으며, 예를 들어, BaMgAl 10O 17:Mn 2+, BaMgAl 12O 19:Mn 2+ 또는 (Sr,Ca,Ba)PO 4Cl:Eu 2+ 를 포함할 수 있다. 청색 형광체는 예를 들어 440 내지 500nm 범위 내에 피크 파장을 가질 수 있다.
녹색 또는 황색 형광체의 예로는 LuAG(Lu 3(Al,Gd) 5O 12:Ce 3+), YAG(Y 3(Al,Gd) 5O 12:Ce 3+), Ga-LuAG((Lu,Ga) 3(Al,Gd) 5O 12:Ce 3+), Ga-YAG ((Ga,Y) 3(Al,Gd) 5O 12:Ce 3+), LuYAG ((Lu,Y) 3(Al,Gd) 5O 12:Ce 3+), Ortho-Silicate ((Sr,Ba,Ca,Mg) 2SiO 4:Eu 2+), Oxynitride ((Ba,Sr,Ca)Si 2O 2N 2:Eu 2+), 또는 Thio Gallate (SrGa 2S 4:Eu 2+) 를 들 수 있다. 녹색 또는 황색 형광체는 500 내지 600nm 범위 내에 피크 파장을 가질 수 있다.
적색 형광체의 예로는 Nitride, Sulfide, Fluoride 또는 Oxynitride 계의 형광체를 들 수 있고, 구체적으로, CASN (CaAlSiN 3:Eu 2+), (Ba,Sr,Ca) 2Si 5N 8:Eu 2+, (Ca,Sr)S 2:Eu 2+), 또는 (Sr,Ca) 2SiS 4:Eu 2+ 등을 들 수 있다. 적색 형광체는 600 내지 700nm 범위 내에 피크 파장을 가질 수 있다.,
몰딩부(27)는 파장변환기(25)를 덮도록 하우징(21)의 캐비티에 형성된다. 몰딩부(27)는 광에 투명한 재료로 형성된다. 특히, 몰딩부(27)는 메틸계 실리콘 또는 페닐계 실리콘으로 형성될 수 있으며, 더욱이, 페닐계 실리콘으로 형성될 수 있다. 페닐계 실리콘은 자외선에 의해 황변이 발생되기 쉽지만, 메틸계 실리콘에 비해 강도가 높다. 특히, 본 실시예에서, 발광 다이오드 칩(23)에서 방출된 광은 파장변환기(25)에 의해 장파장의 광으로 변환되므로, 황변 발생을 걱정할 필요가 없어 페닐계 실리콘을 사용할 수 있다.
본 실시예에서, 몰딩부(27)가 파장변환기(25)를 덮도록 형성된 것을 예시하였으나, 몰딩부(27)와 파장변환기(25)가 일체로 형성될 수도 있다. 즉, 파장변환기(25)가 형광체와 함께 몰딩부를 포함할 수 있으며, 따라서, 파장변환기를 덮는 몰딩부는 생략될 수 있다.
본 실시예에서, 발광 다이오드 칩(23)이 수평형이고, 본딩 와이어들을 이용하여 리드들에 전기적으로 연결되는 것으로 설명하지만, 발광 다이오드 칩(23)은 수평형에 한정되는 것은 아니며, 수직형 또는 플립칩 타입의 발광 다이오드 칩일 수도 있다. 또한, 상기 수직형 또는 플립칩 타입의 발광 다이오드 칩이 하우징(21)의 캐비티 내에 실장되어 사용될 수도 있다. 나아가, 플립칩 타입의 발광 다이오드 칩은 하우징(21) 없이 직접 베이스(110) 상에 실장될 수도 있다. 도 5는 플립칩 타입의 발광 다이오드 칩(23a)을 포함하는 발광 유닛을 도시한다. 파장변환기(25a)는 발광 다이오드 칩(23a)의 상면 및 측면을 덮을 수 있다. 발광 다이오드 칩(23a)의 하면에 본딩 패드들이 형성되며, 따라서, 파장변환기(25a)가 형성된 발광 다이오드 칩(23a)이 직접 본딩 패드들을 이용하여 베이스(110) 상에 실장될 수 있다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이, 제1 내지 제3 발광 유닛들(122, 124, 126)은 각각 플랭키안 로커스 상의 색온도에 대응하는 광을 방출하며, 이에 대해, 도 6을 참조하여 상세히 설명한다. 도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 다양한 발광 유닛들의 스펙트럼 파워 분포를 나타내는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 상관 색 온도 2700K에서 6500K의 발광 유닛들의 스펙트럼 파워 분포가 개시된다. 각각의 발광 유닛들은 청색 발광 다이오드 칩보다 단파장인 발광 다이오드 칩과 파장변환기를 포함하며, 평균 연색 지수는 95 이상이다. 발광 다이오드 칩은 예를 들어 약 416nm의 피크 파장을 가질 수 있으며, 각 발광 유닛의 상관 색 온도 및 95 이상의 평균 연색 지수를 구현하기 위해 형광체들이 적합하게 선택된다.
도 6에 도시되듯이, 2700K에서 6500K로 색온도가 증가함에 따라 청색 파장 영역의 강도가 증가한다. 그러나, 청색 파장 영역의 광은 청색 형광체로부터 방출되므로, 특정 파장에서 비정상적으로 높은 강도를 나타내는 것은 아니다. 또한, 발광 다이오드 칩으로부터 방출된 광의 강도보다 형광체에서 방출된 광의 강도가 더 높다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 발광 유닛들을 사용함으로써 종래의 청색 발광 다이오드 칩을 사용하는 발광 유닛에 비해 청색 영역의 강도를 낮출 수 있다.
더욱이, 종래 기술에 따른 청색 발광 다이오드 칩 기반의 백색 광원과 본 실시예의 발광 유닛들을 사용한 광원의 스펙트럼 차이는 IES TM-30-15에 의해 계산되는 충실도 지수(fidelity index, Rf)를 통해서 명확하게 확인된다. 표 1은 청색 발광 다이오드 칩 기반의 광원들의 상관색온도들에 따른 평균 연색 지수(CRI) 및 충실도 지수를 나타낸 것이고, 표 2는 본 실시예에 따른 발광 유닛들의 상관 색온도들에 따른 평균 연색 지수와 충실도 지수를 나타낸다.
청색 발광 다이오드 칩 기반의 광원과 보라색 발광 다이오드 칩 기반의 광원의 CRI 및 충실도 지수
CCT 6500K 5700K 5000K 4000K 3000K 2700K
Blue-base CRI 96.8 96.2 96.1 95.6 95.3 96.8
Rf 91.3 90.6 90.0 89.1 93.3 94.5
Violet-base CRI 98.6 98.1 98.1 97.7 97.8 97.2
Rf 97.7 98.1 98.3 97.7 97.3 96.7
표 1을 참조하면, 청색 발광 다이오드 칩 기반의 종래의 광원은 CRI 95이상을 충족하더라도 충실도 지수가 상대적으로 낮은 값을 나타낸다. 특히, 상관 색 온도가 낮은 영역에서는 CRI와 충실도 지수의 차이가 크지 않지만, 상관 색 온도가 높은 영역에서는 CRI와 충실도 지수의 차이가 크다.이에 반해, 보라색 발광 다이오드 칩 기반의 본 실시예의 발광 유닛들은 CRI와 충실도 지수의 차이가 크지 않은 것을 확인할 수 있다. 따라서, 보라색 발광 다이오드 칩 기반의 광원을 이용함으로써 태양광의 실제 스펙트럼에 더 유사한 광을 방출할 수 있다.
한편, 본 실시예의 발광 유닛들을 하나의 발광 장치 내에 배열함으로써 하나의 발광 장치로 다양한 색온도를 구현할 수 있다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 발광 장치를 설명하기 위한 개략적인 색좌표를 나타낸다. 여기서는, 도 3에서 설명한 바와 같이, 제1 내지 제3 발광 유닛들(122, 124, 126)을 이용한 발광 장치에 대해 설명한다.
제1 내지 제3 발광 유닛들(122, 124, 126)은 각각 색 온도가 6500K, 4000K 및 2700K일 수 있다. 이들 발광 유닛들(122, 124, 126)은 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 베이스(110) 상에 배열될 수 있다.
한편, 아침 또는 저녁의 태양광에 대응하는 광을 구현하기 위해 2700K의 발광 유닛들(126)이 작동되고 한 낮의 태양광에 대응하는 광을 구현하기 위해 6500K의 발광 유닛들(122)이 작동될 수 있다. 또한, 아침과 한 낮의 중간 또는 한 낮과 저녁의 중간 정도의 태양광에 대응하는 광을 구현하기 위해 4000K의 발광 유닛들(124)이 작동될 수 있다. 즉, 제1 내지 제3 발광 유닛들(122, 124, 126) 중 필요한 발광 유닛들을 요구되는 색 온도에 따라 작동시킴으로써 하루 주기의 태양광의 스펙트럼 변화에 맞춰 광원의 색온도를 변화시킬 수 있다.
본 실시예에서, 제1 내지 제3 발광 유닛들(122, 124, 126)이 각각 색 온도 6500K, 4000K 및 2700K인 것으로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 색 온도들을 가질 수도 있다. 다만, 이들 발광 유닛들(122, 124, 126)은 플랭키안 로커스 선 상에 또는 그 근처에 위치한다.
또한, 앞서 설명한 바와 같이, 특정 색온도의 광을 구현하기 위해, 제1 내지 제3 발광 유닛들(122, 124, 126) 중 특정 발광 유닛이 작동할 수 있다. 이에 따라, 제1 발광 유닛(122)이 작동하는 동안 제2 및 제3 발광 유닛들(124, 126)은 오프 상태를 유지하며, 제2 발광 유닛(124)이 작동하는 동안, 제1 및 제3 발광 유닛들(122, 126)이 오프 상태를 유지하고, 제3 발광 유닛(126)이 작동하는 동안 제1 및 제2 발광 유닛들(122, 124)이 오프 상태를 유지한다. 그러나 본 개시는 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 6500K와 4000K 사이의 상관 색온도를 구현하기 위해 제1 발광 유닛(122)과 제2 발광 유닛(124)을 디밍 방식으로 구동할 수 있으며, 4000K와 2700K 사이의 상관 색 온도를 구현하기 위해 제2 발광 유닛(124)과 제3 발광 유닛(126)을 디밍 방식으로 구동할 수도 있다. 이에 따라, 제1 내지 제3 발광 유닛들(122, 124, 126)을 조합하여 6500K와 2700K 사이의 대부분의 상관 색 온도에 대응하는 광을 구현할 수 있다.
도 8은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 발광 장치(200)를 설명하기 위한 개략적인 평면도이고, 도 9는 도 8의 실시예에 따른 발광 장치를 설명하기 위한 개략적인 색좌표를 나타낸다.
우선, 도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 장치(200)는 도 3의 발광 장치(100)와 유사하나, 색온도가 서로 다른 두 종류의 발광 유닛들(222, 224)이 배열된 것에 차이가 있다. 즉, 제1 발광 유닛들(222) 및 제2 발광 유닛들(224)이 베이스(210) 상에 배열된다. 제1 발광 유닛들(222)과 제2 발광 유닛들(224)은 서로 교번하여 배열될 수 있다.
베이스(210)는 앞서 설명한 베이스(110)와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다. 또한, 제1 발광 유닛들(222) 및 제2 발광 유닛들(224)의 구조는 도 4 또는 도 5를 참조하여 설명한 바와 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.
도 9를 참조하면, 제1 발광 유닛(222)은 예를 들어 6500K의 색 온도를 가질 수 있으며, 제2 발광 유닛(224)은 예를 들어 2700K의 색 온도를 가질 수 있다. 6500K와 2700K의 색 온도를 갖는 발광 유닛들(222, 224)을 이용하여 한 낮의 태양광의 스펙트럼에 대응하는 광 및 아침 또는 저녁의 태양광의 스펙트럼에 대응하는 광을 구현할 수 있다.
나아가, 6500K의 제1 발광 유닛(222)과 2700K의 제2 발광 유닛(224)을 디밍 방식으로 작동시킴으로써 6500K와 2700K 사이의 다른 상관 색 온도를 갖는 광을 구현할 수 있다. 예를 들어, 4000K의 색 온도를 갖는 광을 구현하기 위해 6500K의 제1 발광 유닛들(222)과 2700K의 제2 발광 유닛들(224)을 혼합하여 작동시킬 수 있다.
본 실시예에 따르면, 발광 유닛들의 종류를 줄일 수 있어 발광 장치의 작동을 더 단순화할 수 있다.
도 10은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 발광 장치를 설명하기 위한 개략적인 색좌표를 나타낸다. 본 실시예에 따른 발광 장치는 세 종류의 발광 유닛들, 즉 제1 내지 제3 발광 유닛들(322, 324, 326)을 포함하며, 이들 발광 유닛들은 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이 베이스(110) 상에 배열될 수 있다.
또한, 앞서 설명한 바와 같이, 각 발광 유닛들(322, 324, 326)은 모두 자외선 칩, 보라색 칩 또는 청색 칩을 포함하며, 발광 다이오드 칩에서 방출된 광의 파장 변환을 위한 파장변환기를 포함한다. 특정 실시예에 있어서, 제1 발광 유닛(322) 및 제2 발광 유닛(324)은 자외선 칩 또는 보라색 칩을 포함하고, 제3 발광 유닛(326)은 자외선 칩, 보라색 칩, 또는 청색 칩을 포함할 수 있다. 다만, 본 실시예의 발광 유닛들(322, 324, 326)의 색좌표는 도 7을 참조하여 설명한 것과 차이가 있으며, 이러한 색좌표는 발광 다이오드 칩과 파장변환기를 이용하여 설정된다. 이하에서는 본 실시예의 발광 장치의 특징적인 구성에 대해 구체적으로 설명한다.
본 실시예에 있어서, 제1 발광 유닛(322), 제2 발광 유닛(324) 및 제3 발광 유닛(326)은 플랭키안 로커스 상의 색온도 3000K 내지 5000K를 구현하도록 배치된다. 도 7의 실시예와 달리, 제1 내지 제3 발광 유닛들(322, 324, 326)은 플랭키안 로커스 상의 색좌표를 나타낼 필요는 없다.
제1 발광 유닛(322)은 제2 및 제3 발광 유닛들(324, 326)에 비해 색온도 5000K에 가까운 색좌표를 가지며, 제3 발광 유닛(326)은 제1 및 제2 발광 유닛들(322, 324)에 비해 색온도 3000K에 가까운 색좌표를 가질 수 있다. 특정 실시예에서, 제1 발광 유닛(322)은 색 온도 5000K일 수 있으며, 제3 발광 유닛(326)은 색온도 3000K일 수도 있다.
한편, 제2 발광 유닛(324)은 CIE-1931 색좌표계 상에서 플랭키안 로커스 곡선보다 위쪽에 위치하는 색좌표를 가진다. 특히, 제2 발광 유닛(324)의 x 좌표는 플랭키안 로커스 상의 색온도 5000K와 색온도 3000K 사이의 x 좌표 범위 내에 있을 수 있다.
나아가, 제1 발광 유닛(322)의 색좌표와 제2 발광 유닛(324)의 색좌표를 연결하는 직선, 제2 발광 유닛(324)의 색좌표와 제3 발광 유닛(326)의 색좌표를 연결하는 직선, 및 제1 발광 유닛(322)의 색좌표와 제3 발광 유닛(326)의 색좌표를 연결하는 직선은 어느 것도 플랭키안 로커스 상의 5000K와 3000K 사이 영역을 가로지르지 않는다. 즉, 제1 내지 제3 발광 유닛들(322, 324, 326)의 색좌표들에 의해 삼각형 영역이 정의되며, 플랭키안 로커스 상의 색온도 5000K와 색온도 3000K 사이의 곡선 부분은 상기 삼각형 영역 내에 배치된다. 특정 실시예에 있어서, 제1 발광 유닛(322)의 색좌표와 제2 발광 유닛(324)의 색좌표를 연결하는 직선은 색온도 5000K를 지날 수 있으며, 제2 발광 유닛(324)의 색좌표와 제3 발광 유닛(326)의 색좌표를 연결하는 직선은 색온도 3000K를 지날 수 있다. 또한, 제1 발광 유닛(322)의 색좌표와 제3 발광 유닛(326)의 색좌표를 연결하는 직선은 색온도 5000K 또는 색온도 3000K를 지날 수 있다.
본 실시예에 따르면, 제1 내지 제3 발광 유닛들(322, 324, 326)을 디밍 방식으로 구동함으로써 색온도 3000K 내지 5000K 범위 내의 플랭키안 로커스 상의 모든 색온도들을 구현할 수 있다. 더욱이, 제1 내지 제3 발광 유닛들(322, 324, 326) 어느 것도 청색 발광 다이오드 칩을 포함하지 않기 때문에 청색 영역에서 비정상적으로 높은 강도의 광이 방출되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따라 구현되는 최대 색온도(CTmax)는 제1 발광 유닛(322) 및 제2 발광 유닛(324)의 선택에 따라 5000K 이상이 될 수 있으며, 최저 색온도(CTmin)는 제2 발광 유닛(324)과 제3 발광 유닛(326)의 선택에 따라 3000K 이하가 될 수 있다.
색온도 3000K와 5000K는 하루 동안의 광의 스펙트럼 변화에 대응하기 위한 최소 요구사항으로, 이 범위에서 태양광의 스펙트럼 변화에 대응하는 광을 유사하게 방출할 수 있다.
태양광에 더 유사한 광을 구현하기 위해, 상기 최고 색온도(CTmax)는 더 증가될 수 있으며, 최저 색온도(CTmin)도 더 감소될 수 있다. 예를 들어, 상기 최고 색온도(CTmax)는 6000K 이상, 6500K 이상, 나아가 10000K 이상일 수 있다. 또한, 상기 최저 색온도(CTmin)는 2700K 이하, 나아가, 1800K 이하일 수 있다.
제1 발광 유닛(322)은 구현하고자 하는 색온도 범위에서 최고 색온도(CTmax)에 대응하는 색좌표의 x좌표와 동일하거나 그보다 작은 x좌표값을 가지며, 제2 발광 유닛(324)은 구현하고자 하는 색온도 범위의 x 좌표 범위 내의 값을 가지고, 제3 발광 유닛(326)은 구현하고자 하는 색온도 범위에서 최저 색온도(CTmin)에 대응하는 색좌표의 x좌표와 동일하거나 그보다 큰 x 좌표값을 갖는다.
예를 들어, 도 11은 1800K 내지 10000K 범위 내의 플랭키안 로커스 상의 색온도를 구현할 수 있는 일 실시예의 색좌표를 보여준다. 제1 발광 유닛(322)은 색온도 10000K의 x좌표와 같거나 그보다 큰 x 좌표값을 가지며, 제2 발광 유닛(322)은 1800K와 10000K 사이의 x 좌표값을 갖고, 제3 발광 유닛(326)은 색온도 1800K의 x좌표와 같거나 그보다 큰 x 좌표값을 갖는다. 한편, 제2 발광 유닛(324)의 y 좌표는 제2 발광 유닛(324)의 색좌표가 플랭키안 로커스 위쪽에 위치하도록 설정된다. 또한, 제1 발광 유닛(322) 및 제3 발광 유닛(326)의 y 좌표값은 0 내지 1 사이에서 제1 내지 제3 발광 유닛들(322, 324, 326)의 색좌표들에 의해 정의되는 삼각형 영역이 색온도 1800K 내지 10000K 사이의 플랭키안 로커스를 포함하도록 설정된다.
도 10 및 도 11의 실시예들에 있어서, 플랭키안 로커스 상의 색온도들은 제1 내지 제3 발광 유닛들(322, 324, 326)을 디밍방식으로 작동함으로써 구현될 수 있다. 이에 따라, 최저 색온도(CTmin) 내지 최고 색온도(CTmax) 범위 내의 모든 색온도를 구현할 수 있다. 상기 최고 색온도(CTmax) 및 최저 색온도(CTmin) 이외의 색온도는 모두 3종류의 발광 유닛들(322, 324, 326) 모두를 작동하여 구현된다. 상기 최고 색온도(CTmax)는 제1 발광 유닛(322), 제1 발광 유닛(322)과 제2 발광 유닛(324)의 조합, 제1 발광 유닛(322)과 제3 발광 유닛(326)의 조합, 또는 제1 내지 제3 발광 유닛들(322, 324, 326)의 조합을 통해 구현될 수 있고, 최저 색온도(CTmin)는 제3 발광 유닛(326), 제2 발광 유닛(324)과 제3 발광 유닛(326)의 조합, 제1 발광 유닛(322)과 제3 발광 유닛(326)의 조합, 또는 제1 내지 제3 발광 유닛들(322, 324, 326)의 조합을 통해 구현될 수 있다. 이와 같이, 대부분의 색온도들은 3종류의 발광 유닛들(322, 324, 326)을 디밍방식으로 모두 작동하여 구현된다. 도 7을 참조하여 설명한 발광 장치는 특정 색온도를 구현하기 위해 일부 발광 유닛은 작동을 중지한 상태로 대기한다. 그러나 본 실시예에 있어서, 모든 발광 유닛들이 함께 구동될 수 있으며, 이에 따라, 조명 기구에 필요한 발광 유닛들의 개수를 줄일 수 있다.
한편, 제1 내지 제3 발광 유닛들(322, 324, 326)은 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이 베이스 상에서 하나의 열 내에서 반복하도록 배열될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 방식으로 배열될 수 있다. 도 12 내지 도 14는 제1 내지 제3 발광 유닛들(322, 324, 326)을 베이스(310) 상에 다양한 방식으로 배열한 발광 장치들(300, 400, 500)을 보여준다. 여기서, 베이스(310)는 도 3을 참조하여 설명한 베이스(110)와 유사하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
우선, 도 12를 참조하면, 제1 내지 제3 발광 유닛들(322, 324, 326)이 행렬로 배열될 수 있다. 예를 들어, 제1 발광 유닛들(322)이 하나의 행에 배치되고, 제2 발광 유닛들(324)이 다음 행에 배치되며, 제3 발광 유닛들(326)이 그 다음 행에 배열될 수 있다. 또한, 제1 내지 제3 발광 유닛들(322, 324, 326)이 같은 열 내에 함께 배치될 수 있다.
도 13을 참조하면, 제1 발광 유닛(322), 제2 발광 유닛(324) 및 제3 발광 유닛(326)이 하나의 단위로 삼각형으로 배열되고, 이들 단위가 동일하게 반복되도록 배열될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 도 12의 발광 장치(300)에 비해 더 균일한 광을 방출할 수 있는 발광 장치(400)가 제공될 수 있다.
또한, 도 14를 참조하면, 제1 발광 유닛(322), 제2 발광 유닛(324) 및 제3 발광 유닛(326)이 하나의 단위로 삼각형으로 배열되고, 이들 단위가 반복하여 배치되는 또 다른 방식을 보여준다. 즉, 삼각형으로 배열된 하나의 단위에 이웃하는 단위는 역삼각형 형상을 갖는다. 특히, 동일한 발광 유닛들 사이의 거리는 일정할 수 있다. 예를 들어, 제1 발광 유닛들(322) 사이의 거리, 제2 발광 유닛들(324) 사이의 거리 및 제3 발광 유닛들(326) 사이의 거리는 서로 동일할 수 있다. 이에 따라, 발광 장치(500)는 발광 장치(400)에 비해 더욱 균일한 광을 방출할 수 있다.
도 15는 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 발광 장치를 설명하기 위한 개략적인 색좌표를 나타낸다.
도 15를 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 장치는 제1 내지 제4 발광 유닛들(422, 424, 426, 428)을 포함한다. 제1 내지 제4 발광 유닛들(422, 424, 426, 428)은 모두 자외선, 보라색 또는 청색 발광 다이오드 칩과 파장변환기를 포함한다.
한편, 제1 내지 제4 발광 유닛들(422, 424, 426, 428)의 색좌표들에 의해 사각형 영역이 정의되며, 요구되는 플랭키안 로커스는 상기 사각형 영역 내에 위치한다. 이에 따라, 상기 제1 내지 제4 발광 유닛들(422, 424, 426, 428)의 조합을 통해 사각형 내에 위치하는 플랭키안 로커스 상의 색온도를 모두 구현할 수 있다.
특히, 제1 발광 유닛(422)은 색온도 10000K 근처의 색좌표를 가지며, 제2 발광 유닛(424)은 CIE-1931 좌표계 상의 플랭키안 로커스 위쪽에 위치하는 색좌표를 가질 수 있다. 한편, 제3 발광 유닛(426) 및 제4 발광 유닛(428)은 색온도 1800K 근처에 위치할 수 있으며, 제3 발광 유닛(426)은 플랭키안 로커스 위쪽에 위치하고, 제4 발광 유닛(428)은 플랭키안 로커스 아래쪽에 위치할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 청색 발광다이오드 칩에서 방출되는 청색광의 강도를 줄이기 위해 제1 및 제2 발광 유닛(422, 424)은 청색 발광 다이오드 칩을 사용하지 않고 자외선 또는 보라색 발광 다이오드 칩을 사용할 수 있다. 한편, 제3 및 제4 발광 유닛들(426, 428)은 청색 발광 다이오드 칩을 사용하더라도 외부로 방출되는 청색광의 강도가 약하므로 망막에 손상을 주지 않는다. 따라서, 제3 및 제4 발광 유닛들(426, 428)은 자외선, 보라색 또는 청색 발광 다이오드 칩에서 필요에 따라 선택하여 사용할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 색온도 1800K 내지 10000K의 색온도를 구현할 수 있는 발광 장치가 제공될 수 있다. 그러나 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 내지 제4 발광 유닛들(422, 424, 426, 428)은 예를 들어 3000K 내지 5000K 범위 또는 그 이상의 색온도 범위를 구현할 수 있도록 설정될 수도 있다.
도 16은 본 개시의 일 예에 따른 제1 내지 제3 발광 유닛들의 스펙트럼 파워 분포를 설명하기 위한 그래프이고, 도 17 내지 도 28은 도 16의 발광 유닛들을 이용하여 구현되는 다양한 스펙트럼들과 이에 대응하는 상관 색 온도에서의 흑체 복사(기준 광원)의 스펙트럼을 대비하여 나타낸 그래프들이다.
제1 내지 제3 발광 유닛들은 모두 피크 파장이 약 416nm인 보라색 발광 다이오드 칩을 포함한다. 또한, 제1 발광 유닛은 청색 형광체, 녹색 형광체, 황색 형광체 및 적색 형광체를 포함하며, 색좌표 (x, y)는 (0.2638, 0.2756)이고 상관 색 온도는 13597K이며, Duv는 0.0043이다. 제2 발광 유닛은 청색 형광체, 녹색 및 황색 형광체, 적색 형광체를 포함하며, 색좌표 (x, y)는 (0.3860, 0.4354)이고, 상관 색온도는 4222K이며, Duv는 0.0236이다. 제3 발광 유닛은 청색 형광체, 녹색 및 황색 형광체, 및 적색 형광체를 포함하며, 색좌표 (x, y)는 (0.5439, 0.4055)이고, 상관 색 온도는 1822K이고, Duv는 0.000이다.
상기 제1 내지 제3 발광 유닛들을 디밍 방식으로 작동함으로써 색온도 1800K 내지 10000K 범위의 다양한 색온도들을 구현할 수 있다. 도 17 내지 도 18은 상기 제1 내지 제3 발광 유닛들을 이용하여 구현된 다양한 색온도에서의 스펙트럼을 기준 광원과 대비하여 나타낸 것이다.
도 17 내지 도 28을 참조하면, 제1 내지 제3 발광 유닛들에 의해 구현되는 다양한 색온도에서의 스펙트럼은 가시영역에서 흑체 복사에 의한 스펙트럼과 대체로 매칭되는 것을 확인할 수 있다. 특히, 높은 색온도에서도 청색 영역의 광의 강도가 다른 영역의 광의 강도보다 비정상적으로 높지 않은 것을 확인할 수 있다.
한편, 표 2는 상기 제1 내지 제3 발광 유닛들을 이용하여 구현되는 다양한 색온도에서의 평균연색지수(CRI) 및 충실도 지수(Rf)를 나타낸다.
일 예에 따른 발광 장치의 CRI 및 Rf
CCT CRI Rf
10000K 96.2 96.9
6500K 97.6 98.1
5700K 98.3 98.3
5000K 97.3 98.2
4500K 97.4 97.5
4000K 97.4 97.4
3500K 95.6 96.8
3000K 95.6 96.4
2700K 95.2 95.9
2500K 95.6 94.8
2200K 95.0 94.6
1800K 94.3 91.8
표 2를 참조하면, 제1 내지 제3 발광 유닛들을 조합하여 색온도를 구현함으로써 CRI 뿐만 아니라 Rf도 높은 값을 유지할 수 있으며, 따라서, 태양광에 유사한 광을 구현할 수 있다.또한, 제1 내지 제3 발광 유닛들을 모두 사용하여 정해진 범위 내의 색온도를 구현할 경우, 동일한 소비 전력하에서 실제 사용되는 발광 유닛들의 개수를 줄일 수 있다. 이하에서, 이에 대해 구체적으로 설명한다. 다양한 실시예들을 서로 대비하기 위해 각 발광 유닛의 구동 전압을 3V로, 소비 전력을 27W로 고정하였다.
우선, 도 7의 실시예와 유사하게, 각각의 색온도에 대응하는 세 종류의 발광 유닛들(122, 124, 126)을 스위칭 온/오프 방식으로 소비전력 27W로 구동할 경우, 각 발광 유닛들은 90개씩 사용된다. 예를 들어, 6500K의 색온도를 구현하기 위해 90개의 제1 발광 유닛들(122)이 동작하며, 4000K의 색온도를 구현하기 위해 90개의 제2 발광 유닛들(122)이 동작하고, 2700K의 색온도를 구현하기 위해 90개의 제3 발광 유닛들(126)이 동작한다. 또한, 한 종류의 발광 유닛(예컨대 122)이 동작하는 동안, 다른 발광 유닛들(예컨대, 124 및 126)은 대기 상태를 유지한다.
따라서, 소비 전력 27W로 구동하기 위해 전체 270개의 발광 유닛들이 요구되며, 90개의 발광 유닛들만 동작한다. 한편, 도 7의 실시예에서, 세 종류의 발광 유닛들(122, 124, 126)을 디밍 방식으로 구동할 경우, 전체 270개 중에서 180개의 발광 유닛들이 동작하고, 90개의 발광 유닛들은 대기 상태를 유지할 것이다.
한편, 도 9의 실시예와 유사하게, 2 종류의 발광 유닛들(222, 224)을 디밍 방식으로 소비 전력 27W로 구동할 경우, 각 발광 유닛들은 90개씩 사용될 수 있다. 따라서, 전체 180개의 발광 유닛들로 요구되는 색온도를 구현할 수 있다. 다만, 도 9의 실시예에서는 예컨대 6500K와 2700K 사이의 플랭키안 로커스 상의 색온도를 구현하기는 어려우며, 플랭키안 로커스 아래에 위치하는 색좌표의 광이 방출된다.
한편, 제1 내지 제3 발광 유닛들(322, 324, 326)을 모두 사용하여 요구되는 색온도 범위를 디밍 방식으로 소비 전력 27W로 구동할 경우, 각 발광 유닛들은 예컨대 60개씩 사용될 수 있다. 따라서, 전체 180개의 발광 유닛들을 이용하여 원하는 색온도의 광을 구현할 수 있다.
또한, 제1 발광 유닛(322) 또는 제3 발광 유닛(326)이 구현하려는 색온도와 동일한 색좌표를 갖는 경우, 제1 발광 유닛들(322) 또는 제2 발광 유닛들(326)은 90개씩 사용될 수 있다. 이 경우에도, 제2 발광 유닛들(324)은 60개만 사용될 수 있어 도 6의 스위칭 온/오프 구동 방식에 비해 필요한 발광 유닛들의 개수를 줄일 수 있다.
도 29는 본 개시의 일 실시예에 따른 조명 시스템(1000)을 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.
도 29를 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 시스템(1000)은 조명 장치(1100)와 조명 장치를 동작시키기 위한 소프트웨어(1200)를 포함할 수 있다.
조명 장치(1100)는 컨트롤러(1110), LED 드라이버(1130) 및 LED 조명 기구(luminaire, 1150))를 포함한다. 한편, 소프트웨어(1200)는 리모트 컨트롤러(1210), 모바일 앱(1230), 또는 개인용 컴퓨터나 서버(1250) 등을 포함할 수 있다.
LED 조명 기구(1150)는 앞에서 설명한 실시예들의 발광 장치를 포함하며, 이에 따라, 다양한 색온도의 광을 구현할 수 있다. 발광 장치에 대해서는 중복을 피하기 위해 상세한 설명을 생략한다.
소프트웨어(1200)는 조명 장치(1100)를 동작시키기 위한 신호를 송신하며, 컨트롤러(1110)는 소프트웨어(1200)로부터 전송된 신호를 수신하여 LED 드라이버(1130)를 구동한다. 이에 따라, LED 드라이버(1130)는 LED 조명 기구(1150) 내의 발광 유닛들을 동작시켜 소정의 밝기 및 소정의 색온도의 광을 조사하도록 한다. LED 드라이버(1130)는 펄스폭 변조 방식, 전압 변조 방식 및 위상 변조 방식 등을 이용하여 디밍 방식으로 발광 유닛들을 구동할 수 있다.
또한, 소프트웨어(1200)는 신호를 변경함으로써 LED 조명 기구(1150)가 시간에 따라 색온도를 변경하도록 할 수 있다. 따라서, 낮 시간 동안 태양광의 색온도와 동일한 색온도로 조명 기구(1150)의 색온도를 변화시킬 수 있다.
예를 들어, 리모트 컨트롤러(1210)는 입력 신호를 송신하고, 무선 통신 모듈을 통해 신호를 수신한 컨트롤러(1110)는 리모트 컨트롤러(1210)의 입력 신호에 따라 LED 드라이버(1130)를 구동할 수 있다. 신호는 모바일 앱(1230)을 통해서 전달될 수도 있으며, PC나 서버(1250)를 통해서 전달될 수도 있다. 또한, PC나 서버(1250)가 컨트롤러(1110)를 내장하고, 유선 또는 무선으로 LED 드라이버(1130)을 구동할 수도 있다.
본 실시예에 따르면, 사용자가 조명 장치(1100)의 외부로부터 리모트 컨트롤러(1210), 모바일 앱(1230) 또는 서버(1250) 등을 이용하여 제어 신호를 입력함으로써 조명 기구(1150)의 색온도 및 밝기를 조절할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 소프트웨어(1200)를 통해 LED 조명 기구(1150)의 색온도 및 밝기를 변경하는 것에 대해 설명하지만, 컨트롤러(1110)에 유선으로 연결된 스위치를 조절함으로써 사용자가 직접 LED 조명 기구(1150)의 색온도 및 밝기를 조절할 수도 있으며, 또는, 센서를 LED 조명 기구(1150)에 설치하여 센서를 통해 LED 조명 기구(1150)의 색온도 및 밝기를 변경하도록 할 수도 있다.
도 30은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 조명 시스템(2000)을 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.
도 30을 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 시스템(2000)은 조명 장치(2100)와 조명 장치를 동작시키기 위한 소프트웨어(2200)를 포함할 수 있다.
조명 장치(2100)는 컨트롤러(2110), LED 드라이버(2130), LED 조명 기구(2150)) 및 메모리(2170)를 포함할 수 있다. 한편, 소프트웨어(2200)는 리모트 컨트롤러(2210), 모바일 앱(2230), 또는 개인용 컴퓨터나 서버(2250) 등을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 조명 시스템(2000)은 도 29의 조명 시스템(1000)과 대체로 유사하므로 동일한 사항에 대해서는 중복을 피하기 위해 상세한 설명을 생략하고, 특징적인 차이점에 대해 주로 설명하도록 한다.
도 29의 실시예와 달리 본 실시예에서는 컨트롤러(2110)가 RTC(real time clock)를 포함한다. RTC는 집적회로의 형태로 컨트롤러(2110)에 포함될 수 있다. 컨트롤러(2110)에 RCT가 포함되기 때문에, 제어 모듈(2110)은 외부로부터의 신호를 수신하지 않고도 조명 기구(2150)를 스케줄에 따라 제어할 수 있다.
예를 들어, 계절별 시간에 따른 태양광의 색온도 및 밝기가 메모리(2170) 등에 저장될 수 있으며, 컨트롤러(2110)는 RTC를 이용하여 계절별 시간에 따른 태양광의 밝기 및 색온도와 동일 또는 유사한 광을 방출하도록 조명 기구(2150) 내의 발광 장치를 제어할 수 있다. 이에 따라, 조명 기구(2150)는 낮 시간 동안 태양광의 색온도 변화에 따라 동일하게 색온도를 변화시키면서 실내 공간을 조명할 수 있다.
표 3은 색온도 2200K 내지 6500K까지 가변하는 조명 기구(2150)를 이용하여 계절별 시간에 따른 색온도 변화의 가능한 시나리오의 일예를 나타낸다. 일몰 시간에는 색온도 2200K를 유지하도록 하였으며, 낮 시간에는 태양광의 색온도에 유사하게 색온도가 변하도록 설정한 것이다. 표 1은 시간에 따른 색온도 변화를 보여주는 하나의 예이며, 시간에 따른 색온도 변화는 임의로 설정할 수도 있다.
계절별 색온도 시나리오
Season
time Spring Summer Autumn Winter
0 2200K 2200K 2200K 2200K
1 2200K 2200K 2200K 2200K
2 2200K 2200K 2200K 2200K
3 2200K 2200K 2200K 2200K
4 2200K 2700K 2200K 2200K
5 2700K 3500K 2700K 2200K
6 3500K 3500K 3500K 2700K
7 3500K 3500K 3500K 3500K
8 3500K 3500K 3500K 3500K
9 3500K 3500K 3500K 3500K
10 3500K 3500K 3500K 3500K
11 3500K 3500K 3500K 3500K
12 6500K 6500K 6500K 6500K
13 6500K 6500K 6500K 6500K
14 6500K 6500K 6500K 6500K
15 6500 6500K 6500K 6500K
16 6500K 6500K 6500K 6500K
17 6500K 6500K 6500K 2700K
18 2700K 6500K 2700K 2500K
19 2500K 2700K 2500K 2300K
20 2300K 2500K 2300K 2200K
21 2200K 2300K 2200K 2200K
22 2200K 2200K 2200K 2200K
23 2200K 2200K 2200K 2200K
또한, 표 1에서는 매 시간 단위로 색온도가 변하도록 색온도를 설정하였지만, 매 시간 단위로 설정하는 것에 한정되지는 않으며, 30분 단위, 10분 단위 또는 분 단위로 설정할 수도 있다.본 실시예에 따르면, 조명 장치(2200) 내에 RTC를 내장함으로써 조명 장치(2200)가 소프트웨어(2200) 없이도 자동으로 태양광의 색온도 변화에 맞춰 색온도를 변화시킬 수 있도록 할 수 있다. 따라서, 소프트웨어(2200)의 전원이 오프된 상태에서도 조명 장치(2100)는 자동으로 색온도 및 밝기를 변화시킬 수 있다.
한편, 조명 장치(2200)는 다양한 모드에서 동작할 수 있으며, 이러한 모드는 소프트웨어(2100)를 통해 선택될 수 있다. 예를 들어, RTC를 이용한 색온도 제어 여부는 리모트 컨트롤러(2210), 모바일 앱(2230), 또는 PC나 서버(2250) 등을 이용하여 선택될 수 있다. 또한, 특정 모드에서 조명 장치(2100)는 소프트웨어(2100)를 이용하여 제어될 수도 있으며, 스위치를 이용하여 수동으로 제어될 수도 있다. 컨트롤러(2110)는 소프트웨어(2100)로부터 입력된 신호를 수신하기 위한 무선 통신 모듈을 포함할 수도 있다.
한편, 연령에 따라 생체리듬에 차이가 있기 때문에, 연령별로 생체리듬에 최적화된 조명을 구현하도록 조명 모드를 설정할 수도 있다. 예를 들어, 유아가, 유년기, 청소년기 및 성년기로 연령을 구분하고, 쿨 화이트와 웜 화이트의 조명 시간대를 다르게 조절할 수 있다.
도 31은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 조명 시스템(3000)을 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.
도 31을 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 시스템(3000)은 도 30을 참조하여 설명한 조명 시스템(2000)과 유사하나, RTC에 전력을 공급하기 위한 RTC 전원 공급 장치(2190)를 더 포함하는 것에 차이가 있다.
조명 장치(2100)는 외부 전원(또는 메인 전원)으로부터 전력을 공급받아 동작할 수 있다. RTC도 외부 전원으로부터 전력을 공급받을 수 있다. 그런데, 조명 기구(2150)를 끄기 위해 또는 이상 사태의 발생으로 외부 전원이 차단된 경우, RTC에도 전력 공급이 차단된다. 이 경우, RTC는 시간의 진행을 알 수 없는 상태에 놓인다. 그 후, 외부 전원에 의해 전력이 다시 공급되더라도 RTC가 실제 시간의 경과에 연동되지 못하게 된다. 이에 따라, 조명 장치(2100)는 실시간으로 태양광 변화에 연동하여 색온도를 변화시킬 수 없게 된다.
RTC 전원 공급 장치(2190)는 외부 전원 또는 메인 전원이 차단된 상태에서 RTC에 전력을 공급하여 RTC가 턴오프되는 것을 방지한다. 이에 따라, RTC가 실제 시간 진행을 유지할 수 있다.
RTC 전원 공급 장치(2190)는 RTC에 전력을 공급하기 위해 조명 장치(2100) 내에서 RTC에 연결된다. RTC 전원 공급 장치(2190)는 또한 외부 전원이 턴온된 상태에서 충전되고, 외부 전원이 차단된 상태에서 방전되도록 RTC에 연결될 수 있다.
RTC 전원 공급 장치(2190)는 예컨대 1차 전지 또는 2차 전지일 수 있다. 예컨대, 리튬 배터리 또는 리튬 이온 배터리가 사용될 수 있다.
1차 전지는 별도의 충전회로가 필요 없으나, 배터리 수명이 길지 않으며, 배터리 수명에 따라 잦은 교체가 요구될 수 있다.
한편, 2차 전지는 충전 및 방전이 가능하므로, 잦은 교체가 필요 없지만, 사용 온도에 제한이 따른다. 일반적인 조명 장치(2100)는 장시간 구동되며, 이에 따라 조명 장치 내 온도는 60℃ 이상에 도달할 수 있다. 그런데, 2차 전지는 일반적으로 60℃ 이상의 온도에서 사용하기에 부적합하므로, 장시간 사용되는 조명 장치(2100)에서 사용하기 어렵다.
한편, RTC 전원 공급 장치(2190)로 수퍼 커패시터(super capacitor)가 사용될 수 있다. 수퍼 커패시터는 작동 온도가 약 -40℃~85℃ 범위로 조명 장치(2190)의 작동 환경에 적합하다. 또한, 수퍼 커패시터는 1차 전지나 2차 전지에 비해 수명이 대단히 길며, 또한, 외부 전원에 의해 충전될 수 있어 실질적으로 교체가 불필요하다.
이상에서 본 발명의 다양한 실시예들에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이들 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 다양하게 변형될 수 있다. 또한, 특정 실시예에서 소개한 구성요소는 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다른 실시예에 적용될 수 있다.

Claims (20)

  1. 조명 장치에 있어서,
    컨트롤러;
    LED 드라이버; 및
    LED 조명 기구를 포함하고,
    상기 LED 조명 기구는 3000K 이하의 최저 색온도에서 5000K 이상의 최고 색온도를 구현하며,
    상기 컨트롤러는 상기 LED 드라이버를 제어하여 태양광의 색온도 변화에 상응하도록 상기 LED 조명 기구의 색온도를 변화시키는 조명 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 최고 색온도는 6000K 이상이고 최저 색온도는 2700K 이하인 조명 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 최고 색온도는 6500K 이상인 조명 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    RTC를 더 포함하는 조명 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 RTC는 컨트롤러 내에 내장된 조명 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 RTC에 의해 태양광의 색온도에 상응하도록 상기 조명 기구를 제어하여 상기 조명 기구의 색온도를 자동으로 변화시키는 조명 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    하루 동안 자동으로 상기 조명 기구에서 방출되는 광의 밝기 및 색온도를 외부 입력 없이 자동으로 조절하는 조명 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 LED 조명 기구는 발광 장치를 포함하며,
    상기 발광 장치는,
    자외선, 보라색 또는 청색 발광 다이오드 칩 및 제1 파장변환기를 포함하는 적어도 하나의 제1 발광 유닛;
    자외선, 보라색 또는 청색 발광 다이오드 칩 및 제2 파장변환기를 포함하는 적어도 하나의 제2 발광 유닛; 및
    자외선, 보라색 또는 청색 발광 다이오드 칩 및 제3 파장변환기를 포함하는 적어도 하나의 제3 발광 유닛을 포함하고,
    상기 제1 발광 유닛, 제2 발광 유닛 및 제3 발광 유닛의 색좌표들에 의해 정의되는 삼각형 영역은 적어도 플랭키안 로커스 상의 일부 구간을 포함하되,
    상기 삼각형 내에 포함되는 플랭키안 로커스 상의 최고 색온도는 5000K 이상이고, 최저 색온도는 3000K 이하인 조명 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 삼각형 내에 포함되는 플랭키안 로커스 상의 최고 색온도는 6500K 이상이고, 최저 색온도는 2700K 이하인 조명 장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 발광 유닛들은 디밍 방식으로 구동되도록 구성된 조명 장치.
  11. 조명 시스템에 있어서,
    조명 장치; 및 조명 장치에 신호를 입력하기 위한 소프트웨어를 포함하고,
    상기 조명 장치는, 컨트롤러;
    LED 드라이버; 및
    LED 조명 기구를 포함하고,
    상기 LED 조명 기구는 3000K 이하의 최저 색온도에서 5000K 이상의 최고 색온도를 구현하며,
    상기 컨트롤러는 상기 LED 드라이버를 제어하여 태양광의 색온도 변화에 상응하도록 상기 LED 조명 기구의 색온도를 변화시키는 조명 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 소프트웨어는, 리모트 컨트롤러, 모바일 앱, PC 또는 서버를 포함하는 조명 시스템.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 조명 장치 내에 내장된 RTC를 더 포함하는 조명 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 조명 장치는 계절별 시간에 따른 색온도 변화 시나리오를 저장한 메모리를 더 포함하는 조명 시스템.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 조명 장치는 상기 소프트웨어가 턴오프된 상태에서도 자동으로 태양광의 색온도 변화에 상응하여 LED 조명 기구의 색온도를 변화시키는 조명 시스템.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 최고 색온도는 6500K 이상이고, 상기 최저 색온도는 2700K 이하인 조명 기구.
  17. 청구항 11에 있어서,
    상기 LED 조명 기구는 발광 장치를 포함하며,
    상기 발광 장치는,
    자외선, 보라색 또는 청색 발광 다이오드 칩 및 제1 파장변환기를 포함하는 적어도 하나의 제1 발광 유닛;
    자외선, 보라색 또는 청색 발광 다이오드 칩 및 제2 파장변환기를 포함하는 적어도 하나의 제2 발광 유닛; 및
    자외선, 보라색 또는 청색 발광 다이오드 칩 및 제3 파장변환기를 포함하는 적어도 하나의 제3 발광 유닛을 포함하고,
    상기 제1 발광 유닛, 제2 발광 유닛 및 제3 발광 유닛의 색좌표들에 의해 정의되는 삼각형 영역은 적어도 플랭키안 로커스 상의 일부 구간을 포함하되,
    상기 삼각형 내에 포함되는 플랭키안 로커스 상의 최고 색온도는 5000K 이상이고, 최저 색온도는 3000K 이하인 조명 장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 삼각형 내에 포함되는 플랭키안 로커스 상의 최고 색온도는 6500K 이상이고, 최저 색온도는 2700K 이하인 조명 시스템.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 발광 유닛들은 디밍 방식으로 구동되도록 구성된 조명 시스템.
  20. 청구항 17에 있어서,
    상기 발광 장치는 베이스를 더 포함하되,
    상기 제1 내지 제3 발광 유닛들은 상기 베이스 상에 규칙적으로 배열된 조명 시스템.
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