KR100953169B1 - 다색 발광다이오드를 이용한 색온도 제어 방법 및 그의프로그램이 기록된 기록매체 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 다색 발광다이오드를 이용한 색온도 제어 방법 및 그의 프로그램이 기록된 기록매체에 관한 것으로 광색 혼합이론에 근거하여 목표 색온도를 달성하기 위한 발광 다이오드의 개수가 선정되는 단계를 포함하고, 상기 목표 색온도 달성을 위한 이론치가 계산되는 단계를 포함한다. 그리고, 상기 선정된 발광 다이오드 개수에 따라 발광 다이오드 모듈 및 제어회로를 제작하고 실험하여 측정치가 설정되는 단계를 포함하며, 상기 이론치와 측정치의 상관관계를 분석하여 산출된 보정계수에 따라 목표 색온도가 달성되는 단계를 포함한다. 본 발명에 의하면, R,G,B 발광 다이오드로부터 나온 광선을 혼합하고 RGB 발광 다이오드의 광속 혼합비율 및 듀티비(Duty ratio)를 선정하여 정확한 색온도를 구현하여 다양한 조명제품에 이용한다.
발광 다이오드, 색온도, 듀티비
Description
본 발명은 R,G,B 발광 다이오드의 혼합광의 색도좌표를 만족하는 상기 R,G,B 개수 비율을 산정하여 듀티비 이론치와 측정치의 상관관계를 비교하여 정확한 색온도를 구현하는 다색 발광다이오드를 이용한 색온도 제어 방법 및 그의 프로그램이 기록된 기록매체에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 화합물 반도체의 P-N 접합구조를 이용하여 주입된 소수 캐리어(전자 또는 정공)를 만들어내고, 이들의 재결합에 의하여 소정의 빛을 발산하는 소자를 지칭한다.
상기 발광 다이오드는 기존의 전구 또는 형광등에 비하여 소비 전력이 적고 수명이 수 내지 수십 배에 이르러, 소모 전력의 절감과 내구성 측면에서 월등하다. 또한, 협소한 공간에 설치 가능하고, 진동에 강한 특성을 제공한다.
최근에는 단일 색 성분 예를 들어, 적색, 청색, 또는 녹색 발광 다이오드 외에 백색 발광 다이오드들이 출시되고 있다.
상기 백색 발광 다이오드의 광원은 그 광원에 따라 다양한 느낌을 줄 수 있으며, 이러한 현상의 원인은 발광 강도 또는 색온도라 할 수 있다. 색온도(color temperature)는 광원의 색에 대한 물리적인 수치를 나타낸 것으로, 캘빈도(K)로 표시된다.
그러나, 상기 백색 광원을 구성하는 발광 다이오드의 개수 및 듀티비에 따라 색온도가 변하기 때문에, 목적에 따라 정확한 색온도를 구현해야 한다.
그러나, 종래의 발광 장치는 색온도 제어를 위해서 파장이 다른 Red 2개, White 발광 다이오드를 사용하여 그 광출력을 혼합하여 색온도를 제어하기 때문에 목적에 따른 정확한 색온도를 구현하기 어려운 점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 불편함을 해결하기 위하여 목표 색온도 달성을 위한 발광 다이오드 최적의 개수를 선정하고, 혼합광의 색도좌표를 만족하는 RGB 발광 다이오드 개수 비율을 설정하고, 상기 RGB 발광 다이오드 듀티비 이론치와 측정치의 상관관계를 비교하여 산출된 보정계수를 사용하여 상기 목표 색온도를 달성하는 다색 발광다이오드를 이용한 색온도 제어 방법 및 그의 프로그램이 기록된 기록매체를 제공하는 데에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다색 발광다이오드를 이용한 색온도 제어 방법 및 그의 프로그램이 기록된 기록매체에 있어서, 광색 혼합이론에 의한 목표 색온도에 대한 발광 다이오드 개수를 설정하고, RGB발광 다이오드 광속 혼합 비율을 이용하여 듀티비를 설정하여 듀티비 이론치와 듀티비 측정치의 상관관계를 분석하여 목표 색온도를 달성한다.
본 발명에서 광색 혼합이론에 근거하여 목표 색온도를 달성하기 위한 발광 다이오드의 개수가 선정되는 단계를 포함하고, 상기 목표 색온도 달성을 위한 이론치가 계산되는 단계를 포함한다. 그리고, 상기 선정된 발광 다이오드 개수에 따라 발광 다이오드 모듈 및 제어회로를 제작하고 실험하여 측정치가 설정되는 단계를 포함하며, 상기 이론치와 측정치의 상관관계를 분석하여 산출된 보정계수에 따라 목표 색온도가 달성되는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 발광 다이오드 개수가 선정되는 단계는 상기 발광 다이오드의 색도좌표(x,y) 및 휘도 계수(Y)로부터 정해진 혼합광의 색도좌표에 따른 발광 다이오드 개수 비율이 선정되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 이론치가 계산되는 단계는 목표 색온도 각각의 발광 다이오드 광속 혼합 비율이 선정되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 제어회로는 발광 다이오드 모듈의 듀티비(Duty ratio)를 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 입력된 목표 색온도에 따라 발광 다이오드 개수가 선정되고, 상기 목표 색온도에 따른 듀티비 이론치의 저장 데이터 유무를 판단하는 단계를 포함하고, 상기 듀티비 이론치의 저장 데이터가 없을 경우에 발광 다이오드 광속 혼합 비율에 따라 이론치가 계산되는 단계를 포함하며, 상기 목표 색온도에 따라 선정된 발광 다이오드 개수에 의한 모듈을 구현하여 실험한 측정치와 상기 이론치를 비교하여 불일치할 때 보정계수를 산출하여 목표 색온도를 제어하는 단계로 이루어지는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 발광 다이오드의 색온도 변화를 위한 구체적 방법에 따라 흑체궤적과 정확히 일치하는 색온도 변화를 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 발광 다이오드의 색온도를 정확히 제어하여 색온도 및 광색을 변화시켜야 하는 발광 다이오드 조명제품, 수술실의 무명등, 주광의 색온도와 일치시키고자 하는 조명제품 등에 용이하게 사용할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다색 발광다이오드를 이용한 색온도 제어 방법을 나타낸 플로우차트이다.
도 1 을 참조하면, 다색의 발광 다이오드 조명을 구현할 때, 원하는 색온도를 구현하기 위하여 광색 혼합이론에 근거하여 발광 다이오드 최적 개수를 선정(S100)한다.
상기 최적의 발광 다이오드 개수를 선정(S100)단계는 RGB 발광 다이오드의 색도좌표(x,y) 및 휘도계수(Y)가 정해지면 이로부터 혼합광에 대한 색도좌표를 가법혼색이론을 적용하여 구할 수 있다.(도 2참조)
상기 RGB발광 다이오드의 색도좌표는 상기의 표 1로 표현할 수 있으며, 각 RGB 발광 다이오드에 대해서 삼자극치 X,Y,Z는 x,y,z에 비례하기 때문에 하기의 식(1)을 구할 수 있다.
이와 같이 하여 RGB 발광 다이오드에 대한 삼자극치를 하기의 표2로 표현할 수 있다.
상기 표 2에서는 상기의 식(2)를 구할 수 있으며, RGB 발광 다이오드 혼합광에 의한 삼자극치는 하기의 식(3)과 같이 각 RGB 발광 다이오드의 경우의 합으로 나타낼 수 있다.
상기 식(3)은 매트릭스를 이용한 선형 연립방정식인 하기의 식(4)로 표현이 가능하다.
그리고, 삼자극치가 결정되면 이에 따른 혼합광의 색도좌표 (Xtotal, Ytotal)은 하기의 식(5)로부터 구할 수 있다.
이에 따라 주어진 혼합광의 색도좌표 (Xtotal, Ytotal)를 만족하는 RGB 발광 다이오드 개수 비율을 산정하려면, 상기의 식(4)를 역으로 계산하여 Yr,Yg,Yb 사이의 비를 통해 알 수 있다.
상기의 단계(S100)에서 목표 색온도를 달성하기 위한 발광 다이오드의 최적의 개수가 선정된 후 각각의 R,G,B 발광 다이오드의 광속 혼합 비율을 계산(S110)한다.
그리고, 상기의 단계(S100)의 계산식을 사용하여 상기 목표 색온도를 달성하기 위한 R,G,B 발광 다이오드의 듀티비(Duty ratio) 이론치가 계산(S120)된다.
상기 이론치를 계산한 후, 상기 (S100) 단계에서 선정된 발광 다이오드 개수에 의한 발광 다이오드 모듈을 제작하고, R,G,B 발광 다이오드 제어를 위한 제어회로를 제작(S130)한다.
상기 제작된 모듈 및 제어회로에 목표 색온도 각각에 대한 발광 다이오드 개수 선정(상기의 S100단계와 동일)하고, 상기 발광 다이오드 모듈의 듀티비 이론치(상기 S120에 의해 계산된 값)를 입력하여 출력 색온도를 측정한 결과를 통해 측정치를 설정(S140)한다.
상기 S120 단계의 이론치와 상기 S140단계의 측정치의 상관관계를 분석하여 보정계수를 산출(S150)한 후 흑체궤적과 정확히 일치하는 듀티비를 설정하여 다색 발광 다이오드를 사용한 조명 장치의 목표 색온도를 달성(S160)한다.(표3 및 표4 참조)
본 발명에서는 상기와 같은 방법을 걸쳐 색온도 및 광색을 변화시켜야 하는 발광 다이오드 조명제품 및 거실등, 터널등, 경기장 투광기, 도로조명 등의 주광과 색온도를 일치시켜야 하는 발광 다이오드 조명 제품의 원하는 색온도를 정확히 구현할 수 있다.
도 3 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다색 발광다이오드를 이용한 색온도 제어 방법의 프로그램의 순서도이다.
도 3 을 참조하면, 사용자가 구현하고자 하는 발광 다이오드의 목표 색온도를 프로그램에 입력(S300)하면, 상기 목표 색온도에 따른 발광 다이오드의 개수가 선정(S310)된다. 이때, 바람직하게는 상기 발광 다이오드는 R,G,B 발광 다이오드 각각의 개수가 선정된다.
그리고, 상기 목표 색온도에 따른 듀티비 이론치가 프로그램에 저장되어 있는지를 판단(S320)하여 프로그램에 저장되어 있을 경우에는 실험을 통한 측정치를 입력(S350)한 후 상기 이론치와 측정치를 비교(S360)한다.
상기 듀티비 이론치가 저장되어있지 않는 경우에는 상기 선정된 R,G,B 발광 다이오드의 광속 혼합 비율을 계산(S330)하여 듀티비 이론치를 계산(S340)한다.
상기 계산된 듀티비 이론치는 컴퓨터 장치의 출력부를 통해 사용자가 확인할 수 있으며, 한번 계산된 이론치는 컴퓨터 장치의 메모리에 저장되어 추후 동일한 목표 색온도를 구현할 경우 사용할 수 있다.
상기 측정치는 상기 선정된 R,G,B 발광 다이오드 개수에 따라 발광 다이오드 모듈을 구현하고, 상기 듀티비 이론치를 사용하여 제어회로를 구성하여 실험한 결과의 듀티비 값이다.
상기 실험을 통해 얻어진 듀티비 측정치는 상기 프로그램에 입력(S350)되어 상기 이론치와의 일치 여부를 판단(S360)하여, 일치하지 않을 경우에는 상기의 표3 및 표4와 같이 보정계수를 산출(S370)하여 목표 색온도를 제어(S380)한다.
상기 목표 색온도를 제어(S380)는 발광 다이오드 모듈 구성시 R,G,B 발광 다이오드 각각의 개수 및 배열, 발광 다이오드 제어회로 구성시 전압 및 전류 등을 제어하여 목표 색온도를 달성할 수 있다.
도 4a 및 도 4b 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드 색온도 알고리즘을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 의한 발광 다이오드 개수 선정을 나타낸 계산결과이다.
도 4a 및 도 4b 를 참조하면, 상기의 도 1의 수식을 사용하여 입력값을 하기의 표 5와 같이 설정하여 나타낸 컴퓨터 기록매체 결과로서, 혼합광의 색좌표와 삼자극치 간의 선형방정식에 의한 연산결과를 나타낸 것으로서, 발광 다이오드의 개수를 50개 또는 57개를 사용하여 연산한 결과로서, 상기 발광 다이오드의 개수는 사용자가 임의로 설정하여 연산할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다색 발광다이오드를 이용한 색온도 제어 방법을 나타낸 플로우차트.
도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 색도좌표 다이어그램을 나타낸 그래프.
도 3 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다색 발광다이오드를 이용한 색온도 제어 방법의 프로그램의 순서도.
도 4a 및 도 4b 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드 색온도 알고리즘을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 의한 발광 다이오드 개수 선정을 나타낸 계산결과.
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- 입력된 목표 색온도에 따라 발광 다이오드 개수가 선정되고, 상기 목표 색온도에 따른 듀티비 이론치의 저장 데이터 유무를 판단하는 단계;상기 듀티비 이론치의 저장 데이터가 없을 경우에 발광 다이오드 광속 혼합 비율에 따라 색온도 이론치가 계산되는 단계; 및상기 목표 색온도에 따라 선정된 발광 다이오드 개수에 따라 구현된 모듈에 측정된 색온도 측정치가 입력되는 단계;상기 입력된 입력된 색온도 측정치와 상기 색온도 이론치를 비교하여 불일치할 때 보정계수를 산출하여 목표 색온도를 제어하는 단계로 이루어지는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
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