KR20140123788A - 인공광원의 연색성 향상방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인공광원의 연색성 향상방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 형광체(phosphor)의 R,G,B 비율이나 자체 연색성을 조절하지 않고 인공광원의 구동 조건을 변화하여 연색성을 향상시키는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 인공광원에 전원을 인가하여 발광할 수 있도록 하는 구동 조건을 가변하여 연색성을 향상시키되, 상기 인공광원이 FED인 경우 게이트와 캐소드에 인가하는 바이폴라 펄스 신호의 주파수와 전압을 가변하여 연색성을 향상시키는 것을 특징으로 한다.

Description

인공광원의 연색성 향상방법 {METHOD OF IMPROVING COLOR RENDERING OF ARTIFICIAL LIGHT SOURCES}

본 발명은 인공광원의 연색성 향상방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 형광체(phosphor)의 R,G,B 비율이나 자체 연색성을 조절하지 않고 인공광원의 구동 조건을 변화하여 연색성을 향상시키는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 조명장치는 인공광원을 사용하여 조명 기능을 수행하게 된다.

즉, 실내 또는 야간인 경우, 태양광을 이용할 수 없기 때문에 다양한 종류의 인공광원을 사용하여 조명 기능을 수행하게 된다.

그러나 상기 인공광원을 사용하는 조명장치는 태양광에 비해 연색성이 저하되어 다양한 조명을 수행할 수 없다.

여기서 연색성은 조명된 피사체의 색재현 충실도를 나타내는 광원의 성질을 의미하는 것으로, 연색성을 평가하는 단위는 연색지수(Color Rendering Index, Ra)이다.

이 연색지수는 물건의 색이 자연광 아래서 본 경우와 어느 정도 유사한가를 수치로 나타낸 것으로, 측정한 인공광원이 기준광원(태양광)과 같으며 Ra값이 100으로 나타내고 색차이가 크게 나면 Ra값이 작아지어, 예컨대 100에 가까울수록 연색성이 좋은 것을 의미한다.

다음 상기 연색성과 관련이 있는 색온도는 광원의 광색을 나타내는 척도로서 단위는 K(켈빈)이다.

이 색온도는 일반적으로 색온도가 낮으면 오렌지색에 가까운 따뜻한 기운이 있는 빛으로 되고 색온도가 높아짐에 따라 태양광처럼 백색을 띠는 빛으로 되며, 더욱 높아지면 청색에 가까운 시원스런 빛으로 된다.

즉, 어떤 물체에 열을 가하면 처음에 적외선이 나오고 온도가 상승함에 따라 적색광 황색이 많은 백색광을 거쳐 청색광을 발하게 된다.

상기 조명장치의 인공광원으로 예를 들어 백열전구를 사용하면 물체의 색깔은 적색이나 황색이 강조되어 보이고, 형광램프를 사용하면 청색이 강조되는 조명을 하게 된다.

또한, 인공광원으로 LED나 전계발광표시(FED; field emission display) 소자를 사용하기도 하는데, 이러한 인공광원은 자연광에 비해 연색성이 저하되어 사물의 색상을 정확하게 감지할 수 없는 문제점이 있다.

이와 같은 인공광원이 갖고 있는 연색성 저하의 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 배합이나 형광체를 이용하여 연색성을 높이려고 하였다.

예를 들어 선행특허문헌 공개번호 제10-2011-0093550호에는 연색성이 우수한 백색 발광 다이오드 및 이의 제조방법이 개시되어 있는 바, 연색성이 우수한 백색 발광 다이오드는 황색 발광 형광체, 및 600 ~ 650nm에서 발광하는 나노 입자를 코어로 하고, 실리카(SiO2), PS(polystyrene), PMMA(polymethylmethacrylate) 및 PC(polycarbonate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 쉘로 하는 코어-쉘 구조의 반도체 발광 나노 입자를 포함한다.

또한, 상기 황색 발광 형광체는 YAG계(Y3Al5O12 : Ce), TAG계(Tb3Al5O12 : Ce), 실리케이트계, 황화물계, 질화물계, 산질화물계, 폴리[2,5-비스(3,7-디메틸옥틸옥시)-1,4-페닐렌-비닐렌](poly[2,5-bis(3,7-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylene-vinylene]), 폴리[9,9-디-(2-에틸헥실)-플루오레닐-2,7-디일](poly[9,9-di-(2-ethylhexyl)-fluorenyl-2,7-diyl]) 및 폴리[2-메톡시-5-(2-에틸-헥실옥시)-1,4-페닐렌비닐렌](poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene])으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 종래에는 R,G,B의 배합이나 형광체 자체의 발광특성을 이용하여 연색성을 높이려고 하였으나, 실제 조명장치로 사용하는 경우 연색성이 높은 백색광을 만들어 내는 데에 한계가 있었다.

공개번호 제10-2011-0093550호(2011년08월18일)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 형광체(phosphor)의 R,G,B 비율을 조절하지 않고 인공광원의 구동 조건을 변화하여 연색성을 향상시킬 수 있는 인공광원의 연색성 향상방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명이 제공하고자 하는 목적은 상기 구동 조건 중 펄스부의 전압이나 주파수를 변화하여 연색성을 향상시킴으로써 전력의 큰 소모없이 연색성을 향상시킬 수 있는 인공광원의 연색성 향상방법을 제공하고자 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 인공광원의 연색성 향상방법은 인공광원의 연색성을 향상시키는 방법에 있어서;

상기 인공광원에 전원을 인가하여 발광할 수 있도록 하는 구동 조건을 가변하여 연색성을 향상시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 인공광원은 백열전구, 형광램프, LED, FED 중에서 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 인공광원은 애노드에 DC 고압을 인가하고, 게이트와 캐소드에 바이폴라 펄스 신호를 인가하여 구동하는 3극관 구조의 FED인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 구동 조건의 가변은 게이트와 캐소드에 인가하는 바이폴라 펄스 신호의 주파수와 전압을 가변하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 주파수와 전압의 가변은 바이폴라 펄스 신호의 주파수는 낮추고 전압은 높이는 가변인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 주파수의 가변 범위는 0.1KHz ~ 1KHz인 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 전압의 가변 범위는 100V ~ 400V인 것을 특징으로 한다.

상술한 과제의 해결 수단에 의하면 형광체(phosphor)의 R,G,B 비율을 조절하지 않고 인공광원의 구동 조건을 변화하여 연색성을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 구동 조건 중 펄스부의 전압이나 주파수를 변화하여 연색성을 향상시킴으로써 전력의 큰 소모없이 연색성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연색성 향상방법에 적용되는 전원장치의 개략적인 블록도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 FED 램프의 발광 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a와 도 3b는 도 1의 회로에 의해 인가되는 애노드부와 펄스부의 파형도이다.
도 4a 내지 도 4d는 도 1에 나타낸 회로의 구동 조건 변화에 따른 COOL WHITE FED 램프의 스펙트럴 플럭스 그래프이다.
도 5a 내지 도 5b는 도 1에 나타낸 회로의 구동 조건 변화에 따른 WARM WHITE FED 램프의 스펙트럴 플럭스 그래프이다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.

도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연색성 향상방법에 적용되는 전원장치의 개략적인 블록도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 FED 램프의 발광 원리를 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는 인공광원으로 도 2에 나타낸 FED 램프를 예를 들어 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이 FED 램프(60)는 양자역학적인 터널링 효과를 이용하여 캐소드 기판(61)에 제공된 에미터(E)에서 전자를 방출시키고, 방출된 전자를 애노드 기판(62)에 제공된 형광층(63)에 충돌시켜 상기 형광층(63)을 여기시킴으로써 발광하는 표시소자로서, 보통 캐소드 전극(K)과 게이트 전극(G) 및 애노드 전극(A)을 갖는 3극관 구조로 이루어진다.

즉 캐소드 전극(K)에 펄스 전압을 인가하면 에미터(E)에서 전자를 방출하고, 이때 애노드 전극(A)에 인가된 DC 고압에 의해 방출된 전자가 가속되어 반사막(64)을 통과해 형광층(63)과 충돌함으로써 전자전공쌍을 생성하여 발광을 하게 되고, 애노드 기판(62)의 상부를 통해 그 빛을 방출하게 된다.

미설명 부호 65는 FED 램프(60) 내부가 고진공으로 인해 캐소드 기판(61)과 애노드 기판(62)의 휨 및 파손을 방지하기 위한 스페이서이다.

이와 같은 FED 램프(60)를 구동하기 위한 전원장치는 도 1에 도시된 바와 같이 역률보상(Power Factor Correction)부(10), 바이폴라 펄스 발생부(20), 고압 DC부(30), Vcc 전원(40) 및 보호회로부(50)를 포함하여 구성된다.

역률보상부(10)는 입력되는 교류전원의 역률을 보상하는 것으로, 역률보상이란 전원장치의 전력효율을 향상시키기 위하여 전원의 전압과 전류의 위상을 동일하게 조절하는 절전회로의 일종으로 순간적인 전력 누출이 우려되는 고압 DC부(30)로 공급되는 전원을 조절한다.

이를 위해 역률보상부(10)는 저항 분압을 통해 입력 및 출력 전압을 센싱한다.

바이폴라(bipolar) 펄스 발생부(20)는 0볼트(V)를 기준으로 +와 -전압 양쪽의 펄스 신호를 생성하여 도 3b와 같은 파형을 3극관 구조의 FED 램프(60)에서 게이트 전극(G)과 캐소드 전극(K) 양단에 펄스를 인가한다.

본 발명에서는 상기 바이폴라 펄스 발생부(20)의 전압과 주파수의 구동 조건을 변경하여 FED 램프(60)의 연색성을 향상시킨다.

메인 커패시터(Main Capacitor)는 상기 역률보상부(10)의 출력단에 연결되어 역률보상부(10)를 출력되는 DC 전원을 평활하여 출력한다.

고압 DC부(30)는 메인 커패시터(Main Capacitor)를 통해 평활된 DC 전원을 배압을 통하여 고압 DC 전원으로 만든 후, 도 3a와 같은 파형을 3극관 구조의 FED 램프(60)에서 애노드 전극(A)에 인가한다.

보호 회로부(50)는 FED 램프(60) 구동시 과전압 및 과전류 상태를 제어하며, 아크(arc)를 방지하여 회로를 보호한다.

그리고 Vcc 전원(40)은 컬렉터에 가해지는 입력 전원이다.

상술한 구성에서 FED 램프(60)를 구동하기 위해서 애노드 전극(A)에 고압 DC부(30)를 통해 고압 DC 전원을 인가하고, 게이트 전극(G)과 캐소드 전극(K)에 바이폴라 펄스 발생부(20)를 통해 바이폴라 펄스 신호를 인가해야 하는 바, 구동 조건을 변경하기 위해서는 결국 고압 DC부(30)나 바이폴라 펄스 발생부(20)에서 출력되는 전압(전류) 및/또는 주파수 등을 변경해야 한다.

그런데 FED 램프(60)의 면 광원 특성상 소비전력의 대부분은 애노드에서 소모하므로, 본 발명에서는 애노드의 전압 및 전류 구동 조건은 동일하게 하면서 바이폴라 펄스 발생부(20)에서 출력되는 전압과 주파수를 가변하여 FED 램프(60)의 연색성을 적분구를 이용해서 측정한다.

아래의 표 1은 COOL WHITE FED 램프에서의 구동 조건 가변에 따른 연색성을 나타낸 것이다.

상기 표 1을 통해 애노드 전압과 전류가 동일한 상태에서 바이폴라 펄스 발생부(20)의 전압 및 주파수 가변으로 FED 램프(60)의 연색성이 변화되되, 주파수가 낮아지면서 전압이 증가할수록 연색성이 향상됨을 알 수 있다.

또한, 바이폴라 펄스 발생부(20)의 전압 및 주파수 가변에 따른 전력 소모가 매우 미미한 것을 알 수 있다.

상기 표 1에의 밑에서 네 번째 줄부터 마지막 줄까지의 스펙트럴 플럭스(Spectral Flux) 그래프가 도 4a 내지 도 4d이다.

도 4a에서 애노드에 인가되는 전압이 15KV, 전류가 1.3mA이고, 게이트와 캐소드에 인가되는 펄스 전압이 93V, 전류가 7mA, 주파수가 1KHz인 경우 연색성을 평가하는 연색지수(Ra)가 89로 양호한 것을 알 수 있다.

도 4b에서 애노드의 전압 전류는 동일하고, 게이트와 캐소드에 인가되는 펄스 전압을 114V, 전류를 2mA, 주파수를 0.5KHz로 변경한 경우 연색성을 평가하는 연색지수(Ra)가 89.7로 도 4a보다 더 양호해 것을 알 수 있다.

도 4c에서 애노드의 전압 전류는 동일하고, 게이트와 캐소드에 인가되는 펄스 전압을 132V, 전류를 1mA, 주파수를 0.25KHz로 변경한 경우 연색성을 평가하는 연색지수(Ra)가 91.1로 도 4b보다 더 양호해 것을 알 수 있다.

도 4d에서 애노드의 전압 전류는 동일하고, 게이트와 캐소드에 인가되는 펄스 전압을 178V, 전류를 1mA, 주파수를 0.1KHz로 변경한 경우 연색성을 평가하는 연색지수(Ra)가 93.6으로 도 4c보다 더 양호해 것을 알 수 있다.

아래의 표 2는 상기 표 1과는 R,G,B 배합비를 달리하여 WARM WHITE FED 램프에서의 구동 조건 가변에 따른 연색성을 나타낸 것이다.

상기 표 2를 통해 애노드 전압과 전류가 동일한 상태에서 바이폴라 펄스 발생부(20)의 전압 및 주파수 가변으로 FED 램프(60)의 연색성이 변화되되, 주파수가 낮아지면서 전압이 증가할수록 연색성이 향상됨을 알 수 있다.

또한, 바이폴라 펄스 발생부(20)의 전압 및 주파수 가변에 따른 전력 소모가 매우 미미한 것을 알 수 있다.

또한, 표 1과 비교하여 형광체의 R,G,B 배합비를 변경하여도 주파수가 낮아질수록 연색성이 향상됨을 알 수 있다.

상기 표 2에의 밑에서 두 번째 줄부터 마지막 줄까지의 스펙트럴 플럭스 그래프가 도 5a 내지 도 5b이다.

도 5a에서 애노드에 인가되는 전압이 15KV, 전류가 1.3mA이고, 게이트와 캐소드에 인가되는 펄스 전압이 161V, 전류가 2mA, 주파수가 0.25KHz인 경우 연색성을 평가하는 연색지수(Ra)가 90으로 양호한 것을 알 수 있다.

도 5b에서 애노드의 전압 전류는 동일하고, 게이트와 캐소드에 인가되는 펄스 전압을 201V, 전류를 1mA, 주파수를 0.1KHz로 변경한 경우 연색성을 평가하는 연색지수(Ra)가 91.6으로 도 5a보다 더 양호해 것을 알 수 있다.

상기한 실시예에서 바이폴라 펄스 발생부(20)의 주파수 가변 범위는 0.1KHz ~ 1KHz가 바람직하고, 전압 가변 범위는 100V ~ 400V인 것이 바람직하다.

상기 0.1KHz 이하인 경우에는 FED 램프(60)의 깜박임을 사람이 눈으로 인식할 우려가 있고, 1KHz 이상인 경우에는 FED 램프(60)의 연색성이 떨어진다.

상기 100V 이하인 경우에는 FED 램프(60)의 연색성이 떨어지고, 400V 이상인 경우에는 400V 이상의 전원장치 제조가 용이하지 않고 그만큼 가격이 비싸면서 구매가 용이하지 않다.

이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

10: 역률보상(PFC)부 20: 바이폴라 펄스 발생부
30: 고압 DC부 40: Vcc 전원
50: 보호회로부 60: FED 램프
61: 캐소드 기판 62: 애노드 기판
63: 형광층 64: 반사막
65: 스페이서

Claims (7)

1. 인공광원의 연색성을 향상시키는 방법에 있어서;
   상기 인공광원에 전원을 인가하여 발광할 수 있도록 하는 구동 조건을 가변하여 연색성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 인공광원의 연색성 향상방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 인공광원은 백열전구, 형광램프, LED, FED 중에서 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 인공광원의 연색성 향상방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 인공광원은 애노드에 DC 고압을 인가하고, 게이트와 캐소드에 바이폴라 펄스 신호를 인가하여 구동하는 3극관 구조의 FED인 것을 특징으로 하는 인공광원의 연색성 향상방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 구동 조건의 가변은 게이트와 캐소드에 인가하는 바이폴라 펄스 신호의 주파수와 전압을 가변하는 것을 특징으로 하는 인공광원의 연색성 향상방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 주파수와 전압의 가변은 바이폴라 펄스 신호의 주파수는 낮추고 전압은 높이는 가변인 것을 특징으로 하는 인공광원의 연색성 향상방법.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
   상기 주파수의 가변 범위는 0.1KHz ~ 1KHz인 것을 특징으로 하는 인공광원의 연색성 향상방법.
7. 제4항 또는 제5항에 있어서,
   상기 전압의 가변 범위는 100V ~ 400V인 것을 특징으로 하는 인공광원의 연색성 향상방법.

Images