专利名称：使用发光二极管的人造阳光系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种人造阳光系统，更具体地讲，涉及一种使用发光二极管 的人造阳光系统。
背景技术：
通常，在阳光难以到达的地方(即，地下室或其他封闭的空间)，由于日 照量不足可导致各种症状的副作用(例如，发育不全、皮肤病和心理忧郁)。 通常，为了试图解决该问题，已经构造了用于产生人造阳光的人造阳光系统 以及用于使天然的阳光从室外空间通过光纤等直接进入室内的阳光跟踪系统等。
在上述现有技术的人造阳光系统中，人造光源(例如，白炽灯、金属卣 化物灯或氤气灯)被构造为特定模块，以制造单个人造日光照明设备。由于 白炽灯具有比其他任何现有光源更好的显色特性，因此白炽灯可显示出在晴
天到达地球表面的阳光的光镨效果。然而，由于白炽灯具有大约3200K的色 温，因此白炽灯难以表现出根据时区的天然阳光的色温(从大约3000K到 7000K)的特性。此外，由于金属卣化物灯和氙气灯的色温指数也分别限于 大约5000K和6000K,因此也不能表现出与太阳相同的随时间的发光效果。
此外，在阳光跟踪系统中，跟踪太阳的移动轨迹，阳光通过光学透镜被 实时地收集并接收，然后通过玻璃光纤被传入室内空间。在阳光跟踪系统中， 多个光学透镜被布置在阳光收集面上，光电传感器被布置在透镜模块的中心， 并且程序被安装在微处理器中，以根据太阳的移动轨迹实时地自动旋转阳光 收集面模块。上述传统的阳光跟踪系统具有这样的优点阳光跟踪系统可原 样接收自然阳光的能量，并且可使用特定滤波器从阳光中去除有害波长。然 而，其缺点是阳光跟踪系统不能在雨季或阴天使用。此外，由于光学透镜 应被布置在室外以接收阳光，因此它们需要特别细心的维护。此外，阳光应 被光学透镜收集，然后通过光纤被传输到室内空间。为此，具有优良热特性 的玻璃光纤而非便宜的基于树类的光纤应被用作光纤。然而，由于微米级的小尺寸的玻璃光纤导致极大的损失，因此存在应采用昂贵的lmm或更大直径 的玻璃光纤的问题。此外，由于光学透镜通常被安装在建筑物的顶部，因此 由于使用的玻璃光纤的长度的增加导致开销相应地增加，由于距离的增加导 致损失部分(loss fraction)也增加，造成对阳光跟踪系统安装和使用的限制。
发明内容
技术问题
本发明在于解决现有技术中的上述问题。因此，本发明的目的在于提供 一种使用发光二极管的人造阳光系统，所述人造阳光系统可表现出与太阳相 同的随时间的发光效果。
此外，本发明的另一目的在于提供一种使用发光二极管的人造阳光系统， 所述人造阳光系统便宜并且不受位置或气候的影响。 有益效果
根据上面描述的本发明，可提供一种使用发光二极管的人造阳光系统， 其可表现出与太阳相同的随时间的发光效果。
此外，本发明可提供一种使用发光二极管的人造阳光系统，所述人造阳 光系统便宜并且不受位置或气候的影响。 技术方案
为了实现这些目的，本发明提供一种使用发光二极管的人造阳光系统， 所述人造阳光系统包括多个发光二极管模块，具有不同色温；控制单元， 用于控制所述多个发光二极管模块。
本发明的人造阳光系统还可包括漫射球，所述漫射球被布置在所述多个 发光二极管模块之前，以混合从所述多个发光二极管模块发出的光，并照射 混合的光。
此时，可交替地布置所述多个发光二极管模块。
所述多个发光二极管模块可具有3000K到7000K的色温。控制单元可包 括存储单元，用于存储关于太阳的色温和光学特性随时间改变的数据；微 处理器，通过使用存储在存储单元中的关于太阳的色温和光学特性随时间改 变的数据，来控制施加到具有不同色温的各个发光二极管模块的电流。
此时，存储单元还可包括根据地球的自转和公转的周期的太阳坐标系信
自好A力l、 T.田哭；S ;+/去(IIA左/fefe"逸由A^T 乂 + +卩F1 名-:民L 港4去,kt卩法Fhf间改变的数据和太阳坐标系信息，来控制发光二极管模块。
此时，微处理器可接收位置信息，并基于该位置信息通过使用存储在存
储单元中的关于太阳的色温和光学特性随时间改变的数据和太阳坐标系信
息，来控制发光二极管模块。
或者，控制单元还可包括用于识别所述人造阳光系统的位置的全球定位
系统；微处理器可基于全球定位系统识别的位置通过使用存储在存储单元中
的关于太阳的色温和光学特性随时间改变的数据和太阳坐标系信息，来控制
发光二极管模块。
图1是示出根据本发明的第一实施例的使用发光二极管的人造阳光系统
的示意图2是示出在本发明的第 一实施例中的光源模块的平面图； 图3是示出根据本发明的第二实施例的使用发光二极管的人造阳光系统 的示意<附图中主要部分的标号的说明>
100 200 300
第一发光二极管模块 第二发光二极管模块
基板 400 500漫射球 600 620:微处理器 640 660:全王求定位系统
光源模块 控制单元 存储单元
具体实施例方式
本发明不限于下面阐述的实施例，并且可以以不同的形式被实施。提供 实施例以完全公开本发明，并将本发明的范围充分地传达给本领域的技术人 员。在附图中，相同的标号表示相同的部件。
图1是示出根据本发明的第一实施例的使用发光二极管的人造阳光系统 的示意图。
如图l所示，根据本发明的第一实施例的使用发光二极管的人造阳光系 统包括光源模块400;漫射球500,被布置在光源模块400上；控制单元600，用于控制光源模块400。
光源模块400用作根据本发明的使用发光二极管的人造阳光系统的光 源，并且包括基板300以及安装在基板300上的第一发光二极管模块100和 第二发光二极管模块200。
基板300用于将第一发光二极管模块100和第二发光二极管模块200牢 固地安装在其上，并且可以以传统基底的形式构造基板300，即，具有在绝 缘体上形成的电极图案的结构。第一发光二极管模块IOO和第二发光二极管 模块200安装在基板300上，以连接到与外部电源相连接的电极图案，从而 可运行第一发光二极管模块100和第二发光二极管模块200。基板300的形 状可根据使用发光二极管的人造阳光系统的目的和使用而不同地改变。即， 尽管在本实施例中以矩形板的形式制作基板300,但是本发明不限于此。基 板300可以是圆形或多边形板的形式。或者，基板300可以是圓柱形或多边 形桂或者球形的形式。只要能满足本发明的目的，基板300的形状不限于此。
第一发光二极管模块100和第二发光二极管模块200包括具有3000K到 7000K的色温的第一发光二极管模块100和第二发光二极管模块200。
此时，第一发光二极管模块100可包括多个具有大约3000K到5000K的 色温的发光二极管，而第二发光二极管模块200可包括多个具有大约5000K 到7000K的色温的发光二极管。然而，本发明不限于于此，并且还可包括第 三发光二极管模块。即，例如，可采用具有大约3000K到45000K色温的第 一发光二极管模块、具有大约4500K到6000K色温的第二发光二极管模块和 具有大约6000K到7000K色温的第三发光二极管i^莫块。如上所述，本发明可 采用色温范围从3000K到7000K并且彼此不同的至少两个发光二极管模块。 此时，发光二极管模块的各自的色温范围可在它们的边缘区域彼此重叠。
上面描述的第一发光二极管模块100和第二发光二极管模块200的发光 二极管中的每个包括发光芯片和荧光体(phosphor)。可以以各种形式实现发 光芯片和焚光体。例如，发光二极管可包括能够发出蓝光的单个蓝光发光芯 片和能够发出黄光的黄色荧光体。即，蓝光发光芯片发出的蓝光和通过荧光 体的波长转换获得的黄光被混合，以实现白光。
此外，发光二极管可包括能够发出蓝光的单个蓝光发光芯片、能够发出 绿光的绿色焚光体以及能够发出橙光的橙色荧光体。此时，蓝光发光芯片发 出的蓝光和通过荧光体的波长转换获得的绿光和橙光被混合，以实现白光。在此情况下，存在这样的优点可获得比包括蓝光发光芯片和黄色荧光体的 发光二极管更好的显色特性。即，可通过使用发光芯片和多种类型的具有各 种发光峰值的荧光体来改善显色特性。如果使用多种类型的荧光体，则不但 可基于多种荧光体的每种的成分而且可基于多种荧光体的构成比例来实现具 有不同色温和显色特性的白光。优选地，在本发明中使用蓝光发光芯片或紫 外发光芯片作为发光芯片。 '
在本发明中，具有各种发光峰值范围的一系列材料(例如，具有从绿色 到红色的发光峰值范围的硅酸盐类的荧光体)可用作荧光体。即，由发光芯 片发出的光可用作用于实现各种颜色的激励源，从而实现具有不同光谱和色 温特性的白光。此外，如果包括多种类型的荧光体，则相同系列的材料可以 用于最小化荧光体之间的影响。
交替布置上述根据色温来相互区分的用于特定光的第一发光二极管模块
100和第二发光二极管模块200来构造单个光源模块400。当构造光源模块 400时，具有特定色温范围的发光二极管模块根据上述预定范围区间被分类， 并且被分别模块化。在本实施例中，如图1所示，第一发光二极管模块100 和第二发光二极管模块200被布置为两列。然而，第一发光二极管模块和第 二发光二极管模块不限于此，它们可以被布置为多于两列或少于两列。此外， 在图1中，第一发光二极管模块100和第二发光二极管模块200被交替布置， 但不限于此。即，如图2(a)所示，第一发光二极管模块IOO和第二发光二 极管模块200可以被布置为行而非列。或者，如图2(b)所示，第一发光二 极管模块100和第二发光二极管模块200被布置为带的形式。或者，如图2 (c )所示，第一发光二极管模块100和第二发光二极管模块200可以沿对角 线方向被布置，或者如图2(d)所示，第一发光二极管模块IOO和第二发光 二极管模块200可以沿行和列的方向被交替布置。此外，尽管没有在附图中 示出，但是多个第一发光二极管模块100可以布置在基板300的一侧，而多 个第二发光二极管模块200可以布置在基板300的另一侧。或者第一发光二 极管模块100和第二发光二极管模块200可以被随机地布置。然而，优选地， 交替布置相同数量的第一发光二极管模块100和第二发光二极管模块200, 从而人造阳光系统可总体上表现出不变的色温。
控制单元600用于精确地控制光源模块400,并且控制单元600包括处理器620，通过使用所述数据来控制各个具有不同色温的发光二极管模块。
即，微处理器620对各个发光二极管模块执行电流的控制，以响应太阳的色 温和光学特性随时间的改变。该电流控制允许光源模块400发出具有与自然 阳光的光语变化特性相似的特性的光。然而，本发明不限于此。如果用户想 要使用特定色温范围的波长，则可执行到手动模式的切换。
此外，可基于光源模块400的使用来改变本发明的人造阳光系统的尺寸。 即，可根据在光源模块400中设置的发光二极管模块的数量和发光二极管的 数量来增加或减小人造阳光系统的尺寸。
漫射球500用于混合从发光二极管模块发出的光，并且漫射球500布置 在发光二极管模块之前。漫射球500由具有优良的光透射性的材料制造，并 且用于混合各个具有不同色温的发光二极管模块的色彩感觉差异，以平滑色 度差异。可基于人造阳光系统的目的和使用来去除上述漫射球500。
如上所述，具有大约3000K到5000K的色温的多个发光二极管用于第一 发光二极管模块100，具有大约5000K到7000K的色温的多个发光二极管用 于第二发光二极管模块200,从而本发明的人造阳光系统具有与太阳的色温 分布类似的大约3000K到7000K的色温分布。在具有上述色温分布的发光二 极管模块中，具有相似色温的发光二极管模块被分组，并配置有单独的电源 线。
在上述配置有单独的电源线的光源模块中，电流的幅度被调整，从而较 高的电流被施加到具有与阳光的改变相应的色温特性的发光二极管，而较低 的电流被施加到其他的发光二极管，从而控制整个色温。即，例如，在早晨， 较高的电流被施加到具有较低色温的第一发光二极管模块100,而较低的电 流被施加到第二发光二极管模块200。同时，在中午，相同的电流被施加到 第一发光二极管模块100和第二发光二极管模块200。此外，在下午，较低 的电流被施加到第一发光二极管模块100，而较高的电流被施加到第二发光 二极管模块200。
如上所述，本发明的人造阳光系统通过采用具有与阳光的色温相似的色 温的发光二极管并设置用于控制发光二极管的控制单元600，可对应于太阳 的特性随时间的改变以及太阳的移动特性。此外，由于不需要设置应被安装 在室外以接收阳光的光学透镜和用于传输光学透镜接收的阳光的光纤，因此 人造阳光系统可以如期望的那样不考虑气候的改变而运行，并且还可被容易
8地移动和管理。因此，不需要诸如光纤的昂贵部件，因此，不存在由于光纤 导致的光学传输损失。
根据上述使用发光二极管的人造阳光系统，可构造用于表现与自然阳光 的光谱类似的光谱的光源，并且该光源可被应用于生物产业、室内和地下环 境中的植物生长、农业和阳光不足的区域(例如，培养和展示高级鱼的水族 馆)。此外，人造阳光系统可应用于皮肤病病人的照明设备、诸如用于不容易 移动的病人的加护病房的机构等。此外，人造阳光系统可应用于用于图像设 计、心理治疗、美容、医疗等的室内装饰。
下面，将参照附图描述根据本发明的第二实施例的包括全球定位系统 (GPS)的使用发光二极管的人造阳光系统。将不再描述或将简要描述该实 施例的与前面的实施例的部分相同的部分。
图3是示出根据本发明的第二实施例的使用发光二极管的人造阳光系统
的示意图。
如图3所示，根据本发明的第二实施例的使用发光二极管的人造光学系 统包括光源模块400;漫射球500，设置在光源模块400上；控制单元600, 具有用于控制光源模块400的全球定位系统660。此时，如果有必要，可去 除漫射球500。
控制单元600用于操作光源模块400，并且控制单元600包括存储单 元640,用于存储关于太阳的色温和光学特性随时间改变的数据；微处理器 620，通过使用所述数据控制各个具有不同色温的发光二极管模块；全球定位 系统660，识别人造阳光系统的位置。
即，人造阳光系统采用全球定位系统660来检测人造阳光系统被安装的 位置。通过位置的检测，微处理器620对各个发光二极管模块执行电流的控 制，从而人造阳光系统可对应于太阳的色温和光学特性根据时间和安装位置 的改变。该电流控制允许光源模块400发出具有与安装人造阳光系统的区域 中的自然阳光的光谱变化相似的特性的光。
当在上述人造阳光系统中采用全球定位系统660以及存储单元640存储 根据地球的自转和公转周期的太阳坐标系信息时，本发明的人造阳光系统具 有满足全世界的区域特征的阳光发射特性。由于阳光发射特性基于需要的区 域的纬度和经度而改变(例如，地球的北半球的冬天对应于地球南半球的夏 天)，因此需要人造阳光系统的运行特性满足阳光发射特性。作为用于满足需要的补充测量，便宜并且其无线电频道对全世界开放的全球定位系统660被
提供，存储单元640存储根据全世界的位置信息和相应区域的位置信息的太 阳的移动轨迹(阳光发射特性)，并且微处理器620操作光源模块400 (如上 所述)。因此，可制造对环境最优化的更有效的人造阳光系统。然而，该实施 例的人造阳光系统不限于此，并且可被操作为照射用户习惯的环境的自然光。 即，例如，如果希望在北极区域照射与在韩国的春天的阳光类似的阳光，则 全球定位系统660的功能被中止，并且三月份的韩国的炜度和经度作为位置 信息被输入，从而可照射对应于该位置信息的人造阳光。此外，由于在全世 界遭受严重环境污染的这些日子里，人们难以在室外舒适地接收阳光能量，
室内环境中安全地接收与室外阳光类似的光照。
尽管已经结合实施例并参照附图描述了本发明，但是本领域的技术人员 应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的技术精神的情况下，可以对 本发明进行各种修改和改变。
权利要求
1、一种使用发光二极管的人造阳光系统，包括多个发光二极管模块，具有不同色温；控制单元，用于控制所述多个发光二极管模块。
2、 如权利要求1所述的人造阳光系统，还包括漫射球，所述漫射球被布 置在所述多个发光二极管模块之前，以混合从所述多个发光二极管模块发出 的光，并照射混合的光。
3、 如权利要求2所述的人造阳光系统，其中，交替地布置所述多个发光 二极管模块。
4、 如权利要求1所述的人造阳光系统，其中，所述多个发光二极管模块 具有3000K到7000K的色温。
5、 如权利要求1所述的人造阳光系统，其中，控制单元包括 存储单元，用于存储关于太阳的色温和光学特性随时间改变的数据； 微处理器，通过使用存储在存储单元中的关于太阳的色温和光学特性随时间改变的数据，来控制施加到具有不同色温的各个发光二极管模块的电流。
6、 如权利要求5所述的人造阳光系统，其中，存储单元还包括根据地球 的自转和公转的周期的太阳坐标系信息，间改变的数据和太阳坐标系信息，来控制发光二极管模块。
7、 如权利要求6所述的人造阳光系统，其中，微处理器接收位置信息， 并基于该位置信息通过使用存储在存储单元中的关于太阳的色温和光学特性 随时间改变的数据和太阳坐标系信息，来控制发光二极管模块。
8、 如权利要求6所述的人造阳光系统，其中，控制单元还包括用于识别 所述人造阳光系统的位置的全球定位系统；微处理器基于全球定位系统识别改变的数据和太阳坐标系信息，来控制发光二极管模块。
全文摘要
本发明涉及一种人造阳光系统，更具体地讲，涉及一种使用发光二极管的人造阳光系统。本发明可提供一种使用发光二极管的人造阳光系统，其能够表现出与太阳相同的随时间的发光效果。此外，本发明可提供一种便宜的并且不受位置或气候影响的使用发光二极管的人造阳光系统。
文档编号F21S2/00GK101427067SQ200780014667
公开日2009年5月6日 申请日期2007年6月27日 优先权日2006年6月28日
发明者姜锡辰, 孙源国, 元 曹 申请人:首尔半导体株式会社