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特許7305784色調整可能な発光ダイオード（ＬＥＤ）システム、ＬＥＤ照明システム及び方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-06-30
(45)【発行日】2023-07-10
(54)【発明の名称】色調整可能な発光ダイオード（ＬＥＤ）システム、ＬＥＤ照明システム及び方法
(51)【国際特許分類】
H01L 33/50 20100101AFI20230703BHJP
H05B 45/10 20200101ALI20230703BHJP
H05B 45/20 20200101ALI20230703BHJP
H05B 45/325 20200101ALI20230703BHJP
H05B 47/105 20200101ALI20230703BHJP
H05B 47/155 20200101ALI20230703BHJP
【ＦＩ】
H01L33/50
H05B45/10
H05B45/20
H05B45/325
H05B47/105
H05B47/155
【請求項の数】
19
(21)【出願番号】P 2021557638
(86)(22)【出願日】2020-03-27
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-04-26
(86)【国際出願番号】 US2020025338
(87)【国際公開番号】W WO2020198628
(87)【国際公開日】2020-10-01
【審査請求日】2021-11-26
(31)【優先権主張番号】16/368,413
(32)【優先日】2019-03-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】500507009
【氏名又は名称】ルミレッズ リミテッド ライアビリティ カンパニー
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100135079
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 修
(72)【発明者】
【氏名】ソエル，ワウテル アンソン
(72)【発明者】
【氏名】ゴッツ，ウェルナー
【審査官】淺見 一喜
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１３／０００２１６７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１２－００９６８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１２０７０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－０８０９３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１４／２０３８３９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特表２０１２－５３２４５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１０－５２４２５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０００－５１３２９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１７－５３１３２４（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１２／０２３４９７（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ３３／００－３３／６４
Ｈ０５Ｂ ４５／１０，４５／２０，４５／３２５
Ｈ０５Ｂ ４７／１０５，４７／１５５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
発光デバイスであって、ＣＩＥ１９７６色座標０．３＜ｕ’＜０．３５及びｖ’＞０．５２を特徴とする不飽和オレンジ色点を有する光を放出するように構成された少なくとも１つの第１蛍光変換ＬＥＤと、
前記第１蛍光変換ＬＥＤとは別個に構成されており、ＣＩＥ１９７６色座標０．１５＜ｕ’＜０．２０及び０．４７＜ｖ’＜０．５２を特徴とする不飽和シアン色点を有する光を放出するように構成された少なくとも１つの第２蛍光変換ＬＥＤと、を備え、
前記第１蛍光変換ＬＥＤ及び前記第２蛍光変換ＬＥＤは、前記第１蛍光変換ＬＥＤによって放出される光を前記第２蛍光変換ＬＥＤによって放出される光と組み合わせて、２７００Ｋから４０００Ｋの相関色温度範囲を通して、前記発光デバイスから白色光を提供するように調整されている、
発光デバイス。
【請求項2】
前記第１蛍光変換ＬＥＤへ並びに前記第２蛍光変換ＬＥＤへの、駆動電流、デューティサイクル、又は、駆動電流並びにデューティサイクルを別個に制御するように構成されたドライバを備え、前記発光デバイスから出力される白色光の相関色温度及び出力を制御する、
請求項１記載の発光デバイス。
【請求項3】
前記発光デバイスから出力される白色光は、２７００Ｋから４０００Ｋの相関色温度範囲を通して７０を超える色レンダリングインデックスを有する、請求項２記載の発光デバイス。
【請求項4】
前記発光デバイスから出力される白色光は、２７００Ｋから４０００Ｋの相関色温度範囲を通して７０を超える色レンダリングインデックスを有する、請求項１記載の発光デバイス。
【請求項5】
前記第１蛍光変換ＬＥＤは、青色光又は紫色光を放出するように構成された第１ＬＥＤと、前記第１ＬＥＤによって放出される前記青色光又は紫色光の少なくとも一部を吸収し、これに応答して、５９０ｎｍと６５０ｎｍとの間のピーク放出波長を有する光を放出するように構成された第１蛍光体と、を備え、前記第２蛍光変換ＬＥＤは、青色光又は紫色光を放出するように構成された第２ＬＥＤと、前記第２ＬＥＤによって放出される前記青色光又は紫色光の少なくとも一部を吸収し、これに応答して、５００ｎｍと５６０ｎｍとの間のピーク放出波長を有する光を放出するように構成された第２蛍光体と、を備える、
請求項１記載の発光デバイス。
【請求項6】
前記第１蛍光体は２－５－８窒化物蛍光材料を含み、前記第２蛍光体は１つ以上のガーネット蛍光材料を含む、
請求項５記載の発光デバイス。
【請求項7】
前記第１蛍光体は、式［Ｅｕｙ，Ｂａｄ，Ｓｒ（１－ｙ－ｄ）］２Ｓｉ５Ｎ８、ただし０．００３＜ｙ＜０．０３及び０．２＜ｄ＜０．６、を有する２－５－８窒化物蛍光材料を含む、請求項６記載の発光デバイス。
【請求項8】
前記第２蛍光体は、式［Ｃｅｘ，Ｌｕａ，Ｙ（１－ａ－ｘ）］３［Ｇａｂ，Ａｌ（１－ｂ）］５Ｏ１２、ただし０．０１＜ｘ＜０．０６，０＜ａ＜１－ｘ，０＜ｂ＜０．６、を有する１つ以上のガーネット蛍光材料を含む、請求項７記載の発光デバイス。
【請求項9】
前記第２蛍光体は、異なる組成を有する２つ以上のガーネット蛍光体の混合物を含む、請求項７記載の発光デバイス。
【請求項10】
前記第２蛍光体は、式［Ｃｅｘ，Ｌｕａ，Ｙ（１－ａ－ｘ）］３［Ｇａｂ，Ａｌ（１－ｂ）］５Ｏ１２，ただし０．０１＜ｘ＜０．０６，０＜ａ＜１－ｘ，０＜ｂ＜０．６、を有する１つ以上のガーネット蛍光材料を含む、請求項５記載の発光デバイス。
【請求項11】
前記第２蛍光体は、異なる組成を有する２つ以上のガーネット蛍光体の混合物を含む、請求項５記載の発光デバイス。
【請求項12】
前記第１蛍光変換ＬＥＤは、前記第１ＬＥＤからの青色光又は紫色光を吸収し、これに応答して緑色光を放出するように構成された蛍光体を含まず、前記第２蛍光変換ＬＥＤは、前記第２ＬＥＤからの青色光又は紫色光を吸収し、これに応答して赤色光を放出するように構成された蛍光体を含まない、
請求項５記載の発光デバイス。
【請求項13】
発光デバイスを動作させる方法であって、ＣＩＥ１９７６色座標０．３＜ｕ’＜０．３５及びｖ’＞０．５２を特徴とする不飽和オレンジ色点を有する光を放出するように構成された少なくとも１つの第１蛍光変換ＬＥＤを駆動するステップと、
前記第１蛍光変換ＬＥＤとは別個に構成されており、ＣＩＥ１９７６色座標０．１５＜ｕ’＜０．２０及び０．４７＜ｖ’＜０．５２を特徴とする不飽和シアン色点を有する光を放出するように構成された少なくとも１つの第２蛍光変換ＬＥＤを駆動するステップと、
前記第１蛍光変換ＬＥＤによって放出される光を前記第２蛍光変換ＬＥＤによって放出される光と組み合わせて、前記発光デバイスから出力される白色光を提供する、ステップと、
前記第１蛍光変換ＬＥＤへ並びに前記第２蛍光変換ＬＥＤへの、駆動電流、デューティサイクル、又は、駆動電流並びにデューティサイクルを別個に制御し、
２７００Ｋから４０００Ｋの相関色温度範囲を通して、前記発光デバイスから出力される前記白色光の相関色温度及び出力を制御する、ステップと
を含む方法。
【請求項14】
０．３＜ｕ’＜０．３５及びｖ’＞０．５２の範囲のＣＩＥ１９７６色座標ｕ’及びｖ’からなる不飽和オレンジ色を有する第１光のみを放出するように構成された第１ＬＥＤと、０．１５＜ｕ’＜０．２０及び０．４７＜ｖ’＜０．５２の範囲のＣＩＥ１９７６色座標ｕ’及びｖ’からなる不飽和シアン色点を有する第２光のみを放出するように構成された第２ＬＥＤとを備え、
前記第１ＬＥＤ及び前記第２ＬＥＤは、前記第１光及び前記第２光を組み合わせるように調製され、組み合わされた前記第１光及び前記第２光の相関色温度は、２０００Ｋと４０００Ｋとの間の調整範囲を有する、
発光デバイス。
【請求項15】
前記第１ＬＥＤは、赤色窒化物蛍光体を含む蛍光変換ＬＥＤであり、前記第２ＬＥＤは、緑色蛍光体を含む蛍光変換ＬＥＤである、
請求項１４記載の発光デバイス。
【請求項16】
前記赤色窒化物蛍光体は、５９０ｎｍと６５０ｎｍとの間にピーク波長を有し、前記緑色蛍光体は、５００ｎｍと５６０ｎｍとの間にピーク放出波長を有する、
請求項１５記載の発光デバイス。
【請求項17】
組み合わされた前記第１光及び前記第２光の相関色温度を調整するように、前記第１光の量と前記第２光の量とを別個に制御するように構成されたドライバをさらに備える、請求項１４記載の発光デバイス。
【請求項18】
前記調整範囲は、約３５００Ｋで黒体軌跡を横切る、請求項１４記載の発光デバイス。
【請求項19】
前記発光デバイスにおいて、前記第１蛍光変換ＬＥＤ及び前記第２蛍光変換ＬＥＤが交互に配置されており、かつ、前記第１蛍光変換ＬＥＤ同士及び前記第２蛍光変換ＬＥＤ同士が隣り合わないように配置されている、請求項１乃至１２いずれか１項記載の発光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年３月２８日に出願された米国特許出願第１６／３６８，４１３号に対する優先権の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１９年３月２８日に出願された米国特許出願第１６／３６８，４１３号に対する優先権の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
相関色温度（ＣＣＴ）調整可能発光ダイオード（ＬＥＤ）照明システムは、２つのチャネルＬＥＤ駆動と２つのＬＥＤエミッタ群を用いて、色空間内の２つの原色点の間で直線的に調整することができ、各群は、オンになったときに、２つの原色点のうちの１つを有する光を発するように構成される。このようなＬＥＤ照明システムの調整範囲は、原色点間のＣＣＴの範囲であり得る。例えば、白色ＬＥＤ照明システムのＣＣＴ調整のために、２つの原色点は、２７００ＫのＣＣＴを有するウォームホワイトと、４０００ＫのＣＣＴを有するニュートラルホワイトとすることができ、２７００Ｋ～４０００ＫのＬＥＤ照明システムのための調整範囲を提供する。
【発明の概要】
【0003】
本願明細書において、調整可能なＬＥＤ照明システム、デバイス及び方法が記載されている。発光デバイスは、ＣＩＥ１９７６色座標０．３＜ｕ’＜０．３５及びｖ’＞０．５２を特徴とする不飽和オレンジ色点を有する光を放出するように構成された少なくとも１つの第１蛍光変換ＬＥＤと、ＣＩＥ１９７６色座標０．１５＜ｕ’＜０．２０及び０．４７＜ｖ’＜０．５２を特徴とするシアン色点を有する光を放出するように構成された少なくとも１つの第１蛍光変換ＬＥＤと、を備える。第１蛍光変換ＬＥＤ及び第２蛍光変換ＬＥＤは、第１蛍光変換ＬＥＤによって放出される光を第２蛍光変換ＬＥＤによって放出される光と組み合わせて、発光デバイスから白色光を提供するようにアレンジされている。
【図面の簡単な説明】
【0004】
【0005】
【0006】
【0007】
【0008】
【0009】
【0010】
【図1G】本明細書に記載される色調整可能ＬＥＤ照明システムの一実施形態に対するＣＣＴの関数として計算された色レンダリングインデックス（ＣＲＩ）を示すグラフである。
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【図3B】回路基板の２つの表面に電子部品が取り付けられた２チャンネル統合ＬＥＤ照明システムの一実施形態の図である。
【0015】
【図3C】ＬＥＤアレイが駆動回路及び制御回路とは別の電子回路基板上にあるＬＥＤ照明システムの一実施形態の図である。
【0016】
【図3D】ＬＥＤアレイを有するＬＥＤ照明システムを、駆動回路とは別の電子回路基板上の電子回路の一部と共に示すブロック図である。
【0017】
【図3E】マルチチャネルを示すＬＥＤ照明システムの一例の図である。
【0018】
【0019】
【0020】
【発明を実施するための形態】
【0021】
異なる照明システム及び／又は発光ダイオード（「ＬＥＤ」の）実装の例は、添付の図面を参照して、以下より詳細に説明される。これらの実施例は、相互に排他的ではなく、１つの実施例において見出される特徴は、追加の実装を達成するために、１つ以上の他の実施例において見出される特徴と組み合わせることができる。従って、添付の図面に示された実施例は、例示目的のためにのみ提供されており、それらは、本開示を決して限定することを意図するものではないことが理解されるであろう。同様の参照符号は全体を通して同様の要素を指す。
【0022】
本明細書では、第１、第２、第３などの用語は種々の要素を記述するために使用され得るが、これらの要素はこれらの用語によって限定されるべきではないことが理解されるであろう。これらの用語は、１つの要素を別の要素から区別するためにのみ使用される。例えば、本発明の範囲から逸脱することなく、第１の要素を第２の要素と称することができ、同様に、第２の要素を第１の要素と称することができる。本明細書中で使用される場合、用語「及び／又は」は、関連する列挙されたアイテムの１つ以上の任意の及びすべての組み合わせを含む。
【0023】
層、領域、又は基板などの要素が、他の要素の「上（ｏｎ）」にある又は「上に（ｏｎｔｏ）」延在すると言及されている場合、それは、直接、他の要素の上にあり若しくは他の要素の上に延在することができるか、又は、介在要素が存在することもできると理解されるであろう。対照的に、要素が「直接上（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｏｎ）」にある又は「直接上に（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｏｎｔｏ）」延在すると言及されている場合、介在要素は存在しない。また、要素が「接続（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」又は「結合（ｃｏｕｐｌｅｄ）」されていると言及されている場合、それは、他の要素に直接、接続され若しくは結合されていることもできるか、又は、介在要素が存在することもできると理解されるであろう。対照的に、要素が「直接接続（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」又は「直接結合（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ）」されていると言及される場合、介在要素は存在しない。これらの用語は、図中に示される任意の方向に加えて、要素の異なる方向を包含することが意図されることが理解されるであろう。
【0024】
「下方（ｂｅｌｏｗ）」、「上方（ａｂｏｖｅ）」、「上部（ｕｐｐｅｒ）」、「下部（ｌｏｗｅｒ）」、「水平（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）」又は「垂直（ｖｅｒｔｉｃａｌ）」などの相対的な用語は、本明細書では、図示のように、ある要素、層又は領域と別の要素、層又は領域との関係を説明するために使用することができる。これらの用語は、図示される方向に加えて、デバイスの異なる方向を包含することが意図されることが理解されるであろう。
【0025】
さらに、ＬＥＤデバイス、ＬＥＤアレイ、電気コンポーネント、及び／又は電子コンポーネントが、１つ、２つ、又はそれ以上の電子ボード上に収容されるかどうかは、設計上の制約及び／又は用途にも依存し得る。
【0026】
半導体発光デバイス（ＬＥＤ）又は紫外線又は赤外線光パワーを発する素子などの光パワー発光デバイスは、現在利用可能な最も効率的な光源の一つである。これらのデバイス（以下「ＬＥＤ」という）は、発光ダイオード、共振キャビティ発光ダイオード、垂直キャビティレーザダイオード、エッジ発光レーザ等を含み得る。例えば、ＬＥＤは、そのコンパクトなサイズ及びより低い電力要求のために、多くの異なる用途にとって魅力的な候補となり得る。例えば、それらは、カメラや携帯電話などのハンドヘルドのバッテリ駆動デバイス用の光源（例えば、フラッシュライトやカメラフラッシュ）として使用することができる。また、それらは、例えば、自動車照明、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）照明、園芸照明、街路照明、ビデオ照明、一般照明（例えば、家庭、店、オフィス及びスタジオ照明、劇場／舞台照明、及び建築照明）、拡張現実（ＡＲ）照明、仮想現実（ＶＲ）照明のために、ディスプレイのバックライトとして、さらにＩＲ分光法にも使用することができる。単一のＬＥＤは、白熱光源よりも明るくない光を提供することができ、従って、より明るくすることが望まれる、又は必要とされる用途には、マルチジャンクションデバイス又はＬＥＤのアレイ（例えば、モノリシックＬＥＤアレイ、マイクロＬＥＤアレイなど）を使用することができる。ここに記載されるような調整可能ＬＥＤ照明システムは、例えば、異なる周囲照明条件、気象条件、交通条件等の下で、より効率的で、可視的に快適で、かつ／又はより安全な照明環境を提供するために、ＬＥＤ照明システムによって提供される複合光の色点を調整することが望ましい場合がある、街路、道路、トンネル、駐車場、車庫、及び環境に敏感な区域照明のような屋外照明に特に有利であり得る。
【0027】
色空間は３次元空間であり、色は特定の均一な視覚刺激の色と明るさを指定する３つの数字の集合によって定義される。色度図は、人間の目が知覚できるすべての色を二次元空間に投影されて表している。色度図は、パラメータが着色された物体から放射される光のスペクトルパワー分布（ＳＰＤ）に基づいており、人間の眼について測定された感度曲線によって考慮される（ｆａｃｔｏｒｅｄ）ため、高精度を提供することができる。従って、任意の色は、選択された色度図において、その２つの色座標に関して正確に表現され得る。
【0028】
図１Ａは国際照明委員会（ＣＩＥ）１９７６色度図１００である。ＣＩＥ１９７６色空間は、２つの色度座標ｕ’とｖ’によって指定された対応する色度空間に直接投影され、これらは図１Ａのｕ’軸とｖ’軸として示されている。ＣＩＥ１９７６色度図１００は、パラメータＦで表される輝度を無視している
【0029】
ＣＩＥ１９７６色度図１００は、プランク軌跡又は黒体軌跡（ＢＢＬ）１０２を含む。ＢＢＬ１０２は、黒体の温度が、低いＣＣＴにおいて濃い赤から、オレンジ、黄系白、白、そして最終的には非常に高いＣＣＴにおいて青系白に変化するときに、白熱黒体の色が特定の色度空間においてとる経路又は軌跡である。一般的に言えば、ＢＢＬ１０２からあまり離れていない白色点が、一般的な照明のために好ましい。
【0030】
上述のように、リニア色調整可能ＬＥＤ照明システムは、概して、色調整可能ＬＥＤ照明システムの調整範囲のそれぞれの端部にＣＣＴを有するＬＥＤエミッタの２つの群をそれぞれ駆動する２つの主要ＬＥＤチャネルを有する。例えば、２７００Ｋ～４０００Ｋの調整範囲を有するＬＥＤ照明システムは、２７００ＫのＣＣＴを有する第１ＬＥＤエミッタ群と、４０００ＫのＣＣＴを有する第２ＬＥＤエミッタ群を含み得る。ＬＥＤ照明システムから出力される合成光の色点は、第１チャネルを介して第１ＬＥＤエミッタ群に供給される電力と、第２チャネルを介して第２ＬＥＤエミッタ群に供給される電力との混合比を変化させることによって調整され得る。その結果、これらの線形色調整ＬＥＤ照明システムでは、調整範囲のいずれかの端部で、１つのＬＥＤエミッタ群が完全にオフにされる。したがって、このようなＬＥＤ照明システムでは、ＬＥＤエミッタの稼働率（ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ）は比較的低い。
【0031】
低稼働率はいくつかの理由から不利である。例えば、より高い稼働率を有するシステムと同じ光束を達成するために、より多くＬＥＤエミッタが必要とされ得る。これは、ＬＥＤエミッタ自体、及びより多くのＬＥＤエミッタを収容する必要がある他のシステム構成要素のコストを上昇させる可能性がある。指向性照明用途の場合、低稼働率はまた、特定の光束を達成するために必要とされる光源サイズを増大させ、ＬＥＤ照明システムの全体的な輝度を低下させることがある。これは、所与の二次光学系によるビーム制御が低減され得るか、及び／又は同じビーム制御を達成するためにより大きな二次光学系が必要とされ得ることを意味し得る。
【0032】
さらに、従来の白色ＬＥＤエミッタは、ポンプ光を白色光に変換するために赤色蛍光体及び緑色蛍光体を含む。そのようなＬＥＤエミッタでは、ダウンコンバートされた緑色光は、赤色蛍光体によって再吸収され、その後、赤色光にダウンコンバートされ、２つの蛍光体の効率損失を複合する。
【0033】
本明細書に記載される実施形態は、１つ以上のＬＥＤドライバ回路の２つのチャネルから電力を受け取るように電気的に結合される２つのＬＥＤエミッタ群を提供する。第１ＬＥＤエミッタ群は、不飽和オレンジ色を有する光を放射するように構成することができる。第２ＬＥＤエミッタ群は、不飽和シアン色を有する光を放射するように構成することができる。第１ＬＥＤエミッタ群及び第２ＬＥＤエミッタ群のそれぞれに電気的に結合された２つのチャネルは、７０を超える演色指数（ＣＲＩ）で２７００Ｋと４０００Ｋとの間のＣＴＴを有する２つの群からの複合光に対して、最大のＬＥＤエミッタ稼働率及び光束を得ることができる。ＣＣＴ調整は、より低いフラックス及びＣＲＩで約２０００Ｋまで使用可能にする（ｅｎａｂｌｅｄ）ことができる。実施形態において、第１ＬＥＤエミッタ群は、５９０ｎｍと６５０ｎｍとの間のピーク発光波長を有する赤窒化物蛍光体のみを含むことができ、第２ＬＥＤエミッタ群は、５００ｎｍと５６０ｎｍとの間のピーク発光波長を有する緑色蛍光体のみを含むことができ、これにより、赤色蛍光体と緑色蛍光体との間の相互作用が、同一のＬＥＤエミッタの波長変換層内に含まれるＬＥＤ照明システムに関して、減少又は排除され得る。
【0034】
図１ＡのＣＩＥ１９７６色度図１００を参照すると、第１ＬＥＤエミッタ群は、不飽和オレンジ色点を有することができ、これは、ＣＩＥ１９７６色度座標０．３０＜ｕ’＜０．３５及びｖ’＞０．５２によって特徴付けられ得る。第１群のＬＥＤエミッタ構造は、一般式［Ｅｕｙ，Ｂａｄ，Ｓｒ（ｉ－ｙ－ｄ）］２Ｓｉ５Ｎ８、ただし０．００３＜ｙ＜０．０３、０．２＜ｄ＜０．６である、２－５－８蛍光体材料を含むことができる波長変換層を有することができる。第２ＬＥＤエミッタ群は、不飽和シアン色点を有することができ、これは、ＣＩＥ１９７６色度座標０．１５＜ｕ’＜０．２０及び０．４７＜ｖ’＜０．５２によって特徴付けられ得る。第２の群のＬＥＤエミッタ構造は、一般式［Ｃｅｘ，Ｌｕａ，Ｙ（ｉ－ａ－ｘ）］３［Ｇａｂ，Ａｌ（ｉ－ｂ）］５０１２、ただし０．０１＜ｘ＜０．０６、０＜ａ＜ｌ－ｘ、０＜ｂ＜０．６である、ガーネット蛍光体を含む波長変換層を有することができる。いくつかの実施形態において、第２群におけるＬＥＤエミッタの波長変換層は、互いに混合される、異なる組成を有する２つ以上のガーネット蛍光体材料を含むことができる。実施形態において、第１群のＬＥＤエミッタは、最小限しか又は全く緑色発光蛍光体材料を含まない波長変換層を有することができ、第２群のＬＥＤエミッタは、最小限しか又は全く赤色発光蛍光体材料を含まない波長変換層を有することができ、蛍光体－蛍光体相互作用及び関連する効率損失を制限できる。
【0035】
図１Ｂは、第１群及び第２群に対応するＬＥＤエミッタを含む、３つの例示的なＬＥＤシステム１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃの上面図を示す図である。図１Ｂに示すＬＥＤシステムの例はそれぞれ、パッケージレベル又はモジュールレベルで一体化された複数のＬＥＤエミッタを含む。図１Ｂに示される例は、第１群及び第２群の両方に対応するＬＥＤエミッタのアレイを含むＬＥＤシステムのものであるが、ＬＥＤ照明システムは、代替的に、各々が第１群又は第２群のいずれかに対応する単一色を有する光を放射する個別のＬＥＤシステムのアレイを含むこともできる。さらに、例えば中出力ＬＥＤシステムを含む、本明細書に記載の特定の実施例以外のＬＥＤシステムは、本明細書に記載した実施形態と矛盾しないように使用することができることが理解されよう。例えば、ＬＥＤシステム２２０を図５Ｂに示し、その構造を以下に詳細に説明する。
【0036】
図１Ｂに示すＬＥＤシステム１１０Ａの一例は、パッケージレベルに一体化された高出力ＬＥＤシステムである。高出力ＬＥＤシステム１１０Ａは、複数のＬＥＤエミッタ１１２を含むことができる。図１Ｂに示される特定の例において、エミッタは、基板１１４上の４つの別個のＬＥＤデバイス１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ、及び１１２Ｄである。ＬＥＤデバイス１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ、１１２Ｄの各々は、第１群Ａに属する不飽和オレンジＬＥＤデバイス、又は第２群Ｂに属する不飽和シアンＬＥＤデバイスのいずれかである。当業者は、高出力ＬＥＤシステムが、任意の数の、本明細書に記載される実施形態と一致するＬＥＤデバイスを含んでもよいことを認識するであろう。任意のドーム１１６が、ＬＥＤデバイス１１２の全て及び基板１１４の少なくとも一部に設けられることができる。
【0037】
図１Ｂに示される別の例示的なＬＥＤシステム１１０Ｂは、パッケージレベルで統合されたチップオンボード（ＣＯＢ）ＬＥＤシステムである。図示の例では、ＣＯＢ ＬＥＤシステム１１０Ｂは、基板１２０上に複数のエミッタ１１８を含む。波長変換層は、個々のエミッタ列が、群Ａに対応する不飽和オレンジ色点又は群Ｂに対応する不飽和シアン色点をそれぞれ有する光を放射するように、エミッタ１１８上にパターニングされ得る。ドーム（図示せず）は、任意に、エミッタ１１８及び基板１２０の少なくとも一部を覆って設けられることができる。この実施例は、ＣＯＢ ＬＥＤシステム１１０Ｂとして説明されるが、代替の実施形態では、モノリシックＬＥＤアレイが使用され、図１Ｂに示されるものと同様のパターン化された波長変換層を備えることができる。さらに、図１Ｂにストライプ状の波長変換層パターンが示されているが、波長変換層は、ＬＥＤシステムが２つのチャネルドライバに電気的に結合され、Ａ群のエミッタが不飽和オレンジ色点を有する光を放射し、Ｂ群のエミッタが不飽和シアン色点を有する光を放射し、ＬＥＤシステム１１０Ｂの合成光出力が所望の調整範囲内のＣＣＴを有するように駆動されるように、任意の方法でパターン化されることができる。
【0038】
図１Ｂに示す別の例示的なＬＥＤシステム１ ＩＯＣは、モジュールレベルで一体化された個別のＬＥＤシステム１２４のアレイ１２２を含むＬＥＤモジュールである。アレイ１２２は、基板１２６上に配置され、１２個の個別のＬＥＤシステム１２４を含み、各々は、群Ａに対応する不飽和オレンジ色点又は群Ｂに対応する不飽和シアン色点のいずれかを有する光を放射するように構成された単一のＬＥＤデバイス又はＬＥＤエミッタのアレイを有する。各ＬＥＤシステム１２４は、ドーム１２７などのそれ自身の光学系を任意で含んでもよい。図１ＢのＬＥＤアレイ１２２には１２個の個別のＬＥＤシステム１２４が含まれているが、設計上の制約に応じて、任意の数のＬＥＤシステムを含めることができることが理解されよう。
【0039】
第１群及び第２群のＬＥＤエミッタは、特定のＣＣＴ及び光束を有する複合出力光を提供するために、第１群及び第２群の各々に提供される駆動電流及び／又はデューティサイクルを別々に制御することができる別々のチャネルを介して、ドライバに電気的に結合することができる。ＬＥＤ照明システムは、電流分割回路、電流スイッチング回路、及びパルス幅変調回路などの色調整回路を含むことができ、連続的に又はパルス幅変調パターンのいずれかで各チャネルを介して提供される電流を生成及び制御することができる。ドライバ及び／又は色調整回路は、ＬＥＤ照明システムマイクロコントローラなどの制御ユニットに電気的に及び／又は通信的に結合されてもよく、この制御ユニットは、別々の記憶ユニット（ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｕｎｉｔ）からデータを読み出し、１つ以上のセンサ及び／又はタイマから入力を受け取り、及び／又は外部装置から有線又は無線受信機を介して制御コマンドを受け取ることができる。制御ユニットは、色調整回路を制御することができ、１つ以上の受信入力に基づいてＬＥＤ照明システムのための目標ＣＣＴ及びフラックスを設定することができる。本明細書に記載されるＬＥＤシステムが組み込まれ得る、ドライバ、制御ユニット、センサ、及び無線及び／又は有線受信機を含み得るＬＥＤ照明システムの例は、図２、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ及び３Ｅに関して以下に記載され、したがって、これらのＬＥＤ照明システム構成要素の説明、及び本明細書に記載されるＬＥＤ照明システムの動作は、これらの図に関して以下により詳細に提供される。
【0040】
上述のように、本明細書に記載されるように、第１群及び第２群のＬＥＤエミッタを組み込む屋外ＬＥＤ照明システムでは、設計上の制約を設定して、２７００Ｋ～４０００Ｋの範囲にわたって高い一定の光束が提供される一方で、この範囲にわたって７０を超えるＣＲＩを達成し、より低い光束及びＣＲＩが許容され得る２０００Ｋまで調整することを可能にする。
【0041】
図１Ｃは、第１群のＬＥＤエミッタ及び第２群のＬＥＤエミッタのシミュレートされたスペクトルを示すグラフ１５０である。グラフ１５０において、曲線１５２は、第２群における例示的な不飽和シアンＬＥＤエミッタのスペクトルを表し、曲線１５４は、第１群における例示的な不飽和オレンジＬＥＤエミッタのスペクトルを表す。グラフ１５０は、３８０ｎｍと７８０ｎｍとの間の波長における２つのＬＥＤエミッタタイプのそれぞれについてのスペクトルパワーをＷ／ｎｍで示す。
【0042】
図１Ｄは、例示的な不飽和オレンジ色点１６６と例示的な不飽和シアン色点１６８との間の調整経路１６２を示すグラフ１６０であり、これは、第１群及び第２群のＬＥＤエミッタによって発光される光に対応し得る。曲線１６４は、ＢＢＬを表し、グラフ１６０は、ＢＢＬ １６４に関して異なるＣＣＴを示す。見られるように、調整経路１６２によって表される調整範囲は、３５００ＫでＢＢＬを横切っており、約２０００Ｋから４０００Ｋの間でＢＢＬ １６４に比較的近接している。
【0043】
実施形態において、ＬＥＤエミッタの光束は、スペクトルに含まれる放射線の光効率によって、類似のＬＥＤエミッタの光束をスケーリングすること（すなわち、類似の色ポイントで、及び類似の蛍光体を使用すること）によって推定することができる。これにより、本明細書に記載されるＬＥＤ照明システムの性能を、ＢＢＬ １６４上にプライマリを有する最先端のＣＣＴ調整可能ＬＥＤ照明システムと基本的に比較することができる。
【0044】
図１Ｅは、本明細書に記載される色調整可能ＬＥＤ照明システムの実施形態（１７２）と、３つの参照色調整可能ＬＥＤ照明システム：２２００～４０００Ｋ（１７４）、２２００～５０００Ｋ（１７６）、及び２２００～６５００Ｋ（１７８）との間で、種々のＣＣＴにおける光束の間の比較を示すグラフ１７０である。本明細書に記載の色調整可能ＬＥＤ照明システムから得ることができる最大フラックスは、参照色調整可能ＬＥＤ照明システムのそれよりもわずかに高いだけかもしれない、２７００～４０００Ｋの目標範囲にわたって維持することができる一定フラックスは、本明細書に記載のシステムにおいてより高いＬＥＤ稼働率のために、著しく高い。
【0045】
以下の表１は、本明細書に記載されるＬＥＤ照明システム及び基準ＬＥＤ照明システムに対するこの一定のフラックスレベルを示す。この計算から１７％の増加が推定される。利得は、３０００～４０００ＫのＣＣＴ範囲にわたる一定フラックスを考慮すると２１％になる。これは、同じフラックスを達成し、光学システムを変更することなく光学制御を改善し、及び／又はＬＥＤをより低い駆動条件で駆動し、有効性を改善する一方で、ＬＥＤデバイス又はエミッタの数及びフィクスチャのサイズを低減するために利得を利用することができるので、多くの屋外用途において主要な利点を提供することができる。
【表1】
【0046】
図１Ｆは、本明細書に記載の調整可能なＬＥＤ照明システムの実施形態（１８２）及び２２００Ｋから４０００Ｋ（１８４）、２２００Ｋから５０００Ｋ（１８６）、２２００Ｋ～６５００Ｋ（１８８）にわたって調整可能な参照ＬＥＤ照明システムのＢＢＬ（Ｄｕｖによって表される）からの調整経路の距離を示すグラフ１７０である。定義によれば、オンＢＢＬ白色原色を利用する参照ＬＥＤ照明システムは、ＢＢＬを下回る調整経路を有し、２２００～６５００Ｋの参照ＬＥＤ照明システムは、－０．００９のＤｕｖに達する。本明細書に記載のＬＥＤ照明システムでは、調整経路は、約３５００ＫでＢＢＬを横断し、より低いＣＣＴではＤｕｖが約－０．００５まで、より高いＣＣＴではＤｕｖが約＋０．００５までである。これは、様々な研究（例えば、Ｏｈｎｏら、Ｒｅａら）で観察された白点選好に定性的に対応し、従って、好ましくないとは予想されず、潜在的にはプランク調整経路に比べて好ましいことさえある。
【0047】
図１Ｇは、実質的に２－５－８窒化物蛍光体からなる１つ以上のＬＥＤエミッタと、実質的にガーネット蛍光体からなる１つ以上のＬＥＤエミッタとを含むＬＥＤ照明システムからの合成光出力の計算されたＣＲＩを示すグラフ１９０である。両群は、個々に、ＣＲＩが７０未満の出力光である。図中の線１９２によって示されるが、ＩＧ、混合スペクトルは、２７００～４０００Ｋの範囲について７０をはるかに上回るＣＲＩを有し最大フラックス動作を伴い、２０００～２７００Ｋの動作範囲では６０を依然として上回るＣＲＩを有する。
【0048】
図１Ｈは、本明細書に記載される実施形態にしたがってＬＥＤ照明システムを動作させる例示的な方法のフロー図１９３である。図１Ｈで例示される実施例において、第１群のＬＥＤエミッタは、第１電流及び第１デューティサイクルの少なくとも１つを有する第１の信号を受信する（１９４）。第２群のＬＥＤエミッタは、第２電流及び第２デューティサイクルのうちの少なくとも１つを有する第２の信号を受信することができる（１９５）。第１群のＬＥＤエミッタは、第１信号に応答して、不飽和オレンジ色点及び第１フラックスを有する光を発することができる（１９６）。第２群のＬＥＤエミッタは、第２信号に応答して、不飽和シアン色点及び第２フラックスを有する光を発することができる（１９８）。特定の工程が図１Ｈに示されているが、当業者は、多少の工程が含まれ得ることを理解するであろう。さらに、任意の工程を組み合わせて、同時に実施することができる。工程の順序も、工程のうちの任意の１つ以上が異なる順序で実施されるように変更されることができる。
【0049】
図２は、一実施形態による、統合ＬＥＤ照明システム用の電子回路基板３１０の上面図である。代替の実施形態では、ＬＥＤ照明システムのために２つ以上の電子回路基板を使用することができる。例えば、ＬＥＤアレイは別個の電子回路基板上にあってもよく、又はセンサモジュールは別個の電子回路基板上にあってもよい。図示の例では、電子回路基板３１０は、基板３２０上に、パワーモジュール３１２、センサモジュール３１４、接続性及び制御モジュール３１６、上述のような、ＬＥＤアレイ又は（１つ以上の）個々のＬＥＤシステム１１０の取り付けのために確保されたＬＥＤ取り付け領域３１８、を含む。
【0050】
基板３２０は、電気部品、電子部品、及び／又は電子モジュールを機械的に支持し、これらを、トラック、トレース、パッド、ビア、及び／又はワイヤなどの導電性コネクタを使用して、電気的に結合することができる任意のボードであることができる。基板３２０は、誘電体複合材料などの非導電性材料の１つ以上の層の間又はその上に配置された１つ以上のメタライゼーション層を含むことができる。パワーモジュール３１２は、電気及び／又は電子素子を含むことができる。一実施形態では、パワーモジュール３１２は、ＡＣ／ＤＣ変換回路、調光回路、ＬＥＤドライバ回路、及び色調整回路６００を含む。ＬＥＤドライバ回路は、例えば、ＤＣ／ＤＣ変換回路及び他の必要な又は所望の電圧整流回路を含んでもよい。色調整回路６００は、本明細書に記載される実施形態にしたがって、第１群及び第２群のＬＥＤエミッタに供給される電力の混合比を変化させて、ＬＥＤエミッタによって出力される複合光のＣＣＴを制御するように構成されることができ、他の実施形態ではＬＥＤデバイス取り付け領域３１８に取り付けられることができる。
【0051】
センサモジュール３１４は、以下の用途に必要なセンサを含むことができる。ＬＥＤデバイス、システム、又はアレイが実装される。例示的なセンサは、光学センサ（例えば、ＩＲセンサ及びイメージセンサ）、運動センサ、熱センサ、機械センサ、近接センサ、又はタイマを含んでもよい。例えば、本明細書に記載されるようなＬＥＤ照明システムは、ユーザの検出された存在、検出された周囲照明条件、検出された気象条件などの多数の異なるセンサ入力に基づいて、又は昼夜の時間に基づいて、オフ／オン調整及び／又はＣＣＴ調整されることができる。これは、例えば、光出力の強度、光出力の形状、及び／又は光出力のＣＣＴを調整すること、及び／又は、エネルギーを節約するためにＬＥＤデバイス、システム、又はエミッタをオン又はオフにすることを含み得る。モーションセンサ自体は、赤外線検出器ＬＥＤのようなＬＥＤであってもよい。代替的実施形態では、電子回路基板３１０は、センサモジュールを含まないが、センサ又はセンサモジュールは、別個の電子回路基板（図示せず）又は他の基板外の位置（ｏｆｆ ｂｏａｒｄ ｌｏｃａｔｉｏｎｓ）に設けることができる。
【0052】
接続性及び制御モジュール３１６は、システムマイクロコントローラ及び外部装置から制御入力を受け取るように構成された任意のタイプの有線又は無線モジュールを含むことができる。例えば、無線モジュールは、ブルートゥース、ジグビー、Ｚ－波、メッシュ、ＷｉＦｉ、近距離無線通信（ＮＦＣ）及び／又はピアツーピア・モジュールを含むことができる。マイクロコントローラは、ＬＥＤ照明システムに組み込まれ、有線又は無線モジュール又はＬＥＤ照明システム内の他のモジュール（センサデータ及びＬＥＤモジュールからフィードバックされたデータなど）から入力を受け取り、それに基づいて他のモジュールに制御信号を提供するように構成された又は構成可能な任意のタイプの専用コンピュータ又はプロセッサであってもよい。特殊目的プロセッサによって実装されるアルゴリズムは、特殊目的プロセッサによって実行されるための非一時的コンピュータ読取可能記憶媒体に組み込まれたコンピュータプログラム、ソフトウェア、又はファームウェアで実装することができる。非一時的コンピュータ読取可能記憶媒体の例には、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、レジスタ、キャッシュメモリ、及び半導体メモリデバイスが含まれる。メモリは、マイクロコントローラの一部として含まれてもよく、又は、電子回路基板３１０上又は外の他の場所で実装されてもよい。本願明細書に記載される実施形態では、本願明細書に記載されるようなＬＥＤ照明システムは、有線又は無線モジュールを介するユーザ入力に基づいて、オフ／オン調整及び／又はＣＣＴ調整されてもよい。例えば、ユーザは、特定のＣＣＴを有する照明を所望することがあり、携帯電話又はコンピュータのようなユーザ入力装置を介して、所望のＣＣＴ又は同様の入力を有線又は無線モジュールに提供することができる。他の実施形態では、ユーザは、ＬＥＤ照明システムをオフ／オンにし、及び／又はＬＥＤ照明システムのＣＣＴを調整するために、センサデータと共に使用し得る入力を入力できる。
【0053】
本明細書で使用されるモジュールという用語は、１つ以上の電子回路基板３１０に半田付けされ得る個々の回路基板上に配置される電気及び／又は電子部品を指すことができる。しかしながら、用語「モジュール」は、同様の機能を提供するが、同一の領域又は異なる領域内の１つ以上の回路基板に個別に半田付けされてもよい、電気及び／又は電子部品を指すこともできる。
【0054】
図３Ａは、一実施形態におけるＬＥＤデバイス取り付け領域３１８において基板３２０に取り付けられたＬＥＤアレイ４１０を有する電子回路基板３１０の上面図である。電子回路基板３１０は、ＬＥＤアレイ４１０と共に、ＬＥＤ照明システム４００Ａを表す。さらに、パワーモジュール３１２は、Ｖｉｎ４９７で電圧入力を受け取り、接続性及び制御モジュール３１６からの制御信号をトレース４１８Ｂ上で受け取り、トレース４１８Ａ上でＬＥＤアレイ４１０に駆動信号を提供する。ＬＥＤアレイ４１０は、本明細書に記載されるように、色調整回路６００を含み得るパワーモジュール３１２からの駆動信号を介してオン及びオフ調整される。図３Ａに示す実施形態では、接続性及び制御モジュール３１６は、トレース４１８Ｃを介してセンサモジュール３１４からセンサ信号を受信する。ＬＥＤアレイ４１０は、本明細書に記載されるように、第１群のＬＥＤエミッタ及び第２群のＬＥＤエミッタを含むことができる。
【0055】
図３Ｂは、回路基板４９９の２つの表面に実装された電子部品を有する２チャンネル統合ＬＥＤ照明システムの一実施形態を示す。図３Ｂに示すように、ＬＥＤ照明システム４００Ｂは、調光信号及びＡＣパワー信号を受信するための入力を有する第１の表面４４５Ａと、その上に取り付けられたＡＣ／ＤＣコンバータ回路４１２とを含む。ＬＥＤシステム４００Ｂは、調光インターフェース回路４１５、ＤＣ‐ＤＣコンバータ回路４４０Ａ及び４４０Ｂ、マイクロコントローラ４７２を有する接続性及び制御モジュール４１６（この例では無線モジュール）、を有する第２の表面４４５Ｂと、その上に取り付けられたＬＥＤアレイ４１０と、を含む。ＬＥＤアレイ４１０は、２つの独立したチャネル４１１Ａ及び４１１Ｂによって駆動される。代替の実施形態では、単一チャネルを使用して、ＬＥＤアレイに駆動信号を提供することができ、又は任意の数の複数チャネルを使用して、ＬＥＤアレイに駆動信号を提供することができる。例えば、図３Ｅは、３つのチャネルを有するＬＥＤ照明システム４００Ｄを示し、以下でさらに詳細に説明する。図３Ｂには示されていないが、ＤＣ－ＤＣコンバータ回路４４０Ａ及び４４０Ｂはそれぞれ、色調整回路（図示せず）を含み得る独立した単一チャネルドライバの一部であり得る。
【0056】
ＬＥＤアレイ４１０は、ＬＥＤエミッタの２つの群を含むことができ、これらは、本明細書に記載される第１群及び第２群のＬＥＤエミッタであり得る。例示的な実施形態では、群ＡのＬＥＤエミッタは、第１チャネル４１１Ａに電気的に結合され、群ＢのＬＥＤエミッタは、第２チャネル４１１Ｂに電気的に結合される。２つのＤＣ－ＤＣコンバータ４４０Ａ及び４４０Ｂのそれぞれは、ＬＥＤアレイ４１０内のＬＥＤエミッタの、Ａ及びＢのそれぞれの群を駆動するために、それぞれ単一のチャネル４１１Ａ及び４１１Ｂを介して、それぞれの駆動電流を提供することができる。複数の群のうちの１つの群ＬＥＤエミッタは、第２群のＬＥＤエミッタとは異なる色点を有する光を放射するように構成することができる。実施形態において、第１群及び第２群Ａ及びＢは、それぞれ、上述のように、不飽和オレンジ色点及び不飽和シアン色点を有してもよい。ＬＥＤアレイ４１０によって放射される光の合成色点の制御は、個々のＤＣ－ＤＣコンバータ回路４４０Ａ及び４４０Ｂによってそれぞれ単一のチャネル４１１Ａ及び４１１Ｂを介して印加される電流及び／又はデューティサイクルを制御することによって、範囲内で調整されることができる。これは、色調整回路（図示せず）を使用して実行されてもよい。図３Ｂに示される実施形態は（図２及び図３Ａに記載されるように）センサモジュールを含まないが、代替的実施形態はセンサモジュールを含み得る。
【0057】
図示されたＬＥＤ照明システム４００Ｂは、以下を含む統合システムである。ＬＥＤアレイ４１０及びＬＥＤアレイ４１０を動作させるための回路は、単一の電子回路基板上に設けられる。回路基板４９９の同じ表面上のモジュール間の接続は、例えば、電圧、電流、及び、モジュール間の制御信号を交換するために、トレース４３１、４３２、４３３、４３４、及び４３５などの表面又は表面下の相互接続又はメタライゼーション（図示せず）によって、電気的に結合されることができる。回路基板４９９の反対側の表面上のモジュール間の接続は、ビア及びメタライゼーション（図示せず）のような基板相互接続によって電気的に結合されることができる。
【0058】
図３Ｃは、ＬＥＤ照明システム４００Ｃの一実施形態を示し、ＬＥＤアレイは、ドライバ及び制御回路とは別の電子回路ボード上にある。ＬＥＤ照明システム４００Ｃは、ＬＥＤモジュール４９０とは別の電子回路基板上にあるパワーモジュール４５２を含む。パワーモジュール４５２は、第１電子回路基板上に、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路４１２、センサモジュール４１４、接続性及び制御モジュール４１６、調光インターフェース回路４１５、ＤＣ－ＤＣコンバータ４４０、及び色調整回路６００を含むことができる。ＬＥＤモジュール４９０は、第２電子回路基板上に、埋め込みＬＥＤ較正及び設定データ４９３及びＬＥＤアレイ４１０を含むことができる。データ、制御信号及び／又はＬＥＤドライバ入力信号４８５は、パワーモジュール４５２とＬＥＤモジュール４９０との間で、２つのモジュールを電気的及び通信的に結合するワイヤを介して、交換されることができる。
【0059】
埋め込まれたＬＥＤ較正及び設定データ４９３は、所与のＬＥＤ照明システム内の他のモジュールによって必要とされる任意のデータを含んでもよく、ＬＥＤアレイ内のＬＥＤがどのように駆動されるかを制御する。一実施形態では、埋め込み較正及び設定データ４９３は、例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号を使用して、Ａ及びＢの各ＬＥＤ群に電力を供給するようにドライバに指示する制御信号を生成又は修正するためにマイクロコントローラが必要とするデータを含むことができる。本実施例では、較正及び設定データ４９３は、マイクロコントローラ（図示せず）に以下を通知することができる。例えば、使用されるべき電力チャネルの数、ＬＥＤアレイ４１０全体によって提供されるべき複合光の所望の色点、及び／又は各チャネルに提供するためにＡＣ／ＤＣコンバータ回路４１２によって提供される電力のパーセンテージなどである。
【0060】
図３Ｄは、駆動回路とは別個の電子回路基板上のいくつかの電子機器と共にＬＥＤアレイを有するＬＥＤ照明システム４００Ｄのブロック図を示す。ＬＥＤシステム４００Ｄは、別個の電子回路基板上に配置された電力変換モジュール４８３及びＬＥＤモジュール４８１を含む。パワー変換モジュール４８３は、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路４１２、調光インターフェース回路４１５、ＤＣ－ＤＣコンバータ回路４４０、及び色調整回路６００を含むことができ、ＬＥＤモジュール４８１は、埋込ＬＥＤ較正及び設定データ４９３、ＬＥＤアレイ４１０、センサモジュール４１４、及び接続性及び制御モジュール４１６を含むことができる。パワー変換モジュール４８３は、２つの電子回路基板間の有線接続を介して、ＬＥＤドライバ入力信号４８５をＬＥＤアレイ４１０に提供することができる。
【0061】
図３Ｅは、マルチチャネルＬＥＤドライバ回路を示す、ＬＥＤ照明システムの例示的な４００Ｅの図である。図示の例では、ＬＥＤ照明システム４００Ｅは、パワーモジュール４５２及びＬＥＤモジュール４８１を含み、ＬＥＤモジュール４８１は、埋込ＬＥＤ較正及び設定データ４９３と、３つのＬＥＤエミッタ群４９４Ａ、４９４Ｂ及び４９４Ｃとを含む。図３Ｅには３つのＬＥＤエミッタ群が示されているが、当業者であれば、本明細書に記載した実施形態と一致して、任意の数のＬＥＤエミッタ群を使用することができることを認識するであろう。さらに、各群内の個々のＬＥＤエミッタは、直列に配置されるが、いくつかの実施形態では、並列に配置されてもよい。
【0062】
ＬＥＤアレイ４９４は、異なる色点を有する光を提供するＬＥＤエミッタ群を含むことができる。例えば、ＬＥＤアレイ４９４は、第１ＬＥＤエミッタ群４９４ Ａを介する暖白色光源（ｗａｒｍ ｗｈｉｔｅ ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ）、第２ＬＥＤエミッタ群４９４Ｂを介する冷白色光源（ｃｏｏｌ ｗｈｉｔｅ ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ）、及び第３ＬＥＤエミッタ群４９４Ｃを介する中性白色光源（ｎｅｕｔｒａｌ ｗｈｉｌｅ ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ）を含むことができる。第１ＬＥＤエミッタ群４９４ Ａを介する暖白色光源は、約２７００Ｋの相関色温度（ＣＣＴ）を有する白色光を提供するように構成された１つ以上のＬＥＤエミッタを含むことができる。第２ＬＥＤエミッタ群４９４Ｂを介する冷白色光源は、約６５００ＫのＣＣＴを有する白色光を提供するように構成された１つ以上のＬＥＤエミッタを含むことができる。第３ＬＥＤエミッタ群４９４Ｃを介する中性白色光源は、約４０００ＫのＣＣＴを有する光を提供するように構成された１つ以上のＬＥＤエミッタを含むことができる。この実施例では、様々な白色ＬＥＤエミッタが説明されているが、当業者は、他の色の組み合わせが、本明細書で説明した実施形態と整合して、様々な全体的な色を有するＬＥＤアレイ４９４からの合成光出力を提供することが可能であることを認識するであろう。
【0063】
パワーモジュール４５２は、３つの別個のチャネル（図３ＥにおいてＬＥＤ１＋、ＬＥＤ２＋、及びＬＥＤ３＋として示される）を介してＬＥＤアレイ４９４に電力を供給するように構成され得る色調整回路（図示せず）を含むことができる。より具体的には、色調整回路は、第１ＰＷＭ信号を暖白色光源としての第１ＬＥＤエミッタ群４９４Ａに第１チャネルを介して供給し、第２ＰＷＭ信号を第２ＬＥＤエミッタ群４９４Ｂに第２チャネルを介して供給し、第３ＰＷＭ信号を第３ＬＥＤエミッタ群４９４Ｃに第３チャネルを介して供給しするように構成されることができる。それぞれのチャネルを介して供給される各信号は、対応するＬＥＤデバイス又はＬＥＤエミッタ群にパワーを供給するために使用され得、信号のデューティサイクルは、それぞれの群のオン及びオフ状態の全体的な持続時間を決定し得る。オン及びオフ状態の持続時間は、持続時間に基づいて光特性（例えば、相関色温度（ＣＣＴ）、色点又は輝度）を有し得る全体的な光効果を生じ得る。動作において、色調整回路は、ＬＥＤアレイ４９４からの所望の発光を有する複合光を提供するために、ＬＥＤエミッタ群のそれぞれのそれぞれの光特性を調整するために、第１、第２、及び第３の信号のデューティサイクルの相対的な大きさを変更することができる。上述のように、ＬＥＤアレイ４９４の光出力は、ＬＥＤエミッタ群４９４Ａ、４９４Ｂ、及び４９４Ｃの各々からの光発光の組み合わせ（例えば、混合）に基づく色点を有してもよい。上述の実施形態は２つのチャネルドライバに関するものであるが、当業者であれば、所望の場合、第３チャネルによって駆動される第３ＬＥＤエミッタ群を上述の実施形態に追加することができ、不飽和オレンジの第１ＬＥＤエミッタ群、不飽和シアン第２のＬＥＤエミッタ群、第３色の第３ＬＥＤエミッタ群はＬＥＤアレイ４９４上に設けられるようにできることを、理解するであろう。他の実施形態では、２チャネルドライバは、図３Ｅに示される実施形態と同様に動作し、２つの駆動チャネルＬＥＤ１＋及びＬＥＤ２＋が、第３の駆動チャネルＬＥＤ３ ＋なしで使用され得る
【0064】
動作において、パワーモジュール４５２は、ユーザ及び／又はセンサ入力に基づいて生成された制御入力を受け取り、個々のチャネルを介して信号を提供して、制御入力に基づいてＬＥＤアレイ４９４によって出力される光の合成色を制御することができる。いくつかの実施形態において、ユーザは、ノブを回転させるか、又はセンサモジュール（図示せず）の一部であり得るスライダを移動させることによって、ＬＥＤ照明システムに入力を提供することができる。代替的に又は付加的に、いくつかの実施形態では、スマートフォン及び／又は他の電子デバイスを使用してＬＥＤ照明システム４００Ｅに入力を提供して、所望の色の表示を無線モジュール（図示せず）に送信することができる。
【0065】
図４は、アプリケーションプラットフォーム５６０を含むシステム５５０の例を示している。ＬＥＤ照明システム５５２、５５６、及び二次光学系５５４、５５８。ＬＥＤ照明システム５５２は、矢印５６１ａと５６１ｂとの間に示される光ビーム５６１を生成する。ＬＥＤ照明システム５５６は、矢印５６２ａと５６２ｂとの間に光ビーム５６２を生成することができる。図４に示す実施形態では、ＬＥＤ照明システム５５２から放射された光は、二次光学系５５４を通過し、ＬＥＤ照明システム５５６から放射された光は、二次光学系５５８を通過する。代替的の実施形態では、光ビーム５６１及び５６２は、いかなる二次光学系も通過しない。二次光学系は、１つ又は複数の光ガイドであり得るか、又は１つ又は複数の光ガイドを含み得る。１つ以上の光ガイドは、エッジライト（ｅｄｇｅ ｌｉｔ）であり得るか、又は光ガイドの内部エッジを画定する内部開口部を有することができる。ＬＥＤ照明システム５５２及び／又は５５６は、１つ以上の光ガイドの内部エッジ（内部開口光ガイド）又は外部エッジ（エッジライト光ガイド）に光を注入するように、１つ又は複数の光ガイドの内部開口部に挿入されてもよい。ＬＥＤ照明システム５５２及び／又は５５６のＬＥＤは、光ガイドの一部であるベースの周囲に配置されてもよい。実施形態によれば、ベースは熱伝導性であることができる。実施形態によれば、ベースは、光ガイド上に配置された放熱要素（ｈｅａｔ－ｄｉｓｓｉｐａｔｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ）に結合されることができる。放熱要素は、熱伝導性ベースを介してＬＥＤによって生成された熱を受け取り、受け取った熱を放散するように構成されることができる。１つ以上の光ガイドは、ＬＥＤ照明システム５５２及び５５６によって放出される光を、例えば、勾配、面取り分布、狭い分布、広い分布、角度分布などを用いて所望の方法で成形することを可能にする。
【0066】
例示的な実施形態では、システム５５０は、カメラフラッシュシステムの携帯電話、屋内又は商業照明、街路照明などの屋外照明、自動車、医療装置、ＡＲ／ＶＲ装置、及びロボット装置であることができる。図３Ａに示される統合ＬＥＤ照明システム４００Ａ、図３Ｂに示される統合ＬＥＤ照明システム４００Ｂ、図３Ｃに示されるＬＥＤ照明システム４００Ｃ及び図３Ｄに示されるＬＥＤ照明システム４００Ｄは、例示的実施形態のＬＥＤ照明システム５５２及び５５６を示す。
【0067】
アプリケーションプラットフォーム５６０は、本明細書で説明するように、パワーバス５６５又は他の適用可能な入力を介して、ＬＥＤ照明システム５５２及び／又は５５６に電力を供給することができる。さらに、アプリケーションプラットフォーム５６０は、ＬＥＤ照明システム５５２及びＬＥＤ照明システム５５６の動作のために、ライン５６５を介して入力信号を提供することができ、この入力は、ユーザ入力／設定（ｐｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）、センシングされた読み取り、予めプログラムされた又は自律的に決定された出力などに基づくことができる。１つ以上のセンサは、アプリケーションプラットフォーム５６０のハウジングの内部又は外部にあることができる。
【0068】
様々な実施形態において、アプリケーションプラットフォーム５６０のセンサ及び／又はＬＥＤ照明システム５５２及び／又は５５６のセンサは、視覚データ（例えば、ライダーデータ、ＩＲデータ、カメラを介して収集されたデータなど）、音声データ、距離に基づくデータ、動きデータ、環境データなど、又はそれらの組み合わせなどのデータを収集することができる。データは、物体、個人、車両などの物理的アイテム又は実体と関連付けることができる。例えば、検出装置は、ＡＤＡＳ／ＡＶベースのアプリケーションのためのオブジェクト近接データを収集することができ、これは、物理的なアイテム又はエンティティの検出に基づいて検出及びその後の動作を優先することができる。例えばＬＥＤ照明システム５５２及び／又は５５６による、ＩＲ信号などの光信号の放出、及び、放出された光信号に基づくデータの収集に基づいて、データを収集することができる。データは、データ収集のために光信号を放出するコンポーネントとは異なるコンポーネントによって収集されることができる。続いて、検知装置は、自動車上に配置され、垂直共振器表面発光レーザを用いてビームを放出することができる。１つ以上のセンサは、放出されたビーム又は他の任意の適用可能な入力に対する応答を感知することができる。
【0069】
図５Ａは、例示的実施形態におけるＬＥＤデバイス２００の図である。ＬＥＤデバイス２００は、基板２０２、活性層２０４、波長変換層２０６、及び一次光学系２０８を含んでもよい。他の実施形態では、ＬＥＤデバイスは、波長変換層及び／又は一次光学系を含まなくてもよい。個々のＬＥＤデバイス２００は、上述のＬＥＤ照明システムのいずれかなど、ＬＥＤ照明システム内のＬＥＤアレイに含まれてもよく、エミッタと称されてもよい。
【0070】
図５Ａに示すように、活性層２０４は基板２０２と隣接することができ、励起されたときにポンプ光を放出する。基板２０２及び活性層２０４を形成するために用いられる適切な材料は、サファイヤ、ＳｉＣ、ＧａＮ、Ｓｉｌｉｃｏｎを含み、より詳しくは、ＡＩＮ，Ａ１Ｐ，ＡｌＡｓ，ＡｌＳｂ， ＧａＮ，ＧａＰ，ＧａＡｓ，ＧａＳｂ，ＩｎＮ，ＩｎＰ，ＩｎＡｓ，ＩｎＳｂを含むがこれらに限定されないＩＩＩ－Ｖ半導体、ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，ＣｄＳｅ，ＣｄＴｅを含むがこれらに限定されないＩＩ－ＶＩ半導体、Ｇｅ，Ｓｉ，ＳｉＣを含むがこれらに限定されないＩＶ族半導体、及びこれらの混合物若しくは合金から形成されることができる。
【0071】
波長変換層２０６は、活性層２０４から離れていても、活性層２０４に近接していても、又はその直接上にあってもよい。活性層２０４は、波長変換層２０６内にポンプ光を放出する。波長変換層２０６は、ポンプ光の少なくとも一部を吸収して、活性層２０４によって放出される光の波長をさらに修正するように作用し、したがって、ＬＥＤデバイスの各々から放射される結合光が特定の色点を有する。波長変換層を含むＬＥＤデバイスは、しばしば蛍光変換ＬＥＤ（「ＰＣＬＥＤ」）と呼ばれる。波長変換層２０６は、任意のルミネッセンス材料、例えば、透明又は半透明のバインダ又はマトリックス中の蛍光体粒子、又はセラミック蛍光体要素を含むことができ、これらは、１つの波長の光を吸収し、異なる波長の光を放出する。
【0072】
一次光学系２０８は、ＬＥＤデバイス２００の１つ又は複数の層の表面上又は上方（ｏｎ ｏｒ ｏｖｅｒ）にあることができ、活性層２０４及び／又は波長変換層２０６からの光が一次光学系２０８を通過することを可能にする。一次光学系２０８は、１つ以上の層を保護し、少なくとも部分的に、ＬＥＤデバイス２００の出力を成形するように構成されたレンズ又はカプセルであり得る。一次光学系２０８は、透明及び／又は半透明材料を含むことができる。例示的な実施形態では、一次光学系を介する光は、ランベルト分布パターンに基づいて放出されることができる。一次光学系２０８の１つ以上の特性を修正して、ランベルト分布パターンとは異なる光分布パターンを生成することができることが理解されよう。
【0073】
図５Ｂは、ＬＥＤエミッタ２０１Ａ、２０１Ｂ、及び２０１Ｃを有するＬＥＤアレイ２１０、ならびに例示的な実施形態における二次光学系２１２を含む、ＬＥＤシステム２２０の断面図を示す。ＬＥＤアレイ２１０は、各々がそれぞれの波長変換層２０６Ｂ、活性層２０４Ｂ及び基板２０２Ｂを含むＬＥＤエミッタ２０１Ａ、２０１Ｂ及び２０１Ｃを含む。ＬＥＤアレイ２１０は、ウェハレベル処理技術を用いて製造されたモノリシックＬＥＤアレイ、５００ミクロン以下の寸法を有するマイクロＬＥＤなどであることができる。ＬＥＤアレイ２１０内のＬＥＤエミッタ２０１Ａ、２０１Ｂ、及び２０１Ｃは、アレイセグメンテーションを使用して、あるいは代替的にピックアンドプレース技術を使用して形成され得る。
【0074】
１つ以上のＬＥＤエミッタ２０１Ａ、２０１Ｂ、及び２０１Ｃの間に示される空間２０３は、空隙を含んでもよく、又はコンタクト（例えば、ｎコンタクト）であり得る金属材料などの材料によって充填されてもよい。
【0075】
二次光学系２１２は、レンズ２０９及び導波路の一方又は両方を含んでもよい。図示された実施例に従って、二次光学系を説明するが、実施例において、二次光学系２１２は、入射光を拡散するため（発散光学系）、又は入射光をコリメートされたビームに集めるため（コリメート光学系）に使用されてもよいことが理解されよう。例示的な実施形態では、導波路又は導波管２０７は、集光器であってもよく、放物線形状、円錐形状、斜面形状等のような光を集光するために任意の適用可能な形状を有してもよい。導波路２０７は、誘電体材料、メタライゼーション層、又は入射光を反射又はリダイレクトするために使用される類似物でコーティングされてもよい。代替的実施形態では、照明システムは、波長変換層２０６Ｂ、主光学系２０８Ｂ、導波路２０７、及びレンズ２０９のうちの１つ又は複数を含まなくてもよい。
【0076】
レンズ２０９は、ＳｉＣ、酸化アルミニウム、ダイヤモンド等、又はそれらの組み合わせなどの、任意の適用可能な透明材料から形成することができるが、これらに限定されない。レンズ２０９からの出力ビームが所望の測光仕様を効率的に満たすように、レンズ２０９に入力される光ビームを修正するために、レンズ２０９を使用することができる。さらに、レンズ２０９は、ＬＥＤアレイ２１０のＬＥＤエミッタ２０１ Ａ、２０ ＩＢ及び／又は２０１Ｃの点灯及び／又は消灯外観を決定することなどによって、１つ以上の美的目的を果たすことができる。
【0077】
本発明を詳細に説明してきたが、当業者であれば、本開示を考慮すると、本明細書に記載された本発明の概念意図から逸脱することなく、本発明に修正を加えることができることが理解されるであろう。従って、本発明の範囲は、図示及び説明された特定の実施形態に限定されることを意図するものではない。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図IE】
【図1F】
【図1G】
【図1H】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図3E】
【図4】
【図5A】
【図5B】