特表2022-510040ＲＧＢカラーチューニング用のハイブリッド駆動スキーム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-01-25
(54)【発明の名称】ＲＧＢカラーチューニング用のハイブリッド駆動スキーム
(51)【国際特許分類】
H05B 45/22 20200101AFI20220118BHJP
H05B 45/34 20200101ALI20220118BHJP
H05B 45/345 20200101ALI20220118BHJP
H05B 47/155 20200101ALI20220118BHJP
H05B 47/105 20200101ALI20220118BHJP
H05B 45/3725 20200101ALI20220118BHJP
H05B 45/325 20200101ALI20220118BHJP
【ＦＩ】
H05B45/22
H05B45/34
H05B45/345
H05B47/155
H05B47/105
H05B45/3725
H05B45/325
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021543187
(86)(22)【出願日】2020-01-23
(85)【翻訳文提出日】2021-09-22
(86)【国際出願番号】 US2020014857
(87)【国際公開番号】W WO2020154547
(87)【国際公開日】2020-07-30
(31)【優先権主張番号】16/258,193
(32)【優先日】2019-01-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】19165527.3
(32)【優先日】2019-03-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(31)【優先権主張番号】16/543,230
(32)【優先日】2019-08-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＺＩＧＢＥＥ
(71)【出願人】
【識別番号】517152128
【氏名又は名称】ルミレッズ ホールディング ベーフェー
(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】チュー，イーフェン
(72)【発明者】
【氏名】グラント，ジョン
【テーマコード（参考）】
3K273
【Ｆターム（参考）】
3K273AA01
3K273AA02
3K273AA09
3K273BA08
3K273BA11
3K273CA02
3K273CA12
3K273CA25
3K273DA03
3K273EA07
3K273EA25
3K273EA35
3K273FA04
3K273FA07
3K273FA14
3K273FA26
3K273FA30
3K273GA05
3K273GA14
3K273HA02
3K273HA03
3K273HA15
(57)【要約】
装置は、入力電流を第１電流と第２電流とに分割するように構成されたアナログ電流分割回路と、複数のスイッチを含んだマルチプレクサアレイと、を含み、周期の第１部分の間、前記第１電流をＬＥＤの３つの色のうちの第１の色へ、及び前記第２電流をＬＥＤの３つの色のうちの第２の色へ同時に提供し、前記周期の第２部分の間、前記第１電流をＬＥＤの３つの色のうちの前記第２の色へ、及び前記第２電流をＬＥＤの３つの色のうちの第３の色へ同時に提供し、且つ前記周期の第３部分の間、前記第１電流をＬＥＤアレイの３つの色のうちの前記第１の色へ、及び前記第２電流をＬＥＤの３つの色のうちの前記第３の色へ同時に提供する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
発光ダイオード（ＬＥＤ）カラーチューニング装置であって、マルチカラーＬＥＤアレイに結合されるハイブリッド駆動回路を有し、当該ハイブリッド駆動回路は、
少なくとも２つのＬＥＤ電流駆動源に対する電流を生成するアナログ電流分割回路と、
前記アナログ電流分割回路と前記マルチカラーＬＥＤアレイとの間に結合されるスイッチングアレイであり、当該スイッチングアレイは、所定量の時間にわたって、周期的に、前記少なくとも２つのＬＥＤ電流駆動源のうちの少なくとも１つからの電流を前記マルチカラーＬＥＤアレイの少なくとも２つの色へ実質的に同時に提供するように構成される、スイッチングアレイと、
を有する、
ＬＥＤカラーチューニング装置。
【請求項2】
当該ＬＥＤカラーチューニング装置は更に、電圧レギュレータに電気的に結合されたＬＥＤドライバを有し、前記電圧レギュレータは、前記マルチカラーＬＥＤアレイに対して電圧信号を提供し、前記ＬＥＤドライバと前記電圧レギュレータとの組み合わせが、安定化させた電流を、前記アナログ電流分割回路への入力として提供する、請求項１に記載のＬＥＤカラーチューニング装置。
【請求項3】
前記スイッチングアレイはマルチプレクサアレイを有する、請求項１に記載のＬＥＤカラーチューニング装置。
【請求項4】
前記少なくとも２つのＬＥＤ電流駆動源に対する電流を生成する前記アナログ電流分割回路に電流を供給するように構成された電圧制御式電流源、を更に有する請求項１に記載のＬＥＤカラーチューニング装置。
【請求項5】
前記スイッチングアレイは、周期の第１部分の間、前記少なくとも２つのＬＥＤ電流駆動源のうちの第１のものからの第１電流を前記マルチカラーＬＥＤアレイの３つの色のうちの第１の色へ、及び前記少なくとも２つのＬＥＤ電流駆動源のうちの第２のものからの第２電流を前記マルチカラーＬＥＤアレイの３つの色のうちの第２の色へ、実質的に同時に提供し、
前記周期の第２部分の間、前記第１電流を前記マルチカラーＬＥＤアレイの３つの色のうちの前記第２の色へ、及び前記第２電流を前記マルチカラーＬＥＤアレイの３つの色のうちの第３の色へ、実質的に同時に提供し、且つ
前記周期の第３部分の間、前記第１電流を前記マルチカラーＬＥＤアレイの３つの色のうちの前記第１の色へ、及び前記第２電流を前記マルチカラーＬＥＤアレイの３つの色のうちの前記第３の色へ、実質的に同時に提供する、
ように構成される、請求項１に記載のＬＥＤカラーチューニング装置。
【請求項6】
前記周期の前記第１部分、前記第２部分、及び前記第３部分は、パルス幅変調（ＰＷＭ）タイムスライシングを用いて選択可能である、請求項５に記載のＬＥＤカラーチューニング装置。
【請求項7】
前記第１電流と前記第２電流との和が、ＬＥＤドライバから前記アナログ電流分割回路に供給される入力電流と実質的に等しい、請求項５に記載のＬＥＤカラーチューニング装置。
【請求項8】
前記少なくとも２つのＬＥＤ電流駆動源の各々が実質的に等量の電流を前記マルチカラーＬＥＤアレイに供給するように構成される、請求項５に記載のＬＥＤカラーチューニング装置。
【請求項9】
前記少なくとも２つのＬＥＤ電流駆動源の各々が等しくない量の電流を前記マルチカラーＬＥＤアレイに供給するように構成される、請求項５に記載のＬＥＤカラーチューニング装置。
【請求項10】
前記マルチカラーＬＥＤアレイは、少なくとも１つの赤色ＬＥＤと、少なくとも１つの緑色ＬＥＤと、少なくとも１つの青色ＬＥＤとを有する、請求項１に記載のＬＥＤカラーチューニング装置。
【請求項11】
前記マルチカラーＬＥＤアレイは、少なくとも１つの不飽和赤色ＬＥＤと、少なくとも１つの不飽和緑色ＬＥＤと、少なくとも１つの不飽和青色ＬＥＤとを有する、請求項１に記載のＬＥＤカラーチューニング装置。
【請求項12】
前記スイッチングアレイは、少なくとも４つのスイッチングデバイスを有する、請求項１に記載のＬＥＤカラーチューニング装置。
【請求項13】
前記ハイブリッド駆動回路は更に、前記マルチカラーＬＥＤアレイの選択されたＬＥＤにパルス幅変調（ＰＷＭ）タイムスライシング信号を供給するように構成される、請求項１に記載のＬＥＤカラーチューニング装置。
【請求項14】
発光ダイオード（ＬＥＤ）カラーチューニング装置であって、少なくとも１つの不飽和赤色ＬＥＤ、少なくとも１つの不飽和緑色ＬＥＤ、及び少なくとも１つの不飽和青色ＬＥＤを有するマルチカラーＬＥＤアレイと、
前記マルチカラーＬＥＤアレイに結合されたハイブリッド駆動回路と、
を有し、
前記ハイブリッド駆動回路は、
少なくとも２つのＬＥＤ電流駆動源に対する電流を生成するアナログ電流分割回路と、
前記アナログ電流分割回路と前記マルチカラーＬＥＤアレイとの間に結合されるスイッチングアレイであり、当該スイッチングアレイは、所定量の時間にわたって、周期的に、前記少なくとも２つのＬＥＤ電流駆動源のうちの少なくとも１つからの電流を前記マルチカラーＬＥＤアレイの少なくとも２つの色へ実質的に同時に提供するように構成される、スイッチングアレイと、
を有する、
ＬＥＤカラーチューニング装置。
【請求項15】
前記少なくとも２つのＬＥＤ電流駆動源に対する電流を生成する前記アナログ電流分割回路に電流を供給するように構成された電圧制御式電流源、を更に有する請求項１４に記載のＬＥＤカラーチューニング装置。
【請求項16】
当該ＬＥＤカラーチューニング装置は更に、第１の検知電圧ＶＳＥＮＳＥ１と第２の検知電圧ＶＳＥＮＳＥ２とを比較して設定電圧ＶＳＥＴを決定及び供給するように構成された計算装置、を有し、前記設定電圧は前記電圧制御式電流源の入力電圧である、請求項１５に記載のＬＥＤカラーチューニング装置。
【請求項17】
前記ハイブリッド駆動回路は更に、前記マルチカラーＬＥＤアレイの選択されたＬＥＤにパルス幅変調（ＰＷＭ）タイムスライシング信号を供給するように構成される、請求項１４に記載のＬＥＤカラーチューニング装置。
【請求項18】
当該ＬＥＤカラーチューニング装置は更に、電圧レギュレータに電気的に結合されたＬＥＤドライバを有し、前記電圧レギュレータは、前記マルチカラーＬＥＤアレイに対して電圧信号を提供し、前記ＬＥＤドライバと前記電圧レギュレータとの組み合わせが、安定化させた電流を、前記アナログ電流分割回路への入力として提供する、請求項１４に記載のＬＥＤカラーチューニング装置。
【請求項19】
マルチカラー発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイをチューニングする方法であって、電圧制御式電流源の入力電圧として設定電圧を決定して供給し、
入力電流を第１電流と第２電流とに分割し、
色温度の決定に基づいて、
周期の第１部分の間、実質的に同時に前記第１電流を前記マルチカラーＬＥＤアレイの３つの色のうちの第１の色へ提供するとともに前記第２電流を前記マルチカラーＬＥＤアレイの３つの色のうちの第２の色へ提供し、
前記周期の第２部分の間、実質的に同時に前記第１電流を前記マルチカラーＬＥＤアレイの３つの色のうちの前記第２の色へ提供するとともに前記第２電流を前記マルチカラーＬＥＤアレイの３つの色のうちの第３の色へ提供し、且つ
前記周期の第３部分の間、実質的に同時に前記第１電流を前記マルチカラーＬＥＤアレイの３つの色のうちの前記第１の色へ提供するとともに前記第２電流を前記マルチカラーＬＥＤアレイの３つの色のうちの前記第３の色へ提供する、
ことを有する、マルチカラーＬＥＤアレイをチューニングする方法。
【請求項20】
前記マルチカラーＬＥＤアレイのうちの異なるペアへの前記第１電流の提供及び前記第２電流の提供は、パルス幅変調（ＰＷＭ）タイムスライシングを用いて行われる、請求項１９に記載のマルチカラーＬＥＤアレイをチューニングする方法。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この出願は、２０１９年１月２５日に出願された米国特許出願第１６／２５８，１９３号に対する優先権の利益を主張するものである２０１９年８月１６日に出願された米国特許出願第１６／５４３，２３０号に対する優先権の利益を主張するとともに、２０１９年３月２７日に出願された欧州特許出願第１９１６５５２７．３号の利益を主張するものであり、これらの各々をその全体にてここに援用する。
【背景技術】
【0002】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、電流がそれを流れるときに光を発する半導体光源である。適切な電流がＬＥＤに与えられると、ＬＥＤ内で電子が電子正孔と再結合することができ、光子の形態でエネルギーを放出する。この効果はエレクトロルミネセンスと呼ばれている。発せられる光の色は、光子のエネルギーに対応し、半導体のエネルギーバンドギャップによって決定される。複数の半導体を用いること又は半導体デバイス上に波長変換材料の層を用いることによって、白色光が得られる。
【0003】
ＬＥＤドライバとも称するＬＥＤ回路は、適切な電流を提供することによってＬＥＤに電力供給するのに使用される電気回路である。この回路は、必要な輝度でＬＥＤを点灯させるのに十分な電流を提供しなければならないが、ＬＥＤを損傷してしまうことを防止するために電流を制限しなければならない。ＬＥＤに電力供給するのに十分な電流と、損傷を防止するために電流を制限することとの間のバランスが必要である。何故なら、ＬＥＤを横切る電圧降下は、広範囲の動作電流にわたって略一定であるからである。これは、印加電圧の小さい増加が電流を大幅に増加させることを引き起こす。
【0004】
赤－緑－青（ＲＧＢ）カラーチューニングスキームにおいては頻繁に、複数のＬＥＤの組み合わせが使用される。更なるＬＥＤの増加、及びＲＧＢカラーチューニングの中で各ＬＥＤに電力供給することの要件は、ＲＧＢ ＬＥＤの駆動スキームに更なる複雑さを加える。
【発明の概要】
【0005】
装置は、入力電流を第１電流と第２電流とに分割するように構成されたアナログ電流分割回路と、複数のスイッチを含んだマルチプレクサアレイと、を含み、周期の第１部分の間、前記第１電流をＬＥＤの３つの色のうちの第１の色へ、及び前記第２電流をＬＥＤの３つの色のうちの第２の色へ同時に提供し、前記周期の第２部分の間、前記第１電流をＬＥＤの３つの色のうちの前記第２の色へ、及び前記第２電流をＬＥＤの３つの色のうちの第３の色へ同時に提供し、且つ前記周期の第３部分の間、前記第１電流をＬＥＤアレイの３つの色のうちの前記第１の色へ、及び前記第２電流をＬＥＤの３つの色のうちの前記第３の色へ同時に提供する。
【図面の簡単な説明】
【0006】
添付の図面とともに例として与えられる以下の説明から、より詳細な理解が得られることになる。
【図1A】色空間を表すＣＩＥ色度図を示している。
【図1B】様々なＣＣＴ及びＢＢＬに対するそれらの関係を説明する図を示している。
【図1C】ＲＧＢチューニングのためのハイブリッド駆動回路の一回路例を示している。
【図1D】アナログ回路よりも少ないＰＣＢリソースで複雑な信号処理を扱う計算デバイス用のマイクロコントローラを示している。
【図1H】他のハイブリッド駆動回路を示している。
【図1L】他のハイブリッド駆動回路を示している。
【図1N】ＲＧＢカラーチューニング駆動のためのハイブリッド駆動の方法を示している。
【図2】一実施形態に従った集積ＬＥＤ照明システム用のエレクトロニクス基板の上面図である。
【図3A】一実施形態における、ＬＥＤデバイス取付け領域において基板にＬＥＤアレイが取り付けられたエレクトロニクス基板の上面図である。
【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チャンネル集積ＬＥＤ照明システムの一実施形態を示す図である。
【図3C】ドライバ及び制御回路とは別個のエレクトロニクス基板上にＬＥＤアレイがあるＬＥＤ照明システムの一実施形態を示す図である。
【図3D】ドライバ回路とは別個のエレクトロニクス基板上に電子回路の一部とともにＬＥＤアレイを有するＬＥＤ照明システムのブロック図である。
【図3E】マルチチャンネルＬＥＤドライバ回路を示すＬＥＤ照明システム例の図である。
【図4】アプリケーションシステムの一例を示している。
【図5A】ＬＥＤデバイスを示す図である。
【図5B】複数のＬＥＤデバイスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下、添付の図面を参照して、複数の異なる光照明システム及び／又は発光ダイオード（“ＬＥＤ”）実装の例がいっそう十分に説明される。これらの例は、相互に排他的なものではなく、更なる実装を達成するために、１つの例に見られる特徴を、１つ以上の他の例に見られる特徴と組み合わせることができる。従って、理解されることには、添付の図面に示される例は、単に例示の目的で提供されており、それらは決して本開示を限定することを意図していない。全体を通して、同様の要素は似通った符号で参照する。
【0008】
理解されることには、様々な要素を記述するために、ここでは第１、第２、第３などの用語が使用されることがあるが、それらの要素はこれらの用語によって限定されるべきでない。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使用され得る。例えば、本発明の範囲から逸脱することなく、第１の要素が第２の要素と称されてもよく、第２の要素が第１の要素と称されてもよい。ここで使用されるとき、用語“及び／又は”は、関連して列挙されるアイテムのうちの１つ以上のアイテムの任意の及び全ての組み合わせを含み得る。
【0009】
理解されることには、例えば層、領域、又は基板などの要素が他の要素の“上に”ある又は“上へと”延在するとして言及されるとき、それが直に他の要素の上にある又は直にその上へと延在してもよいし、あるいは、介在する要素も存在してもよい。対照的に、或る要素が他の要素の“直上に”ある又は“直に上へと”延在するとして言及されるときには、介在する要素は存在しないとし得る。これまた理解されることには、或る要素が他の要素に“接続される”又は“結合される”として言及されるとき、それは直に他の要素に接続又は結合されてもよいし、及び／又は、１つ以上の介在要素を介して他の要素に接続又は結合されてもよい。対照的に、或る要素が他の要素に“直に接続される”又は“直に結合される”として言及されるときには、その要素と他の要素との間に介在する要素は存在しない。理解されることには、これらの用語は、図に描かれる向きに加えて、異なる向きの要素を包含することが意図される。
【0010】
ここでは、図に示されるときの、１つの要素、層又は領域と別の要素、層又は領域との関係を記述するために、例えば“下方”、“上方”、“上側”、“下側”、“水平”又は“鉛直”などの相対的な用語が使用されることがある。理解されることには、これらの用語は、図に描かれる向きに加えて、異なる向きのデバイスを包含することが意図される。
【0011】
また、ＬＥＤ、ＬＥＤアレイ、電気部品、及び／又は電子部品が、１つの、２つの、又はもっと多くのエレクトロニクス基板上に置かれるかは、設計上の制約及び／又は用途にも依存し得る。
【0012】
半導体発光デバイス（ＬＥＤ）、又は例えば紫外線（ＵＶ）若しくは赤外線（ＩＲ）の光出力を放つデバイスなどの光出力放射デバイスは、現在利用可能な最も効率的な光源の中にある。これらのデバイスは、発光ダイオード、共振器型発光ダイオード、垂直共振器レーザダイオード、端面発光レーザ、又はこれらに類するものを含み得る。ＬＥＤは、例えば、それらの小型さ及びより低い電力要求により、数多くの様々な用途にとっての魅力的な候補であり得る。例えば、それらは、カメラ及び携帯電話などの手持ち式の電池駆動装置用の光源（例えば、フラッシュ光及びカメラフラッシュ）として使用され得る。それらはまた、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、街路灯、ビデオ用のトーチ、一般照明（例えば、家庭、店舗、オフィス及びスタジオの照明、劇場／舞台の照明、及び建築照明）、拡張現実（ＡＲ）照明、仮想現実（ＶＲ）照明のために使用され、ディスプレイ用のバックライトとして使用され、また、ＩＲ分光法に使用され得る。単一のＬＥＤでは白熱光源よりも明るくない光を提供することになり、従って、もっと明るいことが望まれる又は必要とされる用途では、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）が使用され得る。
【0013】
本説明は、高い演色評価数（ＣＲＩ）及び高い効率で白色を作り出して、特に、蛍光体変換カラーＬＥＤを用いた色の混ぜ合わせに対処する、不飽和ＲＧＢカラーＬＥＤを駆動するためのハイブリッド駆動スキームに向けられる。直接カラーＬＥＤの順電圧は、主波長が長くなるにつれて低下する。これらのＬＥＤが、マルチチャンネルＤＣ／ＤＣコンバータを用いて最良に駆動される。高い有効性及びＣＲＩを狙う新しい蛍光体変換カラーＬＥＤが作り出されて、相関色温度（ＣＣＴ）チューニング用途のための新しい可能性をもたらす。これらの新しいカラーＬＥＤは、不飽和の（淡い色合いの）カラーポイントを持っており、混ぜ合わせることで、広いＣＣＴレンジにわたって９０＋のＣＲＩを持つ白色を達成することができる。他のＬＥＤは８０のＣＲＩを実現してもよく、また、７０のＣＲＩの実現も使用され得る。これらの可能性は、この潜在性を実現及び最大化するＬＥＤ回路を必要とする。同時に、その制御回路は、市場での採用を容易にするためにシングルチャンネルの定電流ドライバと互換性があるものとし得る。
【0014】
一般に、ＬＥＤ駆動回路は、アナログアプローチ又はパルス幅変調（ＰＷＭ）アプローチを用いて形成される。アナログドライバでは、全ての色が同時に駆動される。各ＬＥＤに異なる電流を提供することによって、各ＬＥＤが独立して駆動される。アナログドライバはあるカラーシフトを生じさせ、現在のところ電流を３通りにシフトさせる手法はない。アナログ駆動はしばしば、特定の色のＬＥＤが低い電流モードに駆動されること、及びある時には非常に高い電流モードに駆動されることをもたらす。このような広いダイナミックレンジは、センシング及び制御のハードウェアに難題を課す。
【0015】
ＰＷＭでは、各色が高速に順番にオンにスイッチングされる。各色が同じ電流で駆動される。混合色は、各色のデューティサイクルを変えることによって制御される。すなわち、１つの色を別の色の２倍の長さで駆動して、混合色に付け加えることができる。人間の視覚は非常に速く変化する色を知覚することができないので、光は単一の色を持つように見える。
【0016】
例えば、第１のＬＥＤが、特定量の時間にわたって、ある電流で駆動され、次いで、第２のＬＥＤが、特定の時間にわたって同じ電流で駆動され、そして、第３のＬＥＤが、特定量の時間にわたってその電流で駆動される。各色のデューティサイクルを変えることによって混合色が制御される。例えば、ＲＧＢ ＬＥＤを有していて、ある特定の出力を望む場合、人間の眼の知覚に基づいて、サイクルの一部分で赤が駆動され、サイクルの別の部分で緑が駆動され、そして、サイクルの更に別の部分で青が駆動され得る。より低い電流で赤色ＬＥＤを駆動する代わりに、より短い時間だけ同じ電流で駆動する。この例は、ＬＥＤが十分に利用されずに非効率さをもたらすというＰＷＭのマイナス面を例証するものである。
【0017】
これら２つの駆動スキームの比較を下の表１にまとめる。表１は、各駆動技術の長所と短所を例示している。示されるように、アナログ駆動は、良好なＬＥＤ利用、全ての色によるピーク電流の共有、及び概して良好なＬＥＤ有効性及び全体的有効性を提供する。ＰＷＭは、全てのＬＥＤが比較的単純で効率的なコントローラによってピーク電流で駆動されるので、良好なカラーポイント予測可能性を提供する。
【表1】
【0018】
本駆動スキームは、上述のアナログアプローチ及びＰＷＭアプローチの組み合わされた利点を達成するハイブリッドスキームを含む。そのハイブリッドシステムは、ＰＷＭタイムスライシングに重ねるよう、２つの色のセットを仮想的なＬＥＤとして扱いながら入力電流をその都度２つの色の間で分割する。この駆動スキームは、良好な色予測可能性を保持しながら、同数のＬＥＤを用いて、アナログ駆動と同レベルの全体的有効性を達成する。ハイブリッド駆動スキームと比較して、ＰＷＭ駆動スキームは、同じ有効性を達成するために５０％も多くのＬＥＤを必要とし得る。本ハイブリッド駆動スキームの利点を表１に追加して、以下の表２に提示する。ハイブリッド駆動は、含まれるＰＷＭ駆動のカラーポイント予測可能性及びコントローラの複雑さにおける利点の使用とともに、ＬＥＤの利用、電流定格、ＬＥＤ有効性及び全体的有効性におけるアナログ駆動の利点を捕らえる。
【表2】
【0019】
図１Ａは、色空間を表すＣＩＥ色度図１を示している。色空間は三次元空間であり、すなわち、特定の均一な視覚刺激の色と明るさを規定する３つの数のセットによって色が規定される。それら３つの数は、国際照明委員会（ＣＩＥ）座標Ｘ、Ｙ、及びＺ、又は例えば色相、彩度、及び輝度などの他の値とし得る。人間の眼は３つの異なるタイプの色感受性コーンを持つという事実に基づいて、眼の反応はこれらの３つの“三刺激値”の観点で最もよく説明される。
【0020】
色度図１は、輝度を無視した二次元空間に投影された色空間である。例えば、標準ＣＩＥ ＸＹＺ色空間は、２つの色度座標ｘ、ｙによって規定される色度空間に対応する。色度は、色の品質をその輝度にかかわらずに客観的に規定するものである。色度は、色相と彩度として規定されることが多い２つの独立したパラメータで構成される。彩度は代わりに飽和度、クロマ、強度、又は刺激純度として参照されることもある。色度図１は、人間の眼によって知覚可能な色を含んでいる。色度図１は、カラーの物体から放射される光のスペクトルパワー分布（ＳＰＤ）に基づいた、そして、人間の眼に関して測定された感度曲線によって係数化された、パラメータを用いている。いずれの色も、２つの色座標ｘ及びｙの観点から正確に表され得る。所与の三原色のセット、すなわち、青、緑、及び赤の所与のセットを組み合わせることによって一致され得る色が、これら３つの色の座標、すなわち、赤座標３、緑座標４、及び青座標５を結ぶ三角形２によって色度図上に表される。三角形２は色域を表す。
【0021】
色度図１は、プランク軌跡すなわち黒体軌跡（ＢＢＬ）６を含んでいる。ＢＢＬ６は、黒体の温度が変化するにつれて白熱黒体の色が特定の色度空間内で辿る経路又は軌跡である。それは、低温での深い赤色から橙色、黄色がかった白色、白色を通って、最終的に非常に高温での青みを帯びた白色となる。一般的に言えば、人間の眼は、ＢＢＬ６からあまり離れていない白色カラーポイントを好む。ＢＢＬ６よりも上のカラーポイントは過度に緑に見え、それよりも下のカラーポイントは過度に桃色に見えることになる。
【0022】
図１Ｂは、様々なＣＣＴ及びＢＢＬ６に対するそれらの関係を説明する図１０を示している。三原色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を用い、２つの色を同時に駆動すると、本駆動スキームの色域２．１を生み出す３つの仮想カラーポイント（Ｒ－Ｇ、Ｒ－Ｂ、Ｇ－Ｂ）が作り出される。この新たな色域２．１は、古い色域２よりも小さい。２７００Ｋと４０００Ｋとの間で、色のラインが３ＳＴＥＰ以内でＢＢＬ６の下を走っている。この逸脱は、温かいＣＣＴに対してＢＢＬ６より僅かに下で人間が見る好みの範囲内である。当業者によって理解されるように、関心あるチューナブル帯域を色域２．１が完全に取り囲むように原色カラーポイントが調整され得る。電流が２つの色の間で分割されることを強いることにより、効率と利用性が向上される。
【0023】
図１Ｃは、ＲＧＢチューニングのためのハイブリッド駆動回路の一回路例２０を示している。回路２０は、電圧レギュレータ２４に電気的に接続され、一緒になって安定化電流ｌｏを生成するＬＥＤドライバ２５と、アナログ電流分割回路２１、マルチプレクサアレイ２２、及びＬＥＤアレイ２３とを含んでいる。
【0024】
ＬＥＤアレイ２３は、ハイブリッド駆動回路を用いてチューニングされるように設計された、１つ又は複数の第１色（カラー１）のＬＥＤ２６と、１つ又は複数の第２色（カラー２）のＬＥＤ２７と、１つ又は複数の第３色（カラー３）のＬＥＤ２８とを含み得る。回路２０の一実施形態において、カラー１は緑であり、カラー２は赤であり、カラー３は青であるが、カラー１、カラー１、及びカラー３には任意の色のセットが使用され得る。理解されるように、特定のチャンネルへの色を割り当ては単に設計上の選択であり、他の設計も企図され得るが、本説明は、ここに記載されるハイブリッド駆動回路の完全な理解を提供するために、カラー１ ＬＥＤ２６、カラー２ ＬＥＤ２７、及びカラー３ ＬＥＤ２８を使用するとともに、カラー１が緑として説明され、カラー２が赤として説明され、カラー３が青として説明される実施形態を記述するとし得る。
【0025】
回路２０は、入力電流Ｉ０を２つの電流Ｉ１、Ｉ２へと分割するアナログ電流分割回路２１を含む。このようなアナログ電流分割回路２１は、AN ARBITRARY-RATIO ANALOG CURRENT DIVISION CIRCUITと題された米国特許出願第１６／１４５，０５３号に記載されており、その出願を、あたかもそれがその全体にて記載されているかのようにここに援用する。アナログ電流分割回路２１は、２つの色の各々に等しい電流を提供する駆動回路の形態をとり得る。アナログ電流分割回路２１は、各色における駆動電流の正確な制御を可能にしながら、異なる色のＬＥＤ間の順電圧の不一致に対処し得る。あるいは、アナログ電流分割回路２１は、電流の不等分な分割を可能にしてもよく、それは、双方のストリングを単にオンにスイッチングすることによってでは達成することができないものである。理解されるように、本発明の精神から逸脱することなく、他のアナログ電流分割回路も利用され得る。アナログ電流分割回路２１は、ここに記載されるハイブリッド駆動回路を完全な理解のための例示的な分割器として提供されている。
【0026】
アナログ電流分割回路２１は、ＬＥＤドライバ２５及びＬＥＤアレイ２３と共に動作するようにプリント回路基板（ＰＣＢ）上にマウントされ得る。ＬＥＤドライバ２５は、当該技術分野で知られる従来からのＬＥＤドライバとし得る。アナログ電流分割回路２１は、ＬＥＤドライバ２５が、２つ以上のＬＥＤアレイ２３を利用する用途に使用されることを可能にし得る。
【0027】
アナログ電流分割回路２１の各電流チャンネルは、センス抵抗を含み得る。例えば、２つの電流チャンネルを有する一実施形態において、アナログ電流分割回路２１は、Ｖｓｅｎｓｅ１にある第１電流チャンネル３１の第１電圧を検知する第１センス抵抗（Ｒｓ１）２９と、Ｖｓｅｎｓｅ２にある第２電流チャンネル３２の第２電圧を検知する第２センス抵抗（Ｒｓ２）３０とを含む。Ｖｓｅｎｓｅ１にある電圧は、第１センス抵抗（Ｒｓ１）２９を流れる電流を表し、Ｖｓｅｎｓｅ２にある電圧は、第２センス抵抗（Ｒｓ２）３０を流れる電流を表す。
【0028】
アナログ電流分割回路２１は計算デバイス３７を含んでいる。計算デバイス３７は、第１検知電圧Ｖｓｅｎｓｅ１と第２検知電圧Ｖｓｅｎｓｅ２とを比較して設定電圧Ｖｓｅｔを決定するように構成される。第１検知電圧Ｖｓｅｎｓｅ１が第２検知電圧Ｖｓｅｎｓｅ２より低い場合、計算デバイス３７はＶｓｅｔを高めるように構成される。第１検知電圧Ｖｓｅｎｓｅ１が第２検知電圧Ｖｓｅｎｓｅ２より高い場合、計算デバイス３７は設定電圧Ｖｓｅｔを低くするように構成される。
【0029】
具体的には、計算デバイス３７は、演算増幅器（オペアンプ）３８、設定電圧Ｖｓｅｔの位置とグランドとの間のキャパシタ３９、及びキャパシタ３９に対して並列の抵抗４１を含み得る。第１検知電圧Ｖｓｅｎｓｅ１及び第２検知電圧Ｖｓｅｎｓｅ２がオペアンプ３８に送られる。計算デバイス３７は、第１検知電圧Ｖｓｅｎｓｅ１を第２検知電圧Ｖｓｅｎｓｅ２から差し引くことによって、第１検知電圧Ｖｓｅｎｓｅ１を第２検知電圧Ｖｓｅｎｓｅ２と比較するように構成され得る。オペアンプ３８が調整されたものであるときに、第１検知電圧Ｖｓｅｎｓｅ１が第２検知電圧Ｖｓｅｎｓｅ２より低いとき、計算デバイス３７は、第１検知電圧Ｖｓｅｎｓｅ１と第２検知電圧Ｖｓｅｎｓｅ２との差を充電電流に変換し、キャパシタ３９を充電して設定電圧Ｖｓｅｔを上昇させるように構成され得る。第１検知電圧Ｖｓｅｎｓｅ１が第２検知電圧Ｖｓｅｎｓｅ２より高いとき、計算デバイス３７は、第１検知電圧Ｖｓｅｎｓｅ１と第２検知電圧Ｖｓｅｎｓｅ２との差を放電電流に変換し、設定電圧Ｖｓｅｔを低下させるように構成され得る。
【0030】
従って、第１検知電圧Ｖｓｅｎｓｅ１が第２検知電圧Ｖｓｅｎｓｅ２より高い場合、計算デバイス３７は設定電圧Ｖｓｅｔを低下させることができ、それが代わって、第１電流チャンネル３１に電力を供給する第１ゲート電圧Ｖｇａｔｅ１を低下させる。言い換えると、オペアンプ３８が調整されたものであるとき、第１検知電圧Ｖｓｅｎｓｅ１は第２検知電圧Ｖｓｅｎｓｅ２に略等しい。従って、定常状態の間、第２電流チャンネル３２の電流に対する第１電流チャンネル３１の電流の比は、第１センス抵抗Ｒｓ１の値に対する第２センス抵抗Ｒｓ２の値に等しく、次式が満たされる：
Ｉ＿Ｒｓ１＝Ｖ＿ｓｅｔ／Ｒ＿ｓ１ 式１
Ｉ＿Ｒｓ２＝Ｖ＿ｓｅｔ／Ｒ＿ｓ２ 式２
Ｉ＿Ｒｓ１＝Ｖ＿ｓｅｔ／Ｒ＿ｓ１ 式１
Ｉ＿Ｒｓ２＝Ｖ＿ｓｅｔ／Ｒ＿ｓ２ 式２
【0031】
従って、第１センス抵抗Ｒｓ１の値が第２センス抵抗Ｒｓ２の値に等しい場合、第１抵抗を流れる電流Ｉ＿Ｒｓ１は、第２抵抗を流れる電流Ｉ＿Ｒｓ２に等しく、電流分割回路２１は、例えば電源電圧生成などの補助回路によって引き出される電流が無視できると仮定して、電流を二等分に分割する。なお、当業者によって理解されるように、図１Ｃに示した計算デバイス３７は数多くの可能な実装のうちの１つである。
【0032】
設定電圧Ｖｓｅｔは、第１オペアンプ３３で実装され得るものである電圧制御式電流源に送られ得る。第１オペアンプ３３は第１ゲート電圧Ｖｇａｔｅ１を提供し得る。第１ゲート電圧Ｖｇａｔｅ１は、駆動電流Ｉ１を提供するのに使用される第１トランジスタ３４に入力され得る。第１トランジスタ３４は、従来からの金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）とし得る。第１トランジスタ３４はｎチャネルＭＯＳＦＥＴとし得る。
【0033】
第２トランジスタ３５が駆動電流Ｉ２を提供し得る。第２トランジスタ３５は、従来からのＭＯＳＦＥＴとし得る。第２トランジスタ３５はｎチャネルＭＯＳＦＥＴとし得る。第２トランジスタは、第１電流チャンネル３１が調整されたものであるときにのみオンにスイッチングされ得る。第２ゲート電圧Ｖｇａｔｅ２が第２トランジスタ３５にかかり得る。
【0034】
第２ゲート電圧Ｖｇａｔｅ２は、シャントレギュレータ３６のＲＥＦ入力に供給され得る。一実施形態において、シャントレギュレータ３６は、２．５Ｖの内部基準電圧を持つ。ＲＥＦノードに与えられる電圧が２．５Ｖよりも高いとき、シャントレギュレータ３６は大電流をシンクすることができる。ＲＥＦノードに与えられる電圧が２．５Ｖよりも低いとき、シャントレギュレータ３６は非常に小さい静止電流をシンクするのみであることができる。
【0035】
大きいシンク電流は、第２トランジスタ３５のゲート電圧をその閾値より低いレベルまで引き下げることができ、それが第２トランジスタ３５をオフにスイッチングさせ得る。シャントレギュレータ３６はカソードをＲＥＦノードの下のダイオードの順電圧（Ｖｆ）よりも引っ張ることはできないとすることができる。従って、第２トランジスタ３５は、２．５Ｖよりも高い閾値電圧を持ち得る。あるいは、例えば１．２４Ｖなど、より低い内部基準電圧を有するシャントレギュレータが使用されてもよい。
【0036】
回路２０は、３つのＬＥＤ２６、２７、２８のうちの２つを、アナログ電流分割回路２１で作り出される２つの電流源Ｉ１、Ｉ２に電気的に接続するマルチプレクサアレイ２２を含んでいる。マルチプレクサアレイ２２は、回路２０内に示すように、スイッチとしても参照する４つのＭＯＳＦＥＴ Ｓ１（１１）、Ｓ２（１２）、Ｓ３（１３）、Ｓ４（１４）を含み得る。マルチプレクサアレイ２２は、都度、Ｉ１及びＩ２をＬＥＤアレイ２３の複数のカラーのうちの２つに導く。下の表が示すように、ＭＯＳＦＥＴ Ｓ１ １１及びＭＯＳＦＥＴ Ｓ４ １４の制御は、ＭＯＳＦＥＴ Ｓ２ １２及びＭＯＳＦＥＴ Ｓ３ １３が当該ＭＯＳＦＥＴ Ｓ１ １１及びＭＯＳＦＥＴ Ｓ４ １４の反転値（すなわち、Ｓ２＝反転したＳ１、且つＳ３＝反転したＳ４）であるようにされる必要がある。次式が規定される：
Ｒｓ１＊Ｉ１＝Ｒｓ２＊Ｉ２ 式３
Ｉ０＝１１＋Ｉ２ 式４
Ｒｓ１＊Ｉ１＝Ｒｓ２＊Ｉ２ 式３
Ｉ０＝１１＋Ｉ２ 式４
【0037】
動作について、このハイブリッド駆動スキームは、アナログ電流分割回路２１を利用して、ＬＥＤアレイ２３の２つの色を同時に駆動し、そして、ＬＥＤアレイ２３の第３の色とのＰＷＭタイムスライシングをかける。カラー１が緑、カラー２が赤、そしてカラー３が青である実施形態についてのアレイ２３内のＬＥＤの利用を表３に示す。
【表3】
【0038】
２つの色を同時に駆動する際、仮想カラーポイントが作り出される。電流Ｉ１とＩ２との間の比は予め定められ得る（すなわち、効率を最大化するために１：１である又は僅かに異なるとし得るが、任意の比が使用され得る）。ＬＥＤアレイ２３の３つの色を用いて、３つの仮想カラーポイント（Ｒ－Ｇ、Ｒ－Ｂ、Ｇ－Ｂ）を、ある原色Ｒ／Ｇ／Ｂ（混ぜ合わせのための４番目のカラーポイント）に加えて、作り出すことができる。それら３つの仮想カラーポイント（Ｒ－Ｇ、Ｒ－Ｂ、Ｇ－Ｂ）によって形成される三角形が、この新しい駆動スキームの色域を画成する。
【0039】
表４は、３チャンネルＬＥＤ駆動向けのハイブリッド駆動スキームの動作のタイミングシーケンスをまとめている。当業者によって理解されるように、色の具体的な順序は必ずしも重要なわけではない。ハイブリッド駆動スキームの実装にて、ＰＷＭロジック実装の複雑さを最小化するようにして複数のカラーペア（color duplets）が構成又は構成変更され得る。サンプルのタイミングシーケンスを提供するために、表４を以下に示す。サブインターバルＴ１の間、赤－緑のカラーペアが電力供給され得る。サブインターバルＴ２の間、緑－青のカラーペアが電力供給され得る。サブインターバルＴ３の間、赤－青のカラーペアが電力供給され得る。サブインターバルＴ１、Ｔ２及びＴ３の合計が組み合わさって、スイッチング周期Ｔを実質的にカバーする。
【表4】
【0040】
図１Ｄは、上述のアナログ回路よりも少ないＰＣＢリソースで複雑な信号処理を扱うために計算デバイス３７に利用され得るマイクロコントローラ４０を示している。マイクロコントローラ４０は、入力信号と、Ｓ１及びＳ４の動作を扱う。マイクロコントローラ４０は、入力１５においてＶＳＥＮＳＥ１を検知することによって入力電流の絶対値をモニタし得るとともに、ＮＴＣ１７で基板温度をモニタし得る。入力１５でのＶＳＥＮＳＥ１とＮＴＣ１７との、これらの２つの読み取り値を、駆動電流及び温度によるカラーシフトを補償するために使用することができる。０－１０Ｖは、制御入力１６を表している。マイクロコントローラ４０がＣＣＴチューニングカーブにマッピングされ得る。マイクロコントローラ４０は、入力命令をマルチプレクサアレイ２２の動作に変換する。具体的には、マイクロコントローラ４０は、スイッチＳ１を制御するための第１出力信号１１と、スイッチＳ４を制御するための第２出力信号１４とを提供し得る。
【0041】
図１Ｅは、赤色ＬＥＤ（又は赤色ＬＥＤのアレイ）が中心位置に配置された回路２０のカラーチャート４２を示している。カラーチャート４２は、図１Ｂのカラーチャートに重ねられる。カラーチャート４２は、２７００Ｋから６０００Ｋの回路２０におけるＲＢ－ＲＧ－ＢＧの使用からの到達可能な色域４３（図１Ｂからの色域２．１に一致する）と、２５００Ｋ以下の回路２０におけるＲＧ－ＲＢ－Ｒの使用からの色域４４とを描いている。色域４３は、高い効率で提供され得る。色域４４は、低下した効率で提供され得る。回路２０からの色域４３と色域４４との組み合わせが、図１Ａに関して上述した色域２に近いものとなる。色域４３と色域４４との組み合わせは、色域２の全てを完全にはカバーしないが、色域４３と色域４４との組み合わせは数多くの用途で十分であることができ、ハイブリッド回路２０によって達成される効率向上に対する妥当なトレードオフであるとし得る。
【0042】
図１Ｆは、緑色ＬＥＤ（又は緑色ＬＥＤのアレイ）が中心位置に配置された回路２０のカラーチャート４５を示している。カラーチャート４５は、図１Ｂのカラーチャートに重ねられる。カラーチャート４５は、２７００Ｋから６０００Ｋの回路２０におけるＲＢ－ＲＧ－ＢＧの使用からの到達可能な色域４３（図１Ｂからの色域２．１に一致する）と、ＢＢＬよりも上の回路２０におけるＲＧ－ＧＢ－Ｇの使用からの色域４６とを描いている。色域４３は、高い効率で提供され得る。色域４６は、低下した効率で提供され得る。回路２０からの色域４３と色域４６との組み合わせが、図１Ａに関して上述した色域２に近いものとなる。色域４３と色域４６との組み合わせは、色域２の全てを完全にはカバーしないが、色域４３と色域４６との組み合わせは数多くの用途で十分であることができ、ハイブリッド回路２０によって達成される効率向上に対する妥当なトレードオフであるとし得る。
【0043】
図１Ｇは、青色ＬＥＤ（又は青色ＬＥＤのアレイ）が中心位置に配置された回路２０のカラーチャート４７を示している。カラーチャート４７は、図１Ｂのカラーチャートに重ねられる。カラーチャート４７は、２７００Ｋから６０００Ｋの回路２０におけるＲＢ－ＲＧ－ＢＧの使用からの到達可能な色域４３（図１Ｂからの色域２．１に一致する）と、６５００Ｋを超える回路２０におけるＧＢ－ＲＢ－Ｂの使用からの色域４８とを描いている。色域４３は、高い効率で提供され得る。色域４８は、低下した効率で提供され得る。回路２０からの色域４３と色域４８との組み合わせが、図１Ａに関して上述した色域２に近いものとなる。色域４３と色域４８との組み合わせは、色域２の全てを完全にはカバーしないが、色域４３と色域４８との組み合わせは数多くの用途で十分であることができ、ハイブリッド回路２０によって達成される効率向上に対する妥当なトレードオフであるとし得る。
【0044】
図１Ｅ、１Ｆ、１Ｇから明らかなことには、単に回路２０の中心に配置されるＬＥＤを変えることによって、色域２の全ての部分が到達され得る。ＬＥＤの各構成で、色域２．１が、色域２のうちの更なる部分を加えてカバーされる。このようなカバレッジは、数多くの用途で十分であることができ、効率向上に対するトレードオフであるとし得る。
【0045】
図１Ｈは、他のハイブリッド駆動回路５０を示している。回路５０は、回路２０からの増大された色域を提供し得る。回路５０は、ここで図１Ｃに関して上述したような、アナログ電流分割回路２１、ＬＥＤアレイ２３、電圧レギュレータ２４、及びＬＥＤドライバ２５を含んでいる。図１Ｃにおいてのように、ＬＥＤアレイ２３は、ハイブリッド駆動回路を用いてチューニングされるように設計された、１つ又は複数のカラー１のＬＥＤ２６と、１つ又は複数のカラー２のＬＥＤ２７と、１つ又は複数のカラー３のＬＥＤ２８とを含み得る。回路５０ではマルチプレクサアレイ５２が使用される。回路５０の一実施形態において、カラー１は緑であり、カラー２は赤であり、カラー３は青であるが、カラー１、カラー１、及びカラー３には任意の色のセットが使用され得る。理解されるように、特定のチャンネルへの色を割り当ては単に設計上の選択であり、他の設計も企図され得るが、本説明は、ここに記載されるハイブリッド駆動回路の完全な理解を提供するために、カラー１ ＬＥＤ２６、カラー２ ＬＥＤ２７、及びカラー３ ＬＥＤ２８を使用するとともに、カラー１が緑として説明され、カラー２が赤として説明され、カラー３が青として説明される実施形態を記述するとし得る。
【0046】
マルチプレクサアレイ５２は、３つのＬＥＤ２６、２７、２８のうちの２つを、アナログ電流分割回路２１で作り出される２つの電流源Ｉ１、Ｉ２に電気的に接続する。マルチプレクサアレイ５２は、回路５０内に示すように、スイッチとしても参照する５つのＭＯＳＦＥＴ Ｓ１（５１）、Ｓ２（５３）、Ｓ３（５４）、Ｓ４（５６）、Ｓ５（５７）を含み得る。マルチプレクサアレイ５２は、都度、Ｉ１及びＩ２をＬＥＤアレイ２３の複数のカラーのうちの２つに導く。ＭＯＳＦＥＴ Ｓ１ ５１、ＭＯＳＦＥＴ Ｓ４ ５６、及びＸの制御は、ＭＯＳＦＥＴ Ｓ２ ５３及びＭＯＳＦＥＴ Ｓ３ ５４が当該ＭＯＳＦＥＴ Ｓ１ ５１及びＭＯＳＦＥＴ Ｓ４ ５６の反転値であり且つＭＯＳＦＥＴ Ｓ５ ５７がＭＯＳＦＥＴ Ｓ１ ５１とＭＯＳＦＥＴ Ｓ２ ５３との組み合わせの反転であるようにされる必要がある。具体的には、
である。
【数1】
【0047】
表５は、回路５０によって提供される取り得る組み合わせを示している。カラー１が緑、カラー２が赤、そしてカラー３が青である実施形態についてのアレイ２３内のＬＥＤの利用を表５に示す。
【表5】
【0048】
図１Ｉは、赤色及び青色ＬＥＤ（又は赤色ＬＥＤのアレイと青色ＬＥＤのアレイ）がアナログ電流によって駆動される回路５０のカラーチャート５５を示している。カラーチャート５５は、図１Ｂのカラーチャートに重ねられる。カラーチャート５５は、到達可能な色域４３（図１Ｂからの色域２．１に一致する）、色域４４、及び色域４８を描いている。色域４３は、高い効率で提供され得る。色域４４、４８は、低下した効率で提供され得る。回路５０からの色域４３、４４、４８の組み合わせが、図１Ａに関して上述した色域２に近いものとなる。色域４３、４４、４８の組み合わせは、色域２の全てを完全にはカバーしないが、色域４３、４４、４８の組み合わせは数多くの用途で十分であることができ、ハイブリッド回路５０によって達成される効率向上に対する妥当なトレードオフであるとし得る。
【0049】
図１Ｊは、赤色及び緑色ＬＥＤ（又は赤色ＬＥＤのアレイと緑色ＬＥＤのアレイ）がアナログ電流によって駆動される回路５０のカラーチャート６０を示している。カラーチャート６０は、図１Ｂのカラーチャートに重ねられる。カラーチャート６０は、到達可能な色域４３（図１Ｂからの色域２．１に一致する）、色域４４、及び色域４６を描いている。色域４３は、高い効率で提供され得る。色域４４、４６は、低下した効率で提供され得る。回路５０からの色域４３、４４、４６の組み合わせが、図１Ａに関して上述した色域２に近いものとなる。色域４３、４４、４６の組み合わせは、色域２の全てを完全にはカバーしないが、色域４３、４４、４６の組み合わせは数多くの用途で十分であることができ、ハイブリッド回路５０によって達成される効率向上に対する妥当なトレードオフであるとし得る。
【0050】
図１Ｋは、青色及び緑色ＬＥＤ（又は青色ＬＥＤのアレイと緑色ＬＥＤのアレイ）がアナログ電流によって駆動される回路５０のカラーチャート６５を示している。カラーチャート６５は、図１Ｂのカラーチャートに重ねられる。カラーチャート６５は、到達可能な色域４３（図１Ｂからの色域２．１に一致する）、色域４６、及び色域４６を描いている。色域４３は、高い効率で提供され得る。色域４６、４８は、低下した効率で提供され得る。回路５０からの色域４３、４６、４８の組み合わせが、図１Ａに関して上述した色域２に近いものとなる。色域４３、４６、４８の組み合わせは、色域２の全てを完全にはカバーしないが、色域４３、４６、４８の組み合わせは数多くの用途で十分であることができ、ハイブリッド回路５０によって達成される効率向上に対する妥当なトレードオフであるとし得る。
【0051】
図１Ｌは、他のハイブリッド駆動回路７０を示している。回路７０は、回路２０、５０からの増大された色域を提供し得る。回路７０は、ここで図１Ｃに関して上述したような、アナログ電流分割回路２１、ＬＥＤアレイ２３、電圧レギュレータ２４、及びＬＥＤドライバ２５を含んでいる。図１Ｃにおいてのように、ＬＥＤアレイ２３は、ハイブリッド駆動回路を用いてチューニングされるように設計された、１つ又は複数のカラー１のＬＥＤ２６と、１つ又は複数のカラー２のＬＥＤ２７と、１つ又は複数のカラー３のＬＥＤ２８とを含み得る。回路７０ではマルチプレクサアレイ７２が使用される。回路７０の一実施形態において、カラー１は緑であり、カラー２は赤であり、カラー３は青であるが、カラー１、カラー１、及びカラー３には任意の色のセットが使用され得る。理解されるように、特定のチャンネルへの色を割り当ては単に設計上の選択であり、他の設計も企図され得るが、本説明は、ここに記載されるハイブリッド駆動回路の完全な理解を提供するために、カラー１ ＬＥＤ２６、カラー２ ＬＥＤ２７、及びカラー３ ＬＥＤ２８を使用するとともに、カラー１が緑として説明され、カラー２が赤として説明され、カラー３が青として説明される実施形態を記述するとし得る。
【0052】
マルチプレクサアレイ７２は、３つのＬＥＤ２６、２７、２８のうちの２つを、アナログ電流分割回路２１で作り出される２つの電流源Ｉ１、Ｉ２に電気的に接続する。マルチプレクサアレイ７２は、回路７０内に示すように、スイッチとしても参照する６つのＭＯＳＦＥＴ Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６を含み得る。マルチプレクサアレイ７２は、都度、Ｉ１及びＩ２をＬＥＤアレイ２３の複数のカラーのうちの２つに導く。ＭＯＳＦＥＴ Ｓ１、ＭＯＳＦＥＴ Ｓ４、及びＸ１、Ｘ２の制御は、ＭＯＳＦＥＴ Ｓ２及びＭＯＳＦＥＴ Ｓ３が当該ＭＯＳＦＥＴ Ｓ１及びＭＯＳＦＥＴ Ｓ４の反転値であり且つＭＯＳＦＥＴ Ｓ４及びＭＯＳＦＥＴ Ｓ６がＭＯＳＦＥＴ Ｓ４とＭＯＳＦＥＴ Ｓ５との組み合わせの反転であるようにされる必要がある。具体的には、
である。
【数2】
【0053】
表６は、回路７０によって提供される取り得る組み合わせを示している。カラー１が緑、カラー２が赤、そしてカラー３が青である実施形態についてのアレイ２３内のＬＥＤの利用を表６に示す。
【表6】
【0054】
Ｉ１とＩ２との間の同じ色を交番させることにより、例えばチョッピングなどにより、Ｉ１とＩ２との間の如何なる不一致も平均化されて除かれ得る。
【0055】
図１Ｍは、色域２のフルカバレッジを提供する回路７０に関するカラーチャート７５を示している。カラーチャート７５は、図１Ｂのカラーチャートに重ねられる。カラーチャート７５は、図１Ａに関して上述した色域に一致する完全な到達可能色域４３、４４、４６、４８を描いている。
【0056】
図１Ｎは、ＲＧＢカラーチューニング駆動のためのハイブリッド駆動の方法８０を示している。方法８０は、ここに記載されるような１／２色域、３／４色域、及びフル色域の出力を生成するために、回路２０、回路５０、又は回路７０と共に使用され得る。方法８０は、ステップ８２にて、アナログ電流分割回路により、入力電流を第１電流と第２電流とに分割する。ステップ８４にて、方法８０は、マルチプレクサアレイにより、周期の第１部分の間、第１電流をＬＥＤの３つの色のうちの第１の色に、及び第２電流をＬＥＤの３つの色のうちの第２の色に同時に提供する。ステップ８６にて、方法８０は、マルチプレクサアレイにより、周期の第２部分の間、第１電流をＬＥＤの３つの色のうちの第２の色に、及び第２電流をＬＥＤの３つの色のうちの第３の色に同時に提供する。ステップ８８にて、方法８０は、マルチプレクサアレイにより、周期の第３部分の間、第１電流をＬＥＤの３つの色のうちの第１の色に、及び第２電流をＬＥＤの３つの色のうちの第３の色に同時に提供する。方法８０においては、第１電流及び第２電流をＬＥＤの異なるペアにつなぐことが、ＬＥＤの３つの色のうちの第３の色に対する駆動が提供するためのパルス幅変調（ＰＷＭ）タイムスライシングを用いて行われ得る。方法８０において、ＰＷＭは、ＬＥＤの３つの色のうちの第１の色とＬＥＤの３つの色のうちの第２の色との組み合わせと、ＬＥＤの３つの色のうちの第３の色との間で、実質的に等しくされてもよいし、あるいはＬＥＤの所望の駆動特性に異なるようにされてもよい。
【0057】
図２は、一実施形態に従った集積ＬＥＤ照明システム用のエレクトロニクス基板３１０の上面図である。代わりの実施形態において、２つ以上のエレクトロニクス基板がＬＥＤ照明システムに使用されてもよい。例えば、ＬＥＤアレイが別個のエレクトロニクス基板上にあってもよいし、あるいはセンサモジュールが別個のエレクトロニクス基板上にあってもよい。図示した例において、エレクトロニクス基板３１０は、電力モジュール３１２と、センサモジュール３１４と、接続及び制御モジュール３１６と、基板３２０へのＬＥＤアレイの取り付けのためにとっておかれたＬＥＤ取付け領域３１８とを含んでいる。
【0058】
基板３２０は、例えばトラック、トレース、パッド、ビア、及び／又はワイヤなどの導電コネクタを用いて電気部品、電子部品、及び／又は電子モジュールを機械的に支持するとともにそれらへの電気的結合を提供することが可能な任意のボードとし得る。基板３２０は、例えば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上に配置された１つ以上のメタライゼーション層を含み得る。電力モジュール３１２は、電気素子及び／又は電子素子を含み得る。一実施形態例において、電力モジュール３１２は、ＡＣ／ＤＣ変換回路、ＤＣ／ＤＣ変換回路、調光回路、及びＬＥＤドライバ回路を含む。回路２０、５０、７０のうちの１つが、電力モジュール３１２の中に含められ得る。
【0059】
センサモジュール３１４は、ＬＥＤアレイが実装される用途に必要なセンサを含み得る。センサの例は、光学センサ（例えば、ＩＲセンサ及びイメージセンサ）、モーションセンサ、熱センサ、機械センサ、近接センサ、又はタイマでさえも含み得る。一例として、街路灯、一般照明、園芸照明用途におけるＬＥＤが、例えば検出されたユーザの存在、検出された周囲照明条件、検出された気象条件などの幾つかの異なるセンサ入力に基づいて、あるいは昼／夜の時間に基づいて、ターンオフ／オン及び／又は調節され得る。これは、例えば、光出力の強度、光出力の形状、光出力の色を調節すること、及び／又はエネルギーを節約するためにライトを点灯若しくは消灯することを含み得る。ＡＲ／ＶＲ用途では、ユーザの動きを検出するためにモーションセンサが使用され得る。モーションセンサ自体が、例えばＩＲ検出器ＬＥＤなどのＬＥＤであってもよい。他の一例として、カメラフラッシュ用途では、イメージセンサ及び／又は他の光センサ若しくはピクセルを用いて、キャプチャされるシーンの照明を測定することができ、それにより、フラッシュ照明の色、強度照明パターン、及び／又は形状を最適に較正し得る。代わりの実施形態では、エレクトロニクス基板３１０はセンサモジュールを含まない。
【0060】
接続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と、外部装置から制御入力を受け取るように構成された何らかのタイプの有線又は無線モジュールとを含み得る。例として、無線モジュールは、ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｚｉｇｂｅｅ、Ｚウェイブ、メッシュ、ＷｉＦｉ、近距離無線通信（ＮＦＣ）を含むことができ、及び／又はピアツーピアモジュールが使用されてもよい。マイクロコントローラは、ＬＥＤ照明システムに組み込まれ且つＬＥＤシステム内の有線若しくは無線モジュール又は他のモジュールから入力（例えばセンサデータ及びＬＥＤモジュールからフィードバックされるデータなど）を受け取ってそれに基づいて他のモジュールへの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とし得る。特殊目的のプロセッサによって実装されるアルゴリズムが、特殊目的のプロセッサによる実行のために非一時的なコンピュータ読み取り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にて実装されてもよい。非一時的なコンピュータ読み取り可能記憶媒体の例は、読み出し専用メモリ（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を含む。メモリは、マイクロコントローラの一部として含められてもよいし、あるいは別の場所に、エレクトロニクス基板３１０上で又はそれから離してのいずれかで実装されてもよい。回路２０、５０、７０のうちの１つが、接続及び制御モジュール３１６の中に含められてもよい。
【0061】
モジュールという用語は、ここで使用されるとき、１つ以上のエレクトロニクス基板３１０に半田付けされ得る個々の回路基板上に配置された電気部品及び／又は電子部品を指し得る。しかしながら、モジュールという用語はまた、同様の機能を提供するが、同一の領域内又は複数の異なる領域内で１つ以上の回路基板に個別に半田付けされ得る電気部品及び／又は電子部品を指すこともある。
【0062】
図３Ａは、一実施形態における、ＬＥＤデバイス取付け領域３１８において基板３２０にＬＥＤアレイ４１０が取り付けられたエレクトロニクス基板３１０の上面図である。エレクトロニクス基板３１０はＬＥＤアレイ４１０と共にＬＥＤ照明システム４００Ａを表す。また、電力モジュール３１２が、Ｖｉｎ４９７で電圧入力を受け取り、トレース４１８Ｂ上で接続及び制御モジュール３１６からの制御信号を受け取り、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、電力モジュール３１２からの駆動信号によってターンオン及びターンオフされる。図３Ａに示す実施形態において、接続及び制御モジュール３１６は、トレース４１８Ｃ上でセンサモジュール３１４からのセンサ信号を受信する。回路２０、５０、７０のうちの１つ以上が、電力モジュール３１２及び／又は接続及び制御モジュール３１６の中に含められ得る。
【0063】
図３Ｂは、回路基板４９９の２つの表面に電子部品が取り付けられた２チャンネル集積ＬＥＤ照明システムの一実施形態を示している。図３Ｂに示すように、ＬＥＤ照明システム４００Ｂは、調光器信号及びＡＣ電力信号を受信するための入力を有する第１の表面４４５Ａを含み、その上にＡＣ／ＤＣコンバータ回路４１２が取り付けられている。ＬＥＤシステム４００Ｂは第２の表面４４５Ｂを含み、その上に、調光器インタフェース回路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を有する接続及び制御モジュール４１６（この例では無線モジュール）、及びＬＥＤアレイ４１０が取り付けられている。ＬＥＤアレイ４１０は、２つの独立したチャンネル４１１Ａ及び４１１Ｂによって駆動される。代わりの実施形態では、単一チャンネルを使用してＬＥＤアレイに駆動信号を提供してもよく、あるいは、任意数の複数のチャンネルを使用してＬＥＤアレイに駆動信号を提供してもよい。例えば、図３Ｅは、３つのチャンネルを持つＬＥＤ照明システム４００Ｅを例示しており、更に詳細に後述する。
【0064】
ＬＥＤアレイ４１０は、２つのグループのＬＥＤデバイスを含み得る。一実施形態例において、グループＡのＬＥＤデバイスは第１のチャンネル４１１Ａに電気的に結合され、グループＢのＬＥＤデバイスは第２のチャンネル４１１Ｂに電気的に結合される。２つのＤＣ－ＤＣコンバータ回路４４０Ａ及び４４０Ｂの各々が、それぞれＬＥＤアレイ４１０内のグループＡのＬＥＤ及びグループＢのＬＥＤを駆動するために、単一のチャンネル４１１Ａ及び４１１Ｂを介して、それぞれの駆動電流を提供し得る。これらのＬＥＤグループのうちの１つグループのＬＥＤは、第２のＬＥＤグループのＬＥＤとは異なるカラーポイントを持つ光を放つように構成され得る。それぞれ単一のチャンネル４１１Ａ及び４１１Ｂを介して個々のＤＣ／ＤＣコンバータ回路４４０Ａ及び４４０Ｂによって与えられる電流及び／又はデューティサイクルを制御することによって、ＬＥＤアレイ４１０によって放たれる光の合成カラーポイントの制御が、ある範囲内で調整され得る。図３Ｂに示す実施形態は（図２及び図３Ａに記載した）センサモジュールを含んでいないが、代わりの一実施形態はセンサモジュールを含み得る。
【0065】
図示したＬＥＤ照明システム４００Ｂは、ＬＥＤアレイ４１０と、ＬＥＤアレイ４１０を動作させるための回路とが単一のエレクトロニクス基板上に設けられた集積システムである。回路基板４９９の同じ表面上のモジュール間の接続は、モジュール間で例えば電圧、電流、及び制御信号を交換するために、例えばトレース４３１、４３２、４３３、４３４、及び４３５などの表面上若しく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、電気的に結合され得る。回路基板４９９の反対側の表面上のモジュール間の接続は、例えばビア及びメタライゼーション（図示せず）などの基板貫通相互接続によって電気的に結合され得る。
【0066】
図３Ｃは、ドライバ及び制御回路とは別個のエレクトロニクス基板上にＬＥＤアレイがあるＬＥＤ照明システムの一実施形態を示している。ＬＥＤ照明システム４００Ｃは、ＬＥＤモジュール４９０とは別個のエレクトロニクス基板上にある電力モジュール４５２を含んでいる。回路２０、５０、７０のうちの１つが電力モジュール４５２の中に含められ得る。電力モジュール４５２は、第１のエレクトロニクス基板上に、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路４１２、センサモジュール４１４、接続及び制御モジュール４１６、調光器インタフェース回路４１５、及びＤＣ／ＤＣコンバータ回路４４０を含み得る。ＬＥＤモジュール４９０は、第２のエレクトロニクス基板上に、埋込ＬＥＤ較正及び設定データ４９３、及びＬＥＤアレイ４１０を含み得る。電力モジュール４５２とＬＥＤモジュール４９０との間で、これら２つのモジュールを電気的に且つ通信可能に結合し得るワイヤを介して、データ、制御信号及び／又はＬＥＤドライバ入力信号４８５が交換され得る。埋込ＬＥＤ較正及び設定データ４９３は、ＬＥＤアレイ内のＬＥＤがどのように駆動されるかを制御するための所与の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み得る。一実施形態において、埋込較正及び設定データ４９３は、ＬＥＤ Ａ及びＢの各グループに、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を用いて、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変更するためにマイクロコントローラによって必要とされるデータを含み得る。この例において、較正及び設定データ４９３は、例えば、使用される電力チャンネルの数、ＬＥＤアレイ４１０全体によって提供されるべき混合光の所望カラーポイント、及び／又はＡＣ／ＤＣコンバータ回路４１２によって提供される電力のうち各チャンネルに提供すべき割合に関して、マイクロコントローラ４７２に通知し得る。
【0067】
図３Ｄは、ドライバ回路とは別個のエレクトロニクス基板上に電子回路の一部とともにＬＥＤアレイを有するＬＥＤ照明システムのブロック図を示している。ＬＥＤシステム４００Ｄは、電力変換モジュール４８３と、別個のエレクトロニクス基板上に位置するＬＥＤモジュール４８１とを含んでいる。回路２０、５０、７０のうちの１つが電力変換モジュール４８３の中に含められ得る。電力変換モジュール４８３は、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路４１２、調光器インタフェース回路４１５、及びＤＣ－ＤＣコンバータ回路４４０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、並びに接続及び制御モジュール４１６を含むことができる。これら２つのエレクトロニクス基板間の有線接続を介して、電力変換モジュール４８３がＬＥＤアレイ４１０にＬＥＤドライバ入力信号４８５を提供し得る。
【0068】
図３Ｅは、マルチチャンネルＬＥＤドライバ回路を示すＬＥＤ照明システム４００Ｅの一例の図である。図示した例において、システム４００Ｅは、電力モジュール４５２と、埋込ＬＥＤ較正及び設定データ４９３並びに３つのグループのＬＥＤ４９４Ａ、４９４Ｂ及び４９４Ｃを含むＬＥＤモジュール４８１とを含んでいる。図３Ｅには３つのグループのＬＥＤが示されているが、当業者が認識することには、ここに記載される実施形態と一致して任意数のグループのＬＥＤが使用され得る。また、各グループ内の個々のＬＥＤが直列に構成されているが、それらは一部の実施形態において並列に構成され得る。
【0069】
ＬＥＤアレイ４９１は、相異なるカラーポイントを持つ光を提供する複数のＬＥＤグループを含み得る。例えば、ＬＥＤアレイ４９１は、第１グループのＬＥＤ４９４Ａによる温白色光源と、第２グループのＬＥＤ４９４Ｂによる冷白色光源と、第３グループのＬＥＤ４９４Ｃによる中間白色光源とを含み得る。第１グループのＬＥＤ４９４Ａによる温白色光源は、およそ２７００ＫのＣＣＴを持つ白色光を提供するように構成された１つ以上のＬＥＤを含み得る。第２グループのＬＥＤ４９４Ｂによる冷白色光源は、およそ６５００ＫのＣＣＴを持つ白色光を提供するように構成された１つ以上のＬＥＤを含み得る。第３グループのＬＥＤ４９４Ｃによる温白色光源は、およそ４０００ＫのＣＣＴを持つ白色光を提供するように構成された１つ以上のＬＥＤを含み得る。この例では様々な白色ＬＥＤが記載されているが、当業者が認識することには、ＬＥＤアレイ４９１から様々な全体色を持つ混合光出力を提供するよう、ここに記載される実施形態と一貫性を持って他の色の組み合わせが可能である。
【0070】
電力モジュール４５２は、３つの別々のチャンネル（図３Ｅでは、ＬＥＤ１＋、ＬＥＤ２＋、及びＬＥＤ３＋として示す）上でＬＥＤアレイ４９１に電力を供給するように構成され得るものであるチューナブル光エンジン（図示せず）を含み得る。より具体的には、チューナブル光エンジンは、第１のチャンネルを介して例えば温白色光源などの第１グループのＬＥＤ４９４Ａに第１のＰＷＭ信号を供給し、第２のチャンネルを介して第２グループのＬＥＤ４９４Ｂに第２のＰＷＭ信号を供給し、且つ第３のチャンネルを介して第３グループのＬＥＤ４９４Ｃに第３のＰＷＭ信号を供給するように構成され得る。それぞれのチャンネルを介して供給される各信号が、対応するＬＥＤ又はＬＥＤグループに電力供給するために使用され得るとともに、信号のデューティサイクルが、各それぞれのＬＥＤ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、当該持続時間に基づく光特性（例えば、相関色温度（ＣＣＴ）、カラーポイント又は輝度）を持ち得る全体での光効果をもたらし得る。動作において、チューナブル光エンジンは、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化させることで、ＬＥＤアレイ４９１からの所望の発光を有する混合光を提供するよう複数のＬＥＤグループの各々のそれぞれの光特性を調節し得る。上述のように、ＬＥＤアレイ４９１の光出力は、複数グループのＬＥＤ４９４Ａ、４９４Ｂ及び４９４Ｃの各々からの発光の組み合わせ（例えば、混合）に基づくカラーポイントを持ち得る。
【0071】
動作において、電力モジュール４５２は、ユーザ入力及び／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、そして、該制御入力に基づいて、ＬＥＤアレイ４９１によって出力される光の合成色を制御するための信号を個々のチャンネルを介して提供し得る。一部の実施形態において、ユーザは、例えばセンサモジュール（図示せず）の一部とし得るノブを回したりスライダを動かしたりすることによって、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路の制御用の入力をＬＥＤシステムに提供し得る。加えて、あるいは代わりに、一部の実施形態において、ユーザは、所望の色の指示を無線モジュール（図示せず）に送信しるために、スマートフォン及び／又は他のエレクトロニクス装置を用いてＬＥＤ照明システム４０００への入力を提供し得る。
【0072】
図４は、アプリケーションプラットフォーム５６０、ＬＥＤ照明システム５５２及び５５６、並びに二次光学系５５４及び５５８を含むシステム５５０の一例を示している。ＬＥＤ照明システム５５２は、矢印５６１Ａと５６１Ｂとの間に示す光ビーム５６１を生成する。ＬＥＤ照明システム５５６は、矢印５６２Ａと５６２Ｂとの間の光ビーム５６２を生成し得る。図４に示す実施形態において、ＬＥＤ照明システム５５２から放たれた光は二次光学系５５４を通り抜け、ＬＥＤ照明システム５５６から放たれた光は二次光学系５５８を通り抜ける。代わりの実施形態では、光ビーム５６１及び５６２は如何なる二次光学系も通らない。二次光学系は、１つ以上の光ガイドである又はそれを含むことができる。該１つ以上の光ガイドは、エッジリット型であってもよいし、光ガイドの内部エッジを画成する内部開口を有していてもよい。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開口に挿入されて１つ以上の光ガイドの内部エッジ（内部開口型の光ガイド）に光を注入することができ、あるいは、外部エッジ（エッジリット型の光ガイド）に光を注入することができる。ＬＥＤ照明システム５５２及び／又は５５６内のＬＥＤは、光ガイドの一部であるベースの周囲を囲んで配置されてもよい。一実装によれば、ベースは熱伝導性とし得る。一実装によれば、ベースは、光ガイドの上に配置された放熱素子に結合され得る。放熱素子は、ＬＥＤによって生成された熱を熱伝導性のベースを介して受け取り、受け取った熱を放散するように構成され得る。上記１つ以上の光ガイドは、ＬＥＤ照明システム５５２及び５５６によって放たれた光が、例えば勾配、面取り分布、狭い分布、広い分布、角度分布、又はこれらに類するものなどで、所望のように整形されることを可能にし得る。
【0073】
実施形態例において、システム５５０は、携帯電話のカメラフラッシュシステム、屋内住宅又は商業照明、街路灯などの屋外照明、自動車、医療装置、ＡＲ／ＶＲ装置、及びロボット装置とし得る。図３Ａに示した集積ＬＥＤ照明システム４００Ａ、図３Ｂに示した集積ＬＥＤ照明システム４００Ｂ、図３Ｃに示したＬＥＤ照明システム４００Ｃ、及び図３Ｄに示したＬＥＤ照明システム４００Ｄは、実施形態例におけるＬＥＤ照明システム５５２及び５５６を例示するものである。
【0074】
実施形態例において、システム５５０は、携帯電話のカメラフラッシュシステム、屋内住宅又は商業照明、街路灯などの屋外照明、自動車、医療装置、ＡＲ／ＶＲ装置、及びロボット装置とし得る。図３Ａに示した集積ＬＥＤ照明システム４００Ａ、図３Ｂに示した集積ＬＥＤ照明システム４００Ｂ、図３Ｃに示したＬＥＤ照明システム４００Ｃ、及び図３Ｄに示したＬＥＤ照明システム４００Ｄは、実施形態例におけるＬＥＤ照明システム５５２及び５５６を例示するものである。
【0075】
アプリケーションプラットフォーム５６０は、ここで説明するように、ライン５６５又は他の適用可能な入力を介する電力バスを介して、ＬＥＤ照明システム５５２及び／又は５５６に電力を供給し得る。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／嗜好、センシングされた読み取り、予めプログラムされるか自律的に決定されるかした出力、又はこれらに類するものに基づき得る。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にあってもよいし、外部にあってもよい。
【0076】
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のセンサが、例えば視覚データ（例えば、ＬＩＤＡＲ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、距離ベースのデータ、移動データ、環境データなど、若しくはこれらに類するもの、又はこれらの組み合わせなどの、データを収集し得る。該データは、例えば物体、個人、車両などの物理的なアイテム又はエンティティと関係し得る。例えば、ＡＤＡＳ／ＡＶベースのアプリケーション用に物体近接データをセンシング装置が収集することができ、それが、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させることができる。データは、例えばＩＲ信号などの光信号を例えばＬＥＤ照明システム５５２及び／又は５５６によって放射し、そして、放射された光信号に基づくデータを収集することに基づいて収集され得る。データは、データ収集のために光信号を放射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てもよい。この例を続けるに、自動車上にセンシング装置を配置することができ、それが、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を用いてビームを放射し得る。１つ以上のセンサが、放射されたビームに対する応答又は他の適用可能な入力をセンシングし得る。
【0077】
実施形態例において、アプリケーションプラットフォーム５６０は自動車を表すことができ、ＬＥＤ照明システム５５２及びＬＥＤ照明システム５５６は自動車ヘッドライトを表すことができる。様々な実施形態において、システム５５０は、複数のＬＥＤを選択的に起動して操縦可能な光を提供するというステアラブルライトビームを備えた自動車を表し得る。例えば、ＬＥＤのアレイを用いて、形状又はパターンを画成又は投影したり、道路の選択された部分のみを照らしたりすることができる。一実施形態例において、ＬＥＤ照明システム５５２及び／又は５５６内の赤外線カメラ又は検出器ピクセルは、照明を必要とするシーンの部分（道路、横断歩道など）を識別するセンサとし得る。
【0078】
図５Ａは、一実施形態例における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を含み得る。他の実施形態において、ＬＥＤデバイスは、波長コンバータ層及び／又は一次光学系を含まないことがある。複数の個々のＬＥＤデバイス２００が、例えば上述のＬＥＤ照明システムのうちのいずれかなどのＬＥＤ照明システム内のＬＥＤアレイに含められ得る。
【0079】
図５Ａに示すように、活性層２０４は、基板２０２に隣接することができ、励起されたときに光を発する。基板２０２及び活性層２０４を形成するのに使用される好適な材料は、サファイア、ＳｉＣ、ＧａＮ、シリコンを含み、より具体的には、以下に限られないがＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂを含むＩＩＩ－Ｖ族半導体、以下に限られないがＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅを含むＩＩ－ＶＩ族半導体、以下に限られないがＧｅ、Ｓｉ、ＳｉＣを含むＩＶ族半導体、又はこれらの混合物若しくは合金から形成され得る。
【0080】
波長変換層２０６は、活性層２０４から離れていてもよいし、活性層２０４に近接していてもよいし、あるいは直上にあってもよい。活性層２０４は、波長変換層２０６内に光を放つ。波長変換層２０６は、活性層２０４によって放たれた光の波長を更に変更するように作用する。波長変換層を含むＬＥＤデバイスは、しばしば、蛍光体変換ＬＥＤ（“ＰＣＬＥＤ”）として参照される。波長変換層２０６は、例えば、透明若しくは半透明のバインダ若しくはマトリックス内の蛍光体粒子、又はセラミック蛍光体素子などの、ある波長の光を吸収して異なる波長の光を発する任意のルミネセント材料を含み得る。
【0081】
一次光学系２０８が、ＬＥＤデバイス２００の１つ以上の層上又はその上方にあってもよく、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を通ることを可能にし得る。一次光学系２０８は、これら１つ以上の層を保護するように、及び少なくとも部分的にＬＥＤデバイス２００の出力を整形するように構成された、レンズ又は封入材とし得る。一次光学系２０８は、透明及び／又は半透明な材料を含み得る。実施形態例において、一次光学系を介した光はランバート分布パターンに基づいて放射され得る。理解されることには、ランバート分布パターンとは異なる配光パターンを生成するように一次光学系２０８の１つ以上の特性が変更されてもよい。
【0082】
図５Ｂは、一実施形態例における、ピクセル２０１Ａ、２０１Ｂ、及び２０１Ｃを有するＬＥＤアレイ２１０並びに二次光学系２１２を含む照明システム２２０の断面図を示している。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を含んだピクセル２０１Ａ、２０１Ｂ、及び２０１Ｃを含んでいる。ＬＥＤアレイ２１０は、ウエハレベル処理技術を用いて製造されるモノリシックＬＥＤアレイ、５００ミクロン未満の寸法を持つマイクロＬＥＤ、又はこれらに類するものとし得る。ＬＥＤアレイ２１０内のピクセル２０１Ａ、２０１Ｂ、及び２０１Ｃは、アレイセグメンテーションを使用して形成されてもよいし、それに代えてピックアンドプレース技術を使用して形成されてもよい。
【0083】
ＬＥＤデバイス２００Ｂの１つ以上のピクセル２０１Ａ、２０１Ｂ、及び２０１Ｃの間に示される空間２０３は、空隙を含んでいてもよいし、あるいは、例えばコンタクト（例えば、ｎコンタクト）とし得る金属材料などの材料によって充填されてもよい。
【0084】
二次光学系２１２が、レンズ２０９及び導波路２０７の一方又は両方を含み得る。理解されることには、図示の例に従って二次光学系を説明しているが、実施形態例において、二次光学系２１２は、入射光を広げるため（発散光学系）、又は入射光をコリメートビームへと集めるため（コリメート光学系）に使用され得る。実施形態例において、導波路２０７は、集光器であってもよく、例えば放物線形状、円錐形状、斜面形状、又はこれらに類するものなどの、光を集中させるための任意の適用可能な形状を有し得る。導波路２０７は、入射光を反射又は再方向付けするために使用される誘電体材料、メタライゼーション層、又はこれらに類するものでコーティングされてもよい。代わりの実施形態において、照明システムは、変換層２０６Ｂ、一次光学系２０８Ｂ、導波路２０７、及びレンズ２０９のうちの１つ以上を含まないことがある。
【0085】
レンズ２０９は、以下に限られないが例えばＳｉＣ、酸化アルミニウム、ダイヤモンド、若しくはこれらに類するもの、又はこ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され得る。レンズ２０９は、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ことになるように、レンズ２０９に入力される光ビームを変更するために使用され得る。さらに、レンズ２０９は、例えば、ＬＥＤアレイ２１０のＬＥＤデバイス２０１Ａ、２０１Ｂ及び／又は２０１Ｃの点灯及び／又は非点灯の外観を決定することによってなどで、１つ以上の審美的な目的を果たし得る。
【0086】
実施形態を詳細に説明してきたが、当業者が理解することには、ここに記載された実施形態には、本明細書を所与として、発明概念の精神から逸脱することなく、変更が為され得る。従って、発明の範囲が、図示して記述した特定の実施形態に限定されるという意図はない。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図1F】
【図1G】
【図1H】
【図1I】
【図1J】
【図1K】
【図1L】
【図1M】
【図1N】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図3E】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【国際調査報告】