全般照明用の固体照明器具
【課題】照明パネルの主平面に平行な第1の面を有するタイルと、タイルの第1の面上に配置され、光を発するように構成された複数の固体照明デバイスと、タイルの第1の面上の反射シートと、反射シート上の輝度増強フィルムとを備える照明パネルを提供すること。
【解決手段】反射シートは、タイルと輝度増強フィルムとの間に配置することができ、輝度増強フィルムは、放出光のオンアクシス強度を増大させるように構成することができる。全般照明用に適合された照明器具は、上述の照明パネルと、制御信号に応答して照明デバイスの列にオン状態駆動電流を供給するように構成された電流供給回路と、固体照明デバイスのうちの1つから光を受け取るように配置された光センサと、光センサから出力信号を受け取り、この光センサの出力信号に応じて制御信号を調整するように構成された制御システムとを備える。
【解決手段】反射シートは、タイルと輝度増強フィルムとの間に配置することができ、輝度増強フィルムは、放出光のオンアクシス強度を増大させるように構成することができる。全般照明用に適合された照明器具は、上述の照明パネルと、制御信号に応答して照明デバイスの列にオン状態駆動電流を供給するように構成された電流供給回路と、固体照明デバイスのうちの1つから光を受け取るように配置された光センサと、光センサから出力信号を受け取り、この光センサの出力信号に応じて制御信号を調整するように構成された制御システムとを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、固体照明(solid state lighting)に関し、より具体的には、固体照明の光出力を調整するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【0002】
固体照明アレイは、多くの照明用途に使用されている。例えば、固体照明デバイスのアレイを備える固体照明パネルが、例えば建築物照明および/またはアクセント照明における直接照明源として使用されている。固体照明デバイスには、例えば、1つ又は複数の発光ダイオード(LED)を備えるパッケージ化された発光デバイスが含まれる。無機LEDは一般に、pn接合を形成した半導体層を備える。有機発光層を備える有機LED(OLED)は、別のタイプの固体発光デバイスである。固体発光デバイスは一般に、発光層または発光領域における電子的キャリア、すなわち電子および正孔の再結合を通じて光を発生させる。
【0003】
固体照明パネルは普通、携帯型電子デバイスで使用されるLCD表示画面などの小型液晶ディスプレイ(LCD)の表示画面のバックライトとして使用される。さらに、固体照明パネルを屋内照明などの全般照明(general illumination)に使用することに対する関心も高まっている。
【0004】
光源の演色評価数(color rendering index)は、光源によって生成された光が幅広い範囲の色を正確に照明する能力の客観的な尺度である。演色評価数は、単色光源の実質的に0から、白熱光源の約100までの範囲をとる。大規模バックライト用途および照明用途では、照明パネルによって照明された物体がより自然に見えるように、高い演色評価数を有する白色光を生成する照明源を使用することがしばしば望ましい。したがって、このような照明源は一般に、赤色、緑色および青色発光デバイスを含む固体照明デバイスのアレイを備える。赤色、緑色および青色発光デバイスに同時に通電されると、結果として生じる結合された光は、赤色、緑色および青色源の相対的な強度に応じて、白色またはほぼ白色に見える。「白色」とみなすことができる多くの異なる光の色相(hue)がある。例えば、ナトリウム蒸気(sodium vapor)照明デバイスによって生成される光など一部の「白色」光は、黄色味がかって見えることがあり、一部の蛍光照明デバイスによって生成される光など他の「白色」光はより青みを帯びて見えることがある。
【0005】
特定の光源の色度(chromaticity)を、その光源の「カラーポイント(color point)」と呼ぶことができる。白色光源に関しては、その色度を光源の「ホワイトポイント(white point)」と呼ぶことができる。白色光源のホワイトポイントは、所与の温度に加熱された黒体放射体によって発せられる光の色に対応する色度ポイントの軌跡に沿って低下する。したがって、ホワイトポイントは、光源の相関色温度(CCT)によって識別することができ、光源の相関色温度は、加熱された黒体放射体がその光源の色相と一致する温度である。白色光は一般に、約4000から8000KのCCTを有する。CCTが4000の白色光は黄色味がかった色を有し、CCTが8000Kの白色光はより青みを帯びている。
【0006】
より大型の照明用途では、複数の固体照明パネルを例えば2次元アレイとして1つに接続して、照明システムを構成することができる。しかしながら、残念なことに、照明システムによって生成される白色光の色相は、パネル間で、かつ/または照明デバイス間でさえも異なる場合がある。このような変動は、異なるLEDからの発光の強度の変動、ならびに/または照明デバイス内および/もしくはパネル上におけるLEDの配置の変動を含む多くの因子による可能性がある。したがって、パネル間で一貫した色相を有する白色光を生み出すマルチパネル照明システムを構築するために、多数のパネルによって生成される光の色相および彩度(saturation)、または色度を測定し、比較的に近い色度を有するパネルのサブセットを選抜して、それらをマルチパネル照明システムで使用することが望ましいことがある。これは、歩留りを低下させ、かつ/または製造工程のための在庫費用を増大させる可能性がある。
【0007】
また、たとえ最初に製造されたときに、固体照明パネルが一貫した所望の色相の光を有する場合であっても、時間の経過とともに、かつ/または温度変化の結果として、パネル内の固体デバイスの色相および/または輝度(brightness)が不均一に変化し、それにより、それらのパネルから構成された照明パネルの全体のカラーポイントが時間の経過とともに変化することがあり、かつ/または、照明パネルにおいて色が不均一になることがある。さらに、照明パネルの所望の色相および/または輝度レベルを提供するために、ユーザが照明パネルの光出力特性を変更したい場合もある。
【0008】
固体照明源は、全般照明用の従来の照明源に優る多くの利点を有するだろう。例えば、従来の白熱スポットライトは、30平方インチの開口から光を投射する150ワットランプを含むことがある。したがって、この源は、1平方インチ当たり約5ワットの電力を消費する。このような源は、わずか約10ルーメン毎ワットの効率を有し、このことは、所与の面積から光を生成する能力に換算して、このような源が、比較的に小さな空間において、1平方インチ当たり約50ルーメンの光束を生成することを意味する。
【0009】
従来の白熱スポットライトは、比較的に明るく、指向性の高い光源を提供する。しかしながら、白熱スポットライトは、小さな面積しか照明することができない。したがって、白熱スポットライトがたとえ比較的に高い光出力を有するとしても、全般照明、例えば部屋の照明に対しては適当でない可能性がある。したがって、屋内で使用されるとき、スポットライトは一般に、アクセント照明用途または補助照明用途に使用される。
【0010】
一方、蛍光灯は、全般照明により適した形で光を生み出す。蛍光灯は、源の近くではその強度が1/rに比例して低下する線光源(line source of light)に近い。rは源からの距離である。さらに、全般室内照明および/または他の目的に対してより有用な平面光源(plane source of light)に近づけるため、蛍光源は一般にパネルとしてまとめられる。これは、平面光源によって生成される光の強度が、源の近くにおいて点光源または線光源ほど急激には低下しないためである。
【0011】
一般的な蛍光源は3つの蛍光灯を含むことがあり、これらの蛍光灯は、灯1つ当たり40ワットの光を発し、合計120ワットの光を発することができる。全般室内照明用の一般的な蛍光パネルは、消費電力約0.1ワット/平方インチに相当する約24”×48”の寸法を有するだろう。蛍光源は、最大約65ルーメン毎ワットを生み出すことができ、24”×48”照明パネルでは約7ルーメン毎平方インチの全体輝度を与える。これは、同様の電力の白熱スポットライトの輝度よりもかなり低いが、蛍光パネルの分散された性質および室内照明に対するその適合性が、蛍光パネルを全般照明用途の普及した選択肢にした。しかしながら、前述のとおり、蛍光は、わずかに青みを帯びて見え、または白くぼやけて見えることがある。さらに、蛍光灯は、成分として水銀を含むため、環境上問題となる可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
したがって、全般照明用の照明源の改善が引き続き求められている。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明のいくつかの実施形態による照明パネルは、前記照明パネルの主平面(principal plane)に平行な第1の面を有する、少なくとも1つのタイル又は1つ若しくは複数のLEDが取り付けられたLEDモジュールと、前記少なくとも1つのタイルの前記第1の面の上に配置され、光を発するように構成された複数の固体照明デバイスと、前記少なくとも1つのタイルの前記第1の面の上の反射シートと、前記反射シートの上の輝度増強フィルム(brightness enhancement film)とを備える。前記反射シートは、前記少なくとも1つのタイルと前記輝度増強フィルムとの間に配置することができ、前記輝度増強フィルムは、第1の方向を有する光を前記照明パネルから優先的に放出し、前記第1の方向とは異なる第2の方向を有する光を優先的に反射して前記照明パネルへ戻すように構成することができる。
【0014】
前記反射シートは、前記反射シートに入射した光を反射し、散乱させるように構成することができる。前記反射シートは、前記反射シートを貫通した複数の開口を備えることができ、前記複数の開口のそれぞれは、前記複数の固体照明デバイスのうちの対応するものと整列している。前記複数の開口のそれぞれは、傾斜した側壁を備えることができ、それによって前記複数の固体照明デバイスのうちの対応するものの周囲に反射光学空洞を形成する。特定の実施形態では、反射シートがプラスチック発泡体を含むことができる。
【0015】
前記照明パネルはさらに、前記反射シートと前記輝度増強フィルムとの間に拡散シートを備えることができる。前記輝度増強フィルムは、前記輝度増強フィルムを通過する光線の少なくとも一部を、前記照明パネルの前記主平面に垂直な方向に向けて曲げるように構成された複数の3次元光抽出形体を備えることができる。前記光抽出形体は、ランダムな形体(random feature)とすることができる。
【0016】
前記輝度増強フィルムは、前記複数の固体発光デバイスによって発せられた光が前記照明パネルから直接に放出されることを制限して、それによって前記照明パネル内での光の再循環/拡散(recycling/diffusion)を促進するように構成することができる。いくつかの実施形態では、前記光抽出形体はフレネル型レンズを備え、かつ/または前記輝度増強フィルムを、前記照明パネルによって放出される光を実質的に平行にするように構成することができる。
【0017】
前記照明パネルはさらに、前記少なくとも1つのタイルの前記第1の面に対向する第2の面の上にあって、前記少なくとも1つのタイルから、前記少なくとも1つのタイルからの光放出方向とは反対の方向に熱を引き離すように構成されたヒートシンクパネルを備えることができる。前記ヒートシンクパネルは、黒い陽極酸化アルミニウム(black anodized aluminum)を含むことができる。
【0018】
前記ヒートシンクパネルは、前記ヒートシンクパネルの熱抵抗を低減させるように構成された複数のヒートシンク形体を含むことができる。複数のヒートシンク形体は、冷却フィンを含むことができる。前記複数のヒートシンク形体のそれぞれは、前記複数の固体発光デバイスのうちの対応するものと整列させることができる。
【0019】
本発明のいくつかの実施形態は、全般照明用に適合された照明器具を提供する。前記照明器具は、少なくとも1つのタイルと、電気的に一列に接続され、前記少なくとも1つのタイルの第1の面の上に配置され、主波長(dominant wavelength)の光を発するように構成された複数の固体照明デバイスと、前記少なくとも1つのタイルの前記第1の面の上の反射シートと、前記反射シートの上の輝度増強フィルムとを有する照明パネルを備える。前記反射シートは、前記少なくとも1つのタイルと前記輝度増強フィルムとの間に配置することができる。前記照明器具はさらに、制御信号に応答してオン状態(on−state)駆動電流を前記一列に供給するように構成された電流供給回路と、前記複数の固体照明デバイスのうちの少なくとも1つの固体照明デバイスから光を受け取るように配置された光センサと、前記光センサから出力信号を受け取り、前記光センサの出力信号に応じて前記制御信号を調整し、それによって、前記電流供給回路により前記一列に供給される平均電流を調整するように構成された制御システムとを備える。
【0020】
前記電流供給回路は、閉ループ可変電圧ブースト変換電流源(closed loop variable voltage boost converter current source)を備えることができる。前記制御システムは、周辺光(ambient light)値を得るために前記一列の固体照明デバイスに電流が供給されていないときに、前記光センサの出力をサンプリングするように構成することができる。前記制御システムは、前記周辺光値が増大するにつれて前記一列への平均電流を低下させるように構成することができる。
【0021】
前記制御システムは、輝度値を得るために前記一列に電流を供給することのできる時間間隔中に、前記光センサからサンプリングするように構成することができる。前記制御システムは、輝度値が増大するにつれて、第1の列への平均電流を低下させるように構成することができる。
【0022】
前記制御システムは、前記周辺光値および前記輝度値に基づいて、前記一列に供給される平均電流を調整するように構成することができる。
【0023】
前記制御システムは、前記周辺光値と前記輝度値との差に基づいて、前記一列に供給される平均電流を調整するように構成することができる。
【0024】
前記制御システムは、前記周辺光値と前記輝度値の比に基づいて、前記一列に供給される平均電流を調整するように構成することができる。いくつかの実施形態では、前記制御システムを、周囲/背景照明とは無関係に、第1の列の平均輝度(average luminosity)を維持するように構成することができる。
【0025】
前記制御システムは、前記周辺光値に関する第1のフィードバック信号および前記輝度値に関する第2のフィードバック信号を供給することによって、周囲/背景照明と前記一列の平均輝度との間の関係を維持するように構成することができる。
【0026】
前記制御信号はパルス幅変調(PWM)信号を含むことができ、前記制御システムは、前記PWM信号のデューティサイクルを変化させることによって前記一列に供給される平均電流を制御するように構成することができる。
【0027】
前記制御システムは、前記制御信号のパルス周波数を変化させることによって、前記一列に供給される平均電流を制御するように構成することができる。
【0028】
前記電流供給回路は、前記一列に供給される平均電流が変更されたときでも、前記一列に供給されるオン状態電流を実質的に一定値に維持するように構成することができる。
【0029】
前記制御システムは、前記光センサに結合され、かつ、前記光センサの出力信号をサンプリング及び処理し、処理された前記出力信号を前記制御システムに供給するように構成された色管理ユニットを備えることができる。
【0030】
前記照明器具はさらに、前記照明パネルに関連した温度を感知するように構成された温度センサを備えることができ、前記制御システムは、感知された前記温度の変化に応じて、第1の列に供給される平均電流を調整するように構成することができる。
【0031】
本発明の他の実施形態に基づく照明器具は、少なくとも1つのタイルと、前記少なくとも1つのタイルの第1の面の上にあって、第1の主波長の光を発するように構成された第1の列の固体照明デバイスと、前記第1の主波長とは異なる第2の主波長の光を発するように構成された第2の列の固体照明デバイスとを有する照明パネルを備える。
前記照明パネルはさらに、前記少なくとも1つのタイルの前記第1の面の上の反射シートと、前記反射シートの上の輝度増強フィルムとを備える。前記反射シートは、前記少なくとも1つのタイルと前記輝度増強フィルムとの間に配置することができる。
【0032】
前記照明器具はさらに、第1の制御信号に応答して前記第1の列にオン状態駆動電流を供給するように構成された第1の電流供給回路と、第2の制御信号に応答して前記第2の列にオン状態駆動電流を供給するように構成された第2の電流供給回路とを備える。
【0033】
前記照明器具はさらに、前記第1の列内の少なくとも1つの固体照明デバイスおよび前記第2の列内の少なくとも1つの固体照明デバイスから光を受け取るように配置された光センサと、前記光センサから出力信号を受け取り、前記光センサの前記出力信号に応じて前記第1の制御信号および/または前記第2の制御信号を調整し、それによって、前記第1の電流供給回路によって前記第1の列に供給される平均電流を調整し、かつ/または前記第2の電流供給回路によって前記第2の列に供給される平均電流を調整するように構成された制御システムであって、前記光センサ、前記制御システム、前記第1の電流供給回路および前記第2の電流供給回路はそれによって前記照明パネルに対するフィードバックループを形成する制御システムとを備える。
【0034】
前記第1および第2の制御信号はパルス幅変調(PWM)信号を含むことができ、前記制御システムは、前記第1および/または第2の制御信号のデューティサイクルを変化させることによって、前記第1および/または第2の列に供給される平均電流を制御するように構成することができる。
【0035】
前記第1の制御信号のパルスの前縁(leading edge)は、前記第2の制御信号のパルスの前縁とは異なる時刻に発生する。前記第1の制御信号の前記パルスの前記前縁を、前記第2の制御信号の前記パルスの前記前縁から、固定遅延および/または可変遅延だけ遅延させることができる。前記可変遅延は、ランダムな、無秩序な、または掃引関数(sweep function)、テーブルもしくは他の技法によって決定された遅延間隔の範囲内、かつ/または前記第1の制御信号および/または前記第2の制御信号のパルス幅に応じた遅延間隔の範囲内で変化することができる。
【0036】
添付図面は、本発明の理解を深めるために本出願に含められたものであり、本出願に組み込まれ、本出願の一部分を構成し、本発明の特定の実施形態を示している。
【図面の簡単な説明】
【0037】
【図1】本発明のいくつかの実施形態に基づく固体照明タイルの正面図である。
【図2】複数のLEDを備える、本発明のいくつかの実施形態に基づくパッケージ化された固体照明デバイスの上面図である。
【図3】本発明のいくつかの実施形態に基づく固体照明タイル内のLEDの電気的な相互接続を示す概略回路図である。
【図4A】複数の固体照明タイルを備える、本発明のいくつかの実施形態に基づくバーアセンブリの正面図である。
【図4B】複数のバーアセンブリを備える本発明のいくつかの実施形態に基づく照明パネルの正面図である。
【図5A】本発明のいくつかの実施形態に基づく照明パネルの断面図である。
【図5B】本発明のいくつかの実施形態に基づく照明パネルの断面図である。
【図6A】本発明のいくつかの実施形態に基づく明るさ増強フィルムの概略図である。
【図6B】本発明のいくつかの実施形態に基づく明るさ増強フィルムの概略図である。
【図7】本発明の他のいくつかの実施形態に基づく照明パネルの断面図である。
【図8】本発明のいくつかの実施形態に基づく照明器具を示す概略図である。
【図9A】本発明のいくつかの実施形態に基づく照明パネル上における光センサの可能な一構成を示す概略図である。
【図9B】本発明のいくつかの実施形態に基づく照明パネル上における光センサの可能な一構成を示す概略図である。
【図9C】本発明のいくつかの実施形態に基づく照明パネル上における光センサの可能な一構成を示す概略図である。
【図9D】本発明のいくつかの実施形態に基づく照明パネル上における光センサの可能な一構成を示す概略図である。
【図10】本発明のいくつかの実施形態に基づく照明パネルシステムの諸要素を示す概略図である。
【図11】本発明のいくつかの実施形態に基づく照明パネルシステムの諸要素を示す概略図である。
【図12】本発明のいくつかの実施形態に基づく電流供給回路の概略回路図である。
【図13】本発明のいくつかの実施形態に基づく動作を示す流れ図である。
【図14】本発明のいくつかの実施形態に基づく動作を示す流れ図である。
【図15】本発明のいくつかの実施形態に基づく動作を示す流れ図である。
【図16】本発明のいくつかの実施形態に基づく照明パネルの概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0038】
次に、本発明の実施形態が示された添付図面を参照して、本発明の実施形態をより詳細に説明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具体化することができるのであり、本発明が本明細書に記載された実施形態に限定されると解釈してはならない。むしろ、これらの実施形態は、この開示が完全なものとなり、本発明の範囲が当業者に完全に伝わるように提供される。全体を通じて同様の符号は同様の要素(element)を指す。
本明細書では、さまざまな要素を記述するために第1、第2などの用語が使用されることがあるが、これらの要素はこれらの用語によって限定されないことを理解されたい。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だけに使用されている。例えば、本発明の範囲を逸脱することなく、第1の要素を第2の要素と呼ぶことができ、同様に、第2の要素を第1の要素と呼ぶことができる。本明細書で使用されるとき、用語「および/または」は、関連付けて列挙された項目のうちの1つ又は複数の任意のすべての組合せを含む。
【0039】
層、領域、基板などの要素が、別の要素の「上に」存在するか、別の要素の「上に」延在すると言及されているとき、その要素は、その別の要素の上に直接に存在するか、その別の要素の上に直接に延在することができ、または介在要素が存在してもよいことを理解されたい。対照的に、ある要素が、別の要素の「上に直接に」存在するか、別の要素の「上に直接に」延在すると言及されたとき、介在要素は存在しない。また、ある要素が別の要素に「接続」または「結合」されていると記載されているとき、その要素は、その別の要素に直接に接続または結合されていても、介在要素が存在してもよいことを理解されたい。対照的に、ある要素が、別の要素に「直接に接続」または「直接に結合」されていると言及されるとき、介在要素は存在しない。
【0040】
本明細書では、図に示された1つの要素、層または領域と別の要素、層または領域との関係を記述するために、「下方」、「上方」、「上側」、「下側」、「水平」、「垂直」、「前」、「後ろ」などの相対語が使用されることがある。これらの用語は、図示された方向だけでなく、デバイスのさまざまな方向を包含することが意図されることを理解されたい。
【0041】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明することだけを目的としており、本発明を限定することを意図したものではない。本明細書で使用されるとき、単数形(“a”,“an”and“the”)は、文脈がそうではないと明確に指示していない限り複数形も含むことが意図される。また、本明細書で使用されるとき、用語「含む」、「備える」(“comprises”,“comprising”,“includes”and/or“including”)は、明示された形体(feature)、整数(integer)、ステップ、動作、要素および/または構成要素の存在を示すが、1つ又は複数の他の形体、整数、ステップ、動作、要素、構成要素および/またはこれらのグループの存在または追加を妨げないことを理解されたい。
【0042】
別段の定めがない限り、本明細書で使用される(技術用語および科学用語を含む)全ての用語は、本発明が属する技術分野の技術者によって共通に理解されるのと同じ意味を有する。さらに、本明細書で使用される用語は、本開示および関連技術の文脈におけるそれらの意味と一致した意味を有するものと解釈されなければならず、本明細書においてそのように明示的に定義されない限り、理想化された意味またはあまりに形式的な意味に解釈されないことを理解されたい。
【0043】
以下では、本発明の実施形態に基づく方法、システムおよびコンピュータプログラム製品の流れ図および/またはブロック図を参照して、本発明が説明される。それらの流れ図および/またはブロック図のいくつかのブロック、ならびにそれらの流れ図および/またはブロック図のいくつかのブロックの組合せを、コンピュータプログラム命令によって実行することができることを理解されたい。これらのコンピュータプログラム命令は、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、ディジタル信号プロセッサ(DSP)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、状態機械(state machine)、プログラマブルロジックコントローラ(PLC)その他の処理回路、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または例えば機械を生成するようにプログラム可能な他のデータ処理装置に記憶または実装することができ、それにより、コンピュータのプロセッサまたは他のプログラム可能なデータ処理装置を介して実行されるこれらの命令は、上述の流れ図および/またはブロック図の1つまたは複数のブロックに指定された機能/動作を実行する手段を生み出す。
【0044】
これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理装置を特定の方法で機能するように導くことができるコンピュータ可読メモリに記憶することもでき、それにより、コンピュータ可読メモリに記憶されたこれらの命令は、上述の流れ図および/またはブロック図の1つまたは複数のブロックに指定された機能/動作を実行する命令手段を含む製品を生み出す。
【0045】
これらのコンピュータプログラム命令を、コンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理装置上にロードして、そのコンピュータまたは他のプログラム可能な装置上で、コンピュータ実現プロセス(computer implemented process)を生み出す一連のオペレーションステップが実行されるようにすることもでき、それにより、コンピュータまたは他のプログラム可能な装置上で実行されるこれらの命令は、上述の流れ図および/またはブロック図の1つまたは複数のブロックに指定された機能/動作を実行するステップを提供する。これらのブロック内に記載された機能/動作は、これらのオペレーション図に示された順序とは異なる順序で実行することができることを理解されたい。例えば、関連する機能/動作に応じて、続けて示された2つのブロックを実際にはほぼ同時に実行することができ、またはこれらのブロックをときには逆順で実行することもできる。一部の図は、伝達経路(communication path)上に、主たる伝達方向を示す矢印を含むが、伝達は、示された矢印とは逆の方向に実施することもできることを理解されたい。
【0046】
次に図1を参照すると、大面積の平面光源を形成する機能基本単位(functional building block)として使用することができる固体照明タイル(solid state lighting tile)10が示されている。しかしながら、大面積平面光源が1つのタイルしか備えない場合もあることを理解されたい。固体照明タイル10は、その上に、規則的かつ/または不規則な1次元または2次元アレイとして配置された多くの固体照明要素(solid state lighting element)12を備えることができる。タイル10は例えば、個別発光部品などの1つ又は複数の回路要素をその上に取り付けることができるプリント回路板(PCB)を備えることができる。具体的には、タイル10は、パターン形成された金属トレース(図示せず)をその上に形成することができるポリマーコーティングをその上に有する金属コア(metal core)を含む金属コアPCB(MCPCB)を備えることができる。MCPCB材料およびMCPCB材料と同種の材料は、例えばThe Bergquist Companyから市販されている。PCBはさらに、重いクラッド(heavy clad)(4オンス銅以上)、および/またはサーマルビア(theramal via)を有する従来のFR−4 PCB材料を含むことができる。MCPCB材料は、従来のPCB材料に比べて改良された熱性能を提供することがある。しかしながら、MCPCB材料は、金属コアを含まないことがある従来のPCB材料よりも重いことがある。
【0047】
図1に示された実施形態では、照明要素12が、1クラスタ(cluster)に4つの固体発光デバイスがある多チップクラスタである。タイル10では、第1の経路20上に4つの照明要素12が直列に配置されており、第2の経路21上に4つの照明要素12が直列に配置されている。第1の経路20の照明要素12は、タイル10の第1の端部に配置された一組の4つのアノードコンタクト22、および、タイル10の第2の端部に配置された一組の4つのカソードコンタクト24に、例えばプリント回路を介して接続されている。第2の経路21の照明要素12は、タイル10の第2の端部に配置された一組の4つのアノードコンタクト26、および、タイル10の第1の端部に配置された一組の4つのカソードコンタクト28に接続されている。
【0048】
本発明のいくつかの実施形態では、照明要素12が、青色またはUVスペクトル領域で発光するように構成された1つ又は複数のLEDを備えるチップオンボード(chip−on−board)クラスタである。これらのLEDによって発せられた光を受け取り、それに応答して赤色、緑色、青色および/または黄色光などのより長い波長の光を発する波長変換材料が配置されている。この発光を他の光と結合して、白色光を生み出すことができる。いくつかの実施形態では、照明要素12が、少なくとも黄色蛍光体を含む波長変換材料でコーティングされた青色LEDを備える。当技術分野で知られているように、この蛍光体によって発せられた黄色光は、LEDによって発せられた無変換の青色光と結合して、白色光を生み出すことができる。照明要素12はさらに、赤色蛍光体を含むことができる。赤色蛍光体からの赤色光は、LEDおよび黄色蛍光体によってそれぞれ発せられた青色光および黄色光と結合して、より良好な演色特性を有するより暖かみのある白色光を生み出すことができる。
【0049】
固体照明要素12は例えば、有機および/または無機発光デバイスを備えることができる。他のいくつかの実施形態に基づくハイパワー照明用途の固体照明要素の一例12’が、図2に示されている。固体照明要素12’は、チップオンボード配置の代わりに、その上に複数のLEDチップ16A〜16Dが取り付けられた担体基板13を有するパッケージ化された個別電子部品を備えることができる。
【0050】
発光要素12または12’のLEDチップ16A〜16Dは、少なくとも、赤色LED 16A、緑色LED 16Bおよび青色LED 16Cを備えることができる。青色および/または緑色LEDは、本発明の譲受人であるCree,Inc.から市販されているInGaNベースの青色および/または緑色LEDチップとすることができる。赤色LEDは例えば、Epistar社、Osram社などから市販されているAlInGaP LEDチップとすることができる。より多くの緑色光を使用可能にするため、照明デバイス12は、追加の緑色LED 16Dを備えることができる。
【0051】
いくつかの実施形態では、LED 16が、一辺の長さが約900μm以上の正方形または長方形の周縁を有することができる(すなわち、いわゆる「パワーチップ(power chip)」)。しかしながら、別の実施形態では、LEDチップ16の一辺の長さを500μm以下とすることができる(すなわち、いわゆる「スモールチップ(small chip)」)。具体的には、スモールLEDチップは、パワーチップよりも良好な電気変換効率で動作することができる。例えば、一辺の最大寸法が500ミクロン未満の緑色LEDチップおよび260ミクロンの緑色LEDチップは、一般的に900μmチップよりも高い電気変換効率を有し、一般に、消費電力1ワット当たり55ルーメンおよび消費電力1ワット当たり90ルーメンの光束を生み出すことが知られている。
【0052】
図2にさらに示されているように、LED 16A〜16Dをカプセル封入材14で覆うことができる。カプセル封入材14は、透明とすることができ、かつ/または、所望の発光パターン、色および/または強度を得るために、光散乱粒子、蛍光体および/または他の成分を含むことができる。図2には示されていないが、照明デバイス12はさらに、LED 16A〜16Dを取り囲む反射カップ(reflector cup)、LED 16A〜16Dの上方に取り付けられたレンズ、照明デバイスの熱を取り除く1つまたは複数のヒートシンク、静電放電保護チップ、および/または他の要素を備えることができる。
【0053】
タイル10内の照明要素12のLEDチップ16A〜16Dを、図3の概略回路図に示されているように電気的に相互接続することができる。図3に示されているように、これらのLEDを、第1の経路20の青色LED 16Aが直列に接続されて列(string)20Aを形成するように、相互接続することができる。同様に、第1の経路20の第1の緑色LED 16Bを直列に配置して列20Bを形成することができ、第2の緑色LED 16Dを直列に配置して別個の列20Dを形成することができる。赤色LED 16Cを直列に配置して列20Cを形成することができる。列20A〜20Dをそれぞれ、タイル10の第1の端部に配置されたそれぞれのアノードコンタクト22A〜22D、およびタイル10の第2の端部に配置されたそれぞれのカソードコンタクト24A〜24Dに接続することができる。
【0054】
列20A〜20Dは、第1の経路20または第2の経路21上の対応する全てのLEDまたは一部のLEDを備えることができる。例えば、列20Aは、第1の経路20上の全ての照明要素12の全ての青色LEDを備えることができる。あるいは、列20Aは、第1の経路20上の対応するLEDのサブセットだけを備えることができる。したがって、第1の経路20は、タイル10上に並列に配置された4つの直列の列20A〜20Dを備えることができる。
【0055】
タイル10上の第2の経路21は、並列に配置された4つの直列の列21A、21B、21C、21Dを備えることができる。列21Aから21Dはそれぞれ、タイル10の第2の端部に配置されたアノードコンタクト26Aから26D、および、タイル10の第1の端部に配置されたカソードコンタクト28Aから28Dに接続される。
【0056】
図1〜3に示された実施形態は、電気的に接続されて、経路20、21ごとにLED 16の少なくとも4つの列を形成する、照明要素12当たり4つのLEDチップ16を備えるが、照明デバイス12当たり5つ以上および/または3つ以下のLEDチップ16を使用すること、ならびにタイル10上の経路20、21ごとに5つ以上および/または3つ以下のLED列を形成することができることを理解されたい。例えば、照明デバイス12が1つの緑色LEDチップ16Bだけを備えることができ、この場合、これらのLEDは、接続されて、経路20、21ごとに3つの列を形成する。同様に、いくつかの実施形態では、照明デバイス12内の2つの緑色LEDチップを互いに直列に接続することができ、この場合には、経路20、22ごとに、緑色LEDチップの列が1つだけある。さらに、タイル10は、複数の経路20、21の代わりに単一の経路20だけを備えることができ、かつ/または、単一のタイル10上に3つ以上の経路20、21を提供することができる。さらに、照明デバイス12は単一の発光色を有することができ、波長変換蛍光体と組み合わせて、所望の色の光を生み出すことができる。
【0057】
複数のタイル10を組み合わせて、図4Aに示されているようなより大きな照明バーアセンブリ(lighting bar assembly)30を形成することができる。バーアセンブリ30は、図4Aに示されているように、端と端が接続された(connected end−to−end)2つ以上のタイル10、10’、10”を備えることができる。したがって、図3および4を参照すると、左端のタイル10の第1の経路20のカソードコンタクト24を、中央のタイル10’の第1の経路20のアノードコンタクト22に電気的に接続することができ、中央のタイル10’の第1の経路20のカソードコンタクト24を、右端のタイル10”の第1の経路20のアノードコンタクト22に電気的に接続することができる。同様に、左端のタイル10の第2の経路21のアノードコンタクト26を、中央のタイル10’の第2の経路21のカソードコンタクト28に電気的に接続することができ、中央のタイル10’の第2の経路21のアノードコンタクト26を、右端のタイル10”の第2の経路21のカソードコンタクト28に電気的に接続することができる。
【0058】
さらに、右端のタイル10”の第1の経路20のカソードコンタクト24を、右端のタイル10”の第2の経路21のアノードコンタクト26に、ループバックコネクタ(loopback connector)35によって電気的に接続することができる。例えば、ループバックコネクタ35は、右端のタイル10”の第1の経路20の青色LEDチップ16Aの列20Aのカソード24Aを、右端のタイル10”の第2の経路21の青色LEDチップの列21Aのアノード26Aに電気的に接続することができる。このようにして、ループバックコネクタ35の導体35Aによって、第1の経路20の列20Aを、第2の経路21の列21Aに直列に接続して、青色LEDチップ16の単一の列23Aを形成することができる。タイル10、10’、10”の経路20、21の他の列も同様に接続することができる。
【0059】
ループバックコネクタ35には、エッジコネクタ(edge connector)、フレキシブル配線盤その他の適当なコネクタが含まれる。さらに、ループコネクタは、タイル10上/内に形成されたプリントされたトレースを備えることができる。
【0060】
図4Aに示されたバーアセンブリ30はタイル10の1次元アレイだが、他の構成も可能である。例えば、タイル10を、全てのタイル10が同じ平面に位置する2次元アレイとして、または一部のタイル10が同じ平面に配置されていない3次元構成として接続することができる。さらに、タイル10が長方形または正方形である必要はなく、例えば六角形、三角形などにすることもできる。
【0061】
図4Bを参照すると、いくつかの実施形態では、複数のバーアセンブリ30を結合して照明パネル40を形成することができ、例えばこれを、全般照明用の平面照明源として使用することができる。図4Bに示されているように、照明パネル40は、それぞれが6つのタイル10を含む4つのバーアセンブリ30を備えることができる。それぞれのバーアセンブリ30の右端のタイル10はループバックコネクタ35を備える。したがって、それぞれのバーアセンブリ30は、4つのLED列23(すなわち赤色1、緑色2および青色1)を備えることができる。
【0062】
いくつかの実施形態では、バーアセンブリ30が4つのLED列23(赤色1、緑色2および青色1)を備えることができる。したがって、9つのバーアセンブリを備える照明パネル40は、36個の別個のLED列を有することができる。さらに、それぞれが8つの固体照明要素12を有する6つのタイル10を備えるバーアセンブリ30では、LED列23が、直列に接続された48個のLEDを備えることができる。
【0063】
図5Aを参照すると、照明パネル40の一部分の側面図が示されている。照明パネル40は、片面に複数の照明要素12が配置された少なくとも1つのタイル10を備える。単純にするため、図5Aには、単一のタイル10だけが示されている。照明パネル40内で光を再循環(recycling)させ、かつ/または照明パネル40内での光の再循環を改善するために、タイル10の照明要素12と同じ側に反射シート50を配置することができる。いくつかの実施形態では、2次元照明パネル40の長さおよび幅と同様の長さおよび幅を有する単一の反射シート50を使用することができる。他の実施形態では、複数の反射シートを使用することができ、反射シート50を照明パネル40よりも小さくすることができる。いくつかの実施形態では、それぞれのタイル10がその上に、別個の反射シート50を備えることができる。
【0064】
反射シート50は、その中に複数の開口42を備えることができ、開口42は、タイル10上の照明要素12と整列することができる。
【0065】
反射シート50は例えば、入射光を反射し、散乱させる軽量の反射材料から形成することができる。いくつかの実施形態では、反射シート50が、軽量の白色発泡体に加工されたポリエチレンテレフタレート(PET)プラスチックなどの白色プラスチック発泡材料を含むことができる。したがって、反射シート50は、入射光を反射するだけでなく、入射光を散乱させて、入射光がランダムな方向に反射されるようにするのに役立ち(すなわちランバート反射器(lambertian reflector))、それによって照明パネル40の均一性を向上させることができる。
【0066】
いくつかの実施形態では、開口42を円形の開口とすることができ、開口42が、タイル10の表面に対して傾斜し、それによって照明要素12の周囲に反射光学空洞(reflective optical cavity)を形成する側壁42Aを有することができる。
【0067】
照明パネル40はさらに、拡散シート60によってタイル10および反射シート50から分離された輝度増強フィルム(brightness enhancement film)70を備えることができる。拡散シート60は、照明要素12によって発せられ、かつ/または反射シート50によって反射された光をさらに拡散させるために、拡散シート60を通過する光を散乱させることができる。当業者には知られているように、拡散シートは通常、例えばディスプレイパネルで使用される。
【0068】
本発明の追加の実施形態が図5Bに示されている。図5Bには一対のタイル10が示されている。パネル10は、それぞれの対向する縁のところでエッジコネクタ13によって接続することができ、エッジコネクタ13は、隣接するタイル10間の電気的および/または機械的接続を提供することができる。図5Bの実施形態では、タイル10の照明要素12と同じ面に、反射シート55が、反射コーティングとして配置されている。このコーティングは例えば、このコーティングに入射した光を反射し、散乱させるように構成された白色ペイント(paint)を含むことができる。反射シート55上には拡散シート60が配置される。
【0069】
図5Bにはさらに、任意選択の追加の層75および77が示されており、これらの層には、光を拡散し、偏光し、平行にし、かつ/または反射するように構成された層を含めることができる。このような任意選択の追加の層は、パネル40によって放出される光の輝度および/または均一性を向上させ、かつ/または他の方法で所望の光放出パターンを提供するために提供することができる。
【0070】
図5Bに示されているように、光線73Aなどの一部の光線はパネル40によって放出されるが、光線73Bなどの他の光線は、反射されてパネル40内へ戻り、パネル40内では、それらの光線を再循環させる(すなわち異なる位置/方向に放出する)ことができる。このような光の再循環は、パネル40からの光放出の均一性を向上させることができる。
【0071】
図6Aおよび6Bに示されているように、輝度増強フィルム70は、複数の3次元光抽出形体(light extraction feature)72を含むことができ、3次元光抽出形体72は、輝度増強フィルム70に入射した光線73Aなどの光線が、フィルム70を出るときに、照明パネル40の主平面76に垂直な光軸74の方へ曲げられ、または、輝度増強フィルム70に入射した光線73Bなどの光線が、内部で反射されて拡散シート60に戻るような、照明パネル40の主平面に対して傾斜した側壁を備えることができる。拡散シート60では、反射された光線73Bなどの光線をさらに再循環させ、かつ/または拡散させることができる。このようにして、照明パネル40によって放出される光をさらに平行にして、放出光のオンアクシス強度(on−axis intensity)を増大させることができる。
【0072】
さまざまな実施形態では、拡散シート60を通過した光に対する所望の効果を生み出すため、光抽出形体72の形状を、規則的な、不規則な、かつ/またはランダムな形状とすることができる。いくつかの実施形態では、例えば照明要素12の位置の近くの「ホットスポット(hot spot)」を減らすために、照明要素12によって発せられた光が照明パネル40から直接に放出されることを阻止し、かつ/または制限するように、光抽出形体を画定することができる。言い換えると、照明パネル40からの光放出の均一性を向上させるために、光抽出形体72を、照明パネル40内での光の再循環/拡散を促進するように設計し、構成することができる。したがって、例えば、光抽出形体72は、照明パネル40の光軸74にほぼ平行に(すなわちパネル40の平面に垂直に)進む光が内部全反射されて、拡散シート60に戻るような角度に傾斜した側壁を備えることができる。
すなわち、光線73Bなどの光は、輝度増強フィルム70とフィルム70の反対側の媒質(例えば空気)との間の屈折率の差によって規定される臨界角よりも大きな角度で光抽出形体72の側壁に当たることができる。他の実施形態では、照明要素12によって発せられた光を実質的に平行にすることができるフレネル型レンズのアレイを形成するように、光抽出形体を配置することができる。
【0073】
図7を参照すると、照明パネル40はさらに、タイル10の照明要素12とは反対側の面に配置されたヒートシンクパネル80を備えることができる。このようにすると、照明パネル40の熱を、光の放出方向とは逆の方向に抽出することができる。ヒートシンクパネル80は、熱が放散される表面積を増大させ、それによってヒートシンクパネル80の熱抵抗(thermal resistance)を低下させることができる冷却フィンなどの複数のヒートシンク形体82を備えることができる。ヒートシンク形体82は、照明要素12の反対側に配置することができる。ヒートシンクパネルの熱抵抗が低下するような方法で、ヒートシンクパネル80をコーティングし、かつ/または処理することができる。例えば、ヒートシンクパネル80が、熱放散を向上させる黒い陽極酸化アルミニウムを含むことができる。
【0074】
使用時、照明パネル40は一般に、被照明領域の上方に取り付けられる。すなわち、照明パネル40の光放出は下方へ導かれる。このような構成が図16に示されており、図16は、被照明物体82の上方に配置された照明パネル40を示している。この場合、ヒートシンク形体82は、パネル40のタイル10よりも上方に配置され、照明パネル40が内部に使用された照明器具によって生成された熱はパネル40から上方向(方向80)へ優先的に抽出され、光は、熱抽出方向とは逆の下方向(方向74)へ導かれる。熱は上昇する傾向があるため、このようにすると、照明器具によって生成される熱をより効率的に抽出することができる。さらに、パネル40の上方の空間をヒートシンクパネル80が熱することによって、パネル40の冷却にさらに寄与する可能性がある対流を生み出すことができる。
【0075】
本発明のいくつかの実施形態に基づく照明パネル40は、部屋の照明などの全般照明に適当であることがある実質的に平面の光源を提供することができる。さらに、本発明のいくつかの実施形態に基づく照明パネル40は、全般照明用途の従来の蛍光源に比べてかなりの利点を有することがある。例えば、複数のタイル10を結合して単一の照明パネル40を形成することができるため、本発明のいくつかの実施形態に基づく照明パネル40は、比較的に大きな面積を有することができる。照明要素12などの分散された点光源の使用は、比較的に大きな面積全体に大量の光パワーを分散させることを可能にする。例えば、寸法18”×25”の照明パネル40は450平方インチの総面積を有する。高効率の固体照明源12は、50ルーメン毎ワット超の効率を生み出すことができる。したがって、一般的な照明パネル40は、約5616ルーメンの光束を生み出すことができ、すなわちパネル1平方インチ当たり約12.5ルーメンの光束を生成することができる。このことは、有利には、一般的な蛍光照明器具によって出力される1平方インチ当たり約7ルーメンの光束に勝る。
【0076】
さらに、分散された多数の照明源12をパネル40内に配置することによって、パネル40の効率および/または均一性を向上させることができる。例えば、以前に論じた通り、スモールLEDチップ(面積500μm2未満)は一般に、より大きないわゆる「パワーチップ」よりも効率的である。さらに、多数の照明源12をパネル40内に配置することによって、パネル40内での光の拡散および再循環を容易にすることができ、それによって均一性を向上させることができる。
【0077】
いくつかのタイプのLED、特に青色および/または緑色LEDでは、標準駆動電流20mAにおける順方向電圧(Vf)が、チップによって、公称値とは+/−0.75Vも異なることがある。一般的な青色または緑色LEDは3.2ボルトのVfを有することがある。したがって、このようなチップの順方向電圧は25%も変動することがある。48個のLEDを有するLED列では、列を20mAで動作させるために必要な総Vfが、+/−36Vも変化することがある。
【0078】
したがって、バーアセンブリ内のLEDの特定の特性によって、1つの光バーアセンブリのある列(a string of one light bar assembly)(例えば青色列)が、別のバーアセンブリの対応する列に比べて相当に異なる動作電力を必要とすることがある。このようなVfの変動はタイル間および/またはバー間の輝度および/または色相の変動につながる可能性があるため、これらの変動が、複数のタイル10および/またはバーアセンブリ30を備える照明パネルの色および/または輝度の均一性にかなりの影響を及ぼす可能性がある。例えば、列間の電流差が、列によって出力される光束、ピーク波長および/または主波長の大きな差につながる可能性がある。5%程度またはそれ以上のLEDの駆動電流の変動が、列間および/またはタイル間の光出力の受け入れがたい変動につながる可能性がある。このような変動は、照明パネルの全体の色域、すなわち表示可能な色の範囲にかなりの影響を及ぼす可能性がある。
【0079】
さらに、LEDチップの動作寿命中に、LEDチップの光出力特性が変化することがある。例えば、LEDによる光出力は、時間の経過とともに、かつ/または周囲温度の変化とともに変化することがある。
【0080】
照明パネルの終始一貫した制御可能な光出力特性を可能にするため、本発明のいくつかの実施形態は、LEDチップの直列の列を2つ以上有する照明パネルを提供する。LEDチップのそれぞれの列に対して、独立した電流制御回路が提供される。さらに、それぞれの列への電流を、例えばパルス幅変調(PWM)および/またはパルス周波数変調(PFM)によって、個々に制御することができる。PWMスキームにおいて特定の列に加えられるパルスの幅(またはPFMスキームにおいてはパルスの周波数)は、予め記憶されたパルス幅(周波数)値に基づくことができ、この値は、例えばユーザ入力および/またはセンサ入力に基づいて、動作中に変更することができる。
【0081】
したがって、図8を参照すると、本発明のいくつかの実施形態に基づく照明器具200が示されている。照明器具200は、全般照明用の照明器具とすることができ、照明パネル40を備える。照明パネル40は例えば、複数のバーアセンブリ30を備えることができ、複数のバーアセンブリ30は、前述の通り複数のタイル10を備えることができる。
しかしながら、本発明の実施形態は、別の構成として形成された照明パネルとともに使用することもできることを理解されたい。例えば、本発明のいくつかの実施形態は、単一の大面積タイルを備える固体バックライトパネルとともに使用することができる。
【0082】
しかしながら、特定の実施形態では、照明パネル40が複数のバーアセンブリ30を備えることができ、複数のバーアセンブリ30はそれぞれ、それぞれが同じ主波長を有するLEDの4つの独立した列23のアノードおよびカソードに対応する4つのカソードコネクタおよび4つのアノードコネクタを有することができる。例えば、バーアセンブリ23はそれぞれ、1つの赤色列23A、2つの緑色列23B、23D、および1つの青色列23Cを有することができ、これらの列はそれぞれ、バーアセンブリ30の片面に、対応する一対のアノード/カソードコンタクトを有する。特定の実施形態では、照明パネル40が、9つのバーアセンブリ30を備えることができる。したがって、照明パネル40は、36個の別個のLED列を備えることができる。
【0083】
電流ドライバ(current driver)220は、照明パネル40のそれぞれのLED列23に対して独立した電流制御を提供する。例えば、電流ドライバ220は、照明パネル40内の36個の別個のLED列に対して独立した電流制御を提供することができる。電流ドライバ220は、コントローラ230の制御の下で、照明パネル40の36個の別個のLED列のそれぞれに対する定電流源を提供することができる。いくつかの実施形態では、コントローラ230を、36個のLED列23に対するドライバ220内の36個の別個の電流供給ブロックのパルス幅変調(PWM)制御を提供するようにプログラムすることができるMicrochip Technology Inc.のPIC18F8722などの8ビットマイクロコントローラを使用して実現することができる。
【0084】
コントローラ230は、36個のLED列のそれぞれのパルス幅情報を、色管理ユニット(color management unit)260から得ることができ、いくつかの実施形態では、色管理ユニット260が、Agilent HDJD−J822−SCR00色管理コントローラなどの色管理コントローラを備えることができる。
【0085】
色管理ユニット260は、I2C(Inter−Integrated Circuit)通信リンク235を介してコントローラ230に接続することができる。色管理ユニット260は、I2C通信リンク235上のスレーブデバイスとして構成することができ、コントローラ230は、リンク235上のマスタデバイスとして構成することができる。I2C通信リンクは、集積回路デバイス間通信用の低速シグナリングプロトコルを提供する。コントローラ230、色管理ユニット260および通信リンク235は協力して、照明パネル40からの光出力を制御するように構成されたフィードバック制御システムを形成することができる。レジスタR1〜9他は、コントローラ230内の内部レジスタに対応し、かつ/またはコントローラ230がアクセスできるメモリデバイス(図示せず)内の記憶場所に対応することができる。
【0086】
コントローラ230は、LED列23ごとに1つのレジスタ、例えばレジスタR1〜R9、G1A〜G9A、B1〜B9、G1B〜G9Bを備えることができる。すなわち、36個のLED列23を有する照明ユニットでは、色管理ユニット260が少なくとも36個のレジスタを備えることができる。レジスタはそれぞれ、LED列23のうちの1つのパルス幅情報を記憶するように構成される。レジスタの初期値は、初期化/較正プロセスによって決定することができる。しかし、これらのレジスタ値は、ユーザ入力250および/あるいは照明パネル40に結合された1つまたは複数のセンサ240からの入力に基づいて、時間の経過とともに適応的に変更することができる。
【0087】
センサ240は例えば、温度センサ240A、1つまたは複数の光センサ240B、および/あるいは1つまたは複数の他のセンサ240Cを備えることができる。特定の実施形態では、照明パネル40が、照明パネル内のそれぞれのバーアセンブリ30に対して1つの光センサ240Bを備えることができる。しかしながら、他の実施形態では、照明パネル内のそれぞれのLED列30に対して1つの光センサ240Bを提供することができる。他の実施形態では、照明パネル40内のタイル10がそれぞれ、1つまたは複数の光センサ240Bを備えることができる。
【0088】
いくつかの実施形態では、光センサ240Bが、異なる主波長を有する光に優先的に反応するように構成された感光性領域を備えることができる。したがって、異なるLED列23、例えば赤色LED列23Aおよび青色LED列23Cによって生成された光の波長は、別個の出力を光センサ240Bから生成することができる。いくつかの実施形態では、光センサ240Bを、可視スペクトルの赤色、緑色および青色部分に主波長を有する光を独立に感知するように構成することができる。光センサ240Bは、フォトダイオードなどの1つまたは複数の感光性デバイスを含むことができる。光センサ240Bは例えば、Agilent HDJD−S831−QT333 三色光センサを含むことができる。
【0089】
列ごとの光出力の変動を補正するために、対応するLED列23のレジスタ値を調整する目的で、光センサ240Bからのセンサ出力を色管理ユニット260に供給することができ、色管理ユニット260を、このような出力をサンプリングし、サンプリングされた値をコントローラ230に供給するように構成することができる。いくつかの実施形態では、色管理ユニット260に供給される前にセンサデータを前処理するために、それぞれのタイル10上に、1つまたは複数の光センサ240Bとともに、特定用途向けIC(ASIC)を配置することができる。さらに、いくつかの実施形態では、センサ出力および/またはASIC出力を、コントローラ230によって直接にサンプリングすることができる。
【0090】
代表的なサンプルデータを得るために、光センサ240Bは、照明パネル40内のさまざまな位置に配置することができる。あるいは、かつ/またはそれに加えて、所望の位置から光を集めるために、照明パネル40内に、光ファイバなどの光ガイドを配置することができる。その場合には、例えば照明パネル40の裏面に光センサ240Bを配置することができる。さらに、照明パネル40の異なる領域の光を光センサ240Bに集める異なる光ガイドからの光を切り換える光スイッチを使用することができる。したがって、単一の光センサ240Bを使用して、照明パネル40上のさまざまな位置から順番に光を集めることができる。
【0091】
ユーザ入力250は、ユーザが、色温度、明るさ、色相などの照明パネル40の属性を、遠隔制御パネル上の入力制御などのユーザ制御によって、選択的に調整することができるように構成することができる。
【0092】
温度センサ240Aは、温度情報を色管理ユニット260および/またはコントローラ230に提供することができ、色管理ユニット260および/またはコントローラ230は、列23内のLEDチップ16の既知の/予測される明るさ対温度動作特性に基づいて、照明パネルからの光出力を、列ごとに、かつ/または色ごとに調整することができる。
【0093】
光センサ240Bのさまざまな構成が図9A〜9Dに示されている。例えば、図9Aの実施形態では、照明パネル40内に単一の光センサ240Bが提供されている。光センサ240Bは、照明パネル40内の2つ以上のタイル/列から平均光量を受け取ることができる位置に配置することができる。
【0094】
照明パネル40の光出力特性に関するより広範囲なデータを提供するため、2つ以上の光センサ240Bを使用することもできる。例えば、図9Bに示されているように、バーアセンブリ30ごとに1つの光センサ240Bを提供することができる。その場合、バーアセンブリ30の端に光センサ240Bを配置することができ、それらの光センサ240Bに関連付けられたバーアセンブリ30から放出される光の平均量/合計量を受け取るように光センサ240Bを配置することができる。
【0095】
図9Cに示されているように、光センサ240Bを、照明パネル40の光放出領域の周縁の内側の1つまたは複数の位置に配置することもできる。しかしながら、いくつかの実施形態では、光センサ240Bを、照明パネル40の光放出領域から離して配置することができ、照明パネル40の光放出領域内のさまざまな位置からの光を、1つまたは複数の光ガイドによってセンサ240Bに伝送することができる。例えば、図9Dに示されているように、照明パネル40の光放出領域内の1つまたは複数の位置249からの光が、光ガイド247によって、光放出領域から離れた位置に伝送される。光ガイド247は、タイル10内に延在し、かつ/またはタイル10を横切って延在することができる光ファイバとすることができる。図9Dに示された実施形態では、光ガイド247が光スイッチ245で終わり、光スイッチ245は、光センサ240Bに接続する特定のガイド247を、コントローラ230および/または色管理ユニット260からの制御信号に基づいて選択する。しかしながら、光スイッチ245は任意選択であること、および光ガイド245がそれぞれ光センサ240Bで終わってもよいことを理解されたい。他の実施形態では、光ガイド247が、光スイッチ245の代わりに、光ガイド247を介して受け取られた光を結合し、結合された光を光センサ240Bに供給する光結合器(light combiner)で終わる。光ガイド247は、部分的にタイル10を横切って延在し、かつ/またはタイル10内に延在することができる。例えば、いくつかの実施形態では、光ガイド247が、集光位置まではパネル40の裏を通って延在し、次いで集光位置でパネル内に延在することができる。さらに、光センサ240Bは、パネルの前面(すなわちパネル40の照明デバイス16が取り付けられた側)、あるいは、パネル40および/またはタイル10および/またはバーアセンブリ30の裏面に取り付けることができる。
【0096】
次に図10を参照すると、電流ドライバ220は、複数のバードライバ回路320A〜320Dを備えることができる。照明パネル40内のそれぞれのバーアセンブリ30に対して1つのバードライバ回路320A〜320Dを提供することができる。図7に示された実施形態では、照明パネル40が4つのバーアセンブリ30を備える。しかしながら、いくつかの実施形態では、照明パネル210が、9つのバーアセンブリ30を備えることができ、その場合、電流ドライバ220は、9つのバードライバ回路320を備えることができる。図11に示されているように、いくつかの実施形態では、バードライバ回路320がそれぞれ、4つの電流供給回路340A〜340D、すなわち対応するバーアセンブリ30のそれぞれのLED列23A〜23Dに対して1つの電流供給回路340A〜340Dを備えることができる。電流供給回路340A〜340Bの動作は、コントローラ230からの制御信号342によって制御することができる。
【0097】
図12に、本発明のいくつかの実施形態に基づく電流供給回路340がより詳細に示されている。図12に示されているように、電流供給回路340は、図12に示されているように配置されたPWMコントローラU1、トランジスタQ1、抵抗器R1〜R3およびダイオードD1〜D3を備えることができる。電流供給回路340は入力電圧Vinを受け取る。電流供給回路340はさらに、クロック信号CLKおよびパルス幅変調信号PWMをコントローラ230から受け取る。電流供給回路340は、対応するLED列のアノードおよびカソードにそれぞれ接続された出力端子V+およびV−を介して、対応するLED列23に、実質的に一定の電流を供給するように構成される。列間の平均順方向電圧の差を考慮するために、この一定の電流は、可変電圧ブースト(boost)によって供給することができる。PWMコントローラU1は例えば、National Semiconductor CorporationのLM5020電流モードPWMコントローラを含むことができる。
【0098】
電流供給回路340は、PWM入力が論理HIGHである間、対応するLED列13に電流を供給するように構成される。したがって、タイミングループ(timing loop)ごとに、タイミングループの最初のクロックサイクルで、ドライバ220内のそれぞれの電流供給回路340のPWM入力が論理HIGHにセットされる。コントローラ230内のカウンタが、そのLED列23に対応するコントローラ230のレジスタに記憶された値に達すると、特定の電流供給回路340のPWM入力が論理LOWにセットされ、それによって対応するLED列23への電流をオフにする。したがって、照明パネル40内のそれぞれのLED列23は同時にターンオンされるが、それらの列は、所与のタイミングループ中の異なる時刻にオフになることがあり、これによって、LED列には、そのタイミングループ中に異なるパルス幅が与えられることになる。LED列23の見かけの輝度は、LED列23のデューティサイクル、すなわちLED列23に電流が供給されているタイミングループの割合にほぼ比例することができる。
【0099】
LED列23がオンである期間の間、そのLED列23には実質的に一定の電流を供給することができる。電流信号のパルス幅を操作することによって、オン状態電流を実質的に一定の値に維持している間でも、LED列23を流れる平均電流を変化させることができる。したがって、たとえLED16を流れる平均電流が変更されている場合でも、加えられた電流とともに変化する可能性があるLED列23内のLED16の主波長を実質的に安定させることができる。同様に、さまざまな平均電流レベルにおいて、LED列23によって消費される単位消費電力当たりの光束を、例えばLED列23の平均電流が可変電流源を使用して操作されている場合よりも一定に維持することができる。
【0100】
コントローラ230のレジスタに記憶された特定のLED列に対応する値は、通信リンク235を介して色管理ユニット260から受け取られた値に基づくことができる。あるいは、かつ/またはそれに加えて、このレジスタ値は、コントローラ230によってセンサ240から直接にサンプリングされた値および/または電圧レベルに基づくことができる。
【0101】
いくつかの実施形態では、色管理ユニット260が、デューティサイクルに対応する値(すなわち0から100までの値)を提供し、コントローラ230が、この値を、タイミングループ(timing loop)中のサイクルの数に基づいてレジスタ値に変換することができる。例えば、色管理ユニット260は、特定のLED列23のデューティサイクルが50%であることを、通信リンク235を介してコントローラ230に知らせる。タイミングループが10,000回のクロックサイクルを含む場合、コントローラがクロックサイクルごとにカウンタを増分させるとするならば、コントローラ230は、問題のLED列に対応するレジスタに値5000を記憶することができる。したがって、特定のタイミングループでは、ループの開始時にカウンタが0にリセットされ、その特定のLED列23に対して機能する電流供給回路340に適当なPWM信号を送ることによって、そのLED列23がオンになる。カウンタが値5000までカウントされると、電流供給回路340に対するPWM信号がリセットされ、LED列をオフにする。
【0102】
いくつかの実施形態では、PWM信号のパルス繰返し周波数(すなわちパルス繰返し数)が60Hzを超えることがある。PWMパルスの全体の繰返し周波数が200Hz以上である特定の実施形態では、PWM周期が5ミリ秒以下となることがある。単一のタイミングループ中にカウンタを100回だけ増分すればよいように、ループに遅延を含めることができる。このようにすると、所与のLED列23のレジスタ値を、LED列23のデューティサイクルに直接に対応させることができる。しかしながら、LED列23の輝度が適当に制御される限りにおいて、適当な任意のカウントプロセスを使用することができる。
【0103】
センサ値の変化を考慮するため、時々、コントローラ230のレジスタ値を更新することができる。いくつかの実施形態では、更新されたレジスタ値を、色管理ユニット260から、毎秒複数回、得ることができる。
【0104】
さらに、所与のサイクル中に実施される変更の量を制限するために、コントローラ230によって色管理ユニット260から読み取られたデータをフィルタにかけることができる。例えば、変更された値が色管理ユニット260から読み取られるときに、従来のPID(Proportional(比例)−Integral(積分)−Derivative(微分))フィードバックコントローラの場合のように、誤差値を計算し、それをスケーリングして、比例制御(「P」)を提供することができる。さらに、PIDフィードバックループの場合と同様に、この誤差信号を、積分および/または微分法によってスケーリングすることができる。変更された値のフィルタリングおよび/またはスケーリングは、色管理ユニット260および/またはコントローラ230内で実行することができる。
【0105】
照明器具200のいくつかの要素の動作が図13〜15に示されている。図13を参照すると、コントローラ230内の列レジスタが初期化される(ブロック1010)。レジスタの初期値は、コントローラ230がアクセス可能なリードオンリーメモリ(ROM)、不揮発性ランダムアクセスメモリ(NVRAM)または他の記憶デバイスなどの不揮発性メモリに記憶することができる。コントローラ230内のカウンタCOUNTも0にリセットされる。
【0106】
制御は次いで、カウンタCOUNTが0に等しいかどうかを判定するブロック1020に進む。カウンタCOUNTが0に等しい場合、それぞれの制御線342のPWM出力が論理HIGHにセットされる(ブロック1030)。カウンタCOUNTが0に等しくない場合、ブロック1030は迂回される。コントローラ230は次いで、レジスタ値がCOUNTに等しいLED列のPWM出力を選択的にオフにする(ブロック1040)。次いで、任意選択の遅延が導入され(ブロック1050)、COUNT値が増分される(ブロック1060)。次いで制御は、COUNTが最大値に達したかどうかを判定するブロック1070に進む。いくつかの実施形態ではこの最大値が100である。COUNTが最大値に達していない場合、制御はブロック1020に進む。COUNTの値が最大値MAX_COUNTに達した場合、現在のタイミングループは終了しており、COUNTが0にリセットされる(ブロック1080)。
【0107】
次に図14を参照すると、それぞれのLED列23に対するPWM信号を選択的にオフにすることに関連した動作がプロセス1100として示されている。このプロセスは、照明パネル40内の赤色、緑色および青色列23のそれぞれのグループに対して繰り返される。例えば、プロセス1100は、照明パネル40のそれぞれのバーアセンブリ30に対して一度、繰り返すことができる。図14に示されているように、コントローラ230は最初に、COUNTが赤色列レジスタR1のレジスタ値に等しいかどうかを判定する(ブロック1110)。COUNTが、赤色列レジスタR1のレジスタ値に等しい場合には、レジスタR1に関連したPWM信号が論理LOWにセットされ、それによって、レジスタR1に関連したLED列23をオフにする(ブロック1120)。次に、コントローラ230は、COUNTが、第1の緑色列レジスタG1Aのレジスタ値に等しいかどうかを判定する(ブロック1130)。COUNTが、第1の緑色列レジスタG1Aのレジスタ値に等しい場合、レジスタG1Aに関連したPWM信号が論理LOWにセットされ、それによって、レジスタG1Aに関連した1つまたは複数のLED列23をオフにする(ブロック1140)。同じプロセスを、第2の緑色列レジスタG1Bに対して繰り返すことができる。あるいは、両方の緑色列に対して単一のレジスタを使用してもよい。最後に、コントローラ230は、COUNTが、青色列レジスタB1のレジスタ値に等しいかどうかを判定する(ブロック1150)。COUNTが、青色列レジスタB1のレジスタ値に等しい場合には、レジスタB1に関連したPWM信号が論理LOWにセットされ、それによってレジスタB1に関連したLED列23をオフにする(ブロック1160)。照明パネル40内のそれぞれのバーアセンブリ30に対してプロセス1100が繰り返される。
【0108】
いくつかの実施形態では、周辺光の測度(例えば暗信号値)を得るために、照明パネル40が一瞬、暗くなったとき(すなわちユニット内の全ての光源が一瞬、オフに切り換えられたとき)に、光センサ240Bをサンプリングするように、コントローラ230が色管理ユニット260を制御することができる。コントローラ230はさらに、照明器具の輝度の測度(例えば明信号値)を得るために、パネル40がその少なくとも一部分の間点灯した時間間隔の間、光センサ240Bをサンプリングするように、色管理ユニット260を制御することができる。例えば、コントローラ230は、1回のタイミングループ全体の平均を表す値を光センサから得るように、色管理ユニット260を制御することができる。
【0109】
例えば、図15を参照すると、照明パネル40内の全てのLED列がオフにされ(ブロック1210)、暗信号値(dark signal value)を得るために光センサ240Bの出力がサンプリングされる(ブロック1220)。次いで、LED列に通電され(ブロック1230)、明信号値を得るために、パルス周期全体にわたってパネル出力が積分され、サンプリングされる(ブロック1240)。次いで、暗信号値および/または明信号値に基づいて照明パネル40の出力が調整される(ブロック1250)。
【0110】
周辺光の差を考慮するために、照明パネル40の輝度を調整することができる。例えば、周辺光のレベルが高い状況では、被照明領域の光のレベルを実質的に終始一貫したレベルに維持するために、負のフィードバック信号によって照明パネル40の明るさを低下させることができる。周辺光のレベルが低い別の状況では、被照明領域の光のレベルを終始一貫したレベルに維持するために、正のフィードバック信号によって照明器具の輝度を増大させることができる。すなわち、例えば被照明領域の自然光量の変動によって、被照明領域の周辺光のレベルは変動する可能性があるため。本発明のいくつかの実施形態によれば、周辺光のレベルに応じて、照明器具200からの光出力を変化させることができる。
例えば、被照明領域の周辺光のレベルが高い場合には、照明器具200の輝度を低下させることができる。複数の照明器具200によって照明される領域では、周辺光の測定を、それらの照明器具200間で調整することが望ましい場合がある。
【0111】
以前に説明したとおり、照明パネル40内の1つまたは複数(あるいは全て)のLED列23の電流パルスのパルス幅を調整することによって、照明パネル40の輝度を調整することができる。いくつかの実施形態では、感知された照明器具の輝度と感知された周囲の輝度との間の差に基づいて、パルス幅を調整することができる。他の実施形態では、感知された照明器具の輝度(明信号値)と感知された周囲の輝度(暗信号値)との比に基づいて、パルス幅を調整することができる。
【0112】
したがって、いくつかの実施形態では、照明パネル40、光センサ240B、色管理ユニット260およびコントローラ230によって形成されたフィードバックループが、周囲の照明とは無関係に、照明パネル40の平均輝度(luminosity)を維持するのに貢献する。他の実施形態では、照明パネル40の平均輝度と周囲の照明のレベルとの間の所望の関係を維持するようにフィードバックループを構成することができる。
【0113】
いくつかの実施形態では、フィードバックループがディジタル増分論理(digital incremental logic)を使用することができる。フィードバックループのディジタル増分論理は、デューティサイクル値などの値のリストを含むルックアップテーブルの索引を参照することができる。
【0114】
以前に示したとおり、本発明のいくつかの実施形態では、それぞれのPWM信号を同時に(すなわちタイミングループの開始時に)論理HIGHにセットすることができる。この場合、パネル40内の全てのLEDが、所与のタイミングループ中に同時にオンになるが、照明パネル40内のさまざまなLED列23に関連付けられたレジスタ値に応じて、異なる時刻にオフになる。しかしながら、他の実施形態では、LED列23が全て同時にターンオンされないように、1つまたは複数のLED列23のターンオンをずらすことができる。いくつかのケースでは、少なくとも1つのLED列23のPWM信号を、それによってそのLED列23が他のLED列23とは異なる時刻にオンになる固定遅延および/または可変遅延の分だけ遅延させることができる。この遅延は、例えばレジスタ値に加えることができるオフセット値を提供することによって、ソフトウェア内に提供することができる。LED列がオンにされる前に、そのオフセット値を調べることができる。
【0115】
したがって、例えばLED列はそれぞれ、開始時刻と停止時刻、あるいは開始時刻と持続時間を表す2つの関連した値を有することができる。例えば、コントローラは、それぞれのLED列23に対して2つの値(STARTおよびSTOP)を保持することができる。タイミングループの始めに、全てのPWM値を論理LOWにリセットすることができる。タイミングループのそれぞれのサイクルにおいて、COUNTの値がSTARTと比較される。COUNTの値がSTARTよりも大きいかまたは等しいが、STOPの値よりも小さい場合、そのLED列23に対するPWM信号は論理HIGHに切り換えられ/維持される。しかしながら、COUNTの値がSTOPよりも大きい場合、そのLED列に対するPWM信号は論理LOWにリセットされる。
【0116】
いくつかの実施形態では、このタイミング遅延(例えばSTARTの値)を、LED列23ごとに、かつ/またはLED列23のグループごとに異なるレベルに固定することができる。例えば、1つの赤色LED列23Aが他の赤色LED列23Aとは異なるSTART値を有するように、タイミング遅延をセットすることができる。
【0117】
さらなる実施形態では、それぞれのLED列に対するタイミング遅延をランダムに生成することができる。このランダムなタイミング遅延は、タイミングループごとに、かつ/または所与の数のタイミングループが経過した後に生成することができる。ランダムな遅延は、上限と下限の間で提供することができる。下限は0とすることができ、所与のLED列23に対する上限は、最大カウントMAX_COUNTから、問題のLED列23の列レジスタ値を引いた値とすることができる。例えば、デューティサイクルが60%のパルスは、パルス周期の40%以下に限って遅延させることができる。これによって、たとえ遅延されたとしても、そのLED列23が、完全なパルス幅の間はオンであり続けることを保証することができる。
【0118】
LED列23のタイミング遅延を、固定された遅延またはランダムな遅延によってずらすことによって、全てのLED列23が同時にオフ状態からオン状態に切り換らないようにすることができる。照明パネル40からの光出力のフリッカー(flicker)および/または結合振幅を低減させることができ、かつ/または照明パネル40の外部力率(external power factor)のバランスをとることができる。
【0119】
LED列23および/または照明パネル40の平均輝度を制御するために他の方法を使用することもできる。例えば、システムは、パルス幅変調を使用する代わりに、パルス周波数変調を使用することができる。パルス周波数変調に対応するためのコントローラ230および/または電流ドライバ220の変更は一般に、当業者に知られている。
【0120】
照明パネル内の同じ色のLED列を同じパルス幅で駆動する必要はない。例えば、バックライトパネル40は、複数の赤色LED列23を備えることができ、そのそれぞれを異なるパルス幅で駆動し、その結果、異なる平均電流レベルを提供することができる。したがって、本発明のいくつかの実施形態は、通電されたときに第1の主波長を有する狭帯域の光学的放射を発する複数のLEDチップ16をその中に含む第1および第2のLED列23と、第1の主波長とは異なる第2の主波長を有する狭帯域の光学的放射を発する複数のLEDチップ16を含む第3および第4のLED列23とを備えるLCDバックライトなどの照明パネルに対する閉ループディジタル制御システムを提供する。
【0121】
いくつかの実施形態では、第1のLED列23と第2のLED列23とが互いに異なる平均電流レベルに維持され、それでも、実質的に同じオン状態電流で駆動される。同様に、第3のLED列と第4のLED列とが互いに異なる平均電流レベルに維持され、それでも、実質的に同じオン状態電流で駆動される。
【0122】
第1および第2のLED列23のオン状態電流は、第3および第4のLED列のオン状態電流と異なっていてもよい。例えば、赤色LED列23を駆動するために使用されるオン状態電流が、緑色および/または青色LED列を駆動するために使用されるオン状態電流と異なっていてもよい。列23の平均電流は、列23を流れる電流のパルス幅に比例する。第1のLED列23と第2のLED列23との間の平均電流の比を比較的に一定に維持することができ、かつ/または第3のLED列23と第4のLED列23との間の平均電流の比を比較的に一定に維持することができる。さらに、所望のホワイトポイントを維持するために、第3および第4のLED列23の平均電流と比較された第1のLED列23と第2のLED列23との間の平均電流の比を、閉ループ制御の一部として変化させることもできる。
【0123】
いくつかの実施形態では、所与のLED列23に供給されるオン状態電流レベルを、コントローラ230からのコマンドに応じて、電流供給回路340が調整することができる。その場合、特定のLED列23の主波長を調整するように選択されたオン状態電流レベルで、特定のLED列を駆動することができる。例えば、チップ間の主波長の変動のため、特定のLED列23が、照明パネル40内の同じ色の他のLED列23の平均主波長よりも長い平均主波長を有することがある。その場合には、波長が相対的に長い方のLED列をわずかに高いオン状態電流で駆動することが可能である場合があり、それによって、LED列23の主波長を短くし、波長が相対的に短い方のLED列23の主波長と一致させることができる。
【0124】
いくつかの実施形態では、それぞれのLED列23の初期オン状態駆動電流を、較正プロセスによって較正することができる。この較正プロセスでは、それぞれのLED列に個々に通電され、それぞれの列からの光出力が光センサ240Aを使用して検出される。それぞれの列の主波長を測定し、その主波長を必要に応じて調整するために、適当な駆動電流をLED列ごとに計算することができる。例えば、特定の色のそれぞれのLED列23の主波長を測定することができ、特定の色に対する主波長の分散を計算することができる。その色に対する主波長の分散が所定のしきい値よりも大きい場合、または特定のLED列23の主波長が、そのLED列23の平均主波長よりも所定の標準偏差の分だけ長いかまたは短い場合には、主波長の分散を低減させるために、1つまたは複数のLED列23のオン状態駆動電流を調整することができる。列間の主波長の差を補正し/考慮するために、他の方法/アルゴリズムを使用することもできる。
【0125】
図面および明細書には、本発明の一般的な実施形態が開示されている。特定の用語が使用されるが、それらは、一般的かつ記述的な意味においてのみ使用されており、限定目的では使用されていない。本発明の範囲は前記特許請求の範囲に記載されている。
【技術分野】
【0001】
本発明は、固体照明(solid state lighting)に関し、より具体的には、固体照明の光出力を調整するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【0002】
固体照明アレイは、多くの照明用途に使用されている。例えば、固体照明デバイスのアレイを備える固体照明パネルが、例えば建築物照明および/またはアクセント照明における直接照明源として使用されている。固体照明デバイスには、例えば、1つ又は複数の発光ダイオード(LED)を備えるパッケージ化された発光デバイスが含まれる。無機LEDは一般に、pn接合を形成した半導体層を備える。有機発光層を備える有機LED(OLED)は、別のタイプの固体発光デバイスである。固体発光デバイスは一般に、発光層または発光領域における電子的キャリア、すなわち電子および正孔の再結合を通じて光を発生させる。
【0003】
固体照明パネルは普通、携帯型電子デバイスで使用されるLCD表示画面などの小型液晶ディスプレイ(LCD)の表示画面のバックライトとして使用される。さらに、固体照明パネルを屋内照明などの全般照明(general illumination)に使用することに対する関心も高まっている。
【0004】
光源の演色評価数(color rendering index)は、光源によって生成された光が幅広い範囲の色を正確に照明する能力の客観的な尺度である。演色評価数は、単色光源の実質的に0から、白熱光源の約100までの範囲をとる。大規模バックライト用途および照明用途では、照明パネルによって照明された物体がより自然に見えるように、高い演色評価数を有する白色光を生成する照明源を使用することがしばしば望ましい。したがって、このような照明源は一般に、赤色、緑色および青色発光デバイスを含む固体照明デバイスのアレイを備える。赤色、緑色および青色発光デバイスに同時に通電されると、結果として生じる結合された光は、赤色、緑色および青色源の相対的な強度に応じて、白色またはほぼ白色に見える。「白色」とみなすことができる多くの異なる光の色相(hue)がある。例えば、ナトリウム蒸気(sodium vapor)照明デバイスによって生成される光など一部の「白色」光は、黄色味がかって見えることがあり、一部の蛍光照明デバイスによって生成される光など他の「白色」光はより青みを帯びて見えることがある。
【0005】
特定の光源の色度(chromaticity)を、その光源の「カラーポイント(color point)」と呼ぶことができる。白色光源に関しては、その色度を光源の「ホワイトポイント(white point)」と呼ぶことができる。白色光源のホワイトポイントは、所与の温度に加熱された黒体放射体によって発せられる光の色に対応する色度ポイントの軌跡に沿って低下する。したがって、ホワイトポイントは、光源の相関色温度(CCT)によって識別することができ、光源の相関色温度は、加熱された黒体放射体がその光源の色相と一致する温度である。白色光は一般に、約4000から8000KのCCTを有する。CCTが4000の白色光は黄色味がかった色を有し、CCTが8000Kの白色光はより青みを帯びている。
【0006】
より大型の照明用途では、複数の固体照明パネルを例えば2次元アレイとして1つに接続して、照明システムを構成することができる。しかしながら、残念なことに、照明システムによって生成される白色光の色相は、パネル間で、かつ/または照明デバイス間でさえも異なる場合がある。このような変動は、異なるLEDからの発光の強度の変動、ならびに/または照明デバイス内および/もしくはパネル上におけるLEDの配置の変動を含む多くの因子による可能性がある。したがって、パネル間で一貫した色相を有する白色光を生み出すマルチパネル照明システムを構築するために、多数のパネルによって生成される光の色相および彩度(saturation)、または色度を測定し、比較的に近い色度を有するパネルのサブセットを選抜して、それらをマルチパネル照明システムで使用することが望ましいことがある。これは、歩留りを低下させ、かつ/または製造工程のための在庫費用を増大させる可能性がある。
【0007】
また、たとえ最初に製造されたときに、固体照明パネルが一貫した所望の色相の光を有する場合であっても、時間の経過とともに、かつ/または温度変化の結果として、パネル内の固体デバイスの色相および/または輝度(brightness)が不均一に変化し、それにより、それらのパネルから構成された照明パネルの全体のカラーポイントが時間の経過とともに変化することがあり、かつ/または、照明パネルにおいて色が不均一になることがある。さらに、照明パネルの所望の色相および/または輝度レベルを提供するために、ユーザが照明パネルの光出力特性を変更したい場合もある。
【0008】
固体照明源は、全般照明用の従来の照明源に優る多くの利点を有するだろう。例えば、従来の白熱スポットライトは、30平方インチの開口から光を投射する150ワットランプを含むことがある。したがって、この源は、1平方インチ当たり約5ワットの電力を消費する。このような源は、わずか約10ルーメン毎ワットの効率を有し、このことは、所与の面積から光を生成する能力に換算して、このような源が、比較的に小さな空間において、1平方インチ当たり約50ルーメンの光束を生成することを意味する。
【0009】
従来の白熱スポットライトは、比較的に明るく、指向性の高い光源を提供する。しかしながら、白熱スポットライトは、小さな面積しか照明することができない。したがって、白熱スポットライトがたとえ比較的に高い光出力を有するとしても、全般照明、例えば部屋の照明に対しては適当でない可能性がある。したがって、屋内で使用されるとき、スポットライトは一般に、アクセント照明用途または補助照明用途に使用される。
【0010】
一方、蛍光灯は、全般照明により適した形で光を生み出す。蛍光灯は、源の近くではその強度が1/rに比例して低下する線光源(line source of light)に近い。rは源からの距離である。さらに、全般室内照明および/または他の目的に対してより有用な平面光源(plane source of light)に近づけるため、蛍光源は一般にパネルとしてまとめられる。これは、平面光源によって生成される光の強度が、源の近くにおいて点光源または線光源ほど急激には低下しないためである。
【0011】
一般的な蛍光源は3つの蛍光灯を含むことがあり、これらの蛍光灯は、灯1つ当たり40ワットの光を発し、合計120ワットの光を発することができる。全般室内照明用の一般的な蛍光パネルは、消費電力約0.1ワット/平方インチに相当する約24”×48”の寸法を有するだろう。蛍光源は、最大約65ルーメン毎ワットを生み出すことができ、24”×48”照明パネルでは約7ルーメン毎平方インチの全体輝度を与える。これは、同様の電力の白熱スポットライトの輝度よりもかなり低いが、蛍光パネルの分散された性質および室内照明に対するその適合性が、蛍光パネルを全般照明用途の普及した選択肢にした。しかしながら、前述のとおり、蛍光は、わずかに青みを帯びて見え、または白くぼやけて見えることがある。さらに、蛍光灯は、成分として水銀を含むため、環境上問題となる可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
したがって、全般照明用の照明源の改善が引き続き求められている。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明のいくつかの実施形態による照明パネルは、前記照明パネルの主平面(principal plane)に平行な第1の面を有する、少なくとも1つのタイル又は1つ若しくは複数のLEDが取り付けられたLEDモジュールと、前記少なくとも1つのタイルの前記第1の面の上に配置され、光を発するように構成された複数の固体照明デバイスと、前記少なくとも1つのタイルの前記第1の面の上の反射シートと、前記反射シートの上の輝度増強フィルム(brightness enhancement film)とを備える。前記反射シートは、前記少なくとも1つのタイルと前記輝度増強フィルムとの間に配置することができ、前記輝度増強フィルムは、第1の方向を有する光を前記照明パネルから優先的に放出し、前記第1の方向とは異なる第2の方向を有する光を優先的に反射して前記照明パネルへ戻すように構成することができる。
【0014】
前記反射シートは、前記反射シートに入射した光を反射し、散乱させるように構成することができる。前記反射シートは、前記反射シートを貫通した複数の開口を備えることができ、前記複数の開口のそれぞれは、前記複数の固体照明デバイスのうちの対応するものと整列している。前記複数の開口のそれぞれは、傾斜した側壁を備えることができ、それによって前記複数の固体照明デバイスのうちの対応するものの周囲に反射光学空洞を形成する。特定の実施形態では、反射シートがプラスチック発泡体を含むことができる。
【0015】
前記照明パネルはさらに、前記反射シートと前記輝度増強フィルムとの間に拡散シートを備えることができる。前記輝度増強フィルムは、前記輝度増強フィルムを通過する光線の少なくとも一部を、前記照明パネルの前記主平面に垂直な方向に向けて曲げるように構成された複数の3次元光抽出形体を備えることができる。前記光抽出形体は、ランダムな形体(random feature)とすることができる。
【0016】
前記輝度増強フィルムは、前記複数の固体発光デバイスによって発せられた光が前記照明パネルから直接に放出されることを制限して、それによって前記照明パネル内での光の再循環/拡散(recycling/diffusion)を促進するように構成することができる。いくつかの実施形態では、前記光抽出形体はフレネル型レンズを備え、かつ/または前記輝度増強フィルムを、前記照明パネルによって放出される光を実質的に平行にするように構成することができる。
【0017】
前記照明パネルはさらに、前記少なくとも1つのタイルの前記第1の面に対向する第2の面の上にあって、前記少なくとも1つのタイルから、前記少なくとも1つのタイルからの光放出方向とは反対の方向に熱を引き離すように構成されたヒートシンクパネルを備えることができる。前記ヒートシンクパネルは、黒い陽極酸化アルミニウム(black anodized aluminum)を含むことができる。
【0018】
前記ヒートシンクパネルは、前記ヒートシンクパネルの熱抵抗を低減させるように構成された複数のヒートシンク形体を含むことができる。複数のヒートシンク形体は、冷却フィンを含むことができる。前記複数のヒートシンク形体のそれぞれは、前記複数の固体発光デバイスのうちの対応するものと整列させることができる。
【0019】
本発明のいくつかの実施形態は、全般照明用に適合された照明器具を提供する。前記照明器具は、少なくとも1つのタイルと、電気的に一列に接続され、前記少なくとも1つのタイルの第1の面の上に配置され、主波長(dominant wavelength)の光を発するように構成された複数の固体照明デバイスと、前記少なくとも1つのタイルの前記第1の面の上の反射シートと、前記反射シートの上の輝度増強フィルムとを有する照明パネルを備える。前記反射シートは、前記少なくとも1つのタイルと前記輝度増強フィルムとの間に配置することができる。前記照明器具はさらに、制御信号に応答してオン状態(on−state)駆動電流を前記一列に供給するように構成された電流供給回路と、前記複数の固体照明デバイスのうちの少なくとも1つの固体照明デバイスから光を受け取るように配置された光センサと、前記光センサから出力信号を受け取り、前記光センサの出力信号に応じて前記制御信号を調整し、それによって、前記電流供給回路により前記一列に供給される平均電流を調整するように構成された制御システムとを備える。
【0020】
前記電流供給回路は、閉ループ可変電圧ブースト変換電流源(closed loop variable voltage boost converter current source)を備えることができる。前記制御システムは、周辺光(ambient light)値を得るために前記一列の固体照明デバイスに電流が供給されていないときに、前記光センサの出力をサンプリングするように構成することができる。前記制御システムは、前記周辺光値が増大するにつれて前記一列への平均電流を低下させるように構成することができる。
【0021】
前記制御システムは、輝度値を得るために前記一列に電流を供給することのできる時間間隔中に、前記光センサからサンプリングするように構成することができる。前記制御システムは、輝度値が増大するにつれて、第1の列への平均電流を低下させるように構成することができる。
【0022】
前記制御システムは、前記周辺光値および前記輝度値に基づいて、前記一列に供給される平均電流を調整するように構成することができる。
【0023】
前記制御システムは、前記周辺光値と前記輝度値との差に基づいて、前記一列に供給される平均電流を調整するように構成することができる。
【0024】
前記制御システムは、前記周辺光値と前記輝度値の比に基づいて、前記一列に供給される平均電流を調整するように構成することができる。いくつかの実施形態では、前記制御システムを、周囲/背景照明とは無関係に、第1の列の平均輝度(average luminosity)を維持するように構成することができる。
【0025】
前記制御システムは、前記周辺光値に関する第1のフィードバック信号および前記輝度値に関する第2のフィードバック信号を供給することによって、周囲/背景照明と前記一列の平均輝度との間の関係を維持するように構成することができる。
【0026】
前記制御信号はパルス幅変調(PWM)信号を含むことができ、前記制御システムは、前記PWM信号のデューティサイクルを変化させることによって前記一列に供給される平均電流を制御するように構成することができる。
【0027】
前記制御システムは、前記制御信号のパルス周波数を変化させることによって、前記一列に供給される平均電流を制御するように構成することができる。
【0028】
前記電流供給回路は、前記一列に供給される平均電流が変更されたときでも、前記一列に供給されるオン状態電流を実質的に一定値に維持するように構成することができる。
【0029】
前記制御システムは、前記光センサに結合され、かつ、前記光センサの出力信号をサンプリング及び処理し、処理された前記出力信号を前記制御システムに供給するように構成された色管理ユニットを備えることができる。
【0030】
前記照明器具はさらに、前記照明パネルに関連した温度を感知するように構成された温度センサを備えることができ、前記制御システムは、感知された前記温度の変化に応じて、第1の列に供給される平均電流を調整するように構成することができる。
【0031】
本発明の他の実施形態に基づく照明器具は、少なくとも1つのタイルと、前記少なくとも1つのタイルの第1の面の上にあって、第1の主波長の光を発するように構成された第1の列の固体照明デバイスと、前記第1の主波長とは異なる第2の主波長の光を発するように構成された第2の列の固体照明デバイスとを有する照明パネルを備える。
前記照明パネルはさらに、前記少なくとも1つのタイルの前記第1の面の上の反射シートと、前記反射シートの上の輝度増強フィルムとを備える。前記反射シートは、前記少なくとも1つのタイルと前記輝度増強フィルムとの間に配置することができる。
【0032】
前記照明器具はさらに、第1の制御信号に応答して前記第1の列にオン状態駆動電流を供給するように構成された第1の電流供給回路と、第2の制御信号に応答して前記第2の列にオン状態駆動電流を供給するように構成された第2の電流供給回路とを備える。
【0033】
前記照明器具はさらに、前記第1の列内の少なくとも1つの固体照明デバイスおよび前記第2の列内の少なくとも1つの固体照明デバイスから光を受け取るように配置された光センサと、前記光センサから出力信号を受け取り、前記光センサの前記出力信号に応じて前記第1の制御信号および/または前記第2の制御信号を調整し、それによって、前記第1の電流供給回路によって前記第1の列に供給される平均電流を調整し、かつ/または前記第2の電流供給回路によって前記第2の列に供給される平均電流を調整するように構成された制御システムであって、前記光センサ、前記制御システム、前記第1の電流供給回路および前記第2の電流供給回路はそれによって前記照明パネルに対するフィードバックループを形成する制御システムとを備える。
【0034】
前記第1および第2の制御信号はパルス幅変調(PWM)信号を含むことができ、前記制御システムは、前記第1および/または第2の制御信号のデューティサイクルを変化させることによって、前記第1および/または第2の列に供給される平均電流を制御するように構成することができる。
【0035】
前記第1の制御信号のパルスの前縁(leading edge)は、前記第2の制御信号のパルスの前縁とは異なる時刻に発生する。前記第1の制御信号の前記パルスの前記前縁を、前記第2の制御信号の前記パルスの前記前縁から、固定遅延および/または可変遅延だけ遅延させることができる。前記可変遅延は、ランダムな、無秩序な、または掃引関数(sweep function)、テーブルもしくは他の技法によって決定された遅延間隔の範囲内、かつ/または前記第1の制御信号および/または前記第2の制御信号のパルス幅に応じた遅延間隔の範囲内で変化することができる。
【0036】
添付図面は、本発明の理解を深めるために本出願に含められたものであり、本出願に組み込まれ、本出願の一部分を構成し、本発明の特定の実施形態を示している。
【図面の簡単な説明】
【0037】
【図1】本発明のいくつかの実施形態に基づく固体照明タイルの正面図である。
【図2】複数のLEDを備える、本発明のいくつかの実施形態に基づくパッケージ化された固体照明デバイスの上面図である。
【図3】本発明のいくつかの実施形態に基づく固体照明タイル内のLEDの電気的な相互接続を示す概略回路図である。
【図4A】複数の固体照明タイルを備える、本発明のいくつかの実施形態に基づくバーアセンブリの正面図である。
【図4B】複数のバーアセンブリを備える本発明のいくつかの実施形態に基づく照明パネルの正面図である。
【図5A】本発明のいくつかの実施形態に基づく照明パネルの断面図である。
【図5B】本発明のいくつかの実施形態に基づく照明パネルの断面図である。
【図6A】本発明のいくつかの実施形態に基づく明るさ増強フィルムの概略図である。
【図6B】本発明のいくつかの実施形態に基づく明るさ増強フィルムの概略図である。
【図7】本発明の他のいくつかの実施形態に基づく照明パネルの断面図である。
【図8】本発明のいくつかの実施形態に基づく照明器具を示す概略図である。
【図9A】本発明のいくつかの実施形態に基づく照明パネル上における光センサの可能な一構成を示す概略図である。
【図9B】本発明のいくつかの実施形態に基づく照明パネル上における光センサの可能な一構成を示す概略図である。
【図9C】本発明のいくつかの実施形態に基づく照明パネル上における光センサの可能な一構成を示す概略図である。
【図9D】本発明のいくつかの実施形態に基づく照明パネル上における光センサの可能な一構成を示す概略図である。
【図10】本発明のいくつかの実施形態に基づく照明パネルシステムの諸要素を示す概略図である。
【図11】本発明のいくつかの実施形態に基づく照明パネルシステムの諸要素を示す概略図である。
【図12】本発明のいくつかの実施形態に基づく電流供給回路の概略回路図である。
【図13】本発明のいくつかの実施形態に基づく動作を示す流れ図である。
【図14】本発明のいくつかの実施形態に基づく動作を示す流れ図である。
【図15】本発明のいくつかの実施形態に基づく動作を示す流れ図である。
【図16】本発明のいくつかの実施形態に基づく照明パネルの概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0038】
次に、本発明の実施形態が示された添付図面を参照して、本発明の実施形態をより詳細に説明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具体化することができるのであり、本発明が本明細書に記載された実施形態に限定されると解釈してはならない。むしろ、これらの実施形態は、この開示が完全なものとなり、本発明の範囲が当業者に完全に伝わるように提供される。全体を通じて同様の符号は同様の要素(element)を指す。
本明細書では、さまざまな要素を記述するために第1、第2などの用語が使用されることがあるが、これらの要素はこれらの用語によって限定されないことを理解されたい。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だけに使用されている。例えば、本発明の範囲を逸脱することなく、第1の要素を第2の要素と呼ぶことができ、同様に、第2の要素を第1の要素と呼ぶことができる。本明細書で使用されるとき、用語「および/または」は、関連付けて列挙された項目のうちの1つ又は複数の任意のすべての組合せを含む。
【0039】
層、領域、基板などの要素が、別の要素の「上に」存在するか、別の要素の「上に」延在すると言及されているとき、その要素は、その別の要素の上に直接に存在するか、その別の要素の上に直接に延在することができ、または介在要素が存在してもよいことを理解されたい。対照的に、ある要素が、別の要素の「上に直接に」存在するか、別の要素の「上に直接に」延在すると言及されたとき、介在要素は存在しない。また、ある要素が別の要素に「接続」または「結合」されていると記載されているとき、その要素は、その別の要素に直接に接続または結合されていても、介在要素が存在してもよいことを理解されたい。対照的に、ある要素が、別の要素に「直接に接続」または「直接に結合」されていると言及されるとき、介在要素は存在しない。
【0040】
本明細書では、図に示された1つの要素、層または領域と別の要素、層または領域との関係を記述するために、「下方」、「上方」、「上側」、「下側」、「水平」、「垂直」、「前」、「後ろ」などの相対語が使用されることがある。これらの用語は、図示された方向だけでなく、デバイスのさまざまな方向を包含することが意図されることを理解されたい。
【0041】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明することだけを目的としており、本発明を限定することを意図したものではない。本明細書で使用されるとき、単数形(“a”,“an”and“the”)は、文脈がそうではないと明確に指示していない限り複数形も含むことが意図される。また、本明細書で使用されるとき、用語「含む」、「備える」(“comprises”,“comprising”,“includes”and/or“including”)は、明示された形体(feature)、整数(integer)、ステップ、動作、要素および/または構成要素の存在を示すが、1つ又は複数の他の形体、整数、ステップ、動作、要素、構成要素および/またはこれらのグループの存在または追加を妨げないことを理解されたい。
【0042】
別段の定めがない限り、本明細書で使用される(技術用語および科学用語を含む)全ての用語は、本発明が属する技術分野の技術者によって共通に理解されるのと同じ意味を有する。さらに、本明細書で使用される用語は、本開示および関連技術の文脈におけるそれらの意味と一致した意味を有するものと解釈されなければならず、本明細書においてそのように明示的に定義されない限り、理想化された意味またはあまりに形式的な意味に解釈されないことを理解されたい。
【0043】
以下では、本発明の実施形態に基づく方法、システムおよびコンピュータプログラム製品の流れ図および/またはブロック図を参照して、本発明が説明される。それらの流れ図および/またはブロック図のいくつかのブロック、ならびにそれらの流れ図および/またはブロック図のいくつかのブロックの組合せを、コンピュータプログラム命令によって実行することができることを理解されたい。これらのコンピュータプログラム命令は、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、ディジタル信号プロセッサ(DSP)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、状態機械(state machine)、プログラマブルロジックコントローラ(PLC)その他の処理回路、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または例えば機械を生成するようにプログラム可能な他のデータ処理装置に記憶または実装することができ、それにより、コンピュータのプロセッサまたは他のプログラム可能なデータ処理装置を介して実行されるこれらの命令は、上述の流れ図および/またはブロック図の1つまたは複数のブロックに指定された機能/動作を実行する手段を生み出す。
【0044】
これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理装置を特定の方法で機能するように導くことができるコンピュータ可読メモリに記憶することもでき、それにより、コンピュータ可読メモリに記憶されたこれらの命令は、上述の流れ図および/またはブロック図の1つまたは複数のブロックに指定された機能/動作を実行する命令手段を含む製品を生み出す。
【0045】
これらのコンピュータプログラム命令を、コンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理装置上にロードして、そのコンピュータまたは他のプログラム可能な装置上で、コンピュータ実現プロセス(computer implemented process)を生み出す一連のオペレーションステップが実行されるようにすることもでき、それにより、コンピュータまたは他のプログラム可能な装置上で実行されるこれらの命令は、上述の流れ図および/またはブロック図の1つまたは複数のブロックに指定された機能/動作を実行するステップを提供する。これらのブロック内に記載された機能/動作は、これらのオペレーション図に示された順序とは異なる順序で実行することができることを理解されたい。例えば、関連する機能/動作に応じて、続けて示された2つのブロックを実際にはほぼ同時に実行することができ、またはこれらのブロックをときには逆順で実行することもできる。一部の図は、伝達経路(communication path)上に、主たる伝達方向を示す矢印を含むが、伝達は、示された矢印とは逆の方向に実施することもできることを理解されたい。
【0046】
次に図1を参照すると、大面積の平面光源を形成する機能基本単位(functional building block)として使用することができる固体照明タイル(solid state lighting tile)10が示されている。しかしながら、大面積平面光源が1つのタイルしか備えない場合もあることを理解されたい。固体照明タイル10は、その上に、規則的かつ/または不規則な1次元または2次元アレイとして配置された多くの固体照明要素(solid state lighting element)12を備えることができる。タイル10は例えば、個別発光部品などの1つ又は複数の回路要素をその上に取り付けることができるプリント回路板(PCB)を備えることができる。具体的には、タイル10は、パターン形成された金属トレース(図示せず)をその上に形成することができるポリマーコーティングをその上に有する金属コア(metal core)を含む金属コアPCB(MCPCB)を備えることができる。MCPCB材料およびMCPCB材料と同種の材料は、例えばThe Bergquist Companyから市販されている。PCBはさらに、重いクラッド(heavy clad)(4オンス銅以上)、および/またはサーマルビア(theramal via)を有する従来のFR−4 PCB材料を含むことができる。MCPCB材料は、従来のPCB材料に比べて改良された熱性能を提供することがある。しかしながら、MCPCB材料は、金属コアを含まないことがある従来のPCB材料よりも重いことがある。
【0047】
図1に示された実施形態では、照明要素12が、1クラスタ(cluster)に4つの固体発光デバイスがある多チップクラスタである。タイル10では、第1の経路20上に4つの照明要素12が直列に配置されており、第2の経路21上に4つの照明要素12が直列に配置されている。第1の経路20の照明要素12は、タイル10の第1の端部に配置された一組の4つのアノードコンタクト22、および、タイル10の第2の端部に配置された一組の4つのカソードコンタクト24に、例えばプリント回路を介して接続されている。第2の経路21の照明要素12は、タイル10の第2の端部に配置された一組の4つのアノードコンタクト26、および、タイル10の第1の端部に配置された一組の4つのカソードコンタクト28に接続されている。
【0048】
本発明のいくつかの実施形態では、照明要素12が、青色またはUVスペクトル領域で発光するように構成された1つ又は複数のLEDを備えるチップオンボード(chip−on−board)クラスタである。これらのLEDによって発せられた光を受け取り、それに応答して赤色、緑色、青色および/または黄色光などのより長い波長の光を発する波長変換材料が配置されている。この発光を他の光と結合して、白色光を生み出すことができる。いくつかの実施形態では、照明要素12が、少なくとも黄色蛍光体を含む波長変換材料でコーティングされた青色LEDを備える。当技術分野で知られているように、この蛍光体によって発せられた黄色光は、LEDによって発せられた無変換の青色光と結合して、白色光を生み出すことができる。照明要素12はさらに、赤色蛍光体を含むことができる。赤色蛍光体からの赤色光は、LEDおよび黄色蛍光体によってそれぞれ発せられた青色光および黄色光と結合して、より良好な演色特性を有するより暖かみのある白色光を生み出すことができる。
【0049】
固体照明要素12は例えば、有機および/または無機発光デバイスを備えることができる。他のいくつかの実施形態に基づくハイパワー照明用途の固体照明要素の一例12’が、図2に示されている。固体照明要素12’は、チップオンボード配置の代わりに、その上に複数のLEDチップ16A〜16Dが取り付けられた担体基板13を有するパッケージ化された個別電子部品を備えることができる。
【0050】
発光要素12または12’のLEDチップ16A〜16Dは、少なくとも、赤色LED 16A、緑色LED 16Bおよび青色LED 16Cを備えることができる。青色および/または緑色LEDは、本発明の譲受人であるCree,Inc.から市販されているInGaNベースの青色および/または緑色LEDチップとすることができる。赤色LEDは例えば、Epistar社、Osram社などから市販されているAlInGaP LEDチップとすることができる。より多くの緑色光を使用可能にするため、照明デバイス12は、追加の緑色LED 16Dを備えることができる。
【0051】
いくつかの実施形態では、LED 16が、一辺の長さが約900μm以上の正方形または長方形の周縁を有することができる(すなわち、いわゆる「パワーチップ(power chip)」)。しかしながら、別の実施形態では、LEDチップ16の一辺の長さを500μm以下とすることができる(すなわち、いわゆる「スモールチップ(small chip)」)。具体的には、スモールLEDチップは、パワーチップよりも良好な電気変換効率で動作することができる。例えば、一辺の最大寸法が500ミクロン未満の緑色LEDチップおよび260ミクロンの緑色LEDチップは、一般的に900μmチップよりも高い電気変換効率を有し、一般に、消費電力1ワット当たり55ルーメンおよび消費電力1ワット当たり90ルーメンの光束を生み出すことが知られている。
【0052】
図2にさらに示されているように、LED 16A〜16Dをカプセル封入材14で覆うことができる。カプセル封入材14は、透明とすることができ、かつ/または、所望の発光パターン、色および/または強度を得るために、光散乱粒子、蛍光体および/または他の成分を含むことができる。図2には示されていないが、照明デバイス12はさらに、LED 16A〜16Dを取り囲む反射カップ(reflector cup)、LED 16A〜16Dの上方に取り付けられたレンズ、照明デバイスの熱を取り除く1つまたは複数のヒートシンク、静電放電保護チップ、および/または他の要素を備えることができる。
【0053】
タイル10内の照明要素12のLEDチップ16A〜16Dを、図3の概略回路図に示されているように電気的に相互接続することができる。図3に示されているように、これらのLEDを、第1の経路20の青色LED 16Aが直列に接続されて列(string)20Aを形成するように、相互接続することができる。同様に、第1の経路20の第1の緑色LED 16Bを直列に配置して列20Bを形成することができ、第2の緑色LED 16Dを直列に配置して別個の列20Dを形成することができる。赤色LED 16Cを直列に配置して列20Cを形成することができる。列20A〜20Dをそれぞれ、タイル10の第1の端部に配置されたそれぞれのアノードコンタクト22A〜22D、およびタイル10の第2の端部に配置されたそれぞれのカソードコンタクト24A〜24Dに接続することができる。
【0054】
列20A〜20Dは、第1の経路20または第2の経路21上の対応する全てのLEDまたは一部のLEDを備えることができる。例えば、列20Aは、第1の経路20上の全ての照明要素12の全ての青色LEDを備えることができる。あるいは、列20Aは、第1の経路20上の対応するLEDのサブセットだけを備えることができる。したがって、第1の経路20は、タイル10上に並列に配置された4つの直列の列20A〜20Dを備えることができる。
【0055】
タイル10上の第2の経路21は、並列に配置された4つの直列の列21A、21B、21C、21Dを備えることができる。列21Aから21Dはそれぞれ、タイル10の第2の端部に配置されたアノードコンタクト26Aから26D、および、タイル10の第1の端部に配置されたカソードコンタクト28Aから28Dに接続される。
【0056】
図1〜3に示された実施形態は、電気的に接続されて、経路20、21ごとにLED 16の少なくとも4つの列を形成する、照明要素12当たり4つのLEDチップ16を備えるが、照明デバイス12当たり5つ以上および/または3つ以下のLEDチップ16を使用すること、ならびにタイル10上の経路20、21ごとに5つ以上および/または3つ以下のLED列を形成することができることを理解されたい。例えば、照明デバイス12が1つの緑色LEDチップ16Bだけを備えることができ、この場合、これらのLEDは、接続されて、経路20、21ごとに3つの列を形成する。同様に、いくつかの実施形態では、照明デバイス12内の2つの緑色LEDチップを互いに直列に接続することができ、この場合には、経路20、22ごとに、緑色LEDチップの列が1つだけある。さらに、タイル10は、複数の経路20、21の代わりに単一の経路20だけを備えることができ、かつ/または、単一のタイル10上に3つ以上の経路20、21を提供することができる。さらに、照明デバイス12は単一の発光色を有することができ、波長変換蛍光体と組み合わせて、所望の色の光を生み出すことができる。
【0057】
複数のタイル10を組み合わせて、図4Aに示されているようなより大きな照明バーアセンブリ(lighting bar assembly)30を形成することができる。バーアセンブリ30は、図4Aに示されているように、端と端が接続された(connected end−to−end)2つ以上のタイル10、10’、10”を備えることができる。したがって、図3および4を参照すると、左端のタイル10の第1の経路20のカソードコンタクト24を、中央のタイル10’の第1の経路20のアノードコンタクト22に電気的に接続することができ、中央のタイル10’の第1の経路20のカソードコンタクト24を、右端のタイル10”の第1の経路20のアノードコンタクト22に電気的に接続することができる。同様に、左端のタイル10の第2の経路21のアノードコンタクト26を、中央のタイル10’の第2の経路21のカソードコンタクト28に電気的に接続することができ、中央のタイル10’の第2の経路21のアノードコンタクト26を、右端のタイル10”の第2の経路21のカソードコンタクト28に電気的に接続することができる。
【0058】
さらに、右端のタイル10”の第1の経路20のカソードコンタクト24を、右端のタイル10”の第2の経路21のアノードコンタクト26に、ループバックコネクタ(loopback connector)35によって電気的に接続することができる。例えば、ループバックコネクタ35は、右端のタイル10”の第1の経路20の青色LEDチップ16Aの列20Aのカソード24Aを、右端のタイル10”の第2の経路21の青色LEDチップの列21Aのアノード26Aに電気的に接続することができる。このようにして、ループバックコネクタ35の導体35Aによって、第1の経路20の列20Aを、第2の経路21の列21Aに直列に接続して、青色LEDチップ16の単一の列23Aを形成することができる。タイル10、10’、10”の経路20、21の他の列も同様に接続することができる。
【0059】
ループバックコネクタ35には、エッジコネクタ(edge connector)、フレキシブル配線盤その他の適当なコネクタが含まれる。さらに、ループコネクタは、タイル10上/内に形成されたプリントされたトレースを備えることができる。
【0060】
図4Aに示されたバーアセンブリ30はタイル10の1次元アレイだが、他の構成も可能である。例えば、タイル10を、全てのタイル10が同じ平面に位置する2次元アレイとして、または一部のタイル10が同じ平面に配置されていない3次元構成として接続することができる。さらに、タイル10が長方形または正方形である必要はなく、例えば六角形、三角形などにすることもできる。
【0061】
図4Bを参照すると、いくつかの実施形態では、複数のバーアセンブリ30を結合して照明パネル40を形成することができ、例えばこれを、全般照明用の平面照明源として使用することができる。図4Bに示されているように、照明パネル40は、それぞれが6つのタイル10を含む4つのバーアセンブリ30を備えることができる。それぞれのバーアセンブリ30の右端のタイル10はループバックコネクタ35を備える。したがって、それぞれのバーアセンブリ30は、4つのLED列23(すなわち赤色1、緑色2および青色1)を備えることができる。
【0062】
いくつかの実施形態では、バーアセンブリ30が4つのLED列23(赤色1、緑色2および青色1)を備えることができる。したがって、9つのバーアセンブリを備える照明パネル40は、36個の別個のLED列を有することができる。さらに、それぞれが8つの固体照明要素12を有する6つのタイル10を備えるバーアセンブリ30では、LED列23が、直列に接続された48個のLEDを備えることができる。
【0063】
図5Aを参照すると、照明パネル40の一部分の側面図が示されている。照明パネル40は、片面に複数の照明要素12が配置された少なくとも1つのタイル10を備える。単純にするため、図5Aには、単一のタイル10だけが示されている。照明パネル40内で光を再循環(recycling)させ、かつ/または照明パネル40内での光の再循環を改善するために、タイル10の照明要素12と同じ側に反射シート50を配置することができる。いくつかの実施形態では、2次元照明パネル40の長さおよび幅と同様の長さおよび幅を有する単一の反射シート50を使用することができる。他の実施形態では、複数の反射シートを使用することができ、反射シート50を照明パネル40よりも小さくすることができる。いくつかの実施形態では、それぞれのタイル10がその上に、別個の反射シート50を備えることができる。
【0064】
反射シート50は、その中に複数の開口42を備えることができ、開口42は、タイル10上の照明要素12と整列することができる。
【0065】
反射シート50は例えば、入射光を反射し、散乱させる軽量の反射材料から形成することができる。いくつかの実施形態では、反射シート50が、軽量の白色発泡体に加工されたポリエチレンテレフタレート(PET)プラスチックなどの白色プラスチック発泡材料を含むことができる。したがって、反射シート50は、入射光を反射するだけでなく、入射光を散乱させて、入射光がランダムな方向に反射されるようにするのに役立ち(すなわちランバート反射器(lambertian reflector))、それによって照明パネル40の均一性を向上させることができる。
【0066】
いくつかの実施形態では、開口42を円形の開口とすることができ、開口42が、タイル10の表面に対して傾斜し、それによって照明要素12の周囲に反射光学空洞(reflective optical cavity)を形成する側壁42Aを有することができる。
【0067】
照明パネル40はさらに、拡散シート60によってタイル10および反射シート50から分離された輝度増強フィルム(brightness enhancement film)70を備えることができる。拡散シート60は、照明要素12によって発せられ、かつ/または反射シート50によって反射された光をさらに拡散させるために、拡散シート60を通過する光を散乱させることができる。当業者には知られているように、拡散シートは通常、例えばディスプレイパネルで使用される。
【0068】
本発明の追加の実施形態が図5Bに示されている。図5Bには一対のタイル10が示されている。パネル10は、それぞれの対向する縁のところでエッジコネクタ13によって接続することができ、エッジコネクタ13は、隣接するタイル10間の電気的および/または機械的接続を提供することができる。図5Bの実施形態では、タイル10の照明要素12と同じ面に、反射シート55が、反射コーティングとして配置されている。このコーティングは例えば、このコーティングに入射した光を反射し、散乱させるように構成された白色ペイント(paint)を含むことができる。反射シート55上には拡散シート60が配置される。
【0069】
図5Bにはさらに、任意選択の追加の層75および77が示されており、これらの層には、光を拡散し、偏光し、平行にし、かつ/または反射するように構成された層を含めることができる。このような任意選択の追加の層は、パネル40によって放出される光の輝度および/または均一性を向上させ、かつ/または他の方法で所望の光放出パターンを提供するために提供することができる。
【0070】
図5Bに示されているように、光線73Aなどの一部の光線はパネル40によって放出されるが、光線73Bなどの他の光線は、反射されてパネル40内へ戻り、パネル40内では、それらの光線を再循環させる(すなわち異なる位置/方向に放出する)ことができる。このような光の再循環は、パネル40からの光放出の均一性を向上させることができる。
【0071】
図6Aおよび6Bに示されているように、輝度増強フィルム70は、複数の3次元光抽出形体(light extraction feature)72を含むことができ、3次元光抽出形体72は、輝度増強フィルム70に入射した光線73Aなどの光線が、フィルム70を出るときに、照明パネル40の主平面76に垂直な光軸74の方へ曲げられ、または、輝度増強フィルム70に入射した光線73Bなどの光線が、内部で反射されて拡散シート60に戻るような、照明パネル40の主平面に対して傾斜した側壁を備えることができる。拡散シート60では、反射された光線73Bなどの光線をさらに再循環させ、かつ/または拡散させることができる。このようにして、照明パネル40によって放出される光をさらに平行にして、放出光のオンアクシス強度(on−axis intensity)を増大させることができる。
【0072】
さまざまな実施形態では、拡散シート60を通過した光に対する所望の効果を生み出すため、光抽出形体72の形状を、規則的な、不規則な、かつ/またはランダムな形状とすることができる。いくつかの実施形態では、例えば照明要素12の位置の近くの「ホットスポット(hot spot)」を減らすために、照明要素12によって発せられた光が照明パネル40から直接に放出されることを阻止し、かつ/または制限するように、光抽出形体を画定することができる。言い換えると、照明パネル40からの光放出の均一性を向上させるために、光抽出形体72を、照明パネル40内での光の再循環/拡散を促進するように設計し、構成することができる。したがって、例えば、光抽出形体72は、照明パネル40の光軸74にほぼ平行に(すなわちパネル40の平面に垂直に)進む光が内部全反射されて、拡散シート60に戻るような角度に傾斜した側壁を備えることができる。
すなわち、光線73Bなどの光は、輝度増強フィルム70とフィルム70の反対側の媒質(例えば空気)との間の屈折率の差によって規定される臨界角よりも大きな角度で光抽出形体72の側壁に当たることができる。他の実施形態では、照明要素12によって発せられた光を実質的に平行にすることができるフレネル型レンズのアレイを形成するように、光抽出形体を配置することができる。
【0073】
図7を参照すると、照明パネル40はさらに、タイル10の照明要素12とは反対側の面に配置されたヒートシンクパネル80を備えることができる。このようにすると、照明パネル40の熱を、光の放出方向とは逆の方向に抽出することができる。ヒートシンクパネル80は、熱が放散される表面積を増大させ、それによってヒートシンクパネル80の熱抵抗(thermal resistance)を低下させることができる冷却フィンなどの複数のヒートシンク形体82を備えることができる。ヒートシンク形体82は、照明要素12の反対側に配置することができる。ヒートシンクパネルの熱抵抗が低下するような方法で、ヒートシンクパネル80をコーティングし、かつ/または処理することができる。例えば、ヒートシンクパネル80が、熱放散を向上させる黒い陽極酸化アルミニウムを含むことができる。
【0074】
使用時、照明パネル40は一般に、被照明領域の上方に取り付けられる。すなわち、照明パネル40の光放出は下方へ導かれる。このような構成が図16に示されており、図16は、被照明物体82の上方に配置された照明パネル40を示している。この場合、ヒートシンク形体82は、パネル40のタイル10よりも上方に配置され、照明パネル40が内部に使用された照明器具によって生成された熱はパネル40から上方向(方向80)へ優先的に抽出され、光は、熱抽出方向とは逆の下方向(方向74)へ導かれる。熱は上昇する傾向があるため、このようにすると、照明器具によって生成される熱をより効率的に抽出することができる。さらに、パネル40の上方の空間をヒートシンクパネル80が熱することによって、パネル40の冷却にさらに寄与する可能性がある対流を生み出すことができる。
【0075】
本発明のいくつかの実施形態に基づく照明パネル40は、部屋の照明などの全般照明に適当であることがある実質的に平面の光源を提供することができる。さらに、本発明のいくつかの実施形態に基づく照明パネル40は、全般照明用途の従来の蛍光源に比べてかなりの利点を有することがある。例えば、複数のタイル10を結合して単一の照明パネル40を形成することができるため、本発明のいくつかの実施形態に基づく照明パネル40は、比較的に大きな面積を有することができる。照明要素12などの分散された点光源の使用は、比較的に大きな面積全体に大量の光パワーを分散させることを可能にする。例えば、寸法18”×25”の照明パネル40は450平方インチの総面積を有する。高効率の固体照明源12は、50ルーメン毎ワット超の効率を生み出すことができる。したがって、一般的な照明パネル40は、約5616ルーメンの光束を生み出すことができ、すなわちパネル1平方インチ当たり約12.5ルーメンの光束を生成することができる。このことは、有利には、一般的な蛍光照明器具によって出力される1平方インチ当たり約7ルーメンの光束に勝る。
【0076】
さらに、分散された多数の照明源12をパネル40内に配置することによって、パネル40の効率および/または均一性を向上させることができる。例えば、以前に論じた通り、スモールLEDチップ(面積500μm2未満)は一般に、より大きないわゆる「パワーチップ」よりも効率的である。さらに、多数の照明源12をパネル40内に配置することによって、パネル40内での光の拡散および再循環を容易にすることができ、それによって均一性を向上させることができる。
【0077】
いくつかのタイプのLED、特に青色および/または緑色LEDでは、標準駆動電流20mAにおける順方向電圧(Vf)が、チップによって、公称値とは+/−0.75Vも異なることがある。一般的な青色または緑色LEDは3.2ボルトのVfを有することがある。したがって、このようなチップの順方向電圧は25%も変動することがある。48個のLEDを有するLED列では、列を20mAで動作させるために必要な総Vfが、+/−36Vも変化することがある。
【0078】
したがって、バーアセンブリ内のLEDの特定の特性によって、1つの光バーアセンブリのある列(a string of one light bar assembly)(例えば青色列)が、別のバーアセンブリの対応する列に比べて相当に異なる動作電力を必要とすることがある。このようなVfの変動はタイル間および/またはバー間の輝度および/または色相の変動につながる可能性があるため、これらの変動が、複数のタイル10および/またはバーアセンブリ30を備える照明パネルの色および/または輝度の均一性にかなりの影響を及ぼす可能性がある。例えば、列間の電流差が、列によって出力される光束、ピーク波長および/または主波長の大きな差につながる可能性がある。5%程度またはそれ以上のLEDの駆動電流の変動が、列間および/またはタイル間の光出力の受け入れがたい変動につながる可能性がある。このような変動は、照明パネルの全体の色域、すなわち表示可能な色の範囲にかなりの影響を及ぼす可能性がある。
【0079】
さらに、LEDチップの動作寿命中に、LEDチップの光出力特性が変化することがある。例えば、LEDによる光出力は、時間の経過とともに、かつ/または周囲温度の変化とともに変化することがある。
【0080】
照明パネルの終始一貫した制御可能な光出力特性を可能にするため、本発明のいくつかの実施形態は、LEDチップの直列の列を2つ以上有する照明パネルを提供する。LEDチップのそれぞれの列に対して、独立した電流制御回路が提供される。さらに、それぞれの列への電流を、例えばパルス幅変調(PWM)および/またはパルス周波数変調(PFM)によって、個々に制御することができる。PWMスキームにおいて特定の列に加えられるパルスの幅(またはPFMスキームにおいてはパルスの周波数)は、予め記憶されたパルス幅(周波数)値に基づくことができ、この値は、例えばユーザ入力および/またはセンサ入力に基づいて、動作中に変更することができる。
【0081】
したがって、図8を参照すると、本発明のいくつかの実施形態に基づく照明器具200が示されている。照明器具200は、全般照明用の照明器具とすることができ、照明パネル40を備える。照明パネル40は例えば、複数のバーアセンブリ30を備えることができ、複数のバーアセンブリ30は、前述の通り複数のタイル10を備えることができる。
しかしながら、本発明の実施形態は、別の構成として形成された照明パネルとともに使用することもできることを理解されたい。例えば、本発明のいくつかの実施形態は、単一の大面積タイルを備える固体バックライトパネルとともに使用することができる。
【0082】
しかしながら、特定の実施形態では、照明パネル40が複数のバーアセンブリ30を備えることができ、複数のバーアセンブリ30はそれぞれ、それぞれが同じ主波長を有するLEDの4つの独立した列23のアノードおよびカソードに対応する4つのカソードコネクタおよび4つのアノードコネクタを有することができる。例えば、バーアセンブリ23はそれぞれ、1つの赤色列23A、2つの緑色列23B、23D、および1つの青色列23Cを有することができ、これらの列はそれぞれ、バーアセンブリ30の片面に、対応する一対のアノード/カソードコンタクトを有する。特定の実施形態では、照明パネル40が、9つのバーアセンブリ30を備えることができる。したがって、照明パネル40は、36個の別個のLED列を備えることができる。
【0083】
電流ドライバ(current driver)220は、照明パネル40のそれぞれのLED列23に対して独立した電流制御を提供する。例えば、電流ドライバ220は、照明パネル40内の36個の別個のLED列に対して独立した電流制御を提供することができる。電流ドライバ220は、コントローラ230の制御の下で、照明パネル40の36個の別個のLED列のそれぞれに対する定電流源を提供することができる。いくつかの実施形態では、コントローラ230を、36個のLED列23に対するドライバ220内の36個の別個の電流供給ブロックのパルス幅変調(PWM)制御を提供するようにプログラムすることができるMicrochip Technology Inc.のPIC18F8722などの8ビットマイクロコントローラを使用して実現することができる。
【0084】
コントローラ230は、36個のLED列のそれぞれのパルス幅情報を、色管理ユニット(color management unit)260から得ることができ、いくつかの実施形態では、色管理ユニット260が、Agilent HDJD−J822−SCR00色管理コントローラなどの色管理コントローラを備えることができる。
【0085】
色管理ユニット260は、I2C(Inter−Integrated Circuit)通信リンク235を介してコントローラ230に接続することができる。色管理ユニット260は、I2C通信リンク235上のスレーブデバイスとして構成することができ、コントローラ230は、リンク235上のマスタデバイスとして構成することができる。I2C通信リンクは、集積回路デバイス間通信用の低速シグナリングプロトコルを提供する。コントローラ230、色管理ユニット260および通信リンク235は協力して、照明パネル40からの光出力を制御するように構成されたフィードバック制御システムを形成することができる。レジスタR1〜9他は、コントローラ230内の内部レジスタに対応し、かつ/またはコントローラ230がアクセスできるメモリデバイス(図示せず)内の記憶場所に対応することができる。
【0086】
コントローラ230は、LED列23ごとに1つのレジスタ、例えばレジスタR1〜R9、G1A〜G9A、B1〜B9、G1B〜G9Bを備えることができる。すなわち、36個のLED列23を有する照明ユニットでは、色管理ユニット260が少なくとも36個のレジスタを備えることができる。レジスタはそれぞれ、LED列23のうちの1つのパルス幅情報を記憶するように構成される。レジスタの初期値は、初期化/較正プロセスによって決定することができる。しかし、これらのレジスタ値は、ユーザ入力250および/あるいは照明パネル40に結合された1つまたは複数のセンサ240からの入力に基づいて、時間の経過とともに適応的に変更することができる。
【0087】
センサ240は例えば、温度センサ240A、1つまたは複数の光センサ240B、および/あるいは1つまたは複数の他のセンサ240Cを備えることができる。特定の実施形態では、照明パネル40が、照明パネル内のそれぞれのバーアセンブリ30に対して1つの光センサ240Bを備えることができる。しかしながら、他の実施形態では、照明パネル内のそれぞれのLED列30に対して1つの光センサ240Bを提供することができる。他の実施形態では、照明パネル40内のタイル10がそれぞれ、1つまたは複数の光センサ240Bを備えることができる。
【0088】
いくつかの実施形態では、光センサ240Bが、異なる主波長を有する光に優先的に反応するように構成された感光性領域を備えることができる。したがって、異なるLED列23、例えば赤色LED列23Aおよび青色LED列23Cによって生成された光の波長は、別個の出力を光センサ240Bから生成することができる。いくつかの実施形態では、光センサ240Bを、可視スペクトルの赤色、緑色および青色部分に主波長を有する光を独立に感知するように構成することができる。光センサ240Bは、フォトダイオードなどの1つまたは複数の感光性デバイスを含むことができる。光センサ240Bは例えば、Agilent HDJD−S831−QT333 三色光センサを含むことができる。
【0089】
列ごとの光出力の変動を補正するために、対応するLED列23のレジスタ値を調整する目的で、光センサ240Bからのセンサ出力を色管理ユニット260に供給することができ、色管理ユニット260を、このような出力をサンプリングし、サンプリングされた値をコントローラ230に供給するように構成することができる。いくつかの実施形態では、色管理ユニット260に供給される前にセンサデータを前処理するために、それぞれのタイル10上に、1つまたは複数の光センサ240Bとともに、特定用途向けIC(ASIC)を配置することができる。さらに、いくつかの実施形態では、センサ出力および/またはASIC出力を、コントローラ230によって直接にサンプリングすることができる。
【0090】
代表的なサンプルデータを得るために、光センサ240Bは、照明パネル40内のさまざまな位置に配置することができる。あるいは、かつ/またはそれに加えて、所望の位置から光を集めるために、照明パネル40内に、光ファイバなどの光ガイドを配置することができる。その場合には、例えば照明パネル40の裏面に光センサ240Bを配置することができる。さらに、照明パネル40の異なる領域の光を光センサ240Bに集める異なる光ガイドからの光を切り換える光スイッチを使用することができる。したがって、単一の光センサ240Bを使用して、照明パネル40上のさまざまな位置から順番に光を集めることができる。
【0091】
ユーザ入力250は、ユーザが、色温度、明るさ、色相などの照明パネル40の属性を、遠隔制御パネル上の入力制御などのユーザ制御によって、選択的に調整することができるように構成することができる。
【0092】
温度センサ240Aは、温度情報を色管理ユニット260および/またはコントローラ230に提供することができ、色管理ユニット260および/またはコントローラ230は、列23内のLEDチップ16の既知の/予測される明るさ対温度動作特性に基づいて、照明パネルからの光出力を、列ごとに、かつ/または色ごとに調整することができる。
【0093】
光センサ240Bのさまざまな構成が図9A〜9Dに示されている。例えば、図9Aの実施形態では、照明パネル40内に単一の光センサ240Bが提供されている。光センサ240Bは、照明パネル40内の2つ以上のタイル/列から平均光量を受け取ることができる位置に配置することができる。
【0094】
照明パネル40の光出力特性に関するより広範囲なデータを提供するため、2つ以上の光センサ240Bを使用することもできる。例えば、図9Bに示されているように、バーアセンブリ30ごとに1つの光センサ240Bを提供することができる。その場合、バーアセンブリ30の端に光センサ240Bを配置することができ、それらの光センサ240Bに関連付けられたバーアセンブリ30から放出される光の平均量/合計量を受け取るように光センサ240Bを配置することができる。
【0095】
図9Cに示されているように、光センサ240Bを、照明パネル40の光放出領域の周縁の内側の1つまたは複数の位置に配置することもできる。しかしながら、いくつかの実施形態では、光センサ240Bを、照明パネル40の光放出領域から離して配置することができ、照明パネル40の光放出領域内のさまざまな位置からの光を、1つまたは複数の光ガイドによってセンサ240Bに伝送することができる。例えば、図9Dに示されているように、照明パネル40の光放出領域内の1つまたは複数の位置249からの光が、光ガイド247によって、光放出領域から離れた位置に伝送される。光ガイド247は、タイル10内に延在し、かつ/またはタイル10を横切って延在することができる光ファイバとすることができる。図9Dに示された実施形態では、光ガイド247が光スイッチ245で終わり、光スイッチ245は、光センサ240Bに接続する特定のガイド247を、コントローラ230および/または色管理ユニット260からの制御信号に基づいて選択する。しかしながら、光スイッチ245は任意選択であること、および光ガイド245がそれぞれ光センサ240Bで終わってもよいことを理解されたい。他の実施形態では、光ガイド247が、光スイッチ245の代わりに、光ガイド247を介して受け取られた光を結合し、結合された光を光センサ240Bに供給する光結合器(light combiner)で終わる。光ガイド247は、部分的にタイル10を横切って延在し、かつ/またはタイル10内に延在することができる。例えば、いくつかの実施形態では、光ガイド247が、集光位置まではパネル40の裏を通って延在し、次いで集光位置でパネル内に延在することができる。さらに、光センサ240Bは、パネルの前面(すなわちパネル40の照明デバイス16が取り付けられた側)、あるいは、パネル40および/またはタイル10および/またはバーアセンブリ30の裏面に取り付けることができる。
【0096】
次に図10を参照すると、電流ドライバ220は、複数のバードライバ回路320A〜320Dを備えることができる。照明パネル40内のそれぞれのバーアセンブリ30に対して1つのバードライバ回路320A〜320Dを提供することができる。図7に示された実施形態では、照明パネル40が4つのバーアセンブリ30を備える。しかしながら、いくつかの実施形態では、照明パネル210が、9つのバーアセンブリ30を備えることができ、その場合、電流ドライバ220は、9つのバードライバ回路320を備えることができる。図11に示されているように、いくつかの実施形態では、バードライバ回路320がそれぞれ、4つの電流供給回路340A〜340D、すなわち対応するバーアセンブリ30のそれぞれのLED列23A〜23Dに対して1つの電流供給回路340A〜340Dを備えることができる。電流供給回路340A〜340Bの動作は、コントローラ230からの制御信号342によって制御することができる。
【0097】
図12に、本発明のいくつかの実施形態に基づく電流供給回路340がより詳細に示されている。図12に示されているように、電流供給回路340は、図12に示されているように配置されたPWMコントローラU1、トランジスタQ1、抵抗器R1〜R3およびダイオードD1〜D3を備えることができる。電流供給回路340は入力電圧Vinを受け取る。電流供給回路340はさらに、クロック信号CLKおよびパルス幅変調信号PWMをコントローラ230から受け取る。電流供給回路340は、対応するLED列のアノードおよびカソードにそれぞれ接続された出力端子V+およびV−を介して、対応するLED列23に、実質的に一定の電流を供給するように構成される。列間の平均順方向電圧の差を考慮するために、この一定の電流は、可変電圧ブースト(boost)によって供給することができる。PWMコントローラU1は例えば、National Semiconductor CorporationのLM5020電流モードPWMコントローラを含むことができる。
【0098】
電流供給回路340は、PWM入力が論理HIGHである間、対応するLED列13に電流を供給するように構成される。したがって、タイミングループ(timing loop)ごとに、タイミングループの最初のクロックサイクルで、ドライバ220内のそれぞれの電流供給回路340のPWM入力が論理HIGHにセットされる。コントローラ230内のカウンタが、そのLED列23に対応するコントローラ230のレジスタに記憶された値に達すると、特定の電流供給回路340のPWM入力が論理LOWにセットされ、それによって対応するLED列23への電流をオフにする。したがって、照明パネル40内のそれぞれのLED列23は同時にターンオンされるが、それらの列は、所与のタイミングループ中の異なる時刻にオフになることがあり、これによって、LED列には、そのタイミングループ中に異なるパルス幅が与えられることになる。LED列23の見かけの輝度は、LED列23のデューティサイクル、すなわちLED列23に電流が供給されているタイミングループの割合にほぼ比例することができる。
【0099】
LED列23がオンである期間の間、そのLED列23には実質的に一定の電流を供給することができる。電流信号のパルス幅を操作することによって、オン状態電流を実質的に一定の値に維持している間でも、LED列23を流れる平均電流を変化させることができる。したがって、たとえLED16を流れる平均電流が変更されている場合でも、加えられた電流とともに変化する可能性があるLED列23内のLED16の主波長を実質的に安定させることができる。同様に、さまざまな平均電流レベルにおいて、LED列23によって消費される単位消費電力当たりの光束を、例えばLED列23の平均電流が可変電流源を使用して操作されている場合よりも一定に維持することができる。
【0100】
コントローラ230のレジスタに記憶された特定のLED列に対応する値は、通信リンク235を介して色管理ユニット260から受け取られた値に基づくことができる。あるいは、かつ/またはそれに加えて、このレジスタ値は、コントローラ230によってセンサ240から直接にサンプリングされた値および/または電圧レベルに基づくことができる。
【0101】
いくつかの実施形態では、色管理ユニット260が、デューティサイクルに対応する値(すなわち0から100までの値)を提供し、コントローラ230が、この値を、タイミングループ(timing loop)中のサイクルの数に基づいてレジスタ値に変換することができる。例えば、色管理ユニット260は、特定のLED列23のデューティサイクルが50%であることを、通信リンク235を介してコントローラ230に知らせる。タイミングループが10,000回のクロックサイクルを含む場合、コントローラがクロックサイクルごとにカウンタを増分させるとするならば、コントローラ230は、問題のLED列に対応するレジスタに値5000を記憶することができる。したがって、特定のタイミングループでは、ループの開始時にカウンタが0にリセットされ、その特定のLED列23に対して機能する電流供給回路340に適当なPWM信号を送ることによって、そのLED列23がオンになる。カウンタが値5000までカウントされると、電流供給回路340に対するPWM信号がリセットされ、LED列をオフにする。
【0102】
いくつかの実施形態では、PWM信号のパルス繰返し周波数(すなわちパルス繰返し数)が60Hzを超えることがある。PWMパルスの全体の繰返し周波数が200Hz以上である特定の実施形態では、PWM周期が5ミリ秒以下となることがある。単一のタイミングループ中にカウンタを100回だけ増分すればよいように、ループに遅延を含めることができる。このようにすると、所与のLED列23のレジスタ値を、LED列23のデューティサイクルに直接に対応させることができる。しかしながら、LED列23の輝度が適当に制御される限りにおいて、適当な任意のカウントプロセスを使用することができる。
【0103】
センサ値の変化を考慮するため、時々、コントローラ230のレジスタ値を更新することができる。いくつかの実施形態では、更新されたレジスタ値を、色管理ユニット260から、毎秒複数回、得ることができる。
【0104】
さらに、所与のサイクル中に実施される変更の量を制限するために、コントローラ230によって色管理ユニット260から読み取られたデータをフィルタにかけることができる。例えば、変更された値が色管理ユニット260から読み取られるときに、従来のPID(Proportional(比例)−Integral(積分)−Derivative(微分))フィードバックコントローラの場合のように、誤差値を計算し、それをスケーリングして、比例制御(「P」)を提供することができる。さらに、PIDフィードバックループの場合と同様に、この誤差信号を、積分および/または微分法によってスケーリングすることができる。変更された値のフィルタリングおよび/またはスケーリングは、色管理ユニット260および/またはコントローラ230内で実行することができる。
【0105】
照明器具200のいくつかの要素の動作が図13〜15に示されている。図13を参照すると、コントローラ230内の列レジスタが初期化される(ブロック1010)。レジスタの初期値は、コントローラ230がアクセス可能なリードオンリーメモリ(ROM)、不揮発性ランダムアクセスメモリ(NVRAM)または他の記憶デバイスなどの不揮発性メモリに記憶することができる。コントローラ230内のカウンタCOUNTも0にリセットされる。
【0106】
制御は次いで、カウンタCOUNTが0に等しいかどうかを判定するブロック1020に進む。カウンタCOUNTが0に等しい場合、それぞれの制御線342のPWM出力が論理HIGHにセットされる(ブロック1030)。カウンタCOUNTが0に等しくない場合、ブロック1030は迂回される。コントローラ230は次いで、レジスタ値がCOUNTに等しいLED列のPWM出力を選択的にオフにする(ブロック1040)。次いで、任意選択の遅延が導入され(ブロック1050)、COUNT値が増分される(ブロック1060)。次いで制御は、COUNTが最大値に達したかどうかを判定するブロック1070に進む。いくつかの実施形態ではこの最大値が100である。COUNTが最大値に達していない場合、制御はブロック1020に進む。COUNTの値が最大値MAX_COUNTに達した場合、現在のタイミングループは終了しており、COUNTが0にリセットされる(ブロック1080)。
【0107】
次に図14を参照すると、それぞれのLED列23に対するPWM信号を選択的にオフにすることに関連した動作がプロセス1100として示されている。このプロセスは、照明パネル40内の赤色、緑色および青色列23のそれぞれのグループに対して繰り返される。例えば、プロセス1100は、照明パネル40のそれぞれのバーアセンブリ30に対して一度、繰り返すことができる。図14に示されているように、コントローラ230は最初に、COUNTが赤色列レジスタR1のレジスタ値に等しいかどうかを判定する(ブロック1110)。COUNTが、赤色列レジスタR1のレジスタ値に等しい場合には、レジスタR1に関連したPWM信号が論理LOWにセットされ、それによって、レジスタR1に関連したLED列23をオフにする(ブロック1120)。次に、コントローラ230は、COUNTが、第1の緑色列レジスタG1Aのレジスタ値に等しいかどうかを判定する(ブロック1130)。COUNTが、第1の緑色列レジスタG1Aのレジスタ値に等しい場合、レジスタG1Aに関連したPWM信号が論理LOWにセットされ、それによって、レジスタG1Aに関連した1つまたは複数のLED列23をオフにする(ブロック1140)。同じプロセスを、第2の緑色列レジスタG1Bに対して繰り返すことができる。あるいは、両方の緑色列に対して単一のレジスタを使用してもよい。最後に、コントローラ230は、COUNTが、青色列レジスタB1のレジスタ値に等しいかどうかを判定する(ブロック1150)。COUNTが、青色列レジスタB1のレジスタ値に等しい場合には、レジスタB1に関連したPWM信号が論理LOWにセットされ、それによってレジスタB1に関連したLED列23をオフにする(ブロック1160)。照明パネル40内のそれぞれのバーアセンブリ30に対してプロセス1100が繰り返される。
【0108】
いくつかの実施形態では、周辺光の測度(例えば暗信号値)を得るために、照明パネル40が一瞬、暗くなったとき(すなわちユニット内の全ての光源が一瞬、オフに切り換えられたとき)に、光センサ240Bをサンプリングするように、コントローラ230が色管理ユニット260を制御することができる。コントローラ230はさらに、照明器具の輝度の測度(例えば明信号値)を得るために、パネル40がその少なくとも一部分の間点灯した時間間隔の間、光センサ240Bをサンプリングするように、色管理ユニット260を制御することができる。例えば、コントローラ230は、1回のタイミングループ全体の平均を表す値を光センサから得るように、色管理ユニット260を制御することができる。
【0109】
例えば、図15を参照すると、照明パネル40内の全てのLED列がオフにされ(ブロック1210)、暗信号値(dark signal value)を得るために光センサ240Bの出力がサンプリングされる(ブロック1220)。次いで、LED列に通電され(ブロック1230)、明信号値を得るために、パルス周期全体にわたってパネル出力が積分され、サンプリングされる(ブロック1240)。次いで、暗信号値および/または明信号値に基づいて照明パネル40の出力が調整される(ブロック1250)。
【0110】
周辺光の差を考慮するために、照明パネル40の輝度を調整することができる。例えば、周辺光のレベルが高い状況では、被照明領域の光のレベルを実質的に終始一貫したレベルに維持するために、負のフィードバック信号によって照明パネル40の明るさを低下させることができる。周辺光のレベルが低い別の状況では、被照明領域の光のレベルを終始一貫したレベルに維持するために、正のフィードバック信号によって照明器具の輝度を増大させることができる。すなわち、例えば被照明領域の自然光量の変動によって、被照明領域の周辺光のレベルは変動する可能性があるため。本発明のいくつかの実施形態によれば、周辺光のレベルに応じて、照明器具200からの光出力を変化させることができる。
例えば、被照明領域の周辺光のレベルが高い場合には、照明器具200の輝度を低下させることができる。複数の照明器具200によって照明される領域では、周辺光の測定を、それらの照明器具200間で調整することが望ましい場合がある。
【0111】
以前に説明したとおり、照明パネル40内の1つまたは複数(あるいは全て)のLED列23の電流パルスのパルス幅を調整することによって、照明パネル40の輝度を調整することができる。いくつかの実施形態では、感知された照明器具の輝度と感知された周囲の輝度との間の差に基づいて、パルス幅を調整することができる。他の実施形態では、感知された照明器具の輝度(明信号値)と感知された周囲の輝度(暗信号値)との比に基づいて、パルス幅を調整することができる。
【0112】
したがって、いくつかの実施形態では、照明パネル40、光センサ240B、色管理ユニット260およびコントローラ230によって形成されたフィードバックループが、周囲の照明とは無関係に、照明パネル40の平均輝度(luminosity)を維持するのに貢献する。他の実施形態では、照明パネル40の平均輝度と周囲の照明のレベルとの間の所望の関係を維持するようにフィードバックループを構成することができる。
【0113】
いくつかの実施形態では、フィードバックループがディジタル増分論理(digital incremental logic)を使用することができる。フィードバックループのディジタル増分論理は、デューティサイクル値などの値のリストを含むルックアップテーブルの索引を参照することができる。
【0114】
以前に示したとおり、本発明のいくつかの実施形態では、それぞれのPWM信号を同時に(すなわちタイミングループの開始時に)論理HIGHにセットすることができる。この場合、パネル40内の全てのLEDが、所与のタイミングループ中に同時にオンになるが、照明パネル40内のさまざまなLED列23に関連付けられたレジスタ値に応じて、異なる時刻にオフになる。しかしながら、他の実施形態では、LED列23が全て同時にターンオンされないように、1つまたは複数のLED列23のターンオンをずらすことができる。いくつかのケースでは、少なくとも1つのLED列23のPWM信号を、それによってそのLED列23が他のLED列23とは異なる時刻にオンになる固定遅延および/または可変遅延の分だけ遅延させることができる。この遅延は、例えばレジスタ値に加えることができるオフセット値を提供することによって、ソフトウェア内に提供することができる。LED列がオンにされる前に、そのオフセット値を調べることができる。
【0115】
したがって、例えばLED列はそれぞれ、開始時刻と停止時刻、あるいは開始時刻と持続時間を表す2つの関連した値を有することができる。例えば、コントローラは、それぞれのLED列23に対して2つの値(STARTおよびSTOP)を保持することができる。タイミングループの始めに、全てのPWM値を論理LOWにリセットすることができる。タイミングループのそれぞれのサイクルにおいて、COUNTの値がSTARTと比較される。COUNTの値がSTARTよりも大きいかまたは等しいが、STOPの値よりも小さい場合、そのLED列23に対するPWM信号は論理HIGHに切り換えられ/維持される。しかしながら、COUNTの値がSTOPよりも大きい場合、そのLED列に対するPWM信号は論理LOWにリセットされる。
【0116】
いくつかの実施形態では、このタイミング遅延(例えばSTARTの値)を、LED列23ごとに、かつ/またはLED列23のグループごとに異なるレベルに固定することができる。例えば、1つの赤色LED列23Aが他の赤色LED列23Aとは異なるSTART値を有するように、タイミング遅延をセットすることができる。
【0117】
さらなる実施形態では、それぞれのLED列に対するタイミング遅延をランダムに生成することができる。このランダムなタイミング遅延は、タイミングループごとに、かつ/または所与の数のタイミングループが経過した後に生成することができる。ランダムな遅延は、上限と下限の間で提供することができる。下限は0とすることができ、所与のLED列23に対する上限は、最大カウントMAX_COUNTから、問題のLED列23の列レジスタ値を引いた値とすることができる。例えば、デューティサイクルが60%のパルスは、パルス周期の40%以下に限って遅延させることができる。これによって、たとえ遅延されたとしても、そのLED列23が、完全なパルス幅の間はオンであり続けることを保証することができる。
【0118】
LED列23のタイミング遅延を、固定された遅延またはランダムな遅延によってずらすことによって、全てのLED列23が同時にオフ状態からオン状態に切り換らないようにすることができる。照明パネル40からの光出力のフリッカー(flicker)および/または結合振幅を低減させることができ、かつ/または照明パネル40の外部力率(external power factor)のバランスをとることができる。
【0119】
LED列23および/または照明パネル40の平均輝度を制御するために他の方法を使用することもできる。例えば、システムは、パルス幅変調を使用する代わりに、パルス周波数変調を使用することができる。パルス周波数変調に対応するためのコントローラ230および/または電流ドライバ220の変更は一般に、当業者に知られている。
【0120】
照明パネル内の同じ色のLED列を同じパルス幅で駆動する必要はない。例えば、バックライトパネル40は、複数の赤色LED列23を備えることができ、そのそれぞれを異なるパルス幅で駆動し、その結果、異なる平均電流レベルを提供することができる。したがって、本発明のいくつかの実施形態は、通電されたときに第1の主波長を有する狭帯域の光学的放射を発する複数のLEDチップ16をその中に含む第1および第2のLED列23と、第1の主波長とは異なる第2の主波長を有する狭帯域の光学的放射を発する複数のLEDチップ16を含む第3および第4のLED列23とを備えるLCDバックライトなどの照明パネルに対する閉ループディジタル制御システムを提供する。
【0121】
いくつかの実施形態では、第1のLED列23と第2のLED列23とが互いに異なる平均電流レベルに維持され、それでも、実質的に同じオン状態電流で駆動される。同様に、第3のLED列と第4のLED列とが互いに異なる平均電流レベルに維持され、それでも、実質的に同じオン状態電流で駆動される。
【0122】
第1および第2のLED列23のオン状態電流は、第3および第4のLED列のオン状態電流と異なっていてもよい。例えば、赤色LED列23を駆動するために使用されるオン状態電流が、緑色および/または青色LED列を駆動するために使用されるオン状態電流と異なっていてもよい。列23の平均電流は、列23を流れる電流のパルス幅に比例する。第1のLED列23と第2のLED列23との間の平均電流の比を比較的に一定に維持することができ、かつ/または第3のLED列23と第4のLED列23との間の平均電流の比を比較的に一定に維持することができる。さらに、所望のホワイトポイントを維持するために、第3および第4のLED列23の平均電流と比較された第1のLED列23と第2のLED列23との間の平均電流の比を、閉ループ制御の一部として変化させることもできる。
【0123】
いくつかの実施形態では、所与のLED列23に供給されるオン状態電流レベルを、コントローラ230からのコマンドに応じて、電流供給回路340が調整することができる。その場合、特定のLED列23の主波長を調整するように選択されたオン状態電流レベルで、特定のLED列を駆動することができる。例えば、チップ間の主波長の変動のため、特定のLED列23が、照明パネル40内の同じ色の他のLED列23の平均主波長よりも長い平均主波長を有することがある。その場合には、波長が相対的に長い方のLED列をわずかに高いオン状態電流で駆動することが可能である場合があり、それによって、LED列23の主波長を短くし、波長が相対的に短い方のLED列23の主波長と一致させることができる。
【0124】
いくつかの実施形態では、それぞれのLED列23の初期オン状態駆動電流を、較正プロセスによって較正することができる。この較正プロセスでは、それぞれのLED列に個々に通電され、それぞれの列からの光出力が光センサ240Aを使用して検出される。それぞれの列の主波長を測定し、その主波長を必要に応じて調整するために、適当な駆動電流をLED列ごとに計算することができる。例えば、特定の色のそれぞれのLED列23の主波長を測定することができ、特定の色に対する主波長の分散を計算することができる。その色に対する主波長の分散が所定のしきい値よりも大きい場合、または特定のLED列23の主波長が、そのLED列23の平均主波長よりも所定の標準偏差の分だけ長いかまたは短い場合には、主波長の分散を低減させるために、1つまたは複数のLED列23のオン状態駆動電流を調整することができる。列間の主波長の差を補正し/考慮するために、他の方法/アルゴリズムを使用することもできる。
【0125】
図面および明細書には、本発明の一般的な実施形態が開示されている。特定の用語が使用されるが、それらは、一般的かつ記述的な意味においてのみ使用されており、限定目的では使用されていない。本発明の範囲は前記特許請求の範囲に記載されている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
照明パネルの主平面に平行な第1の面を有する少なくとも1つのタイルと、
前記少なくとも1つのタイルの前記第1の面の上に配置され、光を発するように構成された複数の固体照明デバイスと、
前記少なくとも1つのタイルの前記第1の面の上の反射シートと、
前記反射シートの上の輝度増強フィルムと
を備え、
前記反射シートは、前記少なくとも1つのタイルと前記輝度増強フィルムとの間に配置されており、
前記輝度増強フィルムは、第1の方向を有する光を前記照明パネルから優先的に放出し、前記第1の方向とは異なる第2の方向を有する光を優先的に反射して前記照明パネルへ戻すように構成されていることを特徴とする照明パネル。
【請求項2】
前記反射シートは、前記反射シートに入射した光を反射し、散乱させるように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の照明パネル。
【請求項3】
前記反射シートは、前記反射シートを貫通した複数の開口を備え、
前記複数の開口はそれぞれ、前記複数の固体照明デバイスのうちの対応する1つの固体照明デバイスと整列していることを特徴とする請求項1に記載の照明パネル。
【請求項4】
前記開口はそれぞれ、それによって前記複数の固体照明デバイスのうちの前記対応する1つの固体照明デバイスの周囲に反射光学空洞を形成する傾斜した側壁を備えることを特徴とする請求項3に記載の照明パネル。
【請求項5】
前記反射シートはプラスチック発泡体を含むことを特徴とする請求項1に記載の照明パネル。
【請求項6】
前記反射シートと前記輝度増強フィルムの間の拡散シートをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の照明パネル。
【請求項7】
前記輝度増強フィルムは、前記輝度増強フィルムを通過する少なくとも一部の光線を前記照明パネルの前記主平面に垂直な方向に向けて曲げるように構成された複数の3次元光抽出形体を備えることを特徴とする請求項1に記載の照明パネル。
【請求項8】
前記光抽出形体はランダムな形体であることを特徴とする請求項7に記載の照明パネル。
【請求項9】
前記輝度増強フィルムは、前記複数の固体発光デバイスによって発せられた光が前記照明パネルから直接に放出されることを制限し、それによって前記照明パネル内での光の再循環/拡散を促進するように構成されていることを特徴とする請求項7に記載の照明パネル。
【請求項10】
前記光抽出形体はフレネル型レンズを備えることを特徴とする請求項7に記載の照明パネル。
【請求項11】
前記輝度増強フィルムは、前記照明パネルによって放出される光を実質的に平行にするように構成されていることを特徴とする請求項7に記載の照明パネル。
【請求項12】
前記第1の面の反対側の前記少なくとも1つのタイルの第2の面の上にあって、前記少なくとも1つのタイルから、前記少なくとも1つのタイルからの光放出方向とは反対の方向に、熱を引き離すように構成されたヒートシンクパネルをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の照明パネル。
【請求項13】
前記ヒートシンクパネルは黒い陽極酸化アルミニウムを含むことを特徴とする請求項12に記載の照明パネル。
【請求項14】
前記ヒートシンクパネルは、前記ヒートシンクパネルの熱抵抗を低減させるように構成された複数のヒートシンク形体を備えることを特徴とする請求項13に記載の照明パネル。
【請求項15】
前記複数のヒートシンク形体は複数の冷却フィンを備えることを特徴とする請求項14に記載の照明パネル。
【請求項16】
前記複数のヒートシンク形体はそれぞれ、前記複数の固体発光デバイスのうちの対応する1つの固体発光デバイスと整列していることを特徴とする請求項14に記載の照明パネル。
【請求項17】
全般照明に適合された照明器具であって、
少なくとも1つのタイルと、電気的に接続されて列を形成し、前記少なくとも1つのタイルの第1の面の上に配置され、主波長の光を発するように構成された複数の固体照明デバイスと、前記少なくとも1つのタイルの前記第1の面の上の反射シートと、前記反射シートの上の輝度増強フィルムとを有する照明パネルであって、前記反射シートが、前記少なくとも1つのタイルと前記輝度増強フィルムとの間に配置された照明パネルと、
制御信号に応答して前記列にオン状態駆動電流を供給するように構成された電流供給回路と、
前記複数の固体照明デバイスのうちの少なくとも1つの固体照明デバイスから光を受け取るように配置された光センサと、
前記光センサから出力信号を受け取り、前記光センサの前記出力信号に応じて前記制御信号を調整し、それによって、前記電流供給回路によって前記列に供給される平均電流を調整するように構成された制御システムと
を備えることを特徴とする照明器具。
【請求項18】
前記電流供給回路は、閉ループ可変電圧ブースト変換電流源を備えることを特徴とする請求項17に記載の照明器具。
【請求項19】
前記制御システムは、周辺光値を得るために、固体照明デバイスの前記列に電流が供給されていないときに、前記光センサの前記出力をサンプリングするように構成されていることを特徴とする請求項17に記載の照明器具。
【請求項20】
前記制御システムは、前記周辺光値が増大したときに前記列への平均電流を低下させるように構成されていることを特徴とする請求項19に記載の照明器具。
【請求項21】
前記制御システムは、輝度値を得るために、前記列に電流が供給されている時間間隔中に、前記光センサからサンプリングするように構成されていることを特徴とする請求項17に記載の照明器具。
【請求項22】
前記制御システムは、前記輝度値が増大したときに、前記第1の列への前記平均電流を低下させるように構成されていることを特徴とする請求項21に記載の照明器具。
【請求項23】
前記制御システムは、前記周辺光値および前記輝度値に基づいて、前記列に供給される前記平均電流を調整するように構成されていることを特徴とする請求項22に記載の照明器具。
【請求項24】
前記制御システムは、前記周辺光値と前記輝度値との差に基づいて、前記列に供給される前記平均電流を調整するように構成されていることを特徴とする請求項23に記載の照明器具。
【請求項25】
前記制御システムは、前記周辺光値と前記輝度値との比に基づいて、前記列に供給される前記平均電流を調整するように構成されていることを特徴とする請求項23に記載の照明器具。
【請求項26】
前記制御システムは、周囲/背景照明とは無関係に、前記第1の列の平均輝度を維持するように構成されていることを特徴とする請求項23に記載の照明器具。
【請求項27】
前記制御システムは、前記周辺光値に関する第1のフィードバック信号および前記輝度値に関する第2のフィードバック信号を供給することによって、周囲/背景照明と前記列の平均輝度との間の関係を維持するように構成されていることを特徴とする請求項23に記載の照明器具。
【請求項28】
前記制御信号はパルス幅変調(PWM)信号を含み、
前記制御システムは、前記PWM信号のデューティサイクルを変化させることによって、前記列に供給される平均電流を制御するように構成されていることを特徴とする請求項17に記載の照明器具。
【請求項29】
前記制御システムは、前記制御信号のパルス周波数を変化させることによって、前記列に供給される平均電流を制御するように構成されていることを特徴とする請求項17に記載の照明器具。
【請求項30】
前記電流供給回路は、前記列に供給される前記平均電流が変更されたときでも、前記列に供給される前記オン状態電流を実質的に一定の値に維持するように構成されていることを特徴とする請求項17に記載の照明器具。
【請求項31】
前記制御システムは、前記光センサに結合され、前記光センサの前記出力信号をサンプリングおよび処理し、処理された前記出力信号を前記制御システムに供給するように構成された色管理ユニットを備えることを特徴とする請求項17に記載の照明器具。
【請求項32】
前記照明パネルに関連した温度を感知するように構成された温度センサをさらに備え、 前記制御システムは、感知された前記温度の変化に応じて、前記第1の列に供給される平均電流を調整するように構成されていることを特徴とする請求項17に記載の照明器具。
【請求項33】
少なくとも1つのタイルと、少なくとも、前記少なくとも1つのタイルの第1の面の上にあって、第1の主波長の光を発するように構成された固体照明デバイスの第1の列、および、前記少なくとも1つのタイルの前記第1の面の上にあって、前記第1の主波長とは異なる第2の主波長の光を発するように構成された固体照明デバイスの第2の列と、前記少なくとも1つのタイルの前記第1の面の上の反射シートと、前記反射シートの上の輝度増強フィルムとを有する照明パネルであって、前記反射シートが、前記少なくとも1つのタイルと前記輝度増強フィルムとの間に配置された照明パネルと、
第1の制御信号に応答して前記第1の列にオン状態駆動電流を供給するように構成され
た第1の電流供給回路と、
第2の制御信号に応答して前記第2の列にオン状態駆動電流を供給するように構成された第2の電流供給回路と、
前記第1の列内の少なくとも1つの固体照明デバイス、および、前記第2の列内の少なくとも1つの固体照明デバイスから光を受け取るように配置された光センサと、
前記光センサから出力信号を受け取り、前記光センサの前記出力信号に応じて前記第1の制御信号および/または前記第2の制御信号を調整し、それによって、前記第1の電流供給回路によって前記第1の列に供給される平均電流を調整し、かつ/または前記第2の電流供給回路によって前記第2の列に供給される平均電流を調整するように構成された制御システムであって、前記光センサ、前記制御システム並びに前記第1および第2の電流供給回路が、前記照明パネルに対するフィードバックループを形成する制御システムと
を備え、
前記第1および第2の制御信号はパルス幅変調(PWM)信号を含み、
前記制御システムは、前記第1および/または第2の制御信号のデューティサイクルを変化させることによって、前記第1および/または第2の列に供給される平均電流を制御するように構成されていることを特徴とする照明器具。
【請求項34】
前記第1の制御信号のパルスの前縁は、前記第2の制御信号のパルスの前縁とは異なる時刻に発生することを特徴とする請求項33に記載の照明器具。
【請求項35】
前記第1の制御信号の前記パルスの前記前縁は、前記第2の制御信号の前記パルスの前記前縁から、固定遅延だけ遅延されることを特徴とする請求項34に記載の照明器具。
【請求項36】
前記第1の制御信号の前記パルスの前記前縁は、前記第2の制御信号の前記パルスの前記前縁から、可変遅延だけ遅延されることを特徴とする請求項34に記載の照明器具。
【請求項37】
前記可変遅延は、ランダムな、無秩序な、または掃引関数、テーブルもしくは他の技法によって決定された遅延間隔、かつ/あるいは前記第1の制御信号および/または前記第2の制御信号のパルス幅に応じた遅延間隔の範囲内で変化することを特徴とする請求項36に記載の照明器具。
【請求項1】
照明パネルの主平面に平行な第1の面を有する少なくとも1つのタイルと、
前記少なくとも1つのタイルの前記第1の面の上に配置され、光を発するように構成された複数の固体照明デバイスと、
前記少なくとも1つのタイルの前記第1の面の上の反射シートと、
前記反射シートの上の輝度増強フィルムと
を備え、
前記反射シートは、前記少なくとも1つのタイルと前記輝度増強フィルムとの間に配置されており、
前記輝度増強フィルムは、第1の方向を有する光を前記照明パネルから優先的に放出し、前記第1の方向とは異なる第2の方向を有する光を優先的に反射して前記照明パネルへ戻すように構成されていることを特徴とする照明パネル。
【請求項2】
前記反射シートは、前記反射シートに入射した光を反射し、散乱させるように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の照明パネル。
【請求項3】
前記反射シートは、前記反射シートを貫通した複数の開口を備え、
前記複数の開口はそれぞれ、前記複数の固体照明デバイスのうちの対応する1つの固体照明デバイスと整列していることを特徴とする請求項1に記載の照明パネル。
【請求項4】
前記開口はそれぞれ、それによって前記複数の固体照明デバイスのうちの前記対応する1つの固体照明デバイスの周囲に反射光学空洞を形成する傾斜した側壁を備えることを特徴とする請求項3に記載の照明パネル。
【請求項5】
前記反射シートはプラスチック発泡体を含むことを特徴とする請求項1に記載の照明パネル。
【請求項6】
前記反射シートと前記輝度増強フィルムの間の拡散シートをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の照明パネル。
【請求項7】
前記輝度増強フィルムは、前記輝度増強フィルムを通過する少なくとも一部の光線を前記照明パネルの前記主平面に垂直な方向に向けて曲げるように構成された複数の3次元光抽出形体を備えることを特徴とする請求項1に記載の照明パネル。
【請求項8】
前記光抽出形体はランダムな形体であることを特徴とする請求項7に記載の照明パネル。
【請求項9】
前記輝度増強フィルムは、前記複数の固体発光デバイスによって発せられた光が前記照明パネルから直接に放出されることを制限し、それによって前記照明パネル内での光の再循環/拡散を促進するように構成されていることを特徴とする請求項7に記載の照明パネル。
【請求項10】
前記光抽出形体はフレネル型レンズを備えることを特徴とする請求項7に記載の照明パネル。
【請求項11】
前記輝度増強フィルムは、前記照明パネルによって放出される光を実質的に平行にするように構成されていることを特徴とする請求項7に記載の照明パネル。
【請求項12】
前記第1の面の反対側の前記少なくとも1つのタイルの第2の面の上にあって、前記少なくとも1つのタイルから、前記少なくとも1つのタイルからの光放出方向とは反対の方向に、熱を引き離すように構成されたヒートシンクパネルをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の照明パネル。
【請求項13】
前記ヒートシンクパネルは黒い陽極酸化アルミニウムを含むことを特徴とする請求項12に記載の照明パネル。
【請求項14】
前記ヒートシンクパネルは、前記ヒートシンクパネルの熱抵抗を低減させるように構成された複数のヒートシンク形体を備えることを特徴とする請求項13に記載の照明パネル。
【請求項15】
前記複数のヒートシンク形体は複数の冷却フィンを備えることを特徴とする請求項14に記載の照明パネル。
【請求項16】
前記複数のヒートシンク形体はそれぞれ、前記複数の固体発光デバイスのうちの対応する1つの固体発光デバイスと整列していることを特徴とする請求項14に記載の照明パネル。
【請求項17】
全般照明に適合された照明器具であって、
少なくとも1つのタイルと、電気的に接続されて列を形成し、前記少なくとも1つのタイルの第1の面の上に配置され、主波長の光を発するように構成された複数の固体照明デバイスと、前記少なくとも1つのタイルの前記第1の面の上の反射シートと、前記反射シートの上の輝度増強フィルムとを有する照明パネルであって、前記反射シートが、前記少なくとも1つのタイルと前記輝度増強フィルムとの間に配置された照明パネルと、
制御信号に応答して前記列にオン状態駆動電流を供給するように構成された電流供給回路と、
前記複数の固体照明デバイスのうちの少なくとも1つの固体照明デバイスから光を受け取るように配置された光センサと、
前記光センサから出力信号を受け取り、前記光センサの前記出力信号に応じて前記制御信号を調整し、それによって、前記電流供給回路によって前記列に供給される平均電流を調整するように構成された制御システムと
を備えることを特徴とする照明器具。
【請求項18】
前記電流供給回路は、閉ループ可変電圧ブースト変換電流源を備えることを特徴とする請求項17に記載の照明器具。
【請求項19】
前記制御システムは、周辺光値を得るために、固体照明デバイスの前記列に電流が供給されていないときに、前記光センサの前記出力をサンプリングするように構成されていることを特徴とする請求項17に記載の照明器具。
【請求項20】
前記制御システムは、前記周辺光値が増大したときに前記列への平均電流を低下させるように構成されていることを特徴とする請求項19に記載の照明器具。
【請求項21】
前記制御システムは、輝度値を得るために、前記列に電流が供給されている時間間隔中に、前記光センサからサンプリングするように構成されていることを特徴とする請求項17に記載の照明器具。
【請求項22】
前記制御システムは、前記輝度値が増大したときに、前記第1の列への前記平均電流を低下させるように構成されていることを特徴とする請求項21に記載の照明器具。
【請求項23】
前記制御システムは、前記周辺光値および前記輝度値に基づいて、前記列に供給される前記平均電流を調整するように構成されていることを特徴とする請求項22に記載の照明器具。
【請求項24】
前記制御システムは、前記周辺光値と前記輝度値との差に基づいて、前記列に供給される前記平均電流を調整するように構成されていることを特徴とする請求項23に記載の照明器具。
【請求項25】
前記制御システムは、前記周辺光値と前記輝度値との比に基づいて、前記列に供給される前記平均電流を調整するように構成されていることを特徴とする請求項23に記載の照明器具。
【請求項26】
前記制御システムは、周囲/背景照明とは無関係に、前記第1の列の平均輝度を維持するように構成されていることを特徴とする請求項23に記載の照明器具。
【請求項27】
前記制御システムは、前記周辺光値に関する第1のフィードバック信号および前記輝度値に関する第2のフィードバック信号を供給することによって、周囲/背景照明と前記列の平均輝度との間の関係を維持するように構成されていることを特徴とする請求項23に記載の照明器具。
【請求項28】
前記制御信号はパルス幅変調(PWM)信号を含み、
前記制御システムは、前記PWM信号のデューティサイクルを変化させることによって、前記列に供給される平均電流を制御するように構成されていることを特徴とする請求項17に記載の照明器具。
【請求項29】
前記制御システムは、前記制御信号のパルス周波数を変化させることによって、前記列に供給される平均電流を制御するように構成されていることを特徴とする請求項17に記載の照明器具。
【請求項30】
前記電流供給回路は、前記列に供給される前記平均電流が変更されたときでも、前記列に供給される前記オン状態電流を実質的に一定の値に維持するように構成されていることを特徴とする請求項17に記載の照明器具。
【請求項31】
前記制御システムは、前記光センサに結合され、前記光センサの前記出力信号をサンプリングおよび処理し、処理された前記出力信号を前記制御システムに供給するように構成された色管理ユニットを備えることを特徴とする請求項17に記載の照明器具。
【請求項32】
前記照明パネルに関連した温度を感知するように構成された温度センサをさらに備え、 前記制御システムは、感知された前記温度の変化に応じて、前記第1の列に供給される平均電流を調整するように構成されていることを特徴とする請求項17に記載の照明器具。
【請求項33】
少なくとも1つのタイルと、少なくとも、前記少なくとも1つのタイルの第1の面の上にあって、第1の主波長の光を発するように構成された固体照明デバイスの第1の列、および、前記少なくとも1つのタイルの前記第1の面の上にあって、前記第1の主波長とは異なる第2の主波長の光を発するように構成された固体照明デバイスの第2の列と、前記少なくとも1つのタイルの前記第1の面の上の反射シートと、前記反射シートの上の輝度増強フィルムとを有する照明パネルであって、前記反射シートが、前記少なくとも1つのタイルと前記輝度増強フィルムとの間に配置された照明パネルと、
第1の制御信号に応答して前記第1の列にオン状態駆動電流を供給するように構成され
た第1の電流供給回路と、
第2の制御信号に応答して前記第2の列にオン状態駆動電流を供給するように構成された第2の電流供給回路と、
前記第1の列内の少なくとも1つの固体照明デバイス、および、前記第2の列内の少なくとも1つの固体照明デバイスから光を受け取るように配置された光センサと、
前記光センサから出力信号を受け取り、前記光センサの前記出力信号に応じて前記第1の制御信号および/または前記第2の制御信号を調整し、それによって、前記第1の電流供給回路によって前記第1の列に供給される平均電流を調整し、かつ/または前記第2の電流供給回路によって前記第2の列に供給される平均電流を調整するように構成された制御システムであって、前記光センサ、前記制御システム並びに前記第1および第2の電流供給回路が、前記照明パネルに対するフィードバックループを形成する制御システムと
を備え、
前記第1および第2の制御信号はパルス幅変調(PWM)信号を含み、
前記制御システムは、前記第1および/または第2の制御信号のデューティサイクルを変化させることによって、前記第1および/または第2の列に供給される平均電流を制御するように構成されていることを特徴とする照明器具。
【請求項34】
前記第1の制御信号のパルスの前縁は、前記第2の制御信号のパルスの前縁とは異なる時刻に発生することを特徴とする請求項33に記載の照明器具。
【請求項35】
前記第1の制御信号の前記パルスの前記前縁は、前記第2の制御信号の前記パルスの前記前縁から、固定遅延だけ遅延されることを特徴とする請求項34に記載の照明器具。
【請求項36】
前記第1の制御信号の前記パルスの前記前縁は、前記第2の制御信号の前記パルスの前記前縁から、可変遅延だけ遅延されることを特徴とする請求項34に記載の照明器具。
【請求項37】
前記可変遅延は、ランダムな、無秩序な、または掃引関数、テーブルもしくは他の技法によって決定された遅延間隔、かつ/あるいは前記第1の制御信号および/または前記第2の制御信号のパルス幅に応じた遅延間隔の範囲内で変化することを特徴とする請求項36に記載の照明器具。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【公開番号】特開2013−41853(P2013−41853A)
【公開日】平成25年2月28日(2013.2.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−257767(P2012−257767)
【出願日】平成24年11月26日(2012.11.26)
【分割の表示】特願2009−506542(P2009−506542)の分割
【原出願日】平成19年4月18日(2007.4.18)
【出願人】(592054856)クリー インコーポレイテッド (468)
【氏名又は名称原語表記】CREE INC.
【Fターム(参考)】
【公開日】平成25年2月28日(2013.2.28)
【国際特許分類】
【出願日】平成24年11月26日(2012.11.26)
【分割の表示】特願2009−506542(P2009−506542)の分割
【原出願日】平成19年4月18日(2007.4.18)
【出願人】(592054856)クリー インコーポレイテッド (468)
【氏名又は名称原語表記】CREE INC.
【Fターム(参考)】
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