JP2005531140A - マルチチップｌｅｄパッケージからの光特性を維持するシステム - Google Patents

Abstract

【課題】マルチチップＬＥＤパッケージの光特性を維持するシステムを提供する。
【解決手段】本発明は、マルチチップＬＥＤパッケージ（102）からの光特性を維持する方法、システム、及び構造を提供する。このことは、所望の光出力を選択して、マルチチップＬＥＤパッケージ内の複数の発光ダイオードからの光を制限することによって行うことができる。このことは、制限した光を測定して、測定した光出力を所望の光と比較して、測定した光にもとづいて、マルチチップＬＥＤパッケージ内のＬＥＤ（150）への電流を調整することによっても行うことができる。

Description

本発明は一般に、ＬＥＤ駆動の照明システムに関するものである。本発明は特に、マルチ（多）チップＬＥＤパッケージからの光特性を維持するシステムに関するものである。

発光ダイオード（ＬＥＤ）は、高強度でユーザ指定の一定色を提供しなければならない一般照明用途に、より頻繁に使用されている。高輝度光を提供するために、（同色または異なる色の）多数のＬＥＤチップを具えたパッケージを使用して、大型ランプの使用を避けなければならない。以下、これらのパッケージを「マルチチップＬＥＤパッケージ」と称する。

光輝度及び他の特性は、ＬＥＤ間で変動する。このことは、マルチチップＬＥＤパッケージからの光出力に色変動を生じさせ得る。マルチチップＬＥＤパッケージの光輝度及び色は、光センサ及びこれを支援する電子回路及び制御システムで測定して一定に保つことができ、これらはＬＥＤチップとは別個のパッケージ内に配置する。小型で、光出力が一貫し、そしてマルチチップＬＥＤパッケージを用いるランプ設計者に最小の設計作業を要求するＬＥＤランプを得るために、前記センサ（及びできれば他の電子回路）をＬＥＤパッケージ内に統合することが望まれる。従って、光出力の制御にとって有用な信号を提供するような前記センサの配置は厳密なものとなる。

従って、これら及び他の欠点を克服した、マルチチップＬＥＤパッケージの光特性を維持するシステムを提供することが望まれる。

本発明の１つの態様は、マルチチップＬＥＤパッケージからの光特性を維持するシステムを提供する。このシステムは、少なくとも１つの光センサへの透過光を制限して、制限された光信号を生成する手段と、前記制限された光信号を、前記少なくとも１つの光センサによって測定して、検出光信号を生成する手段とを具えている。また、このシステムは、前記検光信号を所望の光信号と比較する手段と、この比較にもとづいて、前記マルチチップＬＥＤパッケージ上の少なくとも１つの発光ダイオードへの電流を調整する手段も具えている。

本発明の他の態様は、マルチチップＬＥＤパッケージからの光特性を維持する構造を提供する。この構造は、複数のＬＥＤと、前記複数のＬＥＤからの光出力の相当量を受けるように配置した少なくとも１つのエンクロージャ（筐体）と、前記エンクロージャ内に配置され、前記複数のＬＥＤからの光出力を測定する少なくとも１つの光センサと、前記複数のＬＥＤチップに動作的に結合されて、前記測定した光出力にもとづいて、前記ＬＥＤチップへの電流を制御するコントローラとを具えている。

本発明の以上及び他の特徴及び利点は、以下の図面を参照した好適な実施例の詳細な説明より、さらに明らかになる。これらの詳細な説明及び図面は、本発明を限定するものではなく単に例示するものであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲及びこれと等価なものによって規定される。

図１に、本発明による、マルチチップＬＥＤパッケージからの光を維持するシステムの一実施例１００を示す。１つの具体例では、システム１００が、マルチチップＬＥＤパッケージ１０２及び入力装置１４０を具えることができる。

マルチチップＬＥＤパッケージ１０２は、制御システム１３０、温度検出デバイス１２０、発光ダイオード（ＬＥＤ）１５０、及び光検出デバイス１１０を具えることができる。

マルチチップＬＥＤパッケージ１０２は、接続電気配線１３５を有する少なくとも１つの発光ダイオードチップ１５０を具えている。このＬＥＤは、例えば、赤色、緑色、または青色とすることができ、他の例では、複数のＬＥＤをすべて一色に、あるいは複数色の組合せにすることができる。システム１００の他の具体例は、白色ＬＥＤチップ、他の色のＬＥＤチップ、あるいは有色及び白色のＬＥＤチップの組合せとすることができる。

マルチチップＬＥＤパッケージ１０２は、制御システム１３０も具えている。１つの具体例では、制御システム１３０を、ＲＡＭ付きのコンピュータチップのような、論理処理を行ういずれかの適切なハードウエアまたはソフトウエア、あるいはハードウエアとソフトウエアの組合せとすることができる。この制御システム１３０は、システムの構成要素１１０、１２０、１４０、１５０に、システムの電気配線１１５、１２５、１３５で、あるいは現在技術で既知の、他のいずれかの適切な接続で、動作的に結合することができる。制御システム１３０は、配線１１５、１２５、１３５経由で種々のシステム構成要素に至る電流を変更することができる。例えば、制御システム１３０は、電気配線１３５経由でＬＥＤチップに流れ込む電流を変更することができる。制御システム１３０内のコンピュータソフトウエアは、種々のシステム構成要素への電流を、現在技術で既知のいずれかの適切な手段によって制御する命令を含むことができる。

マルチチップＬＥＤパッケージ１０２は、光検出デバイス１１０を包囲するエンクロージャ（筐体）１０５も具えることができる。ここで図１及び図３を参照して説明する。図３にはエンクロージャ１０５の好適例を示し、ここでエンクロージャ３１０は少なくとも１つの開口（アパーチャ）３２０、即ちＬＥＤに向かう開口部を具えて、開口３２０は光源（ＬＥＤ）から放出される光を光検出デバイス１１０に導く。開口３２０は、各エンクロージャに関連するＬＥＤの配置及び数に応じて、種々の大きさ（サイズ）及び形状にすることができ、これについては以下で、図４〜６を参照してより詳細に説明する。これらの開口の大きさによって、光源に達する光量を決めることができる。１つの具体例では、エンクロージャの内壁３１５が白色の内壁であり、異なる所望の光源からの光をより効率的に組み合わせる。前記開口は、どのＬＥＤからの光がどれだけ前記エンクロージャに入るかを決める。一旦、光が前記エンクロージャに入ると、白色の内壁面が入って来た光を混合する。この内部混合の目的は、フォトダイオードで測定中のＬＥＤ間の変動に対して、フォトダイオードをより感応しにくくすることにある。

マルチチップＬＥＤパッケージ１０２は、エンクロージャ１０５内に配置した少なくとも１つの光検出デバイス１１０も具えている。光検出デバイス１１０は、フォトダイオード、光導電体（フォトコンダクタ）、あるいは現在技術で既知の、他のいずれかの適切な光検出デバイスとすることができる。光検出デバイス１１０は、これに隣接するＬＥＤからの透過光が前記開口を通ってこの光検出デバイスに至るように配置することができる。光センサ１１０は、前記透過光を検出光信号に変換する。検出デバイス１１０は、電気配線、光ファイバ、あるいは現在技術で既知の、他のいずれかの適切な接続手段によって、制御システム１３０に動作的に結合することができる。ＬＥＤからの透過光は、光センサ１１０への入射を禁止するか、あるいは、光センサ１１０上に入射可能にすることができる。このことは、これらのセンサをエンクロージャ１０５の下方にはいちすることによって、ＬＥＤチップの配置によって、エンクロージャ１０５の形状によって、あるいはこれらの組合せによって達成することができる。

マルチチップＬＥＤパッケージ１０２は、制御システム１３０に動作的に結合した温度検出デバイス１２０を具えることができる。この温度検出デバイス１２０は、熱電対、あるいは現在技術で既知の、構成要素の温度を測定するために使用される他のいずれかの適切な手段とすることができる。温度検出デバイス１２０は、このマルチチップＬＥＤパッケージ１０２内で使用されるＬＥＤの温度を測定するために使用することができる。温度検出デバイス１２０は、ＬＥＤの温度を連続的に測定するように構成するか、あるいは、例えば20秒毎のような指定した時間間隔で測定するように構成することができる。１つの具体例では、温度検出デバイス１２０を、マルチチップＬＥＤパッケージ１０２内に含めることができる。他の具体例では、温度検出デバイス１２０を、上にマルチチップＬＥＤパッケージ１０２を装着したヒートシンクに接続して、このヒートシンクの温度を監視することができる。

システム１００は、入力装置１４０を具えることもでき、ユーザは入力装置１４０で、所望の光出力の色及び強度を予め定めることができる。１つの具体例では、この入力装置１４０が、電子選択メニュー付きのハンドヘルド（手持ち型）キーパッドである。入力装置１４０は、壁面またはパーソナルコンピュータ上に装着され、制御システム１３０に動作的に結合されたキーパッドとすることもできる。実際には、ユーザは単にキーパッド上のボタンを押して、これに対応する所望の光のプロファイル（外見的特徴）を選択することができる。例えば、ユーザは白でない色で高い強度の明るい光を選択するころができる。入力装置１４０は、ユーザが光の好ましいプロファイルを選択することを可能にする、いずれかの適切なハードウエアまたはソフトウエア、あるいはハードウエアとソフトウエアの組合せとすることができる。

ここで図２を参照して説明する。図２に、マルチチップＬＥＤパッケージの光特性を維持する方法２００を概略的に示す。実際には、ユーザは入力装置１４０を用いて、所望の光のプロファイルを選択する（ブロック２１０）。所望の光のプロファイルは、透過光の色及び強度を含む。

一旦、マルチチップＬＥＤパッケージ１０２が光を伝送し始めると、各ＬＥＤに関連するセンサ１１０が透過光の色及び強度を共に測定する（ブロック２１５）。センサ１１０は測定した透過光を検出光信号に変換する（ブロック２２０）。１つの具体例では、光全体の色及び強度を、個々のＬＥＤの個別の光強度の総和によって測定する。他の具体例では、別個の各色の個別値を総計して、特定色に対する検出光信号値を得る。例えば、赤色ＬＥＤ毎の検出光信号を総計して、合計の検出信号値とする。

そして、測定した検出光信号を、ユーザが選択した所望の光のプロファイルに関連する所望の光信号値と比較する（ブロック２２５）。この比較の結果は、１つ以上のＬＥＤへの電流の調整が必要であるか否かを決定する（ブロック２３０）。検出光の値が、所望の光信号値の所定の許容範囲内であれば、ブロック２１５に戻る。しかし、検出光の値がこの指定範囲内でなければ、１つ以上のＬＥＤへの電流を調整して（ブロック２３５）、ブロック２１５に戻って、マルチチップＬＥＤパッケージ１０２の監視を継続する。

ＬＥＤへの電流を変化させることにより、マルチチップ・パッケージ１０２から放出される光の色及び強度が変化する。選択した所望の光のプロファイルにもとづいて、制御システム１３０は、マルチチップＬＥＤパッケージ１０２内の種々の構成要素に関する電流の量を定める。所望の光特性のプロファイルを用いて、光センサ１１０によって測定した光を評価することができる。従って、システムの構成要素へ流れる電流を制御システム１３０によって調整して、ＬＥＤから放出される光を変化させることができる。このプロセスは、所望の光がもはや必要でなくなるまで継続する。

他の具体例では、温度センサ１２０が、ＬＥＤの温度も測定することができる。この温度が、特定のマルチチップＬＥＤパッケージについての許容限度内に留まる限り、構成要素への電流は制御システム１３０によって維持される。しかし、測定した温度が許容限度内でなければ、制御システム１３０は、ＬＥＤへの電流を要求通りに変化させる。

個々で図４を参照して説明する。図４に、マルチチップＬＥＤパッケージの、ＬＥＤチップ、エンクロージャ、及び光センサの好適な配置４００を概略的に示す。光センサ４１２をマルチチップＬＥＤパッケージ４０１上に配置して、パッケージ上に位置するＬＥＤチップからの光強度を測定することができる。センサ４１２は、パッケージ４０１上の複数のＬＥＤを監視できる所に配置することができる。センサ４１２は、入射光をセンサ４１２に導くエンクロージャ４０２によって部分的に覆うことができる。１つの具体例では、エンクロージャ４０２が、センサ４１２上に入射する光の量を制御することができる。エンクロージャ４０２は、隣接するＬＥＤチップ４０３、４０５、４１１に面した種々の開口を有することができる。マルチチップＬＥＤパッケージ４０１全体の光強度及び色は、各ＬＥＤチップの光強度を総計することによって測定することができる。

エンクロージャ４０２は、ＬＥＤチップ４１１に面した開口よりも小さい開口を有することができる。ＬＥＤパッケージ４０１では、制御システムがＬＥＤチップ４０３、４０５、４１１の光強度を測定することができる。ＬＥＤチップ４１１は、４つのセンサ４１２によって測定することができ、これら４つのセンサ４１２はエンクロージャ４０２によって覆うことができる。この測定は、ＬＥＤチップ４１１を過度に重み付けすることになり得るので、エンクロージャ４０２の開口のうちＬＥＤチップ４１１に面したものを、隅部のＬＥＤチップ４０３に面した他の開口の大きさの1/4に低減することができる。この比率は、特定のＬＥＤチップを測定する回数の逆数に等しい。例えば、ＬＥＤチップ４０５は２つのセンサ４１２によって測定することができ、従って、ＬＥＤチップ４０５に面した開口を、隅部のＬＥＤチップ４０３に面した他の開口の大きさの1/2に低減することができる。これらの比率は正確ではないことがあり、実際にＬＥＤによって放出される光の分布に依存する。ＬＥＤチップ４０３、４０５、４１１は等しい大きさにして、センサ４１２から等距離に配置できるものと仮定することができる。

フィルタ付きのフォトダイオードをこのシステムに用いれば、種々の色のＬＥＤチップから放出される光を同時にサンプリング（標本化）することができる。フィルタなしのフォトダイオードをＬＥＤチップ上に用いれば、時間多重サンプリング法を用いて、同時に一色しか測定することができない。例えば、赤色、青色、及び緑色のＬＥＤを含むパッケージでは、緑色及び青色のＬＥＤをオフ状態にする間に、赤色のＬＥＤの光強度を測定することができる。このステップの直後に、赤色及び緑色のＬＥＤをオフ状態にする間に、青色のＬＥＤの光強度を測定することができる。このステップの直後に、赤色及び青色のＬＥＤをオフ状態にする間に、緑色のＬＥＤの光強度を測定することができる。これらの測定の結果を制御システム１３０に送って、これらの結果を用いて、所望の光出力を達成するために種々のデバイスへの電流を変更する必要があるか否かを決定することができる。

ここで図５を参照して説明する。図５に、マルチチップＬＥＤパッケージのＬＥＤチップ、エンクロージャ、及び光センサの他の好適な配置５００を概略的に示す。

マルチチップＬＥＤパッケージ５０１のアレイ内の各ＬＥＤチップ５０３が、エンクロージャ５０２の１つの開口のみに面するので、ＬＥＤは１回測定すればよい。また、各ＬＥＤチップ５０３は同じ大きさにして、各エンクロージャ５０２から等距離にすることができるので、エンクロージャ５０２の開口は同じ大きさにすることができる。

ここで図６を参照して説明する。図６に、マルチチップＬＥＤパッケージのＬＥＤチップ、エンクロージャ、及び光センサのさらに他の好適な配置６００を概略的に示す。

図４に４００で概略的に示すマルチチップ・パッケージと同様に、システムはＬＥＤチップ６０３、６０５、６０９、６１１を、接続配線、エンクロージャ６１２、及び少なくとも１つの光センサ６０２と共に具えることができ、これらのすべてが互いに動作的に結合されて、マルチチップ・パッケージ６０１上に実装されている。このシステムは、図４に４００で概略的に示すシステムと同様に動作するが、４つのエンクロージャの代わりに２つのエンクロージャを用いることができる。図４と同様に、１つのＬＥＤを測定する回数の比率を特定して、マルチチップＬＥＤパッケージ６０１上の各ＬＥＤチップ６０３、６０５、６０９、６１１に面した開口の相対的な大きさを計算することができる。

本明細書に開示した本発明の実施例は現在好適なものと考えるが、本発明の範囲を逸脱することなしに、種々の変更及び変形を加えることができる。本発明の範囲は請求項に示され、これらの請求項と等価な意味及び範囲に入るすべての変更が、本発明に含まれる。

本発明による、マルチチップＬＥＤからの光特性を維持するシステムの一実施例を図式的に示す図である。 本発明による、マルチチップＬＥＤからの光特性を維持するシステムの一実施例のフロー図である。 本発明による、マルチチップＬＥＤ内の光特性を維持するシステムの一実施例を図式的に示す図である。 本発明による、マルチチップＬＥＤ内の光特性を維持するシステムの一実施例を図式的に示す図である。 本発明による、マルチチップＬＥＤ内の光特性を維持するシステムの一実施例を図式的に示す図である。 本発明による、マルチチップＬＥＤ内の光特性を維持するシステムの一実施例を図式的に示す図である。

Claims (13)

1. マルチチップ発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージからの光特性を維持するシステムであって、
   少なくとも１つの光センサへの透過光を制限して、制限された光信号を生成する手段と；
   前記制限された光信号を、前記少なくとも１つの光センサによって測定して、検出光信号を生成する手段と；
   前記検光信号を、所望の光信号と比較する手段と；
   前記比較にもとづいて、前記マルチチップＬＥＤパッケージ上の少なくとも１つの発光ダイオードへの電流を調整する手段と
   を具えていることを特徴とする光特性維持システム。
2. さらに、所望の光信号を、入力装置を介して制御装置に供給する手段を具えていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. さらに、
   前記マルチチップＬＥＤパッケージ内の温度を測定する手段と；
   前記測定した温度を所望の温度と比較する手段と；
   前記比較にもとづいて、前記少なくとも１つのＬＥＤへの電流を調整する手段と
   を具えていることを特徴とする請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記光センサを、フォトダイオード及び光導電体から成るグループから選択したことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
5. 前記システムに、前記光センサにフィルタをかけるためのフィルタを設けたことを特徴とする請求項１、２、３または４に記載のシステム。
6. 前記透過光を制限する手段が、前記少なくとも１つの光センサをエンクロージャ内に配置することから成ることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
7. 前記エンクロージャが、少なくとも１つの開口を含むことを特徴とする請求項６に記載のシステム。
8. 前記エンクロージャが白色の内壁を具えていることを特徴とする請求項５または６に記載のシステム。
9. 前記マルチチップＬＥＤパッケージ内の前記発光ダイオードが、赤色光、緑色光、及び青色光を発光する複数の発光ダイオードから成ることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
10. 前記少なくとも１つの光センサによる透過光の測定に、時間多重サンプリングを行う手段を含めたことを特徴とする請求項９に記載のシステム。
11. 前記電流を調整する手段が、制御システムを用いて、選択した発光ダイオードへの電流を調整することから成ることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
12. マルチチップ発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージからの光特性を維持する構造であって、
    複数のＬＥＤと；
    前記複数のＬＥＤからの光出力の相当量を受けるべく配置した少なくとも１つのエンクロージャと；
    前記エンクロージャ内に配置され、前記複数のＬＥＤからの光出力を測定する少なくとも１つの光センサと；
    前記ＬＥＤに動作的に接続されて、前記測定した光出力にもとづいて、前記ＬＥＤへの電流を制御するコントローラと
    を具えていることを特徴とする光特性維持構造。
13. さらに、
    少なくとも１つの温度センサと；
    前記ＬＥＤに動作的に接続されて、前記測定した温度にもとづいて、前記ＬＥＤへの電流を制御するコントローラと
    を具えていることを特徴とする請求項１２に記載の構造。
    

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