JP2006344970A

JP2006344970A - 調整可能な色を有する二端子ｌｅｄデバイス

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Publication number: JP2006344970A
Application number: JP2006158023A
Authority: JP
Inventors: Kevin Len Li Lim; レン・リ・ケビン・リム; Yue Hoong Lau; ユエ・フーン・ラウ; Joon Chok Lee; ジョーン・チョク・リー; Janet Bee Yin Chua; ジャネット・ビー・イン・チュア
Original assignee: Avago Technologies ECBU IP Singapore Pte Ltd
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2005-06-07
Filing date: 2006-06-07
Publication date: 2006-12-21
Also published as: GB2427083A; CN1897780B; CN1897780A; GB0611045D0; GB2427083B; US20060273331A1; KR20060127801A; TW200709126A

Abstract

【課題】単純な制御技術を提供する色調整可能なＬＥＤモジュールを提供すること。
【解決手段】第１の端子、第２の端子、第１のカラーＬＥＤ、及び第２のカラーＬＥＤを有する二端子ＬＥＤデバイス。第１のカラーＬＥＤ１０２に強度制御装置１０６が接続され、第１の端子１１０に供給された制御信号に従って第１のカラーＬＥＤ１０２から選択された光強度が生成されるように制御回路１０８が前記強度制御装置１０６を制御する。該制御信号は前記第１のカラーＬＥＤ１０２及び前記第２のカラーＬＥＤ１０４に電力も供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスに関し、特に供給信号に従って選択可能な色を生成する二端子ＬＥＤデバイスに関するものである。

ＬＥＤは、電流が流された際に光を発することができる半導体デバイスである。ＬＥＤは、電子表示装置、交通信号機、及びビデオ標識といった、多数の用途で使用されている。ＬＥＤは、単色光を発し、すなわち、ＬＥＤにより発せられる光の波長は狭い範囲内にあり、一般に約20〜50ナノメートル（nm）となる。異なるタイプのＬＥＤは、異なる波長（色）の光を発する。異なる色を発する個々のＬＥＤが１つのＬＥＤモジュール又はＬＥＤデバイスで使用されることが多く、例えば、白色光を発するＬＥＤデバイスにおいて、赤色発光ＬＥＤ（赤ＬＥＤ）、緑色発光ＬＥＤ（緑ＬＥＤ）、及び青色発光ＬＥＤ（青ＬＥＤ）が組み合わせられる。該ＬＥＤデバイスからの総組み合わせ発光は、各ＬＥＤにより発せられた様々な色の組み合わせとなる。かかるＬＥＤデバイスは、一般に「ＲＧＢＬＥＤモジュール」と呼ばれている。特定のタイプのＲＧＢＬＥＤモジュールが「ホワイトＬＥＤモジュール」であり、これはＲＧＢ光を組み合わせて白色光を発するものである。

多くの従来の二端子ＲＧＢＬＥＤモジュールは固定の光出力を発する。換言すれば、該モジュールの色出力を調整することはできない。残念なことに、ＬＥＤは老化し、また異なる温度で異なる動作をする。老化及び／又は温度による影響は、ＲＧＢＬＥＤモジュールからの総組み合わせ発光をシフトさせ得るものとなる。

同様に、ＲＧＢＬＥＤモジュールからの総組み合わせ発光における所定のシフトは、用途によっては望ましいものとなる。例えば、写真用フラッシュ用途でホワイトＬＥＤモジュールが使用される場合、昼光用途向けのフラッシュにおける所望の光のスペクトル組成は、タングステン−フィラメント照明下での使用向け、又は蛍光照明かでの使用向けのフラッシュにおける所望の光のスペクトル組成とは異なる。

ユーザがＬＥＤを制御して総組み合わせ発光の色内容を選択的に変更することを可能にする色調整可能なＲＧＢＬＥＤモジュールが開発された。基本的に、ユーザは、ＲＧＢＬＥＤモジュールの出力を選択的に色調整して「暖かい」（赤色光が比較的豊かな）白色光、又は「冷たい」（青色光が比較的豊かな）白色光を生成することが可能である。

しかし、これらの色調整可能なＲＧＢＬＥＤモジュールは、複数の接触ピンを有しており、本質的に各ＬＥＤ毎に別個のピン又は一対のピンを有する。ユーザは、各ＬＥＤ毎に制御信号（典型的にはバイアス電圧）を１つずつ生成し、それらの制御信号を前記接触ピンを介して結合することにより、各ＬＥＤのバイアスポイントを別個に設定する。しかし、各ＬＥＤ毎に制御信号を生成して印加するのは、ユーザにとって不便であり複雑である。適切な制御信号は、各ＬＥＤの発光特性、並びに、ＬＥＤの光出力を混合して所望の総組み合わせ発光を生成する態様、に依存するものである。

単純な制御技術を提供する色調整可能なＬＥＤモジュールが望ましい。

二端子発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスは、第１の端子、第２の端子、第１のカラーＬＥＤ、及び第２のカラーＬＥＤを有する。強度制御装置が、前記第１のカラーＬＥＤに接続され、制御回路が、前記第１の端子に供給された制御信号に従って前記第１のカラーＬＥＤから選択された光強度が生成されるように前記強度制御装置を制御する。前記制御信号はまた、前記第１のカラーＬＥＤ及び前記第２のカラーＬＥＤに電力を供給する。

I. 色調整可能な二端子ＬＥＤデバイスの例
図１は、本発明の一実施形態による二端子ＬＥＤデバイス100の説明図である。二端子ＬＥＤデバイス100は、第１のカラーＬＥＤ102及び第２のカラーＬＥＤ104を有している。換言すれば、第１のカラーＬＥＤ102は、第１の色（例えば赤色）の光を発し、第２のカラーＬＥＤ104は、第２の色（例えば緑色）の光を発する。第１のカラーＬＥＤ102及び第２のカラーＬＥＤ104により発せられる光が組み合わされて、中間色（例えば黄色）を有する総組み合わせ発光が形成される。

その光出力は、ＬＥＤに供給される駆動電圧を使用して制御することも可能であるが、ＬＥＤのＩ-Ｖ特性は、電圧の小さな変化により電流の大きな変化が生じることを意味するものである。光出力はＬＥＤを流れる電流によって決まるため、駆動電圧が精確で安定したものでなければならないことが一般に望まれる。駆動電流及びオンタイム（時変調）は、ＬＥＤからの光強度を確実に制御する２つの方法である。パルス幅変調は、時変調技術の一例である。時変調技術のもう１つの例が、ビット角（bit angle）変調である。

第１のカラーＬＥＤ102からの光強度は、パルス幅変調器（ＰＷＭ）、ディジタルアナログコントローラ（ＤＡＣ）、可変電流シンク、又は制御信号（例えば、可変電源電圧Ｖ_supp）と組み合わせた可変抵抗といった、強度制御装置106を使用して選択的に制御される。制御信号が制御回路108に接続され、該制御回路108が、強度制御装置106を動作させるための強度制御信号を生成する。例えば、制御回路は、制御信号の値に従って、ＰＷＭのデューティサイクル、ＤＡＣの電圧レベル、可変電流源を通る電流、又は可変抵抗の抵抗値を設定する、アナログ回路、ディジタル回路、又はアナログ・ディジタル混在回路となる。

実施形態によっては（例えば強度制御装置が電圧制御可変抵抗である場合には）、制御信号は、制御回路を介在させることなく強度制御装置に直接接続される。これは、Ｖ_suppと総組み合わせ発光の色及び強度との関係について精確な制御を必要としない用途にとって特に望ましいものである。

強度制御装置106は、第１のカラーＬＥＤ102により発せられた光の強度を制御し、次いで該第１のカラーＬＥＤ102が二端子ＬＥＤデバイス100の総組み合わせ発光を制御する。例えば、強度制御装置が可変抵抗である場合には、抵抗値が増大すると、より少ない電流が第１のカラーＬＥＤ102を流れることになって、その光強度が低下し、ひいては、ＬＥＤデバイスからの総組み合わせ発光への寄与が小さくなる。第２のカラーＬＥＤ104を通る電流及びその光強度は一定のままとなる。引き続き、第１のカラーＬＥＤが赤色ＬＥＤであり、第２のカラーＬＥＤが緑色ＬＥＤである実施形態では、二端子ＬＥＤデバイス100は、可変抵抗が低い抵抗値を有する場合に黄色の光を発し、該抵抗値が増大するにつれてより緑がかった色の光を発する。第１のカラーＬＥＤが本質的にオフになると、二端子ＬＥＤデバイス100からの発光は第２のカラーＬＥＤの色（例えば緑色）になる。

制御信号はまた、第１のカラーＬＥＤ102、第２のカラーＬＥＤ104、及び二端子ＬＥＤデバイスの他の構成要素のための電力を供給する。このため、二端子ＬＥＤデバイスは、２つの端子110,112を使用して、各ＬＥＤへの電力と該ＬＥＤの色調整とを提供する。特定の実施形態では、制御信号は、所望のＬＥＤバイアス電圧よりも高い電源電圧Ｖ_suppである。該制御信号が第１の端子110に加えられ、第２の端子112は接地される。代替的な実施形態では、端子は別様に接続され、例えば、第２の端子112が接地以外の電位に接続される。

ＤＣ-ＤＣ変換器114は、電源電圧Ｖ_suppをＬＥＤ電圧Ｖ_LEDへと変換する。該ＤＣ-ＤＣ変換器は、例えば、線形レギュレータ、スイッチングレギュレータ、又は電荷ポンプベースのレギュレータである。該ＤＣ-ＤＣ変換器114は、Ｖ_LEDを変化させることなくＶ_suppを変更することを可能にする。このため、Ｖ_suppは、第１のカラーＬＥＤ102及び第２のカラーＬＥＤ104に供給される電圧を変化させることなく色制御信号として使用される。この特徴は、全ての実施形態で必要とされるものではないが、制御信号を用いて所望の総組み合わせ発光を得るのを単純化するものである。他の場合には、ＬＥＤからの強度は、電源電圧の関数として変動する可能性がある。幾つかの用途での他の利点は、強度制御装置及び／又は制御回路が、ＬＥＤとは異なる電圧で又は異なる電圧範囲にわたり最適な動作を行うことが可能なことにある。代替的には、制御信号は、ディジタル信号並びにＤＣ成分（オフセット）を含む。該ＤＣ成分は、ＬＥＤに電力を供給し、該ディジタル信号は、所望の強度情報をディジタル制御回路へ提供し、又は１つ又は２つ以上のディジタル強度制御装置を直接制御する。

代替的な実施形態では、追加のＬＥＤが二端子ＬＥＤデバイスに含まれる。これらのＬＥＤは、制御することも制御しないことも可能なものである。例えば、第１のカラーＬＥＤを橙-赤ＬＥＤとし、第３のカラーＬＥＤを制御回路からの同じ強度制御信号によって制御される深紅ＬＥＤとすることが可能である。別の実施形態では、第３のカラーＬＥＤ（例えば青ＬＥＤ）は制御されない。赤、緑、及び青色の光が組み合わされて、本質的に白色の光が二端子ＬＥＤデバイスから提供される。第１のカラーＬＥＤを調整することにより、白色光の色温度を選択的に変更することが可能となる。

図２は、本発明のもう１つの実施形態によるディジタル制御を用いた二端子ＲＧＢＬＥＤデバイス200を示す説明図である。制御信号Ｖ_suppが第１の端子110に供給され、第２の端子112は接地される。該制御信号は、カラーＬＥＤ202,204,206をバイアスするのに適した電圧Ｖ_LEDへと変換される。特定の実施形態では、第１のカラーＬＥＤ202は赤ＬＥＤ、第２のカラーＬＥＤ204は緑ＬＥＤ、及び第３のカラーＬＥＤ206は青ＬＥＤである。各カラーＬＥＤの強度は、関連するディジタル強度制御装置208,210,212により別個に制御される。二端子ＬＥＤデバイス内の各カラーＬＥＤの制御は、総組み合わせ発光並びにその強度を調整することを可能にするため、望ましいものである。適当なディジタル強度制御装置の例として、電流出力ＤＡＣ及び／又はＰＷＭが挙げられる。

一般に、電流出力ＤＡＣは、関連するカラーＬＥＤを流れる電流を変更するためのディジタル強度制御装置として使用されることになる。ＰＷＭは、基本的には、関連するカラーＬＥＤのデューティサイクルを変更するよう急速に開閉するスイッチである。デューティサイクルを増大させると、カラーＬＥＤにより生成される光が増大する。ＰＷＭは、典型的には、肉眼で検出できる速度よりも遙かに高速でスイッチングされる。ディジタル強度制御装置としてのＰＷＭの使用は、「光出力」対「デューティファクタ」が「光出力」対「電流」よりも一層線形であるため、特に望ましいものである。代替的な実施形態では、ディジタル強度制御装置は、ＤＣ-ＤＣ制御装置とカラーＬＥＤとの間にある。

抵抗214,216は、Ｖ_suppをノード218における基準電圧Ｖ_refへと線形的に変換する分圧器を形成する。アナログ-ディジタル変換器（ＡＤＣ）219は、Ｖ_refを使用してディジタル基準信号220を生成する。該ディジタル基準信号220は、ディジタル強度制御装置208,210,212を駆動するディジタル制御回路（すなわち論理回路）222へ供給される。特定の実施形態では、ディジタル制御回路222は、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）223又はその他のディジタル的に読み取ることができるデータを含み、制御信号Ｖ_suppに従ってディジタル強度制御装置208,210,212へ適当なディジタル制御信号を出力する。前記ＬＵＴは、ディジタル制御回路222内に含まれるものとして示されているが、ディジタル制御回路の外部に設けることも可能である。該ＬＵＴは、二端子ＬＥＤデバイスの総組み合わせ発光特性に従って生成され、個々のデバイスに従って、又は幾つかの個々のデバイスについて包括的に、開発することが可能である。アナログ電圧制御信号を変換して所望の総組み合わせ発光を生成するための技術を図６に関して更に詳述する。

分圧器は、制御信号の電位をＡＤＣを動作させるのに一層適した電位まで低下させるのが望ましい。特定の実施形態では、Ｖ_suppは約５〜１２Ｖまで変化し、これは、ＡＤＣによっては望ましくない高いものとなるが、ＤＣ-ＤＣ変換器224による調整後は、カラーＬＥＤ202,204,206に電力を供給するのに必要な電圧よりも適当に高いものとなる。該分圧器は、Ｖ_REFを約１〜４Ｖ間に低下させる。最低のＶ_LEDは、ＬＥＤアレイ内の何れか１つのＬＥＤにより必要とされる最大順方向電圧により支配される。これは、典型的には、緑又は青ＬＥＤの場合には約４Ｖとなる。このため、５ＶのＶ_LEDは、ＤＣ-ＤＣ変換器を駆動し及び各ＬＥＤを駆動するのに十分な電源電圧を供給するものとなる。

特定の実施形態では、ＤＣ-ＤＣ変換器224、ＡＤＣ219、ディジタル制御回路222、及びディジタル強度制御装置208,210,212は、破線226で示す集積回路（ＩＣ）上に含まれる。抵抗214,216は、随意選択的に該ＩＣに含ませることが可能である（例えば図４参照）。該ディジタル回路は、Ｖ_LEDにより、又は代替的にはＤＣ-ＤＣ変換器からの第２の調整された電圧（図示せず）により、給電することが可能である。カラーＬＥＤ202,204,206は、典型的には、従来のダイ接着及びワイヤボンディング技術を用いてＩＣ226と共通のパッケージ内に取り付けられた別個のチップである。

図３は、本発明のもう１つの実施形態によるアナログ制御回路322を用いた二端子ＲＧＢＬＥＤデバイス300を示す説明図である。増幅器316,318,320は、アナログ強度制御装置308,310,312を駆動する。アナログ強度制御装置の例は、可変電流シンク及び電圧制御可変抵抗を含む。前記増幅器は、異なる量の利得を提供する。残念なことに、光出力は、ＬＥＤの順方向電流に線形的に比例はしないが、ＬＥＤを分析して、アナログ実施形態で使用されるガンマ補正曲線を得ることが可能である。

ディジタル強度制御回路がＬＵＴと共に使用される場合には線形性は問題とはならない。これは、線形性の仮定の下に駆動電流を算出する必要がないからである。ＬＵＴの各エントリがＬＥＤデバイスの特徴付けを介して決定され、該ＬＵＴにおいて「強度」対「電流」の関係がマッピングされる。

図４は、本発明の別の実施形態によるパルス幅変調を用いた二端子ＲＧＢＬＥＤデバイス400を示す説明図である。該二端子ＲＧＢＬＥＤデバイスは、カラーＬＥＤ402,404,406、ＤＣ-ＤＣ変換器424、ＡＤＣ419、及び図２の抵抗と同様に動作する抵抗414,416を含む。各カラーＬＥＤは、関連するＰＷＭ408,410,412、及び該ＰＷＭと直列の電流出力ＤＡＣ409,411,413とを有する。該電流出力ＤＡＣは代替的にはカラーＬＥＤとＰＷＭとの間に配設され、又は電流出力ＤＡＣ及びＰＷＭの何れか一方又は双方がカラーＬＥＤとＤＣ-ＤＣ変換器424との間に配設される。

ディジタル制御回路（論理回路）422は、ＰＷＭ408,410,412及び電流出力ＤＡＣ409,411,413を制御する。該ディジタル制御回路422は、ＡＤＣ419からのディジタル基準信号をＬＵＴ423と共に使用してディジタル強度制御信号を生成し、該ディジタル強度制御信号がＰＷＭ408,410,412及び電流出力ＤＡＣ409,411,413の両者に送られて、各カラーＬＥＤ402,404,406の強度（輝度）が別個に制御される。ＰＷＭへのディジタル強度制御信号は第１のバス428で送られ、電流出力ＤＡＣへのディジタル強度制御信号は第２のバス430で送られる。代替的には、ディジタル強度制御信号は、共通のバス（図示せず）で電流出力ＤＡＣ及びＰＷＭの両者へ送られる。

ＰＷＭを電流出力ＤＡＣと共に使用するのが望ましい。これは、ＤＡＣを使用して関連するカラーＬＥＤを流れるピーク電流を設定することができ、ＰＷＭを使用して関連するカラーＬＥＤからの光強度を変調させることができるからである。時変調が望ましいのは、ＬＥＤ光がデューティファクタに線形的に比例するからである。ＰＷＭ周波数が十分に高い（一般には100Hzよりも高い）場合には、フリッカは生じないことになる。このため、１つのデューティファクタ値におけるＬＥＤの光強度を知ることにより、それとは異なるデューティファクタ値における光強度が如何なるものになるかを計算することが可能となる。これは、ＬＵＴの作成時に非常に有用となる。特定の実施形態では、較正プロセスが、カメラを使用して特定のデューティファクタにおけるＲＧＢモジュールの色及び強度を測定する。補外計算を行って他のデューティファクタ値における色及び強度を取得し、ＬＵＴのマッピングを完成させる。代替的には、電流-強度をマッピングするＬＵＴ内の各エントリが、計算値でなく測定値となる。

ＤＣ-ＤＣ変換器424、ＡＤＣ419、抵抗414,416、ディジタル制御回路426、電流出力ＤＡＣ409,411,413、及びＰＷＭ408,410,412は、ＩＣ426上に作製される。該ＩＣ426及びカラーＬＥＤ402,404,406が、従来の技術を使用して１パッケージ内にハイブリッド回路としてアセンブルされて、二端子ＬＥＤデバイス400が提供される。

図５は、本発明の別の実施形態による集積化されたセンサ501を用いた二端子ＲＧＢＬＥＤデバイス500を示す説明図である。特定の実施形態では、センサ501はＲＧＢセンサである。代替的には、センサは異なるフォトセンサ又は温度センサである。センサ501は、カラーＬＥＤ502,504,506からの発光を検出し、１つ又は複数のセンサ信号（例えば、ＲＧＢセンサの場合には、赤センサ信号、緑センサ信号、及び青センサ信号）503をディジタル制御回路（論理回路）522に提供する。該ディジタル制御回路522は、端子110に供給される制御信号Ｖ_suppと共にセンサ信号を使用する。特定の実施形態では、センサ501はＲＧＢセンサであり、センサ信号503はＬＵＴ523内の値と比較される。センサ信号が制御信号にとって期待される値でない場合には、ディジタル制御回路522は、ディジタル強度制御デバイス508,509,510,511,512,513のうちの１つ又は２つ以上への強度制御信号を調節して、適正な（期待される）センサ信号を達成する。代替的には、センサが１つ又は２つ以上のカラーＬＥＤからの光を検出するよう配置される。例えば、センサ（図示せず）は、図１の二端子ＬＥＤデバイス内に含まれて、第１のカラーＬＥＤ102により発せられた光を検出して、制御回路108へセンサ信号を提供する。

多くのカラーＬＥＤ間には（所与のバイアスレベルで）輝度のばらつきが一般に存在する。これは、二端子ＬＥＤデバイスの組み合わせ発光が、同じ制御信号Ｖ_suppについて部品により変動し得ることを意味している。複数のカラーＬＥＤの組み合わせ間よりもセンサ間の方が変動が一般に小さい。二端子ＬＥＤデバイス500内にＲＧＢセンサを含めることによりユーザレベルでの部品間のばらつきが低減する。換言すれば、これは、ユーザが所望の総組み合わせ発光を精確に得るための制御信号を提供することを可能にする。

ＲＧＢセンサはまた、カラーＬＥＤに影響を及ぼす老化及び熱的効果に起因する光出力の変動について責務を負うものである。ＬＥＤは、一般にセンサよりも老化及び温度効果の影響を受けやすいものである。例えば、１つ又は２つ以上のカラーＬＥＤが老化に起因してその効率（すなわち、一定のバイアス又はデューティサイクルにおける輝度）が低下すると、センサ信号が使用されて出力がブースとされる。同様に、１つ又は２つ以上のカラーＬＥＤが温度と共に変化した場合に、総組み合わせ発光を所望の色及び／又は輝度に維持するセンサ信号をセンサを提供する。代替的には、センサ501が温度センサであり、そのセンサ信号が二端子ＬＥＤデバイス500の温度を示す。該論理回路が、センサ信号及び制御信号と相俟って、所望の総組み合わせ発光を提供するための強度制御信号を生成する。

図６は、図５の実施形態による「ＲＧＢＬＥＤデバイスのモデル化されたスペクトル出力」対「電源電圧」を示す色度図600である。破線602により示される三角形は、ＲＧＢ色空間を示している。異なる制御信号（すなわち異なるＶ_supp）についての色出力ポイントが、表１に従って該ＲＧＢ色空間602内に示されている。

表１に示す例は、255の制御ポイントを提供する８ビットＡＤＣ、赤、緑、青センサの各々毎に255の出力値を提供する８ビットＲＧＢセンサ、及び赤、緑、青ＰＷＭの各々により制御される4095の異なるカラーＬＥＤデューティサイクルを提供する12ビットデューティファクタを使用してモデル化されたものである。換言すれば、デューティファクタ０は、ＬＥＤがターンオフされていることを意味し、デューティファクタ4095は、ＬＥＤが完全にターンオンされていることを意味している。多くの用途は、この度合いの設定可能性又は制御可能性を必要としない。しかし、この例は、二端子ＲＧＢＬＥＤデバイスの光出力が電源電圧を変動させることにより色空間602にわたり如何に調整することができるかを示している。色空間602の隅の近傍の色出力ポイント５Ｖ、７Ｖ、９Ｖは、本質的に単一のカラーＬＥＤからの原色を提供する。換言すれば、緑、青、又は赤ＬＥＤがターンオンされ、他のカラーＬＥＤが本質的にターンオフされる（極めて低いデューティサイクル及び／又は電流）。色空間602の辺に沿った色出力ポイント６Ｖ、８Ｖ、１０Ｖは、本質的に２つのカラーＬＥＤからの混合色、すなわち、シアン、ピンク、及びイエローを提供する。色空間602の内側の色ポイント１１Ｖ、１２Ｖは、３つ全てのカラーＬＥＤからの本質的に白色の光を提供する。

この例における緑→青→赤→黄→温白色→冷白色という色の遷移は任意のものである。異なる色順を提供するように又は色の順次の変化を提供しないように論理回路及び／又はＬＵＴをマッピングすることが可能である。例えば、５ＶのＶ_suppを冷白色にマッピングし、６ＶのＶ_suppをシアンにマッピングし、７ＶのＶ_suppを赤にマッピングすることが可能である。同様に、８ビットＡＤＣは、より多くの（最大255の）考え得る色設定を可能にする。制御信号の範囲及び色遷移は、層組み合わせ発光に対する論理回路及びＬＵＴのマッピングの場合と同様に、用途に従って選択される。特定の実施形態では、二端子ＲＧＢＬＥＤデバイスを使用して白色光が生成され、選択された色温度を有する白色光が生成されるよう該二端子ＲＧＢＬＥＤデバイスの総組み合わせ発光を調整すべく制御信号、ＬＵＴ値、及び論理回路が選択される。

表２は、ＰＷＭ及び12ビットディジタル強度制御信号を用いたデューティファクタに関する例示的な値を提供するものである。該結果は、赤、緑、及び青ＬＥＤの典型的な出力特性に基づいてシミュレートしたものである。

表３は、８ビットＲＧＢセンサから期待される例示的な出力値を提供するものである。該結果は、典型的なＲＧＢセンサに基づいてシミュレートしたものである。

表２及び表３の別の見方は、それらがＬＵＴの内容の一部を表している、ということである。ＲＧＢセンサが存在しない場合、表２の各エントリ毎にＰＷＭ出力が調節されて、該エントリのＡＤＣコードについてＬＥＤが目的とする色を出力するようにする。ＲＧＢセンサが存在する場合には（表３）、センサ出力が目的とする値に調節されるようＬＥＤが論理回路に従って駆動される。何れの場合も、工場で実行されるモジュール較正プロセスを用いてＬＵＴが開発される。Ｖ_suppと個々のＲＧＢＬＥＤモジュールの色出力との間に精確なマッピングを必要としない用途では、汎用ＬＵＴを使用する（すなわち、１つのＲＧＢＬＥＤ設計について１つのＬＵＴを確立し、該ＬＵＴを個々の各モジュールで使用する）ことが可能である。しかし、かかる場合には、ＬＥＤ、ドライバ、検出回路、及びＲＧＢセンサにおける部品間のばらつきが、所与のＶ_suppについての総組み合わせ発光の色及び／又は強度がモジュール間で変動することの原因となり得る。

特定の実施形態では、センサ出力は、論理回路（図５の符号522を参照）と協働して二端子ＲＧＢＬＥＤデバイスの色を調整するために使用される。制御信号Ｖ_suppは、所望の出力色を示している。該論理回路は、実際のセンサ出力を期待されるセンサ出力と比較し、及びディジタル強度制御信号（代替的にアナログ強度制御信号とすることが可能）を調節して、センサ出力が期待される値を示すまでＲＧＢＬＥＤデバイスの色出力を調整する。これにより、ＲＧＢＬＥＤデバイスが、動作温度範囲にわたり、及び／又はＬＥＤが老化した際に、一層一定の色出力を維持することが可能となる。例えば、青ＬＥＤの出力がその老化に起因して低下した場合、これがセンサ及び論理回路によって検出され、青ＰＷＭのデューティサイクルが増大されて青ＬＥＤの強度が増大され、これによりＲＧＢＬＥＤデバイスの総組み合わせ発光が調整されることになる。

本発明の好適な実施形態について詳細に説明してきたが、当業者であれば、特許請求の範囲に記載の本発明の範囲から逸脱することなく、これら実施形態に対する変更及び適応を行い得ることは明らかである。

以下においては、本発明の種々の構成要件の組み合わせからなる例示的な実施形態を示す。
１．二端子発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスであって、
第１の端子と、
第２の端子と、
第１のカラーＬＥＤと、
第２のカラーＬＥＤと、
前記第１のカラーＬＥＤに接続された強度制御装置と、
前記第１の端子に供給された制御信号に従って前記第１のカラーＬＥＤから選択された光強度が生成されるように前記強度制御装置を制御する制御回路であって、該制御信号が前記第１のカラーＬＥＤ及び前記第２のカラーＬＥＤに電力を供給する、制御回路と
を含む、二端子ＬＥＤデバイス。
２．前記制御信号が選択された電源電圧であり、前記第１の端子と前記第１及び第２のカラーＬＥＤとの間に配設されたＤＣ-ＤＣ変換器を更に含む、請求項１に記載の二端子ＬＥＤデバイス。
３．前記第２の端子が接地電位に接続される、請求項２に記載の二端子ＬＥＤデバイス。
４．前記制御回路がディジタル制御回路であり、前記強度制御装置がディジタル強度制御装置である、請求項１に記載の二端子ＬＥＤデバイス。
５．前記ディジタル強度制御装置と直列の第２のディジタル強度制御装置を更に含む、請求項４に記載の二端子ＬＥＤデバイス。
６．前記第１の端子と前記ディジタル制御回路との間に配設されたアナログ-ディジタル変換器（ＡＤＣ）を更に含む、請求項４に記載の二端子ＬＥＤデバイス。
７．前記ＡＤＣと前記第１の端子との間に配設された分圧器を更に含む、請求項６に記載の二端子ＬＥＤデバイス。
８．前記第２のカラーＬＥＤに接続された第２の強度制御装置を更に含み、前記制御回路が該第２の強度制御装置も制御して、前記制御信号に従って前記第２のカラーＬＥＤから第２の選択された光強度が生成され、及び該二端子ＬＥＤデバイスから選択された総組み合わせ発光が生成されるようにする、請求項１に記載の二端子ＬＥＤデバイス。
９．第３のカラーＬＥＤと、
第３の強度制御装置とを更に含み、
前記制御回路が該第３の強度制御装置も制御して、前記制御信号に従って前記第３のカラーＬＥＤから第３の選択された光強度が生成されるようにする、
請求項８に記載の二端子ＬＥＤデバイス。
１０．選択された総組み合わせ発光が、選択された色温度を有する白色光である、請求項９に記載の二端子ＬＥＤデバイス。
１１．前記第１のカラーＬＥＤが赤ＬＥＤであり、前記第２のカラーＬＥＤが緑ＬＥＤであり、及び前記第３のカラーＬＥＤが青ＬＥＤである、請求項９に記載の二端子ＬＥＤデバイス。
１２．前記制御回路にセンサ信号を提供するセンサを更に含む、請求項１に記載の二端子ＬＥＤデバイス。
１３．前記センサが温度センサである、請求項１２に記載の二端子ＬＥＤデバイス。
１４．前記センサが、少なくとも前記第１のＬＥＤからの光を検出するよう配設された光センサである、請求項１２に記載の二端子ＬＥＤデバイス。
１５．前記制御回路にセンサ信号を提供する赤-緑-青（ＲＧＢ）センサを更に含み、前記制御回路が、前記制御信号並びに前記センサ信号に従って、選択された総組み合わせ発光を生成するように、前記強度制御装置、前記第２の強度制御装置、及び前記第３の強度制御装置を制御する、請求項９に記載の二端子ＬＥＤデバイス。
１６．前記強度制御装置がアナログ強度制御装置である、請求項１に記載の二端子ＬＥＤデバイス。
１７．該二端子ＬＥＤデバイスの総組み合わせ発光を前記制御信号へとマッピングするルックアップテーブルを更に含む、請求項４に記載の二端子ＬＥＤデバイス。
１８．前記ルックアップテーブルが前記ディジタル制御回路と一体化される、請求項１７に記載の二端子ＬＥＤデバイス。
１９．該二端子ＬＥＤデバイスの総組み合わせ発光を前記センサ信号へとマッピングするルックアップテーブルを更に含む、請求項１２に記載の二端子ＬＥＤデバイス。

本発明の一実施形態による二端子ＬＥＤデバイスを示す説明図である。本発明の別の実施形態による、ディジタル制御を用いた二端子ＲＧＢＬＥＤデバイスを示す説明図である。本発明の別の実施形態による、アナログ制御を用いた二端子ＲＧＢＬＥＤデバイスを示す説明図である。本発明の別の実施形態による、パルス幅変調を用いた二端子ＲＧＢＬＥＤデバイスを示す説明図である。本発明の別の実施形態による、集積化されたセンサを用いた二端子ＲＧＢＬＥＤデバイスを示す説明図である。本発明の一実施形態による「ＲＧＢＬＥＤデバイスのモデル化されたスペクトル出力」対「供給電圧」を示す色度図である。

符号の説明

100 二端子ＬＥＤデバイス
102 第１のカラーＬＥＤ
104 第２のカラーＬＥＤ
106 強度制御装置
108 制御回路
110 第１の端子
112 第２の端子
114 ＤＣ-ＤＣ変換器

Claims

二端子発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイス(100)であって、
第１の端子(110)と、
第２の端子(112)と、
第１のカラーＬＥＤ(102)と、
第２のカラーＬＥＤ(104)と、
前記第１のカラーＬＥＤに接続された強度制御装置(106)と、
前記第１の端子に供給された制御信号に従って前記第１のカラーＬＥＤから選択された光強度が生成されるように前記強度制御装置を制御する制御回路(108)であって、該制御信号が前記第１のカラーＬＥＤ及び前記第２のカラーＬＥＤに電力も供給する、制御回路(108)と
を含む、二端子ＬＥＤデバイス(100)。
前記制御信号が選択された電源電圧であり、前記第１の端子と前記第１及び第２のカラーＬＥＤとの間に配設されたＤＣ-ＤＣ変換器(114)を更に含む、請求項１に記載の二端子ＬＥＤデバイス。
前記制御回路がディジタル制御回路(222)であり、前記強度制御装置がディジタル強度制御装置(228)である、請求項１に記載の二端子ＬＥＤデバイス。
前記ディジタル強度制御装置(408)と直列の第２のディジタル強度制御装置(409)を更に含む、請求項３に記載の二端子ＬＥＤデバイス。
前記第１の端子と前記ディジタル制御回路との間に配設されたアナログ-ディジタル変換器（ＡＤＣ）(219)を更に含む、請求項３に記載の二端子ＬＥＤデバイス。
前記第２のカラーＬＥＤ(204)に接続された第２の強度制御装置(210)を更に含み、前記制御回路が該第２の強度制御装置も制御して、前記制御信号に従って前記第２のカラーＬＥＤから第２の選択された光強度が生成され、及び該二端子ＬＥＤデバイスから選択された総組み合わせ発光が生成されるようにする、請求項１に記載の二端子ＬＥＤデバイス。
第３のカラーＬＥＤ(206)と、
第３の強度制御装置(212)とを更に含み、
前記制御回路が該第３の強度制御装置も制御して、前記制御信号に従って前記第３のカラーＬＥＤから第３の選択された光強度が生成されるようにする、
請求項６に記載の二端子ＬＥＤデバイス。
前記第１のカラーＬＥＤが赤ＬＥＤであり、前記第２のカラーＬＥＤが緑ＬＥＤであり、及び前記第３のカラーＬＥＤが青ＬＥＤである、請求項７に記載の二端子ＬＥＤデバイス。
前記制御回路にセンサ信号を提供する赤-緑-青（ＲＧＢ）センサ(501)を更に含み、前記制御回路が、前記制御信号並びに前記センサ信号に従って、選択された総組み合わせ発光を生成するように、前記強度制御装置、前記第２の強度制御装置、及び前記第３の強度制御装置を制御する、請求項８に記載の二端子ＬＥＤデバイス。
該二端子ＬＥＤデバイスの総組み合わせ発光を前記センサ信号へとマッピングするルックアップテーブル(523)を更に含む、請求項９に記載の二端子ＬＥＤデバイス。