JP2009529769A - 照明ユニット - Google Patents

Abstract

本発明は、照明装置内で交換可能な照明ユニットを供する。当該照明ユニットは、一つ以上の発光素子が接続されている担体を有する。更に、メモリ装置が当該担体と動作的に結合されており、当該メモリ装置は、当該担体に付随している一つ以上の発光素子の動作特性を表している情報を含んでいる。照明ユニットが照明装置と動作的に結合すると、照明装置に付随する制御システムは、担体に付随する一つ以上の発光素子の動作特性を取得するために、メモリ装置へアクセスすることができる。この態様にて、照明装置の照明ユニットの置換又は交換に続く照明装置の校正の必要も無く、制御システムは、発光素子の動作特性が即刻入手可能となる。

Description

本発明は照明の分野に関連し、特に、照明装置内での置換の容易さを目的に設計された照明ユニットに関連する。

固体半導体及び有機発光ダイオード（LED）などの光束の発光装置の開発及び改善の進歩は、これらの装置を、建築照明、娯楽照明、及び道路照明を含めた一般的な照明アプリケーションでの使用に適するものにした。発光ダイオードは、白熱灯、蛍光灯、及び高輝度放電ランプなどの光源と、ますます競合するようになっている。

知られているように、LEDは製造中に、ばらつくことがある。例えば、同一の設備によって製造された同一のウエハ上で成長した一群のLEDチップからの生の光出力は、同一のウエハ上の光束出力において、概略3：1くらいの大きさのばらつきをもっている。この事実が、この業界では普通に用いられている分別ストラテジを生み、これによりLEDは個別にテストされ、光束出力が約30%毎の間隔で分類区分へと分別される。同様に、順方向電圧、主波長、及びビーム拡散度が、当該分別プロセスの間に考慮される他のファクタであろう。

更に、LEDの色度及び光束出力は接合温度に依存することがあり、相関色温度（CCT）、及び、より一般的な発光した照明の色に、所望しない影響を及ぼすことがある。LEDの接合温度のばらつきは、結果として生じる出力光のスペクトルパワーの分布にも所望しない影響を及ぼす原因となり得る。接合温度のばらつきは、光束出力を減じることがあるばかりか、混合光のCCTの所望しないばらつきの原因ともなり得る。

LEDがもつ先天的な発光特性に基づいて、LEDベースの照明装置に付随する制御システムは、照明装置内のLEDに関する校正データを一般に有する。この態様にて当該制御システムは、個別のLEDの事前に決められた発光特性に基づき、照明装置に付随するLEDの動作を調節することができる。

知られている、LEDの延在された寿命の期待にもかかわらず、照明装置のLEDを置換することが必要とされる。この必要とされる置換は、例えばLEDの故障であるとか、LEDを担持している印刷回路基板（PCB）の接続回路の故障であるとか、又は容易に理解されるであろう他のファクタの結果である。例えば、多数のLEDを含む照明装置ではLEDの故障の可能性は増し、偶発的に生じた所望しない変化を、照明装置によって生成された照明パターンへと訂正するために、故障したLEDをなるべく早く置換することが一般的に所望される。例えば同一の生産ロットからの、通常は同一のLEDの間で、強度及び主波長などのLEDの出力パラメータのばらつきを仮定すると、LEDの各々の置換の後に、照明装置を再校正することが一般的に所望される。幾つかの照明装置では、特に、種々異なる色のLEDからの光出力が混合されている照明装置では、当該照明装置が再校正されるまでは、LEDの置換の後に結果として生じる光のパターンは間違ったままであり、アンバランスなままであり、又は所望されないままであり得、サービス技術者を待つことになる。

米国特許公報US 6,806,659は、制御モジュールと照明モジュールとを有する照明装置について説明しており、この中で、当該照明モジュールは交換可能である。当該制御モジュールは、スイッチとマイクロコントローラとを有している。当該マイクロコントローラ内に含まれているメモリは、LEDが駆動されるときの強度レベルを記憶するために使われている。これゆえ、この照明装置の照明モジュールを置換すると、新しい照明モジュールに付随するLEDの発光特性に対応するために、制御モジュールは再校正を必要としよう。

米国特許公報US 6,965,205 は、データプロセッサを制御するためのシステムメモリを含んでいる照明システムを開示しており、当該メモリがLEDを駆動するための制御信号に付随して校正データを含むことを開示している。しかしながらこのメモリは、概してシステムによる使用のために設定されており、これゆえ、LEDが置換された場合、追加のステップで、具体的なLEDに関する何らかの校正データがメモリへ入力されねばならない。これゆえ、このシステムは、一つ以上のLEDの置換の後には、再校正を必要とする。

加えて、米国特許公開公報 US 2006/0002110は、LEDなどの光源を含む照明ユニットを説明している。説明されている照明ユニットは、オプションでデータストレージの設備も含むことも可能で、これは校正情報を記憶するために使われる。当該データストレージの設備は、照明ユニットのデータプロセッサによってアクセスできるよう設定されている。このデータストレージの設備の構成は、全体の照明システムに対して供されており、これゆえ、一つ以上の光源が置換されると、新しい校正データが、使用のために当該データストレージの設備内へと、適切なデータプロセッサによって入力されねばならない。これゆえ、一つ以上の光源の置換の後には、このシステムもまた再校正を必要とする。

また、米国特許公報 US 6,411,046及び米国特許公報 US 6,441,558は、温度の関数としての色座標のばらつきに関する情報が、制御ユニットに結合されたメモリ内に記憶されている照明器具を開示している。この照明器具の構成では、一つ以上のLEDが置換された場合、当該照明の再校正が必要とされ、適切な新しい校正情報が、制御ユニットに付随したメモリ内に入れられる。

これゆえ、照明装置の再校正が必要とされる事無く、照明装置の発光素子の置換及び交換の容易さを可能にする、新しい照明ユニットに対するニーズが有る。

本発明に多少の関連性があると、本特許の出願人により信じられた情報を公開するために、この背景情報が供されている。これまでの情報の何れかが、本発明に反する従来技術を構成しているとの如何なる認識も必ずしも意図されていないばかりか、斯様に解釈されるべきでもない。

照明ユニットを供することが、本発明の目的である。本発明の態様に従った、制御システムが電源に接続され、一つ以上の発光素子の活性化を制御するための当該制御システムを含む照明装置に接続された照明ユニットがあり、当該照明ユニットは、
− 一つ以上の担体と、
− 一つ以上の担体に動作的に結合され、電磁照射光を生成するための一つ以上の発光素子と、
− 一つ以上の担体と動作的に結合され、
− 一つ以上の発光素子の動作特性を表す情報を含み、
− 制御システムと接続されたメモリ装置とを有し、当該制御システムは前記一つ以上の発光素子へ、前記動作特性に依存する制御信号を供する。

用語「発光素子」は、例えば素子間に電位差を印加することによって、又は素子に電流を流すことによって活性化されたときに、電磁スペクトルの例えば可視領域、赤外領域及び/若しくは紫外領域の何れかの領域、又は組み合わされた領域内で照射光を発光する装置を規定するために使われる。これゆえ、発光素子は、単色性、擬似単色性、多色性又は広域スペクトルの発光特性をもつことが可能である。発光素子の例は、半導体、有機、又は重合体/重合体の発光ダイオード、光学的に励起された蛍光体が塗布された発光ダイオード、光学的に励起されたナノ結晶の発光ダイオード、又は当業者によって容易に理解される他の同様の装置を含む。

ここで使われているように、用語「概略」は公称値からの±10%のばらつきのことを呼ぶ。斯様なばらつきは、具体的に言及されていようといまいと、ここで供されたどの所与の値にも常に含まれていると理解されねばならない。

別段の規定がないかぎり、ここで使われている全ての技術用語及び科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者の1人によって普通に理解されるのと同じ意味をもっている。

本発明は、照明装置内で交換可能な照明ユニットを供する。当該照明ユニットは、一つ以上の発光素子が接続されている担体を有する。当該照明ユニットは、更に、当該担体と動作的に結合されているメモリ装置を有し、当該メモリ装置は前記一つ以上の発光素子の動作特性を表している情報を含んでいる。照明ユニットが照明装置と動作的に結合すると、照明装置に付随する制御システムは、担体に付随する一つ以上の発光素子の動作特性を取得するために、メモリ装置へアクセスすることができる。この態様にて、照明装置の照明ユニットの置換又は交換に続く照明装置の校正の必要も無く、制御システムは、発光素子の動作特性が即刻入手可能となる。

図1は、本発明の一つの実施例による照明ユニット5を例示しており、当該照明ユニット5は、照明装置の制御システムと動作的に結合されている。メモリ装置10及び一つ以上の発光素子20が、1個の担体60上に取り付けられている。当該メモリ装置10は、担体60上に取り付けられた一つ以上の発光素子20の動作特性を担持するよう設定されている。照明ユニット5が動作的に結合されている照明装置の制御システム40は、メモリ装置がもつ、一つ以上の発光素子20の動作特性に関する情報、若しくは他の情報を抽出する、又は書き込む30ために、当該メモリ装置へアクセスする。この態様にて、一つ以上の発光素子が所望の電磁照射光、例えば所望の色の光を発光するために、当該制御システム40は、一つ以上の発光素子20へ制御信号50を供する。制御システム40は電源に接続され、これにより、一つ以上の発光素子20の所望の活性化を可能にする。

本発明の一つの実施例では、一つ以上の発光素子及び/又は照明ユニットに関する他のデータがメモリ装置に含まれている。例えば当該メモリ装置は、製造日、校正日、製造者の参照情報、シリアル番号、モデル番号、発光素子の分別情報、及び同様なものに関する情報を有することができる。

本発明の一つの実施例では、照明ユニットに付随する一つ以上の発光素子の動作時間に応じて、動作特性が更新できる。例えば、一つ以上の発光素子の動作履歴の記録は、当該発光素子が最長の寿命をもつことが可能な動作条件を決めるための手段を供することができる、発光素子の異常又は発光素子の動作パラメータの劣化の調査に役に立つことがある。

担体は、一つ以上の発光素子及び/又はメモリ装置に対する支持メカニズムを供する。

一つの実施例では、1個の担体が一つ以上の発光素子及びメモリ装置の両方に、一体化された支持を供し、これは、照明ユニットの交換の容易さを目的とする手段を供する。

本発明の代替の実施例では、第1の担体が一つ以上の発光素子に対する支持メカニズムとして用いられ、第2の担体がメモリ装置に対する支持メカニズムとして用いられる。

他の実施例では、特定の担体が、一つ以上の発光素子の特定のフォーマットに対する支持メカニズムとして用いられる。例えば、赤色の発光素子が第1の担体に動作的に結合され、緑色の発光素子が第2の担体に動作的に結合され、青色の発光素子が第3の担体に動作的に結合される。

本発明の一つの実施例では、照明ユニットが複数の担体を有する場合、一体化された担体部品を作り出すために、これら複数の担体はフレームシステムによって構造的に接続されることができる。当該フレームシステムの構成は、照明ユニット、照明装置、及び当該照明ユニット内の担体の数の構成に依存するはずである。

一つの実施例では、担体は標準タイプの印刷回路基板（PCB)の材料、例えばFR4合成材で作られているか、又は、当業者によって容易に理解される他のフォーマットのPCBで作られている。

一つの実施例では、当該担体は熱伝導性材料、例えばAlN、Al₂O₃、BeOなどのセラミック、メタルコアの印刷回路基板（MCPCB)、直接ボンディング銅（DBC)、CVDダイアモンド、又は当業者に知られている他の適切な熱伝導性をもつ材料で作られている。更に、基板は、例えばOlin 194、銅、タングステン銅などの金属から、又は何らかの他の熱伝導性の合金から製造されることができる。当該基板は、一つ以上の発光素子及び/又は電気接点の電気的な絶縁のための誘電体を塗布されてもよい。一つの実施例では、電気的な接続を供するために、誘電体が塗布された基板上に電気配線が蒸着されることもある。

一つの実施例では当該担体は、一つ以上の発光素子及びメモリ装置から、照明装置に付随する制御システムへの電気的な接続を配線が供するように設計されることができる。一つの実施例では、配線が担体の一方の面上に形成される。代替的には、担体は、その両面に電気的な接続又は配線をもつことが可能である。この配線の構成は、発光素子、メモリ装置及び/又は照明装置の設計に基づくことが可能である。

一つの実施例では、例えば回路配線の削減に起因して、担体の大きさを減じ、例えば発光素子のような部品の潜在的な密度を実質的に増すために、担体は複数の電気的な導通面を有するように設計されることができる。

本発明の別の実施例では、担体は一つ以上のコネクタ、プラグ、又は照明ユニットと照明装置との間の動作的な接続を供する内部コネクタを有することができる。担体と照明装置との間の所望する動作的な接続を供するであろうプラグの構造を、当業者は容易に理解しよう。

一つ以上の担体が、照明装置の制御システムと動作的に接続するよう電気的に設定されており、これは、当業者によって容易に理解されるであろう。

当該担体は、様々な所望の形状、例えば平面、湾曲、四角形、円形、楕円形、若しくは他の所望の形状、又は容易に理解されるであろう他の所望の形状に形成されることが可能である。当該担体の構成及び形状は、担体に課せられる形状と大きさとを決定する照明装置のデザインに依存され得る。

メモリ装置は担体と動作的に結合されており、担体に付随する一つ以上の発光素子の動作特性を記憶するための手段を供する。この態様で、照明ユニットが照明装置へと動作的な結合が成されると、照明装置の制御システムにとっては、照明ユニットの一つ以上の発光素子の各々の動作特性がアクセス可能になる。

一つ以上の発光素子の動作特性が、当該一つ以上の発光素子の波長及び発光強度のスペクトルを表すことができる。

一つの実施例では、当該動作特性は更に、一つ以上の発光素子の波長及び発光強度のスペクトルの温度依存性を表している。当業者に知られているように、発光素子の種々異なる色は、ばらついた温度依存性をもち、これゆえ、このばらついている依存性を表すための適切な動作特性が必要とされる。

本発明の一つの実施例では、当該動作特性とは、一つ以上の発光素子の波長及び発光強度のスペクトルの評価のための多項式又はアルゴリズムである。

一つの実施例では、動作特性は、一つ以上の発光素子の動作温度の関数として、一つ以上の発光素子の発光波長のピーク、発光強度のピーク、及びスペクトルの線幅を表している。一つ以上の発光素子の各々に対するスペクトル出力の表示が、事前に決められたパラメータをもつ多項式によって表されることができる。例えば、メモリ装置内に記憶された動作特性は、一つ以上の発光素子に対する事前に決められた適切な数値近似のパラメータを表している、線形又は幾何学級数的な温度依存性をもつ式であり得る。

代替の実施例では、動作特性は、例えばルックアップテーブル構成のような表のフォーマットで設定される。

制御システムと動作的に結合されている、例えば温度決定メカニズムのような、一つ以上の周辺装置からのパラメータを監視するために、制御システムは、中央演算ユニット（CPU）と周辺の（A/D又はD/Aコンバータなどの）入出力装置とをもつ演算装置又はマイクロコントローラであることができる。当該コントローラは、オプションで、ここで「メモリ」と一括して呼ばれる、一つ以上の記憶媒体を含むことが可能である。当該メモリは、RAM、PROM、EPROM、及びEEPROM、フラッシュメモリ、コンパクトディスク、光ディスク又は同等のものなどの揮発性及び不揮発性のコンピュータメモリであることが可能で、制御システムと結合された一つ以上の発光素子と周辺装置とを監視し又は制御するための（ソフトウエア、マイクロコード又はファームウエアなどの）制御プログラムがメモリ内に記憶され、CPUにより実行される。

当該メモリ装置は、
− 電気的に消去可能でプログラム可能な読み出し専用メモリ（EEPROM）
− 電気的にプログラム可能な読み出し専用メモリ（EPROM）
− 不揮発性のランダムアクセスメモリ（NVRAM）
− 読み出し専用メモリ（ROM）
− プログラム可能な読み出し専用メモリ（PROM）
− フラッシュメモリ、又は当業者によって容易に理解されるであろう、データ記憶用の他の不揮発性メモリとして設定されることが可能である。

一つの実施例では、当該メモリ装置は、動作特性を記憶するためのディップスィッチのパッケージとして設定されることができる。当該ディップスィッチのパッケージは、発光素子の校正段階、例えば照明ユニットの製造中に設定されることができる。

本発明の一つの実施例では、メモリ装置はアドレス指定可能な装置として設定されている。メモリ装置のアドレスは、ディップスィッチのパッケージ内に記憶されることができるか、又は、例えばメモリ装置上のファームウエアにて規定されたメモリ装置内に記憶されることができる。メモリ装置のアドレスを規定するための他の適切な方法は、当業者によって容易に理解されよう。

本発明の前述の実施例は例示的であり、多数の態様にて変えられ得ることが明白である。斯様な、今日の又は未来の変化は、本発明の範囲及び意図から逸脱するものとして捉えられてはならず、当業者にとっては明白な全ての斯様な変更は、添付の請求項の範囲内に含まれるべきであると意図されている。

本発明の一つの実施例による、照明装置の制御システムと動作的に結合されている照明ユニットを例示する。

Claims (14)

1. 制御システムが電源に接続され、一つ以上の発光素子の活性化を制御するための当該制御システムを含む照明装置に接続する照明ユニットであって、
   − 一つ以上の担体と、
   − 一つ以上の前記担体に結合された、電磁照射光を生成するための一つ以上の発光素子と、
   − 一つ以上の前記担体と結合された、一つ以上の前記発光素子の動作特性を表す情報を含む、前記制御システムと接続するメモリ装置とを有し、前記制御システムは一つ以上の前記発光素子へ、前記動作特性に依存する制御信号を供する、照明ユニット。
2. 前記担体は1個の担体である、請求項1に記載の照明ユニット。
3. 前記メモリ装置が第1の担体と結合され、一つ以上の前記発光素子が第2の担体と結合されている、請求項1に記載の照明ユニット。
4. 前記メモリ装置が第1の担体と結合され、一つ以上の第1の色の発光素子が第2の担体と結合され、一つ以上の第2の色の発光素子が第3の担体と結合されている、請求項1に記載の照明ユニット。
5. 前記第1の担体及び前記第2の担体、及びオプションで前記第3の担体がフレームシステムにより接続され、これにより一体化された担体部品を形成している、請求項3又は請求項4に記載の照明ユニット。
6. 前記担体がFR4基板の印刷回路基板であるか、又は熱伝導性材料から形成されている、請求項1に記載の照明ユニット。
7. 一つ以上の前記担体が一つ以上の回路配線又は一つ以上の導電面を有する、請求項1に記載の照明ユニット。
8. 前記メモリ装置が、EEPROM、EPROM、不揮発性のRAM、ROM、PROM、フラッシュメモリ、及びディップスィッチのパッケージを有するグループから選択される、請求項1に記載の照明ユニット。
9. 前記動作特性が、一つ以上の前記発光素子の波長及び発光強度を表している、請求項1に記載の照明ユニット。
10. 前記動作特性が、一つ以上の前記発光素子の波長及び発光強度の両方のもつ温度依存性の表示を更に有する、請求項9に記載の照明ユニット。
11. 前記メモリ装置が、一つ以上の前記発光素子の特徴に関する情報を更に有し、前記特徴が、製造日、校正日、製造者の参照情報、シリアル番号、モデル番号、及び分別情報を有するグループから選択される、請求項9に記載の照明ユニット。
12. 前記メモリ装置が、一つ以上の前記発光素子の動作時間に関する情報を更に有する、請求項9に記載の照明ユニット。
13. 前記動作特性が、一つ以上の多項式によって表されている、請求項9に記載の照明ユニット。
14. 前記動作特性が、ルックアップテーブルとして設定されている、請求項9に記載の照明ユニット。

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