JP2011502341A - 光モジュールパッケージ - Google Patents
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Abstract
本発明は、少なくとも１つの発光ダイオード（２０）を装着しかつ該発光ダイオード（２０）と電気的に接触する装着基板（１０）と、発光ダイオード（２０）により放射される光の経路内に配置されるセラミック層（４０）とを有し、該セラミック層（４０）は波長変換材料を有し、前記発光ダイオード（２０）はセラミック層（４０）と装着基板（１０）との間に配置され、光モジュールパッケージ（１）から出る光の輝度および／または色を制御すべく、装着基板（１０）に配置された、発光ダイオード（２０）の発光出力を検出する光センサ（３０）を更に有し、前記セラミック層（４０）は、周囲光から光センサ（３０）を遮蔽するため一部分のみが半透明であることを特徴とする光モジュールパッケージ（１）に関する。
【選択図】図１
【選択図】図１
Description
本発明は、基板上に装着された発光ダイオードと、該発光ダイオードから放射された光を変換する層とを備えた光モジュールパッケージであって、該パッケージを出る光の輝度および／または色を制御できる光モジュールパッケージに関する。
発光ダイオード（ＬＥＤ）の温度またはＬＥＤの光出力を検出し、検出した温度または光出力を電源へのフィードバックとして利用することが知られている。これらの光モジュールパッケージには、通常、ＬＥＤを少なくとも「スイッチ・オン」および「スイッチ・オフ」するコントローラが使用される。ＬＥＤの光出力および／または色もコントローラにより調節可能に制御される。これには、光デバイスのルーメン出力および／または色（波長）を検出しかつこの情報をコントローラに供給する光センサまたは光学センサを使用する必要がある。このような光モジュールパッケージでは、ＬＥＤの発光出力を検出することは、ＬＥＤの温度を検出することに利益を与える。より詳しくは、ＬＥＤの発光出力を検出することにより、ＬＥＤによる発光出力の温度誘発形性能低下およびエージング誘発形性能低下の両者を補償できる。下記特許文献１には、この種の光デバイスが開示されている。この光モジュールパッケージは、２つ以上のＬＥＤを装着する支持部材と、量的情報およびスペクトル情報をパッケージ外部のコントローラに報告する少なくとも１つのフィードバックセンサと、コントローラによりデジタル処理を行うため、１つ以上のセンサにより発生された信号を供給する信号処理回路とを有している。パッケージにより作られる光を光学的に操作するため、支持部材１２上にはＬＥＤ、センサおよび信号処理回路等の受動的光学素子が装着されている。不利なことに、ＬＥＤの発光出力の測定は、光センサに注がれる周囲光により乱される。ＬＥＤの発光出力を正確に検出するには、他のあらゆる迷光源すなわち太陽光を無視しなければならない。
下記特許文献２には、光センサ信号上へのＬＥＤ光および周囲光の衝突が、ＬＥＤ光を変調しかつ変調パターンとセンサ信号とを適当に相関付けることにより分離できることが開示されている。しかしながら、これは、複雑な駆動スキームおよび制御スキームを有している。遭遇する複雑さは、輝度を制御しなければならないＬＥＤまたはＬＥＤストリングの個数の増大につれて増大する。というのは、１つのＬＥＤ（ストリング）からの光を、周囲光および隣接ＬＥＤまたはＬＥＤストリングの光から分離しなければならないからである。下記特許文献３には、単一ＬＥＤの輝度を個々に測定することが提案されている。しかしながら、各単一ＬＥＤの光をその関連光センサに案内するため、複雑な構造が使用されている。
本発明の目的は、上記光モジュールパッケージを改善することにある。より詳しくは、本発明の目的は、簡単なセットアップを有する光モジュールパッケージであって、安定化された光束を適用して、放射された光の輝度および／または色および／またはこれらの空間的分散を制御できる光モジュールパッケージを提供することにある。
上記目的は、特許請求の範囲の請求項１に記載の本発明の光モジュールパッケージにより達成される。本発明のパッケージの有利な実施形態は、従属項に記載されている。
従って、少なくとも１つの発光ダイオードを装着しかつ該発光ダイオードと電気的に接触する装着基板と、発光ダイオードにより放射される光の経路内に配置され、波長変換材料を有するセラミック層と、セラミック層と装着基板との間に配置された発光ダイオードと、光モジュールパッケージから出る光の輝度および／または色を制御すべく、装着基板に配置され、発光ダイオードの発光出力を検出する光センサと、を備え、セラミック層は、周囲光から光センサを遮蔽するように一部分のみが半透明であることを特徴とする光モジュールパッケージが提供される。
本発明の本質的な考えの１つは、ＬＥＤにより放射された一次光を、光モジュールパッケージを出る二次光に変換するセラミック層が、光モジュールパッケージ内に配置されているということに基づいている。有利なことは、セラミック層が、蛍光体のような波長変換材料で形成されるか、このような材料を含むことである。本発明によるルミネセント（luminescent）セラミック層は、従来技術の蛍光体層よりも頑丈でかつ温度に対する感応性が低い。ＬＥＤの発光出力を正確に検出するため、セラミック層は、その一部のみが、周囲光から光センサを遮蔽すべく半透明になっている。光モジュールパッケージの駆動中に、ルミネセントセラミック層は「活性光源」として作用し、該活性光源からの光が光モジュールパッケージを出る。セラミック層は、ＬＥＤの放射光を異なる波長をもつ二次光に変換するが、周囲光は、光センサの測定に本質的に影響を与えることはない。光モジュールパッケージの作られた光の輝度を拡散させる衝突はキャリブレーションにより補償され、エージングおよび温度の変化による輝度の変化は、発光出力を検出することでフィードバック制御を用いることにより補償される。光センサはフィードバック信号を電源に供給し、これにより、電源はＬＥＤに供給される電流を制御できる。光センサは、光モジュールパッケージ内に一体化するのが有利であり、これにより、薄くて平らな最適形状ファクタをもつパッケージを達成できる。
光センサの感応領域がセラミック層に直接対面するのが好ましい。これにより、光センサは、セラミック層の変換光を検出できる。
本発明の好ましい実施形態によれば、セラミック層および光センサは極めて薄い。光センサは、装着基板とセラミック層との間に配置することができる。或いは、光センサは、装着基板内に一体化できる。
他の実施形態では、セラミック層に、光センサを向いた光ガイドを設けることもできる。この場合、光ガイドは、所望量の発光出力をセラミック層から光センサ（光センサは例えば基板内に埋入されている）に搬送する。光ガイドは、セラミック層の一部として形成できる。光ガイドはノーズ形であるのが有利であり、光ガイドの端部が、光センサに対して或る距離を隔てて配置される。別の構成として、光ガイドは光センサまで延ばすことができ、この場合には、光ガイドの端部は光センサの頂面に接触する。
他の好ましい実施形態では、光ガイドはセラミック層とは異なる材料で作ることができ、この場合には光ガイドはセラミック層と光センサとの間に配置される。
所望ならば、光センサにより検出された発光出力が一般に外部光源により影響を受けないようにするため、周囲光に対する付加的な遮蔽を形成する反射層をセラミック層に配置できる。
フィードバックセンサとして機能する光センサ（light sensor）は、１つ以上の光学センサ（optical sensor）、１つ以上の温度（熱）センサ、および好ましくは少なくとも１つの光学センサと少なくとも１つの温度（熱）センサとの組合せで構成できる。光学センサは、フォトダイオードのような従来のフォトセンサで構成できる。光学センサは、ＬＥＤの発光出力を、量的（光強度）表現および／またはスペクトル（波長）表現で外部コントローラに報告する。
また、ＬＥＤおよび／または光センサの温度を測定する温度センサは、装着基板に配置される。温度センサは、半導体ダイオードジャンクション、バンドギャップ基準回路または集積回路技術に使用されている他の任意の熱検出要素で構成できる。熱センサは、装着基板の温度（この温度は、次にＬＥＤの作動温度に相関付けられる）を測定することにより、ＬＥＤの量的出力およびスペクトル出力を外部コントローラに報告する。温度センサおよび光センサは、フィードバック信号を電源に供給し、これにより電源が安定化された光束、所定の輝度および／または色で個々のＬＥＤモジュールを駆動する。
本発明の好ましい実施形態では、光センサはセラミック層に隣接して配置される。この構成では、外光に比べて、セラミック層内で発生された光に対する光学的に連結されたセンサの受光角が大きいため、光センサの信号コントラストが増強される。また、隣接ＬＥＤからの光が有効に遮蔽される。従って、光センサはこのＬＥＤの発光出力を検出するが、この場合には、隣接ＬＥＤの出力により光センサの測定がもたらされることはない。ＬＥＤは、ＡＣまたはＤＣ駆動回路に接続される。
ルミネセントセラミック層は、例えばウェーバ接合（waver bonding）、燒結、エポキシまたはシリコーンのような既知の有機接着剤の薄層を用いた接着、高インデックス無機接着剤を用いた接着、およびゾル−ゲル−ガラスを用いた接着により、ＬＥＤ、光センサ、装着基板に取付けることができる。ルミネセントセラミック層の長所は、セラミック層を、例えば大きい光抽出のために望ましい形状に成形し、研削し、機械加工し、ホットスタンピングしまたは研摩できることである。
さらに、レンズ、ファイバ等の光学素子を、光モジュールパッケージ上に配置することができる。好ましくは、セラミック層の表面にレンズ、ドームレンズ、フレネルレンズを設けるか、セラミック層の表面をテクスチャ加工する。２つ以上の光モジュールパッケージを用いるＬＥＤデバイスは、光源の輝度変化により、放射光の好ましくない輝度変化を呈することがある。放射光のこのような輝度変化を抑制するため、安定した光束をもつＬＥＤモジュールを使用することができる。初期キャリブレーションにおいて、放射光の最も均質な輝度分散を生じさせる個々の光源の（相対）輝度値が決定される。次に、安定した光束をもつ各光モジュールパッケージは、エージングおよび温度による変化にさえ対抗して、その輝度を所望値に制御する。同様な方法で、安定した光束および異なる一次色をもつ光モジュールパッケージを有するＬＥＤ光源の色および輝度は、各光モジュールパッケージに、該光モジュールパッケージが初期キャリブレーション手順で決定された輝度（光束）を発生することを指令することによって、簡単なフィードフォワード法で制御できる。また、例えば幾つかのＬＥＤを使用して一つの色の光を作る大きい可変色ＬＥＤデバイスでは、完全なＬＥＤデバイスで放射される光の輝度／色変化は、安定した光束をもつ光モジュールパッケージを用いることにより、および個々の光モジュールパッケージを所定の輝度／光束条件に駆動することにより抑制できる。
安定した光束をもつ本発明の光モジュールパッケージはＬＥＤ照明アプリケーションに適用でき、この場合には、放射光の輝度および色および／またはこれらの空間的分散が制御される。
本発明による光モジュールパッケージは種々のシステムに使用でき、これらのシステムとして、例えば家庭用システム、ＬＣＤバックライトシステム、プロジェクションシステム（ＬＥＤビーム）、自動車用照明（例えばヘッドランプ）、店舗照明システム、アクセント照明システム、スポット照明システム、ファイバ素子アプリケーションシステム、プロジェクションシステム、自動照明ディスプレイシステム、セグメントディスプレイシステム、警告サインシステム、医療用照明アプリケーションシステム、自動車電話ディスプレイシステム、インジケータサインシステム、装飾点灯システム、または例えばテクスタイルおよび他の衣服等のフレキシブル環境内の電子システムがある。
上記コンポーネント、並びに特許請求の範囲に記載のコンポーネントおよび説明する本発明の実施形態に従って使用されるコンポーネントは、これらのサイズ、形状、材料の選択および技術的概念に関して特別な例外は全くなく、このため、当業者に知られた選択基準を制限なく適用できる。
本発明の目的の更なる詳細、特徴および長所は、特許請求の範囲の実施態様項の記載およびそれぞれの図面の以下の説明に開示する。尚、図面は、本発明による光モジュールパッケージの好ましい実施形態を例示として示すものである。
図１には、装着基板１０およびルミネセントセラミック層４０を備えた光モジュールパッケージ１が示されており、両層１０、４０の間にはＬＥＤ２０が配置されている。装着基板１０とセラミック層４０との間でＬＥＤ２０に隣接して、発光ダイオード（ＬＥＤ）２０の発光出力を検出するための光センサ３０が配置されている。セラミック層４０は、光センサ３０を周囲光から遮蔽するために一部分のみが半透明になっている。本発明の図示の実施形態では、セラミック層４０は、蛍光体粒子の固い凝集体を含む。光モジュールパッケージ１の駆動中には、ＬＥＤ２０は、セラミック層４０に向かう一次光を放射する。セラミック層４０では、一次光は異なる波長をもつ二次光に変換され、二次光は光モジュールパッケージ１から出る。発光ダイオード２０の発光出力を測定するため、光センサ３０の感応領域は、セラミック層４０に直接対面している。光センサ３０は、ＬＥＤ２０により放射された光の一部を主として直接受けてもよいし、ルミネセントセラミック４０により変換された光を主として受けてもよいし、或いはこれらの両方を受けることもできる。これは、ルミネセントセラミック４０に向かう界面で、光センサ３０の頂部に適当なフィルタ層を設けることにより制御することができる。光センサ３０は、安定した光束および所定の輝度および／または色でＬＥＤ２０を駆動できる、図示しない電源にフィードバック信号を供給する。
また、光モジュールパッケージ１には、発光ダイオード２０の温度を測定する温度センサ５０を設けることができ、該温度センサ５０は、セラミック層４０と装着基板１０との間でＬＥＤ２０に隣接して配置される。光センサ３０と同様に、温度センサ５０は、ＬＥＤ２０の駆動を制御するため、フィードバック信号を電源に供給する。また、温度センサ５０は光センサ３０の温度を測定できる。この場合、温度センサ５０は、明示的には図示されていないが、光センサ３０とＬＥＤ２０との間に配置することもできる。
セラミック層４０（該層４０は、互いに結合された少なくとも２つの単一セラミックを有する多層構造を備えることができる）には、頂面４２および底面４３が形成されており、底面４３は、装着基板１０の方向を向いている。
図２には本発明の他の実施形態が示されており、この実施形態では、光センサ３０が装着基板１０内に一体化されている。セラミック層４０はノーズ形の光ガイド４１を有し、光ガイド４１の端部は、光センサ３０に対して或る距離を隔てて配置されている。光ガイド４１は、セラミック層４０により変換された光の光センサ３０への所望量の搬送をサポートする。この実施形態では、セラミック層４０および光ガイド４１は１つの均一ピースとして形成されている。
図３に示す本発明の他の実施形態では、光ガイド４１は、セラミック層４０とは異なる材料で作ることができる。光ガイド４１は光センサ３０まで延びていて、光センサ３０の感応領域と接触している。
図４によれば、ルミネセントセラミック４０は、その頂面４２の一部が反射層６０により覆われている。反射層６０は、セラミック層４０上で金属化された金属層である。光センサ３０の上方に配置された反射層６０は、周囲光に対する付加遮蔽体を形成する。
図５は本発明の光モジュールパッケージ１の他の可能性を示すものであり、この例では、光センサ３０がセラミック層４０に隣接して配置されている。この場合、光センサ３０の感応領域は、セラミック層４０を向いた右側にある。光センサ３０は、光モジュールパッケージ１に隣接して配置されたＬＥＤに対する付加遮蔽体として機能し、この構成は上記実施形態では示されていない。
１ 光モジュールパッケージ
１０ 装着基板
２０ 発光ダイオード
３０ 光センサ
４０ セラミック層
４１ 光ガイド
４２ セラミック層の頂面
４３ セラミック層の底面
５０ 温度センサ
６０ 反射層
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４３ セラミック層の底面
５０ 温度センサ
６０ 反射層
Claims (12)
- 光モジュールパッケージであって、
少なくとも１つの発光ダイオードを装着しかつ該発光ダイオードと電気的に接触する装着基板と、
発光ダイオードにより放射される光の経路内に配置され、波長変換材料を有するセラミック層と、
前記セラミック層と前記装着基板との間に配置された前記発光ダイオードと、
光モジュールパッケージから出る光の輝度および／または色を制御すべく、前記装着基板に配置され、前記発光ダイオードの発光出力を検出する光センサと、を備え、
前記セラミック層は、周囲光から光センサを遮蔽するように一部分のみが半透明であることを特徴とする光モジュールパッケージ。 - 前記光センサは装着基板内に一体化されていることを特徴とする請求項１記載の光モジュールパッケージ。
- 前記セラミック層は、前記光センサを向いた光ガイドを有していることを特徴とする請求項１または２記載の光モジュールパッケージ。
- 前記光ガイドはノーズ形であり、前記光ガイドの端部が、前記光センサに対して或る距離を隔てて配置されていることを特徴とする請求項３記載の光モジュールパッケージ。
- 前記光ガイドは前記光センサまで延びていることを特徴とする請求項３記載の光モジュールパッケージ。
- 前記セラミック層には、周囲光からの付加的な遮蔽体を形成する反射層が配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の光モジュールパッケージ。
- 前記セラミック層には頂面および底面が形成されており、前記底面が前記装着基板を向いており、前記頂面上に前記反射層が配置されていることを特徴とする請求項６記載の光モジュールパッケージ。
- 前記装着基板には、前記発光ダイオードおよび／または前記光センサの温度を測定するための温度センサが配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の光モジュールパッケージ。
- 前記セラミック層は、蛍光体粒子の固い凝集体を含むことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載の光モジュールパッケージ。
- 前記セラミック層は、互いに結合された少なくとも２つの単一セラミック層を備えた多層構造を有していることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項記載の光モジュールパッケージ。
- 前記光センサの感応領域は、前記セラミック層に直接対面していることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項記載の光モジュールパッケージ。
- 前記光センサは、前記セラミック層に隣接して配置されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項記載の光モジュールパッケージ。
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