JP2012533883A - 再構成可能ｌｅｄアレイ及び照明システムにおける使用 - Google Patents

Abstract

ＡＣ電源又は非安定化ＤＣ電源によって電力を供給することができる発光デバイスが開示される。一態様では、その発光デバイスは、コントローラ、発光ダイオード（「ＬＥＤ」）アレイ、及び電源に結合され、電源はＡＣ電力源又は非安定化ＤＣ電力源とすることができる。電源が電力を供給している間、コントローラは、その電力の電力変動に応答して種々のＬＥＤ制御信号を生成する。そのＬＥＤアレイは、ＬＥＤ制御信号の論理状態に従って、ＬＥＤのうちの少なくとも一部を起動できるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明の例示的な態様（複数の場合もあり）は照明デバイスに関する。より具体的には、本発明の態様（複数の場合もあり）は、ＡＣ電源又は非安定化ＤＣ電源を用いて、発光デバイスにより光を生成することに関する。

［関連出願の相互参照］
本出願は、２００９年７月１７日に出願された早期出願の米国実用特許出願第１２／５０４，９９４号の優先権を主張し、その特許出願は参照により本明細書に援用される。

発光ダイオード（「ＬＥＤ」）のような固体発光デバイスは、白熱電球及び蛍光灯のような従来の光源に代わる魅力的な候補である。ＬＥＤは通常、白熱電球よりも著しく高い光変換効率を有し、かつ従来の光源よりも長い寿命を有する。いくつかのタイプのＬＥＤは、蛍光光源よりも高い変換効率を有し、実験室レベルでは、はるかに高い変換効率が実証されている。ＬＥＤが種々の照明用途において受け入れられるためには、全ての処理ステップを最適化し、実現可能な最も高い効率を達成することが重要である。

従来のＬＥＤは安定化（regulated）ＤＣ電力を用いるので、従来のＬＥＤ又はＬＥＤ照明システムに関連付けられる問題は、ＡＣ電力からＤＣ電力への電力変換である。ＬＥＤは通常、一定のＤＣ電流及び一定のＤＣ電圧を用いて動作する。一方、公益事業会社はＡＣ電流及び／又はＡＣ電圧を供給する。コンセントの電力のような従来の電源はＡＣ電力である。白熱電球及び／又はハロゲンライトのような、市場において現在市販されている照明システムは、ＡＣ電力によって電力が供給される。

ＬＥＤ照明システムのためのＤＣ電力要件を解決するための従来の手法は、ＡＣ／ＤＣ電力変換を設けることである。ＡＣから非安定化（unregulated）ＤＣへの電力変換、及びその後の非安定化ＤＣから安定化ＤＣへの変換は、多くの場合に、大きく、かつ費用がかかる。具体的には、ＡＣ／ＤＣコンバータにおいて用いられる容量性素子は通常、ＬＥＤ照明システムよりも寿命が短く、システムの寿命全体に影響を及ぼすことになる。

ＡＣ電源又は非安定化ＤＣ電源によって電力を供給することができる再構成可能発光ダイオード（「ＬＥＤ」）アレイを用いる発光デバイスが開示される。一態様において、発光デバイスは、コントローラ、ＬＥＤアレイ及び電源に結合され、電源はＡＣ電源、又は非安定化ＤＣ電源とすることができる。電源が電力を与えている間、コントローラは、その電力の変動に応答して、種々のＬＥＤ制御信号を生成する。ＬＥＤ制御信号の論理状態に従って、ＬＥＤアレイは、ＬＥＤのうちの少なくとも一部を起動できるようにする。

以下の詳細な説明には、ＬＥＤの単なる例示的な構成が例として図示及び説明されており、本発明の他の態様は、以下の詳細な説明から、当業者には容易に明らかになることを理解されたい。理解されるように、本発明の精神及び範囲から全く逸脱することなく、本発明は他の異なる態様を含み、そのいくつかの細部は種々の点で変更することができる。したがって、図面及び詳細な説明は、実際には例示とみなされるべきであり、限定するものとみなされるべきではない。

本発明の例示的な態様（複数の場合もあり）は、以下に与えられる詳細な説明から、かつ本発明の種々の態様の添付の図面から更に十分に理解されよう。しかしながら、それらの説明及び図面は本発明をそれらの具体的な態様に限定するように解釈されるべきではなく、説明及び理解するためだけのものある。

本発明の一態様による、ＬＥＤを制御することができるコントローラを有する再構成可能ＬＥＤアレイを示すブロック図である。 本発明の一態様による、コントローラを備える再構成可能ＬＥＤアレイを有する照明システムを示すブロック図である。 本発明の一態様による、コントローラを備える再構成可能ＬＥＤアレイの別のトポロジー又はレイアウトを示すブロック図である。 本発明の一態様による、Ｈブリッジ動作を有する再構成可能ＬＥＤアレイ（複数の場合もあり）を示すブロック図である。 本発明の一態様による、Ｈブリッジ動作を有する再構成可能ＬＥＤアレイ（複数の場合もあり）を示すブロック図である。 本発明の一態様による、Ｈブリッジ動作を有する再構成可能ＬＥＤアレイ（複数の場合もあり）を示すブロック図である。 本発明の一態様による、Ｈブリッジ動作を有する再構成可能ＬＥＤアレイ（複数の場合もあり）を示すブロック図である。 本発明の一態様による、再構成可能ＬＥＤアレイを示す例示的なＡＣ ＬＥＤトポロジーを示す図である。 本発明の一態様による、再構成可能ＬＥＤアレイを示す例示的なＡＣ ＬＥＤトポロジーを示す図である。 本発明の一態様による、再構成可能ＬＥＤアレイを示す例示的なＡＣ ＬＥＤトポロジーを示す図である。 本発明の一態様による、再構成可能ＬＥＤアレイを示す例示的なＡＣ ＬＥＤトポロジーを示す図である。 本発明の一態様による、再構成可能ＬＥＤアレイを示す例示的なＡＣ ＬＥＤトポロジーを示す図である。 本発明の一態様による、再構成可能ＬＥＤアレイを用いる照明システムへの電力供給の性能を示す１組のグラフを示す図である。 本発明の一態様による、再構成可能ＬＥＤアレイを制御するための制御回路を示すブロック図である。 本発明の一態様による、コントローラを用いてＬＥＤアレイを再構成する過程を示す流れ図である。 ＬＥＤの一例を示す概念的な断面図である。 燐光体層を備えるＬＥＤの一例を示す概念的な断面図である。 ＬＥＤアレイの一例を示す概念的な平面図である。 図１５ＡのＬＥＤアレイの概念的な断面図である。 ＬＥＤアレイの代替的な構成の一例を示す概念的な平面図である。 図１６ＡのＬＥＤアレイの概念的な断面図である。 本発明の態様による、レーザスクライビングによって製造されるＬＥＤ又はＬＥＤデバイスを含む例示的なデバイスを示す図である。

本明細書では、本発明の態様が、ＡＣ電力を用いることができる発光ダイオード（「ＬＥＤ」）アレイを再構成する方法、デバイス及び装置との関連において説明される。

本発明は添付の図面を参照しながら以下に更に十分に説明され、図面には本発明の種々の態様が示される。しかしながら、本発明は、数多くの異なる形態で実施することができ、本開示全体を通じて提示される本発明の種々の態様に限定されるものとみなされるべきではない。むしろ、これらの態様は、本開示が綿密かつ完全になるように、そして本発明の範囲を当業者に十分に伝えるために提供される。図面に示される本発明の種々の態様は縮尺どおりに描かれない場合がある。むしろ、明確にするために、種々の機構の寸法は拡大又は縮小される場合がある。さらに、明確にするために、図面のうちのいくつかは簡略化される場合がある。したがって、図面は、所与の装置（例えば、デバイス）又は方法の全ての構成要素を図示しない場合がある。

本明細書において、本発明の理想的な構成の概略図である図面を参照しながら、本発明の種々の態様を説明する。それゆえ、結果として、図示される形態から変化すること、例えば、製造方法及び／又は公差が変化することも予想される。したがって、本開示全体を通じて提示される本発明の種々の態様は、本明細書において図示及び説明される要素の特定の形態（例えば、領域、層、部分、基板等）に限定されるものとみなされるべきではなく、例えば、製造の結果として生じる形態の変化も含むことになる。例として、長方形として図示又は説明される要素は、丸みを帯びるか、若しくは曲線を成す機構を有する場合があり、かつ／又は要素間で不連続に変化するのではなく、そのエッジにおいて徐々に変化する濃度を有する場合がある。したがって、図面において示される要素は実際には概略的であり、それらの形態は、要素の正確な形態を図示すること意図するものではなく、本発明の範囲を制限することを意図するものでもない。

領域、層、部分、基板等の或る要素が別の要素の「上に」存在すると記載されるとき、その要素は、他の要素の上に直接存在することができるか、又は介在する要素が存在する場合もある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」存在すると記載されるとき、介在する要素は存在しない。或る要素が別の要素の上に「形成される」と記載されるとき、その要素は、他の要素又は介在する要素上に成長させるか、堆積させるか、エッチングするか、取り付けるか、接続するか、結合するか、又は別の方法で用意若しくは製造することができることを更に理解されたい。

さらに、図面に示されるようなある要素と別の要素との関係を説明するために、本明細書において、「下側」又は「底部」及び「上側」又は「上部」のような相対的な用語が用いられる場合がある。相対的な用語は、図面に示される向きに加えて、装置の種々の向きを包含することを意図することを理解されたい。一例として、図面内の装置が反転する場合には、他の要素の「下側」にあると記載される要素は、他の装置の「上側」に配置されることになる。それゆえ、用語「下側」は、装置の特定の向きに応じて、「下側」及び「上側」の両方の向きを含むことができる。同様に、図面内の装置が反転するとき、他の装置の「下方」又は「下」にあると記載される要素は、他の装置の「上方」に配置されることになる。それゆえ、用語「下方」又は「下」は、上方及び下方の両方を包含することができる。

他に定義されない限り、本明細書において用いられる全ての用語（技術用語及び科学用語を含む）は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。一般的に用いられる辞書において定義される用語のような用語は、関連技術及び本開示との関連においてそれらの用語が意味するのと一致する意味を有するように解釈されるべきであることを更に理解されたい。

本明細書において用いられるときに、文脈において他に明確に示されない限り、数量が特定されていないものは、そのものの単数及び複数を含むことを意図する。本明細書において用いられるときに、用語「備える（含む）」及び／又は「備えている（含んでいる）」は、述べられる機構、整数、ステップ、動作、要素及び／又は構成要素の存在を明示するが、１つ又は複数の他の機構、整数、ステップ、動作、要素、構成要素及び／又はそのグループの存在又は追加を除外しないことを更に理解されたい。用語「及び／又は」は、列挙される関連用語のうちの１つ又は複数の用語のありとあらゆる組み合わせを含む。

ＬＥＤ照明器具の種々の態様が提示される。しかしながら、当業者であれば容易に理解するように、本発明から逸脱することなく、これらの態様は、ＬＥＤ照明の複数の態様に拡張することができる。ＬＥＤ照明器具は、例として、埋込形ライト、表面実装ライト、ペンダントライト、突き出し燭台、コーブライト、トラックライト、アンダーキャビネットライト、庭園燈又は外灯、フラッドライト、サーチライト、街路灯、ストロボ、ベイライト、ストリップライト、工業用ライト、非常灯、バランスアームランプ、アクセントライト、バックグラウンドライト、及び他の照明具を含む、従来の照明器具のための直接の代替品として構成することができる。

本明細書において用いられるときに、「照明具」は、照明器具の外部シェル又はハウジングを意味するものとする。用語「照明器具」は、光源、及び必要に応じて他の構成要素（例えば、光源を冷却するためのファン、光を誘導するための反射板等）を完備した照明器具を意味するものとする。用語「ＬＥＤ照明器具」は、光源が１つ又は複数のＬＥＤを含む照明器具を意味するものとする。ＬＥＤは当該技術分野において周知であり、それゆえ、本発明の完全な説明を提供するために、手短かに論じるだけである。

本発明の態様は、ＣＭＯＳ（「相補形金属酸化膜半導体」）技術又は他の半導体製造工程のような従来の半導体技術を用いて容易に製造可能である集積回路を含むことができることを更に理解されたい。さらに、本発明の態様は、光学及び電気デバイスを形成するための他の製造工程を用いて実現することもできる。ここで、添付の図面において示されるような例示的な態様（複数の場合もあり）の実施態様が、詳細に参照されることになる。同じ又は類似の部品を参照するために、図面及び以下の詳細な説明全体を通して、同じ参照符号が用いられることになる。

一態様では、発光デバイスは、コントローラ、発光ダイオード（「ＬＥＤ」）アレイ及び電源に結合され、電源は交流（「ＡＣ」）電力源又は非安定化直流（「ＤＣ」）電力源とすることができる。電源が電力を与えている間、コントローラは、電力の変動に応答して、種々のＬＥＤ制御信号を生成する。ＬＥＤアレイは、ＬＥＤ制御信号の論理状態に従って、ＬＥＤのうちの少なくとも一部を起動できるようにする。ＬＥＤアレイ内のＬＥＤを再構成することによって、ＬＥＤシステムは、非安定化ＤＣ及び／又はＡＣ電力源から電力を直接取り出すことができるようになる。

図１は、本発明の一態様による、ＬＥＤを制御することができるコントローラを有する照明システム１００を示すブロック図である。照明システム１００は、コントローラ１０２と、ＬＥＤ再構成デバイス１０４と、ＬＥＤアレイ１０６と、電源１０８とを備える。一態様では、電源１０８は、ＡＣ、整流されたＡＣ、及び／又は非安定化ＤＣ電力源である。１つ又は複数の素子（又はデバイス）がシステム１００に追加されるか、又はシステム１００から除去されても、本発明の例示的な態様（複数の場合もあり）の根底を成す概念は変わらないことに留意されたい。

ＬＥＤアレイ１０６は、直列に結合され、光を生成することができる４つのＬＥＤ１２０〜１２６を含む。ＬＥＤ制御信号の論理値（又は論理状態）に応じて、１つ又は複数のＬＥＤ１２０〜１２４を点灯及び／又は消灯することができる。例えば、バス１３２を介してコントローラ１０２からＬＥＤアレイ１０６まで電流１１６が流れるとき、ＬＥＤ再構成デバイス１０４内のスイッチがオフにされる場合には、ＬＥＤ１２０〜１２６が点灯する。その用途に応じて、ＬＥＤアレイ１０６にＬＥＤを追加することもできるし、ＬＥＤアレイ１０６からＬＥＤを除去することもできる。別の態様では、ＬＥＤアレイ１０６内のＬＥＤは、並列に編成することもできるし、直列構成及び並列構成を組み合わせて編成することもできる。

ＬＥＤ再構成デバイス１０４は、ＬＥＤ制御信号の論理状態に従って、ＬＥＤアレイ１０６内の個々のＬＥＤをオン又はオフに切り替えることができるスイッチングデバイスである。一態様では、デバイス１０４は３つのスイッチ１１０〜１１４を含み、各スイッチがＬＥＤ制御信号によって制御される。ＬＥＤ制御信号はコントローラ１０２によって生成される。ＬＥＤ制御信号は、スイッチ制御バス１３４を介して、スイッチ１１０〜１１４の制御端子を介してスイッチ１１０〜１１４を制御する。図１に示されるように、スイッチ１１０〜１１４はそれぞれＬＥＤ１２０〜１２４を制御するために用いられる。例えば、１つ又は複数のトランジスタを含むことができるスイッチ１１０が起動される場合には、スイッチ１１０は、電流１１６の方向をバス１３２からバス１３８に変更する。ＬＥＤ１２０を迂回して、バス１３２からバス１３８に進む電力は、ＬＥＤ１２２を起動することになるが、ＬＥＤ１２０は停止されるであろう。したがって、ＬＥＤ１２０は、スイッチ１１０のためのＬＥＤ制御信号の論理ステータス又は論理状態に応じて、実効的に点灯又は消灯することができる。ＬＥＤ再構成デバイス１０４及びＬＥＤアレイ１０６を組み合わせて１つのデバイスにすることができることに留意されたい。

コントローラ１０２は、電流調整、スイッチング管理、電力管理、電力監視等の種々の信号管理機能を実行することができる制御回路である。一態様では、コントローラ１０２は、バス１３０を介して、電源１０８から電力を受け取りし、その電力はＡＣ電力、非安定化ＤＣ電力、又は安定化ＤＣ電力とすることができる。バス１３０から電力を受け取った後に、その電力は、バス１３２及び／又はバス１３８を介して、ＬＥＤアレイ１０６に転送される。電力は、電流及び／又は電位差を与える電気エネルギである。電力を検出すると、コントローラ１０２は、電位変動に従ってＬＥＤ制御信号を生成する。一態様では、電位レベルが上昇するときに、コントローラ１０２は、ＬＥＤアレイ１０６内の付加的なＬＥＤを選択的に起動する。同様に、電位レベルが低下するときに、コントローラ１０２は１つ又は複数のＬＥＤを選択的に停止する。ＡＣ電力は、経時的に電位レベルが変動する正弦波として電力を供給することに留意されたい。

動作中に、ＡＣ電力の変動に基づいて、コントローラ１０２は、１つ、２つ、３つ又は４つのＬＥＤを独立して、又は同時に点灯できるようにする。ＬＥＤアレイ内に４つのＬＥＤを有する概念は、更に多くの個別のＬＥＤに拡張可能であるか、又は各ＬＥＤが直列に、並列に、又は直列−並列の組み合わせにおいて複数のサブＬＥＤを含むことに留意されたい。図１に戻ると、その直列内の最後のＬＥＤであるＬＥＤ１２６は、バス１３２を通ってバス１３６まで電流１１６が流れる限り、常にオンである。

図１００において示される再構成可能ＬＥＤアレイを用いる利点は、ＬＥＤ照明具が、従来のＡＣ／ＤＣコンバータを有するという要件を満たすことなく、ＡＣ電力又は非安定化ＤＣ電力を直接取り込み、より効率的に、より長い時間にわたって光を生成できるようになることである。非安定化ＤＣ又はＡＣ電力で良好に機能することができるＬＥＤを設けるために、再構成可能ＬＥＤアレイのコントローラは、印加される電圧に応じて、複数のＬＥＤを点灯及び消灯させる。

図２は、本発明の一態様による、コントローラを備える再構成可能ＬＥＤアレイを有する照明システム２００を示すブロック図である。照明システム２００は、コントローラ２０２と、照明構成要素２４０と、電源２０８とを備える。電源２０８は、図１に示されるような電源１０８と同様のデバイスにすることができることに留意されたい。１つ又は複数の素子（又は層）がシステム２００に追加されるか、又はシステム２００から除去されても、本発明の例示的な態様（複数の場合もあり）の根底を成す概念は変わらないことに留意されたい。

一態様では、電源２０８は、従来の送電線を介して、公益事業会社によって供給されるＡＣ電力である。別の態様として、電源２０８は、発電機によって供給される非安定化ＤＣ電力である。電源２０８は、回路のための電流１１６のような電力を供給する。その電力は、電圧、電位差、電流、又は電流及び電圧の組み合わせと解釈することができる。これ以降、用語「電力」、「電流」、「電圧」及び「電位差」は交換可能に用いられる。電力１１６がコントローラ２０２に達するとき、その後、その電力はバス２３２を介して照明デバイス２４０に転送される。

図１に示されるコントローラ１０２と同様の機能を実行することができるコントローラ２０２は、電力１１６の変動を監視し、電力１１６の変動に応答して、ＬＥＤ制御信号を更新する。例えば、電力の変動又は電力変動は、バス１３０によって波又は正弦波が搬送される場合のような、電力の上昇又は降下である。電力変動を検出すると、その電力変動に従って、ＬＥＤ制御信号が調整される。例えば、コントローラ２０２は、電力レベルが上昇しつつあるときに、より多くの数のＬＥＤを点灯させ、一方、電力レベルが降下しつつあるとき、１つ又は複数のＬＥＤを消灯する。ＡＣ電力は、経時的に変動する正弦波として電力を供給することに留意されたい。

ＬＥＤ制御信号は、バス２３４を介して、制御端子を介してスイッチを制御し、スイッチは、照明構成要素２４０内のＬＥＤ毎のステータスを制御する。例えば、各スイッチのための制御端子は、トランジスタのゲート端子である。図２００を簡単にするために、ＬＥＤ制御信号を搬送するスイッチ制御バス２３４は示されない。コントローラ２０２は、個別に各ＬＥＤにアクセスし、及び／又は各ＬＥＤを制御することができ、それにより、ＬＥＤのためのオン時間又は起動周期を、より均等に配分することができる。

一態様では、照明構成要素２４０は、ＬＥＤアレイ２４２及びスイッチ２１０〜２２６のアレイを含み、スイッチを用いて、ＬＥＤアレイ２４２内の各ＬＥＤのオン又はオフステータスを制御する。ＬＥＤアレイ２４２は、複数のＬＥＤ２０２〜２０８を含み、ＬＥＤ２０２〜２０８は直列に接続される。ＬＥＤアレイ２４２内の各ＬＥＤは、一対のスイッチによって制御される。例えば、ＬＥＤ２０２はスイッチ２１０及び２１８によって制御される。スイッチはＬＥＤ制御信号によって管理されるので、ＬＥＤ２０２〜２０８は、ＬＥＤ制御信号の論理値に応じて、点灯及び／又は消灯することができる。スイッチ２１０及び２１８がオンにされる（動作している）とき、ＬＥＤ２０２の両端の電位差が０まで降下するので、ＬＥＤ２０２は、例えば、消灯するであろう。代替的には、スイッチ２１０及び２２０がオンにされ、スイッチ２１８及び２１２がオフにされるとき、電流１１６はスイッチ２１０からＬＥＤ２０４まで、その後、スイッチ２２０まで流れるので、ＬＥＤ２０４が起動され、及び／又は点灯される。

用途に応じて、ＬＥＤアレイ２４２にＬＥＤを追加することができるか、又はＬＥＤアレイ２４２からＬＥＤを除去することができる。ＬＥＤ２０２〜２０８は、例えば、並列に、又は直列及び並列構成の組み合わせに編成することができる。照明構成要素２４０は、図１に示されるＬＥＤ再構成デバイス１０４と同様のデバイスとすることができ、電源変動に従ってＬＥＤを再構成するための１組のスイッチングデバイス及びＬＥＤを含む。動作中に、コントローラ２０２は、ＡＣ電力の変動に基づいて、１つ、２つ、３つ又は４つ等を互いに独立して点灯又は消灯できるようにする。

図１００と比べて、図２００に示される再構成デバイスを利用する利点は、任意の特定のＬＥＤがオン又は動作状態である時間を、より均等に配分することによって、信頼性を高めることである。別の態様として、スイッチ内で電圧を損失することと引き換えに、少ない数のスイッチを用いる同様のトポロジーを以下の検討において例示することができる。

図３は、本発明の一態様による、コントローラを備える再構成可能ＬＥＤアレイを有する照明システム３００の別のトポロジー又はレイアウトを示すブロック図である。照明システム３００は、コントローラ２０２と、ＬＥＤ再構成可能デバイス３０４と、ＬＥＤアレイ３４２と、電源１０８とを備え、ＬＥＤアレイ２４２は、複数のＬＥＤ３０２〜３０８を含む。一態様では、電源１０８は、ＡＣ、整流されたＡＣ、及び／又は非安定化ＤＣ電力源である。１つ又は複数の素子（又はＬＥＤ）が図３００に追加されるか、又は図３００から除去されても、本発明の例示的な態様（複数の場合もあり）の根底を成す概念は変わらないことに留意されたい。

ＬＥＤ再構成デバイス３０４は複数のスイッチ３１８〜３２６を含み、各スイッチは１つ又は複数のトランジスタを含む。各スイッチの論理ステータスを制御するために、スイッチのゲート端子又は制御端子が、バス２３４を介してＬＥＤ制御信号と結合される。各スイッチは１つのＬＥＤに関連付けられ、関連付けられるスイッチがオン又は動作状態であるとき、ＬＥＤは消灯する。例えば、スイッチ３１８がオンであるとき、スイッチ３１８がオンである場合には、ＬＥＤ３０２の両端の電位差が０まで降下し、それにより、ＬＥＤ３０２が消灯する。別の例では、スイッチ３１８及び３２４がオンであり、かつスイッチ３２０がオフであるとき、電流１１６がスイッチ３１８からＬＥＤ３０４まで、その後、ＬＥＤ３０４からスイッチ３２４まで流れ、それにより、ＬＥＤ３０４が起動される。電流１１６は、スイッチ３１８からスイッチ３２６までの一連のスイッチを通って、電源１０８の負端子に達する必要があることに留意されたい。電流１１６が各スイッチの中を進むとき、照明システム３００内で電力損が生じる可能性があることに留意されたい。

図４Ａは、本発明の一態様による、Ｈブリッジ動作を有する再構成可能ＬＥＤアレイを用いる照明システム４００を示すブロック図である。照明システム４００は、コントローラ２０２と、照明構成要素４０１と、電源１０８とを備える。照明システム４００は、図２に示される照明システム２００に類似している。ただし、照明構成要素４０１が、図２に示される照明構成要素２４０と異なる点を除く。１つ又は複数の素子（又はＬＥＤ）が照明システム４００に追加されるか、又は照明システム４００から除去されても、本発明の例示的な態様（複数の場合もあり）の根底を成す概念は変わらないことに留意されたい。

照明構成要素４０１は複数のＬＥＤ４０２〜４１０及びスイッチ４１２〜４３６を含み、スイッチ４１２〜４２６は、スイッチ２１０〜２２６と同様の機能を実行する。一態様では、ＬＥＤは直列に結合され、直列に接続される２つのＬＥＤ間にそれぞれ１つのスイッチが位置する。例えば、スイッチ４３０がＬＥＤ４０２と４０４との間に配置される。２つのＬＥＤ間にそれぞれ１つのスイッチを配置することによって、コントローラは、ＬＥＤを並列に、かつ直列に再構成できるようになる。スイッチ４３０〜４３６のような追加されるスイッチは、Ｈブリッジ動作を容易にし、その回路がＡＣ電力において動作できるようにする。

スイッチ４１２〜４３６を含む再構成回路部は、図２及び図３に示される再構成回路よりも複雑であるが、その回路部によって、ＬＥＤは、一連のＬＥＤとして（若しくは直列に）、又は並列に動作できるようになる。図４Ａに示される回路レイアウトを用いる４ＬＥＤアレイの場合、再構成回路部によって、ＬＥＤを以下の構成、すなわち、４つのＬＥＤからなる１つの列、２つの異なる方法における３つのＬＥＤからなる１つの列、３つの異なる方法における２つのＬＥＤからなる１つの列、１つの方法における２つのＬＥＤの２つの並列の列、及び１つから４つの並列の個々のＬＥＤに再構成できるようになる。照明構成要素４０１が４つのＬＥＤになるように構成される場合には、２つのＬＥＤからなる２つの並列の列を構成し、形成することができる。例えば、スイッチ４３０、４２２、４１４、４３４及び４２６がオフであり（又はオンであり）、スイッチ４１２、４２０、４３２、４１６、４２４及び４３６がオンであり（又はオフである）とき、ＬＥＤ４０２〜４０２からなる第１の列が、ＬＥＤ４０６〜４０８からなる第２の列と並列である。また、３つのＬＥＤ４０２〜４０６からなる１つの列の第１の方法は、スイッチ４３０、４３２及び４２４がオフであり（又はオンであり）、一方、スイッチ４１２、４１４、４３４、４２０及び４２２がオンであり（又はオフである）ときに形成することができる。代替的には、３つのＬＥＤ４０４〜４０８からなる１つの列の第２の方法は、スイッチ４１２、４３２、４３４及び４２６がオフであり（又はオンであり）、一方、スイッチ４３０、４１４、４１６、４３６及び４２０〜４２４がオンであり（又はオフである）ときに形成することができる。

図４Ｂ〜図４Ｄは、本発明の一態様による、電力の変動に応答する異なるＬＥＤ構成４６０〜４８０を示す、４つのＬＥＤを有する３つの照明システムを示す。図４Ａに示されるようなＨブリッジレイアウトに編成されるスイッチ又はスイッチングデバイスを用いて、種々のＬＥＤ構成を生み出すことができる。例えば、構成４６０は、１つのＬＥＤの４つの並列の列を示し、一方、構成４７０は、２つのＬＥＤからなる２つの並列の列を示す。一方、構成４８０は、４つのＬＥＤからなる１つの列の構成を表す。

図４Ｂ〜図４Ｄに示される構成４６０〜４８０は、ＬＥＤアレイを効率的に動作させることができ、種々の入力電圧を用いてＬＥＤアレイが同じ量の光を供給できるようにすることが可能である。図４Ｂ〜図４Ｄは、４ＬＥＤアレイを備える回路デバイスを概略的に示す。図４Ｂは、４つの並列の個々のＬＥＤによって構成されるＬＥＤアレイを示す。低電圧（すなわち、青色ＬＥＤの場合に３．２Ｖ）の期間中に、構成４６０は、高い電流（すなわち、１．４Ａ）を取り込むことができ、各ＬＥＤは、一定の電力（すなわち、１．２Ｗ）を消費し、関連する光の量を供給することになる。電源が中程度の電圧（すなわち、６．４Ｖ）であるとき、図４Ｃに示される構成４７０のように、ＬＥＤアレイは、２つのＬＥＤからなる２つの並列の列に再構成され、半分の電流（すなわち、０．７Ａ）を取り込む。それでも、構成４７０は各ＬＥＤに同じ電力（すなわち、１．２Ｗ）を供給し、図４Ｂに示される構成４６０と同じ効率で同じ量の光を与えることになる。別の例では、電源が高い電圧（すなわち、１３．２Ｖ）に達するとき、ＬＥＤアレイは、図４Ｄに示される、４つのＬＥＤからなる１つの列になるように再構成され、図４Ｂに示される構成４６０の４分の１の電流（すなわち、０．３５Ａ）を取り込む。再び、構成４８０は、各ＬＥＤに同じ、又は同様の電力（すなわち、１．２Ｗ）を供給し、図４Ｂ及び図４Ｃに示される構成４６０及び４７０と同じ効率で同じ量の光を与えることになる。電位（「電圧」）が上昇するとき、電位の出力に従ってＬＥＤの構成は変化するが、動作しているＬＥＤの数は同じままであり、供給される電力も同じであることに留意されたい。用途によっては、電力が上昇するときにＬＥＤを消灯し、電力が低下するときにＬＥＤを点灯することが好都合である。

図４に示される再構成回路部によって、ＬＥＤアレイ及び／又はＬＥＤシステムは、印加される電圧に適応できるようになり、その動的なリアルタイム制御がコントローラ２０２によって容易に行なわれる。コントローラ２０２は、外部回路とすることができ、ＬＥＤモジュールに組み込まれる。そのようなＬＥＤモジュールを使用する利点は、ＡＣ／ＤＣコンバータを使用しなくても、ＬＥＤアレイが良好に機能できるようになることである。そのＬＥＤモジュールを使用する別の利点は、システムから電解コンデンサが除去されることである。なぜなら、電解コンデンサは、システムの寿命を短縮する傾向があるためである。

図５は、本発明の一態様による、再構成可能ＬＥＤアレイを示す例示的なＡＣ ＬＥＤトポロジー５５０を示す。トポロジー５５０は、電源５５２と、整流器５５４と、コントローラ５５６と、再構成可能ＬＥＤアレイ５５８とを備える。一態様では、コントローラ５５６は、スイッチコントローラ及び電流コントローラを含み、スイッチコントローラは、スイッチを管理することができる。電流コントローラは、電流を整流器５５４から再構成可能ＬＥＤアレイ５５８に転送することができる。１つ又は複数の素子（又はＬＥＤ）が図５５０に追加されるか、又は図５５０から除去されても、本発明の例示的な態様（複数の場合もあり）の根底を成す概念は変わらないことに留意されたい。

整流器５５４は、波形の負及び／又は正の部分を遮断することができる４つのダイオードを含む。整流器５５４の代わりに、任意の他のタイプの電力整流器を用いることができる。電源５５２は、電力ケーブルを介して公益事業会社によって供給されるＡＣ電力源とすることができる。代替的には、電源５５２は発電機によって供給される非安定化ＤＣ電力である。

再構成可能ＬＥＤアレイ５５８は３つのスイッチ５７０〜５７４及び４つのＬＥＤ５６０〜５６８を含み、ＬＥＤ５６０〜５６８は直列に、又は一連のＬＥＤとして結合される。スイッチ５７０〜５７４は図１に示されるスイッチ１１０〜１１４と同様であり、ＬＥＤ５６０〜５６８は図１に示されるＬＥＤ１２０〜１２６と同様であることに留意されたい。ＬＥＤ５６８は、大部分の時間にわたってオンであるが、ＬＥＤ５６０〜５６４は、スイッチ５７０〜５７４によって点灯又は消灯することができる。スイッチ５７０〜５７６の論理ステータスは、コントローラ５５６によって制御され、及び／又は管理されるＬＥＤ制御信号によって制御される。

トポロジー５５０を用いる利点は、ＡＣ／ＤＣ変換を用いることなく、ＬＥＤがＡＣ又は非安定化電力源から直接電力を取り込むことができるようになることである。

ＬＥＤ照明システムの性能を測定するために、その測定は、光束、力率及び効率のような種々のパラメータを含む。理想的な光束量は約８８０ｌｍであり、所望の力率は０．９よりも大きい。例えば、個々のＬＥＤが、７００ｍＡの電流及び３．２Ｖの順電圧で７５ｌｍ／Ｗの冷白色光を生成する場合には、そのＬＥＤは、約１７５ｌｍの光束を生成することができる。光束及び効率が所定の範囲に保持される場合には、順電圧（３．２Ｖの増分値）及び電流を変更し、それにより、電力密度が概ね一定に保持される。したがって、ＬＥＤは、６．４Ｖの順電圧及び３５０ｍＡで、又は９．６Ｖ及び２６７ｍＡで、又は１２．８Ｖ及び１７５ｍＡ等で１７５ｌｍの光束を生成することができる。

一例では、効率はＬＥＤ効率、システム効率及びＡＣ／ＤＣ効率を含む。効率の定義が以下に記載される。
ＬＥＤ効率＝光束（Ｌ）／ＬＥＤへの電力（Ｗ）
システム効率＝光束（Ｌ）／システム（ＬＥＤ＋ドライバ）への全電力（Ｗ）
ＡＣ／ＤＣ効率＝ＬＥＤに供給される電力／供給される電力

高い力率を達成するために、例えば、供給されるライン電流は、ライン電圧と同相にすべきである。その際、システムに供給される電力は概ね、０．５の平均対ピーク比を有する正弦関数の二乗になる。８８０ｌｍの平均光束を得るために、例えば、ＬＥＤは、ピークにおいて１７６０ｌｍを生成する必要があり、それは、光束要件を満たすために、照明システムが少なくとも１０個のＬＥＤを有する必要があることを示唆する。例えば、１７０ＶピークのＡＣライン電圧の場合、ＬＥＤ又は１組のＬＥＤは、１４０ミリアンペア（「ｍＡ」）の電流において１６Ｖの順電圧を有するはずである。回路がインライン抵抗器を含む場合には、ＬＥＤ電圧とライン電圧との間の差を低く抑えて、システム効率を改善すべきであることに留意されたい。

図６は、本発明の一態様による、再構成可能ＬＥＤアレイを有するＡＣ ＬＥＤトポロジー６５０の例示的な実施態様を示すブロック図である。トポロジー６５０は、図５に示されるトポロジー５５０に類似であり、電源６５２と、整流器５５４と、コントローラ５５６と、再構成可能ＬＥＤアレイ５５８とを備える。再構成可能ＬＥＤアレイ５５８に、付加的なＬＥＤ及びスイッチを追加できることに留意されたい。１つ又は複数の素子（又はＬＥＤ）が図６５０に追加されるか、又は図６５０から除去されても、本発明の例示的な態様（複数の場合もあり）の根底を成す概念は変わらないことに留意されたい。

電源６５２の電圧が０ボルト（「Ｖ」）から３〜６Ｖに増加するとき、可変順電流が、整流器５５４からコントローラ５５６に転送される。３〜６Ｖの順電圧が検出されると、スイッチコントローラがＬＥＤ制御信号を送信して、スイッチ５７４を起動する。スイッチ５７０〜５７２が停止され、スイッチ５７４が起動されるとき、順電流はＬＥＤ５６０〜５６４を迂回し、接続６５６を介して、スイッチ５７４を通って直接ＬＥＤ５６８に達する。可変電圧順方向（variable voltage forward）ＬＥＤパッケージを利用する照明具は、必要に応じて、ＬＥＤを起動又は停止することによって、電源とＬＥＤとの間の最小電圧差を保持することができる。用途に応じて、更に複雑なスイッチ回路を用いて、ＬＥＤ再構成のための更なる自由度を与えることができる。

図７は、本発明の一態様による、再構成可能ＬＥＤアレイを有するＡＣ ＬＥＤトポロジー７５０の例示的な実施態様を示すブロック図である。トポロジー７５０は、図５に示されるトポロジー５５０に類似であり、電源７５２と、整流器５５４と、コントローラ５５６と、再構成可能ＬＥＤアレイ５５８とを備える。再構成可能ＬＥＤアレイ５５８に付加的なＬＥＤ及びスイッチを追加できることは理解されたい。１つ又は複数の素子（又はＬＥＤ）が図７５０に追加されるか、又は図７５０から除去されても、本発明の例示的な態様（複数の場合もあり）の根底を成す概念は変わらないことに留意されたい。

電源７５２の電圧が３〜６Ｖから６〜９Ｖに増加するとき、可変順電圧が、整流器５５４からコントローラ５５６に転送される。６〜９Ｖの順電圧を検出すると、スイッチコントローラは、ＬＥＤ制御信号を送信し、スイッチ５７２を起動する。スイッチ５７０及び５７４が停止され、スイッチ５７２が起動状態であるとき、順電圧又は順電流がＬＥＤ５６０〜５６２を迂回し、接続７５６を介して、スイッチ５７２を通ってＬＥＤ５６４〜５６８に達する。可変電圧順方向ＬＥＤパッケージを利用する照明具は、必要に応じて、ＬＥＤを起動又は停止することによって、電源とＬＥＤとの間の最小電圧差を保持することができる。

図８は、本発明の一態様による、再構成可能ＬＥＤアレイを有するＡＣ ＬＥＤトポロジー８５０の例示的な実施態様を示すブロック図である。トポロジー８５０は、図５に示されるトポロジー５５０に類似であり、電源８５２と、整流器５５４と、コントローラ５５６と、再構成可能ＬＥＤアレイ５５８とを備える。再構成可能ＬＥＤアレイ５５８に付加的なＬＥＤ及びスイッチを追加できることに留意されたい。１つ又は複数の素子（又はＬＥＤ）が図８５０に追加されるか、又は図８５０から除去されても、本発明の例示的な態様（複数の場合もあり）の根底を成す概念は変わらないことに留意されたい。

電源８５２の電圧が６〜９Ｖから９〜１２Ｖに増加するとき、可変順電圧が、整流器５５４からコントローラ５５６に転送される。９〜１２Ｖの順電圧を検出すると、スイッチコントローラは、ＬＥＤ制御信号を送信し、スイッチ５７０を起動する。スイッチ５７２〜５７４が停止され、スイッチ５７０が起動されるとき、順電圧又は順電流がＬＥＤ５６０を迂回し、接続８５６を介して、スイッチ５７０を通ってＬＥＤ５６２〜５６８に達する。

再構成可能ＬＥＤアレイの別の用途は、電流変調による調光に対する代替法を提供することである。ＬＥＤを調光するための従来の方法は、ＬＥＤに流れる電流を時間又は振幅のいずれかにおいて変調することに焦点を当てる。一般に、従来のＬＥＤのための電圧調光は、電圧がわずかに変動しただけでも、大きな光出力変化が引き起こされるので好ましくない。再構成可能ＬＥＤアレイによれば、電力が増加するときにＬＥＤを点灯し、電力が減少するときにＬＥＤを消灯することによって、段階的な電圧調光を実行することができる。

図９は、本発明の一態様による、再構成可能ＬＥＤアレイを有するＡＣ ＬＥＤトポロジー９５０の例示的な実施態様を示すブロック図である。トポロジー９５０は、図５に示されるトポロジー５５０に類似であり、電源９５２と、整流器５５４と、コントローラ５５６と、再構成可能ＬＥＤアレイ５５８とを備える。再構成可能ＬＥＤアレイ５５８に付加的なＬＥＤ及びスイッチを追加できることに留意されたい。１つ又は複数の素子（又はＬＥＤ）が図９５０に追加されるか、又は図９５０から除去されても、本発明の例示的な態様（複数の場合もあり）の根底を成す概念は変わらないことに留意されたい。

電源９５２の電圧が９〜１２Ｖから１２Ｖより高い電圧に増加するとき、可変順電圧が、整流器５５４からコントローラ５５６に転送される。１２Ｖより高い電圧を検出すると、スイッチコントローラは、ＬＥＤ制御信号によって、全てのスイッチ５７０〜５７４をオフに切り替える。スイッチ５７０〜５７４が停止されるとき、順電流が、接続９５６を介して、ＬＥＤ５６０〜５６８に達する。更に高い順電圧が生じる場合には、付加的なスイッチ及びＬＥＤを含むことができることに留意されたい。

図１０は、本発明の一態様による、再構成可能ＬＥＤアレイを用いる照明システムへの電力供給の性能を示す１組のグラフを示す図１００６である。図１００６は電圧グラフ１０００と、電流グラフ１００２と、電力グラフ１００４とを含む。収集され、グラフ１０００〜１００４上にプロットされるデータは、力率及びフリッカインデックスのような１組の所定のパラメータに基づく。フリッカインデックスは、平均光量よりも高い光量を測定する。力率は、負荷に加えられる有効電力と皮相電力との比を与える。グラフ１００〜１０４は、次の条件下でプロットされる；力率は０．９９５に等しい；フリッカインデックスは０．３４に等しい；５０個の接合部が１６０Ｖを超える。

グラフ１０００は、時間領域にわたる、ライン電圧曲線１０１０、ＬＥＤの両端電圧曲線１０１２、及び電圧損曲線１０１４を示す。グラフ１０００においてプロットされる曲線１０１０〜１０１４は、ＬＥＤの両端電圧曲線１０１２がライン電圧曲線１０１０に類似であるので、照明システムが非常に効率的であることを実証する。また、電圧損曲線１０１４は、ＬＥＤの両端間電圧曲線１０１２と比べて相対的に小さい。

グラフ１００２は、時間領域にわたる、ライン電流曲線１０２０を示すプロットを示す。電圧損１０１４は、システム内のどこかにある回路部に対する、埋め合わせることができないおおよその電力損を表すことに留意されたい。１サイクルにわたってプロットされた、ＬＥＤに供給される電力は、グラフ１００４に示される。グラフ１００４は、ライン電力曲線１０３０、ＬＥＤに供給される電力の曲線１０３２、及び電力損曲線１０３４を示す。グラフ１００４は、供給される電力の曲線１０３２がライン電圧曲線１０３０に非常に近いので、システムへの電力供給が非常に効率的であることを示す。また、電力損曲線１０３４は、供給される電力の曲線１０３２に比べて相対的に小さい。したがって、再構成可能ＬＥＤアレイを用いる利点は、ＡＣ、整流されたＡＣ及び／又は非安定化ＤＣ電力源において動作することができるＬＥＤシステムを提供することである。

図１１は、本発明の一態様による、図２に示されるコントローラ２０２のような、再構成可能ＬＥＤアレイを制御するための制御回路を示すブロック図１１００である。図１１００は、ＡＣ電源と、波形整流器１１０２と、抵抗器Ｒ１〜Ｒ２と、ＬＥＤ１と、ＬＥＤ２と、トランジスタＵ１〜Ｕ５と、基準ＬＥＤとを備える。１つ又は複数の素子（又はデバイス）が図１１００に追加されるか、又は図１１００から除去されても、本発明の例示的な態様（複数の場合もあり）の根底を成す概念は変わらないことに留意されたい。

図１１００は、２ＬＥＤシステムにおいてタスクを実行することができる回路である。波整流器１１０２が、ＡＣライン電圧のために用いられる。Ｒ１及びＲ２は、トランジスタＵ２を通って電流が流れるのを容易にし、その電流はライン電圧と同相である。トランジスタＵ１は、標準的な電流ミラートポロジーにおいて、Ｕ２の中に流れる電流をミラーリングする。トランジスタＵ３は、Ｕ５のドレイン電圧が、Ｒ１及びＲ２の分圧器によって設定される電圧よりも大きいときに、ＬＥＤ２の両端を短絡することができる。差動増幅器としても知られる比較器Ｕ４が動作状態になり、Ｕ３をローに引き込み、その後、Ｕ１がオンになり、ＬＥＤ１が点灯する。一例では、ＬＥＤ１のための大きな順電圧を有することが好都合である。スイッチングに適した電圧を供給するために、Ｕ５のドレインに小さな基準ＬＥＤが配置される。Ｕ３、Ｕ４及び抵抗回路網を含むスイッチング回路は、ＬＥＤアレイが３つ以上のＬＥＤを有する場合に、それに合わせた数だけ繰り返すことができる。比較器は非常に大きな供給電圧範囲において動作しなければならないという要件があることに留意されたい。

本発明の例示的な態様は、種々の処理ステップを含み、それらのステップが以下に説明される。その態様のステップは、機械又はコンピュータの実行可能命令において具現することができる。それらの命令を用いて、汎用又は専用のシステムをもたらすことができ、そのシステムは、本発明の例示的な態様のステップを実行するように、それらの命令によってプログラムされる。代替的には、本発明の例示的な態様のステップは、それらのステップを実行するためのハードワイヤードロジックを含む特定のハードウェア構成要素によって、又はプログラムされたコンピュータ構成要素及びカスタムハードウェア構成要素の任意の組み合わせによって実行することができる。

図１２は、本発明の一態様による、コントローラを用いてＬＥＤアレイを再構成する過程を示す流れ図１２００である。ブロック１２０２において、光を生成するための過程では電源から電力を受け取る。一態様では、その過程ではＡＣ電源から電力源を受け取ることができる。

ブロック１２０４において、その過程では、電力の変動を監視することができる。ＡＣ電源の電圧変動及び／又は電流変動を検出することができる。

ブロック１２０６において、その過程では、電力の電力変動に応答して、ＬＥＤ制御信号を生成する。一態様では、その過程では、複数のＬＥＤ制御信号に従って、ＬＥＤアレイを再構成することができる。

ブロック１２０８において、その過程では、ＬＥＤ制御信号の論理状態に従って、ＬＥＤアレイのうちの少なくとも一部を起動する。電力の動的な変動に応じてＬＥＤ制御信号の論理状態を動的に更新した後に、その過程では、ＬＥＤ制御信号の論理状態に応答して、ＬＥＤアレイの複数のＬＥＤを動的に起動し、及び／又は停止する。用途によって、正論理で動作可能なスイッチもあれば、負論理で動作可能なスイッチもある。「正論理で動作可能」は、スイッチが、例えば、制御信号のアクティブ状態によってトリガーされるか又はオンにされる（又はオフにされる）ことを意味し、一方、「負論理で動作可能」は、スイッチが、制御信号の非アクティブ状態によってトリガーされるか又はオンにされることを意味する。制御信号のアクティブ及び／又は非アクティブ状態は、デジタル処理回路部、アナログ処理回路部、又は固定信号処理回路部によって実現することができる。

いくつかのデジタル処理の応用例では、アクティブ及び非アクティブ状態はそれぞれ、論理「１」及び論理「０」としても知られている。一態様では、アクティブ状態又は論理「１」状態は高電圧状態を意味し、一方、非アクティブ状態又は論理「０」状態は低電圧状態を意味する。代替的には、用途によって、アクティブ状態又は論理「１」状態を低電圧状態として構成することができ、一方、非アクティブ状態又は論理「０」状態を高電圧状態として構成することができる。例えば、その過程では、電力が増加するときに、ＬＥＤ制御信号の付加的なアクティブ状態を設定することができる。一方、その過程では、同様に、電力が減少するときに、ＬＥＤ制御信号の付加的な非アクティブ状態を設定することができる。

本発明が機能する再構成可能ＬＥＤアレイを用いてＡＣ及び／又は非安定化ＤＣ電力を直接取り込むことができる照明システムの複数の態様を手短かに説明してきたが、以下の図は、ＬＥＤダイ、チップ、デバイス及び／又は照明具を製造し、パッケージするための例示的な工程又は方法を示す。

図１３は、１つ又は複数のＬＥＤデバイスの例示的な製造工程を示す概念的な断面図である。ＬＥＤは、不純物が注入された、すなわち、ドープされた半導体材料である。これらの不純物は、半導体に「電子」又は「正孔」を追加し、それらが材料内を比較的自由に動くことができる。不純物の種類によって、半導体のドープされた領域は、主に電子又は正孔を有することができ、それぞれｎ型又はｐ型半導体領域と呼ばれる。図１３を参照すると、ＬＥＤ５００は、ｎ型半導体領域５０４及びｐ型半導体領域５０８を含む。２つの領域間の接合部において逆方向電界が生成され、それにより、電子及び正孔が接合部から離れる方向に動き、アクティブ領域５０６を形成する。一対の電極５１０、５１２を介して、逆方向電界に打ち勝つだけの十分な順電圧がｐ−ｎ接合部にかけられるとき、電子及び正孔が強制的にアクティブ領域５０６の中に移動し、再結合する。電子が正孔と再結合するとき、それらは低いエネルギ準位に降下し、光の形でエネルギを放出する。

この例では、ｎ型半導体領域５０４は基板５０２上に形成され、ｐ型半導体領域５０８はアクティブ領域５０６上に形成されるが、それらの領域は逆にすることもできる。すなわち、ｐ型半導体領域５０８を基板５０２上に形成することができ、ｎ型半導体領域５０４をアクティブ領域５０６上に形成することもできる。本開示を通して説明される種々の概念は、任意の適切な層状構造に拡張できることは当業者には容易に理解されよう。ＬＥＤ５００内に、限定はしないが、バッファ、核形成、コンタクト及び電流拡散層又は領域、並びに光抽出層を含む、付加的な層又は領域（図示せず）を含むこともできる。

ｐ型半導体領域５０８は上側表面上に露出し、それゆえ、ｐ型電極５１２はその上に容易に形成することができる。しかしながら、ｎ型半導体領域５０４は、ｐ型半導体層５０８及びアクティブ領域５０６の下に埋め込まれる。したがって、ｐ型半導体領域５０４上にｎ型電極５１０を形成するために、当該技術分野において既知である手段によりアクティブ領域５０６及びｐ型半導体領域５０８の一部を除去し、その下にあるｎ型半導体層５０４を露出させることによって、切欠きエリア又は「メサ」が形成される。この部分が除去された後に、ｎ型電極５１０を形成することができる。

図１４は、燐光体層を有するＬＥＤの一例を示す概念的な断面図である。この例では、燐光体層６０２は、当該技術分野において既知の手段によって、ＬＥＤ５００の上側表面上に形成される。燐光体層６０２は、ＬＥＤ５００によって放射される光の一部を、ＬＥＤ５００から放射されるスペクトルとは異なるスペクトルを有する光に変換する。スペクトルの青色領域において光を放射するＬＥＤ、及び青色光を黄色光に変換する燐光体を用いることによって、白色ＬＥＤ光源を構成することができる。白色光源は、従来の照明のための代替ランプとして十分に適している。しかしながら、本発明を他のＬＥＤ及び燐光体の組み合わせを用いて実施して、異なる色の光を生成することもできる。燐光体層６０２は、一例として、担体内に懸濁される燐光体粒子を含むことができるか、又は担体内に溶解する可溶性燐光体から構成することができる。

ＬＥＤ照明のある構成では、ＬＥＤアレイを用いて、増加した輝度を与えることができる。図１５Ａは、ＬＥＤアレイの一例を示す概念的な平面図であり、図１５Ｂは図１５ＡのＬＥＤアレイの概念的な断面図である。この例では、燐光体をコーティングされた複数のＬＥＤ６００を基板７０２上に形成することができる。ＬＥＤ６００から延在するボンドワイヤ（図示せず）を基板７０２の表面上のトレース（図示せず）に接続することができ、それらのトレースはＬＥＤ６００を並列及び／又は直列に接続する。通常、ＬＥＤ６００は、直列ＬＥＤからなる並列のストリーム内に接続され、各ストリーム内に電流制限抵抗器（図示せず）が設けられる。基板７０２は、ＬＥＤ６００を支持することができ、かつ照明具（図示せず）内に実装することができる任意の適切な材料とすることができる。

図１６Ａは、ＬＥＤアレイの代替的な構成の一例を示す概念的な正面図であり、図１６Ｂは、図１６ＡのＬＥＤアレイの概念的な断面図である。図１５Ａ及び図１５Ｂとの関連において説明されたのと同じように、照明具（図示せず）内に実装するために設計された基板７０２を用いて、ＬＥＤ５００のアレイを支持することができる。しかしながら、この構成では、個々のＬＥＤ上に燐光体が形成されない。代わりに、燐光体８０６は環状リング８０４によって画定される空洞８０２内に堆積され、リングは基板７０２の外面の周囲に延在する。環状リング８０４は、基板７０２を形成する材料内に円柱形の穴を開けることによって形成することができる。代替的には、基板７０２及び環状リング８０４は、適切な型を用いて形成することができるか、又は環状リング８０４を基板７０２とは別に形成して、接着剤又は他の適切な手段を用いて基板に取り付けることができる。後者の構成では、環状リング８０４は、一般的に、ＬＥＤ５００の前に基板７０２に取り付けられるが、構成によっては、ＬＥＤを最初に取り付けることができる。ＬＥＤ５００及び環状リング８０４が基板７０２に取り付けられると、担体内に燐光体粒子が懸濁したものを空洞８０２内に導入することができる。担体材料は、エポキシ又はシリコーンとすることができるが、他の材料に基づく担体を用いることもできる。担体材料を硬化させて、燐光体材料が固定化された固体材料を作製することができる。

図１７は、本発明の複数の態様による、レーザスクライビングによって製造されるＬＥＤ又はＬＥＤデバイスを含む例示的なデバイスを示す。デバイス９００は、ランプ９０２、照明デバイス９０４、及び街路灯９０６を含む。図１７に示される各デバイスは、本明細書において説明されるような、レーザスクライビング法によって分離される少なくとも１つのＬＥＤ又はＬＥＤデバイスを含む。例えば、ランプ９０２は、パッケージ９１６及びＬＥＤ９０８を含み、ＬＥＤ９０８は、デバイスの背面に向かって或る場所においてレーザスクライビングを用いて分離される。ランプ９０２は、任意のタイプの一般的な照明のために用いることができる。例えば、ランプ９０２は、自動車ヘッドランプ、街路灯、頭上照明において、又は任意の他の一般的な照明用途において用いることができる。照明デバイス９０４は電力源９１０を含み、電力源はランプ９１２に電気的に接続され、そのランプはランプ９０２として構成することができる。一態様では、電力源９１０は電池、又は太陽電池のような任意の他の適切なタイプの電力源とすることができる。街路灯９０６は、ランプ９１４に接続される電力源を含み、そのランプはランプ９０２として構成することができる。本明細書において記述されるＬＥＤの複数の態様は実質的に任意のタイプのＬＥＤアセンブリと共に用いるのに適しており、そのＬＥＤアセンブリはさらに、任意のタイプの照明デバイスにおいて用いることができ、図１７に示されるデバイスには限定されないことに留意されたい。

本開示の上記の態様は、当業者が本発明を実施できるようにするために与えられる。本開示全体を通して提示される複数の態様に対する種々の変更が当業者には容易に明らかになるはずであり、本明細書において開示される概念は、ガラス封入体の形状又は直径、支持体、ランプ上の電気的コンタクトの配列にかかわらず、他のＬＥＤランプ構成に拡張することができる。したがって、特許請求の範囲は、本開示の種々の態様に限定されるように意図されておらず、特許請求の範囲の文言と一致する全ての範囲が与えられるように意図されている。当業者に知られているか又は後に知られることになる、本開示全体を通して説明された種々の態様の要素と構造的又は機能的に均等な全てのものは、参照により本明細書に明白に援用され、特許請求の範囲によって包含されるように意図されている。さらに、そのような開示が特許請求の範囲において明示的に列挙されるか否かにかかわらず、本明細書において開示される内容を公共のものとして提供することは意図していない。請求項の要素が「〜の手段」という言い回しを用いて明示的に列挙されない限り、又は方法の請求項の場合には、その要素が「〜のステップ」という言い回しを用いて列挙されない限り、その要素は、米国特許法第１１２条第６項の規定の下で解釈されるべきではない。

Claims (29)

1. 発光デバイスであって、
   電力に応答して複数の発光ダイオード（「ＬＥＤ」）制御信号を生成するように構成されるコントローラと、
   前記コントローラに結合され、ＬＥＤのうちの少なくとも一部を前記複数のＬＥＤ制御信号の論理状態に従って起動することを可能にすることができるＬＥＤアレイと、
   を備える発光デバイス。
2. 前記コントローラに結合され、前記複数のＬＥＤ制御信号のうちの１つのＬＥＤ制御信号のアクティブ状態に応答して、前記ＬＥＤアレイの少なくとも１つのＬＥＤを選択的に起動することができる複数のスイッチを含むように構成されたＬＥＤ再構成可能デバイスを更に備える、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記コントローラに結合され、前記複数のＬＥＤ制御信号の非アクティブ状態に応答して、前記ＬＥＤアレイの少なくとも１つのＬＥＤを選択的に停止することができる複数のスイッチを含むように構成されたＬＥＤ再構成可能デバイスを更に備える、請求項１に記載のデバイス。
4. 前記ＬＥＤアレイは、前記複数のＬＥＤ制御信号の前記論理状態に従って少なくとも１つのＬＥＤを選択的に消灯するように構成された複数のＬＥＤを含む、請求項１に記載のデバイス。
5. 前記電力を供給するように構成された電源を更に備える、請求項１に記載のデバイス。
6. 前記電源は交流（「ＡＣ」）電力を供給することができる、請求項５に記載のデバイス。
7. 前記コントローラは、前記電力の変動を検出することができる電力モニタを含む、請求項６に記載のデバイス。
8. 前記電源は非安定化直流（「ＤＣ」）電力である、請求項５に記載のデバイス。
9. 光を生成する方法であって、
   電力の電力変動を監視すること、
   前記電力の前記電力変動に応答して、複数の発光ダイオード（「ＬＥＤ」）制御信号を生成すること、
   前記複数のＬＥＤ制御信号の論理状態に従って、ＬＥＤアレイのうちの少なくとも一部を起動すること、
   を含む、光を生成する方法。
10. 前記電力の動的な電力変動に従って、前記複数のＬＥＤ制御信号の論理状態を動的に更新することを更に含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記複数のＬＥＤ制御信号の前記論理状態に応答して、前記ＬＥＤアレイのＬＥＤを動的に起動又は停止することを更に含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記電力が増加するときに、前記複数のＬＥＤ制御信号の付加的なアクティブ状態を設定することを更に含む、請求項９に記載の方法。
13. 前記電力が減少するときに、前記複数のＬＥＤ制御信号の付加的な非アクティブ状態を設定することを更に含む、請求項１２に記載の方法。
14. 電源から前記電力を受け取ることを更に含む、請求項９に記載の方法。
15. 電源から前記電力を受け取ることが、交流（「ＡＣ」）電源から電力源を受け取ることを含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記電力の電力変動を監視することが、交流（「ＡＣ」）電源によって生成される電圧変動を検出することを含む、請求項９に記載の方法。
17. 前記電力の前記電力変動に応答して複数のＬＥＤ制御信号を生成することが、前記複数のＬＥＤ制御信号に従って前記ＬＥＤアレイを再構成することを更に含む、請求項９に記載の方法。
18. 前記複数のＬＥＤ制御信号の論理状態に従って、ＬＥＤアレイのうちの少なくとも一部を起動することが、
    第１のＬＥＤ制御信号に従って、前記ＬＥＤアレイの第１のＬＥＤをオンに切り替えること、及び
    第２のＬＥＤ制御信号に従って、前記ＬＥＤアレイの第２のＬＥＤをオフに切り替えること、
    を含む、請求項９に記載の方法。
19. 前記複数のＬＥＤ制御信号の論理状態に従って、ＬＥＤアレイのうちの少なくとも一部を起動することが、
    前記電力が増加するときにＬＥＤを点灯させ、前記電力が減少するときにＬＥＤを消灯させることによって、調光機能を提供することを更に含む、請求項９に記載の方法。
20. 前記複数のＬＥＤ制御信号の論理状態に従って、ＬＥＤアレイのうちの少なくとも一部を起動することが、前記電力が増加するときにＬＥＤを点灯させ、前記電力が減少するときにＬＥＤを消灯させることによって、光着色機能を提供することを更に含む、請求項９に記載の方法。
21. 光を生成する装置であって、
    電力の電力変動を監視する手段と、
    前記電力の前記電力変動に応答して、複数の発光ダイオード（「ＬＥＤ」）制御信号を生成する手段と、
    前記複数のＬＥＤ制御信号の論理状態に従って、ＬＥＤアレイのうちの少なくとも一部を起動する手段と、
    を備える、光を生成する装置。
22. 前記電力の動的な電力変動に従って、前記複数のＬＥＤ制御信号の論理状態を動的に更新する手段を更に備える、請求項２０に記載の装置。
23. 電源から電力を受け取る手段を更に備える、請求項２０に記載の装置。
24. 前記複数のＬＥＤ制御信号の前記論理状態に応答して、前記ＬＥＤアレイのＬＥＤを動的に起動又は停止する手段を更に備える、請求項２０に記載の装置。
25. 発光ダイオード（「ＬＥＤ」）ランプであって、
    パッケージと、
    前記パッケージに結合されたＬＥＤ装置であって、
    電力に応答して、複数の発光ダイオード（「ＬＥＤ」）制御信号を生成するように構成されるコントローラと、
    前記コントローラに結合され、前記複数のＬＥＤ制御信号の論理状態に従って、ＬＥＤのうちの少なくとも一部を起動することを可能にすることができるＬＥＤアレイと、
    を備えるＬＥＤ装置と、
    で構成された、ＬＥＤランプ。
26. 前記ＬＥＤ装置が前記パッケージに結合され、ＬＥＤ再構成可能デバイスを更に備え、該ＬＥＤ再構成可能デバイスが、前記コントローラに結合され、前記複数のＬＥＤ制御信号のうちの１つのＬＥＤ制御信号のアクティブ状態に応答して、前記ＬＥＤアレイの少なくとも１つのＬＥＤを選択的に起動することができる複数のスイッチを含むように構成された、請求項２５に記載のランプ。
27. 前記ＬＥＤアレイが、前記複数のＬＥＤ制御信号の前記論理状態に従って、少なくとも１つのＬＥＤを選択的に消灯するように構成された複数のＬＥＤを含む、請求項２５に記載のランプ。
28. 前記ＬＥＤ装置が前記パッケージに結合され、前記電力を供給するように構成された電源を更に備える、請求項２５に記載のランプ。
29. 前記電源は交流（「ＡＣ」）電力を供給することができる、請求項２５に記載のランプ。

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