それ故、より高い周囲温度の寿命仕様に適合する一方で、典型的な周囲温度範囲に渡ってより高いパワー出力を有するLEDベースの照明器具を提供することがこの分野において必要である。
出願人らは、広範囲のジャンクション温度に渡ってLED光源の光出力性能を向上させる一方でこれらの寿命要件が満たされるように、LED光源のジャンクションでの温度に基づいて駆動電流の良好な制御を提供することが有益であるだろうということを認識及び理解している。加えて、出願人らは、LEDジャンクション温度が、有利には、LEDの専用のセンサを介して直接測定されるよりむしろ、LEDベースの照明器具のコントローラにおいて決定され得ることを認識及び理解している。更に、出願人らは、LEDベースの照明器具自体の1又はそれ以上の位置での温度検出は、周囲温度と相関させるために用いられ得ることを理解している。周囲温度は、ジャンクション温度と相関させるために順次用いられ得る。
概して、一の態様において、本開示は、LEDとこのLEDに対して電力を供給するように構成された電源とを用いる、LEDベースの照明器具にフォーカスしている。照明器具は、当該照明器具の選択された位置での温度を測定するように構成された温度センサと、前記温度センサと前記電源との間に接続され、測定された温度に基づいて周囲温度及び駆動電流を決定し、前記駆動電流に基づいて前記電源に入力信号を供給するように構成されたコントローラとを含む。
他の態様によれば、LEDの動作寿命を制御する方法は、LEDベースの照明器具の位置での温度を測定するステップと、測定された温度に基づいて前記LEDのジャンクションの温度を計算するステップと、前記計算するステップに基づいて、前記ジャンクションでの前記温度が閾値レベルよりも低い状態を維持するように駆動電流を調節するか、若しくは、前記LEDにより特定の輝度出力レベルに達するように前記駆動電流を調節するか、又は、これら双方を行うステップとを含む。
また、本開示は、LEDの動作寿命を制御するための、コントローラにより実行可能なプログラムを格納するコンピュータ読み取り可能な媒体にフォーカスしている。コンピュータ読み取り可能な媒体は、LEDベースの照明器具の位置での温度を測定するための測定コード部分と、測定された温度に基づいて前記LEDのジャンクションの温度を計算するための計算コード部分と、前記ジャンクションでの前記温度が閾値レベルよりも低い状態を維持するように駆動電流を調節するか、若しくは、前記LEDにより特定の輝度出力レベルに達するように前記駆動電流を調節するか、又は、これら双方を行うための調節コード部分とを有する。
更に他の態様によれば、LEDの動作寿命を制御するための装置は、前記LEDに電力を供給するように構成された電源と、前記照明器具の選択された位置での温度を決定するように構成された温度センサと、前記温度センサと前記電源との間に接続され、測定された温度を駆動電流と相関させ、前記駆動電流に基づいて入力信号を供給するように構成されたコントローラとを含む。
本開示の目的のためにここで用いられるように、"LED"という用語は、任意のエレクトロルミネッセンスダイオード又は電気信号に応答して放射線を生成可能な他のタイプのキャリアインジェクション/ジャンクションベースのシステムを含むことが理解されるべきである。それ故、LEDという用語は、それらに限定されるものではないが、電流に応答して光を放射する種々の半導体ベースの構造体、発光ポリマ、有機発光ダイオード(OLED)、エレクトロルミネッセンスストリップ及び同種のものを含む。詳細には、LEDという用語は、赤外線スペクトル、紫外線スペクトル、及び、(一般に約400ナノメートル〜約700ナノメートルの放射線波長を含む)可視スペクトルの種々の部分のうち1又はそれ以上のスペクトルの放射線を生成するように構成され得る(半導体及び有機発光ダイオードを含む)全てのタイプの発光ダイオードに言及する。LEDの幾つかの例は、それらに限定されるものではないが、種々のタイプの赤外線LED、紫外線LED、赤色LED、青色LED、緑色LED、黄色LED、琥珀色LED、オレンジ色LED及び白色LED(以下に詳細に述べられる)を含む。また、LEDは、所与のスペクトル(例えば狭帯域幅、広帯域幅)のための種々の帯域幅(例えば、半値全幅又はFWHM)及び所与の一般的な色分類の範囲内の様々な支配的な波長をもつ放射線を生成するように構成及び/又は制御され得ることが理解されるべきである。
例えば、本質的に白色光を生成するように構成されたLED(例えば白色LED)の一の実装は、本質的に白色光を形成するために組み合わせて混合するエレクトロルミネッセンスの異なるスペクトルをそれぞれ放射する多数のダイを含み得る。他の実装において、白色光LEDは、第1のスペクトルをもつエレクトロルミネッセンスを異なる第2のスペクトルに変換する蛍光材料に関連付けられ得る。この実装の一例において、比較的短い波長及び狭い帯域幅スペクトルをもつエレクトロルミネッセンスは、蛍光材料に"光を送り込み(pump)"、そして、この蛍光材料は、多少広いスペクトルをもつより長い波長の放射線を放射する。
LEDという用語は、LEDの物理的及び/又は電気的なパッケージタイプを限定するものではないことが理解されるべきである。例えば、前述されたように、LEDは、放射線の異なるスペクトルをそれぞれ放射するように構成された(例えば、個別に制御可能であってもなくてもよい)複数のダイをもつ単一の発光デバイスに言及してもよい。また、LEDは、LEDの一体部分と見なされる蛍光体に関連付けられてもよい(例えば幾つかのタイプの白色LED)。一般に、LEDという用語は、パッケージ化されたLED、パッケージ化されていないLED、表面マウントLED、チップオンボードLED、TパッケージマウントLED、放射状パッケージLED、パワーパッケージLED、幾つかのタイプの包装及び/又は光学要素(例えば拡散レンズ)を含むLED等に言及し得る。
"光源"という用語は、それらに限定されるものではないが、(前述したような1又はそれ以上のLEDを含む)LEDベースの光源、白熱光源(例えば白熱ランプ、ハロゲンランプ)、蛍光光源、リン光光源、高輝度放電光源(例えばナトリウム蒸気、水銀蒸気及びメタルハライドランプ)、レーザ、他のタイプのエレクトロルミネッセンス光源、パイロルミネッセンス光源(例えば炎)、キャンドルルミネッセンス光源(例えばガスマントル、カーボンアーク放射光源)、フォトルミネッセンス光源(例えばガス放電光源)、電子飽和を用いたカソードルミネッセンス光源、ガルバノルミネッセンス光源、結晶ルミネッセンス光源、キネルミネッセンス光源、サーモルミネッセンス光源、摩擦ルミネッセンス光源、ソノルミネッセンス光源、ラジオルミネッセンス光源、及び、ルミネッセンスポリマを含む、任意の1又はそれ以上の種々の放射線供給源に言及することが理解されるべきである。
所与の光源は、可視スペクトル、可視スペクトルの外側、又は、これら双方の組み合わせの範囲内の電磁放射線を生成するように構成され得る。それ故、"光"及び"放射線"という用語は、ここでは同じ意味で用いられる。加えて、光源は、一体部品として、1若しくはそれ以上のフィルタ(例えばカラーフィルタ)、レンズ、又は、他の光学部品を含み得る。また、光源は、それらに限定されるものではないが、指示、表示及び/又は照射を含む、様々なアプリケーションのために構成され得ることが理解されるべきである。"照射光源"は、特に内部又は外部空間を効果的に照射するのに十分な強度をもつ放射線を生成するように構成された光源である。この文書において、"十分な強度"は、環境照明(即ち、間接的に知覚され、例えば、全体的又は部分的に知覚される前に1又はそれ以上の種様々な介在面で反射され得る光)を与えるために、空間又は環境において生成された可視スペクトルにおける十分な放射パワーに言及する(単位"ルーメン"が、放射強度又は"光束"の観点から、光源から全ての方向に出力された光全体を表すために用いられる)。
"スペクトル"という用語は、1又はそれ以上の光源により生成された放射線の任意の1又はそれ以上の周波数(波長)に言及することが理解されるべきである。従って、"スペクトル"という用語は、可視範囲だけでなく、赤外線、紫外線及び電磁スペクトル全体の他のエリアにおける周波数(又は波長)に言及する。また、所与のスペクトルは、比較的狭い帯域幅(例えば、本質的にわずかな周波数又は波長成分をもつFWHM)、又は、比較的広い帯域幅(種々の相対強度をもつ幾つかの周波数又は波長成分)を有し得る。所与のスペクトルは、2又はそれ以上の他のスペクトルの混合の結果(例えば、複数の光源からそれぞれ放射された混合放射線)であってもよいことが理解されるべきである。
この開示の目的のために、"色"という用語は、"スペクトル"という用語と同じ意味で用いられる。しかしながら、"色"という用語は、(この使用がこの用語の範囲を限定することを意図するものではないが)観察者により知覚可能な放射線の特性に主に言及するために一般的に用いられる。従って、"異なる色"という用語は、異なる波長成分及び/又は帯域幅をもつ複数のスペクトルに黙示的に言及する。"色"という用語は、白色光及び白色ではない光の双方を組み合わせて用いられ得ることも理解されるべきである。
"色温度"という用語は、この使用がこの用語の範囲を限定することを意図するものではないが、白色光と組み合わせてここでは一般的に用いられる。色温度は、本質的に、特定の色内容又は白色光のシェード(例えば赤褐色、青褐色)に言及する。所与の放射線サンプルの色温度は、通常、問題になっている放射線サンプルと同じスペクトルを本質的に放射する黒体放射体の絶対温度に従って特徴付けられる。黒体放射体色温度は、一般に、絶対温度約700度から10000度を超えるまでの範囲内にある。即ち、白色光は、一般に、絶対温度1500〜2000度を超える色温度で知覚される。
より低い色温度は、一般に、より顕著な赤色成分又は"より暖かい印象"をもつ白色光を示す一方で、より高い色温度は、一般に、より顕著な青色成分又は"より冷たい印象"をもつ白色光を示す。例によれば、炎は、絶対温度約1800度の色温度をもち、従来の白熱電球は、絶対温度約2848度の色温度をもち、朝早くの日光は、絶対温度約3000度の色温度をもち、曇った真昼の空は、絶対温度約10000度の色温度をもつ。絶対温度約3000度の色温度をもつ白色光下で見られた色画像は、比較的赤みがかった色調をもつのに対し、絶対温度約10000度の色温度をもつ白色光下で見られた同一の色画像は、比較的青みがかった色調をもつ。
"照明器具"という用語は、特定の形状因子又はパッケージにおける1又はそれ以上の照明ユニットの実装又は構成に言及するためにここで用いられる。"照明ユニット"という用語は、同一又は異なるタイプの1又はそれ以上の光源を含む装置に言及するためにここで用いられる。所与の照明ユニットは、光源のための様々な取付構成、筺体/ハウジング構成又は形状、並びに/又は、電気的及び機械的接続形態のうちの任意のものを有し得る。加えて、所与の照明ユニットは、オプション的に、光源の動作に関連する種々の他の部品(例えば制御回路)に関連付けられ(例えば、これらを含み、これらに結合され、及び/又は、これらと一緒にパッケージ化され)得る。"LEDベースの照明ユニット"は、単独で又は他のLEDベースではない光源と組み合わせて、前述された1又はそれ以上のLEDベースの光源を含む照明ユニットに言及する。"マルチチャンネル"照明ユニットは、放射線の異なるスペクトルをそれぞれ生成するように構成された少なくとも2つの光源を含む、LEDベースの又はLEDベースではない照明ユニットに言及する。ここで、それぞれの異なる光源スペクトルは、マルチチャンネル照明ユニットの"チャンネル"と呼ばれ得る。
"コントローラ"という用語は、1又はそれ以上の光源の動作に関連する種々の装置を説明するために一般的にここで用いられる。コントローラは、ここで述べられた種々の機能を実行するために(例えば専用のハードウェアのような)多くの手法において実装され得る。"プロセッサ"は、ここで述べられた様々な機能を実行するためにソフトウェア(例えばマイクロコード)を用いてプログラムされ得る1又はそれ以上のマイクロプロセッサを用いるコントローラの一例である。コントローラは、プロセッサを用いて又は用いることなく実装されてもよく、幾つかの機能を実行するための専用のハードウェア及び他の機能を実行するためのプロセッサ(例えば、1又はそれ以上のプログラムされたマイクロプロセッサ及び関連する回路)の組み合わせとして実装されてもよい。本開示の種々の実施形態において用いられ得るコントローラコンポーネントの例は、それらに限定されるものではないが、従来のマイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路(ASIC)及びフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA)を含む。
種々の実装において、プロセッサ又はコントローラは、1又はそれ以上のストレージメディア(総称的には"メモリ"としてここで呼ばれ、例えば、RAM、PROM、EPROM及びEEPROM、フロッピディスク、コンパクトディスク、オプティカルディスク、磁気テープ等のような揮発性及び不揮発性のコンピュータメモリ)に関連付けられ得る。幾つかの実装において、ストレージメディアは、1又はそれ以上のプロセッサ及び/又はコントローラで実行されたときに、ここで述べられた機能のうち少なくとも幾つかを実行する1又はそれ以上のプログラムで符号化され得る。種々のストレージメディアは、プロセッサ又はコントローラ内に固定されてもよく、又は、運搬可能であってもよく、ここに格納された1又はそれ以上のプログラムは、ここで述べられた本発明の種々の態様を実装するようにプロセッサ又はコントローラに配置され得る。"プログラム"又は"コンピュータ"という用語は、1又はそれ以上のプロセッサ又はコントローラをプログラムするために用いられ得る任意のタイプのコンピュータコード(例えばソフトウェア又はマイクロコード)に言及するために、一般的な意味においてここで用いられる。
"アドレス可能な"という用語は、それ自身を含む複数のデバイスに対して意図される情報(例えばデータ)を受信し、これに対して意図される特定の情報に選択的に応答するように構成されるデバイス(例えば、一般的な光源、照明ユニット又は器具、1又はそれ以上の光源又は照明ユニットに関連付けられたコントローラ又はプロセッサ、他の照明に関連しないデバイス等)に言及するためにここで用いられる。"アドレス可能な"という用語は、複数のデバイスが幾つかの通信媒体又はメディアを介して一緒に結合されるネットワーク化された環境(又は以下で更に述べられる"ネットワーク")と組み合わせてしばしば用いられる。
一のネットワークの実装において、ネットワークに結合された1又はそれ以上のデバイスは、(例えばマスタ/スレーブの関係における)ネットワークに結合された1又はそれ以上の他のデバイスのためのコントローラとして機能し得る。他の実装において、ネットワーク化された環境は、ネットワークに結合されたデバイスのうち1又はそれ以上のデバイスを制御するように構成された1又はそれ以上の専用のコントローラを含み得る。一般に、ネットワークに結合された複数のデバイスは、それぞれ、通信媒体又はメディア上に存在するデータにアクセスし得る。しかしながら、所与のデバイスは、例えば、これに割り当てられた1又はそれ以上の特定の識別子(例えばアドレス)に基づいてネットワークとデータを選択的に交換する(即ち、ネットワークからデータを受信し、及び/又は、ネットワークにデータを送信する)ように構成される点に関して、"アドレス可能"であり得る。
ここで用いられる"ネットワーク"という用語は、任意の2若しくはそれ以上のデバイスの間、及び/又は、ネットワークに結合された複数のデバイスの間の(例えばデバイス制御、データストレージ、データ交換等のための)情報の伝送を促進する2又はそれ以上のデバイス(コントローラ又はプロセッサを含む)の任意の相互接続に言及する。容易に理解されるように、複数のデバイスを相互接続するために適切なネットワークの種々の実装は、様々なネットワークの接続形態のうちいずれかを含んでもよく、及び、様々な通信プロトコルのうちいずれかを用いてもよい。加えて、本開示の種々のネットワークにおいて、2つのデバイス間の任意の一の接続は、2つのシステム間の専用の接続を表してもよく、又は代わりに、専用ではない接続を表してもよい。2つのデバイスに対して意図された情報を運ぶことに加えて、斯様な専用ではない接続は、2つのデバイスのいずれかに対して必ずしも意図されるものではない情報を運んでもよい(例えば、オープンネットワーク接続)。更に、ここで述べられたデバイスの種々のネットワークは、ネットワークを介した情報伝送を促進するために、1又はそれ以上の無線、有線/ケーブル、及び/又は、光ファイバリンクを用いてもよいことが容易に理解されるべきである。
ここで用いられる"ユーザインタフェース"という用語は、ヒューマンユーザ又はオペレータと、ユーザとデバイスとの間の通信を可能にする1又はそれ以上のデバイスとの間のインタフェースに言及する。本開示の種々の実装で用いられ得るユーザインタフェースの例は、それらに限定されるものではないが、スイッチ、電位差計、ボタン、ダイヤル、スライダ、マウス、キーボード、キーパッド、種々のタイプのゲームコントローラ(例えばジョイスティック)、トラックボール、ディスプレイスクリーン、種々のタイプのグラフィカルユーザインタフェース(GUI)、タッチスクリーン、マイクロフォン、及び、人が生成した刺激の一部の形式を受信してこれに応答して信号を生成し得る他のタイプのセンサを含む。
前述の概念及び以下でより詳細に述べられる追加の概念(与えられた斯様な概念は相互に矛盾するものではない)の全ての組み合わせは、ここで述べられた本発明の主題の部分であると見なされることが理解されるべきである。特に、この開示の最後に挙げている請求項に記載された主題の全ての組み合わせは、ここで述べられた本発明の主題の部分と見なされる。参照により組み込まれた任意の開示においても現れ得る、ここで明示的に用いられた専門用語は、ここで述べられた特定の概念と最も一致する意味が優先されるべきである。
図面において、同様の参照文字は、概して、異なる図面において同一の部分に言及する。また、図面は、必ずしも実寸、強調ではなく、代わりに、本発明の原理を示すために概ねセットされる。
図1Aによれば、LEDベースの照明器具("器具")100が斜視図で示されている。器具100は、ハウジング101及びLED102を一ユニットとして含んでいる。以下でより完全に述べられるように、LED102を駆動させるのに役立つ電子部品及びデバイスがハウジング100に設けられる。代表的な実施形態において、電子部品は、1又はそれ以上の別個のパッケージ(図1Aにおいて図示省略)内に設けられてもよく、ハウジング101内に配置されてもよい。更に、LED102は、別個のパッケージ(図1Aにおいて図示省略)内に設けられてもよく、ハウジング101内に配置されてもよい。ハウジング101内に配置されたパッケージは、1又はそれ以上の電気及び電子デバイスをそれぞれ含む1又はそれ以上の基板を含み得る。本説明の続きとしてより明確になるように、実施形態は、異なる程度に一体化及びパッケージ化され得る電子部品及びデバイスをもつ或るアーキテクチャに関して説明される。代表的な実施形態との組み合わせで述べられたアーキテクチャは例示であるものと意図され、他のアーキテクチャが考慮されることが強調される。
図1Bによれば、代表的な実施形態によるLEDベースの照明器具100の簡素化された概略的なブロック図が示されている。照明器具100は、温度センサ103を含み、これは、メモリ105を含むコントローラ104に入力を供給する。コントローラ104は、電源106に出力を供給する。そして、電源106は、LED102に電力を供給する。温度センサ103は、実例として、サーミスタ、又は、LED102の動作の間に照明器具100の1又はそれ以上の位置で測定して温度データを集める類似のデバイスである。実例として、温度センサ103は、Microchip Technology, Inc., Chandler, AZ USAから商業的に入手可能なサーミスタ集積回路(IC)である。
代表的な実施形態において、温度センサ103、(メモリ105を備えた)コントローラ104、電源106及びLED102が、プリント回路基板(例えばFR4)のような共通基板上に設けられる。そして、共通基板がハウジング101内に設けられる。代わりに、これらの部品のうち1又はそれ以上の部品は、異なる基板上に配置されてもよい。代表的な実施形態において、電源106は、その熱生成特性に起因して、別個の基板(例えば回路基板)上に、及び、第1のパッケージ107内に設けられてもよく、LED102は、第2の基板上に、及び、第2のパッケージ108内に設けられてもよい。そして、パッケージ107,108は、器具100のハウジング101内に設けられてもよい。更に代わりに、第1のパッケージ107及び第2のパッケージ108は、共通ハウジング(例えばハウジング101)内に設けられなくてもよいが、むしろ、必要とされるこれらの電気接続を伴う別個のハウジング(図示省略)内に設けられてもよい。
器具100の温度センサ103、コントローラ104、電源106及びLED102の一部又は全部は一体化されてもよい。この場合において、これらの部品のうち1又はそれ以上の部品は、選択された部品が一体化される共通基板上に設けられてもよい。例えば、温度センサ103、コントローラ104、電源106及びLED102の一部又は全部が、半導体(例えば、Si又はIII−IV族の半導体)の集積回路(IC)であってもよい。そして、このICは、器具100の温度センサ103、コントローラ104、電源106及びLED102の一部又は全部のための基板上に設けられてもよく、又は、これらの部品の選択された数を含んでもよい。後者の例において、残りの部品を有する他の基板は、ICに加えて設けられ得る。最後に、基板の部品に対する接続及びこれらの部品間の接続は、様々な既知の技術及び材料のうち1つを用いてもたらされる。
動作中、温度センサ103は、詳細には第1のパッケージ107の1又はそれ以上の選択ポイント又は部品で連続的に又は予め決められた時間間隔で、概して器具100の温度測定を行う。とりわけ、センサ103、プロセッサ104、電源106及びLED102が共通基板上に設けられたときには、センサ103は、共通基板上の1又はそれ以上の位置で、若しくは、ハウジング101の範囲内で、又は、これらの双方で、温度測定を行うように構成される。代わりに、照明器具100の部品が前述されたような第1のパッケージ107及び第2のパッケージ108内に設けられるときには、センサ103は、第1のパッケージ107内に設けられた基板上の1又はそれ以上の位置のような、第1のパッケージ107内の1又はそれ以上の位置で温度測定を行うように構成される。
実例となる実施形態を通じてここに述べられたように、器具100のセンサ103により得られた温度測定は、使用中、特定のLEDのジャンクション温度に相関される。これらの相関に基づいて、LED102に対する駆動電流は、各LEDで光出力を最適化するか、若しくは、各LEDの寿命を最適化するか、又は、これらの双方を行うように変えられる。本説明の続きとして明確になるように、相関されたジャンクション温度は、或る温度よりも低くなり、駆動電流は、LEDの寿命に大きな影響を与えることなく、LED102の輝度出力を増大させるように増大される。一方、相関されたジャンクション温度が或る温度を超えたときには、LED寿命に関する規格に適合させるために、駆動電流は、下げられなければならない。
コントローラ104は、周囲温度に基づいて相関されたジャンクション温度のための駆動電流を決定するために、ソフトウェア、ハードウェア若しくはファームウェア又はこれらの組み合わせを有する。この目的を達成するために、コントローラ104は、ここに具体例を挙げて説明されたソフトウェアコアをもつFPGA、適切なメモリ105をもつプログラム可能なマイクロプロセッサ(例えば、ハーバードアーキテクチャマイクロプロセッサ)、又は、適切なメモリ105をもつ特定用途向け集積回路(ASIC)であり得る。温度の相関は、周囲温度に対して器具100の1又はそれ以上の位置でセンサ103により測定された温度の第1の相関、及び、センサ103により取得された温度とジャンクション温度との間の第2の相関を有する。決定されたジャンクション温度に基づいて、駆動電流は、照明器具100のLED102の動作のために選択される。コントローラ104の出力は、電源106に供給され、この電源106は、コントローラからの入力信号をLED104のための出力駆動電流に変換する。そして、駆動電流は、電源106により与えられる。
代表的な実施形態によれば、周囲温度に対してセンサ103により測定された温度の相関、及び、LEDのジャンクション温度に対してセンサ103により測定された温度の相関は、コントローラ104上のコンピュータ読み取り可能な媒体上に格納されたコンピュータ読み取り可能なコードを介してアルゴリズムで計算され得る。他の代表的な実施形態によれば、測定されたセンサ温度、周囲温度、ジャンクション温度及び駆動電流の間の相関は、メモリ105内に格納され、このメモリ105は、コントローラ104内に組み込まれたルックアップテーブルを含み得る。
図1Cは、代表的な実施形態による照明器具100の簡素化された概略的なブロック図を示している。図1A及び1Bと組み合わせて述べられた実施形態の詳細の多くは、現在述べられている実施形態に共通している。これらの詳細の多くは、現在述べられている実施形態を曖昧にするのを回避するために繰り返されない。
照明器具100は、マイクロプロセッサ109及び遷移モード力率コントローラ(PFC)111を有する。代表的な実施形態において、マイクロプロセッサ109及びPFC111は、第3のパッケージ110内に設けられる。温度センサ103は、第1のパッケージ107内に設けられ、LED102は、第2のパッケージ108内に設けられる。代わりに、センサ103、マイクロプロセッサ109及びPFC111は、第1のパッケージ107内に設けられ、LED102は第2のパッケージ108内に設けられ、又は、マイクロプロセッサ109、PFC111及びLED102は同一のパッケージ内に設けられる。如何なる場合においても、センサ103、マイクロプロセッサ109、PFC111及びLED102は、ハウジング101内に配置される。
センサ103は、前述されたように、照明器具100の1又はそれ以上の位置で温度を測定する。マイクロプロセッサ109は、センサ103からのアナログ入力をアナログデジタル(A/D)コンバータを介してデジタル値に変換し、これは、PFC111に供給されるべきパルス幅変調(PWM)信号を決定するために用いられる。この目的を達成するために、測定された温度を示すデジタル値は、周囲温度と相関され、そして、使用中、特定のLEDのジャンクション温度と相関される。これらの相関に基づいて、マイクロプロセッサ109からPFC111へのPWM信号が変えられ、これにより、LED102に対するPFC111の駆動電流出力が、各LEDでの光出力を最適化するために変えられ、若しくは、各LEDの寿命を最適化するために変えられ、又は、これらの双方が行われる。図1Bと組み合わせて前述された実施形態と同様の態様において、相関されたジャンクション温度が或る温度よりも低くなったときには、PWM信号は、LEDの寿命に対して大きな影響を与えて、LED102に対する増大した駆動電流をもたらす。一方で、相関されたジャンクション温度が或る温度を超えたときには、LED寿命に関する基準に適合させるために、駆動電流は下げられなければならない。
周囲温度に対してセンサ103により測定された温度の相関、及び、LED102のジャンクション温度に対してセンサ103により測定された温度の相関は、代表的な実施形態により、マイクロプロセッサ109上のコンピュータ読み取り可能な媒体上に格納されたコンピュータ読み取り可能なコードを介してアルゴリズムで計算され得る。他の代表的な実施形態によれば、測定されたセンサ温度、周囲環境、ジャンクション温度及び駆動電流の間の相関は、メモリに格納され、マイクロプロセッサ109内に組み込まれたルックアップテーブルを含み得る。
図2は、光出力及びLED寿命の相関を伴うLED102に対する駆動電流を決定するのに役立つデータを含むテーブルを示している。テーブルは、代表的な実施形態による周囲温度、センサ103により測定された温度、平均ジャンクション温度及び推定された光出力レベルを含む。また、テーブルは、温度センサの出力電圧VOUTを含み、これは、動作の間において温度センサ103の温度に比例する。前述されたように、アナログデジタル(A/D)変換は、アナログ電圧VOUTをテーブルに示されたようなデジタル値に変換する。テーブルは、平均LEDケース温度、平均ジャンクション温度、LEDの定常パワーレベル及び各定常パワーレベルでの光出力レベルを更に含む。前に示唆されたように、LEDベースの照明器具100上の選択された位置の温度は、センサ103によって測定され、これらのデータから、ジャンクション温度が、LEDパッケージの熱抵抗に基づいて決定される。ジャンクション温度が一旦決定されると、駆動電流は、前述されたように、コントローラ104又はマイクロプロセッサ109で決定される。
図2のテーブル内のデータは、LEDジャンクション温度及び特定の測定された温度でのLED102の定常パワーを相関させ、ジャンクション温度に対する周囲温度も相関させる。これらの相関から、LED102により供給されたパワー(即ち駆動電流)は、LED102の輝度出力、若しくは、LED102の寿命、又は、これらの双方を増大させるように決定される。容易に理解され得るように、周囲温度から独立して、LEDに供給されるパワーが少ないほど、LEDにより消散される熱が少なくなる。とりわけ、相関は、温度センサ103の測定から若干独立している。例えば、図1Bと組み合わせて述べられた実施形態において、電源106、温度センサ103及びコントローラ104は、基板上及び第1のパッケージ107内に設けられてもよく、LED102は、他の(別個の)基板上及び第2のパッケージ108内に設けられてもよい。そのため、電源106を有する第1のパッケージ107は、第1の熱質量をもち、LED102を有する第2のパッケージ108は、第1のパッケージ107のものとは異なる第2の熱質量をもつ。動作の間において、温度センサ103、コントローラ104及び電源106を有する第1のパッケージ107の温度は、概して、LEDに供給されたパワーが増大又は減少された場合であっても、一定の周囲温度を維持するだろう。図2のテーブルによれば、例えばLEDに対するパワーが周囲温度範囲(この場合においては25℃〜50℃)に渡って27.7Wで維持された場合には、センサ101により測定された温度は、テーブルに示されたように増大するだろう。LED102を有する第2のパッケージ108内の温度の増大は、LED102のジャンクション温度の増大をもたらし、それ故に、周囲温度の増大に起因してLED102の寿命を減少させる。しかしながら、代表的な実施形態によれば、周囲温度に対する及びジャンクション温度に対する測定された温度の相関は、センサ103による第1のパッケージにおいて測定された温度が増大するので、LED102に対する定常パワーを削減するために用いられる。
有利には、予め決められた最大レベルよりも低いLEDジャンクション温度を維持するために定常パワーを反復して変える方法は、周囲温度から独立してもたらされる。それ故、LEDの寿命は増大するが、光出力は、通常の周囲動作温度(例えば25℃〜35℃)で比較的高いレベルで維持される。
図3は、代表的な実施形態によるLEDの光出力及び寿命を制御する方法300のフローチャートを示している。本方法は、図1B及び1Cと組み合わせて前述された照明器具100のような照明器具において実装される。とりわけ、本方法300は、コントローラ104又はマイクロプロセッサ109を介して実行され得るとともに、ここに実装されたコンピュータ読み取り可能な媒体において具体例を挙げて説明され得る計算を有する。この目的を達成するために、コンピュータ読み取り可能な媒体は、LEDベースの照明器具の位置での温度を測定するための測定コード部分を有する。コンピュータ読み取り可能な媒体は、測定された温度に基づいてLEDの周囲の温度を計算するための計算コード部分を有する。コンピュータ読み取り可能な媒体は、測定された温度に基づいてLEDのジャンクションの温度を計算するための計算コード部分を有する。コンピュータ読み取り可能な媒体は、ジャンクションの温度が閾値レベルよりも低い状態を維持するように駆動動流を調整するための、若しくは、LEDにより特定の輝度出力レベルに達するように駆動電流を調節するための、又は、これらの双方のための、調節コード部分を有する。
前に示されたように、コントローラ104及びマイクロプロセッサ109は、電流条件(例えば周囲温度)、LEDからの所望の出力及び寿命要件に依存して、LED102のための種々の設定を決定するように構成された1又はそれ以上のソフトウェア、ハードウェア及びファームウェアを有する。これらの計算及び設定の多くは、図1A〜1C及び2と組み合わせて前述されたものと類似又は同一であり、前に述べられた実施形態の説明を曖昧にするのを回避するために概して繰り返されない。
301では、本方法は、LEDベースの照明器具の位置で温度を測定するステップを有する。例えば、一実施形態によれば、温度センサ103は、器具100の周囲の温度を測定する。とりわけ、温度センサ103は、一実施形態における第1のパッケージ107内にあり、LED102は、第2のパッケージ108内にある。代わりに、前述されたように、温度センサ103及び全ての他の部品が同一のパッケージ内に設けられてもよい。
302では、本方法は、測定された温度に基づいてLEDのジャンクションの温度を計算するステップを有する。ジャンクションの温度の計算は、コントローラ104又はマイクロプロセッサ109内のアルゴリズム的計算を有し得る。代わりに、コントローラ104又はマイクロプロセッサ109内のルックアップテーブル又は類似のメモリデバイスが、統計的に平均化された複数の測定を通じてまとめられたデータを有してもよい。更に代わりに、ルックアップテーブルは、特定のLEDの熱生成特性、第1のパッケージ107及び第2のパッケージ108の熱消散能力並びにこれらの部品のような、種々の因子を取り込むジャンクション温度をモデリングすることによりまとめられてもよい。
303では、本方法は、ジャンクションでの温度が閾値レベルよりも低い状態を維持するように駆動電流を調節するか、若しくは、LEDにより特定の輝度出力レベルに達するように駆動電流を調節するか、又は、これらの双方を行うステップを有する。LED102に対する駆動電流の調節は、温度センサ103の電圧Voutに対応するデジタル値を与えることによりもたらされる。デジタル値は、前述されたような、例えば、計算又はルックアップテーブルを介して、温度センサ103での温度をLED104のジャンクション温度に相関させるために、コントローラ104又はマイクロプロセッサ109で用いられる。
LEDの相関されたジャンクション温度は、所望の定常パワーレベルのための駆動電流を決定するために用いられる。例えば、図2によれば、コントローラ104からの出力は、特定のジャンクション温度及び所望の定常パワーレベルのための必要とされる駆動電流に対応するデジタル値を有する。例示によれば、25℃の周囲温度及び46.4℃のセンサ温度では、263のデジタル出力がA/Dコンバータによりコントローラ104に供給される。コントローラ104は、このデジタル値をジャンクション温度及びこのジャンクション温度のための駆動電流に相関させる。この例において、コントローラ104で決定されたジャンクション温度は約73.5℃である。コマンドは、この駆動電流をLED104に供給するために、電源106に供給される。この例において、駆動電流は、27.7W及び1050Lのパワー出力をもたらす。本例において、90℃の最大ジャンクション温度が、仕様又は基準の範囲内の寿命を保証するためにLED104に対して設定される。この例を続けると、相関された周囲温度は、40℃まで増大し、温度センサ101からの電圧出力に基づくデジタル値は、327に変更される。これは、88.1℃のジャンクション温度に相関させ、駆動電流は、26.5W及び1002Lの定常パワーレベルを与えるために削減される。理解され得るように、増大した周囲温度は、削減された定常パワーレベルを抽出し、LED104が寿命の仕様の範囲内で機能することを可能にする。概して、それ故、本方法は、より低い周囲温度のための比較的高い定常出力及びより高い周囲温度のための比較的低い定常状態出力を可能とする。駆動電流の調節は、所望の寿命及び所望の光出力を与えるために行われ得る。
図4は、代表的な実施形態による温度対駆動電流のグラフを示している。とりわけ、Taは、温度センサ101により決定されるような、周囲温度に言及し、Tjは、前述されたコントローラ102により決定されたジャンクション温度に言及する。401では、周囲温度は、比較的低くなり、402での対応するジャンクション温度も比較的低くなる。403では、周囲温度は目につくほど高くなる。対応するジャンクション温度は、403に示されている。これらのデータは、前述されたような、所望の光出力若しくは所望のLED寿命又はこれらの双方のための駆動電流を決定するためにコントローラ102により用いられる。
幾つかの本発明の実施形態がここで述べられ示された一方で、当業者は、機能を実行し、並びに/又は、その結果及び/若しくはここで述べられた1若しくはそれ以上の利点を取得するための、様々な他の手段及び/又は構造を容易に想定するだろう。斯様なバリエーション及び/又は変更のそれぞれは、ここで述べられた本発明の実施形態の範囲内にあるものと見なされる。より一般的には、当業者は、ここで述べられた全てのパラメータ、寸法、材料及び構成が例示であることを意味し、実際のパラメータ、寸法、材料及び/又は構成は、本発明の技術が用いられる特定のアプリケーションに依存することを容易に理解するだろう。当業者は、日常の実験と同じ程度のものを用いて、ここで述べられた特定の本発明の実施形態に対する多くの等価物を認識し、又は、これらを確かめることができるだろう。それ故、前述した実施形態は、単なる例により示されるものであり、特許請求の範囲及びその等価物の範囲内において、本発明の実施形態は、詳細に述べられ請求項に記載されたものとは別の手法で実施されてもよい。本開示の本発明の実施形態は、ここで述べられたそれぞれ個々の特徴、システム、品目、材料、キット及び/又は方法を対象とする。加えて、2又はそれ以上の斯様な特徴、システム、品目、材料、キット及び/又は方法の任意の組み合わせは、斯様なシステム、品目、材料、キット及び/又は方法が相互に矛盾しない場合に、本開示の本発明の範囲内に含まれる。
ここに規定され用いられた全ての規定は、辞書の規定、参照により組み込まれた文書における規定、及び/又は、規定された用語の一般的意味を支配するように理解されるべきである。
明細書及び特許請求の範囲においてここで用いられた単数表記は、それとは正反対に明確に示されない限り、"少なくとも1つ"を意味することが理解されるべきである。
明細書及び特許請求の範囲においてここで用いられた"及び/又は"という表現は、結合された要素の"いずれか又は双方"、即ち、幾つかの場合において接続的に示し、他の場合において分離的に示すことを意味することが理解されるべきである。"及び/又は"とともに記載された複数の要素は、同一の態様で構成されるべきである。即ち、結合された要素の"1又はそれ以上"であるべきである。他の要素は、オプション的に、詳細に識別されたこれらの要素に関連するか又は関連しないかに関わらず、"及び/又は"の節により具体的に識別された要素とは異なるように示され得る。それ故、非限定的な例として、"A及び/又はB"の参照は、例えば、"有する"のようなオープン言語と組み合わせて用いられたときに、一実施形態においては、(オプション的にBとは異なる要素を含む)Aのみに言及し、他の実施形態のおいては、(オプション的にAとは異なる要素を含む)Bのみに言及し、更に他の実施形態において、(オプション的に他の要素を含む)A及びBの双方に言及する。
明細書及び特許請求の範囲においてここで用いられたように、"又は"は、前述した"及び/又は"と同じ意味をもつことが理解されるべきである。例えば、リスト中のアイテムを分離するときには、"又は"又は"及び/又は"は、包括的なもの、即ち、少なくとも1つの包含と解釈されるべきであるが、1よりも多くの要素、多数の要素、要素のリスト、及びオプション的に、追加的にリストされていないアイテムを含む。"の一つだけ"若しくは"の厳密に一つ"、又は、請求項において用いられたときに"からなる"のような、それとは正反対に明確に示された用語だけが、多数の要素又は要素のリストの厳密な1つの包含に言及するだろう。一般に、ここで用いられた"又は"という用語は、排他的代替手段を示すものとしてのみ解釈されるべきであり(即ち、1又は他のものであり双方ではない)、"いずれか"、"の一つ"、"の一つだけ"又は"の厳密に一つ"、請求項において用いられたときに"本質的にからなる"のように、排他的な用語に先行するときには、特許法の分野において用いられる一般的な意味をもつべきである。
明細書及び特許請求の範囲においてここで用いられるように、1又はそれ以上の要素のリストを参照した"少なくとも1つ"という表現は、要素のリスト中の任意の1又はそれ以上の要素から選択された少なくとも1つの要素を意味することが理解されるべきであるが、要素のリスト中に詳細に挙げられた1つ1つの要素の少なくとも1つを必ずしも含まなくてもよく、要素のリスト中の要素の任意の組み合わせを除外するものではない。また、この規定は、要素が要素のリスト内で詳細に識別された要素とは異なってオプション的に示され得ることを可能にし、"少なくとも1つ"という表現は、詳細に識別されたこれらの要素に関連するか又は関連しないにかに言及する。
請求項中の括弧内に現れる任意の参照符号又は他の文字は、便宜上設けられたに過ぎず、いかなる手法でも請求項を限定することを意図されるものではない。
また、それとは正反対に明確に示されない限り、1よりも多いステップ又は動作を含む、請求項に記載された任意の方法において、本方法のステップ又は動作の順序は、本方法のステップ又は動作が記載された順序に必ずしも限定されるものではないことが理解されるべきである。