JP6067703B2

JP6067703B2 - 調光可能な照明デバイスおよび同デバイスを調光する方法

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Publication number: JP6067703B2
Application number: JP2014525099A
Authority: JP
Inventors: ウィルソン・ダウ; ジョージ・ラーマン; フェルディナンド・シナグル; ジャクリーン・テン; アラン・ブレント・ヨーク
Original assignee: クォークスター・エルエルシー
Priority date: 2011-08-08
Filing date: 2012-08-07
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2032-08-07
Also published as: US20190053344A1; EP2742776A1; TW201313071A; US9913339B2; JP2014527268A; US10548197B2; CN103891409A; JP2018110136A; US20130038219A1; CN105430788A; JP2017084809A; US20170048945A1; US9345092B2; JP6325069B2; EP2742776B1; CN105430788B; US9006998B2; US20150359062A1; WO2013022901A1; CN103891409B

Description

関連出願の相互参照
本出願は、内容の全体が参照によって本明細書に組み込まれている、2011年8月8日に出願した「Dimmable Luminaire」という名称の米国特許仮出願第61/521,315号の利益を主張するものである。

本技術は照明制御に関し、詳細には複数の発光要素を含む照明デバイスを調光する方法に関する。

白色光を放射する高出力LEDは、一般的な固体照明用途のための選択肢になっている。このような高出力白色LEDは明るさが進歩しており、100lm/Wから200lm/W以上までの発光効率を有することができる。現代の単一の高出力LEDの入力電力は、約0.5Wから10W以上になり得る。

このような高出力LEDは、面積がわずか約1mm²で比較的薄いにもかかわらずかなりの熱量を発生する場合があるため、実装上の要求は難易度が高く、高価になる可能性がある。今日、むき出しの高出力LEDチップのコストは一般に1.00ドルをかなり下回る(例えば0.10ドルである)にもかかわらず、パッケージ化されたLEDには約1.50〜3.00ドルのコストがかかり得る。このため、高出力(例えば3000+ルーメン)の固体照明デバイスはかなり高価であり、例えば事務所用、工業用および他の照明用途で一般に使用されている蛍光灯器具に対する商業上利用可能な代替物ではない。さらに、高輝度点光源を、例えば事務所の照明用途といった、グレア制御が重要な空間照明用の、実質的に均一な幅広い角度の放射に変換するのに必要な光学部品は、非常に難易度が高い。

固体照明デバイスによって生成される光量は、パルス幅変調(PWM)を用いて制御することができる。この場合、全出力またはゼロ出力が、高周波数で可変パルス幅のパルスの形で供給される。一般にデューティサイクルと称されるパルスの持続時間対パルス期間の比によって、パルス期間当たりの出力の平均値が決定される。PWM制御では、発生する光の量はデューティサイクルに依拠する。

SSLシステムにおけるPWMの難点には、寄生電磁効果による制御システムおよび照明デバイスの他の構成要素の電力損失、電気歪または他の影響によって生じる振動からの機械的応力による可聴雑音および構成要素の疲労、および/またはシステムが放射する電磁放射からの電磁障害(EMI)など、駆動電流の頻繁な切換えによる影響が含まれ得る。

したがって、当技術分野の少なくとも1つの欠点を克服する解決策が必要とされている。

この背景情報は、本出願人が本技術に関連して可能性があると考える情報を明らかにするために提供されるものである。先の情報のいずれかが本技術に対する従来技術を構成するとの承認は必ずしも意図されておらず、承認と解釈されるべきではない。

米国特許出願第13/044,456号

本技術の目的は調光可能な照明デバイスを提供することである。

本技術の一態様によれば、発光素子(LEE)の複数のグループを含む照明デバイスが提供され、LEEのグループのそれぞれが、1つまたは複数のLEEを含み、公称動作条件下で通電されたとき公称光出力を供給するように構成されており、LEEの各グループが独立して通電することができ、コントローラは、LEEのグループに動作可能に接続され、調光信号に基づいて2進の調光コードを求めるように構成されており、2進の調光コードは複数のビットを有し、LEEのグループのそれぞれが、調光コードの対応するビットに関連付けられ、コントローラは、調光コードの対応するビットのビット値に基づいてLEEのグループのそれぞれに通電するようにさらに構成されている。

本技術の別の態様によれば、発光素子(LEE)の複数のグループを含む照明デバイスの光出力を制御する方法が提供され、LEEのグループのそれぞれが、公称動作条件下で通電されたとき公称光出力を供給するように構成されており、LEEのグループが独立して通電することができ、この方法は、複数のビットを有する2進の調光コードを用意するステップと、LEEのグループのそれぞれを、調光コードの対応するビットに関連付けるステップと、調光コードの対応するビットのビット値に基づいてLEEのグループのそれぞれに通電するステップとを含み、このことにより、照明デバイスの光出力は、通電されたLEEのグループの光出力を重ね合わせたものに相当する。

本技術の別の態様によれば、調光可能な照明デバイスを構成する方法が提供され、この方法は、発光素子(LEE)の複数のグループを有する調光可能な照明デバイスを用意するステップであって、LEEのグループのそれぞれが1つまたは複数のLEEを含むステップと、LEEのグループを、独立して通電することができるように構成するステップと、調光信号に基づいて2進の調光コードを求めるように構成されたコントローラを用意するステップであって、2進の調光コードが複数のビットを有するステップと、LEEのグループのそれぞれを、調光コードの対応するビットに関連付けるようにコントローラを構成するステップと、LEEのグループのそれぞれの、調光コードの対応するビットとの関連に対応して、調光コードの対応するビットのビット値に基づいて、LEEのグループのそれぞれに通電するようにコントローラを構成するステップとを含み、このことにより、調光可能な照明デバイスは、通電されたLEEのグループの光出力の制御可能な重ね合わせによって照明デバイスの光出力を制御するように構成される。

特定の実装形態では、照明デバイスは、LEEのグループから光を受け取るように配置されたホモジナイザを含み、ホモジナイザは、LEEのグループから受け取った光を均質にし、均質にされた光を供給するように構成されており、均質にされた光は、ホモジナイザによりLEEのグループから受け取った光より均質に見える。

以下で説明される図面は、本技術の実施形態の種々の態様を図示するように提示されるものである。

本技術の実施形態による調光可能な照明デバイスのブロック図である。図1Aに示されたような本技術の実施形態による照明デバイスを調光する方法の流れ図である。図1Bに示された方法による、2進の調光コードのビットと照明デバイスにおけるLEEのグループの動作条件の例示的な関連付けを示す図である。例示的な2乗特性調光関数を示す図である。本技術の実施形態による光シートを含む例示的な照明デバイスの概略斜視図である。本技術の実施形態によってLEEのグループへと相互接続された図3の光シートにおけるLEEの直列接続を示す図である。図3に示された光シートのフリップチップLEEに基づく変形形態の線3-3に沿った断面図である。図3に示された光シートの垂直LEEに基づく変形形態の線3-3に沿った断面図である。一実施形態による照明デバイスにおける隣接したLEE間の光シートにおける導体接続部を含む図3の光シートの別の断面図である。一実施形態による照明デバイスの概略回路図である。一実施形態による照明デバイス向けの、螺旋状に配置されたLEEのグループの例示的なストリングを含む光シートの概略上面図である。図9Aの線B-Bにわたって示されたLEEのグループの例示的なストリングの詳細を概略的に示す図である。本技術の一実施形態による、照明デバイスで使用される2つのLEEのグループの例示的なストリングの配線図である。本技術の一実施形態による、基板上に動作可能に配置されて例示的な光ガイドの縁部と結合されたLEEのグループのストリングを含む例示的な照明デバイスの構成要素の断面図である。図11Aに示された例示的な照明デバイスの構成要素の斜視図である。本技術の一実施形態による、例示的な光ガイドの1つまたは複数の縁部と動作可能に結合されたLEEのグループの3つのストリングを含む別の例示的な照明デバイスの構成要素の断面図である。図12Aに示された例示的な照明デバイスの構成要素の斜視図である。本技術の一実施形態による、別の例示的な光ガイドの５つの縁部と動作可能に結合されたLEEのグループの5つのストリングを含む別の例示的な照明デバイスの構成要素の断面図である。図13Aに示された例示的な照明デバイスの構成要素の斜視図である。

定義
用語「発光素子」(LEE)は、例えば両端に電位差を与えるかまたは電流を流すことによって活性化されたとき、可視領域、赤外領域および/または紫外領域を含む電磁スペクトルの何らかの領域または領域の組合せの放射を発する任意のデバイスを定義するのに用いられる。発光素子は、単色スペクトル、準単色スペクトル、多色スペクトル、または広帯域スペクトルの放出特性を有することができる。発光素子の実例には、当業者なら容易に理解するように、半導体発光ダイオード、有機発光ダイオード、またはポリマー/重合体の発光ダイオード、光学的にポンピングされる蛍光体コーティングの発光ダイオード、光学的にポンピングされるナノ結晶の発光ダイオードまたは任意の他の類似の発光デバイスが含まれる。さらに、用語「発光素子」は、例えばLEDダイといった、放射を発する特定のデバイスを指すのに用いられてよく、かつ/または例えば1つまたは複数の特定のデバイスが配置されている筐体またはパッケージとともに放射を発する、例えばLEDパッケージといった特定のデバイスの組合せを指すのに用いられてもよい。発光素子のさらなる実例には、レーザ、特にVCSEL(垂直空洞面放出レーザ)および端面発光レーザなどの半導体レーザが含まれる。さらなる実例は、スーパールミネセントダイオードおよび他のスーパールミネセントデバイスを含んでよい。

用語「照明デバイス」は、照明器具、固定具、取付け具、ランプ、電球、および空間照明のために光を供給するように構成された他の照明デバイスを指すのに用いられる。

用語「光出力」または照明は、本明細書では、照明デバイスによって供給される、例えば光量、光の色度、放射フラックス(radiant flux)、光束(luminous flux)、光の分布パターンもしくは測光の分布とも称される発光パターンまたはこれらに関連した発光パターン、または照明デバイスによって供給される光の他の態様といった、光の1つまたは複数の態様を指すのに用いられる。

本技術の態様によれば、LEEのグループに配置された複数のLEEを含む照明デバイスが提供され、これは別個に通電する/活性化することができる。用語「通電する」および「活性化する」は、本明細書では互換性があり、公称動作条件に関連した全出力または部分出力を供給することを指してよいことが注意される。各実施形態によれば、照明デバイスは、調光信号によって供給される調光コードの対応するビットのビット値に基づいて、LEEのグループのそれぞれに通電するように構成されている。これは「2進の調光」と称されることがある。LEEの各グループは、通電されたときまたは活性化されたときには、完全にオンのビットもしくは完全にオフのビットのどちらかであるか、または完全にオンの動作条件に関連した出力の一部分を供給される。

図1Aは、本技術の実施形態による照明デバイス100のブロック図である。照明デバイスは、コントローラ110と、N個の(複数の)LEEのグループ120と、任意選択でホモジナイザ130とを含む。コントローラ110は、調光信号119を受け取ってN個の駆動電流113を制御するように構成されている。調光信号119は、ユーザと直接的または間接的にインターフェースをとる信号発生器(図示せず)によって生成される。信号発生器は、(例えば調光スイッチといった)直接ユーザインターフェースまたは(例えば無線制御用の)間接ユーザインターフェースを特徴とすることができる。コントローラ110は、動力源(図示せず)と組み合わせて駆動電流113を独立して制御する。N個のLEEのグループ120は、別々に制御可能な駆動電流113によって互いに別々に制御することができるように構成されている。実施形態に依拠して、このような別々の制御は、例えば照明デバイス100の1つまたは複数の構成要素の感知された動作条件に関して得られた信号に基づくフィードバック制御の特定の形態を採用する実施形態でもたらされ得る検討中の(considering)パラメータの相互関係に対して、完全に独立したものでも部分的に依拠するものでもよい。

実施形態に依拠して、調光信号またはその一部分は、アナログ信号、デジタル信号、または混合されたアナログ/デジタル信号として構成されてよい。したがって、2進の調光コードは符号化されてよく、アナログのやり方、デジタルのやり方、混合されたアナログ/デジタルのやり方で調光信号に組み込まれていると称されてもよい。2進の調光コードは、実施形態に依拠して、調光信号に対応するかまたはその一部分を形成してよい。実施形態に依拠して、調光信号は、照明デバイスの有線および/または無線のインターフェースを介して供給されてよい。実施形態に依拠して、2進の調光コードは、出力を照明デバイスに供給するようにさらに構成される調光信号の中に符号化されてよい。

LEEのグループ120のそれぞれのLEEは、種々の配置を有することができる。LEEのグループのうちの3つのLEEの例示的な配置が、例示の輝度プロファイル1211、1213から1215によって示されている。1211、1213から1215の輝度プロファイルの重ね合わせが、参照番号121によって示されている。例示的な輝度プロファイルは、4個(1211)、8個(1213)、および16個(1215)のそれぞれのLEEのグループ120のLEEに対応する輝点を示す。輝度プロファイル1211、1213から1215による光から特定の例示的なホモジナイザ(さらに詳しくはに記さない)によって生成されたような例示的な輝度プロファイルが、輝度プロファイル1311、1313、1315および131で概略的に示されている。輝度プロファイル1311が輝度プロファイル1211に対応し、輝度プロファイル1313が輝度プロファイル1213に対応し、輝度プロファイル1315が輝度プロファイル1215に対応し、輝度プロファイル131が輝度プロファイル121に対応する。ここでも、図示の輝度プロファイルは例示でしかなく、ホモジナイザ130の特定の機能を示したり、それに対するホモジナイザ130の機能を限定したりするようには意図されないことが注意される。ホモジナイザ130は、散乱拡散器、ホログラフィック拡散器、1つまたは複数の加工面を有する透明基板、または本明細書で説明されたような均質化機能をもたらすための他のデバイスとして構成されるかまたはこれらを含んでよい。実施形態に依拠して、ホモジナイザは、LEEのグループの1つまたは複数からの光の一部分を均質にするように配置され、かつ/または構成されてよい。

図1Bを参照すると、図1Aに示されるように照明デバイス100を調光する方法200(前述のように2進の調光とも称される)の流れ図が示されている。この方法200は、図1Aに示されたコントローラ110を使用して実施することが可能である。したがって、コントローラ110は、ステップ1110で調光信号119に基づいて調光コード117を求めるように構成されている。実施形態および調光信号119の構成に依拠して、このステップは、調光信号を復号化してそこから調光コードを抽出するステップを含んでよい。方法200は、さらに、ステップ1120でLEEのグループと調光コードの対応するビットの間の関連付け115(すなわち対応)を与える。照明デバイス100が調光信号を生成する調光スイッチなどの調光器(図示せず)の構成と組み合わせて構成されているとき、このような関連付けが求められてよい。2進の調光コード117のビット長は、実施形態に依拠して、N個、または、より多くてもよい。2進の調光コードがNビットより長ければ、照明デバイスの光出力を制御するには調光コードのN個の所定のビットのサブセットで十分である。

この関連付けは、実施形態に依拠して、LEEのグループを、光出力によって(グループごとに)所定の順序でビットの重みと関連付けてよい。このような順序は、例えば昇順、降順、グレーコードまたは別の順序でよい。さらに、光出力は、関連する光量、配光パターン、照明デバイスの光出力の他の態様またはその組合せを参照してもよい。方法200は、LEEの各グループが、調光コードの対応するビットのビット値に基づいて活性化される/通電されるステップ1130をさらに含む。例えば、図1Cに示されるように、グループ1201が2進の調光コード117の最下位ビット(LSB)のビット値に関連付けられてよく、グループ1203が2進の調光コード117の最下位から2番目のビットのビット値に関連付けられてよいなど、グループ1205が調光コード117の最上位ビット(MSB)のビット値に関連付けられてよい。各ビット値は、動作中に2つの可能な値(例えば「0」または「1」)のうちの1つを想定してよい。一般に、実施形態に依拠して、コントローラ110は、対応するビット値が「0」または「1」と対応する場合、または逆に対応する場合、各グループ120を活性化する/通電する、または失活させる/通電を切るように構成されてよい。図1Cに示された実例によれば、LEEのグループのそれぞれが、対応するビットのビット値が「1」のとき通電される。本明細書で説明されるように、活性化/通電は最大限でよく、または対応するグループに関連した公称電力の一部分を供給することに対応してもよい。

実施形態に依拠して、1つまたは複数のグループは、例えば照明デバイスで発生する光量を制御するために、一度に選択的に通電されてよい。照明デバイスが供給する光量の変更は、放射光の他の特性の変更と関連して行なわれてよい。このような変更には、照明デバイスまたはその発光の色度、発光パターンまたは他の光学的性質の変更が含まれ得る。照明デバイスの制御の何らかの形態の効果における変更は、本明細書では、一般に照明デバイスの調光と称される。照明デバイスの特定の度合いの調光は、調光のレベルと称されてよく、調光信号において符号化されてよい。グループは、実質的に静的に変化するやり方、過渡的に変化するやり方、急速に変化するやり方、または他のやり方で選択的に通電されてよい。グループは、実施形態に依拠して1つまたは複数のLEEを含んでよい。別々のグループが、等しい数または別々の数のLEEを含んでよい。

実施形態に依拠して、グループの選択的通電は、LEEを、線形の調光とも称される実質的な直流(DC)、パルス幅変調(PWM)、パルス符号変調(PCM)、他のデューティサイクル制御の駆動電流、駆動電流を制御する他の方法またはそれらの組合せによって動作させることにより達成される。実施形態に依拠して、1つまたは複数の直流駆動電流の大きさは、振幅とも称されてよく、例えば線形の調光を採用するときに、対応するグループに含まれるLEEの名目上静的な動作条件を達成するための2つ以上の実質的に静的な値を想定するように制御されてよい。

実施形態に依拠して、線形の調光は、離散的に可変の、または実質的に連続して可変の直流駆動電流を(例えばコントローラ110から)供給することによって達成されてよい。一実施形態によれば、駆動電流の離散的な変更には、選択的に活性化されたLEEのグループに対して、実質的にゼロの駆動電流または実質的に公称の駆動電流のどちらかを供給するステップが含まれる。したがって、対応するLEEのグループは、完全にオンまたは完全にオフと称されてよい。他の実施形態によれば、駆動電流は、例えばゼロ、公称の半分、公称のいずれか(または3つの他の大きさ)の駆動電流をLEEのグループに供給することによって離散的に変更され得る。駆動電流の他の離散的な変更は、例えばゼロ、公称の1/3、公称の2/3、公称(または4つの他の大きさ)の駆動電流を含んでよい。さらなる離散的な変更は、例えば対応する数の別々の駆動電流の大きさを伴う1/4、1/5、1/6などを含む、より小さなステップの変更を含んでよい。このような変更は、直流および/または非直流の駆動電流制御方法に採用されてよい。駆動電流の大きさが所定の調光関数によって選択されてよいことが注意される。したがって、例えば調光関数が非線形であれば、1対の隣接した離散的な駆動電流大きさの間の差が、別の対のものとは異なる可能性がある。

実施形態に依拠して、照明デバイスは、LEEの制御においてPWM、PCMまたは交流駆動電流方式を採用することなく、または採用を制限することによって調光されてよい。このような交流駆動電流方式の採用は、例えばLEEの動作温度のばらつきを含めて特定の動作条件のLEEの公称値からのずれを補償するために、特定の動作条件に関する状況に限定されてよい。このようなずれが、直流駆動電流の直接制御を含む、他の交流でない駆動電流方式によって補償され得ることが注意される。

実施形態に依拠して、照明デバイスは、1つまたは複数のLEEのグループを公称動作条件または実質的に公称動作条件で選択的に活性化する一方で、1つまたは複数の他のLEEのグループを同時にオフにしておくことによって調光されてよい。実施形態に依拠して、照明デバイスの調光は、LEEのグループの選択的活性化と、線形駆動電流制御、PWM駆動電流制御、PCM駆動電流制御または非直流駆動電流制御の他の形態を含む非直流駆動電流制御の1つまたは複数の形態との組合せによって達成されてよい。したがって、照明デバイスおよび/または対応する調光制御システムにおける寄生電力損失、雑音、機械的応力および/またはEMI発生を含む、交流駆動電流の特定の影響を回避することができ、かつ/または特定の動作条件に制限することができる。

本技術は、少数であったり多数であったりする(few as well as many)発光素子(LEE)を含み得る照明デバイスと組み合わせて採用されてよい。LEEは、1つまたは複数の名目上等しいかまたは異なる光学的特性、電気的特性、機械的特性、熱的特性、あるいは例えば色度、明るさ、効果、最大駆動電流/最大駆動電圧を含む他の特性を有してよい。実施形態に依拠して、照明デバイスは、高出力LEE、低出力LEE、または高出力LEEと低出力LEEの組合せを用いて構成されてよい。

特定の実施形態では、照明デバイスのLEEは、LEEのグループの所定の数に組み合わされる。別々のグループが、別々の数または等しい数のLEEを含んでよい。そこで、グループにおける複数のLEEは、(ソートされていてもいなくても)LEEの系列または単に系列と称されてよい。実施形態に依拠して、この系列は、照明デバイスが供給する光の光量、色度、発光パターンまたは他の光学的性質を制御するために照明デバイスを調光することができるように構成されてよい。グループは、特定の調光関数によって放射光の1つまたは複数の特性を制御するように構成されてよい。実施形態に依拠して、グループの構成は、グループにおけるLEEの数、グループのLEEの位置、(あるとすれば)LEEの特性における所定の公称のばらつき(predetermined nominal variations)、または他の特性によって特徴付けられてよい。照明デバイスにおけるLEEの空間的配置は、グループ当たりの複数のLEEの特定の系列および/またはLEE当たりのグループの数に基づくものでも、これらと無関係なものでもよいことが注意される。

実施形態に依拠して、調光関数は、照明デバイスが発する光の明るさ、色度、発光パターンおよび/または他の公称の特性を規定してよい。例えば、調光関数は、図2に示された調光関数9に類似の2乗特性の方法で輝度変化を定義してよい。知られているように、2乗特性調光は、照明デバイスが人間のユーザに発する光量の直線状の変化が知覚されるように採用されてよい。実施形態に依拠して、1つのグループ当たりLEEの数は、2乗特性または他の所定の調光関数に基づいて決定され得る系列に従うように構成されてよい。実施形態に依拠して、調光関数は、明るさを含む光量に関連する各態様に加えて、またはそれらの代わりに、様々な調光レベルにおける様々な色度値および/または様々な発光パターンを規定してよい。

実施形態に依拠して、グループの選択的活性化は、例えば一度に1つのグループしか活性化しないやり方、あるいは一度に1つまたは複数のグループを活性化するやり方といった複数のやり方で遂行されてよい。実施形態に依拠して、1つまたは複数のLEEのグループが、1つまたは複数の他のLEEのグループと無関係に制御されてよい。実施形態に依拠して、照明デバイスは、1つまたは複数の冗長なLEEおよび/またはLEEのグループを含むように構成されてよい。このような冗長性は、例えば、照明デバイスまたは照明デバイスが発する光の所望の外観を達成するため、またはLEEのグループ間で運転負荷の平衡を保つために採用されてよい。冗長性は、LEEおよび/またはLEEのグループに関連する動作温度、駆動電流、熱勾配または他の態様を制限する、かつ/または平衡させるために採用されてよい。したがって、対応する制御システムを用いてLEEの冗長グループを適切に制御することにより、照明デバイスの構成要素の全体的な老化および/または差別的な老化を緩和して、照明デバイスの寿命を延ばすことができる。実施形態に依拠して、本明細書で説明されるように、LEEの冗長グループが、対応する照明デバイスによって供給される光の均質化を支援するために採用されてよい。本明細書で説明されるように、LEEの1つまたは複数の冗長グループが、任意選択のホモジナイザを伴って任意選択で採用されてよい。

上述のように、実施形態に依拠して、LEEのグループは、調光中に、照明レベルの特定の制御モードおよび/または照明デバイスの他の態様をもたらすように、所定の調光関数に基づいて特定の数のLEEを用いて構成されてよい。実施形態に依拠して、適切に構成されたコントローラは、次いで、調光レベルに基づいて、特定の動作条件がそれぞれの公称値からずれるのを少なくとも部分的には自律的に補償するために、所定のフィードフォワード方式および/またはフィードバック制御方式と組み合わせてグループの選択的活性化を制御するのに使用されてよい。実施形態に依拠して、LEEのグループの構成により、調光中に明滅を本質的に回避する制御モードがさらに使用可能になり得る。例えば、照明デバイスが、隣接した調光レベルに達するのに、1度に1つのグループのみの動作条件を変化させることによって調光レベルの間を移行するように構成されている実施形態では、十分に定義されたやり方で移行が遂行されるのであれば、明滅は実質的に自動的に回避することができる。隣接した調光レベルの間の移行が、LEEの複数のグループの動作条件を変化させるステップを伴う実施形態では、対応するLEEのグループの動作条件は、移行中に、制御されたやり方でランプ状に増加および/または減少され得て、移行は適切な期間にわたって延長される。

いくつかの実施形態では、調光中にLEEのグループの動作条件が変化するとき、LEEのグループの移行を適切に遂行することによって、調光中の明滅が緩和され得る。例えば、照明デバイスの制御システムは、LEEのグループの動作条件を実質的に連続的に移行させるように構成されてよい。これは、LEEのグループに供給されるのが実質的な直流電流かまたは非直流電流であるかといったことと無関係に達成され得る。例えば、1つまたは複数の直流駆動電流の大きさが、所定の期間内に、それぞれの最初の大きさからそれぞれの最終的な大きさへと、所定の関連付けられたやり方でランプ状に変化されてよい。さらに、1つまたは複数の直流駆動電流を、それぞれの直流駆動電流を適切に移行させながら、適切に変化するPWM駆動電流変調、PCM駆動電流変調または他の交流駆動電流変調と一時的に重ねることによって移行が達成されてよい。

いくつかの実施形態によれば、グループにおけるLEEの数は、所定の調光関数の量子化された照明レベルに基づいて決定される。図2には例示的な調光関数9が示されており、これは、照明レベル1の変化を対応する調光レベル2とともに示す。このような調光関数は、例えばデジタル直列インターフェース(DSI)、デジタルアドレス指定可能照明インターフェース(DALI)または他の規格によって定義されるような標準的な調光関数または非標準の調光関数に対応してよい。

実施形態に依拠して、1つのグループ当たりのLEEの数は、量子化された照明レベル、隣接する量子化された照明レベル間の差値、または所定の調光関数に基づき得る他の数を含んでよい。1つのグループ当たりのLEEの数を決定するために、調光関数は、等配分または不等配分で所定の調光レベルまたは照明レベルに量子化されてよい。例えば、例示的な2乗特性調光関数9は、0%、20%、40%、60%、80%および100%の等配分の調光レベルで5つの照明レベル7(0%の調光は除く)に量子化されてよく、例えば一連の10、40、90、160および250の所定の照明レベルユニットに対応する。この実例によれば、調光レベルは照明レベルが増加するのにつれて増加すると定義されているが、逆のやり方または他のやり方で定義することもできる。次いで、対応する照明デバイスは、10個、30個、50個、70個および90個のLEEを有するグループを含むように構成されてよく、LEEの後の4つの数(30個、50個、70個および90個)は、隣接した対の示された所定の照明レベルユニットの間の差として求められる。対応する照明デバイスの所望の外観および/または全体的な総計の照明出力を達成するために、その中に使用されるLEE当たりの光出力に基づいて、相対的関係が等しい10個、30個、50個、70個および90個のLEEを有する1つまたは複数の冗長グループが採用されてよいことが注意される。

実施形態に依拠して、グループは、一連の数の倍数であるかまたは一部分である数のLEEを用いて構成されてよい。例えば、前述の実例向けに、照明デバイスは、それぞれ一連の5個、15個、25個、35個および45個のLEE、または20個、60個、100個、140個および180個のLEE、または他の導出された系列のLEEの5つのグループを含んでよい。したがって、グループが増加するやり方で活性化される照明デバイスのグループを組み合わせた公称光出力は、対応する調光関数の光出力における同一の相対的変化に従うことができる。これは、照明デバイスによって調光中にもたらされる照明レベルを制御する特定のモードをもたらす。実際の光出力は、動作条件が変化する影響で照明デバイスに生じ得る熱的クロストークもしくは他のクロストークまたは他の影響を受ける可能性があることが注意される。実施形態に依拠して、このような影響は、一連の数のうちの1つまたは複数の数が調光関数だけに基づいて決定された系列から外れるように変更され得る調整された系列を有する照明デバイスを構成することによって緩和することができる。さらに、このような影響は、対応して構成された制御システムによって駆動電流のうちの1つまたは複数を制御するときに任意選択でこのような影響を考慮することによって緩和され得る。実施形態に依拠して、適切に安定した環境条件の下で、照明デバイスが適当な期間にわたって特定の調光レベルで動作し続けるのであれば、このような影響は、特定の調光レベルに対して補償されるかまたは緩和され得る。このような補償は、例えば1つまたは複数の調光レベルにおける実質的に一定の動作条件について特定の照明デバイスの熱的特性の所定の関連に基づいて、フィードフォワード制御のやり方でもたらされ得る。

いくつかの実施形態によれば、グループのLEEの数は、例えば一連の昇順の数、20個、40個、80個、160個および320個のLEEを有する5つのグループに配置される。これは、1つのグループから次のより大きなグループでLEEの数が倍になる2進系列と称されてよい。LEEのこのようなグループ化は、本明細書でさらに説明されるように2進のグループ構成と称されてよい本技術による調光方法用に採用することができる。2進のグループ構成は、対応する照明デバイスの照明レベルの特定の制御モードをもたらす。実施形態に依拠して、グループ向けに、実質的な2進系列または他の系列の数のLEEが採用されてよい。したがって、グループにおけるLEEの数が、2の整数乗の系列またはこのような系列の倍数に従う照明デバイスでは、照明デバイスが供給する光量は、実質的にLEEのグループが供給する光出力の最も小さなものの増分で変化され得て、その理由は、組合せの2進の関係はグループ当たりのLEEの数に対応する2進系列に固有のものであるが、このような少数のLEEを供給し得るのは1つのグループしかないためである。グループに配置された実質的に等しいLEEを有する照明デバイスであって、LEEの数が2進の関係に準拠する照明デバイスは、少数のグループで多数の調光レベルをもたらし得る。本明細書でさらに説明されるように、2進および他の数の系列の関係により、照明デバイスの調光に影響を及ぼすために選択的にグループを活性化するための特定の制御モードが可能になる。

実施形態に依拠して、例えば所定の公称最大光出力を供給することができるように照明デバイスを構成するため、種々の調光レベルにおけるLEEの動作温度の変化に応答して、LEEの光出力における影響に適応するため、調光レベルを伴う全体の光出力の所定の変化を達成するため、または他の理由で、または他の機能を達成するため、といった種々の理由から、グループのLEEの数は、特定の公称の数の系列に正確に従うか、またはそれから外れるように決定されてよい。例えば、2進のグループ構成については、グループのLEEの数が正確な2進系列から外れてもよく、すなわち、LEEの1つまたは複数の数が、次に小さいグループのLEEの数の正確な2倍、または次に大きいグループのLEEの数の半分から外れてもよい。

いくつかの実施形態によれば、LEEは、照明デバイスまたは照明デバイスによってもたらされる照明の1つまたは複数の態様が、1つまたは複数の調光レベルにおいて所定の外観をもたらすように、グループに配置される。このような外観は、本明細書で言及されたような照明デバイスが発する光の明るさの均質性もしくは変化または他の特性に関連付けられてよい。さらに、このような均質性は、照明デバイスによってもたらされる光の非近接場または近接場の特性を指してよい。外観は、直接見たときの照明デバイス自体および/または照明デバイスが生成する照明を指してよい。実施形態に依拠して、照明デバイスまたは照明デバイスが動作中に供給する照明は実質的に均質に見えてよく、もう1つのタイプの空間的変化、角度の変化または他の変化によって特徴付けられてもよい。実施形態に依拠して、本明細書で説明されるように、例えば照明デバイスに任意選択のホモジナイザを採用するステップと、照明デバイスの1つまたは複数のLEEのグループのLEEを擬似ランダムに分配するステップとを含めて所定の度合いの均質性が達成されてよい。

実施形態に依拠して、照明デバイスのLEEは、例えば実質的に1次元または2次元の構成、1つまたは複数の細長い構成、平坦な構成、球状の構成、または他の構成に、複数のやり方で配置されてよい。LEEの配置およびグループへの組合せは、上記で示されたように、1つまたは複数の調光レベルで所定の外観をもたらすように構成されてよい。いくつかの実施形態によれば、LEEは、少なくとも1対の隣接したLEEおよび/または近接したLEEが別々のグループに属するように配置されてよい。このように配置すると、1つまたは複数の調光レベルで、照明デバイスおよび/または照明デバイスが供給する照明の所定の外観を維持するのが容易になり得る。

実施形態に依拠して、LEEのグループは、1つまたは複数の測光の分布に従って光を供給するように構成されてよい。例えば、1つまたは複数のグループが、LEEのグループの1つまたは複数を選択的に活性化することによって生成することができる非対称の水平な照明または垂直に分化した照明などの1つまたは複数の所定の発光パターンを供給するように構成されてよい。これは、照明デバイスが調光されるとき、および/または対応して構成された照明デバイスの特定の用途の光利用の効果を改善するために、全体的な測光の分布を変化させるのに役立ち得る。例えば、玄関照明用の照明デバイスは、減光するとき(when dimmed down)隣接する事務所からの光のために水平光の照度を低くする一方で、隣接する壁の垂直面照度を美術的な目的で維持するように構成されてよい。さらに、様々な調光レベルで発せられる光の発光パターンは、例えば営業時間中および/または閉店時間中の事務所の照明用、ならびに作業照明および/またはムード照明といった用途によって分類されてよい。そのうえ、様々な調光レベルで発せられる光の発光パターンは、照光される空間を占有する職員の動作条件のカテゴリおよび/または緊急状態に対する照光された空間自体のカテゴリおよび/または低下した消費電力のカテゴリによって分類されてよい。このような動作条件および他の動作条件の指標は、照明デバイスによって、公称の電力レベルもしくは低下した電力レベルまたは他の指標に関する情報に基づいて決定されてよい。このような指標は、調光信号もしくは外部から供給される別の信号またはその両方によって照明デバイスに供給されてよい。実施形態に依拠して、このような信号の一方または両方が、照明デバイスの無線または有線のインターフェースを介して供給されてよい。

実施形態に依拠して、照明デバイスは、例えば、1つまたは複数の光シートに配置されたLED、光ストリングまたは他の構成を含んでよく、1つまたは複数の光学システムおよび/または光学コンポーネントを含んでよい。このような構成は、1つまたは複数の表面上に導体が形成された2つ以上の基板の間に挟まれているむき出しのLED、パッケージ化されたLEDまたは他の形態のLEDおよび/またはLEDチップを含んでよい。基板上の導体は、例えばパターン、バイア、ワイヤまたは他の導体を使用して、LEDを電気的に動作可能に接続するように構成されている。導体は、2つ以上のLEDを直列および/または並列に接続してよく、電源への有効な接続をもたらすように構成されている。いくつかの実施形態によれば、構成は、数百以上のLEEを含んでよい。このようなLEEは、所定の公称の光量まで供給することができる。一実施形態によれば、LEEは約20mAまでのまたはそれ以上の公称駆動電流向けに構成されてよく、この範囲内の駆動電流では熱の発生が少なく、周囲の空気に容易に放散することができる。

光シート、光ストリングまたは他の構成は、実質的に1次元、2次元、または3次元への拡張によって特徴付けられる所定の形状をもたらすように構成することができ、LEEを相互接続した狭い細長片の配列を使用して形成され得て、この配列は、例えば直列、並列またはその組合せに接続されてよい。

一実施形態によれば、各グループにおけるLEEの数は、他のグループに対して2進の関係を有する。例示的な照明デバイスは、20個のLEDを相互接続した第1のグループ、40個のLEDを相互接続した第2のグループ、80個のLEDを相互接続した第3のグループ、160個のLEDを相互接続した第4のグループ、および320個のLEDを相互接続した第5のグループに構成された(従来の2×4フィートの蛍光照明デバイスの明るさを達成するための)620個の低電力LEDを含んでよい。各グループのLEDは、照明デバイスの少なくとも一部分内にランダムに分配されてよい。各グループは別個に通電することができる。実施形態に依拠して、公称最大駆動電流の最大限または一部分を供給することによって通電されてよい。一実施形態によれば、グループの1つまたは複数の組合せが、最大限の駆動電流を供給することによって完全に通電されてよく、または完全にオフにされてもよい。調光用の例示的な照明デバイスの明るさの分解能は、20個のLEDの明るさに対応する。各グループでLEDの数に2進の重み付けを用いることにより、通電されたグループのLEDが完全にオンのままで、32の輝度レベルを達成することができる。

実施形態によれば、調光制御システムは、本明細書で説明されるようにLEEのグループを選択的に活性化するように構成されている。調光制御システムは、フィードフォワード、フィードバックもしくは他のやり方またはそれらの組合せを含む1つまたは複数の所定のやり方でLEEのグループの動作条件を制御するように構成されてよい。調光制御システムは論理回路で実施されてよく、例えば各グループ向けのスイッチによって各グループへの駆動電流を制御するように構成されてよい。このようなスイッチは、例えば適切に構成されたトランジスタのスイッチといったオン/オフスイッチまたは連続的に可変のスイッチとして構成されてよい。調光制御システムは、オン/オフ、連続的可変、切換えまたは他のやり方で1つまたは複数の駆動電流を制御するように構成されてよい。調光は、調光制御システムに供給される、調光レベルを示すように構成された調光信号によって制御される。調光信号は、例えば照明デバイスで、または遠隔で生成されてよく、電力線の信号または他の線上の信号によって供給されてよい。調光信号の調節は、スライド式、回転式、押しボタンまたは他のデバイスで行なわれてよい。調光制御システムは、論理回路を制御して、グループを制御するスイッチの組合せを選択的に作動させるように構成されている。

図3は例示的な光シート10の一部分の斜視図であり、一実施形態による照明デバイスのLEE 12(破線の輪郭までの一部分のみが示されている)の位置を概略的に示す。実施形態に依拠して、LEE 12は、例えば擬似ランダムパターン、順序付けられたパターン、または他のパターンといった所定のパターンに配置されてよい。擬似ランダムパターンが光シート10の端から端まで繰り返してよく、または擬似ランダムパターンが光シートの全体にわたって延在してよい。実施形態に依拠して、1つまたは複数のグループのそれぞれからの照明デバイスにわたる光出力が所定のレベルの均一性をもたらすように、1つまたは複数のグループのLEEが照明デバイスのまわりに配置されてよい。

例示的な光シート10は、事務所に一般的に見られる蛍光性の点灯器具(fluorescent fixture)を置換するために約3700ルーメンを供給するように構成された500以上までの低電力LEEを含んでよい。実施形態に依拠して、光シートのサイズは、約2×2フィート、2×4フィートまで、または別のサイズでよい。実施形態に依拠して、シートは、1つまたは複数の平坦な部分または湾曲した区分を含んでよい。湾曲した区分の曲率は、照明デバイスのサイズに対して、実質的に平坦なものから実質的に湾曲した範囲に及んでよい。湾曲した部分は、例えば球状、楕円状、双曲線状、放物線状でよく、そうでなければ湾曲したものでもよい。

いくつかの実施形態によれば、照明デバイスには、１つのバックプレーン上に支持され、直列に接続されているLEEの複数の狭い細長片が含まれてよい。実施形態に依拠して、バックプレーンは、LEEの細長片を本明細書で説明されるようなグループへと電気的かつ/または機械的に相互接続するように構成されてよい。

一実施形態によれば、光シート10は、電極および導体パターンを有する透明な下部基板14と、スペーサおよび任意選択の反射器として働く中間シート16と、電極および導体パターンを有する透明な上部基板18との3つの主要層で形成することができる。一実施形態では、LEEは、下部基板14上の電極と上部基板18上の電極の間で電気的に接続されている。実施形態に依拠して、光シート10は、例えば数ミリメートルまでの様々な厚さを有してよく、かつ/または可撓性でもよい。

図4は、一実施形態による、照明デバイス用に2つ以上のLEEを直列接続するように構成された、上部基板18上および/または下部基板14上の導体19のサンプルパターンを示す。2セットの直列接続されたLEEが並列に接続されてよい(図示せず)。LEEの種々の直列ストリングの並列接続は、光シートの内部または外部に作製されてよい。実施形態に依拠して、LEEは、駆動電圧を例えば40V未満といった所定のレベル以下に維持するように、直列ストリングへと相互接続されてよい。駆動電圧をより低いレベルに保つと、照明デバイス設計の特定の態様が簡潔になり得て、電気的障害からの安全性が改善され得る。

実施形態に依拠して、一連のLEEは、例えば1つまたは複数の一連の並列に相互接続された一連のLEEといった、直列および並列に相互接続された一連のLEEの、他のより複雑な組合せを含んでよい。実施形態に依拠して、LEEは、技術者、ユーザ、顧客または他の人物によって、組立て中および/または製造の後に、例えば取付け中または点検中に駆動電圧および駆動電流を選択することが可能になるように相互接続することができ、あるいは、光シートの特定のサイズの要件を満たすようにカスタマイズすることができる。実施形態に依拠して、様々な駆動電圧、駆動電流および/または他の特性をもたらすコントローラ22との有効な相互接続のために、LEEの2つ以上のストリングが直列、並列またはその組合せで相互接続されてよい。

コントローラ22は、調光を達成するためにLEEのグループの種々の組合せに電力を供給するように構成されている。実施形態に依拠して、LEEのグループに対する電源は、LEEの動作に影響を及ぼす可能性がある明滅、ドリフト、温度変化または他のパラメータを補償するために、グループの光出力の安定性を維持するように、調光レベルの変更中または別様に規定されたに場合を除けば実質的に静的でよい。コントローラ22に接続された直流または交流の電源23が示されている。電源23の入力は、幹線電圧(mains voltage)に接続されてよい。各LEEストリングの両端の電圧降下が、整流された幹線電圧(例えば120VAC)または他の電圧でLEDの直列ストリングを駆動することができるほど高くなるように、1つまたは複数のLEEのグループのLEEは直列でよく、そうでなければ1つまたは複数のストリングまたは他の構成に接続されてよい。

図5には図3の光シートの線3-3にわたる断面が示されており、LEE 30は、水平のLEDまたはLEDチップとも称されるLEDフリップチップであり、LEE 30の底面上に陽極電極および陰極電極の32を有する。LEE 30は上部基板18と下部基板14の間に挟まれている。下部基板14上の導電パターンは、LEE 30を直列に接続する。下部基板14上に反射器層が形成されてよい。グループのLEEは、直列、並列、および/または1つまたは複数のそれらの組合せに接続されてよい。

実施形態に依拠して、LEE 30は青色光を発するように構成されてよく、この場合、光線40によって示されるように、青色光のすべてまたは一部分を白色光に変換するために、光路の上に蛍光体38が堆積されてよい。蛍光体42は、LEE 30を取り囲む中間シート16の孔を満たす封入剤に混合されてもよい。

本明細書に示された種々の光シートのさらなる詳細は、本譲受人に譲渡され参照によって本明細書に組み込まれている2011年3月9日に出願したLouis Lermanらの「Manufacturing Methods for Solid State Light Sheet Or Strip With LEDs Connected In Series for General Illumination」という名称の米国特許出願第13/044,456号に見られる。

図6には、光シートの別の実施形態の一部分が示されており、上部基板18および下部基板14は導体50および52を有し、これらの導体は、両基板が一緒に積層されるときオーバーラップしてLEE 54の間に直列接続を形成する。LEE 54は、一般にワイヤボンディングに使用される上部電極および大きな反射性の下部電極を有する垂直LEDでよい。下部基板14上に反射層56が形成されてよい。図7は図6の光シートの一部分の上面図であり、オーバーラップしてLEE 54を直列接続している導体50および52を示す。

いくつかの実施形態によれば、LEE陽極の上に配置されている基板の電極は、光を遮断しないように、ITO(インジウムでドープした酸化スズ)層またはATO(アンチモンでドープした酸化スズ)層などの透明導電体によるものでよい。

実施形態に依拠して、光シート10の発光表面は、発光を制御するためのレンズを有してよい。

いくつかの実施形態によれば、LEEの１つの直列ストリングが基板の間に挟まれてLEE細長片を形成し、図5から図7にはLEE細長片のLEEのうちの2つが示されている。各LEE細長片が所定数のLEEを含む。例えば、各LEE細長片には駆動電圧を40V未満に保つために12個のLEEチップがあってよい。次いで、これらの細長片が支持バックプレーンに貼付され、バックプレーン上で導体パターンまたはワイヤによって電気的に相互接続される。以下でより詳細に説明されるように、任意数の細長片が並列などに相互接続されて１つのグループになり得て、別々の数のLEEから構成された種々のグループがあってよい。

図8には、一実施形態による、選択的に通電することができる所定数のLEEのグループを含む照明デバイスの回路図が示されている。説明のために、照明デバイス66にはLEE 64の3つのグループ60、61、62のみが示されている。任意数のグループがあってよい。図示のように、グループ60、61および62内のLEEの数が、2進で重み付けされており、LEEの比較的小さい数を含んでいる。実施形態に依拠して、所定の均質の照明外観をもたらすのが容易になるように、最も少数のLEEを備えるグループにさえ、大きな数が選択されてよい。第1のグループ60が2つのLEE 64を含み、第2のグループ61が4つのLEE 64を含み、第3のグループが8つのLEE 64を含んでいる。実施形態に依拠して、照明デバイスは、(例えば2×4フィートのトロファの代替として)１つの照明デバイスに620個のLEEを含んでよく、最も小さなグループが20個のLEEを有し、それぞれ40個、80個、160個、および320個のLEEを有する5つの2進の重み付きグループがある。照明デバイス66には反射性のバックプレーン67が含まれており、グループの細長片を相互接続するように構成されたパターンおよびコネクタを有する。

グループのLEEは、実施形態に依拠して、例えば直列、並列、および/またはその組合せといった種々のやり方で相互接続されてよい。例えば、それぞれ10個のLEEが直列接続されている2つのストリングを並列に接続して20個のLEEのグループを形成してよい。実施形態に依拠して、様々なグループが様々な数の並列接続されたストリングを含んでよく、そうでなければ直列接続されたLEEの名目上同一のストリングを含んでよい。例えば、N個のグループがある場合、これらのグループは、1つのストリング当たりM個のLEEがあるm₁、m₂、m₃ ... m_Nの並列ストリングを含んでよい。1グループ当たりLEEの数が2進のやり方で配置されている場合、1つのグループ当たり1、2、4、8など、または他の2進数列の並列ストリングがあってよい。さらに、各グループがそれ自体の電流源を有してよい。グループの構成および相互接続に依拠して、適切な電流源の設計が容易になり得る。

いくつかの実施形態によれば、グループサイズとも称される1つのグループ当たりのLEEの数は、対応するグループが通電されたとき照明デバイスが所定の照明レベルを供給するように構成されている。したがって、そのグループの照明レベルは、所定の、例えば照明デバイスの照明の逆平方の変化(inverse square variation)、実質的に2進の変化または他の変化をもたらすように構成されてよい。名目上等しいLEEがグループに採用されていても、相対的グループサイズは、照明レベルの対応する相対的変化とは異なる可能性があることが注意される。例えば、グループサイズは正確な2進の比とは異なる可能性がある。別々の数のLEEが通電されるとき、照明デバイスの構成要素に対する熱的影響または他の影響が照明デバイスの全体的な効果に影響を与えると、このようなことが起こり得る。このような熱的影響および/または他の影響は、瞬間的ではなく過渡的なものであり、これによって、調光の変化の効果において、照明デバイスが与える照明の平衡が遅延する可能性があることがさらに注意される。

実施形態に依拠して、LEEの1つまたは複数のグループは、名目上別々のLEEおよび/またはグループサイズを含んでよい。例えばこのようなグループサイズは、所定の様式で、2進系列とは異なるものであってよい。例えば、LEE集団の50%が完全な50%の出力低下をもたらし得るが、このグループがオフになると熱負荷が低下して効果が増すために、正味の光レベルが公称最大値の50%から60%だけ低下する可能性がある。したがって、1つまたは複数のグループサイズを適切に選択すると、照明レベルの所定の変化をより優れて近似することができる。別々のLEEのグループ間に高レベルの熱的クロストークがある照明デバイスでは、この効果が強調され得る。

実施形態に依拠して、照明デバイスは、適切なコントローラと組み合わせたLEEのグループで構成されてよく、このことが、ある調光範囲では微細な粒度(granular)の調光を可能にし、別の調光範囲ではより粗い調光を可能にする。例えば、照明デバイスは、その公称照明レベルの50%と100%の間で微細な粒度の調光ができるように構成されてよい。このような照明デバイスは、例えば事務所照明または他の用途を含む特定の用途に有用であり得る。

いくつかの実施形態によれば、照明デバイスは、調光レベルとも称される調光の所望のレベルを表す調光信号を供給することができる遠隔の信号発生器70と組み合わせて使用されてもよい。調光信号は、LEE 64の最小のグループの増分で調光レベルを示してよく、この増分は、図8の場合には2つのLEDチップ64の明るさである。換言すれば、信号発生器70は、8つの調光レベルのうちの1つを12.5%(100/8=12.5)の増分で示す。信号発生器70は、コントローラ72に対して3ビットのデジタル信号を供給するように構成されている。コントローラ72は、3ビットの信号をトランジスタスイッチ74、75および76向けの制御信号に変換する論理回路を含み、各トランジスタスイッチには、特定のグループ向けに大きさを設定され、2進で重み付けされた固有の電流源78が接続されている。他の実施形態は、グループの電流要求に依拠して、それぞれのグループ用に複数の電流源78を有することができる。実施形態に依拠して、信号発生器70は、例えば電源23(図4)に給電する幹線ワイヤによってコントローラ72に結合されてよく、分離した制御インターフェースまたは他のカップリングに結合されてよい。信号発生器70は、プログラムされたスケジュールに応じて自動的に調光信号を生成してよく、かつ/または手動のユーザ入力に直接応答するように構成されてもよい。したがって、コントローラ72は、定常状態では電力をほとんど必要とせず、雑音および/またはEMIの発生が制限される。実施形態に依拠して、PWM制御のシステムより、調光レベルの再現性がより優れたものになり得て、特に低い調光レベルでは調光されるシステムの効果がより高くなり得る。

実施形態に依拠して、LEEのグループの調光は、LEEのグループのオン/オフ切換えと、LEEにオンのとき供給される直流の駆動電流および/または駆動電圧の大きさの変更とを組み合わせることによって達成されてよい。LEEにオンのとき供給される直流の駆動電流および/または駆動電圧の大きさの変更は、線形の調光とも称され得る。調光方法のこのような組合せは、例えば本明細書で説明されたようにLEEのグループを選択的に活性化することによってもたらされる調光レベルを部分的に、または完全に補間することにより、照明デバイスが供給する光量のより微細な制御をもたらすのに採用されてよい。さらに、線形の調光と組み合わせると、例えばグループサイズとも称されるグループにいて使用するLEEの数を少なくすることができる一方で、照明デバイスが与える照明レベルの所定の変化を忠実に保ち、より微細な調光を達成し、かつ/または照明デバイスの所定のエネルギー効率を維持することができる。

一実施形態によれば、照明デバイスは、7つのLEEを有する3つのLEEのグループと、駆動電流の所定の線形の変更と組み合わせてグループの選択的活性化をもたらすように構成されたコントローラとを含んでいる。第1のグループが1つのLEEを含み、第2のグループが2つのLEEを含み、第3のグループが3つのLEEを含んでいる。したがって、照明デバイスの照明は、LEEのグループの1つまたは複数を選択的に完全に活性化することにより、照明デバイスが供給する公称の最大照明のまさに約1/7または約14%ずつ変化させることができる。実施形態に依拠して、2進ステップのレベル間の所望の調光レベルの差の比にほぼ比例しているLEE駆動電流の過不足ない変化をもたらすために、2進の調光レベルがコントローラによって補間されてよい。少数のLEEを有する照明デバイスは、より小さくすることができ、および/または狭い動作範囲の駆動電流のままで、より大きい光出力を有するLEEを使用することが可能になり、これによって照明デバイスの設計が容易になり得る。

いくつかの実施形態によれば、照明デバイスは、各グループのLEEの色度を制御するように構成されており、照明デバイスシステムは、美的目的またはユーザ主導の目的のために所望の調光された色度パターンを辿ることができる。実施形態に依拠して、これは、照明デバイスが発する全体的な光量の制御と組み合わせて遂行されてよい。さらに、照明デバイスは、白熱電灯または他の色度変化に類似のやり方で調光入力に応答するように構成されてよい。例えば、照明デバイスは、LEEのグループが選択的に通電されたとき、第1の色度から一連の色度を通って第2の色度に及ぶ光を供給するように構成されてよい。

実施形態に依拠して、2進のLEEのグループの複数のセットが採用されてよい。光学的非対称性、色度変化および他の所望の出力特性を同時に制御するために複数のセットが採用されてよい。このようなセットは電気的に並列接続されてよい。したがって、特定の照明用途向けに望ましい光出力を供給するために、入力データまたは光分布および色度変化の所定のマッピングのいずれかに応答して複雑なパターンの光分布および色度分布をマッピングすることができる論理回路(circuit logic)によって制御され得るLEEの2つ以上の2進のグループ分けが採用されてよい。

図9Aは、一実施形態による照明デバイス向けの、螺旋状に配置されたLEEのグループのストリング73を含む光シート71の概略上面図であり、ストリングのLEEが、特定の規則的な構成で交互配置されている。LEEは、他のやり方で例えば擬似ランダムといった交互配置されてもよいことが注意される。図9Bは、図9Aの線B-Bにわたって示されたLEEのグループのストリング73の詳細を示す図である。ストリング73は、それぞれがLEE 75の所定の数を含んでいる3つのLEEのグループ731、733、および735を含む。例示的なストリング73では、グループ733は、グループ731および735のうちの1つに対して2倍ものLEE 75を含んでいる。実施形態に依拠して、様々なLEEのグループが様々なタイプのLEE(図示せず)を含んでよいことが注意される。同様に、1つまたは複数のグループのそれぞれが、様々なタイプのLEE(図示せず)を含んでよい。

図10は、2つのLEEのグループ831および833を含んでいるLEEのストリング83の例示的な配線図を示す。LEEのストリング83の各グループ831および833は、類似のLEE 85を含んでいる。このストリングは、交番するLEEが交番するグループ831および833に属する、すなわちLEE 85は1つ置きに同一グループに属するように形成されている。実施形態に依拠して、2つ以上の隣接したLEEが同一グループに属してもよい(図示せず)。そのうえ、2つより多くのLEEのグループが、図10に示されたのと類似のやり方で配置して配線されてよい。このようなストリングは1つまたは複数のやり方で形成されてよく、例えば、第1のグループに関連したLEEの第1のサブセットを配置して動作可能に相互接続し、次に第2のグループに関連したLEEのサブセットを配置して動作可能に相互接続し、第3のグループに関連したLEEのサブセットを配置して動作可能に相互接続し、以下同様にして最後のグループに達すると、次いで第1のグループに戻り、すべてのグループのすべてのLEEが配置されるまで続けることによって形成されてよい。他の実施形態のLEEのストリングは、様々なグループに、かつ/または1つのグループの中に、様々なLEEを含んでよいことがさらに注意される。他の実施形態による照明デバイスのLEEのストリングは、様々なやり方で相互接続されてよい。

いくつかの実施形態によれば、LEEのグループは、1つまたは複数の光ガイドを備えている照明デバイスの中の有効な配置を目的として構成されてよく、光ガイドは、動作条件下のLEEが供給する光をさらに操作するため、および/または照明デバイスから放射するために、所定の位置へ導くように構成されている。光ガイドと、光ガイドとこのような照明デバイスのLEEのグループの間の有効なカップリングの光学的形態および他の形態とは、実施形態に依拠して、1つまたは複数のやり方で構成されてよい。その実例が図11Aから図13Bに示されている。

図11Aは、基板89上に動作可能に配置されて本技術の一実施形態による光ガイド81の縁部と結合されたLEEのストリングを含む例示的な照明デバイスの構成要素の断面を示す。図11Bは、図11Aに示された例示的な照明デバイスの構成要素の斜視図である。

図12Aは、本技術の一実施形態による、基板93によって動作可能に接続され、光ガイド91の1つまたは複数の縁部と光学的に結合されたLEEのグループの3つのストリング931、933、および935を含む別の例示的な照明デバイスの構成要素の断面を示す。図12Bは、図12Aに示された例示的な照明デバイスの構成要素の斜視図である。図12Aおよび図12Bは、LEEからの光の光ガイド91内の光路の指標を含んでいる。

図13Aは、対応する基板によって適切に動作可能に相互接続されたLEEのグループの5つのストリング1031、1033、1035、1037および1039を含む、本技術の一実施形態による別の例示的な照明デバイスの構成要素の断面を示す。ストリング1031、1033、1035、1037、および1039のLEEは、例示的な光ガイド1001の5つの縁部と光学的に結合されている。例示的な照明デバイスは、直接的な視線および/またはストリング1031、1033、1035、1037、および1039のうちの1つまたは複数が供給する光の所定の部分の、光ガイド1001の下端への誘導をもたらすように構成されてよい。図13Bは、図13Aに示された例示的な照明デバイスの構成要素の斜視図である。

本技術は、小数のLEEから比較的多数のLEEの両方に及ぶ複数のLEEを含む照明デバイスに採用されてよく、その結果、デバイスは、照明デバイスが発する光量を制御するために、選択的に通電することができる種々のサイズのグループに分割することができる。

すべての実施形態の種々の特徴が、任意の組合せで組み合わされてよい。

本発明の特定の実施形態が示され、説明されてきたが、この技術の広範な態様から逸脱することなく変更および修正がなされることが可能であり、したがって、本技術の真の趣旨および範囲の中に入る変更および修正のすべてが、添付の特許請求の範囲の範囲内に包含されることが当業者には明らかであろう。

1 照明レベル
2 調光レベル
3 線
7 照明レベル
9 調光関数
10 光シート
12 LEE
14 透明な下部基板
16 中間シート
18 透明な上部基板
19 導体
22 コントローラ
23 電源
30 LEE
32 陽極電極および陰極電極
38 蛍光体
40 光線
42 蛍光体
50, 52 導体
54 LEE
56 反射層
60-64 LEEのグループ
66 照明デバイス
67 反射性のバックプレーン
70 信号発生器
71 光シート
72 コントローラ
73-76 LEEのグループのストリング
78 電流源
81 光ガイド
83 LEEのストリング
85 LEE
89 基板
91 光ガイド
93 基板
100 照明デバイス
110 コントローラ
113 駆動電流
115 LEEのグループと調光コードの対応するビットの間の関連付け
117 2進の調光コード
119 調光信号
120 LEEのグループ
121 輝度プロファイルの重ね合わせ
130 ホモジナイザ
131 輝度プロファイル
200 方法
731-735 LEEのグループ
831, 833 LEEのグループ
931-935 LEEのグループのストリング
1201 LEEのグループ1
1203 LEEのグループ2
1205 LEEのグループN
1211-1215 輝度プロファイル
1311-1315 輝度プロファイル

Claims

LEE(発光素子)の複数のグループであって、前記LEEのグループのそれぞれが、１つまたは複数のLEEを含み、公称動作条件下で通電されたとき公称光出力を供給するように構成されており、前記LEEのグループが独立して通電することができ、前記LEEのグループのそれぞれが、異なるLEEの数を有する、LEEの複数のグループと、
前記LEEのグループに動作可能に接続され、調光信号に基づいて2進の調光コードを求めるように構成されたコントローラであって、前記2進の調光コードが複数のビットを有し、前記LEEのグループのそれぞれが、前記調光コードの対応するビットに関連付けられ、前記コントローラが、前記調光コードの前記対応するビットのビット値に基づいて前記LEEのグループのそれぞれに通電するようにさらに構成されている、コントローラと
を備え、
調光レベルの移行を行うときに、対応するLEEのグループの動作条件がランプ状で増加または減少される、照明デバイス。
前記LEEのグループのそれぞれに関連付けられた前記公称動作条件のそれぞれが、対応する公称駆動電流を含み、前記コントローラが、前記調光コードの前記対応するビットの前記ビット値に基づいて前記LEEのグループのそれぞれに対して前記対応する公称駆動電流を供給するようにさらに構成されている、請求項1に記載の照明デバイス。
前記コントローラが、前記コントローラによって前記LEEのグループの1つまたは複数に供給される1つまたは複数の駆動電流に基づいて前記LEEの1つまたは複数の動作条件を推測し、前記調光コードの前記対応するビットの前記ビット値、前記推測された動作条件、および前記LEEのグループの光出力と動作条件の間の所定の関係に基づいて、前記LEEのグループのそれぞれの前記駆動電流を制御するようにさらに構成されている、請求項1に記載の照明デバイス。
前記LEEのうち1つまたは複数の、1つまたは複数の感知された動作条件の指標を提供するように構成された1つまたは複数のセンサであって、前記コントローラが、前記調光コードの前記対応するビットの前記ビット値、前記感知された動作条件、前記公称光出力、および前記LEEのグループの前記公称動作条件に基づいて、前記LEEのグループのそれぞれの駆動電流を制御するようにさらに構成されている1つまたは複数のセンサをさらに備える、請求項1に記載の照明デバイス。
前記LEEのグループの異なるグループが、前記対応する公称動作条件で異なる光量を供給する、請求項1に記載の照明デバイス。
前記LEEのグループの異なるグループが、前記対応する公称動作条件で異なる発光パターンを供給する請求項1に記載の照明デバイス。
2つ以上のグループにおけるLEE(発光素子)の数が、前記2つ以上のグループに対して同一である係数だけ変倍された2の整数乗であるように、前記LEEのグループのそれぞれが１つまたは複数のLEEを含むLEEの複数のグループであって、前記LEEのグループが、公称動作条件下で通電されたとき公称光出力を供給するように構成されるとともに、独立して通電することができる、LEEの複数のグループと、
前記LEEのグループに動作可能に接続され、調光信号に基づいて2進の調光コードを求めるように構成されたコントローラであって、前記2進の調光コードが複数のビットを有し、前記LEEのグループのそれぞれが、前記調光コードの対応するビットに関連付けられ、前記調光コードの前記対応するビットのビット値に基づいて前記LEEのグループのそれぞれに通電するようにさらに構成されているコントローラと
を備え、
調光レベルの移行を行うときに、対応するLEEのグループの動作条件がランプ状で増加または減少される、照明デバイス。
前記グループのLEEの数が2の整数乗である、請求項7に記載の照明デバイス。
前記1つまたは複数の感知された動作条件が1つまたは複数の動作温度を含んでいる、請求項4に記載の照明デバイス。
前記1つまたは複数の感知された動作条件が、前記LEEの1つまたは複数が発した光の1つまたは複数の特性を含んでいる、請求項4に記載の照明デバイス。
前記光の1つまたは複数の特性が放射フラックスを含んでいる、請求項10に記載の照明デバイス。
前記光の1つまたは複数の特性が光束を含んでいる、請求項10に記載の照明デバイス。
前記光の1つまたは複数の特性が色度を含んでいる、請求項10に記載の照明デバイス。
前記LEEのグループの1つまたは複数における前記LEEが、擬似ランダムに配置されている、請求項1に記載の照明デバイス。
前記LEEのグループから光を受け取るように構成されたホモジナイザであって、前記ホモジナイザが、前記LEEのグループから受け取った前記光を均質にし、均質にされた光を供給するように構成されており、前記均質にされた光が、前記ホモジナイザにより前記LEEのグループから受け取った前記光より均質に見えるホモジナイザをさらに備える、請求項1に記載の照明デバイス。
第1の発光パターンを有する前記LEEのグループの前記公称光出力のうちの1つまたは複数、および前記第1の発光パターンとは異なる第2の発光パターンを有する前記LEEのグループの前記公称光出力のうちの1つまたは複数を、供給するように前記LEEが配置されている、請求項1に記載の照明デバイス。
前記第1の発光パターンが、営業時間の期間に事務所スペースの照明を提供するように構成され、前記第2の発光パターンが、閉店時間の期間に前記事務所スペースの照明を提供するように構成される、請求項16に記載の照明デバイス。
前記第1の発光パターンが作業照明用の空間照明を提供するように構成され、前記第2の発光パターンがムード照明用の空間照明を提供するように構成される、請求項16に記載の照明デバイス。
LEE(発光素子)の複数のグループを含む照明デバイスの光出力を制御する方法であって、前記LEEのグループのそれぞれが、公称動作条件下で通電されたとき公称光出力を供給するように構成されており、前記LEEのグループが独立して通電することができ、前記LEEのグループのそれぞれが、異なるLEEの数を有し、前記方法が、
複数のビットを有する2進の調光コードを用意するステップと、
前記LEEのグループのそれぞれを、前記調光コードの対応するビットに関連付けるステップと、
前記調光コードの前記対応するビットのビット値に基づいて前記LEEのグループのそれぞれに通電するステップであって、このことにより、前記照明デバイスの光出力が、通電されたLEEのグループの光出力を重ね合わせたものに相当する、ステップと
を含み、
調光レベルの移行を行うときに、対応するLEEのグループの動作条件がランプ状で増加または減少される、方法。
公称駆動電流を前記公称動作条件のそれぞれと関連付けるステップと、
前記調光コードの前記対応するビットの前記ビット値に基づいて前記LEEのグループのそれぞれに対して前記対応する公称駆動電流を供給するステップと
をさらに含み、
このことにより、前記調光コードに基づいて、ゼロ以上の第1のLEEのグループが通電され、ゼロ以上の第2のLEEのグループが通電を切られる、請求項19に記載の方法。
前記LEEのグループの1つまたは複数に供給される1つまたは複数の駆動電流に基づいて前記LEEの1つまたは複数の動作条件を推測するステップと、
前記調光コードの前記対応するビットの前記ビット値、前記推測された動作条件、および前記LEEのグループの光出力と動作条件の間の所定の関係に基づいて、前記LEEのグループのそれぞれの前記駆動電流を制御するステップと
をさらに含む、請求項19に記載の方法。
前記LEEのうち1つまたは複数の、1つまたは複数の感知された動作条件の指標を提供するステップと、
前記調光コードの前記対応するビットの前記ビット値、前記感知された動作条件、前記公称光出力、および前記LEEのグループの前記公称動作条件に基づいて、前記LEEのグループのそれぞれの駆動電流を制御するステップと
をさらに含む、請求項19に記載の方法。
前記LEEのグループの異なるグループが、前記対応する公称動作条件で異なる光量を供給するように構成するステップをさらに含む、請求項19に記載の方法。
前記LEEのグループの異なるグループが、前記対応する公称動作条件で異なる発光パターンを供給するように構成するステップをさらに含む、請求項19に記載の方法。
2つ以上のグループにおけるLEEの数を、前記2つ以上のグループに対して同一である係数だけ変倍された2の整数乗に相当するように構成するステップをさらに含む、請求項19に記載の方法。
前記グループの前記LEEの数を、2の整数乗になるように構成するステップをさらに含む、請求項25に記載の方法。
前記1つまたは複数の感知された動作条件が、1つまたは複数の動作温度を含むように構成するステップをさらに含む、請求項22に記載の方法。
前記1つまたは複数の感知された動作条件が、前記LEEの1つまたは複数が発した光の1つまたは複数の特性を含んでいる請求項22に記載の方法。
前記光の1つまたは複数の特性が放射フラックスを含んでいる、請求項28に記載の方法。
前記光の1つまたは複数の特性が光束を含んでいる、請求項28に記載の方法。
前記光の1つまたは複数の特性が色度を含んでいる、請求項28に記載の方法。
前記LEEのグループの1つまたは複数における前記LEEを擬似ランダムに配置するステップをさらに含む、請求項28に記載の方法。
均質にされた光を供給するために前記LEEのグループから受け取った前記光を均質にするステップであって、前記均質にされた光が、ホモジナイザにより前記LEEのグループから受け取った前記光より均質に見えるステップをさらに含む、請求項19に記載の方法。
第1の発光パターンを有する前記LEEのグループの前記公称光出力のうちの1つまたは複数、および前記第1の発光パターンとは異なる第2の発光パターンを有する前記LEEのグループの前記公称光出力のうちの1つまたは複数を供給するように前記LEEを配置するステップをさらに含む、請求項19に記載の方法。
前記第1の発光パターンが、営業時間の期間に事務所スペースの照明を提供するように構成され、前記第2の発光パターンが、閉店時間の期間に前記事務所スペースの照明を提供するように構成される、請求項34に記載の方法。
前記第1の発光パターンが作業照明用の空間照明を提供するように構成され、前記第2の発光パターンがムード照明用の空間照明を提供するように構成される、請求項34に記載の方法。