JP6563495B2 - 穏やかな調光及び色調整可能なランプ用のコンパクトなｌｅｄエミッタ - Google Patents

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２０１４年１１月２６日出願の米国特許出願第６２／０８５０５９号の利益を主張するものであり、上記特許出願の開示はその全体が参照によって本出願に援用される。

本開示は一般にＬＥＤベース照明デバイスに関し、特に穏やかな調光及び色調整可能なランプ用のコンパクトエミッタに関する。

ＬＥＤベース光源は多数の構成部品を必要とする。コアには１つ又は複数のＬＥＤが存在し、ここでは用語「ＬＥＤ（即ち発光ダイオード（ｌｉｇｈｔ‐ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）」は、印加された電流に応答して（典型的には比較的狭い周波数帯域の）光を発する半導体ダイ又はチップを指し、任意に、ダイの表面に塗布された燐光体又は他の波長シフト材料のコーティングを含む。ＬＥＤに加えて、上記光源は典型的には、ＬＥＤへの電気的接続及び機械的堅牢性を提供するための何らかの種類の支持構造体を必要とする。光が出られるようにしたまま環境からの保護を提供するために、カプセル化材料も使用できる。このカプセル化材料は典型的には、発した光を成形するためのレンズ、拡散器、及び／又は他の光学構造体を組み込み、上記カプセル化材料はまた、発した光の色を修正するための燐光体又は他の色シフト材料も組み込んでよい。本明細書では、用語「エミッタ（ｅｍｉｔｔｅｒ）」は、光源として機能できる、１つ又は複数のＬＥＤと、支持構造体と、カプセル化材料との組み合わせを指すために使用される。１つ又は複数のエミッタを１つのランプ（例えば電球、照明器具等）に組み込むことができる。

いくつかの用途に関しては、制御可変光出力を有するＬＥＤベース光源を提供することが望ましい。例えばいくつかのＬＥＤ光源は、異なる複数の波長の光（例えば暖色系白色及び寒色系白色光、又は赤、緑、青、琥珀色等の異なる複数の色の光）を生成するＬＥＤを組み込むことができ、異なる複数のＬＥＤに供給される相対電流を変化させることによって、上記光源から発する光の色を変化させること、及び／又は合計電流を変化させることによって、明度を変化させることが望ましい場合がある。このような動作をサポートするために、ＬＥＤベース光源は、エミッタの外部の追加の構成部品を含むことができる。例えば、所望の色を提供するため、並びに相対電流及び／又は合計電流を調整することによって色調整及び調光を提供するために、制御可能なドライバ回路を用いて、異なる複数のＬＥＤに所望の量の電流を供給できる。更に、上記ＬＥＤベース光源は、特性決定又は較正データ（例えば、所望の色から、上記所望の色を生成するソース電流の分布に対するマッピング）を有してよく、上記データは、上記光源内のどこかにあるメモリ、例えばエミッタに接続されたＰＲＯＭ（プログラマブル読み取り専用メモリ）に記憶する必要がある。

制御可能なドライバ回路又は回路モジュール、較正データメモリ等の外部構成部品は一般に、ＬＥＤベース照明デバイスのコストを増加させる。更にこのような構成要素により、照明デバイスの動作をより困難にする場合がある。上記外部構成部品によってある体積が追加され、これは照明デバイス内のどこかに収容しなければならない。例えば外部ドライバ回路は一般に、ワイヤ又はケーブルを用いてエミッタに接続する必要がある（本出願の目的に関しては、ケーブルは複数のワイヤの束と見做すことができる）。これには、エミッタにコネクタ等を取り付ける必要が生じる場合があり、これによってエミッタのサイズ及び製造コストが増大し得る。更に、動作電流はしばしば、パルス電流を用いてＬＥＤに供給される。単一のケーブル及びコネクタを通して複数の電流が供給されている場合、１つのワイヤ内の時変電流が他のワイヤに対して誘導効果を有する場合があり、これにより駆動電流の正確な調節がより困難になる。外部ドライバ回路からエミッタへと流れる、あるケーブル内の時変電流は、他のデバイスとの電磁的干渉ももたらし得る。

更に、少なくともいくつかのタイプのＬＥＤに関して、色出力は接合部温度に影響される場合があり、これは、使用中にデバイスの温度が上昇するに従って、明度の変化をもたらし得る。更に、異なる複数のタイプのＬＥＤは、動作温度によって異なる影響を受け得る。従って、１つのエミッタが複数のタイプのＬＥＤを含む場合、使用中にＬＥＤの温度が上昇するに従って、色も変移し得る。このような影響は、エミッタ内又はエミッタ上に配置された温度センサを用いて制御できる。この温度センサは温度読み取り値を提供でき、この温度読み取り値から、ＬＥＤの接合部温度を推定できる。ドライバ回路用のコントローラは、上記温度センサの読み取り値を用いて駆動電流を調整し、光出力に対する温度の影響を低減できる。しかしながら、温度センサの使用には、更なる外部配線及び制御回路が必要となり得る。

本発明の特定の実施形態は、ドライバ回路、制御論理、メモリ、及び／又は温度センサといった様々な「サポート用（ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ）」回路構成を、エミッタ内に直接組み込むことができる、エミッタ構造体を提供する。例えば上述のサポート用回路構成は全て、単一の半導体チップ内に製造でき（本明細書では「コントローラ／ドライバチップ」と呼ぶ）、上記コントローラ／ドライバチップは、剥き出しのダイ又はバンプ付きダイとして、ＬＥＤが配置されるのと同一のセラミック基板上に配置できる。別の例として、２つ（以上）の半導体チップを用いることができ、１つのチップ（本明細書では「マイクロコントローラユニット」又は「ＭＣＵ」と呼ぶ）は、制御論理及びメモリを組み込み、別のチップ（本明細書では「ドライバユニット」又は「ドライバチップ」と呼ぶ）は、ＬＥＤのための動作電流を生成するためのドライバ回路構成を組み込む。両方のチップは、ＬＥＤが配置されるのと同一のセラミック基板上に配置でき、また、ドライバユニットがＭＣＵからのドライバ制御信号に応答して動作するように、互いに接続できる。更なるサポート用チップを用いて、温度センサ及び／又は望まれ得る他のセンサを提供できる。制御、ドライバ及び他のサポート用回路構成を提供する１つ又は複数のサポート用チップとＬＥＤとの間の電気的接続は、例えば金属トレース及びビアを用いて、エミッタ基板上及び／又はエミッタ基板内に製作できる。

ＬＥＤをカプセル化するために使用したものと同一の光学材料（例えば一次レンズ）を、１つ又は複数のサポート用チップをカプセル化するためにも使用できる。このようにして、コンパクトエミッタが提供される。更に、エミッタへの外部電気的接続の数を削減できる。例えば、独立してアドレス指定できる複数のＬＥＤのグループそれぞれに電流を供給するために別個の外部接続を必要とするのではなく、単一の外部電力接続を設けることができる。というのは、ドライバチップ（又は一体型コントローラ／ドライバチップのドライバ回路構成）は、エミッタ内で動作電流を生成するためである。よっていくつかの実施形態では、エミッタへの外部電気的接続の数は、２つ（電力及び接地）にまで削減できる。いくつかの実施形態では、追加の外部接続、例えば較正及び／又は制御入力信号（光の色及び／又は明度を制御するための信号等）のための入力接続を設けることができる。

いくつかの実施形態では、ＬＥＤエミッタのための基板は、中に凹部領域が形成された本体を含む。結合パッドが上記凹部領域内に配置され、上記結合パッドは、ＬＥＤに電気的に接続するためのＬＥＤ結合パッド、及び１つ又は複数のサポート用チップに電気的に接続するためのサポート用チップ結合パッドを含む。外部電気的接点は、上記凹部領域の外側に配置できる。少なくとも一部が上記基板の上記本体内に配置された電気的経路は、上記外部電気的接点を、上記サポート用チップ結合パッドの第１のサブセットに接続し、また上記サポート用チップ結合パッドの第２のサブセットを、上記ＬＥＤ結合パッドに接続し、これにより、上記サポート用チップ結合パッドに接続されたサポート用チップが、複数のＬＥＤのうちの異なるものに異なる動作電流を送達するよう動作可能となる。例えばＬＥＤは、２つ以上の独立してアドレス指定可能なグループ（例えば３つのグループ、５つのグループ、７つのグループ又は他のいずれの個数）に接続でき、各グループは、複数の上記サポート用チップ結合パッドのうちの異なる１つを介して電流を受承するよう接続できる。

エミッタを形成するために、ＬＥＤは、上記基板の上記凹部領域内に配置でき、上記ＬＥＤ結合パッドに接続できる。コントローラ／ドライバチップは、上記凹部領域内に配置して、上記サポート用チップ結合パッドに（例えばフリップチップ結合によって）接続できる。（例えば一次レンズ、フラットトップカバー又は色混合ロッドを含む）光学的に透明なカバーを、上記凹部領域を覆うように配置できる。上記光学的に透明なカバーは、上記本体を密閉することによって、上記半導体デバイス（ＬＥＤ及び１つ又は複数のサポート用チップ）を環境から保護できる。

他の実施形態では、ＬＥＤエミッタのための基板は、中に凹部領域が形成された本体を含む。結合パッドが上記凹部内に配置され、上記結合パッドは、ＬＥＤに電気的に接続するためのＬＥＤ結合パッド、（剥き出しのダイ又はバンプ付きダイ半導体チップであってよい）マイクロコントローラユニットに電気的に接続するためのマイクロコントローラユニット結合パッド、及び（剥き出しのダイ又はバンプ付きダイ半導体チップであってよい）ドライバユニットに電気的に接続するためのドライバユニット結合パッドを含む。外部電気的接点は、上記凹部領域の外側に配置される。少なくとも一部が上記基板の上記本体内に配置された電気的経路は、上記外部電気的接点を、上記マイクロコントローラユニット結合パッドの第１のサブセットに接続し、上記マイクロコントローラユニット結合パッドの第２のサブセットを、上記ドライバユニット結合パッドの第２のサブセットに接続し、また上記ドライバユニット結合パッドの第２のサブセットを、上記ＬＥＤ結合パッドに接続し、これにより、上記ドライバユニット結合パッドに接続されたドライバユニットが、上記マイクロコントローラユニットから受信した制御信号に応答して、複数のＬＥＤのうちの異なるものに異なる動作電流を送達するよう動作可能となる。例えばＬＥＤは、２つ以上の独立してアドレス指定可能なグループ（例えば３つのグループ、５つのグループ、７つのグループ又は他のいずれの個数）に接続でき、各グループは、複数の上記ドライバユニット結合パッドのうちの異なる１つを介して電流を受承するよう接続できる。

エミッタを形成するために、ＬＥＤは、上記基板の上記凹部領域内に配置でき、上記ＬＥＤ結合パッドに接続できる。マイクロコントローラユニットは、上記凹部領域内に配置して、上記マイクロコントローラユニット結合パッドに（例えばフリップ‐チップ結合によって）接続できる。ドライバユニットは、上記凹部領域内に配置して、上記ドライバユニット結合パッドに（例えばフリップ‐チップ結合によって）接続できる。（例えば一次レンズ、フラットトップカバー又は色混合ロッドを含む）光学的に透明なカバーを、上記凹部領域を覆うように配置できる。上記光学的に透明なカバーは、上記基板の上記本体を密閉することによって、上記半導体デバイス（ＬＥＤ、並びにマイクロコントローラユニット及びドライバユニットを含むサポート用チップ）を環境から保護できる。

以下の「発明を実施するための形態」は、添付の図面と併せて、本発明の性質及び利点の更なる理解を提供する。

図１は、本発明のある実施形態によるＬＥＤパッケージのための基板の簡略側面図である。 図２は、本発明のある実施形態によるエミッタの簡略上面図である。 図３は、本発明のある実施形態による９ＬＥＤ構成のための上側結合パッドの更なる詳細を示す。 図４は、本発明のある実施形態による上側結合パッドの別の配置を示す。 図５は、本発明のある実施形態による上側結合パッドの別の配置を示す。 図６は、本発明のある実施形態によるエミッタの簡略断面図である。 図７Ａ〜図７Ｃは、本発明のある実施形態によるプラスチックカバーの例を示す。 図８は、本発明のある実施形態による照明デバイスの簡略断面図である。 図９は、本発明の別の実施形態によるエミッタの簡略上面図である。 図１０は、本発明の別の実施形態による上側結合パッドの別の構成を示す。 図１１は、本発明の別の実施形態によるエミッタの簡略概略図を示す。

図１は、本発明のある実施形態によるＬＥＤパッケージのための基板１００の簡略側面図である。基板１００は、一連のセラミック材料（例えばアルミナ又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ））の層１０１〜１０５として形成される。層１０１〜１０５は、熱膨張及び熱応力を制御するために最適化できる、異なる厚さを有する。例えば合計厚さ１．０５ｍｍのために、層１０１、１０２はそれぞれ０．１５ミリメートル（ｍｍ）とすることができ、層１０３は０．１０ｍｍとすることができ、層１０４は０．５０ｍｍとすることができ、層１０５は０．１５ｍｍとすることができる。

上層１０４、１０５は、１つ又は複数のＬＥＤ（図示せず）をその中に配置できる凹部（又は凹部領域）１１０を画定する。一実施形態では、凹部１１０は切頂円錐形であり、側壁１１１は円形であり、例えば垂直軸に対して約２０°の角度で内向きに傾斜している。凹部１１０の側壁１１１は、デバイスの光出力を増加させるために、反射性材料（例えば銀）でコーティングできる。

上層１０５は円形開口を提供でき、これにより光が凹部１１０から出てゆくことができる。この実施形態では、層１０５の縁部は、凹部１１０の周縁部において層１０４の縁部から離間して配置され、これにより、一次レンズをその上に配置できるリッジ１１２が形成される。

層１０１〜１０３は、パッケージのための基部を提供する。パターン形成済み金属層１１４は、凹部１１０内の最上基層１０３上に堆積される。パターン形成済み金属層１１４は、凹部１１０内に配置されるＬＥＤ及びサポート用回路構成への電気的接触のための様々な結合パッド（例えばパッド１２０）を提供する。（これらは複数の基層のうちの最上部のものの上にあるため、本明細書では「上側（ｔｏｐ‐ｓｉｄｅ）」結合パッドと呼ばれる。）具体例を以下に説明するが、本発明は、結合パッド又は金属層１１４のいずれの特定の構成に限定されないことを理解されたい。

外部電気的接点１１６は、基板１００の上面上の周縁部付近に設けられる。いくつかの実施形態では、外部電気的接点１１６の一部又は全ては、基板１００の周縁部に形成でき、また、基板１００（又はその一部分）の厚さ全体に沿って垂直に延在する金属コーティングを含むことができる。基板１００の頂部及び／又は周縁部上に、いずれの個数の外部電気的接点１１６を設けることができる。パターン形成済み金属層１１４の各上側結合パッド（例えばパッド１２０）は、例えば複数のセラミック層の間に配置された金属ライン及び上記セラミック層を貫通する金属ビアを用いて、外部電気的接点１１６のうちの１つ（又は複数）に接続できる。例示として、図１は、層間金属ライン１２２、１２４及びビア１２６、１２８、１３２によって外部接点１１６に接続された上側結合パッド１２０を示す。いずれの構成の接続を使用してよく、また基層の数は、上記接続を収容できるように増減させることができる。更に、いくつかの実施形態では、上側結合パッド（例えばパッド１２０）のうちのいくつかを、外部電気的接点１１６に接続しない層間金属ライン及びビアによって、互いに接続できる。いくつかの実施形態では、上記電気的接続は、異なる複数のＬＥＤ又はＬＥＤのグループに電力を別個に供給できるように配設される。いくつかの実施形態では、外部接点は、上記上面に加えて、又は上記上面の代わりに、基板１００の底面及び／又は側面に配置してもよい。

以下に記載するように、コントローラ／ドライバチップも、凹部１１０内に、例えばＬＥＤに隣接して配置できる。いくつかの実施形態では、外部電気的接点１１６は、電力を供給するために、内部電気的経路（例えば上述のような金属ライン及びビア）を介して上記コントローラ／ドライバチップに接続でき、また更なる内部電気的経路（例えば追加の金属ライン及びビア）は、コントローラ／ドライバチップからＬＥＤへと動作電流を供給できる。上記電気的接続が、異なる複数のＬＥＤ又はＬＥＤのグループに電力を別個に供給できるように配設される場合、上記コントローラ／ドライバチップは、独立してアドレス指定可能なＬＥＤ又はＬＥＤのグループそれぞれに対して別個に動作電流を供給するように接続できる。いくつかの実施形態では、制御論理及びドライバ回路構成の両方を含む単一のサポート用チップの代わりに、２つ以上のサポート用チップを使用でき、ここで各サポート用チップは、ＬＥＤの動作をサポートする制御論理及び／又はドライバ回路構成の少なくとも一部を実装する。

金属プレート１３０を、下層１０１の底面上に配置できる。金属層１３０は、いくつかの実施形態では有利には円形であり、かつ可能な限り大きいものであるが、これはヒートシンクを取り付けるための金属表面を提供する。金属プレート１３０は、基板１００上、基板１００内、及び／又は基板１００の下に存在し得る上記様々な電気的経路及びパッドから電気的に絶縁できる。

上述のように、基板１００は、いずれの個数及び配置の、ＬＥＤ及び１つ又は複数のサポート用チップを支持するために使用できる。図２は、本発明のある実施形態によるエミッタ２００の簡略上面図である。エミッタ２００は、上述の基板１００と概ね同様であってよい基板２０１を含むことができる。基板２０１は、上述の接点１１６と同様であってよい外部電気的接点２１６を提供できる。

基板２０１は凹部領域２２０を含むことができ、その中には、９個のＬＥＤ２０２ａ〜ｃ、２０３ａ〜ｃ、２０４ａ〜ｃと、サポート用チップの一例であるコントローラ／ドライバ（「Ｃ／Ｄ」）チップ２１０が配置される。９個のＬＥＤが図示されているが、ＬＥＤの個数を変更できることは明らかになるだろう。

本記載では、用語「ＬＥＤ」は、電流に応答して光を生成する半導体デバイスを指すために使用される。いくつかの例では、生成された光の波長を変移させるために、上記デバイスを燐光体又は同様の材料でコーティングしてよい。しかしながら、ＬＥＤそれ自体は、カプセル化されておらず、又は環境から保護されていない。このような保護は、エミッタ基板と、その上に存在する光学構造体とを含む、本明細書に記載のパッケージ構造体によって提供される。

ＬＥＤ２０２、２０３、２０４は、動作電流を供給するために、複数の電気的パッド２２２（そのうちのいくつかのみが図示されている）に接続できる。フリップチップ及び／又はワイヤ結合を用いて、上記接続を作製できる。この例では、ＬＥＤ２０２ａ〜ｃは、緑白色光を生成する緑白色（ｇｒｅｅｎｉｓｈ ｗｈｉｔｅ：ＧＷ）ＬＥＤである。ＬＥＤ２０３ａ〜ｃは、青白色光を生成する青白色（ｂｌｕｉｓｈ ｗｈｉｔｅ：ＢＷ）ＬＥＤであり、またＬＥＤ２０４ａ〜ｃは、赤色光を生成する赤色ＬＥＤである。上述のような金属経路及びビアを用いて、ＬＥＤ２０２ａ〜ｃを直列に電気的に接続でき、ＬＥＤ２０３ａ〜ｃを直列に電気的に接続でき、またＬＥＤ２０４ａ〜ｃを直列に電気的に接続できる。このようにして、ＬＥＤの、３つの独立してアドレス指定可能なグループを提供できる。各グループに供給される相対電流を調整することによって、エミッタ２００が生成する光の色を、所望の色へと調整できる。

コントローラ／ドライバチップ２１０は、複数の外部電気的接点を有する半導体集積回路チップ（剥き出しのダイ又はバンプ付きダイ）とすることができる。いくつかの実施形態では、コントローラ／ドライバチップ２１０は、電力、接地及び制御入力信号用の入力接触パッドと、ＬＥＤ２０２、２０３、２０４に動作電流を送達するための出力接触パッド（例えばグループあたり１つの出力パッド；全てのグループは１つの共通の接地パッドに連結される）とを含むことができる。コントローラ／ドライバチップ２１０は、制御入力信号に基づいて動作電流を決定するための制御論理、及び電流生成（ドライバ回路）を組み込むことができる。いくつかの実施形態では、コントローラ／ドライバチップ２１０は、２０１４年４月３日出願の米国特許出願第１４／２４４７８７号（米国特許出願公開第２０１４／０３００２８３号として公開；その開示は参照によって本出願に援用される）に記載されているものと同様の制御論理及びアルゴリズムを実装できる。コントローラ／ドライバチップ２１０の具体的設計及び動作は、本発明の理解には重要でなく、詳細な説明は省略する。本出願の目的に関しては、コントローラ／ドライバチップ２１０を、様々な別個の電気的接触領域（例えば結合パッド又はバンプ）が１つ又は複数の表面上に配置された、梱包されていない（剥き出しのダイ又はバンプ付きダイ）半導体チップとして提供できることが理解されれば十分である。これらの接触領域は、凹部領域２２０の上面上の結合パッドに（例えばフリップチップ結合技法を用いて）電気的に接続でき、これによって、外部入力信号（例えば外部電気的接点２１６を介して外側エミッタ２００から受信した信号）とＬＥＤ２０２、２０３、２０４との間にコントローラ／ドライバチップ２１０を電気的に接続し、コントローラ／ドライバチップ２１０が、上記外部入力信号に応答して、第１の動作電流をＬＥＤ２０２に、第２の動作電流をＬＥＤ２０３に、そして第３の動作電流をＬＥＤ２０４に供給できるようにする。これら３つの動作電流は、光を所望の色に調整するために、独立して調整できる。

図示されている例では、コントローラ／ドライバチップ２１０は凹部領域２２０の周縁に位置決めされる。これにより、ＬＥＤを配置するために利用可能な領域への影響を最小としたまま、電気的接続を促進できる。更に、凹部領域２２０内にコントローラ／ドライバチップ２１０を配置することにより、環境からのコントローラ／ドライバチップ２１０の保護を促進できる。例えば以下に記載するように、凹部領域２２０は、一次レンズ等の光学構造体で被覆でき、上記光学構造体は、凹部領域２２０全体を所定の位置で密閉でき、これによってＬＥＤ２０２、２０３、２０４及びコントローラ／ドライバチップ２１０を環境から保護する。

エミッタ２００は例示的なものであること、並びに変形及び修正が可能であることが理解されるだろう。例えば、ＬＥＤの個数、及び／又はＬＥＤの独立してアドレス指定可能なグループの個数は、必要に応じて変更できる。よって、ＬＥＤの２つのグループ、３つのグループ又はより多くのグループ（例えば５つ若しくは７つのグループ）が存在でき、各グループは、１つ以上のＬＥＤ、２つ以上のＬＥＤ、又はいずれの個数のＬＥＤを含むことができる。各グループ内のＬＥＤの個数は、必要に応じて同一であっても異なっていてもよい。異なるグループにおけるＬＥＤのタイプ及び色も変更できる。コントローラ／ドライバチップのサイズ、形状、位置も変更でき、例えば凹部領域２２０内のあらゆる場所に、又は凹部領域２２０の外側ではあるものの基板２０１の上に、コントローラ／ドライバチップ２１０を配置する。更に、単一のコントローラ／ドライバチップではなく、複数のサポート用チップ（例えば別個のコントローラ及びドライバユニット）を使用でき、例を以下に記載する。

図３は、本発明のある実施形態による９ＬＥＤ構成のための上側結合パッドの更なる詳細を示す。基板２１０は、上述のものとすることができる。図３に示されているのは、結合パッド３１０ａ〜ｉ、３１２ａ〜ｉ、３１４ａ〜ｈである。結合パッド３１０ａ〜ｉは、１つのＬＥＤを各結合パッド上に直接設置できるようにサイズ設定及び位置決めできる。いくつかの実施形態では、結合パッド３１０ａ〜ｉは、放熱を促進するために、全体サイズ、及び結合パッド間の電気的絶縁を維持する必要性に関する制約を考慮して、可能な限り大型に作製される。結合パッド３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｄ、３１２ｆ、３１２ｈ、３１２ｉは、様々なＬＥＤからのワイヤ結合を取り付けるために使用できる、比較的小型のパッドとすることができる。これらの態様は、米国特許第８３８４０９７号（その開示は参照によってその全体が本出願に援用される）に記載の実施形態と同様とすることができる。

結合パッド３１４ａ〜ｈは、上述のコントローラ／ドライバチップ２１０に接続するよう設けることができる。この例では、２列に配設された８つのパッドを使用するが、パッドの個数及び配置は変更できることを理解されたい。更にこの例では、コントローラ／ドライバチップ２１０をパッド３１４ａ〜ｈにフリップチップ結合できると仮定している。他の実施形態では、ワイヤ結合を用いてよく、結合パッド３１４ａ〜ｈは、ワイヤ結合を容易にするために異なる配置としてよい。このようにして、コントローラ／ドライバチップをＬＥＤと共に凹部領域に収容できる。

結合パッド３１４のうちのいくつかは、例えば図１を参照して上述したような層間金属経路及びビアを用いて、ＬＥＤ結合パッド３１０、３１２に接続できる。結合パッド３１４のうちの他のものは、更なる層間金属経路及びビアを用いて、外部電気的接点２１６に接続できる。よって動作時、コントローラ／ドライバチップ２１０は、外部電気的接点２１６を介して電力及び制御信号を受信でき、また上記制御信号に応答して、動作電流をＬＥＤに送達できる。

図４は、本発明のある実施形態による上側結合パッドの別の配置を示す。基板４００は、上述の基板と同様のものとすることができる。この例では、７つのＬＥＤ結合パッド４１０及び７つの周縁結合パッド４１２を設けることができる。各ＬＥＤは異なる色とすることができ、また動作電流を独立して供給されることができる。（この例における「グループ」は、ＬＥＤを１つだけ含む。）結合パッド４１４は、上述のコントローラ／ドライバチップ２１０と同様のコントローラ／ドライバチップを収容するように設けることができる。ここでもまた、図示されている構成はフリップチップ結合のために使用でき、代替構成によってワイヤ結合をサポートできる。

図５は、本発明のある実施形態による上側結合パッドの更に別の配置を示す。基板５００は、上述の基板と同様のものとすることができる。この例では、１２個のＬＥＤ結合パッド５１０ａ〜ｌ及び１２個の周縁結合パッド５１２ａ〜ｌを設けることができる。結合パッド５１４は、上述のコントローラ／ドライバチップ２１０と同様のコントローラ／ドライバチップを収容するように設けることができる。ここでもまた、図示されている構成はフリップチップ結合のために使用でき、代替構成によってワイヤ結合をサポートできる。

パッドの配置は例示的なものであること、並びに変形及び修正が可能であることを、当業者であれば理解するだろう。コントローラ／ドライバチップのために設けられる結合パッドの個数は、コントローラ／ドライバチップの特定の構成、送達される出力電流の数、電力及び制御信号の供給に使用される入力パッドの個数に左右され得る。更に、以下に記載するように、いくつかの実施形態では、コントローラ／ドライバチップを２つ（以上）のサポート用チップに置換して、制御論理及び動作電流を供給できる。

内部金属経路及びビアを有する多層セラミック基板は、例えば上で参照した米国特許第８３８４０９７号に記載されているような公知の方法を用いて形成できる。基板の製作後、ＬＥＤを適切な結合パッドにフリップチップ結合及び／又はワイヤ結合でき、またコントローラ／ドライバチップ（又は複数のサポート用チップ）も、適切な結合パッドにフリップチップ結合及び／又はワイヤ結合できる。その後、凹部領域を、光学的に透明な接着材料で充填して、光学的に透明なカバーで被覆できる。この光学的に透明なカバーは、フラットトップカバー、球面若しくは非球面一次レンズ、又は色混合ロッドを含む様々な形態とすることができる。上記カバーは、光が出てゆくことができるようにして所望の光学特性を提供することに加えて、凹部領域内に配置された（ＬＥＤ及び１つ又は複数のサポート用チップを含む）半導体デバイスに、環境からの保護を提供できる。

図６は、本発明のある実施形態によるエミッタ６００の簡略断面図を示す。エミッタ６００は基板６０２（これは上述の基板のいずれと同様のものとすることができる）を含み、その上にはＬＥＤ６０４及び（例えば上述のような）コントローラ／ドライバチップ６０６が配置される。凹部領域６１０は、接着材料であってよい光学的に透明な材料で充填して、一次レンズ６１２をかぶせることができる。外部電気的接点６１４は露出しているが、ＬＥＤ６０４及びコントローラ／ドライバチップ６０６は、一次レンズ６１２で基板６０２を密閉することによって、環境から密閉できる。上述のように、一次レンズ６１２は、平坦な光学的に透明なカバー又は色混合ロッド等の他の構造体に置換できる。更に、ＬＥＤ及び外部接点の個数及び配置、並びにコントローラ／ドライバチップの位置は、必要に応じて修正できる。

いくつかの実施形態では、エミッタ６００を覆うようにプラスチックカバーを配置することによって、外部接点（例えば図６の接点６１４）への電気的接続を容易にすることができ、またエミッタ基板に更なる保護を提供できる。図７Ａ〜７Ｃは、本発明のある実施形態によるカバー７００の例を示す。図６のエミッタ６００を被覆し、更にヒートシンク７５０に取り付けられるカバー７００の、図７Ａは簡略上面図であり、図７Ｂは簡略底面図であり、図７Ｃは簡略断面図である。

プラスチック又は他の電気絶縁性材料で作製できるカバー７００は、円形とすることができ、エミッタ６００の基板６０２の側部を被覆するよう延在する周縁側壁７０２（図７Ｃに示す）を有することができる。カバー７００はまた、中央開口７０４を有することができ、一次レンズ６１２はこの中央開口７０４を通って延在する。（なお、中央開口７０４は、エミッタ６００の上面が平坦である場合であっても設けることができ、これによってＬＥＤからの光がカバー７００を通過できるようになる。）整列及び設置用孔７１０を設けることによって、ヒートシンク７５０（図７Ｃに示す）等の別の構造体へのカバー７００の接続を容易にすることができる。いくつかの実施形態では、孔７１０は、エミッタ６００の周縁部の外側となるように配設できる。例えばカバー７００の上面から上向きに延在する、更なる整列用構造体７２０を設けることもできる。

図７Ｂに示すように、カバー７００の下側は、金属リード７３０を保持できる。金属リード７３０は、カバー７００の周縁の外部嵌合器具７３１（又は単一のマルチピンコネクタ）に接続して、外部電気的接点を提供できる。金属リード７３０の内側端部は、例えば図７Ｃに示すように下向きに屈曲して、エミッタ６００の外部電気的接点６１４とのばね力接触を提供できる。カバー７００が、エミッタ６００を覆うように所定の位置に固定されている場合、外部電気的接点６１４との接触により、金属リード７３０は上向きに偏向され、ばね力が、金属リード７３０を、電気的接点６１４と接触下状態に維持する。

いくつかの実施形態では、エミッタ６００は、図７Ｃに示すヒートシンク７５０等のヒートシンクに直接接続できる。図１を参照して上述したように、基板６０２の底面は、熱伝達を促進するためにその上に配置された金属プレートを有することができる。ヒートシンク７５０へのエミッタ６００の固定は、カバー７００の設置及び整列用孔７１０を通るねじ７５２又は他の締結器具を用いて達成できる。熱伝導性接着剤、はんだ等も、エミッタ６００をヒートシンク７５０に固定するために使用でき、この場合ねじ７５２は、カバー７００を所定の位置に固定するために依然として使用できる。動作中、熱は、基板６０２の熱伝導性材料（例えばセラミック及び金属）を通して、ＬＥＤ及びサポート用チップから出てヒートシンク７５０へと交換され、ヒートシンク７５０がこの熱を放散する。いくつかの実施形態では、ＬＥＤ及びサポート用チップからの熱伝達を促進するために、結合パッドを可能な限り大型に作製できる（利用可能な領域、及び隣接する結合パッド間の電気的絶縁の必要に関する制約は受ける）。

カバー７００は例示的なものであること、並びに変形及び修正が可能であることが理解されるだろう。特定のサイズ及び形状、並びにいずれの整列及び設置用構造体は、必要に応じて変更できる。金属リード及び外部嵌合器具（又はコネクタ）の個数及び配置も修正できる。

図８は、本発明のある実施形態による照明デバイス組立体８００の簡略断面図を示す。組立体８００は、エミッタ６００、カバー７００、ヒートシンク７５０を含み、二次レンズ８１０が更に追加される。二次レンズ８１０は例えば、出力光の更なる色混合及び成形を提供する、内部全反射（ｔｏｔａｌ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：ＴＩＲ）レンズとすることができる。いくつかの実施形態では、整列用構造体７２０を用いて、二次レンズ８１０を保持して整列させることができる。他の二次光学素子で二次レンズ８１０を置換できる。例えば放物面反射鏡等を、ＴＩＲレンズに加えて、又はＴＩＲレンズの代わりに使用できる。別の例は、従来の白熱電球の光出力パターンを模倣するために、比較的広い角度（例えば３６０°に達する）にわたって光を分散させる、「バルブ（ｂｕｌｂ）」レンズとすることができる。一次光学素子（例えばレンズ６１２又は代替構造体）と二次光学素子（例えばレンズ８１０又は代替構造体）との異なる組み合わせを使用できる。例えば球面又は非球面一次レンズ（例えばレンズ６１２）を、反射鏡又はＴＩＲレンズ（例えばレンズ８１０）と組み合わせて使用して、指向性の光を提供できる。別の例としては、一次レンズ６１２を色混合ロッドと置換でき、その一方でＴＩＲレンズ８１０又は反射鏡を二次光学素子として使用する。更に別の例としては、一次レンズ６１２を色混合ロッドと置換でき、ＴＩＲレンズ８１０を二次バルブレンズ等と置換して、広い角度にわたって光を分散させることができる。

図７Ｃ、８に示す実施形態では、必要な外部電気的接続は、独立してアドレス指定可能なＬＥＤグループの個数にかかわらず、電力及び制御信号用のもののみであることに留意されたい。これにより、照明器具へのエミッタ６００又は組立体８００の組み込みを単純化できる。

上述の実施形態では一般に、単一のサポート用チップが、電流生成器（又はドライバ）回路構成と、ドライバ回路構成を制御するための制御論理との両方を含むことが仮定される。他の実施形態では、ドライバ回路構成及び制御論理は、別個のサポート用チップを用いて実装でき、上記別個のサポート用チップは両方共、基板の凹部領域内、従ってエミッタの内部に配置できる。

図９は、本発明のある実施形態によるエミッタ９００の簡略上面図を示し、これはマイクロコントローラユニット及びドライバユニットを、別個の半導体集積回路チップとして提供する。エミッタ９００は、上述のエミッタ２００と同様のものとすることができる。例えばエミッタ９００は、上述の基板１００と概ね同様のものとすることができる基板９０１を含むことができる。基板９０１は、上述の接点１１６と同様のものとすることができる外部電気的接点９１６を提供できる。

基板９０１は凹部領域９２０を含むことができ、凹部領域９２０内には、９つのＬＥＤ９０２ａ〜ｃ、９０３ａ〜ｃ、９０４ａ〜ｃと、２つのサポート用チップ：マイクロコントローラユニット（「ＭＣＵ」）９１０及びドライバチップ（又はドライバユニット）９１２とが配置される。

ＬＥＤ９０２、９０３、９０４は、動作電流を供給するために、電気的パッド９２２（そのうちのいくつかのみが示されている）に接続できる。フリップチップ及び／又はワイヤ結合を用いて、接続を作製できる。この例では、図２のエミッタ２００と同様、ＬＥＤ９０２ａ〜ｃは、緑白色の光を生成する緑白色（ＧＷ）ＬＥＤである。ＬＥＤ９０３ａ〜ｃは、青白色光を生成する青白色（ＢＷ）ＬＥＤであり、またＬＥＤ９０４ａ〜ｃは、赤色光を生成する赤色ＬＥＤである。上述のような金属経路及びビアを用いて、ＬＥＤ９０２ａ〜ｃを直列に電気的に接続でき、ＬＥＤ９０３ａ〜ｃを直列に電気的に接続でき、またＬＥＤ９０４ａ〜ｃを直列に電気的に接続できる。このようにして、ＬＥＤの、３つの独立してアドレス指定可能なグループを提供できる。各グループに供給される相対電流を調整することによって、エミッタ９００が生成する光の色を、所望の色へと調整できる。

ＭＣＵ９１０は、複数の外部電気的接点を有する半導体集積回路チップ（剥き出しのダイ又はバンプ付きダイ）とすることができる。いくつかの実施形態では、ＭＣＵ９１０は、電力、接地及び１つ又は複数の入力制御信号（例えば外部エミッタ９００から受信した制御信号）用の入力接触パッドと、ドライバチップ９１２にドライバ制御信号を提供するための出力接触パッドとを含むことができる。ＭＣＵ９１０は、１つ又は複数の入力制御信号に基づいて、ＬＥＤの独立してアドレス指定可能なグループそれぞれのための所望の動作電流を決定するため、及び上記所望の動作電流に基づいてドライバ制御信号を生成するための、制御論理を組み込むことができる。いくつかの実施形態では、ＭＣＵ９１０は、上で参照した米国特許出願第１４／２４４７８７号に記載されているものと同様の制御論理及びアルゴリズムを実装できる。

ドライバチップ９１２は、複数の外部電気的接点を有する別の半導体集積回路チップ（剥き出しのダイ又はバンプ付きダイ）とすることができる。いくつかの実施形態では、ドライバチップ９１２は、ＭＣＵ９１０からドライバ制御信号を受信するための入力接触パッドと、ＬＥＤの各グループ９０２、９０３、９０４に別個の駆動電流を提供するための出力接触パッドとを含むことができる。例えば、グループあたり１個の出力パッドが存在してよく、全てのグループは１つの共通の接地パッドに連結される。ドライバチップ９１２は、ＭＣＵ９１０から受信した制御信号に基づいて、ＬＥＤの各グループのための動作電流を別個に生成するための、電流生成回路構成を組み込むことができる。いくつかの実施形態では、ドライバチップ９１２は、上で参照した米国特許出願第１４／２４４７８７号に記載されているものと同様の制御論理及びアルゴリズムを実装できる。

ＭＣＵ９１０及びドライバチップ９１２の具体的設計及び動作は、本発明の理解には重要でなく、詳細な説明は省略する。本出願の目的に関しては、ＭＣＵ９１０及びドライバチップ９１２をそれぞれ、様々な別個の電気的接触領域（例えば結合パッド又はバンプ）が１つ又は複数の表面上に配置された、梱包されていない（剥き出しのダイ又はバンプ付きダイ）半導体チップとして提供できることが理解されれば十分である。これらの接触領域は、凹部領域９２０の上面上の結合パッドに電気的に接続でき、これによって、外部入力信号（例えば外部電気的接点９１６を介して受信した信号）とドライバチップ９１２との間にＭＣＵ９１０を電気的に接続し、更にＭＣＵ９１０とＬＥＤ９０２、９０３、９０４との間にドライバチップ９１２を電気的に接続し、ＭＣＵ９１０が、上記外部入力信号に応答してドライバチップ９１２を制御して、第１の動作電流をＬＥＤ９０２に、第２の動作電流をＬＥＤ９０３に、そして第３の動作電流をＬＥＤ９０４に供給できるようにする。これら３つの動作電流は、光を所望の色に調整するために、独立して調整できる。

図示されている例では、ＭＣＵ９１０及びドライバチップ９１２は凹部領域９２０の周縁に位置決めされる。これにより、ＬＥＤを配置するために利用可能な領域への影響を最小としたまま、電気的接続を促進できる。更に図１を参照すると、上層１０４の下に位置する最上基層１０３の一部を、金属トレースでパターン形成することによって、ＭＣＵ９１０及びドライバチップ９１２を接続できる。凹部領域９２０内にＭＣＵ９１０及びドライバチップ９１２を配置することにより、環境からのＭＣＵ９１０及びドライバチップ９１２の保護を促進できる。例えば上述のように、凹部領域９２０は、一次レンズ等の光学構造体で被覆でき、上記光学構造体は、凹部領域９２０全体を所定の位置で密閉でき、これによってＬＥＤ９０２、９０３、９０４、ＭＣＵ９１０及びドライバチップ９１２を環境から保護する。

エミッタ９００は例示的なものであること、並びに変形及び修正が可能であることが理解されるだろう。例えば、ＬＥＤの個数、及び／又はＬＥＤの独立してアドレス指定可能なグループの個数は、必要に応じて変更できる。よって、ＬＥＤの２つのグループ、３つのグループ又はより多くのグループ（例えば５つ若しくは７つのグループ）が存在でき、各グループは、１つ以上のＬＥＤ、２つ以上のＬＥＤ、又はいずれの個数のＬＥＤを含むことができる。各グループ内のＬＥＤの個数は、必要に応じて同一であっても異なっていてもよい。異なるグループにおけるＬＥＤのタイプ及び色も変更できる。ＭＣＵ及びドライバチップのサイズ、形状、位置も変更できる。例えば凹部領域９２０内のあらゆる場所に、又は凹部領域９２０の外側ではあるものの基板９０１の上に、ＭＣＵ９１０又はドライバチップ９１２のうちの一方又は両方を配置できる。ＭＣＵ９１０とドライバチップ９１２との間には、特定の物理的近接性又は距離は不要である。更にいくつかの実施形態では、単一のＭＣＵによって制御される複数のドライバチップが存在してよい。例えば１つのドライブチップを、４つまでの独立して制御可能な出力電流を提供するように設計してよく、５つ以上のグループが存在する場合は１つ又は複数の追加のドライバチップを使用できる（又はより多数の出力電流を有する単一のドライバチップを使用できる）。独立して制御可能な出力電流はそれぞれ、ドライバチップの「チャネル（ｃｈａｎｎｅｌ）」と呼ばれる場合がある。

図１０は、マイクロコントローラユニット及びドライバユニット（又はドライバチップ）を別個の半導体デバイスとして提供する、本発明のある実施形態による上側結合パッドの別の配置を示す。上述の実施形態と同様、マイクロコントローラユニット及びドライバはそれぞれ、ＬＥＤが配置されているセラミック基板と同一のセラミック基板上に配置できる、剥き出しのダイ又はバンプ付きダイとして設けることができる。

基板１０００は、上述の基板と同様のものとすることができる。この例では、１２個のＬＥＤ結合パッド１０１０ａ〜ｌ及び１２個の周縁結合パッド１０１２ａ〜ｌを設けることができる。結合パッド１０１４は、上述のＭＣＵ９１０と同様のマイクロコントローラユニットを収容するように設けることができ、また結合パッド１０１８は、上述のドライバチップ９１２と同様のドライバチップを収容するように設けることができる。ここでもまた、図示されている構成はフリップチップ結合のために使用でき、代替構成によってワイヤ結合をサポートできる。更に、結合パッド１０１４及び／又は結合パッド１０１８の個数及び配置を、ある特定のチップに関して修正できる。

図１１は、マイクロコントローラユニット及びドライバユニットを別個のサポート用チップとして提供する、本発明のある実施形態によるエミッタ１１００の簡略概略図を示す。エミッタ１１００は、それぞれ直列に接続された、ＬＥＤの３つのグループ１１０２、１１０３、１１０４を含む。いずれの個数のＬＥＤのグループを使用できること、各グループはいずれの個数の別個のＬＥＤのチップを含むことができること、及び異なる複数のグループは、必要に応じて同一の個数又は異なる個数のＬＥＤチップを含むことができることを理解されたい。異なるグループ内のＬＥＤは、例えば上述のような、異なる色特性を有することができる。過渡電圧抑制ダイオード１１０６、１１０７、１１０８を、当該技術分野において公知であるような電気的保護のために設けることができる。

エミッタ１１００は、上述のＭＣＵ９１０と同様のものとすることができるマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）１１１０、及び上述のドライバユニット９１２と同様のものとすることができるドライバユニット１１１２も含む。この例では、ＭＣＵ１１１０を動作入力信号経路１１１４に接続して、ここでは明度信号（Ｂｒ）及び色温度信号（ＣＣＴ）と呼ばれる制御入力を受信する。ＭＣＵ１１１０を更なる動作入力信号経路１１１４にも接続して、電力（ＰＷＲ）、接地（ＧＮＤ）及び動作電圧（Ｖｃｃ）を受承する。動作信号経路１１１４は、通常のデバイス動作中に外部接続を可能とするために、露出させることができる。例えば信号経路１１１４は、図９の実施形態の外部信号パッド９１６に接続でき、図７のカバー７００は、動作信号経路１１１４に対応する外部信号パッド９１６に接触するよう配設された金属リード７３０を含むことができる。

ＭＣＵ１１１０への更なる入力としては、較正／プログラミング信号経路１１１６が挙げられる。この例では、較正／プログラミング信号経路１１１６は、多数の入出力ピン（ＧＰＩＯ）と、プログラム信号ピン（ＰＧＭ）とを含む。これらのピンを用いて、較正及び試験動作中にプログラマブル読み取り専用メモリ（ＰＲＯＭ）１１１８をプログラムできる。例えば以下に記載するように、ＰＲＯＭ１１１８は、受信した明度（Ｂｒ）及び色温度（ＣＣＴ）信号と、ドライバユニット１１１２に送信されることになる制御信号との間のマッピングを記憶するようプログラムできる。所与のエミッタに関する特定のマッピングを、較正動作中に決定できる。較正の例について以下に記載する。

較正／プログラミング信号経路１１１６はまた、ＬＥＤの各グループに関する電圧経路（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３）も含むことができる。電圧経路Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は、較正中にＬＥＤに送達される電圧（又は電流）を供給又は監視するために使用できる。

較正／プログラミング信号経路１１１６は、ＰＲＯＭ１１１８の較正及びプログラミングの完了後に外部接続を可能とするために露出させることができるが、必ずしもそうでなくてもよい。例えば較正／プログラミング信号経路１１１６は、図９の実施形態の外部信号パッド９１６に接続できる。較正及びプログラミングは、カバー７００（上述）をエミッタ１１００に取り付ける前に行うことができ、カバー７００は、較正／プログラミング信号経路１１１６に接続するためのリードを提供する必要はない。

動作時、マイクロコントローラユニット１１１０は、動作信号経路１１１４を介して、外部制御入力、例えば明度信号（Ｂｒ）及び色温度信号（ＣＣＴ）を受信できる。例えばユーザは、エミッタ１１００を含むランプの設定を調整でき、明度信号（Ｂｒ）及び色温度信号（ＣＣＴ）を用いて、所望の設定をエミッタ１１００に通信できる。外部制御入力に基づいて、マイクロコントローラユニット１１１０は、各ＬＥＤグループ１１０２、１１０３、１１０４に関する所望の動作電流を（例えばＰＲＯＭ１１１８に記憶された較正データにアクセスすることによって）決定できる。上記所望の動作電流に基づいて、対応するドライバ制御信号を、エミッタ基板上及び／又はエミッタ基板内の金属経路を用いて実装できるドライバ制御信号経路（ｃｈ０、ｃｈ１、ｃｈ２）を介してドライバユニット１１１２に送信できる。ドライバユニット１１１２はまた、マイクロコントローラユニット１１１０から、電力、接地、動作電圧も受承できる。経路ｃｈ０、ｃｈ１、ｃｈ２上の上記ドライバ制御信号に基づいて、ドライバユニット１１１２は、ＬＥＤグループ１１０２、１１０３、１１０４に関する出力電流Ｉ０、Ｉ１、Ｉ２を生成できる。異なるドライバチャネル（ｃｈ０、ｃｈ１、ｃｈ２）に関する制御信号は、互いに独立したものとすることができ、出力電流Ｉ０、Ｉ１、Ｉ２もまた、互いに独立したものとすることができることを理解されたい。（通常動作中、経路Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３はアクティブではなく；いくつかの実施形態では、電圧又は電流は、経路Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を用いて、較正中に供給できる）。上述のように、上記所望の動作電流を決定及び生成するために使用される制御論理及びアルゴリズムは、上で参照した米国特許出願第１４／２４４７８７号に記載のものと同様のものとすることができる。

いくつかの実施形態では、マイクロコントローラユニット１１１０はまた、エミッタ上又はエミッタ内に配置されたセンサからの入力も受承でき、センサデータに基づいて動作電流を調整できる。例えば過熱を防止するために、ＬＥＤの温度を監視して、温度が高くなり過ぎた場合に動作電流を低減することが望ましい場合がある。また、ＬＥＤの異なる複数のグループに対する相対動作電流を、動作温度の変化に基づいて調整すること、例えば、動作温度の変化によって、異なるタイプのＬＥＤの効率が異なる影響を受ける場合に、発生し得る色の変移を補償することが望ましい場合もある。従ってマイクロコントローラユニット１１１０は温度センサ１１３０に接続でき、この温度センサ１１３０は、一般的な従来の設計のものとすることができ、エミッタ１１００のどこか、例えばＬＥＤ付近に配置できる。この接続は、エミッタ１１００の内部とすることができる。動作温度に基づいて相対電流を調整するための制御論理及びアルゴリズムの例は、上で参照した米国特許出願第１４／２４４７８７号に記載されている。

同様に、いくつかの実施形態では、エミッタ１１００が、環境光条件の変化に自動的に適合すること、及び／又は占有度の変化（例えばエミッタ１１００を含むランプが存在する部屋に出入りする人間）に応答することが望ましい場合がある。従ってマイクロコントローラユニット１１１０は環境センサ１１３２に接続でき、この環境センサ１１３２は、必要に応じてエミッタ１１００の外面内又は外面上に配置できる。環境センサ１１３２は例えば、環境光センサ又は占有度センサ（例えば運動検出器若しくは赤外線熱センサ等）とすることができ、このようなセンサは、一般的な従来の設計のものとすることができる。環境センサ１１３２への接続は、エミッタ１１００の内部とすることができる。

図１１の概略図は一例であること、並びに変形及び修正が可能であることを理解されたい。例えば、外部接続の個数は変更できる。制御回路構成とドライバ回路構成とが単一のチップに統合されている場合、制御回路とドライバ回路との間の信号経路は、上記チップの内部とすることができる。更に、ドライバチャネルの個数を、ＬＥＤグループの個数に一致するように修正できる。

上述のエミッタは例示的なものであり、変形及び修正が可能である。エミッタは、いずれの個数の独立してアドレス指定可能なグループ内に配設されたいずれの個数のＬＥＤを有することができる。「サポート用（ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ）」回路構成（例えばドライバ、電流源、上記ドライバを制御するための制御論理、記憶されたデータ等）は、単一の半導体チップに統合でき、又は２つ以上の半導体チップにわたって分散させることができ、またサポート用回路構成を実装したチップは全て、エミッタ内に配置できる。接続経路は必要に応じて修正できる。サポート用回路構成を提供するいずれの個数の半導体チップを有するエミッタを、図６〜８に示す物理的構成のいずれに組み込むことができることを理解されたい。

本明細書に記載の例では、全ての制御回路構成及び電流生成回路構成は、ＬＥＤと同一の基板上に、例えば凹部領域内に設置された、１つ又は複数のサポート用チップを用いて提供される。このような構成は、必要な外部電気的接続が少ないコンパクトエミッタを提供することに加えて、外部源からの高周波数パルス電流を使用してＬＥＤを動作させる場合に発生し得る電磁的干渉を低減又は排除することもできる。

上述のように、いくつかの実施形態では、製造プロセスの一部として、例えばカバー７００の取り付け前に、エミッタを較正できる。較正は、特定の出力色（例えば異なる色温度の白色光）を生成することになる電流の絶対又は相対値を決定するステップを含むことができる。較正データは、オンボードコントローラ／ドライバチップ又はマイクロコントローラユニットに統合できるプログラマブル読み取り専用メモリ（ＰＲＯＭ）（例えばマイクロコントローラユニット１１１０に統合されたＰＲＯＭ１１１８；図２のコントローラ／ドライバチップ２１０もＰＲＯＭを含むことができることを理解されたい）に記憶できる。よって全ての制御回路構成をエミッタの内部とすることができ、外部マイクロプロセッサ、メモリ又は電流生成器は全く必要ない。

いくつかの実施形態では、較正を実施することにより、複数のエミッタにわたって一貫した色品質を提供できる。上述のように、エミッタは、異なる色又は色品質（例えば図２の青白色、緑白色、赤色）を有するＬＥＤの異なるグループを組み込むことができる。各グループに関する相対電流を、エミッタ毎に適切に選択することにより、多数のエミッタを、単一のビンに調整できる（例えばこれによって、上記区分内の異なる複数のエミッタの色は、人間の目では区別できないか、又は略区別できなくなる）。例えば、あるビンは、色温度（ＣＣＴ）約２８００Ｋの暖色系白色光に対応してよく、別のビンは、ＣＣＴ約６０００Ｋの寒色系白色光であってよい。他のビンも定義できる。較正技法のいくつかの例は、米国特許第８５９８７９３号（その開示は参照によって本出願に援用される）に記載されている。更に、光の色（例えば色温度）が動作中に調整可能である場合、上記調整は、異なる複数の色設定に関する適切な相対動作電流を画定でき、これにより、異なる複数のエミッタが、同一の色設定の一貫した色の光を生成する。

較正は、例えばカバー７００の取り付け前に、試験台にエミッタ（例えば図６のエミッタ６００）を配置することによって実施できる。上記試験台は、電力及び較正制御ワイヤの、エミッタ６００の外部接点（例えば接点６１４）への一時的な接続を可能とする、電気的接点を提供できる。よって例えば、図１１のエミッタ１１００の信号経路１１１４、１１１６は全て、試験台内の外部ワイヤに接続できる。較正制御ワイヤ上の制御信号を用いて、１つ又は複数のサポート用チップに、動作電流の特定の分配をＬＥＤグループへ送達するよう命令でき、また上記試験台は、結果として得られる光の色を測定する分光計を含むことができる。測定された色と所望のビンとの間の差異に基づいて、上記電流分配を調整し、エミッタを標的ビンへと調整できる。ある標的ビンに関して所望の電流分配が決定されると、エミッタに送達される追加の制御信号は、例えば図１１に示すＧＰＩＯ及びＰＧＭ信号経路を用いて、上記標的ビンの光を生成する電流分配を画定するパラメータを、マイクロコントローラチップ（又はコントローラ／ドライバチップ）のＰＲＯＭにプログラムするために使用できる。制御可変色の光を提供するためにエミッタを使用できる用途に関しては、較正プロセスは、複数の標的ビンに関して反復でき、例えばＰＲＯＭは、特定の色又は色温度を、動作電流に関する特定のパラメータのセットに対してマッピングした、ルックアップテーブルを記憶でき、またコントローラチップは、上記ルックアップテーブル内のエントリ間で内挿を実施することによって、中間色又は色温度を生成できる。

いくつかの実施形態では、ＰＲＯＭの較正及びプログラミングは、マイクロコントローラチップ（又はコントローラ／ドライバチップ）の専用オンチップ「較正」入力パッドを用いて実施してよく、これは、通常の（較正後）動作中に制御信号を受信するために提供され得るいずれの入力パッドとは別個のものとすることができる。例えば、上記較正入力パッドは、図１１に示す信号経路１１１６に接続できる。通常動作中、外部源からの制御入力信号（例えば図１１に示すＢｒ及び／又はＣＣＴ信号経路を介して受信される信号）は、所望の色温度及び／又は明度を指示してよく、マイクロコントローラチップ（又はコントローラ／ドライバチップ）は、ＰＲＯＭ内に記憶されたパラメータを用いて、動作電流の適切な分配を決定できる。しかしながら較正中、上記パラメータはまだＰＲＯＭに記憶されておらず、従って電流分配を指定するため、及び／又はＰＲＯＭのプログラミングを指示するためには、異なる入力経路が望ましい場合がある。更にいくつかの実施形態では、ＰＲＯＭをプログラミングするためのオンチップ入力パッドは、（例えば図１１に示すような）制御信号入力パッドとは別個のものとすることができ、またマイクロコントローラチップ（又はコントローラ／ドライバチップ）は、（例えば高電圧パルスを生成することによって）ＰＲＯＭをプログラムするためのいずれの追加の回路構成を含む必要はない。よって、マイクロコントローラチップ（又はコントローラ／ドライバチップ）上に専用の較正入力パッドを設けると有用であり得る。

マイクロコントローラチップ（又はコントローラ／ドライバチップ）が専用のオンチップ較正入力パッドを提供する場合、エミッタ上の外部接点（例えば図６の接点６１４）は、上述のようなエミッタ本体の表面内及び／又は表面上の金属経路を介して、マイクロコントローラチップ（又はコントローラ／ドライバチップ）の上記オンチップ較正入力パッドに接続される、追加の「較正」接点を含むことができる。これらの較正接点を較正プロセス中に使用して、ある標的ビンの光を生成する電流分布を決定した後に、特定の電流分布を適用し、またＰＲＯＭをプログラムできる。

較正完了後、上記較正接点は不要となり、カバー７００は、上記較正接点に接続するいずれの金属リードを含む必要がなくなる。よって例えば、カバー７００は、信号経路１１１６ではなく、動作信号経路１１１４に接続するための金属リードを提供できる。カバー７００の電気的絶縁材料（例えばプラスチック）は、エミッタをランプ組立体内に設置する際に、上記較正接点との偶発的な電気的接触を防止できる。

いくつかの実施形態では、マイクロコントローラチップ（又はコントローラ／ドライバチップ）は、通常（較正後）デバイス動作中に使用されるものと同一の制御信号入力ピンを用いた、較正及びＰＲＯＭプログラミングをサポートしてよく、この場合、専用較正接点は不要となることを理解されたい。

従っていくつかの実施形態では、エミッタの通常（較正後）動作中に必要な外部接点は、電力接続（例えば２４及び／又は４８ボルト；いくつかの実施形態は二重の動作電圧をサポートしてよい）、並びに（例えば色を調整すること及び／又は明度を変更することによって）ランプの光出力を制御可能とする１つ又は複数の制御信号入力経路のみである。いくつかの実施形態では、通常動作中、別個の制御信号入力経路は必要ない場合がある。例えばマイクロコントローラチップ（若しくはコントローラ／ドライバチップ）は、電力経路を介して、若しくは無線データ通信インタフェースを介して（例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＺｉｇＢｅｅ若しくは他の標準的な無線データ通信プロトコルを用いて）、制御信号を受信できるものであってよく、又はエミッタが固定された色及び明度において動作できるものであってよく、この場合、制御信号は通常動作中に必要ない。制御信号入力経路が通常デバイス動作中に必要ない場合、動作信号経路の数を、電力及び接地のみに削減できる。

いくつかの実施形態では、マイクロコントローラチップ（又はコントローラ／ドライバチップ）は、温度補償、例えば相対動作電流を調整することによって、動作温度の関数としての異なる複数のＬＥＤの光出力の変動を考慮するための、制御論理を組み込むことができる。コントローラ／ドライバチップはエミッタの内部（ＬＥＤと同一の温度環境）にあるためコントローラ／ドライバチップは、動作温度を直接感知して、それに従って動作温度を補償でき、又は（図１１に示すように）追加の温度センサをエミッタ内に設けることができる。実装可能な温度補償機能性の例は、上で参照した米国特許出願第１４／２４４７８７号に記載されているが、他の技法も使用できることを理解されたい。

更に、本明細書に記載のエミッタは、削減されたコストで製造できる。例えば上述のように、エミッタ基板はヒートシンク上に直接設置でき、また、従来行われていたようにエミッタを金属コアプリント回路基板に最初に接続することなく、ランプ（例えば照明器具、電球等）に電気的に接続できる。外部電気的接続個数の削減によっても、ケーブル又はコネクタが不要となるため、製造コストを削減できる。

本発明を具体的実施形態に関して説明してきたが、当業者は、多数の修正が可能であることを認識するだろう。エミッタの特定の寸法；ＬＥＤの個数、タイプ、配置；ＬＥＤの独立してアドレス指定可能なグループの個数は、全て必要に応じて変更できる。例えばＬＥＤの２つのグループ、３つのグループ又は４つ以上のグループ（例えば５つのグループ若しくは７つのグループ）が存在してよい。ＬＥＤは、いずれの色のＬＥＤを含むことができ、色は、燐光体コーティングを用いて又は用いずに生成してよい。例えば、赤色ＬＥＤの代わりに、赤色の燐光体でコーティングされた青色ＬＥＤを用いることが望ましい場合がある。また、琥珀色の光を生成するＬＥＤ（例えば適切な燐光体でコーティングされた青色ＬＥＤ）を使用することが望ましい場合もある。１つ又は複数のサポート用チップへの電気的接続のサイズ、位置及び個数も、例えばＬＥＤの独立してアドレス指定可能なグループの個数に応じて変更できる。例えば、複数のドライバチップを用いてよく、ここで各ドライバチップは、ＬＥＤグループの異なる重複しないサブセットに動作電流を供給する。一次及び二次光学素子、プラスチックカバー、ヒートシンク並びに他の構造体も修正できる。

いくつかの実施形態では、ＰＲＯＭ（又は制御パラメータ等を記憶するための他のメモリデバイス）を、マイクロコントローラチップ（又はコントローラ／ドライバチップ）とは別個のチップに実装でき、ここでＰＲＯＭは、エミッタ基板上に配置され、また上述のようなエミッタ基板上又はエミッタ基板内の金属経路及びビアを用いて、マイクロコントローラチップ（又はコントローラ／ドライバチップ）に接続される。この場合、ＰＲＯＭをプログラミングするための専用外部接点を、上述の較正／プログラミング信号経路と同様に、エミッタ上に設けることができる。

よって、本発明を具体的実施形態に関して説明してきたが、本発明は、後続の請求項の範囲内のあらゆる修正形態及び均等物を包含することを意図したものであることが理解されるだろう。

Claims (24)

1. 基板であって：
   中に凹部領域が形成された本体；
   前記凹部領域内に配置された複数の結合パッドであって、前記複数の結合パッドは、複数のＬＥＤ結合パッド、及び複数のサポート用チップ結合パッドを含む、複数の結合パッド；
   前記凹部領域の外側に配置される、外部電力接点；
   少なくとも一部が前記基板の前記本体内に配置された、複数の電気的経路であって、前記電気的経路は、前記外部電力接点を、前記サポート用チップ結合パッドの少なくとも１つに接続し、また前記サポート用チップ結合パッドの第１のサブセットを、前記複数のＬＥＤ結合パッドに接続する、複数の電気的経路
   を有する、基板；
   前記凹部領域内に配置されて前記ＬＥＤ結合パッドに接続された、複数のＬＥＤ；
   前記凹部領域内に配置され、前記サポート用チップ結合パッドに接続された、コントローラ／ドライバチップであって、前記外部電力接点によって供給される電力を使用して複数のＬＥＤのうちの異なるものに対する異なる動作電流を生成するドライバ回路と、明度（Ｂｒ）及び／または色温度（ＣＣＴ）信号を含む外部制御信号に基づいて前記ＬＥＤのうちの前記異なるものに対する前記動作電流を決定し且つドライバ回路の動作を制御するための制御論理を実装する制御回路と、前記外部制御信号の複数の状態のそれぞれとドライバ回路によって生成される動作電流の対応する分布との間のマッピングを記憶するためのプログラマブル読み取り専用メモリと、を含む、前記コントローラ／ドライバチップ；並びに
   前記凹部領域を覆うように配置された、光学的に透明なカバー
   を備える、ＬＥＤエミッタ。
2. 前記電気的経路は、前記ＬＥＤを、複数の独立してアドレス指定可能なグループに接続し、各前記グループは、前記サポート用チップ結合パッドの第１のサブセットのうちの異なる１つを介して電流を受承するよう接続される、請求項１に記載のＬＥＤエミッタ。
3. 前記電気的経路は、前記ＬＥＤを、少なくとも３つの独立してアドレス指定可能なグループに接続し、各前記グループは、前記サポート用チップ結合パッドの第１のサブセットのうちの異なる１つを介して電流を受承するよう接続される、請求項１に記載のＬＥＤエミッタ。
4. 前記光学的に透明なカバーは、前記本体を密閉する、請求項１に記載のＬＥＤエミッタ。
5. 前記光学的に透明なカバーは、一次レンズを含む、請求項１に記載のＬＥＤエミッタ。
6. 前記光学的に透明なカバーは、色混合ロッドを含む、請求項１に記載のＬＥＤエミッタ。
7. 前記光学的に透明なカバーは、フラットトップ表面を含む、請求項１に記載のＬＥＤエミッタ。
8. 前記基板は、外部較正接点を備え、
   前記サポート用チップ結合パッドは、前記コントローラ／ドライバチップに較正制御信号を供給するために有用な第１の結合パッドを含み、
   前記外部較正接点は、前記電気的経路のうちの１つを介して前記第１の結合パッドに接続される、請求項１に記載のＬＥＤエミッタ。
9. 基板であって：
   中に凹部領域が形成された本体；
   前記凹部領域内に配置された複数の結合パッドであって、前記複数の結合パッドは、複数のＬＥＤ結合パッド、複数のマイクロコントローラユニット結合パッド、及び複数のドライバユニット結合パッドを含む、複数の結合パッド；
   前記凹部領域の外側に配置される、外部電力接点；
   少なくとも一部が前記基板の前記本体内に配置された、複数の電気的経路であって、前記電気的経路は、前記マイクロコントローラユニット結合パッドの第１のサブセットを、前記ドライバユニット結合パッドの第１のサブセットに結合し、前記外部電力接点を、前記ドライバユニット結合パッドの少なくとも１つに結合し、また前記ドライバユニット結合パッドの第２のサブセットを、前記複数のＬＥＤ結合パッドに接続する、複数の電気的経路
   を有する、基板；
   前記凹部領域内に配置されて前記ＬＥＤ結合パッドに接続された、複数のＬＥＤ；
   前記凹部領域内に配置されて前記マイクロコントローラユニット結合パッドに接続された、マイクロコントローラユニットであって、外部制御信号の複数の状態のそれぞれとドライバ回路によって生成される動作電流の対応する分布との間のマッピングを記憶するプログラマブル読み取り専用メモリを含み、さらに、明度（Ｂｒ）及び／または色温度（ＣＣＴ）信号を含む前記外部制御信号に基づいて前記動作電流を決定する制御論理を含む、前記マイクロコントローラユニット；
   前記凹部領域内に配置され、前記ドライバユニット結合パッドに接続されることによって、前記マイクロコントローラユニットから受信した内部制御信号に応答して前記ＬＥＤのうちの異なるものに異なる動作電流を送達するよう動作可能となる、ドライバユニット；
   前記凹部領域を覆うように配置された、光学的に透明なカバー
   を備える、ＬＥＤエミッタ。
10. 前記電気的経路は、前記ＬＥＤを、複数の独立してアドレス指定可能なグループに接続し、各前記グループは、前記ドライバユニット結合パッドのうちの異なる１つを介して電流を受承するよう接続される、請求項９に記載のＬＥＤエミッタ。
11. 前記電気的経路は、前記ＬＥＤを、少なくとも３つの独立してアドレス指定可能なグループに接続し、各前記グループは、前記ドライバユニット結合パッドのうちの異なる１つを介して電流を受承するよう接続される、請求項９に記載のＬＥＤエミッタ。
12. 前記光学的に透明なカバーは、前記本体を密閉する、請求項９に記載のＬＥＤエミッタ。
13. 前記光学的に透明なカバーは、一次レンズを含む、請求項９に記載のＬＥＤエミッタ。
14. 前記マイクロコントローラユニット結合パッドの前記第１のサブセットは、前記ＬＥＤを用いて生成される光の標的明度を示す入力信号を受信するための、少なくとも１つの結合パッドを含む、請求項９に記載のＬＥＤエミッタ。
15. 前記マイクロコントローラユニット結合パッドの前記第１のサブセットは、前記ＬＥＤを用いて生成される光の標的色温度を示す入力信号を受信するための、少なくとも１つの結合パッドを含む、請求項９に記載のＬＥＤエミッタ。
16. 前記マイクロコントローラユニット結合パッドの前記第２のサブセットは、ドライバ制御信号を前記マイクロコントローラユニットから前記ドライバユニットへ伝送するための複数のパッドを含み、
    前記ドライバユニットは、前記ドライバ制御信号に基づいて、前記動作電流を生成するよう構成される、請求項９に記載のＬＥＤエミッタ。
17. 前記マイクロコントローラユニット結合パッドは、さらに、前記プログラマブル読み取り専用メモリをプログラムするために、前記マイクロコントローラユニットの回路構成に接続された、少なくとも１つの結合パッドを含む、請求項１６に記載のＬＥＤエミッタ。
18. 前記マイクロコントローラユニット及び前記ドライバユニットは、フリップチップ結合によって、それぞれ前記マイクロコントローラユニット結合パッド及び前記ドライバユニット結合パッドに接続される、請求項９に記載のＬＥＤエミッタ。
19. 前記コントローラ／ドライバチップは、さらに、前記外部制御信号を受信し、及び、前記制御回路に前記外部制御信号を提供する無線通信インタフェースを含む、請求項１に記載のＬＥＤエミッタ。
20. 前記複数の結合パッドは、さらに、前記凹部領域の外側に配置された１つ以上の外部結合パッドを含み、
    前記複数の電気的経路は、さらに、前記１つ以上の外部結合パッドを前記サポート用チップ結合パッドの１つ以上に結合する１つ以上の経路を含み、
    前記コントローラ／ドライバチップの前記制御回路は前記１つ以上の外部結合パッドを介して前記外部制御信号を受信する、請求項１に記載のＬＥＤエミッタ。
21. 前記複数の結合パッドは、さらに、前記凹部領域の外側に配置された複数の較正入力パッドを含み、
    前記複数の電気的経路は、さらに、１つ以上の前記較正入力パッドを前記サポート用チップ結合パッドの１つ以上に結合する１つ以上の経路を含み、
    前記ドライバ回路は、さらに、前記プログラマブル読み取り専用メモリをプログラミングすることを含む較正動作中に前記較正入力パッドから受信した信号に応答して動作するように構成される、請求項１に記載のＬＥＤエミッタ。
22. 前記マイクロコントローラユニットは、さらに、前記外部制御信号を受信し、及び、前記制御論理に前記外部制御信号を提供する無線通信インタフェースを含む、請求項９に記載のＬＥＤエミッタ。
23. 前記複数の結合パッドは、さらに、前記凹部領域の外側に配置された１つ以上の外部結合パッドを含み、
    前記複数の電気的経路は、さらに、前記１つ以上の外部結合パッドを前記マイクロコントローラユニット結合パッドの１つ以上に結合する１つ以上の経路を含み、
    前記制御論理は前記１つ以上の外部結合パッドを介して前記外部制御信号を受信する、請求項９に記載のＬＥＤエミッタ。
24. 前記複数の結合パッドは、さらに、前記凹部領域の外側に配置された複数の較正入力パッドを含み、
    前記複数の電気的経路は、さらに、１つ以上の前記較正入力パッドを前記マイクロコントローラユニット結合パッドの１つ以上に結合する１つ以上の経路を含み、
    前記ドライバ回路は、さらに、前記プログラマブル読み取り専用メモリをプログラミングすることを含む較正動作中に前記較正入力パッドから受信した信号に応答して動作するように構成される、請求項９に記載のＬＥＤエミッタ。

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