(57)【要約】      （修正有）【課題】固体照明装置を特徴付けるためのシステム及び方法を提供する。【解決手段】発光ダイオード（ＬＥＤ）の様々なパラメータを測定するためのシステム及び方法であって、測定されたパラメータに基づいて各ＬＥＤを特徴付けるとともに、特徴付けられたＬＥＤのうちの１つ以上を選択して、望ましい全光出力をもたらすべく、選択されたＬＥＤのそれぞれからの放射光が他の選択されたＬＥＤからの光と混ぜ合わされるシステム及び方法。【選択図】図１
2020098793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤデータを測定して格納する方法において、
複数のＬＥＤのそれぞれを所定の駆動条件を伴って駆動させることであって、前記複数のＬＥＤが各ＬＥＤを特定するデータを有することと、
前記ＬＥＤが前記駆動条件を伴って駆動されるときに、前記各ＬＥＤの１つ以上の選択されたパラメータを測定することと、
１つ以上の測定された前記パラメータと、各ＬＥＤを特定する前記データに対応する前記駆動条件とを格納することと、
を含む方法。
【請求項２】
１つ以上の測定された前記パラメータのうちの少なくとも１つは、ＣＣＴ、Ｄｕｖ、光束、スペクトルパワー分布、及び、順方向電圧から成るグループから選択される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記駆動条件は、ＬＥＤ温度、駆動電流、順方向電圧、又は、デューティサイクル、及び、使用されるＬＥＤの総数のうちの１つ以上を含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
測定されて格納された前記パラメータのうちの１つ以上に基づいて、前記複数のＬＥＤのうちの２つ以上の混合出力を計算することを更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記駆動条件が照明器具を表し、前記複数のＬＥＤの少なくとも一部は、前記照明器具の所望の光出力を得るために、計算された前記混合出力に基づいて前記照明器具に位置される請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記複数のＬＥＤのそれぞれを、所定の第２の駆動条件を伴って駆動させることと、
前記ＬＥＤが前記第２の駆動条件を伴って駆動されるときに、前記各ＬＥＤの１つ以上の選択されたパラメータを測定することと、
１つ以上の測定された前記パラメータと前記第２の駆動条件とを、各ＬＥＤを特定する前記データと共に格納することと、
を更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ＬＥＤのグループから２つ以上のＬＥＤを選択する方法であって、
複数のＬＥＤの１つ以上の測定されたパラメータを含むデータにアクセスすることと、  測定されて格納された前記パラメータのうちの１つ以上に基づいて、前記複数のＬＥＤのうちの２つ以上の混合出力を計算することと、
前記混合出力に基づいて、前記複数のＬＥＤから２つ以上のＬＥＤを選択することと、  を含む方法。
【請求項８】
１つ以上の測定された前記パラメータのうちの少なくとも１つは、ＣＣＴ、Ｄｕｖ、光束、スペクトルパワー分布、及び、順方向電圧から成るグループから選択される請求項７に記載の方法。
【請求項９】
選択された前記２つ以上のＬＥＤを照明器具内へ位置決めすることを更に含む請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記データは、ＬＥＤ温度、電流、順方向電圧、デューティサイクル、及び、照明器具で使用されるＬＥＤの総数のうちの１つ以上を含む駆動条件を含む請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記データは、第１の光出力を有する第１の照明器具を表す第１の駆動条件と、第２の光出力を有する第２の照明器具を表す第２の駆動条件とを含み、前記２つ以上のＬＥＤは、前記混合出力が前記第１又は第２の光出力とどの程度緊密に適合するかに基づいて、前記第１及び第２の照明器具のうちの一方と共に使用するために選択される請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記混合出力が、方程式
【数１】
2020098793.tif 000010
を使用して計算される請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
前記複数のＬＥＤのそれぞれを駆動条件を伴って駆動させることと、
前記ＬＥＤが前記駆動条件を伴って駆動されるときに、前記各ＬＥＤの１つ以上のパラメータを測定することと、
１つ以上の測定された前記パラメータと前記駆動条件とを格納することと、
を更に含む請求項７に記載の方法。
【請求項１４】
前記複数のＬＥＤは、１つ以上の測定された前記パラメータ及び前記駆動条件と共に格納される各ＬＥＤを特定するデータを有する請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
照明製品用の２つ以上のＬＥＤの放射光を混ぜ合わせる方法であって、
複数のＬＥＤのそれぞれを所定の駆動条件を伴って駆動させることと、
前記ＬＥＤが前記駆動条件を伴って駆動されるときに、前記各ＬＥＤの１つ以上の選択されたパラメータを測定することと、
前記測定されたパラメータと前記駆動条件とを格納することと、
測定されて格納された前記パラメータと格納された前記駆動条件とに基づいて、前記複数のＬＥＤから前記２つ以上のＬＥＤを選択することと、
を含む方法。
【請求項１６】
前記選択されたパラメータが明度と光束値とを含み、前記駆動条件は、駆動温度、駆動電流、及び、前記照明製品で使用されるＬＥＤの数のうちの１つ以上を含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
測定されて格納された前記パラメータのうちの１つ以上に基づいて、前記複数のＬＥＤのうちの２つ以上の混合出力を計算することを更に含み、前記２つ以上のＬＥＤを選択することが前記混合出力に基づく請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記駆動条件が既知の照明器具のための典型的な駆動配置に対応し、前記複数のＬＥＤの少なくとも一部は、前記照明器具の所望の光出力を得るために、計算された前記混合出力に基づいて、前記既知の照明器具に位置される請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記複数のＬＥＤが、それぞれの個々のＬＥＤを特定するデータを有し、前記データは、１つ以上の測定された前記パラメータ及び前記駆動条件と共に格納され、前記混合出力は、加重平均方程式（ｗｅｉｇｈｔｅｄ  ａｖｅｒａｇｅ  ｅｑｕａｔｉｏｎ）
【数２】
2020098793.tif 000011
を使用して計算される請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
ｘ，ｙ色度座標及び光束（φ＝Ｙ）が、以下の三刺激法方程式を使用して計算され、
Ｘ＝ｘ＊（Ｙ／ｙ）
Ｙ＝Ｙ
Ｚ＝（Ｙ／ｙ）＊（ｌ−ｘ−ｙ）
ここで、
Ｘｍｉｘ＝Ｘ１＋Ｘ２＋Ｘ３  ．．．
ｘｍｉｘ＝Ｘｍｉｘ／（Ｘｍｉｘ＋Ｙｍｉｘ＋Ｚｍｉｘ）
Ｙｍｉｘ＝Ｙｌ＋Ｙ２＝Ｙ３  ．．．，      及び
ｙｍｉｘ＝Ｙｍｉｘ／（Ｘｍｉｘ＋Ｙｍｉｘ＋Ｚｍｉｘ）
Ｚｍｉｘ＝Ｚ１＋Ｚ２＋Ｚ３．．．，          φｍｉｘ＝Ｙｌ＋Ｙ２＋Ｙ３．．．，
である請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【優先権の主張】
【０００１】
この出願は、２０１４年１月８日に出願された米国仮出願第６１／９２５，１３８号に基づき、この仮出願の開示内容は、参照することによりその全体が本願に組み入れられるとともに、この仮出願の優先権が主張される。
【技術分野】
【０００２】
様々な典型的な実施形態は、一般に、固体照明装置を特徴付けるための方法及び装置に関する。特に、特定の実施形態において、本出願は、発光ダイオード（ＬＥＤ）の様々なパラメータを測定するための方法及び装置であって、測定されたパラメータに基づいて各ＬＥＤを特徴付けるとともに、特徴付けられたＬＥＤのうちの１つ以上を選択して、望ましい全光出力をもたらすべく、選択されたＬＥＤのそれぞれからの放射光が他の選択されたＬＥＤからの光と混ぜ合わされるようにする方法及び装置に向けられる。
【背景技術】
【０００３】
ＬＥＤの製造プロセスにおける最近の技術的進展と、ＬＥＤの固有の低コスト及びエネルギー効率の良い性質とに起因して、ＬＥＤは、照明目的のための、最も一般的とは言わないまでも、最も一般的な光源のうちの１つに急激になってきている。また、ＬＥＤは半導体デバイスであるため、ＬＥＤは、現在一般的な白熱電球及び蛍光灯よりもかなり弾力的であり、破損耐久性がある。
【０００４】
ＬＥＤのこれらの有利な属性を考慮して、照明機器の多くの製造業者は、白熱光源又はコンパクトな蛍光光源の代わりに、ＬＥＤ光源を組み込む照明装置、例えば照明器具等を提供することに自分達の労力を注いでいる。
【０００５】
ＬＥＤは、電流が特定の方向でＬＥＤに通されるときに光を生み出す半導体デバイスである。光は、特定のＬＥＤを製造するために使用される特定の半導体材料内で生じるエネルギーの変換に起因して生み出される。過去数十年間にわたって行なわれた研究は、基本的な赤、青、及び、緑を含む単色、並びに、これらの基本的な３つの色の間にある無数の色の幅広いスペクトルを放射するＬＥＤを生み出すことができる能力をもたらしてきた。
【０００６】
ＬＥＤを扱うことの大きな利点は多く存在し、エネルギー変換は最も幅広く知られるものの１つである。ＬＥＤと白熱及び蛍光などの広く行き渡っている照明技術との直接的な比較は、実現され得るエネルギー節約を示唆する。具体的には、白熱光源が最も多くのエネルギーを使用し、蛍光光源が２番目に多いエネルギーを使用し、また、ＬＥＤは、最も少ない量のエネルギーを使用し、したがって、３つのうちで最もエネルギー効率が良い。
【０００７】
前述したように、白熱光源及び蛍光光源とは異なり、ＬＥＤは、多くの単色光を放射することができ、白色光又は白色に似た様々なものに限定されない。すなわち、使用される特定の半導体材料、及び、使用される製造プロセスや特定のパッケージング等を含む幾つかの他の要因に応じて、ＬＥＤは、一般に、狭帯域の色の光、すなわち、狭帯域の波長の光を放射する。例えば、以下の表１は、虹の７つの認識される色と関連付けられる波長の帯域を与える。
【表１】
2020098793.tif 000003
【０００８】
「白色ＬＥＤ」は、しばしば、青色スペクトルを可視白色光へダウンコンバートするように、青色「ポンプ」ＬＥＤ及びリン光体を用いて形成される。現在の製造技術に基づき、一貫性のある波長帯域を放射する、すなわち、特定の色温度で放射するＬＥＤ、又は、同じ光放射特性を経時的に維持するＬＥＤを生み出すことは困難である。これは、２つ以上の別個のＬＥＤからの光を混ぜ合わせて、結果として生じる波長帯域が、所望の相関色温度（ＣＣＴ）で、所望の波長又はその波長付近の主波長又はピークを有するようにすることがしばしば必要とされる理由の１つである。
【０００９】
照明のために一般に使用される白色光及び／又は白色に似た様々なものに関して、ＬＥＤ光源により放射される波長の放射帯域又はスペクトルはかなり広い。これは、白色光をもたらすために混ざり合う異なる純度、粒径、及び、層厚を有するリン光体を含むことに起因する。
【００１０】
ＬＥＤ光源を使用して白色光を生成するための他の既知の方法は、３つ以上の別個のＬＥＤ光源、例えば、赤、緑、及び、青（ＲＧＢ）、又は、赤、緑、青、及び白（ＲＧＢＷ）からのそれぞれの光を混ぜ合わせることである。放射光波長の違いを受け入れるために、ＬＥＤは、材料及び製造プロセスの変化を照明産業の必要性と釣り合わせるように「ビニング」されて（ｂｉｎｎｅｄ）パッケージングされる。照明クラスＬＥＤは、色一貫性と色及びルーメン維持とを含む、用途要件及び業界基準によって駆動される。伝統的な白熱ランプ及びガス管ランプが明るさ（例えばワット量により示される）及び色（温白色又は冷白色）によって売られる態様と同様に、ＬＥＤは、明度パラメータ（光束）及び色パラメータ（色度）に関してビニングされる。
【００１１】
ＬＥＤ照明用途における幾つかの性能要件及び標準規格が米国及び他の場所で定められてきた。これらの標準規格の最初のものは、ＬＥＤランプ要件に関する照明技術を義務付けた２００７産業政策であった。これは、「ＥＮＥＲＧＹ  ＳＴＡＲ（登録商標）固体照明器具に関するプログラム要件」であった。幾つかの更なる政策／標準規格がその後に公表された。また、これらの文書のそれぞれは、ＥＮＥＲＧＹ−ＳＴＡＲ承認のＬＥＤ照明製品のためのＣＣＴ、演色指数（ＣＲＩ；ｃｏｌｏｒ  ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ  ｉｎｄｅｘ）、ルーメン（ｌｕｍｅｎ）及び色維持（ｃｏｌｏｒ  ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）に関する要件を含む。
【００１２】
ＣＣＴ測定における「温度」とは、黒体放射、すなわち、白熱（ｉｎｃａｎｄｅｓｃｅｎｃｅ）のポイントまで加熱される金属などの固体により放射される光のことである。ＣＣＴ測定値に関する単位は、度（ケルビン）、すなわち、絶対温度の標準的な測定値で表される。具体的には、黒体がより熱くなるにつれて、黒体が放射する光は、一連の色を経て進行する。例えば赤からオレンジを経て黄色へと進み白から青へと至る。一連の色は、色空間内の曲線を規定する。図１は、プランキアン軌跡（Ｐｌａｎｃｋｉａｎ  ｌｏｃｕｓ）とも称される黒体曲線がその上に重ね合わされた、平均的な観察者に見える色の全範囲を規定するために国際照明委員会（ＣＩＥ）によって形成されたＣＩＥ１９３１色空間を示す。
【００１３】
白熱ランプは、図１に示されるようにスケールのオレンジ又は赤みを帯びた端部へと向かう約２７００Ｋの色を有する光を放射する。白熱電球はフィラメントを加熱することによって動作し、フィラメントはそれが特定の温度に達するときに光を放射するため、フィラメントの温度も光の色温度である。
【００１４】
光のスペクトル成分を測定する特殊な検査機器に起因して、蛍光灯及びＬＥＤなどの非白熱白色光源における色温度を規定することができる。しかしながら、ＬＥＤは、半導体デバイスであるとともに、金属フィラメントを加熱することによって動作しないため、ＬＥＤ光源の実際の温度は、同じ色温度の光を放射する白熱電球よりもかなり低い。例えば、２７００Ｋであるように測定される光を放射するＬＥＤは、実際には、約８０℃まで温度上昇するにすぎない場合がある。
【００１５】
米国規格協会（ＡＮＳＩ）は、ＬＥＤ光源から放射される光波の色に関する標準規格を発表した。具体的には、２００８年に公表された色度標準規格Ｃ７８．３７７Ａは、２７００Ｋ（「暖」光と称される）〜６５００Ｋ（日光）の範囲の８個の公称ＣＣＴを規定する。
【００１６】
図２を参照すると、８個の公称ＣＣＴのそれぞれが四辺形によって表され、該四辺形の内部は、プランキアン軌跡又は黒体曲線に沿う許容変化及びプランキアン軌跡又は黒体曲線に対して垂直な許容変化の両方を規定する。それぞれの公称ＣＣＴに対応するそれぞれの許容変化は、ＡＮＳＩ標準規格（すなわち、ＡＮＳＩ  Ｃ７８．３７７Ａ）で定められる。
【００１７】
図２の四辺形を見るとともに、図１に戻って参照することにより分かるように、黒体曲線に沿って位置する変化により、Ｘ色度値が増大するにつれて、すなわち、変化が黒体曲線の右へ向かうと、光源がより赤みを帯びて見え、或いは、Ｘが減少するにつれて、すなわち、変化が黒体曲線の左へ向かうと、光源がより青みがかって見える。黒体曲線よりも上側及び下側の変化により、Ｙ値が増大するにつれて光源がより緑がかって見え、或いは、Ｙ値が減少するにつれて光源がピンク色がかって見える。
【００１８】
黒体曲線に沿う変化は度Ｋで測定され、一方、黒体曲線に対して垂直な変化はＤｕｖとして記録される。Ｄｕｖ範囲は、１９３１色空間ではなく、ＣＩＥ１９７６色空間上で規定される。これは、色空間上の任意の場所で測定される距離が同じ度合いの色差を表す均一なスケールを１９７６色空間（ＣＩＥＬＵＶ色空間としても知られる）が使用するため、１９７６色空間の方が光源の色差を評価するのに適しているからである。
【００１９】
ＣＩＥ１９７６色空間の軸線は、ｘ、ｙではなくｕ’，ｖ’である。Ｄｕｖは、黒体曲線からの距離であり、したがって、色変化の度合いである。プラスのＤｕｖ値は曲線よりも上側であり、一方、マイナスのＤｕｖ値は曲線よりも下側である。
【００２０】
以下の表２は、ＣＣＴ値の許容変化、すなわち、黒体曲線に沿う許容変化、及び、Ｄｕｖ値の許容変化、すなわち、黒体曲線に対して垂直な許容変化を、８個の公称ＣＣＴ値のそれぞれごとに、ＡＮＳＩ  Ｃ７８．３７７Ａにしたがって与える。例えば、表に示されるように、４５００Ｋ四辺形は、黒体曲線に沿う４２６０Ｋ〜４７４６Ｋの範囲のＣＣＴ値又は温度を網羅する。また、４５００Ｋ四辺形は、曲線よりも上側０．００７に至るまで及び曲線よりも下側０．００５に至るまで及ぶ。
【表２】
2020098793.tif 000004
【００２１】
ＬＥＤ照明、特にＬＥＤ光源を使用する照明に関連する特定の問題を考慮すると、特定の望ましい光出力効果を得るために別個のＬＥＤ光源の正確で費用効率が高いグループ分けをもたらす方法及び関連する装置を提供することが望ましい。例えば、以下で更に詳しく説明されるように、現在利用できる個々のＬＥＤ装置は全てが照明用途にとって理想的な一貫性のある白色光を放射するとは限らず、したがって、光放射の望ましい色を得るために２つ以上のＬＥＤ光源が一般に混ぜ合わされるため、その色に最も近い色を得るために組み合わさる個々のＬＥＤを正確に選択する方法が望まれる。
【００２２】
また、同じ半導体ウェーハから製造されるＬＥＤ間でさえ、比較的幅広い色の差異（すなわち、ＣＣＴ値）が存在し、また、時として、１つのＬＥＤと隣のＬＥＤとで光束の顕著なばらつきが存在するため、ＬＥＤ製造業者は、検査して「ビン」へとグループ化することにより、所定のビン内のＬＥＤの全てが特定の範囲内の明度（ｃｏｌｏｒ  ｖａｌｕｅ）と特定の範囲内の光束とを有することが分かるようにした、ＬＥＤのグループ分けを提供することに関して割増金を請求する。これらのパラメータの範囲を小さくすればするほど、それに対応して、ＬＥＤ製造業者により請求される割増金が高くなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
したがって、ＬＥＤ製造業者からＬＥＤを購入する照明装置設計者又は照明装置製造業者が厳しく仕様が定められたＬＥＤに関して請求される割増金を回避できるようにする、或いは最小限に抑えることができるようにする方法及び装置を提供することが更に望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
前述の問題及び要望を含むがこれらに限定されない、様々な照明装置内に組み込まれるべきＬＥＤ装置を測定して特徴付けるための現在の方法と関連付けられる問題及び要望に鑑みて、個々のＬＥＤを測定して特徴付けるとともに、多くの特徴付けられた装置を所定の態様でグループにまとめて、光の望ましい色及び明るさを与えるための装置及び方法が提案された。
【００２５】
本出願の１つの態様によれば、１つ以上の典型的な実施形態に係る装置及び方法は、ＬＥＤがＬＥＤ製造業者により規定される所謂「ビン」に属するか否かにかかわらず、ＬＥＤ装置、例えば一群の幾つかのＬＥＤ装置から選択されるＬＥＤの幾つかの関連するパラメータのうちの１つ以上を測定すること、及び、一群のＬＥＤ装置からの１つ以上の個々のＬＥＤ装置の迅速な選択を容易にする態様で各ＬＥＤに対応する測定されたデータを格納することを含む。
【００２６】
本出願の１つ以上の典型的な実施形態の第２の態様によれば、特定のランプから該ランプが作動されるときに例えば色及び光束に関して望ましい全光出力を与えるために、２つ以上の個々のＬＥＤ装置がそれらのそれぞれの格納されたデータに基づいてグループにまとめられる。１つ以上の典型的な実施形態によれば、ランプに組み込まれるべき個々のＬＥＤの数、駆動条件下でのＬＥＤ装置の温度、ＬＥＤの駆動電流、及び、ランプのピッチのうちの１つ以上を組み入れるアルゴリズムが使用される。
【００２７】
本出願の１つ以上の典型的な実施形態の更なる第３の態様によれば、照明装置内に組み込まれるべきＬＥＤは、プランキアン軌跡又は黒体曲線から実質的に逸脱する「ビン」から選択され、或いは、全くビニングされなかった複数のＬＥＤから選択される。例えば、大部分の関連技術のＬＥＤ特徴付けシステムに関するやり方と同様に、プランキアン軌跡から１ステップ又は２ステップマクアダム（Ｍａｃａｄａｍ）楕円内に存在する「ビン」から選択される所定のランプで使用されるべきＬＥＤ装置を選択するのではなく、本出願のこの態様によれば、ＬＥＤは、理想的な黒体曲線から３ステップ、４ステップ、又は、それ以上のステップにあるビンから選択される。
【００２８】
以下、添付図面を参照して、開示される発明の典型的な実施形態を一例として詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】プランキアン軌跡が重ね合わされた既知のＣＩＥ１９３１色度図の模写である。
【図２】既知の８個の公称ＣＣＴ及びＡＮＳＩ  Ｃ７８．３７７Ａ標準規格により規定される公称ＣＣＴのそれぞれの範囲を示す図である。
【図３】対応する７ステップマクアダム楕円がそれぞれの公称ＣＣＴごとに与えられた、図２に与えられる８個の公称ＣＣＴのそれぞれを示す図である。
【図４】図４Ａは、本出願の典型的な実施形態に係る望ましい色範囲を特定する黒体曲線上に四辺形が重ね合わされた図１に与えられた色度図の改訂版である。図４Ｂは、本出願の典型的な実施形態に係る１６個の部分四辺形に分けられた図４Ａに示される四辺形の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本出願と合致する装置及び方法の典型的な実施形態は、以下で詳しく説明される新規な態様のうちの１つ以上を含む。例えば、開示される出願の１つ以上の典型的な実施形態は、個々のＬＥＤが実際の動作条件下で検査されるとともに、それぞれの検査されたＬＥＤと関連付けられる様々な技術的パラメータが例えばコンピュータメモリ装置に格納される方法及び装置を含む。また、別の手段では、複数の実際の動作シナリオ下で１つ以上のＬＥＤがそれぞれ検査され、結果として得られる特性データがそれぞれごとに格納される。
例えば、製造設備が１０個の異なる照明器具を製造する場合がある。そのような場合、ＬＥＤは、複数の異なる照明器具と関連付けられる実際の動作パラメータを使用して検査されてもよい。
【００３１】
或いは、ＬＥＤは、少なくとも２つの異なる実際の動作シナリオプロファイルを使用して検査されてもよく、この場合、それぞれのプロファイルは、１つ以上の照明器具と共に使用するのに適している。更なる他の別の手段において、ＬＥＤ検査システムは、検査データと関連付けられる一意的に特定される格納場所にＬＥＤを物理的に格納することによって、ＬＥＤ検査データを「物理的に」格納してもよい。特定の例示的な実施形態において、本明細書中に記載されるシステム及び方法は、カリフォルニア州のＣｈｒｏｍａ  ＡＴＥから入手できるＭｏｄｅｌ  ５８２６７、ドイツのミュンヘンのＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍｓから入手できるＬＥＤテスター、及び／又は、中国のＨｏｐｕ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏ．，Ｌｔｄ．から入手できるＨＰ６０００又はＨＰ８０００などの既存の市販のＬＥＤ検査システムをテキサス州のＤｅｌｌ，Ｉｎｃ．から入手できるＤＥＬＬ  ＰＯＷＥＲＥＤＧＥ  Ｓｅｒｖｅｒｓなどの関連するコンピュータ及びコンピュータを含む材料取り扱い装置と共に改変することによって実現されてもよい。
【００３２】
他の例示的な実施形態によれば、一群のＬＥＤから選択されるそれぞれの個々のＬＥＤは、特定の予め規定された条件下でＬＥＤと関連付けられる様々な電気関連又は他の照明関連のパラメータを測定するように構成される機器で検査される。例えば、１つ以上の所定のビンからの一群のＬＥＤは、ＬＥＤ製造業者から入手される。各ビンは、そのビンに関して定められたＬＥＤの色、光束、及び、順方向電圧などのパラメータ又はパラメータ範囲に基づいて、製造業者によって規定される。各ＬＥＤには、固有の識別データ、例えば固有の部品番号又はシリアルナンバーが割り当てられ或いは既に含まれている。典型的な実施形態によれば、各ＬＥＤが１つ以上の特定の動作条件下又は駆動条件下で検査され、また、１つ以上のパラメータが測定される。測定されたパラメータは、ＬＥＤの特定の色、光束、波長、スペクトルパワー分布、及び、順方向電圧のうちの１つ以上を含み、これらのそれぞれは、検査されたＬＥＤのために測定されて格納される。
【００３３】
入手されたＬＥＤが検査される特定の動作条件は、ＬＥＤが組み込まれるべき特定の照明器具、その照明器具に組み込まれるべきＬＥＤの総数、負荷条件下でのＬＥＤの例えば一般的には６０℃〜１００℃の値の駆動温度、特定のＬＥＤが照明器具内で動作されるときに受ける例えば一般的にはＬＥＤごとに２５ｍＡ〜２０００ｍＡの値の駆動電流、特定の照明器具に関してＬＥＤと関連付けられるピッチ、例えば隣り合うＬＥＤ間の距離、及び、ＬＥＤの放射光又は寿命に影響を及ぼすことが知られている他の関連するパラメータのうちの１つ以上によって規定される。
【００３４】
シリアルナンバー、放射色、光束、順方向電圧、及び、ＬＥＤが検査された動作条件などの特定のＬＥＤのための識別子を含む関連データは、コンピュータメモリなどのメモリ装置に格納されて、今後のアクセスのために利用可能にされる。以下で詳しく説明されるように、その後、所定の照明結果を得るために、格納されたデータに基づき、検査されたＬＥＤから多くの特定のＬＥＤが選択される。
【００３５】
図３に示されるように、マクアダム楕円と呼ばれる楕円が、８個のそれぞれの公称ＣＣＴごとに、色度図上の許容できる色又はＸ，Ｙ座標の大部分を包含する。特定のＸ，Ｙ色点のための「１ステップ」マクアダム楕円が、「標準的な観察者」の１つの標準偏差を包含するように規定される。すなわち、約６５％の人は、所定の色、すなわち、そのＸ，Ｙ座標により規定される色を、それらのＸ，Ｙ座標を中心とする１ステップマクアダム楕円内の何らかの点と考える。より大きな楕円は、より高いパーセンテージの観察者、すなわち、９５％〜９９％の観察者が、同じ色を楕円内のある場所の点と考えることができるようにする２つ、３つ、又は、それ以上の標準偏差を囲い入れるように規定される。
【００３６】
言い換えると、任意の特定の色又はＣＣＴ座標におけるマクアダム楕円のサイズは、「ステップ」と呼ばれる標準分散に基づく。前述したように、１ステップマクアダム楕円は、該楕円の外周又は外側境界の全ての点が、楕円の中心点から正確に１標準偏差である楕円である。同様に、４ステップマクアダム楕円では、楕円の外周上の各点が、中心から正確に４標準偏差である。
【００３７】
図３に示されるマクアダム楕円は、米国エネルギー省が小型蛍光（ＣＦＬ）電球に関する標準規格として当初設定した７ステップ楕円である。ＡＮＳＩ色度仕様は、既存の蛍光灯標準規格と可能な限り一致するように、且つ現況及び近未来の固体照明（ＳＳＬ）技術及びカラービニング能力を反映するように開発された。ＡＮＳＩは、ランプ製造業者が自分達のランプを、所定の特定の色、すなわち、ＣＣＴに関して、４ステップ楕円内に存在するように設計することを推奨する。
【００３８】
図４Ａは、前述したＣＩＥ  １９３１色度図の改変されたコピーである。図示のように、特定の四辺形（Ｕｏ）がプランキアン軌跡上で確認され、プランキアン軌跡内では、本出願の一実施形態にしたがって特定の照明用途にとって望ましい色が存在する。この簡略化された例では、八（８）個のＬＥＤから成る特定のロットからの２つのＬＥＤを混ぜ合わせて所望の色を得ることが望ましい。
【００３９】
図４Ｂは、図４Ａで確認された四辺形の拡大図である。この例では、図４Ａからの四辺形Ｕｏが、十六（１６）個の更に小さい四辺形に、すなわち、プランキアン軌跡よりも下側のＵ１−Ｕ８と、プランキアン軌跡よりも上側のＵ９−ＵＧとに更に分割されてしまっている。図４Ａに示される大きい四辺形を小さい区分又はビンへと分割することは、「ビニング」と称される技術であり、ＬＥＤ製造業者からＬＥＤを購入する際に、より厳しい公差を指定することによって所望の色を確保するべく行なわれる。
【００４０】
具体的には、ＬＥＤは、タングステン又はハロゲンなどの他の光源よりも大きいばらつきを示す。したがって、ＬＥＤ製造業者は、一般に、自分達の提供したＬＥＤの一貫した特性を与えるべく、ビニング技術を開発する或いは採用する。すなわち、コンポーネントパッケージング及び駆動回路を経る半導体ウェーハ製造を含むプロセスの全てのステップで、ＬＥＤ、特に白色ＬＥＤが非常に厳しい公差に従って製造される場合であっても、側光応答を決定付ける自然なばらつきが材料及びプロセスにおいて存在する。例えば、材料特性がウェーハの表面上にわたって変化し、これらの変化が個々のＬＥＤダイへと伝わる。ビニング技術は、製造プロセスの出力を特徴付けるとともに、ランプ設計者及び／又は製造業者などの顧客がこの出力を用いて取り組んで均一な照明光源を得るための方策を立てることができるようにする。しかしながら、より厳しい公差に従うＬＥＤを購入するのは高くつく。厳密に言えば、ＬＥＤ製造業者は、一組の厳しく規定された公差に合わせてビニングされたＬＥＤに関して常に割増金を請求する。
【００４１】
図４Ｂを参照するこの典型的な実施形態によれば、所定の所望の色に関するプランキアン軌跡に沿う任意の点では、すなわち、３４６５Ｋ±２４５Ｋにおいては、プランキアン軌跡よりも上側の８個の部分四辺形と、プランキアン軌跡よりも下側の８個の部分四辺形とが存在する。したがって、ＬＥＤから放射される光の付加的な性質に起因して、プランキアン軌跡に可能な限り近い究極のＸ，Ｙ座標を得るためには、また更に、既知の単一のＬＥＤが、所望の色に関して、プランキアン軌跡上にちょうど存在するＸ，Ｙ座標を伴う光を放射しないと仮定すると、当業者であれば分かるように、理想的には、軌跡よりも上側で定められる１つ以上のＬＥＤとプランキアン軌跡よりも下側で定められる１つ以上のＬＥＤとを混ぜ合わせて、ちょうど軌跡線上にある色を得るべきである。
【００４２】
本出願のこの例によれば、四辺形ＵＡ，Ｕ７からのＬＥＤが特定された。したがって、２つのＬＥＤがそこから選択される８個のＬＥＤは、四辺形ＵＡ又は四辺形Ｕ７のいずれかの中にＸ，Ｙ座標を有する。８個のＬＥＤのそれぞれは実際の駆動条件下で検査され、また、それらのＬＥＤのそれぞれのＸ，Ｙ座標及び放射された光束は、特定の駆動条件と共に、例えば、ランプに組み込まれるべき個々のＬＥＤの数、ＬＥＤ装置の駆動条件下での温度、ＬＥＤの駆動電流、及び、ランプのピッチと共に格納された。ランプに組み込まれるＬＥＤの数としては、１つの照明器具で使用されるＬＥＤの総数、又は、ＬＥＤの複数のグループを含むとともにそれぞれのグループが１つのランプを形成する１つの照明器具で使用されるＬＥＤのグループの総数を挙げることができる。
【００４３】
他の代わりの手段では、照明器具もＬＥＤピッチ又はＬＥＤ間隔によって特定される。
この例では、第１の照明器具が１インチピッチを有し、また、色混合がより早く起こる。
他の照明器具では、ＬＥＤ  ＰＣＢ基板が３インチのピッチ又はＬＥＤ間隔を有し、また、混合がより長い距離にわたる。この代わりの手段では、又は、必要に応じて他の手段のいずれかにおいては、一群のＬＥＤにおける複数の混合シナリオが計算される。ここでは、色混合がより長い距離にわたるため、最も大きいピッチを有する照明器具に関しては、色がより近いＬＥＤが使用される。同様に、最も小さいピッチを伴う照明器具においては、色がより遠く離れているＬＥＤが一緒に使用される。更なる他の代わりの手段において、照明器具は、例えば８個のＬＥＤが円を囲むような空間域をＰＣＢ基板上に有することによって特徴付けられ、また、対向する対の４つのセットを成す部分混合によって混合が行なわれる。
【００４４】
以下の表３は、ＵＡ又はＵ７のいずれかから選択されたＬＤ１〜ＬＤ８の８個の異なるＬＥＤのロットのそれぞれごとに測定値を与える。
【表３】
2020098793.tif 000005
【００４５】
表３中の「Ｘ」列は、所定のＬＥＤにおけるＸ座標を特定し、「Ｙ」列はＹ  ＣＣＴ座標を特定し、及び、「光束」列は、所定の８個のＬＥＤのそれぞれごとに測定された光束を特定する。したがって、この例に係る目的は、結果として生じる光が可能な限り３４６５Ｋに近くなるように、ＬＤ１〜ＬＤ８から２つのＬＥＤを選択することである。
【００４６】
当業者であれば分かるように、ＬＥＤの混合において結果として生じるＸ，Ｙ  ＣＣＴ座標を計算するための幾つかの方法が存在し、また、ここで使用される簡略化された方法とは異なる方法を利用することは、開示された発明の思想及び範囲から逸脱しない。例えば、三刺激法（ｔｒｉｓｔｉｍｕｌｕｓ  ｍｅｔｈｏｄ）を使用してＸ，Ｙ座標を計算することができる。簡略化された方法は、ここでは説明を容易にするために選択された。結果として生じるＸ，Ｙ色度座標を、例えばプログラム計算装置を使用して計算するための更に正確な包括的方法は、発明者によって十分に検討され、最も実用的な状況で使用される。
【００４７】
２つ以上のＬＥＤからの混合光は、以下の方程式１（ＥＱＮ１）によって本出願のこの実施形態にしたがって計算される。
【数１】
2020098793.tif 000006
【００４８】
ここで、Ｘｉ及びＹｉは、Ｘ色度座標及びＹ色度座標を表し、また、Ｗｉは、対応する光束を表す。
【００４９】
以下の表４は、８個のＬＥＤ、すなわち、ＬＤ１−ＬＤ８のそれぞれが他の７個のＬＥＤのそれぞれと組み合わされるときにもたらされる計算されたＸ，Ｙ  ＣＣＴ座標を与える。例えば、前記方程式１（ＥＱＮ１）を使用すると、ＬＤ１からの光がＬＤ２から放射される光と組み合わされる或いは混合されるときに、結果として生じるＸ，Ｙ色度座標はそれぞれ０．４０４５，０．３８９９である。
【表４】
2020098793.tif 000007
【００５０】
表４からの計算されたＸ，Ｙ座標を、対応する近似ＣＣＴ値へ変換するために、ＭｃＣａｍｙの式として知られる以下の方程式２（ＥＱＮ２）が使用される。
ＣＣＴ＝４４９ｎ３＋３５２５ｎ２＋６８２３．３ｎ＋５５２０．３３      （ＥＱＮ２）
ここで、ｎ＝（ｘ−０．３３２０）／（０．１８５８−ｙ）である。
【００５１】
ＭｃＣａｍｙの式は、この例にしたがって、すなわち、目標ＣＣＴが３４６５Ｋであるこの例にしたがって使用される。これは、２８５６〜６５００Ｋの範囲の色温度に関して、２ケルビン度未満の最大絶対誤差を与えることが知られているからである。より正確な解決策が必要とされれば、当業者は、使用され得る別の変換方法について知るであろう。
【００５２】
以下の表５は、前記ＥＱＮ２によって計算されるｎ及び近似ＣＣＴの対応する値を与える。
【表５】
2020098793.tif 000008
【００５３】
以下の表６は、目標ＣＣＴ、すなわち、３４６５Ｋと、２つの組み合わされたＬＥＤに関する計算された近似ＣＣＴとの間の差を与える。
【表６】
2020098793.tif 000009
【００５４】
表６に示されるように、この例によれば、３４６５Ｋに近いＣＣＴ値を得るための、当初の８個のＬＥＤ、すなわち、ＬＤ１−ＬＤ８から選択された２つのＬＥＤの最良の組み合わせは、ＬＤ４とＬＤ６との組み合わせである。表示されるように、この組み合わせは、目標から２．５度Ｋ小さい３４６２．５Ｋの近似ＣＣＴ値を与える。
【００５５】
先に開示された例、すなわち、プランキアン軌跡に近いビンからの８個の検査済みＬＥＤのロットから２つのＬＥＤを選択する例は、簡略化された例であり、単なる例示目的で与えられる。本明細書中に開示される例示的な実施形態によれば、製造業者からＬＥＤが得られたビンが大きな色変化にわたって広がる及び／又はプランキアン軌跡よりも上側及び下側にかなりの距離で存在する場合に、大きな一群の既に検査されたＬＥＤから、例えば数万個のＬＥＤから個々のＬＥＤが選択されるときに、飛躍的な利点が得られる。言い換えると、選択されたＬＥＤがそこから選ばれるＬＥＤは、最終的に望ましい色に関して比較的高い数のステップのマクアダム楕円、例えば４ステップ、５ステップ、６ステップ、又はそれ以上のステップのマクアダム楕円内で特定される。
【００５６】
本出願の方法にしたがって、ＬＥＤ製造業者から購入される全てのそれぞれのＬＥＤごとに検査して対応するデータを格納することにより、照明装置製造業者は、ＬＥＤのより安い価格をうまく利用することができる。すなわち、先に概説された例又はその変形例と一致する２つ以上のＬＥＤ、場合により更に幅広い色変化及び光束値（ｆｌｕｘ ｖａｌｕｅ）を伴う非常に大きな一群のＬＥＤからの２つ以上のＬＥＤを混ぜ合わせることにより、照明製造業者は、予め想定し得たよりもプランキアン軌跡からかなり遠く離れたビンからのＬＥＤを使用することができる。それぞれのＬＥＤに対応する特定のデータ、例えばＣＣＴ  Ｘ，Ｙ座標、光速、順方向電圧、ＣＲＩ，パワー分布等が、使用されるべき特定の駆動条件、例えば電流、電圧、温度、デューティサイクル（波形）等と共に格納されるため、照明製造業者は、より厳しい標準規格を得るべく予め想定し得たよりも正確に且つ費用効率良く、３ステップ、４ステップ、及び、５ステップ、場合によりそれ以上のステップのマクアダム楕円内に存在するビンからのＬＥＤを混ぜ合わせることによって、特定の放射明度をより正確に得ることができる。また、照明器具の結果として生じる所望の特性が知られている場合には、ＬＥＤのグループにおける格納データを使用して、そのグループから幾つの照明器具を形成できるのかを決定することができる。したがって、方法を使用して、ＬＥＤのグループを解析し、複数の照明器具にわたってＬＥＤを分配させるための最良の方策を決定することができる。例えば、ＬＥＤのグループは、測定され得るとともに、結果として生じるデータに基づき、第１の所望の光出力を有する一組の第１の照明器具又は第２の所望の光出力を有する一組の第２の照明器具において、ＬＥＤのグループを用いて形成され得る照明器具の最大数に基づいて或いは他の費用的考慮事項、例えば所望の出力をもたらすために必要とされるＬＥＤの総数に基づいて、使用され得る。
【００５７】
特定の典型的な実施形態の前述の詳細な説明は、発明の原理及び発明の実用的な用途を説明し、それにより、他の当業者が様々な実施形態に関して発明を考えられる特定の用途に適するような様々な改変と共に理解できるようにする目的で与えられてきた。この説明は、必ずしも包括的であるように或いは本発明を開示された典型的な実施形態に限定するように意図されていない。具体的に開示されない様々な更なる実施形態を形成するために、本明細書中に開示される任意の実施形態及び／又は要素が互いに組み合わされてもよい。
したがって、更なる実施形態は、想定し得るとともに、この明細書の範囲内及び特許請求の範囲内に包含されるように意図される。明細書は、他の方法で達成されてもよい更に一般的な目標を果たすために特定の実施例を説明する。
【００５８】
この出願で使用される用語「前」、「後」、「上」、「下」、「上方に」、「下方に」、及び、他の方向を示す記述子は、本発明の典型的な実施形態の説明を容易にするべく意図されており、本発明の典型的な実施形態の構造を任意の特定の位置又は方向に限定するべく意図されていない。「ほぼ」又は「約」などの程度の用語は、所定の値の外側の妥当な範囲、例えば前述の実施形態の製造、組み立て、及び、使用と関連付けられる一般的な許容範囲のことであると当業者により理解される。
【図１】
2020098793.tif 000012
【図２】
2020098793.tif 000013
【図３】
2020098793.tif 000014
【図４】
2020098793.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】令和2年3月2日(2020.3.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤのグループから２つ以上のＬＥＤを選択する方法であって、
複数のＬＥＤの１つ以上の測定されたパラメータを含むデータにアクセスすることと、
測定されて格納された前記パラメータのうちの１つ以上に基づいて、前記複数のＬＥＤのうちの２つ以上の混合出力を計算することと、
前記混合出力に基づいて、照明器具内へ位置決めするために、前記複数のＬＥＤから２つ以上のＬＥＤを選択することと、前記データは、ＬＥＤ温度、電流、順方向電圧、デューティサイクル、及び、照明器具で使用されるＬＥＤの総数のうちの１つ以上を含む駆動条件を含む、
を含む方法。
【請求項２】
１つ以上の測定された前記パラメータのうちの少なくとも１つは、ＣＣＴ、Ｄｕｖ、光束、スペクトルパワー分布、及び、順方向電圧から成るグループから選択される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記データは、第１の光出力を有する第１の照明器具を表す第１の駆動条件と、第２の光出力を有する第２の照明器具を表す第２の駆動条件とを含み、前記２つ以上のＬＥＤは、前記混合出力が前記第１又は第２の光出力とどの程度緊密に適合するかに基づいて、前記第１及び第２の照明器具のうちの一方と共に使用するために選択される請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記混合出力が、方程式
【数１】
2020098793.tif 000016
を使用して計算される請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記複数のＬＥＤのそれぞれを駆動条件を伴って駆動させることと、
前記ＬＥＤが前記駆動条件を伴って駆動されるときに、前記各ＬＥＤの１つ以上のパラメータを測定することと、
１つ以上の測定された前記パラメータと前記駆動条件とを格納することと、
を更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記複数のＬＥＤは、１つ以上の測定された前記パラメータ及び前記駆動条件と共に格納される各ＬＥＤを特定するデータを有する請求項５に記載の方法。
【請求項７】
照明製品用の２つ以上のＬＥＤの放射光を混ぜ合わせる方法であって、
複数のＬＥＤのそれぞれを所定の駆動条件を伴って駆動させることと、
前記ＬＥＤが前記駆動条件を伴って駆動されるときに、前記各ＬＥＤの１つ以上の選択されたパラメータを測定することと、
前記測定されたパラメータと前記駆動条件とを格納することと、
測定されて格納された前記パラメータと格納された前記駆動条件とに基づいて、照明器具内へ位置決めするために、前記複数のＬＥＤから前記２つ以上のＬＥＤを選択することと、
を含む方法。
【請求項８】
前記選択されたパラメータが明度と光束値とを含み、前記駆動条件は、駆動温度、駆動電流、及び、前記照明製品で使用されるＬＥＤの数のうちの１つ以上を含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
測定されて格納された前記パラメータのうちの１つ以上に基づいて、前記複数のＬＥＤのうちの２つ以上の混合出力を計算することを更に含み、前記２つ以上のＬＥＤを選択することが前記混合出力に基づく請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記駆動条件が既知の照明器具のための典型的な駆動配置に対応し、前記複数のＬＥＤの少なくとも一部は、前記照明器具の所望の光出力を得るために、計算された前記混合出力に基づいて、前記既知の照明器具に位置される請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記複数のＬＥＤが、それぞれの個々のＬＥＤを特定するデータを有し、前記データは、１つ以上の測定された前記パラメータ及び前記駆動条件と共に格納され、前記混合出力は、加重平均方程式（ｗｅｉｇｈｔｅｄ  ａｖｅｒａｇｅ  ｅｑｕａｔｉｏｎ）
【数２】
2020098793.tif 000017
を使用して計算される請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
ｘ，ｙ色度座標及び光束（φ＝Ｙ）が、以下の三刺激法方程式を使用して計算され、
Ｘ＝ｘ＊（Ｙ／ｙ）
Ｙ＝Ｙ
Ｚ＝（Ｙ／ｙ）＊（ｌ−ｘ−ｙ）
ここで、
Ｘｍｉｘ＝Ｘ１＋Ｘ２＋Ｘ３  ．．．
ｘｍｉｘ＝Ｘｍｉｘ／（Ｘｍｉｘ＋Ｙｍｉｘ＋Ｚｍｉｘ）
Ｙｍｉｘ＝Ｙｌ＋Ｙ２＝Ｙ３  ．．．，      及び
ｙｍｉｘ＝Ｙｍｉｘ／（Ｘｍｉｘ＋Ｙｍｉｘ＋Ｚｍｉｘ）
Ｚｍｉｘ＝Ｚ１＋Ｚ２＋Ｚ３．．．，          φｍｉｘ＝Ｙｌ＋Ｙ２＋Ｙ３．．．，  である請求項９に記載の方法。