(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
ヒートシンクと、
前記ヒートシンク上に取り付けたＬＥＤ光源と、
従来の電球の電源アダプターと互換性を持たせた電源アダプターと、
所定の領域上に取り付けられた少なくとも一つのドライバーチップを有するコントローラであって、少なくとも一つの前記ドライバーチップから発生する熱が前記ヒートシンクにより放熱され、電源が前記電源アダプターを介して前記装置と結合されたとき、少なくとも一つの前記ドライバーチップが前記ＬＥＤ光源に平均電流を流し、該平均電流は、前記ＬＥＤ光源の装置毎の差異とは実質的に無関係に標準的な所定の強度の光を前記ＬＥＤ光源に発生させるものであることを特徴とするコントローラと、
を具備することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記従来の電球の電源アダプターは、ライトソケットにねじ込むように作ったねじ込み式ベースアダプタを具備することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記従来の電球の電源アダプターは、フード取り付けづめを具備することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記従来の電球の電源アダプターは、白熱電球アダプタを具備することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記従来の電球の電源アダプターは、蛍光灯アダプタを具備することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記ＬＥＤ光源は、直列に接続した複数のＬＥＤを具備し、該複数のＬＥＤは前記ヒートシンクに装着されワイヤボンドにより相互に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記ＬＥＤ光源は、ＬＥＤと、該ＬＥＤからの光を異なる波長の光に変換する蛍光体の層とを具備することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記複数のＬＥＤは、前記ヒートシンク上の導電パターンに接続されることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記コントローラは、前記ヒートシンク上に取り付けた集積回路を具備することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記電源アダプターに接続されたＡＣ電圧を、前記コントローラに電源供給するＤＣ電源に変換するＡＣ・ＤＣ変換器をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記電源アダプターに接続されたＡＣ電圧を、第１の半波整流された電源を前記光源に電源供給するために用いたとき所定の強度の光を生じさせるデューティサイクルを有する前記第１の半波整流された電源に変換する、第１の半波整流器をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１の半波整流器は、前記所定の強度の光を出力させるために選んだ制御信号を有するシリコン制御整流器を具備し、該制御信号は、前記光源が前記ヒートシンク上で動作しているとき、前記光の計測値に応じた値を有することを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記ＬＥＤ光源は、第１のＬＥＤと第２のＬＥＤとを具備し、該第１のＬＥＤには、前記第１の半波整流器から電源供給がなされ、該第２のＬＥＤには、前記第１の半波整流された電源と１８０度位相がずれている第２の半波整流器から電源供給がなされることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記ヒートシンクは、前記光源からの光を拡散させ方向転換させる光拡散要素を受け入れるように作られていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記光拡散要素中の光強度を測定する光検知器を具備し、前記コントローラは該測定した光強度を用いて前記標準的な所定の強度の光を維持することを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記ＬＥＤ光源を覆うグローブをさらに具備し、該グローブはその表面に蛍光体層を具備することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記グローブは透明な殻を具備し、前記蛍光体は該透明な殻の表面に形成されていることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記グローブは、前記光源に反転して取り付けるためのアダプターを具備することを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１９】
前記グローブは、プラスチックでできた透明な殻を具備し、前記蛍光体は、該プラスチック中に溶解させた有機蛍光体であることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項２０】
ＬＥＤベースの照明装置に用いるためのベース要素を提供する方法であって、
ヒートシンクと、
前記ヒートシンクに搭載したＬＥＤ光源と、
従来の電球の電源アダプターと互換性を持たせた電源アダプターと、
所定の領域上に取り付けられた少なくとも一つのドライバーチップを有するコントローラであって、少なくとも一つの前記ドライバーチップから発生する熱が前記ヒートシンクにより放熱され、電源が前記電源アダプターを介して前記装置と結合されたとき、少なくとも一つの前記ドライバーチップが前記ＬＥＤ光源に平均電流を流し、該平均電流は、所定の強度の光を前記ＬＥＤ光源に発生させることを特徴とするコントローラと、
を具備するベース要素を用意するステップと、
前記ＬＥＤ光源から生じた光の強度を計測しながら、所定の光の強度を計測するまで前記コントローラに前記ＬＥＤ光源に流れる前記平均電流を変化させるステップと、
前記所定の光の強度を生じさせる前記ＬＥＤ光源の前記平均電流を特定する情報を記憶するステップであって、前記コントローラは、電源が前記電源アダプターに接続されたとき前記ＬＥＤ光源に前記平均電流を流すことを特徴とする、ステップと、
を具備することを特徴とする方法。
【請求項２１】
前記コントローラは、ＳＣＲを具備し、前記情報は該ＳＣＲへの制御信号の仕様を定めることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
ベースユニット及び第１の取り外し可能なグローブを具備する照明システムであって、該ベースユニットは、
ヒートシンクと、
前記ヒートシンクに搭載したＬＥＤ光源であって、該ＬＥＤ光源は第１のスペクトルで特徴付けられる光を発生することを特徴とするＬＥＤ光源と、
従来の電球の電源アダプターと互換性を持たせるように作られた電源アダプタと、
所定の領域上に取り付けられた少なくとも一つのドライバーチップを有するコントローラであって、少なくとも一つの前記ドライバーチップから発生する熱が前記ヒートシンクにより放熱され、電源が前記電源アダプターを介して前記装置と結合されたとき、少なくとも一つの前記ドライバーチップが前記ＬＥＤ光源に平均電流を流し、該平均電流は、前記ＬＥＤ光源の装置毎の差異とは実質的に無関係に標準的な所定の強度の光を前記ＬＥＤ光源に発生させるものであることを特徴とするコントローラと、
を具備し、
前記第１の取り外し可能なグローブは、殻の外面又は殻の中に第１の蛍光体組成を有する透明な殻と、前記ベースユニットに前記第１の取り外し可能なグローブを取り付けるためのアダプターとを具備し、前記蛍光体組成は前記ＬＥＤ光源からの光の部分を、前記第１のスペクトルとは異なる第２のスペクトルを有する光に変換することを特徴とする、照明システム。
【請求項２３】
前記第１の取り外し可能なグローブは、プラスチックからなり、前記第１の蛍光体組成は、前記プラスチック中に溶解させた有機蛍光体を具備することを特徴とする請求項２２に記載の照明システム。
【請求項２４】
第２の蛍光体組成を有する第２の取り外し可能なグローブをさらに具備する請求項２２に記載の照明システム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、白熱灯光源や蛍光灯光源のような従来の光源を置き換える候補として魅力がある。ＬＥＤは、白熱灯より高い光変換効率を有し、従来の両タイプの光源より長い寿命を有する。さらに、ＬＥＤの変換効率はますます向上している。
【０００２】
ＬＥＤは、比較的狭いスペクトル帯域の光を発生する。従って、任意の色の光源を製造するためには、複数のＬＥＤを有する合成光源を一般的に用いるか、又は、１つのＬＥＤからの光の一部を第２の波長の光に変換し元のＬＥＤからの光と混合させなければならない。例えば、人が白だと感じるような発光を行うＬＥＤベースの白色光源は、赤、青、及び、緑の各色が適切な強度を有する、赤、青、及び、緑の色を発するＬＥＤの配列からの光を結合することにより組み立てることができる。あるいは、白く感じる光源を製造するために、黄色の蛍光体を励起するために青色ＬＥＤからの光の一部を用いることができる。
【０００３】
ＬＥＤは、一般的に、ダイに電源を供給する電源端子とダイからの熱を除去する伝熱面を有する基板上に設置した１つ以上のダイを有するパッケージに、パッケージ化される。このパッケージには、白色ＬＥＤの場合は蛍光体層も含むことができ、発光色を選択可能なように計画した赤、青、及び、緑の色の光源の場合、各色のＬＥＤの相対的な光の強度を設定するためのコントローラも含むことができる。パッケージ化されたＬＥＤは、次に、最終的な電球、又は、供給電源に合わせた他の形態の照明具に組み込まれる。例えば、従来の白熱灯光源を置き換えるための照明具の場合、この照明具には、従来のフード取り付けづめ、又は、対応する白熱電灯で用いる従来のライトソケットに適したねじ込み式ライトコネクタを含めることができる。
【０００４】
残念ながら、ＬＥＤの性能は、ＬＥＤがどのようにパッケージ化されるかに大きく依存する。ＬＥＤの光変換効率は、あらゆる蛍光体コーティングと同様に、ＬＥＤが動作する温度とＬＥＤをどのように駆動するかに依存する。加えて、ＬＥＤによりかなりのばらつきがあり、特に蛍光体により変換するＬＥＤの場合は、ＬＥＤチップのばらつき及び蛍光体のばらつきの両方のため、コーティングにより、最終的にパッケージ化されたＬＥＤの性能のばらつきが生じる。製品の均一性を保つためにパッケージ化されたＬＥＤの製造業者が最終的にパッケージ化されたＬＥＤを「捨てる」一方、そのように捨てることのコストは顕著なものとなる。
【０００５】
さらに、ＬＥＤを動作させる温度は、ヒートシンク、及び、最終的な照明具の熱放散面により決まる。ある温度及び駆動電流で同じ光出力を有する相異なるパッケージ化されたＬＥＤは、別の温度では実質的に異なる光出力となることがある。従って、最終的な照明具にパッケージを組み立てるまで、このようなばらつきの程度を完全に定めることはできない。
【０００６】
このことは、標準のＡＣ電源コンセントに接続したとき、光の強度が標準化された出力の光源を作るための標準化された部品が使えないので、製造業者が作った照明具中のパッケージ化されたＬＥＤを試験するための設備を持たなければならない照明具製造業者にとって重荷となる。従って、照明具の製造業者は、出来上がった照明具の光出力を一定にするために、製造した各光源のＬＥＤに供給する電源レベルを設定するのみならず、製造業者の製造ラインに較正機器を設置し維持しなければならない。これにより、製造ラインを確立するために必要とする投資資本が増大する。
【０００７】
最後に、「白色」ＬＥＤの場合であっても、「冷白色」から「温白色」までの異なる色温度がある。蛍光体による変換光源において異なる色を作り出すために異なる蛍光体コーティングを用いる。これらの蛍光体は普通ＬＥＤパッケージ中に組み込まれ、従って、異なる色温度を出すために蛍光体を変えることは、ＬＥＤそのものの交換をも必要とする。従って、照明具製造業者は、異なるＬＥＤ源／蛍光体源を貯蔵しておかなければならない。同様に、ユーザーは光源を変換する蛍光体により新らしい色温度を得るために、照明具全体を取り替えなければならない。同様に、ＬＥＤが故障した場合、ＬＥＤとそれに関連する蛍光体の両方を取り替えなければならない。
【発明の概要】
【０００８】
本発明には、ＬＥＤベースの照明装置と同装置の製造方法が含まれる。照明装置には、ヒートシンク上に取り付けたＬＥＤ光源と電源アダプターが含まれる。電源アダプターは、従来の蛍光灯又は白熱電球の電源アダプターと互換性を持たせるように作られる。本発明の１つの特徴によれば、電源が電源アダプターを介して装置と結合されたとき、コントローラがＬＥＤ光源に平均電流を流す。この平均電流により、ＬＥＤ光源はＬＥＤ光源における装置毎の違いとは実質的に無関係に標準的な所定の強度の光を発生する。本発明の１つの特徴によれば、ＬＥＤ光源には、直列に接続した複数のＬＥＤが含まれ、これらのＬＥＤはヒートシンクに装着され、ワイヤボンドで直列に接続されヒートシンク上の導電パターンに装着される。
【０００９】
本発明の他の特徴によれば、照明装置には、光の一部をＬＥＤ光源から発生したスペクトルから他のスペクトルに変換する蛍光体層を含む交換可能なグローブが含まれる。このグローブを交換することにより、光源を代えることなく照明装置の出力スペクトルを変化させることができる。加えて、ＬＥＤ光源の交換が必要となった場合、グローブをリサイクルすることができる。
【００１０】
本発明の他の特徴によれば、照明装置には、電源アダプターに接続されたＡＣ電圧を、第１の半波整流された電源を光源に電源供給するために用いたとき所定の光強度を生じさせるデューティサイクルを有する第１の半波整流された電源に変換する、第１の半波整流器が含まれる。この第１の半波整流器には、所定の光強度を出力させるために選んだ制御信号を有するシリコン制御整流器を含ませることができる。制御信号は、光源がヒートシンク上で動作しているときＬＥＤ光源からの光の計測値に応じた値を有する。本発明の他の特徴によれば、ＬＥＤ光源には、第１と第２のＬＥＤが含まれ、第１のＬＥＤには、第１の半波整流器から電源供給がなされ、第２のＬＥＤには、第１の半波整流された電源と１８０度位相がずれている第２の半波整流器から電源供給がなされる。
【００１１】
本発明の他の特徴によれば、ヒートシンクは、光源からの光を拡散させ方向転換させる光拡散要素を受け入れるように作られている。装置には、光拡散要素中の光強度を測定する光検知器と、計測した光強度を所定の標準強度に維持するためのコントローラとを含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】多数の光拡散器のどれとでも接続できる、本発明に係る照明ベースユニットの横断面図である。
【図２】従来の光ソケットに接続するベースユニットを初期化する、工場で使用することができる初期化設備を示す。
【図３】本発明に係るベースユニット中に用いることができる電源の１つの実施の形態を示す。
【図４】本発明に係るベースユニットコントローラの１つの実施の形態を示す。
【図５】本発明の１つの特徴に係る、照明装置の一部としてのベースユニット１００の部分の横断面図である。
【図６】本発明に係る標準化されたベースユニットを用いる光源の他の実施の形態の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の利点がどのようにもたらされるかは、多数の光拡散器３１のどれとでも接続できる、本発明に係る照明ベースユニット２１を有する照明装置２０の横断面図である図１を参照することにより、よく理解することができる。ベースユニット２１には、複数のＬＥＤをその上に装着したヒートシンク２２が含まれる。ＬＥＤの数は、ベースユニットの詳細な利用形態と電源定格により決まる。コントローラ２４はＬＥＤに電源供給する。図面を簡単化するために、コントローラ２４とＬＥＤとの間の接続は図面から省略してある。電球コネクタにおけるらせん形状のような標準のコネクタ２５が、ベースユニット２１と従来の照明ソケットとを結合するために用いられている。「フード取り付けづめ」のようならせん形状を持たないコネクタを用いることもできる。
【００１４】
上述のように、ＬＥＤは、ＬＥＤの製造における製造工程に差異があるため光出力に違いが出ることがある。加えて、応用例によっては、ＬＥＤは、ＬＥＤからの光の一部又はすべてを別のスペクトルをもつ光に変換する蛍光体層２６で覆われる。例えば、白色ＬＥＤの場合、黄色の蛍光体がしばしば用いられる。この目的に用いる蛍光体の変換効率は、しばしば蛍光体層の温度に依存し、従って、ＬＥＤと蛍光体層がヒートシンク２２に装着されるまで、光出力を予測することはできない。
【００１５】
本発明の１つの特徴によれば、ＬＥＤがヒートシンク２２上に取り付けられ蛍光体層で覆われた後、ベースユニット２１から生じる光の調整が行われる。コントローラ２４からＬＥＤに供給される電源は、光出力が所定の規定値の範囲に収まるまで調整される。次に、必要とされる光出力をＬＥＤに出させる平均電流を特定する情報をコントローラ２４に記憶し、ＬＥＤに電源供給するために流す平均電流を設定するためにコントローラ２４が用いる。このようにして、各ベースユニットが同じ光出力を出すよう調整され、従って、ベースユニット２１を用いる照明具の製造業者には、再現性のある製品が保証される。ＬＥＤを通る平均電流は、ＬＥＤに流す最大電流を出力する定電流源を用いることにより制御することができる。次いで、この定電流源の出力は、必要とされる平均電流を流すデューティサイクルでオン・オフ切り替えが行われる。あるいは、ＤＣ信号をＬＥＤに供給し、必要とされる平均電流レベルになるよう、電流又は電圧を調整することもできる。
【００１６】
ＬＥＤには、交流電圧源  又は、ＤＣ電源のどちらからでも電源供給することができる。人の目は、短期間では平均光出力のみを測定し、従って、周期的に変動する光出力に対して、変動周期の周波数が３０サイクル毎秒程度の最小周波数を超える場合は、ちらつきとは感じない。従って、平均電流は、ＬＥＤにバイアスを掛けて発光させる周期的に変動する波形部分を変化させることにより制御することができる。電圧サイクルにおいて、光を生じさせる部分の割合を「デューティファクター」と称する。デューティサイクルを変更することにより、ピーク駆動電圧を固定したまま平均強度を制御することができる。あるいは、必要とする平均電流を出力させるために駆動電圧を変化させる可変電流源を用いることもできる。
【００１７】
ＬＥＤに供給する必要とする平均電流を記憶するためにコントローラが必要とするデータは、コネクタ２５、又は、ベースユニット２１のテスト又は調整の間つなぐ別のコネクタのどちらからでもコントローラに入力することができる。ＡＣ電源ラインに乗せて信号を送ることは当業者に知られており、従って、ここではその詳細について説明しない。本発明の他の特徴によれば、光検知器２７は、ベースユニット２１に含まれ、コントローラ２４により監視される。光ベースの信号は、必要とする信号を供給するために、光検知器２７に導くことができる。この構成では、拡散器３１がベースユニット２１に設置した後であってもコントローラ２４に光信号を伝えることができる。
【００１８】
本発明の他の実施の形態において、コントローラ２４にＬＥＤの経年変化を補償させるために、拡散器３１が取り付けられた後で、動作中に光検知器２７を監視することができる。ＬＥＤの光出力は、一般に時間とともに減少するので、何らかの補償機能が無いと、照明装置２０の光出力は落ちてくる。原則的に、装置２０の光出力は監視できるので、ＬＥＤの経年変化を補償させるためにＬＥＤへの平均電流を増加することができる。拡散器３１の光検知器２７に対向する位置に光学的に透明な窓２８を用意することにより、コントローラ２４は、照明装置２０の運転中に拡散器３１の光レベルを監視することができる。拡散器は種々のＬＥＤ２３からの光を混ぜ合わせるので、光検知器２７の出力はベースユニット２１からの全出力と相関がある。注目すべきは、拡散器の幾何学的形状が異なることと、光検知器２７との結合効率が装置ごとに違うことにより、光検知器２７の出力と照明装置２０により生じる光との正確な関係を決定することは難しいことである。しかし、コントローラ２４は、ベースユニット２１の光出力が正しい値であることを保証する初期平均電流でプログラムされていることに注目すべきである。従って、コントローラ２４は、拡散器３１を取り付けたあとの光検知器２７の出力を記憶し、この光出力値に平均電流を追従させるためにのみ必要である。コントローラ２４に光検知器２７の目標出力値を記憶させるために、照明装置２０を組み立てた後に、この装置に所定の光信号を送ることができる。
【００１９】
本発明の他の特徴によれば、ベースユニット２１には、ヒートシンク２２の温度を監視する温度センサー２９が含まれる。上述のように、ＬＥＤの光出力は温度により変化する。コントローラ２４により供給される平均電流は、標準化した光出力を供給するようにコントローラを初期化するときの所定の温度で、決定する。しかし、ベースユニット２１の動作温度は周囲条件及び／又は拡散器３１の存在により変化する可能性がある。温度の関数としての出力の変動は、温度の関数としての出力の変化を補償するために決定したＬＥＤを流れる平均電流の較正及びそれに応じた変更を行っている間に、ベースユニット毎に測定することができる。光検知器２７がベースユニット２１に含まれる実施の形態において、光検知器２７及び対応するサーボループは、光検知器２７の出力が所定の温度において記憶される限りにおいて、このような補償を行う。
【００２０】
次に図２を参照すると、従来の照明ソケットに接続されるベースユニットを初期化する、工場で用いることのできる初期化の較正が描かれている。上述のとおり、本願発明は、種々の光拡散器を用いることのできる標準のベースユニットを、既存の白熱電球を直接的な代替となる照明装置を組み立てるために提供する。このベースユニットは、置き換えられる白熱電球に関する従来の照明ソケットに差し込まれたとき各ベースユニットが所定の光強度を出力するように工場で設定する。ベースユニットの初期化は、５５で示したＬＥＤがヒートシンクに装着され、層５５のような蛍光体層が蒸着されたあと、行われる。ベースユニット６１は、従来の照明ソケット５３に差し込まれ、初期化処理の間コントローラ５２から電源供給が行われる。この実施の形態において、ベースユニットは、フード取り付けづめコネクタのような段の無いコネクタを用いる。ベースユニット６１から生じる光は、光検知器５１で測定する。コントローラ５２は、初期化処理において、ＬＥＤ５５に流れる平均電流を制御する。コントローラ５２は、ベースユニット６１からの光出力が所定の範囲に収まるまで平均電流を変化させる。この電流値は、通常の運転に用いるためにその値を記憶させるため、ベースユニットコントローラ５４に送られる。
【００２１】
上述のとおり、本願発明のいくつかの実施の形態において、ベースユニット６１には、初期化電流を決めるときの温度と、ベースユニット６１実際の動作温度との間の温度差をベースユニットコントローラ５４が補償することができるようにヒートシンクの温度を計測するためにベースユニットコントローラ５４が用いる温度センサー５７が含まれる。初期化処理のこの段階で、ベースユニット６１はコントローラ５２の制御下にある放射暖房器により暖められる。複数の温度の各々に対して、必要とする光出力を出すような平均電流を決定し、ベースユニットコントローラ５４に記憶させる。記憶した温度及び対応する平均電流のテーブルは、ベースユニット６１に適用する正しい平均電流を決定するために補間される。
【００２２】
多くの場合、ＬＥＤベースの照明装置により置き換えられる白熱電灯は、ＡＣ電源で駆動する。本発明のひとつの特徴によれば、ベースユニットには、ＡＣ・ＤＣ変換器を含み、ＤＣ電圧はＬＥＤを通る平均電流を制御する回路に電源供給するために用いる。ここで図３を参照すると、本発明に係るベースユニットに用いられる電源回路の１つの実施の形態が示されている。回路７０は、上述した初期化において、ベースユニットコントローラ７６は光ダイオード７７が受信した光信号により、上述した初期化装置と交信することを前提とする。上述のとおり、光ダイオード７７は、ベースユニットに装着した拡散器中の光レベルを監視するためにも用いられる。
【００２３】
回路７０には、先に説明したコネクタ２５のようなコネクタにより対応するソケットにベースユニットを挿入したとき、ＡＣ電源８１から電源供給される。コネクタ２５に組み込むことのできる変圧器７５は、供給電圧を、ＬＥＤに加えることのできる最大電圧で決まる電圧に降圧する。
【００２４】
図を単純化するために、回路７０は７２及び７４で示した２つのＬＥＤのみを有するように示されている。しかし、当然のことながらこれらのＬＥＤの各々は複数のＬＥＤで置き換えることができる。特に、複数のＬＥＤを直列に接続することにより、個々のＬＥＤ駆動電圧よりはるかに大きなピーク電圧を出力する変圧器７５を用いる一方、通常数ボルトで駆動することが望まれるＬＥＤをベースユニットが用いることができるようになる。この構成は、ベースユニット内で流さなければならない電流を減らし、従って、この目的で用いられる導体の大きさを小さくする。同様に、複数のこのように直列接続した一連のＬＥＤを並列に接続して光出力を増大することができる。並列に接続した列はまた、１つ以上の各ＬＥＤの回路開放による装置故障の数を減少させる。
【００２５】
各ＬＥＤを通る平均電流は、シリコン制御整流器（ＳＣＲ）により制御される。ＳＣＲ７１は、ＡＣサイクルの片方の半周期でＬＥＤ７２を通る電流を制御し、ＳＣＲ７３は、ＡＣサイクルのもう一方の半周期でＬＥＤ７４を通る平均電流を制御する。ＬＥＤに電源供給するＡＣサイクルの割合は、コントローラ７６で制御されるＳＣＲに加えられる制御信号により定められる。正しい制御信号は、上述の初期化処理においてコントローラ７６に送られる。
【００２６】
本発明の１つの特徴によれば、コントローラ７６には、コントローラ７６中の論理回路に電源を供給し、ＳＣＲ制御信号を供給する小型のＡＣからＤＣへの電源変換器７８が含まれる。注目すべきは、光源から光を発生させるために必要とする電源はＡＣ電源から直接供給されることであり、従って、小電源供給はコントローラ中の論理回路に供給するために必要なだけである。
【００２７】
本発明の１つの実施の形態では、ベースユニットコントローラには、ＡＣ/ＤＣ変換器とＳＣＲへの制御信号を生成するための回路のみが含まれる。このような実施の形態では、光ダイオード７７が存在しない。ここで図４を参照すると、本発明に係るベースユニットコントローラ１つの実施の形態が示されている。ベースユニットコントローラ９０には、バス９１を介してベースユニットに電源を供給するＡＣ電源に接続されたとき、ＳＣＲを制御するために十分な電源とともにＤＣ信号を生成する小さなＡＣ/ＤＣ変換器９５が含まれる。ＳＣＲ制御信号は、抵抗９３及び可変抵抗器９４からなる抵抗分割器で変換器９５の出力を分割することにより生成される。可変抵抗器９４の抵抗値は、初期化コントローラに接続されているバス９２上の信号により設定される。初期化処理の間、初期化コントローラは直接ＳＣＲ制御信号を制御し、その信号を必要な光出力が得られるまで変化させる。次いで、可変抵抗器９４は、バス９２上に制御信号が存在しないときに決定した制御電圧を生じる抵抗値が得られるよう設定される。
【００２８】
可変抵抗器９４は、所定の値以上の電流が流れると切れるようなリンクによりバスラインとつながっている固定抵抗の列で構成することができる。このような実施の形態において、リンクは、バスを介して初期化コントローラにつながっている。ＥＥＰＲＯＭのゲート上の電荷により決まる可変抵抗を提供するアナログモードで動作するＥＥＰＲＯＭを用いる実施の形態を用いることもできる。
【００２９】
本発明の１つの特徴によれば、ヒートシンクには、制御回路に直列に接続された複数のＬＥＤにつなげるために用いられる複数の導電パターンがふくまれる。ＬＥＤに電源を供給するＬＥＤ及び駆動回路の数は、導電パターンを変更することを必要とせずに変更することができ、従って、同じベースユニットを異なる光出力を有する複数の照明装置を組み立てるために用いることができる。本発明のこの特徴がどのような利点をもたらすかについては、照明装置の一部としての本発明の特徴に係るベースユニット１００の部分横断面図である、図５を参照することによりさらに容易に理解できるであろう。ベースユニット１００には、導電パターン１３５及び１３６のような複数の導電パターンをヒートシンク１２４から分離する絶縁層１２５を有する金属材料で構成される、ヒートシンク１２４が含まれる。コントローラには、チップ１２６のような１つ以上のチップが含まれる。ＬＥＤ１３１〜１３３は、熱伝導性導電エポキシ又は他の熱伝導性接着剤を用いて、ヒートシンク１２４上の取り付け領域１２１に直接取り付けられる。個々のＬＥＤはワイヤボンド１３４のようなワイヤボンドで直列に接続される。次に、直列に接続されたＬＥＤの列は、導電パターン１３５及び１３６を介してコントローラに接続される。列同士の接続はワイヤボンドで行われるので、接続されるＬＥＤの数は、ヒートシンクの表面上の導電パターンを変えることを必要とせずに、ベースユニット毎に変更することができる。
【００３０】
ＬＥＤがワイヤボンドに接続された後、ＬＥＤとワイヤボンドは、保護キャップ１３７を形成する透明な材料のカプセルの中に封入される。本発明の１つの特徴によれば、保護キャップ１３７は、リング１３８を層１２５の表面に取り付け、シリコンのような透明な材料でリング内を満たすことにより形成する。蛍光体材料を用いる場合は、蛍光体微粒子をシリコン内に組み込むことができる。しかし、保護キャップを作る他の方法を用いることもできる。例えば、シリコン又は他の材料の液滴をＬＥＤの上に置くこともできる。本発明の他の特徴によれば、保護キャップは別に作り、ＬＥＤと保護キャップの上面との間に空隙を残して、ＬＥＤの上にかぶせる。保護キャップ及び／又はキャップ内のカプセルの材料には、ＬＥＤから発生する光を望みのスペクトル構成の光に変換する蛍光体材料を含めることができる。
【００３１】
上述のとおり、ベースユニット１００中へのＬＥＤの配置は、導電パターンの構成を変更することなく変更することができる。ＬＥＤの数量、ＬＥＤの配置、及びＬＥＤ相互の配線は、取り付け領域１２１中にダイを有するＬＥＤを設置する装置、及び具体的にワイヤボンドを行うワイヤボンディングシステムにより定まる。これら両方の製造装置の動作は、プリント回路ボードの中のコア領域中の光源とプリント回路ボードとの最終的な接続を行うのに十分な端子を導電パターンが有する限り、導電パターンとは独立させることのできるコンピュータプログラムとデータファイルにより制御される。従って、１つのプリント回路ボードの設計を複数の異なる装置で用いることができる。
【００３２】
他のダイを取り付け領域１２１に設置しＬＥＤと接続することができることもまた注目すべきことである。例えば、ＬＥＤに電流を供給するドライバーチップを取り付け領域に取り付け、これらのチップから発生する熱をヒートシンク１２４で放熱させることができる。加えて、相異なるスペクトル帯域の光を放つ複数のチップを用いるＬＥＤ光源には、しばしば、観測者に特定の色であると感じさせる光を生じさせるために、各スペクトル帯域において生じる光の強度を調整するコントローラが含まれる。これらのコントローラは、同様にプリント回路ボードのコア領域中に設置され、コントローラは、コア領域中に組み込まれた特定の光源に対応するものである場合は、プリント回路ボードの導電パターン上ではなくＬＥＤに接続される。
【００３３】
ここで、図６を参照すると、これは本発明に係る標準化されたベースユニットを用いる光源の他の実施の形態における横断面図である。光源２００は、ベースユニットと別のグローブとで組み立てられる。ベースユニットは、この実施の形態では、従来の白熱電球を受容するよう設計された光ソケットに差し込むことのできるねじ込み式電球コネクタである、標準のコネクタ２０２に取り付けられた標準化されたヒートシンク２０１を用いる。
【００３４】
複数のＬＥＤ２１０が、熱伝導ボンドでヒートシンク２０１に貼り付けた基板２１６上に取り付けられている。ＬＥＤは、パッケージ化されたチップ又は裸のチップの形状とすることができる。裸のチップを用いる場合は、保護材料の層は上述したようにチップの上に適用することができる。
【００３５】
基板２１６にも、ＬＥＤの特定の電源要求に合わせた大きさの制御回路２１１及びドライバー２１２を含めることができる。基板２１６は、高い熱伝導性を有し、ヒートシンク２０１上の導電パターン２０８と合致する種々のコンポーネントと接続する複数の導電パターンを支えることのできる材料で組み立てられることが好ましい。
【００３６】
ヒートシンク２０１には、基板２１６上のコンポーネントから生じる熱の放熱を容易にする２０３及び２１５で示した複数のフィンを含めることができる。これらのフィンは、グローブ２０６を接続するために、ねじ山を外側に設けるような構成とすることができる。あるいは、グローブ２０６に、グローブ２０６をヒートシンク２０１上に「止める」ことができるように、はめあい凸部２１８を凸部２１５と反転してかみ合うようにできる、たわみやすい部分２０４を設けることができる。どちらの構成においても、ヒートシンク２０１は、製造業者又は光源の消費者が提供することのできる複数の異なるグローブを受容することができる。従って、消費者はグローブを変更するだけで光源の色温度を変えることができる。加えて、グローブは、ＬＥＤ又はベース中のコンポーネンが故障又は取替えを必要としたとき、再使用することができる。
【００３７】
グローブ２０６には、ＬＥＤから発生する光を異なるスペクトルを有する光に変換する蛍光体を含めることができる。原則的に、蛍光体は、グローブ２０６を満たす透明な媒体中に分散させる。しかしこのような構成では、グローブ２０６内部の蛍光体により生じる熱を閉じ込めてしまう。照明システムで一般的に用いられる蛍光体の効率は、温度の作用により大きく減少する。蛍光体は入射してきた光の一部を望みのスペクトルの光に変換するが、入射光の大部分は熱に変わる。従って、熱損失は重要な検討項目である。グローブ２０６の外面に蛍光体層２０５を設けることで、蛍光体が光を吸収することにより生じる熱を周囲に放散することができる。加えて、熱が生じそして放散する表面領域は、ＬＥＤの近傍の蛍光体層でＬＥＤが覆われるような実施の形態における表面領域に比べて著しく大きい。
【００３８】
注目すべきは、蛍光体層は、グローブ２０６の内表面上又はグローブ２０６を構成する材料中に拡散させることができることである。蛍光体層を内表面上に形成することは本発明の熱放散特性を低減させる。しかし、この構成は、蛍光体層を周囲の外乱から保護する。外殻内に蛍光体を分散させることで蛍光体を保護し、外殻の内面に蛍光体層を形成する場合に比べて熱放散を改善することができる。加えて、グローブがヒートシンク上の各ＬＥＤチップに起因する高温状態とは隔離されているので、プラスチックのグローブに分散させた有機蛍光体を用いることができる。さらに、蛍光体は、ＬＥＤチップから生じる熱とは蛍光体層が隔離されているので低温で働く。
【００３９】
異なる蛍光体成分を異なるグローブに含めることができるので、エンドユーザはグローブを替えるだけで光源の色彩スペクトルを変更することができることにも注目すべきである。異なるグローブには、異なる蛍光体又は同じ蛍光体の異なる濃度の場合が含まれる。例えば、ＬＥＤから放射される青色の光の部分を黄色の光に変換することにより得られた白色ＬＥＤにおいて、グローブ中の蛍光体の濃度を変えることにより、光源の出力における黄色の光に対する青色の光の割合を制御することができるので、濃度を変えることは光源から放射される光のスペクトルをシフトさせることとなる。
【００４０】
加えて、異なるグローブで異なる形及び大きさとすることができる。この点について、当然のことながら、ここで用いるグローブの語は、半球状又はお椀状のものだけでなくどのような形のものをも含む。例えば、裏返すことのできるようにベースユニットに取り付けた円筒型のものも「グローブ」の語に含まれる。
【００４１】
本発明の上述の実施の形態は、現在白熱電灯用に使われているソケットに差し込むことができるようなアダプターとともにベースユニットを用いている。しかし、蛍光灯に用いるための照明ソケットのような従来からの他の照明ソケットに挿入できるようにするアダプターを用いることもできる。この説明のために、従来の電球の電源アダプターは、ＬＥＤでない従来の電球又は蛍光灯取り付け具に取り付けできるようにしたアダプターであると定義する。
【００４２】
本発明の上述の実施の形態は本発明の種々の特徴を概要を説明するものである。しかし、当然のことながら、異なる具体的な実施の形態で示される本発明の異なる特徴を組み合わせて本発明の他の実施の形態とすることができる。加えて、先の説明の添付図から本発明に種々の変更を加えることができることも明らかである。従って、本発明は、以下の特許請求の範囲によりのみ限定されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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