(57)【要約】  照明パネルシステムには、固体発光素子列を持つ照明パネルと、電圧入力端子、制御入力端子、および固体発光素子列に接続する第一および第二の出力端子を持つ電流供給回路とを含む。電流供給回路は、制御信号に応答して固体発光素子列にオン状態駆動電流を供給するように構成される。電流供給回路には、電圧入力端子に接続する充電インダクタと第一の出力端子に接続する出力キャパシタとを含む。電流供給回路は、オン状態駆動電流が固体発光素子列に供給されている間は充電インダクタを通して電流が連続的に流れる連続導通モードで動作するように構成される。
2009516395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体発光素子列を含む照明パネルと、
電圧入力端子、制御入力端子、前記固体発光素子列に接続する第一および第二の出力端子を持つ電流供給回路と、を供えた照明パネルシステムであって、
前記電流供給回路は、制御信号に応答して前記固体発光素子列にオン状態駆動電流を供給するように構成され、
前記電流供給回路には、前記電圧入力端子に接続する充電インダクタおよび前記第一の出力端子に接続する出力キャパシタを備え、
前記電流供給回路は、前記オン状態駆動電流が前記固体発光素子列に供給されている間、前記充電インダクタを通して電流が連続的に流れる連続導通モードで動作するように構成される
ことを特徴とする照明パネルシステム。
【請求項２】
前記電流供給回路には、前記充電インダクタに接続するアノードと前記蓄積キャパシタに接続するカソードとを持つ整流器と、
制御入力並びに第一および第二の制御出力を持つコントローラと、
前記整流器の前記アノードに接続し、前記コントローラの前記第一の制御出力に接続する制御端子を持つ第一の制御トランジスタとを備え、
前記第一の制御トランジスタは、前記コントローラからの第一の制御信号に応答して前記充電インダクタにエネルギを与え、前記第一の制御信号に応答して前記充電インダクタに蓄積したエネルギを前記整流器を介して前記出力キャパシタに放電するように構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の照明パネルシステム。
【請求項３】
前記電流供給回路の前記第二の出力端子に接続し、前記コントローラの前記第二の制御出力に接続する入力を持つ第二の制御トランジスタをさらに備え、
前記第二の制御トランジスタは、前記コントローラからの第二の制御信号に応答して、前記電流供給回路の前記第一の出力端子に、前記出力キャパシタに蓄積された電圧を供給するよう構成される
ことを特徴とする請求項２に記載の照明パネルシステム。
【請求項４】
前記電流供給回路は、前記第二の制御出力と前記第二の制御トランジスタとの間に低域通過フィルタをさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の照明パネルシステム。
【請求項５】
前記電流供給回路は、前記電流供給回路の前記第二の出力端子に接続するセンス抵抗をさらに備え、
前記コントローラは、前記センス抵抗に接続するフィードバック入力をさらに備え、
前記コントローラは、前記フィードバック入力で受信したフィードバック信号に応答して、前記第二の制御信号を活性化するように構成される
ことを特徴とする請求項３に記載の照明パネルシステム。
【請求項６】
前記電流供給回路は、前記センス抵抗と前記コントローラの前記フィードバック入力との間に接続した低域通過フィルタをさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の照明パネルシステム。
【請求項７】
前記充電インダクタは、約５０μＨから約１．３ｍＨのインダクタンスを持つことを特徴とする請求項１に記載の照明パネルシステム。
【請求項８】
前記充電インダクタは、約６８０μＨのインダクタンスを持つことを特徴とする請求項７に記載の照明パネルシステム。
【請求項９】
前記電流供給回路は、可変電圧ブースト電流供給回路であることを特徴とする請求項１に記載の照明パネルシステム。
【請求項１０】
複数の固体発光素子列および前記個体発光素子列のうちのそれぞれの一つと接続し連続導通モードで動作するよう構成した複数の電流供給回路とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の照明パネルシステム。
【請求項１１】
前記電流供給回路は、少なくとも約８５％の入力電力を出力電力に変換するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の照明パネル。
【請求項１２】
前記電流供給回路は、少なくとも約９０％の入力電力を出力電力に変換するように構成されることを特徴とする請求項１１に記載の照明パネル。
【請求項１３】
照明パネルシステムにおける固体発光素子列を駆動するために、オン状態駆動電流を発生する方法であって、
入力電圧で充電インダクタにエネルギを与えるステップと、
前記充電インダクタに蓄積したエネルギを出力キャパシタに放電するステップと、
前記固体発光素子列に前記出力キャパシタ上の電圧を供給するステップとを備え、
前記固体発光素子列にオン状態駆動電流を供給する間は前記充電インダクタを通して電流が連続的に流れる
ことを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記充電インダクタに蓄積したエネルギを出力キャパシタに放電するステップには、前記充電インダクタに蓄積したエネルギを整流器を介して放電することを含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
入力電圧で前記充電インダクタにエネルギを与えるステップには、第一の制御信号で前記充電インダクタに接続する第一の制御トランジスタを活性化することを含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
出力電流を検出するステップと、前記検出した出力電流に応答して第一の制御トランジスタを活性化するステップとをさらに備えたことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記固体発光素子列に前記出力キャパシタ上の電圧を供給するステップには、前記列に接続する第二の制御トランジスタを第二の制御信号で活性化することを含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記第二の制御信号にフィルタを掛けるステップと、前記第二の制御トランジスタに前記フィルタを掛けた第二の制御信号を供給するステップとをさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
低域通過フィルタを使用して前記検出した出力電流をフィルタにかけるステップをさらに備えたことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
照明パネルシステムであって、
赤色光を発光するよう構成した第一の固体発光素子列と、緑色光を発光するよう構成した第二の固体発光素子列と、青色光を発光するよう構成した第三の固体発光素子列とを含む照明パネルと、
前記第一、第二および第三の列とそれぞれ接続する少なくとも３個の電流供給回路とを備え、
前記電流供給回路のそれぞれには、連続電流モードで動作するように構成した可変電圧ブーストの定電流電力供給回路を備える
ことを特徴とする照明パネルシステム。
【請求項２１】
前記電流供給回路に接続され、複数のパルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号を生成するよう構成したデジタル制御システムをさらに備え、
前記デジタル制御システムが発生した複数のＰＷＭ制御信号のうちの一つに応答して、前記固体発光素子列のそれぞれにオン状態駆動電流を供給するよう各前記電流供給回路を構成することを特徴とする請求項２０に記載の照明パネルシステム。
【請求項２２】
前記デジタル制御システムには、少なくとも１個の光センサが前記照明パネルによる光出力に応答して生成するセンサ出力信号に応答してＰＷＭ制御信号を生成するよう構成される閉ループのデジタル制御システムを備えることを特徴とする請求項２１に記載の照明パネルシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体照明に関し、さらに具体的には、調整可能な固体照明パネルと、固体照明パネルを照射するための高電圧を発生するシステムおよび方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体照明アレイは多くの照明応用に使用される。例えば、固体発光素子列を含む固体照明パネルは、直接照明光源として、例えば、建築上の照明および／またはアクセント照明において、使用されてきた。固体発光素子には、例えば、一つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含むパッケージ型発光素子を含んでもよい。無機ＬＥＤは、通常、ｐ−ｎ接合を形成する半導体層を含む。有機発光層を含む有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）は、もう一つのタイプの固体発光素子である。通常、固体発光素子は、発光層または発光領域における電子キャリア、すなわち電子とホールの再結合を通して光を生成する。
【０００３】
固体照明パネルは、携帯型電子装置で使用する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のディスプレイ画面のような、小型ＬＣＤディスプレイ画面のバックライトとして一般的に使用される。さらに、ＬＣＤテレビジョンディスプレイなどの、大型ディスプレイのバックライトとして固体照明パネルを使用することに興味が高まってきた。
【０００４】
小型ＬＣＤ画面では、バックライトアセンブリに、ＬＥＤが発光する青色光の幾らかを黄色光に変換する波長変換蛍光体で被覆されている青色発光ＬＥＤを含んだ、白色ＬＥＤ発光素子を採用するのが通常である。青色光と黄色光の組み合わせとして生じる光は、観察者には白色に見えるかもしれない。しかしながら、そのような処理で生成する光は白色に見えるかもしれないが、限定された光スペクトルのため、そのような光で照らされた物体は自然の色を持つようには見えないかもしれない。例えば、上記の光は、可視スペクトルの赤色部分で殆んどエネルギを持たない可能性があるので、物体の赤い色はそのような光でよく照らされないかもしれない。結果として、そのような光源の下で見た場合、物体は不自然な色を持つ可能性がある。
【０００５】
光源の演色評価数は、広範囲の色を正確に照らす光源が生成する、光の能力の客観的尺度である。演色評価数は、モノクロ光源での本質的にゼロから白熱光源でのほぼ１００までの範囲に及ぶ。蛍光体ベースの固体光源から生成される光は、比較的低い演色評価数を持つ可能性がある。
【０００６】
大規模な照明応用では、しばしば、高い演色評価数を持つ白色光を生成する光源を提供することが望ましく、その結果、当該照明パネルで照らされた物体はより自然に見える可能性がある。同様に、ディスプレイのバックライト応用では、ディスプレイの表示可能な色（色域）の範囲が広いバックライト源を提供することが望ましいかもしれない。従って、そのような光源には、通常、赤、緑および青の発光素子を含む固体発光素子列を含んでいてもよい。赤、緑および青の発光素子を同時に活性化すると、赤、緑および青の光源の相対的強度に依存して、結果として生じる合成光は白または殆んど白に見える可能性があり、高い演色評価数をもたらす可能性がある。“白”と考えてもよい光については、多くの異なる色相がある。例えば、ナトリウム発光（sodium vapor lighting）素子が生成する光などの、ある“白色”光は、色が黄色がかったように見える可能性があり、一方、幾つかの蛍光性発光素子が生成する光のような他の“白色”光は、色が青みがかったように見える可能性がある。同様に、バックライト・ユニットの赤、緑および青の光源の相対的強度を変更することにより、ディスプレイは広い範囲の色を生成できる可能性がある。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第１１／３６８，９７６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
大きなディスプレイおよび／または照明応用では、複数の固体照明タイルを、例えば、二次元配列で互いに接続されて、大きな照明パネルを形成してもよい。しかしながら、そこに含まれる多数の発光素子および／または照明パネルに含まれる電子的ドライバ回路の動作によって、そのような照明パネルは極めて大きな熱量を発生する可能性がある。そのため、照明パネルが発生する熱を放散しなければならず、そうでなければ、照明パネルは過熱する可能性があり、照明パネルおよび／またはその部品を損傷する可能性がある。大量の熱を放散するため、照明パネルには放熱板および／または余分の熱を放出し得る他の表面を備えてもよい。しかしながら、そのような特徴はかさばり、重くおよび／または費用を必要とするため、照明パネルにとっては望ましくない可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の幾つかの実施形態による照明パネルシステムには、固体発光素子列を持つ照明パネルと、電圧入力端子、制御入力端子および固体発光素子列に接続する第一および第二の出力端子とを持つ電流供給回路とを含む。電流供給回路は制御信号に応答して、オン状態駆動電流を固体発光素子列に供給するよう構成してもよい。電流供給回路には、電圧入力端子に接続する充電インダクタおよび第一の出力端子に接続する出力キャパシタを含んでもよい。固体発光素子列にオン状態駆動電流を供給する間、変化するまたは一定の電流が連続的に充電インダクタを通して流れる、連続導通モードで動作するように電流供給回路を構成してもよい。
【００１０】
電流供給回路は、充電インダクタに接続するアノードと蓄積キャパシタに接続するカソードとを持つ整流器と、制御入力ならびに第一および第二の制御出力とを持つコントローラと、整流器のアノードに接続し、コントローラの第一の制御出力に接続する制御端子を持つ第一の制御トランジスタとを、含んでもよい。コントローラからの第一の制御信号に応答して充電インダクタを活性化するようにし、および、第一の制御信号に応答して、充電インダクタに蓄積されたエネルギを、整流器を介して出力キャパシタに放電するように、第一の制御トタンジスタを構成してもよい。
【００１１】
照明パネルシステムは、さらに、電流供給回路の第二の出力端子に接続し、コントローラの第二の制御出力に接続する入力を持つ第二の制御トランジスタを含んでもよい。コントローラからの第二の制御信号に応答して、電流供給回路の第一の出力端子に出力キャパシタに蓄積された電圧を供給するように、第二の制御トランジスタを構成してもよい。
【００１２】
電流供給回路は、さらに、第二の制御出力と第二の制御トランジスタとの間に低域通過フィルタを含んでもよい。
【００１３】
電流供給回路は、さらに、電流供給回路の第二の出力端子に接続するセンス抵抗を含んでもよく、そして、コントローラは、さらに、センス抵抗に接続するフィードバック入力を含んでもよい。フィードバック入力で受信したフィードバック信号に応答して、第二の制御信号を活性化するようにコントローラを構成してもよい。
【００１４】
電流供給回路は、さらに、センス抵抗とコントローラのフィードバック入力との間に接続する低域フィルタを含んでもよい。
【００１５】
充電インダクタは、約５０μＨから約１．３ｍＨのインダクタンスを持ち得る。特定の実施形態では、充電インダクタは約６８０μＨのインダクタンスを持ち得る。電流供給回路は可変電圧ブーストの電流供給回路でもよい。
【００１６】
照明パネルシステムは、さらに、複数の固体発光素子列と、固体発光素子列のうちのそれぞれの一つと接続し、連続導通モードで動作するよう構成される複数の電流供給回路とを含んでもよい。
【００１７】
電流供給回路は、入力電力の少なくとも約８５％で出力電力に変換するようを構成され得る。幾つかの実施形態では、電流供給回路は、入力電力の少なくとも約９０％を出力電力に変換するよう構成され得る。
【００１８】
本発明の幾つかの実施形態は、照明パネルシステムの固体発光素子列を駆動するためのオン状態駆動電流を発生する方法を提供する。その方法には、入力電圧で充電インダクタにエネルギを与えること、充電インダクタに蓄積したエネルギを出力キャパシタに放電すること、出力キャパシタの電圧を固体発光素子列に供給することを含み、固体発光素子列にオン状態駆動電流が供給される間、充電インダクタを通して連続的に電流が流れる。
【００１９】
充電インダクタに蓄積したエネルギを出力キャパシタへ放電することには、整流器を介した充電インダクタに蓄積したエネルギの放電を含んでもよい。入力電圧で充電インダクタにエネルギを与えることには、充電インダクタに接続した第一の制御トランジスタを第一の制御信号で活性化することを含んでもよい。
【００２０】
当該方法には、さらに、出力電流を検出すること、検出した出力電流に応答して第一の制御トランジスタを活性化することを含んでもよい。出力キャパシタの電圧を固体発光素子列へ供給することには、第二の制御信号で当該列に接続する第二の制御トランジスタを活性化することを含んでもよい。
【００２１】
当該方法には、さらに、第二の制御信号をフィルタにかけること、フィルタにかけた第二の制御信号を第二の制御トランジスタに供給することを含んでもよい。当該方法には、さらに、低域フィルタを使用して検出した出力電流をフィルタにかけることを含んでもよい。
【００２２】
本発明の幾つかの実施形態による照明パネルシステムには、赤色光を発光するように構成した第一の固体発光素子列と、緑色光を発光するように構成した第二の固体発光素子列と、青色光を発光するように構成した第三の固体発光素子列と、それぞれ第一の列、第二の列および第三の列に接続する少なくとも３個の電流供給回路とを含む。各電流供給回路には、連続導通モードで動作するように構成した可変電圧ブーストの定電流電力供給回路を含んでもよい。
【００２３】
照明パネルシステムには、さらに、電流供給回路に接続し、複数のパルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号を生成するように構成したデジタル制御システムを含んでもよい。各電流供給回路は、デジタル制御システムが生成する複数のＰＷＭ制御信号のうちの一つに応答して、固体発光素子列それぞれにオン状態駆動電流を供給するように構成される。
【００２４】
デジタル制御システムには、少なくとも１個の光センサが照明パネルによる光出力に応答して生成するセンサ出力信号に応答してＰＷＭ制御信号を生成するよう構成された、閉ループのデジタル制御システムを含んでもよい。
【００２５】
添付図面は、本発明の更なる理解を提供するために含めたものであり、本発明の一部に組み込まれて本発明の一部を構成し、本発明の幾つかの実施形態を説明するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
ここで、本発明の実施形態が示された添付の図面を参照して、本発明の実施形態をより十分に以下に説明することとする。しかしながら、本発明は多くの異なる形式で実施でき、ここで説明する実施形態に限定されると理解すべきでない。むしろ、これらの実施形態は、この開示が徹底的で、かつ完全であり、当業者に本発明の範囲を十分に伝えるというために提供される。本明細書において同種の番号は同種の要素を示す。
【００２７】
各種の要素を説明するため、第一、第二等の用語を使用するが、これらの要素はこれらの用語によって限定されるべきでないということを理解されたい。これらの用語は、一つの要素をもう一つの要素と区別するためにのみ使用する。例えば、本発明の範囲から逸脱することなく、第一の要素を第二の要素と名づけることができ、同様に、第二の要素を第一の要素と名づけることができる。本明細書で使用しているように、用語“および／または”は、一つ以上の関連する記載されたアイテムのいずれもおよび全ての組み合わせを含む。
【００２８】
もう一つの要素“の上に”ある、またはもう一つの要素“の上へ” 拡張しているというように、層、領域または基板などの要素を参照する場合、それは他の要素の上に直接存在したり、その上へ直接延長でき、または介在する要素が存在してもよいことが理解されよう。対照的に、もう一つの要素“の直接上に”ある、またはもう一つの要素“の直接上に” 拡張しているというように要素を参照する場合、介在する要素は存在しない。また、もう一つの要素に“接続する”、またはもう一つの要素に“連結する”というように要素を参照する場合、他の要素に直接接続したり、直接連結することができ、または介在する要素が存在してもよいことが理解されよう。対照的に、もう一つの要素に“直接接続する”、またはもう一つの要素に“直接連結する”というように要素を参照する場合、介在する要素は存在しない。
【００２９】
図に示すように、一つの要素、層または領域と、もう一つの要素、層または領域との関係を説明するため、“下に”または“上に”、または“上の”または“下の”、または“水平に”または“垂直に”、のような比較用語を本明細書で使用され得る。これらの用語は、図に示す方向に加えて、素子の異なる方向を包含することを意図することが理解されよう。
【００３０】
本明細書で使用する専門用語は、特定の実施形態のみを説明する目的であり、本発明を限定することを意図していない。本明細書で使用するように、単数形の“一つの（ａ）”、“一つの（ａｎ）”および“その（ｔｈｅ）”は、もし文脈が明らかに他を示していなければ、複数形を同様に含むことを意図している。さらに理解されるであろうが、用語“備える”、“備えている”、“含む”および／または“含んでいる”を本明細書で使用する場合、説明した特徴、整数、ステップ、動作、要素および／または部品の存在を示すが、一つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、部品および／またはそれらのグループの存在または追加を排除するものではない。
【００３１】
別に定義しない限り、本明細書で使用する全ての用語（技術的用語および科学的用語を含む）は、この発明が属する技術における当業者が共通に理解するのと同じ意味を持つ。さらに理解されるであろうが、本明細書で使用する用語は、この明細書とその関連技術に照らした場合のそれらの意味と一致する意味を持つものと解釈されるべきであり、本明細書でその様に明示的に定義しない限り、理想的または過度に公的意味で解釈されないであろう。
【００３２】
以下に、本発明の実施形態に係る方法、システムおよびコンピュータプログラムプロダクツのフローチャート図および／またはブロック図を参照して、本発明について説明する。理解されるであろうが、フローチャート図および／またはブロック図のいくつかのブロックならびにフローチャート図および／またはブロック図のいくつかのブロックの組み合わせは、コンピュータプログラム命令によって実装可能である。これらのコンピュータプログラム命令を、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、状態マシン、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）または他の処理回路、汎用コンピュータ、特殊目的コンピュータ、または、機械生産用などの他のプログラマブルデータ処理装置に格納するか、または、実装してもよく、その結果、当該命令は、コンピュータのプロセッサまたは他のプログラマブルデータ処理装置を介して実行し、フローチャートおよび／またはブロック図の一つのブロックまたは複数のブロックで指定する機能／動作を実装する手段を作り出す。
【００３３】
また、特定の方法で機能するようコンピュータまたは他のプログラマブルデータ処理装置に指示することができるコンピュータ読み取り可能メモリに、これらのコンピュータプログラム命令は格納されることができ、その結果、コンピュータ読み取り可能メモリに格納された命令は、フローチャートおよび／またはブロック図の一つのブロックまたは複数のブロックで指定する機能／動作を実装する命令手段を含む製造物を作り出す。
【００３４】
また、コンピュータに実装されたプロセスを作り出すよう一連の動作ステップをコンピュータまたは他のプログラマブル装置上で実行させるために、コンピュータプログラム命令をコンピュータまたは他のプログラマブルデータ処理装置にロードしてもよく、その結果、コンピュータまたは他のプログラマブル装置上で実行する命令は、フローチャートおよび／またはブロック図の一つのブロックまたは複数のブロックで指定する機能／動作を実装するためのステップを提供する。ブロックに記載された機能／動作は、動作図に記載された順序から外れて起こってもよいことは理解されるべきである。例えば、連続で示された２個のブロックは、実際には、実質的に同時に実行してもよいか、関係する機能／動作に依存して当該ブロックを時には逆の順序で実行してもよい。図のいくつかには、通信の主要な方向を示すため通信パスに矢印を含むが、図示された矢印の反対方向で通信が生じてもよいことが理解されるべきである。
【００３５】
ここで図１を参照すると、固体照明タイル１０には、規則正しくおよび／または不規則に二次元配列で配置された多数の固体発光要素１２を含み得る。例えば、タイル１０には、一つ以上の回路要素が搭載され得るプリント配線基板（ＰＣＢ）が含まれ得る。特に、タイル１０には、その上に金属印刷配線（図示せず）が形成され得るポリマ被覆をした金属芯を含んだメタルコア基板（ＭＣＰＣＢ）が含まれ得る。ＭＣＰＣＢ材料およびそれに類似の材料は、例えば、Ｂｅｒｇｑｕｉｓｔ社から市販されている。さらに、ＰＣＢには、重質被覆金属（４オンス銅またはそれ以上）および／またはサーマルビアのある従来のＦＲ−４ＰＣＢが含まれ得る。ＭＣＰＣＢ材料は、従来のＰＣＢ材料に比較し、改善された熱性能を提供し得る。しかしながら、ＭＣＰＣＢ材料は、また、金属芯を含んでいないであろう従来のＰＣＢ材料より重い可能性がある。
【００３６】
図１に示す実施形態では、発光要素１２は、クラスタ当り４個の固体発光素子を含むマルチチップクラスタである。タイル１０には、４個の発光要素１２が第一のパス２０で直列に配置され、一方、４個の発光要素１２は第二のパス２１で直列に配置されている。第一のパス２０の発光要素１２は、例えば印刷回路を介して、タイル１０の第一の端部に配置した一連の４個のアノード接点２２に、およびタイル１０の第二の端部に配置した一連の４個のカソード接点２４に、接続される。第二のパス２１の発光要素１２は、タイル１０の第二の端部に配置した一連の４個のアノード接点２６に、およびタイル１０の第一の端部に構成した一連の４個のカソード接点２８に、接続される。
【００３７】
固体発光要素１２には、例えば、有機および／または無機の発光素子が含まれ得る。高出力照明応用のための固体発光要素１２の一例を図２に示す。固体発光要素１２には、複数のＬＥＤチップ１６Ａ−１６Ｄを搭載するキャリア基板１３を含むパッケージ型個別電子部品を備えてもよい。他の実施形態では、一つ以上の固体発光要素１２には、タイル１０の表面上の電気配線の上に直接搭載したＬＥＤチップ１６Ａ−１６Ｄを備えてもよく、これによって、オンボード実装のマルチチップモジュールまたはチップを形成する。好適なタイルについては、同一出願人による特許文献１（“固体照明パネルの光出力の適応調整（ＡＤＡＰＴＩＶＥ  ＡＤＪＵＳＴＭＥＮＴ  ＯＦ  ＬＩＧＨＴ  ＯＵＴＰＵＴ  ＯＦ  ＳＯＬＩＤ  ＳＴＳＴＥ  ＬＩＧＨＴＩＮＧ  ＰＡＮＥＬＳ）”、２００６年３月６日出願（代理人明細書５３０８−６３２））で開示されており、その開示が参照により本明細書に組み込まれている。
【００３８】
ＬＥＤチップ１６Ａ−１６Ｄには、少なくとも赤色ＬＥＤ１６Ａ、緑色ＬＥＤ１６Ｂおよび青色ＬＥＤ１６Ｃを含み得る。青色および／または緑色ＬＥＤはＩｎＧａＮベースの青色および／または緑色ＬＥＤチップでもよく、本発明の譲受人であるＣｒｅｅ社から入手できる。赤色ＬＥＤは、例えば、ＡｌＩｎＧａＰ  ＬＥＤチップでもよく、Ｅｐｉｓｒａｒ、Ｏｓｒａｍ  Ｏｐｔｏ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ社およびその他から入手できる。発光要素１２には、さらなる緑色光が得られるよう、追加の緑色ＬＥＤ１６Ｄを含んでもよい。
【００３９】
幾つかの実施形態では、ＬＥＤ１６は正方形または長方形類似でよく、その一辺の長さは約９００μｍまたはそれ以上（即ち、いわゆる“電力チップ”）である。しかしながら、他の実施形態では、ＬＥＤチップ１６の一辺の長さは５００μｍまたはそれ以下（即ち、いわゆる“小型チップ”）である。特に、小型ＬＥＤチップは、電力チップより良好な電気変換効率で動作し得る。例えば、５００ミクロン以下の最大辺寸法を持つ、２６０μｍほどの緑色ＬＥＤは、通常、９００μｍチップより高い電気変換効率を持ち、一般的には、消費電力のワット当りで５５ルーメンの光束および消費電力のワット当りで９０ルーメン程度またはそれ以上の光束を生成するものと知られている。
【００４０】
さらに図２に示すように、ＬＥＤ１６Ａ−１６Ｄをカプセル材料で覆ってもよく、当該カプセル材料は透明であってもよく、および／または、所望の発光パタン、色および／または強度を実現するため、光散乱粒子、蛍光体および／または他の要素を含んでもよい。図２に示していないが、さらに発光素子１２には、ＬＥＤ１６Ａ−１６Ｄを囲む反射カップ、ＬＥＤ１６Ａ−１６Ｄの上部に搭載するレンズ、発光素子から熱を取り去る一つ以上のヒート・シンク、静電気放電保護チップおよび／または他の要素を含んでもよい。
【００４１】
図３の概略回路図に示すように、タイル１０の発光要素１２のＬＥＤチップ１６Ａ−１６Ｄは電気的に相互接続され得る。そこで示されるとおり、列２０Ａを形成するように第一のパス２０の青色ＬＥＤ１６Ａを直列に接続して、ＬＥＤを相互接続してもよい。同様に、列２０Ｂを形成するように第一のパス２０の第一の緑色ＬＥＤ１６Ｂを直列に配置し、一方、別の列２０Ｄを形成するように、第二の緑色ＬＥＤ１６Ｄを直列に配置してもよい。列２０Ｃを形成するように、赤色ＬＥＤ１６Ｃを直列に配置してもよい。タイル１０の第一の端部に配置されるアノード接点２２Ａ−２２Ｄおよびタイル１０の第二の端部に配置されるカソード接点２４Ａ−２４のそれぞれに、各列２０Ａ−２０Ｄは接続され得る。
【００４２】
列２０Ａ−２０Ｄは、第一のパス２０または第二のパス２１内の対応するＬＥＤの全てまたは全てより少ない数のＬＥＤを含み得る。例えば、列２０Ａには、第一のパス２０の全ての発光要素１２から全ての青色ＬＥＤを含んでもよい。あるいは、列２０Ａには、第一のパス２０の対応するＬＥＤの一部のみを含んでもよい。従って、第一のパス２０は、タイル１０上に並列に配置された４個の直列な列２０Ａ−２０Ｄを含み得る。
【００４３】
タイル１０上の第二のパス２１には、並列に配置された４個の直列な列２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄを含み得る。1列２１Ａから列２１Ｄは、タイル１０の第二の端部に配置されるアノード接点２６Ａから２６Ｄ、タイル１０の第一の端部に配置されるカソード接点２８Ａから２８Ｄに、それぞれ接続される。
【００４４】
図１−３に示す実施形態には、１つの発光素子１２に４個のＬＥＤチップ１６を含み、パス２０、２１当たり少なくとも４個のＬＥＤ列１６を形成するよう電気的に接続されているが、１つの発光素子１２に４個以上および／または４個以下のＬＥＤチップ１６を備えてもよく、タイル１０上のパス２０，２１当り、４個以上および／または４個以下のＬＥＤ列が備えられてもよい。例えば、発光素子１２は、１個の緑色ＬＥＤチップ１６Ｂのみを含んでもよく、その場合、パス２０，２１当り、３個の列を形成するよう、ＬＥＤは接続され得る。同様に、幾つかの実施形態では、発光素子１２内の２個の緑色ＬＥＤチップが互いに直列に接続されてもよく、この場合、パス２０、２２当り、単一の緑色ＬＥＤチップ列があるのみとなり得る。さらに、タイル１０は、複数のパス２０、２１の代わりに単一のパス２０のみを含んでもよく、および／または、単一のタイル１０に、２個以上のパス２０、２１を提供してもよい。
【００４５】
図４に示すように、複数のタイル１０は、より大きな発光バーアセンブリを形成するように組み合わされる。そこで示されるように、バーアセンブリ３０は、端部と端部を接続した２個以上のタイル１０、１０’、１０”を含み得る。従って、図３および図４を参照して、一番左のタイル１０の第一のパス２０のカソード接点２４が中央のタイル１０’の第一のパス２０のアノード接点２２に、そして、中心のタイル１０’の第一のパス２０のカソード接点２４が一番右のタイル１０”の第一のパス２０のアノード接点２２に、それぞれ電気的に接続され得る。同様に、一番左のタイル１０の第二のパス２１のアノード接点２６が中央のタイル１０’の第二のパス２１のカソード接点２８に、そして、中心のタイル１０’の第二のパス２１のアノード接点２６が一番右のタイル１０”の第二のパス２１のカソード接点２８に、それぞれ電気的に接続されてもよい。
【００４６】
さらに、一番右のタイル１０”の第一のパス２０のカソード接点２４を一番右のタイル１０”の第二のパス２１のアノード接点２６に、折り返しコネクタ３５によって電気的に接続してもよい。例えば、折り返しコネクタ３５は、一番右のタイル１０”の第一のパス２０の青色ＬＥＤチップ１６Ａの列２０Ａのカソード２４Ａを、一番右のタイル１０”の第二のパス２１の青色ＬＥＤチップの列２１Ａのアノード２６Ａと電気的に接続してもよい。このような方法で、第一のパス２０の列２０Ａを折り返しコネクタ３５の導体３５Ａによって第二のパス２１の列２１Ａと直列に接続し、青色ＬＥＤチップ１６の単一の列２３Ａを形成する。同様の方法で、タイル１０、１０’、１０”のパス２０、２１の他の列を接続され得る。
【００４７】
折り返しコネクタ３５には、エッジコネクタ、フレキシブル配線板または他のいかなる適切なコネクタも含まれ得る。さらに、折り返しコネクタ３５には、タイル１０の上あるいは中に形成した印刷配線を含んでもよい。
【００４８】
図４に示すバーアセンブリはタイル１０の一次元配列であるが、他の構成が可能である。例えば、タイル１０を二次元配列で接続することができ、そこではタイル１０は全て同一平面上に置かれ、または三次元構成で接続することができ、そこではタイル１０は同一平面上に全てを配置されない。さらに、タイル１０は長方形または正方形である必要は無く、例えば、六角形、三角形なども可能である。
【００４９】
図４Ｂを参照して、幾つかの実施形態では、例えば、ＬＣＤディスプレイのバックライトユニット（ＢＬＵ）として使用され得る照明パネル４０を形成するように、複数のバーアセンブリ３０を組み合わせてもよい。図４Ｂに示すように、照明パネル４０には、それぞれが６個のタイル１０を含む４個のバーアセンブリ３０を含み得る。各バーアセンブリ３０の一番右のタイル１０は折り返しコネクタ３５を備える。従って、各バーアセンブリ３０には、４個のＬＥＤ列２３（即ち、１個の赤色、２個の緑色および１個の青色）を含み得る。あるいは、各バーアセンブリ３０には、３個のＬＥＤ列２３（即ち、１個の赤色、１個の緑色および１個の青色）を含み得る。
【００５０】
１つのバーアセンブリ３０に４個のＬＥＤ列２３（１個の赤色、２個の緑色および１個の青色）を含む実施形態では、９個のバーアセンブリを含む照明パネル４０は、３６個の個別のＬＥＤ列を持ち得る。１つのバーアセンブリ３０に３個のＬＥＤ列２３（１個の赤色、１個の緑色および１個の青色）を含む実施形態では、９個のバーアセンブリを含む照明パネル４０は、２７個の個別のＬＥＤ列を持ち得る。さらに、８個の固体発光要素１２をそれぞれ有するタイルを６個含むバーアセンブリ３０では、ＬＥＤ列２３は、直列に接続された４８個のＬＥＤを含み得る。
【００５１】
あるタイプのＬＥＤ、特に青色および／または緑色のＬＥＤでは、順方向電圧（Ｖｆ）は、標準駆動電流２０ｍＡの場合、チップ間で公称値から＋／−０．７５Ｖ程度変化する可能性がある。標準的な青色または緑色ＬＥＤは、３．２ＶのＶｆを持ち得る。それ故、その様なチップの順方向電圧は、２５％程度変化する可能性がある。４８個のＬＥＤを含むＬＥＤ列にとっては、２０ｍＡで当該列を動作するのに要する全体のＶｆは、＋／−３６Ｖ程度変化する可能性がある。
【００５２】
従って、バーアセンブリのＬＥＤの特定の特性に依存して、ある照明バーアセンブリ列（たとえば、青色列）は、他のバーアセンブリの対応する列に比較して、まったく異なる動作電圧を必要とする可能性がある。それに応じて電源を設計していない場合、これらの変化は、多数のタイル１０および／またはバーアセンブリ３０を含む照明パネルの色および／または明るさの均一性に重大な影響を及ぼす可能性があり、その様なＶｆ変化は、タイル間および／またはバー間での明るさおよび／または色相の変化を導く可能性がある。例えば、列同士の電流差は、大きなＬＥＤ列の電圧変化から起こる可能性があるが、この差は、光束、ピーク波長、および／または、列による主波長出力において、大きな相違を導く可能性がある。ＬＥＤ駆動電流における５％程度またはそれ以上の変化は、列間および／またはタイル間の光出力において、受け入れがたい変化をもたらす可能性がある。その様な変化は、照明パネルの全般的な色域または表示可能な色の範囲に重大な影響を及ぼす可能性があり、および／または、照明パネルの色および／または輝度の均一性に影響を与える可能性がある。
【００５３】
加えて、ＬＥＤチップの光出力特性は、その動作寿命中に変化するかもしれない。例えば、一つのＬＥＤによる光出力は、経時変化および／または周囲温度による変化を起こす可能性がある。
【００５４】
照明パネルのための安定し制御可能な光出力特性を提供するため、本発明の幾つかの実施形態は、二つ以上の直列ＬＥＤチップ列を持つ照明パネルを提供する。ＬＥＤチップ列それぞれには独立の電流制御回路が提供される。さらに、各列に対する電流を、例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）および／またはパルス周波数変調（ＰＦＭ）の方法により、個別に制御してもよい。ＰＷＭスキームで特定の列に与えるパルスの幅（または、ＰＦＭスキームにおけるパルスの周波数）は、例えばユーザ入力および／またはセンサ入力による動作中に変更可能な事前格納パルス幅（周波数）値に基づいてもよい。
【００５５】
ここで、図５を参照して、照明パネルシステム２００が示される。照明パネルシステム２００は、ＬＣＤディスプレイ・パネル用バックライトが考えられ、照明パネル４０を含む。照明パネル４０には、例えば、上記で説明したように、複数のタイル１０を含み得る複数のバーアセンブリ３０を含んでもよい。しかしながら、他の構成で形成する照明パネルとともに本発明の実施形態を採用してもよいことは理解されるであろう。例えば、本発明の幾つかの実施形態は、単一の大面積のタイルを持つ固体バックライトパネルで利用され得る。
【００５６】
しかしながら、特定の実施形態では、照明パネル４０は、複数のバーアセンブリ３０を含むことができ、そのそれぞれは、同じ主波長をそれぞれ持つ４個の独立したＬＥＤ列２３のアノードとカソードに対応して、４個のカソードコネクタと４個のアノードコネクタを持ち得る。例えば、各バーアセンブリ２３は、１個の赤色列２３Ａ、２個の緑色列２３Ｂ、２３Ｄおよび１個の青色列２３Ｃを持つことができ、それぞれには、バーアセンブリ３０の片側に、対応するアノード／カソード接点のペアを持つ。特定の実施形態では、照明パネル４０は、９個のバーアセンブリ３０を含み得る。それ故、照明パネル４０は、３６個の個別ＬＥＤ列（バーアセンブリ当り１個のみの緑色列を含む場合には、２７個の列）が含まれ得る。
【００５７】
カレントドライバ２２０は、照明パネル４０のＬＥＤ列２３のそれぞれに対し独立の電流制御を提供する。例えば、カレントドライバ２２０は、照明パネル４０における３６個（または２７個）の個別のＬＥＤ列に対して、独立の電流制御を提供してもよい。カレントドライバ２２０は、コントローラ２３０の制御下で、照明パネル４０の３６個（または２７個）の個別のＬＥＤ列のそれぞれに対して、定電流源を提供してもよい。幾つかの実施形態では、Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社のＰＩＣ１８Ｆ８７２２などの８ビットのマイクロコントローラを使用して、コントローラ２３０を実装してもよく、コントローラは３６個（または２７個）のＬＥＤ列２３に対するドライバ２２０内の３６個の個別の電流供給ブロックのパルス幅変調（ＰＷＭ）制御を提供するようプログラムされ得る。
【００５８】
３６個（または２７個）のＬＥＤ列のそれぞれに対するパルス幅情報は、コントローラ２３０によって色管理ユニット２６０から得ることができ、幾つかの実施形態では、Ａｖａｇｏ社製ＨＤＪＤ−Ｊ８２２−ＳＣＲ００色管理コントローラなどの色管理コントローラを含んでもよい。
【００５９】
色管理ユニット２６０は、Ｉ２Ｃ（集積回路間）通信リンク２３５を介してコントローラ２３０と接続され得る。色管理ユニット２６０は、Ｉ２Ｃ通信リンク２３５上のスレーブ素子として構成してもよく、一方、コントローラ２３０を、前記リンク２３５上のマスタ素子として構成してもよい。Ｉ２Ｃ通信リンクは、集積回路素子間の通信のための低速信号方式のプロトコルを提供する。コントローラ２３０、色管理ユニット２６０および通信リンク２３５は、照明パネル４０からの光出力を制御するために構成するフィードバック制御システムを一緒に形成してもよい。レジスタＲ１−Ｒ９等は、コントローラ２３０の内部レジスタに対応してもよく、および／または、コントローラ２３０がアクセス可能なメモリ素子（図示せず）におけるメモリ位置に対応してもよい。
【００６０】
コントローラ２３０は、各ＬＥＤ列２３に対して、即ち、３６個のＬＥＤ列２３を持つ照明ユニットに対して、例えば、レジスタＲ１−Ｒ９、Ｇ１Ａ−Ｇ９Ａ、Ｂ１−Ｂ９、Ｇ１Ｂ−Ｇ９Ｂのレジスタを含んでもよく、色管理ユニット２６０は、少なくとも３６個のレジスタを含んでもよい。それぞれのレジスタは、ＬＥＤ列２３のうちの一つに対するパルス幅情報を格納するよう構成される。レジスタの初期値は、初期化／較正プロセスで決定され得る。しかしながら、レジスタ値は、ユーザ入力２５０および／または照明パネル４０に接続する一つ以上のセンサ２４０からの入力に基づき、時間の経過に伴って適応的に変更され得る。
【００６１】
センサ２４０は、例えば、１個の温度センサ２４０Ａ、一個以上の光センサ２４０Ｂ、および／または一個以上の他のセンサ２４０Ｃを含み得る。特定の実施形態では、照明パネル４０は、照明パネル内の各バーアセンブリ３０に対して、１個の光センサ２４０Ｂを含んでもよい。しかしながら、他の実施形態では、１個の光センサを照明パネルの各ＬＥＤ列３０のために提供できるであろう。他の実施形態では、照明パネル４０の各タイル１０は、１個以上の光センサ２４０Ｂを含んでもよい。
【００６２】
幾つかの実施形態では、光センサ２４０Ｂは、異なる主波長を持つ光に優先的に応答するよう構成した光感応領域を含んでもよい。それ故、異なるＬＥＤ列２３、例えば、赤色ＬＥＤ列２３Ａおよび青色ＬＥＤ列２３Ｃが発生する光の波長は、光センサ２４０Ｂから別々の出力を生成してもよい。幾つかの実施形態では、可視スペクトルの赤色部分、緑色部分および青色部分における主波長を持つ光に独立に感応するよう光センサ２４０Ｂを構成してもよい。光センサ２４０Ｂは、光ダイオードなどの一つ以上の光感応素子を含んでもよい。光センサ２４０Ｂには、例えば、Ａｖａｇｏ社製ＨＤＪＤ−Ｓ８３１−ＱＴ３３３の３色光センサが含まれ得る。
【００６３】
色管理ユニット２６０は、光センサ２４０Ｂからのセンサ出力を提供してもよく、列毎に光出力の変化を修正するために対応するＬＥＤ列２３に対するレジスタ値を調整するため、その様な出力をサンプルして、コントローラ２３０にサンプル値を提供するよう構成してもよい。幾つかの実施形態では、色管理ユニット２６０に提供する前にセンサデータを事前に処理するため、一つ以上の光センサ２４０Ｂに加えて、各タイル１０上に特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を備えてもよい。さらに、幾つかの実施形態では、センサ出力および／またはＡＳＩＣ出力が、コントローラ２３０で直接サンプルされてもよい。
【００６４】
代表的サンプル・データを得るため、照明パネル４０内の様々な位置に光センサ２４０Ｂを配置してもよい。その代わりにおよび／または付け加えて、所望の位置から光を集めるため光ファイバなどの光導波路を照明パネル４０に備えてもよい。その場合には、照明パネル４０の光ディスプレイ領域内に光センサ２４０Ｂを配置する必要は無く、例えば、照明パネル４０の背面上に備えることも可能であろう。さらに、照明パネル４０の異なる区域から光を集める、種々の光導波路から光センサ２４０Ｂに光を切り換えるため、光スイッチを備えてもよい。それ故、単一の光センサ２４０Ｂは、照明パネル４０の様々な位置から光を順次集めるように使用され得る。
【００６５】
ユーザ入力２５０は、ＬＣＤパネル上のマニュアル入力制御などのユーザ制御および／または、仮に、例えば、ＬＣＤパネルがコンピュータモニタであればソフトウエアに基づく入力制御の方法によって、色温度、明るさ、色相などの照明パネル４０の属性を、ユーザが選択的に調整できるように構成されてもよい。
【００６６】
温度センサ２４０Ａは、色管理ユニット２６０および／またはコントローラ２３０に温度情報を提供してもよく、列２３におけるＬＥＤチップ１６の既知の／予測の明るさ対温度動作特性に基づき、列毎におよび／または色毎に照明パネルからの光出力を調整してもよい。
【００６７】
光センサ２４０Ｂの各種の構成を図６Ａ−６Ｄに示す。例えば、図６Ａの実施形態では、単一の光センサ２４０Ｂが照明パネル４０に備えられている。照明パネルの一つ以上のタイル／列からの光の平均的量を受信し得る場所に、光センサ２４０Ｂが備えられ得る。
【００６８】
照明パネル４０の光出力特性に関するより広範囲に及ぶデータを提供するため、２個以上の光センサ２４０Ｂを使用してもよい。例えば、図６Ｂに示すように、バーアセンブリ３０当り１個の光センサ２４０Ｂがあってもよい。その場合、バーアセンブリ３０の端部に光センサ２４０Ｂは置かれ、光センサが関連付けられるバーアセンブリ３０から発生する光の平均的／合成した光量を受信するよう、光センサ２４０Ｂを配置してもよい。
【００６９】
図６Ｃに示すように、照明パネル４０の発光領域の周辺内の一つ以上の場所に、光センサ２４０Ｂを配置してもよい。しかしながら、幾つかの実施形態では、照明パネル４０の発光領域から離れて光センサ２４０Ｂを置き、照明パネル４０の発光領域内の様々な位置からの光を、一つ以上の光導波路を通してセンサ２４０Ｂに送信してもよい。例えば、図６Ｄに示すように、照明パネル４０の発光領域内の一つ以上の位置２４９からの光が、タイル１０を通っておよび／またはそれを越えて伸びる光ファイバなどの光導波路２４７を介して、発光領域から離れて伝送される。
【００７０】
図６Ｄに示す実施形態では、光導波路２４７は光スイッチ２４５で終端し、コントローラ２３０および／または色管理ユニット２６０からの制御信号に基づいて、光センサ２４０Ｂに接続するように光スイッチ２４５は特定の導波路２４７を選択する。しかしながら、光スイッチ２４５は任意であり、各光導波路２４７は、それぞれの光センサ２４０Ｂで終端してもよいことが理解されよう。更なる実施形態では、光スイッチ２４５に代えて、光導波路２４７は光合成器で終端してもよく、光合成器は、光導波路２４７を介して受信した光を合成し、合成した光を光センサ２４０Ｂに供給する。光導波路２４７は、タイル１０を越えてまたは部分的に越えて、および／またはタイル１０を通して伸びてもよい。例えば、幾つかの実施形態では、光導波路２４７は、様々な光収集位置までパネル４０の後ろを延びてもよく、そして、その様な位置でパネルを通って延びてもよい。さらに、パネルの前面（即ち、発光素子１６を搭載するパネル４０側）に、またはパネル４０および／またはタイル１０および／またはバーアセンブリ３０の逆側に、光センサ２４０Ｂを搭載してもよい。
【００７１】
ここで図７を参照して、カレントドライバ２２０は、複数のバー駆動器回路３２０Ａ−３２０Ｄを含み得る。一つのバー駆動器回路３２０Ａ−３２０Ｄは、照明パネル４０の各バーアセンブリ３０に備えられ得る。図７に示す実施形態において、照明パネル４０は、４個のバーアセンブリ３０を含む。しかしながら、幾つかの実施形態では、照明パネル４０は、９個のバーアセンブリ３０を含んでもよく、その場合、カレントドライバ２２０には、９個のバー駆動器回路３２０が含まれ得る。図８に示すように、幾つかの実施形態では、各バー駆動器回路３２０は、４個の電流供給回路４００Ａ−４００Ｄ、即ち、対応するバーアセンブリ３０のそれぞれのＬＥＤ列２３Ａ−２３Ｄに対して、一つの電流供給回路４００Ａ−４００Ｄを含んでもよい。電流供給回路４００Ａ−４００Ｂの動作は、コントローラ２３０からの制御信号３４２によって制御され得る。
【００７２】
本発明の幾つかの実施形態による電流供給回路４００を図９にさらに詳しく示す。そこに示すように、電流供給回路４００は、ＰＷＭコントローラ４１０、充電インダクタ４２０、ダイオード４３０、出力キャパシタ４４０、第一および第二の制御トランジスタ４５０、４６０およびセンス抵抗４７０を含む可変電圧ブースト変換器構成を持ち得る。電流供給回路４００は、幾つかの実施形態では３４Ｖが可能な入力電圧ＶＩＮを受信する。また、電流供給回路４００は、コントローラ２３０からパルス幅変調信号ＰＷＭを受信する。対応するＬＥＤ列のアノードとカソードにそれぞれ接続される出力端子ＤＩＯＤＥ＋、ＤＩＯＤＥ−を介して、対応するＬＥＤ列２３に実質的な定電流を供給するよう電流供給回路４００は構成される。電流供給回路は、ＬＥＤ列２３を駆動するのに必要となり得る高電圧を提供するための電圧ブースト変換器として機能してもよい。例えば、ＬＥＤ列２３は、約１７０Ｖかそれ以上の順方向電圧を必要とし得る。さらに列同士の平均順方向電圧における差を担うため、可変電圧ブーストを用いて定電流を供給してもよい。ＰＷＭコントローラ４１０には、例えば、Ｓｕｐｅｒｔｅｘ社製のＨＶ９９１１ＮＧ電流モードＰＷＭコントローラが含まれ得る。
【００７３】
電流供給回路４００は、ＰＷＭ入力の論理が「ハイ」の間、対応するＬＥＤ列２３に電流を供給するよう構成される。従って、各タイミング・ループでは、ドライバ２２０の各電流供給回路４００のＰＷＭ入力が、タイミング・ループの第一のクロック周期で論理「ハイ」に設定される。特定の電流供給回路４００のＰＷＭ入力は、論理「ロー」に設定され、それによって、コントローラ２３０のカウンタがＬＥＤ列２３に対応するコントローラ２３０のレジスタに格納された値に達すると、対応するＬＥＤ列２３への電流が停止する。それ故、照明パネル４０内の各ＬＥＤ列２３が同時にオンになってもよい間、列は、所与のタイミング・ループの間の異なる時間でオフになってもよく、このことは、タイミング・ループ内で異なるパルス幅を前記ＬＥＤ列に与えることになるであろう。ＬＥＤ列２３の見かけの明るさは、ＬＥＤ列２３のデューティサイクル、即ち、ＬＥＤ列２３に電流を供給しているところのタイミング・ループの部分にほぼ比例し得る。
【００７４】
それがオンになっている区間の間は、実質的に定電流をＬＥＤ列２３に供給してもよい。電流信号のパルス幅を操作することにより、実質的に一定値でオン状態電流を維持している間でも、ＬＥＤ列２３を流れる平均電流を変更することが可能である。それ故、供給電流で変わり得るＬＥＤ列２３内のＬＥＤ１６の主波長は、ＬＥＤ１６を流れる平均電流が変更されても、実質的に安定したままである可能性がある。同様に、ＬＥＤ列２３が消費する単位電力当りの光束は、例えば、可変電流源を使用してＬＥＤ列２３の平均電流を操作していた場合より、様々な平均電流レベルでより一定のままにできる可能性がある。
【００７５】
特定のＬＥＤ列に対応するコントローラ２３０のレジスタに格納された値は、通信リンク２３５を介して色管理ユニット２６０から受信した値に基づいていてもよい。その代わりにおよび／または付け加えて、レジスタ値はセンサ２４０からコントローラ２３０が直接サンプルした値および／または電圧レベルに基づいていてもよい。
【００７６】
幾つかの実施形態では、色管理ユニット２６０は、デューティサイクルに対応する値（即ち、０から１００までの値）を提供することができ、その値は、タイミング・ループのサイクル数に基づきコントローラ２３０によってレジスタ値に変換され得る。例えば、色管理ユニット２６０は、特定のＬＥＤ列２３が５０％のデューティサイクルを持つべきであるということを、通信リンク２３５を介してコントローラ２３０に知らせる。タイミング・ループが１０，０００クロックのサイクル含む場合で、コントローラが各クロックサイクルでカウンタを増分すると仮定すると、コントローラ２３０は、当該ＬＥＤ列に対応するレジスタに、５，０００の値を格納し得る。それ故、特定のタイミング・ループでは、ループの最初にカウンタがゼロにリセットされ、ＬＥＤ列２３は、ＬＥＤ列２３に供給している電流供給回路４００に適切なＰＷＭ信号を送信することにより、オンになる。カウンタが５，０００の値をカウントした時、電流供給回路４００のためのＰＷＭ信号はリセットし、ＬＥＤ列をオフにする。
【００７７】
幾つかの実施形態では、ＰＷＭ信号のパルス繰り返し周波数（即ち、パルス繰り返し速度）は６０Ｈｚを超える値であってもよい。特定の実施形態では、２００Ｈｚまたはそれより大きい全体のＰＷＭパルス繰り返し周波数に対して、ＰＷＭ周期は５ｍｓまたはそれ以下であってもよい。ループには遅延が含まれてもよく、その結果、カウンタは、単一のタイミング・ループにおいて１００回のみ増分するかもしれない。それ故、所与のＬＥＤ列２３のためのレジスタ値は、ＬＥＤ列２３のデューティサイクルに直接対応してもよい。しかしながら、ＬＥＤ列２３の明るさを適切に制御することが提供できる、いかなる適当なカウント処理も使用され得る。
【００７８】
変化するセンサ値を考慮して、時々、コントローラ２３０のレジスタ値を更新してもよい。幾つかの実施形態では、色管理ユニット２６０から更新されたレジスタ値を毎秒複数回獲得してもよい。
【００７９】
さらに、コントローラ２３０が色管理ユニット２６０から読み取ったデータをフィルタにかけ、所与のサイクルで起こる変化量を制限してもよい。例えば、色管理ユニット２６０から変化値を読み取った場合、誤差値を計算し、従来のＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ−Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）フィードバックコントローラの場合のように、比例制御（“Ｐ”）を提供するよう、誤差値にスケールをかけてもよい。さらに、ＰＩＤフィードバック・ループのように、積分および／または微分方法で、誤差信号にスケールを掛けてもよい。色管理ユニット２６０で、および／または、コントローラ２３０で、変化値のフィルタリングおよび／またはスケーリングを実行してもよい。
【００８０】
本発明の幾つかの実施形態による可変電圧ブースト電流供給回路４００の構成と動作について、ここでさらに詳細に説明する。上記のように、電流供給回路４００は、第一のトランジスタ４５０の動作と第二のトランジスタ４６０の動作とを制御し、出力端子ＤＩＯＤＥ＋およびＤＩＯＤＥ−に定電流を提供するよう構成されたＰＷＭコントローラ４１０を含み得る。ＰＷＭコントローラ４１０からの制御信号ＣＴＲＬ１によって第一のトランジスタ４５０がオンした場合、充電インダクタ４２０は入力電圧ＶＩＮによりエネルギを与えられる。幾つかの実施形態では、入力電圧ＶＩＮは、（以下にさらに詳細に説明するように、不連続導通モードで動作する標準的電圧変換器での２４ＶＤＣと比較して）約３４ＶＤＣであってもよい。
【００８１】
第一のトランジスタ４５０がオフすると、充電インダクタ４２０に蓄積した磁気エネルギは、整流ダイオード４３０を流れる電流として放電され、出力キャパシタ４４０に蓄積される。充電インダクタ４２０の磁界を繰り返し充電し、放電することにより、出力キャパシタ４４０に高電圧を作ることができる。ＰＷＭコントローラ４１０からの制御信号ＣＴＲＬ２によって第二のトランジスタ４６０が起動した場合、出力キャパシタ４４０に蓄積される電圧が出力端子ＤＩＯＤＥ＋に供給される。制御信号ＣＴＲＬ２はトランジスタ４６０のリンギングまたは発振を引き起こす可能性のある制御信号ＣＴＲＬ２の鋭いエッジを取り除くように低域通過フィルタ４８０によってフィルタをかけてもよい。
【００８２】
出力端子を流れる電流は、センス抵抗４７０の電圧に対応するフィードバック信号ＦＤＢＫとして、ＰＷＭコントローラ４１０によってモニタされる。フィードバック信号ＦＤＢＫは低域通過フィルタ４９０、例えば、ＬＥＤ列２３がオンした時に生じる可能性のある過渡電流を抑圧するために直列抵抗４８５と短絡キャパシタ４７５とを含むＲＣフィルタであってもよい、によってフィルタをかけられる。
【００８３】
フィードバック信号ＦＤＢＫに応答して、出力キャパシタ４４０に蓄積した電圧をＰＷＭコントローラ４１０が調整し、出力端子を通じて定電流を提供する。
【００８４】
従来のカレントドライバは、電流が充電インダクタ４２０を通じて連続的に流れない非連続導通モード（ＤＣＭ）で動作してもよい。本発明の幾つかの実施形態では、駆動器回路３２０内の電流供給回路４００は、電流が充電インダクタ４２０を通じて連続的に流れる連続導通モード（ＣＣＭ）で動作するように構成される。
【００８５】
図１０に、連続導通モードおよび非連続導通モードについての代表的なインダクタ電流波形を示す。図１０に示す波形は説明のみのためであり、実際の、またはシミュレーションした波形を表すものではない。特に、非連続導通モード（ＤＣＭ）で動作する電流供給回路のインダクタ電流は、ゼロ電流期間の後にピークの連続である。連続導通モード（ＣＣＭ）では、インダクタ電流はピークを持つ。しかしながら、ピーク電流はＤＣＭの場合より低く、インダクタ電流はピーク間でゼロに戻らない可能性がある。
【００８６】
電流供給回路４００が消費する電力はインダクタ電流の二乗に依存する（Ｐ＝Ｉ2Ｒ）ので、ＤＣＭ出力電流のピークが大きな平均電力消費をもたらす可能性があることから、ＤＣＭ出力電流のピーク間で電流の流れていない期間があっても、ＤＣＭ動作はＣＣＭ動作よりさらに電力を消費する可能性がある。
【００８７】
ＣＣＭ動作のための回路構成は、ＤＣＭ動作のための回路構成と類似の形態を持ってもよい。しかしながら、本発明の幾つかの実施形態によるＣＣＭ動作のための回路構成では、充電インダクタ４２０は、ＤＣＭ動作のために使用するインダクタより大きなインダクタンス値を持つかもしれない。例えば、本発明の幾つかの実施形態によって構成される電流供給回路４００では、充電インダクタ４２０は、約５０μＨから約１．３ｍＨのインダクタンスを持ってもよい。特定の実施形態では、充電インダクタ４２０は、約６８０μＨのインダクタンスを持ってもよい。
【００８８】
ＣＣＭ動作をもたらす充電インダクタ４２０の値は、多くの要因に依存する可能性があり、その要因には、使用するＰＷＭコントローラＩＣの型式、ブースト比（即ち、入力電圧に対する出力電圧の比）および／または列内の駆動するＬＥＤの数が含まれる。幾つかのケースでは、ブースト比があまりにも高いと、ＣＣＭ動作をもたらすであろうインダクタンスが、代わりにＤＣＭ動作をもたらす可能性がある。
【００８９】
本発明による幾つかの実施形態では、約８０％のみの変換効率（出力電力／入力電力×１００で定義して）が可能であり得る標準的なＤＣＭ変換器と比較して、ＣＣＭで動作する電流供給回路４００は、８５％以上の変換効率を達成する可能性があり、幾つかのケースでは、９０％以上の変換効率を達成する可能性がある。８０％の効率と９０％の効率の差異は、消費するエネルギ（およびそれにより発生する熱）量における５０％（即ち、２０％対１０％）の削減を意味し得る。熱消費における５０パーセントの削減は、照明パネルをより冷えて動作し、および／または、そこにあるＬＥＤをより効率的に動作し、および／または、より小型のヒート・シンクを持ち、および／または、より少ない冷却を必要とする照明パネルシステムの生産を可能にするかもしれない。従って、本発明の実施形態による電流供給回路４００を含む照明パネルシステムは、小さく、薄く、軽く、および／または、より廉価に作ることが可能である。
【００９０】
図と説明において、本発明の標準的な実施形態を開示し、そして、特定の用語を使用したが、それらは一般的および説明的意味でのみ使用しており、添付のクレームに記載される本発明の範囲の限定が目的ではない。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の幾つかの実施形態による固体照明タイルの前面図である。
【図２】本発明の幾つかの実施形態による複数のＬＥＤを含むパッケージ型固体発光素子の上面図である。
【図３】本発明の幾つかの実施形態による固体照明タイルにおけるＬＥＤの電子的相互接続を示す概略回路図である。
【図４Ａ】本発明の幾つかの実施形態による多数の固体照明タイルを含むバーアセンブリの前面図である。
【図４Ｂ】多数のバーアセンブリを含む本発明の幾つかの実施形態による照明パネルの前面図である。
【図５】本発明の幾つかの実施形態による照明パネルシステムを示す概略ブロック図である。
【図６Ａ】本発明の幾つかの実施形態による照明パネル上の光センサの可能な構成を示す概略図である。
【図６Ｂ】本発明の幾つかの実施形態による照明パネル上の光センサの可能な構成を示す概略図である。
【図６Ｃ】本発明の幾つかの実施形態による照明パネル上の光センサの可能な構成を示す概略図である。
【図６Ｄ】本発明の幾つかの実施形態による照明パネル上の光センサの可能な構成を示す概略図である。
【図７】本発明の幾つかの実施形態による照明パネルシステムの要素を示す概略図である。
【図８】本発明の幾つかの実施形態による照明パネルシステムの要素を示す概略図である。
【図９】本発明の幾つかの実施形態による電流供給回路の概略回路図である。
【図１０】本発明の幾つかの実施形態による電流供給回路に対するインダクタ電流対時間のグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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