(57)【要約】      （修正有）【課題】白熱光のルミナンス出力と同程度またはこれに近いルミナンス出力を小さな電力入力で達成する発光デバイスを提供する。【解決手段】光を生成する発光デバイス１００は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）１２０と、複数のＬＥＤ１２０に給電する複数のスイッチ素子を含む少なくとも１つのスイッチレギュレータを有する電源回路とを有し、デバイスコネクタ１１０と、複数のＬＥＤ１２０を支持するＬＥＤ支持体１２４とを有するデバイス支持構造１４４とを含み、デバイスコネクタ１１０は、デバイス支持構造１４４の一端であり、電源回路はデバイス支持構造１４４に支持される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を生成する発光デバイスであって、
複数の発光ダイオード（複数のＬＥＤ）と、
前記複数のＬＥＤに給電する複数のスイッチ素子を含む少なくとも１つのスイッチレギュレータを有する電源回路と、
デバイスコネクタと、前記複数のＬＥＤを支持するＬＥＤ支持体とを有するデバイス支持構造とを備え、
前記デバイスコネクタは、前記デバイス支持構造の一端であり、前記電源回路は前記デバイス支持構造に支持される発光デバイス。
【請求項２】
前記電源回路は、前記デバイスコネクタの内部に含まれる請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記デバイスコネクタは標準サイズであり、前記発光デバイスは白熱電球に匹敵するルーメンを出力する請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記デバイスコネクタの電力入力は、前記ルーメンを供給するときの前記白熱電球の電力入力の半分未満である請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記少なくとも１つのスイッチレギュレータはそれぞれ、少なくとも１つのスイッチと前記スイッチに連結されたインダクタとを含み、
前記スイッチレギュレータの少なくとも一部は半導体チップに含まれる請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記インダクタは前記チップ内に形成される請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記チップ用のパッケージ基板をさらに備え、
前記インダクタは前記パッケージ基板内に形成される請求項５に記載のデバイス。
【請求項８】
前記チップに連結されたプリント回路基板をさらに備え、
前記インダクタは前記プリント回路基板内に形成される請求項５に記載のデバイス。
【請求項９】
前記スイッチレギュレータは、前記複数のスイッチ素子の切り替えを制御し前記複数のＬＥＤの光度を制御するスイッチ制御回路を含む請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記スイッチ制御回路は、パルス幅を制御することで前記複数のスイッチ素子を制御する請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記スイッチ制御回路は、周波数を制御することで前記複数のスイッチ素子を制御する請求項９に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記スイッチ制御回路は、参照信号の変化に呼応する請求項９に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記参照信号は、少なくとも１つの外部光度制御信号から得られる少なくとも１つの光度制御信号に呼応する請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記参照信号を制御する電位差計をさらに備える請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記複数のＬＥＤは、互いに異なる複数のＬＥＤ群を含み、各群は異なる色であり、前記スイッチレギュレータは２以上存在し、各スイッチレギュレータが、前記複数のＬＥＤ群のうちの対応する群の光度をそれぞれ別個に制御する制御回路を含む請求項１に記載のデバイス。
【請求項１６】
光を生成する発光デバイスであって、
少なくとも１つの発光素子と、
前記少なくとも１つの発光素子に給電する複数のスイッチ素子を含むスイッチレギュレータを有する電源回路と、
デバイスコネクタと、前記少なくとも１つの発光素子を支持する発光素子支持体とを有するデバイス支持構造とを備え、
前記デバイスコネクタは、前記デバイス支持構造の一端であり、前記電源回路は前記デバイス支持構造に支持される発光デバイス。
【請求項１７】
前記デバイスコネクタは標準サイズであり、前記発光デバイスは白熱電球に匹敵するルーメンを出力する請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
少なくとも１つの外部光度制御信号を供給する外部光度制御回路と、
光を生成する発光デバイスとを備え、
前記発光デバイスは、
複数の発光ダイオード（複数のＬＥＤ）と、
前記複数のＬＥＤに給電する複数のスイッチ素子を含むスイッチレギュレータを有する電源回路とを有し、
前記電源回路は、入力電力を受け取る複数の入力導体を含み、
前記複数のＬＥＤの少なくとも幾つかのＬＥＤの輝度は、前記少なくとも１つの外部光度制御信号に呼応する前記複数のスイッチ素子の変化に呼応して制御可能であるシステム。
【請求項１９】
デバイスコネクタは標準サイズであり、前記発光デバイスは白熱電球に匹敵するルーメンを出力する請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記複数の入力導体と前記外部光度制御回路とに連結された複数の電力導体をさらに備え、
前記光度制御回路は、前記複数の電力導体上に少なくとも１つの外部光度制御信号を供給する請求項１８に記載のシステム。
【請求項２１】
外部電力信号から少なくとも１つの光度信号を抽出する抽出回路をさらに備える請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記外部光度制御回路はワイヤレストランスミッタを有し、
前記発光デバイスは、前記少なくとも１つの外部光度制御信号を受信するワイヤレスレシーバを有する請求項１８に記載のシステム。
【請求項２３】
前記複数のＬＥＤは、互いに異なる複数のＬＥＤ群を含み、各群は異なる色であり、前記スイッチレギュレータは２以上存在し、各スイッチレギュレータが、前記複数のＬＥＤ群のうちの対応する群の光度をそれぞれ別個に制御する制御回路を含む請求項１８に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、概して発光ダイオード（ＬＥＤ）等の制御可能な発光素子を有する発光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤは、白熱灯と比しても、さらには蛍光灯と比しても、エネルギー効率が高く、寿命が長い。しかし、ＬＥＤを利用する発光デバイスの欠点は、ルミナンス出力が比較的低いことである。
【０００３】
ＬＥＤを利用する製品のなかには、標準的な電球を利用するものと近い外観を有するものも市場に出回っているが、そのルミナンスは例えば約１３０ルーメンといったように非常に低い。通常の電球に近づけるには約１０００ルーメンの光出力は必要であろう。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
本発明は、以下の詳細な記載および本発明の実施形態の添付図面を読むことでより完全に理解されるが、図面は、示されている特定の実施形態に本発明を制限する意図は有さず、例示目的および理解を促す目的で記載されている点留意されたい。
【０００５】
【図１】本発明の実施形態による発光デバイスを示す。
【図２】電源回路とＬＥＤとを示すブロック図である。
【図３】電源回路とＬＥＤとを示すブロック図である。
【図４】本発明の幾らかの実施形態による光度（intensity）制御機能を有するスイッチモードの電源を含むＬＥＤを利用する発光システムのブロック図である。
【図５】電力制御用のパルス幅変調（ＰＷＭ）を示す。
【図６】従来のリングオシレータのブロック図である。
【図７】本発明の幾らかの実施形態で利用されうるパルス幅変調器（ＰＷＭ）のブロック図である。
【図８】本発明の幾らかの実施形態による、インダクタおよび幾らかのコンデンサを持たないこと以外は図４のものに類似している、ＬＥＤを利用する発光システムのブロック図である。
【図９】図８のシステムで利用可能なトランジスタのスイッチ波形を示す。
【図１０】本発明の幾らかの実施形態によるマルチカラーおよび光度制御機能を有するＬＥＤを利用する発光システムのブロック図である。
【図１１】本発明の幾らかの実施形態による色および／または光度の調節可能な制御機能を含む発光デバイスを示す。
【図１２】幾らかの実施形態による、電線を用いて通信する発光デバイスおよび遠隔制御のブロック図である。
【図１３】幾らかの実施形態による、発光デバイスおよび無線遠隔制御のブロック図である。
【図１４】幾らかの実施形態による発光デバイスのブロック図である。
【図１５】本発明の幾らかの実施形態によるチップインダクタのブロック図である。
【図１６】本発明の幾らかの実施形態によるパッケージインダクタのブロック図である。
【図１７】本発明の幾らかの実施形態による透明部および不透明部を含む完全カバーを有する発光デバイスを示す。
【図１８】本発明の幾らかの実施形態による部分カバーを有する発光デバイスを示す。
【図１９】本発明の幾らかの実施形態による単一のＬＥＤを有する発光デバイスを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
幾らかの実施形態ではＬＥＤは、ＬＥＤおよび関連電子部品を、従来の白熱発光電球プラグを含む機械的パッケージに埋め込むことで、世界中のソケットを含む従来の白熱電灯用ソケットまたは小型蛍光電灯用ソケットに収めることができるような、家庭用発光デバイス、または商用発光デバイスとして利用される。幾らかの実施形態では、発光デバイスは、白熱光のルミナンス出力と同程度またはこれに近いルミナンス出力を提供することができ、幾らかの実施形態では、これは実質的に小さな電力入力で達成可能である。例えば、本発明の幾らかの実施形態によるＬＥＤ電球は、従来の１１０Ｖ（または２２０Ｖ）のソケットまたは他の従来のソケットに収めることができ、おそらくは消費者は差異に気づかない。幾らかの実施形態では、電球カバーまたは容器、またはその他のパッケージは、有機的または無機的な材料でできている場合があり、効率よく光を拡散し、従来の白熱電球または蛍光電球同様に感じられる。他の実施形態では、詳細が異なっていてもよい。
【０００７】
図１は、１以上のＬＥＤ１２０および電球コネクタ１１０（発光デバイスコネクタ、電球プラグ、またはベースとも称される）を含む発光デバイス１００を示している。ＬＥＤ１２０はＬＥＤ支持体１２４に支持される。他の実施形態では、支持体１２４は、電球コネクタ１１０を超えて延びない。コネクタ１１０は、ねじ山１１４を含むことでソケットと係合する。給電はソケットからコネクタ１１０へと行われる。コネクタ１１０は、電球（または発光デバイス）の一端に設けられている。電源回路１３０は、ＬＥＤ１２０に給電し、電球コネクタ１１０内に、および／または、デバイス１００の他の場所に設けられている。例えば、図１７では、電源回路１３０は、コネクタ１１０内に一部が含まれており、一部がカバー１５０内に（より詳しくは一部が支持体１６０内に）含まれている。ＬＥＤ支持体１６０は、ＬＥＤ１２０を支持する。図１８では、電源回路１３０全体が、ＬＥＤ支持体１６０内に、または支持体１６０上に設けられている。図示されている発光デバイスいずれにおいても、これらと異なる電源回路１３０の配置が可能である。
【０００８】
ＬＥＤ１２０は、高輝度ＬＥＤ、または、現在または将来利用可能なＬＥＤを含む他の種類のＬＥＤであってよい。幾らかの実施形態では、発光デバイス１００は、電球カバーまたは容器１４０を含む。コネクタ１１０および支持体１２４は、ＬＥＤ用のデバイス支持構造１４４および電源１３０の一部である。コネクタ１１０は、支持構造１４４の一端に設けられている。電球容器１４０は、ＬＥＤからの光を分散または拡散させる（通常、高度な指向性を有する）。幾らかの実施形態では、意図的に光に指向性を持たせ、光分散型の電球は含まない。２つのＬＥＤしか示していない図面もあるが、発光デバイスのＬＥＤ１２０の数は３以上であってもよい。異なる発光デバイス間では異なる種類のＬＥＤが利用されてもよく、同じ発光デバイス内であっても異なる種類のＬＥＤを利用してもよい場合がある。図１９は、ＬＥＤ１２０を１つしか含まない発光デバイスを示す。ＬＥＤを１つしか利用しない場合には、電源回路１３０は別のものであってもよい。
【０００９】
幾らかの実施形態では、カバーまたは容器が利用されない。幾らかの実施形態では、カバーの一部が不透明であり（例えば反射性を有する）、容器の他の部分が透明である、または被覆型（covering）であってもよい。例えば、図１７は、透明部１５４および不透明部１５６を有するＬＥＤ１２０の完全カバー１５０を有する発光デバイスを示す。図１も完全カバー型を示す。図１８は部分カバー１７０を示しており、ＬＥＤ１２０の上部が露呈している。カバーが完全カバー型または部分カバー型いずれであっても、図１８に示すような、カバー１７０の上にＬＥＤの一部が延びている構造が可能である。
【００１０】
本発明は、図１に示す発光デバイスの利用に制限されない。他にも様々な形状およびサイズが可能である。電球コネクタ１１０は、様々な標準サイズのソケットのいずれかに収まるような標準サイズであってもよいし、非標準サイズであってもよい。発熱電球および蛍光電球の標準電力の例としては、２５Ｗ、４０Ｗ、６０Ｗ、７５Ｗ、および１００Ｗが挙げられる。本発明の幾らかの実施形態では、白熱電球および蛍光電球のルーメン出力と同じ、それを超える、またはそれに近いルーメン出力を、実質的により小さな電力入力で可能とする。例えば、発光デバイス１００の幾らかの実施形態では、入力エネルギーが半分未満で、同じルーメン値を提供することができる。発光デバイス１００の幾らかの実施形態は、様々な電圧、電圧範囲で動作することができる。例えば、幾らかの実施形態では、発光デバイスは、９０から２５０Ｖ（ボルト）という大きな入力電圧範囲で動作することができ、他の例としては幾らかの実施形態で、入力の範囲が１００から２３０Ｖであってもよい。他の実施形態では、発光デバイスが動作できる入力電圧の範囲がこれらよりずっと制限されている場合もある。ＬＥＤは発光素子の一例である。発光素子の他の例には、大型の発光デバイスに収められる複数の小型白熱電球が含まれる。本明細書で利用する「光」という用語は、可視スペクトルに制限されず、可視スペクトル外の周波数を含むこともできる。
【００１１】
１００Ｗの発熱電球は、約１５００ルーメンの光（約１３００から１７００ルーメンの範囲）を出すこともあるが、今日のＬＥＤの光出力は約６０ルーメン／ワット（約５０から７０ルーメンの範囲）といった程度である（技術の成熟に応じ向上が期待されている）。従って、各々が２．５Ｗの電力を消費する約１０個のＬＥＤが必要となり、総量として２５Ｗの電力消費により１００Ｗの発熱電球と同じ出力（ルーメン）が可能となる。ＬＥＤの電圧降下は、ＬＥＤの種類および色に応じて、２から５ボルトの範囲で変化しうる。なお、単一のＬＥＤを主電圧源に直接接続することはできない。１つのＬＥＤの電圧降下を約５Ｖとすると、ＬＥＤに流れる電流は約０．５アンペアであり、２．５Ｗが消散し、約１５０ルーメンの光が生成される。
【００１２】
図２は、ＬＥＤ２４０（直列ＬＥＤ２４０（２４２−１...２４２−ｎ）およびＬＥＤ２４４（２４４−１...２４４−ｎ）の並列群を含む）に給電する電源回路２００を示す。この実装はあまり効率的ではないが、コンセプトの理解のために記載されている。ＡＣ電圧供給２１０を、入力導体２１２および２１４を介して、インダクタ２３０と直列の全波ブリッジ整流器２２０に供給する。ブリッジ整流器２２０は、交流ＡＣ入力信号を、直流ＤＣ信号に変換する。インダクタ２３０は、自身に流れる電圧を十分降下させ、システムの他の部分に対してより低い電圧を供給するバラストとして機能する。インダクタ２３０の電圧降下はインダクタ２３０のインダクタンスに比例しうるので、インダクタンスが高いほど大きな電圧降下が起こるが、この結果、インダクタ２３０のサイズは大きくなる。利用可能なインダクタ２３０のサイズには事実上制限がある。インダクタ２３０等のインダクタは、様々な実施形態で利用されることで、ＡＣ信号をＤＣに変換する前に、前もって電圧を降下させる。他の実施形態では、インダクタ２３０等の前置インダクタを利用しないものもある。
【００１３】
ブリッジ整流器２２０は、インダクタ２３０と導体２１４との間、および、ノード２３６（＋）とノード２３８（−）との間に連結される。コンデンサ２６０は、ノード２３６と２３８との間に連結されており、５０／６０Ｈｚのリップルを除去するフィルタとして機能し、供給電圧を純粋のＤＣに近づける。コンデンサ２６０のＤＣ電圧は、場合によって、入力電圧のピーク値（例えば、入力電圧（１１０Ｖまたは２２０Ｖ）の約１．４倍、つまり、約１５０または３００Ｖ）と同じ程度に高い。ここで、ＬＥＤ２４２および２４４が各々１０個の直列ＬＥＤを有し、各ＬＥＤの電圧が５Ｖであり、これらＬＥＤ全体の降下が５０Ｖである例を考える。バラストインダクタ２３０がない場合、バラスト抵抗２５０および２５２で残りの電圧（例えば１００から２５０Ｖ）が降下させられる。ＬＥＤ全体では２５Ｗの電力が消費され、バラスト抵抗２５０および２５２は５０から１２５Ｗの電力を放熱という形で消費する。バラストインダクタ２３０を利用する場合、抵抗２５０の降下は、インダクタ２３０のインダクタンスによってこれより小さくなる場合がある。
【００１４】
図３は、電源回路３００が変圧器３１０を含むがインダクタ２３０を含まないことを除き、図２に類似している。しかし、変圧器３１０は、重く嵩張ることが多い。なお、図２および３の設計両方において、１１０Ｖおよび２２０Ｖ両方に同じ設計を用いることはできない。つまり、インダクタ２３０の値は１１０Ｖと２２０Ｖとでは異なり、変圧器３１０の値は１１０Ｖと２２０Ｖとでは異なる。電源回路２００および３００は従来技術であるが、発明者はこれらの高精度電源回路が、ＬＥＤを利用する標準サイズの電球で利用されていたかについては定かでない。
【００１５】
図４は、ＬＥＤ２４０に給電するスイッチレギュレータ４１０を含む電源回路４００を示す。スイッチレギュレータ４１０には閉ループ制御が組み込まれ、ＬＥＤ２４０の現在の消費量をモニタしながら、ＬＥＤ２４０の現在の電流量を調節する。スイッチレギュレータ４１０（先行技術ではバックコンバータ、スイッチコンバータ、またはスイッチモード電源とも称される）は、ノード２３６および２３８に連結され、スイッチ素子４２０および４２５、コンデンサ４７０、１つのインダクタ４１４（または複数のインダクタ４１４）、抵抗４４０、コンデンサ４５０、およびスイッチ制御回路４３０を含む。様々な種類のスイッチモード電源が先行技術として公知である。スイッチ制御回路４３０は、導体４３６および４３８を介してスイッチ素子４２０および４２５を制御する。例えば、スイッチ素子４２０および４２５は、高電圧バイポーラ型の、またはＭＯＳＦＥＴトランジスタＴ１およびＴ２であってよい。２つのトランジスタの利用は例示であり、制限を意図していない。同様の回路が、１つのトランジスタおよび１つのダイオードを利用することもでき、トランジスタとダイオードの異なる組み合わせを利用することもできる。例えば、幾らかの実施形態では、素子４２０がトランジスタであり、素子４２５がダイオードであってもよい。
【００１６】
動作において、導体２１２および２１４の高電圧のＡＣ入力が、従来の全波ブリッジ整流器２２０を用いてＤＣに変換される。バラストインダクタ２３０は、ＤＣへの変換前に幾らか電圧を降下させる。ＤＣ電圧は、ノード２３６と２３８との間のコンデンサ４６０によりフィルタにかけられ、ＡＣリップルを除去、または、少なくとも低減させる。信号からのリップル除去は公知である。
【００１７】
Ｔ１がＯＮであるときにはＴ２がＯＦＦであり、この逆も然りである。Ｔ１がＯＮの場合には熱を伝導しＴ２がＯＦＦとなって開回路を形成し、この逆も然りである。Ｔ１がＯＮの場合、インダクタ４１４は高ＤＣ電圧と低出力電圧との間に接続され、インダクタ４１４内に磁束が形成される。Ｔ１がＯＦＦでＴ２がＯＮである場合、インダクタ４１４内の電流がコンデンサ４７０にも伝えられ、さらにはＬＥＤ２４０にも伝えられる。ＬＥＤのストリング２４２および２４４と直列の抵抗２５０および２５２は、非常に抵抗が低く、ＬＥＤ特性の不整合を補償するバラストとして機能するが、ＬＥＤのストリング２４０を１つだけしか利用しない場合には省いてもよい。
【００１８】
抵抗４４０は、非常に抵抗値Ｒｓｅｎｓｅの小さい精密級抵抗器であってよい。抵抗４４０で降下した電圧は、小さなコンデンサ４５０でフィルタリングされて、リップルがなくなり、信号が平均化される。電圧Ｖｓは、ＬＥＤ２４０に流れる電流の測度であり、導体４８２に、ひいてはスイッチ制御回路４３０へと供給される。
【００１９】
スイッチレギュレータ４１０の出力電圧は、ＬＥＤのストリング２４２および２４４のＬＥＤ２４０の数に呼応してよい。所望の光出力が与えられている場合の１ストリングのＬＥＤの数およびストリングの数は、既知の工学上のトレードオフにより選択することができる。
【００２０】
幾らかの実施形態では、スイッチ制御回路４３０は、図７を参照して記載する導体（１または複数）４８０上の光度制御信号を受信する。幾らかの実施形態では（図１１等）、光度制御は、完全な手動処理であり、導体４８０を利用しない。他の実施形態では、光度制御を行わない。光度制御はＬＥＤの幾らかまたは全ての輝度を制御することができ、これについては以下で詳述する。この処理は調光と称されることもある。導体４８０上などの内部光度制御信号が、外部光度制御信号に応答することができる。
【００２１】
図５は、先行技術で公知であるパルス幅変調を行う閉ループフィードバックシステムの効果を示す。幾らかの実施形態では動作周波数を一定に保つので、期間Ｔが固定されている。ケース（ａ）では、公称出力中に、インダクタ４１４が期間ｔ中に磁束を形成し、期間Ｔ-ｔ中に電流をコンデンサ４７０およびＬＥＤ２４０に供給し続ける。ケース（ｂ）では、検出された電圧値Ｖｓが参照電圧Ｖｒｅｆよりも高く、より多い電流がＬＥＤ２４０に流れていることが分かるので期間ｔを短くする。同様にケース（ｃ）では、期間ｔを長くして、より多い電流をインダクタ４１４で構築することにより、ＬＥＤ２４０に流す電流を増加させる。
【００２２】
図５では、周波数が一定であり、デューティサイクルは、パルス幅の変化により変更させる。第２の方策では、パルス幅を一定に保ち、周期（周波数）を変化させることによってデューティサイクルを変化させてよい。第３の方策では、デューティサイクルを一定に保ち、周波数を変化させる。第２および第３の方策ではリップルが変化するが、これは公知の設計上のトレードオフである。また他の方法では、周波数およびパルス幅の両方を変化させてもよい。
【００２３】
図６は、導体６２０へ出力信号Ｖｏｓｃを出力する自由継続オシレータ（free running oscillator）６１０の一実施形態を示す。リングオシレータ６２０の出力は、図６に示す正弦波電圧信号に近い。単純なリングオシレータは、スイッチ制御回路４３０がデューティサイクルを調節してＶｏｓｃ周波数の変化を補償するので、十分安定している場合が多い。
【００２４】
図７は、スイッチ制御回路４３０を実装する様々な方法のうちの１つを示す。スイッチ制御回路４３０は、信号Ｖｏｓｃを導体６２０からコンパレータ７４０の正の入力へ供給するオシレータ６１０（図６のオシレータと同じであっても異なっていてもよい）を含む。コンパレータ７４０の負の入力は、検出された電圧Ｖｓと参照電圧信号Ｖｒｅｆとを入力として受け取るコンパレータ７３０の出力からのものである。コンパレータの利得を制御するフィードバック回路は、当技術分野で公知なので敢えて記載しない。Ｖｒｅｆ信号は、精密級電圧参照回路７１０により供給される。図７の例では、電圧参照回路７１０は、単純なツェナーダイオード７２０と抵抗７２２および７２４とを含み、Ｖｒｅｆ信号を生成する。ツェナーダイオードおよびこれら抵抗を含むことで電圧参照を生成することは当技術分野で公知である。電圧参照を生成する方法としてはこれよりも複雑なものが幾らか当技術分野で公知である（例えば、バンドギャップ参照を用いる方法等）。光度制御を行う幾らかの実施形態では、抵抗７２４は、１つの可変抵抗または一群の抵抗であってよい。抵抗７２４は、図１１のように抵抗が手動制御により変更させられる電位差計またはその他のデバイスであってよい。この他にも、抵抗７２４は、導体（１または複数）４８０の信号の変化に呼応して変化させてもよい。例えば、導体４８０上の信号は、１以上のさらなる抵抗を並列にして抵抗値を変化させるようにスイッチを制御してもよい。幾らかの実施形態では導体４８０は含まれない。幾らかの実施形態では、Ｖｒｅｆは導体４８０から直接供給され、Ｖｒｅｆ生成に他の参照回路７１０が関与しない。
【００２５】
コンパレータ７３０は、検出された電圧Ｖｓを参照電圧Ｖｒｅｆと比較して、次のコンパレータ７４０のトリップ点を生成する。コンパレータ７３０および７４０は、オペアンプであってよい。コンパレータ７４０は、ストローブパルスｔを生成してよく（図５の説明参照）、この幅はコンパレータ７３０の出力に依存する。コンパレータ７３０がＬＥＤ２４０に流れる電流が低すぎると判断すると、パルス幅ｔ５２０を広げ、逆の場合には逆の処理を行う。
【００２６】
例示された実施形態では、ＶｓがＶｒｅｆよりも高いと、ＬＥＤ２４０に流れる電流が所望の値よりも高いので、制御システムは、時間Ｔ１がＯＮである時間を短くすることで対処する。Ｔ１の時間を短くすることにより、インダクタ４１０で形成される電流値が低くなる。同様に、ＶｓがＶｒｅｆよりも低いと、制御システムはＴ１  ４２０のＯＮ時間を長くする、等の対処を行う。この閉ループフィードバックシステムは、ＬＥＤ２４０に流れる電流を継続的にモニタして、ＬＥＤ２４０の輝度を所望のレベルに保つ処理を行う。光度制御を利用する場合には、Ｖｒｅｆを調節することができる。Ｖｒｅｆを上げると、ＬＥＤ２４０に流れる電流も増える。従って、例示された制御回路４３０は、統合された光度制御を可能とする。従って、スイッチ制御回路４３０は、パルス幅ｔを制御して、電流および電圧のずれを補償するパルス幅変調器である。ここで示されている実装例はアナログである。所望の場合にはデジタル設計を行ってもよい。パルス幅変調は、電圧および電流を制御してＬＥＤの輝度を制御する公知の方法である。
【００２７】
入力ＤＣ電圧Ｖと出力ＤＣ電圧ｖの間には、期間ｔの間のインダクタ４１４の電流変化がΔＩ＝（Ｖ−ｖ）ｔ／Ｌ（インダクタ４１４で電流が形成される）であるという関係があり、本式においてＬはインダクタ４１４のインダクタンスである。同様にして、期間（Ｔ−ｔ）におけるインダクタ４１４の電流は、ΔＩ＝ｖ（Ｔ−ｔ）／Ｌである（電流がインダクタ４１４から放電される）。２式を等式化すると、ｔ／Ｔ＝ｖ／Ｖとなる。従って、出力電圧の入力電圧に対する割合は、継続して行われている電流操作におけるスイッチ波形（ｔ／Ｔ）のデューティサイクルに比例している。制御システムは、連続してデューティサイクルを調節することで、電圧ｖを調節してＬＥＤ２４０内の電流を所望の値に保つことができる。本記載におけるこれらの、およびその他の数式は、動作モデルであって、動作の正確な記述であるとは限らない。
【００２８】
一例としては、公称ＡＣ電圧が１１０Ｖとして設計されている場合、入力ＤＣ電圧は約１５０Ｖであって、一連のＬＥＤ２４２には５０Ｖが必要であり、割合（ｔ／Ｔ）＝（ｖ／Ｖ）＝５０／１５０＝１／３であり、これは３３％のデューティサイクルに相当する。制御システムは、１１０ＶのＡＣ電圧が入力されると、デューティサイクルを３３％に自動調節する。入力電圧が１１０Ｖを下回ると、この変化に対応するべくデューティサイクルを自動的に増加させる。同様に、２２０Ｖの電圧が入力されると、入力ＤＣ電圧Ｖが約３００Ｖ程度になるので、デューティサイクルは５０／３００＝１／６に自動調節される。このようにして、この設計では、実装される電子部品が許容する合理的な範囲であれば任意の入力電圧に自動調節することができる。
【００２９】
ＷをＬＥＤ２４０が消散する総電力量とすると、ＬＥＤ２４０に流れる平均電流は、Ｉ＝Ｗ／ｖとなり、リップル電流の割合ΔI/I = ((V-v) t v)/LW = ((1/WL) x (1-(v/V)) x (v2/f))となり、ここでｆは切り替え周波数である。従って、(L x f) = (1/W(ΔI/I)) x (1(1-(v/V)) x (v2)となる。ここで記載する設計の一例としては、v = 50, V = 150, W = 25であり、リップル電流を１０％と想定すると、(L x f ) = 0.66 x 103である。以下の表は、インダクタ４１４の異なる様々な値、および、設計で利用されうる関連する切り替え周波数を示す。
【表１】
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【００３０】
動作周波数が増えると、インダクタ４１４のサイズは減少する。今日の高性能電子部品は、１００ＭＨｚを超えるレベルまで容易に切り替えられることもあるので、６．６マイクロヘンリーといった非常に小型のインダクタ４１４が必要となる場合もある。幾らかの実施形態では、コンバータを非常に高周波数に切り替えることでインダクタ４１４を小型化させ、インダクタ４１４を、電球コネクタ１１０のベースに組み込み易くさせ、またひいては、後述するように電子部品１３０そのものに集積し易くさせることができる。
【００３１】
例えば、６マイクロヘンリーのインダクタ４１４は、例えば５ｍｍの長さ、５ｍｍの直径、および７巻きの銅線のフェライトコアを用いて構築することができる（図１の従来の電球のベースに収まる程度に小さい）。この小型インダクタ４１４は、切り替え周波数を高くすることで使用可能となる。
【００３２】
上述した別個のフェライトコアインダクタを用いること以外にも、小型のインダクタ４１４の実装方法は他にも幾らかある。インダクタ４１４は、「空芯」の別個のインダクタ４１４として実装されてもよく、これは、僅かにサイズが大きいが、依然として従来の電球コネクタ１１０のベースに収まる程度ではある。インダクタ４１４は、磁性材料または非磁性材料を用いてよい。別の方法としては、インダクタ４１４を集積コントローラ４３０のプリント回路基板上またはパッケージ基板上に集積するものもある。この実装例では、インダクタ４１４は基板またはパッケージの上の信号線により形成することができる。高透磁材率材料を組み込むことで、基板またはパッケージの上のインダクタ４１４を小型化することができる。インダクタ４１４は、磁性材料を有しても有さなくてもよい集積インダクタとしてコントローラダイ（集積回路）上に実装することができる。これらの方法は全て、動作周波数を高くすることで可能となり、より小型なインダクタ４１４が得られる図１５および図１６を参照のこと。
【００３３】
図８は、スイッチレギュレータ８１０を含む電源回路８００を示しており、これらは、インダクタ２３０とコンデンサ４６０および４７０とが含まれない点以外は、電源回路４００およびスイッチレギュレータ４１０にそれぞれ類似している。フィルタコンデンサがないので、電流は依然として直流であり、フィルタコンデンサ４６０および４７０を有する回路よりもＡＣリップルが大きい。平均電流は制御されるが、パルス幅変調器が図９のように動作する間、電流には大きなばらつきがある。
【００３４】
照明の用途としては残光性がかなり大きく、ＬＥＤ２４０が図９に示すような電流スパイクを受けたとしても、ＬＥＤ発光システムの電力消散および知覚光量を決定するのは平均電流（ＲＭＳ電流）である。このようなパルスＤＣ電源は、他の電子部品には適さないが、照明の用途では許容範囲内であろう。除去コンデンサ４６０および４７０の利点は、コスト低減が可能であり、時としては小型化も可能であることから電球コネクタ１１０に収めやすいことが挙げられる。
【００３５】
他の実施形態では、光度レベルの選択肢が異なる。例えば幾らかの実施形態では、光度および色が非常に細分化されている。離散的な光度制御を行う他の実施形態では、レベルの選択肢が少ない。幾らかの実施形態では、光度変化は多かれ少なかれ連続しており、他の実施形態では、光度レベルの選択肢が比較的少ない。
【００３６】
図１０は図４のシステムに類似したシステムを示しており、図１０のシステムでは、電源回路１０００が、複数の色（例えば青色、緑色、および赤色）用に３つのスイッチレギュレータ（またはスイッチコンバータ）１０３２、１０３４、および１０３６を含み、ＬＥＤ２４０が、例えば青色ＬＥＤ１０６２（１０６２−１...１０６２−ｎ）、緑色ＬＥＤ１０６４（１０６４−１...１０６４−ｎ）、赤色ＬＥＤ１０６６（１０６６−１...１０６６−ｎ）等の異なる色のＬＥＤを含む点が異なっている。抵抗１０７２、１０７４、および１０７６は、スイッチレギュレータの一部として捉えることができるが、図示しやすくする目的からは別個に描かれている。各色について１つのＬＥＤストリングのみが描かれているが、１色について、２以上の並列のストリングがあってもよい。ＬＥＤは、発光デバイス内に分散配置されても、発光デバイスとは別個に配置されてもよい。白色ＬＥＤ等のさらなる色があってもよい。バラスト抵抗１０５２、１０５４、および１０５６、および検出抵抗１０７２、１０７４、および１０７６は、図４の抵抗２５０および４４０に類似している。スイッチコンバータ１０３２、１０３４、および１０３６はそれぞれ、図４のスイッチ素子４２０および４２５等のスイッチ素子、スイッチコントローラ回路４３０、および、コンデンサ４５０、または図４のものとは多少異なる部材を含んでよい。これらは、コンデンサ４６０および４７０等のコンデンサを含んでもよい。
【００３７】
システム１０００は、青色、緑色、および赤色用の導体１０４２、１０４４、および１０４６の光度および色制御信号を利用することができる。様々な色のＬＥＤの間の相対光度を変化させることで、または、特定の色のＬＥＤをＯＦＦにすることで、ＬＥＤの組み合わせの光度全体および全体的な色を変化させることができる。全体的な色は、全ての色の光度を同じ量だけ変化させることで同様に保つことができる。また、全体的な色は、異なる色のＬＥＤの光度を互いに異なる量で変化させることにより異ならせることができる。
【００３８】
図１１は、複数のＬＥＤ１１２０それぞれの光度を制御する複数の電位差計１１５０−１、１１５０−２、および１１５０−３（図７の抵抗７２４として利用可能である）を含む発光デバイス１１００を示す。ＬＥＤ１１２０は、ＬＥＤ１０６２、１０６４、および１０６６として表されてよく、これらの光度は、それぞれ電位差計１１５０−１、１１５０−２、および１１５０−３により制御可能である。電源回路１１３０は、主に電球コネクタ１１０の内部に位置し、電位差計等の幾つかの回路が電球容器１４０の中に位置してもよい。他の実施形態では、１１５０−１、１１５０−２、および１１５０−３等のうちいずれか１つの電位差計のみ、または２つの電位差計、または４つ以上の電位差計があってもよい。支持体（ＬＥＤ支持体１２４等）を図１１−図１４のデバイスに含めることもでき、電源回路の全体またはその一部をＬＥＤ支持体１２４等の支持体の中に、またはその上に配置することもできる。
【００３９】
図１２は、電力導体１２１４を介して発光デバイス１２００に連結された光度制御回路１２１０を示す。発光デバイス１２００は、単色または複数色のＬＥＤ（例えばＬＥＤ１０６２、１０６４、および１０６６）を含みうるＬＥＤ１２２０を含む。単色のみの場合には、白色の中間調であっても、白色とは異なっていてもよい。電源回路１２３０は、回路１２１０からの導体１２１４を介した電力信号の上に重畳されている制御信号に呼応して、ＬＥＤ１２２０の光度を制御する。抽出回路１２４０は、電力信号から光度制御信号を除去して、光度制御信号をスイッチレギュレータに供給する。光度制御信号は、単色のＬＥＤまたは複数色のＬＥＤを制御することができる。電源回路１２３０は、その全体が電球コネクタ１１０内にあってもよいし、その他の場所にあってもよい（例えば、一部がコネクタ１１０内にあり一部が電球容器１４０内にある、または、その全体が容器１４０内にある等）。内部光度制御信号は、外部光度制御信号に呼応することができる。例えば、幾らかの実施形態では、抽出回路１２４０は、外部光度制御信号上を変化することなく通過させてもよく、他の実施形態では、抽出回路１２４０は、電力導体１２１４からの外部光度制御信号に呼応して内部光度制御信号を生成することもできるが、内部光度制御信号は、外部光度制御信号とは多少異なっていてもよい。複数の光度制御信号が、単一の外部光度制御信号に呼応してもよく、または、複数の外部光度制御信号に呼応してもよい。
【００４０】
図１３は、トランスミッタ１３４２およびレシーバ１３４４を介して発光デバイス１３００にワイヤレスに連結された光度制御回路１３１０を示す。発光デバイス１３００は、単色または複数色のＬＥＤ（例えばＬＥＤ１０６２、１０６４、および１０６６）を含みうるＬＥＤ１３２０を含む。電源回路１３３０は、制御回路１３１０からの制御信号に呼応してＬＥＤ１２２０の光度を制御する。光度制御信号は、単色のＬＥＤまたは複数色のＬＥＤを制御することができる。光度制御信号は、無線周波数（ＲＦ）または赤外線（ＩＲ）その他の周波数であってよい。様々な種類の公知のワイヤレス信号符号化技術を利用して光度を制御することができる。電源回路１３３０は、その全体が電球コネクタ１１０内にあってもよいし、その他の場所にあってもよい（例えば、一部がコネクタ１１０内にあり一部が電球容器１４０内にある、または、その全体が容器１４０内にある等）。
【００４１】
図１４は、オーディオセンサ１４４４を含むことで、オーディオ信号を検出して、電源回路１４３０に呼応して信号を供給する発光デバイス１４００を示す。オーディオ信号の一例はクラッピングハンドであってよい。発光デバイス１４００は、単色または複数色のＬＥＤ（例えばＬＥＤ１０６２、１０６４、および１０６６）を含みうるＬＥＤ１４２０を含む。電源回路１３３０は、オーディオセンサ１４４４からの制御信号に呼応してＬＥＤ１２２０の光度を制御する。オーディオ信号は、単色のＬＥＤまたは複数色のＬＥＤを制御することができる。電源回路１４３０は、その全体が電球コネクタ１１０内にあってもよいし、その他の場所にあってもよい（例えば、一部がコネクタ１１０内にあり一部が電球容器１４０内にある、または、その全体が容器１４０内にある等）。オーディオセンサは物理的に発光デバイスから遠隔位置にあるが、光のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるクラッピングハンドは公知技術である。
【００４２】
他の種類の光度制御を利用することもできる。例えば、電力導体とは別個の、電球への制御信号を搬送する導体を設けることもできる。
【００４３】
図１５は、電源回路４００のパッケージ１５１０の半導体チップ１５２０の一部としてのインダクタ４１４（１または複数）を示す。幾らかの実施形態では、スイッチレギュレータ４１０（上述したようにインダクタ４１４に想定されうる例外も含んで）が、図１６に関して説明されるチップ１５２０またはチップ１６２０に含まれていてよい。インダクタ４１４は、チップ１５２０の一部として製造することもでき、あるいは単にチップ１５２０上に配置することもできる。
【００４４】
図１６は、電源回路４００の半導体チップ１６２０のパッケージ１６１０の一部としてのインダクタ４１４（１または複数）を示す。インダクタ４１４は、パッケージ１６１０の一部として製造することもでき（例えば、パッケージ基板の内部層の上に製造することができ）、あるいは単にパッケージ１６１０上に配置することもできる。あるいは、インダクタ４１４、および２３０等のその他のインダクタは、チップおよびパッケージとは切り離されていてもよい。例えばインダクタは、プリント回路基板（ＰＣＢ）等の回路基板の一部であっても、その上に設けられてもよい。
【００４５】
図面のオブジェクト間の相対的な大きさは、実際の相対的な大きさを示すことを意図していない。
【００４６】
幾らかの実施形態では、受け取られる電力がＤＣであり、ＡＣからＤＣへ変換する必要がない。＜さらなる情報および実施形態＞
【００４７】
一実施形態は、発明の実装例または例示である。明細書における「実施形態」「一実施形態」「幾らかの実施形態」または「他の実施形態」といった言い回しは、該実施形態との関連で記載された特定の特徴、構造、または特性が、少なくとも幾らかの実施形態に含まれることを意味するが、必ずしも全ての実施形態に含まれているという意味ではない。「実施形態」「一実施形態」「幾らかの実施形態」といった言い回しが随所に見られるが、これらは必ずしも同じ実施形態について言及しているわけではない。
【００４８】
部材「Ａ」が部材「Ｂ」に連結されている、という場合、部材Ａは、直接部材Ｂに連結されている場合もあれば、例えば部材Ｃ等を介して間接的に連結されている場合もある。
【００４９】
明細書または請求項で、コンポーネント、特徴、構造、プロセス、または特性「Ａ」が、コンポーネント、特徴、構造、プロセス、または特性「Ｂ」の原因となると記載している場合、「Ａ」は「Ｂ」の少なくとも部分的な原因であることを意味しており、「Ｂ」の原因の一助となる少なくとも１つの他のコンポーネント、特徴、構造、プロセス、または特性も存在しうる。同様に、ＡがＢに呼応する等の表現は、Ｃに呼応しないという意味ではない。
【００５０】
明細書で、コンポーネント、特徴、構造、プロセス、または特性が何かを「しうる（may）」「してもよい（might）」「する場合もある（could）」等の言い回しがある場合、その特定のコンポーネント、特徴、構造、プロセス、または特性が含まれることは必須ではない。明細書または請求項が、１つの部材（"a" or "an" element）について言及している場合には、部材が一つだけある場合に限られない。
【００５１】
本発明は、ここで記載する特定の詳細に限定されない。前述の記載および図面から、本発明の範囲内において多くの他の変形例が可能である。故に、以下の請求項は本発明の範囲内で定義される変形例全てを含む。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【外国語明細書】
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