(57)【要約】  照明装置は、固体発光体の第1、第2、および第3の群と、蛍光体の第1の群と、固体発光体の第1、第2、および第3の群がそれぞれ、その少なくとも1つに電気結合している、少なくとも第1、第2、および第3の電源ラインとを含む。電流コントローラは、第1、第2、および第3の群の相対光束比率を制御し、命令の受信に応答して、LEDの各群の必要な光束出力の情報を含む参照テーブルから1組のデータを検索し、所望のCCTおよび全光束出力を実現するために、パルス幅変調(PWM)信号を発生させ、各群に供給される電流を制御し、各群の光束出力を変化させるようにプログラムされる。
2013535084.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体発光照明装置において調節可能な白色光を実現する方法であって、
430nmから485nmの範囲の主波長を有する光を発する1つまたは複数の固体発光体の第1の群を点灯するステップと、
555nmから585nmの範囲の主波長を有する光を発する1つまたは複数の蛍光体の第1の群を励起するステップと、
430nmから485nmの範囲の主波長を有する光を発する1つまたは複数の固体発光体の第2の群を点灯するステップと、
600nmから635nmの範囲の主波長を有する光を発する1つまたは複数の固体発光体の第3の群を点灯するステップとを含み、
(1)固体発光体の前記第1の群、(2)蛍光体の前記第1の群、(3)固体発光体の前記第2の群、および(4)固体発光体の前記第3の群が発した、前記固体発光照明装置から出る光の組合せが、1931CIE色度図のプランク軌跡上の少なくとも1つの点からマックアダム楕円3つ以内にある点を規定する、1931CIE色度図上のx、y座標を有する光の混合をもたらすようにする、方法。
【請求項２】
固体発光照明装置において調節可能な白色光を実現する方法であって、
少なくとも1つの固体発光体を含む、固体発光体の第1の群の各固体発光体が、430nmから485nmの範囲の主波長を有する光を発するように前記固体発光体の第1の群を点灯するステップと、
555nmから585nmの範囲の主波長を有する光を発する1つまたは複数の蛍光体の第1の群を励起するステップと、
少なくとも1つの固体発光体を含む、固体発光体の第2の群の各固体発光体が、430nmから485nmの範囲の主波長を有する光を発するように前記固体発光体の第2の群を点灯するステップと、
少なくとも1つの固体発光体を含む、固体発光体の第3の群の各固体発光体が、600nmから635nmの範囲の主波長を有する光を発するように前記固体発光体の第3の群を点灯するステップとを含み、
(1)固体発光体の前記第1の群、(2)蛍光体の前記第1の群、(3)固体発光体の前記第2の群、および(4)固体発光体の前記第3の群が発した、前記固体発光照明装置から出る光の組合せが、1931CIE色度図のプランク軌跡上の少なくとも1つの点からマックアダム楕円3つ以内にある点を規定する、1931CIE色度図上のx、y座標を有する光の混合をもたらすようにする、方法。
【請求項３】
固体発光体の前記第1の群のすべてを点灯するとき、蛍光体の前記第1の群の蛍光体の少なくとも1つは、固体発光体の前記第1の群が発した光により励起される、請求項1または2に記載の方法。
【請求項４】
固体発光体の前記第1の群の前記発光体とそれらに対応する蛍光体の前記第1の群との組合せによりもたらされる最終的な白色光は、前記1931CIE色度図の前記プランク軌跡より上にあり、前記プランク軌跡上の任意の点からマックアダム楕円7つ分より離れており、duv>0.006で3200Kと6000Kの間のCCTを有する、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
固体発光体の前記第1の群のすべてを点灯するとき、蛍光体の前記第1の群の蛍光体のすべては、固体発光体の前記第1の群が発した光により励起される、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記固体発光照明装置からの前記調節可能な白色光は、2700kから4500k、2700kから6500k、または2700kから6500kの間のCCT範囲を有する、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記固体発光照明装置からの前記調節可能な白色光は、85を超えるCRIを有する、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記固体発光照明装置からの前記調節可能な白色光は、90を超えるCRIを有する、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記固体発光照明装置からの前記調節可能な白色光は、2700Kから6500KのCCT範囲および85を超えるCRIを有する、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記固体発光照明装置からの前記調節可能な白色光は、2700Kから5500KのCCT範囲および90を超えるCRIを有する、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
(1)固体発光体の前記第1の群が発した、前記固体発光照明装置から出る光と、(2)蛍光体の前記第1の群が発した、前記固体発光照明装置から出る光との組合せは、追加の光がなければ、1931CIE色度図のプランク軌跡よりも上にあり、前記プランク軌跡上の任意の点からマックアダム楕円7つ分より離れている白色光のサブ混合をもたらす、請求項1または2に記載の方法。
【請求項１２】
固体発光体の前記第3の群を点灯する前記ステップにおいて、前記第3の群の各固体発光体は、615nmから620nmの範囲の主波長を有する光を発する、請求項1または2に記載の方法。
【請求項１３】
固体発光体の前記第2の群を点灯する前記ステップにおいて、前記第2の群の各固体発光体は、460nmから475nmの範囲の主波長を有する光を発する、請求項1または2に記載の方法。
【請求項１４】
前記第1、第2、および第3の群の相対光束比率は、LEDの前記第1の群がルーメン出力全体の少なくとも75%を占め、前記第2の群がルーメン出力全体のせいぜい10%を占め、前記第3の群がルーメン出力全体のせいぜい25%を占めるように、電流コントローラにより制御される、請求項1または2に記載の方法。
【請求項１５】
所与のいかなるCCTに関しても一定のルーメン出力を維持しながら、前記LEDの駆動電流を変化させることにより、前記固体発光照明装置のCCTを調整するステップをさらに含む、請求項1または2に記載の方法。
【請求項１６】
様々なCCT選択肢に関して前記装置のルーメン出力全体を変化させることにより、前記固体発光照明装置のCCTを調整するステップをさらに含む、請求項1または2に記載の方法。
【請求項１７】
430nmから485nmの範囲の主波長を有する光を発する1つまたは複数の固体発光体の第1の群と、
555nmから585nmの範囲の主波長を有する光を発する1つまたは複数の蛍光体の第1の群と、
430nmから485nmの範囲の主波長を有する光を発する1つまたは複数の固体発光体の第2の群と、
600nmから635nmの範囲の主波長を有する光を発する1つまたは複数の固体発光体の第3の群と、
固体発光体の前記第1の群、固体発光体の前記第2の群、および固体発光体の前記第3の群がそれぞれ、その少なくとも1つに電気結合している、少なくとも第1、第2、および第3の電源ラインと
を含む、照明装置であって、
電流が前記第1、第2、および第3の電源ラインの少なくとも1つに供給されるとき、(1)固体発光体の前記第1の群、(2)蛍光体の前記第1の群、(3)固体発光体の前記第2の群、および(4)固体発光体の前記第3の群が発した、前記照明装置から出る光の組合せは、1931CIE色度図のプランク軌跡上の少なくとも1つの点からマックアダム楕円3つ以内にある点を規定する、1931CIE色度図上のx、y座標を有する光の混合をもたらす、照明装置。
【請求項１８】
固体発光体の第1の群と、
蛍光体の第1の群と、
固体発光体の第2の群と、
固体発光体の第3の群と、
固体発光体の前記第1の群、固体発光体の前記第2の群、および固体発光体の前記第3の群がそれぞれ、その少なくとも1つに電気結合している、少なくとも第1、第2、および第3の電源ラインと
を含む、照明装置であって、
固体発光体の前記第1の群は、点灯される際、前記第1の群の各固体発光体が430nmから485nmの範囲の主波長を有する光を発するように、少なくとも1つの固体発光体を含み、蛍光体の前記第1の群は、励起される際、前記第1の群の各蛍光体が555nmから585nmの範囲の主波長を有する光を発するように、少なくとも1つの蛍光体を含み、固体発光体の前記第2の群は、点灯される際、前記第2の群の各固体発光体が430nmから485nmの範囲の主波長を有する光を発するように、少なくとも1つの固体発光体を含み、固体発光体の前記第3の群は、点灯される際、前記第3の群の各固体発光体が600nmから635nmの範囲の主波長を有する光を発するように、少なくとも1つの固体発光体を含み、電流が前記第1、第2、および第3の電源ラインの少なくとも1つに供給されるとき、(1)固体発光体の前記第1の群、(2)蛍光体の前記第1の群、(3)固体発光体の前記第2の群、および(4)固体発光体の前記第3の群が発した、前記固体発光照明装置から出る光の組合せは、1931CIE色度図のプランク軌跡上の少なくとも1つの点からマックアダム楕円3つ以内にある点を規定する、1931CIE色度図上のx、y座標を有する光の混合をもたらす、照明装置。
【請求項１９】
電流が電源ラインに供給されるとき、(1)固体発光体の前記第1の群が発した、前記照明装置から出る光、(2)蛍光体の前記第1の群が発した、前記照明装置から出る光、(3)固体発光体の前記第2の群が発した、前記照明装置から出る光、および(4)固体発光体の前記第3の群が発した、前記照明装置から出る光の組合せは、いかなる追加の光もなければ、座標(x=0.3863、y=0.4713)、(x=0.1319、y=0.0747)、(x=0.6867、y=0.3132)を有する点により規定された、1931CIE色度図上の領域内のx、y色座標を有する光をもたらす、請求項17または18に記載の照明装置。
【請求項２０】
固体発光体の前記第1の群は、複数のLEDを含み、固体発光体の前記第2の群は、複数のLEDを含み、固体発光体の前記第3の群は、複数のLEDを含む、請求項17または18に記載の照明装置。
【請求項２１】
前記照明装置は、固体発光体の前記第1、第2、および第3の群の1つまたは複数に印加される電流レベルを調整することにより、CCTレベルに関して調節可能である、請求項17または18に記載の照明装置。
【請求項２２】
前記照明装置は、CCT=2700K、4500K、および6500KではRa>90を、人間の肌の色に対応する色試料ではR13およびR15>90を実現するように調節可能である、請求項17または18に記載の照明装置。
【請求項２３】
固体発光体の前記第1、第2、および第3の群にそれぞれ対応する第1、第2、および第3の電流源と、固体発光体の前記第1、第2、および第3の群に印加される電流を制御するコントローラであって、前記照明装置が、CCT=2700K、4500K、および6500KではRa>90を、人間の肌の色に対応する色試料ではR13およびR15>90を実現できるように前記第1、第2、および第3の電流源を制御するように構成された、コントローラとをさらに含む、請求項17または18に記載の照明装置。
【請求項２４】
固体発光体の前記第1の群のすべてを点灯するとき、蛍光体の前記第1の群の蛍光体の少なくとも1つは、固体発光体の前記第1の群が発した光により励起される、請求項17または18に記載の照明装置。
【請求項２５】
固体発光体の前記第1の群の前記発光体とそれらに対応する蛍光体の前記第1の群との組合せによりもたらされる最終的な白色光は、前記1931CIE色度図の前記プランク軌跡より上にあり、前記プランク軌跡上の任意の点からマックアダム楕円7つ分より離れており、duv>0.006で3200Kと6000Kの間のCCTを有する、請求項17から24のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項２６】
固体発光体の前記第1の群のすべてを点灯するとき、蛍光体の前記第1の群の蛍光体のすべては、固体発光体の前記第1の群が発した光により励起される、請求項17から25のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２７】
前記固体発光照明装置からの前記調節可能な白色光は、2700kから4500k、2700kから6500k、または2700kから6500kの間のCCT範囲を有する、請求項17から26のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２８】
前記固体発光照明装置からの前記調節可能な白色光は、85を超えるCRIを有する、請求項17から27のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２９】
前記固体発光照明装置からの前記調節可能な白色光は、90を超えるCRIを有する、請求項17から27のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３０】
前記固体発光照明装置からの前記調節可能な白色光は、2700Kから6500KのCCT範囲および85を超えるCRIを有する、請求項17から27のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３１】
前記固体発光照明装置からの前記調節可能な白色光は、2700Kから5500KのCCT範囲および90を超えるCRIを有する、請求項17から27のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３２】
(1)固体発光体の前記第1の群が発した、前記固体発光照明装置から出る光と、(2)蛍光体の前記第1の群が発した、前記固体発光照明装置から出る光との組合せは、追加の光がなければ、1931CIE色度図のプランク軌跡よりも上にあり、前記プランク軌跡上の任意の点からマックアダム楕円7つ分より離れている白色光のサブ混合をもたらす、請求項17から27のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３３】
点灯される際、前記第3の群の各固体発光体は、615nmから620nmの範囲の主波長を有する光を発する、請求項17または18に記載の装置。
【請求項３４】
点灯される際、前記第2の群の各固体発光体は、460nmから475nmの範囲の主波長を有する光を発する、請求項17または18に記載の装置。
【請求項３５】
LEDの前記第1の群がルーメン出力全体の少なくとも75%を占め、前記第2の群がルーメン出力全体のせいぜい10%を占め、前記第3の群がルーメン出力全体のせいぜい25%を占めるように、前記第1、第2、および第3の群の相対光束比率を制御する電流コントローラをさらに含む、請求項17または18に記載の装置。
【請求項３６】
所与のいかなるCCTに関しても一定のルーメン出力を維持しながら、前記LEDの駆動電流を変化させることにより、前記固体発光照明装置のCCTを調整する電流コントローラをさらに含む、請求項17または18に記載の装置。
【請求項３７】
様々なCCT選択肢に関して前記装置のルーメン出力全体を調整することにより、前記固体発光照明装置のCCTを調整する電流コントローラをさらに含む、請求項17または18に記載の装置。
【請求項３８】
前記照明装置は、2700Kから6500Kの範囲のCCTではRa>90を、人間の肌の色に対応する色試料ではR13およびR15>90を実現するように調節可能である、請求項17または18に記載の照明装置。
【請求項３９】
照明装置は、固体発光体の前記第1、第2、および第3の群にそれぞれ対応する第1、第2、および第3の電流源と、固体発光体の前記第1、第2、および第3の群に印加される電流を制御するコントローラであって、前記照明装置が、2700Kから6500Kの範囲のCCTではRa>90を、人間の肌の色に対応する色試料ではR13およびR15>90を実現できるように前記第1、第2、および第3の電流源を制御するように構成された、コントローラとをさらに含む、請求項17または18に記載の照明装置。
【請求項４０】
前記第1、第2、および第3の群の相対光束比率を制御し、前記相対光束比率に関連する参照テーブルを有する電流コントローラであって、
命令の受信に応答してCCTおよび全光束出力を設定するよう求める命令を含めて、ユーザからの命令を受け付け、
前記参照テーブルからLEDの各群の必要な光束出力の情報を含む1組のデータを検索し、
所望のCCTおよび全光束出力を実現するために、各群の100%通電率(全電力)光束出力に基づいて、パルス幅変調(PWM)信号を発生させ、各群に供給される電流を制御し、各群の前記光束出力を変化させるようにプログラムされる、
電流コントローラをさらに含む、請求項17または18に記載の装置。
【請求項４１】
前記第1、第2、および第3の群にそれぞれ対応する第1、第2、および第3の電流源をさらに含み、前記コントローラは、前記第1、第2、および第3の電流源を介して各群に供給される電流を制御する、請求項40に記載の装置。
【請求項４２】
前記第1、第2、および第3の電流源はそれぞれ、群の温度をそれぞれ検知するために温度センサを有し、前記電流源により供給される電流は、温度変化による光束変動を補償するために前記温度センサにより調整され、温度変化にかかわらずLEDの各群の100%通電率光束出力を維持することができる、請求項41に記載の装置。
【請求項４３】
固体発光体の第1の群と、
蛍光体の第1の群と、
固体発光体の第2の群と、
固体発光体の第3の群と、
固体発光体の前記第1の群、固体発光体の前記第2の群、および固体発光体の前記第3の群がそれぞれ、その少なくとも1つに電気結合している、少なくとも第1、第2、および第3の電源ラインと、
前記第1、第2、および第3の群の相対光束比率を制御し、前記相対光束比率に関連する参照テーブルを有する電流コントローラであって、
命令の受信に応答してCCTおよび全光束出力を設定するよう命じる命令を含めて、ユーザからの命令を受け付け、
前記参照テーブルからLEDの各群の必要な光束出力の情報を含む1組のデータを検索し、
所望のCCTおよび全光束出力を実現するために、各群の100%通電率(全電力)光束出力に基づいて、パルス幅変調(PWM)信号を発生させ、各群に供給される電流を制御し、各群の光束出力を変化させるようにプログラムされる、
電流コントローラと
を含む、照明装置。
【請求項４４】
前記第1、第2、および第3の群にそれぞれ対応する第1、第2、および第3の電流源をさらに含み、前記コントローラは、前記第1、第2、および第3の電流源を介して各群に供給される電流を制御する、請求項43に記載の照明装置。
【請求項４５】
固体発光体の第1の群と、蛍光体の第1の群と、固体発光体の第2の群と、固体発光体の第3の群と、固体発光体の前記第1の群、固体発光体の前記第2の群、および固体発光体の前記第3の群がそれぞれ、その少なくとも1つに電気結合している、少なくとも第1、第2、および第3の電源ラインと、前記第1、第2、および第3の群の相対光束比率を制御し、前記相対光束比率に関連する参照テーブルを有する電流コントローラとを含む、固体照明装置における方法であって、
命令の受信に応答してCCTおよび全光束出力を設定するよう命じる前記命令を含めて、ユーザからの命令を受け付け、
前記参照テーブルからLEDの各群の必要な光束出力の情報を含む1組のデータを検索し、
所望のCCTおよび全光束出力を実現するために、各群の100%通電率(全電力)光束出力に基づいて、パルス幅変調(PWM)信号を発生させ、各群に供給される電流を制御し、各群の光束出力を変化させる
前記コントローラを含む、固体照明装置における方法。
【請求項４６】
固体発光体の第1、第2、および第3の群と、
蛍光体の第1の群と、
固体発光体の前記第1、第2、および第3の群がそれぞれ、その少なくとも1つに電気結合している、少なくとも第1、第2、および第3の電源ラインと、
前記第1、第2、および第3の群の相対光束比率を制御する電流コントローラであって、命令の受信に応答して、LEDの各群の必要な光束出力の情報を含む参照テーブルから1組のデータを検索し、所望のCCTおよび全光束出力を実現するために、パルス幅変調(PWM)信号を発生させ、各群に供給される電流を制御し、各群の光束出力を変化させるようにプログラムされる、電流コントローラと
を含む、照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本PCT出願は、参照により本明細書に組み込まれている、2010年7月1日に出願した米国仮特許出願第61/360,669号の優先権を主張するものである。
【０００２】
本PCT出願を通して、いくつかの参照文献を本明細書で参照する。これらの参照文献の開示情報全体が、参照により本出願に組み込まれている。
【０００３】
本発明は、照明装置および照明方法に関し、詳細には、1つまたは複数の発光装置および1つまたは複数の発光材料を使用する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
現行の照明システムでは、白色光は、通常、2700Kから6500Kの相関色温度(「CCT」)範囲を占める。
【０００５】
ハロゲンまたはHIDランプなどの現行の光源のCCT調整をするには、ユーザは、不要な色を遮断するためにカラーフィルタまたはゲルを使用することが必要である。これらの場合、光および電気出力の20%〜50%は無駄になる。
【０００６】
照明装置などの照明源は、2つ(またはそれより多い)の著しく異なる色の組合せを加えることにより、「白色」光を発生させることができる。これらの装置のいずれかにより放出された光は、一定の色を選択的に吸収する色物体の照明のためにこれらの装置が使用される場合には白色に見えるが、この物体は、2つの異なる「白色」光で見ると、異なって見える可能性がある。このため、それぞれ異なる「白色」光は、物体の性質に応じて、物体の色の再現のしかたが異なる。
【０００７】
色再現は、通常、演色評価数(「CRI」)を使用して測定される。CRIは、照明システムの演色性が黒体放射体の演色性に比べてどうであるかを示す相対測定値である。照明システムにより照明された1組の試験色の色座標が黒体放射体により照射された同じ試験色の座標と同じであるとき、CRIは100に等しい。自然昼光が最も高いCRI(100)を有し、色再現能力の満足できる基準とみなされる。演色性能を定量化するために、国際照明委員会(CIE)は、独自に、8つの試験色試料(TSC)を規定し、黒体放射体および評価すべき光源が点灯するときのTSCの色差を評価している。
【０００８】
各TSCに関する色差の結果は、Ri(ここでiは、TSC1からTSC8までCIEにより最初に設定された、TSCの番号を示す)と呼ばれる。CRIは、R1からR8(TSC1からTSC8に関するそれぞれの色差)の平均値であり、演色性能の平均指標とみなされる。その後、8つのTSCでは不十分とみなされ、さらに7つのTSC(TSC9からTSC15)が追加された。
【０００９】
照明装置の特性は、1931CIE(国際照明委員会)色度図上に表すことができる。当業者は、2つのCIEパラメータ「x」および「y」の関数として人間の色知覚の分布図を表す、この図に精通している。これら2つのパラメータは、図にプロットすることができる色度座標(x,y)を形成する。スペクトル色およびその関連する波長は、人間の目に知覚される色相のすべてを含む外形線空間の縁部に沿って分布する。境界線は、スペクトル色の最大彩度を表す。
【００１０】
1931CIE色度図上の点からの偏差は、座標に関して、または知覚される色差の範囲を示すためにマックアダム楕円で表現することができる。例えば、特定の組の色度座標により規定された、特定の色相の10個のマックアダム楕円として規定される点の軌跡は、それぞれが特定の色相とある程度異なるものと知覚される色相からなる(マックアダム楕円の他の量により特定の色相から離れたものとして規定される点の軌跡も同様)。
【００１１】
1931CIE色度図は、さらに、黒体軌跡すなわち「プランク」軌跡を表示するが、黒体軌跡に沿って存在する色度座標は、プランクの式、E(λ)=A-5/(e(B/T)-1)に従い、ここで、Eは発光強度、λは発光波長、Tは黒体の色温度であり、AおよびBは定数である。人間の目は、色度座標がプランク軌跡の近傍またはその上にあるとき、白色光を知覚する。この図は、図上の点間距離が知覚される色差にほぼ比例するように、1976年に改訂されている。Duvは、CIE1960(uv)図のプランク軌跡上の最も近い点までの距離を表す。
【００１２】
相関色温度(「CCT」)は、知覚される色が問題の光源の色と最も近い黒体の温度である。黒体軌跡すなわちプランク軌跡上にある色度は、真の色温度により特定されるが、この軌跡の近傍の色度は、CCTにより特定される。現行の照明システムでは、白色光は、通常、2700Kから6500KのCCT範囲を占める。
【００１３】
半導体発光ダイオード(LED)は、半導体発光層の伝導帯と価電子帯との間のバンドギャップを通る電子を励起することにより発光する。LEDが電流により駆動されるとき、発生する光の波長は、LEDの発光層の半導体材料に依存する。したがって、特定のいかなるLEDの発光スペクトルも1波長の周辺に集中する。白色は、2色以上の混合光であるので、単一の発光ダイオードにより白色光を発生させるのは不可能である。先行技術の装置は、例えば、赤色、緑色、および青色発光ダイオードのそれぞれから形成されたピクセルを使用することにより、白色光の再現を達成してきた。他の従来の装置は、LEDの光から励起に応じて、青色光などを発する発光ダイオードと黄色光などを発する発光材料との組合せを使用してきた。
【００１４】
図1に示すように、白色光が2つの色を組み合わせることにより発生するとき、知覚可能な光は、1931CIE色度図上の単一の線のような組合せグラフにより発生させることができる。図1では、仮想の2色光源は、図の外形線縁部に沿った2光源のそれぞれの波長点を接続する点線に沿って発光することができる。図示する仮想の場合では、白色光は、点線がプランク軌跡と交差する点、約3000Kで光源のそうした組合せにより発生させることができる。
【００１５】
他方で、3色光源を使用するとき、発生させることができる可能な色の範囲は、3色光源の波長に対応する頂点を有する三角形として図上に示される。例えば、図1は、例えばテレビまたはコンピュータモニタ用のCRTなどの標準RGB(赤色、緑色、および青色)装置に特有な点線三角形を示す。そうした装置は、点線三角形の領域内に任意の色を発生させることができる。白色光に関して、RGBディスプレイは、2色光と同様に3000Kで白色を発生させることもできるが、このCCT値に限定されない。例えば、図示した例では、2700Kから6500Kの範囲の白色は、RGB方式により発生させることができる。しかし、上述のように、混合光自体のみかけが、光を構成する色成分にかかわらず同様であるとき、様々な照明装置により照明された物体のみかけは、2色または3色の装置のいずれにせよ、光源の色成分に応じて異なる。
【００１６】
従来、白色光を発生させるために、燐光体(または「蛍光体(lumiphor)」)および発光装置の様々な組合せを使用してきたが、例えばメイクアップミラーに使用されるランプおよび他の同様の使用において、自然な肌色を補う光を発生させるために、固体発光体を使用することは難しかった。
【００１７】
Van de Venらへの米国特許第7,213,940号(「'940特許」)は、2つのタイプのLEDおよび蛍光体から構成された装置を使用することにより、満足できる白色光の発生に関する問題に対処しようとするものである。Van de Venは、照射する際430nmから485nmおよび600nmから630nmの範囲の主波長を有する光をそれぞれ発する固体発光体の第1および第2の群と、励起させると555nmから585nmの範囲の主波長を有する光を発する蛍光体の第1の群とを含む照明装置を提案している。
【００１８】
'940特許に規定された装置では、2つのLED光源からの光と蛍光体からの光との組合せによって、多角形領域を画定する1931CIE色度図上の座標を有する光の混合をもたらす。'940特許のこの領域は、図2の領域5として示される。
【００１９】
本出願の図2は、プランク軌跡に対してプロットされたこの領域5を示す。図2からわかるように、'940特許により教示された照明装置では、光源の組合せは、プランク軌跡上の少なくとも1つの点からマックアダム楕円10個分内にある点を規定する、xおよびy座標を有する光の混合をもたらす。例えば、図2上に示す領域5は、5つの線により画定され、それらの線のうちの2つは、図2の点線で示される。図2からわかるように、'940特許に使用される発光体の2つの群により、2700Kから4000Kの間のCCTを有する白色光のみを発生させることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
映画、劇場、美容、ファッション、および服飾品などの分野での照明装置の使用を拡大させるために、LEDなどの固体発光体を使用して、改善されたCRI値を実現する照明装置を提供する必要がある。改善されたCRI値および融通性がある広い色域、すなわち実現可能な色の範囲を有する固体発光体を使用した極めて効率的な白色光源も求められている。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上述の問題を考慮して、本発明の一態様による、固体発光照明装置から調節可能な白色光を実現する方法であって、430nmから485nmの範囲の主波長を有する光を発する1つまたは複数の固体発光体の第1の群を点灯するステップと、555nmから585nmの範囲の主波長を有する光を発する1つまたは複数の蛍光体の第1の群を励起するステップと、430nmから485nmの範囲の主波長を有する光を発する1つまたは複数の固体発光体の第2の群を点灯するステップと、600nmから635nmの範囲の主波長を有する光を発する1つまたは複数の固体発光体の第3の群を点灯するステップとを含み、
(1)固体発光体の第1の群、(2)蛍光体の第1の群、(3)固体発光体の第2の群、および(4)固体発光体の第3の群が発した、固体発光照明装置から出る光の組合せが、1931CIE色度図のプランク軌跡上の少なくとも1つの点からマックアダム楕円3つ以内にある点を規定する、1931CIE色度図上のx、y座標を有する光の混合をもたらすようにする、方法。
【００２２】
本発明の第2の態様における、固体発光照明装置から調節可能な白色光を実現する方法であって、少なくとも1つの固体発光体を含む、固体発光体の第1の群の各固体発光体が430nmから485nmの範囲の主波長を有する光を発するように固体発光体の第1の群を点灯するステップと、555nmから585nmの範囲の主波長を有する光を発する1つまたは複数の蛍光体の第1の群を励起するステップと、少なくとも1つの固体発光体を含む、固体発光体の第2の群の各固体発光体が430nmから485nmの範囲の主波長を有する光を発するように固体発光体の第2の群を点灯するステップと、少なくとも1つの固体発光体を含む、固体発光体の第3の群の各固体発光体が600nmから635nmの範囲の主波長を有する光を発するように固体発光体の第3の群を点灯するステップとを含み、
(1)固体発光体の第1の群、(2)蛍光体の第1の群、(3)固体発光体の第2の群、および(4)固体発光体の第3の群が発した、固体発光照明装置から出る光の組合せが、1931CIE色度図のプランク軌跡上の少なくとも1つの点からマックアダム楕円3つ以内にある点を規定する、1931CIE色度図上のx、y座標を有する光の混合をもたらすようにする、方法。
【００２３】
本発明の別の態様では、固体発光体の第1の群のすべてを点灯するとき、蛍光体の第1の群の蛍光体の少なくとも1つは、固体発光体の第1の群が発した光により励起される。
【００２４】
別の態様では、第1の群の発光体とそれらに対応する蛍光体の第1の群との組合せによりもたらされる最終的な白色光は、1931CIE色度図のプランク軌跡より上にあり、プランク軌跡上の任意の点からマックアダム楕円7つ分より離れており、duv>0.006で3200Kと6000Kの間のCCTを有する。
【００２５】
本発明の別の態様では、固体発光体の第1の群のすべてを点灯するとき、蛍光体の第1の群の蛍光体のすべては、固体発光体の第1の群が発した光により励起される。
【００２６】
本発明の別の態様では、固体発光照明装置からの調節可能な白色光は、2700kから4500k、2700kから6500k、または2700kから6500kの間のCCT範囲を有する。
【００２７】
本発明の別の態様では、固体発光照明装置からの調節可能な白色光は、85を超えるCRIを有する。
【００２８】
本発明の別の態様では、固体発光照明装置からの調節可能な白色光は、90を超えるCRIを有する。
【００２９】
本発明の別の態様では、固体発光照明装置からの調節可能な白色光は、2700Kから6500KのCCT範囲および85を超えるCRIを有する。
【００３０】
本発明の別の態様では、固体発光照明装置からの調節可能な白色光は、2700Kから5500KのCCT範囲および90を超えるCRIを有する。
【００３１】
本発明の別の態様では、(1)固体発光体の第1の群が発した、固体発光照明装置から出る光と、(2)蛍光体の第1の群が発した、固体発光照明装置から出る光との組合せは、追加の光がなければ、1931CIE色度図のプランク軌跡よりも上にあり、プランク軌跡上の任意の点からマックアダム楕円7つ分より離れている白色光のサブ混合(sub-mixture)をもたらす。
【００３２】
別の態様では、第3の群の各固体発光体は、615nmから620nmの範囲の主波長を有する光を発する。
【００３３】
別の態様では、第2の群の各固体発光体は、460nmから475nmの範囲の主波長を有する光を発する。
【００３４】
別の態様では、第1、第2、および第3の群の相対光束比率は、LEDの第1の群がルーメン出力全体の少なくとも75%を占め、第2の群がルーメン出力全体のせいぜい10%を占め、第3の群がルーメン出力全体のせいぜい25%を占めるように、電流コントローラにより制御される。
【００３５】
別の態様では、固体発光照明装置のCCTは、所与のいかなるCCTに関しても一定のルーメン出力を維持しながら、LEDの駆動電流を変化させることにより調整される。
【００３６】
別の態様では、固体発光照明装置のCCTは、様々なCCT選択肢に関して装置のルーメン出力全体を変化させることにより、調整される。
【００３７】
本発明の第3の態様では、照明装置は、430nmから485nmの範囲の主波長を有する光を発する1つまたは複数の固体発光体の第1の群と、555nmから585nmの範囲の主波長を有する光を発する1つまたは複数の蛍光体の第1の群と、430nmから485nmの範囲の主波長を有する光を発する1つまたは複数の固体発光体の第2の群と、600nmから635nmの範囲の主波長を有する光を発する1つまたは複数の固体発光体の第3の群と、固体発光体の第1の群、固体発光体の第2の群、および固体発光体の第3の群がそれぞれ、その少なくとも1つに電気結合している、少なくとも第1、第2、および第3の電源ラインとを含み、電流が第1、第2、および第3の電源ラインの少なくとも1つに供給されるとき、(1)固体発光体の第1の群、(2)蛍光体の第1の群、(3)固体発光体の第2の群、および(4)固体発光体の第3の群が発した、照明装置から出る光の組合せは、1931CIE色度図のプランク軌跡上の少なくとも1つの点からマックアダム楕円3つ以内にある点を規定する、1931CIE色度図上のx、y座標を有する光の混合をもたらす。
【００３８】
本発明の第4の態様では、照明装置は、固体発光体の第1の群と、蛍光体の第1の群と、固体発光体の第2の群と、固体発光体の第3の群と、固体発光体の第1の群、固体発光体の第2の群、および固体発光体の第3の群がそれぞれ、その少なくとも1つに電気結合している、少なくとも第1、第2、および第3の電源ラインとを含み、固体発光体の第1の群は、点灯される際、第1の群の各固体発光体が430nmから485nmの範囲の主波長を有する光を発するように、少なくとも1つの固体発光体を含み、蛍光体の第1の群は、励起される際、第1の群の各蛍光体が555nmから585nmの範囲の主波長を有する光を発するように、少なくとも1つの蛍光体を含み、固体発光体の第2の群は、点灯される際、第2の群の各固体発光体が430nmから485nmの範囲の主波長を有する光を発するように、少なくとも1つの固体発光体を含み、固体発光体の第3の群は、点灯される際、第3の群の各固体発光体が600nmから635nmの範囲の主波長を有する光を発するように、少なくとも1つの固体発光体を含み、電流が第1の電源ラインに供給されるとき、(1)固体発光体の第1の群、(2)蛍光体の第1の群、(3)固体発光体の第2の群、および(4)固体発光体の第3の群が発した、固体発光照明装置から出る光の組合せは、1931CIE色度図のプランク軌跡上の少なくとも1つの点からマックアダム楕円3つ以内にある点を規定する、1931CIE色度図上のx、y座標を有する光の混合をもたらす。
【００３９】
別の態様では、電流が電源ラインに供給されるとき、(1)固体発光体の第1の群が発した、照明装置から出る光、(2)蛍光体の第1の群が発した、照明装置から出る光、(3)固体発光体の第2の群が発した、照明装置から出る光、および(4)固体発光体の第3の群が発した、照明装置から出る光の組合せは、いかなる追加の光もなければ、座標(x=0.3863、y=0.4713)、(x=0.1319、y=0.0747)、(x=0.6867、y=0.3132)を有する点により規定された、1931CIE色度図上の領域内のx、y色座標を有する光をもたらす。
【００４０】
別の態様では、固体発光体の第1の群は、複数のLEDを含み、固体発光体の第2の群は、複数のLEDを含み、固体発光体の第3の群は、複数のLEDを含む。
【００４１】
別の態様では、照明装置は、固体発光体の第1、第2、および第3の群の1つまたは複数に印加される電流レベルを調整することにより、CCTレベルに関して調節可能である。
【００４２】
別の態様では、照明装置は、CCT=2700K、4500K、および6500KではRa>90を、人間の肌の色に対応する色試料ではR13およびR15>90を実現するように調節可能である。
【００４３】
別の態様では、照明装置は、2700Kから6500Kの範囲のCCTではRa>90を、人間の肌の色に対応する色試料ではR13およびR15>90を実現するように調節可能である。
【００４４】
別の態様では、照明装置は、固体発光体の第1、第2、および第3の群にそれぞれ対応する第1、第2、および第3の電流源と、固体発光体の第1、第2、および第3の群に印加される電流を制御するコントローラであって、照明装置が、CCT=2700K、4500K、および6500KではRa>90を、人間の肌の色に対応する色試料ではR13およびR15>90を実現できるように第1、第2、および第3の電流源を制御するように構成された、コントローラとをさらに含む。
【００４５】
別の態様では、照明装置は、固体発光体の第1、第2、および第3の群にそれぞれ対応する第1、第2、および第3の電流源と、固体発光体の第1、第2、および第3の群に印加される電流を制御するコントローラであって、照明装置が、人間の肌の色に対応する色試料において、2700Kから6500Kの範囲のCCTではRa>90を実現ができるように第1、第2、および第3の電流源を制御するように構成された、コントローラとをさらに含む。
【００４６】
別の態様では、照明装置は、第1、第2、および第3の群の相対光束比率を制御し、相対光束比率に関連する参照テーブルを有する電流コントローラであって、命令の受信に応答してCCTおよび全光束出力を設定するよう命じる命令を含めて、ユーザからの命令を受け取り、参照テーブルからLEDの各群の必要な光束出力の情報を含む1組のデータを検索し、所望のCCTおよび全光束出力を実現するために、各群の100%通電率(全電力)光束出力に基づいて、パルス幅変調(PWM)信号を発生させ、各群に供給される電流を制御し、各群の光束出力を変化させるようにプログラムされる、電流コントローラをさらに含む。
【００４７】
別の態様では、装置は、第1、第2、および第3の群にそれぞれ対応する第1、第2、および第3の電流源をさらに含み、コントローラは、第1、第2、および第3の電流源を介して各群に供給される電流を制御する。
【００４８】
別の態様では、第1、第2、および第3の電流源はそれぞれ、群の温度をそれぞれ検知するために温度センサを有し、電流源により供給される電流は、温度変化による光束変動を補償するために温度センサにより調整され、温度変化にかかわらずLEDの各群の100%通電率光束出力を維持することができる。
【００４９】
本発明の第5の態様では、照明装置は、固体発光体の第1の群と、蛍光体の第1の群と、固体発光体の第2の群と、固体発光体の第3の群と、固体発光体の第1の群、固体発光体の第2の群、および固体発光体の第3の群がそれぞれ、その少なくとも1つに電気結合している、少なくとも第1、第2、および第3の電源ラインと、第1、第2、および第3の群の相対光束比率を制御し、相対光束比率に関連する参照テーブルを有する電流コントローラであって、命令の受信に応答してCCTおよび全光束出力を設定するよう命じる命令を含めて、ユーザからの命令を受け付け、参照テーブルからLEDの各群の必要な光束出力の情報を含む1組のデータを検索し、所望のCCTおよび全光束出力を実現するために、各群の100%通電率(全電力)光束出力に基づいて、パルス幅変調(PWM)信号を発生させ、各群に供給される電流を制御し、各群の光束出力を変化させるようにプログラムされる、電流コントローラとを含む。
【００５０】
別の態様では、照明装置は、第1、第2、および第3の群にそれぞれ対応する第1、第2、および第3の電流源をさらに含み、コントローラは、第1、第2、および第3の電流源を介して各群に供給される電流を制御する。
【００５１】
本発明の第6の態様では、方法は、固体発光体の第1の群と、蛍光体の第1の群と、固体発光体の第2の群と、固体発光体の第3の群と、固体発光体の第1の群、固体発光体の第2の群、および固体発光体の第3の群がそれぞれ、その少なくとも1つに電気結合している、少なくとも第1、第2、および第3の電源ラインと、第1、第2、および第3の群の相対光束比率を制御し、相対光束比率に関連する参照テーブルを有する電流コントローラとを含む、固体照明装置に提供される。本方法は、命令の受信に応答してCCTおよび全光束出力を設定するよう命じる命令を含めて、ユーザからの命令を受け付け、参照テーブルからLEDの各群の必要な光束出力の情報を含む1組のデータを検索し、所望のCCTおよび全光束出力を実現するために、各群の100%通電率(全電力)光束出力に基づいて、パルス幅変調(PWM)信号を発生させ、各群に供給される電流を制御し、各群の光束出力を変化させるコントローラを含む。
【００５２】
本発明の第7の態様では、照明装置は、固体発光体の第1、第2、および第3の群と、蛍光体の第1の群と、固体発光体の第1、第2、および第3の群がそれぞれ、その少なくとも1つに電気結合している、少なくとも第1、第2、および第3の電源ラインとを含む。電流コントローラは、第1、第2、および第3の群の相対光束比率を制御し、命令の受信に応答して、LEDの各群の必要な光束出力の情報を含む参照テーブルから1組のデータを検索し、所望のCCTおよび全光束出力を実現するために、パルス幅変調(PWM)信号を発生させ、各群に供給される電流を制御し、各群の光束出力を変化させるようにプログラムされる。
【００５３】
図は、説明するためのものにすぎず、必ずしも同じ縮尺で描かれていない。しかし、本発明自体は、続く詳細な説明を参照し、添付の図面と併せて読めば、最も良く理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】プランク軌跡を含む1931CIE色度図であり、RGB照明装置および2色照明装置により合わせることができる色を示す図である。
【図２】'940特許の装置に関する領域を示す1931CIE色度図である。
【図３】本発明の一実施形態による照明方法および照明装置を使用することができる照明器具の図である。
【図４】本発明の一実施形態による照明方法および照明装置を使用することができる照明器具の図である。
【図５】本発明の一実施形態による照明方法および照明装置を使用することができる照明器具の図である。
【図６】本発明の一実施形態による照明方法および照明装置を使用することができる照明器具の図である。
【図７】プランク軌跡を含む1931CIE色度図であり、本発明の一実施形態による照明装置により合わせることができる色を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態による、3つの群のLEDに供給される電流を制御するために使用することができる例示的な回路図である。
【図９】本発明の一態様による、2700K、3000K、3500K、4000K、4500K、5000K、5500K、6000K、および6500Kの結果のスペクトル比較を示す図である。
【図１０】第1の8つの試験色試料(TSC01からTSC08)の平均値である、2700K、4500K、および6500Kに関する平均CRI、および15個のすべてのCIE試験色試料に関する個々のRi値を示し、本発明の一態様では、肌色試料TSC13およびTSC15に関して高いRi値を取得可能であることも示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
本発明の好ましい実施形態によれば、(a)3つの固体発光体を使用して、好ましくは2700K〜6500Kの範囲、またはプランク軌跡上の点からマックアダム楕円3つ未満の白色内の任意の範囲となるCCT調節可能白色を可能にし、(b)LED光源の極めて効率的な使用法を提供し、(c)特に人間の肌を照明するために高いCRIを有する照明装置を提供する。
【００５６】
固体発光体は、発光ダイオード(「LED」)とすることができる。LEDは、限定されないが、個別にパッケージされたLED、チップオンボード(「COB」)LED、配線付LED、表面搭載LED、SMDオンボードLED、または導体母線に個々にダイボンディングされたLEDダイとすることができる。COB LEDおよびSMDオンボードLED用のPCBは、例えば、FR4 PCB、可撓性PCB、またはメタルコアPCBとすることができる。LEDは、頂部発光LED、側面発光LED、またはそれらの組合せとすることもできる。
【００５７】
図3〜6は、本発明による照明構成体を使用することができる照明装置の例示的な例を示す。
【００５８】
図3に示すランプ器具10は、プリント回路基板(PCB)12、複数のLED14、ハウジング16、およびカバー18を含む。図3の平面図からわかるように、本発明の一態様によれば、LED14は、第1のLED群14a、第2のLED群14b、および第3のLED群14cを含む。LEDの群の配置は、図に示す配置に限定されず、所望の任意のパターンに配置することができる。当業者にはわかるように、ランプ器具は、ファン、光センサなどの2次光学素子、冷却装置を含むこともできる。
【００５９】
好ましい実施形態によれば、LEDの第1の群の各素子は、点灯される際430〜485nmの主波長を有する青色LEDと、青色LEDにより励起されると555〜585nmの主波長を有する燐光体(蛍光体)とを含むのが好ましい。第1の群の青色LEDとそれぞれの関連する燐光体との組合せにより発生する最終的な光は、1931CIE色度図のプランク軌跡よりも上にあり、プランク軌跡上の任意の点からマックアダム楕円7つ分より離れている。LEDおよび燐光体の混合色は、duv>0.006で3200Kと6000Kの間のCCTを有するのが好ましい。Duvは、CIE1960(uv)図のプランク軌跡上の最も近い点までの距離である。
【００６０】
LEDの第3の群は、点灯される際、好ましくは600〜635nm、最も好ましくは615nm〜620nmの主波長を有する赤色LEDを含む。LEDの第2の群は、点灯される際、好ましくは430〜485nm、最も好ましくは460nm〜475nmの主波長を有する青色LEDを含む。用語「主波長」は、スペクトルの知覚される色、すなわち光源が発する光を見ることから知覚される色覚に最も近い色覚を発生させる光の単一の波長に言及するために、そのよく知られ、受け入れられた意味に従って本明細書に使用する。
【００６１】
図4〜6は、それぞれ、ダウンライト構成、照明板(light battern)、およびスポットランプのLED14a〜14cを含む、基本的に同じ発光要素を示す。
【００６２】
図7は、好ましい実施形態によるLEDの3つの群を有する装置により生成可能な色を表す1931CIE色度図上に形成された三角形を示す。図からわかるように、好ましい例では、三角形の3つの頂点に関するx、y座標は、この例では、ほぼx=0.3863、y=0.4713;x=0.1319、y=0.0747; x=0.6867、y=0.3132により表すことができる。
【００６３】
説明した主波長の範囲を有する光源が以上の実施形態に従って提供されるとき、各群から発生した光出力(ルーメン)の割合を調整することにより、CRI>85、duv(プランク軌跡を横切る方向)<0.001、およびプランク軌跡上の任意の点からマックアダム楕円3つ未満離れた最終的な光と共に、様々なCCTを実現することができる。
【００６４】
図8は、本発明の好ましい実施形態による、LEDの3つの群52、54、および56を駆動するのに適した電源ライン用の例示的な駆動回路を示す。好ましい実施形態では、LEDの3つの群は、それぞれ、調整可能な一定の電流源53、55、および57により別々に駆動される。要素50は、一定の電流源により提供される電流を調整するための電子装置を含む。例えば、要素50は、1931CIE色度図のプランク軌跡上の少なくとも1つの点のマックアダム楕円3つ内の混合光を維持するために、LEDのそれぞれの群の1つまたは複数へ電流源より供給される電流を調整するように構成することができる。いくつかの実施形態では、LEDの群に供給される電流は、組合放射光のCCTなどを変えるように自動的に調整される。
【００６５】
当業者にはわかるように、そうした装置50は、使用される特定のLEDの仕様がわかると、LEDの相対光束(relative flux)を制御することができる、本発明による、LEDを駆動する電流源を制御するためにプログラムされるマイクロプロセッサとすることができる。あるいは、この電流調整機能を実行するアナログ制御回路を使用することができる。当業者は、固体発光装置を通る電流を供給し、制御する多種多様の方法に精通しているが、そうした方法はどれも本発明による装置に使用することができる。
【００６６】
好ましい実施形態では、2700K〜6500KのCCT範囲内の白色を実現するために、LEDの3つの群を混合する。しかし、LEDなどの光源の3つの群の相対光束の割合を調整することにより、異なるCCTを得ることができる。CCT範囲全体すなわち2700Kから6500Kの調節のために、相対光束比率は、LEDの第1の群がルーメン出力全体の少なくとも75%となり、第2の群がせいぜい10%を占め、第3の群がせいぜい25%を占めるようにするのが好ましい。
【００６７】
2つの調節モードが好ましい。第1の好ましい調節モードでは、LEDの駆動電流を変化させることにより、所与のいかなるCCTに関しても一定のルーメン出力(光束)を維持しながら、CCTは調節可能すなわち調整可能となる。第2の好ましい調節モードでは、装置のルーメン出力全体が様々なCCT選択肢に関して調整される。例えば、暗闇において、より低い照明レベルおよびより低いCCTと共に発生する自然照明を模倣するために、より低いCCTには、より低いルーメン出力を使用することができる。
【００６８】
CCT調節中、LEDの3つの群のすべてに電力供給するのでなく、光源スペクトルに基づいて、様々なCCT値に関する各群の割合を計算する。Table 1(表1)に示すように、特定の主波長と共に、すなわち上述の波長範囲内でLEDの3つの群を選択するとき、各群の光束の相対的割合が決定される。1つの群の主波長が、5〜10nmなどの公差よりも大きく変化するとき、割合は異なる。したがって、各群の相対光束は、各群のスペクトルに基づいて計算される。
【００６９】
Table 1(表1)は、LEDの各群のルーメン出力の割合、および本発明の一態様による最終的な白色性能レベルを示す。例えば、2700Kの目標CCTに関しては、LEDの第1の群によるルーメン出力の割合は77.8%、LEDの第2の群による割合は0.7%、第3の群による割合は21.4%である。これは、0.0002のduvで2691のCCTをもたらす。
【００７０】
【表１】
2013535084.tif 000003
【００７１】
Table 1(表1)によって、2700Kから6500Kの範囲の各CCTに必要な相対光束が示される。通常のLEDでは、ルーメン出力は、増加する電流と共に増加し、LED供給者は、例えば、電流対光束のこの曲線を提供し、LEDタイプを決定すれば、各CCTに関するLEDの各群に必要な電流を決定することができる。第1の調節方法では、ルーメン出力を決定するとき、群1および2の電流は減少するが、群3は増加し、CCT目標値を減少させる。LEDの異なる群および異なるタイプでは、電流変化率が異なる可能性がある。第2の調節方法では、各群の相対光束割合は、第1の調節方法と同じ傾向で変化する。しかし、より低いCCTの光まで低減するために、群1および2の絶対ルーメン出力は、より低いCCTに関して増加させることができず、これは、電流対LEDの光束性能、さらに適用製品の低減率に依存する。LED供給者は、電流対光束の曲線を提供するのが好ましく、その結果、各群の電流を各CCTに応じて決定することができる。他の変数は変化しない。最終的な光は、白色人種およびアジア人の肌の色をそれぞれ代表することを発明者がわかったTCS13およびTCS15には好ましい。
【００７２】
プログラマブルコントローラ50を使用する好ましい実施形態では、1000lmの全光束出力と共にCCTを2700Kに設定する命令など、ユーザからの命令を受け付けるようにプログラムされる。その際、命令の受信に応答して、LEDの各群の必要な光束出力の情報を含む1組のデータは、装置50の内部参照テーブル50aから検索されるのが好ましい。LEDの各群の100%通電率(全電力)光束出力に基づいて、装置50は、所望のCCTおよび全光束出力を実現するために、パルス幅変調(PWM)信号を発生させ、電流源53、55、および57を制御し、LEDの各群の光束出力を変化させる。
【００７３】
さらに、LEDの群52、54、および56の温度をそれぞれ検知するために、電流源53、55、および57に温度センサが含まれるのが好ましい。電流源により供給される電流は、温度変化による光束変動を補償するために温度センサにより調整され、温度変化にかかわらずLEDの各群の100%通電率光束出力を維持することができるのが好ましい。電圧源V1、V2、およびV3は、LEDのその対応する群の順電圧よりも高い電圧と共に選択しなければならない。実際、LEDのすべての群の順電圧よりも高い電圧を有する単一の電圧源は、3つの個々の電圧源の代わりに使用することができる。
【００７４】
図9は、本発明の一態様により、2700K、3000K、3500K、4000K、4500K、5000K、5500K、6000K、および6500KのCCT値に関する相対強度対波長を示す結果のスペクトル比較を示す図である。
【００７５】
図10は、8つの試験色試料(TSC01からTSC08)の平均値である、2700K、4500K、および6500KのCCTに関する平均CRI Ra、および15個のCIE試験色試料に関する個々のRi値において、本発明による照明装置を使用した実験結果を示す。図10は、本発明の一態様では、白色人種およびアジア人の肌の色にそれぞれ対応する、肌色試料TSC13およびTSC15に関して高いRi値を得ることができることも示す。
【００７６】
好ましい実施形態による照明装置に使用されるLEDは、単一色のLEDに限定されない。多色のLEDを使用することもできる。例えば、ピクセルを作成するのに赤色/青色/緑色LED(RGB LED)を使用するとき、可変輝度制御装置を組み合わせれば、様々な色を作成するのに、各ピクセルの色を組み合わせることができる。さらに、1つまたは複数のLEDチップは、1つまたは複数の蛍光体を有するパッケージに含むことができる(上述の実施形態のように燐光体を有する青色LEDなど)。
【００７７】
上述の実施形態による装置および方法は、従来の照明方法および照明装置に比べていくつかの利点を有し、電気制御装置により制御されれば、様々なCCT光が要求される際のほとんどの屋内および屋外の照明システムに使用するのに適しているが、同時に高い演色性能を提供する。
【００７８】
例えば、本発明の一態様によれば、広いCCT調整可能範囲(2700Kから6500K)は、高い効率の光源ルーメン使用により実現される。2700Kから6500Kは、ほとんどの用途の人工照明の典型的なCCT範囲である。そうした広いCCT調整範囲を実現するために、追加の15%未満の光源光束のみが必要であり、追加の光源は、オフまたは低減状態で、追加の電力を消費しない。
【００７９】
ハロゲンまたはタングステンの光源は、通常、暖色系白色光源であり、典型的なCCTは、3500K未満となる。そうした光源により高いCCTを得るためには、フィルタを使用しなければならないが、少なくとも20から50%の光損失をもたらし、本発明に比べて極めて非効率的である。
【００８０】
蛍光管などの気体放電ランプは、通常、自然白色または寒色系白色(CCT>4000Kを有する)である。2700KのCCTを実現するために、少なくとも20%の光を遮断して、そのCCT変化を実現しなければならない。
【００８１】
従来の多色LEDは、例えばRGB(赤色、緑色、および青色)ディスプレイ、RGBA(赤色、緑色、青色、および琥珀色)ディスプレイ、または白色プラス赤色およびシアンディスプレイなどで、このCCT調整可能範囲を実現することもできるが、選択された任意のCCTには、光源の50から60%のみを使用し、40%のコスト増加をもたらす。それと対照的に、本出願の発明の態様によれば、せいぜい15%の追加コストが加わる。
【００８２】
さらに、本発明の態様は、高い演色評価数をもたらす。一般の照明適用製品の典型的な範囲である、2700Kから6500KのCCT範囲では、本出願に説明する発明は、CRI>85を実現する。CCT範囲が、例えば2700Kから5500Kの間まで狭まるとき、CRIは90を超える可能性がある。
【００８３】
ハロゲンまたはタングステンのランプが高いCRIを有するとき、暖色系の白色光のみが利用可能である。蛍光管またはHIDなどの気体放電ランプは、様々なCCT選択肢を有することができるが、CRIは、通常、85未満である。
【００８４】
本発明は、さらに肌色に関して好ましく、それぞれ白色人種およびアジア人の肌の色の典型的な肌色である、図10のCRI色試料No.13および15の高い評価数値を実現する。
【００８５】
上述の本発明の態様は、プランク軌跡上の参照点からマックアダム楕円3つ未満にある可能性がある白色が混合された、真の白色をさらに実現する。
【００８６】
ハロゲンまたはHIDのランプなどの他の種類の光源では、同じランプ内の異なるCCT調整は、目標CCTに対して不要な色を遮断するのに、通常、カラーフィルタを使用する。したがって、光の20〜50%無駄になり、電力も同様に無駄になる。
【００８７】
さらに、他のLED解決策に比べて、本発明の以上の態様は、広いCCT調節可能範囲(2700K〜6500K)、高いCRI、真の白色という目標を達成し、同時に、できる限り少ない種類の光源、すなわち光源の3つの群のみを使用する。他の解決策は、上述の3つの目標を同時に達成するために、少なくとも4つ以上のチャネルを必要とするであろう。さらに、上述の他の解決策による50〜60%に比べて、85%を超えるルーメンを使用することができる、高い効率の光源光束使用が実現され、追加コストを節約する。
【００８８】
本明細書には特定の実施形態を図示し、説明してきたが、様々な代わりの実施形態および/または均等な実施形態は、本発明の範囲から逸脱することなく、図示および説明した特定の実施形態の代わりになり得ることが当業者には理解されよう。本出願は、本明細書に説明した特定の実施形態の任意の適応形態または変形形態を網羅するものとする。したがって、本発明は、特許請求の範囲およびその均等物により限定されるものにすぎない。
【符号の説明】
【００８９】
12  プリント回路基板
14  LED
16  ハウジング
18  カバー
50  装置
50a  参照テーブル
52  LED群
53  電流源
54  LED群
55  電流源
56  LED群
57  電流源
【図８】
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【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９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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