(57)【要約】統合ＬＥＤ照明システム（１００）は、印刷回路基板（１１０、４１０）と、印刷回路基板上に取り付けられるサブマウント（１２０、４２０）を有する。システムは更に、少なくとも１つの順方向電流を受信するようサブマウントに電気的に連絡するＬＥＤのアレイ（１２５、４２５）を有する。ＬＥＤのアレイは、サブマントからの少なくとも１つの順方向電流の受信に応じて少なくとも１つの色の光を放射する少なくとも１つのＬＥＤを有する。システムは更に、印刷回路基板、サブマウント、及びＬＥＤからの熱を伝え放散させるよう印刷回路基板を支持するヒートシンク（１３０、４３０）を有する。システムは更に、印刷回路基板上に取り付けられ、少なくとも１つの色の光の焦点を合わせるようＬＥＤに光学的に連絡する反射器カップを有する。
2006525666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
統合ＬＥＤ照明システムであって、
印刷回路基板と、
前記印刷回路基板上に取り付けられるサブマウントと、
少なくとも１つの順方向電流を受信するよう前記サブマウントに電気的に連絡し、前記サブマントからの前記少なくとも１つの順方向電流の受信に応じて少なくとも１つの色の光を放射する少なくとも１つのＬＥＤを有するＬＥＤのアレイと、
前記印刷回路基板、前記サブマウント、及び前記ＬＥＤからの熱を伝え放散させるよう前記印刷回路基板を支持するヒートシンクと、
前記印刷回路基板上に取り付けられ、前記少なくとも１つの色の光の焦点を合わせるよう前記ＬＥＤに光学的に連絡する反射器カップと、
を有するシステム。
【請求項２】
前記印刷回路基板は、前記印刷回路基板の少なくとも１つの部分の折り畳みを容易にする少なくとも１つの分割部を有する請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記印刷回路基板は、前記サブマウントの前記ヒートシンクへの取付けに適応するようなサイズの孔を有する請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記少なくとも１つのＬＥＤは、直接放射光電子素子である請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記少なくとも１つのＬＥＤは、ＬＥＤの封止されていないダイス部分である請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記反射器カップは、前記少なくとも１つのＬＥＤから放射される前記少なくとも１つの色の光を高める誘電体部分と、前記少なくとも１つの色の光の焦点を合わせる反射器とを有する請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記反射器カップは更に、前記少なくとも１つの色の光の屈折を前記サブマウントに光学的に伝達させるよう前記サブマウントに延在する少なくとも１つの光路を有する請求項６記載のシステム。
【請求項８】
前記反射器カップは更に、少なくとも１つの光管を有し、各少なくとも１つの光管は、前記少なくとも１つの光路のうちの１つの中に位置付けられる請求項７記載のシステム。
【請求項９】
前記印刷回路基板に取り付けられる少なくとも１つのセンサを更に有し、
前記センサは、前記少なくとも１つの光路を介して前記屈折光を受信する請求項７記載のシステム。
【請求項１０】
前記サブマウントに取り付けられる少なくとも１つのセンサを更に有し、
各少なくとも１つのセンサは、前記少なくとも１つのＬＥＤのうちの１つから放射される光を受信する請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
前記サブマウントに取り付けられる少なくとも１つの内部センサを更に有し、
各少なくとも１つの内部センサは、前記少なくとも１つのＬＥＤのうちの１つから放射される色の光を受信する請求項１記載のシステム。
【請求項１２】
前記サブマウントに取り付けられ、前記少なくとも１つのＬＥＤからの直接光を遮断するよう材料によって取り囲まれる少なくとも１つのセンサを更に有する請求項１記載のシステム。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのＬＥＤからの直接光を遮断する深度において前記サブマウントに取り付けられる少なくとも１つの内部センサを更に有する請求項１記載のシステム。
【請求項１４】
前記サブマウントは、シリコン基板である請求項１記載のシステム。
【請求項１５】
前記サブマウントは、窒化アルミニウム、炭化シリコン、酸化ベリリウム、及びダイアモンドからなる群から選択される電気絶縁性熱伝導性基板である請求項１記載のシステム。
【請求項１６】
前記電気絶縁性熱伝導性基板は更に、前記ＬＥＤに直流を供給するよう前記基板上にオーバーレイするよう配置される電気接続を有する請求項１５記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に、発光ダイオード（「ＬＥＤ」）光源に係る。より具体的には、本発明は、ＬＥＤシステムの構成要素の統合に係る。
【０００２】
多くの人工光は、照明を生成するためにガスを介する放電を使用するランプを用いて生成される。１つのそのようなランプは蛍光灯である。人工光を生成するもう１つの方法は、ＬＥＤの使用が挙げられる。ＬＥＤは、その順方向電流に比例する放射フラックスの形で光出力を供給する。更に、ＬＥＤ光源は、マルチスペクトル光出力の生成に使用可能である。
【０００３】
現在のところ、ＬＥＤ照明システムは、別個の構成要素から構成され、これは、色制御フィードバックを実施することを困難にする。本発明は、統合ＬＥＤ照明システムを提供し、これは、このようなシステムを１つのアプリケーションに組み立てるために構成要素を収集し、適合させ、及び試験するユーザの介入を必要とすることなく適切に動作するための全ての必要な素子を有する。ユーザは、ＬＥＤ配置、センサ配置、及び制御システム設計といった複雑な設計問題に煩わされる必要はない。ユーザは、入力電力、光の色及び／又は輝度を制御するための特定信号、及びビーム成形のための任意の所望の第２段光学装置の特定さえすればよい。
【０００４】
本発明の１つの形は、印刷回路基板とその印刷回路基板上に取り付けられるサブマウントを有する、統合ＬＥＤ照明システムを対象とする機器を有する。機器は更に、順方向電流を受け取るようサブマウントと電気的に連絡するＬＥＤのアレイを有する。ＬＥＤのアレイは、サブマウントからの順方向電流の受信に応じて１つ以上の色の光を放射する。機器は更に、印刷回路基板、サブマウント、及びＬＥＤからの熱を伝え放散させるよう回路基板を支持するヒートシンクを有する。機器は更に、印刷回路基板上に取り付けられ、色の光の焦点を合わせるようＬＥＤと光学的に連絡する反射器カップを有する。
【０００５】
本発明の上述した形及び他の特徴及び利点は、添付図面と共に現時点において好適である実施例の以下の詳細な説明を読むことにより更に明らかとなろう。詳細な説明及び図面は本発明を制限するものではなく単に例示するものであり、本発明の範囲は、請求項及びその等価物によって決定される。
【０００６】
図１は、発光ダイオードシステムインパッケージ（「ＬＥＤ−ＳＩＰ」）として知られるＬＥＤ光源アセンブリ１００を示す。ＬＥＤ光源アセンブリ１００は主に、印刷回路基板（「ＰＣＢ」）１１０、サブマウント１２０、ＰＣＢヒートシンク１３０、及び第１段光学装置１４０を有する。ＬＥＤ光源アセンブリ１００は、ここでの説明には関係のない追加の構成要素を有してもよい。
【０００７】
ＰＣＢ１１０は、サブマウント１２０、ＰＣＢヒートシンク１３０、及び第１段光学装置１４０に動作可能に結合される取付けプラットホームである。ＰＣＢ１１０は、サブマウント１２０とサブマウント１２０に組み込まれた構成要素が設計通りに機能することを可能にするために必要な回路構成を有する。１つの実施例では、ＰＣＢ１１０は更に、インタフェース入力ポート１１２、並びに、例えば、誘導子、コンデンサ等を含む不可避な別個の構成要素といったサブマウント１２０内に組み込まれない別個の構成要素１１６−１１８のための追加のマウンティングを有する。インタフェース入力ポート１１２は、サブマウント１２０、従ってアセンブリ１００とのインタフェースのためのポートを供給する。１つの実施例では、インタフェース入力ポート１１２は、例えば、色点指示及びオンオフ指示といった動作指示を受信するためのポートを供給する。インタフェース入力ポート１１２は、電力を受け取り、受け取った電力を、ＰＣＢ１１０を介してサブマウント１２０に供給し、また、サブマウント１２０とのユーザインタフェースを供給するよう設計される。
【０００８】
ＰＣＢ１１０は更に、以下の図２において説明するような構成で、ＰＣＢ１１０に動作可能に結合されるセンサ（図示せず）を有してもよい。センサは、例えば、光検出器である任意の好適なセンサとして実施され得る。センサは、ＬＥＤ光源アセンブリ１００における任意の制御回路構成用の入力データを供給し得る。
【０００９】
更に、ＰＣＢ１１０は、サブマウント１２０から周囲環境への熱伝達のための経路を供給する。１つの実施例では、サブマウント１２０における熱の蓄積は、ＰＣＢ１１０に伝達される。これは、この２つの構成要素間の物理的な接触による。ＰＣＢ１１０における熱の蓄積は次に、ＰＣＢヒートシンク１３０に伝達される。これは、この２つの構成要素間の物理的な接触による。
【００１０】
サブマウント１２０は、ＬＥＤダイス１２５を有する基板であり、ＬＥＤダイス１２５は、例えば、以下に図２において説明するような構成で、基板に動作可能に結合される。１つの実施例では、サブマウント１２０は更に、基板に組み込まれる駆動及び制御回路構成を有する。１つの例では、サブマウント１２０は、従来のシリコンオンインシュレータ集積回路処理を使用して基板に組み込まれる駆動及び制御回路構成を有する。別の実施例では、駆動及び制御回路構成（例えば、駆動ＭＯＳＦＥＴＳ）は、例えば、ＰＣＢ１１０に動作可能に結合され、サブマウント１２０とやり取りする追加のシリコンチップにおいてといったようにアセンブリ内の他のところに位置付けられる。１つの実施例では、サブマウント１２０は、シリコン基板として実施される。別の実施例では、サブマウント１２０は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、又はダイアモンドといった自然発生物質といった電気絶縁性熱伝導性基板として実施される。電気絶縁性熱伝導性基板は、ＬＥＤダイスに直流を供給するよう基板にオーバーレイするよう配置される金属電気接続を有し得る。現在、例えば、ナノ技術といった新技術を使用し、上述した要件を満たし得る多くの他の電気絶縁性熱伝導性基板材料が開発されている。
【００１１】
ＬＥＤダイス１２５は、サブマウント１２０に表面取付けされる直接放射構成要素である。ＬＥＤダイス１２５は、直接放射光電子素子であって、それらを順方向バイアスにさせる電力が供給されると光を生成する。生成される光は、ＬＥＤダイスの製造に使用される材料に依存して青、緑、赤、琥珀、又はスペクトルの他の部分内であり得る。１つの例では、ＬＥＤダイス１２５は、カリフォルニア州サンホセにあるLumileds社から市販されるＬＸＨＬ−ＰＭ０１、ＬＸＨＬ−ＰＢ０１、及びＬＸＨＬ−ＰＤ０１の封止されていないダイスの部分として実施される。別の例では、ＬＥＤダイス１２５は、ペンシルバニア州マントヴィルにあるNichia社からのＮＳＰＢ３００Ａ、ＮＳＰＧ３００Ａ、及びＮＳＰＲ８００ＡＳの封止されていないダイスの部分として実施される。
【００１２】
ＰＣＢヒートシンク１３０は、熱を伝え散逸し、また、ＰＣＢ１１０に対する支持を供給するよう機能する。ＰＣＢヒートシンク１３０は、例えば、銅といった導体材料から製造される。１つの実施例では、ＬＥＤダイス１２５は、サブマウント１２０及びＰＣＢ１１０における取付け孔を介してＰＣＢヒートシンク１３０に直接取り付けられる。この実施例では、直接取付けは、より効率のよい熱伝達が発生することを可能にする。別の実施例では、サブマウント１２０は、ＰＣＢヒートシンク１３０に直接取り付けられる。この実施例では、ＰＣＢ１１０の一部は、より効率のよい熱伝達が発生することを可能にするようサブマウント１２０がＰＣＢヒートシンク１３０に直接取り付けられることを可能にするよう除去される。
【００１３】
第１段光学装置１４０は、封止された誘電体１４１及び反射器１４３を有する反射器カップである。封止された誘電体１４１は、例えば、シリコーン、プラスチック、又はガラスのように１より大きい屈折率を有する。１つの実施例では、第１段光学装置１４０の封止された誘電体１４１内に透明誘電体を形成するためにシリコーン−プラスチックの組み合わせ樹脂が使用される。別の実施例では、第１段光学装置１４０の封止された誘電体１４１内の透明誘電体を形成するためにシリコーン樹脂が使用される。更に別の実施例では、ＬＥＤダイスに近い領域は、シリコーン樹脂で充填され、封止された誘電体１４１の残りの領域は、硬いプラスチックで充填される。この実施例では、両方の材料は、封止された誘電体１４１における透明誘電体を形成する。反射器１４３は、外部に取り付けられた反射器として機能する。１つの実施例では、反射器１４３は、任意選択である。別の実施例では、反射器１４３は、第１段光学装置１４０、従って、ＬＥＤ光源アセンブリ１００から放射されるビームの幅における減少を与える。
【００１４】
第１段光学装置１４０は更に、第１段光学装置１４０に動作可能に結合されるフィン１４５を有してもよい。更に、フィン１４５は、ＰＣＢ１１０に動作可能に結合され、ＰＣＢ１１０から周囲環境への熱伝達のための経路を供給する。１つの実施例では、フィン１４５を使用することによって、ＰＣＢ１１０における熱蓄積のフィン１４５への追加の伝達を可能にする。これは、２つの構成要素間の物理的な接触による。別の実施例では、フィン１４５の一部は、サブマウント１２０に物理的に接触し、サブマウント１２０における熱蓄積の追加の伝達を可能にする。フィン１４５がＰＣＢ１１０又はサブマウント１２０に接触することによって、ＬＥＤ光源アセンブリ１００の全ヒートシンクのサイズが増加する。フィン１４５は、例えば、銅といった任意の好適な熱伝導材料から形成され得る。
【００１５】
動作時には、ＬＥＤ光源アセンブリ１００は、インタフェース入力ポート１１２から電力を受け取る。ＬＥＤ光源アセンブリ１００は、インタフェース入力ポート１１２からユーザ入力も受け取り得る。直流を有する電力は、ＰＣＢ１１０を介してサブマウント１２０とサブマウント１２０上に表面取付けされるＬＥＤダイス１２５に供給される。直流は、ＬＥＤダイス１２５が順方向バイアスとなり光を生成するようにさせる。ＬＥＤダイス１２５により生成される光は、第１段光学装置１４０の封止された誘電体１４１を通過する間に混合される。混合された光の大部分は、反射器１４３を通り、ＬＥＤ光源アセンブリ１００から放射される。
【００１６】
図２は、図１に示すサブマウント１２０を有するＰＣＢ１１０の一部の１つの実施例を示す平面図である。図２では、サブマウント２２０は、ＰＣＢ２１０に動作可能に結合される。１つの実施例では、サブマウント２２０は、ＰＣＢ２１０に電気的且つ熱的に結合される。サブマウント２２０は、複数のＬＥＤダイス２２２−２２６と任意選択の内部センサ２２８を有する。同様の名前及び同様の番号が付される構成要素は、図１における関連付けられる構成要素と実質的に同様に機能する。
【００１７】
１つの実施例では、サブマウント２２０は、４×４のアレイ構成で、８個の緑（Ｇ）ＬＥＤダイス２２２、４個の青（Ｂ）のＬＥＤダイス２２４、及び４個の赤（Ｒ）のＬＥＤダイス２２６を含む１６個のＬＥＤダイス２２２−２２６を有する。１つの例では、サブマウント２２０は、１６個のＬＥＤダイス２２２−２２６を有し、各ダイスは、約１ミリメートル×１ミリメートル（１ｍｍ×１ｍｍ）の面積を有する。別の例では、ＬＥＤダイスの面積はもっと小さくてもよい。ＬＥＤダイス２２２−２２６は、４×４のアレイ構成で配置される。このアレイ構成は、０．５ミリメートル（０．５ｍｍ）のダイス間隔を有する５．５ミリメートル×５．５ミリメートル（５．５ｍｍ×５．５ｍｍ）の面積を有する。この例では、サブマウント２２０は、上述したような構成でＬＥＤダイス２２２−２２６を受けるようなサイズにされる。別の例では、サブマウント２２０は、ＬＥＤダイス２２２−２２６を他の構成で受けるようなサイズにされるか、又は、上述したように制御回路構成を含むようなサイズにされ得る。別の実施例では、サブマウント２２０は、幾つかの琥珀（Ａ）ＬＥＤダイスを更に有する。１つの例では、サブマウント２２０は、４×４のアレイ構成で配置される、幾つかの琥珀（Ａ）ＬＥＤダイスを含む１６個のＬＥＤダイス２２２−２２６を有する。
【００１８】
ＰＣＢ２１０は更に、複数の外部センサ２１１−２１８を有してもよい。１つの実施例では、ＰＣＢ２１０は、ＰＣＢ２１０に結合され、ＬＥＤダイス２２２−２２６に供給される直流（ＤＣ）を制御する制御素子と連絡する複数の外部センサ２１１−２１８を有する。この実施例では、外部センサ２１１−２１８は、ＬＥＤダイス２２２−２２６の直接の視野方向にないよう配置される。外部センサ２１１−２１８は、空気と誘電体の界面から反射される光を受けるよう位置付けられる。１つの例では、外部センサ２１１−２１８の使用は、屈折光が外部センサに到達することを可能にするよう第１段光学装置（以下に図３において詳述する）の変更を必要とする。この位置決めによって、ＬＥＤ光は、外部センサ上に当たる前に、ＬＥＤダイス間の間隔より何倍も大きい距離を移動し、従って、また、全てのＬＥＤダイス２２２−２２６からの（部分的な）混合である。従って、この構成での外部センサ２１１−２１８は、個々のＬＥＤダイス光出力における変動にはあまり敏感ではない。外部センサ２１１−２１８は、例えば、中華民国の台湾のTyntekから入手可能なＴＫＰ７０ＰＤ、カリフォルニア州ウエストレイクヴィレッジのPacific  Silicon  Sensorから入手可能なＰＳＳ  ＷＳ−７．５６ＣＨ、及びカリフォルニア州ウエストレイクヴィレッジのPacific  Silicon  Sensorから入手可能なＰＳＳ  ２−２ＣＨを含む光ダイオードといった任意の好適な光センサとして実施可能である。
【００１９】
サブマウント２２０は更に、１つ以上の内部センサ２２８を有してもよい。１つの実施例では、１つ以上の内部センサ２２８は、ＬＥＤダイス２２２−２２６に近接して配置され、また、１つ以上のＬＥＤダイス２２２−２２６の直接の視野方向にあるよう位置付けられる。１つ以上の内部センサ２２８をＬＥＤダイス２２２−２２６の付近内に位置付けすることは、固定色のＬＥＤダイスから生成される光の相対輝度に基づいて空間光分布を決定することを可能にする。内部センサ２２８は、中華民国の台湾のTyntekから入手可能なＴＫ０２５ＰＤといった任意の好適なセンサとして実施可能である。別の実施例では、内部センサは、各ＬＥＤダイスの下に位置付けられ、各ＬＥＤダイスの測定を可能にする。内部センサを個々のダイスの下に位置付けることは、個々のＬＥＤダイス出力の低下について個々のＬＥＤダイスをモニタリングすることを可能にする。個々のＬＥＤダイス出力の低下のモニタリングをすることによって、色座標のずれが低減される。
【００２０】
１つの実施例では、ＰＣＢ２１０が外部センサ２１１−２１８を有し、サブマウント２２０が１つ以上の内部センサ２２８を有する。この実施例では、内部センサと外部センサの組み合わせによって、ＬＥＤ光源アセンブリの制御部が、外部センサからの混合光を受信及び処理し、更に、内部センサからの個々のＬＥＤダイスの相対輝度を決定することを可能にする。
【００２１】
別の実施例では、ＰＣＢ２１０は外部センサを有さず、サブマウント２２０が１つ以上の変更された内部センサ２２８を有する。この実施例では、内部センサ２２８は、空気と誘電体の界面から屈折された光を受け取るよう変更される。この変更は追加的に、例えば、ＬＥＤダイス２２２−２２６をＬＥＤダイスからの直接光を遮断するよう設計される好適な材料で取り囲むか、又は、ＬＥＤダイスからの直接光を遮断するよう設計される深度においてＬＥＤダイス２２２−２２６を基板内に取り付けることによって、直接の視野方向におけるＬＥＤダイスからの直接の受信を排除する。変更された内部センサ２２８は、例えば、中華民国の台湾のTyntekから入手可能なＴＫ０２５ＰＤといった任意の好適なセンサとして実施可能である。
【００２２】
安定且つ再現可能な色座標及び光輝度を実現するためのＬＥＤ光源アセンブリ内の構成要素の制御は、光学、又は、熱及び光学フィードバックの組み合わせに基づいたデジタル信号処理（「ＤＳＰ」）プラットホームを有するフィードバック制御システムを使用して実施される。１つの実施例では、従来の時間制御システムが、人間の目には観察不可能な所定の時間間隔の間、１つ以上の色群のＬＥＤダイス２２２−２２６を定期的にオフに切り替える。この例では、熱入力は、制御システムを向上するよう使用され得る。別の実施例では、従来の周波数制御システムが、放射光における様々なスペクトル群の区別を助けるよう各色群に関連付けられる異なる変調周波数をＬＥＤダイス２２２−２２６出力に加える。この実施例では、熱入力は、制御システムを向上するよう使用され得る。
【００２３】
図３は、図１に示す光源アセンブリ１００の第１段光学装置１４０の実施例を示す側面図である。図３では、第１段光学装置３００は、反射性側壁３１０、サブマウント領域３２０、封止された誘電体３３０、反射器３３５、フィン３４０、３４２、３４４、屈折光路３６０、３６１、及び任意選択の光管３５０、３５１を有する。２つの屈折光路及び任意選択の光管しか説明目的のために図示していないが、本発明の実施においてより多くを使用してもよいことを理解すべきである。１つの例において及び図２及び４を参照するに、使用される屈折光路及び任意選択の光管の数は、ＰＣＢに取り付けられる外部センサの数と等しい。この例では、各屈折光路及び関連付けられる任意選択の光管は、屈折光を関連付けられる外部センサに供給するようその関連付けられる外部センサと共に同じ場所に設置される。
【００２４】
１つの実施例では、第１段光学装置３００は、２００３年４月１５日に発行された「Faceted  Multi-chip  Package  to  Provide  a  Beam  of  Uniform  White  Light  from  Multiple  Monochrome  LEDs」なる名称のフィリップス社の特許第６，５４７，４１６号Ｂ１に説明されるように変更された反射器カップパッケージとして実施される。１つの例において及び図１乃至３を参照するに、第１段光学装置３００は、第１段光学装置１４０として実施され、ＰＣＢ２１０及びサブマウント２２０は、ＰＣＢ１１０及びサブマウント１２０としてそれぞれ実施される。この例（図４に更に説明する）では、第１段光学装置３００は、サブマウント領域３２０を画成する９ミリメートル（９ｍｍ）の基部直径と、６６ミリメートル（６６ｍｍ）の高さと、６０ミリメートル（６０ｍｍ）の放射直径を有する。基部直径は、ＰＣＢ２１０上に位置付けられる外部センサ２１１−２１８を閉じ込めることなくサブマウント２２０を取り囲むよう十分な面積を有する。別の例では、基部直径は、サブマウント２２０を完全に取り囲まないが、サブマウント２２０上に位置付けられるＬＥＤダイスを取り囲むよう十分な面積を有する。
【００２５】
１つの実施例では、第１段光学装置３００は、第１段光学装置３００から放射される光を高めるファセット３１１−３１６を有する。別の実施例において及び図１の第１段光学装置１４０を参照するに、第１段光学装置３００は、例えば、コーンといった他の形状に製造される。第１段光学装置３００は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）といった任意の好適な材料から製造され得る。１つの実施例では、第１段光学装置３００は、ファセット３１１−３１６を有する１つの部品のアルミニウム反射器カップとして製造される。別の実施例では、第１段光学装置３００は、ファセット３１１−３１６を有する２つの部品からなるアルミニウム反射器カップとして製造される。この実施例では、第１の部品は、サブマウント領域３２０と封止された誘電体３３０を有し、第２の部品は、反射器３３５を有する。この実施例では、反射器３３５を有する第２の部品が、第１段光学装置３００の任意選択的な部品であり、放射光の追加のフォーカシングのために含まれる。更に別の実施例では、第１段光学装置３００は、全反射（ＴＩＲ）を利用して光出力混合／フォーカスするよう設計されるプラスチック材料から製造される。
【００２６】
第１段光学装置３００は更に、放射光を増加するよう反射性材料の内張りを有する。１つの実施例では、第１段光学装置３００は、例えば、ドイツのエネペタルのAlanod Deから入手可能であるＭＩＲＯ２７エキストラブライトロールアルミニウムといった非常に反射性の高い内張りを有する。１つの例では、非常に反射性の高いアルミニウムはストリップに切断され、各ファセット３１１−３１６の間の領域にて水平方向に位置付けられる。
【００２７】
第１段光学装置３００は更に、屈折光路３６０、３６１を有し、これらは、外部センサのための屈折光源を与えるよう第１段光学装置３００の封止された誘電体３３０における反射性側壁３１０内にドリルされる孔である。１つの実施例では、光路３６０、３６１は、反射性側壁３１０にあけられた直径１ミリメートル（１ｍｍ）の孔である。光路は、屈折光を外部センサに供給するよう位置合わせされる。１つの実施例では、屈折光路３６０、３６１は、第１段光学装置３００の基部と第１のファセット３１１との間に位置付けられる。１つの例において及び図２及び３を参照すると、各屈折光路３６０、３６１は、各外部センサ２１１−２１８と位置合わせされ、屈折光が第１段光学装置３００の封止された誘電体３３０から外部センサ２１１−２１８に伝わる経路を与える。別の例では、任意選択的な光管３５０、３５１が屈折光路３６０、３６１内に位置付けられ、屈折光が第１段光学装置３００の封止された誘電体３３０から外部センサ２１１−２１８に伝わるための媒体を供給する。この実施例では、光管３５０、３５１は、屈折光が伝わるための高められた経路を供給する。
【００２８】
第１段光学装置３００は更に、第１段光学装置３００に動作可能に結合されるフィン３４０、３４２、３４４を有する。フィン３４０、３４２、３４４は、印刷回路基板から周囲環境への熱伝達の経路を供給する。例示目的のために３つのフィンしか図示しないが、本発明の実施においてより多くを使用してもよいことを理解すべきである。フィン３４０、３４２、３４４は、例えば、銅といった任意の好適な熱伝導性材料から製造され得る。
【００２９】
図４は、本発明の別の実施例によるＬＥＤ光源アセンブリを示す３次元図である。ＬＥＤ光源アセンブリ４００は、ＰＣＢ４１０、サブマウント４２０、ＰＣＢヒートシンク４３０、及び第１段光学装置４４０を有する。ＬＥＤ光源アセンブリ４００は更に、分割線ｘ１、ｘ２、ｙ１、及びｙ２を有する。同様の名前が付けられる構成要素は、図１乃至３における関連付けられる構成要素と実質的に同様に機能する。ＬＥＤ光源アセンブリ４００は、ここでの説明には関係のない追加の構成要素を有してもよい。
【００３０】
ＰＣＢ４１０は、サブマウント４２０、ＰＣＢヒートシンク４３０、及び第１段光学装置４４０に動作可能に結合される取付けプラットホームである。ＰＣＢ４１０は、サブマウント４２０とサブマウント４２０に組み込まれる構成要素が設計通りに機能することを可能にするために必要な回路構成を有する。１つの実施例では、ＰＣＢ４１０は更に、インタフェース入力ポート４１２、並びに、例えば、誘導子、コンデンサ等を含む不可避な別個の構成要素といったサブマウント４２０内に組み込まれない別個の構成要素４１６−４１８のための追加のマウンティングを有する。インタフェース入力ポート４１２は、サブマウント４２０、従ってアセンブリ４００とのインタフェースのためのポートを供給する。１つの実施例では、インタフェース入力ポート４１２は、例えば、色点指示及びオンオフ指示といった動作指示を受信するためのポートを供給する。インタフェース入力ポート４１２は、電力を受け取り、受け取った電力を、ＰＣＢ４１０を介してサブマウント４２０に供給し、また、サブマウント４２０とのユーザインタフェースを供給するよう設計される。
【００３１】
ＰＣＢ４１０は更に、例えば、上の図２において説明したような構成で、ＰＣＢ４１０に動作可能に接続される外部センサ４５１−４５８を有する。センサは、例えば、光検出器のように任意の好適なセンサとして実施され得る。センサは、ＬＥＤ光源アセンブリ４００における任意の回路構成用の入力データを供給する。
【００３２】
更に、ＰＣＢ４１０は、サブマウント４２０から周囲環境への熱伝達のための経路を供給する。１つの実施例では、サブマウント４２０における熱の蓄積は、ＰＣＢ４１０に伝達される。これは、この２つの構成要素間の物理的な接触による。ＰＣＢ４１０における熱の蓄積は次に、ＰＣＢヒートシンク４３０に伝達される。これは、この２つの構成要素間の物理的な接触による。
【００３３】
サブマウント４２０は、ＬＥＤダイス４２５及び内部センサ４２８を有する基板である。ＬＥＤダイス４２５及び内部センサ４２８は、例えば、上述した図２に説明したような構成で、基板に動作可能に結合される。１つの実施例では、サブマウント４２０は更に、基板に組み込まれる駆動及び制御回路構成を有する。別の実施例では、駆動及び制御回路構成（例えば、駆動ＭＯＳＦＥＴＳ）は、例えば、ＰＣＢ４１０に動作可能に結合され、サブマウント４２０とやり取りする追加のシリコンチップにおいてといったようにアセンブリ内の他のところに位置付けられる。サブマウント４２０は、例えば、シリコン基板といった任意の好適な材料から製造可能である。
【００３４】
ＬＥＤダイス４２５は、サブマウント４２０に表面取付けされる直接放射構成要素である。ＬＥＤダイス４２５は、直接放射光電子素子であって、それらを順方向バイアスにさせる電力が供給されると光を生成する。生成される光は、ＬＥＤダイスの製造に使用される材料に依存して青、緑、赤、琥珀、又はスペクトルの他の部分内であり得る。
【００３５】
ＰＣＢヒートシンク４３０は、熱を伝え散逸する、また、ＰＣＢ４１０に対する支持を供給するよう機能する。ＰＣＢヒートシンク４３０は、例えば、銅といった導体材料から形成される。別の実施例では、サブマウント４２０は、ＰＣＢヒートシンク４３０に直接取り付けられる。この実施例では、ＰＣＢ４１０の一部は、より効率のよい熱伝達が発生することを可能にするようサブマウント４２０がＰＣＢヒートシンク４３０に直接取り付けられることを可能にするよう除去される。
【００３６】
第１段光学装置４４０は、封止された誘電体４４１及び空気部４４３を有する反射器カップである。封止された誘電体４４１は、例えば、シリコーン、プラスチック、又はガラスのように１より大きい屈折率を有する透明の誘電体を有する。１つの実施例では、第１段光学装置４４０の封止された誘電体４４１内の封止された誘電体を形成するためにシリコーン−プラスチックの組み合わせ樹脂が使用される。空気部４４３は、外部に取り付けられた反射器として機能する。１つの実施例では、空気部４４３は任意選択である。別の実施例では、空気部４４３は、第１段光学装置４４０、従って、ＬＥＤ光源アセンブリ４００から放射されるビームの幅における減少を与える。
【００３７】
第１段光学装置４４０は更に、第１段光学装置４４０に動作可能に結合されるフィン４４５を有してもよい。更に、フィン４４５は、ＰＣＢ４１０に動作可能に結合され、ＰＣＢ４１０から周囲環境への熱伝達のための経路を供給する。１つの実施例では、フィン４４５を使用することによって、ＰＣＢ４１０における熱蓄積のフィン４４５への伝達を可能にする。これは、２つの構成要素間の物理的な接触による。フィン４４５は、例えば、銅といった任意の好適な熱伝導材料から形成され得る。
【００３８】
動作時には、ＬＥＤ光源アセンブリ４００は、インタフェース入力ポート４１２から電力を受け取る。ＬＥＤ光源アセンブリ４００は、インタフェース入力ポート４１２からユーザ入力も受け取り得る。直流の形の電力は、ＰＣＢ４１０を介してサブマウント４２０とサブマウント４２０上に表面取付けされるＬＥＤダイス４２５に供給される。直流は、ＬＥＤダイス４２５が順方向バイアスとなり光を生成するようにさせる。ＬＥＤダイス４２５により生成される光は、第１段光学装置４４０の封止された誘電体４４１を通り混合され通される。混合された光の大部分は、空気部４４３を通り、ＬＥＤ光源アセンブリ４００から放射される。混合された光の一部は、誘電体／空気の界面において屈折され、封止された誘電体４４１から、光路４６１−４６８を介して外部センサ４５１−４５８に伝わる。外部センサ４５１−４５８は、屈折された混合光を受け取り、受信した混合光に基づいた制御回路構成用のデータを生成する。更に、内部センサ４２８が１つ以上のＬＥＤダイス４２５からの直接光を受け取り、受信した直接光に基づいて制御回路構成用のデータを生成する。
【００３９】
制御回路構成は、受信した直接光及び混合光を処理し、受信した直接光及び混合光に基づいた制御信号を生成する。１つの実施例では、制御回路構成は、処理した直接光及び混合光に基づいて、ＬＥＤダイス４２５の色群に供給される直流の量を変化させる制御信号を生成する。別の実施例では、制御回路構成は、処理した直接光及び混合光に基づいて、１つ以上の特定のＬＥＤダイス４２５に供給される直流の量を変化させる制御信号を生成する。
【００４０】
分割線ｘ１、ｘ２、ｙ１、及びｙ２は、印刷回路基板が製造過程の際に折りたたまれるＰＣＢ４１０に沿っての境界を示す。１つの実施例では、ＰＣＢ４１０の一部を分割線ｘ１、ｘ２、ｙ１、及びｙ２に沿って折り畳み、ＰＣＢ４１０を包み及び第１段光学装置４４０に取り付けることによって、ＬＥＤ光源アセンブリ４００が、例えば、従来の外見を有する電球といった第２段光学装置内に入ることを可能にする。１つの例では、ＰＣＢ４１０の一部は、分割線ｘ１、ｘ２、ｙ１、及びｙ２に沿って折り畳まれ、包まれ、第１段光学装置４４０に取り付けられる。この例では、より効率のよい熱伝達が発生することを可能にするようフィン４４５がＰＣＢ４１０を介して第１段光学装置４４０に直接取り付けられることを可能にするようＰＣＢ４１０の一部が除去される。
【００４１】
上述したＬＥＤを用いてスペクトル出力及び輝度を供給する機器及びシステムは、例示的な機器及び実施である。これらの方法及び実施は、ＬＥＤを用いてスペクトル出力及び輝度を供給する１つの可能なアプローチを説明する。実際の実施は、説明した方法とは異なる場合もある。更に、当業者には他の改良点及び変更点が想起されるであろうが、これらの改良点及び変更点は、請求項に記載する本発明の範囲内に包含される。
【００４２】
本発明は、本発明の本質的な特徴から逸脱することなく他の特定の形式で具現化されてもよい。説明した実施例は、あらゆる点で例示的に過ぎず制限的ではないと考えるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の１つの実施例によるＬＥＤ光源アセンブリを示す斜視図である。
【図２】本発明の１つの実施例による印刷回路基板を示す平面図である。
【図３】本発明の１つの実施例による第１段光学装置を示す側面図である。
【図４】本発明の第２の実施例によるＬＥＤ光源アセンブリを示す斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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