(57)【要約】【課題】異なる補助光学素子を有する複合発光ダイオードを提供すること。【解決手段】異なる光分布パターンを生成する補助光学素子を結合された複数の発光ダイオード・ダイ（ＬＥＤ）が、所望の照度パターンを有する効果的な光源を生成するために組み合せられる。例証として、第１のＬＥＤは、中心に最大強度をもつ光分布パターンを生成するレンズを含むことができ、一方第２のＬＥＤには、第１のＬＥＤによって生成されるパターンの最大強度を囲む最大強度をもつ光分布パターンを生成するレンズを使用することができる。次いで、ＬＥＤからの光は、所望の照度パターンを生成するように組み合せることができる。所望なら、例えば異なる光分布パターンを有する付加的なＬＥＤ及びレンズを使用することができる。更に、組合せの照度パターンを所望通りに変化させることができるように、異なるＬＥＤへの電流量を変化させるために可変電流ドライバを使用することができる。【選択図】図３Ａ
2007180520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのサブマウントと、
前記少なくとも１つのサブマウント上にマウントされた第１の発光ダイオード・ダイ及び第２の発光ダイオード・ダイと、
前記第１の発光ダイオード・ダイに光学的に結合された第１の型のレンズと、前記第２の発光ダイオード・ダイに光学的に結合された第２の型のレンズとを含み、前記第１の型のレンズは、前記第２の型のレンズによって生成されるよりも高い強度ピークを中心にもつ光分布パターンを生成することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記第１の型のレンズは、中心に最大照度をもち、ほぼコリメートされた第１の光分布パターンを生成し、前記第２の型のレンズは、前記第１の光分布パターンの最大照度を囲む最大照度をもった第２の光分布パターンを生成することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第２の型のレンズは、前記第１の型のレンズによって生成されるよりも大きな角度分布をもった光分布パターンを生成することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の型のレンズと前記第２の型のレンズとは、一体的に形成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の型のレンズと前記第２の型のレンズとは、別個に形成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つのサブマウント上にマウントされた第３の発光ダイオード・ダイと、前記第３の発光ダイオード・ダイに光学的に結合された第３の型のレンズとを更に含み、前記第１の型のレンズは、前記第３の型のレンズによって生成されるよりも高い強度ピークを中心に持つ光分布パターンを生成することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つのサブマウントは、第１のサブマウント及び第２のサブマウントを含み、前記第１の発光ダイオード・ダイは、前記第１のサブマウントにマウントされ、前記第２の発光ダイオード・ダイは、前記第２のサブマウントにマウントされることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つのサブマウントにマウントされた複数の付加的な発光ダイオード・ダイと、前記複数の付加的な発光ダイオード・ダイに結合された１つ又はそれ以上の型のレンズとを更に含み、前記第１の型のレンズは、前記複数の付加的な発光ダイオード・ダイに結合された前記１つ又はそれ以上の型のレンズによって生成されるよりも、高い強度ピークを中心にもった光分布パターンを生成することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記第１の発光ダイオード・ダイ及び前記第２の発光ダイオード・ダイの少なくとも１つに電気的に結合された可変ドライバ電流回路を更に含み、前記可変ドライバ電流回路は、前記可変ドライバ電流回路に電気的に結合された前記第１の発光ダイオード・ダイ及び前記第２の発光ダイオード・ダイの少なくとも１つの照度を変化させるために、可変電流を供給することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記可変ドライバ電流回路は、前記第１の発光ダイオード・ダイによって生成される光の照度を変化させるために、前記第１の発光ダイオード・ダイに第１の可変電流を供給し、前記第２の発光ダイオード・ダイによって生成される光の照度を変化させるために、前記第２の発光ダイオード・ダイに第２の可変電流を供給することを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記可変ドライバ電流回路は、前記第１の発光ダイオード・ダイに電気的に結合された第１の可変ドライバ電流素子と、前記第２の発光ダイオード・ダイに電気的に結合された第２の可変ドライバ電流素子と、前記第１の可変ドライバ電流素子及び前記第２の可変ドライバ電流素子に電気的に結合された制御回路と、を含むことを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記可変ドライバ電流回路は、照度のフラッシュを生成するために、前記第１の発光ダイオード・ダイ及び前記第２の発光ダイオード・ダイの少なくとも１つにパルス電流を供給することを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
調節可能なレンズを更に含み、前記可変ドライバ電流回路は、前記調節可能なレンズに結合され、前記調節可能なレンズの調節に応じて、前記第１の発光ダイオード・ダイ及び前記第２の発光ダイオード・ダイの少なくとも１つへの電流を変化させることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１４】
前記サブマウントは、少なくとも１つの前記サブマウントの表面上又は内部に形成された少なくとも１つの金属トレースを含み、前記複数の発光ダイオード・ダイの１つは、前記金属トレースに電気的に接続することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１の発光ダイオード・ダイ及び前記第２の発光ダイオード・ダイの少なくとも１つは、複数の電気的コンタクトの全てを底面上に有する反転型であり、前記複数の電気的コンタクトは、前記少なくとも１つのサブマウントと前記底面との間にあることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
携帯電話本体を更に含み、前記第１の型のレンズ及び前記第２の型のレンズは、前記携帯電話に結合され、前記サブマウント、前記第１の発光ダイオード・ダイ、及び前記第２の発光ダイオード・ダイは、前記第１の型のレンズが前記第１の発光ダイオード・ダイに光学的に結合され、前記第２の型のレンズが前記第２の発光ダイオード・ダイに光学的に結合されるように、前記携帯電話に結合されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
第１の発光ダイオード・ダイから光を生成するステップと、
前記第１の発光ダイオード・ダイに結合された第１のレンズを使用して、中心に最大強度をもつ第１の光分布パターンを生成するステップと、
第２の発光ダイオード・ダイから光を生成するステップと、
前記第２の発光ダイオード・ダイに結合された第２のレンズを使用して、前記第１の光分布パターンの最大強度を囲む最大強度をもつ第２の光分布パターンの生成するステップと、を含み、前記第１の光分布パターンと前記第２の光分布パターンとは、組合せの光分布パターンを生成するために組み合されることを特徴とする方法。
【請求項１８】
第３の発光ダイオード・ダイから光を生成するステップと、
前記第３の発光ダイオード・ダイに結合された第３のレンズを使用して、前記第２の光分布パターンの最大強度を少なくとも部分的に囲む最大強度をもった第３の光分布パターンを生成するステップと、を更に含み、前記第３の光分布パターンは、組合せの光分布パターンを生成するために、前記第１の光分布パターン及び前記第２の光分布パターンと組み合されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１のレンズと前記第２のレンズとは、一体的に形成されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１のレンズと前記第２のレンズとは、別個に形成されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１の発光ダイオード・ダイから光を生成するステップと、前記第２の発光ダイオード・ダイから光を生成するステップとは、前記第１の発光ダイオード・ダイ及び前記第２の発光ダイオード・ダイへの最大電流より少ない電流を供給することによって、実行されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記組合せの光分布パターンを変化させるために、前記第１の発光ダイオード・ダイ及び前記第２の発光ダイオード・ダイの少なくとも１つに供給される前記電流を変化させるステップを更に含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
前記電流を変化させるステップは、カメラの調節可能なレンズの調節に応じて実行されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１の発光ダイオード・ダイから光を生成するステップと、前記第２の発光ダイオード・ダイから光を生成するステップとは、照度のフラッシュを生成することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】
少なくとも１つのサブマウントを準備するステップと、
前記少なくとも１つのサブマウント上に複数の発光ダイオード・ダイを配置してマウントするステップと、
各レンズが異なる光分布パターンを生成する複数のレンズを準備するステップと、
前記複数の発光ダイオード・ダイを前記複数のレンズに、前記複数のレンズの各レンズが対応する発光ダイオード・ダイと光軸が一致するように、光学的に結合するステップと、を含む方法。
【請求項２６】
可変ドライバ電流回路を前記複数の発光ダイオード・ダイに結合するステップを更に含み、少なくとも１つの発光ダイオード・ダイは、可変電流を受け取るように、前記可変ドライバ電流回路に結合されることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
第１の発光ダイオード・ダイ及び第２の発光ダイオード・ダイの少なくとも１つは、異なる可変電流を受け取るように前記可変ドライバ電流回路に結合され、前記可変ドライバ電流回路は、前記第１の発光ダイオード・ダイ及び前記第２の発光ダイオード・ダイによって生成される照度を変化させるために、異なる可変電流を供給することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記複数のレンズは、個々に形成されることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
前記複数のレンズは、一体的に形成されることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
前記複数のレンズは構造体に結合され、前記複数の発光ダイオード・ダイを前記複数のレンズに光学的に結合するステップは、前記複数の発光ダイオード・ダイを、前記複数の発光ダイオード・ダイが前記複数のレンズと光軸が一致するように、前記構造体にマウントするステップを含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項３１】
第１の光分布パターンは、第２の光分布パターンよりも高い強度ピークを中心にもつことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項３２】
第１の発光ダイオード・ダイから光を生成するステップと、
前記第１の発光ダイオード・ダイに結合されたレンズを使用して、中心に最大強度をもつ第１の光分布パターンを生成するステップと、
少なくとも１つの付加的な発光ダイオード・ダイから光を生成するステップと、
前記少なくとも１つの付加的な発光ダイオード・ダイに結合されたレンズを使用して、前記第１の光分布パターンの最大強度を囲む最大強度をもつ第２の光分布パターンを生成するステップと、を含み、前記第１の光分布パターンと前記第２の光分布パターンとは、組合せの光分布パターンを生成するために組み合されることを特徴とする方法。
【請求項３３】
前記第１の発光ダイオード・ダイと、前記少なくとも１つの付加的な発光ダイオード・ダイとに、同じレンズが結合されることを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記第１の発光ダイオード・ダイと、前記少なくとも１つの付加的な発光ダイオード・ダイとに、別個のレンズが結合されることを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記第１の発光ダイオード・ダイから光を生成するステップと、前記少なくとも１つの付加的な発光ダイオード・ダイから光を生成するステップとは、前記第１の発光ダイオード・ダイ及び前記第２の発光ダイオード・ダイに最大電流より少ない電流を供給することによって、実行されることを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３６】
組合せの光分布パターンを変化させるために、前記第１の発光ダイオード・ダイと、前記少なくとも１つの付加的な発光ダイオード・ダイとのうちの少なくとも１つに供給される電流を変化させることを含むことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に発光ダイオード・デバイスに関し、特定的には所望の照度プロフィールを生成するための異なる補助光学素子を有する複合発光ダイオードをもつデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスの用途はますます増加している。白色光（Ｒ、Ｇ及びＢ成分から成る）を発生することのできるデバイスは、電球のような従来の光源に取って代わる可能性があるために特に興味深い。
【０００３】
しかしながら幾つかの用途には、ＬＥＤの比較的小さなサイズによってさえも克服することが困難な空間及び照度の問題がある。例えば、携帯電話などに内蔵された小型カメラ用のフラッシュ、スポット・ライト、又は懐中電灯などの幾つかの用途には、目的物上に大量の光を必要とするが、そのデバイスのために利用できる空間は僅かしかない。こうした用途は、フラッシュからの光分布が多くの仕様を満たさなければならないので、特に問題を含んでいる。例えば、カメラのフラッシュでは、カメラの視野の中心における照度が、カメラの視野の端部近くの照度よりわずかに高くなるように、効率を上げることが一般に望ましい。視野の水平端では、典型的には照度レベルは中心値の６０％付近であるべきであり、一方、隅では３０％付近の値が許容される。照度レベルを高め、分布を修正するために、補助光学素子、即ちＬＥＤとシーン（ｓｃｅｎｅ）との間の光学素子が一般的に使用される。補助光学素子がなければ、ＬＥＤから放射される光の一部、例えば２０％だけが視野領域に到達することになるが、従来の補助光学素子を使用する際には約４０％の光がシーンに到達する。従来のフラッシュ・モジュールでは、４０％の値はそれ以上にはあまり増加できない。例えば光をコリメートすることによってこの値を高めようとする場合には、他の仕様は逆に悪影響を受ける。例えば、４０％を大きく超える値まで光の割合を高めるために補助光学素子を設計する場合には、端部における照度は低下して写真に暗い隅を生じることになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
可変の集束範囲を有する用途には付加的な問題が直面する。例えば、一般にズーム・レンズ・カメラと呼ばれる多重焦点カメラ用には、異なった集束範囲に適応する可変照度プロフィールを使用することが望ましい。固定距離に対して最適化された照度プロフィールを有する照明デバイスを使用することは、こうした用途には効果がない。光源／光学装置間距離の増加又は減少のような機械的解決法を用いることは可能であるが、しかしながら、こうした解決法は実行困難で高価である。さらに、電気機械デバイスを含めることは、付加的な空間を必要とし、そのためＬＥＤデバイスの省空間の利点を制限する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、異なる光分布パターンを生ずる補助光学素子を結合させた複数の発光ダイオード・ダイ（ＬＥＤ）が、所望のパターンを有する組合せの照度を生ずるように組み合される。１つの実施形態においては、第１のＬＥＤは、中心に最大強度をもつ光分布パターンを生ずるレンズを含むことができ、一方第２のＬＥＤには、第１のＬＥＤによって生成された光分布パターンの最大強度を囲む最大強度をもった光分布パターンを生成するレンズを使用することができる。所望なら、例えば、異なる光分布パターンを有する付加的なＬＥＤ及びレンズを使用することができる。所望の照明パターンは、ＬＥＤからの光を組み合せることによって生成することができる。１つの実施形態においては、組合せの照度パターンを望み通りに変化させることが可能なように、１つ又はそれ以上のＬＥＤへの電流量を変化させるために可変電流ドライバを使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１は従来のフラッシュ・モジュールの照度を示すグラフであり、水平軸はシーンの中心に対する距離を示し（対称的な光学装置が使用される場合）、垂直軸は照度を示す。従来、フラッシュ・モジュールは、単一のレンズをもつ単一のＬＥＤ、補助光学素子をもたない複合ＬＥＤ、又は各々が個々に、しかし同じ補助光学素子をもつ複合ＬＥＤから構成される。図１は、各々が同一のレンズをもった３つのＬＥＤの照度を示す第１の曲線１２を示す。シーンに到達する光の割合は約４０％であり、光分布の仕様は満たされている、即ち、視野の端部における照度は中心のそれより小さい。図１において、“Ｖ”で示される位置は、視野の垂直端に相当し、“Ｈ”は視野の水平端に相当し、“Ｄ”は視野の対角線端の位置に相当する。例として、図２は視野をグラフで示し、垂直、水平及び対角線の端部を識別する。図１はまた、補助光学素子をもたない３つのＬＥＤの照度を示す曲線１４を示し、光の約２０％だけがシーンに到達することを示す。従来のフラッシュ・モジュールでは、他の仕様、例えば視野の端部における照度に悪影響を及ぼすことなく、４０％の値をそれ以上にあまり増加させることはできない。
【０００７】
図３Ａは、本発明の実施形態によるデバイス１００の側面図である。デバイス１００は、各々が異なる型の補助光学素子をもつ複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイ１０２、１０４及び１０６（ＬＥＤ１０２、１０４及び１０６と呼ばれることもある）を含む。このように第１の型のレンズ１０３がＬＥＤダイ１０２にマウントされ、第２の型のレンズ１０５がＬＥＤダイ１０４にマウントされ、第３の型のレンズ１０７がＬＥＤ１０６にマウントされる。レンズ１０３、１０５及び１０７は、それぞれのＬＥＤ１０２、１０４及び１０６からの異なる光分布パターンを生成するように形成されている。ＬＥＤ１０２、１０４及び１０６は、サブマウント１０１上に互いに接近してマウントされるが、各々のＬＥＤダイの光学的中心を区別するのに適切な間隔に離される。図３Ａには３つのＬＥＤ１０２、１０４及び１０６が示されているが、本発明の実施形態により、より少数の、例えば２つのＬＥＤ、又は追加した、例えば４つ又はそれ以上のＬＥＤを用いることができることを理解されたい。所望なら複数のサブマウントを使用することができる。
【０００８】
図３Ａに示されるレンズ１０３、１０５及び１０７は別個に形成されてもよく、又は代替的に図３Ｂに示されるように、図３Ａに示されるデバイス１００に類似するデバイス１００’には、例えば、射出成形法、注入成形法、及び移送成形法、又は別の適切な方法によって形成できる一体的に形成されたレンズ１０３’、１０５’及び１０７’を使用してもよい。
【０００９】
ＬＥＤ１０２、１０４及び１０６、並びにサブマウント１０１は、例えば、引用によりその全体がここに組み入れられるＢｈａｔ他による米国特許第６，８８５，０３５号に記述された型とすることができる。図３Ａに見られるように、ｐコンタクト・パッド１１０ｐ及びｎコンタクト・パッド１１０ｎは、フリップ・チップ型又は反転型設計と呼ばれることの多い形態においては、ＬＥＤ１０２、１０４及び１０６の同じ側面に在る。ＬＥＤ１０２、１０４及び１０６によって発生された光は、コンタクト・パッドの反対側のＬＥＤの外部で結合される。ＬＥＤ１０２、１０４及び１０６は、例えば、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＩｎＮ、ＧａＩｎＡｓＮ、及びＧａＩｎＰＮを含むが、それらに限定はされない組成をもつIII族窒化物型とすることができる。典型的な基板材料には、基板上で高品質のIII族窒化物結晶の核生成及び成長が容易であるという理由で、サファイア、炭化ケイ素ＳｉＣ、又はIII族窒化物が挙げられる。ＬＥＤ１０２、１０４、及び１０６、又は、ＬＥＤ１０２、１０４、及び１０６とそれぞれのレンズ１０３、１０５及び１０７との間の接合材料（図示せず）は、所望の白色光を生成するために蛍光体のコーティングを含むことができる。例えば、青色ポンプＬＥＤダイは、白色のように見える青色光と黄色光の混合光を生成するために、黄色蛍光体でコーティングすることができる。
【００１０】
コンタクト・パッド１００ｎ及び１１０ｐは、サブマウント１０１の上部又は内部にある金属トレース１１２に、例えば金スタッド・バンプ１１４によって、電気的に接続する。このように、ＬＥＤ１０２、１０４及び１０６は反転型設計であるため、例えばスタッド・バンプ１０８によって形成される電気的なコンタクトは、サブマウント１０１とＬＥＤ１０２、１０４及び１０６の底面との間となる。スタッド・バンプ１０８と、サブマウント１０１上の金属トレース１１２との間の相互接続は、ＬＥＤとサブマウントとの間に電気的な接続を形成し、同時に、動作中にＬＥＤから熱を除去するための熱経路を提供する。図示された実施形態は金スタッド・バンプを示しているが、相互接続は、単体の金属、金属合金、半導体金属合金、はんだ、熱及び電気伝導性ペースト又はコンパウンド（例えばエポキシ）、ＬＥＤダイとサブマントとの間の異種金属間共晶結合（例えばＰｄ−Ｉｎ−Ｐｄ）、又は、はんだバンプによって作成してもよい。
【００１１】
サブマウント１０１は、Ｓｉ、又は高温焼成セラミックのようなセラミック、又は薄膜アルミナ若しくは他の熱パッケージング材料などの他の適切な材料から形成することができる。随意的な誘電体層、例えばＳｉＯ２（図示せず）を、ＬＥＤダイとサブマウント基板との間の電気的遮蔽のために、サブマウント上に含めることができる。所望なら、付加的なデバイスを、サブマウント１０１上に、又はサブマウント１０１上の回路１１２の内部にマウントすることができる。例えば、静電気放電（ＥＳＤ）保護回路を、サブマウント１０１の上にマウントすることができる。
【００１２】
図４は、図１のグラフに類似した、図３に示されるような異なる型の補助光学素子を有する３つのＬＥＤをもったデバイスの照度を示すグラフである。図４は、個々のＬＥＤの照度を点線で示し、照度の合計を実線で示す。比較のために、従来のデバイスの照度が破線１２で示されている。
図４の曲線１２２で示されるように、１つのＬＥＤは、中心に最大の照度を生成し、且つ、例えば第１のＬＥＤから放射された光の９４％がシーンに到達するような比較的高度のコリメーション機能を有する光学素子を含む。曲線１２４及び１２６で示されるように、他の２つのＬＥＤに結合された光学素子は、第１のＬＥＤによって生成された光分布パターン、例えば曲線１２２の最大強度を囲む最大強度を有する照度パターンを生成する。曲線１２４及び１２６で示される第２及び第３のＬＥＤによって生成される照度パターンは、環状、四角形、楕円形又は他の適切な形状を有することができる。曲線１２６によって示される第３のＬＥＤによって生成される分布パターンは、曲線１２４によって示される第２のＬＥＤによって生成された分布パターンを、同様に少なくとも部分的に囲む最大強度を有する。さらに、曲線１２４及び１２６によって示される分布パターンはまた、例えば他の２つのＬＥＤから放出された光のそれぞれ５９％及び４１％がシーンに到達するような高度のコリメーション性を有する。３つのＬＥＤの照度の合計は、曲線１２８によって示される。ＬＥＤから放出された光の高度のコリメーション性のために、従来のシステムにおける約４０％より多くの、例えば約６２％の光量がシーンに到達する。
【００１３】
図３Ａ、図３Ｂ、及び図４に示されるような、コリメートされた光を生成する異なった光学素子を有するＬＥＤを使用することの１つの重要な利点は、従来のシステムと同じ照度レベルを達成するのにより少ない電流が必要となるか、又はその代りに、従来のシステムと同じ電流を使用してより高い照度レベルを達成できることである。本実施例においては、曲線１２に示される、３つの同一のレンズをもつ従来のシステムを使用して得られた照度分布は、３つのＬＥＤの全てを最大電流で動作させることによって得られるものである。他方、第１のＬＥＤは最大電流の４６％だけで動作する際に、曲線１２２によって示される照度を生成することができ、同時に、他の２つのＬＥＤは最大電流の７０％で動作する際に、曲線１２４及び１２６によって示される照度を生成することができる。図４に見られるように、低減された電流でＬＥＤを動作させるにもかかわらず、曲線１２８によって示される結果として生じる照度の合計は、曲線１２によって示される最大電流で動作する従来のシステムによって生成される照度とほぼ同じである。従って、ワット電力当りの視野内のルクス平均値を用いて比較するとき、このことは、図４に示されるように、本発明によれば、従来のシステムよりも１．５倍効率的となることを意味する。従って、本発明の実施形態を用いることにより、バッテリ電力を節約することができる。
【００１４】
本発明の別の実施形態においては、ＬＥＤ１０２、１０４及び１０６は、生成される光の強度を制御するために、個々に可変ドライバ電流を割り当てることができる。この方法により、異なった光分布パターンが所望通りに生成できる。
一実施形態においては、ＬＥＤは主電流ドライバに接続され、各々のＬＥＤに対して別個の電流調節器及びオン／オフ・スイッチを用いて、別々に制御される。或いは、可変ドライバ回路は複数の別個の調節可能な電流ドライバを含む。各々の別個の調節可能な電流ドライバは、１つ又はそれ以上のＬＥＤに接続され、それらを制御する。一般に、個々のＬＥＤによって生成される照度を調節するために、複数のＬＥＤを通る電流を独立に調節する可変電流ドライバ回路を設計することは、本開示に照らして、当業者ができることの範囲内に十分に入る。
【００１５】
図５は、ＬＥＤダイ１５２、１５４及び１５６に接続された可変電流ドライバ回路１６０を有するデバイス１５０の一実施形態の略図である。デバイス１５０は、可変電流ドライバ回路１６０によって各々のＬＥＤを独立に制御する機能を加えた、図３Ａに示されるデバイス１００に類似したものとすることができる。図５に示されるように、デバイス１５０は、電流リミッタ及びチャージャ１５７と、バッテリ、コンデンサ又はスーパーキャパシタのようなエネルギー貯蔵回路１５８と、ブースト電圧ドライバ１５９とを含む。ブースト電圧ドライバ１５９は、適切な順電圧を確保するために、可変電流ドライバ回路１６０内の回路１６２を介してＬＥＤダイ１５２、１５４及び１５６のアノード及びカソードに結合される。可変電流ドライバ回路１６０の一部として示されている制御回路１６４は、ＬＥＤ１５２、１５４及び１５６に接続され、ＬＥＤ１５２、１５４及び１５６を通る電流を、それぞれ制御素子１６６、１６７及び１６８を介して、独立に制御する。制御回路１６４は、例えば携帯電話（又は他の用途）自体のＣＰＵ内の制御装置とすることができる。制御素子１６６、１６７、１６８は、例えば、演算増幅器及び基準抵抗をもった能動電流制御機能を有するＦＥＴとすることができるが、もちろん所望なら他の回路を使用することができる。回路を流れる電流量を変化させるか、又は制御する回路素子は周知のものである。例えば、電子スイッチ、又はプログム可能ドライバ、例えば１２Ｃインターフェースが使用できる。制御回路１６４は、カメラのレンズ１７０などの別の素子の状態を検出することができ、それに応じてＬＥＤを流れる電流量を調節するために制御素子１６６、１６７及び１６８へ適切な信号を与える。
【００１６】
各々のＬＥＤ１５２、１５４及び１５６は、それぞれ別個の制御素子１６６、１６７及び１６８によって独立に制御されるように示されているが、１つより多くのＬＥＤが、各々の可変ドライバ電流素子によって制御できることを理解されたい。例えば、ＬＥＤ１５４と１５６は同じ制御素子によって制御することが可能である。或いは、複合ＬＥＤは各々の制御素子によって制御することができ、例えば、同じ又は類似した光分布パターンを生成する多数のＬＥＤは同じ制御素子によって制御することができる。
図６から図１０までは、各々が異なる型のレンズを有し、可変ドライバ電流素子で独立に制御される複合ＬＥＤをもったデバイスの動作を示す。しかしながら、簡単のために、図６から図１０までは、図５に示される３つのＬＥＤではなく、２つのＬＥＤ、例えばＬＥＤ１５２及び１５４を有するデバイスの動作を示す。本発明の実施形態による３つ又はそれ以上のＬＥＤをもつデバイスの動作は、本開示に照らして、当業者には明らかとなるであろう。
【００１７】
図６及び図７は、それぞれＬＥＤ１５２及びＬＥＤ１５４の照度を、分布角度に対して任意の単位で示す。図６及び図７から分かるように、ＬＥＤ１５２上のレンズは、中心に比較的強いピークを持ち、端部で急速に減少する照度パターンを生成し、一方ＬＥＤ１５４上のレンズは、環状でコウモリ翼状光分布パターンと呼ばれることもある照度パターンを生成する。
ＬＥＤ１５２及びＬＥＤ１５４からの照度パターンを組み合せることと、例えば可変電流ドライバ素子１６２及び１６４を介して電流を変化させて、ＬＥＤ１５２及び１５４の照度を変化させることとによって、異なる照度パターンを形成できる。例えば、図８に示されるように、それぞれ曲線２０２及び２０４に示されるように、ＬＥＤ１５２にＬＥＤ１５４より多くの電流を供給することによって、曲線２０６で示される、強い中心ピークと比較的狭い照度領域をもつ組合せの照度パターンが生成される。この照度パターンは、カメラのフラッシュが望遠レンズと一緒に所望されるときのように、比較的遠距離にある目的物を照らすことが所望されるときに、特に有利となり得る。一実施形態においては、強い中心ピークのみをもつ照度を生成するために、ＬＥＤ１５４には電流を供給せず、すべての利用可能なバッテリ電流をＬＥＤ１５２に供給する。
【００１８】
代替的に、それぞれ図９の曲線２１２及び２１４によって示されるように、ＬＥＤ１５２及びＬＥＤ１５４にほぼ同じ電流を供給することによって、曲線２１６に示される比較的バランスのとれた照度パターンが生成される。この照度パターンは、“標準の”レンズ条件の下で、即ち、望遠レンズや広角レンズを使用せずに、フラッシュを使用するときに、特に有用となり得る。
別の構成においては、それぞれ図１０の曲線２２２及び２２４に示されるように、ＬＥＤ１５２にＬＥＤ１５４よりも小さな電流が供給される。結果として生じる照度パターンは、曲線２２６に示される広い光分布パターンを有する。この照度パターンは、例えば広角やマクロ撮影に対して、特に有利となり得る。
【００１９】
もちろん、他の組合せの照度パターンが可能である。例えば、ほぼ平坦な分布パターン、即ち、視野全域に渡って同じ照度が与えられるパターンも可能である。さらに所望なら、ＬＥＤの１つだけ、例えば強い中心ピーク照度を生成するＬＥＤ１５２だけを、例えば懐中電灯またはスポット・ライトとして使用するための集束ビームを生成するのに使用することができる。例えば、携帯電話のフラッシュ、自動車の走行ライト若しくはマップ・ライト、又はビデオカメラの照明システムなど、本発明の所望の用途に依存する他の最適化が可能である。
【００２０】
さらに、様々なレンズをＬＥＤに取り付ける方法は変更できることを理解されたい。例えば、一実施形態においては、デバイス１００のレンズ１０３、１０５及び１０７は、その下にあるＬＥＤに直接マウントするか、接合するか、又は適切に連結することができ、次いでそれは、最終的な用途、例えば図１１に示される携帯電話本体３００の構造体内部に組み込むことができる。或いは、レンズ１０３、１０５及び１０７は、最終的な用途の構造体の内部、例えば携帯電話本体３００の内部に、マウントするか、接合するか、又は他の方法で形成することができ、次いで、ＬＥＤは構造体に、例えば接合材料又はスナップ・フィッティングを使用して取り付けることができる。
【００２１】
本発明は、一般にサブマウント上にマウントされた別々のＬＥＤデバイスとして説明されているが、本発明により単独のモノリシック・デバイスを用いることも可能であることを理解されたい。例証として、図１２Ａは、その上に形成された発光ダイオード・デバイスのアレイをもつモノリシック・デバイス４００を示す。デバイス４００は、合計９個の発光ダイオード・デバイスを示すが、所望ならより多数の、又はより少数のデバイスを使用することができる。図１２Ａに示されるように、アレイの周辺に沿った発光ダイオード・デバイス４０２は、例えば直列／並列に相互に接続され、コンタクト４０３によって駆動される。所望なら、すべての発光ダイオード・デバイス４０２は直列に接続することができる。中心の発光ダイオード・デバイス４０４は、コンタクト４０５によって別個に駆動される。従って、中心デバイス４０４への電流は、残りのデバイス４０２への電流とは独立に制御することができる。適切なモノリシック・デバイスを作成する方法は、引用によりここに組み入れられる米国特許第６，５４７，２４９号により詳細に記載されている。
【００２２】
図１２Ｂは、光学素子４１０を付加した図１２Ａのデバイス４００の線Ａ−Ａに沿った簡略化した断面図を示す。図１２Ｂに示されるように、光学素子４１０は、異なる発光ダイオード・デバイス４０２及び４０４用の、それぞれ別個のレンズ素子４１２及び４１４を含むことができる。一実施形態において、単独のレンズ素子が、発光ダイオード・デバイス４０２及び４０４の全体に使用することができるが、この場合には、照度はアレイ内の異なる発光ダイオード・デバイスへの可変電流によってのみ制御される。
【００２３】
本発明は教示の目的のために特定の実施形態に関連して説明されているが、本発明はそれらに限定されない。様々な適合及び修正が、本発明の範囲から逸脱することなく施すことができる。さらに本発明は、主としてコンパクト・カメラ用フラッシュとして使用されるように説明されているが、本発明は、他の型のカメラ用フラッシュとして、又は、懐中電灯又はスポット・ライトを含むがこれらに限定されない用途における定常的光源としてなどの、他の用途に使用することができる。それゆえ、添付の特許請求項の精神及び範囲は前述の説明に限定されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】各々に同じ補助光学素子を用いた３つの同一の発光ダイオード（ＬＥＤ）、及び、補助光学素子をもたない３つの同一のＬＥＤを使用する従来のフラッシュ・モジュールの照度を示すグラフである。
【図２】視野をグラフで示し、図１中で符号付けされた垂直、水平及び対角線の端部を識別する図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態による、各々が異なる光分布パターンを生ずる異なる補助光学素子をもった複数のＬＥＤを備えるデバイスの側面図である。
【図３Ｂ】光学素子が一体的に形成された、図３Ａに示されるものと類似のデバイスの側面図である。
【図４】図３Ａに示されるような異なる型の補助光学素子を有する３つのＬＥＤをもったデバイスの照度を示すグラフである。
【図５】各々が異なる補助光学素子をもち、可変ドライバ電流素子で制御される複合ＬＥＤダイを有するデバイスの略図である。
【図６】２つのＬＥＤの光分布パターンの照度を示す図である。
【図７】２つのＬＥＤの光分布パターンの照度を示す図である。
【図８】強い中心ピークを有する組合せの照度パターンを示す図である。
【図９】ほぼ均一の光分布を有する組合せの照度パターンを示す図である。
【図１０】広い光分布を有する組合せの照明パターンを示す図である。
【図１１】本発明を利用することができる携帯電話本体を示す図である。
【図１２Ａ】本発明により形成されて使用される発光ダイオード・デバイスのアレイを有するモノリシック・デバイスを示す図である。
【図１２Ｂ】光学素子が付加された図１２Ａのモノリシック・デバイスの線Ａ−Ａに沿った簡略化された断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１２、１４、１２２、１２４、１２６、１２８：照度曲線
１００、１００’：デバイス
１０１：サブマウント
１０２、１０４、１０６：ＬＥＤダイ
１０３、１０５、１０７、１０３’、１０５’、１０７’：レンズ
１０８：スタッド・バンプ
１１０ｎ：ｎコンタクト・パッド
１１０ｐ：ｐコンタクト・パッド
１１２：金属トレース
１５０：デバイス
１５２、１５４、１５６：ＬＥＤダイ
１５７：電流リミッタ及びチャージャ
１５８：エネルギー貯蔵回路
１５９：ブースト電圧ドライバ
１６０：可変電流ドライバ回路
１６２：回路
１６４：制御回路
１６６、１６７、１６８：制御素子
１７０：レンズ
２０２、２０４、２０６、２１２、２１４、２１６、２２２、２２４、２２６：照度パターン曲線
３００：携帯電話本体
４００：モノリシック・デバイス
４０２、４０４：発光ダイオード・デバイス
４０３、４０５：コンタクト
４１０、４１２：レンズ素子
【図１】
2007180520.tif 000003
【図２】
2007180520.tif 000004
【図３Ａ】
2007180520.tif 000005
【図３Ｂ】
2007180520.tif 000006
【図４】
2007180520.tif 000007
【図５】
2007180520.tif 000008
【図６】
2007180520.tif 000009
【図７】
2007180520.tif 000010
【図８】
2007180520.tif 000011
【図９】
2007180520.tif 000012
【図１０】
2007180520.tif 000013
【図１１】
2007180520.tif 000014
【図１２Ａ】
2007180520.tif 000015
【図１２Ｂ】
2007180520.tif 000016
【外国語明細書】
2007180520.tif 000017
2007180520.tif 000018
2007180520.tif 000019
2007180520.tif 000020
2007180520.tif 000021
2007180520.tif 000022
2007180520.tif 000023
2007180520.tif 000024
2007180520.tif 000025
2007180520.tif 000026
2007180520.tif 000027
2007180520.tif 000028
2007180520.tif 000029
2007180520.tif 000030
2007180520.tif 000031
2007180520.tif 000032
2007180520.tif 000033
2007180520.tif 000034
2007180520.tif 000035
2007180520.tif 000036
2007180520.tif 000037