JP2011222995A - Ｌｅｄの光源及び減光する間に変化する色を有する光源を生成する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、同一の作動電圧によって輝度及び色温度が調節され得るLEDを使用した光源を提供する。
【解決手段】 LEDの光源は、少なくとも１つの第一LED及び少なくとも１つの第二LEDを含む。第一LEDは、第一レベルから第二レベルまで可変作動電圧で変化する第一光学的発光特性を有し、第一レベルは第二レベルよりも大きい。第二LEDは、第三レベルから第四レベルまで可変作動電圧で変化する第二光学的発光特性を有し、第三レベルは第四レベルよりも小さい。第一LED及び第二LEDは、光を発するように、同一の可変作動電圧によって同時に制御される。
【選択図】図４

Description

本発明は、発光ダイオード（LED）を使用する光源に関する。より詳しくは、本発明は、減光をするときに暖色へ近づく色変化を有し得る光源に関する。

LEDは、多様な応用における光源の１つである。LEDの特性に基づいて、異なるLEDが、赤、緑、青又は琥珀色などの異なる色を発する。ランプとしての光源においては、数個のLEDがそのランプを形成するために必要である。ポピュラーなLEDのランプは、どちらかといえば従来型の白熱電球を置き換えるように、白色光を発生させる。一般的に、LEDによって発せられる光は、色温度に関連、その色温度は加えられる作動電圧にさらに関連している。そのランプに対して調整可能な色温度を有するために、多数の制御されるLEDを含むいくつかの従来型のランプが提案されている。

特許文献１は、赤、緑及び青の３つのLEDを使用するランプを開示する。３つのLEDは、作動電圧によって別々に制御される。そのRGB・LEDによって生じるRGB光は、望まれる色に混合される。

さらに、特許文献２では、ランプも３つのLEDで設計されている。その３つのLEDは、１つのユニットとして形成し、電球としてエンベロープによって覆われる。各LEDは、光の輝度及び色を変化させるために異なる電圧によって別々に制御される。

さらに、特許文献３では、ランプは、平面に２Dアレイにおいて配列された2種類のLEDで設計されている。第一発光ダイオードが、第一色温度で光線を発し、第二発光ダイオードは、第二色温度で光線を発する。制御ユニットは、その第二発光ダイオードの中を通り抜ける電流を変調するために可変抵抗を制御する。従って、そのランプの色温度が変えられる。

ランプに対する従来型の設計において、異なる種類のLEDの各々は、調整可能な色において混合光を発生させるように別々に制御される。

台湾特許第I226,791号明細書 台湾特許第532,699号明細書 台湾特許第M332,777号明細書

本発明は、同一の作動電圧によって輝度及び色温度において調整が可能なLEDを使用した光源を提供する。光が弱められるとき、色は、それに応じて変化し、白から赤に近づく。前記光源を生成する方法も提供される。

本発明の実施形態は、少なくとも１つの第一LED及び少なくとも１つの第二LEDを含むLEDの光源を提供する。第一LEDは、第一レベルから第二レベルへと可変作動電圧で変化する第一光学的発光特性を有し、第一レベルは第二レベルよりも大きい。第二LEDは、第三レベルから第四レベルへと可変作動電圧で変化する第二光学的発光特性を有し、第三レベルは、第四レベルよりも小さい。第一LED及び第二LEDは、光を発生させるように、同一の可変作動電圧によって同時に制御される。

ある実施形態において、第一LED及び第二LEDの両方は、白色であり、その可変作動電圧が基準電圧の全割合を持つとき、第一LEDは、色温度において暖かい状態から開始し、第二LEDは、色温度において冷たい状態から開始する。

ある実施形態において、第一LEDは、可変作動電圧が基準電圧の全割合を持つとき、白色LEDであり、第二LEDは、その白色LEDよりも暖かいカラーLEDである。

本発明のもう１つの実施形態は、発光ダイオード（LED）を使用して発光する方法もまた提供する。前記方法は、少なくとも１つの第一LEDを供給し、その第一LEDは、第一レベルから第二レベルへと可変作動電圧で変化する第一光学的発光特性を有し、第一レベルは第二レベルよりも大きい。前記方法は、また、少なくとも一つの第二LEDを提供し、その第二LEDは、第三レベルから第四レベルへと可変作動電圧で変化する第二光学的発光特性を有し、第三レベルは、第四レベルよりも小さい。次に、発光するように第一LED及び第二LEDに同時に加えられる。

ある実施形態において、第一LED及び第二LEDは、両方とも白色であり、第一LEDは、作動電圧を全割合からより低い割合に変化させる際に、第二LEDよりも温度が低い。

本発明の他の目的、特性及び利点が、さらに、それらが示される本発明の実施形態によって開示されるさらなる技術的特徴及び記載される本発明の望ましい実施形態から、単に本発明を実施するために最も適する様式の例示によって、さらに理解することができるであろう。

付属の図表は、本発明のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書の一部分に組み込まれ、それを構成する。その図表は、本発明の実施形態を記載とともに例示し、本発明の原理を説明するように作用する。

ケルビンでの色温度及びその色温度に対応するルーメンでの輝度の変動に対する曲線を作動電圧のパーセントの変化として概略的に描く図である。 本発明の実施形態に従って、ケルビンでの色温度及びルーメンでの輝度の変動に対する曲線を概略的に描く図である。 本発明の実施形態にさらに従って、ケルビンでの色温度及びルーメンでの輝度の変動に対する曲線を概略的に描く図である。 本発明の実施形態に従って、斜めの視点において平面ランプの構造を概略的に描く図である。 本発明の実施形態に従って、側面において光源の構造を概略的に描く図である。 本発明の実施形態に従って、側面において、平面光源の構造を概略的に描く図である。 本発明の実施形態に従ってアレイにおける光源のLEDパターンを概略的に描く図である。 本発明の実施形態に従って、２Dアレイにおける光源のLEDパターンを概略的に描く図である。 本発明の実施形態に従って、斜めの視点において、電球ランプの構造を概略的に描く図である。 本発明の実施形態に従って、図９において使用された光源のLEDパターンを概略的に描く図である。 本発明の実施形態に従って、光源に対する駆動回路を概略的に描く図である。

当然のことながら、本発明の範囲から離れずに、他の実施形態が使用され、構造の変更がされてもよい。また、当然のことながら、本文献で使用される表現及び用語は、説明の目的で使用されており、限定するものとして見なされるべきではない。「含む」、「有する」又は「持つ」という用語及び本文献におけるそれらの変化形の使用は、それらの後に列挙される事項及びそれらの均等物及び追加の事項を含むことを意味する。他に限定されていない限り、「接続され」、「結合され」及び「搭載され」及び本文献におけるそれらの変化形は、幅広く使用され、直接的及び間接的な接続、結合及び搭載を含む。

本発明の実施形態において、ランプは、例えば、より低い色温度及びより高い色温度の組み合わせを持つ赤のLED及び／又は琥珀色のLEDの組み合わせ又は２つの白色LEDなどのカラーLEDを持つ白色LEDから構成され、「減光曲線」を生成する。それらのLEDの両方の制御は、単一の可変作動電圧によってされ、色温度及びルーメン出力は、それに応じて変化する。

LEDの減光特性の現象をタングステン白熱電球に比較して考慮すると、眼に対して異なる視覚的効果がある。タングステン白熱電球では、光が弱められるとき、色が通常、白色から赤に近づいて変化する。これは、眼により心地の良い感覚を生じさせる。しかし、LEDランプが減光するとき、色温度は、ルーメン出力の減少とともには変化しない。標準又はハロゲン白熱ランプのユーザーは、通常、非常に特別の特性において色温度がルーメン出力とともに減少するという効果に慣れている。

図1は、ケルビンでの色温度及びその色温度に対応するルーメンでの輝度の変動に対する曲線を作動電圧のパーセントの変化として概略的に描く。図１において、破線曲線100での色温度が、作動電圧が減少するときに減少し、それは、基準電圧でもある標準電圧からのパーセントによって示される。同時に、ルーメン単位における輝度の変動が、実線110において示される。光出力が減少するとき、色温度も減少する。これは、ほとんどのユーザーが慣れている特徴であり、ランプを減光するときの暖かい感覚として知られている。

しかし、その暖かい感覚は、少なくともLEDランプに対して検討されている課題である。前記実施形態は、ユーザーがタングステン・フィラメント・ランプに対して感じるようにする解決策を簡単な方法で提供する。前記実施形態は、標準のディマー（dimmer）を使用し、色温度は、ルーメン出力に従って、白熱ランプが変化するのと同じ方法で変えられることが可能である。ユーザーは、従来型の光源で、以前と同じ光特性を感じる。前記実施形態は、多様な応用を有する。

いくつかの実施形態が本発明を説明するために提供される。しかし、本発明は、その提供される実施形態にだけ限定されない。さらに、それらの実施形態は、また、互いに適切に組み合わせられる。

ある実施形態において、光源は、２つのLEDユニットを例としてとる。図２は、ケルビンでの色温度及びルーメンでの輝度の変動に対する曲線を、本発明の実施形態に従って概略的に描いた図である。図２において、例として、第一LED及び第二LEDの両方が白色LEDであり、異なった色温度で操作される。第一LEDは、例えば、冷たい状態において3200Kなどの高い色温度にある。第二LEDは、例えば、暖かい状態で2400Kなどの低い色温度にある。

第一LEDは、2000Kなどの第一レベルから40%にある作動電圧に対応する第二レベルまで、可変作動電圧で変化する第一光学的発光特性114を有する。第二LEDは、第三レベルから作動電圧の40%に対応する第四レベルまで、可変作動電圧で変化する第二光学的発光特性112を有する。第一LED及び第二LEDは、光を発するために同一の可変作動電圧によって同時に制御され、それは、合計の光学的発光特性のルーメン曲線110を有し、第一及び第二光学的発光特性112及び114から加算する。

破線曲線110に示されるような色温度は、暖かい感覚を生成するように減少することに留意すべきである。

色温度とルーメン出力との間の関係は、相関式によって説明される。ルーメン曲線（Lmx）110及び色温度曲線100（Kx）は、２つのLEDのルーメンを別々に制御することによって変えられ、xは、作動電圧の割合をパーセントで表わす。

相関式は、表1に従って、以下である：
（１）Bx=(Kx-Ac)*Lmx/(Bc-Ac);及び
（２）Ax=Lmx-Bx。
さらに、Kx=U^3.4から4.0、Lmx=U^3.6から3.0であり、Uは電圧の実際の値を表わす。その中において、Kxに対し、固定された指標値がリクエストによって、3.4から4.0までの指標範囲から選択され、Lmxに対しては、固定された指標値が、3.6から3.0までの指標範囲から選択される。Ax及びBxの特徴は、ルーメン曲線110及び温度曲線100が得られるように、LEDの動作によっては既知である。他の方法では、ルーメン曲線110及び温度曲線100が予測されると、LEDの選択が決定されることが可能になる。

注目すべきは、上記の例は、２つの白色LEDを例に取っていることである。電圧割合は、基準電圧の100%から40%まで計算される。しかし、実際の設計において、その電圧は、ある一定の割合範囲においてのみ操作されてもよい。さらに、LEDの数は一般的に２つだけではない。

もう１つの実施形態において、LEDの選択は、1000Kの色温度に対応する１つの白色LEDと１つの赤のLEDなどの琥珀色のLEDであってよい。図３は、本発明の実施形態にさらに従って、ケルビンでの色温度及びルーメンでの輝度の変動の曲線を概略的に描く図である。

図３において、LEDの１つは、減光前の初期状態において赤である。赤のLEDの特徴の適切な選択においては、その動作は、図２における動作に似ているが、数量は異なる。表2は、１つの例において計算された結果を示し、図３における曲線に対応する。

以上のように、２つのLEDの組み合わせは、同じ単一の作動電圧によって調節されることができる。輝度は、色温度が減少している間にも弱めることができる、前記実施形態は、まさに、眼に暖かい感覚を生じさせることができる。提案された原理に基づいて、LEDは、多様な設計においてランプを実際に形成するために使用され得る。

図４は、本発明の実施形態に従って、斜めの視点において平面ランプの構造を概略的に描いた図である。図４において、平面LEDランプは、本発明の光源を使用することによって製造されることが可能である。この例において、LEDユニット204及び206は、ベース202において光源200を形成するように実装される。１つの例において、２つのLEDユニット204及び206が、ベース202上に交互に配置されてよい。光統合板208は、例えば、LEDユニット204及び206からの個別の光を、図２及び図３に示される特徴を持つ異なる種類で集める。光統合板208は、入射面の側から光を個別に統合し、その光をさらに均一の平面光に混合する。平面ランプの応用に対し、光統合板208は当業者によって知られている。

図５は、本発明の実施形態に従って、側面において光源の構造を概略的に描いた図である。図５において、２種類のLEDユニット204及び206の数は等しいか又は異なってもよい。LEDパターンもまた、実際の設計に設定される。この例において、LEDユニット204及びLEDユニット206は２又は１であり得る。言い換えれば、LEDユニット206は、２つのLEDユニット204おきに配置される。一般に、特定のLEDパターンは必要とされない。

図６は、本発明の実施形態に従って、側面において平面光源の構造を概略的に描いた図である。図６において、LEDユニットが、光統合板に光を発する。その光統合板は、片側に反射層212を持つ導光板210を含む。反射層212は、また、より良い反射効果であるように微小構造を持つ表面を有してもよい。さらに、出力光をより均一にするために、光学ディフューザー214が導光板210の他方の側に形成されてもよい。本発明は、平面ランプの特定の構造に限定されない。しかし、図２及び図3の例における光学的特性が、設計に含まれる。

図７は、本発明の実施形態に従って、アレイにおける光源のLEDパターンを概略的に描く図である。図７において、LED230に対するLEDパターンが一次元アレイにおいてそのベース上に配置されてLEDバー220を形成する。そのLEDバー220は、可変の電圧を各LED230に供給するために制御回路を有する。いくつかのLEDストリップ220がまた、光統合板の周辺の表面に沿ってその表面を囲むように実装されている。図８は、本発明の実施形態に従って、２Dアレイにおける光源のLEDパターンを概略的に描いた図である。図８において、LED230も、また、実際の設計における必要によっては２Dアレイに配置されてもよい。

その代わりに、光統合装置は、光統合エンベロープであってもよい。図９は、本発明の実施形態に従って、斜めの視点において、電球ランプの構造を概略的に描いた図である。図９において、多数のLEDが、可変の電圧をLEDに供給する電球ベース250に実装されてもよい。LEDは、例えば、白色LED252及び琥珀色LED又は赤のLEDなどのカラーLED254を含む。光統合エンベロープ260は、電球ベース250上のLED252及び254の上を覆う。本発明の実施形態において記載された制御機構に基づいて、色温度が適切に減少している間に、光もまた弱められてもよい。

図１０は、本発明の実施形態に従って、図９において使用された光源のLEDパターンを概略的に描いた図である。図１０において、そのLEDパターンは、特定のパターン無しの如何なる適切な選択であってもよい。例えば、琥珀色のLED254が白色LED252の間に配置されてもよい。その琥珀色のLED254の数もまた選択肢である。言い換えれば、色温度及びルーメン出力に対する同じ調整機構に基づいて、LEDパターンが実際の設計に対して正確にとられてもよい。

留意すべきは、白色LED及び赤LEDが一緒に使用されるとき、その２種類のLEDに対する標準作動電圧は異なってもよいことである。しかし、追加の回路が電圧を下げるために使用されてもよい。図１１は、本発明の実施形態に従って、光源に対する駆動回路を概略的に描いた図である。図１１において、例えば、可変の作動電圧Vccが、3.5Vなどのより高い作動電圧を必要とする白色LED300に加えられる。赤のLEDは、2.3Vなどのより低い作動電圧を必要としてもよい。この状況において、追加の抵抗器304が作動電圧を下げるために追加されてもよい。追加のダイオード306もさらに追加されてよい。しかし、単一の可変作動電圧Vccは、両種類のLEDに供給される。制御は容易であり、色温度は、減光するときに、作動電圧とともに変化してよい。

方法の視点から、本発明の実施形態は、また、発光ダイオード（LED）を使用して光を発する方法も提供する、前記方法は、少なくとも１つの第一LEDを提供し、第一LEDは第一レベルから第二レベルまで可変作動電圧で変化する第一光学的発光特性を有し、第一レベルは第二レベルよりも大きい。前記方法は、また、少なくとも１つの第二LEDを提供し、第二LEDは、第三レベルから第四レベルまで可変作動電圧で変化する第二光学的発光特性を有し、第三レベルは、第四レベルよりも小さい。次に、その可変作動電圧は、光を発生させるように第一LED及び第二LEDに同時に加えられる。

本発明の望ましい実施形態の上記の記載は、例示及び説明だけが目的で提示されている。それは、包括的であるとする又は正確な形態もしくは開示された模範的な実施形態に本発明を限定することを目的としていない。従って、上記の記載は、制限的であるよりもむしろ、事例的であるとして見なされるべきである。明らかに、多数の改良形及び変化形が当業者に明らかになるであろう。実施形態は、本発明の原理及びそれの最適な態様の実用的応用を最適に説明するために選択され記載されており、それによって、当業者が、本発明を、多様な実施形態及び熟考される特定の使用又は実装に適した、様々な改良形に関して理解することを可能にする。本発明の範囲は、ここで添付される請求項及び全ての用語が、示唆されていない限りそれらの最も広く合理的な要旨を意味する、それらの均等物によって定義される。従って、「本発明」又はそれらに似た用語は、必ずしも請求項の範囲を特定の実施形態に限定せず、本発明の特に望ましい実施形態の参照は、本発明の限定を示さず、そのような限定は全く暗示されていない。本発明は、添付された請求項の要旨及び範囲によってのみ限定される。本開示の要約は、要約を必要とする規定に従って提供され、それは、検索者が、本開示に由来する如何なる特許の技術的開示の主題も、素早く解明することを可能にする。それは、請求項の範囲又は意味を解釈又は限定するために使用されないということを理解した上で提出されている。記載された如何なる利点又は利益も、本発明の全ての実施形態に適用されないかもしれない。当然のことながら、記載された実施形態における変化形が、当業者によって、以下の請求項によって定義されるような本発明の範囲から離れることなく作成されてもよい。さらに、本開示における事項及び構成要素は、いずれも、その事項又は構成要素が以下の請求項において明確に列挙されているかに関わらず、公衆に提供されることは目的としていない。

100…色温度
110…輝度
112…第一光学的発光特性
114…第二光学的発光特性
200…光源
202…ベース
204…LEDユニット
206…LEDユニット
208…光統合板
210…導光板
212…反射層
214…光学ディフューザー
220…LEDバー
230…LEDパターン
250…電球ベース
252…白色LED
254…カラーLED
260…光統合エンベロープ
300…白色LED
302…抵抗器
304…追加の抵抗器
306…追加のダイオード

Claims (20)

1. 発光ダイオードの光源であり：
   第一レベルから第二レベルまで可変作動電圧で変化する第一光学的発光特性を有する少なくとも1つの第一発光ダイオードであり、前記第一レベルは、前記第二レベルよりも大きい、第一発光ダイオード；及び
   第三レベルから第四レベルまで前記可変作動電圧で変化する第二光学的発光特性を有する少なくとも1つの第二発光ダイオードであり、前記第三レベルは、前記第四レベルよりも小さい、第二発光ダイオード；
   を含み、前記第一発光ダイオード及び前記第二発光ダイオードは、光を発生させるように同一の可変作動電圧によって同時に制御される、発光ダイオードの光源。
2. 前記第一光学的発光特性は前記第二光学的発光特性に加えられ、前記可変作動電圧とともに滑らかに降下する曲線を有し、前記光の色は、減光する間に、それに応じて白色から赤へと変化する、請求項１に記載の発光ダイオードの光源。
3. 前記第一発光ダイオード及び第二発光ダイオードの両方は白色であり、前記可変作動電圧が基準電圧の全割合であるとき、前記第一発光ダイオードは色温度において暖かい状態から開始し、前記第二発光ダイオードは色温度において冷たい状態から開始する、請求項１に記載の発光ダイオードの光源。
4. 前記暖かい状態は、2400Kの色温度にあり、前記冷たい状態は、3200Kの色温度にある、請求項３に記載の発光ダイオードの光源。
5. 前記第一発光ダイオードは、白色発光ダイオードであり、前記第二発光ダイオードは、前記可変作動電圧が基準電圧の全割合であるとき前記白色発光ダイオードよりも暖かいカラー発光ダイオードである、請求項１に記載の発光ダイオードの光源。
6. 前記白色発光ダイオードは3200Kの色温度にあり、前記カラー発光ダイオードは1000Kの色温度にある、請求項５に記載の発光ダイオードの光源。
7. 前記カラー発光ダイオードは、琥珀色又は赤である、請求項５に記載の発光ダイオードの光源。
8. 前記第一発光ダイオード及び前記第二発光ダイオードは量において等しい、請求項１に記載の発光ダイオードの光源。
9. 前記第一発光ダイオード及び前記第二発光ダイオードは量において等しくない、請求項１に記載の発光ダイオードの光源。
10. 前記第一発光ダイオード及び前記第二発光ダイオードからの光を受け取る光統合板を、入射面の側にさらに有する、請求項１に記載の発光ダイオードの光源。
11. 前記光を受け取るように、前記第一発光ダイオード及び前記第二発光ダイオードを覆う光統合エンベロープを更に有する、請求項１に記載の発光ダイオードの光源。
12. 前記第一光学的発光特性が、前記第一レベルから前記第二レベルまで滑らかに降下し、前記第二光学的発光特性は、前記第三レベルから前記第四レベルまで滑らかに増加する、請求項１に記載の発光ダイオードの光源。
13. 前記第一光学的発光特性が、前記第一レベルから前記第二レベルまで滑らかに降下し、前記第二光学的発光特性は、前記第三レベルから前記第四レベルまで滑らかに増加し次に降下する、請求項１に記載の発光ダイオードの光源。
14. 発光ダイオードを使用して光を発生させる方法であり：
    第一レベルから第二レベルまで可変作動電圧で変化する第一光学的発光特性を有する少なくとも１つの第一発光ダイオードを供給するステップであり、前記第一レベルは、前記第二レベルよりも大きい、ステップ；
    第三レベルから第四レベルまで前記可変作動電圧で変化する第二光学的発光特性を有する少なくとも１つの第二発光ダイオードを供給するステップであり、前記第三レベルは、前記第四レベルよりも小さい、ステップ；及び
    光を発生させるために、前記可変作動電圧を前記第一発光ダイオード及び前記第二発光ダイオードに同時に加えるステップ；
    を含む方法。
15. 前記第一発光ダイオード及び前記第二発光ダイオードの個別の光の各々を統合し混合するために光統合装置をさらに含む、請求項14に記載の方法。
16. 前記第一光学的発光特性が、前記可変作動電圧と共に滑らかに降下する曲線を有するように前記第二光学的発光特性に加わり、前記光の色は、減光するとき、それに応じて白色から赤へ変化する、請求項14に記載の方法。
17. 前記第一発光ダイオード及び前記第二発光ダイオードの両方に白色で備えられ、前記可変作動電圧が基準電圧の全割合であるとき、前記第一発光ダイオードは色温度において暖かい状態から開始し、前記第二発光ダイオードは、色温度において冷たい状態から開始する、請求項14に記載の方法。
18. 前記暖かい状態が、2400Kの色温度にあり、前記冷たい状態は、3200Kの色温度にある、請求項17に記載の方法。
19. 前記可変作動電圧が基準電圧の全割合であるとき、前記第一発光ダイオードが白色光を発するように備えられ、前記第二発光ダイオードは前記白色光よりも暖かい色彩光を発するように備えられる、請求項14に記載の方法。
20. 前記第二発光ダイオードの色彩光は、琥珀色又は赤である、請求項19に記載の方法。

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