[0007] 本開示は、リモート制御される調整可能相関色温度のLEDベース白色光源を提供する為の発明の方法及び装置に関する。
[0008] 概して、一態様において、本発明は、LEDベース光源を含む照明ユニットに関し、このLEDベース光源は、少なくとも1つの白色LED、少なくとも1つの青色LED、及び少なくとも1つの赤色LEDを含む複数の発光ダイオード(LED)と、複数のLEDによって出力された光を混合するように構成された混合デバイスであって、混合デバイスから混合光が発せられるように構成された出射窓を含む混合デバイスと、出射窓に設けられた光変換材料であって、少なくとも1つの青色LEDから発せられた光を白色へと変換するように、少なくとも1つの白色LEDから発せられた光を更にライム色へと変換するように構成された光変換材料とを含む。
[0009] ある実施形態では、光変換材料は、少なくとも1つの青色LEDからの光を青みを帯びた白色光へと変換するように構成される。
[0010] 光変換材料は、LuAG蛍光体を含む又はLuAG蛍光体から実質的になっても良い。
[0011] ある実施形態では、ライム色は、550〜580nmの波長のピーク出力を有する。
[0012] 一部の実施形態では、ライム色は、座標:0.456,0.524;0.354,0.605;0.308,0.494;及び0.413,0.451によって境界付けられるCIE1931色空間色度図の領域内に存在する。この実施形態の1つの任意選択的特徴によれば、ライム色は、座標:0.357,0.490;0.395,0.474;0.425,0.528;及び0.393,0.564によって境界付けられるCIE1931色空間色度図の領域内に存在する。
[0013] 少なくとも1つの白色LEDから発せられる光は、昼白色若しくは中立の白色(neutral White)光、温白色光、又はオフホワイト色光でも良い。
[0014] 一部の実施形態では、光変換材料は、40〜55%の効率で、少なくとも1つの白色LEDから発せられた光をライム色へと変換する。
[0015] 一部の実施形態では、照明ユニットは、少なくとも1つの白色LED、少なくとも1つの青色LED、及び少なくとも1つの赤色LEDに与えられる相対電流レベルを調節することによってLEDベース光源の相関色温度を調節するように構成された照明コントローラを更に含む。
[0016] 一部の実施形態では、照明ユニットは、照明コントローラに接続され、LEDベース光源の相関色温度を選択する為に1つ又は複数の信号を照明コントローラに与えるように構成されたユーザインターフェースを更に含む。
[0017] 他の実施形態では、照明ユニットは、少なくとも1つの白色LED、少なくとも1つの青色LED、及び少なくとも1つの赤色LEDに与えられる相対電流レベルを調節することによってLEDベース光源の相関色温度を調節するように構成された照明コントローラを更に含む。
[0018] 概して、別の態様においては、本発明は、第1の色を有する第1の光を発するように構成された1つ又は複数の第1のLED、第2の色を有する第2の光を発するように構成された1つ又は複数の第2のLED、及び第3の色を有する第3の光を発するように構成された1つ又は複数の第3のLEDを含む複数のLEDと、第1の光、第2の光、及び第3の光を混合光へと混合するように構成された混合デバイスであって、出射窓を通して混合デバイスから混合光が発せられるように構成された出射窓を含む混合デバイスと、出射窓に設けられた光変換材料であって、第1の光を第1の色からライム色へと変換するように構成された光変換材料とを含む光源に関する。
[0019] ある実施形態では、第1の色は白色であり、第2の色は青色であり、第3の色は赤色又は赤橙色である。
[0020] ある実施形態では、第1の光は、460nm未満の一次波長を有する青色光であり、第2の光は、460nmを超える一次波長を有する青色又はシアン色光であり、光変換材料の変換効率は、第2の光の一次波長におけるよりも、第1の光の一次波長において大きい。
[0021] ある実施形態では、ライム色は、座標:0.456,0.524;0.354,0.605;0.308,0.494;及び0.413,0.451によって境界付けられるCIE1931色空間色度図の領域内に存在する。
[0022] 概して、また更に別の態様においては、本発明は、第1の色を有する第1の光を発するように構成された1つ又は複数の第1のLEDの少なくとも1つの第1の群、第2の色を有する第2の光を発するように構成された1つ又は複数の第2のLEDの少なくとも1つの第2の群、及び第3の色を有する第3の光を発するように構成された1つ又は複数の第3のLEDの少なくとも1つの第3の群を含む複数のLEDと、第1のLED群の発光経路に配置されたカバーと、カバーに設けられた光変換材料であって、第1の光を第1の色からライム色へと変換するように構成された光変換材料と、出射窓を有する混合デバイスであって、カバーから出力された変換された第1の光を受け取るように、第2の光を受け取るように、及び第3の光を受け取るように、並びに第1の光、第2の光、及び第3の光を混合するように、並びに出射窓から混合光を出力するように構成された混合デバイスと、を含む光源に関する。
[0023] ある実施形態では、第1の色は青色であり、第2の色は青色又は青みを帯びた白色であり、及び第3の色は赤色又は赤橙色である。
[0024] 光変換材料は、LuAG蛍光体を含んでも良く又はLuAG蛍光体から実質的になっても良い。
[0025] 本開示の目的で本明細書において使用される場合、「LED」との用語は、任意のエレクトロルミネセンスダイオード、又は、電気信号に呼応して放射を発生できる、その他のタイプのキャリア注入/接合ベースシステム(carrier injection/junction-based system)を含むものと理解すべきである。したがって、LEDとの用語は、次に限定されないが、電流に呼応して発光する様々な半導体ベースの構造体、発光ポリマー、有機発光ダイオード(OLED)、エレクトロルミネセンスストリップ等を含む。特に、LEDとの用語は、赤外スペクトル、紫外スペクトル、及び(通常、約400ナノメートルから約700ナノメートルまでの放射波長を含む)可視スペクトルの様々な部分のうちの1つ又は複数における放射を発生させることができるすべてのタイプの発光ダイオード(半導体及び有機発光ダイオードを含む)を指す。LEDの幾つかの例としては、次に限定されないが、様々なタイプの赤外線LED、紫外線LED、赤色LED、青色LED、緑色LED、黄色LED、アンバー色LED、橙色LED、及び白色LED(以下に詳しく述べる)がある。また、LEDは、所与のスペクトルに対して様々な帯域幅(例えば半波高全幅値(FWHM:full widths at half maximum))、及び所与の一般的な色分類内で様々な支配的波長を有する放射(例えば狭帯域幅、広帯域幅)を発生させるように構成及び/又は制御することができることを理解すべきである。
[0026] 例えば本質的に白色光を生成するLED(例えば白色LED)の一実施態様は、それぞれ、組み合わされることで混合して本質的に白色光を形成する様々なスペクトルのエレクトロルミネセンスを放射する複数のダイを含む。別の実施態様では、白色光LEDは、第1のスペクトルを有するエレクトロルミネセンスを異なる第2のスペクトルに変換する蛍光体材料に関連付けられる。この実施態様の一例では、比較的短波長で狭帯域幅スペクトルを有するエレクトロルミネセンスが、蛍光体材料を「ポンピング(pumps)」して、当該蛍光体材料は、いくぶん広いスペクトルを有する長波長放射を放射する。
[0027] なお、LEDとの用語は、LEDの物理的及び/又は電気的なパッケージタイプを限定しないことを理解すべきである。例えば、上述した通り、LEDは、(例えば個々に制御可能であるか又は制御不能である)異なるスペクトルの放射をそれぞれ放射する複数のダイを有する単一の発光デバイスを指すこともある。また、LEDは、LED(例えばあるタイプの白色LED)の一体部分と見なされる蛍光体に関連付けられることもある。一般に、LEDとの用語は、パッケージLED、非パッケージLED、表面実装LED、チップ・オン・ボードLED、TパッケージマウントLED、ラジアルパッケージLED、パワーパッケージLED、あるタイプのケーシング及び/又は光学的要素(例えば拡散レンズ)を含むLED等を指す。
[0028] 「光源」との用語は、次に限定されないが、LEDベース光源(上記に定義した1つ以上のLEDを含む)、白熱光源(例えばフィラメント電灯、ハロゲン電灯)、蛍光光源、りん光性光源、高輝度放電光源(例えばナトリウム蒸気ランプ、水銀蒸気ランプ及びメタルハライドランプ)、レーザー、その他のタイプのエレクトロルミネセンス源、パイロルミネセンス源(例えば火炎)、キャンドルルミネセンス源(例えばガスマントル光源、カーボンアーク放射光源)、フォトルミネセンス源(例えばガス状放電光源)、電子飽和(electronic satiation)を使用する陰極発光源(cathode luminescent source)、ガルバノルミネセンス源、結晶発光(crystallo-luminescent)源、キネルミネセンス(kine-luminescent)源、熱ルミネセンス源、摩擦ルミネセンス(triboluminescent)源、音ルミネセンス(sonoluminescent)源、放射ルミネセンス(radioluminescent)源、及び発光ポリマー(luminescent polymers)を含む、様々な放射源のうちの任意の1つ以上を指すと理解すべきである。
[0029] 所与の光源は、可視スペクトル内、可視スペクトル外、又は両者の組合せでの電磁放射を発生する。したがって、「光」及び「放射」との用語は、本明細書では同義で使用される。さらに、光源は、一体構成要素として、1つ以上のフィルタ(例えばカラーフィルタ)、レンズ、又はその他の光学的構成要素を含んでもよい。また、光源は、次に限定されないが、指示、表示、及び/又は照明を含む様々な用途に対し構成されることを理解すべきである。「照明源」とは、内部空間又は外部空間を効果的に照射するのに十分な強度を有する放射を発生するように特に構成された光源である。このコンテキストにおいて、「十分な強度」とは、周囲照明(すなわち、間接的に知覚され、また、例えば、全体的に又は部分的に知覚される前に1つ以上の様々な介在面から反射される光)を提供するために空間又は環境において発生される可視スペクトルにおける十分な放射強度(放射強度又は「光束」に関して、全方向における光源からの全光出力を表すために、単位「ルーメン」がよく使用される)を指す。
[0030] 「スペクトル」との用語は、1つ以上の光源によって生成された放射の任意の1つ以上の周波数(又は波長)を指すものと理解すべきである。したがって、「スペクトル」との用語は、可視範囲内の周波数(又は波長)のみならず、赤外線、紫外線、及び電磁スペクトル全体の他の領域の周波数(又は波長)も指す。さらに、所与のスペクトルは、比較的狭い帯域幅(例えば、FWHMは、基本的に、周波数又は波長成分をほとんど有さない)、又は、比較的広い帯域幅(様々な相対強度を有する幾つかの周波数又は波長成分)を有してよい。当然のことながら、所与のスペクトルは、2つ以上の他のスペクトルを混合(例えば、複数の光源からそれぞれ放射された放射を混合)した結果であってよい。
[0031] 本開示の目的で、「色」との用語は、「スペクトル」との用語と同義に使用される。しかし、「色」との用語は、通常、観察者によって知覚可能である放射の特性を主に指すために使用される(ただし、この使用は、当該用語の範囲を限定することを意図していない)。したがって、「様々な色」との用語は、様々な波長成分及び/又は帯域幅を有する複数のスペクトルを暗に指す。さらに、当然のことながら、「色」との用語は、白色光及び非白色光の両方との関連で使用されてもよい。
[0032] 「色温度」との用語は、本明細書では、通常、白色光に関連して使用されるが、その使用は、当該用語の範囲を限定することを意図していない。色温度は、基本的に、白色光の特定の色内容又は陰(例えば、赤みを帯びた、青みを帯びた)を指す。所与の放射サンプルの色温度は、従来から、問題とされている放射サンプルと同じスペクトルを基本的に放射する黒体放射体のケルビン度数(K)の温度に応じて特徴付けられている。黒体放射体の色温度は、通常、約700度K(通常、人間の目に最初に可視となると考えられている)から10,000度K超の範囲内であり、白色光は、通常、約1500〜2000度Kより高い色温度において知覚される。
[0033] 低色温度は、通常、より顕著な赤色成分、すなわち、「温かい印象」を有する白色光を示す一方で、高色温度は、通常、より顕著な青色成分、すなわち、「冷たい印象」を有する白色光を示す。一例として、炎は約1,800度Kの色温度を有し、従来の白熱電球は約2848度Kの色温度を有し、早朝の日光は約3,000度Kの色温度を有し、曇った日の真昼の空は約10,000度Kの色温度を有する。約3,000度Kの色温度を有する白色光の下で見られたカラー画像は、比較的赤みの帯びた色調を有する一方で、約10,000度Kの色温度を有する白色光の下で見られたカラー画像は、比較的青みの帯びた色調を有する。
[0034] 「照明ユニット」との用語は、本明細書では、同じ又は異なるタイプの1つ以上の光源を含む装置を指して使用される。所与の照明ユニットは、様々な光源の取付け配置、筐体/ハウジング配置及び形状、並びに/又は、電気及び機械的接続構成の何れか1つを有してもよい。さらに、所与の照明ユニットは、光源の動作に関連する様々な他の構成要素(例えば制御回路)に任意選択的に関連付けられてもよい(例えば含む、結合される、及び/又は一緒にパッケージされる)。「LEDベースの照明ユニット」とは、上記した1つ以上のLEDベースの光源を、単独で又はその他の非LEDベースの光源との組合せで含む照明ユニットを指す。「マルチチャネル」照明ユニットとは、それぞれ異なる放射スペクトルを発生する少なくとも2つの光源を含むLEDベースの又は非LEDベースの照明ユニットを指すものであり、各異なる光源スペクトルは、マルチチャネル照明ユニットの「チャネル」と呼ばれる。
[0035] 「コントローラ」との用語は、本明細書では、一般に、1つ以上の光源の動作に関連する様々な装置を説明するために使用される。コントローラは、本明細書で説明した様々な機能を実行するように、数多くの方法(例えば専用ハードウエアを用いて)で実施できる。「プロセッサ」は、本明細書で説明した様々な機能を実行するように、ソフトウエア(例えばマイクロコード)を使用してプログラムすることのできる1つ以上のマイクロプロセッサを使用するコントローラの一例である。コントローラは、プロセッサを使用してもしなくても実施でき、また、幾つかの機能を実行する専用ハードウエアと、その他の機能を実行するプロセッサ(例えばプログラムされた1つ以上のマイクロプロセッサ及び関連回路)の組み合わせとして実施されてもよい。本開示の様々な実施態様において使用されてもよいコントローラ構成要素の例としては、次に限定されないが、従来のマイクロプロセッサ、特定用途向けIC(ASIC)、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)がある。
[0036] 様々な実施態様において、プロセッサ又はコントローラは、1つ以上の記憶媒体(本明細書では総称的に「メモリ」と呼び、例えばRAM、PROM、EPROM及びEEPROM、フロッピー(登録商標)ディスク、コンパクトディスク、光学ディスク、磁気テープ等の揮発性及び不揮発性のコンピュータメモリ)と関連付けられる。幾つかの実施態様において、記憶媒体は、1つ以上のプロセッサ及び/又はコントローラ上で実行されると、本明細書で説明した機能の少なくとも幾つかを実行する1つ以上のプログラムによって、コード化されてもよい。様々な記憶媒体は、プロセッサ又はコントローラ内に固定されてもよいし、又は、その上に記憶された1つ以上のプログラムが、本明細書で説明した本発明の様々な態様を実施するように、プロセッサ又はコントローラにロードされるように可搬型であってもよい。「プログラム」又は「コンピュータプログラム」との用語は、本明細書では、一般的な意味で、1つ以上のプロセッサ又はコントローラをプログラムするように使用できる任意のタイプのコンピュータコード(例えばソフトウエア又はマイクロコード)を指して使用される。
[0037] 「アドレス可能」との用語は、本明細書では、自分自身を含む複数のデバイスに向けた情報(例えばデータ)を受信して、自分自身に向けられた特定の情報に選択的に応答するデバイス(例えば、光源全般、照明ユニット又は固定具、1つ以上の光源若しくは照明ユニットに関連付けられたコントローラ又はプロセッサ、他の非照明関連デバイス等)を指すために使用される。「アドレス可能」との用語は、多くの場合、ネットワークで結ばれた環境(すなわち、以下に詳細に説明される「ネットワーク」)に関連して使用され、ネットワークで結ばれた環境では、複数のデバイスが何らかの1つ以上の通信媒体を介して互いに結合されている。
[0038] 1つのネットワーク実施態様では、ネットワークに結合された1つ以上のデバイスが、当該ネットワークに結合された1つ以上の他のデバイスのコントローラとしての機能を果たす(例えばマスタ/スレーブ関係において)。別の実施態様では、ネットワークで結ばれた環境は、当該ネットワークに結合されたデバイスのうちの1つ以上を制御する1つ以上の専用コントローラを含む。通常、ネットワークに結合された複数のデバイスは、それぞれ、1つ以上の通信媒体上にあるデータへのアクセスを有するが、所与のデバイスは、例えば、当該デバイスに割り当てられた1つ以上の特定の識別子(例えば「アドレス」)に基づいて、ネットワークとデータを選択的に交換する(すなわち、ネットワークからデータを受信する及び/又はネットワークにデータを送信する)点で、「アドレス可能」である。
[0039] 「ネットワーク」との用語は、本明細書において使用される場合、(コントローラ又はプロセッサを含む)任意の2つ以上のデバイス間及び/又はネットワークに結合された複数のデバイス間での(例えばデバイス制御、データ記憶、データ交換等のための)情報の転送を容易にする2つ以上のデバイスの任意の相互接続を指す。容易に理解されるように、複数のデバイスを相互接続するのに適したネットワークの様々な実施態様は、様々なネットワークトポロジのうちの何れかを含み、様々な通信プロトコルのうちの何れかを使用することができる。さらに、本開示による様々なネットワークにおいて、2つのデバイス間の接続はいずれも、2つのシステム間の専用接続を表わすか、又は、これに代えて非専用接続を表わしてもよい。2つのデバイス用の情報を担持することに加えて、当該非専用接続(例えばオープンネットワーク接続)は、必ずしも2つのデバイス用ではない情報を担持することがある。さらに、容易に理解されるように、本明細書で説明されたデバイスの様々なネットワークは、ネットワーク全体に亘る情報の転送を容易にするために、1つ以上のワイヤレス、ワイヤ/ケーブル、及び/又は光ファイバリンクのリンクを使用できる。
[0040] 「ユーザインターフェース」との用語は、本明細書において使用される場合、人間であるユーザ又はオペレータと、当該ユーザとデバイス間の通信を可能にする1つ以上のデバイスとの間のインターフェースを指す。本開示の様々な実施態様に使用されてもよいユーザインターフェースの例は、次に限定されないが、スイッチ、電位差計、ボタン、ダイアル、スライダ、マウス、キーボード、キーパッド、様々なタイプのゲームコントローラ(例えばジョイスティック)、トラックボール、ディスプレイスクリーン、様々なタイプのグラフィカルユーザインターフェース(GUI)、タッチスクリーン、マイクロホン、及び、人間が生成した何らかの形の刺激を受信し、それに応答して信号を生成する他のタイプのセンサを含む。
[0041] なお、前述の概念及び以下でより詳しく説明する追加の概念のあらゆる組み合わせ(これらの概念が互いに矛盾しないものであることを条件とする)は、本明細書で開示される本発明の主題の一部をなすものと考えられることを理解すべきである。特に、本開示の終わりに登場するクレームされる主題のあらゆる組み合わせは、本明細書に開示される本発明の主題の一部であると考えられる。なお、参照により組み込まれる任意の開示内容にも登場する、本明細書にて明示的に使用される用語には、本明細書に開示される特定の概念と最も整合性のある意味が与えられるべきであることを理解すべきである。
[0042] 図面では、同様の参照符号は、概して、異なる図面を通して同じ部分を指す。また、図面は、必ずしも正確な縮尺ではなく、代わりに本発明の原理を示すことに概して重点が置かれている。
[0054] 上述の通り、既知のリモート制御される調整可能LEDベース白色光源は、一般的に、一定相関色温度を有する白色光源よりもかなり低い効率を有するので、これらは、同じ光出力レベルを生成する為により多くのエネルギーを必要とする。そして特に、リモート制御される調整可能LEDベース白色光源における緑色LEDの使用は、「標準的な」白色光源と比較して低下した効率を示す光源という結果になり得る。
[0055] 従って、出願人らは、効率的に動作可能で、その色を比較的広い色温度範囲に亘って調整又は調節することができる光を出力可能なリモート制御される調整可能相関色温度のLEDベース白色光源を提供することが有益であることを認識及び理解した。
[0056] 上記に鑑みて、本発明の様々な実施形態及び実施は、ライム色成分を含む3つの選択された色の光成分を混合するリモート制御される調整可能相関色温度のLEDベース白色光源及びこのリモート制御される調整可能相関色温度のLEDベース白色光源を含む照明ユニットに関する。
[0057] 図1は、様々な温度の黒体光源の色度(黒体軌跡)及び等相関色温度線も示すCIE1931色空間色度図を示す。一般的に、高い色温度を有する光は、青みを帯びた白色光であると見なされ、低い色温度を有する光は、温白色光であると見なされ、青みを帯びた白色光と温白色光との間の色温度を有する光は、中立の白色光であると見なされ得る。オフホワイト光は、中立の白色光の近くであるが、図1に示される黒体線から上部に少し離れて位置付けられる色温度を有する光であると見なされ得る。
[0058] 本特許出願の目的の為に、温白色光は、座標が以下の表1に示される頂点によって境界付けられる領域内に色が存在する光として定義され、昼白色光は、座標が以下の表2に示される頂点によって境界付けられる領域内に色が存在する光として定義され、オフホワイト光は、座標が以下の表3に示される頂点によって境界付けられる領域内に色が存在する光として定義される。
[0059] 一般的に、例えば2000K〜6500K又は更に広く及ぶ範囲に亘って調整可能な、広い調整可能相関色温度範囲を有した白色光源を提供することが望ましい。
[0060] 出願人らは、広い調整可能相関色温度範囲を有する白色光源を、3つの特定の色成分を有する光を様々な比率で混合することによって達成することができることを発見した。より具体的には、出願人らは、その様な白色光源を、青色光、赤橙色光及びライム色光を用いることによって達成することができることを発見した。
[0061] 図2は、調整可能色温度を有する白色光を提供する為に調整可能相関色温度のLEDベース白色光源によって用いられ得る3つの色成分をCIE1931色空間に示す。具体的には、図2は、青色成分、赤橙色成分、及びライム色成分を様々な比率で用いることによって生成することのできる白色光の調整可能範囲を示す。青色、ライム色、及び赤橙色(又は赤色)成分の組み合わせは、比較的高い効率、良い演色評価数(CRI:color rendering index)、及び広い色三角(従って広い色温度調整範囲)を有する調整可能白色光源を生み出すことができる。
[0062] 図2から分かる通り、青色成分からの色三角上の頂点は、調整可能色温度範囲に過度な損失無く若干内側へ移動させることができる。従って、一部の実施形態において用いられ得る代替構成は、青みを帯びた白色、ライム色、及び赤橙色(又は赤色)成分の組み合わせである。
[0063] 一般的に、ライム色成分は、550nm〜580nmの範囲の波長のピーク出力を有する光、特に560nmで又はその付近で高飽和状態にされる光であると見なされ得る。
[0064] 有益には、ライム色光成分は、座標が以下の表4に示される頂点によって境界付けられる領域内に色が存在する光である。
[0065] 更に一層有益には、ライム色光成分は、座標が以下の表5に示される頂点によって境界付けられる領域内に色が存在する光である。
[0066] 図3は、調整可能相関色温度のLEDベース白色光源のライム色成分として用いられ得る色の範囲をCIE1931色空間に示す。具体的には、図3は、CIE1931色空間上に、上記の表4及び表5によって定義された領域の座標をプロットしている。
[0067] しかしながら、現時点では、ライム色LEDは、広く及び容易に入手可能ではない。また、近い将来ライム色LEDが広く及び容易に入手可能となるかどうかは未知である。更に、たとえライム色LEDが広く及び容易に入手可能となるとしても、それらが、割増価格を設定する特殊コンポーネントとなり得る可能性がある。ライム色成分を生成する為に低コスト及び広く入手可能なコンポーネントを使用することが望ましい。
[0068] 従って、出願人らは、ライム色LEDの必要無く、LEDベース白色光源においてライム色成分を提供することが望ましいと判断した。
[0069] LEDベース白色光源を製造する為の1つの選択肢は、1つ又は複数の青色LED及び1つ又は複数の赤色LEDからの光を、青色光からライム光へと変換する色変換素子を含む混合キャビティ又はチャンバ等の混合デバイスにおいて結合させることである。図4は、色変換を用いるLEDベース白色光源の色成分をCIE1931に示す。具体的には、図4は、1つ又は複数の赤色又は赤橙色LEDによって生成され得る赤色又は赤橙色成分、及び1つ又は複数の青色LEDによって生成され得る青色成分を含む構成を示す。ここで及び特許請求の範囲では、青色LEDは、商業的に「青色」と一般的に呼ばれ、460〜490nmの主波長を有するLED、及び商業的に「ロイヤルブルー」又は「ディープブルー」と一般的に呼ばれ、440nm〜460nmの範囲のピーク波長を有するLEDを含むものと定義されることが理解される。
[0070] 図4に示される通り、青色成分は、光変換材料によってライム色成分へと変換される。ライム色成分は、青色LED上部にリモート蛍光体を配置することによって、例えば、赤色(又は赤橙色)LEDからの赤色(又は赤橙色)光及び青色LEDからの青色光が混合される混合チャンバをコーティングすることによって生成することができる。リモート蛍光体は、青色光をライム色光へと変換する。但し、この構成においては、色温度の調整能力は失われる。
[0071] 図5は、所望の範囲に亘って調整可能色温度を有する白色光を提供する為に調整可能相関色温度のLEDベース白色光源の一実施形態によって用いられ得る色成分をCIE1931色空間に示す。具体的には、図5は、どの様に、白色成分をライム色に変換することができるか及び青色成分が低飽和青色、比較的青みを帯びた白色又は青みを帯びたオフホワイト色に変換され、それによって、赤色又は赤橙色成分との組み合わせで、所望の範囲に亘って調整可能な色温度を有する白色光を生成することができるかを示す。例えば、白色成分、青色成分及び赤色又は赤橙色成分は全て、白色及び青色成分のこの色変換を行えるように中程度の変換効率を持つ半透明リモート蛍光体を通過させられても良い。リモート蛍光体は、赤色(又は赤橙色)光を全く又はほとんど変換しない場合がある。有益には、この構成は、たった3つの異なる色成分を用いながら、所望の範囲に亘って調整可能色温度を有する白色光を提供することができる。
[0072] 図6は、図5に示された色成分を用い得る調整可能相関色温度のLEDベース光源600の一実施形態例を示す。光源600は、基板若しくはキャリア615上に搭載された複数のLED610及び光変換材料630が設けられる光出射窓640を有する混合チャンバ又はキャビティ620を含む。
[0073] LED610は、第1の色を有する第1の光を発するように構成された1つ又は複数の第1のLED612、第2の色を有する第2の光を発するように構成された1つ又は複数の第2のLED614、及び第3の色を有する第3の光を発するように構成された1つ又は複数の第3のLED616を含む。有益には、第1のLED612、第2のLED614、及び第3のLED616は、第1の光、第2の光、及び第3の光の相対比率をLEDベース光源600によって生成される白色光の色温度が異なるように調節することができる様に個々に指定可能又は制御可能である。
[0074] 混合チャンバ620は、第1の光、第2の光、及び第3の光を混合し、光出射窓640を通して混合光を出力する。混合チャンバ620の他に、他のタイプの混合デバイスが用いられても良い。
[0075] 光変換材料630は、混合チャンバ620の光出射窓640に設けられた半透明リモート蛍光体又はリン材料を含み得る。一部の実施形態では、光変換材料630は、混合チャンバ620の光出射窓640上のコーティングとして設けられても良い。他の実施形態では、光変換材料630は、混合チャンバ620の光出射窓640を形成する材料内に組み込まれても良く、例えば材料のマトリクス内に組み込まれても良い。光変換材料630は、第1の光をライム色光へと変換する。
[0076] 一部の実施形態では、第1のLED612は白色LEDであり、第2のLED614は、青色又はシアン色LEDであり、第3のLED616は、赤色又は赤橙色LEDである。第1のLED612は、上記に定義された様な温白色LED、中立の白色LED、又はオフホワイトLEDを含み得る。しかしながら、一般的に、色温度が6000°Kを超える(例えば7000°K)青みを帯びた白色LEDは、温白色LED、中立の白色LED、又はオフホワイトLEDよりも高い効率を有する。従って、第1のLED612は、代わりに、青みを帯びた白光LEDを含んでも良い。これは、効率の向上を提供し得るが、低い色温度における調整範囲の幾分の損失を伴う可能性がある。
[0077] 光変換層630は、白色光をライム色へと変換することができ、青色光を低飽和青色又は比較的青みを帯びたオフホワイト色へと変換することができる。光変換材料630は、第3のLED616の赤色(又は赤橙色)光を全く又はほとんど変換しない場合がある。具体的には、光変換材料630は、例えば、第1のLED612からの白色光の青色成分及び第2のLED614からの青色光の主又は一次波長の差により、第2のLED614からの青色光を変換するよりも高い効率で、第1のLED612からの白色光の青色成分をライム色光へと変換することができる。例えば、第1のLED612からの白色光は、光変換材料630がより高い変換効率を有する440nm又はその付近の波長を有する青色成分を有することができ、第2のLED614からの青色光は、光変換材料630がより低い変換効率を有する480nmの一次又は主波長を有することができる。有益には、光変換材料630は、白色光をライム色光へと変換する為に、例えば40〜65%の中程度の変換効率を有する。ある実施形態例では、変換効率は、55%でも良い。ある実施形態では、光変換材料は、LuAGを含む。青みを帯びた白色LEDが、中立の白色、温白色、又はオフホワイト色LEDの代わりに使用される場合、光変換材料630の変換効率は、20%まで低くても良い。
[0078] 他の実施形態では、第1のLED612は、第1の主又は一次波長を有する第1の光を発する青色LEDであり、第2のLEDは、第2の主又は一次波長を有する第2の光を発する青色LEDであり、第3のLEDは、赤色又は赤橙色LEDである。具体的には、第1のLED612は、460nm未満(例えば445nm)の一次波長を有する青色光を発することができ、第2のLEDは、460nmを超える(例えば465nm又は480nm)一次波長を有する青色又はシアン色光を発することができ、光変換材料630は、第2のLED614によって発せられる第2の光の一次波長においてよりも、第1のLED612によって発せられる第1の光の一次波長においてより高い変換効率を有し得る。
[0079] 上記の構造の結果、LEDベース光源600は、3つの個々に指定可能な色:ライム色、青色又は青みを帯びたオフホワイト色、及び赤色又は赤橙色を提供することができ、これらの各々の相対レベルは、LEDベース光源600に所望の強度及び色温度を有する白色光を放たせるように調整することができる。
[0080] 有益には、LEDベース光源600は、たった3つの異なる色のLEDを用いながら、所望の範囲に亘って調整可能な色温度を有する白色光を提供することができ、これは、LEDベース光源600のコスト及び複雑性を低下させ得る。
[0081] 図7は、照明ユニット700のブロック図である。照明ユニット700は、調整可能相関色温度のLEDベース光源600、照明コントローラ720、及びユーザインターフェース730を含む。
[0082] 調整可能相関色温度のLEDベース光源600は、図7に示され、図6に関して上述した様な第1のLED612、第2のLED614、及び第3のLED616、並びに図示を簡単にする為に図7では示されない混合デバイス620及び光変換材料630を含む。
[0083] 照明コントローラ720は、LEDベース光源600によって出力される光の強度及び色温度を調節又は制御する為に、駆動又は制御信号722、724、及び726を第1のLED612、第2のLED614、及び第3のLED616へとそれぞれ供給する。具体的には、照明コントローラ720は、LEDベース光源600によって出力される光に関してユーザによって選択された1つ又は複数の特性(例えば強度及び/又は色温度)を示す、ユーザインターフェース730によって生成された1つ又は複数の制御信号を受信し得る。これに応答して、照明コントローラ720は、LEDベース光源600に選択された特性を有する光を放たせるように供給される適切な駆動又は制御信号722、724、及び726を決定する。
[0084] ユーザインターフェース730は、ディスプレイスクリーン、タッチスクリーン、マウス、キーボード、タッチパッド、1つ若しくは複数のスライダコントロール、1つ若しくは複数のつまみ、並びに/又は例えばLEDベース光源600によって出力される光の強度及び色点を含むLEDベース光源600によって出力される光の1つ若しくは複数のパラメータをユーザが選択することを可能にする他のデバイスを含み得る。ユーザインターフェース730は、照明ユニット700のメモリデバイスに保存され、照明ユニット700のマイクロプロセッサによって制御される1つ又は複数のソフトウェアルーティンと共に動作し得る。
[0085] 一部の実施形態では、LEDベース光源600は、照明ネットワーク内に含まれても良い。これらの実施形態では、照明コントローラ720は、例えば照明コントローラ720と光源との間のネットワーク接続を用いて、LEDベース光源600に加えて1つ又は複数の他の照明デバイスを制御しても良い。
[0086] 図8は、第1の色温度に調整された場合の調整可能相関色温度のLEDベース光源の一実施形態例によって出力され得る光のスペクトル例を示す。
[0087] 具体的には、図8は、3つのLEDタイプ:青みを帯びた白色LED(CCT約5500K)、青色LED、及び赤色LEDから成るLEDベース光源600によって生成され得るスペクトル例を示す。この例では、青色LEDは、450nmの一次又は主波長を有し、青みを帯びた白色LEDは、蛍光体変換LEDであり、このLEDは、450nmの一次又は主波長を有し、YAG蛍光体によって青みを帯びた白色光へと変換される。これらのLED上部に、例えばLuAG蛍光体を含むリモート蛍光体成分が配置される。図8は、青色LED及び赤色LEDのみが駆動された場合にこの構成によって生成され得る12000KのCCT(黒体上で)に対応するスペクトル例を示す。
[0088] 図9は、2200Kの第2の色温度(黒体上で)に調整された場合の上記の構造を有する調整可能相関色温度のLEDベース光源によって出力され得る光のスペクトル例を示し、これは、青みを帯びた白色LED及び赤色LEDのみが駆動された場合にこの構成によって生成され得る。
[0089] 図10及び図11は、2200K〜12000K間の全ての相関色温度(CCT)が上記の構造を有する実施形態例によって生成され得ることを示す。図10は、CCTの関数として演色評価数(CRI)及び赤色演色評価数R9を示し、図11は、CCTの関数として、異なる色のLEDの相対的寄与を示す。
[0090] 図12は、調整可能相関色温度のLEDベース光源1200の別の実施形態例を示す。光源1200は、基板又はキャリア1215上に搭載された複数のLED1210、光出射窓1240を有する混合チャンバ又はキャビティ1220、及び光変換材料1230が設けられるカバー部材1250を含み、光変換材料1230は、例えば、カバー部材1250上にコーティングされてもカバー部材1250を形成する材料に組み込まれても良い。
[0091] LED1210は、第1の色を有する第1の光を発するように構成された1つ又は複数の第1のLED1212、第2の色を有する第2の光を発するように構成された1つ又は複数の第2のLED1214、及び第3の色を有する第3の光を発するように構成された1つ又は複数の第3のLED1216を含む。有益には、第1のLED1212、第2のLED1214、及び第3のLED1216は、第1の光、第2の光、及び第3の光の相対比率をLEDベース光源1200によって生成される白色光の色温度が異なるように調節することができる様に個々に指定可能又は制御可能である。有益には、第1のLED1212及び第3のLED1216は、例えば青色LED等の同じ色のLEDでも良く、第1の色は、第3の色と同じでも良い。第2のLED1214は、赤色又は赤橙色LEDで良い。
[0092] カバー1250は、光変換材料1230が第1のLED1212からの第1の光のみをライム色光へと変換するように第1のLED1212の上部にのみ配置される。光変換材料1230は、カバー部材1250上にコーティングされた半透明リモート蛍光体又はリン材料を含んでも良い。
[0093] 混合チャンバ1220は、カバー1250から出力されたライム色を有する変換された第1の光を受け取るように、第2のLED1214からの第2の光を受け取るように、並びに第3のLED1216からの第3の光を受け取るように、第1の光、第2の光、及び第3の光を混合するように、並びに出射窓1240から混合光を出力するように構成される。混合チャンバ1220以外に、他のタイプの混合デバイスが用いられても良い。
[0094] 上記の構造の結果、LEDベース光源1200は、3つの個々に指定可能な色:ライム色、青色及び赤色又は赤橙色を提供することができ、これらの各々の相対レベルは、LEDベース光源1200に所望の強度及び色温度を有する白色光を放たせるように調整することができる。
[0095] 幾つかの発明実施形態を本明細書に説明し例示したが、当業者であれば、本明細書にて説明した機能を実行するための、並びに/又は、本明細書にて説明した結果及び/若しくは1つ以上の利点を得るための様々な他の手段及び/若しくは構造体を容易に想到できよう。また、このような変更及び/又は改良の各々は、本明細書に説明される発明実施形態の範囲内であるとみなす。より一般的には、当業者であれば、本明細書にて説明されるすべてのパラメータ、寸法、材料、及び構成は例示のためであり、実際のパラメータ、寸法、材料、及び/又は構成は、発明教示内容が用いられる1つ以上の特定用途に依存することを容易に理解できよう。当業者であれば、本明細書にて説明した特定の発明実施形態の多くの等価物を、単に所定の実験を用いて認識又は確認できよう。したがって、上記実施形態は、ほんの一例として提示されたものであり、添付の請求項及びその等価物の範囲内であり、発明実施形態は、具体的に説明された又はクレームされた以外に実施可能であることを理解されるべきである。本開示の発明実施形態は、本明細書にて説明される個々の特徴、システム、品物、材料、キット、及び/又は方法に関する。さらに、2つ以上のこのような特徴、システム、品物、材料、キット、及び/又は方法の任意の組み合わせも、当該特徴、システム、品物、材料、キット、及び/又は方法が相互に矛盾していなければ、本開示の本発明の範囲内に含まれる。
[0096] 本明細書にて定義されかつ用いられた定義はすべて、辞書の定義、参照することにより組み込まれた文献における定義、及び/又は、定義された用語の通常の意味に優先されて理解されるべきである。
[0097] 本明細書及び特許請求の範囲にて使用される「a」及び「an」の不定冠詞は、特に明記されない限り、「少なくとも1つ」を意味するものと理解されるべきである。
[0098] 本明細書及び特許請求の範囲に用いられるように、1つ以上の要素を含むリストを参照した際の「少なくとも1つ」との表現は、要素のリストにおける任意の1つ以上の要素から選択された少なくとも1つの要素を意味すると理解すべきであるが、要素のリストに具体的に列挙された各要素の少なくとも1つを必ずしも含むわけではなく、要素のリストにおける要素の任意の組み合わせを排除するものではない。この定義は、「少なくとも1つの」との表現が指す要素のリストの中で具体的に特定された要素以外の要素が、それが具体的に特定された要素に関係していても関連していなくても、任意選択的に存在してもよいことを可能にする。
[0099] さらに、特に明記されない限り、本明細書に記載された2つ以上のステップ又は動作を含むどの方法においても、当該方法のステップ又は動作の順番は、記載された方法のステップ又は動作の順序に必ずしも限定されないことを理解すべきである。
[0100] 請求項において、括弧内に登場する任意の参照符号は、便宜上、提供されているに過ぎず、当該請求項をいかようにも限定することを意図していない。