(57)【要約】  本発明は、入力電圧ＶｉをストリングＳＴに印加するように構成されたＡＣ電圧源２０に機能的に接続されているいくつかの発光ダイオード（ＬＥＤ）素子１０を含むストリングＳＴを含む発光ダイオード（ＬＥＤ）素子照明システム１を提供し、ストリングＳＴは複数のセグメントＳ１、Ｓ２、Ｓ３、…を含み、各セグメントＳ１、Ｓ２、Ｓ３、…は発光ダイオード（ＬＥＤ）素子１０のうちの少なくとも１つ又は複数を含み、発光ダイオード（ＬＥＤ）照明システム１は、入力電圧Ｖｉが第１の閾値よりも大きいときに、ストリングＳＴ中において入力電圧Ｖｉによって駆動される第１のセグメントＳ１を接続し、入力電圧Ｖｉが第１の閾値よりも大きい第２の閾値よりも大きいときに、ストリング中において入力電圧Ｖｉによって駆動される第１のセグメントＳ１及び第２のセグメントＳ２を接続するように構成され、各ＬＥＤ素子１０は、青色ＬＥＤ放射１０１を発生するように構成された発光ダイオード１００を含み、第１のセグメントＳ１は、第２の光ルミネセンス材料を含むＬＥＤ素子２１０を含み、第２の光ルミネセンス材料を含むＬＥＤ素子２１０は、（ａ）発光ダイオード１００と、（ｂ）ＬＥＤ放射１０１の少なくとも一部を可視の第２の変換放射２３１に変換するように構成された第２の光ルミネセンス材料２３０とを含み、第２の光ルミネセンス材料２３０は、１ｍｓ未満の第２の変換放射２３１の減衰時間だけを有し、第２のセグメントＳ２は、第１の光ルミネセンス材料を含むＬＥＤ素子１１０を含み、各ＬＥＤ素子１１０は、（ａ）発光ダイオード１００と、（ｂ）ＬＥＤ放射１０１の少なくとも一部を可視の第１の変換放射１３１に変換するように構成された第１の光ルミネセンス材料１３０とを含み、第１の光ルミネセンス材料１３０は、１〜５００ｍｓの範囲の第１の変換放射１３１の減衰時間だけを有する。
2018525771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ストリングに入力電圧を印加するＡＣ電圧源に機能的に接続されている複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）素子を含む当該ストリングを含む、ＬＥＤ照明システムであって、前記ストリングは、複数のセグメントを含み、前記セグメントの各々は、前記ＬＥＤ素子のうちの少なくとも１つ又は複数を含み、
前記ＬＥＤ照明システムは、入力電圧が第１の閾値よりも大きいときに、前記ストリング中において前記入力電圧によって駆動される第１のセグメントを接続し、前記入力電圧が前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値よりも大きいときに、前記ストリング中において前記入力電圧によって駆動される前記第１のセグメント及び第２のセグメントを接続し、
前記ＬＥＤ素子の各々は、青色ＬＥＤ放射を発生する発光ダイオードを含み、
前記第１のセグメントは、第２の光ルミネセンス材料を含むＬＥＤ素子を含み、前記第２の光ルミネセンス材料を含むＬＥＤ素子は、（ａ）発光ダイオードと、（ｂ）ＬＥＤ放射の少なくとも一部を可視の第２の変換放射に変換する第２の光ルミネセンス材料とを含み、前記第２の光ルミネセンス材料は、１ｍｓ未満の第２の変換放射の減衰時間のみを有し、
前記第２のセグメントは、第１の光ルミネセンス材料を含むＬＥＤ素子を含み、前記ＬＥＤ素子の各々は、（ａ）前記発光ダイオードと、（ｂ）前記ＬＥＤ放射の少なくとも一部を可視の第１の変換放射に変換する第１の光ルミネセンス材料とを含み、前記第１の光ルミネセンス材料は、１〜５００ｍｓの範囲内の第１の変換放射の減衰時間のみを有する、ＬＥＤ照明システム。
【請求項２】
前記第１の光ルミネセンス材料は、５〜１００ｍｓの範囲の前記第１の変換放射の減衰時間を有する、請求項１に記載のＬＥＤ照明システム。
【請求項３】
前記第１の光ルミネッセンス材料は、赤色の前記第１の変換放射を提供する、請求項１に記載のＬＥＤ照明システム。
【請求項４】
前記第１の光ルミネセンス材料は、Ｍｎ（ＩＶ）光ルミネセンス材料からなる群から選択された赤色光放射光ルミネセンス材料を含む、請求項３に記載のＬＥＤ照明システム。
【請求項５】
前記第１の光ルミネセンス材料は、四価マンガンでドープされたタイプＭ２ＡＸ６の光ルミネセンス材料を含み、Ｍはアルカリカチオンを含み、Ａは四価カチオンを含み、Ｘは、少なくともフッ素を含む一価アニオンを含み、Ｍは、カリウムを含み、Ａは、チタンを含む、請求項３に記載のＬＥＤ照明システム。
【請求項６】
前記第１の光ルミネセンス材料は、緑色及び黄色の前記第１の変換放射のうちの１つ又は複数を供給する光ルミネセンス材料を含む、請求項１に記載のＬＥＤ照明システム。
【請求項７】
前記第１の光ルミネセンス材料は、二価ユウロピウム含有光ルミネセンス材料並びに二価ユウロピウム及び二価マンガン含有光ルミネセンス材料からなる群から選択され、前記第１の光ルミネセンス材料は、（ｉ）Ｅｕ２＋及びＭｎ２＋でドープされたクロロシリケート、（ｉｉ）Ｅｕ２＋及びＭｎ２＋でドープされた（オキシ）窒化物、及び（ｉｉｉ）Ｅｕ２＋及びＭｎ２＋でドープされたアルミナートからなる群から選択される、請求項６に記載のＬＥＤ照明システム。
【請求項８】
前記第１の光ルミネセンス材料は、Ｍ３Ａ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋を含み、Ｍは、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｂ、Ｇｄ、及びＬｕからなる群から選択され、Ａは、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｃ、及びＩｎからなる群から選択され、Ｍは、少なくともＧｄを含み、Ａは、少なくともＡｌ及びＧａを含み、前記第２の光ルミネセンス材料は、前記ＬＥＤ放射の少なくとも一部を赤色の第２の変換放射に変換する、請求項１に記載のＬＥＤ照明システム。
【請求項９】
前記第１の変換放射及び前記第２の変換放射は異なる色を有する、請求項１に記載のＬＥＤ照明システム。
【請求項１０】
前記セグメントの１つ又は複数と並列に、コンデンサが配置され、前記セグメントの間に、ダイオードが配置される、請求項１に記載のＬＥＤ照明システム。
【請求項１１】
ＬＥＤ照明システムは、前記第１の光ルミネセンス材料を含む１つ又は複数のセグメントを含み、１つ又は複数の他のセグメントは前記第１の光ルミネセンス材料を含まず、前記第１の光ルミネセンス材料を含まない１つ又は複数のセグメントのうちの１つ又は複数と並列に、コンデンサが配置される、請求項１に記載のＬＥＤ照明システム。
【請求項１２】
前記第１の光ルミネセンス材料は、緑色及び黄色の前記第１の変換放射のうちの１つ又は複数を供給する光ルミネセンス材料を含むＬＥＤ素子を含む、請求項１に記載のＬＥＤ照明システム。
【請求項１３】
前記第１のストリング中のＬＥＤ素子の数は、前記第２のストリング中のＬＥＤ素子の数よりも多い、請求項１に記載のＬＥＤ照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にタップリニアドライバ原理に基づくＡＣ駆動発光ダイオード照明システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体照明に関連する光ルミネセンス材料の使用が当技術分野において知られている。例えば、米国特許出願公開第２０１４／０２６５９２１号は、発光デバイスが、固体照明光源と、固体照明光源によって放出された放射の少なくとも一部をダウンコンバートするためのルミノフォリック媒体とを含むことを記載している。ルミノフォリック媒体は、固体照明光源によって放出された放射を第１のピーク波長を有する放射にダウンコンバートし、第１の減衰時間を有する第１の材料を含む。ルミノフォリック媒体は、固体照明光源によって放出された放射を第２のピーク波長を有する放射にダウンコンバートし、第１の減衰時間よりも長い第２の減衰時間を有する第２の材料を含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＡＣ−ＬＥＤは、大幅に少ない電力成分しか必要とせず、（したがって）、システムコストの低減及び信頼性の向上がＤＣ  ＬＥＤと比較してＡＣ−ＬＥＤで得られるので、ＡＣ−ＬＥＤは将来のＬＥＤデバイスの動向と考えられる。それにもかかわらず、現在のＡＣ−ＬＥＤには、その適用を限定するいくつかの基本的な欠点がある。一番の欠点はフリッカであり、それは、例えば１００Ｈｚ（サイクル当たり１０ｍｓ）のＡＣ周波数による非線形電圧変動によって引き起こされる。そのようなフリッカは、かなりのストロボ効果を引き起こし、人間の健康に害を及ぼすことがある。したがって、フリッカの低減が望まれる。
【０００４】
フリッカ指数計算式によれば、所与のパーセントフリッカ値（パーセント単位のρ）に対して、ストロボ効果（Ｈｚ単位のｆｂ）の受容性と非受容性との間の境界線に対応するゼロのレーティングの周波数は、以下のように計算される。
ｆｂ＝１３０ｌｏｇρ−７３  （式Ｓ１）
【０００５】
所与のフリッカ周波数（Ｈｚ単位のｆ）に対して、式Ｓ１で計算した境界線周波数（Ｈｚ単位のｆｂ）を使用して、結果として生じる受容性（ａ、上述の尺度に基づく）は、以下のように推測される。
ａ＝２−４／（１＋ｆ／ｆｂ）  （式Ｓ２）
【０００６】
ＡＳＳＩＳＴ（固体照明システム及び技術の連合（Ｔｈｅ  Ａｌｌｉａｎｃｅ  ｆｏｒ  Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ））によれば、１００Ｈｚにおける安全フリッカ深さは約０．２４である。０．３６より上の深さは中間リスクと見なされ、０．７は高リスクであると見なされる。
【０００７】
そのようなフリッカは、例えばコンデンサを使用するなどの、多くの電力構成要素を含む電流リップルフィルタ処理回路を導入することによって取り除かれるか又は低減される。しかしながら、この解決策は、大きいドライバスペース、低い信頼性、及び余分なコストを伴うのでＡＣ−ＬＥＤ概念の適用と若干対立するように見える、すなわち、ＡＣ−ＬＥＤ原理が避けようとする態様である。
【０００８】
さらに、フリッカは、長時間フォトルミネッセンス減衰蛍光体（ＰＬ減衰時間が、１００ｎｓ〜１０μｓのＰＬ減衰時間をもつ典型的な短時間減衰蛍光体と比較して、１００ｍｓを超えており、例えば、５００ｍｓさえ超えているなどである）を採用することによって取り除かれる。それにもかかわらず、青色吸収をもつそのような長時間減衰蛍光体は、残念ながら、光変換効率がかなり低いようであった。したがって、それらは、青色発光ＬＥＤに基づく現在のＡＣ−ＬＥＤシステムに使用するには適していない。それゆえに、やはり、これは、残念ながら、１つの適用可能な解決策ではない。
【０００９】
米国特許出願公開第２０１３１８７５５６Ａ１号は、照明用途のための長時間減衰蛍光体を開示している。それは、ＡＣ幹線入力間に直接接続されたＬＥＤに加えて長時間減衰蛍光体と従来の赤色蛍光体との両方を含む。米国特許出願公開第２０１２２２９０３８Ａ１号は、ＡＣ  ＬＥＤ照明用途のためのミリ秒減衰蛍光体を開示しており、それは、この蛍光体と赤色蛍光体とをさらに含む。それらの先行技術の欠点は、長時間減衰蛍光体が、低効率であり、すべてのＬＥＤに電力を供給するＡＣ幹線から全電力を受け取るので効率が低いことである。
【００１０】
したがって、本発明の一態様は、好ましくはさらに上述の欠点のうちの１つ又は複数を少なくとも部分的に除去する交流ＬＥＤベース照明システムを提供することである。特に、本発明の一態様は、特に最少の電気構成要素による、高信頼性で、比較的安価で、頑強なＬＥＤベース照明システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
驚いたことに、受容可能なフリッカを達成するのに完全に長い減衰の蛍光体カプセル封入を有するＬＥＤを使用することが必要ではないことが分かった。低いフリッカ深さは、例えば、約５〜１００ｍｓの減衰時間をもつ中間時間ＰＬ減衰蛍光体を有するＬＥＤと従来の短時間ＰＬ減衰蛍光体を有するＬＥＤとを混合することによって達成可能である。そのような蛍光体（本明細書では「光ルミネセンス材料」としても示される）の非常に好適な例は、約６３０ｎｍで発光し約１０ｍｓの減衰時間を示すＫ２ＴｉＦ６：Ｍｎ４＋及び同じクラスの他の蛍光体である。例えばこれらの中間時間減衰蛍光体に基づいて、驚いたことに、極めて低い容量要件でフリッカを低減することが可能であるようであった。一実施形態では、少なくとも２つのＬＥＤチャネル、すなわち、中間時間／長時間減衰蛍光体カプセル封入で製作されたもの及び短時間減衰カプセル封入によるものが使用され、コンデンサ低減可能性に関して非常に良好な結果であった。それにもかかわらず、コンデンサが適用されるが、かなり低減されたコンデンサが、短時間減衰蛍光体だけをもつチャネルの間隙を充填するために適用される。したがって、本発明は、容量への最小条件を大いに低減することができる。それゆえに、固体コンデンサを使用して、システムコスト及びドライバサイズをはるかに高い電力で維持することができる。フリッカ深さは、例えば、フリッカの安全曲線より下に約２０％以下まで低減される。
【００１２】
したがって、第１の態様では、本発明は、ストリング（ＳＴ）に入力電圧（Ｖｉ）を印加するように構成されたＡＣ電圧源に機能的に接続されているいくつかの発光ダイオード（ＬＥＤ）素子を含むストリング（ＳＴ）を含む発光ダイオード（ＬＥＤ）照明システム（「システム」又は「デバイス」としても示される）を提供し、ストリングは複数のセグメントを含み、各セグメントは発光ダイオード（ＬＥＤ）素子のうちの少なくとも１つ又は複数を含み、発光ダイオード（ＬＥＤ）照明システムは、入力電圧が第１の閾値よりも大きいときに、ストリング中において入力電圧によって駆動される第１のセグメントを接続し、入力電圧が第１の閾値よりも大きい第２の閾値よりも大きいときに、ストリング中において入力電圧によって駆動される第１のセグメント及び第２のセグメントを接続するように構成され、各ＬＥＤ素子は、ＬＥＤ放射、特に青色ＬＥＤ放射を発生するように構成された発光ダイオードを含み、第１のセグメントは、第２の光ルミネセンス材料を含むＬＥＤ素子を含み、第２の光ルミネセンス材料を含むＬＥＤ素子は、（ａ）発光ダイオードと、（ｂ）ＬＥＤ放射の少なくとも一部を可視の第２の変換放射に変換するように構成された第２の光ルミネセンス材料とを含み、第２の光ルミネセンス材料は、１ｍｓ未満の第２の変換放射の減衰時間だけを有し、第２のセグメントは、第１の光ルミネセンス材料を含むＬＥＤ素子を含み、各ＬＥＤ素子は、（ａ）発光ダイオードと、（ｂ）ＬＥＤ放射の少なくとも一部を可視の第１の変換放射に変換するように構成された第１の光ルミネセンス材料とを含み、第１の光ルミネセンス材料は、１〜５００ｍｓの範囲内の第１の変換放射の減衰時間（放射減衰時間）だけを有する。
【００１３】
したがって、そのようなシステムにより、フリッカは、多くのコンデンサを実質的に必要とすることなしに低減される。さらに、比較的頑強で安価なシステムが、最大フリッカに関してなどの光学条件に応じて、提供される。
【００１４】
上述で示したように、照明システムは、入力電圧（Ｖｉ）をストリング（ＳＴ）に印加するように構成されたＡＣ電圧源に機能的に接続されているいくつかの発光ダイオード（ＬＥＤ）素子を含むストリング（ＳＴ）を含む。この入力電圧は、ＡＣ電圧が印加されたとき変動する。ＡＣ電圧源は、ストリングを含む電気（ドライバ）回路に電力を供給する。全サイクル整流器などの整流器が、オプションとして、ＡＣ電圧源の交番極性を正電圧に変換するために使用される。そのような整流器は、例えば、ＡＣ電圧源を正電圧に変換する４つのダイオードをもつ全波ブリッジ整流器を含む。この（整流された）ＡＣ電圧は、ＬＥＤストリングの上部に供給される。ストリングは、セグメント又はサブストリングに分割され、それらは直列に接続される。セグメントは、特に複数のＬＥＤ素子を含む場合、時には「バンク」（ＬＥＤ素子の）としても示される。セグメント中のＬＥＤ素子の数は、各セグメントに対して同一であってもよいが、さらに、ＬＥＤ素子の数が等しくないセグメントがあってもよい。さらに、セグメント中のＬＥＤ素子は、直列又は並列に構成される。さらに、組合せが適用されてもよく、さらに、組合せはセグメントごとに異なってもよい。さらに、単一のＬＥＤ素子をもつ１つ又は複数のセグメントが存在することもできる。「ＬＥＤ素子」という用語は、ストリング中のＬＥＤ素子が変換器なしに青色ＬＥＤなどのＬＥＤを含むときに適用されるが、ストリング中のＬＥＤ素子が、変換器を含む青色ＬＥＤなどのＬＥＤをさらに含むときに適用される（以下も参照）。
【００１５】
したがって、ストリング中のＬＥＤ素子の数は、ストリングに含まれるセグメントの数が変化するとき順応可能である。システムは、入力電圧の関数としてセグメントの数を含むように構成される。最も高い電圧では、すべてのセグメントが含まれ、一方、電圧が増加するか又は電圧が減少するにつれて、ストリングに含まれるセグメントの数は、付随して、増加するか又は減少する。
【００１６】
さらに、ＬＥＤ照明システム、特に電気（ドライバ）回路は、電流制御ユニットを含む。特に、各セグメントは、そのような電流制御ユニットに機能的に結合される。そのような電流制御ユニットは、特に、各セグメント又はサブストリングの底部に配置される。電流制御ユニットは、特に、電流制御ユニット（特にスイッチ）を通る電流を許容又は阻止できるようにするスイッチを含む。したがって、それぞれのセグメントが、特定の段階で、ストリング中の最後のセグメントであるか又はストリング中の（最後の要素）でないかに応じて、電流制御ユニットは有効にされるか又は無効にされる。回路は、さらに、自己整流回路であってもよいことに留意されたい。使用中、最初に、第１の電流制御ユニット（第１のセグメントに関連づけられる）は、有効にされるが、（整流された）ＡＣ電圧Ｖｉが第１の電流制御ユニットから上流のＬＥＤ素子に順バイアスをかけるのに十分な高さに上昇するまで電流を伝導しない、すなわち、第１のセグメントのＬＥＤ素子はバイアスをかけられる（すべての他の電流制御ユニットは無効にされる）。しかしながら、第１の電流制御ユニットは、次の下流の電流制御ユニットが伝導を開始し引き継ぐときに無効にされる（すべての他の電流制御ユニットが無効にされる）。これは、最初の２つのセグメントのＬＥＤ素子がバイアスをかけられたときに生じる。残りの段階のシーケンスは、最終段階又はピークＡＣ電圧が達せられるまで繰り返される。シーケンスは、ＡＣ電圧の下り勾配で逆転される。さらなる特定の実施形態では、参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２０１２／０２６２０７５号も参照する。一般に、少なくとも３つのセグメント、例えば、少なくとも４つのセグメントなどが存在する。したがって、一実施形態では、ストリングは複数のセグメントを含み、各セグメントは発光ダイオード素子のうちの少なくとも１つ又は複数を含み、発光ダイオード照明システムは、それぞれのセグメントにバイアスをかける（入力電圧（Ｖｉ）に応じて）ように構成される。したがって、「複数のセグメント」という用語は、特に、少なくとも２つのセグメントを指す。そのような回路は、時には、「タップリニアドライバ」又は「タップリニアドライバ回路」としても示される。ＬＥＤ素子は、一度に、複数のセグメント、又は多くのＬＥＤ素子の多数のＬＥＤ素子／バンクを選択するのに利用できるタップポイントと直列に配置されるので、タップされる。
【００１７】
上述で示したように、各ＬＥＤ素子は、ＬＥＤ放射、特に青色ＬＥＤ放射を発生するように構成された発光ダイオードを含む。ＬＥＤ照明システムは、特に、可視光（本明細書では「ＬＥＤ照明システム光」としても示される）を供給するように構成される。特に、ＬＥＤ照明システムは、白色光を供給するように構成される。しかしながら、オプションとして、ＬＥＤ照明システムは、着色光を供給するように構成することができる。
【００１８】
少なくとも、第１の光ルミネセンス材料を含むＬＥＤ素子を含むＬＥＤ素子のうちの１つ又は複数は、各々、（ａ）発光ダイオードと、（ｂ）ＬＥＤ放射の少なくとも一部を可視の第１の変換放射に変換するように構成された第１の光ルミネセンス材料とを含む。したがって、ＬＥＤ素子に使用されるＬＥＤは、特に、（少なくとも、ＬＥＤ素子の一部に対して）別の波長の可視光に変換するために使用される可視波長を含む。したがって、特に、発光ダイオードは、３８０〜６００ｎｍの波長範囲、特に３８０〜５８０ｎｍの範囲、例えば、４００〜５８０ｎｍの範囲など、特に青色範囲において強度を有する光を供給するように構成される。特に青色又は緑色範囲の光が、（緑色）、黄色、オレンジ色、及び赤色の可視光に変換するために効率的に使用される。白色光を仮定すると、ＬＥＤ照明システムは、特に、ＹＢ（黄色−青色）原理又はＲＧＢ（赤色−緑色−青色）原理に基づくが、他の組合せ（当技術分野において白色光を発生することが知られている）、例えば、ＲＹＢ（黄色−青色＋赤色）、ＲＹＧＢなどが、さらに、適用されてもよい。しかしながら、特に、青色ＬＥＤを適用することができる。
【００１９】
本明細書における白色光という用語は、当業者には知られている。それは、特に、約２０００Ｋと２００００Ｋとの間、特に２７００〜２００００Ｋ、一般照明では特に約２７００Ｋと６５００Ｋとの範囲、バックライティング目的では特に約７０００Ｋと２００００Ｋとの範囲、及び特にＢＢＬ（黒体軌跡）から約１５ＳＤＣＭ（色合せ標準偏差）内、特にＢＢＬから約１０ＳＤＣＭ内、さらに特にＢＢＬから約５ＳＤＣＭ内の相関色温度（ＣＣＴ）を有する光に関連する。
【００２０】
一実施形態では、光源は、さらに、約５０００Ｋと２００００Ｋとの間の相関色温度（ＣＣＴ）を有する光源光を供給し、例えば、直接蛍光体変換ＬＥＤ（例えば、１００００Ｋを得るための蛍光体の薄層をもつ青色発光ダイオード）である。したがって、特定の実施形態では、光源は、５０００〜２００００Ｋの範囲、さらに特に６０００〜２００００Ｋの範囲、例えば、８０００〜２００００Ｋなどの相関色温度をもつ光源光を供給するように構成される。比較的に高い色温度の利点は、光源光に比較的に高い青色成分が存在することである。
【００２１】
「紫色光」又は「紫色発光」という用語は、特に、約３８０〜４４０ｎｍの範囲の波長を有する光に関連する。「青色光」又は「青色発光」という用語は、特に、約４４０〜４９５ｎｍの範囲の波長を有する（若干の紫色及び青緑色の色相を含む）光に関連する。「緑色光」又は「緑色発光」という用語は、特に、約４９５〜５７０ｎｍの範囲の波長を有する光に関連する。「黄色光」又は「黄色発光」という用語は、特に、約５７０〜５９０ｎｍの範囲の波長を有する光に関連する。「オレンジ色光」又は「オレンジ色発光」という用語は、特に、約５９０〜６２０ｎｍの範囲の波長を有する光に関連する。「赤色光」又は「赤色発光」という用語は、特に、約６２０〜７８０ｎｍの範囲の波長を有する光に関連する。「ピンク色光」又は「ピンク色発光」という用語は、青色成分及び赤色成分を有する光を参照する。「可視」、「可視光」、又は「可視発光」という用語は、約３８０〜７８０ｎｍの範囲の波長を有する光を参照する。本明細書では、「緑色光」、「赤色光」、「赤色光を供給するように構成された」のような用語及び類似の用語は、特に、可視スペクトルの指示された色において可視の主波長を有する放射を参照する。
【００２２】
１つ又は複数のセグメントは、（青色）ＬＥＤ放射を可視光ルミネセンス材料光に変換する光ルミネセンス材料をもつＬＥＤ素子を含む。明確に良好な結果が、青色ＬＥＤと、速い減衰時間を有する黄色／緑色の光ルミネセンス材料と、比較的遅い減衰時間をもつ赤色光放射光ルミネセンス材料とにより得られた（さらに以下も参照）。しかしながら、他の実施形態も可能である（さらに以下も参照）。
【００２３】
比較的遅い減衰をもつ光ルミネセンス材料は、本明細書では、「第１の光ルミネセンス材料」として示され、第１の光ルミネセンス材料の放射減衰よりも少なくとも速い比較的速い減衰をもつ光ルミネセンス材料は、本明細書では、「第２の光ルミネセンス材料」としても示される。
【００２４】
光ルミネセンス材料は、特定のＬＥＤのすべてのＬＥＤ放射又はその一部のみを変換するように構成される。特に、１つ又は複数のセグメントは、ＬＥＤ放射が光ルミネセンス材料によって少なくとも部分的に光ルミネセンス材料光に変換されるＬＥＤを含み、１つ又は複数のセグメントは、放射が変換されないＬＥＤを含む。さらに、１つ又は複数のセグメントは、放射が第２の光ルミネセンス材料によって変換されるＬＥＤを含むことができる（さらに以下を参照）。
【００２５】
少なくとも第１の光ルミネセンス材料が適用される。この第１の光ルミネセンス材料は、１〜５００ｍｓの範囲の第１の変換放射の減衰時間を有する。特に、減衰時間は、２〜２００ｍｓ、例えば、１０〜５０ｍｓのように５〜１００ｍｓなどの範囲にある。したがって、一実施形態では、第１の光ルミネセンス材料は、５〜１００ｍｓの範囲の第１の変換放射の減衰時間を有する。５ｍｓよりも短い、例えば２ｍｓよりも短いなどの減衰時間では、フリッカの低減は十分でなく、同じことが、１００ｍｓよりも長い、例えば、特に５００ｍｓよりも長い減衰時間の場合に当てはまる。次いで、放射は、後のシーケンスで利点を提供するために遅くなるべきである。減衰時間は、特に、初期のルミネセンス強度（励起パルスの後などの）が初期の強度の１／ｅまで減少する時間として定義される。特に、可視のルミネセンス強度（ワット単位の）の少なくとも５０％は、そのような減衰時間を有する。「第１の光ルミネセンス材料」という用語は、複数の異なる第１の光ルミネセンス材料（特に、各々が、１〜５００ｍｓの範囲、例えば、２〜２００ｍｓの範囲などの減衰時間を有することなどの本明細書に示される条件に従う）も参照する。
【００２６】
特に、一実施形態では、上述で示した範囲の減衰時間をもつ赤色光放射光ルミネセンス材料の使用は、所望のフリッカ低減効果の少なくとも一部を実現する。非常に有用な赤色の光ルミネセンスは、Ｍｎ（ＩＶ）タイプ光ルミネセンス材料であるようであった。したがって、一実施形態では、第１の光ルミネセンス材料は、Ｍｎ（ＩＶ）光ルミネセンス材料からなる群から選択された赤色光放射光ルミネセンス材料を含み、さらに特に、第１の光ルミネセンス材料は、四価マンガンでドープされたタイプＭ２ＡＸ６の光ルミネセンス材料を含み、ここで、Ｍはアルカリカチオンを含み、Ａは四価カチオンを含み、Ｘは、少なくともフッ素（Ｆ）を含む一価アニオンを含む。例えば、Ｍ２ＡＸ６は、Ｋ１．５Ｒｂ０．５ＡＸ６を含むことができる。Ｍは、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、セシウム（Ｃｓ）、及びアンモニウム（ＮＨ４＋）からなる群から選択されたものなどの一価カチオンに関連し、特に、Ｍは、Ｋ及びＲｂのうちの少なくとも１つ又は複数を含む。Ｍの好ましくは少なくとも８０％、さらに好ましくは少なくとも９０％、例えば９５％などは、カリウム及び／又はルビジウムからなる。カチオンＡは、ケイ素（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、及び亜鉛（Ｚｎ）のうちの１つ又は複数を含む。Ａの好ましくは少なくとも８０％、さらに好ましくは少なくとも９０％、例えば少なくとも９５％などは、ケイ素及び／又はチタンからなる。特に、Ｍはカリウムを含み、Ａはチタンを含む。Ｘは一価アニオンに関連するが、特に、少なくともフッ素を含む。オプションとして存在することができる他の一価アニオンは、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、及びヨウ素（Ｉ）からなる群から選択することができる。Ｘの好ましくは少なくとも８０％、さらに好ましくは少なくとも９０％、例えば９５％などは、フッ素からなる。「四価マンガン」という用語はＭｎ４＋を参照する。これは、よく知られた光ルミネセンスイオンである。上述で示した式において、四価カチオンＡ（Ｓｉなどの）の一部はマンガンで置き換えられている。したがって、四価マンガンでドープされたＭ２ＡＸ６は、Ｍ２Ａ１−ｍＭｎｍＸ６としても示される。マンガンのモルパーセント、すなわち、マンガンが四価カチオンＡに取って代わるパーセントは、一般に、０．１〜１５％、特に１〜１２％の範囲にある、すなわち、ｍは、０．００１〜０．１５の範囲、特に０．０１〜０．１２の範囲にある。さらなる実施形態は、参照により本明細書に組み込まれるＷＯ２０１３／０８８３１３から得られる。しかしながら、さらに、他の赤色の光ルミネセンス材料を適用することができる。
【００２７】
白色光を構成する他の色は、特に、本明細書に第２の光ルミネセンス材料としても示されるさらなる光ルミネセンス材料によって供給される。そのような第２の光ルミネセンス材料は、例えば、緑色及び／又は黄色ルミネセンスを供給するように構成される。第１の光ルミネセンス材料の赤色ルミネセンスと青色ＬＥＤ放射との組合せにおいて、白色光が供給される。特に、そのような第２の光ルミネセンス材料が、比較的短い減衰時間、特に、第１の光ルミネセンス材料の減衰時間よりも少なくとも短い減衰時間を有する場合有益である。したがって、なお、さらなる実施形態では、ＬＥＤ素子のうちの１つ又は複数は、（ａ）発光ダイオードと（ｂ）ＬＥＤ放射の少なくとも一部を可視の第２の変換放射に変換するように構成された第２の光ルミネセンス材料とを含む、第２の光ルミネセンス材料を含むＬＥＤ素子を含み、第２の光ルミネセンス材料は、特に、第１の光ルミネセンス材料の減衰時間よりも短い、特に１ｍｓよりも短い第２の変換放射の減衰時間を有する。「第２の光ルミネセンス材料」という用語は、複数の異なる第２の光ルミネセンス材料（特に、各々が、第１の光ルミネセンス材料のルミネセンスよりも短い減衰時間を有することなどの本明細書に示される条件に従う）も参照する。さらに、特に、第１の変換放射及び第２の変換放射は異なる色を有する（色の定義に関しては上述を参照）。
【００２８】
上述の実施形態の一部におけるように、第１の光ルミネセンス材料は赤色発光光ルミネセンス材料を含み、第２の光ルミネセンス材料は、特に、緑色及び／又は黄色発光光ルミネセンス材料（ＬＥＤ放射による励起の際に）を含む。特に、第２の光ルミネセンス材料は、セリウムドープ材料、特に、セリウムドープガーネットタイプの光ルミネセンス材料を含む。
【００２９】
（第２の）光ルミネセンス材料は、三価セリウム含有ガーネット及び三価セリウム含有（オキシ）窒化物からなる群から選択された１つ又は複数の蛍光体をさらに含む。
【００３０】
特に、（第２の）光ルミネセンス材料は、Ｍ３Ａ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋（第２の）光ルミネセンス材料をさらに含み、ここで、Ｍは、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｂ、Ｇｄ、及びＬｕからなる群から選択され、Ａは、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｃ、及びＩｎからなる群から選択される。Ｍは、少なくとも、Ｙ及びＬｕのうちの１つ又は複数を含むことが好ましく、ここで、Ａは、少なくとも、Ａｌ及び／又はＧａを含む。これらのタイプの材料は最も高い効率を与える。ガーネットの実施形態は、特に、Ｍ３Ａ５Ｏ１２ガーネットを含み、ここで、Ｍは少なくともイットリウム及び／又はルテチウムを含み、Ａは少なくともアルミニウムを含む。そのようなガーネットは、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、又はセリウム及びプラセオジムの組合せでドープされるが、しかしながら、特にＣｅでドープされる。特に、Ａはアルミニウム（Ａｌ）を含むが、しかしながら、Ａは、さらに部分的に、ガリウム（Ｇａ）、スカンジウム（Ｓｃ）、及び／又はインジウムを、特にＡｌの約２０％まで、さらに特にＡｌの約１０％まで（すなわち、Ａイオンは、本質的に、Ａｌの９０モル％以上と、Ｇａ、Ｓｃ、及びＩｎのうちの１つ又は複数の１０モル％以下とで構成される）を含むことができ、Ａは、特に、約１０％までのガリウムを含むことができる。別の変形では、Ａ及びＯは、少なくとも部分的にＳｉ及びＮで置き換えられる。元素Ｍは、特に、イットリウム（Ｙ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）からなる群から選択される。さらに、Ｇｄ及び／又はＴｂは、特に、Ｍの約２０％の量までしか存在しない。特定の実施形態では、ガーネット（第２）光ルミネセンス材料は、（Ｙ１−ｘＬｕｘ）３Ｂ５Ｏ１２：Ｃｅを含み、ここで、ｘは、０以上であり、１以下である）。「：Ｃｅ」「又は「：Ｃｅ３＋」という用語は、（第２の）光ルミネセンス材料の金属イオンの一部（すなわち、ガーネットにおいて：「Ｍ」イオンの一部）がＣｅで置き換えられることを示している。例えば、（Ｙ１−ｘＬｕｘ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅを仮定すると、Ｙ及び／又はＬｕの一部がＣｅで置き換えられる。この表記法は当業者には知られている。Ｃｅは、一般に、１０％以下についてＭに取って代わり、一般に、Ｃｅ濃度は、０．１〜４％の範囲、特に、０．１〜２％の範囲（Ｍに対して）にある。１％Ｃｅ及び１０％Ｙを仮定すると、完全に正しい式は、（Ｙ０．１Ｌｕ０．８９Ｃｅ０．０１）３Ａｌ５Ｏ１２である。ガーネット中のＣｅは、当業者に知られているように、実質的に又は単なる三価状態にある。「ＹＡＧ」という用語は、特に、Ｍ＝Ｙ及びＡ＝Ａｌを参照し、「ＬｕＡＧ」という用語は、特に、Ｍ＝Ｌｕ及びＡ＝Ａｌを参照する。
【００３１】
特定の実施形態では、オンが少ないセグメント中の第１の光ルミネセンス材料を含むＬＥＤ素子の数は、オンがより頻繁なセグメント中の第１の光ルミネセンス材料を含むＬＥＤ素子の数よりも多い。代替として又は追加として、特定の実施形態では、オンがより頻繁なセグメント中の第２の光ルミネセンス材料を含むＬＥＤ素子の数は、オンが少ないセグメント中の第２の光ルミネセンス材料を含むＬＥＤ素子の数よりも多い。しかしながら、他の実施形態では、各セグメントは、第１の光ルミネセンス材料を含む１つ又は複数のＬＥＤ素子、及び／又は第２の光ルミネセンス材料を含む１つ又は複数のＬＥＤ素子を含む。さらに、オプションとして、全く同一のＬＥＤ素子は、第１の光ルミネセンス材料と第２の光ルミネセンス材料の両方を含むことができる（さらに以下も参照）。
【００３２】
上述の実施形態の一部では、１〜５００ｍｓの範囲内のように少なくとも１ｍｓなどの比較的長い減衰時間をもつ第１の光ルミネセンス材料は、赤色発光光ルミネセンス材料を含む。しかしながら、代替の実施形態では、第１の光ルミネセンス材料は、緑色及び／又は黄色光を供給するように構成された光ルミネセンス材料を含む。したがって、なお、さらなる実施形態では、第１の光ルミネセンス材料は、緑色及び黄色の第１の変換放射のうちの１つ又は複数を供給するように構成された光ルミネセンス材料を含む。そのような実施形態をここで以下にさらに説明する。
【００３３】
したがって、実施形態において、第１の光ルミネセンス材料は、二価ユウロピウム含有光ルミネセンス材料並びに二価ユウロピウム及び二価マンガン含有光ルミネセンス材料からなる群から選択される。これらのうちのいくつかは、フリッカ挙動を改善する（フリッカを低減する）比較的長い減衰時間を示す。特に、第１の光ルミネセンス材料は、（ｉ）Ｅｕ２＋及びＭｎ２＋でドープされたクロロシリケート、（ｉｉ）Ｅｕ２＋及びＭｎ２＋でドープされた（オキシ）窒化物、及び（ｉｉｉ）Ｅｕ２＋及びＭｎ２＋でドープされたアルミナートからなる群から選択される。特に、そのような光ルミネセンス材料は、１〜５００ｍｓの範囲の減衰時間を有する。
【００３４】
長い減衰時間を有する青色及び／又は緑色光放射光ルミネセンス材料の例は、例えば、クロロシリカート：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋、ＭＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋、及びＭＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋，Ｃｅ３＋，Ｌｉ＋からなる群から選択され、ここで、ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａからなる群から選択され、特に、Ｍは少なくともストロンチウム（さらに特にＳｒのみ）を含む。クロロシリケートは、例えば、参照により本明細書に組み込まれるＷＯ２００５０３０９０４に記載されている。減衰時間は、例えば、二価ユウロピウムの通常の減衰時間が、一般に、比較的短いので、二価ユウロピウムを他の元素とコドープすることによって調整される（ｆｄ遷移：二価ユウロピウムをドープした系が第２の光ルミネセンス材料として示唆されている場合をさらに以下で参照されたい）。
【００３５】
オプションとして、緑色、黄色、及び赤色のうちの１つ又は複数であるが、特に、実質的に、第１の光ルミネセンス材料と同じスペクトル領域にないもの（同じスペクトル領域は必ずしも排除されないが）を供給するように構成された第２の光ルミネセンス材料が適用される。しかしながら、上述で示したように、特に、第１の変換放射及び第２の変換放射は異なる色を有する。第２の光ルミネセンス材料は、これらの実施形態（第１の光ルミネセンス材料が本質的に赤色で発光する実施形態のような）においても、特に、第１の光ルミネセンス材料よりも短い、例えば、特に、１ｍｓ未満などの減衰を有する。
【００３６】
例えば、第２の光ルミネセンス材料は、（ここでは）赤色光放射光ルミネセンス材料を含む。さらなる特定の実施形態では、第２の光ルミネセンス材料は、二価ユウロピウム含有窒化物光ルミネセンス材料又は二価ユウロピウム含有オキシ窒化物光ルミネセンス材料からなる群から選択された１つ又は複数の光ルミネセンス材料を含む。第２の光ルミネセンス材料は、一実施形態では、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）Ｓ：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、及び（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕからなる群から選択された１つ又は複数の材料を含む。これらの化合物では、ユウロピウム（Ｅｕ）は、実質的に又は単なる二価であり、指定された二価カチオンのうちの１つ又は複数に取って代わる。一般に、Ｅｕは、Ｅｕが取って代わるカチオンに対してカチオンの１０％よりも多い量、特に約０．５〜１０％の範囲、さらに特に約０．５〜５％の範囲で存在しない。「：Ｅｕ」又は「：Ｅｕ２＋」という用語は、金属イオンの一部がＥｕで（これらの例ではＥｕ２＋で）置き換えられることを示している。材料（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）Ｓ：ＥｕはＭＳ：Ｅｕとしても示され、ここで、Ｍは、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、及びカルシウム（Ｃａ）からなる群から選択された１つ又は複数の元素であり、特に、Ｍは、この化合物では、カルシウム又はストロンチウム、或いはカルシウム及びストロンチウム、さらに特にカルシウムを含む。ここで、Ｅｕが、導入され、Ｍの少なくとも一部（すなわち、Ｂａ、Ｓｒ、及びＣａのうちの１つ又は複数）に取って代わる。さらに、材料（Ｂａ５Ｓｒ５Ｃａ）２Ｓｉ５Ｎ８：ＥｕはＭ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕとしても示され、ここで、Ｍは、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、及びカルシウム（Ｃａ）からなる群から選択された１つ又は複数の元素である。ここで、Ｅｕが、導入され、Ｍの少なくとも一部（すなわち、Ｂａ、Ｓｒ、及びＣａのうちの１つ又は複数）に取って代わる。同様に、材料（Ｂａ５Ｓｒ５Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：ＥｕはＭＡｌＳｉＮ３Ｅｕ５としても示され、ここで、Ｍは、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、及びカルシウム（Ｃａ）からなる群から選択された１つ又は複数の元素であり、特に、Ｍは、この化合物では、カルシウム又はストロンチウム、或いはカルシウム及びストロンチウム、さらに特にカルシウムを含む。ここで、Ｅｕが、導入され、Ｍの少なくとも一部（すなわち、Ｂａ、Ｓｒ、及びＣａのうちの１つ又は複数）に取って代わる。特に、最初の第２の光ルミネセンス材料は、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、好ましくはＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕを含む。さらに、前者と組み合わせることができる別の実施形態では、最初の第２の光ルミネセンス材料は、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、好ましくは（Ｓｒ，Ｂａ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕを含む。「（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）」という用語は、対応するカチオンがカルシウム、ストロンチウム、又はバリウムによって占有されることを示す。それは、さらに、そのような材料では、対応するカチオンサイトは、カルシウム、ストロンチウム、及びバリウムからなる群から選択されたカチオンで占有されることを示す。したがって、材料は、例えば、カルシウム及びストロンチウム、又はストロンチウムのみなどを含む。したがって、一実施形態では、第２の光ルミネセンス材料は、Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋をさらに含み、ここで、ＭはＣａ、Ｓｒ、及びＢａからなる群から選択され、さらに特に、ＭはＳｒ及びＢａからなる群から選択される。前者と組み合わせることができるさらなる別の実施形態では、第２の光ルミネセンス材料は、ＭＡｌＮ３：Ｅｕ２＋をさらに含み、ここで、ＭはＣａ、Ｓｒ、及びＢａからなる群から選択され、さらに特に、ＭはＳｒ及びＢａからなる群から選択される。
【００３７】
なお、さらなる特定の実施形態では、第１の光ルミネセンス材料はＭ３Ａ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋を含み、ここで、Ｍは、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｂ、Ｇｄ、及びＬｕからなる群から選択され、Ａは、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｃ、及びＩｎからなる群から選択され、Ｍは少なくともＧｄを含み、Ａは少なくともＡｌ及びＧａを含み、第２の光ルミネセンス材料は、ＬＥＤ放射の少なくとも一部を赤色の第２の変換放射に変換するように構成される。第１の光ルミネセンス材料は緑色で比較的長い減衰時間を有し、第２の光ルミネセンス材料は赤色で比較的短い減衰時間を有する。驚いたことに、この光の観察者は、たとえ赤色光がちらちらしていても、システムの光をフリッカとして知覚しない。したがって、比較的容易な方法で、フリッカの課題は、特定の遅い緑色光放射光ルミネセンス材料及び速い赤色光放射光ルミネセンス材料を使用することによって解決される。したがって、良好な結果に向けて、例えば、緑色／黄色光放射光ルミネセンス材料のみが遅くなるように選ぶことができ、一方、青色（ＬＥＤ）及び赤色は比較的短い減衰時間を有する。特定の実施形態では、Ｍ３Ａ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋はＧｄ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋を含む。これらの特定のタイプのガーネットは、驚いたことに、長時間減衰光ルミネセンス材料、特に、Ｇｄ３（Ａｌ１−ｙＧｙ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋であるようであり、ここで、例えばＧｄ３Ａｌ２Ｇ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋のように、ｙは、特に、０．１〜０．９、例えば０．２〜０．８など、例えば０．３−０．７などの範囲にある。
【００３８】
第１の光ルミネセンス材料又は第２の光ルミネセンス材料である光ルミネセンス材料は、例えばＬＥＤダイに直接塗布されてもよく、例えば、ＬＥＤダイに被覆されるなどでもよく、又は例えばＬＥＤダイにシリコーンなどの媒体が直接塗布されてそのような媒体に埋め込まれてもよく、又は遠隔に、すなわち、ＬＥＤダイから非ゼロ（最短）距離のところに、例えば、少なくとも５ｍｍのようにＬＥＤダイから少なくとも１ｍｍなどのところに、別の材料などの層として又は別の材料などに埋め込まれて配置されてもよい。光ルミネセンス材料は、オプションとして、セラミックスラブ又はプレートとして用意されてもよい。
【００３９】
上述で示したように、実施形態では、ストリングは、各セグメントが発光ダイオード素子のうちの少なくとも１つ又は複数を含む複数のセグメントを含む。特に、発光ダイオード照明システムは、入力電圧（Ｖｉ）に応じてそれぞれのセグメントにバイアスをかけるように構成される。特定の実施形態では、発光ダイオード照明システムは、入力電圧（Ｖｉ）が第１の閾値よりも大きいときにストリング中の第１のセグメントを接続し、入力電圧（Ｖｉ）が第１の閾値よりも大きい第２の閾値よりも大きいときにストリング中の第１のセグメント及び第２のセグメントを接続するように構成され、特に、第１のセグメントは、第２の光ルミネセンス材料を含むＬＥＤ素子を含み、第２のセグメントは、第１の光ルミネセンス材料を含むＬＥＤ素子を含む。特に、第２の光ルミネセンス材料を含むＬＥＤ素子は、青色光と、緑色光及び黄色光のうちの１つ又は複数、特に黄色光とを含む第２のＬＥＤ素子放射を供給するように構成される。
【００４０】
上述で示したように、電子構成要素の低減が望ましい。第１の光ルミネセンス材料と、オプションとして第２の光ルミネセンス材料とを導入することにより、今まで１０％以上を有していたフリッカが低減される。それにもかかわらず、１つ又は複数のセグメントと並列にコンデンサを配置すると、さらなるフリッカ低減が得られる。したがって、特定の実施形態では、セグメントの１つ又は複数と並列に、コンデンサが配置される。さらに、特にそのようなコンデンサを使用する場合、セグメントの間に、（非発光）ダイオードが配置される。これは回路をさらに安定化する。
【００４１】
特定の実施形態では、発光ダイオード（ＬＥＤ）照明システムは、第１の光ルミネセンス材料を含む１つ又は複数のセグメントを含み、１つ又は複数の他のセグメントは第１の光ルミネセンス材料を含まず、第１の光ルミネセンス材料を含まない１つ又は複数のセグメントのうちの１つ又は複数と並列に、コンデンサが配置される。
【００４２】
したがって、実施形態では、第１の光ルミネセンス材料を含むＬＥＤ素子は、本明細書に記載の赤色発光の第１の光ルミネセンス材料、緑色の第１の光ルミネセンス材料、及び黄色の第１の光ルミネセンス材料のうちの１つ又は複数を含む。
【００４３】
なお、さらなる実施形態では、第１のストリング中のＬＥＤ素子の数は、第２のストリング中のＬＥＤ素子の数よりも多く、第１のストリング中のＬＥＤ素子は第１の光ルミネセンス材料を含み、第２のストリング中のＬＥＤ素子は第２の光ルミネセンス材料を含む。
【００４４】
次に、本発明の実施形態が、対応する参照記号が対応する部分を示す添付の概略図を参照して、単なる例として説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１ａ】照明システムの態様を概略的に示す図である。
【図１ｂ】照明システムの態様を概略的に示す図である。
【図１ｃ】照明システムの態様を概略的に示す図である。
【図２ａ】照明システムの態様及びフリッカへの影響を概略的に示す図である。
【図２ｂ】照明システムの態様及びフリッカへの影響を概略的に示す図である。
【図３ａ】照明システムの態様を概略的に示す図である。
【図３ｂ】照明システムの態様を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
概略図は、必ずしも原寸に比例していない。
【００４７】
図１ａは、入力電圧ＶｉをストリングＳＴに印加するように構成されたＡＣ電圧源２０に機能的に接続されているいくつかの発光ダイオードＬＥＤ素子１０を含むストリングＳＴを含むＬＥＤ照明システム１を概略的に示す。ストリング中のＬＥＤ素子１０の数は、入力電圧Ｖｉに応じて調整できる。低い電圧では第１のセグメントのみがバイアスをかけられ、中間の電圧では第１のセグメントと第２のセグメントの両方がバイアスをかけられ、高い電圧ではすべての３つのセグメントがバイアスをかけられる。したがって、発光ダイオード（ＬＥＤ）照明システム１は、それぞれのセグメントＳ１、Ｓ２、Ｓ３、…に入力電圧Ｖｉに応じてバイアスをかけるように構成される。例として、３つのセグメントＳ１〜Ｓ３のみが示されていることに留意されたい。参照番号ＳＴ１〜ＳＴ３は（サブ）ストリングを示す。ＳＴ３は、例えば最大電圧における全部のストリングであり、ＳＴ１は、第１のセグメントＳ１のみを含むストリングを参照する。参照番号３３０は、オプションの整流器を示す。参照番号３４０は、各セグメント又はサブストリングの底部に配置された電流制御ユニットを示す。電流制御ユニットは、特に、電流制御ユニット（特にスイッチ）を通る電流を許容又は阻止できるようにするスイッチを含む。さらに、電流制御ユニットは、電流レギュレータ又は電流源を含む。例えば、そのような電流レギュレータにより、特定の電圧閾値が達せられる電流ユニットのみを可能にする。電流制御ユニット３４０は、入力電圧に応じてストリング中のＬＥＤの数を増減するように機能的に結合される。参照番号１１は、ＬＥＤ素子１０から発出する光を示す。
【００４８】
各ＬＥＤ素子１０は、青色ＬＥＤ放射１０１を発生するように構成された発光ダイオード１００（図１ｂを参照、左側のデバイス）を含み、ＬＥＤ素子１０のうちの１つ又は複数は、第１の光ルミネセンス材料を含むＬＥＤ素子１１０（図１ｂの中央のデバイスを参照）を含み、各ＬＥＤ素子１１０は、発光ダイオード１００と、ＬＥＤ放射１０１の少なくとも一部を可視の第１の変換放射１３１に変換するように構成された第１の光ルミネセンス材料１３０とを含む。上述で示したように、特に、第１の光ルミネセンス材料１３０は、１〜５００ｍｓの範囲の第１の変換放射１３１の減衰時間を有する。オプションとして、ＬＥＤ素子１０のうちの１つ又は複数は、図１ａのシステム１に概略的に示されているように、第２の光ルミネセンス材料を含むＬＥＤ素子２１０を含み、各ＬＥＤ素子２１０は、発光ダイオード１００と、ＬＥＤ放射１０１の少なくとも一部を可視の第２の変換放射２３１に変換するように構成された第２の光ルミネセンス材料２３０とを含み（図１ｂ、右側のデバイスを参照）、第２の光ルミネセンス材料２３０は、１ｍｓ未満の第２の変換放射２３１の減衰時間を有する。中央のデバイス及び右側のデバイスの下流の光は、少なくとも光ルミネセンス材料光１３１、２３１を含むが、オプションとしてＬＥＤ放射１０１も含むことに留意されたい。参照番号１１は、ＬＥＤ素子から発出する光を示す。光は、例えば、本質的に青色ＬＥＤ放射１０１から構成されるが、代替として又は追加として、第１の変換放射１３１及び第２の変換放射２３１のうちの１つ又は複数をさらに含む。
【００４９】
「上流の」及び「下流の」という用語は、光発生手段（ここで、特に第１の光源）からの光の伝搬に関連するアイテム又はフィーチャの配列に関連し、光発生手段からの光のビーム内の第１の位置を基準にして、光発生手段により近い光のビームの第２の位置は「上流に」であり、光発生手段からより遠くに離れた光のビーム内の第３の位置は「下流に」である。
【００５０】
コンデンサ３１０及びダイオード３２０はオプションである。したがって、オプションとして、セグメントＳ１、Ｓ２、Ｓ３、…のうちの１つ又は複数と並列に、コンデンサ３１０が配置され、さらなるオプションとして、セグメントＳ１、Ｓ２、Ｓ３、…の間にダイオード３２０が配置される。
【００５１】
図１ｃは、可視のＬＥＤ照明システム光２（特に、白色光（知覚者にとって））を供給するように構成されたＬＥＤ照明システム１を極めて概略的に示している。光組成は、ＡＣ電圧に起因して、及びＬＥＤ素子１０中の光ルミネセンス材料、発光ダイオード１００上の光ルミネセンス材料、又は発光ダイオード１００から隔たった光ルミネセンス材料などの配列に依存して時間とともに変化する。図１ｂに関連して上述で示したように、さらに、ＬＥＤ照明システム光２は、本質的に青色ＬＥＤ放射１０１から構成されるが、代替として又は追加として、第１の変換放射１３１及び第２の変換放射２３１のうちの１つ又は複数をさらに含む。
【００５２】
図２ａは、フリッカ深さを受容できない状況を概略的に示しており、間隔１では、第１のセグメントＬＥＤのみがオンであり、インターナル２では、第１及び第２のセグメントのＬＥＤがオンであり、インターナル３では、第１、第２、及び第３のセグメントのＬＥＤがオンであり、インターナル４では、すべてのセグメントのＬＥＤがオンであり、その後、セグメントは徐々に再び減少し、インターナル５では、第１、第２、及び第３のセグメントのＬＥＤがオンであり、インターナル６では、第１及び第２のセグメントのＬＥＤがオンであり、インターナル７では、第１のセグメントＬＥＤのみがオンである。この概略図において、ｘ軸には、位相が示されており、ｙ軸には、ＡＣライン電圧が平滑な曲線として示されており、ＡＣ入力電流が階段状曲線として示されている。
【００５３】
一例では、ＡＣ−ＬＥＤモジュールは、白色光に混合するための色点をもつ２つのＬＥＤチャネルで製作される。６３０ｎｍでの赤色蛍光体の９３％ＰＬ効率と、青色ＬＥＤの０．５のＷＰＥ（電力変換効率（ｗａｌｌ  ｐｌｕｇ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ））（システム損失を考慮した）との場合、赤色ＬＥＤパッケージは、約５０ｌｍ／ｗのルーメン効率を与える。所与の色点の緑色ＬＥＤのルーメン効率は、９５％のＰＬ効率と０．５のＷＰＥとにより１５５ｌｍ／ｗと計算される。この構造のシステム効率は約１１５ｌｍ／ｗであり、それは現在の解決策と同じレベルである。赤色ＬＥＤのルーメン効率は緑色ＬＥＤのものよりも非常に低いので、２つのチャネルに対する合計の計算した電力寄与は１：１に近い。正確な電力比は、推定色温度とＣＲＩとによって決まる。
【００５４】
図２ｂは、パルス入力電力により中間時間減衰蛍光体から発生されたフォトルミネッセンス（ＰＬ）の概略図を与える。これは、光ルミネセンス材料によるダンピングを示している。ブロック状曲線は入力電力を概略的に表し、鋸歯状曲線はフォトルミネッセンス（ＰＬ）を概略的に示す。ｘ軸には、ミリ秒（ｍｓ）単位の時間が示されており、ｙ軸には、強度が示されている。入力電力に対する、所与の赤色蛍光体から発生された時間分解ＰＬ／ｌｍ強度のシミュレーションが、この図２ｂに与えられている。電力は、５ｍｓの間持続し別の５ｍｓの間空白である１０ｍｓごとのパルスとして与えられる。蛍光体は１０ｍｓの減衰速度を有し、蛍光体ドットの各グループは所与の時間の間照射の下で飽和状態になり、１０ｍｓ以内に光を徐々に発光すると仮定している。それは、蛍光体が所与の条件で作動する場合約１０％未満のフリッカ指数を与える。実際の用途の環境の下では、電力オンの時間は、通常、より長く、フリッカ深さはさらに減少する。
【００５５】
一例では、本発明は、ＡＣ入力ＬＥＤシステム、すなわち、２つ以上のＬＥＤチャネル又はセグメントを含み、少なくとも１つのチャネル又はセグメントは、Ｋ２ＴｉＦ６：Ｍｎ４＋などの中間時間ＰＬ減衰蛍光体（減衰速度が１ｍｓ〜２００ｍｓの範囲内にある）でカプセル化されたＬＥＤを含み、少なくとも１つのチャネルは、ＹＡＧ：Ｃｅなどの短時間ＰＬ減衰蛍光体（減衰速度が１００μｓ未満の範囲にある）でカプセル化されたＬＥＤで製作される。システムは、コンデンサを全く含まないか又は少量のコンデンサしか含まない。
【００５６】
図３ａは、１つのチャネルに中間時間ＰＬ減衰蛍光体を使用し、さらに、追加の固体コンデンサを導入することによる発光効果の概略図を与える。ここで、発明者等は、図３ａに示すようなハイブリッドの３つのＬＥＤチャネル又はセグメントをもつ１つの構成を開発した。すべての電力オン状態をカバーする１つのチャネルが、ＹＡＧ／ＬｕＡＧなどの緑色−黄色短時間ＰＬ減衰蛍光体でカプセル化させたＬＥＤで製作される。他のチャネルは、Ｋ２ＴｉＦ６：Ｍｎ４＋などの赤色中間時間ＰＬ減衰蛍光体でカプセル化されたＬＥＤである。中間時間ＰＬ減衰赤色蛍光体を単に導入することによって、フリッカ指数は４８％から約４０％まで減少し、それは、フリッカの良好な減少である（上部の２つの図面は、１から２への変化を示している）。しかしながら、さらなるフリッカ低減が望まれる。区域Ａのタイムスロットが主としてカバーされた。フリッカをさらに低減するには、緑色チャネルのタイムスロットＢのみが、所望のフリッカ深さを達成するために充填されなければならない。区域Ｂは区域Ａよりも非常に小さいので、間隙を充填するためにエネルギーを蓄積するのに必要とされる容量は非常に小さい。これが、３から４への変化を伴った下部の２つの図面に示されている。そのような追加のコンデンサにより、フリッカは約４８％から１０％まで減少し、それは非常に望ましいフリッカ値である。
【００５７】
合計５Ｗの入力電力を用いる典型的なＡＣ−ＬＥＤの所与の設計による容量を計算した。入力電圧は２２０Ｖａｃ〜２４０Ｖａｃであり、典型的な定格入力電圧は２３０Ｖａｃである。図１ａに示すように、それは典型的な３セグメントＬＥＤドライバ解決策である。参照番号３４０は３つの電流制御ユニットを参照し、３つの電流制御ユニットは、３つの電流源を含み、入力電圧に応じて制御される３つのスイッチを含む。ＶｉがＬＥＤストリングＳＴ１の電圧よりも高いが、ＬＥＤストリングＳＴ１の電圧よりも低い場合、ＳＴ１はオンであり、ＳＴ２及びＳＴ３はオフである（第２及び第３の電流制御ユニット３４０を通る電流はない）。Ｖｉが、ＬＥＤストリングＳＴ２の電圧にＬＥＤストリングＳＴ２電圧を加えたものよりも高いが、ＬＥＤ  ＳＴ１＋ＳＴ２＋ＳＴ２３の電圧よりも低い場合、ＳＴ１及びＳＴ３はオフであり、ＳＴ２はオンである。（第１及び第３の電流制御ユニット３４０を通る電流はない）。ＶｉがＬＥＤ  ＳＴ１＋ＳＴ２＋ＳＴ２３の電圧よりも高いとき、ＳＴ３はオンであり、ＳＴ１及びＳＴ２はオフである（第１及び第２の電流制御ユニット３４０を通る電流はない）。
【００５８】
一実験では、良好な効率、高いＬＥＤ利用率、及び低コストを達成するために、６つのＨＶ（２２Ｖ）短時間減衰緑色ＬＥＤが、ＬＥＤ  ＳＴ１（すなわち、第１のセグメントに含まれる）を形成するために選択され、ストリング電圧は１３２Ｖである。４つのＨＶ中間時間減衰赤色ＬＥＤが、ＬＥＤ  ＳＴ２（すなわち、第２のセグメントに含まれる）を形成するために選択され、３つのＨＶ中間時間減衰赤色ＬＥＤが、ＬＥＤ  ＳＴ３（すなわち、第３のセグメントに含まれる）を形成するために選択される。各ストリングの電流は、それぞれ、第１の電流制御ユニットを介する２００ｍＡ、第２の電流制御ユニットを介する２４０ｍＡ、及び第３の電流制御ユニットを介する２８０ｍＡである。
【００５９】
この設計の動作の波形が、図３ｂに概略的に示されている。電子コンデンサが、ＬＥＤストリング通って流れる電流リップルをフィルタ処理するように選択される。赤色光リップルは中間時間減衰蛍光体によって低減されるので、コンデンサは、第１のＬＥＤストリングＳＴ１（ここで、緑色光）でのみ必要とされる。計算の結果、ＬＥＤストリングＳＴ１の平均電流の±３０％までのリップル電流を低減して、それが赤色チャネルに加えて約１０％のフリッカ指数を与えるには、８μＦ／１５０Ｖコンデンサが必要とされる。合計のフリッカ指数は、依然として１０％未満プラス赤色チャネルである。従来の解決策によれば、２０μＦ／１００ｖ及び３５μＦ／１００ｖのコンデンサが、ＬＥＤストリングＳＴ２（赤色）及びＬＥＤストリングＳＴ３（赤色）で必要とされる。それゆえに、コンデンサのほぼ６０％超が低減されて、より低いコストが達成される。加えて、例えば、５ＷのＡＣ−ＬＥＤモジュールでは、ＡＣ−ＬＥＤモジュールの製造及び適用を極めて簡単にするオンボードフルＳＭＤ（共有メモリドライバ）を達成するためにセラミックコンデンサを使用することができる。それによって、コスト及び信頼性も改善される。
【００６０】
以下、緑色／黄色長時間減衰光ルミネセンス材料（１〜５００ｍｓの範囲の減衰時間）による概念をさらに論じる。
【００６１】
上述したものなどのタップリニアドライバで駆動される青色ＬＥＤを、通常のＬＥＤ蛍光体と組み合わせて使用したとき、光出力の１００％変調が観察され、それは、強いストロボ効果をもたらす（上述も参照）。この状況において、色点変動はなく（ＬＥＤがオンの場合光の色は白色であり、ＬＥＤがオフの場合黒色である）、蛍光体によって放出される光の量は、いつでも蛍光体をポンピングするＬＥＤ光の量に比例する。蛍光体の減衰時間が長くされた場合、蛍光体発光の変調深さは減少する。青色入力信号の若干の歪みが観察される。輝度は、例えば青色蛍光体により（及びある程度赤色蛍光体により）放出される光によって決定されるので、輝度変調は減少する。例えば、仮に、蛍光体の減衰時間が５ｍｓまで長くされた場合蛍光体によって放出される光の変調深さは、約６５％まで減少する。正しい色点を得るために必要とされる蛍光体材料の量はわずかに増加する（蛍光体の一部は励起され、色変換に寄与しない）。ルミネセンス変調は制限されるが、いくらかの色変動が導入され、ＬＥＤのオン時間の間、発生される光は青色と緑色の組合せであり（高すぎる青色含有量）、一方、ＬＥＤのオフ期間中の色点は緑色のみである。
【００６２】
蛍光体減衰時間を調整することによって、輝度変調は所望のレベルまで減らされる。減衰時間を長くすると、輝度変調は低下するが、色点変調は増加する。さらに、必要とされる蛍光体の量が増加し、それにより、パッケージ効率の低下がもたらされる。したがって、最良の選択肢は、所望のレベルの輝度変調を得るために蛍光体の減衰時間を最適化することである。
【００６３】
ユーザテストが、ＡＣ−ＬＥＤ及びＴＬＬＥＤを使用して実行された。知覚テストの結果は、色変調が受容可能であることであった。輝度変調は、いらだたしいと知覚され、したがって、最小にされるべきである。４０％未満の変調深さは高いユーザ受容をもたらした。
【００６４】
したがって、一実施形態では、青色ＬＥＤと、遅い（約１０〜５０ｍｓなどの）黄色／緑色蛍光体とを使用して白色ＬＥＤを製作することを提案する。必要な場合、赤色蛍光体が加えられてもよい（低いＣＣＴ、高いＣＲＩ）。赤色蛍光体は、その発光の輝度への寄与が小さいので、短時間減衰時間をもつ通常の赤色ＬＥＤ蛍光体（上述で示した二価ユウロピウムでドープされた窒化物などの）とすることができる。単一の遅い減衰の蛍光体（黄色／緑色を放出する）の使用により、輝度変調が制御され、それゆえに、変調電流を用いたドライバ又はＬＥＤの使用が受容可能である。長い減衰時間と青色吸収とをもつ黄色−緑色発光蛍光体のいくつかの例は、クロロシリケート：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋、ＭＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋、及びＭＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋，Ｃｅ３＋，Ｌｉ＋でありここで、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａからなる群から選択され、特に、Ｍは少なくともストロンチウムを含む。
【００６５】
「実質的にすべての光」における又は「実質的に構成される」におけるなどの本明細書の「実質的に」という用語は当業者によって理解されるであろう。「実質的に」という用語は、「全面的に」「完全に」、「全く」などをもつ実施形態をさらに含む。したがって、実施形態において、形容詞は実質的にさらに取り除かれてもよい。該当する場合、「実質的に」という用語は、さらに、９０％以上、例えば、９５％以上、特に９９％以上、さらに特に９９．５％以上、１００％を含むなどに関連する。「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という用語は、「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」という用語が「構成される（ｃｏｎｓｉｓｔｓ  ｏｆ）」を意味する実施形態をさらに含む。「及び／又は」という用語は、特に、「及び／又は」の前後に述べられたアイテムのうちの１つ又は複数に関連する。例えば、「アイテム１及び／又はアイテム２」という句及び同様の句は、アイテム１及びアイテム２のうちの１つ又は複数に関連する。「備えている、含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、一実施形態では「構成されている（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」を参照するが、別の実施形態では「少なくとも定義された種と、オプションとして１つ又は複数の他の種とを含んでいる」ことも参照する。
【００６６】
さらに、明細書及び特許請求の範囲における第１の、第２の、第３のなどの用語は、同様の要素間を区別するために使用され、必ずしも逐次的又は経時的順序を記載するために使用されない。そのように使用される用語は、適切な状況下で交換可能であること、及び本明細書に記載される本発明の実施形態は本明細書に記載又は図示されるもの以外の他の順序での動作が可能であることを理解されるべきである。
【００６７】
本明細書のデバイスは、とりわけ、動作中について記載されている。当業者には明らかであるように、本発明は、動作の方法又は動作中のデバイスに限定されない。
【００６８】
上記の実施形態は、本発明を限定するのではなく例証するものであり、当業者は、添付の特許請求範囲の範囲から逸脱することなく多くの代替実施形態を設計することができることに留意されたい。特許請求範囲において、括弧間に置かれたいかなる参照符号も請求項を限定するものとして解釈されるべきでない。「備える、含む（ｔｏ  ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という動詞及びその活用形の使用は、請求項に明示されるもの以外の要素又はステップの存在を排除しない。要素の前の「ａ」又は「ａｎ」という冠詞は、複数のそのような要素の存在を排除しない。本発明は、いくつかの別個の要素を含むハードウェアによって、及び適切にプログラムされたコンピュータによって実施される。いくつかの手段を列挙しているデバイス請求項において、これらの手段のうちのいくつかはハードウェアの全く同一のアイテムによって具現されてもよい。特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組合せを有利に使用することができないことを示さない。
【００６９】
本発明は、さらに、明細書に記載され及び／又は添付図に示された特徴的な機能のうちの１つ又は複数を含むデバイスに該当する。本発明は、さらに、明細書に記載され及び／又は添付図に示された特徴的な機能のうちの１つ又は複数を含む方法又はプロセスに関係する。
【００７０】
本特許で論じる様々な態様は、追加の利点を提供するために組み合わせることができる。さらに、特徴の一部は、１つ又は複数の分割出願のための基礎を形成することができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【国際調査報告】
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