(57)【要約】  照明装置及び照明装置を動作させる方法が記載されている。複数のＬＥＤ素子１２が電気的に接続されて、少なくとも２つのグループ１，２，３を形成する。ＬＥＤ素子の各グループは、電気的に直列接続された少なくとも２つのＬＥＤ素子１２の少なくとも１つのストリング３０を有する。ステップドライバ回路１４がＬＥＤ素子１２に電力を供給する。ステップドライバ回路１４は、ＬＥＤ素子１２のグループ１，２，３を周期的に変化する電源電圧Ｖにより、これらグループを該電源電圧Ｖの瞬時電圧値に依存して選択的に駆動することによって動作させる。ＬＥＤ素子１２は担体２６上に配置されて、配置パターンを形成する。特に調光された状態において改善された光学的見え方を実現するために、グループ１，２，３のうちの少なくとも１つのグループのＬＥＤ素子１２は、担体２６上に、上記配置パターンにわたって均一に分布されるように位置される。
2017523581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つのグループを形成するように電気的に接続された複数のＬＥＤ素子であって、ＬＥＤ素子の各グループが、電気的に直列接続された少なくとも２つのＬＥＤ素子の少なくとも１つのストリングを有する複数のＬＥＤ素子と、
前記ＬＥＤ素子に電力を供給するためのステップドライバ回路であって、周期的に変化する電源電圧により前記ＬＥＤ素子のグループを、これらグループを前記電源電圧の瞬時電圧値に依存して選択的に駆動することによって動作させるステップドライバ回路と、
を有する照明装置であって、
前記ＬＥＤ素子は担体上に配置パターンを形成するよう配置され、
前記グループのうちの少なくとも１つのグループのＬＥＤ素子が、前記担体上に、前記配置パターンにわたって均一に分布されるように位置される、
照明装置。
【請求項２】
前記１つのグループのＬＥＤ素子が、前記担体上に対称的グループパターンで位置される、
請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記グループパターンが１８０°未満の回転対称性を有する、
請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記ステップドライバ回路は前記グループを前記電源電圧の前記瞬時電圧値に依存して２以上の段階で駆動し、第１段階においては第１グループのみが駆動され、第２段階においては前記第１グループが少なくとも１つの他のグループと同時に駆動される、
請求項１ないし３の何れか一項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記第１グループのＬＥＤ素子が前記配置パターンにわたって均一に分布される、
請求項４に記載の照明装置。
【請求項６】
前記段階のうちの少なくとも２つにおいて、駆動される前記ＬＥＤ素子が前記担体上で対称的なパターンを形成する、
請求項４又は請求項５に記載の照明装置。
【請求項７】
少なくとも１つのグループの前記ＬＥＤ素子が前記配置パターン内に交互の配置で位置され、１つのグループのＬＥＤ素子又はＬＥＤ素子のクラスタは、少なくとも１つの他のグループのＬＥＤ素子が間に配置された状態で互いに隔てられて設けられる、
請求項１ないし６の何れか一項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記グループのうちの少なくとも２つのグループにおける前記ＬＥＤ素子が、前記担体上に前記配置パターンにわたって均一に分布されるように位置される、
請求項１ないし７の何れか一項に記載の照明装置。
【請求項９】
前記配置パターンが、少なくとも１つの完全な円又は部分円を形成するように配置されたＬＥＤ素子を有し、
前記グループのうちの少なくとも１つのグループの前記ＬＥＤ素子が前記円にわたり均一に分布される、
請求項１ないし８の何れか一項に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記配置パターンが、少なくとも１つの完全な円又は部分円を形成するように配置されたＬＥＤ素子を有し、
前記円内の前記ＬＥＤ素子が、前記グループのうちの交互の態様で配置された少なくとも２つのグループのＬＥＤ素子を有する、
請求項１ないし９の何れか一項に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記グループのうちの少なくとも１つのグループのＬＥＤ素子が、前記グループのうちの他のグループのＬＥＤ素子とは異なる色温度の光を放出する、
請求項１ないし１０の何れか一項に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記グループが電気的に直列接続され、
前記グループの前記直列接続において前記グループの間に配置されたタップが、前記ステップドライバ回路に接続される、
請求項１ないし１１の何れか一項に記載の照明装置。
【請求項１３】
少なくとも１つの容量性素子が前記グループの各々に並列に接続される、
請求項１ないし１２の何れか一項に記載の照明装置。
【請求項１４】
少なくとも１つのダイオード素子が前記グループのうちの少なくとも２つのグループの間に接続される、
請求項１ないし１３の何れか一項に記載の照明装置。
【請求項１５】
担体上に配置パターンを形成するように配置された複数のＬＥＤ素子であって、これらＬＥＤ素子は少なくとも２つのグループを形成するように電気的に接続され、ＬＥＤ素子の各グループは直列接続された少なくとも２つのＬＥＤ素子の少なくとも１つのストリングを有し、前記グループのうちの少なくとも１つのグループのＬＥＤ素子が前記担体上に前記配置パターンにわたって均一に分布されるように位置される複数のＬＥＤ素子を有する照明装置を動作させる方法であって、
前記ＬＥＤ素子のグループに、周期的に変化する電源電圧の電圧を、これらグループを前記電源電圧の瞬時電圧値に依存して選択的に駆動することにより供給するステップ、
を有する、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置及び照明装置を動作させる方法に関する。更に詳細には、本発明は、周期的に変化する電源電圧の瞬時電圧値に依存して選択的に駆動されるＬＥＤ素子のグループの動作に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ素子を備える照明装置は、益々、普及してきている。特に主電源により給電される照明装置に関しては、例えば１１０又は２３０Ｖrms及び５０又は６０Ｈｚの周波数の正弦状に変化する電圧として供給される主電源をＬＥＤの動作に適した電流及び電圧値に変換する種々のタイプの電源回路が知られている。
【０００３】
このような電源の多くは周期的に変化する主電源電圧から一定したＤＣのＬＥＤ動作電圧を得るための電圧変換回路を有しているが、タップ式線形ドライバ（ＴＬＤ）とも称されるステップドライバの概念は、ＬＥＤ素子を交流電源から直接駆動することを可能にする。ＴＬＤアーキテクチャにおいて、ＬＥＤ素子はステップドライバ回路に接続される別個のグループを形成するように電気的に接続される。該ステップドライバ回路は、整流された主電源等の周期的に変化する電源電圧が供給されると共に、上記グループを該電源電圧の瞬時電圧値に依存して選択的に駆動する。
【０００４】
米国特許出願公開第2014/0210362号は、各々がＡＣ入力電圧の半周期内で光を放射することができる直列に接続された３以上のＬＥＤグループを備えた半導体発光素子を使用する照明装置を開示している。第１ＬＥＤグループが好ましくは最初に配置され、他のものが当該基板の中心から縁部へと放射方向外側に向かって順次に配置される。このような配置によれば、ＡＣ電圧の半周期において、電流流路の上流に配置された第１ＬＥＤグループが先ず点灯され、次いで、該電流流路の下流に配置された第４ＬＥＤグループまでの他のグループが点灯される。従って、照明過程は基板の中心から縁部に向かう方向に徐々に進行する。
【０００５】
米国特許出願公開第2013/0278163号は、照明効果をもたらすためにＬＥＤセグメントを制御するシステム及び方法を記載している。単一基板照明エンジンは、ドライバ電子回路及び複数のＬＥＤセグメントを含んでいる。該ドライバ電子回路はＡＣ／ＡＣステップドライバを含み、該ステップドライバは、ＡＣ波形が零交差から最大電圧まで進み零交差に戻る間に、ＬＥＤセグメントの間のタップ点を制御することにより斯かるＬＥＤセグメントに選択的に給電する。中心〜縁部の輝度を提供するために、ＬＥＤセグメントは基板上の異なる位置を有する。３つのＬＥＤセグメントを持つ一例において、第１ＬＥＤセグメントは基板のおおよそ中心に配置され、第２ＬＥＤセグメントは第１ＬＥＤセグメントを少なくとも部分的に囲むと共に中心から更に外側に配置され、第３ＬＥＤセグメントは第２ＬＥＤセグメントを少なくとも部分的に囲むと共に中心から最も遠くに配置される。このようにして、電源オン及び調光の間に（即ち、ＡＣ波形の形状が調光器により制御される場合）中心〜縁部の輝度を提供することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特に調光された状態において、改善された光学的見え方を備えた照明装置及び照明装置を動作させる方法を提供するという目的が考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、請求項１による照明装置及び請求項１５による動作させる方法により達成される。従属請求項は、本発明の好ましい実施態様を参照する。
【０００８】
発明者は、ステップドライバ回路及び複数グループのＬＥＤ素子を備える照明装置の光学的見え方を考察した。ステップドライバ回路は斯かるグループを電源電圧の瞬時電圧値に依存して選択的に駆動するので、異なるグループのＬＥＤ素子は、周期的に変化する電源電圧の全期間の間において全て駆動されたままとなる（即ち、光を放出するように動作電圧及び電流が供給される）ことはないであろう。上記瞬時電圧値が全てのＬＥＤ素子を駆動するには十分でない期間において、１以上のグループのＬＥＤ素子は駆動されないままとなる。
【０００９】
特に、全体の波形（例えば、正弦状に変化するＡＣ電圧）が、例えば立ち上がりエッジ（ＬＥ）又は立ち下がりエッジ（ＴＥ）位相カット調光器等による位相カット動作により変更された調光された電源電圧が供給されることがある。このように変更された波形は、整流の後にステップドライバに供給される。特に、強く調光された動作において、当該照明装置における幾つかのＬＥＤ素子は、各周期の間において非常に短い時間しか動作され得ないか、又は全期間を通して駆動されないままとさえなり得る。
【００１０】
発明者は、特に減光調光された場合の照明装置の光学的見え方が以前には十分に考慮されていないことを認識した。駆動されていないＬＥＤ素子、及び特に同時的に駆動されていないＬＥＤ素子の大きなクラスタは個別に見えるものとなり得、かくして、調光された照明装置は個々のＬＥＤ素子又はＬＥＤ素子のクラスタの部分的に駆動された／駆動されていない配置パターンとして知覚され得るようになる。
【００１１】
本発明による照明装置は、ＬＥＤ素子の少なくとも２つのグループを形成するように接続された複数のＬＥＤ素子を有する。“ＬＥＤ素子”は、特に半導体発光ダイオード、ＯＬＥＤ等の如何なるタイプの固体発光素子とすることもできる。好ましくは、これらＬＥＤ素子はパッケージ化された形態で、即ち個別に接続可能な部品として設けられる。特に好ましいのは、少なくとも１０Ｖ、好ましくは少なくとも２０Ｖの動作電圧を持つ高電圧ＬＥＤの使用である。特に、例えば２４Ｖ又は４８Ｖの公称電圧を持つような多接合ＬＥＤパッケージが好ましい。
【００１２】
前記少なくとも２つのグループの各々は、少なくとも２つのＬＥＤ素子の少なくとも１つの直列接続を有する。好ましい実施態様との関連で明らかなように、各グループのＬＥＤ素子は全て直列接続することができる。代わりに、１つのグループ内で、ＬＥＤ素子の２以上のストリング（直列接続）は電気的に並列に接続することができる。
【００１３】
１つのグループにおけるＬＥＤ素子の数は、２〜３０、好ましくは２〜１２とすることができる。ＬＥＤ素子の数は、グループの間で異なることもできる。前記グループのうちの少なくとも１つのグループは少なくとも３個のＬＥＤ素子、更に好ましくは少なくとも４個、５個又は６個のＬＥＤ素子を有することが好ましいであろう。最も多くのＬＥＤ素子を備えるグループは、後で説明するように第１段階で駆動される第１グループとすることができる。残りのグループは、より少ないＬＥＤ素子を有することができる。
【００１４】
前記ステップドライバ回路に接続されるＬＥＤ素子のグループの数も、異なることができる。例えば、各々がＬＥＤ素子の少なくとも１つのストリングを有する２〜６個のグループ、更に好ましくは３又は４個のグループが存在し得る。幾つかの実施態様においては、例えば１つの追加のグループにおいて単一のＬＥＤ素子しか存在しない場合等のように、ＬＥＤ素子が直列接続されない１以上の他のグループが存在することもできる。
【００１５】
ＬＥＤ素子のグループは、全てステップドライバ回路に電気的に接続される。該ステップドライバ回路は、周期的に変化する電源電圧の形態で電力を受けるように構成される。該ステップドライバ回路は、この電源電圧の瞬時電圧値に依存してＬＥＤ素子の全てのグループを自動的に駆動し又は非駆動状態にするように接続された電気部品を有する。
【００１６】
このようにＬＥＤ素子の駆動されるグループを上記瞬時電源電圧に依存して選択することにより、該ステップドライバ回路は電源電圧を駆動されるグループ（好ましくは、電気的に直列接続される）に直接供給することができる。更に好ましくは、該ステップドライバ回路に接続されるタップが当該直列接続において各グループの間に配置され、かくして、該ステップドライバ回路が各グループを、当該グループに電源電圧を接続することにより駆動することができるようにする。例えば、該ステップドライバ回路はグループを１以上の段階で駆動することができ、かくして、例えば第１段階では第１グループのみが駆動され、第２段階では該第１グループが少なくとも１つの他のグループと同時に駆動されるようにする。３つのグループを持つ一例においては、第１段階において第１グループのみが駆動され、第２段階では第１及び第２グループが駆動され、第３段階では３つの全てのグループが駆動される。言うまでも無く、同じ概念は例えば４以上のグループを持つ他の構成にも適用することができる。
【００１７】
瞬時電源電圧に依存したグループの駆動は、各段階に対して、電源電圧のための関連する閾値が存在するというようなものである。ステップドライバ回路は、例えば瞬時電源電圧が第１閾値より低い場合は何れのグループも駆動せず、瞬時電源電圧が第１閾値よりは高いが第２閾値より低い場合は第１グループのＬＥＤ素子のみを駆動し、瞬時電源電圧が第２閾値より高い場合は第１グループを第２グループと同時に駆動する、等々のように動作する。
【００１８】
本発明による照明装置において、ＬＥＤ素子は担体上に配置パターンを形成するように配置される。当該担体は、ＬＥＤ素子を定位置に保持するのに適した如何なる構造体とすることもでき、そのために適した如何なる形状の主体とすることもできる。特に、該担体は、上に前記配置パターンが形成される湾曲した又は好ましくは平らな表面を有することができる。好ましくは、該配置パターンは前記ステップドライバ回路に接続される全てのＬＥＤ素子を含む。
【００１９】
本発明によれば、前記グループのうちの少なくとも１つのグループのＬＥＤ素子は、上記担体上に上記配置パターンにわたって均一に分布されるように位置される。この構成は、このグループが駆動された場合、放出される光が該配置パターンにわたって均一に分布して見えるという光学的効果を有する。
【００２０】
ＬＥＤ素子の均一な分布とは、上記配置パターンが、当該グループのＬＥＤ素子のみが駆動された場合、該配置パターンの全体のサイズに対して目立ったサイズの暗い領域（即ち、複数の隣接する駆動されてないＬＥＤ素子を伴う領域）も明るい領域（即ち、複数の隣接する駆動されたＬＥＤ素子を伴う領域）も有さないと理解されるものである。例えば、全体の配置パターンの一方の側（例えば、全体の配置パターンの半分）に関し隣接するＬＥＤ素子の連続した領域をカバーするＬＥＤ素子のグループは、均一に分布されたものではないであろう。
【００２１】
一例として、均一に分布された配置は、交互配置で位置されたＬＥＤ素子により、即ち或るグループのＬＥＤ素子又はクラスタ（隣接して設けられる同じグループの小数のＬＥＤ素子、例えば一緒の２個、３個又は４個のＬＥＤ素子）が他のグループのＬＥＤ素子が間に配置された状態で互いに隔てられて設けられることにより、もたらされ得る。更に好ましくは、上記ＬＥＤ素子又はクラスタは均一に離隔される。
【００２２】
均一な分布は、好ましい実施態様から明らかとなるように、４個又は５個のＬＥＤ素子による等の、相対的に小さな数のＬＥＤ素子により早くも達成することができる。しかしながら、均一な分布は、全体の配置パターンにおける一層大きな合計数のＬＥＤ素子により（例えば、少なくとも６個のＬＥＤ素子、好ましくは少なくとも８個のＬＥＤ素子により）、一層容易に達成することができる。
【００２３】
前記グループのうちの少なくとも１つのグループのＬＥＤ素子の均一に分布された配置は、ユーザが、調光された状態においても個々のＬＥＤ素子が目立つようになることなく全体の照明装置が依然として実質的に全体の配置パターンにわたって光を放出しているものと知覚することを可能にするような光学的な見え方を維持するという利点を有している。このことは、第１グループのＬＥＤ素子、即ち強く調光されても駆動されたままとなるグループが、均一に分布されて設けられる場合に特に当てはまる。斯かる効果は、２以上のグループが全体としての配置パターンにわたって均一に分布される場合に更に強くなる。例えば、少なくとも２つのグループが担体上に前記配置パターンにわたって均一に分布されるように位置される場合、この構成は、１つの調光状態におけるのみならず、特に均一に分布されたグループのうちの１つのみ又はそれ以上が駆動される場合におけるような、幾つかの調光状態においても、好ましい見え方を維持することを可能にする。
【００２４】
本発明の好ましい実施態様によれば、少なくとも１つのグループの、特に好ましくはＬＥＤ素子が前記配置パターンにわたって均一に分布されたグループのＬＥＤ素子は、担体上に対称なグループパターンで配置することができる。この構成は、少なくとも前記第１グループが対称である場合に特に有効である。このように、少なくとも１つの、好ましくは複数のグループの、及び代わりに又は加えて全体の配置パターンのＬＥＤ素子は、対称に配置することができる。１つのグループに関してのみならず、対称性が好まれる本発明による全ての他の配置に関しても、この構成は、少なくとも１つの軸、好ましくは少なくとも２つ又はそれ以上の軸に対するミラー対称性又は回転対称性等の、異なるタイプの対称性を含むことができる。特に、少なくとも１つの、好ましくは２以上のグループ及び／又は全体の配置パターンのグループパターンは、１８０°未満の回転対称性を有する。好ましい実施態様に関連して明らかとなるように、例えば、９０°又はそれ以下の回転対称性は特に好ましいものであり得る。
【００２５】
１つの例示的実施態様において、前記配置パターンは、少なくとも１つの完全な又は部分的な円を形成するように配置されたＬＥＤ素子を有することができる。高対称性の配置としての円は、好ましい見え方を提供することができる。完全な円が好まれ得るが、幾つかの実施態様においては、接続配線、ドライバ電子回路等のためのスペースを設けるために、ＬＥＤ素子は部分円に配置することもできる。好ましくは、該部分円は少なくとも２７０°にわたって延びるものとする。このようにして形成された円又は部分円上に、少なくとも１つのグループ、好ましくは２以上のグループのＬＥＤ素子を均一に分布させることができる。前記全体の配置パターンは、円を含むことができるが、他の例として、更なるＬＥＤ素子を例えば該円内に配置されるようにして設けることができる。
【００２６】
当該配置パターンが少なくとも１つの完全な又は部分的な円を有する特に好ましい実施態様において、この円に沿って配置されるＬＥＤ素子は、少なくとも２つの異なるグループに属することができ、更に好ましくは交互の態様で配置される。この場合における交互配置とは、当該円に沿ってＬＥＤ素子（又はＬＥＤ素子のクラスタ）が異なるグループに交互に属すると理解されるものである。この構成は、特に均一な分布をもたらすことを可能にする。
【００２７】
前述したように段階的に駆動されるように前記ステップドライバ回路に接続されたグループの場合、これら段階のうちの少なくとも２つにおいて、駆動されるＬＥＤ素子が担体上で対称なパターンを形成することが特に好ましい。好ましくは、このことは、少なくとも最も低い活動状態（１つのグループのみが駆動される）及び最も高い活動状態（全てのグループが駆動される）に当てはまるようにする。更に、中間の段階においても、駆動されるＬＥＤ素子が対称なパターンを形成することが好ましい。例えば、第１段階及び最も高い段階において回転対称性が設けられるようにすることができる一方、少なくとも１つの中間段階において少なくともミラー対称性が存在するようにする。
【００２８】
本発明の他の好ましい実施態様によれば、前記グループのうちの少なくとも１つのグループのＬＥＤ素子は、前記グループのうちの他のグループのＬＥＤ素子とは異なる色温度の光を放出するように構成される。１つの好ましい例として、第１グループのＬＥＤ素子の全て又は少なくとも一部分は、少なくとも１つの他のグループのＬＥＤ素子よりも暖かい色温度を有し、一層強い調光状態において全体としての色温度が一層暖かくなるような自動調光色調機能を提供することができる。１つのグループ内の素子が色温度で相違する場合、共通の色温度を持つＬＥＤ素子を当該グループパターン内で均一に分布されて及び／又は対称に配置することが特に好ましい。
【００２９】
他の好ましい実施態様は前記ＬＥＤ素子及びステップドライバ回路により形成される電気回路に関するものである。既に前述したように、前記グループは好ましくは電気的に直列接続される。タップを、この直列接続において前記グループの間に配置することができ、前記ステップドライバ回路に接続することができる。少なくとも１つの容量性素子を、前記グループの各々に並列に接続することができる。前記グループの間には、これらグループを電気的に分離するために通常の（非発光）半導体ダイオード等のダイオード素子を設けることができる。
【００３０】
本発明の上記及び他の態様は、後述される実施態様から明らかとなり、斯かる実施態様を参照して解明される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、照明装置の第１実施態様の回路図を示す。
【図２ａ】図２ａは、図１の照明装置におけるＬＥＤ素子のグループの配置を示す。
【図２ｂ】図２ｂは、図１の照明装置におけるＬＥＤ素子のグループの配置を示す。
【図２ｃ】図２ｃは、図１の照明装置におけるＬＥＤ素子のグループの配置を示す。
【図３】図３は、照明装置の第２実施態様の回路図を示す。
【図４ａ】図４ａは、図３の照明装置におけるＬＥＤ素子のグループの配置を示す。
【図４ｂ】図４ｂは、図３の照明装置におけるＬＥＤ素子のグループの配置を示す。
【図４ｃ】図４ｃは、図３の照明装置におけるＬＥＤ素子のグループの配置を示す。
【図５ａ】図５ａは、第３実施態様によるＬＥＤ素子の配置を示す。
【図５ｂ】図５ｂは、第３実施態様によるＬＥＤ素子の配置を示す。
【図５ｃ】図５ｃは、第３実施態様によるＬＥＤ素子の配置を示す。
【図６ａ】図６ａは、第４実施態様によるＬＥＤ素子の配置を示す。
【図６ｂ】図６ｂは、第４実施態様によるＬＥＤ素子の配置を示す。
【図６ｃ】図６ｃは、第４実施態様によるＬＥＤ素子の配置を示す。
【図７】図７は、図５ａ〜図５ｃ、図６ａ〜図６ｃの実施態様による照明装置の回路図を示す。
【図８ａ】図８ａは、照明装置の第５実施態様におけるＬＥＤ素子の配置を示す。
【図８ｂ】図８ｂは、照明装置の第５実施態様の回路図を示す。
【図９ａ】図９ａは、第６実施態様による照明装置のＬＥＤ素子の配置を示す。
【図９ｂ】図９ｂは、第６実施態様による照明装置の回路図を示す。
【図１０ａ】図１０ａは、第７実施態様による照明装置のＬＥＤ素子の配置を示す。
【図１０ｂ】図１０ｂは、第７実施態様による照明装置の回路図を示す。
【図１１ａ】図１１ａは、第８実施態様による照明装置のＬＥＤ素子の配置を示す。
【図１１ｂ】図１１ｂは、第８実施態様による照明装置の回路図を示す。
【図１２ａ】図１２ａは、第９実施態様による照明装置のＬＥＤ素子の配置を示す。
【図１２ｂ】図１２ｂは、第９実施態様による照明装置の回路図を示す。
【図１３ａ】図１３ａは、第１０実施態様による照明装置のＬＥＤ素子の配置を示す。
【図１３ｂ】図１３ｂは、第１０実施態様による照明装置の回路図を示す。
【図１４ａ】図１４ａは、第１１実施態様による照明装置のＬＥＤ素子の配置を示す。
【図１４ｂ】図１４ｂは、第１１実施態様による照明装置の回路図を示す。
【図１５】図１５は、第１２実施態様によるＬＥＤ素子の配置を示す。
【図１６】図１６は、第１３実施態様によるＬＥＤ素子の配置を示す。
【図１７ａ】図１７ａは、照明装置の第１４実施態様におけるＬＥＤ素子の配置を示す。
【図１７ｂ】図１７ｂは、照明装置の第１４実施態様の回路図を示す。
【図１８ａ】図１８ａは、照明装置の第１５実施態様におけるＬＥＤ素子の配置を示す。
【図１８ｂ】図１８ｂは、照明装置の第１５実施態様の回路図を示す。
【図１９ａ】図１９ａは、照明装置の第１６実施態様におけるＬＥＤ素子の配置を示す。
【図１９ｂ】図１９ｂは、照明装置の第１６実施態様の回路図を示す。
【図２０ａ】図２０ａは、照明装置の第１７実施態様におけるＬＥＤ素子の配置を示す。
【図２０ｂ】図２０ｂは、照明装置の第１７実施態様の回路図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１は、照明装置１０の第１実施態様の回路図を示す。照明装置１０は、ステップドライバ（step driver）回路１４に接続された複数のＬＥＤ素子１２を有している。
【００３３】
ＬＥＤ素子１２は、本例では第１グループ１、第２グループ２及び第３グループ３として示されたグループで電気的に接続されている。図示された例示的回路において、各グループ内の全てのＬＥＤ素子１２はＬＥＤストリング（string）３０として、即ち複数のＬＥＤ素子の直列接続として、電気的に接続されている。図１の例において、第１グループ１は６個のＬＥＤ素子１２のストリング３０を有し、第２グループ２は４個のＬＥＤ素子１２のストリング３０を有し、第３グループ３は２個のＬＥＤ素子１２のストリング３０を有している。
【００３４】
上記ストリング、従って３つの全てのグループ１、２及び３のＬＥＤ素子１２は電気的に直列接続されている。
【００３５】
好ましい実施態様において、個々のＬＥＤ素子１２は、例えば各々が２４Ｖの定格電圧を持つ多接合ＬＥＤパッケージである。
【００３６】
グループ１、２及び３は、ステップドライバ回路１４にタップ式線形ドライバ（ＴＬＤ）アーキテクチャで接続されている。（非発光）ダイオード１８により電気的に分離された各グループの間には、タップ２０が設けられ、ステップドライバ回路１４に接続されている。各グループは、並列コンデンサ２２により電気的に安定化されている。
【００３７】
照明装置１０は、整流器１６により整流され、ステップドライバ回路１４に供給される主電源２４により給電される。
【００３８】
ステップドライバ回路１４は、グループ１、２及び３を、斯様にして整流された電圧Ｖの瞬時電圧値に依存して選択的に駆動する。
【００３９】
当業者によりＴＬＤアーキテクチャから一般的に知られているように、ステップドライバ回路１４は瞬時電圧Ｖを幾つかの閾値と比較し、この比較に依存してグループ１、２及び３を幾つかの段階で駆動する。本例において、２４Ｖ公称電圧の６個のＬＥＤ素子１２を持つ第１グループ１は、動作するには１４４Ｖの最小電圧を必要とする。ステップドライバ回路１４に供給される整流電圧が該値より低い限り、全ＬＥＤ１２は駆動されないままとなる。該電圧が１４４Ｖの第１閾値を超えるが、２４０Ｖ（グループ１の６個のＬＥＤのための１４４Ｖ、プラス、グループ２の４個のＬＥＤのための９６Ｖ）の第２閾値よりも依然として低い場合、第１段階において、第１グループ１のみが駆動される。２４０Ｖより高いが２８８Ｖより低い場合、第１及び第２グループが第２段階で駆動される。最後に、２８８Ｖより高い場合、３つの全てのグループが、第３段階において、同時に駆動される。
【００４０】
従って、正弦状電源電圧がステップドライバ回路１４に整流された形で供給された場合、ＬＥＤ素子１２のグループ１、２及び３は次から次へと連続的にオンされる。ＬＥＤ素子１２の第１グループ１は他のグループ２及び３よりも長い期間にわたり駆動される一方、全てのグループは電源電圧の各周期において特定の期間にわたり駆動される。
【００４１】
調光器が使用される場合、元々正弦状の電源電圧の波形は、調光器のタイプに従って、例えばＬＥ（立ち上がりエッジ）又はＴＥ（立ち下がりエッジ）調光器の場合は位相カットにより変更される。結果的な位相カット波形に依存して、グループ１、２及び３は、変更されていない正弦状電源電圧の場合のように必ずしも連続的に駆動されるとは限らない。例えば、調光レベルに依存して、第２グループ２及び特に第３グループ３は一層短い期間しか駆動され得ないか、又はステップドライバ回路１４に供給される整流電圧が、これらを駆動するのに十分な高いレベルに全く到達しないこともあり得る。このように、調光状態に依存して、特に第２及び第３グループ２及び３のＬＥＤ素子は、より暗く（一層短い駆動期間により）又は完全に暗くさえ見えるであろう。
【００４２】
当業者が理解するように、ＴＬＤアーキテクチャの上述した固有の例以外に、異なる実施態様も用いることができ、これらの幾つかを以下に説明する。各ケースにおいて、ＬＥＤ素子１２の個々のグループは整流電圧の瞬時電圧に依存して選択的に駆動される。駆動は段階的に行われ、かくして、最高の段階において全てのグループが同時に駆動されるまで、第１段階では第１グループのみが駆動され、第２段階では第１及び第２グループが駆動され、等々となる。このような機能を実現するための回路は当業者により一般的に知られているので、ここでは斯かるステップドライバの更なる詳細は説明されない。
【００４３】
当該照明装置１０は、例えば、タイプGU10PFのＬＥＤランプである。当該例において、１２個のＬＥＤ素子１２は担体としての平らな印刷回路基板２６上に配置される。図２ａはＰＣＢ２６上での個々のＬＥＤ素子１２の配置を概略的に示している。各ＬＥＤ素子１２は、当該素子が属するグループの番号を伴う円として概略的にのみ示されている。ＬＥＤ素子１２の配置を概略的に図示するために用いられる図２及び以降の図において、全ての配線及び更なる回路は明瞭化のために省略されている。
【００４４】
ＰＣＢ２６上のＬＥＤ素子１２は、一緒になって配置パターンを形成している。第１実施態様において、該配置パターンは円であり、ＬＥＤ素子１２は円のラインに沿って配置される。
【００４５】
図２ａに示されるように、第１グループ１のＬＥＤ素子１２は、当該配置パターンにわたって、即ち形成された円にわたって均一に分布される。該第１グループ１のＬＥＤ素子１２は該配置パターン内に交互の態様で配置される。即ち、ＬＥＤ素子１２の１つ置きのものが第１グループ１に属し、かくして、第１グループ１の個々のＬＥＤ素子は均一に分散されると共に、常に他のグループの１つのＬＥＤ素子により分離されるようにする。
【００４６】
第２グループ２の４つのＬＥＤ素子も、該円にわたって均一に分布される。第２グループのＬＥＤ素子も交互の態様で配置されるが、この場合、これらの間の距離は第１グループの場合のように等しくはない。
【００４７】
第１実施態様におけるＬＥＤ素子１２の全体としての配置パターンは対称的である。容易に理解されるように、当該配置パターンがミラー対称性を呈する複数の異なるミラー軸を定義することができる。更に、該配置パターンは３０°、６０°及び９０°等の回転角度に対して回転対称的である。このように、全体としての配置パターンは高度の対称性を有している。
【００４８】
また、第１グループ１のＬＥＤ素子１２により形成されるグループパターンも対称的である。容易に理解されるように、第１グループ１のＬＥＤ素子１２は、複数のミラー対称性及び６０°、１２０°等の回転対称性を持つグループパターンで配置されている。
【００４９】
図２ａは、グループ１のＬＥＤ素子のみが駆動された（取り囲む矢印により示されている）第１段階の駆動状態の照明装置１０を示している。このように、図２ａは、強く調光された状態の照明装置１０の見え方の印象を与える。見られるように、当該配置パターン内での駆動されたＬＥＤ素子１２の均一な分布、及び該駆動されたＬＥＤ素子１２の高い対称性は、良好にバランスのとられた光学的見え方を達成する。
【００５０】
図２ｂ、図２ｃは、照明装置１０の第２及び第３駆動段階を示す。
【００５１】
図２ｂに示された第２の中間段階において、グループ１及び２の駆動されたＬＥＤ素子１２は、第３グループ３の２つのＬＥＤ素子１２のみが駆動されていない、全体の配置パターンにわたっては依然として相対的に均一に分布されたパターンを形成している。更に、該第２の中間段階における駆動されたＬＥＤも、対称的に（より少ない程度ではあるが）、即ち１つの軸に対するミラー対称性を有して配置されている。
【００５２】
図２ｃに示された第３の最も高い駆動段階において、全てのＬＥＤ素子１２は駆動され、ここでも高度に対称なパターンを形成する。このように、全体として、当該第１実施態様による照明装置１０は、均一に分布された対称な配置により、全ての調光状態において、特に最も低い調光状態（第１段階、図２ａ）において及び最も高い調光状態（第３段階、図２ｃ）において好ましい光学的見え方を実現する。
【００５３】
図３は、照明装置の第２実施態様の部分的回路図を示す。図示の回路は図１のものと同一の構造のもので、ＴＬＤアーキテクチャで配置されたＬＥＤ素子のストリング３０を備えており、各グループ内のＬＥＤ素子の配置のみが相違して、異なる数のＬＥＤ素子１２となっている。該実施態様は全部で１６個のＬＥＤ素子１２を有しているが、これらは個々にではなく、ストリング３０（個別のＬＥＤ素子の直列接続）としてのみ図示されている。図３及び以降の図において、各ストリング内の個別のＬＥＤ素子の数は、対応するシンボルの隣に示されており、例えば図３における“４ｘ”は各ストリング３０が４個のＬＥＤ素子を含むことを意味している。第１実施態様におけるのと同様に、各グループ１、２、３は並列コンデンサ２２を有し、グループ１、２、３は全てダイオード１８により分離されて電気的に直列接続されている。該第２実施態様及び更なる実施態様において、同じ符号は同じ要素を示している。
【００５４】
図３では、明瞭化の理由により、ステップドライバ回路１４は省略され、該回路に接続されるタップ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ及び３２ｄのみが示されている。
【００５５】
該第２実施態様による電気回路において、第１グループ１は並列に接続された２つのストリング３０を有している。当該１６個のＬＥＤ素子は、各々、２４Ｖの公称電圧を有している。第１グループ１においては４個のＬＥＤ素子の直列接続のストリングが設けられているので、第１閾値は４ｘ２４Ｖ＝９６Ｖである。第２閾値は１９２Ｖであり、第３閾値は２８８Ｖである。
【００５６】
図４ａは、第１グループ１、第２グループ２及び第３グループ３のＬＥＤ素子の配置を示している。駆動されているＬＥＤ素子を示す矢印は、光学的見え方を、図４ａでは第１段階に関して、図４ｂでは第２段階に関して、図４ｃでは第３段階に関して示している。
【００５７】
この実施態様において、ＬＥＤ素子１２は平らな印刷回路基板２６上に円の全体にわたる配置パターンで配置さている。この全体にわたる配置パターンは、回転対称性及び複数の軸に対するミラー対称性の両方で、高度の対称性を有している。
【００５８】
第１グループ１のＬＥＤ素子１２は、当該円状配置パターンにわたって均一に分布されている。第１グループのＬＥＤ素子は円の線に沿って交互の態様で配置されている。しかしながら、第１実施態様とは反して、該交互配置は個々のＬＥＤ素子１２により形成されるのではなく、各々が２個のＬＥＤ素子から形成された小さなクラスタ（集団）から形成されている。円の線に沿って、これらクラスタは均一に隔てられ、他のグループの２つのＬＥＤ素子１２が間に存在する。このようにして、均一な分布が実現され、最も低い調光状態（図４ａ）においても好ましい見え方を生じる。
【００５９】
第１グループ１のＬＥＤ素子の配置も、この場合は９０°の回転対称性及び複数の軸に対するミラー対称性で以って対称的である。
【００６０】
第２グループ２のＬＥＤ素子１２も、円の線に沿って交互の態様で均一に隔てられている。このようにして形成された第２グループのグループパターンも、対称的である。第２段階（図４ｂ）において、駆動されるＬＥＤ素子１２は、均一に分布された高度に対称的なパターンを形成する。
【００６１】
第１段階（図４ａ）及び第２段階（図４ｂ）における駆動されるＬＥＤ素子１２のパターンを比較すると、該パターンが第１段階から第２段階に変化する際に、対称軸が僅かに回転される。このことが、図４ｂに矢印により示されている。
【００６２】
図５ａ〜図５ｃは、ＰＣＢ２６上に配置されたＬＥＤ素子１２の他の実施態様を示す。全体としての配置パターンは円であり、該円内に２つの追加のＬＥＤ素子が配置されている。これら図から明らかなように、第１グループ１のＬＥＤ素子１２は当該円にわたり円の線に沿って等しく隔てられた交互の態様で均一に分布されている。少なくとも該第１グループの配置は、高度に対称的である。全体としての配置パターンは、より少ない度合いの対称性しか有さないが、少なくとも１つの軸に対してミラー対称性を示す。
【００６３】
図７は、第１グループ内の６個のＬＥＤ素子１２、第２グループ内の４個のＬＥＤ素子１２及び第３グループ内の追加の単一のＬＥＤ素子１２に関する対応する回路図を示す。該回路の設計は、先の実施態様とは、ダイオード１８がグループ１、２、３の直列接続内に接続されるのではなく、これらグループとタップ３２ｂ、３２ｃ、３２ｄとの間に接続される点で僅かに相違している。
【００６４】
図６ａ〜図６ｃは、第４実施態様によるＰＣＢ２６上のＬＥＤ素子１２の配置を示す。第１グループ１内に６個のＬＥＤ素子１２、第２グループ２内に４個のＬＥＤ素子１２及び第３グループ３内に単一のＬＥＤ素子１２を備える１１個のＬＥＤ素子１２も、図７に示された回路内に配設することができる。例えば、各ＬＥＤ素子１２は４８Ｖの多接合ＬＥＤパッケージとすることができる。
【００６５】
図６ａ〜図６ｃに示されるように、第１グループのＬＥＤ素子１２の配置は、円に沿って交互の態様で配置された２つの３素子クラスタで以って均一に隔てられている。
【００６６】
第５実施態様によるＰＣＢ２６上のＬＥＤ素子１２の配置パターン及び回路図が、図８ａ及び８ｂに示されている。合計で９個の素子１２が全体として高度に対称的な配列で配置されている。第１グループの６個のＬＥＤ素子１２（各々が３個のＬＥＤ素子の２つの並列ストリング）は、円上に配置されている。
【００６７】
図９ａ、図９ｂ、図１０ａ、図１０ｂ、図１１ａ、図１１ｂ、図１２ａ、図１２ｂ、図１３ａ、図１３ｂ、図１４ａ、図１４ｂは、更なる実施態様を示す。図１５、図１６は、図１４ｂに示された回路により給電することができるＰＣＢ２６上の１０個のＬＥＤ素子１２の異なる配置による更に他の実施態様を示す。
【００６８】
更に他の実施態様が、図１７ａ、図１７ｂ、図１８ａ、図１８ｂ、図１９ａ、図１９ｂ及び図２０ａ、図２０ｂに示されている。特に図１８ａ、図１８ｂ及び図２０ａ、図２０ｂの実施態様から明らかなように、ＬＥＤ素子１２は４つのグループ１、２、３、４で配置することもできる。
【００６９】
以上、本発明を図面及び上記記載において詳細に図示及び説明した。しかしながら、このような図示及び説明は解説的又は例示的なものであり、限定するものではないと見なされるべきである。即ち、本発明は開示された実施態様に限定されるものではない。
例えば、別の実施態様の回路設計を、開示されたＬＥＤ素子の配置に対して用いることもできる。
【００７０】
尚、請求項において、“有する”なる文言は他の構成要素を排除するものではなく、単数形は複数を排除するものではない。また、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、これら手段の組み合わせを有利に使用することができないということを示すものではない。また、請求項内の如何なる符号も、当該範囲を限定するものと見なしてはならない。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７ａ】
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【図１７ｂ】
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【図１８ａ】
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【図１８ｂ】
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【図１９ａ】
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【図１９ｂ】
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【図２０ａ】
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【図２０ｂ】
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【国際調査報告】
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