JP6058558B2 - Ｌｅｄストリップを備えた照明ユニット - Google Patents

Description

本発明は、照明ユニット及び照明ユニットを含む照明器具に関する。更に詳細には、本発明は複数のＬＥＤエレメントを有する照明ユニットに関する。

本発明による照明ユニットは、照明用途において使用されることを、即ち特に照明目的に適した光出力を供給することを意図するものである。本発明による照明ユニットは、専らではないが、特には白熱電球又は蛍光ランプ等の従来のランプのためのＬＥＤ置換品（ＬＥＤ改良置換品）として使用することができる。このような使用のためには、照明ユニットは置換されるべきランプと互換性のある機械的及び／又は電気的手段を備える必要がある。

ＬＥＤ（発光ダイオード）は、高効率及び長寿命等の利点を提供する。しかしながら、個々のＬＥＤは小さな面積から光束を供給するに過ぎない。照明目的のためには、通常、複数のＬＥＤが必要とされる。

米国特許出願公開第2008/0290814号公報は、蛍光灯のための既存の照明器具に取り付けられる発光ダイオード（ＬＥＤ）ランプを開示している。該照明器具はランプに電力を供給するバラストを有し、該ランプは平らな長方形の可撓性回路基板上にコンパクトに配列されると共に固定された個別の又は表面実装されたＬＥＤの周囲に筒状ハウジングを有している。外部蛍光灯バラストにより発生されたＡＣ電力は、ＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換するためのブリッジ整流器によりＤＣ電力に変換される。個々のＬＥＤは、直列に、並列に、又は直列及び／並列構成の組み合わせで電気的に接続することができる。好ましい例では、２つのＬＥＤが電流制限抵抗に対して直列に接続される。複数の斯様な直列回路が上記整流器に対して並列に接続される。フィルタコンデンサを並列に配設することもできる。

米国特許出願公開第2008/0290814号公報に記載された照明ユニットは、ＬＥＤに基づいたランプ又は照明ユニットによる改良置換のために、即ち従来の蛍光灯を置換するために使用することができる。しかしながら、電気的設計が柔軟でないので、異なる数のＬＥＤに対しては電気回路を適合させる必要がある。

従って、容易に適合可能な電気的設計を有する、即ち異なる数のＬＥＤを備えた異なる照明ユニットを電気回路の最小限の変更で設けることができるような、照明ユニットを提供することが望ましいであろう。

この課題は、請求項１による照明ユニットにより達成される。従属請求項は本発明の好ましい実施態様を示す。

本発明の基本的着想は、ストリップ（細条片）上にＬＥＤエレメントを設けるというもの、即ちＬＥＤエレメント自体のみならず、ドライバ電子回路として働く能動回路エレメントも該ストリップ上に長さ方向に間隔を開けて配置されるような長尺構成体を設けるというものである。このように、本発明の基となる着想によれば、上記ドライバ電子回路は、少なくとも部分的に、上記ストリップの長さにわたって分散される。この構成は、ドライバ電子回路における電気的損失も当該ストリップの長さにわたって分散され、ストリップ上に複数の斯様なエレメントを有する照明ユニットの電気的設計は容易に拡縮可能であるという利点を有する。

本発明によれば、照明ユニットは少なくともストリップを、即ち複数の照明セグメントが互いに間隔を開けて配置された長尺エレメントを有する。これら照明セグメントの各々は、好ましくは当該ストリップの一端又は両端において、少なくとも１つの電源端子に対する直接的な又は間接的な電気接続を有し、上記照明セグメントを上記電源端子から供給される電力により動作させることができるようにする。

上記ストリップ上の照明セグメントの数は大きく変化させることができる。少なくとも２つの照明セグメントを設けることが好ましく、少なくとも３つの照明セグメントを設けることは更に好ましい。選択される照明セグメントの数は、所望の用途に、特には必要とされる全光束及び当該照明ユニットの外部寸法に依存するであろう。例えば、典型的な蛍光管のための置換品は、１０００ルーメン又はそれ以上の光束を必要とし得る。この光束は当該管の長さにわたって分散されるべきであり、ストリップの幾つかのセグメントが該管の長さにわたって分散されることを要する。約１０ｃｍの距離にまたがって延びると共に約２００ルーメンを供給するセグメントを仮定した場合、約１２０ｃｍの全長を持つ３６ＷのＴＬ管に対する置換品は、１１個のセグメントを有する列を使用しなければならない。１５〜４０Ｗの白熱電球を交換しなければならない場合におけるような、約２００ｌｍ又は約４００ｌｍの全出力光束しか必要とされない他の用途では、例えば、２つのセグメントを使用すればよい。何れの場合においても、光及び損失の両方が、当該照明ユニットの長さに沿って有利に分散される。

更に、本発明によれば、各照明セグメントは少なくとも１つのＬＥＤエレメントと、該ＬＥＤエレメントを経る電流を制御するための少なくとも１つのドライバ回路とを有する。

各照明セグメントには単一のＬＥＤエレメントが存在することができ、該ＬＥＤエレメントは如何なる色の既知の半導体ＬＥＤ又はＯＬＥＤを有する如何なるタイプのものとすることもできる。特に、各照明セグメント内には電気的に直列に、並列に又は直列及び並列接続の組み合わせで配置された複数の個別のＬＥＤエレメントが存在することができる。これらＬＥＤエレメントは、同一の又は異なる色、例えば異なる色温度のものとすることができる。後に好ましい実施態様において示されるように、各セグメントには少なくとも２つの複数のＬＥＤエレメントを設けることが特に好ましい。多くの用途に対して、３を越える、又は５を越える等の、より多数のＬＥＤを使用することができる。直列に配置されるＬＥＤエレメントの数は、好ましくは、利用可能な合計の電源電圧及びＬＥＤエレメントの順方向電圧の和に従って選択される。通常の動作の間において高い効率を得るためには、上記順方向電圧の和は、一定したＤＣ電源電圧の電圧値の少なくとも６０％（又は整流されたＡＣ電圧のように変化する電源電圧の場合、該電圧の最小電圧の少なくとも６０％）であることが好ましいであろう。上記順方向電圧の和は、上記一定したＤＣ（又は最小に変化するＤＣ）電圧値の７５％より高い、最も好ましくは９０％より高いことが更に好ましい。例えば、バラストから約１００ＶのＡＣ電圧を受ける蛍光管ランプを置換することを意図するＬＥＤ照明ユニットにおいては、３Ｖの順方向電圧を持つ３３個のＬＥＤエレメントを直列に接続することができる。

本発明によれば、前記ドライバ回路は制御可能な電流制限エレメントを含む。このような制御可能な電流制限エレメントは、制御電圧又は電流等の制御入力を受けると共に、この制御入力に応答して当該ＬＥＤエレメントを経る電流を能動的に制御する。制御可能な電流制限エレメントとして使用することが可能な電気部品の例は、能動型電気部品である。好ましくは、上記制御可能な電流制限エレメントは、少なくとも１つのトランジスタであるか、又は少なくとも１つのトランジスタを有し、該トランジスタは、好ましい実施態様において示されるように、例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）又はバイポーラトランジスタであり得る。

当該照明ユニット内において、前記ストリップは照明セグメントの機械的配列及び電気的接続を提供する。好ましくは、該ストリップは、組み込んだ部品の損失を自身の長さに沿って拡散させるために熱伝導的でもある。当該照明ユニットは、上記ストリップ単独からなることができるか、又は担体、ハウジング等の機械的エレメント及び前記電源端子に接続されるべき電源回路等の電気的エレメントを含む他のエレメントを有することもできる。上記ストリップは、当該照明ユニット内に例えば直線的に設けることができるが、他の例として、アーチ又は１以上の円に曲げられ、担体エレメントに蛇行パターンで巻回される等のように他の形状で設けることもできる。当該ストリップの材料は好ましくは可撓性とし、該ストリップがロールに巻くことができるようにする。例えば、該ストリップは平らで長尺な形状の可撓性担体素材を有することができ、該素材の一方又は両方の面には電機部品及び電気接続部が設けられる。他の例として、上記ストリップは、非導電性担体材料無しで電気配線によってのみ一緒に保持することさえできる。ＬＥＤエレメントは当該ストリップの相反する両面から光を放出するように設けることもできるが、ＬＥＤエレメントは一方の側のみから光を放出するように配置することが好ましい。この場合、好ましくは、反対側は平らな領域を有すると共に接着剤により覆われ、該ストリップが担体に接着されて、該ストリップの熱的損失を該担体へ上記平らな領域を介して輸送することができるようにする。

本発明の好ましい実施態様によれば、好ましくは同一の電気回路構成を有する個々の照明セグメントは、各照明セグメント内での電気的接続のための少なくとも１つのセグメント入力端子及び少なくとも１つのセグメント出力端子を有する。セグメント入力端子及びセグメント出力端子は、例えば当該ストリップ上の連続した導体トラックにより直接的に接続されることが好ましい。上記照明セグメントのうちの、好ましくは当該ストリップの第１端に配置される第１のものは、前記電源端子に直接電気的に接続されるセグメント入力端子を有することができる。更なる照明セグメント、そして好ましくは当該ストリップ上に配置された全ての更なる照明セグメントは、セグメント入力端子が隣接する（先行する）照明セグメントのセグメント出力端子のみに直接接続される（必ずしも前記電源端子に直接接続されることはない）ように接続される。このように、上記電源端子から更なる照明セグメントへの電力の供給は、少なくとも第１照明セグメントを介して行うことができる。

セグメント入力端子及びセグメント出力端子を備える照明セグメントの場合、前記ストリップは、照明セグメントの間において１つの照明セグメントのセグメント出力端子と後続の照明セグメントのセグメント入力端子との間の分離により切断可能であることが更に好ましい。前記回路は、上記分離の後において、更なるセグメントが分離された残りの照明セグメントが前記電源端子に電力を供給することにより依然として動作可能であるようなものである。このように、長手方向に隣接して配列された複数の（例えば、１００個の）照明セグメントを有するストリップに関しては、該ストリップから例えば１０個の第１部分組のセグメントを、該ストリップを該部分組の最後の（１０番目の）照明セグメントのセグメント出力端子と、続く（１１番目の）セグメントのセグメント入力端子との間で切断することにより分離することが可能である。上記電気回路のお陰で、当該照明ユニットにおいて使用されるべき上記ストリップから分離された上記（例えば、１０個の）セグメントは、電源に接続された場合に動作可能である。該電気回路は、当該照明ユニットから分離されたセグメント、即ち例えばロール上に残存するセグメントを同様にして依然として機能可能にすることもできることが更に好ましい。

このように、有利にも、上記ストリップは例えばロール上に無限的に設けることができる。製造されるべき各照明ユニットに対して、複数の照明セグメントを備える当該ストリップの対応する長さ分を使用し、ロールから分離することができる。各々の場合において、分離された部分は完全に機能し、前記ドライバ回路は当該ストリップの長さにわたって分散されているので、電力を供給するだけで動作され得る。

本発明の好ましい実施態様によれば、各照明セグメントのドライバ回路における前記制御可能な電流制限エレメントは、制御信号回路からの制御信号により制御される。好ましくは、制御は、最も好ましくは電源電圧が変化し得る（所定の境界内においてである。これらの境界外では、例えば過熱を防止するために電流は変化しても良い）場合においてさえ、ＬＥＤエレメントを経る一定電流が得られるように実施される。好ましい実施態様に関連して説明されるように、前記セグメントの各々には前記ドライバ回路の一部としてローカルな制御信号回路を設けることができる。他の例として、上記制御信号回路は、個々の照明セグメントからは分離されたものとなるように、例えば中央制御回路が異なる照明セグメントの複数の電流制限エレメントに制御信号を供給するように、設けることも可能である。また、上記制御信号は、照明セグメントの各々に設けられるローカル制御信号回路部、及び各ローカル制御信号回路部に接続された他の中央制御信号回路部の両方から供給することもできる。好ましい実施態様に関連して説明されるように、中央及びローカル制御信号回路は、例えば直接的に、コンデンサを介して又はツェナーダイオードを介して等の種々の態様で結合することができる。

好ましくは、上記制御信号回路は定電圧信号を供給する基準電圧エレメントを有する。このような基準電圧エレメントは、バンドギャップリファレンス若しくは最も好ましくはツェナーダイオード等の個別電気部品、又は代わりに例えば分圧回路等の複数の電気部品を備える電気回路とすることができる。該基準電圧エレメントは前記制御可能な電流制限エレメントに制御信号を供給するために使用することができ、前記ＬＥＤエレメントを経る一定電流を得るようにする。

本発明の一実施態様においては、個々の照明セグメントに集中制御信号を供給するために当該照明ユニット内に中央制御ユニットを設けることができる。好ましくは、各照明セグメントは制御信号入力端子及び制御信号出力端子を有し、上記集中制御信号は個々の照明セグメントを経る導通によりドライバ回路の各々に供給することができる。

ＬＥＤエレメントを経る電流を、例えば全光出力を調光する等の所望のレベルに調整するために中央コントローラを使用することができる。また、前記集中制御信号をＬＥＤエレメントの駆動電流を変化させ、かくして当該照明ユニットにより発生される光束の時間変調を生じさせるために使用することもできる。変調レベル及びタイミングは、当該照明ユニットからの光出力が人の目により依然として一定であると知覚されるように選択することができる。

本発明の他の好ましい実施態様によれば、電源電圧を緩衝するためにコンデンサが配置される。例えば、当該照明ユニットは、電源電圧を緩衝すると共に電圧のリップルを制限するために、例えば前記ストリップの端部に配置された１以上のコンデンサを有することができる。しかしながら、各照明セグメント内に少なくとも１つの緩衝コンデンサを設けることが特に好ましい。このようにして、全体の緩衝容量はストリップの長さに沿って分散されるので、電気的設計は容易に拡縮可能なものとなる。上記緩衝コンデンサを少なくとも前記ＬＥＤエレメントと前記制御可能な電流制限エレメントとの直列接続に対して並列に配置することが特に好ましい。

他の好ましい実施態様によれば、少なくとも前記ＬＥＤエレメントとの直列接続で電流感知エレメントが設けられる。このような電流感知エレメントは、好ましくは、直列抵抗であり得る。該直列抵抗の両端間の電圧は、前記ＬＥＤエレメントを経る電流を示すもので、フィードバック制御信号として使用することができる。前記照明セグメントには同一の電気部品を設けることが一般的には好ましいが、例えば電気部品の可能性のある許容誤差を補償し、又は個々の照明セグメントにおける異なる数のＬＥＤの影響さえも補償するために、上記直列抵抗に対して異なる抵抗値を付与することも可能である。当該抵抗を取り付けた後に、又は該抵抗を組み込んだ前記ストリップの一部を製造した後に、当該抵抗値を例えばレーザトリミングにより所望のレベルに変更することが可能である。

他の好ましい実施態様は、電気的接続のトポロジに関するものである。個々の照明セグメントは前記電源端子に対して電気的に並列に接続されることが好ましい。更に、各照明セグメントは、電気的に直列に接続された複数のＬＥＤを有することが好ましい。

他の好ましい実施態様によれば、当該照明ユニットはＤＣ電圧を供給するためのＡＣ／ＤＣ変換器を含む電源ユニットを更に有する。上記ＡＣ／ＤＣ変換器は、好ましくは、ブリッジ整流器回路である。当該ＤＣ電力は、好ましくは、前記電源端子に供給される。

他の実施態様によれば、当該照明ユニットは、好ましくは円筒状の、即ち円形断面の長尺ハウジングエレメントを有する。この構成は、蛍光管ランプを置換するためのＬＥＤレトロフィット照明ユニットにとり特に好ましい。該ハウジングエレメントは、電力を供給するために該ハウジングエレメントの少なくとも一端に設けられた電気接触子を有する。このような長尺ハウジングエレメントを含む照明ユニットは、好ましくは、元々は蛍光ランプ用を意図した照明器具等の既存の照明器具内に嵌め込むように形成される。前記ストリップは斯かるハウジングエレメントの外部に設けることも可能であるが、該ストリップはハウジングエレメント内に配置することが好ましく、この場合、該ハウジングエレメントは透明な又は半透明の外囲体とする。

一般的に、当該照明ユニットは少なくとも照明器具への機械的又は電気的接続のための手段を設けることが好ましい。斯かる機械的及び電気的の両方の接続は、プラグイン接続、クランプ接続等のように着脱可能であることが好ましい。更に、熱的接続（例えば、外部冷却、ヒートスプレッディング、放射手段等）等の他の接続も設けることができる。当該照明ユニットが照明器具内で使用される場合、該照明器具のソケットにＡＣ電力を供給するためにバラストを設けることができる。この場合、照明ユニットは該ソケットに接続され、ＡＣ電力が該照明ユニットに供給されるようにする。前記ストリップの電源端子にＤＣ電力を供給するために、好ましくは、ＡＣ／ＤＣ変換器を含む電源ユニットが設けられる。

本発明の上記及び他のフィーチャ、目的及び利点は、好ましい実施態様の後述する説明から明らかとなるであろう。

図１は、照明ユニットの電気回路の概略図を示す。 図２は、ＬＥＤストリップの上面図を示す。 図３は、図２のＬＥＤストリップの側面図を示す。 図４は、ＬＥＤ照明ユニットの縦断面図を示す。 図５は、照明ユニット内の図４による照明ユニットの概念図を示す。 図６は、照明ユニットのための回路の第１実施態様を示す。 図７は、照明ユニットの第２実施態様の回路図を示す。 図８は、照明ユニットの第３実施態様の回路図を示す。 図９は、照明ユニットの第４実施態様の回路図を示す。 図１０は、照明ユニットの第５実施態様の回路図を示す。 図１１は、照明ユニットの第６実施態様の回路図を示す。

図１は照明ユニット１０の回路図を示し、該照明ユニット１０は、ＡＣ電源１４と、該ＡＣ電源に接続されたインダクタンスＩ及びフルブリッジ整流回路１６とを備えた電源ユニット１２を有している。このように、電源ユニット１２は、同一の照明セグメントの列２２の電源端子２０にＤＣ（整流されたＡＣ）電力を供給する。上記列２２の照明セグメントのうち、図１には第１照明セグメント３０ａ及び第２照明セグメント３０ｂのみが示されている。照明セグメント３０ａ、３０ｂは、図２、３に示されるようにストリップ（細条片）４０上に配列されている。

各照明セグメント３０ａ、３０ｂはセグメント入力端子３２を有し、これらセグメント入力端子３２の各々はセグメント出力端子３４に直接接続されている。列２２内の全照明セグメント３０ａ、３０ｂは列に接続され、第１照明セグメント３０ａはセグメント入力端子３２により電源端子２０に接続され、第２照明セグメント３０ｂ及び後続の各照明セグメントは、それらのセグメント入力端子３２により、先行する照明セグメントのセグメント出力端子３４に接続されるようになっている。このように、電源ユニット１２から供給される電力は、各照明セグメント３０ａ、３０ｂを介して後続のセグメントに伝導される。

各照明セグメント３０ａ、３０ｂ内において、セグメント入力端子３２の間にはドライバ回路３６及び発光ダイオードエレメントＬＥＤが接続されている。

上記セグメント入力端子３２には、ドライバ回路３６及びＬＥＤと並列に、平滑コンデンサ３８も接続されている。

後に幾つかの例が示されるドライバ回路３６は、ＬＥＤを制御された駆動電流で動作させるように作用する。該ドライバ回路は、セグメント入力端子３２に供給される電圧の変動（特定の限界内での）にも拘わらずＬＥＤを経る駆動電流を一定値に制御する。ここで、電源ユニット１２により供給される電圧は整流された電圧であるので、変動の影響を受ける。各照明セグメント３０ａ、３０ｂにおいて、緩衝コンデンサ３８は、この電圧を安定化させるように作用する。しかしながら、或る程度のリップルは残存する。しかしながら、ドライバ回路３６は所望の値の一定した駆動電流をＬＥＤに供給する。他の例として、ドライバ回路３６はＬＥＤに対して、一定の光束を得るというような、他の制御規準に従って駆動電流を供給することもできる。

当業者であれば理解するように、列回路２２は外部からの非常に僅かの駆動回路しか必要としない。即ち、電源端子２０におけるＤＣ電圧（限界内で変化しさえする）の供給で、個々の照明セグメント３０ａ、３０ｂ内の全ＬＥＤを所望の動作点で動作させるのに十分である。各照明セグメント３０ａ、３０ｂ内にＬＥＤに関連する回路が設けられるという、回路の分散された構造により、動作時に特にドライバ回路３６において発生する電気的損失も全体の回路にわたって分散され、単一のエレメント又はユニット内のみに現れることはない。このように、これらの損失により発生される熱は自動的に当該回路にわたって均一に分散される。

更に、完全な回路を伴う各照明セグメント３０ａ、３０ｂは、他のセグメントから分離されたとしても動作可能であり、セグメント出力端子３４と後続の照明セグメントのセグメント入力端子３２との間で分離された場合は如何なる順序の照明セグメント３０ａ、３０ｂもそうである。

図２及び図３はストリップ４０を示し、該ストリップにおいて、平らな長尺の細条片として設けられた可撓性で電気的に絶縁性の担体材料４２上には導電トラック４４及び電気部品が上述した回路１０に従って設けられている。担体４２の可撓的特性によりロール４６（図３）に巻回することが可能な該ＬＥＤストリップ４０は、個々の照明セグメント３０ａ、３０ｂ、３０ｃ等を無限構成で提供する。所望の長さの個々のＬＥＤストリップ４０は、このロール４６からセグメント入力端子３２とセグメント出力端子３４との間での分離操作により、即ち該ストリップ４０を例えば図２におけるラインＳに沿って切断し、これにより前記導電トラック４４（全照明セグメント３０ａ〜３０ｃを経る通過接続を形成する）を分離することにより切り出すことができる。

図４は、半透明な筒状外囲体５２内に設けられたストリップ４０を有する照明ユニット５０を概略縦断面図で示す。上記ＬＥＤストリップ４０に対しては、別体の又は一体化されたホルダ（図示）を設けることができる。該照明ユニット５０の端部には、プラグ接触子５４が設けられ、これら接触子は上記半透明外囲体５２内に設けられた電源ユニット１２に電気的に接続される。ストリップ４０の照明セグメントは、好ましくは整流回路のみを有する電源ユニット１２により給電される。

蛍光管ランプ（ＴＬ）のためのＬＥＤレトロフィット置換品の第１実施例において、各照明セグメントは１０cmの長さから２００lmの光束を供給することができる。約１２０cmの全長の３６ＷのＴＬ管を置換する照明ユニットに対しては、１１個のセグメントからなる列を使用することができる。

他の実施例において、６０cm、１２０cm及び１５０cmの全長を持つ一連のＴＬランプは、各々が公称動作時に６００lmの光束を供給する長さ２７〜３０cmのセグメントを備えたストリップを含む照明ユニットにより置換することができる。この場合、６０cmの管の置換のためには２つの照明セグメントを使用することができ、１２０cm管のためには４個の照明セグメントを使用することができ、１５０cm管のためには５個の照明セグメントを使用することができる。各々の場合において、同一の電源ユニットを使用することができることに注意すべきである。

図５は、標準の蛍光ランプの置換品としての、照明器具６０内に取り付けられる照明ユニット５０の使用を示す。該照明器具６０は主電源に接続されたバラスト６２を有する。該バラスト６２は当該照明器具のソケット６４にＡＣ電力を供給する。照明ユニット５０は該ユニットのプラグ接触子５４によりソケット６４に取り付けられる。このように、照明器具６０の動作の間において、バラスト６２はソケット６４にＡＣ電力を供給し、該ＡＣ電力は照明ユニット５０内で電源回路１２に供給されるようになる。前述したように、電源回路１２は上記ＡＣ電力を整流されたＤＣ電力に変換し、該ＤＣ電力をストリップ４０の電源端子３２に供給する。ストリップ４０内において、ＬＥＤは、各々が個々の照明セグメント３０ａ、３０ｂ、３０ｃ等の個々のドライバ回路３６により駆動されることにより動作される。

以下では、図１に示し且つ上述した一般原理による回路の実施態様を、詳細に説明する。当業者であれば理解するように、以下の例は解説的なものに過ぎず、図１による一般原理を実現するためには、多数の他の回路も適し得るものである。また、以下の例において、これら例の構成要素、例えばバイポーラトランジスタの使用対電界効果トランジスタの使用、マイクロコントローラ又は他のプログラム実行若しくは状態マシンロジックの使用、異なる結合回路網、及びローカル制御信号回路対中央制御信号回路等は、実施態様間で入れ換え可能であることが強調されるべきである。

図６は、中央制御ユニット無しの回路の第１実施態様を示す。電源ユニット１２はフルブリッジ整流器回路のみからなり、該整流回路は整流されるがフィルタ処理も平滑化もされないＤＣ電圧を回路２２の電源端子２０に供給する。回路２２は、第２照明セグメント３０ｂから開始すると、各照明セグメントが自身のセグメント入力端子３２により先行する照明セグメントのセグメント出力端子３４に接続されるようにして、互いに直列に接続された同一の照明セグメント（これら照明セグメントのうち３個のみが例として示されている）３０ａ、３０ｂ、３０ｃからなっている。このように、図６に示された第１実施態様による回路は、図１に示した回路の一般概念と同一の構成を有している。

各照明セグメント３０ａ、３０ｂ、３０ｃ内では、フィルタコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３がセグメント入力端子３２の間に、又は、これらは直接相互接続されているので、セグメント出力端子３４の間に接続されている。このように、個々のコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の容量の和に等しい全フィルタ容量は、セグメント３０ａ、３０ｂ、３０ｃが配置されたストリップ４０（図２、図３参照）の長さにわたって分散される。

前記一般構成におけるのと同様に、各照明セグメント３０ａ、３０ｂ、３０ｃはＬＥＤエレメントとドライバ回路３６とを有している。図示の例において、各照明セグメントは直列に接続された２つの別個のＬＥＤエレメントを有している（第１照明セグメント３０ａに対してはＬＥＤ１、ＬＥＤ２、第２照明セグメント３０ｂに対してはＬＥＤ３、ＬＥＤ４、第３照明セグメント３０ｃに対してはＬＥＤ５、ＬＥＤ６）。当業者により理解されるように、３個の照明セグメント３０ａ、３０ｂ、３０ｃのみからなる図示の例は解説目的のためだけである。実際には、照明ユニット内で使用されるべき照明セグメントの数は種々であり得る。また、ＬＥＤエレメントの数も種々であり得る。

各照明セグメントのドライバ回路３６は、電流感知エレメントとして使用される直列抵抗ＲＳ１、ＲＳ２、ＲＳ３と、基準電圧エレメントとして作用するために分圧抵抗ＲＧ１、ＲＧ２、ＲＧ３と分圧構成にされたツェナーダイオードＤＺ１、ＤＺ２、ＤＺ３と、ＬＥＤエレメントを経る電流を制御するための制御可能な電流制限エレメントとして作用する電界効果トランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ３とを有している。ツェナーダイオードＤＺ１、ＤＺ２、ＤＺ３と分圧抵抗ＲＧ１、ＲＧ２、ＲＧ３とを有する分圧回路は入力／出力端子３２、３４の間に接続され、中間接続点７０においてツェナーダイオードＤＺ１、ＤＺ２、ＤＺ３のアノードに対して一定な電位を供給する。この電圧は電界効果トランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ３（本例では、ｎチャンネルのエンハンスメント型のものである）のゲートに制御信号として供給される。ＬＥＤエレメントＬＥＤ１、ＬＥＤ２；ＬＥＤ３、ＬＥＤ４；ＬＥＤ５、ＬＥＤ６は電界効果トランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ３のドレインに対して直列に接続され、これらトランジスタのソースは前記直列（電流感知）抵抗ＲＳ１、ＲＳ２、ＲＳ３に更に接続されている。上記ＬＥＤ、電界効果トランジスタ及び直列抵抗の全体の直列接続は、図示のように、入力／出力端子３２、３４の間に接続されている。

動作時において、前記中間接続点７０の電位は電界効果トランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ３のゲートに制御信号として供給され、ソースとドレインとの間に、電界効果トランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ３のソース電位に依存した特定の度合いの導通を生じる。結果として、電流がＬＥＤエレメントＬＥＤ１、ＬＥＤ２；ＬＥＤ３、ＬＥＤ４；ＬＥＤ５、ＬＥＤ６及び直列抵抗ＲＳ１、ＲＳ２、ＲＳ３を介して流れる。この電流の大きさに依存して電界効果トランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ３のソース電位は変化するので、ドライバ回路３６は定電流源として作用する。即ち、当該駆動電流が所望の公称電流値を超えると、電界効果トランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ３のソース電位は上昇し、その結果、前記固定電位接続点７０に対するゲート／ソース電圧の低下が、電界効果トランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ３のドレイン／ソース経路の導通を低下させ、かくして当該電流を制限する。上記以外として、当該電流が上記所望の公称電流より低い値に減少すると、前記中間接続点７０の固定電位と比較して結果的に低いソース電圧が電界効果トランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ３の導通を増加させる。

従って、ドライバ回路３６はＬＥＤエレメントＬＥＤ１、ＬＥＤ２；ＬＥＤ３、ＬＥＤ４；ＬＥＤ５、ＬＥＤ６を経る駆動電流を、入力／出力端子３２、３４における電源電圧の変動から殆ど影響を受けることなく、所望の公称電流値に近い略一定の値に調整する。

好ましい実施例では、図６に示す回路は、例えば磁気的に安定化されるＴＬ（蛍光管ランプ）照明器具から誘導型電流制限器を介して供給される１００ＶＡＣの交流電圧により駆動される。この照明器具（図５）には、ＴＬランプの代わりに、図６に示される回路を備えたストリップ４０を含むＬＥＤ照明ユニット５０が嵌め込まれ、上記１００ＶのＡＣ電圧が電源ユニット１２（ブリッジ整流器）に供給される。該整流器部品は上記ストリップの長さに沿って分散させる（即ち、整流器部品を各照明セグメントに又は少なくとも複数の照明セグメントに組み込む）ことも可能であるが、ＴＬランプを置換する照明ユニットの場合、当該電流は典型的には１Ａ未満であり、斯かる電流は非常に小さなブリッジ整流器によってさえも容易に扱うことができるので、この部品を分散させることに大きな利点はないであろう。

照明セグメント毎に直列に接続されるＬＥＤエレメントの全順方向電圧は電源電圧に対して、前記制御可能な電流制限エレメントが当該電流を調整するための余裕（headroom）が存在するように適合されねばならない。例示的な応用例では、９０〜１１０Ｖの範囲内の全ＬＥＤ順方向電圧を使用することができる。この構成は、適切な数のＬＥＤ（各々が約３Ｖの）を直列接続することにより実施することができる。また、一層高い電圧のＬＥＤパッケージも存在し、その場合、例えば各々が約５０Ｖの２個のＬＥＤパッケージを使用することができる。

図７は回路の第２実施態様を示し、該第２実施態様も図１に示した一般原理の一実施態様である。当業者であれば理解するように、図７に示した回路は図６に示した回路に極めて類似している。同様の部分は同様の符号により示されている。以下の記載では、これら２つの回路の間の差異のみが詳細に説明される。

図６に関して既述したように、各照明セグメント３０ａ、３０ｂ、３０ｃにおけるツェナーダイオードＤＺ１、ＤＺ２、ＤＺ３は中間接続点７０において基準電位を確立するように作用し、該基準電位は、当該ＬＥＤエレメントを経る電流に対する制御可能な電流制限エレメントとして働くトランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ３に供給される制御信号として使用される。図７による第２実施態様では、中間接続点７０の電位は、ローカル制御信号回路３６内の基準電圧エレメントとしてのツェナーダイオードにより決定されるのみでなく、中央制御回路７２の一部である中央制御信号回路７６から供給される集中制御信号によっても決定される。該集中制御信号は、各照明セグメント３０ａ’、３０ｂ’、３０ｃ’へ制御信号入力端子７１において供給され、該制御信号入力端子から制御信号出力端子７３を介して次の照明セグメントへ直接受け渡される。

制御回路７２は、制御出力端７４を備えたマイクロコントローラ７５を有している。中央制御信号回路７６は、マイクロコントローラ出力端７４を第１照明セグメント３０ａ’の制御信号入力端子７１に、従って各照明セグメント３０ａ’、３０ｂ’、３０ｃ’の中間接続点７０に接続する。

マイクロコントローラ７５は該コントローラの出力端７４に電圧信号を供給することができ、該電圧信号は、ベースにより抵抗Ｒ１を介して上記出力端７４に結合されたトランジスタＱ１を含む中央制御信号回路７６を駆動する。トランジスタＱ１は、ツェナーダイオードＤＺ４を介して前記中間接続点７０に、従ってトランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ３のゲートに接続されている。

マイクロコントローラ７５は低電力タイプのものとすることができ、図示されたように、既存の回路を当該マイクロコントローラのための電源として使用することができるようにする。

上記出力端７４に適切な信号を印加することにより、マイクロコントローラ７５は中間接続点７０の電位に、従って個々の照明セグメント３０ａ’、３０ｂ’、３０ｃ’におけるトランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ３に供給される制御信号に影響を与えることができる。このように、マイクロコントローラ７５は、トランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ３を介して流れる、従ってＬＥＤを介して流れる電流に永久的に影響を与え又は該電流を時間変化的に変調することができ、その結果、当該ＬＥＤの光出力は変調された輝度を有するようになる。このようにして、当該光出力は、永久的に低い制御信号を供給することにより、又はＬＥＤエレメントを経る電流を時間変化的態様で連続的に変調することにより調光することができる。

図７の例において、マイクロコントローラ７５は中間接続点７０の電位をＤＺ４のツェナー電圧まで一時的に低下させることができる。このように、トランジスタＱ１を導通させる信号が出力端７４において発生されている限り、光出力は低下する。

図８及び９は第３及び第４の実施態様の回路を示し、これら実施態様は、当業者であれば理解するように、第２実施態様と共通の多くの構成要素を有している。同様の部分は、同様の符号により示されている。以下の記載では、違いのみが詳細に説明される。

可能性のある電源回路の例を示すために、図８は直接接続されたＡＣ電源を示し、図９は直列インダクタンスＬ１及び並列コンデンサＣ_{_COMP}を介して接続されたＡＣ電源を示している。

図８の実施態様において、中央制御ユニット７２’は、今回のみ第１出力端７４及び第２出力端７８を備えたマイクロコントローラ７５を有している。これら出力端７４、７８は抵抗Ｒ１、Ｒ３を介してトランジスタＱ１、Ｑ２に接続され、これらトランジスタの間には制御信号入力端子７１が接続されている。該制御信号入力端子７１は、各セグメントにおいて、ツェナーダイオードＤＺ１ａ、ＤＺ２ａ、ＤＺ３ａ及び抵抗Ｒｄ１、Ｒｄ２、Ｒｄ３を介して前記中間接続点７０に接続されている。このように、図８に示す回路は、中央制御信号回路７６’を有すると共に、各セグメントにはローカル制御信号回路３６’を有し、図６を参照して説明したローカル制御信号回路において発生される制御信号（中間接続点７０における電位）に加えて、集中制御信号がツェナーダイオードＤＺ１ａ、ＤＺ２ａ、ＤＺ３ａ及び抵抗Ｒｄ１、Ｒｄ２、Ｒｄ３を介して導入される。

動作時において、図８の回路はＬＥＤを経る電流、従って光出力を変調するために使用することができる。マイクロコントローラ７５の出力端７４、７８に発生される信号に依存して、中間接続点７０における電位は、上昇されるか（第２出力端７８における信号）、又は低下され（第１出力端７４における信号）、かくして出力光の輝度を変調する。上記ツェナーダイオードは、照明セグメント３６’の個々の中間接続点７０を互いに分離（減結合）するように働く。従って、両トランジスタＱ１及びＱ２が活性状態でない場合、照明セグメント３６’の全ての中間接続点７０は互いに分離されるべきである。

図９に示す代替例において、中央制御ユニット７２”はマイクロコントローラ７５及び中央制御信号回路７６”を有している。ここでは、出力端７８を、制御信号入力端子及び制御信号出力端子７１、７３を介して各照明セグメントに分配されるべき集中制御信号を発生するための信号を供給するために使用することができる。上記制御信号入力端子及び制御信号出力端子７１、７３は、各照明セグメントにおける中間接続点７０にコンデンサＣ５、Ｃ６、Ｃ７及び抵抗Ｒｄ１、Ｒｄ２、Ｒｄ３を介して結合されている。このように、出力端７８に信号を印加することにより、マイクロコントローラ７５は各セグメントの中間接続点７０における電位を上昇させて、当該電流、従って光出力を増加させ、所望の変調を達成することができる。

図１０は、図１に示された一般概念を実現する回路の更に他の例を示す。ここでも、各照明セグメント３０ａ”’、３０ｂ”’、３０ｃ”’は、図６を参照して既述したように、電界効果トランジスタ及び直列抵抗に対して一列に接続された２つのＬＥＤを有している。緩衝コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３が並列に配置されている。しかしながら、図１０に示す実施態様において、電界効果トランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ３のゲートに供給される制御信号は、各照明セグメントにおけるローカル制御信号回路によりローカルに発生されることはなく、マイクロコントローラ７５及び中央制御信号回路７６”’を含む中央制御ユニット７２”’から供給される。ここで、当該制御信号は、マイクロコントローラ７５により駆動信号７４（該信号は、この場合は、好ましくは、当該マイクロコントローラ７５に組み込まれた又は例えばデジタルＰＷＭ出力及びフィルタ段等の追加回路により実現される何らかの種類のデジタル／アナログ変換器から発生されるアナログ出力信号であろう）を介し、トランジスタＱ１及び周辺の抵抗を用いて設定される。この場合、電源はＤＣ／ＤＣ変換器８０により供給される。マイクロコントローラ７５は、当該電流値を出力端７４に信号を供給することにより更に変調し、かくして、トランジスタＱ１を一層多く又は少なく導通的にし、各照明セグメントにおける電界効果トランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ３のゲートに印加される電位を低下又は増加させることができる。

図１１は更に他の実施態様を示し、該実施態様において図１０に示した中央制御ユニット７２”’と類似した中央制御ユニット７２””は、集中制御信号を中央制御信号回路７６””から各照明セグメント３０ａ””、３０ｂ””、３０ｃ””へ供給する。ＤＣ／ＤＣ変換器８０により公称動作のために供給される制御信号は、マイクロコントローラ７５により該コントローラの出力端７４に信号を供給することによって変調することができる。

各照明セグメント３０ａ””、３０ｂ””、３０ｃ””内には、直列抵抗ＲＳ１、ＲＳ２、ＲＳ３、バイポーラＰＮＰトランジスタＱ２、Ｑ３、Ｑ４のエミッタ及びコレクタ並びに直列に配列された複数のＬＥＤエレメントの直列接続に対して並列に接続されたフィルタコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３が存在する。中央制御信号回路７６””により発生された制御信号は、各照明セグメント３０ａ””、３０ｂ””、３０ｃ””において制御可能な電流制限エレメントとして働く上記バイポーラトランジスタＱ２、Ｑ３、Ｑ４のベースに供給される。

図１１に示した例において第３照明セグメント３０ｃ””は２つのＬＥＤエレメントＬＥＤ５、ＬＥＤ６しか有さない一方、他の照明セグメント３０ａ””、３０ｂ””は、各々、３個のＬＥＤエレメントを有することに注意すべきである。各照明セグメントには同一の回路を設けることが一般的には好ましいが、本例は、異なる回路構成を使用することも可能であることを示すものである。図１１の例の場合、第３セグメント３０ｃ””における直列抵抗ＲＳ３は、残りの照明セグメントにおける直列抵抗ＲＳ１、ＲＳ２と比較して小さな値を有するように選定することができる。このように、各照明セグメント３０ａ””、３０ｂ””、３０ｃ””におけるＬＥＤからの実質的に同じ光出力（光束）を達成することが可能である。他の例として、異なる効率のＬＥＤエレメントを使用する場合、即ち実質的に同一の順方向電圧であるが、異なる（より高い）アンペア当たりのルーメン比を持つＬＥＤエレメントを使用する場合、ＲＳ３の抵抗値に対して他の選択も適用可能である。図１１は、前述したように、ＬＥＤパッケージ当たりの異なる順方向電圧もカバーする。ＬＥＤエレメントＬＥＤ５及びＬＥＤ６当たりの順方向電圧が他のＬＥＤエレメントのものより高いこともあり得る。

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、斯かる図示及び説明は解説的又は例示的なものであって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。

上述した例において、セグメント間の変調又は結合は、常に、能動型電流制限エレメントの制御入力を介して、即ちベース又はゲートの電圧電位を変化させることにより実現された。同様の変調は、電流感知抵抗ＲＳ１、ＲＳ２、ＲＳ３に信号を供給する場合にも可能であることに注意すべきである。このような実施態様において、セグメントの能動型電流制限エレメントと電流感知抵抗との間の接続点は、隣接するセグメント及び中央制御信号発生器と（直接的に又は分離手段を介して）接続され、中央制御信号発生器からの信号に曝される。

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、特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載される、又は相互に異なる好ましい実施態様に記載されるという単なる事実は、これら手段の組み合わせが有利に使用することはできないということを示すものではない。また、請求項における如何なる符号も、当該範囲を制限するものと見なしてはならない。

Claims (16)

1. ストリップと、
   該ストリップ上に互いに隔てて配置されると共に、照明セグメントの各々が電源端子に電気的に接続され、前記照明セグメントの各々が少なくとも１つのＬＥＤエレメントを有する複数の照明セグメントと、
   を有する照明ユニットであって、
   前記照明セグメントの各々が、前記ＬＥＤエレメントを経る電流を制御するための制御可能な電流制限エレメントを含む少なくとも１つのドライバ回路を有し、
   前記照明セグメントの各々が、前記ドライバ回路に、前記ＬＥＤエレメントを介して前記電流を制御する中央制御ユニットの一部である中央制御信号回路からの集中制御信号を供給する中間接続点を有し、隣接する前記照明セグメントに前記集中制御信号を直接受け渡すための制御信号出力端子を有する、
   照明ユニット。
2. 可撓性を有するストリップと、
   該ストリップ上に互いに隔てて配置されると共に、照明セグメントの各々が電源端子に電気的に接続される複数の照明セグメントと、
   を有する照明ユニットであって、
   前記照明セグメントの各々が、
   少なくとも１つのＬＥＤエレメントと、
   前記ＬＥＤエレメントを経る電流を制御するための制御可能な電流制限エレメントを含む少なくとも１つのドライバ回路と、
   セグメント入力端子と、
   セグメント出力端子とを有し、
   前記照明セグメントのうちの第１の照明セグメントにおいて、前記セグメント入力端子は前記電源端子に電気的に接続され、
   前記照明セグメントのうちの他の照明セグメントは、当該照明セグメントの前記セグメント入力端子が隣接する前記照明セグメントの前記セグメント出力端子に接続され、
   前記照明セグメントの各々が、その前記セグメント入力端子又は前記セグメント出力端子と、当該照明セグメントに隣接する前記照明セグメントの前記セグメント入力端子又は前記セグメント出力端子との接続を解除することで、当該隣接する前記照明セグメントと分離可能であり、前記分離の後に、残りの前記照明セグメントの１以上から分離された前記照明セグメントの１以上からなるグループが、前記セグメント入力端子の少なくとも１つに供給される電力により依然として動作可能であり、
   前記ストリップは、前記照明セグメントの前記セグメント入力端子又は前記セグメント出力端子と、当該照明セグメントに隣接する前記照明セグメントの前記セグメント入力端子又は前記セグメント出力端子との接続を解除することで、当該２つの前記照明セグメントの間で分離可能とされる、
   照明ユニット。
3. 前記照明セグメントの各々が、セグメント入力端子とセグメント出力端子とを有し、
   前記照明セグメントの第１のものにおいて、前記セグメント入力端子は前記電源端子に電気的に接続され、
   前記照明セグメントの他のものは、当該照明セグメントの前記セグメント入力端子が隣接する前記照明セグメントの前記セグメント出力端子に接続されるように配置される、
   請求項１に記載の照明ユニット。
4. 前記ストリップは、前記照明セグメントの前記セグメント入力端子又は前記セグメント出力端子と、当該照明セグメントに隣接する前記照明セグメントの前記セグメント入力端子又は前記セグメント出力端子との接続を解除することで、当該２つの前記照明セグメントの間で分離可能とされ、
   前記分離の後に、残りの前記照明セグメントが前記電源端子に供給される電力により依然として動作可能である、
   請求項３に記載の照明ユニット。
5. 前記残りの照明セグメントの１以上から分離された前記照明セグメントの１以上からなるグループが、前記セグメント入力端子の少なくとも１つに供給される電力により依然として動作可能である、
   請求項４に記載の照明ユニット。
6. 前記制御可能な電流制限エレメントが、前記ＬＥＤエレメントを経る前記電流を制御するための制御信号回路からの制御信号により制御される、
   請求項２に記載の照明ユニット。
7. 前記制御信号回路が定電圧信号を供給するための基準電圧エレメントを有している、
   請求項６に記載の照明ユニット。
8. 更に中央制御ユニットを有し、前記中央制御ユニットは、前記照明セグメントとの各々が有する前記ドライバ回路に対し、集中制御信号を供給する請求項６又は請求項７に記載の照明ユニット。
9. 前記照明セグメントの各々が、電源電圧を緩衝するコンデンサを有している請求項１ないし８の何れか一項に記載の照明ユニット。
10. 前記ドライバ回路が前記ＬＥＤエレメントと直列に配置された電流感知エレメントを有している請求項１ないし９の何れか一項に記載の照明ユニット。
11. 前記照明セグメントが前記電源端子に電気的に並列に接続される請求項１ないし１０の何れか一項に記載の照明ユニット。
12. 前記照明セグメントの各々が、電気的に直列に接続された複数のＬＥＤエレメントを有する請求項１ないし１１の何れか一項に記載の照明ユニット。
13. 前記電源端子にＤＣ電圧を供給するためのＡＣ／ＤＣ変換器を含む電源ユニットを更に有する請求項１ないし１２の何れか一項に記載の照明ユニット。
14. 少なくとも一端に配置された電気接触子を有する長尺ハウジングエレメントを更に有し、
    前記ストリップは前記長尺ハウジングエレメントに配置され、
    前記電気接触子が前記電源端子に接続される、
    請求項１ないし１３の何れか一項に記載の照明ユニット。
15. 前記長尺ハウジングエレメントは透明な又は半透明の外囲体であり、
    前記ストリップが前記外囲体内に配置される、
    請求項１４に記載の照明ユニット。
16. ソケットにＡＣ電力を供給するためのバラストを含む照明器具であって、
    請求項１ないし１５の何れか一項に記載の照明ユニットが前記ソケット内に前記電源端子が前記バラストに電気的に接続されるように配置される、
    照明器具。

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