JP5978323B2

JP5978323B2 - 多数の駆動ステージを有する低フリッカー発光ダイオード照明装置

Info

Publication number: JP5978323B2
Application number: JP2015005725A
Authority: JP
Inventors: 宏彬許; 怡▲メイ▼ 李; 永欣江
Original assignee: IML International
Current assignee: IML International
Priority date: 2014-01-16
Filing date: 2015-01-15
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2035-01-15
Also published as: CN104797037B; TW201531154A; CN104797037A; US20150201471A1; JP2015135815A; KR20150085777A

Description

（関連出願）
本出願は、２０１４年１月１６日に出願した、米国仮出願第６１／９２７，９９３号に利益を主張する。

本発明は、多数の駆動ステージを有する発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ−ＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）照明装置に関する。特に、幅広い動作電圧範囲、高い信頼性及び低フリッカーを提供するための多数の駆動ステージを有する低フリッカーのＬＥＤ照明装置に関する。

整流交流（ＡＣ：Ａｌｔｅｎａｔｉｖｅ−Ｃｕｒｒｅｎｔ）電圧によって直接駆動されるＬＥＤ照明装置は、所要の輝度を提供するために、通常、直列に結合された複数のＬＥＤを採用する。ＬＥＤの数が増えるにつれ、より高い順方向バイアス電圧がＬＥＤ照明装置をオンにするために必要になる。これによって、ＬＥＤ照明装置の効果的な動作電圧範囲を減少させる。ＬＥＤの数が減るにつれ、整流電圧が最大レベルのとき、大きな駆動電流がＬＥＤの信頼性に影響を及ぼす可能性がある。

ＬＥＤ照明装置は、光束及び光度を変調するように構成される。通常、この時間変化はフリッカー（ｆｌｉｃｋｅｒ）と呼ばれる。認識できる、できないに関わらず、ＬＥＤのフリッカーは、注意散漫や苛立ちから神経性の問題に至る潜在的な人への影響のため、照明コミュニティ（ｌｉｇｈｔｉｎｇｃｏｍｍｕｎｉｔｙ）の懸念となっている。従って、効果的な動作電圧範囲、信頼性及びフリッカー現象を改善することができるＬＥＤ照明装置が必要である。

本発明は、多数の駆動ステージを有するＬＥＤ照明装置を提供する。ＬＥＤ照明装置の第１駆動ステージは、第１電流に従って光を提供するための整流ＡＣ電圧によって駆動される第１発光素子と；第１駆動ステージを通って流れる電流が第１の値を超えないように、第１電流を調整するように構成された第１電流コントローラとを含む。ＬＥＤ照明装置の第２駆動ステージは、第１発光素子に直列に結合され、かつ、第２電流に従って光を提供するための整流ＡＣ電圧によって駆動される第２発光素子と；第２駆動ステージを通って流れる電流が第２の値を超えないように、第２電流を調整するように構成された第２電流コントローラとを含む。ＬＥＤ照明装置の電荷蓄積ユニットは、第１発光素子と並列に結合され、整流ＡＣ電圧が第１発光素子をオンにするには不十分であるとき、第１発光素子にエネルギーを放電するように構成され、これによって第１発光素子をオンのままにする。

本発明は、多数の駆動ステージを有するＬＥＤ照明装置を提供する。ＬＥＤ照明装置の第１駆動ステージは、第１電流に従って光を提供するための整流ＡＣ電圧によって駆動される第１発光素子と；第１駆動ステージを通って流れる電流が第１の値を超えないように、第１電流を調整するように構成された第１電流コントローラとを含む。ＬＥＤ照明装置の第２駆動ステージは、第１発光素子に直列に結合され、かつ、第２電流に従って光を提供するための整流ＡＣ電圧によって駆動される第２発光素子と；第２駆動ステージを通って流れる電流が第２の値を超えないように、第２電流を調整するように構成された第２電流コントローラとを含む。ＬＥＤ照明装置の電荷蓄積ユニットは、第１発光素子及び第２発光素子と並列に結合され、整流ＡＣ電圧が第１発光素子及び第２発光素子をオンにするには不十分であるとき、第１発光素子及び第２発光素子にエネルギーを放電するように構成され、これによって第１発光素子及び第２発光素子をオンのままにする。

本発明の上記及びその他の目的が、さまざまな図形及び図面で示された好ましい実施形態の以下の詳細な説明を読むと、当業者に明白なことは言うまでもない。

本発明の実施形態に従ったＬＥＤ照明装置の図である。本発明の実施形態に従ったＬＥＤ照明装置の図である。本発明の実施形態に従ったＬＥＤ照明装置の図である。本発明の実施形態に従ったＬＥＤ照明装置の図である。本発明のＬＥＤ照明装置における発光素子の電流−電圧特性を表す図である。本発明のＬＥＤ照明装置における発光素子の電流−電圧特性を表す図である。本発明のＬＥＤ照明装置における発光素子の電流−時間特性を表す図である。本発明の実施形態に従ったＬＥＤ照明装置の全体的な動作を表す図である。ＬＥＤ照明装置の全体的な動作を表す図である。

図１から図４には、本発明の実施形態に従ったＬＥＤ照明装置１０１から１０４を図示する。各ＬＥＤ照明装置１０１から１０４は、電源回路１１０、Ｎ個の発光素子Ａ_１からＡ_Ｎ、経路コントローラＤ_１からＤ_Ｍのうちの少なくとも１つ、Ｎ個の電流制御ユニットＣＣ_１からＣＣ_Ｎ、そしてＭ個の電荷蓄積ユニットＣＨ_１からＣＨ_Ｍを含む。ここで、Ｎは１より大きい正の整数であり、ＭはＮより小さいか、あるいはＮと等しい正の整数である。電源回路１１０は、正及び負の期間を有する交流（ＡＣ）電圧ＶＳを受け取り、負の期間におけるＡＣ電圧ＶＳの出力をブリッジ整流器１１２を用いて変換するように構成される。これにより、ＬＥＤ照明装置１０１から１０４を駆動するために、時間と共にその値が周期的に変化する整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣを提供する。他の実施形態において、電源回路１１０は任意のＡＣ電圧ＶＳを受け取り、ＡＣ−ＡＣ変換器を用いて電圧変換を行い、変換されたＡＣ電圧ＶＳをブリッジ整流器１１２を用いて整流することができる。これによって、時間と共にその値が周期的に変化する整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣを提供する。電源回路１１０の構成は、本発明の範囲を制限しない。

ＬＥＤ照明装置１０１から１０４において、発光素子Ａ_１からＡ_Ｎは、Ｎ個の駆動ステージＳＴ_１からＳＴ_Ｎで駆動され得る。本発明において、各発光素子Ａ_１からＡ_Ｎは、単一のＬＥＤ又は直列に結合された複数のＬＥＤを採用することができる。図１から図４は、複数のＬＥＤを用いる実施形態を表す。複数のＬＥＤは、単一接合ＬＥＤ、複数接合高電圧（ＨＶ：ＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅ）ＬＥＤ又はさまざまな種類のＬＥＤの任意の組み合わせから構成され得る。しかしながら、発光素子Ａ_１からＡ_Ｎの種類及び構成は、本発明の範囲を制限しない。特定の駆動ステージにおいて、対応する電流制御ユニットをオンにするためのドロップアウト電圧Ｖ_ＤＲＯＰは、対応する発光素子をオンにするためのカットイン電圧Ｖ_ＣＵＴよりも小さい。特定の発光素子にわたって設定された電圧がそのカットイン電圧Ｖ_ＣＵＴを超えるとき、特定の発光素子は導通ＯＮ状態で配置され得る。特定の発光素子にわたって設定された電圧がそのカットイン電圧Ｖ_ＣＵＴを超えないとき、特定の発光素子は非導通ＯＦＦ状態で配置され得る。カットイン電圧Ｖ_ＣＵＴの値は、対応する発光素子内のＬＥＤの数及び種類に関連し、かつ、異なる用途で変化することができる。

ＬＥＤ照明装置１０１から１０４において、Ｍ個の電荷蓄積ユニットＣＨ_１からＣＨ_Ｍの各々は、コンデンサ又は同様の機能を提供する１つ又は複数のデバイスを採用することができる。しかしながら、電荷蓄積ユニットＣＨ_１からＣＨ_Ｍの種類及び構成は、本発明の範囲を制限しない。

ＬＥＤ照明装置１０１から１０４において、経路コントローラＤ_１からＤ_Ｍの各々は、ダイオード、ダイオード接続された電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ダイオード接続されたバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ：ＢｉｐｏｌａｒＪｕｎｃｔｉｏｎＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）又は同様の機能を有する他のデバイス、あるいは同様の機能を提供する１つ又は複数のデバイスを採用することができる。しかしながら、経路コントローラＤ_１からＤ_Ｍの種類及び構成は、本発明の範囲を制限しない。特定の経路コントローラにわたって設定された電圧がターンオン電圧を超えるとき、特定の経路コントローラは順方向バイアスをかけられ、短絡回路デバイス（ｓｈｏｒｔ−ｃｉｒｃｕｉｔｅｄｄｅｖｉｃｅ）として機能する。特定の経路コントローラにわたって設定された電圧がターンオン電圧を超えないとき、特定の経路コントローラは、逆方向バイアスをかけられ、開回路デバイス（ｏｐｅｎ−ｃｉｒｃｕｉｔｅｄｄｅｖｉｃｅ）として機能する。

図１から図４において、Ｖ_ＬＥＤ１からＶ_ＬＥＤＮは発光素子Ａ_１からＡ_Ｎにわたって設定された電圧をそれぞれ表す。Ｉ_ＬＥＤ１からＩ_ＬＥＤＮは、発光素子Ａ_１からＡ_Ｎを通って流れる電流をそれぞれ表す。Ｖ_ＡＫ２からＶ_ＡＫＮは、電流制御ユニットＣＣ_２からＣＣ_Ｎにわたって設定された電圧をそれぞれ表す。Ｉ_ＡＫ２からＩ_ＡＫＮは、電流制御ユニットＣＣ_２からＣＣ_Ｎを通って流れる電流をそれぞれ表す。Ｉ_ＳＵＭ１からＩ_ＳＵＭＮは、対応する駆動ステージＳＴ_１からＳＴ_Ｎを通って流れる電流をそれぞれ表す。Ｉ_ＬＥＤはＬＥＤ照明装置１０１から１０４を通って流れる全体的な電流を表す。

図１に表されたＬＥＤ照明装置１０１において、電流制御ユニットＣＣ_１は、発光素子Ａ_１に直列で結合され、電流制御ユニットＣＣ_２からＣＣ_Ｎは、発光素子Ａ_２からＡ_Ｎとそれぞれ並列に結合される。電荷蓄積ユニットＣＨ_１からＣＨ_Ｍは、発光素子Ａ_１からＡ_ＮのうちＭ個の発光素子とそれぞれ並列に結合される。経路コントローラＤ_２からＤ_Ｍは、対応する電流制御ユニットＣＣ_２からＣＣ_Ｍと、対応する電荷蓄積ユニットＣＨ_２からＣＨ_Ｍとの間で結合される。電流制御ユニットＣＣ_１からＣＣ_Ｎは、電流Ｉ_ＳＵＭ１からＩ_ＳＵＭＮが第１から第Ｎの駆動ステージＳＴ_１からＳＴ_Ｎの最大電流設定Ｉ_ＳＥＴ１からＩ_ＳＥＴＮをそれぞれ超えないように、電流Ｉ_ＬＥＤ１からＩ_ＬＥＤＮを調整するように構成される。

電流制御ユニットＣＣ_１からＣＣ_Ｎは、ＬＥＤ照明装置１０１の信頼性と効果的な動作電圧範囲を向上させることができる一方、電荷蓄積ユニットＣＨ_１からＣＨ_ＭはＬＥＤ照明装置１０１のフリッカーを減少させることができる。ここで、ＭはＮより小さいか、あるいはＮと等しくてよい。一実施形態において、Ｍ＝Ｎのとき、各駆動ステージは対応する発光素子と並列に結合された電荷蓄積ユニットを含む。一実施形態において、Ｍ＜Ｎのとき、Ｍ個の電荷蓄積ユニットＣＨ_１からＣＨ_Ｍは、例えば第１のＭ個の駆動ステージＳＴ_１からＳＴ_Ｍにおいて、発光素子Ａ_１からＡ_Ｍに結合されたものなど、発光素子Ａ_１からＡ_Ｎからのうち最長のターンオン時間を有する発光素子と並列に結合され得る。例示を目的として、図１はＮ＝３及びＭ＝２の実施形態を表し、この場合、ＬＥＤ照明装置１０１は３つの発光素子Ａ_１からＡ_３を含み、電荷蓄積ユニットＣＨ_１からＣＨ_２は発光素子Ａ_１及びＡ_２とそれぞれ並列に結合される。しかしながら、電荷蓄積ユニットの数及び構成は、本発明の範囲を制限しない。

図５は、ＬＥＤ照明装置１０１の駆動ステージＳＴ_１における発光素子Ａ_１の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性を表す図である。発光素子Ａ_１にわたって設定された電圧Ｖ_ＬＥＤ１は、時間と共にその値が周期的に変化する整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣと関連する。電圧Ｖ_ＬＥＤ１が発光素子Ａ_１のカットイン電圧Ｖ_ＣＵＴ１よりも小さいときの、整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣの立ち上がり又は立ち下がり期間の間、発光素子Ａ_１はＯＦＦ状態のままである。電圧Ｖ_ＬＥＤ１が十分大きくなって発光素子Ａ_１をオンにする（Ｖ_ＬＥＤ１＞Ｖ_ＣＵＴ１）ときの、整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣの立ち上がり又は立ち下がり期間の間、発光素子Ａ_１は整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣによってＯＮ状態に維持される。電流Ｉ_ＬＥＤ１が電圧Ｖ_ＬＥＤ１と共に増加し、電流制御ユニットＣＣ_２は、第１駆動ステージＳＴ_１を通って流れる全ての電流Ｉ_ＳＵＭ１が第２駆動ステージＳＴ_２の最大電流設定Ｉ_ＳＥＴ２を超えないように、電流Ｉ_ＬＥＤ１を調整するように構成される。

図６は、ＬＥＤ照明装置１０１における駆動ステージＳＴ_２及びＳＴ_３のＩ−Ｖ特性を表す図である。電圧Ｖ_ＡＫ２が電流制御ユニットＣＣ_２のドロップアウト電圧Ｖ_{ＤＲＯＰ２}を超えない、あるいは電圧Ｖ_ＡＫ３が電流制御ユニットＣＣ_３のドロップアウト電圧Ｖ_{ＤＲＯＰ３}を超えないときの、整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣの立ち上がり又は立ち下がり期間の間、電流制御ユニットＣＣ_２／ＣＣ_３は完全にオンにされず、線形モードで電圧制御デバイスとして動作する。線形モードでは、特定の方法で、電流Ｉ_ＡＫ３が電圧Ｖ_ＡＫ３と共に変化し、かつ、電流Ｉ_ＡＫ２が電圧Ｖ_ＡＫ２と共に変化する。例えば、電流制御ユニットＣＣ_２／ＣＣ_３がＮ型金属酸化膜半導体（ＮＭＯＳ：Ｎ−ｔｙｐｅＭｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタを採用する場合、電流Ｉ_ＡＫ２と電圧Ｖ_ＡＫ２との間の関係又は電流Ｉ_ＡＫ３と電圧Ｖ_ＡＫ３との間の関係は、ＮＭＯＳトランジスタのドレイン電流とドレイン−ソース間電圧との間の関係によって決定され得る。

Ｖ_ＡＫ２＞Ｖ_{ＤＲＯＰ２}又はＶ_ＡＫ３＞Ｖ_{ＤＲＯＰ３}であるときの、整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣの立ち上がり又は立ち下がり期間の間、電流Ｉ_ＳＵＭ２は第２駆動ステージＳＴ_２の最大電流設定Ｉ_ＳＥＴ２に到達するか、あるいは電流Ｉ_ＳＵＭ３は第３駆動ステージＳＴ_３の最大電流設定Ｉ_ＳＥＴ３に到達する。これに対し、第２駆動ステージＳＴ_２を通って流れる全ての電流Ｉ_ＳＵＭ２が、電圧Ｖ_ＡＫ２と共に変化する代わりに一定値Ｉ_ＳＥＴ２で維持され得るか、あるいは第３駆動ステージＳＴ_３を通って流れる全ての電流Ｉ_ＳＵＭ３が、電圧Ｖ_ＡＫ３と共に変化する代わりに一定値Ｉ_ＳＥＴ３で維持され得るように、電流制御ユニットＣＣ_２／ＣＣ_３は、一定電流モードに切り替わり、かつ、電流制限器として機能する。

電圧Ｖ_ＡＫ２がターンオフ電圧Ｖ_ＯＦＦ２に到達するか、あるいは電圧Ｖ_ＡＫ３がターンオフ電圧Ｖ_ＯＦＦ３に到達するとき、電流Ｉ_ＡＫ２／Ｉ_ＡＫ３はゼロに下がり、電流制御ユニットＣＣ_２／ＣＣ_３は、カットオフモードに切り替わる。つまり、電流制御ユニットＣＣ_２／ＣＣ_３は、開回路デバイスとして機能し、これによって、電流Ｉ_ＬＥＤ２及び電流Ｉ_ＳＵＭ２が電圧Ｖ_ＡＫ２と共に増加するか、あるいは電流Ｉ_ＬＥＤ３及び電流Ｉ_ＳＵＭ３が電圧Ｖ_ＡＫ３と共に増加することを可能にする。

図６に表す実施形態において、電流設定Ｉ_ＳＥＴ２及びＩ_ＳＥＴ３、ドロップアウト電圧Ｖ_{ＤＲＯＰ２}及びＶ_{ＤＲＯＰ３}、そしてターンオフ電圧Ｖ_ＯＦＦ２及びＶ_ＯＦＦ３は、同じ規模を有する。しかし、電流設定Ｉ_ＳＥＴ２及びＩ_ＳＥＴ３、ドロップアウト電圧Ｖ_{ＤＲＯＰ２}及びＶ_{ＤＲＯＰ３}、そしてターンオフ電圧Ｖ_ＯＦＦ２及びＶ_ＯＦＦ３は、異なる値を有する。

図７は、ＬＥＤ照明装置１０１における発光素子Ａ_１からＡ_３の電流−時間特性を表す図である。整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣが十分大きくなり、発光素子Ａ_１からＡ_３をオンにする前の立ち上がり期間の間、発光素子Ａ_３はＯＦＦ状態のままである一方、発光素子Ａ_１及びＡ_２は電荷蓄積ユニットＣＨ_１及びＣＨ_２から放電されたエネルギーによってＯＮ状態にそれぞれ維持され得る。経路コントローラＤ_２は、電荷蓄積ユニットＣＨ_２内に蓄積されたエネルギーが電流制御ユニットＣＣ_２を通って放電されるのを防ぐように配置される。

整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣが十分に大きくなるときの、立ち上がり又は立ち下がり期間の間、発光素子Ａ_１からＡ_３は、整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣによってＯＮ状態に維持され得る。整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣは、電荷蓄積ユニットＣＨ_１及びＣＨ_２を現在、充電している。

整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣが発光素子Ａ_１からＡ_３をオンにするためにもうこれ以上十分に大きくならくなった後の、立ち下がり期間の間、発光素子Ａ_３はＯＦＦ状態のままである一方、発光素子Ａ_１及びＡ_２は電荷蓄積ユニットＣＨ_１及びＣＨ_２から放電されたエネルギーによってまだＯＮ状態にそれぞれ維持され得る。経路コントローラＤ_２は、電荷蓄積ユニットＣＨ_２内に蓄積されたエネルギーが電流制御ユニットＣＣ_２を通って放電されるのを防ぐように配置される。

図７に表すように、電荷蓄積ユニットＣＨ_１及びＣＨ_２の導入は、発光素子Ａ_１及びＡ_２が発光素子Ａ_３よりも長いターンオン時間を有することができるようにする。

ＬＥＤ照明装置１０２において、電流制御ユニットＣＣ_１からＣＣ_Ｎは、発光素子Ａ_１からＡ_Ｎにそれぞれ直列に結合される。電荷蓄積ユニットＣＨ_１からＣＨ_Ｍは、発光素子Ａ_１からＡ_Ｎのうち任意のＭ個の発光素子とそれぞれ並列に結合される。経路コントローラＤ_２からＤ_Ｍは、対応する電流制御ユニットＣＣ_２からＣＣ_Ｍと、対応する電荷蓄積ユニットＣＨ_２からＣＨ_Ｍとの間で結合される。電流制御ユニットＣＣ_１からＣＣ_Ｎは、電流Ｉ_ＳＵＭ１からＩ_ＳＵＭＮが第１から第Ｎの駆動ステージＳＴ_１からＳＴ_Ｎの最大電流設定Ｉ_ＳＥＴ１からＩ_ＳＥＴＮをそれぞれ超えないように、電流Ｉ_ＳＵＭ１からＩ_ＳＵＭＮを調整するように構成される。

電流制御ユニットＣＣ_１からＣＣ_Ｎは、ＬＥＤ照明装置１０２の信頼性と効果的な動作電圧範囲を向上させることができる一方、電荷蓄積ユニットＣＨ_１からＣＨ_Ｍは、ＬＥＤ照明装置１０２のフリッカーを減少させることができる。ここで、ＭはＮより小さいか、あるいはＮと等しくてよい。一実施形態において、Ｍ＝Ｎのとき、各駆動ステージは対応する発光素子と並列に結合された電荷蓄積ユニットを含む。一実施形態において、Ｍ＜Ｎのとき、Ｍ個の電荷蓄積ユニットＣＨ_１からＣＨ_Ｍは、例えば第１のＭ個の駆動ステージＳＴ_１からＳＴ_Ｍにおいて、発光素子Ａ_１からＡ_Ｍに結合されるものなど、発光素子Ａ_１からＡ_Ｎのうち最長のターンオン時間を有する発光素子と並列に結合され得る。例示を目的として、図２はＮ＝Ｍ＝３の実施形態を表し、この場合、ＬＥＤ照明装置１０２は電荷蓄積ユニットＣＨ_１からＣＨ_３とそれぞれ並列に結合される３つの発光素子Ａ_１からＡ_３を含む。しかしながら、電荷蓄積ユニットの数及び構成は、本発明の範囲を制限しない。

ＬＥＤ照明装置１０２の各駆動ステージの動作も、図５から図７に従って図示される。整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣが小さいときの、立ち上がり期間又は立ち下がり期間の間、発光素子Ａ_１からＡ_３は電荷蓄積ユニットＣＨ_１からＣＨ_３から放電されたエネルギーによって、まだＯＮ状態にそれぞれ維持されたままでよい。

ＬＥＤ照明装置１０３及び１０４において、少なくとも１つの電荷蓄積ユニットＣＨ_１は、発光素子Ａ_１からＡ_Ｎのうちの連続するＭ個の発光素子と並列に結合される。少なくとも１つの経路コントローラＤ_１は、対応する電流制御ユニットと電荷蓄積ユニットＣＨ_１との間で結合される。

電流制御ユニットＣＣ_１からＣＣ_Ｎは、ＬＥＤ照明装置１０３及び１０４の信頼性と効果的な動作電圧範囲を向上させることができる一方、電荷蓄積ユニットＣＨ_１はＬＥＤ照明装置１０３及び１０４のフリッカーを減少させることができる。ここで、Ｍは２からＮのうち任意の数字でよい。一実施形態において、Ｍ＝Ｎのとき、電荷蓄積ユニットＣＨ_１は全ての駆動ステージにおける発光素子Ａ_１からＡ_Ｎと並列に結合される。一実施形態において、Ｍ＜Ｎのとき、電荷蓄積ユニットＣＨ_１は、例えば第１のＰ個の駆動ステージＳＴ_１からＳＴ_Ｐにおいて、発光素子Ａ_１からＡ_Ｐに結合されるものなど、発光素子Ａ_１からＡ_Ｎのうち最長のターンオン時間を有するＭ個の発光素子と並列に結合され得る。例示を目的として、図３はＮ＝３及びＭ＝２の実施形態を表し、この場合、ＬＥＤ照明装置１０３は３つの発光素子Ａ_１からＡ_３を含み、そして電荷蓄積ユニットＣＨ_１は発光素子Ａ_１及びＡ_２と並列に結合される。図４はＮ＝Ｍ＝３の実施形態を表し、この場合、ＬＥＤ照明装置１０４は３つの発光素子Ａ_１からＡ_３を含み、そして電荷蓄積ユニットＣＨ_１は発光素子Ａ_１からＡ_３と並列に結合される。しかしながら、電荷蓄積ユニットの数及び構成は、本発明の範囲を制限しない。

ＬＥＤ照明装置１０３又は１０４の各駆動ステージの動作も、図５から図７に従って図示され得る。整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣが小さいときの、立ち上がり期間又は立ち下がり期間の間、発光素子Ａ_１からＡ_３は、電荷蓄積ユニットＣＨ_１から放電されたエネルギーによってＯＮ状態にまだ維持され得る。

図８は、発光素子Ａ_１からＡ_５（Ｎ＝５）のうち、３つの発光素子Ａ_１からＡ_３（Ｍ＝３）が各電荷蓄積ユニットＣＨ_１からＣＨ_３に並列に結合されるか（図１又は図２に図示）、あるいは１つの電荷蓄積ユニットＣＨ_１に対して並列に結合される（図３又は図４に図示）ときの、ＬＥＤ照明装置１０１から１０４の全体的な動作を示す図である。図９は、電荷蓄積ユニットが１つも採用されないときの、ＬＥＤ照明装置１０１から１０４の全体的な動作を示す図である。Ｅ_１からＥ_５は、本ＬＥＤ照明装置１０１から１０４の全体的な光度／光束を示す。ただし、図９は本電荷蓄積ユニットを用いてどのようにフリッカーが改善され得るかを示すために用いられるが、決して本発明の意図された構成ではない。

電圧Ｖ_ＡＫ１からＶ_ＡＫ５が時間と共にその値が周期的に変化する整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣと関連するので、ｔ０からｔ１１の駆動サイクルは例示のために用いられる。ｔ０からｔ５の間の期間は、整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣの立ち上がり期間に属し、ｔ６からｔ１１の間の期間は、整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣの立ち下がり期間に属する。以下の表１には、図８に示された構成に従った発光素子Ａ_１からＡ_５の動作モードを載せる。以下の表２には、図９に示す構成に従った発光素子Ａ_１からＡ_５の動作モードを載せる。

図９及び表２において、上昇サイクルの開始時、整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣは、発光素子Ａ_１からＡ_３をオンにするには不十分である。本電荷蓄積ユニットなしでは、発光素子Ａ_１からＡ_３は、ｔ０とｔ１との間でＯＦＦ状態のままであり、整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣが上がるにつれて連続してオンになる。より具体的には、全ての発光素子Ａ_１からＡ_３がＯＮ状態で動作するとき、本ＬＥＤ照明装置１０１から１０４の全体的な光度／光束は、段階的に増加し、かつ、ｔ３とｔ４との間でＥ_３に到達する。

図８及び表１において、上昇サイクルの開始時、整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣは、発光素子Ａ_１からＡ_３をオンにするには不十分である。本電荷蓄積ユニットと共に、発光素子Ａ_１からＡ_３は、整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣに関係なく、ｔ０からｔ１１の間の全駆動期間の間、ＯＮ状態を維持され得る。より具体的には、全ての発光素子Ａ_１からＡ_３がＯＮ状態で動作するとき、本ＬＥＤ照明装置１０１から１０４の全体的な光度／光束は、ｔ０からｔ４の間においてＥ_３で維持される。

当業者に周知の通り、大きさ、平均レベル、周期的な周波数、形状及び／又はデューティーサイクルの変化によって特徴づけられた波形と共に、ＬＥＤのフリッカーは周期的である。フリッカー率及びフリッカー指数が、フリッカーの量を計るために歴史的に用いられてきた測定基準であり、下記の式で表される。

数式１において、ＭＡＸがＬＥＤ照明装置１０１から１０４の最大の光度／光束を表す一方、ＭＩＮはＬＥＤ照明装置１０１から１０４の最小の光度／光束を表す。数式２において、ＡＲＥＡ１がＬＥＤ照明装置１０１から１０４の光度／光束が平均を上回るときの駆動サイクル中の光度／光束の合計を表す一方、ＡＲＥＡ２はＬＥＤ照明装置１０１から１０４の光度／光束が平均を下回るときの駆動サイクル中の光度／光束の合計を表す。

図８に見られるように、電荷蓄積ユニットの導入は、数式１のＭＡＸ及び数式２のＡＲＥＡ２を増加させることができ、これによってＬＥＤ照明装置１０１から１０４のフッリッカー率及びフリッカー指数を下げる。

上述の多段駆動スキームと共に、本発明では多数の電流制御ユニットを柔軟に使用する多数の発光素子をオンにすることができる。上述の電荷蓄積ユニットと共に、本発明はＬＥＤ照明装置の発光変動を減らすことができる。従って、本発明は効果的な動作電圧範囲、信頼性及びフリッカー現象を改善させることができるＬＥＤ照明装置を提供することができる。

当業者は、本発明の教示を維持しながら装置及び方法の多くの変更及び代替が行われ得ることを容易に認識するであろう。従って、上記の開示は、添付された請求項の境界及び範囲（ｍｅｔｅｓａｎｄｂｏｕｎｄｓ）にのみ限定されるとして理解されるべきである。

Claims

多数の駆動ステージを有する発光ダイオード（ＬＥＤ）照明装置であって、
第１駆動ステージと、
第２駆動ステージと、
第１電荷蓄積ユニットと、
を含み、
前記１駆動ステージは、
第１電流に従って光を提供するための整流交流（ＡＣ）電圧によって駆動される第１発光素子と、
前記第１駆動ステージを通って流れる電流が第１の値を超えないように、前記第１電流を調整するように構成された第１電流コントローラと、を含み、
前記第２駆動ステージは、
前記第１発光素子に直列に結合され、かつ、第２電流に従って光を提供するための前記整流ＡＣ電圧によって駆動される第２発光素子と、
前記第２駆動ステージを通って流れる電流が第２の値を超えないように、前記第２電流を調整するように構成された第２電流コントローラと、を含み、
前記第１電荷蓄積ユニットは、前記第１発光素子と並列に結合され、かつ、前記整流ＡＣ電圧の立ち上がり期間又は立下り期間において、前記整流ＡＣ電圧が前記第１発光素子をオンにするには不十分であるときに、前記第１発光素子にエネルギーを放電するように構成され、これによって前記第１発光素子をオンのままにする、
ＬＥＤ照明装置。
前記第１電荷蓄積ユニットは、前記整流ＡＣ電圧が前記第１発光素子をオンにするのに十分になるとき、前記エネルギーを前記第１発光素子に放電するのを中断し、かつ、前記整流ＡＣ電圧による充電を開始するように更に構成された、請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
前記第２発光素子と並列に結合され、かつ、前記整流ＡＣ電圧が前記第２発光素子をオンにするには不十分であるときに前記第２発光素子にエネルギーを放電するように構成され、これによって前記第２発光素子をオンのままにする、第２電荷蓄積ユニットを更に含む、請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
前記第１電流コントローラは前記第１発光素子に直列に結合され、
前記第２電流コントローラは前記第２発光素子と並列に結合される、請求項３に記載のＬＥＤ照明装置。
前記第２電流コントローラと前記第２電荷蓄積ユニットとの間で結合され、かつ、前記第２電荷蓄積ユニットによって放電された前記エネルギーを前記第２電流コントローラから分離するように構成された、経路コントローラを更に含む、請求項４に記載のＬＥＤ照明装置。
前記第１電流コントローラは前記第１発光素子に直列に結合され、
前記第２電流コントローラは前記第２発光素子に直列に結合される、請求項３に記載のＬＥＤ照明装置。
前記第１電流コントローラと前記第２電荷蓄積ユニットとの間に結合され、かつ、前記第２電荷蓄積ユニットによって放電された前記エネルギーを前記第１電流コントローラから分離するように構成された、経路コントローラを更に含む、請求項６に記載のＬＥＤ照明装置。
前記第２電荷蓄積ユニットは、前記整流ＡＣ電圧が前記第２発光素子をオンにするのに十分になるとき、前記エネルギーを前記第２発光素子に放電するのを中断し、かつ、前記整流ＡＣ電圧による充電を開始するように更に構成された、請求項３に記載のＬＥＤ照明装置。
多数の駆動ステージを有する発光ダイオード（ＬＥＤ）照明装置であって、
第１駆動ステージと、
第２駆動ステージと、
電荷蓄積ユニットと、
を含み、
前記第１駆動ステージは、
第１電流に従って光を提供するための整流交流（ＡＣ）電圧によって駆動される第１発光素子と、
前記第１駆動ステージを通って流れる電流が第１の値を超えないように、前記第１電流を調整するように構成された第１電流コントローラと、を含み、
前記第２駆動ステージは、
前記第１発光素子に直列に結合され、かつ、第２電流に従って光を提供するための前記整流ＡＣ電圧によって駆動される第２発光素子と、
前記第２駆動ステージを通って流れる電流が第２の値を超えないように、前記第２電流を調整するように構成された第２電流コントローラと、を含み、
前記電荷蓄積ユニットは、前記第１発光素子及び前記第２発光素子と並列に結合され、かつ、前記整流ＡＣ電圧の立ち上がり期間又は立下り期間において、前記整流ＡＣ電圧が前記第１発光素子及び前記第２発光素子をオンにするには不十分であるときに、前記第１発光素子及び前記第２発光素子にエネルギーを放電するように構成され、これによって前記第１発光素子及び前記第２発光素子をオンのままにする、
ＬＥＤ照明装置。
前記電荷蓄積ユニットは、前記整流ＡＣ電圧が前記第１発光素子及び前記第２発光素子をオンにするのに十分になるとき、前記第１発光素子及び前記第２発光素子に前記エネルギーを放電するのを中断し、かつ、前記整流ＡＣ電圧による充電を開始するように更に構成される、請求項９に記載のＬＥＤ照明装置。
前記第１電流コントローラは前記第１発光素子に直列に結合され、
前記第２電流コントローラは前記第２発光素子と並列に結合される、請求項９に記載のＬＥＤ照明装置。
前記第２電流コントローラと前記電荷蓄積ユニットとの間に結合され、かつ、前記電荷蓄積ユニットによって放電された前記エネルギーを前記第２電流コントローラから分離するように構成された、経路コントローラを更に含む、請求項１１に記載のＬＥＤ照明装置。
前記第１電流コントローラは前記第１発光素子に直列に結合され、
前記第２電流コントローラは前記第２発光素子に直列に結合される、請求項９に記載のＬＥＤ照明装置。
前記第１電流コントローラと前記電荷蓄積ユニットとの間に結合され、かつ、前記電荷蓄積ユニットによって放電された前記エネルギーを前記第１電流コントローラから分離するように構成された、経路コントローラを更に含む、請求項１３に記載のＬＥＤ照明装置。