JP2004006622A

JP2004006622A - Ｌｅｄアレイ及びｌｅｄモジュール

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Publication number: JP2004006622A
Application number: JP2002370796A
Authority: JP
Inventors: Robert Kraus; ローベルト　クラウス; Simon Bluemel; ジーモン　ブリューメル
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2022-12-20
Also published as: US6803732B2; US20030116773A1; JP4511784B2

Abstract

【課題】ＬＥＤアレイを改善された制御に関して発展させ、長時間動作しても可能な限り一定の放射出力を有するＬＥＤアレイを提供することであり、さらにそのようなＬＥＤアレイを備えたＬＥＤモジュールを発展させる。
【解決手段】ＬＥＤアレイが生成された放射を電流供給ユニットに返送するための少なくとも１つの出力側を有し、この出力側を介してＬＥＤアレイの光学的なパラメータである放射出力を電流供給ユニットに返送する。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、それぞれ少なくとも１つのＬＥＤを有し、並列に接続されている複数のＬＥＤチェーンを備えたＬＥＤアレイ、並びにこのＬＥＤアレイを含むＬＥＤモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常の場合このようなＬＥＤアレイは、動作時にＬＥＤアレイに動作電流を供給する電源と接続されており、この際動作電流ないし動作電圧は一定に設定されている。
【０００３】
頻繁にＬＥＤアレイに関しては生成される放射に対する下限が規定されており、この下限を下回ることは許されない。このことは殊に、例えば交通信号灯または鉄道信号機のような信号機に使用する場合に該当する。交通の安全性の理由から、通常光出力に関係する前述した下限を遵守することに殊に留意すべきである。
【０００４】
老化現象に基づいてＬＥＤ、したがって前述したようなＬＥＤアレイでは動作期間が長くなると共に放射効率が低減する。ＬＥＤアレイの耐用期間全体の間、所定の下限を遵守することを保証するために、例えばＬＥＤアレイの大型化または動作電圧を高めての動作が必要である。これらの措置はそれぞれ、耐用期間が終了する頃の不利な場合であっても所定の下限を上回る十分な光出力が達成されるように定められなければならない。この際動作の開始時には実質的に、ＬＥＤアレイの予定されている機能に必要とされるであろう光よりも多くの光が生成されることは甘受される。これに加え一方ではＬＥＤアレイの大型化によってＬＥＤアレイの製造コストは上昇し、他方では動作電圧が高められることによって動作費用はより高くなり、場合によっては老化が加速する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、ＬＥＤアレイを改善された制御に関して発展させ、長時間動作しても可能な限り一定の放射出力を有するＬＥＤアレイを提供することであり、さらにそのようなＬＥＤアレイを備えたＬＥＤモジュールを発展させることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題は、ＬＥＤアレイが生成された放射を電流供給ユニットに返送するための少なくとも１つの出力側を有することによって解決される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、ＬＥＤアレイに出力側を設け、この出力側を介して例えば放射出力のようなＬＥＤアレイの光学的なパラメータを電流供給ユニットに返送することができる、という着想を基礎としている。
【０００８】
本発明によれば、ＬＥＤアレイはそれぞれ少なくとも１つのＬＥＤを備えた複数のＬＥＤチェーンを有し、これらのＬＥＤチェーンは並列に接続されている。ＬＥＤアレイは生成された放射出力を電流供給ユニットに返送するための少なくとも１つの出力側を有する。
【０００９】
有利には少なくとも１つのＬＥＤを備えた１つの基準ＬＥＤチェーンが設けられており、この基準ＬＥＤチェーンの光学的なパラメータ、例えば放射出力が光感応型の構成素子を用いて検出され、電気測定信号に変換される。この電気測定信号は電流供給ユニットに返送するために出力側に供給される。
【００１０】
電流供給ユニットを用いてこの測定信号に基づき、十分に一定である放射出力が達成され、例えば放射出力に対する所定の下限を下回らないように動作電圧ないし動作電流を調節することができる。
【００１１】
総じてＬＥＤアレイは最適に制御される。
【００１２】
有利にはそのようなＬＥＤアレイは動作の開始時に最小要求を大幅に上回って動作する必要はない。これによって最初から、ＬＥＤアレイの耐年期間をより長くすることになる比較的低い電流が流される。これに加えモジュールの動作は、所要電力が比較的少ないことに基づきより廉価である。
【００１３】
例えば放射出力のような光学的なパラメータに応じて、流れる電流を追従操作することは以下のことを保証する。すなわち、光学的な最小要求が耐用期間全体の間実質的に、動作電圧ないし動作電流に対して一定の所定の値を有する従来のＬＥＤアレイよりも確実に遵守される。
【００１４】
ＬＥＤは本発明では有利には表面に取り付けることができるＬＥＤであり、これらのＬＥＤは高いパッキング密度及び相応に高い光密度を有するＬＥＤモジュールを実現する。
【００１５】
本発明の有利な実施形態では、基準ＬＥＤチェーンは複数のＬＥＤの直列回路を有する。複数のＬＥＤを備えた基準ＬＥＤチェーンは以下の利点を有する。すなわち、基準ＬＥＤの老化特性は全体として、ＬＥＤが１つである場合よりもＬＥＤモジュールの老化特性に近づくという利点を有する。例えばＬＥＤのパラメータの統計的な推移及びＬＥＤの製造許容差がより良く補償される。
【００１６】
さらには、光感応型の構成素子が基準ＬＥＤチェーンによって生成された放射のみを検出するようにＬＥＤアレイを構成することは有利である。ＬＥＤチェーンと基準ＬＥＤチェーンにはそれぞれ異なる機能が割り当てられる。すなわち、基準ＬＥＤチェーンは実質的に、有利には専ら光学的なパラメータの監視に使用され、一方他のＬＥＤチェーンは実質的に、有利には専ら放射生成、例えば照射または信号のために使用される。機能をこのように分割することは、全てのＬＥＤチェーンにおける放射生成を同時に監視する必要はないという利点を有する。同時に放射生成を監視するということは、比較的大きなＬＥＤアレイでは多大な技術的費用をもたらす可能性がある。例えば基準ＬＥＤチェーンを光感応型の構成素子と共に、他のＬＥＤチェーンから分離することができる。何故ならば基準ＬＥＤチェーンでは外部への照射は必要なく、また所望されるものでもないからである。反対にこのことは、有利には光学的なパラメータの監視は例えば太陽光のような外部から入射する外来光線によって劣化されないということを意味している。ＬＥＤアレイによって生成される全体の放射だけが検出される場合には、通常の場合外来光線によるそのような劣化を阻止する事前対策を講じなければならない。
【００１７】
基準ＬＥＤチェーンを他のＬＥＤチェーンから分離することを、ＬＥＤアレイに放射射出開口部を備えた被覆部が設けられることによって達成することができ、この放射射出開口部を通過してＬＥＤチェーンの放射のみが送出され、基準ＬＥＤチェーンの放射は送出されない。
【００１８】
分離のための別の可能性は、ＬＥＤチェーンに対して、基準ＬＥＤチェーンに割り当てられた基準放射方向とは異なる共通の主放射方向を設けることである。例えば回路基板の異なる面において、その一方の面にＬＥＤチェーンを配置し、他方の面に基準ＬＥＤチェーンを配置することが可能であり、その結果主放射方向と基準放射方向とは反対の方向を示す。
【００１９】
有利には基準ＬＥＤチェーンを他のＬＥＤチェーンから分離するために遮光部が設けられており、この遮光部は光感応型の構成素子と共に基準ＬＥＤチェーンを覆う。したがって、例えば基準ＬＥＤチェーンによって生成された放射の検出が外部からの放射によって劣化されることが阻止される。ここで遮光部の基準ＬＥＤチェーンと対向する面に、拡散的に反射させる表面または層を設けることは有利である。したがって検出のために使用できる放射成分が高められる。さらに個々のＬＥＤによって生成された放射成分の平均化、ひいては上述したＬＥＤパラメータの統計的推移及び製造許容差の補償が改善される。
【００２０】
本発明の有利な実施形態ではＬＥＤアレイは変換回路を有し、この変換回路は光感応型の構成素子と接続されており、測定信号を形成する。光感応型の構成素子としてフォトダイオード、例えばＰＩＮダイオードを使用することができる。変換回路を用いて、光感応型の構成素子によって検出された放射に依存して電圧が形成され、この電圧でもって入力側において出力結合器、有利には光結合器が制御される。この場合出力結合器の出力側の端子には、電流供給ユニットに返送するための測定信号が印加される。光結合器では実施に応じて例えば出力側の端子間の抵抗、または光結合器において生成される光電流を測定信号として使用することができる。
【００２１】
この構成の発展実施形態では、フォトダイオードがバイアス抵抗と直列に接続されているので、このバイアス抵抗ではフォトダイオードによって生成され、検出された放射に依存する光電流に比例する電圧が降下する。この電圧を用いてトランジスタベースが制御され、このトランジスタのエミッタはツェナーダイオードを介して第１の基準電位と接続されており、またこのトランジスタのコレクタはコレクタ抵抗を介して第２の基準電位と接続されている。ｎｐｎトランジスタでは第２の基準電位は第１の基準電位よりも大きく、ｐｎｐトランジスタでは第２の基準電位は第１の基準電位よりも小さい。さらに出力結合器として光結合器が設けられており、この光結合器の入力側、例えばこの光結合器の入力側のＬＥＤは、トランジスタのコレクタ・エミッタ区間に並列に接続されている。
【００２２】
バイアス抵抗によって、検出すべき放射に対する閾値が設定される。この閾値以下ではトランジスタは遮断され、光結合器の入力側にコレクタ抵抗及びツェナーダイオードによって定められた電流が流れる。フォトダイオードによって生成された光電流が、バイアス抵抗において降下する電圧はツェナー電圧とベース・エミッタ電圧（後者は典型的には０．６５Ｖである）の合計を超えるように大きい場合には、閾値は超過される。この場合電流がトランジスタのコレクタ・エミッタ区間を流れ、すなわちトランジスタは部分的に光結合器の入力側を部分的に短絡するので、光結合器を流れる電流が低減される。相応に光結合器の出力側の抵抗も変化する。この抵抗の変化を電流供給ユニットの制御のための測定信号として使用する。
【００２３】
本発明の別の有利な実施形態では、各ＬＥＤチェーン及び基準ＬＥＤチェーンに、個々のＬＥＤチェーンないし基準ＬＥＤチェーンへの所定の電流分配を調整するための調整装置がそれぞれ１つ直列に接続されている。したがって有利には、個々のＬＥＤチェーン内の電流が種々の順方向電圧に基づいて、または１つのＬＥＤの短絡に基づいて所定の目標電流強度から大幅に偏差することが回避される。
【００２４】
有利にはこれらの調整装置は、所定の動作電流を所定の電流分配に応じてＬＥＤチェーンに印加するための電流増幅回路をそれぞれ１つ有する。ここで電流増幅回路はＬＥＤチェーンにおけるそれぞれの電流を調整するための調整入力側を有することができ、この調整入力側は有利には相互に接続されており、また同一の電位におかれる。
【００２５】
本発明の枠内ではさらに、本発明によるＬＥＤアレイ並びに電流供給ユニットを含むＬＥＤモジュールが設けられており、ＬＥＤアレイは供給端子を有し、この供給端子と電流供給ユニットは出力側で接続されている。電流供給ユニットはＬＥＤアレイに供給される出力側の動作電圧ないし出力側の動作電流を制御するための制御入力側を有する。生成された放射を返送するために測定信号を印加するＬＥＤアレイの出力側は、電流供給ユニットの制御入力側と接続されている。有利にはそのようなＬＥＤモジュールでは生成される放射の電流供給ユニットへの返送を用いて、動作電流及び動作電圧のような動作パラメータは、耐用期間全体にわたりほぼ一定の光出力が達成され、ないし老化に伴い生じるＬＥＤチェーンにおける放射効率の低減が補償されるように追従操作される。
【００２６】
本発明は交通信号灯または鉄道信号機のような信号機への使用に殊に適している。本発明では大型化または耐用期間の開始時における過度に高い放射生成を必要とせずに、ほぼ一定の放射出力したがって放射出力に対する前述の下限の遵守が耐用期間全体にわたり保証されていることは殊に有利である。
【００２７】
本発明のさらなる特徴、長所及び有効性は、図１から７に関連した以下の実施例に記載されている。
【００２８】
【実施例】
同一の素子または同様に作用する素子には、図面において同一の参照記号を付している。
【００２９】
図１に示した本発明によるＬＥＤモジュール１の実施例のブロック回路図は、ＬＥＤアレイ２及び電流供給ユニット（電力供給装置、Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ）３を有する。ＬＥＤアレイ２は以下で更に詳細に説明する。
【００３０】
電流供給ユニット３の入力側４は、一般的に使用可能な電源、例えば周知の電力網１４と接続されている。電流供給ユニット３は、出力側５においてＬＥＤアレイの動作に適している電圧を使用できるように入力側の電圧を変換する。このために通常の場合、入力側において印加された電圧を下げるように変圧し、整流し、ないし動作電流を平滑化することが必要である。
【００３１】
典型的には個々のＬＥＤの順方向電圧は１Ｖから５Ｖの範囲であるので、ＬＥＤチェーンにおけるＬＥＤの個数に応じて５Ｖから３０Ｖの間、すなわち低電圧領域の電圧がＬＥＤアレイの動作に適している。ここでＬＥＤの種類及び個数に応じて、数アンペアまでの動作電流を流すことができる。このことは例えば信号機用のＬＥＤモジュールに該当する。これらの信号機は自然光のもとでも、また光特性が不利であっても十分に可視である必要があり、相応に多数のＬＥＤを有している。
【００３２】
ＬＥＤアレイ２は出力側６を有し、この出力側６を介してＬＥＤアレイによって生成される放射に依存する電気測定信号が電流供給ユニット３に伝送される。電流供給ユニット３は、ＬＥＤアレイ２の動作電流ないし動作電圧が電気測定信号に応じて追従操作されるように構成されている。したがって全体として一定の放射出力が達成され、この放射出力はＬＥＤが老化した場合、またこれに伴い放射効率が低減した場合にも殆ど変化することは無い。このことは勿論放射効率の損失を、動作パラメータを高めることによって補償できる間にのみ有効である。
【００３３】
図２は、本発明のＬＥＤアレイ２の回路図を概略的に示す。ＬＥＤアレイ２は、並列に接続されている複数のＬＥＤチェーン、すなわちＬＥＤの直列回路ＬＫ１、ＬＫ２、．．．ＬＫｎを有する。
【００３４】
本発明の枠内においては、ＬＥＤチェーンないし基準ＬＥＤチェーンの並列接続はＬＥＤチェーンのアノード側またはカソード側の接続と解することができる。ここで、ＬＥＤチェーンがアノード側及びカソード側で接続されていることも考えられ得るが、しかしながら必ずしも必要ではない。
【００３５】
この実施例では、ＬＥＤチェーンＬＫ１、ＬＫ２、．．．ＬＫｎはアノード側で接続されている。個々のＬＥＤチェーンへの最適な電流分配を達成するために、任意の電流分配回路７が設けられている。各ＬＥＤチェーンにはそれぞれ１つの調整装置ＲＡ１、ＲＡ２、．．．ＲＡｎが直列に接続されている。これらの調整装置は、電流を所定の電流分配によりＬＥＤチェーンに分配することに使用される。これらの調整装置は、図５から図７に示した実施例との関連で詳細に説明する。
【００３６】
ＬＥＤチェーンＬＫ１、ＬＫ２、．．．ＬＫｎに並列に基準ＬＥＤチェーンが配置されている。この基準ＬＥＤチェーンＬＫＲは他のＬＥＤチェーンに応じて設けられており、また調整装置ＲＡＲと直列に接続されている。基準ＬＥＤチェーンに基づいて典型的に他のＬＥＤチェーンの放射生成が、フォトダイオードＰＤ有利にはＰＩＮフォトダイオードである光感応型の構成素子を用いて監視される。
【００３７】
放射生成を監視するために特別な基準ＬＥＤチェーンを使用することは以下の利点を有する。すなわち、その他のＬＥＤチェーンＬＫ１、ＬＫ２、．．．ＬＫｎと異なり共通の放射生成または照明に使用されない基準ＬＥＤチェーンＬＫＲをフォトダイオードＰＤと共に、その他のＬＥＤチェーンから分離することができる、つまり例えば外来光線による妨害を効果的に抑制することができる。ＬＥＤアレイによって生成される全体の放射をそのまま検出する場合には、ＬＥＤアレイの放射特性を損なう可能性がある特別な事前対策を講じなければいけなくなってしまう。
【００３８】
有利には本発明では、基準ＬＥＤチェーンＬＫＲとＬＥＤチェーンＬＥＤの内の少なくとも１つは同一の型を有し、これらは同一の製造材料からなる。これによって基準ＬＥＤチェーンのＬＥＤはその他のＬＥＤと類似した老化特性を示すので、老化に起因する基準ＬＥＤチェーンでの放射出力の低減は、その他のＬＥＤチェーンＬＫ１、ＬＫ２、．．．ＬＫｎの相応の老化にとってもまた有意である。
【００３９】
抵抗ＲＰＤと、コレクタ抵抗ＲＣ及びエミッタ経路にあるツェナーダイオードＺＤを備えたトランジスタＴＣと、光結合器ＯＣである出力結合器とを有する変換回路８を用いて、フォトダイオードＰＤによって検出された放射が測定信号に変換され、この測定信号をＬＥＤアレイの出力側６に印加する。
【００４０】
これに加えフォトダイオードＰＤは抵抗ＲＰＤと直列に接続されており、この抵抗ＲＰＤでは、フォトダイオードＰＤによって生成された光電流に比例する電圧、したがって基準ＬＥＤチェーンＬＫＲの放射出力に依存する電圧が降下する。
【００４１】
アノード側ではフォトダイオードＰＤはトランジスタＴＣのベースと接続されているので、抵抗ＲＰＤにおいて降下する電圧はトランジスタＴＣのベース電圧と等しい。トランジスタＴＣのコレクタ・エミッタ区間に、光結合器ＯＣの入力側のＬＥＤが並列に接続されている。
【００４２】
抵抗ＲＰＤは基準ＬＥＤチェーンの放射出力に対する閾値を設定する。この閾値は抵抗において電圧を降下させる光電流によって決定されており、この電圧はツェナーダイオードＺＤのツェナー電圧と、導通したトランジスタＴＣの典型的には０．６５Ｖであるベース・エミッタ電圧との合計に等しい。
【００４３】
放射出力が閾値よりも小さい場合には、抵抗において前述の合計よりも小さい電圧が降下し、またトランジスタを遮断する。この場合光結合器ＯＣの入力側のＬＥＤに、ツェナーダイオードＺＤ及びコレクタ抵抗ＲＣによって設定された電流が流れ、出力側のフォトトランジスタの相応のコレクタ・エミッタ抵抗に帰着する。このコレクタ・エミッタ抵抗は電気測定信号として使用され、この電気測定信号は出力側６を介して電流供給ユニットに返送される。
【００４４】
基準ＬＥＤチェーンの光出力が閾値を上回る場合にはトランジスタが開き、光結合器ＯＣの入力側のＬＥＤが少なくとも部分的に短絡する。したがって入力側のＬＥＤを流れる動作電流は低減し、出力側のフォトトランジスタのコレクタ・エミッタ抵抗は上昇する。この抵抗変化は出力側６を介して電流供給ユニットに伝送され、この電流供給ユニットは動作電流を低減することによりこの抵抗変化に反応する。
【００４５】
これとは反対に基準ＬＥＤチェーンの光出力、したがってフォトダイオードＰＤへの放射入射が低減した場合には、トランジスタＴＣは遮断され、より多くの電流が光結合器ＯＣを介して流れ、このことは光結合器における出力側のフォトトランジスタのコレクタ・エミッタ抵抗を低減させることになる。この抵抗の低減は、電流供給ユニットにおける動作電流の上昇を惹起する。
【００４６】
図３は、本発明のＬＥＤアレイの第２の実施例における基準ＬＥＤチェーンＬＫＲのＬＥＤ及び光感応型の構成素子の例示的な空間的配置構成を概略的に示す。基準ＬＥＤチェーンＬＥＤ９、有利には表面に取り付けられているＬＥＤ及び光感応型の構成素子１０、例えばフォトダイオードは共通の回路基板１１に取り付けられている。
【００４７】
ＬＥＤ９は光感応型の構成素子の周囲に配置されているので、基準ＬＥＤチェーンＬＫＲのＬＥＤ９によって生成された放射は確実且つ再現可能に光感応型の構成素子１０によって検出される。勿論光感応型の構成素子１０を、少なくとも１つの基準ＬＥＤの円錐形に広がる光の中にある他の場所にも配置することができる。
【００４８】
図４には、本発明のＬＥＤアレイの別の実施例が断面図で図示されている。図３に図示した実施例の発展形態においては、基準ＬＥＤチェーンＬＫＲのＬＥＤ９は光感応型の構成素子１０と共に、共通の遮光部１２によって覆われている、ないしカプセル化されている。この遮光部１２は光感応型の構成素子を、例えば太陽光による外来光線の入射から保護する。このことは測定信号が外来光線によって劣化されることを阻止する。
【００４９】
有利には遮光部１２はＬＥＤ９と対向する面に、拡散的に反射させる表面または層を有する。したがって光感応型の構成素子ＰＤに入射する放射、ひいては光学的な効率及び電流供給装置への返送の精度が高められる。
【００５０】
図５、６及び７に図示した本発明のＬＥＤアレイの実施例は、例えば図２において既に概略的に図示した電流分配回路７に該当する。ここではこの電流分配回路７は、ＬＥＤアレイ２の並列に接続されている個々のＬＥＤチェーンＬＫ１、ＬＫ２、．．．ＬＫｎに全体電流を分配するための回路装置である。
【００５１】
ＬＥＤチェーンの並列回路においては既に、個々のＬＥＤにおける順方向電圧の僅かな相違ないしＬＥＤの急峻なＵ−Ｉ特性曲線に基づく順方向電圧の僅かな変化が、ＬＥＤチェーンにおける大きな電流変化を惹起する可能性があり、この電流変化は電流強度を個々のＬＥＤチェーンにおける所定の閾値から大きく偏差させる可能性がある。
【００５２】
これを阻止するために、ＬＥＤチェーンの従来の並列回路ではしばしばＬＥＤチェーンに抵抗が直列に接続されている。これらの抵抗はＬＥＤチェーンのＵ−Ｉ特性曲線を全体的に平坦にし、これによって個々のＬＥＤチェーンにおける電流の所定の制限が達成される。個々のＬＥＤチェーンへの電流分配の精度に対する要求が増すにつれ、勿論抵抗値ないし抵抗において降下する電圧も増す。この抵抗において降下する電圧は、典型的には凡そＬＥＤにおいて降下する電圧のオーダである。このことは全体のシステムの光学的な効率を顕著に劣化させ、ひいてはエネルギ論的に不経済な動作となる。
【００５３】
上述した問題の選択的な解決策として、順方向電圧に関するＬＥＤの非常に精密なグループ化が考えられる。しかしながらこの解決策では付加的なコストが生じる。何故ならばＬＥＤに対する相応の記号論理学及び保管が必要だからである。さらにＬＥＤの順方向電圧は温度に依存し、種々のＬＥＤでは異なる温度依存性が生じる可能性もあるので、このグループ化は温度が変化した場合には前述の問題を部分的にしか解決しない。
【００５４】
ＬＥＤチェーンにおける順方向電圧の過度の変化は、あるＬＥＤにおいて短絡が生じる、またはあるＬＥＤがＬＥＤチェーンを遮断する、例えばＬＥＤを「切る」ことによっても生じる可能性がある。このことは通常の場合、直列に接続された抵抗を用いた電流調節ではＬＥＤチェーンに電流を大幅に再分配することになる。
【００５５】
したがって、ＬＥＤアレイに対して行われる電流分配は、個々のチェーンにおける順方向電圧が変化する場合でも可能な限り十分に保持されることが望ましい。
【００５６】
図５に図示した実施例では、各ＬＥＤチェーンＬＫ１、ＬＫ２、．．．ＬＫｎに、調整装置ＲＡ１、ＲＡ２、．．．ＲＡｎが直列に接続されていることによってこの問題は解決される。調整装置ＲＡ１、ＲＡ２、．．．ＲＡｎはそれぞれ１つの電流増幅回路を有し、この電流増幅回路を用いて個々のＬＥＤチェーンＬＫ１、ＬＫ２、．．．ＬＫｎを流れる電流が調節される。
【００５７】
そのような回路装置では有利には、電流強度は実質的に一定であり、僅かなｍＡのオーダで推移するにすぎない。例えば１つのＬＥＤの短絡に起因する１つのＬＥＤチェーンにおける順方向電圧の顕著な変化も、有利には電流分配を破綻することにはならない。したがって順方向電圧に応じたＬＥＤのコストの掛かるグループ化は行われない。調整装置においてはそれぞれ比較的僅かな電圧しか降下せず、このことは特に比較的長いＬＥＤチェーンの場合全体のシステムはエネルギ論的に有利になる。
【００５８】
詳細には、図５に図示した実施例では、複数のＬＥＤチェーンＬＫ１、ＬＫ２、．．．ＬＫｎがアノード側の接続によって並列に接続されている。各ＬＥＤチェーンは、例えば可溶性の抵抗として実施することができる任意のヒューズＦｕ１、Ｆｕ２、．．．Ｆｕｎを介して調整装置ＲＡ１、ＲＡ２、．．．ＲＡｎと直列に接続されている。
【００５９】
調整装置はそれぞれ１つのｎｐｎトランジスタＴ１、Ｔ２、．．．Ｔｎを有し、これらのトランジスタのコレクタ端子Ｃ１、Ｃ２、．．．Ｃｎは所属のＬＥＤチェーンのカソード側、ないし場合によってはその間に接続されているヒューズＦｕ１、Ｆｕ２、．．．Ｆｕｎと接続されており、またこれらのトランジスタのエミッタ端子Ｅ１、Ｅ２、．．．Ｅｎはそれぞれエミッタ抵抗Ｒ１２、Ｒ２２、．．．Ｒｎを介して供給電圧Ｕ_Ｖの負極と接続されている。
【００６０】
各ＬＥＤチェーンＬＫ１、ＬＫ２、．．．ＬＫｎのカソード側ないし任意のヒューズＦＵ１、Ｆｕ２、．．．Ｆｕｎと、所属のトランジスタＴ１、Ｔ２、．．．Ｔｎのそれぞれのベース端子との間には、ダイオードＤ１、Ｄ２、．．．Ｄｎ及び抵抗Ｒ１１、Ｒ２１、．．．Ｒｎ１からなる直列回路が接続されている。トランジスタＴ１、Ｔ２、．．．Ｔｎのベース端子Ｂ１、Ｂ２、．．．Ｂｎは相互に接続されている。
【００６１】
動作時にはエミッタ抵抗Ｒ１２、Ｒ２２、．．．Ｒｎ２において、エミッタ電流Ｉ１、Ｉ２、．．．Ｉｎの場合、Ｒｘ２＊Ｉｘ（ｘ＝１、２、．．．ｎ）の電圧が降下する。トランジスタＴ１、Ｔ２、．．．Ｔｎのベース・エミッタ区間においては、約０．６５Ｖの電圧降下が生じるので、全体としてトランジスタベースはそれぞれ負の供給電圧を上回るＲｘ２＊Ｉｘ＋０．６５Ｖ（ｘ＝１、２、．．．ｎ）の電位におかれる。トランジスタベースは相互に電気的に接続されているので、トランジスタＴ１、Ｔ２、．．．Ｔｎを介して、種々のエミッタ抵抗Ｒ１２、Ｒ２２、．．．Ｒｎ２を流れる電流は、ＲＡ１、ＲＡ２、．．．ＲＡｎにおけるトランジスタベースと負の供給電圧との間のそれぞれの電位差が等しくなるように分配される。
【００６２】
エミッタ電流と比べてベース電流は通常の場合無視することができ、すなわちエミッタ電流はほぼコレクタ電流と等しいので、既述のエミッタ電流の調節によってそれと同時に、コレクタ電流ないし所属のＬＥＤチェーンにおける電流が設定されている。つまり全体としてＬＥＤチェーンにおける電流はエミッタ抵抗Ｒ１２、Ｒ２２、Ｒｎ２によって設定され、電流はそれぞれエミッタ抵抗に反比例する。
【００６３】
全体電流は一様に種々のチェーンに分配されるべきなので、全てのエミッタ抵抗は同一の抵抗値を有する必要がある。しかしながらこれとは異なり、ＬＥＤチェーンに種々に電流を流すことも、エミッタ抵抗の異なる値によって特別な費用を要せずに実現することができる。
【００６４】
トランジスタＴ１、Ｔ２、．．．Ｔｎのベース入力側への供給は、それぞれダイオードＤ１、Ｄ２、．．．Ｄｎ及び抵抗Ｒ１１、Ｒ２１、．．．Ｒｎ１を介して行われる。ダイオードＤｘには２つの機能がある。すなわち一方では、ダイオードはトランジスタに対して安定した動作条件を保証し、他方ではダイオードは個々のＬＥＤチェーン間の横方向電流を抑制する。そうでない場合には、例えばＬＥＤチェーンにおける種々の順方向電圧によって、また例えばＬＥＤの短絡によっても惹起される可能性がある個々のＬＥＤチェーンにおける電位差によって、トランジスタベースＢ１、Ｂ２、．．．Ｂｎの共通した接続を介して、あるＬＥＤチェーンから別のＬＥＤチェーンに電流が流れる可能性がある。
【００６５】
ここでダイオードＤ１、Ｄ２、．．．Ｄｎでは、トランジスタが安定した動作状態に達するように電圧は大きく降下しなければならない。ダイオードＤ１、Ｄ２、．．．ＤｎとしてＬＥＤも使用することができ、この場合これらのＬＥＤは付加的に個々のチェーンにおける種々の順方向電圧に対するインジケータとして使用することができる。
【００６６】
それぞれのコレクタ・ベース接続における抵抗Ｒ１１、Ｒ２１、．．．Ｒｎ１は、必ずしも同一の値を有する必要はない。しかしながら装置の最適な信頼性及び均整のために、同一の抵抗Ｒ１１、Ｒ２１、．．．Ｒｎ１を設けることは有利である。
【００６７】
図示した回路では、トランジスタＴ１、Ｔ２、．．．Ｔｎのベース入力側Ｂ１、Ｂ２、．．．Ｂｎに対する電流がダイオードＤ１、Ｄ２、．．．Ｄｎ及び抵抗Ｒ１１、Ｒ２１、．．．Ｒｎ１を介して直接、所属のＬＥＤチェーンＬＫ１、ＬＫ２、．．．ＬＫｎにおける電流から分岐されることは有利である。電流強度係数の製造に起因する推移、すなわちトランジスタのコレクタ電流とベース電流との比率に対する回路の高い安定性が保証される。最も高い順方向電圧を有するＬＥＤチェーンが回路の動作点を決定し、この際各トランジスタＴ１、Ｔ２、．．．Ｔｎに対して安定した動作状態が保証されている。
【００６８】
有利には、各ＬＥＤチェーンから制御のための部分電流が分岐され、これによってシステムの信頼性が高められる。１％の許容差を有するエミッタ抵抗を使用する場合にはベース電流は僅か２％しか推移せず、したがって高い精度での電流分配がなされる。
【００６９】
図示した実施例ではＬＥＤチェーンに直列に接続されているヒューズＦｕ１、Ｆｕ２、．．．Ｆｕｎは任意であり、例えば安全性に対する要求を高めて適用する場合には有利である。有利にはヒューズは可溶性の抵抗として構成されている。
【００７０】
妨害に基づき過度に大きな電流、例えば２倍の目標電流がＬＥＤチェーンを流れる場合には相応のヒューズが切れ、つまりＬＥＤチェーンを確実且つ限定的に遮断する。残存する損傷のないＬＥＤチェーンには、所定の電流分配に応じて電流がさらに分配される。
【００７１】
必要な電圧降下を故障したＬＥＤチェーンのエミッタ抵抗において維持するために、抵抗Ｒ１１、Ｒ２１、．．．Ｒｎ１を介して、まだ損傷のないＬＥＤチェーンに付加的な電流が流れる。この付加的な電流によってＬＥＤアレイにおいては全体の電圧降下が高められ、この全体の電圧降下を制御部または電流供給ユニットによって検出することができ、また相応に評価することができる。
【００７２】
基準ＬＥＤチェーンＬＫＲはその他のＬＥＤチェーンと同様に、任意の可溶性の抵抗ＦｕＲ及び調整装置ＲＡＲと直列に接続されており、この調整装置ＲＡＲはエミッタ抵抗ＲＲ２と、コレクタ・ベース接続に抵抗ＲＲ１及びダイオードＤＲが設けられているトランジスタＴＲとを包含する。相応にして、前述したように基準ＬＥＤチェーンにはエミッタ抵抗ＲＲ２に応じて電流が流れるので、電流分配に関しては基準ＬＥＤチェーンは他のＬＥＤチェーンと相違ない。
【００７３】
放射出力を返送するために、前述した実施例のように、光感応型の構成素子としてフォトダイオードが設けられている。直列に接続されている抵抗ＲＰＤを用いて、フォトダイオードによって生成された光電流が電圧に変換され、この電圧は出力側６′に印加され、返送用及び電流供給ユニットへの電気測定信号として使用することができる。有利には出力側６′にはさらに、図２に図示した変換回路８（既に設けられている抵抗ＲＰＤは除かれている）が接続されている（図示していない）。
【００７４】
図６には本発明の別の実施例が図示されている。図５に図示した実施例との違いは、ＬＥＤチェーンＬＫ１、ＬＫ２、．．．ＬＫｎはここではカソード側で接続されており、アノード側ではそれぞれ１つの任意のヒューズＦｕ１、Ｆｕ２、．．．Ｆｕｎを介して調整装置ＲＡ１、ＲＡ２、．．．ＲＡｎと直列に接続されている。調整装置は相応にｐｎｐトランジスタでもって構成されている。動作は前述した実施例に相応する。基準ＬＥＤチェーンはその他のＬＥＤチェーンと同様に接続されているので、これに関しても動作は前述の実施例と変わらない。
【００７５】
図７に図示した実施例は、図５に図示した実施例と以下の点で異なる。すなわち、コレクタＣｘとエミッタＥｘ（ｘ＝１．．．ｎ、Ｒ、）との間のそれぞれの接続の代わりに共通の制御回路が設けられており、この制御回路はツェナーダイオードＺＤ２及びバイアス抵抗ＲＺを有する。
【００７６】
任意にヒューズＦｕＢを設けることができる。１つのＬＥＤチェーンが遮断された場合には制御回路を介して、故障したＬＥＤチェーンのエミッタ抵抗における電圧降下を維持するために高められた電流が流れる。所定数以上のＬＥＤチェーンが故障した場合、ないし制御回路を流れる電流が所定の限界値を上回った場合には、ヒューズＦｕＢはＬＥＤアレイを限定的に遮断する。このことは例えば、安全性に対する要求を高めて使用する場合には有利になり得る。
【００７７】
図７に図示した変形実施形態は図５及び図６に図示した変形実施形態と比べて、回路コストが寄り少ないという点で優れているが、調整装置ＲＡ１、ＲＡ２、．．．ＲＡｎにおいて比較的高い電圧降下を要求するので、効率は若干低い。加えて全体の制御は安定性をやや低減する。図７に図示した共通の制御回路を備えた変形実施形態は、相応に図６に図示した実施例にも使用することができる。
【００７８】
実施例に基づいた本発明の説明は、勿論本発明をこれに制限するものではない。むしろ本発明の枠内における実施例の個々の要素または部分的な観点も組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＬＥＤモジュールの実施例の概略的なブロック回路図である。
【図２】本発明によるＬＥＤアレイの第１の実施例の概略的な回路図である。
【図３】本発明によるＬＥＤアレイの第２の実施例を遠近法的に示した図である。
【図４】本発明によるＬＥＤアレイの第３の実施例の概略的な断面図である。
【図５】本発明によるＬＥＤアレイの第４の実施例の概略的な回路図である。
【図６】本発明によるＬＥＤアレイの第５の実施例の概略的な回路図である。
【図７】本発明によるＬＥＤアレイの第６の実施例の概略的な回路図である。
【符号の説明】
１　ＬＥＤモジュール、　２　ＬＥＤアレイ、　３　電流供給ユニット、　４入力側、　５　出力側、　６　出力側、　７　電流分配回路、　８　変換回路、　９　ＬＥＤ、　１０　フォトダイオード、　１１　回路基板、　１２　遮光部、　１３　ＬＥＤ、　１４　電力網

Claims

それぞれ少なくとも１つのＬＥＤ（１３）を有し、並列に接続されている複数のＬＥＤチェーン（ＬＫ１．．．ＬＫｎ）を備えたＬＥＤアレイ（２）において、
該ＬＥＤアレイ（２）は、生成された放射を電流供給ユニット（５）に返送するための少なくとも１つの出力側（６、６′）を有することを特徴とする、ＬＥＤアレイ。
前記ＬＥＤチェーン（ＬＫ１．．．ＬＫｎ）に並列に接続されている、少なくとも１つの基準ＬＥＤチェーン（ＬＫＲ）並びに光感応型の構成素子（ＰＤ）が設けられており、
該光感応型の構成素子（ＰＤ）は該基準ＬＥＤチェーン（ＬＫＲ）から送出された放射を検出し、
該光感応型の構成素子（ＰＤ）を用いて、該基準ＬＥＤチェーン（ＬＫＲ）によって生成された放射に依存する測定信号が生成され、該測定信号を前記出力側（６、６′）に印加する、請求項１記載のＬＥＤアレイ（２）。
前記光感応型の構成素子（ＰＤ）は、前記基準ＬＥＤチェーン（ＬＫＲ）から送出された放射のみを検出する、請求項１または２記載のＬＥＤアレイ（２）。
前記ＬＥＤアレイ（２）は放射射出開口部を備えた被覆部を有し、
前記ＬＥＤチェーン（ＬＫ１．．．ＬＫｎ）によって生成された放射のみが該放射射出開口部を通過して送出される、請求項１から３のいずれか１項記載のＬＥＤアレイ（２）。
前記ＬＥＤチェーン（ＬＫ１．．．ＬＫｎ）には共通の主放射方向が割り当てられており、前記基準ＬＥＤチェーン（ＬＫＲ）には基準放射方向が割り当てられており、
該主放射方向は該基準放射方向と異なる、請求項１から４のいずれか１項記載のＬＥＤアレイ（２）。
遮光部（１２）が設けられており、該遮光部（１２）は基準ＬＥＤチェーン（ＬＫＲ）及び光感応型の構成素子（ＰＤ）を覆う、請求項１から５のいずれか１項記載のＬＥＤアレイ（２）。
前記遮光部（１２）には、前記基準ＬＥＤチェーン（ＬＫＲ）と対向する面（１４）に拡散的に反射させる表面が設けられている、請求項６記載のＬＥＤアレイ（２）。
前記測定信号は変換回路（８）を用いて生成される、請求項２から７のいずれか１項記載のＬＥＤアレイ（２）。
前記変換回路（８）は入力側及び出力側を備えた出力結合器を有し、
該変換回路（８）において、前記光感応型の構成素子（ＰＤ）によって検出される放射に依存する電圧が形成され、該電圧を用いて該出力結合器の入力側が制御され、
該出力結合器の出力側は前記出力側（６）と接続されている、請求項８記載のＬＥＤアレイ（２）。
前記変換回路（８）は、抵抗（ＲＰＤ）と直列に接続されているフォトダイオード（ＰＤ）と、エミッタ経路にあるツェナーダイオード（ＺＤ）及びコレクタ経路にあるコレクタ抵抗（ＲＣ）を備えたトランジスタ（ＴＣ）とを有し、
該フォトダイオード（ＰＤ）はアノード側またはカソード側においてトランジスタベースと接続されており、前記出力結合器の入力側が該トランジスタ（ＴＣ）のコレクタ及びエミッタに接続されている、請求項９記載のＬＥＤアレイ（２）。
前記ＬＥＤチェーン（ＬＫ１．．．ＬＫｎ）及び前記基準ＬＥＤチェーン（ＬＫＲ）にはそれぞれ１つの調整装置（ＲＡ１．．．ＲＡｎ、ＲＡＲ）が直列に接続されており、該調整装置（ＲＡ１．．．ＲＡｎ、ＲＡＲ）を所定の電流分配に応じた所属のＬＥＤチェーン（ＬＫ１．．．ＬＫｎ）ないし基準ＬＥＤチェーン（ＬＫＲ）内の電流の調節に使用する、請求項１から１０のいずれか１項記載のＬＥＤアレイ（２）。
前記調整装置（ＲＡ１．．．ＲＡｎ、ＲＡＲ）は、所定の電流分配に応じて電流を前記ＬＥＤチェーン（ＬＫ１．．．ＬＫｎ）ないし基準ＬＥＤチェーン（ＬＫＲ）に印加する電流増幅回路をそれぞれ１つ有する、請求項１１記載のＬＥＤアレイ（２）。
前記電流増幅回路は、所属のＬＥＤチェーン（ＬＫ１．．．ＬＫｎ）ないし基準ＬＥＤチェーン（ＬＫＲ）内の電流を調整する調整入力側をそれぞれ１つ有し、該調整入力側は相互に接続されている、請求項１１または１２記載のＬＥＤアレイ（２）。
ＬＥＤモジュール（１）が、請求項１から１３のいずれか１項記載のＬＥＤアレイ（２）を有することを特徴とする、ＬＥＤモジュール（１）。
前記ＬＥＤアレイ（２）は供給端子を有し、該供給端子と電流供給ユニット（３）が出力側で接続されており、
該電流供給ユニット（３）は、前記ＬＥＤアレイ（２）に関する出力側の動作電圧を制御する制御入力側を有し、該制御入力側に測定信号が供給される、請求項１４記載のＬＥＤモジュール（１）。
前記ＬＥＤアレイ（２）は供給端子を有し、該供給端子と電流供給ユニット（３）が出力側で接続されており、
該電流供給ユニット（３）は、前記ＬＥＤアレイ（２）に関する出力側の動作電流を制御する制御入力側を有し、該制御入力側に測定信号が供給される、請求項１４または１５記載のＬＥＤモジュール（１）。
前記測定信号に基づいて動作電圧ないし動作電流が調整されて、前記ＬＥＤチェーン（ＬＫ１．．．ＬＫｎ）によって生成された放射出力は近似的に一定になる、請求項１５または１６記載のＬＥＤモジュール（１）。
前記動作電圧ないし前記動作電流の調整によって、老化が増すと共に生じるＬＥＤチェーン（ＬＫ１．．．ＬＫｎ）における放射効率の減少が補償される、請求項１７記載のＬＥＤモジュール（１）。
交通信号機または鉄道信号機における光信号の生成に使用する、請求項１から１３のいずれか１項記載のＬＥＤアレイ（２）。
交通信号機または鉄道信号機における光信号の生成に使用する、請求項１４から１８のいずれか１項記載のＬＥＤモジュール（１）。