JP4731079B2 - 照明用ｌｅｄアレイによる３次元格子構造 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、一般的に照明システムに係り、より詳細には、照明源として使用される発光ダイオードに対する改善された３次元アレイ構造に関する。
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、半導体デバイスの種であり、具体的には、電流の誘導に基づき電磁放射を放出するｐ−ｎ接合である。一般的には、発光ダイオードは、適切に選択されたガリウム−ヒ素−リンの化合物である半導体材料を含む。ヒ素とリンとの比を変更することによって、発光ダイオードによって放出される光の波長が調整されることができる。
【０００３】
半導体材料及び光学技術の発展により、発光ダイオードは、照明目的に対して徐々に使用されてきている。例えば、高輝度の発光ダイオードは、現代では、自動車信号、交通ライト、サイン、広域ディスプレイ等において使用されている。これらのアプリケーションの大部分において、複数の発光ダイオードは、大量のルーメンを生成するため、アレイ構造で接続される。
【０００４】
図１は、直列にｍ個接続された発光ダイオード１の一般的な配列を示す。電力供給源４は、発光ダイオードに、ダイオードの電流信号の流れを制御する抵抗Ｒ1を経由して高圧信号を供給する。このように接続された発光ダイオードは、電力供給源に、高いレベルの効率と低い量の熱応力を以って、つながっている。
【０００５】
発光ダイオードは、時々、故障するだろう。発光ダイオードの破損は、開路故障か短絡故障のいずれかであろう。例えば、短絡故障モードにおいて、発光ダイオード２は、短絡として機能し、電流が光を発生することなく発光ダイオード２を通って発光ダイオード１から発光ダイオード２まで流れることを許容する。他方、開路モードにおいては、発光ダイオード２は、開路として機能し、図１に示されたアレイ全体が消える原因となる。
【０００６】
かかる状況を対処するため、発光ダイオードの他の配列が提案された。例えば、図２Ａは、発光ダイオードのその他の一般的な配列を示し、平行に接続された１０，２０，３０、及び４０のような発光ダイオードの複数の枝から成る。各枝は、直列に接続された発光ダイオードを含む。例えば、枝１０は、直列にｎ1接続された発光ダイオード１１を含む。電力供給源１４は、発光ダイオードに、抵抗Ｒ2を経由して電流信号を提供する。
【０００７】
このように接続された発光ダイオードは、図１に示した配列により接続された発光ダイオードに比べて、より高いレベルの信頼性を有する。開路故障モードにおいて、一の枝における発光ダイオードの故障は、その枝のすべての発光ダイオードが消える原因となり、残りの枝の発光ダイオードに重大な影響を与えることがない。しかし、特定の枝の全ての発光ダイオードが単一の発光ダイオードの開路故障によって消されるという事実は、依然として望ましくない。短絡故障モードにおいて、第１の枝の発光ダイオードの故障は、その枝が他の枝と比べてより大きな電流の流れを有する原因となる。単一の枝を通る増加された電流の流れは、残りの枝における発光ダイオードと比較して異なるレベルで照明される原因となり、これも望ましくない結果となる。
【０００８】
発光ダイオードの更に他の配列は、かかる問題点を除去すべく提案されてきた。図２Ｂは、先行技術の照明システムによって使用されるような発光ダイオードのその他の一般的な配列を示す。図２Ａに示された配列においてと同様に、図２Ｂは、平行に接続された５０，６０，７０、及び８０のような４つの発光ダイオードの枝を更に含む。各枝は、直列に接続された発光ダイオードを更に含む。例えば、枝５０は、直列にｎ5接続された発光ダイオード５１を含む。電力供給源５４は、発光ダイオードに、抵抗Ｒ3を経由して電流信号を提供する。
【０００９】
図２Ｂに示す配列は、発光ダイオードの近傍の枝との間に分路を含む。例えば、分路５５は、枝５０の発光ダイオード５１及び発光ダイオード５２間と、枝６０の発光ダイオード６１及び発光ダイオード６２間とに接続される。同様に、分路７５は、枝７０の発光ダイオード７１及び発光ダイオード７２間と、枝８０の発光ダイオード８１及び発光ダイオード８２間とに接続される。
【００１０】
このように接続された発光ダイオードは、図１又は図２Ａに示した配列により接続された発光ダイオードに比べて、より高いレベルの信頼性を有する。これは、開路故障モードにおいて、枝全体が、その枝の単一の発光ダイオードの故障に起因して消えないためである。代わりに、電流は、故障の発光ダイオードを迂回するため分路を経由して流れる。
【００１１】
短絡故障モードにおいて、故障した発光ダイオードは、電圧を全く有しないことにより、電流の全てが故障した発光ダイオードを有する枝を通って流れる原因となる。例えば、発光ダイオード５１が短絡するとき、電流は、上側の枝を通って流れる。従って、図２Ｂに示すような配列において、単一の発光ダイオードが短絡するとき、他の枝のそれぞれにおける対応する発光ダイオード６１，７１、及び８１も消える。
【００１２】
図２Ｂに示す配列は、他の問題点をも体験する。例えば、配列の発光ダイオードの全てが同一の輝度を有することを保証すべく、配列は、平行に接続された発光ダイオードが整合された順電圧特性を有することを必要とする。例えば、発光ダイオード５１，６１，７１、及び８１、平行に接続されているが、精密に整合された順電圧特性を有さねばならない。さもなければ、発光ダイオードを通って流れる電流信号が変化し、異なる輝度を有する発光ダイオードとなってしまう。
【００１３】
輝度が変化するという問題点を防止すべく、各発光ダイオードの順電圧特性は、その使用前に試験されねばならない。更に、同様の電圧特性を備えた発光ダイオードのセットは、厳密にグループ化されたセット（すなわち、順電圧特性が略同一である発光ダイオードのセット）に貯蔵されねばならない。発光ダイオードの厳密にグループ化されたセットは、その後、互いに平行な発光ダイオード配列で設置されねばならない。この貯蔵プロセスは、コストがかさみ、時間を浪費し、非効率である。
【００１４】
発光ダイオード配列は、代理人事務番号755-003で指定される出願人の係属中の出願において提案され、その全体を参照により結合させる。しかし、先行技術の問題点から悩まされることがない改善された３次元の発光ダイオードの配列に対する更なる必要性が存在する。
【００１５】
本発明の一実施態様においては、照明システムは、複数の発光ダイオードを含む。照明システムは、複数の平行に設置された電導性の枝を通って、電流信号を駆動する電力供給源を更に含み、枝は、３次元配列を形成するように構成される。一の枝の各発光ダイオードは、残りの枝の対応する発光ダイオードと共に、セルユニットを画成する。各セルにおいて、一の枝の各発光ダイオードの陽極端子は、近傍の枝の対応する発光ダイオードの陰極端子に、分路を経由して結合される。一実施態様によると、各分路は、発光ダイオードを更に含む。
【００１６】
３次元配列は、照明システムが種々の方向から見られることを可能とし、従って、デスクランプ、交通信号、安全灯、広告サイン等のようなアプリケーションに対して特に非常に適したシステムを提供する。その他の実施態様では、３次元配列は、発光ダイオードのそれぞれがディスプレイに対するパネル上に配列されるように、構成される。
【００１７】
本発明の一実施態様では、照明システムは、３つの枝を含み、三角形断面を有する。その他の実施態様では、照明システムは、６つの枝を含み、六角形断面を有する。枝の数に関係なく、照明システムは、追加の枝をまわりに有する少なくとも１つの中心枝を含んでよい。本発明の一の実施態様では、枝の少なくとも一が中心枝に結合され、その他の実施態様では、枝のそれぞれが中心枝に結合される。
【００１８】
更にその他の実施態様では、セルの各枝は、セル内の２若しくはそれ以上の他の枝に結合される。従って、各セル内において、一の枝の発光ダイオードの陽極端子は、複数の近傍の枝の対応する発光ダイオードの陰極端子に、分路を経由して結合されてよい。かかる実施態様では、分路のそれぞれは、発光ダイオードを更に含む。
【００１９】
本発明による発光ダイオードの配列は、異なる順方向電圧特性を有する発光ダイオードの使用を可能とし、一方では、配列内の発光ダイオードの全てが同一の輝度を有することを保証する。効果的には、本発明の照明システムは、枝の一の発光ダイオードの故障によって、その枝内の残りの発光ダイオードが消えないように構成される。その他の実施態様では、照明システムは、連続する少なくとも２つのセルを含み、連続セルは、連続的に結合され、枝の各発光ダイオードの陰極端子が次に続くセル内の同一枝の発光ダイオードの陽極端子に結合される。
【００２０】
好ましい実施態様では、照明システムの各枝は、各枝の最初と最後に結合された抵抗のような電流調整素子を含む。
【００２１】
本発明は、添付図面を参照して以下の説明により、より理解されることになるだろう。
【００２２】
図３Ａは、照明システムによって使用されているような、本発明の一実施態様による発光ダイオードの配列１００を示す。照明システムは、複数の電気的に伝導性のある枝を含み、枝は、３次元の配列を形成するように構成される。本発明の種々の実施態様により、配列は、発光ダイオードのそれぞれがディスプレイに対するパネル上に配列されるように構成されてよいことを注意されたい。
【００２３】
示された実施態様では、照明システムは、３つの枝を含み、三角形断面を有する。三角形断面は、図３Ｂにおいても示されるが、本発明は、その観点において、かかる事項に限定されるものでない。図３Ａの各枝１０２（ａ）、１０２（ｂ）、１０２（ｃ）は、図３Ｂにおいて、枝の端部の節点として枝端ノード１０２（ａ）、１０２（ｂ）、１０２（ｃ）のように指示される。図３Ｃは、その他の実施態様を示し、その各辺で三角形断面が繰り返され、全体で６つの枝を備えた３つの追加の三角形断面が形成され、各枝の端部は、枝端ノード１０２（ａ）乃至１０２（ｆ）として指示される。本発明は、どんな数の枝、どんな形状の断面であっても使用されてよいことを予想している。
【００２４】
図３Ａでは、各枝は、直列に接続された発光ダイオードを有する。全ての枝の対応する発光ダイオードのセットは、セルを画成する。図３Ａに示された配列は、発光ダイオードの連続セル１０１（ａ）、１０１（ｂ）乃至１０１（ｎ）を示す。本発明の種々の実施態様により、どんな数のセルであっても形成されてよいことを注意されたい。
【００２５】
配列１００の各セル１０１は、枝１０２（ａ）の第１の発光ダイオード（発光ダイオード１１０のような発光ダイオード）と、枝１０２（ｂ）の第１の発光ダイオード（発光ダイオード１１１のような発光ダイオード）と、枝１０２（ｃ）の第１の発光ダイオード（発光ダイオード１１６のような発光ダイオード）とを含む。発光ダイオードを有する枝のそれぞれは、最初に（すなわち、第１のセルの前で）抵抗（抵抗１０３，１０４，及び１０５のような抵抗）を経由して平行に結合されている。抵抗は、好ましくは、同一の抵抗値を有し、同一の電流量が各枝を経由して受け入れられることを保証する。
【００２６】
各枝の発光ダイオードの陽極端子は、近傍の枝の対応する発光ダイオードの陰極端子に結合される。例えば、発光ダイオード１１０の陽極端子は、発光ダイオード１１１の陰極端子に、発光ダイオード（発光ダイオード１１２のような発光ダイオード）を有する分路（分路１１４のような分路）によって接続される。更に、発光ダイオード１１０の陽極端子は、発光ダイオード１１６の陰極端子に、発光ダイオード（発光ダイオード１２１のような発光ダイオード）を有する分路（分路１２４のような分路）によって接続される。
【００２７】
同様に、発光ダイオード１１１の陽極端子は、発光ダイオード１１０の陰極端子に、発光ダイオード（発光ダイオード１１３のような発光ダイオード）を有する分路（分路１１５のような分路）によって接続される。更に、発光ダイオード１１１の陽極端子は、発光ダイオード１１６の陰極端子に、発光ダイオード（発光ダイオード１１８のような発光ダイオード）を有する分路（分路１２０のような分路）によって接続される。電力供給源１９９は、発光ダイオードに、抵抗１０３，１０４、及び１０５を経由して電流信号を提供する。追加の抵抗１０６，１０７、及び１０８は、配列１００において採用され、各枝の最後の発光ダイオードの陰極端子にある。
【００２８】
図３Ａに示された配列によって接続された発光ダイオードは、図２Ｂに示された配列によって接続された発光ダイオードと比較して、高いレベルの信頼性を有する。これは、枝全体が、開路故障モードにおいて、その枝の単一の発光ダイオードの故障に起因して消えないためである。代わりに、電流は、故障の発光ダイオードを迂回するため、分路１１４、及び１１５等を経由して流れる。例えば、図３Ａの発光ダイオード１１０が故障する場合、電流は依然として、発光ダイオード１４０に、枝１０２（ｂ）及び発光ダイオード１１３と、枝１０２（ｃ）及び発光ダイオード１２２とを経由して流れる（従って、照明している）。更に、枝１０２（ａ）からの電流は依然として、枝１０２（ｂ）及び枝１０２（ｃ）に、分路１１４及び分路１２４をそれぞれ経由して流れる。
【００２９】
更に、短絡故障モードにおいて、他の枝の発光ダイオード及び分路の発光ダイオードは、一の枝内の発光ダイオードの故障によって消えない。これは、発光ダイオードが平行に接続されていないためである。例えば、発光ダイオード１１０が短絡するとき、電流は、上側の枝１０２（ａ）を通って流れることになり、電圧の降下がなく、分路１１４、及び１２４内の発光ダイオード１１２、及び１２１をそれぞれ通っても流れることになるだろう。発光ダイオード１１２、及び１２１は、それを通って流れる電流が、図２Ｂの配列において生じたのとは異なり、微量だけしか減少しないので、照明されたままである。セル内の残りの発光ダイオード１１１、１１６、及びそれらの入力端子に接続された分路も、電流が枝１０２（ｂ）乃至枝１０２（ｃ）を経由しそれらを通って維持されるので、照明されたままである。
【００３０】
更に、発光ダイオードの配列１００は、先行技術の発光ダイオードの配列によって体験される他の問題点を軽減する。例えば、本発明の発光ダイオード配列１００は、一実施態様によると、配列内の全ての発光ダイオードが、厳密に整合された順電圧特性を有することを要することなく、同一の輝度を有することを保証する。例えば、図３Ａに示す配列の発光ダイオード１１０，１１１，１１２，１１３，１１６，１１７，１１８，１２１及び１２２は、図２Ｂに示された配列の発光ダイオード５１，６１，７１、及び８１の順電圧特性の程には厳密に整合されていない順電圧特性を有してよい。これは、配列１００のセル１０１内の発光ダイオードは、先行技術の配列と異なり、互いに平行でないためである。
【００３１】
各セル内の発光ダイオードは、平行に接続されていないので、ダイオードを横断した電圧降下が、同一である必要がない。それ故、各発光ダイオードの順電圧特性は、同様の照明量を提供するために他のものと同一である必要がない。他言すれば、より低い順電圧を有する発光ダイオードを通って流れる電流は、発光ダイオードの順電圧をその他の発光ダイオードのより高い順電圧と等しくするため、増加することがないだろう。
【００３２】
厳密に整合された順電圧を備えた発光ダイオードを有する必要が無いので、本発明は、厳密に整合された電圧特性を備えた発光ダイオードを貯蔵する必要性を軽減する。それ故、本発明は、先行技術の発光ダイオードの配列の貯蔵作業に必要とされる追加の製造コスト、及び時間を低減することになる。
【００３３】
図４Ａは、照明システムによって使用されているような、本発明の一実施態様による発光ダイオードの配列１００を示す。図４Ａに示された配列は、２０１（ａ）、２０１（ｂ）乃至２０１（ｈ）の発光ダイオードの連続セルを有する３次元の格子構造を同様に図示する。本発明の種々の実施態様によると、どんな数のセルであっても連続した態様で接続されてよい。本発明の他の実施態様においては、前述されたように、配列は、発光ダイオードのそれぞれがディスプレイのパネル上に配列されるように構成されてよいことは、注意されたい。
【００３４】
図４Ａに示された実施態様では、照明システムは、６つの枝を含み、６角形断面を有する。６角形断面は、図４Ｂにおいても示されるが、本発明は、かかる事項にその観点において限定されるものでない。図４Ａの枝２０２（ａ）乃至２０２（ｆ）のそれぞれは、図４Ｂにおいて枝端ノード２０２（ａ）乃至２０２（ｆ）として指示される。図４Ｃは、その他の実施態様を示し、６角形断面が各辺で繰り返され、全部で24枝を備えた６つの追加の６角形断面が形成され、各枝の端部は、枝端ノード２０２（ａ）乃至２０２（ｘ）によって指示される。本発明は、どんな数の枝、どんな断面形状であっても使用されてよいことを予想している。
【００３５】
図４Ａでは、配列２００の各セル２０１は、６つの枝からの２０２（ａ）乃至２０２（ｆ）の対応する発光ダイオードを含む。枝２０２（ａ）乃至２０２（ｆ）は、最初に（すなわち、第１のセルの前で）抵抗２０３乃至２０８を経由して平行にそれぞれ結合されている。抵抗は、好ましくは、同一の抵抗値を有し、同一の電流量が各枝を経由して受け入れられることを保証する。電力供給源２９９は、発光ダイオードに電流を供給する。追加の抵抗（抵抗２０９乃至２１２のような抵抗）が、配列２００において、図示された配列の最後の発光ダイオードの陰極で使用される。
【００３６】
各セルにおいて、枝内の発光ダイオードの陽極端子は、近傍の枝内の発光ダイオードの陰極端子に、発光ダイオードが中に接続されている分路によって、結合される。従って、近傍の枝２０２（ａ）及び２０２（ｂ）との間では、発光ダイオード２１０の陽極端子は、発光ダイオード２１１の陰極端子に、発光ダイオード２１２を中に有する分路２１４によって結合される。更に、発光ダイオード２１１の陽極端子は、発光ダイオード２１０の陰極端子に、中に接続された発光ダイオード２１３を有する分路２１５によって結合される。
【００３７】
同様に、近傍の枝２０２（ｂ）及び２０２（ｃ）との間では、発光ダイオード２１１の陽極端子は、発光ダイオード２１６の陰極端子に、分路２２０によって結合される。分路２２０は、中に接続された発光ダイオード２１２を有する。発光ダイオード２１６の陽極端子は、発光ダイオード２１１の陰極端子に、分路２１９によって結合される。分路２１９は、中に接続された発光ダイオード２１７を有する。更に、近傍の枝２０２（ｆ）及び２０２（ａ）との間では、発光ダイオード２２５の陽極端子は、発光ダイオード２１０の陰極端子に、分路２２３によって結合される。分路２２３は、中に接続された発光ダイオード２２２を有する。発光ダイオード２１０の陽極端子は、発光ダイオード２２５の陰極端子に、分路２２４によって結合される。分路２２４は、中に接続された発光ダイオード２２１を有する。
【００３８】
図４Ａに示されていないが、追加の発光ダイオードが枝２０２（ｄ）乃至２０２（ｅ）に結合され、それぞれの枝は、近傍の枝に結合され、間に発光ダイオードを備えた分路を有するようになる。更に、本発明の種々の他の実施態様において、セル内の各枝は、最も近傍の枝のみでなくどんな枝又は全ての枝に、分路の経由して結合されてよいことを注意されたい。従って、例えば枝２０２（ａ）は図４Ａのように、枝２０２（ｃ）、２０２（ｄ）、若しくは２０２（ｅ）に、分路を経由して結合されてよく、追加的に枝２０２（ｂ）及び２０２（ｆ）に結合されることになる。
【００３９】
図４Ａに示された３次元配列によって接続された発光ダイオードは、枝全体が、開路故障モードにおいて、その枝の単一の発光ダイオードの故障に起因して消えないので、高いレベルの信頼性を有する。代わりに、電流は、故障の発光ダイオードを迂回するため分路（例えば、分路２１４、及び２１５等）を経由して流れる。例えば、図４の発光ダイオード２１１が故障する場合、電流は依然として、発光ダイオード２４１に、枝２０２（ａ）及び発光ダイオード２１２を経由し、枝２０２（ｃ）及び発光ダイオード２１８を経由して流れる（従って、照明している）。更に、枝２０２（ｂ）からの電流は依然として、枝２０１（ｂ）に、近傍の枝２１５、及び２１９を経由して流れる。
【００４０】
更に、短絡故障モードにおいて、他の枝の発光ダイオード及び分路の発光ダイオードは、一の枝内の発光ダイオードの故障によって消えない。これは、発光ダイオードが平行に接続されていないためである。例えば、発光ダイオード２１０が短絡するとき、電流は、上側の枝２０２（ａ）を通って流れることになり、電圧の降下がなく、分路２１４、及び２２４内の発光ダイオード２２１、及び２２４を通っても流れることになるだろう。発光ダイオード２１２、及び２２１は、それを通って流れる電流が、図２Ｂの配列において生じたのとは対照的に、微量だけしか減少しないので、照明されたままである。発光ダイオード２１１、及び２１６等、及びそれらの入力端子に結合された分路も、電流が枝２０２（ｂ）乃至枝２０２（ｆ）を経由しそれらを通って維持されるので、照明されたままである。
【００４１】
前述された実施態様においてと同様に、図４Ａに示された発光ダイオードの配列も、セル内の発光ダイオードが厳密に整合された順電圧特性を有することを必要とする先行技術の発光ダイオードの配列によって体験される他の問題点を軽減する。例えば、配列２００のセル２０１内の発光ダイオード、具体的には発光ダイオード２１０乃至２２５は、互いに平行に接続されておらず、より低い順電圧を有する発光ダイオードを通って流れる電流が、発光ダイオードの順電圧をその他の発光ダイオードのより高い順電圧と等しくするため、増加されるのを引き起こさない。従って、本発明は、先行技術の発光ダイオードの配列の貯蔵作業によって必要とされた追加の製造コスト、及び時間を低減する。
【００４２】
図５Ａは、照明システムによって使用されているような、本発明の更にその他の実施態様による発光ダイオードの３次元配列を示す。図５Ａに示された配列は、発光ダイオードの連続セル３０１を有する３次元の格子構造を同様に図示する。どんな数のセル３０１であっても、本発明の種々の実施態様によって、連続した態様で接続されてよいことを注意されたい。
【００４３】
図５Ａに示された実施態様では、照明システムは、７つの枝（６つの枝、及び１つの中心の枝）を含み、６角形断面を有する。６角形断面は、図５Ｂにおいても示されるが、本発明は、かかる事項にその観点において限定されるものでない。図５Ａの枝３０２（ａ）乃至３０２（ｇ）のそれぞれは、図５Ｂにおいては、枝端ノード３０２（ａ）乃至３０２（ｇ）のように指示される。図５Ｃは、その他の実施態様を示し、６角形断面が各辺で繰り返され、全部で31枝を備えた６つの追加の６角形断面が形成され、各枝の端部は、枝端ノード３０２（ａ）乃至３０２（ｅｅ）によって指示される。本発明は、どんな数の外側の枝、及び中心の枝であっても使用されてよいことを予想している。更に、用語“外側”、及び“中心”は単に１つの考えられる近接関係を表していること、及び配列は図５Ａに示されたのとは異なって構成されたよいことを注意されたい。
【００４４】
図５Ａでは、配列３００は、枝３０２（ａ）乃至枝３０２（ｇ）を含み、各枝は、直列に結合された複数の発光ダイオードを有する。各枝の対応する発光ダイオードのセットは（以下で更に説明される結合分路と共に）、セルユニットを構成する。配列３００の各セル３０１は、６つの外側の枝３０２（ａ）乃至枝３０２（ｆ）からの対応する発光ダイオードのセットを含む。更に、セル３０１は、中心枝３０２（ｇ）を含み、その中心枝に、一実施態様によると、外側の枝のそれぞれが結合される。本発明の種々の実施態様によって、中心枝３０２（ｇ）は、外側の枝３０２（ａ）乃至枝３０２（ｆ）のうちの一若しくはそれ以上に、結合される。単一の中心枝のみが図５Ａにおいて示されているが、本発明は、一以上の中心的に設置された枝が使用されてよいことを予想している。
【００４５】
上述されたように、配列３００の各セル３０１は、枝３０２（ａ）の第１の発光ダイオード（発光ダイオード３１０のような発光ダイオード）と、枝３０２（ｂ）の第１の発光ダイオード（発光ダイオード３１１のような発光ダイオード）と、中心枝３０２（ｇ）の第１の発光ダイオード（発光ダイオード３１６のような発光ダイオード）とを含む。発光ダイオードを有する枝のそれぞれは、最初に（すなわち、第１のセルの前で）抵抗（抵抗３０３，３０４，及び３０５のような抵抗）を経由して平行に結合されている。抵抗は、好ましくは、同一の抵抗値を有し、同一の電流量が各枝を経由して受け入れられることを保証する。
【００４６】
各枝の発光ダイオードの陽極端子は、他の枝の対応する発光ダイオードの陰極端子に結合される。例えば、発光ダイオード３１０の陽極端子は、発光ダイオード３１１の陰極端子に、中に接続された発光ダイオード（発光ダイオード３１２のような発光ダイオード）を有する分路（分路３１４のような分路）によって接続される。更に、発光ダイオード３１０の陽極端子は、発光ダイオード３１６の陰極端子に、中に接続された発光ダイオード（発光ダイオード３２１のような発光ダイオード）を有する分路（分路３２４のような分路）によって接続される。
【００４７】
同様に、発光ダイオード３１１の陽極端子は、発光ダイオード３１０の陰極端子に、中に接続された発光ダイオード（発光ダイオード３１３のような発光ダイオード）を有する分路（分路３１５のような分路）によって接続される。更に、発光ダイオード３１１の陽極端子は、発光ダイオード３１６の陰極端子に、中に接続された発光ダイオード（発光ダイオード３１８のような発光ダイオード）を有する分路（分路３２０のような分路）によって接続される。電力供給源３９９は、発光ダイオードに、抵抗３０３乃至３０８を経由して電流信号を提供する。追加の抵抗３９１、及び３９２等は、配列３００において採用され、各枝の最後の発光ダイオードの陰極端子にある。
【００４８】
図５Ａに示された配列によって接続された発光ダイオードは、高いレベルの信頼性を有する。これは、枝全体が、開路故障モードにおいて、その枝の単一の発光ダイオードの故障に起因して消えないためである。代わりに、電流は、故障の発光ダイオードを迂回するため、分路３１４、及び３１５等を経由して流れる。例えば、図５Ａの発光ダイオード３１０が故障する場合、電流は依然として、枝３０２（ａ）内の他の発光ダイオードに、枝３０２（ｂ）及び発光ダイオード３１３と、枝３０２（ｇ）及び発光ダイオード３２２とを経由して流れる（従って、照明している）。更に、枝３０２（ａ）からの電流は依然として、近傍の枝３０２（ｂ）及び枝３０２（ｃ）に、分路３１４及び分路３２４をそれぞれ経由して流れる。
【００４９】
更に、短絡故障モードにおいて、他の枝の発光ダイオード及び分路の発光ダイオードは、一の枝内の発光ダイオードの故障によって消えない。これは、発光ダイオードが平行に接続されていないためである。例えば、発光ダイオード３１０が短絡するとき、電流は、上側の枝３０２（ａ）を通って流れることになり、電圧の降下がなく、分路３１４、及び３２４内の発光ダイオード３１２、及び３２１をそれぞれ通っても流れることになるだろう。発光ダイオード３１２、及び３２１は、それを通って流れる電流が、図２Ｂの配列において生じたのとは異なり、微量だけしか減少しないので、照明されたままである。セル内の残りの発光ダイオード３１１、３１６、及びそれらの入力端子に接続された分路も、電流が枝３０２（ｂ）乃至枝３０２（ｇ）を経由しそれらを通って維持されるので、照明されたままである。
【００５０】
更に、発光ダイオードの配列３００は、先行技術の発光ダイオードの配列によって体験される他の問題点を軽減する。例えば、本発明の発光ダイオード配列３００は、一実施態様によると、配列内の全ての発光ダイオードが、厳密に整合された順電圧特性を有することを要することなく、同一の輝度を有することを保証する。例えば、図５Ａに示す配列の発光ダイオード３１０，３１１，３１２，３１３，３１６，３１７，３１８，３２１及び３２２は、図２Ｂに示された配列の発光ダイオード５１，６１，７１、及び８１の順電圧特性の程には厳密に整合されていない順電圧特性を有してよい。これは、配列３００のセル３０１内の発光ダイオードは、先行技術の配列と異なり、互いに平行でないためである。
【００５１】
前述された実施態様と同様に、配列３００の各セル内の発光ダイオードは、平行に接続されていないので、ダイオードを横断した電圧降下が、同一である必要がない。それ故、各発光ダイオードの順電圧特性は、同様の照明量を提供するために他のものと同一である必要がなく、より低い順電圧を有する発光ダイオードを通って流れる電流は、発光ダイオードの順電圧をその他の発光ダイオードのより高い順電圧と等しくするため、増加することがないだろう。厳密に整合された順電圧特性を備えた発光ダイオードを貯蔵する必要を軽減することによって、先行技術の発光ダイオードの配列の組合せ作業により必要とされる付加的な製造コスト、及び時間を低減することになる。
【００５２】
前述のように、種々の実施態様によると、本発明の３次元の発光ダイオード配列は、種々の異なる方向から見られることが可能となる。結果として、本発明の照明システムは、特にデスクランプ、信号、安全灯、及び広告サイン等のようなアプリケーションに対して非常に適している。対照として、先行技術の発光ダイオードの大部分は、略単一の方向から見られるように構成されている。
【００５３】
本発明の特定の実施態様について図示され説明されたが、当業者であれば本発明から逸脱することなく変更・修正をすることができることは、明らかであり、従って、請求の範囲が、本発明の真の精神及び観点の範囲内にあるすべての変更・修正を包含することは、理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 先行技術の照明システムによって使用されるような発光ダイオードの一般的な配列を示す図である。
【図２Ａ】 先行技術の照明システムによって使用されるような発光ダイオードの一般的なその他の配列を示す図である。
【図２Ｂ】 先行技術の照明システムによって使用されるような発光ダイオードの一般的なその他の配列を示す図である。
【図３Ａ】 本発明の一実施態様による発光ダイオードの３次元配列を示す図である。
【図３Ｂ】 本発明の一実施態様による３次元配列の断面図である。
【図３Ｃ】 本発明のその他の実施態様による、発光ダイオードの３次元配列の拡張された断面図である。
【図４Ａ】 本発明の一実施態様による発光ダイオードのその他の３次元配列を示す図である。
【図４Ｂ】 本発明の一実施態様による３次元配列の断面図である。
【図４Ｃ】 本発明のその他の実施態様による、発光ダイオードの３次元配列の拡張された断面図である。
【図５Ａ】 本発明の一実施態様による発光ダイオードの更にその他の３次元配列を示す図である。
【図５Ｂ】 本発明の一実施態様による３次元配列の断面図である。
【図５Ｃ】 本発明のその他の実施態様による、発光ダイオードの３次元配列の拡張された断面図である。

Claims (14)

1. 電力供給源と、
   該電力供給源に、並列に結合され、少なくとも１つの発光ダイオードをそれぞれ含み、３次元配列で構成された複数の電導性のある枝と、
   複数の分路と、
   を含み、
   前記枝における各発光ダイオードは、残りの枝における対応する各発光ダイオード及び対応する分路と共に１つのセルを規定し、
   前記対応する分路のそれぞれは、各セルにおける前記枝の各発光ダイオードの陽極端子を、同一のセル内における異なる枝内の対応する発光ダイオードの陰極端子に結合する、
   照明システム。
2. 該複数の枝の断面は、三角形である、請求項１記載の照明システム。
3. 該断面の各辺は、追加の三角形断面を更に含み、追加の枝が形成された、請求項２記載の照明システム。
4. 該複数の枝の断面は、六角形である、請求項１記載の照明システム。
5. 該複数の枝の断面の各辺は、追加の六角形断面を更に含み、追加の枝が形成された、請求項４記載の照明システム。
6. 該分路のそれぞれは、一の該枝内の発光ダイオードの陽極端子を、近傍の枝内の発光ダイオードの陰極端子に結合する、請求項１記載の照明システム。
7. 該発光ダイオードに対して、該陽極端子は、少なくとも２つの対応する発光ダイオードの陰極端子に結合される、請求項１記載の照明システム。
8. 該複数の枝は、少なくとも１つの中心枝を更に含む、請求項１記載の照明システム。
9. 該複数の枝の少なくとも１つは、該少なくとも１つの中心枝に、分路を経由して結合された、請求項８記載の照明システム。
10. 各分路は、発光ダイオードを含む、請求項１記載の照明システム。
11. 該枝のそれぞれは、抵抗を更に含む、請求項１記載の照明システム。
12. 該枝のそれぞれに対して、該抵抗は、最初の素子である、請求項１記載の照明システム。
13. 該枝のそれぞれに対して、該抵抗は、最後の素子である、請求項１記載の照明システム。
14. 該セルのそれぞれの発光ダイオードは、異なる順方向電圧特性を有する、請求項１記載の照明システム。

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