JP4908710B2 - 特定可能な格子関係を有するledアレイ - Google Patents

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    • Y10S362/00Illumination
    • Y10S362/80Light emitting diode

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アレイに関する。
【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】
種々の発光ダイオード配列は、代理人事務番号755-003、755-004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む。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形成する。各セルにおいて、一の枝の各発光ダイオードの陽極は、近傍の枝の対応する発光ダイオードの陰極に、分路を経由して結合される。各分路は、その他の発光ダイオードを更に含む。枝は、分路と共に、特定可能な格子配列で結合される。
【0016】
一実施態様によると、Kの複数のセルは、連続配列で共に結合される。各セルにおいて、分路は、第1の発光ダイオードの陽極を、第1の発光ダイオードから2枝だけ離れた発光ダイオードの陰極端子に、結合する。ここで、nは、セルの順番を定義し、n=1からn=Kの範囲内である。その他の実施態様では、分路は、第1の発光ダイオードの陽極を、第1の発光ダイオードから2n−1枝だけ離れた発光ダイオードの陰極端子に、結合し、更にその他の実施態様では、分路は、第1の発光ダイオードの陽極を、第1の発光ダイオードから2K−n枝だけ離れた発光ダイオードの陰極端子に、結合する。
【0017】
その他の実施態様では、各セルは、N個の入力ノード端子、及びN個の出力ノード端子を含む。従って、各セルにおいて、構造の上半分の各入力ノード端子は、構造の下半分の各入力ノード端子と共に、同一の出力ノード端子に接続される。或いは、各セルにおいて、構造の上半分の各出力ノード端子は、構造の下半分の各出力ノード端子と共に、同一の入力ノード端子に接続される。
【0018】
本発明による発光ダイオードの配列は、異なる順電圧特性を有する発光ダイオードの使用を可能にする一方で、配列内の発光ダイオードの全てが、略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拠って、その枝の残りの発光ダイオードが消えないように構成される。
【0019】
好ましい実施態様では、照明システムは、各枝の最初と最後で結合される抵抗のような電流調整素子を含む。
【0020】
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。
【0021】
一般的に、本発明の発光ダイオードの配列は、種々の実施態様(その幾つかは、図3乃至図7において図示され、以下で詳細に説明される)により、特定可能な格子関係によって支配される構成で発光ダイオードを接続する。図3乃至図7に示された回路は、発光ダイオードが種々の構成によって接続されることができる幾つかの方法を示すが、本発明は、その観点において、図示された構成によって限定されることを意図するものではない。
【0022】
図3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む。配列100の各セルは、Nの枝を含む。示された実施態様では、N=8であり、配列100は、枝101(a)乃至101(h)として指示されるように、8個の枝を含む。しかし、本発明は、その観点において、かかる配列の枝の数、或いは以下に説明される他の配列のいずれにも限定されることを意図するものでない。
【0023】
各枝は、直列に接続された発光ダイオードを有する。(以下に詳細に説明されるが、結合用分路の発光ダイオードと共に)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3に示された配列は、発光ダイオードの連続セル102、103を示す。本発明の種々の実施態様により、整数であるK個のセルが形成されてよいことは、注意されたい。
【0024】
配列100の各セル101は、枝101(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)、枝101(b)の第1の発光ダイオード等の第1の発光ダイオードであって、枝101(h)の第1の発光ダイオード(発光ダイオード117のような発光ダイオード)までの第1の発光ダイオードを含む。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104(a)乃至104(h))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。
【0025】
各枝の発光ダイオードの陽極端子は、異なる枝の対応する発光ダイオードの陰極端子に結合される。かかる接続は、本発明の一実施態様によると、その他の発光ダイオードを含む分路によってなされる。セルに依存して、分路は、第1の枝から第2の枝に接続されるが、第2の枝とは、第1の枝から特定可能な枝数だけ離れた枝である。図3に示す実施態様では、各分路は、第1の枝の発光ダイオードの陽極端子に接続され、第2の枝の発光ダイオードの陰極端子に接続され、第2の枝は、第1の枝から2個離れた枝であり、nは、1からKまでの範囲のセル番号である。
【0026】
従って、第1のセル(n=1)において、各分路は、第1の枝の発光ダイオードの陽極端子に接続され、第2の枝の発光ダイオードの陰極端子に接続され、ここで、第2の枝は、第1の枝から21個、或いは2個離れた枝である。例えば、図3によって示された配列のセル102において(セル102は、第1のセルであり、それ故n=1)、枝101(a)の発光ダイオード110の陽極端子は、分路130によって、2つ離れた枝である枝101(c)の発光ダイオード112の陰極端子に結合される。分路130は、追加の発光ダイオード120を含む。
【0027】
同様に、枝101(b)の発光ダイオード111の陽極端子は、分路131によって、2つ離れた枝である枝101(d)の発光ダイオード113の陰極端子に結合される。分路131は、追加の発光ダイオード121を含む。更に、図示されるように、各発光ダイオード112乃至117の陽極端子は、それぞれ分路132乃至137を経由して、2つ離れた枝である発光ダイオードの陰極端子に結合される。分路132乃至137は、発光ダイオード122乃至127をそれぞれ含む。
【0028】
かかる実施態様において、第2のセル(n=2)において、各分路は、第1の枝の発光ダイオードの陽極端子に接続され、第2の枝の発光ダイオードの陰極端子に接続され、ここで、第2の枝は、第1の枝から22個、或いは4個離れている枝である。例えば、図3によって示された配列のセル103において(セル103は、第2のセルであり、それ故n=2)、枝101(a)の発光ダイオード150の陽極端子は、分路170によって、4つ離れた枝である枝101(e)の発光ダイオード154の陰極端子に結合される。分路170は、追加の発光ダイオード160を含む。
【0029】
同様に、枝101(b)の発光ダイオード151の陽極端子は、分路171によって、4つ離れた枝である枝101(f)の発光ダイオード155の陰極端子に結合される。分路171は、追加の発光ダイオード161を含む。更に、セル103の図で示されるように、各発光ダイオード152乃至157の陽極端子は、それぞれ分路172乃至177を経由して、4つ離れた枝である発光ダイオードの陰極端子に結合される。分路172乃至177は、発光ダイオード162乃至167をそれぞれ含む。
【0030】
図3に示された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という理由により、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120乃至127、及び分路130乃至137を経由して流れる。例えば、図3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150に、枝132及び発光ダイオード122を経由して流れる(従って、照明している)。更に、枝101(a)からの電流は依然として、枝101(c)に、分路130を経由して流れる。
【0031】
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101(a)を通って流れることになり、電圧の降下がなく、分路130の発光ダイオード120を通っても流れることになるだろう。発光ダイオード120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。セル内の残りの発光ダイオードも、電流が枝101(b)乃至枝101(h)、及び対応する分路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。
【0032】
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3に示す配列の発光ダイオード110乃至117、及び発光ダイオード120乃至127は、先行技術の発光ダイオード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102内の発光ダイオード102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。
【0033】
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。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。
【0034】
図4は、照明システムによって使用されているような、本発明のその他の実施態様による発光ダイオードの配列200を示す。図4に示されるような配列は、発光ダイオードの連続セル202,203、及び204を図示する。前に注記したように、本発明の種々の実施態様によって、どんな数のセルであっても連続して互いに接続されてよい。
【0035】
図3に示す配列と同様に、配列200のそれぞれのセルは、Nの枝を含む。示された実施態様では、N=8であり、配列200は、枝201(a)乃至201(h)として指示されるように、8個の枝を含む。枝201(a)乃至201(h)は、最初に(すなわち、第1のセル201の前で)抵抗205(a)乃至205(h)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。電力供給源248は、発光ダイオードに電流を供給する。追加の抵抗206(a)乃至206(h)は、配列200においては、最後の発光ダイオードの陰極に使用される。
【0036】
各枝は、再び、各セルにおいて、発光ダイオードを含む。例えば、枝201(a)は、第1のセル202において発光ダイオード210、第2のセル203において発光ダイオード240、及び第3のセル204において発光ダイオード270を含む。同様に、枝201(b)乃至201(h)は、第1のセル202において発光ダイオード211乃至217、第2のセル203において発光ダイオード241乃至247、及び第3のセル204において発光ダイオード271乃至277をそれぞれ含む。
【0037】
各発光ダイオードの陽極端子は、異なる枝の対応する発光ダイオードの陰極端子に接続される。かかる接続は、一の実施態様によると、その他の発光ダイオードを含む分路によって同様になされる。セルに依存して、分路は、第1の枝から第2の枝に接続されるが、第2の枝は、第1の枝から特定可能な枝数だけ離れた枝である。図4に示す実施態様では、各分路は、第1の枝の発光ダイオードの陽極端子に接続され、第2の枝の発光ダイオードの陰極端子に接続され、第2の枝は、第1の枝から2 -1個離れた枝であり、nは、1からKまでの範囲のセル番号である。
【0038】
従って、第1のセル(n=1)において、各分路は、第1の枝の発光ダイオードの陽極端子に接続され、第2の枝の発光ダイオードの陰極端子に接続され、ここで、第2の枝は、第1の枝から21-1個、或いは1個離れた枝である。例えば、図4によって示された配列のセル202において(セル202は、第1のセルであり、それ故n=1)、枝201(a)の発光ダイオード210の陽極端子は、分路230によって、1つ離れた枝である枝201(b)の発光ダイオード211の陰極端子に結合される。分路230は、追加の発光ダイオード220を含む。
【0039】
同様に、枝201(c)の発光ダイオード212の陽極端子は、分路232によって、1つ離れた枝である枝201(d)の発光ダイオード213の陰極端子に結合される。分路232は、追加の発光ダイオード222を含む。更に、202のような各セルに対して、各枝は、近傍の枝に結合する唯一の分路結合を含む。例えば、枝201(b)は、分路231のみを含むにもかかわらず、枝201(c)は、分路232のみを含み、以下同様である。
【0040】
かかる実施態様において、第2のセル(n=2)において、各分路は、第1の枝の発光ダイオードの陽極端子に接続され、第2の枝の発光ダイオードの陰極端子に接続され、ここで、第2の枝は、第1の枝から22-1個、或いは2個離れている枝である。例えば、図4によって示された配列のセル203において(セル203は、第2のセルであり、それ故n=2)、枝201(a)の発光ダイオード240の陽極端子は、分路260によって、2つ離れた枝である枝201(c)の発光ダイオード242の陰極端子に結合される。分路260は、追加の発光ダイオード250を含む。
【0041】
同様に、枝201(e)の発光ダイオード244の陽極端子は、分路264によって、2つ離れた枝である枝201(g)の発光ダイオード246の陰極端子に結合される。分路264は、追加の発光ダイオード254を含む更に、セル203に対して、各枝は、近傍の枝に結合する唯一の分路結合を含む。例えば、枝201(b)は、分路261のみを含むにもかかわらず、枝201(c)は、分路262のみを含み、以下同様である。
【0042】
かかる実施態様において、第3のセル(n=3)において、各分路は、第1の枝の発光ダイオードの陽極端子に接続され、第2の枝の発光ダイオードの陰極端子に接続され、ここで、第2の枝は、第1の枝から23-1個、或いは4個離れている枝である。例えば、図4によって示された配列のセル204において(セル204は、第3のセルであり、それ故n=3)、枝201(a)の発光ダイオード270の陽極端子は、分路290によって、4つ離れた枝である枝201(e)の発光ダイオード274の陰極端子に結合される。分路290は、追加の発光ダイオード280を含む。
【0043】
同様に、枝201(e)の発光ダイオード274の陽極端子は、分路294によって、4つ離れた枝である枝201(a)の発光ダイオード270の陰極端子に結合される。分路294は、追加の発光ダイオード284を含む更に、セル204に対して、各枝は、近傍の枝に結合する唯一の分路結合を含む。例えば、枝201(b)は、分路291のみを含むにもかかわらず、枝201(c)は、分路292のみを含み、以下同様である。
【0044】
図3に示されたデバイスに関連して前で議論されたように、図4に示した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という理由により、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を経由して流れる。例えば、図4の発光ダイオード210が故障する場合、電流は依然として、発光ダイオード240及び270に、枝231及び発光ダイオード221を経由して流れる(従って、照明している)。更に、枝201(a)からの電流は依然として、枝201(b)に、分路230を経由して流れる。
【0045】
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201(a)を通って流れることになり、電圧の降下がなく、分路230の発光ダイオード220を通っても流れることになるだろう。発光ダイオード220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。セル内の残りの発光ダイオードも、電流が枝201(b)乃至枝201(h)、及び対応する分路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。
【0046】
更に、発光ダイオードの配列200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。図3において示された実施態様に関連して議論された理由により、本発明の発光ダイオード配列200は、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。
【0047】
図5は、照明システムによって採用されるような、本発明による更にその他の実施態様による発光ダイオードの配列300を示す。図5において示される配列は、発光ダイオードの連続セル302,303,304を示す。前に注記されたように、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、互いに連続して接続されてよい。更に以下で説明されるように、かかる実施態様において、各分路は、第1の枝の発光ダイオードの陽極端子に接続され、第2の枝の発光ダイオードの陰極端子に接続され、第2の枝は、第1の枝から2 - 枝離れた枝であり、Kは構造におけるセルの数であり、nはセル番号である。
【0048】
図3及び図4に示された配列と同様に、配列300の各セルは、N個の枝を含む。示された実施態様では、N=8であり、従って配列300は、枝301(a)乃至301(h)として指示されるように、8個の枝を含む。枝301(a)乃至301(h)は、最初に(すなわち、第1のセル301の前で)抵抗305(a)乃至305(h)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348は、発光ダイオードに電流を供給する。追加の抵抗306(a)乃至306(h)は、配列300においては、最後の発光ダイオードの陰極で使用される。
【0049】
各枝は、直列に接続された発光ダイオードを有する。(以下に詳細に説明されるが、結合用分路の発光ダイオードと共に)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。従って、枝301(a)は、第1のセル302において発光ダイオード310、第2のセル303において発光ダイオード340、及び第3のセル304において発光ダイオード370を含む。更に、枝301(b)乃至301(h)は、第1のセル302において発光ダイオード311乃至317、第2のセル303において発光ダイオード341乃至347、及び第3のセル304において発光ダイオード371乃至377をそれぞれ含む。
【0050】
各発光ダイオードの陽極端子は、異なる枝の対応する発光ダイオードの陰極端子に接続される。かかる接続は、その他の発光ダイオードを含む分路によって同様になされる。セルに依存して、分路は、第1の枝から第2の枝に接続されるが、第2の枝は、第1の枝から特定可能な枝数だけ離れた枝である。前述されたように、各分路は、第1の枝の発光ダイオードの陽極端子に接続され、第2の枝の発光ダイオードの陰極端子に接続され、第2の枝は、第1の枝から2 - 個離れた枝であり、Kは構造におけるセルの数であり、nはセル番号である。
【0051】
従って、第1のセル(n=1)において、各分路は、第1の枝の発光ダイオードの陽極端子に接続され、第2の枝の発光ダイオードの陰極端子に接続され、ここで、第2の枝は、第1の枝から23-1個、或いは4個離れた枝である。例えば、図5によって示された配列のセル302において(セル302は、第1のセルであり、それ故n=1)、枝301(a)の発光ダイオード310の陽極端子は、分路330によって、4つ離れた枝である枝301(e)の発光ダイオード314の陰極端子に結合される。分路330は、追加の発光ダイオード320を含む。
【0052】
同様に、枝301(c)の発光ダイオード312の陽極端子は、分路332によって、1つ離れた枝である枝301(g)の発光ダイオード316の陰極端子に結合される。分路332は、追加の発光ダイオード322を含む。更に、各セル302に対して、各枝は、近傍の枝に結合する唯一の分路結合を含む。例えば、枝301(b)は、分路331のみを含むにもかかわらず、枝301(c)は、分路332のみを含み、以下同様である。
【0053】
かかる実施態様において、第2のセル(n=2)において、各分路は、第1の枝の発光ダイオードの陽極端子に接続され、第2の枝の発光ダイオードの陰極端子に接続され、ここで、第2の枝は、第1の枝から23-2個、或いは2個離れている枝である。例えば、図5によって示された配列のセル303において(セル303は、第2のセルであり、それ故n=2)、枝301(a)の発光ダイオード340の陽極端子は、分路360によって、2つ離れた枝である枝301(b)の発光ダイオード371の陰極端子に結合される。分路360は、追加の発光ダイオード350を含む。
【0054】
同様に、枝301(e)の発光ダイオード344の陽極端子は、分路364によって、2つ離れた枝である枝301(g)の発光ダイオード346の陰極端子に結合される。分路364は、追加の発光ダイオード354を含む更に、セル303に対して、各枝は、近傍の枝に結合する唯一の分路結合を含む。例えば、枝301(b)は、分路361のみを含むにもかかわらず、枝301(c)は、分路362のみを含み、以下同様である。
【0055】
かかる実施態様において、第3のセル(n=3)において、各分路は、第1の枝の発光ダイオードの陽極端子に接続され、第2の枝の発光ダイオードの陰極端子に接続され、ここで、第2の枝は、第1の枝から23-3個、或いは1個離れている枝である。例えば、図5によって示された配列のセル304において(セル304は、第3のセルであり、それ故n=3)、枝301(a)の発光ダイオード370の陽極端子は、分路390によって、1つ離れた枝である枝301(b)の発光ダイオード371の陰極端子に結合される。分路360は、追加の発光ダイオード380を含む。
【0056】
同様に、枝301(e)の発光ダイオード374の陽極端子は、分路394によって、1つ離れた枝である枝301(f)の発光ダイオード375の陰極端子に結合される。分路394は、追加の発光ダイオード384を含む更に、セル304に対して、各枝は、近傍の枝に結合する唯一の分路結合を含む。例えば、枝301(b)は、分路391のみを含むにもかかわらず、枝301(c)は、分路392のみを含み、以下同様である。
【0057】
図3、及び図4に示されたデバイスに関連して前で議論されたように、図5に示した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という理由により、高いレベルの信頼性を有する。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。例えば、図5の発光ダイオード310が故障する場合、電流は依然として、発光ダイオード340及び370に、枝334及び発光ダイオード324を経由して流れる(従って、照明している)。更に、枝301(a)からの電流は依然として、枝301(e)に、分路330を経由して流れる。
【0058】
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301(a)を通って流れることになり、電圧の降下がなく、分路330の発光ダイオード320を通っても流れることになるだろう。発光ダイオード320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。セル内の残りの発光ダイオードも、電流が枝301(b)乃至枝301(h)、及び対応する分路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。
【0059】
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。図3、及び図4において示された実施態様に関連して議論された理由により、本発明の発光ダイオード配列300は、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。
【0060】
図6は、照明システムによって使用されているような、本発明のその他の実施態様による発光ダイオードの配列400を示す。図6に示されるような配列は、発光ダイオードの連続セル402,403、及び404を図示する。本発明の種々の実施態様によって、どんな数のセルであっても連続して互いに接続されてよいことを注意されたい。
【0061】
枝401(a)乃至401(h)は、最初に(すなわち、第1のセルの前で)抵抗405(a)乃至405(h)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448は、発光ダイオードに電流を供給する。追加の抵抗405(a)乃至405(h)は、配列400においては、最後の発光ダイオードの陰極に使用される。
【0062】
かかる実施態様において、配列400の各セルは、Nの入力ノード端子、及びNの出力ノード端子を含む。セルは連続した態様で接続されているので、第1のセルの出力ノード端子は、第2のセルの入力ノード端子に対応する。示された実施態様においては、N=8であり、配列400の各セルは、8個の入力ノード端子、及び8個のNの出力ノード端子を含む。第1のセル402において、入力ノード端子は、入力ノード端子408(a)乃至408(h)として指示され、出力ノード端子は、出力ノード端子438(a)乃至438(h)として指示される。第2のセル403において、入力ノード端子は、入力ノード端子438(a)乃至438(h)として指示され(すなわち、前のセルの出力ノードに対応している)、出力ノード端子は、出力ノード端子468(a)乃至468(h)として指示される。最後に、第3のセル404において、入力ノード端子は、入力ノード端子468(a)乃至468(h)として指示され(すなわち、同様に前のセルの出力ノードに対応している)、出力ノード端子は、出力ノード端子499(a)乃至499(h)として指示される。
【0063】
かかる実施態様によると、セルの各入力ノード端子は、2つの出力ノード端子に、電気的に伝導性のある枝を経由して、接続される。結果として、各出力ノード端子も、2つの入力ノード端子に、電気的に伝導性のある枝を経由して、接続されることになる。各セルにおいて、各枝は、発光ダイオードを含む。対応する発光ダイオードのセットは(以下に説明されるような結合用分路の発光ダイオードと共に)、セルを画成する。更に下方で議論されるように、全てのセルに対して、構造の上側半分における各入力ノード端子は、構造の下側半分における対応する入力ノード端子と共に、同一の出力ノード端子にそれぞれ接続される。
【0064】
かかる実施態様では、第1のセル402では、構造の上側半分は、枝409(a)乃至409(d)によって画成され、構造の下側半分は、枝409(e)乃至409(h)によって画成される。前述されたように、構造の上側半分の各入力ノード端子は、構造の下側半分における対応する入力ノード端子と共に、2つの同一の出力ノード端子に接続される。従って、例えば、上半分の第1の入力ノード端子、すなわち入力ノード端子408(a)、及び下半分の対応する第1の入力ノード端子408(e)は、2つの同一の出力ノード端子、すなわち出力ノード端子438(a)、及び438(b)に接続される。同様に、構造の上半分の第2の入力ノード端子と下半分の対応する第2の入力ノード端子、すなわち端子408(b)、及び408(f)は共に、2つの同一の出力ノード端子、すなわち出力ノード端子438(b)、及び438(d)に、接続され、以下同様である。
【0065】
第2のセル403において、構造の上半分は、端子438(a)、468(a)乃至端子438(d)、及び468(d)によってそれぞれ画成され、一方、構造の下半分は、端子438(e)、468(e)乃至端子438(h)、及び468(h)によってそれぞれ画成される。第1のセルにおいてのように、構造の上半分の各入力ノード端子は、構造の下半分における対応する入力ノード端子と共に、2つの同一の出力ノード端子に接続される。従って、例えば、上半分の第1の入力ノード端子、すなわち入力ノード端子438(a)、及び下半分の対応する第1の入力ノード端子438(e)は、2つの同一の出力ノード端子、すなわち出力ノード端子468(a)、及び468(c)に接続される。同様に、構造の上半分と下半分の第2の入力ノード端子、すなわち入力ノード端子438(b)、及び438(f)は、2つの同一の出力ノード端子、すなわち出力ノード端子468(b)、及び468(d)に、接続され、以下同様である。
【0066】
同様に、第3のセル404において、構造の上半分は、端子468(a)、499(a)乃至端子468(d)、及び499(d)によってそれぞれ画成され、一方、構造の下半分は、端子468(e)、499(e)乃至端子468(h)、及び499(h)によってそれぞれ画成される。第1のセルのように、構造の上半分の各入力ノード端子は、構造の下半分における対応する入力ノード端子と共に、2つの同一の出力ノード端子に接続される。従って、例えば、上半分の第1の入力ノード端子、すなわち入力ノード端子468(a)、及び下半分の対応する第1の入力ノード端子468(e)は、2つの同一の出力ノード端子、すなわち出力ノード端子499(a)、及び499(e)に接続される。同様に、構造の上半分と下半分の第2の入力ノード端子、すなわち入力ノード端子468(b)、及び468(f)は、2つの同一の出力ノード端子、すなわち出力ノード端子499(b)、及び499(f)に、接続され、以下同様である。
【0067】
図3乃至図5に示されたデバイスに関連して前で議論されたように、図6に示した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という理由により、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を経由して流れる。例えば、図6の発光ダイオード410が故障する場合、電流は依然として、発光ダイオード440及び470に、枝409(e)及び発光ダイオード414を経由して流れる(従って、照明している)。更に、枝401(a)からの電流は依然として、発光ダイオード414、及び471に、分路430を経由して流れる。
【0068】
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410が短絡するとき、電流は、上側の枝401(a)を通って流れることになり、電圧の降下がなく、分路430の発光ダイオード420を通っても流れることになるだろう。発光ダイオード420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。セル内の残りの発光ダイオードも、電流が枝401(b)乃至枝401(h)、及び対応する分路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。
【0069】
更に、発光ダイオードの配列400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。図3乃至図5において示された実施態様に関連して議論された理由により、本発明の発光ダイオード配列400は、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。
【0070】
図7は、照明システムによって使用されているような、本発明の更なるその他の実施態様による発光ダイオードの配列500を示す。図7に示されるような配列は、発光ダイオードの連続セル502,503、及び504を図示する。前に図示された実施態様のように、枝501(a)乃至501(h)は、最初に(すなわち、第1のセルの前で)抵抗505(a)乃至505(h)を経由して平行にそれぞれ結合されている。電力供給源504は、発光ダイオードに電流を供給する。追加の抵抗505(a)乃至505(h)は、配列500においては、最後の発光ダイオードの陰極に使用される。
【0071】
図6により前に示されたように、配列500の各セルは、Nの入力ノード端子、及びNの出力ノード端子を含む。セルは連続した態様で接続されているので、第1のセルの出力ノード端子は、第2のセルの入力ノード端子に対応する。示された実施態様においては、N=8であり、配列500の各セルは、8個の入力ノード端子、及び8個のNの出力ノード端子を含む。第1のセル502において、入力ノード端子は、入力ノード端子508(a)乃至508(h)として指示され、出力ノード端子は、出力ノード端子538(a)乃至538(h)として指示される。第2のセル503において、入力ノード端子は、入力ノード端子538(a)乃至538(h)として指示され(すなわち、前のセルの出力ノードに対応している)、出力ノード端子は、出力ノード端子568(a)乃至568(h)として指示される。最後に、第3のセル504において、入力ノード端子は、入力ノード端子568(a)乃至568(h)として指示され(すなわち、同様に前のセルの出力ノードに対応している)、出力ノード端子は、出力ノード端子599(a)乃至599(h)として指示される。
【0072】
かかる実施態様によると、セルの各入力ノード端子は、2つの出力ノード端子に、電気的に伝導性のある枝を経由して、接続される。結果として、各出力ノード端子も、2つの入力ノード端子に、電気的に伝導性のある枝を経由して、接続されることになる。各セルにおいて、各枝は、発光ダイオードを含む。対応する発光ダイオードのセットは(以下に説明されるような結合用分路の発光ダイオードと共に)、セルを画成する。更に下方で議論されるように、全てのセルに対して、構造の上側半分における各出力ノード端子は、構造の下側半分における対応する出力ノード端子と共に、同一の入力ノード端子に接続される。
【0073】
かかる実施態様では、第1のセル502では、構造の上側半分は、枝509(a)乃至509(d)によって画成され、構造の下側半分は、枝509(e)乃至509(h)によって画成される。前述されたように、構造の上側半分の各出力ノード端子は、構造の下側半分における対応する出力ノード端子と共に、2つの同一の入力ノード端子に接続される。従って、例えば、上半分の第1の出力ノード端子、すなわち出力ノード端子538(a)、及び下半分の対応する出力ノード端子、すなわち出力ノード端子538(e)は、2つの同一の入力ノード端子、すなわち入力ノード端子508(a)、及び508(e)に接続される。同様に、構造の上半分の第2の出力ノード端子と下半分の対応する第2の出力ノード端子、すなわち端子538(b)、及び538(f)は共に、2つの同一の入力ノード端子、すなわち入力ノード端子508(b)、及び508(f)に、接続され、以下同様である。
【0074】
第2のセル503において、構造の上半分は、端子538(a)、568(a)乃至端子538(d)、及び568(d)によってそれぞれ画成され、一方、構造の下半分は、端子538(e)、568(e)乃至端子538(h)、及び568(h)によってそれぞれ画成される。第1のセルにおいてのように、構造の上半分の各出力ノード端子は、構造の下半分における対応する出力ノード端子と共に、2つの同一の入力ノード端子に接続される。従って、例えば、上半分の第1の出力ノード端子、すなわち出力ノード端子568(a)、及び下半分の対応する出力ノード端子、すなわち出力ノード端子568(e)は、2つの同一の出力ノード端子、すなわち入力ノード端子538(a)、及び538(c)に接続される。同様に、構造の上半分と下半分の第2の出力ノード端子、すなわち出力ノード端子568(b)、及び568(f)は、2つの同一の入力ノード端子、すなわち入力ノード端子538(b)、及び538(d)に、接続され、以下同様である。
【0075】
更に、第3のセル504において、構造の上半分は、端子568(a)、599(a)乃至端子568(d)、及び599(d)によってそれぞれ画成され、一方、構造の下半分は、端子568(e)、599(e)乃至端子568(h)、及び599(h)によってそれぞれ画成される。第1のセルのように、構造の上半分の各出力ノード端子は、構造の下半分における対応する出力ノード端子と共に、2つの同一の入力ノード端子に接続される。従って、例えば、上半分の第1の出力ノード端子、すなわち出力ノード端子599(a)、及び下半分の対応する出力ノード端子、すなわち出力ノード端子599(e)は、2つの同一の入力ノード端子、すなわち入力ノード端子568(a)、及び568(b)に接続される。同様に、構造の上半分と下半分の第2の出力ノード端子、すなわち出力ノード端子599(b)、及び599(f)は、2つの同一の入力ノード端子、すなわち入力ノード端子568(c)、及び568(d)に、接続され、以下同様である。
【0076】
前に実施態様に関連して議論されたように、図7に示した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という理由により、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を経由して流れる。例えば、図7の発光ダイオード510が故障する場合、電流は依然として、発光ダイオード540及び570に、枝509(e)及び発光ダイオード514を経由して流れる(従って、照明している)。更に、枝501(a)からの電流は依然として、発光ダイオード541に、分路530を経由して流れる。
【0077】
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510が短絡するとき、電流は、上側の枝501(a)を通って流れることになり、電圧の降下がなく、分路530の発光ダイオード520を通っても流れることになるだろう。発光ダイオード520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。セル内の残りの発光ダイオードも、電流が枝501(b)乃至枝501(h)、及び対応する分路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。
【0078】
更に、発光ダイオードの配列500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。上記実施態様に関連して議論された理由により、本発明の発光ダイオード配列500は、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し、従って、貯蔵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。
【0079】
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3】 本発明の一実施態様による照明システムによって使用される発光ダイオードの配列を示す図である。
【図4】 本発明のその他の実施態様による照明システムによって使用される発光ダイオードの配列を示す図である。
【図5】 本発明の更にその他の実施態様による照明システムによって使用される発光ダイオードの配列を示す図である。
【図6】 本発明の更にその他の実施態様による照明システムによって使用される発光ダイオードの配列を示す図である。
【図7】 本発明の更にその他の実施態様による照明システムによって使用される発光ダイオードの配列を示す図である。

Claims (12)

  1. 電力供給源と、
    該電力供給源に平行に結合され、前記電気供給源に対してそれぞれ順方向に接続される少なくとも1つの発光ダイオードをそれぞれ含む、複数の電気的に伝導性のある枝と、
    複数の分路とを含み、
    該分路のそれぞれは、第1の発光ダイオードの陽極端子を、異なる枝にある対応する発光ダイオードの陰極端子に、結合し、発光ダイオードの対応するセットが、それらに対応する結合分路と共に、セルを画成し、該枝は、該分路と共に、特定可能な格子配列で結合された、照明システム。
  2. 該セルは、該分路が第1の発光ダイオードの陽極端子を、該第1の発光ダイオードから2枝だけ離れた発光ダイオードの陰極端子に、結合するように、連続配列で互いに結合された照明システムであって、nは該連続配列内のセル番号である、請求項1記載の照明システム。
  3. 該セルは、該分路が第1の発光ダイオードの陽極端子を、該第1の発光ダイオードから2n−1枝だけ離れた発光ダイオードの陰極端子に、結合するように、連続配列で互いに結合された照明システムであって、nは該連続配列内のセル番号である、請求項1記載の照明システム。
  4. 該セルは、該分路が第1の発光ダイオードの陽極端子を、該第1の発光ダイオードから2K−n枝だけ離れた発光ダイオードの陰極端子に、結合するように、連続配列で互いに結合された照明システムであって、Kは該照明システム内の該セルの数であり、nは該連続配列内のセル番号である、請求項1記載の照明システム。
  5. 該セルのそれぞれは、N個の入力ノード端子、及びN個の出力ノード端子を含む、請求項1記載の照明システム。
  6. 該セルにおいて、構造の上半分の各入力ノード端子は、構造の下半分の各入力ノード端子と共に、同一の出力ノード端子に接続された、請求項5記載の照明システム。
  7. 該セルにおいて、構造の上半分の各出力ノード端子は、構造の下半分の各出力ノード端子と共に、同一の入力ノード端子に接続された、請求項5記載の照明システム。
  8. 該分路は、前記電気供給源に対して順方向に接続される発光ダイオードを含む、請求項1記載の照明システム。
  9. 該枝は、電流調整素子を更に含む、請求項1記載の照明システム。
  10. 該電流調整素子は、抵抗である、請求項9記載の照明システム。
  11. 該枝のそれぞれに対して、該抵抗が、最初の素子である、請求項10記載の照明システム。
  12. 該枝のそれぞれに対して、該抵抗が、最後の素子である、請求項10記載の照明システム。
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