(57)【要約】      （修正有）【課題】発光素子のいくつかが不良でも、発光デバイス全体の光強度を失うことなく、不良の発光素子を用いてこれまで通り光を発光することのできる発光デバイスを提供する。【解決手段】発光デバイスは、電圧源と、発光ユニットと、電流源とを備える。電圧源は、発光ユニットに接続され、電圧を供給する。発光ユニットは、ｎ個の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、ｎ個の電流制御スイッチとを備え、ｎは３に等しいか、それよりも大きい。ＬＥＤは、電流制御スイッチにそれぞれ直列に接続される。電流源は、発光ユニットに接続され、定電流を供給する。そのため、発光デバイスの光強度は、ＬＥＤのいくつかが故障しても、安定したままである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧源と、
前記電圧源に接続された発光ユニットと
前記発光ユニットに接続され、定電流を供給する電流源とを備えた発光デバイスであって、前記発光ユニットが、
ｎ個のＬＥＤと、
前記ＬＥＤにそれぞれ直列に接続され、電流しきい値に基づいてオン／オフになるｎ個の電流制御スイッチと、
を備え、ｎが３に等しいか、それよりも大きい発光デバイス。
【請求項２】
前記電流制限スイッチが、ヒューズスイッチである請求項１記載の発光デバイス。
【請求項３】
前記電流しきい値が、前記定電流に等しいか、それよりも小さく、前記定電流の半分よりも大きい請求項１記載の発光デバイス。
【請求項４】
前記発光ユニットの誤受入率が、［（ｎ−２）／ｎ］である請求項１記載の発光デバイス。
【請求項５】
電圧源と、
前記電圧源に接続された複数の発光ユニットストリングと
前記発光ユニットストリングにそれぞれ接続され、複数の定電流を供給する複数の電流源とを備えた発光デバイスであって、前記発光ユニットストリングのそれぞれが複数の発光ユニットを有し、前記発光ユニットのそれぞれが、
ｎ個のＬＥＤと、
前記ＬＥＤにそれぞれ直列に接続され、電流しきい値に基づいてオン／オフになるｎ個の電流制御スイッチと、
を備え、ｎが３に等しいか、それよりも大きい発光デバイス。
【請求項６】
前記電流制限スイッチが、ヒューズスイッチである請求項５記載の発光デバイス。
【請求項７】
前記各発光ユニットの前記電流しきい値が、前記発光ユニットの前記定電流に等しいか、それよりも小さく、前記発光ユニットの前記定電流の半分よりも大きい請求項５記載の発光デバイス。
【請求項８】
前記各発光ユニットの誤受入率が、［（ｎ−２）／ｎ］である請求項５記載の発光デバイス。
【請求項９】
前記定電流が、互いに同じであるか、または異なる請求項５記載の発光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光デバイスに関するものであり、特に、発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成された光源を有する発光デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤが小体積、低消費電力、長寿命、および低コスト化されたおかげで、ＬＥＤは次第に様々な商品に光源として採用されるようになった。さらに、ＬＥＤは、非常に低い動作電圧（１．５〜３Ｖのみ）で自発的に発光し、電圧または電流を介して調整可能な特定の光強度（luminous intensity）を提供する。また、ＬＥＤは、高い耐衝撃性および長寿命（１００，０００時間）を提供する。そのため、ＬＥＤは、車のヘッドライト、信号機、テキストディスプレイ、掲示板、大画面ビデオディスプレイ、一般照明、ビルの照明、ＬＣＤバックライト等の様々な端末機器に幅広く使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願第５，４９０，０４９号
【特許文献２】米国特許出願第６，０９５，６６１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
複数のＬＥＤを光源として使用する場合、ＬＥＤは互いに直列に接続されるため、同じ電流が各ＬＥＤに流れることによって、各ＬＥＤは同じ光強度を有する。しかしながら、ＬＥＤの１つが開放回路（open-circuit）の時は、電流が通過できないため、全てのＬＥＤが発光を停止する。また、ＬＥＤが互いに並列に接続されることもあるが、この場合、ＬＥＤの１つが短絡回路（short-circuit）の時は、全ての電流が短絡回路のＬＥＤを通過する。その結果、他のＬＥＤは、駆動電流が極端に低いために、それ以上光を発光することができない。
【０００５】
図１は、従来の発光デバイスの回路図である。図１を参照すると、発光デバイス１００は、電圧源１１０と、複数のＬＥＤ１２０とを備え、これらのＬＥＤ１２０は直列‐並列接続を示す。電圧源１１０は、ＬＥＤ１２０を駆動するための動作電圧Ｖｃｃを供給して、光を発光する。ＬＥＤ１２０の１つが開放回路の時、電流は並列に接続された他のＬＥＤ１２０を通過することができるため、他のＬＥＤ１２０はこれまで通り光を発光することができる。ＬＥＤ１２０の１つが短絡回路の時、並列に接続されたＬＥＤ１２０は影響を受けるが、直列に接続されたＬＥＤ１２０はこれまで通り光を発光することができる。特許文献１(米国出願第５，４９０，０４９号)および特許文献２(米国出願第６，０９５，６６１号)において、発光デバイス１００に類似する構造が開示されているため、発光デバイス１００の詳細については、これらの先行文献を参照することができる。
【０００６】
しかしながら、ＬＥＤ１２０の１つ（開放回路または短絡回路）が故障した時に、発光デバイス１００がこれまで通り光を発光することができても、その故障によって回路構造の変化が生じるため、発光デバイス１００全体の電気的特性（例えば、電流または電圧）が変化する。つまり、ＬＥＤ１２０の１つが故障すると、発光デバイス１００全体の光強度が変化する。特に、ＬＥＤ１２０の１つが短絡回路の時、並列に接続された全てのＬＥＤ１２０が影響を受ける（すなわち、ＬＥＤ１２０の列全体が発光を停止する）。したがって、短絡回路のＬＥＤ１２０は、開放回路のＬＥＤ１２０よりも大きな影響をもたらす。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、発光素子のいくつかが不良でも、発光デバイス全体の光強度を失うことなく、不良の発光素子を用いてこれまで通り光を発光することのできる発光デバイスを提供することを目的とする。
【０００８】
本発明は、電圧源と、発光ユニットと、電流源とを備えた発光デバイスを提供する。発光ユニットは、電圧源に接続される。発光ユニットは、ｎ個のＬＥＤと、ｎ個の電流制御スイッチとを備え、ｎは３に等しいか、それよりも大きい。ＬＥＤは、電流制御スイッチにそれぞれ直列に接続される。電流制御スイッチは、電流しきい値に基づいて、オン／オフになる。電流源は、発光ユニットに接続され、定電流を供給する。
【０００９】
本発明は、また、電圧源と、複数の発光ユニットストリングと、複数の電流源とを備えた発光デバイスを提供する。発光ユニットストリングは、電圧源に接続され、それぞれの発光ユニットストリングは、複数の発光ユニットを有する。各発光ユニットは、ｎ個のＬＥＤと、ｎ個の電流制御スイッチとを備え、ｎは３に等しいか、それよりも大きい。ＬＥＤは、電流制御スイッチにそれぞれ直列に接続される。電流制御スイッチは、電流しきい値に基づいて、オン／オフになる。電流源は、発光ユニットストリングにそれぞれ接続され、複数の定電流を供給する。
【００１０】
本発明の１つの実施形態において、電流制御スイッチは、ヒューズスイッチ（fuse switch）である。
【００１１】
本発明の１つの実施形態において、各発光ユニットの電流しきい値は、発光ユニットの定電流に等しいか、それよりも小さく、発光ユニットの定電流の半分よりも大きい。
【００１２】
本発明の１つの実施形態において、各発光ユニットの誤受入率（defect acceptance ratio）は、［（ｎ−２）／ｎ］である。
【００１３】
本発明の１つの実施形態において、定電流は、互いに同じであるか、または異なる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明は、ＬＥＤが短絡回路の時に、対応する電流制御スイッチがオフになるため、発光ユニットの他のＬＥＤが短絡回路のＬＥＤによって影響されない発光デバイスを提供する。また、電流源によって定電流が供給されるため、発光デバイスの光強度は、不良ＬＥＤに関係なく、安定したままである。そのため、発光デバイスの寿命が延びる。
【００１５】
本発明の上記及び他の目的、特徴、および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来の発光デバイスの回路図である。
【図２】本発明の実施形態に係る発光デバイスの回路図である。
【図３】本発明の別の実施形態に係る発光デバイスの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付の図面を参照してさらに詳細に説明する。各図面および関連説明において、同一または類似する構成要素には、同一の参照番号を使用する。
【００１８】
従来の発光デバイスは、ＬＥＤのいくつかが故障してもよいが、このような故障が生じると、発光デバイスの光強度が変化する。また、ＬＥＤが短絡回路の時は、並列に接続されたＬＥＤも発光を停止する。したがって、本発明は、上記の問題を解決するための発光デバイスを提供する。以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図２は、本発明の実施形態に係る発光デバイスの回路図である。図２を参照すると、発光デバイス２００は、電圧源２１０と、発光ユニット２２０と、電流源２３０とを備える。電圧源２１０は、動作電圧Ｖｄｄを出力し、駆動回路または駆動チップを使用することによって、電圧源２１０を実施することができる。発光ユニット２２０は、ＬＥＤ２２１ １〜２２１ ｎと、電流制御スイッチ２２２ １〜２２２ ｎとを備える。ここで、ｎ≧３であり、電流制御スイッチ２２２ １〜２２２ ｎは、ヒューズスイッチである。電流源２３０は、定電流Ｉを発光ユニット２２０に供給する。電流源２３０が定電流Ｉを生成する方法については、ここで限定しない。例えば、電流源２３０は、電流ミラーの技術によって定電流Ｉを生成してもよい。本実施形態において、ＬＥＤ２２１ １〜２２１ ｎの陽極は、動作電圧Ｖｄｄを受け取り、この動作電圧ＶｄｄによってＬＥＤ２２１ １〜２２１ ｎが駆動されて、光を発光する。また、定電流Ｉのため、各ＬＥＤに流れる電流は、約Ｉ／ｎである。発光ユニット２２０の光強度は、定電流Ｉによって制御される。
【００２０】
ＬＥＤ２２１ １〜２２１ ｎのいくつか（例えば、短絡回路または開放回路）が故障した時、電流制御スイッチ２２２ １〜２２２ ｎのそれぞれは、電流制御スイッチに流れる電流が電流しきい値よりも大きいかどうかに基づいて、オン／オフになる。電流しきい値は、定電流Iに等しいか、それよりも小さく、定電流Iの半分よりも大きい。例えば、ＬＥＤ２２１ １が短絡回路の時、全ての電流がＬＥＤ２２１ １を通る（つまり、ＬＥＤ２２１ １に流れる電流は、定電流Ｉに等しい）。この場合、ＬＥＤ２２１ １に流れる電流が電流しきい値よりも大きいため、電流制御スイッチ２２２ １はオフになる（つまり、大きな電流によってヒューズスイッチのヒューズがとぶ）。そのため、ＬＥＤ２２１ １に流れる電流がなくなり、発光ユニット２２０の電流は、ＬＥＤ２２１ ２〜２２１ ｎに均等に流れる。一方、ＬＥＤ２２１ １が開放回路の時は、電流制御スイッチ２２２ １に電流が流れないため、電流制御スイッチ２２２ １はこれまで通りオンである。したがって、発光ユニット２２０の電流は、ＬＥＤ２２１ ２〜２２１ ｎに均等に通る。
【００２１】
以上のように、ＬＥＤ２２１ １が故障しても、まだＬＥＤ２２１ ２〜２２１ ｎに流れる電流が存在する。つまり、ＬＥＤ２２１ ２〜２２１ ｎは、ＬＥＤ２２１ １の影響を受けず、これまで通り普通に発光することができる。また、発光ユニット２２０の電流は、電流源２３０の制御によって定電流Iとして残り、ＬＥＤ２２１ ２〜２２１ ｎに流れる。すなわち、発光ユニット２２０の光強度は、ＬＥＤ２２１ １が故障した後と同じままである。ＬＥＤ２２１ ２〜２２１ ｎの１つが故障した状況については、ＬＥＤ２２１ １の場合を参照できるため、ここでは説明しない。また、ＬＥＤ２２１ １〜２２１ ｎのいくつかが故障した時、発光ユニット２２０の電流は、これまで通り良好なＬＥＤに流れることができ、定電流Ｉの制御によって、発光ユニット２２０の光強度は、変化しないままである。そのため、発光デバイス２００の寿命が延びる。
【００２２】
また、電流しきい値によって、発光ユニット２２０が普通に発光するには、少なくとも２つの良好なＬＥＤが要求される。そのため、ｎ＝３の時、発光ユニット２２０は不良ＬＥＤが１つあってもよく、その誤受入率は１／３である。ｎ＝４の時、発光ユニット２２０は不良ＬＥＤが２つあってもよく、その誤受入率は２／４である。このように、他の状況において、誤受入率は［（ｎ−２）／ｎ］になる。したがって、ｎが大きくなればなるほど、発光ユニット２２０の誤受入率は高くなる。
【００２３】
言及すべきこととして、ヒューズスイッチを使用して実施する他に、電流制御スイッチ２２２ １〜２２２ ｎは、短絡回路のＬＥＤが並列に接続された他のＬＥＤに影響を及ぼさない限り、電流に基づいてオン／オフするどの回路を使用して実施してもよい。また、電流制御スイッチ２２２ １〜２２２ ｎおよびＬＥＤ２２１ １〜２２１ ｎの配置は、交換することができる。
【００２４】
図３は、本発明の別の実施形態に係る発光デバイスの回路図である。図２および図３を参照すると、２つの発光デバイスの違いは、発光デバイス３００が複数の発光ユニットストリングＬ１〜Ｌｍを有することであり、ｍは１に等しいか、それよりも大きい。発光ユニットストリングＬ１は、互いに直列に接続された発光ユニットＤ１１〜Ｄ１ｋを有し、ｋは１に等しいか、それよりも大きい。発光ユニットストリングＬ２は、互いに直列に接続された発光ユニットＤ２１〜Ｄ２ｋを有する。発光ユニットストリングＬ３〜Ｌｍの構成は、これに応じて理解することができる。また、それぞれの発光ユニット（例えば、発光ユニットＤ１１〜Ｄｍｋ）は、発光ユニット２２０に類似しており、発光ユニット２２０の説明を参照して理解することができるため、ここでは説明しない。
【００２５】
発光ユニットストリングＬ１において、発光ユニットＤ１１〜Ｄ１ｋの光強度は、電流源３２０ １によって供給される定電流Ｉ１によって制御される。発光ユニットストリングＬ２において、発光ユニットＤ２１〜Ｄ２ｋの光強度は、電流源３２０ ２によって供給される定電流Ｉ２によって制御される。したがって、発光ユニットＤ３１〜Ｄｍｋは、電流源３２０ ３〜３２０ ｍによって供給される定電流Ｉ３〜Ｉｍによってそれぞれ制限される。言及すべきこととして、発光ユニット２２０の説明に基づくと、各発光ユニットストリング（例えば、発光ユニットストリングＬ１〜Ｌｍ）の光強度は、ＬＥＤのいくつかが故障しても変化しないため、発光デバイス３００全体の光強度は、安定したままである。このように、発光デバイス３００は、光強度に敏感な装置（例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プロジェクター、手術用照明器）、または光強度に敏感でない装置（例えば、信号機）に応用することができる。
【００２６】
また、定電流Ｉ１〜Ｉｍは、様々な回路条件に基づいて、同じ値または異なる値を有するよう設計してもよいため、発光ユニットストリングＬ１〜Ｌｍは、同じ光強度または異なる光強度を有することができる。また、発光デバイス３００の全体の誤受入率は、発光ユニットＤ１１〜Ｄ１ｋの誤受入率の合計である。
【００２７】
以上のように、本発明は、ＬＥＤが短絡回路の時に、対応する電流制御スイッチが非常に大きな電流によってオフになるため、発光ユニットの他のＬＥＤが短絡回路のＬＥＤの影響を受けない発光デバイスを提供する。そのため、発光デバイスの寿命が延びる。また、複数の電流源によって複数の定電流が供給されるため、動作中の各発光ユニットストリングの光強度は、不良ＬＥＤに関係なく、変化しないままである。
【００２８】
以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
【符号の説明】
【００２９】
１００、２００、３００  発光デバイス
１１０、２１０  電圧源
１２０、２２１ １〜２２１ ｎ  ＬＥＤ
２２０  発光ユニット
２３０、３２０ １〜３２０ ｍ  電流源
２２２ １〜２２２ ｎ  電流制御スイッチ
Ｄ１１〜Ｄｍｋ  発光ユニット
Ｉ１〜Ｉｍ  定電流
Ｌ１〜Ｌｍ  発光ユニットストリング
Ｖｃｃ、Ｖｄｄ  動作電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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