DE60001386T2

DE60001386T2 - Led beleuchtung mit specifische konfiguration

Info

Publication number: DE60001386T2
Application number: DE60001386T
Authority: DE
Inventors: Chin Chang; Shaomin Peng
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1999-11-01
Filing date: 2000-10-12
Publication date: 2003-10-30
Anticipated expiration: 2020-10-13
Also published as: CN1248548C; EP1149510B1; JP4908710B2; JP2003513454A; WO2001033913A1; CN1342388A; EP1149510A1; US6201353B1; DE60001386D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Beleuchtungssysteme und, im Besonderen, auf eine, als Beleuchtungsquelle verwendete, verbesserte Anordnung für Licht emittierende Dioden.
Eine Licht emittierende Diode (LED) ist eine Halbleiterbauelementart, präzise ausgedrückt, ein pn-Übergang, welcher bei Zuführung von Strom elektromagnetische Strahlung emittiert. Typischerweise weist eine Licht emittierende Diode Halbleitermaterial auf, bei welchem es sich um eine entsprechend ausgewählte Gallium-Arsen-Phosphor- Verbindung handelt. Durch Änderung des Verhältnisses Phosphor zu Arsen kann die Wellenlänge des von einer Licht emittierenden Diode emittierten Lichts eingestellt werden.
Mit der Weiterentwicklung von Halbleitermaterialien und der Optiktechnologie werden Licht emittierende Dioden zunehmend zu Beleuchtungszwecken eingesetzt. So werden zum Beispiel zur Zeit Licht emittierende Dioden großer Helligkeit bei Kraftfahrzeugsignalen, Verkehrsampeln und Verkehrszeichen, großflächigen Anzeigen usw. verwendet. Bei dem Großteil dieser Einsatzmöglichkeiten sind mehrere Licht emittierende Dioden in einer Kettenanordnung geschaltet, um eine große Lichtmenge zu erzeugen.
Fig. 1 zeigt eine typische Anordnung von Licht emittierenden Dioden 1 bis m, welche in Reihe geschaltet sind. Stromversorgungsquelle 4 führt den Licht emittierenden Dioden über Widerstand R&sub1; ein Hochspannungssignal zu, welches den Stromsignalfluss in den Dioden steuert. Licht emittierende Dioden, welche auf diese Art und Weise geschaltet sind, ergeben eine Stromversorgungsquelle mit hohem Wirkungsgrad und geringer thermischer Belastung.
Hin und wieder kann eine Licht emittierende Diode ausfallen. Der Ausfall einer Licht emittierenden Diode kann entweder durch eine Störung des offenen Stromkreises oder durch einen Kurzschlussfehlerzustand hervorgerufen werden. Zum Beispiel wirkt die Licht emittierende Diode 2 in einem Kurzschlussfehlerzustand als Kurzschlussleitung, wobei Strom über die Licht emittierende Diode 2 von der Licht emittierenden Diode 1 bis 3 wandern kann, ohne dabei Licht zu erzeugen. Dagegen wirkt die Licht emittierende Diode 2 in einem Fehlerzustand des offenen Stromkreises als Arbeitsstromkreis und bewirkt als solcher, dass die gesamte, in Fig. 1 dargestellte Kette gelöscht wird.
Um sich mit dieser Situation zu befassen, wurden weitere Anordnungen von Licht emittierenden Dioden vorgeschlagen. Fig. 2A zeigt zum Beispiel eine weitere typische Anordnung von Licht emittierenden Dioden, welche aus mehreren, parallel geschalteten, Licht emittierende Dioden tragenden Zweigen, wie z. B. 10, 20, 30 und 40, besteht. Jeder Zweig weist in Reihe geschaltete, Licht emittierende Dioden auf. So weist zum Beispiel Zweig 10 die hintereinander geschalteten, Licht emittierenden Dioden 11 bis n&sub1; auf. Die Stromversorgungsquelle 14 führt den Licht emittierenden Dioden über Widerstand R&sub2; ein Stromsignal zu.
Licht emittierende Dioden, welche auf diese Art und Weise geschaltet sind, weisen einen höheren Zuverlässigkeitsgrad als Licht emittierende Dioden, die gemäß der in Fig. 1 dargestellten Anordnung geschaltet sind, auf. Bei einer Störung des offenen Stromkreises bewirkt der Ausfall einer Licht emittierenden Diode in einem Zweig, dass sämtliche Licht emittierende Dioden in diesem Zweig gelöscht werden, ohne dabei die Licht emittierenden Dioden in den verbleibenden Zweigen signifikant zu beeinflussen. Die Tatsache, dass sämtliche der Licht emittierenden Dioden in einem bestimmten Zweig durch eine Störung des offenen Stromkreises gelöscht werden, ist jedoch noch immer ein nicht wünschenswertes Ergebnis. In einem Kurzschlussfehlerzustand kann der Ausfall einer Licht emittierenden Diode in einem ersten Zweig bewirken, dass dieser Zweig im Vergleich zu den anderen Zweigen einem größeren Stromfluss aufweist. Der erhöhte Stromfluss durch einen einzelnen Zweig kann bewirken, dass dieser in einer anderen Stärke als die Licht emittierenden Dioden der verbleibenden Zweige beleuchtet wird, was ebenfalls ein nicht wünschenswertes Resultat darstellt.
Zur Behebung dieses Problems wurden noch weitere Anordnungen von Licht emittierenden Dioden vorgeschlagen. So zeigt Fig. 2B zum Beispiel eine weitere typische Anordnung von Licht emittierenden Dioden, wie diese bei einem Beleuchtungssystem nach dem Stand der Technik Verwendung findet. Wie bei der in Fig. 2A dargestellten Anordnung zeigt Fig. 2B vier Zweige mit Licht emittierenden Dioden, wie zum Beispiel 50, 60, 70 und 80, welche parallel geschaltet sind. Zweig 50 weist zum Beispiel in Reihe geschaltete, Licht emittierende Dioden 51 bis n&sub5; auf. Die Stromversorgungsquelle 54 führt den Licht emittierenden Dioden über Widerstand R&sub3; Stromsignale zu.
Die in Fig. 2B dargestellte Anordnung weist weiterhin Nebenschlüsse zwischen benachbarten Zweigen mit Licht emittierenden Dioden auf. Nebenschluss 55 ist zum Beispiel zwischen den Licht emittierenden Dioden 51 und 52 von Zweig 50 und zwischen den Licht emittierenden Dioden 61 und 62 von Zweig 60 geschaltet. Gleichermaßen ist Nebenschluss 75 zwischen den Licht emittierenden Dioden 71 und 72 von Zweig 70 und zwischen den Licht emittierenden Dioden 81 und 82 von Zweig 80 geschaltet.
Licht emittierende Dioden, welche auf diese Weise geschaltet sind, weisen einen noch höheren Zuverlässigkeitsgrad als Licht emittierende Dioden, welche gemäß der in Fig. 1 oder Fig. 2A dargestellten Anordnung geschaltet sind, auf. Dieses resultiert daraus, dass bei einer Störung des offenen Stromkreises durch den Ausfall einer einzelnen Licht emittierenden Diode in diesem Zweig kein ganzer Zweig erlischt. Statt dessen fließt Strom über die Nebenschlüsse, um eine ausgefallene, Licht emittierende Diode zu umgehen.
In dem Kurzschlussfehlerzustand weist eine Licht emittierende Diode, welche ausfällt, keine Spannung auf, wodurch sämtlicher Strom durch den, die ausgefallene, Licht emittierende Diode vorsehenden Zweig fließt. Wenn zum Beispiel die Licht emittierende Diode 51 kurzgeschlossen wird, fließt Strom durch den oberen Zweig. Wenn somit bei der in Fig. 2B dargestellten Anordnung eine einzelne, Licht emittierende Diode kurzgeschlossen wird, werden die entsprechenden Licht emittierenden Dioden 61, 71 und 81 in jedem der weiteren Zweige ebenfalls gelöscht.
Mit der in Fig. 2B dargestellten Anordnung sind ebenfalls weitere Probleme verbunden. Um sicherzustellen, dass sämtliche Licht emittierende Dioden in der Anordnung die gleiche Helligkeit aufweisen, ist es bei der Anordnung zum Beispiel erforderlich, dass parallel geschaltete, Licht emittierende Dioden aufeinander abgestimmte Durchlassspannungscharakteristiken aufweisen. So müssen zum Beispiel die Licht emittierenden Dioden 51, 61, 71 und 81, welche parallel geschaltet sind, exakt aufeinander abgestimmte Durchlassspannungskennlien aufweisen. Andernfalls verändert sich der Stromsignalfluss durch die Licht emittierenden Dioden, was zur Folge hat, dass die Licht emittierenden Dioden eine ungleiche Helligkeit aufweisen.
Um dieses Problem der unterschiedlichen Helligkeit zu vermeiden, müssen die Durchlassspannungscharakteristiken jeder Licht emittierenden Diode vor deren Verwendung getestet werden. Darüber hinaus müssen Gruppen von Licht emittierenden Dioden mit ähnlichen Spannungscharakteristiken in genau eingeteilte Gruppen (d. h. Gruppen Licht emittierender Dioden, bei welchen die Durchlassspannungscharakteristiken nahezu identisch sind) kategorisiert werden. Die exakt eingeteilten Gruppen Licht emittierender Dioden müssen dann in einer Anordnung von Licht emittierenden Dioden parallel zueinander montiert werden. Dieser Einstufungsprozess ist kostenaufwendig, zeitaufwendig und uneffizient.
Es wurden verschiedene Anordnungen von Licht emittierenden Dioden in gleichzeitig anhängigen Anmeldungen der Anmelderin (Aktennnrn. 755-003 und 755-004), welche beide hier gänzlich durch Literaturhinweis summarisch eingefügt worden sind, vorgeschlagen. Jedoch besteht ein weiterer Bedarf an einer verbesserten Anordnung von Licht emittierenden Dioden, bei welcher die Probleme des Standes der Technik eliminiert sind.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist ein Beleuchtungssystem eine große Anzahl Licht emittierende Dioden auf. Das Beleuchtungssystem sieht weiterhin eine Stromversorgungsquelle vor, um ein Stromsignal durch eine große Anzahl parallel angeordneter, elektrisch leitender Zweige zu führen. Jede Licht emittierende Diode eines Zweiges definiert zusammen mit entsprechenden Licht emittierenden Dioden in den verbleibenden Zweigen eine Zelleneinheit. In jeder Zelle ist der Anodenanschluss jeder Licht emittierenden Diode eines Zweiges über einen Nebenschluss an den Kathodenanschluss einer entsprechenden Licht emittierenden Diode eines benachbarten Zweiges gekoppelt. Jeder Nebenschluss weist ferner eine weitere Licht emittierende Diode auf. Die Zweige sind zusammen mit den Nebenschlüssen in einer spezifischen Gitteranordnung geschaltet.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind eine große Anzahl von K Zellen in einer Kaskadenanordnung zusammengeschaltet. In jeder Zelle verbinden die Nebenschlüsse einen Anodenanschluss einer ersten Licht emittierenden Diode mit einem Kathodenanschluss einer Licht emittierenden Diode, welche 2n Zweige entfernt ist, wobei n die Zellenfolge definiert und von n = 1 bis n = K reicht. In einem weiteren Ausführungsbeispiel verbinden die Nebenschlüsse einen Anodenanschluss einer ersten licht emittierenden Diode mit einem Kathodenanschluss einer Licht emittierenden Diode, welche 2n-1 Zweige entfernt ist, während in einem anderen Ausführungsbeispiel die Nebenschlüsse einen Anodenanschluss einer ersten Licht emittierenden Diode mit einem Kathodenanschluss einer Licht emittierenden Diode verbinden, welche 2N-n Zweige von der ersten Licht emittierenden Diode entfernt ist.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist jede Zelle N Eingangsknotenpunktanschlüsse und N Ausgangsknotenpunktanschlüsse auf. Folglich ist in jeder Zelle jeder Eingangsknotenpunktanschluss in einer oberen Hälfte der Anordnung zusammen mit einem entsprechenden Eingangsknotenpunktanschluss in der unteren Hälfte der Anordnung mit den gleichen Ausgangsknotenpunktanschlüssen verbunden. Alternativ ist in jeder Zelle jeder Ausgangsknotenpunktanschluss in einer oberen Hälfte der Anordnung zusammen mit einem entsprechenden Ausgangsknotenpunktanschluss in der unteren Hälfte der Anordnung mit den gleichen Eingangsknotenpunktanschlüssen verbunden.
Die Anordnung von Licht emittierenden Dioden gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Verwendung Licht emittierender Dioden mit unterschiedlichen Durchlassspannungscharakteristiken, wobei trotzdem sichergestellt wird, dass sämtliche Licht emittierende Dioden in der Anordnung im Wesentlichen die gleiche Helligkeit aufweisen. Vorteilhafterweise ist das Beleuchtungssystem der vorliegenden Erfindung so ausgelegt, dass bei Ausfall einer Licht emittierenden Diode in einem Zweig die verbleibenden Licht emittierenden Dioden in diesem Zweig nicht gelöscht werden.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist jeder Zweig des Beleuchtungssystems ein Stromregelungselement, wie z. B. ein Widerstandselement, welches zum Beispiel als das erste und das letzte Element in jedem Zweig geschaltet ist, auf Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 - eine typische Anordnung von Licht emittierenden Dioden, wie von einem Beleuchtungssystem nach dem Stand der Technik verwendet;
Fig. 2A - eine weitere typische Anordnung, von Licht emittierenden Dioden, wie von einem Beleuchtungssystem nach dem Stand der Technik verwendet;
Fig. 2B - eine weitere typische Anordnung, Ton Licht emittierenden Dioden, wie von einem Beleuchtungssystem nach dem Stand der Technik verwendet;
Fig. 3 - eine Anordnung von Licht emittierenden Dioden, wie von einem Beleuchtungssystem verwendet, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 - eine Anordnung von Licht emittierenden Dioden, wie von einem Beleuchtungssystem verwendet, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 - eine Anordnung von Licht emittierenden Dioden, wie von einem Beleuchtungssystem verwendet, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 - eine Anordnung von Licht emittierenden Dioden, wie von einem Beleuchtungssystem verwendet, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; sowie
Fig. 7 - eine Anordnung von Licht emittierenden Dioden, wie von einem Beleuchtungssystem verwendet, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Im Allgemeinen verbinden die erfindungsgemäßen Anordnungen von Licht emittierenden Dioden entsprechend verschiedenen Ausführungsbeispielen (von denen einige in den Fig. 3 bis 7 dargestellt sind und welche unten näher erläutert werden) Licht emittierende Dioden in Konfigurationen, welche von einem spezifischen Gitterverhältnis bestimmt werden. Die in den Fig. 3 bis 7 dargestellten Schaltkreise zeigen einige der Möglichkeiten, wie Licht emittierende Dioden gemäß verschiedenen Konfigurationen verbunden werden können, wobei jedoch nicht die Absicht besteht, den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung durch die dargestellten Anordnungen einzuschränken.
Fig. 3 zeigt eine Anordnung 100 von Licht emittierenden Dioden, wie von einem Beleuchtungssystem verwendet, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Beleuchtungssystem weist eine große Anzahl elektrisch leitende Zweige auf. Jede Zelle 101 von Anordnung 100 weist N Zweige auf. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel N = 8, und damit weist Anordnung 100 8 Zweige, gekennzeichnet als Zweige 101(a) bis 101(h), auf. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung soll jedoch durch die Anzahl Zweige dieser Anordnung bzw. einer der anderen, unken beschriebenen Anordnungen nicht eingeschränkt werden.
Jeder Zweig weist Licht emittierende Dioden auf, welche in Reihe geschaltet sind. Eine Gruppe von entsprechenden Licht emittierenden Dioden sämtlicher Zweige (zusammen mit Licht emittierenden Dioden von Kopplungsnebenschlüssen, welche unten näher beschrieben werden) definiert eine Zelle. Die in Fig. 3 dargestellte Anordnung zeigt Kaskadenzellen 102 und 103 Licht emittierender Dioden. Es sei erwähnt, dass gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung eine Zellenanzahl K gebildet werden kann, wobei K eine ganze Zahl darstellt.
Jede Zelle 101 der Anordnung 100 weist eine erste Licht emittierende Diode (wie z. B. Licht emittierende Diode 110) von Zweig 101(a), eine erste Licht emittierende Diode (wie z. B. Licht emittierende Diode 111) von Zweig 101(b) usw. bis einschließlich eine erste Licht emittierende Diode (wie z. B. Licht emittierende Diode 117) von Zweig 101 (h) auf. Jeder der die Licht emittierenden Dioden aufweisenden Zweige ist anfangs (d. h. vor der ersten Zelle) über Widerstände (wie z. B. Widerstände 104(a) bis 104(h) parallel geschaltet. Die Widerstände weisen vorzugsweise die gleichen Widerstandswerte auf, um sicherzustellen, dass über jeden Zweig eine gleiche Strommenge erhalten wird.
Der Anodenanschluss der Licht emittierenden Diode in jedem Zweig ist an den Kathodenanschluss einer entsprechenden Licht emittierenden Diode in einem anderen Zweig gekoppelt. Dieser Anschluss wird durch einen Nebenschluss, welcher, gemäß einem Ausführungsbeispiel, eine weitere Licht emittierende Diode aufweist, hergestellt. Je nach Zelle wird der Nebenschluss von einem ersten Zweig zu einem zweiten Zweig geschaltet, wobei der zweite Zweig eine spezifische Anzahl Zweige von dem ersten Zweig entfernt ist. In dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist jeder Nebenschluss mit dem Anodenanschluss einer Licht emittierende Diode in einem ersten Zweig und mit dem Kathodenanschluss einer Licht emittierenden Diode in einem zweiten Zweig verbunden, wobei der zweite Zweig 2n Zweige von dem ersten Zweig entfernt ist und n die Zellenzahl, welche von 1 bis K reicht, darstellt.
Damit ist in der ersten Zelle (n = 1) jeder Nebenschluss mit dem Anodenanschluss einer Licht emittierenden Diode in einem ersten Zweig und mit dem Kathodenanschluss einer Licht emittierenden Diode in einem zweiten Zweig verbunden, wobei der zweite Zweig 21 oder 2 Zweige von dem ersten Zweig entfernt ist. Zum Beispiel ist in Zelle 102 der in Fig. 3 dargestellten Anordnung (Zelle 102 ist die erste Zelle, deshalb n = 1) der Anodenanschluss der Licht emittierenden Diode 110 in Zweig 101(a) über Nebenschluss 130 an den Kathodenanschluss der Licht emittierenden Diode 112 in Zweig 101(c), welcher zwei Zweige entfernt ist, gekoppelt. Nebenschluss 130 weist eine zusätzliche, Licht emittierende Diode 120 auf.
Gleichermaßen ist der Anodenanschluss der Licht emittierende Diode 111 in Zweig 101(b) über Nebenschluss 131 an den Kathodenanschluss der Licht emittierenden Diode 113 in Zweig 101(d), welcher zwei Zweige entfernt ist, gekoppelt. Nebenschluss 131 weist eine zusätzliche, Licht emittierende Diode 121 auf. Des Weiteren sind, wie in der Figur dargestellt, die Anodenanschlüsse jeder Licht emittierenden Diode 112 bis 117 jeweils über Nebenschlüsse 132 bis 137 an die Kathodenanschlüsse Licht emittierender Dioden, welche zwei Zweige entfernt sind, gekoppelt. Die Nebenschlüsse 132 bis 137 weisen jeweils Licht emittierende Dioden 122 bis 127 auf.
In diesem Ausführungsbeispiel ist in der zweiten Zelle (n = 2) jeder Nebenschluss mit dem Anodenanschluss einer Licht emittierenden Diode in einem ersten Zweig und mit dem Kathodenanschluss einer Licht emittierenden Diode in einem zweiten Zweig verbunden, wobei der zweite Zweig 2² oder vier Zweige von dem ersten Zweig entfernt ist. Zum Beispiel ist in Zelle 103 der in Fig. 3 dargestellten Anordnung (Zelle 103 ist die zweite Zelle, deshalb n = 2) der Anodenanschluss der Licht emittierenden Diode 150 in Zweig 101(a) über Nebenschluss 170 an den Kathodenanschluss der Licht emittierenden Diode 154 in Zweig 101(e), welcher vier Zweige entfernt ist, gekoppelt. Nebenschluss 170 weist eine zusätzliche, Licht emittierende Diode 160 auf.
Gleichermaßen ist der Anodenanschluss der Licht emittierenden Diode 151 in Zweig 101(b) über Nebenschluss 171 an den Kathodenanschluss der Licht emittierenden Diode 155 in Zweig 101(f), welcher vier Zweige entfernt ist, gekoppelt. Nebenschluss 171 weist eine zusätzliche, Licht emittierende Diode 161 auf. Ferner sind, wie in Zelle 103 der Figur dargestellt, die Anodenanschlüsse jeder Licht emittierenden Diode 152 bis 157 über Nebenschlüsse 172 bis 177 jeweils an die Kathodenanschlüsse Licht emittierender Dioden, welche vier Zweige entfernt sind, gekoppelt. Die Nebenschlüsse 172 bis 177 weisen jeweils Licht emittierende Dioden 162 bis 167 auf.
Licht emittierende Dioden, welche gemäß der in Fig. 3 dargestellten Anordnung geschaltet sind, weisen einen hohen Zuverlässigkeitsgrad auf, da bei einer Störung des offenen Stromkreises in diesem Zweig nicht der gesamte Zweig in Folge des Ausfalls einer Licht emittierenden Diode in diesem Zweig erlischt. Stattdessen fließt Strom über Nebenschlüsse 120 bis 127 sowie Nebenschlüsse 130 bis 137, um eine ausgefallene, Licht emittierende Diode zu umgehen. Wenn zum Beispiel die Licht emittierende Diode 110 von Fig. 3 ausfällt, fließt noch immer Strom über Zweig 132 und die Licht emittierende Diode 122 zu der Licht emittierenden Diode 150 (und beleuchtet diese dadurch). Zudem fließt noch immer Strom von Zweig 101(a) über Nebenschluss 130 zu Zweig 101(c).
Des Weiteren erlöschen in einem Kurzschlussfehlerzustand Licht emittierende Dioden in anderen Zweigen und Nebenschlüssen in Folge des Ausfalls einer Licht emittierenden Diode in einem Zweig nicht. Dieses resultiert daraus, dass die Licht emittierenden Dioden nicht parallel geschaltet sind. Wenn zum Beispiel die Licht emittierende Diode 110 kurzgeschlossen wird, fließt Strom durch den oberen Zweig 101(a), welcher keinen Spannungsabfall verzeichnet, und ebenfalls durch die Licht emittierende Diode 120 in Nebenschluss 130. Die Licht emittierende Diode 120 bleibt beleuchtet, da der durch diese fließende Strom, im Gegensatz zu dem in der Anordnung von Fig. 2B stattfindenden Abfall, lediglich minimal abfällt. Die verbleibenden Licht emittierenden Dioden in der Zelle bleiben ebenfalls beleuchtet, da ein Stromfluss durch diese über die Zweige 101(b) bis 101(h) und die entsprechenden Nebenschlüsse aufrechterhalten wird.
Überdies werden durch die Anordnung 100 von Licht emittierenden Dioden ebenfalls weitere Probleme gemindert, welche bei den Anordnungen von Licht emittierenden Dioden nach dem Stand der Technik hervorgerufen wurden. So stellt zum Beispiel die erfindungsgemäße Anordnung 100 von Licht emittierenden Dioden nach einem Ausführungsbeispiel sicher, dass sämtliche Licht emittierende Dioden in der Anordnung die gleiche Helligkeit aufweisen, ohne dass die Notwendigkeit besteht, dass die Licht emittierenden Dioden genau aufeinander abgestimmte Durchlassspannungscharakteristiken aufweisen. So können zum Beispiel die Licht emittierenden Dioden 110 bis 117 sowie die Licht emittierenden Dioden 120 bis 127 der in Fig. 3 dargestellten Anordnung Durchlassspannungscharakteristiken aufweisen, welche nicht so exakt aufeinander abgestimmt sind wie die Durchlassspannungscharakteristiken der Licht emittierenden Dioden in Anordnungen nach dem Stand der Technik. Dieses resultiert daraus, dass die Licht emittierenden Dioden in Zelle 102 der Anordnung 100, im Gegensatz zu den Anordnungen nach dem Stand der Technik, nicht parallel zueinander geschaltet sind.
Da Licht emittierende Dioden in jeder Zelle nicht parallel geschaltet sind, muss der Spannungsabfall an den Dioden nicht identisch sein. Infolgedessen ist es nicht erforderlich, dass die Durchlassspannungscharakteristiken jeder Licht emittierenden Diode anderen gleichen, um gleiche Beleuchtungsstärken vorzusehen. Mit anderen Worten, der Stromfluss durch eine Licht emittierende Diode mit einer niedrigeren Durchlassspannung wird nicht erhöht, um die Durchlassspannung der Licht emittierenden Diode der höheren Durchlassspannung einer anderen Licht emittierenden Diode gleichzusetzen. Da es nicht erforderlich ist, Licht emittierende Dioden mit genau aufeinander abgestimmten Durchlassspannungscharakteristiken vorzusehen, besteht bei der vorliegenden Erfindung nicht die Notwendigkeit, Licht emittierende Dioden nach genau aufeinander abgestimmten Spannungscharakteristiken einzustufen.
Fig. 4 zeigt eine Anordnung 200 von Licht emittierenden Dioden, wie von einem Beleuchtungssystem verwendet, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die in Fig. 4 dargestellte Anordnung zeigt Kaskadenzellen 202, 203 und 204 von Licht emittierenden Dioden. Wie zuvor erwähnt, kann gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung jede Anzahl Zellen nacheinander kaskadenartig miteinander verbunden werden.
Ähnlich wie bei der in Fig. 3 dargestellten Anordnung weist jede Zelle von Anordnung 200 N Zweige auf. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel N = 8, womit die Anordnung 200 8 Zweige, gekennzeichnet als Zweige 201(a) bis 201(h), aufweist. Die Zweige 201(a) bis 201(h) sind zu Anfang (d. h. vor der ersten Zelle 201) jeweils über Widerstände 205(a) bis 205(h) parallel geschaltet. Die Widerstände weisen vorzugsweise die gleichen Widerstandswerte auf, um sicherzustellen, dass über jeden Zweig eine gleiche Strommenge erhalten wird. Stromversorgungsquelle 248 führt den Licht emittierenden Dioden Strom zu. Die zusätzlichen Widerstände 206(a) bis 206(h) werden in Anordnung 200 an den Kathodenanschlüssen der letzten Licht emittierenden Dioden verwendet.
Auch hier weist jeder Zweig in jeder Zelle eine Licht emittierende Diode auf. So weist zum Beispiel Zweig 201(a) die Licht emittierende Diode 210 in der ersten Zelle 202, die Licht emittierende Diode 240 in der zweiten Zeile 203 und die Licht emittierende Diode 270 in der dritten Zelle 204 auf. Gleichermaßen weisen die Zweige 201(b) bis 201(h) jeweils die Licht emittierenden Dioden 211 bis 217 in der ersten Zelle 202, die Licht emittierenden Dioden 241 bis 247 in der zweiten Zelle 203 und die Licht emittierenden Dioden 271 bis 277 in der dritten Zelle 204 auf.
Der Anodenanschluss jeder Licht emittierenden Diode ist mit dem Kathodenanschluss einer entsprechenden Licht emittierenden Diode in einem anderen Zweig verbunden. Dieser Anschluss wird wiederum über einen Nebenschluss hergestellt, welcher, gemäß einem Ausführungsbeispiel, eine weitere, Licht emittierende Diode aufweist. Je nach Zelle ist der Nebenschluss von einem ersten Zweig zu einem zweiten Zweig geschaltet, wobei der zweite Zweig eine spezifische Anzahl Zweige von dem ersten Zweig entfernt ist. In dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist jeder Nebenschluss von dem Anodenanschluss einer Licht emittierenden Diode in einem ersten Zweig zu dem Kathodenanschluss einer Licht emittierenden Diode in einem zweiten Zweig geschaltet, wobei der zweite Zweig 2n-1 Zweige von dem ersten Zweig entfernt ist und n die Zellenzahl, welche von 1 bis K reicht, darstellt.
Damit ist in der ersten Zelle (n = 1) jeder Nebenschluss mit dem Anodenanschluss einer Licht emittierenden Diode in einem ersten Zweig und mit dem Kathodenanschluss einer Licht emittierenden Diode in einem zweiten Zweig verbunden, wobei der zweite Zweig 214 oder ein Zweig von dem ersten Zweig entfernt ist. So ist zum Beispiel in Zelle 202 der in Fig. 4 dargestellten Anordnung (Zelle 202 ist die erste Zelle, daher n = 1) der Anodenanschluss der Licht emittierenden Diode 210 in Zweig 201(a) über Nebenschluss 230 an den Kathodenanschluss der Licht emittierenden Diode 211 in Zweig 202(b), welcher einen Zweig entfernt ist, gekoppelt. Nebenschluss 230 weist eine zusätzliche, Licht emittierende Diode 220 auf.
Gleichermaßen ist der Anodenanschluss der Licht emittierenden Diode 212 in Zweig 201(c) über Nebenschluss 232 an den Kathodenanschluss der Licht emittierenden Diode 213 in Zweig 201(d), welcher einen Zweig entfernt ist, gekoppelt. Nebenschluss 232 weist eine zusätzliche, Licht emittierende Diode 222 auf. Ferner weist jeder Zweig für jede Zelle, wie z. B. 202, lediglich eine Nebenschlussschaltung auf, welche den Zweig an einen benachbarten Zweig koppelt. Zum Beispiel weist Zweig 201(b) lediglich Nebenanschluss 231 auf, während Zweig 201(c) lediglich Nebenanschluss 232 aufweist, und so weiter.
In diesem Ausführungsbeispiel ist in der zweiten Zelle (n = 2) jeder Nebenschluss mit dem Anodenanschluss einer Licht emittierenden Diode in einem ersten Zweig und mit dem Kathodenanschlus einer Licht emittierenden Diode in einem zweiten Zweig verbunden, wobei der zweite Zweig 2²&supmin;¹ oder zwei Zweige von dem ersten Zweig entfernt ist. Zum Beispiel ist in Zelle 203 der in Fig. 4 dargestellten Anordnung (Zelle 203 ist die zweite Zelle, daher n = 2) der Anodenanschluss der Licht emittierenden Diode 240 in Zweig 201(a) über Nebenschluss 260 an den Kathodenanschluss der Licht emittierenden Diode 242 in Zweig 201(c) gekoppelt, welcher zwei Zweige entfernt ist. Nebenschluss 260 weist eine zusätzliche, Licht emittierende Diode 250 auf.
Gleichermaßen ist der Anodenanschluss der Licht emittierenden Diode 244 in Zweig 201(e) über Nebenschluss 264 an den Kathodenanschluss der Licht emittierenden Diode 246 in Zweig 201(g), welcher zwei Zweige entfernt ist, gekoppelt. Nebenschluss 264 weist eine zusätzliche, Licht emittierende Diode 254 auf. Des Weiteren weist für Zelle 203 jeder Zweig lediglich eine Nebenschlussschaltung auf, welche den Zweig an einen benachbarten Zweig koppelt. Zum Beispiel weist Zweig 201(b) lediglich Nebenschluss 261 auf, während Zweig 201(c) lediglich Nebenschluss 262 aufweist, und so weiter.
In diesem Ausführungsbeispiel ist in der dritten Zelle (n = 3) jeder Nebenschluss mit dem Anodenanschluss einer Licht emittierenden Diode in einem ersten Zweig und dem Kathodenanschluss einer Licht emittierenden Diode in einem zweiten Zweig verbunden, wobei der zweite Zweig 2³&supmin;¹ oder vier Zweige von dem ersten Zweig entfernt ist. Zum Beispiel ist in Zelle 204 der in Fig. 4 dargestelltem Anordnung (Zelle 204 ist die dritte Zelle, daher n = 3) der Anodenanschluss der Licht emittierenden Diode 270 in Zweig 201(a) über Nebenschluss 290 mit dem Kathodenanschluss der Licht emittierenden Diode 274 in Zweig 101(e), welcher vier Zweige entfernt ist, verbunden. Nebenschluss 290 weist eine zusätzliche, Licht emittierende Diode 280 auf.
Gleichermaßen ist der Anodenanschluss der Licht emittierenden Diode 274 in Zweig 201(e) über Nebenschluss 294 an den Kathodenanschluss der Licht emittierenden Diode 270 in Zweig 201(a), welcher vier Zweige entfernt ist, gekoppelt. Nebenschluss 294 weist eine zusätzliche, Licht emittierende Diode 284 auf. Außerdem weist für Zelle 204 jeder Zweig lediglich eine Nebenschlussschaltung auf, welche den Zweig an einen angrenzenden Zweig koppelt. Zum Beispiel weist Zweig 201(b) lediglich Nebenschluss 291 auf, während Zweig 201(c) lediglich Nebenschluss 292 aufweist, und so weiter.
Wie zuvor in Verbindung mit der in Fig. 3 dargestellten Anordnung erörtert, weisen Licht emittierende Dioden, welche gemäß der in Fig. 4 gezeigten Anordnung geschaltet sind, einen hohen Zuverlässigkeitsgrad auf, da bei Störung des offenen Stromkreises auf Grund des Ausfalls einer Licht emittierenden Diode in diesem Zweig kein ganzer Zweig erlischt. Stattdessen fließt Strom über die Nebenschlüsse, um eine ausgefallene, Licht emittierende Diode zu umgehen. Wenn zum Beispiel die Licht emittierende Diode 210 von Fig. 4 ausfällt, fließt über Zweig 231 und die Licht emittierende Diode 221 noch immer Strom zu den Licht emittierenden Dioden 240 und 270 (und beleuchtet diese dadurch). Darüber hinaus fließt über Nebenschluss 230 nach immer Strom von Zweig 201(a) zu Zweig 201(b).
Des Weiteren erlöschen in einem Kurzschlussfehlerzustand Licht emittierende Dioden in anderen Zweigen und Nebenschlüssen auf Grund des Ausfalls einer Licht emittierenden Diode in einem Zweig nicht. Dieses resultiert daraus, dass die Licht emittierenden Dioden nicht parallel geschaltet sind. Wenn zum Beispiel die Licht emittierende Diode 210 kurzgeschlossen wird, fließt Strom durch den oberen Zweig 201(a), welcher keinen Spannungsabfall verzeichnet, und ebenfalls durch die Licht emittierende Diode 220 in Nebenschluss 230. Die Licht emittierende Diode 220 bleibt beleuchtet, da der durch diese fließende Strom, im Gegensatz zu dem in der Anordnung von Fig. 2B stattfindenden Abfall, lediglich minimal abfällt. Die verbleibenden Licht emittierenden Dioden in der Zelle bleiben ebenfalls beleuchtet, da ein Stromfluss durch diese über die Zweige 201(b) bis 201(h) und die entsprechenden Nebenschlüsse aufrechterhalten wird.
Überdies werden durch die Anordnung 200 von Licht emittierenden Dioden ebenfalls weitere Probleme gemindert, welche bei den Anordnungen von Licht emittierenden Dioden nach dem Stand der Technik hervorgerufen wurden. Aus den in Verbindung mit dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel erörterten Gründen stellt die erfindungsgemäße Anordnung 200 von Licht emittierenden Dioden sicher, dass sämtliche Licht emittierende Dioden in der Anordnung die gleiche Helligkeit aufweisen, ohne dass die Notwendigkeit besteht, dass die Licht emittierenden Dioden genau aufeinander abgestimmte Durchlassspannungscharakteristiken aufweisen.
Fig. 5 zeigt eine Anordnung 300 von Licht emittierenden Dioden, wie von einem Beleuchtungssystem verwendet, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die in Fig. 5 dargestellte Anordnung zeigt Kaskadenzellen 302, 303 und 304 von Licht emittierenden Dioden. Wie zuvor erwähnt, kann gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, jede Anzahl Zellen nacheinander kaskadenartig miteinander verbunden werden. Wie weiter unten erläutert, ist in diesem Ausführungsbeispiel jeder Nebenschluss mit dem Anodenanschluss einer Licht emittierenden Diode in einem ersten Zweig und dem Kathodenanschluss einer Licht emittierenden Diode in einem zweiten Zweig verbunden, wobei der zweite Zweig 2K-n Zweige von dem ersten Zweig entfernt ist, wobei K die Anzahl Zellen in der Anordnung und n die Zellenzahl darstellt.
Ähnlich wie die in den Fig. 3 und 4 dargestellten Anordnungen weist jede Zelle der Anordnung 300 N Zweige auf. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel N = 8, und damit weist Anordnung 300 8 Zweige, gekennzeichnet als Zweige 301(a) bis 301(h), auf. Die Zweige 301(a) bis 301(h) sind zu Anfang (d. h. vor der ersten Zelle 301) jeweils über Widerstände 305(a) bis 305(h) parallel geschaltet. Die Widerstände weisen vorzugsweise die gleichen Widerstandswerte auf, um sicherzustellen, dass über jeden Zweig eine gleiche Strommenge erhalten wird. Stromversorgungsquelle 348 führt den Licht emittierenden Dioden Strom zu. In der Anordnung 300 werden an den Kathodenanschlüssen der letzten Licht emittierenden Dioden zusätzliche Widerstände 306(a) bis 306(h) verwendet.
Jeder Zweig weist Licht emittierende Dioden auf, welche in Reihe geschaltet sind. Eine Gruppe entsprechender Licht emittierender Dioden in jedem Zweig (zusammen mit den Licht emittierenden Dioden der Kopplungsnebenschlüsse, welche unten näher erläutert werden) definiert eine Zelle. Somit weist Zweig 301(a) die Licht emittierende Diode 310 in der ersten Zelle 302, die Licht emittierende Diode 340 in der zweiten Zelle 303 und die Licht emittierende Diode 370 in der dritten Zelle 304 auf, welche in Reihe geschaltet sind. Des Weiteren weisen die Zweige 301(b) bis 301(h) jeweils die Licht emittierenden Dioden 311 bis 317 in der ersten Zelle 302, die Licht emittierenden Dioden 341 bis 347 in der zweiten Zelle 303 und die Licht emittierenden Dioden 371 bis 377 in der dritten Zelle 304 auf.
Der Anodenanschluss jeder Licht emittierenden Diode ist mit dem Kathodenanschluss einer Licht emittierenden Diode in einem anderen Zweig verbunden. Dieser Anschluss wird wiederum durch einen Nebenschluss hergestellt, welcher eine weitere, Licht emittierende Diode aufweist. Je nach Zelle ist der Nebenschluss von einem ersten Zweig zu einem zweiten Zweig geschaltet, wobei der zweite Zweig eine spezifische Anzahl Zweige von dem ersten Zweig entfernt ist. Wie zuvor erwähnt, ist jeder Nebenschluss mit dem Anodenanschluss einer Licht emittierenden Diode in einem ersten Zweig und mit dem Kathodenanschluss einer Licht emittierenden Diode in einem weiten Zweig verbunden, wobei der zweite Zweig 2K-n Zweige von dem ersten Zweig entfernt ist, wobei K die Anzahl Zellen in der Anordnung und n die Zellenzahl darstellt.
Damit ist in der ersten Zelle (n = 1) jeder Nebenschluss mit dem Anodenanschluss einer Licht emittierenden Diode in einem ersten Zweig und mit dem Kathodenanschluss einer Licht emittierenden Diode in einem zweiten Zweig verbunden, wobei der zweite Zweig 2³&supmin;¹ oder vier Zweige von dem ersten Zweig entfernt ist. Zum Beispiel ist in Zelle 302 der in Fig. 5 dargestellten Anordnung (Zelle 302 ist die erste Zelle, daher n = 1) der Anodenanschluss der Licht emittierenden Diode 310 in Zweig 301(a) über Nebenschluss 330 an den Kathodenanschluss der Licht emittierenden Diode 314 in Zweig 301(e), welcher vier Zweige entfernt ist, gekoppelt. Nebenschluss 330 weist eine zusätzliche, Licht emittierende Diode 320 auf.
Gleichermaßen ist der Anodenanschluss der Licht emittierenden Diode 312 in Zweig 301(c) über Nebenschluss 332 an den Kathodenanschluss der Licht emittierenden Diode 316 in Zweig 301(g), welcher vier Zweige entfernt ist, gekoppelt. Nebenschluss 332 weist eine zusätzliche, Licht emittierende Diode 322 auf. Außerdem weist für Zelle 302 jeder Zweig lediglich eine Nebenschlussschaltung auf, welche den Zweig an einen angrenzenden Zweig koppelt. Zum Beispiel weist Zweig 301(b) lediglich Nebenschluss 331 auf, während Zweig 301(c) lediglich Nebenschluss 332 aufweist, und so weiter.
In diesem Ausführungsbeispiel ist in der zweiten Zelle (n = 2) jeder Nebenschluss mit dem Anodenanschluss einer Licht emittierenden Diode in einem ersten Zweig und mit dem Kathodenanschluss einer Licht emittierenden Diode in einem zweiten Zweig verbunden, wobei der zweite Zweig 2³&supmin;² oder zwei Zweige von dem ersten Zweig entfernt ist. Zum Beispiel ist in Zelle 303 der in Fig. 5 dargestellten Anordnung (Zelle 303 ist die zweite Zelle, daher n = 2) der Anodenanschluss der Licht emittierenden Diode 340 in Zweig 301(a) über Nebenschluss 360 an den Kathodenanschluss der Licht emittierenden Diode 342 in Zweig 301(c), welcher zwei Zweige entfernt ist, gekoppelt. Nebenschluss 360 weist eine zusätzliche, Licht emittierende Diode 350 auf.
Gleichermaßen ist der Anodenanschluss der Licht emittierenden Diode 344 in Zweig 301(e) über Nebenschluss 364 an den Kathodenanschluss der Licht emittierenden Diode 346 in Zweig 301(g), welcher zwei Zweige entfernt ist, gekoppelt. Nebenschluss 364 weist eine zusätzliche, Licht emittierende Diode 354 auf. Außerdem weist für Zelle 303 jeder Zweig lediglich eine Nebenschlussschaltung auf, welche den Zweig an einen angrenzenden Zweig koppelt. Zum Beispiel weist Zweig 301(b) lediglich Nebenschluss 361 auf, während Zweig 301(c) lediglich Nebenschluss 362 aufweist, und so weiter.
In diesem Ausführungsbeispiel ist in der dritten Zelle (n = 3) jeder Nebenschluss mit dem Anodenanschluss einer Licht emittierenden Diode in einem ersten Zweig und mit dem Kathodenanschluss einer Licht emittierenden Diode in einem zweiten Zweig verbunden, wobei der zweite Zweig 2³&supmin;³ oder einen Zweig von dem ersten Zweig entfernt ist. Zum Beispiel ist in Zelle 304 der in Fig. 5 dargestellten Anordnung (Zelle 304 ist die dritte Zelle, daher n = 3) der Anodenanschluss der Licht emittierenden Diode 370 in Zweig 301(a) über Nebenschluss 390 an den Kathodenanschluss der Licht emittierenden Diode 371 in Zweig 301(b), welcher einen Zweig entfernt ist, gekoppelt. Nebenschluss 390 weist eine zusätzliche, Licht emittierende Diode 380 auf.
Gleichermaßen ist der Anodenanschluss der Licht emittierenden Diode 374 in Zweig 301(e) über Nebenschluss 394 an den Kathodenanschluss der Licht emittierenden Diode 375 in Zweig 301(f), welcher einen Zweig entfernt ist, gekoppelt. Nebenschluss 394 weist eine zusätzliche, Licht emittierende Diode 384 auf. Jeder Zweig weist für jede Zelle, wie z. B. 304, lediglich eine Nebenschlussschaltung auf, welche den Zweig an einen angrenzenden Zweig koppelt. Zum Beispiel weist Zweig 301(b) lediglich Nebenschluss 391 auf, während Zweig 301(c) lediglich Nebenschluss 392 aufweist, und so weiter.
Wie zuvor in Verbindung mit den in den Fig. 3 und 4 dargestellten Anordnungen erörtert, weisen Licht emittierende Dioden, welche gemäß der in Fig. 5 gezeigten Anordnung geschaltet sind, einen hohen Zuverlässigkeitsgrad auf, da bei Störung des offenen Stromkreises auf Grund des Ausfalls einer Licht emittierenden Diode in diesem Zweig kein ganzer Zweig erlischt. Stattdessen fließt Strom über die Nebenschlüsse, um eine ausgefallene, Licht emittierende Diode zu umgehen. Wenn zum Beispiel die Licht emittierende Diode 310 von Fig. 5 ausfällt, fließt über Zweig 334 und die Licht emittierende Diode 324 noch immer Strom zu den Licht emittierenden Dioden 340 und 370 (und beleuchtet diese dadurch). Darüber hinaus fließt über Nebenschluss 330 noch immer Strom von Zweig 301(a) zu Zweig 301(e).
Des Weiteren erlöschen in einem Kurzschlussfehlerzustand Licht emittierende Dioden in anderen Zweigen und Nebenschlüssen auf Grund des Ausfalls einer Licht emittierenden Diode in einem Zweig nicht. Dieses resultiert daraus, dass die Licht emittierenden Dioden nicht parallel geschaltet sind. Wenn zum Beispiel die Licht emittierende Diode 310 kurzgeschlossen wird, fließt Strom durch den oberen Zweig 301(a), welcher keinen Spannungsabfall verzeichnet, und ebenfalls durch die Licht emittierende Diode 320 in Nebenschluss 330. Die Licht emittierende Diode 320 bleibt beleuchtet, da der durch diese fließende Strom, im Gegensatz zu dem in der Anordnung von Fig. 2B stattfindenden Abfall, lediglich minimal abfällt. Die verbleibenden Licht emittierenden Dioden in der Zelle bleiben ebenfalls beleuchtet, da ein Stromfluss durch diese über die Zweige 301(b) bis 301(h) und die entsprechenden Nebenschlüsse aufrechterhalten wird.
Überdies werden durch die Anordnung 300 von Licht emittierenden Dioden ebenfalls weitere Probleme gemindert, welche bei den Anordnungen von Licht emittierenden Dioden nach dem Stand der Technik hervorgerufen wurden. Aus den in Verbindung mit dem in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen erörterten Gründen stellt die erfindungsgemäße Anordnung 300 von Licht emittierenden Dioden sicher, dass sämtliche Licht emittierende Dioden in der Anordnung die gleiche Helligkeit aufweisen, ohne dass die Notwendigkeit besteht, dass die Licht emittierenden Dioden genau aufeinander abgestimmte Durchlassspannungscharakteristiken aufweisen.
Fig. 6 zeigt eine Anordnung 400 von Licht emittierenden Dioden, wie von einem Beleuchtungssystem verwendet, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die aus Fig. 6 ersichtliche Anordnung zeigt Kaskadenzellen 402, 403 und 404 von Licht emittierenden Dioden. Es sei erwähnt, dass, gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, jede Anzahl Zellen nacheinander kaskadenartig miteinander verbunden werden kann.
Zweige 401(a) bis 401(h) sind zu Anfang (d. h. vor der ersten Zelle) über Widerstände 405(a) bis 405(h) jeweils parallel geschaltet. Die Widerstände weisen vorzugsweise die gleichen Widerstandswerte auf, um sicherzustellen, dass über jeden Zweig eine gleiche Strommenge erhalten wird. Stromversorgungsquelle 448 führt den Licht emittierenden Dioden Strom zu. In Anordnung 400 werden an den Kathodenanschlüssen der in der Anordnung dargestellten, letzten, Licht emittierenden Dioden zusätzliche Widerstände 405(a) bis 405(h) verwendet.
In diesem Ausführungsbeispiel weist jede Zelle von Anordnung 400 N Eingangsknotenpunktanschlüsse und N Ausgangsknotenpunktanschlüsse auf. Da die Zellen kaskadenartig geschaltet sind, entsprechen die Ausgangsknotenpunktanschlüsse einer ersten Zelle den Eingangsknotenpunktanschlüssen einer zweiten Zelle. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel N = 8, und somit weist jede Zelle von Anordnung 400 8 Eingangsknotenpunktanschlüsse und 8 Ausgangsknotenpunktanschlüsse auf. In der ersten Zelle 402 sind die Eingangsknotenpunktanschlüsse als Eingangsknotenpunktanschlüsse 408(a) bis 408(h) und die Ausgangsknotenpunktanschlüsse als Ausgangsknotenpunktanschlüsse 438(a) bis 438(h) gekennzeichnet. In der zweiten Zelle 403 sind die Eingangsknotenpunktanschlüsse als Knotenpunktanschlüsse 438(a) bis 438(h) (d. h. entsprechend den Ausgangsknotenpunktanschlüssen der vorherigen Zelle) und die Ausgangsknotenpunktanschlüsse als Ausgangsknotenpunktanschlüsse 468(a) bis 468(h) gekennzeichnet. Schließlich sind in der dritten Zelle 404 die Eingangsknotenpunktanschlüsse als Knotenpunktanschlüsse 468(a) bis 468(h) (d. h. wiederum entsprechend den Ausgangsknotenpunktanschlüssen der vorherigen Zelle) und die Ausgangsknotenpunktanschlüsse als Ausgangsknotenpunktanschlüsse 499(a) bis 499(h) gekennzeichnet.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist jeder Eingangsknotenpunktanschluss in einer Zelle über elektrisch leitende Zweige mit zwei Ausgangsknotenpunktanschlüssen verbunden. Infolgedessen ist jeder Ausgangsknotenpunktanschluss über elektrisch leitende Zweige ebenfalls mit zwei Eingangsknotenpunktanschlüssen verbunden. In jeder Zelle weist jeder Zweig eine Licht emittierende Diode auf. Eine Gruppe von entsprechenden Licht emittierenden Dioden (zusammen mit den Licht emittierenden Dioden in den Kopplungsnebenschlüssen, wie unten erläutert) definiert eine Zelle. Wie weiter unten näher erläutert, ist bei sämtlichen Zellen jeder Eingangsknotenpunktanschluss in einer oberen Hälfte der Anordnung zusammen mit einem entsprechenden Eingangsknotenpunktanschluss in der unteren Hälfte der Anordnung mit den gleichen, jeweiligen Ausgangsknotenpunktanschlüssen verbunden.
In diesem Ausführungsbeispiel wird in der ersten Zelle 402 die obere Hälfte der Anordnung durch Zweige 409(a) bis 409(d), die untere Hälfte der Anordnung dagegen durch Zweige 409(e) bis 409(h) definiert. Wie zuvor erwähnt, ist jeder Eingangsanschluss in der oberen Hälfte der Anordnung zusammen mit einem entsprechenden Eingangsanschluss in der unteren Hälfte mit den gleichen zwei Ausgangsanschlüssen verbunden. Somit sind zum Beispiel der erste Eingangsanschluss der oberen Hälfte, nämlich der Eingangsknotenpunktanschluss 408(a) und ein entsprechender, erster Eingangsknotenpunktanschluss 408(e) der unteren Hälfte mit den gleichen zwei Ausgangsknotenpunktanschlüssen, nämlich den Ausgangsknotenpunktanschlüssen 438(a) und 438(b), verbunden. Ebenso sind der zweite Eingangsknotenpunktanschluss der oberen Hälfte der Anordnung und ein entsprechender, zweiter Eingangsknotenpunktanschluss in der unteren Hälfte, nämlich Anschlüsse 408(b) und 408(f), mit den gleichen zwei Ausgangsknotenpunktanschlüssen, nämlich den Ausgangsanschlüssen 438(b) und 438(d), verbunden, und so weiter.
In der zweiten Zelle wird die obere Hälfte der Struktur jeweils durch Anschlüsse 438(a) und 468(a) bis 438(d) und 468(d), definiert, während die untere Hälfte der Anordnung jeweils durch Anschlüsse 438(e) und 468(e) bis 438(h) und 468(h) definiert wird. Wie in der ersten Zelle ist jeder Eingangsknotenpunktanschluss in der oberen Hälfte der Struktur zusammen mit einem entsprechenden Eingangsknotenpunktanschluss in der unteren Hälfte mit den gleichen Ausgangsknotenpunktanschlüssen verbunden. Somit sind zum Beispiel der erste Eingangsanschluss der oberen Hälfte, nämlich Eingangsknotenpunktanschluss 438(a) und ein entsprechender Eingangsknotenpunktanschluss der unteren Hälfte, nämlich Eingangsknotenpunktanschluss 438(e), mit den gleichen zwei Ausgangsknotenpunktanschlüssen, nämlich den Ausgangsknotenpunktanschlüssen 468(a) und 468(c), verbunden. Ebenso sind die zweiten Eingangsknotenpunktanschlüsse der oberen und unteren Hälfte der Anordnung, nämlich die Eingangsanschlüsse 438(b) und 438(f), mit den gleichen zwei Ausgangsknotenpunktanschlüssen, nämlich den Ausgangsanschlüssen 468(b) und 468(d), verbunden, und so weiter.
Ebenso wird in der dritten Zelle 404 die obere Hälfte der Anordnung jeweils durch Anschlüsse 468(a) und 499(a) bis 468(d) und 499(d) definiert, während die untere Hälfte der Anordnung jeweils durch Anschlüsse 468(e) und 499(e) bis 468(h) und 499(h) definiert wird. Wie auch in der ersten Zelle ist jeder Eingangsknotenpunktanschluss in der oberen Hälfte der Struktur zusammen mit einem entsprechenden Eingangsknotenpunktanschluss in der unteren Hälfte mit den gleichen Ausgangsknotenpunktanschlüssen verbunden. Somit sind zum Beispiel der erste Eingangsanschluss der oberen Hälfte, nämlich Eingangsknotenpunktanschluss 468(a), und ein entsprechender Eingangsknotenpunktanschluss der unteren Hälfte, nämlich Eingangsknotenpunktanschluss 468(e), mit den gleichen beiden Ausgangsknotenpunktanschlossen, nämlich den Ausgangsknotenpunktanschlüssen 499(a) und 499(e), verbunden. Ebenso sind die zweiten Eingangsknotenpunktanschlüsse der oberen und unteren Hälfte der Anordnung, nämlich die Eingangsanschlüsse 468(b) und 468(f), mit den gleichen zwei Ausgangsknotenpunktanschlüssen, nämlich den Ausgangsanschlüssen 499(b) und 499(f), verbunden, und so weiter.
Wie zuvor im Zusammenhang mit den in den Fig. 3 bis 5 dargestellten Anordnungen erörtert, weisen Licht emittierende Dioden, welche gemäß der in Fig. 6 dargestellten Anordnung geschaltet sind, einen hohen Zuverlässigkeitsgrad auf, da bei einer Störung des offenen Stromkreises kein ganzer Zweig in Folge des Ausfalls einer Licht emittierenden Diode in diesem Zweig erlischt. Stattdessen fließt Strom über die Nebenschlüsse, um eine ausgefallene, Licht emittierende Diode zu umgehen. Wenn zum Beispiel die Licht emittierende Diode 410 von Fig. 6 ausfällt, fließt über Zweig 409(e) und die Licht emittierende Diode 414 noch immer Strom zu den Licht emittierenden Dioden 440 und 470 (und beleuchtet diese dadurch). Zudem fließt über Nebenschluss 430 noch immer Strom von Zweig 401(a) zu den Licht emittierenden Dioden 441 und 471.
Des Weiteren erlöschen in einem Kurzschluss Fehlerzustand Licht emittierende Dioden in anderen Zweigen und Nebenschlüssen in Folge des Ausfalls einer Licht emittierenden Diode in einem Zweig nicht. Dieses resultiert daraus, dass die Licht emittierenden Dioden nicht parallel geschaltet sind. Wenn zum Beispiel die Licht emittierende Diode 410 einen Kurzschluss erleidet, fließt Strom durch den oberen Zweig 401(a), welcher keinen Spannungsabfall verzeichnet, und ebenfalls durch die Licht emittierende Diode 420 in Nebenschluss 430. Die Licht emittierende Diode 420 bleibt beleuchtet, da der durch diese fließende Strom, im Gegensatz zu dem in der Anordnung von Fig. 2B stattfindenden Abfall, lediglich minimal abfällt. Die verbleibenden Licht emittierenden Dioden in der Zelle bleiben ebenfalls beleuchtet, da ein Stromfluss durch diese über die Zweige 441(b) bis 401(h) und die entsprechenden Nebenschlüsse aufrechterhalten wird.
Überdies werden durch die Anordnung 400 von Licht emittierenden Dioden ebenfalls weitere Probleme gemindert, welche bei den Anordnungen von Licht emittierenden Dioden nach dem Stand der Technik hervorgerufen wurden. Aus den in Verbindung mit dem in den Fig. 3 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispielen erörterten Gründen stellt die erfindungsgemäße Anordnung 400 von Licht emittierenden Dioden sicher, dass sämtliche Licht emittierende Dioden in der Anordnung die gleiche Helligkeit aufweisen, ohne dass die Notwendigkeit besteht, dass die Licht emittierenden Dioden genau aufeinander abgestimmte Durchlassspannungscharakteristiken aufweisen.
Fig. 7 zeigt eine Anordnung 500 von Licht emittierenden Dioden, wie von einem Beleuchtungssystem verwendet, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die in Fig. 7 dargestellte Anordnung zeigt Kaskadenzellen 502, 503 und 504 von Licht emittierenden Dioden. Wie auch in den zuvor dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Zweige 501(a) bis 501(h) zu Anfang (d. h. vor der ersten Zelle) jeweils über Widerstände 505(a) bis 505(h) parallel geschaltet. Die Stromversorgungsquelle 504 führt den Licht emittierenden Dioden Strom zu. In Anordnung 500 werden an den Kathodenanschlüssen der letzten, Licht emittierenden Dioden zusätzliche Widerstände 505(a) bis 505(h) verwendet.
Wie zuvor in Fig. 6 dargestellt, weist jede Zelle von Anordnung 500 N Eingangsknotenpunktanschlüsse und N Ausgangsknotenpunktanschlüsse auf. Da die Zellen kaskadenartig geschaltet sind, entsprechen die Ausgangsknotenpunktanschlüsse einer ersten Zelle den Eingangsknotenpunktanschlüssen einer zweiten Zelle. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel N = 8, und somit weist jede Zelle von Anordnung 500 8 Eingangsknotenpunktanschlüsse und 8 Ausgangsknotenpunktanschlüsse auf. In der ersten Zelle 502 sind die Eingangsknotenpunktanschlüsse als Eingangsknotenpunktanschlüsse 508(a) bis 508(h) und die Ausgangsknotenpunktanschlüsse als Ausgangsknotenpunktanschlüsse 538(a) bis 538(h) gekennzeichnet. In der zweiten Zelle 503 sind die Eingangsknotenpunktanschlüsse als Knotenpunktanschlüsse 538(a) bis 538(h) (d. h. entsprechend den Ausgangsknotenpunktanschlüssen der vorherigen Zelle) und die Ausgangsknotenpunktanschlüsse als Ausgangsknotenpunktanschlüsse 568(a) bis 568(h) gekennzeichnet. Schließlich sind in der dritten Zelle 504 die Eingangsknotenpunktanschlüsse als Knotenpunktanschlüsse 568(a) bis 568(h) (d. h. wiederum entsprechend den Ausgangsknotenpunktanschlüssen der vorherigen Zelle) und die Ausgangsknotenpunktanschlüsse als Ausgangsknotenpunktanschlüsse 599(a) bis 599(h) gekennzeichnet.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist jeder Eingangsknotenpunktanschluss in einer Zelle über elektrisch leitende Zweige mit zwei Ausgangsknotenpunktanschlüssen verbunden. Infolgedessen ist jeder Ausgangsknotenpunktanschluss über elektrisch leitende Zweige ebenfalls mit zwei Eingangsknotenpunktanschlüssen verbunden. In jeder Zelle weist jeder Zweig eine Licht emittierende Diode auf. Eine Gruppe von entsprechenden Licht emittierenden Dioden (zusammen mit den Licht emittierenden Dioden in den Kopplungsnebenschlüssen, wie unten erläutert) definiert eine Zelle. Wie weiter unten näher erläutert, ist bei sämtlichen Zellen jeder Ausgangsknotenpunktanschluss in einer oberen Hälfte der Anordnung zusammen mit einem entsprechenden Ausgangsknotenpunktanschluss in der unteren Hälfte der Anordnung mit den gleichen, jeweiligen Eingangsknotenpunktanschlüssen verbunden.
In diesem Ausführungsbeispiel wird in der ersten Zelle 502 die obere Hälfte der Anordnung durch Zweige 509(a) bis 509(d), die untere Hälfte der Anordnung dagegen durch Zweige 509(e) bis 509(h) definiert. Wie zuvor erwähnt, ist jeder Ausgangsknotenpunktanschluss in der oberen Hälfte der Anordnung zusammen mit einem entsprechenden Ausgangsknotenpunktanschluss in der unteren Hälfte mit den gleichen zwei Eingangsknotenpunktanschlüssen verbunden. Somit sind zum Beispiel der erste Ausgangsanschluss der oberen Hälfte, nämlich der Ausgangsanschluss 538(a) und ein entsprechender Ausgangsanschluss der unteren Hälfte, nämlich Ausgangsanschluss 538(e), mit den gleichen zwei Eingangsanschlüssen, nämlich den Eingangsanschlüssen 508(a) und 508(e), verbunden. Ebenso sind der zweite Ausgangsknotenpunktanschluss der oberen Hälfte der Anordnung und ein entsprechender Ausgangsanschluss in der unteren Hälfte, nämlich Anschlüsse 538(b) und 538(f), mit den gleichen zwei Eingangsknotenpunktanschlüssen, nämlich den Eingangsanschlüssen 508(b) und 508(f), verbunden, und so weiter.
In der zweiten Zelle 503 wird die obere Hälfte der Anordnung jeweils durch Anschlüsse 538(a) und 568(a) bis 538(d) und 568(d) definiert, während die untere Hälfte der Anordnung jeweils durch Anschlüsse 538(e) und 568(e) bis 538(h) und 568(h) definiert wird. Wie in der ersten Zelle ist jeder Ausgangsknotenpunktanschluss in der oberen Hälfte der Anordnung zusammen mit einem entsprechenden Ausgangsknotenpunktanschluss in der unteren Hälfte mit den gleichen Eingangsknotenpunktanschlüssen verbunden. Somit sind zum Beispiel der erste Ausgangsanschluss der oberen Hälfte, nämlich Ausgangsknotenpunktanschluss 568(a) und ein entsprechender Ausgangsknotenpunktanschluss der unteren Hälfte, nämlich Ausgangsknotenpunktanschluss 568(e), mit den gleichen zwei Eingangsknotenpunktanschlüssen, nämlich den Eingangsknotenpunktanschlüssen 538(a) und 538(c), verbunden. Ebenso sind die zweiten Ausgangsknotenpunktanschlüsse der oberen und unteren Hälfte der Anordnung, nämlich die Ausgangsanschlüsse 568(b) und 568(f), mit den gleichen zwei Eingangsknotenpunktanschlüssen, nämlich den Eingangsanschlüssen 538(b) und 538(d), verbunden, und so weiter.
Des Weiteren wird in der dritten Zelle 504 die obere Hälfte der Anordnung jeweils durch Anschlüsse 568(a) und 599(a) bis 568(d) und 599(d) definiert, während die untere Hälfte der Anordnung jeweils durch Anschlüsse 568(e) und 599(e) bis 568(h) und 599(h) definiert wird. Wie in der ersten Zelle ist jeder Ausgangsknotenpunktanschluss in der oberen Hälfte der Anordnung zusammen mit einem entsprechenden Ausgangsknotenpunktanschluss in der unteren Hälfte mit den gleichen zwei Eingangsknotenpunktanschlüssen verbunden. Somit sind zum Beispiel der erste Ausgangsar schluss der oberen Hälfte, nämlich der Ausgangsknotenpunktanschluss 599(a) und ein entsprechender Ausgangsknotenpunktanschluss der unteren Hälfte, nämlich Ausgangsknotenpunktanschluss 599(e), mit den gleichen zwei Eingangsknotenpunktanschlüssen, nämlich den Eingangsknotenpunktanschlüssen 568(a) und 568(b), verbunden. Ebenso sind die zweiten Ausgangsknotenpunktanschlüsse der oberen und unteren Hälfte der Anordnung, nämlich Ausgangsanschlüsse 599(b) und 599(f), mit den gleichen zwei Eingangsknotenpunktanschlüssen, nämlich den Eingangsanschlüssen 568(c) und 568(d), verbunden, und so weiter.
Wie im Zusammenhang mit den vorhergehenden Ausführungsbeispielen erörtert, weisen Licht emittierende Dioden, welche gemäß der in Fig. 7 dargestellten Anordnung geschaltet sind, einen hohen Zuverlässigkeitsgrad auf, da bei einer Störung des offenen Stromkreises kein ganzer Zweig in Folge des Ausfalls einer Licht emittierenden Diode in diesem Zweig erlischt. Stattdessen fließt Strom über die Nebenschlüsse, um eine ausgefallene, Licht emittierende Diode zu umgehen. Wenn zum Beispiel die Licht emittierende Diode 510 von Fig. 7 ausfällt, fließt über Zweig 509(e) und die Licht emittierende Diode 514 noch immer Strom zu den Licht emittierenden Dioden 540 und 570 (und beleuchtet diese dadurch). Zudem fließt über Nebenschluss 530 noch immer Strom von Zweig 501(a) zu der Licht emittierenden Diode 541.
Des Weiteren erlöschen in einem Kurzschlussfehlerzustand Licht emittierende Dioden in anderen Zweigen und Nebenschlüssen in Folge des Ausfalls einer Licht emittierenden Diode in einem Zweig nicht. Dieses resultiert daraus, dass die Licht emittierenden Dioden nicht parallel geschaltet sind. Wenn zum Beispiel die Licht emittierende Diode 510 einen Kurzschluss erleidet, fließt Strom durch den oberen Zweig 501(a), welcher keinen Spannungsabfall verzeichnet, und ebenfalls durch die Licht emittierende Diode 520 in Nebenschluss 530. Die Licht emittierende Diode 520 bleibt beleuchtet, da der durch diese fließende Strom, im Gegensatz zu dem in der Anordnung von Fig. 2B stattfindenden Abfall, lediglich minimal abfällt. Die verbleibenden Licht emittierenden Dioden in der Zelle bleiben ebenfalls beleuchtet, da ein Stromfluss durch diese über die Zweige 501(b) bis 501(h) und die entsprechenden Nebenschlüsse aufrechterhalten wird.
Überdies werden durch die Anordnung 500 von Licht emittierenden Dioden ebenfalls weitere Probleme gemindert, welche bei den Anordnungen von Licht emittierenden Dioden nach dem Stand der Technik hervorgerufen wurden. Aus den in Verbindung mit den obigen Ausführungsbeispielen erörterten Gründen stellt die erfindungsgemäße Anordnung 500 von Licht emittierenden Dioden sicher, dass sämtliche Licht emittierende Dioden in der Anordnung die gleiche Helligkeit aufweisen, ohne dass die Licht emittierenden Dioden genau aufeinander abgestimmte Durchlassspannungscharakteristiken aufweisen müssen, wodurch die zusätzlichen Herstellungskosten und Zeit, welche durch Kategorisierungsprozesse erforderlich sind, reduziert werden.
Obgleich nur einzelne Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und beschrieben worden sind, liegt es für Fachkundige auf der Hand, Änderungen und Modifikationen vorzunehmen, ohne dabei von der Erfindung abzuweichen. Die beigefügten Ansprüche sollen daher so verstanden werden, dass sie alle solche Änderungen und Modifikationen, wie diese unter den Umfang und die Wesensart der Erfindung fallen, umfassen.

Claims

1. Beleuchtungssystem (100) mit:

einer Stromversorgungsquelle;

einer großen Anzahl elektrisch leitender Zweige (101), wobei die Zweige parallel zu der Stromversorgungsquelle gekoppelt sind, wobei jeder dieser Zweige mindestens eine Licht emittierende Diode (110) aufweist; sowie

einer großen Anzahl Nebenschlüsse (130), wobei jeder dieser Nebenschlüsse einen Anodenanschluss einer ersten Licht emittierenden Diode (110) mit einem Kathodenanschluss einer entsprechenden Licht emittierenden Diode (112) in einem anderen Zweig so verbindet, dass eine entsprechende Gruppe von Licht emittierenden Dioden zusammen mit deren entsprechenden Kopplungsnebenschlüssen eine Zelle (102) definieren, und wobei die Zweige zusammen mit den Nebenschlüssen in einer spezifischen Gitteranordnung gekoppelt sind.

2. Beleuchtungssystem (100) nach Anspruch 1, wobei die Zellen (102) in Kaskadenanordnung so zusammengeschaltet sind, dass die Nebenschlüsse (130) einen Anodenanschluss einer ersten Licht emittierenden Diode (110) mit einem Kathodenanschluss einer Licht emittierenden Diode (112), welche 2n Zweige von der ersten Licht emittierenden Diode entfernt ist, verbinden, wobei n die Zellenzahl innerhalb der Kaskadenanordnung darstellt.

3. Beleuchtungssystem (200) nach Anspruch 1, wobei die Zellen (202) in Kaskadenanordnung so zusammengeschaltet sind, dass die Nebenschlüsse (230) einen Anodenanschluss einer ersten Licht emittierenden Diode (210) mit einem Kathodenanschluss einer Licht emittierenden Diode (211), welche 2n-1 Zweige von der ersten Licht emittierenden Diode entfernt ist, verbinden, wobei n die Zellenzahl innerhalb der Kaskadenanordnung darstellt.

4. Beleuchtungssystem (300) nach Anspruch 1, wobei K Zellen (302) in einer Kaskadenanordnung so zusammengeschaltet sind, dass die Nebenschlüsse (330) einen Anodenanschluss einer ersten Licht emittierenden Diode (310) mit einem Kathodenanschluss einer Licht emittierenden Diode (314), welche 2K-n Zweige von der ersten Licht emittierenden Diode entfernt ist, verbinden, wobei K die Anzahl Zellen in dem Beleuchtungssystem und n eine Zellenzahl in der Kaskadenanordnung darstellt.

5. Beleuchtungssystem (400) nach Anspruch 1, wobei jede Zelle N Eingangsknotenpunktanschlüsse (408) und N Ausgangsknotenpunktanschlüsse (438) aufweist.

6. Beleuchtungssystem (400) nach Anspruch 5, wobei in jeder Zelle jeder Eingangsknotenpunktanschluss (408) in einer oberen Hälfte der Anordnung zusammen mit einem entsprechenden Eingangsknotenpunktanschluss (408) in der unteren Hälfte der Anordnung mit den gleichen Ausgangsknotenpunktanschlüssen (438) verbunden ist.

7. Beleuchtungssystem (500) nach Anspruch 5, wobei in jeder Zelle jeder Ausgangsknotenpunktanschluss in einer oberen Hälfte der Anordnung zusammen mit einem entsprechenden Ausgangsknotenpunktanschluss in der unteren Hälfte der Anordnung mit den gleichen Eingangsknotenpunktanschlüssen verbunden ist.

8. Beleuchtungssystem (100) nach Anspruch 1, wobei die Nebenschlüsse (130) eine Licht emittierende Diode (120) aufweisen.

9. Beleuchtungssystem (100) nach Anspruch 1, wobei jeder Zweig (101) ferner ein Stromregelungselement aufweist.

10. Beleuchtungssystem (100) nach Anspruch 9, wobei das Stromregelungselement durch einen Widerstand dargestellt ist.

11. Beleuchtungssystem (100) nach Anspruch 10, wobei der Widerstand bei jedem Zweig (101) als erstes Element dargestellt ist.

12. Beleuchtungssystem (100) nach Anspruch 10, wobei der Widerstand bei jedem Zweig (101) als letztes Element dargestellt ist.