JP2008509523A

JP2008509523A - Ｌｅｄ照明装置

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Publication number: JP2008509523A
Application number: JP2007524822A
Authority: JP
Inventors: ン、ジェイムス、ケー．
Original assignee: ン、ジェイムス、ケー．
Priority date: 2004-08-04
Filing date: 2005-07-13
Publication date: 2008-03-27
Also published as: WO2006019897A3; US7847486B2; WO2006019897A2; US20090021185A1

Abstract

照明装置は、発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザダイオード等の少なくとも一つの発光固体素子のアレイ（１００）を有する。交流または直流のいずれかを供給する電圧源（１０）が、アレイを作動させる。アレイ（１００）と電気的に直列に接続されたアレイ状態回路（１２５；Ｑ２、Ｒ２）が、アレイを流れる電流量または温度等のアレイの少なくとも一つの状態を検出する。二次回路（１２７；Ｒ１、Ｑ１；２００、２０１、２０２；２００、Ｒ４、Ｑ１；１２６、１２７）がアレイ（１００）に並列に接続される。スイッチング部品（Ｑ１；Ｑ１、Ｑ３；２０２）は、アレイを流れる電流が略一定に保たれるようにアレイの検出された状態に応じて二次回路を流れる電流を調整する。第３の並列な、過剰電流分流路を備えてもよく、その場合には、二次回路に流れる電流を検出し過剰電流閾値を超える二次回路の電流を過剰電流分流路に分流する過剰電流分流回路をさらに備え、アレイ（１００）の第１閾値を超えるオーバーフロー電流をアレイから分流し、第２閾値を超える過剰電流を二次回路から過剰電流分流回路へと分流する。アレイ用の広角搭載装置をさらに備える。
【選択図】図１１Ａ

Description

本発明は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザダイオードを使用する照明装置に関する。

かつて唯一の人工の光源が火であった頃以来ずっと、より一層効率的な光源が必要とされてきた。固体物理学により数々の飛躍的な進歩がもたらされており、一般的に使用されるほとんど全ての照明装置の動作原理をおそらく変えることになるであろう。

（ＬＥＤｖｓ. 白熱灯）
白熱電球は、表示ランプ、作業ランプ、一般照明、装飾用ランプ、警告ランプ、交通用ランプ等に一般的に使用される。しかしながら、ハロゲン電球を含む白熱電球および程度は軽いもののプラズマを用いた蛍光灯も一般的に、エネルギー使用の観点で効率が悪く、比較的寿命が短いために、交換頻度が多くなる。一般に、白熱電球に送られる電気エネルギーの２％未満が可視光エネルギーに変換され、残りは熱に変わってしまう。光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用することによりエネルギーをかなり節約することが可能となる。

（超高輝度（超光）ＬＥＤ）
ＬＥＤは、白熱灯や蛍光灯に較べて（ルーメン・パー・ワットの点で）はるかに効率的であり、さらに、ＬＥＤは一般に、はるかに長持ちする。「超光」または「超高輝度」として知られている種類のＬＥＤは、特にそうであり、自動車用テールランプや交通信号灯などの用途に既に使用されている。

（ＬＥＤの特性）
公知のようにまたその名が示すように、ＬＥＤはダイオードである。したがって、ＬＥＤは、直流（ＤＣ）装置であり、過度な逆方向電圧、順方向電流により、または動作温度が高すぎたりすると容易に破損してしまう。さらにＬＥＤは、順方向電圧（Ｖｆ）、つまりＬＥＤのアノードとカソードとの間に印加される直流正電圧の変化の影響を非常に受けやすく、順方向電圧が少し増加すると、ＬＥＤ電流が急激に増加してしまう。この結果高温となるとＬＥＤは瞬時に破壊される可能性がある。光源としてのＬＥＤの利点（高ルーメン・パー・ワット、耐用年数が長いこと等）を維持するには、ＬＥＤを常に安全動作域内で動作させる必要がある。

（ＬＥＤ動作電圧および電流）
照明用またはインジケータとして超高輝度ＬＥＤの利点を最大限にするために、任意の種類のＬＥＤの順方向直流電流は、メーカが規定したレベルでバイアスがかけられている。例えば、５ｍｍＬＥＤの場合、その電流は一般に約２５ｍＡＤＣでバイアスがかけられており、周囲温度がメーカによって規定された一定のレベルを超えなければ、ＬＥＤを安全動作域に維持しながらＬＥＤからの光のほとんどが得られる。この結果、ＬＥＤ照明装置はＬＥＤの長い耐用年数および高ルーメン・パー・ワットを享受できる。ただし、所定の電流での順方向電圧は、同じＬＥＤウエハ内でも大きく変化する可能性がある。例えば、一般的な超高輝度青色ＬＥＤウエハにおいて、２５ｍＡでの順方向電圧は、３．０ＶＤＣから３．５ＶＤＣまで変動する可能性がある。さらに、この順方向電圧は、ＬＥＤの温度にも依存し、一般に温度が１℃上昇すると、電圧は約２ｍＶ減少する。

（ＬＥＤへの定エネルギー伝達）
光源として超高輝度ＬＥＤを使用する装置において、多くのＬＥＤが一般に直列にも並列にも配列されて接続される。ＬＥＤは通常集合的に実装され、限られた空間において単一のＬＥＤ照明装置を形成するので、放熱が制限される。安全動作域でＬＥＤを動作させながらＬＥＤ照明装置の性能を最適化するには、実質的に一定のＬＥＤエネルギー伝達が必要であり、つまり、周辺回路部品での熱となるエネルギーの消耗を最小限にしながら、電源からＬＥＤへのエネルギーを最大かつ比較的一定のレベルに維持する必要がある。同時に、入力電圧、周辺部品パラメータおよびＬＥＤ順方向電圧の変動に対処する必要がある。このような最適化がなされなければ、ＬＥＤ照明装置は上手く動作しない、つまり、可能なルーメン・パー・ワットが得られないか、設計通りとならない、つまり安全動作域外で動作してしまう。

（電源）
多くの異なる電源がＬＥＤ照明装置を駆動するのに使用される。電源としては交流電源も直流電源も使用され、例えば、壁コンセント（５０または６０Ｈｚで１２０または２４０ＶＡＣ）、降圧変圧器（１２または２４ＶＡＣ）、太陽電池パネル（一般に０．３ＶＤＣを複数）、蓄電池（一般に２ＶＤＣを複数）、直流電源（一般に、５、１２、１５ＶＤＣ等）が従来のＬＥＤ照明装置を駆動するのに使用される全ての電圧源である。

送電線（線間電圧）から壁コンセントによって得られるような従来からの交流電源は一般に、５０または６０Ｈｚで１１０または２２０ＶＡＣである。この他の電圧と周波数との組合せも利用可能であり、例えば、日本では１００ＶＡＣが用いられており、宇宙ステーションでは４８ＶＡＣ、２０ｋＨｚが提案されていた。

交流電圧源は、ＬＥＤ駆動用に使用する前に、まず整流して直流電圧源とする必要がある。さらに、これらの課題を補うのに必要な線間電圧用部品は、低い電圧用のものと較べると通常かなり大型で高価である。

１つの方法は、交流電圧源を整流する前に降圧変圧器を用いて線間電圧を低くすることであるが、線間電圧降圧器は、線間電圧用部品よりさらに大きい。さらに、室内用ハロゲン灯や屋外用庭園灯に使用されるような一般的な低電圧の照明用途では、公称１２ＶＡＣの電圧源が照明器具に提供されるが、降圧変圧器の一般的な出力電圧は、公称電圧の(１０％から＋３０％の間、つまり１０．８から１５．６ＶＡＣの間で変動する可能性がある。別の方法として、複雑な電力用電子機器を用いた電子変圧器を使用する方法があるが、大抵の場合非常に高価であり大型にもなる。

交流線間電圧用途向けのＬＥＤ照明装置回路は殆どの場合、従来のＬＥＤ回路を改造したものであり、高レベル整流線間電圧の問題、部品の大きさおよび定エネルギー伝達の問題に対処していない。通常のＬＥＤ回路設計は主に、ＬＥＤ順方向電圧の変動や電圧源の変動に対処したものである。多くの用途において、このような欠点は重要ではない。例えば、ビデオレコーダで使用されるもののような公知のＬＥＤ回路は、電力抵抗器等の周辺回路部品用の放熱のための空間は一般に十分あるので、効率的なおよび／または一定のエネルギー伝達の必要はない。さらに、このようなＬＥＤは通常、電流定格の一部で動作しており、使用されるエネルギーは通常、システム全体のエネルギー使用量と比較するとほんのわずかである。

整流した交流電源電圧または純直流電源電圧を使用すると、交流に関する面倒な問題の幾つかを避けられるが、それ自身の面倒な問題は無くならない。特に、ＬＥＤアレイを駆動する純直流電源電圧であっても、ＬＥＤアレイの複合順方向電圧が供給された電圧と全く同じにはならないので、エネルギー制御回路を使用する必要がある。さらに、任意の電圧源からの実際の出力電圧が規定された公称電圧と全く等しくなることは稀である。一例として、自動車で使用されるような１２ＶＤＣ蓄電池装置の公称出力電圧は、正確に１２ＶＤＣとなることはほとんどなく、一般には、蓄電池から放電させたりまたは蓄電池が放電している際の約１１ＶＤＣと蓄電池を充電中の１５ＶＤＣを超える値との間でかなり変動する。

（ＬＥＤ照明装置に対する従来からの（抵抗器を用いた）方法）
従来からの１つの方法では、ＬＥＤに接続する前にブリッジ回路ＢＲを用いて交流電圧源を直流に整流する。第２に、電力抵抗器を用いて電流を制限し、電源電圧の変動やＬＥＤ順方向バイアス電圧の変動に対処するが、直列に接続可能な最大ＬＥＤ数を制限することになるので、エネルギー効率の悪いＬＥＤ照明装置になってしまう。このような構造を簡略化したものを図１Ａに示す。これらの装置において、図１Ｂに示すように、整流の前に変圧器ＸＦＭＲによって電圧をまず降下させる場合がある。場合によっては、図２Ａに示すように、電圧レギュレータＶＲＥＧも用いてより予測可能な電圧を提供する場合がある。もっと単純な蓄電池と抵抗との回路（図３）も使用されるが、図２Ｂに示すように降圧変圧器をブリッジ回路の前に含めてもよい。これら公知の装置は、大抵の場合、ＬＥＤ照明装置として使用するには大きすぎるか効率が十分ではない。これらの公知の装置はさらに、前述のように上手く動作しないか、設計通りにならない。さらに、このようなＬＥＤ照明装置に送られるエネルギーの大半（一般的には少なくとも５０％）は、電力抵抗器や電圧レギュレータ等の周辺回路部品で熱として消耗されてしまう。

所定の電源からＬＥＤ照明装置に送られるエネルギーを最適化し、さらに周辺回路部品で熱として消耗されるエネルギーを減少させるエネルギー効率の高い方法が必要である。このような方法は、ＬＥＤを安全動作域に保持しながら、周辺温度、ＬＥＤ順方向電圧、周辺回路部品パラメータおよび入力電源の変動の問題に対処せねばならない。ＬＥＤへのエネルギーの供給を略一定にしながら、部品の大きさや数も最小限にする必要がある。本発明は、このような方法を提供する。

（全方向性実装）
ＬＥＤ照明装置における効率的なエネルギー伝達の課題が解決されたとしても、完全に３６０度を網羅するようなＬＥＤを実装、配置する簡便な方法もあれば好ましい。このような方法によれば、ＬＥＤ照明装置は、購入後に既存の電球を交換する際に便利に使用可能となるであろう。本発明はさらに、このような装置および実装方法にも用いられる実施態様を備える。

本発明は、様々な実施態様および側面を備える。一般に、本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザダイオード等の少なくとも１つの発光固体素子のアレイとそのようなアレイを作動させる電源とを備える照明装置に関連して動作する。アレイ状態回路が、アレイと直列に電気的に接続され、アレイの少なくとも一状態を検出する。二次回路がアレイと並列に接続され、アレイを流れる電流が略一定に保たれるようにスイッチング部品によってアレイの検出状態に応じて二次回路を流れる電流を調整する。

本発明は、電圧源が直流を供給する場合と交流を供給する場合の両方において使用可能である。電圧源が交流を供給する場合、本発明は、アレイに印加する前に交流電流を整流するブリッジ等の整流回路をさらに備えるのが好ましい。

コンデンサをアレイと並列に接続してアレイに加わる電流を平滑および平均にしてもよい。特定の実施態様ではさらに、交流電圧源と直列にかつ電圧源とアレイとの間に電流制限素子を備え、交流電圧源と電流制限素子とでアレイの交流電流源を形成する。

本発明は、様々な種類の直流電圧源と共に使用してもよい。たとえば、アレイへの電流は、蓄電池、光電素子のアレイ、周囲の高周波エネルギーから得た電流をアレイに供給する高周波受信回路、またはこれらを組み合わせたものやその他の直流源により供給してもよい。

検出するアレイ状態の一例として、アレイを流れる電流の量がある。別の例は温度であり、その場合には、温度検出素子をアレイ状態回路が備えることが好ましく、閾値温度より高い温度を検出したら、二次回路へのバイアス電流を停止し、アレイの公称電流を減少させる。

本発明の幾つかの実施態様において、二次回路は、負荷を備えており、アレイ状態回路とスイッチング部品によりアレイから分流されたオーバーフロー電流がこの負荷を流れる。様々な負荷を使用可能である。例えば、負荷は、１つ以上の抵抗素子である。別の例として、負荷は二次アレイであってもよい。

本発明の一実施態様によれば、本発明は、アレイと二次回路とに並列に接続された過剰電流分流路と、二次回路を流れる電流を検出し、過剰電流閾値を超える二次回路の電流を過剰電流分流路に分流する過剰電流分流回路とをさらに備える。これによって、アレイの第１閾値を超えるオーバーフロー電流はアレイから分流され、第２閾値を超える過剰電流は、二次回路から過剰電流分流回路へと分流される。

本発明のさらに別の側面によれば、照明装置はさらに曲面ベースを備え、その上に近傍素子の光ビームが重なるように発光固体素子のアレイを搭載して、アレイ全体として広角照明を提供する。優れた形状の一例として、ベースは略円筒状である。

最も広い概念において、以下に記載する本発明の様々な側面によれば、ｍ×ｎのＬＥＤアレイ１００と並列に接続された二次回路を追加的に含み、ＬＥＤアレイを駆動するために印加されるエネルギーを１つ以上の方法でより効率よく使用する方法が提供される。このような追加的な回路は、アレイを流れる電流を略一定に保つよう動作する。本発明はさらに、レーザダイオードアレイを利用した装置を効率よく実現するのに使用可能である。単に説明を簡単にするために、ＬＥＤのみに関して本発明を以下に説明する。したがって、ＬＥＤについて述べた場合には全てレーザダイオードにも等しく適用されると考えてよい。

図４Ａ〜４Ｄは、少なくとも主ＬＥＤアレイ１００を駆動する交流電源１２０を用いた本発明の実施態様の推移を示すブロック図である。図４Ａに示す実施態様は、電圧整流部１２３と直流エネルギー蓄積部１２４とに加えて、１つの電流路内のＬＥＤアレイ１００と電流・温度検出回路１２５と、それに並列な電流路における制御スイッチ１２７とを備える。図４Ｂは、図４Ａに示した実施態様に電流制限部１２２を加えたものである。図４Ｃは、図４Ｂに示した実施態様に分路負荷１２６を加えたものである。図４Ｄは、もう１つの並列電流路内にさらなる電流・温度検出回路２０１と分流スイッチ２０２と共に、補助ＬＥＤアレイ２００を示している。

図４Ａ〜４Ｄの一般的なブロック図を様々な回路として実現した例に関して以下に説明する。さらに、図４Ａ〜４Ｄに図示した回路部品の幾つかを用いずに、様々な部品、技術および配置を用いたさらなる別の実施態様（直流の実施態様等）についても開示する。

本発明の回路の一実施態様について、図５Ａに示す。この実施態様は、初期の照明装置としてまたは既存の白熱または蛍光灯照明装置を交換するものとしていずれの使用にも適している。ブリッジ整流部ＢＲによって、電圧が整流され（図４Ａのブロック１２３の機能を果たす）、直流コンデンサＣ１によってエネルギーが蓄積され（ブロック１２４）、抵抗Ｒ２、Ｒ１は、電流検出および温度検出素子として使用され（ブロック１２５）、ＮＰＮバイポーラトランジスタＱ１、Ｑ２は、制御スイッチとして使用される（１２７）。

入力電源電圧Ｖｉｎは、ブリッジ整流部ＢＲによって整流される。つまり、ブリッジ整流部ＢＲは、交流入力電源電圧を直流電圧に変換する。入力電圧が直流である場合、接続を無極性とするために整流器を含んでいてもよい。

直流エネルギー蓄積コンデンサＣ１は、電源電圧があるレベル以下である場合にＬＥＤアレイ１００への十分なレベルのエネルギーを維持し、電源電圧があるレベルを超える場合には、過剰なエネルギーを蓄える。コンデンサＣ１はさらに、入力電源からのエネルギーの流入を吸収し、ＬＥＤアレイが破損しないよう保護する。

コンデンサＣ１の直流電圧Ｖｃにより電流Ｉｄｃが得られ、この電流がｎ本の並列流路を備えるＬＥＤアレイ１００を駆動する。それぞれの流路は、ｍ個の直列接続されたＬＥＤ、Ｄ₁、1、Ｄ2、₁、…、Ｄ_i、_j、…、Ｄ_m、_nを有する。図面によっては便宜上、各ＬＥＤを示さずにＬＥＤアレイ１００をまとめて表示する場合がある。用途によっては、ｍおよびｎは共に１より大きいが、どちらもが必ずしも１より大きくなくてもよい。（本発明の優れた応用例の１つである）購入後の電球の交換用としての輝度（ルーメン）および網羅する面積の要件を満たすために、ＬＥＤ照明装置においてｍおよび／またはｎが共に１より大きいことが望ましい。単純なインジケータ以外の殆どの用途において１つのＬＥＤでは通常輝度が十分ではないだろうし、照らす必要がある面積を網羅するのに十分広い角度が、特にこの角度が３６０度である場合には、得られないからである。

所定の電源およびアレイにおける所定の色のＬＥＤに関して、このようなＬＥＤへのエネルギー伝達を最適化するには、電源電圧の変動およびＬＥＤ順方向電圧の変動の問題に対処しながら、直列に接続可能なＬＥＤの数、つまりｍを最大にする必要がある。

電流・温度検出素子Ｒ２、Ｒ１と、制御スイッチＱ１、Ｑ２とを組み合わせて、ＬＥＤアレイ１００に対する電流・温度帰還制御が行われる。ＬＥＤアレイ１００の電流および温度が設定点から上昇すると、電流・温度検出素子Ｒ２、Ｒ１がこれを検出し、Ｑ１とＱ２のバイアスを変化させるので、Ｑ２のコレクタ−エミッタ電圧が上昇し、ＬＥＤアレイ１００への電流が減少することになる。図５Ａに示した本発明も同じように作用するが、電圧源は直流である。

ＬＥＤアレイ１００と並列に第１分路抵抗Ｒ１があり、この分路抵抗Ｒ１は第１トランジスタＱ１のコレクタに接続され、第１トランジスタＱ１のエミッタは、装置のグランドに接続される。第１トランジスタＱ１は、固体標準電圧源を形成する。

ＬＥＤアレイを流れる電流は、第２トランジスタＱ２のコレクタに入力される。ここで第２トランジスタＱ２のエミッタは、第２抵抗器Ｒ２を介してグランドに接続され、また第１トランジスタＱ１のベースに接続される。Ｑ２のベースは、Ｑ１のコレクタに接続されるので、Ｑ１のベースは、Ｑ２のエミッタにさらに接続される。Ｒ１によってＱ２およびＱ１にバイアス電流が提供される。

公知の設計方法を用いて、入力電源電圧が（変動を考慮した）最も低い期待極値であってＬＥＤ順方向電圧が最大である場合に、ＬＥＤアレイ１００に回路が十分な平均電流と平均電圧とを供給できるようにＣ１の容量を選択する。容量が大きすぎると、平均電圧Ｖｃが高くなりすぎるので、Ｑ２の平均コレクタ・エミッタ電圧を上げることによってＱ２がこれを吸収する必要があり、過剰な熱を発散する必要性につながるであろう。容量が小さすぎると、平均電圧Ｖｃが低くなりすぎるので、ＬＥＤへの電流が不十分となり、ＬＥＤ照明装置が上手く機能しなくなってしまう。

容量Ｃ１の設計式として次のものが利用可能である。

Ｃ１＝Ｉｄｃ／（０．３＊Ｖｉｎ）／（２＊ｆ）
ここで、Ｉｄｃは、ＬＥＤアレイの平均電流（当然、アレイ内のダイオードの数に依存する）を表し、Ｖｉｎは、ブリッジ整流部ＢＲでの公称交流入力電源電圧を表し、ｆは交流入力電源電圧の線周波数である。

Ｑ１は、そのベース・エミッタ電圧によりＲ２に電圧基準を供給する。シリコンｎｐｎトランジスタの一般的なベース・エミッタ電圧は、約０．６ＶＤＣであり、ゲルマニウム等のその他の種類のバイポーラトランジスタを用いるとより小さいベース・エミッタ電圧が得られる。より小さい電圧基準を用いる利点は、Ｒ２の熱の発散が少なくなることであり、これによりさらに効率の良い装置が得られる。Ｒ２を流れる電流は、Ｒ２によって配分されたＱ１のベース・エミッタ電圧に等しくなる。

Ｑ１により帰還が行われ、Ｑ２のバイアスベース電圧を介してＱ２のエミッタ電流が調整される。

Ｑ２は、ＬＥＤアレイ１００に対する電流路を提供し、コレクタ電流が可能な限りエミッタ電流に近くなるように維持しながら、コレクタ・エミッタ電圧を変更することによりＬＥＤ順方向電圧の変動に対処する。

Ｒ２と電圧基準トランジスタＱ１のベース・エミッタ電圧とによってＬＥＤアレイ１００に流れる総電流が決まる。例えば、ＬＥＤアレイ１００内に８つの並列ＬＥＤ分岐（ｎ＝８）があり、それぞれに２４ｍＡが流れる場合、総電流は１９２ｍＡとなる。Ｑ１のベース・エミッタ電圧が０．６Ｖだとすると、Ｒ２の値は、３．１２５オームとなるであろう。

図６に他の可能性を示す。交流電圧源、整流部ＢＲおよびコンデンサＣ１が蓄電池ＢＡＴで置き換えられている。なお、少なくとも充電中は蓄電池そのものがＤＣコンデンサとして作用するのでコンデンサＣ１は必要ない。図６はさらに、単一の分岐内の３つのＬＥＤからなる簡略化されたアレイ１００（ｍ＝３、ｎ＝１）を単に例示的に示している。

図５Ａ、５Ｂおよび６に示した実施態様（ならびに以下に説明する実施態様）において、Ｑ１とＱ２とは、装置のグランド側に接続されておりＬＯＷ側スイッチとして組み込まれたＮＰＮ型のバイポーラトランジスタである。その他の構造および型も可能である。例えば、図７Ａ〜７Ｄは、ＮＰＮバイポーラの例（図７Ａ）だけでなく、ＨＩＧＨ側スイッチとしてのＰＮＰバイポーラと共に使用する少し変更した回路（図７Ｂ）ならびに、ＬＯＷ側およびＨＩＧＨ側スイッチであるＮ型およびＰ型金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を共に用いて実施されたＱ２を含む例を示している。図７Ａ〜７Ｄにおいて、電圧源および整流部（またはもしあれば直流源）は簡略化のために省略されている。ただし、整流部への接続部が終端の円で示されている。さらに、例えば、トランジスタの型が違ったり、追加の部品が含まれている場合でも、簡略化のためおよび比較を容易にするために、さらに型や値が違っていても、これらの部品は異なる構成において同じ一般的な機能を果たすので、部品の名称Ｒ１、Ｒ２、Ｃ１、Ｑ１およびＱ２が様々な図面において使われている。

（電流検出、温度補償／サーマルシャットダウン）
一般的な電流検出素子として、（Ｒ１および／またはＲ２のような）抵抗またはホール効果センサのようなその他の部品がある。任意の代替品として、正温度特性抵抗（サーミスタ）、温度補償回路または温度依存回路または装置等の温度検出装置のいずれかによってＲ１を置換可能であり、ＬＥＤ照明装置用の温度補償および／またはサーマルシャットダウンを行う。温度が閾値設定点を超えて上昇すると、これらの装置または回路が作動して、Ｑ１およびＱ２の双方へのバイアス電流を停止し、これによってＬＥＤアレイの公称電流が減少する。温度がさらに上昇した場合は、Ｑ１とＱ２へのバイアス電流が完全に遮断され、これによってＬＥＤ照明装置が遮断される。

Ｒ２は、巻線型抵抗等の高正温度特性抵抗を用いて実施するのが好ましく、装置内の内蔵温度補償回路として作用する。温度が上昇すると、Ｒ２の抵抗が増加し、ＬＥＤアレイ１００に流れる電流が減少することになる。

（１２ＶＤＣ装置例）
ここまで説明した本発明の側面に係る「定エネルギー」方法の利点を、従来の抵抗を用いた方法の欠点とともに以下の例により説明する。

超高輝度白色ＬＥＤ２４個のアレイ（ｍ＝３、ｎ＝８）を１２ＶＤＣの自動車用蓄電池装置で駆動するものとする。ＬＥＤの公称電流は２４ｍＡである。本発明に係る構造、つまり、一定ＬＥＤエネルギー伝達方法、および従来の電流制限抵抗を用いた装置において測定を行った。これら２つの１２ＶＤＣ照明装置、つまり本発明の実施態様に係る「定エネルギー」方法と上述のような一般的な抵抗を用いた回路との比較結果を以下の表１〜３に示す。

超高輝度青色ＬＥＤ同様、超高輝度白色ＬＥＤの順方向電圧は、３．０ＶＤＣから３．５ＶＤＣの間で一般に変化する。１２ＶＤＣ装置の出力電圧は一般に１１ＶＤＣから１５ＶＤＣの間で変化する。したがって、直列に接続可能な超高輝度ＬＥＤの最大数（ｍ）は、３である。

表に示すように、従来の抵抗を用いた方法において、入力電圧が低いと、ＬＥＤ照明装置は上手く動作せず、ＬＥＤから十分な光が得られなかった。入力電圧が高くなると、ＬＥＤ照明装置は過剰に動作し、ＬＥＤが安全動作域外で動作していた。一方本発明の定エネルギー方法を用いると、入力電圧が変化しても、ＬＥＤは設計レベルで機能した。

抵抗を用いた方法は、ＬＥＤの電流が入力電圧に比例して変化するようなピボット設計された点で動作する。試験を行った特定の設計において、このピボット点は１２．８ＶＤＣであり、一般に１２ＶＤＣ蓄電池は完全に充電される。入力電圧がこの点を超えて増加すると、電流も引き続き増加するが、過剰なエネルギーがＬＥＤに流入し、周辺の損失の多い部品のみが過剰の熱を発生して、ＬＥＤが安全動作域外で動作することになるので、これはまさしく避けるべき状況である。

特に１４．５ＶＤＣにおいて、本発明の定エネルギー構造に流れる総電力は約２．８Ｗであるのに対して、抵抗を用いた方法の場合は約５．１Ｗであった。言い換えれば、従来技術は、本発明に較べて８２％多くのエネルギーを使用したことになる。入力電圧が１３ＶＤＣから１４ＶＤＣに変化すると、本発明に係る装置に取り入れられる電力は僅かに８％増加し、定エネルギー回路によって吸収され、ＬＥＤに対する電力の増加は実質上零であった。これに対して、抵抗を用いた方法において、装置に取り入れられる電力は６８％増加し、ＬＥＤへの電力の電圧は６０％も増加した。これによりＬＥＤは確実に安全動作域外で動作することになる。抵抗を用いた方法において、１４．５ＶＤＣでは、ＬＥＤへの電力伝達は、公称設計値の８５％まで増加した。

（１２ＶＡＣ装置）
本発明に係る「相対的定エネルギー」方法を（１２ＶＤＣに対して）１２ＶＡＣ装置に適用するとさらに有利である。従来の抵抗を用いた方法では３つの白色ＬＥＤのみを直列に使用可能であったが、定エネルギー方法では４つの白色ＬＥＤを直列に使用可能だからである。標準の部品を仮定すれば、電圧源の変動やＬＥＤ順方向電圧の変動の処理（堅牢性）や、ＬＥＤに伝達される有効エネルギーや熱として消耗される総エネルギーの観点（有効性）からも、本発明の定エネルギー方法が抵抗を用いた方法より数倍優れていることが通常の計算を用いて示される。

この回路に必要な電圧オーバーヘッドは、Ｑ１のベース・エミッタ電圧とＱ２のコレクタ・エミッタ電圧の合計であり、それぞれ約０．６ＶＤＣ、０．２０ＶＤＣである。この電圧オーバーヘッドは、ベース・エミッタ電圧がより低いゲルマニウムトランジスタをＱ１として使用することによりさらに減らすことが可能であり、これによりエネルギーの消耗を少なくすることが可能となる。

図８は、本発明の応用例を示した図であり、蓄電池ＢＡＴからだけではなく、並列な太陽電池パネル１１０等の光検出素子アレイによっても電圧が供給される。光活性トランジスタＱ３（または類似の装置）のベースに照射される光が十分であれば、光活性トランジスタＱ３がＱ１のコレクタからグランドへの分路を作る。このように、Ｑ３は、ＬＥＤアレイ１００に対する光活性固体オンオフスイッチとして動作する。蓄電池ＢＡＴは充電可能なものが好ましく、太陽（またはその他の光）が照っていればアレイ１００には電流は流れず、そのかわりに蓄電池ＢＡＴを充電するのに使用される。夜間はトランジスタＱ３が導電性ではないので、蓄電池によりアレイに電流を供給し、光を出す。その機能が示すように、この装置は、暗所において自己付活発光しさらに自己充電式の用途において有効であろう。一般的にエネルギーの蓄積部は非常に小さく、エネルギー発生素子はスペースや経済上の理由によりかなり限られた容量を有するので、このような種類の装置において本発明を使用すると特に有利である。本発明を使用しない場合には、エネルギー蓄積部がピークに近い場合には、ＬＥＤ照明装置は過剰に動作してしまい、エネルギー蓄積部がピークにない場合には、上手く機能しない。したがって、本発明によれば、さらに、このようなＬＥＤ照明装置の日毎の実働時間を長くすることが可能となるであろう。

図９に本発明のさらに別の使用例を示す。この例は、図８に示した実施態様を発展させたものである。太陽電池パネル１１０に加えて（またはその代わりに）、波長可変（チューナブル）回路が含まれ、周囲の高周波（ＲＦ）エネルギーを用いて蓄電池ＢＡＴを充電する。したがって、アンテナＡＮＴが並列結合されたＲＦコイルＲＦＬと波長可変コンデンサＲＦＣとを介して接地されている。このアンテナ、コイルＲＦＬおよびコンデンサＲＦＣで広帯域波長可変ＲＦ共振回路が形成される。アンテナＲＦはさらに、Ｄ２００ダイオード等のＲＦダイオードＲＦＤを介して蓄電池ＢＡＴにも接続される。

コンデンサＲＦＣを例えば一般の携帯電話ネットワークの周波数帯域に同調させて、太陽電池パネル１１０がなくても蓄電池ＢＡＴに（およびアレイそのものにも）電流を印加する。このようなネットワークは一般に天気や一日の時間に関係なく動作するので、アンテナやＲＦコイルにより導入されるエネルギーは、夜間の蓄電池消耗を減少させるのにも役立つであろう。本発明のこの実施態様は、回路への通常の送電線配線が役に立たない場合および／または高速道路の車線を分けるのに使用される埋め込みインジケータのような密閉された環境に回路が収納されている場合に特に有用である。

図９に示す実施態様は、パネル１１０内の太陽電池やフォトトランジスタスイッチＱ３に光が照射されるように透明なケースに収納して完全に密閉された装置とすることが可能である。まず、蓄電池ＢＡＴ（内部抵抗の低い超寿命リチウム蓄電池であることが望ましい）を十分に充電する。日中、太陽電池パネル１１０によって蓄電池の充電を維持し、入射ＲＦエネルギーがより低い直流閾値点でＲＦダイオードＲＦＤをオンにするように直流電圧でＲＦコンデンサにバイアスをかけておく。なお、ＲＦダイオードＲＦＤは、ゲルマニウム素子であることが好ましく、ＲＦエネルギーの伝達率がより高くなる。

図９に示したＲＦエネルギーを取り込む本発明の実施態様は、乗り物または人が携帯するまたは身に付ける装置のような可動用途にも使用可能である。

（線間電圧用途の代替案）
本発明で例示した実施態様のいくつかは、電源と電圧整流部１２３との間に電流制限部品または回路（図４Ｂ〜４Ｄのブロック１２２）を備える。これらによって各実施態様は交流線間電圧用途に特に適したものとなる。

このような回路の例として、図５Ａとは違って、図５Ｂは、電圧源とブリッジＢＲとの間に入力線間電圧に対する電流制限（図４Ｂ、ブロック１２２）を行う交流コンデンサＣ２を示している。Ｃ２が無いことを除けば、図５Ａに示す部品は、図５Ｂの同じ参照符号を付与された構成要素と同じ機能を果たす。

交流入力線間電圧ＶＩＮと直列に配置された電流制限コンデンサＣ２は、事実上交流電流源を形成し、そのピーク、したがって装置への平均電流を制限すると同時に、Ｑ２からの線間電圧の一部を取り込む。このことは、Ｑ２が、線間電圧を取り込みすぎることなくＬＥＤアレイ１００の電流を調整するのに役立ち、つまり、結果として線間電圧用途に対してＱ２のコレクタ・エミッタ電圧がより小さくなる。

公知の設計方法を用いて、入力電源電圧が（変動を考慮した）最も低い期待極値であってＬＥＤ順方向電圧が最大である場合に、ＬＥＤアレイ１００に回路が十分な平均電流を供給できるようにＣ２の容量を選択する。容量が大きすぎると、電圧が高くなりすぎるので、Ｑ２のコレクタ・エミッタ電圧を上げることによってＱ２がこれを吸収する必要があり、過剰な熱を発散する必要性につながるであろう。容量が小さすぎると、平均電源電流が低くなりすぎるので、ＬＥＤへの電流が不十分となり、ＬＥＤ照明装置が上手く機能しなくなってしまう。

容量Ｃ２の設計式として次のものが利用可能である。

Ｃ２＝Ｉｄｃ／（Ｖｉｎ＊２＊π＊ｆ）
ここで、Ｉｄｃは、ＬＥＤアレイの平均電流（当然、アレイ１００内のダイオードの数に依存する）を表し、Ｖｉｎは、ブリッジ整流部ＢＲでの最低公称交流入力電源電圧を表し、ｆは交流入力電源電圧の線周波数である。

（単一スイッチング素子を備えた実施態様）
本発明の回路の一実施態様を図１０に示す。この実施態様は、Ｑ２が無いことを除けば図５Ｂの回路に類似している。分路負荷Ｒ１および分路スイッチＱ１により、コンデンサＣ２と同様にＬＥＤアレイを流れる電流が所望のレベルに維持される。この結果、線間電圧の変動および部品パラメータの変動とは無関係にＬＥＤアレイの性能が最適化されることとなる。分路スイッチＱ１と組み合わせた電流温度検出素子Ｒ２により、ＬＥＤアレイの電流・温度帰還制御が行われ、ＬＥＤアレイ１００を流れる電流および温度の上昇は、電流温度検出素子Ｒ２により検出され、分路負荷を流れる電流が増加するよう分路スイッチＱ１に信号が送られる。分路負荷を流れる電流が増加して、ＬＥＤアレイ内の電流や温度のさらなる上昇が防止される。

交流線間電圧の正および負のピークにおいて、コンデンサＣ１の電荷がピークに達する。この結果高電圧となれば、ＬＥＤアレイ１００により多くの電流を流れることになりそうである。しかしながらこの時点で、分路スイッチＱ１が完全にオンとなり、分路負荷Ｒ１がＬＥＤアレイ１００に並列となるので、ＬＥＤアレイ１００から電流が分流されることになる。線間電圧ピーク間において、コンデンサＣ１は段々と放電し、ＬＥＤアレイの電圧は減少する。ＬＥＤアレイ１００の電流があるレベル以下になると分路スイッチＱ１は完全にオフになる。この過程、すなわち、分路スイッチＱ１のオン・オフにより、ＬＥＤアレイ１００に流れる平均電流を決定および調整する。さらに、分路負荷に流れる電流によってコンデンサＣ２が要求するような負荷電流のレベルを維持し、特に入力線間電圧がピークにある時にブリッジ整流部ＢＲを低い電圧レベルに維持し、線間電圧よりはるかに低い電圧がＢＲの出力およびＣ１の両端から得られるようにする。

公知の設計方法を用いて、公称線間電圧が（変動を考慮した）最も低い期待極値であってＬＥＤ順方向電圧が最大である場合に、ＬＥＤアレイ１００に回路が十分な平均電流および平均電圧を供給できるように抵抗Ｒ１およびＲ２の値を選択する。Ｃ１とＣ２の設計値については前述のとおりである。図５Ａ、５Ｂを参照して先に挙げた例をここでも適用する。つまり、ＬＥＤアレイ内に８つの並列ＬＥＤ分岐（ｎ＝８）があり、それぞれに２４ｍＡが流れ、Ｑ１のベース・エミッタ電圧が０．６Ｖだとすると、総電流は１９２ｍＡとなり、Ｒ２の値は、３．１２５オームとなるであろう。分路スイッチＱ１を完全にオンにする際、分路負荷Ｒ１にＬＥＤアレイ１００とほぼ同じ電流が流れる。電源電圧およびアレイ１００の負荷が与えられれば、熟練した電気技術者であればＲ１およびＲ２の適切な値を求める方法を容易に理解するであろう。

（分路負荷）
一般的な分路負荷は、上述した本発明の実施態様でのＲ１のような抵抗であろう。他の部品として、例えば追加的なエネルギー回収回路を備えたコンデンサのような追加的なエネルギー蓄積素子も使用可能であり、装置の効率がさらに増すことになる。効率をさらに改善するには、分路負荷としてさらにＬＥＤアレイを採用すれば達成可能である。

図１１Ａに本発明のこのような実施態様の回路を示す。補助ＬＥＤアレイ２００は、ｓ×ｔのＬＥＤを有し、アレイ１００と同様に、ｓおよびｔは、独立して選択可能な任意の正の整数である。ＬＥＤアレイ２００のオン電圧がＬＥＤアレイ１００のオン電圧より低くなり適切な分路機能が得られるように、ｓの値は、ｍ（一次アレイ１００の各分岐において直列接続されたＬＥＤの数）より小さくなるよう選択することが好ましい。二次的な補助ＬＥＤアレイ２００を介してオーバーフロー電流を分流することにより、オーバーフロー電流もさらに光を発生するのに使用されるので、ＬＥＤ照明装置への総エネルギー伝達率が増加する。必ずしも必要ではないものの、アレイ１００および２００両方のＬＥＤは、共通のベースに搭載し、できるかぎりＬＥＤを混在させて、二次アレイ２００内のＬＥＤの起動が一箇所で判るようにしておけば、注意が散漫になることが少なくなるであろう。

入力電圧が低い範囲では、全ての電流が主ＬＥＤアレイ１００を流れる。入力電圧範囲の上限においてＱ１は導電性となり、主ＬＥＤアレイ１００にも二次ＬＥＤアレイ２００にも電流が流れるようになる。入力電圧範囲のピークで、Ｑ３が導電性となる場合は、アレイ２００からの過剰電流が分路負荷Ｒ３に向かって流れるよう方向が変わる。

図１１Ａに示す構造では、３つの電圧範囲が設定される。第１の範囲において、ほとんどまたは全ての電流は一次アレイ１００を流れる。第１の閾値を超えると、電圧は中間の範囲であって、ピーク範囲に近くなり、一次アレイ１００にも二次アレイ２００にも電流が流れるようになる。第２の閾値を超えると、アレイ１００、２００の両方、ならびに必要があれば分路負荷Ｒ３にも電流が流れるようになる。したがって、オーバーフロー電流が二次アレイを介するよう誘導され、しかもさらなる照明に使用される一方で、過剰電流は単に分流されて負荷Ｒ３を介してグランドに流れる。切り替えが起こる電圧は、選択したスイッチング素子Ｑ１、Ｑ３および選択した抵抗の値Ｒ２、Ｒ４ならびにアレイ内のＬＥＤの数、コンデンサＣ１、Ｃ２の値、そして当然ながらＶｃが到達する最大電圧に依存する。

図１１Ａに示した本発明の実施態様において、主ＬＥＤアレイ１００と補助ＬＥＤアレイ２００の両方を流れる平均電流は、ピーク電流を制限することにより調整される。分路負荷への平均電流は、主および補助ＬＥＤアレイ電流に較べると比較的小さい。入力電源電圧、ＬＥＤ順方向バイアス電圧および容量値の変動は一般に主ＬＥＤアレイの平均電流にほとんど影響を及ぼさないが、補助ＬＥＤアレイ２００および分路負荷Ｒ３への平均電流にはこの変動がかなりの影響を及ぼす。

供給電圧の仕様、アレイ１００の負荷およびアレイ２００の負荷が与えられれば、熟練した電気技術者であればＲ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｑ１およびＱ３の適切な値を求める方法を容易に理解するであろう。このようなより複雑な実施態様においても、先に示したような一般的な設計上の考慮事項を適用して適切な値を求めることが可能である。ここでも、Ｒ２および電圧基準トランジスタＱ１のベース・エミッタ電圧によりＬＥＤアレイ１００に流れる総電流が求まる。上述と同じ仮定を用いて、すなわち、ＬＥＤアレイの８つの並列ＬＥＤ分岐があり、それぞれに２４ｍＡが流れる場合、総電流は１９２ｍＡとなり、Ｑ１のベース・エミッタ電圧が０．６Ｖだとすると、Ｒ２の値は、３．１２５オームとなる。Ｒ４と電圧基準トランジスタＱ３のベース・エミッタ電圧によりＬＥＤアレイ２００に流れる総電流が求まる。総電流を１９２ｍＡとすると、Ｑ３のベース・エミッタ電圧が０．６Ｖと仮定して、Ｒ４の値は、３．１２５オームとなる。分路スイッチＱ３を完全にオンにする際、分路負荷Ｒ３にＬＥＤアレイ２００とほぼ同じ電流が流れる。電源電圧およびアレイ２００の負荷が与えられれば、熟練した電気技術者であればＲ３の適切な値を求める方法を容易に理解するであろう。

（代替的なスイッチ構造）
図５Ａ、５Ｂ、１０および１１Ａに示した実施態様において、スイッチは、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタＱ１、Ｑ２およびＰＮＰ型のＱ３であって、Ｑ１、Ｑ２は、（装置のグランドに接続された）ＬＯＷ側スイッチであり、Ｑ３は（装置の高い点に接続された）ＨＩＧＨ側スイッチとして実現されている。図７Ａ〜７Ｄに示すように、その他の型および構造も可能であり、ＮＰＮ型またはＰＮＰ型スイッチの代わりにそれぞれＮ型またはＰ型電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）またはＮ型またはＰ型金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）をどのように使用可能かが示されている。例えば、図１１ＡにおけるＮＰＮおよびＰＮＰバイポーラトランジスタの例を、図１１Ｂに示すようなＮ型およびＰ型ＦＥＴに変更可能である。

さらに、図７Ａおよび７Ｂに示すように配置およびＮ型をＰ型スイッチに変更することにより、ＬＯＷ側スイッチをＨＩＧＨ型スイッチに変更可能である。同様に、ＨＩＧＨ側スイッチをＬＯＷ側スイッチに変更することも可能である。図１２Ａおよび１２Ｂにそれぞれ示すように、分路スイッチをＮ型およびＰ型金属酸化膜半導体電界効果トランジスタを用いて実現してもよい。言い換えれば、スイッチの型や配置は、本発明の範囲を逸脱することなく、必要性や本発明の特定の実施例が単に好みであるといった理由により変更してもよい。

（広範囲照明用の実装）
図１３および１４にｍ×ｎのＬＥＤアレイ１００および／またはｓ×ｔのＬＥＤアレイ２００を搭載し、照明の範囲を３６０度にまでする一つの方法を示す。これにより、購入後に既存の電球と交換する際により適した装置となる。本実施態様において、ＬＥＤアレイは、マイラー等の可撓性材料のベース１７０上に公知の方法により搭載および電気的に接続される。図１３は、直列接続方向に距離単位Ｚ隔てて、距離単位Ｘの並列ピッチの４×ｎのＬＥＤアレイを示している。

ベース１７０は、円筒または円筒（または当然ながら作成すべき視覚効果に応じたその他の曲面形状）の円弧部分として形成されていればよい。連続した照明効果、−視覚的な「ギャップ」がない−を提供するために、搭載距離Ｚの式は、
Ｚ＝２ｄｔａｎ（１/２ θ）とし、
ここで、ｄは、光ビームを重ね合わせるのに必要な最小距離であり、θはＬＥＤの視野角である。

搭載距離ｘの式は、
ｘ＝（ｒβ）／ｎとし、
ここで、ｒは器具の曲率半径であり、(は器具の有効範囲角であり、ｎ＝整数（β／θ）＋１である。

ｘがｚより大きい場合は、ｚの値を用いる必要がある。

ベースが部分的にまたは全体的に円筒形である必要はない。むしろ、ベースは、公知の方法を用いて任意の必要な形状に製造または形成可能である。例えば、標準的な白熱電球により似せるように略球径または「梨状」となるよう成形してもよい。本発明を既存の電球の交換用に使用すべき場合には、ベース１７０に従来の接点を設けて所定の電圧源に回路が接続可能なようにする必要がある。回路にはさらに、何らかの外部ケーシングを設ける必要があり、これは保護のためだけではなく、交換する電球の外見をより真似るためでもある。

ＬＥＤ照明装置において電圧や電流を制限または調整するための従来技術で見られるような方法を示す図ＬＥＤ照明装置において電圧や電流を制限または調整するための従来技術で見られるような方法を示す図ＬＥＤ照明装置において電圧や電流を制限または調整するための従来技術で見られるような方法を示す図ＬＥＤ照明装置において電圧や電流を制限または調整するための従来技術で見られるような方法を示す図ＬＥＤ照明装置において電圧や電流を制限または調整するための従来技術で見られるような方法を示す図本発明の実施態様の推移に見られる主要な機能回路部品および部分の概略を示すブロック図本発明の実施態様の推移に見られる主要な機能回路部品および部分の概略を示すブロック図本発明の実施態様の推移に見られる主要な機能回路部品および部分の概略を示すブロック図本発明の実施態様の推移に見られる主要な機能回路部品および部分の概略を示すブロック図温度および電流の双方を考慮してＬＥＤアレイを流れる電流を調整するための交流線間コンデンサを含む場合、および含まない場合の回路をそれぞれ示す図温度および電流の双方を考慮してＬＥＤアレイを流れる電流を調整するための交流線間コンデンサを含む場合、および含まない場合の回路をそれぞれ示す図蓄電池等の直流（ＤＣ）源がＬＥＤアレイの動力源である、本発明の実施態様の回路図図５Ａおよび５Ｂに示した回路の一部と類似しているが、スイッチング素子の型が異なる回路を示す図図５Ａおよび５Ｂに示した回路の一部と類似しているが、スイッチング素子の型が異なる回路を示す図図５Ａおよび５Ｂに示した回路の一部と類似しているが、スイッチング素子の型が異なる回路を示す図図５Ａおよび５Ｂに示した回路の一部と類似しているが、スイッチング素子の型が異なる回路を示す図直流源だけではなく、太陽電池パネル等の電流発生源も照明装置の動力源である、本発明の実施態様を示す図直流源および太陽電池パネルに加えて、周囲高周波エネルギーからＬＥＤアレイが使用する電流を得る、本発明の実施態様を示す図主ＬＥＤアレイから調整により流れてくるオーバーフロー電流を分路負荷を用いて受け入れる、本発明の実施態様を示す図主ＬＥＤアレイおよび分路負荷に加えて二次ＬＥＤアレイを含む本発明の実施態様を示す図図１１Ａに示した本発明の実施態様にＭＯＳＦＥＴスイッチを組み込んだ例を示す図本発明の様々な実施態様においてスイッチを実現するのに使用されるさらにその他の技術を示す図本発明の様々な実施態様においてスイッチを実現するのに使用されるさらにその他の技術を示す図広範囲さらには全方向性照明を行うためのアレイ状のＬＥＤを搭載する装置を示す図広範囲さらには全方向性照明を行うためのアレイ状のＬＥＤを搭載する装置を示す図

Claims

少なくとも一つの発光固体素子のアレイ（１００）と、前記アレイを作動させる電圧源（１０）とを備える照明装置であって、
前記アレイ（１００）と電気的に直列に接続され、前記アレイの少なくとも一つの状態を検出するアレイ状態回路（１２５；Ｑ２、Ｒ２）と、
前記アレイ（１００）に並列に接続された二次回路（１２７；Ｒ１、Ｑ１；２００、２０１、２０２；２００、Ｒ４、Ｑ１；１２６、１２７）と、
前記アレイの前記検出した状態に応じて前記アレイを流れる電流が略一定に保たれるように前記二次回路を流れる電流を調整するスイッチング部品（Ｑ１；Ｑ１、Ｑ３；２０２）とを備えることを特徴とする照明装置。
前記電圧源（１０）は交流（ＡＣ）を供給し、前記アレイ（１００）に印加される前に前記交流電流を整流する整流回路をさらに備える、請求項１に記載の照明装置。
前記アレイ（１００）に並列に接続され、前記アレイに加わる電流を平滑および平均にするコンデンサ（Ｃ１）をさらに備える請求項１または２に記載の照明装置。
前記交流電圧源（１０）に直列に、かつ前記電圧源と前記アレイ（１００）との間に電流制限素子（Ｃ２）をさらに備え、前記交流電圧源と前記電流制限素子とで前記アレイ（１００）に対する交流電流源を形成する、請求項２または３に記載の照明装置。
前記電圧源（１０）が、前記アレイに直流（ＤＣ）を供給する、請求項１に記載の照明装置。
前記電圧源（１０）が、蓄電池（ＢＡＴ）である、請求項５に記載の照明装置。
前記電圧源（１０）が、光電素子のアレイ（１００）である、請求項５に記載の照明装置。
前記電圧源（１０）が、高周波（ＲＦ）受信回路（ＡＮＴ、ＲＦＬ、ＲＦＣ）であり、周囲ＲＦエネルギーから得た電流を前記アレイ（１００）に供給する、請求項１に記載の照明装置。
前記アレイ状態が前記アレイ（１００）を流れる電流の量である、先行する請求項のいずれかに記載の照明装置。
前記アレイ状態が温度であり、閾値温度より高い温度を検出したならば、前記二次回路へのバイアス電流を停止し、これによって前記アレイ（１００）の公称電流を減少させる温度検出素子を前記アレイ状態回路が備える、先行する請求項のいずれかに記載の照明装置。
前記二次回路が負荷（Ｒ１；２００）を備え、前記アレイ状態回路および前記スイッチング部品によって前記アレイから分流されたオーバーフロー電流が前記負荷を流れる、先行する請求項のいずれかに記載の照明装置。
前記負荷が、少なくとも一つの抵抗素子である、請求項１１に記載の照明装置。
前記負荷が、発光固体素子の二次アレイ（２００）である、請求項１１に記載の照明装置。
前記アレイおよび前記二次回路に並列に接続された過剰電流分路と、前記二次回路に流れる電流を検出して、過剰電流閾値を超える前記二次回路の電流を前記過剰電流分路に分流する過剰電流分流回路とをさらに備え、前記アレイ（１００）の第１閾値を超えるオーバーフロー電流を前記アレイから分流し、第２閾値を超える過剰電流を前記二次回路から前記過剰電流分流回路へと分流する、先行する請求項のいずれかに記載の照明装置。
曲面ベース（１７０）をさらに備え、近傍発光固体素子の光ビームが重なってアレイ全体として広角照明を提供するように、前記アレイ（１００）の発光固体素子を前記曲面ベース上に搭載する、先行する請求項のいずれかに記載の照明装置。
前記ベースが、略円筒状である、請求項１５に記載の照明装置。
前記発光固体素子が、発光ダイオード（ＬＥＤ）である、先行する請求項のいずれかに記載の照明装置。
前記発光固体素子が、レーザダイオードである、先行する請求項のいずれかに記載の照明装置。
前記アレイ（１００）がｎ個の複数電流路を備え、各電流路がｍ個の直列接続された複数の発光固体素子を備える、先行する請求項のいずれかに記載の照明装置。