[发明专利]用于照明的基于发光二极管阵列的点阵结构

说明书

本发明通常涉及照明系统，尤其涉及用作照明源的发光二极管被改进的阵列结构。

发光二极管(LED)是一种半导体设备，特别是一个p-n结，在其上引入电流它就可以发射电磁射线。典型的，一个发光二极管包括半导体材料，该材料是被适当选择的镓-砷-磷混合物。通过改变磷对砷的比例，可以调节发光二极管发射的光的波长。

伴随着半导体材料和光学工艺学的进步，发光二极管越来越多地用于照明目的。举例来说，高亮度发光二极管普遍地用于汽车的信号，交通指挥灯和招牌，以及大面积显示等等。在大部分应用中，并联的发光二极管连接在阵列结构中以便生产高数量的流明。

图1通过m个发光二极管的串联来说明典型的发光二极管1的排列。电源4通过电阻器R1发送一高压信号到发光二极管，电阻R1能控制二极管中电信号的流量。以这种方式连接的发光二极管通常导致电源具有高效率和低量的热应力。

有时，发光二极管也可能出故障。发光二极管的故障可能是断路故障或者是短路故障。举例来说，在短路故障模式，发光二极管2短路，使得电流通过发光二极管2从发光二极管1传输到3而不产生光。另一方面，在断路故障模式，发光二极管2开路，同样地原因引起如图1中所示的整体阵列失效。

为了阐明这种情况，也已提出发光二极管的其他的布置。例如，图2(a)说明了发光二极管的另一典型排列，它由诸如平行连接的并联发光二极管10，20，30和40的多个支路组成。每个支路包含串联的发光二极管。例如支路10包含串联的发光二极管11到n1。电源14经由电阻器R2提供一个电信号给发光二极管。

以这种形式相连的发光二极管与按照图1中所示的排列连接的发光二极管相比具有较高的稳定性。在断路故障模式，一个支路中的发光二极管的故障导致在该支路上的所有的发光二极管失效，而不会显著影响剩下的支路上的发光二极管。然而，由于一个单独的发光二极管的故障而导致该支路上所有的发光二极管失效仍然不是期望的结果。在短路故障模式，第一支路上的发光二极管的故障可能导致该支路和其它支路相比，具有较高的电流。增加的电流穿过一个单独的支路，将导致它和剩下的支路上的发光二极管相比具有不同程度的亮度，这也不是一个期望的结果。

为了解决这个问题，提出了另一种发光二极管的排列。例如，图2(b)表示了另一种用于现有技术照明系统中发光二极管的排列。如图2(a)所示的排列，图2(b)表示了发光二极管的四个支路，比如并联的50，60，70和80。每一个支路进一步包括串联的发光二极管。例如，支路50包括串联的发光二极管51到n5。电源54通过电阻R3给发光二极管提供电流信号。

图2(b)中所示的排列进一步包括在发光二极管邻近支路之间的旁路。例如，旁路55将支路50上发光二极管51和52的中间和支路60上的发光二极管61和62的中间连接在一起。相似的，旁路75将支路70上发光二极管71和72的中间和支路80上的发光二极管81和82的中间连接在一起。

以这种方式相连的发光二极管与按照图1或2(a)中所示的排列相连的发光二极管相比，具有更高的稳定性。这是因为，在断路故障模式下，整个支路不会因为该支路上的一个单独的发光二极管的故障而全部失效。相反，电流可以通过旁路绕过出故障的二极管。

在短路模式时，出故障的发光二极管没有电压穿过，因此引起所有的电流全部通过具有故障的发光二极管的支路。例如，如果发光二极管51短路，电流将穿过上面的支路。因此，在如图2(b)所示的排列中，当单个的发光二极管短路时，相应的在其它支路上的发光二极管61，71和81也失效了。

图2(b)所示的排列也经历其它问题。例如，为了确保在排列中的发光二极管具有相同的亮度，排列要求平行连接的发光二极管具有匹配的正相电压特性。例如，发光二极管51，61，71，和81，它们平行连接，必须具有严格匹配的正相电压特性。否则，穿过发光二极管的电流信号将变化，结果导致发光二极管具有不相同的亮度。

为了避免亮度不同的问题，每一个发光二极管的正相电压特性必须在使用之前被测试。另外，多个具有相似电压特性的发光二极管必须紧密组合成群(也就是正相电压特性几乎相同的一系列发光二极管)。发光二极管的紧密组群，必须安装在互相平行的发光二极管排列中。这个组合的过程是高代价，费时间并且效率低的。

因此，这就存在一种需求，需求一种改进了的发光二极管的排列，它不会产生上面所述的现有技术中存在的问题。