温度制御式ＬＥＤアレイ
いずれの中にも同じ量の電流が流れるように、ＬＥＤアレイがトランジスタに接続されるランプ。トランジスタの制御（たとえば、ベース）端子における電圧レベルが、動作温度が上昇するときに電流の大きさが低減されるように制御される。結果として、ＬＥＤアレイ内のＬＥＤの接合部から生成される熱が低減され、それによって、動作温度の上昇が補償される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイに関し、より具体的には、より高い温度において動作するランプ内のＬＥＤアレイの動作の信頼性を高める方法及び装置に関する。また本発明は、そのようなランプを自動車のブレーキ／テールランプとして用いることにも関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、一般に半導体ｐ−ｎ接合部を含み、その中を順方向に流れる電流に正比例する強度を有する光を生成する。所望の強度レベルの光を生成するために、そのようなＬＥＤの多くはアレイとして形成されることが多い。
ＬＥＤアレイはさらに、ドライバ回路及びケーシングのような他の構成要素と共にランプとしてパッケージされることがある。１つのそのような用途は、ＬＥＤアレイベースのランプを自動車のブレーキランプ及びテールランプとして用いることである。一般に、ブレーキライトは、ブレーキがかけられるのに応答して、１つの強度の光を生成し、テールランプは、特に夜間に別の強度の光を生成する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＬＥＤアレイベースのランプが抱える１つの問題は、ＬＥＤアレイが高い動作温度において（すなわち、ライト又は自動車の一般的な環境において）故障しやすいことである。その故障の原因は多くの場合、その動作温度が、ＬＥＤ内のＰ−Ｎ接合部の温度上昇を引き起こすことがあり、それによってＬＥＤアレイのすぐ近くの温度がさらに上昇し、それによって、（Ｐ−Ｎ接合部、ケーシング、又はＰＮ接合部の接続リード線へのワイヤボンディングを含む）ＬＥＤ材料が壊れる／焼ける可能性があることによるものである。
それゆえ、より高い温度において動作するランプ内のＬＥＤアレイの動作の信頼性を高める方法及び装置が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記した問題点を解決するために、本発明は、
ランプであって、
制御端子（１１４）を有し、該制御端子（１１４）の電圧によって決定される大きさの電流を流すトランジスタ（１４０）と、
前記トランジスタ（１４０）に接続され、前記電流の前記大きさに比例する強度の光を生成するＬＥＤアレイ（１３０）と、
前記制御端子に接続され、前記ランプの動作温度が第１の値に等しい場合に、第１のレベルを有する前記電圧を生成し、前記ランプの動作温度が前記第１の値とは異なる第２の値に等しい場合に、前記第１のレベルとは異なる第２のレベルを有する前記電圧を生成するドライバブロック（１１０）と
を備えていることを特徴とするランプ
を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明を、以下に簡潔に説明される添付の図面を参照しながら説明する。
図面において、類似の参照符号は、同じ、機能的に類似の、及び／又は構造的に類似の構成要素を包括的に示す。ある構成要素が最初に現れる図面は、対応する参照符号内の最も左側の数字（一桁とは限らない）によって示される。
【０００６】
１．概説
本発明の一態様に従って提供されるランプは、制御端子における電圧によって決定される大きさの電流を流すトランジスタと、電流の大きさに比例する強度を有する光を生成するＬＥＤアレイとを含む。その際、ドライバブロックが制御端子における電圧レベルを制御し、動作温度が上昇すると、電流の大きさが低減されるようにする。結果として、動作温度が上昇すると、ＬＥＤアレイによって生成される熱が減少し、それによってＬＥＤ、又はランプの他の構成要素への損傷のような問題が回避される。
本発明の別の態様によれば、そのようなランプは、自動車のブレーキ／テールランプとして用いるようになっている。
【０００７】
本発明のいくつかの態様が、例示のための実施例を参照しながら以下に説明される。本発明の完全な理解を提供するために、数多くの具体的な細部、関係及び方法が説明されることは理解されたい。しかしながら、本発明が、具体的な細部のうちの１つ又は複数を用いることなく、又は他の方法等を用いて実施することができることは、当業者には容易に理解されよう。他の事例では、本発明を不明瞭にするのを避けるために、既知の構造又は動作は詳細には示されない。
【０００８】
２．ランプ
図１は、本発明の一態様による、ランプの一部の細部を示すブロック図である。ＬＥＤアレイ１３０、トランジスタ１４０、抵抗器（Ｒｅ）１５０及びＬＥＤドライバブロック１１０を含む図が示される。各構成要素が以下にさらに詳細に説明される。
説明を容易にするために、ただ１つのＬＥＤアレイと、関連付けられるトランジスタ１４０及び抵抗器１５０を含む図１が示される。自動車の照明への応用形態は典型的には、多数のＬＥＤアレイ（ＬＥＤアレイ１３０に類似）と、関連付けられるトランジスタ及び抵抗器とを用いる。その際、ＬＥＤドライバブロックは、そのようなＬＥＤアレイのそれぞれに、以下に説明される信号を与えることができる。
【０００９】
ＬＥＤアレイ１３０は、直列に接続されると共に、経路１１３上の電圧によって起動される１つ又は複数のＬＥＤを含むことができる。ＬＥＤアレイ１３０によって発光される光の強度は、アレイの中に流れる（また、経路１３４上に見られる）電流に比例する。以下に説明される自動車内のテールランプとしての実施態様に関しては、ブレーキがかけられる場合には（経路１０１によって指示される）、より高い強度の光を生成し、そのランプがテールランプとして動作する場合には（経路１０３によって指示される）、低い強度の光を生成するように電流が制御される。
【００１０】
トランジスタ１４０は、ベース端子（経路１１４に接続される）と、エミッタ端子（経路１４５に接続される）と、コレクタ端子（経路１３４に接続される）とを含むＢＪＴ（バイポーラ接合トランジスタ）として示される。トランジスタ１４０は、経路１１４上の電圧が所定のしきい値を超えるときにオン状態になり、そうでない場合にはオフ状態になる。
【００１１】
また、トランジスタ１４０（したがって、ＬＥＤアレイ１３０）の中に流れる電流の大きさ（振幅）は、経路１１４上の電圧レベル、及び抵抗器１５０によって与えられる抵抗によって設定される。抵抗器１５０を用いて、要求されるベース電流値（経路１４５上）、及び結果として生成されるＬＥＤ電流値（経路１３４上）を設定する。抵抗が一定であるものと仮定すると、経路１１４上の電圧を高くすることによって、電流も増大させることができる。
【００１２】
ＬＥＤドライバブロック１１０は、ライトをオン／オフするために、またＬＥＤアレイ１３０から所望の光強度を得るために、経路１１４上の電圧レベルを制御する。経路１１４上の電圧レベルは、動作温度が上昇するほど、電圧レベルが低くなるように制御される。結果として、経路１３４上のＬＥＤ電流もそれに応じて減少し、それによって、ＬＥＤアレイ１３０内のＬＥＤの接合温度が下がる。
【００１３】
自動車への応用形態における使用に関しては、経路１０１が、ブレーキがかけられたことを指示するときには、経路１１４上に高い電圧が印加され、経路１０３によって指示されるように、そのランプが単にテールライトとして動作する必要があるときには、経路１１４上に低い（ただし、トランジスタ１４０をオンに切り替えるほど十分に高い）電圧が印加される。ブレーキライトに対応する高い電圧を印加するときであっても、潜在的には動作温度に比例して、経路１１４上の電圧レベル（それゆえ、経路１３４上の電流）は低減される。
【００１４】
本発明の一態様に従って、そのような温度補償を達成することができる方法に関して、説明を続ける。その後、一実施形態におけるＬＥＤドライバブロック１１０の回路レベルの実施態様で説明を続ける。
【００１５】
３．温度補償
図２は、本発明の一態様による、温度補償が提供される態様を示す回路図である。ＬＥＤドライバブロック１１０内に抵抗器（Ｒ１）２６５及び（Ｒ３）２７０と、ダイオード（Ｄ１）２８０及び（Ｄ２）２８１とを含んでいる。図１の構成要素のいくつかは、以下の解析においても繰り返して用いられる。ＬＥＤドライバブロック１１０内の構成要素は、以下に示されるように、動作温度が上昇するのに応答して、経路１１４上の電圧を低下させ、それによって図１のＬＥＤアレイ１３０内の電流を低減するように動作する。
【００１６】
抵抗器Ｒ１、Ｒ２及びダイオードＤ１、Ｄ２は分圧器ネットワークを形成し、その分圧器ネットワークは、経路２９０上で電圧（図３に関して以下に説明されるように、経路１０１上の「ブレーキ動作」を指示する電圧から導出することができる）を受信し、以下に説明するように、経路１１４上に所望のレベルの電圧を与える。
【００１７】
ダイオードＤ１及びＤ２は、経路１３４上のＬＥＤ電流に温度補償を提供するように動作する。これは、図２から、経路１１４上に与えられる電圧が抵抗器Ｒ３、ダイオードＤ１及びダイオードＤ２での電圧降下の和に等しいことによるものである。ダイオードＤ１及びＤ２での電圧降下はそれぞれ、図２の回路の動作温度に反比例する。したがって、温度が変化すると、ダイオードＤ１及びＤ２での電圧降下は、対応する値だけ逆に（又は負の相関によって）変化し、それによって、経路１１４上に印加される電圧が変化する。
【００１８】
たとえば、動作温度が上昇することによって、ＬＥＤアレイ１３０内のＬＥＤの接合温度が上昇することがある。しかしながら、そのような動作温度の上昇は、対応する（そして場合によっては比例する）、ダイオードＤ１及びＤ２での電圧降下の減少を引き起こし、それによって、経路１１４上に与えられる電圧が減少する。結果として、経路１３４上のＬＥＤ電流もそれ応じて減少し、ＬＥＤアレイ１３０内の電力損が減少し、ＬＥＤアレイ１３０内のＬＥＤの接合温度が許容限度内に入るように維持される。
【００１９】
図２の回路の動作を、例示するために設計仕様例に関して以下にさらに詳細に説明する。
４．設計仕様例による例示
例示するために、以下の設計仕様を有するランプが設計されることになるものと仮定する。
１．図２の回路の場合の動作温度範囲が−４０℃〜＋８５℃である。
２．ＬＥＤ２００、２１０、２２０及び２３０〜２３０のそれぞれの最大動作接合温度（Ｔｊ）は１２５℃である。
【００２０】
必要とされる温度補償が提供されて上記の仕様例が満たされることを示すために、回路機能が以下に説明される。ＬＥＤ２００、２１０、２２０及び２３０が自動車のブレーキランプに用いられ、対応するレベルの光強度を得るために、ＬＥＤ２００〜２３０の中に６５ミリアンペアの電流を流す必要があるものと仮定する。また、以下のことも仮定される。ＬＥＤ２００〜２３０のそれぞれの定格最大順方向電流＝７０ミリアンペア（ｍＡ）である。
【００２１】
ＬＥＤ２００〜２３０のそれぞれの中の動作順方向電流＝６５ｍＡ。
ＬＥＤ２００〜２３０のそれぞれの両端での６５ｍＡ時の順方向電圧降下＝２．１ボルト（Ｖ）。
経路１１３上の最小電圧＝１０．５Ｖ。
要求される適切な値の定電圧が経路１０１及び１０３上で得られる。
以下の計算は、例示のためにＬＥＤ２００に関して示される（ＬＥＤ２００〜２３０は同じ特性を有するものと仮定するため、以下の計算はＬＥＤ２１０〜２３０にも当てはまるであろう）。
動作順方向電流（経路１３４上のエミッタ電流Ｉｅ）＝６５ｍＡ・・・・・・・・式１
ＬＥＤ２００の両端での順方向電圧降下（Ｖｆ）＝２．１０Ｖ・・・・・・・・・式２
式１及び式２から：電力損（Ｐｄ）
＝Ｖｆ×ＩＥ＝２．１×０．０６５＝０．１３６Ｗ・・・・・・式３
ＬＥＤ２００のケーシング（図示せず）の熱抵抗（Ｒｊ）＝３２５℃／Ｗ・・・・式４
式３及び式４から：ＬＥＤ２００の接合温度の上昇（ΔＴ）
＝Ｐｄ×Ｒｊ＝０．１３６×３２５＝４４．２℃・・・・・・・式５
それゆえ、８５℃の最大周囲動作温度（Ｔａ）の場合に、Ｔｊは以下の式によって与えられる。
Ｔｊ＝Ｔａ＋ΔＴ＝１２９．２℃・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式６
式６から、接合温度Ｔｊが１２５℃の許容最大値を超えることが明らかであろう。
【００２２】
ダイオード２８０／２８１の動作が周囲温度Ｔａの上昇を実質的に補償し、ＬＥＤ２００の接合温度Ｔｊを許容限度（仕様例ごとのように、１２５℃の最大値）内に維持することが示される。
ブレーキの応用形態によって、定電圧Ｖｂが経路１０１上に存在することになる。経路１０３は、いかなる電圧にも接続されないものと仮定される。
それゆえ、経路１１４上の電圧（Ｖｂｅ）は以下の式によって与えられる。
Ｖｂｅ＝ＶＤ１＋ＶＤ２＋（Ｒ１×ＩＢ）・・・・・・・・・・・・・・・・・・式７
ただし、ＶＤ１：ダイオードＤ１の両端での電圧降下
ＶＤ２：ダイオードＤ２の両端での電圧降下
Ｒ１：Ｒ１（２７０）の抵抗
ＩＢ：Ｒ１、Ｄ１及びＤ２を含む直列経路（２７５）の中の電流
【００２３】
経路１１３上で定電圧が得られるものと仮定している。それゆえ、ＩＢの値は、要求される動作温度範囲にわたって、概ね一定のままであると仮定することができる。したがって、式７は以下のように書き換えることができる。
Ｖｂｅ＝ＶＤ１＋ＶＤ２＋ｋ１・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式８
ただし、ｋ１＝式７の項（Ｒ１×ＩＢ）
既知であるように、ダイオードの両端での順方向電圧降下（式７のＶＤ１及びＶＤ２等）は以下の式によって与えられる。
順方向電圧降下ＶＤ＝（ｎｋＴ／ｑ）Ｉｎ（ＩＤ／ＩＳ）・・・・・・・・・・・式９
ただし、ＶＤ：ダイオード順方向電圧
ｎ：ダイオード発光係数
ｋ：ボルツマン定数
Ｔ：温度（度）
ｑ：電子の電荷
ＩＤ：ダイオード順方向電流
ＩＳ：ダイオードの逆方向飽和電流
【００２４】
順方向電流の低い値では、接合温度（ダイオードＤ１及びＤ２のためのＴｊｄ）と順方向電圧ＶＤ（図２のＶＤ１及びＶＤ２）との間の関係は概ね線形であり、それゆえ、接合温度が変化するのに応じて、Ｋ倍だけ変化が引き起こされる。この関係は以下の式によって与えられる。
ΔＶＤ＝ΔＴｊｄ／Ｋ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式１０ａ
ただし、ΔＶＤ：ダイオード順方向電圧の変化
ΔＴｊｄ：ダイオードの接合温度の（対応する）変化
Ｋ：比例定数
Ｋの単位は℃／ｍＶであり、その値は典型的には０．４〜０．８Ｃ／ｍＶの範囲内にある。この式は、本発明人の応用形態に合わせて、以下のように簡単にすることができる。
【００２５】
式１０ａは以下のように書き換えることができる。
ΔＶＤ＝ΔＴｊ×Ｋ１・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式１０ｂ
式中：Ｋ１＝１／Ｋであり、典型的には１．２５〜２．５ｍＶ／℃の範囲内にある。
この例において仮定される８５℃の最大動作温度及び２５℃の周囲温度の場合に、ダイオード接合温度の変化は以下の式によって与えられる。
ΔＴｊｄ＝８５−２５＝６０℃
Ｋ１として１．２５ｍＶ／℃の最小値を仮定すると、ダイオード順方向電圧の変化は以下の式によって与えられる。
ΔＶＤ＝７５ｍＶ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式１１ａ
このように、２５℃〜８５℃までの周囲温度の変化の場合、ダイオードＤ１及びＤ２のそれぞれでの順方向電圧降下の変化は７５ｍＶであり、ダイオードＤ１及びＤ２を直列に組み合わせたものによる電圧降下の全変化は以下の式によって与えられる。
ΔＶＤ１＋ΔＶＤ＝１５０ｍＶ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式１１ｂ
【００２６】
経路１１４がＬＥＤドライバブロック１１０から切断される場合は、経路１１４上の電圧（Ｖｂｅ）は以下の式によって与えられる。
Ｖｂｅ（ＬＥＤドライバブロック１１０を用いない場合）
＝（１２×０．０６５）＋０．７
＝１．４８ボルト・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式１２
ただし、１２オーム＝Ｒｅの抵抗値
０．０６５（６５ｍＡ、先に仮定された動作順方向電流）＝Ｒｅの中の電流
０．７＝はトランジスタ１４０のカットインベース／エミッタ間電圧
【００２７】
経路１１４にＬＥＤドライバブロックが接続される場合、式１２のＶｂｅは１５０ｍＶ（式１１ｂ）だけ減少し、以下の式によって与えられる。
Ｖｂｅ（ＬＥＤドライバブロック１１０が接続される場合）
＝１．４８−０．１５
＝１．３３Ｖ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式１３
こうして、ダイオードＤ１及びＤ２を接続することによって、８５℃の動作温度において、Ｖｂｅが１．４８Ｖから１．３３Ｖに実質的に低減されている。
【００２８】
したがって、経路１３４（及び、トランジスタ１４０のベース電流を無視すると、１４５）上の順方向電流（Ｉｅ）の対応する値は以下の式によって与えられる。
Ｉｅ＝（１．３３−０．７）／１２＝５２．５ｍＡ・・・・・・・・・・・・式１４
ただし、１．３３＝式１３において計算されたＶｂｅの値
０．７＝トランジスタ１４０のカットインベース／エミッタ間電圧
１２オーム：Ｒｅの抵抗値
それゆえ、ＬＥＤ２００の接合温度の変化の対応する値は、以下の式によって与えられる。
ΔＴｊ＝Ｐｄ×Ｒｊ＝０．０５２．５×２．１×３２５＝３５．５℃・・・・式１５
ただし、Ｐｄは電力損であり、０．０５２アンペア（式１４において計算された５２ｍＡ）に２．１Ｖ（ＬＥＤ２００の両端での順方向電圧降下）を掛けた値に等しい。Ｒｊは式４において与えられる。
【００２９】
こうして、式１５から、ＬＥＤ２００の接合温度Ｔｊは以下の式によって与えられる。
Ｔｊ＝Ｔａ＋ΔＴｊ＝８５＋３５．３５＝１２０．５℃・・・・・・・・・式１６
式１６から、ＬＥＤ２００の接合温度Ｔｊは、設計仕様によって許容される１２５℃の最大値よりも小さいことは明らかである。
したがって、ダイオードＤ１及びＤ２での順方向電圧降下の変化が温度補償すること、及びＬＥＤ２００の接合温度を許容限度内に維持するのを容易にすることが明らかである。ＬＥＤ２１０〜２３０の接合温度も同じく、ＬＥＤドライバブロック１１０のダイオードＤ１及びＤ２の動作によって、許容限度内に維持されるであろう。
【００３０】
図３は、種々の値の周囲温度の場合にＬＥＤアレイ１３０の中に流れる順方向電流の値を含む表である。第１列は周囲温度を列挙し、対応する順方向電流が第２列に列挙される。第２列内に列挙される種々の値の順方向電流の場合に対応する接合温度が、この例において要求される許容限度内にあることを確かめることができる。
【００３１】
ＬＥＤアレイ１３０のＬＥＤの強度レベルを制御することができることも望ましいことがある。たとえば、自動車では、「ブレーキ」指示は一般的に、「テール」ライト強度よりも高い強度を必要とする。図１及び図２のＬＥＤドライバブロック１１０は、上記の温度補償機能を提供しながら、（ブレーキ指示及びテールライト動作用の）ＬＥＤの強度制御を容易にする機構を組み込むことができる。したがって、本発明の別の態様に従って、そのような機構を例示するために説明を行う。
【００３２】
５．ブレーキ指示及びテール指示を与えるＬＥＤ強度制御
図４は、本発明の一実施形態において、ＬＥＤアレイの種々の強度レベルが与えられる態様を示す、ＬＥＤドライバブロック１１０及び関連付けられるＬＥＤアレイの回路図である。ＬＥＤアレイ１３０、トランジスタ１４０、抵抗器（Ｒｅ）１５０及びＬＥＤドライバブロック１１０を含む図が示される。
【００３３】
ＬＥＤ２００、２１０、２２０及び２３０を含むＬＥＤアレイ１３０が示されており、抵抗器（Ｒ１）２６５、（Ｒ２）２６６、（Ｒ３）２７０、（Ｒ４）４９５及び（Ｒ５）４９１と、ダイオード（Ｄ１）２８０、（Ｄ２）２８１、（Ｄ３）４１０、（Ｄ４）４５０及び（Ｄ５）４４０と、抵抗器ツェナーダイオード（Ｚ１）４８１及び（Ｚ２）４８２と、トランジスタ４６０とを含むＬＥＤドライバブロック１１０が示される。説明を容易にするために、図１の残りの構成要素が繰り返し用いられる。
【００３４】
抵抗器Ｒ１、Ｒ２及びダイオードＤ１、Ｄ２は、経路２９０上で電圧を受信する分圧器ネットワークを形成し、上記で言及されたように、ＬＥＤアレイ１３０から対応する所望のレベルの強度を得るために、経路１１４上に所望の電圧レベルを与える。抵抗器Ｒ５及びＲ４は電流制限抵抗器である。ダイオードＤ５を用いて、ブレーキ（１０１）とグランド（１０５）との間の電圧が負である場合にツェナーダイオードＺ２への損傷を防ぐ。ダイオードＤ１及びＤ２は、上記で説明されたように、経路１３４上のＬＥＤ電流に温度補償を提供するように動作するが、簡潔にするために、ここではその説明は繰り返さない。
【００３５】
「ブレーキ」動作及び「テールランプオン」動作を指示する電圧はそれぞれ、経路１０１及び１０３上に外部から与えられ、一般的には、同じ電圧源によって与えられる。ダイオードＤ３は、経路１０１上に与えられる電圧が経路１０３上に現れるのを阻止する。同様に、ダイオードＤ４は、経路１０３上に与えられる電圧が、経路１０１上に現れるのを阻止する。こうして、ダイオードＤ３及びＤ４は、経路１０１及び１０３上にそれぞれ対応する「ブレーキ」電圧及び「テールランプオン」電圧を与える電圧源を保護する。ＬＥＤアレイ１３０に電流を供給するための経路１１２上の電圧は、経路１０１及び１０３上の電圧のうちの大きい方から、Ｄ４又はＤ３に起因するダイオード電圧降下を減算した値に等しい。図４に示される例示的な実施形態では、経路１０１及び１０３上の電圧は等しく、１４Ｖになるように選択される。
【００３６】
ツェナーダイオードＺ１は、５．１ボルト（Ｖ）の降伏電圧を有する。したがって、経路１０３上の電圧が、５．１Ｖに、Ｄ３に起因するダイオード電圧降下（典型的には０．７Ｖ）を加算した値よりも高くなる場合には、Ｚ１の動作によって、経路２９０上に５．１Ｖの電圧が現れる。同様に、ツェナーダイオードＺ２は、５．１ボルト（Ｖ）の降伏電圧を有する。したがって、経路１０１上の電圧が、５．１Ｖに、Ｄ５に起因するダイオード電圧降下（典型的には０．７Ｖ）を加算した値よりも高くなる場合には、Ｚ２の動作によって、経路２９１上に５．１Ｖの電圧が現れる。
【００３７】
トランジスタ４６０は、ベース（制御）端子（経路２９１に接続される）、エミッタ端子（経路２９２に接続される）及びコレクタ端子（経路２９０に接続される）を含むＢＪＴ（バイポーラ接合トランジスタ）として示される。エミッタ端子及びコレクタ端子は、その間に電流経路が存在することになる一対の端子を形成する。経路１０１上の電圧が、５．１ＶにＤ５に起因するダイオード電圧降下（典型的には０．７Ｖ）を加算した値を超える場合には、トランジスタ４６０はオン状態になり、そうでない場合には、オフ状態になる。
【００３８】
ブレーキがかけられる（すなわち、対応する電圧が経路１０１上に存在する）場合には、対応するＬＥＤアレイ１３０の一方の（高い）強度レベルが得られること、及び、テールランプ機能だけが必要とされる（すなわち、対応する電圧が経路１０３上に存在し、経路１０１上には電圧が存在しない）場合には、対応するＬＥＤアレイ１３０の第２の（低い）強度レベルが得られることを例示するために、ここで、図４の回路の動作が説明される。
【００３９】
テールライトオン動作
経路１０１上に電圧が存在しない場合、トランジスタ４６０はオフ状態にある。（テールライトオン状態を指示するために）要求される電圧値が経路１０３（テール）上に存在する場合には、ツェナーダイオードＺ１が降伏領域において動作し、経路２９０上に５．１Ｖが現れる。
Ｒ１、Ｒ３、Ｄ１及びＤ２は分圧器ネットワークを形成する。それゆえ、経路２９０上に５．１Ｖの電圧がある場合、経路１１４上の電圧値は以下の式によって与えられる。
Ｖｂｅ
＝［（５．１−０．７８）×（３３／３３０３３）］＋０．７８ボルト・・・・式１７
ただし、Ｖｂｅ＝経路１１４上の電圧
５．１Ｖ＝経路２９０上の電圧
３３＝抵抗器Ｒ３の抵抗値
３３０００＝抵抗器Ｒ１の抵抗値
０．７８Ｖ＝Ｄ１及びＤ２のダイオード電圧降下（０．３９Ｖ）の和
【００４０】
式１７から、Ｖｂｅ（テールライトオンの場合）は約１．３Ｖに等しい。
それゆえ、エミッタ電流（経路１４５）、及び結果としてＬＥＤ電流（経路１３４）の値は以下の式によって与えられる。
ＬＥＤ電流＝（０．７８−０．７）／１２（近似的に）＝６．６６ｍＡ・・・・式１８
こうして、ＬＥＤアレイ１３０によって、６．６６ｍＡに対応する光強度が与えられる。
【００４１】
ブレーキライト動作
要求される電圧値（ブレーキ動作を指示する）が経路１０１上に印加される。それゆえ、ツェナーダイオードＺ２は降伏領域において動作し、経路２９１上に５．１Ｖが現れ、それによって、トランジスタ４６０がオンに切り替わる。こうして、抵抗器Ｒ２が経路２９０に接続される。これによって、実質的に、抵抗器Ｒ１及びＲ２が並列に接続される。Ｒ２の値６８０オーム（この例において仮定される）は、Ｒ１の値（３３０００オーム）よりもはるかに小さいため、Ｒ１及びＲ２の実効的な並列抵抗はＲ２の値、すなわち６８０オームによって近似することができ、抵抗器Ｒ１の影響は以下の計算から削除されてもよい。
【００４２】
Ｒ２、Ｒ３、Ｄ１及びＤ２は分圧器ネットワークを形成する。それゆえ、経路２９１上に５．１Ｖの電圧が現れる場合に、経路１１４上の電圧値は以下の式によって与えられる。
Ｖｂｅ＝［（５．１−１．３）×（３３／７１３）］＋１．３ボルト・・・・・式１９
ただし、Ｖｂｅ＝経路１１４上の電圧
５．１Ｖ＝経路２９０上の電圧
３３オーム＝抵抗器Ｒ３の抵抗値
７１３オーム＝抵抗Ｒ２（６８０オーム）とＲ３（３３オーム）との和
１．３Ｖ＝ダイオード電圧降下（Ｄ１及びＤ２のそれぞれにおいて０．３９Ｖであると仮定される）に、ＢＪＴ４６０のベース／エミッタ接合部に起因する０．５２Ｖ電圧降下を加算した和
式１９から、Ｖｂｅ（ブレーキライト動作の場合）は約１．４８Ｖに等しい。
【００４３】
それゆえ、エミッタ電流（経路１４５）、及び結果としてＬＥＤ電流（経路１３４）の値は以下の式によって与えられる。
ＬＥＤ電流＝（１．４８−０．７）／１２（近似的に）＝６５ｍＡ・・・・・・式２０
こうして、ＬＥＤアレイ１３０によって、６５ｍＡに対応するより高い光強度が与えられる。
したがって、ＬＥＤドライバブロックによって、ＬＥＤアレイ１３０が、２つの強度レベルを与えることができるようになり、テールライト動作の場合には低いレベル、ブレーキ動作の場合には高いレベルを与えることができることが示された。
【００４４】
６．結論
上記で本発明の種々の実施形態が説明されてきたが、それらの実施形態は例示としてのみ提示されており、制限するものではないことは理解されたい。したがって、本発明の広さ及び範囲は、上記で説明された例示的な実施形態のいずれかによって限定されるべきではなく、特許請求の範囲及びその均等物に従ってのみ規定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一態様による、ランプの一部の細部を示すブロック図である。
【図２】本発明の一態様による、温度補償が提供される態様を示す回路図である。
【図３】一実施形態における、周囲／動作温度の種々の値に対するＬＥＤアレイの中を順方向に流れる電流の値を含む表の図である。
【図４】本発明の一実施形態においてＬＥＤアレイの種々の強度レベルが与えられる態様を示す、ＬＥＤドライバブロック１１０及び関連付けられるＬＥＤアレイの回路図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイに関し、より具体的には、より高い温度において動作するランプ内のＬＥＤアレイの動作の信頼性を高める方法及び装置に関する。また本発明は、そのようなランプを自動車のブレーキ／テールランプとして用いることにも関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、一般に半導体ｐ−ｎ接合部を含み、その中を順方向に流れる電流に正比例する強度を有する光を生成する。所望の強度レベルの光を生成するために、そのようなＬＥＤの多くはアレイとして形成されることが多い。
ＬＥＤアレイはさらに、ドライバ回路及びケーシングのような他の構成要素と共にランプとしてパッケージされることがある。１つのそのような用途は、ＬＥＤアレイベースのランプを自動車のブレーキランプ及びテールランプとして用いることである。一般に、ブレーキライトは、ブレーキがかけられるのに応答して、１つの強度の光を生成し、テールランプは、特に夜間に別の強度の光を生成する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＬＥＤアレイベースのランプが抱える１つの問題は、ＬＥＤアレイが高い動作温度において（すなわち、ライト又は自動車の一般的な環境において）故障しやすいことである。その故障の原因は多くの場合、その動作温度が、ＬＥＤ内のＰ−Ｎ接合部の温度上昇を引き起こすことがあり、それによってＬＥＤアレイのすぐ近くの温度がさらに上昇し、それによって、（Ｐ−Ｎ接合部、ケーシング、又はＰＮ接合部の接続リード線へのワイヤボンディングを含む）ＬＥＤ材料が壊れる／焼ける可能性があることによるものである。
それゆえ、より高い温度において動作するランプ内のＬＥＤアレイの動作の信頼性を高める方法及び装置が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記した問題点を解決するために、本発明は、
ランプであって、
制御端子（１１４）を有し、該制御端子（１１４）の電圧によって決定される大きさの電流を流すトランジスタ（１４０）と、
前記トランジスタ（１４０）に接続され、前記電流の前記大きさに比例する強度の光を生成するＬＥＤアレイ（１３０）と、
前記制御端子に接続され、前記ランプの動作温度が第１の値に等しい場合に、第１のレベルを有する前記電圧を生成し、前記ランプの動作温度が前記第１の値とは異なる第２の値に等しい場合に、前記第１のレベルとは異なる第２のレベルを有する前記電圧を生成するドライバブロック（１１０）と
を備えていることを特徴とするランプ
を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明を、以下に簡潔に説明される添付の図面を参照しながら説明する。
図面において、類似の参照符号は、同じ、機能的に類似の、及び／又は構造的に類似の構成要素を包括的に示す。ある構成要素が最初に現れる図面は、対応する参照符号内の最も左側の数字（一桁とは限らない）によって示される。
【０００６】
１．概説
本発明の一態様に従って提供されるランプは、制御端子における電圧によって決定される大きさの電流を流すトランジスタと、電流の大きさに比例する強度を有する光を生成するＬＥＤアレイとを含む。その際、ドライバブロックが制御端子における電圧レベルを制御し、動作温度が上昇すると、電流の大きさが低減されるようにする。結果として、動作温度が上昇すると、ＬＥＤアレイによって生成される熱が減少し、それによってＬＥＤ、又はランプの他の構成要素への損傷のような問題が回避される。
本発明の別の態様によれば、そのようなランプは、自動車のブレーキ／テールランプとして用いるようになっている。
【０００７】
本発明のいくつかの態様が、例示のための実施例を参照しながら以下に説明される。本発明の完全な理解を提供するために、数多くの具体的な細部、関係及び方法が説明されることは理解されたい。しかしながら、本発明が、具体的な細部のうちの１つ又は複数を用いることなく、又は他の方法等を用いて実施することができることは、当業者には容易に理解されよう。他の事例では、本発明を不明瞭にするのを避けるために、既知の構造又は動作は詳細には示されない。
【０００８】
２．ランプ
図１は、本発明の一態様による、ランプの一部の細部を示すブロック図である。ＬＥＤアレイ１３０、トランジスタ１４０、抵抗器（Ｒｅ）１５０及びＬＥＤドライバブロック１１０を含む図が示される。各構成要素が以下にさらに詳細に説明される。
説明を容易にするために、ただ１つのＬＥＤアレイと、関連付けられるトランジスタ１４０及び抵抗器１５０を含む図１が示される。自動車の照明への応用形態は典型的には、多数のＬＥＤアレイ（ＬＥＤアレイ１３０に類似）と、関連付けられるトランジスタ及び抵抗器とを用いる。その際、ＬＥＤドライバブロックは、そのようなＬＥＤアレイのそれぞれに、以下に説明される信号を与えることができる。
【０００９】
ＬＥＤアレイ１３０は、直列に接続されると共に、経路１１３上の電圧によって起動される１つ又は複数のＬＥＤを含むことができる。ＬＥＤアレイ１３０によって発光される光の強度は、アレイの中に流れる（また、経路１３４上に見られる）電流に比例する。以下に説明される自動車内のテールランプとしての実施態様に関しては、ブレーキがかけられる場合には（経路１０１によって指示される）、より高い強度の光を生成し、そのランプがテールランプとして動作する場合には（経路１０３によって指示される）、低い強度の光を生成するように電流が制御される。
【００１０】
トランジスタ１４０は、ベース端子（経路１１４に接続される）と、エミッタ端子（経路１４５に接続される）と、コレクタ端子（経路１３４に接続される）とを含むＢＪＴ（バイポーラ接合トランジスタ）として示される。トランジスタ１４０は、経路１１４上の電圧が所定のしきい値を超えるときにオン状態になり、そうでない場合にはオフ状態になる。
【００１１】
また、トランジスタ１４０（したがって、ＬＥＤアレイ１３０）の中に流れる電流の大きさ（振幅）は、経路１１４上の電圧レベル、及び抵抗器１５０によって与えられる抵抗によって設定される。抵抗器１５０を用いて、要求されるベース電流値（経路１４５上）、及び結果として生成されるＬＥＤ電流値（経路１３４上）を設定する。抵抗が一定であるものと仮定すると、経路１１４上の電圧を高くすることによって、電流も増大させることができる。
【００１２】
ＬＥＤドライバブロック１１０は、ライトをオン／オフするために、またＬＥＤアレイ１３０から所望の光強度を得るために、経路１１４上の電圧レベルを制御する。経路１１４上の電圧レベルは、動作温度が上昇するほど、電圧レベルが低くなるように制御される。結果として、経路１３４上のＬＥＤ電流もそれに応じて減少し、それによって、ＬＥＤアレイ１３０内のＬＥＤの接合温度が下がる。
【００１３】
自動車への応用形態における使用に関しては、経路１０１が、ブレーキがかけられたことを指示するときには、経路１１４上に高い電圧が印加され、経路１０３によって指示されるように、そのランプが単にテールライトとして動作する必要があるときには、経路１１４上に低い（ただし、トランジスタ１４０をオンに切り替えるほど十分に高い）電圧が印加される。ブレーキライトに対応する高い電圧を印加するときであっても、潜在的には動作温度に比例して、経路１１４上の電圧レベル（それゆえ、経路１３４上の電流）は低減される。
【００１４】
本発明の一態様に従って、そのような温度補償を達成することができる方法に関して、説明を続ける。その後、一実施形態におけるＬＥＤドライバブロック１１０の回路レベルの実施態様で説明を続ける。
【００１５】
３．温度補償
図２は、本発明の一態様による、温度補償が提供される態様を示す回路図である。ＬＥＤドライバブロック１１０内に抵抗器（Ｒ１）２６５及び（Ｒ３）２７０と、ダイオード（Ｄ１）２８０及び（Ｄ２）２８１とを含んでいる。図１の構成要素のいくつかは、以下の解析においても繰り返して用いられる。ＬＥＤドライバブロック１１０内の構成要素は、以下に示されるように、動作温度が上昇するのに応答して、経路１１４上の電圧を低下させ、それによって図１のＬＥＤアレイ１３０内の電流を低減するように動作する。
【００１６】
抵抗器Ｒ１、Ｒ２及びダイオードＤ１、Ｄ２は分圧器ネットワークを形成し、その分圧器ネットワークは、経路２９０上で電圧（図３に関して以下に説明されるように、経路１０１上の「ブレーキ動作」を指示する電圧から導出することができる）を受信し、以下に説明するように、経路１１４上に所望のレベルの電圧を与える。
【００１７】
ダイオードＤ１及びＤ２は、経路１３４上のＬＥＤ電流に温度補償を提供するように動作する。これは、図２から、経路１１４上に与えられる電圧が抵抗器Ｒ３、ダイオードＤ１及びダイオードＤ２での電圧降下の和に等しいことによるものである。ダイオードＤ１及びＤ２での電圧降下はそれぞれ、図２の回路の動作温度に反比例する。したがって、温度が変化すると、ダイオードＤ１及びＤ２での電圧降下は、対応する値だけ逆に（又は負の相関によって）変化し、それによって、経路１１４上に印加される電圧が変化する。
【００１８】
たとえば、動作温度が上昇することによって、ＬＥＤアレイ１３０内のＬＥＤの接合温度が上昇することがある。しかしながら、そのような動作温度の上昇は、対応する（そして場合によっては比例する）、ダイオードＤ１及びＤ２での電圧降下の減少を引き起こし、それによって、経路１１４上に与えられる電圧が減少する。結果として、経路１３４上のＬＥＤ電流もそれ応じて減少し、ＬＥＤアレイ１３０内の電力損が減少し、ＬＥＤアレイ１３０内のＬＥＤの接合温度が許容限度内に入るように維持される。
【００１９】
図２の回路の動作を、例示するために設計仕様例に関して以下にさらに詳細に説明する。
４．設計仕様例による例示
例示するために、以下の設計仕様を有するランプが設計されることになるものと仮定する。
１．図２の回路の場合の動作温度範囲が−４０℃〜＋８５℃である。
２．ＬＥＤ２００、２１０、２２０及び２３０〜２３０のそれぞれの最大動作接合温度（Ｔｊ）は１２５℃である。
【００２０】
必要とされる温度補償が提供されて上記の仕様例が満たされることを示すために、回路機能が以下に説明される。ＬＥＤ２００、２１０、２２０及び２３０が自動車のブレーキランプに用いられ、対応するレベルの光強度を得るために、ＬＥＤ２００〜２３０の中に６５ミリアンペアの電流を流す必要があるものと仮定する。また、以下のことも仮定される。ＬＥＤ２００〜２３０のそれぞれの定格最大順方向電流＝７０ミリアンペア（ｍＡ）である。
【００２１】
ＬＥＤ２００〜２３０のそれぞれの中の動作順方向電流＝６５ｍＡ。
ＬＥＤ２００〜２３０のそれぞれの両端での６５ｍＡ時の順方向電圧降下＝２．１ボルト（Ｖ）。
経路１１３上の最小電圧＝１０．５Ｖ。
要求される適切な値の定電圧が経路１０１及び１０３上で得られる。
以下の計算は、例示のためにＬＥＤ２００に関して示される（ＬＥＤ２００〜２３０は同じ特性を有するものと仮定するため、以下の計算はＬＥＤ２１０〜２３０にも当てはまるであろう）。
動作順方向電流（経路１３４上のエミッタ電流Ｉｅ）＝６５ｍＡ・・・・・・・・式１
ＬＥＤ２００の両端での順方向電圧降下（Ｖｆ）＝２．１０Ｖ・・・・・・・・・式２
式１及び式２から：電力損（Ｐｄ）
＝Ｖｆ×ＩＥ＝２．１×０．０６５＝０．１３６Ｗ・・・・・・式３
ＬＥＤ２００のケーシング（図示せず）の熱抵抗（Ｒｊ）＝３２５℃／Ｗ・・・・式４
式３及び式４から：ＬＥＤ２００の接合温度の上昇（ΔＴ）
＝Ｐｄ×Ｒｊ＝０．１３６×３２５＝４４．２℃・・・・・・・式５
それゆえ、８５℃の最大周囲動作温度（Ｔａ）の場合に、Ｔｊは以下の式によって与えられる。
Ｔｊ＝Ｔａ＋ΔＴ＝１２９．２℃・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式６
式６から、接合温度Ｔｊが１２５℃の許容最大値を超えることが明らかであろう。
【００２２】
ダイオード２８０／２８１の動作が周囲温度Ｔａの上昇を実質的に補償し、ＬＥＤ２００の接合温度Ｔｊを許容限度（仕様例ごとのように、１２５℃の最大値）内に維持することが示される。
ブレーキの応用形態によって、定電圧Ｖｂが経路１０１上に存在することになる。経路１０３は、いかなる電圧にも接続されないものと仮定される。
それゆえ、経路１１４上の電圧（Ｖｂｅ）は以下の式によって与えられる。
Ｖｂｅ＝ＶＤ１＋ＶＤ２＋（Ｒ１×ＩＢ）・・・・・・・・・・・・・・・・・・式７
ただし、ＶＤ１：ダイオードＤ１の両端での電圧降下
ＶＤ２：ダイオードＤ２の両端での電圧降下
Ｒ１：Ｒ１（２７０）の抵抗
ＩＢ：Ｒ１、Ｄ１及びＤ２を含む直列経路（２７５）の中の電流
【００２３】
経路１１３上で定電圧が得られるものと仮定している。それゆえ、ＩＢの値は、要求される動作温度範囲にわたって、概ね一定のままであると仮定することができる。したがって、式７は以下のように書き換えることができる。
Ｖｂｅ＝ＶＤ１＋ＶＤ２＋ｋ１・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式８
ただし、ｋ１＝式７の項（Ｒ１×ＩＢ）
既知であるように、ダイオードの両端での順方向電圧降下（式７のＶＤ１及びＶＤ２等）は以下の式によって与えられる。
順方向電圧降下ＶＤ＝（ｎｋＴ／ｑ）Ｉｎ（ＩＤ／ＩＳ）・・・・・・・・・・・式９
ただし、ＶＤ：ダイオード順方向電圧
ｎ：ダイオード発光係数
ｋ：ボルツマン定数
Ｔ：温度（度）
ｑ：電子の電荷
ＩＤ：ダイオード順方向電流
ＩＳ：ダイオードの逆方向飽和電流
【００２４】
順方向電流の低い値では、接合温度（ダイオードＤ１及びＤ２のためのＴｊｄ）と順方向電圧ＶＤ（図２のＶＤ１及びＶＤ２）との間の関係は概ね線形であり、それゆえ、接合温度が変化するのに応じて、Ｋ倍だけ変化が引き起こされる。この関係は以下の式によって与えられる。
ΔＶＤ＝ΔＴｊｄ／Ｋ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式１０ａ
ただし、ΔＶＤ：ダイオード順方向電圧の変化
ΔＴｊｄ：ダイオードの接合温度の（対応する）変化
Ｋ：比例定数
Ｋの単位は℃／ｍＶであり、その値は典型的には０．４〜０．８Ｃ／ｍＶの範囲内にある。この式は、本発明人の応用形態に合わせて、以下のように簡単にすることができる。
【００２５】
式１０ａは以下のように書き換えることができる。
ΔＶＤ＝ΔＴｊ×Ｋ１・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式１０ｂ
式中：Ｋ１＝１／Ｋであり、典型的には１．２５〜２．５ｍＶ／℃の範囲内にある。
この例において仮定される８５℃の最大動作温度及び２５℃の周囲温度の場合に、ダイオード接合温度の変化は以下の式によって与えられる。
ΔＴｊｄ＝８５−２５＝６０℃
Ｋ１として１．２５ｍＶ／℃の最小値を仮定すると、ダイオード順方向電圧の変化は以下の式によって与えられる。
ΔＶＤ＝７５ｍＶ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式１１ａ
このように、２５℃〜８５℃までの周囲温度の変化の場合、ダイオードＤ１及びＤ２のそれぞれでの順方向電圧降下の変化は７５ｍＶであり、ダイオードＤ１及びＤ２を直列に組み合わせたものによる電圧降下の全変化は以下の式によって与えられる。
ΔＶＤ１＋ΔＶＤ＝１５０ｍＶ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式１１ｂ
【００２６】
経路１１４がＬＥＤドライバブロック１１０から切断される場合は、経路１１４上の電圧（Ｖｂｅ）は以下の式によって与えられる。
Ｖｂｅ（ＬＥＤドライバブロック１１０を用いない場合）
＝（１２×０．０６５）＋０．７
＝１．４８ボルト・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式１２
ただし、１２オーム＝Ｒｅの抵抗値
０．０６５（６５ｍＡ、先に仮定された動作順方向電流）＝Ｒｅの中の電流
０．７＝はトランジスタ１４０のカットインベース／エミッタ間電圧
【００２７】
経路１１４にＬＥＤドライバブロックが接続される場合、式１２のＶｂｅは１５０ｍＶ（式１１ｂ）だけ減少し、以下の式によって与えられる。
Ｖｂｅ（ＬＥＤドライバブロック１１０が接続される場合）
＝１．４８−０．１５
＝１．３３Ｖ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式１３
こうして、ダイオードＤ１及びＤ２を接続することによって、８５℃の動作温度において、Ｖｂｅが１．４８Ｖから１．３３Ｖに実質的に低減されている。
【００２８】
したがって、経路１３４（及び、トランジスタ１４０のベース電流を無視すると、１４５）上の順方向電流（Ｉｅ）の対応する値は以下の式によって与えられる。
Ｉｅ＝（１．３３−０．７）／１２＝５２．５ｍＡ・・・・・・・・・・・・式１４
ただし、１．３３＝式１３において計算されたＶｂｅの値
０．７＝トランジスタ１４０のカットインベース／エミッタ間電圧
１２オーム：Ｒｅの抵抗値
それゆえ、ＬＥＤ２００の接合温度の変化の対応する値は、以下の式によって与えられる。
ΔＴｊ＝Ｐｄ×Ｒｊ＝０．０５２．５×２．１×３２５＝３５．５℃・・・・式１５
ただし、Ｐｄは電力損であり、０．０５２アンペア（式１４において計算された５２ｍＡ）に２．１Ｖ（ＬＥＤ２００の両端での順方向電圧降下）を掛けた値に等しい。Ｒｊは式４において与えられる。
【００２９】
こうして、式１５から、ＬＥＤ２００の接合温度Ｔｊは以下の式によって与えられる。
Ｔｊ＝Ｔａ＋ΔＴｊ＝８５＋３５．３５＝１２０．５℃・・・・・・・・・式１６
式１６から、ＬＥＤ２００の接合温度Ｔｊは、設計仕様によって許容される１２５℃の最大値よりも小さいことは明らかである。
したがって、ダイオードＤ１及びＤ２での順方向電圧降下の変化が温度補償すること、及びＬＥＤ２００の接合温度を許容限度内に維持するのを容易にすることが明らかである。ＬＥＤ２１０〜２３０の接合温度も同じく、ＬＥＤドライバブロック１１０のダイオードＤ１及びＤ２の動作によって、許容限度内に維持されるであろう。
【００３０】
図３は、種々の値の周囲温度の場合にＬＥＤアレイ１３０の中に流れる順方向電流の値を含む表である。第１列は周囲温度を列挙し、対応する順方向電流が第２列に列挙される。第２列内に列挙される種々の値の順方向電流の場合に対応する接合温度が、この例において要求される許容限度内にあることを確かめることができる。
【００３１】
ＬＥＤアレイ１３０のＬＥＤの強度レベルを制御することができることも望ましいことがある。たとえば、自動車では、「ブレーキ」指示は一般的に、「テール」ライト強度よりも高い強度を必要とする。図１及び図２のＬＥＤドライバブロック１１０は、上記の温度補償機能を提供しながら、（ブレーキ指示及びテールライト動作用の）ＬＥＤの強度制御を容易にする機構を組み込むことができる。したがって、本発明の別の態様に従って、そのような機構を例示するために説明を行う。
【００３２】
５．ブレーキ指示及びテール指示を与えるＬＥＤ強度制御
図４は、本発明の一実施形態において、ＬＥＤアレイの種々の強度レベルが与えられる態様を示す、ＬＥＤドライバブロック１１０及び関連付けられるＬＥＤアレイの回路図である。ＬＥＤアレイ１３０、トランジスタ１４０、抵抗器（Ｒｅ）１５０及びＬＥＤドライバブロック１１０を含む図が示される。
【００３３】
ＬＥＤ２００、２１０、２２０及び２３０を含むＬＥＤアレイ１３０が示されており、抵抗器（Ｒ１）２６５、（Ｒ２）２６６、（Ｒ３）２７０、（Ｒ４）４９５及び（Ｒ５）４９１と、ダイオード（Ｄ１）２８０、（Ｄ２）２８１、（Ｄ３）４１０、（Ｄ４）４５０及び（Ｄ５）４４０と、抵抗器ツェナーダイオード（Ｚ１）４８１及び（Ｚ２）４８２と、トランジスタ４６０とを含むＬＥＤドライバブロック１１０が示される。説明を容易にするために、図１の残りの構成要素が繰り返し用いられる。
【００３４】
抵抗器Ｒ１、Ｒ２及びダイオードＤ１、Ｄ２は、経路２９０上で電圧を受信する分圧器ネットワークを形成し、上記で言及されたように、ＬＥＤアレイ１３０から対応する所望のレベルの強度を得るために、経路１１４上に所望の電圧レベルを与える。抵抗器Ｒ５及びＲ４は電流制限抵抗器である。ダイオードＤ５を用いて、ブレーキ（１０１）とグランド（１０５）との間の電圧が負である場合にツェナーダイオードＺ２への損傷を防ぐ。ダイオードＤ１及びＤ２は、上記で説明されたように、経路１３４上のＬＥＤ電流に温度補償を提供するように動作するが、簡潔にするために、ここではその説明は繰り返さない。
【００３５】
「ブレーキ」動作及び「テールランプオン」動作を指示する電圧はそれぞれ、経路１０１及び１０３上に外部から与えられ、一般的には、同じ電圧源によって与えられる。ダイオードＤ３は、経路１０１上に与えられる電圧が経路１０３上に現れるのを阻止する。同様に、ダイオードＤ４は、経路１０３上に与えられる電圧が、経路１０１上に現れるのを阻止する。こうして、ダイオードＤ３及びＤ４は、経路１０１及び１０３上にそれぞれ対応する「ブレーキ」電圧及び「テールランプオン」電圧を与える電圧源を保護する。ＬＥＤアレイ１３０に電流を供給するための経路１１２上の電圧は、経路１０１及び１０３上の電圧のうちの大きい方から、Ｄ４又はＤ３に起因するダイオード電圧降下を減算した値に等しい。図４に示される例示的な実施形態では、経路１０１及び１０３上の電圧は等しく、１４Ｖになるように選択される。
【００３６】
ツェナーダイオードＺ１は、５．１ボルト（Ｖ）の降伏電圧を有する。したがって、経路１０３上の電圧が、５．１Ｖに、Ｄ３に起因するダイオード電圧降下（典型的には０．７Ｖ）を加算した値よりも高くなる場合には、Ｚ１の動作によって、経路２９０上に５．１Ｖの電圧が現れる。同様に、ツェナーダイオードＺ２は、５．１ボルト（Ｖ）の降伏電圧を有する。したがって、経路１０１上の電圧が、５．１Ｖに、Ｄ５に起因するダイオード電圧降下（典型的には０．７Ｖ）を加算した値よりも高くなる場合には、Ｚ２の動作によって、経路２９１上に５．１Ｖの電圧が現れる。
【００３７】
トランジスタ４６０は、ベース（制御）端子（経路２９１に接続される）、エミッタ端子（経路２９２に接続される）及びコレクタ端子（経路２９０に接続される）を含むＢＪＴ（バイポーラ接合トランジスタ）として示される。エミッタ端子及びコレクタ端子は、その間に電流経路が存在することになる一対の端子を形成する。経路１０１上の電圧が、５．１ＶにＤ５に起因するダイオード電圧降下（典型的には０．７Ｖ）を加算した値を超える場合には、トランジスタ４６０はオン状態になり、そうでない場合には、オフ状態になる。
【００３８】
ブレーキがかけられる（すなわち、対応する電圧が経路１０１上に存在する）場合には、対応するＬＥＤアレイ１３０の一方の（高い）強度レベルが得られること、及び、テールランプ機能だけが必要とされる（すなわち、対応する電圧が経路１０３上に存在し、経路１０１上には電圧が存在しない）場合には、対応するＬＥＤアレイ１３０の第２の（低い）強度レベルが得られることを例示するために、ここで、図４の回路の動作が説明される。
【００３９】
テールライトオン動作
経路１０１上に電圧が存在しない場合、トランジスタ４６０はオフ状態にある。（テールライトオン状態を指示するために）要求される電圧値が経路１０３（テール）上に存在する場合には、ツェナーダイオードＺ１が降伏領域において動作し、経路２９０上に５．１Ｖが現れる。
Ｒ１、Ｒ３、Ｄ１及びＤ２は分圧器ネットワークを形成する。それゆえ、経路２９０上に５．１Ｖの電圧がある場合、経路１１４上の電圧値は以下の式によって与えられる。
Ｖｂｅ
＝［（５．１−０．７８）×（３３／３３０３３）］＋０．７８ボルト・・・・式１７
ただし、Ｖｂｅ＝経路１１４上の電圧
５．１Ｖ＝経路２９０上の電圧
３３＝抵抗器Ｒ３の抵抗値
３３０００＝抵抗器Ｒ１の抵抗値
０．７８Ｖ＝Ｄ１及びＤ２のダイオード電圧降下（０．３９Ｖ）の和
【００４０】
式１７から、Ｖｂｅ（テールライトオンの場合）は約１．３Ｖに等しい。
それゆえ、エミッタ電流（経路１４５）、及び結果としてＬＥＤ電流（経路１３４）の値は以下の式によって与えられる。
ＬＥＤ電流＝（０．７８−０．７）／１２（近似的に）＝６．６６ｍＡ・・・・式１８
こうして、ＬＥＤアレイ１３０によって、６．６６ｍＡに対応する光強度が与えられる。
【００４１】
ブレーキライト動作
要求される電圧値（ブレーキ動作を指示する）が経路１０１上に印加される。それゆえ、ツェナーダイオードＺ２は降伏領域において動作し、経路２９１上に５．１Ｖが現れ、それによって、トランジスタ４６０がオンに切り替わる。こうして、抵抗器Ｒ２が経路２９０に接続される。これによって、実質的に、抵抗器Ｒ１及びＲ２が並列に接続される。Ｒ２の値６８０オーム（この例において仮定される）は、Ｒ１の値（３３０００オーム）よりもはるかに小さいため、Ｒ１及びＲ２の実効的な並列抵抗はＲ２の値、すなわち６８０オームによって近似することができ、抵抗器Ｒ１の影響は以下の計算から削除されてもよい。
【００４２】
Ｒ２、Ｒ３、Ｄ１及びＤ２は分圧器ネットワークを形成する。それゆえ、経路２９１上に５．１Ｖの電圧が現れる場合に、経路１１４上の電圧値は以下の式によって与えられる。
Ｖｂｅ＝［（５．１−１．３）×（３３／７１３）］＋１．３ボルト・・・・・式１９
ただし、Ｖｂｅ＝経路１１４上の電圧
５．１Ｖ＝経路２９０上の電圧
３３オーム＝抵抗器Ｒ３の抵抗値
７１３オーム＝抵抗Ｒ２（６８０オーム）とＲ３（３３オーム）との和
１．３Ｖ＝ダイオード電圧降下（Ｄ１及びＤ２のそれぞれにおいて０．３９Ｖであると仮定される）に、ＢＪＴ４６０のベース／エミッタ接合部に起因する０．５２Ｖ電圧降下を加算した和
式１９から、Ｖｂｅ（ブレーキライト動作の場合）は約１．４８Ｖに等しい。
【００４３】
それゆえ、エミッタ電流（経路１４５）、及び結果としてＬＥＤ電流（経路１３４）の値は以下の式によって与えられる。
ＬＥＤ電流＝（１．４８−０．７）／１２（近似的に）＝６５ｍＡ・・・・・・式２０
こうして、ＬＥＤアレイ１３０によって、６５ｍＡに対応するより高い光強度が与えられる。
したがって、ＬＥＤドライバブロックによって、ＬＥＤアレイ１３０が、２つの強度レベルを与えることができるようになり、テールライト動作の場合には低いレベル、ブレーキ動作の場合には高いレベルを与えることができることが示された。
【００４４】
６．結論
上記で本発明の種々の実施形態が説明されてきたが、それらの実施形態は例示としてのみ提示されており、制限するものではないことは理解されたい。したがって、本発明の広さ及び範囲は、上記で説明された例示的な実施形態のいずれかによって限定されるべきではなく、特許請求の範囲及びその均等物に従ってのみ規定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一態様による、ランプの一部の細部を示すブロック図である。
【図２】本発明の一態様による、温度補償が提供される態様を示す回路図である。
【図３】一実施形態における、周囲／動作温度の種々の値に対するＬＥＤアレイの中を順方向に流れる電流の値を含む表の図である。
【図４】本発明の一実施形態においてＬＥＤアレイの種々の強度レベルが与えられる態様を示す、ＬＥＤドライバブロック１１０及び関連付けられるＬＥＤアレイの回路図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランプであって、
制御端子（１１４）を有し、該制御端子（１１４）の電圧によって決定される大きさの電流を流すトランジスタ（１４０）と、
前記トランジスタ（１４０）に接続され、前記電流の前記大きさに比例する強度の光を生成するＬＥＤアレイ（１３０）と、
前記制御端子に接続され、前記ランプの動作温度が第１の値に等しい場合に、第１のレベルを有する前記電圧を生成し、前記ランプの動作温度が前記第１の値とは異なる第２の値に等しい場合に、前記第１のレベルとは異なる第２のレベルを有する前記電圧を生成するドライバブロック（１１０）と
を備えていることを特徴とするランプ。
【請求項２】
請求項１記載のランプにおいて、前記第１の値は前記第２の値よりも大きく、前記第１のレベルは、前記大きさを、前記第２のレベルによって引き起こされる該大きさと比べて小さくして、前記ＬＥＤアレイ（１３０）内のＬＥＤが動作温度が上昇するほど低い電流を流すようにしたことを特徴とするランプ。
【請求項３】
請求項２記載のランプにおいて、前記ＬＥＤアレイ（１３０）は前記トランジスタ（１４０）に接続され、前記トランジスタ（１４０）及び前記ＬＥＤアレイ（１３０）の両方に同じ大きさの電流が流れるように構成されていることを特徴とするランプ。
【請求項４】
請求項２記載のランプにおいて、
前記ドライバブロック（１１０）は、前記動作温度と負の相関関係にあるクロス電圧を有する少なくとも１つの構成要素（２８０、２８１）を備え、
前記電圧は前記構成要素（２８０、２８１）の両端に導出される
ことを特徴とするランプ。
【請求項５】
請求項４記載のランプにおいて、前記少なくとも１つの構成要素（２８０、２８１）はダイオードを含むことを特徴とするランプ。
【請求項６】
請求項４記載のランプにおいて、該ランプは自動車において用いられ、前記ドライバブロックは、ブレーキがかけられていることを指示する第１の信号と、テールライトが点灯すべきであることを指示する第２の信号とを受信し、前記ドライバブロック（１１０）は、ブレーキがかけられていることを指示する第１の信号（１０１）と、テールライトが点灯すべきであることを指示する第２の信号（１０３）とを受信し、前記ドライバブロック（１１０）は、前記第１の信号（１０１）及び前記第２の信号（１０３）を受信して、前記ブレーキがかけられることを前記第１の信号（１０１）が指示する場合に第３の電圧レベルを有し、前記テールライトが点灯すべきであることを前記第２の信号（１０３）が指示する場合に第４の電圧レベルを有する前記電圧を生成することを特徴とするランプ。
【請求項７】
請求項６記載のランプにおいて、前記ドライバブロック（１１０）は、
第１の抵抗器（２７０）、第２の抵抗器（２６５）及び第３の抵抗器（２６６）と、
制御端子（２９１）と、その間に電流チャネルを有する一対の端子（２９０、２９２）とを有する第１のトランジスタ（４６０）と、
第１の定電圧基準（４８１）及び第２の定電圧基準（４８２）と
を備え、
前記第２の抵抗器（２６５）、及び前記第１のトランジスタ（４６０）と前記第３の抵抗器（２６６）との組み合わせは、第１のノードと第２のノードとの間に並列に接続され、前記第１の信号（１０１）及び前記第２の信号（１０３）のそれぞれは前記第１のノードに接続され、
前記第１の定電圧基準（４８１）の１つの端子は前記第１のノードに接続され、前記第１の定電圧基準の別の端子は定電圧レベルに接続され、
前記第２の定電圧基準（４８２）の一方の端子は、前記第１のトランジスタ（４６０）の前記制御端子（２９１）及び前記第１の信号（１０１）に接続され、前記第２の定電圧基準（４８２）の他方の端子は定電圧レベルに接続され、
前記第１のトランジスタ（４６０）の前記一対の端子の一方（２９０）は該第１のノードに接続され、前記第１のトランジスタ（４６０）の前記一対の端子の他方（２９２）は前記第３の抵抗器（２６６）に接続され、
前記第１の抵抗器（２７０）は、前記第２のノードと前記少なくとも１つの構成要素（２８０、２８１）との間に接続されている
ことを特徴とするランプ。
【請求項８】
請求項７記載のランプにおいて、前記少なくとも１つの構成要素（２８０、２８１）はダイオードを含み、前記第１の定電圧基準（４８１）はツェナーダイオードを含むことを特徴とするランプ。
【請求項１】
ランプであって、
制御端子（１１４）を有し、該制御端子（１１４）の電圧によって決定される大きさの電流を流すトランジスタ（１４０）と、
前記トランジスタ（１４０）に接続され、前記電流の前記大きさに比例する強度の光を生成するＬＥＤアレイ（１３０）と、
前記制御端子に接続され、前記ランプの動作温度が第１の値に等しい場合に、第１のレベルを有する前記電圧を生成し、前記ランプの動作温度が前記第１の値とは異なる第２の値に等しい場合に、前記第１のレベルとは異なる第２のレベルを有する前記電圧を生成するドライバブロック（１１０）と
を備えていることを特徴とするランプ。
【請求項２】
請求項１記載のランプにおいて、前記第１の値は前記第２の値よりも大きく、前記第１のレベルは、前記大きさを、前記第２のレベルによって引き起こされる該大きさと比べて小さくして、前記ＬＥＤアレイ（１３０）内のＬＥＤが動作温度が上昇するほど低い電流を流すようにしたことを特徴とするランプ。
【請求項３】
請求項２記載のランプにおいて、前記ＬＥＤアレイ（１３０）は前記トランジスタ（１４０）に接続され、前記トランジスタ（１４０）及び前記ＬＥＤアレイ（１３０）の両方に同じ大きさの電流が流れるように構成されていることを特徴とするランプ。
【請求項４】
請求項２記載のランプにおいて、
前記ドライバブロック（１１０）は、前記動作温度と負の相関関係にあるクロス電圧を有する少なくとも１つの構成要素（２８０、２８１）を備え、
前記電圧は前記構成要素（２８０、２８１）の両端に導出される
ことを特徴とするランプ。
【請求項５】
請求項４記載のランプにおいて、前記少なくとも１つの構成要素（２８０、２８１）はダイオードを含むことを特徴とするランプ。
【請求項６】
請求項４記載のランプにおいて、該ランプは自動車において用いられ、前記ドライバブロックは、ブレーキがかけられていることを指示する第１の信号と、テールライトが点灯すべきであることを指示する第２の信号とを受信し、前記ドライバブロック（１１０）は、ブレーキがかけられていることを指示する第１の信号（１０１）と、テールライトが点灯すべきであることを指示する第２の信号（１０３）とを受信し、前記ドライバブロック（１１０）は、前記第１の信号（１０１）及び前記第２の信号（１０３）を受信して、前記ブレーキがかけられることを前記第１の信号（１０１）が指示する場合に第３の電圧レベルを有し、前記テールライトが点灯すべきであることを前記第２の信号（１０３）が指示する場合に第４の電圧レベルを有する前記電圧を生成することを特徴とするランプ。
【請求項７】
請求項６記載のランプにおいて、前記ドライバブロック（１１０）は、
第１の抵抗器（２７０）、第２の抵抗器（２６５）及び第３の抵抗器（２６６）と、
制御端子（２９１）と、その間に電流チャネルを有する一対の端子（２９０、２９２）とを有する第１のトランジスタ（４６０）と、
第１の定電圧基準（４８１）及び第２の定電圧基準（４８２）と
を備え、
前記第２の抵抗器（２６５）、及び前記第１のトランジスタ（４６０）と前記第３の抵抗器（２６６）との組み合わせは、第１のノードと第２のノードとの間に並列に接続され、前記第１の信号（１０１）及び前記第２の信号（１０３）のそれぞれは前記第１のノードに接続され、
前記第１の定電圧基準（４８１）の１つの端子は前記第１のノードに接続され、前記第１の定電圧基準の別の端子は定電圧レベルに接続され、
前記第２の定電圧基準（４８２）の一方の端子は、前記第１のトランジスタ（４６０）の前記制御端子（２９１）及び前記第１の信号（１０１）に接続され、前記第２の定電圧基準（４８２）の他方の端子は定電圧レベルに接続され、
前記第１のトランジスタ（４６０）の前記一対の端子の一方（２９０）は該第１のノードに接続され、前記第１のトランジスタ（４６０）の前記一対の端子の他方（２９２）は前記第３の抵抗器（２６６）に接続され、
前記第１の抵抗器（２７０）は、前記第２のノードと前記少なくとも１つの構成要素（２８０、２８１）との間に接続されている
ことを特徴とするランプ。
【請求項８】
請求項７記載のランプにおいて、前記少なくとも１つの構成要素（２８０、２８１）はダイオードを含み、前記第１の定電圧基準（４８１）はツェナーダイオードを含むことを特徴とするランプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２００９−５２５６１７（Ｐ２００９−５２５６１７Ａ）
【公表日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５５３３８５（Ｐ２００８−５５３３８５）
【出願日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／００２９７１
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０９２３５５
【国際公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【出願人】（５００５７５８２４）ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド (1,504)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／００２９７１
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０９２３５５
【国際公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【出願人】（５００５７５８２４）ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド (1,504)
【Ｆターム（参考）】
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