СПОСОБ И УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЯРКОСТЬЮ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩЕГО ДИОДА Российский патент 2003 года по МПК G09G3/32 

Группа изобретений относится к технике индикации и может быть применено при разработке средствах отображения информации, модулей с цветными светоизлучающими диодами (СИД) для экранов коллективного пользования. Известен способ управления цветными СИД, в котором яркость каждого СИД регулируется усилителем тока на вход, которого поступает видеосигнал от контроллера соответствующего цвета и для выравнивания координат цветности СИД проводится дополнительная регулировка каждого усилителя тока переменными резисторами (US 6144352, кл. G 09 G 3/32 от 7.11.2000 г.). К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа управления, относится то, что в известном способе управления отсутствуют условия для регулировки яркости в широком диапазоне при отображении видеоинформации. Известно устройство управления цветными СИД, аноды электродов которых подключены к источнику питания, а катоды электродов к выходам усилителей тока и для корректировки цветности СИД между входом и выходом каждого усилителя тока включены переменные резисторы (US 6144352, кл. G 09 G 3/32 от 7.11.2000 г.). К причинам, препятствующим достижению требуемого технического при использовании известного устройства управления, относится то, что в известном устройстве управления применение усилителей в качестве регуляторов яркости цветных СИД не обеспечивает необходимый диапазон изменения яркости. Известен способ управления цветными СИД, в котором яркость регулируется за счет разной длительности времени включения СИД в кадре изображения (US 5836676, кл. F 21 V 5/00 от 17.11.1998 г.). К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа управления, относится то, что в известном способе управления отсутствуют условия для регулировки яркости и цветности СИД в широком диапазоне при отображении видеоинформации. Известно устройство управления цветными СИД, в котором СИД объединены в матрицу, при этом строки с объединенными анодами СИД подключены к выходам общего коммутатора, катоды СИД каждого цвета сечения подключены к выходам ключей управления, которые связаны через выходные регистры со схемой регулировки цветности (US 5836676, кл. F 21 V 5/00 от 17.11.1998 г.). К причинам, препятствующим достижению требуемого технического при использовании известного устройства управления, относится то, что в известном устройстве управления матричное включение СИД не позволяет при отображении видеоинформации обеспечить необходимый диапазон регулировки яркости цветными СИД и откорректировать координаты цветности по всему полю экрана из-за существующего разброса электрических параметров отдельных СИД. Наиболее близким способом того же назначения к заявленному способу управления в группе изобретений по совокупности признаков является способ управления светоизлучающего диода (СИД), заключающийся в формировании на электродах СИД переменного напряжения от источника питания постоянного тока через коммутационные элементы, которыми регулируется ток и время свечения (US 5812105, кл. G 09 G 3/32 от 22.09.1998 г.). К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа управления, принятый за прототип, относится то, что в этом способе управления СИД отсутствуют условия, необходимые для регулировки яркости и цветности в широком диапазоне при отображении видеоинформации. Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному устройству в группе изобретений по совокупности признаков является устройство управления СИД, в котором содержится источник питания постоянного тока, к выходу которого через коммутационный элемент - транзистор подключен электрод - СИД с полярностью, совпадающей с полярностью напряжения на выходе источника питания, а другой электрод СИД подключен к одному выходу логической схемы управления, при этом вход управления коммутационного элемента связан с другим выходом логической схемы управления, общая шина которой соединена с общей шиной источника питания (US 5812105, кл. G 09 G 3/32 от 22.09.1998 г.). К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в этом устройстве управления используется матричная структура соединения СИД, в которой яркость СИД регулируется амплитудой тока, проходящего через коммутационный элемент - транзистор и логической схемой управления, которая регулируется длительность включения СИД, что не позволяет изменять яркость в широких пределах и оптимизировать процесс регулировки цветности СИД по полю экрана.

Сущность изобретения заключается в следующем. Заявленная группа изобретений решает задачу улучшения эксплуатационных параметров светодиодного модуля на цветных СИД, из которых состоит экран. При осуществлении изобретения может быть получен единый технический результат:
- сформирован и нормирован уровень единичной яркости каждого СИД;
- расширен диапазон регулировки яркости;
- повышена надежность работы СИД за счет подключения СИД к источнику питания постоянного тока обратной полярностью;
- повышена точность установки координат цветности СИД;
- повышен КПД модуля и всего экрана, за счет отсутствия потерь электроэнергии в стабилизаторах тока и ограничительных элементах.

Указанный технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту способ управления достигается тем, что в известном способе управления СИД, заключающийся в формировании на электродах СИД переменного напряжения от источника питания постоянного тока через коммутационные элементы, регулирующие ток и время свечения, на электродах СИД переменное напряжение формируют индуктором, и регулируя длительность импульса возбуждения индуктора, нормируют величину единичной яркости, а изменяя количество импульсов возбуждения индуктора, регулируют яркость свечения СИД. Формирование индуктором переменного напряжения позволяет за счет регулировки длительности импульса возбуждения сформировать и нормировать время длительность свечения СИД, равной единичной яркости, при этом точно установить величину единичной яркости каждого СИД. Изменение частоты последовательности импульса возбуждения индуктора дает возможность регулировать яркость в широком диапазоне значений. Кроме того, процесс нормирования яркости позволяет более точно установить координаты цветности каждого СИД относительно всего поля в модуле и всего экрана. Указанный технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту - устройству, достигается тем, что в известном устройстве управления СИД, содержащее источник питания постоянного тока, к выходу которого через коммутационный элемент транзистор подключен электрод СИД с полярностью, совпадающей с полярностью напряжения на выходе источника питания, а другой электрод СИД подключен к выходу логической схемы управления, при этом вход управления коммутационного элемента транзистора связан с другим выходом логической схемой управления, общая шина которой соединена с общей шиной источника питания постоянного тока, между выходом источником постоянного тока и коммутационным элементом транзистора введен индуктор, к выводам которого подключены электроды СИД, при этом к выводу индуктора, связанного с выходом источника питания постоянного тока, подключен электрод СИД с полярностью противоположной полярности напряжения выхода, а коммутационный элемент транзистор соединен с выходом логической схемы управления и с общими шинами, логическая схема управления содержит генератор с регулируемым количеством импульсов единичной яркости свечения СИД и длительностью этих импульсов. Введение в устройство индуктора для формирования переменного напряжения на электродах СИД позволяет подключить СИД к источнику питания постоянного тока с обратной полярностью подключения электродов. Предлагаемая полярность подключения СИД к индуктору повышает надежность работы СИД, так как, например, при пробое коммутационных элементов ток через СИД не будет проходить. Использование индуктора, как источника питания СИД позволяет убрать электрические элементы, в которых стабилизуют и ограничивают ток через СИД, что позволяет уменьшить потери электрической энергии в схеме модуля на цветных СИД и в целом всего экрана, за счет этого повышается КПД устройства.

Заявленная группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку группа равно объектных изобретений образует единый изобретательский замысел, причем один из заявленных объектов группы - способ управления яркостью СИД предназначен для использования в другом объекте группы - устройстве, при этом оба объекта заявленной группы изобретений направлены на решение одной и той же задачи с получением единого технического результата. Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленной группы изобретений как для объекта - способа, так и для объекта - устройства позволил установить, что заявителем не обнаружены аналоги, как для способа управления яркостью СИД, так и для устройства управления СИД заявленной группы, характеризующейся признаками, идентичными всем существенным признакам, как способа, так и устройства заявленной группы изобретений, а определение из перечня выявленных аналогов, прототипов способа управления яркостью СИД, так и для устройства управления СИД ,наиболее близких по совокупности признакам аналогов, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков для каждого из заявленных объектов группы, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, каждый из объектов заявленной группы изобретений соответствует требованию "Новизна".

Для проверки соответствия каждого из объектов заявленной группы изобретений требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными из выбранных прототипов признаками для способа и устройства управления СИД заявленной группы изобретений, результаты которого показывают, что каждый из объектов заявленной группы изобретений не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, так как не выявлены технические решения, в которых формирование и нормирование единичной яркости свечения СИД достигалась бы за счет переменного напряжения от индуктора и величина напряжения для единичной яркости свечения СИД регулируется длительностью импульса возбуждения индуктора, а общая яркость свечения СИД частотой последовательности импульсов возбуждения индуктора, что позволяет за счет использования логической схемы управления расширить диапазон регулировки яркости и при нормировании единичной стабилизировать спектр излучения СИД, который необходим при корректировки цветности поля модуля и всего экрана, а использование индуктора в качестве источника напряжения дает возможность подключать СИД к источнику питания постоянного тока с обратной полярностью электродов СИД, что исключает возможность их сгорания при нарушении работы коммутационных элементов схемы. Кроме этого применение индуктора в качестве источника напряжения позволяет не использовать в схеме управления стабилизирующие и ограничивающих элементов, в которых теряется часть электрической энергии. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "Изобретательский уровень".

Предлагаемый способ и устройство управления яркостью СИД поясняется чертежами.

На фиг.1 представлены эпюры электрических сигналов способа управления.

На фиг. 2 - график изменения единичной яркости свечения СИД от длительности импульса возбуждения индуктора.

На фиг.3 - схема управления СИД.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления каждого из объектов заявленной группы изобретений с получением вышеуказанного технического результата, заключается в следующем. По объекту - способ управления представленные на фиг.1а эпюры электрических сигналов показывают процесс формирования единичной яркости СИД, где входной импульс 1 с длительностью Т1 формирует импульс напряжения 2 для возбуждения индуктора и после окончания импульса напряжения 2, энергия, накопленная в индукторе от прохождения тока от импульса напряжения 2, формируется в виде импульса напряжения 3 с длительностью Т2, который включает СИД и когда напряжение импульса 3 уменьшится до уровня напряжения выключения СИД, возникают затухающие колебания 4. На фиг. 1б входной импульс 1 с длительностью Т3 больше длительности Т1, поэтому длительность Т4 импульса напряжения 3 индуктора также больше длительности Т2. На фиг. 2 представлен реальный график изменения яркости свечения СИД в относительных единицах в зависимости от длительности импульса напряжения 2 возбуждения индуктора. Измерения проведены при дискретных значениях величины изменения длительности импульса напряжения 2.

По объекту - устройство управления, схема приведена на фиг.3 и содержит источник питания постоянного тока 5, индуктор 6 с индуктивностью L, к которому подключен СИД 7 и индуктор 6 соединен с источником питания постоянного тока 5 через коммутационный элемент-транзистор 8, вход которого подключен к логической схеме управления 9, которая имеет генератор 10 с регулируемым числом импульсов 1 и изменяемой длительностью импульсов 1 (фиг.1). Входной импульс 1 от логической схемы управления 9 включает транзистор 8, который формирует на коллекторе импульс напряжения 2 (фиг.1) с амплитудой напряжения Uk источника питания постоянного тока 5. Так как электроды СИД подключены к источнику питания постоянного тока 5 с обратной полярностью, то ток импульса напряжения 2 проходит только через индуктор 6 с индуктивностью L. Ток импульса напряжения 2 сопровождается процессом накопления энергии магнитного поля в индуктивности индуктора 6. После окончания действия входного импульса 1 в базе транзистора 8 происходит выключение транзистора 8, в результате накопленная энергия магнитного поля индуктивности L индуктора 8 приводит к возникновению э.д.с самоиндуктивности с полярностью напряжения, совпадающей с полярностью электродов СИД. На фиг.1 данное напряжение с амплитудой напряжения Ud включения СИД показано импульсом напряжения 3. Длительность Т3 импульса напряжения 3 определяет время длительности свечения СИД единичной яркости, которая зависит от длительности Т2 импульса напряжения 2, возбуждающего индуктор 6, при этом длительность Т3 импульса напряжения 2 регулируется длительностью Т1 входного импульса 1, формируемого логической схемой управления 9 с генератором 10. Зависимость изменения единичной яркости свечения СИД от длительности входного импульса 1 подтверждена экспериментально графиком на фиг.2 Генератор 10 логической схемы управления также регулирует количество входных импульсов 1, которые обеспечивают результирующую яркость свечения СИД в течение кадра, при отображении видеоинформации. Использование в устройстве управления индуктора в качестве источника питания СИД позволяет упростить процесс устранения разброса яркости СИД за счет регулировки единичной яркости каждого СИД и расширить динамический диапазон градаций яркости изображения.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленной группы изобретений следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленную группу изобретений при его осуществлении, предназначенного для использования в промышленности, именно в средствах отображения информации, в частности, в экранах коллективного пользования для отображения видеоинформации;
- для заявленной группы изобретений в том виде, как оно охарактеризовано в независимых пунктах нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеизложенных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
- средство, воплощающее заявленную группу изобретений при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленная группа изобретений соответствует требованию "Промышленная применяемость".

Изобретение относится к технике индикации при разработке средств отображения информации, светодиодных модулей на цветных светоизлучающих диодах (СИД). Технический результат заключается в расширении динамического диапазона регулировки яркости при повышенном КПД. Технический результат достигается импульсным режимом регулировки яркости свечения СИД с помощью индуктивного элемента, который возбуждается импульсами с регулируемой длительностью, чем нормируют величину единичной яркости. А изменением количества импульсов возбуждения индуктивного элемента регулируют яркость свечения. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ управления яркостью светоизлучающего диода (СИД), заключающийся в формировании от источника питания постоянного тока коммутационным элементом на электродах СИД импульсного напряжения свечения, с регулировкой тока и времени свечения, отличающийся тем, что на электродах СИД напряжение свечения формируют индуктивным элементом и, регулируя длительность импульса возбуждения индуктивного элемента, нормируют величину единичной яркости свечения, а изменяя количество импульсов возбуждения индуктивного элемента, регулируют яркость свечения СИД.2. Устройство управления яркостью СИД, содержащее источник питания постоянного тока, подключенный к электроду СИД коммутационный элемент, вход управления которого соединен с выходом логической схемы управления, общая шина которой соединена с общей шиной источника питания постоянного тока, отличающееся тем, что между выходом источника питания постоянного тока и коммутационным элементом, подключенным к электроду СИД, введен индуктивный элемент, к выводам которого подключены электроды СИД, с полярностью, противоположной полярности напряжения источника питания постоянного тока, а коммутационный элемент соединен с общей шиной.3. Устройство управления яркостью СИД по п.2, отличающееся тем, что логическая схема управления содержит генератор с регулируемым количеством импульсов единичной яркости свечения СИД и длительностью этих импульсов.