ПЕРЕКЛЮЧАЕМАЯ МАТРИЦА СВЕТОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И СПОСОБ ДЕЙСТВИЯ Российский патент 2011 года по МПК H05B33/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится, в целом, к устройствам, использующим светоизлучающие элементы и, более конкретно, к матрицам, устройствам из световых элементов и способам их действия.

Уровень техники изобретения

Светоизлучающие элементы типа светодиодов (LED) получают все большее использование в широком диапазоне применений, некоторыми примерами из которых являются источники задней подсветки в жидкокристаллических дисплеях, вспышки для фотоаппаратов на приборах с зарядовой связью, общее освещение, а также другие применения. Во многих из этих применений используются светодиоды различных цветов, например, установленные в матрицу, чтобы создавать различные цветные картины. Условия эксплуатации светодиодной матрицы могут быть такими же разнообразными, как применение матриц, такие условия эксплуатации, которые требуют, например, малой мощности, высокой температуры эксплуатации и малых времен включения и выключения светодиодов.

Как правило, каждая матрица получает электропитание от схемы запуска, способной работать в одном из нескольких различных режимов запуска в зависимости от желаемого светового эффекта. Схема запуска светодиодов может запускаться в режиме постоянного тока, посредством чего светодиодная матрица питается постоянным током, чтобы обеспечивать свет постоянной интенсивности. Схема запуска светодиодов может также работать в режиме меняющегося тока, посредством чего светодиодная матрица обеспечивается меняющимся током для создания меняющейся интенсивности света. Схема запуска светодиодов может также использоваться в режиме широтной импульсной модуляции (PWM), посредством чего светодиодная матрица обеспечивается током в режиме PWM, в котором в периоде PWM-сигнала определяется период времени, в течение которого светодиодная матрица включена, и, таким образом, определяет световой выход и, тем самым, цветную точку светодиодной матрицы. Режим PWM может осуществляться либо в режиме постоянного тока, либо в режиме изменяющегося тока, чтобы обеспечить комбинацию каждого из их атрибутов, то есть постоянную или изменяющуюся интенсивность света.

К сожалению, для обеспечения упомянутых выше функциональных возможностей необходимо большое количество схемных элементов. Например, в режиме постоянного тока, когда желателен режим работы с PWM, обычно требуется, по меньшей мере, один источник тока для светодиодной матрицы и один переключатель для каждого светодиода в матрице. В случае, когда желателен режим изменяющегося тока, требуется сложный источник, способный работать при быстром изменении уровней тока. В случае, когда в режиме изменяющегося тока желателен режим работы PWM, обычно требуется сложный источник тока и один переключатель для каждого светодиода в пределах матрицы.

Большое число деталей для работы и управления светодиодной матрицей ухудшает показатели светодиодов по многим причинам, поскольку каждый компонент увеличивает потребление энергии светодиодной матрицей и содействует паразитным эффектам, которые влияют на уменьшение времен включения и выключения светодиодов. Кроме того, когда светодиодная матрица используется для работы при высокой температуре, от каждого компонента будут требоваться номинальные параметры при высокой температуре, способность, дополнительно увеличивающая стоимость каждого требуемого компонента. Подтверждение проблем, связанных с большим количеством деталей схем запуска светодиодов, можно видеть в патенте США № 5 736 881, выданном Ortiz, раскрывающем схему запуска светодиода с PWM и конфигурацию светодиодной матрицы, в которой используется один источник тока для управления многочисленными светодиодными цепочками.

Сущность изобретения

Соответственно, может быть желательно иметь матрицу световых элементов и способ действия, которые могут обеспечивать управление отдельными светоизлучающими элементами в рамках светодиодной матрицы и которые требуют меньшего количества схемных компонент.

Этот и другие аспекты изобретения могут быть достигнуты в соответствии с независимыми пунктами формулы настоящего изобретения.

В одном варианте осуществления изобретения представлена матрица световых элементов, содержащая первый, второй и третий светоизлучающие элементы и первый и второй переключатели. Первый светоизлучающий элемент содержит первый и второй выводы. Второй светоизлучающий элемент содержит первый вывод и второй выводы, подключенные ко второму выводу первого светоизлучающего элемента. Третий световой элемент содержит первый вывод, подключенный к первому выводу первого светоизлучающего элемента, и второй вывод. Первый переключатель содержит первый вывод, подключенный к каждому первому выводу первого и третьего светоизлучающих элементов, и второй вывод, подключенный к первому выводу второго светоизлучающего элемента. Второй переключатель содержит первый вывод, подключенный ко второму выводу третьего светоизлучающего элемента, и второй вывод, подключенный ко вторым выводам первого и второго светоизлучающих элементов.

В другом варианте осуществления изобретения представлено светоизлучающее устройство, которое содержит матрицу световых элементов, как описано выше и здесь, источник электропитания и контроллер. Источник электропитания содержит управляющий вход и выход мощности, подключенный для обеспечения подачи тока на матрицу световых элементов. Контроллер содержит первый выход, подключенный к управляющему входу источника электропитания, второй выход, подключенный к первому переключателю матрицы световых элементов, и третий выход, подключенный ко второму переключателю матрицы световых элементов, первый выход, выполненный с возможностью обеспечения управляющего сигнала для источника электропитания, чтобы устанавливать режим выходного уровня источника электропитания, и второй выход, выполненный с возможностью обеспечения управляющего сигнала для управления состоянием первого переключателя, и третий выход, выполненный с возможностью обеспечения управляющего сигнала для управления состоянием второго переключателя.

В дополнительном варианте осуществления изобретения представлен способ работы матрицы световых элементов, матрицы световых элементов, описанных выше и здесь, способ, содержащий процессы включения первого светоизлучающего элемента, работа которого содержит управление каждым из упомянутых первого и второго переключателей для переключения в разомкнутое состояние или в замкнутое состояние и питающим током для матрицы световых элементов. По меньшей мере, часть подаваемого тока подается на: (i) первый светоизлучающий элемент, когда как первый, так и второй переключатели находятся в разомкнутом состоянии, (ii) второго светоизлучающего элемента, когда первый переключатель находится в замкнутом состоянии и второй переключатель находится в разомкнутом состоянии, и (iii) третьего светоизлучающего элемента, когда первый переключатель находится в разомкнутом состоянии и второй переключатель находится в замкнутом состоянии.

Как суть примера варианта осуществления настоящего изобретения можно отметить, что пример осуществления настоящего изобретения реализует светоизлучающие элементы, имеющие различные точки рабочего напряжения (то есть прямые напряжения для светодиодов), чтобы уменьшить количество переключателей ниже отношения 1:1 числа переключателей к числу светоизлучающих элементов, например, обеспечивая один переключатель для двух светоизлучающих элементов, два переключателя для трех светоизлучающих элементов или два переключателя для четырех светоизлучающих элементов. Таким способом количество компонент для матрицы световых элементов может быть снижено, обеспечивая более быстродействующее, более энергетически эффективное и более дешевое светоизлучающее устройство.

Ниже описываются примеры признаков и усовершенствований матрицы световых элементов, хотя эти признаки и усовершенствования могут также применяться к светоизлучающему устройству и способу действия матрицы световых элементов. В одном варианте осуществления первый и второй выводы первого светового элемента подключаются к первой и второй шинам источника электропитания. Дополнительно, первый, второй и третий светоизлучающие элементы отличаются соответствующими первым, вторым и третьим рабочими напряжениями V_op1, V_op2, V_op3, относительные соотношения между которыми определены так, что когда первый переключатель находится в замкнутом состоянии и второй переключатель находится в разомкнутом состоянии, второй светоизлучающий элемент способен потреблять, по меньшей мере, часть тока, подаваемого по шинам источника электропитания. Упомянутые соотношения дополнительно определяются таким образом, что когда первый переключатель находится в разомкнутом состоянии и второй переключатель находится в замкнутом состоянии, третий светоизлучающий элемент выполнен с возможностью потребления, по меньшей мере, части тока, подаваемого по шинам электропитания. В конкретном варианте осуществления зависимость между первым, вторым и третьим рабочими напряжениями определяется как V _op1 >V _op2 , V _op3. Такая установка рабочих напряжений позволяет делать выбор между различным светоизлучающими элементами.

В дополнительном варианте осуществления матрица световых элементов содержит четвертый светоизлучающий элемент, имеющий первый вывод, подключенный ко второму выводу первого переключателя, и второй вывод, подключенный к первому выводу второго переключателя, четвертый светоизлучающий элемент, характеризующийся четвертым рабочим напряжением V_op4, при котором или выше которого четвертый светоизлучающий элемент способен излучать свет. В конкретном варианте осуществления четвертый светоизлучающий элемент выполнен с возможностью потребления, по меньшей мере, части тока, подаваемого на матрицу световых элементов, когда первый и второй переключатели находятся в замкнутом состоянии. Дополнительно конкретизируя, первое, второе, третье и четвертое рабочие напряжения (V_op1, V_op2, V_op3, V_op4) определяются уравнением:

V _op1 >V _op2 >V _op3 >V _op4.

В дополнительном варианте осуществления первый, второй, третий или четвертый (когда имеется) светоизлучающие элементы выбираются из группы, состоящей из светодиода, органического светодиода, светодиода переменного тока, лазерного диода или лампочки накаливания. Дополнительно, накопительный элемент, например конденсатор, может быть по желанию подключен к одному или более из числа первого, второго, третьего или четвертого (когда имеется) светоизлучающих элементов. Накопительный элемент может использоваться для увеличения продолжительности свечения одного или более светоизлучающих элементов или разрешения одновременного свечения двух или более светоизлучающих элементов.

В дополнительном варианте осуществления четвертый светоизлучающий элемент (когда имеется) содержит, по меньшей мере, один светодиод, и при этом, дополнительно, первый, второй и третий светоизлучающие элементы содержат, по меньшей мере, один дополнительный светодиод, как в четвертом светоизлучающем элементе, или изготовлен из другого полупроводникового материала, чем, по меньшей мере, один светодиод, содержащийся в четвертом светоизлучающем элементе. Такое устройство может использоваться, чтобы обеспечивать более низкое рабочее напряжение для четвертого светоизлучающего элемента.

Далее описываются примеры признаков и усовершенствований способа для работы матрицы световых элементов, хотя эти признаки и усовершенствования будут применяться как к матрице световых элементов, так и к светоизлучающему устройству. В дополнительном варианте осуществления токи, подаваемые на первый, второй, третий и четвертый светоизлучающие элементы, являются средними токами, определяемыми в соответствии с уравнением:

где I _i является амплитудой тока, доступной для выбранного i-го светоизлучающего элемента, T - временной период подачи тока на i-й светоизлучающий элемент и t _i - активационный период, в течение которого первый и второй переключатели находятся в их соответствующих состояниях, обеспечивая подачу тока I _i для i-го светоизлучающего элемента.

Этапы, соответствующие описанным выше способам, могут осуществляться компьютерной программой, то есть программным обеспечением, или используя одну или более специальных электронных цепей/цепей оптимизации, то есть аппаратурным обеспечением или в форме комбинации/встроенного программного обеспечения, то есть компонентами программного обеспечения и компонентами аппаратурного обеспечения. Компьютерная программа может осуществляться как считываемый компьютером код команд на любом соответствующем языке программирования, таком как, например, VHDL, Ассемблер, JAVA, C++, и может запоминаться на считываемом компьютером носителе (съемный диск, энергозависимая и энергонезависимая память, встроенная память/процессор и т.д.), код команд, выполненный с возможностью программирования компьютера или другого такого программируемого устройства для выполнения назначенных функций. Компьютерная программа может быть доступна из сети, такой как WorldWideWeb, из которой она может быть выгружена.

Эти и другие аспекты настоящего изобретения станут очевидны и будут объяснены со ссылкой на вариант осуществления, описанный здесь далее.

Описание чертежей

Фиг.1 - пример варианта осуществления матрицы световых элементов, соответствующего настоящему изобретению.

Фиг.2A - дополнительный пример варианта осуществления матрицы световых элементов, соответствующего настоящему изобретению.

Фиг.2B - дополнительный пример варианта осуществления матрицы световых элементов, соответствующего настоящему изобретению.

Фиг.2C - дополнительный пример варианта осуществления матрицы световых элементов, соответствующего настоящему изобретению.

Фиг.3 - способ действия матрицы световых элементов, показанной на фиг.1, и соответствующая таблица состояний, соответствующая настоящему изобретению.

Фиг.4A - способ работы матрицы световых элементов, показанной на фиг.2A, и соответствующая таблица состояний, соответствующая настоящему изобретению.

Фиг.4B - способ действия матрицы световых элементов, показанной на фиг.2B, и соответствующая таблица состояний, соответствующая настоящему изобретению.

Фиг.5 - светоизлучающее устройство, содержащее матрицу световых элементов, соответствующую настоящему изобретению.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

На фиг.1 показан пример варианта осуществления матрицы 100 световых элементов, соответствующей настоящему изобретению. Матрица 100 содержит первый светоизлучающий элемент (LEE) 110, имеющий первый вывод 1l0a, и второй вывод 1l0b, второй LEE 120, имеющий первый вывод 120a и второй вывод 120b, подключенный ко второму выводу 1l0b первого LEE 110, и переключатель 130, имеющий первый вывод 130a, подключенный к первому выводу 1l0a первого LEE 110, и второй вывод 130b, подключенный к первому выводу 120a второго LEE 120. Термин "светоизлучающий элемент" или "LEE", как он используется здесь, относится к любому светоизлучающему элементу, схеме, устройству или компоненту, такому как светодиоды (LED), органические светодиоды (OLED), светодиоды переменного тока, лазерные диоды или любой другой элемент освещения, такой как лампочка накаливания и т.п.

Первый вывод переключателя 130 и первый вывод первого LEE 110 обычно подключается к первой шине 172 источника электропитания, и вторые выводы первого и второго LEE подключаются ко второй шине 174 электропитания. В конкретном варианте осуществления изобретения, дополнительно показанном ниже, ток I_SUPPLY подается на матрицу 100 по шинам подачи электропитания.

Дополнительно, как вариант, матрица 100 содержит накопительный элемент, подключенный для приема энергию от шин источника электропитания и обеспечения энергии для одного или более LEE 110 и 120. В показанном примере варианта осуществления конденсатор 160 подключается к первому LEE 110, с параллельным подключением конденсатора 160 к LEE 110, подключенному последовательно с разделительным элементом 162. Разделительный элемент 162 может быть осуществлен как неизлучающий светодиод, например диод Шоттки с низким падением прямого напряжения. Альтернативно, возможно использование светоизлучающего элемента. Назначение разделительного элемента 162 состоит в предотвращении разряда конденсатора 160 во время включения второго LEE 120. Конденсатор 160 выполнен с возможностью подачи мощности на первый LEE 110 в течение периодов, когда переключатель 130 замкнут. В другом варианте осуществления накопительный элемент 160 может быть катушкой индуктивности, включенной последовательно с LEE 110 и/или 120.

В конкретном варианте осуществления изобретения первый и второй LEE 110 и 120, по существу, выполнены с возможностью работы при разных режимах смещения, например при различных рабочих напряжениях. Конкретно, первый LEE 110 характеризуется первым напряжением, при котором или выше которого первый LEE 110, по существу, способен излучать свет. Точно также, второй LEE 120 характеризуется вторым напряжением, при котором или выше которого LEE 120, по существу, способен излучать свет. Соотношение между первыми и вторыми рабочими напряжениями V_OP1 и V_OP2 может использоваться, чтобы обеспечить избирательность при работе LEE 110 и/или LEE 120. Конкретно, соотношение между первыми и вторыми рабочими напряжениями V_OP1 и V_OP2 может быть определено таким, что второй LEE 120 выполнен с возможностью потребления, по меньшей мере, части энергии, обеспечиваемой для матрицы 100 по шинам 172 и 174 источника электропитания, когда первый переключатель 130 находится в замкнутом положении. В частном варианте осуществления первое рабочее напряжение V_OP1 выше, чем второе рабочее напряжение V_OP2.

В одном примере варианта осуществления LEE 110 и 120 являются схемами, каждая из которых содержит, по меньшей мере, один светодиод. В таком варианте осуществления каждый LEE 110, 120 может использовать множество (то есть 2, 3, 5, 10 или больше) последовательно соединенных диодов, параллельно соединенных диодов или комбинаций последовательно и параллельно соединенных диодов. Дополнительно, для изготовления светодиодов могут использоваться различные материалы, например нитрид галлия, фосфид галлия или другие материалы.

В одном варианте осуществления изобретения первое рабочее напряжение V_OP1 первого LEE 110 больше, чем второе рабочее напряжение V_OP2 LEE второго 120. Эта разность в рабочих напряжениях может осуществляться множеством средств. Например, в варианте осуществления, в котором LEE 110 и 120 являются светодиодными схемами и LEE 110 обладает более высоким рабочим напряжением, чем LEE 120, первая светодиодная схема 110 может содержать, по меньшей мере, один последовательно подключенный светодиод по сравнению со светодиодами второй светодиодной схемы 120. В другом примере для изготовления светодиодов в первой светодиодной схеме 110 могут использоваться другие полупроводниковые материалы и/или технологические процессы, чтобы изготавливать светодиоды в рамках первой светодиодной схемы 110 и иметь светодиоды с более высоким прямым напряжением по сравнению с прямым напряжением светодиодов в рамках второй светодиодной схемы 120. В другом примере дополнительные схемные компоненты (резистивный делитель, диоды и т.д.) могут использоваться для обеспечения в первой светодиодной схеме 110 более высоких прямых напряжений по сравнению со второй светодиодной схемой 120. Специалисты в данной области техники должны понимать, что для обеспечения более высокого прямого напряжения в первой светодиодной схеме 110 по сравнению со второй светодиодной схемой 120 может использоваться множество способов.

На фиг.2A показан дополнительный пример матрицы 200a световых элементов, соответствующей настоящему изобретению, с ранее описанным признаком, сохраняющим свои ссылочные номера. В этом варианте осуществления матрица 200a содержит третий LEE 210 и второй переключатель 230.

Третий LEE содержит первый и второй выводы 210a и 210b, первый вывод 210a, подключенный к общему узлу, содержащему первый вывод 1l0a первого LEE 110 и первый вывод 130a первого переключателя 130. Второй переключатель 230 содержит первый вывод 230a, подключенный ко второму выводу третьего LEE 210, и второй вывод 230b, подключенный ко вторым выводам первого и второго LEE 110 и 120 и второй шине 174 источника электропитания.

Третий LEE 210 характеризуется третьим рабочим напряжением (V_OP3), при котором или выше которого третий LEE 210, по существу, способен излучать свет. Соотношение между первым, вторым и третьим рабочими напряжениями V_OP1, V_OP2, V_OP3 может использоваться для обеспечения выбора при работе LEE 110, 120 и 210. Конкретно, соотношение между первым, вторым и третьим рабочими напряжениями V_OP1, V_OP2, V_OP3 может определяться таким образом, что второй светоизлучающий элемент 120 выполняется с возможностью потребления, по меньшей мере, некоторой части энергии, обеспечиваемой для матрицы 200a по шинам 172 и 174 источника электропитания, когда первый переключатель 130 находится в замкнутом положении, и второй переключатель 230 находится в разомкнутом положении, третий светоизлучающий элемент 210 выполняется с возможностью потребления, по меньшей мере, некоторой части энергии, подаваемой на матрицу 200a световых элементов по шинам 172 и 174 источника электропитания, когда первый переключатель 130 находится в разомкнутом положении, а второй переключатель 230 находится в замкнутом положении.

Более конкретно, соотношения между первым, вторым и третьим рабочими напряжениями могут быть определены такими, что второй и третий LEE 120 и 210 выполняются с возможностью потребления, по существу, всей энергии, подаваемой на матрицу во время их соответствующего включения с помощью вышеупомянутых установок первого и второго переключателей.

В конкретном варианте осуществления вышеупомянутых соотношений рабочих напряжений рабочее напряжение V_OP1, соответствующее первому LEE 110, имеет самое высокое значение рабочего напряжения, приводя в результате к следующему соотношению:

V_OP1>V_OP2, V_OP3.

Как объяснялось выше, рабочие напряжения первого и второго LEE V_OP1 и V_OP2 могут быть выбраны таким образом, что когда первый переключатель замкнут, а второй переключатель разомкнут, второй LEE 120 потребляет, по меньшей мере, некоторый ток (питающий ток в этом случае делится с первым LEE 110), и в конкретном варианте осуществления, по существу, весь питающий ток I_SUPPLY, когда, например, V_OP2<<V_OP1. Дополнительно для примера, соотношение между первым и третьим рабочими напряжениями V_OP1 и V_OP3 могут быть такими, что когда первый переключатель разомкнут и второй переключатель замкнут, третий LEE 210 потребляет, по меньшей мере, некоторую часть подаваемого тока (питающего тока, возможно, разделяемого с первым LEE 110) и в конкретном варианте осуществления третий LEE 210 потребляет, по существу, весь питающий ток, когда, например, V_OP3<<V_OP1.

В предшествующих вариантах осуществления используются три из четырех возможных состояний переключения. Управление матрицей 200a может обеспечиваться таким образом, чтобы избегать работы в четвертом состоянии, в котором как первый, так и второй переключатели 130 и 230 находятся в замкнутом состоянии. Альтернативно, четвертое состояние переключения может использоваться как вариант, при котором ток, подаваемый на первый, второй и третий LEE 110, 120 и 210, определяется соответствующими рабочими напряжениями LEE. Например, каждый из этих трех LEE может потреблять, по существу, одну и ту же часть тока, когда эти три рабочих напряжения, по существу, являются одинаковыми. В дополнительном примере вышеупомянутого состояния, в котором V_OP1>>V_OP2, V_OP3, первый LEE 110 будет потреблять наименьший (если имеется) питающий ток, и части питающего тока, подаваемые на второй и третий LEE, будут зависеть от соотношения между их соответствующими рабочими напряжениями. Например, если V_OP1>>V_OP2≈V_OP3, то второй и третий 120 и 210 будут потреблять, по существу, одинаковые питающие токи, при первом LEE 110, потребляющем малую, если имеется, часть питающего тока. Дополнительно, для примера, если V_OP1>>V_OP2>V_OP3, то третий LEE 210 будет потреблять наибольшую часть (и, возможно, весь) питающего тока, второй LEE 120 будет потреблять меньшую часть (и, возможно, никакой) питающего тока, и первый LEE 110 будет потреблять самую малую часть (и, возможный, никакой) питающего тока. Соответственно, конкретное значение тока может обеспечиваться любому одному или более LEE посредством выставки рабочих напряжений соответствующим образом.

Аналогично матрице 100, показанной на фиг.1, матрица 200a может, как вариант, содержать один или более накопительных элементов, подключенных для приема энергии от шин источника электропитания и обеспечивающих подачу энергии на один или более LEE 110, 120 и 210. В показанном примере варианта осуществления конденсатор 160 подключается к первому LEE 110, параллельно соединенные конденсатор 160 и LEE 110 подключаются последовательно с разделительным элементом 162. Разделительный элемент 162 может быть реализован как неизлучающий диод, например диод Шоттки с низким падением прямого напряжения. Альтернативно, возможно также использование светоизлучающего элемента. Назначение разделительного элемента 162 должно состоять в предотвращении разряда конденсатора 160 во время включения LEE 120 или 210. Конденсатор 160 выполнен с возможностью обеспечения мощности для первого LEE 110 в течение периодов, когда один или оба переключателя 130 и 230 замкнуты. В другом варианте осуществления накопительный элемент 160 может быть катушкой индуктивности, подключенной последовательно с LEE 110, 120 и/или 210.

На фиг.2B показан дополнительный пример варианта осуществления матрицы 200b световых элементов, соответствующей настоящему изобретению, с ранее идентифицированными особенностями, сохраняющими свои ссылочные обозначения. Первый, второй и третий LEE 110, 120 и 210 и переключатели 130 и 230 подключаются и описаны выше в соответствии с фиг.2A, а четвертый LEE 220 подключен между вторым выводом второго переключателя 130 и первым выводом второго переключателя 230, четвертый LEE 220, характеризующийся рабочим напряжением, при котором или выше которого она будет, по существу, работать, излучая свет.

Ток, подаваемый на четвертый LEE 220 в четвертом состоянии переключения (когда первый и второй переключатели находятся в замкнутом положении), будет зависеть от соотношений с другими тремя рабочими напряжениям V_OP1, V_OP2 и V_OP3. Продолжая с использованием предшествующего примера, в котором первое рабочее напряжение V_OP1 является самым высоким, V_OP1>>V_OP4, ток, подаваемый на четвертый LEE в четвертом состоянии переключения, будет зависеть от отношений V_OP4 к V_OP2 и V_OP3. Например, если V_OP1>>V_OP2≈V_OP3≈V_OP4, то второй, третий и четвертый LEE будут потреблять, по существу, одни и те же части питающего тока, а первый LEE 110 будет получать меньшую, если вообще будет потреблять, часть питающего тока. Рабочие напряжения могут быть также подобраны таким образом, что четвертый LEE 220 будет потреблять наибольший, если не весь, подаваемый ток, например, когда V_OP1>>V_OP2, V_OP3>>V_OP4. Таким образом, установка рабочих напряжений может быть сделана так, чтобы обеспечить распределение питающего тока в желательных пропорциях для первого, второго, третьего и четвертого LEE 110, 120, 210 и 220.

Специалист в данной области техники должен понимать, что LEE могут содержать признаки, описанные выше со ссылкой на фиг.2A. Например, любой один или более из числа LEE 110, 120, 210 и 220, показанных на фиг.2A, может быть подключен к накопительному элементу, предусмотренному в одном варианте осуществления, как параллельно подключенный конденсатор (и сопутствующий разделительный элемент 162), как описано и показано выше.

Матрица 200b с первым, вторым, третьим и четвертым LEE 110, 120, 210 и 220 может быть видоизменена, чтобы иметь меньшее количество LEE, например три LEE, исключая второй, третий или четвертый LEE 120, 210 или 220. В конкретном варианте осуществления исключается четвертый LEE 220, что в результате приводит к матрице 200a, показанной на фиг.2A.

На фиг.2C показан дополнительный пример матрицы 200c световых элементов, соответствующий изобретению, в котором ранее описанные признаки сохраняют свои ссылочные обозначения. Первый, второй и третий LEE 110, 120 и 210 и переключатели 130 и 230 подключены и описаны, как показано выше на фиг.2A, и между вторым выводом второго переключателя 130 и первым выводом второго переключателя 230 подключается короткозамыкатель. Эта конфигурация может использоваться для обеспечения трехэлементной матрицы (например, как показано на фиг.2A), в которой четвертое состояние переключателя используется как состояние отключения матрицы 200.

На фиг.3 показан пример способа действия матрицы 100 световых элементов, показанной на фиг.1, и соответствующая таблица 350 состояний, соответствующая настоящему изобретению, и при отсутствии накопительных элементов, таких как подключаемые параллельно конденсаторы 160. Способ 300 содержит этап 312, на котором устанавливается питающий ток I_SUPPLY, и этап 314, на котором принимается решение, должен ли ток, подаваемый на второй LEE 120, позволить ему излучать свет. На этапе 316 переключатель 130 устанавливается либо в разомкнутое, либо в замкнутое состояние, в зависимости от того, должен ли LEE 120 излучать свет; переключатель 130 переводится в разомкнутое состояние, если LEE 120 не должен потреблять питающий ток, или переключатель 130 переводится в замкнутое состояние, если для LEE 120 должен подаваться, по меньшей мере, некоторый ток для излучения света.

Ток I_SUPPLY, устанавливаемый на этапе 312, может обеспечивать постоянный уровень тока или модулированный, меняющийся во времени уровень. Если матрица 100 должна работать в состоянии "0", в котором первый LEE 110 излучает свет, переключатель 130 переводится в разомкнутое положение. Ток I_SUPPLY будет подаваться на первый LEE 110, который, таким образом, излучает свет с назначенной для него интенсивностью. Поскольку переключатель 130 разомкнут, для второго LEE 120 никакой ток не подается и, соответственно, никакой свет им не излучается.

Если матрица 100 должна работать в состоянии "1", в котором второй LEE 120 потребляет, по меньшей мере, некоторый ток для излучения света, переключатель переводится в замкнутое положение. В зависимости от рабочих напряжений первого и второго LEE 110 и 120 ток может проходить через один или оба LEE 110 и 120. В конкретном варианте осуществления изобретения рабочие напряжения LEE 110 и LEE 120 определяются таким образом, что через LEE 120 проходит, по меньшей мере, часть питающего тока I_SUPPLY. Такая схема может быть реализована, например, с помощью схемы, в которой второй LEE 120 имеет рабочее напряжение, которое меньше или равно рабочему напряжению первого LEE 110.

В другом варианте осуществления этапы 312-316 выполняются таким образом, что, по существу, весь обеспечиваемый ток I_SUPPLY для матрицы подается на второй LEE 120. Такая схема может быть осуществлена, используя, например, вышеупомянутые способы построения второго LEE 120, чтобы иметь существенно более низкое рабочее напряжение и/или напряжение, ограничивающее обеспечиваемый ток I_SUPPLY, достаточно превышающее рабочее напряжение второго LEE 120 и достаточно низкое по сравнению с рабочим напряжением первого LEE 110.

Средний ток, подаваемый на LEE, может быть также вычислен для периодической последовательности замыкания-размыкания переключателя 130. В частности, токи I₁ и I₂, обеспечиваемые для LEE 110 и LEE 120, могут быть определены следующим образом:

где является средним током, который должен подаваться на i-й LEE, чтобы LEE мог достигнуть:

требуемого от LEE уровня интенсивности света;

I _i - амплитуда тока, предоставляемого для i-го LEE;

T - временной период подачи тока на i-й LEE;

t _i - часть времени в пределах периода T, в течение которого ток I подается на i-й LEE.

В конкретном варианте осуществления, показанном на фиг.1, t _i для состояния "1" является временем, в течение которого переключатель 130 поддерживается в замкнутом состоянии, приводя в результате к среднему току, поданному на второй LEE 120, чтобы он мог работать при требуемом уровне освещенности. Этот подход к обеспечению среднего значения тока, основанный на длительности состояния переключения, далее описан и показан на фиг.4A и 4B для вариантов осуществления матриц, показанных на фиг.2A и 2B.

Амплитуда тока I _i является уровнем тока, который доступен для обеспечения питания, выбранного LEE в течение активационного периода t _i. В одном варианте осуществления, в котором только через выбранный LEE проходит ток, подаваемый на матрицу, амплитуда тока I _i будет представлять, по существу, полную амплитуду тока I_SUPPLY, обеспечиваемого для матрицы 100. В другом варианте осуществления, в котором один или более из невключенных LEE потребляют ток, питающий ток I_SUPPLY будет делиться, приводя в результате к току, меньшему чем I_SUPPLY, доступному для потребления включенным LEE. Соответственно, амплитуда тока I _i в приведенном выше уравнении представляет амплитуду тока, которая доступна для LEE при его включении переключателями матрицы. Специалисты в данной области техники должны понимать, что для LEE, потребляющих энергию, когда они не включены, средний ток является суммой всех токов, потребляемых в течение периодов времени включенного и невключенного состояний.

Альтернативно, ток I_SUPPLY сам может быть меняющимся током, например сигналом с широтной импульсной модуляцией (PWM), чтобы обеспечить конкретное значение тока для желательного LEE 110 или 120, переключатель 130 может быть выполнен с возможностью определения, какой из LEE 110 или 120 должен обеспечиваться током. Например, когда переключатель 130 находится в разомкнутом состоянии, ток может подаваться только на первый LEE 110. Когда переключатель 130 находится в замкнутом состоянии, ток, возможно, подается на первый и второй LEE 110 и 120.

Если оба LEE 110 и 120 должны быть отключены, ток, обеспечиваемый для матрицы 100, прерывается. Это может быть сделано установкой тока на ноль на этапе 312. В этом состоянии LEE 110 и LEE 120 не будут излучать свет. В альтернативном варианте осуществления вторая светодиодная схема 120 может быть заменена короткозамыкателем, так что состояние "1" включается, чтобы не обеспечивать никакой световой выход для светодиодной матрицы 100. Специалист в данной области техники должен понимать, что этапы 312, 314 и 316 могут выполняться в любом порядке и/или также один или более этапов могут выполняться одновременно.

Таблица 350 состояний показывает состояния включения, состояния переключателей и включенные LEE в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления изобретения, в котором рабочие напряжения выбраны так, что через LEE 120 проходит, по существу, весь ток, подаваемый на шины питания, если переключатель 130 находится в замкнутом состоянии, и в котором никакой накопительный элемент 160 не используется. Как показано на чертеже, в состоянии "0" переключатель 130 находится в разомкнутом состоянии и первый LEE 110 включен для потребления тока, упомянутого тока, являющегося питающим током I_SUPPLY в одном варианте осуществления. В состоянии "1" переключатель 130 находится в замкнутом состоянии и в конкретном варианте осуществления, показанном на чертеже, LEE 120 включается на потребление тока, который в примере варианта осуществления представляет, по существу, весь питающий ток I_SUPPLY. Как объяснялось выше, рабочие напряжения V_OP1 и V_OP2 могут обеспечиваться таким образом, что LEE 110 и LEE 120 обеспечивают конкретный порядок включений/выключений, показанный на чертеже для варианта осуществления состояния "1", представляющего вышеупомянутый случай, в котором V_OP2 существенно ниже, чем V_OP1, и/или обеспечиваемый ток I_SUPPLY ограничивается напряжением, которое достаточно превышает V_OP2 и достаточно ниже V_OP1. Альтернативно, рабочие точки напряжения могут изменяться, чтобы позволить одновременное включение/излучение света как LEE 110, так и LEE 120 в состоянии "1", например, посредством обеспечения первого и второго LEE 110 и 120 схожими рабочими напряжениями V_OP1 и V_OP2.

На фиг.4A показан способ 410 работы матрицы 200a световых элементов, показанной на фиг.2A, и соответствующая таблица 420 состояний, соответствующая настоящему изобретению. Первоначально, на этапе 411 устанавливается уровень тока I_SUPPLY, который должен подаваться для матрицы световых элементов. На этапе 412 определяется, какой из LEE 110, 120 и 210 должен быть включен. Если должен быть включен LEE 110, чтобы излучать свет, процесс продолжается на этапе 413, для чего оба переключателя 130 и 230 переводятся в разомкнутое состояние (или остаются в разомкнутом состоянии, если они уже находились в нем). Ток подается на первый LEE 110, который начинает излучать свет с назначенным уровнем интенсивности.

Если матрица 200a должна работать в состоянии "01", в котором третий LEE 210 излучает свет, процесс продолжается на этапе 414, для чего первый переключатель 130 переводится в разомкнутое состояние, а второй переключатель 230 переводится в замкнутое состояние. Ток подается на третий LEE 210, который начинает излучать свет с назначенным уровнем интенсивности.

Если матрица 200a должна работать в состоянии "10", в котором второй LEE 120 излучает свет, процесс продолжается на этапе 415, для чего первый переключатель 130 переводится в замкнутое состояние, а второй переключатель 230 переводится в разомкнутое состояние. Ток подается на второй LEE 120, который начинает излучать свет с назначенным уровнем интенсивности.

Питающий ток I_SUPPLY может обеспечиваться как постоянный ток или модулированный ток. В последнем примере питающий ток I_SUPPLY может быть в форме сигнала с широтной импульсной модуляцией (PWM), чтобы обеспечивать определенную величину тока желаемому LEE 110, 120, 210, для чего переключатели 130 и 230 выполнены с возможностью выбора, на какой из LEE 110, 120, 210 должен подаваться ток. Рабочие напряжения LEE 110, 120 и 210 определяются таким образом, что выбор между LEE может выполняться путем установки вышеупомянутых состояний переключения.

В дополнительном примере варианта осуществления токи обеспечиваются соответствующим LEE как средние токи, описанные выше со ссылкой на фиг.3. В частности, этап 413 подачи тока на первый светоизлучающий элемент 110 содержит операцию обеспечения среднего тока для первого светоизлучающего элемента 110:

где I ₁ - амплитуда тока, доступного для первого LEE 110, T - временной период подачи тока на первый LEE 110 и t ₁ - активационный период в пределах временного периода T, в течение которого первый и второй переключатели 130 и 230 находятся в разомкнутом состоянии, чтобы подавать ток I ₁ для первого LEE 110. Амплитуда тока I ₁ может отличаться (но не обязательно) от амплитуды питающего тока I_SUPPLY, например, когда один или более невключенных LEE потребляют ток. Соответственно, амплитуда тока I ₁ в приведенном выше уравнении представляет ток, доступный для первого LEE 110 при его включении переключателями матрицы.

Аналогично, этап 414 подачи тока для второго LEE 120 может содержать операцию подачи среднего тока для второго светоизлучающего элемента 120:

где I ₂ - амплитуда тока, доступного для второго LEE 120, T - временной период подачи тока на второй LEE 120 и t ₂ - активационный период в пределах периода времени T, в течение которого первый переключатель 130 находится в замкнутом состоянии, а второй переключатель 230 находится в разомкнутом состоянии, чтобы подавать ток I ₂ на второй LEE 120.

Аналогично, этап 415 подачи тока на третий LEE 210 может содержать операцию подачи среднего тока на третий светоизлучающий элемент 210:

где I ₃ - амплитуда тока, доступного для третьего LEE 210, T - временной период подачи тока на третий LEE 210 и t ₃ - активационный период в пределах временного периода T, в течение которого первый переключатель 130 находится в разомкнутом состоянии, а второй переключатель 230 находится в замкнутом состоянии, подавая ток I ₃ на третий LEE 210.

Таблица 420 состояний показывает состояния включения, состояния переключателей и включенные LEE в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления изобретения, в котором для LEE 110, LEE 120 или LEE 210 подается ток и в котором никакой накопительный элемент 160 не используется. Как показано на чертеже, в состоянии "00" переключатели 130 и 230 находятся в разомкнутом состоянии, и первый LEE 110 подключен так, чтобы потреблять ток. В состоянии "01" первый переключатель 130 находится в разомкнутом положении и второй переключатель 230 находится в замкнутом положении, за счет чего третий LEE 210 потребляет ток для работы при назначенном уровне интенсивности света. В состоянии "10" первый переключатель 130 находится в замкнутом положении и второй переключатель 230 находится в разомкнутом положении, за счет чего второй LEE 120 потребляет ток для работы при назначенном уровне интенсивности света.

Как объяснялось выше, рабочие напряжения V_OP1, V_OP2 и V_OP3 могут обеспечиваться такими, что LEE 110, LEE, 120 и LEE 210 обеспечивают конкретный порядок включений/выключений. В приведенном выше варианте осуществления, в котором состояние "01" приводит в результате к тому, что, по существу, весь питающий ток I_SUPPLY подается на третий LEE 210, V_OP3 существенно ниже, чем V_OP1, и/или питающий ток I_SUPPLY ограничивается напряжением, которое достаточно превышает V_OP3 и достаточно ниже V_OP1. Аналогично, в варианте осуществления, в котором состояние "10", приводящее в результате к тому, что, по существу, весь питающий ток I_SUPPLY обеспечивается для второго LEE 120, V_OP2 существенно ниже, чем V_OP1, и/или питающий ток I_SUPPLY ограничивается напряжением, которое достаточно превышает V_OP2 и достаточно ниже V_OP1.

Альтернативно, рабочие точки напряжения V_OP1, V_OP2 и V_OP3 могут быть изменены, чтобы позволить одновременную работу/излучение света от LEE 110 и LEE 120 или от LEE 110 и LEE 210. Например, первый и третий LEE 110 и 210 могут вместе потреблять ток во время работы в состоянии "01", например, в целом, в одной и той же пропорции, если их соответствующие рабочие напряжения V_OP1 и V_OP3 близки, или в другой пропорции, определяемой в соответствии с соотношением между их рабочими напряжениями. Точно также первый и второй LEE 110 и 120 могут вместе потреблять ток во время работы в состоянии "10", например, в целом, в одной и той же пропорции, если их соответствующие рабочие напряжения V_OP1 и V_OP2 близки, или в другой пропорции, определяемой в соответствии с соотношением между их рабочими напряжениями.

Как объяснялось выше, работа матрицы в четвертом возможном состоянии, когда первый и второй переключатели 130 и 230 находятся в замкнутом состоянии, может быть исключена контроллером матрицы (не показан). В еще одном другом варианте осуществления обеспечение тока I_SUPPLY для матрицы может быть прекращено, если матрица работает в четвертом состоянии переключения.

В дополнительном примере может использоваться четвертое состояние переключения, в котором ток, подаваемый на первый, второй и третий LEE 110, 120 или 210, определяется соответствующими рабочими напряжениями LEE. Например, каждый из этих трех LEE может потреблять, по существу, одну и ту же часть тока, когда три рабочих напряжения, по существу, одинаковы. В примере для описанного выше состояния, в котором V_OP1>>V_OP2, V_OP3, первый LEE 110 будет потреблять наименьший (если вообще потребляет) питающий ток, а части питающего тока, подаваемые на второй и третий LEE 120 и 210, будут зависеть от соотношения между их соответствующими рабочими напряжениями. Например, если V_OP1>>V_OP2≈V_OP3, то как второй, так и третий LEE 120 и 210 потребляют, по существу, одинаковые части питающего тока, при том что первый LEE 110 потребляет малую, если вообще потребляет, часть питающего тока. В дополнительном примере, если V_OP1>>V_OP2>V_OP3, то третий LEE 210 будет потреблять наибольшую часть (и, возможно, весь) питающего тока, второй LEE 120 потребляет меньшую часть (и, возможно, ничего) питающего тока, и первый LEE 110 будет потреблять самую меньшую часть (и, возможно, ничего) питающего тока. Соответственно, ток конкретной величины может подаваться на любой один или более LEE путем установки рабочих напряжений соответствующим образом.

На фиг.4B показан способ 430 работы матрицы 200b световых элементов, имеющей четвертый LEE 220, как показано на фиг.2B, и соответствующая таблица 450 состояний, соответствующая настоящему изобретению, с ранее идентифицированными признаками, сохраняющими свои ссылочные обозначения. Как показано на блок-схеме 430 последовательности выполнения операций способа, предыдущие этапы подачи тока на первый, второй и третий LLE 110, 120 и 210 являются такими, как описано выше. В этом варианте осуществления способ действия содержит дополнительный этап 432, посредством которого, если четвертый LEE 220 должен быть включен, включается четвертое состояние "11", в котором первый и второй переключатели 130 и 230 находятся в замкнутом состоянии. Ток подается на четвертый LEE 220, который начинает излучать свет с назначенным для него уровнем интенсивности.

Этап 442 подачи тока на четвертый LEE 220 может содержать операцию подачи среднего тока на четвертый светоизлучающий элемент 220:

где I ₄ - амплитуда тока, доступного для четвертого LEE 220, T - временной период подачи тока для четвертого LEE 120 и t ₄ - активационный период в пределах временного периода T, в течение которого первый и второй переключатели 130 и 230 - оба находятся в замкнутом состоянии, чтобы подавать ток I ₄ на четвертый LEE 220.

Как описано ранее, ток, подаваемый на четвертый LEE 220 в четвертом состоянии переключения матрицы, показанной на фиг.2B, будет зависеть от его связи с другими тремя рабочими напряжениями, V_OP2 и V_OP3. Обращаясь к предшествующему примеру, в котором первое рабочее напряжение V_OP1 является самым высоким, V_OP1>>V_OP4, то тогда ток, подаваемый на четвертый LEE в четвертом состоянии переключения, будет зависеть от отношения V_OP4 к V_OP2 и V_OP3. Например, если V_OP1>>V_OP2≈V_OP3≈V_OP4, то каждый второй, третий и четвертый LEE 120, 210 и 220 будут потреблять, по существу, одинаковые части питающего тока, при том что первый LEE 110 потребляет меньшую, если имеется, часть питающего тока. Рабочие напряжения могут быть также установлены таким образом, что четвертый LEE 220 будет потреблять наибольший, если не весь, питающий ток, например, когда V_OP1>>V_OP2, V_OP3>>V_OP4. Таким способом установка рабочих напряжений может быть сделана так, чтобы, когда матрица работает в четвертом состоянии переключения, позволить, по существу, подавать весь питающий ток I_SUPPLY на четвертый LEE 220.

На фиг.5 показано светоизлучающие устройство 500, содержащее матрицу 100 или 200a, 200b, 200c световых элементов, показанную на фиг.1, 2A, 2B или 2C, соответствующую настоящему изобретению, с ранее описанными признаками, сохраняющими свои ссылочные обозначения. На фиг.5 показана реализация матрицы 200b, показанной на фиг.2B, хотя специалист в данной области техники должен понимать, что в светоизлучающем устройстве 500 альтернативно могут использоваться матрица 100, показанная на фиг.1, или матрицы 200a или 200c, показанные на фиг.2A и 2C соответственно.

В дополнение к матрице 200b, светоизлучающее устройство 500 дополнительно содержит источник электропитания 510. Источник электропитания 510 содержит ввод 510a мощности, управляющий вход 510b и токовый выход 510c, подключенный (непосредственно или через переключатели) к матрице 200b. Ввод 510a мощности выполнен с возможностью приема мощности (стабилизированной или нестабилизированной), которая должна обеспечиваться для матрицы 200b. Управляющий вход 510b выполнен с возможностью установки параметров выходного уровня, как будет описано ниже. Токовый выход 510c выполнен с возможностью подачи тока источника электропитания I_SUPPLY на матрицу 200. В конкретном варианте осуществления источник электропитания 510 выполнен в возможностью работы в качестве источника постоянного тока, посредством чего питающий ток I_SUPPLY подводится, по существу, независимо от условий нагрузки.

Светодиодное устройство 500 дополнительно содержит контроллер 520, выполненный с возможностью обеспечения управляющих сигналов для источника электропитания 510 и первого и второго переключателей 130 и 230. Контроллер 520 содержит первый выход 520a, подключенный к управляющему входу 510a источника электропитания 510, и второй выход 520b, подключенный к переключателю 130. Первый выход 520a выполнен с возможностью обеспечения управляющего сигнала 522 для источника электропитания, чтобы устанавливать параметры выходного уровня источника электропитания. Второй выход 520b выполнен с возможностью обеспечения управляющего сигнала 524 для управления состоянием первого переключателя 130. В показанном на чертеже варианте осуществления, в котором реализуется матрица 200b, показанная на фиг.2B, контроллер 520 дополнительно содержит третий выход 520c, подключенный ко второму переключателю 230, третий выход 520c, выполненный с возможностью обеспечения управляющего сигнала 526 для управления состоянием второго переключателя 230. Контроллер содержит входной порт в точке 520d, выполненный с возможностью приема команд от микропроцессора или другой системы. Альтернативно, контроллер 520 может быть сам загружен программой, выполненной с возможностью исполнения команд, как описано здесь.

Как должны понимать специалисты в данной области техники, источник 510 тока/электропитания может управляться, чтобы обеспечивать множество различных выходных сигналов для включения и/или выключения LEE 110, 120, 210 и 220. Например, чтобы получить постоянное свечение светоизлучающих элементов схемы, контроллер 520 может быть выполнен с возможностью обеспечения управляющего сигнала 522, дающего команду на источник 510 электропитания подавать постоянный ток на схему LEE, который должен светиться. Контроллер 520 может дополнительно подавать сигналы 524 и 526 управления, чтобы устанавливать переключатели 130 и 230 так, чтобы подавать постоянный ток на желаемый LEE в соответствии с таблицей 350 или 450, как описано выше. Подобным образом, источник 510 электропитания может управляться, чтобы изменять уровень выходного тока I_SUPPLY для выполнения изменений интенсивности или яркости LEE. В другом варианте осуществления ток, подаваемый на каждый из LEE 110, 120, 210 и 220, имеет форму среднего тока _i, описанного выше на фиг.3, 4A и 4B. В одном примере такого варианта осуществления период времени T равен 10 мс, и времена включения t ₁ , t ₂ , t ₃ и t ₄ равны 5 мс, 2 мс, 2 мс и 1 мс соответственно. Такая установка приводит в результате к средним токам I _1,2,3,4 первого, второго, третьего и четвертого LEE, равным 50%, 20%, 20% и 10% от уровня питающего тока I_SUPPLY, принимая, что нет никакой существенной разницы между током I _i , доступным для включенного LEE, и питающим током I_SUPPLY (то есть никакого существенного потребления невключенными LEE не происходит). Специалисты в данной области техники должны понимать, что могут быть получены различные отношения токов, в зависимости от желаемой величины тока, который должен подаваться на конкретный LEE. Например, период времени T может быть выбран таким, чтобы дополнительно избегать человеческого восприятия мерцания, для чего может быть выбран более короткий период времени (например, 2,5 мс). Кроме того, время включения t _i может также быть соответственно изменено, чтобы сохранить процент от текущего уровня I_SUPPLY.

Дополнительно следует отметить, что уровень питающего тока I_SUPPLY может обеспечиваться с постоянным уровнем или, альтернативно, с изменяющимся уровнем. Комбинирование различных состояний, чтобы включить LEE с возможностью изменения уровня питающего тока, позволяет иметь две, по существу, независимые степени свободы при управлении LEE.

В дополнительном примере варианта осуществления матрица 200b использует шунтирующий конденсатор(ы), присоединяемый к одной или более схемам LEE 110, 120, 210 и 220 (схема LEE 120 показывает шунтирующий конденсатор 160 на фиг.5, хотя шунтирующие конденсаторы могут использовать несколько или все LEE), матрица 200b, работающая так, чтобы подавать средний ток I _i на соответствующие LEE 110, 120, 210 и 220, как в приведенном выше примере, в котором средние токи I _1,2,3,4 подаются в течение 5 мс, 2 мс, 2 мс и 1 мс соответственно за период времени T, равный 10 мс. Параллельное подключение конденсаторов к одному или более LEE может использоваться для обеспечения непрерывного свечения конкретного LEE в течение некоторого периода времени или чтобы позволить одновременное свечение двух или более LEE, причем последний случай возникает, например, когда ранее невключенный LEE переключается на потребление своего соответствующего I _i, а второй LEE отключается от источника электропитания, и тогда шунтирующий конденсатор второго LEE подает ток, чтобы запускать свой LEE для непрерывной работы.

Размер конденсаторов 160 (каждый из которых может быть одним и тем же или различным) основывается на нескольких факторах, в том числе на периоде времени T тока _i, подаваемого для подключенного LEE, и продолжительности "операции отключения", причем "операция отключения" относится к состоянию, в котором накопленный заряд подключенного конденсатора 160 обеспечивает работу соответствующего LEE после того, как переключатели 130 и 230 отключают LEE от источника электропитания. Как должно быть понятно, меньшие конденсаторы могут использоваться, когда ток _i содержит более короткий период времени и/или когда время активации выключения короче и/или когда желательна или приемлема большая величина пульсаций _i. Большая емкость может использоваться в случаях, когда за счет тока _i обеспечивается более длительный период времени T и/или когда требуется более длительный период выполнения выключения и/или когда желательна или требуется меньшая величина пульсаций для _i .

Другим фактором, возможно влияющим на выбор размера конденсатора(ов) 160, является приемлемая задержка при включении и выключении светодиодных схем, использующих шунтирующий конденсатор 160. В частности, размер конденсатора 160 может препятствовать тому, насколько быстро уже включенная светодиодная схема сможет достигнуть состояния своего рабочего напряжения V_OP или насколько быстро уже включенный LEE может быть выключен. При таких обстоятельствах времена нарастания и спада переходных процессов между выключенным и включенным состояниями питающего среднего тока _i могут ухудшаться и выходить за приемлемые пределы, приводя при некоторых обстоятельствах к ошибочному излучению света (замедленное выключение светодиодной схемы) и/или к пропуску загорания света при других обстоятельствах (замедленное включение LEE).

Одним из примеров подхода к минимизации влияний задержки включения/отключения, которые шунтирующий конденсатор(ы) 160 оказывает на подключенные к нему LEE, состоит в том, чтобы обеспечить прерывистый эффект компенсации для ускорения времени нарастания и спада при переходных процессах. Например, время нарастания для перехода уже включенного LEE в рабочее состояние может быть ускорено посредством обеспечения на короткий период времени более высокого уровня тока для LEE, тем самым быстрее заряжая его шунтирующий конденсатор 160 и скорее достигая прямого напряжения, чем когда желаемый уровень тока I _i поддерживается постоянно в течение времени t, когда конкретная схема LEE включена. Благодаря определенным вольтамперным характеристикам конкретного LEE, например, светодиода, который может использоваться в качестве светоизлучающего элемента, при более низких прямых напряжениях начальный ток может падать. Разряд конденсатора путем подачи энергии на светодиод может привести в результате к более длительному периоду времени, в течение которого светодиод будет давать лишь очень слабый, но заметный свет. Для ускорения окончательного выключения диода может использоваться подключение дополнительной нагрузки с соответствующими характеристиками (например, резистор или цепочка из последовательного соединения резистора и стабилитрона). Кроме того, контроллер 520 может программироваться таким образом, чтобы компенсировать отсутствие или дополнительный выход света от светодиода с шунтирующим конденсатором и может производить компенсацию за счет усреднения выхода света во времени.

Таким образом, в качестве одного аспекта настоящего изобретения можно рассматривать то, что схемы LEE, имеющие различные точки рабочего напряжения (то есть напряжения включения), используются для уменьшения отношения количества переключателей к количеству светоизлучающих элементов ниже 1:1, например, обеспечивая один переключатель для двух светоизлучающих элементов, два переключателя для трех светоизлучающих элементов или два переключателя для четырех светоизлучающих элементов. Таким способом количество компонент в матрице световых элементов может быть уменьшено, обеспечивая более быстродействующее, более энергетически эффективное и более дешевое светоизлучающее устройство.

Как легко должно быть понято специалистами в данной области техники, описанные процессы могут быть осуществлены аппаратурными средствами, программным обеспечением, встроенными программами или комбинацией этих вариантов осуществления в зависимости от ситуации. Кроме того, некоторые или все описанные процессы могут быть осуществлены как считываемый компьютером набор команд, постоянно присутствующий на считываемом компьютером носителе (съемный диск, энергозависимая или энергонезависимая память, встроенные процессоры и т.д.), набор команд, выполненный с возможностью программирования компьютера другого такого программируемого устройства, чтобы выполнить назначенные функции.

Следует отметить, что термин "содержащий" не исключает другие признаки, и единственное число не исключает множественное число, кроме случаев, когда это специально указано. Дополнительно следует отметить, что элементы, описанные в связи с различными вариантами осуществления, могут комбинироваться. Также отмечается, что знаки ссылки в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие объем формулы изобретения. Термин "подключение" используется для указания либо непосредственного соединения между двумя признаками, либо косвенного соединения двух признаков через промежуточную структуру. Этапы, показанные на блок-схемах последовательности выполнения способа, не ограничиваются показанной конкретной последовательностью, и более поздние этапы могут выполняться одновременно или раньше этапов с более ранними номерами в соответствии с изобретением.

Приведенное выше описание было представлено для целей иллюстрации и описания. Оно не предназначено быть исчерпывающим или ограничивать изобретение точно раскрытой формой, и очевидно, что в свете раскрытой темы возможны многочисленные модификации и вариации. Описанные варианты осуществления были выбраны для наилучшего объяснения принципов изобретения и его практического применения, чтобы, таким образом, позволить специалистам в данной области техники наилучшим образом использовать изобретение в различных вариантах осуществления и с различными изменениями, пригодными для конкретного рассматриваемого использования. Подразумевается, что объем изобретения определяется исключительно формулой изобретения, приведенной в конце.

Переключаемая матрица световых элементов содержит первый, второй и третий светоизлучающие элементы и первый и второй переключатели. Первый светоизлучающий элемент содержит первый и второй выводы, и второй светоизлучающий элемент содержит первый вывод и второй вывод, подключенный ко второму выводу первого светоизлучающего элемента. Третий светоизлучающий элемент содержит первый вывод, подключенный к первому выводу первого светоизлучающего элемента, и второй вывод. Первый переключатель содержит первый вывод, подключенный к первым выводам первого и третьего светоизлучающих элементов, и второй вывод, подключенный к первому выводу второго светоизлучающего элемента. Второй переключатель содержит первый вывод, подключенный ко второму выводу третьего светоизлучающего элемента, и второй вывод, подключенный ко вторым выводам первого и второго светоизлучающих элементов. Технический результат - уменьшение числа схемных компонентов. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Матрица световых элементов (200а, 200b, 200с), содержащая: первый светоизлучающий элемент (110), имеющий первый вывод и второй вывод; второй светоизлучающий элемент (120), имеющий первый вывод и второй вывод, подключенный ко второму выводу первого светоизлучающего элемента (110); третий светоизлучающий элемент (210), имеющий первый вывод, подключенный к первому выводу первого светоизлучающего элемента (110), и второй вывод; первый переключатель (130), имеющий первый вывод, подключенный к каждому из первых выводов первого и третьего светоизлучающих элементов (110, 210), и второй вывод, подключенный к первому выводу второго светоизлучающего элемента (120); и второй переключатель (230), имеющий первый вывод, подключенный ко второму выводу третьего светоизлучающего элемента (210), и второй вывод, подключенный к каждому из вторых выводов первого и второго светоизлучающих элементов (110, 120), при этом первый вывод первого светоизлучающего элемента (110) подключается к первой шине (172) источника электропитания и второй вывод первого светоизлучающего элемента (110) подключается ко второй шине (174) источника электропитания, при этом первый, второй и третий светоизлучающие элементы (110, 120, 210) отличаются соответствующими первым, вторым и третьим рабочими напряжениями (V_ОР1, V_ОР2 и V_ОР3), относительные соотношения между которыми определяются отношением
V_ОР1>V_ОР2, V_ор3,
в котором второй светоизлучающий элемент (120) выполнен с возможностью потребления, по меньшей мере, части тока, подаваемого на первую или вторую шину (172, 174) источника электропитания, когда первый переключатель (130) находится в замкнутом состоянии и второй переключатель находится в разомкнутом состоянии; и при этом третий светоизлучающий элемент (210) выполнен с возможностью потребления, по меньшей мере, части тока, подаваемого на матрицы (200а, 200b, 200с) световых элементов, когда первый переключатель (130) находится в разомкнутом состоянии и второй переключатель находится в замкнутом состоянии.

2. Матрица (200а, 200b, 200с) световых элементов по п.1, в которой первый, второй или третий светоизлучающие элементы (110, 120, 210) выбираются из группы, состоящей из светодиода, органического светодиода, светодиода переменного тока, лазерного диода или лампочки накаливания.

3. Матрица (200а, 200b, 200с) световых элементов по п.1 или 2, дополнительно содержащая накопительный элемент, подключенный к одному или более первому, второму или третьему светоизлучающим элементам (110, 120, 210).

4. Матрица (200а, 200b, 200с) по п.3, в которой накопительный элемент содержит конденсатор (160), подключенный параллельно одному или более из первого, второго или третьего светоизлучающих элементов (110, 120, 210).

5. Матрица (200b) световых элементов по п.1, дополнительно содержащая четвертый светоизлучающий элемент (220), имеющий первый вывод, подключенный ко второму выводу первого переключателя (130), и второй вывод, подключенный к первому выводу второго переключателя (230), четвертый светоизлучающий элемент (220), отличающийся четвертым рабочим напряжением (V_ОР4), при котором или выше которого четвертый светоизлучающий элемент (220b) способен излучать свет.

6. Матрица (200b) световых элементов по п.5, в которой первый вывод первого светоизлучающего элемента (110) подключается к первой шине (172) источника электропитания и второй вывод первого светоизлучающего элемента (110) подключается ко второй шине (174) источника электропитания и в которой четвертый светоизлучающий элемент (220) выполнен с возможностью потребления, по меньшей мере, части тока, подаваемого на матрицу (200b) световых элементов, когда первый и второй переключатели (130, 230) оба находятся в замкнутом состоянии.

7. Матрица (200b) световых элементов по п.5 или 6, в которой первый, второй, третий и четвертый светоизлучающие элементы (110, 120, 210, 220) отличаются соответствующими первым, вторым, третьим и четвертым рабочими напряжениями (V_ОР1, V_ОР2, V_ОР3 и V_ОР4), относительные соотношения между которыми определяются отношением
V_OP1>V_OP2, V_ОР3>V_ОР4.

8. Матрица (200b) световых элементов по п.5 или 6, дополнительно содержащая накопительный элемент, подключенный к четвертому светоизлучающему элементу (220).

9. Матрица (200b) световых элементов по п.8, в которой накопительный элемент содержит емкость (160), подключенную параллельно четвертому светоизлучающему элементу (220).

10. Матрица (200с) световых элементов по п.1, дополнительно содержащая короткозамыкатель, подключенный между вторым выводом первого переключателя (130) и первым выводом второго переключателя (230).

11. Светоизлучающее устройство (500), содержащее: матрицу (200а, 200b, 200с) световых элементов, соответствующую любому из пп.1-10;
источник (510) электропитания, имеющий управляющий вход (510b) и выход (510с) мощности, подключенный для подачи тока для матрицы (200а, 200b, 200с) световых элементов; и контроллер (520), имеющий первый выход (520а), подключенный к управляющему входу (510b) источника (510) электропитания, второй выход (520b), подключенный к первому переключателю (130) матрицы (200а, 200b, 200с) световых элементов, и третий выход (520с), подключенный ко второму переключателю (230) матрицы (200) световых элементов, первый выход (520а), выполненный с возможностью обеспечения управляющего сигнала (522) для источника (510) электропитания, чтобы установить режимы по выходному уровню источника (510) электропитания, и второй выход (520b), выполненный с возможностью обеспечения управляющего сигнала (524) для управления состоянием первого переключателя (130), и третий выход (520 с), выполненный с возможностью обеспечения управляющего сигнала (526) для управления состоянием второго переключателя (230).

12. Способ действия матрицы (200а, 200b, 200с) световых элементов, матрица (200а, 200b, 200с) световых элементов содержит первый светоизлучающий элемент (110), имеющий первый вывод, подключенный к первой шине (172) источника электропитания, и второй вывод, подключенный ко второй шине (174) источника электропитания, второй светоизлучающий элемент (120), имеющий первый вывод и второй вывод, подключенный ко второму выводу первого светоизлучающего элемента (110), третий светоизлучающий элемент (210), имеющий первый вывод, подключенный к первому выводу первого светоизлучающего элемента (110), и второй вывод, первый переключатель (130), имеющий первый вывод, подключенный к каждому из первых выводов первого и третьего светоизлучающих элементов (110, 210), и второй вывод, подключенный к первому выводу второго светоизлучающего элемента (120), и второй переключатель (230), имеющий первый вывод, подключенный ко второму выводу третьего светоизлучающего элемента (210), и второй вывод, подключенный к каждому из вторых выводов первого и второго светоизлучающих элементов (110, 120), при этом первый вывод первого светоизлучающего элемента (110) подключается к первой шине (172) источника электропитания и второй вывод первого светоизлучающего элемента (110) подключается ко второй шине (174) источника электропитания, при этом первый, второй и третий светоизлучающие элементы (110, 120, 210) отличаются соответствующими первым, вторым и третьим рабочими напряжениями (V_ОР1, V_ОР2 и V_ОР3), относительные соотношения между которыми определяются отношением
V_ОР1>V_ОР2, V_ОР3,
при этом второй светоизлучающий элемент (120) выполнен с возможностью потребления, по меньшей мере, части тока, подаваемого на первую или вторую шину (172, 174) источника электропитания, когда первый переключатель (130) находится в замкнутом состоянии и второй переключатель находится в разомкнутом состоянии, и в которой третий светоизлучающий элемент (210) выполнен с возможностью потребления, по меньшей мере, части тока, подаваемого на матрицы (200а, 200b, 200с) световых элементов, когда первый переключатель (130) находится в разомкнутом состоянии и второй переключатель находится в замкнутом состоянии, способ содержит этапы, на которых: управляют каждым из упомянутых первого и второго переключателей (130, 230), переводя их в разомкнутое состояние или в замкнутое состояние, и подают ток на первую или вторую шину (172, 174) источника электропитания матрицы (200а, 200b, 200с) световых элементов, при этом, по меньшей мере, часть подаваемого тока подается на первый светоизлучающий элемент (110), когда первый и второй переключатели (130, 230) оба находятся в разомкнутом состоянии, в котором, по меньшей мере, часть подаваемого тока подается на второй светоизлучающий элемент (120), когда первый переключатель (130) находится в замкнутом состоянии, а второй переключатель (230) находится в разомкнутом состоянии; и при этом, по меньшей мере, часть подаваемого тока подается на третий светоизлучающий элемент (210), когда первый переключатель (130) находится в разомкнутом состоянии, а второй переключатель (230) находится в замкнутом состоянии.

13. Способ по п.12, в котором ток, подаваемый на первый светоизлучающий элемент (110), содержит средний ток

где I₁ - амплитуда тока, подаваемого на первый светоизлучающий элемент (110), Т - временной период подачи тока на первый светоизлучающий элемент (110) и t₁ - активационный период, в течение которого каждый из первого и второго переключателей (130, 230) находится в разомкнутом состоянии для подачи тока I₁ на первый светоизлучающий элемент 110.

14. Способ по п.12, в котором ток, подаваемый на второй светоизлучающий элемент (120), содержит средний ток

где I₂ - амплитуда тока, подаваемого на второй светоизлучающий элемент (120), Т - временной период подачи тока на второй светоизлучающий элемент (120) и t₂ - активационный период, в течение которого первый переключатель (130) находится в замкнутом состоянии, а второй переключатель (230) находится в разомкнутом состоянии для подачи тока I₂ на второй светоизлучающий элемент 120.

15. Способ по п.12, в котором ток, подаваемый на третий светоизлучающий элемент (210), содержит средний ток

где I₃ - амплитуда тока, подаваемого на третий светоизлучающий элемент (210), Т - временной период подачи тока на третий светоизлучающий элемент (210) и t₃ - активационный период, в течение которого первый переключатель (130) находится в разомкнутом состоянии и второй переключатель (230) находится в замкнутом состоянии для подачи тока I₃ на третий светоизлучающий элемент (210).

16. Способ по любому из пп.12-15, в котором матрица (200b) световых элементов дополнительно содержит четвертый светоизлучающий элемент (220), имеющий первый вывод, подключенный ко второму выводу первого переключателя (130), и второй вывод, подключенный к первому выводу второго переключателя (230), и в котором управление содержит управление каждым из первого и второго переключателей (130, 230) до замкнутого состояния, при этом, по меньшей мере, часть подаваемого тока подается на четвертый светоизлучающий элемент (220).

17. Способ по п.16, в котором ток, подаваемый на четвертый светоизлучающий элемент (220), содержит средний ток:

где I₄ - амплитуда тока, подаваемого на четвертый светоизлучающий элемент (220), Т - временной период подачи тока на четвертый светоизлучающий элемент (220) и t₄ - активационный период, в течение которого первый и второй переключатели (130; 230) находятся в замкнутом состоянии для подачи тока I₄ на четвертый светоизлучающий элемент (220).