МАТРИЦА СВЕТОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С УПРАВЛЯЕМЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ТОКА И СПОСОБ ДЕЙСТВИЯ Российский патент 2011 года по МПК H05B33/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится, в целом, к матрицам светоизлучающих элементов и, более конкретно, к светоизлучающим матрицам, использующим управляемые источники тока, и способам их действия.

Уровень техники изобретения

Светоизлучающие элементы типа светоизлучающих диодов (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 светоизлучающие диоды различных цветов устанавливаются в матрицу, чтобы создавать различные цветные точки. Условия эксплуатации светоизлучающей диодной матрицы могут быть такими же разнообразными, как применение матриц, а именно, такими условиями эксплуатации, которые требуют, например, малой мощности электропитания, высокой рабочей температуры и малых времен включения и выключения светоизлучающих диодов.

Как правило, каждая матрица светоизлучающих диодов получает электропитание от схемы возбуждения, выполненной с возможностью работы в одном из нескольких различных режимов возбуждения в зависимости от желаемого светового эффекта. Схема возбуждения светоизлучающих диодов может возбуждаться в режиме постоянного тока, при котором светоизлучающая диодная матрица питается постоянным током, чтобы обеспечивать свет с постоянной интенсивностью. Схема запуска светоизлучающих диодов может также работать в режиме переменного тока, при котором светоизлучающая диодная матрица питается переменным током для создания переменной интенсивности света. Схема возбуждения светоизлучающих диодов может также работать в режиме широтной импульсной модуляции (PWM), при котором светоизлучающая диодная матрица питается, используя токовый сигнал с PWM формы волны тока, в котором длительность PWM волны определяет период времени, в течение которого светоизлучающая диодная матрица включена. Режим PWM может осуществляться либо в режиме постоянного тока, либо в режиме переменного тока, чтобы обеспечить комбинацию каждого из их свойств, то есть постоянной или переменной интенсивности света.

К сожалению, для обеспечения упомянутых выше функциональных возможностей необходимо большое количество схемных компонентов. Например, в режиме постоянного тока, когда желателен режим работы с PWM, обычно требуется, по меньшей мере, один источник тока для светоизлучающей диодной матрицы и один переключатель для каждого светоизлучающего диода в матрице. В случае когда желателен режим переменного тока, требуется сложный источник тока, выполненный с возможностью быстрого изменения уровней тока. В случае когда в режиме переменного тока желателен режим работы с PWM, обычно требуется сложный источник тока и один переключатель для каждого светоизлучающего диода в матрице.

Большое количество деталей для работы и управления светоизлучающей диодной матрицей ухудшает показатели светоизлучающих диодов по многим причинам, поскольку каждый компонент увеличивает потребление энергии светоизлучающей диодной матрицы и вносит свой вклад в паразитные эффекты, влияющие на уменьшение времен включения и выключения светоизлучающих диодов. Дополнительно, когда светоизлучающая диодная матрица используется для работы при высокой температуре, от каждого компонента будут требоваться показатель высокой температуры, характеристика, дополнительно увеличивающая стоимость каждого требуемого компонента. Подтверждение проблем, связанных со схемами запуска светоизлучающих диодов с большим количеством деталей, можно видеть в патенте США № 5 736 881, выданном Ortiz, раскрывающем конфигурацию схемы запуска с PWM для светоизлучающего диода и светоизлучающей диодной матрицы, в которой используется один источник тока для управления многочисленными светоизлучающими диодными цепочками.

Сущность изобретения

Соответственно, может быть желательно обеспечить светоизлучающую матрицу и способ действия, которые могут обеспечивать управление отдельными светоизлучающими элементами в рамках 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 описывается светоизлучающая матрица, включающая в себя первый, второй и третий светоизлучающие элементы и первый и второй управляемые источники тока. Первый светоизлучающий элемент включает в себя первый и второй выводы и отличается первым рабочим напряжением V_OP1, при котором или выше которого он, по существу, способен излучать свет. Второй светоизлучающий элемент включает в себя первый вывод и второй вывод, подключенный ко второму выводу первого светоизлучающего элемента, причем второй светоизлучающий элемент отличается вторым рабочим напряжением V_OP2, при котором или выше которого второй светоизлучающий элемент, по существу, способен излучать свет. Третий светоизлучающий элемент включает в себя первый вывод, подключенный к первому выводу первого светоизлучающего элемента, и второй вывод, причем третий светоизлучающий элемент отличается третьим рабочим напряжением V_OP3, при котором или выше которого он, по существу, способен излучать свет. Первый управляемый источник тока подключается между первым выводом первого светоизлучающего элемента и первым выводом третьего светоизлучающего элемента, и второй управляемый источник тока подключается между вторым выводом первого светоизлучающего элемента и вторым выводом второго светоизлучающего элемента.

В другом варианте осуществления изобретения представлен способ действия светоизлучающей матрицы, причем светоизлучающей матрицы, включающей в себя вышеупомянутые первый, второй и третий светоизлучающие элементы, первый и второй управляемые источники тока, первую шину источника электропитания, подключенную к первому выводу второго светоизлучающего элемента, и вторую шину источника электропитания, подключенную ко второму выводу третьего светоизлучающего элемента. Способ включает в себя действия по включению первого светоизлучающего элемента, при которых первый управляемый источник тока управляется для вывода первого тока I₁, и второй управляемый источник тока управляется для вывода второго тока I₂. Первый и второй токи I₁ и I₂, выводимые первым и вторым управляемыми источниками тока, питают первый светоизлучающий элемент током, достаточным для достижения, по меньшей мере, первого рабочего напряжения V_OP1, при котором первый светоизлучающий элемент становится, по существу, способным излучать свет.

В третьем варианте осуществления изобретения описывается светоизлучающее устройство, которое включает в себя светоизлучающую матрицу, как описано выше и здесь, а также источник электропитания и контроллер. Источник электропитания включает в себя первый выход, подключенный к первой шине источника электропитания, и второй выход, подключенный ко второй шине источника электропитания. Контроллер включает в себя первый выход, подключенный к первому управляемому источнику тока, и второй выход, подключенный ко второму управляемому источнику тока, при этом первый выход обеспечивает первый управляющий сигнал для управления подачей тока от первого управляемого источника тока и второй выход обеспечивает второй управляющий сигнал для управления подачей тока от второго управляемого источника тока.

Как суть примера варианта осуществления настоящего изобретения можно отметить, что два управляемых источника тока выполнены с возможностью управления включением трех светоизлучающих элементов, тем самым, уменьшая количество управляемых источников тока ниже отношения 1:1 числа управляемых источников тока к числу светоизлучающих элементов, управляемых с их помощью. Таким способом количество компонент для светоизлучающей матрицы, такой как светоизлучающая диодная матрица, может быть уменьшено, обеспечивая более быстродействующее, более энергетически эффективное и более дешевое светоизлучающее устройство.

Ниже описываются примеры признаков и усовершенствований светоизлучающей матрицы, хотя эти признаки и усовершенствования должны также применяться к светоизлучающему устройству и способу действия светоизлучающей матрицы. В одном варианте осуществления светоизлучающая матрица включает в себя четвертый светоизлучающий элемент, имеющий первый вывод, подключенный к шине источника электропитания, и второй вывод, подключенный либо (i) к общему узлу первого вывода первого управляемого источника тока и первого вывода второго светоизлучающего элемента, либо (ii) к общему узлу второго вывода второго управляемого источника тока и второго вывода третьего светоизлучающего элемента. Четвертый светоизлучающий элемент включается одновременно с включением любого первого, второго или третьего светоизлучающих элементов.

В другом варианте осуществления, первый светоизлучающий элемент включает в себя, по меньшей мере, один светоизлучающий диод, а каждый их второго светоизлучающего элемента, а также и третьего светоизлучающего элемента, включает в себя, по меньшей мере, один дополнительный светоизлучающий диод, каковой включен в схеме первого светоизлучающего диода и/или изготовленный из полупроводникового материала, отличного от того, из которого изготовлен, по меньшей мере, один светоизлучающий диод, содержащийся в схеме первого светоизлучающего диода. В соответствии с изобретением, эти конфигурации выполнены с возможностью получения в схемах второго и третьего светоизлучающих диодов более высокого прямого напряжения, чем в схеме первого светоизлучающего диода.

В дополнительном варианте осуществления матрица световых элементов включает в себя элемент накопления энергии, подключенный к одному или более светоизлучающим элементам, например шунтирующий конденсатор, подключенный параллельно, по меньшей мере, к первому, второму или третьему светоизлучающим элементам. Установленный накопитель энергии может использоваться для обеспечения непрерывного свечения конкретного светоизлучающего элемента в течение некоторого периода времени или позволять одновременное свечение двух или более светоизлучающих элементов.

В дополнительном варианте осуществления каждый из первого, второго и третьего светоизлучающих элементов состоит из элемента, выбираемого из группы, состоящей из светоизлучающего диода, органического светоизлучающего диода, светоизлучающего диода переменного тока, лазерного диода или лампочки накаливания.

Как дополнительный пример, первый управляемый источник тока состоит из транзистора, имеющего порт, подключенный к первой шине источника электропитания через резистор, и второй управляемый источник тока состоит из транзистора, имеющего порт, подключенный ко второй шине источника электропитания через второй резистор.

В еще одном дополнительном примере первый управляемый источник тока состоит из транзистора, имеющего заранее определенный коэффициент усиления по току, подключенного к первой шине источника электропитания, и второй управляемый источник тока состоит из транзистора, имеющего заранее определенный коэффициент усиления по току, подключенного ко второй шине источника электропитания.

В еще одном дополнительном примере первое рабочее напряжение первого светоизлучающего элемента меньше, чем второе рабочее напряжение второго светоизлучающего элемента, и меньше, чем третье рабочее напряжение третьего светоизлучающего элемента.

Ниже описываются примеры признаков и усовершенствований способа действия матрицы световых элементов, хотя эти признаки и усовершенствования могут также применяться к матрице световых элементов, а также к устройству из световых элементов. В конкретном варианте осуществления работа светоизлучающей матрицы включает в себя включение второго светоизлучающего элемента посредством того, что первый управляемый источник тока управляется для вывода тока, по существу, равного нулю, и второй управляемый источник тока управляется для вывода третьего тока I₃. В этом варианте осуществления третий ток I₃ питает второй светоизлучающий элемент и достаточен для достижения на нем, по меньшей мере, второго рабочего напряжения V_OP2, при котором второй светоизлучающий элемент становится, по существу, способным излучать свет.

Как дополнительный пример, способ действия включает в себя включение третьего светоизлучающего элемента посредством того, что первый управляемый источник тока управляется для вывода четвертого тока I₄, и второй управляемый источник тока управляется для вывода тока, по существу, равного нулю. В этом варианте осуществления четвертый ток I₄ питает третий светоизлучающий элемент и достаточен для достижения на нем, по меньшей мере, третьего рабочего напряжения V_OP3, при котором третий светоизлучающий элемент становится, по существу, способным излучать свет.

В качестве дополнительного примера, способ действия включает в себя отсутствие включения светоизлучающих элементов посредством того, что первый управляемый источник тока управляется для вывода тока, по существу, равного нулю, и второй управляемый источник тока управляется для вывода тока, по существу, равного нулю. В этом варианте осуществления, ни на один из светоизлучающих элементов питающий ток не подается и, таким образом, никакой световой выход не создается.

В дополнительном примере способа действия матрицы световых элементов первый управляемый источник тока включает в себя транзистор первого источника тока, подключенный к первой шине источника электропитания через первый заранее определенный резистор R₁, и второй управляемый источник тока включает в себя транзистор второго источника тока, подключенный ко второй шине источника электропитания через второй заранее определенный резистор R₂. В такой схеме вышеупомянутое действие управления первым управляемым источником тока для вывода первого тока I₁ включает в себя действия по приложению напряжения V₁ между управляющим выводом транзистора первого источника тока и первой шиной источника электропитания для вывода упомянутого первого тока I₁. Далее, вышеупомянутое действие управления вторым управляемым источником тока для вывода второго тока I₂ включает в себя действие по приложению напряжения V₂ между управляющим выводом транзистора второго источника тока и второй шиной источника электропитания для вывода упомянутого второго выходного тока I₂. В дополнительном примере вышеупомянутое действие управления вторым управляемым источником тока для вывода третьего тока I₃ включает в себя действие по приложению напряжения V₃ между управляющим выводом транзистора второго источника тока и второй шиной источника электропитания для вывода упомянутого третьего тока I₃. Дополнительно, действие управления первым управляемым источником тока для вывода четвертого тока I₄ включает в себя действие по приложению напряжения V₄ между управляющим выводом транзистора первого источника тока и первой шиной источника электропитания для вывода упомянутого четвертого тока I₄.

Еще в одном дополнительным примере способа действия матрицы световых элементов первый управляемый источник тока включает в себя транзистор первого источника тока, имеющий усиление по току β_i и подключенный к первой шине источника электропитания и к первому и третьему светоизлучающим элементам, и второй управляемый источник тока, имеющий усиление по току β_j и подключенный ко второй шине источника электропитания и к первому и второму светоизлучающим элементам. В такой схеме вышеупомянутое действие управления первым источником тока для вывода первого тока I₁ включает в себя действие отвода тока I₁/β_i1 от управляющего вывода транзистора первого управляемого источника тока для вывода упомянутого первого тока I₁, где β_i1 - коэффициент усиления по току транзистора первого управляемого источника тока при выводе первого тока I₁. В дополнительном примере вышеупомянутое действие управления вторым источником тока для вывода второго тока I₂ включает в себя действие по обеспечению подачи тока I₂/β_j2 к управляющему выводу транзистора второго управляемого источника тока для вывода упомянутого второго тока I₂, где β_j2 - коэффициент усиления по току транзистора второго управляемого источника тока при выводе второго тока I₂. Вышеупомянутое действие управления вторым управляемым источником тока для вывода третьего тока I₃ включает в себя действие по обеспечению подачи тока I₃/β_j3 к управляющему выводу транзистора второго источника тока для вывода упомянутого третьего выходного тока I₃, где β_j3 - коэффициент усиления по току транзистора второго управляемого источника тока при выводе третьего тока I₃. В дополнительном примере действие управления первым управляемым источником тока для вывода четвертого тока I₄ включает в себя действие по обеспечению отвода тока I₄/β_i4 от управляющего вывода транзистора (142) первого источника тока для вывода упомянутого четвертого тока I₄, где β_i4 - коэффициент усиления по току транзистора первого управляемого источника тока при выводе четвертого тока I₄.

Действия описанных выше способов могут быть осуществлены с помощью компьютерной программы, то есть программного обеспечения или, используя одну или более специальных электронных схем оптимизации, то есть с помощью аппаратных средств, или в гибридной/программно-аппаратной формы, то есть с помощью компонент программного обеспечения и аппаратных компонент. Компьютерная программа может быть осуществлена как считываемый компьютером набор команд на любом соответствующем языке программирования, типа, например, VHDL, ассемблере, JAVA, C++, и может храниться на считываемом компьютером носителе (съемный диск, энергозависимая или энергонезависимая память, встроенная память/процессор и т.д.), набор команд, выполненный с возможностью программирования компьютера или другого такого программируемого устройства для выполнения назначенных функций. Компьютерная программа может быть доступна из сети, такой как Worldwide Web, из которой она может быть загружена.

Эти и другие аспекты настоящего изобретения станут очевидны из приведенного здесь далее описания и разъяснены со ссылкой на вариант осуществления, описанный здесь далее.

Описание чертежей

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

Фиг.2 - первый пример осуществления матрицы световых элементов, показанной на Фиг.1, соответствующий настоящему изобретению.

Фиг.3 - второй пример осуществления матрицы световых элементов, показанной на Фиг.1, соответствующий настоящему изобретению.

Фиг.4 - способ действия матрицы световых элементов, показанной на Фиг.1, и соответствующая таблица состояний, соответствующие настоящему изобретением.

Фиг.5 - устройство светового элемента, содержащее матрицу световых элементов, показанную на Фиг.1, соответствующее настоящему изобретению.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

На Фиг.1 показан пример варианта осуществления матрицы 100 световых элементов, соответствующей настоящему изобретению. Матрица 100 включает в себя первый светоизлучающий элемент (LEE) 110, имеющий первый вывод 1l0a и второй вывод 1l0b. Матрица 100 дополнительно включает в себя второй LEE 120, имеющий первый вывод 120a, выполненный с возможностью подключения к первой шине 172 источника электропитания (в примере указана как V_cc), и второй вывод 120b, подключенный ко второму выводу первого LEE 110. Матрица 100 дополнительно включает в себя третью схему 130 LEE, имеющую первый вывод 130а, подключенный к первому выводу 110а первой схемы LEE 110, и второй вывод 130b, выполненный с возможностью подключения ко второй шине 174 источника электропитания (в примере указана как потенциал заземления). Термин "светоизлучающий элемент" или "LEE", как он используется здесь, относится к любому светоизлучающему элементу, схеме, устройству или компоненту, включающему в себя светоизлучающие диоды (LED), органические светоизлучающие диоды (OLED), светоизлучающие диоды переменного тока (AC LED), лазерные диоды или любой другой светоизлучающий элемент, такой как лампочка накаливания и т.п.

Матрица 100 дополнительно включает в себя первый и второй источники 140 и 150 тока, причем первый источник 140 тока подключен между первым выводом 110а первого LEE 110 и первым выводом 120a второго LEE 120, и второй источник 150 тока подключен между вторым выводом 110b первого LEE 110 и вторым выводом 130b третьего LEE 130. Как можно видеть, матрица 100 содержит один LEE, подключенный между первым и вторым источниками 140 и 150 тока. LEE 110 подключен между первым и вторым источниками 140 и 150 тока и аноды LEE 110 и 130 вместе подключены к выходу первого источника 140 тока, а катоды LEE 110 и 120 вместе подключены ко входу источника 150 тока.

Как вариант, матрица 100 включает в себя накопительный элемент, подключенный для обеспечения энергией одного или более из числа LEE 110, 120 и 130. В показанном примере варианта осуществления конденсатор 160 подключается параллельно второму LEE 120, причем параллельное соединение конденсатора 160 и LEE 120 подключается последовательно с развязывающим элементом 162. Развязывающий элемент в примере показан не как светоизлучающий диод, а как диод Шоттки с низким падением прямого напряжения. Альтернативно, возможно использование светоизлучающего элемента. Назначение развязывающего элемента 162 состоит в предотвращении разряда конденсатора 160 во время включения первого или третьего LEE 110 или 130. Конденсатор 160 выполнен с возможностью обеспечения энергией второго LEE 120 в течение периодов, когда источники 140 или 150 тока не обеспечивают его током, как будет дополнительно описано ниже. В другом варианте осуществления накопительный элемент 160 может быть катушкой индуктивности, подключенной последовательно с одним или более из числа LEE 110, 120 и 130.

В конкретном варианте осуществления изобретения первый, второй и третий LEE 110, 120 и 130, по существу, выполнены с возможностью работы при разных режимах смещения, например, при различных рабочих напряжениях. Конкретно, первый LEE 110 отличается первым напряжением, при котором или выше которого первый LEE 110, по существу, способен излучать свет. Точно также, второй LEE 120 отличается вторым напряжением, при котором или выше которого LEE 120, по существу, способен излучать свет, и третий LEE 130 отличается третьим напряжением, при котором или выше которого он, по существу, способен излучать свет. Дополнительно уточняя, первое рабочее напряжение V_OP1 ниже, чем второе или третье прямые напряжения V_OP2 и V_OP3, соответствующие второму и третьему LEE 120 и 130. Такая схема обеспечивает возможность выбора при включении LEE 110, 120 и 130, как дополнительно будет показано ниже.

В одном из примеров вариантов осуществления LEE 110, 120 и 130 являются схемами, каждая из которых включает в себя, по меньшей мере, один светоизлучающий диод. В таком варианте осуществления каждый из числа LEE 110, 120 и 130 может использовать множество (то есть 2, 3, 5, 10 или более) последовательно подключенных диодов, параллельно подключенных диодов или комбинаций диодов, подключенных последовательно и параллельно. Дополнительно, для изготовления светоизлучающих диодов могут использоваться различные материалы, например нитрид галлия, фосфид галлия или другие материалы.

В одном из вариантов осуществления изобретения, первое рабочее напряжение V_OP1 первого LEE 110 меньше, чем каждое из второго рабочего напряжения V_OP2 второго LEE 120 и третьего рабочего напряжения V_OP3 третьего LEE 130. Эта разница в рабочих напряжениях между LEE может быть осуществлена различными способами. Например, в варианте осуществления, в котором LEE 110, 120 и 130 являются светоизлучающими диодными схемами, вторая и третья светоизлучающие диодные схемы 120 и 130, по сравнению со светоизлучающими диодами первой светоизлучающей диодной схемы 110, могут включать в себя, по меньшей мере, один дополнительный последовательно подключенный светоизлучающий диод. В другом примере для изготовления светоизлучающих диодов первой светоизлучающей диодной схемы 110 могут использоваться другие полупроводниковые материалы и/или технологии, чтобы иметь более низкое прямое напряжение, по сравнению с прямым напряжением светоизлучающих диодов во второй и третьей светоизлучающих диодных схемах 120 и 130. В другом примере могут использоваться дополнительные схемные компоненты (резисторный делитель и т.д.), чтобы обеспечивать вторую и третью светоизлучающие диодные схемы 120 и 130 более высокими прямыми напряжениями, по сравнению с первой светоизлучающей диодной схемой 110. Специалисты в данной области техники должны понимать, что для подачи более высокого прямого напряжения на вторую и третью светоизлучающие диодные схемы, по сравнению с первой светоизлучающей диодной схемой 110, могут использоваться самые разные способы.

Второе и третье прямые напряжения V_FLED2 и V_FLED3 для соответствующих светоизлучающих диодных схем 120 и 130 могут быть различны или могут быть, по существу, одинаковыми. Различие в прямых напряжениях может достигаться с помощью вышеупомянутых методик использования различного числа светоизлучающих диодов и/или другой последовательной или параллельной компоновки или используя, например, различные полупроводниковые материалы.

Дополнительно, разность напряжений между первой и второй шинами 172 и 174 источника электропитания может иметь постоянное значение. Дополнительно, альтернативно, шины 172 и 174 источника электропитания могут обеспечиваться изменяющимся во времени напряжением, например выпрямленным напряжением, получаемым непосредственно или через трансформатор от основной сети, или являющимся напряжением с широтной импульсной модуляцией (PWM), или напряжением, содержащим импульсы повышенного напряжения, как будет дополнительно описано ниже.

Из предшествующего описания должно быть понятно, что каждый из управляющих сигналов CTL_i и CTL_j выполнен с возможностью управления питающим током I_i и I_j первого и второго источников 140 и 150 тока. Следует также понимать, что каждый управляющий сигнал CTL_i и CTL_j может управлять амплитудой питающих токов I_i и I_j. Амплитуда питающих токов может управляться, чтобы включать одну из выбранных светоизлучающих диодных схем 110, 120 и 130. Амплитуда токов I_i и I_j может изменяться во времени, чтобы управлять периодом времени, в течение которого выбранная светоизлучающая диодная схема включена, и уровнем светового выходного сигнала, создаваемого светоизлучающей диодной схемой. Управление амплитудой питающих токов во времени может применяться для осуществления комбинации эффектов.

Эти варианты осуществления дополнительно описаны ниже.

На Фиг.2 показан первый пример осуществления матрицы 100 световых элементов, приведенной на Фиг.1, соответствующий настоящему изобретению, с ранее идентифицированными признаками, сохраняющими свои ссылочные обозначения. Как видно на чертеже, первый и второй источники 140 и 150 тока осуществляются как управляемые напряжением источники тока, причем каждый источник тока включает в себя транзистор с эмиттерной отрицательной обратной связью. Эмиттерный резистор может быть сформирован вместе с транзистором как неотъемлемая часть его структуры, может быть добавлен снаружи к транзисторной структуре или быть комбинацией обоих подходов, при которой эмиттерный резистор используется в комбинации с резистором, подключенным снаружи.

Как показано на чертеже, первый источник 140 тока включает в себя p-n-p транзистор 142, имеющий порт (эмиттерный вывод), подключенный к первой шине (V_cc) источника электропитания через первый заранее определенный резистор R₁. Первый управляющий сигнал CTL_i прикладывается как напряжение V _i между управляющим выводом (базой) транзистора первого источника 142 тока и первой шиной 172 источника электропитания. Соответственно, выходной ток источника 140 тока может быть определен как функция напряжения V _i:

,

где транзистор 142 источника тока имеет характеристическое падение напряжения на переходе база-эмиттер, равное 0,7 В, R₁ представляет величину первого эмиттерного сопротивления 144, V _i - напряжение между базовым выводом транзистора 142 и первой шиной 172 источника электропитания и I _i - управляемый выходной ток источника 140 тока. Первый резистор R₁ действует как элемент датчика тока, и напряжение V _i может регулироваться, чтобы обеспечивать желаемый ток I _i. Таким образом, подача 140 тока может управляться, чтобы обеспечивать желаемый выходной ток I _i, даже если подача электропитания не регулируется. Кроме того, напряжение первого управляющего сигнала CTL_i может изменяться динамически, чтобы обеспечивать такое напряжение V _i, которое необходимо для поддержания желаемого тока I _i.

Второй источник 150 тока выполнен аналогично источнику 140 тока и содержит n-p-n транзистор 152, имеющий порт (эмиттерный вывод), подключенный ко второй шине источника электропитания (показан как потенциал заземления) через второй заранее определенный резистор R₂. Управляемый выходной ток I _j может определяться способом, подобным используемому для I ₁, при котором второй управляющий сигнал CTL_j прикладывается в качестве напряжения V _j между базовым выводом транзистора 152 второго источника тока и второй шиной 174 источника электропитания. Выходной ток I _j от источника 150 тока может быть определен как функция напряжения V _j:

,

где транзистор 152 второго источника тока имеет характеристическое падение напряжения на переходе база-эмиттер, равное 0,7 В, второй резистор R₂ представляет величину эмиттерного сопротивления 154, V _j - напряжение между базовым выводом транзистора 152 и второй шиной 174 источника электропитания и I _j - управляемый выходной ток источника 150 тока. Второй резистор R₂ действует как элемент датчика тока, и напряжение V _j может регулироваться, чтобы обеспечивать желаемый ток I _j. Напряжение V _j может изменяться динамически, чтобы предотвращать условие тока утечки, когда LEE начинает нагреваться.

Из сказанного выше должно быть понятно, что для получения различных питающих токов I _i для первого источника 140 тока могут обеспечиваться различные напряжения V _i и что для получения различных питающих токов I _j для второго источника 150 тока могут обеспечиваться различные напряжения V _j. Различные комбинации питающих токов I _i и I _j могут использоваться, чтобы выборочно включать каждый LEE из числа LEE 110, 120 и 130 в зависимости от рабочего напряжения каждого LEE. Примеры вариантов осуществления этих процессов дополнительно разъясняются ниже.

Хотя как первый и второй источники 140 и 150 тока соответственно показаны как p-n-p и n-p-n транзисторы, специалисты в данной области техники должны понимать, что источник тока может быть осуществлен как p-n-p транзистор или как n-p-n транзистор, как MOSFET транзистор, JFET транзистор, как операционный усилитель и как другие подобные структуры.

На Фиг.3 показан второй вариант осуществления матрицы 100 световых элементов, соответствующей настоящему изобретению, с ранее идентифицированными признаками, сохраняющими свои ссылочные обозначения. В этом варианте осуществления матрица 100 включает в себя четвертый LEE 135, помещенный между первой шиной 172 источника электропитания и первым источником 140 тока, четвертый LEE 135, имеющий четвертое рабочее напряжение V_OP4, при котором или выше которого он, по существу, способен излучать свет. В показанном на чертеже варианте осуществления четвертый LEE 135 включает в себя первый вывод 135a, подключенный к первой шине 172 источника электропитания, и второй вывод 135b, подключенный между первой шиной 172 источника электропитания и общим узлом, состоящим из первого (эмиттерного) вывода транзистора 142 первого источника тока и первого вывода второго LEE 120. Благодаря последовательной конфигурации с первым, вторым и третьим LEE 110, 120, 130, четвертый LEE 135 будет обеспечивать светоизлучение во время включения любого LEE из числа первого, второго и третьего LEE 110, 120 и 130. Такая компоновка может быть выгодна при обеспечении конкретного светового выхода, когда необходимы два LEE, чтобы обеспечить такой световой выход. Специалист в данной области техники должен понимать, что четвертый LEE 135 может быть альтернативно подключен между второй шиной 174 источника электропитания и общим узлом второго (эмиттерного) вывода транзистора 152 второго источника тока и второго вывода третьего LEE 130.

Как показано на чертеже, первый и второй источники 140 и 150 тока являются управляемыми током источниками тока. В примере этого варианта осуществления первый и второй источники 140 и 150 тока включают в себя первый и второй транзисторы 142 и 152 источников тока соответственно, первый и второй транзисторы 142 и 152 источников тока, имеющие коэффициенты усиления по току β_i и β_j, представляющие отношения тока коллектора транзистора к его току базы. Транзистор 142 первого источника тока включает в себя порт (эмиттерный вывод), подключенный к первой шине 172 источника электропитания и к первому и третьему светоизлучающим элементам 110, 130, и транзистор 152 второго источника тока включает в себя порт (эмиттерный вывод), подключенный ко второй шине 174 источника электропитания и к первому и второму светоизлучающим элементам 110, 120.

В этом варианте осуществления первый управляющий сигнал CTL_i является базовым током I_b,i, способным управлять/ограничивать транзистор 142, чтобы с учетом его коэффициента усиления по току β_i обеспечивать желаемый ток I_i от его коллекторного вывода:

I _i = β _i · I _b,i

Точно так же, второй управляющий сигнал CTL_j является базовым током I_b,j, способным управлять/ограничивать транзистор 152, чтобы с учетом его коэффициента усиления по току β_j обеспечивать желаемый ток I_j от его коллекторного вывода:

I _j = β _j · I _b,j

В зависимости от типа транзистора, выбранного для источников тока, коэффициенты усиления по току β_i и β_j могут быть различными для двух источников тока и даже могут зависеть от режимов работы источников тока.

Работа источников тока в качестве усилителей тока обеспечивает выгоды в том, что эмиттерные резисторы 144 и 154 не являются необходимыми, приводя в результате в меньшему рассеиванию мощности и работе схемы при более низком напряжении питания. Этот вариант осуществления также выгоден в том, что можно избежать ошибок напряжения, присутствующих на линиях баз транзисторов 142 и 152 источников тока или на линиях источника электропитания (возможно, за счет большой длины подводящих линий, омических потерь и т.д.).

В конкретном варианте осуществления изобретения шунтирующие элементы, такие как резисторы, подключаются параллельно со вторым и третьим LEE 120 и 130, чтобы устранять ошибочные уровни токов, подаваемых к ним, например, когда первый и второй источники тока не обеспечивают один и тот же уровень тока, хотя они, как ожидается, должны обеспечивать одинаковые токи. В этом случае никакой световой выход от второго и третьего LEE нежелателен и шунтирующие элементы могут использоваться для предотвращения светового выхода от второго и третьего LEE. Эти шунтирующие элементы могут выборочно переключаться, чтобы отводить ток, являющийся избыточным током, обеспечиваемым для одного или более невыбранных LEE, так, чтобы невыбранные LEE не имели смещения, достаточного для уровня, в котором происходит световой выход. В таком варианте осуществления, ошибки во время намеченного включения второго и третьего LEE 120 и 130, вызванные шунтирующими элементами, могут быть учтены при проектировании системы.

На Фиг.4 показан пример способа 400 и соответствующая таблица 480 состояний, описывающая работу светоизлучающей матрицы 100, в соответствии с настоящим изобретением. Первоначально, на этапе 410 делается определение того, в каком состоянии матрица 100 должна работать. Если матрица 100 должна работать в состоянии "1", в котором первый LEE 110 излучает свет, процесс продолжается на этапе 412, на котором первый источник 140 тока управляется для подачи первого тока I₁, и на этапе 414, на котором второй источник 150 тока управляется для подачи второго тока I₂. Эта операция обеспечивает ток для первого LEE 110 на уровне, который создает рабочее напряжение V_OP1 на первом LEE 110, тем самым, делая первый LEE 110, по существу, способным излучать свет. В примере варианта осуществления изобретения напряжения, приложенные ко второму и третьему LEE, значительно ниже их рабочих напряжений V_OP2 и V_OP3, так что, по существу, через второй и третий LEE никакой ток не будет протекать и, следовательно, вторым и третьим LEE никакой свет излучаться не будет. В конкретном варианте осуществления первый и второй токи I₁ и I₂, по существу, одинаковы, это уровень тока, потребляемого через первый LEE 110, и, соответственно, не обеспечивается никакая подача тока ни ко второму, ни к третьему LEE 120 и 130. В другом варианте осуществления, два питающих тока I₁ и I₂ различны, например, когда один или оба из второго или третьего LEE 120, 130 потребляют ток, например ток утечки. В таком варианте осуществления уровень тока, потребляемого одним или обоими вторым и/или третьим LEE 120, 130, зависит от разности токов, подаваемых от двух источников тока. В конкретном варианте осуществления, в котором свет от второго и третьего LEE нежелателен, вышеупомянутые шунтирующие элементы (например, постоянный или переменный резистор 530, Фиг.5), могут использоваться для устранения этого тока.

В другом варианте осуществления, токи, обеспечиваемые двумя источниками тока, устанавливаются на разные значения, причем оба значения отличны от нуля. В этом случае два или более LEE могут излучать свет в одно и то же время. Уровень светового выхода, излучаемого каждым LEE, зависит от соотношения токов.

Если для работы матрицы 100 выбрано состояние "2", в котором второй LEE 120 излучает свет, процесс продолжается на этапе 422, на котором первый источник 140 тока управляется для подачи, по существу, нулевого тока, и второй источник 150 тока управляется для подачи третьего тока I₃ (этап 424). Выходной ток I₃ подается на второй LEE 120 и достаточен для получения, по меньшей мере, рабочего напряжения V_OP2 на втором LEE 120, таким образом, делая второй LEE 120, по существу, способным излучать свет. Поскольку первый источник 140 тока управляется так, чтобы обеспечивать на выходе, по существу, нулевой ток, первый и третий LEE 110 и 130 полностью выключены.

Если для работы матрицы 100 выбрано состояние "3", в котором третий LEE 130 излучает свет, процесс продолжается на этапе 432, на котором первый источник 140 тока управляется для подачи четвертого тока I₄, и второй источник 150 тока управляется для вывода, по существу, нулевого тока (этап 434). Выходной ток I₄ подается на третий LEE 130 и достаточен для получения, по меньшей мере, прямого напряжения V_OP3 на третьем LEE 130, делая, таким образом, третий LEE 130, по существу, способным излучать свет. Поскольку второй источник 150 тока управляется для вывода, по существу, нулевого тока, первый и второй LEE 110 и 120 полностью выключены.

Если для работы матрицы 100 выбрано состояние "4", в котором каждый LEE из числа первого, второго и третьего LEE 110, 120 и 130, по существу, выключен, первый и второй источники 140 и 150 тока управляются для вывода, по существу, нулевого тока. Минимальный или нулевой ток подается на каждый LEE из числа первого, второго и третьего LEE 110, 120 и 130, и, по существу, отсутствует смещение, равное или превышающее соответствующие рабочие напряжения V_OP1, V_OP2, V_OP3, каждое из которых, по существу, выключено.

В примерах вариантов осуществления, совместимых с матрицей, показанной на Фиг.2, этап 412 может быть выполнен путем приложения первого управляющего напряжения V ₁ между базовым выводом транзистора 142 и первой шиной 172 источника электропитания, напряжения V ₁, управляющего транзистором 142 первого источника тока, чтобы создать первый ток I ₁. Этап 414 может быть выполнен подобным образом, прикладывая второе управляющее напряжение V ₂ между базовым выводом транзистора 152 и второй шиной 174 источника электропитания, напряжение V ₂, управляющее транзистором 152 второго источника тока, чтобы создать второй ток I ₂. Этап 422 управления первым источником 140 тока для подачи, по существу, нулевого тока может быть выполнен, уменьшая напряжение V _i до нуля. Этап 424 может быть выполнен, прикладывая третье управляющее напряжение V₃ между базовым выводом транзистора 152 и второй шиной 174 источника электропитания, напряжение V₃, управляющее транзистором 152 второго источника тока для подачи третьего тока I₃. Этап 432 может быть выполнен, прикладывая четвертое управляющее напряжение V₄ между базовым выводом транзистора 142 и шиной 172 первого источника электропитания, напряжение V₄, управляющее транзистором 142 первого источника тока для создания четвертого тока I₄. Этап 434 управления вторым источником 150 тока для обеспечения, по существу, нулевого тока, может быть выполнен путем снижения напряжения V _j к нулю. Этап 442 управления первым источником 140 тока для обеспечения, по существу, нулевого тока, может быть выполнен путем снижения напряжения V _j до нуля, и этап 444 управления вторым источником 150 тока для обеспечения, по существу, нулевого тока, может быть выполнен путем снижения напряжения V _j до нуля.

В примерах вариантов осуществления, совместимых с матрицей, показанной на Фиг.3, этап 412 может быть выполнен путем отвода первого управляющего тока, примерно равного I₁/β_i1, от точки подключения базы транзистора 142 первого источника тока, создавая, таким образом, второй ток I₂. Этап 414 может быть выполнен подобным образом, путем подачи второго управляющего тока, приблизительно равного I₂/β_j2, в точку подключения базы транзистора 152 второго источника тока, таким образом, создавая второй ток I₂. Этап 422 может быть выполнен путем подачи, по существу, нулевого тока в точку подключения базы транзистора 152 первого источника тока. Этап 424 может быть выполнен путем подачи третьего управляющего тока, приблизительно равного I₃/β_j3, в точку подключения базы транзистора 152 второго источника тока, таким образом, создавая третий ток I₃. Этап 432 может быть выполнен путем отвода четвертого управляющего тока, приблизительно равного I₄/β_j4, от точки подключения базы транзистора 142 первого источника тока, таким образом, создавая четвертый ток I₄. Этап 434 может быть выполнен путем отвода, по существу, нулевого тока от точки подключения базы транзистора 152 второго источника тока. Этап 442 может быть выполнен путем отвода, по существу, нулевого тока от точки подключения базы транзистора 142 первого источника тока. Этап 444 может быть выполнен путем подачи, по существу, нулевого тока в точку подключения базы транзистора 152 второго источника тока.

Из вышесказанного можно видеть следующие соотношения между рабочими напряжениями первого, второго и третьего LEE:

V _OP1 < V _OP2 , V _OP3

Разность рабочих напряжений предпочтительно выбирается также в соответствии с напряжением питания.

Рабочее напряжение, соответствующее первому LEE 110, является самым низким значением первого, второго и третьего LEE 110, 120 и 130, причем первый LEE 110 соответствует LEE, который включается, когда оба источника 140 и 150 тока управляются так, чтобы обеспечить выходной ток. Рабочие напряжения, соответствующие второму и третьему LEE 120 и 130, являются напряжениями более высокого уровня и соответствуют LEE, которые питаются током, используя один из двух источников 130 или 140 тока или оба источника тока, причем в этом случае для обоих источников тока устанавливаются существенно разные токи. При использовании четвертый LEE 135 имеет характеристическое рабочее напряжение V_OP4. Рабочее напряжение четвертого LEE может иметь любое желаемое значение.

В целях примера, но не ограничения, первый, второй и третий LEE 110, 120 и 130 формируются как светоизлучающие диодные схемы, причем первая светоизлучающая диодная схема 110 выполнена с возможностью излучения красного света. Благодаря последовательному соединению нескольких красных светоизлучающих диодов, номинальное прямое напряжение первой светоизлучающей диодной схемы 110 равно 5,7 В при номинальном токе 350 мА. Светоизлучающие диоды второй светоизлучающей диодной схемы 120 излучают зеленый свет. Благодаря смешанному последовательному и параллельному соединению нескольких зеленых светоизлучающих диодов, номинальное прямое напряжение второй светоизлучающей диодной схемы 120 равно 20,5 В при номинальном токе 700 мА. Светоизлучающие диоды третьей светоизлучающей диодной схемы 130 излучают синий свет. Благодаря последовательному соединению нескольких синих светоизлучающих диодов, номинальное прямое напряжение третьей светоизлучающей диодной схемы 130 равно 20,5 В при номинальном токе 350 мА.

В данном конкретном примере варианта осуществления напряжение питания для устройства может быть выбрано равным 23 В. Чтобы включить первую светоизлучающую диодную схему 110 приблизительно до половины ее номинального оптического выхода, первый источник 140 тока устанавливается так, чтобы обеспечивать ток 175 мА, и второй источник 150 тока устанавливается так, чтобы обеспечивать ток 175 мА. Этот ток будет протекать через первую светоизлучающую диодную схему 110, включая первую светоизлучающую диодную схему 110, чтобы излучать свет. Рабочее (то есть прямое) напряжение первой светоизлучающей диодной схемы 110 при этом конкретном значении тока может быть в диапазоне 5 В. Принимая те же самые характеристики для первого и второго источников 140 и 150 тока, напряжение на первом источнике 140 тока равно 9 В. То же самое значение 9 В будет присутствовать в качестве напряжения на втором источнике 150 тока. Таким образом, напряжение, приложенное к обеим, второй и третьей светоизлучающим диодным схемам 120 и 130, будет равно 14 В. При этом уровне напряжения вторая и третья светоизлучающие диодные схемы 120 и 130 не будут потреблять никакого значимого тока, поскольку их номинальное напряжение равно 20,5 В. Таким образом, вторая и третья светоизлучающие диодные схемы 120 и 130 не будут давать никакого светового выхода и в этом режиме работы только красные светоизлучающие диоды в первой светоизлучающей диодной схеме 110 будут излучать свет.

Чтобы включить вторую светоизлучающую диодную схему 120, чтобы создать ее номинальный оптический выход, первый источник 140 тока устанавливается так, чтобы на выходе не было никакого тока, и второй источник 150 тока устанавливается так, чтобы обеспечивать выходной ток 700 мА. Этот ток 700 мА будет протекать через вторую светоизлучающую диодную схему 120, таким образом включая вторую светоизлучающую диодную схему, чтобы излучать свет. Для первой или третьей светоизлучающих диодных схем 110 и 130 не подается никакой ток и, таким образом, они не обеспечивают никакого светового выхода. Соответственно, в этом режиме работы только зеленые светоизлучающие диоды во второй светоизлучающей диодной схеме 120 будут излучать свет.

В случае если третья светоизлучающая диодная схема должна быть включена для создания приблизительно 60% своего номинального оптического выхода, первый источник 140 тока устанавливается так, чтобы обеспечивать выходной ток 210 мА, и второй источник 150 тока устанавливается так, чтобы выходной ток отсутствовал. Ток 210 мА будет протекать через третью светоизлучающую диодную схему 130, тем самым, включая третью светоизлучающую диодную схему для излучения света. Для первой и третьей светоизлучающих диодных схем 110 и 120 никакой ток не подается, таким образом, ни одна из них не дает светового выхода. Соответственно, в этом режиме только синие светоизлучающие диоды в третьей светоизлучающей диодной схеме будут излучать свет. Приведенный пример представляет только один пример осуществления, охваченный настоящим изобретением, и специалисты в данной области техники должны понимать, что в других вариантах осуществления настоящего изобретения могут альтернативно использоваться другие светоизлучающие элементы, настроенные на другие рабочие режимы.

На Фиг.5 показано светоизлучающее устройство 500, содержащее светоизлучающую матрицу 100, соответствующую настоящему изобретению, с ранее идентифицированными признаками, сохраняющими свои ссылочные обозначения. В дополнение к светоизлучающей матрице 100, светоизлучающее устройство 500 дополнительно включает в себя источник 510 электропитания, выполненный с возможностью обеспечения подачи электропитания для первой и второй шин 172 и 174 источника электропитания и контроллер 520 источника тока.

В показанном примере варианта осуществления источник 510 электропитания включает в себя выходы высокопотенциальной и низкопотенциальной шин, обозначенные как потенциалы V_cc и заземления, хотя в других вариантах осуществления выходы высокопотенциальной и низкопотенциальной шин могут быть другими, как описано выше. Как вариант, источник 510 электропитания включает в себя входной порт IN, выполненный с возможностью приема сигнала 528 для изменения уровня выходного напряжения на выходе V_cc, как будет описано ниже более подробно. Дополнительно, как вариант, источник 510 электропитания включает в себя выходной порт OUT для обеспечения сигнала 515 обратной связи на контроллер 520, использование которого может выполняться с возможностью управления включением LEE, как описано ниже. Как объяснено выше, источник 510 электропитания может быть выполнен с возможностью обеспечения регулируемого или нерегулируемого напряжения, в зависимости от того, как могут управляться первый и второй источники 130 и 140 тока, чтобы обеспечивать желаемый уровень тока или чтобы ограничивать ток, обеспечиваемый ими. В примере варианта осуществления первая шина 172 источника электропитания обеспечивает напряжение 23 В постоянного тока и вторая шина 174 источника электропитания имеет потенциал заземления, хотя в различных вариантах осуществления могут использоваться другие уровни напряжения. Благодаря особенностям управления током первого и второго источников тока, напряжение питания может быть регулируемого или нерегулируемого напряжения. Например, источник электропитания может быть выполнен с возможностью обеспечения изменяющегося во времени напряжения, например напряжения в форме сигнала с PWM, синхронизированного с работой источников 140 и 150 тока, как дополнительно объясняется ниже.

Светоизлучающее устройство 500 дополнительно включает в себя контроллер 520 источника тока, выполненный с возможностью осуществления этапов процессов, показанных выше на Фиг.4. Контроллер 520 включает в себя первый выход 520a, подключенный к первому источнику 130 тока, для обеспечения первого управляющего сигнала 524 (CTL_i), и второй выход 520b, подключенный ко второму источнику 150 тока, для обеспечения второго управляющего сигнала 526 (CTL_j). Первый управляющий сигнал 524 выполнен с возможностью управления подачей тока первого источника 140 тока, и второй управляющий сигнал 526 выполнен с возможностью управления подачей тока второго источника 150 тока, как описано выше. Контроллер 520 может дополнительно включать в себя вход 520c, подключенный для приема команды 522 включения LEE. Альтернативно, контроллер может использоваться, основываясь на заранее определенных/заранее загруженных установках. Дополнительно, как вариант, контроллер включает в себя выход 520d, выполненный с возможностью подачи управляющего сигнала 528 для источника 510 электропитания, управляющего сигнала 528 напряжением, выполненного с возможностью изменения (например, увеличения) уровня выходного напряжения источника 510 электропитания, основываясь на частных критериях, например на повышенной нагрузке матрицы 100. Дополнительно, как вариант, контроллер включает в себя вход 520e для приема сигнала 515 обратной связи, например сигнала 515 обратной связи, обеспечивающего информацию о текущем состоянии выходного напряжения источника 510 электропитания, с помощью которого контроллер 520 может разумно выбирать, какой из LEE может работать вместе с ним. Подробности такой работы дополнительно описываются ниже.

Контроллер 520 источника тока может быть выполнен с возможностью обеспечения первого и второго управляющих сигналов 524 и 526 в различных формах. Например, чтобы получить постоянное свечение первого LEE 110, показанного на Фиг.2, контроллер 520 может быть выполнен с возможностью обеспечения первого управляющего сигнала 524 в виде напряжения, которое приводит в результате к появлению напряжения V _i между базовым выводом транзистора 142 первого источника тока и первой шиной 172 источника электропитания, контроллер 520, дополнительно может быть выполнен с возможностью обеспечения второго управляющего сигнала 526 в виде напряжения, которое приводит в результате к появлению напряжения V _j между базовым выводом транзистора 152 второго источника тока и второй шиной 172 источника электропитания, как описано выше. Подобным образом, источник 510 электропитания может управляться, чтобы изменять уровень одного или обоих напряжений управляющих сигналов 524 и 526 для изменения интенсивности или яркости LEE. В другом варианте осуществления один или оба управляющих сигнала 524 и 526 имеют форму сигнала с широтной импульсной модуляцией (PWM), выполненного с возможностью управления каждым из источников 140 и 150 тока, для подачи волн тока с PWM для LEE. Как известно в технике, волны тока с PWM могут использоваться для управления периодом включения LEE, продолжительностью таких периодов включения, определяющей величину светового выхода LEE.

В дополнительном примере варианта осуществления матрица 100 LEE выполнена с возможностью работы с шунтирующей емкостью, подключенной к одной или более схем 110, 120 и 130 LEE (на Фиг.5 с шунтирующим конденсатором 160 показана схема 120 LEE, хотя шунтирующий конденсатор 160 может использоваться с несколькими или со всеми схемами LEE). Такая компоновка может использоваться, чтобы обеспечивать непрерывное свечение конкретного LEE в течение некоторого периода времени или чтобы позволять одновременное свечение двух или более LEE, причем последний режим возникает, например, когда ранее отключенный LEE начинает принимать волну тока с PWM и подача тока к другому LEE прекращается, то тогда шунтирующий конденсатор отключенного LEE обеспечивает ток для возбуждения своего LEE для непрерывной работы.

Величина емкости конденсатора 160, подключаемого к одному или более LEE (к каждому из которых может подключаться конденсатор, имеющий одно и то же или разное значение емкости), основывается на нескольких факторах, включающих в себя период времени T волны тока с PWM (когда используется), допустимую величину пульсаций, подаваемых на подключенный LEE, и продолжительности "выключенного состояния работы", причем термин "выключенное состояние работы" относится к состоянию, в котором накопленный заряд шунтирующего конденсатора 160 включает соответствующий LEE после того, как подача тока к LEE прекращена. Как должно быть понятно, меньшие конденсаторы могут использоваться, когда прикладываемая волна тока с PWM включает в себя более короткий период времени Т, и/или когда время выключенного состояния работы более короткое, и/или когда желательна или допустима большая величина пульсаций. Большая емкость может использоваться в случаях, когда за счет прикладываемой волны тока с PWM обеспечивается более длительный период времени T, и/или когда требуется более длительный период выключенного состояния работы, и/или когда желательна или допустима меньшая величина пульсаций для

Другим фактором, возможно влияющим на выбор величины конденсатора(ов) 160, является допустимая задержка при включении и отключении LEE, использующих шунтирующий конденсатор 160. В частности, величина конденсатора 160 может препятствовать тому, насколько быстро ранее выключенный LEE сможет достигнуть состояния рабочего напряжения V_OP или насколько быстро уже включенный LEE может быть отключен. При таких обстоятельствах время нарастания и спада переходных процессов между выключенным и включенным состояниями волны тока с PWM может ухудшаться, выходя за допустимые пределы, приводя при некоторых обстоятельствах к ошибочному излучению света (задержанное выключение LEE) и/или к пропуску света при других обстоятельствах (задержанное включение LEE).

Один из примеров подхода к минимизации влияний задержки включения/отключения состоит в том, чтобы обеспечить прерывистый эффект компенсации для ускорения времени нарастания и спада при переходных процессах. Например, время нарастания для перехода ранее выключенного LEE во включенное 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 достигая прямого напряжения скорее, чем когда желаемый уровень тока I прикладывается постоянно в течение времени t, когда включается конкретный LEE.

Благодаря определенным вольтамперным характеристикам LEE, при более низких рабочих напряжениях ток падает. Разряд конденсатора путем подачи энергии на LEE может привести в результате к длительному периоду времени, в течение которого LEE будет создавать лишь очень слабый заметный свет. Для ускорения окончательного выключения LEE может использоваться подключение дополнительной нагрузки с соответствующими характеристиками (например, резистор 530 или последовательное соединение резистора и стабилитрона). Кроме того, контроллер 520 может программироваться таким образом, чтобы компенсировать пропуск или дополнительный световой выход от LEE с шунтирующим конденсатором, и может производить компенсацию по отношению к усредненному по времени световому выходу.

Для снижения нагрузки на источник электропитания может быть также выполнен дополнительный процесс. Например, включение конкретного LEE может быть синхронизировано с состояниями нагрузки источника 510 электропитания так, чтобы включение LEE, имеющих высокое прямое напряжение и/или подключенных к большой шунтирующей емкости, было синхронизировано, когда возможно, для совпадения с состояниями низкой нагрузки источника 510 электропитания. В этом направлении, источник 520 электропитания может быть выполнен с возможностью обеспечения изменяющегося во времени напряжения на первой и/или второй шинах 172, 174, посредством чего повышенное выходное напряжение (например, временно повышенное напряжение или волна напряжения с PWM) обеспечивается синхронно с состоянием высокой нагрузки. В таком варианте осуществления источник 510 электропитания может включать в себя порт для приема управляющего сигнала 528, когда контроллер 520 воспринимает состояние высокой нагрузки.

Дополнительно, сам цикл включения также может быть спланирован для вывода напряжения источника 510 электропитания, когда оно доступно. С использованием сигнала 515 обратной связи, например, представляющего выходное напряжение источника 510 электропитания, для включения может быть выбран соответствующий LEE. Например, при использовании нерегулируемого электропитания, которое получается из выпрямленного сетевого напряжения, в напряжении питания будет присутствовать некоторая пульсация.

Сигнал 515 обратной связи может представлять напряжение питания. Включение LEE, требующего низкого напряжения питания, может быть синхронизировано с периодом времени, когда от источника 510 электропитания подается низкое напряжение питания. Используя этот способ, можно повысить общую эффективность системы и снизить затраты.

Таким образом, в качестве одного аспекта настоящего изобретения можно рассматривать то, что два источника тока могут быть выполнены с возможностью управления включением трех светоизлучающих элементов, снижая тем самым отношение количества источников тока к количеству светоизлучающих элементов, управляемых ими, ниже 1:1. Таким способом количество компонентов 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 аппаратными средствами, программными средствами, программно-аппаратными средствами 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 или другого такого программируемого устройства, чтобы выполнять 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 прямого 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 по номеру 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 раскрытого описания 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.

Матрица световых элементов (100), включающая в себя первый (LEE1), второй (LEE2) и третий (LEE3) светоизлучающие элементы и первый (140) и второй (150) управляемые источники тока. Первый светоизлучающий элемент отличается первым рабочим напряжением V_OP1, при котором или выше которого он, по существу, способен излучать свет. Второй светоизлучающий элемент включает в себя первый вывод (120а) и второй вывод (120b), подключенный ко второму выводу первого светоизлучающего элемента, причем второй светоизлучающий элемент, отличается вторым рабочим напряжением V_OP2. Третий светоизлучающий элемент включает в себя первый вывод (130а), подключенный к первому выводу (110а) первого светоизлучающего элемента и второй вывод (130b), причем третий светоизлучающий элемент отличается третьим рабочим напряжением V_OP3. Первый управляемый источник тока подключен между первым выводом первого светоизлучающего элемента и первым выводом (120b) второго светоизлучающего элемента и второй управляемый источник тока подключается между вторым выводом (110b) первого светоизлучающего элемента и вторым выводом третьего светоизлучающего элемента. Технический результат - уменьшение числа схемных компонентов. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Матрица световых элементов, содержащая: первый светоизлучающий элемент (110), имеющий первый вывод и второй вывод, причем первый светоизлучающий элемент (110) характеризуется первым рабочим напряжением (V_ОР1), при котором или выше которого первый светоизлучающий элемент (110), по существу, способен излучать свет;
второй светоизлучающий элемент (120), имеющий первый вывод и второй вывод, подключенный ко второму выводу первого светоизлучающего элемента (110), причем второй светоизлучающий элемент (120) характеризуется вторым рабочим напряжением (V_ОР2), при котором или выше которого второй светоизлучающий элемент (120), по существу, способен излучать свет; третий светоизлучающий элемент (130), имеющий первый вывод, подключенный к первому выводу первого светоизлучающего элемента, и второй вывод, причем третий светоизлучающий элемент (130) характеризуется третьим рабочим напряжением (V_ОР3), при котором или выше которого третий светоизлучающий элемент (130), по существу, способен излучать свет;
первый управляемый источник (140) тока, подключенный между первым выводом первого светоизлучающего элемента (110) и первым выводом второго светоизлучающего элемента (120); и второй управляемый источник (150) тока, подключенный между вторым выводом первого светоизлучающего элемента (110) и вторым выводом третьего светоизлучающего элемента (130).

2. Матрица световых элементов по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит четвертый светоизлучающий элемент (135), имеющий первый вывод, подключенный к шине (172, 174) источника электропитания, и второй вывод, подключенный либо к общему узлу первого вывода первого управляемого источника (140) тока и первого вывода второго светоизлучающего элемента (120), либо к общему узлу второго вывода второго управляемого источника (150) тока и второго вывода третьего светоизлучающего элемента (130).

3. Матрица световых элементов по п.1 или 2, отличающаяся тем, что дополнительно содержит элемент (160) накопления энергии, подключенный, по меньшей мере, к одному первому, второму или третьему светоизлучающим элементам (110, 120, 130).

4. Матрица световых элементов по п.3, отличающаяся тем, что элемент (160) накопления энергии содержит конденсатор, подключенный параллельно, по меньшей мере, к первому, второму или третьему светоизлучающим элементам (110, 120, 130).

5. Матрица световых элементов по п.1, отличающаяся тем, что первый, второй или третий светоизлучающие элементы (110, 120, 130) выбираются из группы, состоящей из светоизлучающего диода, органического светоизлучающего диода, светоизлучающего диода переменного тока, лазерного диода или лампочки накаливания.

6. Матрица световых элементов по любому из пп.1, 2 и 5, отличающаяся тем, что первый светоизлучающий элемент (110) содержит, по меньшей мере, один светоизлучающий диод, при этом каждый из второго светоизлучающего элемента (120) и третьего светоизлучающего элемента (130) содержит, по меньшей мере, по одному дополнительному светоизлучающему диоду, аналогичного тому, который содержится в первом светоизлучающем элементе (110), или выполнен из полупроводникового материала, отличного, по меньшей мере, от полупроводникового материала одного светоизлучающего диода, содержащегося в первом светоизлучающем элементе (110).

7. Матрица световых элементов по п.1 или 2, отличающаяся тем, что первый управляемый источник (140) тока содержит транзистор (142) первого источника тока, имеющий вход, подключенный к первой шине 172 электропитания, при этом второй управляемый источник (150) тока содержит транзистор (152) второго источника тока, имеющий вход, подключенный ко второй шине (174) электропитания.

8. Матрица световых элементов по п.7, отличающаяся тем, что транзистор (142) первого источника тока подключен к первой шине (172) электропитания через первый резистор (144), при этом транзистор (152) второго источника тока подключается ко второй шине электропитания через второй резистор (154).

9. Матрица световых элементов по п.1, отличающаяся тем, что первое рабочее напряжение (V_ОР1) первого светоизлучающего элемента (110) меньше, чем каждое из второго рабочего напряжения (V_ОР2) второго светоизлучающего элемента (120) и третьего рабочего напряжения (V_ОР3) третьего светоизлучающего элемента (130).

10. Светоизлучающее устройство (500), содержащее: светоизлучающую матрицу (100) по любому из пп.1-8; источник (510) электропитания, имеющий первый выход, подключенный к первой шине (172) электропитания, и второй выход, подключенный ко второй шине (174) электропитания; и контроллер (520), имеющий первый выход (520а), подключенный к первому управляемому источнику (140) тока, и второй выход (520b), подключенный ко второму управляемому источнику (150) тока, причем первый выход (520а) выполнен с возможностью обеспечения первого управляющего сигнала (524) для управления подачей тока первого управляемого источника (140) тока, и второй выход (520b) выполнен с возможностью обеспечения второго управляющего сигнала (526) для управления подачей тока второго управляемого источника (150) тока.

11. Способ (400) работы матрицы (100) световых элементов, причем матрица (100) световых элементов содержит первый светоизлучающий элемент (110), имеющий первый и второй выводы, второй светоизлучающий элемент (120), имеющий первый вывод, подключенный к первой шине (172) электропитания, и второй вывод, подключенный ко второму выводу первого светоизлучающего элемента (110), третий светоизлучающий элемент (130), имеющий первый вывод, подключенный к первому выводу первого светоизлучающего элемента (110), и второй вывод, подключенный ко второй шине (174) электропитания, первый управляемый источник (140) тока, подключенный между первым выводом первого светоизлучающего элемента (110) и первым выводом второго светоизлучающего элемента (120), и второй управляемый источник (150) тока, подключенный между вторым выводом первого светоизлучающего элемента (110) и вторым выводом третьего светоизлучающего элемента (130), при этом способ содержит этапы, на которых: активируют первый светоизлучающий элемент (110), для чего: управляют первым управляемым источником (140) тока для вывода первого тока I₁ (412) и управляют вторым управляемым источником (150) тока для вывода второго тока I₂ (414), при этом первый и второй токи I₁ и I₂ выводятся из первого и второго управляемых источников (140, 150) тока, подаются на первый светоизлучающий элемент (110), причем ток достаточен для достижения, по меньшей мере, первого рабочего напряжения (V_ОР1), при котором первый светоизлучающий элемент (110) становится, по существу, способным излучать свет.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что дополнительно содержит этапы, на которых: активируют второй светоизлучающий элемент (120), для чего: управляют первым управляемым источником (140) тока для вывода, по существу, нулевого тока (422) и управляют вторым управляемым источником (150) тока для вывода третьего тока I₃ (424), при этом упомянутый третий ток I₃ подается на второй светоизлучающий элемент (120) и достаточен для достижения на нем, по меньшей мере, второго, рабочего напряжения (V_ОР2), при котором второй светоизлучающий элемент (120) становится, по существу, способным излучать свет.

13. Способ по п.11 или 12, отличающийся тем, что дополнительно содержит этапы, на которых: активируют третий светоизлучающий элемент (130), для чего: управляют первым управляемым источником (140) тока для вывода четвертого тока I₄ (432) и управляют вторым управляемым источником (150) тока для вывода, по существу, нулевого тока (434), при этом четвертый ток I₄ подается на третий светоизлучающий элемент (130) и достаточен для достижения на нем, по меньшей мере, третьего рабочего напряжения (V_Ор3), при котором третий светоизлучающий элемент (130) становится, по существу, способным излучать свет.

14. Способ по п.11 или 12, отличающийся тем, что первый управляемый источник (140) тока содержит транзистор (142) первого источника тока, подключенный к первой шине (172) электропитания через первый заранее определенный резистор R₁ (144), второй управляемый источник (150) тока содержит транзистор (152) второго источника тока, подключенный ко второй шине (174) электропитания через второй заранее определенный резистор R₂ (154), при этом для управления первым управляемым источником (140) тока для вывода первого тока I₁ (412) прикладывают напряжение V₁ между управляющим выводом транзистора (142) первого источника тока и первой шиной (172) электропитания для вывода первого тока I₁, для управления вторым управляемым источником (150) тока для вывода второго тока I₂ (414) прикладывают напряжение V₂ между управляющим выводом транзистора второго источника тока и второй шиной (174) электропитания для вывода второго тока I₂; для управления вторым управляемым источником (150) тока для вывода третьего тока I₃ (424) прикладывают напряжение V₃ между управляющим выводом транзистора (152) второго источника тока и второй шиной (174) источника электропитания для вывода третьего тока I₃ для управления первым управляемым источником (140) тока для вывода четвертого тока I₄ (432) прикладывают напряжение V₄ между управляющим выводом транзистора (142) первого источника тока и первой шиной электропитания для вывода четвертого тока I₄.

15. Способ по п.11 или 12, отличающийся тем, что первый управляемый источник (140) тока содержит транзистор (142) первого источника тока, подключенный к первой шине (172) электропитания и к первому и третьему светоизлучающим элементам (110, 130), причем транзистор (142) первого источника тока имеет первый коэффициент β_i усиления по току, второй управляемый источник (150) тока содержит транзистор (152) второго источника тока, подключенный ко второй шине (174) электропитания и к первому и второму светоизлучающим элементам (110, 120), причем транзистор (152) второго источника тока имеет второй коэффициент β_j усиления по току, при этом для управления первым управляемым источником (140) тока для вывода первого тока I₁ (412) осуществляют отвод тока I₁/β_i1 от управляющего вывода транзистора (142) первого источника тока для вывода первого тока I₁, где β_i1 - коэффициент усиления по току транзистора первого управляемого источника тока при выводе первого тока I₁, для управления вторым управляемым источником (150) тока для вывода второго тока I₂ (414) осуществляют подачу тока I₂/β_j2 к управляющему выводу транзистора (152) второго источника тока для вывода второго выходного тока I₂, где β_j2 - коэффициент усиления по току транзистора второго управляемого источника тока при выводе второго тока I₂, для управления вторым управляемым источником (150) тока для вывода третьего тока I₃ (424) осуществляют подачу тока I₃/β_j3 к управляющему выводу транзистора (152) второго источника тока для вывода третьего тока I₃, где β_j3 - коэффициент усиления по току транзистора второго управляемого источника тока при выводе третьего тока I₃, для управления первым управляемым источником (140) тока для вывода четвертого тока I₄ (432) осуществляют отвод тока I₄/β_i4 от управляющего вывода транзистора (142) первого источника тока для вывода четвертого тока I₄, где β_i4 - коэффициент усиления по току транзистора первого управляемого источника тока при выводе четвертого тока I₄.