УПРАВЛЕНИЕ СВЕТОДИОДАМИ
LIGHT-EMITTING DIODE CONTROL

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к драйверу для цепочки из последовательно соединенных светодиодов, к системе из драйвера и цепочки светодиодов, к блоку подсветки для освещения дисплейной панели, к системе, содержащей блок подсветки и дисплейную панель, и к дисплейному устройству, содержащему блок подсветки и дисплейную панель.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
WO 02/076150 A1 раскрывает устройство, которое управляет множеством источников света, свет от которых смешивается для получения света заданного цвета. Процессор сравнивает количество света, зарегистрированное от каждого из источников света, с требуемым количеством и управляет драйвером источников света так, чтобы источники света создавали требуемый уровень яркости. Источники света представляют собой три цепочки из красных, синих и зеленых светодиодов (далее также обозначаемых СД), соответственно. Каждая цепочка СД управляется отдельным импульсным источником питания (далее также обозначаемым ИИП). Цвет смешанного света управляется посредством управления мощностью, подаваемой тремя ИИП. В варианте осуществления перед тремя ИИП, приводящими в действие цепочки СД разных цветов, расположен общий ИИП. Недостатком устройств, относящихся к предшествующему уровню техники, является то, что для того чтобы иметь возможность приводить в действие цепочки СД разных цветов так, чтобы управлять их цветовой точкой, требуется три ИИП.
В заявке US 2005/0243022 описан драйвер для последовательно соединенных RGB СД. Основной ток генерируется повышающим преобразователем, присоединенным к крайним точкам последовательного соединения СД. Каждый СД имеет ключ, подсоединенный параллельно СД, и каждый ключ управляется так, чтобы шунтировать ток импульсным сигналом, используя широтно-импульсную модуляцию для управления интенсивностью соответствующего СД.
В US 2006/0221636 описан драйвер для последовательно соединенных СД. Последовательные соединения объединяют несколько СД одного и того же цвета. Данный документ сосредотачивает внимание на возникающих вблизи кадра изображения нерегулярностях, которые по сути присутствуют, когда последовательность расположенных раздельно красных, зеленых и синих СД заканчивается одним из упомянутых цветов, и предлагается регулировать интенсивность таких СД на границе кадра в процессе производства.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей данного изобретения является уменьшение количества основных источников питания, требуемых для приведения в действие СД разных цветов, при сохранении возможности регулирования спектрального состава результирующего смешанного света.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложен драйвер для цепочки из последовательно соединенных светодиодов по п.1 формулы изобретения. Согласно второму аспекту настоящего изобретения предложена система из драйвера и цепочки светодиодов по п.6 формулы изобретения. Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предложен блок подсветки для освещения дисплейной панели по п.9 формулы изобретения. Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения предложена система, содержащая блок подсветки и дисплейную панель по п.10 формулы изобретения. Согласно пятому аспекту настоящего изобретения предложено дисплейное устройство по п.11 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления определяются в зависимых пунктах формулы изобретения.
Драйвер в соответствии с первым аспектом изобретения приводит в действие цепочку последовательно соединенных СД. По меньшей мере, две СД цепочки излучают свет, имеющий разный спектры. Например, цепочка может включать в себя два СД, один из которых излучает красный свет, а другой излучает синий свет. СД могут также обозначаться по их цвету, таким образом, красный СД означает СД, который излучает красный свет. Цепочка может также иметь, по меньшей мере, две подцепочки СД, так что СД в каждой одной из подцепочек имеют одинаковый цвет или спектр. Например, цепочка может включать в себя последовательную компоновку 2 красных СД и 4 синих СД. В качестве альтернативы, цепочка может включать в себя 3 типа СД, которые излучают синий, красный и зеленый свет. С помощью такой цепочки можно получить белый свет. В качестве альтернативы, цепочка может содержать более чем 3 типа СД, что является обычным для дисплеев с широкой гаммой цветов.
Драйвер содержит основной источник питания, выходы которого присоединены к цепочке СД, для подачи основного тока в цепочку. Вторичный источник питания подключается, по меньшей мере, к одной из точек между последовательными СД в цепочке для подачи или отвода дельта-тока от этой точки. Контроллер управляет вторичным источником питания так, чтобы создавать такую величину дельта-тока, при которой получают заданный спектральный состав смешанного света. Дельта-ток выбирается меньшим, чем основной ток. Следовательно, основная часть тока через последовательно соединенные СД подается основным источником питания. Вторичный источник питания подает меньший дельта-ток и, таким образом, способен формировать разности между токами СД разных цветов. Таким образом, в отличие от прототипа, в котором для каждой по-другому окрашенной цепочки СД требовался основной источник питания, в настоящем изобретении для СД, имеющих различные цвета (или, в более общем смысле, излучающих свет с различными спектрами), требуется только один основной источник питания. Тем не менее, посредством управления током, подаваемым или отводимым относительно небольшим вторичным источником питания, спектр света все же можно изменять или поддерживать постоянным в течение времени так, чтобы получить требуемый спектральный состав смешанного света.
Основной источник питания, который обеспечивает базовый ток через все СД цепочки, может управлять общим уровнем яркости, в то время как вторичные источники питания могут управлять спектральным составом излучаемого цепочкой света.
В варианте осуществления основной источник питания содержит ИИП или представляет собой ИИП. Следовательно, основная часть тока через СД генерируется с высоким коэффициентом полезного действия. Недостатки такого ИИП, который является громоздким, дорогостоящим, медленным и имеет пульсации в выходном напряжении, компенсируются вторичными источниками питания. Вторичные источники питания, которые могут быть линейными источниками питания, должны подавать относительно небольшую мощность, могут быть дешевыми, быстрыми и могут компенсировать пульсации ИИП.
В варианте осуществления драйвер также содержит измерительный резистор, включенный последовательно с цепочкой, и компаратор, который сравнивает напряжение на измерительном резисторе с опорным напряжением. Выходной сигнал компаратора используется для получения сигнала управления, управляющего главным переключателем ИИП так, чтобы основной ток был стабилизирован на заданном уровне. Заданный уровень зависит от разницы токов через различно окрашенные СД, так как посредством ИИП можно подавать только общий ток.
В варианте осуществления вторичный источник питания содержит управляемый линейный источник питания. Так как ток, подаваемый или отводимый вторичным источником питания, много меньше тока, подаваемого первым источником питания, низкий коэффициент полезного действия линейного источника питания не является проблемой. Использование линейного источника питания имеет то преимущество, что возможны быстрые и хорошо и четко определенные изменения подаваемого тока. Далее, пульсации линейного источника питания много меньше пульсаций ИИП. Таким образом, использование линейного источника питания имеет то преимущество, что управление спектральным составом, который в основном определяется разницей токов через различно окрашенные СД, может осуществляться с высокой точностью.
В варианте осуществления линейный источник питания содержит управляемый источник тока. Такой источник тока может быть реализован в интегральной схеме посредством токового зеркала.
В варианте осуществления цепочка содержит, по меньшей мере, три различно окрашенных СД, чтобы перекрывать гамму цветов, включающую в себя белый цвет. Контроллер управляет вторичным источником питания, изменяя дельта-ток так, чтобы получить заданную точку белого цвета. Для того чтобы иметь полную свободу в управлении точкой белого цвета, соотношения всех трех токов через все три различно окрашенных СД должны быть управляемыми. Поэтому был добавлен дополнительный вторичный источник питания, присоединенный к точке, отличной от уже упомянутой точки соединения. Так как изменяться или поддерживаться постоянной должна только точка белого, токи, формируемые вторичными источниками питания, могут быть много меньшими, чем ток основного источника питания.
В варианте осуществления система также содержит дополнительную цепочку из последовательно соединенных светодиодов, по меньшей мере, два из которых излучают свет с различным спектрами. Дополнительный основной источник питания имеет выходы, присоединенные к дополнительной цепочке, для подачи дополнительного основного тока к дополнительной цепочке. По меньшей мере, к одной из точек между последовательными светодиодами в дополнительной цепочке подсоединен дополнительный вторичный источник питания для подачи или отвода дополнительного дельта-тока от этой точки. Дополнительный дельта-ток, по меньшей мере, в 10 раз меньше, чем дополнительный основной ток. Контроллер также управляет дополнительным вторичным источником питания, изменяя дополнительный дельта-ток так, чтобы получить заданный спектральный состав смешанного света, излучаемого дополнительной цепочкой. Таким образом, для каждой цепочки вместо трех основных источников питания требуется только один основной источник питания. В особенности в случаях, когда имеется большое количество цепочек, система источников питания в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения является намного более простой. Например, если имеется 300 (100 для каждого цвета) цепочек последовательно соединенных СД, в известном устройстве подсветки для ЖКД потребовалось бы также 300 сравнительно больших управляемых ИИП. В варианте осуществления в соответствии с настоящим изобретением требуется только 100 сравнительно больших основных источников питания и 200 сравнительно небольших вторичных источников питания.
Настоящее изобретение может обеспечить преимущества при его применении в блоках подсветки для освещения дисплейных панелей, таких как, например, ЖКД (жидкокристаллический дисплей). Комбинация такого блока подсветки и дисплейной панели может быть применена в дисплейных устройствах.
Эти и другие аспекты настоящего изобретения становятся очевидными и будут пояснены при рассмотрении вариантов осуществления, описанных ниже в данном описании.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительного варианта воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг.1 схематически изображает структурную схему блока подсветки, который содержит множество цепочек СД и множество источников питания, приводящих в действие цепочки;
Фиг.2 схематически изображает блок подсветки, в котором цепочка из трех СД приводится в действие импульсным источником питания и двумя источниками тока;
Фиг.3 схематически изображает дисплейное устройство с блоком подсветки.
Надо отметить, что элементы, обозначенные одинаковыми позициями на разных чертежах, имеют одинаковые конструктивные признаки и одинаковые функции или являются одними и теми же элементами. В тех случаях, когда функция и/или конструкция такого элемента уже была объяснена, нет необходимости в ее повторном объяснении в подробном описании.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг.1 схематически изображает структурную схему блока подсветки, который содержит множество цепочек СД и множество источников питания, приводящих в действие цепочки. Каждая из n цепочек STi содержит, например, три СД различных цветов D1i, D2i, D3i. Первая цепочка ST1 содержит последовательное соединение трех СД D11, D21, D31, i-я цепочка STi содержит последовательное соединение трех СД D1i, D2i, D3i, и n-я цепочка STn содержит последовательное соединение трех СД D1n, D2n, D3n. В последующем описании индексы от 1 до n используются для обозначения одного отдельного элемента из n элементов. В то же время, индекс i также используется для обозначения элемента в общем. Таким образом, «СД D1i» означает СД от D11 до D1n в общем или, иначе говоря, «СД D1i» означает один произвольный СД из СД от D11 до D1n и «СД D11» означает конкретно СД D11.
С каждой из цепочек STi соединены по три источника питания PAi, PBi, PCi. Основной источник питания PAi последовательно соединен с цепочкой STi и создает основной ток IAi через СД D3i. Вторичный источник питания PBi подключен к точке J1i между СД D1i и D2i, и вторичный источник питания PCi подключен к точке J2i между СД D2i и D3i. Контроллер CO, принимающий информацию CI управления, подключен к соответствующим входам управления вторичных источников питания PBi и PCi. Информация CI управления может указывать требуемый цвет (или спектр) света, излучаемого цепочкой STi в целом. Контроллер CO управляет токами IBi, ICi, подаваемыми или отводимыми от точек J1i и J2i соответственно, так, чтобы получить требуемый спектр. Ток через СД D2i является суммой основного тока IAi и тока ICi, и ток через СД D1i является суммой основного тока IAi и токов ICi и IBi. Контроллер CO может также управлять основным током IAi основного источника питания PAi.
Таким образом, большая часть тока (IAi) через цепочку STi обеспечивается основным источником питания PAi. Вторичные источники питания PBi и PCi должны создавать только дельта-токи IBi и ICi, чтобы обеспечить возможность управления спектром света, излучаемого цепочкой STi. В результате того, что величина токов IBi, ICi, создаваемых вторичными источниками питания PBi, PCi соответственно, ограничена, эти вторичные источники питания PBi, PCi могут быть сравнительно небольшими и дешевыми. Несмотря на это спектр смешанного света отдельной цепочки STi все же может управляться или поддерживаться постоянным во времени. Например, вторичные источники питания должны управляться в ограниченном диапазоне только для того, чтобы компенсировать эффекты старения или температурные воздействия и поддерживать спектр смешанного света по существу постоянным.
Основной источник питания PAi и вторичные источники питания PBi, PCi запитаны от сетевого напряжения VM, которое может быть выпрямленным сетевым напряжением или любым другим напряжением постоянного или переменного тока.
На Фиг.2 схематически изображен блок подсветки, в котором цепочка из трех СД управляется импульсным источником питания и двумя источниками тока. Цепочка STi содержит три СД D1i, D2i, D3i, соединенных последовательно. По меньшей мере, два из трех СД D1i, D2i, D3i излучают свет разных спектров и имеют разные цвета. Основной источник питания PAi представляет собой ИИП и в данном случае создает основной ток IAi через диод D1i цепочки STi. Для того чтобы измерять ток через диод D3i цепочки STi, к диоду D3i последовательно присоединен измерительный резистор RSi.
Только в качестве примера, ИИП PAi может являться вольтодобавочным преобразователем, который содержит главный ключ SMSi, выполненный с возможностью периодически подключать цепочку STi к сетевому напряжению VM. Кроме того, вольтодобавочный преобразователь PAi содержит катушку индуктивности L, которая расположена между «землей» и точкой, через которую главный ключ SMSi подключается к цепочке STi. Кроме того, ИИП PAi содержит контроллер SMCi ИИП, который принимает измеренное напряжение VSi на измерительном резисторе RSi. Контроллер SMCi сравнивает измеренное напряжение VSi с опорным напряжением VRi и выдает сигнал CS1i управления. Сигнал CS1i управления подается на вход управления главного ключа SMSi для управления периодами включения и/или выключения главного ключа SMSi, чтобы стабилизировать измеренное напряжение VSi и, таким образом, стабилизировать ток через СД D3i. В качестве альтернативы, вместо использования вольтодобавочного преобразователя может быть использована любая другая схема ИИП, такая как, например, повышающий вольтодобавочный преобразователь, повышающий преобразователь, вольтодобавочный преобразователь, резонансный преобразователь или возвратный преобразователь.
Вторичные источники питания PBi и PCi формируются токовыми зеркалами TR11, TR21, R1 и TR12, TR22, R2 соответственно. Токовые зеркала подключены к точкам J1i и J2i соответственно. Точка J1i - это место соединения СД D1i и D2i. Точка J2i - это место соединения СД D2i и D3i.
Токовое зеркало PBi содержит вход, принимающий напряжение V1 управления от контроллера CO. Это напряжение V1 управления подается на резистор R1, другой вывод которого подсоединен к базе и коллектору транзистора TR21, включенного с диодом, который вместе с транзистором TR11 формирует токовое зеркало. Таким образом, ток через резистор R1 зеркально воспроизводится транзистором TR11 для получения тока IBi, который отводится из точки J1i.
Токовое зеркало PCi содержит вход, принимающий напряжение V2 управления от контроллера CO. Это напряжение V2 управления подается на резистор R2, другой вывод которого подсоединен к базе и коллектору транзистора TR22, включенного с диодом, который вместе с транзистором TR12 образует токовое зеркало. Таким образом, ток через резистор R2 зеркально воспроизводится транзистором TR12 для получения тока ICi, который отводится из точки J2i.
Основной ток через цепочку STi генерируется ИИП PAi, в то время как спектр смешанного света трех СД D1i, D2i, D3i может регулироваться изменением токов IBi и ICi, создаваемых токовыми зеркалами PBi и PCi, соответственно. Требуется только один ИИП PAi вместо трех, и дополнительные источники тока PBi и PCi могут быть интегрированы, например, в контроллер CO. В примере, показанном на Фиг.2, все три СД D1i, D2i, D3i имеют разные спектральные характеристики, и каждый из их токов IAi, IBi, ICi может управляться. В альтернативном варианте может управляться только один ток (например, IBi или ICi). В качестве альтернативы, два диода из D1i, D2i, D3i могут иметь одинаковые спектральные характеристики; при этом могут управляться оба тока IBi, ICi или только один из этих токов.
Каждый из или подгруппа из СД D1i, D2i, D3i может содержать подцепочку последовательно соединенных СД. Например, одиночный зеленый СД D1i заменяется подцепочкой, содержащей 3 зеленых СД, одиночный красный СД D2i заменяется подцепочкой, содержащей 2 красных СД, и СД D3i является одиночным синим СД.
В качестве альтернативы, цепочки STi могут содержать более трех СД или подцепочек последовательно соединенных СД, имеющих одинаковые спектры. Все отдельные СД или СД разных цепочек могут иметь разные цвета или излучать свет разных спектров. Например, к красным, зеленым и синим СД могут быть добавлены янтарные, желтые или белые СД. В качестве альтернативы, цепочки STi могут содержать только два СД или две подцепочки СД, которые имеют разные цвета, например, один из СД является СД с широким спектром и другой СД имеет определенный цвет. В варианте осуществления СД с широким спектром может излучать белый свет, при этом другой СД излучает красный свет. Вторичный источник питания Pbi, Pci управляет дельта-током через красный СД для того, чтобы регулировать точку белого цвета для белого СД. В другом примере цепочка STi содержит теплый белый СД, который излучает красноватый белый свет, и холодный белый СД, который излучает голубоватый белый свет.
На фиг.3 схематически показано дисплейное устройство с блоком подсветки. Дисплейное устройство содержит блок подсветки BLU, дисплейную панель DP и процессорный блок PR. Блок подсветки содержит цепочки STi последовательно соединенных СД. Разные спектры последовательно соединенных СД могут быть идентичными и иметь идентичный порядок для всех цепочек STi. Свет, излучаемый цепочками STi, освещает дисплейную панель DP. Дисплейная панель DP может представлять собой LCD или DMD. В качестве альтернативы, разные цепочки STi могут включать в себя различно окрашенные СД, но в случае использования для LCD свет разных цепочек должен быть смешан для получения однородного освещения дисплейной панели DP.
Процессорный блок принимает сигнал IS изображения и выдает сигнал BLC управления на блок подсветки BLU и сигнал DPI данных на дисплейную панель DP. Этот сигнал BLC управления используется контроллером CO (см. Фиг.1 и 2) для формирования сигналов управления (CI на Фиг.1, V1 и V2 на Фиг.2), которые определяют дельта-токи IBi, ICi, формируемые вторичными источниками питания PBi и PCi. В других применениях может быть желательно управлять также и основным током IAi, подаваемым основным источником питания PAi, например, для того чтобы минимизировать энергопотребление при отображении темных кадров. В таких применениях контроллер CO дополнительно имеет выход, выдающий сигнал управления на основной источник питания PAi. Например, в варианте осуществления, представленном на Фиг.2, контроллер CO может управлять опорным напряжением VRi. Подаваемый на дисплейную панель DP сигнал DPI данных содержит информацию об отображаемом изображении и может содержать информацию для синхронизации.
Следует отметить, что вышеупомянутые варианты осуществления иллюстрируют, но не ограничивают настоящее изобретение, и специалисты в данной области техники смогут разработать множество альтернативных вариантов осуществления настоящего изобретения, не выходящих за пределы объема нижеследующей формулы изобретения.
Например, использование настоящего изобретения не ограничиваются блоком подсветки, и оно также пригодно для общих применений в осветительной аппаратуре, в которой используется цепочка СД, содержащая, по меньшей мере, два типа СД с различными спектральными характеристиками.
В формуле изобретения любые помещенные знаки в скобках не должны истолковываться как ограничивающие пункт формулы изобретения. Использование глагола «содержит» и его спряжений не исключает присутствия элементов или этапов, отличных от указанных в пункте формулы изобретения. Единственное число элемента не исключает присутствия нескольких таких элементов. Данное изобретение может быть реализовано посредством аппаратного оборудования, содержащего несколько отдельных элементов, и посредством соответствующим образом запрограммированного компьютера. При перечислении нескольких средств в пункте формулы изобретения, описывающем устройство, несколько этих средств могут быть реализованы посредством одного и того же элемента аппаратного оборудования. Тот факт, что определенные меры упоминаются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что для обеспечения преимуществ не может быть использована комбинация этих мер.