СВЕТОДИОД
LIGHT-EMITTING DIODE

Изобретение относится к области информационной техники и светотехники, так, например, может быть использовано при построении крупногабаритных матричных экранов и иных средств отображения визуальных данных.
Известен светодиод {RU 121650 U1 от 3.04.2012 года}, содержащий корпус, пластиковую силиконовую линзу, кристалл, выводы анода и катода, металлическое основание, нижняя плоскость которого выполнена наклонной к плоскости монтажа. Причем угол наклона выбран в соответствии с требуемым углом излучения светодиодной лампы светильника.
Известен светодиод {RU 2207663 С2 от 17.07.2001 года}. Он содержит излучающие кристаллы с p-n-переходами, отражатель бокового излучения кристаллов с нанесенным тонким слоем кремнийорганического компаунда, полусферический купол из эпоксидного компаунда. Кристаллы установлены в тепловом контакте с основанием корпуса прибора. Диаметр полусферы купола не менее 4-х диаметров основания отражателя при отношении высоты купола к радиусу его сферической части не более 1,8 и отношении высоты отражателя к высоте купола не менее 0,15 при величине угла наклона стенок отражателя в пределах 25-45°.
Известен светодиод {RU 2331951 С1 от 24.07.2007 года}. Светодиод содержит, по меньшей мере, один полупроводниковый светоизлучающий элемент, покрытый линзой, имеющей расположенную над светоизлучающим элементом выемку, в которой сформирована двухслойная компаундная область.
Был проведен расширенный поиск для определения соответствия изобретения не только на новизну, но и существенность отличий.
Известно устройство управления излучением кристаллов в светодиодах {CN 103052211 A от 29.11.2012 года}, содержащее шинный контроллер, ряд светодиодных драйверов, светодиодные кристаллы.
Известно устройство управления смешением цветов трехцветного RGB светодиода {US 8339058 B2 от 12.12.2008 года}. Устройство состоит из генератора частот, операционных усилителей трех кристаллов светодиода (красного, синего, зеленого).
Известно устройство для управления излучением кристаллов в светодиоде {RU 2420043 от 20.04.2007 года}, содержащее светоизлучающие кристаллы, схему управления, источник питания и формирователь, позволяющий включать выбранный светоизлучающий кристалл посредством активации соответствующего переключателя.
Известно устройство {CN 103702494 от 09.01.2014}, которое содержит: блок обнаружения напряжения передаваемого сигнала, модуль преобразования последовательных данных, защелку и устройство сравнения адреса, соединенных последовательно. Три линии управления защелки управляют тремя МОП транзисторами Q1, Q2, Q3, каждый из которых соединен с соответствующей светодиодной лампой. Блок обнаружения напряжения передаваемого сигнала состоит из двух операционных усилителей, которые одновременно подключены к источнику питания, причем опорное напряжение первого усилителя 2 V, а опорное напряжение второго 5 В. Результат сравнения с выхода двух операционных усилителей поступает на вход модуля преобразования последовательных данных, где последовательные данные преобразовываются в параллельные. Параллельные данные сохраняются в регистре - защелке и сравниваются устройством сравнения адреса, МОП-транзисторы управляются в соответствии с результатом сравнения, тем самым управляя каждым светодиодом.
Известные технические решения имеют следующие недостатки: в связи с тем, что для функционирования схемы приема данных необходимо использовать формирователь кодовой последовательности с 2 напряжениями: 2 и 5 вольт, область применения диода сильно ограничивается из-за отсутствия напряжений выше 4 вольт во всех современных мобильных устройствах с питанием от аккумуляторов. Использование формирователя напряжения 5 вольт сводит на нет эффект от применения указанного диода. Построение систем отображения информации на указанных диодах невозможно в связи с тем, что режим загрузки данных возможен только при выходе напряжения питания за границы рабочего диапазона, что приведет к разрушению изображения на всех светодиодах на время загрузки данных в любом из диодов, включенных вместе, а при указанном времени загрузки, количестве передаваемых данных и периоду их обновления время отображения информации соизмеримо с временем загрузки данных, что делает применение указанного диода в этой сфере невозможным. Также использование внутреннего генератора со стабильностью 5% и невозможность программного учета ухода частоты даст разнояркость соседних диодов на 10%, что является приемлемым только для гирлянд и систем световых эффектов.
Авторам неизвестны технические решения светодиодов с возможностью управления излучением кристаллов предлагаемой схемы.
Задачей заявляемого изобретения является создание нового светодиода, позволяющего упростить сложность печатных плат и управляющую электронику светодиода.
Технический результат при использовании изобретения состоит в возможности управления выбранным кристаллом светодиода по двум внешним контактам (анод и катод).
Поставленная задача с указанным техническим результатом достигается новой совокупностью существенных признаков, необходимых и достаточных для достижения указанного технического результата, причем полученный эффект был неочевиден.
Сущность изобретения состоит в том, что светодиод содержит внутри себя на подложке вместе с кристаллами светоизлучающих диодов блок для управления излучением кристаллов, один вход которого подключен к клемме анода, другой вход подключен к клемме катода, а выходы подключены к базам транзисторов, причем коллекторы транзисторов соединены с катодами светоизлучающих кристаллов, аноды которых соединены между собой и подключены к клемме анода, при этом эмиттеры транзисторов соединены между собой и подключены к клемме катода.
Ниже приводим частное выполнение блока для управления излучением кристаллов в зависимости от метода выбора кристаллов светодиода.
Блок для управления излучением кристаллов, при временном методе выбора кристаллов светодиода, выполнен из модуля компаратора, счетчика, регистра, формирователя импульсов и формирователя напряжения питания, при этом вход модуля компаратора соединен с клеммой анода, выход модуля компаратора соединен со входом формирователя импульсов, выходы которого соединены со входами счетчика и регистра, при этом формирователь напряжения питания подключен к клеммам анода и катода, а выходами подключен к модулю компаратора, счетчику, регистру и формирователю импульсов.
Блок для управления излучением кристаллов, при импульсном методе выбора кристаллов светодиода, выполнен из модуля компаратора, счетчика, регистра, формирователя импульсов и формирователя напряжения питания, при этом вход модуля компаратора соединен с клеммой анода, выход модуля компаратора соединен со входом счетчика, выход счетчика соединен со входом регистра, входы загрузки и сброса регистра соединены с выходами формирователя импульсов, а формирователь напряжения питания подключен к клеммам анода и катода, а выходами подключен к модулю компаратора, счетчику, регистру и формирователю импульсов.
Блок для управления излучением кристаллов, при токовом методе выбора кристаллов светодиода, выполнен из модуля компаратора, регистра, формирователя импульсов, формирователя напряжения питания, транзистора и резистора, при этом вход модуля компаратора соединен с клеммой анода и резистором, другой вывод которого соединен с коллектором транзистора, эмиттер которого соединен с клеммой катода, база транзистора подключена к выходу формирователя импульсов, а выход модуля компаратора соединен со входом регистра, входы загрузки и сброса регистра соединены с выходами формирователя импульсов, а формирователь напряжения питания подключен к клеммам анода и катода, а выходами подключен к модулю компаратора, регистру и формирователю импульсов.
Блок для управления излучением кристаллов, при методе выбора кристаллов светодиода по напряжению, выполнен из модуля компаратора, регистра, формирователя импульсов, формирователя напряжения питания, при этом вход модуля компаратора соединен с клеммой анода, выход модуля компаратора соединен со входом регистра, входы загрузки и сброса регистра соединены с выходами формирователя импульсов, а формирователь напряжения питания подключен к клеммам анода и катода, и выходами подключен к модулю компаратора, регистру и формирователю импульсов.
Светодиод выполнен единым технологическим процессом. Блок управления позволяет выбирать отдельный кристалл светодиода в произвольный момент времени. Метод выбора кристаллов светодиода может быть произвольным: временной, импульсный, по напряжению и по току.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
на фигуре 1 которого представлена общая блок-схема светодиода;
на фигуре 2 - блок-схема для зажигаемого кристалла светодиода по временному методу;
на фигуре 3 - блок блок-схема для зажигаемого кристалла светодиода по импульсному методу;
на фигуре 4 - блок-схема для зажигаемого кристалла светодиода по напряжению;
на фигуре 5 - блок-схема для зажигаемого кристалла светодиода по току.
Светодиод содержит внутри себя на подложке вместе с кристаллами светоизлучающих диодов блок 1 для управления излучением кристаллов, один вход которого подключен к клемме 2 анода, другой вход подключен к клемме 3 катода, а выходы подключены к базам транзисторов 5, причем коллекторы транзисторов 5 соединены с катодами светоизлучающих кристаллов 4, аноды которых соединены между собой и подключены к клемме 2 анода, при этом эмиттеры транзисторов 5 соединены между собой и подключены к клемме 3 катода.
Предлагаемый светодиод работает следующим образом: На клемму 2 анода и клемму 3 катода от внешней схемы, в которую включен светодиод, подается напряжение. В зависимости от выбранного типа блока 1 для управления излучением кристаллов и формы подаваемого напряжения, по окончании периода конфигурирования, блок 1 для управления излучением кристаллов формирует на одном из базовых контактов транзисторов 5(1…N) управляющее напряжение. Это приводит к открыванию соответствующего транзистора 5(1…N) и зажиганию включенного в коллекторную цепь кристалла 4(1…N) по цепи: клемма 2 анода, светоизлучающий кристалл 4(1…N), открытый коллектор-эмиттерный переход транзистора 5(1…N), клемма 3 катода. Блок 1 для управления излучением кристаллов управляет включением выбранного светоизлучающего кристалла 4.
Ниже приводим частное выполнение блока для управления излучением кристаллов в зависимости от метода выбора кристаллов светодиода.
При временном методе зажигания кристаллов светодиода на светодиод подается два импульса тока (напряжения), длительность первого импульса определяет номер выбираемого светоизлучающего кристалла 4, зажигаемого вторым импульсом. Прекращение протекания тока через светодиод на время больше, чем время сброса переводит блок 1 для управления излучением кристаллов в режим ожидания управляющего импульса.
Блок 1 для управления излучением кристаллов, при временном методе выбора кристаллов светодиода, выполнен из модуля 6 компаратора, счетчика 10, регистра 7, формирователя 8 импульсов и формирователя 9 напряжения питания, при этом вход модуля 6 компаратора соединен с клеммой 2 анода, выход модуля 6 компаратора соединен со входом формирователя 8 импульсов, выходы которого соединены со входами счетчика 10 и регистра 7, при этом формирователь 9 напряжения питания подключен к клеммам 2 анода и 3 катода, а выходами подключен к модулю 6 компаратора, счетчику 10, регистру 7 и формирователю 8 импульсов.
Работает блок 1 для управления излучением кристаллов при временном методе следующим образом: при начале периода конфигурирования (подаче напряжения после его отсутствия на время больше, чем время сброса) формирователь 9 напряжения питания подает на все узлы блока 1 для управления излучением кристаллов напряжение питания, формирователь 8 импульсов генерирует сигнал сброса по линии R, который сбрасывает регистр 7, переводит его в режим ожидания данных. Модуль 6 компаратора сравнивает входное напряжение с уровнем 0,7 вольт и передает результат сравнения на формирователь 8 импульсов, который в период времени конфигурирования при условии положительного результата сравнения генерирует импульсы на линию С счетчика 10, который подсчитывает количество поступивших импульсов. По окончании периода конфигурирования формирователь 8 импульсов формирует импульс на линии управления С регистра 7, который сохраняет данные на выходных управляющих линиях регистра 7, формируя управляющее напряжение на базовом выводе транзистора 5(1…N), зажигая соответствующий светоизлучающий кристалл 4(1…N) в его коллекторной цепи.
При импульсном методе выбора кристаллов светодиода на светодиод подается серия импульсов тока (напряжения), количество импульсов в период времени конфигурирования определяет номер выбираемого кристалла, зажигаемого схемой управления. Прекращение протекания тока через светодиод на время больше, чем время сброса переводит блок 1 для управления излучением кристаллов в режим ожидания конфигурирующих импульсов.
Блок 1 для управления излучением кристаллов, при импульсном методе зажигания кристаллов светодиода, выполнен из модуля 6 компаратора, счетчика 10, регистра 7, формирователя 8 импульсов и формирователя 9 напряжения питания, при этом вход модуля 6 компаратора соединен с клеммой 2 анода, выход модуля 6 компаратора соединен со входом счетчика 10, выход счетчика 10 соединен со входом регистра 7, входы загрузки и сброса регистра 7 соединены с выходами формирователя 8 импульсов, а формирователь 9 напряжения питания подключен к клеммам 2 анод и 3 катод, а выходами подключен к модулю 6 компаратора, счетчику 10, регистру 7 и формирователю 8 импульсов.
Работает блок 1 для управления излучением кристаллов, при импульсном методе следующим образом: при начале периода конфигурирования (подаче напряжения после его отсутствия на время больше, чем время сброса) формирователь 9 напряжения питания подает на все узлы блока 1 для управления излучением кристаллов напряжение питания, формирователь 8 импульсов генерирует сигнал сброса по линии R, который сбрасывает регистр 7, переводит его в режим ожидания данных. Модуль 6 компаратора сравнивает входное напряжение с уровнем 0,7 вольт и передает результат сравнения на счетчик 10, который подсчитывает количество поступивших импульсов. По окончании периода конфигурирования формирователь 8 импульсов формирует импульс на линии управления С, который сохраняет данные на выходных управляющих линиях регистра 7, формируя управляющее напряжение на базовом выводе транзистора 5(1…N), зажигая соответствующий светоизлучающий кристалл 4(1…N) в его коллекторной цепи.
При токовом методе зажигания кристаллов светодиода на светодиод подается импульс тока, амплитуда импульса в период конфигурирования определяет номер выбираемого (зажигаемого) кристалла по окончании времени конфигурирования. Прекращение протекания тока через светодиод на время больше, чем время сброса, переводит блок 1 для управления излучением кристаллов в режим ожидания управляющего импульса.
Блок 1 для управления излучением кристаллов, при токовом методе зажигания кристаллов светодиода, выполнен из модуля 6 компаратора, регистра 7, формирователя 8 импульсов, формирователя 9 напряжения питания, транзистора 5 и резистора 11, при этом вход модуля 6 компаратора соединен с клеммой 2 анода и резистором 11, другой вывод которого соединен с коллектором транзистора 5, эмиттер которого соединен с клеммой 3 катода, а база транзистора 5 подключена к выходу формирователя 8 импульсов, а выход модуля 6 компаратора соединен со входом регистра 7, входы загрузки и сброса регистра 7 соединены с выходами формирователя 8 импульсов, и формирователь 9 напряжения питания подключен к клеммам 2 анода и 3 катода, а выходами подключен к модулю 6 компаратора, регистру 7 и формирователю 8 импульсов.
Работает блок 1 для управления излучением кристаллов, при токовом методе зажигания кристаллов следующим образом: при начале периода конфигурирования (подаче напряжения после его отсутствия на время больше, чем время сброса) формирователь 9 напряжения питания подает на все узлы блока 1 для управления излучением кристаллов напряжение питания, формирователь 8 импульсов генерирует сигнал сброса по линии R, который сбрасывает регистр 7, переводит его в режим ожидания данных и подает управляющее напряжение на базу транзистора 5, приводя к его открыванию и протеканию тока по цепи клемма 2 анода - резистор 11 - открытый коллектор-эмиттерный переход транзистора 5 - клемма 3 катода. Модуль 6 компаратора сравнивает входное напряжение, прямо пропорциональное току, протекающему через резистор 11 с пороговыми напряжениями зажигания светоизлучающих кристаллов 4 с разными номерами и передает результат сравнения на регистр 7, по окончании периода конфигурирования формирователь 8 импульсов формирует импульс на линии управления С, который сохраняет данные на выходных управляющих линиях регистра 7, формируя управляющее напряжение на базовом выводе транзистора 5(1…N), зажигая соответствующий светоизлучающий кристалл 4(1…N) в его коллекторной цепи, и снимает с базы транзистора 5 управляющее напряжение, что приводит к его закрыванию.
При работе блока 1 для управления излучением кристаллов с методом выбора зажигаемого кристалла светодиода по напряжению, на светодиод подается импульс напряжения, величина напряжения в период конфигурирования определяет номер выбираемого (зажигаемого) кристалла. Прекращение протекания тока через светодиод на время больше, чем время сброса переводит блок 1 для управления излучением кристаллов в режим ожидания управляющего импульса.
Блок 1 для управления излучением кристаллов, с методом выбора по напряжению, выполнен из модуля 6 компаратора, регистра 7, формирователя 8 импульсов, формирователя 9 напряжения питания, при этом вход модуля 6 компаратора соединен с клеммой 2 анода, выход модуля 6 компаратора соединен со входом регистра 7, входы загрузки и сброса регистра 7 соединены с выходами формирователя 8 импульсов, а формирователь 9 напряжения питания подключен к клеммам 2 анода и 3 катода, и выходами подключен к модулю 6 компаратора, регистру 7 и формирователю 8 импульсов.
Работает блок 1 для управления излучением кристаллов, с методом выбора по напряжению следующим образом: при начале периода конфигурирования (подаче напряжения после его отсутствия на время больше, чем время сброса) формирователь 9 напряжения питания подает на все узлы блока 1 для управления излучением кристаллов напряжение питания, формирователь 8 импульсов генерирует сигнал сброса по линии R, который сбрасывает регистр 7 и переводит его в режим ожидания данных. Модуль 6 компаратора сравнивает входное напряжение с пороговыми напряжениями зажигания светоизлучающих кристаллов 4 с разными номерами и передает результат сравнения на регистр 7, по окончании периода конфигурирования формирователь 8 импульсов формирует импульс на линии управления С, который сохраняет данные на выходных управляющих линиях регистра 7, формируя управляющее напряжение на базовом выводе транзистора 5(1…N), зажигая соответствующий светоизлучающий кристалл 4(1…N) в его коллекторной цепи.
Технико-экономический эффект достигается при использовании описанного светодиода в аппаратуре за счет сокращения в 2 и более раза количества соединений, уменьшении необходимых каналов управления индикаторами и количества силовых ключей управления, а также за счет упрощения аппаратной реализации схем управления большими матрицами светодиодов.