CN106538057A - 用于操控矩阵配置中的led的电路装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于操控具有m列和n行的矩阵配置中的LED的电路装置，其中矩阵的每个LED（LED11、LED12、LED21、LED22）能够通过激活相应的列驱动器（S01、S02）结合激活相应的行驱动器（S10、S20）来单独地操控，所述电路装置每行分别具有偏置装置（12）。在此，所述偏置装置（12）包括：第一偏置连接端子（14），其用于与该行的LED中的m个LED（LED11、LED12）的负极的电耦合；和第二偏置连接端子（16），其用于与该行的m个LED（LED11、LED12）的正极的电耦合，其中所述矩阵的每个 LED（LED11、LED12、LED21、LED22）分别通过半导体二极管（D11、D12、D21、D22）与列操控器（S01、S02）的所属的连接端子耦合，其中被分配给相同的列的n个半导体二极管（D11、D21）分别在其电极之一处相互电连接。此外，本发明涉及具有这种电路装置的显示设备和家用设备以及用于操控矩阵配置中的LED的方法。
Description
技术领域
本发明涉及用于操控矩阵配置中的发光二极管（Light-Emitting Diodes，简称LED）的电路装置，其中矩阵的每个LED能够通过激活相应的列驱动器结合激活相应的行驱动器来单独地操控，其中此外每行分别一个偏置装置，所述偏置装置具有与相应的行的LED的负极电耦合的第一偏置连接端子以及具有用于与相应的行的LED的正极电耦合的第二偏置连接端子。
背景技术
在矩阵布置中的LED的情况下，在原理限制地在操控的确定的状态中截止电压施加在LED处。图1作为最简单的示例示出2x2矩阵（2乘2矩阵）。在此流动的截止电流（以虚线绘入）由于材料蠕变而造成LED的失灵。力求避免矩阵中的截止电压，以便在没有寿命缩短的情况下获得成本低的矩阵原理。
在此背景下，EP 1 916 880公开了用于解决截止电压问题的原理。图2示出具有在EP 1 916 880 B1中所提出的对2x2矩阵的解决方案的等效电路图。如果操控LED 11，则在所述LED 11处例如降落3.4伏特的正向电压。为了LED 22不在截止方向上运行，所述LED 22通过分压器R22A_H/R22A_L和R22C_H/R22C_L以0.2伏特来偏压。必须强制性地通过基尔霍夫电路等式在LED 21和LED 12处总共下降3.6伏特。材料蠕变的问题因此会被消除，但是LED 21和LED 12可能由于施加的在通流方向上的电压而根据颜色或多或少强烈地闪烁。
发明内容
本发明的任务是提供如下电路装置，所述电路装置不仅防止在LED处的危害性的截止电压而且防止在未被操控的LED的情况下的闪烁。
该任务通过具有专利权利要求1的特征的电路装置以及通过具有专利权利要求13的特征的方法来解决。本发明的有利的改进方案是从属专利权利要求的主题。
根据本发明的用于操控矩阵配置中的LED的电路装置，所述矩阵配置具有m列和n行，其中矩阵的每个LED能够通过激活相应的列驱动器结合激活相应的行驱动器来单独地操控，每行分别具有偏置装置，所述偏置装置具有用于同该行的LED中的m个LED的负极电耦合的第一偏置连接端子以及具有用于同该行的m个LED的正极电耦合的第二偏置连接端子。换言之，偏置装置的第一偏置连接端子与该行的LED中的m个LED的负极接线，而偏置装置的第二偏置连接端子与该行的m个LED的正极接线。
根据本发明，矩阵的每个LED现在分别通过（不能发光的（leuchtunfähig））半导体二极管与列操控器的所属的连接端子耦合，其中被分配给相同的列的n个半导体二极管此外分别在其电极之一处相互电连接、即通过列驱动器相互电连接。通过使用半导体二极管得出如下优点：所述半导体二极管接收施加的截止电压的主要部分。因此，对截止电压敏感的LED借助于不能发光的半导体二极管从施加的截止电压去负荷。通过两个偏置连接端子与相应的LED的负极和正极的接线能够有针对性地调整未主动地被操控的并行路径的每个元件之上的压降。
为了本发明的可应用性，既不允许列的数量m等于一也不允许行的数量n等于一，因为否则不能有未主动地被操控的并行路径。列和行当然是能够相互交换的并且尤其仅表示电接线的类型并且不强制性地表示LED相互之间的确定的几何布置。
在一种优选的实施方式中，半导体二极管的相互电连接的电极是半导体二极管的正极。由此得出如下优点：对于LED显示器来说通常在负极侧利用具有传导能力的胶粘剂安装的LED芯片可以被布置到相同的参考电位上。
替代地或者附加地，可以分别在一行中提供偏置装置通过至少一个电阻、尤其通过m个电阻与m个LED的负极的电耦合。
根据本发明的另一方面，偏置装置具有分压器。这里特别有利地可以使用具有至少两个分接器的多部分的欧姆分压器，所述多部分的欧姆分压器被设计用于与相应的行的LED的正极或者负极的电耦合。
分压器可以包括至少一个电阻。但是，在一种特别优选的实施方式中，分压器具有二极管、尤其是齐纳二极管。由此得出如下优点：可以与通过分压器的电流不相关地实现确定的电位差。因此，尤其在从欧姆分压器横向电流提取的情况下可以最小化对分压器的反作用，而不必不必要地低欧姆地以及因此损耗大地来设计该分压器。
在另一有利的实施方式中，通过相应的偏置装置每行所产生的正极偏压对于m行中的每行来说都是不同的。由此可以考虑LED电流的或者LED前向电压的例如由于使用不同颜色的LED引起的变化。
优选地，电路装置被设计用于给在运行中未被操控的LED施加通流方向上的最大0.5伏特的电压、优选地施加通流方向上的最大0.2伏特的电压，来增大闪烁极限的间隔，在所述闪烁极限的情况下出现LED的第一光发射。由此可以可靠地避免未被操控的LED的非故意的发光。
根据本发明的另一方面，给未被操控的LED施加通流方向上的最小0.0伏特的电压、优选地施加通流方向上的最小0.1伏特的电压，来防止由于逆电流引起的对LED的危害。
在另一有利的实施方式中，偏置电压被设计用于针对一行的具有不同的电流或者正向电压的m个LED来提供不同的正极偏压。由此尤其可以在一行之内也使用不同的LED。
优选地，根据本发明的电路装置可以在显示设备中使用，由此得出根据本发明的显示设备。
此外，这种显示设备可以在家用设备中使用，由此得出根据本发明的家用设备。
根据本发明的用于操控具有m列和n行的矩阵配置中的LED的方法包括以下步骤：将偏置装置的第一连接端子与矩阵配置中的m个LED的负极耦合，其中所述偏置装置和所述m个LED分别被分配给相同的行，以及将被分配给该行的偏置装置的第二连接端子与该行中的所述m个LED的正极耦合。此外，在所述方法中分别提供用于将矩阵的每个LED与列操控器的所属的连接端子耦合的半导体二极管，其中被分配给相同的列的n个半导体二极管分别在其电极之一处相互电连接。换言之，矩阵的每个LED与半导体二极管接线，使得由列操控器的所属的连接端子针对相应的所操控的LED所提供的电路流过所述半导体二极管。
附图说明
下面借助图来更详细地解释本发明。
图1示出根据现有技术的具有相应的列操控器和行操控器的2x2LED矩阵的通用功能原理；
图2示出根据现有技术的具有电位控制的2x2矩阵的等效电路图；
图3示出具有根据本发明的电位控制的2x2矩阵的等效电路图，以及
图4示出具有与行相关的偏压的2x2矩阵的根据本发明的电路装置的实施例。
具体实施方式
随后根据图1来解释2x2配置中的示例性的LED矩阵。从共同的参考电位GND出发，第一电流源I10和第二电流源I20通过开关S10或者S20分别与LED矩阵的行操控器耦合。在此，第一行操控器的开关S10与LED11的负极以及LED12的负极连接。此外，第二行操控器的开关S20与LED21的负极和LED22的负极连接。此外，LED11以及LED21的正极通过第一列操控器的开关S01与供电电位VCC耦合。此外，LED12和LED22的正极通过第二列操控器的开关S02与供电电位VCC耦合。因此，例如在列操控器的开关S01闭合时以及在行操控器的开关S10闭合时得出通过LED11的电流流动。在此，例如在LED11上得出3.4伏特的通流方向上的压降。开关S02和S20在此断开。因此，如在图1中以虚线示出的那样得出由LED21、LED22和LED22构成的相对LED11的并行路径，其中LED21和LED12在通流方向上运行而LED22在截止方向上运行。因此，在LED21和LED12处分别得出大约零伏特的在通流方向上的压降，而在LED22处得出3.4伏特高度的在截止方向上的压降。
为了防止在LED22处施加的截止电压，根据现有技术，已补充偏置装置12，所述偏置装置示例性地在图2中示出。在此，偏置装置12包括由电阻R22A_H和电阻R22A_L的串联电路构成的第一分压器，其中电阻R22A_H与供电电位VCC耦合而电阻R22A_L与参考电位GND耦合。此外，偏置装置包括由电阻R22C_H和电阻R22C_L的串联电路构成的分压器，其中电阻R22C_H与供电电位VCC耦合而电阻R22C_L与参考电位GND耦合。在此，两个电阻R22A_H和R22A_L的连接点被引出到偏置装置12的第一偏置连接端子14上以及电阻R22C_H和电阻R22C_L的连接点被引出到第二偏置连接端子16上。为了更清楚的图示，从现在起示出由列操控器的开关S01、LED11、行操控器的开关S10以及一条线上的两个电位VCC和GND之间的电流源I10构成的串联电路。在此，由LED21、LED22和LED12构成的串联电路与LED11并行地布置，其中LED21和LED12被布置在通流方向上而LED22被布置在截止方向上。LED21的负极的和LED22的负极的连接点在此与第二偏置连接端子16连接，此外LED22的正极与LED12的正极的连接点与第一偏置连接端子14连接。如根据通过M1指明的基尔霍夫网孔定则在示例中这里之前在LED11之上也降落3.4伏特的电压那样，在LED21、LED22和LED12之上总计也必须降落3.4伏特的电压。在所示出的示例中，调整电位，使得在LED22之上得出0.2伏特高度上的小的正向电压或者换句话说-0.2伏特的截止电压。剩余的电压划分到这两个LED21和LED12上，其中在这两个LED21和LED12中的每个之上在通流方向上降落1.8伏特。
在根据图3的根据本发明的改进方案中，在LED22和LED12之间插入附加的半导体二极管D22，所述半导体二极管具有与LED22相同的定向，换言之，不仅LED22而且半导体二极管D22被布置在截止方向上。在此，所述改进方案可以构建在图1和图2中所示出的电路上。在该实施例中，偏置装置12具有两个电压源U22A和U22C，所述电压源与共同的参考电位GND关联并且分别与第一偏置连接端子14或者第二偏置连接端子16耦合。此外，LED21的负极与LED22的负极的连接点通过耦合电阻R22C与第二偏置连接端子16耦合以及LED22的正极与半导体二极管D22的负极的连接点通过耦合电阻R22A与第一偏置连接端子14连接。剩余的元件的布置与图2中的图示一致。通过根据本发明来插入半导体二极管D22而在当前示例中得出如下面所描述的电位分布。在LED21和LED12上分别得出在通流方向上的0.1伏特的压降，此外同样在LED22之上得出通流方向上的0.1伏特的压降或者换言之得出截止方向上的-0.1伏特的压降。在此，半导体二极管D22接收大约3.3伏特的高度上的截止方向上的截止电压的主要部分。这里所描述的电路使用常用的硅二极管、例如标准型号1N4148、与接受截止电压的LED串联。硅二极管可以持久地耐受截止电流并且因此适用于此目的。为了保证没有LED暴露于负电压，给该LED通过合适地确定大小的电路来施加较小的正电压。串联的没有附加的接线的仅仅一个硅二极管由于其较小的截止饱和电流而使LED中的材料蠕变的过程变慢，但是不能完全防止所述过程。因为与LED22串联的半导体二极管D22接收截止电压，电位控制是可能的，使得基尔霍夫电路等式对于M1来说被满足，而LED不会非故意地闪烁。耦合电阻R22A或者R22C也可以被视为为源U22A或者U22C的内阻，或者被添加给该内阻。
图4示出2x2LED矩阵，在所述2x2LED矩阵中将根据本发明的原理应用于矩阵中的每个LED。从图1中所示出的基本配置出发，与每个LED串联地集成附加的半导体二极管，即LED11从现在起通过半导体二极管D11与开关S01耦合，此外，LED12通过半导体二极管D12与开关S02耦合，LED21通过半导体二极管D21与开关S01耦合，而LED22通过半导体二极管D22与开关S02耦合。这里，串联电阻R10或者R20代替图1中的电流源I10或者I20，其中R10和S10已交换位置，S20和R20同样如此。串联电阻R10或者R20因此可以直接分配给LED矩阵，在最简单的情况下，这里仅仅被表示为开关的列驱动器或者行驱动器因此可以在最简单的情况下通过NPN或者PNP晶体管来实现。
在一般情况下，可以在2x2矩阵的每个led处在正极和负极处布置有分压器作为具有内阻的电压源的实现。大小在此取决于所期望的偏压并且取决于LED。在当前实施例中存在于LED11的负极和LED12的负极之间的电连接于是每行需要三个分压器、即总计六个分压器。由此实现最大的灵活性，通过电阻的适配能够将电路适配于不同的正向电压和LED电流。在没有额外耗费的情况下每行可以使用不同的LED。如果也还想要在一行之内操控不同的LED，则这通过插入具有附加接线的另一串联电阻而是可能的。电路通过与行相关的正极偏压在所有状态中工作，这也允许通过脉宽调制（PWM）来变暗。
在一种有利的改进方案中，每行唯一的或者共同的分压器用于LED的正极的连接，所述正极通过耦合电阻被分配给该行。被设计用于相应的行的LED的负极的连接的分压器尤其也可以与在正极侧耦合的分压器组合，由此得出在图4中示出的分压器，所述分压器包括三个电阻R10x、R10y和R10z。在此，R10y在一侧上与LED11和LED12的正极的共同的电位直接耦合，在另一侧上通过耦合电阻R11与LED11的正极耦合，并且此外通过耦合电阻R12与LED12的正极耦合。LED11和LED12的正极与电阻R10y的共同的连接点通过电阻R10z与参考电位GND耦合。电阻R10y、R11和R12的共同的连接点此外通过电阻R10z与供电电压VCC耦合。
第二行的相应的电路装置等效地得出，索引的第一位在这种情况下从1被改变为2，即例如从R10z到R20z或者从LED12到LED22。
因此，偏置装置12在所示出的实施例中包括三个电阻R10x、R10y和R10z，其中R10x和R10y的连接点表示第一偏置连接端子14，以及其中R10y和R10z的连接点表示第二偏置连接端子16。
该布置与LED的电流或者正向电压不相关地实现对正极偏压的调整，并且也与行开关S10或者S20的开关状态不相关。根据图4的实施例仅仅用于解释本发明并且对于本发明来说不是限制性的。行和列的分配尤其是能够相互交换的，电流源或者串联电阻和开关的布置同样如此。此外，相应的LED与其所属的半导体二极管的布置的顺序也可以变化，而不偏离本发明的构思。因此，一行的LED11和LED12例如也可以在正极侧而不是在负极侧相互连接，或者也可以完全不具有直接的相互连接。参考电位GND与正供电电位VCC的交换同样是可能的，其中于是应相应地适配LED和半导体二极管的定向。
根据本发明的电路装置可以在分别仅具有列操控器的和行操控器的主动地操控的开关的单模式中运行，由此LED在确定的时间发光最大。但是也可以规定：电路装置在列模式中运行，其中列操控器的各一个开关主动地被操控并且行操控器的任意多的开关主动地被操控。在使用外部的、能够控制的如在图1至图3中所示出的电流源的情况下，也可以激活列操控器的多个开关，而由此不必将针对LED确定大小的电流分布到多个LED上并且因此降低各个LED的亮度。
因此，根据电路装置和所属的方法示出了如何可以实现对矩阵电路中的LED处的截止电压的避免。
附图标记列表
10、20 LED矩阵
12 偏置装置
14 第一偏置连接端子
16 第二偏置连接端子
D11、D12、D21、D22 半导体二极管
I10、I20 电流源
LED11、LED12、LED21、LED22 LED
R10、R20 串联电阻
R10x、R10y、R10z、R20x、R20y、R20z 分压器电阻
R11、R12、R21、R22、R22A、R22C 耦合电阻
R22A_H、R22A_L、R22C_H、R22C_L 分压器电阻
S01、S02、S03、S04 开关
U22A、U22C 偏置电压源。
Claims (13)
1.用于操控具有m列和n行的矩阵配置中的LED的电路装置，其中矩阵的每个LED（LED11、LED12、LED21、LED22）能够通过激活相应的列驱动器（S01、S02）结合激活相应的行驱动器（S10、S20）来单独地操控，每行分别具有偏置装置（12），所述偏置装置具有
- 第一偏置连接端子（14），其用于与该行的LED中的m个LED（LED11、LED12）的负极的电耦合，和
- 第二偏置连接端子（16），其用于与该行的m个LED（LED11、LED12）的正极的电耦合，
其特征在于，
所述矩阵的每个 LED（LED11、LED12、LED21、LED22）分别通过半导体二极管（D11、D12、D21、D22）与所属的列操控器（S01、S02）的相应的连接端子耦合，其中被分配给相同的列的n个半导体二极管（D11、D21）分别在其电极之一处相互电连接。
2.根据权利要求1所述的电路装置，
其特征在于，
所述相互电连接的电极是所述半导体二极管（D11、D21）的正极。
3.根据前述权利要求之一所述的电路装置，
其特征在于，
每行都提供所述第一偏置连接端子（14）通过至少一个电阻、尤其是通过m个电阻（R11、R12）与所述m个LED（LED11、LED12）的正极的电耦合。
4.根据前述权利要求之一所述的电路装置，
其特征在于，
每行都提供所述第二偏置连接端子（16）通过至少一个电阻、尤其是通过m个电阻与所述m个LED（LED11、LED12）的正极的电耦合。
5.根据前述权利要求之一所述的电路装置，
其特征在于，
在至少一行中，所述偏置装置（12）具有分压器，所述分压器优选地包括至少一个电阻（R10x、R10y、R10z）。
6.根据权利要求5所述的电路装置，
其特征在于，
所述分压器具有二极管、尤其是齐纳二极管。
7.根据前述权利要求之一所述的电路装置，
其特征在于，
通过所述偏置装置（12）分别每行所产生的正极偏压对于n行中的每一行来说都是不同的。
8.根据前述权利要求之一所述的电路装置，
其特征在于，
所述电路装置被设计用于给在运行中未被操控的LED（图3：LED21、LED22、LED12）施加通流方向上的最大0.5V的电压、优选地通流方向上的最大0.2V的电压，来增大闪烁极限的间隔，在所述闪烁极限的情况下出现LED的第一光发射。
9.根据前述权利要求之一所述的电路装置，
其特征在于，
给未被操控LED（图3：LED21、LED22、LED12）施加通流方向上的最小0.0V的电压、优选地通流方向上的最小0.1V的电压，来防止由逆电流引起的对LED的危害。
10.根据前述权利要求之一所述的电路装置，
其特征在于，
所述偏置装置被设计用于针对一行的具有不同的电流或者正向电压的m个LED（LED11、LED12）提供不同的正极偏压。
11.具有根据前述权利要求之一所述的电路装置的显示设备。
12.具有根据权利要求11所述的显示设备的家用设备。
13.用于操控具有m列和n行的矩阵配置中的LED的方法，所述方法具有以下步骤：
- 将偏置装置（12）的第一连接端子（14）与所述矩阵配置中的m个LED（LED11、LED12）的负极耦合，其中所述偏置装置和所述m个LED分别被分配给相同的行，以及
- 将被分配给该行的偏置装置（12）的第二连接端子（16）与该行中的m个LED（LED11、LED12）的正极耦合，
其特征在于另外的步骤：
- 分别提供半导体二极管（D11、D12、D21、D22），所述半导体二极管用于将所述矩阵的每个LED（LED11、LED12、LED21、LED22）与列操控器（S01、S02）的所属的连接端子耦合，其中被分配给相同的列的n个半导体二极管分别在其电极之一处相互电连接。
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