ES2870134T3 - Mejoras dentro y relacionadas con los conductores - Google Patents

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Thomas Cronin
Gary Chambers
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Abstract

Un circuito de excitación (1) para una pantalla LED para conmutar un diodo emisor de luz (LED) entre un estado no luminoso y un estado luminoso para producir luz para una pantalla, el circuito de excitación comprende: un LED (2); un controlador de corriente de excitación (10) dispuesto para abrir y cerrar selectivamente una trayectoria de flujo de corriente de excitación a través del LED para conmutar de esta manera selectivamente el LED entre un estado no luminoso y un estado luminoso caracterizado porque dicho circuito de excitación comprende además un monitor de corriente (11) dispuesto para monitorear una corriente que fluye a través de la trayectoria de flujo de corriente de excitación para detectar la conmutación de la trayectoria de flujo de corriente de excitación entre abierta y cerrada, y para generar una señal de demanda de carga que representa la conmutación de la trayectoria de flujo de corriente de excitación; una unidad de inyector de carga (13) para introducir carga en el LED para almacenar dicha carga dentro del LED a través de la capacitancia de unión del mismo; una unidad de control de inyección de carga (12) dispuesta para controlar la unidad de inyector de carga para introducir dicha carga en la señal de demanda de carga que representa la apertura de la trayectoria de flujo de corriente de excitación.

Description

DESCRIPCIÓN
Mejoras dentro y relacionadas con los conductores
Campo de la invención
La presente invención se refiere a controladores para dispositivos semiconductores emisores de luz, tales como diodos emisores de luz (LED). En particular, aunque no exclusivamente, la invención se refiere a controladores para LED en un sistema de visualización, tal como un panel de visualización o un proyector.
Antecedentes
El documento US 2007/120778 se refiere a un procedimiento y aparato para controlar un panel de visualización. La iluminación secuencial de colores de los paneles de visualización y los proyectores puede utilizar LED como fuente de luz portadora de imagen. Las imágenes se forman mediante el uso de pulsos cortos de luz modelada a partir de un patrón seleccionado de LED dentro de una matriz de LED en un panel de visualización. Para mostrar una imagen en color, la matriz de LED debe controlarse para generar el patrón deseado repetidamente en una secuencia rápida de pulsos cortos. Esto permite que el panel de visualización muestre el patrón deseado en cada uno de los tres valores de los componentes de color (por ejemplo, Rojo, Verde y azul). El efecto de la pantalla secuencial, que habla visualmente, es mostrar el patrón deseado a todo color. Por supuesto, el patrón deseado puede ser una imagen fija o puede corresponder a un cuadro de una imagen en movimiento.
Para lograr una imagen de alta calidad, la salida de luz de los LED idealmente debería ser uniforme a lo largo del tiempo cuando el LED está en el estado "encendido". Lo ideal es que los LED estén bien sincronizados con la conmutación del panel de visualización de manera que cada LED cambie entre los estados "encendido" y "apagado" rápidamente, sin demora significativa.
El logro de estas propiedades deseables se vuelve problemático por la capacitancia de unión inherente de un LED que se convierte en un sumidero de corriente parásito significativo cuando un LED se activa a niveles de luminancia bajos y, por lo tanto, a niveles de corriente bajos. El efecto es hacer que la salida de luminancia del LED se desvíe en el tiempo durante el funcionamiento del LED. En particular, idealmente, el perfil de luminancia de un pulso de salida de luz por un LED en una pantalla secuencial, debería ser sustancialmente cuadrado como se muestra en la Figura 1. Esto es difícil de lograr en la práctica debido a la capacitancia de unión del LED, que puede modelarse como un diodo ideal y un capacitor parásito conectados en paralelo a través del diodo ideal, como se muestra esquemáticamente en la Figura 2.
Cuando se ingresa un pulso cuadrado de corriente al LED, el capacitor parásito toma parte de la corriente de entrada durante el encendido inicial del pulso de corriente de entrada y comienza a cargarse. Esto aleja la corriente de los procesos de emisión de luz dentro del LED que dependen del flujo de corriente y, al hacerlo, se reduce la tasa de aumento en la salida de luz del LED. En particular, un aumento brusco/rápido de la salida luminosa se suprime mediante la desviación de corriente al capacitor parásito de carga. Por el contrario, cuando termina el pulso de corriente de conducción y la corriente de entrada cae a cero, el capacitor parásito comienza a descargarse y, por lo tanto, mantiene una corriente, aunque sea una corriente descendente, a través del LED. Esta corriente de descarga mantiene una salida luminosa del LED cuando no se desea. El resultado es que una caída brusca/rápida en la salida luminosa se suprime por el suministro de corriente desde el capacitor parásito de descarga. Un ejemplo esquemático de esto se ilustra en los diagramas de tiempo de luminosidad y corriente de la Figura 3.
Por ejemplo, la capacitancia de unión parásita en los LED puede ser del orden de nanofaradios (por ejemplo, C=4 nFs). La tensión umbral para un LED de alta potencia puede ser del orden de unos pocos voltios (por ejemplo, V=3 voltios). Si dicho LED se activa con una corriente de I=1 mA, desde un potencial de tensión inicial de cero voltios en el estado "apagado", entonces el tiempo (t) requerido para alcanzar la tensión umbral de 3 V sería (t=CV/I) unos 12 microsegundos. Esto es inaceptable en sistemas de visualización que requieren tiempos de estabilización de luminancia de aproximadamente 1 microsegundo.
La invención tiene como objetivo proporcionar un controlador mejorado para un LED para su uso en un sistema de visualización. En particular, la invención se refiere a un circuito de excitación de acuerdo con la reivindicación 1 y a un procedimiento para excitar un diodo emisor de luz de acuerdo con la reivindicación 10. Los aspectos adicionales de la invención se establecen en las reivindicaciones dependientes.
Sumario de la invención
En un primer de sus aspectos, la invención puede proporcionar un circuito de excitación para una pantalla LED para conmutar un diodo emisor de luz (LED) entre un estado no luminoso y un estado luminoso para producir luz para una pantalla, el circuito de excitación que comprende: un LED; un controlador de corriente de excitación dispuesto para abrir y cerrar selectivamente una trayectoria de flujo de corriente de excitación a través del LED para conmutar de esta manera selectivamente el LED entre un estado no luminoso y un estado luminoso; una unidad de inyector de carga para introducir carga en el LED para almacenar dicha carga dentro del LED a través de la capacitancia de unión del mismo; una unidad de control dispuesta para controlar la unidad de inyector de carga para introducir dicha carga en el LED simultáneamente con la apertura de la trayectoria de flujo de corriente de excitación.
El controlador de corriente de excitación se dispone preferentemente para conectar y desconectar eléctricamente de forma selectiva el cátodo o el ánodo del LED a una fuente de tensión de excitación para formar reversiblemente la trayectoria de flujo de corriente. El cátodo y el ánodo pueden conectarse selectivamente a diferentes potenciales eléctricos.
La unidad de inyector de carga puede conectarse eléctricamente al cátodo del LED.
La unidad de inyector de carga puede disponerse para hacer que una corriente eléctrica de tamaño predeterminado fluya hacia el lEd durante un intervalo de tiempo de duración predeterminada para de esta manera introducir al LED una cantidad predeterminada de carga eléctrica de acuerdo con el producto de dicho tamaño y dicha duración. La duración es preferentemente menos de 1 (un) microsegundo, o con mayor preferencia menos de 900 ns, o aún con mayor preferencia menos de 800 ns, o incluso con mayor preferencia menos de 700 ns, o aún con mayor preferencia menos de 600 ns, tal como aproximadamente 500 ns o menos.
La unidad de inyector de carga puede disponerse para introducir en el LED una cantidad predeterminada de carga eléctrica de acuerdo con el valor determinado por el producto del valor de la tensión umbral directo del LED y el valor de la capacitancia de unión del mismo. De manera más general, cuando el LED tiene una tensión subumbral distinto de cero a través de él, entonces la cantidad de carga a inyectar puede determinarse de acuerdo con el producto del valor de: la diferencia entre la tensión umbral directo del LED y la tensión subumbral y el valor de su capacitancia de unión. Preferentemente, el controlador puede disponerse para implementar o controlar los siguientes pasos en el cálculo del valor de la capacitancia de unión (C) del LED con el fin de calcular el valor apropiado de carga para inyectar en él, como sigue:
(1) Descargue cualquier carga almacenada existente en la capacitancia de unión (C) del LED;
(2) Extraiga una corriente sustancialmente constante (/) del LED para comenzar a recargar la capacitancia de unión;
(3) Determine el cambio (dV) de la tensión a través del LED que ocurre en un intervalo de tiempo dado (dt) a medida que se recarga la capacitancia de unión;
(4) Determine el valor de la capacitancia de unión como: C=I(dt/dV).
La unidad de control puede disponerse para determinar (por ejemplo, calcular) un intervalo de tiempo definido como: At=C(Vn-Vpc)lInyectar. Aquí, Vn es la tensión umbral directo del LED y Vpc es cualquier tensión preexistente ('precarga') a través del LED que puede estar preestablecido en un valor subumbral distinto de cero. Preferentemente, la unidad de control puede disponerse para determinar (por ejemplo, calcular) el intervalo de tiempo At y emitir una señal de control a la unidad de inyector de carga para implementar la inyección de carga en consecuencia. Por lo tanto, la unidad de control puede controlar la unidad de inyector de carga para inyectar en el LED una corriente sustancialmente fija (Inyectar) durante un período igual al intervalo de tiempo para recargar la capacitancia de unión del LED.
El circuito de excitación puede comprender un transistor conectado eléctricamente en serie al LED sobre dicha trayectoria de flujo de corriente, en el que el controlador de corriente de excitación se dispone para controlar la conductividad del transistor para abrir y cerrar la trayectoria de flujo de corriente de excitación de forma selectiva. El controlador de corriente de excitación puede disponerse para controlar la conductividad del transistor y mantener una corriente de excitación sustancialmente constante en la trayectoria de flujo de corriente de excitación cuando está abierto.
El circuito de excitación puede incluir una unidad de monitoreo de corriente dispuesta para monitorear el valor de la corriente eléctrica que fluye a lo largo de la trayectoria de flujo de corriente de excitación y enviar al controlador de corriente de excitación una señal de monitoreo de corriente indicativa de la misma, en el que el controlador de corriente de excitación responde a la señal de monitoreo de corriente para controlar la conductividad del transistor a fin de mantener dicha corriente de excitación sustancialmente constante.
El circuito de excitación puede incluir una unidad de control de tensión dispuesta para aplicar una tensión directa subumbral predeterminado al LED que es menor que la tensión umbral del LED, en el que la unidad de control se dispone para controlar la unidad de control de tensión para aplicar dicha tensión directa por debajo del umbral al LED simultáneamente con el cierre de la trayectoria de flujo de corriente de excitación.
La invención, en un segundo aspecto, puede proporcionar una pantalla que comprenda un circuito de excitación como se describió anteriormente.
En un tercer aspecto, la invención puede proporcionar un procedimiento para excitar un diodo emisor de luz (LED) para que cambie entre un estado no luminoso y un estado luminoso para producir luz para una pantalla, que comprende el procedimiento: proporcionar un LED; abrir y cerrar selectivamente una trayectoria de flujo de corriente de excitación a través del LED que conmuta de esta manera selectivamente el LED entre un estado no luminoso y un estado luminoso; introducir carga en el LED para almacenar dicha carga dentro del LED a través de la capacitancia de unión del mismo; controlar la unidad de inyector de carga para introducir dicha carga en el LED simultáneamente con la apertura de la trayectoria de flujo de corriente de excitación.
El procedimiento puede incluir conectar y desconectar eléctricamente de forma selectiva el cátodo o ánodo del LED a una fuente de tensión de activación para formar reversiblemente la trayectoria de flujo de corriente. El cátodo y el ánodo pueden conectarse selectivamente a diferentes potenciales eléctricos respectivos.
La carga puede introducirse en el cátodo del LED.
El procedimiento puede incluir hacer que una corriente eléctrica de tamaño predeterminado fluya hacia el LED durante un intervalo de tiempo de duración predeterminada para de esta manera introducir en el LED una cantidad predeterminada de carga eléctrica de acuerdo con el producto de dicho tamaño y dicha duración.
La duración es preferentemente menor que 1 (un) microsegundo.
El procedimiento puede incluir introducir en el LED una cantidad predeterminada de carga eléctrica de acuerdo con el valor del producto del valor de la tensión umbral directa del LED y el valor de la capacitancia de unión del mismo. De manera más general, cuando el LED tiene una tensión subumbral distinto de cero a través de él, entonces el procedimiento puede incluir determinar la cantidad de carga que se inyectará de acuerdo con el producto del valor de: la diferencia entre la tensión umbral directa del LED y la tensión subumbral y el valor de su capacitancia de unión. El procedimiento puede incluir calcular el valor de la capacitancia de unión (C) del LED con el fin de calcular el valor apropiado de carga para inyectar en él, de la siguiente manera:
(1) Descargar cualquier carga almacenada existente en la capacitancia de unión (C) del LED;
(2) Extraer una corriente sustancialmente constante (/) del LED para comenzar a recargar la capacitancia de unión;
(3) Determinación del cambio (dV) de la tensión a través del LED que ocurre en un intervalo de tiempo dado (dt) a medida que se recarga la capacitancia de unión;
(4) Determinar el valor de la capacitancia de unión como: C=I(dt/dV).
El procedimiento puede incluir la determinación de un intervalo de tiempo definido como: ñt=C(VTh-Vpc)/Inyectar. Aquí, VTh es la tensión umbral directo del LED y Vpc es cualquier tensión preexistente ('precarga') a través del LED que puede estar preestablecido en un valor subumbral distinto de cero. El procedimiento puede incluir inyectar en el LED una corriente sustancialmente fija (Inyectar) durante un período igual al intervalo de tiempo para recargar la capacitancia de unión del LED.
El procedimiento puede incluir proporcionar un transistor conectado eléctricamente en serie al LED sobre dicha trayectoria de flujo de corriente, en el que el procedimiento incluye controlar la conductividad del transistor para abrir y cerrar la trayectoria de flujo de corriente de excitación de forma selectiva.
El procedimiento puede incluir controlar la conductividad del transistor para mantener una corriente de excitación sustancialmente constante en la trayectoria de flujo de corriente de excitación cuando está abierto.
El procedimiento puede incluir monitorizar el valor de la corriente eléctrica que fluye a lo largo de la trayectoria de flujo de corriente de excitación y controlar la conductividad del transistor para mantener dicha corriente de excitación sustancialmente constante.
El procedimiento puede incluir aplicar una tensión directa subumbral predeterminada al LED que es menor que la tensión umbral del mismo, y aplicar dicha tensión directa subumbral al LED simultáneamente con el cierre de la trayectoria de flujo de corriente de excitación.
Breve descripción de las figuras
La Figura 1 ilustra esquemáticamente un gráfico que muestra la salida luminosa idealizada de un LED a medida que pasa de un estado "apagado" a un estado "encendido" y de vuelta a "apagado";
La Figura 2 ilustra esquemáticamente la capacitancia de unión de un LED en términos de su componente de circuito equivalente;
La Figura 3 ilustra esquemáticamente un gráfico que muestra el desarrollo temporal de una entrada de corriente de excitación a un LED y la salida luminosa resultante del LED que tiene una capacitancia de unión, a medida que pasa de un estado "apagado" a un estado "encendido" y vuelve a "apagado";
La Figura 4 ilustra un circuito de excitación para un LED de acuerdo con una realización de la invención;
La Figura 5 ilustra esquemáticamente un gráfico que muestra el desarrollo temporal de una entrada de corriente de excitación a un LED y la salida luminosa resultante del LED que tiene una capacitancia de unión, a medida que pasa de un estado "apagado" a un estado "encendido" y vuelve a "apagado", cuando se acciona de acuerdo con un circuito de activación de una realización de la invención;
La Figura 6 ilustra un circuito de excitación para un LED de acuerdo con una realización de la invención.
Descripción detallada
En los dibujos, los elementos similares se asignan como símbolos de referencia.
Con referencia a la Figura 4, un circuito de excitación 1, para excitar un LED en una pantalla, se dispone para cambiar el LED entre un estado no luminoso (apagado) y un estado luminoso (encendido). El circuito de excitación incluye un LED 2 que posee una capacitancia de unión representada en la Figura 1 por un componente de circuito equivalente al capacitor 3, que se conecta eléctricamente en paralelo tanto al ánodo como al cátodo del LED.
El ánodo del LED se conecta a una fuente de tensión de suministro 5 (a tensión V, relativo a tierra) a través de un transistor de conmutación 4 (un FET en este caso) que abre y cierra (conecta y desconecta) de manera controlable la comunicación eléctrica entre el cátodo del LED y la fuente de tensión de alimentación 5. El terminal de compuerta del transistor se conecta eléctricamente a una unidad de control de tensión LED 6, y los terminales de drenaje y fuente del transistor se conectan eléctricamente a la fuente de tensión de suministro 5 y al ánodo del LED, respectivamente. La unidad de control de tensión 6 se dispone para controlar la conductividad del transistor de conmutación 4 de acuerdo con una tensión de control aplicado por él al terminal de la compuerta para conectar/desconectar eléctricamente el ánodo del LED a la fuente de tensión de suministro 5.
De manera similar, el cátodo del LED se conecta a un transistor de control de corriente 8 (un FET en este caso) conectado en serie con una resistencia de detección de corriente 9 a lo largo de una trayectoria de flujo de corriente que termina en un terminal conectado a tierra eléctricamente 7 (0 voltios). Los terminales de drenaje y fuente del transistor de control de corriente se conectan al cátodo del LED y a la resistencia de detección de corriente 9, respectivamente. La compuerta del transistor se conecta a una unidad de control de corriente de accionamiento 10 que se dispone para aplicar una tensión al terminal de la compuerta que está por debajo de la tensión umbral del transistor 8 para operar el transistor en el régimen lineal/óhmico mediante el cual la conductividad (corriente de drenaje) del transistor es variable de acuerdo con la caída de tensión de drenaje a fuente a través del transistor (es decir, en la manera de una resistencia variable).
Cuando se controla por la unidad de control de corriente de excitación para que sea conductor, el transistor de control de corriente 8 permite que la corriente fluya desde el cátodo del LED 2 a lo largo de la trayectoria de flujo de corriente hasta el terminal conectado a tierra 7 a través de la resistencia de detección de corriente 9. Al hacerlo, se cae una tensión a través de la resistencia de detección de corriente y esta tensión se detecta por una unidad de monitoreo de corriente 11 que comprende un monitor de tensión, tal como el que está fácilmente disponible en la técnica, para este propósito. El valor de la señal de tensión detectada (Vdetectado) se convierte por el monitor de corriente 11 en un valor de señal de corriente detectado (Idetectado) en virtud de la ley de Ohm (Idetectado = Vdetectado/R) de acuerdo con el valor (R) de la resistencia de la resistencia de detección 9. De esta manera, el monitor de corriente es capaz de detectar simplemente la ausencia de cualquier flujo de corriente cuando el LED está "apagado", y también de proporcionar un valor de cualquier corriente de excitación presente en la trayectoria de flujo de corriente cuando el LED está "encendido".
Cuando el monitor de corriente detecta una transición del estado "apagado" (es decir, no se detecta corriente) al estado "encendido" (es decir, corriente de excitación detectada) emite una señal de "demanda de carga" 21 a una unidad de control 12 conectada operativamente a él. Además, el valor de la corriente detectada se envía como una señal de "realimentación de corriente" 20 a la unidad de control de la corriente de excitación 10 por la unidad de monitoreo de corriente 11. La unidad de control de corriente de accionamiento se dispone para comparar el valor de corriente detectado recibido con un valor de corriente de "punto de ajuste" (Isp) y variar el valor de la tensión aplicado a la compuerta del transistor de control de corriente 8 para aumentar o disminuir la conductividad del transistor según sea necesario para hacer que el valor de la corriente detectada se acerque al valor de la corriente del punto de ajuste. Por tanto, se forma un bucle de retroalimentación que permite que la corriente que fluye a través de la trayectoria de flujo de corriente se mantenga en un valor constante deseado.
La unidad de control 12 se dispone para responder a una señal de "demanda de carga" 21 del monitor de corriente mediante la emisión de una señal de inyección de carga 16 a una unidad de inyección de carga 13, a través de un bus de señales de control 44. La unidad de inyector de carga responde a la señal de inyección de carga para introducir una cantidad controlada de carga eléctrica en el LED para cargar la capacitancia de unión 3 del LED. Para lograr esto, la unidad de inyección de carga se conecta eléctricamente al cátodo del LED directamente (es decir, independientemente del transistor de control de corriente 8) a través de una trayectoria de inyección de carga 15. La unidad de inyector de carga 13 descrita aquí es la misma que la unidad de inyector de carga 13 ilustrada con más detalle con referencia a la Figura 16 a continuación. Comprende una fuente de corriente 45 (véase la Figura 6) que se puede conectar de forma controlable al cátodo del LED a través de la trayectoria de inyección de carga mediante un interruptor de alta velocidad 46. El conmutador de alta velocidad responde a la señal de inyección de carga 16 para cambiar de un estado abierto a un estado cerrado para colocar así la fuente de corriente en conexión eléctrica con el cátodo del LED para permitir que la carga fluya desde el primero al último.
La consecuencia de la inyección de dicha carga en el instante en que se detecta una corriente de excitación es que el valor de la corriente de excitación se incrementa un poco inicialmente en una cantidad suficiente para compensar las pérdidas de corriente que de otro modo se producirían debido a la carga de la capacitancia de unión del LED en las fases iniciales del "encendido" del LED. Este aumento de corriente se muestra esquemáticamente como pico de corriente adicional 30 en la Figura 5, y la luminosidad consecuente del LED es sustancialmente constante en y después del "encendido". La corriente de excitación se mantiene a un valor sustancialmente constante posteriormente, durante el período luminoso del LED, mediante la acción del bucle de retroalimentación de corriente (señal 20) descrito anteriormente.
La cantidad de carga inyectada en el cátodo del LED se controla mediante el control de la fuente de corriente (elemento 45; Figura 6) para proporcionar una corriente sustancialmente constante durante el intervalo de tiempo (At) que se conecta eléctricamente al cátodo del LED por el interruptor de alta velocidad 46. Esto hace que una corriente eléctrica de tamaño predeterminado fluya hacia el LED durante un intervalo de tiempo (At) de duración predeterminada para de esta manera introducir al LED una cantidad predeterminada de carga eléctrica (Q) de acuerdo con el producto de la corriente (Inyectar) y la duración de tiempo (At) que fluye. La duración es preferentemente menor que 1 (un) microsegundo, tal como aproximadamente 500 ns.
La cantidad de carga eléctrica a inyectar puede determinarse de acuerdo con el producto del valor de la tensión umbral directo del LED, que se conoce, y el valor de su capacitancia de unión. De manera más general, cuando el LED tiene una tensión subumbral distinto de cero a través de él (lo que puede ser ventajoso, como se describe en la presente memoria), entonces la cantidad de carga a inyectar puede determinarse de acuerdo con el producto del valor de: la diferencia entre la tensión umbral directa del LED y la tensión subumbral, que se conoce, y el valor de su capacitancia de unión. En particular, se encuentra que los siguientes pasos son efectivos para calcular activa y contemporáneamente el valor de la capacitancia de unión (C) del LED para calcular el valor apropiado de carga para inyectarlo en la carga completa cuando el LED se enciende, y para generar una señal de control a la unidad del inyector de carga para implementar eso. El procedimiento es como sigue:
(1) Descargue cualquier carga almacenada existente en la capacitancia de unión (C) del LED. Esto se puede hacer mediante el arreglo temporal que no se caiga ningún potencial eléctrico a través del LED. Por ejemplo, el interruptor 43 dentro de la unidad de precarga 17 (Figura 4, Figura 6) puede conmutarse al estado "cerrado" para conectar la fuente de tensión 19 (V voltios) al cátodo del LED. Esto hace que la diferencia de potencial entre los electrodos LED sea cero. El interruptor 43 dentro de la unidad de precarga 17 (Figura 4, Figura 6) puede cambiarse entonces al estado "abierto" para desconectar la fuente de tensión 19 (V voltios) del cátodo del LED. Esto asegura que la diferencia de potencial a través del LED sea sustancialmente de 0 (cero) voltios. Al abrir el interruptor (43) flota el cátodo del LED para que no mantenga ninguna diferencia de potencial a través del LED. Por lo tanto, después de abrir el interruptor, el cátodo seguirá el nivel de tensión de la fuente de tensión 19. El paso (a continuación) de monitorear un cambio de tensión (dv), y consecuentemente este es una tensión descendente. La unidad de control 12 se dispone para implementar cada una de estas operaciones de conmutación a través de las respectivas señales de control enviadas a través del bus de señales de control 44; luego,
(2) Dibuje una corriente sustancialmente constante (/) del LED para comenzar a recargar la capacitancia de unión. Esto se hace preferentemente después de que se haya vuelto a aplicar una tensión subumbral distinto de cero a través del LED. La constancia de la corriente puede controlarse mediante la unidad de control de corriente 10 de la manera descrita anteriormente. La unidad de control de corriente se dispone para ser controlada por la unidad de control 12 a este respecto a través de la línea de señal de control "Demanda de corriente";
(3) Mide el cambio (por ejemplo, caída) de la tensión (dV) durante un período de tiempo (dt) a través del LED a medida que se carga la capacitancia de unión. Esta tensión puede monitorearse por la unidad de monitoreo de tensión del cátodo 40 que se dispone para monitorear la tensión en el cátodo del LED y para introducir el resultado a la unidad de control 12. La unidad de control o un monitor de tensión del cátodo 40 pueden disponerse para determinar o calcular el valor del cambio de tensión medido (dV) que ocurre después de un intervalo de tiempo dado (dt);
(4) Calcule el valor de la capacitancia de unión como: C=I(dt/dV). Este cálculo puede realizarse por la unidad de control 12. El cálculo puede hacerse simplemente mediante el cálculo de la relación del cambio de tensión medido (por ejemplo, caída) (dV) que ocurre después de un intervalo de tiempo dt, y multiplicar el resultado con el valor actual medido (/). Por ejemplo, un l = 100 jA de corriente aplicada sobre dt = 100 js de tiempo durante el cual un dV = 1 V cambio de tensión que ocurre en el cátodo del LED, corresponde a una capacitancia de unión de 100x100x10-12/1 = 10 nF;
(5) Inyecte en el LED una corriente sustancialmente fija (Inyectar) por un intervalo de tiempo definido como: At=C(Vn-Vpc)lInyectar, para cargar completamente la fuente de capacitancia de unión del LED. Aquí, Vn es la tensión umbral directo del LED y Vpc es cualquier tensión preexistente ('precarga') a través del LED que puede estar preestablecido en un valor subumbral distinto de cero. La unidad de control de corriente 10 puede disponerse preferentemente para calcular el intervalo de tiempo At y emitir una señal de control 16 a la unidad de inyector de carga 13 (Figura 4; Figura 6 con más detalle) para implementar la inyección de carga mediante el cierre del interruptor de alta velocidad 46 durante un intervalo de tiempo At de ese modo conectar la fuente de corriente constante 45 al cátodo del LED para inyectar carga en la capacitancia de unión en consecuencia. Cuando se menciona solo la tensión en el cátodo en el presente ejemplo, la tensión disminuye preferentemente de valor. Sin embargo, cuando se menciona la tensión a través del LED, la tensión aumenta de valor preferentemente. De esta manera, mediante el aumento lineal ("rampa") con el tiempo la tensión a través del LED, una capacitancia de unión fija producirá una corriente constante extraída del LED. Por lo tanto, mediante la medición de la corriente extraída del LED mientras aumenta la tensión que se le aplica, se encuentra que se puede determinar la capacitancia sobre la tensión de polarización a través del LED y determinar la cantidad de carga requerida para inyectar en el LED por el inyector de carga 13. La tensión en rampa linealmente aplicada a través del LED se limita preferentemente por debajo de la tensión umbral del LED para garantizar que el LED permanezca no conductor de modo que sustancialmente toda la corriente que se extrae del LED se extraiga de la capacitancia de unión dentro de él. Esto se debe a que la carga se descarga de la capacitancia de unión del LED y genera una corriente como resultado. El resultado de esta aplicación cuidadosamente medida de un aumento de corriente al LED se muestra esquemáticamente como el pico de corriente adicional 30 en la Figura 5, y la luminosidad consecuente del LED es sustancialmente constante en y después del "encendido" del LED. En la Figura 5, el final del pulso actual tiene una caída 31. Esto se debe a que la corriente se descarga de la capacitancia de unión del LED. Para lograr una transición rápida en la luminosidad de salida del LED del estado "encendido" al estado "apagado", una unidad de dirección de carga 17 se conecta eléctricamente al cátodo del LED directamente (es decir, no a través del transistor de control de corriente 8). La unidad de dirección de carga se dispone para aplicar una tensión al cátodo del LED que es suficiente para reducir la diferencia de potencial entre el cátodo y el ánodo del LED para que esté por debajo de la tensión umbral del LED. En consecuencia, el LED responde volviéndose no luminoso y permite que se descargue rápidamente como se muestra en la Figura 5 (elemento 31).
La tensión aplicada por la unidad de dirección de carga puede ser igual en valor a la tensión (V) suministrada por la fuente de tensión 5 conectada al ánodo del LED. Cuando se aplica al cátodo de LED por la unidad de dirección de carga 17, la diferencia de potencial a través del LED se vuelve sustancialmente cero y el LED no es luminoso. Esto puede implementar el paso (1) de la metodología de inyección de corriente de precarga descrita anteriormente. Alternativamente, o posteriormente, la tensión aplicada al cátodo del LED por la unidad 17 de dirección de carga puede ser menor que el valor (V) de la tensión de fuente 5 aplicado al ánodo del LED, pero lo suficientemente grande como para que la diferencia de potencial entre los electrodos LED está por debajo de la tensión umbral del LED. Esto también puede formar parte del paso (2) de la metodología de inyección de corriente de precarga descrita anteriormente.
Por ejemplo, como se muestra en la Figura 4 y con más detalle en la Figura 6, la unidad de dirección de carga 17 puede comprender un interruptor de transistor 43, tal como un FET, cuyos terminales de fuente y drenaje se conectan eléctricamente a un suministro de tensión 19 (tensión V) y al cátodo LED, respectivamente. El terminal de compuerta del conmutador 43 se conecta a la línea de bus de señales 44 para recibir señales de control de la unidad de control 12. La unidad de control puede estar dispuesta para suministrar señales de control al conmutador 43 para operar el transistor en el régimen óhmico, mediante la proporción de una señal de tensión variable al cátodo del LED. Alternativamente, como se muestra en la Figura 6, la unidad de dirección de carga 17 puede comprender un capacitor de precarga 49 conectado al cátodo LED a través de un interruptor de alta velocidad 47 operable para abrir/cerrar en respuesta a una señal de control de carga 22 de la unidad de control 12, a través de la línea del bus de señales 44. El cierre del interruptor de alta velocidad 47 aplica al cátodo del LED la tensión almacenada en el capacitor de precarga 49.
Al cambiar el transistor 43 de la unidad de dirección de carga 17 a un estado conductor, se puede eliminar cualquier diferencia de potencial a través del LED, o al cambiar el interruptor de alta velocidad 47 para conectar el capacitor de precarga 49 al cátodo del LED, uno puede cambiar la diferencia de potencial a través del LED a un estado precargado.
Durante la fase de "apagado" del LED, se mantiene en una tensión distinta de cero (subumbral) que mantiene el LED en el estado subluminoso pero que es una tensión finita. Esta tensión finita es típicamente de aproximadamente 1 (un) voltio en valor. Esto significa que el FET se mantiene en un estado "listo para funcionar' que no es luminoso, por lo que está efectivamente "apagado" pero está cerca de la tensión umbral requerido para lograr el estado luminoso "encendido". En consecuencia, no se requiere que la tensión a través del LED varíe tanto como desde cero voltios hasta la tensión umbral para pasar del estado no luminoso al estado luminoso. Esto ayuda a lograr un tiempo de encendido rápido.
Esto se logra mediante la unidad de dirección de carga 17 que comprende una fuente de tensión conectada al capacitor de precarga 49 para precargar el capacitor a una tensión deseada. La unidad de conmutación de alta velocidad 47 se dispone para conectar/desconectar de manera controlable el capacitor de precarga al cátodo del LED para lograr una diferencia de potencial subumbral deseado entre el ánodo y el cátodo del LED cuando está en el estado "apagado" no conductor, no luminoso. La unidad de dirección de carga se dispone para realizar esta conmutación y aplicación de tensión, en respuesta a una señal de control de tensión 22 de la unidad de control 12 que se emite a través del bus de señales de control 44 cuando el LED debe mantenerse en el estado "apagado" subluminoso. La unidad de dirección de carga responde a una señal de control de la unidad de control para abrir el interruptor de alta velocidad 47 en el mismo para desconectar el capacitor de precarga 49 del cátodo del LED cuando el LED debe entrar en el estado luminoso "encendido".
Con este fin, la unidad de control 12 se dispone para emitir una señal (22) para abrir el interruptor en la unidad de dirección de carga de manera sustancialmente simultánea con una señal de control para cerrar el interruptor de alta velocidad 46 en la unidad de inyector de carga 13, de manera que la inyección de carga en el LED puede ocurrir cuando la tensión de precarga aplicada al LED por el capacitor de precarga 49, se reemplaza por la tensión de tierra (0v) _tensión 7 para aumentar la diferencia de potencial entre el cátodo y el ánodo del LED a niveles por encima del umbral. Se proporciona una fuente de tensión variable de precarga 48 dentro de la unidad de dirección de precarga/carga 17 que está en comunicación eléctrica con el capacitor de precarga 49 a través de una unidad amplificadora de retroalimentación estabilizadora (50, 51). La tensión suministrada por la fuente de tensión variable de precarga se controla por la unidad de control 12 a través de señales de control emitidas a la fuente de tensión variable de precarga 48 a lo largo del bus de señales de control 44 que conecta los dos.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un circuito de excitación (1) para una pantalla LED para conmutar un diodo emisor de luz (LED) entre un estado no luminoso y un estado luminoso para producir luz para una pantalla,
el circuito de excitación comprende:
un LED (2);
un controlador de corriente de excitación (10) dispuesto para abrir y cerrar selectivamente una trayectoria de flujo de corriente de excitación a través del LED para conmutar de esta manera selectivamente el LED entre un estado no luminoso y un estado luminoso caracterizado porque dicho circuito de excitación comprende además
un monitor de corriente (11) dispuesto para monitorear una corriente que fluye a través de la trayectoria de flujo de corriente de excitación para detectar la conmutación de la trayectoria de flujo de corriente de excitación entre abierta y cerrada, y para generar una señal de demanda de carga que representa la conmutación de la trayectoria de flujo de corriente de excitación;
una unidad de inyector de carga (13) para introducir carga en el LED para almacenar dicha carga dentro del LED a través de la capacitancia de unión del mismo;
una unidad de control de inyección de carga (12) dispuesta para controlar la unidad de inyector de carga para introducir dicha carga en la señal de demanda de carga que representa la apertura de la trayectoria de flujo de corriente de excitación.
2. Un circuito de excitación de acuerdo con cualquier reivindicación anterior que comprende un transistor de conmutación (4) y en el que el controlador de corriente de excitación incluye un controlador de tensión (6) dispuesto para controlar el transistor de conmutación para conectar y desconectar eléctricamente de manera selectiva el LED a una fuente de tensión de excitación.
3. Un circuito de excitación de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que la unidad de inyector de carga se dispone para hacer que una corriente eléctrica de tamaño predeterminado fluya hacia el LED durante un intervalo de tiempo de duración predeterminada para de esta manera introducir en el LED una cantidad predeterminada de carga eléctrica de acuerdo con el producto de dicho tamaño y dicha duración.
4. Un circuito de excitación de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que la unidad de inyector de carga se dispone para introducir en el LED una cantidad predeterminada de carga eléctrica de acuerdo con el valor determinado por el producto del valor de la tensión umbral directa del LED y el valor de la capacitancia de unión del mismo.
5. Un circuito de excitación de acuerdo con cualquier reivindicación anterior que comprende un transistor de control de corriente (8) conectado eléctricamente en serie al LED en dicha trayectoria de flujo de corriente en el que el controlador de corriente de excitación se dispone para controlar la conductividad del transistor de control de corriente para permitir la corriente a lo largo de la trayectoria de flujo de corriente de excitación.
6. Un circuito de excitación de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el controlador de corriente de excitación se dispone para controlar la conductividad del transistor para mantener una corriente de excitación sustancialmente constante en la trayectoria de flujo de corriente de excitación cuando el transistor de control de corriente es conductor.
7. Un circuito de excitación de acuerdo con la reivindicación 6 que incluye una unidad de monitoreo de corriente dispuesta para monitorear el valor de la corriente eléctrica que fluye a lo largo de la trayectoria de flujo de corriente de excitación y para enviar al controlador de corriente de excitación una señal de monitoreo de corriente indicativa de la misma, en el que el controlador de corriente de excitación responde a la señal de monitoreo de corriente para controlar la conductividad del transistor de control de corriente para mantener dicha corriente de excitación sustancialmente constante.
8. Un circuito de excitación de acuerdo con cualquier reivindicación anterior que incluye una unidad de dirección de carga (17) dispuesta para aplicar tensión al LED para reducir una diferencia de potencial a través del LED a una tensión directa subumbral predeterminado al LED que es menor que la tensión umbral del mismo, en el que la unidad de control de inyección de carga se dispone además para controlar la unidad de dirección de carga para aplicar dicha tensión al LED simultáneamente con el cierre de la trayectoria de flujo de corriente de excitación.
9. Una pantalla que comprende un circuito de excitación de acuerdo con cualquier reivindicación anterior.
10. Un procedimiento para excitar un diodo emisor de luz (LED) para cambiar entre un estado no luminoso y un estado luminoso para producir luz para una pantalla, comprendiendo el procedimiento:
abrir y cerrar selectivamente una trayectoria de flujo de corriente de excitación a través del LED que conmuta de esta manera selectivamente el lEd entre un estado no luminoso y un estado luminoso;
monitorear una corriente que fluye a través de la trayectoria de flujo de corriente de excitación para detectar la conmutación de la
trayectoria del flujo de corriente de excitación entre abierto y cerrado, y generar una señal de demanda de carga que represente la conmutación de la trayectoria de flujo de corriente de excitación;
introducir carga en el LED mediante el uso de una unidad de inyector de carga para almacenar dicha carga dentro del LED a través de la capacitancia de unión del mismo;
controlar la unidad de inyector de carga para introducir dicha carga en el LED tras la señal de demanda de carga que representa la apertura de la trayectoria de flujo de corriente de excitación.
11. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, en el que abrir y cerrar selectivamente la trayectoria de flujo de corriente de excitación incluye conectar y desconectar eléctricamente de manera selectiva el LED a una tensión de excitación.
12. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 11 que incluye hacer que una corriente eléctrica de tamaño predeterminado fluya hacia el LED durante un intervalo de tiempo de duración predeterminado para de esta manera introducir al LED una cantidad predeterminada de carga eléctrica de acuerdo con el producto de dicho tamaño y dicha duración.
13. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 10 a 12 que incluye introducir en el LED una cantidad predeterminada de carga eléctrica de acuerdo con el valor determinado por el producto del valor de la tensión umbral directa del LED y el valor de la capacitancia de unión del mismo.
14. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 10 a 13 que incluye proporcionar un transistor de control de corriente conectado eléctricamente en serie al LED sobre dicha trayectoria de flujo de corriente, en el que la conmutación de la trayectoria de control de corriente de excitación incluye controlar la conductividad del transistor de control de corriente para permitir la corriente a lo largo de la trayectoria de flujo de corriente de excitación.
15. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 10 a 14, que incluye aplicar una
tensión al LED para reducir una diferencia de potencial a través del LED a una tensión directa subumbral predeterminada al LED que es menor que la tensión umbral del mismo, y aplicar dicha tensión directa al LED simultáneamente con el cierre de la trayectoria de flujo de corriente de excitación.
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