专利名称：用于调制led的电路装置和用于操作该led的方法
技术领域：
本发明涉及用于调制LED的电路装置(circuit-arrangement)、用于 调制多个LED的系统以及用于操作LED的方法。由于LED的低功耗和长寿命，如今LED用于许多应用中。相应 地，可提供各种类型的驱动电路来操作这种LED。
技术背景在一些应用中，能够实现LED的调制是必需的。在现有技术中显 示了对这个问题的一个解决方案。US 5，959，413在图8中公开了由单个 电流源192驱动的三个LED的串联布置。开关186、 188、 190与相应 的LED并联布置，这能够实现交替的电流路径，这样相应的LED可 -故短路并因此可#皮切断和接通。尽管所示方法保证了经过每个LED的恒定电流，但是这个电路的 缺点在于LED的高频调制可以引起带有电流尖峰(spike)的问题。另 外，当跨过相应LED的开关关闭时，LED的本征电容被短路。 一旦该 开关4皮打开，在该LED^皮照亮之前，本征电容净皮再次充电。因此，可 能难以实现高的调制频率。 发明内容本发明的目的是提供能够实现好的调制性质的电路装置。 根据本发明，该目的通过根据权利要求1的电路装置、根据权利 要求9用于调制多个LED的系统和根据权利要求11的用于操作LED 的方法来解决。从属权利要求涉及本发明的优选实施例。根据本发明的电路装置包括与至少一个LED并联的调制电路。在 调制电路内，开关设备和门限(threshold)设备串联布置。所述调制 电路用于作为电流的可选电流路径，所述电流施加在LED和该调制电 路的并联处LED的正向上。所述开关设备至少能够实现所述调制电路 的关闭状态和打开状态，使得当开关关闭时，LED基本上不被照亮。 因此，该开关设备用于作为触发(toggle) LED照明状态的装置。该开 关设备具有几乎为0欧姆的电阻，这对应于"完全，，关闭状态，然而，这不是必需的。另外，即使在关闭状态，提供的电流也没必要完全经过该调制电路馈送。当所述开关设备处于关闭状态时，LED的正向偏 置电压减少到LED基本上不被照亮的级别，由此在当前上下文中术语 "基本上不被照亮，，被理解为包括在给定环境条件下人眼看不见的亮 度级别。所述开关设备可以是至少提供打开状态和关闭状态的任何类 型的电气设备，例如简单的开关、继电器或优选地为半导体开关器件。将施加在LED两端的二极管电压Ud限制到预定门限电压级别U,。由 此，在这个状态下，LED的本征电容没有被完全放电。当开关i殳备再 次设置成打开状态时，所述本征电容仍然是净皮至少部分充电，以致LED 的充电和响应时间被有益地缩短。所述门限设备可以是任何类型的电 气或电子器件，当施加其上的电压等于或超过预定操作点时，其导通， 当所述电压低于所述操作点时，其基本上不导通。例如，所述门限设 备可以是双极晶体管、场效应晶体管或齐纳二极管(z-diodc)。根据本发明的布置不仅仅使得能够实现高频率调制。作为另外的 优点，消除了在LED的本征电容放电时生成的短而大的电流脉冲，这 导致开关损失减小并且电磁兼容性的级别提高。因此本发明的电路装 置非常适用于像航空航天和汽车(automotive)之类的EMI (电磁干扰) 敏感的应用。由于所能够实现的高调制速率，电信领域中的应用，例 如在收发器中的应用，是可能的。还可以在照明应用中使用根据本发 明的电路装置以通过调制使LED变暗。这里，若干lOKHz范围内的 高调制速率对于实现平滑的过渡效果是必要的。一般应该根据所用设备的特性来选择预定门限电压Uz,使得在开 关设备的关闭状态下LED的本征电容不被完全放电，而同时LED基 本上不被照亮。如本申请期望的，LED可以是任何类型的。 一般地，应该选择LED 和调制电路设备，使得调制电路的设备的组合的内部电容小于LED的 本征电容。附加的LED以与所述LED串联或并联。在这种情况下， 所述正向偏置(forward bias )是LED的总的组合的正向偏置，所述本 征电容是LED的全面组合的本征电容。在优选实施例中，LED是有才几发光设备(OLED)。最近OLED 被用于显示和一般照明应用。由于它的分层结构和类似板电容器(plate-capacitor-like)设置，OLED对于电极之间大约500nm的典型 层厚度通常展现100-500pF/ mm2的大电容。由于高的电容，本发明在 此尤其有益。在另外的优选实施例中，门限设备是齐納二极管。齐纳二极管是 商业可提供的可以被应用来稳定LED两端电压的电子器件。特别优选 的是，齐納二极管以与LED的正向偏置取向相反的方向的正向偏置取 向来布置。在这个配置中，如果施加了大于齐纳电压Uz的电压，那么 齐納二极管导通。如果所述电压落到Uz以下，那么齐纳二极管不导通。在本实施例中，齐纳二极管用于开关设备的关闭状态中。在这种 情况下，当电流朝LED的正向施加至电路装置中时，所述齐纳二极管 将二极管电压Ua稳定到Uz。由此，齐纳二极管防止LED的本征电容 的完全放电。优选的是，在0，l和l，5xUf之间选择门限设备的门限电压Uz，其 中Uf是LED的正向偏置电压。在电路装置中串联使用了多于一个LED 的情况下，Uf是LED的组合正向电压。试验的结果已表明，这个范围 导致高得多的调制速率。然而，应该注意的是，由于Uf取决于操作参 数，当使用了极端操作条件或老化的LED时，情况就可能不是这样。 在这种情况下，可以针对所使用的特定LED考虑这些效应来选择Uz。 进一步优选的是，Uz处于0，9xUf和1，2xUf之间，由此特别优选的是， Uz小于Uf 。根据本发明的研制，所述开关设备是被驱动的开关器件，并且优 选地是半导体开关器件。这种半导体开关器件的典型实例是晶体管， 特别是BJT、 FET、半导体闸流管等。所述开关设备应该能够实现高 的开关周期和适当的寿命，甚至在高电流下也能实现，当在电路装置 中并联使用多个LED时，便会出现所述高电流。为了获得高的调制速 率，所述开关设备通常应该展现出低的内部电容。在用于独立调制多个LED的系统中，根据本发明的多个电路装置 串联至单个电流源。当在单个设备中使用多个LED时，可期望保持电 流^f艮低。因而，优选串联方法来减少通过寄生电阻的功率损失。如果期望若干LED的每一个的亮度都彼此相等，例如在要求用分 别为红、绿、蓝的三个LED进行颜色混合的应用中，那么这种设置特 别有益。另外，多个包括LED的电路装置的串联能够实现每个LED的独立调制控制。如前面提到的，电路装置中的每个LED也可以伴随 有附加的LED以形成组，例如以增大每个独立组的亮度。还可以在根 据US 6,249,088或US 6,201,353的三维晶格结构LED阵列中布置多个 电路装置。本发明的这些和其他方面将根据下面描述的实施例变得清楚明 白，并将参考所述实施例进行阐述。
在图中，图1表示根据本发明的电路装置的实施例的电路图，图2表示用在图1的实施例中的例示性OLED的等效网络，图3表示用在图1的实施例中的例示性OLED的电压/电流图，图4a表示图1的实施例中开关状态关于时间的曲线图，图4b表示图1的实施例中二极管电压Ud关于时间的曲线图，图4c表示图1的实施例中二极管电流Id关于时间的曲线图，图4d表示图1的实施例中开关电流I，关于时间的曲线图，图5表示用于调制多个OLED的系统的实例的电路图，图6表示用于调制多个OLED的系统的另外的实例的电路图，以及图7表示根据本发明的电路装置的另一个实施例的电路图。
具体实施方式
图1表示根据本发明的电路装置的一个实施例的电路图。这里， 电流源1向OLED 2和调制电路3的并联提供电流IQ=5A，调制电路3 包括齐纳二极管4和开关5。开关5用作开关设备并至少能够实现打开 状态和关闭状态。在关闭状态下，调制电路3短路OLED 2 ，以致OLED 2不被照亮。为了针对变暗来调制OLED2,开关5在打开和关闭状态 之间周期地交替。齐纳二极管4以相对OLED 2的正向的反偏置方向 布置，并展现齐纳电压UZ=5V，相应的齐纳电流为1A。如所示的，当电流lo施加至所述电路装置以及开关5处于打开状 态时，该电流充电OLED 2的本征电容C。当本征电容C被完全充电 并且因此施加在OLED 2处的电压达到正向偏置电压Uf时，那么OLED 2被照亮。图2中表示例示性的OLED 2的等效网络。这里，本征电容C与等效电流源6并联，电流源6提供电流I-I(Ud)。电阻Rj皮提供与电容 C和电流源6串联，并代表OLED 2的内部电阻。流经OLED 2的电流 由如下等式确定I(Ud) =gain*(U-Uf)2，其中gain表示每1112的增益系数，Uf是OLED的正向偏置电压。 这里使用的OLED 2表示增益值gain-0，3mA/mm2/v2以及正向偏置电 压U产5V。图3中显示了这个例示性的OLED 2的电压/电流图。对于 0，5m2大小的OLED而言，最终产生的驱动电流为I=5A 。根据 200pF/mm2的典型特定设备电容，电容C最终为C=100nF。如前所述，周期地切断和接通开关5以使OLED 2变暗。为了减 少闪烁，频率净皮选择为10KHz。图4a-4d对于开关5的一些开关周期 分别描绘了开关5的状态、二极管电压Ua、 二极管电流Id和开关电流 Isw。当使开关5在给定的时间t0进入关闭状态时，二极管电压Ud在 Uz以上，因此齐纳二极管4在反向偏置方向上是导通的。相应地，由 于开关电流Isw的流过，二极管电压Ua减小，齐纳二极管4将该电压 限制到预定的操作点，在使用理想开关5的情况下，该电压为UZ(=5V)， 否则，二极管电压Ud被限到Uz+Usw，由此Uw是开关5两端的电势差。使TJd稳定以便OLED 2的本征电容C保持被部分充电，尽管OLED 2不被照亮(UD《UF)。另外，开关电流Iw被限到预定的级别，避免 了会由OLED 2的本征电容的完全充电导致的大的电流尖峰，在现有 技术的电路装置中所述电流尖峰可以超过大约IOA，如从图4c中虚线 lw，p可以看到的。与之相比较，曲线Isw只表示小于1A的小的放电电 流尖峰。图5表示用于调制多个OLED21， 22， 23的系统的实例，该系统 使用根据图1中所示实施例的三个电路装置的串联。该系统由在每个 OLED21， 22， 23中基本恒定的电流Io驱动，导致每个OLED21， 22， 23的恒定亮度。这里，OLED21, 22， 23分别发射红色光、蓝色光和 绿色光，这使得能够实现RGB颜色混合。由于该颜色混合，每个OLED 21， 22， 23的恒定亮度是有益的。与每个OLED21， 22， 23并联的开 关51， 52， 53被布置分别用于使每个OLED21， 22， 23变暗，并形成 到每个OLED 21， 22， 23的交替电流路径。齐纳二极管41， 42， 43 被布置成在交替电流路径中与相应的开关51， 52， 53串联，以限制相应的OLED两端的电压Ud。由此OLED的本征电容保持在定义的充电 级别。图6表示用于调制多个OLED21， 22的系统的另一个实例。这里， 两个电路装置被串联，由此每个电路装置包括两个并联的OLED 21， 22的组，用于提高每个单独可调光(dimmable)组中的亮度。由于每 组中OLED21， 22的并联，组合电容甚至更高，这使得本发明在这个 例子中特别有效。在没有任何限制的情况下，可以在每组中布置多于两个的OLED。 在这种情况下，设备的参数必须适合于特定的设置。在图5的实例中， 可以容易地串联布置少于三个或多于三个的电路装置。还可以组合图5 和6的实例以布置并联的OLED组彼此串联。图7表示根据本发明的电路装置的另一个实施例的电路图。这里 所示的该实施例类似于图1中所示的实施例，然而，半导体开关设备， 即MOSFET 7用作开关设备。到MOSFET 7的栅极端的控制连接(未 示出)使得通过调制信号容易控制OLED2的变暗状态。这里描述的实施例旨在说明而没有限制的意思。权利要求中任何 附图标记的使用不将限制相应权利要求的范围。
权利要求
1.用于调制LED的电路装置，包括并联的至少一个LED和调制电路(3)，其中调制电路(3)包括与门限设备串联的开关设备。
2. 根据权利要求1电路装置，其中LED是有机发光设备(OLED，2)。
3. 根据前述权利要求任一项的电路装置，其中门限设备是齐纳二 极管(z-diodc， 4)。
4. 根据权利要求3的电路装置，其中齐纳二极管(4)在与LED 正向偏置取向相反的方向上以正向偏置取向来布置。
5. 根据前述任一项权利要求的电路装置，其中如果向门限设备施 加在门限电压Uz以上的电压，那么该门限设备是导通的，根据LED 的正向偏置电压Uf在0,l*Uf^Uz《l，5*Uf的范围中选择所述门限电压 Uz。
6. 根据权利要求5的电路装置，其中门限电压Uz为 0，9*Uf《Uz^l，2*Uf，其中Uf是LED的正向偏置电压。
7. 根据前述任一项权利要求的电路装置，其中门限电压Uz《Uf， 其中Uf是LED的正向偏置电压。
8. 根据前述权利要求任一项的电路装置，其中开关设备是被驱动 的开关器件。
9. 用于调制多个LED的系统，其中根据前述任一项权利要求的多 个电路装置与电流源(1)串联。
10. 根据前述任一项权利要求的电路装置在照明设备中的使用，用 于通过调制使LED变暗。
11. 操作LED的方法，其中电流(IJ施加到LED和调制电路(3) 的并联，其中所述调制电路(3)包括串联的开关设备和门限设备，且 通过使所述开关设备在关闭状态和打开状态之间交替来调制LED。
全文摘要
为了在调制LED时实现高的调制频率，用于调制至少一个LED的电路装置包括与LED并联的调制电路(3)，其中调制电路(3)包括串联的开关设备和门限设备。在用于操作LED的方法中，通过使所述开关设备在关闭状态和打开状态之间交替来调制所述LED。
文档编号H05B33/08GK101331797SQ200680047102
公开日2008年12月24日 申请日期2006年12月4日 优先权日2005年12月14日
发明者D·亨特, G·索尔兰德 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司