CN101523980B - 具有可控电流源的发光元件阵列及其运行方法 - Google Patents

Abstract

描述了一种发光元件阵列，其包括第一、第二和第三发光元件以及第一和第二可控电流源。第一发光元件包括第一端子和第二端子，并且特征是在第一运行电压V_0P1或其以上时第一发光元件基本可运行以发光。第二发光元件包括第一端子、以及连接到第一发光元件的第二端子的第二端子，第二发光元件的特征是在第二运行电压V_0P2或其以上时第二发光元件基本可运行以发光。第三发光元件包括连接到第一发光元件的第一端子的第一端子、以及第二端子，第三发光元件的特征是在第三运行电压V_0P3或其以上时第三发光元件基本可运行以发光。第一可控电流源连接在第一发光元件的第一端子和第二发光元件的第一端子之间，而第二可控电流源连接在第一发光元件的第二端子和第三发光元件的第二端子之间。

Description

具有可控电流源的发光元件阵列及其运行方法

技术领域

本发明总体涉及发光元件阵列，并且更具体地涉及使用可控电流源的发光阵列及其运行方法。

背景技术

发光元件诸如发光二极管(LED)被越来越多地用在各种应用中，一些实例例如是液晶显示器中的背光源、电荷耦合器件照相机的闪光、通用照明以及其他应用。在很多这些应用中，不同颜色的LED排列在阵列中以产生各种色点。LED阵列的运行条件与阵列的应用一样可以是多样的，这种运行条件要求例如低功率、高运行温度以及快的LED启动(activation)和停用(deactivation)时间。

典型地，每个LED阵列由驱动器电路供电，该驱动器电路根据希望的光效果而可以以多种不同驱动模式之一运行。LED驱动器电路可以以恒定电流模式被驱动，从而对LED阵列供应恒定电流以提供恒定强度的光。LED驱动器也可以以变化电流模式运行，从而对LED阵列供应变化电流以产生强度变化的光。LED驱动器还可以以脉宽调制(PWM)模式运行，从而对LED阵列供应使用的PWM电流波形，其中PWM波形的导通周期(on period)确定LED阵列启动的时间期间。PWM模式可以用恒定电流模式或变化电流模式来实现，以提供这些属性中每一个的组合，即，恒定或变化的光强。

不幸的是，需要大量的电路部件来提供上述功能。例如，当希望恒定电流PWM运行模式时，典型地需要用于LED阵列的至少一个电流源以及用于阵列中的每个LED的一个开关。在希望变化电流运行模式的情况下，要求可运行以快速改变电流水平的复杂电流源。在希望变化电流PWM运行模式的情况下，通常要求复杂电流源以及阵列内每个LED的一个开关。

用于运行并控制LED阵列的较多的部件数通过多个方式降低了LED性能，各部件增加LED阵列的功耗并引起对减少LED的启动和停用时间起作用的寄生效应。此外，当LED阵列在高温应用中实施时，各部件会要求高温额定值(rating)，而该性能会进一步增加每个所需部件的成本。对与多部件数LED驱动器相关联的问题的确认可以参见Ortiz的美国专利No.5736881，该专利公开了PWM LED驱动器和LED阵列结构，该结构中使用一个电流源来控制多个LED串。

发明内容

因此，希望提供一种发光阵列和运行方法，其可以提供对阵列内独立的发光元件的控制，并需要较少的电路部件。

本发明的该方面和其他方面可以根据本发明的独立权利要求来实现。

在本发明的一个实施例中，描述了一种发光阵列，其包括第一、第二和第三发光元件以及第一和第二可控电流源。第一发光元件包括第一端子和第二端子，并且该发光元件的特征是在第一运行电压V_OP1或其以上时该发光元件基本上可运行以发光。第二发光元件包括第一端子、以及连接到第一发光元件的第二端子的第二端子，第二发光元件的特征是在第二运行电压V_OP2或其以上时第二发光元件基本上可运行以发光。第三发光元件包括连接到第一发光元件的第一端子的第一端子、以及第二端子，第三发光元件的特征是在第三运行电压V_OP3或其以上时第三发光元件基本上可运行以发光。第一可控电流源连接在第一发光元件的第一端子和第三发光元件的第一端子之间，第二可控电流源连接在第一发光元件的第二端子和第二发光元件的第二端子之间。

在本发明的另一实施例中，给出了一种用于运行发光阵列的方法，该发光阵列包括上述第一、第二和第三发光元件、第一和第二可控电流源、连接到第二发光元件的第一端子的第一电源干线、以及连接到第三发光元件的第二端子的第二电源干线。该方法包括启动第一发光元件的操作，其中控制第一可控电流源以输出第一电流I₁，并控制第二可控电流源以输出第二电流I₂。由第一和第二可控电流源输出的第一和第二电流I₁和I₂为第一发光元件供应足够的电流，从而实现至少第一运行电压V_OP1，在第一运行电压V_OP1点处第一发光元件变得基本上可运行以发光。

在第三实施例中，描述了一种发光装置，其包括以上和这里描述的发光阵列、以及电源和控制器。电源包括连接到第一电源干线的第一输出以及连接到第二电源干线的第二输出。控制器包括连接到第一可控电流源的第一输出以及连接到第二可控电流源的第二输出，从而第一输出提供第一控制信号以控制第一可控电流源的电流供应，而第二输出提供第二控制信号以控制第二可控电流源的电流供应。

可以看出，本发明的示范性实施例的要旨是设置两个可控电流源来控制三个发光元件的启动，从而将可控电流源的数目降低到可控电流源与受其控制的发光元件的1∶1的比率以下。以此方式，可以减小诸如LED阵列的发光阵列的部件数，并提供更快、更加功率有效、以及更低成本的发光装置。

以下描述发光阵列的示范性特征及细节，但是这些特征及细节也会应用到发光装置以及运行发光阵列的方法。在本发明的一个实施例中，发光阵列包括第四发光元件，第四发光元件具有连接到电源干线的第一端子，以及第二端子，所述第二端子连接到(i)第一可控电流源的第一端子与第二发光元件的第一端子的公共节点、或者(ii)第二可控电流源的第二端子与第三发光元件的第二端子的公共节点。在第一、第二或第三发光元件中的任一个的启动期间，第四发光元件同时启动。

在另一实施例中，第一发光元件包括至少一个发光二极管，并且第二发光元件和第三发光元件中的每一个都包括如包括在第一LED电路内的至少一个附加的发光二极管，并且/或者包括与包括在第一LED电路内的所述至少一个发光二极管不同的半导体材料。设置这些结构以使第二和第三LED电路具有比根据本发明的第一LED电路更高的正向电压。

在进一步的实施例中，发光元件阵列包括连接到一个或多个发光元件的能量存储元件，所述能量存储元件例如是跨过第一、第二或第三发光元件中的至少一个连接的分路电容。可以使用分配的能量存储来提供一段时间的特定发光元件的连续照明，或者允许两个或更多个发光元件的同时照明。

在进一步的实施例中，第一、第二和第三发光元件中的每一个包括选自由发光二极管、有机发光二极管、AC发光二极管、激光二极管或白炽灯组成的组的元件。

进一步示范，第一可控电流源包括具有通过电阻器连接到第一电源干线的端口的晶体管，而第二可控电流源包括具有通过第二电阻器连接到第二电源干线的端口的晶体管。

更进一步示范，第一可控电流源包括具有连接到第一电源干线的专用电流放大因子的晶体管，而第二可控电流源包括具有连接到第二电源干线的专用电流放大因子的晶体管。

更进一步示范，第一发光元件的第一运行电压低于第二发光元件的第二运行电压和第三发光元件的第三运行电压中的每一个。

以下描述运行发光元件阵列的方法的示范性特征及细节，但是这些特征及细节也会应用到发光元件阵列以及发光装置。在特定的实施例中，发光阵列的运行包括启动第二发光元件，从而控制第一可控电流源以输出基本零电流，并控制第二可控电流源以输出第三电流I₃。在本实施例中，第三电流I₃被供应到第二发光元件并足以实现跨过第二发光元件的至少第二运行电压V_OP2，在第二运行电压V_OP2点处第二发光元件变得基本上可运行以发光。

进一步示范，运行方法包括：启动第三发光元件，从而控制第一可控电流源以输出第四电流I₄；并控制第二可控电流源以输出基本零电流。在本实施例中，第四电流I₄被供应到第三发光元件并足以实现跨过第三发光元件的至少第三运行电压V_OP3，在第三运行电压V_OP3点处第三发光元件变得基本上可运行以发光。

进一步示范，运行方法包括不启动发光元件，从而控制第一可控电流源以输出基本零电流，并控制第二可控电流源以输出基本零电流。在本实施例中，没有电流供应到任何发光元件并因此不产生光输出。

发光元件阵列的运行方法的进一步示范，第一可控电流源包括通过第一预定电阻R₁连接到第一电源干线的第一电流源晶体管，并且第二可控电流源包括通过第二预定电阻R₂连接到第二电源干线的第二电流源晶体管。在这种设置中，上述控制第一可控电流源以输出第一电流I₁的操作包括施加电压V₁到第一电流源晶体管的控制端子和第一电源干线之间以输出所述第一电流I₁的操作。此外，上述控制第二可控电流源以输出第二电流I₂的操作包括施加电压V₂到第二电流源晶体管的控制端子和第二电源干线之间以输出所述第一电流I₂的操作。进一步示范，上述控制第二可控电流源以输出第三电流I₃的操作包括施加电压V₃到第二电流源晶体管的控制端子和第二电源干线之间以输出所述第三电流I₃的操作。另外，上述控制第一可控电流源以输出第四电流I₄的操作包括施加电压V₄到第一电流源晶体管的控制端子和第一电源干线之间以输出所述第四电流I₄的操作。

更进一步示范发光元件阵列的运行方法，第一可控电流源包括具有电流增益β_i并连接到第一电源干线以及第一和第三发光元件的第一电流源晶体管；第二可控电流源具有电流增益β_j并连接到第二电源干线以及第一和第二发光元件。在这种设置中，上述控制第一可控电流源以输出第一电流I₁的操作包括从第一电流源晶体管的控制端子吸入电流I₁/β_i1以输出所述第一电流I₁的操作。进一步示范，上述控制第二可控电流源以输出第二电流I₂的操作包括供应电流I₂/β_j2到第二电流源晶体管的控制端子以输出所述第二电流I₂的操作。上述控制第二可控电流源以输出第三电流I₃的操作包括供应电流I₃/β_j3到第二电流源晶体管的控制端子以输出所述第三电流I₃的操作。进一步示范，上述控制第一可控电流源以输出第四电流I₄的操作包括从第一电流源晶体管(142)的控制端子吸入电流I₄/β_i4以输出所述第四电流I₄的操作。

上述方法的运行可以通过计算机程序来实现、即通过软件，或者通过使用一个或多个专用电子优化电路来实现、即通过硬件，或者以混合/固件形式、即通过软件部件和硬件部件来实现。计算机程序可以实现为任何适当编程语言(例如VHDL、汇编、JAVA、C++)的计算机可读指令代码，并可以存储在计算机可读介质(可换式盘、易失性或非易失性存储器、嵌入式存储器/处理器等)上，该指令代码可运行以对计算机或其他这样的可编程装置进行编程从而实现希望的功能。计算机程序可以从诸如万维网的网络获得，该程序可以从网络上下载。

通过参照下述实施例，本发明的这些和其他方面将被阐明并变得明显。

附图说明

图1示出根据本发明的发光元件阵列的示范性实施例。

图2示出根据本发明的图1所示的发光元件阵列的第一示范性实施方式。

图3示出根据本发明的图1所示的发光元件阵列的第二示范性实施方式。

图4示出根据本发明的用于运行图1所示的发光元件阵列的方法以及对应的状态表。

图5示出包括根据本发明的图1的发光元件阵列的发光元件装置。

具体实施方式

图1示出根据本发明的发光元件阵列100的示范性实施例。阵列100包括具有第一端子110a和第二端子110b的第一发光元件(LEE)110。阵列100还包括第二LEE 120，第二LEE 120具有适合连接到(couple to)第一电源干线(rail)172(示范性示为V_cc)的第一端子120a以及连接到第一LEE 110的第二端子的第二端子120b。阵列100还包括第三LEE电路130，第三LEE电路130具有连接到第一LEE电路110的第一端子110a的第一端子130a以及适合连接到第二电源干线174(示范性示为接地电势)的第二端子130b。这里使用的术语“发光元件”或“LEE”指任何发光元件、电路、装置或部件，包括发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、AC LED、激光二极管、或任何其他发光元件，诸如白炽灯等。

阵列100还包括第一电流源140和第二电流源150，第一电流源140连接在第一LEE 110的第一端子110a和第二LEE 120的第一端子120a之间，而第二电流源150连接在第一LEE 110的第二端子110b和第三LEE 130的第二端子130b之间。可以观察到，阵列100包括连接在第一电流源140和第二电流源150之间的一个LEE。LEE 110连接在第一电流源140和第二电流源150之间，并且LEE 110和130的阳极共同连接到第一电流源140的输出，而LEE 110和120的阴极共同连接到电流源150的输入。

阵列100可选地包括被连接以向LEE 110、120和130中的一个或多个提供能量的存储元件(storage element)。在示出的示范性实施例中，跨过第二LEE 120连接电容器160，电容器160和LEE 120的并联连接与去耦元件(decoupling element)162串联连接。该去耦元件被示范性示为不发光二极管，一种具有低正向电压降的肖特基二极管。可替代地，可以使用发光元件。去耦元件的目的是防止在第一或第三LEE 110或130的启动期间电容器160的放电。在电流源140或150不向第二LEE120提供电流的期间，可以运行电容器160以对第二LEE 120供电，这将在下面进一步描述。在另一实施例中，存储元件可以是与LEE 110、120和130中的一个或多个串联连接的电感器。

在本发明的具体实施例中，第一、第二和第三LEE 110、120和130基本可在不同偏置条件下运行，例如，不同的运行电压。具体地，第一LEE 110的特征是第一电压，在该第一电压或者其以上时第一LEE110基本上可运行以发光。类似地，第二LEE 120的特征是第二电压，在该第二电压或者其以上时LEE 120基本上可运行以发光；以及第三LEE 130的特征是第三电压，在该第三电压或者其以上时LEE130基本上可运行以发光。更特别地，第一运行电压V_OP1低于与第二和第三LEE120和130对应的第二或第三正向电压V_OP2和V_OP3。该设置为启动LEE110、120和130提供了选择性，这将在下面进一步说明。

在一个示范性实施例中，LEE 110、120和130是电路，其各自包括至少一个发光二极管。在这种实施例中，每个LEE 110、120和130都可以使用多个(即，2、3、5、10或更多)串联连接的二极管、并联连接的二极管、或者串联和并联连接的二极管的组合。此外，可以使用不同材料来制造发光二极管，例如，氮化镓、磷化镓或其他材料。

在本发明的一个实施例中，第一LEE 110的第一运行电压V_OP1小于第二LEE 120的第二运行电压V_OP2和第三LEE 130的第三运行电压V_OP3中的每一个。各LEE之间的运行电压的该差别可以通过各种方法来实现。例如，在LEE 110、120和130是LED电路的实施例中，与第一LED电路110的发光二极管相比，第二和第三LED电路120和130可以包括至少一个额外的串联连接的发光二极管。在另一实例中，可以使用不同的半导体材料和/或工艺来制造第一LED电路110内的发光二极管，从而使其与第二和第三LED电路120和130内的发光二极管的正向电压相比具有更低的正向电压。在另一实例中，可以使用额外的电路部件(电阻分压器(resistive divider)等)以向第二和第三LED电路120和130提供与第一LED电路110相比更高的正向电压。本领域技术人员将会理解，可以使用各种技术来向第二和第三LED电路120和130施加与第一LED电路110相比更高的正向电压。

对应于LED电路120和130的第二和第三正向电压V_FLED2和V_FLED3可以是不同的，或者它们可以是基本相同的。例如，正向电压的差别可以通过使用不同数目的发光二极管和/或不同的串联或并联设置、使用不同的半导体材料的上述技术来实现。

此外，第一和第二电源干线172和174之间的电压差可以是恒定值。进一步可替代地，可以提供给电源干线172和174随时间变化的电压，例如，直接来自或者经由变压器来自总线(mains)的调整后的电压(rectified voltage)，或者脉宽调制(PWM)电压波形，或者包括间歇升高的电压值的电压波形，这将在下面进一步描述。

根据上述内容，将会理解，每个控制信号CTL_i和CTL_j可运行以控制第一和第二电流源140和150的供电电流(supply current)I_i和I_j。还将会理解，每个控制信号CTL_i和CTL_j可以控制供电电流I_i和I_j的幅度。供电电流的幅度可以被控制以启动LED电路110、120和130中选定的一个。电流I_i和I_j的幅度可以随时间变化以控制启动选定的LED电路的持续时间以及由该LED电路产生的光输出的水平。可以应用随时间对供电电流幅度的控制以提供组合的效应。

下面进一步描述这些实施例。

图2示出根据本发明的图1所示的发光元件阵列100的第一示范性实施方式，且之前标识的特征保持其附图标记。如图所示，第一和第二电流源140和150实现为电压控制的电流源，每个电流源包括发射极负反馈(emitter degeneration)的晶体管。发射极电阻可以单片地形成为晶体管结构本身的一部分、外部添加到晶体管结构、或者其中发射极电阻与外部连接的电阻器组合使用的两种方式的组合。

如图所示，第一电流源140包括PNP晶体管142，PNP晶体管142具有通过第一预定电阻器R₁连接到第一电源干线(V_CC)的端口(发射极端子)。将第一控制信号CTL_i施加为跨过第一电流源晶体管142的控制(基极)端子和第一电源干线172而产生的电压V_i。因此，来自电流源140的电流输出I_i可以确定为电压V_i的函数：

$I_i=\frac{V_i-0.7V}{R_1}$

其中电流源晶体管142具有0.7V的特征基极-发射极结电压降，R₁代表第一发射极电阻144的值，V_i是跨过晶体管142的基极端子和第一电源干线172产生的电压，而I_i是电流源140的受控的电流输出。第一电阻器R₁作为电流感测元件运行，并且电压V_i可调以提供希望的电流I_i。以此方式，可以控制电流源140以供应希望的电流输出I_i，即使该供给未被调整。另外，第一控制信号CTL₁的电压可以动态变化以提供必要的V_i电压，从而维持希望的I_i。

第二电流源150类似于电流源140而被构造，并包括NPN晶体管152，所述NPN晶体管152具有通过第二预定电阻器R2连接到第二电源干线(示为接地电势)的端口(发射极端子)。受控的输出电流I_J可以以类似于I_I的方式来确定，由此第二控制信号CTL_j被施加为第二电流源晶体管152的基极端子和第二电源干线174之间的电压V_j。来自电流源150的电流输出I_j可以确定为电压V_j的函数：

$I_j=\frac{V_j-0.7V}{R_2}$

其中第二电流源晶体管152具有0.7V的特征基极-发射极结电压降，第二电阻器R₂代表发射极电阻154的值，V_j是晶体管152的基极端子和第二电源干线174之间的电压，而I_j是电流源150的受控的电流输出。第二电阻器R₂作为电流感测元件运行，并且电压V_j可调以提供希望的电流I_j。电压V_j可以动态变化以当LEE开始发热时避免失控(runaway)的电流条件。

根据前面所述将会理解，可以提供不同的电压V_i以获得第一电流源140的不同的供电电流I_i，并且可以提供不同的电压V_i以获得第二电流源150的不同的供电电流I_j。根据每个LEE的运行电压，可以使用供电电流I_i和I_j的不同组合从而选择性地启动LEE 110、120和130中的每一个。这些过程的示范性实施例在下面进一步详细描述。

尽管第一和第二电流源140和150被分别示为PNP和NPN晶体管，但是本领域技术人员将会理解，各个电流源可以实现为PNP或NPN晶体管，MOSFET晶体管、JFET晶体管、运算放大器以及其他类似结构。

图3示出根据本发明的发光元件阵列100的第二实施例，之前标识的特征保持其附图标记。在该实施例中，阵列100包括插在第一电源干线172和第一电流源140之间的第四LEE 135，第四LEE 135具有第四运行电压V_OP4，在第四运行电压V_OP4或其以上时该第四LEE 135基本上可运行以发光。在所示实施例中，第四LEE 135包括连接到第一电源干线172的第一端子135a、以及连接在第一电源干线172和第一电流源晶体管142的第一(发射极)端子与第二LEE 120的第一端子的公共节点之间的第二端子135b。由于第四LEE 135与第一、第二和第三LEE 110、120和130的串联配置，第四LEE 135会在第一、第二和第三LEE 110、120和130中任一个的启动期间提供发光。当需要两个LEE以提供特定光输出时，这种设置就提供这样的特定光输出而言是有益的。本领域技术人员将会理解，第四LEE 135可替代地可以连接在第二电源干线174和第二电流源晶体管152的第二(发射极)端子与第三LEE 130的第二端子的公共节点之间。

如图所示，第一和第二电流源140和150是电流控制的电流源。本实施例的示范中，第一和第二电流源140和150分别包括第一和第二电流源晶体管142和152，第一和第二电流源晶体管142和152具有代表晶体管的集电极电流与其基极电流的比的电流增益因子β_i和β_j。第一电流源晶体管142包括连接到第一电源干线172并连接到第一和第三发光元件110、130的端口(发射极端子)，而第二电流源晶体管152包括连接到第二电源干线174并连接到第一和第二发光元件110、120的端口(发射极端子)。

在本实施例中，第一控制信号CTL_i是基极电流I_b，i，其可运行以控制/限制晶体管142，从而通过其电流增益因子β_i从其集电极端子供应希望的电流I_i：

I_i＝β_i·I_b，i

类似地，第二控制信号CTL_j是基极电流I_b，j，其可运行以控制/限制晶体管152，从而通过其电流增益因子β_j在其集电极端子处供应希望的电流I_j：

I_j＝β_j·I_b，j

根据为电流源选择的晶体管的类型，用于两个电流源的电流增益因子β_i和β_j可以不同，并且甚至可以是依赖于电流源的运行条件。

作为电流放大器的电流源的运行提供的益处是，发射极电阻器144和154在较低电源电压下不一定引起较低的功率耗散和电路运行。本实施例的优点还在于，可以避免沿电流源晶体管142和152的基极线或者电源线出现的电压误差(可能是由于长的引线长度、欧姆损耗等)。

在本发明的具体实施例中，诸如电阻器的旁路元件与第二和第三LEE 120和130并联连接，从而例如在希望第一和第二电流源供应相同的电流而第一和第二电流源不供应相同水平的电流时，将供应到第二和第三LEE 120和130的错误的电流水平耗散掉。在此情况下，并不希望来自第二和第三LEE的光输出，并可以使用旁路元件来防止来自第二和第三LEE的光输出。这些旁路元件可以选择性接入，以承载供应到未被选择的LEE中一个或多个的当前过剩的电流，从而使得未被选择的LEE不会足以偏置到产生光输出的水平。在这种实施例中，当设计系统时，可以考虑由旁路元件引起的第二和第三LEE 120和130的有意启动期间的误差。

图4示出根据本发明的描述发光阵列100的运行的示范性方法400以及对应的状态表480。开始，在410，确定阵列100要在哪个状态运行。如果阵列100要在第一LEE 110发光的状态“1”中运行，则过程继续到412，从而控制第一电流源140以供应第一电流I₁，并且继续到414，其中控制第二电流源150以供应第二电流I₂。该运行以产生跨过第一LEE 110的运行电压V_OP1的水平为第一LEE 110提供电流，从而使得第一LEE 110基本上可运行以发光。在本发明的示范性实施例中，施加到第二和第三LEE的电压明显低于其运行电压V_OP2和V_OP3，从而基本没有电流流过第二和第三LEE，因此第二和第三LEE不产生光。在特定实施例中，第一和第二电流I₁和I₂基本相同，该电流水平通过第一LEE 110消耗，并且因此没有电流供应到第二和第三LEE 120和130中的任何一个。在另一实施例中，两个供应的电流I₁和I₂不同，例如，当第二或第三LEE 120、130之一或其两者都吸取(draw)电流例如泄漏电流时。在这种实施例中，第二和/或第三LEE 120、130之一或其两者吸取的电流的水平依赖于从两个电流源供应的电流的差别。在不希望来自第二和第三LEE的光的具体实施例中，可以使用上述旁路元件(例如，固定或可变电阻器530，图5)来消耗该电流。

在另一实施例中，由所述两个电流源供应的电流被设定为不同值，这两个值都不为零。在此情况下，两个或更多LEE可能同时发光。每个LEE发射的光输出的水平依赖于电流限额。

如果阵列100选择为以第二LEE 120发光的状态“2”运行，则过程继续到422，从而控制第一电流源140以供应基本零电流，并且控制第二电流源150以供应第三电流I₃(操作424)。输出电流I₃供应到第二LEE 120并足以至少产生跨过第二LEE 120的运行电压V_OP2，从而使得第二LEE 120基本上可运行以发光。当控制第一电流源140以输出基本零电流时，第一和第三LEE 110和130在很大程度上被停用。

如果阵列100选择为以第三LEE 130发光的状态“3”运行，过程继续到432，从而控制第一电流源140以供应第四电流I₄，并且控制第二电流源150以输出基本零电流(434)。输出电流I₄供应到第三LEE130并足以至少产生跨过第三LEE 130的正向电压V_OP3，从而使得第三LEE 130基本上可运行以发光。当控制第二电流源150以输出基本零电流时，第一和第二LEE 110和120在很大程度上被停用。

如果阵列100选择为以第一、第二和第三LEE 110、120和130中的每一个都基本停用的状态“4”运行，则控制第一和第二电流源140和150以输出基本零电流。最小电流或没有电流供应到第一、第二和第三LEE 110、120和130中的每一个，这样，它们没有偏置在其各自的运行电压V_OP1、V_OP2、V_OP3或其以上，每一个LEE在很大程度上被停用。

在与图2的阵列一致的示范性实施例中，可以通过施加第一控制电压V₁到晶体管142的基极端子和第一电源干线172之间来执行操作412，电压V₁控制第一电流源晶体管142以产生第一电流I₁。可以类似地通过施加第二控制电压V₂到晶体管152的基极端子和第二电源干线174之间来执行操作414，电压V₂控制第二电流源晶体管152以产生第二电流I₂。控制第一电流源140以供应基本零电流的操作422可以通过将电压V_i向零减小来执行。可以通过施加第三控制电压V₃到晶体管152的基极端子和第二电源干线174之间来执行操作424，电压V₃控制第二电流源晶体管152以供应第三电流I₃。可以通过施加第四控制电压V₄到晶体管142的基极端子和第一电源干线172之间执行操作432，电压V₄控制第一电流源晶体管142以产生第四电流I₄。控制第二电流源150以传导基本零电流的操作434可以通过将电压V_j向零降低来执行。控制第一电流源140以传导基本零电流的操作442可以通过将电压V_i向零减小来执行，而控制第二电流源150以传导基本零电流的操作444可以通过将电压V_j向零降低来执行。

在与图3的阵列一致的示范性实施例中，操作412可以通过从第一电流源晶体管142的基极结吸入(sink)第一控制电流≈I₁/β_i1来执行，由此产生第一电流I₁。操作414可以类似地通过供应第二控制电流≈I₂/β_j2到第二电流源晶体管152的基极结中来执行，从而产生第二电流I₂。操作422可以通过供应基本零电流到第一电流源晶体管152的基极结来执行。操作424可以通过供应第三控制电流≈I₃/β_j3到第二电流源晶体管152的基极结来执行，从而产生第三电流I₃。操作432可以通过从第一电流源晶体管142的基极结吸入第四控制电流≈I₄/β_i4来执行，从而产生第四电流I₄。操作434可以通过从第二电流源晶体管152的基极结吸入基本零电流来执行。操作442可以通过从第一电流源晶体管142的基极结吸入基本零电流来执行。操作444可以通过供应基本零电流到第二电流源晶体管152的基极结来执行。

根据上述内容，可以看出以下的第一、第二和第三LEE的运行电压关系：

V_OP1＜V_OP2，V_OP3

运行电压的差别还优选根据电源电压来选择。

在第一、第二和第三LEE 110、120和130中，对应于第一LEE 110的运行电压最低，第一LEE 110对应于当电流源140和150都被控制以提供输出电流时被启动的LEE。对应于第二和第三LEE 120和130的运行电压是较高的电压电平，并对应于当对两电流源设定基本不同的电流时使用两个电流源130或140之一或者这两个电流源来供应电流的LEE。在使用时，第四LEE 135具有特征运行电压V_OP4。第四LEE的运行电压可以是任何希望的值。

通过举例而不是限制的方式，第一、第二和第三LEE 110、120和130形成为发光二极管电路，第一LED电路110可运行以发红光。由于数个红LED的串联连接，处于350mA标称电流的第一LED电路110的标称正向电压是5.7V。第二LED电路120的LED发绿光。由于数个绿LED的混合的串联和并联连接，处于700mA标称电流的第二LED电路120的标称正向电压是20.5V。第三LED电路130的LED发蓝光。由于数个蓝LED的串联连接，处于350mA标称电流的第三LED电路130的标称正向电压是20.5V。

在该特定的示范性实施例中，用于装置的电源电压可以选择为23V。为了将第一LED电路110启动到其标称光学输出的接近一半，第一电流源140被设定为输送175mA的电流而第二电流源150被设定为输送175mA的电流。该电流会流过第一LED电路110以启动第一LED电路110发光。在该特定电流值的第一LED电路110的运行(即正向)电压可以在5V的范围中。为第一和第二电流源140和150假设相同的特性，跨过第一电流源140的电压是9V。相同的值9V也出现作为跨过第二电流源150的电压。这样，跨过第二和第三LED电路120和130两者施加的电压都会是14V。在该电压电平，由于其标称电压是20.5V，第二和第三LED电路120和130不会吸取显著的电流。这样，在该运行模式下，不会有来自第二和第三LED电路120和130的光输出，而是仅第一LED电路110中的红LED会发光。

为了启动第二LED电路120以产生其标称光学输出，第一电流源140被设定为不输送输出电流而第二电流源150被设定为输送700mA的输出电流。该700mA的电流会流过第二LED电路120，从而启动第二LED电路发光。没有电流送到第一或第三LED电路110和130中，因此它们都不提供任何光输出。因此，在该运行模式下，仅第二LED电路120中的绿LED会发光。

在要启动第三LED电路以产生接近其标称光学输出的60％的情况下，第一电流源140被设定为输送210mA的输出电流而第二电流源150被设定为不输送输出电流。该210mA的电流会流过第三LED电路130，从而启动第三LED电路发光。没有电流送到第一或第三LED电路110和120中，因此它们都不提供任何光输出。因此，在该运行模式下，仅第三LED电路中的蓝LED会发光。上述实例仅代表本发明所涵盖的实施方式的一个实例，而本领域技术人员将会理解，可替代地，可以在本发明的其他实施例中使用在不同运行条件下偏置的其他发光元件。

图5示出根据本发明的包括发光阵列100的发光装置500，之前描述的特征保持其附图标记。除发光阵列100之外，发光装置500还包括电源510和电流源控制器520，电源510可运行以对第一电源干线172和第二电源干线174供电。

在示出的示范性实施例中，电源510包括高和低干线输出，用V_CC和接地电势表示，但是在其他实施例中，高和低干线输出可以与如上所述不同。可选地，电源510包括输入端口IN，输入端口IN可运行以接收信号528从而改变在VCC输出处的电压电平输出，这将在以下更详细描述。进一步可选地，电源510包括为控制器520提供反馈信号515的输出端口OUT，使用该输出端口可运行来控制LEE的启动，如下所述。如上所述，电源510可运行以提供调整的或未调整的电压，因为可以控制第一和第二电流源140和150以提供希望的电流水平，或者限制所供应的电流。在示范性实施例中，第一电源干线172被提供23V DC而第二电源干线174为接地电势，但是在不同的实施例中也可以使用其他电压电平。由于第一和第二电流源的电流控制特征，电源电压可以是调整的或未调整的电压。例如，电源可运行以提供随时间变化的电压，例如与电流源140和150的运行同步的PWM电压波形，正如以下进一步说明的。

发光装置500还包括可运行以执行以上图4所示的操作过程的电流源控制器520。控制器520包括连接到第一电流源130的用于提供第一控制信号524(CTL_i)的第一输出520a、以及连接到第二电流源150的用于提供第二控制信号526(CTL_j)的第二输出520b。第一控制信号524可运行以控制第一电流源140的电流供应，而第二控制信号526可运行以控制第二电流源150的电流供应，如上所述。控制器520还可以包括被连接以接收LEE启动命令522的输入520c。可替代地，控制器可以基于预定/预载设定来运行。进一步可选地，控制器包括输出端口520d，输出端口520d可运行以供应控制信号528到电源510，电压控制信号528可运行以根据特定的标准(例如增加的阵列100的负载)来改变(例如增加)电源510的输出电压电平。进一步可选地，控制器包括用于接收反馈信号515的输入520e，从而控制器520可以智能地选择哪个LEE可以随其运行，其中反馈信号515例如提供关于电源510的当前电压输出状态的信息。下面进一步描述这一操作的细节。

电流源控制器520可运行以提供各种形式的第一和第二控制信号524和526。例如，为了获得图2所示的第一LEE 110的恒定照明，控制器520可以运行以提供作为电压的第一控制信号524，所述电压使得在第一电流源晶体管142的基极端子和第一电源干线172之间产生V_i，控制器520还可以运行以提供作为电压的第二控制信号526，所述电压使得在第二电流源晶体管152的基极端子和第二电源干线174之间产生V_j，如上所述。以类似方式，可以控制电源510以改变控制信号电压524和526之一或这两者的电平，从而实现LEE的强度或亮度的改变。在另一实施例中，一个或两个控制信号524和526的形式是脉冲宽度调制(PWM)信号，可运行以控制电流源140和150中的每一个从而对LEE供应PWM电流波形。如本领域中已知的，可以使用PWM电流波形来控制LEE的启动周期，这种启动周期的长度确定LEE的光输出量。

在进一步示范性实施例中，LEE阵列100可利用分路电容(shuntcapacitance)运行，该分路电容连接为跨过LEE电路110、120和130中的一个或多个(在图5中LEE电路120示出分路电容器160，但是数个或者所有的LEE电路可以使用分路电容器160)。可以使用这种设置来提供一段时间的特定的LEE的连续照明，或者允许两个或更多个LEE的同时照明，后一种状况例如出现于以下情况中：当之前未启动的LEE开始接收PWM电流波形并且到另一LEE的电流被中断时，断开的LEE的分路电容器提供电流以驱动其LEE继续启动。

连接到LEE中的一个或多个的电容器160(其每个可以是相同的电容值或不同值)的尺寸基于多个因素，包括PWM电流波形(当使用时)的时间周期T、输送到连接的LEE的纹波(ripple)的可接受幅度、以及“关断状态启动”的持续时间，“关断状态启动”指的是在到LEE的电流被中断之后分路电容器160存储的电荷启动对应的LEE的条件。将会理解，当施加的PWM电流波形包括较短的时间周期T时、和/或当关断状态启动时间较短时、和/或当希望或可接受纹波的较大幅度时，可以使用较小的电容器。当施加的PWM电流波形提供较长的时间周期T时、和/或当寻求较长的关断状态启动周期时、和/或当希望或要求I_LEE，i的较小纹波幅度时，可以使用较大的电容。

可能影响(一个或多个)电容器160的尺寸选择的另一因素是在启动或停用使用分路电容器160的LEE方面的可接受的延迟。特别地，电容器160的尺寸可以抑制先前未启动的LEE多快能达到其运行电压条件V_OP、或者先前启动的LEE多快能被停用。在这样的情况下，PWM电流波形的未启动和启动状态之间的上升和下降时间转变(rise andfall time transition)可能恶化到超过可接受的极限，从而引起某些情况下的错误发光(LEE的延迟的停用)、和/或其他情况下的光遗漏(LEE的延迟启动)。

用于将延迟启动/停用效应最小化的一种示范性方法是提供间歇补偿效应以加速上升和下降时间转变。例如，之前未启动的LEE到启动状态的上升时间转变可以是通过下述方式加速：以短的时间期间提供较高的电流水平到LEE，从而与如果预期的电流水平I在启动特定LEE的时间t内恒定施加的情况相比，较快地为其分路电容器160充电并较快实现正向电压。

由于LEE的一定的电压-电流特性，在较低的运行电压的情况下电流下降。通过输送能量到LEE而使电容器放电可能引起其中LEE仅产生很少的可察觉的光的长的时间期间。连接具有适当特性的额外负载(例如电阻器530或者电阻器与齐纳二极管的串联连接)可以被用来加速LEE的最终关断状态。另外，控制器520可以按某种方式编程，从而补偿来自使用分路电容器160的LEE的丢失的或额外的光输出，并可以相对于时间平均的光输出来对此进行补偿。

还可以进行额外的处理来减轻电源的负载。例如，特定的LEE的启动可以与电源510的负载条件同步，从而在有可能的情况下为具有高正向电压和/或连接到大分路电容的LEE的启动计时，以符合电源510的低负载条件。沿着这些线，电源520可运行以提供随时间变化的电压到第一和/或第二干线172、174，从而与高负载条件同步地提供增大的输出电压(例如，暂时升高的电压、或PWM电压波形)。在这种实施例中，电源510可以包括当控制器520感测到高负载条件时用于接收控制信号528的端口。

另外，启动循环自身也可以被排定(schedule)至电源510的可用的电压输出。通过使用反馈信号515(例如代表电源510的输出电压)，可以选择启动合适的LEE。例如，当使用通过修正主线电压得到的未调整的电源时，会在电源电压中出现一些纹波。反馈信号515可以代表电源电压。需要最低电源电压的LEE的启动可以被同步到从电源510输送最低电源电压的时间期间。使用该方法，可以提高系统的整体效率并降低成本。

总之，可以看出，作为本发明的一个方面，可以设置两个电流源来控制三个发光元件的启动，从而将电流源的数目降低到电流源与受其控制的发光元件的1∶1的比率以下。以此方式，可以减小发光元件阵列的部件数，并提供更快、更加功率有效、以及更低成本的发光装置。

本领域技术人员易于理解，当适合时，所描述的处理过程可以由硬件、软件、固件或这些实施方式的组合来实现。另外，一些或所有的所述处理过程可以实现为驻留在计算机可读介质(可换式盘、易失性或非易失性存储器、嵌入式处理器等)上的计算机可读指令代码，该指令代码可运行以对计算机或其他这样的可编程装置进行编程从而实现希望的功能。

应当注意，术语“包括”并不排除其他特征，并且不定冠词“一”或“一个”并不排除复数，除非另有说明。还应当注意，与不同实施例相联系而描述的元件可以组合。还应当注意，权利要求中的附图标记不应当被解释为限制权利要求的范围。术语“连接”用于表示两个部件之间的直接连接，或者两个部件之间通过居间结构的间接连接。流程图中所示的操作并不限于示出的特定顺序，而是根据本发明，编号在后的操作可以与编号在前的操作同时或在其之前执行。

以上的描述是出于说明和描述的目的。其并不是穷举性的或者将本发明限制于所公开的精确形式，并且显然，根据所公开的教导可以存在许多修改和改变。选择所述实施例是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域技术人员能够通过适合其构思的特定使用的各种实施例及各种修改来最好地利用本发明。本发明的范围仅由所附权利要求限定。

Claims (16)

1.一种发光元件阵列，包括：

第一发光元件(110)，具有第一端子和第二端子，所述第一发光元件(110)的特征在于，在第一运行电压(V_OP1)或其以上时所述第一发光元件(110)可运行以发光；

第二发光元件(120)，具有第一端子、以及连接到所述第一发光元件(110)的第二端子的第二端子，所述第二发光元件(120)的特征在于，在第二运行电压(V_OP2)或其以上时所述第二发光元件(120)可运行以发光；

第三发光元件(130)，具有连接到所述第一发光元件的第一端子的第一端子、以及第二端子，所述第三发光元件(130)的特征在于，在第三运行电压(V_OP3)或其以上时所述第三发光元件(130)可运行以发光；

第一可控电流源(140)，连接在所述第一发光元件(110)的第一端子和所述第二发光元件(120)的第一端子之间；以及

第二可控电流源(150)，连接在所述第一发光元件(110)的第二端子和所述第三发光元件(130)的第二端子之间。

2.如权利要求1所述的发光元件阵列，还包括第四发光元件(135)，所述第四发光元件(135)具有连接到电源干线(172，174)的第一端子，以及第二端子，该第二端子连接到(i)所述第一可控电流源(140)的第一端子与所述第二发光元件(120)的第一端子的公共节点、或者(ii)所述第二可控电流源(150)的第二端子与所述第三发光元件(130)的第二端子的公共节点。

3.如权利要求1-2之一所述的发光元件阵列，还包括能量存储元件(160)，连接到所述第一、第二或第三发光元件(110，120，130)中的至少一个。

4.如权利要求3所述的发光阵列，其中所述能量存储元件(160)包括并联连接到所述第一、第二或第三发光元件(110，120，130)中的至少一个的电容器。

5.如权利要求1中任一项所述的发光阵列，其中所述第一、第二或第三发光元件(110，120，130)中的每一个选自包括发光二极管、有机发光二极管、AC发光二极管、激光二极管或白炽灯的组。

6.如权利要求1中任一项所述的发光元件阵列，其中所述第一发光元件(110)包括至少一个发光二极管，并且其中所述第二发光元件(120)和所述第三发光元件(130)中的每一个包括如包括在所述第一发光元件(110)内的那样的至少一个额外的发光二极管，或者包括与包括在所述第一发光元件(110)内的所述至少一个发光二极管不同的半导体材料。

7.如权利要求1之一所述的发光元件阵列，其中所述第一可控电流源(140)包括具有连接到第一电源干线(172)的端口的第一电流源晶体管(142)，并且其中所述第二可控电流源(150)包括具有连接到第二电源干线(174)的端口的第二电流源晶体管(152)。

8.如权利要求7所述的发光元件阵列，其中所述第一电流源晶体管(142)通过第一电阻器(144)连接到所述第一电源干线(172)，并且其中所述第二电流源晶体管(152)通过第二电阻器(154)连接到所述第二电源干线。

9.如权利要求1中任一项所述的发光元件阵列，其中所述第一发光元件(110)的第一运行电压(V_OP1)小于所述第二发光元件(120)的第二运行电压(V_OP2)和所述第三发光元件(130)的第三运行电压(V_OP3)中的每一个。

10.一种发光装置(500)，包括：

如权利要求1-8中任一项所述的发光阵列(100)；

电源(510)，具有连接到第一电源干线(172)的第一输出以及连接到第二电源干线(174)的第二输出；以及

控制器(520)，具有连接到所述第一可控电流源(140)的第一输出(520a)以及连接到所述第二可控电流源(150)的第二输出(520b)，所述第一输出(520a)可运行以提供第一控制信号(524)从而控制所述第一可控电流源(140)的电流供应，而所述第二输出(520b)可运行以提供第二控制信号(526)从而控制所述第二可控电流源(150)的电流供应。

11.一种用于运行发光元件阵列(100)的方法(400)，所述发光元件阵列(100)包括：第一发光元件(110)，具有第一端子和第二端子；第二发光元件(120)，具有连接到第一电源干线(172)的第一端子以及连接到所述第一发光元件(110)的第二端子的第二端子；第三发光元件(130)，具有连接到所述第一发光元件(110)的第一端子的第一端子以及连接到第二电源干线(174)的第二端子；第一可控电流源(140)，连接在所述第一发光元件(110)的第一端子和所述第二发光元件(120)的第一端子之间；以及第二可控电流源(150)，连接在所述第一发光元件(110)的第二端子和所述第三发光元件(130)的第二端子之间，所述方法包括：

启动所述第一发光元件(110)，包括：

控制所述第一可控电流源(140)以输出第一电流I₁(412)；以及

控制所述第二可控电流源(150)以输出第二电流I₂(414)，

其中由所述第一和第二可控电流源(140，150)输出的所述第一和第二电流I₁和I₂为所述第一发光元件(110)供应足以实现至少第一运行电压(V_OP1)的电流，在所述第一运行电压(V_OP1)点处所述第一发光元件(110)变得可运行以发光。

12.如权利要求11所述的方法，还包括：

启动所述第二发光元件(120)，包括：

控制所述第一可控电流源(140)以输出基本零电流(422)；以及

控制所述第二可控电流源(150)以输出第三电流I₃(424)，

其中所述第三电流I₃被供应到所述第二发光元件(120)并足以实现跨过所述第二发光元件(120)的至少第二运行电压(V_OP2)，在所述第二运行电压(V_OP2)点处所述第二发光元件(120)变得可运行以发光。

13.如权利要求11或12所述的方法，还包括：

启动所述第三发光元件(130)，包括：

控制所述第一可控电流源(140)以输出第四电流I₄(432)；以及

控制所述第二可控电流源(150)以输出基本零电流(434)，

其中所述第四电流I₄被供应到所述第三发光元件(130)并足以实现跨过所述第三发光元件(130)的至少第三运行电压(V_OP3)，在所述第三运行电压(V_OP3)点处所述第三发光元件(130)变得可运行以发光。

14.如权利要求11-13之一所述的方法，

其中所述第一可控电流源(140)包括通过第一预定电阻R₁(144)连接到第一电源干线(172)的第一电流源晶体管(142)，

其中所述第二可控电流源(150)包括通过第二预定电阻R₂(154)连接到第二电源干线(174)的第二电流源晶体管(152)，

其中控制所述第一可控电流源(140)以输出第一电流I₁(412)包括：在所述第一电流源晶体管(142)的控制端子和所述第一电源干线(172)之间施加电压V₁以输出所述第一电流I₁，

其中控制所述第二可控电流源(150)以输出第二电流I₂(414)包括：在所述第二电流源晶体管的控制端子和所述第二电源干线(174)之间施加电压V₂以输出所述第一电流I₂；

其中控制所述第二可控电流源(150)以输出第三电流I₃(424)包括：在所述第二电流源晶体管(152)的控制端子和所述第二电源干线(174)之间施加电压V₃以输出所述第三电流I₃，以及

其中控制所述第一可控电流源(140)以输出第四电流I₄(432)包括：在所述第一电流源晶体管(142)的控制端子和所述第一电源干线之间施加电压V₄以输出所述第四电流I₄。

15.如权利要求11-13之一所述的方法，

其中所述第一可控电流源(140)包括连接到第一电源干线(172)

其中所述第一可控电流源(140)包括连接到第一电源干线(172)并连接到所述第一和第三发光元件(110，130)的第一电流源晶体管(142)，所述第一电流源晶体管(142)具有第一电流增益β_i，

其中所述第二可控电流源(150)包括连接到第二电源干线(174)并连接到所述第一和第二发光元件(110，120)的第二电流源晶体管(152)，所述第二电流源晶体管(152)具有第二电流增益β_j，

其中控制所述第一可控电流源(140)以输出第一电流I₁(412)包括：从所述第一电流源晶体管(142)的控制端子吸入电流I₁/β_i1以输出所述第一电流I₁，

其中控制所述第二可控电流源(150)以输出第二电流I₂(414)包括：供应电流I₂/β_j2到所述第二电流源晶体管(152)的控制端子以输出所述第二电流I₂，

其中控制所述第二可控电流源(150)以输出第三电流I₃(424)包括：供应电流I₃/β_j3到所述第二电流源晶体管(152)的控制端子以输出所述第三电流I₃，以及

其中控制所述第一可控电流源(140)以输出第四电流I₄(432)包括：从所述第一电流源晶体管(142)的控制端子吸入电流I₄/β_i4以输出所述第四电流I₄。

16.一种驻留在计算机可读介质上的计算机程序产品，用于提供指令代码以执行权利要求10-14中任一项所述的操作。

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