CN1308905C - 改进的发光二极管阵列 - Google Patents

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Abstract

一种LED阵列结构，它减少为使它工作所需控制输入端的数目。通过使用逻辑“AND”解码并多路复用各控制输入信号，实现所述控制接线数目的减少。

Description

改进的发光二极管阵列
技术领域
一般地说，本发明涉及发光二极管阵列，特别涉及实现一种改进的发光二极管阵列。
背景技术
LED(发光二极管)作为显示器或监视器，被广泛地用于多种电子设备，用以传达有关设备状态的信息。各类LED包括有机LED、半导体LED和液晶显示器。图1示出一种常见的多个LED的结构100。将多个LED布置成矩阵，具有连接成行11和列13的多个LED。该矩阵中的一个LED101包括第一接线端102和第二接线端103(比如阳极和阴极)。一列13中的每个LED的第一接线端102被连接在一起，并与列控制输入端150相连，而一行11中的每个LED的第二接线端103被连接在一起，并与行控制输入端180相连。为了起动一个特定的LED，通过各个行、列的控制输入端，激活与该LED对应的行和列。如图1所示，使每列LED13与列选择晶体管110相连。根据与晶体管栅极105连接的列控制输入端150的状态(能起作用或不能起作用)，所述列选择晶体管110选择使各列与一基准电压(比如Vcc，它表示逻辑1)130连接或断开。对于图1的结构而言，在列控制输入端150提供的逻辑0(激活信号)导通pnp列选择晶体管110，并使这一列中各LED的第一接线端102与Vcc130(逻辑1)相连。同样，通过在行控制输入端180处提供逻辑0(激活信号)，使行11被激活。在被激活的行11和列13的LED两端建立的电压使它导通。为点亮LED所用激活信号的电平值与显示器类型有关。例如，当LED的导通或断开时，单色显示器只需一比特的数字信号。在灰度级或彩色显示器中，将多级信号或模拟信号用于得到特殊颜色的区域的全通和全断。
上述一般结构对矩阵中的每一列和每一行需要分开的控制输入端。于是，就使被驱动的LED数目受到公式m×n的限制，式中的m＝列控制输入端数目，n＝行控制输入端数目，所需控制输入端总数＝m+m。这种结构可以证明：在LED矩阵的行数和列数较大时是不实用的。比如，为了实现包含400个LED的矩阵，就需要有40个控制输入端或者外部连接。相应地，如果用芯片控制这种LED矩阵，就需要有40个控制引线(pin)用于该矩阵。正如从上面所显见者，这种普通结构不能使芯片尺寸小型化，因而，在诸如便携式电话机、收音机以及各种芯片卡(chipcarde)之类的便携式电子器件中特别会存在问题。
有些增加由给定数目的引线所控制的LED数目的努力导致使用外部解码器和解码开关(比如欧洲专利EP597226-A1和EP809228-A2所教导者，这里将它们全部作为参考文献引入本说明书)。一般地说，在这些实现方案中，使用多个解码开关，其中每个解码开关都被连到行/列控制引线和一组单个的行/列。将一个外部解码器连接到多个解码开关，用以选择组内要寻找的行/列。不过，这种方法的缺点在于扩大了对于每一组行/列所需外部解码器和解码开关的整个材料单(BOM)。
需要通过一种结构，增大可由给定的输入端数目控制的LED数目，而不明显地扩大材料单(BOM)。
发明内容
一般地说，本发明涉及一种LED阵列，特别涉及一种改进的LED阵列，其中，使用来控制阵列所需的输入端数目被减少。
利用对各行和/或列解码的逻辑“AND”以及时间分多路复用(TMD)的组合，多路复用每个行/列控制输入端的状态，增加所述阵列中含有的LED数目。
按照一种实施例，将阵列中的每一列LED都与一个列选择开关相连。还将阵列中的各列LED组成若干子集合，将每个子集合的各列连接到一个列解码开关，当各个列解码开关和各个列选择开关都被激活时，通过各列选择开关使一个列基准电压被选择连到各列的LED。继而，通过依序激活各列解码开关，并对每个被激活的列解码开关依序激活相应的多个列选择开关，而使各列LED与该列基准电压相连。
附图说明
图1表示普通LED阵列结构；
图2表示本发明一种实施例的LED阵列；
图3表示本发明一种实施例中控制LED阵列的行和列输入信号以及配置(config)信号的时序图；
图4(i)和4(ii)表示本发明一种实施例具有行解码的LED阵列；
图5表示与现有技术矩阵相比，使用本发明所有列控制输入线的解码技术；
图6表示控制图5所述LED阵列的列输入信号的时序图。
具体实施方式
本发明通过利用对各行和/或列解码的逻辑“AND”以及时分多路复用(TMD)的组合，多路复用每个行/列控制输入端的状态，增加所述阵列中含有的LED数目。在普通LED矩阵中，每个列控制输入端或每个行控制输入端只能分别控制一列或一行。本发明中，使至少一行/列控制输入端与一个以上的行/列连接。然后，将各控制输入端的时分激活过程中的逻辑“AND”解码用于识别正在选择被装于已激活之控制输入端的多行/列中的哪一个。
多路复用
在时分多路复用***中，每个通道由多路复用器被分配一个固定时间段，并按规则顺序对每个通道取样。当已对所有通道取样时，对整个第一通道开始所述顺序。于是，将来自一个特定通道的取样及时***在来自其它通道的取样之间。W.Hoehn在德国专利DE 27 45817A1中教导使用时分多路技术的LED实现方法，这里将该文整个引为本说明书的参考文献，然而，与本发明不同，W.Hoehn并未揭示各控制输入端线的解码。在普通LED阵列结构中，将每个行/列控制输入端连接到一行/列。取各通道类似于各列，通过按给定频率依序激活列控制输入端而实现各列的取样。在一个特定列的取样过程中，只激活具有要被点亮之LED的各行。由于在时分多路复用***中并不连续监视每个通道，所以，最好使取样的频率足够高，以使人的视觉暂留造成被激活LED的外观形象，使得能够(譬如按117Hz的重复率)实现点亮。
按照本发明，也可以按时分多路复用的方式依序激活各列或行控制输入端。将至少一列或行控制输入端与多于一行或一列相连。将“AND”解码用于识别安装到一个被激活之控制输入端的哪一列或行被起动。或者可将逻辑“AND”解码用于各行或用于各列，抑或将其用于二者。这就使给定数目的控制输入端所服务的行和列的数目能够增多。
按照一种实施例，利用一列控制输入端作为配置列(configcol)输入端线，并设置与它相连的第一和第二“AND”列解码开关按“推挽”方式工作，实现各列的“AND”解码。例如，当配置列(configcol)输入信号处于逻辑0时，将使第一列解码开关被关闭，而逻辑1将关闭第二列解码开关。将每个列控制输入端连到由第一列和第二列组成的一个列对。将第一组列连到第一“AND”列解码开关，而将第二组列连到第二“AND”列解码开关。然后如下实现对各列的“AND”逻辑解码：选择一个由第一和第二列LED组成的列对，同时激活与它相连的列控制输入端。根据配置列(configcol)输入信号的逻辑电平(0或1)，使所选列对中各列之一能够被起动。
图2表示使用本发明一种实施例列解码的LED阵列。图示有三个列控制输入端(250，251，252)和一个配置列(configcol)输入端260。在实际实现时，列控制输入端的数目并不限于三个，而且图2的LED阵列可以包括沿不同方向导向的行和列和/或LED的不同组合。每个列控制输入端连接到一对互补列的LED，所述一对互补列具有第一和第二列240a和240b。利用逻辑“AND”解码，由列控制输入信号和配置列(configcol)信号控制各列的激活。
按照一种实施例，当把一列接到Vcc(如逻辑1)时，该列被激活。通过列选择晶体管(210a、b)和列解码晶体管(220a、b)，选择每一列与Vcc相连或与之脱开。这对列解码晶体管用作“推挽列解码开关”。为了将一列连到Vcc(从而激活它)，必须同时导通列选择晶体管和列解码晶体管。按照一种实施例，一对列中各个列选择晶体管的栅极被连接到公用的列控制输入端(250，251，252)。当列控制输入端处于不能起作用(逻辑1)时，断开(不导通)各列选择晶体管。激活列控制输入端(逻辑0)，能够激活与它相连的列选择晶体管。根据输入配置列(configcol)输入端260之配置列(configcol)信号的情况，使一对与被激活的列控制输入端相关的列对中的一列被激活。按照一种实施例，pnp晶体管220a被用作第一组列(240a，241a，242a)的列解码晶体管，而npn晶体管220b被用作第二组列(240b，241b，242b)的列解码晶体管。当只需要一个输入端选择激活一个开关时，最好使用互补的晶体管作为列解码晶体管。假设在列控制输入端250处提供一个激活信号(逻辑0)，则输入处于逻辑0的配置列(configcol)输入端260的配置列(configcol)信号激活列240a；而逻辑1激活列240b。此外，双极晶体管，其它各类晶体管，如FET也都是适用的。
图3表示本发明一种实施例对于LED矩阵输入信号的时序图。这个时序图包括列控制输入信号350-352(对应于图2中的信号250-252)和行控制输入信号380-385(对应于图1中输入各行输入端的信号)。与图1的现有技术结构不同，图2的本发明实施例能够用四个列控制输入信号去控制六列，而不只是四列。各列被用作取样通道。通过一系列扫描循环使各列被取样，每个循环中依序使各列控制输入端被激活(比如使所述列控制输入端被脉冲式地成为逻辑0)。由于使用“AND”逻辑解码各列，所以，给出一个具有逻辑状态0和1的附加配置列(configcol)输入信号360。当该配置列(configcol)输入信号处于0时，第一组列依序变得被激活。当一个特定的列被取样时，具有要被点亮之LED的各行被激活(比如通过依序使控制输入端被脉冲式地下拉)。按照一种优选的实施例，转换的同时，使各行被延迟接通或断开，以降低功率损耗。这是因为可能会因同时导通所有的LES而形成电流峰值。按照一种优选实施例，可以在寄存器中对点亮LED所需的稳定时间编程。然后，一个指令机构将这个信息送至为激活各LED所加电压的组合中。所述指令机构内的LED多路复用单元包括定时控制，以便对(列或者行的)每个通道多路复用所述信息。
作为选择，按照另一种实施例，有如图4所示那样，改为通过提供配置行(configrow)输入线460并以推挽方式工作的第一及第二“AND”解码开关420a、420b，能够实现对各行的“AND”解码。将逻辑“AND”解码加给各行，同时激活一行，它包括在行控制输入端“AND”配置行(configrow)输入端处提供激活信号，为的是接通与它相连的行选择和行解码开关。在图4所示的实施例中，将被激活的行连到下拉电路，如接地。按照一种实施例，以时分多路复用方式，依序将与行选择晶体管420a、420b的栅极相连的各行控制输入端激活(通过驱动它下拉)。然后，对于配置行(configrow)输入线的配置行(configrow)输入信号逻辑电平将确定与被激活之行控制输入端相关的哪行LED被激活。按照一种实施例，把pnp晶体管420a用作第一组各行(430a，431a，432a)的行解码晶体管，而把npn晶体管420b用作第二组各行(430b，431b，432b)的行解码晶体管。当一个特定的行被取样时，使具有要被点亮之LED的各列被激活(比如通过依序使控制输入端被脉冲式地上拉)。
按照另一种实施例，可以通过提供一个配置列(configcol)输入端和一对“推挽”的列解码开关，以及一个配置行(configrow)输入端和一对“推挽”的行解码开关，实现行“AND”解码和列“AND”解码。无论行或者列都可被用作取样通道。
利用本发明所述的逻辑“AND”解码，可使能由相同数量的输入线和输出引线控制的LED矩阵扩大。
在普通LED矩阵中，每个列控制输入端或行控制输入端都只能分别控制一列或一行。因此，如果输入线的总数X＝10和分配给各列的输入线数Y＝4，则阵列中实现的LED总数只能是＝(X-Y)×Y＝(10-4)×4＝24。
对于上述各实施例，如果分配给各列的输入线数＝4，则由下式给出可被控制的LED总数：
列解码(单独)＝(X-Y)(Y-1)×2＝6×3×2＝36
行解码(单独)＝(X-Y-1)×(Y)×2＝5×4×2＝40
列和行解码＝{(X-Y-1)×(Y-1)×2}×2＝{5×3×2}×2＝60
上述各式之一说明必须为各行和列的逻辑“AND”而设置一个输入线(配置列(configcol)，配置行(configrow))。有如从上面计算所显见者，能够被控制的LED数至少增大1.5倍(如果使用列解码)，如果既使用行解码又使用列解码，则甚至会更多倍。是否由于行或者列解码而增大得更多，与行和列解码的实现有关。
如图2和4所示，配置列(configcol)输入端260及配置行(configrow)输入线460在两种状态之间转换，以由每个输入端控制两组列/行。然而，按照其它的实施例，配置列(configcol)输入端和配置行(configrow)输入线都在三种或更多种状态之间转换，每个输入端控制三组或更多组列/行。这可利用多个装置而实现，每一个装置具有互不相同的激活/不激活所用的电压。
按照本发明的另一实施例，在各列控制输入端的TDM激活过程中，所有列控制输入端引线都用于实现“AND”列解码。激活所设置的一个单独的多列控制输入端引线对，就激活LED阵列中的一列。这是基于如下的原理：可由N个对象排列出NC2个单独的对。因此，如果列控制输入端线数N＝4，则利用本实施例的原理，可以构成4C2＝6个单独的列。图5说明实现本发明这种实施例的布置。通过驱动列控制输入端550、551、552下拉，可使他们被激活。作为选择，也可通过驱动这些列控制输入端上拉，使他们被激活。将LED阵列中的一列与一列选择晶体管(540，541，542)及一个列解码晶体管520相连，根据与栅极相连的列控制输入端的状态(激活或者不激活)，使各晶体管被导通或被断开(导通或不导通)。通过激活两个列控制输入端，使列选择晶体管和列解码晶体管被导通，并使列与Vcc连接，从而激活它。
图6示出图5的LED布置所用输入信号的时序图。将LED阵列中的各列编排成若干互不相交的子集合。每个子集合与一个列解码晶体管(520a，520b，520c)相连，所述晶体管按与之相连的列控制输入端的状态而被导通或被断开。各列解码晶体管比如是n-BJT。也可以使用其它各类晶体管，如p-BJT或FET。对于所示的实施例而言，有三个列的子集合501、502和503。用各列作为取样通道，首先通过导通与一个子集合相连的列解码晶体管520，选择该子集合用于取样。然后，通过(使所述列控制输入端被脉冲式地成为逻辑0)依序激活各列控制输入端，对该子集合内的各列取样。在对一个特定的列取样时，使具有要被点亮之LED的各行被激活(比如使所述行控制输入端被脉冲式地下拉)。例如，首先通过激活列控制输入端553选择子集合501。然后，通过依序激活列控制输入端550、551和552(通过驱动它下拉)，而对该子集合中各列(540a，541a，542a)取样。当对一列取样时，装在具有要被点亮之LED的该列(未示出)上的各行被激活。最好使所示各行的断开和接通有延迟，以降低转换时的功率损耗。
已经结合各种有益的或可供选择的实施例表示和说明了本发明。对于那些熟悉本领域的人来说将能理解，可对本发明做多种改型和变化，而不脱离其精髓和范围。于是，并非参照上述实施例的描述而是按照所附各权利要求以它们的全部范围确定本发明的范围，包括各种等效方式。

Claims (7)

1.一种LED阵列，包括：
多个LED，每个LED具有第一和第二接线端，其中所述多个LED按照多列LED和多行LED被排布，所述多列LED的第一接线端电连接，所述多行LED的第二接线端电连接；
多个列选择开关，每个列选择开关与一列LED相连；
多个列控制输入接线端，用以接收列控制输入信号；一个列控制输入接线端被连接到n列选择开关，n至少为2，用以在提供给激活列控制输入信号时，选择地激活各列选择开关；
多个列解码开关，每个列解码开关被装在多个列选择开关上，用于在各列解码开关和列选择开关都被激活时，通过各列选择开关将一个列基准电压选择地连接到各列LED；
一个接受配置列输入信号的配置列输入接线端，被连接到多个列解码开关中的n列解码开关，所述配置列输入信号具有n个状态，在配置列输入信号处于第n状态时，引起第n列解码开关被激活；
各列解码开关依序被激活，对于每个被激活的列解码开关，依序激活相应的多个列选择开关，以依序给各列LED提供列基准电压；
当把一列连接到列基准电压时，通过给具有要被点亮之LED的各行提供一个行基准电压，而使阵列中的各LED点亮。
2.如权利要求1所述的LED阵列，其中，
一个列控制输入接线端被连到多个列选择开关中的两个；
一个配置列输入接线端被连接到多个列解码开关中的第一和第二列解码开关，所述配置列输入信号具有第一和第二状态，在配置列输入信号处于第一状态时，引起第一列解码开关被激活，而在配置列输入信号处于第二状态时，引起第二列解码开关被激活。
3.如权利要求2所述的LED阵列，其中，
每个列选择开关包括一个晶体管；
所述第一列解码开关包括一个pnp晶体管；
所述第二列解码开关包括一个npn晶体管。
4.如权利要求1所述的LED阵列，其中，还包括：
多个行选择开关，每个行选择开关与一行LED连接；
多个行解码开关，每个行解码开关装在多个行选择开关上，用以在所述各行解码开关和行选择开关都被激活时，通过各行选择开关把行基准电压选择地连到各行LED上；
各行解码开关依序被激活，对每个被激活的行解码开关，依序激活相应的多个行选择开关，以依序将行基准电压提供给具有要被点亮之LED的各行。
5.如权利要求4所述的LED阵列，其中，还包括：
多个行控制输入接线端，用于接收行控制输入信号，一个行控制输入接线端与m个行选择开关相连，m至少为2，以在提供激活行控制输入信号时选择地激活各行选择开关；
接收配置行输入信号的配置行输入接线端，它与多个行解码开关的m行解码开关相连，所述配置行输入信号具有m个状态，在配置行输入信号处于第m状态时，引起第m行解码开关被激活。
6.如权利要求1所述的LED阵列，其中，还包括：
多个列控制输入接线端被布置成单独的对，所述单独的对当中的一个列控制输入接线端与一个列选择开关相连，其它列控制输入接线端与一个列解码开关相连；
通过激活列选择开关以及与该列相关联的列解码开关，在与LED阵列中的一列相连的多个列控制输入接线端的单独一对处提供的激活信号作为列基准电压。
7.如权利要求5所述的LED阵列，其中，行控制输入接线端与多个行选择开关中的两个连接；并且
所述配置行输入接线端被连接到多个行解码开关中的第一和第二行解码开关，所述配置行输入信号具有第一和第二状态，在配置行输入信号处于第一状态时，引起第一行解码开关被激活，而在配置行输入信号处于第二状态时，引起第二行解码开关被激活。
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