在大面積矩陣中分布和連接led的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種LED電路包括布置成矩陣的LED陣列。該矩陣連接到至少三根功率軌線。LED形成為在第一功率軌線（30）與第二功率軌線（32）之間的第一LED裝置（34），以及在第二功率軌線（32）與和第一功率軌線相同電壓的第三功率軌線（30）之間的第二LED裝置。這意味著存在穿插了LED矩陣的交變的功率軌線。這使得驅(qū)動電壓能夠保持為低并且它提高了設(shè)計的可縮放性。
【專利說明】在大面積矩陣中分布和連接LED的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于在大面積矩陣中分布和連接LED的低成本且高效的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。大面積矩陣指的是在一定區(qū)域上散布的LED陣列，例如至少數(shù)十LED的陣列，但是更典型地數(shù)百甚至數(shù)千LED的陣列。
【背景技術(shù)】
[0002]LED照明應(yīng)用可以通過在大面積矩陣中組合大量低功率、中間功率或者甚至高功率LED而形成。該矩陣將包括并聯(lián)和串聯(lián)配置的大量LED。
[0003]已知的是形成這樣的LED矩陣，其中LED通過導(dǎo)線而不是昂貴的PCB連接和供電。
[0004]圖1示出了一種已知的布置，其中LED陣列通過導(dǎo)線連接成網(wǎng)格。單個高電壓軌10和單個低電壓軌12向LED 14供電。這些LED成行列地布置在規(guī)則矩陣中。LED列將利用列線將其陽極連接在一起并且將其陰極連接在一起。因此，每列包括一套并聯(lián)的LED。在電壓軌之間存在一串串聯(lián)的這些列。
[0005]圖2中示出了等效的電路圖。LED 14被布置成列20的串聯(lián)連接。每列20包括一套并聯(lián)的LED 14。應(yīng)當(dāng)指出的是，每個LED 14本身可以包括包含若干串聯(lián)或并聯(lián)的LED的封裝。
[0006]如果存在N列20，那么電壓軌10、12之間的電壓需要為(例如3V的)LED正向偏置電壓降的N倍。功率供應(yīng)器輸送的電流是LED總數(shù)的函數(shù)。
[0007]該設(shè)計是可縮放的，并且甚至可以通過縮短列長度而切割成一定尺寸。圖1中所示的網(wǎng)狀布置使得所有LED都能夠在沒有重疊導(dǎo)線的情況下且在只有到每個電壓軌的單個連接的情況下連接到電路中。
[0008]本發(fā)明解決了在許多LED串聯(lián)連接的情況下需要高電壓的問題。對于大的N值而言，所需的電壓可能變得危險或者可能需要昂貴的高電壓絕緣措施。驅(qū)動電壓可能甚至超過市電電壓。
[0009]為了縮放該設(shè)計，可以添加附加的LED行(使得每列20具有更大數(shù)量的并聯(lián)二極管)。對于每個附加的(N個二極管的)行，必須使用專用的功率供應(yīng)器，以便輸送所需的恒定電流。所需的電流取決于網(wǎng)中的LED數(shù)量。
[0010]因此，盡管圖1中的設(shè)計是可縮放的，但是不同的縮放將需要不同的電源，這使得設(shè)計的縮放變復(fù)雜化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]依照本發(fā)明，提供了一種如獨立權(quán)利要求中所限定的電路和方法。
[0012]依照本發(fā)明的一個方面，提供了一種LED電路，該電路包括:
-LED或LED封裝陣列，其布置成矩陣，每個LED或LED封裝在矩陣內(nèi)通過連接導(dǎo)線連接，并且矩陣連接到電壓軌，
其中這些電壓軌連接到跨矩陣的區(qū)域分布的至少三根功率軌線， 其中LED或LED封裝形成為:
-在第一功率軌線與第二鄰近功率軌線之間的第一 LED裝置；
-在第二功率軌線與和第一功率軌線相同電壓的第三功率軌線之間的第二 LED裝置，第三功率軌線鄰近第二功率軌線并且處在第二功率軌線的與第一功率軌線相比的相對側(cè)。
[0013]在該設(shè)計中，LED分段布置在連續(xù)的功率軌線對之間一而不是全部布置在單個電壓軌對之間。按照這種方式，驅(qū)動電壓可以保持為低并且調(diào)諧到最佳值(從例如能耗、成本和安全性的觀點來看最佳)。這些LED裝置將其陽極連接到較高電壓功率軌線并且將其陰極連接到較低電壓功率軌線，使得不同的分段被布置成具有相反的極性。通過將LED置于具有不同極性方向的分段中，不僅有可能以低(即安全)電壓驅(qū)動LED，而且用于功率供應(yīng)器的模塊化方法也是可能的。LED矩陣可以具有任意維度。它也允許在希望的情況下單獨地尋址該矩陣的所述多個LED裝置。這些LED裝置可以處于行或列方向上，從而使得逐行或逐列尋址是可能的。
[0014]可以存在數(shù)量為N的功率軌線以及數(shù)量為N-1的LED裝置，每個LED裝置介于鄰近的功率軌線對之間，其中該鄰近的功率軌線對包括一根高功率軌線和一根低功率軌線。按照這種方式，該設(shè)計在二維中可縮放。這些功率軌線在第一方向(例如行方向)上交變，并且該設(shè)計可以基于功率軌線的數(shù)量且在不改變功率軌線電壓的情況下縮放。
[0015]該設(shè)計也可以在垂直方向上通過改變每個裝置中有多少LED而縮放。
[0016]例如，第一 LED裝置可以包括第一功率軌線與第二功率軌線之間的LED組(bank)，第一 LED組包括一個或多個并聯(lián)的LED，并且第二 LED裝置可以包括第二功率軌線與第三功率軌線之間的第二 LED組，該第二 LED組包括一個或多個并聯(lián)的LED。
[0017]每個組中并聯(lián)的LED的數(shù)量可以用來確定用于固定數(shù)量的功率軌線的縮放。
[0018]第一 LED裝置可以包括第一功率軌線與第二功率軌線之間的串聯(lián)的第一多個LED組，每個組再次包括一個或多個并聯(lián)的LED，并且第二 LED裝置可以包括第二功率軌線與第三功率軌線之間的串聯(lián)的第二多個LED組，每個組包括一個或多個并聯(lián)的LED。
[0019]所述功率軌線對之間串聯(lián)的組的數(shù)量確定所需的電壓。因此，可以在所需的電壓范圍與功率軌線數(shù)量之間找到折衷。
[0020]這些功率軌線中的每一根可以連接到高電壓軌與低電壓軌之一。此外,所有高電壓功率軌線可以連接在一起，并且所有低電壓功率軌線可以連接在一起。這意味著只需一個外部高電壓線連接并且只需一個外部低電壓線連接。
[0021]可以在每個鄰近的功率軌線對之間提供開關(guān)裝置。這使得短路功能能夠被實現(xiàn)，從而可以調(diào)暗或者關(guān)斷特定功率軌線對之間耦合的LED。這可以用來控制總輸出亮度或者甚至輸出顏色，如果不同的LED具有不同的顏色輸出的話。例如，第一 LED裝置的LED可以具有與第二 LED裝置的LED不同的輸出顏色。
[0022]所述電路可以進一步包括具有連接到LED矩陣的第一和第二電壓線的電源，其中第一和第二電壓線之一連接到每根功率軌線。因此，這些功率軌線基本上跨矩陣分布兩根電壓線，使得該矩陣可以在不改變電壓線電壓的情況下縮放。
[0023]單獨的電源可以連接到每根較高電壓功率軌線，和/或單獨的電源可以連接到每根較低電壓功率軌線。當(dāng)矩陣縮放時，電源可以根據(jù)需要在不重新設(shè)計其余電源的情況下添加/移除。這些單獨的電源中的每一個可以具有可單獨控制的輸出電流，并且這可以用來實現(xiàn)LED的局部關(guān)斷或局部調(diào)暗。
[0024]在另一個方面中，本發(fā)明提供了一種驅(qū)動LED電路的方法，該方法包括:
-將LED或LED封裝陣列連接成矩陣，每個LED在矩陣內(nèi)通過連接導(dǎo)線連接，并且矩陣連接到電壓軌，這些電壓軌連接到跨矩陣的區(qū)域分布的至少三根功率軌線，其中該方法包括:
-控制所述至少三根功率軌線，從而驅(qū)動第一功率軌線與第二鄰近功率軌線之間的第
一LED裝置，并且驅(qū)動第二功率軌線與和第一功率軌線相同電壓的第三功率軌線之間的第
二LED裝置，第三功率軌線鄰近第二功率軌線并且處在第二功率軌線的與第一功率軌線相比的相對側(cè)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]將參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的實例，在附圖中:
圖1示出了一種已知的LED矩陣；
圖2示出了圖1的LED矩陣的等效電路；
圖3示出了本發(fā)明的LED電路的第一實例；
圖4示出了圖3的LED矩陣的等效電路；
圖5示出了本發(fā)明的LED電路的第二實例；以及 圖6示出了圖5的LED矩陣的等效電路。
【具體實施方式】
[0026]本發(fā)明提供了一種LED電路，其中LED陣列布置成矩陣。該矩陣連接到至少三根功率軌線。LED形成為在第一功率軌線與第二功率軌線之間的第一 LED裝置，以及在第二功率軌線與和第一功率軌線相同電壓的第三功率軌線之間的第二 LED裝置。這意味著存在穿插了 LED矩陣的交變的功率軌線。這使得驅(qū)動電壓能夠保持為低并且它提高了設(shè)計的可縮放性。
[0027]圖3中示出了依照本發(fā)明的第一實施例。
[0028]LED電路再次包括布置成矩陣的LED 14 (或LED封裝)陣列，每個LED (或LED封裝)在矩陣內(nèi)通過連接導(dǎo)線連接，并且矩陣連接到電壓軌10、12。
[0029]電壓軌連接到用于LED 14的功率軌線以便供電。術(shù)語“功率”軌線只是用來區(qū)分所有功率軌線所連接的(僅僅)兩個“電壓”軌10、12?！肮β受壘€”只是向其施加電壓并且用來將功率(即電流)輸送至連接的LED的線。
[0030]這些功率軌線跨矩陣分布，從而存在連接到兩個電壓軌10、12的至少三根功率軌線。存在穿插了 LED矩陣的交變的功率軌線。在所示的實例中，存在連接到高電壓軌10的三根(較高電壓)功率軌線30以及連接到低電壓軌12的三根(較低電壓)功率軌線32。所述LED形成為鄰近功率軌線之間的單獨的LED裝置，其中這些鄰近功率軌線為一根較高電壓功率軌線和一根較低電壓功率軌線。
[0031]在下限處，本發(fā)明可以利用三根功率軌線實現(xiàn)，例如，圖3中左邊的前兩根高功率軌線30以及第一根低功率軌線32。在這種情況下，僅僅存在第一功率軌線30與第二功率軌線32之間的第一 LED裝置34以及第二功率軌線32與和第一功率軌線相同電壓的第三功率軌線30之間的第二 LED裝置36。
[0032]每個LED裝置在極限下可以是單個LED。作為代替，它可以是可以包括多個LED的LED封裝。它也可以是一行串聯(lián)的LED或LED封裝、一組并聯(lián)的LED或LED封裝或者一行串聯(lián)的并聯(lián)組(像在圖3中那樣)。
[0033]圖3示出了這樣的實例，其中每個LED裝置具有若干組2個并聯(lián)LED并且存在3個串聯(lián)的這樣的組。因此，每個LED裝置的LED置于2*3矩陣中:并聯(lián)方向上2個且串聯(lián)方向上3個。
[0034]對于3V的LED電壓降而言，通過這種方法，驅(qū)動電壓固定為3*3V=9V。對于具有如圖1中所示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的正常配置而言，這將是15*3V=45V。
[0035]圖4中示出了等效電路。
[0036]這種布置使得矩陣能夠在兩個正交方向上進行維度縮放。在圖3所示的實例中，功率軌線在列方向上延伸，并且它們在行方向上極性交變。
[0037]在這種情況下，矩陣可以在行方向上通過增加或減少功率軌線的數(shù)量而縮放。矩陣可以在列方向上通過增加或減少LED裝置34、36的每組中并聯(lián)的LED數(shù)量而縮放。
[0038]這種縮放使得矩陣能夠被制成希望的那么大，同時仍然保持相同的驅(qū)動電壓。
[0039]當(dāng)然，矩陣越大，則驅(qū)動電流越大。然而，這可以通過簡單地從具有固定的驅(qū)動電壓范圍和固定的驅(qū)動電流范圍的驅(qū)動供應(yīng)器開始，并且使用這些供應(yīng)器中與需要的一樣多的供應(yīng)器對整個陣列供電而實現(xiàn)。因此，驅(qū)動供應(yīng)器的固定設(shè)計的數(shù)量可以簡單地與功率軌線30、32的數(shù)量相關(guān)。
[0040]這提供了一種模塊化方法，其避免了縫合(stitch)單獨的矩陣的需要。這有利于制造陣列，例如允許連續(xù)的卷到卷制造工藝，而不是更昂貴的分批工藝。
[0041]圖5中示出了依照本發(fā)明的第二實施例，其具有圖6中的等效電路。
[0042]矩陣布局在概念上是相同的。然而，功率軌線30、32在行方向上延伸，并且每個LED裝置34、36包括一組三個并聯(lián)LED。
[0043]該矩陣再次可在兩個維度上縮放。行方向縮放涉及改變每個并聯(lián)組中的LED數(shù)量，而列方向縮放涉及改變功率軌線的數(shù)量。
[0044]圖5和圖6用來表明，通過使功率軌線在行方向上延伸，有可能允許逐行開關(guān)或者行調(diào)光。當(dāng)然，利用90度旋轉(zhuǎn)，逐列控制是可能的。
[0045]在圖5和圖6所示的布局中，每行LED可以單獨地尋址。這通過在每個鄰近的功率軌線對之間使用諸如晶體管之類的開關(guān)50來實現(xiàn)。這可以用來對負(fù)責(zé)特定行的功率供應(yīng)器完全或部分地短路。恒定電流供應(yīng)器于是將通過短路晶體管驅(qū)動電流?？商鎿Q地，開關(guān)可以與每個功率供應(yīng)器串聯(lián)地放置。對于這個選項，參照圖5，存在若干子選項:
(i )用于高功率軌(用+標(biāo)記)的每個功率軌線30可以在O狀態(tài)與+狀態(tài)(以及用于調(diào)光的中間狀態(tài))之間切換。這意味著兩行可以一次切換到調(diào)暗或關(guān)斷狀態(tài)。
[0046](ii)所有功率軌線30和32可以在O狀態(tài)與+狀態(tài)(以及用于調(diào)光的中間狀態(tài))之間切換。這意味著除了上面(i)的兩行控制之外，單獨的行可以接通或者調(diào)光。
[0047]也可能使得每行(或者行群組)發(fā)射具有不同顏色的光。
[0048]圖5示出一種顏色(在圖中示為灰色)的奇數(shù)行LED和另一種顏色(在圖中示為白色)的偶數(shù)行。[0049]例如，偶數(shù)行可以發(fā)射暖白色并且奇數(shù)行發(fā)射冷白色。使用逐行尋址，可以控制整個矩陣以便發(fā)射具有暖白色與冷白色之間的任何顏色的普通光。動態(tài)圖案也可以沿著行或列方向(取決于功率軌線的配置)創(chuàng)建。
[0050]本發(fā)明可以應(yīng)用在用于諸如例如辦公室照明之類的許多應(yīng)用的大面積LED陣列中。
[0051]LED可以是已知的設(shè)計，并且出于這個原因，它們未被詳細(xì)描述。它們包括可以與其形成導(dǎo)線連接的分立封裝的部件。導(dǎo)線和LED的矩陣可以密封在透明膜中。
[0052]導(dǎo)線和LED的矩陣也可以層壓到諸如帆布或地毯之類的柔性襯底。導(dǎo)線可以是編織到紡織品中的傳導(dǎo)線。
[0053]在所示的實例中，兩個電壓軌被示為“ + ”和或者“ + ”和“O”。所需的是電壓差以便適當(dāng)?shù)仄肔ED。因此，實際電壓是無關(guān)的——它們可以都是正的或者都是負(fù)的。
[0054]如上面所提到的，功率軌線跨矩陣的區(qū)域分布。
[0055]在圖3的實例中，功率軌線在行方向上在兩個電壓之間交變，并且功率軌線基本上在列方向上延伸。因此，從左至右(即在行方向上)，存在均勻間隔的極性交變的功率軌線。為了避免交叉，一種極性的功率軌線向上延伸以便連接到電壓軌線中的一根，并且另一種極性的功率軌線向下延伸以便連接到電壓軌線中的另一根。
[0056]在圖5的實例中，功率軌線在列方向上在兩個電壓之間交變，并且功率軌線基本上在行方向上延伸。因此，從頂至底(即在列方向上)，存在均勻間隔的極性交變的功率軌線。
[0057]總的來說，功率軌線跨矩陣區(qū)域基本上均勻地分布。“基本上均勻地”指的是“在忽略邊緣影響的情況下均勻地”。這意味著矩陣可以切割成一定尺寸。圖3和圖5的設(shè)計中的每一個可以在行和列方向上切割成一定尺寸。
[0058]這些圖中所示的每個LED 14可以是一個或多個LED的LED封裝。
[0059]如上面所解釋的，本發(fā)明在極限下可以使用僅僅三根功率軌線。然而，優(yōu)選地存在至少4根功率軌線，更優(yōu)選地存在10根或更多，例如超過20根。功率軌線越多，調(diào)整矩陣的尺寸的能力越大。
[0060]本領(lǐng)域技術(shù)人員在實施要求保護的本發(fā)明時，根據(jù)對于所述附圖、本公開內(nèi)容以及所附權(quán)利要求書的研究，能夠理解和實現(xiàn)所公開實施例的其他變型。在權(quán)利要求書中，詞語“包括/包含”并沒有排除其他的元件或步驟，并且不定冠詞“一”并沒有排除復(fù)數(shù)。在相互不同的從屬權(quán)利要求中記載特定措施這一事實并不意味著這些措施的組合不可以加以利用。權(quán)利要求書中的任何附圖標(biāo)記都不應(yīng)當(dāng)被視為對范圍的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種LED電路，包括: -LED (14)或LED封裝陣列，其布置成矩陣，每個LED或LED封裝在矩陣內(nèi)通過連接導(dǎo)線連接，并且矩陣連接到電壓軌， 其中這些電壓軌連接到跨矩陣的區(qū)域分布的至少三根功率軌線， 其中LED或LED封裝形成為: -在第一功率軌線(30)與第二鄰近功率軌線(32)之間的第一 LED裝置(34)； -在第二功率軌線(32)與和第一功率軌線相同電壓的第三功率軌線(30)之間的第二LED裝置(36)，第三功率軌線鄰近第二功率軌線并且處在第二功率軌線的與第一功率軌線相比的相對側(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的電路，其中LED裝置將其陽極連接到較高電壓功率軌線并且將其陰極連接到較低電壓功率軌線。
3.如權(quán)利要求1所述的電路，包括數(shù)量為N的功率軌線以及數(shù)量為N-1的LED裝置(34，36)，每個LED裝置介于鄰近的功率軌線對(30，32)之間，其中該鄰近的功率軌線對包括一根高電壓功率軌線和一根低電壓功率軌線。
4.如權(quán)利要求1所述的電路，其中: -第一 LED裝置(34)包括第一功率軌線與第二功率軌線之間的LED組，第一 LED組包括一個或多個并聯(lián)的LED ； -第二 LED裝置(36)包括第二功率軌線與第三功率軌線之間的第二 LED組，該第二LED組包括一個或多個并聯(lián)的LED。
5.如權(quán)利要求4所述的電路，其中: -第一 LED裝置(34)包括第一功率軌線與第二功率軌線之間的串聯(lián)的第一多個LED組，每個組包括一個或多個并聯(lián)的LED ； -第二 LED裝置(36)包括第二功率軌線與第三功率軌線之間的串聯(lián)的第二多個LED組，每個組包括一個或多個并聯(lián)的LED。
6.如權(quán)利要求5所述的電路，其中每個組包括兩個或更多并聯(lián)的LED。
7.如權(quán)利要求1所述的電路，其中所述功率軌線中的每一根連接到高電壓線與低電壓線之一。
8.如權(quán)利要求1所述的電路，進一步包括在每個鄰近的功率軌線對(30，32)之間提供的開關(guān)裝置(50 )。
9.如權(quán)利要求1所述的電路，進一步包括具有連接到LED矩陣的第一和第二電壓線的電源，其中第一和第二電壓線之一連接到每根功率軌線。
10.如權(quán)利要求1所述的電路，其中所述功率軌線中的每一根包括較高電壓功率軌線或者較低電壓功率軌線，并且其中單獨的電源連接到每根較高電壓功率軌線，和/或單獨的電源連接到每根較低電壓功率軌線。
11.如權(quán)利要求10所述的電路，所述單獨的電源中的每一個具有可單獨控制的輸出電流。
12.如權(quán)利要求1所述的電路，其中每根功率軌線延伸到LED矩陣之外以便連接到功率供應(yīng)器。
13.如權(quán)利要求1所述的電路，其中第一LED裝置(34)的LED具有與第二 LED裝置(36)的LED不同的輸出顏色。
14.一種驅(qū)動LED電路的方法，包括: -將LED或LED封裝陣列連接成矩陣，每個LED在矩陣內(nèi)通過連接導(dǎo)線連接，并且矩陣連接到電壓軌，這些電壓軌連接到跨矩陣的區(qū)域分布的至少三根功率軌線，其中該方法包括: -控制所述至少三根功率軌線(30，32)，從而驅(qū)動第一功率軌線與第二鄰近功率軌線之間的第一 LED裝置，并且驅(qū)動第二功率軌線與和第一功率軌線相同電壓的第三功率軌線之間的第二 LED裝置，第三功率軌線鄰近第二功率軌線并且處在第二功率軌線的與第一功率軌線相比的相對側(cè)。`
【文檔編號】H01L25/075GK103765496SQ201280043329
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月6日
【發(fā)明者】M.P.C.M.克里恩, J.W.維坎普, H.J.科內(nèi)里斯森 申請人:皇家飛利浦有限公司