Pantalla de video de LED's.

Comprende píxeles dotados de al menos un diodo LED rojo,

un diodo LED verde y un diodo LED azul, caracterizado porque los LEDs están organizados en al menos una asociación de LEDs rojos conectados en serie (nR), al menos una asociación de LEDs verdes conectados en serie (nG), y al menos una asociación de LEDs azules conectados en serie (nB); y comprende, para proporcionar corriente a asociaciones de LEDs del mismo color conectados en serie e independizar su consumo, un primer grupo de fuentes donde cada fuente sólo se aplica a LEDs rojos, un segundo grupo de fuentes a LEDs verdes, y un tercer grupo de fuentes a LEDs azules; estando toda la electrónica integrada en un conjunto de idénticos circuitos exceptuando los diodos LEDs para controlar el brillo de cada LED, gobernar eficientemente las fuentes y distribuir los datos de las imágenes.

PANTALLA DE VIDEO DE LED'S

dichos módulos una pluralidad de píxeles. El objetivo final es proporcionar una solución a los tres problemas principales asociados con estos dispositivos: reducir las corrientes de alimentación, obtener una eficiencia energética adecuada y permitir la integración de toda la electrónica en un único circuito impreso flexible. La solución propuesta presenta además una elevada adaptabilidad a la hora de proporcionar soluciones válidas ante variables tecnológicas cambiantes o aspectos del diseño diversos como puedan ser la tensión de alimentación, el número de píxeles por módulo, el número de LEDs por píxel, o las caídas de tensiones en directo e intensidades luminosas relativas de estos últimos.

Además la invención permite implementar los módulos mediante circuitos integrados en los que se ha implementado toda la electrónica principal excepto los diodos LEDs, de forma que las pantallas estén únicamente constituidas por una asociación de circuitos integrados y LEDs montados sobre un circuito impreso que preferentemente es flexible pero también pueden ser circuitos impresos rígidos, para simplificar y abaratar la fabricación de este tipo de pantallas. Las pantallas resultantes presentan además un grosor y un peso total extremadamente reducidos lo que representa un factor clave para que puedan ser fácilmente instaladas en emplazamientos donde resulta técnicamente muy complicado o imposible instalar las pantallas de LEDs actuales.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Son conocidas las pantallas de vídeo de LEDs que están formadas por una matriz regular de diodos LEDs. Estas pantallas representan el mecanismo más eficaz para construir pantallas de grandes dimensiones.

En la práctica, las pantallas de vídeo de LEDs se implementan siguiendo unas mismas directrices generales. Físicamente se instalan en cabinas especiales de forma que en la parte frontal se sitúan los paneles de LEDs y en su interior se encuentra protegida toda la circuitería electrónica necesaria para su funcionamiento. Unas fuentes de alimentación generan una o varias tensiones de bajo voltaj e a partir de la red de alimentación. Una circuitería, habitualmente constituida por drivers analógicos integrados, controla la luminosidad de cada uno de los LEDs. Finalmente una electrónica digital de control específica gestiona la transmisión y generación de las imágenes en la pantalla.

La dificultad de implementar pantallas de vídeo flexibles estriba, en primer lugar, en integrar toda la electrónica necesaria, incluyendo los propios LEDs, en un perfil muy reducido, típicamente en un único circuito impreso. Las características que debe satisfacer esta electrónica es básicamente la de controlar individualmente la luminosidad de cada uno de los LEDs. En segundo lugar, la implementación del driver analógico ha de ser tal que haga que la corriente de alimentación necesaria para su correcto funcionamiento sea lo suficientemente reducida para que esta pueda ser eficazmente transportada a lo largo y ancho de la misma. Hay que tener en cuenta que para solucionar este problema no es posible introducir convertidores dc/dc en los reducidos perfiles que requieren las pantallas de vídeo flexibles, ni tampoco emplear conductores de grandes secciones para transportar estas corrientes.

Por otra parte es conocido el driver analógico cuyo esquema eléctrico se representa en la figura 1 de esta memoria, perteneciendo al estado de la técnica y similar al descrito en la patente US 4.743.897.

En el driver de la figura 1, el regulador o fuente de corriente constante 101 proporciona una corriente constante a todos los LEDs 102. Cada uno de los LEDs se enciende o apaga por medio de los transistores MOS 103 conectados en paralelo con cada uno de los diodos, aplicando una determinada tensión en su terminal de puerta 104. La fuente de corriente constante posee una entrada de control 105 que permite interrumpir esta corriente cuando todos los LEDs están apagados, reduciéndose así el consumo.

La corriente total consumida por este driver y los N LEDs conectados en serie es igual a la corriente consumida por uno solo de los LEDs. El número de LEDs que pueden conectarse en serie para un driver como el de la figura 1 viene limitado en la práctica por la tensión puertasurtidor máxima de los transistores. La suma de las tensiones en directo de todos los LEDs en el peor de los casos ha de ser tal que haga que la tensión en la puerta de los transistores no supere ese valor máximo baj o ninguna circunstancia.

Por otro lado, también es conocido el driver analógico de la figura 2 generalmente implementado en un circuito integrado que controla N LEDs 201 conectados a través de N salidas empleando para ello N fuentes de corriente constante 202 que pueden ser encendidas o apagadas desde el exterior por medio de una interfase digital 203 adecuada. Estos drivers analógicos no incorporan el resto de la electrónica digital encargada de generar las modulaciones digitales que controlan o ajustan independientemente la intensidad luminosa de cada uno de los LEDs u otras funciones relacionadas con la generación o procesamiento de las imágenes desde el dominio digital.

La corriente total consumida por este driver y los N LEDs es igual a la suma de las corrientes individuales consumidas por todos y cada uno de los LEDs y el propio driver. El número de LEDs que pueden controlarse para un driver como el de la figura 2 viene limitado por la sección de los conductores necesarios para transportar las corrientes consumidas por aquellos. Este hecho obliga a utilizar convertidores dc/dc o fuentes de alimentación ac/dc para cada grupo de LEDs con el obj etivo de reducir

pantallas flexibles de LEDs.

Por otro lado son conocidas las técnicas de modulación por anchura de pulso con las que se controla la intensidad luminosa de cada uno de los LEDs.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Para lograr los objetivos y evitar los inconvenientes indicados en anteriores apartados, la invención, al igual que las pantallas del estado de la técnica comprende una pluralidad de píxeles formando una matriz, estando compuesto cada uno de los píxeles por un número no nulo de LR diodos LED roj os, un número no nulo de LG diodos LED verdes y un número no nulo de LB diodos LED azules; y comprenden una red digital de gestión de la transmisión y generación de las imágenes en la pantalla. La principal novedad de la invención consiste en que comprende una pluralidad de unidades funcionales dispuestas según una matriz bidimensional regular conectadas mediante la red digital para distribuir la información numérica correspondiente a los contenidos de las imágenes entre dichas unidades funcionales. Además cada una de las unidades funcionales, comprenden los siguientes elementos: a) un conjunto de píxeles, en los que los LEDs de cada unidad funcional están organizados en al menos una asociación de LEDs de color rojo nR conectados en serie, al menos una asociación de LEDs de color verde nG conectados en serie, y al menos una asociación de LEDs de color azul nB conectados en serie, b) un primer grupo de fuentes de corriente constante, dotado de un número de fuentes de corriente constante igual al número de asociaciones de LEDs rojos nR conectados en serie, comprendiendo cada fuente de corriente constante una entrada digital de habilitación, donde cada fuente de corriente constante se conecta únicamente a una asociación de LEDs rojos conectados en serie, c) un segundo grupo de fuentes de corriente constante, dotado de un número de fuentes de corriente constante igual al número de asociaciones de LEDs verdes nG conectados en serie, comprendiendo cada una de dichas fuentes de corriente constante una entrada digital de habilitación, donde cada fuente de corriente constante se conecta únicamente a una asociación de LEDs verdes nG conectados en serie, d) Y un...

l. PANTALLA DE VIDEO DE LED'S, que comprende una pluralidad de píxeles formando una matriz, estando compuesto cada uno de los píxeles por al menos un diodo LED roj o, al menos un diodo LED verde y al menos un diodo LED azul, comprendiendo un red digital de gestión de la transmisión y generación de las imágenes en la pantalla; caracterizada por que comprende una pluralidad de unidades funcionales dispuestas según una matriz bidimensional regular conectadas mediante la red digital para distribuir la información numérica correspondiente a los contenidos de las imágenes entre dichas unidades funcionales, comprendiendo cada una de dichas unidades funcionales los siguientes elementos:

a) un conjunto de píxeles, en los que los LEDs de cada unidad funcional están organizados en al menos una asociación de LEDs de color roj o conectados en serie (nR) , al menos una asociación de LEDs de color verde conectados en serie (nG) , y al menos una asociación de LEDs de color azul conectados en serie (nB) , b) un primer grupo de fuentes de corriente constante, dotado de un número de fuentes de corriente constante igual al número de asociaciones de LEDs rojos conectados en serie (nR) , comprendiendo cada fuente de corriente constante una entrada digital de habilitación, donde cada fuente de corriente constante se conecta únicamente a una asociación de LEDs rojos conectados en serie, c) un segundo grupo de fuentes de corriente constante, dotado de un número de fuentes de corriente constante

constante se conecta únicamente a una asociación de LEDs verdes conectados en serie (nG) , d) Y un tercer grupo de fuentes de corriente constante, dotado de un número de fuentes de corriente constante

constante se conecta únicamente a una asociación en serie de LEDs azules conectados en serie (nB) ; para independizar el consumo de cada color.

2. -PANTALLA DE VIDEO DE LED' S, según reivindicación 1, caracterizado por que físicamente todos los elementos de una unidad funcional están dispuestos formando un conjunto de módulos, cada uno de los cuales comprende el mismo número de píxeles, y estando dichos módulos conectados eléctricamente entre sí mediante uniones flexibles dotadas de las conexiones que forman las asociaciones de los LEDs conectados en serie y de las fuentes de corriente constante compartidas por dicho conj unto de módulos; comprendiendo además cada módulo:

a) un conjunto de conmutadores analógicos, en cantidad igual al número de LEDs del módulo, estando cada conmutador analógico conectado en paralelo a un LED, b) un conjunto de adaptadores de nivel, en cantidad igual al número de LEDs del módulo y gobernados por una señal digital diferente para cada adaptador de nivel, estando cada señal digital conectada a la entrada de control de un conmutador analógico, para activarlos/desactivarlos independientemente, c) un primer grupo de moduladores por anchura de pulso, en cantidad igual al número de LEDs del modulo, conectados a cada una de las entradas de los adaptadores de nivel pertenecientes a dicho modulo, d) un segundo grupo de moduladores por anchura de pulso, en cantidad idéntica al número de fuentes de corriente constante, estando cada modulador por anchura de pulso conectado a la entrada de habilitación de una fuente de corriente constante, para activarla cuando alguno de los LEDs alimentados por la mencionada fuente de corriente constante lo esté, tanto si los LEDs pertenecen al propio módulo como a cualquiera del resto de módulos de la misma unidad funcional, e) una memoria para almacenar la información de la imagen que está siendo representada en el modulo y de la imagen que está simultáneamente siendo recibida, f) un canal de comunicación que forma parte de la red digital, para transferir la información numérica correspondiente a las imágenes a representar a todos y cada uno de los módulos pertenecientes a todas y cada una de las unidades funcionales que constituyen la pantalla.

3. PANTALLA DE VIDEO DE LED'S, según la reivindicación 2, caracterizada por que los conmutadores analógicos están seleccionados entre un dispositivo dotado de una entrada de control de interrupción del paso de la corriente eléctrica, un transistor NMOS, un transistor PMOS, un transistor PNP, un transistor NPN y cualquier combinación de los anteriores.

4. -PANTALLA DE VIDEO DE LED' S, según la reivindicación 1, caracterizada por que comprende una fuente de alimentación externa VRGB para alimentar todas las fuentes de corriente constante, donde el valor de dicha fuente de alimentación externa VRGB es de al menos el valor más alto de VRGB calculado según las ecuaciones:

a) VRGB ;> nR· VfR +Vreg, min; siendo VfR las caídas de tensión en directo de los LED's rojos conectados en serie nR pertenecientes a una misma asociación que pueden permanecer simultáneamente encendidos; y Vreg, min la caída tensión mínima necesaria para que la fuente de corriente constante funcione en valores nominales, b) VRGB ;> nG· VfG +Vreg, min; siendo VfG la suma de las caídas de tensión en directo de los LED' s verdes conectados en serie nG pertenecientes a una misma asociación que pueden permanecer simultáneamente encendidos; y Vreg, min la caída tensión mínima necesaria para que la fuente de corriente constante funcione en valores nominales, c) VRGB nB· VfB +Vreg, min; siendo VfB la suma de las caídas de tensión en directo de los LED' s azules conectados en serie nB pertenecientes a una misma asociación que

alimentación externa Vg de alimentación de todas las fuentes de corriente constante de los LED' s verdes, y con un valor de tensión Vg correspondiente a un valor mínimo superior a la suma de las caídas de tensión en directo VfG de los LEDs verdes conectados en serie nG pertenecientes a una misma asociación que pueden permanecer simultáneamente encendidos, más la caída tensión mínima Vreg, min necesaria para que la fuente de corriente constante funcione en valores nominales, según la ecuación Vg> nG· VfG +Vreg, min, b) un segundo conjunto de al menos una fuente de alimentación externa Vr de alimentación de todas la fuentes de corriente constante de los LED's rojos, y de valor de tensión Vr correspondientes a un valor mínimo superior a la suma de las caídas de tensión en directo VfR de los LED' s roj os conectados en serie (nr) pertenecientes a una misma asociación que pueden permanecer simultáneamente encendidos, más la caída tensión mínima Vreg, min necesaria para que la fuente de corriente constante funcione en valores nominales, según la ecuación Vr > nR· Vrn +Vreg, min, c) un tercer conjunto de al menos una fuente de alimentación externa (Vb) de alimentación de todas las fuentes de corriente constante de los LED's azules; y de valor Vb correspondiente a un valor mínimo superior a la suma de las caídas de tensión en directo VfB, max de los LEDs azules conectados en serie nB pertenecientes a una misma asociación que pueden permanecer simultáneamente encendidos, más la caída tensión mínima Vreg, min necesaria para que la fuente de corriente constante funcione en valores nominales, según la ecuación Vb>nB· VfB +Vreg, min, 6. PANTALLA DE VIDEO DE LED'S, según las reivindicaciones 2 Y 5, caracterizada por que cada uno de los módulos que constituyen una unidad funcional comprenden un convertidor analógico-digital que está dotado de medios de medida, seleccionados entre medios de medida directa y medios de medida indirecta de al menos una magnitud seleccionada entre:

a) las caídas de tensión en directo Vf de al menos uno de los LEDs alimentados por cada una de las fuentes de corriente constante, b) las caídas de tensión en cada una de las fuentes de corriente constante, c) las corrientes generadas por cada una de las fuentes de corriente constante que circulan por cada una de las asociaciones de LEDs conectados en serie, para transferir numéricamente la medida a través del canal de comunicación a la fuente de alimentación externa que alimenta, entre otras, a la mencionada fuente de corriente constante; comprendiendo las fuentes de alimentación externas medios de interpretación de la medida realizada y medios de ajuste de sus tensiones de salida hasta alcanzar dichos valores mínimos de tensión.

7. PANTALLA DE VIDEO DE LED'S, según reivindicaciones 4, 5 Y 6, caracterizada por que comprende un cuarto conjunto de fuentes de alimentación externas en sustitución del la fuente de alimentación externa VRGB , del primer conjunto de al menos una fuente de alimentación externa Vg, del segundo

seleccionada entre la fuente de alimentación externa VR~, el primer, segundo y tercer conjunto de fuentes de alimentación externas; Vg, Vr, Vb, b) un total de S-l salidas de tensión intermedias adicionales de valores espaciados entre sí, y conectadas a las fuentes de corriente constante de la pantalla formando cada pareja de salidas intermedias consecutivas una nueva fuente de alimentación externa de un subconjunto de dichas unidades funcionales que forman la pantalla; estando cada uno de dichos subconjuntos constituido por idéntico número de unidades funcionales, y comprendiendo además la pantalla una división de una pluralidad de secciones, constituidas cada una de ellas por S unidades funcionales, en las que cada sección son idénticas entre sí, y las tensiones intermedias que alimentan las unidades funcionales pertenecientes a una misma sección pertenecen todas a una misma fuente de alimentación externa; y contando la red digital con medios de gobierno de los tiempos de encendido y apagado de las fuentes de corriente constante de todos los módulos de una misma sección, para que los consumos de dichos módulos sobre las S alimentaciones sean aproximadamente iguales.

8. PANTALLA DE VIDEO DE LED'S, según la reivindicación 2, caracterizada por que el canal de comunicaciones de la red digital comprende una conexión en cascada de todos los módulos de la pantalla, disponiendo cada uno de dichos módulos de un registro de almacenamiento dotado de una entrada de conexión con el módulo anterior de la conexión en cascada, y una salida, de conexión con el módulo posterior de la conexión en cascada, para transmitir las imágenes a través de dichos registros de almacenamiento.

9. PANTALLA DE VIDEO DE LED'S, según la reivindicación 8, caracterizada por que el canal de comunicaciones de la red digital incorpora un mecanismo tolerante a fallos consistente en la incorporación de:

a) una entrada secundaria en la conexión en cascada y un multiplexor para seleccionar entre la salida del módulo inmediatamente anterior y la salida del módulo anterior al inmediatamente anterior, y b) un mecanismo de detección de fallos basado en el control de la paridad de los datos recibidos, para que ante un eventual mal funcionamiento del modulo inmediatamente anterior, seleccionar la entrada secundaria aislando al módulo inmediatamente anterior de la red de

10. PANTALLA DE VIDEO DE LED'S, según la reivindicación 8, caracterizada por que comprende un conjunto de al menos un conector, que incluye la alimentación y el canal de comunicación de transmisión de la información, para conectar varias pantallas en cascada incrementando su superficie.

11. PANTALLA DE VIDEO DE LED'S, según la reivindicación 1, caracterizada por que comprende un circuito impreso flexible en el que se instalan todos los elementos de la pantalla, en el que los píxeles están situados en una cara, y el resto de elementos se emplazan en un espacio seleccionado entre un espacio que queda libre entre los LEDs y un espacio de la otra cara de dicho circuito impreso flexible.

12. PANTALLA DE VIDEO DE LED'S, según la reivindicación 11, caracterizada por que comprende un conj unto de aperturas alrededor de los LEDs y medios mecánicos de doblado del circuito impreso flexible para posicionar los

tiempo total que el conmutador analógico permanece abierto a lo largo de un periodo completo de las modulaciones del primer grupo de moduladores por anchura de pulso el mismo que el que se tendría si no se hubiese aplicado la modulación por anchura de pulso superpuesta.

14. -PANTALLA DE VIDEO DE LED' S, según la reivindicación 2, caracterizada por que comprende una señal de reloj que se aplica con una frecuencia variable al primer grupo de moduladores por anchura de pulso a lo largo de todo el periodo de la modulación por anchura de pulso para que la duración de los ciclos de dicha señal de reloj varíe de forma no lineal y proporcional al subconjunto de valores obtenidos en la aplicación de la formula convencional de la corrección gamma, de ajuste de las intensidades luminosas de la pantalla correspondientes a la visión logarítmica del oj o humano, al conj unto inicial de intensidades luminosas representables en la pantalla.

15. PANTALLA DE VIDEO DE LED'S, según reivindicación 13, caracterizada por que:

a) comprende una señal de reloj que se aplica al primer grupo de moduladores por anchura de pulso constituida por una pluralidad de n·E idénticas secuencias de reloj consecutivas en el tiempo a lo largo de todo el periodo de la modulación por anchura de pulso, siendo la frecuencia de cada una de estas secuencias de reloj variable, en la que la duración de los ciclos de cada secuencia de reloj varia de forma no lineal y proporcional al subconjunto de valores obtenidos de la aplicación de la formula convencional de la corrección gamma, de ajuste de las intensidades luminosas de la pantalla correspondientes a la visión logarítmica del ojo humano, al conjunto inicial de intensidades luminosas representables en la pantalla, y b) el conjunto modulaciones por anchura de pulso superpuestas a cada una de las modulaciones por anchura de pulso originales se mantiene en fase con las n·E idénticas secuencias de reloj, para que las dos modulaciones por separado afecten únicamente a secuencias completas de dicha señal de reloj.

16. -PANTALLA DE VIDEO DE LED' S, según reivindicación 2, caracterizada por que al menos un módulo a excepción de sus pixeles está materializado en un circuito integrado.

17. PANTALLA DE VIDEO DE LED'S, según reivindicaciones 11 y 16, caracterizada por que el circuito integrado está implementado físicamente en un encapsulado cuadrado y se orienta en el circuito impreso flexible formando un ángulo de 45° respecto al contorno de la pantalla, y emplazándose además cuatro LEDs RGB de montaje superficial de seis terminales en cada uno de los lados del circuito integrado, manteniendo también estos píxeles una inclinación de 45° respecto del contorno de la pantalla, para que las dos filas de terminales de los LEDs se sitúen formando un ángulo de 90 ° respecto de la fila de terminales del lado mas próximo del circuito integrado, procurando además que la orientación de los cuatro LEDs RGB asegure que las distancias relativas entre los LEDs correspondientes a una misma componente de color conformen un patrón espacial idéntico para las tres componentes de color.

18. -PANTALLA DE VIDEO DE LED' S, según reivindicación 1, caracterizada por que al menos una de las asociaciones de en serie de LEDs son de un mismo color.