專利名稱：具有l(wèi)ed陣列的本安型顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有LED陣列的本安型(intrinsically safe) (1.S.)LED顯示裝置，其被設計成用于在潛在地易爆炸的環(huán)境中提供本安性。
背景技術：
具有LED陣列的LED顯示裝置具有日光顯示能力，并能夠提供在工業(yè)場所可從一定距離讀取的相對較大的顯示器。本安性(1.S.)是本領域中的設計要求，用于在例如油碼頭和礦井的工業(yè)場所使用的電子設備，其中正常操作條件或溢出可能導致易燃或爆炸性氣體的存在。例如，US7，312，716討論了無線通信網(wǎng)絡設備的本安性設計。使用LED的本安型裝置在US6, 979，100中使用(該文獻涉及本安型LED照明)，以及在US7, 420，471中使用(該文獻使用LED顯示器以在礦山中提供預警信號)。如在這里所使用的，本安型LED顯示器是一種根據(jù)本安性的要求所設計的LED顯示器。對爆炸的可能原因的研究提供了用于提供本安性的設計規(guī)則。在某些情況下，有必要封裝電子設備以提供本安性。但是，也可能為具有暴露部件的設備提供本安性。本安性的一個重要的考慮是最大部件表面溫度。研究表明，對于具有暴露于周圍環(huán)境氣體的大表面的大多數(shù)種類的爆炸性氣體部件是安全的，如果它們的溫度保持低于135攝氏度。對于較小的表面,允許更高的溫度。對于面積小于2000平方毫米的表面來說，本安性的設計要求允許200攝氏度的溫度，并且如果該面積是電阻器的面積，則這種面積的設計要求是電阻器耗散在不超過40度的環(huán)境中小于1.3瓦特，在高達80度的環(huán)境中為
1.1瓦特。對于小于20平 方毫米的面積，275攝氏度的溫度是被允許的。為了提供本安性，電路應設計成使得在正常操作下和可設想的故障中都滿足這些需求。提供本安性的傳統(tǒng)設計解決方案是如果短路可能導致高于安全水平的溫度，則把電阻器與可能由于故障而短路的任何電路路徑串聯(lián)在一起。這種電阻器用于限制耗散的功率。因為電阻器在被保護的電路路徑發(fā)生短路的情況下將變成最熱點，所以通過電阻器的限制提供了本安性，而無需依賴于任何探測器的正確操作，只要是電阻器不耗散這么多功率而使它違反了本安性的要求。該電阻器值通常被選擇成在正常和故障條件下將電阻器中的功率耗散限制到小于1.1瓦特。通常使用具有小于2000平方毫米面積的電阻器。這意味著電阻器溫度不需要被限制到適用于大表面面積的135攝氏度的要求。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在低于40攝氏度的環(huán)境中，這種電阻器的不超過1.3瓦特的功率耗散確保本安性條件(在高達80攝氏度的環(huán)境中為1.1瓦特)。此外，功率耗散保持在低于電阻器的額定功率的2/3，以防止電阻器故障的風險超過本安性水平。此外，本安型電路使用在安全區(qū)域內(nèi)包含熔斷器的齊納阻擋層，以在設備故障的情況下限制供給到這種電子電路的電壓、電流和功率，從而確保電力水平不會變得足以產(chǎn)生導致爆炸風險的溫度。理想的是，為本安型LED顯示裝置提供LED的2維陣列，因為它們的日光顯示能力以及它們提供可在工業(yè)現(xiàn)場從一定距離處被讀取的相對較大的顯示器的能力(如此處所使用的，陣列可是具有行和列的矩陣，而且可以是其他具有成行LED的布置，如具有單行LED電路單元的線性陣列，或7段式數(shù)字顯示布置，其中所述段包括成行的LED)。同時，理想的是，LED顯示裝置的本安性不應阻止其盡可能多地發(fā)揮功能。例如，如果LED顯示裝置用于表示在礦井內(nèi)或在油碼頭保持安全所需的信息，則不期望的是，超過最小數(shù)量的LED或甚至整個LED顯示裝置會切斷，因為一些LED以導致安全風險的種方式發(fā)生故障。為了結合連續(xù)操作來提供LED的本安性，常規(guī)的保護性串聯(lián)電阻器可與包含LED的單個電路路徑相串聯(lián)使用。然而，這種傳統(tǒng)方法不能在LED顯示裝置中提供本安性，其中在并聯(lián)電路路徑中的很多LED彼此緊密靠近地使用。本安性要求這種顯示裝置不能達到安全溫度，即使所有的LED同時短路。當多個相互鄰近的LED在小區(qū)域中以這種方式發(fā)生故障時，LED顯示裝置可用的最大功率在該小區(qū)域中在保護性限流電阻器內(nèi)被耗散。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在這種情況下，電阻器的組合效果會導致最大表面溫度超過允許限度，即使各個電阻器耗散的功率保持低于1.3瓦特的安全值(在80度的環(huán)境中為1.1瓦特)。EP891120披露了使用與一組LED串聯(lián)的PTC以抵抗 由于電壓上升的損壞。當電壓上升時，電流增加，加熱PTC，這隨之導致增大電阻從而使電流降低。EP891120使用一個PTC來用于多個LED。該文獻沒有討論在顯示器中的具有由電源供電的至少成排的LED的LED陣列。但是，當然這種顯示器的LED也可由PTC防止電涌(voltage surge,電壓沖擊)。然而，該文獻沒有給出對于每個像素基于逐個像素來這樣做的理由，并且如果電源本身設計為防止電涌的話當然無需保護LED。US2007/139928披露了使用與LED串聯(lián)的PTC以防止由于過度加熱的損壞。該文獻沒有討論具有由相同電源供電的至少成排的LED的LED顯示器陣列。該文獻沒有給出對于每個像素基于逐個像素來利用不同PTC保護LED的理由，并且如果電源設計為防止電涌的話當然無需保護LED。CN101581443確認了已經(jīng)考慮把本安性用于包含單個LED的照明裝置。

發(fā)明內(nèi)容
其中，一個目的是提供一種LED顯示裝置的本安性設計。提供了一種根據(jù)權利要求1的LED顯示裝置。該裝置從LED電路單元陣列產(chǎn)生光，每個LED電路單元包括LED或LED組，以及與LED串聯(lián)的電阻器或電阻器組。電阻器執(zhí)行電流限制功能以提供單個LED電路單元的本安性。在每個LED電路單元中，開關型PTC與電阻器組串聯(lián)連接，與電阻器熱接觸。在一個實施例中，電阻器和開關型PTC提供了雙重保護。在該實施例中，電阻器被選擇為在LED電路單元本身發(fā)生故障的情況下，通過將電流限制到電阻器沒有加熱到不安全水平的水平，來提供本安性，以及開關型PTC僅當從相鄰的故障LED電路單元的附加熱量進一步提高溫度時切斷電流。顯示裝置可以包括耦接到LED電路單元的電串聯(lián)布置的電源電路，其中電源電路被布置成保持電源電壓低于預定值。利用這種電源，就沒必要保護LED免于由于電源電流引起的過壓或過熱，因為電源電路防止過電壓。對預定值的限制可以由電壓限制電路實現(xiàn)，該電壓限制電路本身可以包含PTC，因此電源電路防止陣列中的所有LED電路單元發(fā)生過壓。但是，每個LED電路單元仍然包含它自己的開關型PTC以提供本安性。通常，最大電源電壓值等于LED正常操作的額定電壓值。在該額定電壓值處LED當然不會由于過壓而損壞。電源電路允許的最大電源電壓可略高于額定電壓，但是當然仍然低于這樣的電壓，在該電壓處由于過壓而損壞的風險變得顯著。在一個實施例中，開關型PTC包括具有導電材料的嵌入顆粒的非導電聚合物基體，所述嵌入顆粒在開關溫度(switching temperature)之下通過聚合物基體保持彼此電接觸。在聚合物基體的實例中，因為顆粒之間的接觸消失了，開關型PTC具有這樣的開關溫度，在該開關溫度處開關型PTC的電阻器大幅上升。使用每個LED電路單元具有的開關溫度在80與125攝氏度之間的開關型PTC。更優(yōu)選地，使用低于120攝氏度的開關溫度。這減少了公差。為了提供本安性，在大表面上的LED顯示裝置的局部溫度不應超過135攝氏度，但是在電阻器中可能局部地更高。溫度會由于電功率通過LED電路單元耗散成熱量而上升。在正常操作中，與通過LED電路單元的電流相關的相當大部分的功率由LED轉換成光。一部分功率主要由電阻器轉化為熱量，但在正常操作中，這部分太小以致不能使開關型PTC處的局部溫度上升到開關溫度以上。在發(fā)生故障的情況下，LED可能停止將功率轉換成光，在這種情況下，穿過LED的電壓降可能下降并且更多的電功率將轉換成熱。如果單個LED電路單元發(fā)生故障，則電阻器或電阻器組限制了 LED電路單元中的電流，從而以傳統(tǒng)方式提供本安性，這樣LED電路單元本身不能產(chǎn)生危險的溫度。這同樣適用于相鄰的周圍LED電路單元自身。然而，如果特定LED電路單元的相鄰周圍LED電路單元的LED也發(fā)生故障，則來自這些LED電路單元的電阻器的熱量也流到電阻器和特定LED電路單元的開關型PTC，或者換句話說，來自特定LED電路的熱量不太能有效地被去除。當這導致在開關型PTC處的溫度上升到開關溫度時，開關型PTC限制電流。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，以這種方式，LED電路單元的局部溫度可以一種本安性的方式并且在相鄰LED電路單元在小區(qū)域內(nèi)發(fā)生故障時被限制。在一個實施例中，每個LED電路單元的電阻器或電阻器組具有這樣的電阻值，其使得在LED電路單元本身中由于在電路單元的LED或LED組短路的情況下通過LED電路單元的串聯(lián)布置的電流而耗散的熱量小于1.3瓦特。眾所周知，耗散功率為電阻器上電壓的平方除以電阻值。給定在電阻器上的最大電壓(例如，給定額定最大電源電壓和與該電阻器串聯(lián)的可選電阻器)，這意味著散熱要求隱含地限定了一個最小電阻值，假設例如所有非電阻器都短路。在進一步的實施例中，可施加不超過1.1瓦特耗散的更嚴格的要求。這使得能夠在在高達80攝氏度的環(huán)境中提供本安性。優(yōu)選地，在LED電路單元不使用有源感測電路(比如，具有耦接到LED電路單元的輸入的大器或比較器)以抵抗發(fā)熱。在顯示陣列中的大量LED電路單元中包括這種電路將使得顯示器的成本效益低下。此外，本安性要求設計考慮這種電路中的故障，如短路輸入和不能增強。通過使用開關型PTC，這種有源感測電路和它們使用的本安性對于LED顯示器的本安性來說是不必要的。 通過電阻器對開關型PTC的遠程加熱，而不是開關型PTC本身中的散熱，來實現(xiàn)電流的限制。在一個實施例中 由于發(fā)生故障的相鄰電路單元所產(chǎn)生的過多熱量而斷開，并且更優(yōu)選地，當LED或LED組電路單元本身并沒有故障時，開關型PTC不會由于所有相鄰的LED電路單元都發(fā)生故障的情況下產(chǎn)生的過多熱量而斷開。以這種方式，即使相鄰的LED電路單元發(fā)生故障，LED電路單元可保持在具有本安性的情況下發(fā)揮作用，從而使得信息顯示仍然是可能的。在一個實施例中，每個LED電路單元的電阻器或電阻器組均具有一電阻值以及與開關型PTC的熱接觸，使得由于通過串聯(lián)布置的電流超過第一電流值，電阻器或組電阻器組本身產(chǎn)生的熱量將把開關型PTC加熱到高于開關溫度的溫度。另一方面，由于通過串聯(lián)布置的電流本身在第一電流值處，開關型PTC所產(chǎn)生的熱量不足以將開關型PTC加熱到高于開關溫度的溫度。為了提供在不同圖像內(nèi)容的顯示之間的選擇，每個LED電路單元的串聯(lián)布置包括與該開關型PTC、另一開關或開關組以及LED或LED組串聯(lián)的開關晶體管。該開關型PTC與該開關晶體管串聯(lián)連接。在一個實施例中，LED電路單元中的LED組包含多個串聯(lián)的LED。以這種方式，與使用一個LED時相比，更大部分的通過LED電路單元的電流被轉換成光。這使得有可能將防止爆炸風險的安全限度與在正常操作中的較低熱耗散相結合。在一個實施例中，電阻器組包括多個并聯(lián)的離散電阻器。這使得有可能使用較小的電阻器。較小的電阻器可被加熱到比較大電阻器更高的溫度，而不損害本安性。


使用以下附圖，通過對示例性實施例的描述，這些及其他目的和有利方面將變得明顯。圖1示出了 LED顯示裝置的一部分；圖2描述了作 為LED電壓的函數(shù)的熱產(chǎn)生；以及圖3示出了 LED顯示裝置的截面。
具體實施例方式圖1示出了本安型LED顯示裝置的一部分，其包括具有LED電路單元12的陣列和電源線14、16的安裝板。每個LED電路單元12包括一組電阻器120，一組LED122，開關型PTC124。在每個LED電路單元12中，電阻器組120、LED組122、開關型PTC124串聯(lián)連接在電源線路14、16之間。電子開關128設置成與該串聯(lián)布置串聯(lián)。該電子開關可具有連接到驅動電路(未示出)的控制電極(未示出)。在另一實施例中，電子開關128可以由不同LED電路單元的串連布置所共享，或者它可被設置成僅用于一個串連布置。LED電路單元的陣列可以是具有行和列的二維矩陣。這里，每個LED電路單元可形成不同的像素?？筛鶕?jù)要顯示的圖像內(nèi)容通過控制不同像素的LED單元來顯示圖像。盡管示出了具有三個串聯(lián)LED的LED電路單元，但是應該意識到的是，可以使用不同數(shù)量的LED。在一個實施例中，該裝置中的不同的LED電路單元可包含相互不同數(shù)量的串聯(lián)的LED。例如，LED電路單元的第一部分可包含三個串聯(lián)的LED，如圖1所示，以及第二部分可只具有兩個串聯(lián)的LED。不同類型的LED (例如用于不同的顏色)可以分別用于第一和第二部分中。以這種方式，可以實現(xiàn)包含具有相互不同類型的LED陣列的本安型電路。LED電路單元12的陣列可以包括成行的LED電路單元12，這些行形成分段式的七段式顯示器(在彼此之上的三個水平的條形段，以及與水平條的相繼對的末端相連接的兩對豎直條)。此外，該陣列可進一步包括在七個段的“眼睛”中的區(qū)域的LED電路單元?？商鎿Q地，可使用具有布置在水平行和豎直列中的LED電路單元的陣列。電阻器120為具有小于2000平方毫米的表面積的類型。很容易地，對于大多數(shù)正常的可購得的電阻器正是這種情況。例如，可以使用最大額定功率I瓦特的電阻器。開關型PTC124是一個具有與溫度相關的電阻的裝置，該電阻在很窄的溫度范圍內(nèi)急劇增加，在該范圍之外的由于溫度相關性而引起的電阻變化遠遠低于在該范圍內(nèi)的電阻變化。該范圍的中心被稱為轉變溫度。例如，可以使用具有105攝氏度的轉變溫度的開關式PTC124，或在80和120攝氏度之間范圍內(nèi)的另一個轉變溫度。這種開關型PTC124的一個實施例是具有嵌入導電顆粒的非導電聚合物基體本體、以及與該本體耦接的電極。聚合物基體在低溫下擠壓嵌入顆粒使其相互接觸。因此，通過顆粒和它們的相互接觸在電極之間提供導電路徑，從而導致了低電阻值。當基體的溫度超過閾值時，聚合物基體的熱膨脹去除了顆粒之間的接觸。因此，通過顆粒的在電極之間的導電路徑中斷，從而在高于所述閾值的溫度下導致高電阻值。這種裝置本身是已知的。例如，它們可從Bourns獲得，具有“Multifuse (自恢復式熔斷器)”的類型名稱，作為一種如熔斷器那樣的開關的裝置。例如，可使用Multifuse類型的MF-MSMF020。由于在Multifuse的電熱發(fā)生，傳統(tǒng)已知的熔斷器操作(限制電流)要求Multifuse將自身加熱到高于轉變溫度。相反，在本發(fā)明中，開關是由于通過電阻器組120 (S卩，LED電路單元的可能導致引發(fā)爆炸風險的部分)導致的Multifuse的外部加熱。這種開關型PTC124的另一個實施例是一種由低于閾值溫度時為鐵電性且高于閾值溫度時為非鐵電性的材料制成的多晶本體。在這種情況下，晶粒之間的導電路徑可在閾值溫度之下獲得，但在閾值溫度之上鐵電特性的消失導致急劇降低傳導性的晶粒之間的能
量勢魚。在操作中，電壓被施加到電源線14、16之間。為此可設置耦接到電源線路14、16的電源電路(未示出)。 該電源電路可以根據(jù)本安性的要求而設計，使得該電源電路是本安性的，即其輸出電源電壓將會低于預定值。同時，電源電路可以限制所有LED電路單元的總電流。在操作中，所選擇的LED電路單元12的電子開關128打開，使得電流通過電阻器組120、一組LED122和這些LED電路單元的開關型PTC124在電源線14、16之間流動。未被選擇的LED電路單元12的電子開關128被關閉，使得在這些LED電路單元中沒有電流流動。驅動電路(未示出)可被設置與電子開關的控制電極(未顯示)連接以選擇LED電路單元。可選地，電路包括在驅動電路和控制電極之間的其他電阻器以將驅動電流限制到本安性水平。在正常操作中，與在所選LED電路單元內(nèi)的電源線14、16之間流動的電流相關的功率通過LED122的組至少部分地被轉換成光。另一部分被轉換為熱量，例如由電阻120的組轉換為熱量。該熱引起LED電路單元中的局部溫度增加。例如,所有LED電路單元的總計的用于產(chǎn)生光的功率水平可能為30瓦。LED電路單元被配置為，使得在正常環(huán)境條件(環(huán)境溫度低于60攝氏度，風速為零或更高)下增加的溫度仍低于開關型PTC124的閾值溫度。局部溫度的增加是由于耗散電功率引起的熱供應與由于熱傳導、對流、輻射等引起的來自LED電路單元的熱量流動之間的平衡的結果。為了提供對本安性，必須也要考慮可能發(fā)生電路故障的情況下的操作。在LED的情況下，這需要考慮當LED形成短路時的操作。當故障出現(xiàn)在電路中時，與正常操作相比，與電流相關的功率的更大部分可被轉化為熱。當LED短路時，由于電流增加該功率也增加。這將產(chǎn)生潛在的風險，即溫度將會上升高于最高溫度，在該最高溫度處，如果顯示器暴露于爆炸性的氣體中，由于局部加熱引發(fā)爆炸的風險可被排除。例如，在較大區(qū)域內(nèi)，該水平TS可以采取135攝氏度。經(jīng)由電阻器120的功率限制可很容易地用于在單個單元發(fā)生故障時防止發(fā)生不安全溫度。例如，當電阻器120每個均具有220歐姆的電阻值R并且電源電壓Vmax為最大
10.5伏特時，每個電阻器內(nèi)耗散功率(VmaxVR)的最壞情況是低于0.5瓦特，如果僅有單個LED電路單元發(fā)生故障，這很容易提供本安性。這些電阻器形成了發(fā)生故障的LED電路單元中會達到最高溫度的點，如果LED電路單元隔離操作的話。LED電路單元的其他部件將會具有較低的溫度。因此，通過電阻器將功率耗散限制到本安性水平提供了最簡單的提供本安性的方式。然而，當多個相鄰LED電路單元發(fā)生故障時，在這些LED電路單元中的過熱耗散會用于LED電路單元的相互加熱。這意味著由于電流在單元自身內(nèi)，在LED電路單元中的溫度升高將高于預期的溫度升高。因此，串聯(lián)電阻器所提供的保護不足以提供本安性。通過開關型PTC124和電阻器組120可以實現(xiàn)抵抗這種影響的本安性。由于電流通過LED電路單元12，在LED電路單元內(nèi)的電阻器120的組產(chǎn)生熱量，其經(jīng)由電阻器120的組與開關型PTC124之間的導電線128被傳導到開關型PTC124。來自相鄰LED電路單元的熱量也被傳導到開關型PTC124。這些熱量提高了開關型PTC124中的溫度。當在LED122的組上存在正常的電壓降時，該溫度上升不足以達到開關型PTC124的轉變溫度。但是，當在LED122的組上的電壓降由于裝 置或電路故障而消失時，電阻器120的組所耗散的熱量上升到由電阻器120所限制的水平。當相鄰LED電路單元也發(fā)生故障時，開關型PTC124的溫度被提高到開關型PTC124的轉變溫度。因此，開關型PTC124變?yōu)楦唠娮璧?，這降低了 LED電路單元12中所耗散的功率，從而將其局部溫度的水平限制到低于存在爆炸危險的水平。圖2示出了在LED電路單元中的電阻器熱發(fā)生功率P作為在LED122的組上的電壓降V的函數(shù)。在正常操作過程中的該額定電壓降Vn用豎直虛線26表示。開關型PTC124的溫度上升隨著熱發(fā)生功率P而上升。第一虛線20表示對應于開關型PTC124的轉變溫度的第一功率水平Pl。第二虛線22表示對應于加熱到具有爆炸風險的最低溫度的第二功率水平P2。第二功率水平P2在第一功率水平Pl之上(P2>P1)?？梢钥闯?，LED電路單元中的耗散功率被電阻器限制為低于第一功率水平P1，從而避免了在單個LED電路單元內(nèi)LED短路的情況下發(fā)生爆炸的風險。例如，可以使用220歐姆的電阻器，與電源線14、16之間的9.5伏特的電源電壓以及每個LED的2.5伏特的正常電壓降相結合。在這種情況下，通過LED的額定電流為大約27mA并且通過每個電阻器的電流為大約9mA (ISmWatt的耗散功率)?？商鎿Q地，或者在不同的LED電路單元中，可使用具有2.2或3.5伏特的電壓降的LED。在具有3.5伏特電壓降的LED的LED電路單元中，可以使用兩個串聯(lián)的LED而不是三個。電源電壓固有地是低于10伏特。當該電壓與LED的短路結合時，每個電阻器的電流為約45mA (452mwatt)。在一個實施例中，開關型PTC124的電阻器在環(huán)境溫度下小于I歐姆。開關型PTC124的跳閘電流(tripcurrent)，即由于其自身加熱而開關的電流在23攝氏度的環(huán)境溫度下為400mA并且在85攝氏度的環(huán)境溫度下為200mA。通常，電阻值可基于以下來選擇:(a)當LED短路時，相對于在最大輸入電壓Vm處的加熱的最大安全功率耗散Pmax:R>Vm2/Pmax, (Pmax可能采取對于高達40攝氏度的環(huán)境溫度為1.3瓦特，以及對于高達80攝氏度的環(huán)境溫度為1.1瓦特)；(b)在電阻器本身的特定最大功率PRmax的至多2/3處的操作:R>3*Vm2/2*PRmax (PRmax取決于所使用的電阻器的類型)和(c)最小要求的工作電流IL和電壓VL，在LED的情況下:R〈3* (Vn-VL)/IL，其中Vn為略低于Vm的額定電源電壓。在一個實施例中，使用9.5伏特的額定電壓和10伏特的最大電壓。這簡化了設計條件(比如電阻器上的隔離距離)，使得可能從大量的電阻器類型中選擇?！獋€LED電路單元的LED的短路導致其由于電阻器的功率耗散的增加低于本安性水平。然而，被供應到LED電路的電阻器的凈熱量供應也取決于周圍LED電路單元的LED是否短路。該凈熱量供應主要歸因于來自鄰近單元的作用。在最糟糕的情況下，這使得LED顯示單元中的對應于加熱的第二功率水平P2轉換到具有爆炸危險的最低溫度，下降了 Dmax的量。當LED單元正常工作時，其功率耗散低于下移的水平。但當LED電路單元的LED也短路時，所產(chǎn)生的功率耗散可能導致不安全的溫度。開關型PTC用于為這種類型的故障提供本安性。應該指出的是，在LED電路單元的開關型PTC處的溫度可能不同于電阻器的溫度。初步看來，這可能引起這樣的安全擔憂，即電阻器可能以不安全地變熱而不會被開關型PTC感測到。但是，因為相鄰LED電路單元產(chǎn)生的熱量直接地達到開關型PTC和電阻器，所以該熱量的效果不會增加溫差。另外，PTC與電阻器之間的通過它們的電氣連接的緊密熱耦合保持小的差值。優(yōu)選地，考慮到PTC和電阻器的接觸，PTC和電阻器之間的導體軌跡制成地盡可能地寬。同時，開關型PTC的開關溫度被設置地很高，使得如果LED電路單元本身并沒發(fā)生故障，則不會由于來自相鄰LED電路單元的加熱而發(fā)生斷開。以這種方式，避免了 LED電路單元僅由于其鄰近元件被斷開。圖3示出了 LED電路單元的一部分的截面，示出了電阻器120的組中的電阻器和開關型PTC124以及在安裝板10上的互連導體126。在操作中，由電阻器產(chǎn)生的熱量經(jīng)由互連導體126從電阻器流到開關型PTC124。通過在每個LED電路單元中使用開關型PTC124，LED電路單元中的串聯(lián)布置不需要被連接到放大器、比較器等。這排除了當這些裝置出現(xiàn)故障時，由這些裝置產(chǎn)生熱量可能將溫度提高到可引起爆炸的水平以上的風險。在LED電路單元12中，電阻器120的組的溫度可能高于在LED電路單元中的開關型PTC124的溫度。這是因為，在電阻器120的組中產(chǎn)生熱量并且該熱量流到開關型PTC124。溫度差異將用DT表示。例如，DT可以為5或10攝氏度。開關型PTC124的轉變溫度應該在最低爆炸安全溫度水平TS以下至少DT。相鄰的LED電路單元可影響彼此的溫度。因此應該考慮到以下的可能性，即，由于來自相鄰LED電路單元的作用，在LED電路單元中溫度上升可能高于由于來自LED電路單元本身的熱量而引起的溫度。如果由于 在LED電路單元中的熱發(fā)生和來自LED電路單元外部的熱的結合而出現(xiàn)危險的溫度，則通過使用被熱耦接到電阻器120的組的開關型PTC124，電流也可被切斷，即使由于僅僅LED電路單元的電流的耗散不足以產(chǎn)生危險溫度。在圖1的實施例中，每個電阻器120的組包括三個電耦合的并聯(lián)電阻器。相反，可以使用只包含一個電阻器的組。通過使用多個電阻器，熱耗散可接近開關型PTC124在空間上分布。使用多個并聯(lián)的電阻器使得更容易以本安性的方式操作電阻器。盡管已經(jīng)示出了具有三個并聯(lián)的電阻器的實施例，但是應該理解的是，大于一個的不同數(shù)量也會產(chǎn)生這種效果。電阻器被認為足夠安全抵抗短路故障，使得不需要防止在短路故障情況下的爆炸風險。優(yōu)選地，電阻器120的組在LED電路單元的電串聯(lián)布置中毗鄰開關型PTC124，在其間沒有該串聯(lián)布置的其他部件。這也具有使電阻器和開關型PTC124之間的溫度差異更小的效果。在圖1的實施例中，每個LED122的組包括三個串聯(lián)電耦合的LED。相反，可使用僅包括一個LED122、兩個串聯(lián)的LED、或更多個串聯(lián)的LED的組。通過使用多個串聯(lián)的LED，與當使用一個LED時相比，與電流相關的相對較少的能量被轉換成熱量。這意味著在正常操作中相對較少的功率需要被損耗為該電阻器120的組中的熱。盡管已經(jīng)示出了這樣的實施例，其中陣列中的每個LED電路單元只包含與電阻器(一個或多個)和LED (—個或多個)串聯(lián)的單個開關型PTC，但是應該理解的是，可使用多于一個的單個開關型PTC。多個開關型PTC可并聯(lián)使用。多個開關型PTC可以在LED電路單元中串聯(lián)使用，例如，每個開關型PTC位于LED電路單元的其他部件(如電阻器)與相鄰LED電路單元中的相應一個LED電路單元的部件之間。這可以用于解釋局部熱量流動。但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，每個單元一個開關型PTC在大多數(shù)情況下是滿足要求的。在至少部分的單元中(優(yōu)選地在大部分單 元或甚至所有的單元中)，每個單元使用不超過一個開關型PTC降低了電路成本和單元面積。
權利要求
1.一種具有LED的二維陣列的本安型LED顯示裝置，包括: -安裝板， -位于所述安裝板上的LED電路單元的空間陣列，每個LED電路單元包括在每個LED電路單元中位于相同的相對位置中的開關型PTC、電阻器或電阻器組、以及LED或LED組的電串聯(lián)布置，所述開關型PTC與另外的電阻器熱接觸，其中，每個LED電路單元的開關型PTC具有在80與125攝氏度之間的開關溫度。
2.根據(jù)權利要求1所述的LED顯示裝置，包括與所述LED電路單元的電串聯(lián)布置耦接的電源電路，其中，所述電源電路布置成保持電源電壓低于預定值。
3.根據(jù)權利要求1所述的LED顯示裝置，其中，所述空間陣列為所述LED電路單元的二維陣列。
4.根據(jù)權利要求1或3所述的LED顯示裝置，其中，每個LED電路單元的電阻器或電阻器組具有的電阻值使得，在所述電路單元的LED或LED組短路的情況下，所述LED電路單元自身中由于通過所述LED電路單元的串聯(lián)布置的電流而耗散的熱量小于1.3瓦特。
5.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的LED顯示裝置，其中，所述LED電路單元中特定的一個LED電路單元的開關型PTC的開關溫度高到使得，在與所述特定的一個LED電路單元相鄰的另一個LED電路單元的LED或LED組短路的情況下，至少當所述特定的一個LED電路單元的LED或LED組不短路時,所述另一個LED電路單元的串聯(lián)布置所產(chǎn)生的熱量不足以將所述特定的一個LED電路單元的開關型PTC的溫度升高到所述特定的一個LED電路單元的開關型PTC的開關溫度之上。
6.根據(jù)權利要求4所述的LED顯示裝置，其中，所述LED電路單元中特定的一個LED電路單元的開關型PTC的開關溫度高到使得，在所述LED電路單元中的與所述特定的一個LED電路單元相鄰的所有相鄰LED電路單元的L`ED或LED組短路的情況下，當所述特定的一個LED電路單元的LED或LED組不短路時,所有所述相鄰LED電路單元所產(chǎn)生的熱量不足以將所述特定的一個LED電路單元的開關型PTC的溫度升高到所述特定的一個LED電路單元的開關型PTC的開關溫度之上。
7.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的LED顯示裝置，其中，每個LED電路單元的電阻器或電阻器組具有的電阻值以及與所述LED電路單元的開關型PTC的熱接觸使得，在所述電路單元的LED或LED組短路的情況下，當與所述LED電路單元相鄰的LED電路單元中沒有一個LED電路單元的LED或LED組短路時,所述LED電路單元自身中由于通過所述LED電路單元的串聯(lián)布置的電流而耗散的熱量不足以將所述LED電路單元的開關型PTC的溫度升高到所述LED電路單元的開關型PTC的開關溫度之上。
8.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的LED顯示裝置，其中，每個LED電路單元的串聯(lián)布置包括與所述開關型PTC、所述另外的開關或開關組以及所述LED或LED組串聯(lián)的開關晶體管。
9.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的LED顯示裝置，其中，所述LED組包括串聯(lián)的多個LED。
10.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的LED顯示裝置，其中，所述電阻器組包括并聯(lián)的多個離散電阻器。
11.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的LED顯示裝置，其中，所述空間陣列包括在所述安裝板上的空間LED電路單元的空間行，相應的所述LED電路位于所述行中的相應所述LED電路單元中，每個LED電路的所述開關型PTC、所述另外的開關或開關組以及所述LED或LED組都位所述LED電路的LED電路單元內(nèi)。
12.根據(jù)權利要求11所述的LED顯示裝置，其中，所述空間陣列包括在所述安裝板上的空間LED電路單元的行和列，相應的所述LED電路中的每個位于所述行和列中的相應的所述LED電路單元內(nèi)。
13.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的LED顯示裝置，其中，不存在具有耦接至所述串聯(lián)布置內(nèi)的節(jié)點的輸入的有源感測電路。
14.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的LED顯示裝置，其中，所述開關型PTC包括具有導電材料制成的嵌入晶粒的非導電聚合物基體，所述嵌入顆粒在所述開關溫度以下通過所述聚合物基體而保持彼此電接觸。
15.一種提供具有LED電路單元陣列的本安型LED顯示裝置的方法，每個單元包括LED或LED組,所述方法包括: -通過借助與所述電路單元的LED或LED組串聯(lián)的電阻器或電阻器組來限制通過所述LED電路單元的最壞情況的電流，來單獨為每個LED電路單元提供本安性； -借助具有在80與125攝氏度之間的開關溫度、分別與所述LED電路單元的電阻器或電阻器組串聯(lián)、并且與所述LED電路單元的電阻器或電阻器組熱接觸的開關型PTC，來為其中所述LED或LED組被短路的 相鄰LED電路單元的相互加熱提供本安性。
全文摘要
本申請?zhí)峁┝艘环N具有LED電路單元陣列的本安型LED顯示裝置。每個單元均包括LED或LED組，其單獨地以常規(guī)方式制成為本安性的，這通過借助與LED或LED組串聯(lián)的電阻器或電阻器組來限制通過LED電路單元的功率耗散來實現(xiàn)。此外，具有在80和125攝氏度之間的開關溫度的開關型PTC被添加到每個單元中，并且分別與LED電路單元的電阻器或電阻器組串聯(lián)，與LED電路單元的電阻器或電阻器組熱接觸。以這種方式，為其中LED或LED組都短路的相鄰LED電路單元的相互加熱提供本安性。
文檔編號H05B33/08GK103229594SQ201180057226
公開日2013年7月31日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權日2010年9月29日
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