專利名稱：帶有集成電子器件的用于背光照明的發(fā)光二極管光源的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及對于發(fā)光二極管(LED)的控制，以便產(chǎn)生例如用于液 晶顯示器(LCD)的白光背光源。
背景技術：
液晶顯示器需要背光源。對于全色的液晶顯示器，背光源是白色 光源。白色光源的白點在一般情況下是由液晶顯示器的廠家設定的， 并且對于不同的應用場合，白點可以是不同的。白點是用溫度規(guī)定的。 液晶顯示器的一種應用是電視或計算機監(jiān)視器。普通的白光背光源或者是由熒光燈泡產(chǎn)生的或者是由紅、綠、藍 色發(fā)光二極管的組合產(chǎn)生的。對于中等的和大的背光源，使用每種顏色的多個發(fā)光二極管。在 印刷電路板(PCB )上， 一種顏色的所有發(fā)光二極管通常是串聯(lián)連接的。 在一般情況下，在背光源中使用外部的電流驅動器，每個驅動器驅動 一串紅色的、綠色的或藍色的發(fā)光二極管。通過發(fā)光二極管的電流量控制了亮度。如圖1所示，控制發(fā)光二 極管驅動器的電流的最簡單直接的方式是測量與發(fā)光二極管8(由單個 發(fā)光二極管表示之)串聯(lián)連接的電流檢測電阻器6兩端的電壓，并且 使用差分放大器10比較這個電壓與精確的參考電壓Vref。反饋回路自 動地調(diào)節(jié)驅動器的輸出，以使檢測電壓與參考電壓匹配。一個替換方案是，使用具有分開的電壓源的線性電流源，但是這 種方法不常用于背光照明。圖2表示一串串聯(lián)的單個顏色的發(fā)光二極 管，它們由線性電流源13驅動。在線性電流源中，通過控制傳輸晶體 管(pass transistor ) 14的電導來控制電流?？梢酝ㄟ^用電流4全測器 16檢測電流并且將檢測的電流作為反饋信號加到控制電路18以保持 這個電流在預定的電平，來控制這個電流源以-使產(chǎn)生預定電流。如圖3所示，電流檢測器可以包括低值電阻器20,差分放大器22 測量電阻器20兩端的電壓降?？刂齐娐?8可以是第二差分放大器24，號并且接收可設置的參考電壓Vref 。放大器24控制 晶體管14以便將放大器22的輸出維持在Vref。通過選擇在電壓分壓 器中的電阻可以在固定電壓和地之間設定Vref,或者通過其它方式來 設定Vref。啟動信號(EN)使放大器24 (以及晶體管14)變?yōu)閷ɑ?截止。許多其它的實施例也是可能的。無論使用上述的哪一種驅動器，對于背光照明的通常作法是，在 外部(即不在印刷電路板上)控制通過發(fā)光二極管串的電流。進而， 為了限制驅動器的數(shù)目，串聯(lián)放置多個發(fā)光二極管的板，其結果是， 相同顏色的串在多個板上都有相同的驅動電流。如果沒有進一步的預 防措施，這將導致亮度和顏色的大的變化，因為在單個發(fā)光二極管之 間存在顏色和亮度的固有變化。在一般情況下，通過選擇在這些板上特定位置的發(fā)光二極管來改 善顏色和亮度的均勻性。為此要測試各個發(fā)光二極管，然后按照各自 的特征對每個發(fā)光二極管"歸類裝箱(binning)",并且按照預先計算 的裝箱模式將這些發(fā)光二極管放置在這些板上。此外，在放置發(fā)光二 極管以后，測量這些板的發(fā)光特性，并且組合所說的板，以使在單個 背光源中只使用具有緊密匹配的白點的那些板。這個過程稱為分級。點的這;過i是昂貴和費時的。此外，印:j電路板內(nèi)部的2化還不能得到完全抑制。 發(fā)明內(nèi)容描述了 一種用于背光照明的發(fā)光二極管光源，它可以存儲發(fā)光二 極管串的最優(yōu)電流設定值，從而可以保證在背光應用中顏色和亮度的 均勻性。在板上存儲特定光源板的最優(yōu)電流設定值使所有的光源板具 有均勻的光輸出特性。代替使用歸類裝箱和分級的方法來精確匹配發(fā)光二極管的特性并 預先確定合適的驅動電壓和驅動電流，首先在印刷電路板(PCB)上安 裝和電連接發(fā)光二極管，然后進行測試。在一般情況下，這種測試是 通過改變驅動信號并且從光學上檢測發(fā)光二極管的總亮度來實現(xiàn)的。 然后可以根據(jù)已經(jīng)連接的發(fā)光二極管的測試總效率將電壓和電流值設 定到它們的最優(yōu)值。最優(yōu)驅動電壓是其中在電流源兩端的電壓降最小的驅動電壓。設定驅動電流，以使所說的板滿足預先確定的總的光輸 出特性。這極大地簡化了背光源的產(chǎn)生，因為所有的板都有均勻的特性。將存儲器集成在發(fā)光二極管的印刷電路板上，其中存儲器存儲每 個發(fā)光二極管串的最優(yōu)電流設定值。當背光源通電時，來自存儲器的 設定值被下載，并且控制各個不同的電流驅動器以實現(xiàn)期望的光輸出 特性。存儲器還可以存儲驅動電壓的最優(yōu)值，這些最優(yōu)值用于將線性 電流源兩端的電壓降最小化。印刷電路板上發(fā)光二極管串的長度可以在這個印刷電路板上一個 發(fā)光二極管到相同顏色的所有發(fā)光二極管之間變化。最優(yōu)串長度應該 通過成本/性能的折衷來確定，并且這個最優(yōu)串長度對于不同的應用 是變化的。當在用于背光源的反射箱中使用發(fā)光二極管群集(clusters)的 時候，箱中發(fā)光二極管群集的位置影響了液晶顯示器輸出的光的均勻 性。例如，液晶顯示器邊緣附近的光可能比液晶顯示器中間的光更明 亮些或者更昏暗些，這由來自箱的側壁的反射決定。為了避免出現(xiàn)這 樣的問題，相對于沿箱的中間流到群集的電流，要減小沿箱的側面流 到群集的電流。在板上的存儲器中保存這些設定值。通過允許對于流 到每個群集的發(fā)光二極管的驅動電流進行完全的控制，可以調(diào)節(jié)這些 電流以便在液晶顯示器上獲得均勻的光輸出，同時實現(xiàn)所期望的白點。在一個實施例中，每個串聯(lián)的串在一端連接到將電壓設定在最優(yōu) 電壓的電壓調(diào)節(jié)器上，因此幾乎所有的電壓降都在串聯(lián)的串上。每個 串聯(lián)的串的另 一端連接到可控的線性電流源以調(diào)節(jié)每個串聯(lián)的串的亮 度。在電流源兩端的電壓降是最小的，因此不會浪費能量。對于每種顏色可能只有一個串聯(lián)的串，或者對于單個顏色可以并 聯(lián)連接多個串聯(lián)的串，或者每個單獨的發(fā)光二極管可以連接在它自己 的電壓調(diào)節(jié)器和電流源上，或者將以上的設置組合起來。在另一個實施例中，脈沖寬度調(diào)制(P窗)控制器控制晶體管，該 晶體管與安裝在印刷電路板上的串聯(lián)的串中的一個或多個發(fā)光二極管 并聯(lián)連接?？梢源嬖谂c串聯(lián)的串中不同組發(fā)光二才及管并聯(lián)連接的分開 的晶體管。在印刷電路板上，利用單獨的脈沖寬度調(diào)制控制器控制每 個晶體管，因此可以大體上均衡每組發(fā)光二極管的亮度，使整個串或群集的總亮度匹配目標值。對于每種發(fā)光二極管顏色提供單獨一組脈 沖寬度調(diào)制控制器。設定每個脈沖寬度調(diào)制控制器的控制值，以使所 說的板具有目標光輸出(如預先確定的亮度和白點)。這些控制值存 儲在板上的存儲器中。當所說的板通電時，使用來自存儲器的控制值 來設定脈沖寬度調(diào)制的占空比，從而使所說的板滿足目標光輸出特性。 以此方式，所有的板在銷售給客戶時都有相同的光輸出特性。此外， 可以通過外部的脈沖寬度調(diào)制控制器或幅度調(diào)制控制器(與前述的脈 沖寬度調(diào)制控制器聯(lián)合操作)獨立控制每個發(fā)光二極管串的亮度，以 便允許用戶調(diào)節(jié)亮度和白點，從而滿足用戶的特殊具體要求。在一個例子中，背光用于大型液晶顯示電視。每種原色是通過由 單種顏色的發(fā)光二極管組成的一個或多個串聯(lián)的串產(chǎn)生的。所用的原色是紅、綠、藍色；但也可使用二次顏色或其它顏色。


圖1表示由電流源控制的發(fā)光二極管的現(xiàn)有技術安排；圖2表示由線性電流源控制的發(fā)光二極管的現(xiàn)有技術串聯(lián)安排；圖3表示現(xiàn)有技術的線性電流源的一個實施例；圖4表示本發(fā)明的背光源印刷電路板的一個實施例，這里的每個 串聯(lián)的發(fā)光二極管串都是由它自己的電壓調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器控制 的，并且在板上存儲器中存儲驅動器設定值；圖5表示輸出方波的任何類型的脈沖寬度調(diào)制控制器，設定所說 控制器的占空比以控制通過串聯(lián)的發(fā)光二極管串的電流；圖6是控制背光源中發(fā)光二極管的本發(fā)明方法的一個實施例的流 程圖；圖7表示本發(fā)明背光源印刷電路板的另一個實施例，這里的每個 串聯(lián)/并聯(lián)的發(fā)光二極管安排都是由它自己的電壓調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié) 器控制的；圖8表示在背光源中紅綠藍發(fā)光二極管群集；圖9表示本發(fā)明背光源印刷電路板的另一個實施例，這里在群集 中的每個串聯(lián)的發(fā)光二極管串都是由它自己的電壓調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié) 器控制的；圖IO表示使用本發(fā)明的背光源的一種液晶顯示器；圖11是用于單種顏色的本發(fā)明的背光源印刷電路板的一部分的另 一個實施例，表示控制與部分串聯(lián)的發(fā)光二極管串并聯(lián)連接的晶體管的脈沖寬度調(diào)制控制器；圖12表示圖11中的脈沖寬度調(diào)制控制器的相對占空比； 圖13是用于操作圖11、 14和15的控制器的方法的流程圖； 圖14是圖11的背光源印刷電路板的一種變型； 圖15是圖11的背光源印刷電路板的另一種變型。 用相同數(shù)字指定的元件可以是相同的或者是等效的。
具體實施方式
圖4表示用于液晶顯示器的背光源印刷電路板的電子器件和光源。 在一個實施例中，將發(fā)光二極管和電流源安裝在單個印刷電路板(PCB) 30上。在另一個實施例中，電壓調(diào)節(jié)器也裝在印刷電路板30上。圖中表示了紅色發(fā)光二極管32、綠色發(fā)光二極管33和藍色發(fā)光二 極管34的串聯(lián)串。通過調(diào)節(jié)通過紅綠藍發(fā)光二極管的電流，由背光源 可以實現(xiàn)4壬4可白點。每個串的陽極都連接到它自己的電壓調(diào)節(jié)器36、 37、 38，每個串 的陰極都連接到它自己的電流源40、 41、 42。電壓調(diào)節(jié)器優(yōu)選是開關型調(diào)節(jié)器，有時稱之為開關模式電源 (SMPS)。開關型調(diào)節(jié)器是非常有效的。 一個適當?shù)念愋褪浅Ｒ?guī)的脈 沖寬度調(diào)制(P麗)調(diào)節(jié)器。將調(diào)節(jié)器表示為差分放大器44、 45、 46, 差分放大器輸出電壓Vo，接收參考電壓Vref和反饋電壓Vfb。輸入電 壓Vcc可以是在一個范圍內(nèi)的任意值。每個電壓調(diào)節(jié)器36 - 38維持Vo, 以使Vfb等于Vref。設定Vref,以使Vf b近似等于為了進行充分的操 作在電流源(下面對其進行描述)兩端需要下降的最小電壓(如100 毫伏-l伏)。通過維持Vo的電平略高于串聯(lián)的發(fā)光二極管的組合的 正向電壓，在電流源的兩端不會下降過多的電壓。于是，電流源消耗 的能量(和熱量)最小。在電流源兩端下降的電壓應該小于2伏。每個電壓調(diào)節(jié)器的最優(yōu)Vref是可以憑借經(jīng)驗確定的。由于每個發(fā) 光二極管串都有它自己的正向電壓，所以每個電壓調(diào)節(jié)器36 - 38的最 優(yōu)Vref可以有所不同。每個電壓調(diào)節(jié)器可以是例如用在LTC3453同步電壓升降式(buck-boost )高功率白色發(fā)光二極管驅動器中的電壓升降式脈沖寬度調(diào)制的開關型調(diào)節(jié)器，在這里參照引用了它的數(shù)據(jù)圖表。這樣的電 壓升降式調(diào)節(jié)器是眾所周知的，在此不必描述。每個電流源40 - 42都是可控的以便控制相關的發(fā)光二極管的亮 度，實現(xiàn)期望的白點。每個電流源都可以是圖1、 2或3中所示的電流 源，控制輸入端是Vref (或Iset)和啟動(EN )。在圖4中，Vref或 Iset端標記為AM (幅度調(diào)制)，EN端耦合到脈沖寬度調(diào)制控制器。無 論是幅度調(diào)制的幅度還是EN端的占空比，都可用于控制對應的發(fā)光二 極管的亮度。當電流源由信號EN啟動時，使用幅度調(diào)制引線來控制傳 輸晶體管14的"線性"導電性。在背光源中，白點是通過紅、綠、藍強度的平衡控制的。雖然液 晶顯示器可以有用戶控制的亮度控制器對于紅、綠、藍發(fā)光二極管的 總的組合亮度(即灰度)進行控制，但仍舊要保持這3種顏色之間的 平衡(白點)不變。在一個實施例中，這種平衡是通過為每個電流源 選擇提供期望的白點(或其它目標特性)的幅度調(diào)制信號并且對于每 個電流源固定這個幅度調(diào)制值而實現(xiàn)的。在常規(guī)的光檢測室內(nèi)可以進 行光的檢測。在圖4中，幅度調(diào)制的輸入可以是設定三原色的平衡的 電阻值、電壓值、電流值或任何其它值。在另 一 個實施例中，按照經(jīng)驗選擇每個電流源的幅度調(diào)制信號， 以實現(xiàn)任何其它期望的平衡，4旦不一定是所述白點。例如，當用相同 的脈沖寬度調(diào)制信號進行控制的時候，即使在不同板上的各個發(fā)光二 極管具有不同的特性，也可以簡單地選擇幅度調(diào)制值以使所有板的光 輸出全都相同。然后，用戶設置脈沖寬度調(diào)制信號以實現(xiàn)期望的白點。 換言之，當用相同的脈沖寬度調(diào)制信號進行控制的時候，幅度調(diào)制信 號使所有的板具有相同的光特性?？梢詫⒚總€電流源40 - 42的幅度調(diào)制控制值編程到板上存儲器 47中，以便設定發(fā)光二極管串之間期望的平衡。然后，通過電流電平 控制器48把存儲器47中的數(shù)字值轉換成適當?shù)目刂菩盘?。例如，?過D/A(數(shù)字/模擬)轉換器可以將數(shù)字信號轉換成用作參考電壓。存 儲器47的容量由所需的幅度調(diào)制信號的精度以及要控制的驅動器的數(shù) 目確定?？梢越?jīng)過幅度調(diào)制控制插頭(control pin) 49對于所述電平 進行控制和編程。雖然圖上只表示出從電流電平控制器48輸出的 一根12線，但從電流電平控制器48到每個電流源40 - 42可以有一根或多根線。存儲器47不必是集成電路存儲器，而是可以取任何形式，包括可 變電阻器等。背光源的總強度(灰度)可以通過在相對較高的頻率下控制電流 源的占空比來控制以便避免閃爍。占空比是接通時間與總時間之比。 可以使用常規(guī)的脈沖寬度調(diào)制控制器來輸出有期望頻率和占空比的方 波。由于占空比的相同變化不能以相同量控制紅、綠、藍色發(fā)光二極 管的亮度，因此通常對于每種顏色需要有單獨的脈沖寬度調(diào)制輸入。 憑借經(jīng)驗確定對于每種顏色的占空比的變化以維持白點，并且相應地 調(diào)節(jié)脈沖寬度調(diào)制控制器的輸出。進而，可以使用脈沖寬度調(diào)制控制信號以不同的方式控制背光源 的不同部分，下面參照圖8和圖9對此進一步描述。脈沖寬度調(diào)制設定值可以由用戶根據(jù)其中要加入背光源的應用的 特殊要求確定。例如，脈沖寬度調(diào)制控制器的控制信號可以通過用戶在 硬件(如通過電阻器)中設定，或者可以使用來自外部設備的數(shù)字信 號來設定，其中數(shù)字信號被轉換成控制電壓。編程的微處理器、存儲 器或其它的控制器都可向脈沖寬度調(diào)制控制器提供控制信號。使用在 板上存儲器47中存儲的幅度調(diào)制值來補償發(fā)光二極管串之間的固有變 化。圖5表示的是與圖4中的脈沖寬度調(diào)制控制線連接的任何一個脈 沖寬度調(diào)制控制器50,它接收控制信號以改變在固定頻率操作的振蕩 器的占空比。圖6總結了設定白點(或其它的目標光輸出)并最大化效率的所 述過程的基本步驟。在步驟51，在印刷電路板上安裝發(fā)光二極管，并 且將發(fā)光二極管串聯(lián)連接在電壓調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器之間。在步驟52, 例如通過調(diào)節(jié)驅動信號并且監(jiān)視光檢測室中的亮度來測試發(fā)光二極管 的效率(驅動信號與亮度關系)。然后使用測試的結杲確定發(fā)光二極 管串滿足目標光輸出(色點和亮度)所需要的驅動設定值。同一個應 用的所有的板應該具有相同的目標光輸出。在步驟5 3，為最大效率(即 電流源的最小能量消耗)設定驅動電壓。步驟53是可選擇的。在步驟 54,設定電流控制(幅度調(diào)制信號)以控制單個紅、綠、藍色的亮度，實現(xiàn)板30的期望的目標光輸出。在步驟55,在板上存儲器中存儲所選 的驅動值，從而在背光應用中再現(xiàn)出均勻的光特性。圖7表示背光源的另一個實施例，在這里對于每一種原色有多個 串聯(lián)的串并聯(lián)連接(串聯(lián)/并聯(lián)組56、 57和58 )。由于并聯(lián)連接的每 個串聯(lián)的串的正向電壓(即導通電壓)可能是不同的，所以重要的是， 驅動電壓要大于組內(nèi)最大的正向電壓。每個組的最小電壓檢測器60、 61、 62檢測在串聯(lián)的串的陰極處所有電壓超過某個最小電壓的時間。 在這一點，對于發(fā)光二極管的串聯(lián)/并聯(lián)組設定反饋電壓Vfb。所有的 其它方面均與參照圖4描述的相同。圖8表示紅綠藍發(fā)光二極管芯片的群集66、 67、 68,在這里每個 群集當混合它的顏色時都產(chǎn)生白光。在這個群集的例子中，有兩個串 聯(lián)連接的紅色發(fā)光二極管、兩個串聯(lián)連接的綠色發(fā)光二極管、和一個 藍色發(fā)光二極管。在一個群集中紅綠藍發(fā)光二極管的另外的組合也是 適宜的。這些群集分布在反射箱70中以混合所說的光。在背光源箱70 的前方開口上安裝了液晶顯示板(未示出)。在箱內(nèi)可以有多得多的 群集，這由液晶顯示器的大小決定。重要的是，在液晶顯示器上的光要均勻。由于群集66和68接近 箱70的反射側面，所以與中間相比，液晶顯示器的邊緣的亮度可以不 同。為了調(diào)節(jié)這些邊緣群集的亮度以實現(xiàn)均勻的照明，通過這些發(fā)光 二極管的電流必須與通過位于箱70中間的發(fā)光二極管的電流不同。圖9表示背光源的一個實施例，該背光源分開控制每個群集中每 種顏色的發(fā)光二極管。因此，在將群集安裝在印刷電路板上以后，可 以單獨地控制任何群集的亮度，以便實現(xiàn)液晶顯示器上的均勻亮度。 在圖9中，在中間群集中串聯(lián)連接的紅色發(fā)光二極管72與邊緣群集中 紅色發(fā)光二極管73分開進行控制。為了簡化起見，圖中沒有表示出與 串聯(lián)的發(fā)光二極管73串連接的電壓調(diào)節(jié)器。其它的紅色發(fā)光二極管串 由虛線表示，并且具有它們自己的電壓調(diào)節(jié)器和電流源。通過幅度調(diào) 制控制和/或脈沖寬度調(diào)制控制可以單獨地固定任何 一 個串聯(lián)串的相 對亮度，從而可以設定白點并且實現(xiàn)液晶顯示板的均勻照明。圖中還 表示出對于藍色發(fā)光二極管串74、 75以及對于綠色發(fā)光二極管串76、 77的分開控制?？梢允褂妹}沖寬度調(diào)制控制來控制總亮度(灰度)和顏色平衡。如果分開控制在每個群集中每種顏色的發(fā)光二極管，并且在背光源中使用圖8的群集，那么由于每個群集只有一個藍色發(fā)光二極管， 所以沒有串聯(lián)連接的藍色發(fā)光二極管。在另一個實施例中，分開控制背光源中的每個單個的發(fā)光二極管。 圖IO是本發(fā)明的背光源78的剖面圖，它是使用背光源的液晶顯 示器80或其它顯示器的一部分。普通的用途是電視、監(jiān)視器、蜂窩電 話等。將以上所述的一個或多個紅綠藍發(fā)光二極管群集82安裝在印刷 電路板84上。群集82可形成二維的陣列。背光源箱的底部和側面86 最好涂以白色漫反射(reflectively-diffusing)材料。在這個箱中 混合來自各種不同的多色發(fā)光二極管的光以得到均勻白光。漫射體88 對于所說的光進行進一步的混合。液晶顯示板90具有可控的紅綠藍像 素(快門)和偏振器以產(chǎn)生全色圖像?？梢允褂眉t藍綠濾光器(未示 出)以便用適當顏色的光照明紅綠藍像素區(qū)。按照另一種方式，可以 依次為紅、綠、藍色發(fā)光二極管提供能量，從而可以不再需要紅綠藍 濾光器。圖11表示背光源印刷電路板100的另一個實施例。圖中只表示出 用于單個顏色的發(fā)光二極管的電路。對于所說板上的每種發(fā)光二極管顏色，可以復制這個電路。將發(fā)光二極管串102分成若干組。圖中表示出3個組。組的數(shù)目 可以是任意的，其中包括只有一個組。每個組具有與這個組并聯(lián)連接 的晶體管。作為例子在圖中表示出金屬氧化物半導體場效應晶體管 (M0SFET)104、 105、 106,但是可以使用雙極性晶體管或其它類型的 開關。通過相關的脈沖寬度調(diào)制控制器108、 109、 110來控制每個晶 體管的導通/截止占空比。每個脈沖寬度調(diào)制控制器可以是包含振蕩 器的那種類型的控制器，所說的振蕩器以開關頻率產(chǎn)生鋸齒波形。脈 沖寬度調(diào)制控制器在周期開始時使晶體管導通，在升高的鋸齒超過了 閾值電平時使晶體管截止。通過加到脈沖寬度調(diào)制控制器的控制電壓 來設定這個閾值。作為替換，還可以使用許多其它類型的脈沖寬度調(diào) 制控制器。任何合適類型的恒流源112提供的恒定電流流過發(fā)光二極管串或 者流過導通的任何一個晶體管。如果晶體管導通，那么電流就旁路這 組發(fā)光二極管，并且通過這個晶體管。恒流源112應該足夠可靠牢固，以便當由于晶體管導通使電壓降突然改變時不會明顯改變它的電流。在所述板100測試期間控制脈沖寬度調(diào)制控制器108 - 110，以使 每組的亮度都滿足目標亮度水平。每組的占空比確定了流過這組發(fā)光 二極管的平均電流，平均電流確定感覺到的亮度。由于各個發(fā)光二極 管的效率不同，所以每個組可以具有實現(xiàn)目標亮度的不同的占空比。 如果每個組都滿足目標亮度水平，那么整個的串聯(lián)串的總亮度將達到 目標亮度。如果這是對于每種顏色的發(fā)光二極管實現(xiàn)的結果，則板的 總亮度和白點將滿足預先確定的目標亮度和白點。因此，當利用在測 試各個板期間確定的控制值操作時，所有的板將具有相同的光輸出特 性。在板上存儲器47中存儲這些控制值的數(shù)字表示。在板通電時，通 過適當?shù)腄/A (數(shù)字/模擬)電路或其它裝置將存儲的數(shù)字值轉換成 控制電壓，使所說的板產(chǎn)生基線目標光輸出。在一般情況下，用戶希望控制背光源的總亮度和白點。對于每種 顏色的發(fā)光二極管提供外部脈沖寬度調(diào)制控制器114，以便改變每個串 聯(lián)的發(fā)光二極管串的亮度。以此方式，用戶可以調(diào)節(jié)背光源的紅綠藍 平衡和總亮度。在一個實施例中，外部的脈沖寬度調(diào)制控制器114對于 每個脈沖寬度調(diào)制控制器108-110產(chǎn)生消隱信號，消隱信號的頻率等 于或者大于脈沖寬度調(diào)制控制器108 - 110的開關頻率。與門116 - 118 用于消隱脈沖寬度調(diào)制信號。在一般情況下，外部脈沖寬度調(diào)制控制 器114的開關頻率是控制器108 - 110的頻率的1 - 128倍。在一個實 施例中，外部脈沖寬度調(diào)制控制器114產(chǎn)生共用的時鐘以同步所有的 控制器108 - 110和114。圖12表示對于每個脈沖寬度調(diào)制控制器114、 108-IIO的采樣波 形，分別標以A、 B、 C、 D。這里假定所有的控制器接收的是一個共用 的時鐘。圖13是用于實現(xiàn)每個板100的目標光輸出值的方法的流程圖。在 步驟120,在印刷電路板上連接發(fā)光二極管。在一個實施例中，有紅、 綠、藍色發(fā)光二極管，單個顏色的發(fā)光二極管串聯(lián)連接。也可以想到 其它的連接，如串聯(lián)/并聯(lián)或者每種顏色一個發(fā)光二極管。在發(fā)光二 極管組的兩端連接開關晶體管。每種顏色的恒流源驅動發(fā)光二極管。在步驟121，脈沖寬度調(diào)制控制器連接到每個開關晶體管，以控制發(fā)光二極管組的相對亮度，滿足每個組的目標亮度和特定顏色的目標亮度。在步驟122,在板上存儲器中存儲用于滿足目標值的脈沖寬度調(diào)制 控制器的控制值。作為替換，在光源板的所有實施例中，存儲器可以 在板的外部。在步驟123,用戶可以提供和調(diào)節(jié)用于調(diào)節(jié)每種特定顏色的亮度的 外部脈沖寬度調(diào)制控制器或其它合適的控制器，從而可以使用戶能夠 控制板的總亮度和白點。在步驟124,在板通電時，來自存儲器的控制值使所說的板具有目 標光輸出特性，這種特性對于不同的板是一致的。然后，用戶可以調(diào) 節(jié)這些目標特性，以便滿足用戶對于亮度和白點的特殊要求。圖14表示板120的一部分的一個實施例，表示只對一種顏色(例 如紅、綠或藍色)的電路，其中外部脈沖寬度調(diào)制控制器132控制恒 流源112的占空比。這樣做的一種方法是間斷地從電流源上除去電源， 或者從電路上斷開電源。圖15是一個可替換實施例，其中圖11和圖14中的外部脈沖寬度 調(diào)制控制器114和132由幅度調(diào)制(AM)控制器136代替，幅度調(diào)制 (AM)控制器136或者調(diào)節(jié)開關晶體管104 - 106的柵極驅動電壓的幅 度，或者調(diào)節(jié)恒流源112產(chǎn)生的電流的幅度。將恒流源112的控制線 表示為一條虛線以說明這種控制，以此作為改變柵極驅動電壓的一種 替換方案。還可以使用控制發(fā)光二極管亮度的其它技術。 上述電路的各種不同的組合都是可能的。雖然已經(jīng)詳細描述了本發(fā)明，但本領域的技術人員應該認識到， 盡管給出了本公開，但在不偏離這里所描述的精神和本發(fā)明的構思的 情況下可以對于本發(fā)明進行改進。因此不希望將本發(fā)明的范圍限制在 這里說明并描述的特定實施例上。
權利要求
1、一種用于顯示器的背光源中的發(fā)光二極管(LED)光源，包括第一種顏色的至少一個發(fā)光二極管；第二種顏色的至少一個發(fā)光二極管；第三種顏色的至少一個發(fā)光二極管；多個電流控制器，每個控制器連接到第一種顏色的至少一個發(fā)光二極管、第二種顏色的至少一個發(fā)光二極管和第三種顏色的至少一個發(fā)光二極管，用于控制每種顏色的亮度水平；所說第一種顏色的至少一個發(fā)光二極管、所說第二種顏色的至少一個發(fā)光二極管、所說第三種顏色的至少一個發(fā)光二極管以及所說多個控制器都安裝在同一個電路板上；在電路板上安裝的存儲器，所說存儲器存儲用于控制每個控制器的輸出電流幅度的數(shù)值，因此光源的組合光輸出具有由存儲在存儲器中的數(shù)值設定的特性。
2、 權利要求l的光源，其中存儲器中的數(shù)值控制所說的控制器 以實現(xiàn)目標白點。
3、 權利要求l的光源，其中存儲器中的數(shù)值控制所說的控制器 以使所說板的光特性基本上與另一個板的光特性相同，盡管這兩個板 上的發(fā)光二極管具有不同的操作特性。
4、 權利要求l的光源，其中第一顏色是紅色，第二顏色是綠色， 第三顏色是藍色，其中存儲器中的數(shù)值控制所說的控制器以便設定紅、 綠、藍色的相對亮度，從而實現(xiàn)來自所說板的期望的總光輸出。
5、 權利要求l的光源，其中每個控制器是連接到串聯(lián)連接的發(fā) 光二極管串的陰極端的電流源。
6、 權利要求5的光源，進一步還包括連接到所說第一顏色的至少 一個發(fā)光二極管的陽極端的第一電壓調(diào)節(jié)器、連接到所說第二顏色的 至少 一個發(fā)光二極管的陽極端的第二電壓調(diào)節(jié)器和連接到所說第三顏 色的至少一個發(fā)光二極管的陽極端的第三電壓調(diào)節(jié)器。
7、 權利要求6的光源，其中對于第一電壓調(diào)節(jié)器、第二電壓調(diào) 節(jié)器和第三電壓調(diào)節(jié)器進行調(diào)節(jié)，以提供在對應的電流源兩端的1伏 或1伏以下的電壓降。
8、 權利要求l的光源，其中所說第一顏色的至少一個發(fā)光二極管包括多個串聯(lián)連接的第一顏色的發(fā)光二極管。
9、 權利要求l的光源，其中所說第二顏色的至少一個發(fā)光二極 管包括多個串聯(lián)連接的第二顏色的發(fā)光二極管。
10、 權利要求1的光源，其中所說第三顏色的至少一個發(fā)光二 極管包括多個串聯(lián)連接的第三顏色的發(fā)光二極管。
11、 權利要求1的光源，進一步還包括反射箱，所說反射箱至少 部分地包圍所說第 一顏色的至少 一個發(fā)光二極管、所說第二顏色的至 少一個發(fā)光二極管、所說第三顏色的至少一個發(fā)光二極管，以便混合 第一顏色、第二顏色和第三顏色。
12、 權利要求1的光源，其中所說第一顏色的至少一個發(fā)光二 極管包括多個第 一顏色的發(fā)光二極管，所說第二顏色的至少 一個發(fā)光 二極管包括多個第二顏色的發(fā)光二極管，所說第三顏色的至少 一個發(fā) 光二極管包括多個第三顏色的發(fā)光二極管，其中將第一顏色、第二 顏色和第三顏色的發(fā)光二極管安排在多個群集中，所說的群集由第一 顏色的至少 一個發(fā)光二極管、第二顏色的至少 一個發(fā)光二極管和第三 顏色的至少一個發(fā)光二極管組成，每個發(fā)光二極管群集由每種顏色的 對應的控制器控制，以使至少一個群集由至少3個控制器控制，以便 可以具有期望的組合色點和亮度。
13、 權利要求12的光源，其中將所說群集裝在反射箱內(nèi)，所說 的反射箱至少部分地包圍這些群集，控制靠近該箱的邊緣的群集，使 其亮度水平低于離箱的所說邊緣更遠的群集的亮度水平。
14、 權利要求1的光源，其中所說第一顏色的至少一個發(fā)光二 極管包括多個并聯(lián)連接的第 一顏色的串聯(lián)的發(fā)光二極管串。
15、 權利要求1的光源，其中所說多個控制器包括多個可控的 線性電流源。
16、 權利要求1的光源，進一步還包括在電路板上的電流電平 控制器，用于接收來自存儲器的數(shù)字值并且將所說的數(shù)字值轉換成用 于控制所說多個控制器的信號。
17、 權利要求1的光源，其中所說笫一顏色的至少一個發(fā)光二 極管包括多個串聯(lián)連接的第一顏色的發(fā)光二極管，并且其中每個電 流控制器包括連接到所說多個串聯(lián)連接的第 一顏色的發(fā)光二極管的恒流源；與所說多個串聯(lián)連接的第 一顏色的發(fā)光二極管中至少 一個發(fā)光二極管并聯(lián)連接的晶體管開關；連接到所說晶體管開關的脈沖寬度調(diào)制(P麗)控制器，用于設定 所說開關的占空比，使由所說的占空比確定的平均電流的幅度通過所 說多個串聯(lián)連接的第 一顏色的發(fā)光二極管中的所說至少 一個發(fā)光二極管。
18、 權利要求17的光源，其中晶體管開關并聯(lián)連接在所說多個 串聯(lián)連接的第 一顏色的發(fā)光二極管中的 一組發(fā)光二極管的兩端。
19、 權利要求17的光源，進一步還包括 一個或多個附加的晶體 管開關，每個開關與所說多個串聯(lián)連接的第一顏色的發(fā)光二極管中至 少一個發(fā)光二極管并聯(lián)連接，并且每個開關由相關的脈沖寬度調(diào)制控 制器控制。
20、 權利要求17的光源，其中脈沖寬度調(diào)制控制器控制占空比 以實現(xiàn)第一顏色的目標亮度。
21、 權利要求17的光源，進一步還包括脈沖寬度調(diào)制控制器，用 于在 一 個占空比中消隱脈沖寬度調(diào)制控制器的輸出，以控制第 一 顏色 的總亮度。
22、 權利要求17的光源，進一步還包括脈沖寬度調(diào)制控制器，用 于控制恒流源，以便在一個占空比中向所說多個串聯(lián)連接的第 一顏色 的發(fā)光二極管提供全電流或者不提供電流，從而控制第 一顏色的總亮度。
23、 權利要求17的光源，進一步還包括控制器，用于控制恒流源 的幅度，從而控制第一顏色的總亮度。
24、 權利要求17的光源，其中所說第二顏色的至少一個發(fā)光二 極管包括多個串聯(lián)連接的第二顏色的發(fā)光二極管，并且其中的每個電 流控制器進一步還包括連接到所說多個串聯(lián)連接的第二顏色的發(fā)光二極管的恒流源； 與所說多個串聯(lián)連接的第二顏色的發(fā)光二極管中至少 一個發(fā)光二 極管并聯(lián)連接的晶體管開關；連接到所說晶體管開關的脈沖寬度調(diào)制(P麗)控制器，用于設定 所說開關的占空比以使由所說占空比確定的平均電流的幅度通過所i兌 多個串聯(lián)連接的第二顏色的發(fā)光二極管中的所說至少 一個發(fā)光二極
25、 一種產(chǎn)生用作背光源的光源的方法，包括在電路板上提供第 一顏色的至少 一個發(fā)光二極管、第二顏色的至 少一個發(fā)光二極管、第三顏色的至少一個發(fā)光二極管；在所說電路板上提供多個電流控制器，每個控制器連接到所說第 一顏色的至少 一個發(fā)光二極管、第二顏色的至少 一個發(fā)光二極管和第 三顏色的至少 一個發(fā)光二極管中對應的發(fā)光二極管的至少一個陰極端 上；在所說電路板上提供存儲器，在所說存儲器中存儲的數(shù)值決定了 每個控制器的電流輸出；控制所說多個控制器以改變所說第 一顏色的至少 一個發(fā)光二極 管、第二顏色的至少一個發(fā)光二極管、第三顏色的至少一個發(fā)光二極 管的亮度水平，同時檢測所說第一顏色的至少一個發(fā)光二極管、第二 顏色的至少 一個發(fā)光二極管、第三顏色的至少 一個發(fā)光二極管的組合 光輸出；確定從第一顏色、第二顏色和第三顏色的組合獲得所說板的目標 光輸出所需要的用于所說多個控制器的控制信號；在所說存儲器中存儲與獲得目標光輸出所需要的控制信號對應的數(shù)值。
26、 權利要求25的方法，其中所說第一顏色的至少一個發(fā)光二 極管包括多個第一顏色的發(fā)光二極管，所說第二顏色的至少一個發(fā)光 二極管包括多個第二顏色的發(fā)光二極管，所說第三顏色的至少一個發(fā) 光二極管包括多個第三顏色的發(fā)光二極管；其中所說第一顏色、第二 顏色和第三顏色的發(fā)光二極管安排在群集中，所說的群集由第 一顏色 的至少一個發(fā)光二極管、第二顏色的至少一個發(fā)光二極管、第三顏色 的至少一個發(fā)光二極管組成；其中發(fā)光二極管的每個群集由每種顏色 的對應的控制器控制，以使第一群集由至少3個控制器控制，從而具 有期望的亮度水平和白點，所說的方法進一步還包括在所說存儲器 中存儲用于將所說第一群集和所說第二群集的亮度水平設為不同的數(shù) 值。
27、 權利要求25的方法，進一步還包括 下載存儲在存儲器中控制所說多個控制器的值；向所說第 一顏色的至少 一個發(fā)光二極管、第二顏色的至少 一個發(fā) 光二極管、第三顏色的至少一個發(fā)光二極管提供能量，以便獲得當確 定獲得目標光輸出所需要的所說多個控制器的控制信號時實現(xiàn)的相同 的目標光輸出。
28、 權利要求27的方法，其中第一顏色是紅色，第二顏色是綠 色，第三顏色是藍色，其中下載存儲器中的值使得控制器控制紅、 綠、藍色的相對亮度以實現(xiàn)目標光輸出。
29、 權利要求25的方法，其中所說第一顏色的至少一個發(fā)光二 極管包括多個串聯(lián)連接的第一顏色的發(fā)光二極管，并且其中每個電流 控制器包括恒流源，其連接到所說多個串聯(lián)連接的第 一顏色的發(fā)光二極管； 晶體管開關，其與所說多個串聯(lián)連接的第 一顏色的發(fā)光二極管中 至少一個發(fā)光二極管并聯(lián)連接；脈沖寬度調(diào)制(P麗)控制器，其連接到所說晶體管開關； 其中控制所說多個控制器以改變亮度水平的步驟包括設定所說開 關的占空比，以使由所說占空比確定的平均電流的幅度通過所說多個 串聯(lián)連接的第 一顏色的發(fā)光二極管中的所說至少 一個發(fā)光二極管。
30、 權利要求29的方法，其中晶體管開關與所說多個串聯(lián)連接 的第 一顏色的發(fā)光二極管中的 一組發(fā)光二極管并聯(lián)連接。
31、 權利要求29的方法，進一步還包括 一個或多個附加的晶體 管開關，每個開關與所說多個串聯(lián)連接的第一顏色的發(fā)光二極管中至 少一個發(fā)光二極管并聯(lián)連接，并且每個開關由相關的脈沖寬度調(diào)制控 制器控制，其中控制所說多個控制器以改變亮度水平的步驟包括設定 所說開關的占空比，以使由每個占空比確定的平均電流的幅度通過所 說多個串聯(lián)連接的第 一顏色的發(fā)光二極管中的相關的至少一個發(fā)光二 極管。
全文摘要
描述了一種發(fā)光二極管背光源結構和用于設定發(fā)光二極管的電壓和電流的技術。在一個實施例中，紅色發(fā)光二極管串聯(lián)連接在第一電壓調(diào)節(jié)器和第一可控電流源之間，綠色發(fā)光二極管串聯(lián)連接在第二電壓調(diào)節(jié)器和第二可控電流源之間，藍色發(fā)光二極管串聯(lián)連接在第三電壓調(diào)節(jié)器和第三可控電流源之間。電流源可以是線性電流調(diào)節(jié)器。在將所有的發(fā)光二極管都安裝在印刷電路板上以后，對于每個電壓調(diào)節(jié)器進行控制，以使電流源兩端的電壓降最小，使電流源消耗的能量最小。還有，在將所有的發(fā)光二極管都安裝在印刷電路板上以后，對于電流源進行控制以平衡所說3種顏色，以便使用光檢測室實現(xiàn)所說板的目標光輸出。在另一個實施例中，將恒流源連接到串聯(lián)的發(fā)光二極管串。脈沖寬度調(diào)制控制器控制并聯(lián)連接在發(fā)光二極管組的兩端的晶體管開關，其中占空比設定流過每組發(fā)光二極管的平均電流。然后，在所說板上的存儲器中存儲用來實現(xiàn)目標光特性的控制值。利用這種技術，發(fā)光二極管就不需要進行歸類裝箱以匹配它們的效率，因為可控的電壓和電流源補償了發(fā)光二極管效率的變化。因此，如果使用在每個板上存儲的這些特定值，則所有的板都具有相同的目標光輸出。在其它的實施例中，不是所有的特定顏色的發(fā)光二極管都是串聯(lián)連接的。通過脈沖寬度調(diào)制控制器可以進一步控制發(fā)光二極管的亮度水平。所說背光源可用于液晶顯示電視或其它的彩色顯示器。
文檔編號H05B33/08GK101253813SQ200680031269
公開日2008年8月27日 申請日期2006年8月22日 優(yōu)先權日2005年8月26日
發(fā)明者C·A·施拉馬, D·克萊森斯, E·N·H·J·斯塔薩, N·凱托, P·格魯特斯, R·F·M·亨德里克斯 申請人:飛利浦拉米爾德斯照明設備有限責任公司