CN100530706C - 用于驱动背光单元的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明针对用于背光单元(20)的驱动装置，背光单元中多个LED(发光二极管)元件以每三原色的方式串联连接，驱动装置包括：PWM控制电路(44)，用于生成具有PWM信号，该PWM信号用于控制用于驱动LED元件组的FET的导通/关断；FET(43)，用于基于已由PWM控制电路(44)生成的PWM信号，在导通期间驱动LED元件组(30)发光；电压供应单元(41)，用于向每个LED元件组(30)供应预定电压；发光量检测单元(33)，用于检测已从LED元件组(30)发射的光线的量；热值检测单元(32)，用于检测根据已被供应到电压供应单元(41)的电压而从LED元件组发出的热值；以及控制单元(50)，用于基于已由发光量检测单元(33)检测到的发光量和已由热值检测单元(32)检测到的热值，控制PWM控制电路(44)。

Description

用于驱动背光单元的装置和方法

技术领域

本发明涉及适合执行由多组LED元件组成的背光单元的驱动控制的驱动装置和驱动方法。

本申请要求2004年7月12日递交的日本专利申请No.2004-205146和2004年11月19日递交的日本专利申请No.2004-336373的优先权，这里通过引用结合了这些专利申请的全部内容。

背景技术

在使用LED(发光二极管)元件作为显示像素的显示设备中，为了执行LED元件的矩阵驱动操作，需要用于各个像素的X-Y寻址驱动电路。显示设备用于利用寻址驱动电路来执行对位于希望被发射(点亮)的像素的位置处的LED元件的选择(寻址)，以利用例如PWM(脉宽调制)驱动系统来调制点亮时间，从而执行辉度(luminance)调整，以获得具有预定灰度(gradation)的显示图片。

但是，当驱动电路是针对单独的LED来装配时，在LED数目巨大的情况下，电路配置变得复杂，因此成本提高。

另一方面，已提出并研究使用LED元件作为液晶显示器的背光光源。具体而言，由于如下方法可以容易地实现颜色平衡：分别为红(R)、绿(G)和蓝(B)原色的LED元件被单独地用于在光学上执行合成加法混色以获得白光，因此这样的方法被广泛地研究作为电视图像接收机的显示设备。

同时，LED单独地具有辉度值的不均匀性。当试图校正这些单独的不均匀性时，必须利用独立的驱动电路来逐个驱动各个单独的元件。这样一来，驱动形式变得极类似于与先前描述的使用LED元件作为显示像素的显示设备相对应的矩阵型驱动系统的形式。即，在LED元件数目巨大的情况下，采用寻址的驱动电路将变得很复杂。

此外，在诸如LED元件之类的元件被用作液晶显示设备的背光光源的情况下，由于分别为红(R)、绿(G)和蓝(B)原色的LED元件的发光系数彼此不同，因此还必须针对每个颜色，调整将被提供到各颜色的LED元件的电流。此外，在LED元件中，由于各个颜色元件的半导体组成彼此不同，所以各个颜色元件的电压和功耗彼此不同。

另外，在具有大功率的各LED元件并出于照明目的被用于LED驱动操作的实际电路中，由于还未准备针对大功率驱动的LSI等，因此矩阵型驱动系统的成本提高，从而在经济上存在缺点。

鉴于此，提出了如下方法：LED元件的连接形式使用为级联连接的形式，以便不会使得电路规模太大。在级联连接形式中，基于从红色、绿色和蓝色的LED元件发出的光线的合成，对在某一系列LED连接组(例如各个颜色的红、绿和蓝色LED元件连接而成的组)中的电流执行PWM调整，以调整色调和辉度。

在采用级联连接形式作为LED元件的连接形式的背光单元中，提供了用于向级联连接的每组红色、绿色和蓝色LED元件输送预定电压的DC-DC变换器电源单元，并且在负载侧提供了LED-PWM控制单元。

同时，在上述配置中，由于各颜色系统的发光输出的温度相关性也不同，并且温度特性不一致，因此需要利用各颜色专用的驱动电路对每种颜色的脉宽执行调整。

例如，在背光刚刚点亮之后温度没有完全上升的情况下，具有高发光效率的红色的LED元件在PWM信号的驱动脉宽的ON时间的大约50％的时间中发光，而具有低发光效率的LED元件在PWM信号的驱动脉宽的ON时间的大约80～90％的时间中发光。

由于从LED元件发出的光线具有这样的属性，因此必须确保通过合成从红色、绿色和蓝色LED元件发射的光线而获得的白光的色调(色温和色度)和辉度保持不变，从而利用光传感器检测分别从红色、绿色和蓝色LED元件发射的光线以执行反馈伺服，以使这样检测出的值变为恒定。

在这样的反馈系统中，例如在用于控制PWM信号的脉宽的改变的分辨率粗糙的情况下，将导致调整准确度的差异，使得依赖于0％到100％之间的分割数目，改变宽度在具有良好(高)发光效率的红色LED元件的情况下变粗糙，而改变宽度在具有差(低)发光效率的蓝色LED元件的情况下变精细。

此外，由于从LED元件发射的光线的颜色由于各颜色系统的分辨率的差异而针对各个颜色具有不均匀的准确度，因此对RGB平衡的调整和/或对白光的调整变得困难。

另外，即使上述问题都可被解决，各颜色的LED元件的发光输出和发光光谱分布都随各颜色的LED元件中的温度改变而改变，从而使各个颜色的发光色度改变。因此，在只采用利用光传感器来检测各颜色的LED元件的光量的方法的情况下，无法校正色调的改变。在背光单元具有温度分布(例如在其驱动操作时的向上和向下方向上)的情况下，将发生基于这种温度差异的颜色不均匀性。如上所述，光传感器的性能和/或LED元件的发光分布的温度特性是对维持准确度的一个限制，使得色度控制偏差大约是Δx≈0.002和Δy≈0.002。

发明内容

本发明要解决的问题：

本发明是鉴于上述现有技术具有的问题而提出的，其目的在于提供用于背光单元的驱动设备和驱动方法，该驱动设备和驱动方法适合于基于构成背光单元的LED元件组的一个或多个热值和发光量，控制用于使LED元件组发光的驱动单元。

根据本发明的驱动设备针对一种用于包括LED(发光二极管)元件组的背光单元的驱动设备，在所述LED元件组中，每个LED元件组由具有相同颜色的LED元件串联连接而成，所述驱动设备包括：PWM控制电路，用于生成PWM信号，该PWM信号用于控制用于调整所述发光二极管元件组的发光量的FET的导通/关断；所述FET，用于基于已由所述PWM控制电路生成的PWM信号，在导通期间驱动所述发光二极管元件组发光；电压供应装置，用于向所述发光二极管元件组供应电压；发光量检测装置，用于检测从已被供应了电压的发光二极管元件组发射的光线的量；温度检测装置，用于检测所述发光二极管元件组的一个或多个温度；以及CPU，用于基于已由所述发光量检测装置检测到的发光量和已由所述温度检测装置检测到的一个或多个温度，至少控制所述PWM控制电路，以生成适当的所述PWM信号。

此外，根据本发明的驱动方法是一种用于包括LED(发光二极管)元件组的背光单元的驱动方法，在所述LED元件组中，每个LED元件组由具有相同颜色的LED元件串联连接而成，所述驱动方法包括：电压供应步骤，该步骤将电压供应到每个所述发光二极管元件组；发光量检测步骤，该步骤检测从已被所述电压供应步骤供应了电压的发光二极管元件组发射的光线的量；温度检测步骤，该步骤检测所述发光二极管元件组的一个或多个温度；信号生成步骤，该步骤基于已由所述发光量检测步骤检测出的发光量和已由所述温度检测步骤检测出的一个或多个温度，生成PWM信号，该PWM信号用于控制所述发光二极管元件组的发光量；以及控制步骤，该步骤基于已由所述信号生成步骤生成的所述PWM信号，控制所述多个发光二极管元件组的发光量。

在根据本发明的驱动设备和驱动方法中，在驱动被用作液晶背光的LED元件的系统中，与任意颜色相关的光传感器的检测结果被使得作为监控其他颜色的参考，以执行相关百分比(比率)的反馈，并且基于温度传感器的检测结果，改变经历反馈的比率，从而使执行完全一致的控制成为可能。

从下面将参考附图描述的实施例中，本发明的其他目的和通过本发明获得的优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是以模型形式示出本发明应用到的背光系统的彩色液晶显示装置的立体图。

图2是示出彩色液晶显示装置的驱动电路的框图。

图3是示出构成彩色液晶显示装置的背光单元中所使用的发光二极管的布置示例的平面图。

图4是利用电路图符号的二极管标记以模型形式示出发光二极管的布置示例中的各个发光二极管的连接形式的图。

图5是利用按照各颜色的发光二极管序号的图案符号，以模型形式示出单元体(unit cell)的图，在该单元体中总共六个发光二极管排列成行。

图6是利用按照发光二极管序号的图案符号，以模型形式示出充当基本单元的三个单元体被相继连接的情况的图。

图7是以模型形式示出构成背光单元的光源的发光二极管的实际连接示例的图。

图8是以模型形式示出在背光单元中使用的发光二极管的连接示例的图。

图9是以模型形式示出显示装置的温度分布的图。

图10是以模型形式示出背光单元中的发光二极管的连接状态和显示装置的温度分布的图。

图11是用于说明用于从一个温度传感器和温度分布模式估计各位置的温度的处理的图。

图12是示出用于驱动发光二极管的驱动电路的框图。

图13是用于说明从各LED元件发射的光线的温度特性的图。

图14是示出相对于各LED元件的温度改变的波长改变以及由此而来的亮度(brightness)特性的特性图。

图15是示出当从各LED元件发射的光线被组合以在光学上执行背光单元处的合成加法混色以获得白光时的白色色度偏差的图。

图16A和图16B是示出通过在光学上执行光学输出平衡而获得的数据的图。

图17是示出背光单元的配置的框图。

图18A、图18B和图18C是用于说明PWM信号的分辨率的图。

图19A、图19B和图19C是示出被输送到各颜色的LED元件组的PWM信号的波形的图。

图20A、图20B和图20C是示出被输送到各颜色的LED元件组的PWM信号的波形的实际示例的图。

具体实施方式

下面将参考附图详细说明本发明的实施例。

本发明例如被应用到具有如图1所示配置的背光系统的彩色液晶显示装置100。

如图1所示的彩色液晶显示装置100包括透射(transmission)式彩色液晶显示面板10和被设置在彩色液晶显示面板10后面一侧的背光单元20。

透射式彩色液晶显示面板10具有以下配置：TFT基板(衬底)11和反向电极基板(衬底)12彼此相对地布置，并且液晶层13被设置在两衬底之间的间隔中，在所述液晶层13中例如填充有扭曲向列型(TN)液晶。在TFT基板11上，形成有以矩阵形式布置的信号线14和扫描线15，以及作为开关元件的薄膜晶体管16和布置在其交叉点处的像素电极17。薄膜晶体管16被扫描线15顺序选择，并用于将从信号线14传递来的视频信号写入到相应的像素电极17中。另一方面，反向电极18和滤色器19被形成在反向电极基板12的内表面。

彩色液晶显示装置100被装配为使具有这种配置的透射式彩色液晶显示面板10被放置在两个极化板之间，以在由背光单元20从后面一侧照射白光的状态中，利用有源矩阵系统来执行驱动操作，从而可以获得所需的全彩色图像显示。

背光单元20包括光源21和波形长度选择过滤器22。背光单元20用于照射从光源21发射的光线，以通过波形长度选择过滤器22从其后面一侧照明彩色液晶显示面板10。

本发明应用到的彩色液晶显示装置100例如由具有图2所示电路配置的驱动电路200驱动。

驱动电路200包括：电源单元110，用于输送彩色液晶显示面板10和背光单元20的驱动电力；适合于驱动彩色液晶显示面板10的X驱动器电路120和Y驱动器电路130；RGB过程处理单元150，其通过输入端子140被提供了来自外部的视频信号；连接到RGB过程处理单元150的图像存储器160和控制单元170；以及用于执行背光单元20的驱动控制的背光驱动控制单元180。

在驱动电路200中，通过RGB过程处理单元150，已通过内部端子140输入的视频信号Vi被使得经历诸如色度处理等的信号处理。此外，这样处理后的视频信号Vi被从复合信号转换成适合于彩色液晶显示面板10的驱动操作的RGB分离信号。这样获得的RGB分离信号被传递到控制单元170，并通过图像存储器160被传递到X驱动器120。此外，控制单元170利用通过图像存储器160输送到X驱动器120的RGB分离信号，以对应于RGB分离信号的预定时序控制X驱动器电路120和Y驱动器电路130，来驱动彩色液晶显示面板10，以显示与RGB分离信号相对应的图像。

背光单元20是直接下照明类型，其中透射式彩色液晶显示面板10被放置在其后面，并且用于从后面的直接下方的部分照射彩色液晶。背光单元20的光源21包括多个LED(发光二极管)，并且使用这些多个发光二极管作为发光源。多个发光二极管被划分成包括多组发光二极管的集合，并且每个这些集合被驱动。

然后，在背光单元20的光源21处的发光二极管的布置将被说明。

图3示出以下状态：作为发光二极管的布置示例，在每个单元体4-1、4-2中分别使用两个红色发光二极管1、两个绿色发光二极管2和两个蓝色发光二极管3，从而总共六个发光二极管排列成行。

虽然在该布置示例中提供了六个发光二极管作为单元体4，但是各颜色数目的分布可能根据调整光输出平衡的需要而不同于该示例，这是因为混合的颜色根据所使用的发光二极管的等级和/或发光效率等被使得成为具有良好平衡的白光。

在图3所示的布置示例中，单元体4-1和单元体4-2具有完全相同的配置，并且它们的在中心的两个端部相连，如箭头所指示的。此外，图4示出了利用电路图符号的二极管标记来图示单元体4-1和单元体4-2的连接形式的示例。在该示例的情况下，各发光二极管(即红色的发光二极管1、绿色的发光二极管2和蓝色的发光二极管3)在它们具有遵循电流从左到右流动方向的极性的状态下串联连接。

这里，当利用各颜色的发光二极管的数目来执行对单元体4(其中分别使用了两个红色发光二极管1、两个绿色发光二极管2和两个蓝色发光二极管3，从而总共六个发光二极管排列成行)的图案注释时，它被表示为(2G 2R 2B)，如图5所示。即，(2G 2R 2B)示出：由两个绿色图案、两个红色图案和两个蓝色图案构成的总共六个图案被使得作为基本单元。此外，在如图6所示那样相继连接基本单元的三个单元体的情况下，当按照被表示为3*(2G 2R 2B)的符号利用发光二极管的数目来执行图案注释时，这些单元体用(6G 6R 6B)来指示。

然后，在背光单元20的光源21处的发光二极管的连接关系将被说明。

如图7所示，在光源21处，比先前描述的发光二极管的基本单元(2G2R 2B)大三倍的基本单元被使得作为一个中间单元(6G 6R 6B)，从而使多个中间单元(6G 6R 6B)以矩阵形式排列，该矩阵在相对于屏幕的水平方向上有五行，在垂直方向上有四列。这样一来，总共布置了360个发光二极管。这些中间单元(6G 6R 6B)在屏幕的水平方向上电连接，使发光二极管被排列在屏幕的水平方向上。如上所述，在背光单元20的光源21处，在屏幕的水平方向上电连接的中间单元(6G 6R 6B)被串联连接，如图8所示。这样，形成了由在水平方向上串联连接的多个发光二极管构成的多个组30。

此外，在背光单元20处，对各个由在水平方向上串联连接的发光二极管构成的组30逐个分别提供独立的LED驱动电路31。LED驱动电路31是用于允许电流在发光二极管的组30中流动以使它们发光的电路。

这里，对于在水平方向上串联连接的发光二极管的组30的布置，存在如下状态：其中被布置在某个区域内的发光二极管彼此连接，在所述区域中，当测量背光单元20的温度分布时，各LED具有基本相同的温度。

在操作背光单元20时，彩色液晶显示装置100的屏幕上的温度分布示例如图9所示。图9示出的阴影浓的部分是高温区域，而阴影淡的部分是低温区域。如图9所示，在彩色液晶显示装置100中，随着到图片上部Su的距离缩短而温度变高，温度变得更高，并且屏幕下部Sd具有低温。

图10的图中，图8中指示发光二极管的连接关系的图和图9的温度分布图彼此重叠。如图10所示，在该示例中，当在屏幕的水平方向上排列的发光二极管被连接时，具有基本相同温度的发光二极管被彼此连接。

此外，在背光单元20处，如图10所示，提供了温度传感器32，用于检测各发光二极管组30的温度。

作为温度传感器32，如图10所示，可以在与被串联连接在水平方向上的发光二极管的组相对应的各个垂直位置上分别设置多个LED，或者可以在一个背光单元20处仅设置一个LED。此外，如图11所示，例如，背光单元20可以被使得具有以下配置：在屏幕中心设置一个温度传感器32和存储器(其中预先存储了在屏幕垂直方向上的温度分布模式，例如随后将描述的存储器49)，以通过参考来自一个温度传感器32的检测值的内容，来估计在屏幕垂直方向上的各个位置处的温度。由温度传感器32检测的温度值被输送到用于驱动相应的发光二极管组的LED驱动电路32。

此外，在背光单元20处，如图10所示，例如提供了用于检测各个发光二极管组30中的各个颜色R、G、B的光量或色度的光量或色度传感器33(33R，33G，33B)。

如图10所示，多个光量或色度传感器33(33R，33G，33B)被设置在与在水平方向上串联连接的发光二极管的组30相对应的各个垂直位置上。此外，可以采用如下光学系统：其中使用用于允许整个颜色混合一致的慢射板等来有效地执行各个LED发射的光线的颜色混合等，以允许光量或色度传感器33(33R，33G，33B)的数目只有一个。

注意，在LED被用作液晶的背光光源的情况下，存在以下实例：其中光量或色度传感器33出于布置和形状限制的原因而不能被放置在发光二极管组30的附近。在光量或色度传感器33被放置在远离发光二极管组30的部分的情况下，它们将从发光二极管组30发射的光线作为弱光来检测。在光量或色度传感器33被放置在靠近发光二极管组30的部分的情况下，它们将从发光二极管组30发射的光线作为强光来检测。在此情况下，通过利用参考发光二极管等执行光学仿真或实际测量，来计算光量或色度传感器33的特性，以预先准备好其校正值数据作为存储器表，从而基于该校正值数据来校正感应到的光量数据，这样使得可以顺应这种状况或不便。

然后，用于驱动在水平方向上串联连接的发光二极管组30的LED驱动电路31将被说明。在此情况下，LED驱动电路31被设置在背光驱动控制单元180中。

LED驱动电路31的电路配置示例如图12所示。

LED驱动电路31包含DC-DC变换器41、恒定电阻器(Rc)42、FET 43、PWM控制电路44、电容器45、用于采样保持的FET 46、电阻器47、保持定时电路48、存储器49和CPU(中央处理单元)50。

LED驱动电路31被提供以一个或多个温度传感器32和光量或色度传感器33(33R，33G，33B)的检测输出值。

DC-DC变换器41被提供以从图2所示的光源110生成的DC电压V_IN，以对输入的DC电力执行切换操作，以生成稳定的DC输出电压Vcc。DC-DC变换器41生成稳定的输出电压Vcc，使得从反馈端子Vf输入的电压与输出电压Vcc之间的电势差变得等于参考电压值(Vref)。在该示例中，参考电压值(Vref)是从CPU 50传递的。

串联连接的发光二极管的组30的阳极侧通过恒定电阻器(Rc)被连接到DC-DC变换器41的输出电压Vcc的输出端子。此外，串联连接的发光二极管的组30的阳极侧通过采样保持FET 46的源极-漏极，被连接到DC-DC变换器41的反馈端子。此外，串联连接的发光二极管的组30的阴极侧通过源极和漏极之间的部分(沟道)而接地。

FET 43的栅极被提供以已从PWM控制电路44生成的PWM信号。当PWM信号处于ON状态时，FET 43的源极和漏极之间的部分(沟道)导通。当PWM信号处于OFF状态时，源极和漏极之间的部分(沟道)被关断。因此，当PWM信号处于ON状态时，FET 43允许电流在发光二极管组30中流动。当PWM信号处于OFF状态时，FET 43使在发光二极管组30中流动的电流变为0。即，当PWM信号处于ON状态时，FET 43使发光二极管组30发光。当PWM信号处于OFF状态时，FET 43停止发光二极管组30发光的发光操作。

PWM控制电路44生成PWM信号，该PWM信号是一种二值信号，其中ON时间和OFF时间之间的占空比可被调整。PWM控制电路44被提供以来自CPU 50的PWM控制值，以根据PWM控制值来改变占空比。

电容器45被设置在DC-DC变换器41的输出端子及其反馈端子之间。电阻器47被连接到DC-DC变换器41的输出端子以及采样保持FET46的栅极。

保持定时电路48被提供以PWM信号，以生成保持信号，该保持信号仅在PWM信号的上升沿被切换到OFF一段预定时间，在其他时间都切换到ON。

采样保持FET 46的栅极被提供以已从保持定时电路48输出的保持信号。当保持信号处于OFF状态时，采样保持FET 46的源极和漏极之间的部分(沟道)导通。当保持信号处于ON状态时，采样保持FET 46的源极和漏极之间的部分(沟道)被关断。

在如上所述的LED驱动电路31中，仅在从PWM控制电路44生成的PWM信号处于ON状态的时间段中使电流I_LED在发光二极管组30中流动。此外，电容器45、采样保持FET 46和电阻器47构成采样保持电路。该采样保持电路用于在PWM信号处于ON状态时对发光二极管组30的阳极(即，恒定电阻器42的未被提供输出电压Vcc的一端)的电压值采样，从而将这样采样的电压值输送到DC-DC变换器41的反馈端子。由于DC-DC变换器41基于被输入到反馈端子的电压值，使输出电压Vcc稳定，因此在恒定电阻器Rc 42和发光二极管组30中流动的电流I_LED的最顶点(峰)值变为恒定。

因此，在LED驱动电路31中，在流过发光二极管组30的电流I_LED的顶点(峰)值恒定的状态中执行与PWM信号相对应的脉冲驱动操作。

CPU 50用于基于一个或多个温度传感器32和光量或色度传感器33(33R，33G，33B)两者的检测信号来调整在发光二极管组30中流动的电流量，以使从背光单元20发射的白光的色调(色温和色度)和辉度变为恒定。

可以通过改变PWM控制值以调整在发光二极管组30中流动的电流的占空比，可以通过改变被输送到DC-DC变换器41的参考电压值(Vref)以调整在发光二极管组30中流动的电流的顶点(峰)值，或者可以通过这些调整方法的组合，来执行对在发光二极管组30中流动的电流值的调整。

如上所述，CPU 50基于一个或多个温度传感器32和光量或色度传感器33(33R，33G，33B)两者的检测信号，对发光二极管组30发光的光线强度执行反馈控制，从而使生成在图像内具有均匀色度和辉度的白光成为可能。

这里，使用温度传感器32的检测输出值来控制发光二极管发光的强度的原因将被说明。

首先，将参考图13到图15来说明LED元件的温度特性。

图13是示出各个红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)LED元件的相对辉度值的图。在图13的图中，在x轴方向上指示LED元件温度，在y方向上指示相对辉度，并且使元件温度25℃点处的相对辉度为100％。

红色(R)LED元件具有AlInGaP的四元素系统的半导体分层结构。由于带隙能量低，因此对于发光有贡献的载流子在高温时减少。因此，被发射的光量被降低。这样一来，在通常作为LED元件的运行(工作)温度的大约70℃的状态下，辉度值被降低到当25℃被设置为正常温度时的大约60％。此外，在红色(R)的LED元件中，辉度值相对于温度的改变比其他颜色更大。

另一方面，在具有InGaN的三元素系统的半导体分层结构的绿色(G)LED元件和蓝色(B)LED元件中，这些LED元件具有比红色(R)LED元件更短的波长，因此它们的颜色变得更紫。因此，带隙能量很大。因此，这些LED元件变得难以受到温度的影响。

如上所述，将会理解，LED元件的光线的量是这样的，即不同颜色的温度特性有所不同。

图14是示出各个红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)LED元件的亮度相对于发光波长的图。图14中示出了温度为0℃、25℃和50℃的各情况下的图。在此情况下，在图14的图中，在x轴方向上指示发光波长，而在y轴方向上指示发光输出(亮度)。

如参考图14所理解的，在各个LED元件中，不仅发光量相对于温度(由曲线包围的部分的区域)改变，而且波长随温度上升朝着长波长一侧平移。具体而言，在红色(R)LED元件中，与山形顶点(峰)(峰值波长)相对应的波长随着温度上升朝着长波长一侧平移。

从上述图13和图14可知，LED元件的温度特性取决于各个颜色会有极大改变。具体而言，将会理解，蓝色(B)LED元件具有这样的特性：辉度值相对于温度改变几乎不改变，并且波长相对于温度改变的改变很小，而另一方面，红色(R)LED元件具有这样的特性：辉度值相对于温度改变的改变很大，并且波长相对于温度改变的改变也很大。

图15示出了当从具有上述特性的红色(R)LED元件、绿色(G)LED元件和蓝色(B)LED元件发射的光线在背光单元20处被组合以在光学上执行合成加法混色以获得白光时，白色色度(CIE色度坐标显示(x，y))的温度偏差。在此情况下，图15所示的特性是在基于色度传感器的光量和温度的反馈控制被停止的状态下被测量的。如图15所示，当温度从35℃上升到60℃时，白光的色度具有以下偏差：Y的偏差(Δy值)变得等于+0.0025，而X的偏差(Δx值)变为等于-0.015。可以理解，白色的色度对应于以下趋势：在图14所示的相对于红色(R)LED元件的温度改变的特性中，与山形顶点(峰)(峰值波长)相对应的波长随温度上升而朝着长波长一侧平移。

LED元件具有上述温度特性。

这样的LED元件具有很大的温度依赖性，并且它们的特性会依赖于颜色而有所不同。出于这个原因，要求CPU 50也通过使用温度传感器32来执行控制，以便允许从背光单元20发射的白光的色调(色温和色度)保持恒定。

此外，为了允许从背光单元20发射的白光的色调(色温和色度)保持恒定，CPU 50需要利用光量传感器来检测红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的各个颜色的各个发光量，以综合地控制红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的发光量。即，不采用通过仅参考红色(R)的光量传感器输出来执行对红色(R)发光量的反馈控制的方法，而是需要通过参考也包括其他颜色的所有颜色(红色(R)、绿色(G)和蓝色(B))的光量传感器输出来执行对红色(R)发光量的反馈控制。

因此，CPU 50基于如以下式(1)指示的含有三行和三列的矩阵运算表示来执行运算(计算)，以综合调整各个颜色(R，G，B)的LED元件的发光量。

[1]

$\left(\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}{m}_{11}& m_{12}& m_{13}\\ m_{21}& m_{22}& m_{23}\\ m_{31}& m_{32}& m_{33}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\text{Lr}\\ \mathrm{Lg}\\ \mathrm{Lb}\end{array}\right)$

矩阵A

...(1)

在式(1)中，“X”、“Y”和“Z”代表从背光单元20发射的光线的色度坐标。此外，在式(1)中，“Lr”指示光量或色度传感器33的红色分量的检测输出值，“Lg”指示光量或色度传感器33的绿色分量的检测输出值，而“Lb”指示光量或色度传感器33的蓝色分量的检测输出值。

此外，处于式(1)右侧的前一矩阵是由三行×三列的系数m_xy构成的矩阵A，该矩阵A是被乘以光量或色度传感器33的检测输出值(Lr，Lg，Lb)的系数矩阵。(在此情况下，m的下标x是1、2、3，其指示对应于该系数的系数行号，而m的下标y是1、2、3，其指示对应于该系数的系数列号。)矩阵A在理想情况下应该被表示为常数。但是，由于如上所述，各个颜色的LED元件实际上具有温度特性，因此矩阵A是通过用如下的矩阵C乘以矩阵B而获得的矩阵：矩阵C由三行×三列的常数j_xy表示，而矩阵B由使用LED元件的温度T作为参量的函数k_xy(T)构成，其用于消除温度特性。

[2]

$\left(\begin{array}{ccc}{m}_{11}& m_{12}& m_{13}\\ m_{21}& m_{22}& m_{23}\\ m_{31}& m_{32}& m_{33}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}{j}_{11}& j_{12}& j_{13}\\ j_{21}& j_{22}& j_{23}\\ j_{31}& j_{32}& j_{33}\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}{k}_{11}\left(T\right)& k_{12}\left(T\right)& k_{13}\left(T\right)\\ k_{21}\left(T\right)& k_{22}\left(T\right)& k_{23}\left(T\right)\\ k_{31}\left(T\right)& k_{32}\left(T\right)& k_{33}\left(T\right)\end{array}\right)$

矩阵C                    矩阵B

...(2)

就是说，CPU 50基于式(1)，利用温度传感器32的检测输出(T)以及光量或色度传感器33的检测输出(Lr，Lg，Lb)，来执行反馈控制，以使白光的色调(色温和色度)变为恒定。

在该示例中，作为矩阵B的分量的函数k_xy(T)值和作为矩阵C的分量的系数j_xy是在从工厂出货或寄出前预先通过实验或测量计算出的，并被存储在是非易失性存储器的存储器49中。

用于执行上述运算(计算)和控制的CPU 50的实际操作如下所述。

在背光单元20工作期间，CPU 50以合适的时间段(例如每隔预定的时间段或在所有时间)执行对背光单元20的色度和辉度的调整控制。

当CPU 50开始对背光单元20的色度和辉度的调整控制时，它读出一个或多个温度传感器32和光量或色度传感器33的输出，并从存储器49调用(读出)函数k_xy和系数j_xy。

CPU 50操作来将已由一个或多个温度传感器32检测出的一个或多个温度代入上述式(1)和(2)中的T，并将光量或色度传感器33的检测值代入上述式(1)和(2)中的Lr、Lg、Lb，以计算背光单元20的各个颜色的色度(X，Y，Z)。

此外，CPU 50调整在各个颜色的LED元件中流动的电流值(PWM占空比或顶点值)，以使这样计算出的色度(X，Y，Z)等于被存储在存储器49等中的值，在所述存储器49中存储有在从工厂出货或寄出前设置的特定设置值，例如理想值。

这样，CPU 50允许从背光单元20发射出的白光的色调(色温和色度)在所有时间都保持恒定。

图16A是示出在只利用光量或色度传感器33执行色度控制而不利用温度传感器32执行反馈控制的情况下(传统方法的情况)，从背光单元20发射出的白光的色度(CIE色度坐标显示(x，y))的温度偏差。此外，图16B是示出在利用温度传感器32和光量或色度传感器33两者的反馈控制被执行以执行色度控制的情况下(本发明的方法的情况)，从背光单元20发射出的白光的色度(CIE色度坐标显示(x，y))的温度偏差。

如图16A所示，在只利用光量或色度传感器33执行色度控制的情况下，Δy值是+0.0010而Δx值是-0.0015，作为从25℃到50℃范围内的偏差。将会理解，该特性与图15所示的特性相比，在Δy值方面改善了1/5，而在Δx值方面改善了1/10。

此外，在利用温度传感器32和光量或色度传感器33两者执行反馈控制以执行色度控制的情况下，如图16B所示，Δy值是+0.0005而Δx值是-0.0005，作为从25℃到50℃范围内的偏差。将会理解，该特性与图15所示的特性相比，在Δy值方面改善了1/2，而在Δx值方面改善了1/3，因此实现了进一步的特性改善。

如上所述，根据本发明应用到的背光单元20，由于基于一个或多个温度传感器32和光量或色度传感器33(33R，33G，33B)两者的检测信号，将被发射的白光的色调(色温和色度)和辉度被使得恒定，因此可以以高准确度地发射具有稳定色调的光线。

然后，将说明背光驱动控制单元180的配置。如图17所示，背光驱动控制单元180包括上述多个LED驱动电路31，LED驱动电路31被提供以来自电源110的电压，其用于将AC电压转换成DC电压以驱动发光二极管组30。

在图17中，组g1指示最上面一行的组，其包含红色发光二极管组30(R1)、绿色发光二极管组30(G1)和蓝色发光二极管组(B1)。组g2指示位于组g1下面一行处的组，其包含红色发光二极管组30(R2)、绿色发光二极管组30(G2)和蓝色发光二极管组30(B2)。另外，图17以模型形式示出了在PWM信号被输送到各行发光二极管组30时，驱动宽度之间的差异。

这里，由背光驱动控制单元180执行的对发光二极管组30的PWM驱动操作将被说明。

首先，关注蓝色(B)LED元件。由于蓝色(B)LED元件在发光效率方面有困难，因此使得PWM信号的ON时间被使得大于红色(R)LED元件和绿色(G)LED元件的发光周期，以补足或补偿光量方面的不足。此外，在g1行的B1p的PWM信号的驱动宽度和g2行的B2p的PWM信号的驱动宽度之间几乎不存在差异。这是因为由于g1行在显示器上位于g2行上方，从而具有高温度，但是被关注的LED元件是蓝色(B)LED元件，其由于温度依赖性引起的发光改变较小，因此无需使驱动宽度有所不同。

然后，关注红色(R)LED元件。由于红色(R)LED元件具有良好的发光效率，因此PWM信号的ON时间段与蓝色(B)LED元件相比被缩短。此外，g1行的R1p的PWN信号的驱动宽度与g2行的R2p的PWM信号的驱动宽度之间的差异k很大。这是因为由于g1行在显示器上位于g2行上方，从而温度很高，并且被关注的LED元件是红色(R)LED元件，其由于温度依赖性引起的发光量改变较大，因此必须使驱动宽度有所不同。背光驱动控制单元180执行驱动操作，以使g1行处PWM信号的脉宽在温度很高时变大，以便实现相对于其他行的组的光量平衡。

背光驱动控制单元180被装配为使PWM信号的ON时间段的差异被用作改变发光量的技术，以使显示器的温度分布保持一致，从而使确保显示器内温度特性的一致性变得可能。

然后，用于调整各个颜色的分辨率的操作将被说明。

图18A到18C是示出PWM信号的分辨率的波形图。图18A示出了被输送到红色(R)发光二极管组30的PWM信号的波形图，图18B示出了被输送到绿色(G)发光二极管组30的PWM信号的波形图，而图18C示出了被输送到蓝色(B)发光二极管组30的PWM信号的波形图。

作为从红色(R)LED元件发射的光线、从绿色(G)LED元件发射的光线和从蓝色(B)LED元件发射的光线的混合比被调整以获得预定白光这一事实的结果，如图18A到18C所示，可以在出现如下混合比时获得预定白光：其中被输送到蓝色(B)发光二极管组30的PWM信号的脉宽为256(大约100％)，被输送到绿色(G)发光二极管组30的PWM信号的脉宽为191(大约75％)，而被输送到红色(R)发光二极管组30的PWM信号的脉宽为126(大约50％)。

此外，在上述示例中，在被输送到各个发光二极管组30的PWM信号的脉宽的调整宽度被设置为8位的情况下，被输送到蓝色(B)发光二极管组30的PWM信号的脉宽的自由度可以以1/256步(Step)来调整，如图18C所示。但是，被输送到红色(R)发光二极管组30的PWM信号的脉宽的自由度只可以以1/126步(大约一半)来调整。此外，存在以下不便之处：被输送到蓝色(B)发光二极管组30的PWM信号的脉宽的1步变得等于被输送到红色(R)发光二极管组30的PWM信号的脉宽的1步的两倍的值。这从确保调整准确度的角度来看是不方便的。

为了避免这样的不便之处，必须提高调整宽度的分辨率。例如，存在允许被输送到蓝色(B)的发光二极管组30的PWM信号的脉宽的调整宽度为10位的技术。但是，在各个发光二极管组30的调整步数之间存在差异。由于在原理上没有执行改进，因此当PWM信号的ON时间段的差异达到50％时，被输送到红色(R)发光二极管组30的PWM信号的脉宽的调整宽度将以对应于1位的值恶化。另外，当调整分辨率变为等于10位或更大时，用于执行处理等的变换器变得很昂贵，从而会提高设备本身的成本。

鉴于此，如图19A到19B所示，背光驱动控制单元180调整从DC-DC变换器输送到各个发光二极管组30的信号的顶点(峰)值(恒定电流值ILED)，以使被输送到各个发光二极管组30的PWM信号的调整宽度基本一致(例如8位)。被输送到红色(R)发光二极管组30的PWM信号的波形图如图19A所示，被输送到绿色(G)发光二极管组30的PWM信号的波形图如图19B所示，被输送到蓝色(B)发光二极管组30的PWM信号的波形图如图19C所示。

背光驱动控制单元180对从例如DC-DC变换器输送到各个发光二极管组30的信号执行PAM(脉冲幅度调制)，以调整被输送到各个发光二极管组30的恒定电流值ILED的顶点(峰)值。因此，背光驱动控制单元180在时间方向上和在顶点值的方向上对被输送到各个发光二极管组30的信号执行调整，以确保在调整时的准确度，从而使维持各个发光二极管组30的调整准确度的平衡成为可能。

这里，当被输送到发光二极管组30的信号被调整时的信号波形的实际示例如下所示。图20A示出了当在时间方向上的信号被调制(PWM被执行)而在幅度方向上的信号未改变(固定)，即LED元件的峰值电流未改变的情况下的信号波形。此外，图20C示出了当在时间方向(PWM方向上)的信号固定而只有在幅度方向上的信号被调制的情况下的信号波形。此外，图20B示出了当在时间方向上的信号被调制而在幅度方向上的信号也被调制在情况下的信号波形。

注意，在例如可利用白平衡等来集中调整辉度的情况下，背光驱动控制单元180在时间方向上执行调制(PWM)，并且幅度方向上的调制(PAM)可被执行，以利用显示器的温度分布来校正发光输出。

在调整构成背光单元2的发光二极管组30的发光操作时，根据本申请中的发明以这种方式构成的背光驱动控制单元180在幅度方向和时间方向上执行调整，以使在各个颜色的所有发光二极管组30中的调整分辨率变得一致。

另外，由于根据本申请的发明的背光驱动控制单元180适当地检测从显示器上部朝着显示器下部延伸的温度分布，以基于检测结果执行在幅度方向上的调整，从而执行对被输送到发光二极管组30的电流值的峰值控制，因此可以利用显示器的温度分布来消除显示的不均匀性。

注意，已根据附图中示出并被详细描述的本发明的优选实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该理解，本发明并不局限于这些实施例，在不脱离由所附权利要求书提出并限定的本发明的范围和精神的情况下，可以实现各种修改、替换结构或等同物。

Claims (13)

1.一种用于背光单元的驱动设备，在所述背光单元中，由三原色的发光二极管元件构成的多个发光二极管元件组被布置在不同部分，其中每个所述发光二极管元件组由具有相同颜色的发光二极管元件串联连接而成，

所述驱动设备包括：

PWM控制电路，用于生成PWM信号，该PWM信号用于控制用于驱动所述发光二极管元件组的FET的导通/关断；

所述FET，用于基于已由所述PWM控制电路生成的PWM信号，在导通期间驱动所述发光二极管元件组发光；

电压供应装置，用于向所述发光二极管元件组供应电压；

发光量检测装置，用于检测从已被供应了电压的发光二极管元件组发射的光线的量；

温度检测装置，用于检测所述发光二极管元件组的一个或多个温度；以及

CPU，用于基于已由所述发光量检测装置检测到的发光量和已由所述温度检测装置检测到的一个或多个温度，至少控制所述PWM控制电路，以生成适当的所述PWM信号。

2.如权利要求1所述的用于背光单元的驱动设备，

其中，所述各个发光二极管元件组被布置在其中所述串联连接的多个LED元件具有相同的温度的区域中。

3.如权利要求2所述的用于背光单元的驱动设备，

其中，所述各个发光二极管元件组被装配为使得所述串联连接的多个发光二极管元件被布置在水平方向上。

4.如权利要求1所述的用于背光单元的驱动设备，

其中，所述发光量检测装置检测已从包括任意一种原色的发光二极管元件的发光二极管元件组发射的光线的量。

5.如权利要求1所述的用于背光单元的驱动设备，包括：

存储器，在所述存储器中存储了通过预定的实际测量方法获得的校正值数据，使得在所述发光量检测装置被布置在远离所述发光二极管元件组的位置的情况下，所述发光量检测装置将所述发光二极管元件组所发射的光线作为弱光来检测，而在所述发光量检测装置被布置在靠近所述发光二极管元件组的位置的情况下，所述发光量检测装置将所述发光二极管元件组所发射的光线作为强光来检测，

其中，所述CPU基于存储在所述存储器中的校正值数据，校正已由所述发光量检测装置检测出的发光量，以基于经校正的发光量和已由所述温度检测装置检测出的一个或多个温度来控制所述PWM控制电路。

6.一种用于背光单元的驱动方法，在所述背光单元中，由三原色的发光二极管元件构成的多个发光二极管元件组被布置在不同部分，其中每个所述发光二极管元件组由具有相同颜色的发光二极管元件串联连接而成，

所述驱动方法包括：

电压供应步骤，该步骤将电压供应到每个所述发光二极管元件组；

发光量检测步骤，该步骤检测从已被所述电压供应步骤供应了电压的发光二极管元件组发射的光线的量；

温度检测步骤，该步骤检测所述发光二极管元件组的一个或多个温度；

信号生成步骤，该步骤基于已由所述发光量检测步骤检测出的发光量和已由所述温度检测步骤检测出的一个或多个温度，生成PWM信号，该PWM信号用于控制所述发光二极管元件组的发光量；以及

控制步骤，该步骤基于已由所述信号生成步骤生成的所述PWM信号，控制所述多个发光二极管元件组的发光量。

7.如权利要求6所述的用于背光单元的驱动方法，

其中，所述各个发光二极管元件组被布置在其中所述串联连接的多个LED元件具有相同的温度的区域中。

8.如权利要求6所述的用于背光单元的驱动方法，

其中，所述各个发光二极管元件组被装配为使得所述串联连接的多个发光二极管元件被布置在水平方向上。

9.如权利要求6所述的用于背光单元的驱动方法，

其中，在所述发光量检测步骤处，已从包括任意一种原色的发光二极管元件的发光二极管元件组生成的光线的量被检测。

10.如权利要求6所述的用于背光单元的驱动方法，包括：

幅度调整步骤，该步骤根据已由所述温度检测步骤检测到的一个或多个温度，调整在所述发光二极管元件组中流动的电流值的幅度，

这样在所述控制步骤处，基于已在所述幅度调整步骤处输送的电流值和已由所述信号生成步骤生成的PWM信号，控制所述发光二极管元件组的发光输出。

11.如权利要求6所述的用于背光单元的驱动方法，包括：

选择步骤，该步骤根据已由所述温度检测步骤检测到的一个或多个温度，选择构成所述背光单元的发光二极管元件组，

这样在所述控制步骤处，基于已由所述信号生成步骤生成的PWM信号，控制已由所述选择步骤选择的发光二极管元件组的发光量。

12.如权利要求6所述的用于背光单元的驱动方法，包括：

第一校正步骤，该步骤基于其中存储了通过预定的实际测量方法获得的校正值数据的存储器表的校正值数据，校正从用于在所述发光量检测步骤处检测从所述发光二极管元件组发射的光线的量的传感器获得的发光量，使得在所述传感器被布置在远离所述发光二极管元件组的位置的情况下，所述传感器将所述发光二极管元件组所发射的光线作为弱光来检测，而在所述传感器被布置在靠近所述发光二极管元件组的位置的情况下，所述传感器将所述发光二极管元件组所发射的光线作为强光来检测，

其中，在所述信号生成步骤处，基于已被所述第一校正步骤校正的发光量和已由所述温度检测步骤检测出的一个或多个温度，所述PWM信号被生成。

13.如权利要求6所述的用于背光单元的驱动方法，包括：

光量比调整步骤，该步骤参考存储器表适当地调整各个颜色的发光二极管元件的光量比；以及

第二校正步骤，该步骤基于所述存储器表中存储的在获得白光时被所述光量比调整步骤用作参考的任意一种颜色的温度信息和通过预定的实际测量方法获得的校正值数据来校正已由所述发光量检测步骤检测出的发光量，

其中，在所述信号生成步骤处，基于已被所述第二校正步骤校正的发光量和已由所述温度检测步骤检测出的一个或多个温度，所述PWM信号被生成。

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