CN100583215C - Led背光模组及其温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种LED背光模组及其温度控制方法，将LED背光模组的温度控制在一个安全的范围之内。具体的，本发明的LED背光模组的温度控制方法包括：获得LED背光模组的亮度BL；检测LED背光模组的温度；将LED背光模组的温度与一个预先设定的温度相比较；如果LED背光模组的温度大于或等于该预先设定的温度相比较，计算LED背光模组的目标亮度BL’；根据目标亮度BL’对LED背光模组的亮度进行调整。本发明的LED背光模组温度控制方法通过检测LED背光模组的温度，当LED背光模组的温度达到或超过一个临界温度的时候，本发明通过降低LED背光模组的亮度，拟制了LED背光模组温度的进一步上升，从而保护了LED背光模组，避免了LED背光模组寿命的下降。

Description

LED背光模组及其温度控制方法

技术领域

本发明涉及一种温度控制方法，更具体的涉及一种LED背光模组的温度控制方法。

背景技术

近年来以薄膜晶体管液晶显示技术(TFT-LCD)为主导的平板显示器(FPD)产业的迅速发展，给上游面板产业、光学材料产业带来前所未有的发展机会，其中背光源的提供以CCFL、EEFL、LED、OLED、FFL等光源，目前较为成熟的是CCFL。CCFL的全称是Cold Cathode Fluorescent Lamp，即冷阴极灯管，CCFL在一玻璃管内封入隋性气体Ne+Ar混合气体，其中含有微量水银蒸气(数mg)，并于玻璃内壁涂布萤光体，于二电极间加上一高压高频电场，则水银蒸气在此电场内被激发即产生释能发光效应，放出波长253.7nm的紫外线光，而内壁的萤光体原子则因紫外线激发而提升其能阶，当原子反回原低能阶时放射出可见光(此可见光波长由萤光体物质特性决定)。CCFL具有很多非常好的特性，例如极佳的白光源、低成本、高效率(电源进到灯光出)、稳定及可预知的操作、亮度可轻易变化、重量轻等等，但CCFL有其自身的色彩、功耗、及含汞的问题难以解决。

LED就是指Light Emitting Diode，也就是我们常说得发光二极管，这种产品及其应用不是现在才有，而且其应用在我们现在的现实生活中随处可见，例如路边的广告牌、家用电器上的各色指示灯和手机键盘上的背光照明等等都是采用了LED作为光源，而就其在显示器产品上的应用来说，则还应该算作是一种新兴技术产品。从发光原理上来看，由于LED是由数层很薄的掺杂半导体材料制成，一层带有过量的电子，另一层则缺乏电子而形成带正电的“空穴”，工作时电流通过，电子和空穴相互结合，多余的能量则以光辐射的形式被释放出来，LED正是根据这样的原理实现电光的转换，又根据半导体材料物理性能的不同，LED可发出从紫外到红外不同光谱下不同颜色的光线，特别是LED不能发出白光的技术问题解决之后，为LED在显示领域的应用奠定了根本性的基础。

采用LED为液晶电视的背光源，最主要目的是提升画质，特别是色彩饱和度上，LED背光技术的显示屏可以取得足够宽的色域，弥补液晶显示设备显示色彩数量不足的缺陷，使之能达到甚至超过Adobe RGB和NTSC色彩标准要求，可以达到NTSC ratio 100％以上，其中有些厂商推出采用LED背光的液晶电视面板，特别强调鲜红和深绿的表现，可显示较以往的方式更为逼真的颜色。同时因为LED的平面光源特性，使LED背光还能实现CCFL无法比及的分区域的色彩和色度调节功能，从而实现更加精确的色彩还原性，以适应平面出版和图形设计工作的需要，画面的动态调整可以使得在显示不同画面时，亮度与对比可以动态修正，以达到更好的画质。

另外，LED做为背光源的优点是可以取代color filter的使用。以三色RGBLED采用色序法(color sequential)技术，利用人类视觉暂留的特性，达到全彩的效果，因此可以取代彩色滤光片。不过LED背光模块也不是没有缺点，LED背光模组的温度控制仍然是LED背光模块必须克服的重要课题。由于背光模块的亮度要求较高，因此LED背光模组需要采用大量的LED灯管，这就导致了LED背光模组温度升高的问题。中国专利申请CN200410002701.5提供了一种通过增加风扇的方式来降低LED光源温度的调节装置，但是由于空间的和噪音控制上的限制，这种方法无法适用于LED背光模组。

中国专利申请CN200580032859.X提供了一种带有温度传感器的LED阵列，通过检测LED阵列的温度，如果检测到的温度过高，就降低输入给LED灯芯的电流，以此来降低LED灯芯的温度。然而，该专利申请并没有说明如何降低LED灯芯的电流，以及电流减低到多少等关键问题。由于LED背光模组一般用于显示装置，如果LED灯管的电流过低，LED背光亮度就会过低，会影响到用户的收看，而如果LED灯管的电流有限，则对LED背光模组的温度控制影响有限，有可能在降低LED灯管的电流之后，LED背光模组的温度还会继续上升。因此，本领域需要一种能够精确控制LED背光模组温度的控制方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种LED背光模组，包括LED背光组件，控制器和至少一个温度传感器，温度传感器检测LED背光组件的温度，并将检测到的温度数据传输给控制器，控制器接收所述温度数据并将所述温度数据与一个预先设定的温度相比较，如果所述温度数据大于或等于这一预先设定的温度，控制器计算出所述LED背光组件的目标亮度，并调整LED背光组件的亮度至目标亮度。

所述目标亮度为BL’：BL′＝BL·(1-coef)，

其中，BL为正常情况下的LED背光模组的亮度，coef为背光调整的实时系数：

coef＝M·T/Cycle，

其中，M为背光单位调整的幅度，T为LED背光模组的温度，Cycle为背光调整精度的最大值。

所述控制器可以以步进的方式调整所述LED背光组件的亮度至目标亮度BL’。

若LED背光模组包括至少两个温度传感器，所述控制器将接收到的温度数据作比较，将其中的最大值作为LED背光模组的温度数据。

进一步的，本发明还提供了一种LED背光模组的温度控制方法，包括：

获得LED背光模组的亮度BL；

检测LED背光模组的温度；

将LED背光模组的温度与一个预先设定的温度相比较；

如果LED背光模组的温度大于或等于该预先设定的温度，计算LED背光模组的目标亮度BL’；

根据目标亮度BL’对LED背光模组的亮度进行调整。

所述LED背光模组的温度控制方法还可以包括：对图像信号的亮度进行调整。

上述目标亮度为BL’：BL′＝BL·(1-coef)，

其中，coef为背光调整的实时系数：

coef＝M·T/Cycle，

其中，M为背光单位调整的幅度，T为LED背光模组的温度，Cycle为背光调整精度的最大值。

所述LED背光模组的温度为多次检测获得的稳定值。

本发明的LED背光模组温度控制方法通过检测LED背光模组的温度，当LED背光模组的温度达到或超过一个临界温度的时候，本发明通过降低LED背光模组的亮度，拟制了LED背光模组温度的进一步上升，从而保护了LED背光模组，避免了LED背光模组寿命的下降。同时，本发明的LED背光模组温度控制方法在降低了LED背光模组的亮度的同时，还对图像信号的亮度进行了修正，使得用户很难察觉背光亮度的变化，对用户的正常观看不会造成任何影响。

附图说明

图1所示为一个普通的LED背光组件的示意图。

图2所示为一个本发明的LED背光模组的实施例的示意图。

图3所示为一个本发明的LED背光模组温度控制方法的实施例的示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1所示为一个普通的LED背光组件的示意图。如图所示，LED背光组件100包括反射板110、若干LED 120、导光板140以及扩散板150。其中，反射板110可以是一种表面设置有反射膜的电路板；LED 120固定在反射板110上，并通过反射板110上面的过孔等连接外部电源。在LED120的外面灌注有导光散热材料，形成一个导光散热层130，导光散热层一般与背光组件100的外壳等能够散热的部件相连接，以便与散热。导光板140和扩散板150则分别置于导光散热层的上端。

正常工作时，LED 120被点亮开始工作发光，LED 120发出的光线一部分直接照射到导光板140，另一部分经过反射板110的反射到达导光板140；导光散热材料关注在LED 120上将所有的LED 120密封，通过反射板110上面的过孔等结构排放LED 120产生的热量；导光板140置于导光散热层和扩散板150之间，将接收到的LED 120产生的光和反射板110反射的光散射至扩散板150，扩散板150置于导光板140的上方，将LED 120产生的光散射输出。

由于LED灯管数量较多，而LED灯管本身又不能完全将转化为光能，必然会产生一些热能，众多的LED灯管的热能汇集，使得背光组件100在工作过程中会积累大量的热量，另外有一些无法反射到扩散板150的光能最终也会转化为热能，使背光组件100的温度进一步升高。

图2所示为本发明的LED背光模组的实施例的示意图。如图所示，本实施例的LED背光模组200包括LED背光组件100、温度传感器210以及控制器220。LED背光模组200在普通的LED背光组件100的基础上增加了温度传感器210和控制器220。温度传感器210用于检测LED背光组件100的温度，并将检测到的温度数据传输给控制器220。控制器220接收温度传感器210发送来的温度数据，将该温度数据与一个预先设定的温度相比较(例如50℃)，如果温度传感器210检测到的当前温度小于这一预先设定的温度，控制器220则继续等待新的数据；如果温度传感器210检测到的当前温度大于这一预先设定的温度，控制器200控制降低LED背光组件100的LED灯管的亮度。

具体的，温度传感器210既可以是接触式温度传感器，紧贴LED背光组件100上或者设置在LED背光组件100之内。由于接触式温度传感器的测温元件与被测对象要有良好的热接触，通过热传导及对流原理达到热平衡，这是的示值即为被测对象的温度。这种测温方法精度比较高，并可测量物体内部的温度分布。温度传感器210也可以是非接触式温度传感器，设置在LED背光组件100附近或者内部都可。由于非接触测温的测温元件与被测对象互不接触，常用的是辐射热交换原理，此种测温方法的主要特点是可测量运动状态的小目标及热容量小或变化迅速的对象，也可测量温度场的温度分布，但受环境的影响比较大。优选的，本实施例的温度传感器210采用接触式的温度传感器。为了不影响LED背光组件100结构，本实施例的温度传感器210设置在LED背光组件100的外部。当然，温度传感器210的位置不同，上述预先设定的温度也应该不同。如果温度传感器210设置在LED背光组件100内部，预先设定的温度数值可以相对高一些；如果温度传感器210设置在LED背光组件100外部，预先设定的温度数值可以相对低一些。为了获得更为全面的LED背光组件的温度，本实施例的温度传感器可以设置多个，分布在LED背光组件100的周围，通过计算多个温度传感器的温度平均值或者最大值来获得LED背光组件100的温度。

控制器220可以是一个嵌入式处理器、或者是一个MCU(Micro ControllerUnit)，也可以是一个可编程器件。控制器220接收温度传感器210检测到的温度数据，将该温度数据与一个预先设定的温度相比较(例如50℃)，如果温度传感器210检测到的当前温度小于这一预先设定的温度，控制器220则继续等待新的数据；如果温度传感器210检测到的当前温度大于这一预先设定的温度，控制器200控制降低LED背光组件100的LED灯管的亮度。这里的预先设定的温度是一个临界值，可以通过用户的设定而改变，也可以根据LED背光模组本省的性能指标来设置。例如，LED背光模组的最佳工作温度应当小于50℃，则这里的预先设定的温度可以为50℃，或者是低于50℃，例如45℃、40℃等等。

对于LED背光组件100亮度的控制，可以通过向LED背光组件100发送一个控制指令来实现。该驱动信号可以为一定占空比的PWM(pulse widthmodulation)信号(也即脉宽调节信号)，所述PWM驱动信号也就是驱动电流，因为亮度是由RGB-LED(RGB发光二极管)的光通量决定的，而LED光通量与电流成线性关系，所以也可以说亮度是由驱动电流决定。

由于LED背光组件100一般用于显示装置，如果LED背光组件100的亮度变化过快，一次性减低过多，LED背光组件100就会突然变暗，肯定会对用户的观看造成影响。而如果在温度传感器210检测到的温度大于上述预先设定的温度之后，由于LED背光组件100一直处于工作状态，其温度还会持续上升，如果LED背光组件100的亮度降低幅度过小，则无法改变温度持续上升的状态，这样，如果温度持续升高，可能会对LED背光组件100本身造成损坏。因此，在温度传感器210检测到的温度大于上述预先设定的温度之后，如何降低LED背光组件100的亮度，亮度降低多少就成为本发明的一个关键问题。

本实施例通过以下方式对LED背光组件100的亮度进行控制：

如前面所述，如果在温度传感器210检测到的温度大于上述预先设定的温度之后，LED背光组件100的亮度降低幅度过小，则无法改变温度持续上升的状态。那么，为了使得在检测到的温度大于临界温度之后，LED背光组件100的温度不再持续上升，只需要使得LED背光组件100产生的热量小于或等于LED背光组件100散发的热量即可。

不考虑LED背光亮度的渐变过程，这里假设控制器220发出控制指令之后，LED背光的亮度马上降低。由于LED背光组件在使用时，与显示装置的背板间夹有导热绝缘片，因而可粗略的认为LED背光组件与背板间是无隙的，其间的接触热阻设为N，单位℃/W。所以单位功率的产生的温度为δT＝N·δw(1)。

设背光调整精度的最大值为Cycle，设背光单位调整的幅度M与单位消耗的功率δw有线性关系，设为δw＝k·M(2)。

要抑制温度的持续上升，背光亮度降低等效降低的温度要大于等于LED背光组件本身产生的温度，故

δT_bl≥δT，引入浮动系数

(稍大于1)，设 ${\mathrm{\δT}}_{\mathrm{bl}}=\∂\·\mathrm{\δT}.$

代入(1)、(2)得：

$\mathrm{\δ}{T}_{\mathrm{bl}}=N\·\mathrm{\δw}=N\·k\·M=\∂\·\mathrm{\δT}.$

得： $M=\frac{\∂\·\mathrm{\δT}}{N\·k}.$

背光调整的实时系数：

coef＝M·T/Cycle

实时的温度控制的背光调整：

BL′＝BL·(1-coef)

其中，BL为正常情况下LED背光的亮度。

上面所述为一次性调整LED背光亮度时，调整后的LED背光亮度的计算方法，然而，正如前面所说，如果一次性调整的亮度过大，可能会造成用户的不适，因此，本实施例的LED背光模组可以通过渐变的方式调整LED背光的亮度。

如果通过通过渐变的方式调整，则背光调整的实时系数：

coef′＝coef+δcoef，

coef’是由渐变周期控制的背光调整系数；δcoef是调整背光系数的单位变化量，正负是由渐变周期控制的调整背光的实时系数与前一背光调整系数的差值决定的。

由此可见，本实施例的LED背光模组通过降低LED的背光亮度，拟制了LED背光模组温度的不断上升，从而保护了LED灯管的光学性能，避免了LED寿命的下降。同时，本实施例的LED背光模组仅仅在通用的LED背光组件的基础上增加了温度传感器等外围器件，成本低廉，而且通用型强。

图3所示为一个本发明的LED背光模组温度控制方法的实施例的示意图。如图所示，本实施例的LED背光模组温度控制方法包括：

步骤310：获得LED背光模组的亮度BL；

步骤320：检测LED背光模组的温度；

步骤330：将LED背光模组的温度与一个预先设定的温度相比较；

步骤340：如果LED背光模组的温度大于或等于该预先设定的温度相比较，计算LED背光模组的目标亮度BL’；

步骤350：根据目标亮度BL’对LED背光模组的亮度进行调整；

步骤360：对图像信号的亮度进行调整。

具体的，对于一般的LED背光模组来说，LED背光模组的亮度BL可以通过读取用户设置等等数据来获得；而对于一些能够根据图像信号自动调整背光亮度的LED背光模组来说，LED背光模组的亮度BL可以通过分析接收到的图像信号来获得，例如计算图像信号的平均亮度等等。

LED背光模组的温度一般通过温度传感器来检测。为了避免瞬间的温度变化对LED背光模组的显示造成影响，本实施例通过温度传感器的多次检测获得的稳定值来确定LED背光模组的当前温度，例如通过计算连续1秒钟之内的温度的平均值来获得LED背光模组的当前温度等。本实施例也可以通过读取多个温度传感器的数据来获得LED背光模组的温度。

在获得LED背光模组的温度之后，本实施例通过将LED背光模组的温度与一个预先设定的温度相比较。这里的预先设定的温度是一个临界值，可以通过用户的设定而改变，也可以根据LED背光模组本省的性能指标来设置。例如，LED背光模组的最佳工作温度应当小于50℃，则这里的预先设定的温度可以为50℃，或者是低于50℃，例如45℃、40℃等等。

如果LED背光模组的温度小于该预先设定的温度相比较，则表示LED背光模组目前工作正常，不需要对温度进行控制。而如果LED背光模组的温度大于或等于该预先设定的温度相比较，则需要对LED背光模组的温度进行控制。本实施例首先根据LED背光模组的亮度BL计算出LED背光模组的目标亮度BL’：

BL′＝BL·(1-coef)

其中，coef为背光调整的实时系数：

coef＝M·T/Cycle

其中，M为背光单位调整的幅度，T为LED背光模组的温度，Cycle为背光调整精度的最大值。由于M、T以及Cycle都为正数，因此背光调整的实时系数coef也为正数，由此可见，目标亮度BL’必然小于正常情况下的LED背光模组的亮度BL。

在获得LED背光模组的目标亮度BL’之后，本实施例的LED背光模组的温度控制方法开始对LED背光模组的亮度进行调整。这里的调整方法有多种，最简单的方法就是直接将LED背光模组的亮度设置为目标亮度BL’。但是如果目标亮度BL’与BL的差距过大或者BL’变化频繁，LED背光模组的亮度会突然变暗或忽明忽暗，可能会对用户的收看造成影响。为了避免这一情况的出现，本实施例可以通过步进的方式对LED背光模组的亮度进行调整，例如一秒钟调整一次，每次调整1的亮度级别，直到达到目标亮度BL’为止等等，本发明不限于此。

在对LED背光模组的亮度进行调整之后，为了使用户的观看不受影响，本实施例还可以对图像信号的亮度进行调整。以直接将LED背光模组的亮度设置为目标亮度BL’为例，由于BL′＝BL·(1-coef)，调整后的背光亮度变成了正常情况下的(1-coef)倍。由于用户收看到的图像的亮度是背光亮度和图像信号亮度共同作用的结果，因此只要将图像信号的亮度调整到原来的1/(1-coef)，用户就难以发觉其中的变化。当然，这可能会使图像信号本身的一些信号失去作用，但是总的来说对用户来说是有利的。

由此可见，本发明的LED背光模组温度控制方法通过检测LED背光模组的温度，当LED背光模组的温度达到或超过一个临界温度的时候，本发明通过降低LED背光模组的亮度，拟制了LED背光模组温度的进一步上升，从而保护了LED背光模组，避免了LED背光模组寿命的下降。同时，本发明的LED背光模组温度控制方法在降低了LED背光模组的亮度的同时，还对图像信号的亮度进行了修正，使得用户很难察觉背光亮度的变化，对用户的正常观看不会造成任何影响。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1、一种LED背光模组，包括LED背光组件，所述LED背光模组还包括控制器和至少一个温度传感器，温度传感器检测LED背光组件的温度，并将检测到的温度数据传输给控制器，控制器接收所述温度数据并将所述温度数据与一个预先设定的温度相比较，如果所述温度数据大于或等于这一预先设定的温度，控制器计算出所述LED背光组件的目标亮度，并调整LED背光组件的亮度至目标亮度；其特征在于，所述目标亮度为BL’：

BL′＝BL·(1-coef)，

其中，BL为正常情况下的LED背光模组的亮度，coef为背光调整的实时系数：

coef＝M·T/Cycle，

其中，M为背光单位调整的幅度，T为LED背光模组的温度，Cycle为背光调整精度的最大值。

2、根据权利要求1所述的LED背光模组，其特征在于：所述控制器以步进的方式调整所述LED背光组件的亮度至目标亮度BL’。

3、根据权利要求1-2任一所述的LED背光模组，其特征在于：所述LED背光模组包括至少两个温度传感器，所述控制器将接收到的温度数据作比较，将其中的最大值作为LED背光模组的温度数据。

4、一种LED背光模组的温度控制方法，包括：

获得LED背光模组的亮度BL；

检测LED背光模组的温度；

将LED背光模组的温度与一个预先设定的温度相比较；

如果LED背光模组的温度大于或等于该预先设定的温度，计算LED背光模组的目标亮度BL’；

根据目标亮度BL’对LED背光模组的亮度进行调整；

其特征在于，所述LED背光模组的温度控制方法还包括：对图像信号的亮度进行调整；

所述目标亮度为BL’：

BL′＝BL·(1-coef)，

其中，BL为正常情况下的LED背光模组的亮度；coef为背光调整的实时系数：

coef＝M·T/Cycle，

其中，M为背光单位调整的幅度，T为LED背光模组的温度，Cycle为背光调整精度的最大值。

5、根据权利要求4所述的LED背光模组的温度控制方法，其特征在于：将所述图像信号的亮度调整为原来的1/(1-coef)倍。

6、根据权利要求4所述的LED背光模组的温度控制方法，其特征在于：通过步进的方式将LED背光模组的亮度调整至目标亮度BL’.

7、根据权利要求4所述的LED背光模组的温度控制方法，其特征在于：所述LED背光模组的温度为多次检测获得的稳定值。

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