CN101438339B - 包括具有共享控制和反馈的可控发射器阵列的发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种发光装置，具体可用作LCD背光，包括可选择地通过光学隔板(13)分隔开的光发射器(11.1、11.2)的阵列。光发射器(11.1、11.2)可具体地由一组不同颜色(例如红色、绿色和蓝色)的LED(12.1、12.2)来实现。提供本地控制单元(16)、驱动单元(15.1、15.2)和传感器单元(14)控制各个光发射器的光输出，其中，这些部件中的至少一个被两个或多个光发射器(11.1、11.2)共享。

Description

包括具有共享控制和反馈的可控发射器阵列的发光装置
技术领域
本发明涉及包括光发射器、优选是发光二极管(LED)阵列的发光装置。此外，本发明还涉及用于包括这种发光装置的液晶显示器(LCD)的背光。
背景技术
WO2005/116972A披露了一种LCD背光，包括红色、绿色和蓝色LED的二维阵列，其中，共同地对一种颜色的LED进行控制。此外，针对由LED阵列产生的每种颜色，设有一个光传感器。
US2003/230991A1披露了一种用于对电子显示器进行背面照明的设备，包括将光发射到光导侧面中的一维LED行。共同地控制相同颜色的LED。
WO2006/027730A涉及一种光产生体，包括平面有机发光二极管，与至少一个无机LED结合，可以设置在成行的共同操作单元中。
从US2005/0058450A1可了解到，一种LCD背光包括利用不同颜色的光发射器从侧面照射的导光板，其中，在反馈环中对颜色进行控制。在当前LCD背光快速发展的过程中，用背后照明背光取代侧面照射背光，增加了特别是大尺寸LCD的亮度。此外，用扫描背光取代均匀照射的背光，改善LCD图像质量，消除赝像，并降低系统成本。人们提出了具有局部高亮的背光，作为实现进一步改善的下一步骤，诸如通过与扫描背光相比对屏幕更好的细分，增大整个系统的能量效率。
发明内容
基于此，本发明的目的在于提供一种特别是用于LCD的发光装置，其可以低成本地制造，同时具有功能多样性。
该目的可由根据权利要求1的发光装置和根据权利要求14的LCD背光来实现。从属权利要求中揭示了优选实施例。
根据第一方面，本发明涉及一种发光装置，其包括具有相关操作单元(即需要实现光发射器所需操作的硬件部件)的单独可控的光发射器的(至少)二维阵列。术语“阵列”在此处按照最普通的含义应当表示物体(即光发射器和/或相关操作单元)的任何设置。在大多数情形中，该阵列为光发射器和/或相关操作单元按照规则(例如，格栅形)图案的二维平面设置。从光发射器从其他形式的能量(例如从电流)产生光的意义来说，光发射器优选是“原始”发射器。光发射器可以为单个灯或者多个单元，相同或不同的灯。此外，应当有一组(具有至少一个元件)“共享”操作单元，其被定义为在功能上与至少两个光发射器相关。
所述发光装置的优点是，两个甚至更多光发射器使用实现共享操作单元的硬件部件，因此节省了空间和成本，同时利用单独可控的光发射器提供阵列的全部功能。
操作单元(无论是否共享)具体包括至少一个用于控制其相关光发射器的光输出的控制单元，至少一个用所需能量驱动其相关光发射器的驱动单元，和/或至少一个传感器单元。传感器单元可以例如测量其相关光发射器的色点或亮度，或者其工作温度。
由光发射器共享的操作单元具有多种可能的设计。下面的实施例在这一方面尤其重要：
(i)共享操作单元可包括至少一个控制单元，用于根据至少一个给定目标值控制其相关光发射器的光输出。
(ii)共享操作单元可包括至少一个传感器单元，用于测量涉及其相关光发射器的操作的量，特别是发射光的光通量、发射光的色点、或者其相关光发射器的工作温度。
(iii)共享操作单元可包括至少一个控制单元和至少一个传感器单元，其中，这些单元优选与相同光发射器关联。
(iv)共享操作单元可包括至少一个控制单元和至少一个驱动单元，其中，这些单元优选与相同光发射器关联。
(v)共享操作单元可包括至少一个控制单元、至少一个传感器单元、和至少一个驱动单元，其中，这些单元优选与相同光发射器关联。
发光装置优选包括至少一个与至少两个共享操作单元耦合的光发射器。正如已经提到的，这通常是上述实施例(iii)，(iv)和(v)中的情形。
操作单元设置在其相关的一个或多个光发射器附近。因此，可使信号在单元与光发射器之间的传播距离最短，也使损耗和干扰最小。使用适当的光导和布线，操作单元也可以(几乎)任意地放置在发光装置中。这些实际设置通常取决于与发光装置的具体结构有关的实际考虑(例如，LCD背光)。
控制单元优选适于在包括至少一个相关传感器单元的反馈环中控制相关的光发射器。因此，可独立地保持光发射器的诸如色点或亮度的目标值，与温度改变、部件老化、生产扩大等无关。
在本发明的另一实施例中，至少一个控制单元适于驱动与所述控制单元相关、并且进一步与一个传感器单元相关的一组光发射器，从而使得利用所述传感器单元对所述光发射器的单个的光输出进行时分多路复用测量成为可能。这可以例如这样实现：如果控制单元将除一个光发射器以外的所有光发射器断开，传感器能测量所述单个有效光发射器的单独的光输出。同样，可将除一个光发射器以外的所有光发射器导通，使得所测量光输出(相对激励所有光发射器)的差值代表被断开的光发射器的贡献。此外，可以以不同频率驱动光发射器，使得其各自对传感器信号的贡献可以在所述信号的频域中区分开。
可由适合与特定发光装置设计相结合实现其任务的任何种类的硬件来实现所述控制单元、驱动单元和传感器单元。控制单元可以例如包括微控制器、数字信号处理器(DSP)、特定用途集成电路(ASIC)或可编程逻辑。
虽然原则上可由任意种类的灯实现光发射器，但其优选包括一组不同颜色的(无机或有机)发光二极管(LED)，特别是一组具有三种颜色(红色、绿色和蓝色)的LED。LED具有低能耗，同时提供优异的光发射性质的优点。
根据发光装置的进一步发展，光发射器通过光学隔板彼此分隔开。这种隔板有助于将光发射器发射出的光集中到局部区域。
本发明还涉及包括上述种类的发光装置的LCD背光，即包括具有相关局部控制单元、局部驱动单元和局部传感器单元的光发射器阵列的发光装置，其中，这些单元中的至少一些在功能上与至少两个光发射器相关联。LCD背光具有与上述发光装置类似的特征。参照对所述发光装置的描述获得有关LCD背光更多的详细信息、优点和进一步发展。
附图说明
通过下面所述的实施例，本发明的这些和其他方面将是显而易见的。将借助附图通过示例描述这些实施例。在附图中：
图1用侧视图(左)和顶视图(右)示出了根据本发明的LCD背光中可用的发光装置；
图2示意地示出了根据本发明包括光发射器、控制单元、驱动单元和传感器单元的发光装置的两个相邻的区段；
图3示出了图2中所示的两个区段的LED颜色控制系统的框图。
具体实施方式
在附图中相同的附图标记表示相同或相似的元件。
目前，荧光灯(无论冷阴极荧光灯CCFL或热阴极荧光灯HCFL)都是用于背后照明LCD背光的主要技术。通常，在背光中垂直地排列数个灯。每个灯主要照射其前面的区域，不过其所发射的相当一部分光也会到达远离它的区域。同时点亮所有的灯产生均匀照明的背光。按照适当的方式按时序地点亮灯产生扫描背光。这需要每个灯的单独驱动器和适当的亮度控制。通过在灯之间插入光学隔板以便减少到达远离发射灯的区域的光量，可以支持扫描背光操作。
此外，在直接照明背光中引入了LED。这种背光使用RGB LED条，将其发射出的光适当混合，例如得到具有所需色温的白光。这需要每种颜色R、G和B的至少一个驱动器以及适当的颜色控制，包括用于温度、亮度和/或颜色的传感器。为每个LED条独立地控制颜色和亮度，有利于实现背光的均匀颜色和亮度。可使用每个条的这种独立控制来实现扫描背光。可按照与应用于具有荧光灯的背光相似的方法，在LED条之间增加隔板。
基于这一背景，下面将参照基于LED的LCD背光描述本发明。图1示出了这种LCD背光1的一个实施例，包括7×12个模块或“区段”10。每个所述区段10包括光发射器11，光发射器本身由具有红色、绿色和蓝色的三个LED 12(或者可独立地产生这些颜色的单个LED)组成。理想情况下LED适于实现局部高亮。此外，背光1可包括区段10之间的光学隔板13。
在图1所示的背光1中，为局部高亮必须控制大量7×12＝84个区段。因此，为每一个区段实现局部颜色控制系统需要非常大量的部件。为此，在此提出使用局部控制系统的部件控制两个或多个相关的光发射器11。相邻区段之间共享颜色控制系统的部分，显著减小了控制LCD背光的区段所需要的努力(部件数量)。
在图2的示意图中更详细地示出了上述概念的实现，图2示出了图1背光1的两个相邻区段10.1、10.2。每个区段包括由三个LED 12.1、12。2组成的光发射器11.1、11.2。此外，每个区段10.1、10.2包括用于向LED 12.1、12.2提供(例如，脉宽或振幅调制的)正向电流的驱动单元15.1、15.2。驱动单元15.1、15.2耦合到公共控制单元16，该公共控制单元16向它们提供适当控制信号并且在此完全位于区段10.1中。控制单元16接收相关区段10.1、10.2的光输出的输入目标值T(例如，三色值)。虽然每个控制单元16可以从监视系统直接接收该信息，但可以使用在背光1中将该信息展开的中间电路。
可通过例如微控制器、DSP、ASIC或可编程逻辑实现控制单元16。其进一步与单个传感器单元14(例如光电二极管)耦合，可测量两个光发射器11.1、11.2的光输出(例如，通量、颜色)。两个或更多个区段例如可通过时分多路复用共享一个传感器。可替换地或对通量和/或颜色传感器的补充，还可以使用一个或多个温度传感器。它们例如可包括：测量(公共)散热器的温度的全局温度传感器，和/或测量单个光发射器11.1、11.2，或者甚至于测量单个LED 12.1、12.2的温度的局部温度传感器(例如，通过它们的电流/电压特性)。所有类型的中间机制当然也是可以想到的，例如单独地测量在大型背光中所使用的多个分离散热器的每一个的温度。
必须为每个传感器单元14、驱动单元15.1、15.2和控制单元16提供电能。在附图中通过将线连接到某电源17来表示。尽管可以有与单个区段10.1、10.2相关联的电源，优选的是(所有)传感器单元的组共享电源，(所有)驱动单元的组共享电源，并且(所有)控制单元的组共享电源。
因而，一个控制单元16和一个传感器单元14与两个光发射器11.1、11.2相关联。类似的，可使用多个输出驱动器来驱动两个或更多个区段的LED。
图3示出了在图2的装置中实现的控制系统的逻辑框图。使用单个控制单元16和单个颜色传感器14独立地控制每个区段10.1、10.2的颜色和亮度。监视系统例如根据三色值TV set，1＝(Xset，1，Yset，1，Zset，1)和TV set，2＝(Xset，2，Yset，2，Zset，2)限定将要由区段产生的光的颜色和亮度。将这些与检测出的三色值TV s，1和TV s，2进行比较，产生三色值误差TV srr，1和TV srr，2。由控制器16实现的两个控制功能和根据三色值误差确定将要施加给具有传递函数
Figure G46760099150138000D000063
和
Figure G46760099150138000D000064
的LED驱动器15.1、15.2的控制信号CS 1＝(CS r，1，CS g，1，CS b，1)和CS 2＝(CS r，2，CS g，2，CS b，2)。驱动器产生流过具有传递函数
Figure G46760099150138000D000065
和
Figure G46760099150138000D000066
的LED 12.1和12.2的相应电流，产生所需的光。通常，从LED向背光的光传导
Figure G46760099150138000D000067
和
Figure G46760099150138000D000068
与从LED向传感器14(具有传递函数
Figure G46760099150138000D000069
和
Figure G46760099150138000D0000610
)的光传导和
Figure G46760099150138000D0000612
是不同的。因此，必须对传感器读数SR 1＝(R1，G1，B1)和SR 2＝(R2，G2，B2)实施校准
Figure G46760099150138000D0000613
和
Figure G46760099150138000D0000614
尽管图2和3涉及两个区段共享颜色控制系统的部分，可以直接地将其扩展到多个区段。可以将共享颜色控制系统的部分的区段视为且制造成一个模块。可替换地，一个区段可带有颜色控制系统的共享部分，并且其他利用该共享部分的区段与该区段连接(参见图2)。
概括来说，本发明描述了具有局部高亮和扫描特征的基于LED的LCD背光，通过将背光光源进行更好的细分，改善了LCD图像质量，增大了系统的能量效率，消除了运动赝像并降低了系统成本。通过相邻区段之间驱动和颜色控制系统的共享部分，明显减少了针对大量区段的每一个实现驱动和颜色控制的工作量。然而，根据本发明的发光装置不仅可用作LCD背光，而且例如还可以作为带有显示的常规照明的平面光源，例如改变从其表面发射出的光。
最后指出，在本申请中，术语“包括”不排除其他元件或步骤，“一个”不排除多个，以及单个处理器或其他单元可实现多个装置的功能。本发明存在于每个新颖特征以及特征的每种组合。此外，权利要求中的附图标记不构成对其范围的限制。

Claims (11)

1.一种在液晶显示器的背光中使用的发光装置(1)，包括具有相关操作单元(14、15.1、15.2、16)的单独控制的光发射器(11、11.1、11.2)的二维阵列，该相关操作单元包括至少一个用于驱动其相关的至少一个光发射器的驱动单元、至少一个用于控制其相关的至少一个光发射器的光输出的控制单元、以及至少一个用于测量与其相关的至少一个光发射器(11、11.1、11.2)的操作有关的量的传感器单元，其中，有一组共享操作单元(14、16)在功能上与至少两个光发射器(11.1、11.2)相关联，该组共享操作单元包括至少一个共享的控制单元和至少一个共享的传感器单元，所述至少一个共享的控制单元中的一个特定控制单元和所述至少一个共享的传感器单元中的一个特定传感器单元与相同的光发射器相关，
其中所述至少一个共享的控制单元中的该特定控制单元和所述至少一个共享的传感器单元中的该特定传感器单元被配置为以时分多路复用方式或者以频分多路复用方式来测量相关的光发射器的单独光输出，
其中
i)所述至少一个共享的控制单元中的该特定控制单元断开除了一个相关光发射器之外的所有相关光发射器，而且所述至少一个共享的传感器单元中的该特定传感器单元测量该有效光发射器的单独的光输出；或者
ii)所述至少一个共享的控制单元中的该特定控制单元导通除了一个相关光发射器之外的所有相关光发射器，以确定所测量的光输出相对于激励所有相关光发射器的差值，该差值代表了被断开的光发射器的贡献；或者
iii)以不同的频率驱动所述光发射器，而且所述光发射器各自对传感器信号的贡献在所述传感器信号的频域中分开。
2.根据权利要求1所述的发光装置(1)，其中所述光发射器包括具有红色、绿色和蓝色的三个LED(12)或者所述光发射器包括能够产生红色、绿色和蓝色的单个LED。
3.根据权利要求1所述的发光装置(1)，
其特征在于，所述至少一个共享的控制单元(16)用于根据至少一个给定的目标值(T)控制其相关光发射器(11.1、11.2)的光输出。
4.根据权利要求1所述的发光装置(1)，
其特征在于，所述至少一个共享的传感器单元(14)用于测量发射光的通量、发射光的色点或者工作温度。
5.根据权利要求1所述的发光装置(1)，
其特征在于，所述共享的操作单元还包括至少一个共享的驱动单元。
6.根据权利要求1所述的发光装置(1)，
其特征在于，其包括与至少两个共享的操作单元(14、16)耦合的至少一个光发射器(11.1、11.2)。
7.根据权利要求1所述的发光装置(1)，
其特征在于，每个控制单元(16)适于在包括至少一个相关传感器单元(14)的反馈环中控制相关的光发射器(11.1、11.2)。
8.根据权利要求1所述的发光装置(1)，
其特征在于，所述控制单元(16)包括微控制器、DSP、ASIC或可编程逻辑。
9.根据权利要求1所述的发光装置(1)，
其特征在于，至少一个光发射器包括一组不同颜色的LED(12.1、12.2)，具体是红色、绿色和蓝色LED。
10.根据权利要求1所述的发光装置(1)，
其特征在于，通过光学隔板(13)使光发射器(11.1、1.2)彼此分离。
11.一种LCD背光，包括根据权利要求1所述的发光装置(1)。
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