CN101802688A - 照明单元和用于驱动照明单元的方法 - Google Patents

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Abstract

提出了一种照明单元，其包括：(i)至少一个发光装置；(ii)检测单元，借助其可以检测图像的至少一个亮度；(iii)至少一个控制单元，其与所述至少一个发光装置以及与检测单元相连，其中所述至少一个发光装置根据图像的所述至少一个亮度可以借助控制单元来驱动；(iv)多个发光装置，其亮度可以借助控制单元来分别单个地和/或成簇地调节；以及(v)至少一个开关，借助该开关可以将至少一个发光装置短接。此外还提出了一种用于驱动照明单元的方法。

Description

照明单元和用于驱动照明单元的方法
本发明涉及一种照明单元和一种用于驱动照明单元的方法。
已知的是，借助脉宽调制(PWM)来对发光二极管(LED)的亮度进行调节(调光)。在此，对LED进行调光具有的优点是，可以用其额定电流来驱动LED。
然而，这种亮度调节导致所谓的频闪效应，如果光源和观察者的眼睛相对于彼此运动，则该频闪效应对于观察者而言是可见的。
该问题借助LED的恒流调节来解决。然而这种方式具有的缺点是，尤其是在低的亮度区域中不可能有高的对比度，因为不同的LED通常具有不同的电流开关电平。此外，在低的电流范围中只能困难地调节或者控制光电半导体的光产出。
在WO 2004/031844A1中描述了用于对显示器背光照明的照明设备。该照明设备包括用于产生具有白色色觉的光的不同颜色的光源，这些光源设置为使得从照明设备的正面发射混色光。
在此的缺点是，该照明设备的发射特征在色彩和亮度方面在很大程度上不均匀。
本发明的任务在于，避免前面提及的缺点并且尤其是提出一种背景照明模块(“背光单元”，BLU)，该背景照明模块能够实现高能效的工作并且例如可以用于LCD电视。
该任务根据独立权利要求的特征来解决。本发明的改进方案由从属权利要求得到。
为了解决该任务，提出了一种照明单元，其包括：
-至少一个发光装置，
-检测单元，借助其可以检测图像的至少一个亮度；
-至少一个控制单元，其与所述至少一个发光装置以及与检测单元相连，其中所述至少一个发光装置可以借助控制单元根据图像的所述至少一个亮度来驱动；
-多个发光装置，其亮度可以借助控制单元来分别单个地和/或成簇地调节；
-至少一个开关，借助该开关可以将至少一个发光装置短接。
一个改进方案是，借助检测单元可以检测图像的至少一个亮度，尤其是多个亮度。
有利的是，该方式能够实现具有扩展的功能的照明装置用于改进的与时间和/或位置相关的照明调节。
一个改进方案是，所述至少一个发光装置包括发光二极管。
另一改进方案是，所述至少一个发光装置包括多个簇，其中每个簇包括一个或多个发光二极管。
尤其是一个改进方案，其中所述簇至少具有两个绿色发光二极管、一个蓝色发光二极管和一个红色发光二极管(“RGGB”簇)。
还有一种改进方案是，所述簇平面地设置。
特别地，所述至少一个簇可以平面地设置在图像上。优选的是，每个发光二极管和/或发光二极管构成的每个簇可以单独地借助控制单元来驱动。
此外一个改进方案是，所述至少一个发光装置设置在至少一个基板上。
在一个附加的改进方案的范围中，控制单元包括至少一个调光装置。在此，可以借助所述至少一个调光装置来调节所述至少一个发光装置的亮度。
在此要说明的是，调光装置可以实施为控制单元的一部分和/或与控制单元分离地实施。
下一个改进方案是，所述图像是视频图像，尤其是LCD显示器的图像。
特别地，该图像可以是LCD电视的视频图像。
一个扩展方案是，控制单元根据检测单元借助所述至少一个发光装置对图像的暗区域比亮区域更弱地照明。
通过这种方式可能的是，优选用作背景照明装置或者背光照明装置的照明单元能够实现明显的节能。
一种可替选的实施形式是，所述至少一个发光装置包括带有不同波长的发光二极管。
通过这种方式，例如可以实现在几乎任意的色调中的背景照明。
特别地，针对每个发光二极管设置有这种开关。此外，该开关优选是一种电子开关，其可以被控制单元激活。这种用于所述至少一个发光装置的开关可以被动态激活或者根据特别的用户愿望(准静态地)预先配置。
一个改进方案是，图像的亮度可以通过控制单元借助脉宽调制和/或直流调节来调节。特别地，所述至少一个发光装置的亮度可以通过脉宽调制和/或直流调节来调节。
优选的是，直流调节可以使用在低亮度的区域中，而脉宽调制可以使用在高亮度的区域中。
一个附加的扩展方案是，检测单元包括至少一个光电传感器。特别地，所述至少一个光电传感器可以与所述至少一个发光装置位置相邻地实施。
另一扩展方案是，至少一个驱动器被设计用于驱动所述至少一个发光装置。优选的是，每个驱动器可以设计用于驱动多个串联的发光装置，特别是发光二极管。
也可能的是，在图像和检测单元之间设置屏障，其适于将不同照明的区域至少部分分离。
另一个扩展方案是，控制单元得到视频信号。
就此而言可以有利地分析视频信号的亮度信息(例如平均亮度或者基本亮度)并且基于这种分析可以相应地驱动所述至少一个发光装置。
前面所提及的任务也通过一种根据本说明书的用于驱动照明单元的方法来解决。
此外，上面提及的任务借助一种用于驱动照明单元的方法来解决，该方法包括以下步骤：
-检测图像的亮度；
-根据所检测到的亮度驱动至少一个发光装置，其中借助所述至少一个发光装置比图像的至少一个亮区域更弱地照亮图像的至少一个暗区域；
-其中设置了至少一个开关，借助该开关将至少一个发光装置短接。
一个改进方案是，所述至少一个发光装置包括发光二极管。特别地，所述至少一个发光装置可以包括多个簇，其中每个簇包括一个或多个发光二极管。
另一改进方案是，所述簇至少具有两个绿色发光二极管，一个蓝色发光二极管和一个红色发光二极管。
此外可能的是，所述至少一个发光装置包括具有不同波长的发光二极管。
一个扩展方案是，设置多个发光装置，它们的亮度分别单个地和/或成簇地借助控制单元来调节。
此外，一个扩展方案是，所述至少一个发光装置的亮度通过脉宽调制和/或直流调节来调节。
有利的是，直流调节可以在低亮度的区域中使用，和/或脉宽调制可以在高亮度的区域中使用。
还有一个改进方案是，检测单元包括至少一个光电传感器。
一个附加的扩展方案是，将视频信号施加到所述控制单元上。
下面借助附图来示出和阐述本发明的实施例。
其中：
图1示出了照明单元、尤其是背景照明模块(“背光单元”，BLU)的框图；
图2示出了两个相邻的LED簇(“RGGB”簇)；
图3示出了图2中的带有附加的光电传感器的LED簇；以及
图4示出了电路装置，其包括针对多个串联的发光装置的、由脉宽调制和(直流)电流调节组成的组合的调节。
根据本方案，尤其是提出了一种照明单元，例如一种背光照明单元(BLU)用于LCD电视来再现视频图像。为此，背光照明单元可以具有多个发光二极管(LED)，它们设置在一个或多个基板上，优选成簇地平面地设置。此外，可以设置多个调光装置以及用于驱动调光装置的控制单元(控制电子设备)，以便调节单个LED或者LED的单个簇的亮度。
多个调光装置(或者其子集)可以至少部分地实施为控制单元的组成部分或者与其分离地实施。
控制单元优选例如借助调光装置根据视频图像、尤其是根据视频图像的亮度来调节亮度，使得能够实现例如LCD显示器或者带有LCD显示器的电视的高能效的工作。在此，图像的较暗的区域借助照明单元比图像的较亮的区域更弱地照明。
由此，这里提出的解决方案有效地实现了显著的节能，使得通过调节照明、尤其是LCD显示器的背景照明避免了不必要的电流消耗。
另一优点是，通过使用不同波长的LED，可以为背光照明设置任意的颜色或者色度坐标。
控制单元、尤其是调光装置可以具有一个或多个PWM电路，借助该电路可以分别为(单个的)LED或者为包括一个或多个LED簇的LED的组进行脉宽调制。有利的是，LED可以单个地和/或成组或成簇地借助专用的脉宽调制来驱动。由此，可以分辨位置地(ortsaufgeloest)调节单个LED和/或LED簇的亮度。在此要说明的是，有利地将LED和/或LED簇设置在图像的(不同)位置，使得通过相应地驱动LED或者LED簇(的亮度)可以对图像的确定的位置进行更强的或者更弱的背光照明。
这里所提出的方案的一个选项是，使用PWM调节和(直流)电流调节的组合用于调节发光装置(LED，LED的簇)的亮度。在此，有利地主要借助PWM调节来实现在亮的区域中的调光，而优选在低亮度的区域中使用直流调节。
此外，调光装置可以具有多个开关，它们能够实现将各个LED或者LED簇短接，由此将所涉及的LED或者LED簇关断。在这种情况中，LCD背光照明借助其余的(未被短接的)LED或者LED簇来实现。
这些开关可以被动态地驱动，即根据当前所显示的图像、也即根据通过LCD显示器显示的视频信号来驱动。可替选地，开关可以被静态地预先调节，例如在配置电视时设置，其中例如通过用户或者制造商准静态地预先调节亮度、对比度、色彩对比度等等的值。
尤其是当针对低亮度的PWM调节达到其极限时，使用开关于是可以是有利的。这样，其余的活动的(即未被短接的)LED可以在更高的亮度范围中被驱动，其中PWM调节是毫无问题地可能的。
另一实施形式是，背光照明单元具有至少一个光电传感器，借助该光电传感器可以检测局部的照明状态(亮度、色温和/或各个色彩强度)。有利的是，所述至少一个光电传感器设置为使得光电传感器的至少一个电输出信号通过至少一个感测线路传输给控制单元用于分析。
有利的是，多个光电传感器在照明单元的面上分布地设置，使得可以在图像的不同位置处检测多个照明状态。由此可能的是，可靠地并且以高精度地控制照明单元的局部的照明状态。
在一个附加的实施形式中，不同簇的至少两个LED串联并且通过共同的驱动器(驱动级)来驱动。通过这种方式可能的是，明显地简化控制单元，因为有利的是对于照明单元只须设置较少的驱动器。
特别地，驱动器以及开关都可以由共同的控制单元来驱动(也参见图4)。
在一个实施形式中，设计有漫散射的、垂直于发光装置的安装面布置的屏障，以便将不同照明的区域有利地分离。
图1示出了照明单元的框图，尤其是背景照明模块(“背光单元”，BLU)。
照明单元包括图像15，其例如对应于借助电视的LCD显示器来显示的视频图像。图像15的其他显示形式例如借助投影和/或背投也是可能的。
发光装置13设计用于对图像15进行照明或者背光照明。优选的是，多个发光装置13在位置上分布地设置在图像15的面上，其中多个发光装置13可以合并成分别由多个发光装置构成的簇。优选的是，这些簇形成可单个地驱动的单元。
发光二极管(LED)特别适于用作发光装置13。特别地，可以将不同波长的多个LED设置成簇。通过将波长混合，可以调节背光照明的颜色。优选的是，一个红色LED、两个绿色LED和一个蓝色LED(所谓的“RGGB”簇)可以局部地合并成簇。
附加地，图1示出了检测单元14，借助其尤其是可以检测图像15的位置分布的亮度。对此，可以设置多个传感器，尤其是光电传感器。它们在位置上设置在平面的图像15的多个部位。一种可能性是，至少一个光电传感器与发光装置构成的每个簇一同布置。
发光装置13和检测单元14在图1中仅仅象征性地表明。如所阐述的那样，优选的是发光装置13和检测单元14包括多个单元或者部件，它们尤其是在图像15的面上分布地布置。
此外，设置了控制单元12，其分析检测单元14的信号并且相应地驱动发光装置13，例如多个在位置上分布在图像15的面上的、LED的簇。特别地，控制单元12具有至少一个调光装置，借助该调光装置可以调节所述至少一个发光装置13或者每个LED或者LED的每个簇的亮度。调光装置也可以与控制单元12分离地布置。尤其可能的是，调光装置的至少一部分设置在LED的簇上。特别地，在该情况中设置多个调光装置。
调光装置可以借助脉宽调制(PWM)和/或借助直流调节来调节发光装置、尤其是每个LED或者LED构成的每个簇的亮度。
图2示出了两个相邻的LED簇16和17(“RGGB”簇)，其中第一簇16具有两个绿色LED 18、19，一个蓝色LED 20和一个红色LED 21。第二LED簇17包括两个绿色LED 22、23，一个蓝色LED 24和一个红色LED 25。此外，设置了供电线路34至37，其中绿色LED 18和22连接到供电线路34，蓝色LED 20和24连接到供电线路35，红色LED 21和25连接到供电线路36，并且绿色LED 19和23连接到供电线路37。
示出了开关26至33，借助这些开关可以分别将LED 18至25的每个桥接，即短接。开关优选实施为电子开关，它们可以借助控制单元12来激活。在图2中并未单独地示出至开关的控制线路。
图3在很大程度上对应于图2的视图，补充了光电传感器38和39。优选的是，光电传感器38和39在围绕LED簇16和17的中心的区域中设置在所设计的凹处中，使得传感器的光敏的面设置在照明单元的正面上，而感测线路(在图中未示出)基本上设置在背面。
图4示出了电路装置，其包括针对多个串联的发光装置的、脉宽调制和(直流)电流调节构成的组合调节。
图4包括控制单元8，其得到图像例如视频信号9以及亮度信息10(例如通过至少一个光电传感器)。控制单元8通过PWM信号线路6经运算放大器2与PWM开关3相连。此外，控制单元8影响电流调节器4。PWM调节装置3和6与电流调节器4的组合用于对串联的LED 1a至1e进行亮度驱动。每个LED 1a至1e可以借助开关5a至5e通过控制单元8来短接。
由此，这里所提出的方案能够实现：根据视频信号9和亮度信息10来驱动照明单元例如背景照明装置(其尤其是包括LED 1a至1e)，使得通过脉宽调制6、2、3和/或直流调节4来适当地调节LED 1a至1e的亮度。
附图标记表
1a-1e LED
2     运算放大器
3     PWM开关
4     电流调节器
5a-5e LED开关
6     PWM信号线路
7     地
8     控制单元
9     视频信号
10    亮度信息
11    供电电压
12    控制单元
13    (至少一个)发光装置
14    (至少一个)检测单元
15    图像(视频图像)
16    LED簇
17    LED簇
18    绿色LED
19    绿色LED
20    蓝色LED
21    红色LED
22    绿色LED
23    绿色LED
24    蓝色LED
25    红色LED
26-33 开关
34-37 供电线路
38    光电传感器
39    光电传感器

Claims (33)

1.一种照明单元，包括：
-至少一个发光装置(13；1a-1e；16-25)；
-检测单元(14)，借助其能够检测图像(15)的至少一个亮度；
-至少一个控制单元(8；12)，其与所述至少一个发光装置(13；1a-1e；16-25)以及与检测单元(14)相连，其中能够借助控制单元(8；12)根据图像(15)的所述至少一个亮度来驱动所述至少一个发光装置(13；1a-1e；16-25)；
-多个发光装置，其亮度能够借助控制单元来分别单个地和/或成簇地调节；
-至少一个开关，借助该开关能够将至少一个发光装置短接。
2.根据权利要求1所述的照明单元，其中所述至少一个发光装置包括发光二极管。
3.根据上述权利要求中的任一项所述的照明单元，其中所述至少一个发光装置包括多个簇，其中每个簇包括一个或多个发光二极管。
4.根据权利要求3所述的照明单元，其中所述簇至少具有两个绿色发光二极管、一个蓝色发光二极管和一个红色发光二极管。
5.根据权利要求3或4所述的照明单元，其中所述簇平面地设置。
6.根据上述权利要求中的任一项所述的照明单元，其中所述至少一个发光装置设置在至少一个基板上。
7.根据上述权利要求中的任一项所述的照明单元，其中控制单元包括至少一个调光装置。
8.根据权利要求7所述的照明单元，其中借助所述至少一个调光装置能够调节所述至少一个发光装置的亮度。
9.根据上述权利要求中的任一项所述的照明单元，其中所述图像是视频图像，尤其是LCD显示器的图像。
10.根据权利要求9所述的照明单元，其中该图像是LCD电视的视频图像。
11.根据上述权利要求中的任一项所述的照明单元，其中控制单元通过检测单元借助所述至少一个发光装置对图像的暗区域比亮区域更弱地照明。
12.根据上述权利要求中的任一项所述的照明单元，其中所述至少一个发光装置包括带有不同波长的发光二极管。
13.根据上述权利要求中的任一项所述的照明单元，其中图像的亮度能够通过控制单元借助脉宽调制和/或直流调节来调节。
14.根据权利要求13所述的照明单元，其中所述至少一个发光装置的亮度能够通过脉宽调制和/或直流调节来调节。
15.根据权利要求13或14所述的照明单元，其中直流调节能够使用在低亮度的区域中。
16.根据权利要求13至15中的任一项所述的照明单元，其中脉宽调制能够使用在高亮度的区域中。
17.根据上述权利要求中的任一项所述的照明单元，其中检测单元包括至少一个光电传感器。
18.根据上述权利要求中的任一项所述的照明单元，其中所述至少一个光电传感器与所述至少一个发光装置位置相邻地实施。
19.根据上述权利要求中的任一项所述的照明单元，其中至少一个驱动器被设计用于驱动所述至少一个发光装置。
20.根据权利要求19所述的照明单元，其中每个驱动器设计用于驱动多个串联的发光装置。
21.根据上述权利要求中的任一项所述的照明单元，其中在图像和检测单元之间设置屏障，该屏障适于将不同照明的区域至少部分分离。
22.根据上述权利要求中的任一项所述的照明单元，其中控制单元得到视频信号。
23.一种用于驱动根据上述权利要求中的任一项所述的照明单元的方法。
24.一种用于驱动照明单元的方法，该方法包括以下步骤：
-检测图像的亮度；
-根据所检测到的亮度驱动至少一个发光装置，其中借助所述至少一个发光装置比图像的至少一个亮区域更弱地照亮图像的至少一个暗区域；
-其中设置了至少一个开关，借助该开关将至少一个发光装置短接。
25.根据权利要求24所述的用于驱动照明单元的方法，其中所述至少一个发光装置包括发光二极管。
26.根据权利要求24或25所述的方法，其中所述至少一个发光装置包括多个簇，其中每个簇包括一个或多个发光二极管。
27.根据权利要求24至26中的任一项所述的方法，其中所述簇至少具有两个绿色发光二极管，一个蓝色发光二极管和一个红色发光二极管。
28.根据权利要求24至27中的任一项所述的方法，其中所述至少一个发光装置包括具有不同波长的发光二极管。
29.根据权利要求24至28中的任一项所述的方法，其中设置多个发光装置，它们的亮度分别单个地和/或成簇地借助控制单元来调节。
30.根据权利要求24至29中的任一项所述的方法，其中所述至少一个发光装置的亮度通过脉宽调制和/或直流调节来调节。
31.根据权利要求24至30中的任一项所述的方法，其中直流调节在低亮度的区域中使用，和/或脉宽调制在高亮度的区域中使用。
32.根据权利要求24至31中的任一项所述的方法，其中检测单元包括至少一个光电传感器。
33.根据权利要求24至32中的任一项所述的方法，其中将视频信号施加到所述控制单元上。
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