CN101803454A - 限制固态照明板中的色域 - Google Patents

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Abstract

控制包括多个固态发光器件的背光单元的方法包括接收请求以将背光单元的色点设置在所请求的色点处，以及确定所请求的色点是否在可接受的范围内。响应于所请求的色点在可接受的范围之外，选择修正的色点响应于所请求的色点，以及将背光单元的色点设置在修正的色点处。也公开了对应的固态照明单元。

Description

限制固态照明板中的色域
技术领域
本发明涉及固态照明，并且尤其涉及可调整的固态照明板和用于调整固态照明板的光输出的系统和方法。
背景技术
固态照明阵列被用于多种照明应用。例如，包括固态照明器件阵列的固态照明板已经被用作直接的照明源，诸如在建筑和/或重点照明中。例如，固态照明器件可以包括：包括一个或更多发光二极管(LED)的封装的发光器件。无机LED典型地包括形成p-n结的半导体层。包括有机发光层的有机LED(OLED)是另一种类型的固态发光器件。典型地，固态发光器件通过发光层或区域中的电子载流子(electroniccarrier)(即电子和空穴)的重新结合生成光。
固态照明板通常被用作小型液晶显示(LCD)显示器屏幕的背光，诸如用在便携式电子器件中的LCD显示器屏幕。另外，对于将固态照明板用作较大型的显示器(诸如LCD电视显示器)的背光的兴趣已经有所增加。
对于较小型的LCD屏幕，背光组件典型地采用白色LED照明器件，该白色LED照明器件包括涂覆有将该LED发出的一些蓝色光转换成黄色光的波长转换荧光体的发蓝光的LED。所得到的光(其为蓝色光和黄色光的合成)对于观察者而言会看起来为白色。然而，虽然通过这种布置生成的光会看起来为白色，但是因为该光的受限制的光谱由这种光照亮的物体可能看起来不具有自然的色彩。例如，因为该光在可见光谱的红色部分中可能几乎没有能量，物体中的红色可能没有被这种光充分照亮。因此，当在这种光源下观察该物体时，该物体可能看起来具有不自然的色彩。
光源的显色指数(color rendering index)是对由源生成的光准确地照亮大范围色彩的能力的客观度量。显色指数在从对于单色源的基本上为零到对于白炽光源的接近一百内变化。基于荧光体的固态光源生成的光可以具有相对低的显色指数。
对于大规模的背光以及照明应用，经常希望提供生成具有高显色指数的白色光的照明源，以使通过照明板照亮的物体和/或显示器屏幕可以看起来更加自然。因此，这种照明光源典型地可以包括固态照明器件阵列，其包括红色、绿色以及蓝色发光器件。当红色、绿色以及蓝色发光器件被同时通电时，取决于红色、绿色以及蓝色源的相对强度，所得到的合成光可能看起来为白色或者接近白色。光的许多不同色调可以被认为是“白色”。例如，某些“白色”光，诸如通过钠蒸汽照明器件生成的光可以在色彩上看起来为淡黄色，而其他“白色”光，诸如通过某些荧光照明器件生成的光会在颜色上看起来更偏蓝色。
特定光源的色度可以被称作为该源的“色点(color point)”。对于白色光源，该色度可以被称作为该源的“白色点”。白色光源的白色点会落在沿着对应于由加热到给定温度的黑体辐射体发射的光的色彩的色度点轨迹。因此，白色点可以由该光源的相关色温(CCT)来标识，该相关色温(CCT)为在此处被加热的黑体辐射体与该光源的色调匹配的温度。典型地，白色光具有在大约4000K和8000K之间的CCT。具有4000K CCT的白色光具有淡黄色，而具有8000K CCT的光在颜色上更偏蓝色。
对于较大型的显示和/或照明应用，多个固态照明块(tile)可以被连接在一起(例如以二维阵列的形式)形成较大型的照明板。然而可惜的是，所生成的白色光的色调可能从块到块变化，和/或甚至从照明器件到照明器件变化。这种变化可能由多种因素引起，包括不同LED的发射强度的变化和/或LED在照明器件中和/或在块上的位置变化。因此，为了构建产生从块到块一致的白色光色调的多个块(multi-tile)的显示板，所希望的可能是测量由大量块生成的光的色调以及饱和度或者色度，并且选择具有相对接近的色度的块的子集用在多个块的显示中。对于制造过程，这可能导致减小的产量和/或增加的库存成本。
此外，即使固态显示/照明块在其首次被制造时具有一致的、所希望的光的色调，块内的固态器件的色调和/或亮度可能随着时间的推移和/或由于温度变化而非一致地变化，这可能引起板的全部色点随着时间的推移而改变和/或可能导致横跨整个板的(across the panel)的色彩的非一致性。另外，用户可能希望改变显示板的光输出特性以便提供所希望的色调和/或亮度水平。
发明内容
本发明的一些实施例提供控制背光单元的方法，该背光单元包括多个固态发光器件。该方法包括接收请求以将该背光单元的色点设置在所请求的色点处，以及确定所请求的色点是否在可接受的范围内。响应于所请求的色点在可接受的范围之外，选择修正的色点响应于所请求的色点，以及将背光单元的色点设置在修正的色点处。
可以根据二维色彩空间来定义可接受的范围。例如，可接收的范围可以被定义成在二维色彩空间内的长方形。
可以通过1931CIE色度图来表示色彩空间，并且可接受的范围可以被定义成具有坐标(x，y)的色度点，其中xlim1≤x≤xlim2并且ylim1≤y≤ylim2。在一些实施例中，色彩空间可以被定义成0.26≤x≤0.38并且0.26≤y≤0.38。
本方法还可以包括确定所请求的色点的x坐标是否落入x坐标的可接受的范围内。如果所请求的色点的x坐标没有落入x坐标的可接受的范围内，则可以将修正的色点的x坐标设置成在可接受的x坐标的范围中与所请求的色点的x坐标最接近的x坐标。
本方法还可以包括确定所请求的色点的y坐标是否落入y坐标的可接受的范围内。如果所请求的色点的y坐标没有落入x坐标的可接受的范围内，则可以将修正的色点的y坐标设置成在可接受的y坐标的范围中与所请求的色点的y坐标最接近的y坐标。
可接受的范围可以包括在离参考色点距离r内的色点。选择修正的色点可以包括沿在修正的色点和参考色点之间的线转换所请求的色点直到转换的色点落入可接受的范围内。
可接受的范围可以被定义成包括落入通过规则的或者不规则的多边形描述的区域内的色点。选择修正的色点可以包括朝多边形的面上最接近的点转换所请求的色点直到转换的色点落入可接受的范围内。在一些实施例中，选择修正的色点可以包括朝参考色点转换所请求的色点直到转换的色点落入可接受的范围内。
可接受的范围可以被定义成在离黑体辐射曲线预先确定的距离内的色点。选择修正的色点可以包括朝黑体辐射曲线上最接近的点转换所请求的色点直到转换的色点落入可接受的范围内。在一些实施例中，选择修正的色点可以包括朝参考色点转换所请求的色点直到转换的色点落入可接受的范围内。
根据本发明的一些实施例的固态背光单元包括：包括多个固态发光器件的照明板，以及被配置用来控制固态发光器件的光输出的控制器。该控制器还被配置用来接收用于照明板的所请求的色点、确定所请求的色点是否在可接受的范围内、响应于所请求的色点在可接受的范围之外而选择修正的色点、以及将背光单元的色点设置在修正的色点处。
该固态背光单元还可以包括：被配置用来在闭环控制系统中测量照明板的光输出以及向控制器提供该光输出测量的光传感器。
可接受的范围可以被定义为包括在二维色彩空间内的圆形和/或多边形。
控制器可以被配置为通过朝多边形和/或圆形的最接近的点转换所请求色点直到转换的色点落入可接受的范围内来选择修正的色点。
在一些实施例中，控制器可以被配置为通过朝参考色点转换所请求的色点直到转换的色点落入可接受的范围内来选择修正的色点。
附图说明
附图被包括以用来提供对本发明的进一步理解以及被并入本申请并构成本申请的一部分，其示出本发明的某些实施例。在附图中：
图1为根据本发明的一些实施例的固态照明块的正视图；
图2为根据本发明的一些实施例的包括多个LED的封装的固态照明器件的俯视图；
图3为示出根据本发明的一些实施例的固态照明块中的LED的电互连的示意性电路图；
图4A为根据本发明的一些实施例的包括多个固态照明块的条组件(bar assembly)的正视图；
图4B为根据本发明的一些实施例包括多个条组件的照明板的正视图；
图5为示出根据本发明的一些实施例的照明板系统的示意性方框图；
图6A-6D为示出根据本发明的一些实施例的照明板上的光传感器的可能配置的示意图；
图7和8为示出根据本发明的一些实施例的照明板系统的元件的示意图；
图9A-9D为示出本发明的某些方面的CIE色彩图表(chart)的曲线图(graph)；以及
图10为示出根据本发明的一些实施例的系统和/或方法的流程图。
具体实施方式
现在将根据附图在下文中更全面地描述本发明的实施例，在附图中显示了本发明的实施例。然而，可以许多不同的形式实施本发明并且本发明不应当被看作受限于在本文中阐述的实施例。恰恰相反，提供这些实施例以使本公开内容将是详尽和完整的，并且将向所属领域的技术人员全面地传达本发明的范围。相同的标号始终表示相同的元件。
将会理解的是，尽管术语第一、第二等等可以在本文中被用来描述各种元件，这些元件不应当受这些术语限制。这些术语仅被用来将一个元件与另一个区分开。例如，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地第二元件可以被称为第一元件，而不背离本发明的范围。如在本文中所使用的那样，术语“和/或”包括相关的列出的项中的一个或多个的任意个以及所有组合。
将会理解的是，当诸如层、区域或基底的元件被称作为“在另一个元件上”或者延伸“到另一个元件上”时，其可以为直接在另一元件上或者直接延伸到另一元件上或者也可以存在中间元件。与此相反，当元件被称作为“直接在另一个元件上”或者延伸“到直接在另一个元件上”时，不存在中间元件。也将会理解的是，当元件被称作为“连接”或者“耦合”到另一个元件时，其可以被直接连接或者耦合到另一元件或者可以存在中间元件。与此相反，当元件被称作为“直接连接”或者“直接耦合”到另一个元件时，不存在中间元件。
诸如“在...下面”或“在...上面”或者“上面的”或者“下面的”或者“水平的”或者“垂直的”等关系术语在本文中可以被用来描述如图所示的一个元件、层或者区域与另一个元件、层或者区域的关系。将会理解的是这些术语旨在于涵盖除在图中画出的方向之外的器件的不同方向。
在本文中所使用的术语仅是为了描述特定的实施例并非旨在于限制本发明。如在本文中所使用的那样，单数形式“一”(a)、“一个”(an)以及“该”(the)旨在于同样包括复数形式，除非上下文清楚地指示了其他情况。还将会理解的是，当术语“包含”(comprises)“包含”(comprising)和/或“包括”(includes)在本文中被使用时，它们详细说明了所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除存在或者附加一个或更多其他的特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的集合。
除非另有定义，在本文中使用的所有术语(包括技术和科技术语)具有与本发明所属领域的一个普通技术人员通常所理解的意思相同的意思。还将会理解的是在本文中使用的术语应当被解释为具有与它们在本说明书的上下文以及相关技术领域中的意思一致的意思，而将不会以理想化的或者过度形式化的意义被解释，除非在本文中明确定义。
在下文中参考根据本发明的实施例的方法、系统以及计算机程序产品的流程图说明和/或方框图来描述本发明。将会理解的是流程图说明和/或方框图中的一些块，以及流程图说明和/或框图中的一些块的组合可以通过计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以在微控制器、微处理器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、可编程逻辑控制器(PLC)或者其他处理电路、通用计算机、专用计算机或者其他可编程数据处理装置中存储或者实现，达到制造机器的程度(such as to produce a machine)，以使借助于计算机的处理器或者其他可编程数据处理装置执行的指令产生用于实现在流程图和/或方框图的一个块或者多个块中指定的的功能/动作的装置。
这些计算机程序指令也可以存储在计算机可读存储器中，其指导计算机或者其他可编程数据处理装置以特定方式运作，以使存储在计算机可读存储器中的指令产生包括实现在流程图和/或方框图的一个块或者多个块中的指定的方法/动作的指令装置的一件产品(an articleof manufacture)。
计算机程序指令也可以被下载到计算机或者其他可编程数据处理装置上以使得要在计算机或者其他可编程装置上执行的一系列操作步骤产生计算机实现过程以使在计算机或者其他可编程装置上执行的指令提供用于实现在流程图和/或方框图的一个块或者多个块中指定的功能/动作的步骤。将会理解的是在块中记录的功能/动作可以不按照操作示图中记录的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/动作，相继显示的两个块事实上可以实际上同时被执行或者这些块有时可以相反的顺序被执行。尽管一些图示在通信路径上包括箭头来显示通信的主要方向，将会理解的是，通信可以在与所画出的箭头相反的方向上发生。
现在参看图1，固态照明块10可以在其上包括多个以规则的和/或不规则的二维阵列布置的固态照明元件12。例如，块10可以包括印刷电路板(PCB)，在该印刷电路板上装配一个或更多电路元件。特别地，块10可以包括金属芯PCB(MCPCB)，该金属芯PCB包括在其上具有聚合物涂层的金属芯，可以在该聚合物涂层上形成图案化的(patterned)金属迹线(未示出)。MCPCB材料以及与其类似的材料例如可以从Bergquist公司商业上获得。该PCB还可以包括厚的包覆层(4oz.铜或者更多)和/或带有热通孔(thermal vias)的常规FR-4PCB材料。MCPCB材料可以提供与常规PCB材料相比改进的热性能。然而，MCPCB材料也可能比不包括金属芯的常规PCB材料重。
在图1中示出的实施例中，照明元件12为每束(cluster)四个固态发射器件的多芯片束。在块10中，四个照明元件12被串联地布置在第一路径20上，而四个照明元件12被串联地布置在第二路径21上。第一路径20的照明元件12例如经印刷电路被连接到布置在块10的第一端的一组四个阳极触点22，以及布置在块10的第二端的一组四个阴极触点24。第二路径21的照明元件12被连接到布置在块10的第二端的一组四个阳极触点26，以及布置在块10的第一端的一组四个阴极触点28。
例如，固态照明元件12可以包括有机和/或无机发光器件。在图2中示出了用于高功率照明应用的示例性固态照明元件12′。固态照明元件12′可以包含封装的离散电子部件，该封装的离散电子部件包括在其上装配了多个LED芯片16A-16D载体基底13(carier substrate)。在其他实施例中，一个或更多固态照明元件12可以包含直接装配到块10表面上的电迹线(electrical trace)上的LED芯片16A-16D，形成多芯片模块或者板上芯片组件。在2006年11月17日提交的、题为“SOLIDSTATE BACKLIGHTING UNIT ASSEMBLY AND METHODS”的共同受让的美国专利申请序号11/601,500中公开了合适的块，在本文中通过引用并入其公开内容。
LED芯片16A-16D可以至少包括红色LED 16A、绿色LED 16B以及蓝色LED 16C。蓝色和/或绿色LED可以是从本发明的受让人Cree，Inc.获得的基于InGaN的蓝色和/或绿色LED芯片。红色LED可以例如是可从Epistar Corporation(Epistar公司)、Osram OptoSemiconductors GmbH(Osram Opto半导体有限责任公司)以及其他公司获得的AllnGaP LED芯片。照明器件12可以包括额外的绿色LED16D以便获得更多绿色光。
在一些实施例中，LED 16A-16D可以具有正方形或者长方形周界(periphery)，带有大约900微米或者更大的边长(edge length)(即所谓的“电源芯片(power chip)”)。然而，在其他的实施例中，LED芯片16A-16D可以具有500微米或者更小的边长(即所谓的“小型芯片”)。特别地，小型LED芯片可以以比电源芯片好的电转换效率来操作。例如，带有小于500微米并且如260微米那么小的最大边尺寸(edgedimension)的绿色LED芯片通常具有比900微米芯片高的电转换效率，并且已知其典型地每消耗一瓦电能产生55流明的光通量并且至多每消耗一瓦电能产生90流明的光通量。
如在图2中进一步示出的那样，LED 16A-16D可以被密封剂14覆盖，其可以是无杂质的(clear)和/或可以包括光散射粒子(particle)、荧光体和/或其他成分(element)以得到所希望的发射图案(emissionpattern)、色彩和/或强度。虽然没有在图2中示出，照明器件12还可以包括围绕LED 16A-16D的反射器罩(reflector cup)、装配在LED16A-16D上面的透镜(lens)、用于对照明器件散热的散热器、静电放电保护芯片和/或其他元件。
块10中的照明元件12的LED芯片16A-16D可以如在图3的示意性电路图中显示的那样电互连。如其所示，LED可以被互连以使第一路径20上的蓝色LED 16A被串联地连接而形成串20A。同样地，第一路径20上的第一绿色LED 16B可以被串联地布置而形成串20B，而第二绿色LED 16D可以被串联地布置而形成分离的(separate)串20D。红色LED 16C可以被串联地布置而形成串20C。各个串20A-20D可以被连接到布置在块10的第一端的阳极触点22A-22D以及布置在块10的第二端的阴极触点24A-24D。
串20A-20D可以包括第一路径20或者第二路径21上全部或者不到全部的对应的LED。例如，串20A可以包括来自第一路径20上全部照明元件12的全部蓝色LED。可替换地，串20A可以仅包括第一路径20上对应的LED的子集。因此，第一路径20可以包括在块10上平行布置的四个串联的串20A-20D。
块10上的第二路径21可以包括平行布置的四个串联的串21A、21B、21C、21D。串21A到21D分别被连接到布置在块10的第二端的阳极触点26A到26D，以及连接到布置在块10的第一端的阴极触点28A到28D。
将会理解的是，虽然在图1-3中示出的实施例包括每个照明器件12四个LED芯片16，其被电连接以形成每个路径20、21至少四个LED 16串，可以提供每个照明器件12多于和/或少于四个LED芯片16，以及可以提供块10上的每个路径20、21多于和/或少于四个LED串。例如，照明器件12可以仅包括一个绿色LED芯片16B，在这种情况下LED可以被连接以形成每个路径20、21三个串。同样地，在一些实施例中，照明器件12中的两个绿色LED芯片可以彼此串联连接，在这种情况下可以每个路径20、22只有单个绿色LED芯片串。另外，块10可以只包括单个路径20而不是多个路径20、21和/或可以在单个块10上提供多于两个路径20、21。
多个块10可以被组装来形成较大型的照明条组件30，如在图4A中示出的那样。如其中显示的那样，条组件30可以包括端到端连接的两个或更多块10、10′、10″。因此，参看图3和图4A，最左边的块10的第一路径20的阴极触点24可以分别被电连接到中心块10′的第一路径20的阳极触点22，而中心块10′的第一路径20的阴极触点24可以分别被电连接到最右边的块10″的第一路径20的阳极触点22。类似地，最左边的块10的第二路径21的阳极触点26可以分别被电连接到中心块10′的第二路径21的阴极触点28，而中心快10′的第二路径21的阳极触点26可以被电连接到最右边的块10″的第二路径21的阴极触点28。
此外，最右边的块10″的第一路径20的阴极触点24可以通过返回连接器(loopback connector)35电连接到最右边的块10″的第二路径21的阳极触点26。例如，返回连接器35可以电连接最右边的块10″的第一路径20的蓝色LED芯片16A的串20A的阴极24A与最右边的块10″的第二路径21的蓝色LED芯片的串21A的阳极26A。以这种方式，可以通过返回连接器35的导体35A将第一路径20的串20A与第二路径21的串21A串联地连接来形成蓝色LED芯片16的单个串23A。可以类似的方式连接块10、10′、10″的路径20、21的其他串。
返回连接器35可以包括印刷版插头座(edge connector)、挠性接线板(flexible wiring board)或者任何其他合适的连接器。另外，环路连接器(loop connector)可以包括在块10上/中形成的印刷迹线(printedtrace)。
虽然在图4A中显示的条组件30为块10的一维阵列，但是其他配置是可能的。例如，块10可以二维阵列被连接，在该二维阵列中块10全部位于相同平面中，或者以三维配置被连接，在该三维配置中块10不是都被布置在相同平面中。此外，块10不需要为长方形或者正方形，而可以例如是六边形、三角形或者类似形状。
参看图4B，在一些实施例中，可以组合多个条组件30以形成照明板40，该照明板40例如可以被用作LCD显示器的背光单元(BLU)。如在图4B中显示的那样，照明板40可以包括四个条组件30，每个条组件30包括六个块10。每个条组件30的最右边的块10包括返回连接器35。因此，每个条组件可以包括四个LED串(即一个红色、两个绿色以及一个蓝色)。
在一些实施例中，条组件30可以包括四个LED串23(一个红色、两个绿色以及一个蓝色)。因而，包括九个条组件的照明板40可以具有36个分离的LED串。另外，在包括各带有八个固态照明元件12的六个块10的条组件30中，LED串23可以包括串联连接的48个LED。
对于一些类型的LED，特别是蓝色和/或绿色LED，正向电压(Vf)可以在20毫安的标准驱动电流下从芯片到芯片自标称值变化多达+/-0.75伏。典型的蓝色或者绿色LED可以具有3.2伏特的Vf。因而，这种芯片的正向电压可以变化多达25％。对于含有48个LED的LED串，所需要用来在20毫安下操作该串的总Vf可以变化多达+/-36伏。
因此，取决于条组件中的LED的特定特性，一个照明条组件的串(例如蓝色串)与另一个条组件的对应串相比可能需要明显不同的操作功率。这些变化可能明显地影响包括多个块10和/或条组件30的照明板的色彩和/或亮度均匀性，因为这种Vf变化可能导致亮度和/或色调从块到块和/或从条到条的变化。例如，从串到串的电流差异可以导致由串输出的通量、波长峰值和/或主波长(dominant wavelength)的巨大差异。LED驱动电流中大约5％或者更多的变化可能导致光输出从串到串和/或从块到块不可接受的变化。这种变化可能明显地影响照明板的整体色域或者可显示色彩的范围。
另外，LED芯片的光输出特性可能在它们的工作使用寿命期间变化。例如，LED的光输出可以随时间的推移和/或随环境温度而变化。
为了给照明板提供一致的、可控制的光输出特性，本发明的一些实施例提供具有两个或者更多串联的LED芯片串的照明板。独立的电流控制电路被提供用于每个LED芯片串。此外，可以单独控制到每个串的电流，例如通过脉冲宽度调制(PWM)和/或脉冲频率调制(PFM)。PWM方案中应用于特定串的脉冲的宽度(或者PFM方案中脉冲的频率)可以基于预先存储的脉冲宽度(频率)值，可以在操作期间修正该脉冲宽度(频率)值，例如基于用户输入和/或传感器输入。
因此，参看图5，示出了照明板系统200。可以是LCD显示板的背光的照明板系统200包括照明板40。例如，照明板40可以包括多个条组件30，如上所述，该条组件30可以包括多个块10。然而，将会理解的是本发明的实施例可以连同以其他配置形成的照明板一起被采用。例如，本发明的一些实施例可以与包括单个的、大面积的块的固态背光板一起被采用。
然而，在特定的实施例中照明板可以包括多个条组件30，每个条组件30可以具有对应于每个都具有相同主波长的四个独立的LED串23的阳极和阴极的四个阴极连接器以及四个阳极连接器。例如，每个条组件30可以具有一红色串、两个绿色串以及一蓝色串，每个条组件30在条组件30的一边具有对应的阳极/阴极触点对。在特定的实施例中，照明板40可以包括九个条组件30。因而，照明板40可以包括36个分离的LED串。
电流驱动器220为照明板40的每个LED串23提供独立的电流控制。例如，电流驱动器220可以为照明板40中的36个分离的LED串提供独立的电流控制。电流驱动器220可以在控制器230控制下为照明板40的36个分离的LED串中的每一个提供恒流源。在一些实施例中，可以通过使用诸如Microchip Technology Inc.的PIC18F8722的8位微控制器来实现控制器230，该8位微控制器可以被编程用来为36个LED串23提供对驱动器220内的36个分离的电流源块的脉冲宽度调制(PWM)控制。
用于36个LED串23中的每一个的脉冲宽度信息可以由控制器230从色彩管理单元260获得，在一些实施例中色彩管理单元260可以包括诸如Agilent HDJD-J822-SCR00色彩管理控制器的色彩管理控制器。
色彩管理单元260可以通过I2C(内部集成电路)通信链路235连接到控制器230。色彩管理单元260可以被配置成I2C通信链路235上的从器件(slave device)，而控制器230可以被配置成链路235上的主器件(master device)。I2C通信链路为集成电路器件之间的通信提供低速信令协议。控制器230、色彩管理单元260以及通信链路235可以共同形成被配置用于控制来自照明板40的光输出的反馈控制系统。寄存器R1-R9等等可以相当于控制器230中的内部寄存器和/或可以相当于控制器230可访问的存储器件(未示出)中的存储单元。
控制器230可以包括寄存器，例如寄存器R1-R9、G1A-G9A、B1-B9、G1B-G9B，用于每个LED串23，即用于具有36个LED串23的照明单元，色彩管理单元260可以包括至少36个寄存器。每个寄存器被配置用来存储用于一个LED串23的脉冲宽度信息。寄存器中的初始值可以通过初始化/校准过程确定。然而，可以基于用户输入250和/或来自耦合到照明板40的一个或更多传感器240A-C的输入随时间的推移适应性地改变寄存器值。
例如，传感器240A-C可以包括温度传感器240A、一个或更多光传感器240B和/或一个或更多其他传感器240C。在特定的实施例中，照明板40可以包括一个光传感器240B用于照明板中的每个条组件30。然而，在其他实施例中，可以为照明板中的每个LED串30提供一个光传感器240B。在其他实施例中，照明板40中的每个块10可以包括一个或更多光传感器240B。
在一些实施例中，光传感器240B可以包括被配置用来优先响应具有不同主波长的光的感光区域。因而，由不同LED串23(例如红色LED串23A以及蓝色LED串23C)生成的光的波长可以生成分离的来自光传感器240B的输出。在一些实施例中，光传感器240B可以被配置用来独立地感测具有在可见光谱的红色、绿色和蓝色部分中的主波长的光。光传感器240B可以包括一个或更多感光器件，诸如光电二极管。例如，光传感器240B可以包括Agilent HDJD-S831-QT333三色光传感器。
来自光传感器240B的传感器输出可以被提供到色彩管理单元260，该色彩管理单元206可以被配置用来采样该输出以及将采样值提供到控制器230以调整用于对应的LED串23的寄存器值从而基于一个个的串(on a string-by-string basis)来校正光输出的变化。在一些实施例中，专用集成电路(ASIC)可以与一个或更多光传感器240B一起被提供在每个块10上(an application specific integrated circuit(ASIC)may be provided on each tile 10along with one or more photosensors240B)以便在传感器数据被提供到色彩管理单元260之前预先处理该传感器数据。此外，在一些实施例中，传感器输出和/或ASIC输出可以由控制器230直接采样。
光传感器240B可以被布置在照明板40内的各种位置处以获得有代表性的采样数据。可替换地和/或可附加地，可以在照明板40中提供诸如光纤的光波导以收集来自所希望的位置的光。在那种情况下，光传感器240B不需要被布置在照明板40的光显示区域内，而可以被提供在例如照明板40的背面上。另外，可以提供光开关用来将来自不同的光波导的光切换到光传感器240B，其中该光波导收集来自照明板40的不同区域的光。因而，可以使用单个光传感器来顺序地收集来自照明板40上的各种位置的光。
用户输入250可以被配置用来允许客户借助于诸如LCD板上的输入控制的用户控制来选择性地调整照明板40的属性，诸如色温、亮度、色调等等。
温度传感器240A可以提供温度信息到色彩管理单元260和/或控制器230，其可以基于串23中的LED芯片16的已知/预测的亮度温度对操作特性(brightness vs.temperature)基于从串到串和/或基于从色彩到色彩(on a string-to-string and/or color-to-color basis)而调整照明板的光输出。
在图6A-6D中显示了光传感器240B的各种配置。例如，在图6A的实施例中，在照明板40中提供单个的光传感器240B。该光传感器240B可以提供在一位置处，在该位置处光传感器240B可以接收来自照明板中多于一个的块/串的光的平均量。
为了提供关于照明板40的光输出特性的更广泛的数据，可以使用多于一个的光传感器240B。例如，如在图6B中所显示的那样，每个条组件30可以有一个光传感器240B。在那种情况下，光传感器240B可以位于条组件30的端部(end)并且可以被布置用来接收从与它们相关联的条组件30发射的光的平均/合成量。
如在图6C中显示的那样，光传感器240B可以被布置在照明板40的发光区域周界内的一个或更多位置处。然而在一些实施例中，光传感器240B可以被定位为远离照明板40的发光区域，而来自照明板40的发光区域内的各种位置的光可以通过一个或更多光波导被发送到传感器240B。例如，如在图6D中所显示的那样，来自照明板40的发光区域内的一个或更多位置249的光经光波导247被发送到远离发光区域，光波导247可以是延伸穿过(through)和/或跨过(across)块10的光纤。在图6D示出的实施例中，光波导247端接(terminate)在光开关245处，光开关245基于来自控制器230和/或来自色彩管理单元260的控制信号选择特定的波导247连接到光传感器240B。然而，将会理解的是光开关245是可选的，并且光波导245中的每一个可以端接在光传感器240B处。在进一步的实施例中，代替光开关245，光波导247可以端接在光合成器处，光合成器合成通过光波导247接收的光并且将向光传感器240B提供合成光。光波导247可以延伸跨过、部分跨过和/或穿过块10。例如，在一些实施例中，光波导247可以在板40后面延伸(run)到各种光收集位置接着在这些位置处穿过该板。此外，光传感器240B可以被装配在板的前面(即在该面上装配有照明设备16的板40的一面)或者装配在板40和/或块10和/或条组件30的反面。
现在参看图7，电流驱动器220可以包括多个条驱动电路320A-320D。可以为照明板40中的每个条组件30提供一个条驱动电路320A-320D。在图7所示的实施例中，照明板40包括四个条组件30。然而，在一些实施例中照明板40可以包括九个条组件30，在此情况下电流驱动器220可以包括9个条驱动电路320。如在图8中所显示的那样，在一些实施例中，每个条驱动电路320可以包括四个电流源电路340A-340D，即一个电流源电路340A-340D用于对应的条组件30的每个LED串23A-23D。电流源电路340A-340B的操作可以由来自控制器230的控制信号342控制。
电流源电路340A-340D被配置为在用于各个串13的脉冲宽度调制信号PWM为逻辑高时向对应的LED串13供给电流。因此，对于每个定时环路(timing loop)，驱动器220中的每个电流源电路340的PWM输入在定时环路的第一时钟周期被设置为逻辑高。当控制器230中的计数器达到存储在对应于LED串23的控制器230的寄存器中的值时，特定电流源电路340的PWM输入被设定为逻辑低，由此断开到对应的LED串23的电流。因而，当照明板40中的每个LED串23被同时接通时，可以在给定的定时环路期间的不同时间处断开这些串，这将给LED串在定时环路内的不同脉冲宽度。LED串23的表观亮度可以近似地正比于LED串23的占空比(duty cycle)，即在其中LED串23被供给电流的定时环路的部分(fraction)。
LED串23可以在其被接通的周期期间被供给实质上恒定的电流。通过控制电流信号的脉冲宽度，即使在将导通状态电流维持在实质上恒定的值的时候，通过LED串23的平均电流也可以被改变。因而，尽管通过LED 16的平均电流正在改变，可以随所应用的电流变化的LED串23中LED 16的主波长可以保持实质上稳定。类似地，LED串23所消耗的每单位功率的光通量可以在各种平均电流电平处保持更加恒定，例如与在通过使用可变电流源控制LED串23的平均电流的情况下相比。
存储在对应于特定的LED串的控制器230的寄存器中的值可以基于通过通信链路235从色彩管理单元260接收的值。可替换地和/或可附加地，寄存器值可以基于由控制器230直接采样来自传感器240的值和/或电压电平(the register value may be based on a value and/orvoltage level directly sampled by the controller 230from a sensor 240)。
在一些实施例中，色彩管理单元260可以提供对应于占空比的值(即从0到100的值)，其可以由控制器230基于定时环路中的周期数量被转换为寄存器值。例如，色彩管理单元260经通信链路235向控制器230指示特定的LED串23应当具有50％的占空比。如果定时环路包括10000个时钟周期，则假设控制器随每个时钟周期使计数器增加，控制器230可以在正在讨论的(in question)对应于LED串的寄存器中存储值5000。因而，在特定的定时环路中，计数器在环路的开始处被重新设置为0并且通过将适当的PWM信号发送到服务LED串23的电流源电路340来接通LED串23。当计数器已经计数到值5000时，用于电流源电路340的PWM信号被重新设定，由此断开LED串。
在一些实施例中，PWM信号的脉冲重复频率(即脉冲重复速率)可能超过60Hz。在特定的实施例中，对于200Hz或者更高的整体PWM脉冲重复频率，PWM周期可以为5毫秒或者更少。环路中可以包括延迟，以使计数器在单个定时环路中可以仅被增加100次。因而，用于给定的LED串23的寄存器值可以直接对应于LED串23的占空比。然而，假如适当地控制LED串23的亮度，则可以使用任何合适的计数过程。
控制器230的寄存器值时常被更新以将正在变化的传感器值考虑在内。在一些实施例中，可以从色彩管理单元260每秒钟多次地获得更新的寄存器值。
此外，通过控制器230从色彩管理单元260读取的数据可以被过滤以限制在给定的周期(cycle)中发生的改变的数量。例如，当从色彩管理单元260读取改变的值时，可以计算并缩放(scale)误差值以提供比例控制(“P”)，如在常规的PID(比例积分微分)反馈控制器中那样。另外，可以如在PID反馈环路中那样以积分和/或微分的方式缩放误差信号。可以在色彩管理单元260和/或在控制器230中执行对改变的值的过滤和/或缩放。
在一些实施例中，对显示系统200的校准可以通过显示系统本身来执行(即自校准)，例如通过使用来自光传感器240B的信号。然而，在本发明的一些实施例中，显示系统200的校准可以通过外部的校准系统来执行。
用户输入250可以指定要通过照明板40显示的色点。为了提高系统的整体性能，可能希望限制可以通过照明板40显示的色彩的色域。这对于闭环控制模式尤其重要，在其中可能在校准过程中执行大量计算。
例如，图9A为1931CIE色度图的近似表示。1931CIE色度图是二维色彩空间，其中所有可见的色彩都由一组(x，y)坐标唯一地表示。在本领域中，其他的二维色彩空间是已知的。
参看图9，完全饱和的(即纯的)色彩落在1931CIE色度图的外部边(outside edge)，如图上从380纳米延伸(run)到700纳米的波长数所指示的那样。完全不饱和的光(其为白色的)在图的中心附近。黑体辐射曲线420(在图9A中显示为局部逼近)标绘由黑体辐射体在各种温度处发射的光的色点。黑体辐射曲线420穿过CIE图的“白色”区域。因此，一些“白色”点可以与特定的色彩温度相关联。
在图9A中将照明板系统200的示例性的实际色域，即潜在地可以通过照明板系统200显示的色彩范围，显示为三角形405。实际色域由在背光40中使用的LED光源的波长和饱和度确定。在图9A中显示的CIE色度图也显示了根据本发明的一些实施例的照明板系统200的可能的受限制的色域或者区域400A。
区域400A可以被定义为在其中x坐标和y坐标落入定义的范围内的区域。在一些实施例中，所定义的范围可以包括长方形。例如，x坐标可以被限定以使x大于或者等于第一界限(x≥xlim1)并且x小于或者等于第二界限(x≤xlim2)。类似地，y坐标可以被限定以使y大于或者等于第一界限(y≥ylim1)并且y小于或者等于第二界限(y≤ylim2)。
特别地，在图9A中示出的区域400A以由下列公式定义的长方形410A为界：0.26≤x≤0.38(1)0.26≤y≤0.38(2)
如果用户请求(例如经用户输入250)在区域400A之外的色点(例如点A)，用户所选择的点的坐标可以自动地被截断到长方形410A内/上的最接近的点(例如点B)。在这种情况下，所请求的点A的x坐标将被减小至0.38，以使实际色点(点B)会在长方形410A的边(edge)。
在图9A中示出的例子中，只有点A的x坐标在公式(1)和(2)定义的可接受的范围之外。因而，可以通过仅限制所请求的色点A的x坐标来获得修正的色点B。相比较而言，所请求的色点A′的x坐标和y坐标都在由区域400A定义的可接受的范围之外。因而，所请求的色点A′的x坐标和y坐标都要被修正以使修正的色点B′会位于长方形410A的角(corner)。
被长方形410A包围的区域400A可以包括所希望的LCD背光的白色点的黑体曲线区域。然而，可以选择除那些由长方形410A定义的区域以外的其他区域。
此外，可以除箱形以外的其他方式定义受限的区域。例如，如在图9B中所显示的那样，受限的区域400B可以由圆410B定义为所有色点在离参考色点C预先确定的距离(r)之内。如果用户请求在区域400B之外的色点(例如点A)，用户所选择的点的坐标可以被转换成在圆410B内/上的最接近的点(例如点B)。在一些情况中，可以将所请求的色点沿从指定的色点A到中心色点C的线移动直到目标色点正好在点B处到达区域400B的边，以使修正的色点(点B)将在圆410B的边。
参看图9C，受限的区域400C可以由规则的或者不规则的多边形410C定义。如果用户请求在区域400C之外的色点(例如点A)，用户所选择的点的坐标可以被转换成在多边形410C内/上的最接近的点(例如点B)。在一些情况中，可以将所请求的色点从指定的色点A朝多边形410C上最接近的点移动，直到目标色点正好在点B处到达区域400C的边，以使实际色点(点B)会在多边形410C的边。在一些实施例中，可以将色点朝参考色点(例如点C)移动直到色点在多边形410C内/上，例如在点B′。
参看图9D，受限的区域400D可以被定义为所有色点在离黑体辐射曲线420预先确定的距离之内。如果用户请求在区域400D之外的色点(例如点A)，其中区域400D将所有点定义在离黑体辐射曲线420预先确定的距离之内，可以将用户所选择的点的坐标朝黑体辐射曲线420上最接近的点移动直到色点在离黑体辐射曲线420预先确定的距离之内(例如点B)。在一些实施例中，可以将色点朝参考色点(例如点C)移动直到色点在离黑体辐射曲线420预先确定的距离之内，例如在点B′。
可以使用其他标准来定义受限区域的范围，包括上文所描述的标准的任何组合。例如，受限的区域可以被定义为所有色点在离黑体辐射曲线420预先确定的距离之内并且在离所定义的色点预先定义的距离之内、所有色点在离黑体辐射曲线420预先确定的距离之内并且具有在1931CIE色度图上在预先确定的间隔内(例如0.260＜x＜0.380)的x坐标、等等。
在图10中显示了操作流程。如其示出的那样，控制器230接收色点请求，例如通过用户输入250(块1310)。色点请求可以通过控制器230从其他源接收，诸如从显示器200所附接的计算机系统单元。控制器230分析所请求的色点并且确定该色点是否在可接受的界限内(块1320)。例如，控制器230可以确定所请求的色点是否落入诸如箱形或者其他多边形的受限的区域400内、是否在到指定的色点预先确定的距离内、是否在离黑体辐射曲线预先确定的距离内等等。
如果所请求的色点不在可接受的界限内，控制器230基于所请求的色点计算修正的色点(块1330)。原始的或者修正的色点接着通过控制器230被应用到照明板40(块1340)。
在一些实施例中，系统可以允许客户仅从预先确定的色彩设定点(例如D65设定点、D55设定点等等)和/或从预先确定的色彩温度中选择。预先确定的设定点已经被包括在常规的LCD显示器监视器中。然而，在常规的LCD显示器中，该功能不是通过改变背光的色点来实现，而是通过改变LCD光闸(shutter)的占空比来实现的。例如，在常规的LCD中，可以通过改变一个色彩的LCD光闸对另一个色彩的光闸的占空比的相对占空比(the relative duty cycle of the LCD shutterof one color versus the duty cycle of the shutters of another)来影响显示器的色点中的明显改变来调整色彩设定点。然而，由于色彩中的一个可能相对于另一个色彩变暗，常规方法可能降低显示器的效率和/或亮度。本发明的一些实施例可以允许用户直接改变背光的色彩设定点而不需要改变LCD光闸的操作，这可以减少显示器的复杂度和/或可以提高显示器的效率。
在附图和说明书中，已经公开了本发明的典型实施例，并且尽管采用了专门的术语，仅是在一般的以及描述性的意义上使用这些术语而不是为了限制的目的，本发明的范围在下列权利要求书中阐明。

Claims (21)

1.控制背光单元的方法，所述背光单元包括多个固态发光器件，所述方法包含：
接收请求以将所述背光单元的色点设置在所请求的色点处；
确定所述所请求的色点是否在可接受的范围内；
响应于所述所请求的色点在所述可接受的范围之外，选择修正的色点响应于所述所请求的色点；以及
将所述背光单元的色点设置在所述修正的色点处。
2.根据权利要求1所述的方法，其中根据二维色彩空间定义所述可接受的范围。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述可接受的范围被定义成在所述二维色彩空间内的长方形。
4.根据权利要求3所述的方法，其中通过1931CIE色度图来表示所述色彩空间，以及其中所述可接受的范围被定义成具有坐标(x，y)的色度点，其中xlim1≤x≤xlim2并且ylim1≤y≤ylim2。
5.根据权利要求4所述的方法，其中0.26≤x≤0.38并且0.26≤y≤0.38。
6.根据权利要求4所述的方法，还包含：
确定所述所请求的色点的x坐标是否落入x坐标的可接受的范围内；以及
如果所述所请求的色点的x坐标没有落入所述x坐标的可接受的范围内，则将所述修正的色点的x坐标设置成在可接受的x坐标的范围中与所述所请求的色点的x坐标最接近的x坐标。
7.根据权利要求6所述的方法，还包含：
确定所述所请求的色点的y坐标是否落入y坐标的可接受的范围内；以及
如果所述所请求的色点的y坐标没有落入所述x坐标的可接受的范围内，则将所述修正的色点的y坐标设置成在可接受的y坐标的范围中与所述所请求的色点的y坐标最接近的y坐标。
8.根据权利要求2所述的方法，其中所述可接受的范围包括在离参考色点距离r内的色点。
9.根据权利要求8所述的方法，其中选择所述修正的色点包含沿在所述修正的色点和所述参考色点之间的线转换所述所请求的色点直到被转换的色点落入所述可接受的范围内。
10.根据权利要求2所述的方法，其中所述可接受的范围被定义成包括落入通过规则的或者不规则的多边形描述的区域内的色点。
11.根据权利要求10所述的方法，其中选择所述修正的色点包含朝所述多边形的面上最接近的点转换所述所请求的色点直到被转换的色点落入所述可接受的范围内。
12.根据权利要求10所述的方法，其中选择所述修正的色点包含朝参考色点转换所述所请求的色点直到被转换的色点落入所述可接受的范围内。
13.根据权利要求2所述的方法，其中所述可接受的范围被定义成在离黑体辐射曲线预先确定的距离内的色点。
14.根据权利要求13所述的方法，其中选择所述修正的色点包含朝所述黑色辐射曲线上最接近的点转换所述所请求的色点直到被转换的色点落入所述可接受的范围内。
15.根据权利要求13所述的方法，其中选择所述修正的色点包含朝参考色点转换所述所请求的色点直到被转换的色点落入所述可接受的范围内。
16.固态背光单元，包含：
照明板，包含多个固态发光器件；以及
控制器，被配置用来控制所述固态发光器件的光输出、接收用于所述照明板的所请求的色点、确定所述所请求的色点是否在可接受的范围内、响应于所述所请求的色点在所述可接受的范围之外而选择修正的色点，以及将所述背光单元的色点设置在所述修正的色点处。
17.根据权利要求16所述的固态背光单元，还包含：
光传感器，被配置用来在闭环控制系统中测量所述照明板的光输出以及向所述控制器提供所述光输出测量。
18.根据权利要求16所述的固态背光单元，其中所述可接受的范围被定义为包括在二维色彩空间内的圆形和/或多边形。
19.根据权利要求17所述的固态背光单元，其中所述控制器被配置为通过朝所述多边形和/或圆形的最接近的点转换所述所请求色点直到被转换的色点落入所述可接受的范围内来选择所述修正的色点。
20.根据权利要求17所述的固态背光单元，其中所述控制器被配置为通过朝参考色点转换所述所请求的色点直到被转换的色点落入所述可接受的范围内来选择所述修正的色点。
21.控制背光单元的方法，所述背光单元包括多个固态发光器件，所述方法包含：
接收请求以将所述背光单元的色点设置在所请求的色点处；
确定所述所请求的色点是否在可接受的范围内；
响应于所述所请求的色点在所述可接受的范围之外，选择修正的色点响应于所述所请求的色点；以及
将所述背光单元的色点设置在所述修正的色点处；
其中通过在二维色彩空间内的长方形定义所述可接受的范围。
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