CN102625944B - 显示系统、照明设备、光通信系统及相关方法 - Google Patents

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Abstract

公开了利用显示设备中的LED来响应光信号的显示器和光指示器系统及方法。公开了使用LED的光敏性来校正各LED之间的变化的显示器校准系统和方法。公开了使用LED的光敏性来校正各LED之间的变化的LED校准系统和方法。公开了包括光检测器(诸如光电二极管或LED或者其他光检测设备)以及一个或更多个不同颜色的LED的照明设备、系统和方法。公开了用于照明设备的用于可见光通信的系统和方法，其使用同步来产生通信信道。公开了用于光源的系统和方法，其使用一个或更多个彩色LED的光敏性来确定广谱光发射器的发射谱的至少一部分以及调节该发射谱。

Description

显示系统、照明设备、光通信系统及相关方法
发明技术领域
本发明涉及发光二极管(LED)以及利用LED的系统和方法。
背景
自上个世纪发明计算机以来以及现在，用户接口在持续改进。目前接受的主流办法对于不同类型的显示器、设备和应用而言是不同的。用于应用的手持设备和信息站(诸如ATM机和杂货店收银台)已变迁为触摸屏。普遍存在的鼠标以其所有变形在台式计算中占优势，而对于膝上型计算机，触摸垫已变得最流行。所有这些设备和应用中的共同主题是用户直接与屏上显示和图形用户界面交互的能力。
虽然计算机GUI持续演进和改善，但现有家用电视仍在用手持遥控器，其具有许多混乱的按钮和红外单向通信链路。随着TV变得更智能，越来越多的TV正实现图形界面，然而，用户必须使用遥控器在菜单中滚动而非指向特定项目并点击。这使得使用遥控器变得更复杂和混乱，且可能导致用户受挫。
随着极大地改进光输出功率并减小成本的LED技术的当前演进，从红色、绿色和蓝色LED的大型阵列制成的显示器正变得越来越流行于诸如公告板、体育场记分牌、以及通用标志等应用。然而，此类显示器通常与用户或观察者(诸如潜在顾客)没有交互。
TV和PC LCD显示器正从冷阴极荧光灯(CCFL)转换为LED背光。具有相对较小显示器的PC具有沿一侧排列的LED以将光照入漫射层中，漫射层产生跨LCD的背面的均匀照明。新型大屏幕TV具有用于均匀照明以及局部调光的LED阵列。局部调光提供较暗的阴影，这些阴影改善对比度。一些TV使用白色LED，而其他TV使用红色、绿色和蓝色的组合。用户接口仍是遥控器，其不能控制光标的位置以从屏上显示选择项目。遥控器上的按钮以笨拙的方式在屏幕中到处移动高亮框。需要提供解决方案。
公告板和其他类型的广告标志正转换成LED阵列。此类显示器正变得流行于提供运动图像以及在一个显示器上分时共享多个广告。体育场馆的全动高清晰视频显示器也正变得越来越流行于即时重放和广告。此类显示器与爱好者或潜在顾客没有交互。通过可指向广告以获取更多信息或者定购某物或对误判提供反馈的设备，广告商可增加其收入并且标志所有者可为其标志收取更多费用。需要用于与此类显示器通信的装置。
使用LED进行照明的显示器和灯在许多不同市场(包括商业和住宅环境)也正变得越来越流行。可序列通过多个广告的数字公告板正开始取代沿道路以及商店前的固定标志。类似地，用于即时重放的大型视频显示器对于大型体育场馆几乎是强制性的。LCD电视正从其他技术(包括等离子显示器)获得市场份额，且用于LCD背光的冷阴极荧光灯(CCFL)目前正被LED背光取代。局限于研究实验室直至最近的有机LED(OLED)显示器现在正在商业产品中供应。
LED提供胜于对于大多数应用常用的传统光源(诸如荧光灯)的多个优点，诸如低功耗、长寿命、以及无危险材料、以及不同应用的附加特有优点。例如，由于较小的形状因子和较宽的色域，LED正快速取代冷阴极荧光灯(CCFL)作为LCD背光。用于一般照明的LED提供了调节彩色或白色色温以获得不同效果的机会。LED公告板也正取代纸质公告板以使多个广告能分时共享单个公告板。此外，使用LED作为光源的投影仪可在不久的将来在移动手持机(诸如智能电话)中变得流行。同样，使用多色LED以直接产生用于每个显示像素的光并使用在平面基底上构造的有机LED阵列的有机LED或OLED也可变得流行于许多类型的显示器应用。
LED由于低成本、高能效、以及长寿命而流行于此类显示器和灯应用，然而，个体LED之间以及来自每个颜色分量组的LED之间的光输出变化可能限制性能并增加成本。例如，对于给定电流由LED产生的光量在一个制造批次内以及在各批次之间的各LED之间可变化2倍到1倍或更多，这在与由例如显示像素或LCD背光中的不同颜色LED产生的光组合时，所产生的混合颜色可极大地变化。同样，由此类LED产生的光的波长可变化20nm或更多，这产生清晰可见的色移。因此，LED供应商通常将LED分类为具有较窄规格的组或级别(bin)。LED顾客可用较高价格购买仅特定的级别，或者设计可容忍较宽容限的产品——这会限制性能。
此外，在制造时被设计和校准成产生均匀亮度和颜色的LED阵列将随着使用而降级。随着LED老化，对于固定电流产生的光强度可在某个时间量上增大或减小，且随后将持续减小直至寿命结束。不同颜色LED具有不同的平均老化特性，这在个体LED之间可广泛变化。因此，理想地构建的LED阵列将随着时间产生具有不同色调的颗粒性外表。
具有此类阵列的显示器通常可随着时间周期性地重新校准以补偿变化的LED特性，这可能是昂贵和耗时的。例如，体育场显示器每两年明显地重新校准，这要一队人员花几天才能完成。带有望远镜的特殊相机关注每个个体LED以确定被反馈给显示控制器的亮度和颜色。持续地工作的公告板应当更频繁地重新校准以维持最优性能，这是昂贵的且产生停工期。
例如用于LCD电视、计算机和移动电话的LED背光从涂荧光粉的蓝色LED或多色LED(诸如红色、绿色和蓝色)的组合产生白光。此类光在被施加到液晶层背面之前通常穿过漫射层，漫射层组合来自LED的光以在液晶后面产生均匀光。较小的显示器通常具有沿显示器一侧放置的LED并将光注入漫射器后面专门定形的波导中，而较大的显示器具有在液晶层后面的匹配显示器的物理尺寸的LED阵列并通常使用薄漫射元件以从LED点光源产生均匀光。
带有用于背光的LED阵列的显示器具有至少两个胜于带有沿一侧或更多侧的LED的显示器的优点。第一，照明跨显示器一般更均匀，以及第二，来自该阵列中每个LED的照明可被独立调节以改善对比度，这在本行业中称为“局部调光”。然而，仅在来自每个LED或例如用于RGB背光的LED组合的光输出相同时，照明才会较均匀。如同在LED公告板和体育场显示器中一样，此类阵列可在制造期间被校准，但出于先前讨论的原因，照明均匀性和颜色(尤其是在RGB背光的情况下)将随时间改变。
来自多色LED(诸如RGB)的LCD背光使得显示器能产生比来自白色LED的背光更宽范围或色域的颜色，但更难控制。带有沿一侧或更多侧的RGB背光的LCD通常使用3个光传感器来检测每个颜色分量的平均强度，其被反馈给LED驱动器电路以维持恰当的颜色混合。由于此类显示器中的特殊光漫射层在混合来自所有LED的光时是有效的，因此跨整个显示器的颜色可使用单组的三个光传感器来控制。尽管此类光传感器以及相关联的反馈电路是昂贵的，但改善的色域足以表明较高的价格是正当的。
来自红色、绿色和蓝色LED的LCD背光提供许多胜于来自白色LED的照明的优点，包括更宽的色域以及潜在低很多的功耗和更简单的设计。带有白色背光的常规LCD显示器使用滤色片层以从每个像素中的三个液晶元件产生红色、绿色和蓝色光。此类滤色片增加了显示器设计的成本和复杂性，并且对于移动设备可能更重要的是，其阻挡了由背光产生的大部分光。使用RGB背光的显示器可通过按序列进行使用在本行业中被称为场序色彩(FSC)的技术产生的颜色来免除滤色片。此类办法每像素使用一个液晶元件而非常规的三个液晶元件，且用红色、绿色和蓝色像素数据顺序地更新达3倍那么快。背光的每种颜色顺序地闪现以匹配当前施加于液晶元件的像素数据，而没有任何光功率被滤色片阻挡。因此，对于相同的显示亮度，RGB背光可比白色LED背光使用少很多的电池功率产生少很多的光。
RGB背光的问题在于产生和维持由每个红色、绿色和蓝色三元组产生的期望颜色和强度。带有沿一侧或更多侧的RGB背光的LCD通常使用光传感器来检测每个颜色分量的平均强度，其被反馈给LED驱动器电路以维持恰当的颜色混合，然而，此类光传感器和相关联的反馈电路是昂贵的。此外，由于只能测量和控制由每种颜色的所有LED产生的光的平均强度，个体LED之间的变化可能导致跨此类显示器的颜色变化。
诸如三星和索尼等公司近期已推行带有LED背光的高端大屏幕LCD电视，其具有能进行局部调光以获得高对比度的LED阵列。至少一些此类三星产品具有白色LED阵列，而至少一些此类索尼产品具有RGB LED阵列，从而支持更宽色域。不清楚索尼如何维持恰当的颜色点，但此类索尼产品比此类三星产品卖得多很多。先前针对沿显示器一侧或更多侧的RGB LED背光描述的使用一组或更多组光传感器来检测每种颜色分量的强度的相对简单办法不可能与支持局部调光的此类索尼产品联用。
在一种现有解决方案中，光传感器驻留在显示器边缘并检测由背光产生的白光的RGB分量。光导上的小漫射区捕捉由每个LED产生的光的一小部分并将这些光传播至显示器边缘处的传感器。随后通过关闭所有LED并且每次一个LED照明传感器来周期性地重新测量来自每个LED的光。由于该校准技术将中断此时正被观察的任何画面，因此这类例程不能在显示器的正常工作期间执行。因此，此类例程不能用于补偿由于可在使用期间改变很大的温度造成的LED输出变化。
需要用于维持特别是由LCD的背光中的不同颜色LED的组合产生的光的精确强度和颜色的装置，但在诸如固态灯等其他应用中也是如此。进一步需要用于测量和控制由所有LED个体地产生的光以防止跨显示器的颜色变化的设备或技术，该设备或技术能够在显示器的正常工作期间执行且不需要昂贵并降低显示亮度的特殊波导或光学器件。此外，需要适用于在需要RGB背光的FSCLCD中使用的此类解决方案。
用于一般照明的LED灯通常使用覆有荧光粉的蓝色LED，荧光粉吸收大部分蓝色光子并重新发射具有更长波长的光子以产生白光，这产生与波长偏移成比例的能量损失。使大量光子朝光谱红色端(长波长)偏移的荧光粉产生期望的所谓“暖光”，但却是能效最低的。另外，荧光粉可能随时间降级，导致所产生的光随时间变蓝。
为了克服与由白炽灯产生的效率相当的产生暖光的低效性，一些LED灯使用产生蓝光至黄光波长的涂荧光粉的蓝色LED与产生红光的红色LED的组合。此类灯一般表现良好，但由于产生来自白色LED相对于红色LED的光的恰当混合所必需的复杂电路，因此是昂贵的。任何平衡偏移会产生白色色温偏移，且当紧接在具有稍微不同色温的另一个灯之后被查看时是尤其明显的。控制色温的电路通常包括反馈环路中的光电二极管，用于控制提供给不同彩色LED的电流。
与仅有涂荧光粉的蓝色LED或涂荧光粉的蓝色加红色LED的灯相比，使用红色、绿色和蓝色LED的组合来产生光的灯可具有更高能效并且可产生范围宽得多的颜色，但产生和维持固定颜色点更困难。此类灯需要在制造期间以及在此类灯的工作寿命中监视和调节每个颜色分量的复杂光反馈机制。
需要用于跨多色LED阵列(诸如RGB)维持均匀亮度和颜色的手段，该多色LED阵列用于例如在LED公告板和体育场显示器的情形中直接产生图像以及在LCD背光的情形中间接产生图像，而在例如LED公告板和体育场显示器的情形中无需现场逐像素校准的开销和复杂性，以及在LCD背光情形中无需特殊的光传感器。
还需要用于跨多色LED阵列(诸如RGB)维持均匀亮度和颜色的手段，该多色LED阵列用于例如在LED公告板和体育场显示器的情形中直接产生图像以及在LCD背光的情形中间接产生图像，而在例如LED公告板和体育场显示器的情形中无需现场逐像素校准的开销和复杂性，以及在LCD背光情形中无需特殊的光传感器。同样，需要从LED灯产生和维持固定颜色或色温。在所有情形中，需要最小化对分级别LED的需求。
就常规照明而言，常规照明过去曾使用白炽灯和荧光灯，但近来随着蓝色LED的发明，已经开始使用LED灯。LED灯的初始成本较高，但随时间流逝，功率节省可极大地降低照明的总成本。功率高效的LED灯的高初始成本的一部分在于创建从功率源至LED的恒定电流所必需的特殊电子器件。
现今的大多数LED灯由串联和/或并联在一起的多个LED构成，且由连接至AC电网的开关电源驱动。示例电路可在来自许多半导体制造商的网站上找到。
灯中的LED可为任何颜色或任何颜色组合，包括白色。白色LED通常由覆有某种黄色荧光粉的蓝色LED制成。来自LED的大部分蓝光被荧光粉吸收且以对应于绿色、黄色和一些红色的较低频率重新发射。该办法的一些优点包括低成本和更自然的连续光谱。一些缺点包括因荧光粉中的损耗导致的低效率、来自LED的带蓝色的颜色、以及因荧光粉降级导致的可靠性降低。
为了克服在光谱的红色端缺乏能量，一些制造商生产包括红色LED串连同涂荧光粉的蓝色LED串的两色悬挂LED灯，其对于许多应用产生良好的成本/性能折衷。
从色谱角度而言，理想的LED灯应包括工作在不同功率电平的许多不同彩色LED以产生白炽光或日光的粗略近似。例如，红色、黄色、绿色和蓝色的组合可被用作一组颜色。尽管该办法应具有良好光谱并且更具能效和可靠，但每种颜色中的相对功率电平的控制在当今实践中是困难且昂贵的。
在一种照明解决方案中，白色加红色LED灯包括两串6个白色LED、以及30个红色LED的一个并行/串行组合，总共36个LED。该解决方案还包括光电二极管和热敏电阻以维持颜色。随着至光电二极管的反射光减少，来自红色LED的输出功率增加以作为补偿。该电路使用三个不同的LED驱动器电路并使用单个硅光电二极管来监视用于调节LED电流的光功率。美国公开专利申请No.2008-0309255描述了光电二极管选择性地测量光谱的一部分并基于平均功率来调节红色电流，这提供对正产生的光谱的指示但具有低分辨率。
照明控制系统在复杂性上从简单的调光开关变化至集中受控建筑物范围的网络。像简单的调光开关一样，最复杂的照明系统也使用导线来控制每个灯。此外，复杂系统包括附连至每个灯的特殊电子模块以在灯与中央控制器之间通信。近期，无线照明控制系统已引入了对无线电的使用，以根据诸如ZigBee等协议来传达信息，这消除了导线的成本但增加了无线电和协议栈的成本。
常规的调光开关使用仅允许电网AC电压在部分循环期间被施加到白炽灯的三端双向交流开关(triac)电路。例如，当设置为半功率时，传递至灯的电压信号对于正弦电压的第一个90度为零，对于第二个90度跳跃至峰值振幅并跟随正弦降至零，对于下一个90度停留在零，以及最后跳跃至负峰值电压并跟随正弦返回至零。该办法是消费者调暗电阻性白炽灯的便宜且有效的方式。
尽管三端双向交流开关调光器减少了灯泡中的功率消耗，但它并不减少公共事业公司必须产生的功率。电力公司产生与电压同相的电流。随着电压增加，电流也增加。如果发电厂的整个负载由用三端双向交流开关调暗50％的光构成，则在正负循环的前半循环期间产生的电流将不会去往灯泡，但它将会去往别处。无论灯是全亮或变暗，公共事业必须生成相同量的功率且必须处理电网上的潜在危险瞬态。
可通过减小驱动电流或藉由使用所谓的脉冲宽度调制(PWM)减少施加电流的时间来减少来自LED的光。电流以快于眼睛能看见的速率开启和关闭，其中占空比与光输出成比例。由于LED产生的光的波长随驱动电流变化，因此优选PWM调光。当用LED灯替代白炽灯时，现有的三端双向交流开关调光器仍调节对灯的供电。为了实现PWM调光，LED灯电路必须过滤供电、检测供电的占空比并相应地调节PWM占空比，这增加了成本和复杂性。
照明控制系统有时提供使用RF或红外通信的遥控器以允许调节个体灯或灯组的亮度。此类办法消除了对此类调光器开关的需求，但要求灯具有与遥控器通信所必需的电路以与照明控制系统通信。
日光采集是照明行业用于描述响应于环境光变化而主动调节灯的亮度的术语。例如，靠近建筑物窗户的灯在白天无需产生如内部走廊里的灯那么多的光。遍及建筑物放置的光传感器通常在策略性地点测量环境光，并且照明控制系统确定从每个灯所需的亮度并将该信息传达给每个灯。
调度是用于描述基于时间对灯亮度的调节的术语。例如，在晚上当建筑物空置时，一些灯可自动关闭或者一些灯的亮度可降低以节能。照明控制系统通常从中央位置通过向每个灯发送带有关于产生什么亮度的指令的数字控制消息来提供此类功能。
占用性传感器或运动检测器可通过仅在有人在场时才开启灯来节省很多能量。在典型的照明控制系统中，占用性传感器可位于门附近并且将在有人在场时提醒照明控制系统。照明控制系统随后通常向灯发送指示期望亮度的消息。
尽管实现诸如遥控、日光采集、调度和占用性感测等功能的照明控制系统可节省很多能量，但此类系统的初始成本可能过高，对于没有必需布线和基础设施的现有建筑物而言尤其如此。
用于一般照明的LED灯和用于显示器的LED背光主要使用白色LED，白色LED通常包括涂有荧光粉的蓝色LED，荧光粉吸收来自蓝色LED的大部分蓝色光子并在相对宽范围的波长上重新发射较低能量的光子。来自未被荧光粉吸收的蓝色光子和经荧光粉转换的光子的所得混合谱发射可产生具有各种不同色温的白光。色温是用于描述与由具有不同温度的黑体辐射体产生的光相关的光颜色的术语。例如，具有2500开氏温度(或即2500K)色温的所谓的暖白光在蓝色范围中具有较少光功率，而具有6000K色温的冷白光在蓝色范围中具有较多光功率。因此，白色LED的色温可通过吸收更多或更少由蓝色LED产生的蓝色光子的荧光层的厚度来调节。此外，在不同波长范围上重新发射光子的不同类型的荧光粉也可调节白色LED色温。
公知的CIE 1931XY色空间图以二维色空间标绘解说了人类能看见的所有颜色，其在图70中表示。公知的黑体辐射体曲线是在该二维色空间中穿行的曲线。不在黑体曲线上的颜色(诸如青色、绛红色、以及绿色)不能被指派色温。由于不在黑体曲线上的颜色无限地多于黑体曲线上的颜色，并且由于荧光粉厚度和发射谱不能精确控制，因此很难产生具有特定和所定义色温的白色LED。
由于大多数白色LED中的荧光粉涂层将高能蓝色光子转换成绿色、黄色和红色范围中的较低能光子，因此荧光粉吸收了能量，这降低了LED的光效率并且发热，这两者都是不期望的。因此，具有高色温和更多蓝色内容的白色LED比具有低色温和大量红色内容的白色LED表现得显著更好。因此，一些照明制造商生产用于一般照明的低色温灯，其包括涂荧光粉的蓝色LED和红色LED两者以产生具有在2500K范围中的色温的白光。同样，使用白色LED背光的LCD显示器中的滤色片通常通过包括衰减蓝色和绿色谱内容在内的各种手段来增强相对红色谱内容。此外，包括白色和红色LED的背光已在文献中提到过。
尽管组合白色和红色LED以产生较暖色温或更多红色谱内容改善了性能参数(包括能效和散热)，但控制颜色点更困难，因为红色LED的亮度随温度、时间、以及其他操作条件与白色LED不同地改变。作为示例，美国公开专利申请No.2008-0309255描述了来自Cree(科锐)的用于LED投光灯的办法。该申请描述了包括白色和红色LED以及附加的光传感器的照明设备，该光传感器仅对由白色和红色LED的组合产生的光谱的一部分敏感。此外，此专利还描述了用于控制所产生光的颜色的差分放大器电路和温度传感器。这些额外的组件不仅增加了成本，而且由于光传感器仅对由白色LED产生的较短(较蓝)波长敏感，因此由红色LED产生的除了因温度改变造成的变化以外的任何光强度变化均得不到补偿。最显著的未补偿变化是由LED老化产生的，其导致LED的亮度以及因此还有由照明设备产生的颜色随时间显著改变。
包括诸如Cree(科锐)、Philips(飞利浦)、Osram(欧司朗)、Nichia(日亚)等LED厂商的LED行业已通过引入“分级别”概念对生产具有精确颜色点的涂荧光粉的LED的困难性作出了响应。因此，定购具有特定色温和亮度的LED的LED顾客将收到编组在特定颜色和亮度级别内并如此标记的LED。为了反映该问题的重要性(其跨所有LED厂商是非常类似的)，PhilipsLumileds的Luxeon Rebel数据表反映了关于其冷白色LED产品的19个不同的颜色级别，且每个颜色级别在每个颜色分级内在CIE 1931XY色空间中变化大约0.02或更多。可论证地标识人类颜色辨别极限的公知的McAdam椭圆在其1/10的数量级上。此外，用于冷白色Rebel的19个颜色级别中只有5个级别包括黑体辐射曲线。对于想要生产具有一致颜色的产品的LED灯和背光生产商，分级别是主要问题。
尽管诸如数字公告板和手持投影仪等应用通常使用红色、绿色和蓝色LED而非涂荧光粉的白色LED，一些此类应用可获益于将白色LED与RGB LED组合以产生更亮的画面。在数字公告板的情形中，每个像素可包括红色、绿色、蓝色和白色LED。在投影仪的情形中，光源可包括一个或更多个红色、绿色、蓝色和白色LED。公知的图像处理算法使得白色LED能产生像素或图像亮度或灰度，而红色、绿色和蓝色LED提供像素或图像颜色分量。考虑所描述的美国专利申请2008-0309255维持仅红色和白色LED的颜色平衡的复杂性，将传统办法延伸至跨红色、绿色、蓝色和白色LED维持颜色是过于复杂和昂贵的。
许多有源矩阵OLED(AMOLED)显示器目前使用由有机红色、绿色、蓝色和白色像素构成的像素。由于此类LED在单个基底上一起生长，各LED之间的匹配比可在完全不同的位置、在不同时间以及用不同工艺制造的无机红色、绿色、蓝色和白色LED好得多。然而，尽管LED初始可能匹配良好，但有机LED亮度随着使用相对快速地降级，这可能导致在主要产生相同图像(诸如计算机背景或工具栏)的显示器上形成伪迹。此类伪迹是可见的并且是不期望的。
另外，除了其他原因，为了消除或减少对白色LED分级别的需要、为了使红色LED容易地与白色LED组合以产生暖白光和高效显示器背光、为了使白色LED能容易地与RGB LED组合以用于公告板和投影仪、以及为了消除深印于AMOLED显示器中的伪迹，需要容易且成本高效地设置和维持由白色和彩色LED的组合产生的精确颜色点。
发明概述
公开了利用显示设备中的LED来响应光信号的显示器和光指示器系统及方法。公开了使用LED的光敏性来校正各LED之间的变化的显示器校准系统和方法。公开了使用LED的光敏性来校正各LED之间的变化的LED校准系统和方法。公开了包括光检测器(诸如光电二极管或LED或者其他光检测设备)以及一个或更多个不同颜色的LED的照明设备、系统和方法。公开了用于照明设备的用于可见光通信的系统和方法，其使用同步来产生通信信道。公开了用于光源的系统和方法，其使用一个或更多个彩色LED的光敏性来确定广谱光发射器的发射谱的至少一部分以及调节该发射谱。
在以下阐述的第一所公开实施例中，公开了利用显示设备中的LED来响应来自光指示设备的光信号的显示器和光指示器系统及相关方法。以下关于附图描述各个实施例。若需要，还可实现其他特征和变化，并且也可利用相关的系统和方法。
部分地，所公开的实施例涉及具有LED阵列的显示器以及使用可见光与这些阵列中的个体LED通信的相关联的指示设备。这些LED阵列可如同LED公告板和体育场馆记分牌中那样直接产生图像，或者可产生用于例如LCD屏幕的背光。指示设备使用可用数据调制或可以不用数据调制的光束与个体像素或像素群通信，该光束被该阵列中暴露于该光束的LED检测到。周期性地，阵列中的LED停止产生光并且用相关联的驱动器设备配置成检测来自指示设备的光。此类配置使得用户能很像计算机鼠标那样在屏幕显示器上指示并点击。
如本文中所描述的一个改进系统使用光指示设备(诸如激光指示器或闪光灯)来控制例如具有LED背光的LCD显示器或由有机或常规LED阵列构成的显示器上的图形用户界面。由于跨此类显示器扫描图像，因此每一帧都有LED不产生光的时间。在此类光关闭时间期间，LED被用于检测是否存在来自光指示设备的光。图形控制器处理一系列帧里的此类信息以检测来自指示设备的照明显示器上的特定位置的光模式并采取恰当动作。此类动作除其他事项外还可以是选择菜单中的项目、拖放项目、或弹出菜单。
最简单的指示设备可以是具有单个开/关按钮的激光指示器或闪光灯。例如在显示器播放视频或电视广播的情况下，显示器可响应于在该显示器上任何地方检测到的亮光点而在屏幕一部分上弹出主菜单。一旦该光点被定位在菜单中的特定项目(诸如改变电视频道)上，并且随后被关闭和再开启，则可采取恰当的动作。在显示器(诸如公告板)广告例如商品的情况下，来自指示设备的光开关模式可导致显示器提供关于特定项目的更多信息。这些仅仅是显示器与指示设备之间的交互的一些示例，有更多交互是可能的。
在更复杂的指示设备和显示器的情况下，可从指示设备向显示器传达数据以及潜在地甚至从显示器向指示设备传达数据。例如，被专门修改以产生用数据调制的光的激光指示器可向显示器(诸如公告板)传送个人信息(诸如电子邮件地址)。在该示例中，用户可指令显示器将更多信息发送至电子邮件地址。再次，该示例仅仅是许多可能的数据通信应用之一。
本文中针对的显示器类型包括使用LED进行照明的任何显示器，但通常可被分成三个类别：有机LED(OLED)显示器、常规LED显示器、以及带有LED背光的液晶显示器(LCD)。OLED显示器通常包括具有薄膜晶体管的玻璃片以及由在一侧生长的有机化合物构成的LED，以产生通常包括红色、绿色、蓝色和白色子像素的像素的阵列。每个子像素通常具有由薄膜晶体管构成的电流源，该薄膜晶体管由通常坐落在该玻璃的周界两侧的列和行驱动器控制。行驱动器通常产生至一行像素或子像素的逻辑电平写信号，而列驱动器产生与期望子像素电流相对应的模拟电压。此类电压通常被存储在每个像素或子像素中的电容器上。
视频图像通常在行驱动器按顺序发送写信号至OLED阵列(通常从该阵列的顶部至底部)时每次被显示一行。随时间显示一系列静止图像或帧则产生运动图像。当一个图像每次被显示一行时，先前图像每次被移除一行。为了防止公知的被称为“运动模糊”的视觉效应，LED的每一行在显示当前帧的行之前被关闭达一段时间，这移除了先前帧。被恰当地设计成减少运动模糊的OLED显示器的高速快照将显示被照明的一批LED行，而显示器的其余部分是暗的。行驱动器通常每帧向每行像素或子像素写两次以将LED开启并随后关闭。
显示器上被指示设备照明的光点每次被检测一行。根据一个实施例，行驱动器顺序地向与产生光的行有某个偏移量的每个像素或子像素行产生感测信号，以防止从产生光的行至检测光的行的光串话。当感测信号有效时，该行中的每个子像素在由入射光跨相关联的LED感应的电压大于某个电平的情况下可产生电流，该电流随后可由与列驱动器相关联的电流感测电路跨各列进行检测。图形控制器监视一帧里关于每一行的电流感测电路输出以确定来自指示设备的照明的位置，以及监视许多帧里关于每一行的电流感测电路输出以确定要采取的动作。
尽管OLED像素通常包括多个不同的彩色LED(诸如红色、绿色、蓝色和白色)，通常仅一种颜色被用于检测来自指示设备的照明。例如，若红色激光指示器被用作指示设备，则显示器中的红色子像素被用于检测照明。若产生白光的闪光灯是指示设备，则取决于白光的光谱，显示器中的红色或绿色子像素可用于检测照明。
由通常包括元素镓且个体地封装的常规LED构成的显示器通常非常大且被用于公告板或体育场中的视频显示器。如同小型OLED显示器一样，每个像素通常包括红色、绿色和蓝色子像素，但通常不具有白色子像素。每个子像素LED通常由来自LED驱动器IC(集成电路)的电流源驱动，LED驱动器IC通常包括与多个子像素相关联的多个电流源。此类IC可串联在一起并通过网络接口IC连接至图形控制器，图形控制器产生像素数据，接收来自指示设备的照明的位置，并采取恰当的动作。
每个驱动器IC包括由脉冲宽度调制器控制以从每个相关联的LED产生光的电流源、以及用于检测入射在每个LED上的光的比较器。不同于OLED显示器，每个LED用固定电流驱动达可变时间量，而非用可变电流驱动达固定时间量。与每个LED相关联的脉冲宽度调制器每帧接收来自图形控制器的数字值并开启相关联的电流源达成比例的时间量。最大数字值对应于电流源可开启的最大时间量，其应当小于帧周期以防止运动模糊。
在各帧之间与特定LED相关联的电流源保证关闭的时间期间，来自指示设备的照明可被检测。若由入射光跨LED感应的电压大于特定值，则相关联的比较器输出走高，从而指示存在来自指示设备的光。若感应电压小于该特定量，则比较器输出为低，从而指示不存在光。所有比较器输出的状态被传回给图形控制器以进行处理。
像OLED显示器一样，常规LED显示器通常每次被扫描一行或一列，这在任何一个时间跨显示器产生照明LED带。显示器的其余部分是暗的。为了防止从产生光的LED至检测光的LED的光串话，每个LED驱动器IC通常在相关联LED位于暗区中间附近时对比较器输出进行采样。
液晶显示器调制由背光产生的光量以在屏幕上创建图像。包括LED的背光通常来自两个版本之一。对于例如膝上型计算机上的较小显示器，沿显示器一侧坐落的LED将光注入漫射器，漫射器产生跨显示器的均匀白光。对于使用LED背光的大屏幕电视，LED通常在液晶像素阵列背后像常规LED显示器一样被安排成阵列。由每个LED或每组LED产生的光量可每帧被调节以按被称为“局部调光”的方式提高对比度，局部调光对于带有荧光背光或沿显示器一侧坐落的LED背光的LCD是不可能的。
用于LCD的LED背光通常包括由带有黄色荧光粉涂层的蓝色LED构成的白色LED，或例如红色、绿色和蓝色LED的组合。一个实施例将像常规LED显示器一样配置成阵列的彩色LED用于LCD背光。
液晶像素阵列通常包括与每个液晶子像素相关联的薄膜晶体管和电容器。液晶子像素的透明度由电容器上保持的电压决定并且由相关联的行和列驱动器控制。像OLED显示器一样，液晶阵列通常每次在相关联的逻辑电平写信号变为有效时被写一行。来自列驱动器的模拟电压随后通过该行中每个像素元件中的晶体管被传递至电容器。通常，该模拟电压被保持达一个帧周期，直至用下一帧的数据编程该行。
为了减少运动模糊，背光阵列可被扫描，从而显示器仅从任何给定行产生光达帧周期的一部分。由LED背光阵列产生的光带以固定偏移量跟随液晶行的更新以允许液晶元件有时间稳定。背光阵列中的LED可连接至针对常规LED显示器描述的相同驱动器IC，该驱动器IC产生固定电流达可变时间量以从LED产生光，并监视由入射光跨LED感应的电压以检测来自指示设备的照明。
就像常规LED显示器一样，LED背光阵列可在每一行LED不产生光时检测来自指示设备的光。然而，若正显示的图像非常暗，则液晶元件将阻挡来自和去往背光的光。在此类场景期间，LED阵列可能无法检测来自指示设备的光。为了改善该灵敏度，每个液晶行在用下一图像的数据编程前可被设为全透明达某个时间段，这可继来自背光的光带之后以某个固定偏移量创建透明液晶带。在该透明带后面，不产生光的LED可检测来自指示设备的光。此类系统通常要求液晶阵列写平常的两倍或要求每个液晶元件中有附加电路和信号，并且可能由于从背光通过透明带的光泄漏而使对比度降级。
一个实施例通过在各图像帧之间插入短暗帧来维持高对比度和较低液晶更新率、防止运动模糊、以及检测来自指示设备的信号。在每帧结束时，整个背光首先被关闭，然后通过同时启用所有行写信号并将所有列数据信号保持在与透明相关联的电压上来将整个液晶阵列设为全透明。在液晶为透明时，驱动器IC监视跨所连接的LED感应的电压以检测来自指示设备的照明，并将结果报告给图形控制器。最后，紧接在扫描下一帧之前，通过同时启用所有行写信号并将所有列数据信号保持在与不透明相关联的电压上来将整个液晶阵列设为不透明。
本文中描述的改进的显示器和指示器系统解决了直接使用LED或将LED用作背光进行照明的显示器的问题。大体积和混乱的电视遥控器可被简单的激光指示器或闪光灯取代，并且广告商的效果可通过向观众提供交互式体验而得到改善。
在一个实施例中，本发明是一种显示设备，其包括配置成发射光的LED阵列，其中该LED阵列还被配置成响应于由指示设备产生的光。在进一步实施例中，由该LED阵列中的个体LED产生的光可被配置成瞬间关闭以检测由指示设备产生的光。在进一步实施例中，可通过测量由来自指示设备的光跨该阵列中的个体LED感应的电压来检测由该指示设备产生的光。在进一步实施例中，可通过测量由来自指示设备的光跨该阵列中的个体LED感应的电压来检测由该指示设备产生的光。
在进一步实施例中，该LED阵列可被配置成为LCD显示器提供背光。在进一步实施例中，显示器内的该LED阵列可由有机LED构成。在进一步实施例中，该LED阵列也可由分立LED组件构成。在进一步实施例中，可响应于来自指示设备的光在显示设备上产生菜单。在进一步实施例中，该LED阵列可响应于由指示设备产生的用数据调制的光。再进一步，该LED阵列可响应于来自指示设备的光开启和关闭序列。再进一步，该LED阵列可响应于作为指示设备的激光指示器。
在另一实施例中，本发明是一种用于操作显示设备的方法，其包括：提供包括LED阵列的显示设备，该LED阵列响应于由指示设备产生的光；利用指示设备使光入射到显示设备内的该LED阵列上；以及用显示设备来响应入射光。在进一步实施例中，该方法还可包括瞬间关闭由该LED阵列中的个体LED产生的光以检测由指示设备产生的光。在进一步实施例中，该方法还可包括通过测量由来自指示设备的光跨该阵列中的个体LED感应的电压来检测由该指示设备产生的光。在进一步实施例中，该方法还可包括通过测量由来自指示设备的光跨该阵列中的个体LED感应的电压来检测由该指示设备产生的光。
在进一步实施例中，该方法还可包括使用该LED阵列为LCD显示器提供背光。再进一步，该LED阵列可由有机LED构成。再进一步，该LED阵列可由常规的分立LED组件构成。在进一步实施例中，该方法还可包括响应于来自指示设备的光在该显示设备上产生菜单。在进一步实施例中，该方法还可包括用指示设备产生用数据调制的光。在进一步实施例中，该方法还可包括响应于来自指示设备的光开启和关闭序列。再进一步，该方法还可包括在指示设备为激光指示器时利用激光指示器。
在另一个实施例中，本发明是一种系统，其包括：配置成输出光的指示设备；以及包括LED阵列的显示设备，该LED阵列响应于由指示设备产生的光。在进一步实施例中，由该LED阵列中的个体LED产生的光瞬间关闭以检测由指示设备产生的光。在进一步实施例中，通过测量由来自指示设备的光跨该阵列中的个体LED感应的电压来检测由该指示设备产生的光。在进一步实施例中，通过测量由来自指示设备的光跨该阵列中的个体LED感应的电压来检测由该指示设备产生的光。在进一步实施例中，该显示设备被配置成响应于来自指示设备的光而产生菜单。此外，该指示设备可被配置成产生用数据调制的输出。再进一步，该显示设备可被配置成响应于来自指示设备的光开启和关闭序列。再进一步，该指示设备是激光指示器。
如本文中所描述的，还可按需实现其他实施例和变化，并且也可利用相关的系统和方法。
在以下阐述的第二所公开实施例中，还公开了显示器校准系统及相关方法，其在显示系统的初始生产期间以及寿命中使用LED的光敏性来校正各LED之间的变化。以下关于附图描述各个实施例。若需要，还可实现其他特征和变化，并且也可利用相关的系统和方法。
部分地，所公开的实施例涉及包括LED阵列的显示器，其在此类显示器的初始生产期间以及寿命中使用LED的光敏性来校正各LED之间的变化。此类LED阵列可如同LED公告板和体育场馆记分牌、以及较小的有机LED(OLED)显示器中那样直接产生图像，或者可产生用于例如LCD屏幕的背光。LED亮度和颜色的变化可被补偿以使此类显示器具有均匀颜色和亮度。在现有系统中通常通过测量每个个体LED的光输出功率或购买经专门测试的LED来完成的此类补偿在以下描述的实施例中通过简单地测量由均匀入射光在每个LED上感应的信号来执行。
在一个改进实施例中，该系统通过测量例如用于LED公告板和体育场显示器、或LCD背光的LED阵列中的每个LED的光敏性、将此光敏性与此阵列中的其他LED的光敏性作比较、并相应地调节此类LED驱动电流校正因子来推断由每个此类LED产生的光输出功率并任选地还推断由每个此类LED产生的峰值波长。此类校正因子最初可在此类LED阵列的生产期间例如通过直接测量每个此类LED光输出功率和峰值波长、或通过从光敏性和其他测量推断每个此类LED光输出功率和峰值波长来生成。
LED不仅在被正向偏置时产生具有特定峰值波长的光，而且还在被此类峰值波长处或以上的光照明时产生正向偏置。由固定入射光功率产生的电功率随入射波长减小而减少，其中最大功率由具有此类峰值发射波长附近的波长的入射光产生。高于此类峰值发射波长的入射波长在此类LED中几乎不产生电功率。在特定温度下，跨恰当地照明的LED感应的电压和电流之间的关系取决于照明量、半导体的带隙电压、以及跨该LED放置的电阻性负载。随着半导体的带隙电压增大，开路电压(Voc)增大而短路电流(Isc)减小。由于峰值发射波长随带隙电压增大而减小，因此可测量Voc与Isc之比以获得对LED阵列中的各LED之间的波长变化的指示。
一个制造批次内或各批次之间的不同LED在被固定电流驱动时产生的光量会变化，其主要原因在于光路差异(诸如透明度或对准)、以及LED的发光区域的结构中的缺陷程度差异。同样，此类差异类似地影响此类LED在被恰当照明时的光敏性。因此，光敏性参数(诸如Voc和Isc)可被监视以推断此类LED在被电流驱动时将产生的光量。
来自LED阵列中的个体LED的波长和输出功率可通过校正系数来补偿以跨此类阵列产生均匀强度和颜色。在此类LED阵列的制造期间通过上述方法、通过直接测量由每个LED产生的光的强度和波长、或任何其他方法确定的此类校正系数可被存储在此类显示器的存储器中。同样，响应于具有固定参数的光源产生的光敏性参数(诸如Voc和Isc)也可被存储在此类存储器中。周期性地，在此类显示器的寿命期间，可用具有与初始光源相同或不同参数的光源来照明LED阵列，可测量光敏性参数，并且可使用初始的与新的光敏性参数值之间的差异来修改校正系数以校正来自此类LED阵列中的LED的照明的任何附加偏移。
在初始生产期间用于校准LED阵列的光源可以是直接或漫射日光、模仿日光光谱的灯、或具有足以从每种颜色的LED可靠地生成可测量光敏性参数的光谱的任何光源。为了重新校准例如大型LED公告板或体育场显示器，可在与制造此类显示器时严格相同的条件下使用具有相同强度的相同光源来测量光敏性参数。任何光敏性参数的任何偏移可被直接用于更新相应的校正系数。若精确地控制光源强度是不可能的，则将一个LED中的改变与其他LED中的改变作比较使得能重新创建均匀的显示器强度和颜色。用户可简单地手动调节整个亮度。
对于诸如LCD电视等消费者设备，用精确光源来校准或许是不可能的。紧密近似可以是漫射日光，但日光光谱随着时间日期和年份以及位置而变化。此外，此类设备可能处在具有人造照明的封闭房间中。在此类情形中，可产生跨每种颜色分量的各LED的均匀性，但各颜色分量之间的相对强度可能不然。用户在这种情形中可手动将整个亮度和色调调节至期望水平。
本文中描述的改进的显示器校准系统及相关方法解决了直接使用LED阵列或将LED阵列用作背光进行照明的显示器的校准问题。并且本文描述的校准系统及相关方法极大地减少或消除了对经专门训练和装备的工作小组随时间推移保持LED公告板和体育场显示器在工作期间被校准的需要。
在一个实施例中，本发明是一种显示设备，其包括：LED阵列；以及控制电路，其被配置成使用一个或更多个LED的光敏性来调节来自一个或更多个LED的输出功率。在进一步实施例中，该显示设备可被配置成在测量光敏性时接收来自光源的光。在另一实施例中，该显示设备被配置成在测量光敏性时接收日光。在另一实施例中，该显示设备被配置成在测量光敏性时接收匹配一个或更多个LED的峰值发射波长的固定光谱。此外，部分地使用开路电压测量来确定光敏性。此外，可部分地使用短路电流测量来确定光敏性。在进一步实施例中，可使用被配置成调节施加到一个或更多个LED的电流的校正系数来调节来自一个或更多个LED的输出功率。此外，校正系数可被配置成补偿由被调节的LED产生的光强度。此外，校正系数可被配置成补偿由被调节的LED产生的光强度和波长。在进一步实施例中，该LED的阵列包括有机LED。在进一步实施例中，该LED的阵列包括无机LED。
在另一实施例中，该LED阵列被配置成产生背光。此外，背光可被配置成在逐像素基础上被调制以产生图像。背光还可被配置成通过液晶来调制。在进一步实施例中，滤色片位于由该LED阵列提供的背光前面，以及液晶阵列位于滤色片前面。此外，漫射器和偏光器可位于滤色片与由该LED阵列提供的背光之间，以及偏光器还可位于液晶阵列前面。在进一步实施例中，液晶阵列位于由该LED阵列提供的背光前面而无居间的滤色片。对于该进一步实施例，漫射器和偏光器也可位于液晶阵列与由该LED阵列提供的背光之间，以及另一偏光器可位于液晶阵列前面。在进一步实施例中，该显示设备可被配置成在公告板内操作。在另一实施例中，该显示设备可被配置成在直接发射显示器内操作。在进一步实施例中，该显示设备可被配置成在投影仪内操作。
在进一步实施例中，该显示设备可包括被配置成存储校正系数的存储器。再进一步，校正系数可以是在该显示设备的制造期间生成的系数。再进一步，该控制电路可被配置成将当前光敏性与先前确定的光敏性作比较以生成校正系数。
在进一步实施例中，本发明是一种用于操作显示设备的方法，其包括：在显示设备内提供LED阵列；测量一个或更多个LED的光敏性；以及基于测得的光敏性来调节来自一个或更多个LED的输出功率。此外，该测量步骤可使用光源照明该显示设备来进行。在进一步实施例中，该方法包括利用日光作为光源。在进一步实施例中，该方法包括利用匹配这些LED的峰值发射波长的固定光谱作为光源。在进一步实施例中，该测量步骤包括利用开路电压测量来部分地确定光敏性。在另一实施例中，该测量步骤包括利用短路电流测量来部分地确定光敏性。在进一步实施例中，该调节步骤可包括使用校正系数调节施加到一个或更多个LED的电流来调节输出功率。此外，该方法可包括使用校正系数来补偿由这些LED产生的光强度。再进一步，该方法可包括使用校正系数来补偿由这些LED产生的光强度和波长。再进一步，该LED阵列可以是有机LED。再进一步，该LED阵列包括无机LED。
在进一步实施例中，该方法可包括利用该LED阵列来产生背光。再进一步，该方法可包括在逐像素基础上调制背光以产生图像。再进一步，该调制步骤可包括通过液晶来调制背光。在进一步实施例中，该方法可包括对来自背光的光进行滤色并随后使用液晶阵列来调制经滤色的光。该方法还可包括在滤色步骤之前对来自背光的光进行漫射和偏光。在另一实施例中，该方法可包括使用液晶阵列对来自背光的光进行调制而无居间的滤色。该方法还可包括在调制步骤之前对来自背光的光进行漫射和偏光。在进一步实施例中，该方法可包括操作该显示设备作为公告板的一部分。在进一步实施例中，该方法可包括操作该显示设备作为直接发射显示器的一部分。在进一步实施例中，该方法可包括操作该显示设备作为投影仪的一部分。
在再进一步实施例中，该方法可包括将校正系数存储在该显示设备内的存储器中。再进一步，校正系数可以是在该显示设备的制造期间生成的系数。此外，该方法可包括将来自该测量步骤的当前光敏性测量与先前确定的测量作比较以生成校正系数。
如本文中所描述的，还可按需实现其他实施例和变化，并且也可利用相关的系统和方法。
在以下阐述的第三所公开实施例中，还公开了LED校准系统及相关方法，其在使用LED的系统的初始生产期间以及寿命中使用LED的光敏性来校正各LED之间的变化。以下关于附图描述各个实施例。若需要，还可实现其他特征和变化，并且也可利用相关的系统和方法。
部分地，所公开的实施例涉及使用LED的光敏性来确定诸如强度和波长等发射参数。所公开实施例的应用包括例如固态灯、LCD背光、以及LED显示器。LED亮度和波长的变化应当被补偿以使此类设备具有均匀颜色和亮度。通常通过用相机测量每个个体LED的光输出或购买经专门测试的LED来完成的此类补偿通过简单地测量由来自该设备中的其他LED或来自附加光源的光在每个LED上感应的信号来执行。
所公开的实施例包括用于在设备(诸如灯、LED显示器、或LCD背光)的制造期间设置由一组LED产生的颜色或色温并在此类设备的工作寿命中维持此类颜色或色温的方法。这些方法涉及测量由一组LED内的每个LED产生的光的强度和波长并调节由每个LED生成的光量以从该组LED产生精确的颜色和强度。
给出了以光伏或光电导模式操作一些LED以测量由该组中的其他LED产生的光强度的两种方法。使用附加光源作为参考的第一种方法确定从每个LED发射的相对于此类参考的光强度，而第二种方法确定从每个LED发射的相对于彼此的光强度。因此，第一种方法可从每组LED产生精确颜色和强度，而第二种方法仅能产生精确颜色。
这两种强度测量方法通常包括两个步骤并且可用于在制造和寿命两者期间校准设备。图25A-D中解说的第一种方法的第一步骤和图27A-D中解说的第二种方法的第一步骤可在制造环境中在专用控制设备上执行，该专用控制设备使所有LED被手动调节成产生期望光强度。此类控制设备上的第一步骤的结果随后在产品设备上用在图26A-D中解说的第一种方法的第二步骤以及图28A-D中解说的第二种方法的第二步骤中以确定实际发射的光强度。
这两种强度测量方法还可用于随时间推移维持由一组LED产生的精确颜色以及来自各组LED的阵列(例如LED显示器、LCD背光、或LED灯中的像素)的均匀强度。这两种方法的第一步骤通常在一设备已在制造期间校准之后在此类设备上执行，而第二步骤以周期性间隔在现场执行。用于第一种强度测量方法的参考光源可以是环境光。
在所有情形中通过测量由来自其他LED以及在第一种方法中来自附加参考光源的光在该组LED内的最长波长LED中产生的光电流来测量发射强度。例如，在用于LED显示器或背光的LED阵列中，根据关于第一种方法所示的示例，一像素中的红色LED测量来自同一像素中的蓝色和绿色LED以及来自参考光源的光。接下来，毗邻像素中的红色LED测量来自第一红色LED以及参考光源的光。此类所测量的光可在制造期间从LED显示器的镜面反射或者从例如LED背光中的波导或漫射器反射。在现场，此类光可被LED包装或外壳或被任何其他装置散射。
在关于例如在LED灯中包括两个红色LED和一个白色LED的第二种方法所示的示例中，第一红色LED测量来自第二红色LED以及来自白色LED的光。接下来，来自第二LED的灯测量来自第一LED和来自白色LED的光。第一种和第二种强度测量方法两者皆可用于任何类型的产品中的任何LED组，这些方法之间的差异在于是否存在参考光源。第二种方法可用在LED显示器或背光中以通过跨此类LED阵列顺序地菊式链接各测量来从所有像素产生精确颜色和均匀强度。
这些示例强度测量方法被分成两个步骤，其测量已知良好测量与未知测量之间的相对强度差异。例如，在制造期间，测量具有期望输出强度的控制设备以确定相对光电流应当是什么。使用第一种方法，由来自其他LED的光在第一LED中产生的光电流与由参考光源在第一LED中产生的光电流之比生成用于第二步骤的系数。倘若第一和第二步骤中来自参考光源的强度之比是已知的，则可确定第二步骤中的未知LED强度。同样，使用第二种方法，由经校准控制设备中的两个其他LED在一个LED中感应的光电流之比生成用在第二步骤中的系数。在第二步骤中，与第一步骤的比率差异确定这两个LED之间的相对未知强度差异。
在随时间推移使用第一种或第二种方法来校准设备时，第一步骤确定光电流之比应当是什么，并且随时间推移，第二步骤确定光电流之比是什么。此类比率的改变确定实际发射强度的改变。由于仅将在一个时间测量的电流之比与另一时间的电流之比作比较，因而可抵消操作条件的任何变化。例如，此类测量独立于温度差异。
所给出的用于测量发射波长的方法用两种不同波长的光(诸如略高于和略低于预计峰值发射波长范围的光波长)来照明每个LED，并测量所得光电流。由于LED的响应性对于长于峰值发射波长的入射波长极大地下降，因此感应光电流的差异直接与峰值发射波长相关。图31A-C提供了作为入射波长的函数的LED响应性以及所得光电流差异的图形解说。
由于LED发射波长随时间不会显著变化，此类波长测量可仅在产品线上执行。如这两种发射强度方法中一样，此类波长测量应当首先在具有已知发射强度的控制设备上进行以校准生产测试设置。具有未知发射波长的设备的后续测量将相对于该控制设备结果。
一旦知道发射波长和发射强度或一组LED之间的相对发射强度，就可确定颜色校正系数，其调节来自一组LED内的每个LED的光的发射强度以便从此组LED产生精确颜色以及任选的精确强度。图29解说了用于实现这些校准方法的硬件。图30解说用于校正发射强度变化的颜色校正系数和硬件，而图32解说用于校正与LED显示器中的像素或LCD背光中的三元组相关联的红色、绿色和蓝色LED之间的发射强度和波长变化两者的此类系数和硬件。
尽管此类校准方法对于包含LED组的任何设备是恰当的，但尤其感兴趣的是使用场序色彩(FSC)的LCD。图33解说常规LCD的简化框图，而图34解说FSC LCD的此类图示。虽然常规LCD具有被特殊滤色片滤成红色、绿色和蓝色分量的白色背光，但FSC LCD消除了高成本的滤色片并以常规帧率的三倍或以上顺序进行每种颜色分量。此类FSC LCD需要红色、绿色和蓝色背光，且因此是本文描述的颜色校准方法的主要应用。
本文的改进方法解决了与直接使用不同彩色LED组或将其用作背光进行照明的设备相关联的问题。此类校准方法减少了对用于灯、显示器或背光生产的专门分级别的LED的需要，并且维持在设备的工作寿命中产生的光的颜色或色温。
在一个实施例中，本发明是一种用于光校准的方法，其包括：提供第一LED；使用第一LED接收来自光源的光；基于由第一LED接收的光确定来自第一LED或来自光源的发射特性；以及基于所确定的发射特性调节第一LED或光源的发射特性。此外，所确定的发射特性可以按需为强度或波长或这两者。
在进一步实施例中，本发明是一种用于光校准的方法，其包括：提供第一LED；使用第一LED接收来自光源的光；基于由第一LED接收的光确定来自第一LED或来自光源的发射特性；以及基于所确定的发射特性调节第一LED或光源的发射特性，其中该确定步骤确定强度作为发射特性。此外，该方法可包括基于所确定的强度发射特性调节第一LED或光源的输出强度。在进一步实施例中，第二LED作为光源。再进一步，该方法还可包括提供第三LED作为附加光源，使用第一LED还接收由第三LED发射的光，还基于由第一LED从第三LED接收的光确定第三LED的强度发射特性，以及基于所确定的强度发射特性调节第一LED、第二LED、第三LED或这三个LED的任何组合的输出强度。
在另一实施例中，该方法可包括测量由第二和第三LED在第一LED中感应的光电流之比以确定第二和第三LED的强度发射特性。在进一步实施例中，该方法还可包括使用第二LED接收由第一LED发射的光，基于由第二LED从第一LED接收的光确定第一LED的强度发射特性，使用第二LED接收由第三LED发射的光，基于由第二LED从第三LED接收的光确定第三LED的强度发射特性，以及基于所确定的强度发射特性调节第一LED、第二LED、第三LED或这三个LED的任何组合的输出强度。再进一步，该方法可包括测量由第二和第三LED在第一LED中以及由第一和第三LED在第二LED中感应的光电流之比以确定强度发射特性。在进一步实施例中，该方法可包括使用跨第一LED连接的电阻器从光电流产生电压。再进一步，该电阻器的电阻可以足够小，以使得光电流乘以该电阻充分小于第一LED的导通电压。
在进一步实施例中，第二和第三LED的输出强度在先前被调节以产生期望输出强度。再进一步，第二和第三LED的输出强度在先前使用分开的控制设备被调节，该控制设备包括具有已知输出强度的多个LED。再进一步，该方法可包括在第二和第三LED的输出强度可能已改变为未知强度的第二时间进行该确定步骤。
在附加实施例中，该方法可包括将由第二和第三LED在第一LED中感应的光电流之比与由控制设备上的第二LED和第三LED在该控制设备上的第一LED上感应的光电流之比作比较，该控制设备上的第一、第二和第三LED具有已知输出强度。再进一步，该方法可包括将在第二时间由第二和第三LED在第一LED上感应的光电流之比与针对已知强度的光电流之比作比较。
在进一步实施例中，第一、第二和第三LED分别为红色LED、红色LED和白色LED。再进一步，该方法可包括在LED灯内使用该第一、第二和第三LED。
在另一实施例中，该方法包括在LCD背光内使用该第一、第二和第三LED。
在进一步实施例中，该方法可被配置成在不同应用中操作。在一个实施例中，该方法可包括在LCD显示器内使用第一LED。在另一个实施例中，该方法可包括在有机LED显示器中使用第一LED。在另一个实施例中，该方法可包括在数字公告板中使用第一LED。在另一个实施例中，该方法可包括在投影仪中使用第一LED。
在另一实施例中，第一、第二和第三LED分别为红色LED、红色LED和绿色LED。在进一步实施例中，该方法包括使用第四蓝色LED作为光源，以及使用第一红色LED还确定第四蓝色LED的强度发射特性，其中第二红色LED、第三绿色LED和第四蓝色LED位于第一像素内并且其中第一红色LED位于毗邻像素中。
在另一个实施例中，本发明是一种用于光校准的方法，其包括：提供第一LED；使用第一LED接收来自光源的光；基于由第一LED接收的光确定来自第一LED或来自光源的发射特性；以及基于所确定的发射特性调节第一LED或光源的发射特性，且其中该方法还包括提供第二LED作为该光源，提供参考光源，以及使用第一LED接收来自第二LED和参考光源的光。再进一步，该方法可包括测量由第二LED和参考光源在第一LED中感应的光电流之比以确定发射特性。
在进一步实施例中，第二LED的输出强度在先前被调节以产生期望输出强度。再进一步，第二LED的输出强度在先前使用分开的控制设备被调节，该控制设备包括具有已知输出强度的多个LED。在进一步实施例中，该确定步骤在第二LED的输出强度可能已改变为未知强度的第二时间进行。再进一步，该方法可包括将期望光电流之比与由第二LED和参考光源在第一LED上感应的光电流之比作比较。
在另一个实施例中，本发明是一种用于光校准的方法，其包括：提供第一LED；使用第一LED接收来自光源的光；基于由第一LED接收的光确定来自第一LED或来自光源的发射特性；以及基于所确定的发射特性调节第一LED或光源的发射特性，其中该确定步骤确定波长作为发射特性。再进一步，该方法可包括基于所确定的波长发射特性来确定第一LED或光源的峰值发射波长。再进一步，该方法可包括提供参考光源作为该光源。再进一步，该方法可包括测量由参考光源在第一LED中感应的光电流。
在进一步实施例中，该方法包括使用跨第一LED连接的电阻器从光电流产生电压。再进一步，该电阻器的电阻足够小，以使得光电流乘以该电阻充分小于第一LED的导通电压。
在进一步实施例中，该方法可包括用参考光源产生具有大致为单个波长的光。在一个进一步实施例中，该单个波长比第一LED的发射波长要长。在另一个进一步实施例中，该单个波长比第一LED的发射波长要短。
在另一个进一步实施例中，该方法包括使用参考光源产生具有大致为第一波长的光，测量由第一波长的光在第一LED中感应的光电流，使用参考光源产生具有大致为不同于第一波长的第二波长的光，测量由第二波长的光在第一LED中感应的光电流，以及确定由第一和第二波长的光在第一LED中感应的光电流之比。再进一步，该方法可包括使用两个或更多个参考光源来产生不同波长的光。在进一步实施例中，第一LED的发射波长是已知的。再进一步，该方法可包括确定发射波长与光电流之比之间的关系。再进一步，该方法可包括提供第二LED，其中第二LED的发射波长是未知的。在进一步实施例中，该方法可包括用参考光源产生具有大致为第一波长的光，测量由第一波长的光在第二LED中感应的光电流，用参考光源产生具有大致为第二波长的光，测量由第二波长的光在第二LED中感应的光电流，以及确定由第一和第二波长的光在第二LED中感应的光电流之比，其中第二LED的未知波长被确定为等于第一LED的已知波长乘以由第一和第二波长的光在第一LED中感应的光电流之比除以由第一和第二波长的光在第二LED中感应的光电流之比。再进一步，该方法可包括使用两个或更多个参考光源来产生不同波长的光。
在另一个实施例中，本发明是一种用于光校准的系统，其包括：第一LED，其被配置成接收来自光源的光；以及控制电路，其被配置成基于由第一LED接收的光确定与第一LED或光源相关联的发射特性，以及被配置成基于所确定的发射特性调节第一LED或光源的发射特性。此外，所确定的发射特性可以按需为强度或波长或这两者。
在另一个实施例中，本发明是一种用于光校准的系统，其包括：第一LED，其被配置成接收来自光源的光；以及控制电路，其被配置成基于由第一LED接收的光确定与第一LED或光源相关联的发射特性，以及被配置成基于所确定的发射特性调节第一LED或光源的发射特性，其中所确定的发射特性是强度。再进一步，该控制电路还可被配置成基于所确定的强度发射特性调节第一LED或光源的输出强度。在进一步实施例中，该系统还包括第二LED作为光源。再进一步，该系统可包括第三LED，其中第一LED被配置成接收来自第二LED和第三LED的光，且其中该控制电路还被配置成确定与第三LED相关联的发射特性以及被配置成基于所确定的强度发射特性调节第一LED、第二LED、第三LED或这三个LED的任何组合的输出强度。
在另一实施例中，该控制电路还被配置成确定由第二和第三LED在第一LED中感应的光电流之比。再进一步，该系统可被配置成使得第二LED被配置成接收来自第一LED和第三LED的光，且其中该控制电路还被配置成基于由第二LED从第一和第三LED接收的光确定与第一和第三LED相关联的发射特性，且其中该控制电路还被配置成基于所确定的强度发射特性调节第一LED、第二LED、第三LED或这三个LED的任何组合的输出强度。再进一步，该控制电路还可被配置成确定由第一和第三LED在第二LED中感应的光电流之比。在进一步实施例中，该系统可包括跨第一LED连接的电阻器，其中该电阻器被配置成从光电流产生电压。再进一步，该电阻器的电阻可以足够小，以使得光电流乘以该电阻充分小于第一LED的导通电压。
在进一步实施例中，该控制电路可被配置成将第二和第三LED的强度发射特性与先前确定的期望强度发射特性作比较。再进一步，该控制电路还被配置成将在第一LED上感应的光电流之比与关联于期望强度发射特性的光电流之比作比较。
在进一步实施例中，第一、第二和第三LED分别为红色LED、红色LED和白色LED。再进一步，第一、第二和第三LED可驻留在LED灯中。
在另一实施例中，第一、第二和第三LED可驻留在LCD背光中。
在进一步实施例中，该系统可被配置成在不同应用中操作。在一个实施例中，第一LED可驻留在LCD显示器中。在另一个实施例中，第一LED可驻留在有机LED显示器中。在另一个实施例中，第一LED可驻留在数字公告板中。在另一个实施例中，第一LED可驻留在投影仪中。
在另一实施例中，第一、第二和第三LED分别为红色LED、红色LED和绿色LED。再进一步，该系统可包括第四蓝色LED，其中第一红色LED被配置成接收来自第四蓝色LED的光，其中该控制电路还被配置成确定第四蓝色LED的强度发射特性，其中第二红色LED、第三绿色LED和第四蓝色LED位于第一像素内并且其中第一红色LED位于毗邻像素中。
在另一个实施例中，本发明是一种用于光校准的系统，其包括：第一LED，其被配置成接收来自光源的光；以及控制电路，其被配置成基于由第一LED接收的光确定与第一LED或光源相关联的发射特性，以及被配置成基于所确定的发射特性调节第一LED或光源的发射特性，且其中该系统还包括第二LED作为该光源以及参考光源，其中第一LED被配置成接收来自第二LED和参考光源的光。再进一步，该控制电路可被配置成测量由第二LED和参考光源在第一LED中感应的光电流之比。再进一步，该控制电路可被配置成将第二LED的强度发射特性与先前确定的期望强度特性作比较。再进一步，该控制电路还可被配置成将期望光电流之比与由第二LED和参考光源在第一LED上感应的光电流之比作比较。
在另一个实施例中，本发明是一种用于光校准的系统，其包括：第一LED，其被配置成接收来自光源的光；以及控制电路，其被配置成基于由第一LED接收的光确定与第一LED或光源相关联的发射特性，以及被配置成基于所确定的发射特性调节第一LED或光源的发射特性，其中所确定的发射特性是波长。再进一步，该控制电路还可被配置成基于所确定的波长发射特性来确定第一LED或光源的峰值发射波长。再进一步，该光源可以是至少一个参考光源。再进一步，该控制电路可被配置成测量由参考光源在第一LED中感应的光电流。
在进一步实施例中，该系统可包括跨第一LED连接的电阻器，该电阻器被配置成从光电流产生电压。再进一步，该电阻器的电阻足够小，以使得光电流乘以该电阻充分小于第一LED的导通电压。
在进一步实施例中，该至少一个参考光源可被配置成产生具有大致为单个波长的光。在进一步实施例中，该单个波长可以比第一LED的发射波长要长。在另一个实施例中，该单个波长比第一LED的发射波长要短。
在另一实施例中，该至少一个参考光源可被配置成产生第一波长以及产生不同于第一波长的第二波长，且其中该控制电路被配置成测量由第一和第二波长的光在第一LED中感应的光电流，以及确定由第一和第二波长的光在第一LED中感应的光电流之比。再进一步，第一LED的发射波长可以是已知的。此外，该控制电路还可被配置成确定发射波长与光电流之比之间的关系。再进一步，该系统可包括第二LED，其中第二LED的发射波长是未知的。再进一步，该控制电路可被配置成测量由来自该至少一个参考光源的第一和第二波长的光在第二LED中感应的光电流，以及确定由第一和第二波长的光在第二LED中感应的光电流之比，其中第二LED的未知波长被确定为等于第一LED的已知波长乘以由第一和第二波长的光在第一LED中感应的光电流之比除以由第一和第二波长的光在第二LED中感应的光电流之比。
在另一个实施例中，本发明是一种用于校准光源的控制器，其包括：控制电路，其被配置成耦合至第一LED和第二LED，其中该控制电路还被配置成基于由第一LED接收的光确定与第一LED或第二LED相关联的发射特性；以及输出驱动器电路，其被配置成耦合至第一LED和第二LED，并且被配置成基于所确定的发射特性调节第一LED或第二LED的发射特性。再进一步，所确定的发射特性是强度。再进一步，该控制电路还可被配置成基于所确定的强度发射特性调节第一LED或第二LED的输出强度。
在进一步实施例中，该系统可包括第三LED，其中该控制电路还被配置成基于由第一LED从第三LED接收的光确定与第三LED相关联的发射特性，以及被配置成基于所确定的强度发射特性调节第一LED、第二LED、第三LED或这三个LED的任何组合的输出强度。再进一步，该控制电路还可被配置成确定由第二和第三LED在第一LED中感应的光电流之比以确定强度发射特性。
在进一步实施例中，第二LED可被配置成接收来自第一LED和第三LED的光，且该控制电路还可被配置成基于由第二LED从第一和第三LED接收的光确定与第一和第三LED相关联的发射特性，且其中该控制电路还被配置成基于所确定的强度发射特性调节第一LED、第二LED、第三LED或这三个LED的任何组合的输出强度。再进一步，该控制电路还可被配置成确定由第一和第三LED在第二LED中感应的光电流之比。
在另一个实施例中，本发明是一种用于校准光源的控制器，其包括：控制电路，其被配置成耦合至第一LED，其中该控制电路被配置成基于由第一LED从一个或更多个参考光源接收的光确定与第一LED相关联的发射特性；以及输出驱动器电路，其被配置成耦合至第一LED以基于所确定的发射特性调节第一LED的发射特性。再进一步，所确定的发射特性可以是波长。此外，该控制电路可被配置成基于所确定的波长发射特性来确定第一LED的峰值发射波长。在进一步实施例中，该控制电路可被配置成确定基于具有第一峰值发射波长的光以及基于具有第二峰值发射波长的光在第一LED中感应的光电流之比，该光由该一个或更多个参考光源发射并且第一和第二峰值发射波长是不同的。
如本文中所描述的，还可按需实现其他实施例和变化，并且也可利用相关的系统和方法。
在以下阐述的第四所公开实施例中，公开了可用于LCD(液晶显示器)背光、LED灯、或其他应用的照明设备以及相关系统和方法。照明设备可包括光检测器(诸如光电二极管或LED或者其他光检测设备)以及一个或更多个不同颜色的LED。可使用这些照明设备实现相关方法以维持由来自此类LED的混合发射产生的精确颜色。也可按需实现用于这些照明设备的其他方法、系统和应用。照明设备的一种应用是用于FSC(场序色彩)LCD(液晶显示器)的背光。FSC LCD通过在面板中顺序地加载图像的红色、绿色和蓝色像素数据并闪现RGB背光的不同颜色来在时间上混合图像中的各颜色。通过在每种颜色闪现时持续监视由每个照明设备中的不同彩色LED感应的光电流之比可有利地维持跨此类显示器的精确和均匀的色温。以下关于附图描述各个实施例。若需要，还可实现其他特征和变化，并且也可利用相关的系统和方法。
如以下进一步描述的，公开了包括具有不同发射波长的LED以及光检测器的照明设备的示例实施例。此外，公开了用于维持从照明设备中的LED组合发射的精确颜色和强度的方法。例如，所公开的实施例可用于使用FSC的LCD，其中通常在任何一个时间，来自一组红色、绿色和蓝色LED中的仅一种颜色LED发射光。此类实施例还可用于常规LCD背光和LED灯，其中所有LED通常同时发射但周期性地顺序进行各颜色以进行测量。各实施例还可按需用在其他系统和应用中。
在一个实施例中，如以下进一步描述的，包括红色、绿色和蓝色LED的照明设备中的光检测器可用于监视(例如，持续地、周期性地、等等)由每种颜色LED产生的光强度。例如，控制器(诸如控制器集成电路(IC))随后可使用该强度测量来维持由这些LED产生的固定混合颜色和强度。可由控制器IC执行以控制颜色的一种方法包括将由不同彩色LED在光检测器中感应的信号之比与期望比率作比较，例如，如本文中关于第三和第七实施例所描述的。期望比率可例如在照明设备或显示器的制造期间确定。应注意，光检测器可以是任何光检测设备，包括但不限于：硅光电二极管、分立LED、光检测LED或与发光LED之一集成在相同管芯上的光检测LED。因此，在以下针对光电二极管使用的讨论中，应理解，可使用其他光检测器来代替光电二极管，包括分立LED、光检测LED、与发光LED之一集成在相同管芯上的光检测LED、或某种其他光检测设备。
尽管该强度控制过程可如同颜色控制过程中那样持续地执行，但优选地也可响应于用户命令或上电而周期性地执行强度控制。也可按需应用其他控制时序。由于人眼对颜色变化比对强度变化敏感得多，因此较小的强度变化通常可被人眼容忍。
尽管本发明的一种主要应用是用于FSC LCD的背光，但许多其他应用(诸如固态照明和常规LCD)也可获益于所公开实施例。例如，在同一封装中将光检测器(诸如光电二极管或LED或其他光检测设备)与不同的彩色LED(包括白色)组合使得由每个此类LED产生的光能被准确测量，即使存在显著环境光或来自毗邻封装中的LED的光亦然。在一个实施例中，光电二极管使得能使用将电流注入此类光电二极管、测量正向电压、并从结果计算温度的公知技术来容易且准确地测量封装的温度并因此测量LED的温度。通过此类测量，可针对任何应用使用本文描述的方法准确地控制由此类照明设备产生的光的颜色和强度。光电流之比可用于控制由设备产生的光的相对强度并因此控制颜色，而针对温度进行补偿的绝对光电流可用于控制由设备产生的总体强度。
虽然本文描述的实施例适用于各种各样的应用，但是应注意，所公开实施例对于FSC LCD背光尤其有用，因为各颜色顺序进行且因此光检测器(例如，光电二极管、LED等)可监视由照明设备中的每个LED产生的光而无需修改显示器时序或光学器件。
在一个实施例中，本发明是一种设备，其包括：至少两个LED，其被配置成发射彼此不同波长的光；光检测器；以及控制器，其被配置成在第二LED不发射光的第一时间段期间使用第一LED发射光，被配置成在第一LED不发射光的第二时间段期间使用第二LED发射光，以及被配置成使用光检测器来检测在第一时间段期间由第一LED产生的光强度和检测在第二时间段期间由第二LED产生的光强度。在进一步实施例中，该控制器可被配置成使用由第一和第二LED在光检测器中感应的信号之比来确定由每个LED产生的光强度。再进一步，该控制器还可被配置成基于该强度确定来调节去往至少第一LED或第二LED的驱动电流。在进一步实施例中，该设备可包括至少三个LED，其中这些LED包括至少一个红色LED、至少一个绿色LED以及至少一个蓝色LED。
在进一步实施例中，该设备可被配置成在不同应用中操作。在一个实施例中，这些LED被配置成为LED灯提供光源。在另一个实施例中，这些LED被配置成为投影仪提供光源。在另一个实施例中，这些LED被配置成为数字公告板提供光源。在进一步实施例中，这些LED包括有机LED，且这些LED被配置成为有源矩阵有机LED显示器提供光源。在进一步实施例中，这些LED被配置成为液晶显示器(LCD)提供背光。在又一实施例中，这些LED被配置成为LCD提供背光，这些LCD被配置成在时间上混合颜色。在另一实施例中，这些LED被配置成为LCD提供背光，这些LCD被配置成顺序进行红色、绿色和蓝色图像数据场中的颜色。在另一实施例中，这些LED被配置成为不具有滤色片的LCD提供背光。
在进一步实施例中，该设备可包括光检测器，该光检测器包括硅光电二极管。此外，该硅光电二极管还被用于测量温度。再进一步，该硅光电二极管可以是集成电路的一部分。在集成电路上，该硅光电二极管可实现为P型衬底和N型扩散层之间的扩散结。在集成电路上，该硅光电二极管也可实现为N型衬底和P型扩散层之间的扩散结。在进一步实施例中，该硅光电二极管可通过PCB迹线或接合线连接至集成电路。
在另一实施例中，该集成电路可包括该控制器，且该控制器可被配置成产生用于第一和第二LED的驱动电流。再进一步，该集成电路可包括该控制器，且该控制器可被配置成测量在该硅光电二极管中感应的电流。再进一步，该集成电路可包括该控制器，且该控制器可被配置成既产生用于第一和第二LED的驱动电流又测量在硅光电二极管中感应的电流。
在进一步实施例中，该控制器还可被配置成在第一和第二LED不发射光时测量在硅光电二极管中感应的电流。再进一步，该控制器可被配置成在第一和第二LED不发射光时测量在该硅光电二极管中感应的电流，以及确定与在仅第一LED或第二LED发射光时测得的电流相比的差异。在再进一步实施例中，可将由第一和第二LED在该硅光电二极管中感应的电流之比与期望的电流之比作比较。此外，可部分地通过感应电流之比与期望的电流之比之间的差异来确定由LED产生的光强度。
在进一步实施例中，该设备包括被包含在封装内的第一和第二LED。此外，该封装可被配置成仅允许光从该封装的一个表面进入或离开该封装。在进一步实施例中，该设备可包括包围第一和第二LED的设备封装，其中第一和第二LED的负极连接在一起并连接至该封装的一个引脚。在进一步实施例中，该设备可包括包围第一和第二LED的设备封装，其中第一和第二LED的正极各自连接至该封装的至少一个引脚。
在进一步实施例中，该设备包括：至少两个LED，其被配置成发射彼此不同波长的光；包括LED的光检测器；以及控制器，其被配置成在第二LED不发射光的第一时间段期间使用第一LED发射光，被配置成在第一LED不发射光的第二时间段期间使用第二LED发射光，以及被配置成使用光检测器来检测在第一时间段期间由第一LED产生的光强度和检测在第二时间段期间由第二LED产生的光强度。在进一步实施例中，光检测LED被集成在与至少第一LED或第二LED相同的管芯上。
在另一实施例中，本发明是一种用于控制由发射不同波长上的光的至少两个LED产生的光的颜色的方法，其包括：从第一LED发射具有第一波长的光；从第二LED发射具有不同于第一波长的第二波长的光；响应于由第一LED发射的光从检测器生成第一信号；响应于由第二LED发射的光从检测器生成第二信号；确定第一与第二信号的比率；以及部分地基于该比率来调节去往第一和第二LED中的至少一个的平均驱动电流。此外，该光检测器以及第一和第二LED被包括在相同的封装内。再进一步，该方法可包括在第二LED不发射光的时间期间用第一LED发射光，以及在第一LED不发射光的时间期间用第二LED发射光。再进一步，该方法可包括在调节该平均驱动电流之前将该比率与期望比率作比较并基于比较步骤的结果来执行该调节步骤。
在另一实施例中，本发明是一种用于控制由LED产生的光强度的方法，其包括：用光电二极管使用由LED在光电二极管上感应的信号来测量来自该LED的光；使用光电二极管作为温度传感器来测量光电二极管的温度；以及基于由该LED在光电二极管上感应的信号以及光电二极管的温度来调节由该LED产生的光。此外，该光电二极管和LED可被包括在相同的封装内。再进一步，该光电二极管可包括硅。再进一步，该方法可包括迫使不同电流通过该光电二极管以确定温度。
在进一步实施例中，本发明是一种用单个电流源和多个电源来驱动多色LED的方法，其包括：提供多个不同颜色的LED，每个LED具有负极和正极，其中这些不同颜色的LED的负极耦合在一起并耦合至电流源，且其中这些不同颜色的LED中的每一个LED的正极耦合至多个不同电源之一；以及对这多个不同电源定序，以使得在任何一个时间仅一个电源向这些不同颜色的LED之一供电。再进一步，该方法可包括提供至少三个不同颜色的LED，这些不同颜色的LED被配置成发射包括红色、绿色和蓝色的颜色。再进一步，该方法可包括在用于LCD显示器的背光中利用这些不同颜色的LED。再进一步，该方法可包括随LCD显示器利用场序色彩。
在进一步实施例中，本发明是一种用于控制由发射不同波长上的光的至少两个LED产生的光的颜色的系统，其包括：配置成发射不同波长上的光的第一LED和第二LED；检测器，其被配置成接收来自第一LED和第二LED的光以及基于由第一LED发射的光生成第一信号并基于由第二LED发射的光生成第二信号；以及控制电路，其被配置成确定第一与第二信号的比率并部分地基于该比率来调节去往这些LED中的至少一个LED的平均驱动电流。此外，该光检测器和这些LED可被包括在相同的封装内。再进一步，第一LED可被配置成在第二LED不发射光的时间期间发射光，以及第二LED被配置成在第一LED不发射光的时间期间发射光。再进一步，该控制电路还可被配置成将该比率与期望比率作比较以确定对平均驱动电流的调节。
在进一步实施例中，本发明是一种用于控制由LED产生的光强度的系统，其包括：配置成产生光的LED；光电二极管，其被配置成接收来自该LED的光；以及控制电路，其被配置成利用光电二极管来确定对由来自该LED的光在该光电二极管上感应的信号的测量，使用光电二极管确定温度测量，以及基于由来自该LED的光在该光电二极管上感应的信号以及该光电二极管的温度来调节由该LED产生的光。再进一步，该光电二极管和LED可被包括在相同的封装内。此外，该光电二极管可包括硅。再进一步，可迫使不同电流通过该光电二极管以确定温度。
在另一实施例中，本发明是一种用单个电流源和多个电源来驱动多色LED的系统，其包括：多个不同颜色的LED，每个LED具有负极和正极，其中这些负极被耦合在一起而这些正极不被耦合在一起；电流源，其耦合至这多个不同颜色的LED的负极；多个不同电源，这些不同电源中的每个电源耦合至这多个不同颜色的LED的不同正极；以及供电电路，其被配置成对这多个不同电源定序，以使得在任何一个时间这多个不同电源中仅一个电源被配置成向这多个不同颜色的LED之一供电。再进一步，这多个不同颜色的LED包括至少三个不同颜色的LED，其被配置成发射包括红色、绿色和蓝色的颜色。在进一步实施例中，这多个不同颜色的LED驻留在用于LCD显示器的背光中。在又一实施例中，这多个不同颜色的LED驻留在用于配置成使用场序色彩的LCD显示器的背光中。
在另一个实施例中，本发明是一种用于控制从设备发射的光的控制器，其包括：控制电路，其被配置成在第二LED不发射光的第一时间段期间使用第一LED来发射光，并且被配置成在第一LED不发射光的第二时间段期间使用第二LED来发射光；以及测量电路，其被配置成耦合至光检测器以检测在第一时间段期间由来自第一LED的光在该光检测器上感应的第一信号以及检测在第二时间段期间由来自第二LED的光在该光检测器上感应的第二信号。在进一步实施例中，使用第一与第二信号的比率来确定由每个LED产生的光强度。再进一步，该控制器包括耦合至测量电路的光检测器。此外，该光检测器可以是LED。再进一步，该光检测器可以是硅光电二极管。此外，该硅光电二极管还可被用于测量温度。再进一步，该控制电路、测量电路和硅光电二极管可被包括在相同的集成电路中。在再进一步实施例中，该控制电路可被配置成将该比率与期望比率作比较。
在另一个实施例中，本发明是一种设备，其包括：第一LED，其被配置成发射第一波长的光；以及光检测器，该光检测器包括与第一LED集成在相同管芯上的光检测LED。在进一步实施例中，该设备包括：第二LED，其被配置成发射与第一波长不同的第二波长上的光；以及控制器，其被配置成在第二LED不发射光的第一时间段期间使用第一LED发射光，被配置成在第一LED不发射光的第二时间段期间使用第二LED发射光，以及被配置成使用该光检测器来检测在第一时间段期间由第一LED产生的光强度以及检测在第二时间段期间由第二LED产生的光强度。再进一步，该控制器可被配置成使用由第一和第二LED在该光检测器中感应的信号之比来确定由每个LED产生的光强度。在另一实施例中，这些LED被配置成驻留在用于液晶显示器(LCD)的背光中。在另一实施例中，这些LED被配置成驻留在用于LCD的背光中，这些LCD被配置成在时间上混合颜色。在再进一步实施例中，这些LED被配置成驻留在用于LCD的背光中，这些LCD被配置成顺序进行红色、绿色和蓝色图像数据场中的颜色。在再进一步实施例中，这些LED被配置成驻留在用于不具有滤色片的LCD的背光中。在进一步实施例中，该设备包括至少三个LED，其中这些LED包括至少一个红色LED、至少一个绿色LED以及至少一个蓝色LED。
如本文中所描述的，还可按需实现其他实施例和变化，并且也可利用相关的系统和方法。
在以下阐述的第六实施例中，公开了用于可见光通信的系统和方法。部分地，公开了可用于一般照明、照明控制系统、或其他应用的照明设备以及相关系统和方法。照明设备利用一个或更多个同步时序信号来同步(优选地同步至AC电网)，从而产生时分复用信道，可由正产生照明的相同光源在该时分复用信道中光学地传达控制信息。此类照明设备优选地包括用于产生照明、传送数据、检测环境光、以及接收数据的LED，但可以使用其他光源和检测器。用于此类通信的物理层可与来自媒体接入(MAC)层和更高层的各种协议(诸如ZigBee)联用。以下关于附图描述各个实施例。若需要，还可实现其他特征和变化，并且也可利用相关的系统和方法。
在某些实施例中，本文描述的可见光通信技术可结合用于LED灯的现有电子器件使用以实现各种有利的照明控制系统和特征，诸如以非常低的附加成本进行灯中的遥控、日光采集、调度、以及占用性感测是可能的。这些照明控制系统还允许多个照明设备彼此通信、与遥控器通信以及与中央控制器通信。此外，本文描述的技术也可按需由单个照明设备和控制器、或其他设备和应用使用。具体地，具有常闭光源的由AC电网供电的控制器可向一个或更多个LED灯传达信息，诸如调光水平和颜色设置。不同于本文描述的技术，常规照明的控制通常由分开的电子单元执行，这些电子单元通过导线或无线电彼此通信，这增加了成本和复杂性。
本文描述的照明设备优选地包括锁相环(PLL)，其锁相至AC电网并产生用于操作这些设备的同步时序信号。由于照明系统中的其他照明设备例如锁相至相同的AC电网信号，因此所有此类设备精确地具有相同的内部时序。通过此类同步时序，可形成所有设备能在其间通信的通信信道。同样，由于此类信道内的数据通信的比特级时序被精确地同步，并且由于收到数据时序是已知的，因而接收机内的数据恢复容易得多。
通信信道是优选地横跨AC电网周期(对于60Hz为16.67毫秒)的分数的时隙，一组设备的所有成员在该时隙期间停止产生照明。通信协议(诸如ZigBee)中的较高层可动态地指派个体设备以在不同信道上通信。在此类时隙期间，可在此类成员之间光学地传达信息，此时一个成员产生用数据调制的光。在不传达数据的此类时隙期间，可测量环境光以用于日光采集应用以及用于改善接收机灵敏度。
优选地，照明设备包括用于照明以及用于传送和接收数据的LED以使成本最小化并使接收机灵敏度最大化。由于包括覆盖有荧光粉的蓝色LED的白色LED对收到光具有较差敏感度，因此照明设备优选地包括具有不同颜色的LED以产生期望白光。可能的组合包括白色和红色，或者红色、黄色、绿色和蓝色，但是可包括任何组合或甚至单种颜色，倘若照明设备中的至少一个LED优选地不涂荧光粉。优选地，照明设备包括红色LED以获得最佳接收机灵敏度。在将此处描述的系统和方法与本文针对使用LED的校准设备描述的附加实施例中描述的(诸如本文关于第二实施例、第三实施例、第七实施例和第八实施例描述的)那些系统和方法相组合的灯中，能减少或消除控制多色LED的附加成本。这些实施例部分地描述了用于精确地控制由不同彩色LED的组合(诸如白色和红色，或者红色、黄色、绿色和蓝色)产生的光的颜色的技术，并且可以这样做而无需附加的光检测器或温度传感器，藉此使此类实现更具成本效率。
通信信道中的消息优选地在整个物理层数据帧上在连续时隙中每次发送几个字节。此类数据帧包括MAC层数据帧、接着是附加物理层信息，其中物理层数据帧的大部分通过公知方法加扰以移除DC内容。MAC层数据帧可遵循任何协议，包括ZigBee。
本文公开的系统和方法部分地通过以减少的成本和/或相对不明显的附加成本为照明控制系统提供物理层来解决现有系统的问题。有利地，本文描述的照明系统中的照明设备和其他设备可使用为照明已经需要的设备来通信。
在一个实施例中，本发明是一种照明设备，其包括：光源；光检测器；以及控制器，其被配置成与第二照明设备同步地使用该光检测器来光学地接收数据。此外，该控制器还可被配置成与第二照明设备同步地光学地传送数据。再进一步，该光源可包括一个或更多个光源LED，且这些光源LED中的至少一个LED可被配置成用于光学地传送数据。再进一步，该光检测器可以是一个或更多个检测器LED，且这些检测器LED中的至少一个LED可被配置成用于接收数据。在进一步实施例中，这些光源LED中的至少一个LED还被配置成用作检测器LED。
在进一步实施例中，该照明设备耦合至AC电网，并且该照明设备被配置成使用AC电网与第二照明设备同步。再进一步，该光源可被配置成与AC电网同步地周期性地关闭以产生用于传达数据的时隙。另外，该光源可包括一个或更多个LED。此外，这一个或更多个LED中的至少一个LED可用于在该时隙期间作为光检测器来接收光数据。再进一步，该照明设备还可包括硅光电二极管，且该硅光电二极管可被配置成在该时隙期间作为光检测器来接收光数据。再进一步，该控制器还可被配置成与第二照明设备同步地使用该光源来光学地传送数据，且其中这一个或更多个LED中的至少一个LED还被配置成用于在该时隙期间光学地传送数据。再进一步，该光检测器可被配置成用于在该时隙期间测量环境光。此外，可在多个时隙中作出多个环境光测量，且可从当前测量中减去来自先前时隙的环境光测量。此外，该光源的亮度可被配置成基于环境光测量来调节。
在进一步实施例中，该照明设备还包括配置成锁相至AC电网的锁相环(PLL)。此外，该PLL可被配置成产生比特时钟，该比特时钟用于提供用于在该时隙中传达数据的时序。再进一步，该照明设备可包括配置成传送数据的物理层接口(PLI)，其中该PLI还被配置成在该时隙期间与该比特时钟同步地传送数据比特。再进一步，该照明设备可包括配置成接收数据的物理层接口(PLI)，其中该PLI还被配置成在该时隙期间与该比特时钟同步地接收数据比特。
在另一实施例中，用于该照明设备的光源可被配置成以与该时隙不同的相位与AC电网同步地关闭以产生第二通信信道。再进一步，该光源可被配置成以与该时隙有不同相位差异地与AC电网同步地关闭从而产生三个或更多个相对于AC电网具有彼此不同的相位的不同通信信道。
在进一步实施例中，该照明设备可包括跨该至少一个LED的负极和正极耦合的电阻器，以使得该电阻器被配置成从该LED上的入射光产生电压。再进一步，该照明设备可包括多个串联的LED和电阻器，其被配置成从入射光提供比由单个LED和电阻器能产生的的电压有更大幅度的电压。再进一步，所检测的入射光可以是环境光。再进一步，入射光可包括用数据调制的光。
在进一步实施例中，本发明是一种系统，其包括：第一照明设备，其具有配置成光学地传达数据的控制器；以及第二照明设备，其具有配置成光学地传达数据的控制器；其中第一和第二照明设备被配置成彼此同步地光学地传达数据。此外，第一和第二照明设备可耦合至AC电网，第一照明设备可包括第一光源，第二照明设备可包括第二光源，且第一和第二照明设备可被配置成与AC电网同步地周期性地关闭第一光源和第二光源以产生用于传达数据的第一时隙。再进一步，至少第一光源或第二光源可以是LED。再进一步，该LED还可被配置成传送数据。该LED还可被配置成使该LED接收光学地传送的数据。再进一步，第一照明设备或第二照明设备还可包括光电二极管，该光电二极管被配置成接收光学地传送的数据。
在进一步实施例中，该系统包括第一照明设备内的第一锁相环(PLL)以及第二照明设备中的第二PLL，其中第一和第二PLL被配置成锁相至AC电网。再进一步，第一和第二照明设备可各自被配置成将数据通信的比特时序同步至AC电网。
在进一步实施例中，该系统包括配置成彼此同步地光学地传达数据的第三照明设备和第四照明设备，其中第三和第四照明设备耦合至AC电网，其中第三照明设备包括第三光源，其中第四照明设备包括第四光源，且其中第三和第四照明设备被配置成与AC电网同步地周期性地关闭第三光源和第四光源以产生与第一时隙不交迭的用于传达数据的第二时隙。再进一步，第一和第二照明设备可被配置成在第一时隙期间传达光数据，而第三和第四照明设备可被配置成在第二时隙期间传达光数据。
在进一步实施例中，本发明是一种用于在照明设备之间进行数据通信的方法，其包括：提供第一照明设备和第二照明设备；以及在第一照明设备和第二照明设备之间彼此同步地光学地传达数据。再进一步，该方法可包括与AC电网同步地周期性地关闭第一照明设备内的第一光源和第二照明设备内的第二光源以产生用于在第一和第二照明设备之间传达数据的第一时隙。在进一步实施例中，第一光源或第二光源包括LED。此外，该方法可包括用该LED来传送数据，并且该方法可包括使用该LED来接收光学地传送的数据。在进一步实施例中，至少第一光源或第二光源包括光电二极管，且该方法包括使用该光电二极管来接收光学地传送的数据。
在另一实施例中，该方法可包括利用第一照明设备内的第一锁相环(PLL)来锁相至AC电网以及利用第二照明设备中的第二PLL来锁相至AC电网。此外，该方法可包括将第一和第二照明设备之间的数据通信的比特时序同步至AC电网。
在进一步实施例中，该方法可包括提供第三照明设备和第四照明设备，在第三照明设备和第四照明设备之间彼此同步地光学地传达数据，以及与AC电网同步地周期性地关闭第三照明设备内的第三光源和第四照明设备内的第四光源以产生与第一时隙不交迭的用于传达数据的第二时隙。此外，该方法可包括在第一时隙期间在第一和第二照明设备之间传达光数据，以及在第二时隙期间在第三和第四照明设备之间传达光数据。
如本文中所描述的，还可按需实现其他实施例和变化，并且也可利用相关的系统和方法。
在以下阐述的第七所公开实施例中，公开了用于光源的系统和方法，其使用一个或更多个彩色LED的光敏性来确定白光源或其他广谱光发射器的发射谱的至少一部分。如本文描述的，白色LED或其他广谱光发射器可按需被用作光源，而相同的一个或更多个彩色LED或不同LED可按需被用于发射光并调节由该光源产生的颜色点。所公开实施例的应用包括但不限于一般照明、LCD背光、投影仪、以及直接发射显示器，诸如OLED和数字公告板。以下关于附图描述各个实施例。若需要，还可实现其他特征和变化，并且也可利用相关的系统和方法。
一个实施例包括用于在设备(诸如LED灯、显示器背光、投影仪、数字公告板、或AMOLED(有源矩阵OLED)显示器)的制造期间结合一个或更多个彩色或基本单色的LED来设置由基本白色的光源(诸如涂荧光粉的蓝色LED)、或某种其他广谱光发射器产生的精确色温，以及用于随此类设备的工作寿命维持该色温的方法和系统。该方法涉及使用一个或更多个彩色LED作为波长选择性光传感器来分析白光源或广谱光发射器的光谱的一部分，并随后使用此类彩色LED(或按需使用一个或更多个附加的不同LED)来发射光，藉此调节由该白光源和彩色LED的组合产生的光的颜色。这些LED允许基于关于广谱光发射器的光谱的诸部分作出的检测按需调节光源的颜色点。各实施例还包括包含白光源和彩色LED的光源，其可以是例如数字公告板或AMOLED中的像素，或用于灯、背光、或投影仪的整个光源。
所公开实施例适用于任何广谱光发射器和/或基本白色的光源以及任何数目的彩色LED。然而，尤其感兴趣的并且以下更详细地描述的是红色、绿色、蓝色和白色LED的组合。在此类示例解说中，红色、绿色和蓝色LED通过每个LED作为不同波长选择性光检测器工作来分析由白色LED产生的光谱。蓝色LED测量白色LED光源的光谱的蓝色部分，绿色LED测量该白色LED光源的光谱的绿色加蓝色部分，而红色LED基本上测量该白色LED光源的整个光谱，重点是红色和绿色部分。在此类光谱分析之后，红色、绿色和蓝色LED发射光，其强度被调节成当与由该白色LED产生的光组合时产生期望颜色点。
为了减少尤其是由于LED对入射光的响应性变化造成的光测量误差，进一步的实施例创建了由白色LED和其他LED在每个LED上感应的信号之比，这些信号之比被用于确定每个LED的相对亮度以产生期望颜色点。举例而言并且如本文的一个示例中描述的，相对于蓝色LED的亮度来确定由红色、绿色和蓝色LED过滤的白色LED的光谱的亮度。此外，相对于蓝色LED的亮度来确定绿色和红色LED的亮度。随后可将所有此类相对亮度水平与红色、绿色和蓝色LED以及由白色LED产生的三个不同光谱带之间的期望相对亮度水平作比较，并且红色、绿色和蓝色LED的亮度可被调节以从所有4个LED产生期望颜色点。
在此处并且还关于本文描述的附加实施例(例如，关于第三实施例)公开了用于使用测得光比率的方法。所公开实施例包括对基本白色光的光谱分析以补偿在此类白光源的发射中的光谱变化。本文描述的方法与测量所发射光的比率、进一步将此类比率与期望比率作比较、以及响应于此类比率进一步调节由各LED产生的亮度相关联。
具体涉及到涂荧光粉的白色LED，所公开实施例的另一方面补偿在制造期间各白色LED之间的常见变化以及在特定LED中随时间发生的变化。由蓝色LED产生的不被荧光粉吸收的蓝色光的量相对于由荧光粉发射的光量在制造期间随荧光粉厚度和均匀性而变化以及随时间推移随荧光粉降级而变化。通过本文描述的方法，可确定蓝色光量相对于由白色LED产生的经荧光粉转换的光量，并且可调节由相关联的红色、绿色和蓝色LED或例如仅红色和绿色LED产生的光量以补偿此类比率与期望比率之差。
本文描述的校准方法和装置解决了直接使用各组不同彩色LED或将其用作照明背光的设备的问题。此类校准方法减少了对用于灯、显示器或背光生产的专门分级别的LED的需要，并且维持在设备的工作寿命中产生的光的颜色或色温。
在一个实施例中，本发明是一种具有可调颜色点的光源，其包括：广谱光发射器；LED，其峰值发射波长在该广谱光发射器的光谱内；以及控制器，其被配置成使用该LED来测量该广谱光发射器的光谱的一部分以及使用该LED来产生照明以调节该光源的颜色点。在进一步实施例中，该LED是第一LED，且该光源还包括第二LED，并且该控制器被配置成将由来自该广谱光发射器的光在第一LED上感应的信号与由来自第二LED的光在第一LED上感应的信号作比较。在进一步实施例中，该广谱光发射器是白色LED。白色LED可包括蓝色LED，且白色LED可包括用于将光从一个波长转换成其他波长的材料。再进一步，用于将光从一个波长转换成其他波长的材料可与蓝色LED物理接触。
在进一步实施例中，第二LED的峰值发射波长在该白色LED的光谱内。再进一步，第二LED的峰值发射波长可短于第一LED的峰值发射波长。此外，该控制器还可被配置成将由第一LED响应于来自白色LED的光产生的信号与由第一LED响应于来自第二LED的光产生的信号相组合以产生比率，且其中该控制器还被配置成将该比率与期望比率作比较。再进一步，该控制器可被配置成调节由该广谱光发射器和由第一LED产生的相对光强度，从而该比率和期望比率基本相等。再进一步，第一LED可以是绿色而第二LED可以是蓝色。
在进一步实施例中，该光源可包括第三LED，其峰值发射波长比第一LED的峰值发射波长要长。再进一步，该控制器还可被配置成将由第三LED响应于来自白色LED的光产生的信号与由第三LED响应于来自第一LED或第二LED的光产生的信号相组合以产生比率，且其中该控制器还可被配置成将该第二比率与期望比率作比较。再进一步，该控制器还可被配置成调节由该光源以及第一LED或第三LED或者第一LED和第三LED两者产生的相对光强度，以使得该比率和期望比率基本相等。
在另一个实施例中，本发明是一种用于调节光源的颜色点的方法，其包括：用广谱光发射器发射光的光谱；使用LED来测量该广谱光发射器的光谱的一部分，该LED的峰值发射波长在该广谱光发射器的光谱内；以及使用该LED来产生照明以调节该光源的颜色点。此外，该方法可包括将由来自该广谱光发射器的光在第一LED上感应的信号与由来自第二LED的光在第一LED上感应的信号作比较。再进一步，该广谱光发射器是白色LED。白色LED可包括蓝色LED，且白色LED可包括用于将光从一个波长转换成其他波长的材料。再进一步，用于将光从一个波长转换成其他波长的材料可与蓝色LED物理接触。
在进一步实施例中，该方法可包括使用具有在该白色LED的光谱内的峰值发射波长的第二LED。再进一步，第二LED的峰值发射波长可短于第一LED的峰值发射波长。在进一步实施例中，该方法可包括将由第一LED响应于来自该白色LED的光产生的信号与由第一LED响应于来自第二LED的光产生的信号相组合以产生比率，以及将该比率与期望比率作比较。再进一步，该方法可包括调节由该光源和由第一LED产生的相对光强度，从而该比率和期望比率基本相等。在进一步实施例中，第一LED可以是绿色而第二LED可以是蓝色。
在另一实施例中，该方法可包括提供第三LED，其峰值发射波长比第一LED的峰值发射波长要长。此外，该方法可包括将由第三LED响应于来自该白色LED的光产生的信号与由第三LED响应于来自第一LED或第二LED的光产生的信号相组合以产生比率，以及将该第二比率与期望比率作比较。再进一步，该方法可包括调节由该光源和第一LED或者由该光源和第三LED或者由该光源和第一和第三LED产生的相对光强度，以使得该比率和期望比率基本相等。
在进一步实施例中，本发明是一种用于具有可调颜色点的光源的控制器，其包括：控制电路，其被配置成耦合至广谱光发射器和LED，该LED的峰值发射波长在该广谱光发射器的光谱内，其中该控制电路被配置成使用该LED来测量该广谱光发射器的光谱的一部分；以及输出驱动器电路，其被配置成耦合至该广谱光发射器和该LED以及使用调节LED来调节来自该广谱光发射器和该调节LED的光的颜色点。在进一步实施例中，该LED是第一LED，且该控制电路还被配置成耦合至第二LED，其中该控制电路还被配置成将由来自该广谱光发射器的光在第一LED上感应的信号与由来自第二LED的光在第一LED上感应的信号作比较。
在进一步实施例中，该控制电路还可被配置成将由第一LED响应于来自该广谱光发射器的光产生的信号与由第一LED响应于来自第二LED的光产生的信号相组合以产生比率，且其中该控制电路还被配置成将该比率与期望比率作比较。再进一步，其中该控制器还被配置成调节由该广谱光发射器和由第一LED产生的相对光强度，从而该比率和期望比率基本相等。
如本文中所描述的，还可按需实现其他实施例和变化，并且也可利用相关的系统和方法。
附图说明
在阅读不同的相关实施例的以下详细描述并参照附图时，其他目的和优点将变得明显。应注意，关于附图描述了多个不同的相关实施例。
图1(指示器和显示器系统)是显示器和指示器的示例性系统图。
图2(系统通信协议)是示例性系统通信协议。
图3(OLED显示器框图)是有机LED(OLED)显示器的示例性框图。
图4(OLED像素框图)是OLED像素的示例性框图。
图5(OLED子像素和电流感测电路图)是OLED子像素和电流感测电路的示例性电路图。
图6(OLED显示器时序)是示例性OLED显示器时序图。
图7(LED显示器架构)是示例性LED显示器架构。
图8(驱动器IC框图)是示例性LED驱动器IC框图。
图9(LED显示器时序)是示例性LED显示器时序图。
图10(LED驱动器IC时序)是示例性LED驱动器IC时序图。
图11(带有LED背光的LCD显示器框图)是带有LED背光的示例性LCD框图。
图12(LCD像素和驱动器电路图)是示例性LCD像素和驱动器电路图。
图13(LCD和背光时序)是示例性LCD和背光时序解说。
图14(显示器校准系统)是显示器校准系统的示例性系统图。
图15(OLED显示器框图)是OLED显示器的示例性框图。
图16(OLED像素框图)是OLED像素的示例性框图。
图17(OLED子像素和电流感测电路图)解说了示例性OLED子像素和电流感测电路图。
图18(LED显示器架构)是示例性LED显示器架构。
图19(驱动器IC框图)是示例性驱动器IC框图。
图20(强度校正矩阵框图)是示例性强度校正矩阵框图。
图21(强度和波长校正矩阵框图)是示例性强度和波长校正矩阵框图。
图22(IV感测框图)是示例性电流和电压感测框图。
图23(带有LED背光的LCD显示器框图)是带有LED背光的示例性LCD显示器框图。
图24(LCD像素和驱动器电路图)是示例性LCD像素和驱动器电路图。
图25A-D解说了用于使用一组LED的光敏性和附加光源来确定从此类LED发射的光功率的示例性方法中的第一步骤。
图26C-D解说了用于使用一组LED的光敏性和附加光源来确定从此类LED发射的光功率的示例性方法中的第二步骤。
图27A-D解说了用于使用一组LED的光敏性但不用附加光源来确定从此类LED发射的相对光功率的示例性方法中的第一步骤。
图28A-D解说了用于使用一组LED的光敏性但不用附加光源来确定从此类LED发射的相对光功率的示例性方法中的第二步骤。
图29是用于实现图25A-D、26A-D、27A-D和28A-D中解说的方法的电路的示例性框图。
图30是补偿LED强度变化的颜色校正矩阵的示例性框图。
图31A-C解说了用于通过测量LED的光敏性来确定由该LED产生的光的峰值发射波长的示例性方法。
图32是补偿LED强度和波长变化的颜色校正矩阵的示例性框图。
图33是典型LCD的简化示例框图。
图34是场序色彩(FSC)LCD的简化示例框图。
图35是使用集成到LED控制器中的硅光电二极管或其他光检测设备来测量由红色、绿色和蓝色LED产生的光的照明设备的机械绘图。
图36是带有集成光电二极管的示例性LED控制器的框图。
图37是使用集成光电二极管的示例性温度和光电二极管电流测量电路的框图。
图38是显示器背光中具有集成光电二极管的多个照明设备的示例性连接图。
图39描绘了对具有集成光电二极管的照明设备的供电以及从该照明设备的光输出的时序图。
图40是使用分立的硅光电二极管或其他光检测设备来测量由红色、绿色和蓝色LED产生的光的照明设备的机械绘图。
图41是使用分立的光电二极管来测量来自LED的光的示例性LED控制器的框图。
图42是使用分立光电二极管的示例性温度和光电二极管电流测量电路的框图。
图43是显示器背光中具有分立光电二极管的多个照明设备的示例性连接图。
图44描绘了对具有分立光电二极管的照明设备的供电以及从该照明设备的光输出的时序图。
图45是示例性颜色调节电路的框图。
图46是示例性矩阵乘法电路的框图。
图47是典型LCD的简化示例框图。
图48是场序色彩(FSC)LCD的简化示例框图。
图49是照明设备和遥控器的示例性系统图。
图50是可由示例性照明设备执行的功能的示例性列表。
图51是照明设备和遥控器之间的数据通信的示例性时序图。
图52是用于在照明设备和遥控器之间传递数据的比特时序和编码方案的示例性时序图。
图53是示例性照明设备框图。
图54是包括照明设备和遥控器的照明系统的示例性图示。
图55是在照明系统内通信的示例性时序图。
图56是用于与照明系统传达数据的示例性数据帧的图示。
图57是照明设备的示例性框图。
图58是照明设备内的接收机模块的示例性框图。
图59是照明设备内的PLL和时序模块的示例性框图。
图60是示例性的详细接收时序图。
图61是用于设置和维持由红色、绿色、蓝色和白色LED发射的精确颜色的颜色校准电路的示例性框图。
图62是用于感测来自LED的光电流的电路的示例性框图。
图63解说了红色、绿色、蓝色和白色LED的示例性发射谱。
图64解说了白色LED发射谱中的示例性差异。
图65解说了红色、绿色和蓝色LED在作为光检测器操作时的示例性光谱特性。
图66A-D解说了用于设置和维持由红色、绿色、蓝色和白色LED发射的精确颜色的示例性方法中的示例性第一步骤。
图67A-D解说了用于设置和维持由红色、绿色、蓝色和白色LED发射的精确颜色的示例性方法中的替换示例性第一步骤。
图68A-D解说了用于设置和维持由红色、绿色、蓝色和白色LED发射的精确颜色的示例性方法中的替换示例性第二步骤。
图69A-D解说了用于设置和维持由红色、绿色、蓝色和白色LED发射的精确颜色的示例性方法中的替换示例性第三步骤。
图70是解说用于设置和维持由红色、绿色、蓝色和白色LED发射的精确颜色的示例性方法中的示例性颜色调节步骤的颜色图。
图71是用于测量从LED发射的光功率的示例性框图。
图72是用于用另一LED测量从一LED发射的光功率的示例性电路图。
图73A-C解说了用于使用一组LED的光敏性来近似地确定从此类LED发射的光功率的示例性方法。
图74A-D解说了用于使用光源作为参考来确定从一组LED发射的光功率的示例性方法。
图75A-F解说了用于提高图3中解说的方法的准确性的示例性方法。
图76A-D解说了用于相对于彼此确定从一组LED发射的光功率的示例性方法。
图77是用于实现图73A-C、74A-D、75A-F和76A-D中解说的方法的电路的示例性框图。
图78是补偿LED强度变化的颜色校正矩阵的示例性框图。
图79A-C解说了用于通过测量LED的光敏性来确定由该LED产生的光的峰值发射波长的示例性方法。
图80是补偿LED强度和波长变化的颜色校正矩阵的示例性框图。
虽然各实施例容许各种修改和替换形式，但其具体实施例作为示例在附图中示出且将在本文中详细描述。然而应理解，附图及其详细描述并不旨在将本发明限制为所公开的特定形式，相反，本发明意在覆盖落在本发明实施例的精神和范围内的所有修改、等效方案以及替换方案。
实施例详细描述
本文中描述利用发光二极管(LED)来发射光、接收来自光源的光、检测光发射以及用于各种其他目的和应用的各种实施例。虽然以下8个实施例描述了关于LED使用的不同方面，但它们也是相关的。因此，所公开的实施例可按需彼此组合和联用。例如，关于第二、第三、第七和第八实施例描述的校准和检测系统及方法可与本文中关于所有实施例描述的各种照明设备联用。还应注意，各种所公开的实施例可用在各种各样的应用中，包括液晶显示器(LCD)、LCD背光、数字公告板、有机LED显示器、AMOLED(有源矩阵OLED)显示器、LED灯、照明系统、常规插座连接内的灯、投影系统、便携式投影仪和/或其他显示器、灯或照明相关应用。还应注意，本文中使用的“r”指定和下标通常是指红色，“g”指定和下标通常是指绿色，“b”指定和下标通常是指蓝色，而“w”指定和下标通常是指白色。
还应注意，如本文中所使用的，照明设备一般旨在包括使用一个或更多个光源(包括使用一个或更多个LED实现的光源)来产生光的各种设备、系统或其他装置或组装件中的任一种。可在本文中描述的实施例中使用的LED包括常规LED、有机LED(OLED)、以及任何其他期望LED。照明设备可实现为任何期望形式和/或应用，包括用在显示设备、LCD、LCD背光、数字公告板、有机LED显示器、AMOLED(有源矩阵OLED)显示器、LED灯、照明系统、常规插座连接内的灯、投影系统、便携式投影仪和/或利用光源(包括LED光源)以及LED和/或用于检测所发射光的其他光检测器的任何其他期望应用中。因此，应理解，以下描述的实施例提供示例应用和实现而不应被认为是限制。确切而言，本文中描述的用于发射光、检测光发射和调节光发射的技术、方法和结构可用在其中光被发射、检测或调节的任何期望设备、系统或应用中，尤其是结合LED的使用来发射光、检测光发射和/或调节光发射。此外，集成电路和/或集成电路与其他电路(无论是分立的还是集成的)的组合可用于按需实现本文中描述的技术、方法和结构。集成电路和/或其他电路可与光源(诸如LED)组合以形成与本文中描述的用于发射光、检测光发射和/或调节光发射的技术、方法和结构联用的照明设备。还应注意，如本文中所描述的，取决于期望应用和实现，LED可按需实现为分立LED、集成LED、一组串联LED、串联LED的并联组或其他LED组合。
还应注意，如本文中所使用的照明设备一般旨在包括发射光以用可见光来照明一区域或另一物体以便例如由人眼观察或看到的任何设备或装置，诸如将在灯、照明系统、显示系统、OLED面板、LCD面板、投影仪、公告板和/或产生可见光以便由人眼观察或某种其他观察系统作为可见光观察的任何其他设备或装置中提供或由其提供的。在这种意义上，仅将光用于通信目的的设备或装置很可能不是如本文中一般地描述的照明系统。
现在将关于附图描述示例实施例。第一实施例关于显示设备和光指示系统来描述本文中描述的技术、方法和结构的使用。第二实施例关于显示系统的校准来描述本文中描述的技术、方法和结构的使用。第三实施例关于LED校准来描述本文中描述的技术、方法和结构的使用。第四实施例关于各种照明设备来描述本文中描述的技术、方法和结构的使用。第五实施例关于智能LED灯来描述本文中描述的技术、方法和结构的使用。第六实施例关于可见光通信的同步来描述本文中描述的技术、方法和结构的使用。第七实施例关于包括白光发射器的广谱光发射器的校准来描述本文中描述的技术、方法和结构的使用。而第八实施例提供用于LED校准的技术、方法和结构的替换描述。如上所述，这些实施例可按需单独或彼此结合地使用，以利用本文中描述的用于发射光、检测光发射以及调节光发射的技术、方法和结构，尤其是使用LED的技术、方法和结构。
还应注意，关于本文中例如在图3、7、8、11、15、18、19、20、21、22、23、29、30、32、36、37、38、41、42、43、45、46、53、57、58、59、61、62、77、78和80中描绘的框图来示出和描述的操作框和电路可按需使用任何期望电路来实现，包括集成电路、非集成电路或者集成电路与非集成电路的组合。此外，应注意，还可关于这些框使用可编程或已编程电路，诸如数字信号处理器(DSP)、微处理器、微控制器和/或其他可编程或已编程电路。此外，可连同该电路按需使用软件、固件或其他代码以实现本文中描述的功能。
第一实施例
公开了利用显示设备中的LED来响应来自光指示设备的光信号的显示器和光指示器系统及相关方法。以下关于附图描述各个实施例。若需要，还可实现其他特征和变化，并且也可利用相关的系统和方法。
部分地，所公开的实施例涉及具有LED阵列的显示器以及使用可见光与这些阵列中的个体LED通信的相关联指示设备。这些LED阵列可如同LED公告板和体育场馆记分牌中那样直接产生图像，或者可产生用于例如LCD屏幕的背光。指示设备使用可用数据调制或可以不用数据调制的光束与个体像素或像素群通信，该光束被该阵列中暴露于该光束的LED检测。周期性地，阵列中的LED停止产生光并且用相关联的驱动器设备配置成检测来自指示设备的光。此类配置使得用户能很像计算机鼠标那样在屏幕显示器上指示并点击。
如本文中所描述的一个改进系统使用光指示设备(诸如激光指示器或闪光灯)来控制例如具有LED背光的LCD显示器或由有机或常规LED阵列构成的显示器上的图形用户界面。由于跨此类显示器扫描图像，因此每一帧都有LED不产生光的时间。在此类光关闭时间期间，LED被用于检测是否存在来自光指示设备的光。图形控制器处理一系列帧里的此类信息以检测来自指示设备的照明显示器上的特定位置的光模式并采取恰当动作。此类动作除其他事项外还可以是选择菜单中的项目、拖放项目、或弹出菜单。
最简单的指示设备可以是具有单个开/关按钮的激光指示器或闪光灯。例如在显示器播放视频或电视广播的情况下，显示器可响应于在该显示器上任何地方检测到的亮光点而在屏幕一部分上弹出主菜单。一旦该光点被定位在菜单中的特定项目(诸如改变电视频道)上，并且随后被关闭和再开启，则可采取恰当的动作。在显示器(诸如公告板)广告例如商品的情况下，来自指示设备的光开关模式可导致显示器提供关于特定项目的更多信息。这些仅仅是显示器与指示设备之间的交互的一些示例，有更多交互是可能的。
在更复杂的指示设备和显示器的情况下，可从指示设备向显示器传达数据以及潜在地甚至从显示器向指示设备传达数据。例如，被专门修改以产生用数据调制的光的激光指示器可向显示器(诸如公告板)传送个人信息(诸如电子邮件地址)。在该示例中，用户可指令显示器将更多信息发送至电子邮件地址。再次，该示例仅仅是许多可能的数据通信应用之一。
本文中针对的显示器类型包括使用LED进行照明的任何显示器，但通常可被分成三个类别：有机LED(OLED)显示器、常规LED显示器、以及带有LED背光的液晶显示器(LCD)。OLED显示器通常包括具有薄膜晶体管的玻璃片以及由在一侧生长的有机化合物构成的LED，以产生通常包括红色、绿色、蓝色和白色子像素的像素的阵列。每个子像素通常具有由薄膜晶体管构成的电流源，该薄膜晶体管由通常坐落在该玻璃的周界两侧的列和行驱动器控制。行驱动器通常产生至一行像素或子像素的逻辑电平写信号，而列驱动器产生与期望子像素电流相对应的模拟电压。此类电压通常被存储在每个像素或子像素中的电容器上。
视频图像通常在行驱动器按顺序发送写信号至OLED阵列(通常从该阵列的顶部至底部)时每次被显示一行。随时间显示一系列静止图像或帧则产生运动图像。当一个图像每次被显示一行时，先前图像每次被移除一行。为了防止公知的被称为“运动模糊”的视觉效应，LED的每一行在显示当前帧的行之前被关闭达一段时间，这移除了先前帧。被恰当地设计成减少运动模糊的OLED显示器的高速快照将显示被照明的一批LED行，而显示器的其余部分是暗的。行驱动器通常每帧向每行像素或子像素写两次以将LED开启并随后关闭。
显示器上被指示设备照明的光点每次被检测一行。根据一个实施例，行驱动器顺序地向与产生光的行有某个偏移量的每个像素或子像素行产生感测信号，以防止从产生光的行至检测光的行的光串话。当感测信号有效时，该行中的每个子像素在由入射光跨相关联的LED感应的电压大于某个电平的情况下可产生电流，该电流随后可由与列驱动器相关联的电流感测电路跨各列进行检测。图形控制器监视一帧里关于每一行的电流感测电路输出以确定来自指示设备的照明的位置，以及监视许多帧里关于每一行的电流感测电路输出以确定要采取的动作。
尽管OLED像素通常包括多个不同的彩色LED(诸如红色、绿色、蓝色和白色)，通常仅一种颜色被用于检测来自指示设备的照明。例如，若红色激光指示器被用作指示设备，则显示器中的红色子像素被用于检测照明。若产生白光的闪光灯是指示设备，则取决于白光的光谱，显示器中的红色或绿色子像素可用于检测照明。
由通常包括元素镓且个体地封装的常规LED构成的显示器通常非常大且被用于公告板或体育场中的视频显示器。如同小型OLED显示器一样，每个像素通常包括红色、绿色和蓝色子像素，但通常不具有白色子像素。每个子像素LED通常由来自LED驱动器IC(集成电路)的电流源驱动，LED驱动器IC通常包括与多个子像素相关联的多个电流源。此类IC可串联在一起并通过网络接口IC连接至图形控制器，图形控制器产生像素数据，接收来自指示设备的照明的位置，并采取恰当的动作。
每个驱动器IC包括由脉冲宽度调制器控制以从每个相关联LED产生光的电流源、以及用于检测入射在每个LED上的光的比较器。不同于OLED显示器，每个LED用固定电流驱动达可变时间量，而非用可变电流驱动达固定时间量。与每个LED相关联的脉冲宽度调制器每帧接收来自图形控制器的数字值并开启相关联的电流源达成比例的时间量。最大数字值对应于电流源可开启的最大时间量，其应当小于帧周期以防止运动模糊。
在各帧之间与特定LED相关联的电流源保证关闭的时间期间，来自指示设备的照明可被检测。若由入射光跨LED感应的电压大于特定值，则相关联的比较器输出走高，从而指示存在来自指示设备的光。若感应电压小于该特定量，则比较器输出为低，从而指示不存在光。所有比较器输出的状态被传回给图形控制器以进行处理。
像OLED显示器一样，常规LED显示器通常每次被扫描一行或一列，这在任何一个时间跨显示器产生照明LED带。显示器的其余部分是暗的。为了防止从产生光的LED至检测光的LED的光串话，每个LED驱动器IC通常在相关联的LED位于暗区中间附近时对比较器输出进行采样。
液晶显示器调制由背光产生的光量以在屏幕上创建图像。包括LED的背光通常来自两个版本之一。对于例如膝上型计算机上的较小显示器，沿显示器一侧坐落的LED将光注入漫射器，漫射器产生跨显示器的均匀白光。对于使用LED背光的大屏幕电视，LED通常在液晶像素阵列背后像常规LED显示器一样被安排成阵列。由每个LED或每组LED产生的光量可每帧被调节以按被称为“局部调光”的方式提高对比度，局部调光对于带有荧光背光或沿显示器一侧坐落的LED背光的LCD是不可能的。
用于LCD的LED背光通常包括由带有黄色荧光粉涂层的蓝色LED构成的白色LED，或例如红色、绿色和蓝色LED的组合。一个实施例将像常规LED显示器一样配置成阵列的彩色LED用于LCD背光。
液晶像素阵列通常包括与每个液晶子像素相关联的薄膜晶体管和电容器。液晶子像素的透明度由电容器上保持的电压决定并且由相关联的行和列驱动器控制。像OLED显示器一样，液晶阵列通常每次在相关联的逻辑电平写信号变为有效时被写一行。来自列驱动器的模拟电压随后通过该行中每个像素元件中的晶体管被传递至电容器。通常，该模拟电压被保持达一个帧周期，直至用下一帧的数据编程该行。
为了减少运动模糊，背光阵列可被扫描，从而显示器仅从任何给定行产生光达帧周期的一部分。由LED背光阵列产生的光带以固定偏移量跟随液晶行的更新以允许液晶元件有时间稳定。背光阵列中的LED可连接至针对常规LED显示器描述的相同驱动器IC，该驱动器IC产生固定电流达可变时间量以从LED产生光，并监视由入射光跨LED感应的电压以检测来自指示设备的照明。
就像常规LED显示器一样，LED背光阵列可在每一行LED不产生光时检测来自指示设备的光。然而，若正显示的图像非常暗，则液晶元件将阻挡来自和去往背光的光。在此类场景期间，LED阵列可能无法检测来自指示设备的光。为了改善该灵敏度，每个液晶行在用下一图像的数据编程前可被设为全透明达某个时间段，这可继来自背光的光带之后以某个固定偏移量创建透明液晶带。在该透明带后面，不产生光的LED可检测来自指示设备的光。此类系统通常要求液晶阵列写平常的两倍或要求每个液晶元件中有附加电路和信号，并且可能由于从背光通过透明带的光泄漏而使对比度降级。
一个实施例通过在各图像帧之间插入短暗帧来维持高对比度和较低液晶更新率、防止运动模糊、以及检测来自指示设备的信号。在每帧结束时，整个背光首先被关闭，然后通过同时启用所有行写信号并将所有列数据信号保持在与透明相关联的电压上来将整个液晶阵列设为全透明。在液晶为透明时，驱动器IC监视跨所连接的LED感应的电压以检测来自指示设备的照明，并将结果报告给图形控制器。最后，紧接在扫描下一帧之前，通过同时启用所有行写信号并将所有列数据信号保持在与不透明相关联的电压上来将整个液晶阵列设为不透明。
本文中描述的改进的显示器和指示器系统解决直接使用LED或将LED用作背光进行照明的显示器的问题。大体积和混乱的电视遥控器可被简单的激光指示器或闪光灯取代，并且广告商的效果可通过向观众提供交互式体验而得到改善。
如上所述，该第一实施例还可与关于本文所述的其他实施例描述的技术、方法和结构联用。例如，关于第二、第三、第七和第八实施例描述的校准和检测系统及方法可按需与该第一实施例中描述的显示器系统和方法联用。此外，本文描述的各种照明设备、光源、光检测器、显示器、和应用以及相关的系统及方法可按需与该第一实施例中描述的显示器系统和方法联用。此外，如上所述，关于该第一实施例描述的结构、技术、系统和方法可用在本文描述的其他实施例中，并且可用在任何期望的照明相关应用中，包括液晶显示器(LCD)、LCD背光、数字公告板、有机LED显示器、AMOLED(有源矩阵OLED)显示器、LED灯、照明系统、常规插座连接内的灯、投影系统、便携式投影仪和/或其他显示器、灯或照明相关应用。
现在转到附图，图1是包括显示器11和指示器12的指示器及显示器系统10的一个示例。显示器11包括发光二极管(LED)，该LED用于在OLED或常规LED显示器的情形中直接进行图像照明，或者在液晶显示器(LCD)的情形中用于背光。优选不同颜色(例如，红色、绿色和蓝色)的LED产生在OLED或LED显示器的情形中为直接准确地表示图像通常所必需的、或由LCD调制的宽色域的颜色。
指示器12优选地包括按钮15，其在被按压时使指示器12产生光束16以及在释放时移除光束16。光束16优选地由红色激光指示器产生，但可以是任何颜色或颜色组合，包括白色。另外，光束16可由一个LED或多个LED、白炽闪光灯、或任何其他可能的光源产生。在指示器12瞄准显示器11并且按钮15被按压时，光束16在显示器11上产生光点14。显示器11检测光点14并且优选地产生交互式菜单13。通过在显示器11中到处移动光点14并在恰当的时间按压和释放按钮15，系统10可以很像计算机和计算机鼠标那样操作。
光点14优选地在构成像素或背光的LED关闭时的在视觉上察觉不到的时间期间被显示器11检测。光束16在光点14下被恰当波长照明的那些LED上感应电压，该电压被显示器检测和处理。按钮15点击的序列结合光点14的位置使得用户能弹出菜单、在图形用户界面中导航、和拖放项目以及还有许多其他事项。
图1是许多可能的显示器及指示器系统10的一个示例。例如，指示器12可具有多个按钮或没有按钮。光束16可以是例如计算机生成和控制的，并且可用数据调制以向显示器11传达更多信息。显示器11可调制来自个体像素的光以反过来向指示器15、向另一显示器11、或某个其他电子设备通信。
图2是用于系统10的简单通信协议的示例，其根据时间示出了按钮15的按钮状态26、光束16的光输出状态27、以及显示器11的状态28。按钮15的高状态表示按钮被释放，而低状态表示按钮被按压。光束16的高状态表示指示器12正产生光，而低状态表示没有光。显示器11状态S0至S6表示光点14的许多可能的时间和空间组合之一以从主菜单20选择项目。
显示器11状态S0表示显示器例如在显示视频或电视广播时的正常操作。在按钮15被按压了时间T开1后，进入状态S1，按压按钮15产生光束16和光点14。在状态S1中，主菜单20覆盖在例如正播放的视频上。状态S2解说光点14被用户定位在要选择的恰当主菜单20项目上。当按钮15被释放并且光束16关闭时，显示器11进入状态S3。倘若按钮15在时间T选择内被按压并产生光束16，则显示器11进入状态S4。显示器11检测光束16的短关闭时间并在时间T开2后在状态S5中例如用子菜单21作出响应。在该示例中，不需要来自子菜单21的项目，并且当按钮15被释放且光束16关闭时，进入状态S6。在时间T关之后，显示器11返回正常操作状态S0。
图2中解说的示例协议是用于通信或控制显示器11的许多可能的不同手段之一。例如，按钮15可被双击以拖放项目，或者不同的按钮可产生不同代码或颜色的光以指示不同事项。作为另一种可能性，指示器12、另一显示器11、或另一电子设备可同步至周期性的光关闭周期并传达跨显示器11的高带宽数据。
图3是包括LED阵列33的OLED显示器11的示例框图，OLED显示器11有R行和C列通常安排在有一个红色、一个绿色、一个蓝色和一个白色子像素LED的像素中的子像素LED。LED阵列33包括R/2行和C/2列此类子像素。每个子像素LED被配置成通过由行驱动器32产生的特定WR(写)信号和由列驱动器31产生的数据信号上的电压的组合来产生特定量的光。当WR信号为高时，每个数据信号上的模拟电压被编程到由该特定WR信号激活的这行LED中。
电源35产生用于LED阵列33的主功率Vdd以及用于优选地在红色子像素上检测光点14的参考电压Vr和Vc。当来自行驱动器32的SNS(感测)信号之一走高时，对于由特定SNS信号激活的该行中的红色子像素在被光点14照明时，来自LED阵列33的IOUT(电流输出)信号发起进入电流感测34的电流。与未被光点14照明的红色子像素相关联的IOUT信号上不存在电流。电流感测34响应于每个IOUT输入而产生SOUT(信号输出)逻辑电平信号，其被图形及时序控制电路30检测和处理。还产生用于行驱动器32的时序和用于列驱动器31的数据的图形及时序控制电路30将SOUT输入与时序相组合以精确地确定哪些子像素被光点14照明。
图3仅仅是显示器11的许多可能框图之一，显示器11可使用包括但不限于分立无机LED阵列或液晶的各种技术中的任何技术来构建。同样，用OLED构建的显示器11的框图可能基本上不同。例如，若LED阵列33包括更复杂的像素和子像素电路，则此类子像素可由附加的外部电路来校准以消除LED光输出和驱动电流的变化，或者由一组启用信号复用以减少子像素电路。此类LED显示器11的框图可能基本上不同。
图4是LED阵列33中由行坐标I和I+1以及列坐标J和J+1引用并且包括红色子像素41、绿色子像素42、蓝色子像素43、白色子像素44和比较器45的OLED像素40的示例框图。所有子像素中的电路是相同的，除了所包括的LED的颜色。红色子像素41的不同之处仅在于Vled信号被连接至比较器45，在红色子像素41被光点14照明且SNS(i/2)有效时，比较器45将红色LED的正极上的电压与Vr作比较并发起去往IOUT(j/2)的电流。
信号WR(i)和数据(j)编程由红色子像素41产生的光，信号WR(i)和数据(j+1)编程由白色子像素44产生的光，信号WR(i+1)和数据(j)编程由绿色子像素42产生的光，而信号WR(i+1)和数据(j+1)编程由蓝色子像素43产生的光。所有子像素都由VDD供电。
图4仅仅是许多可能的像素40框图之一。例如，可以使用任何颜色组合或者仅一种颜色。此外，任何颜色或所有颜色的LED可被用于检测光点14的一个或更多个实例、或者一个或更多个数据通信光通道。若两个启用信号在各子像素之间进行选择，则所有子像素可通过一个WR信号和一个数据信号来访问。
图5是红色子像素41、比较器45和电流感测34中由坐标J引用的个体电流感测元件的示例电路图。在产生光时，LED 56由通过晶体管50的电流驱动，该电流由存储在电容器55和晶体管50的栅极上的电压设置。电容器55上的电压在WR(i)信号为高时被设为数据(j)上的电压。当WR(i)走低时，电容器55保持该电压，从而在其他WR信号走高时，数据(j)可用于编程其他行的子像素中的电流。在WR(i)为高时，连接至WR(i)的所有子像素同时被所有数据信号编程。
为了检测来自光点14的光，首先通过将跨电容器50的电压编程为0伏或小于晶体管50阈值电压的某个值来关闭晶体管50。随后SNS(i/2)信号走低以产生通过晶体管52的电流，该电流被操纵成在跨LED 56的电压小于参考电压Vr时通过晶体管54接地以及在跨LED 56的电压大于Vr时通过晶体管53至IOUT(j/2)。SNS(i/2)连接至LED阵列33的I/2行中的所有红色子像素41中的晶体管52。VDD连接至所有子像素，而Vr连接至LED阵列33中的各比较器45。像素40中的所有组件通常使用薄膜技术来加工。
由红色子像素41发起进入电流感测34元件J的电流被电阻器57和放大器58转换成电压，并且该电压通过比较器59与参考电压Vc作比较。由光点14在LED 56上感应的电压可从几毫伏变化到几伏。参考电压V4被设为足够高的值以防止环境光导致比较器45在IOUT上发起电流，但又足够低以使显示器11以低光功率来检测光点14。Vr的电压设置可基于入射在显示器11上的环境光水平来动态地调节，但通常将在500mV到1V的范围中。由于信号Vr连接至放大器58的正输入端，因此IOUT的电压通过反馈电阻器57被保持为非常接近Vr。在该电流由比较器45发起时，放大器58的输出下降至参考电压Vr以下。参考电压Vc连接至比较器59的正端。当放大器58的输出下降至Vc以下时，电流感测34输出SOUT(j)走高。参考电压Vc应设置成比参考电压Vr小足以抑制噪声的量。Vc通常是Vr的约一半。
图5是用于子像素和光点14检测的许多可能电路图之一。例如，子像素电路可包括用于校准晶体管50阈值电压或LED 56输出光的变化的能力。比较器45可包括附加晶体管以输出电压而非电流，或者可检测光生电流而非来自LED 56的电压。可使用附加信号来关闭进入LED 56的电流而非使用WR(i)信号。许多其他电路配置是可能的。
图6是用于具有1080行像素的高清晰(HD)TV的显示器11时序的示例解说，其示出如何扫描图像以及检测光点14。图6包括显示器11在一帧周期内的时间T0、T1、T2和T3的4个快照60。帧是产生视频或运动画面的序列中的单个图像，而帧周期是从第一帧的呈现开始至第二帧的呈现开始的时间。快照60下方是具有坐标(1080，j)的被照明的红色子像素41和具有坐标(1082，j)的未被照明的红色子像素41的输入和输出信号的详细时序图61。
在时间T0，帧N开始被显示，其中WR(0)走高且数据(j)信号包含与LED阵列33中的第一行子像素中的每个子像素的期望输出光功率相对应的模拟电压。刚好在WR(0)走高之前，WR(200)走高，其中所有数据(j)信号被短路至VDD以关闭行200中的所有子像素中的所有LED。标为“黑”且在快照60中在T0处在WR(0)与WR(200)之间、在T1处在WR(540)与WR(740)之间、在T2处在WR(1080)与WR(1280)之间以及在T3处在WR(1620)与WR(1820)之间示出的框表示显示器11的不发射光的区域。正是在沿显示器11重复向下行进的该区域中检测光点14。在T0，在该暗区下方从行201起仍在显示帧N-1。
时间T1发生在帧N开始后的四分之一帧周期处，此时仅显示了帧N顶部的25％。WR(740)走高以清除帧N-1的另一行，且WR(540)走高以显示帧N的另一行。在时间T2，显示了上半帧N，其中WR(1080)走高以显示帧N的另一行且WR(1280)走高以清除帧N-1的另一行。在时间T3，显示了帧N的四分之三，其中WR(1620)走高以显示帧N的另一行且WR(1820)走高以清除帧N-1的另一行。
时序图61解说了写和感测信号对WR(0)和SNS(0)、WR(540)和SNS(270)、WR(1080)和SNS(540)、以及WR(1280)和SNS(640)在两个帧周期N和N+1上作为时间函数的状态。如图4中所示，每个像素40具有两个输入写信号WR(i)和WR(i+1)以及一个输入感测信号SNS(i/2)。详细时序图62展开了从WR(1280)清除帧N-1的行时的T2至WR(1280)再次走低以显示帧N的另一行的时间的时间区域。
在详细时序图62中的时间T4，WR(1280)走低，同时所有数据(j)信号为高，这通过将电容器55放电并关闭晶体管50来关闭来自行1280中的任何子像素的光。在WR(1280)走高之前，跨连接至WR(1280)的红色子像素41中的红色LED的电压由每个红色子像素41中的晶体管50发起的电流决定并且可在从0到2或3伏中任一处。详细时序图62解说了跨被光点14照明的一个特定红色LED的电压。在WR(1280)走高之前，Vled(1280，j)可在从0到2或3v中任一处。当WR(1280)走高时，该电压相对缓慢地朝由光点14的光功率决定的中间值漂移。
在时间T5，WR(1280)返回高且WR(1080)走低，其中数据(j)由列驱动器31用要编程到行1080中的子像素中的模拟电压来驱动。在时间T6，WR(1282)走低，其中所有数据(j)信号为高，这关闭去往连接至WR(1280)的行之下的下一行像素40中的所有红色子像素41的电流。详细时序图62还解说了跨连接至WR(1282)的未被光点14照明的特定红色子像素41中的红色LED的电压。Vled(1282，j)在WR(1282)走高后很快走低。
在时间T7，与WR(1280)连接至同一行像素40的感测信号SNS(640)走低。这开启比较器45，比较器45将Vled(1280，j)与参考电压Vr作比较。由于Vled(1280，j)处于中间电压且假定Vr被恰当地设置成低于该中间电压，因此来自电流感测34的SOUT(j)走高。在时间T8，SNS(640)走高且SNS(641)走低，这关闭连接至WR(1280)的像素40行中的比较器45并开启连接至WR(1282)的像素行40中的比较器45。将Vled(1282，j)与Vr作比较且由于Vled(1282，j)为低，因此SOUT(j)将走低。
在时间T9，WR(1280)再次走低，但这次数据(j)信号被列驱动器31驱动至显示帧N中的图像的第640行中的红色子像素41和白色子像素44的恰当电平。Vled(1280，j)相应地改变。在时间T10，WR(1282)走低，其中数据(j)信号被列驱动器31驱动至显示帧N中的图像的第641行中的红色子像素41和白色子像素44的恰当电平。Vled(1282，j)相应地改变。
WR(1280)在T4第一次走低与在T9第二次走低之间的时间等于显示帧N中的图像的100个像素40行所花的时间。由于该示例解说了具有1080行的HD显示器的时序，因此从T4到T9的时间等于帧周期的大约10％。在60Hz帧率下，该时间为大约1.7毫秒，其足以使Vled(1280，K)到达其最终值。
时序图61和详细时序图62仅示出了OLED显示器11中的信号的较小子集，因为存在数千个此类信号。具体而言，未示出WR(1281)，因为其未连接至红色子像素41且因此在检测光点14时不被涉及。
图6解说了OLED显示器11时序的许多可能性之一。由于框图和电路图可以基本上不同于图3、4和5，因此相关联的信号可能基本上不同于图6中所示的那些信号，且因此时序图可以完全不同。对于图3、4和5中所示的框图和电路图，图中所示的时序也可以显著不同。例如，从T4至T9的时间可以更短或长得多，或者WR(i)信号的序列可以清除前一帧的多行并随后写当前帧的多行。
图7是使用常规分立半导体LED的显示器11的示例架构图，其包括具有相关联LED 71的彼此串联且连接至网络接口(I/F)IC 72的阵列LED驱动器IC 70。网络接口IC 72通过控制和数据总线连接至图形控制器73。该阵列在此示例中具有N列和M行驱动器IC 70，其各自连接至P个LED 71。在P等于16且每像素有三个LED的情况下，对于具有1920x 1080分辨率的HD显示器，N和M将分别等于120和3240。对于每像素有3个LED的标准48英尺×14英尺公告板且P等于16，N将等于48且M将等于672。
LED 71可以全部是相同颜色的，或者可分成例如红色、绿色和蓝色。对于RGB显示器，不同颜色可按不同方式安排。一个示例是将显示器组织成各有3行的组，每组中的每一行为不同颜色。
图形控制器73产生要数字地显示的数据，其被转发给网络接口IC 72。网络接口IC 72串行化该数据，其在时分复用数据帧中在链式驱动器IC 70中发送。每个驱动器IC被指派用于接收图像数据以及发送关于光点14的信息的特定时隙。该数据帧以视频帧率重复，这使得每个驱动器IC 70能在每个视频帧将驱动电流更新至每个LED 71以及向图形控制器73报告光点14的存在。图形控制器73处理来自所有驱动器IC 72的响应以确定精确的光点14位置并采取恰当的动作。
图7是许多可能的架构图之一。例如，每个驱动器IC 70可串联地或并联地通过复用器直接连接至图形控制器73。LED驱动器可由分立组件而非由驱动器IC 70构成。用于LED驱动器的数据甚至可用模拟电压而非数字值来传达。
图8是驱动器IC 70的示例框图，驱动器IC 70在此示例中驱动16个LED71并且包括网络接口81、时序和控制电路82、16个输出驱动器84、数模转换器(DAC)85、缓冲器放大器86以及电流偏置(Ibias)87。时序和控制电路82还包括寄存器83。输出驱动器84还包括脉冲宽度调制器(Mod)89、电流源90和比较器88。
如图7中所示，网络接口81接受来自上游的串行输入数据并为下游驱动器IC 70产生串行数据。网络接口81还从数据恢复时钟(CK)，并且检测和同步至输入数据帧时序。然而，大多数收到串行数据被重传，因此所指派时隙中的数据被转发给时序和控制电路82。时序和控制电路82除其他事项外还产生关于是否存在光点14的信息并将其转发给网络接口81以在移除了LED 71照明数据的所指派时隙中传输。
时序和控制电路82管理驱动器IC 70的功能。用于LED 71的照明数据被缓冲、处理、延迟并在恰当的时间转发给16个输出驱动器84。时序和控制电路82还在恰当的时间提供恰当的数字值以供DAC 85连同缓冲器86和电流偏置(ibias)87一起产生分别由比较器88和电流源90使用的电压参考信号VREF和偏置电流IBIAS。寄存器83还在恰当的时间被捕捉(CAP)信号时钟控制以存储16个比较器88输出(CMP)。
输出驱动器84产生去往LED 71的脉冲宽度调制电流并监视例如由来自光点14的入射光感应的LED 71电压。调制器89接收来自时序和控制电路82的数字并产生将电流源90开启和关闭的逻辑电平信号(PWM)。PWM的频率通常等于串行数据帧率和视频帧率，其中占空比与来自时序和控制电路82的数字值有关。电流源90在PWM为高的时间期间产生与IBIAS成比例的电流，该电流通过LED 71被汲取以产生光。
PWM的最大占空比由来自时序和控制电路82的数字的最大值设置，并且通常是视频帧周期的某个分数，例如四分之一。一旦自从PWM上的脉冲开始已流逝了该最大时间量，时序和控制电路82就改变提供给DAC 85的值以产生VREF，并且在CAP上生成脉冲以在某个时间之后将16个比较器88输出存储在寄存器83中。若例如光点14正照明LED 71之一，则该LED 71将生成大于VREF的电压，这将导致来自相关联比较器88的CMP输出走高。未被照明的LED 71将不会产生大于VREF的电压，这将导致来自相关联比较器88的CMP输出为低。
图8仅仅是许多可能的驱动器IC 70框图的一个示例。例如，若图7中的每个驱动器IC 70直接连接至图形控制器73，则将不需要网络接口81。在图7中所示的串行配置下，若另一输入被用于接受时钟输入，则网络接口81将无需从数据恢复时钟。同样，若提供了帧时钟输入，则网络接口81将无需同步至串行输入帧时序。此外，每个输出驱动器84可包括电流DAC而非调制器89和电流源90。此类DAC将提供可变量的电流达固定时间量，而非提供固定电流达可变时间量。另外，光点14可通过测量由光点14感应的LED 71电流而非LED 71电压来检测。
图9解说了使用常规分立半导体LED的LED显示器11的时序的示例，其包括快照91和时序图92。快照91解说了显示器11在一个视频帧N内的4个不同时间T0、T1、T2和T3的状态。每个快照被标记为“帧n”的区域表示图像，而每个快照被标记为“黑”的区域表示不产生光的行。例如，在T0，仅行1至M/4正在产生光；在T1，仅行M/4至M/2正在产生光；在T2，仅行M/2至3M/4正在产生光；而在T3，仅行3M/4至m正在产生光。
时间T0发生在贯穿帧N的路途的四分之一处，其中该图像顶部的四分之一被显示。在T0，第M/4行中的所有驱动器IC 70中的所有PWM信号刚刚开启，并且第一行中的所有驱动器IC 70中的所有PWM信号保证被关闭。第一行中的大多数PWM信号将由于经调制亮度而在T0之前关闭，但T0是该行中所有PWM信号保证被关闭的第一时间。
时间T1发生在贯穿帧N的路途的一半处，其中该图像从行M/4至M/2的第二个四分之一被显示。时间T2发生在贯穿帧N的路途的四分之三处，其中该图像的第三个四分之一被显示。时间T3发生在帧N的末尾，其中该图像底部的四分之一被显示。在快照91表示的那些时间之间的时间，在该示例中，该图像的四分之一将被显示，但将位于显示器11上的不同位置。所显示的四分之一在帧周期期间从显示器顶部前进至底部。
时序图92解说了位于沿显示器11向下的路途的顶部、以及四分之一、一半和四分之三处的4个不同行1、M/4、M/2、和3M/4中的驱动器IC 70中的PWM和CAP信号的可能时序。索引J指示此类行中的所有列。在时间T4——其为帧N的开头，第一行驱动器IC 70中的PWM信号开启。截至T0，所有此类信号保证被关闭。在时间T5——其距T0和帧N末尾T3同样远，第一行中的所有驱动器IC 70中的CAP信号产生脉冲以捕捉来自比较器88的CMP信号输出。CAP相对于PWM的该时序使来自开启的LED的光耦合对光点14检测的干扰最小化。
时间T6、T7和T8解说了在沿显示器11向下的路途的四分之一、一半和四分之三处在驱动器IC 70中产生脉冲CAP的可能时间。CAP信号上的脉冲以比图像的正被显示的部分晚显示器的八分之三的方式沿显示器11向下前进。
图9解说了许多可能的LED显示图之一。例如，任一行中的LED 71关闭的时间量可以短得多或长得多，且LED 71被采样以进行光点14检测的时间也可以变化。行和列也可被扫描，从而每次仅一个驱动器IC 70开启，而非整行开启。显示器11可在列基础上而非在行基础上被扫描，或者完全不扫描。整个图像可闪现且随后关闭。若驱动器IC 70使用可变电流达固定时间量而非使用固定电流达可变时间量，则启用至LED 71的电流的PWM信号将全部为高电平达固定时间量而非如时序图92中所示的可变时间量。
图10解说了位于显示器11顶部附近的行中的一个驱动器IC 70内的信号的示例时序图，该行部分地被光点14照明。在该示例中，驱动器IC 70具有连接至16个LED 71的16个输出驱动器84。第一个LED 71被光点14照明而第16个LED 71未被光点14照明。在时间T0，帧N开始。在时间T1，PWM信号变为有效。在时间T2，所有PWM信号保证为低且电流源90保证关闭。与被光点14照明的第一个LED 71和驱动器IC 70中的输出驱动器84相关联的VLED(1)信号朝由入射光感应的电压移动。VLED(16)简单地走高，因为相关联的LED 71未被照明。
在时间T3，时序和控制电路82用VREF的恰当值来加载DAC 85。截至时间T4，所有VLED信号和VREF已稳定。CAP由时序和控制电路82产生脉冲并且比较器88输出CMP被采样。此信息被传达给图形控制器73，图形控制器73确定光点14位置并采取恰当动作。
图10仅仅是许多可能的驱动器IC 70时序图的一个示例。输出驱动器84可不具有脉冲宽度调制器，从而PWM信号将是不同的。CAP产生脉冲的时间可以不同并且不一定需要存在。若比较器88由模数转换器(ADC)取代，则数字采样值流可被处理器分析。VREF可以是固定值或由专用DAC控制的可变值。
图11是用液晶显示器(LCD)和LED背光实现的显示器11的示例框图，其包括LCD阵列100、LED阵列101、图形和时序控制器102、行驱动器103、列驱动器104、以及背光驱动器网络105。在此示例中，LCD阵列100具有R行和C列元件，其中行驱动器103产生R个WR信号而列驱动器104产生C个数据信号。图形和时序控制电路102以与图3中描述的OLED显示器相似的方式向行驱动器103和列驱动器104两者提供数据和时序。
在该示例中，LED阵列101包括M行和N列由背光驱动器网络105驱动的LED，背光驱动器网络105包括如图7中解说的LED显示器中那样连接在一起的多个LED驱动器IC。LCD阵列100包括控制能穿过的光量的像素元件。LED阵列101产生选择性地穿过LCD阵列100的光。LCD阵列100和LED阵列101两者可被扫描以使运动模糊最小化。在各帧之间，LED阵列101的所有元件被关闭且LCD阵列100的所有元件透明，从而光点14可由LED阵列101结合背光驱动器网络105以及图形和时序控制电路102来检测。
图11仅仅是基于LCD和LED背光技术的显示器11的许多可能框图之一。例如，LED阵列101中的所有LED元件可通过复用器而非背光驱动器网络105直接连接至图形和时序控制电路102。
图12是LCD阵列100中的LCD像素元件以及相关联的行驱动器103和列驱动器104的示例电路图，其包括晶体管120、电容器121、液晶122、缓冲器放大器123以及反相器124。此类像素元件水平重复C次且垂直重复R次以产生LCD阵列100，其中每一行像素元件由来自行驱动器103中的反相器124的WR信号控制，且每一列像素元件连接至来自列驱动器104中的缓冲器放大器123的单个数据信号。
液晶122的透明度由跨电容器121的电压控制，该电压通过用期望电压驱动数据(j)并随后使WR(i)产生高脉冲以使晶体管120导通来设置。在WR(i)为高时，电容器121被充电至由缓冲器放大器123驱动的数据(J)上的电压。
图12仅仅是许多可能的LCD阵列100、行驱动器103和列驱动器104电路图之一。例如，一些像素元件包含多个晶体管以补偿晶体管120变化并加速写过程。
图13是用于具有1080行像素的60Hz高清晰(HD)TV的显示器11时序的示例解说，其示出如何扫描图像和背光以及检测光点14。在该示例中，背光包括64行LED 71。图13包括显示器11在一帧周期内的时间T1、T2、T3、T4、T5、T6和T7的7个快照130。快照130下方是去往LCD阵列100的WR信号以及背光驱动器网络105中的驱动器IC 70中的PWM信号的时序图131。时序图131下方是详细时序图132，其以展开细节解说了帧的最后百分之十，在此时检测光点14。详细时序图132解说了用于被光点14照明的LED 71的驱动器IC 70内部的信号VLED(1)、以及用于未被照明的LED 71的驱动器IC 70内部的信号VLED(16)。
帧在时间T0开始，其中图像数据被WR(1)脉冲高电平写至LCD阵列100的顶行。在时间T1，如快照130中所示，由标记为“已加载”的区域表示的显示器11顶部已加载图像数据，而由标记为“黑”的区域表示的底部尚未加载图像数据。在时间T2到T5，标记为“已加载”的区域也表示已加载图像数据的区域，而标记为“黑”的区域也表示尚未加载数据的区域。在时间T1，LED阵列101的第一行也因PWM(1，j)走高而开启。索引J表示一行(其在该情形中为第一行)中的所有PWM信号。由Tdly表示的从T0至T1的时间在此示例中为3.3毫秒，且通常是液晶122在被写之后且在被LED 71照明之前稳定所必需的。
在时间T2，WR(540)产生脉冲高电平，其指示图像的上半部分已被加载到LCD阵列100中。此时，LED阵列101的第一行中的LED 71也在PWM(1，j)走低时关闭。在时间T2到T5的快照130中偏移的未标记框表示LED阵列101中正发射光的区域。该框是偏移的以表示这些行也被加载图像数据。由Tb1表示的从T1至T2的时间在该示例中为1.7毫秒且为LED阵列101中的每一行开启的时间长度。
在时间T3，随着PWM(32，j)走高，LED阵列101的被照明区域到达显示器11中心。在时间T4，LCD阵列100的最后一行被加载数据，从而完成在时间T0开始的图像扫描。由Tscn表示的在时间T0与T4之间的时间在此示例中为10毫秒。在3.3毫秒的附加Tdly之后，随着PWM(64，j)在时间T5走高，LED阵列100的被照明区域到达显示器11底部。在1.7毫秒的另一Tb1时间之后，随着PWM(64，j)在时间T6走低，LED阵列101完全关闭。
在时间T6，通过将所有数据信号设置为使液晶122透明的电平(其在此示例中为高电平)并同时使所有WR信号产生脉冲来将LCD阵列100的所有像素元件配置成透明。在LCD阵列100清空时，光点14可被背光驱动器网络105检测。在足以进行此类检测的时间之后，在时间T7，通过将所有数据信号设置为使液晶122不透明的电平(其在此示例中为低电平)并第二次同时使所有WR信号产生脉冲来使LCD阵列100不透明。
详细时序图132是从T6至T7的时间的展开版本并且示出了驱动器IC 70用于检测光点14的相关信号。刚好在T6之前，PWM(64，j)走低，这将LED阵列101完全关闭。在T6，由WR(1:1080)表示的所有WR信号产生脉冲，同时由数据(1:5760)表示的所有数据信号为高，这清空LCD阵列100。在该示例中有5760个数据信号，其为每种颜色分量提供1920个信号。在时间T6，由信号VLED(1)表示的跨被光点14照明的LED 71的电压开始朝中间电平漂移，而由VLED(16)表示的连接至未被照明的LED 71的信号VLED的电压走高，因为LED 71连接至VDD。
在时间T8，背光驱动器网络105中的每个驱动器IC 70中的时序和控制电路82用恰当值更新DAC 85以生成恰当的Vref。所有驱动器IC 70中的Vref用Vre(i，j)表示。在Vref被恰当地设置的某段时间之后，CMP(16)稳定在低电平上以指示无光点14，而CMP(1)稳定在高电平上以指示存在光点14。在时间T9，由CAP(i，j)表示的在背光驱动器网络105中的所有驱动器IC 70中的CAP信号产生脉冲，其将CMP信号的状态存储在寄存器83中。此光点14信息被传达给图形和时序控制电路102，图形和时序控制电路102采取恰当动作。在时间T7，由WR(1:1080)表示的所有WR信号产生脉冲，同时由数据(1:5760)表示的所有数据信号为低，这在该示例中使得LCD阵列100不透明。从T6至帧结束的时间可以是1.7毫秒的附加Tsns。
图13仅解说了使用LCD和LED背光技术构建的显示器11的许多可能时序图之一。LCD阵列100和LED阵列101可用许多不同方式来扫描。此外，LED阵列101可以闪现而非扫描，其中所有闪现是相同颜色的或者顺序通过各颜色分量，诸如红色、绿色和蓝色。不同扫描或闪现方法的时序图可以基本上不同于图13。
本领域技术人员一旦完全领会以上公开，则多种变型和修改将变得显而易见。
第二实施例
还公开了显示器校准系统及相关方法，其在显示系统的初始生产期间以及寿命中使用LED的光敏性来校正各LED之间的变化。以下关于附图描述各个实施例。若需要，还可实现其他特征和变化，并且也可利用相关的系统和方法。
部分地，所公开的实施例涉及包括LED阵列的显示器，其在此类显示器的初始生产期间以及寿命中使用LED的光敏性来校正各LED之间的变化。此类LED阵列可如同LED公告板和体育场馆记分牌、以及较小的有机LED(OLED)显示器中那样直接产生图像，或者可产生用于例如LCD屏幕的背光。LED亮度和颜色的变化可被补偿以使此类显示器具有均匀颜色和亮度。在现有系统中通常通过测量每个个体LED的光输出功率或购买经专门测试的LED来完成的此类补偿在以下描述的实施例中通过简单地测量由均匀入射光在每个LED上感应的信号来执行。
在一个改进实施例中，该系统通过测量例如用于LED公告板和体育场显示器、或LCD背光的LED阵列中的每个LED的光敏性、将此光敏性与此阵列中的其他LED的光敏性作比较、并相应地调节此类LED驱动电流校正因子来推断由每个此类LED产生的光输出功率并任选地还推断由每个此类LED产生的峰值波长。此类校正因子最初可在此类LED阵列的生产期间例如通过直接测量每个此类LED光输出功率和峰值波长、或通过从光敏性和其他测量推断每个此类LED光输出功率和峰值波长来生成。
LED不仅在被正向偏置时产生具有特定峰值波长的光，而且还在被此类峰值波长处或以上的光照明时产生正向偏置。由固定入射光功率产生的电功率随入射波长减小而减少，其中最大功率由具有此类峰值发射波长附近的波长的入射光产生。高于此类峰值发射波长的入射波长在此类LED中几乎不产生电功率。在特定温度下，跨恰当地照明的LED感应的电压和电流之间的关系取决于照明量、半导体的带隙电压、以及跨该LED放置的电阻性负载。随着半导体的带隙电压增大，开路电压(Voc)增大而短路电流(Isc)减小。由于峰值发射波长随带隙电压增大而减小，因此可测量Voc与Isc之比以获得对LED阵列中的各LED之间的波长变化的指示。
一个制造批次内或各批次之间的不同LED在被固定电流驱动时产生的光量会变化，其主要原因在于光路差异(诸如透明度或对准)、以及LED的发光区域的结构中的缺陷程度差异。同样，此类差异类似地影响此类LED在被恰当照明时的光敏性。因此，光敏性参数(诸如Voc和Isc)可被监视以推断此类LED在被电流驱动时将产生的光量。
来自LED阵列中的个体LED的波长和输出功率可通过校正系数来补偿以跨此类阵列产生均匀强度和颜色。在此类LED阵列的制造期间通过上述方法、通过直接测量由每个LED产生的光的强度和波长、或任何其他方法确定的此类校正系数可被存储在此类显示器的存储器中。同样，响应于具有固定参数的光源产生的光敏性参数(诸如Voc和Isc)也可被存储在此类存储器中。周期性地，在此类显示器的寿命期间，可用具有与初始光源相同或不同参数的光源来照明LED阵列，可测量光敏性参数，并且可使用初始的与新的光敏性参数值之间的差异来修改校正系数以校正来自此类LED阵列中的LED的照明的任何附加偏移。
在初始生产期间用于校准LED阵列的光源可以是直接或漫射日光、模仿日光光谱的灯、或具有足以从每种颜色的LED可靠地生成可测量光敏性参数的光谱的任何光源。为了重新校准例如大型LED公告板或体育场显示器，可在与制造此类显示器时严格相同的条件下使用具有相同强度的相同光源来测量光敏性参数。任何光敏性参数的任何偏移可被直接用于更新相应的校正系数。若精确地控制光源强度是不可能的，则将一个LED中的改变与其他LED中的改变作比较使得能重新创建均匀的显示器强度和颜色。用户可简单地手动调节整个亮度。
对于诸如LCD电视等消费者设备，用精确光源来校准或许是不可能的。紧密近似可以是漫射日光，但日光光谱随着时间日期和年份以及位置而变化。此外，此类设备可能处在具有人造照明的封闭房间中。在此类情形中，可产生跨每种颜色分量的各LED的均匀性，但各颜色分量之间的相对强度可能不然。用户在这种情形中可手动将整个亮度和色调调节至期望水平。
本文中描述的改进的显示器校准系统及相关方法解决了直接使用LED阵列或将LED阵列用作背光进行照明的显示器的校准问题。并且本文描述的校准系统及相关方法极大地减少或消除了对经专门训练和装备的工作小组随时间推移保持LED公告板和体育场显示器在工作期间被校准的需要。
如上所述，该第二实施例还可与关于本文所述的其他实施例描述的技术、方法和结构联用。例如，关于该实施例描述的校准和检测系统及方法可按需用在其他所描述实施例中。此外，本文描述的各种照明设备、光源、光检测器、显示器、和应用以及相关的系统及方法可按需与该第二实施例中描述的校准和检测系统及方法联用。此外，如上所述，关于该第二实施例描述的结构、技术、系统和方法可用在本文描述的其他实施例中，并且可用在任何期望的照明相关应用中，包括液晶显示器(LCD)、LCD背光、数字公告板、有机LED显示器、AMOLED(有源矩阵OLED)显示器、LED灯、照明系统、常规插座连接内的灯、投影系统、便携式投影仪和/或其他显示器、灯或照明相关应用。
现在转到附图，图14是包括显示器1411和光源1414的显示器校准系统1410的一个示例。显示器1411包括被安排成像素1412的发光二极管(LED)的阵列，其在OLED或常规LED显示器的情形中用于直接进行图像照明，或者在液晶显示器(LCD)的情形中用于背光。像素1412优选地包括不同颜色子像素1413(例如，红色、绿色和蓝色)，以产生在OLED或LED显示器的情形中直接用于准确表示图像通常所必需的、或如LCD中被调制的宽色域的颜色。子像素1413包括LED。
光源1414可以是直接或漫射日光、或来自具有精确发射光谱的灯的人造光。在显示器1411的制造期间，光源1414均匀地照明显示器1411以校准从每个像素1412发射的光的强度和波长以及测量和存储光敏性参数(诸如Voc和Isc)，或者简单地测量和存储光敏性参数，在这种情形中，所有像素1412的强度和波长通过诸如测量由每个此类像素产生的光并相应地调节某些补偿系数等某种其他手段来校准。在某个时段的使用之后，优选地，相同的光源1414再次照明显示器1411，并且再次测量构成每个子像素1413的LED的光敏性参数(诸如Voc和Isc)并优选地将其与此类显示器1411的制造期间存储的那些光敏性参数作比较。此类光敏性参数的任何偏移或者优选地一个像素1412中的此类参数的偏移相对于优选地所有像素1412的平均偏移的任何差异导致在这一个像素1412中成反比地调节此类补偿系数。
若例如构成红色子像素1413的LED的Isc下降超过所有红色子像素1413的平均下降，则增大此类红色子像素补偿系数以向此红色子像素1413产生增加了优选地与此红色子像素1413的Isc改变与来自显示器1411中的所有红色子像素1413的平均Isc改变之间的百分比差异成反比的量的更大电流。由于从制造时间到此类重新校准时间，显示器1411上来自光源1414的照明强度相对难以控制，因此用于例如红色子像素1413的补偿系数中的任何改变优选地被标准化为来自所有红色子像素1413的平均Isc。
图14是许多可能的显示器校准系统1410的一个示例。例如，像素1412可包括更多或更少子像素1413，而此类子像素1413可包括更多或更少不同的彩色LED，包括仅一种颜色。显示器1411可以是LCD、OLED显示器、或常规LED显示器或仅是此类显示器的部分。光源1414可以是单个光源或具有相同或不同光谱的许多光源。
图15是包括LED阵列1523的OLED显示器1411的示例框图，OLED显示器1411有R行和C列通常安排在有一个红色、一个绿色、一个蓝色和一个白色子像素LED的像素1412中的子像素1413。LED阵列1523包括R/2行和C/2列此类子像素1413。每个子像素1413被配置成通过由行驱动器1522产生的特定WR(写)信号和由列驱动器1521产生的数据信号上的电压的组合来产生特定量的光。当WR信号为高时，每个数据信号上的模拟电压被编程到由该特定WR信号激活的这行子像素1413中。
电源1525产生用于LED阵列1523的主功率Vdd和接地Vg。此类Vg信号上的电压在正常工作期间以及在每个子像素1413的Voc测量期间等于0伏，且在Isc测量期间被抬升为略高于显示器1411接地。
在校准期间，图形和时序控制电路1520通过使每个SNS(感测)信号产生高脉冲来使行驱动器1522顺序驱动LED阵列1523的各行。当来自行驱动器1522的SNS信号之一走高时，对于由特定SNS信号激活的该行中的子像素1413，来自LED阵列1523的IVOUT(IV输出)信号发起进入IV感测1524的电流或电压。取决于电压模式启用信号Ven的状态，IV感测1524将IVOUT信号上的电压传递至ADC 1526，或者将IVOUT信号短路至Vg、将所得电流转换成电压、并将所得电压转发给ADC 1526。ADC 1526连同来自图形和时序控制电路1520的时序信息一起顺序地将由IV感测1524转发来的电压转换成数字值，该数字值被转发给图形和时序控制电路1520以进行处理。
图形和时序控制电路1520可接收来自子像素1413的Voc和Isc、以及其他校准信息，并且可将此类信息与先前存储的此类值作比较以确定校正系数所必需的任何改变。图形和时序控制电路1520可使用此类校正系数来调节编程到子像素1413中的电压以补偿来自每个子像素1413的光输出相对于其他子像素1413的变化。
图15仅仅是显示器1411的许多可能框图之一，显示器1411可使用包括但不限于分立无机LED阵列或液晶的各种技术中的任何技术来构建。同样，用OLED构建的显示器1411的框图可能基本上不同。例如，在子像素1413中有附加电路的情况下，可通过在校准期间使用WR和数据信号来消除SNS信号或IVOUT信号。此外，倘若IV感测1524电路不同，则Vg可以简单地为系统接地。
图16是LED阵列1523中由行坐标I和I+1以及列坐标J和J+1引用并且包括红色、绿色、蓝色和白色子像素1413的OLED像素1412的示例框图。所有子像素中的电路是相同的，除了所包括的LED的颜色。
信号WR(i)和数据(j)编程由红色子像素1413产生的光，信号WR(i)和数据(j+1)编程由白色子像素1413产生的光，信号WR(i+1)和数据(j)编程由绿色子像素1413产生的光，而信号WR(i+1)和数据(j+1)编程由蓝色子像素1413产生的光。所有子像素都由Vdd与Vg之间的电压差供电。
图16仅仅是许多可能的像素1412框图之一。例如，可以使用任何颜色组合或者仅一种颜色。此外，若两个启用信号在各子像素之间进行选择，则所有子像素可通过一个WR信号和一个数据信号来访问。
图17是子像素1413和IV感测1524中由坐标J引用的个体电流和电压感测元件的示例电路图。在产生光时，LED 1744由通过晶体管1740的电流驱动，该电流由存储在电容器1743和晶体管1740的栅极上的电压设置。电容器1743上的电压在WR(i)信号为低时被设为数据(j)上的电压。当WR(i)走高时，电容器1743保持该电压，从而在其他WR信号走低时，数据(j)可用于编程其他行的子像素1413中的电流。在WR(i)为低时，连接至WR(i)的所有子像素1413同时被所有数据信号编程。
在通过将WR(i)设为低以及将数据(j)设为高来使电容器1743放电之后，当SNS(i)走高时，由入射光跨LED 1744感应的Voc和Isc可被IV感测1524测量。在图形和时序控制电路1520将Ven信号设为高电平时——这使得放大器1746的输出为三态且使电源1525将Vg保持在0伏，检测Voc。IVOUT(j)上的电压传递通过电阻器1745并到达ADC 1526的高阻抗输入端，ADC 1526将此电压转换成数字值并将此值转发给图形和时序控制电路1520。
在图形和时序控制电路1520将Ven信号设为低电平时——这启用放大器1746并迫使IVOUT(j)上的电压为Vg上的电压，检测Isc。所得电流流过电阻器1745，从而在Sout(j)上产生与由入射光在LED 1744上感应的Isc成比例的电压。由于Sout(j)上的电压低于Vg和IVOUT(j)上的电压，因此对IV感测1524和ADC 1526的负供电被设为低于Vg。电源1525可将Vg上的电压提升到某个较小电压，诸如比用于显示器1411的负供电高1伏(例如，接地)。
尽管与LED 1744的光敏性无关，但晶体管1740的特性可通过此类子像素1413、IV感测1524和ADC 1526电路来测量并通过图形和时序控制电路1520来补偿。在跨电容器1743编程电压之后，在SNS(i)为高且Ven为低时，可测量由晶体管1740产生的相应电流。放大器1746和电阻器1745迫使IVOUT(j)上的电压为Vg上的电压，其中所得电流流经电阻器1745，这在SOUT(j)上产生与晶体管1740电流成比例的电压。此电压可被ADC 1526数字化并由图形和时序控制电路1520处理，图形和时序控制电路1520可补偿所有子像素1413中各晶体管1740之间的变化。
图17是用于子像素1413和IV感测1524的许多可能电路图之一。例如，子像素1413可包括附加电路以补偿晶体管1740变化而不涉及图形和时序控制电路1520。此外，为了检测LED 1744响应于入射光的Voc和Isc，子像素1413可包括更复杂的电路以在此类信号离开此子像素1413之前缓冲此类信号。
图18是使用常规分立半导体LED的显示器1411的示例架构图，其包括具有相关联LED 1851的彼此串联且连接至网络接口(I/F)IC 1852的LED驱动器IC 1850的阵列。网络接口IC 1852通过控制和数据总线连接至图形控制器1853。该阵列在此示例中具有N列和M行各自连接至P个LED 1851的驱动器IC 1850。在P等于16且每像素有三个LED的情况下，对于具有1920x1080分辨率的HD显示器，N和M将分别等于120和3240。对于每像素有3个LED的标准48英尺×14英尺公告板且P等于16，N将等于48且M将等于672。
LED 1851可以全部是相同颜色的，或者可分成例如红色、绿色和蓝色。对于RGB显示器，不同颜色可按不同方式安排。一个示例是将显示器组织成每组有3行的组，每组中的每一行为不同颜色。
图形控制器1853产生要数字地显示的数据，其被转发给网络接口IC1852。网络接口IC 1852串行化该数据，其在时分复用数据帧中在驱动器IC1850链中发送。每个驱动器IC 1850被指派用于接收图像数据以及可发送校准信息的特定时隙。该数据帧以视频帧率重复，这使得每个驱动器IC 1850能将驱动电流更新至每个LED 1851。
驱动器IC 1850可进一步用校正系数来处理要显示的数据，该校正系数调节去往每个LED 1851的驱动电流以使得亮度和颜色跨显示器1411是均匀的。此类校正系数可被存储在图形控制器1853中，在每次开启显示器1411时通过网络接口IC 1852下载至驱动器IC 1850，以及由图形控制器1853周期性地更新。此类校正系数可在显示器1411的寿命中通过图形控制器1853使用由驱动器IC 1850例如基于来自图形控制器1853的命令而测量的个体LED光敏性参数(诸如Voc和Isc)来周期性地创建和更新。
图18是许多可能的架构图之一。例如，每个驱动器IC 1850可串联地或并联地通过复用器直接连接至图形控制器1853。LED驱动器可由分立组件而非由驱动器IC 1850构成。用于LED驱动器的数据甚至可用模拟电压而非数字值来传达。此外，例如，校正系数的创建和更新可由驱动器IC 1850执行，或者用校正系数来处理要显示的数据可由图形控制器1853执行。
图19是驱动器IC 1850的示例框图，驱动器IC 1850在此示例中驱动16个LED 1851并且包括网络接口1960、时序和控制电路1961以及16个输出驱动器1964。时序和控制电路1961还包括IV感测块1962和校正矩阵1963。输出驱动器1964还包括脉冲宽度调制器(Mod)1965和电流源1966。
如图18中所示，网络接口1960接受来自上游的串行输入数据并为下游驱动器IC 1850产生串行数据。网络接口1960还从数据恢复时钟(CK)，以及检测和同步至输入数据帧时序。然而，大多数收到串行数据被重传，因此所指派时隙中的数据被转发给时序和控制电路1961。时序和控制电路1961除其他事项外还产生校准信息(诸如Voc和Isc)并将其转发给网络接口1960以在移除了LED 1851照明数据的所指派时隙中传输。
时序和控制电路1961管理驱动器IC 1850的功能。用于LED 1851的照明数据被缓冲、处理、延迟并在恰当的时间转发给16个输出驱动器1964。此类处理除其他事项外还可包括调节照明数据以补偿各LED之间的变化，从而跨显示器1411产生均匀亮度和颜色。矩阵1963可包括校正系数，其在与照明数据组合时产生被转发给输出驱动器1964的数据，输出驱动器1964具有脉冲宽度调制器1965，该脉冲宽度调制器1965产生将至LED 1851的电流源1966开启和关闭的逻辑电平信号。此类PWM信号的频率通常等于串行数据帧率和视频帧率，其占空比与来自矩阵1963的数字值有关。
时序和控制电路1961能通过IV感测块1962访问连接至驱动器IC 1850的所有(在此示例中为16个)LED的两端，此举除其他事项外还可测量响应于入射光跨LED 1851产生的Voc和Isc。此示例中的所有16个LED的正极可一起绑定至单个电源电压Vd，或者可连接至不同的电源电压。在所有16个LED 1851为一种颜色的情形中，所有正极优选地可连接在一起。在此类16个LED 1851为不同颜色的情形中，每个此类不同颜色LED 1851将优选地连接至每个此类不同电源电压。
图19仅仅是许多可能的驱动器IC 1850框图的一个示例。例如，若图18中的每个驱动器IC 1850直接连接至图形控制器1853，则将不需要网络接口1960。在图18中所示的串行配置下，若另一输入被用于接受时钟输入，则网络接口1960将无需从数据恢复时钟。同样，若提供了帧时钟输入，则网络接口1960将无需同步至串行输入帧时序。此外，矩阵1963的功能可由图形控制器1853执行，这将消除驱动器IC 1850中对此类矩阵1963的需要。若LED 1851用例如可变电流驱动达固定时间量，则将不需要调制器1965。
图20是校正矩阵1963的示例框图，校正矩阵1963可校正由包括红色、绿色和蓝色LED 1851的像素1412产生的光强度变化以跨显示器1411产生相对均匀的亮度和颜色。矩阵1963包括可存储校正系数Cr、Cg和Cb的存储器2070，乘法器2071将校正系数Cr、Cg和Cb分别与来自图形控制器1853的红色、绿色和蓝色照明数据组合以产生被转发给调制器1965的分别控制红色、绿色和蓝色LED 1851的照明数据。此类校正系数通常相对较大，这在照明数据中产生调节以补偿各LED 1851之间的变化。
存储器2070可由SRAM、DRAM、闪存、寄存器、或任何其他形式的可读写半导体存储器构成。此类校正系数可由图形控制器1853、驱动器IC 1850、或显示器1411中的任何其他处理元件周期性地修改以针对LED 1851特性例如随温度或寿命的改变而进行调节。通常，此类校正系数在每次开启显示器1411时从图形控制器1853下载到存储器2070中。此类校正系数通常在某个固定数目的使用小时之后、在每次使用之后、或按需由图形控制器1853或驱动器IC1850修改以补偿LED 1851老化效应。
乘法器2071通过将每个颜色分量乘以相应的校正系数来缩放来自图形控制器1853的照明数据。此类乘法可由分立硬件以比特并行形式或比特串行形式、在嵌入式微控制器中、或通过任何其他手段来执行。优选地，包括移位器和加法器的一种硬件乘法器在每个视频帧执行所有三次乘法。因此，图20仅仅是校正矩阵1963的许多可能框图之一。
图21是校正矩阵1963的示例框图，校正矩阵1963可校正由包括红色、绿色和蓝色LED 1851的像素1412产生的光强度和波长两者的变化以跨显示器1411产生均匀亮度和颜色。矩阵1963包括存储器2070，其可存储9个校正系数，其中3个此类系数用于所产生的每种颜色分量。系数Crr、Cgg和Cbb将通常有效地与来自图20的Cr、Cg和Cb相同，以调节LED 1851的强度变化，而其余系数(Crg，Crb，Cgr，Cgb，Cbr，Cbg)补偿波长变化。
例如，若来自图形控制器1853的红色照明数据旨在用于具有波长650nm的LED 1851且所连接LED 1851波长准确地为650nm，则系数Cgr和Cbr将为0，且Crr将接近1。若此类所连接LED 1851波长为640nm且具有与前一示例相同的强度，则Crr将略小于前一示例中的Crr，且Cgr和Cbr将为非零，这将从此类绿色和蓝色LED 1851产生一些光。来自此类红色、绿色和蓝色LED1851的光的组合的波长将被感知为与来自精确地在650nm处发射的单个红色LED 1851的单色光相同。
存储器2070和乘法器2071可如关于图20所描述地那样操作和实现。加法器2180将来自三个所连接乘法器2071的乘法结果求和以产生被转发给调制器1965的照明数据。此类加法器2080可在硬件或软件中实现，或者以比特并行或比特串行来执行。优选地，此类三个加法器2080用在每个视频帧顺序地执行此类三次加法的常见比特串行硬件来实现。因此，图21仅仅是许多可能的强度和波长校正矩阵1963框图之一。
图22是驱动器IC 1850的时序和控制块1961中的IV感测块1962的示例框图，IV感测块1962可在电流源1966关闭时测量LED 1851光敏性参数，诸如Voc和Isc。继续图18中的示例，由信号Vled(1:16)表示的16个LED 1851的正极连接至复用器2294，其中一个此类Vled信号被选择成通过。复用器2294的此类输出被连接至复用器2291的输入并连接至放大器2292的负端和电阻器2293。此类复用器2291和2294包括将输入连接至输出并针对所选输入允许电流在两个方向上流动的开关。放大器2292的输出也连接至复用器2291，复用器2291的输出连接至模数转换器(ADC)2290。
放大器2292和电阻器2293形成跨阻放大器，其迫使被复用器2294选择的LED 1851的正极为与连接至放大器2292的正端的信号Vd相同的电压。所得电流流经电阻器2293，从而产生与所选LED 1851短路电流Isc成比例的电压，该电压若被复用器2291选择则可被ADC 2290数字化。替换地，若复用器2291选择被复用器2294选择的LED 1851的开路电压Voc，则此类信号可被ADC 2290数字化。可使用于IV感测块1962的电源高于Vd，因为放大器2292的输出可能高于Vd。
图22仅仅是用于测量LED 1851的光敏性参数的电路的许多可能框图之一。例如，可通过用数模转换器(DAC)控制至放大器2292的正输入来测量某一范围的LED 1851电流和电压特性。若每个LED 1851具有专用IV感测块1962，则将不需要复用器2294。此外，可通过调节放大器2292的正端上的电压直至没有电流流过电阻器2293来测量Voc。此外，可实现开关电容器和采样保持技术，其将具有完全不同的架构。
图23是用液晶显示器(LCD)和LED背光实现的显示器1411的示例框图，其包括LCD阵列2300、LED阵列2301、图形和时序控制电路2302、行驱动器2303、列驱动器2304、以及背光驱动器网络2305。在此示例中，LCD阵列2300具有R行和C列元件，其中行驱动器2303产生R个WR信号而列驱动器2304产生C个数据信号。图形和时序控制电路2302以与图15中描述的OLED显示器相似的方式向行驱动器2303和列驱动器2304两者提供数据和时序。
在该示例中，LED阵列2301包括M行和N列由背光驱动器网络2305驱动的LED，背光驱动器网络2305包括如图18中解说的LED显示器中那样连接在一起的多个LED驱动器IC。LCD阵列2300包括控制能穿过的光量的像素元件。LED阵列2301产生选择性地穿过LCD阵列2300的光。在测量LED阵列2301中的LED 1851的光敏性参数(诸如Voc和Isc)时，行驱动器2303和列驱动器2304将LCD阵列2300配置成透明的。
图23仅仅是基于LCD和LED背光技术的显示器1411的许多可能框图之一。例如，LED阵列2301中的所有LED元件可通过复用器而非背光驱动器网络2305直接连接至图形和时序控制电路2302。
图24是LCD阵列2300中的LCD像素元件以及相关联的行驱动器2303和列驱动器2304的示例电路图，其包括晶体管2410、电容器2411、液晶2412、缓冲器放大器2413以及反相器2414。此类像素元件水平重复C次且垂直重复R次以产生LCD阵列2300，其中每一行像素元件由来自行驱动器2303中的反相器2414的WR信号控制，且每一列像素元件连接至来自列驱动器2304中的缓冲器放大器2413的单个数据信号。
液晶2412的透明度由跨电容器2411的电压控制，该电压通过用期望电压驱动数据(j)并随后使WR(i)产生高脉冲以使晶体管2410导通来设置。在WR(i)为高时，电容器2411被充电至由缓冲器放大器2413驱动的数据(J)上的电压。在测量LED阵列2301中的LED 1851的光敏性参数(诸如Voc和Isc)时，通过优选地同时将所有WR信号设为高电平并将所有数据信号上的电压设为使液晶2412透明的值来使LCD阵列2300中的每个像素元件的液晶2412透明。
图24仅仅是许多可能的LCD阵列2300、行驱动器2303和列驱动器2304电路图之一。例如，一些像素元件包含多个晶体管以补偿晶体管2410变化并加速写过程。
本领域技术人员一旦完全领会以上公开，则多种变型和修改将变得显而易见。
第三实施例
还公开了LED校准系统及相关方法，其在使用LED的系统的初始生产期间以及寿命中使用LED的光敏性来校正各LED之间的变化。以下关于附图描述各个实施例。若需要，还可实现其他特征和变化，并且也可利用相关的系统和方法。
部分地，所公开的实施例涉及使用LED的光敏性来确定诸如强度和波长等发射参数。所公开实施例的应用包括例如固态灯、LCD背光、以及LED显示器。LED亮度和波长的变化应当被补偿以使此类设备具有均匀颜色和亮度。通常通过用相机测量每个个体LED的光输出或购买经专门测试的LED来完成的此类补偿通过简单地测量由来自该设备中的其他LED或来自附加光源的光在每个LED上感应的信号来执行。
所公开的实施例包括用于在设备(诸如灯、LED显示器、或LCD背光)的制造期间设置由一组LED产生的颜色或色温并在此类设备的工作寿命中维持此类颜色或色温的方法。这些方法涉及测量由一组LED内的每个LED产生的光的强度和波长并调节由每个LED生成的光量以从该组LED产生精确的颜色和强度。
给出了以光伏或光电导模式操作一些LED以测量由该组中的其他LED产生的光强度的两种方法。使用附加光源作为参考的第一种方法确定从每个LED发射的相对于此类参考的光强度，而第二种方法确定从每个LED发射的相对于彼此的光强度。因此，第一种方法可从每组LED产生精确颜色和强度，而第二种方法仅能产生精确颜色。
这两种强度测量方法通常包括两个步骤并且可用于在制造和寿命两者期间校准设备。图25A-D中解说的第一种方法的第一步骤和图27A-D中解说的第二种方法的第一步骤可在制造环境中在专用控制设备上执行，该专用控制设备使所有LED被手动调节以产生期望光强度。此类控制设备上的第一步骤的结果随后在产品设备上用在图26A-D中解说的第一种方法的第二步骤以及图28A-D中解说的第二种方法的第二步骤中以确定实际发射的光强度。
这两种强度测量方法还可用于随时间推移维持由一组LED产生的精确颜色以及来自各组LED的阵列(例如LED显示器、LCD背光、或LED灯中的像素)的均匀强度。这两种方法的第一步骤通常在一设备已在制造期间校准之后在此类设备上执行，而第二步骤以周期性间隔在现场执行。用于第一种强度测量方法的参考光源可以是环境光。
在所有情形中通过测量由来自其他LED以及在第一种方法中来自附加参考光源的光在该组LED内的最长波长LED中产生的光电流来测量发射强度。例如，在用于LED显示器或背光的LED阵列中，根据关于第一种方法所示的示例，一像素中的红色LED测量来自同一像素中的蓝色和绿色LED以及来自参考光源的光。接下来，毗邻像素中的红色LED测量来自第一红色LED以及参考光源的光。此类所测量的光可在制造期间从LED显示器的镜面反射或者从例如LED背光中的波导或漫射器反射。在现场，此类光可被LED包装或外壳或被任何其他装置散射。
在关于例如在LED灯中包括两个红色LED和一个白色LED的第二种方法所示的示例中，第一红色LED测量来自第二红色LED以及来自白色LED的光。接下来，来自第二LED的灯测量来自第一LED和来自白色LED的光。第一种和第二种强度测量方法两者皆可用于任何类型的产品中的任何LED组，这些方法之间的差异在于是否存在参考光源。第二种方法可用在LED显示器或背光中以通过跨此类LED阵列顺序地菊式链接各测量来从所有像素产生精确颜色和均匀强度。
这些示例强度测量方法被分成两个步骤，其测量已知良好测量与未知测量之间的相对强度差异。例如，在制造期间，测量具有期望输出强度的控制设备以确定相对光电流应当是什么。使用第一种方法，由来自其他LED的光在第一LED中产生的光电流与由参考光源在第一LED中产生的光电流之比生成用于第二步骤的系数。倘若第一和第二步骤中来自参考光源的强度之比是已知的，则可确定第二步骤中的未知LED强度。同样，使用第二种方法，由经校准控制设备中的两个其他LED在一个LED中感应的光电流之比生成用在第二步骤中的系数。在第二步骤中，与第一步骤的比率差异确定这两个LED之间的相对未知强度差异。
在随时间推移使用第一种或第二种方法来校准设备时，第一步骤确定光电流之比应当是什么，并且随时间推移，第二步骤确定光电流之比是什么。此类比率的改变确定实际发射强度的改变。由于仅将在一个时间测量的电流之比与另一时间的电流之比作比较，因而可抵消操作条件的任何变化。例如，此类测量独立于温度差异。
所给出的用于测量发射波长的方法用两种不同波长的光(诸如略高于和略低于预计峰值发射波长范围的光波长)来照明每个LED，并测量所得光电流。由于LED的响应性对于长于峰值发射波长的入射波长极大地下降，因此感应光电流的差异直接与峰值发射波长相关。图31A-C提供了作为入射波长的函数的LED响应性以及所得光电流差异的图形解说。
由于LED发射波长随时间不会显著变化，此类波长测量可仅在产品线上执行。如这两种发射强度方法中一样，此类波长测量应当首先在具有已知发射强度的控制设备上进行以校准生产测试设置。具有未知发射波长的设备的后续测量将相对于该控制设备结果。
一旦知道发射波长和发射强度或一组LED之间的相对发射强度，就可确定颜色校正系数，其调节来自一组LED内的每个LED的光的发射强度以便从此组LED产生精确颜色以及任选的精确强度。图29解说了用于实现这些校准方法的硬件。图30解说用于校正发射强度变化的颜色校正系数和硬件，而图32解说用于校正与LED显示器中的像素或LCD背光中的三元组相关联的红色、绿色和蓝色LED之间的发射强度和波长变化两者的此类系数和硬件。
尽管此类校准方法对于包含LED组的任何设备是恰当的，但尤其感兴趣的是使用场序色彩(FSC)的LCD。图33解说常规LCD的简化框图，而图34解说FSC LCD的此类图示。虽然常规LCD具有被特殊滤色片滤成红色、绿色和蓝色分量的白色背光，但FSC LCD消除了高成本的滤色片并以常规帧率的三倍或以上顺序进行每种颜色分量。此类FSC LCD需要红色、绿色和蓝色背光，且因此是本文描述的颜色校准方法的主要应用。
本文的改进方法解决了与直接使用不同彩色LED组或将其用作背光进行照明的设备相关联的问题。此类校准方法减少了对用于灯、显示器或背光生产的专门分级别的LED的需要，并且维持在设备的工作寿命中产生的光的颜色或色温。
如上所述，该第三实施例还可与关于本文所述的其他实施例描述的技术、方法和结构联用。例如，关于该实施例描述的校准和检测系统及方法可按需用在其他所描述实施例中。此外，本文描述的各种照明设备、光源、光检测器、显示器、和应用以及相关的系统及方法可按需与该第三实施例中描述的校准和检测系统及方法联用。此外，如上所述，关于该第三实施例描述的结构、技术、系统和方法可用在本文描述的其他实施例中，并且可用在任何期望的照明相关应用中，包括液晶显示器(LCD)、LCD背光、数字公告板、有机LED显示器、AMOLED(有源矩阵OLED)显示器、LED灯、照明系统、常规插座连接内的灯、投影系统、便携式投影仪和/或其他显示器、灯或照明相关应用。
现在转到附图，图25A-D结合图26A-D解说了用于校准由一组LED内的每个LED产生的光强度以产生特定混合颜色的一种可能方法。此组LED可以是任何颜色组合，但作为示例包括红色、绿色和蓝色LED。具体地，在此示例中，LED 2510、2520和2530可分别包括LED显示器像素或LCD背光三元组中的红色、绿色和蓝色光源。LED 2540包括毗邻LED显示器像素或背光三元组中的红色光源。
图25A-D解说了此类校准方法中的第一步骤，其可在包括此组LED的一个特殊设备上执行，该特殊设备代表例如在生产线上生产的许多此类设备。替换地，此类第一步骤可在将于某个时间之后使用图26A-D中解说的此类校准方法中的第二步骤来重新校准的设备上执行。
以下等式与图25A-D相关联。具体而言，等式1和2与图25A相关联。等式3A和3B与图25B相关联。等式4A和4B与图25C相关联。并且等式5A和5B与图25D相关联。
Vr0n＝E0Rr0[等式1]
Vr1n＝E0Rr1[等式2]
Vr0gn＝EgdRr0Cr0g＝Egd(Vr0n/E0)Cr0g[等式3A]
Cr0g＝(Vr0gn/Vr0n)(E0/Egd)[等式3B]
Vr0bn＝EbdRr0Cr0b＝Ebd(Vr0n/E0)Cr0b[等式4A]
Cr0b＝(Vr0bn/Vr0n)(E0/Ebd)[等式4B]
Vr1r0n＝Er0dRr1Cr1r0＝Er0d(Vr1n/E0)Cr1r0[等式5A]
Cr1r0＝(Vr1r0n/Vr1n)(E0/Er0d)[等式5B]
通过如图25B-D中所示地改变电流源2511、2521和2531以分别从绿色、蓝色和红色LED 2520、2530和2510产生期望光强度Egd、Ebd和Er0d来调节从LED 2510(红色)、2520(绿色)和2530(蓝色)发射的光。如图25A中所示地调节光源2550以产生固定强度E0，其照明LED 2510和2540，感应与入射光强度成比例的光电流，并分别产生跨电阻器2512和2542的标称电压Vr0n和Vr1n。同样，LED 2520和2530如图25B-C中所示地照明LED 2510，而LED2510如图25D中所示地照明LED 2540，以分别产生跨电阻器2512和2542的标称电压Vr0gn、Vr0bn和Vr1r0n。优选地，电阻器2512和2542的电阻应当足够小，以使得感应电压不会显著地正向偏置LED 2510和2540。
等式1和2中所示的LED 2510和2540对来自光源2550的入射光的响应性Rr0和Rr1分别等于感应电压Vr0n和Vr1n与入射光强度E0之比。如等式3A-B中所示，由来自LED 2520的光跨电阻器2512感应的电压Vr0gn等于光强度Egd乘以此响应性Rr0乘以校正系数Cr0g。同样，如等式4A-B中所示，由来自LED2530的光跨电阻器2512感应的电压Vr0bn等于光强度Ebd乘以此响应性Rr0乘以校正系数Cr0b。此类校正因子Cr0g和Cr0b计及来自光源2550、LED 2520和LED 2530的光以及入射在LED 2510上的光之间的发射光波长和光衰减中的差异。例如，光源2550可产生红色光，而LED 2520和2530分别产生绿色和蓝色。此外，光源2550可直接照射LED 2510，而来自LED 2520和2530的光可能是间接的，因为此类LED可彼此毗邻地安装。替换地，来自LED 2510、2520和2530的光在LED显示器的情形中可被镜面反射或者在LCD背光的情形中可被光漫射膜反射。如等式3B中所示，当等式3A与等式1组合时，此类校正系数Cr0g等于测得电压Vr0gn与Vr0n之比乘以已知光强度E0与Egd之比。同样，当等式1被代入等式4A时，Cr0b被表达为测得电压和已知光强度的函数，如等式4B中所示。
如同等式3A-B和4A-B中一样，等式5A-B涉及由来自LED 2510的具有期望强度Er0d的光跨电阻器2542感应的标称电压Vr1r0n。将等式2代入等式5A导致校正因子Cr1r0被表达为测得电压和已知光强度的函数，如等式5B中所示。
在有来自设备(诸如LED显示器或LCD背光)的此类校正系数的已知值、在发射强度被调节到期望值的情况下，此类设备的颜色点可在生产线上被调节至固定点并在现场通过遵循图26A-D中解说的校准过程中的第二步骤而得以维持。在不同设备上执行图26A-D中解说的规程，其中LED 2510、2520和2530分别发射未知强度Er0、Eg和Eb，而光源2550发射例如在生产线上的相同或已知强度或者在现场来自例如环境光的未知强度。
以下等式与图26A-D相关联。具体而言，等式6和7与图26A相关联。等式8A、8B和8C与图26B相关联。等式9A、9B和9C与图26C相关联。并且等式10A、10B和10C与图26D相关联。
Vr0＝E1Rr0[等式6]
Vr1＝E1Rr1[等式7]
Vr0g＝EgRr0Cr0g＝Eg(Vr0/E1)Cr0g[等式8A]
Vr0g＝Eg(Vr0/E1)(Vr0g n/Vr0n)(E0/Egd)[等式8B]
Eg/Egd＝(Vr0g/Vr0)(Vr0n/Vr0g n)(E1/E0)[等式8C]
Vr0b＝EbRr0Cr0b＝Eb(Vr0/E1)Cr0b[等式9A]
Vr0b＝Eb(Vr0/E1)(Vr0gbn/Vr0n)(E0/Ebd)[等式9B]
Eb/Ebd＝(Vr0b/Vr0)(Vr0n/Vr0b n)(E1/E0)[等式9C]
Vr1r0＝Er0Rr1Cr1r0＝Er0(Vr1/E1)Cr1r0[等式10A]
Vr1r0＝Er0(Vr1/E1)(Vr1r0n/Vr1n)(E0/Er0d)[等式10B]
Er0/Er0d＝(Vr1r0/Vr1)(Vr1n/Vr1r0n)(E1/E0)[等式10C]
等式6和7涉及LED 2510和2540分别对由光源2550发射的强度E1的响应性Rr0和Rr1。等式8A示出了由来自LED 2520的未知光强度Eg跨电阻器2512感应的电压Vr0g等于Eg乘以Rr0乘以校正系数Cr0g。将等式6代入等式8A并用等式3来代替Cr0g导致实际发射强度Eg与期望发射强度Egd之比等于测得电压Vr0g与Vr0之比乘以如图25A-D中解说地测得的标称电压Vr0n与Vr0gn之比乘以由光源2550发射的强度E1与E0之比，如等式8B和8C中所示。同样，等式9A-C和10A-C将未知强度Eb和Er0与期望强度Ebd和Er0d之比分别表达为测得电压和从光源2550发射的已知光强度的函数。
由于由LED产生的光强度随时间变化，因此诸如具有红色、绿色和蓝色LED的LED显示器或LCD背光等设备应当在某个时间之后被重新校准以维持在此类设备的生产期间校准的精确颜色。在此类现场重新校准中，光源2550可以是未知强度的日光或办公室环境光。在此类情形中，E1与E0之比是未知的，但对于等式8A-C、9A-C和10A-C是相同的，因此能够维持由LED 2510、2520和2530产生的光的相对强度并因此维持颜色。同样，由所有此类像素或背光三元组产生的光强度可保持均匀，因为E1与E0之比对于所有此类像素或三元组应当是相同的。
图27A-D结合图28A-D解说了类似于图25A-D和26A-D中解说的此类方法但没有参考光源2550的用于校准由一组LED 2510、2520和2540产生的光以产生固定颜色的方法。在图27A-D和28A-D中解说的方法中，可控制由每个LED产生的光的相对强度而非该组LED 2510、2520和2540的绝对强度。在该示例中，LED 2510和2540被示为是红色的，而LED 2520被示为是白色LED。这样一组LED的示例应用是发射类似于白炽灯泡的具有低色温的白光的灯。
以下等式与图27A-D相关联。具体而言，等式11、12、13A和13B与图27A-B相关联。并且等式14、15、16A和16B与图27C-D相关联。
Vr0wn＝EwdRr0Cr0w[等式11]
Vr0r1n＝Er1dRr0Cr0r1[等式12]
Vr0wn/Vr0r1n＝(Ewd/Er1d)(Cr0w/Cr0r1)[等式13A]
Cr0w/Cr0r1＝(Vr0wn/Vr0r1n)(Er1d/Ewd)[等式13B]
Vr1wn＝EwdRr1Cr1w[等式14]
Vr1r0n＝Er0dRr1Cr1r0[等式15]
Vr1wn/Vr1r0n＝(Ewd/Er0d)(Cr1w/Cr1r0)[等式16A]
Cr1w/Cr1r0＝(Vr1wn/Vr1r0n)(Er0d/Ewd)[等式16B]
以下等式与图28A-D相关联。具体而言，等式17、18、19A和19B与图28A-B相关联。并且等式20、21、22A、22B和23与图28C-D相关联。
Vr0w＝EwRr0Cr0w[等式17]
Vr0r1＝Er1Rr0Cr0r1[等式18]
Vr0r1/Vr0w＝(Er1/Ew)(Cr0r1/Cr0w)[等式19A]
Er1/Ew＝(Vr0r1/Vr0w)(Cr0w/Cr0r1)＝(Vr0r1/Vr0w)(Vr0wn/Vr0r1n)(Er1d/Ewd)[等式19B]
Vr1w＝EwRr1Cr1w[等式20]
Vr1r0＝Er0Rr1Cr1r0[等式21]
Vr1r0/Vr1w＝(Er0/Ew)(Cr1r0/Cr1w)[等式22A]
Er0/Ew＝(Vr1r0/Vr1w)(Cr1w/Cr1r0)＝(Vr1r0/Vr1w)(Vr1wn/Vr1r0n)(Er0d/Ewd)[等式22B]
Er0/Er1＝(Er0/Ew)/(Er1/Ew)[等式23]
如图27A-D中所示的此类校准方法中的第一步骤是调节电流源2511、2521和2541以分别从LED 2510、2520和2540产生期望光强度Er0d、Ewd和Er1d，如图27A-D中所示。随后来自LED 2520和LED 2540的光被LED 2510测量，LED 2510分别产生跨电阻器2512的标称电压Vr0wn和Vr0r1n，如图27A和27B中所示。等式11和12解说了此类电压、发射功率、响应性和校正因子之间的关系。等式13A-B取等式11与12之比以产生校正系数Cr0w与Cr0r1之比，其被表达为标称电压Vr0wn与Vr0r1n之比乘以期望发射强度Er1d与Ewd之比。
接下来，如图27C和27D中所示，来自LED 2520和2510的光被LED 2540测量，LED 2540分别产生跨电阻器2542的标称电压Vr1wn和Vr1r0n。等式14和15将此类电压与发射功率、响应性和校正因子相关。等式16A-B取等式14与15之比以产生校正系数Cr1w与Cr1r0之比。一旦此类校正系数之比是已知的，由生产线上的相似此类设备产生的光的相对强度就可被确定和调节以产生期望颜色。同样，此类设备可在使用后在现场被重新校准以维持该期望颜色。
图28A-D解说了用于在没有参考光源的情况下校准颜色的方法中的第二步骤。在此类第二步骤中，LED 2520和2540分别用未知光强度Ew和Er1顺序地照明LED 2510，这分别产生跨电阻器2512的电压Vr0w和Vr0r1，如图28A和28B中所示。等式17和18分别将感应电压Vr0w和Vr0r1与发射功率Ew和Er1、响应性Rr0、以及校正系数Cr0w和Cr0r1相关。等式19A-B取等式18与17之比并代入关于校正系数Cr0w与Cr0r1之比的等式13B以将发射强度Er1与Ew之比表达为测得电压和期望发射强度的函数。
接下来，LED 2520和2510分别用未知光强度Ew和Er0顺序地照明LED2540，这分别产生跨电阻器2542的电压Vr1w和Vr1r0，如图28A-D中所示。等式20和21分别将感应电压Vr1w和Vr1r0与发射功率Ew和Er0、响应性Rr1、以及校正系数Cr1w和Cr1r0相关。等式22A-B取等式21与20之比并代入关于校正系数Cr1w与Cr1r0之比的等式16B以将发射强度Er0与Ew之比表达为测得电压和期望发射强度的函数。等式23将Er0与Er1之比表达为等式22B与等式19B之比。一旦从每个LED 2510、2520和2540发射的此类相对强度是已知的，就可调节此类强度以产生期望颜色。
图25A-D、26A-D、27A-D和28A-D仅解说了用于使用此类LED作为光检测器来校准从一组不同彩色LED发射的颜色点的许多方法中的两种。可使用此类方法或其他方法来校准任何数目的LED(在一些情形中从两个到许多个)。倘若用作光检测器的LED测量由具有大约相等或更短波长的LED产生的光，则可使用任何颜色LED。尽管图25A-D和26A-D使用LED面板中常用的以及LED背光中越来越常用的红色、绿色和蓝色LED，但此类方法等同地适用于包括有机LED(OLED)的灯或任何其他类型的照明或显示设备。尽管图27A-D和28A-D在灯中使用白色和红色LED作为示例，但此类校准方法等同地适用于包括OLED的LED显示器、背光或任何其他类型的照明设备。此类方法可在生产线上执行以确保设备的一致颜色，或者可随时间推移在相同设备上执行以维持颜色。
图29是可实现图25A-D、26A-D、27A-D和28A-D中解说的方法的电路的示例框图，该电路包括集成电路(IC)2980、LED 2510、2520、2540和可任选的2530、以及电阻器2512和2542。集成电路(IC)2980还包括时序和控制电路2981、系数矩阵2982、数模转换器(DAC)2983、模数转换器(ADC)2984、以及取决于是否包括任选的LED 2530的三个或四个用于产生用于LED2510、2520、2530(任选的)和2540的电流的输出驱动器2985。输出驱动器2985还包括脉冲宽度调制器(PWM)2987和电流源2986。
时序和控制电路2981管理驱动器IC 2980的功能。用于LED 2510、2520、2530和2540的照明数据被硬连线至时序和控制电路2981中或者通过某种手段传达给时序和控制电路2981，并在恰当的时间被转发给颜色校正矩阵2982。颜色校正矩阵2982除其他事项外还可调节用于LED 2510、2520、2530和2540的照明数据以补偿各LED之间的变化，从而跨显示器或从灯产生均匀亮度和颜色。矩阵2982可包括校正系数，其在与照明数据组合时产生被转发给输出驱动器2985的数据，输出驱动器2985具有脉冲宽度调制器2987，该脉冲宽度调制器2987产生将至LED 2510、2520、2530和2540的电流源2986开启和关闭的逻辑电平信号。
ADC 2984能访问LED 2510和2540的两端，并且除其他事项外还可测量响应于入射在LED 2510和2540上的光跨电阻器2512和2542产生的电压。此示例中取决于是否使用任选的LED 2530的所有3个或4个LED的正极可一起绑定至单个电源电压Vd 2988，或者可连接至不同的电源电压。在所有LED2510、2520、2530(任选的)和2540为一种颜色的情形中，所有正极优选地可连接在一起。在此类LED 2510、2520、2530(任选的)和2540为不同颜色的情形中，每个此类不同颜色LED 2510、2520、2530(任选的)和2540将优选地连接至每个此类不同电源电压。
图29仅仅是许多可能的驱动器IC 2980框图的一个示例。例如，若LED2510、2520、2530和2540用可变电流驱动达固定时间量，则将不需要PWM2987。若ADC 2984测量来自LED 2510和2540的开路电压、短路电流、或电流与电压的某种其他组合，则将不需要电阻器2512和2542。若可变电流是不期望的，则DAC 2983可以是固定电流源。颜色校正矩阵2982可驻留在设备中其他地方。
图30是校正矩阵2982的示例框图，校正矩阵2982可校正由红色、绿色和蓝色LED 2510、2520和2530的组合产生的光强度变化以跨显示器或从灯产生相对均匀的亮度和颜色。矩阵82包括可存储校正系数Cr、Cg和Cb的存储器3090，乘法器3091将校正系数Cr、Cg和Cb分别与来自时序和控制电路2981的例如红色、绿色和蓝色照明数据组合以产生被转发给调制器2987的分别控制红色、绿色和蓝色LED 2510、2520和2530的照明数据。此类校正系数通常相对大，这在照明数据中产生调节以补偿LED 2510、2520和2530之间的变化。
存储器3090可由SRAM、DRAM、闪存、寄存器、或任何其他形式的可读写半导体存储器构成。此类校正系数可由驱动器IC 2980或例如显示器或灯中的任何其他处理元件周期性地修改以针对LED 2510、2520和2530特性例如随温度或寿命的改变而进行调节。
乘法器3091通过将每个颜色分量乘以相应的校正系数来缩放来自时序和控制电路2981的照明数据。此类乘法可由分立硬件以比特并行形式或比特串行形式、在嵌入式微控制器中、或通过任何其他手段来执行。优选地，包括移位器和加法器的一种硬件乘法器执行所有三次乘法。因此，图30仅仅是校正矩阵2982的许多可能框图之一。同样，校正矩阵2982可驻留在设备中其他地方，诸如图形控制器中的软件。
图31A-C解说了用于通过确定LED的作为入射在此类LED上的光波长的函数的光敏性来确定来自此类LED的峰值发射波长λp的一种可能方法。此类测量系统可包括如图25A-D中解说的光源2550、LED 2510和电阻器2512，其中由光源2550发射的光波长在分别比LED 2510的期望峰值发射波长λp略短和略长的波长λ-和λ+之间切换。
图31A中的标绘3100表示具有标称峰值发射波长λpn的LED 2510的作为入射波长的函数的光敏性，其中纵轴表示跨电阻器2512感应的电压。在长于λpn的波长处，光敏性显著下降，而在短于λpn的波长处，光敏性随波长线性地下降。还示出了具有波长λ-的入射光跨电阻器2512产生电压V-，而具有波长λ+的入射光跨电阻器2512产生电压V+。连接点(λ-，V-)和(λ+，V+)的线3103具有斜率M＝(V--V+)/(λ--λ+)。
图31B中的标绘3101解说了具有比标称峰值发射波长λpn略短的峰值发射波长λp-的LED 2510的光敏性。当此类LED 2510由光源2550用波长λ-和λ+照明时，跨电阻器2512分别产生电压V-和V+。此类V-和V+之间的电压差对于具有略短于标称峰值发射波长λpn的峰值发射波长λp-的此类LED 2510而言要大于具有标称峰值发射波长λpn的此类LED 2510。此外，线3104的斜率M对于发射峰值波长λ-的LED 2510而言要比发射标称峰值波长λpn的LED 2510负得更多。
图31C中的标绘3102解说了具有比标称峰值发射波长λpn略长的峰值发射波长λp+的LED 2510的光敏性。当此类LED 2510由光源2550用波长λ-和λ-照明时，跨电阻器2512分别产生电压V-和V+。此类V-和V+之间的电压差对于具有略长于标称峰值发射波长λpn的峰值发射波长λp+的此类LED 2510而言要小于具有标称峰值发射波长λpn的此类LED 2510。此外，线3105的斜率M对于发射峰值波长λ+的LED 2510而言要比发射标称峰值波长λpn的LED 2510负得更少。
由于图31A、31B和31C中的线3103、3104和3105的斜率直接与LED 2510的峰值发射波长相关，因此此类斜率可用于确定此类峰值发射波长。例如，此类关系可以是线性的。图31A-C解说了用于通过测量LED的光敏性来确定由此类LED产生的光的峰值发射波长的许多可能方法中的一种。例如，可测量LED光感应的电流而非电压，或者可测量电流和电压的某种其他组合。此外，具有较宽光谱的灯可感应此类电压或电流而非图31A-C中解说的单色源。
图32是校正矩阵2982的示例框图，校正矩阵2982可校正例如由红色、绿色和蓝色LED 2510、2520和2530的组合产生的光强度和波长两者的变化以从LED阵列产生均匀亮度和颜色。矩阵2982包括存储器3090，其可存储9个校正系数，其中3个此类系数用于所产生的每种颜色分量。系数Crr、Cgg和Cbb将通常有效地与来自图30的Cr、Cg和Cb相同，以调节LED 2510、2520和2530的强度变化，而其余系数(Crg，Crb，Cgr，Cgb，Cbr，Cbg)补偿波长变化。
例如，若来自时序和控制电路2981的红色照明数据旨在用于具有波长650nm的LED 2510且所连接LED 2510波长准确地为650nm，则系数Cgr和Cbr将为0，且Crr将接近1。若此类所连接LED 2510波长为660nm且具有与前一示例相同的强度，则Crr将略小于前一示例中的Crr，且Cgr和Cbr将为非零，这将分别从此类绿色和蓝色LED 2520和2530产生一些光。来自此类红色、绿色和蓝色LED 2510、2520和2530的光的组合将被感知为等同于就像红色LED2510在650nm处发射一样。
存储器3090和乘法器3091可如关于图6所描述地那样操作和实现。加法器3210将来自三个所连接乘法器3091的乘法结果求和以产生被转发给调制器2987的照明数据。此类加法器3210可在硬件或软件中实现，或者以比特并行或比特串行来执行。图32仅仅是许多可能的强度和波长校正矩阵2982框图之一。
图33是包括背光3321、漫射器3322、偏光器3323和3326、滤色片3324、以及液晶阵列3325的LCD显示器的示例简化框图。图像像素3330被展开以解说液晶子像素元件3331，其调制来自滤色片像素元件3332的红色、绿色和蓝色光的量以便从此类图像像素3330产生特定颜色和强度。背光3321从一个或许多光源(诸如LED 3333)产生白光，由漫射器3322使该白光跨显示器均匀。偏光器3323仅让特定偏振的光通过以到达滤色片3324，滤色片3324产生红色、绿色和蓝色光。液晶阵列3325选择性地旋转此类光的偏振，该光随后被偏光器3326过滤以产生像素3330的彩色图像。背光3321通常包括一个或更多个白色LED 3333，但可包括红色、绿色和蓝色LED的经颜色校准的组合。
图34是通过为LCD 3320三倍那么快地使红色、绿色和蓝色顺序通过单个液晶像素元件3331来消除滤色片3324的LCD 3440的示例简化框图。此类显示器通常被称为场序色彩(FSC)LCD，其比LCD 3320的成本显著要少且消耗的功率要少得多，因为消除了滤色片。由于通常顺序进行红色、绿色和蓝色，因此白色LED 3333被红色、绿色和蓝色LED 2510、2520和2530取代。电流源3334用驱动器IC 2980取代，驱动器IC 2980藉由顺序地通过启用信号enr 3441、eng 3442和enb 3443汲取电流来分别顺序地启用LED 2510、2520和2530。为了建立和维持由来自LED 2510、2520和2530的光的组合产生的精确平均颜色，可由驱动器IC 2980或其他电路执行图25A-D、26A-D、27A-D、28A-D和31A-C中解说的方法。
本领域技术人员一旦完全领会以上公开，则多种变型和修改将变得显而易见。
第四实施例
公开了可用于LCD(液晶显示器)背光、LED灯、或其他应用的照明设备以及相关系统和方法。照明设备可包括光检测器(诸如光电二极管或LED或者其他光检测设备)以及一个或更多个不同颜色的LED。可使用这些照明设备实现相关方法以维持由来自此类LED的混合发射产生的精确颜色。也可按需实现用于这些照明设备的其他方法、系统和应用。照明设备的一种应用是用于FSC(场序色彩)LCD(液晶显示器)的背光。FSC LCD通过在面板中顺序地加载图像的红色、绿色和蓝色像素数据并闪现RGB背光的不同颜色来在时间上混合图像中的各颜色。通过在每种颜色闪现时持续监视由每个照明设备中的不同彩色LED感应的光电流之比可有利地维持跨此类显示器的精确和均匀的色温。以下关于附图描述各个实施例。若需要，还可实现其他特征和变化，并且也可利用相关的系统和方法。
如以下进一步描述的，公开了包括具有不同发射波长的LED以及光检测器的照明设备的示例实施例。此外，公开了用于维持从照明设备中的LED组合发射的精确颜色和强度的方法。例如，所公开的实施例可用于使用FSC的LCD，其中通常在任何一个时间，来自一组红色、绿色和蓝色LED中的仅一种颜色LED发射光。此类实施例还可用于常规LCD背光和LED灯，其中所有LED通常同时发射但周期性地顺序进行各颜色以进行测量。各实施例还可按需用在其他系统和应用中。
在一个实施例中，如以下进一步描述的，包括红色、绿色和蓝色LED的照明设备中的光检测器可用于监视(例如，持续地、周期性地、等等)由每种颜色LED产生的光强度。例如，控制器(诸如控制器集成电路(IC))随后可使用该强度测量来维持由这些LED产生的固定混合颜色和强度。可由控制器IC执行以控制颜色的一种方法包括将由不同彩色LED在光检测器中感应的信号之比与期望比率作比较，例如，如本文中关于第三和第七实施例所描述的。期望比率可例如在照明设备或显示器的制造期间确定。应注意，光检测器可以是任何光检测设备，包括但不限于：硅光电二极管、分立LED、光检测LED或与发光LED之一集成在相同管芯上的光检测LED。因此，在以下针对光电二极管使用的讨论中，应理解，可使用其他光检测器来代替光电二极管，包括分立LED、光检测LED、与发光LED之一集成在相同管芯上的光检测LED、或某种其他光检测设备。
尽管该强度控制过程可如同颜色控制过程中那样持续地执行，但优选地也可响应于用户命令或上电而周期性地执行强度控制。也可按需应用其他控制时序。由于人眼对颜色变化比对强度变化敏感得多，因此较小的强度变化通常可被人眼容忍。
尽管本发明的一种主要应用是用于FSC LCD的背光，但许多其他应用(诸如固态照明和常规LCD)也可获益于所公开实施例。例如，在同一封装中将光检测器(诸如光电二极管或LED或其他光检测设备)与不同的彩色LED(包括白色)组合使得由每个此类LED产生的光能被准确测量，即使存在显著环境光或来自毗邻封装中的LED的光亦然。在一个实施例中，光电二极管使得能使用将电流注入此类光电二极管、测量正向电压、并从结果计算温度的公知技术来容易且准确地测量封装的温度并因此测量LED的温度。通过此类测量，可针对任何应用使用本文描述的方法准确地控制由此类照明设备产生的光的颜色和强度。光电流之比可用于控制由设备产生的光的相对强度并因此控制颜色，而针对温度进行补偿的绝对光电流可用于控制由设备产生的总体强度。
虽然本文描述的实施例适用于各种各样的应用，但是应注意，所公开实施例对于FSC LCD背光尤其有用，因为各颜色顺序进行且因此光检测器(例如，光电二极管、LED等)可监视由照明设备中的每个LED产生的光而无需修改显示器时序或光学器件。
如上所述，该第四实施例还可与关于本文所述的其他实施例描述的技术、方法和结构联用。例如，关于第二、第三、第七和第八实施例描述的校准和检测系统及方法可按需与该第四实施例中描述的系统和方法联用。此外，本文描述的各种照明设备、光源、光检测器、显示器、和应用以及相关的系统及方法可按需与该第四实施例中描述的系统和方法联用。此外，如上所述，关于该第四实施例描述的结构、技术、系统和方法可用在本文描述的其他实施例中，并且可用在任何期望的照明相关应用中，包括液晶显示器(LCD)、LCD背光、数字公告板、有机LED显示器、AMOLED(有源矩阵OLED)显示器、LED灯、照明系统、常规插座连接内的灯、投影系统、便携式投影仪和/或其他显示器、灯或照明相关应用。
如以下描述的，在一些实施例中，照明设备可包括如图35和40中所示地封装在一起的一个或更多个彩色LED(诸如红色LED、绿色LED和蓝色LED)、以及硅光电二极管或其他光检测器(例如，LED等)。图35解说了优选照明设备，其包括集成在图36中解说的控制器IC上的光检测器(诸如硅光电二极管或其他光检测设备)，其测量此类LED输出光和温度并执行用于维持由此类LED产生的精确颜色和强度的方法。图40解说了包括用于测量LED输出光和照明设备温度的光检测器(诸如分立硅光电二极管或其他光检测设备)的替换照明设备。图41中解说的外部控制器IC可用于实现用于任何数目的照明设备的颜色和强度控制方法。尽管以下讨论主要使用硅光电二极管作为光检测器，但是再次应注意，光检测器可以是任何光检测设备，包括但不限于：硅光电二极管、分立LED、光检测LED或与发光LED之一集成在相同管芯上的光检测LED。
图37、38和39分别解说了包括集成在控制器IC上的光电二极管的优选照明设备的可能的光电二极管电流和温度测量电路、简化系统连接图、以及时序图。同样，图42、43和44解说了包括分立光电二极管的照明设备的可能的光电二极管电流和温度测量电路、简化系统连接图、以及时序图。由于LCD背光通常需要许多照明设备来跨显示器提供均匀和足够的亮度，因此这些系统连接图解说了在照明设备包括分立光电二极管的情况下此类照明设备可如何连接在一起并连接至控制器IC。
由于LCD背光通常具有许多照明设备，因此将光电二极管与每组红色、绿色和蓝色LED一起封装有助于使来自毗邻LED的光对由第一照明设备中的LED在此第一照明设备中感应的光电二极管电流的影响最小化。此外，照明设备封装可包括不透明体以阻挡毗邻照明设备之间的直接光并且包括透明塑料填充以允许光被直接发射到显示器波导或漫射器中。来自毗邻照明设备的一些光可从此类波导或漫射器散射到此类第一照明设备中，但倘若光电二极管驻留在该照明设备中，则此类散射光的量通常足够小从而不会影响测量。
如图39和44中解说的示例时序图中所示，在用于FSC LCD的背光中，在一个时间，红色、绿色和蓝色LED中仅一种颜色正在发射，这使得每个照明设备中的光电二极管能连续地测量由每种此类LED产生的光。此外，由于来自毗邻照明设备的散射光足够小，因此由FSC LCD背光中的所有照明设备中的所有LED产生的光可同时被测量，而无需修改显示器时序并且无需常规RGB背光所必需的特殊波导。用于其他应用(诸如常规LCD背光或用于一般照明的LED灯)的时序图未示出，但是在大部分时间将优选地使所有LED同时发射。周期性地，每种颜色LED将独立发射以进行测量。
图39和44还解说了用于驱动照明设备中的LED的两种不同方法，其减少了在分别使用集成光电二极管和分立光电二极管时所需的封装引脚数目。如图36中所示，用于红色LED的电源还为控制器IC供电。由于用于绿色和蓝色LED的正向电压通常是相近的，因此用于这两种LED的电源被示为相同的。此外，如图39中所示，此类绿色和蓝色LED电源优选地在此类红色LED电源之后走高，这在控制器IC上产生复位脉冲。
如图41中所示，用于红色、绿色和蓝色LED的电源是分开的，但所有三个负极都连接至控制器IC上的一个引脚。如图44中所示，此类LED电源顺序地开启，其中在一个时间仅有一个正开启。因此，控制器IC上的一个LED驱动器可用于驱动一个照明设备中的所有三个LED。
图45解说了用于实现用于照明设备的LED颜色和强度控制方法的控制器IC中的可能电路，该方法可按需包括三个步骤或过程，包括工厂校准、颜色控制和/或强度控制。
在可发生在制造照明设备或背光或显示器时的工厂校准期间，可测量每个照明设备的红色、绿色和蓝色LED的强度和波长，可生成用于补偿此类变化的系数，并且可测量每个LED在产生期望光量时的温度和所感应的光电二极管电流。此类校正系数、光电二极管电流和温度测量随后可被存储在相应的控制器IC上——若此类IC具有非易失性存储器，并被直接使用；或者它们可被存储在用于显示器中的所有照明设备的某种共用存储器中并例如在此类显示器每次上电时被加载。
在正常工作期间，通过将由照明设备中的各LED感应的光电二极管电流之比与在工厂校准期间测量的期望光电二极管电流之比作比较，可精确地维持由来自红色、绿色和蓝色LED的光组合产生的颜色。由于由蓝色LED产生的光强度随温度保持相对恒定，因此颜色控制过程可使用由蓝色LED感应的光电流作为参考。可将由红色和绿色LED感应的光电二极管电流除以由蓝色LED感应的光电二极管电流以产生红色与蓝色和绿色与蓝色的实际测得比率以及红色与蓝色和绿色与蓝色的工厂期望比率。随后可对实际比率与期望比率之差进行低通滤波，然后调节去往红色和绿色LED的平均驱动电流。该颜色控制过程随后可比较光电二极管电流之比以消除随操作条件(诸如温度和电源电压)以及随寿命发生的任何测量变化。由于由不同彩色LED的组合产生的光的颜色是由每个此类LED产生的相对强度决定的，因此比较光电二极管电流之比非常适合颜色控制过程。
为了维持由照明设备产生的相对精确的强度，强度控制过程可被配置成将在工作期间由蓝色LED感应的测得光电二极管电流与在工厂校准期间测得的由蓝色LED感应的期望光电二极管电流作比较。由于此类测得光电二极管电流可随温度变化，因此还测量光电二极管的温度——其应当与同一封装中的LED几乎相同，并且测得光电二极管电流在与期望光电二极管电流比较之前可被恰当地补偿。经温度补偿的光电二极管电流与期望光电二极管电流之差可被存储在寄存器中，该差相应地调节平均蓝色LED驱动电流。
现在转到附图，图35解说了照明设备3510，其包括具有光检测器3512和三个LED的集成电路3511，其中一个LED对应于红色3513、绿色3514和蓝色3515中的每种颜色。光检测器3512可以是例如硅光电二极管，并且以下讨论主要使用光电二极管作为光检测器。然而，如以上指出的，根据需要，光检测器3512也可以是任何其他光检测设备。包装该IC和LED的封装包括4引脚引线框3516、不透明塑料体3517、以及允许来自LED的光从该封装垂直发射的透明塑料填充3518。引线框3516包括用于信号Vr 3519、Vbg 3520、Din(D输入)3521和Dout(D输出)3522的4个引脚。信号Vr 3519向红色LED3513和控制器IC 3511供电，信号Vbg 3520向绿色LED 3514和蓝色LED 3515供电，而Din 21和Dout 22信号向控制器IC 11传达数据和控制信息以及从控制器IC 11传达状态。该照明设备的背侧是常用的暴露垫，其提供至印刷电路板的良好导热性以及电接地连接。还应注意，在集成电路上，若需要，硅光电二极管可实现为P型衬底和N型扩散层之间的扩散结。此外，若需要，硅光电二极管也可实现为N型衬底和P型扩散层之间的扩散结。
在一些应用的校准期间以及在FSC LCD背光应用的正常工作期间，集成电路3511顺序地向不同的彩色LED提供电流，这导致每次仅一个LED产生光。硅光电二极管3512和相关联的检测电路持续地监视由每个LED产生的光。控制电路调节提供给每个LED的平均电流以维持精确的照明强度和颜色。蓝色LED 3515和绿色LED 3514通常具有两个表面触点并且被示为倒装在集成电路3511上。红色LED 3513通常具有一个表面触点和一个背侧触点并且被示为直接附连至集成电路3511，其中顶部的表面触点通过导线接合至Vr 3519。
图35是在同一封装中将带有集成光检测器(诸如硅光电二极管或其他光检测设备)的LED控制器IC 3511与一组不同的彩色LED组合的许多可能照明设备之一。图35中解说的示例示出了红色、绿色和蓝色LED的组合，但此类照明设备可包括任何颜色LED，包括用于一般照明的白色和红色LED的组合或常规LCD背光应用。照明设备3510还被示为具有4个引脚和用于接地(gnd)的背侧触点，但是可具有各种各样的引脚组合。这些LED还被示为直接附连至集成电路3511，但是可用各种方式附连，包括安装到引线框3516或安装到某种其他形式的衬底以及通过导线接合至IC 3511。此外，如上所述，被描绘为光电二极管的光检测器可以按需为任何光检测设备，包括但不限于：硅光电二极管、分立LED、光检测LED或与发光LED之一集成在相同管芯上的光检测LED。
图36解说了可能的LED控制器IC 3511，其向红色LED 3513、绿色LED3514和蓝色LED 3515提供驱动电流并使用硅光电二极管3512和测量块3630来监视由此类LED产生的光并测量照明设备3510温度。网络接口3634接收来自信号Din 3521的照明和控制数据并在信号Dout 3522上产生状态信息。此类照明数据可调节由每个照明设备3510产生的光的强度以及可任选地调节颜色以支持局部调光。振荡器(OSC)3635向网络接口3634提供参考时钟，网络接口3634可从Din 3521上接收到的数据恢复时钟，该时钟可用于对集成电路3511的其余部分进行时钟控制。时序和控制电路3633使用所恢复的时钟来管理集成电路3511的操作和功能。
颜色调节电路3636执行用于维持由LED产生的精确LED照明强度和颜色所必需的任务。此类任务包括监视由光电二极管产生的电流并调节转发给脉冲宽度调制器(PWM)3638、3639和3640的数字值，脉冲宽度调制器3638、3639和3640控制电流源3641、3642和3643分别通过连接至LED 3513、3514和3515的信号PWMr(红色)3647、PWMg(绿色)3648和PWMb(蓝色)3649汲取电流的时间量。还示出了从Vr 3519产生用于IC 3511的电源电压VDD 3645的低压差(LDO)稳压器3637以及从Vbg 3520产生用于IC 3511的主复位信号/RST 3646的复位电路3644。Vr 3519、Vbg 3520和VDD 3645的示例电压值可以分别为2.5v、3.5v和1.8v。
图36是包括光电二极管或其他光检测设备(诸如LED)并向任何数目的LED产生驱动电流的控制器IC的许多可能框图之一。例如，可通过调节由电流源产生的电流而非使用脉冲宽度调制器控制此类电流源产生电流的时间量来控制由此类LED产生的照明强度。此外，进出控制器IC的控制和数据信号可以完全不同。例如，照明数据和控制数据可具有分开的输入引脚。同样，时钟可以随数据一起输入而非从数据恢复时钟。
图37解说了控制IC 3511内包含的测量块3630的可能框图。在该示例中，放大器3750被配置为跨阻放大器，其通过放大器3750在光电二极管负极上维持相对固定的电压来迫使由光电二极管3512产生的电流通过电阻器3751。跨电阻器3751产生的电压被转发给复用器3756和ADC 3757。
温度传感器包括发起进入二极管3754和3755中的电流I0的电流源3752和3753。二极管3755包括具有与二极管3754相同的物理和电特性的10个并联二极管以产生具有二极管3754的10倍面积的二极管3755。二极管3754和3755的正极之间的电压差与绝对温度成比例并且通过复用器3756被转发给ADC 3757。
图37是测量块3630的许多可能框图之一。例如，可通过迫使两个不同电流在正向偏置方向上通过光电二极管3512并测量所得的两个电压之差来测量温度。光电二极管3512的极性可以颠倒，并且放大器可被配置成迫使跨光电二极管3512为0伏。此外，可消除放大器3750，并且电阻器3751可跨光电二极管3512连接以产生与由光电二极管3512产生的电流成比例的电压。因此，图37仅仅是用于光电流和温度测量的许多可能框图的一个示例。
图38解说了显示器背光中具有集成光电二极管的多个照明设备的可能连接图。照明设备3510解说了通过将一个照明设备3510的Dout信号3522连接至下一个串联照明设备3510的Din信号3521而串联在一起的一组任何数目个照明设备3510的实例。最后一个照明设备3510的Dout信号3522连接至视频控制器3861，视频控制器3861还向第一个照明设备3510提供Din信号3521并完成视频控制器3861和所有照明设备之间的通信环。视频控制器3861可产生用于每个照明设备3510的照明强度和颜色数据并且可控制和监视所有此类设备的功能。
电源3860分别向所有照明设备3510的红色、以及绿色和蓝色LED提供Vr 3519和Vbg 3520供电。此类供电可以是静态的或者可如图39中解说地切换。电源3860还被示为向视频控制器3861供电，其通常将为固定电压。
在显示器背光中，照明设备3510可沿所谓的侧光式LCD中的液晶面板的一个或更多个边缘串联或在所谓的直下式LCD中的液晶面板后面的阵列中串联。在侧光式LCD中以及在一些直下式LCD中，照明设备应在液晶面板后面提供均匀强度和颜色，其中该面板中的像素通过使或多或少不同彩色光通过来产生图像。一些直下式LCD实现局部调光，其中可针对每个图像帧独特地控制每个照明设备3510或各组照明设备的亮度以及有时还有颜色。
图38是用于显示器中的照明设备3510的许多可能连接图之一。例如，视频控制器3861可连接至照明设备3510的多个链。此外，视频控制器3861可以是例如图形或I/O控制器。照明设备链可以是任何数目，包括仅一个链。Vr3519和Vbg 3520供电可连接起来或者如图所示是分开的，或者对于不同的照明设备引脚分布可以完全不同。同样，可按需不同地实现LED灯或其他应用中的连接图。
图39解说了FSC LCD背光中的电源Vr 3519和Vbg 3520、以及LED电流源输出PWMr(红色)3647、PWMg(绿色)3648和PWMb(蓝色)3649的许多可能时序图之一。在启动时，Vr 3519首先走高并且随后Vbg 3520走高，这使得控制器IC 3511中的复位发生器3644产生有效/RST信号3646以启动控制器IC 3511从已知状态进行操作。控制器IC 3511随后通过启用每个相应的PWM和电流源来顺序地驱动红色LED 3513、绿色LED 3514和蓝色LED 3515。当此类PWM信号被示为高时，不通过相应的LED汲取电流并且该LED不产生光。当此类PWM信号被示为启用时(附图中标记为EN)，启用相应的PWM并且在每个此类LED中产生脉冲电流。
由于在一个时间仅一种颜色LED正在发射，因此光电二极管3512可在连续基础上监视由每个此类LED产生的光，并且控制器IC 3511可持续地调节针对每个此类LED产生的驱动电流以维持精确的颜色点和强度。
图39中所示的光颜色的先后顺序适用于FSC LCD及其他应用，其在时间上而非在空间中混合红色、绿色和蓝色像素数据。常规LCD具有白色背光和为每个像素产生红色、绿色和蓝色光的滤色片，每个像素包括用于每种颜色的液晶子像素元件。红色、绿色和蓝色像素数据随后允许不同量的光通过每个红色、绿色和蓝色子像素。FSC LCD具有一个液晶像素元件，其操作达至少三倍那么快以允许顺序地呈现每种颜色，其在时间上被眼睛混合。
图39是电源和LED驱动信号的许多可能时序图之一。对于例如常规显示器和灯，所有LED将通常同时产生光以生成必需的白光。可使用不同的时序图来启用光电二极管3512以监视由每个此类LED产生的光。对于FSC LED，为了减少诸如颜色分裂等可见伪迹，不同彩色LED的序列可以是不同的。例如，颜色序列可在多个视频帧上重复而非如图所示的仅一个视频帧。此外，诸如所谓的模印(stenciling)等方法通过在每组红色、绿色和蓝色场之间插入所有三种颜色都被照明的第四场来减少颜色分裂。对于常规和FSC显示器两者，电源和LED驱动信号两者的时序可以显著不同。图39仅是一个示例。
图40解说了照明设备4080，其包括光检测器4081和三个LED，如照明设备3510中那样其中一个LED对应于红色4082、绿色4083和蓝色4084中的每种颜色，但不包括控制器IC 3511。光检测器4081可以是例如硅光电二极管，并且以下讨论主要使用光电二极管作为光检测器。然而，如以上指出的，光检测器4081也可以是任何光检测设备，包括但不限于：硅光电二极管、分立LED、光检测LED或与发光LED之一集成在相同管芯上的光检测LED。因此，在一些实施例中，光检测器4081可按需被实现为与一个或更多个发光LED集成在相同管芯上的光检测LED。包装此类光检测器和LED的封装包括6引脚引线框4085、不透明塑料体4086、以及允许来自LED的光从该封装垂直发射的透明塑料填充4087。引线框4085包括用于分别连接至此类红色、绿色和蓝色LED的正极的信号Vr 4088、Vg 4089和Vb 4090以及用于信号LC 4091、PDC 4092和PDA 4093的6个引脚。LC信号4091连接至所有此类LED的负极，而PDC4092和PDA 4093分别连接至光电二极管4081负极和正极。照明设备4080的背侧在此示例中应当保持电隔离。
光电二极管4081以及绿色LED 4083和蓝色LED 4084可在每个此类管芯的顶侧上具有两个触点，其中所有正极直接通过导线接合至相应的引脚。LED负极向下接合至引线框，引线框随后通过导线接合至LC 4091引脚。光电二极管4081上的表面正极连接通过导线接合至PDC 4093引脚。红色LED 4082被示为具有通过导线接合至Vr 4088引脚的用于正极的表面触点以及电学和机械地连接至引线框的用于负极的背侧触点。
图40是包括LED和用于监视每个LED的相对输出功率以维持精确的颜色点和强度的光检测器的许多可能照明设备4080之一。例如，照明设备可包括更多或更少LED或附加的光检测器。LED的负极可具有专用引脚而非如图所示地连接在一起，或者所有正极可以是共用的，而负极分开地引出。光电二极管负极或正极可与一个或更多个LED共享共用连接。封装在机械上可以完全不同。引脚可以是例如表面安装或者穿孔。此外，如上所述，被描绘为光电二极管的光检测器可以按需为任何光检测设备，包括但不限于：硅光电二极管、分立LED、光检测LED或与发光LED之一集成在相同管芯上的光检测LED。
图41解说了可能的LED控制器IC 4100，其驻留在照明设备外部并向红色LED 4082、绿色LED 4083和蓝色LED 4084提供驱动电流并且使用光电二极管4081和测量块4101来监视由此类LED产生的光和温度。此类控制器IC4100连接至N个照明设备4080并随操作条件和寿命维持由所有所连接照明设备4080产生的恰当照明颜色和强度。在此示例中，来自照明设备4080的所有PDA 4093信号被一起绑定至控制器IC 4100的PDA 4114引脚。每个照明设备PDC 4092引脚被连接至控制器IC 4100上标记为PDC1 4115至PDCn 4116的独特PDC。
网络接口4102、时序和控制电路4103、振荡器(OSC)4104和颜色调节块4105应当非常类似于或等同于构成控制器IC 3511的此类块。同样，PWM块4106至4107和电流源4108至4109应当非常类似于或等同于构成控制器IC3511的此类块。控制器IC 3511和控制器IC 4100之间的主要差别包括测量块4101、可驱动的LED数量、以及如何驱动LED的时序。照明设备4080的所有三个LED 4082、4083和4084的负极通过信号PWM1 4110连接至一个电流源4108。最多达N个照明设备4080可连接至等同于电流源4108的N个电流源，其中连接至PWMn 4111的电流源4109表示至第N个照明设备4080的连接。控制器IC 3511中所示的LDO 3637和复位电路3644被输入引脚VDD 4112和/RST 4113取代。Din 4117和Dout 4118具有与控制器IC 3511上的Din 3521和Dout 3522相似的功能。
图41是连接至并控制照明设备4080的控制器IC的许多可能框图之一，照明设备4080包括光电二极管或其他光检测设备(诸如LED)和LED，其中光电二极管或其他光检测设备(诸如LED)监视由此类LED产生的光量。例如，控制器IC可具有单独用于每种颜色LED的LED驱动器电路而非用一个驱动器控制所有三个LED。若照明设备4080包括不同数目个LED，则控制器IC 4100将连接至每个照明设备中的该数目的LED。
图42是测量块4101的一种可能框图，其测量由所有所连接照明设备4100中的LED 4082、4083和4084产生的光电二极管4081电流并使用此类光电二极管4081来测量每个此类所连接照明设备4080中的温度。当控制开关4220的光启用(LightEn)信号4228为高且控制开关4221的温度启用(TempEn)信号4229为低时，测量块4101被配置成通过将光电二极管4081正极短路接地并使所选光电二极管4081负极由放大器4224控制来测量光电二极管4081中的电流。所选光电二极管4081中的电流被迫通过电阻器4225，从而产生通过复用器4226转发给ADC 4227的电压。
当光启用信号4228为低且温度启用信号4229为高时，测量块4101被配置成通过将所选光电二极管4081负极短路接地并迫使来自电流源4223的不同电流通过所选光电二极管来测量所选照明设备4080中的光电二极管的温度。电流源4223提供两个不同电流I0和10倍I0通过由复用器4222选择的光电二极管4081，并且复用器4226将所得电压转发给ADC 4227。两个所得电压之差与绝对温度成比例。
图42是测量块4101的许多可能框图之一。如关于图37描述的，由LED在光电二极管中感应的电流可用各种方式来测量。同样，温度可用各种方式来测量。例如，两个不同大小的光电二极管可驻留在照明设备4080中，并且可测量在向这两个光电二极管应用相同电流时的电压差。
图43解说了显示器背光中具有分立光电二极管的多个照明设备的可能连接图。照明设备4080的许多实例连接至一个控制器IC 4100上的N个LED驱动器和光电二极管测量块。电源4331向所有照明设备4080提供Vr 4088、Vg4089和Vb 4090并向视频控制器4330提供固定供电以及为控制器IC 4100提供VDD 4112供电。视频控制器4330向控制器IC 4100提供Din 4117和/RST4113信号并从控制器IC 4100接受Dout 4118信号。来自所有照明设备4080的PDA 4093信号被连接至控制器IC 4100的PDA 4114引脚。
如关于图38所描述的，照明设备4080可驻留在沿侧光式LCD的边缘或在直下式LCD中液晶面板后面的阵列中。视频控制器4130可传达用于每个照明设备的照明数据并且可管理控制器IC 4100。由于所有LED 4082、4083和4084的负极都一起连接至控制器IC 4100上的一个驱动器，因而此类连接图仅允许控制来自彩色LED的光强度。通过每次启用Vr 4088、Vg 4089和Vb 4090供电之一来个体地控制每个颜色分量。
图43是用于照明设备4080和控制器IC 4100的许多可能连接图之一。在需要比一个控制器IC 4100能支持的照明设备更多的照明设备的显示器中，多个控制器IC 4100可通过网络接口4102串联或者视频控制器4330可直接连接至多个控制器IC 4100。对于常规显示器，照明设备4080和控制器IC 4100可被配置成通过将驱动器数目增至三倍来使所有LED颜色同时发射，并且连接图将相应地不同。
图44解说了FSC LCD背光中的电源VDD 4112、Vr 4088、Vg 4089和Vb 4090、/RST信号4113、以及LED电流源输出PWM1 4110的许多可能时序图之一。在启动期间，VDD 4112首先走高并且随后/RST 4113走高，这启动控制器IC 4100从已知状态操作。控制器IC 4100随后向视频控制器4330和电源4331发信号以开始序列进行LED供电Vr 4088、Vg 4089和Vb 4090。在每个此类LED供电为高时，控制器IC 4100驱动恰当的平均电流通过每个此类LED。例如，当Vr 4088为高时，控制器IC 4100将用于红色LED 4082的恰当照明信息转发给PWM 4106和电流源4108以从红色LED产生恰当的光强度。由于去往绿色LED 4083和蓝色LED 4084的供电Vg 4089和Vb 4090在该时间期间为低，因此没有电流流过此类LED并且不产生光。
由于在一个时间仅一种颜色LED正在发射，因此光电二极管4081或其他光检测设备(诸如LED)可在连续基础上监视由每个此类LED产生的光，并且控制器IC 4100可持续地调节针对每个此类LED产生的驱动电流以维持精确的颜色点和强度。测量块4101顺序地并且重复地监视连接至引脚PDC1 4115至PDCn 4116的光电二极管4081。
图44是FSC显示器中的供电和LED驱动信号的许多可能时序图之一。例如，颜色序列对于不同视频帧可以不同并且可在多个视频帧上重复而非如图所示的一个视频帧。图44仅是一个示例。同样，可按需类似地或以不同方式实现常规显示器或LED灯中的时序图。在此类应用中，照明设备封装可为LED负极提供独立引脚，从而所有LED可同时发射达某个时间段且在测量发射功率时可独立发射。也可按需实现其他技术。
图45解说了控制器IC 3511中的颜色调节块3636的可能框图，其在控制器IC 4100中的颜色调节块4105中实质上重复N次。出于简单起见，本讨论的其余部分将仅引述照明设备3510而不引述照明设备4080以及控制器IC4100；然而，本讨论也适用于这些其他实施例。此外，出于简单起见，本讨论假设使用光电二极管作为光检测器。然而，如以上指出的，光检测器可以按需为任何光检测设备，包括但不限于：硅光电二极管、分立LED、光检测LED或与发光LED之一集成在相同管芯上的光检测LED。
颜色调节块3636从时序和控制电路3633接收用于红色LED 3513、绿色LED 3514和蓝色LED 3515的强度数据，在矩阵4540中调节此类值，并将它们转发给PWM 3638、3639和3640。矩阵4540包括在照明设备3510的制造期间确定的系数，这些系数用于补偿LED强度和波长变化以在一个温度上从红色LED 3513、绿色LED 3514和蓝色LED 3515的组合产生期望颜色和强度。在正常工作期间通过持续地将由红色LED 3513和绿色LED 3514在光电二极管3512中感应的电流与由蓝色LED 3515在光电二极管3512中感应的电流之比同在制造期间确定的此类电流的期望比率作比较、并通过包括乘法器4541和4543的反馈环路调节转发给PWM 3638和3639的值来维持恰当的光颜色。通过将由蓝色LED 3515在光电二极管3512中感应的经温度调节的电流与制造期间确定的期望的此类电流作比较、并用乘法器4542调节转发给PWM 3640的值来周期性地控制由红色LED 3513、绿色LED 3514和蓝色LED 3515的组合产生的光的恰当平均强度。
在照明设备3510的制造期间确定矩阵4540的系数时，测量由每个LED3513、3514和3515在光电二极管3512中感应的电流并将其分别存储在寄存器4544、4546和4545中。同样，测量并保存温度。在工作期间，由红色LED 3513、绿色LED 3514和蓝色LED 3515感应的光电二极管电流被持续地测量、数字化并分别存储在寄存器4547、4549和4548中。分别由除法器4550和4551确定由红色LED 3513和绿色LED 3514感应的实际光电二极管电流与由蓝色LED 3515感应的此类电流之比。将此类实际光电二极管电流之比与制造期间确定并由除法器4552和4553产生的此类期望光电二极管电流之比作比较。由于在制造期间测量的光电二极管电流对应于来自时序和控制电路3633的特定强度数据，因此除法器4554和4555以及乘法器4556和4558先调节此类期望光电二极管电流之比，然后再通过加法器4559和4561将其与除法器4550和4551的输出作比较。由加法器4559和4561确定的期望光电二极管电流之比与实际光电二极管电流之比之间的差分别被低通滤波器4562和4564滤波，然后分别被应用于乘法器4541和4543。低通滤波器(LPF)4562和4564被配置成确保反馈环路是稳定的。
颜色调节块3636参考由红色LED 3513和绿色LED 3514感应的光电二极管电流与由蓝色LED 3515感应的光电二极管电流之比的原因在于由蓝色产生的光强度通常随温度变化很小。颜色调节块3636比较光电二极管电流之比而非个体光电二极管电流的原因在于光电二极管响应随温度和其他条件而变化。通过比较同时测得的光电二极管电流之比，任何此类变化抵消并且可维持精确的颜色。
随着蓝色LED 3515老化，针对给定平均驱动电流产生的光强度会变化。颜色调节块3636通常偶尔(例如，在上电期间或基于命令)补偿蓝色LED中的此类变化，但是可以持续地补偿。在此类补偿期间，测量单元3630测量由蓝色LED 3515感应的实际光电二极管电流并且结果被存储在寄存器4548中。测量单元3630还测量温度，温度补偿块4565使用其结果将实际光电二极管电流缩放至制造期间测量存储在寄存器4545中的期望光电二极管电流时的温度。乘法器4557将来自寄存器4545的输出缩放来自时序和控制电路3633的蓝色数据，除法器4560产生乘法器4557输出与来自温度补偿块4565的输出之比，并且其结果被存储在寄存器4563中。乘法器4542调节来自矩阵4540的蓝色输出，然后将其转发给PWM 3640。
图45是维持由照明设备3510产生的光的精确颜色和强度的颜色调节块3636的许多框图之一。尽管优选地通过将不同彩色LED在一个时间(例如在制造期间)感应的光电二极管电流之比与相同LED在不同时间感应的光电二极管电流之比作比较来控制颜色，但可通过将实际光电二极管电流与期望光电流作比较来控制颜色。此类优选颜色和强度控制电路可用许多不同形式(包括软件)来实现。图45中解说的功能不补偿LED发射波长变化，这可以通过调节矩阵4540中的系数来进行。同样，由乘法器4541、4542和4543执行的强度调节可通过调节矩阵4540中的系数来进行。
图46是矩阵4540的示例框图，矩阵4540可校正例如由红色、绿色和蓝色LED 3513、3514和3515的组合产生的光强度和波长两者的变化以从LED阵列产生均匀亮度和颜色。矩阵4540包括存储器4670，其可存储9个校正系数，其中3个此类系数用于所产生的每种颜色分量。系数Crr、Cgg和Cbb将通常调节LED 3513、3514和3515中的强度变化，而其余系数(Crg，Crb，Cgr，Cgb，Cbr，Cbg)补偿波长变化。
存储器4670可包括SRAM、DRAM、闪存、寄存器、或任何其他形式的可读写半导体存储器。此类校正系数通常在制造期间确定并且在工作期间保持不变，然而，此类系数可由控制器IC 3511或例如显示器或灯中的任何其他处理元件周期性地修改以调节LED 3513、3514和3515特性例如随温度或寿命的改变。若存储器4670不包括非易失性存储器(诸如闪存)，则应在上电时将校正系数加载到此类存储器中。
乘法器4671通过将每个颜色分量乘以相应的校正系数来缩放来自时序和控制电路3633的照明数据。此类乘法可由分立硬件以比特并行形式或比特串行形式、在嵌入式微控制器中、或通过任何其他手段来执行。优选地，包括移位器和加法器的一种硬件乘法器执行所有九次乘法。加法器4672将来自三个所连接乘法器4671的乘法结果求和以产生被转发给调制器3638、3639和3640的照明数据。此类加法器4672可在硬件或软件中实现，或者以比特并行或比特串行来执行。
图46仅仅是校正矩阵4540的许多可能框图之一。同样，校正矩阵4540可驻留在显示器中其他地方，诸如图形控制器中的软件。
图47是包括背光4781、漫射器4782、偏光器4783和4786、滤色片4784、以及液晶阵列4785的LCD显示器4780的示例简化框图。图像像素4790被展开以解说液晶子像素元件4791，其调制来自滤色片像素元件4792的红色、绿色和蓝色光的量以便从此类图像像素4790产生特定颜色和强度。背光4791从一个或许多光源(诸如LED 4793)产生白光，由漫射器4782使该白光跨显示器均匀。偏光器4783仅让特定偏振的光通过以到达滤色片4784，滤色片4784产生红色、绿色和蓝色光。液晶阵列4785选择性地旋转此类光的偏振，该光随后被偏光器4786过滤以产生像素4790的彩色图像。背光4781通常包括一个或更多个白色LED 4793，但可包括红色、绿色和蓝色LED的经颜色校准的组合。
图48是通过通常为LCD 4780三倍那么快地使红色、绿色和蓝色顺序通过单个液晶像素元件4791来消除滤色片4784的FSC LCD 4800的示例简化框图。此类显示器通常比LCD 4780的成本显著要少且消耗的功率要少得多，因为消除了滤色片。由于必须顺序进行红色、绿色和蓝色，因此在照明设备3510中，白色LED 4793被红色、绿色和蓝色LED 3513、3514和3510取代。电流源4794用驱动器IC 3511取代，驱动器IC 3511藉由顺序地通过PWM信号PWMr(红色)3647、PWMg(绿色)3648和PWMb(蓝色)3649汲取电流来分别顺序地启用LED 3513、3514和3515。为了建立和维持由来自LED 3513、3514和3515的光的组合产生的精确的平均颜色和强度，照明设备3510可包括本文描述的电路并实现本文描述的方法。图48中解说的照明设备3510照明许多像素4791。
本领域技术人员一旦完全领会以上公开，则多种变型和修改将变得显而易见。
第五实施例
在某些示例性实施例中，改进的照明设备使用LED灯中的组件以非常低的成本执行各种功能。产生光的LED可周期性地瞬间关闭，例如达人眼不能感知的持续时间，以使该灯能光学地接收命令。光学传送的命令可例如使用遥控设备发送至灯。照明设备可使用当前关闭的LED来接收数据并随后相应地配置光、或者测量光。此种光可为用于光电传感器功能的环境光，或来自照明设备中的其他LED以调节颜色混合的光。以下关于附图描述各个实施例。若需要，还可实现其他特征和变化，并且也可利用相关的系统和方法。
在某些示例性实施例中，照明设备使用LED来产生光并提供至控制器的双向通信，该控制器实现常规照明不可能的功率节省特征。照明设备例如可用来自遥控器的经调制光编程以开启或关闭、调节亮度或颜色、以及响应于环境光变化或定时器计数值而开启或关闭。在正常工作期间产生照明的LED被周期性地用于在人眼不能检测的短间隔期间接收来自控制器的经调制光。响应于来自遥控器的命令，照明设备能产生用数据调制的光。另外，当遥控器被关闭且暴露于日光时，该控制器中的LED可提供涓流充电电流以维持全电池功率。
在某些方面，本发明提供一种智能照明设备的系统且在某些情况下，提供一种遥控器。通常连接至AC电网电源的照明设备能经由光接收来自通常是电池供电的遥控器的命令。遥控器随后对灯进行编程以用于定时器或光敏操作。例如，在黄昏，灯可开启并随后关闭、光在功率接通时出现并在固定时间后消失、光可在固定时间出现和消失、或者光可在黄昏出现而在黎明消失。也可启用或禁用调光，或基于环境光自动调节调光。
在开启时，照明设备周期性关闭LED以确定是否有任何命令正在发送或测量环境光。遥控器同步至这些瞬间“光关闭”周期并在用户指示的情况下发送命令。这些命令可为开/关、调光、定时器、光电池、颜色等。当光被遥控器关闭时，ac功率仍是有效的。该设备进入低功率模式。当遥控器开启光时，入射光可为LED供电并使光开启。也可通过移除AC功率来关闭光以及通过开启AC功率来开启光。某些序列中的循环功率可将光复位至默认状态。
在某些实施例中，照明设备在光输出被瞬间关闭的间隔期间使用光敏LED(即，红色LED)来检测收到数据或DC光。对于多色光，照明设备可使用最长波长LED(即，红色LED)链来检测其他颜色的输出功率。在两个最长波长LED链的情况下，每个链可测量另一个链的输出功率，由此使得反馈环路能控制每种颜色的输出功率和混合颜色混合。
一旦照明设备(即，“灯”)被安装在可连接至或可不连接至调光开关的现有插座中，照明设备就可由遥控器调光。遥控器在短“关闭”时段期间发送命令以递增或递减输出光水平。调光功能可通过以优选锁定至开关稳压器频率的开关频率对LED驱动电流进行脉冲宽度调制或简单地通过调节LED驱动电流来执行。
若启用光电感测，则在这些短的光关闭时段期间，最长波长LED链可用于测量环境光。为此，LED可被配置成光伏模式，并产生与入射光成比例的电压。若该电压高于通过命令指定的水平，则作为响应，灯可关闭。若该电压回落至该指定水平以下，则灯可开启。此种机制使得光能在夜间开启并在日间关闭。结合定时器，光可在黄昏开启并在指定的时间量后关闭。
当启用定时器时，灯可在每天的不同时间开启和关闭，或在开启后的指定时间量之后关闭。灯可由遥控器、由通过开关施加的功率、或由光电传感器功能开启。在电网连接应用中，定时器被同步至用于精确频率参考的AC频率。
当由电池供电时，光敏LED链可提供涓流电流以对电池再充电。30个红色LED的链(例如，在CREE灯中)可产生近1mW的功率，该功率可使不常用的应用(诸如应急灯)中的可再充电电池保持有电。对于诸如发展中世界常用的太阳能供电的离网发电系统等应用，灯的充电能力可扩增太阳能电池板的充电能力。
如上所述，该第五实施例还可与关于本文所述的其他实施例描述的技术、方法和结构联用。例如，关于第二、第三、第七和第八实施例描述的校准和检测系统及方法可与该第五实施例中描述的智能LED灯联用。此外，关于该第五实施例描述的通信技术可按需与其他实施例联用。
现在转向附图，图49是包括照明设备4911和遥控器4912的智能照明设备系统4910的一个示例。遥控器4912优选地像闪光灯或TV遥控器一样由电池供电且被用于用经调制光来编程照明设备4911。当照明设备4911优选地由电插座(例如，爱迪生基插座)的AC电网供电时，照明设备4911可由遥控器4912控制。当启用照明设备4911以产生光时(即，“开启”或“产生光”)，照明设备4911短暂且周期性地停止发射光以检测来自遥控器4912的命令或检测来自环境的环境光，或校准多色照明设备4911中的颜色。当照明设备4911由AC电网供电但不被启用以产生光(即，“关闭”)时，照明设备进入低功率状态。在该状态下，来自遥控器4912的命令仍能被照明设备4911检测。照明设备4911通过瞬间产生用数据调制的光来响应遥控器4912。为了将照明设备4911复位至默认状态，至照明设备4911的功率以特定序列循环。
图49仅仅是许多可能的智能照明设备系统的一个示例。例如，照明设备4911可用电池供电，或者遥控器4912可由AC电网供电。在另一示例中，若照明设备在其被设计或生产时被编程，则不需要遥控器4912。预编程设备的示例包括预先配置的夜灯，以及在开启或许1小时(或其他延迟)之后自动关闭的灯。在此情形中，可减少照明设备的功能。
在另一示例中，来自遥控器4912的光可在编程的同时用光来为没电的照明设备4911供电。例如，消费者可购买包括该遥控器的灯泡替代品。消费者随后可将该灯泡保持对着遥控器并将其配置为在开启35分钟后关闭，随后取走经编程的灯泡并将其拧入某处的插座中。没有这种自供电变型，灯泡将需要被拧入供能的插座以便对其编程，这或许是可能的，但仍然可能较不方便。
在又一示例中，遥控器电池可在不使用时通过日光或环境光充电。此外，多个照明设备4911可彼此通信。例如，各个政府近来已经提出了某些建筑物必须具有基于是否有人在场而自动开启和关闭的智能灯的命令。一些大型照明公司提供由具有运动检测器和900MHz RF收发机的灯构成的系统。当室内的一个灯检测到运动时，它告知其余灯开启。该办法的两个主要问题在于：(1)这些灯是昂贵的，以及(2)RF信号穿过墙至其他没有人的房间。本文描述的设备可经由符合下述条件的光彼此通信：(1)不需要RF电路的花销，以及(2)不会穿过墙。此外，类似调光或颜色控制之类的功能可获益于灯彼此通信。例如，用户可对一个灯进行编程，且该灯随后重新配置其他的灯。在两个灯不断彼此通信的情况下，附加的应用可能是安全性。若入侵者在这些灯之间经过并瞬间阻挡光，则这些灯检测该情形并以某种至中央安全系统的菊花链方式将信息广播给建筑物中的其他灯。
图50提供了包括用于照明设备4911的命令5014的示例列表的表2，这些命令使得遥控器4912能开启和关闭照明设备4911、调节输出功率、以及将颜色改变为三种不同设置之一。此外，照明设备4911可被配置为响应于时辰计数器到达特定计数或环境光降至特定水平之下而自动开启，以及在定时器自照明设备4911开启时起到达特定计数或环境光上升至高于特定水平后自动关闭。在此示例中，颜色混合始终被自动测量并被调节至特定设置。示例命令5014集合可使用4比特来产生十六进制码5013。
优选地，十六进制码5013之前有同步模式，且之后有奇偶校验以产生8比特传递序列。此外，设定时间的命令必须跟有实际时间。由于一天有1440分钟，因此具有1分钟分辨率的时间需要11比特，这可在命令后在两个连续传递中发送。
表2仅仅是命令5014和十六进制码5013的许多可能集合的一个示例。例如，在多色光中，每个单独分量可被调光或者颜色校准可被启用或禁用。作为另一示例，时辰计数器还可计数星期几。照明设备4911可具有这些功能的子集或可具有各种其他功能，诸如选通或连续颜色变化。此外，可读取照明设备4911状态和寄存器内容。另外，十六进制码5013至命令5014的指派可完全不同，且取决于命令5014的数量可包含更多或更少比特。
图51是照明设备4911正产生光时用于在照明设备4911和遥控器4912之间传达命令5014的示例时序图。来自照明设备4911的经脉冲宽度调制光PWM 5120周期性地被不产生光的间隙5121中断。间隙周期5122在该示例中为1秒。间隙时间5123等于电网周期的一半或在60Hz下为8.33毫秒。遥控器4912同步至来自照明设备4911的PWM 5120光中的间隙5121，并能在间隙5121期间发送命令CMD 5124。当从遥控器4912发送并由照明设备4911恰当地接收CMD 5124时，照明设备4911在CMD 5124后立即提供响应RSP5125。遥控器4912可优选地被狭窄地聚焦(与闪光灯很类似)以辅助用户将远程命令定向至具有多个此类照明设备的房间中的特定照明设备。用户可看到光束并将其直接照射到一个灯上。这将使来自遥控器的光聚焦到照明设备上并使来自照明设备的光聚焦到遥控器中的检测器上。
在此示例中，来自照明设备4911的光以电网频率的16倍或对于60Hz AC为960Hz进行脉冲宽度调制以启用调光而不必改变LED波长。在全亮度处，关闭时间非常短或不存在，而在较低亮度水平，开启时间短。脉冲的频率保持固定。为了防止遥控器4912丢失与照明设备4911的同步，间隙5121之前来自照明设备4911的最后一个脉冲优选地不被减少至遥控器4912能检测的最小宽度之下。
在另一示例中，1秒间隙周期5122可在照明设备4911和遥控器4912传达第一个CMD 5124之后被缩短至例如200毫秒，以使得相继的命令可以更快地传达。这对于调光是重要的，因为低功率和高功率之间可能存在许多功率电平级别。一旦遥控器4912停止发送命令，间隙周期5122就变宽回到1秒间隔。
当照明设备4911不产生光时，遥控器4912不检测间隙5121且能在任何时间发送命令CMD 5124。图51中所示的协议保持相同，除了照明设备4911在该事务前后不输出PWM 5120光。
在不发送命令CMD 5124或在照明设备4911不产生光的间隙5121期间，照明设备4911可测量环境光。在启用光电传感器功能时，从在发送命令CMD5124时收到的光中减去环境光水平，并且该环境光水平用于确定何时开启或关闭照明设备4911。更具体地，当照明设备正接收命令时，背景光或环境光在跨LED(或光电二极管)的光学感应电压中产生DC偏移。该DC偏移可通过在不发送命令的间隙5121期间测量光学感应电压并将其从接收命令时的感应电压中减去来消除。替换地，照明设备中的接收机可对感应电压进行高通滤波以移除DC偏移。由于数据率较低，因此接收机可使用数字滤波器进行DC阻断(和均衡)。若DC偏移在接收命令前已知，则数字滤波器的初始状态可被相应设定，并减少稳定时间。在启用光电传感器功能时，当照明设备产生光时在间隙5121期间测量环境光，而在不产生光时始终测量环境光。
另外，在多色照明设备4911中，可在间隙5121期间或在照明设备4911不产生光时测量每个单独颜色的强度。例如，当照明设备4911开启时，照明设备4911可在产生期望光之前短暂测量每种颜色的强度。随后例如随照明设备变暖可周期性地在间隙5121期间测量诸颜色分量。
图51仅仅是许多可能的时序图的一个示例。间隙周期5122和间隙时间5123可取决于应用有很大不同。响应RSP 5125可在不同时间被发送或根本不被发送。命令CMD 5124甚至可在PWM循环的关闭时间期间被发送，且响应RSP 5125可以是PWM占空比变化。为了提供附加的差错保护，命令CMD 5124可在生效前重复一次或更多次。可实现许多不同的时序图和通信协议。对于由来自遥控器4912的光供电而非由电池或AC电网供电的照明设备4911，该协议可包括显著的照明持续时间以便例如在电容器上存储足够电荷以向照明设备4911供电和传达数据。
图52是解说照明设备4911正产生光时在照明设备4911和遥控器4912之间的比特级通信的示例时序图。通信始于照明设备4911停止PWM 5120输出。照明设备同步IDSYNC 5230脉冲是照明设备4911在间隙5121之前产生的最后一个PWM脉冲。IDSYNC 5230的宽度大于遥控器4912能检测的最小脉冲宽度。也可在每个间隙5121之前产生诸如短脉冲系列等其他同步序列。来自遥控器4912的CMD 5124包括双相编码的有3个“1”的同步模式SYNC5231、十六进制码5013、以及偶校验比特P 5232。在该示例中，命令5014为“光关闭”。若照明设备4911正确地接收CMD 5124，则响应RSP 5125包括构成CMD 5124的相同的双相编码的SYNC 5231、十六进制码5013、以及奇偶校验P 5232。
当照明设备4911不产生光时，图52中所示的协议保持相同，除了照明设备在该事务前后不输出PWM 5120光(也无IDSYNC 5230)。
图52仅仅是许多可能的比特时序图的一个示例。代替双相编码，该协议可使用许多公知编码方案中的任一种，诸如4b5b、8b10b或NRZ。SYNC 5231可具有各种长度和序列，包括根本不存在。十六进制码5013可具有更多或更少比特，而奇偶校验P 5232可为偶数或奇数、多于1个比特，或根本没有。CRC码可用于检错。对于由来自遥控器4912的光供电的照明设备4911，该协议可以有很大不同。具体而言，可能必须从照明设备4911向遥控器4912每次1个比特地传送数据，其中遥控器4912例如在从照明设备4911发送的各比特之间发射光以对照明设备4911上的电容器进行再充电。用于这样做的有用收发机技术在由David J.Knapp于2009年1月27日提交的题为“Fault TolerantNetwork Utilizing Bi-Directional Point-to-Point Communications Links BetweenNodes(利用节点间的双向点对点通信链路的容错网络)”的美国专利申请No.12/360,467中、以及在由David J.Knapp于2009年9月1日提交的题为“OpticalCommunication Device，Method and System(光通信设备、方法和系统)”的美国专利申请No.12/584,143中描述，其每一篇申请通过引用完整结合于此。
图53是包括EMI滤波器和整流器5341、AC-DC转换器、分压器、集成电路IC 5354以及LED链5353的示例性照明设备4911的示例框图。EMI滤波器和整流器5341产生AC电网VAC 5340的全波整流版本，并将电网上的瞬态扰动最小化以避免影响经整流功率，以及将照明设备4911中的开关噪声最小化以避免影响电网。分压器包括电阻器R 5342和R 5343并产生信号S 5357，信号S 5357是用于IC 5354的经整流电网信号的降压版本。AC-DC转换器包括电感器5344和5345(本文也称为电感器L 5344和L 5345)、电容器5346和5347(也称为“电容器C 5346和C 5347”)、二极管5348(也称为“二极管D 5348”)、N沟道开关晶体管5349(也称为“开关N 5349”)以及集成电路5354(IC 5354)上的功率控制器5362。本示例示出LED链5353包括LED5350、LED 5351和LEDn 5352，其中LED 5352和LEDn 5353之间的虚线指示LED链5353可包括许多LED。该架构典型地用于单色光或由具有荧光粉涂层的蓝色LED产生的白光。多色照明设备通常将具有用于每种颜色的分开的LED链。
IC 5354包括存储器和控制5360、PLL和时序5361、功率控制5362、接收机5363以及输出驱动器5364。存储器和控制5360包括用于存储诸如启用定时器或光电传感器等的配置信息的非易失性存储器、以及用于诸如调光等设置的易失性(或非易失性)存储器。存储器和控制5360还包括管理与遥控器4912的数据传递、产生脉冲宽度调制(PWM)LED驱动信号S 5359、以及实现控制IC 5354和照明设备4911的总体功能的定时器和状态机的逻辑。
PLL和时序5361包括在照明设备上电时产生锁相至S 5357的高频时钟的锁相环。包括R 5342和R 5343的分压器提供经整流电网电压的低压版本S5357，S 5357不超过IC 5354的额定电压并且PLL锁定至S 5357。IC 5354上的所有其他电路同步至PLL和时序5361输出(未示出)。
PLL和时序5361使照明设备4911能通过锁定至电网频率来维持用于时辰定时器功能的精确时基。同样，间隙周期5122和间隙时间5123可精确地与VAC 5340时序对准。此种时序可使多个照明设备4911同步并用光在彼此之间直接通信。例如，多个照明设备(即“ID”)能通过紧接在产生光之前先寻找间隙(例如间隙5121)来彼此同步。若发现合适间隙，则照明设备与这些间隙同步。若没有发现间隙，则没有什么可同步且该照明设备有效地变为其他照明设备在开启时锁定至的时序主机。此种照明设备优选地也应当能检测同步是否丢失并且能重新锁定。还应注意，还关于本文所述的第四和第六实施例描述了照明设备和系统以及可见光通信设备和方法的附加实施例。还应注意，还关于本文所述的第一、第二、第三、第七和第八实施例描述了显示器相关系统和方法、显示器校准系统和方法、以及LED校准系统和方法。
当VAC 5340关闭时，电容器C 5347能向IC 5354维持功率达某段时间。若VAC 5340关闭并在该时间内开启，则IC 5354可保持上电。为了将照明设备11复位至默认状态，VAC 5340可被关闭和开启数次达指定时间量。例如，复位序列可为3个短的“关闭”和“开启”区间，随后是3个更长的“关闭”和“开启”区间，以及最后为3个更短的“关闭”和“开启”区间。PLL和时序5361监视信号S 5357、在信号S 5357保持低电平时发信号给IC 5354以进入低功率状态，并测量短VAC 5340关闭和开启时段之间的时间。当PLL和时序5361检测到恰当的VAC 5340关闭和开启序列时，IC 5354被复位至默认状态。
功率控制5362连同外部组件电感器L 5344和L 5345、电容器C 5346和C 5347、二极管D 5348和开关N 5349以及来自输出驱动器5364的电流感测反馈实现AC-DC转换器功能。所实现的配置是公知的单端主电感器转换器(SEPIC)。开关N 5349由功率控制5362以诸如1MHz等相对高的频率开启和关闭，其中占空比变化以产生通过LED链5353的期望电流。当开关N 5349闭合时，来自L 5344和L 5345的电流被牵引通过开关N 5349且电容器C 5346上存储的电荷向LED链5353提供电流。当开关N 5349断开时，通过电感器L5344和L 5345的电流流经二极管D 5348并流至LED链5353和C 5347。
功率控制5362将来自输出驱动器5364的电压反馈信号Vfb 5365与内部参考电压作比较以产生误差信号，该误差信号调节耦合至开关N 5349的控制信号S 5358的占空比。信号Vfb 5365由流经输出驱动器5364中的小电阻器(未示出)的LED链5353电流产生。当LED链5353关闭时，Vfb 5365变为V+5355的降压版本，这在接收数据时以及在PWM调光关闭时间期间发生。控制环路调整反馈分压器以使V+5355维持在与LED链5353开启时相同的电压上。
当输出驱动器5364开启或关闭至LED链5353的电流时，在功率控制5362能调整至信号S 5358的新占空比之前可能在V+5355上发生较大的电压瞬变。当LED链5353电流关闭时，V+5355将走高直至S 5358的占空比减小，且当LED链5353电流开启时，V+5355将走低直至S 5358的占空比增大。为了使此类瞬变最小化，功率控制5362在将发生此类变化之前从存储器和控制5360接收信息并在需要此变化时立刻调整S 5358占空比。紧临输出驱动器5364将LED链5353电流关闭之前，功率控制5362测量S 5358占空比并存储结果。在下次LED链5353电流关闭时立即恢复该占空比以防止V+5355冲至很高。同样，在LED电流开启时测量S 5358占空比并存储结果，且随后恢复该占空比以防止V+5355冲至较低。
输出驱动器5364用接地的开关(未示出)来开启或关闭LED链5353电流。当该开关接通时，电流从V+5355通过LED链5353和该开关流至接地(GND)，而当该开关断开时，没有电流流过。当该开关接通时，与该开关串联的小电阻器产生Vfb 5365。当该开关接通时，控制环路将来自V+5355的可变分压器输出与Vfb 5365进行比较并调整分压器直至输出等于Vfb 5365。当LED链5353电流关闭时，V+5355分压器环路也关闭且分压器保持固定。当LED链5353电流关闭时，V+5355的该分压版本通过Vfb 5365被转发至功率控制5362。
当LED链5353电流被输出驱动器5364关闭时，接收机5363能接收来自遥控器4912的数据。来自遥控器4912的经调制光由像在太阳能电池板中一样以光伏模式工作的LED链5353转换为电压信号S 5359。接收机5363对S 5359进行高通滤波以阻挡来自环境光的DC内容并消除光伏LED链5353的低带宽。此带宽通常支持最高达每秒1k比特(1kbps)，但通过恰当的均衡滤波器，数据率可增大10倍或更多。为了支持图51和52中的协议，需要2kbps。接收机5363包括A/D转换器和数字滤波器以均衡信号S 5359。不需要时序恢复，因为数据是从同步至IC 5354锁定到的AC电网频率的遥控器4912发送的。数字滤波器的输出在恰当时间被简单采样。
当照明设备4911不产生光时，遥控器4912检测到不存在间隙5121。由于遥控器4912不同步至来自照明设备4911的间隙5121，且由于遥控器4912是电池供电的，因此来自遥控器4912的数据与照明设备4911中的时序异步。倘若遥控器4912具有精确振荡器(诸如石英晶体)，则遥控器4912和照明设备参照时钟通常将在彼此的百万分之几百的范围内。照明设备4911在第三个SYNC 5231脉冲的下降沿上复位以高频率进行时钟控制的定时器并使用该定时器来采样收到数据和产生所传送数据。两个参照时钟之间在一个传递的16毫秒周期上的偏移是不显著的。
照明设备4911在间隙5121期间并且还在照明设备4911不产生光时通过用接收机5363中的A/D转换器测量信号S 5359的平均电压来测量环境光。A/D转换器应被构筑成具有小DC误差(诸如公知的斩波稳定架构)以测量非常低的光水平。
图53仅仅是许多可能的照明设备4911框图的一个示例。例如，用于多色光的照明设备4911架构可包括用于每种分量颜色的LED链5353和输出驱动器5364。示例颜色组合可包括红色、绿色和蓝色，或者红色、黄色、绿色和蓝色，或者红色和白色。在间隙5121期间并且也在照明设备4911不产生光时，较低光频率LED可测量彼此的光强度以及较高光频率LED的光强度。例如，在红色和白色照明设备中，例如在间隙5121期间，白色LED链可产生光而红色LED链可连接至接收机并且可测量光功率。若红色LED被组织在具有分开的输出驱动器的两个分开链中，则在例如间隙5121期间，一个红色LED链可测量另一个红色LED链的光功率。通过测量来自每个LED链的光功率，照明设备可调整去往不同LED链的电流以例如随LED变化、温度变化和LED寿命维持特定颜色点。单个接收机5363可被共享并在不同时间连接至不同的LED链，或可实现多个接收机5363。
在配置期间可由遥控器4912供电的照明设备的另一个示例照明设备4911框图可包括非常低功率的第二接收机。该第二接收机可由接收经调制光的LED链供电并可将配置信息存储在非易失性存储器中。由光跨LED链感应的平均电压通常显著低于从相同LED链产生光所需的电压。感应电压可跨电容器C5347存储，且LED链5353的较小段可被连接至输出驱动器5364以向遥控器4912发射响应。用于在照明设备4911不被供电时配置照明设备4911的通信协议可不同于图51以使得电容器C 5347可在每个发射的光脉冲之后被再充电。用于这样做的有用技术在前述美国申请No.12/360,467和No.12/584,143中描述。
由电池而非AC电网供电的照明设备4911的框图将具有电池以及潜在的不同类型的开关电源，诸如公知的降压式、升压式、降压-升压式、或反激式。在可再充电电池的情况下，入射在LED上的环境光或日光可产生用于对电池进行再充电的功率。此种照明设备4911的框图可具有管理电池充电器的第二功率控制5362。由AC电网供电的照明设备也可具有各种不同的AC-DC转换器中的任一种，诸如升压-降压式或反激式。此种照明设备也可具有备用的可再充电电池，其在电力断开时使照明设备维持时辰计数器。用于照明设备4911的时序也可例如基于本地晶体振荡器而非电网频率。
作为再一示例，例如，使用硅光电二极管而非LED来接收数据的照明设备的框图将具有连接至光电二极管而非LED链5353的接收机5363。此类架构对于仅使用在光伏模式下不能很好地工作的涂荧光粉的白色LED的照明设备尤其有用。硅光电二极管可接收来自遥控器4912的命令5124、测量环境光、以及测量从LED链发射的光。
多个照明设备也可彼此通信。在此示例中，照明设备4911可执行协议以同步至其他照明设备并仲裁传输带宽。当开启时，照明设备4911可监视环境光、搜索具有恰当间隙周期5122和间隙时间5123的间隙5121、以及若发现间隙5121则与之同步。若所有照明设备都连接至AC电网，则非常精确的同步是可能的。照明设备可根据许多公知的仲裁协议中的任何一种来仲裁带宽。例如，若两个照明设备同时发射，则这两个照明设备检测到冲突并在尝试再次通信前等待随机的时间量。作为另一种可能性，CMD 5124可包括优先级代码，该优先级代码指示在冲突的情形中哪个照明设备停止发射。
如本文中所使用的，假定照明设备产生通常具有人类可感知性质的一般光，但也可能产生红外或某种其他波长。被启用以产生光(即，“开启”)的照明设备可被构想为被设为“开启状态”(即，将其照明状态设为开启状态)，即使如上所述可能存在光源瞬间“关闭”且实际上不发射光的非常短的时间段，诸如在间隙期间、以及在PWM信号中的关闭时间期间。照明设备的开启状态和关闭状态在以上描述的上下文中应该是清楚的，且不会与实际光源的开启和关闭状态混淆。
照明设备可通过若干事件中的任一事件(诸如施加/移除至照明设备的功率，诸如通过对照明设备所插入的光插座供能)、通过定时器事件、通过环境光控制以及通过远程命令被设定为开启状态或关闭状态。
本文描绘了示例性框图。然而，也可提供照明设备的其他框划分。如本文所使用的，照明设备属性可表示照明设备的工作状态或配置参数。示例包括照明状态、定时器设置、延迟设置、用于照明设备内的一个或更多个光源中的每个光源的颜色设置、光感测模式设置、调光器设置、时辰等。
本领域技术人员一旦完全领会以上公开，则多种变型和修改将变得显而易见。
第六实施例
公开了用于可见光通信的系统和方法。部分地，公开了可用于一般照明、照明控制系统、或其他应用的照明设备以及相关系统和方法。照明设备利用一个或更多个同步时序信号来同步(优选地同步至AC电网)，从而产生时分复用信道，可由正产生照明的相同光源在该时分复用信道中光学地传达控制信息。此类照明设备优选地包括用于产生照明、传送数据、检测环境光、以及接收数据的LED，但可以使用其他光源和检测器。用于此类通信的物理层可与来自媒体接入(MAC)层和更高层的各种协议(诸如ZigBee)联用。以下关于附图描述各个实施例。若需要，还可实现其他特征和变化，并且也可利用相关的系统和方法。
在某些实施例中，本文描述的可见光通信技术可结合用于LED灯的现有电子器件使用以实现各种有利的照明控制系统和特征，诸如以非常低的附加成本进行灯中的遥控、日光采集、调度、以及占用性感测是可能的。这些照明控制系统还允许多个照明设备彼此通信、与遥控器通信以及与中央控制器通信。此外，本文描述的技术也可按需由单个照明设备和控制器、或其他设备和应用使用。具体地，具有常闭光源的由AC电网供电的控制器可向一个或更多个LED灯传达信息，诸如调光水平和颜色设置。不同于本文描述的技术，常规照明的控制通常由分开的电子单元执行，这些电子单元通过导线或无线电彼此通信，这增加了成本和复杂性。
本文描述的照明设备优选地包括锁相环(PLL)，其锁相至AC电网并产生用于操作这些设备的同步时序信号。由于照明系统中的其他照明设备例如锁相至相同的AC电网信号，因此所有此类设备精确地具有相同的内部时序。通过此类同步时序，可形成所有设备能在其间通信的通信信道。同样，由于此类信道内的数据通信的比特级时序被精确地同步，并且由于收到数据时序是已知的，因而接收机内的数据恢复容易得多。
通信信道是优选地横跨AC电网周期(对于60Hz为16.67毫秒)的分数的时隙，一组设备的所有成员在该时隙期间停止产生照明。通信协议(诸如ZigBee)中的较高层可动态地指派个体设备以在不同信道上通信。在此类时隙期间，可在此类成员之间光学地传达信息，此时一个成员产生用数据调制的光。在不传达数据的此类时隙期间，可测量环境光以用于日光采集应用以及用于改善接收机灵敏度。
优选地，照明设备包括用于照明以及用于传送和接收数据的LED以使成本最小化并使接收机灵敏度最大化。由于包括覆盖有荧光粉的蓝色LED的白色LED对收到光具有较差敏感度，因此照明设备优选地包括具有不同颜色的LED以产生期望白光。可能的组合包括白色和红色，或者红色、黄色、绿色和蓝色，但是可包括任何组合或甚至单种颜色，倘若照明设备中的至少一个LED优选地不涂荧光粉。优选地，照明设备包括红色LED以获得最佳接收机灵敏度。在将此处描述的系统和方法与本文针对使用LED的校准设备描述的附加实施例中描述的(诸如本文关于第二实施例、第三实施例、第七实施例和第八实施例描述的)那些系统和方法相组合的灯中，能减少或消除控制多色LED的附加成本。这些实施例部分地描述了用于精确地控制由不同彩色LED的组合(诸如白色和红色，或者红色、黄色、绿色和蓝色)产生的光的颜色的技术，并且可以这样做而无需附加的光检测器或温度传感器，藉此使此类实现更具成本效率。
通信信道中的消息优选地在整个物理层数据帧上在连续时隙中每次发送几个字节。此类数据帧包括MAC层数据帧、接着是附加物理层信息，其中物理层数据帧的大部分通过公知方法加扰以移除DC内容。MAC层数据帧可遵循任何协议，包括ZigBee。
本文公开的系统和方法部分地通过以减少的成本和/或相对不明显的附加成本为照明控制系统提供物理层来解决现有系统的问题。有利地，本文描述的照明系统中的照明设备和其他设备可使用为照明已经需要的设备来通信。
如上所述，该第六实施例还可与关于本文所述的其他实施例描述的技术、方法和结构联用。例如，关于第二、第三、第七和第八实施例描述的校准和检测系统及方法可与该第六实施例中描述的可见光通信系统和方法联用。此外，关于该第六实施例描述的通信和同步技术可按需与其他实施例联用。
现在转向附图，图54是包括照明设备5411、AC电网5413、以及可任选的遥控器5412的照明系统5410的一个示例，该照明系统5410使用可见光进行照明和通信两者。照明设备5411优选地包括用于产生用于照明和通信两者的光的LED，并且优选地连接和同步至AC电网5413。照明设备5411中的时序电路锁定至AC电网5413频率并产生周期性间隔，所有照明设备5411在这些周期性间隔期间不发射用于照明的光并且可传达数据。周期性间隔率足够高以使人简单地感知到连续光。所传达的数据优选地包括用于控制照明设备的信息，但是可包括任何数字信息。
可任选的遥控器5412可以是由AC电网5413或电池供电的，并且优选地包括至少一个LED以用于产生可见光以与照明设备5411通信。若遥控器5412是由AC电网供电的，则时序电路锁定至AC电网5413，这使遥控器5412与照明设备5411同步并且使能光通信。若遥控器5412不连接至AC电网5413，则遥控器5412监视由照明设备5411产生的光并锁定至周期性光关闭间隔以使能通信。若照明设备关闭并且不产生光，则遥控器5412可在任何时间与照明设备5411通信。
用于传达信息的网络协议栈(物理层除外)优选地遵循公知的Zigbee标准，但是可遵循许多不同协议。虽然Zigbee物理层可使用多个不同射频通信信道，但本文描述的实施例可在多个在时间上相对于彼此以及相对于AC电网信号偏移的可见光通信信道上通信。物理层皆可接口至Zigbee媒体接入或MAC层。
图54仅仅是使用可见光进行同步通信的照明系统的一个示例。例如，可支持任何数目的照明设备5411。一些照明设备5411可以是由AC电网5413供电的，而其他照明设备5411可以是由电池供电的。可支持更多或更少遥控器5412。各种其他由AC电网5413或电池供电的设备(诸如开关、调光器、器具、以及甚至计算机)可在本文描述的技术下通信。同样，照明和其他设备可用许多不同方式来同步。例如，专用导线、RF信道、或某种其他通信信道可提供此类同步信号。此外，设备可通过监视由已在通信的其他设备正产生的光并锁定至此类光中的通信间隙来同步至此类其他设备。
图55是用于在照明系统5410中的照明设备5411之间通信的示例时序图，其解说了通常为50或60Hz的AC电网5413、包括PWM时间5520和通信间隙时间5521的标记为信道0到信道3的4个不同通信信道5524、以及包括标记为字节0到字节3的4个数据字节5522的间隙时序之间的关系。在PWM时间5520期间，照明设备5411可产生用于照明的光，而在间隙时间5521期间，照明设备5411可通信。在该示例中，信道0到3提供相对于AC电网时序具有不同非交迭相位的间隙时间5521，这提供4个独立通信信道。
每个信道0到3的间隙周期在该示例中等于1除以AC电网频率并且包括交替的PWM 5520和间隙5521时间。在PWM 5520时间期间，来自照明设备5411的光可持续开启以产生最大亮度或被脉冲宽度调制(PWM)以产生较小亮度。在重复性间隙5521时间期间，可从任何设备向任何或所有其他设备发送数据。在该示例中，间隙时间为AC电网5413周期的四分之一并使得能以60Hz乘以4乘以32或即7.68K比特每秒的瞬时比特率以及1.92K比特每秒的平均比特率来传达4个数据字节5522。
Zigbee或其他协议栈中的较高层选择使用哪个信道来在哪些设备之间通信。例如，在物理上位于充分宽区域上以使得一些照明设备5411不能彼此直接通信的一群照明设备5411可被划分成多组照明设备5411，其中每一组被配置成在不同的通信信道上通信。这些组之间的通信可经过例如在两个信道上通信的照明设备。
图55仅仅是照明系统5410的许多可能时序图之一。例如，间隙5521可每个AC电网5413周期发生多次或者多个AC电网5413周期发生一次。间隙5521时间可包括AC电网5413周期的更大或更小百分比，并且在间隙5521时间内传达的字节5522的数目可以大于或小于4，包括字节的分数。信道数目取决于间隙5521时间和周期与AC电网5413时序之间的关系可以大于或小于4。
图56解说了数据帧5630的内容，包括4字节前置码5631、开始字节5632、帧长度字节5633、以及最多达128字节的MAC帧5634。数据帧5630遵循Zigbee物理层规范并且可用于在照明系统5410中的设备之间传达信息。数据帧5630根据图55中解说的时序在每个间隙5521中每次发送4个字节，直至整个数据帧5630已被传送。
前置码5631包括4字节的交替的1和0，所有设备中的接收机能检测这些1和0并相应地调节接收机参数(诸如增益)。开始字节5632是所有接收机检测并将字节边界时序同步至的唯一性代码。长度字节5633标识MAC帧5634以字节计的长度。MAC帧5634包含如由Zigbee MAC层规范定义的数据。
图56是许多可能的物理层数据帧5630格式之一。倘若MAC帧5634正确地从传送设备的MAC层传达至接收设备的MAC层，则前置码5631、开始5632和长度5633可完全不同并且仍与Zigbee MAC层规范兼容。为了支持不同的较高层协议，甚至MAC帧5634可以完全不同。取决于接收电路的能力，在任何MAC层协议下，前置码5631可能是必需的或者可能不是必需的。
图57是包括电源5741、控制器IC 5742和LED链5743的照明设备5411的示例框图。LED链5743优选地包括串联的红色LED 5754，其中电阻器5755与每个红色LED 5754并联。通常，照明设备5411可包括例如附加的白色LED链，但这些链出于简化而未示出。因此，所绘的图57是例如产生红色光的照明设备5411的框图。
电源5741接受AC电网5413并产生DC电压5744，DC电压5744为控制器IC 5742和LED链5743供电。DC电压5744的幅度取决于LED链5743中的LED 5754的数目。电源5741还产生供控制器IC 5742同步至的同步信号5745。信号5745优选地是PLL和时序电路5748能接受并锁相至的AC电网5413电压的低压版本。
控制器IC 5742包括PLL和时序电路5748、控制电路5749、PLI(物理层接口)5750、接收机5751、PWM 5752、复用器5753和电流源5756。PLL和时序电路5748锁定至AC电网5413频率和相位并产生图55中解说的时序。在PWM时间5520期间，复用器5753使能PWM 5752以控制电流源5756，电流源5756可取决于PWM 5752输出的状态使LED链5743产生照明。在间隙时间5521期间，复用器5753使能PLI 5750以控制电流源5756。在传送数据5522时，PLI 5750用优选经加扰的不归零码(NRZ)数据来调制电流源5756，而在不传送数据5522时，PLI 5750禁用电流源5756。
接收机5751在PLI 5750不传送数据的间隙时间5521期间监视LED链5743并在存在所恢复数据的情况下将其转发给PLI 5750。PLI 5750与控制电路5749接口，控制电路5749实现用于照明设备5411的MAC层协议和更高层以恰当地通信。在传送时，PLI 5750接受来自控制电路5749的MAC帧5634，生成前置码5631、开始字节5632和长度字节5633，用公知技术加扰长度字节5633和MAC帧5634，并将所得数据转发给电流源5756。同样，在接收时，PLI 5750接受来自接收机5751的串行收到数据，解扰长度字节5633和MAC帧5634，移除前置码5631、开始字节5632和长度字节5633，并将MAC帧5634转发给控制电路5749。
图57仅仅是许多可能的照明设备5411框图的一个示例。例如，照明设备5411优选地应当包括不同颜色LED(诸如白色、或者绿色和蓝色)的附加链以产生白光。图57出于简单化起见未示出此类链。此类附加链将在PWM时间5520期间启用并在接收数据时的间隙时间5521期间禁用。在传送数据时，此类附加链将优选地用与LED链5743相同的数据来调制。
此外，接收机5751可连接至硅光电二极管或其他光检测设备以接收数据。图57优选地解说了LED链5743感测收到光，因此此类LED也用于产生照明。若照明设备5411不需要是可调光的，则PWM 5752可被移除。控制电路5749可驻留在别处，例如在外部微控制器中。控制器IC 5742功能可用各种电子组件来实现而非全集成解决方案。
图58是包括开关5860、放大器5861、低通滤波器5862、ADC 5863和DSP 5864并与LED链5743接口的接收机5751的许多可能框图之一。用数据调制并入射在LED 5754上的光在每个LED 5754中感应电流，该电流在通过每个电阻器5755的环路中流动。因此跨每个电阻器5755感应的电压基本上求和以产生跨信号5744和5747的较大电压，该电压随后由放大器5861进行增益放大。低通滤波器5862基本上消除可能进入信号带宽的在A/D时钟5867频率附近及以上的任何噪声或干扰。
ADC 5863优选地具有过采样Δ∑架构，其以高频率(在该示例中为9.44MHz)和低分辨率对模拟输入进行采样，并随后对结果进行数字低通滤波以在低很多的频率(在该示例中为7.68kHz)上产生高分辨率采样。高分辨率ADC 5863输出优选地进一步由DSP 5864处理以使用公知的判决反馈均衡技术来增大信道带宽。
在每个间隙周期5521开头，开关5860在CLR(清除)5865走低时立即接通以紧临接收数据之前将信号5744和5747短路在一起，这对收到信号产生低频影响。DSP 5864通过优选地在不接收数据时监视和存储ADC 5863输出采样并在接收数据时从ADC 5863结果减去此类采样的平均值来消除该低频影响和其他低频影响(诸如来自环境光的低频影响)以及60Hz干扰。DSP 5864替换地可实现高通滤波器以移除此类影响。
图58仅仅是可使用硅光电二极管而非LED链5743来接收数据的接收机5751的许多可能框图之一。放大器5861可被配置成跨阻放大器以检测来自LED链5743的电流而非电压。ADC 5863架构可以是公知的FLASH(闪速式)或SAR(逐次逼近型)，或者取决于放大器5861输出的质量可以完全消除。同样，取决于性能，可能需要或可能不需要DSP 5864。此外，可以实现各种不同的信道均衡技术而非判决反馈。因此，图58仅是示例。
图59是PLL和时序电路5748的示例框图，其包括比较器5970、PLL 5971、分频器5972和5973、以及分频器/解码5974并产生用于供控制器IC 5442操作的同步至AC电网5413的时钟。来自电源5741的信号5745被比较器5970转换成AC电网时钟5975，其频率和相位等于AC电网5413。AC电网5413频率在该示例中假定为60Hz。AC电网时钟5975频率被PLL 5971乘以1,572,864以产生A/D时钟5867，其频率约等于9.44MHz。A/D时钟5867由分频器5972除以12288以产生比特时钟5866，其频率等于7.68kHz并且还精确地等于字节5522的瞬态比特速率。分频器5973将比特时钟5866除以32并且还产生脉冲信号CLR 5865。分频器5973的输出进一步被分频器/解码5974除以4并解码以产生信道时钟5524。
图59解说了将控制器IC 5742的时序同步至AC电网5413频率和相位的许多可能的PLL和时序电路5748框图之一。取决于如前所述的控制器IC 5742的架构，PLL和时序电路5748可以完全不同。例如，PLL 5971可以直接锁定至AC电网5413而无需比较器5970。
图60是解说在信道一(1)5524上在间隙5521开头正接收的数据时序的示例图示。在该示例中，间隙5521周期是比要在该间隙5521内传达的总比特数目长的一个比特时钟5866。间隙5521时间始于时间6080，此时比特时钟5866和CLR 5865走高。同样在时间6080，复用器5753将对电流源5756的控制切换至PLI 5750，PLI 5750在此示例中被配置成接收数据并因此确保电流源5756被禁用。从AC电网时钟5413和信道一5524时钟走高时的时间6081开始，数据字节5522可开始每次传达一个比特。
迹线6082和6083分别表示不存在收到数据时(Vled 5747环境)和存在收到数据时(Vled 5747接收)在LED链5743底部的Vled 5747上的电压。在CLR 5865为高时，Vled 5747被短路至供电5744。紧临CLR 5865走高之前，电流源5756可能被启用或禁用，从而Vled 5747上的电压是未知的。在CLR5865走低之后，环境光感应跨LED链5743的电压，其导致迹线6082和6083呈指数地下降。如迹线6082上所示，若没有数据正被接收，则Vled 5747上的电压可在许多比特时钟5866周期之后稳定并且可能在接收数据时导致数据误差(如迹线6083上所示)。因此，DSP 5864优选地从接收数据时的间隙5521时间期间的Vled 5747减去迹线6082的平均版本。
由于照明设备5411同步至相同的AC电网5413信号，因此所有此类设备中的比特时钟5866也在频率和相位两者上同步。迹线6083解说了在第二照明设备5411正在时间6081后的三个比特时钟5866周期期间发送以1、0和1开始的序列时，接收照明设备5411中的Vled 5747上的电压。“1”在该示例中由光开启表示，其在Vled 5747上产生比供电5744低的电压。ADC 5863在比特时钟5866走高时(其精确地在Vled 5747具有最大信号的时间6084、6085和6086处)对Vled 5747进行采样。若照明设备5411未通过AC电网5413或其他手段彼此同步，则接收照明设备5411中的接收机5751在恢复数据之前将需要从收到信号Vled 5747恢复时钟，这将极大地增加接收机5751的复杂度并潜在地使性能降级。
图60仅仅是许多可能的时序图的一个示例。例如，若接收机5751连接至专用硅光电二极管，则将不需要CLR 5865和开关5860。同样，在有或无专用硅光电二极管的情况下，间隙5521周期本应在时间6081而非6080开始。取决于应用所需的数据速率和灵敏度，迹线6082和6083可以完全不同。因此，图60仅是一个示例。
本领域技术人员一旦完全领会以上公开，则多种变型和修改将变得显而易见。
第七实施例
还公开了用于光源的系统和方法，其使用一个或更多个彩色LED的光敏性来确定白光源或其他广谱光发射器的发射谱的至少一部分。如本文描述的，白色LED或其他广谱光发射器可按需被用作光源，而相同的一个或更多个彩色LED或不同LED可按需被用于发射光并调节由该光源产生的颜色点。所公开实施例的应用包括但不限于一般照明、LCD背光、投影仪、以及直接发射显示器，诸如OLED和数字公告板。以下关于附图描述各个实施例。若需要，还可实现其他特征和变化，并且也可利用相关的系统和方法。
一个实施例包括用于在设备(诸如LED灯、显示器背光、投影仪、数字公告板、或AMOLED(有源矩阵OLED)显示器)的制造期间结合一个或更多个彩色或基本单色的LED来设置由基本白色的光源(诸如涂荧光粉的蓝色LED)、或某种其他广谱光发射器产生的精确色温，以及用于随此类设备的工作寿命维持该色温的方法和系统。该方法涉及使用一个或更多个彩色LED作为波长选择性光传感器来分析白光源或广谱光发射器的光谱的一部分，并随后使用此类彩色LED(或按需使用一个或更多个附加的不同LED)来发射光，藉此调节由该白光源和彩色LED的组合产生的光的颜色。这些LED允许基于关于广谱光发射器的光谱的诸部分作出的检测按需调节光源的颜色点。各实施例还包括包含白光源和彩色LED的光源，其可以是例如数字公告板或AMOLED中的像素，或用于灯、背光、或投影仪的整个光源。
所公开实施例适用于任何广谱光发射器和/或基本白色的光源以及任何数目的彩色LED。然而，尤其感兴趣的并且以下更详细地描述的是红色、绿色、蓝色和白色LED的组合。在此类示例解说中，红色、绿色和蓝色LED通过每个LED作为不同波长选择性光检测器工作来分析由白色LED产生的光谱。蓝色LED测量白色LED光源的光谱的蓝色部分，绿色LED测量该白色LED光源的光谱的绿色加蓝色部分，而红色LED基本上测量该白色LED光源的整个光谱，重点是红色和绿色部分。在此类光谱分析之后，红色、绿色和蓝色LED发射光，其强度被调节成当与由该白色LED产生的光组合时产生期望颜色点。
为了减少尤其是由于LED对入射光的响应性变化造成的光测量误差，进一步的实施例创建了由白色LED和其他LED在每个LED上感应的信号之比，这些信号之比被用于确定每个LED的相对亮度以产生期望颜色点。举例而言并且如本文的一个示例中描述的，相对于蓝色LED的亮度来确定由红色、绿色和蓝色LED过滤的白色LED的光谱的亮度。此外，相对于蓝色LED的亮度来确定绿色和红色LED的亮度。随后可将所有此类相对亮度水平与红色、绿色和蓝色LED以及由白色LED产生的三个不同光谱带之间的期望相对亮度水平作比较，并且红色、绿色和蓝色LED的亮度可被调节以从所有4个LED产生期望颜色点。
在此处并且还关于本文描述的附加实施例(例如，关于第三实施例)公开了用于使用测得光比率的方法。所公开实施例包括对基本白色光的光谱分析以补偿在此类白光源的发射中的光谱变化。本文描述的方法与测量所发射光的比率、进一步将此类比率与期望比率作比较、以及响应于此类比率进一步调节由各LED产生的亮度相关联。
具体涉及到涂荧光粉的白色LED，所公开实施例的另一方面补偿在制造期间各白色LED之间的常见变化以及在特定LED中随时间发生的变化。由蓝色LED产生的不被荧光粉吸收的蓝色光的量相对于由荧光粉发射的光量在制造期间随荧光粉厚度和均匀性而变化以及随时间推移随荧光粉降级而变化。通过本文描述的方法，可确定蓝色光量相对于由白色LED产生的经荧光粉转换的光量，并且可调节由相关联的红色、绿色和蓝色LED或例如仅红色和绿色LED产生的光量以补偿此类比率与期望比率之差。
本文描述的校准方法和装置解决了直接使用各组不同彩色LED或将其用作照明背光的设备的问题。此类校准方法减少了对用于灯、显示器或背光生产的专门分级别的LED的需要，并且维持在设备的工作寿命中产生的光的颜色或色温。
如上所述，该第七实施例还可与关于本文所述的其他实施例描述的技术、方法和结构联用。例如，关于该实施例描述的校准和检测系统及方法可按需用在其他所描述实施例中。此外，本文描述的各种照明设备、光源、光检测器、显示器、和应用以及相关的系统及方法可按需与该第七实施例中描述的校准和检测系统及方法联用。此外，如上所述，关于该第七实施例描述的结构、技术、系统和方法可用在本文描述的其他实施例中，并且可用在任何期望的照明相关应用中，包括液晶显示器(LCD)、LCD背光、数字公告板、有机LED显示器、AMOLED(有源矩阵OLED)显示器、LED灯、照明系统、常规插座连接内的灯、投影系统、便携式投影仪和/或其他显示器、灯或照明相关应用。
现在转到附图，图61是光源6110的示例框图，光源6110使用广谱光发射器和多色LED来产生由此类光源发射的固定混合颜色。在该示例中，此类广谱光发射器为白色LED 6124和6128，而多色LED为红色LED 6121和6125、绿色LED 6122和6126、以及蓝色LED 6123和6127，然而，可以使用产生基本上白色的光的任何类型的发射器以及不同彩色LED的任何组合。此类光源6110可用在任何应用中，包括但不限于一般照明、LCD背光、投影仪、以及直接发射显示器，诸如OLED和数字公告板。因此，如本文使用的广谱光发射器一般意在包括包含单独或一起发射跨多个颜色区域的光谱的一个或更多个光源(诸如两个或更多个不同的彩色光源和/或白光源)的任何光发射器。例如，操作于产生白光的白色LED可以是本文使用的广谱光发射器。作为另一示例，一起操作于产生混合蓝色/绿色光的蓝色LED和绿色LED也可以是本文使用的广谱光发射器。不同彩色LED的其他组合也可被用于同时产生跨多个颜色区域的光，从而作为广谱光发射器操作。简言之，广谱光发射器是同时在多个颜色区域中产生或发射光的光发射器。
在该示例图61中，光源6110包括控制器6111和RGBW(红色、绿色、蓝色、白色)LED封装6112和6113。LED封装6112包括红色LED 6121、绿色LED 6122、蓝色LED 6123和白色LED 6124。LED封装6113包括红色LED6125、绿色LED 6126、蓝色LED 6127和白色LED 6128。此类红色、绿色、蓝色和白色LED并非必然组合在RGBW LED封装6112和6113中，但由于此类封装是通常可用的，因而对于某些应用而言，此类封装可能是优选的。
在该示例图61中，控制器6111包括8个输出驱动器6118、控制电路6116、和电流感测6117。每个输出驱动器6118包括电流源6120和调制器(Mod)6119，电流源6120和调制器6119控制去往每个LED 6121至6128的电流并且可任选地控制此类电流的占空比，以控制由每个此类LED 6121至6128产生的光强度。电流感测6117可如图66A-D、67A-D、68A-D和69A-D中描述地测量由其他LED 6121至6128在红色LED 6121和6125、绿色LED 6122和6126、以及蓝色LED 6123和6127中感应的光电流。LED 6121至6128的正极被示为绑定在一起并绑定至电源Vd 6114。LED 6121至6128的负极被示为连接至信号总线VC[7:0]6115，信号总线VC[7:0]6115将每个负极连接至控制器6111中不同的输出驱动器6118和电流感测6117输入。
图61仅仅是光源6110的许多可能框图的一个示例。例如，可使用任何广谱发射器结合不同彩色LED的组合。广谱发射器一般意在包括发射跨多个颜色区域的光谱的发射器，诸如白光源。此外，可组合任何数目的广谱发射器和LED以产生具有任何发射功率的光源6110。当广谱光源为白色LED时，任何数目的此类白色和彩色LED可与任何数目的驱动器电路串联或并联。控制器6111可包括单个或多个集成电路和分立组件。驱动器6118可包括或者可不包括调制器6119，在此情形中，可调节电流源6120以改变由每个附连的LED产生的光强度。同样，电流感测6117可测量电压而非电流，或者可测量两者的某种组合。因此，图61仅是光源6110的示例框图。
图62是电流感测6117的示例框图，其包括ADC(模数转换器)6232、电阻器(R)6231以及复用器(mux)6230。如图61和图62两者中所示，至电流感测6117的输入包括Vd 6114和VC[7:0]6115信号，Vd 6114在该示例中连接至LED 6121至6128的正极，而VC[7:0]6115信号连接至每个LED 6121至6128的负极。ADC 6232的输出被转发给控制电路6116，控制电路6116处理该信息并控制驱动器6118。为了测量在任何LED 6121至6128上感应的光电流，复用器6230将来自所选LED的负极的VC[7:0]6115的所选信号传递至电阻器6231和ADC 6232。由于Vd 6114连接至电阻器6231的相反侧并连接至所选LED的正极，因而在所选LED中感应的任何电流通过电阻器6231并感生小电压，该小电压被ADC 6232测量。优选地，电阻器6231的电阻应当被选择成在测量光电流时不会产生高到足以使LED正向偏置的电压。例如，典型的电阻器值100k欧可产生10-100mV的典型ADC 6231输入电压。
图62仅仅是电流感测6117的许多可能框图的一个示例。例如，若移除电阻器6231，则ADC 6232可测量跨每个LED 6121至6128感应的开路电压。复用器6230被示为在所有8个LED之间进行选择，但白色LED 6124和6128通常不被测量且因此无需连接至电流感测6117。若ADC 6232直接连接至每个LED负极，则根本不需要复用器6230。因此，图62仅仅是许多可能的电流感测6117框图的一个示例。
图63是由光源6110中的红色、绿色、蓝色和白色LED 6121至6128产生的示例性发射谱的解说。发射谱6340解说了由白色LED 6124和6128发射的一种可能光谱。由于白色LED通常包括具有荧光粉涂层的蓝色LED，因此发射谱6340示出了由蓝色LED产生的在450nm周围的尖峰、以及由荧光粉产生的在550nm周围的宽得多的尖峰。该混合光谱看似白光，但此类白光的颜色或色温可能变化很大。
发射谱6341(蓝色)、6342(绿色)和6343(红色)分别表示由蓝色LED6123和6127、绿色LED 6122和6126以及红色LED 6121和6125产生的典型光谱。典型的峰值发射波长对于蓝色为450nm，对于绿色为530nm，以及对于红色为625nm，它们分别由发射谱6341(蓝色)、6342(绿色)和6343(红色)中的最高强度点表示。绿色LED 6122和6126的峰值发射波长通常刚好短于由白色LED 6124和6128中的荧光粉产生的峰值发射波长，而红色LED 6121和6125的峰值发射波长通常长于由白色LED 6124和6128产生的大部分光功率。
图63是来自光源6110中的个体发光元件的许多可能发射谱的一个示例。例如，光源6110可具有用于通常产生白光的非LED广谱发射器。在此类情形中，发射谱通常将与发射谱6340基本上不同。同样，光源6110可包括更多或更少彩色LED并且此类LED可以是任何颜色。因此，光源6110中的LED可具有比图63中所示的光谱6341、6342和6343更多或更少的发射谱，并且每个光谱可具有基本上不同的峰值发射波长和其他光谱特性。图63仅仅是许多可能的光谱标绘的一个示例。
图64解说了来自白色LED 6124或6128的产生两个不同白色色温的两个示例发射谱。在该示例中，两个发射谱都是由包括涂荧光粉的蓝色LED的白色LED 6124或6128产生的。此类荧光粉可与此类蓝色LED接触或分开某个距离。这两个光谱的差异可能是在生产线末尾处由两个不同LED的不同荧光粉厚度产生的，或者可能是由相同LED在两个不同时间或在两个不同温度产生的。公知的是，LED荧光粉涂层会随温度改变特性并且随时间降级。同样，还公知的是，由白色LED 6124或6128中的蓝色LED发射的光功率会随工作条件和寿命而改变。图64仅仅是来自两个白色LED或在不同条件下来自相同LED的光谱发射的许多可能差异的一个示例。
图64解说了由白色LED 6124或6128中的此类蓝色LED产生的光谱尖峰6446、以及由白色LED 6124或6128中的此类荧光粉产生的宽得多的光谱尖峰6444和6445。在该示例图64中，光谱尖峰6444可表示白色LED 6124或6128在制造时由其中的此类荧光粉产生的发射，而较低的光谱尖峰6445可表示在某个时间之后由白色LED 6124或6128中的此类荧光粉产生的发射。因此，在该示例中，由白色LED 6124或6128产生的光的白色色温被示为随时间改变。
图65分别是光源6110中的红色LED 6121和6125、绿色LED 6122和6126、以及蓝色LED 6123和6127的光谱响应性6552(红色)、6551(绿色)、和6550(蓝色)的一个示例。光谱响应性是由固定入射光功率在LED上感应的作为入射波长的函数的相对电流量。如该示例图65中所示，光谱响应性6550(蓝色)、6551(绿色)和6552(红色)解说了蓝色LED 6123和6127、绿色LED 6122和6126、以及红色LED 6121和6125响应于具有大约等于或短于发射谱6341(蓝色)、6342(绿色)和6343(红色)中所示的此类蓝色、绿色和红色LED峰值发射波长的入射波长的光而产生电流。因此，此类红色LED可检测来自此类红色、绿色和蓝色LED的光，此类绿色LED可检测来自此类绿色和蓝色LED的光，而此类蓝色LED可检测来自此类蓝色LED的光。同样，此类红色、绿色和蓝色LED可检测由这些LED过滤的来自由广谱光发射器发射的光谱的不同部分或区段的光，诸如例如图63中所示的来自白色LED6124或6128的光谱6340的经过滤部分。
由于光源6110可包括不同数目的不同彩色LED，因此图65解说了光源6110中的仅一组示例LED的光谱响应性。同样，响应性6550(蓝色)、6551(绿色)和6552(红色)仅仅分别是此类蓝色、绿色和红色LED的光谱响应性的粗略近似。实际响应性可能变化很大。因此，图65仅是一个示例。
以下等式与图66A-D相关联。具体而言，等式24与图66A-B相关联。等式25与图66C-D相关联。而等式26使用等式24和25提供比率。
Vb1w0＝Ew0bRb1Cb1w0[等式24]
Vb1b0＝Eb0Rb1Cb1b0[等式25]
Ew0b/Eb0＝(Vb1w0/Vb1b0)C0[等式26]
图66A-D提供了用于设置和维持由光源6110中的红色、绿色、蓝色和白色LED 6121至6128的组合产生的精确色温的示例性方法中的示例性第一步骤。在此类第一步骤中，将如图66A-B中所示的由白色LED 6124在蓝色LED6127中感应的电流与如图66C-D中所示的由蓝色LED 6123在蓝色LED 6127中感应的电流作比较。通过在电流源6120中产生电流Iw0来照明白色LED6124，并且通过跨LED 6127连接电阻器6231并由ADC 6232测量所得电压Vb1w0来测量在蓝色LED 6127中感应的电流。等式24解说了感应电压Vb1w0等于由LED 6124发射的功率Ew0b乘以LED 6127的响应性Rb1乘以常数Cb1w0。光谱标绘6660解说了蓝色LED 6127的响应性6550重叠在白色LED6124的光谱6340上、连同可能因白色LED 6124老化而造成的由荧光粉产生的替换光谱6445。如图66B的光谱标绘6660中所示，由白色LED 6124在蓝色LED 6127中感应的所得电流应独立于由此类荧光粉产生的光的变化。
随后，通过在电流源6120中产生电流Ib0来照明蓝色LED 6123，并且通过跨LED 6127连接电阻器6231并测量所得电压来再次测量在蓝色LED 6127中感应的电流。等式25解说了感应电压Vb1b0等于由LED 6123发射的功率Eb0乘以LED 6127的响应性Rb1乘以常数Cb1b0。图66D中所示的光谱标绘6661解说了蓝色LED 6127的响应性6550重叠在蓝色LED 6123的光谱6341上。如图所示，发射功率Eb0的显著部分在LED 6127中感应电流。
等式26解说了将等式24除以等式25并组合Cb1w0和Cb1b0以产生常数C0的结果。如等式26以及光谱标绘6660和6661中所示，在该示例中在大约短于450nm的波长情况下，发射功率Ew0b与Eb0之比同感应电压Vb1w0与Vb1b0之比成比例。蓝色LED 6127的响应性抵消。
以下等式与图67A-D相关联。具体而言，等式27与图67A-B相关联。等式28与图67C-D相关联。而等式29使用等式27和28提供比率。
Vg0w0＝Ew0gRg0Cg0w0[等式27]
Vg0b0＝Eb0Rg0Cg0b0[等式28]
Ew0g/Eb0＝(Vg0w0/Vg0b0)C1[等式29]
图67A-D提供了用于设置和维持由红色、绿色、蓝色和白色LED 6121至6128的组合产生的精确色温的示例性方法中的示例性第二步骤。此类第二步骤等同于图66A-D中解说的此类第一步骤，不同之处在于使用绿色LED 6122来测量由白色LED 6124和蓝色LED 6123产生的光。通过分别如图67A-B和67C-D中所示地分别在电流源6120中产生电流Iw0和Ib0来再次照明白色LED6124和蓝色LED 6123。如等式27和28中所示，由白色LED 6124和蓝色LED6123分别在绿色LED 6122上感应的所得电压Vg0w0和Vg0b0等于白色LED6124发射功率Ew0g和蓝色LED 6123发射功率Eb0乘以绿色LED 6122响应性乘以常数。
等式29解说了将等式27除以等式28的结果，其示出在该示例中在大约短于550nm的波长情况下，发射功率Ew0g与Eb0之比同感应电压Vg0w0与Vg0b0之比成比例。绿色LED 6122的响应性抵消。如图67B中所示的光谱标绘6770解说了来自蓝色尖峰的光以及来自经荧光粉转换的尖峰的一些光在绿色LED 6122中感应电流，而如图67D中所示的光谱标绘6771解说了来自蓝色LED 6123的所有光在绿色LED 6122中感应电流。
以下等式与图68A-F相关联。具体而言，等式30与图68A-B相关联。等式31与图67C-D相关联。等式32与图68E-F相关联。而等式33和34使用等式30、31和32提供比率。
Vr0w0＝Ew0rRr0Cr0w0[等式30]
Vr0b0＝Eb0Rr0Cr0b0[等式31]
Vr0g0＝Eg0Rr0Cr0g0[等式32]
Ew0r/Eb0＝(Vr0w0/Vr0b0)C2[等式33]
Eg0/Eb0＝(Vr0g0/Vr0b0)C3[等式34]
图68A-F解说了用于设置和维持由红色、绿色、蓝色和白色LED 6121至6128的组合产生的精确色温的示例性方法中的示例性第三步骤。图66A-D中解说的第一步骤确定由蓝色LED 6127过滤的由白色LED 6124和蓝色LED6123产生的光比率而图67A-D中解说的第二步骤确定由绿色LED 6122过滤的由白色LED 6124和蓝色LED 6123产生的光比率，而第三步骤确定由红色LED6121过滤的由白色LED 6124和蓝色LED 6123产生的光比率。此外，在第三步骤中，还由红色LED 6121确定由绿色LED 6122和蓝色LED 6123产生的光比率。分别如图68A、68C和68E中所示地通过电流源6120产生电流Iw0、Ib0和Ig0来照明白色LED 6124、蓝色LED 6123和绿色LED 6122。由白色LED6124、蓝色LED 6123和绿色LED 6122跨红色LED 6121感应的电压分别为Vr0w0、Vr0b0和Vr0g0。等式30、31和33解说了此类感应电压Vr0w0、Vr0b0和Vr0g0等于分别由白色LED 6124、蓝色LED 6123和绿色LED 6122产生的光功率Ew0r、Eb0和Eg0乘以红色LED 6121的响应性乘以常数。等式33和34解说了分别将等式30和32除以等式31，并且示出了由红色LED 6121过滤的由白色LED 6124和蓝色LED 6123发射的光功率之比与Vr0w0和Vr0b0之比成比例，而由红色LED 6121过滤的由绿色LED 6122和蓝色LED 6123发射的光功率之比与Vr0g0和Vr0b0之比成比例。
图68B中所示的光标绘6880解说了红色LED 6121响应于白色LED 24的几乎整个发射谱，包括由于荧光粉转换造成的几乎整个光谱发射尖峰，这意味着荧光粉效率的任何改变或降级都将影响由白色LED 6124在红色LED 6121中感应的电流。图68D中所示的光谱标绘6881和图68F中所示的光谱标绘6882解说了红色LED 6121也响应于来自蓝色LED 6123和绿色LED 6122的基本上整个光谱发射，但红色LED 6121对蓝色LED 6123的响应性减小。
以下等式与图69A-D相关联。具体而言，等式35与图69A-B相关联。等式36与图69C-D相关联。而等式37使用等式35和36提供比率。
Vr1g0＝Eg0Rr1Cr1g0[等式35]
Vr1r0＝Er0Rr1Cr1r0[等式36]
Eg0/Er0＝(Vr1g0/Vr1r0)C4[等式37]
图9A-D中解说了用于设置和维持由红色、绿色、蓝色和白色LED 6121至6128的组合产生的精确色温的示例性方法中的示例性第四步骤，其中确定由绿色LED 6122和红色LED 6121在红色LED 6125中感应的电流之比。电流源6120通过分别产生电流Ig0和Ir0来照明绿色LED 6122和红色LED 6121，这分别跨红色LED 6125感应电压Vr1g0和Vr1r0，如图69A和69C中所示。等式35和36解说了电压Vr1g0和Vr1r0分别与绿色LED 6122发射功率Eg0和红色LED 6121发射功率Er0乘以红色LED 6125的响应性Rr1成比例。等式37解说了等式35除以36，其示出Eg0与Er0之比同感应电压Vr1g0与Vr1g0之比成比例。红色LED 6125的响应性抵消。
关于图66A-D、67A-D、68A-F和69A-D描述的以下等式可用于表示可如何达成颜色匹配。
Ew0b/Eb0＝(Vb1w0/Vb1b0)C0[等式26]
Ew0g/Eb0＝(Vg0w0/Vg0b0)C1[等式29]
Ew0r/Eb0＝(Vr0w0/Vr0b0)C2[等式33]
Eg0/Eb0＝(Vr0g0/Vr0b0)C3[等式34]
Eg0/Er0＝(Vr1g0/Vr1r0)C4[等式37]
Er0/Eb0＝(Vr0g0/Vr0b0)(Vr1r0/Vr1g0)(C3/C4)[等式38]
Ew0b/Ew0r＝(Vb1w0/Vb1b0)(Vr0b0/Vr0w0)(C0/C2)[等式39]
Ew0g/Ew0r＝(Vg0w0/Vg0b0)(Vr0b0/Vr0w0)(C1/C2)[等式40]
具体而言，关于图66A-D、67A-D、68A-F和69A-D描述的等式26、29、33、34和37可用于生成等式38、39和40。这些等式提供了描述用于设置和维持由红色、绿色、蓝色和白色LED发射的精确颜色的示例性方法的示例性方程组。等式26、29、33和34将由蓝色LED 6123发射的光功率分别与由蓝色LED 6127、绿色LED 6122和红色LED 6121过滤的由白色LED 6124发射的光功率以及由绿色LED 6122发射的光功率相关。等式38将等式34除以等式37以将由蓝色LED 6123发射的光功率与由红色LED 6121发射的光功率相关。等式26、29、33、34和38将红色LED 6121、绿色LED 6122以及白色LED 6124的三个不同的经过滤版本的发射功率与蓝色LED 6123的发射功率相关。可将此类光功率之比与本文描述的(例如，关于第三实施例描述的)期望比率作比较，并使得能通过该示例中解说的此类红色、绿色、蓝色和白色LED的组合来设置和维持精确色温的光。将LED 6121至6124与LED 6125至6128交换并重复图66A-D、67A-D、68A-F和69A-D中解说的步骤提供了由LED 6125至6128发射的光功率之比以平衡由在该示例光源和校准方法中解说的光源6110中的所有LED产生的颜色。
等式39解说了等式26与等式33之比，其示出由白色LED 6124在蓝色LED 6127可检测的光谱上产生的光除以由白色LED 6124在红色LED 6121可检测的光谱上产生的光之比。同样，等式40解说了等式29与等式33之比，其示出由白色LED 6124在绿色LED 6122可检测的光谱上产生的光除以由白色LED 6124在红色LED 6121可检测的光谱上产生的光之比。还可将等式39和40解说的此类比率与本文描述的(例如，关于第三实施例描述的)期望比率作比较，并且可在生产线末尾处、以及随工作条件和寿命相对于白色LED调节红色、绿色和蓝色LED的强度以补偿白色LED的光谱变化。
图70解说了XY色空间的公知CIE 1931色空间图7010。理论上可产生的颜色的范围位于边界7011内，而由红色、绿色、蓝色和白色LED 6121至6128的组合可产生的实际颜色的范围位于三角形7012内。在该示例中，由红色、绿色和蓝色LED独立产生的颜色点分别是该三角形的被标记为7013、7014和7015的角。在该示例中，由红色、绿色、蓝色和白色LED 6121至6128的组合产生的期望颜色点被标识为7016，而在该示例中，在校准时的实际颜色点被标识为7017。
颜色点7016和7017的此类差异表示例如随基于荧光粉的白色LED老化可能产生的变化。随着荧光粉降级并将较少的蓝色光转换成其他波长，此类经荧光粉转换的尖峰6444相对于蓝色尖峰6446从图64改变为尖峰6445，且作为示例，颜色点从7016偏移至7017。等式39随后在校准时提供蓝色尖峰6446中的光功率与经荧光粉转换的尖峰6445中的大致光功率的实际比率。等式39还在制造该设备时提供蓝色尖峰6446中的光功率与经荧光粉转换的尖峰6444中的光功率的相同近似的期望比率。此类实际比率除以此类期望比率之比指定了从白色LED光谱的经荧光粉转换的范围向该白色LED光谱的蓝色LED范围偏移了多少相对光功率。以产生颜色点7018的比例将由红色LED 6121和6125以及绿色LED 6122和6126产生的光功率增大由此类实际比率与此类期望比率之比所决定的量能将由光源6110产生的颜色点从实际颜色7017调回到期望颜色点7016。
由于红色LED 6121和6125的响应性通常在典型的蓝色LED发射波长附近随入射波长减小而快速下降，因此由白色LED 6124和6128在红色LED 6121和6125中感应的电流由典型的白色LED的经荧光粉转换的范围中的光功率占优势。由白色LED光谱的蓝色LED范围在红色LED 6121和6125中感应的小量电流通过取此类实际比率与此类期望比率之比而从计算结果中被有效地移除。
图70及相关联的在前描述仅仅解说了可如何应用本文的系统和方法的一个示例。存在许多其他可能应用，包括但不限于在生产线末尾处校准光源6110的颜色。在此类情形中，可从产生期望颜色点的控制设备测量此类期望比率并将其与在产品设备上测量的实际比率作比较。在此类情形中，在产生期望颜色点所需的附加红色、绿色和蓝色LED光的不同组合下，实际颜色点可与期望颜色点呈任何关系。在另一示例中，在光源10包括此类白色LED连同仅蓝色和红色LED的情况下，白色LED的颜色点可被故意偏移至颜色图的绿色区域。因此，由于蓝色和红色LED可总是测量并将来自呈绿色的白色LED、以及蓝色和红色LED的组合光调节至期望颜色点，因此将不需要绿色LED。同样，基本上白色的光源可以是除LED以外的其他事物，在这种情形中可能需要不同的LED组合。此外，可使用三种以上不同彩色LED(诸如红色、绿色、蓝色和琥珀色，或者红色、绿色、蓝色、青色和绛红色，或者任何其他颜色组合)来分析宽带光源的光谱发射并补偿变化以设置和维持精确颜色点。因此，图61至70仅解说了一个示例。
本领域技术人员一旦完全领会以上公开，则多种变型和修改将变得显而易见。
第八实施例
注意，以上已关于第三实施例和第七实施例针对LED校准系统和方法提供了详细讨论。还提供关于LED校准系统和方法的以下讨论作为校准系统和方法的替换但相关的讨论。该替换讨论并非旨在改变或更改以上讨论，而仅仅被包括作为可能的校准技术、系统和方法的附加讨论。
公开了LED校准系统及相关方法，其在使用LED的系统的初始生产期间以及寿命中使用LED的光敏性来校正各LED之间的变化。以下关于附图描述各个实施例。若需要，还可实现其他特征和变化，并且也可利用相关的系统和方法。
部分地，所公开实施例涉及LED组，这些LED使用彼此的光敏性以及任选的光源来确定由此类组中的每个LED产生的光强度并调节此类强度以创建和维持由该LED组产生的精确颜色。这些LED校准系统和方法的应用包括例如固态灯、LCD背光、以及LED显示器。LED亮度和颜色的变化应当被补偿以使此类设备具有均匀颜色和亮度。通常通过测量每个个体LED的光输出功率或购买经专门测试的LED来完成的此类补偿通过简单地测量由来自该设备中的其他LED或任选地来自附加光源的光在每个LED上感应的信号来执行。
所公开的实施例包括用于在设备(诸如灯、LED显示器、或LCD背光)的制造期间设置由一组LED产生的颜色或色温并在此类设备的工作寿命中维持此类颜色或色温的数种方法。这些方法以光伏或光电导模式操作这些LED中的一些以测量由该组中的其他LED产生的光以及可任选地来自光源的光，并调节由此组LED中的每个LED产生的光以从此类组产生精确颜色或色温。
图73A-C中解说的第一种方法依赖于由LED从固定电流产生的光与由此类LED从固定光强度产生的光电流之间的关系。由于此类关系不是理想的，因此该第一种方法是近似的。然而，此类第一种方法是最简单的，并且尽管不限于此，此类第一种方法旨在使得具有较大强度变化的具有红色、绿色和蓝色LED的组合的设备能在生产期间以及在工作寿命中自行校准成相对接近期望颜色或色温以及输出强度。
图74A-D中解说的第二种方法使用与第一种方法相同的基本机制来产生固定颜色或色温和输出强度，但使用通常具有已知强度的光源作为参考且通常要求在此组LED中有两个LED发射相同颜色的光。此类第二种方法在由LED从固定电流产生的光与从固定光强度产生的光电流之间引入了误差因子，且数学地解说了此类第二种方法独立于此类误差因子且因此比此类第一种方法准确得多。尽管不限于此，第二种方法旨在于设备的制造期间使用以创建由设备中的一组不同彩色LED产生的精确颜色或色温和总体光强度，但倘若光源是可用的，也可在工作寿命中使用。
尽管不限于此，图75A-F中解说的第三种方法旨在将在包括此类LED组的设备的制造期间使用的第二种方法与在此类设备的工作寿命中使用的第一种、第二种或第四种方法的结果相组合。由LED从固定电流产生的光与从固定光强度产生的光电流之间的关系中的初始误差被移除。仅此类误差在工作寿命中的改变引入了对由设备中的此类LED组产生的颜色、色温和光强度的影响。
图76A-D中解说的第四种方法使用与第一种和第二种方法相同的基本机制，但仅能够维持由一组LED产生的光的颜色或色温。只能确定所发射强度之比，因此不能精确地控制总体发射强度。尽管不限于此，第四种方法旨在于此类LED组的工作寿命中使用以维持由此类设备产生的光的颜色或色温。不需要外部光源，但在LED组内通常有两个LED发射相同颜色的光。
图79A-C中解说的第五种方法使用LED的作为入射波长的函数的光敏性来确定此类LED的峰值发射波长。光源产生具有通常刚好在此类LED的期望峰值发射波长范围之上和之下的至少两个不同波长的光，其中感应光电流中的差异直接与此类LED的实际峰值发射波长相关。
一旦已知由一组不同彩色LED内的各LED产生的光的相对强度或者相对强度和波长两者，就可在此类LED组的工作寿命中通过调节由每个此类LED产生的光的相对强度来固定、调节和维持由此类LED组产生的组合光的颜色或色温。具有通过本文描述的校准方法确定的系数的颜色校正矩阵可向用于每个此类LED的驱动器电路提供经补偿强度。
图74A-D和76A-D中分别描述的第二种和第四种方法通常要求此类LED组内有两个LED发射相同颜色的光。例如，包括红色、绿色和蓝色LED的灯或LCD背光将具有至少两个独立控制的红色LED或串联的红色LED串。作为另一示例，具有白色和红色LED的灯也将具有两个独立控制的红色LED或串联的红色LED串。在包括红色、绿色和蓝色LED的像素阵列的LED显示器或LCD背光中，此类LED组可包括例如来自两个毗邻像素的两个红色LED。这两个红色LED可相继地与例如其余两个蓝色和两个绿色LED中的每一个编组在一起以确定由两个像素中的所有LED产生的强度或相对强度。此外，均匀光源(诸如日光)可照明此类像素阵列以使得图74A-D中解说的第二种方法能跨该阵列产生均匀强度。
这些方法解决了与直接使用各组不同彩色LED或将其用作背光进行照明的设备相关联的问题。此类校准方法减少了对用于灯、显示器或背光生产的专门分级别的LED的需要，并且维持在设备的工作寿命中产生的光的颜色或色温。
如上所述，该第八实施例还可与关于本文所述的其他实施例描述的技术、方法和结构联用。例如，关于该实施例描述的校准和检测系统及方法可按需用在其他所描述实施例中。此外，本文描述的各种照明设备、光源、光检测器、显示器、和应用以及相关的系统及方法可按需与该第八实施例中描述的校准和检测系统及方法联用。此外，如上所述，关于该第八实施例描述的结构、技术、系统和方法可用在本文描述的其他实施例中，并且可用在任何期望的照明相关应用中，包括液晶显示器(LCD)、LCD背光、数字公告板、有机LED显示器、AMOLED(有源矩阵OLED)显示器、LED灯、照明系统、常规插座连接内的灯、投影系统、便携式投影仪和/或其他显示器、灯或照明相关应用。
现在转到附图，图71是用于测量由LED 7120产生的标记为Ea20的实际发射光功率的示例电路，LED 7120由具有标称电流I0安培的恒定电流源7121驱动。实际发射功率由光功率计7128测量。以下等式与图71相关联。
实际发射功率/标称发射功率＝Ea20/En20＝E20[等式41]
等式41将由LED 7120发射的实际光功率Ea20与由代表LED 7120的LED组发射的标称光功率En20相关。标称或期望发射光功率En可以是任何光功率，但通常是由代表LED 7120的LED组产生的平均或均值光功率。由LED 7120发射的实际功率与由代表LED 7120的LED组发射的标称功率之比是等式41的标记为E20的结果，其独立于由电流源7121产生的电流以及LED 7120与光功率计7128之间的光损耗——倘若此类条件在代表LED 7120且包括LED7120的LED组内的所有LED的光功率测量期间是相同的。
代表LED 7120的LED组可以是专门制造的用于LED 7120设计的所谓表征批次，以在LED 7120设计的大规模生产期间生产具有代表预计发射特性范围的发射特性的LED。
图72是产生由关于图71描述且由LED 7120发射的标称光功率En20跨LED 7230感应的电压Va30的示例电路。LED 7120被配置成通过将电流源7121产生的电流调节至量I1来发射如由光功率计7128测量的标称光功率En20。倘若LED 7230的峰值发射波长大约等于或长于LED 7120的峰值发射波长，则来自LED 7120的光在LED 7230中感应跨LED 7230的正极7233和负极7234之间的电阻器7232产生电压Va30的电流。以下等式与图72相关联。
实际电压/标称电压＝Va30/Vn3020＝V3020～＝Ea30/En30＝E30[等式42]
等式42将由LED 7230响应于来自LED 7120的标称发射功率En20而产生的实际电压Va30与由代表LED 7230的LED组响应于标称发射功率En20而产生的标称电压Vn3020相关。除其他事项以外，由于LED有源区与LED封装表面之间的光路经中的变化大致等同地影响进入和离开LED的光并且由于有源区的量子效率的变化大致等同地影响电流至光转换以及光至电流转换，所以此类电压之比大致等于由LED 7230发射的实际光功率Ea30与由代表LED 7230的LED组发射的标称光功率En30之比。作为等式7238结果的此类比率被称为LED7230的E30。
图73A-C解说了使用图72中解说的关系相对于由代表LED 7120、7230和7340的LED组产生的标称光功率来确定由此类LED 7120、7230和7340产生的实际光功率的方法。LED 7120、7230和7340可以是任何颜色组合或者可以是一种颜色。两种常见配置包括分别用于LED 7340、7230和7120的红色、绿色和蓝色，以及红色、红色和白色。在此类方法中，LED 7120照明LED 7230和LED 7340两者，并且随后LED 7230照明LED 7340。从对感应电压Va30和Va40的测量，可针对每个LED 7120、7230和7340计算所发射的实际光功率与所发射的标称光功率之比。
以下等式与图73A-C相关联。具体而言，等式43A-B与图73A相关联。等式44A-B与图73B相关联。等式45A-B与图73C相关联。而等式46-51利用其他等式。
Va30～＝(Vn3020)(E30)(E20)[等式43A]
Va30/Vn3020＝V3020～＝(E30)(E20)[等式43B]
Va40～＝(Vn4020)(E40)(E20)[等式44A]
Va40/Vn4020＝V4020～＝(E40)(E20)[等式44B]
Va40～＝(Vn4030)(E30)(E40)[等式45A]
Va40/(Vn4030)＝V4030～＝(E30)(E40)[等式45B]
重新安排43B提供了：
E20～＝(V3020)(E30)[等式46]
将46代入44B提供了：
V4020～＝(E40)(V3020)/(E30)
E30～＝(E40)(V3020)/(V4020)[等式47]
将47代入45B提供了：
V4030～＝(E40)(E40)(V3020)/(V4020)
(V4030)(V4020)/(V3020)～＝(E40)2[等式48]
E40～＝平方根[(V4030)(V4020)/(V3020)][等式49]
根据45B，
E30～＝(V4030)/(E40)[等式50]
根据44B
E20～＝(V4020)/(E40)[等式51]
电流源7121产生标称电流I0，其使LED 7120发射光功率Ea20，光功率Ea20分别跨电阻器7232和7342感应电压Va30和Va40。等式43A-B将Va30与如图73A中所示地由LED 7120发射的标称功率在代表LED 7230的LED组上感应的电压Vn3020相关。实际电压Va30大致等于标称电压Vn3020被缩放分别对应LED 7230和LED 7120的实际发射功率与标称发射功率之比E30和E20。参数V3020被定义为实际电压Va30与标称电压Vn3020之比。
等式44A-B和45A-B与等式43A-B相同，除了等式44A-B是针对如图73B中所示的入射在LED 7340上的来自LED 7120的光，而等式45A-B是针对如图73C中所示的入射在LED 7340上的由电流源7331产生的来自LED7230的光。这三个等式包含了三个独立变量E20、E30和E40，它们通过等式46-51来求解。等式49将E40与已知参数V4030、V4020和V3020相关。E40的计算出的值随后被应用于等式45和44以形成分别确定E30和E20的等式50和51。
图73A-C提供了用于通过测量LED光敏性来确定由LED组产生的光强度的许多可能方法中的一种。例如，可测量光生电流而非电压，或者可测量电流和电压的某种组合。在测量光生电流时，LED可例如被反向偏置或短路。用于确定发射功率的LED的数目可以是2——倘若两个LED峰值发射波长相似，或者可以大于3。LED的颜色可以是任何颜色组合或者是单种颜色。这些LED可并排安排，其中散射光被毗邻LED检测或者光被例如镜面反射。包括这些LED的产品可以是例如灯、显示器、或显示器背光。
图74A-D解说了使用固定光源60作为已知参考的用于确定由LED 20、30和40产生的光强度的更精确方法，其消除了LED发射功率与光敏性之间的关系中的变化。在该示例中，LED 30和40具有大致相等的峰值发射波长，而LED 20具有较短的峰值发射波长。
以下等式与图74A-D相关联。具体而言，等式52A-B和53A-B与图74A相关联。等式54A-B与图74B相关联。等式55A-B与图74C相关联。等式58A-B与图74D相关联。而等式56、57和59利用其他等式。
Va30/Vn30＝V30＝(C30)(Ea30/En30)＝C30E30[等式52A]
E30＝V30/C30[等式52B]
Va40/Vn40＝V40＝(C40)(Ea40/En40)＝C40E40[等式53A]
E40＝V40/C40[等式53B]
Va30＝(Vn3040)(C30)(E30)(E40)[等式54A]
Va30/Vn3040＝V3040＝(C30)(E30)(E40)[等式54B]
Va40＝(Vn4030)(C40)(E40)(E30)[等式55A]
Va40/Vn4030＝V4030＝(C40)(E40)(E30)[等式55B]
将52B代入54B提供了：
V3040＝(C30)(V30/C30)(E40)
E40＝(V30)/(V3040)[等式56]
将53B代入55B提供了：
V4030＝(C40)(V40/C40)(E30)
E30＝(V40)/(V4030)[等式57]
Va30＝(Vn3020)(C30)(E30)(E20)[等式58A]
Va30/Vn3020＝V3020＝(C30)(E30)(E20)[等式58B]
将52B代入58B提供了：
V3020＝(V30)(E20)
E20＝V3020/V30[等式59]
光源7460发射固定且已知量的光E1到LED 7230和7340上，这分别跨电阻器7232和7342感应电压Va30和Va40。如图74A中所示，等式52A-B将实际电压Va30与由代表LED 7230的LED组响应于光源7460生成的标称电压Vn30之比与由LED 7230在用固定电流驱动时发射的实际光功率Ea30与由代表LED7230的LED组在用固定电流驱动时发射的标称光功率En30之比相关。由于LED发射的光功率并非理想地与此类LED的光敏性相关，因此等式52A-B引入了精确地定义这两个比率之间的关系的校正系数C30。等式53A-B与等式52A-B相同，除了是针对LED 7340而非LED 7230，如图74A中所示。
在光源7460照明LED 7230和7340达足以测量电压Va30和Va40的时间之后，光源7460关闭。随后，LED 7340使用电流源7441来开启并用实际光功率Ea40照明LED 7230，这跨电阻器7232感应电压Va30，如图74B中所示。等式54A-B将Va30与由代表LED 7230的LED组响应于由代表LED 7340的LED组发射的标称光功率En40而生成的标称电压Vn3040之比V3040同分别由LED7230和7340在用固定电流驱动时发射的实际光功率与由代表LED 7230和7340的LED组在由相同的此类固定电流驱动时发射的标称光功率之比E30和E40相关。如同等式52A-B中一样，常数C30确定V3040与E30和E40的乘积之间的关系。
在LED 7340照明LED 7230之后，LED 7230随后用实际输出功率Ea30照明LED 7340，这跨电阻器7342感应电压Va40，如图74C中所示。等式55A-B与等式54A-B相同，除了LED 7230和7340被颠倒。将等式52B代入等式54B产生等式56，其中E40表达为测得值V30和V3040的函数。同样，将等式53B代入等式55B产生等式57，其中E30表达为测得值V40和V4030的函数。
在确定由LED 7230和7340发射的实际光功率之后，可通过用来自LED7120的光照明LED 7230——其如图74D中所示地跨电阻器7232产生电压Va30——来确定由LED 7120发射的实际光功率Ea20。等式58A-D与等式54A-B和55A-B相同，除了用LED 7120照明LED 7230而非分别用LED 7340照明LED 7230以及用LED 7230照明LED 7340。将等式52B代入等式58B产生等式59，其中E20由V3020与V30之比确定。
如图73A-C中一样，图74A-D表示用于通过测量LED光敏性来确定由LED组产生的光强度的许多可能方法中的一种。可测量光生电流而非电压或者可测量电流和电压的任何组合以确定输出强度。LED的数目可以是2或者是大于2的任何数目。这些LED可以是任何颜色组合或者是任何单种颜色，倘若该组中的两个LED具有近似等于或长于光源在为单色的情况下的峰值发射波长的大致相同的峰值发射波长。可以使用单色或广谱光源并且可以使用具有不同光谱的多个光源。具有大致相等的峰值发射波长(相同颜色)的两个LED可以是例如来自RGB显示器中的毗邻像素的两个红色LED或者灯中的两串红色LED。
图75A-C和图75D-F结合图73A-C中解说的方法表示近似地确定由LED7120、7230和7340随寿命发射的实际输出功率的两种可能方法。在包括LED7120、7230和7340的设备的制造期间使用例如图74A-D中描述的方法进行强度校准以后，测量电压Vn3020、Vn4020和Vn4030并将其存储在某种形式的非易失性存储器中。根据图75A-C中解说的方法，电流源7121和7331产生例如在图74A-D中描述的校准方法期间使用的标称电流I0，以及根据图75A-C中解说的方法，电流源7121和7331被调节以输出标称光功率。通过使用公知的脉冲宽度调制(PWM)技术将图75A-C中的LED 7120、7230和7340关闭达不同时间百分比来调节此类LED产生的光的颜色点和强度，而通过改变由电流源7121、7331和7441产生的电流来调节图75D-F中由此类LED产生的光的颜色点和强度。
在操作包括LED 7120、7230和7340的设备达某个时间之后，来自每个此类LED 7120、7230和7340的实际光输出强度可能改变并且可使用所存储的开路电压Vn3020、Vn4020和Vn4030作为标称电压根据图73A-C中解说的方法来重新测量。此类方法从电压改变确定所发射输出强度改变，其近似成比例。此类测量在理想情况下应当在环境光与由LED 7120和7230产生并入射在LED7230和7340上的光强度相比较小时执行。此类环境光的强度可通过在所有LED 7120、7230和7340都关闭时测量跨任何LED 7120、7230或7340的开路电压来确定。在存在环境光的情况下，此类光的效应可通过计算由此类环境光感应的电流并移除此类电流对图73A-C中解说的V3020、V4020和V4030测量的影响来移除。
图75A-C和75D-F解说了通过测量LED的光敏性来确定由此类LED随寿命发射的光功率改变的许多可能方法中的两种。例如，可测量由入射光感应的电流而非电压。此类LED的数目和配置可不同于图75A-C和75D-F中解说的3个，图75A-C和75D-F表示用于三个红色、绿色和蓝色LED的组合的可能光功率测量方法。例如，具有大致相同的峰值发射波长的两个LED可测量彼此的发射强度改变。此外，固定强度光可照明这些LED并且可根据例如图74A-D中解说的方法来确定LED发射强度。
图76A-D解说了确定由LED 7120、7230和7340发射的光的相对强度的示例方法，其中两个此类LED 7230和7340具有大致相等的峰值发射波长，而LED 7120具有大致等于或短于LED 7230和7340的峰值发射波长。作为示例，LED 7230和7340可以是红色，而LED 7120可以是白色、绿色或蓝色。作为另一示例，在红色、绿色和蓝色LED组或像素的阵列中，红色、绿色和蓝色LED的两个毗邻组或像素中的红色LED可被用作LED 7340和7230，而LED7120可顺序地为这两个毗邻组或像素中的两个绿色和两个蓝色LED，每次有一个用作LED 7120。
以下等式与图76A-D相关联。具体而言，等式60和61与图76A相关联。等式62与图76B相关联。等式63与图76C相关联。等式64与图76D相关联。而等式65、66和67利用其他等式。
Rx＝(Cx)(Eax/Enx)[等式60]
Va30/Vn3040＝V3040＝(R30)(E40)[等式61]
Va40/Vn4030＝V4030＝(R40)(E30)[等式62]
Va30/Vn3020＝V3020＝(R30)(E20)[等式63]
Va40/Vn4020＝V4020＝(R40)(E20)[等式64]
61与63之比提供了：
V3040/V3020＝(R30)(E40)/(R30)(E20)＝(E40)/(E20)[等式65]
62与64之比提供了
V4030/V4020＝(R40)(E30)/(R40)(E20)＝(E30)/(E20)[等式66]
65与66之比提供了：
(V3040/V3020)/(V4030/V4020)＝(E40/E20)/(E30/E20)
(V3040)(V4020)/(V4030)(V3020)＝E40/E30[等式67]
在此类方法中，LED 7340首先如图76A中所示地照明LED 7230以创建等式61，等式61将电压Va30与在LED 7230用标称光功率照明时产生的标称Vn3040之比V3040同实际发射光功率Ea40与此类标称光功率之比E40相关。V3040和E40之间的比例因子是LED 7230的归一化响应性，其使用阐述为等式60的通用响应性等式被定义为R30。随后，LED 7230如图76B中所示地照明LED 7340，并且随后LED 7120如图76C和76D中所示地照明LED 7230和7340两者以分别形成等式62、63和64。
如等式65中所示，等式61与63之比提供了LED 7340和7120之间的相对发射功率。同样，等式66和67分别提供了LED 7230和7120之间、以及LED 7340和7230之间的相对功率发射功率。此类等式从感应电压测量提供了由所有三个LED发射的相对光功率，从而补偿电路可调节来自每个LED的发射强度以在这些LED的寿命中提供精确颜色或维持固定颜色。
图77是可实现图73A-C、74A-D、75A-C、75D-F和76A-D中解说的方法的电路的示例框图，该电路包括驱动器集成电路7780、LED 7120、7230和7340、以及电阻器7232和7342。集成电路7780还包括时序和控制电路7781、系数矩阵7782、数模转换器(DAC)7783、模数转换器(ADC)7784、以及用于产生用于LED7120、7230和7340的电流的三个输出驱动器7785。输出驱动器7785还包括脉冲宽度调制器(PWM)7787和电流源7786。
时序和控制电路7781管理驱动器IC 7780的功能。用于LED 7120、7230和7340的照明数据被硬连线至时序和控制电路7781中或者通过某种手段传达给时序和控制电路7781，并在恰当的时间被转发给颜色校正矩阵7782。颜色校正矩阵7782除其他事项外还可调节用于LED 7120、7230和7340的照明数据以补偿各LED之间的变化，从而跨显示器或从灯产生均匀亮度和颜色。矩阵7782可包括校正系数，其在与照明数据组合时产生被转发给输出驱动器7785的数据，输出驱动器7785具有脉冲宽度调制器7787，该脉冲宽度调制器7787产生将至LED 7120、7230和7340的电流源7786开启和关闭的逻辑电平信号。
ADC 7784能访问连接至驱动器IC 7780的所有(在该示例中为3个)LED的端子，并且除其他事项外还可测量响应于入射在LED 7230和7340上的光跨电阻器7232和7342产生的电压。此示例中的所有3个LED的正极可一起绑定至单个电源电压Vd 7788，或者可连接至不同的电源电压。在所有3个LED7120、7230和7340为一种颜色的情形中，所有正极优选地可连接在一起。在此类3个LED 7120、7230和7340为不同颜色的情形中，每个此类不同颜色LED 7120、7230和7340将优选地连接至每个此类不同的电源电压。
图77仅仅是许多可能的驱动器IC 7780框图的一个示例。例如，若LED7120、7230和7340用可变电流驱动达固定时间量，则将不需要PWM 7787。若ADC 7784测量来自LED 7120、7230和7340的开路电压、短路电流、或电流与电压的某种其他组合，则将不需要电阻器7232和7342。若可变电流是不期望的，则DAC 7783可以是固定电流源。
图78是校正矩阵7782的示例框图，校正矩阵7782可校正由红色、绿色和蓝色LED 7120、7230和7340的组合产生的光强度变化以跨显示器或从灯产生相对均匀的亮度和颜色。矩阵82包括可存储校正系数Cr、Cg和Cb的存储器7890，乘法器7891将校正系数Cr、Cg和Cb分别与来自时序和控制电路7781的例如红色、绿色和蓝色照明数据组合以产生被转发给调制器7787的分别控制红色、绿色和蓝色LED 7120、7230和7340的照明数据。此类校正系数通常相对大，这在照明数据中产生调节以补偿LED 7120、7230和7340之间的变化。
存储器7890可由SRAM、DRAM、闪存、寄存器、或任何其他形式的可读写半导体存储器构成。此类校正系数可由驱动器IC 7780或例如显示器或灯中的任何其他处理元件周期性地修改以针对LED 7120、7230和7340特性例如随温度或寿命的改变而进行调节。
乘法器7891通过将每个颜色分量乘以相应的校正系数来缩放来自时序和控制电路7781的照明数据。此类乘法可由分立硬件以比特并行形式或比特串行形式、在嵌入式微控制器中、或通过任何其他手段来执行。优选地，包括移位器和加法器的一种硬件乘法器执行所有三次乘法。因此，图78仅仅是校正矩阵7782的许多可能框图之一。
图79A-C解说了用于通过确定LED作为入射在此类LED上的光波长的函数的光敏性来确定来自此类LED的峰值发射波长λp的一种可能方法。此类测量系统可包括如图74A中解说的光源7460、LED 7230和电阻器7232，其中由光源7460发射的光波长在分别比LED 7230的期望峰值发射波长λp略短和略长的波长λ-和λ+之间切换。
图79A中的标绘7900表示具有标称峰值发射波长λpn的LED 7230作为入射波长的函数的光敏性，其中纵轴表示跨电阻器7232感应的电压。在长于λpn的波长处，光敏性显著下降，而在短于λpn的波长处，光敏性随波长线性地下降。还示出了具有波长λ-的入射光跨电阻器7232产生电压V-，而具有波长λ+的入射光跨电阻器7232产生电压V+。连接点(λ-，V-)和(λ+，V+)的线7903具有斜率M＝(V--V+)/(λ--λ+)。
图79B中的标绘7901解说了具有比标称峰值发射波长λpn略短的峰值发射波长λp-的LED 7230的光敏性。当此类LED 7230被光源7460用波长λ-和λ-照明时，跨电阻器7232分别生成电压V-和V+。此类V-和V+之间的电压差对于具有略短于标称峰值发射波长λpn的峰值发射波长λp-的此类LED 7230而言要大于具有标称峰值发射波长λpn的此类LED 7230。此外，线7904的斜率M对于发射峰值波长λ-的LED 7230而言要比发射标称峰值波长λpn的LED 7230负得更多。
图79C中的标绘7902解说了具有比标称峰值发射波长λpn略长的峰值发射波长λp+的LED7230的光敏性。当此类LED 7230被光源7460用波长λ-和λ-照明时，跨电阻器32分别生成电压V-和V+。此类V-和V+之间的电压差对于具有略长于标称峰值发射波长λpn的峰值发射波长λp+的此类LED7230而言要小于具有标称峰值发射波长λpn的此类LED 7230。此外，线7905的斜率M对于发射峰值波长λ+的LED 7230而言要比发射标称峰值波长λpn的LED 7230负得更少。
由于线7903、7904和7905的斜率直接与LED 7230的峰值发射波长相关，因此此类斜率可用于确定此类峰值发射波长。图79A-C解说了用于通过测量LED的光敏性来确定由此类LED产生的光的峰值发射波长的许多可能方法中的一种。例如，可测量LED光生电流而非电压，或者可测量电流和电压的某种其他组合。此外，具有较宽光谱的灯可感应此类电压或电流而非图79中解说的单色源。
图80是校正矩阵7782的示例框图，校正矩阵7782可校正例如由红色、绿色和蓝色LED 7340、7230和7120的组合产生的光强度和波长两者的变化以从LED阵列产生均匀亮度和颜色。矩阵7782包括存储器7890，其可存储9个校正系数，其中3个此类系数用于所产生的每种颜色分量。系数Crr、Cgg和Cbb将通常有效地与来自图78的Cr、Cg和Cb相同，以调节LED 7120、7230和7340的强度变化，而其余系数(Crg，Crb，Cgr，Cgb，Cbr，Cbg)补偿波长变化。
例如，若来自时序和控制电路7781的红色照明数据旨在用于具有波长650nm的LED 7340且所连接LED 7340波长准确地为650nm，则系数Cgr和Cbr将为0，且Crr将接近1。若此类所连接LED 7340波长为640nm且具有与前一示例相同的强度，则Crr将略小于前一示例中的Crr，且Cgr和Cbr将为非零，这将分别从此类绿色和蓝色LED 7230和7120产生一些光。来自此类红色、绿色和蓝色LED 7340、7230和7120的光的组合的波长将被感知为与来自精确地在650nm处发射的单个红色LED 7340的单色光相同。
存储器7890和乘法器7891可如关于图78所描述地那样操作和实现。加法器8010将来自三个所连接乘法器7891的乘法结果求和以产生被转发给调制器7887的照明数据。此类加法器8010可在硬件或软件中实现，或者以比特并行或比特串行来执行。图80仅仅是许多可能的强度和波长校正矩阵7782框图之一。
本领域技术人员一旦完全领会以上公开，则多种变型和修改将变得显而易见。

Claims (25)

1.一种显示设备，包括：
LED阵列，其被配置成发射光并且还被配置成响应于接收自光源的光；
控制电路，其被配置成使用所述LED阵列的一个或更多个LED的光敏性来调节来自所述LED阵列的一个或更多个LED的输出功率；
其中所述光敏性是部分地通过测量由来自所述光源的所述光在所述一个或多个LED上感应的开路电压或短路电流来确定的。
2.如权利要求1所述的显示设备，其特征在于，所述LED阵列被配置成为LCD显示器提供背光。
3.如权利要求1所述的显示设备，其特征在于，所述显示设备被配置成在测量光敏性时从所述光源接收固定光谱，其中所述固定光谱匹配一个或更多个所述LED的峰值发射波长。
4.如权利要求1所述的显示设备，其特征在于，使用被配置成调节施加到所述一个或更多个LED的电流并补偿由所述一个或多个LED产生的光强度的校正系数来调节来自所述一个或更多个LED的输出功率。
5.如权利要求1所述的显示设备，其特征在于，所述LED阵列包括无机LED。
6.一种用于光校准的方法，包括：
使用第一LED接收来自第二LED和第三LED的光；
测量由所述第二LED发射并被所述第一LED接收的所述光在所述第一LED中感应的光电流；
测量由所述第三LED发射并被所述第一LED接收的所述光在所述第一LED中感应的光电流；
确定由所述第二LED和第三LED发射并被所述第一LED接收的光在所述第一LED中感应的光电流之比；以及
基于所确定的光电流之比调节所述第一LED、所述第二LED、所述第三LED或所述三个LED的任意组合的输出强度。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括使用所述第二LED接收由所述第一LED发射的光，基于由所述第二LED从所述第一LED接收的光确定所述第一LED的强度发射特性，使用所述第二LED接收由所述第三LED发射的光，基于由所述第二LED从所述第三LED接收的光确定所述第三LED的强度发射特性，以及基于所确定的强度发射特性调节所述第一LED、所述第二LED、所述第三LED或这三个LED的任何组合的输出强度。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括测量由所述第一LED所发射的光在所述第二LED中感应的光电流以确定所述第一LED的所述强度发射特性，以及测量由所述第三LED所发射的光在所述第二LED中感应的光电流以确定所述第三LED的所述强度发射特性。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括使用跨所述第一LED连接的电阻器从由所述第二LED或所述第三LED所发射的光在所述第一LED中感应的所述光电流产生电压，其中所述电阻器的电阻足够小，以使得所述光电流乘以所述电阻小于所述第一LED的导通电压。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二和第三LED的输出强度最初在第一时间通过使用分开的控制设备而被校准以产生期望输出强度，所述控制设备包括具有已知输出强度的多个LED。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括将由所述第二和第三LED在所述第一LED中感应的光电流之比与由所述控制设备上的第二LED和第三LED在所述控制设备上的第一LED上感应的光电流之比作比较，所述控制设备上的所述第一、第二和第三LED具有已知输出强度。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括将在第二时间由所述第二和第三LED在所述第一LED上感应的光电流之比与针对已知强度的光电流之比作比较。
13.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一LED是红色LED，所述第二LED是红色LED，以及所述第三LED是绿色LED。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括在LED灯内使用所述第一、第二和第三LED。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括使用第四蓝色LED作为光源，以及使用所述第一LED还确定所述第四蓝色LED的强度发射特性，其中所述第二LED、所述第三LED和所述第四蓝色LED位于第一像素内并且其中所述第一LED位于毗邻像素中。
16.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括提供参考光源，使用所述第一LED接收来自所述第二LED和所述参考光源的光，测量由所述参考光源在所述第一LED中感应的光电流以及确定由所述第二LED和所述参考光源在所述第一LED中感应的光电流之比。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第二LED的输出强度在先前被调节以产生所述第二LED的期望输出强度。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述第二LED的输出强度在先前使用分开的控制设备被调节，所述控制设备包括具有已知输出强度的多个LED。
19.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括提供参考光源，以及测量由所述参考光源在所述第一LED中感应的光电流。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括用所述参考光源产生具有单个波长的光。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述单个波长不同于所述第一LED的发射波长。
22.如权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括使用所述参考光源产生具有第一波长的光，测量由所述第一波长的光在所述第一LED中感应的光电流，使用所述参考光源产生具有不同于所述第一波长的第二波长的光，测量由所述第二波长的光在所述第一LED中感应的光电流，以及确定由所述第一和第二波长的光在所述第一LED中感应的光电流之比。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括使用两个或更多个参考光源来产生所述第一和第二波长的光。
24.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述第一LED的所述发射波长是已知的，且所述方法还包括确定所述第一LED的所述发射波长与由所述第一和第二波长的光在所述第一LED中感应的所述光电流之比之间的关系。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述第二LED的发射波长是未知的，以及还包括测量由所述第一波长的光在所述第二LED中感应的光电流，测量由所述第二波长的光在所述第二LED中感应的光电流，以及确定由所述第一和第二波长的光在所述第二LED中感应的光电流之比，其中所述第二LED的未知波长被确定为等于所述第一LED的所述已知波长乘以由所述第一和第二波长的光在所述第一LED中感应的光电流之比除以由所述第一和第二波长的光在所述第二LED中感应的光电流之比。
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