CN102007815B - 固态照明显示器中温度引起的色差的校正 - Google Patents

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Abstract

公开了控制包括具有多个固态发光器件的背光单元的显示器的方法。该方法包括：接收该显示器的目标色点；测量与该显示器相关联的温度；响应于所测量的温度，生成补偿的目标色点；以及设置该背光单元的色点以产生补偿的目标色点。

Description

固态照明显示器中温度引起的色差的校正
技术领域
本发明涉及固态照明，并且更具体地涉及可调固态照明面板以及用于调节固态照明面板的光输出的系统和方法。
背景技术
固态照明阵列用于许多照明应用。例如，包括固态照明器件阵列的固态照明面板已经被用作诸如建筑和/或重点照明中的直接光照源。固态照明器件可以包括例如封装的发光器件，该发光器件包括一个或多个发光二极管(LED)。无机LED一般包括形成p-n结的半导体层。包括有机发光层的有机LED(OLED)是另一种类型的固态照明器件。固态发光器件一般在发光层或区域中经过电载流子即电子和空穴的复合(recombination)而生成光。
固态照明面板通常被用作小液晶显示器(LCD)显示屏(诸如便携式电子器件中所用的LCD显示屏)的背光。另外，对将固态照明面板用作较大显示器诸如LCD电视显示器的背光的兴趣已经有所提高。
对于较小的LCD屏幕，背光组件一般采用包括涂有波长转换荧光粉的发蓝LED的白色LED照明器件，所述波长转换荧光粉将LED所发射的一些蓝光转换成黄光。所得到的光是蓝光和黄光的组合，对观察者可能看似白色。然而，由这种装置所生成的白光可能看似白色，由这种光光照的物体可能由于该光的有限光谱而看似不具有自然的颜色。例如，因为该光可能在可见光光谱的红色部分中具有很少的能量，所以物体中的红色可能不会被这种光很好地光照。结果，该物体可能在这种光源下观看时看似具有不自然的颜色。
光源的显色指数(colorrenderingindex)是光源所生成的光准确光照广泛颜色范围的能力的客观度量。显色指数的范围从单色光源的基本为零到白炽光源的接近100。从基于荧光粉的固态光源所生成的光可能具有相对低的显色指数。
对于大尺度背光和光照应用，往往期望的是提供一种生成具有高显色指数的白光的光源以便由照明面板所光照的物体和/或显示屏可以看似更加自然。因而，这种光源一般可以包括固态照明器件的阵列，所述固态照明器件包括红色、绿色和蓝色发光器件。当红色、绿色和蓝色发光器件被同时激励时，所得到的组合光可能看似白色或接近白色，这取决于红色、绿色和蓝色光源的相对强度。存在可以被认为“白色”的许多不同光色调。例如，某些“白”光，诸如由钠蒸汽照明器件生成的光，可能在颜色方面看似带黄色，而其它“白”光，诸如由某些荧光照明器件生成的光，可能在颜色方面看似更带蓝色。
特定光源的色度(chromaticity)可以被称为光源的“色点(colorpoint)”。对于白光源，色度可以被称为光源的白色点。白光源的白色点可能遵循(fallalong)与加热到给定温度的黑体辐射器所发射的光的颜色对应的色度点的轨迹。因而，白色点可以由光源的相关色温(CCT)识别，该相关色温是加热的黑体辐射器匹配光源的色调时的温度。白光一般具有大约4000K和8000K之间的CCT。CCT为4000K的白光具有带黄色的颜色，而CCT为8000K的白光在颜色方面更带蓝色。
发明内容
发明的一些实施例提供控制包括具有多个固态发光器件的背光单元和液晶快门的显示器的方法。该方法包括：接收包括该液晶快门的该显示器的目标色点；测量与该显示器相关联的温度；响应于所测量的温度并且响应于包括该液晶快门的该显示器的目标色点，生成补偿的目标色点；以及设置该背光单元的色点以产生补偿的目标色点。设置该背光单元的色点可以包括改变施加到多个固态发光器件中的至少一个上的脉冲宽度调制电流驱动信号的脉冲宽度。
目标色点可以包括二维色空间中的x坐标和y坐标，并且生成补偿的目标色点可以包括使用变换方程来变换目标色点的x坐标。该变换方程可以包括含有线性变换系数的线性变换方程。
在一些实施例中，该变换方程可以包括第一变换方程，并且生成补偿的目标色点可以包括使用第二变换方程来变换目标色点的y坐标。
线性变换系数可以包括第一线性变换系数，并且第二变换方程可以包括含有第二线性变换系数的线性变换方程。
可以响应于所测量的温度和校准温度之间的差来生成补偿的目标色点。
在特定的实施例中，可以使用方程X′＝X+mx＊DeltaT和Y′＝Y+my＊DeltaT来生成补偿的目标色点，其中(X，Y)是目标色点的坐标，(X’，Y’)是补偿的目标色点的坐标，mx和my分别是第一和第二线性变换系数，以及DeltaT代表所测量的温度和校准温度之间的差。
将该背光单元的色点设置为补偿的目标色点可以包括调节被施加到背光单元中的多个固态发光器件中的至少一个上的脉冲宽度调制信号。
根据发明的一些其它实施例校准包括固态背光单元的显示器的方法包括：将显示器的温度设置为第一温度水平；从该固态背光单元中生成光；以及测量该显示器在该第一温度水平时输出的光的第一色点。该温度被设置为与第一温度水平不同的第二温度水平，从该固态背光单元中生成光，以及测量该显示器在该第二温度水平时输出的光的第二色点。响应于第一色点、第二色点以及第一温度和第二温度之间的温度差，生成变换系数。然后该变换系数被存储在该显示器中以便稍后使用。
可以通过执行线性曲线拟合以获得线性方程来生成变换系数，并且变换系数可以是线性方程的斜率(slope)。
可以使用外部比色计(colorimeter)来测量第一色点。
根据一些实施例的显示器包括固态背光单元、被配置成选择性地透射由该固态背光单元发射的光的液晶快门、以及被耦合到该固态背光单元的反馈控制系统。该反馈控制系统被配置成接收显示器的目标色点、测量与包括该液晶快门的该显示器相关联的温度、响应于所测量的温度并且响应于包括该液晶快门的该显示器的目标色点生成补偿的目标色点、以及设置该背光单元的色点以产生补偿的目标色点。
该控制系统可以包括：控制器；光电传感器，被耦合到该控制器且被配置成测量背光单元的光输出；以及电流驱动器，被耦合到该控制器且被配置成响应于来自控制器的命令信号向背光单元中的固态发光器件提供脉冲宽度调制的电流驱动信号。控制器可以被配置成控制施加到固态背光单元中的至少一个固态发光器件上的脉冲宽度调制信号。
目标色点可以包括二维色空间中的x坐标和y坐标，且该控制系统可以被配置成使用变换方程来变换目标色点的x坐标以获得补偿的色点。
该变换方程可以包括含有线性变换系数的线性变换方程。
该控制系统可以被配置成使用包括第二线性变换系数的第二变换方程来变换目标色点的y坐标。
该控制系统可以被配置成响应于所测量的温度和校准温度之间的差来生成补偿的目标色点。
在特定的实施例中，该控制系统可以被配置成使用以下方程来生成补偿的目标色点：X′＝X+mx＊DeltaT，Y′＝Y+my＊DeltaT；其中(X，Y)是目标色点的坐标，(X’，Y’)是补偿的目标色点的坐标，mx和my分别是第一和第二线性变换系数，以及DeltaT代表所测量的温度和校准温度之间的差。
附图说明
附图被包括以提供对发明的进一步理解并且被并入本申请并构成本申请的一部分，这些附图说明了发明的(一个或多个)特定实施例。在附图中：
图1是常规LCD显示器的示意图；
图2是依据发明的一些实施例的固态照明片(tile)的正视图；
图3是说明依据发明的一些实施例的固态照明片中的LED的电互连的示意电路图；
图4A是依据发明的一些实施例的包括多个固态照明片的条组件(barassembly)的正视图；
图4B是依据发明的一些实施例的包括多个条组件的照明面板的正视图；
图5是说明依据发明的一些实施例的照明面板系统的示意框图；
图6A-6D是说明依据发明的一些实施例的光电传感器在照明面板中的可能结构的示意图；
图7和图8是说明依据发明的一些实施例的照明面板系统的元件的示意图；
图9是说明发明的某些方面的CIE色图的图表；
图10A和10B分别是LCD背光单元和LCD显示器的(x，y)色点的图表。
图11和12是说明依据发明的一些实施例的系统和/或方法的流程图。
具体实施方式
现在将参照附图，在下文中更全面地描述本发明的实施例，在所述附图中示出了发明的实施例。然而，该发明可以以许多不同的形式来实现并且不应当解释为限于本文所阐述的实施例。相反，提供这些实施例以使得本公开将是彻底且完整的，并且将向本领域技术人员全面传达发明的范围。相似的数字自始至终指代相似的元件。
要理解，尽管术语第一、第二等可以在本文中用来描述各种元件，但是这些元件不应当受这些术语限制。这些术语仅用来区分一个元件与另一个元件。例如，在不脱离本发明的范围下，第一元件可以叫做第二元件，而类似地，第二元件可以叫做第一元件。如本文所用的，术语“和/或”包括相关所列项中的一个或多个的任意和所有组合。
要理解，当元件(诸如层、区域或基板(substrate))被称为“在”另一个元件“之上”或延伸到另一个元件“之上”时，其可以直接在另一个元件之上或直接延伸到另一个元件之上，或也可以存在居间的元件。相比而言，当元件被称为“直接在”另一元件“之上”或“直接延伸到”另一个元件“之上”时，没有居间元件存在。还要理解，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，它可以直接连接或耦合到该另一元件或可以存在居间元件。相比而言，当元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一个元件时，不存在居间元件。
本文可以使用相对性术语诸如“在..之下”或“在..之上”或“上”或“下”或“水平”或“垂直”来描述如图中所示的一个元件、层或区域与另一个元件、层、或区域的关系。要理解，这些术语旨在涵盖器件除了图中所示的定向以外的不同定向。
本文所用的术语仅为了描述特定的实施例而不是旨在限制本发明。如本文所用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外明确指出。还要理解，术语“包括”、“由...组成”、“包含”、和/或“含有”，在用于本文中时指定所述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其他的特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或增加。
除非另外定义，本文所用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的技术人员一般理解相同的意思。还要理解，本文所用的术语应当解释为具有与它们在本说明书的上下文和相关领域中的意思相一致的意思，并且不要以理想的或过于字面的意思来解释，除非在本文中如此清楚地定义。
下面参照根据发明的实施例的方法、系统和计算机程序产品的流程图说明和/或框图来描述本发明。要理解，流程图说明和/或框图的某些框以及流程图说明和/或框图中的某些框的组合能够用计算机程序指令来实施。这些计算机程序指令可以存储或实施在微控制器、微处理器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、可编程逻辑控制器(PLC)或者其它处理电路、通用计算机、专用计算机、或者其它诸如用以产生机器(machine)的可编程数据处理设备中，以使得经由其它可编程数据处理设备或计算机的处理器执行的指令创建用于实施流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的装置。
这些计算机程序指令还可以存储在计算机可读存储器中，其能够引导计算机或其它可编程数据处理设备以特定方式运行以使得在计算机可读存储器中存储的指令产生包括实施流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的指令装置的一件制品。
计算机程序指令还可以加载到计算机或其它可编程数据处理设备以使得对计算机或其它可编程设备执行一系列操作步骤从而产生计算机实施的过程以致在计算机或其它可编程设备上执行的指令提供用于实施流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的步骤。要理解，框中指出的功能/动作可以不按操作说明中指出的顺序发生。例如，接连所示的两个框实际上可以基本同时被执行或者这些框有时可以以相反顺序被执行，这取决于所涉及的功能性/动作。尽管某些图在通信路径上包括箭头以示出主要的通信方向，但是要理解通信可以以与所示箭头相对的方向发生。
图1示出了包括固态背光单元200的LCD显示器110的示意图。如其中所示，固态背光单元200所生成的白光透射经过红(R)、绿(G)和蓝(B)滤色器120的矩阵。光经过特定滤色器120的透射由与滤色器120相关联的分别可寻址液晶快门(liquidcrystalshutter)130控制。响应于例如由主计算机、电视调谐器或其它视频源提供的视频数据，快门控制器125控制液晶快门130的操作。
LCD显示器的许多部件具有温度相关的光学属性。例如，液晶快门130和/或滤色器120的光学属性，诸如透射率和/或频率响应，可能随温度漂移(shift)。背光控制系统中的光电传感器的响应属性也可能随温度漂移。使得该问题复杂化的是，在背光单元200之外的显示器110的元件的光学属性漂移可能是位于背光单元200内的光电传感器不可检测的。例如，位于背光单元150内的光电传感器可能不能检测显示器110的输出中由于液晶快门130和/或滤色器120的光学属性的变化而发生的色点漂移。实际系统温度与校准温度相比的差越大，色点误差可能变得越大。
在生产中，可以在显示器110处于预热状态(例如大约70℃)时校准显示器的色点。然而，由于足尺显示器的大热质量，对于LCD显示器110在接通后达到完全预热状态可能花费相对长的时间段。在预热时段期间，显示器的实际色点可能与背光控制系统中的光电传感器所测量的色点不同。即，尽管背光单元200可以被校准并且被控制以产生具有特定色点的光，但是显示器110输出的光的实际色点可能漂移偏离所期望的色点。最大色点误差可能发生在初始上电时，并且可能逐渐下降直到系统被完全预热，这可能花费1-2小时。
LCD显示器的固态背光单元可以包括多个固态照明元件。这些固态照明元件可以被布置在一个或多个固态照明片上，所述固态照明片能够被布置为形成二维照明面板。现在参照图2，固态照明片10可以包括其上以规则和/或不规则二维阵列布置的许多固态照明元件12。该片10可以包括例如一个或多个电路元件可以被布置在其上的印刷电路板(PCB)。具体而言，片10可以包括金属芯PCB(MCPCB)，金属芯PCB包括其上具有聚合物涂层的金属芯，在聚合物涂层上可以形成图案化的金属迹线(未示出)。MCPCB材料以及与其类似的材料可从例如Bergquist公司商购。PCB还可以包括重包层(4英两铜或更多)和/或带有热通孔的常规FR-4PCB材料。与常规PCB材料相比，MCPCB材料可以提供改进的热性能。然而，MCPCB材料也可能比常规PCB材料重，常规PCB材料可能不包括金属芯。
在图2所示的实施例中，照明元件12是每簇(cluster)四个固态发射器件的多芯片簇。在片10中，四个照明元件12被串联布置在第一路径20中，而四个照明元件12被串联布置在第二路径21中。第一路径20的照明元件12例如经由印刷电路而连接到布置在该片10的第一端的一组四个阳极触点22以及布置在该片10的第二端的一组四个阴极触点24。第二路径21的照明元件12连接到布置在该片10的第二端的一组四个阳极触点26以及布置在该片10的第一端的一组四个阴极触点28。
参照图2和3，固态照明元件12可以包括例如有机和/或无机发光器件。固态照明元件12可以包括封装的分立电子部件，该分立电子部件包括多个LED芯片16A-16D被安装在其上的载体基板。在其它实施例中，一个或多个固态照明元件12可以包括直接安装到该片10的表明上的电迹线上的LED芯片16A-16D，形成多芯片模块或板上芯片组件。在2006年11月17日提交的题为“SOLIDSTATEBACKLIGHTINGUNITASSEMBLYANDMETHODS”的共同转让的美国专利申请序列号11/601,500中公开了适合的片，该申请的公开被并入本文以供参考。
LED芯片16A-16D可以至少包括红色LED16A、绿色LED16B和蓝色LED16C。蓝色和/或绿色LED可以是可从本发明的受让人Cree公司购得的基于InGaN的蓝色LED芯片和/或绿色LED芯片。红色LED可以是例如可从Epistar公司、OSRAMOptoSemiconductorsGmbH以及其它公司购得的AIInGaPLED芯片。照明器件12可以包括附加的绿色LED16D以便获得更多绿光。
在一些实施例中，LED16A-16D可以具有边长为大约900μm或更大的方形或矩形周边(即所谓的“功率芯片(powerchip)”)。然而，在其它实施例中，LED16A-16D可以具有500μm或更小的边长(即所谓的“小芯片”)。具体而言，小LED芯片可以以比功率芯片更好的电转换效率进行操作。例如，最大边尺寸小于500μm且小至260μm的绿色LED芯片通常具有比900μm芯片更大的电转换效率，并且已知一般每瓦耗散电功率产生55流明的光通量以及每瓦耗散电功率产生多达90流明的光通量。
LED16A-16D可以被密封剂覆盖，该密封剂可以是透明的和/或可以包括光散射颗粒、荧光粉和/或其它成分以获得期望的发射图案、颜色和/或强度。照明器件12还可以包括包围LED16A-16D的反射杯(reflectorcup)、安装在LED16A-16D上方的透镜、一个或多个用于从照明器件中去除热量的散热器、静电放电保护芯片、和/或其它元件。
该片10中的照明元件12的LED芯片16A-16D可以被电互连，如图3中的示意电路图所示。如其中所示，LED可以被互连以使得第一路径20中的蓝色LED16A被串联连接以形成串20A。同样，第一路径20中的第一绿色LED16B可以被串联布置以形成串20B，而第二绿色LED16D可以被串联布置以形成单独串20D。红色LED16C可以被串联布置以形成串20C。每个串20A-20D可以分别连接到布置在该片10的第一端的阳极触点22A-22D以及布置在该片10的第二端的阴极触点24A-24D。
串20A-20D可以包括第一路径20或第二路径21中的所有或不到所有对应的LED。例如，串20A可以包括来自第一路径20中的所有照明元件12的所有蓝色LED。可替换地，串20A可以仅包括第一路径20中的对应LED的子集。因而，第一路径20可以包括并联布置在该片10上的四个串联串20A-20D。
该片10上的第二路径21可以包括并联布置的四个串联串21A、21B、21C、21D。串21A-21D分别连接到布置在该片10的第二端的阳极触点26A-26D以及布置在该片10的第一端的阴极触点28A-28D。
要明白，尽管图2-3所示的实施例包括每个照明器件12的四个LED芯片16，所述LED芯片16被电连接以形成每个路径20、21至少四个LED16串，每个照明器件12可以提供多于和/或少于四个LED芯片16，并且该片10上的每个路径20、21可以提供多于和/或少于四个LED串。例如，照明器件12可以包括仅一个绿色LED芯片16B，在这种情况下LED可以被连接以形成每个路径20、21三串。同样，在一些实施例中，照明器件12中的两个绿色LED芯片可以被彼此串联连接，在这种情况下每个路径20、21可能仅有单个绿色LED芯片串。而且，片10可以仅包括单个路径20而不是多个路径20、21和/或两个以上路径可以被提供在单个片10上。
多个片10可以被组装以形成如图4A所示的更大照明条组件30。如其中所示，条组件30可以包括端端连接的两个或更多个片10、10’、10”。因而，参照图3和4A，最左片10的第一路径20的阴极触点24可以被电连接到中心片10’的第一路径20的阳极触点22，而中心片10’的第一路径20的阴极触点24可以分别被电连接到最右片10”的第一路径20的阳极触点22。类似地，最左片10的第二路径21的阳极触点26可以被电连接到中心片10’的第二路径21的阴极触点28，而中心片10’的第二路径21的阳极触点26可以分别被电连接到最右片10”的第二路径21的阴极触点28。
此外，最右片10”的第一路径20的阴极触点24可以通过环回(loopback)连接器35而被电连接到最右片10”的第二路径21的阳极触点26。例如，环回连接器35可以将最右片10”的第一路径20的蓝色LED芯片16A的串20A的阴极24A与最右片10”的第二路径21的蓝色LED芯片的串21A的阳极26A进行电连接。以此方式，第一路径20的串20A可以通过环回连接器35的导体35A而与第二路径21的串21A串联连接以形成蓝色LED芯片16的单个串23A。可以以类似方式连接片10、10’、10”的路径20、21的其它串。
环回连接器35可以包括边缘连接器、柔性布线板或者任何其它合适的连接器。另外，环路连接器可以包括形成在该片10上/中的印刷迹线。
虽然图4A所示的条组件30是片10的一维阵列，但是其它结构是可能的。例如，这些片10可以以二维阵列进行连接，其中所述片10都被定位在相同平面中；或者以三维结构进行连接，其中所述片10不都被布置在相同平面中。此外，这些片10不必是矩形或方形，而是可以例如是六角形、三角形等等。
参照图4B，在一些实施例中，多个条组件30可以被组合以形成照明面板40，该照明面板可以例如被用作LCD显示器的背光单元(BLU)。如图4B所示，照明面板40可以包括四个条组件30，每个条组件30包括六个片10。每个条组件30的最右片10包括环回连接器35。因而，每个条组件30可以包括四个LED串23(即一个红色、两个绿色和一个蓝色)。
在一些实施例中，条组件30可以包括四个LED串23(即一个红色、两个绿色和一个蓝色)。因而，包括九个条组件的照明面板40可以具有36个单独的LED串。此外，在包括六个片10(每个有八个固态照明元件12)的条组件30中，LED串23可以包括48个串联连接的LED。
对于某些类型的LED，特别是蓝色和/或绿色LED而言，在20mA的标准驱动电流下不同芯片的正向电压(Vf)可能偏离标称值变化多达+/-0.75V。典型的蓝色或绿色LED可能具有3.2伏特的Vf。因此，这种芯片的正向电压可能变化多达25％。对于含有48个LED的LED串而言，为以20mA操作该串所需的总Vf可能变化多达+/-36V。
因而，根据条组件中的LED的特定特性，一个光条组件串(例如蓝色串)可能要求与对应的另一条组件串相比显著不同的操作功率(operatingpower)。这些变化可能显著影响包括多个片10和/或条组件30的照明面板的颜色和/或亮度均匀性，因为这样的Vf变化可能导致不同片之间和/或不同条之间亮度和/或色调的变化。例如，不同串之间的电流差可能导致串输出的通量、峰值波长和/或主波长的较大差。LED驱动电流在5％或更大量级上的变化可能导致不同串之间和/或不同片之间不可接受的光输出变化。这样的变化可能显著影响照明面板的整体色域或可显示颜色的范围。
另外，LED芯片的光输出特性可以在其操作寿命期间改变。例如，LED的光输出可能随时间和/或环境温度而改变。
为了提供光面板的一致、可控的光输出特性，发明的一些实施例提供具有两个或更多串联的LED芯片串的照明面板。为每个LED芯片串提供独立的电流控制电路。此外，每个串的电流可以例如借助于脉冲宽度调制(PWM)和/或脉冲频率调制(PFM)而被分别地控制。在PWM方案中施加到特定串的脉冲宽度(或者在PFM方案中脉冲频率)可以是基于预先存储的脉冲宽度(频率)值，其可以在操作期间例如基于用户输入和/或传感器输入而被修改。
因而，参照图5，示出了照明面板系统200。照明面板系统200可以是LCD显示器的背光，照明面板系统200包括照明面板40。照明面板40可以包括例如多个条组件30，如上所述该条组件30可以包括多个片10。然而，要明白，发明的实施例可以结合以其它结构形成的照明面板来采用。例如，发明的实施例可以与包括单个大面积片的固态背光面板一起使用。
然而在特定的实施例中，照明面板40可以包括多个条组件30，每个条组件30可以具有与四个独立LED串23的阳极和阴极对应的四个阴极连接器和四个阳极连接器，每个LED具有相同的主波长。例如，每个条组件30可以具有一个红色串、两个绿色串和一个蓝色串，每串带有在条组件30的一侧的对应阳极/阴极触点对。在特定的实施例中，照明面板40可以包括九个条组件30。因而，照明面板40可以包括36个单独的LED串。
电流驱动器220为照明面板40的每个LED串23提供独立的电流控制。例如，电流驱动器220可以为照明面板40的36个单独LED串提供独立的电流控制。电流驱动器220可以在控制器230的控制下为照明面板40的36个单独LED串的每一个提供恒定的电流源。在一些实施例中，可以使用8位微控制器诸如来自MicrochipTechnologyInc.的PIC18F8722来实施控制器230，其可以被编程以为36个LED串23提供对驱动器220内的36个单独电流供应块的脉冲宽度调制(PWM)控制。
用于36个LED串23中的每一个的脉冲宽度信息可以由控制器230从颜色管理单元260中获得，在一些实施例中该颜色管理单元260可以包括颜色管理控制器诸如AgilentHDJD-J822-SCR00颜色管理控制器。
颜色管理单元260可以经由I2C(内部集成电路)通信链路235而连接到控制器230。颜色管理单元260可以被配置为I2C通信链路235上的从装置，而控制器230可以被配置为链路235上的主装置。I2C通信链路为集成电路装置之间的通信提供低速信令协议。控制器230、颜色管理单元260和通信链路235可以一起形成反馈控制系统，该反馈控制系统被配置成控制来自照明面板40的光输出。寄存器R1-R9等可以对应于控制器230中的内部寄存器和/或可以对应于可由控制器230访问的存储器装置(未示出)的存储单元。
控制器230可以包括用于每个LED串23即用于带有36个LED串23的照明单元的寄存器，例如寄存器R1-R9、G1A-G9A、B1-B9、G1B-G9B，颜色管理单元260可以包括至少36个寄存器。每个寄存器被配置成存储用于LED串23之一的脉冲宽度信息。寄存器中的初始值可以通过初始化/校准过程来确定。然而，这些寄存器值可以基于用户输入250和/或来自耦合到照明面板40的一个或多个传感器240A-C的输入而随时间被自适应地改变。
传感器240A-C可以包括例如温度传感器240A、一个或多个光电传感器240B、和/或一个或多个其它传感器240C。在特定的实施例中，照明面板40可以包括用于照明面板中的每个条组件30的一个光电传感器240B。然而在其它实施例中，可以为照明面板中的每个LED串30提供一个光电传感器240B。在其它实施例中，照明面板40中的每个片10可以包括一个或多个光电传感器240B。
在一些实施例中，光电传感器240B可以包括光敏区(photo-sensitiveregion)，所述光敏区被配置成优先地响应于具有不同主波长的光。因此，由不同LED串23(例如红色LED串23A和蓝色LED串23C)所生成的光的波长可以从光电传感器240B生成单独的输出。在一些实施例中，光电传感器240B可以被配置成独立地感测具有可见光光谱的红色、绿色和蓝色部分中的主波长的光。光电传感器240B可以包括一个或多个光敏器件，诸如光电二极管。光电传感器240B可以包括例如AgilentHDJD-S831-QT333三色光电传感器。
来自光电传感器240B的传感器输出可以被提供到颜色管理单元260，颜色管理单元260可以被配置成采样这些输出且提供采样的值到控制器230以调节对应LED串23的寄存器值从而在逐串的基础上校正光输出变化。在一些实施例中，专用集成电路(ASIC)可以连同一个或多个光电传感器240B一起被提供在每个片10上以便在将传感器数据提供到颜色管理单元260之前预处理该传感器数据。此外，在一些实施例中，传感器输出和/或ASIC输出可以由控制器230直接采样。
光电传感器240B可以布置在照明面板40内的各个位置处以便获得代表性的采样数据。可替换地和/或另外，诸如光纤的光导可以被提供在照明面板40中以收集来自期望位置的光。在这种情况下，光电传感器240B不必布置在照明面板40的光显示区内，而是可以例如被提供在照明面板40的后侧上。而且，可以提供光开关以将光从不同的光导切换到光电传感器240B，所述光导收集来自照明面板40的不同区域的光。因此，单个光电传感器240B可以被用来顺序地收集来自照明面板40上的各个位置的光。
用户输入250可以被配置成允许用户借助于LCD面板上的用户控制(诸如输入控制)来选择性地调节照明面板40的属性，诸如色温、亮度、色调等等。
温度传感器240A可以给颜色管理单元260和/或控制器230提供温度信息，颜色管理单元260和/或控制器230可以基于串23中的LED芯片16的已知/预测的亮度与温度操作特性的关系在逐串和/或逐色的基础上调节来自照明面板的光输出。
因而，传感器240A-240C、控制器230、颜色管理单元260和电流驱动器220形成用于控制照明面板40的反馈控制系统。尽管颜色管理单元260被示为单独的元件，但是要明白在一些实施例中颜色管理单元260的功能性可以由控制系统的另一元件(诸如控制器230)执行。
图6A-6D示出了光电传感器240B的各种结构。例如，在图6A的实施例中，单个光电传感器240B被提供在照明面板40中。光电传感器240B可以被提供在其可以从照明面板中的一个以上片/串接收平均光量的位置处。
为了提供与照明面板40的光输出特性有关的更广泛数据，可以使用一个以上光电传感器240B。例如，如图6B所示，可以存在每个条组件30的一个光电传感器240B。在这种情况下，光电传感器240B可以位于条组件30的端部并且可以布置成接收从它们所关联的条组件30中发射的平均/组合光量。
如图6C所示，光电传感器240B可以布置在照明面板40的发光区外围内的一个或多个位置。然而在一些实施例中，光电传感器240B可以远离照明面板40的发光区进行定位，并且来自照明面板40的发光区内的各个位置的光可以经过一个或多个光导而透射到传感器240B。例如，如图6D所示，来自照明面板40的发光区内的一个或多个位置249的光可以经由光导247而远离发光区进行透射，所述光导247可以是光纤，所述光纤可以延伸经过和/或跨越片10。在图6D所示的实施例中，光导247端接在光开关245处，光开光245基于来自控制器230和/或来自颜色管理单元260的控制信号而选择特定导向器247以连接到光电传感器240B。然而要明白，光开关245是可选的，并且每个光导247可以端接在光电传感器240B处。在进一步的实施例中，代替光开关245，光导247可以端接在光组合器(lightcombiner)处，光组合器组合通过光导247接收的光并且将组合的光提供到光电传感器240B。光导247可以延伸跨越、部分跨越和/或经过片10。例如，在一些实施例中，光导247可以在面板40后蔓延(run)到各个光收集位置然后在这样的位置处蔓延穿过该面板。此外，光电传感器240B可以被安装到面板的前侧上(即照明器件16被安装在的面板40的侧上)或者面板40和/或片10和/或条组件30的相反侧上。
现在参照图7，电流驱动器220可以包括多个条驱动器电路320A-320D。可以为照明面板40的每个条组件30提供一个条驱动器电路320A-320D。在图7所示的实施例中，照明面板40包括四个条组件30。然而，在一些实施例中照明面板40可以包括九个条组件30，在这种情况下电流驱动器220可以包括九个条驱动器电路320。如图8所示，在一些实施例中，每个条驱动器电路320可以包括四个电流供应电路340A-340D，例如对应条组件30的每个LED串23A-23D有一个电流供应电路340A-340D。电流供应电路340A-340B的操作可以由来自控制器230的控制信号342控制。
电流供应电路340A-340B被配置成将电流供应给对应的LED串13，同时相应串13的脉冲宽度调制信号PWM是逻辑高(logicHIGH)。因而，对于每个定时回路，在该定时回路的第一时钟周期时将驱动器220中的每个电流供应电路340的PWM输入设置为逻辑高。当控制器230中的计数器达到与LED串23对应的控制器230的寄存器中存储的值时，将特定电流供应电路340的PWM输入设置为逻辑低(LOW)，从而关断到对应LED串23的电流。因而，虽然照明面板40中的每个LED串23可以被同时接通，但是这些串可以在给定的定时回路期间的不同时间上被关断，这将在定时回路内给予LED串不同的脉冲宽度。LED串23的表观亮度可以近似与LED串23的占空比(即，其中给LED串23供应电流的定时回路的分数(fraction))成比例。
在LED串23被接通的时段期间可以给LED串23供应基本恒定的电流。通过操纵电流信号的脉冲宽度，即使在将接通状态(on-state)电流维持在基本恒定的值时，也可以更改通过LED串23的平均电流。因此，LED串23中的LED16的主波长可以随所施加的电流而变化，即使通过LED16的平均电流正在被更改，该主波长也可以保持基本稳定。类似地，与例如如果使用可变电流源来操纵LED串23的平均电流相比，LED串23所耗散的每单位功率的光通量可以在各个平均电流水平下保持得更加恒定。
与特定LED串对应的控制器230的寄存器中存储的值可以是基于通过通信链路235从颜色管理单元260中接收的值。可替换地和/或另外，寄存器值可以是基于控制器230从传感器240直接采样的值和/或电压电平。
在一些实施例中，颜色管理单元260可以提供对应于占空比的值(即从0到100的值)，该值可以基于定时回路中的周期数目而被控制器230转换成寄存器值。例如，颜色管理单元260经由通信链路235向控制器230指示特定LED串23应当具有50％的占空比。如果定时回路包括10，000个时钟周期，则假设控制器随每个时钟周期就递增计数器，控制器230可以在对应于所讨论的LED串的寄存器中存储5000的值。因此，在特定的定时回路中，计数器在回路的开始时被复位到零并且通过向服务于LED串23的电流供应电路340发送适当的PWM信号来接通LED串23。当计数器计数到5000的值时，电流供应电路340的PWM信号被复位，从而关断LED串。
在一些实施例中，PWM信号的脉冲重复频率(即脉冲重复率)可以超过60Hz。在特定的实施例中，对于200Hz或更大的总PWM脉冲重复频率，PWM周期(PWMperiod)可以是5ms或更少。在回路中可以包括延迟，以使得在单个定时回路中可以使计数器仅递增100次。因此，给定LED串23的寄存器值可以直接对应于LED串23的占空比。然而，可以使用任何适合的计数过程，只要适当地控制LED串23的亮度。
可以不时地更新控制器230的寄存器值以考虑到变化的传感器值。在一些实施例中，可以从颜色管理单元260中每秒多次地获得更新的寄存器值。
此外，控制器230从颜色管理单元260读取的数据可以被过滤(filter)以限制在给定周期中发生的变化量。例如，当从颜色管理单元260读取变化值时，误差值可以被计算和缩放(filter)以提供比例控制(“P”)，如常规PID(比例-积分-导数)反馈控制器中的一样。而且，误差信号可以如PID反馈回路中的那样以积分和/或导数的方式进行缩放。可以在颜色管理单元260中和/或在控制器230中执行变化值的过滤和/或缩放。
在一些实施例中，例如可以使用来自光电传感器240B的信号由显示器系统200本身执行显示器系统200的校准(即自校准)。然而在发明的一些实施例中，可以由外部校准系统执行显示器系统200的校准。
如上所指，用户输入250可以允许用户借助于LCD面板上的用户控制(诸如输入控制)来选择性地调节显示器属性，诸如色温、亮度、色调等等。具体而言，用户输入250可以允许用户指定显示器110的色点或白色点。
然而，LCD显示器的许多部件具有温度相关的光学属性。例如，LCD显示器的液晶快门和/或滤色器的光学属性可能随温度漂移。背光控制系统中的光电传感器240B的响应属性也可能随温度漂移。此外，在背光单元200之外的LCD显示器的元件的光学属性漂移可能是位于背光单元200内的光电传感器240B不可检测的。例如，光电传感器240B可能不能检测由于显示器的液晶快门和/或滤色器的光学属性的变化而发生的色点漂移。
发明的一些实施例提供用于使用背光单元200的反馈控制系统补偿温度引起的色度误差的技术。
背光单元200的色点能够被绘制在二维色空间中。例如，图9是1931CIE色度图的近似表示。1931CIE色度图是其中所有可见颜色由一组(x，y)坐标唯一表示的二维色空间。其它二维色空间在本领域中是已知的并且可以用于发明的一些实施例中。
参照图9，全饱和(即纯)颜色落在1931CIE色度图的外边缘，如由图表上从380nm到700nm的波长数字所指示的。看似白色的全饱和光发现位于图表的中心附近。黑体辐射曲线420(示为图9中的部分近似)绘制了黑体辐射器在各个温度时发射的光的色点。黑体辐射曲线420贯穿CIE图的“白色”区。因而，某些“白色”点可能与特定的色温相关联。
背光单元200的反馈控制系统(例如包括图5所示的光电传感器240B、颜色管理单元260、控制器230和电流驱动器220)可以尝试设置背光单元220的色点以便当显示器处于小于校准温度的第一温度T1时显示器110将具有期望的色点A。然而，由于显示器的光学属性在较低温度时有所不同，所以显示器的实际色点可能例如漂移到点B。(要明白，图9中的点A和B仅被提供用于说明性目的并且可能不表示由于温度差所致的实际色点漂移。因而，为说明性目的而夸大了图9中点A和B的相对位置以及点A和B之间的距离。)由于该漂移可能由背光单元中的光电传感器240B不能检测的LCD显示器的元件造成，所以显示器的实际色点可能暂时不同于用户所预期/要求的。
通过测量单独的背光单元200以及整个LCD显示器110在各个温度时的色点，已经研究了LCD显示器(诸如LCD显示器110)以及固态背光单元(诸如固态背光单元200)中的色点误差。研究的结果示于图10A和10B中。图10A示出了单独的背光单元的色点的X和Y色度坐标的变化。X坐标示出具有大约-0.0002℃-1的斜率的中等线性温度相关性。Y坐标示出可忽略的温度相关性。
LCD显示器110的温度相关性更明显，原因在于其可以包括具有温度相关光学属性的附加元件，诸如液晶快门和/或滤色器。例如，如图10B所示，X坐标示出具有大约-0.0005℃-1的斜率的强线性温度相关性，而Y坐标示出具有大约-0.0002℃-1的斜率的温度相关性。
为了校正这一温度相关性，根据发明的一些实施例，可以对期望的色点应用线性变换以获得补偿的色点。当背光控制系统应用补偿的色点时，LCD显示器可以具有更接近所预期/所要求的色点的色点(即其具有降低的色度误差)。
当接收对期望色点(X，Y)的色点请求时，首先例如使用温度传感器240A来测量显示器110的温度，并且可以如下确定电流(所测量)温度(Tcur)和校准温度(Tcal)之间的差：
DeltaT＝Tcal-Tcur(℃)(1)
接着，可以根据以下变换来计算具有色度坐标(X’，Y’)的补偿色点：
X′＝X+mx＊DeltaT(2)
Y′＝Y+my＊DeltaT(3)
其中mx和my是针对x和y坐标的温度相关性曲线的斜率，这是在校准时通过在温度范围内测量显示器的色点而确定的。例如，mx可以是-0.0005℃-1，而my可以是-0.0002℃-1。
然后补偿的色度坐标(X’，Y’)可以被提供给颜色管理单元260并且用来设置LCD显示器110的色点。
图11是根据发明的一些实施例的用于生成用来计算补偿色度坐标的变换系数mx和my的操作的流程图。
参照图11，LCD显示器110被初始设置为第一温度T1，该第一温度可以是室温(框1110)。然后，例如使用外部比色计(诸如来自PhotoResearch公司的PR-650Colorimeter)来测量LCD显示器110的色点(框1120)。
然后提高LCD显示器110的温度(框1130)，并且在提高的温度下再次测量显示器110的色点(框1140)。在框1150进行检查以查看显示器的温度是否上升到或超过最大温度Tmax。如果否，则再次提高温度(框1130)并且再次测量显示器的色点(框1140)。
如果显示器的温度已经达到Tmax，则操作进行到框1160。
提高LCD显示器的温度以及测量LCD显示器的色点的过程可以被重复多次以便可以获得统计上有意义的信息。在一些实施例中，显示器110可以至少被提高到大约70℃的温度，该温度可以近似LCD显示器110的操作温度。
在框1160中，如上面描述所获得的色点和温度信息可以被分析以确定变换系数mx和my。例如，可以根据LCD显示器110的色点的x坐标对温度的变化率以及LCD显示器110的色点的y坐标对温度的变化率来获得系数mx和my。然后LCD背光单元200可以存储该变换系数。例如，该变换系数可以被控制器230和/或颜色管理单元260存储在寄存器或其它存储器中。
图12示出根据发明的实施例的用于校准LCD显示器的操作。如其中所示，LCD显示器110可以例如使用温度传感器240A来测量与LCD显示器110相关联的温度，诸如LCD显示器110的外壳内的温度。温度测量可以以其它方式来获得。例如，温度测量可以从LCD显示器110所附连的计算机系统或其它装置中获得。
从存储器中检索变换系数，然后使用温度测量和变换系数来生成补偿的色点，如上面所描述的(框1220)。补偿的色点坐标然后被应用到背光(框1230)。即，LCD显示器110的反馈控制系统将LCD背光200的色点设置为补偿的色点。然而，由于显示器的光学属性是温度相关的，所以LCD显示器110的实际色点可以更加接近地近似所要求的色点。
在附图和说明书中，已经公开了发明的典型实施例，并且虽然采用了特定的术语，但它们仅仅用于普通的和描述性的意思而不是为了限制，在所附的权利要求中阐述本发明的范围。

Claims (16)

1.一种控制包括具有多个固态发光器件的背光单元和液晶快门的显示器的方法，该方法包括：
接收包括该液晶快门的该显示器的目标色点；
测量该显示器的外壳内的温度；
响应于所测量的温度并且响应于包括该液晶快门的该显示器的目标色点，生成补偿的目标色点；以及
设置该背光单元的色点以产生补偿的目标色点。
2.权利要求1的方法，其中设置该背光单元的色点包括改变施加到多个固态发光器件中的至少一个上的脉冲宽度调制电流驱动信号的脉冲宽度。
3.权利要求1的方法，其中目标色点包括二维色空间中的x坐标和y坐标，且其中生成补偿的目标色点包括使用变换方程来变换目标色点的x坐标。
4.权利要求3的方法，其中该变换方程包括含有线性变换系数的线性变换方程。
5.权利要求4的方法，其中该变换方程包括第一变换方程，且其中生成补偿的目标色点包括使用第二变换方程来变换目标色点的y坐标。
6.权利要求5的方法，其中线性变换系数包括第一线性变换系数，且其中第二变换方程包括含有第二线性变换系数的线性变换方程。
7.权利要求1的方法，其中生成补偿的目标色点包括响应于所测量的温度和校准温度之间的差生成补偿的目标色点。
8.权利要求7的方法，其中生成补偿的目标色点包括使用以下方程来生成补偿的目标色点：
X′＝X+mx＊DeltaT
Y′＝Y+my＊DeltaT
其中(X，Y)包括目标色点的坐标，(X′，Y′)包括补偿的目标色点的坐标，mx和my分别包括第一和第二线性变换系数，以及DeltaT包括所测量的温度和校准温度之间的差。
9.权利要求1的方法，其中将该背光单元的色点设置为补偿的目标色点包括调节被施加到背光单元中的多个固态发光器件中的至少一个上的脉冲宽度调制信号。
10.一种显示器，包括：
固态背光单元；
液晶快门，其被配置成选择性地透射由该固态背光单元发射的光；以及
反馈控制系统，被耦合到该固态背光单元且被配置成接收该包括该液晶快门的显示器的目标色点、测量该显示器的外壳内的温度、响应于所测量的温度并且响应于包括该液晶快门的该显示器的目标色点生成补偿的目标色点、以及设置该背光单元的色点以产生补偿的目标色点。
11.权利要求10的显示器，其中该控制系统包括：控制器；光电传感器，被耦合到该控制器且被配置成测量背光单元的光输出；以及电流驱动器，被耦合到该控制器且被配置成响应于来自控制器的命令信号向背光单元中的固态发光器件提供脉冲宽度调制的电流驱动信号，且其中控制器被配置成控制被施加到固态背光单元中的至少一个固态发光器件上的脉冲宽度调制信号。
12.权利要求10的显示器，其中目标色点包括相对于二维色空间的x坐标和y坐标，且其中该控制系统被配置成使用变换方程来变换目标色点的x坐标以获得补偿的色点。
13.权利要求12的显示器，其中该变换方程包括含有线性变换系数的线性变换方程。
14.权利要求13的显示器，其中该变换方程包括第一变换方程并且线性变换系数包括第一线性变换系数，且其中该控制系统被配置成使用包括第二线性变换系数的第二变换方程来变换目标色点的y坐标。
15.权利要求10的显示器，其中该控制系统被配置成响应于所测量的温度和校准温度之间的差来生成补偿的目标色点。
16.权利要求15的显示器，其中该控制系统被配置成使用以下方程来生成补偿的目标色点：
X′＝X+mx＊DeltaT
Y′＝Y+my＊DeltaT
其中(X，Y)包括目标色点的坐标，(X′，Y′)包括补偿的目标色点的坐标，mx和my分别包括第一和第二线性变换系数，以及DeltaT包括所测量的温度和校准温度之间的差。
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