发光二极管亮度反馈控制方法及其装置.pdf

本发明公开一种发光二极管亮度反馈控制方法及其装置，其利用发光二极管本身在反向偏压时产生的反向饱和电流，以检测发光二极管的结面温度；接着再根据结面温度与发光二极管的亮度的关系，对发光二极管进行亮度的补偿。因此，本发明同时具有成本低、反应速度快及动态调整等的优点，对于发光二极管应用的量产性有很大的益处。

1、  一种发光二极管亮度反馈控制方法，用于控制至少一发光二极管，包括下列步骤：
提供瞬间的反向偏压；
检测所述发光二极管在所述反向偏压时的反向饱和电流；
根据所述反向饱和电流计算所述发光二极管的结面温度；以及
根据所述结面温度与所述发光二极管的亮度关系，对所述发光二极管进行亮度补偿。

2、  如权利要求1所述的发光二极管亮度反馈控制方法，其中所述反向饱和电流是利用电流检测单元检测取得的。

3、  如权利要求1所述的发光二极管亮度反馈控制方法，其中所述结面温度每上升10度，则所述反向饱和电流将变为原来的二倍。

4、  如权利要求1所述的发光二极管亮度反馈控制方法，其中所述结面温度与所述发光二极管的亮度的关系为预先建立的关系函数式或关系对照表。

5、  如权利要求1所述的发光二极管亮度反馈控制方法，其中在提供所述瞬间的反向偏压的步骤前，还包括切换电源为反向偏压的步骤。

6、  如权利要求1所述的发光二极管亮度反馈控制方法，其中所述发光二极管为二个以上时，其各自进行上述各步骤。

7、  如权利要求1所述的发光二极管亮度反馈控制方法，其中所述发光二极管作为液晶显示器的背光源。

8、  一种发光二极管亮度反馈控制装置，用于控制至少一发光二极管，所述发光二极管亮度反馈控制装置包括：
电源供应单元，其提供工作偏压或反向偏压；
切换开关，连接所述发光二极管与所述电源供应单元，以切换所述电源供应单元提供所述工作偏压或所述反向偏压给所述发光二极管；
电流检测单元，其检测所述发光二极管在所述反向偏压时的反向饱和电流；以及
控制单元，控制上述各元件动作，所述控制单元先根据所述反向饱和电流计算所述发光二极管的结面温度，再根据所述结面温度与所述发光二极管的亮度关系，对所述发光二极管进行亮度补偿。

9、  如权利要求8所述的发光二极管亮度反馈控制装置，其中所述结面温度每上升10度，则所述反向饱和电流将变为原来的二倍。

10、  如权利要求8所述的发光二极管亮度反馈控制装置，其中所述结面温度与所述发光二极管的亮度的关系为预先建立的关系函数式或关系对照表。

11、  如权利要求8所述的发光二极管亮度反馈控制装置，其中所述发光二极管为二个以上时，所述控制单元分别控制每一所述发光二极管各自进行所述反向饱和电流检测与所述亮度补偿。

12、  如权利要求8所述的发光二极管亮度反馈控制装置，其中所述控制单元还可设定所述切换开关的切换检测所述反向饱和电流的时间。

13、  如权利要求8所述的发光二极管亮度反馈控制装置，其中所述发光二极管为液晶显示器的背光源。

发光二极管亮度反馈控制方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种作为显示装置背光源的发光二极管技术，尤其涉及一种发光二极管亮度反馈控制方法及其装置。
背景技术
随着科技产业的蓬勃发展，发光二极管的应用已经从单纯的指示用途转变为可作为灯源的照明功能。且由于LED的亮度及效率有效的提升，使得LED应用于液晶显示器的背光源的取代率亦大幅提升。
然而，LED在高温的环境下，或是长时间使用一段时间后温度会大幅提高，此时会影响高亮度LED的特性，导致LED的亮度下降、发光效率降低、发光寿命缩短等的缺点。此外，因液晶显示器中的RGB亮度延迟量不同，在亮度下降不同速度的情况下，会造成液晶显示器在色彩的表现上有不均匀的现象，甚至影响整个色彩的呈现。
针对上述问题，目前有几种方案可改善LED在背光源所遭遇到的问题。一种是利用彩色光感测元件设置在面板周围，利用彩色光感测元件来检测光的延迟量，再据此产生反馈信号来控制LED的电流量，进而达到控制LED亮度的作用；然而此种方式的成本较高，且检测光的延迟量为整体显示器的延迟量，一旦显示器为多区域控制时，此光感测元件的设置位置在光学上的安排是不容易的。另一种方式则是利用LED的反馈电压(Vf)的变化，推测LED的结面温度，进而换算成光的延迟量，再产生反馈信号控制LED亮度；然因电流会随温度飘移，使反馈电压亦随之飘移，相当不稳定，且因Vf变化对于LED分组(bin)控制的情况也会改变，若仅用到很小的分组，对整个LED背光模块的成本是一大负担。另一种方式则是利用热感测元件检测LED的环境温度，再计算光延迟量，进而产生反馈信号控制LED亮度；但此方式较不精确，且反馈仍需等到热传递的时间，在反应速度上是一大缺点。
有鉴于此，本发明提出一种发光二极管亮度反馈控制方法及其装置，以改善上述的该缺点。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种发光二极管亮度反馈控制方法及其装置，其利用反向电流来决定结面温度，以据此补偿调整LED的亮度，故可解决现有成本问题、LED分组控制问题以及反应时间长等的问题。
本发明的另一目的是提供一种发光二极管亮度反馈控制方法及其装置，其无须利用任何感测元件，故可有效降低成本；且同时反应速度快的优点，对于LED各种应用的量产性有很大的帮助。
本发明的另一目的是提供一种发光二极管亮度反馈控制方法及其装置，其可依据LED背光模块使用状态或温度来动态调整检测反向电流的间隔时间，以动态补偿LED的亮度。
为达到上述目的，本发明的一实施方式提出一种发光二极管亮度反馈控制方法，其控制至少一发光二极管，此方法先提供瞬间的反向偏压给发光二极管，并检测此发光二极管在反向偏压时的反向饱和电流；再根据此反向饱和电流来计算发光二极管的结面温度；最后利用结面温度与发光二极管亮度的预先建立的关系，对发光二极管进行亮度补偿。
另一方面，本发明亦提供一种发光二极管亮度反馈控制装置，主要是利用电源供应单元提供工作偏压或反向偏压给发光二极管，并利用切换开关来选择切换该工作偏压或是反向偏压给发光二极管；在电源供应单元供应瞬间的反向偏压时，电流检测单元检测发光二极管在此时间点产生的反向饱和电流；另有控制单元控制所有元件动作，且控制单元先根据反向饱和电流来计算发光二极管的结面温度，再根据此结面温度与发光二极管亮度之间的关系，直接对发光二极管进行亮度补偿。
底下通过具体实施例并结合附图详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
图1为一般PN二极管的电流电压工作特性；
图2为本发明的装置电路示意图；
图3为本发明的方法的流程示意图；
图4为本发明的结面温度与亮度的关系示意图。
具体实施方式
本发明是利用PN结面的反向饱和电流来推算发光二极管结面温度，进而产生反馈的一种技术。
就一般的PN二极管而言，同一片晶圆或是相同工艺制作出来的不同发光二极管，其正向电流会因不同的电压或电流组合而有所差异，但是其反向饱和电流的表现则具有一致性，其原因可自下列所示的理想二极管方程式来解释：
饱和电流密度Js=qDpPnoLp+qDnNpoLn;]]>
其中，D_p代表空穴扩散系数；D_n代表电子扩散系数；P_no代表少数载流子空穴在热平衡时的密度；N_po代表少数载流子电子在热平衡时的密度；L_p代表为空穴扩散长度；以及L_n代表电子扩散长度。
由上述方程式可知，电流或电压改变，仍不会改变反向饱和电流，但二极管的电压电流特性会随时间而改变，如图1所示，结面温度Ta小于Tb，其电压电流特性如图所示；就反向饱和电流而言，结面温度Tb下的反向饱和电流将比Ta下的反向饱和电流为大，其简化的关系为：结面温度每上升10度则反向饱和电流将变为原来的二倍大。也因为有这样的半导体特性，加上LED的发光亮度与结面温度有密切的关系，因此本发明可利用此特性来对LED亮度进行补偿。
图2为本发明的装置电路示意图，如图所示，发光二极管亮度反馈控制装置10包括至少一个或是多个发光二极管12，其是发出光源以作为液晶显示器的背光源；电源供应单元14用于提供可供元件正常工作的工作偏压或是瞬间的反向偏压，并有切换开关16连接每一该发光二极管12与电源供应单元14，以切换电源供应单元14所提供的工作偏压或反向偏压给发光二极管；在切换开关16切换为瞬间反向偏压时，电流检测单元18检测发光二极管12在反向偏压时产生的反向饱和电流；另有控制单元20与发光二极管12、电源供应单元14、切换开关16以及电流检测单元18形成电连接，用于控制上述各元件的动作并进行各种运算，其中，此控制单元20先根据反向饱和电流的变化量计算发光二极管12的结面温度，再根据结面温度与发光二极管12的亮度的关系，对发光二极管12进行亮度补偿。
在说明完本发明的装置10架构之后，接续同时结合图2与图3所示的流程图来说明发光二极管亮度反馈控制装置10进行的整个反馈控制方法，如图所示，本发明的方法依序包含有下列步骤：首先，如步骤S10所示，利用切换开关16将电源供应单元14所供应的电流切换为反向偏压模式；接着如步骤S12所示，由电源供应单元14提供瞬间的反向偏压给发光二极管12；之后如步骤S14所示，电流检测单元18检测每一发光二极管12在此反向偏压的时间点上所产生的反向饱和电流；由于结面温度每上升10度则反向饱和电流将变为原来的二倍，故可如步骤S16所示，控制单元20可根据反向饱和电流的变化量来计算发光二极管12的结面温度；最后如步骤S18所示般，控制单元20再根据结面温度与发光二极管12的亮度的关系，对发光二极管12进行亮度补偿。
其中，控制单元20会预先建立有结面温度与发光二极管12亮度的关系函数式或关系对照表，其关系可参照图4所示，因此可得此时的结面温度所对应到的发光二极管亮度，再进行补偿。此外，控制单元20还可设定切换开关16的切换检测该反向饱和电流的时间，如果发光二极管12使用频繁而导致温度升高，则可将时间间隔缩短，使其可增加亮度补偿的次数，反之亦然。
对于一般发光二极管而言，在反向偏压Vr＝5V的情况下，其反向饱和电流Ir约为50μA左右(但此数值可能会因为LED制作方式不同而改变，但大致上数量级在50μA左右)，当发光二极管长时间使用后，本发明测量温度改变后的反向饱和电流I’时，可由以下公式计算出目前的结面温度ΔT：
I′=Ir×2ΔT10]]>
其中，结面温度每上升10度，反向饱和电流就会加倍。
本发明利用反向电流来决定结面温度，以据此补偿调整LED的亮度，无论发光二极管的电压(Vf)分组在何种分布，反向饱和电流随结面温度变化的特性均不会改变，因此可解决现有Vf分组在Vf变化预测结面温度的方法中所带来的困难；反应速度上又比热感测元件快相当多，利用LED本身特性，无须利用任何感测元件，成本又便宜，故可解决现有成本问题、LED分组控制问题以及反应时间长等的问题，对于LED各种应用的量产性有很大的帮助。此外，本发明还可依据使用LED作为背光模块的使用状态或环境温度来动态调整检测反向饱和电流的间隔时间，以动态补偿LED的亮度，使用上更具弹性。
以上所述的实施例仅是为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使本领域技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以之限定本发明的权利范围，即所有依本发明所公开的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的权利范围内。