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CN101253813A - 带有集成电子器件的用于背光照明的发光二极管光源 - Google Patents

带有集成电子器件的用于背光照明的发光二极管光源 Download PDF

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CN101253813A
CN101253813A CNA200680031269XA CN200680031269A CN101253813A CN 101253813 A CN101253813 A CN 101253813A CN A200680031269X A CNA200680031269X A CN A200680031269XA CN 200680031269 A CN200680031269 A CN 200680031269A CN 101253813 A CN101253813 A CN 101253813A
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Abstract

描述了一种发光二极管背光源结构和用于设定发光二极管的电压和电流的技术。在一个实施例中，红色发光二极管串联连接在第一电压调节器和第一可控电流源之间，绿色发光二极管串联连接在第二电压调节器和第二可控电流源之间，蓝色发光二极管串联连接在第三电压调节器和第三可控电流源之间。电流源可以是线性电流调节器。在将所有的发光二极管都安装在印刷电路板上以后，对于每个电压调节器进行控制，以使电流源两端的电压降最小，使电流源消耗的能量最小。还有，在将所有的发光二极管都安装在印刷电路板上以后，对于电流源进行控制以平衡所说3种颜色，以便使用光检测室实现所说板的目标光输出。在另一个实施例中，将恒流源连接到串联的发光二极管串。脉冲宽度调制控制器控制并联连接在发光二极管组的两端的晶体管开关，其中占空比设定流过每组发光二极管的平均电流。然后，在所说板上的存储器中存储用来实现目标光特性的控制值。利用这种技术，发光二极管就不需要进行归类装箱以匹配它们的效率，因为可控的电压和电流源补偿了发光二极管效率的变化。因此，如果使用在每个板上存储的这些特定值，则所有的板都具有相同的目标光输出。在其它的实施例中，不是所有的特定颜色的发光二极管都是串联连接的。通过脉冲宽度调制控制器可以进一步控制发光二极管的亮度水平。所说背光源可用于液晶显示电视或其它的彩色显示器。

Description

带有集成电子器件的用于背光照明的发光二极管光源
技术领域
本发明涉及对于发光二极管(LED)的控制，以便产生例如用于液晶显示器(LCD)的白光背光源。
背景技术
液晶显示器需要背光源。对于全色的液晶显示器，背光源是白色光源。白色光源的白点在一般情况下是由液晶显示器的厂家设定的，并且对于不同的应用场合，白点可以是不同的。白点是用温度规定的。液晶显示器的一种应用是电视或计算机监视器。
普通的白光背光源或者是由荧光灯泡产生的或者是由红、绿、蓝色发光二极管的组合产生的。
对于中等的和大的背光源，使用每种颜色的多个发光二极管。在印刷电路板(PCB)上，一种颜色的所有发光二极管通常是串联连接的。在一般情况下，在背光源中使用外部的电流驱动器，每个驱动器驱动一串红色的、绿色的或蓝色的发光二极管。
通过发光二极管的电流量控制了亮度。如图1所示，控制发光二极管驱动器的电流的最简单直接的方式是测量与发光二极管8(由单个发光二极管表示之)串联连接的电流检测电阻器6两端的电压，并且使用差分放大器10比较这个电压与精确的参考电压Vref。反馈回路自动地调节驱动器的输出，以使检测电压与参考电压匹配。
一个替换方案是，使用具有分开的电压源的线性电流源，但是这种方法不常用于背光照明。图2表示一串串联的单个颜色的发光二极管，它们由线性电流源13驱动。在线性电流源中，通过控制传输晶体管(pass transistor)14的电导来控制电流。可以通过用电流检测器16检测电流并且将检测的电流作为反馈信号加到控制电路18以保持这个电流在预定的电平，来控制这个电流源以便产生预定电流。
如图3所示，电流检测器可以包括低值电阻器20，差分放大器22测量电阻器20两端的电压降。控制电路18可以是第二差分放大器24，其接收电流反馈信号并且接收可设置的参考电压Vref。放大器24控制晶体管14以便将放大器22的输出维持在Vref。通过选择在电压分压器中的电阻可以在固定电压和地之间设定Vref，或者通过其它方式来设定Vref。启动信号(EN)使放大器24(以及晶体管14)变为导通或截止。许多其它的实施例也是可能的。
无论使用上述的哪一种驱动器，对于背光照明的通常作法是，在外部(即不在印刷电路板上)控制通过发光二极管串的电流。进而，为了限制驱动器的数目，串联放置多个发光二极管的板，其结果是，相同颜色的串在多个板上都有相同的驱动电流。如果没有进一步的预防措施，这将导致亮度和颜色的大的变化，因为在单个发光二极管之间存在颜色和亮度的固有变化。
在一般情况下，通过选择在这些板上特定位置的发光二极管来改善颜色和亮度的均匀性。为此要测试各个发光二极管，然后按照各自的特征对每个发光二极管“归类装箱(binning)”，并且按照预先计算的装箱模式将这些发光二极管放置在这些板上。此外，在放置发光二极管以后，测量这些板的发光特性，并且组合所说的板，以使在单个背光源中只使用具有紧密匹配的白点的那些板。这个过程称为分级。使用装箱模式并进行分级以便产生具有均匀光特性的板和实现目标白点的这个过程是昂贵和费时的。此外，印刷电路板内部的变化还不能得到完全抑制。
发明内容
描述了一种用于背光照明的发光二极管光源，它可以存储发光二极管串的最优电流设定值，从而可以保证在背光应用中颜色和亮度的均匀性。在板上存储特定光源板的最优电流设定值使所有的光源板具有均匀的光输出特性。
代替使用归类装箱和分级的方法来精确匹配发光二极管的特性并预先确定合适的驱动电压和驱动电流，首先在印刷电路板(PCB)上安装和电连接发光二极管，然后进行测试。在一般情况下，这种测试是通过改变驱动信号并且从光学上检测发光二极管的总亮度来实现的。然后可以根据已经连接的发光二极管的测试总效率将电压和电流值设定到它们的最优值。最优驱动电压是其中在电流源两端的电压降最小的驱动电压。设定驱动电流，以使所说的板满足预先确定的总的光输出特性。这极大地简化了背光源的产生，因为所有的板都有均匀的特性。
将存储器集成在发光二极管的印刷电路板上，其中存储器存储每个发光二极管串的最优电流设定值。当背光源通电时，来自存储器的设定值被下载，并且控制各个不同的电流驱动器以实现期望的光输出特性。存储器还可以存储驱动电压的最优值，这些最优值用于将线性电流源两端的电压降最小化。
印刷电路板上发光二极管串的长度可以在这个印刷电路板上一个发光二极管到相同颜色的所有发光二极管之间变化。最优串长度应该通过成本/性能的折衷来确定，并且这个最优串长度对于不同的应用是变化的。
当在用于背光源的反射箱中使用发光二极管群集(clusters)的时候，箱中发光二极管群集的位置影响了液晶显示器输出的光的均匀性。例如，液晶显示器边缘附近的光可能比液晶显示器中间的光更明亮些或者更昏暗些，这由来自箱的侧壁的反射决定。为了避免出现这样的问题，相对于沿箱的中间流到群集的电流，要减小沿箱的侧面流到群集的电流。在板上的存储器中保存这些设定值。通过允许对于流到每个群集的发光二极管的驱动电流进行完全的控制，可以调节这些电流以便在液晶显示器上获得均匀的光输出，同时实现所期望的白点。
在一个实施例中，每个串联的串在一端连接到将电压设定在最优电压的电压调节器上，因此几乎所有的电压降都在串联的串上。每个串联的串的另一端连接到可控的线性电流源以调节每个串联的串的亮度。在电流源两端的电压降是最小的，因此不会浪费能量。
对于每种颜色可能只有一个串联的串，或者对于单个颜色可以并联连接多个串联的串，或者每个单独的发光二极管可以连接在它自己的电压调节器和电流源上，或者将以上的设置组合起来。
在另一个实施例中，脉冲宽度调制(PWM)控制器控制晶体管，该晶体管与安装在印刷电路板上的串联的串中的一个或多个发光二极管并联连接。可以存在与串联的串中不同组发光二极管并联连接的分开的晶体管。在印刷电路板上，利用单独的脉冲宽度调制控制器控制每个晶体管，因此可以大体上均衡每组发光二极管的亮度，使整个串或群集的总亮度匹配目标值。对于每种发光二极管颜色提供单独一组脉冲宽度调制控制器。设定每个脉冲宽度调制控制器的控制值，以使所说的板具有目标光输出(如预先确定的亮度和白点)。这些控制值存储在板上的存储器中。当所说的板通电时，使用来自存储器的控制值来设定脉冲宽度调制的占空比，从而使所说的板满足目标光输出特性。以此方式，所有的板在销售给客户时都有相同的光输出特性。此外，可以通过外部的脉冲宽度调制控制器或幅度调制控制器(与前述的脉冲宽度调制控制器联合操作)独立控制每个发光二极管串的亮度，以便允许用户调节亮度和白点，从而满足用户的特殊具体要求。
在一个例子中，背光用于大型液晶显示电视。每种原色是通过由单种颜色的发光二极管组成的一个或多个串联的串产生的。所用的原色是红、绿、蓝色；但也可使用二次颜色或其它颜色。
附图说明
图1表示由电流源控制的发光二极管的现有技术安排；
图2表示由线性电流源控制的发光二极管的现有技术串联安排；
图3表示现有技术的线性电流源的一个实施例；
图4表示本发明的背光源印刷电路板的一个实施例，这里的每个串联的发光二极管串都是由它自己的电压调节器和电流调节器控制的，并且在板上存储器中存储驱动器设定值；
图5表示输出方波的任何类型的脉冲宽度调制控制器，设定所说控制器的占空比以控制通过串联的发光二极管串的电流；
图6是控制背光源中发光二极管的本发明方法的一个实施例的流程图；
图7表示本发明背光源印刷电路板的另一个实施例，这里的每个串联/并联的发光二极管安排都是由它自己的电压调节器和电流调节器控制的；
图8表示在背光源中红绿蓝发光二极管群集；
图9表示本发明背光源印刷电路板的另一个实施例，这里在群集中的每个串联的发光二极管串都是由它自己的电压调节器和电流调节器控制的；
图10表示使用本发明的背光源的一种液晶显示器；
图11是用于单种颜色的本发明的背光源印刷电路板的一部分的另一个实施例，表示控制与部分串联的发光二极管串并联连接的晶体管的脉冲宽度调制控制器；
图12表示图11中的脉冲宽度调制控制器的相对占空比；
图13是用于操作图11、14和15的控制器的方法的流程图；
图14是图11的背光源印刷电路板的一种变型；
图15是图11的背光源印刷电路板的另一种变型。
用相同数字指定的元件可以是相同的或者是等效的。
具体实施方式
图4表示用于液晶显示器的背光源印刷电路板的电子器件和光源。在一个实施例中，将发光二极管和电流源安装在单个印刷电路板(PCB)30上。在另一个实施例中，电压调节器也装在印刷电路板30上。
图中表示了红色发光二极管32、绿色发光二极管33和蓝色发光二极管34的串联串。通过调节通过红绿蓝发光二极管的电流，由背光源可以实现任何白点。
每个串的阳极都连接到它自己的电压调节器36、37、38，每个串的阴极都连接到它自己的电流源40、41、42。
电压调节器优选是开关型调节器，有时称之为开关模式电源(SMPS)。开关型调节器是非常有效的。一个适当的类型是常规的脉冲宽度调制(PWM)调节器。将调节器表示为差分放大器44、45、46，差分放大器输出电压Vo，接收参考电压Vref和反馈电压Vfb。输入电压Vcc可以是在一个范围内的任意值。每个电压调节器36-38维持Vo，以使Vfb等于Vref。设定Vref，以使Vfb近似等于为了进行充分的操作在电流源(下面对其进行描述)两端需要下降的最小电压(如100毫伏-1伏)。通过维持Vo的电平略高于串联的发光二极管的组合的正向电压，在电流源的两端不会下降过多的电压。于是，电流源消耗的能量(和热量)最小。在电流源两端下降的电压应该小于2伏。
每个电压调节器的最优Vref是可以凭借经验确定的。由于每个发光二极管串都有它自己的正向电压，所以每个电压调节器36-38的最优Vref可以有所不同。
每个电压调节器可以是例如用在LTC3453同步电压升降式(buck-boost)高功率白色发光二极管驱动器中的电压升降式脉冲宽度调制的开关型调节器，在这里参照引用了它的数据图表。这样的电压升降式调节器是众所周知的，在此不必描述。
每个电流源40-42都是可控的以便控制相关的发光二极管的亮度，实现期望的白点。每个电流源都可以是图1、2或3中所示的电流源，控制输入端是Vref(或Iset)和启动(EN)。在图4中，Vref或Iset端标记为AM(幅度调制)，EN端耦合到脉冲宽度调制控制器。无论是幅度调制的幅度还是EN端的占空比，都可用于控制对应的发光二极管的亮度。当电流源由信号EN启动时，使用幅度调制引线来控制传输晶体管14的“线性”导电性。
在背光源中，白点是通过红、绿、蓝强度的平衡控制的。虽然液晶显示器可以有用户控制的亮度控制器对于红、绿、蓝发光二极管的总的组合亮度(即灰度)进行控制，但仍旧要保持这3种颜色之间的平衡(白点)不变。在一个实施例中，这种平衡是通过为每个电流源选择提供期望的白点(或其它目标特性)的幅度调制信号并且对于每个电流源固定这个幅度调制值而实现的。在常规的光检测室内可以进行光的检测。在图4中，幅度调制的输入可以是设定三原色的平衡的电阻值、电压值、电流值或任何其它值。
在另一个实施例中，按照经验选择每个电流源的幅度调制信号，以实现任何其它期望的平衡，但不一定是所述白点。例如，当用相同的脉冲宽度调制信号进行控制的时候，即使在不同板上的各个发光二极管具有不同的特性，也可以简单地选择幅度调制值以使所有板的光输出全都相同。然后，用户设置脉冲宽度调制信号以实现期望的白点。换言之，当用相同的脉冲宽度调制信号进行控制的时候，幅度调制信号使所有的板具有相同的光特性。
可以将每个电流源40-42的幅度调制控制值编程到板上存储器47中，以便设定发光二极管串之间期望的平衡。然后，通过电流电平控制器48把存储器47中的数字值转换成适当的控制信号。例如，通过D/A(数字/模拟)转换器可以将数字信号转换成用作参考电压。存储器47的容量由所需的幅度调制信号的精度以及要控制的驱动器的数目确定。可以经过幅度调制控制插头(control pin)49对于所述电平进行控制和编程。虽然图上只表示出从电流电平控制器48输出的一根线，但从电流电平控制器48到每个电流源40-42可以有一根或多根线。
存储器47不必是集成电路存储器，而是可以取任何形式，包括可变电阻器等。
背光源的总强度(灰度)可以通过在相对较高的频率下控制电流源的占空比来控制以便避免闪烁。占空比是接通时间与总时间之比。可以使用常规的脉冲宽度调制控制器来输出有期望频率和占空比的方波。由于占空比的相同变化不能以相同量控制红、绿、蓝色发光二极管的亮度，因此通常对于每种颜色需要有单独的脉冲宽度调制输入。凭借经验确定对于每种颜色的占空比的变化以维持白点，并且相应地调节脉冲宽度调制控制器的输出。
进而，可以使用脉冲宽度调制控制信号以不同的方式控制背光源的不同部分，下面参照图8和图9对此进一步描述。
脉冲宽度调制设定值可以由用户根据其中要加入背光源的应用的特殊要求确定。例如，脉冲宽度调制控制器的控制信号可以通过用户在硬件(如通过电阻器)中设定，或者可以使用来自外部设备的数字信号来设定，其中数字信号被转换成控制电压。编程的微处理器、存储器或其它的控制器都可向脉冲宽度调制控制器提供控制信号。使用在板上存储器47中存储的幅度调制值来补偿发光二极管串之间的固有变化。
图5表示的是与图4中的脉冲宽度调制控制线连接的任何一个脉冲宽度调制控制器50，它接收控制信号以改变在固定频率操作的振荡器的占空比。
图6总结了设定白点(或其它的目标光输出)并最大化效率的所述过程的基本步骤。在步骤51，在印刷电路板上安装发光二极管，并且将发光二极管串联连接在电压调节器和电流调节器之间。在步骤52，例如通过调节驱动信号并且监视光检测室中的亮度来测试发光二极管的效率(驱动信号与亮度关系)。然后使用测试的结果确定发光二极管串满足目标光输出(色点和亮度)所需要的驱动设定值。同一个应用的所有的板应该具有相同的目标光输出。在步骤53，为最大效率(即电流源的最小能量消耗)设定驱动电压。步骤53是可选择的。在步骤54，设定电流控制(幅度调制信号)以控制单个红、绿、蓝色的亮度，实现板30的期望的目标光输出。在步骤55，在板上存储器中存储所选的驱动值，从而在背光应用中再现出均匀的光特性。
图7表示背光源的另一个实施例，在这里对于每一种原色有多个串联的串并联连接(串联/并联组56、57和58)。由于并联连接的每个串联的串的正向电压(即导通电压)可能是不同的，所以重要的是，驱动电压要大于组内最大的正向电压。每个组的最小电压检测器60、61、62检测在串联的串的阴极处所有电压超过某个最小电压的时间。在这一点，对于发光二极管的串联/并联组设定反馈电压Vfb。所有的其它方面均与参照图4描述的相同。
图8表示红绿蓝发光二极管芯片的群集66、67、68，在这里每个群集当混合它的颜色时都产生白光。在这个群集的例子中，有两个串联连接的红色发光二极管、两个串联连接的绿色发光二极管、和一个蓝色发光二极管。在一个群集中红绿蓝发光二极管的另外的组合也是适宜的。这些群集分布在反射箱70中以混合所说的光。在背光源箱70的前方开口上安装了液晶显示板(未示出)。在箱内可以有多得多的群集，这由液晶显示器的大小决定。
重要的是，在液晶显示器上的光要均匀。由于群集66和68接近箱70的反射侧面，所以与中间相比，液晶显示器的边缘的亮度可以不同。为了调节这些边缘群集的亮度以实现均匀的照明，通过这些发光二极管的电流必须与通过位于箱70中间的发光二极管的电流不同。
图9表示背光源的一个实施例，该背光源分开控制每个群集中每种颜色的发光二极管。因此，在将群集安装在印刷电路板上以后，可以单独地控制任何群集的亮度，以便实现液晶显示器上的均匀亮度。在图9中，在中间群集中串联连接的红色发光二极管72与边缘群集中红色发光二极管73分开进行控制。为了简化起见，图中没有表示出与串联的发光二极管73串连接的电压调节器。其它的红色发光二极管串由虚线表示，并且具有它们自己的电压调节器和电流源。通过幅度调制控制和/或脉冲宽度调制控制可以单独地固定任何一个串联串的相对亮度，从而可以设定白点并且实现液晶显示板的均匀照明。图中还表示出对于蓝色发光二极管串74、75以及对于绿色发光二极管串76、77的分开控制。
可以使用脉冲宽度调制控制来控制总亮度(灰度)和颜色平衡。
如果分开控制在每个群集中每种颜色的发光二极管，并且在背光源中使用图8的群集，那么由于每个群集只有一个蓝色发光二极管，所以没有串联连接的蓝色发光二极管。
在另一个实施例中，分开控制背光源中的每个单个的发光二极管。
图10是本发明的背光源78的剖面图，它是使用背光源的液晶显示器80或其它显示器的一部分。普通的用途是电视、监视器、蜂窝电话等。将以上所述的一个或多个红绿蓝发光二极管群集82安装在印刷电路板84上。群集82可形成二维的阵列。背光源箱的底部和侧面86最好涂以白色漫反射(reflectively-diffusing)材料。在这个箱中混合来自各种不同的多色发光二极管的光以得到均匀白光。漫射体88对于所说的光进行进一步的混合。液晶显示板90具有可控的红绿蓝像素(快门)和偏振器以产生全色图像。可以使用红蓝绿滤光器(未示出)以便用适当颜色的光照明红绿蓝像素区。按照另一种方式，可以依次为红、绿、蓝色发光二极管提供能量，从而可以不再需要红绿蓝滤光器。
图11表示背光源印刷电路板100的另一个实施例。图中只表示出用于单个颜色的发光二极管的电路。对于所说板上的每种发光二极管颜色，可以复制这个电路。
将发光二极管串102分成若干组。图中表示出3个组。组的数目可以是任意的，其中包括只有一个组。每个组具有与这个组并联连接的晶体管。作为例子在图中表示出金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)104、105、106，但是可以使用双极性晶体管或其它类型的开关。通过相关的脉冲宽度调制控制器108、109、110来控制每个晶体管的导通/截止占空比。每个脉冲宽度调制控制器可以是包含振荡器的那种类型的控制器，所说的振荡器以开关频率产生锯齿波形。脉冲宽度调制控制器在周期开始时使晶体管导通，在升高的锯齿超过了阈值电平时使晶体管截止。通过加到脉冲宽度调制控制器的控制电压来设定这个阈值。作为替换，还可以使用许多其它类型的脉冲宽度调制控制器。
任何合适类型的恒流源112提供的恒定电流流过发光二极管串或者流过导通的任何一个晶体管。如果晶体管导通，那么电流就旁路这组发光二极管，并且通过这个晶体管。恒流源112应该足够可靠牢固，以便当由于晶体管导通使电压降突然改变时不会明显改变它的电流。
在所述板100测试期间控制脉冲宽度调制控制器108-110，以使每组的亮度都满足目标亮度水平。每组的占空比确定了流过这组发光二极管的平均电流，平均电流确定感觉到的亮度。由于各个发光二极管的效率不同，所以每个组可以具有实现目标亮度的不同的占空比。如果每个组都满足目标亮度水平，那么整个的串联串的总亮度将达到目标亮度。如果这是对于每种颜色的发光二极管实现的结果，则板的总亮度和白点将满足预先确定的目标亮度和白点。因此，当利用在测试各个板期间确定的控制值操作时，所有的板将具有相同的光输出特性。
在板上存储器47中存储这些控制值的数字表示。在板通电时，通过适当的D/A(数字/模拟)电路或其它装置将存储的数字值转换成控制电压，使所说的板产生基线目标光输出。
在一般情况下，用户希望控制背光源的总亮度和白点。对于每种颜色的发光二极管提供外部脉冲宽度调制控制器114，以便改变每个串联的发光二极管串的亮度。以此方式，用户可以调节背光源的红绿蓝平衡和总亮度。在一个实施例中，外部的脉冲宽度调制控制器114对于每个脉冲宽度调制控制器108-110产生消隐信号，消隐信号的频率等于或者大于脉冲宽度调制控制器108-110的开关频率。与门116-118用于消隐脉冲宽度调制信号。在一般情况下，外部脉冲宽度调制控制器114的开关频率是控制器108-110的频率的1-128倍。在一个实施例中，外部脉冲宽度调制控制器114产生共用的时钟以同步所有的控制器108-110和114。
图12表示对于每个脉冲宽度调制控制器114、108-110的采样波形，分别标以A、B、C、D。这里假定所有的控制器接收的是一个共用的时钟。
图13是用于实现每个板100的目标光输出值的方法的流程图。在步骤120，在印刷电路板上连接发光二极管。在一个实施例中，有红、绿、蓝色发光二极管，单个颜色的发光二极管串联连接。也可以想到其它的连接，如串联/并联或者每种颜色一个发光二极管。在发光二极管组的两端连接开关晶体管。每种颜色的恒流源驱动发光二极管。
在步骤121，脉冲宽度调制控制器连接到每个开关晶体管，以控制发光二极管组的相对亮度，满足每个组的目标亮度和特定颜色的目标亮度。
在步骤122，在板上存储器中存储用于满足目标值的脉冲宽度调制控制器的控制值。作为替换，在光源板的所有实施例中，存储器可以在板的外部。
在步骤123，用户可以提供和调节用于调节每种特定颜色的亮度的外部脉冲宽度调制控制器或其它合适的控制器，从而可以使用户能够控制板的总亮度和白点。
在步骤124，在板通电时，来自存储器的控制值使所说的板具有目标光输出特性，这种特性对于不同的板是一致的。然后，用户可以调节这些目标特性，以便满足用户对于亮度和白点的特殊要求。
图14表示板120的一部分的一个实施例，表示只对一种颜色(例如红、绿或蓝色)的电路，其中外部脉冲宽度调制控制器132控制恒流源112的占空比。这样做的一种方法是间断地从电流源上除去电源，或者从电路上断开电源。
图15是一个可替换实施例，其中图11和图14中的外部脉冲宽度调制控制器114和132由幅度调制(AM)控制器136代替，幅度调制(AM)控制器136或者调节开关晶体管104-106的栅极驱动电压的幅度，或者调节恒流源112产生的电流的幅度。将恒流源112的控制线表示为一条虚线以说明这种控制，以此作为改变栅极驱动电压的一种替换方案。
还可以使用控制发光二极管亮度的其它技术。
上述电路的各种不同的组合都是可能的。
虽然已经详细描述了本发明，但本领域的技术人员应该认识到，尽管给出了本公开，但在不偏离这里所描述的精神和本发明的构思的情况下可以对于本发明进行改进。因此不希望将本发明的范围限制在这里说明并描述的特定实施例上。

Claims (31)

1、一种用于显示器的背光源中的发光二极管(LED)光源，包括：
第一种颜色的至少一个发光二极管；
第二种颜色的至少一个发光二极管；
第三种颜色的至少一个发光二极管；
多个电流控制器，每个控制器连接到第一种颜色的至少一个发光二极管、第二种颜色的至少一个发光二极管和第三种颜色的至少一个发光二极管，用于控制每种颜色的亮度水平；
所说第一种颜色的至少一个发光二极管、所说第二种颜色的至少一个发光二极管、所说第三种颜色的至少一个发光二极管以及所说多个控制器都安装在同一个电路板上；
在电路板上安装的存储器，所说存储器存储用于控制每个控制器的输出电流幅度的数值，因此光源的组合光输出具有由存储在存储器中的数值设定的特性。
2、权利要求1的光源，其中：存储器中的数值控制所说的控制器以实现目标白点。
3、权利要求1的光源，其中：存储器中的数值控制所说的控制器以使所说板的光特性基本上与另一个板的光特性相同，尽管这两个板上的发光二极管具有不同的操作特性。
4、权利要求1的光源，其中：第一颜色是红色，第二颜色是绿色，第三颜色是蓝色，其中存储器中的数值控制所说的控制器以便设定红、绿、蓝色的相对亮度，从而实现来自所说板的期望的总光输出。
5、权利要求1的光源，其中：每个控制器是连接到串联连接的发光二极管串的阴极端的电流源。
6、权利要求5的光源，进一步还包括连接到所说第一颜色的至少一个发光二极管的阳极端的第一电压调节器、连接到所说第二颜色的至少一个发光二极管的阳极端的第二电压调节器和连接到所说第三颜色的至少一个发光二极管的阳极端的第三电压调节器。
7、权利要求6的光源，其中：对于第一电压调节器、第二电压调节器和第三电压调节器进行调节，以提供在对应的电流源两端的1伏或1伏以下的电压降。
8、权利要求1的光源，其中：所说第一颜色的至少一个发光二极管包括多个串联连接的第一颜色的发光二极管。
9、权利要求1的光源，其中：所说第二颜色的至少一个发光二极管包括多个串联连接的第二颜色的发光二极管。
10、权利要求1的光源，其中：所说第三颜色的至少一个发光二极管包括多个串联连接的第三颜色的发光二极管。
11、权利要求1的光源，进一步还包括反射箱，所说反射箱至少部分地包围所说第一颜色的至少一个发光二极管、所说第二颜色的至少一个发光二极管、所说第三颜色的至少一个发光二极管，以便混合第一颜色、第二颜色和第三颜色。
12、权利要求1的光源，其中：所说第一颜色的至少一个发光二极管包括多个第一颜色的发光二极管，所说第二颜色的至少一个发光二极管包括多个第二颜色的发光二极管，所说第三颜色的至少一个发光二极管包括多个第三颜色的发光二极管，其中：将第一颜色、第二颜色和第三颜色的发光二极管安排多个群集中，所说的群集由第一颜色的至少一个发光二极管、第二颜色的至少一个发光二极管和第三颜色的至少一个发光二极管组成，每个发光二极管群集由每种颜色的对应的控制器控制，以使至少一个群集由至少3个控制器控制，以便可以具有期望的组合色点和亮度。
13、权利要求12的光源，其中：将所说群集装在反射箱内，所说的反射箱至少部分地包围这些群集，控制靠近该箱的边缘的群集，使其亮度水平低于离箱的所说边缘更远的群集的亮度水平。
14、权利要求1的光源，其中：所说第一颜色的至少一个发光二极管包括多个并联连接的第一颜色的串联的发光二极管串。
15、权利要求1的光源，其中：所说多个控制器包括多个可控的线性电流源。
16、权利要求1的光源，进一步还包括：在电路板上的电流电平控制器，用于接收来自存储器的数字值并且将所说的数字值转换成用于控制所说多个控制器的信号。
17、权利要求1的光源，其中：所说第一颜色的至少一个发光二极管包括多个串联连接的第一颜色的发光二极管，并且其中：每个电流控制器包括：
连接到所说多个串联连接的第一颜色的发光二极管的恒流源；
与所说多个串联连接的第一颜色的发光二极管中至少一个发光二极管并联连接的晶体管开关；
连接到所说晶体管开关的脉冲宽度调制(PWM)控制器，用于设定所说开关的占空比，使由所说的占空比确定的平均电流的幅度通过所说多个串联连接的第一颜色的发光二极管中的所说至少一个发光二极管。
18、权利要求17的光源，其中：晶体管开关并联连接在所说多个串联连接的第一颜色的发光二极管中的一组发光二极管的两端。
19、权利要求17的光源，进一步还包括：一个或多个附加的晶体管开关，每个开关与所说多个串联连接的第一颜色的发光二极管中至少一个发光二极管并联连接，并且每个开关由相关的脉冲宽度调制控制器控制。
20、权利要求17的光源，其中：脉冲宽度调制控制器控制占空比以实现第一颜色的目标亮度。
21、权利要求17的光源，进一步还包括脉冲宽度调制控制器，用于在一个占空比中消隐脉冲宽度调制控制器的输出，以控制第一颜色的总亮度。
22、权利要求17的光源，进一步还包括脉冲宽度调制控制器，用于控制恒流源，以便在一个占空比中向所说多个串联连接的第一颜色的发光二极管提供全电流或者不提供电流，从而控制第一颜色的总亮度。
23、权利要求17的光源，进一步还包括控制器，用于控制恒流源的幅度，从而控制第一颜色的总亮度。
24、权利要求17的光源，其中：所说第二颜色的至少一个发光二极管包括多个串联连接的第二颜色的发光二极管，并且其中的每个电流控制器进一步还包括：
连接到所说多个串联连接的第二颜色的发光二极管的恒流源；
与所说多个串联连接的第二颜色的发光二极管中至少一个发光二极管并联连接的晶体管开关；
连接到所说晶体管开关的脉冲宽度调制(PWM)控制器，用于设定所说开关的占空比以使由所说占空比确定的平均电流的幅度通过所说多个串联连接的第二颜色的发光二极管中的所说至少一个发光二极管。
25、一种产生用作背光源的光源的方法，包括：
在电路板上提供第一颜色的至少一个发光二极管、第二颜色的至少一个发光二极管、第三颜色的至少一个发光二极管；
在所说电路板上提供多个电流控制器，每个控制器连接到所说第一颜色的至少一个发光二极管、第二颜色的至少一个发光二极管和第三颜色的至少一个发光二极管中对应的发光二极管的至少一个阴极端上；
在所说电路板上提供存储器，在所说存储器中存储的数值决定了每个控制器的电流输出；
控制所说多个控制器以改变所说第一颜色的至少一个发光二极管、第二颜色的至少一个发光二极管、第三颜色的至少一个发光二极管的亮度水平，同时检测所说第一颜色的至少一个发光二极管、第二颜色的至少一个发光二极管、第三颜色的至少一个发光二极管的组合光输出；
确定从第一颜色、第二颜色和第三颜色的组合获得所说板的目标光输出所需要的用于所说多个控制器的控制信号；
在所说存储器中存储与获得目标光输出所需要的控制信号对应的数值。
26、权利要求25的方法，其中：所说第一颜色的至少一个发光二极管包括多个第一颜色的发光二极管，所说第二颜色的至少一个发光二极管包括多个第二颜色的发光二极管，所说第三颜色的至少一个发光二极管包括多个第三颜色的发光二极管；其中所说第一颜色、第二颜色和第三颜色的发光二极管安排在群集中，所说的群集由第一颜色的至少一个发光二极管、第二颜色的至少一个发光二极管、第三颜色的至少一个发光二极管组成；其中发光二极管的每个群集由每种颜色的对应的控制器控制，以使第一群集由至少3个控制器控制，从而具有期望的亮度水平和白点，所说的方法进一步还包括：在所说存储器中存储用于将所说第一群集和所说第二群集的亮度水平设为不同的数值。
27、权利要求25的方法，进一步还包括：
下载存储在存储器中控制所说多个控制器的值；
向所说第一颜色的至少一个发光二极管、第二颜色的至少一个发光二极管、第三颜色的至少一个发光二极管提供能量，以便获得当确定获得目标光输出所需要的所说多个控制器的控制信号时实现的相同的目标光输出。
28、权利要求27的方法，其中：第一颜色是红色，第二颜色是绿色，第三颜色是蓝色，其中：下载存储器中的值使得控制器控制红、绿、蓝色的相对亮度以实现目标光输出。
29、权利要求25的方法，其中：所说第一颜色的至少一个发光二极管包括多个串联连接的第一颜色的发光二极管，并且其中每个电流控制器包括：
恒流源，其连接到所说多个串联连接的第一颜色的发光二极管；
晶体管开关，其与所说多个串联连接的第一颜色的发光二极管中至少一个发光二极管并联连接；
脉冲宽度调制(PWM)控制器，其连接到所说晶体管开关；
其中控制所说多个控制器以改变亮度水平的步骤包括设定所说开关的占空比，以使由所说占空比确定的平均电流的幅度通过所说多个串联连接的第一颜色的发光二极管中的所说至少一个发光二极管。
30、权利要求29的方法，其中：晶体管开关与所说多个串联连接的第一颜色的发光二极管中的一组发光二极管并联连接。
31、权利要求29的方法，进一步还包括：一个或多个附加的晶体管开关，每个开关与所说多个串联连接的第一颜色的发光二极管中至少一个发光二极管并联连接，并且每个开关由相关的脉冲宽度调制控制器控制，其中控制所说多个控制器以改变亮度水平的步骤包括设定所说开关的占空比，以使由每个占空比确定的平均电流的幅度通过所说多个串联连接的第一颜色的发光二极管中的相关的至少一个发光二极管。
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