專利名稱：用于控制發(fā)光二極管陣列的光強(qiáng)度輸出的系統(tǒng)和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般來說涉及發(fā)光二極管(LED)陣列。更加具體地說，在這里公開的本發(fā)明的多種方法和設(shè)備涉及控制LED陣列的光強(qiáng)度輸出的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
數(shù)字發(fā)光技術(shù)，即基于諸如LED之類的半導(dǎo)體光源的照明，提供對于傳統(tǒng)的熒光燈、HID和白熾燈可行的替換方案。LED的功能性優(yōu)點(diǎn)和益處包括高的能量轉(zhuǎn)換和光學(xué)效率、耐用性、較低的操作成本和許多其它的優(yōu)點(diǎn)和益處。LED技術(shù)的最近進(jìn)展已經(jīng)提供了高效并且可靠的全光譜光源，其可以實(shí)現(xiàn)許多應(yīng)用中的多種發(fā)光效果。體現(xiàn)這些光源的一些固定裝置是以發(fā)光模塊為特征的，所述發(fā)光模塊包括能夠產(chǎn)生不同顏色(如紅、綠和藍(lán))的一個或多個LED以及用于獨(dú)立地控制LED的輸出以產(chǎn)生多種顏色和顏色變化發(fā)光效果的處理器，例如在美國專利第6016038號和第62116 號中所詳細(xì)討論的那樣，在這里通過引用并入了所述專利。在用于顯示設(shè)備的陣列中，經(jīng)常使用高通量LED。一類顯示器被稱為高動態(tài)范圍 (HDR)顯示器，其中LED陣列安裝在散射器的后面，以便為LCD平板提供背光。但是，盡管許多已知的LCD監(jiān)視器的LED被設(shè)計用來提供具有空間均勻的亮度的背光，但是HDR顯示器中每個LED的強(qiáng)度是單獨(dú)調(diào)制的。在操作中，對視頻流的每一幀進(jìn)行向下采樣，以便產(chǎn)生具有等于LED陣列的行和列的數(shù)目的分辨率的圖像。然后該低分辨率的圖像對LCD平板上顯示的高分辨率圖像照明。然后，與許多已知的IXD監(jiān)視器的典型動態(tài)范圍500 1相比，觀看者感知具有高達(dá)200，000 1的動態(tài)范圍的原始的高分辨率視頻圖像。雖然在已知的(非HDR)顯示器中已經(jīng)使用散熱器來實(shí)現(xiàn)熱平衡，但在HDR顯示器中實(shí)現(xiàn)熱平衡并不可行。值得注意的是，LED是磷涂覆的hGaN LED或者具有hGaN LED 和AlhGaP LED兩者的紅-綠-藍(lán)LED簇。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識到的，InGaN LED和AlInGaP LED兩者的強(qiáng)度取決于LED結(jié)溫度。結(jié)溫度進(jìn)而取決于驅(qū)動電流和與LED 封裝的接觸點(diǎn)處的散熱器的溫度。雖然驅(qū)動電流是已知的，但是散熱器的溫度分布是未知的，因此不能預(yù)測LED強(qiáng)度。不幸的是，高通量LED只將大約15%至大約25 %的驅(qū)動能量轉(zhuǎn)換成光，其余的驅(qū)動能量作為熱量而耗散。發(fā)射紅色波長的光的LED可能遭受多達(dá)50%的輸出強(qiáng)度下降，而發(fā)射綠色和藍(lán)色波長的光的LED遭受數(shù)量級為大約5%至大約20%的光強(qiáng)度降低。因此， 由于增加的操作溫度所產(chǎn)生的光強(qiáng)度減少不僅能減少由高通量LED提供的總的光強(qiáng)(如并入LED的顯示器的亮度)，而且還能由于不同LED的輸出的不均勻變化而使基于紅光、藍(lán)光和綠光的某些部分的圖像發(fā)生畸變。許多常用的LED是磷涂覆的InGaN LED或者具有InGaN LED和AUnGaP LED兩者的紅-綠-藍(lán)LED簇。InGaN LED和AlhGaPLED兩者的強(qiáng)度取決于LED結(jié)溫度。結(jié)溫度進(jìn)而取決于驅(qū)動電流和與LED封裝的接觸點(diǎn)處的散熱器的溫度。雖然驅(qū)動電流是已知的，但是散熱器的溫度分布是未知的，因此不能預(yù)測LED強(qiáng)度。
通過考慮在黑色背景上顯示白色方塊的恒定圖像一個小時左右的HDR顯示器，可以理解預(yù)測LED強(qiáng)度水平的這種困難的結(jié)果。在這種情況下，散熱器將達(dá)到熱平衡。取決于LED封裝之間的熱阻，在照明的LED和未照明的LED之間的溫差可能是幾十?dāng)z氏度。如果視頻圖像突然變?yōu)槿?，則先前未照明的LED將初始地具有較低的結(jié)溫度，并因此具有高強(qiáng)度。觀看者將感知該方塊的低分辨率的負(fù)圖像，所述負(fù)圖像隨著散熱器接近其新的熱平衡而慢慢消失。因此，需要一種方法和設(shè)備來預(yù)測LED陣列的散熱器的溫度分布，以便在每秒30 幀至120幀的視頻速率下，可以預(yù)測每個LED的強(qiáng)度。一個可能的解決方案是，在每個視頻幀的起始測量每個LED的正向電壓。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，LED的正向電壓取決于結(jié)溫度，并且因此可用作結(jié)溫度的替代測量值。與驅(qū)動電流組合，該測量值可以確定LED的強(qiáng)度。該解決方案的缺點(diǎn)是，它需要高速、高分辨率的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器來測量高達(dá)一千或更多LED的正向電壓。該解決方案是昂貴的，因此不實(shí)際。因此，在本領(lǐng)域中需要一種方法和系統(tǒng)來控制LED陣列的光強(qiáng)度輸出，所述方法和系統(tǒng)至少克服上述的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
在代表性實(shí)施例中，本發(fā)明的焦點(diǎn)集中在用于控制LED的驅(qū)動電流的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括控制器，其被配置為估算散熱器的位置處的LED的結(jié)溫度。所述系統(tǒng)還包括驅(qū)動器，其被配置為響應(yīng)來自所述控制器的命令而改變對LED的驅(qū)動電流。在另一代表性實(shí)施例中，確定用于陣列中的LED的驅(qū)動電流的方法包括在第一時間，對于每個LED確定所需的光輸出強(qiáng)度；在所述第一時間，估算由每個LED所產(chǎn)生的熱量；在所述第一時間，對于所述陣列求解熱流方程；在所述第一時間，估算每個LED的結(jié)溫度；以及基于所述結(jié)溫度，在所述第一時間，對于每個LED確定用于所需光強(qiáng)度的驅(qū)動電流。在又一代表性實(shí)施例中，一種利用用于預(yù)測陣列的LED的驅(qū)動電流的計算機(jī)可讀程序代碼編碼的計算機(jī)可讀介質(zhì)包括多個指令，所述指令可操作用于在第一時間，對于陣列的每個LED確定所需的光輸出強(qiáng)度；在所述第一時間，估算由每個LED所產(chǎn)生的熱量；在所述第一時間，對于所述陣列求解熱流方程；在所述第一時間，估算每個LED的結(jié)溫度；以及基于所述結(jié)溫度，在所述第一時間，對于每個LED確定用于所需光強(qiáng)度的驅(qū)動電流。如在這里為了本公開的目的所使用的，術(shù)語“LED”應(yīng)該被理解為包括能夠響應(yīng)電信號產(chǎn)生輻射的任何電致發(fā)光二極管或其它類型的基于載流子注入/結(jié)合的系統(tǒng)。于是， 術(shù)語LED包括但不限于響應(yīng)電流而發(fā)光的多種基于半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)、發(fā)光聚合物、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)、電致發(fā)光條等。具體來說，術(shù)語LED指可以被配置為產(chǎn)生紅外光譜、紫外光譜和可見光譜的各個部分(一般包括從大約400納米至大約700納米的輻射波長)中的一個或多個中的輻射的所有類型的發(fā)光二極管(包括半導(dǎo)體和有機(jī)發(fā)光二極管)。LED的一些實(shí)例包括但不限于各種類型的紅外LED、紫外LED、紅色LED、藍(lán)色LED、綠色LED、黃色LED、 琥珀色LED、橙色LED、和白色LED (下面還要進(jìn)一步地討論)。還應(yīng)該認(rèn)識到，可以對于LED 進(jìn)行配置和/或控制，以便產(chǎn)生具有給定的光譜(如窄帶寬、寬帶寬)的多種帶寬(如半高
4全寬，或FWHM)以及給定的通用顏色分類中的多種主波長的輻射。例如，被配置為產(chǎn)生基本白色的光的LED(如白色LED)的一個實(shí)施方案可以包括分別發(fā)射不同光譜的電致發(fā)光的若干裸片，所述不同光譜的電致發(fā)光組合起來混合形成基本白色的光。在另一實(shí)施方案中，白光LED可以與將具有第一光譜的電致發(fā)光轉(zhuǎn)換為不同的第二光譜的磷材料相關(guān)聯(lián)。在該實(shí)施方案的一個例子中，具有相對較短波長和較窄帶寬的光譜的電致發(fā)光對磷材料進(jìn)行“泵送(pump) ”，磷材料繼而輻射具有稍寬的光譜的較長波長的輻射。還應(yīng)該理解，術(shù)語LED對于LED的物理和/或電封裝類型沒有限制。例如，如以上討論的，LED可以指具有被配置為分別發(fā)射不同輻射光譜的多個裸片(例如它們可能是或可能不是單獨(dú)可控的)的單個發(fā)光器件。并且，LED可以與被認(rèn)為是LED(如一些類型的白色LED)的組成部分的磷相關(guān)聯(lián)。一般來說，術(shù)語LED可以指封裝的LED、未封裝的LED、表面安裝的LED、板上芯片LED、T型封裝安裝的LED、徑向封裝LED、電源封裝LED和包括某種類型的外殼和/或光學(xué)元件(如散射透鏡)的LED等。應(yīng)該理解，術(shù)語“光源”指的是多種輻射源中的任意一種或多種，所述多種輻射源包括但不限于基于LED的光源(包括以上定義的一個或多個LED)、白熾光源(如白熱絲燈、鹵素?zé)?、熒光光源、磷光光源、高強(qiáng)度放電光源(如鈉蒸氣燈、汞蒸氣燈和金屬鹵化物燈)、激光器、其它類型的電致發(fā)光光源、火發(fā)光光源(如火焰)、蠟燭發(fā)光光源(如氣燈罩、 碳弧輻射光源)、光致發(fā)光光源(如氣體放電光源)、使用電子飽和的陰極發(fā)光光源、電致發(fā)光光源、結(jié)晶發(fā)光光源、顯像發(fā)光光源、熱發(fā)光光源、摩擦發(fā)光光源、聲發(fā)光光源、輻射發(fā)光光源和發(fā)光聚合物?？梢耘渲媒o定的光源來產(chǎn)生可見光譜內(nèi)、可見光譜外或者兩者的組合的電磁輻射。因此，在這里可以相互交換地使用術(shù)語“光”和“輻射”。此外，光源可以包括作為組成部分的一個或多個濾光片(如濾色片)、透鏡或其它的光學(xué)部件。并且，應(yīng)該理解，可以對于多種應(yīng)用來配置光源，所述多種應(yīng)用包括但不限于指示器、顯示器和/或照明器件?！罢彰髟础笔且环N具體地被配置為產(chǎn)生具有足夠強(qiáng)度的輻射以有效地照明內(nèi)部空間或外部空間的光源。在該上下文中，“足夠強(qiáng)度”指在空間或環(huán)境內(nèi)產(chǎn)生的可見光譜中的足夠提供周圍的照明(即，可以間接感知并且例如可以在被整個或部分感知之前被多個干預(yù)表面中的一個或多個反射的光)的輻射功率(就輻射功率或“光通量”而論，經(jīng)常采用單位“流明”來代表來自光源的所有方向的總的光輸出)。在這里一般性地使用術(shù)語“控制器”來描述與一個或多個光源的操作有關(guān)的多種設(shè)備?？梢砸栽S多方式(如利用專用硬件)實(shí)現(xiàn)控制器來執(zhí)行這里討論的多種功能?！疤幚砥鳌笔遣捎每梢允褂密浖?如，微代碼)編程以執(zhí)行這里討論的多種功能的一個或多個微處理器的控制器的一個例子?？梢圆捎没蛘卟徊捎锰幚砥鱽韺?shí)現(xiàn)控制器，并且還可以作為可以執(zhí)行一些功能的專用硬件和可以執(zhí)行其他功能的處理器(如一個或多個編程的微處理器和相關(guān)聯(lián)的電路)的組合來實(shí)現(xiàn)控制器。在本公開的多種實(shí)施例中可以采用的控制器部件的實(shí)例包括但不限于傳統(tǒng)的微處理器、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA)。在多種實(shí)施方案中，處理器或控制器可以與一個或多個存儲介質(zhì)(在這里一般地稱之為“存儲器”，諸如RAM、PROM、EPROM、EEPR0M、軟盤、致密盤、光盤、磁帶等之類的易失性和非易失性計算機(jī)存儲器)相關(guān)聯(lián)。在一些實(shí)施方案中，可以用一個或多個程序來編碼所述存儲介質(zhì)，所述程序當(dāng)在一個或多個處理器和/或控制器上執(zhí)行時，至少執(zhí)行這里討論的功能中的一些。各種存儲介質(zhì)可以固定在處理器或控制器內(nèi)，或者可以是可移動的，從而使存儲在其上的一個或多個程序被加載至處理器或控制器中，以便實(shí)現(xiàn)在這里討論的本發(fā)明的各個方面。在這里按通用意義使用術(shù)語“程序”或“計算機(jī)程序”來指能夠被采用以對一個或多個處理器和/或控制器進(jìn)行編程的任何類型的計算機(jī)代碼(如軟件或微代碼)。應(yīng)該認(rèn)識到，上述概念和下面將要更加詳細(xì)討論的附加概念的所有組合(如果這樣一些概念不是相互沖突的話)都被視作這里公開的本發(fā)明主題的一部分。具體來說，在本公開內(nèi)容末尾出現(xiàn)的要求保護(hù)的主題的所有組合都被視作這里公開的本發(fā)明主題的一部分。還應(yīng)該認(rèn)識到，在通過引用并入的任何公開中也可能出現(xiàn)的在這里明確采用的術(shù)語應(yīng)該被賦予與這里公開的特定概念最為一致的含義。


在附圖中，貫穿全部視圖，相似的參考符號一般指代相同部件。并且，這些附圖不一定按比例繪制，而重點(diǎn)一般放在圖示本發(fā)明的原理上。圖1圖示根據(jù)代表性實(shí)施例的包括LED陣列和散熱器的光源。圖2是根據(jù)代表性實(shí)施例的顯示器、散熱器和對驅(qū)動電流建模的電子元件的簡化的示意框圖。圖3是根據(jù)代表性實(shí)施例的控制LED中的驅(qū)動電流的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式鑒于在某些應(yīng)用中與LED的光強(qiáng)度變化相關(guān)聯(lián)的缺點(diǎn)，描述了一種方法和系統(tǒng)以控制驅(qū)動電流。更一般地，申請人已經(jīng)認(rèn)識和體會到，預(yù)測LED的結(jié)溫度并且在未來的幀中調(diào)節(jié)滿足強(qiáng)度需求所需的驅(qū)動電流是有益的。在下面的詳細(xì)描述中，為了說明而不是限制的目的，提出公開具體細(xì)節(jié)的代表性實(shí)施例，以提供對本教導(dǎo)的透徹理解。可以忽略對已知的器件、材料和制造方法的描述，從而避免混淆對代表性實(shí)施例的描述。盡管如此，可以根據(jù)代表性實(shí)施例使用在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員的知識范圍內(nèi)的這樣的器件、材料和方法。參照附圖1，在代表性實(shí)施例中，光源100包括設(shè)置在散熱器102的上方并且與散熱器102熱接觸的LED 101的陣列。如應(yīng)該體會到的，光源的LED 101以封裝形式提供，并且因此光源的LED 101在這里可以稱為LED封裝?？梢栽陲@示設(shè)備(如HDR顯示器)中提供光源100 ；并且，LED可以是高通量LED。 這些應(yīng)用僅是例示性的，還可以想到其他的應(yīng)用。這些應(yīng)用包括其它的顯示和發(fā)光應(yīng)用，尤其是對LED 101的輸出強(qiáng)度的控制有用的場合。這樣的應(yīng)用都將在已經(jīng)具有本公開益處的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的知識范圍之內(nèi)。散熱器102可以是金屬或/金屬合金，并且可以配置為被動地向周圍環(huán)境耗散由 LED 101產(chǎn)生的熱量?？梢韵氲娇商鎿Q的材料和配置；并且所述材料和配置將在已經(jīng)具有本公開益處的普通技術(shù)人員的知識范圍之內(nèi)。如在這里更加完整描述的，由于LED的熱量輸出的隨時間變化的改變，并且因?yàn)槌鲇趯?shí)際性和成本的利益不由周圍環(huán)境之外的設(shè)備將散熱器維持在恒定溫度，所以散熱器102 —般不會達(dá)到與LED 101的陣列的熱平衡狀態(tài)。這樣，并且隨著本說明書的繼續(xù)將變得更加清楚的是，代表性實(shí)施例包括一種系統(tǒng)和方法，其預(yù)測或估算在未來的時間點(diǎn)上每個LED 101的溫度；給定該預(yù)測的結(jié)溫度，確定期望的輸出強(qiáng)度所需的驅(qū)動電流；并且，在所述時間點(diǎn)用所計算的驅(qū)動電流來驅(qū)動所述LED。預(yù)測或估算是通過下述建模方法實(shí)現(xiàn)的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該意識到，LED和熱阻元件的點(diǎn)陣是具有多個熱源的平板的集總阻抗表示。它的瞬時的二維熱分布可以通過下述的二維熱擴(kuò)散方程來表示
r n dT K (d2T 92τλ/ ,、— =---^ + -T-( 1 )
dt cp{dt2 Qy2 J其中，T是溫度，t是時間，K是熱傳導(dǎo)率，c是比熱容，P是材料密度。在代表性實(shí)施例中，散熱器是鋁的，并且熱擴(kuò)散方程的所注明的參數(shù)的值是K = 250watt/ meter-Kelvin ；c = 0. 902Joules/gram-Kelvin ；以及 P = 2. 70gram/cm3。在代表性實(shí)施例中，LED封裝101的矩陣包括等間距隔開的LED封裝101，其中， χ方向的間距等于y方向的間距，并且如圖1所示，所述間距是通過散熱器102上的ΔΧ = Ay = h給定的。給定該矩陣排列，可以使用下述的有限差分方程在時間間隔At求解熱擴(kuò)散方程Ti, j (t+1) = r (Ti^ (t) +Ti+ljJ (t) +Tijj^1 (t) +Ti, J+1 (t) _41\’ j (t)) +Tijj (t) (2)其中，(i，j)表示LED陣列的第i行和第j列，并且其中
KAt例示性地，對于時間間隔Δ t進(jìn)行選擇，以使得r彡0. 25，以便在求解有限差分方程(方程幻時提供數(shù)值穩(wěn)定性。對于每個LED封裝迭代地求解該方程，得到整個散熱器上的瞬時溫度分布。值得注意的是，作為代表性實(shí)施例的例示而提供Δ χ = Δ y = h的特殊情況，并且該特殊情況不意圖限制實(shí)施例或所附的權(quán)利要求的范圍。相反，可以布置LED封裝101的矩陣的間距以使ΔΧ興Ay，但是在每個方向上LED封裝101的間距基本上是均勻的(S卩，在整個散熱器102上Δ χ基本上是均勻的，并且在整個散熱器102上Ay基本上是均勻的)。 還可替代地，LED封裝101的間距可以是不均勻的，或者是逐片均勻的。對于前者，并且正如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以認(rèn)識到的，為了計算的容易，可以進(jìn)行間距的近似。對于后者， 在陣列的某些部分，所述間距在χ方向、或者在y方向、或者在兩個方向可以是基本上均勻的，并且在某些區(qū)域是不均勻的。再一次地，可以實(shí)現(xiàn)所述間距的數(shù)學(xué)建模，以實(shí)現(xiàn)光源100 的熱擴(kuò)散。根據(jù)代表性實(shí)施例，可以使用諸如Crank-Nicholson和交替方向隱式(ADI)方法之類的更加復(fù)雜的求解技術(shù)來減小實(shí)時應(yīng)用的計算負(fù)荷。這樣的方法的附加細(xì)節(jié)例如可以在"Numerical Recipes in C” by Press, W. H. , B. P. Flannery, S. A. Teukolsky, and W. T. Vetterling. Cambridge University Press, Chapter 19(1992)中找到。在這里通過引用具體并入這一章的公開。在代表性實(shí)施例中，散熱器102可以包括LED的安裝盤、冷卻翅片、機(jī)械支撐、強(qiáng)制空氣或水流、以及類似的對于熱量耗散有用的結(jié)構(gòu)。正如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該意識到的，散熱器102的每種結(jié)構(gòu)影響用來對熱耗散建模的偏微分方程(熱擴(kuò)散方程)的邊界條件。這樣的邊界條件被有用地考慮在內(nèi)。邊界條件越復(fù)雜，對于實(shí)現(xiàn)對熱產(chǎn)生、熱耗散、 結(jié)溫度和驅(qū)動電流的建模所需的數(shù)學(xué)工具的要求越高。為了實(shí)現(xiàn)這些計算，本發(fā)明的教導(dǎo)想到熱分析技術(shù)，其中包括有限元方法、蒙特卡羅模擬、光譜方法和變分方法。對技術(shù)的選擇將取決于散熱器模型的復(fù)雜度和實(shí)時求解方程所需的可用處理能力。圖2是根據(jù)代表性實(shí)施例的系統(tǒng)200的簡化示意框圖。系統(tǒng)200包括與驅(qū)動器 202電連接的控制器201。驅(qū)動器202與散熱器組件203電連接。散熱器組件203包括散熱器和LED矩陣，并且與顯示器204相聯(lián)系使用，或者是顯示器204的一部分。例如，可以與圖1的實(shí)施例相聯(lián)系來描述散熱器組件203。在代表性實(shí)施例中，控制器201包括具有存儲器(如，Harvard架構(gòu)的微處理器) 和在其中實(shí)例化的軟件內(nèi)核的微處理器?？商鎿Q地，其它類型的可編程邏輯也可用于所述控制器。例示性地，諸如現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)之類的可編程邏輯器件(PLD)也可用作控制器201。還可替換地，控制器201可以包括專用集成電路(ASIC)。在代表性實(shí)施例中，控制器201可以在可編程圖形硬件中實(shí)現(xiàn)，所述可編程圖形硬件諸如來自nVidia公司 (Santa Clara, CA)的nVidia GeForce圖形處理器單元(GPU)。包含量級在1 個的處理器單元的代表性GPU常用于處理計算機(jī)游戲的合成的和實(shí)況的視頻流。有益地，明確地對于視頻流的并行處理而設(shè)計GPU。在代表性實(shí)施例中，GPU將執(zhí)行與下述的代表性實(shí)施例的方法相聯(lián)系而描述并且使用多個處理器單元的操作。通過使用諸如在"Generic Data Structures for Graphics Hardware,，，PhD thesis, University of California at Davis, January 2006-Chapter 12, "A Heat Diffusion Model for Interactive Depth of Field Simulation，，by A. E. Lofohn，et al.，中所描述的計算機(jī)圖形技術(shù)，可以使用小部分的GPU計算資源實(shí)時地求解二維熱擴(kuò)散方程。在這里通過引用具體并入了該出版物的公開。因此，可以由系統(tǒng)200基本上同時地執(zhí)行對于每個LED的結(jié)溫度建模和驅(qū)動電流計算。有益地，對于，可以在高動態(tài)范圍顯示器的原始視頻流上執(zhí)行圖形計算。使用根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的GPU的一個益處是它們的并行處理視頻流的性能。在一個例示性實(shí)施例中， 控制器201的GPU執(zhí)行上面與使用多個處理器單元的圖3實(shí)施例相聯(lián)系而描述的操作。例如，當(dāng)前可用的GPU以多至1 個處理器單元為特征。根據(jù)代表性實(shí)施例，可以通過使用小部分的GPU計算資源實(shí)時地求解二維熱擴(kuò)散方程(方程1)。因此，對于陣列的LED的結(jié)溫度建模和設(shè)定驅(qū)動電流所需的操作可以與在高動態(tài)范圍顯示器的原始視頻流上進(jìn)行的圖形計算同時執(zhí)行。GPU是具有多個內(nèi)核的通用微處理器的當(dāng)前進(jìn)展的一部分。期望GPU中當(dāng)前可用的并行處理功能將變?yōu)樵谕ㄓ梦⑻幚砥髦锌捎?，并且期望它們也將能夠?zhí)行實(shí)時地求解LED散熱器的瞬時溫度分布所需的計笪弁。在使用上述建模方法對陣列的每個LED的結(jié)溫度建模之后，控制器201對于特定的視頻幀或其它的時間確定每個LED所需的光強(qiáng)度。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該意識到的，期望光強(qiáng)度所需的驅(qū)動電流取決于結(jié)溫度。這樣，控制器201基于其所建模的結(jié)溫度計算陣列的每個LED的所需強(qiáng)度所需要的驅(qū)動電流。控制器201可以算法地計算驅(qū)動電流， 或者可以在存儲器中包括查找表。在前一種情況下，算法可以使用建模方法和LED輸出特性來計算強(qiáng)度水平所需的驅(qū)動電流。在后一種情況下，包括用于期望強(qiáng)度水平的驅(qū)動電流值的簡單的關(guān)聯(lián)查找表。不管確定驅(qū)動電流的方法如何，一旦確定，控制器就向驅(qū)動器202 發(fā)送命令，驅(qū)動器202繼而為陣列的每個LED提供必要的驅(qū)動電流。該處理按時間間隔(如幀頻率)對每個LED重復(fù)進(jìn)行。圖3是根據(jù)代表性實(shí)施例的控制LED中的驅(qū)動電流的方法300的流程圖。所述方法可以并入至以前描述的系統(tǒng)200中，并且用軟件、固件、或硬件、或它們的組合在諸如先前描述的控制器201中實(shí)例化。本實(shí)施例的方法例示了對于需要實(shí)時(如每秒30次至每秒120次)確定LED 101的陣列(如700個LED)的結(jié)溫度的溫度分布的諸如HDR顯示器之類的顯示器的應(yīng)用。如以上簡要描述的，這要求求解具有數(shù)千個元素來表示散熱器102 上的LED 101之間的熱流的方程的矩陣。在操作中，控制器201接收低分辨率的視頻幀。在301，所述方法包括計算在未來的時間每個LED 101所需的瞬時強(qiáng)度。這些計算基于視頻饋送信息，并且計算所需強(qiáng)度的方法是已知的。在302，所述方法包括計算在該未來時間每個LED 101產(chǎn)生的熱量。所計算的由散熱器102上每個LED 101產(chǎn)生的熱量基于來自301的計算的所需強(qiáng)度水平。如先前說明過的，邊界條件越復(fù)雜，對于實(shí)現(xiàn)對熱產(chǎn)生、熱耗散、結(jié)溫度、和驅(qū)動電流的建模所需的數(shù)學(xué)工具的需求就越高。為了實(shí)現(xiàn)這些計算，本發(fā)明的教導(dǎo)想到熱分析技術(shù)，其中包括有限元方法、蒙特卡羅模擬、光譜方法和變分方法。對技術(shù)的選擇將取決于散熱器模型的復(fù)雜度和實(shí)時求解方程所需的可用處理能力。一旦在302完成熱擴(kuò)散的模擬，則提供熱分布的拓?fù)洹倪@些計算，對每個LED的結(jié)溫度進(jìn)行建?；蝾A(yù)測。同樣，該預(yù)測是對于來自301的LED的所需強(qiáng)度的預(yù)測。這樣，在 304，預(yù)測LED 101的LED結(jié)溫度。 基于在304預(yù)測的結(jié)溫度，所述方法在305包括計算在未來的時間產(chǎn)生所需的LED 強(qiáng)度的每個LED所需的驅(qū)動電流占空比。所述方法300然后對于視頻輸出的下一組需求再一次地在301開始。方法300的特殊優(yōu)點(diǎn)在于，只在產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)期間需要確定LED陣列和散熱器的熱屬性。物理設(shè)計一旦完成，可以將相同的熱模型應(yīng)用到任何一個所制造的設(shè)備上。雖然在這里已經(jīng)描述和例示了若干本發(fā)明實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易設(shè)想用于執(zhí)行所述功能和/或獲得在這里描述的結(jié)果和/或一個或多個優(yōu)點(diǎn)的各種其它裝置和/或結(jié)構(gòu)，并且每一個這樣的變化和/或修改都被認(rèn)為是在這里描述的本發(fā)明實(shí)施例的范圍之內(nèi)。更加一般地說，本領(lǐng)域的技術(shù)人員很容易地認(rèn)識到，這里描述的所有參數(shù)、尺寸、材料和配置都意味著是示例性的，而實(shí)際的參數(shù)、尺寸、材料和/或配置將取決于使用本發(fā)明教導(dǎo)的具體的一個或多個應(yīng)用。本領(lǐng)域的技術(shù)人員只使用常規(guī)的實(shí)驗(yàn)將會認(rèn)識到或者能夠確定這里描述的具體的本發(fā)明實(shí)施例的許多等同方案。因此應(yīng)該理解，前述的實(shí)施例只借助示例呈現(xiàn)，并且在所附的權(quán)利要求書及其等同方案的范圍內(nèi)，本發(fā)明實(shí)施例還可以根據(jù)與這里具體描述和要求保護(hù)的方式不同的方式實(shí)施。本公開的本發(fā)明實(shí)施例針對在這里描述的每個單獨(dú)的特征、系統(tǒng)、物體、材料、套件和/或方法。此外，兩個或兩個以上的這樣的特征、系統(tǒng)、物體、材料、套件和/或方法的任意組合(如果這樣的特征、系統(tǒng)、物體、材料、套件和/或方法不相互沖突的話)也被包括在本公開的發(fā)明范圍之內(nèi)。如在這里定義和使用的所有的定義，都凌架在字典定義、通過引用并入的文件中的定義和/或所定義的術(shù)語的一般含義之上。除非明確地指示相反情況，如這里在說明書和權(quán)利要求書中使用的不定冠詞“一” 應(yīng)該被理解為意為“至少一個”。如這里在說明書權(quán)利要求書中使用的，短語“和/或”應(yīng)該被理解為如此并列的元件中的“任一個或兩個”，即在一些情況下并列存在、而在其它情況下則是選擇存在的這些元件。應(yīng)該以相同的方式理解用“和/或”列出的多個元件，即如此排列的元件中的“一個或多個”。除了由“和/或”條款具體標(biāo)識的元件外，其它的元件可能是任選存在的，不管與具體標(biāo)識的那些元件有關(guān)還是無關(guān)。如這里在說明書權(quán)利要求書中使用的，“或者”應(yīng)該理解為具有與以上定義的“和 /或”有相同的含義。例如，當(dāng)在列舉中分開項(xiàng)目時，“或者”或“和/或”應(yīng)該被解釋為是包含性的，即包括若干元件或元件的列舉中至少一個，但是還包括若干元件或元件的列舉中的不止一個，并且可選擇地，還包括附加的未列舉的項(xiàng)目。只有諸如“其中只有一個”或“其
中剛好一個”或在權(quán)利要求書中使用時的“由......組成”之類的按相反的方式明確指示
的術(shù)語將指包括若干元件或元件列表中的剛好一個元件。一般地，當(dāng)有諸如“二者取一”、 “其中之一”、“其中只有一個”、“其中剛好一個”之類的排它性術(shù)語放在前邊的時候，如在這里使用的術(shù)語“或者”只應(yīng)被解釋為指示排它性的替換物(即，“一個或者另一個，而不是兩者，，)。在權(quán)利要求書中，以及在上述的說明書中，所有的過渡語，如“包括”、“載有”、“具
有”、“包含”、“涉及”、“保持”等都被理解為開放式的，即意味著包括但不限于.......只有
過渡性短語“由......組成”和“基本由......組成”分別是封閉式的或者半封閉式的過
渡語，如在美國專利局專利審查程序手冊的第2111. 03節(jié)中所提出來的。
權(quán)利要求
1.一種用于控制LED的驅(qū)動電流的系統(tǒng)，包括控制器，其被配置為估算散熱器的位置處的所述LED的結(jié)溫度；和驅(qū)動器，其被配置為響應(yīng)來自所述控制器的命令改變對所述LED的驅(qū)動電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所估算的結(jié)溫度基于所述LED的未來的輸出強(qiáng)度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置為計算由所述LED在所述LED 的未來輸出強(qiáng)度下產(chǎn)生的熱量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置為基于所計算的所產(chǎn)生的熱量來求解熱流方程，并且估算所述結(jié)溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置為計算驅(qū)動所述LED所需的驅(qū)動電流，以便在未來的時間提供所需的輸出強(qiáng)度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述LED是布置在散熱器上方的LED陣列中的一個。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制器包括微處理器和包括查找表在內(nèi)的存儲器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述查找表包括所述LED的驅(qū)動電流和輸出強(qiáng)度數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制器還包括計算機(jī)可讀介質(zhì)，所述計算機(jī)可讀介質(zhì)可操作用于估算所述結(jié)溫度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制器還包括圖形編程單元，所述圖形編程單元被配置為計算驅(qū)動電流并且基本上同時處理視頻流。
11.一種確定用于陣列中的LED的驅(qū)動電流的方法，所述方法包括 在第一時間，對于每個LED確定所需的光輸出強(qiáng)度；在所述第一時間，估算由每個LED所產(chǎn)生的熱量； 在所述第一時間，對于所述陣列求解熱流方程； 在所述第一時間，估算每個LED的結(jié)溫度；以及基于所述結(jié)溫度，在所述第一時間，對于每個LED確定用于所需光強(qiáng)度的驅(qū)動電流。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，包括在第一時間之后的第二時間，重復(fù)所述步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中估算所述結(jié)溫度還包括基于整個陣列上的熱量分布來對所述結(jié)溫度建模。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中在散熱器上提供陣列的LED。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中對于所述陣列求解熱流方程還包括基于所述散熱器的一個或多個結(jié)構(gòu)確定邊界條件。
16.一種計算機(jī)可讀介質(zhì)，利用用于預(yù)測陣列的LED的驅(qū)動電流的計算機(jī)可讀程序代碼編碼，所述計算機(jī)可讀程序代碼包括指令，所述指令可操作用于在第一時間，對于陣列的每個LED確定所需的光輸出強(qiáng)度； 在所述第一時間，估算由每個LED所產(chǎn)生的熱量； 在所述第一時間，對于所述陣列求解熱流方程； 在所述第一時間，估算每個LED的結(jié)溫度；以及基于所述結(jié)溫度，在所述第一時間，對于每個LED確定用于所需光強(qiáng)度的驅(qū)動電流。
全文摘要
在這里公開了一種用于控制LED的驅(qū)動電流的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括控制器，其被配置為估算散熱器的位置處的LED的結(jié)溫度。所述系統(tǒng)還包括驅(qū)動器，其被配置為響應(yīng)來自所述控制器的命令而改變對LED的驅(qū)動電流。還公開了一種確定用于陣列中的LED的驅(qū)動電流的方法，所述方法包括在第一時間，對于每個LED確定所需的光輸出強(qiáng)度；在所述第一時間，估算由每個LED所產(chǎn)生的熱量；在所述第一時間，對于所述陣列求解熱流方程；在所述第一時間，估算每個LED的結(jié)溫度；以及基于所述結(jié)溫度，在所述第一時間，對于每個LED確定用于所需光強(qiáng)度的驅(qū)動電流。
文檔編號G09G3/34GK102349351SQ201080011169
公開日2012年2月8日 申請日期2010年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月9日
發(fā)明者I·阿什當(dāng) 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司