专利名称：补偿输出频率的发光单元、以及用于确定输出频率的方法
技术领域：
本发明涉及使用发光二极管(LED)的发光器件，具体地涉及控制这种器件以补偿 输出频率(即颜色)的变化。
背景技术：
使用诸如LED的固态器件的发光正得到推动。使用LED发光与使用常规光源相比 具有几个优点，包括更佳的光输出/尺寸比以及提高的功率效率。已经认识到在工作期间，LED温度增加，这影响了 LED的光输出量以及输出光的主 波长。已经认识到需要进行光输出的温度测量或光学分析，以提供反馈值用于控制LED 驱动条件。该反馈可以补偿温度相关的效应以及LED老化二者。针对温度补偿，可以利用位于LED邻近的外部温度传感器、或集成的温度传感器 来测量LED温度。也已经提出测量光输出通量以及色温，并且利用这些测量来提供补偿驱动方案。 这可以补偿温度效应和老化二者。然而，使用光学传感器的色温测量要求复杂的硬件和软 件。在制造期间，产生LED器件的输出中的不均勻性的另一来源，因为LED被制作为双 异质结构，在不同的层之间总是存在着晶格错配。由于错配，在结构中引入了缺陷，这导致 了界面态的存在。由于双异质结构的制造工艺从来都不能很好地受到控制，同一批LED将 具有稍微不同的界面陷阱密度，结果将具有稍微不同的波长。
发明内容
本发明的目的在于使得可以按照简单的方式确定LED的主波长，不需要分析光输
出ο根据本发明，提供一种确定LED的主输出波长的方法，包括确定LED与电压-电容特性相关的电特性；以及分析电特性，以确定主输出波长。该方法使得能够利用对器件特性的简单电分析来确定输出波长。这使得可以补偿 制造时器件之间的变化。例如，该分析可以包括确定相位，以及从相位推导出主输出波长。 在一个实例中，从相位推导出主输出波长可以包括确定与90度之间的相位差。通过将所确定的电特性与样品数据相比较，可以确定主输出波长，该样品数据已 经通过分析样品LED器件的电压-电容特性与主输出波长之间的关系推导出来。因而，可 以对样品器件进行光分析以建立器件变化的模型。然后，该模型使得能够仅仅基于所测量 的电特性(例如在优选的实例中，相位测量)来实现简单的波长确定。如果已经建立将输出波长与强度分布相关联的适当模型，有关LED的输出强度特 性的信息也可以从该电特性确定。
本发明也提供了控制LED的方法，包括采用本发明的方法确定主输出波长；以及与所确定的主输出波长相关地控制LED。因而，可以改变对LED的控制，使得可以获得所需的输出颜色，而不管不同的LED 器件之间的变化如何。本发明也提供了控制多个不同颜色的LED的方法，包括采用本发明的方法确定每一个LED的主输出波长；以及与所确定的主输出波长相关地控制LED，从而获得所需的组合颜色输出。该控制方法可以用于显示驱动方法的一部分，其中多个不同颜色的LED限定了一 个显示像素，并且显示器包括多个显示像素。替代地，多个不同颜色的LED可以限定显示器 背光。本发明也提供了用于确定LED的主输出波长的装置，包括用于确定LED与电压-电容特性相关的电特性的装置；以及用于分析电特性以确定主输出波长的装置。本发明也提供了显示装置，包括多个LED像素；以及用于确定每一个LED的主输出波长的本发明的装置。另一种本发明的显示装置包括多个像素；包括多个LED的背光；以及用于确定每一个LED的主输出波长的本发明的装置。
将参照附图描述本发明的实例，其中图1是两个不同晶体管栅极的电压_电容特性的实例；图2示出了图1中的两个电压_电容特性的相位关系；图3示出了相位与波长之间的关系；以及图4示出了本发明的LED装置及控制电路。
具体实施例方式本发明提供了用于分析LED的电压_电容特性以确定主输出波长的方法。电容-电压测量是用于分析电子器件(如CMOS器件或p-n结)的特性的常规测量。图1示意性地示出了两个不同的p-n结的两个电容_电压测量。电容在特定的施加电压处具有最小值。在该最小值处电容值的差异与在p-n结界 面处存在的界面态相关。在LED的情形下，p-n结处界面陷阱的数量控制了输出波长。因此，与界面陷阱的 数量相关的测量可以用作确定LED的输出波长的参数。LED制作成双异质结构，其中在不同的层之间总是存在着晶格错配。由于该错配，在结构中引入了缺陷，这导致了界面态的存在。由于双异质结构的制造工艺从来都不能很 好地受到控制，同一批LED将具有稍微不同的界面陷阱密度，结果将具有稍微不同的波长。通过测量LED的电容-电压特性，本发明使得能够进行与界面态密度相关的测量， 从而使得能够确定同一批LED之间的波长变化。电容-电压曲线给出了与电导和被分析的器件的传递函数的相位相关的信息。具 体地，可以利用器件特性的模型从C-V曲线提取相位和电导信息。本发明人已经发现在器 件特性的相位分析中最容易看到界面态变化的影响。图2示出了图1中的两个电压_电容特性的相位关系。理想的电容传递函数具有90度的相位。如图2所示，与90°之间的相位差可以用 作与界面陷阱相关的量度，因而可以用于确定输出波长。通过测量多个样品LED模块的相位，并且将这些相位测量与输出波长相关联，可 以建立相位测量与输出波长之间的关系的模型。在优选的实现中，该模型也可以确定光输 出强度特性。为了通过经验性的样品测试来获得该相关模型(将电测试映射为波长和输出强 度特性)，需要进行多次样品测量_相位测量，这给出了界面陷阱的密度的电表征。_光谱仪测量，给出所测量的LED的峰值波长。为此，简单的常规光谱仪就足够了。-利用积分球进行的测量，用于确定LED的总光输出。还建立了包含与发光中心和非辐射中心(陷阱)相关的参数的模型。这给出了具 有特定峰值波长的LED将提供多少光输出的光学表征。通过利用积分球确定的所测量的光输出值，对基于该模型的光输出值进行校准， 可以获得发光中心和陷阱的正确值。然后，这些值可以与电测量相关联，以推导出LED电参 数(相位)与LED的波长和输出强度之间的关系。该模型使得能够确定波长和强度分布二者。按照本发明的更简单的模型可以仅基 于相位和输出波长的测量，使得能够推导出简单的一对一映射。更复杂的模型可以预测在能带图上发生的变化，因而能够预测与LED电流相关的 光输出和波长变化。该模型可以基于照射中心及其位置的强度。通过基于简单的测试推导出该模型，不需要相位变化对输出波长的效应的详细的 数学建模。结果，可以在足够高的频率(例如IMHz)通过简单的相位测量来精确地测量波长 的变化，使得界面陷阱在相位信号中清楚可见。这些测量可以在使用LED的同时来进行。高频使得LED输出的调制不可见，而且， 可以与LED的脉宽调制操作相结合。可以在LED的寿命期间进行测量，使得能够随时间校正驱动方案。图3是关联图的实例，其中在IMHz进行的相位测量与不同蓝色LED的峰值波长相 关联。可以清楚地看到该技术在0. 5nm量级的波长变化中具有非常高的分辨率。图3中的图形给出了五个样品的结果。然后，该图形转换成函数，例如穿过五个图 块(plot)的最佳线性拟合函数，或者最佳二次拟合或其他函数。然后，该函数可以用于将 相位测量转换成波长值。
替代地，可以从样品建立具有分立相位值的查找表，以允许从相位测量转换成波 长值。所获得的波长可以用作控制LED的方法中使用的反馈参数。例如，多个不同颜色 的LED可以一起形成彩色的光输出器件。通过确定每一个LED的主输出波长，可以与所确 定的主输出波长相关地控制LED，从而获得所需的组合颜色输出。该方法例如可以用于显示驱动方法，其中多个不同颜色的LED限定了一个显示像 素，并且显示器包括多个显示像素。本发明的方法可以用于监视随时间的LED输出波长和强度特性，从而使得驱动方 案能够校正老化以及制造时不同器件之间的差异。这也可以用于延长LED的寿命。本发明对于使用有源背光切换的显示器应用尤其引起兴趣，其中背光实现为本发 明的LED的装置。该方法将背光的局部区域切换成不同的光输出水平，例如改善图像对比 度。在这种类型的系统中，发生LED的快速开关。这意味着LED的波长可以漂移。在给定 的时间准确地知道波长，使得能够利用智能驱动方案进行校正。彩色顺序LCD TV也获得了积极的开发。在彩色顺序驱动方案中，形成一个红色、 一个绿色和一个蓝色图像(或其组合)，并且这些图像组合以产生全彩色图像。再次地，需 要精确地知道LED的颜色，以正确地构成最终的图像。图4示出了本发明的实例LED装置及控制电路。图4中的实例包括显示装置10，该显示装置包括LED显示面板12和分区段的背光 14，该分区段的背光14包括LED 16。示意性地示出为18的显示驱动电路实现了 LED的相 位测量，并且将所确定的LED波长和强度特性考虑进来，控制背光14和显示面板12。没有详细描述LED装置的特性。这可以是任何类型的常规LED装置。正如从上面 的说明书清楚的那样，LED可以形成显示像素或显示器背光。许多其他的应用将是明显的， 如告示牌、广告牌和其他普通的彩色光输出装置。由于美学和技术原因，例如在博物馆设施 中需要特殊的彩色输出。本领域的技术人员公知对于样品的C-V分析所需的设备。C-V分析由M Terman在 1962年首先提出。通过施加不同的偏置电压以及测量所得的电容来确定C-V特性。偏置电 压通常包括在其上叠加有AC信号的DC电压。DC电压逐渐变化，从而被测试的器件连续工 作于累积模式和耗尽模式。C-V计可以在市场上到处获得。这些设备特性和算法的实现对 于本领域的技术人员是常规的。用于(与C-V特性相关地)产生(实时)反馈控制信号的相位测量电路也可以是 常规的，并且本领域的技术人员也公知相位测量技术。所测量的相位包括二极管的传递函 数，即电阻/阻抗特性，对于理想的电容器而言是90度。已经发现在二极管中与该理想电 容的偏离表示界面陷阱密度，进而表征输出波长和强度特性。相位测量频率优选为IMHz或更低，例如500kHz。利用常规的处理器可以实现基于 从样品分析所确定的关系将所测量的相位映射为波长(以及可选地，强度)特性。主输出波长表示输出强度处于峰值时的波长。然而，该波长不需要绝对精确，而是 可以在希望的波长频段之内获得。各种其他的修改对于本领域的技术人员将是明显的。
权利要求
一种确定LED的主输出波长的方法，包括确定LED与电压 电容特性相关的电特性；以及分析电特性，以确定主输出波长。
2.根据权利要求1所述的方法，其中确定电特性包括确定相位以及从相位推导主输出 波长。
3.根据权利要求2所述的方法，其中从相位推导主输出波长包括确定与90度之间的相位差。
4.根据前述任一权利要求所述的方法，其中确定主输出波长包括将所确定的电特性与 样品数据相比较，该样品数据通过分析样品的电压_电容特性与样品LED器件的主输出波 长之间的关系而推导出。
5.根据前述任一权利要求所述的方法，还包括从电压-电容特性确定与输出强度特性 有关的信息。
6.一种控制LED的方法，包括采用前述任一权利要求所述的方法确定主输出波长；以及 与所确定的主输出波长相关地控制LED。
7.—种控制多个不同颜色的LED的方法，包括采用权利要求1至5中任一项所述的方法，确定每一个LED的主输出波长；以及 与所确定的主输出波长相关地控制LED，从而获得所需的组合颜色输出。
8.—种显示驱动方法，包括采用权利要求7的方法控制多个不同颜色的LED，其中所述 多个不同颜色的LED限定一个显示像素，并且显示器包括多个显示像素。
9.一种显示驱动方法，包括采用权利要求7的方法控制多个不同颜色的LED，其中所述 多个不同颜色的LED限定显示器背光。
10.一种确定LED的主输出波长的装置，包括用于确定LED的与电压-电容特性相关的电特性的装置；以及 用于分析电特性以确定主输出波长的装置。
11.根据权利要求10所述的装置，其中用于确定电特性的装置包括用于确定相位以及 从相位推导主输出波长的装置。
12.根据权利要求11所述的装置，其中用于分析的装置包括用于确定与90度之间的相 位差的装置。
13.根据权利要求12所述的装置，包括用于将所确定的电特性与样品数据相比较的装 置，该样品数据通过分析样品LED器件的电压-电容特性与主输出波长之间的关系而推导出ο
14.根据权利要求10至13中任一项所述的装置，其中用于分析的装置进一步从所确定 的电特性确定与输出强度特性有关的信息。
15.一种显示装置，包括 多个LED像素；以及根据权利要求10-14中任一项所述的用于确定每一个LED的主输出波长的装置。
16.一种显示装置，包括 多个像素(12)；包括多个LED (16)的背光(12)；以及根据权利要求10-14中任一项所述的用于确定每一个LED的主输出波长的装置(16)。
全文摘要
一种确定LED的主输出波长的方法，包括确定LED与电压-电容特性相关的电特性，以及分析该特性以确定主输出波长。
文档编号H05B33/08GK101946561SQ200980105224
公开日2011年1月12日 申请日期2009年2月9日 优先权日2008年2月15日
发明者伯努特·巴泰娄, 帕斯卡尔·贝思肯, 戴维·范斯滕温克尔, 拉杜·苏尔代亚努, 菲特·恩古耶恩霍安 申请人:Nxp股份有限公司