发光二极管阵列的动态亮度的控制的制作方法

发光二极管阵列的动态亮度的控制
1.相关申请的交叉引用
2.本技术主张2019年12月19日提交的序列号为62/950,324的美国申请的优先权，该申请的全部内容在此纳入作为参考。
技术领域
3.本公开涉及用于控制诸如在电子显示器或led照明系统中的发光二极管(led)阵列的动态亮度的方法和装置。


背景技术：

4.用于驱动电子显示器和其他照明系统的传统照明控制器电路有时提供相对窄的亮度范围。窄亮度范围会影响用户体验，尤其是在需要较低整体亮度的暗环境光条件下投射光时。此外，太亮的电子显示器或其他照明系统会增加功耗并增加光学伪影的可见度。


技术实现要素：

5.本说明书中描述的主题的创新方面包括用于控制发光二极管(led)阵列的方法和装置。一种用于控制led阵列的装置包括：led驱动器电路、所述led阵列中的一个或多个led、以及电子切换电路。所述led驱动器电路被配置为生成电流。所述一个或多个led被电连接到所述led驱动器电路。所述电子切换电路被电连接到所述一个或多个led，并被配置为被以多个切换配置中的一个切换配置来放置。所述电子切换电路还被配置为引导所述电流的一部分远离所述一个或多个led，以使得所述电流的剩余部分驱动所述一个或多个led。所述电流的所述一部分对应于所述多个切换配置中的所述一个切换配置。
6.本说明书中描述的主题的创新方面还包括用于控制led阵列的方法和装置。一种用于控制led阵列的装置包括：所述led阵列中的一个或多个led；第一可编程led驱动器电路，其被电连接到所述一个或多个led；以及第二可编程led驱动器电路，其被电连接到所述一个或多个led。所述第一可编程led驱动器电路被配置为被以第一组配置中的一个配置来放置。所述第一可编程led驱动器电路还被配置为生成与所述第一组配置中的所述一个配置对应的第一电流。所述第二可编程led驱动器电路被配置为被以第二组配置中的第二一个配置来放置。所述第二可编程led驱动器电路还被配置为生成与所述第二组配置中的所述第二一个配置对应的第二电流。所述第一电流和所述第二电流被组合成第三电流以驱动所述一个或多个led。
7.除了其他益处和优点之外，与传统方法相比，本文公开的实施例通过降低由led驱动器电路供电的led的最小亮度限制来增加红绿蓝(rgb)led阵列的动态亮度范围。实施例为rgb显示器的用户提供了改善的用户体验，尤其是在暗照明条件下。与传统led控制器相比，这些实施例还通过扩展显示亮度的动态范围来实现更低的功耗。
8.本说明书中描述的主题的一个或多个实施例的细节在附图和以下描述中阐述。本主题的其他潜在特征、方面和优点将根据描述、附图和权利要求而变得显而易见。
附图说明
9.图1示出了用于控制发光二极管(led)阵列的装置。
10.图2示出了用于控制led阵列的装置。
11.图3示出了用于控制led阵列的装置。
12.图4示出了用于控制led阵列的装置。
13.图5示出了用于控制led阵列的装置。
14.图6是示出用于控制led阵列的方法中的操作的流程图。
15.图7是示出用于控制led阵列的方法中的操作的流程图。
具体实施方式
16.图1示出了用于控制发光二极管(led)阵列的装置。led阵列可用在电子显示器中，例如提供虚拟现实、增强现实或混合现实体验的设备(例如，头戴式耳机)。led阵列还可用于在航空照明系统、汽车前照灯、交通信号灯、相机、医疗设备和/或其他合适的系统中提供照明。图1所示的装置包括控制器电路100、led驱动器电路108、led阵列中的一个或多个led 112，以及电子切换电路128。led驱动器电路108被配置为生成电流116以对一个或多个led 112供电。在一些实施例中，由led驱动器电路108生成的电流116在20ma到400ma的范围内。电流116的量将取决于所使用的led驱动器电路108的类型。一个或多个led 112被电连接到led驱动器电路108以由led驱动器电路108供电。
17.电子切换电路128包括电子开关120和电阻器124。电子切换电路128被电连接到一个或多个led 112。电子切换电路128被配置为被以多个切换配置中的一个切换配置来放置。例如，当电子开关120打开时，电子切换电路128被以第一切换配置来放置，在第一切换配置中，电流116流过一个或多个led 112以一次一个地驱动一个或多个led 112。一个或多个led 112中的每个led被连接到led驱动器电路108内的单独下拉电路。在一些实施例中，控制器电路100被配置为生成控制信号104，该控制信号104一次仅激活一个或多个下拉电路中的一个。因此，一次仅一个或多个下拉电路中一个是活跃的。因此，一次仅驱动一个或多个led 112中的一个。
18.当电子开关120闭合时，电子切换电路128被以第二切换配置来放置。在第二切换配置中，电子切换电路128被配置为引导电流116的一部分132远离一个或多个led 112并通过电阻器124。电流116的剩余部分136驱动一个或多个led 112。电流116的部分132对应于以其来放置电子切换电路128的切换配置。例如，在第一切换配置中，部分132为零。在电子开关120闭合时的第二切换配置中，部分132对应于跨电子切换电路128的电压降除以电阻器124的电阻。在一些实施例中，电流116的剩余部分136在0ma到380ma的范围内。因此，当被剩余部分136而不是电流116驱动时，112中的每个led的亮度降低。
19.在图1所示的装置中，一个或多个led 112中的每个led响应于被电流116驱动而具有第一亮度。当不使用电子切换电路128时，led阵列的最小亮度限制对应于由led驱动器电路108生成的电流116的最小限制。一个或多个led 112中的每个led响应于被电流116的剩余部分136驱动而具有第二亮度。当使用电子切换电路128时，led阵列的最小亮度限制对应于电流116的剩余部分136的最小限制。电流116的剩余部分136小于电流116。因此，第二亮度小于第一亮度。因此，当使用电子切换电路128时，与不使用电子切换电路128时相比，led
阵列的最小亮度限制降低。
20.图2示出了用于控制led阵列的装置。图2所示的装置包括led驱动器电路200、led阵列中的一个或多个led 204，以及电子切换电路256。led驱动器电路200被配置为生成电流208以对一个或多个led 204供电。一个或多个led 204被电连接到led驱动器电路200以被led驱动器电路200供电。
21.电子切换电路256被电连接到一个或多个led 204。在一些实施例中，电子切换电路256包括以第一并联配置被电连接的多个电子开关(216、220、224、......、228)。电子切换电路256还包括以第二并联配置被电连接的多个电阻器(240、244、248、......、252)。每个电子开关，例如电子开关216，被电连接到一个或多个对应的电阻器，例如电阻器240。
22.多个电子开关被配置为以多个切换配置中的一个切换配置来放置电子切换电路256。电子切换电路256被配置为通过闭合多个电子开关的不同组合而被以特定切换配置来放置。在每个切换配置中，电子切换电路256引导电流208的一部分212远离一个或多个led 204，以使得电流208的剩余部分260驱动一个或多个led 204。电流208的部分212对应于已经以其来放置电子切换电路256的切换配置。
23.电阻器(240、244、248、......、252)被电连接到多个电子开关(216、220、224、......、228)并被配置为将电流的部分212引导到led驱动器电路200的端口236。流过电阻器(240、244、248、......、252)中的一个或多个电阻器的电流208的部分212和驱动一个或多个led 204的电流208的剩余部分260被组合成电流232并被引导到led驱动器电路200的端口236。
24.在一些实施例中，电子切换电路256包括n个电子开关，其中n大于或等于1。例如，n可以是1、17、124等。因此，通过闭合电子开关的不同组合，电子切换电路256可被一次以2n个切换配置中的一个切换配置来放置。例如，考虑n为4的实施例。在第一切换配置中，所有四个电子开关(216、220、224、228)都打开并且电流208的部分212为零。在第二切换配置中，电子开关216闭合而剩余三个电子开关(220、224、228)打开。在第三切换配置中，电子开关216、220闭合而电子开关224、228打开。在第十六切换配置中，所有四个电子开关(216、220、224、228)都闭合。
25.电流208的部分212根据以其来放置电子切换电路256的切换配置而变化。例如，电流208的部分212根据电子切换电路256的电阻而变化。因此，电流208的剩余部分260根据以其来放置电子切换电路256的切换配置而变化。因为一个或多个led 204中的每个led的亮度根据电流208的剩余部分260而变化，所以每个led的亮度根据以其来放置电子切换电路256的切换配置而变化。通过闭合电子开关(216、220、224、228)的不同组合，可以改变led阵列的亮度。
26.在一些实施例中，电子切换电路256包括一个或多个可变电阻器。例如，电阻器(240、244、248、......、252)中的一个或多个电阻器可以是可变电阻器。每个可变电阻器的电阻可以由控制器电路调节，例如图1所示的控制器电路100。因此，电流208的部分212可以通过调节每个可变电阻器的电阻来调节。
27.图3示出了用于控制led阵列的装置。图3所示的装置包括led驱动器电路300、led阵列中的一个或多个led 312，以及电子切换电路316。led驱动器电路300被配置为生成电流以对一个或多个led 312供电。一个或多个led 312被电连接到led驱动器电路300以被
led驱动器电路300供电。
28.电子切换电路316包括一个或多个电子开关304和一个或多个电阻器308。一个或多个led 312以串联配置彼此电连接。一个或多个电子开关304中的每个电子开关被电连接到一个或多个led 312中的对应led和一个或多个电阻器308中的对应电阻器。当一个或多个电子开关304中的特定电子开关闭合时，电子切换电路316引导电流的一部分远离对应的led，以使得电流的剩余部分驱动对应的led。因此，与特定开关打开时的对应led的亮度相比，该对应led的亮度降低。因此，可以通过闭合一个或多个电子开关304的不同组合来改变led阵列的亮度。
29.图4示出了用于控制led阵列的装置。图4所示的装置包括led阵列中的一个或多个led 436、第一可编程led驱动器电路412、第二可编程led驱动器电路416，以及控制器电路400。第一可编程led驱动器电路412被电连接到一个或多个led 436并被配置为对一个或多个led 436供电。第一可编程led驱动器电路412被配置为被以第一组配置中的一个配置来放置。在第一组配置中的每个配置中，第一可编程led驱动器电路412生成第一电流420以对一个或多个led 436供电。第一电流420对应于以其来放置第一可编程led驱动器电路412的配置。控制器电路400被电连接到第一可编程led驱动器电路412。控制器电路400被配置为以第一组配置中的每个配置来放置第一可编程led驱动器电路412以调节第一电流420。例如，控制器电路400生成以每个配置来放置第一可编程led驱动器电路412的控制信号408。
30.第二可编程led驱动器电路416被配置为被以第二组配置中的第二一个配置来放置。在第二组配置中的每个配置中，第二可编程led驱动器电路416生成第二电流424以对一个或多个led 436供电。第二电流424对应于以其来放置第二可编程led驱动器电路416的配置。控制器电路400被电连接到第二可编程led驱动器电路416。控制器电路400被配置为以第二组配置中的每个配置来放置第二可编程led驱动器电路416以调节第二电流424。例如，控制器电路400生成以每个配置来放置第二可编程led驱动器电路416的控制信号404。
31.一个或多个led 436中的每个led的亮度根据第一电流420而变化。第一电流420根据第一组配置中的每个配置而变化。因此，一个或多个led 436中的每个led的亮度根据以其来放置第一可编程led驱动器电路412的每个配置而变化。一个或多个led 436中的每个led的亮度还根据第二电流424而变化。第二电流424根据第二组配置中的每个配置而变化。因此，一个或多个led 436中的每个led的亮度根据以其来放置第二可编程led驱动器电路416的每个配置而变化。通过控制以其来放置第一可编程led驱动器电路412和第二可编程led驱动器电路416的配置，使用控制器电路400可以调节led阵列的亮度。
32.第一电流420和第二电流424被组合成第三电流428以驱动一个或多个led 436。例如，第一电流420可以在1ma到50ma的范围内。第二电流424可以在50ma到500ma的范围内。第三电流428可以在1ma到550ma的范围内。一个或多个led 426中的每个led响应于被第一电流420(例如，1ma)驱动而具有第一最小亮度。一个或多个led 436中的每个led响应于被第二电流424(例如，50ma)驱动而具有第二最小亮度。一个或多个led 436中的每个led响应于被第三电流428(例如，1ma)驱动而具有第三最小亮度。第三最小亮度是第一最小亮度和第二最小亮度中的较小者。
33.一个或多个led 436中的每个led响应于被第一电流420(例如，50ma)驱动而具有第一最大亮度。一个或多个led 436中的每个led响应于被第二电流424(例如，500ma)驱动
而具有第二最大亮度。一个或多个led 436中的每个led响应于被第三电流428(例如，550ma)驱动而具有第三最大亮度。第三最大亮度是第一最大亮度和第二最大亮度中的较大者。
34.一个或多个led至少包括具有第一颜色(例如，红色)的第一led和具有第二颜色(例如，绿色)的第二led。第一颜色不同于第二颜色。一个或多个蓝色led也可用于构建led阵列。在一些实施例中，控制器电路400对第一可编程led驱动器电路412或第二可编程led驱动器电路416中的至少一者进行编程以在一个帧周期内调节一个或多个led 436中的每个led的亮度。帧周期对应于使用一个或多个led 436的电子显示器或照明系统的周期率或图像帧率。在其他实施例中，控制器电路400使一个或多个led 436中的每个led的亮度的变化同步到使用一个或多个led 436的电子显示器或照明系统的输出。例如，在使用一个或多个led 436的虚拟现实头戴式耳机上显示的虚拟现实游戏中，控制器电路400可以将led亮度的降低同步到头戴式耳机上特定图像的显示。
35.图5示出了用于控制led阵列的装置。图5中所示的装置包括控制器电路500、led驱动器电路504、红色led 508、绿色led 512、蓝色led 516，以及电子切换电路520。电子切换电路520包括电子开关524和三个电阻器528、532、536。在一些实施例中，图5所示的装置用于控制包括具有两种或更多种独特颜色(例如，紫罗兰色、琥珀色、白色等)的led阵列的照明系统。
36.led驱动器电路504被配置为生成电流540以对led 508、512、516供电。控制器电路500控制和操作led驱动器电路504以调节所生成的电流540的量。led 508、512、516被电连接到led驱动器电路504以被led驱动器电路504供电。电子切换电路520被电连接到led 508、512、516。电子切换电路520被配置为被以两个切换配置中的一个切换配置来放置。例如，当电子开关524打开时，电子切换电路520被以第一切换配置来放置。当电子开关524闭合时，电子切换电路520被以第二切换配置来放置。
37.电子切换电路520引导电流540的一部分544远离led 508、512、516，以使得电流540的剩余部分548驱动led 508、512、516中的每一者。电流540的部分544对应于以其来放置电子切换电路520的切换配置。例如，在第一配置中，电流540的部分544为零。
38.当红色led 508以第二切换配置被驱动时，电流540的部分544对应于跨红色led 508的电压降除以电阻器528的电阻。当绿色led 512以第二切换配置被驱动时，电流540的部分544对应于跨绿色led 512的电压降除以电阻器532的电阻。当蓝色led 516以第二切换配置被驱动时，电流540的部分544对应于跨蓝色led 516的电压降除以电阻器536的电阻。因此，驱动led 508、512、516中的每一者的电流540的剩余部分548总是小于在电子开关闭合时的电流540。例如，当由led驱动器电路504生成的电流540在20ma到400ma的范围内时，电流540的剩余部分548在0ma到380ma的范围内。因此，第二配置(当使用电子切换电路520时)中的led 508、512、516的最小亮度小于不使用电子切换电路520时led 508、512、516的最小亮度。因此，与传统方法相比，图5所示的装置为led阵列提供了更低的最小亮度、更大的动态亮度范围和改善的灵敏度控制。
39.在一些实施例中，使用图1-5所示的装置的电子显示器(或其他照明系统)的亮度和颜色特性可以通过表征每个led的温度和电流依赖性并基于该表征调节电子显示器接收和处理来自led的发射光的方式来调节。这两个步骤有时被称为电子显示器的“热校准”或“颜色校准”。表征步骤可以通过将光探测设备(例如，光谱仪)定位在距目镜一距离(在该距离处，用户的眼睛将在使用设备时接收光)处在制造期间或之后发生，例如，当电子显示器仍在工厂时。当控制器(例如，前馈控制器)迭代多个温度和电流时，光探测设备顺序地检测通过电子显示器的每个led的输出光。分析led的输出光以提取用于表征每个led的色度和亮度数据。当用户实际使用电子显示器时，校准步骤是通过测量温度并基于测量的温度所通知的表征数据以调节led电流和颜色计算算法来执行的。校准过程和前馈控制的细节在美国专利申请no.16/530,599中公开，该专利申请的全部内容在此纳入作为参考。
40.图6示出了用于控制led阵列的方法。在一些实施例中，图6所示的过程由图1所示的装置执行。在其他实施例中，图6所示的过程由其他装置执行，例如图2、3或5所示的装置。
41.led驱动器电路(例如，led驱动器电路108)生成604电流(例如，电流116)。参考图1更详细地示出和描述了led驱动器电路108和电流116。电流116用于对led阵列中的一个或多个led(例如，一个或多个led 112)供电。参考图1更详细地示出和描述了一个或多个led 112。
42.一个或多个电子开关(例如，电子开关120)以多个切换配置中的一个切换配置来放置608电子切换电路(例如，电子切换电路128)。参考图1更详细地示出和描述了电子开关120和电子切换电路128。电子切换电路128包括电阻器124。电子切换电路128被电连接到一个或多个led 112。当电子开关120打开时，电子切换电路128被以第一切换配置来放置，在第一切换配置中，电流116流过一个或多个led 112以一次一个地对led 112供电。
43.电子切换电路128引导612电流116的一部分(例如，部分132)远离led阵列中的一个或多个led 112。电流116的剩余部分(例如，剩余部分136)驱动一个或多个led 112。电流116的部分132对应于以其来放置128的切换配置。每个led响应于被电流116驱动而具有第一亮度。因此，当不使用电子切换电路128时，led阵列的最小亮度限制对应于电流116的最小限制。每个led响应于被电流116的剩余部分136驱动而具有第二亮度。因此，当使用电子切换电路128时，led阵列的最小亮度限制对应于电流116的剩余部分136的最小限制。因此，第二亮度小于第一亮度，并且与不使用电子切换电路128相比，当使用电子切换电路128时，led阵列的最小亮度限制可以降低。
44.图7示出了用于控制led阵列的方法。在一些实施例中，图7所示的过程由图4所示的装置执行。
45.控制器电路(例如，控制器电路400)以第一组配置中的一个配置来放置704第一可编程led驱动器电路(例如，第一可编程led驱动器电路412)。参考图4更详细地示出和描述了控制器电路400和第一可编程led驱动器电路412。例如，控制器电路400生成以第一组配置中的每个配置来放置第一可编程led驱动器电路412的控制信号408。第一可编程led驱动器电路412被电连接到一个或多个led(例如，一个或多个led 436)并被配置为对一个或多个led 436供电。参考图4更详细地示出和描述了一个或多个led 436。
46.在第一组配置中的每个配置中，第一可编程led驱动器电路412生成708第一电流420以对一个或多个led 436供电。第一电流420对应于以其来放置第一可编程led驱动器电路412的配置。参考图4更详细地示出和描述了第一电流420。
47.控制器电路400以第二组配置中的第二一个配置来放置712第二可编程led驱动器电路(例如，第二可编程led驱动器电路416)。参考图4更详细地示出和描述了第二可编程
led驱动器电路416。例如，控制器电路400生成以第二组配置中的每个配置来放置第二可编程led驱动器电路416的控制信号404。第二可编程led驱动器电路416被电连接到一个或多个led 436并被配置为对一个或多个led 436供电。
48.在第二组配置中的每个配置中，第二可编程led驱动器电路416生成716第二电流424以对一个或多个led 436供电。第二电流424对应于以其来放置第二可编程led驱动器电路416的配置。
49.电气网络(例如，电气网络432)将第一电流420和第二电流424组合720成第三电流428以驱动led阵列中的一个或多个led 436。每个led的亮度根据第一电流420和以其来放置第一可编程led驱动器电路412的每个配置而变化。每个led的亮度也根据第二电流424和以其来放置第二可编程led驱动器电路416的每个配置而变化。通过控制以其来放置第一可编程led驱动器电路412和第二可编程led驱动器电路416的配置，控制器电路400调节led阵列的亮度。
50.在一些配置中，控制器电路以第一组配置中的一个配置来放置第一可编程led驱动器电路。所述第一可编程led驱动器电路生成与所述第一组配置中的所述一个配置对应的第一电流。控制器电路以第二组配置中的第二一个配置来放置第二可编程led驱动器电路。第二可编程led驱动器电路生成与所述第二组配置中的所述第二一个配置对应的第二电流。电气网络将所述第一电流和所述第二电流组合成第三电流以驱动所述led阵列中的一个或多个led。
51.在一些配置中，以所述第一组配置中的所述一个配置来放置所述第一可编程led驱动器电路调节所述第一电流。以所述第二组配置中的所述第二一个配置来放置所述第二可编程led驱动器电路调节所述第二电流。
52.在一些配置中，所述一个或多个led中的每个led响应于被所述第一电流驱动而具有第一最小亮度。所述一个或多个led中的每个led响应于被所述第二电流驱动而具有第二最小亮度。所述一个或多个led中的每个led响应于被所述第三电流驱动而具有第三最小亮度。所述第三最小亮度等于所述第一最小亮度和所述第二最小亮度中的较小者。
53.在一些配置中，所述一个或多个led中的每个led响应于被所述第一电流驱动而具有第一最大亮度。所述一个或多个led中的每个led响应于被所述第二电流驱动而具有第二最大亮度。所述一个或多个led中的每个led响应于被所述第三电流驱动而具有第三最大亮度。所述第三最大亮度等于所述第一最大亮度和所述第二最大亮度中的较大者。
54.在一些配置中，所述一个或多个led中的每个led的亮度根据所述第一组配置中的每个配置而变化。所述一个或多个led中的每个led的所述亮度根据所述第二组配置中的每个配置而变化。
55.在一些配置中，所述一个或多个led包括具有第一颜色的第一led和具有第二颜色的第二led。所述第一颜色不同于所述第二颜色。
56.在一些配置中，所述控制器电路在所述led阵列的一个帧周期内调节所述led阵列中的所述一个或多个led中的每个led的亮度。
57.在一些配置中，所述控制器电路将所述led阵列中的所述一个或多个led中的每个led的亮度的变化同步到所述led阵列的输出。