CN101083053A - 一种背光源用三色发光二极管的亮度控制方法和电路 - Google Patents

一种背光源用三色发光二极管的亮度控制方法和电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种背光源用三色发光二极管的亮度控制方法和电路，依次有以下步骤：定时程序初始化、启动定时程序和调节调节发光二极管亮度，亮度控制电路设有微控制器，其I/O口分别与控制发光二极管亮度的功率开关管的控制端相连，还设有与微控制器相连的非挥发性存储器，可以有效地解决R、G、B三色发光二极管的白平衡问题，由微控制器设定程序在达到设定调整白平衡的时间调整其I/O口输出高低电平的时间比，控制发光二极管的亮和灭的时间比，分别调整R、G、B三色发光二极管的平均亮度，使其重新达到白平衡，混光效果不会变差，长期保持最初的纯正白色光源，使液晶显示屏的颜色保持纯正。而且由于采用调节脉冲宽度的方法，可以明显地降低功耗。

Description

一种背光源用三色发光二极管的亮度控制方法和电路
技术领域
本发明涉及发光二极管的亮度控制，尤其是涉及一种背光源用三色发光二极管的亮度控制方法和电路。
背景技术
发光二极管(Light-Emitting Diode，简称LED)具有体积小、电压低、寿命长、回应快、无频闪、耗能少、发热少等优点，是新一代绿色、节能、环保、长寿命全固体照明光源。由于液晶显示器的亮度主要取决于背光源，因此，现有大尺寸液晶显示屏的背光源已几乎全部使用LED背光源，以取代早先的冷阴极灯管(Cold Cathode Fluorescent Lamp，简称CCFL)。除采用氮化物白光发光二极管外，一般是采用红绿蓝三色发光二极管组合单元混光成白色光源，每个光源器件由三基色的LED芯片构成，将三基色的LED封装在一个单元器件内，然后将该单元器件排列形成光源。其中每个LED光源的RGB三色芯片可以独立驱动控制，以便三色光线在单元封装的结构中初步混光后达到要求的色温和亮度再发射到背光***。由于不同颜色的LED衰减特性存在差异，经过一段时间的点亮后，混光效果会变差，最初是纯正白色光源会变成非纯正白色光源，造成液晶显示屏的颜色不纯正。
发明内容
本发明所要解决的一个技术问题是弥补现有技术所存在的缺陷，提出一种背光源用三色发光二极管的亮度控制方法。
本发明所要解决的另一个技术问题是弥补现有技术所存在的缺陷，提出一种背光源用三色发光二极管的亮度控制电路。
对于背光源用三色发光二极管的亮度控制方法来说，本发明的技术问题通过以下技术方案予以解决：
这种背光源用三色发光二极管的亮度控制方法的特点是：
依次有以下步骤：
(1)读取存储器的数据使定时程序初始化
微控制器从非挥发性存储器中读取控制发光二极管亮度的时间数据，使定时程序初始化，并不断将数据写入非挥发性存储器，以后启动定时程序直接从非挥发性存储器调入内存；
(2)启动定时程序
如果累计计时达到设定调整白平衡的时间，按照发光二极管的普遍衰减规律，或者根据发光二极管测试装置所评估的发光二极管的衰减特性曲线，调整微控制器I/O口输出的高低电平时间比，即调节输出脉冲信号的相应宽度，完成脉冲宽度调整之后返回启动定时程序；
如果累计计时尚未达到设定调整白平衡的时间，也返回启动定时程序；
(3)调节发光二极管亮度
由微控制器I/O口输出的脉冲信号调整控制发光二极管亮度的功率开关管的通断时间比，调节发光二极管的平均亮度，使其重新达到白平衡。
对于背光源用三色发光二极管的亮度控制方法来说，本发明的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决：
如果累计计时达到设定调整白平衡的时间，按照三色发光二极管的普遍衰减规律，或者根据发光二极管测试装置所评估的三色发光二极管的衰减特性曲线，调整微控制器的三个I/O口输出的高低电平时间比，即调节输出脉冲信号的相应宽度，由微控制器三个I/O口输出的脉冲信号分别调整控制三个发光二极管亮度的三个功率开关管的通断时间比，调节三色发光二极管的平均亮度，使其重新达到白平衡。
对于背光源用三色发光二极管的亮度控制电路来说，本发明的技术问题通过以下技术方案予以解决：
这种背光源用三色发光二极管的亮度控制电路的特点是：
设有***电路包括时序产生电路和复位电路的微控制器，所述时序产生电路产生时序信号，作为微控制器的工作脉冲，所述复位电路用于微控制器上电复位。
所述微控制器的I/O口分别与发光二极管电路的输入端，即控制发光二极管亮度的功率开关管的控制端相连，所述微控制器按照发光二极管的普遍衰减规律，或者根据发光二极管测试装置所评估的发光二极管的衰减特性曲线，设定程序在达到设定调整白平衡的时间调整I/O口输出高低电平的时间比，即调节输出脉冲信号的相应宽度，调整控制发光二极管亮度的功率开关管的通断时间比，即调整发光二极管的亮灭时间比，以调整发光二极管的平均亮度，使其重新达到白平衡。
还设有与所述微控制器相连的非挥发性存储器，在电性消失后仍然能够保存数据。
对于背光源用三色发光二极管的亮度控制电路来说，本发明的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决：
所述非挥发性存储器设有电源电压监测电路，非挥发性存储器的外部写保护引脚与电源电压监测电路的复位信号输出端相连，在电源电压低于设定的门限电压时，所述电源电压监测电路输出复位信号，直至在一段时间内电源电压又恢复至高于门限电压为止。
所述非挥发性存储器包括电擦除可编程只读存储器EEPROM、快闪存储器Flash、铁电存储器FRAM、磁性存储器MRAM与相变存储器OUM。
优选的是，所述非挥发性存储器是闪存芯片。
所述微控制器是基于8051结构的微控制器，包括与8051保持程序代码兼容性的兼容微控制器。
优选的是，所述微控制器是集成有闪存芯片的微控制器。
所述微控制器的三个I/O口分别与发光二极管电路的三个输入端，即控制三色发光二极管亮度的三个功率开关管的控制端相连，所述微控制器按照发光二极管的普遍衰减规律，或者根据发光二极管测试装置所评估的发光二极管的衰减特性曲线的，设定程序在达到设定调整白平衡的时间分别调整其三个I/O口输出高低电平的时间比，即调节输出脉冲信号的相应宽度，分别调整控制三色发光二极管亮度的三个功率开关管的通断时间比，即调整三色发光二极管的亮灭时间比，以调整三色发光二极管的平均亮度，使其重新达到白平衡。
本发明的技术问题还通过以下进一步技术方案予以解决：
所述控制发光二极管亮度的功率开关管是金属-氧化物-半导体场效应管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，简称MOSFET)、NPN型三极管、PNP型三极管，由微控制器的I/O口输出的高低电平控制其导通或关闭，从而控制发光二极管的亮灭，使发光二极管的平均亮度符合用作背光源的要求。
优选的是，所述控制发光二极管亮度的功率开关器件是集成的MOSFET驱动器。
本发明的有益效果是：使用本发明的方法和电路可以有效地解决R、G、B三色发光二极管的白平衡问题，由微控制器设定程序在达到设定调整白平衡的时间调整其I/O口输出高低电平的时间比，控制发光二极管的亮灭时间比，分别调整R、G、B三色发光二极管的平均亮度，使其重新达到白平衡，混光效果不会变差，长期保持最初的纯正白色光源，使液晶显示屏的颜色保持纯正。而且由于采用调节脉冲宽度的方法，相对一直点亮的发光二极管而言可以明显地降低功耗。
附图说明
下面结合具体实施方式并对照附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明具体实施方式的组成方框图；
图2是本发明具体实施方式的电路图；
图3是本发明具体实施方式的程序流程图。
具体实施方式
一种背光源用三色发光二极管的亮度控制电路
如图1、2所示的亮度控制电路，设有***电路包括时序产生电路1和复位电路2的微控制器3芯片IC1，微控制器3芯片IC1的三个I/O口引脚5、6、7分别与发光二极管电路4的三个输入端，即控制三色发光二极管D1、D2、D3亮度的功率开关管Q1、Q2、Q3的三个控制端相连，还设有与微控制器3芯片IC1相连的存储器5闪存芯片IC2，以及与存储器5闪存芯片IC2相连的电源电压监测电路6芯片IC3。
发光二极管LED电路4包括功率开关管Q1、Q2、Q3、三色发光二极管D1、D2、D3，以及耦合电阻R2、R3、R4和限流电阻R5、R6、R7。功率开关管Q1、Q2、Q3采用型号是BUZ11A的NMOSFET管。微控制器3芯片IC1的三个I/O口引脚5、6、7分别经耦合电阻R2、R3、R4电阻接MOSFET门极，MOSFET漏极与三色发光二极管D1、D2、D3的负极相连，MOSFET源极接地，三色发光二极管D1、D2、D3的正极与直流电源相连。
微控制器3芯片IC1是基于8051结构的微控制器，按照发光二极管的普遍衰减规律，或者根据发光二极管测试装置所评估的三色发光二极管的衰减特性曲线的经验数据，设定程序在达到设定调整白平衡的时间调整其三个I/O口输出高低电平的时间比，控制三色发光二极管的亮灭时间比，以调整三色发光二极管的平均亮度，使其重新达到白平衡。芯片IC1内部包括中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、定时计数器以及输入输出接口电路。引脚40与5v电源输出端相连。
时序产生电路1包括晶体振荡器Y1以及补偿电容C1、C2，晶体振荡器Y1两端直接与微控制器3芯片IC1引脚18、19相连，补偿电容C1、C2一端分别接晶体振荡器Y1两端，另一端接地，晶体振荡器起振后会在引脚18输出一个正弦波时序信号，作为微控制器3的工作脉冲。
复位电路2包括5v电源、电容C3以及电阻R1，电阻R1跨接在微控制器3芯片IC1引脚9、20上，电容C3连接在5v电源输出端和芯片IC1引脚9之间，IC1引脚20接地，引脚9为复位端，高电平复位，图2所示是上电复位，当给控制板加电时，电容C3充电，电流流经电容C3和电阻R1，在电容C3和电阻R1连接处产生一个高电平，用于微控制器3上电复位，电容C3充电结束，引脚9电平拉低。
存储器5闪存芯片IC2采用44脚表面封装的KM29N32000TS，其兼有E2PROM的可编程能力和非易失性，且容量大、速度快，只需单5V供电便可做读、编程、擦除等操作。闪存芯片IC2的I/O口引脚18、19、20、21、24、25、26、27分别与微控制器3芯片IC1引脚P0.1～P0.7相连，实现命令、地址和数据的传输，包括读操作时输出数据，CLE引脚2、CE引脚43、ALE引脚3、R/B引脚41分别与微控制器3芯片IC1引脚P1.0～P1.3相连，分别控制命令输入、控制片选、控制地址输入和监测存储器的工作状态。WE引脚4、RE引脚42分别与微控制器3芯片IC1的WR引脚16、RD引脚17相连，分别控制读、写操作。WP引脚5是外部写保护引脚与电源电压监测电路6芯片IC3的复位信号输出端RESET相连。引脚23、44与5v电源相连，引脚1、22接地。
所述CLE信号是命令锁存使能，其为高电平时，命令通过I/O口线在WE信号的上升沿被锁入命令寄存器。
所述CE信号是片使能，读操作期间，CE变高电平，转入后备standby模式；编程或擦除期间，处于忙状态，CE高电平被忽略。
所述ALE信号是地址锁存使能，当其为高电平时，地址在WE信号的上升沿被锁入地址寄存器；当其为电平低时，锁定输入数据。
所述R/B信号是操作状态指示，低电平时，指示正在编程或读操作中，操作结束后变成高电平，开路输出。
所述WE信号是写使能，命令、地址和数据在WE信号的上升沿被锁定。
所述RE信号是读使能，下降沿有效。
所述WP信号是写保护，在电源电压过渡期间，使WP为低电平时，可产生写/擦除保护。
电源电压监测电路6芯片IC3采用三管脚的微处理器芯片MAX809，其引脚3与5v电源相连，引脚1接地。电源电压监测电路6芯片IC3用于监测电源电压是否正常，在上电、掉电和节电的情况下向存储器5闪存芯片IC2提供复位信号，当电源电压低于设定的门限电压时，电源电压监测电路输出端RESET即芯片IC3的引脚2输出低电平复位信号，使得闪存芯片IC2进入写保护状态，直至在电源电压又恢复至高于门限电压240ms后，才解除写保护状态，可以正常写入数据，以保证写入存储器5闪存芯片IC2的数据都有效。微处理器芯片MAX809的工作电流只有17μA。
本具体实施方式的工作过程如图3所示，依次有以下步骤：
(1)读取存储器的数据使定时程序初始化
微控制器3从闪存芯片IC2中读取控制发光二极管亮度的时间数据，使定时程序初始化，设定调整白平衡的时间：累计工作500小时，并不断将数据写入闪存芯片IC2，以后启动定时程序直接从闪存芯片IC2调入内存；
(2)启动定时程序
如果累计计时达到设定调整白平衡的500小时，按照发光二极管的普遍衰减规律，或者根据发光二极管测试装置所评估的发光二极管的衰减特性曲线，调整微控制器I/O口-第5、6、7引脚输出的高低电平时间比，即调节输出脉冲信号的相应宽度，完成脉冲宽度调整之后返回启动定时程序：
如果累计计时尚未达到设定调整白平衡的500小时，也返回启动定时程序；
(3)调节发光二极管亮度
由微控制器I/O口-第5、6、7引脚输出的脉冲信号调整控制三色发光二极管亮度的功率开关管Q1、Q2、Q3的通断时间比，调节三色发光二极管D1、D2、D3的平均亮度，使其重新达到白平衡。
经试验表明，累计工作至设定调整白平衡的500小时后的混光效果不会变差，仍然保持最初的纯正白色光源，使肉眼所见的液晶显示屏颜色保持纯正。而且由于采用调节脉冲宽度的方法，相对一直点亮的发光二极管而言可以明显地降低功耗。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种背光源用三色发光二极管的亮度控制方法，其特征在于：
依次有以下步骤：
(1)定时程序初始化
微控制器从非挥发性存储器中读取控制发光二极管亮度的时间数据，使定时程序初始化，设定调整白平衡的时间，并不断将数据写入非挥发性存储器，以后启动定时程序直接从非挥发性存储器调入内存；
(2)启动定时程序
如果累计计时达到设定调整白平衡的时间，按照发光二极管的普遍衰减规律，或者根据发光二极管测试装置所评估的发光二极管的衰减特性曲线，调整微控制器I/O口输出的高低电平时间比，即调节输出脉冲信号的相应宽度，完成脉冲宽度调整之后返回启动定时程序；
如果累计计时尚未达到设定调整白平衡的时间，也返回启动定时程序；
(3)调节发光二极管亮度
由微控制器I/O口输出的脉冲信号调整控制发光二极管亮度的功率开关管的通断时间比，调节发光二极管的平均亮度，使其重新达到白平衡。
2.根据权利要求1所述的背光源用三色发光二极管的亮度控制方法，其特征在于：
如果累计计时达到设定调整白平衡的时间，按照三色发光二极管的普遍衰减规律，或者根据发光二极管测试装置所评估的三色发光二极管的衰减特性曲线，调整微控制器的三个I/O口输出的高低电平时间比，即调节输出脉冲信号的相应宽度，由微控制器三个I/O口输出的脉冲信号分别调整控制三个发光二极管亮度的三个功率开关管的通断时间比，调节三色发光二极管的平均亮度，使其重新达到白平衡。
3.一种背光源用三色发光二极管的亮度控制电路，其特征在于：
设有***电路包括时序产生电路和复位电路的微控制器，所述时序产生电路产生时序信号，作为微控制器的工作脉冲，所述复位电路用于微控制器上电复位；
所述微控制器的I/O口分别与发光二极管电路的输入端，即控制发光二极管亮度的功率开关管的控制端相连，所述微控制器按照发光二极管的普遍衰减规律，或者根据发光二极管测试装置所评估的发光二极管的衰减特性曲线，设定程序在达到设定调整白平衡的时间调整I/O口输出高低电平的时间比，调整控制发光二极管亮度的功率开关管的通断时间比，以调整发光二极管的平均亮度，使其重新达到白平衡；
还设有与所述微控制器相连的非挥发性存储器，在电性消失后仍然能够保存数据。
4.根据权利要求3所述的背光源用三色发光二极管的亮度控制电路，其特征在于：
所述非挥发性存储器设有电源电压监测电路，非挥发性存储器的外部写保护引脚与电源电压监测电路的复位信号输出端相连，在电源电压低于设定的门限电压时，所述电源电压监测电路输出复位信号，直至在一段时间内电源电压又恢复至高于门限电压为止。
5.根据权利要求3或4所述的背光源用三色发光二极管的亮度控制电路，其特征在于：
所述非挥发性存储器包括电擦除可编程只读存储器、快闪存储器、铁电存储器、磁性存储器与相变存储器。
6.根据权利要求5所述的背光源用三色发光二极管的亮度控制电路，其特征在于：
所述非挥发性存储器是闪存芯片。
7.根据权利要求6所述的背光源用三色发光二极管的亮度控制电路，其特征在于：
所述微控制器是基于8051结构的微控制器，包括与8051保持程序代码兼容性的兼容微控制器。
8.根据权利要求7所述的背光源用三色发光二极管的亮度控制电路，其特征在于：
所述微控制器是集成有闪存芯片的微控制器。
9.根据权利要求8所述的背光源用三色发光二极管的亮度控制电路，其特征在于：
所述微控制器的三个I/O口分别与发光二极管电路的三个输入端，即控制三色发光二极管亮度的三个功率开关管的控制端相连，所述微控制器按照发光二极管的普遍衰减规律，或者根据发光二极管测试装置所评估的发光二极管的衰减特性曲线的，设定程序在达到设定调整白平衡的时间分别调整所述三个I/O口输出高低电平的时间比，分别调整控制三色发光二极管亮度的三个功率开关管的通断时间比，以调整三色发光二极管的平均亮度，使其重新达到白平衡。
10.根据权利要求9所述的背光源用三色发光二极管的亮度控制电路，其特征在于：
所述控制发光二极管亮度的功率开关管是金属-氧化物-半导体场效应管、NPN型三极管、PNP型三极管，由微控制器的I/O口输出的高低电平控制其导通或关闭。
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