[发明专利]一种发光二极管模组及其亮度测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及发光二极管模组中的无机发光二极管模块，特别是可通过模块中的器件的反馈信号对发光二极管模块进行光衰补偿的一种发光二极管模组及其亮度测量方法。

背景技术

发光二极管(LED)是一种将电能转化为光能的固体发光器件，因其具有寿命长、体积小、耐震性好、节电、高效、响应时间快、驱动电压低及环保等优点，而在指示、显示、装饰、照明等诸多领域有着广泛的应用。

根据RGB三基色叠加原理，利用发光二极管芯片所发出的不同颜色光叠加即可模拟出自然界中的各种颜色，该原理最重要的应用为：1.由红(R)绿(G)蓝(B)三色LED形成白光发光模块，多个模块组合形成模组作为LCD背光源；2.由RGB三色LED动态变换亮度形成特定颜色和亮度的显示模块，显示模块组合成二维矩阵用于发光二极管显示屏；3.由RGB三色LED混色显示模块分布形成的模组用于氛围装饰照明。这些应用要求控制发光二极管模块的亮度及颜色并保持其稳定，同时也要求组成模组的模块之间的亮度和颜色能够匹配。因制成发光二极管的芯片材料性质不同、用于封装发光二极管的材料在不同颜色光波段的衰减性质差异造成RGB发光二极管模块的亮度及颜色随时间变化。例如：红光发光二极管芯片由生长在GaAs衬底上的AlGaInP(磷化铟镓铝)半导体材料制成，由于其外延材料与衬底晶格匹配、晶体缺陷少，所以红光发光二极管芯片工作可靠、衰减很小；然而当应用所需的蓝光和绿光发光二极管芯片由生长在蓝宝石或碳化硅衬底上的AlGaInN(氮化铟镓铝)材料制成，它们的外延材料与衬底晶格失配较大，外延晶体缺陷多，导致蓝光和绿光发光二极管芯片亮度在使用过程中的衰减显著大于红光LED。除了芯片材料性质的差异外，封装用环氧树脂在短波光照射下或高工作温度环境中会逐渐发黄(环氧树脂黄化)从而影响光透过率。黄化环氧树脂对蓝光的吸收大于对绿光的吸收，更大于对红光的吸收。此效应使得蓝光LED亮度随时间衰减较红光和绿光LED更大。Narendran等人的研究(SPIE Proc.4776，61(2002))表明在相同的工作条件下，绿光LED衰减较红光LED大一倍，而蓝光LED衰减较红光LED大五倍。

构成发光模组的RGB发光二极管模块衰减特性不同，会导致模组的亮度及颜色的均匀性随时间变化，此现象是由于同一颜色发光二极管由于工艺的波动和缺陷分布的变化造成衰减特性有所不同；封装在模块中的LED，由于模块封装条件和器件工作条件不同，衰减特性也会有所不同；模块之间的衰减特性的不同最终导致由模块构成的模组的亮度和颜色不均匀，影响应用性能。

为了克服不同颜色LED的衰减特性的差异，现有技术可以采用假设LED的衰减规律，通过随时间补偿的方法修正亮度，此方法非常不准确且不能解决由于构成模组的模块衰减特性的不同导致的模组均匀度衰减问题，因为即使同一颜色的LED，器件之间衰减率差别可超过100％；克服衰减问题的另一技术方法是工作一段时间后对每一模块重新调校，但此方法耗时耗财，不很实用。美国专利申请US2006/0227085A1(简称：美085)提出在每一发光二极管模块中加装一个探测器件来监测每一个发光二极管的亮度，用光探测器来控制发光器件亮度已广泛用于工业界，并非新方法或技术，目前可行的低成本探测器为硅探测器，其结构决定硅探测器工作在正面接受光模式，根据美085，探测器接受的信号为发光二极管发射光从模块表面反射到探测器的光。此反射光信号相当弱，环境光的波动足以影响探测器检测灵敏度，如不增加复杂的交流信号监测电路，调整只能在环境光弱的情况下进行。美国专利US6320325B1(简称：美325)公布了有机发光二极管(OLED)显示屏的亮度控制方法，OLED显示采用在同一基板上制作多个有机发光二极管结构，因而不同器件在同一平面上，且紧靠在一起(微米级)，可以应用器件间的光耦合或垂直光耦合到一个探测器来控制光亮度。无机发光二极管(LED)模块由于由多个独立器件封装在一起组成，器件间距大(毫米级)，且常不在同一平面上(红光芯片厚度为绿光芯片的两倍)，光的侧向耦合效率要低得多，因此对无机发光二极管模块中器件亮度进行内部测量并通过其外围补偿电路处理将有利于解决发光二极管模块的光衰补偿问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提出利用发光二极管模组内的发光二极管或发光芯片作为光亮度探测器对模组内部的其他发光二极管或发光芯片进行亮度测量，以测量的光亮度衰减信号通过探测补偿电路对发光二极管模组进行光衰补偿的一种发光二极管模组及其亮度测量方法。