JP2005530312A - Ｌｅｄの白色光による電子ディスプレイのバックライティング - Google Patents

Abstract

LEDを用いて電子ディスプレイをバックライティングする装置および方法であって、マイクロプロセッサを介したフィードバック制御により明度、放射出力およびカラーレベルを制御し、それにより白色バックライトを実質的に一定のレベルに維持する。オペレータはその制御を選定することができる。

Description

本発明は全般に、液晶（LCD）または他の電子ディスプレイのバックライトシステムに関し、特に赤-緑-青（RGB）発光ダイオード（LED）バックライトの色および光束レベルの制御、並びにそのようなバックライトを制御するセンサに関する。

RGB-LEDによって発生される白色光を用いたバックライティングは当業者に周知である。しかしながらLEDの特性は温度、電流および老朽化とともに変化する。これらの特性はさらにあるバッチ内の1つのLEDと別のバッチ内の1つのLEDでも変化する。

このようにそのようなバックライティングシステムの色および光束レベルを設定限界内で維持するフィードバック制御に対してのニーズがある。フィードバック制御を十分に機能させる場合、必要な光学的フィードバックを提供するセンサを適切に設ける必要がある。

本発明はLEDを用いて電子ディスプレイをバックライティングする装置および方法を提供するものであり、マイクロプロセッサを介したフィードバック制御によって、明度、放射出力および三刺激レベルを制御し、それにより白色バックライトを実質的に一定のレベルに維持する。オペレータはその制御を選定することができる。

本発明のある実施例は、白色光で電子ディスプレイをバックライティングする装置であって：
複数の発光ダイオード（LED）であって、前記LEDの各々は単一色の光を放射するのに有効な複数の発光ダイオード；
白色光を形成するように組み合わせて配置された少なくとも3つの前記LEDで構成される少なくとも1つの光源；
前記白色光で前記ディスプレイを照射するのに有効な光導体；および
前記少なくとも1つの光源を制御することによって、前記白色光の色および明度を実質的に一定のレベルに維持するのに有効な回路；
を有する装置である。本発明のこの実施例では、白色光で電子ディスプレイをバックライティングする方法を利用し、その方法は：
複数のLEDを駆動させるステップであって、前記LEDの各々は単一色の光を放射するステップ；
少なくとも3つの前記LEDから放射される光を結合して白色光を形成するステップ；
前記白色光で前記ディスプレイを照射するステップ；および
フィードバック回路により前記白色光の色および輝度を制御するステップ；
を有する。

本発明の別の実施例は、白色光で電子ディスプレイをバックライティングする装置であって：
複数のLEDを駆動させる手段であって、前記LEDの各々は単一色の光を放射する手段；
少なくとも3つの前記LEDから放射される光を結合して白色光を形成する手段；
前記白色光で前記ディスプレイを照射する手段；および
フィードバック回路により前記白色光の色および輝度を制御する手段；
を有し、前記制御する手段はオペレータの指示に従うことを特徴とする装置が提供される。本発明はこれらの態様を1または2以上取り扱う。

添付図面内の同じ参照符号は同じ構成要素および部品を示す。

図1には交流源115から出力を得る電源装置110を用いて、実質的に均一にLCD100または同様のディスプレイをバックライティングする白色光制御装置が示されている。電源装置110はさらに複数のLEDドライバ120、130、140を有し、それぞれ赤、緑および青のドライバに相当する。各LEDドライバ120、130、140は、適当な直列および並列接続の組み合わせで接続された同じ色の複数のLEDに接続され、各々のLEDは複数の光源150、160を有する。

光源150、160の各々はLEDの過熱を避け、色を最大限均一にするため、ヒートシンク190、200に取り付けられる。次に光源150、160は順次、光導体170の端部に取り付けられる。色の均一性を維持するため、R-G-B、R-G-B-G、G-R-B等のような色を最大限均一にするLEDの適切な組み合わせで、各光源150、160に単一の白色セルが形成される。光学的な配置により、光源150、160のLEDからの光は光導体170に結合される。

LEDドライバ120、130、140は、電源装置110内で適切に変換された電流を光源150、160におけるLEDに給電する。マイクロプロセッサ180は光導体170における色および光束の制御に必要な機能を有するようにプログラム化されており、LEDドライバ120、130、140からの電流を制御する信号を提供する。複数の光センサ210は回路230を経由してフィードバックを送信し、マイクロプロセッサ180はLEDドライバ120、130、140へ送信する信号を変化させる。これらの信号は振幅変調、PWM信号または他の適切な値の形を取っても良い。制御器240はマイクロプロセッサ180に信号を送り、マイクロプロセッサは、光導体170によってバックライト付LCDまたは他の電子ディスプレイ（示されていない）の色および輝度レベルを定める。

フィードバック制御は光導体170における色および輝度レベルを維持するために必要である。そのような制御がされないと、光源150、160における個々のLEDの特性の差異によって、光導体170における色および輝度は許容される限界を超えて変化してしまう。必要なフィードバック制御はセンシングによってどのようなサンプルが得られるかによって変化する。

本発明の第1の実施例では、光源150、160の温度はヒートシンク190、200内で検知される。マイクロプロセッサ180は、光源150、160におけるLEDの特性変化によって生じる光導体170における温度に関連する色および輝度の変化を補正するようにプログラム化される。この補正はLEDドライバ120、130、140によってLEDに送信される電流を調節することで行われる。この第1の実施例には個々のLEDにおける老朽化の影響を受けるような機構は全くない。

本発明の第2の実施例では、光ダイオード210は、フィルタ処理されていない光ダイオード、Yフィルタの光ダイオードまたは他の適当な手段によって、光導体170における光束レベルおよび放射出力レベルのうち少なくとも1つを測定する。マイクロプロセッサ180は、光源150、160のLEDの特性の変化によって生じる光導体170における色および輝度の変化を補正するようにプログラム化され、LEDドライバ120、130、140からの電流を所望のレベルの光束および／または放射出力に調節する。この第2の実施例は温度変化によって生じる色の変化に対応することはできない。

第3の実施例では、ヒートシンク190、200における温度および光導体170における光束レベルまたは放射出力のうち少なくとも1つが、第1および第2の実施例に示したように検知され、マイクロプロセッサ180に送られる。本発明のこの実施例では、2組のフィードバック刺激に応答してLEDドライバ120、130、140からの電流を調節するプログラム化マイクロプロセッサ180によって、光源150、160におけるLEDの老朽化および温度による変化の両方が補正される。

第4の実施例では、光導体170における白色光の三刺激値を検知するため、光ダイオード210は適切なフィルタでフィルタ化される。これらの三刺激値（または別の色の測定）は、LEDドライバ120、130、140の電流を調節して、光導体170における光の三刺激値を照合値に合わせる。

第5の実施例では、ヒートシンク190、200の温度は、第4の実施例に示すように調節された三刺激値に温度補正分を加えて測定される。

上述の実施例の全てにおいて、光導体170からの白色光の色および光束レベルはオペレータにより手動で、または制御回路により自動で設定することができる。

色の均一制御に必要なフィードバック素子を提供するセンサを適切に設ける必要がある。図1を参照すると、各ヒートシンク190、200は3つの温度センサ250を有する。ヒートシンク190、200上の温度センサ250の配置は後の温度プロファイルに依存する。フィードバック制御は温度センサ250の出力の重み付け平均に基づく。

本発明では最低1組の光ダイオード210が必要となるが、それらの配置は変化させることができる。図1によると、第1の実施例では、各組の光ダイオード210は光導体170の２つの辺の各々に対し中央に設けられる。

図2によると、第2の実施例では、光ダイオード210は光導体170の底面の、光導体の本体とその下の反射器の間に設置される。光導体170における光は少なくとも1組の光ダイオード210によって検知され、全ての光ダイオードからの平均がマイクロプロセッサ180に利用される。図2には3組の光センサ260、270および280が示されている。これらは平坦な光導体170の中央に、実質的に一列に設置され、一列の中央には光センサ270が設置される。光センサ260、280の各々は側面から近似的に1/4の距離に設置される。

図3によれば、本実施例では、単一の光源のみが光導体170を照射することができる。すなわち光導体170の単一の側での照射のため、光源150はヒートシンク190に組み込まれており、図1のような光源160は存在しない。光源150が単独の場合、光センサ260、270、280は光導体170の光源150と反対の端部に設けられても良い。これらは一列に設置され、一列の中央には光センサ270が設置される。光センサ260、280は各々側面から近似的に1/4の距離に設置される。

本発明の範囲で、光ダイオード210および温度センサ250はその他の多くの配置および数にすることが可能である。

添付図面を参照して本発明の好適実施例を示したが、本発明はこれらの実施例と正確に一致する場合に限定されるものではないこと、および添付の請求項に示される本発明の範囲または観念から逸脱しないで多くの変更や修正が可能であることが当業者には理解されよう。本発明の他の態様および特徴は、図面、説明および請求項を精査することによって得ることができる。

マイクロプロセッサにより制御されるRGB-LEDによってLCDまたは他の電子ディスプレイをバックライティングする本発明の装置を示す図である。 光導体内の光センサの配置を示す図である。 １辺のみに光源が用いられた場合の光導体における光センサの配置を示す図である。

Claims (20)

1. 白色光で電子ディスプレイをバックライティングする装置であって：
   複数の発光ダイオード（LED）であって、該LEDの各々は単一色の光を放射するのに有効な複数の発光ダイオード；
   白色光を形成するように組み合わせて配置された少なくとも3つの前記LEDで構成される少なくとも1つの光源；
   前記白色光で前記ディスプレイを照射するのに有効な光導体；および
   前記少なくとも1つの光源を制御することによって、前記白色光の色および明度を実質的に一定のレベルに維持するのに有効な回路；
   を有する装置であって、前記回路は自動または手動のいずれかで制御されることを特徴とする装置。
2. 前記回路は、前記LEDに流れる電流を制御するのに有効なマイクロプロセッサを有することを特徴とする請求項1に記載の装置。
3. 前記回路は前記光導体の明度を測定して、その測定値を前記マイクロプロセッサに送るのに有効な少なくとも1組の光ダイオードを有することを特徴とする請求項2に記載の装置。
4. 前記回路は、前記光導体における放射出力レベルを測定して、前記マイクロプロセッサにその測定値を送るのに有効な少なくとも1組の光ダイオードを有することを特徴とする請求項2に記載の装置。
5. 前記回路は、前記光導体における前記白色光の色値を測定して、前記マイクロプロセッサに前記値を送るのに有効な少なくとも1組の光ダイオードを有することを特徴とする請求項2に記載の装置。
6. 前記複数のLEDは少なくとも1つのヒートシンクに組み込まれ、前記ヒートシンクには、前記LEDの温度を測定して、前記温度を前記マイクロプロセッサに送るのに有効な少なくとも1つのセンサが取り付けられることを特徴とする請求項2に記載の装置。
7. 前記光導体の明度を測定するのに適した前記センサおよび少なくとも1組の光ダイオードは、同時に前記マイクロプロセッサに出力を送ることを特徴とする請求項6に記載の装置。
8. 前記光導体における放射出力レベルを測定するのに適した前記センサおよび少なくとも1組の光ダイオードは、同時に前記プロセッサに出力を送ることを特徴とする請求項6に記載の装置。
9. 前記光導体における前記白色光の三刺激値を測定するのに適した前記センサおよび少なくとも1組の光ダイオードは、同時に前記プロセッサに出力を送ることを特徴とする請求項6に記載の装置。
10. 前記少なくとも1組の光ダイオードは、少なくとも1つの単一光源と反対側の前記光導体の端部に沿って、相互に有効な間隔で一列に設置された3つのダイオードを有し、前記組の中央のダイオードは実質的に前記端部の中央に設置されることを特徴とする請求項1に記載の装置。
11. 前記少なくとも1組の光ダイオードは、前記光導体の中央部に相互に有効な間隔で実質的に水平な一列に設置された3つのダイオードを有し、前記組の中央のダイオードは実質的に前記端部の中央に設置され、前記少なくとも1つの光源は前記光導体の各端部の1組の光源であることを特徴とする請求項1に記載の装置。
12. 白色光で電子ディスプレイをバックライティングする方法であって：
    複数のLEDを駆動させるステップであって、該LEDの各々は単一色の光を放射するステップ；
    少なくとも3つの前記LEDから放射される光を結合して白色光を形成するステップ；
    前記白色光で前記ディスプレイを照射するステップ；および
    フィードバック回路により前記白色光の色および輝度を制御するステップ；
    を有する方法。
13. 前記制御するステップはさらに前記LEDの温度を検知するステップを有することを特徴とする請求項12に記載の方法。
14. 前記制御するステップは、少なくとも1組の光ダイオードによって前記白色光の放射出力レベルを検知するステップをさらに有することを特徴とする請求項12に記載の方法。
15. 前記制御するステップは、少なくとも1組の光ダイオードによって前記白色光の明度を検知するステップをさらに有することを特徴とする請求項12に記載の方法。
16. 前記制御するステップは、少なくとも1組の光ダイオードによって前記白色光の色値を検知するステップをさらに有することを特徴とする請求項12に記載の方法。
17. 前記制御するステップは、前記白色光の検知された三刺激値を前記LEDの検知温度に組み合わせるステップをさらに有することを特徴とする請求項12に記載の方法。
18. 前記制御するステップは、前記白色光の検知された明度を前記LEDの検知温度に組み合わせるステップをさらに有することを特徴とする請求項12に記載の方法。
19. 前記制御するステップは、前記白色光の検知された放射出力を前記LEDの検知温度に組み合わせるステップをさらに有することを特徴とする請求項12に記載の方法。
20. 白色光で電子ディスプレイをバックライティングする装置であって：
    複数のLEDを駆動させる手段であって、該LEDの各々は単一色の光を放射する手段；
    少なくとも3つの前記LEDから放射される光を結合して白色光を形成する手段；
    前記白色光で前記ディスプレイを照射する手段；および
    フィードバック回路により前記白色光の色および輝度を制御する手段；
    を有し、前記制御する手段はオペレータの指示に従うことを特徴とする装置。

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