JP2008034841A - 使用寿命を通じて色均一性を再較正するｌｃｄのためのｌｅｄバックライト - Google Patents

Abstract

【課題】白色光バックライトのために発光ダイオードを制御する技術を提供する。
【解決手段】バックライトの寿命を通してその色及び輝度の均一性が維持されるように時間と共にそれ自体を再較正するＬＣＤバックライトのためのＬＥＤ光源。バックライトは、各々が白色点を発生する赤、緑、及び青色ＬＥＤのクラスターを収容する。１つ又はそれよりも多くの光学センサがバックライトに配置され、センサ信号が処理回路によって検出され、単一クラスターで活性化されたあらゆるＬＥＤの光出力を感知する。測定白色点及び光束は、記憶目標白色点値及び光束と比較される。ＬＥＤへの電流は、各クラスター目標レベルを達成するように自動調節される。処理は、再較正の完了まで順番に各クラスターに適用される。再較正は、時間によるＬＥＤ劣化の影響を補償するためにバックライトの寿命を通して様々な時間に行われる。この技術の変形も説明する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のような白色光バックライトを作るために発光ダイオード（ＬＥＤ）を制御することに関する。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、一般的に、携帯電話、携帯情報端末、ラップトップコンピュータ、デスクトップモニタ、及びテレビジョンに使用される。ＬＣＤは、バックライトを必要とする。フルカラーのＬＣＤには、バックライトは、白色光である。白色光の白色点は、一般的にＬＣＤ製造業者により指定され、様々な用途に対して異なる場合がある。白色点は、加熱黒体色温度として特定されている。
一般の白色光バックライトには、蛍光管、又は赤色、緑色、及び青色ＬＥＤの組合せのいずれかを使用する。

ＴＶ及びモニタ用のような中型及び大型バックライトには、各色から成る多数のＬＥＤが使用される。典型的には、単色のいくつかのＬＥＤがプリント回路基板（ＰＣＢ）上に直列に接続される。一般的に、バックライトには、外部電流ドライバが使用され、各ドライバは、赤色、緑色、又は青色ＬＥＤの１つ又はそれよりも多くの列を駆動する。ＬＥＤを通る電流量は、輝度を制御する。ＲＧＢのＬＥＤの群は、一般的に、単一のＰＣＢ上に取り付けられ、大型ＬＣＤでは多数のＰＣＢがある場合がある。

ＬＣＤスクリーン全体にわたって色の均一性を有することが重要である。これは、一般的に、各ＬＥＤをその特性に応じて「種分け」し、次に、白色点が厳密に適合した基板だけが単一のバックライトに使用されるように、ＰＣＢ上に種分けされた赤色、緑色、及び青色ＬＥＤを組み合わせることにより達成されてきた。均一な光特性を有する基板を作る工程は高価で多大の時間を必要とする。その上、ＰＣＢ内部及びＰＣＢ間の変動は、完全には抑制されていない。

色の均一性に対して更に障害になるものとして、ＬＥＤの輝度が時間の経過に伴って変化し、かつ全てのＬＥＤが同じ量だけ変化するとは限らないことがある。従って、初期の色均一性が良いバックライトは、時間の経過に伴い次第に不均一になってくる。別の問題は、直列内のＬＥＤが故障して開回路になると、直列の全ＬＥＤは電力の受電を停止することになることである。これは、付加的な不均一性をもたらす。

バックライトにわたる色及び輝度の均一性がバックライトの寿命にわたって維持されるように時間の経過に伴ってそれ自体で自動的に再較正するバックライトのためのＬＥＤ光源を説明する。
一実施形態では、ＲＧＢのＬＥＤは、バックライト内にクラスターにまとめられ、クラスターは、アレイに配置される。３２インチＬＣＤテレビスクリーンにおいては、８０−３００個のＬＥＤ及びクラスターに４つ又はそれよりも多くのＲＧＢのＬＥＤを有する２０−７５個のクラスターがある場合がある。

一実施形態では、クラスター内の各色は、クラスター内の各色の輝度が別々に制御可能なように、それ独自の制御可能なドライバ（電流電源）を有する。このようにして、各クラスターの白色点及び輝度は、独立して制御することができる。適切なドライバ電流レベルに設定することにより、色及び輝度の均一性を達成することができる。
１つ又はそれよりも多くの光センサが、バックライトに配置され、センサ信号は、処理回路よって検出され、活性化されたあらゆるＬＥＤの光出力を感知する。

一実施形態では、単一のクラスターでの各色は、順番に活性化され、ＲＧＢの輝度レベルは、光センサにより感知される。ＲＧＢの輝度レベルは、活性化されたクラスターに対する記憶目標輝度レベルと比較される。ＲＧＢのＬＥＤへの電流は、次に、各クラスターに対する目標ＲＧＢ輝度レベルを達成するために自動的に調節される。クラスター内のＲＧＢのＬＥＤを順番に活性化する代わりに、単一クラスター内の全ＬＥＤを活性化することができ、センサは、白色点及び全体輝度を検出する。ＲＧＢのＬＥＤへの電流レベルは、次に、そのクラスターに対する目標白色点及び輝度を達成するため自動的に調節される。ルックアップテーブルを使用して、各クラスターに対する目標レベルを達成するための必要な電流調節を直接に特定することができる。この工程は、順番に各クラスターに適用される。

目標レベルは、好ましくは、完全なＬＥＤテレビを組み立てた後に得られる。１つの選択肢は、組立て後にＬＣＤ−ＴＶの色誤差を測定し、クラスターの白色点を調整することによって誤差を補償することである。そのようにして、ＬＥＤ変動に対してだけではなく、機械的変動、光学的変動、及びＬＣＤパネルの色変動に対してさえ補償することができる。
目標レベルは、クラスター内での各ＬＥＤに対する最適の色及び輝度を発生させるようにドライバを制御し、次に、得られるセンサ信号をその後の再較正中に達成すべき目標値としてルックアップテーブルに記憶することにより、バックライトが組み立てられる時に経験的に発生させることができる。

単一クラスター内での同じ色のＬＥＤは、一般的に直列接続になっており、従って、１つのＬＥＤの故障は、クラスター内のその色の全ＬＥＤを停止させる。すなわち、クラスターは、もはやその色を生成せず、色の不均一性が起こることになる。この問題を軽減するために、本出願人は、同一クラスター内でのＬＥＤを直列接続にしないで、クラスター内の１つのＬＥＤを別のクラスター内の同じ色のＬＥＤと直列接続にする。このようにして、ＬＥＤのうちの１つが故障した場合、同じ色の余剰のＬＥＤは、両方のクラスター内で依然として活性化していることになる。再較正の際に、これらのＬＥＤを通る電流は、故障ＬＥＤを補償するために増加させることができる。
色の均一性のための再較正は、日付クロックに従うか、ユーザが再較正を開始するか、又はＬＣＤの起動時のようにいつでも行うことができる。
ＬＣＤの寿命を通じてＬＣＤにわたる色の均一性を改良するための各種の他の技術を説明する。
同じ数字で表示されている要素は、同一のもの又は均等物と考えられる。

本発明の用途は、一般照明及びＬＣＤのためのバックライトを含む。本発明の１つの態様は、バックライトの各部分の光出力を自動的に検査し、色補正をすることにより、バックライト全体の色の均一性の改良を行う。色の均一性を改良するための技術については、本発明の一実施形態において使用されるシステムについての説明の後に図５−７の流れ図で詳述する。
図１は、バックライト１２を含むカラー透過型ＬＣＤ１０の断面図である。バックライトは、赤色、緑色、及び青色のＬＥＤのアレイを含み、これらを組合せた光が白色光を形成する。他のＬＥＤの色もまた使用することができる。

バックライト１２は、理想的には、ディスプレイの背面に均一の光を供給する。物理的に離間させて配置したＬＥＤを使って均一の白色光を与えることは、浅いバックライトボックスの中では大変にむずかしい。バックライトは、アルミニウムシートで形成することができ、また、その内壁及び基部は、赤色、緑色、及び青色光を混合させるために、白色ペイントのような拡散性反射材料で被覆されている。別の実施形態では、側壁は、反射フィルムで被覆されている。各種の反射材料が市販され、かつ公知である。一実施形態では、バックライトの厚みは、２５−４０ｍｍである。

拡散器のような混合光学器械１６は、色の混合を改良する。
混合光学器械１６の上方には、従来のＬＣＤ層１８があり、典型的に偏光板、ＲＧＢフィルタ、液晶層、薄膜トランジスタアレイ層、及び接地面層から成る。各ピクセルの位置で選択的に薄膜トランジスタを活性化させることで、各ピクセルの位置で形成される電界は、液晶層の各ピクセルの位置における白色光の偏光の変化を引き起こす。ＲＧＢフィルタは、白色光の赤色、緑色、又は青色成分を対応するＲＧＢピクセルの位置に放射させるだけである。液晶層のＲＧＢピクセル領域は、光を選択的にバックライト１２からＬＣＤ層１８内のフィルタへ通過させる。ＬＣＤ層１８の最上部は、ＲＧＢピクセルを有するテレビジョン又はモニタの表示画面とすることができる。ＬＣＤは、公知であるからこれ以上の説明は要しない。
映像信号は、液晶層のＲＧＢピクセル領域を制御するために信号を薄膜トランジスタアレイのためのＸＹ制御信号に変換するＬＣＤコントローラ１９に供給される。図１に示されている他の要素については後述する。

図２は、図１のバックライト１２として使用することができるバックライト２０の一部分の上面図である。バックライト２０は、ＬＥＤ２２のアレイを収容する。ＬＥＤは、クラスター２４内に配置される。空間がクラスター間に示されているが、一列に並んだ全ＬＥＤはまた、クラスター間に空間を追加することなく等間隔にすることができる。一実施形態では、クラスター内のＬＥＤのピッチは、約１０−１５ｍｍである。ＬＥＤは、プリント回路基板をバックライト空洞の底面に固定して、プリント回路基板ストリップ上に取り付けることができる。

図２の各クラスター２４は、ＲＧＢＧＲから成る一連の５つのＬＥＤで形成されている。クラスター内において、ＲＧＢＢＧＲ、ＢＧＲＲＧＢ、ＲＢＧＲ、その他のような他の適切なＬＥＤの順序及び数を使用することができる。バックライトの一例においては、３２インチテレビスクリーン用には、１列に６つのクラスター及びそれが５列ある。
別の実施形態では、付加的な色の均一性を得るために、単一のバックライト内で交替する２つ又はそれよりも多くの異なるクラスター型式がある場合がある。

図２はまた、バックライト空洞に取り付けられた光センサ２６−２９を示している。これらのセンサ２６−２９は、従来のフォトトランジスタ又はマグニチュードが光の輝度と関係する信号を発生する他のタイプの光センサとすることができる。バックライト内の単一センサを含むどのような数の光センサを使用することもできる。各センサは、広い範囲の波長に感受性があるとすることができ、又は各センサは、赤色フィルタセンサ、緑色フィルタセンサ、及び青色フィルタセンサを含む３つのセンサを含むことができる。センサはまた（又は、その代わりに）、色温度を測定することができる。広範囲の波長に感受性があるセンサを使用して、活性化されたあらゆるＬＥＤの輝度レベルも検出することができる。カラーフィルタセンサを使用して、ＲＧＢのＬＥＤが同時に活性化された時でもＲＧＢの色成分の輝度を検出することができる。本明細書では、クラスターの白色点の再較正のための各種の技術、及び再較正用に使用する特定技術に依存して使用される最適のタイプのセンサを説明する。

図３は、センサ２６−２９を収納する適切なバックライト３２に関する別の例の上面図である。バックライト３２内のＬＥＤのクラスター３４は、中央に青色ＬＥＤを有する四つ葉のクローバー状のパターンに配置される。
図４は、ＬＣＤ内の１つ又はそれよりも多くのＰＣＢ上に取り付けられているＬＥＤを駆動するための電子機器の例を示している。ＲＧＢのＬＥＤを通る電流を調節することにより、どの白色点もバックライト内の各クラスターによって達成することができる。

赤色ＬＥＤ３６、緑色ＬＥＤ３７、及び青色ＬＥＤ３８の直列の列が示されている。別の実施形態では、ある一定の色のＬＥＤは、直列に接続されていない。例えば、図２及び３の実施形態では、クラスター内には１つの青色ＬＥＤだけである。仮にクラスター内の各色が個別に制御される場合では、図２及び３の青色ＬＥＤは、直列に接続されないであろう。同じ色の多数のＬＥＤを有する６つのＬＥＤから成るクラスターに対しては、同じ色のＬＥＤを直列に接続することができる。

図４では、同じ色のＬＥＤが同じ群にまとめられているのが示されているが、各列は、異なるクラスター内にあり、大きく隔てることができる。一実施形態では、直列の列は、それぞれ２つのＬＥＤを含むだけであるが、クラスターの構成及び望ましいＬＥＤ制御次第では、より多くの数になる場合がある。
赤色、緑色、及び青色ＬＥＤの構造が大きく異なるためにＬＥＤの各色に対する最適電圧が異なる場合があるので、各赤色、緑色、及び青色ＬＥＤ列のアノード端部は、それぞれ電圧レギュレータ４０、４１、４２に接続される。代替的に、全てのＬＥＤは、同一電圧に接続することができる。各列のカソード端部は、各電流電源で発生する電流を制御することによって各列の輝度を個別に制御することができるように、それ自体の電流電源４３に接続される。

電圧レギュレータ４０−４２は、スイッチモード電源（ＳＭＰＳ）と呼ばれる場合があるスイッチングレギュレータが好ましい。スイッチングレギュレータは、非常に効率がよい。１つの適切なタイプは、従来のパルス幅変調（ＰＷＭ）レギュレータである。レギュレータは、電圧Ｖｏを出力し、かつ基準電圧Ｖｒｅｆ及びフィードバック電圧Ｖｆｂを受電する差動増幅器４４、４５、４６として表される。入力電圧Ｖｃｃは、ある一定の範囲のどのような値でも可能である。各電圧レギュレータ４０−４２は、ＶｆｂがＶｒｅｆに等しくなるようにＶｏを維持する。Ｖｒｅｆは、Ｖｆｂが妥当な作動に対して電流電源にわたって降下するのに必要なほぼ最小電圧であるように設定される。ＬＥＤの各列は、それ自体で順方向電圧を有しているので、各電圧レギュレータ４０−４２に対するＶｒｅｆは、異なる場合がある。Ｖｏを直列ＬＥＤの合成順方向電圧よりも少しだけ高く保持することにより、電流電源にわたって余分の電圧が降下しない。従って、電流電源による浪費エネルギは最小である。電流電源にわたる降下電圧は、一般的に２ボルト未満であるべきである。

ＬＥＤの各直列／並列群に対するフィードバック電圧Ｖｆｂは、最小電圧検出器５０−５２によって設定される。最小電圧検出器５０−５２は、電圧が列の電流電源の適正作動に必要な最小値未満にならないことを保証する。
各電圧レギュレータは、「ＬＴＣ３４５３同期バックブースト高電力白色ＬＥＤドライバ」で使用されるようなバックブーストＰＷＭスイッチングレギュレータとすることができる。このようなバックブーストレギュレータは公知であり、ここで説明する必要はない。

各電流電源４３は、クラスターの望ましい白色点を達成するためにその関連するＬＥＤの輝度を制御するように制御可能である。各電流電源は、電流が制御信号で制御される列と直列のトランジスタを含むことができる。制御信号は、各クラスターに対する目標白色点を達成するために必要なプロセッサにより決定されるレベルに設定される。目標白色点及び目標輝度は、個別のクラスターに対しては、それぞれ異なる場合がある。例えば、バックライト内の反射壁近くのクラスターは、ＬＣＤスクリーンにわたってより均一な輝度を達成するために、中央近くのクラスターの目標輝度よりも低い目標輝度を有するであろう。図４において、電流電源４３の制御信号入力端末は、ＡＭ（振幅変調）とラベル付けされ、ＥＮ端末は、ＰＷＭコントローラに連結されている。ＡＭ信号は、電流電源が信号ＥＮで有効にされた時のパストランジスタの「線形」導電率を制御するために使用される。ＡＭ信号のマグニチュード又はＥＮ信号の負荷サイクルのいずれかを使用して、それぞれのＬＥＤの輝度を制御することができる。好ましい実施形態では、ＥＮ端末に印加されるＰＷＭ負荷サイクルは、バックライトの全体輝度（グレースケール）を制御するために使用され、一方、各クラスターの白色点（ＲＧＢ均衡）は、そのクラスターのための電流電源に印加されたＡＭ入力信号によって制御される。ＡＭ信号は、可変抵抗、電圧、又は電流とすることができる。

クラスターに対する望ましいＲＧＢ均衡を設定するためのＡＭ信号値は、内蔵メモリ５６にプログラムすることができる。ＬＣＤが起動すると、メモリ５６のデジタル値は、次に、電流レベルコントローラ５８によって適切なＡＭ信号に変換される。例えば、デジタル信号は、Ｄ／Ａ変換器により変換され、基準電圧又は制御電流として使用することができる。メモリ５６のサイズは、ＡＭ信号の所要精度及び制御すべきドライバの数により判断される。各電流電源に対するＡＭ信号レベルは、ＡＭ制御ピン５９を通じて制御及びプログラムすることができる。電流レベル制御装置５８からの出力が１本線だけで示されているが、電流レベル制御装置４８から各電流電源４３へは１つ又はそれよりも多くの線がある場合がある。
メモリ５６は、集積回路メモリである必要はなく、あらゆる形式をとることができる。

バックライトの全体輝度及び全体色点（グレースケール）は、フリッカーを防ぐために比較的高い周波数で電流電源の負荷サイクルを制御することにより（ＥＮ端子を使用）制御することができる。負荷サイクルは、全時間に対する稼働時間の比率である。従来のＰＷＭコントローラを使用して、望ましい周波数及び負荷サイクルの方形波を出力することができる。
本発明を実施するために、多くの他のタイプのドライバ回路を図４に示されている回路の代わりに使用することができる。
内蔵メモリ５６に記憶されたＡＭ信号値は、ＬＥＤ列間の固有の変動差を補償するために使用される。ＬＥＤ列間の変動は、時間が経過するに伴って変わるので、バックライトは、その寿命の間に再較正され、各クラスターに対する白色点を目標値に維持するようにＡＭ信号を調節する。

図５は、バックライトの寿命にわたって最適な色の均一性を得るためにバックライトを再較正するのに上述のシステムを使用することができる１つの技術を示す流れ図である。図５のブロック６６は、バックライト内のＬＥＤの各クラスターが白色点を生成すること、及びクラスター内の各色が別々の電流電源により制御されることを示している。各種のクラスターに対する目標白色点は、ＬＣＤにわたる最適な色の均一性を達成するために、バックライトの組立て中に事前に設定されていると仮定される。ＬＣＤテレビの組立ての後に目標白色点を設定することにより、全ての機械的変動、電気的変動、光学的変動、輝度変動、及び色変動が補償される。ＬＣＤのための大型バックライトの組立て中に外部センサを使って白色点を検出することは、ごく一般的であるので、ここで説明する必要はない。図５の技術は、バックライトの寿命にわたって最初の目標白色点を維持する。

図５の段階６８及び７０において、再較正技術は、あらゆる手段によって開始される。一実施形態では、前回の較正以降の時間を指示するクロックがＬＣＤ内に具備されている。時間が所定の間隔を超過した場合は、再較正が実施される。再較正はまた、ＬＣＤが起動する毎に実施することができ、又はユーザがプロンプト又はメニュー選択に従って手動で再較正を開始することができる。
段階７２において、再較正が実行される場合には、図２の左上部のクラスターのような単一クラスターが選択される。図１のドライバコントローラ／メモリ７３は、開始信号を受信して処理を実行し（ＡＳＩＣ，状態機械、マイクロプロセッサ、又は他の手段を使用して）、処理を実行するための図１のＲＧＢドライバブロック７４内の各種電流電源を順次選択して制御することができる。

段階７６において、選択されたクラスター内の単一Ｒ、Ｇ、又はＢ色に対する電流電源が起動され、残りの電流電源は停止される。電流レベルは、対応する目標値を得るのに使用するものと同一の電流レベルであるべきである。仮に図４のドライバシステムが使用される場合、この電流レベルは、ＡＭ信号によって設定され、電流電源のＥＮ入力に印加されるＰＷＭレギュレータ負荷サイクルは、再較正用として使用される所定値に設定されるであろう。これらの値は、図１のブロック７３のメモリと同一である図４のメモリ５６に記憶することができる。
別の実施形態では、測定されていないＬＥＤは、完全には停止されず、低いレベルに設定される。

段階７８において、図２の１つ又はそれよりも多くの光センサ２６−２９からの信号は、図１の光センサ信号プロセッサ８０により検出され、選択されたクラスター内で照射されたＬＥＤの輝度（光束）を判断する。一実施形態においては、全てのセンサからの信号は合成される。信号は、典型的には、増加した輝度がセンサ電流信号を増すセンサ内の１つ又はそれよりも多くのフォトトランジスタ又はフォトダイオードの導通によって判断される電流レベルであることになる。

段階８２において、プロセッサ８０は、図１のルックアップテーブル８４を試験されている色及びクラスターにアドレス指定する。各クラスターに対する各色は、別々のアドレスを有する。各アドレスに対するＬＵＴ８４でのエントリは、光センサ２６−２９で測定されるべき選択されたクラスター内のその色に対する目標輝度レベルである。これらの目標値は、Ｒ、Ｇ、及びＢの輝度レベルがそのクラスターに対する目標白色点を生ずるレベルに設定された時に、光センサ２６−２９からの信号を検出することによりバックライトの組立て時に経験的に判断することができる。クラスターの各色に対する目標輝度レベルの組合せは、そのクラスターに対する目標白色点を表している。

段階８６において、図１のドライバコントローラ７３は、検出された輝度が目標輝度に適合するまで、選択されたクラスター内のその色のＬＥＤに対する電流を区分的に増加させる。その時点で、その色及びクラスターに対する調節された電流制御レベル（ＡＭ信号レベル）は、図４のメモリ５６に記憶される。
段階８７において、選択されたクラスター内の全ての色が試験されたか否かを判断する。試験されていない場合、選択されたクラスター内の次の色が選択されて（段階８８）、その色に対する処理を反復する。

選択されたクラスター内の全てのＲＧＢ色が試験された状態で、次のクラスターが選択される（段階９０、９２）。クラスターは、どのような順序でも選択ができる。
全てのクラスターが試験されたと判断された状態で（段階９０）、再較正は完了である（段階９４）。
処理、メモリ、制御、及びドライバシステム全体は、全体的にコントローラと呼称することができる。各種の他のタイプの回路もコントローラとして作用することができるので、本発明は、特定の使用回路に限定されない。

一般的なこのタイプの順次方式の多くの変形を使用することができる。図６の技術は、図６の段階９８においてルックアップテーブル８４が図４のＡＭ電流制御信号を調節するための電流補正値を出力することを除き、図５のものと類似である。このようにして、電流は、測定輝度レベルが目標輝度レベルと適合するまで区分的に調節する必要がない。ＬＵＴ８４は、特定のクラスター内の各色に対する異なる検出輝度範囲のための別々のアドレスを有する。例えば、クラスター番号１内の赤色のためのＭ−Ｎからの検出輝度レベルに対するアドレスがあることになる。各色／クラスター組合せのための輝度範囲の数は、色補正の精度に影響を与える。各アドレス指定をされた輝度／色／クラスターは、ＬＵＴ８４がアドレス指定された時に出力されるエントリを有する。図６の技術において、エントリは、そのクラスター内のその色に対する目標輝度レベルを達成するための電流のある一定の補正（例えば、Ｘ量だけＡＭ信号を増す）である。この処理は、反復することができる。記憶した補正値は、経験的に判断することができる。

図７の技術において、選択されたクラスター内の全てのＬＥＤは、一度に１つの色ではなく、同時に活性化される（段階１０２）。活性化されたクラスターの白色点（ＲＧＢの均衡）及び活性化している電流でのクラスターの全体輝度（光束）は、光センサ２６−２９によって検出される（段階１０４）。一実施形態においては、センサは、色温度（色点）を測定する。別の実施形態では、光センサ２６−２９は、クラスターの光出力の赤色、緑色、青色成分を個別に測定するサブセンサを含む。ＬＵＴ８４は、選択されたクラスターにアドレス指定され、クラスターに対する目標色点及び目標全体輝度を特定する（段階１０６）。ＲＧＢに対する電流は、次に、目標色温度に到達して目標全体輝度に到達するまで、測定色温度と目標色温度の間の色温度の差に基づいてアルゴリズムに従って自動的に調節される（段階１０８）。電流電源制御値は、次に、図４のメモリ５６に記憶される。この処理は、各クラスターに対して反復される（段階９０、９２、９４）。

図７と類似の別の技術では、絶対色点及び絶対輝度レベルは、組立て中に最初に設定された目標値と同じになるようには調節されない。しかし、この技術は、依然として、全てのクラスターの色点及び輝度レベルを同じであるように設定する。処理に対する目標色点及び輝度は、全てのクラスターに対する平均値を測定することにより設定することができる。ルックアップテーブルは、光センサに対するバックライト内の活性化されたクラスターの位置に基づいて、各クラスターの光出力に対する補正係数を提供することになる。目標値が設定された後、各クラスターは、別々に活性化され、ＲＧＢ電流は、色点及び輝度目標値に適合するように調節される。この２段階処理は、光センサ２６−２９により検出中の外部光の影響を排除するのに有利とすることができる。

各クラスターの白色均衡を取る数学は、図８のマトリックスに関して説明されている。目標白色点及び光束は、Ｘ、Ｙ、及びＺの三刺激値によって表されている。色点（ｘ，ｙ）は、以下のように三刺激値に関係があり、つまり、ｘ＝Ｘ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）、ｙ＝Ｙ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）である。目標白色点は、図８のベクトルＷＰとして表される。個別のＬＥＤの測定値から、三原色の色点は、ｘ_R、ｙ_R、ｘ_G、ｙ_G、ｘ_B、ｙ_Bのように表される。これらの値は、図８でＭとラベル付けされたマトリックスを構築するために使用される。目標白色点及び光束に到達するために原色に必要とされる光束は、マトリックスＭの逆行列に目標白色点ベクトルＷＰを掛けて得ることができる。生じる光束は、ＬＥＤを通る電流を調節することにより得ることができる。特定の試験電流でＬＥＤの光束が判断されている場合、電流は、電流と光束の間の関係を示す既知の関数から計算することができる。

図９は、白色均衡を取るために異なるクラスターの数を一度に選択することによる色の均一性に対する影響を示すグラフである。同一の電流電源が、群における全ての同じ色のＬＥＤ用として使用されるであろう。群における同じ色の全てのＬＥＤは、直列に接続することができる。グラフは、再較正されているクラスターの群内の最大色誤差に対する群におけるＧＲＢＲＧの数を示している。グラフは、一度に１つのクラスターを試験することは、クラスターからクラスターへ最小の色誤差をもたらすことを示している。グラフから分るように、一度に６つのクラスター（３２インチバックライトでの６０個のクラスターから）を試験した場合でさえ、色の均一性は改良される。本発明は、必要な電流電源の数を減らし、電力を減らし、コストを削減し、かつ再較正時間を高速化するために、一度に１つよりも多いクラスターを群として試験することを含む。
グラフはまた、バックライトを通して同じ色の全てのＬＥＤが同一である色誤差を識別する。この色誤差が非ゼロであるという事実は、互いからのＲＧＢのＬＥＤの間隔及び理想的でない色混合のためである。

ＬＥＤ故障による色均一性の減少を軽減する技術
従来のバックライトにおいては、単一クラスターにおける単一色のＬＥＤは、直列に接続される。その結果、ＬＥＤの１つが故障して開回路になった場合、クラスター内の同じ色の全てのＬＥＤが作動を停止することになる。クラスターは、その時に２つの色成分を有するだけで、目に見える色の不均一性を生ずることになる。
図１０は、図１のＬＣＤで使用できるバックライト１２０の上面図である。直列に接続されているクラスター１２２内の両方の緑色ＬＥＤの代わりに、クラスター１２２からの１つの緑色ＬＥＤがクラスター１２４からの１つの緑色ＬＥＤと直列に接続されている。２つのクラスターは、広く分離されるべきである。クラスター１２２及びクラスター１２４内の他の緑色ＬＥＤも、互いにかつ異なる電流電源に直列に接続することができる。他のクラスターからの緑色ＬＥＤも、クラスター１２２及びクラスター１２４からの緑色ＬＥＤと直列に接続することができる。同じく示されているのは、クラスター１２４からの１つの赤色ＬＥＤと直列に接続されているクラスター１２２からの赤色ＬＥＤである。電流電源Ｉ１及びＩ２は、赤色及び緑色の直列の列を駆動する。他のクラスターからのＬＥＤも、同様に１つ又はそれよりも多くの他のクラスター内の同じ色のＬＥＤと直列に接続されている。

このタイプの接続では、クラスター１２２内の１つの緑色ＬＥＤが故障して開回路となった場合、クラスター１２２内の残りの緑色ＬＥＤが、そのクラスターのための緑色成分を供給する。白色点の再較正中に、残りの緑色ＬＥＤを通る電流は、故障した緑色ＬＥＤを補償するために増加させることができる。代替的に、目標白色点が、残りのＬＥＤを通る電流を増すことによって得ることができない場合、他の色のＬＥＤを通る電流を低減して、より低い輝度レベルで目標白色点を達成することができる。眼は、ＬＣＤにわたるに不均一な色に対するよりも不均一な輝度レベルに対して感度が低い。
図１０のクラスター内には、１つの青色ＬＥＤがあるのみであるから、その配線構成は、青色成分の信頼性を高めない。しかし、各クラスターは、図１０のように接続された２つの赤色、２つの緑色、及び２つの青色で形成することができ、その結果、全ての色成分は、冗長性を有することになる。

図１１は、図１０の一般的な技術を使用した簡単なバックライト光源１２６の概略図を示している。各クラスターがシーケンスＧＲＢＲＧを有する５つのＬＥＤ１２８から成る３つのクラスターが示されている。電流電源１３０を使用して、直列に接続されている単一の青色ＬＥＤ、又は２つの赤色ＬＥＤ、又は２つの緑色ＬＥＤのいずれかを通る電流が制御される。別々の電圧電源１３２が、三色の各々に対して提供される。ＬＥＤの配線は、同一電流電源によって制御される２つのＬＥＤ間の距離が、常に隣接するクラスター間の距離に等しいか又はそれよりも大きくなるようなものである。クラスター内において直列に接続されているいかなるＬＥＤの故障も、色の均一性に対する影響を軽減するために、クラスター内で作動しているその同じ色の１つのＬＥＤを依然として残すことになる。
上述の回路の各種の組合せが可能であると考えられる。
本発明を詳細に説明したので、当業者は、本発明の開示を受けて、本明細書で説明した精神及び本発明の概念から逸脱せずに修正を行うことができることを認めるであろう。従って、本発明の範囲は、例示して説明した特定的な実施形態に制限されないものとする。

本発明に使用のＬＣＤの断面図である。 ＬＥＤのクラスター及び光センサを示す図１のバックライトの上面図である。 ＬＥＤのクラスター及び光センサの別の実施形態を示す図１のバックライトの上面図である。 各クラスター内の白色点を制御することができるように各クラスター内に各ＬＥＤ色のための１つのドライバがある、ＬＥＤドライバの一実施形態を示す図である。 単一クラスター内の単一のＬＥＤ色が一度試験され、ＬＣＤにわたる色の均一性を達成するために再較正される、バックライト内のＬＥＤを制御する本発明の方法の一実施形態の流れ図である。 単一クラスター内の単一のＬＥＤ色が一度試験され、ＬＣＤにわたる色の均一性を達成するために再較正される、バックライト内のＬＥＤを制御する本発明の方法の別の実施形態の流れ図である。 単一クラスター内の全てのＬＥＤ色が同時に試験され、ＬＣＤにわたる色の均一性を達成するために再較正される、バックライト内のＬＥＤを制御する本発明の方法の別の実施形態の流れ図である。 クラスターのための目標白色点を達成するためにクラスター内の各色に必要な光束を判断するマトリックスを示す図である。 白色均衡を取るために一度に異なる数のクラスターを選択することによる色の均一性に対する影響を示すグラフである。 クラスター内のＬＥＤが故障した場合、クラスター内の同じ色の余剰のＬＥＤが依然として活性化されることになるような２つの異なるクラスターからの同じ色のＬＥＤの直列接続を示す図である。 ドライバが異なるクラスターから直列に接続されているＬＥＤに電流を供給する、ＬＥＤドライバの実施形態を示す図である。

符号の説明

１０ カラー透過型ＬＣＤ
１２ バックライト

Claims (30)

1. 支持構造体と、
   各クラスターのＬＥＤが少なくとも第１の色を放射する第１のＬＥＤ、第２の色を放射する第２のＬＥＤ、及び第３の色を放射する第３のＬＥＤを含む、前記支持構造体上にアレイ状に取り付けられたＬＥＤのクラスターと、
   を含み、
   前記第１の色、前記第２の色、及び前記第３の色は、組み合わされた時に、白色点を有する光を発生し、
   第１の電流電源が前記第１の色を放射する少なくとも１つのＬＥＤに接続され、第２の電流電源が前記第２の色を放射する少なくとも１つのＬＥＤに接続され、第３の電流電源が前記第３の色を放射する少なくとも１つのＬＥＤに接続されている、各色の輝度レベルを制御するための複数の電流電源と、
   クラスター内の少なくとも１つのＬＥＤが活性化された時にクラスターの光出力を検出する、前記支持構造体に接続された少なくとも１つの光センサと、
   光源システムの光出力がメモリに記憶された値によって設定された特性を有するように、前記電流電源の各々の出力電流マグニチュードを制御するための値を記憶するメモリを有するコントローラと、
   を更に含み、
   前記コントローラは、選択したクラスター内のＬＥＤを活性化し、かつ各クラスターの光出力を前記メモリに記憶された値に基づいて該クラスターに対する目標白色点により厳密に適合させるように該選択したクラスター内のＬＥＤを通る電流を調節することにより、全てのクラスターに対する白色点を較正するためのものであり、
   前記コントローラは、前記ＬＥＤの劣化を補償するために、光源システムの寿命を通して様々な時間に前記較正を実行するように構成されている、
   ことを特徴とする発光ダイオード（ＬＥＤ）光源システム。
2. 前記メモリに記憶された前記値は、各クラスター内のＬＥＤの異なる色に対する電流マグニチュードを表すことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記メモリに記憶された前記値は、目標輝度レベルを表すことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 目標輝度レベルが、各クラスター内の各色に対して特定されることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
5. 前記メモリに記憶された前記値は、各クラスターに対する目標白色点を特定することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
6. 前記メモリは、各クラスターに対する目標白色点を収容するルックアップテーブルを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
7. 目標白色点が、各クラスター内の各色に対する輝度レベルを特定することを特徴とする請求項６に記載のシステム。
8. 前記メモリに記憶された前記値は、各クラスター内のＬＥＤの異なる色に対する電流マグニチュード及び該クラスターに対する目標白色点を表すことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
9. 前記クラスターの少なくとも一部において、同じ色を放射する複数のＬＥＤが存在することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
10. 前記第１の色は、赤色であり、前記第２の色は、緑色であり、かつ前記第３の色は、青色であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
11. 前記メモリに記憶された前記値は、目標輝度レベルを表し、
    前記目標輝度レベルは、システムを作動して、システムのその後の再較正中に前記少なくとも１つの光センサにより検出される目標輝度レベルを得るように各クラスター内の各ＬＥＤへの電流を制御することによって得られる、
    ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
12. 前記第１の色、第２の色，及び第３の色を混合するためにＬＥＤの前記クラスターを少なくとも部分的に取り囲む反射箱を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
13. 前記箱の縁部の近くのクラスターが、該箱の該縁部から遠いクラスターの輝度レベルよりも低い輝度レベルを有するように制御されることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
14. 前記メモリからデジタル値を受信し、かつ該デジタル値を前記複数の電流電源を制御するための信号に変換するための電流レベルコントローラを更に含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
15. 前記コントローラは、ユーザが前記較正を開始すると該較正を実行するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
16. 前記コントローラは、所定の間隔で自動的に前記較正を実行するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
17. 前記間隔は、システムの使用期間を含むことを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
18. 前記クラスターからの光を選択的に通すための液晶層を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
19. 液晶表示テレビジョンであることを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
20. 液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）システムによって実行される較正方法であって、
    ＬＣＤのためのバックライトを形成する発光ダイオード（ＬＥＤ）の複数のクラスター内の異なる色のＬＥＤを活性化する段階と、
    各クラスター内のＬＥＤが活性化されると各クラスターの白色点を光学的に感知し、感知した白色点に対応する信号を発生させる段階と、
    感知されている各クラスターに対する以前に記憶された目標白色点を得るためにメモリをアドレス指定する段階と、
    各クラスター内の活性化されたＬＥＤへの電流を調節して、各クラスターの前記白色点を前記メモリに記憶された該クラスターに対する前記目標白色点と実質的に適合させる段階と、
    各クラスターの前記白色点を該クラスターに対する前記目標白色点と実質的に適合させるために使用された電流に対応する値を記憶する段階と、
    を含むことを特徴とする方法。
21. 各クラスターの前記白色点を光学的に感知する段階は、該クラスター内の各色に対するＬＥＤが活性化された時に単一クラスター内の各色に対する輝度レベルを感知する段階を含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
22. ＬＥＤの複数のクラスター内の異なる色のＬＥＤを活性化する段階は、一度に単一クラスター内の単一色のＬＥＤだけを活性化する段階を含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
23. ユーザが方法を開始し、次に、方法が自動的に実行される段階を更に含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
24. 所定の間隔で自動的に方法を実行する段階を更に含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
25. 前記ＬＣＤシステムが少なくとも部分的に組立てられている間に、前記目標白色点を取得してそれを前記メモリに記憶する段階を更に含み、該取得する段階は、クラスター内のＬＥＤを活性化して、該ＬＣＤシステムの一部を形成する光センサによって目標白色点を検出する段階を含み、該光センサは、該ＬＣＤシステムの較正中に各クラスターの白色点を前記光学的に感知する段階のためにも使用されることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
26. 目標白色点を検出する段階は，活性化されたクラスター内のＬＥＤの光出力を測定して、該光出力を前記ＬＣＤシステムのための望ましい光出力と比較する段階を含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
27. 支持構造体と、
    各クラスターのＬＥＤが少なくとも第１の色を放射する第１のＬＥＤ、第２の色を放射する第２のＬＥＤ、及び第３の色を放射する第３のＬＥＤを含む、前記支持構造体上にアレイ状に取り付けられたＬＥＤのクラスターと、
    を含み、
    各クラスターが、前記第１の色の少なくとも２つのＬＥＤを有し、
    第１のクラスター内の前記第１の色の第１のＬＥＤが、第２のクラスター内の該第１の色の第２のＬＥＤと直列に接続され、そのために該第１のＬＥＤ又は該第２のＬＥＤのいずれかの開回路故障は、活性化電流を該第１のクラスター又は該第２のクラスター内の該第１の色の１つ又はそれよりも多くの他のＬＥＤから排除しないことになる、
    ことを特徴とする発光ダイオード（ＬＥＤ）光源システム。
28. 単一クラスター内の同じ色のどのＬＥＤも、互いに直列に接続されていないことを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
29. 前記クラスターによって放射された光を選択的に通すための液晶層を更に含み、該クラスターは、該液晶層のためのバックライトを形成することを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
30. 液晶表示テレビジョンであることを特徴とする請求項２９に記載のシステム。

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