JP5247980B2

JP5247980B2 - １以上のｌｅｄの光強度を設定するためのフィードフォワード方法および装置

Info

Publication number: JP5247980B2
Application number: JP2005214541A
Authority: JP
Inventors: ケン・エイ・ニシムラ
Original assignee: アバゴ・テクノロジーズ・イーシービーユー・アイピー（シンガポール）プライベート・リミテッド
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2005-07-25
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2025-07-25
Also published as: US20060016959A1; JP2006041528A; US7332699B2

Description

本発明は、１以上のＬＥＤの光強度を設定するためのフィードフォワード方法および装置に関するものである。

温度、老化およびその他の要素は、発光ダイオード（ＬＥＤ）により放射される光の強度の変動をもたらす可能性がある。光源が複数のＬＥＤから形成される場合、光源における個々のＬＥＤの強度が変動すると、光源の色点が変動する可能性がある。光源の色点の変動は、異なる波長の光を生成するＬＥＤ（たとえば、赤色、緑色および青色ＬＥＤ）を使用して、予め決められたスペクトルバランスの光源（たとえば、白色光源）を生成する場合、特に顕著である。特許文献１は、１）１個または複数のフォトセンサを使用してＬＥＤ光源のスペクトル成分を測定し、２）測定したスペクトル成分に応じて、光源の１個または複数のＬＥＤの動作電流を変更して、それにより光源の色点を維持する方法を開示している。

米国特許第６，４４８，５５０号、Ｎｉｓｈｉｍｕｒａに付与された「ＬＥＤ光源のスペクトル成分を測定するための方法および装置、並びにその制御」（ＭｅｈｔｏｄａｎｄＡｐｐａｒａｔｕｓｆｏｒＭｅａｓｕｒｉｎｇＳｐｅｃｔｒａｌＣｏｎｔｅｎｔｏｆＬＥＤＬｉｇｈｔＳｏｕｒｃｅａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＴｈｅｒｅｏｆ）

ＬＥＤが放射する光の強度の変動は、ＬＥＤの接合部の温度変化、または老化作用（aging effect）などの要素により促進されることがある。従来、こうした変動は、フォトセンサを使用してＬＥＤ光を感知し、感知された光に応じてＬＥＤの動作電流を調整することにより明らかに(account)されてきた。したがって、感知された光は、ＬＥＤの動作電流、ひいてはＬＥＤの光強度を制御するための「フィードバック」を提供する。こうしたシステムは効果的だが、ＬＥＤ光を感知するために必要なフォトセンサをインプリメントすることが非常に高く付き、非常に複雑であるか、またはインプリメントすることが実行不可能である場合がある。

一実施態様では、ＬＥＤの動作電流を変更し、その動作電流の１つ以上の値において、該ＬＥＤの対応する電圧を測定する。次に、測定された電圧をフィードフォワード変数として使用して、ＬＥＤの光強度を設定する。

もう１つの実施態様では、ＬＥＤの動作電流が予め決められた方法で公称動作値付近に変更される。動作電流の２つ以上の値において、ＬＥＤの対応する電圧を測定する。次に、測定された電圧をフィードフォワード変数として使用して、ＬＥＤの光強度を設定する。

さらに、もう１つの実施態様では、ＬＥＤの測定電圧がコンプライアンス電圧に達することを条件として、逆電流がＬＥＤに印加される。その逆電流では、ＬＥＤの逆電圧を測定する。ＬＥＤの逆電圧またはコンプライアンス電圧の小さい方の大きさをフィードフォワード変数として使用して、ＬＥＤの光強度を設定する。

もう１つの実施態様では、装置は、動作時に混合光を生成する色が異なる複数のＬＥＤを備える。少なくとも１個のＬＥＤは、電流センサ、電圧センサおよび制御回路と結合する。電流センサは、ＬＥＤに供給する動作電流を測定する。電圧センサは、ＬＥＤの電圧を測定する。制御回路は、ＬＥＤおよびセンサに結合し、電流センサおよび電圧センサから取得された指示値に応じて、ＬＥＤの動作電流を設定するように動作可能である。

その他の実施態様についても開示する。

本発明の具体的かつ現在好ましい実施態様を図面に示す。
図１〜図３は、ＬＥＤの光強度を設定するための様々な「フィードフォワード」法を示し、図４および図５は、これらの方法を使用して、ＬＥＤ光源（たとえば、ディスプレイ４００）の色点を設定する方法を示す。

公知のとおり、ＬＥＤが感知可能な電流の伝導を開始する電圧（つまり、ターンオン電圧）、およびＬＥＤの動的インピーダンスは、ＬＥＤの接合部の温度および老化作用の関数である。したがって、ＬＥＤのターンオン電圧および／または動的インピーダンスは、ＬＥＤが放射する光の強度をＬＥＤの動作電流の関数として厳密に予測するために使用される。次に、こうした予測を使用して、ＬＥＤの光強度を設定する。この方法では、ＬＥＤ光の出力は、「フィードフォワード」様式で調整され、フォトセンサの必要性はなくなる（しかし、ＬＥＤ光出力は、フィードバック法およびフィードフォワード方法の両方の組合せにより確実に調整することができる）。複数のＬＥＤから成るＬＥＤ光源（異なる波長の光を生成するＬＥＤから成る光源を含む）の場合、１個以上の光源のＬＥＤのフィードフォワード調整は、さらに光源の色点の設定に使用することができる。

図１は、ＬＥＤの光強度を設定するための第１の例示的なフィードフォワード方法１００を示す。方法１００は、ＬＥＤの動作電流を変更するステップ１０２と、動作電流の１つ以上の値においてＬＥＤの対応する電圧（たとえば、ＬＥＤを横断する（across）電圧）を測定するステップ１０４とを含む。次に、測定電圧は、フィードフォワード変数として使用され１０６、ＬＥＤの光強度を設定する（たとえば、ＬＥＤの動作電流を調整することにより）。

ＬＥＤの動作電流は、様々な時点で、多くの方法で変更することができる。ＬＥＤの動作電流が変更される明白な時点は、最初のターンオン時である（たとえば、ＬＥＤの電流がゼロから公称動作値にランプ（ramp）する時）。ＬＥＤがラスタ走査ディスプレイ（つまり、ＬＥＤが周期的にリフレッシュして新しい画像を生成するディスプレイ）に組み込まれる場合、ＬＥＤの動作電流は、各々のラスタ走査の開始時に変化させることができる（たとえば、ランプする）。ＬＥＤの動作電流は、ＬＥＤの通常の動作時にも周期的に変化することが可能である。しかし、場合によっては、これは、ＬＥＤの感知可能な点滅、またはＬＥＤが一部を構成するディスプレイにおけるフリッカーを生じる原因にもなる。

測定電圧は、様々に選択することができる。第１の電圧測定値は、ゼロ電流、またはＬＥＤの伝導の開始を表す動作電流値（つまり、ＬＥＤの「ターンオン電圧」に対応する電流）で取得される。第２および第３の電圧測定値は、ＬＥＤの公称動作電流の第１および第２の予め決められた部分に対応する動作電流値で取得される。こうした第２および第３の電圧測定値は、ＬＥＤの動的インピーダンスを概算するために使用される（たとえば、ΔＶ／Δ｜＝Ｒ、式中、ΔＶは、ＬＥＤの２つの測定電圧の差であり、Δ｜は、測定電圧に対応する電流の差であり、ＲはＬＥＤの動的インピーダンスである）。第２および第３の電圧を使用して、ＬＥＤの動的インピーダンスを概算すると仮定すると、好ましくは、電圧測定値は、ＬＥＤの公称動作電流またはその付近にある動作電流値で取得される。したがって、一実施態様では、第２の電圧測定値は、ＬＥＤの公称動作電流の大多数を表す動作電流値で取得され、第３の電圧測定値は、ＬＥＤの公称動作電流で取得される。好ましくは、第２電圧は、ＬＥＤの公称動作電流の２０％以内にある動作電流で測定される。さらに好ましくは、第２電圧は、ＬＥＤの公称動作電流の２％以内にある動作電流で測定される。

図２は、ＬＥＤの光強度を設定するための第２の例示的なフィードフォワード方法を示す。方法２００は、予め決められた方法で、ＬＥＤの公称動作値付近においてＬＥＤの動作電流を変更するステップ２０２を含む。前記動作電流の２つ以上の値では、ＬＥＤの対応する電圧が測定される２０４。次に、測定電圧は、フィードフォワード変数として使用されて２０６、ＬＥＤの光強度を設定する。

ＬＥＤの動作電流を変更する様々な方法がある。１つの方法は、ＬＥＤの意図された動作電流に追加されるパイロットトーンによる方法である。

一実施態様では、パイロットトーンは、既知の周波数のシヌソイドである。この実施態様では、ＬＥＤの電圧はシヌソイドの２つ以上の異なる位相で測定され、シヌソイドの周波数は公知であるから、ＬＥＤの電圧の発生は公知である。別法によると、ＬＥＤの電圧は連続的に監視され、結果として得られた測定値がフィルタされて、周波数がパイロットトーンの周波数である成分が抽出される。次に、動的インピーダンスは、抽出された電圧成分の振幅を、パイロットトーンにより与えられる電流変動の振幅で除算して計算することができる。パイロットトーンにより与えられる電流変動の振幅は、パイロットトーンシステムのノイズ排除性が比較的高いため、非常に小さい。ＬＥＤの電圧を監視するために使用できる回路はロックイン増幅器を備える。なぜなら、ロックイン増幅器は、刺激の位相および周波数が既知である場合（上記のシステムの場合と同様）、刺激に対するシステムの反応を正確に検出できるためである。

もう１つの実施態様では、ＬＥＤの動作電流を変更するために使用されるパイロットトーンは、擬似ランダムビットシーケンス（ＰＲＢＳ）により変調される予め決められた信号である。シヌソイドと同様、ＰＲＢＳ変調信号はＬＥＤの意図された動作電流に追加される。この実施態様の利点は、ＰＲＢＳ信号の明らかにランダムな性質が、ＬＥＤにより生成される光から「一定のトーン」特性を除去するという点である。さらに、ＰＲＢＳシーケンスの長さを増加すると、さらにノイズ排除性を与えることは公知である。次に、動的インピーダンスの測定は、ＬＥＤの測定電圧をＰＲＢＳシーケンスと関連付けて、予め決められた信号から生じる電圧測定値の成分を回復して行なうことができる。次に、動的インピーダンスの計算は、回復した電圧成分の振幅を、ＰＲＢＳ変調信号を追加して生じた動作電流の振幅で除算することを含む。ＰＲＢＳ変調信号の性質は比較的拘束されないが、好ましい実施態様は、第１の値と第２の値との間で振動する単純な方形波を使用するであろう。また、ＰＲＢＳは、比較的短期間で平均からゼロに拘束され、ＬＥＤの平均光出力に対するＰＲＢＳの影響は最小限である。

好ましくは、ＬＥＤの動作電流の変更は、ＬＥＤ、またはＬＥＤが一部を構成する光源のユーザが認識可能なフリッカー点を超える周波数で行なわれる。また、やはりユーザが認識可能な光のフリッカーを防止するため、動作電流の変更は振幅が小さいことが好ましい（たとえば、ＬＥＤの公称動作電流の２％以下など）。

図３は、ＬＥＤの光強度を設定するための第３の例示的なフィードフォワード方法を示す。ＬＥＤのｐ−ｎ接合部のこれから起こる老化や損失を被ることにより逆漏れ電流を増加させ、その結果、ＬＥＤ光出力に影響すると仮定すると、方法３００は、ＬＥＤが逆バイアスされた場合のＬＥＤの漏れ電流を概算し、この概算に応じてＬＥＤの光強度を設定する。この方法は、ＬＥＤの測定電圧がコンプライアンス限界Ｖｃに達することを条件（subject）として、逆電流をＬＥＤに印加するステップ３０２を含む。つまり、測定電圧がコンプライアンス限界に達する場合、逆電流全体の振幅がＬＥＤに印加されるわけではない。この方法では、ＬＥＤの漏れ電流が印加逆電流未満である場合、コンプライアンス限界は、ＬＥＤを過剰電圧から保護する機能を果たす。一例として、ＬＥＤによっては、逆電流は５０μＡ（マイクロアンペア）台であり、コンプライアンス限界は１５Ｖ（ボルト）台である。逆電流では、ＬＥＤの逆電圧Ｖ_rが測定される３０４。次に、ステップ３０６では、ＬＥＤの逆電圧またはコンプライアンス電圧の振幅の小さい方（つまり、ＭＩＮ［Ｖｒ，Ｖｃ］）をフィードフォワード変数として使用して、ＬＥＤの光強度が設定される。

図４および図５は、ＬＥＤの光強度を設定するための上記の様々な方法１００、２００、３００（すなわち、いくつかまたは全部）をインプリメントする例示的な装置４００、５００を示す。ＬＥＤがＬＥＤ光源（たとえば、ディスプレイ）の一部である場合、光源の色点は、１個以上の光源における個々のＬＥＤの光強度を設定することにより設定することができる。

一例として、図４および図５に示す装置は、異なる波長（つまり、赤色、緑色および青色などの異なる色）の光を生成する複数のＬＥＤ４０２〜４１８を備える。動作時、ＬＥＤにより生成される光は混合して、予め決められた（および、おそらく動的な）スペクトル成分の光を形成する（たとえば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）をバックライトで照明する白色光）。ＬＥＤの少なくともいくつか（好ましくはＬＥＤの全部）は、電流センサ５０２、電圧センサ５０４および制御回路５０６に結合する。ＬＥＤの電流センサ５０２は、ＬＥＤ４０２に供給される動作電流を測定し（たとえば、直列抵抗器Ｒを横断する（across）電圧を感知することにより）、ＬＥＤの電圧センサ５０４は、ＬＥＤ４０２の電圧を測定する。ＬＥＤの制御回路５０６は、ＬＥＤ４０２およびそのセンサ５０２、５０４の両方に結合され、その結果、ＬＥＤの電流および電圧センサ５０２、５０４から取得した指示値に応じて、ＬＥＤ４０２の動作電流（Ｉ）を設定する。

方法１００または３００をインプリメントする場合、少なくとも１個のＬＥＤ４０２の制御回路５０６は、ＬＥＤの動作電流または逆電流（Ｉ）を生成するためのランプ電流源を備え、ランプ電流源が作動すると、制御回路５０６は、様々にＬＥＤの電圧センサ５０４から指示値を取得し、電流センサの指示値は、ターンオン電圧、部分電圧、動作電圧またはＬＥＤ４０２の逆電圧を表す。

方法２００をインプリメントする場合、少なくとも１個のＬＥＤ４０２の制御回路５０６は、既知の周波数のシヌソイド（またはＰＲＢＳ）をＬＥＤの動作電流に追加する。次に、ＬＥＤ４０２の制御回路５０６は、シヌソイドの様々な振幅で（または異なるＰＲＢＳ点で）ＬＥＤのセンサ５０２、５０４から指示値を取得する。一実施態様では、ＬＥＤの制御回路５０６は、ロックイン増幅器を備える。このロックイン増幅器は、１）シヌソイド（またはＰＲＢＳ）、および２）電圧センサ５０４の出力を受信し、これに応じて、ＬＥＤ４０２の所望の電圧指示値を出力する。ロックイン増幅器は、あるレベルのノイズ排除性を測定電圧に与えるという点で有用である。

少なくとも１個のＬＥＤ４０２の制御回路５０６は、動作電流ルックアップテーブルも備え、このテーブルは、ＬＥＤの電流および電圧センサ５０２、５０４から取得した対応指示値により索引付けされる。このテーブル内に記憶される値は、１）ＬＥＤ４０２により生成される光の波長の強度、および２）ＬＥＤ４０２のターンオン電圧または動的インピーダンスとの既知の関係または取得された関係から得られる。

本発明の具体的かつ現在好ましい実施態様について、本明細書で詳細に説明してきたが、創意に富むコンセプトは、さもなければ様々な方法で具現して使用することができ、添付の請求の範囲は、先行技術により制限されない限り、こうした変形を含むと解釈するように意図されていると考えるべきである。

ＬＥＤの光強度を設定する第１の例示的なフィードフォワード方法を示す。ＬＥＤの光強度を設定する第２の例示的なフィードフォワード方法を示す。ＬＥＤの光強度を測定する第３の例示的なフィードフォワード方法を示す。ＬＥＤの光強度またはＬＥＤ光源の色点を設定する様々な方法をインプリメントする例示的な装置を示す。ＬＥＤの光強度またはＬＥＤ光源の色点を設定する様々な方法をインプリメントする例示的な装置を示す。

符号の説明

４０２〜４１８ＬＥＤ
５０２電流センサ
５０４電圧センサ
５０６制御回路

Claims

ＬＥＤの動作電流に振幅が時間変化する所定の信号を加えて、該ＬＥＤに流れる第１の電流を設定するステップと、
前記第１の電流における前記ＬＥＤの電圧値（該電圧値を第１の電圧値という）を測定するステップと、
前記ＬＥＤの動作電流に前記所定の信号を加えて、該ＬＥＤに流れる第２の電流を設定するステップであって、該第２の電流の電流値は前記第１の電流の電流値とは異なる、ステップと、
前記第２の電流における前記ＬＥＤの電圧値（該電圧値を第２の電圧値という）を測定するステップと、
前記第１の電流の値、前記第２の電流の値、前記第１の電圧値、及び前記第２の電圧値から前記ＬＥＤの動的インピーダンスを得て、フィードフォワード法を使用して、前記ＬＥＤの所望の動作電流値を設定し、前記ＬＥＤの所望の光強度を設定するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
前記ＬＥＤの前記第１の電流の値が、公称動作電流値の８０％以上１００％未満の値であり、
前記ＬＥＤの前記第２の電流の値が、前記公称動作電流値である
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記所定の信号が、パイロットトーンであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記所定の信号が、擬似ランダムビットシーケンスにより変調される予め決められた信号であることを特徴とする請求項１に記載の方法。