KR101193908B1 - 발광 다이오드 기반 광 시스템과 그 제어 시스템 및 제어방법 - Google Patents

발광 다이오드 기반 광 시스템과 그 제어 시스템 및 제어방법 Download PDF

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Abstract

발광 다이오드(LED) 기반 광 시스템을 제어하는 기술은 방출된 광에 응답하여 광원 특정 피드백 신호가 생성될 수 있도록 비중첩 구간에서 LED 기반 광 시스템을 구성하는 개별적인 광원을 구동하는 것을 포함한다. 그 후, 광원 특정 피드백 신호는 광원을 개별적으로 조정하여 방출된 광의 희망하는 휘도 및 색도 특성을 달성하는 데 사용된다.

Description

발광 다이오드 기반 광 시스템과 그 제어 시스템 및 제어 방법{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING AN LED BASED LIGHT SYSTEM}
도 1은 예시적인 디스플레이 시스템,
도 2는 도 1의 시스템을 사용하는 예시적 광 가이드 패널(light guide panel)의 사시도,
도 3a 및 도 3b는 도 1의 시스템에 사용되는 제어기의 예시적인 소자의 도면,
도 4는 도 1의 각각의 광원과 관련된 구동 값이 신호 지속시간(duration)이 되는 타이밍도,
도 5a 및 도 5b는 도 1의 시스템에서 휘도(luminance) 및 색도(chrominance) 특성을 제어하는 방법의 순서도이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100: 디스플레이 시스템 102-1, 102-2, 102-N: 센서 모듈
104-1, 104-2, 104-N: 샘플 앤드 홀드 모듈
106-1, 106-2, 106-N: 드라이버 모듈
108-1, 108-2, 108-N: 광원 110: 광 가이드 패널
112-1, 112-2, 112-N: 피드백 유닛
114-1, 114-2, 114-N: 광원 어셈블리
120: 제어기
발광 다이오드(Light Emitting Diodes: LEDs)는 조명(illumination)용 용도에 대한 관심을 자극하고 있다. 광대역폭의 흑체 방사체인 백열광의(incandescent) 광원과 달리, LED는 디바이스를 제작하는 데 사용된 반도체 물질의 밴드갭에 의해 좌우되는 상대적으로 좁은 스펙트럼의 광을 생성한다. LED를 사용하는 백색 광원을 만드는 한 가지 방법은 적색, 녹색 및 청색(RGB) LED를 결합하여 혼합(예를 들어, 백색)광을 생성한다. RGB 기반 광원의 각 컬러의 상대적인 양의 근소한 차는 광에 있어서의 컬러 변화로서 명백히 나타난다. 기존의 광원을 대체하기 위한 RGB 기반 광원의 사용은 광의 컬러가 제어되고 유닛의 유효기간(lifetime) 전체에 걸쳐 일정할 것을 요구한다.
RGB 기반 광원은 액정 디스플레이(LCD) 백라이팅(backlighting), 상업적 냉동고 조명, 백색광 조도, 및 기타 애플리케이션에 널리 사용된다. 소정의 애플리케이션은 다른 애플리케이션보다 스펙트럼 컨텐츠의 더욱 신중한 제어를 요구하며, 상이한 애플리케이션에 대해서는 상이한 컬러 온도가 바람직할 수 있다. 스펙트럼 컨텐츠의 신중한 제어를 위해, 때로는, LED들 사이의 차(difference)를 개선하는 데에 피드백 제어 메커니즘이 사용된다. 이러한 차는 LED들의 노후화(aging), 온도의 변화, 또는 구동 전류의 변화 때문일 수 있다. 거의 동일한 프로세스에 의해 제작된 LED도, 흔히, 서로에 대해 근소한 변화를 갖는다.
불운하게도, 디스플레이 패널이 크기가 증가하거나 복수의 광원을 내장함에 따라, 광 통로 설계가 더욱더 복잡해지고 정확한 피드백이 더욱 문제가 되고 있다. 광 통로가 큰 경우, 상당한 크기의 LCD 패널 또는 창유리에 대한 경우일 수 있는 바와 같이, 디스플레이를 통과한 적절한 컬러 균일성을 확보하는 것은 상당한 도전이다. 또한, 복수의 소스로부터 피드백 지점으로 광을 이송하도록 설계된 광 통로에 대해서는, 각각의 광원으로부터 출력된 광을 피드백 지점에 연결하도록 주의 깊은 광 가이드 패널 설계가 요구된다.
발광 다이오드(LED) 기반 광 시스템을 제어하는 기술은, 방출된 광에 응답하여, 광원 특정 피드백 신호가 생성될 수 있도록 LED 기반 광 시스템을 형성하는 개별적인 비중첩 구간(interval)에서 광원을 구동하는 것을 포함한다. 그 후, 광원 특정 피드백 신호는 광원을 개별적으로 조정하여 방출된 광의 희망하는 휘도 및 색도 특성을 달성하는 데 사용된다. LED 기반 광 시스템의 광원을 광원 특정 피드백 신호에 응답하여 개별적으로 조정하는 것은 광 시스템에 걸친 컬러 균일성(uniformity) 및 컨시스턴시(consistency)를 개선한다. 컬러 균일성 및 컨시스턴시는 LCD 백라이팅과 같은 애플리케이션에서 특히 중요하다.
본 기술에 따라 구성된 시스템은 광원 어셈블리와 관련된 비중첩 구간 전체에 걸쳐 휘도 및 색도 특성을 나타내는 피드백 신호를 생성하는 피드백 유닛을 포함한다. 비중첩 구간은 피드백 유닛 및 광원 어셈블리 모두와 관련된다. 제어기는 광원 어셈블리와 관련된 비중첩 구간 동안 광원 어셈블리로 제어 신호를 제공한다. 제어기는 피드백에 따라 제어 신호를 조정한다.
설명 전체에서, 유사한 참조 번호는 유사한 소자를 식별하는 데 사용될 수 있다.
도 1은 예시적인 디스플레이 시스템(100)을 나타낸다. 시스템(100)은 광 가이드 패널(light guide panel)(110), 피드백 유닛(112-1 내지 112-N)(이하에서는, 집합적으로, 피드백 유닛(112)이라 지칭함), 광원 어셈블리(114-1 내지 114-N)(이하에서는, 집합적으로 광원 어셈블리(114)라 지칭함), 및 제어기(120)를 포함한다. 광원 어셈블리(114)는 각각 드라이버 모듈(106-1 내지 106-N)(이하에서는, 집합적으로, 드라이버(106)라 지칭함) 및 광원(108-1 내지 108-N)(이하에서는, 집합적으로, 광원(108)이라 지칭함)을 포함한다. 피드백 유닛(112)은 각각 센서 모듈(102-1 내지 102-N)(이하에서는, 집합적으로, 센서(102)라 지칭함) 및 샘플 앤드 홀드(sample-and-hold) 모듈(104-1 내지 104-N)(이하에서는, 집합적으로, 샘플 앤드 홀드 모듈(104)이라 지칭함)을 포함한다. 드라이버(106)는 비중첩 구간에서 광원(108)을 구동한다. 센서(102)는 비중첩 구간 동안 방출된 광의 휘도 및 색도 특성을 검출하고, 피드백 유닛(112)은 검출된 광에 응답하여 제어기(120)로 광원 특정 피드백 신호를 제공한다. 제어기(120)는 광원 특정 피드백 신호에 응답하여 광원을 기초로 광원 어셈블리(114)로 제공되는 구동 신호를 조정한다.
예시의 목적으로, 시스템(100)은 3색(“3원색(trichromatic)”) RGB 기반 시스템이다. 3원색 시스템의 채색된 광은, 전형적으로는 컬러가 개별적으로 인식될 수 없도록 세 가지 컬러를 매칭시키는 것을 기반으로 3자극(tristimulus) 값과 관련하여 설명될 수 있다. 3자극 값은, 주어진 3원색 시스템에서, 희망하는 색조에 매칭시키기 위해 요구되는 3개의 매칭 광의 강도를 나타낸다. 3자극 값은 다음의 식을 이용하여 계산될 수 있다.
Figure 112005012713519-pat00001
여기서,
Figure 112005012713519-pat00002
.
상대적인 스펙트럼 전력 분포 P8은 고정된 기준값에 관련된 스펙트럼 전체에서 일정 구간의 파장에 대한 스펙트럼 전력이다. CIE 컬러 매칭 함수 x8, y8 및 z8은 CIE 1931 표준 비색(colorimetric) 시스템에서의 함수 x(8), y(8) 및 z(8) 또는 CIE 1964 보조 표준 비색 시스템에서의 함수 x10(8), y10(8) 및 z10(8)이다. CIE 1931 표준 비색 관찰자는 컬러 매칭 속성이 1° 필드와 4° 필드 사이의 CIE 컬러 매칭 함수에 대응하는 이상적인 관찰자이며, CIE 1964 표준 비색 관찰자는 컬러 매칭 속성이 4°보다 더 큰 크기의 필드에 대한 CIE 컬러 매칭 함수에 대응하는 이상적인 관찰자이다. 반사율 R8은, 그 정점(apex)이 고려된 표면 상에 있는 주어진 원뿔(cone)에서 반사된 방사속(radiant flux) 대, 방사된 완벽한 반사용 산광기(diffuser)에 의해 동일한 방향으로 반사된 것과의 비율이다. 방사속은 방사형으로 방출, 전송 또는 수신된 전력이다. 방사속의 단위는 와트(W)이다. 완벽한 반사용 산광기는 전체 구성과 같은 반사율(또는 전송율)을 갖는 이상적인 등방성 산광기이다. 가중치 함수 Wx8, Wy8 및 Wz8은 상대적인 스펙트럼 전력 분포 P8과 CIE 컬러 매칭 함수 x8, y8 및 z8의 특정 세트의 곱이다.
각각의 광원(108)은 광을 광 가이드 패널(110)로 제공한다. 도 1의 예에서, 광원(108)은 LED 기반 광원이다. LED 기반 광원을 설치하는 데에는 두 가지의 주요 고려 사항이 있다.
1) 각각의 컬러 LED는 LED 기반 광원의 다른 컬러와 충분히 혼합되어 광 가이드 패널이 혼합광을 디스플레이할 수 있게 해야 한다.
2) 광원은 광 가이드 패널을 통과하여 광도(brightness)까지도 제공해야 한다.
광원(108)은 광원 특정인 타이밍 패턴으로 광 가이드 패널(110)에 광을 제공해야 한다. 타이밍 패턴에 광을 제공함으로써, 피드백 유닛(112)은 그들이 연결된 광원 상에 피드백을 제공한다. 예시적인 타이밍 패턴이 도 4를 참조하여 후술된다. 사전에 나타낸 바와 같이, 연결된 센서 모듈, 예를 들어, 센서 모듈(102-1)에 의해, 광원, 예를 들어, 광원(108-1)으로부터의 광이 수신되도록 광원(108)이 위치하고 있는 관련 센서(102)를 갖는다. 설명을 목적으로, 점선은 광 가이드 패널(110)을 논리 영역(logical areas)으로 분할한다. 많은 논리 영역은 광 가이드 패널(110)의 크기 및 디자인, 또는 방출 패턴 및 광도와 같은 광원(108)의 광 특성, 또는 기타 인자들에 좌우된다. 논리 영역은 광원, 예를 들어, 광원(108-1)과 센서 모듈, 예를 들어, 센서 모듈(102-1) 사이의 연결을 나타낸다. 영역들이 논리적이므로, 하나 이상의 광원(108)이 도 2에 도시한 바와 같이 전체 광 가이드 패널(110)에 광을 방출할 수 있다.
도 2는 센서 모듈(202-1 내지 202-N)(이하에서는, 집합적으로, 센서(202)라 지칭함) 및 광원(208-1 내지 208-N)(이하에서는, 집합적으로, 광원(208)이라 지칭함)을 구비하고 있는 예시적인 광 가이드 패널(210)의 사시도이다. 광 가이드 패널(210), 센서(202) 및 광원(208)은 각각 광 가이드 패널(110)(도 1), 센서(102)(도 1) 및 광원(108)(도 1)과 유사하다. 예시의 목적으로 도 2에 나타낸 바와 같이, 각각의 센서(202)는 각각의 광원(208)으로부터 광을 수신한다. 다른 소자(도시하지 않음)는, 후술하는 바와 같이, 센서(202) 중의 어떤 것이 피드백을 제공하는지, 또는 어떤 피드백이 사용되는지를 통제한다. 대안에서, 광 가이드 패널(210)의 분할은 논리적이라기보다는 물리적이다. 다른 대안에서는, 분할은 부분적으로는 물리적이고 부분적으로는 논리적이다.
도 1을 다시 참조하면, 센서(102)는 연결된 광원(108)으로부터 광 가이드 패널(110)의 광을 검출한다. 센서(102)는 하나 이상의 광 검출 다이오드를 포함할 수 있다. 실시예에서, 센서(102)는 광의 색도(예를 들어, 컬러) 및 휘도(예를 들어, 명암 또는 광도)를 검출할 수 있다. 센서(102)를 설치하는 데에는 두 가지 주요 고려사항이 있다.
1) 센서는 혼합광을 수신해야 한다.
2) 센서 상에서 주변광(ambient light)의 효과는 무시될 수 있어야 한다.
센서(102)는 각각 샘플 앤드 홀드 모듈(104)에 접속된다. 샘플 앤드 홀드 모듈 및 샘플 앤드 홀드 기술은 전자 분야에서 잘 알려져 있다. 샘플 앤드 홀드 모듈을 사용하면, 입력 신호는 샘플 앤드 홀드 모듈이 샘플링 모드에 있는지 홀딩 모드에 있는지에 따라 홀딩될 수 있다. 도 1을 참조하면, 샘플 앤드 홀드 모듈(104)은 그들이 접속되어 있는 센서(102)로부터 입력 신호를 수신한다. 또한, 샘플 앤드 홀드 모듈(104)은, 샘플 앤드 홀드 모듈(104)이 샘플링 모드에 있는지 홀딩 모드에 있는지를 제어하는 제어 신호를 제어기(120)로부터 수신한다. 샘플 앤드 홀드 모듈(104)은 각각의 비중첩 구간 동안에는 샘플링 모드에 있다. 샘플 앤드 홀드 모듈(104)은 다른 때에는 홀딩 모드에 있다. 비중첩 구간은 도 4를 참조하여 후술된다. 입력 신호는, 샘플 앤드 홀드 모듈을 통해 전송될 때, 이하에서, 피드백 신호라고 지칭된다. 제어기(120)는 샘플 앤드 홀드 모듈(104)로부터 피드백 신호를 수신한다.
샘플 앤드 홀드 모듈(예를 들어, 샘플 앤드 홀드 모듈(104-1))은, 관련된 광원(예를 들어, 광원(108-1))이, 예를 들어, 후술되는 도 4의 타이밍도에 따라 오프된 동안, 센서 값을 홀딩하는 데 사용된다. 그러나, 피드백 유닛(112)이 값을 홀딩하지 않고서 제어기(120)로 정확한 피드백을 제공하도록 구성되는 경우에는, 샘플 앤드 홀드 모듈(104)이 필요하지 않을 것이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 시스템(300A, 300B)을 나타내며, 여기서, 예시적인 제어기(320)는 피드백 유닛으로부터의 피드백 신호를 이용하여 구동 신호를 조정한다. 제어기(320)는 도 1에 나타낸 제어기(120)의 실시예이다. 제어기(320)는 피드백 유닛과 관련된 비중첩 구간 동안 피드백 유닛으로부터 피드백을 수신한다. 비중첩 구간은 도 4를 참조하여 후술된다.
도 3a를 참조하면, 제어기(320)는 기준값 발생기(322) 및 제어 모듈(324)을 포함한다. 제어기(320)는 각 피드백 유닛으로부터 RGB 공간(R, G, B)에서 측정된 3자극 값의 형태로 피드백 신호를 수신한다. 또한, 제어기(320)는 입력 기준 3자극 값도 수신한다. 입력 기준 3자극 값은 목표 백색 점(X ref 및 Y ref) 및 루멘(lumen) 값(L ref)의 형태일 수도 있다. 사용자는 사용자 인터페이스(도시하지 않음)를 통해 입력 기준 3자극 값을 입력할 수도 있고, 또는, 입력 기준 3자극 값은 소정의 다른 방식으로 수신될 수 있다. 기준값 발생기(322)는 입력 기준 3자극 값을 RGB 공간(R ref, G ref, B ref)의 기준 3자극 값으로 변환한다. 그러면, 제어 모듈(324)은 측정된 3자극 값과 기준 3자극 값 사이의 차(difference)를 결정한다. 제어기(320)는 비교에 응답하여 컬러 단위로 광원(도시하지 않음)으로 구동 신호를 조정한다. 이 방법으로, 광원의 휘도 및 색도 특성은 희망하는(즉, 기준) 휘도 및 색도 특정에 접근한다.
도 3b의 대안 시스템(300B)은 이것이 CIE 1931 3자극 값을 이용한다는 점을 제외하면 도 3a의 시스템(300A)과 유사하다. 시스템(300B)은 RGB 공간의 측정된 3자극 값을 측정된 CIE 1931 3자극 값으로 변환하는 피드백 신호 변환기(326)를 포함한다. 또한, 기준값 발생기(322)는 입력 기준 3자극 값을 기준 CIE 1931 3자극 값으로 전환한다. 그러면, 제어 모듈(324)은 측정된 CIE 1931 3자극 값과 기준 CIE 3자극 값 사이의 차를 결정하고, 이에 따라, 컬러 단위로, 구동 신호를 조정한다.
도 1을 다시 참조하면, 기준값과 피드백 값 사이의 차를 이용하는 제어기(120)는 피드백 신호와 관련된 구동 신호를 컬러 단위로 조정한다. 실시예에서, 각각의 광원 어셈블리(114)는 채색된 LED에 대한 컬러 특정 구동 신호를 수신한다. 드라이버(106)는 구동 신호에 따라 광원(108)을 구동한다. 각각의 드라이버(106)는 관련된 광원(108)의 각각의 채색된 LED에 대한 컬러 특정 드라이버(도시하지 않음)를 포함할 수도 있다. 명멸(flickering)을 피하기 위해서, 드라이버(106)는 180Hz(3 x 60Hz) 이상의 주파수에서 각각의 광원(108)을 구동할 수 있다. 일반적으로, 비중첩 구간 중의 측정 시간의 역(inverse)은 180Hz 이상이어야 하고, 또는 측정 시간의 합의 역이 60Hz 이상이어야 한다. 이 주파수는 백라이팅이 아닌 애플리케이션에 사용되는 디스플레이 패널에 충분하다. LCD 디스플레이 백라이팅에 대해서는, LCD 디스플레이 이미지 명멸을 피하기 위해 더 높은 주파수가 필요할 수 있다.
제어기(120)는 각각의 광원 어셈블리(114)와 관련된 비중첩 구간 동안 각각의 광원 어셈블리(114)로 구동 신호를 제공한다. 이에 따라, 제어기(120)는 각각의 광원 어셈블리(114)에 대한 구동 값을 홀딩할 필요가 있다. 제어기(120)는 제어기(120)에 의해 홀딩되는 구동 값에 따라 컬러 특정 구동 신호를 드라이버(106)로 제공한다. 구동 값은 구동 전압 또는 구동 신호 지속시간을 나타낼 수도 있다. 구동 값이 구동 전류인 경우, 각각의 채색 LED에 대한 구동 전압은 동적이지만, 각각의 채색 LED에 대한 전압은 시간 주기(예를 들어, 어셈블리와 관련된 비중첩 구간) 전체에 걸쳐 일정하다. 구동 값이 구동 신호 지속시간인 경우, 각각의 채색 LED에 대한 구동 전압은 정적이지만, 구동 전압은 나타낸 신호 지속시간(예를 들어, 어셈블리와 관련된 비중첩 구간의 일부) 동안 제공된다.
도 4는 각각의 광원과 관련된 구동 값이 구동 신호 지속시간인 타이밍도(400)를 나타낸다. 타이밍도(400)는 광원(1), 광원(2), 광원(N)에 대한 비중첩 구간, 및 비중첩 구간을 각각 스패닝(span)하는 센서 모듈(1)(MT1), 센서 모듈(2)(MT2), 센서 모듈(N)(MTN)에 대한 측정 시간을 포함한다. 광원 어셈블리는 비중첩 구간 동안 제어기로부터 3자극 구동 신호를 수신한다. 3자극 구동 신호는 광원 어셈블리의 채색된 LED를 컬러 단위로 구동한다. 컬러 특정 구동 신호에 응답하여, 광원은 3자극 구동 신호에 따라 광 가이드 패널로 광을 방출한다. 센서는 센서 모듈의 측정 시간, 예를 들어, MT1 동안 광의 휘도 및 색도 특성을 검출하며, 샘플 앤드 홀드 모듈은 제어기로 피드백을 제공한다.
도 4의 예에서, 각각의 광원에 대한 3자극 구동 신호는 컬러 특정 구동 신호 (예를 들어, 적색, 녹색, 청색)를 포함한다. 3자극 구동 신호의 적색 신호는 광원의 적색 LED를 구동한다. 녹색 구동 신호는 광원의 녹색 LED를 구동한다. 청색 구동 신호는 광원의 청색 LED를 구동한다.
각각의 광원을 구동하는 3자극 구동 신호는 각각의 컬러와 관련된 구동 신호 지속시간에 좌우되는 가변 지속시간에 대해 하이(high)다. 예를 들어, MT1에서, 광원(1)과 관련된 적색, 녹색 및 청색 구동 신호는 상이한 지속시간의 것이다. 이것은 광원(1)의 적색, 녹색 및 청색 LED가 상이한 지속시간의 광을 방출하게 한다. 광원(2 내지 N)은 유사하게 작용하지만, 광원(1)의 것과는 상이한 비중첩 구간을 갖는다.
타이밍도(400)는 비중첩 구간을 반복적으로 순환하여, 연속적인 피드백을 제공할 수도 있다. 대안으로, 타이밍도(400)는, 광원들이 동시에 광을 방출하는 중첩된 구간 다음에 비중첩 구간의 주기(예를 들어, 초기화 주기)를 나타낼 수 있다.
도 5a는 LED 기반 광 시스템을 제어하는 방법의 순서도(500A)이다. 단계(502)에서, 구동 신호는 각각의 비중첩 구간 동안 광원 어셈블리로 제공된다. 단계(504)에서, 각각의 비중첩 구간 동안 구동 신호를 광원에 제공하는 것에 응답하여 광 특정 피드백 신호가 수신된다. 단계(506)에서, 광 특정 신호에 응답하여 구동 신호가 조정된다. 구동 신호를 조정하는 예는 광원 특정 피드백 신호와 기준값 사이의 차를 획득하는 것과, 구동 신호를 컬러 단위로 조정하여 차를 보상하는 것을 포함한다. 광원 특정 피드백 신호 및 기준값은 초기에는 상이한 포맷의 것일 수도 있다. 따라서, 광원 특정 피드백 신호, 기준값, 또는 광원 피드백 신호 및 기준값 모두는, CIE 1931 표준 비색(colorimetric) 3자극 값과 같이, 상이한 포맷으로 변환될 수 있다. 구동 신호가 전압인 경우, 상이함을 보상하는 것은 전압을 증가시키거나 감소시키는 것을 포함할 수 있다. 대안으로, 구동 신호는 더 길거나 더 짧은 시간 동안 제공될 수도 있다.
순서도(500A)의 단계들은 단계(506)로 끝나거나 제한된 횟수 동안 반복되는 초기화 과정으로서 수행될 수 있다. 대안으로, 순서도(500A)는 연속 피드백을 위해 시작단계부터 종료단계까지 반복될 수 있다. 이 경우, 구동 신호는 중첩되지 않은 반복된 순차적 구간에서 제공된다. 또한, 각각의 광원 어셈블리는 다음 광원 어셈블리를 고려하기 전에 고려될 수 있다.
도 5b는 각각의 광원 어셈블리가 고려된 순서도(500B)를 나타낸다. 순서도(500B)는 다음 비중첩 구간을 고려할 때인지 아닌지가 결정되는 결정 단계(510)에서 시작된다. 비중첩 구간이 더 이상 존재하지 않는 경우에는, 순서도(500B)가 종료된다. 그렇지 않은 경우에는, 다음 비중첩 구간이 단계(512)에서 고려되며, 순서도(500B)는 나타낸 바와 같이 계속된다. 연속 피드백이 시스템에 대해 바람직한 경우, 순서도(500B)가 종료될 필요가 없다는 것에 유의해야 한다.
단계(514-1 내지 514-3)는, 흔히 상이한 지속시간 동안이라 해도, 실질적으로 동시에 발생할 수 있다. 단계(514-1)에서는, 비중첩 구간과 관련된 적색 LED로 전압을 제공한다. 전압은 적색 신호 지속시간 동안 제공된다. 적색 신호의 지속시간은 적색광의 희망하는 세기에 따라 변화한다. 단계(514-2, 514-3)는 단계(514-1)와 유사하지만, 각각, 녹색 및 청색에 관한 것이다.
단계(516)에서, 비중첩 구간과 관련된 센서로부터 피드백을 제공한다. 비중첩 구간 동안 임의의 센서가 휘도 및 색도 특성을 검출하거나 검출하지 않는 동안, 센서가 비중첩 구간과 관련되는 경우에는 휘도 및 색도 특성이 피드백으로서만 제공되어야 한다.
단계(518-1 내지 518-3)는 실질적으로 동시에 발생할 수 있다. 단계(518-1)에서, 적색 컬러에 대한 피드백 값을 적색 기준값과 비교한다. 피드백 값은 적색 컬러 값을 포함하는 3자극 값일 수 있고, 또는 적색 컬러 값은 혼합광 신호로부터 유도될 수 있다. 단계(518-2, 518-3)는 단계(518-1)와 유사하지만, 각각, 녹색 및 청색 컬러에 대한 것이다.
단계(520-1 내지 520-3)는 실질적으로 동시에 발생한다. 단계(520-1)에서, 적색 신호 지속시간을 조정하여 적색 피드백 값과 적색 기준값 사이의 차를 보상한다. 적색 피드백 값이 적색 기준값보다 작은 경우, 적색 신호 지속시간이 증가한다. 적색 피드백 값이 적색 기준값보다 큰 경우, 적색 신호 지속시간이 감소한다. 적색 피드백 값 및 적색 기준값이 같은 경우, 또는 적색 기준값이 기준값의 수용 가능한 하부 또는 상부의 한도 내에 있는 경우, 적색 신호 지속시간은 변화하지 않는다. 적색 신호 지속시간을 증가시키는 것은 타이머, 레지스터, 또는 그 밖의 소프트웨어나 하드웨어 가변 값을 조정하는 것을 포함할 수 있다는 것에 의하자. 따라서, 적색 신호는 적색 신호 지속시간이 조정된 후의 소정 시간 동안에는 제공되지 않을 수 있다. 단계(520-3, 520-3)는 단계(520-1)와 유사하지만, 각각, 녹색 및 청색 컬러에 대한 것이다. 전형적으로, 조정된 신호 지속시간은 다음의 대응하는 비중첩 구간 동안 효과를 낸다.
단계(522)에서, 비중첩 구간과 관련된 피드백 값을 홀딩한다. 비중첩 구간이 다음 비중첩 구간과 간섭하지 않도록 종료가 될 때, 비중첩 구간과 관련된 피드백 값이 홀딩된다. 단계(522)는 피드백 값과 기준값을 비교(단계(518))하기 이전에, 단계(516)에 발생할 수도 있다는 것에 유의해야 한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 광원 어셈블리는 하나 이상의 광원 및 하나 이상의 드라이버 모듈을 포함할 수도 있다. 본 명세서에서는 RGB 기반 광원이 설명되고 있으나, 대신에 시안(cyan) 및 호박(amber)색과 같은 다양한 컬러가 사용될 수 있다. 광원은 하나 이상의 컬러의 LED를 포함할 수도 있다. 광원은 각 컬러의 하나 이상의 LED 다이오드(또는, 칩)를 포함할 수도 있다. 드라이버 모듈은 하나 이상의 광원 드라이버를 포함할 수도 있다. 광원 드라이버는 하나 이상의 트랜지스터를 포함할 수도 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 피드백 유닛은 센서 및 샘플 앤드 홀드 모듈을 포함할 수도 있다. 샘플 앤드 홀드 모듈은 피드백 유닛이 그 피드백 유닛과 관련된 비중첩 구간 동안 피드백 신호를 전송하고 그 피드백 신호를 다른 시간에 홀딩하게 한다. 피드백 유닛은 증폭기를 포함할 수도 있다. 대안으로, 피드백 유닛으로부터 피드백 신호를 확보하기 위한 소정의 다른 메커니즘이 사용될 수도 있다. 이러한 메커니즘을 적용하는 데 있어서 중요한 고려사항은 주어진 피드백 유닛과 관련된 비중첩 구간 동안 그 주어진 피드백 유닛으로부터의 피드백이 무시되는 것이다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 구동 신호는 제어 전압이나 전류를 포함할 수도 있다. 제어 전압은 희망하는 광 출력량에 따라 더 높거나 더 낮을 수도 있다. 대안으로, 제어 전압의 지속시간은 희망하는 광 출력에 따라 증가하거나 감소할 수도 있다. 후자의 기술은 펄스 폭 변조(PWM)라고 호칭한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 기준값은 사용자에 의해 입력으로부터 유도되거나 미리 조정될 수도 있다. 기준 입력이 수신되면, 그것은, 전형적으로, CIE 1931 3자극 값과 같은 다른 포맷으로 변환된다. 또한, 그것은 RGB 공간의 3자극 값으로 변환될 수도 있다. 기준값 자체가 각각의 컬러(예를 들어, RGB)에 대한 값을 포함할 수도 있다. 기준값은 루멘 값을 포함할 수도 있다. 기준값의 성분은, 의미 있는 방식으로 기준값이 피드백 신호와 비교될 수 있는 한, 중요하지 않다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 디스플레이 패널은 복수의 영역으로 분할된다. 각 영역은 발광체 및 센서와 연결된다. 분할은 논리적이거나 물리적일 수도 있다. 디스플레이 패널은 광 가이드 패널과 같은 광 통로를 포함할 수도 있다. 광 통로는 최소 손실로 발광체로부터 소정 거리의 지점으로 광을 다이렉팅하도록 설계된 디바이스이다. 광은 총 내부 반사에 의해 광 통로를 통해 다이렉팅된다. 광 통로는 일반적으로 아크릴 수지, 폴리카보네이트, 에폭시 및 유리 등과 같은 광 그레이드 재료로 만들어진다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 비중첩 구간은 광원이 디스플레이 패널의 전체 또는 일부를 조명하는 동안의 시간을 지칭한다. 광원은 디스플레이 패널에서 검출된 휘도 및 색도 특성에 관련된 광원 특정(또는, 광원 어셈블리 특정) 피드백 신호를 전송하는 피드백 지점과 연결된다. 제어기는 비중첩 구간을 수차례 순환하고, 광원 특정 피드백을 이용하여 광의 휘도 및 색도 특성을 조정한다.
본 발명의 특정 실시예가 설명 및 도시되고 있으나, 본 발명은 본 명세서에서 설명하고 도시한 바와 같이, 부분의 특정한 형태 및 배열로 제한되지 않는다. 본 발명은 특허청구범위에 의해서만 제한된다.
본 발명에 따르면, 광 시스템에 걸친 컬러 균일성 및 컨시스턴시를 개선할 수 있다.

Claims (20)

  1. 발광 다이오드(LED) 기반 광 시스템을 위한 제어 시스템에 있어서,
    복수의 광원 어셈블리 -각 광원 어셈블리는 제 1 컬러의 광원 및 상기 제 1 컬러와 상이한 제 2 컬러의 광원을 포함함- 와,
    휘도(luminance) 특성 및 색도(chrominance) 특성을 나타내는 피드백 신호들을 생성하는 복수의 피드백 유닛과,
    상기 복수의 피드백 유닛과 신호 통신하는 제어기를 포함하되,
    상기 제어기는,
    제 1 광원 어셈블리 내의 상기 제 1 컬러의 광원과 제 2 광원 어셈블리 내의 상기 제 1 컬러의 광원이 비중첩 구간들(non-overlapping intervals)에서 구동되고, 상기 제 1 광원 어셈블리 내의 상기 제 2 컬러의 광원과 상기 제 2 광원 어셈블리 내의 상기 제 2 컬러의 광원이 비중첩 구간들에서 구동되도록, 각각의 비중첩 구간 동안 구동 신호들을 상기 광원 어셈블리들에 제공하도록 구성되고,
    상기 복수의 피드백 유닛으로부터의 피드백 신호들에 응답하여 각 광원 어셈블리의 각 광원마다(a per-light source assembly and a per-light source basis) 상기 구동 신호들을 조정하도록 구성되는
    발광 다이오드 기반 광 시스템의 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 피드백 유닛 중 하나의 피드백 유닛은,
    상기 비중첩 구간들 중 하나의 비중첩 구간 동안 휘도 특성 및 색도 특성을 감지하는 센서를 더 포함하되,
    상기 비중첩 구간은 상기 복수의 광원 어셈블리 중 하나의 광원 어셈블리 및 상기 센서와 연관되는
    발광 다이오드 기반 광 시스템의 제어 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 피드백 유닛들 중 하나의 피드백 유닛은,
    상기 비중첩 구간들 중 하나의 비중첩 구간 동안 센서로부터의 피드백 신호들을 샘플링하고 다른 비중첩 구간 동안 피드백 신호들을 홀딩하는 샘플 앤드 홀드(sample-and-hold) 모듈을 더 포함하되,
    상기 비중첩 구간은 상기 샘플 앤드 홀드 모듈과 연관되는
    발광 다이오드 기반 광 시스템의 제어 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    각 광원 어셈블리는 제 3 컬러의 광원을 더 포함하되,
    상기 제 1 컬러는 적색이고, 상기 제 2 컬러는 녹색이고, 상기 제 3 컬러는 청색이며,
    상기 구동 신호들은, 상기 제 1 광원 어셈블리 내의 상기 제 3 컬러의 광원 및 상기 제 2 광원 어셈블리 내의 상기 제 3 컬러의 광원이 비중첩 구간들에서 구동되도록 제공되는
    발광 다이오드 기반 광 시스템의 제어 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 피드백 신호들과 기준값 간의 차(difference)를 획득하고, 상기 차를 보상하도록 상기 구동 신호들을 컬러마다 조정하는
    발광 다이오드 기반 광 시스템의 제어 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    기준 입력을 CIE 1931 3자극(tristimulus) 기준값들로 변환하는 기준값 발생기와,
    상기 피드백 신호들 중의 한 피드백 신호를 CIE 1931 3자극 측정값들로 변환하는 피드백 신호 변환기를 더 포함하되,
    상기 제어기는, 상기 피드백 신호들 각각에 대해 상기 CIE 1931 3자극 기준값들과 상기 CIE 1931 3자극 측정값들 간의 차를 결정함으로써 상기 피드백 신호들과 기준값 간의 차를 획득하는
    발광 다이오드 기반 광 시스템의 제어 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 기준값 발생기를 더 포함하되,
    상기 기준값 발생기는,
    기준 입력을 CIE 1931 3자극 기준값들로 변환하고,
    상기 CIE 1931 3자극 기준값들을 RGB 공간 내의 3자극 기준값들로 변환하며,
    상기 제어기는 상기 RGB 공간 내의 3자극 기준값들과 상기 피드백 신호들 간의 차를 결정함으로써 상기 피드백 신호들과 기준값 사이의 차를 획득하는
    발광 다이오드 기반 광 시스템의 제어 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원 어셈블리들로부터 상기 피드백 유닛들로 광을 다이렉팅하는 광 가이드 패널(light guide panel)을 더 포함하되,
    상기 피드백 유닛들은 상기 피드백 유닛들이 연관된 광원 어셈블리들에 관련된 상기 광 가이드 패널 내에 휘도 특성 및 색도 특성에 관련된 피드백을 제공하는
    발광 다이오드 기반 광 시스템의 제어 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 비중첩 구간보다 길지 않은 신호 지속시간 동안 상기 구동 신호들을 제공하고,
    상기 제어기는 상기 신호 지속시간을 제 1 지속시간에서 제 2 지속시간으로 변경함으로써 상기 구동 신호들을 컬러마다 조정하되, 상기 제 2 지속시간은 상기 비중첩 구간보다 길지 않은
    발광 다이오드 기반 광 시스템의 제어 시스템.
  10. 발광 다이오드(LED) 광 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
    각각의 비중첩 구간 동안 구동 신호들을 복수의 광원 어셈블리에 제공하는 단계 -각 광원 어셈블리는 제 1 컬러의 광원 및 상기 제 1 컬러와 상이한 제 2 컬러의 광원을 포함하고, 상기 구동신호들은, 제 1 광원 어셈블리 내의 상기 제 1 컬러의 광원과 제 2 광원 어셈블리 내의 상기 제 1 컬러의 광원이 비중첩 구간들에서 구동되고, 상기 제 1 광원 어셈블리 내의 상기 제 2 컬러의 광원과 상기 제 2 광원 어셈블리 내의 상기 제 2 컬러의 광원이 비중첩 구간들에서 구동되도록 상기 광원 어셈블리들에 제공됨- 와,
    각각의 비중첩 구간 동안 상기 구동 신호들을 상기 복수의 광원 어셈블리에 제공하는 단계에 응답하여 광원 어셈블리 특정 및 컬러 특정 피드백 신호들을 수신하는 단계와,
    상기 광원 어셈블리 특정 및 컬러 특정 피드백 신호들에 응답하여 상기 구동 신호들을 각 광원 어셈블리의 각 컬러마다 조정하는 단계를 포함하는
    발광 다이오드 기반 광 시스템의 제어 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제공 단계는,
    반복되는 순차적인 비중첩 구간들에 상기 구동 신호들을 제공하는 단계를 포함하는
    발광 다이오드 기반 광 시스템의 제어 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 조정 단계는,
    상기 광원 특정 피드백 신호들과 기준값 사이의 차를 획득하는 단계와,
    상기 차를 보상하도록 상기 구동 신호들을 컬러마다 조정하는 단계를 포함하는
    발광 다이오드 기반 광 시스템의 제어 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    기준 입력을 수신하는 단계와,
    상기 기준 입력을 상기 기준값으로 변환하는 단계와,
    상기 기준값을 상기 광원 특정 피드백 신호들과 비교하는 단계를 더 포함하는
    발광 다이오드 기반 광 시스템의 제어 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    기준 입력을 수신하는 단계와,
    상기 기준 입력을 상기 기준값으로 변환하는 단계 -상기 기준값은 CIE 1931 3자극 값들을 포함함- 와,
    상기 광원 특정 피드백 신호들을 CIE 1931 3자극 값들로 변환하는 단계와,
    상기 기준값을 상기 광원 특정 피드백 신호들과 비교하는 단계를 더 포함하는
    발광 다이오드 기반 광 시스템의 제어 방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 광원들로부터의 광의 휘도 특성 및 색도 특성에 따라 상기 광원 특정 피드백 신호들을 생성하는 단계를 더 포함하는
    발광 다이오드 기반 광 시스템의 제어 방법.
  16. 발광 다이오드(LED) 기반 광 시스템에 있어서,
    복수의 광원 어셈블리 -각 광원 어셈블리는 적색 LED, 녹색 LED 및 청색 LED를 포함함- 와,
    각각이 상기 복수의 광원 어셈블리 중 적어도 하나와 광통신하는 복수의 피드백 유닛과,
    상기 광원 어셈블리 및 상기 피드백 유닛과 신호 통신하는 제어기를 포함하되,
    상기 제어기는,
    제 1 광원 어셈블리 내의 적색 LED와 제 2 광원 어셈블리 내의 적색 LED가 비중첩 구간들에서 구동되고, 상기 제 1 광원 어셈블리 내의 녹색 LED와 상기 제 2 광원 어셈블리 내의 녹색 LED가 비중첩 구간들에서 구동되며, 상기 제 1 광원 어셈블리 내의 청색 LED와 상기 제 2 광원 어셈블리 내의 청색 LED가 비중첩 구간들에서 구동되도록, 비중첩 구간들에서 구동 신호들을 상기 광원 어셈블리에게 제공하고,
    비중첩 구간들에서 제공되는 상기 구동 신호들에 응답하여 상기 피드백 유닛으로부터 광원 어셈블리 특정 및 컬러 특정 피드백 신호들을 수신하며,
    상기 광원 어셈블리 특정 및 컬러 특정 피드백 신호들에 응답하여, 상기 광원 어셈블리에게 제공된 구동 신호들을 각 광원 어셈블리의 각 컬러마다 조정하도록 구성되는
    발광 다이오드 기반 광 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 피드백 유닛은 광의 휘도 특성 및 색도 특성을 검출하는 컬러 센서를 포함하는
    발광 다이오드 기반 광 시스템.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 피드백 유닛은 컬러 특정 피드백 신호를 생성하는 컬러 센서를 포함하는
    발광 다이오드 기반 광 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 광원 어셈블리 특정 및 컬러 특정 피드백 신호들에 응답하여, 광원 어셈블리 특정 및 컬러 특정 구동 신호들을 상기 광원에 제공하도록 구성되는
    발광 다이오드 기반 광 시스템.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 피드백 유닛은 컬러 특정 피드백 신호들을 생성하는 컬러 센서를 포함하며,
    상기 제어기는 상기 광원 어셈블리 특정 및 컬러 특정 피드백 신호들에 응답하여, 광원 어셈블리 특정 및 컬러 특정 구동 신호들을 상기 광원 어셈블리에 제공하도록 구성되는
    발광 다이오드 기반 광 시스템.
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