KR20060012276A - 개별적인 ｌｅｄ 휘도 감시 능력을 갖는 ｌｅｄ조명소스/디스플레이 및 교정 방법 - Google Patents

개별적인 ｌｅｄ 휘도 감시 능력을 갖는 ｌｅｄ조명소스/디스플레이 및 교정 방법 Download PDF

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노톤 케이. 주니어 볼트
커티스 케이. 데커트
제임즈 씨. 존슨
앤드류 아이. 리지키
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비저니어드 이미지 시스템스 인코포레이티드
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Abstract

전자 빌보드와 같은 LED 면적 조명소스/디스플레이는 각각이 개별적으로 활성화되도록 배열된 원색을 나타내는 수많은 LED, 예를 들어, 레드, 블루 및 그린 LED를 각각 포함하는 복수의 개별적인 화소로 구성되어 있다. 적어도 하나의 광 센서가 각각의 화소내의 원색을 나타내는 각각의 LED로부터 발광된 광의 측정값을 제공하기 위해 디스플레이에 통합되어 있다. 조명소스/디스플레이는 최대 레벨보다 적은 값에서 LED를 초기 활성화하고, 열화된 LED의 오리지널 광 출력값을 복구하는데 사용되는 동안 필요한 대로 활성화 레벨을 증가시킴으로써 셀프 교정될 수 있다.
전자 빌보드, LED 면적 조명소스/디스플레이, 원색, 광 센서, 광검출기,

Description

개별적인 ＬＥＤ 휘도 감시 능력을 갖는 ＬＥＤ 조명소스/디스플레이 및 교정 방법{LED ILLUMINATION SOURCE/DISPLAY WITH INDIVIDUAL LED BRIGHTNESS MONITORING CAPABILITY AND CALIBRATION METHOD}
본 발명은 방대한 수의 개인에 의해 보기에 적합한 사인 및 빌보드의 형태로 큰 포맷 비디오 및 그래픽 디스플레이에 특히 적합한 LED 조명소스/디스플레이에 관한 것이다.
종래 비디오 디스플레이
큰 사인 및 빌보드가 대중에게 광고하고 정보를 전달하기 위한 매체로서 수년동안 광범위하게 사용되어 왔다. 전통적으로, 사인 빌보드는 단일 광고 테마, 프로덕트 또는 메시지를 전시하는데 사용되어 왔다. 이러한 매체의 고정된 프린트 특성으로 인해, 텔레비전과 같은 매체와 함께 할 수 있는 보다 많은 일련의 아이디어를 디스플레이할 수는 없다. 인광 및 백열 방사에 기초한 디스플레이 기술은 방대한 실내외 디스플레이에서의 변화하는 이미지를 디스플레이하는데 있어 제한된 정도까지 성공을 달성해왔다. 그러나, 발광 다이오드(LED)와 같은 조명소스에서의 기술의 진보는 예를 들어, 500nit가 넘는 디스플레이 휘도를 요구하는 주변 라이팅 상태에서 20 이상의 피트의 거리로부터 보여지는, 대각선이 100인치를 넘는 큰 포 맷 실내외 디스플레이에 대한 인광 및 백열 디스플레이를 이러한 다이오드가 크게 대체할 수 있도록 하였다. 용어 LED는 광 발생 반도체 소자, 즉, 렌즈 및/또는 반사기로 패키지된 엘리먼트는 물론 LED DIE를 집합적으로 나타내도록 여기에 사용되었다.
전통적인 LED 비디오 및 그래픽 디스플레이의 현 경제성 및 가격/성능은 기존의 고부가가치 시장에서 백열, CRT 및 프로텍션 디스플레이 기술을 대체하기에 충분하지만, 전통적인 LED 디스플레이 그 자체는 이러한 디스플레이의 성장가능성을 해치는 단점을 가지고 있다.
LED 비디오/그래픽 보드는 보통 불리는 바와 같이, 어레이를 형성하는 (이산 그룹으로서) 화소내에 배열된 컬러 LED를 사용한다. LED의 그룹, 예를 들어, 레드(R), 블루(B), 그린(G)을 포함하는 각각의 화소는 디스플레이되는 이미지의 최소 증분 (또는 인식된 포인트)을 나타내는 요구되는 컬러 또는 색상의 광을 발광할 수 있다.
LED 디스플레이 및 열화 문제
조명소스로서 사용되는 LED의 휘도, 수명 및 파워 세이빙의 장점은 휘도, 주파장(컬러 코디네이트)의 랜덤 분포 및 화소 레벨에서 사용되는 동안 고유의 열화를 갖는 LED 칩(DIE)과 함께 나타난다. 열화율 및 프로파일은 프로덕션 런 또는 롯내의 개별적인 LED 또는 패키지된 LED에 대하여 상이하다. 휘도 및 색상 바운딩된 범위의 보다 작은 분포로 개별적인 LED를 소팅함으로써, 초기의 품질상의 부정적인 효과를 감소시킬 수 있다. LED 열화의 장기 효과는 LED 누적 동작 시간으로 부터 발생하고 동작 정션 전류, 온도 및 습도가 증가함에 따라 가속화된다. 열화 프로파일은 또한 직관적이고 경험적인 감소를 초래하는 LED 정션의 균일성에 의해 변화하여, 보다 밝은 LED(또는 패키지된 LED) 및 특정 웨이퍼 롯으로부터의 LED가 또한 동일한 롯으로부터의 보다 작은 휘도 LED보다 보다 낮은 열화율을 갖는 구조적으로 양호한 LED이다.
스포팅 이벤트에 사용되는 비디오 디스플레이 및 광고 시스템의 동작 시간은 평균 연간 800 시간 미만이다. 이러한 시스템은 농구 및 하키와 같은 2개의 스포팅 이벤트를 수용하는 공통 에어리어내에서 연간 1,500 시간을 초과하여 동작하는 일은 거의 없다. 이러한 사용에서, 듀얼 사용에서의 퍼 원색 LED 또는 누적된 개별적인 화소 활성화 값은 블루에 대하여 400 시간 미만이고 레드에 대하여 800시간 근방이고 그린에 대하여 다소 그 아래이다.
옥외광고("OHA")는 일반적으로 디스플레이 시스템에 연간 약 8,760 시간의 부담을 주는 것으로 계산된다. 또한, 이러한 광고는 스포팅 이벤트의 비디오 인텐시브 콘텐트상에 증가된 동작 시간을 초래하는 스태틱 이미지 콘테트에 의해 지배를 받는다. 높은 주변광 OHA 로케이션은 5년의 기간동안 20,000시간을 족히 넘는 것으로 추정되는 콘텐트 및 LED 램프 동작 시간을 초래할 수 있다. 보더 대 센터 모듈 분포, 이미지의 도미넌트 컬러 및 백그라운드와 같은 다른 변수는 화소 또는 화소의 그룹의 동작 시간을 악화시키고 그래서 화소 또는 화소의 그룹을 구성하는 LED의 열화를 악화시키게 된다.
OHA는 품질 벤치마크가 프린트 매체이고 이미지 품질이 자주 중요한 스틸 이 미지에 의해 도미네이팅된다. 전자 디스플레이의 컬러에 대한 권위자로 인식된 찰스 포인톤씨에 따르면, 1% 를 넘는 컬러 차이는 평균 관찰자에 의해 식별가능하다. 음식, 의류, 화장품 및 자동차에 대한 광고 콘텐트는 종종 파인 세이딩 및 점증적인 컬러 경도를 가지고 있다. 정확한 컬러 렌더링은 이미지 품질 및 궁긍적으로 실제 상품의 정확한 렌더링의 광고주 만족도 및 소비자 수용도에 중요하다.
우리의 이전 미국 특허 6,657,605("605 특허")에서, 디스플레이를 구성하는 LED 모듈은 균일 보정을 가능하게 하기 위해 화소 레벨에서 특성화된다. 균일 보정은 전체 디스플레이내의 각각의 원색 LED의 균일한 휘도를 제공한다.
외부 광 센서를 통한 균일 보정은 '605 특허에 일반적으로 설명되어 있고 아래에 재설명되었다.
니치아 또는 아질렌트, 라이트-온, 킹브라이트, 도요타 고세이등과 같은 다른 판매자의 LED 램프는 촉광(cd.) +/- 15% 내지 +/- 20%의 강도 변화를 갖는 랭크 또는 빈으로 불리는 그룹으로 소팅된다. 균일 보정의 구현은 +/- 10%를 갖는 LED 램프의 랭크는 적당한 비용으로 상기 공급자로부터 획득될 수 있다는 가정으로부터 시작한다. 그다음, LED 모듈로 불리는 비디오 디스플레이 장치의 볼륨 프로덕션은 특정 LED 모듈에서 사용되는 특정 랭크로써 이루어진다. 이렇게 구성된 LED 모듈에서, 하나의 랭크의 LED는 이들의 랭크에 의해 결정된 하나의 포워드 전류 레벨 (Ifr)에서 동작되고, 보다 낮은 랭크의 다른 LED 모듈내의 LED는 상위 레벨에서 동작되고, 그래서 프로덕션 동안 특정 디스플레이에 사용되는 모든 LED 모듈은 동일 한 R,G,B 레벨에서 동작될 때 D6500 화이트(즉, 6500°k에서의 흑체로부터의 방사의 시뮬레이션)에 근사한 유사 균일 보정 평균 휘도를 갖는다.
이러한 바람직한 방법에 따라, LED를 활성화시키기 위한 전원 및 정전류원 구동 전자장치는 이미지 프레임 인터벌내에 LED가 턴온되는 시간의 프랙션 또는 퍼세트를 모듈레이팅함으로써 LED 출력 강도를 변화시킨다. 이러한 모듈레이션은 펄스폭변조(PWM)로 보통 불린다. 여기에서 사용되는 용어 % ON TIME은 0과 100 사이의 퍼센트 값이고, 여기에서, 0은 LED가 완전히 오프된 상태이고 100은 LED가 완전히 온된 상태이다.
다음으로, 특성화 또는 테스트 시스템은 하이 레벨의 반복도(<+/-2%)로의 입력 에너지의 고정된 레벨에서 동작될 때 모듈의 각각의 화소내의 각각의 LED 컬러의 휘도를 측정한다. 그다음, 특정 LED 모듈을 구성하는 전체 디스플레이에 대한 SMPTE D6500 화이트에 대해 필요한 R,G,B의 정규화된 휘도가 계산되고 균일 보정 계수의 테이블이 발생된다. 시스템은 균일한 강도를 갖는 LED 화소의 매트릭스의 일부인 것처럼 각각의 화소가 실행되도록 하는 이미지 데이터에 상기 균일 보정 계수 데이터를 적용한다.
열화 문제에 대한 종래 접근법
LED 디스플레이는 일부 형태의 균일 보정을 채용하지 않는 디스플레이에 비해 주목할만한 우월한 이미지 품질을 갖는 것으로 나타날 것이다. 이러한 솔루션이 새로운 디스플레이의 예외적인 이미지 품질을 제공하지만, 장기적으로는 스포팅 이벤트 동안 간헐적인 동작 이외의 많은 문제점을 남길 것으로 예상된다. LED 디 스플레이가 노후화됨에 따라, 유지 비용은 상승하고 LED 누적 동작 시간에 의해 결정되는 방식으로 평균 컬러 균일도가 다소 열화된다. 일부 LED 비디오 디스플레이 제조자는 디스플레이내의 LED 열화를 보상하기위해 예측 알고리즘을 사용한다. 개별적인 DIE 특성 및 패키징에서의 환경 스트레스와 같은 비예측적인 요인은 예측 모델로부터 유도된 내용에 기초하여 산출될 수 없다. 이러한 단점은 각각의 화소내의 각각의 컬러 LED의 휘도, 즉, 광도를 측정하고, 화소의 출력이 처음 특성화되었을 때와 동일한 광학 출력을 생성하도록 화소에 대한 신호 이미지 데이터에 응답하여 추가 에너지 또는 % ON-TIME을 공급함으로써 열화를 보상함으로써 극복될 수 있다.
산업 표준 LED 디스플레이 모듈 구성은 "Superoval" 50 deg ｘ110 deg의 어레이를 사용하고, LED 램프는 인쇄 회로 기판에 소결되고, 그리고 이 인쇄 회로 기판은 LED 램프를 밀봉하는 포팅재가 발광된 이미지 광에 콘트라스트를 제공하기위해 블랙 오페이크인 실장 프레임에 고정되고 포팅된다. 전형적인 13'4" ｘ 48' 전자 뉴스 빌보드는 360개의 16 화소 ｘ 16 화소 LED 모듈내에 포함된 368,640개의 LED 및 1" 이격된 92,169개의 화소를 가지게 될 것이다.
일단, 디스플레이가 필드내에 놓이면, LED 열화를 상쇄하는 유일한 실제적인 방법은 각각의 화소내의 각각의 LED의 광 출력값을 측정하기 위해 외부에 위치된 교정된 CCD 카메라와 같은 외부 특정 디바이스를 사용하는 것이다. 그다음, 이러한 값은 특성화 타임에서의 값과 비교될 수 있고 그 다음 각각의 LED의 활성화는 공지된 발생된 패턴에 대한 균일한 응답을 달성하도록 조정될 수 있다. 이러한 방 법은 라스 베가스, 타임 스쿼어, 및 로스앤젤레스 선셋 스트립과같은 로케이션에 집중된 디스플레이에 대해 적합할 수 있지만, 미국내의 빌보드 오퍼레이터에 의해 필딩되는 수천의 전자 빌보드의 이미지 품질의 교정을 유지하기에는 부족하다.
외부 측정 디바이스를 사용하지 않고 디스플레이의 이미지 품질을 유지할 수 있는 LED 빌보드 모듈 설계와 같은 LED 조명소스에 대한 필요가 분명히 있다. 특히, 각각의 화소내의 각각의 LED로부터의 이산 컬러를 나타내는 광도와 같은, 발광된 광의 측정값을 제공할 수 있는 조명소스/디스플레이에 내장된 피드백에 기초한 광 센서가 필요하다. 여기에서 사용되는 용어 화소는 디스플레이상에 인쇄된 포인트 또는 최소 증분 또는 소스의 한정된 에어리어를 나타내고, 조명소스/디스플레이의 컬러 및 색상을 모두 나타낼 수 있는 LED 의 그룹을 의미한다.
LED에 광 센서를 사용하는 것에 있어서, LED와 함께 이러한 센서/검출기를 패키지하는 것은 새로운 것이 아니다. 예를 들어, 광아이솔레이터 또는 광결합기는 광 파이프와 같은 광 전송 매체를 통해 전기 이격 배리어를 통해 데이터를 전송할 목적으로 널리 사용되었다. 광다이오드는 또한 출력 제어를 위해 레이저 다이오드 패키지의 일체 부품으로서 피드백을 제공하는데 사용된다.
또한, 데이터 검출을 위한 임계값을 설정하는 CCD 검출기 및 회로 및 LED를 검출기로 사용하는 가능성까지 기재하고 있는 제임즈 티, 러셀에 허여된 미국 특허 제5,926,411호를 보라. LED 사인 및 빌보드 디스플레이 시스템 및 광검출기의 특정화된 종래 사용이 존재하지만, 상기 언급된 필요는 여전히 충족되지 않고 있다.
본 발명의 목적
본 발명의 목적은 디스플레이의 수명에 대한 LED의 광 출력의 예측된 열화를 검출하고 보상하는 LED 디스플레이용 수단을 제공하는 것이다. 각각의 LED로부터의 광 출력이 그 수명동안 언제든지 측정될 수 있도록 하나 이상의 LED의 근방에 일체형 광검출기를 제공하는 것이 또 다른 목적이다. 디스플레이가 전체 디스플레이에서 휘도 및 컬러에서 균일성을 나타내도록 각각의 화소내의 각각의 이산 컬러를 나타내는 모든 LED의 절대 출력 휘도를 제어함으로써 복수의 화소로 구성된 LED 디스플레이상에 고품질의 이미지를 생성하고 유지하는 것이 또 다른 목적이다.
여기에서 사용되는 용어 "LED"는 이산 컬러의 광을 발광하는 각각의 화소내의 단일 또는 복수의 LED를 의미한다. 예를 들어, 레드로서 인식되는 광을 발광하는 2개의 레드 LED가 도 4에 도시되어 있다.
전자 빌보드 디스플레이와 같은 LED 에어리어 조명소스 또는 디스플레이는, 각각이 단일 또는 함께 패키지된 레드, 그린 및 블루와 같은 복수의 LED를 포함하는 복수의 LED의 개별적인 화소로 구성되어 있고, LED는 하나 이상의 LED를 동시에 활성화함으로써 임의의 요구되는 컬러가 화소로부터 발광될 수 있도록 하기위해 개별적으로 활성화되도록 배열된 이산 컬러를 나타낸다. 적어도 하나의 광 센서는 상기 LED가 개별적으로 활성화될 때 조명소스/디스플레이의 LED의 각각으로부터 발광된 광의 광도와 같은 측정값을 나타내는 출력 신호를 제공하도록 배열되어 있다. 적어도 하나의 광 센서는 하나 이상의 화소와 또는 각각의 LED와 연관된 센서를 포함할 수 있다.
조명소스/디스플레이에서의 LED 열화를 결정하는 방법에 따라, 각각의 화소내의 이산 컬러를 나타내는 각각의 LED는 특성화의 타임 t0에서 100% ON TIME와 같은, 모든 LED에 대하여 동일할 수 있는(하지만 반드시 그럴 필요는 없다) 주어진 레벨에서 개별적으로 활성화된다. 동일한 시간에 연관된 광 센서의 출력 신호는 판독되고 활성화 레벨 및 광도와 같은 발광 광과의 주어진 관계를 갖는 출력 신호로 저장된다. 타임 t0에 이은 타임 tn에서, 각각의 화소의 이산 컬러를 나타내는 각각의 LED는 100% ON TIME와 같은 주어진 레벨에서 개별적으로 활성화되고 연관된 센서의 출력 신호는 판독되고 t0에서의 상응하는 출력 신호의 값과 비교된다.
특성화 시간에 디스플레이가 모든 LED에 대한 최대 에너지 레벨 미만에서, 예를 들어, 100% ON TIME 미만에서 동작된다고 가정할 때, 개별적인 LED는 열화가 발생한 각각의 LED의 활성화, 예를 들어, % ON TIME을 제어, 즉 증가시키기 위해 t0 와 tn 센서 출력 신호 사이의 차이를 사용함으로써, 상기 개별적인 LED의 특성화 상태로 복구될 수 있다.
본 발명의 구성 및 동작은 첨부된 도면과 함께 다음의 기재를 통해 가장 잘 이해될 수 있다.
도 1은 각각의 화소가 복수의 LED를 포함하는 화소의 어레이로 구성된 비디오 디스플레이 모듈의 정면도,
도 2는 도 1의 어레이내의 LED에 에너지를 공급하고, 내장된 광검출기의 출력을 판독하기 위한 전자 시스템의 블록도,
도 3은 도 1의 화소중 하나의 정면도,
도 4는 도 3의 라인 4-4을 따라 취해진 단면도,
도 5, 도 6, 및 도 7은 각각, LED 활성 소자, 즉, LED DIE가 단일 엔벨로프내의 광다이오드의 능동소자와 함께 패키지되는 대안의 화소 배열의 사시도, 평면도(렌즈가 생략됨), 및 단면도,
도 6a는 도 6의 LED/광다이오드 활성 소자의 확대 평면도,
도 8, 도 9 및 도 10은 각각 도 5-7의 화소의 수정된 실시예의 사시도, 평면도 및 측단면도,
도 11은 분광방사계에 의해 교정되거나 특징지어지는 화소의 단면도,
도 12는 디스플레이 모듈을 특징짓기 위한 테스트 시스템의 블록도,
도 13은 검출기 출력을 판독하기 위한 측정 회로를 따른 도 2의 광검출기의 섹션의 도면,
도 14는 단일 LED를 셀프 교정하기위한 알고리즘의 순서도,
도 15는 LED 광 출력과 활성화 레벨의 상관관계 및 특성화 알고리즘의 보다 상세한 순서도,
도 16은 디스플레이의 선택적인 동작을 설명하는 순서도,
도 17은 셀프 교정 프로세스를 도시하는 순서도, 및
도 18-21은 선택적인 디스플레이 모드를 설명하는 순서도.
발광된 광 및 주변광을 측정하기 위한 광검출기의 사용
각각 개별적인 LED 그룹 또는 화소를 포함하는 모듈의 어레이로 구성되어 있고, 각각의 화소는 소스 또는 디스플레이의 최소의 증분 또는 정밀 에어리어를 구성하는 LED 조명소스 또는 디스플레이가 우리의, '605 특허와 함께 계류중이고, 비디오 디스플레이 장치로 표제된 2003년 11월 16일자 출원된 미국 출원 번호 10/705,515호("'515 출원")에 기재되어 있다. '515 출원 및 '605 출원의 내용은 여기에 언급되어 통합되어 있다.
이제 도면을 참조하면, 도 1은 어레이가 개별적인 화소(11)로 구성된 '605 특허내에 기재된 바와 같이 LED 비디오 디스플레이 모듈 또는 어레이(10)를 도시하고 있다. 비디오 디스플레이는 완성된 사인 또는 빌보드를 구성하기 위해 어레이내에 조립되는 개별적인 모듈로 용이하게 구성된다는 것을 이해할 것이다. 여기에서 사용되는 용어"어레이"는 개별적인 모듈 또는 어레이를 의미한다. PWM 전류가, 마이크로컨트롤러(12a), 프로그램 메모리(12b), 공통 메모리(12c), 로직 컨트롤러/전원(12d) 및 아날로그 처리 회로(12e)를 포함하고, 어레이내에 통합된 전자 모듈(12)을 통해 LED 어레이에 공급되는 셀프 교정을 제공하면서, 어레이(10)를 동작시키는 시스템이 도 2에 도시되어 있다. PC(14)는 전자 모듈의 동작을 제어한다. 어레이내에 내장된 광검출기 어레이(16)는 아래에 설명되는 바와 같이, 개별적인 광 센서 또는, 각각의 화소 또는 LED와 연관된 광검출기로부터 전자 모듈(12)로 출력 신호를 공급한다.
이산적인 컬러 또는 원색을 구현하는 각각의 LED로부터 발광된 광을 측정하는 내부 광 센서 광검출기 및 이들을 동작시키는 전자장치를 통합하는, '515 출원의 조명소스/디스플레이(10)의 구현이 본원의 주제이다. 단일 LED 그룹 또는 화소만이 이러한 많은 화소가 어레이를 형성하도록 그룹핑될 것이라는 이해속에 도 4-10에 연결하여 설명될 것이다. 또한, '515 출원이 구체적으로 타원형 패턴으로 발광된 광을 분산시키기 위해 확산 광학 엘리먼트를 사용하지만, 본 발명은 이러한 확산기의 사용에 제한되지 않는다. 또한, 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 광 센서를 따른 하나 이상의 LED DIE가 예를 들어, 단일 반사기/렌즈를 공유하는, 단일 광학 패키지내에 장착될 수 있다.
도 3 및 도 4는 2개의 레드 LED(18), 한 개의 블루 LED(19), 및 한 개의 그린 LED(20)를 포함하는 단일 화소를 도시하고 있다. LED의 수 및 각각의 화소내의 컬러의 분산은 이러한 설명에 제한되지 않는다는 것에 주목해야 한다. 다양한 컬러 온도를 생성하기 위해 상이한 발광된 파장을 가진 추가 LED가 화소내에 통합될 수 있다. LED는 종래의 표면 또는 구멍 장착 배열부를 통해 인쇄회로기판(21)상에 장착된다. 예를 들어, PIN 또는 PN 광다이오드의 형태로 광검출기(22) 또는 광센서가 또한 LED의 각각으로부터 발광된 광을 수신하기 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 센터 포지션에서와 같이 LED에 인접한 회로기판상에 장착된다. 하우징(24)은 회로기판을 지지하고 '515 출원에 설명된 바와 같이, 광 세이핑 확산기(26)가 하우징에 접착식으로 본딩된다. 30으로 표시된 광은 화소로부터 방사된다. 각각의 LED에 의해 발광된 광(32)의 일부는 예를 들어, 확산기(26) 및 회로 기판에 체결된 반사기(33)에 의해 내부로 반사되어, 작지만 고정된 퍼센트의 방사된 화소광이 화소내에 포함된 광다이오드(22)에 의해 수신되도록 한다.
도 3 및 도 4에 도시된 것의 대안의 실시예에서, 화소는 복수의 LED DIE 및 광센서/광다이오드 정션이 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 공통 기판상에 장착된 칩 셉(34)의 형태일 수 있다. 칩셋은 2개의 레드 LED DIE(36), 하나의 블루 LED DIE(38), 하나의 그린 LED DIE(40) 및 광다이오드 정션(42)를 포함한다. 여기에서 사용되는 용어 광센서/광다이오드는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 개별적인 엔벨로프로 패키지된 광다이오드 또는 하나 이상의 LED DIE를 포함하는 엔클로프로 패키지된 정션을 집합적으로 지칭한다.
원 피스 몰딩된 렌즈/반사기(44b)가 칩셋(34)상의 회로기판(21)에 장착된다. 렌즈/반사기는 언더라잉 회로기판에 체결된 서포트 포스트(44a)를 포함하는 것으로 도시되어 있다.
도 8-10은 LED로부터의 발광된 광을 다소 콜리메이팅된 빔으로 외측으로 다이렉팅하는 반사기(46)내에 칩셋(34)이 위치된 도 5-7내에 도시된 것에 대한 추가 실시예를 도시한다. 상기 실시예중 하나에서, 도 3 및 도 4의 시스템과 같이, LED 발광된 광의 일부는 연관된 광다이오드에 의해 수신된다.
도 3 및 도 4의 모든 광학 엘리먼트(18-20,22) 또는 도 5-10의 엘리먼트(36,38,40,42)는 사용된다면, 확산기(26) 및 반사기(33)은 물론 서로에 대해서도 고정된다. 예를 들어, 화소 내에 이산적인 컬러, 예를 들어, 레드를 나타내는 임의의 LED 또는 LED의 조합으로부터 광다이오드상에 입사되는 방사량은 화소내의 LED 또는 LED의 조합에 의해 발광된 방사량에 선형 비례하게 된다. 이것으로 임의의 주변광 효과가 제거되거나 알려져 있다고 해도 무시될 수 있는 것이고, 광다이오드의 반응도는 레드, 블루 및 그린 LED 스펙트럼 방출에 따라 변할 수 있지만, 임의의 LED에 대한 응답은 시간 및 동작 온도에 대해 일정하게 유지된다는 것을 알 수 있다. 에어리어 조명소스 또는 비디오 디스플레이내의 이러한 배열의 LED 및 내부 광다이오드는 (1)개별적인 LED 열화의 보상(즉, 셀프 교정); (2) LED 카타스트로픽 페일러의 검출; (3) 디스플레이 이미지의 컨퍼메이션(즉, 콘텐트 발리데이션); (4) 주변 광 레벨의 측정에 의한 연속 디스플레이 휘도(즉, 자동 휘도 제어); (5) 부분적으로 음영된 디스플레이에 대한 휘도 보상 및 (6) 아래에 보다 상세하게 설명되는, 광출력 옵스트럭션(예를 들어, 그라피티)의 검출을 가능하게 한다.
연속 셀프 교정에 대한 준비 및 어레이의 특성화의 개관
고품질의 이미지를 디스플레이하기 위해, 각각의 화소의 휘도, 즉, 루미넌스, 즉, 광도, 및 컬러, 즉, 색도가 서로에 비례하여 개별적인 LED의 강도를 모듈레이팅함으로써 제어되어 이들의 조합된 광 출력이 바람지한 강도 및 컬러를 생성하도록 하여야 한다. 앞서 지적된 바와 같이, 바람직한 실시예에서, 도 2의 디스플레이 전자장치는 타임의 프랙션을 모듈레이팅함으로써 LED의 광 출력 강도를 변화시키고 LED는 는 이미지 프레임 인터벌, 즉, PWM으로 턴온된다. 이로 인해 인식된 컬러를 변화시킴없이 LED의 인식된 출력 강도, 즉, 광도를 변화시킬 수 있다.
팩토리 교정, 즉, 특성화 및 연속 셀프 교정의 개관에서, 도 11 및 도 12내에 도시된 테스트 시스템은 완전 출력 강도, 즉, 100% 출력 ON TIME에 (도 11내의 레드 LED로서 도시된 바와 같이) 각각의 LED를 연속적으로 구동한다. 테스트 시스템은 각각의 화소가 광 인터그레이팅 스피어(50a)를 구비한 교정 분광방사계(50) 아래에 연속적으로 위치되도록 어레이가 특성화 동안 장착되는 x-y 테이블(54)을 제어하는 PC(48)를 포함한다. 분광계(50)는 각각의 화소내의 이산적인 컬러를 나타내는 각각의 LED의 스펙트럼 특성 및 휘도 강도를 측정한다. 테스트 시스템은 도 15에 함께 보다 상세하게 설명되는 바와 같이 각각의 주요 컬러에 대한 CIE(Commission Internationale de l'clairage)에 상응하는 이산 컬러를 나타내는 각각의 LED에 대하여 3자극값 색도 벡터 bxyn을 계산한다. 이 측정치는 파일내에 저장되고, 그다음, 동작에 사용되기 위해, 도 2의 PC(14)에 전송되어 저장된다.
각각의 화소의 이산 컬러를 나타내는 각각의 LED와 연관된 내장된 광다이오드(22)의 출력은 또한 LED 온 및 LED 오프로써 측정된다. 온 측정값은 앞서 지적된 바와 같이, 100%에서 LED ON TIME 세트로 얻어진다. 측정된 광다이오드 출력은 종종 여기에서 출력 신호로 불린다. 주변광 레벨에 상응하는 오프 측정값은 각각의 화소에 대한 이산 컬러를 나타내는 각각의 LED에 대한 베이스라인 광검출기 측정값(M0, 도 14)을 산출하는 주변광 레벨 플러스 LED 광 출력의 일부에 상응하는 온 측정값으로부터 얻어진다. 이러한 측정값은 동작 사용을 위해 메모리(12b)내에 저장된다. 그 화소내의 이산 컬러를 나타내는 각각의 연관된 LED로부터의 광의 광도에 대한 각각의 광다이오드의 특성 응답(예를 들어, 루멘스/볼트에 대한 게인)을 나타내는 팩터가 또한 특성화 타임에 계산되고 메모리(12d)내에 저장된다.
팩토리 교정 알고리즘은 다음의 기준에 기초하여 각각의 화소에 대한 이산 컬러를 나타내는 각각의 LED에 대한 초기, 유일한 % ON TIME을 계산한다. 레드, 그린 및 블루 LED에 대한 광도는 디스플레이가 화이트를 디스플레이하도록 명령될 때 전체 디스플레이를 전체에서 요구되는 백색점, 예를 들어, D6500이 얻어지도록 서로에 대하여 비레하도록 조정된다. 또한, 타겟 백색점 휘도 출력값은 모든 화소가 동일한 컬러 및 강도를 디스플레이하도록 명령될 때 전체 디스플레이를 통해 균일한 휘도가 얻어지도록 각각의 화소에 대하여 동일하도록 조정된다. 결국, 충분한 광 출력을 가진 적합한 LED의 선택을 통해 팩토리 교정에서 충분한 강도 마진, 즉, 헤드룸이 LED가 시간에 대한 출력 강도에서 열화됨에 따라, 그 광학 출력 강도가 PWM(n) % ON TIME 을 증가시킴으로써 그 초기 값으로 증가되어, 전체 디스플레이를 통해 균일한 강도 및 컬러 밸런스를 유지하도록 제공된다.
각각의 화소(또는 그룹)내의 이산 컬러를 나타내는 각각의 LED에 대한 활성화 레벨의 최종 값, 즉, % ON TIME은 특성화의 시간, 즉, t0에 저장된다.
연속 교정은 물론 특성화 동안 광다이오드로부터 출력 신호를 판독하는데 사용될 수 있는 복수의 회로가 존재한다. 이러한 회로의 하나는 텍사스주 달라스의 타오스 인코포레이티드에 의해 제조된 것과 같은 단일 패키지 또는 컴포넌트로 광-주파수 컨버터 및 광다이이도를 통합한다. 광-주파수 컨버터는 구 주파수가 컴포넌트로부터의 LED 광도 출력에 비례하는 디지털 출력 및 광다이오드 감지 어레이 아날로그 검출 회로를 가진 단일 집적 회로이다.
광-주파수 컨버터 컴포넌트는 광출력 신호의 브로드 범위에서 선형성을 제공하고 디지털 마이크로프로세서 및 프로그래머블 로직 어레이와 직접 인터페이스한다. 이러한 예상되는 컴포넌트의 사용에 대한 단점은 방대한 어레이의 화소에 대해 요구되는 수많은 디바이스로 인한 비용이다.
광다이오드에 부딪치는 광을 측정하는 또 다른 기술은 디지털 카메라에서 널리 사용된다. 이러한 기술을 따르는 회로가 도 13에 도시되어 있다. 이 회로는 (DR1-DRN으로 도시된) 행(52a) 및 (DC1-DCN로 도시된) 열(52b)을 따라 종래 매트릭스로 광다이오드(22)를 연결한다. 단순성을 위해, VSM1-VSMN으로 라벨된 전압 (전자)원은 도시된 바와 같이 다이오드의 행의 캐소드에 연결되어 있다. 개별적으로 도시된 전자원은 LRD 디스플레이 어레이내에 통합된 파워 전자장치 모듈(12)의 일부를 형성한다.
커패시터(56)는 스위칭 트랜지스터(60)에 의해 방전 저항(58)을 통해 방전된다. 특성화되거나 교정될 화소(행1, 열 1) 내의 레드, 그린, 또는 블루 LED 소스는 PWM 전자 모듈(12)을 통해 요구되는 동작 전류 레벨, 예를 들어, 100% ON TIME에서 구동된다. 구동 회로 전류의 상승 시간이 종료된 후에, 포워드 전류로 불리는 구동 전류는 안정화되어, 특정 컬러의 광자가 개별적인 화소의 특정 LED에 대하여 포워드 전류에 비례하여 방사되도록 한다.
전자 소스(VSM1)이 모듈(12)를 통해, 전자를 광다이오드 행에 공급한다. 동시에 트랜지스터(60)는 턴오프되어 커패시터(56)상의 차지 드레인을 제거하고 트랜지스터(62)는 턴온되어 열 1에 대한 측정 커패시터(56)가 광다이오드(22)를 통해 전하를 충전 개시할 수 있도록 한다. 충전 속도는 광다이오드 반도체 소자에 의해 흡수된 광자의 수에 정비례한다.
PC(14)의 제어하에, 전자 모듈(12)은 소스 전압(VSM1)의 10%에서 90%로의 컬럼 측정 커패시터(56) 전이 사이의 타임 인터벌(Tm)을 측정한다. 광다이오드 반도체 소자가 흡수된 하나의 광자에 대하여 하나의 전자를 교환하기 때문에, LED 소스로부터 광다이오드에 의해 흡수된 광의 부분은 측정되고, 저장을 위해(12e내에 통합된) 64로 라벨된 A/D 컨버터를 통해 전자장치 모듈(12)로 공급된다.
특정 화소의 LED 소스로부터의 광 출력에서의 임의의 감소로 인해 특정 화소내의 PN 또는 PIN 광다이오드 반도체 소자 및 그와 연관된 회로에 의해 측정된 광을 감소량에 정비례하여 감소하게 한다.
측정의 목적이 LED 열화량을 측정하기 위해 것이기 때문에, 특성화 시간이 만들어진 시간에서의 화소에 대한 알려진 출력에 비교한 출력에서의 감소 퍼센트를 결정하는 것만이 필요하다. 대안으로, 특성화에서의 오리지널 레벨로 화소 출력을 놓기 위해 요구되는 화소 LED로의 증가된 입력 에너지량이 결정될 수 있다. 따라서, 측정이 화소에 대한 광 레벨과 교환되는 전자에 비례하여 정확할 것이 요구된다.
그다음, 초기에 특성화될 때의 레벨로 각각의 컬러에 대한 화소 출력을 올리는데 필요한 % ON TIME 량을 증가시키는 새로운 균일도 교정 팩터는 화소가 각각의 화소에 대한 레드, 그린 및 블루 LED에 대해 계산될 수 있다.
LED 열화를 보상하기 위해 필요한 증가된 % ON TIME의 형태로 필요한 추가 에너지 출력량은 LED 모듈의 마이크로프로세서에서 계산되고, 디스플레이 모듈에 전달되는 균일 보정된 데이터를 생성하는 디스플레이 시스템 로직에 의해 결정되는 이미지를 위한 특정 % ON TIME 에너지 출력을 발생시키는데 필요한 양으로 추가된다.
셀프 교정의 개관
단순화된 셀프 교정 알고리즘의 순서도가 도 14에 도시되어 있다. 타임 t0에서, 디스플레이는 단계 64에서 도시된 바와 같이 특성화된다. 나중 단계 66에서, 모듈은 재교정 타임인지를 판정하고 만약 그렇다면, 68에 도시된 단계가 일어나 이산 컬러를 나타내는 각각의 LED에 대한 프랙셔널 LED 열화 ΔM를 계산하게 된다. 단계 70은 새로운 펄스폭 변조 프랙션 또는 % ON TIME의 계산을 나타낸다. 단계 72에서, 시스템은 LED가 그 오리지널 발광된 광 강도를 제공하도록 보정될 수 있는지 여부를 판단한다. 만약 그렇지 않다면 펄스폭 변조 레벨은 최상위 레벨, 즉, 100%에서 세트되고, LED는 전자장치 모듈내에 저장된 신호에 의해 보정 범위 밖이라고 보고되고 리모트 사이트로 보내어진다. 다음 섹션에서 알 수 있는 바와 같이, 화소(또는 전체적으로 어레이)내에 남겨진 LED의 PWM는 이러한 화소를 그 오리지널 색도로 되돌리기 위해 감소될 수 있다. 단계 72에서, 또한 LED가 보정될 수 있는지 여부가 결정되고, 만약 그러하다면, 시스템은 그 열화를 결정하기 위해 또 다른 LED를 선택하고, 프로세스는 각각의 화소내의 이산 컬러를 나타내는 LED의 모두가 셀프 교정 프로시져를 통해 처리될 때까지 계속된다. 이러한 프로시져는 이웃 화소로부터 발광된 광이 판독의 정확도에 간섭하지 않는다는 조건하에 많은 화소에 동시에 실행될 수 있음에 주목해야 한다.
특성화, 셀프 교정 및 정규 동작 알고리즘
이제 도 15에서, 베이스라인 광검출기 측정값(bMCn)이 단계 80 및 82에서 측정되고 앞서 설명된 바와 같이 3자극 색도 벡터 bxyzcn이 계산된다.
각각의 화소와 연관된 3 원색(레드, 그린, 블루)의 측정에 이어, 테스트 시스템은 화소의 요구되는 강도, 화소의 요구되는 백색점, 및 화소의 측정된 색도 및 강도(82)로부터 계산되는, 3개의 특성화 파라미터, Wn, PDgainn, 및 DTin 을 산출하는 계산(84)을 실행한다. Wn은 화소 n의 타겟 백색점을 생성하는 3개의 PWM 스케일링 팩터의 벡터이다. 출력 휘도 값은 가능한 최대값 보다 작은 값에서 선택되어 LED로의 PWM 드라이브에서의 앰플 헤드룸이 존재하고, 그래서 구동 레벨이 LED 수명으로서 휘도에서의 감소를 보상하기 위해 디스플레이의 수명에서 추후 증가될 수 있다. PDgainn은 일체형 광검출기에 의해 측정된 상대 LED 출력에 분광방사계에 의해 측정된 절대 LED 출력을 관계시키는 n번째 화소내의 3개의 LED에 대한 3개의 교정 게인 팩터의 벡터이다. DTin 은 분광방사계 측정값, bXYZn으로부터 계산되는 3ｘ3 컬러 맵핑 매트릭스이고, 디스플레이의 화소의 컬러 특성에 상응한다(82).
테스트 시스템이 LED 패널의 특성화를 완료할 때(86), 정규 동작에서 디스플레이에 의해 나중에 사용되기 위해 데이터 파일내에 모든 측정값 및 계산값을 저장한다(88).
도 16에서, LED 디스플레이 모듈 어셈블리의 팩터 특성화, 테스트 및 디스플레이 전개에 이어, LED 디스플레이는 정규 디스플레이 동작을 개시한다. 스케줄러(90)는 리모트 오퍼레이터 인터랙션에 의해 주문시 스케줄러에 전달될 수 있는 즉시 커맨드(96) 또는 시간(94)과 관련하여 디스플레이의 내부 데이터베이스(92)내의 엔트리에 의해 자동적으로 결정되는 4개의 상이한 디스플레이 동작을 실행한다. 디스플레이 동작은 디스플레이 프레임(98), 셀프 교정(100), 디스플레이 블랙(102) 및 추후 설명되는 스냅숏(104)이다. 동작의 각각의 결과는 히스토리 데이터베이스(108)에 기록된다(106).
디스플레이의 정규 동작 모드는 타게팅된 뷰어에 의해 뷰잉되기 위해 요구되는 스케줄링된 이미지를 디스플레이하는 디스플레이 프레임이다. 소스 이미지 데이터는 소스 이미지 RGB 컴포넌트가 어떻게 해석될지를 정의하는 연관된 컬러 스페이스를 가지고 있다. 만약 소스 컬러 스페이스가 마지막 디스플레이 프레임 동작 이후에 변경되지 않았다면(110, 도 18), 디스플레이 프로세서는 디스플레이내의 모든 화소에 대하여, 각각의 화소 벡터(DIn)을 계산하고, 프레임을 디스플레이하고 스케줄러(90)로 리턴한다. 만약 소스 컬러 스페이스가 변경되었다면(110), 디스플레이 프로세서는 맵 컬러 동작을 실행한다(114). DIn 벡터는 소스 이미지 값에 따른 n번째 화소내의 LED를 구동하는데 필요한 3개의 LED PWM 값을 포함하고 있다. SIn은 소스 컬러 스페이스내의 n번째 화소에 대한 소스 이미지 벡터(레드, 그린, 및 블루 컴포넌트)이다. 이것은 3ｘ3 컬러 스페이스 트랜스폼 매트릭스(Tn)에 의해 증배된다. 그 결과는 초기에 팩터리 특성화(84)로부터, 그리고 나중에, 셀프 교정 동작이 실행된 후의 셀프 교정(100)로부터 유도되는 Wn 스케일링 매트릭스에 의해 더 증배된다. 디스플레이 프로세서는 디스플레이내의 모든 화소가 처리되었을 때 스케줄러(90)로 리턴한다.
맵 컬러(114) 동작은 소스 프라이머리 색도(116, 도 19)로부터 소스 트랜스폼 매트릭스(ST)을 계산하여, 소스 이미지 데이터의 컬러 스페이스를 계산한다. 각각의 화소에 대한 트랜스폼 매트릭스(Tn, 118)는 소스 트랜스폼 매트릭스(ST)와 데스터네이션 트랜스폼 매트릭스(DTin)의 매트릭스 프로덕트로서 계산된다. 트랜스폼 매트릭스는 디스플레이 프레임 오퍼레이션(112)에서의 디스플레이를 위해 소스 이미지 벡터(RGB)를 데스터네이션 이미지 벡터(RGB)로 변환시키는 컬러 스페이스 보정 매트릭스를 산출하기 위해 소스 컬러 스페이스 파라미터와 데스터네이션 컬러 스페이스 파라미터를 조합한다.
다음의 스케줄러(90) 동작은 셀프 교정(100)이다. 셀프 교정 동작은 LED의 상태를 체크하고 시간에 대해 열화된 LED의 출력 휘도를 조정할 목적을 위해 주기적으로 스케줄링된다. 이러한 동작은 팩토리 특성화와 유사하지만, LED를 특성화하기 위해 분광방사계를 사용하지는 않는다. 대신에, 오직 일체형 광검출기 측정이 실제 LED 출력 휘도를 추정하기 위해 사용된다. 셀프 교정 동작은 먼저 LED가 오프된 상태에서 각각의 LED와 연관된 일체형 광검출기의 출력을 측정한다(120). 도 17을 보라. 그다음, 시스템은 완전 출력 강도에서 각각의 LED를 구동하고, 광검출기 값을 측정하고, 그리고 주변광 레벨 측정값(LED 오프)을 추출하여, 광검출기 측정값(MCn)을 산출한다(122). 화소의 각각의 LED가 측정된 후에, 팩토리 특성 화에서 계산된 PDgainn 및 RYn 팩터(84)는 새로운 Wn 벡터를 산출하기 위해 광검출기 측정에 사용된다(124). 디스플레이가 그 디스플레이 프레임(98) 동작을 재개할 때, 디스플레이 프로세서는 각각의 화소의 출력 휘도가 유지되도록 입력을 스케일하기 위해 새로운 Wn 벡터를 사용한다(112). 디스플레이 프로세서는 디스플레이내의 모든 화소가 처리될 때 스케줄러(90)에 리턴한다.
다음의 스케줄러(90) 동작은 디스플레이 블랙(102)이다. 디스플레이 블랙은 이미지를 디스플레이하는 사이의 블랙 타임 동안 모든 LED가 턴온된 상태에서 일체형 광검출기를 측정한다(126). 도 20을 보라. 이러한 측정값은 주변광 프레전트를 기록한다. 이들은 타임-스태핑되고(128) 스냅숏 동작(104)에서 사용되기 위해 저장된다(104). 디스플레이 프로세서는 디스플레이내의 모든 화소가 처리될 때 스케줄러(90)에 리턴한다.
스냅숏 동작(104)은 디스플레이가 스태틱 이미지를 나타내고 있는 동안 일체형 광검출기 값(130)을 측정한다. 도 21를 보라. 각각의 화소에 대한 SNAPn 값은 화소의 모든 3개의 LED에 의해 발광되는 광의 합이고 그 화소의 그레이-스케일 휘도를 나타낸다. 모든 SNAPn 값이 모니터 스크린상에 디스플레이될 때, 이미지는 컬러 이미지의 그레이-스케일 표시로서 나타날 것이다. 이러한 정보는 디스플레이될 의도된 이미지가 실제로, 인간 육안 해석에 의해 또는 SNAP 이미지를 디스플레이되는 이미지의 그레이-스케일 버전으로 계산식으로 비교함으로써 디스플레이되었는지를 확인하는데 사용될 수 있다. 디스플레이 프로세서는 디스플레이내의 모든 화소가 처리될 때 스케줄러(90)에 리턴한다.
도 15-21의 순서도에서 사용되는 용어들
특징:
균일 보정
완전 균일 보정은 모든 화소가 동일한 타겟 포인트 및 휘도로 이들의 W 팩터에 의해 조정됨으로써 달성된다.
컬러 보정
각각의 화소는 정밀 컬러 맵핑을 위해 셀프 컬러 트랜스폼 T를 가지고 있다.
이러한 매트릭스는 소스 컬러 정보가 변경될 때마다 재계산된다.
이것이 없다면, W에서 구동된 화소 PWM이 타겟 백색점 및 휘도를 생성할지라도, 3원색 사이의 차이가, 다른 RGB 구동 비가 상이한 컬러를 생성하게 하게 할 것이다.
컬러 트랜스폼 매트릭스는 이러한 것을 보정한다.
상수
npix = 스칼라: 패널내의 화소의 수
헤드룸= 스칼라: 보상을 위해 보존할 % PWM 스케일
MaxWDif= 스칼라:(W 컴포넌트 사이의 max dif)
기타
n= 스칼라: 화소 수(0..npix-1)
c= 스칼라; 채널 수(0=r=레드, 1=g=그린, 2=b=블루)
PIXn= 네임:화소 n
LEDc= 네임: LED 채널 c
스칼라 벡터 매트릭스 동작
S'=max(V)=스칼라:벡터 성분의 최대값
S'=sum(V)=스칼라: 벡터 성분의 합
M'=M*M=매트릭스:매트릭스 매트릭스 곱
V'=M*V=벡터: 벡터 매트릭스 곱
V'=V-V=벡터:엘리먼트 엘리먼트 차
V'=V.*V=벡터:엘리먼트 엘리먼트 프로덕트
V'=V*S: 벡터: 각각의 엘리먼트와 S의 프로덕트
V'==V/S=벡터: 각각의 엘리먼트와 S의 몫
타겟 백색점 정보
WhitePointY= 스칼라: 타겟 백색점 휘도
WhitPointxyz= 벡터: 타겟 백색점 색도
WhitePointy= 스칼라: WhitPointxyz의 y 컴포넌트
베이스라인 데이터
bPDkn = 스칼라: 화소 n에 대한 블랙(모든 LED가 오프)에 대한 베이스라인 광검출기 판독값
bPDn = 벡터: 화소 n에 대한 R,G,B에 대한 베이스라인 광검출기 판독값
bXYZn= 매트릭스: 화소 n에 대한 각각의 원색에 대한 CIE 1931 2deg XYZ 3자극값
: 화소 n에 대한 1개의 원색에 대하여 각각의 열 col은 X,Y,Z를 포함한다
: cols 0=r, 1=g, 2=b
베이스라인 계산
bPDcn = 스칼라: 화소 n에 대한 bPD의 엘리먼트 c
bMn=벡터: 화소 n에 대한 R,G,B에 대한 베이스라인 광검출기 측정값:
: = bPDn-bPDkn
bMcn= 스칼라; bMn의 엘리먼트 c
bYn=벡터: 화소 n에 대한 bXYZ의 행 Y
PDGainn= 벡터: M으로부터 화소 n에 대한 R,G,B로 전환하는 이득 계수
:=bYn/bMn
bxyzn = 매트릭스; 화소에 대한 각각의 원색에 대한 CIE 1931 2deg xyz 색도 코디네이트
: 각각의 col은 bXYZc/sum(bXYZc)이다.
byn=벡터: 화소 n에 대하여 bxyz의 y 행 벡터
bxyzin=매트릭스: bxyz의 인버스
Jn= 벡터: 화소 n에 대한 컬러 계산에서의 중간 값
:= bxyzin*transpose(WhitePontxyz/WhitePointy)
RYn=벡터: 타겟 백색점을 생성하기 위한 채널에 대한 상대적 Y 컨트리뷰션
: 화소 n에 대한 색도
:=by.*transpose(J)
MJn=매트릭스 : 벡터 Jn의 진단 매트릭스
DTn=매트랙스 : 화소 n에 대한 디스플레이 RGB-XYZ 트랜스폼
: =bxyz*MJn
DTin=매트릭스: 화소 n에 대한 XYZ-디스플레이 RGB 트랜스폼
:= DTn의 인버스
Wpeakn=벡터: 화소 n에 대한 최대 가능한 Y에서 백색점을 생성하는 화소에 대한 PWM 구동 팩터
:=(RYn/bYn)/max(RYn/bYn)
Ypeakn=스칼라: Wpeakn에서 구동된 화소 n의 휘도
Wn = 벡터: 화소 n에 대한 타겟 백색점을 생성하는 PWM 스케일링 팩터
: 이것은 디스플레이 시간에 PWM 출력을 스케일링하기 위해 사용된다
WMax=스칼라: 양호한 새로운 패널에 대한 임의의 W 컴포넌트에 대한 최대 최종값
: = 1-(헤드룸/100)
BadWDif=부울:화소의 화이트 밸런스 비가 과도하다면 트루
: = max(Wpeak)-min(Wpeak)>MaxWDif
BadWMax=부울: 화소가 파워링된 상태라면 트루
: max(W)>WMax
셀프 교정
PDkn=스칼라: 화소 n에 대한 블랙에 대한 광검출기 판독값
PDn=벡터: 화소 n에 대한 R,G,B에 대한 광검출기 판독값
PDcn=스칼라: 화소 n에 대한 PD의 엘리먼트 c
Mn=벡터; 화소 n에 대한 R,G,B에 대한 광검출기 측정값
;Mn=PDn-PDkn
Mcn=스칼라: Mn의 엘리먼트 c
Yn=벡터: 화소 n에 대한 각각의 원색의 휘도
:Mn.*PDGainn
Wpeakn=벡터: 최대 가능한 Yn에서 백색점을 생성하는 화소 n에 대한 PWM 구동 팩터
:=(RYn/Yn)/max(RYn/Yn)
Ypeakn=스칼라:화소 n에 대한 Wpeakn에서 구동된 화소의 휘도
: =sum(Wpeakn.*Yn)
Wn=벡터: 화소 n에 대한 타겟 백색점을 생성하는 PWM 스케일링 팩터
:=Wpeakn*(WhitePointY/Ypeakn)
:팩토리 교정동안 계산된 Wn 대체
BadPix=부울:셀프 교정 동안 화소가 배드로 마킹된 경우에 트루
: =max(Wn)>1
컬러 맵핑
ST=매트릭스:소스 RGB-XYZ 트랜스폼
:소스 컬러 스페이스 정보를 위해 계산됨
: 모든 화소에 대하여 일정
Tn=매트릭스: 화소 n에 대한 퍼 화소 소스 RGB-디스플레이 RGB 트랜스폼
:=ST*DTi
DTin=매트릭스: 화소 n에 대한 DTi 매트릭스
디스플레이
SI=이미지: 소스 선형 RGB에서의 소스 이미지
DI=이미지: 이미지를 디스플레이하는 데스티네이션 PWM 구동
: DIn=Wn.*(Tn*SIn)
Tn=매트릭스: 화소 n에 대한 T 트랜스폼
Wn=벡터: 화소 n에 대한 W 벡터
DIn=벡터: 화소 n에 대한 디스플레이 PWM 출력
스냅숏
SNAP=이미지: 현 디스플레이의 블랙 및 화이트 스냅숏을 도시하는 이미지
: =PDsn-PDkn
SNAPn=스칼라: 스탭숏 화소 n에 대한 측정값
PDsn=스칼라: 스냅숏 동안 화소 n의 광검출기 값
PDkn=스칼라: 마지막 디스플레이 블랙 동안의 블랙 화소 n의 광검출기 값
: 셀프 교정값, 또는 베이스 라인값
결론
따라서, 각각의 화소가 조명소스/디스플레이의 최소 영역을 형성할 수 있고, 하나 이상의 LED를 활성화함으로서, 임의의 컬러가 화소로부터 발광될 수 있도록 개별적으로 활성화되도록 배열된 이산 또는 원색을 나타내는 복수의 LED를 포함하는 LED의 복수의 개별적인 그룹/화소 및 각각의 LED로부터 발광된 광의 강도의 측정값을 제공하도록 배열된 적어도 하나의 광 센서/광검출기(검출기)로 구성된 자체 내장된 LED 에어리어 조명소스/비디오 디스플레이가 기재되어 있다. 도 3-10의 실시예에서, 개별적인 광검출기는 오직 하나의 LED DIE 및 하나의 광검출기가 단일 엔벨로프내에 포함된 도 5-10내의 각각의 LED또는 각각의 화소와 연관되어 있다.
조명소스/비디오 디스플레이는 하나의 검출기가 그루핑내의 각각의 LED로부터 발광된 광을 별개로 측정할 수 있는 한 하나 화소보다 많은 화소와 연관되어 있도록 구성될 수 있다. 셀프 교정의 목적을 위해, 시간에 대한 LED의 각각으로부터 발광된 광의 광도에서의 변화를 측정하기만 하면 된다.
각각의 LED 화소가 디스플레이상의 스페이스에 고정되어 있는 동안, 디스플 레이는 정지 화소 위치와 일치하지 않는 디스플레이상의 인식된 포인트를 생성하기위해 연속 원색 LED, 예를 들어, 레드, 블루 및 그린을 보조적으로 할당하도록 동작될 수 있다는 것에 주목해야 한다. 다른 말로 하면, 하나 이상의 원색 LED가 인식된 디스플레이 포인트를 생성하기 위해 인접 화소의 하나 이사이의 원색 LED와 공유될 수 있다. 이런 동작 기술은 틸팅으로서 보통 불리고 때로 소스 이미지에 대하여 디스플레이되는 이미지의 해상도를 증가시키는데 유용하다.
또한, 디스플레이는 해상도의 명백한 손실을 가진 화소 보다 적은 검출기를 가지고 도 20 및 도 21에 도시된 블랙 및 스냅숏 선택적인 특징을 제공하도록 동작될 수 있다는 것에 주목해야 한다.
본 발명은 개시된 동작 방법 또는 방법에 제한되지 않고, 향상된 사용은 물론 수정이 첨부된 청구범위에 의해 한정된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어남 없이 당업자에게 가능하다.

Claims (24)

  1. 요구되는 컬러의 광을 발광하는 LED 에어리어 조명소스에 있어서,
    각각의 그룹은 조명소스의 한정된 에어리어를 나타내고 조명소스의 모든 컬러를 복제할 수 있는, 복수의 개별적인 그룹의 LED, 및
    각각의 LED로부터 발광된 광의 광도의 측정값을 나타내는 개별적인 출력 신호를 제공할 수 있는 적어도 하나의 광 센서를 포함하고,
    각각의 개별적인 그룹은 하나 이상의 LED를 동시에 활성화함으로써 요구되는 컬러 및 광도의 광이 상기 그룹으로부터 발광될 수 있도록 개별적으로 활성화되도록 배열된 이산 컬러를 나타내는 LED(s)를 갖춘 복수의 LED를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 에어리어 조명소스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 광 센서는 개별적인 그룹내의 모든 LED와 연관된 단일 광 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 에어리어 조명소스.
  3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 광 센서는 각각의 LED와 연관된 광 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 에어리어 조명소스.
  4. 제1항에 있어서, 상기 조명소스는 관찰자에 의해 보여지는 이미지를 형성하도록 배열된 디스플레이이고 각각의 개별적인 그룹의 LED는 디스플레이된 이미지의 최소 인식된 증분을 나타낼 수 있는 것을 특징으로 하는 LED 에어리어 조명소스.
  5. 제1항 내지 제3항중 어느 한항의 조명소스의 각각의 컬러를 나타내는 LED의 열화를 결정하는 방법에 있어서,
    a) 각각의 LED의 활성화 레벨에 소정의 관계를 각각 갖는, 각각의 그룹에 대한 이산 컬러를 나타내는 각각의 LED에 대한 개별적인 광 센서 출력 신호를 제공하도록 타임 t0에서 LED를 활성화시키는 단계;
    b) 후속 타임 tn에서, 각각의 LED의 활성화 레벨에 소정의 관계를 각각 갖는, 각각의 그룹의 이산 컬러를 나타내는 각각의 LED에 대한 개별적인 출력 신호를 제공하도록 LED를 활성화시키는 단계;
    c) 타임 tn에서의 활성화 동안 얻어진 각각의 출력 신호를 판독하는 단계; 및
    d) tn에서 취득된 각각의 그룹의 이산 컬러를 나타내는 각각의 LED와 연관된 센서 출력 신호를 t0에서 취득된 상응하는 출력 신호와 비교하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 타임 t0 및 tn에서의 활성화 레벨은 전체 유용한 활성화 레벨의 주어진 퍼센트로 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 활성화 레벨은 최대인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제5항에 있어서, PWM은 최대인 100% ON TIME으로 LED를 활성화시키도록 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제5항에 있어서, 상기 조명소스는 관찰자에 의해 보여질 이미지를 생성하기 위한 비디오 디스플레이이고,
    디스플레이에 대한 요구되는 광 출력을 달성하기 위해 각각의 그룹의 이산 컬러를 나타내는 각각의 LED의 활성화 레벨을 변화시킴으로써 타임 t0에서 디스플레이를 특성화시키는 단계,
    비교 단계에 이어, 타임 t0에서 달성된 요구되는 광 출력을 실질상 복구하기 위해 각각의 LED 그룹에 대한 이산 컬러를 나타내는 각각의 LED의 활성화 레벨을 제어하는 단계, 및
    상기 요구되는 광 출력을 복구하는데 필요한 활성화 레벨을 나타내는 신호를 저장하는 단계를 더 포함하고,
    t0에서 저장된 광 센서 출력 신호는 각각의 LED에 의해 발광된 광에 대해 소정의 관계를 더 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 차이를 나타내는 에러 신호를 제공하기 위해 tn에서의 센서 출력 신호와 타임 t0에서의 상응하는 출력 신호 사이의 차이를 타임 tn에서 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 에러 신호를 수용가능한 양으로 감소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 후속 사용을 위해 상기 에러 신호를 상기 수용가능 양으로 감소시키는데 필요한 각각의 그룹에 대한 이산 컬러를 나타내는 각각의 LED에 대한 활성화 신호를 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 에러 신호를 LED 또는 검출기 고장을 나타내는 소정의 최대 값과 비교하는 단계 및 LED 또는 그룹을 식별하는 고장 신호를 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 관찰자에 의해 보여지는 XY 평면에서의 이미지를 형성하는 광을 지향시키는 컬러 비디오 디스플레이에 있어서,
    각각 화소가 이미지의 최소 증분 또는 인식된 포인트를 나타낼 수 있고 복수의 LED를 포함하는 복수의 개별적인 화소, 및
    각각의 화소내의 각각의 원색 LED에 의해 발광된 광의 측정값을 나타내는 개별적인 출력값을 제공하기 위한 디스플레이내에 장착된 적어도 하나의 광 센서를 포함하고,
    상기 LED는 화소의 하나 이상의 LED를 동시에 활성화시킴으로써 임의의 요구되는 컬러가 화소로부터 발광될 수 있도록 개별적으로 활성화되도록 배열된 각각의 원색을 나타내는 것을 특징으로 하는 컬러 비디오 디스플레이.
  15. 제14항에 있어서, 상기 적어도 하나의 광 센서는 각각의 화소와 연관된 광 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 비디오 디스플레이.
  16. 제14항에 있어서, 상기 적어도 하나의 광 센서는 각각의 LED와 개별적으로 연관된 광 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 비디오 디스플레이.
  17. 제14항 내지 제16항중 어느 한항의 비디오 디스플레이를 동작시키는 방법에 있어서,
    a) 디스플레이를 위한 요구되는 출력을 달성하기 위해 각각의 화소의 각각의 원색 LED를 연속적으로 활성화시키고 특성화의 시간에서 요구되는 출력을 달성하기위해 필요한 각각의 LED에 대한 활성화 레벨을 저장함으로써 타임 t0에서 디스플레이를 특성화시키는 단계;
    b) 특성화의 타임 t0에서, 원색 LED와 연관된 출력이 연관된 LED로부터 발광된 광과의 소정의 관계 및 활성화 레벨을 갖도록 상기 적어도 하나의 광 센서의 출력을 판독하고 저장하는 단계;
    c) 특성화의 후속 타임 tn에서, 소정의 활성화의 레벨로 각각의 화소의 각각의 원색 LED를 개별적으로 활성화시키는 단계; 및
    d) 타임 t0 및 tn에서 취득된 상응하는 센서 출력들을 비교하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, t0에서 달성된 값으로 각각의 원색 LED의 광도를 복구시키기 위해 각각의 화소의 각각의 원색 LED의 활성화를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 관찰자에 의해 관찰되는 이미지를 형성하는 광을 지향시키는 컬러 비디오 디스플레이에 있어서,
    각각의 화소가 복수의 LED로 구성되고, 디스플레이된 이미지의 인식된 포인트를 나타낼 수 있는 화소의 어레이,
    각각의 LED로부터 발광된 광의 일부를 내측으로 반사하도록 배열되는 디스플레이, 및
    각각의 LED로부터 내측으로 반사된 광의 일부를 수신하도록 배열된 적어도 하나의 광 센서를 포함하고,
    상기 LED는 하나 이상의 LED를 활성화시킴으로써 임의의 요구되는 컬러가 화소로부터 발광될 수 있도록 개별적으로 활성되도록 배열되는 것을 특징으로 컬러 비디오 디스플레이.
  20. 제19항에 있어서, 상기 적어도 하나의 광 센서는 각각의 LED와 연관된 광 센서를 포함하는 것을 특징으로 컬러 비디오 디스플레이.
  21. 제19항에 있어서, 상기 적어도 하나의 광 센서는 각각의 화소와 연관된 단일 광 센서를 포함하는 것을 특징으로 컬러 비디오 디스플레이.
  22. 제19항의 디스플레이를 교정하는 방법에 있어서,
    a) 타임 t0에서, 요구되는 광 출력을 달성하기 위해 LED를 활성화시키고, 각각의 이산 컬러를 나타내는 각각의 화소의 각각의 LED를 더 활성화시키고, 상기 LED의 각각에 의해 발광된 광의 측정값을 판독하는 단계;
    b) t0의 후속 타임 tn에서, 각각의 화소의 이산 컬러를 나타내는 각각의 LED를 활성화시키고 상기 LED의 활성화 레벨에 대한 소정의 관계를 갖는 측정값으로 상기 LED의 각각의 광출력값을 측정하는 단계;
    c) tn에서의 각각의 화소의 이산 컬러를 나타내는 각각의 LED의 광 출력의 측정값을 t0에서의 광출력의 상응하는 측정값과 비교하는 단계; 및
    d) 타임 t0에서 달성되는 상기 요구되는 출력을 실질상 복구하기 위하여 각각의 그룹의 이산 컬러를 나타내는 각각의 LED의 활성화 레벨을 제어하는 단계;를 포함하고,
    상기 측정값은 각각의 LED의 활성화 레벨 및 발광된 광의 강도에 대한 소정의 관계를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제14항 또는 제19항의 디스플레이를 동작시키는 방법에 있어서, 디스플레이가 디스플레이되는 이미지의 스냅숏을 제공하기 위해 이미지를 형성하고 있는 동안에 각각의 화소의 이산 컬러를 나타내는 각각의 LED와 연관된 상기 적어도 하나의 광 센서의 출력을 측정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  24. 제14항 또는 제19항의 디스플레이를 동작시키는 방법에 있어서, 상기 적어도 하나의 광 센서는 상기 디스플레이상에 투사되는 주변광을 나타내는 화소-화소 기준으로 출력을 제공하도록 배열된 것을 특징으로 하는 방법.
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