KR20070065777A - Ｌｅｄ 조명유닛, 이를 채용한 화상투영장치 및 ｌｅｄ조명유닛의 구동방법 - Google Patents

Abstract

LED 조명유닛과 이를 이용한 화상투영장치 및 LED 조명유닛의 구동 방법이 개시된다. 개시된 LED 조명유닛은 복수의 LED로 이루어진 광원부와; 상기 복수의 LED를 주기적인 일정 시간대 내에서 각각의 점등 시간 영역으로 분할하여 순차 점등하는 점등 제어 수단;을 포함하며, 상기 점등 제어 수단은, 상기 LED 중 적어도 하나를 그 점등 시간 영역폭보다 작은 점등 듀티로 점등시키는 변조 신호를 생성하는 구동신호변조부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

개시된 LED 조명유닛의 구동방법은 복수의 LED를 주기적인 일정 시간대 내에서 각각의 점등 시간 영역으로 분할하여 순차 점등하는 구동 방법으로, 상기 복수의 LED 중 적어도 하나를 그 점등 시간 영역폭보다 작은 점등 듀티로 점등시키는 것을 특징으로 한다.

Description

ＬＥＤ 조명유닛, 이를 채용한 화상투영장치 및 ＬＥＤ 조명유닛의 구동방법{Illumination unit adopting LED, projection display device employing the same and method of operating the illumination unit adopting LED}

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 LED 조명유닛을 사용한 화상투영장치의 개략 구성을 나타내는 모식도이다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 LED 조명유닛의 개략 구성에 대해서 설명하는 기능 블록도이다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에서의 복수의 LED의 변조 신호의 개략에 대해서 설명하는 흐름도이다.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 LED 조명유닛에서 구동신호변조부가 생성하는 변조 신호의 상세한 파형 패턴에 대해서 설명하는 신호 파형도이다.

도 5는 광 자극에 대한 사람의 눈의 시간 응답에 대해서 설명하기 위한 모식적인 그래프이다.

도 6은 LED의 휘도 저하에 대해서 설명하는 모식적인 그래프이다.

도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 LED 조명유닛에서 구동신호변조부가 생성하는 변조 신호의 상세한 파형 패턴에 대해서 설명하는 신호 파형도이다.

도 8은 본 발명의 제2실시예의 변형예에 따른 LED 조명유닛에서의 변조 신호 의 상세한 파형 패턴에 대해서 설명하는 신호 파형도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1... 화상투영장치 2, 200... LED 조명유닛

3... 집광렌즈 4... 공간 변조 소자

5... 투영 렌즈 6 ... 반사형 스크린

10... 제어부 21... LED 드라이버 회로부

22... 광원부 22R, 22G, 22B... LED

23... 전류 검출부 24,240... 구동신호변조부

30R, 30G, 30B, 40R, 40G, 40B, 50R, 50G, 50B... 변조 신호

본 발명은 LED 조명유닛과 이를 이용한 화상투영장치 및 LED 조명유닛의 구동 방법에 관한 것으로, 예를 들면 반사형, 투과형 스크린 등의 표시 매체에 광을 투사하여 화상 표시를 하는 것에 관한 것이다.

종래에는, 예를 들면 프로젝터, 리어 프로젝션 텔레비전, 투광 장치 등의 화상투영장치에 광원으로서 사용되는 LED는 펄스 점등 방식에 의해 구동 되는 것이 많다.

예를 들면, 광의 3원색인 적(R), 녹(G), 청(B)의 발광 파장으로 하는 LED를 사용하여 풀컬러 화상을 투영하는 경우, R, G, B를 순차적으로 시분할 점등하여 각 각의 색에 대응하는 화상 신호에 의해 공간 변조하는 것이 알려져 있다.

특허문헌 1(특개2005-149132호 공보, 도 2, 4)에는, 대상물을 촬상하여 화상 처리하는 화상 처리 장치 및 이러한 화상 처리 장치를 구비한 전자 부품 실장 장치에 있어서, 광원으로서 복수의 LED를 구비하고, 이들을 펄스폭 변조함으로써 출사광의 휘도 조정을 행하는 LED 구동 회로를 포함하는 것이 기재되어 있다.

또한, LED 구동 회로에 관련된 기술로서, 특허문헌 2(특개2005-5112호 공보,도 1, 2, 3)에는, 차량의 조명이나 신호등에 사용되는 LED를 구동하는 LED 구동 회로에 있어서, 오프셋을 가진 3각파 모양의 부하 전류를 생성하고, 전류 검출 수단 및 스위치 제어 수단에 의해 사람 눈의 응답성보다 빠른 발진 주파수로 스위치 수단을 온오프함으로써 LED를 대략 정전류 구동하는 LED 구동 회로가 기재되어 있다.

하지만, 상기한 바와 같은 종래의 가시광 LED 광원 장치와 이를 이용한 화상투영장치 및 가시광 LED의 구동 방법에는 이하와 같은 문제점이 있었다.

LED는 자기 발열에 의해 출력 저하를 일으키기 때문에, 고휘도를 얻고자 하여 점등 시간을 길게 하면 발광 효율이 저하되고, 나아가서는 수명에도 영향을 미친다.

예를 들면, R, G, B 파장의 LED를 집합 배치하여 백색광을 얻는 LED 광원 장치에서는, LED 서로의 자기 발열이 영향을 미칠 수 있기 때문에, 휘도 저하가 더욱 일어나기 쉬운 문제점이 있다. 또한, 각 색에 따라 온도 특성이 다르며, 그에 따라서 휘도 저하율 및 수명 특성이 다르므로, 구동시의 휘도나 시간 경과의 신뢰성에 대한 균형을 유지하기 어렵다는 문제가 있다.

특허문헌 1에 기재된 기술을 이용하여 휘도를 조정하는 것도 생각할 수 있는데, 이 기술은 LED를 펄스폭 변조하는 일반적인 구성이 기재되어 있으나, 촬상용 광원으로서 사용하기 때문에, 대상물의 밝기를 측정하여 소정의 밝기에 대응하는 노광 에너지가 얻어지도록 펄스폭 변조 조건을 설정하는 것이다.

R, G, B의 광을 순차 점등하여 반사형, 투과형 스크린 등의 표시 매체에 화상 표시를 행하는 LED 조명유닛에 적용하는 경우, 필요한 노광 에너지를 펄스폭 변조하여 조사하기 때문에, 순차 점등하는 주기를 오프 듀티분만큼 연장해야 한다. 그 결과, 색 전환 주파수가 낮아져, 예를 들면 깜박거림 등이 증대되어 화질이 저하될 수 있다는 문제가 있다.

또한, LED 구동 회로에 관련된 기술로서, 특허문헌 2에 기재된 기술에서는, 차량의 조명이나 신호등에 사용되는 LED의 LED 구동 회로에 있어서, 사람 눈의 응답성보다 빠른 발진 주파수의 변조를 행함으로써, 구형파(矩形波)로 구동 전류에 리플이 중첩되어 있더라도 대략 정전류 구동하는 것과 등가가 된다는 것이 시사되어 있으나, LED의 휘도 저하를 저감시키기 위한 LED 구동 회로 및 그 방법이 기재 또는 시사되어 있는 것은 아니다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점에 감안하여 이루어진 것으로, 복수의 가시광 LED를 순차 점등하여 표시 매체에 광을 투사하여 화상 표시를 행하는 경우에, 가시광 LED의 발열에 의한 휘도 저하를 저감시켜 신뢰성을 향상시킬 수 있는 LED 조명유닛과 이를 이용한 화상투영장치 및 LED 조명유닛의 구동 방법을 제공하는 것 을 목적으로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 LED 조명유닛은, 복수의 LED로 이루어진 광원부와; 상기 복수의 LED를 주기적인 일정 시간대 내에서 각각의 점등 시간 영역으로 분할하여 순차 점등하는 점등 제어 수단;을 포함하며, 상기 점등 제어 수단은, 상기 LED 중 적어도 하나를 그 점등 시간 영역폭보다 작은 점등 듀티로 점등시키는 변조 신호를 생성하는 구동신호변조부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 화상투영장치는, 본 발명의 LED 조명유닛을 채용한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 LED 조명유닛의 구동 방법은 복수의 LED를 주기적인 일정 시간대 내에서 각각의 점등 시간 영역으로 분할하여 순차 점등하는 구동 방법으로, 상기 복수의 LED 중 적어도 하나를 그 점등 시간 영역폭보다 작은 점등 듀티로 점등시키는 것을 특징으로 한다.

이 발명에 의하면, 구동신호변조부가 생성하는 변조 신호에 의해, 적어도 하나의 가시광 LED가 점등 시간 영역폭보다 작은 점등 듀티로 점등되기 때문에, 적어도 하나의 가시광 LED에서는, 100% 듀티비로 점등되는 경우에 비해 자기 발열의 지속 시간이 저감되어, 점등 시간 영역 내에서 소등되는 오프 듀티시에 방열된다. 이 때문에, 광원부의 온도를 낮출 수 있다.

여기서, 듀티비는 상기 점등 시간 영역의 시간폭에 대한 점등 시간의 비율을 의미하며, 변조 신호의 파형은 구형파에 한정되는 것은 아니다.

이 경우, 오프 듀티에서는 소등되지만, 사람의 시각은 광 휘도 레벨에 따라서 광 자극이 얼마동안 지속되며, 이른바 잔상을 유지하므로, 휘도 레벨과 오프 듀티의 시간폭을 적당히 설정함으로써 이 동안의 암전을 감지할 수 없도록 할 수 있다. 이 때문에, 사람의 눈에는 가시광 LED가 연속 점등된 것과 같은 화상이 관찰된다.

예를 들면, R, G, B에 대응된 광을 순차 점등하고, 풀컬러 화상을 표시하는 화상투영장치의 LED 조명유닛의 경우, R, G, B를 전환하는 일정 주기는 인간의 시각에 의해 각 색이 혼합되어 감지되는 시간폭으로 설정되기 때문에, 그보다 단시간의 오프 듀티를 마련하더라도 적당한 휘도 레벨을 설정하는 한 암전이 감지되지는 않는다.

또한, 오프 듀티의 간격이 충분히 작으면, 물리적인 휘도의 적분값과 사람의 눈이 느끼는 밝기와의 괴리가 커져, 사람 눈에는 실제적인 물리적 휘도의 적분값 이상으로 밝게 느껴진다.

또한, 변조 신호의 점등 시간 영역에서의 적분값은, 100% 듀티비의 변조 신호의 적분값보다 작게 설정하는 것이 바람직하다. 이 경우, 가시광 LED의 발열량이 100% 듀티비인 경우보다 저감되므로, 보다 효율적으로 휘도 저하를 억제할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 대해서 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 모든 도면에서 실시예가 다른 경우라도, 동일 또는 해당되는 부재에는 동일한 부호를 붙여 중복되는 설명을 생략하기로 한다.

본 발명의 제1실시예에 따른 LED 조명유닛에 대해서, 그것을 사용한 화상투영장치와 함께 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 LED 조명유닛을 사용한 화상투영장치의 개략 구성을 나타내는 모식도이다. 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 LED 조명유닛의 개략 구성에 대해서 설명하는 기능 블록도이다. 도 3은 본 발명의 제1실시예에서의 복수의 LED의 변조 신호를 개략적으로 설명하는 흐름도이다. 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 LED 조명유닛에서 구동신호변조부가 생성하는 변조 신호의 상세한 파형 패턴에 대해서 설명하는 신호 파형도이다.

화상투영장치(1)는 본 실시예의 LED 조명유닛(2)를 사용하여 반사형 스크린(6)상에, 예를 들면 외부 신호에 따른 풀컬러 화상을 투영하는 화상투영장치이다.

화상투영장치(1)의 개략 구성은 LED 조명유닛(2), 집광 렌즈(3), 공간 변조 소자(4), 투영 렌즈(5) 및 시스템 전체의 제어를 행하는 제어부(10)로 이루어진다.

LED 조명유닛(2)은 풀컬러 화상을 표시하기 위해서, 적어도 광의 3원색(R, G, B)에 대응하는 파장의 광을 시분할된 타이밍에서 순차적으로 생성하는 것이다.

집광 렌즈(3)는 LED 조명유닛(2)에서 생성된 광을 공간 변조 소자(4)상의 변조 영역에 집광하는 광학 소자이다.

공간 변조 소자(4)는 집광 렌즈(3)에 집광된 광을 조사 타이밍에 대응되는 파장광의 화상 신호에 따라서 공간 변조하여 색분해된 화상을 표시하는 것으로, 제어부(10)에 의해 구동 제어된다. 공간 변조 소자(4)로는 예를 들면, 투과형 소자로 는 액정 표시 디바이스(LCD), 반사형 소자로는 미소 미러 어레이인 디지털 마이크로 미러 디바이스(DMD, Digigal Micromirror Device)나 반사형 액정 패널(LCOS, Liquid Crystal On Silicon) 등의 소자를 채용할 수 있다.

투영 렌즈(5)는 공간 변조 소자(4)에서 표시된 화상을 반사형 스크린(6) 상에 확대 투영하는 광학 소자이다.

LED 조명유닛(2)의 상세한 구성에 대해서 설명하기로 한다.

LED 조명유닛(2)은 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 광원부(22), LED 드라이버 회로부(21), 전류 검출부(23), 구동신호변조부(24), 및 광원부(22)에 구동 전류를 공급하는 전원 회로부(20)를 구비한다.

광원부(22)는 광의 3원색인 R, G, B의 파장광을 각각 발광하는 LED(22R, 22G, 22B)를 포함하며, 이들은 서로 열적으로 서로 영향을 미치는 범위에 집합 배치되어 있다.

LED 드라이버 회로부(21), 전류 검출부(23), 구동신호변조부(24)는 제어부(10)로부터 송출되는 점등 클록에 의거하여, 주기적인 일정 시간대 내에서 LED (22R, 22G, 22B)(이하, 이들을 총칭하여 단순히 각 칩이라고 칭할 수 있음)을 각각의 점등 시간 영역으로 분할하여 순차 점등하는 점등 제어 수단(70)을 구성하고 있다.

점등 클록은 각 칩을 순차 점등하는 주기적인 일정 시간대를 설정하기 위한 타이밍을 취득하는 클록이고, 종래 기술과 같은 주파수, 예를 들면 180Hz∼360Hz정도의 주파수를 채용할 수 있다. 본 실시예에서는, 점등 기본 주파수(f0)=240Hz를 채용하고 있다.

LED 드라이버 회로부(21)는 구동신호변조부(24)로부터 송출되는 변조 신호(30R, 30G, 30B)에 따라서, 전원 회로부(20)로부터 공급되는 구동 전류를 스위칭하고, LED(22R, 22G, 22B)를 각각 독립적으로 구동하기 위한 구동 회로이다.

전류 검출부(23)는 광원부(22)의 각 칩(22R, 22G, 22B)에 흐르는 전류를 일정한 타이밍에서 검출함으로써, 광원부(22)의 각 칩(22R, 22G, 22B)의 발광량의 최대값이 소정값으로 유지되도록 설정하는 제어 신호를 생성하여 구동신호변조부(24)로 송출하는 것이다.

구동신호변조부(24)는 점등 클록에 의해 설정되는 일정 시간대 내에서, 광원부(22)의 각 칩(22R, 22G, 22B)의 점등 시간 영역으로 분할하고, 각각의 점등 시간 영역 내에서 그 점등 시간 영역폭보다 작은 점등 듀티로 점등하는 변조 신호를 생성하는 것이다.

본 실시예에서는, 도 3에 도시한 바와 같이, 점등 기본 주파수(f₀)로 설정되는 1주기 T₀=1/f₀=t₄-t₁ 내에서, LED(22R, 22G, 22B)를 순차 시분할 구동하는 변조 신호(30R, 30G, 30B)를 생성하는 것이다. 즉, 시각 t₁∼t₂, 시각 t₂∼t₃, 시각 t₃∼t₄ 가 각각, R, G, B의 파장 광의 점등 시간 영역으로 되어 있다(단, t₁<t₂<t₃<t₄).

이 점등 시간 영역폭들은 각 칩의 온도 특성을 고려하여 적당한 폭으로 설정한다. 각각, T_R=t₂-t₁, T_G=t₃-t₂, T_B=t₄-t₃으로 하면, 본 실시예에서는, LED(22G, 22B) 의 온도 특성이 대략 같은 정도로, LED(22R)의 온도 특성에 비해 나빠져 있기 때문에, 예를 들면, T_R/T_O=20%, T_G/T₀=40%, T_B/T₀=40%로 설정하고 있다.

이러한 점등 시간 영역 내를 100% 듀티비로 점등하면, 종래 기술에 의한 시분할 점등과 같은 점등 제어가 된다. 즉, 종래 기술에서는 이러한 점등 시간 영역을 100% 듀티비로 점등함으로써, 점등 기본 주파수(f₀)에 대한 듀티비가 각각 T_R/T_O, T_G/T₀, T_B/T₀이 되는 펄스폭 변조가 행해지고 있다. 그리고, 이 듀티비로 반사형 스크린(6)상에서의 광 에너지 밀도가 원하는 값이 되도록, 신호 레벨에 대한 각 칩의 구동 전류가 설정된다.

본 실시예의 변조 신호(30R, 30G, 30B)는 도 4에 도시한 바와 같이, 그러한 점등 기본 주파수(f₀)의 펄스폭 변조 점등 시간 영역 내에서, 점등 기본 주파수(f₀)보다 고주파의 버스트 주파수(f_b)에 의한 펄스폭 변조를 행하는 변조 신호로 되어 있다. 도면 중 시각(t_S, t_E)은 각각 점등 시간 영역의 개시와 종료 시각을 나타낸다.

버스트 주파수(f_b) 및 듀티비는, 예를 들면, 자기 발열에 의한 휘도 저하량 및 후술하는 사람의 눈에 느껴지는 밝기와의 관계에서 실험 등을 행하여 적당히 설정할 수 있다. 단, 버스트 주파수(f_b)는 적어도 점등 시간 영역폭에서 2개 이상의 펄스수가 발생하는 고주파로 하는 것이 바람직하다.

예를 들면, 버스트 주파수(f_b)에 의한 펄스폭 변조의 설정 조건은, f_b=20·f₀, 주기 T_b =1/f_b, 듀티비는 50%의 조건을 채용할 수 있다.

이 조건에서는, LED(22R,22G,22B)의 구동에 필요한 구동 전력은 100% 듀티의 경우에 비해 1/2로 된다.

또한, 피크값(I₀)은 상기 종래 기술과 동일한 설정으로 할 수 있으며, 예를 들면, 구동 전류가 1.5A가 되는 신호 레벨로 하고 있다.

이들 변조 신호는 공간 변조 소자(4)를 구동하는 타이밍 신호를 생성하기 위해서 제어부(10)에도 송출된다.

화상투영장치(1)의 동작에 대해서, 본 실시예의 LED 조명유닛(2)의 작용을 중심으로 설명하기로 한다.

도 5는 광 자극에 대한 사람 눈의 시간 응답에 대해서 설명하기 위한 모식적인 그래프이다. 도 6은 LED의 휘도 저하에 대해서 설명하는 모식적인 그래프이다.

화상투영장치(1)의 제어부(10)는 외부에서 R, G, B로 각각 색 분해된 화상 신호를 받으면, 점등 클록을 LED 조명유닛(2)로 송출한다.

LED 조명유닛(2)에서는, 구동신호변조부(24)에 의해 변조 신호(30R, 30G, 30B)가 생성되고, 그것을 LED 드라이버 회로부(21)로 송출함으로써, 광원부(22)의 LED(22R, 22G, 22B)에 각 변조 신호에 대응되는 구동 전류가 공급되며, 각 칩이 각 변조 신호의 파형 패턴과 타이밍에 따라서 발광 구동된다.

한편, 이들 변조 신호는 제어부(10)로도 송출되며, 공간 변조 소자(4)의 변 조 타이밍 신호가 생성된다. 이 때문에, 광원부(22)로부터의 R, G, B 파장광의 점등 시간 영역에 공간 변조 소자(4)의 구동 타이밍이 동기되고, 각각의 색에 따른 화상 신호에 대응하여 공간 변조 소자(4)가 시분할 구동된다.

이 때문에 LED 조명유닛(2)로부터 출사되는 R, G, B의 광은 집광 렌즈(3)에서 집광되고, 공간 변조 소자(4)에서 공간 변조되어 각 색에 대응하는 색분해 화상을 표시한다. 그리고, 공간 변조 소자(4)에 표시된 화상은, 투영 렌즈(5)에서 확대되어 반사형 스크린(6)상에 투영된다. 이 색분해 화상은 사람 눈에는 합성되어 보이기 때문에, 관찰자는 반사형 스크린(6)에서의 색순차의 반사광을 보고 풀컬러 화상을 관찰할 수 있다.

다음으로, 종래 기술과 동일한 점등 시간 영역 내에서 100%보다 작은 듀티비로 펄스폭 변조하더라도, 휘도 저하가 문제가 되지 않는 조명광으로서 사용할 수 있는 이유에 대해서 설명하기로 한다.

분명 본 실시예에서는 듀티비를 50%로 하므로, 적분광량으로서는 저하되어 있다. 따라서, 예를 들면, 일정한 노광 감도를 갖는 감광체에 노광하는 프린터 등의 광원으로 사용하는 경우에는, 듀티비의 저하와 함께 노광 에너지가 저하되어 버린다.

하지만, 발명자들은 반사형, 투과형 스크린 등의 표시 매체에 가시광을 투사하여 화상 표시를 행하는 LED 조명유닛의 경우에는, 물리적인 휘도는 다르더라도 사람의 시각에서 등가로 느껴지도록 발광시킬 수 있음에 착안하여, 예의 연구를 거듭하여 본 발명에 이른 것이다.

사람의 눈은 광자극을 받으면, 얼마 동안은 광자극이 연속되어 있는 것처럼 느낀다. 이것은, 소위 잔상 현상으로 알려져 있다. 도 5는, 임펄스 모양의 발광 강도(I_i)의 광을 보고 나서, 감각적인 광 강도(I_V)가 시간이 흐름에 따라 감쇠되는 모습을 모식적으로 나타낸 것이다. 즉, 곡선(100)에 나타낸 바와 같이, 초기에는 완만하게 감쇠되고, 그 후에 급속하게 감쇠되는 변화를 나타낸다.

RGB의 순차 점등에 의해 그것들이 혼합된 백색광으로 느껴지는 것은, 이러한 잔상 현상에 기인한다. 단, 실제로 프로젝터에 사용되고 있는 주파수에서는 혼색은 일어나지만, 적분광량으로 눈이 느끼는 광강도가 크게 괴리되어 있는 것은 아니다. 그것은, R, G, B의 점등 시간 영역폭을 바꾸면 화이트 밸런스가 깨지는 것이나, 화상 휘도를 외관상 높이기 위해서, RGB의 순차 점등 후에 R, G, B광을 동시 점등하는 백색 발광을 행하는 경우 등으로부터도 쉽게 이해할 수 있다.

발명자들은, 버스트 주파수(f_b)를 점등 기본 주파수(f₀)에 비해 증대시켜 가게 되면, 잔상의 영향이 현격하게 증대되어 적분광량에 대한 사람 눈의 검지(檢知) 정밀도가 둔감해지게 됨에 따라 적분광량보다 밝게 느껴진다는 것을 알아내어, 본 실시예와 같은 변조 신호에 이르게 된 것이다.

또한, 본 실시예에 의하면, 자기 발열에 의한 휘도 저하를 고려하면, 물리적 적분광량면에서도 종래 기술보다 유리해지므로, 그 점에 대해서도 설명하기로 한다.

도 6은 LED의 자기 발열에 의한 휘도 저하 상태를 모식적으로 나타내었다. 가로축은 점등 시간, 세로축은 휘도(P)를 나타낸다.

LED를 연속 발광하면 LED가 자기 발열에 의해 온도가 상승하므로, 일정한 구동 전류하에서는, 곡선(101)에 나타낸 바와 같이, LED의 온도 특성에 따라서 초기 휘도(Pi)로부터 발광 휘도가 감소된다. 그리고, LED의 온도가 평형에 도달하면 휘도도 일정값으로 수속된다.

따라서, 점등 시간폭이 각각 t₁₀, t₂₀(단, t₁₀<t₂₀)의 펄스폭으로 점등한 경우, 각각의 휘도 저하분 ΔP₁₀, ΔP₂₀은, ΔP₁₀<ΔP₂₀이 된다. 또한, 발열량은 점등 시간과 함께 증가하므로, 방열에 필요한 시간도 t₁₀인 것이 단시간으로 끝난다. 따라서, 점등 시간의 총합이 같으면, 고주파의 펄스폭 변조를 행한 쪽이 휘도 저하의 영향이 적어지므로, 같은 구동 전력에 비해서 보다 효율적인 점등을 행할 수 있다.

특히, 고휘도 조명광이 요구되는 프로젝터나 리어 프로젝션 텔레비전 등과 같은 화상투영장치에서는 이 차이가 뚜렷해진다.

이와 같이 본 실시예의 변조 신호에서는, 종래 기술과 같은 점등 시간 영역 내에서, 100%보다 작은 듀티비로서, 그 버스트 주파수(f_b)가 점등 기본 주파수(f₀)보다 충분히 고주파의 펄스폭 변조를 행함으로써, 사람 눈에서의 광분량의 증감 작용을 이용하여 외관상의 광량 저하를 감소시킴과 동시에, 자기 발열에 의한 물리적인 휘도 저하도 억제할 수 있다. 이 때문에, LED의 온도를 저감시킬 수 있으므로 LED의 신뢰성도 향상될 수 있다.

이와 같이 본 실시예의 LED 조명유닛는, 상기 구동신호변조부가 상기 가시광 LED 중 적어도 하나를 그 점등 시간 영역 내에서 펄스폭 변조하는 변조 신호를 생성하는 것으로 되어 있다.

이 경우, 펄스폭, 듀티비의 설정을 바꾸기만 하는 간단한 구성에 의해 휘도 저하를 저감시킬 수 있다.

본 발명의 제2실시예에 따른 LED 조명유닛에 대해서 설명하기로 한다.

도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 LED 조명유닛(200)의 구동신호변조부(240)가 생성하는 변조 신호의 상세한 파형 패턴에 대해서 설명하는 신호 파형도이다.

본 실시예의 LED 조명유닛(200)는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같은 구조를 가지며, 구동신호변조부(240)을 구비한다. 이하, 상기 제1실시예와 다른 점을 중심으로 설명하기로 한다.

LED 조명유닛(200)에 사용하는 구동신호변조부(240)는 변조 신호(40R, 40G, 40B)를 생성하는 점이 다르다.

변조 신호(40R, 40G, 40B)의 점등 타이밍은, 도 3에 도시한 바와 같이 각 점등 시간 영역이 상기 제1실시예와 마찬가지로 설정되어 있다.

이러한 상세한 파형 패턴은, 도 7의 그래프(102)에 나타낸 바와 같이, 점등 개시 시각(t₁)부터 시각(t₂)까지의 신호 레벨이 Ip이고, 시각(t₂)부터 시각(t₃)까지의 신호 레벨이 I₀가 되도록 계단 모양의 파워 변조를 행하는 파형 패턴으로 되어 있다. 여기서, 시각(t₁, t₂, t₃)은 T_R(T_G, T_B)=t₄-t₁이라고 했을 때, t₁<t₂<t₃<t₄의 관 계에 있다. 또한, I_P>I₀이다.

피크값(I_P), 계단 모양의 점등 듀티(t₂-t₁), (t₃-t₁)는, 예를 들면, 휘도 저하량 및 사람 눈에 대한 감각적인 휘도 변화에 대해서 실험을 함으로써, 필요에 따라 적당히 설정할 수 있다. 단, 피크값(I_P)은 LED(22R,22G,22B)의 수명에 영향을 미치는 구동 전류와 그 인가 시간의 최대 한도를 넘지 않도록 설정한다.

이러한 변조 신호(40R, 40G, 40B)의 작용에 대해서 설명하기 위해서, 예를 들면, I_P=2·I₀, (t₂-t₁)=(1/3)·(t₄-t₁), (t₃-t₁)=(2/3)·(t₄-t₁)의 설정을 채용하는 경우에 대해서 고찰하기로 한다.

이 경우, 도 7의 그래프(102)에 나타낸 신호 레벨(I)로 각 색의 점등 시간 영역을 100% 듀티로 점등하는 변조 신호(41)와 발열량은 동일하게 할 수 있다.

본 실시예의 변조 신호와 변조 신호(41)로 LED(22R,22G,22B)를 구동한 경우의 휘도 저하 상태를, 도 7에 각각 곡선(104, 105)으로 모식적으로 도시했다. 도시의 편의상, T₀ 후의 파형위에 나타냈으나, 이하, T₀의 차이를 무시하고 설명하기로 한다.

본 실시예의 변조 신호는 점등 개시시에 피크값(I_P)으로 구동되기 때문에, 휘도는 점 a로 나타내는 최대값이 되고, 시각t₁∼t₂의 사이에서, 예를 들면, 도 6의 곡선(101)을 나타낸 곡선(104)를 따라서 점 b까지 저하된다. 그리고, 시각 t₂부터 시각 t₃에서는, I_P의 반 정도의 신호 레벨 I₀로 구동되기 때문에 발열량이 반감되며, 점 a부터 점 b까지의 휘도 저하율보다 작은 폭으로 점 c 까지 저하되어 휘도 P₁이 된다. 시각 t₃∼t₄에서는 소등된다. 그러나, 사람 눈에는 휘도 P₁이 어느 정도 유지되어, 소등을 검지하지는 않는다.

한편, 변조 신호(41)의 경우, 시각(t₁∼t₄)까지 피크값(I₀)으로 구동되기 때문에, 곡선(105)에 나타낸 바와 같이, 점 a의 절반인 점 e의 휘도로 점등 개시되며, 시간 t₄-t₁ 동안 도 6의 곡선 (101)을 나타낸 곡선(105)에 따라서, 점 f까지 휘도 저하되어 휘도 P₂(단, P₂<P₁)에서 점등이 종료된다.

이 때문에 발열량은 동일해지지만, 변조 신호(41)에 비해 본 실시예의 변조 신호가 명확하게 휘도 저하율이 작아져, 사람 눈의 잔상 현상이 서로 의존하여 더욱 밝게 느껴진다.

이상은, 설명의 편의상, 발열량이 동일한 경우를 설명했으나, 신호 레벨의 피크값(I_p), t₂, t₃을 적당히 설정함으로써, 발열량을 저감시키는 파형 패턴으로 할 수도 있음은 당연하다.

이와 같이, 본 실시예의 LED 조명유닛는, 상기 구동신호변조부가 상기 가시광 LED 중 적어도 하나를 그 점등 시간 영역의 전반(前半)에 피크값을 갖는 파워 변조를 행하는 변조 신호를 생성하는 것으로 되어 있다.

이 경우, 점등 시간 영역의 전반에서 자기 발열에 의한 축열이 비교적 적은 상태에서 최대 휘도가 되기 때문에, 발광 효율이 양호해져 고휘도의 구동이 가능해진다.

또한, 본 실시예의 LED 조명유닛는, 상기 파워 변조를 행하는 변조 신호가 그 변조 개시 타이밍에서 상기 피크값을 갖는 동시에, 시간의 흐름에 따라서 단조 감소되는 파형 패턴을 갖는 것으로 되어 있다.

이 경우, 변조 개시 타이밍에서 피크값을 가지며, 그 후, 신호 레벨을 감쇠시키기 때문에 발열량이 단조 감소되어, 효율적으로 휘도 저하를 억제할 수 있다.

여기서, 단조 감소란 넓은 의미의 단조 감소를 의미하며, 일정값의 영역을 갖는 계단 모양의 감소도 포함하는 것으로 한다.

다음에, 본 실시예의 변형예에 대해서 설명하기로 한다.

도 8은, 본 발명의 제2실시예의 변형예에 따른 LED 조명유닛의 구동신호변조부가 생성하는 변조 신호의 상세한 파형 패턴에 대해서 설명하는 신호 파형도이다.

본 변형예의 구동신호변조부에서는 변조 신호(40R, 40G, 40B)를 대신하여, 도 8에 도시하는 변조 신호(50R, 50G, 50B)를 생성한다.

변조 신호(50R, 50G, 50B)는 신호 레벨의 피크값이 I_q이고, 시각(t₁∼t₅)(단, t₁<t₅<t₄)까지의 동안에 신호 레벨을 I_r까지 직선적으로 감소시키는 사다리형파 모양의 파형 패턴을 갖는 것이다(단, I_r<I₀<I_q).

피크값(I_q), 신호 레벨(I_r), 점등 듀티(t₅-t₁)는 예를 들면, 휘도 저하량 및 사람의 눈에 대한 감각적인 휘도 변화에 대해서 실험을 함으로써 필요에 따라 적당 히 설정할 수 있다. 단, 피크값(I_q)은 LED(22R,22G,22B)의 수명에 영향을 미치는 구동 전류와 그 인가 시간의 최대 한도를 넘지 않도록 설정한다.

본 변형예는 피크값으로부터 단조 감소되는 파형의 다른 예로 되어 있고, 상기와 같은 작용 효과를 갖는다.

또한, 상기한 설명에서는 R, G, B의 모든 변조 신호에 본 발명을 적용하는 것으로 하여 설명했으나, 자기 발열량과 상호 영향 정도에 따라서 적어도 하나에 적용되면 된다. 즉, 자기 발열이 적고, 휘도 저하의 영향이 적은 가시광 LED는 100% 듀티비로 점등할 수도 있다.

또한, 상기한 설명에서는, 가시광 LED가 3개 설치되어 있는 예로 설명했으나, 2개 이상의 복수개일 수도 있다. 예를 들면, R, G, B의 LED를 각각 2개씩 설치한 것일 수도 있다. 또한, 이들 복수의 가시광 LED는 서로 열적 영향을 받는 형태라면, 단일 소자로서 일체화된 구성이 아니어도 좋다.

또한, 상기한 설명에서는, 점등 기본 주파수의 1주기와 주기적인 일정 시간대가 일치하는 경우를 예로 들어 설명했으나, 점등 기본 주파수의 1주기 내에 복수의 가시광 LED가 동시 점등하는 타이밍을 가질 수도 있다. 예를 들면, 화상의 외관상 휘도를 높이기 위해서, R, G, B를 동시 점등하는 타이밍을 마련할 수도 있다.

또한, 상기한 설명에서는, 화상투영장치으로서 반사형 스크린에 화상 표시를 하는 예로 들어 설명했으나, 투과형 스크린에 광을 투사하여 화상 표시를 하는 것일 수도 있다. 예를 들면, 리어 프로젝션 텔레비전 등일 수도 있다.

또한, 상기한 설명에서는, 본 발명의 LED 조명유닛을 사용하는 예로서, 화상투영장치에 사용하는 경우를 예로 들어 설명했으나, 반사형, 투과형 스크린 등의 표시 매체에 광을 투사하는 것이라면, 특히 화상을 투영하는 장치뿐만 아니라 적당한 조명 장치, 투광 장치의 일부로서 사용할 수 있다.

또한, 상기한 각 실시예에서 설명한 구성 요소는, 기술적으로 가능하다면 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 적당히 조합하여 실시할 수 있다.

본 발명의 LED 조명유닛과 이를 이용한 화상투영장치 및 LED 조명유닛의 구동 방법에 의하면, 적어도 하나의 LED가 100% 보다 작은 듀티비로 점등되므로 자기 발열 지속 시간이 저감되고, 또한, 소등되는 오프 듀티시에 방열할 수 있으므로, LED의 발열에 의한 휘도 저하를 저감시켜 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.

상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위 내에서 정해져야만 할 것이다.

Claims (12)

1. 복수의 LED로 이루어진 광원부와;

   상기 복수의 LED를 주기적인 일정 시간대 내에서 각각의 점등 시간 영역으로 분할하여 순차 점등하는 점등 제어 수단;을 포함하며,

   상기 점등 제어 수단은, 상기 LED 중 적어도 하나를 그 점등 시간 영역폭보다 작은 점등 듀티로 점등시키는 변조 신호를 생성하는 구동신호변조부를 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 조명유닛.
2. 제1항에 있어서,

   상기 구동신호변조부는 상기 복수의 LED 중 적어도 하나를 그 점등 시간 영역 내에서 펄스폭 변조하는 변조 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 LED 조명유닛.
3. 제2항에 있어서,

   상기 구동신호변조부는 소정 주파수를 가지고 펄스폭 변조하며,

   상기 소정 주파수는 상기 점등시간영역폭에서 두 개이상의 펄스를 발생시키는 주파수인 것을 특징으로 하는 LED 조명유닛.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 구동신호변조부는 상기 복수의 LED 중 적어도 하나를 그 점등 시간 영역의 전반(前半)에 피크값을 갖도록 파워 변조하는 변조 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 LED 조명유닛.
5. 제4항에 있어서,

   상기 변조 신호는 변조 개시 타이밍에서 상기 피크값을 갖는 것을 특징으로 하는 LED 조명유닛.
6. 제5항에 있어서,

   상기 변조 신호는 시간에 대해 단조 감소되는 파형 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 LED 조명유닛.
7. 제5항에 있어서,

   상기 변조 신호는 시간에 대해 계단형으로 감소되는 파형 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 LED 조명유닛.
8. 광을 스크린상에 확대 투영하여 화상표시를 하는 화상투영장치에 있어서, 상기 광을 조명하는 조명유닛은,

   복수의 LED로 이루어진 광원부와,

   상기 복수의 LED를 주기적인 일정 시간대 내에서 각각의 점등 시간 영역으로 분할하여 순차 점등하는 점등 제어 수단;을 포함하며,

   상기 점등 제어 수단은, 상기 LED 중 적어도 하나를 그 점등 시간 영역폭보다 작은 점등 듀티로 점등시키는 변조 신호를 생성하는 구동신호변조부를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상투영장치.
9. 제8항에 있어서,

   상기 구동신호변조부는 상기 복수의 LED 중 적어도 하나를 그 점등 시간 영역 내에서 펄스폭 변조하는 변조 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 화상투영장치.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서,

    상기 구동신호변조부는 상기 복수의 LED 중 적어도 하나를 그 점등 시간 영역의 전반(前半)에 피크값을 갖도록 파워 변조하는 변조 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 화상투영장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 변조 신호는,

    변조 개시 타이밍에서 상기 피크값을 가지며,

    시간에 대해 단조 감소하는 파형 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 화상투영장치.
12. 복수의 LED를 주기적인 일정 시간대 내에서 각각의 점등 시간 영역으로 분할하여 순차 점등하는 LED 조명유닛의 구동방법에 있어서,

    상기 복수의 LED 중 적어도 하나를 그 점등 시간 영역폭보다 작은 점등 듀티로 점등시키는 것을 특징으로 하는 LED 조명유닛의 구동 방법.

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