KR20080020608A - 발광다이오드（ｌｅｄ） 조명 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

발광다이오드（ｌｅｄ） 조명 제어 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

LED 조명 시스템은 제어 회로와, 제1, 제2 및 제3 LED들을 포함한다. 제어 회로는 색상 밸런스를 달성하는 공지의 관계를 갖는 상대 듀티 사이클들을 가지고 색상 사이클 프레임에서 제1, 제2 및 제3 LED들을 순차적으로 구동한다. 제어 회로는, 제1, 제2 및 제3 LED들의 순차적인 구동 중에 제1, 제2 및 제3 LED들의 상대 듀티 사이클에 의해 달성되는 색상 밸런스와 조화되는 휘도 조절 광을 제공하도록 제어되는 방식으로 제1, 제2 및 제3 LED들이 구동되는 색상 사이클 프레임에서, 적어도 하나의 스포크 주기를 도입하도록 또한 동작한다.
LED, 조명 시스템, 색상 밸런스, 스포크 주기, 듀티 사이클

Description

발광다이오드（ＬＥＤ） 조명 제어 시스템 및 방법{LIGHT EMITTING DIODE (LED) ILLUMINATION CONTROL SYSTEM AND METHOD}
본 발명은 발광다이오드(LED) 조명 시스템에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는, 색상 사이클 프레임(color cycle frame)에 삽입된 하나 이상의 스포크 주기(spoke period) 동안에 휘도 조절 광을 제공하도록 LED 조명 시스템을 제어하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
프로젝션 디스플레이 시스템은 광원, 조명 광학계(illumination optics), 화상 형성 장치, 프로젝션 광학계 및 프로젝션 스크린을 포함할 수 있다. 조명 광학계는 광원으로부터의 빛을 모아서 이를 하나 이상의 화상 형성 장치로 향하게 한다. 전자적으로 조절 및 처리되는 디지털 비디오 신호에 의해 제어되는 화상 형성 장치(들)는 비디오 신호에 대응하는 화상을 생성한다. 그리고 나서, 프로젝션 광학계는 화상을 확대하고 이를 프로젝션 스크린에 투사한다. 컬러 휠과 함께 아크 램프와 같은 백색 광원이 프로젝션 디스플레이 시스템용 광원으로서 사용되어 왔고 여전히 사용되고 있다. 그러나, 최근 발광다이오드(LED)가 대안적인 광원으로서 도입되고 있다. LED의 몇몇 이점으로는 긴 수명, 높은 효율 및 우수한 열적 특성이 포함된다.
디지털 광 처리 시스템에 자주 사용되는 화상 형성 장치의 예로는 디지털 마 이크로-미러 장치(digital micro-mirror device, DMD)와, 실리콘 상층 액정(liquid crystal on silicon, LCoS) 및 고온 폴리실리콘(high temperature polysilicon, HTPS) 화상 장치(imager)와 같은 액정형 화상 형성 장치가 있다. 이들 화상 장치들은 개별적으로 제어 가능한 소자들의 어레이(array)를 특징으로 하는데, 이들 소자들의 상태는 각각의 소자에 연관된 메모리 셀에서 로딩된 데이터에 의해 개별적으로 제어되어, 반사 또는 투과된 빛을 조절하고 공간적으로 비디오 데이터의 픽셀을 프로젝션 스크린 상의 픽셀로 매핑(mapping)한다. 온(ON) 상태에서 소자에 의해 반사 또는 투과된 빛은 프로젝션 광학계를 통과하고 스크린에 투사되어 밝은 영역을 생성한다. 한편, 오프(OFF) 상태에서 소자에 의해 반사 또는 투과된 빛은 프로젝션 광학계를 통과하지 못하여 어두운 영역을 발생시킨다. 색상 시퀀싱(color sequencing)을 사용하거나 대안적으로 각각이 각각의 원색(적색, 청색 및 녹색)에 대해 하나씩인 3개의 화상 장치를 사용하는 것 등에 의해, 이들 화상 장치들을 사용하여 컬러 화상이 또한 생성될 수 있다.
전통적으로, 아크 램프 광원 및 컬러 필터 휠을 사용하는 프로젝션 디스플레이에 색상 시퀀싱이 채용되어 왔다. LED 광원이 프로젝션 디스플레이에 더욱 널리 보급됨에 따라, LED 광원의 고유한 동작을 고려하여 특별히 설계된 색상 시퀀싱 시스템 및 방법에 대한 필요성이 증가하고 있다.
발명의 간단한 개요
본 발명은 제1, 제2 및 제3 색상 LED들을 구비하는 LED 조명 시스템과, 그러한 시스템을 제어하는 방법이다. 색상 밸런스를 달성하는 공지의 관계를 갖는 상 대 듀티 사이클(relative duty cycle)을 가지고 색상 사이클 프레임에서 제1, 제2 및 제3 색상 LED들을 순차적으로 구동시키도록 제어 회로가 제공된다. 제어 회로는, 제1, 제2 및 제3 LED들의 순차적인 구동 중에 제1, 제2 및 제3 LED들의 상대 듀티 사이클에 의해 달성되는 색상 밸런스와 조화되는 휘도 조절 광을 제공하도록 제어되는 방식으로 제1, 제2 및 제3 LED들이 구동되는 색상 사이클 프레임에서, 적어도 하나의 스포크 주기를 도입하도록 또한 동작한다.
도 1은 프로젝션 디스플레이 시스템에서 구성요소들의 전통적인 배치(layout)를 도시하는 도면.
도 2는 전형적인 프로젝션 화상 형성 시스템에서 원색들 사이에서의 스포크 광(spoke light)의 발생을 도시하는 그래프.
도 3은 예시적인 LED 기반의 프로젝션 디스플레이 시스템을 도시하는 도면.
도 4는 프로젝션 화상 형성 시스템의 예시적인 색상 사이클 프레임에서의 적색, 녹색 및 청색의 상대 듀티 사이클을 도시하는 그래프.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른, 각각의 색변이(color transition)에서 도입되는 스포크 주기를 가진 색상 사이클 프레임에서 적색, 녹색 및 청색의 상대 듀티 사이클을 도시하는 그래프.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른, 화이트 피킹(white peaking)을 달성하기 위해 스포크 주기 동안에 상이한 색상의 LED들을 구동하는 신호들의 펄스폭 변조(pulse width modulation)를 도시하는 그래프.
도 7은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른, 화이트 피킹을 달성하기 위해 스포크 주기 동안에 상이한 색상의 LED들을 구동하는 신호들의 진폭 변조(amplitude modulation)를 도시하는 그래프.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른, 그레이 레벨 비트 확장(gray level bit expansion)을 달성하기 위해 스포크 주기 동안에 상이한 색상의 LED들을 구동하는 신호들의 펄스폭 변조를 도시하는 그래프.
화상 깜박임(flicker) 및 색상 파괴(breakup)를 피하기에 충분한 높은 속도로 전형적으로 적색, 녹색 및 청색인 각각의 원색에 대한 개별적인 단색 화상을 디스플레이하는 것을 기초로 색상 시퀀스 프로젝션 디스플레이가 동작한다. 도 1은 광원(12), 컬러 변조기(14), 조명 광학계(16), 화상 형성 장치(18), 프로젝션 광학계(20), 뷰잉 스크린(viewing screen, 22) 및 제어 회로(24)를 포함하는 마이크로 디스플레이형 프로젝션 디스플레이 시스템(10)에서의 구성요소들의 전통적인 배치를 도시하는 도면이다. 광원(12)은 전통적으로 넓은 스펙트럼의 빛(즉, "백색광")을 제공하는 아크 램프이다. 아크 램프로부터의 빛은 전기 모터에 의해 회전하는 컬러 필터 휠, 디스크, 드럼 또는 배럴(barrel)일 수 있는 컬러 변조기(14)를 향한다. 컬러 변조기(14)가 회전함에 따라, 넓은 스펙트럼의 빛은 필터링되어 원색들을 순차적으로 생성한다. 컬러 변조기(14)로부터 필터링된 빛은 조명 광학계(16)의 사용에 의해 화상 형성 장치(18)를 비추게 된다.
소비자 시장에서 현재 사용되는 두 가지 주요 유형의 색상 시퀀스 화상 형성 장치는 실리콘 상층 액정(LCoS) 장치 및 디지털 마이크로미러 장치(DMD)이다. 이들 장치들 둘 다는 색상 시퀀스 동작에 요구되는 높은 업데이트 속도로 동작하는 능력을 가지고 있고, 어느 하나의 유형의 장치(또는 요구되는 업데이트 속도를 달성할 수 있는 다른 유형의 화상 형성 장치)도 도 1에 도시된 화상 형성 장치(18)를 구현하는 데 사용될 수 있다. 현재 고온 폴리실리콘(HTPS) 장치는 색상 시퀀스 동작을 수행할 정도로 충분히 빠르지 않지만, 그 기술의 미래의 발전은 이들 장치들이 화상 형성 장치(18)로서 소비자들에게 선택 사양이 되게 할 수도 있다. 프로젝션 광학계(20)는 화상 형성 장치(18)에 의해 형성된 화상을 뷰잉 스크린(22)으로 향하도록 한다.
전자 제어 회로(24)는 프로젝션 디스플레이 시스템(10) 내에서 많은 기능들을 수행한다. 그러한 두 가지 기능들은 타이밍 동기화 및 화상 데이터 처리이다. 각각의 색상 주기 동안에 적절한 화상 데이터가 화상 형성 장치(18)에 의해 제공되는 것을 보장하도록 타이밍 동기화 회로는 화상 형성 장치(18) 및 컬러 변조기(14)의 동작을 조화시킨다. 또한, 광원(12)은 전형적으로 AC 파형으로 구동되며, 전환 시점에 불규칙성을 발생시킬 수 있다. 이러한 불규칙성은 화상 재생에 최소의 충격을 갖는 특정 시간 동안에 또는 보상이 수행될 수 있게 하는 시간 동안에 발생하도록 동기화된다.
각각의 원색에 대하여, 온 또는 오프의 변화하는 정도 사이에서 화면 요소(픽셀)들을 구동하는 아날로그 전압 레벨을 변조함으로써, 또는 보다 길거나 짧은 주기 동안 온 상태에 있게 되는 픽셀의 펄스폭을 변조함으로써 중간 휘도 레벨(그레이 스케일)이 달성된다. 화상 데이터를 디지털에서 아날로그로 변환하는 것은 화상 데이터 처리 회로에 의해 수행된다.
전통적인 색상 시퀀스 프로젝션 시스템은 컬러 변조기로부터 방사되는 모든 빛을 효율적으로 사용하는 데 있어서 방해를 받는다. 당해 기술 분야에서 "스포크 광"으로서 공지된, 2개의 컬러 필터들의 연결부에서 발생하는 광변이(light transition)는 잘 정의된 색상을 발생시키지 못하고, 2개의 필터의 잘 정의된 혼합이 아니며 필터링되지 않은 빛을 포함할 수 있다. 또한, 특히 컬러 휠의 필터의 제조에 있어서의 제조상의 변동으로 인하여, 이러한 빛은 일관성이 없으며 예측할 수 없다. 이러한 이유로, 몇몇 시스템들은 상기 빛이 스크린에 도달하는 것을 방지하기 위해 화상 형성 장치를 "오프" 상태에 둠으로써 스포크 광의 사용을 피한다.
도 2는 전형적인 프로젝션 화상 형성 시스템에서 원색들 사이에서의 스포크 광의 발생을 도시하는 그래프이다. 스포크 광은 몇몇 시스템에서 최대 20%까지 프레임 주기(컬러 필터 휠의 완전한 1회전 또는 모든 원색들을 통한 완전한 1사이클로서 정의됨)의 유의한 부분을 차지할 수 있다. 따라서, 스포크 광을 사용하기 위해 복잡한 알고리즘 및 별도의 제어 회로가 개발되어 왔다. 그러나, 이러한 빛의 예측 불가능한 특성으로 인해, 각각의 시스템은 그의 특정 컬러 변조기에 대해 구체적으로 교정되어야 한다.
색상 포화(saturation) 및 스포크 주기의 추가를 희생시켜서, 백색의 밝기 및 화상의 포화되지 않은 부분을 증가시키기 위해 몇몇 컬러 변조기들은 비-필터링(투명(clear)) 세그먼트를 포함한다. 이는 당해 기술 분야에서 "화이트 피킹"으로서 공지되어 있다. 화이트 피킹은 프레임에서 원색들의 합에 의해 얻어질 수 있는 것보다 더 밝은 백색 레벨을 제공한다. 이 백색광이 스포크 광보다 특성에 있어서 보다 더 예측 가능하지만, 필터링된 색상 세그먼트의 합과 동일한 색상 온도를 제공하지 않으며, 따라서 스크린에 형성되는 화상에 단순히 부가될 수 없다. 스포크 광처럼 필터링되지 않은 광을 사용하면, 복잡한 알고리즘, 별도의 제어 회로 및 색상 밸런스 보정이 필요하다.
LED 기술의 최근의 개발은 많은 프로젝션 디스플레이 응용과 같이 고휘도를 필요로 하는 응용에서도 LED가 광원으로서 채용될 수 있게 하였다. 예시적인 LED 기반의 프로젝션 디스플레이 시스템(30)이 도 3에 도시되어 있다. 본 시스템(30)은 LED 구동 회로(32), LED 어레이(34), 조명 광학계(36), 화상 형성 장치(38), 프로젝션 광학계(40), 뷰잉 스크린(42) 및 제어 회로(44)를 포함한다. 조명 광학계(36), 화상 형성 장치(38), 프로젝션 광학계(40) 및 뷰잉 스크린(42)은 도 1의 조명 광학계(16), 화상 형성 장치(18), 프로젝션 광학계(20) 및 뷰잉 스크린(22)과 실질적으로 동일한 기능들을 제공한다. LED 구동기(32)는 LED 어레이(34)의 적색, 청색 및 녹색 LED들에 전력을 제공하도록 적어도 3개의 개별적인 전류원을 포함하여, 각각의 색상의 개별 회로를 형성한다.
보다 밝은 디스플레이에 대한 컴퓨터 및 텔레비전 산업에서의 강한 요구 및 LED들의 휘도에서의 기술적 제한으로 인해, LED 기반의 프로젝션 시스템은, 아크 램프 광원을 채용하는 전통적인 시스템보다 때때로 훨씬 더, 향상된 휘도로부터 이익을 얻을 수 있다. 그 결과, 화이트 피킹이 LED 기반의 프로젝션 시스템에서 유용할 것이다. 그러나, LED 기반의 시스템에서는, 백색광을 제공하기 위한 투명 세그먼트를 포함하도록 변형될 수 있는 컬러 필터 휠이 없으며, 기존의 알고리즘, 전자 장치 및 교정 방식은 LED 광원을 갖는 시스템에 적용될 수 없다. 화이트 피킹을 달성하기 위한 적합한 LED 구동 및 제어 시스템이 본 발명의 주제이다.
LED 조명기의 주 목적은 소정의 적색, 녹색 및 청색(RGB) 색상들을 얻는 것이다. 각각의 색상은 국제조명위원회(Commission Internationale de I Eclairage, CIE) 색 공간에서 점(point)으로서 기술되어 있다. 백색의 색온도 또는 색조(hue)는 적색, 녹색 및 청색의 합의 결과이다. 색 점들과 이들의 상대 밝기의 정의는 NTSC, SMPTE-C, Rec. 709에 대해 기재된 표준과, 기타 텔레비전 표준에서 찾을 수 있다. 광원 조립체의 적색, 녹색 및 청색 LED들에 대한 듀티 사이클을 정의함으로써, 적색, 녹색 및 청색의 색상 밸런스가 적절한 사양(specification)에 따라 제어된다. 도 4는 예시적인 시스템에서 적색, 녹색 및 청색의 상대 듀티 사이클을 도시하는 그래프이다. 적색 사이클, 녹색 사이클 및 청색 사이클을 포함하는, 도 4에 도시된 시간 주기는 본 명세서에서 광 사이클 프레임이라 한다. 도 4는 또한 색상들 사이의 변이(적색에서 녹색으로, 녹색에서 청색으로, 그리고 청색에서 적색으로) 동안의 스포크 주기를 도시하지만, LED들이 거의 순간적으로 온 또는 오프될 수 있기 때문에, 즉 하나의 색상으로부터 다음 색상으로의 변이가 거의 순간적이기 때문에, LED 조명 시스템이 전통적인 스포크 주기를 사용할 필요는 없다.
형성될 수 있는 화상의 전체적인 밝기를 개선하기 위하여, 본 발명은 LED 조명 시스템에 하나 이상의 스포크 주기를 삽입한다. 하나 이상의 스포크 주기의 도입은 개별적 색상이 온 상태가 되는 사이클당 총 시간량을 감소시킬 것이지만, 화이트 피킹을 수행하도록 스포크 주기동안 색상들의 혼합을 제공함으로써 휘도를 개선하는 데 사용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른, 각각의 색변이에서 도입되는 스포크 주기(그래프에서 잘게 나뉘어진 영역으로 표시됨)를 가진 적색, 녹색 및 청색의 상대 듀티 사이클을 도시하는 그래프이다. 적색, 녹색 및 청색에 의해 소요된 총 사이클 시간의 비율은 도 4에 도시된 바와 같게 유지하지만, 색변이 동안에 스포크 주기를 도입하기 위해 각각의 색상이 제공되는 시간은 동일한 비율에 따라 감소된다. 스포크 주기 동안에, 빛의 삼원색 모두가 온 상태로 되어, 전체적인 색상 사이클에 의해 발생되는 백색의 색온도와 조화되는 백색광을 적색, 녹색 및 청색 주기 동안에 발생시킨다. 이러한 개념은 "화이트 밸런싱"(white-balancing)으로 불릴 수 있다.
스포크 주기동안 발생된 백색광의 화이트 밸런싱은 디스플레이의 전체적인 색온도가 화이트 피킹에 의해 변화되는 것을 방지한다. 예를 들어, 삼원색 모두가 스포크 주기 동안에 동일하게 온 상태로 된다면, 많은 시스템에서, 이러한 색상의 조합은 광 사이클 프레임에서의 정상적인 색상 시퀀스 동작 동안에 제공되는 것보다, 적색 및 청색광에 비해 더 낮은 비율의 녹색광을 제공할 것이다. 그 결과, (본 명세서에 개시된 화이트 밸런싱이 수행되지 않는다면,) 화이트 피킹 과정은 디스플레이의 전체적인 색조를 변화시킬 수도 있다.
스포크 주기 동안에 제공되는 백색광의 색온도를 제어하는 두 가지 방법, 즉 펄스폭 변조에 의하거나 진폭 변조에 의한 것이 있다. 펄스폭 변조를 채용하기 위해, 최대 베이스 듀티 사이클을 갖는 색상(보통은 녹색)이 전체 스포크 주기 동안에 온 상태로 될 수 있다. 그리고 나서, 전체 사이클 시간에 대한 듀티 사이클과 동일한 온-시간의 비율을 부여하는 시간량에 대한 스포크 주기 동안에 다른 색상들이 온 상태로 된다. 이 관계는 실시예 1을 참조하여 이하에서 가장 명확하게 설명되며, 그 그래프가 도 6에 도시되어 있다.
실시예 1
적색 베이스 듀티 사이클: 0.278
녹색 베이스 듀티 사이클: 0.444청색 베이스 듀티 사이클: 0.278
스포크 주기: 240 마이크로초(μs)
스포크 주기 동안의 녹색 온-시간(on-time): 240 μs
스포크 주기 동안의 적색 온-시간: 0.278/0.444 x 240 μs = 150.3 μs
스포크 주기 동안의 청색 온-시간: 0.278/0.444 x 240 μs = 150.3 μs
실시예 1은 화이트 밸런싱된 광 펄스가 각각의 스포크 주기 동안에 발생된 시나리오를 나타낸다. 프레임 내의 모든 스포크 주기에 대하여 상이한 색상의 LED들의 온-시간들을 합하고 적절한 비율을 갖도록 각각의 프레임에 대한 총 LED 온-시간을 제어함으로써 (스포크당 기준(per-spoke basis) 대신에) 프레임당 기준(per-frame basis)으로 화이트 밸런싱을 또한 달성할 수 있음을 알아야 한다. 예를 들어, 실시예 1의 시나리오에서, 3개의 스포크 주기들이 있는데, 각각의 스포크 주기는 240 μs의 녹색 온-시간, 150.3 μs의 적색 온-시간 및 150.3 μs의 청색 온-시간을 갖는다. 이는 광 사이클 프레임 동안의 총 녹색 온-시간이 720 μs가 되게 하고, 광 사이클 프레임 동안의 총 적색 온-시간이 450.9 μs가 되게 하며, 광 사이클 프레임 동안의 총 청색 온-시간이 450.9 μs가 되게 한다. 대안적인 프레임당 색상 밸런싱 방식에서, 상이한 색상의 광원들이 하기의 배열로 온 상태로 될 수 있다.
Figure 112007084784620-PCT00001
LED들을 구동하는 방법으로서의 펄스폭 변조의 이점은 일정한 구동 전력 레벨이 스포크 주기와 각각의 적색, 녹색 및 청색 주기들 동안 모두에서 사용될 수 있다는 것이다. 이는 저가의 구동 회로가 얻어지게 하는데, 그 이유는 단 하나의 전력 레벨만이 각각의 구동기에 의해 전달될 필요가 있기 때문이다. 또한, LED들이 오래됨에 따라, 전체 적색/녹색/청색 사이클의 색온도에 비해 스포크의 색온도에 변화가 있을 가능성이 더 적은데, 그 이유는 두 주기의 색상이 동일한 속도로 열화되기 때문이다.
진폭 변조 방법에 있어서, LED에 대해 요구되는 휘도의 비율에 따라 적색, 녹색 및 청색 LED들로 전달되는 전력을 조절함으로써 화이트 밸런싱이 달성된다. 이 시나리오는 도 7에 도시되어 있다.
많은 LED 조명 시스템에서, 녹색 색상이 적절히 생성되고 광원의 적절한 "백색 포인트"(전체 사이클 동안 3개의 LED들이 모두 온 상태로 된 때 순백색 색상을 생성)를 보장하도록 녹색 LED는 전체 사이클 시간 중 보다 큰 백분율 동안 온 상태로 될 필요가 있다. 이는 전술한 실시예 1의 적색, 녹색 및 청색 LED들의 상대 온-시간에 의해 설명된다. 조명 시스템의 전체 색상 밸런스에 영향을 미치지 않는 효과적인 화이트 피킹을 제공하기 위하여 스포크 주기 동안에 생성된 백색광은, 적색 및 청색 LED들에 대하여 녹색 LED에 의해 생성된 빛의 밝기를 증가시키는 펄스폭 변조 또는 진폭 변조에 의한 바와 같이 전체 시스템의 백색 포인트와 유사한 색온도를 갖는다.
전술한 화이트 피킹 동작과 유사한 방식으로, 그레이 레벨 "비트 확장"을 또한 달성할 수 있다. 몇몇 마이크로 디스플레이들은 매우 희미한 광 레벨을 생성하는 데 어려움을 갖는데, 그 이유는 이는 매우 작은 광 펄스를 요구하기 때문이다. 달성 가능한 최소 광 펄스는 최소 펄스폭 변조 시간 주기에 대응하며, 화상 장치의 최대 동작 속도에 의해 제한될 수 있다. 따라서, 별도의 "어두운" 세그먼트가 때때로 전통적인 컬러 필터 휠 기반의 시스템에 사용된다. 어두운 세그먼트는 더 어두운 광 펄스를 생성하는 방법을 제공함으로써 그레이 레벨 비트 확장을 용이하게 한다.
스포크 주기 동안의 화이트 피킹을 대신하거나 화이트 피킹 스포크 주기에 추가하여, 화이트 피킹에 대하여 위에서 정의된 스포크 주기 동안에 비트 확장을 제공하기 위해(화이트 피킹 및 그레이 레벨 비트 확장 스포크 주기를 모두 초래함) LED 조명기가 동작될 수 있다. "어두운" 스포크 주기는 화이트 피킹에 대해 전술한 전체 프레임의 비율과 동일하도록 적색, 녹색 및 청색 LED들의 휘도를 제어하여 색상 밸런싱됨으로써, 조명기에 의해 제공되는 전체 색상 밸런스가 영향을 받지 않는다. 절반의 휘도를 지닌 스포크 주기를 제공하여 그레이 레벨 비트 확장을 달성하기 위한 어두운 스포크 주기는 아래에서 실시예 2로서 설명되어 있으며, 도 8에 도시되어 있다.
실시예 2
적색 베이스 듀티 사이클: 0.278
녹색 베이스 듀티 사이클: 0.444
청색 베이스 듀티 사이클: 0.278
스포크 주기: 240 μs
스포크 주기 동안의 녹색 온-시간: 120 μs
스포크 주기 동안의 적색 온-시간: 0.278/0.444 x 120 μs = 75.14 μs
스포크 주기 동안의 청색 온-시간: 0.278/0.444 x 120 μs = 75.14 μs
실시예 2는 색상 밸런싱된 "어두운" 펄스가 각각의 스포크 주기 동안에 생성되는 시나리오를 나타낸다. 실시예 1에 대하여 전술한 것과 동일한 방식으로, 프레임 내의 모든 스포크 주기에 대하여 상이한 색상의 LED들의 온-시간들을 합하고 적절한 비율을 갖도록 각각의 프레임에 대한 총 LED 온-시간을 제어함으로써 (스포크당 기준 대신에) 프레임당 기준으로 색상 밸런싱을 또한 달성할 수 있음을 알아야 한다.
예시적인 실시 형태들에 대하여 전술한 바와 같이, 본 발명은 LED 조명 시스템의 색상 사이클 프레임 동안에 하나 이상의 스포크 주기를 도입한다. 전술한 실시 형태들에서는 스포크 주기들이, 컬러 필터 휠 상의 색변이를 언급한 "스포크" 주기의 전통적인 이해와 일치하여, 원색들 사이의 변이 동안에 발생하는 것으로서 설명되었지만, LED 조명 시스템에서 거의 순간적으로 온 또는 오프되는 LED의 능력으로 인해 스포크 주기를 색상 사이클 프레임의 임의의 지점에서 삽입할 수 있음을 알아야 한다. 스포크 주기 동안에, 각각의 색상 사이클에서 원색들의 듀티 사이클에 의해 달성되는 색상 밸런스와 조화되도록 제어되는 스포크 주기 동안에 백색 또는 어두운 색조의 색상 밸런스를 가지고, 휘도 조절 광이 (화이트 피킹 및/또는 그레이 레벨 비트 확장(또는 "어두운 피킹")의 형태로) 제공된다. 그 결과, LED 조명 시스템에 의해 제공되는 화상의 밝기가 화상의 색상 밸런스 또는 "백색 포인트"에 영향을 미침이 없이 요구되는 대로 조절될 수 있다.
이상의 설명은 세 가지 색상의 LED 광원(적색, 녹색 및 청색)을 갖는 예시적인 시스템을 언급하였다. 이들 삼원색을 순차적으로 제공하는 시스템이 LED 조명 시스템에서 가장 널리 보급되었지만, 본 발명의 원리(색상 사이클 프레임에 삽입된 스포크 주기 동안에 빛의 색상 밸런스된 조합에 의해 화이트 피킹 또는 어두운 피킹을 제공)는 더 많은 수의 색상 또는 상이한 세트의 원색들을 제공하는 시스템에 동일하게 적용될 수 있음을 당업자에 의해 이해될 것이다. 예를 들어, 시스템은 전술한 방식으로 화상을 밝게 하거나 그레이 레벨 비트 확장을 달성하기 위해 하나 이상의 스포크 주기를 색상 사이클 프레임에 삽입하여, 최대 6 가지의 상이한 색상(적색, 녹색, 청색, 황색, 시안 및 마젠타)을 제공하는 광원들을 채용할 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시 형태들을 참조하여 설명되었지만, 당업자는 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 형태 및 상세 사항에 있어서 변경이 이루어질 수 있음을 인식할 것이다. 예를 들어, 개시된 실시 형태들은 적색, 녹색 및 청색 LED 광원들을 채용하는 것으로서 설명되었다. 당업자는, 본 발명의 원리가 거의 동시에 온 및 오프 상태로 될 수 있는 어떠한 광원에도 적용될 수 있어서, 색상 사이클 프레임의 스포크 주기 동안에 제공되는 휘도 조절 광이 프레임에서의 광원들의 색상 시퀀스 동작에 의해 제공되는 빛의 색상 밸런스와 조화되도록 제어될 수 있다는 것을 알아야 한다.

Claims (25)

  1. 제1 색상 발광다이오드(LED), 제2 색상 LED 및 제3 색상 LED를 포함하는 LED 조명 시스템을 제어하는 방법으로서,
    색상 밸런스를 달성하는 공지의 관계를 갖는 상대 듀티 사이클들을 가지고 색상 사이클 프레임에서 제1 색상 LED, 제2 색상 LED 및 제3 색상 LED를 순차적으로 동작시키는 단계; 및
    색상 사이클 프레임에서 적어도 하나의 스포크 주기 동안에 제1 색상 LED, 제2 색상 LED 및 제3 색상 LED를 동작시키는 단계를 포함하며,
    적어도 하나의 스포크 주기 동안의 제1 색상 LED, 제2 색상 LED 및 제3 색상 LED의 동작은 이들의 순차 동작 동안에 제1 색상 LED, 제2 색상 LED 및 제3 색상 LED의 상대 듀티 사이클들에 의해 달성되는 색상 밸런스와 조화되는 휘도 조절 광을 제공하도록 제어되는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 스포크 주기 동안의 제1 색상 LED, 제2 색상 LED 및 제3 색상 LED의 동작은 LED들을 구동하는 신호들의 펄스폭 변조에 의해 제어되는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 스포크 주기 동안의 제1 색상 LED, 제2 색상 LED 및 제3 색상 LED의 동작은 LED들을 구동하는 신호들의 진폭 변조에 의해 제어 되는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 스포크 주기 동안에 제공되는 휘도 조절 광은 화이트 피킹을 달성하기 위해 제공되는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 스포크 주기 동안에 제공되는 휘도 조절 광은 그레이 레벨 비트 확장을 달성하기 위해 제공되는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 스포크 주기는 제1 색상 LED, 제2 색상 LED 및 제3 색상 LED 중 상이한 LED들의 순차적인 동작들 사이의 변이 동안에 발생하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 제1, 제2 및 제3 색상 LED들은 적색, 녹색 및 청색인 방법.
  8. 제7항에 있어서, 녹색 LED의 상대 듀티 사이클은 적색 LED 및 청색 LED의 상대 듀티 사이클보다 큰 방법.
  9. 발광다이오드(LED) 조명 시스템으로서,
    제1 색상 LED;
    제2 색상 LED;
    제3 색상 LED;
    제1, 제2 및 제3 색상 LED들에 동작 가능하게 연결된 제어 회로를 포함하며,
    제어 회로는
    색상 밸런스를 달성하는 공지의 관계를 갖는 상대 듀티 사이클들을 가지고 색상 사이클 프레임에서 제1 색상 LED, 제2 색상 LED 및 제3 색상 LED를 순차적으로 구동시키도록, 그리고
    색상 사이클 프레임에서 적어도 하나의 스포크 주기 동안에 제1 색상 LED, 제2 색상 LED 및 제3 색상 LED를 구동시키도록 작동 가능하며,
    적어도 하나의 스포크 주기 동안의 제1 색상 LED, 제2 색상 LED 및 제3 색상 LED의 구동은 이들의 순차적인 구동 동안에 제1 색상 LED, 제2 색상 LED 및 제3 색상 LED의 상대 듀티 사이클들에 의해 달성되는 색상 밸런스와 조화되는 휘도 조절 광을 제공하도록 제어되는 방식으로 이루어지는 LED 조명 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 제어 회로는 적어도 하나의 스포크 주기 동안의 제1 색상 LED, 제2 색상 LED 및 제3 색상 LED의 구동을 LED들을 구동하는 신호들의 펄스폭 변조에 의해 제어하는 LED 조명 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 제어 회로는 적어도 하나의 스포크 주기 동안의 제1 색상 LED, 제2 색상 LED 및 제3 색상 LED의 구동을 LED들을 구동하는 신호들의 진폭 변조에 의해 제어하는 LED 조명 시스템.
  12. 제9항에 있어서, 제어 회로는 화이트 피킹을 달성하도록 적어도 하나의 스포크 주기 동안에 제1 색상 LED, 제2 색상 LED 및 제3 색상 LED를 구동하는 LED 조명 시스템.
  13. 제9항에 있어서, 제어 회로는 그레이 레벨 비트 확장을 달성하도록 적어도 하나의 스포크 주기 동안에 제1 색상 LED, 제2 색상 LED 및 제3 색상 LED를 구동하는 LED 조명 시스템.
  14. 제9항에 있어서, 적어도 하나의 스포크 주기는 제1 색상 LED, 제2 색상 LED 및 제3 색상 LED 중 상이한 LED들의 순차적인 동작들 사이의 변이 동안에 발생하는 LED 조명 시스템.
  15. 제9항에 있어서, 제1, 제2 및 제3 색상 LED들은 적색, 녹색 및 청색인 LED 조명 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 녹색 LED의 상대 듀티 사이클은 적색 LED 및 청색 LED의 상대 듀티 사이클보다 큰 LED 조명 시스템.
  17. 프로젝션 디스플레이 시스템으로서,
    제1 색상 LED;
    제2 색상 LED;
    제3 색상 LED;
    제1, 제2 및 제3 색상 LED들에 동작 가능하게 연결된 제어 회로;
    프로젝션 광학계; 및
    전색 화상을 형성하기 위해 제1, 제2 및 제3 색상 LED들로부터의 빛을 프로젝션 광학계를 통해 선택적으로 향하도록 제어 회로와 함께 동작 가능한 화상 형성 장치를 포함하며,
    제어 회로는
    색상 밸런스를 달성하는 공지의 관계를 갖는 상대 듀티 사이클들을 가지고 색상 사이클 프레임에서 제1 색상 LED, 제2 색상 LED 및 제3 색상 LED를 순차적으로 구동시키도록, 그리고
    색상 사이클 프레임에서 적어도 하나의 스포크 주기 동안에 제1 색상 LED, 제2 색상 LED 및 제3 색상 LED를 구동시키도록 작동 가능하며,
    적어도 하나의 스포크 주기 동안의 제1 색상 LED, 제2 색상 LED 및 제3 색상 LED의 구동은 이들의 순차적인 구동 동안에 제1 색상 LED, 제2 색상 LED 및 제3 색상 LED의 상대 듀티 사이클들에 의해 달성되는 색상 밸런스와 조화되는 휘도 조절 광을 제공하도록 제어되는 방식으로 이루어지는 프로젝션 디스플레이 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 제1, 제2 및 제3 색상 LED들은 적색, 녹색 및 청색인 프로 젝션 디스플레이 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 녹색 LED의 상대 듀티 사이클은 적색 LED 및 청색 LED의 상대 듀티 사이클보다 큰 프로젝션 디스플레이 시스템.
  20. 제17항에 있어서, 화상 형성 장치는 디지털 마이크로-미러 장치(DMD)인 프로젝션 디스플레이 시스템.
  21. 빛의 제1, 제2 및 제3 색상을 각각 제공하는 제1, 제2 및 제3 광원들을 포함하는 조명 시스템을 제어하는 방법으로서,
    색상 밸런스를 달성하는 공지의 관계를 갖는 상대 듀티 사이클들을 가지고 색상 사이클 프레임에서 제1, 제2 및 제3 광원들을 순차적으로 동작시키는 단계; 및
    제1, 제2 및 제3 광원들의 순차적인 동작 동안에 제1, 제2 및 제3 광원들의 상대 듀티 사이클에 의해 달성되는 색상 밸런스와 조화되는 휘도 조절 광을 제공하도록 제어되는 방식으로 색상 사이클 프레임에서 적어도 하나의 스포크 주기 동안에 제1, 제2 및 제3 광원들을 동작시키는 단계를 포함하는 제어 방법.
  22. 제21항에 있어서, 적어도 하나의 스포크 주기 동안의 제1, 제2 및 제3 광원들의 동작은 광원들을 구동하는 신호들의 펄스 폭 변조에 의해 제어되는 방법.
  23. 제21항에 있어서, 적어도 하나의 스포크 주기 동안의 제1, 제2 및 제3 광원들의 동작은 광원들을 구동하는 신호들의 진폭 변조에 의해 제어되는 방법.
  24. 제21항에 있어서, 적어도 하나의 스포크 주기 동안에 제공되는 휘도 조절 광은 화이트 피킹을 달성하기 위해 제공되는 방법.
  25. 제21항에 있어서, 적어도 하나의 스포크 주기 동안에 제공되는 휘도 조절 광은 그레이 레벨 비트 확장을 달성하기 위해 제공되는 방법.
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