KR20100019527A - 조합된 광 출력 측정들을 사용한 고상 조명 패널들의 조정 시스템들 및 방법들 - Google Patents

조합된 광 출력 측정들을 사용한 고상 조명 패널들의 조정 시스템들 및 방법들 Download PDF

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천후아 유
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Abstract

각각의 듀티 사이클들을 포함하는 펄스 폭 변조 제어 신호들에 응답하여, 각각의 세그먼트들이 제 1 색상의 광 및 제 2 색상의 광을 방출하도록 구성된 복수의 세그먼트들(segments)을 포함하는 조명 패널의 조정 방법은 제 1 및 제 2 색상들의 광을 동시에 방출하기 위해 복수의 세그먼트들을 활성화하는 단계를 포함한다. 복수의 세그먼트들에 대한 조합된 광 출력이 총 방출 데이터를 얻기 위해 측정 위치에서 측정된다. 총 방출 데이터에 기초하여 제 1 및 제 2 색상들의 광에 대한 개별적인 방출 데이터가 결정된다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 색상들의 광에 대한 총 방출 데이터 및 기대된 방출 데이터의 외삽법에 기초하여 제 1 및 제 2 색상들의 광에 대한 개별적인 방출 데이터가 도출될 수 있다. 관련된 조정 시스템들 또한 논의된다.

Description

조합된 광 출력 측정들을 사용한 고상 조명 패널들의 조정 시스템들 및 방법들{Systems and methods for calibrating solid state lighting panels using combined light output measurements}
본 출원은 2005년 11월 18일에 출원된 "System and Method or Interconnection and Integration of LED Backlighting Modules"라는 제목의 미국 임시 특허 출원 일련 번호 제60/905,590호에 대한 우선권의 이익을 주장하고, 상기 출원은 전체로서 본원에 참조 병합된다. 본 출원은 2006년 3월 6일에 제출된 " Adaptive Adjustment of Light Output of Solid State Lighting Panels"라는 제목의 미국 특허 출원 일련 번호 제11/368.976호의 일부계속출원(continuation in part)이고, 또한 2006년 11월 17일에 출원된 "Systems And Methods For Calibrating Solid State Lighting Panels"라는 제목의 미국 특허 출원 일련 번호 제11/601,410호에 대한 우선권의 이익을 주장하며, 상기 출원들은 전체로서 본원에 참조 병합된다.
본 발명은 고상(solid state) 조명(lighting)에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 조절 가능한 고상 조명 패널들 및 고상 조명 패널들의 광 출력을 조절하는 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
고상 조명 어레이들은 수많은 조명 제품들(applications)에 사용된다. 예를 들어, 고상 조명 장치로 된 어레이들을 포함하는 고상 조명 패널들은, 예를 들어, 건축용 조명 및/또는 강조용 조명 분야에서, 직접 조명 광 소스들로서 사용되어 왔다. 고상 조명 장치는, 예를 들어, 하나 또는 그 이상의 발광 다이오드들(LEDs, light emitting diode)을 포함하는 패키지화된(packaged) 발광 장치(light emitting device)를 포함할 수 있다. 일반적으로 무기 발광 다이오드들은 p-n 접합들을 형성하는 반도체 층들을 포함한다. 유기 발광 층들을 포함하는 유기 발광 다이오드들(OLEDs)은 고상 발광 장치의 다른 형태이다. 일반적으로, 고상 발생 장치는, 발광 층 또는 영역 내의, 예를 들어 전자들 및 홀들과 같은 전자 캐리어들(electronic carriers)의 재결합(recombination)을 통해 광을 생성한다.
휴대용 전자 장치들에서 사용되는 액정 디스플레이(LCD, liquid crystal display) 화면들과 같은 소형 액정 디스플레이 화면들을 위한 백라이트들로서, 고상 조명 패널들이 흔하게 사용된다. 또한, 액정 디스플레이 텔레비전 디스플레이들과 같은 더 큰 디스플레이들을 위한 백라이트들로서의 고상 조명 패널들의 사용에 대한 관심 또한 증가하고 있다.
더 작은 액정 디스플레이 화면들을 위한 백라이트 조립품들(assemblies)은, 일반적으로 발광 다이오드에 의해 방출된 청색 광의 일부를 황색 광으로 변환시키는 파장 변환 형광체(phosphor)를 포함하는 백색 발광 다이오드 조명 장치를 사용한다. 청색 광과 황색 광의 조합인 결과 광(resulting light)은 관측자에게 백색으로 보일 수 있다. 그러나, 그러한 배치에 의해 생성된 백색 광이 백색으로 보일 수 있는 반면, 그러한 광에 의해 조명된 물체들은, 상기 광의 제한된 스펙트럼에 의해 자연스러운 색상을 가지는 것으로 보이지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 광은 가시 스펙트럼의 적색 부분 내의 작은 에너지를 포함할 수 있기 때문에, 물체 내의 적색 색상들은 그러한 광에 의해 잘 조명되지 않을 수 있다. 결국, 그러한 광 소스 하에서 보여질 경우, 상기 물체는 부자연스러운 색상을 가지는 것으로 보일 수 있다.
광 소스의 색상 렌더링 인덱스(color rendering index)는 넓은 범위의 색상들을 정확하게 조명하는 소스에 의해 생성된 광의 능력을 객관적으로 측정하는 것이다. 상기 색상 렌더링 인덱스는 단일광의 소스들인 본질적인 0의 값부터 백열광의 소스들인 100에 가까운 값까지의 범위를 가진다. 형광체-기반의 고상 조명 소스로부터 생성된 광은 상대적으로 적은 색상 렌더링 인덱스를 포함할 수 있다.
큰-크기의 백라이트 및 조명 제품들의 경우, 높은 색상 렌더링 인덱스를 포함하는 백색 광을 생성하는 조명 소스를 제공하는 것이 종종 바람직하며, 이로 인해 상기 조명 패널에 의해 조명되는 물체들 및/또는 디스플레이 화면들이 더 자연스럽게 보일 수 있다. 따라서, 일반적으로 그러한 조명 소스들은 적색, 녹색 및 청색 발광 장치들을 포함하는 고상 조명 장치의 배열을 포함할 수 있다. 적색, 녹색 및 청색 발광 장치들이 동시에 에너지가 인가되는 경우, 조합된 결과 광은, 상기 적색, 녹색 및 청색 소스들의 상대적인 세기들에 따라 백색 또는 거의 백색으로 보일 수 있다. 서로 다른 많은 "백색"으로 고려될 수 있는 광의 색조들(hues)이 존재한다. 예를 들어, 나트륨 증기(vapor) 조명 장치에 의해 생성된 광과 같은 일 부 "백색" 광은 황색의 색상으로 보일 수 있는 반면, 형광(fluorescent) 조명 장치에 의해 생성된 광과 같은 다른 "백색" 광은 청색의 색상으로 보일 수 있다.
특정 광 소스의 색도(chromaticity)는 소스의 "색상 점(color point)"으로서 언급될 수 있다. 백색 광 소스의 경우, 상기 색도는 상기 소스의 "백색 점"로서 언급될 수 있다. 백색 광 소스의 백색 점은, 특정 온도로 가열된 흑체 라디에이터(black-body radiator)에 의해 방출된 광의 색상에 상응하는 색도 점들의 위치에 따라 해당할 수 있다. 따라서, 광 소스의 관련 색상 온도(CCT, correlated color temperature), 즉 가열된 흑체 라디에이터가 상기 광 소스의 색조와 일치하는 경우의 온도에 의해, 백색 점이 확인될 수 있다. 일반적으로 백색 광은 4000 K 내지 8000 K의 관련 색상 온도를 가진다. 4000 K의 관련 색상 온도인 백색 광은 황색의 색상을 가지는 반면, 8000 K의 관련 색상 온도인 백색 광은 더욱 청색의 색상이다.
더 큰 디스플레이 및/또는 조명 제품들에서, 더 큰 조명 패널을 형성하기 위해, 예를 들어, 2차원의 배열 내에서, 다수의 고상 조명 타일들(tiles)이 함께 연결될 수 있다. 그러나, 불행하게도, 생성된 백색 광의 색조는 타일별로(from tile to tile) 다를 수 있고, 및/또는 심지어 조명 장치 별로(from lighting device to lighting device) 다를 수도 있다. 그러한 변동들은, 다른 발광 다이오드들로부터 방출된 세기의 변동들, 및/또는 조명 장치 내 및/또는 타일 상의 발광 다이오드들의 위치의 변동들을 포함하는 많은 요인들로부터 기인할 수 있다. 따라서, 타일별로 일정한 백색 광의 색조를 생산하는 다중-타일 디스플레이 패널을 조립하기 위해, 많은 수의 타일들에 의해 생성된 광의 색조, 포화(saturation), 또는 색도를 측정하고, 상기 다중-타일 디스플레이에 사용되는 상대적으로 가까운 색도를 가지는 타일들의 부분 집합(subset)을 선택하는 것이 바람직할 수 있다. 이는 감소된 수율들 및/또는 증가된 생산 공정에서의 재고 비용들을 야기할 수 있다.
나아가, 비록 고상 디스플레이/조명 타일이 처음 생산된 경우, 고상 디스플레이/조명 타일이 일정하고 바람직한 광의 색조를 가진다고 하더라도, 상기 타일 내의 고상 장치의 상기 색조 및/또는 밝기는, 시간적으로 불균일하게 및/또는 온도 변동의 결과로서, 다를 수 있으며, 이는 상기 패널의 전체적인 색상 점이 시간에 따라 변화하는 것을 야기할 수 있고, 및/또는 상기 패널의 색상의 불균일을 초래할 수 있다. 또한, 원하는 색조 및/또는 밝기 레벨을 제공하기 위해, 사용자는 디스플레이 패널의 광 출력 특성들을 변경하고 싶을 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들은, 각각의 듀티 사이클들을 포함하는 펄스 폭 변조 제어 신호들에 응답하여, 각각의 세그먼트들이 제 1 색상의 광 및 제 2 색상의 광을 방출하도록 구성된 복수의 세그먼트들(segments)을 포함하는 조명 패널을 조정하는 방법을 제공한다. 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 색상들의 광을 동시에 방출하기 위해 상기 복수의 세그먼트들이 활성화되고, 총 방출 데이터를 얻기 위해 측정 위치에서 상기 복수의 세그먼트들에 대한 조합된 광 출력이 측정된다. 상기 총 방출 데이터에 기초하여 상기 제 1 및 제 2 색상들의 광에 대한 개별적인 방출 데이터가 결정된다.
일부 실시예들에서, 상기 제 1 및 제 2 색상들의 광에 대한 상기 총 방출 데이터 및 기대된 방출 데이터의 외삽법(extrapolation)에 기초하여, 상기 제 1 및 제 2 색상들의 광에 대한 상기 개별 방출 데이터가 도출될 수 있다. 예를 들어, 상기 총 방출 데이터에 기초하여 상기 제 1 및 제 2 색상들 각각에 상응하는 각각의 파장 범위들 내에서 제 1 및 제 2 국부 피크 파장들(local peak wavelengths)이 결정될 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 피크 파장 값들에 기초하여 외삽법 알고리즘을 위한 시작 점들이 결정될 수 있고, 상기 개별적인 시작 점들에 기초하고 상기 외삽법 알고리즘을 사용하여 상기 제 1 및 제 2 색상들의 광 각각에 대해 개별적인 스펙트럼의 분포들이 계산될 수 있다.
다른 실시예들에서, 상기 복수의 세그먼트들 각각은 상기 펄스 폭 변조 제어 신호들에 응답하여 제 3 색상의 광을 방출하도록 추가적으로 구성될 수 있다. 상기 복수의 세그먼트들은 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 색상들의 광을 동시에 방출하도록 활성화될 수 있고, 상기 총 방출 데이터에 기초하여 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 색상들의 광에 대한 개별적인 방출 데이터가 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 색상의 광은 적색 파장 범위 내의 광일 수 있고, 상기 제 2 색상의 광은 녹색 파장 범위 내의 광일 수 있으며, 상기 제 3 색상의 광은 청색 파장 범위 내의 광일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 세그먼트의 휘도 변동(luminance variation)을 줄이기 위해 상기 개별적인 방출 데이터에 기초하여 상기 복수의 세그먼트들 중 적어도 하나에 대해 상기 제 1 및 제 2 색상들의 광 중 적어도 하나의 방출에 대한 듀티 사이클이 조절될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 복수의 세그먼트들의 각각의 세그먼트는 타일들의 그룹일 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 복수의 세그먼트들의 각각의 세그먼트는 타일들의 바를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예들은, 각각의 듀티 사이클들을 포함하는 펄스 폭 변조 제어 신호들에 응답하여, 각각의 세그먼트들이 적색, 녹색, 및 청색 광을 방출하도록 구성된 복수의 세그먼트들(segments)을 포함하는 조명 패널을 조정하는 방법을 제공한다. 본 발명의 다른 실시예들에 따르면, 적색, 녹색, 및 청색 광을 동시에 방출하기 위해 상기 복수의 세그먼트들이 활성화되고, 총 방출 데이터를 얻기 위해 측정 위치에서 상기 복수의 세그먼트들에 대한 조합된 적색, 녹색, 및 청색 광 출력이 측정된다. 상기 총 방출 데이터에 기초하여 적색, 녹색, 및 청색 광에 대한 개별적인 방출 데이터가 결정된다.
본 발명의 추가적인 실시예들은 각각의 듀티 사이클들을 포함하는 펄스 폭 변조 제어 신호들에 응답하여, 각각의 세그먼트들이 제 1 색상의 광 및 제 2 색상의 광을 방출하도록 구성된 복수의 세그먼트들(segments)을 포함하는 조명 패널을 조장하기 위한 조정 시스템을 제공한다. 본 발명의 추가적인 실시예들에 따르면, 상기 조정 시스템들은 상기 조명 패널과 연결되도록 구성된 조정 컨트롤러(calibration controller) 및 상기 조정 컨트롤러와 연결되고 측색계(colorimeter)를 포함하는 조정 유닛을 포함한다. 상기 조정 컨트롤러는 상기 제 1 및 제 2 색상들의 광을 동시에 방출하기 위해 상기 복수의 세그먼트들을 활성화시키도록 구성된다. 상기 조정 유닛은 총 방출 데이터를 얻기 위해 측정 위치에서 상기 복수의 세그먼트들로부터의 조합된 광 출력을 측정하도록 구성되고, 상기 조정 컨트롤러는 상기 총 방출 데이터에 기초하여 상기 제 1 및 제 2 색상들의 광에 대한 개별적인 방출 데이터를 결정하도록 구성된다.
당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자의 다음 도면들 및 상세한 설명의 검토에 따라, 본 발명의 실시예들에 따른 다른 방법들, 시스템들, 및/또는 장치들이 명백하게 될 것이다. 이는 그러한 추가적인 방법들, 장치들, 및/또는 컴퓨터 프로그램 제품들 모두들이 이 명세서에 포함되고, 본 발명의 범위 내에 있으며, 첨부된 청구항들에 의해 보호됨을 의미한다.
본 발명의 이해를 제공하기 위하여 포함되고, 본 명세서에 결합되고, 또한 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은, 본 발명의 특정한 실시예(들)을 도시한다.
도 1은 액정 디스플레이를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2A는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 고상 조명 타일의 정면도이다.
도 2B는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 고상 조명 부재의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 고상 조명 타일 내 발광 다이오드들의 전기적인 상호연결을 개략적으로 도시하는 회로도이다.
도 4A는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 다수의 고상 조명 타일들을 포함하는 바 조립품의 정면도이다.
도 4B는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 다수의 바 조립품들을 포함하는 조 명 패널의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 조명 패널 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 6A 내지 도 6D는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 조명 패널 상의 광센서들의 가능한 구성들을 개략적으로 도시한 것이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 조명 패널 시스템의 부재들을 개략적으로 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 조정 방법들을 도시하는 플로우차트이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 조정 시스템들을 개략적으로 도시한 것이다.
도 13은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 조정 동작들을 도시하는 플로우차트이다.
도 14A 및 도 14B는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 개별적인 방출 데이터의 도출을 도시하는 그래프들이다.
도 15는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 도출(derivation) 동작들을 도시하는 플로우차트이다.
도 16, 17, 18A 및 18B는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 조정 동작들을 도시하는 플로우차트들이다.
본 발명의 실시예들이 도시되어 있는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 서로 다른 여러 형태들을 가지고 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되어 해석되어서는 아니 된다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 본 기술분야의 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 동일한 요소는 동일한 부재를 지칭한다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어들이 다양한 요소들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 요소들은 이들 용어들에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어들은 하나의 요소를 다른 요소와 구별하기 위하여만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서도 제1 요소는 제2 요소를 지칭할 수 있고, 또한 이와 유사하게 제2 요소는 제1 요소를 지칭할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 또는 그 이상의 모든 조합을 포함한다.
층, 영역, 또는 기판등과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 "상에" 위치하거나 또는 "상으로" 연장된다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 상에 위치하거나, 또는 상으로 연장되거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "바로 위에" 위치하거나 또는 "바로 위로" 연장된다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 또한, 하나의 구성요소가 다른 구성요소와 "접속되어", 또는 "결합되어" 위치한다 고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소와 "접속되어", 또는 "결합되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소와 "직접 접속되어", 또는 "직접 결합되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다.
"아래의" 또는 "위의" 또는 "상부의" 또는 "하부의" 또는 "수평의" 또는 "수직의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도시되는 것처럼 다른 요소, 층, 또는 영역에 대한 어떤 요소, 층, 또는 영역의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면들에서 도해된 방위에 추가하여 소자의 다른 방위들을 포함하도록 의도된 것으로 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지시하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprises, includes)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 내지 요소 및 이들의 조합의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 내지 그룹들 및 이들의 조합의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
다르게 정의되지 않은 한, 본 명세서에 사용되는 모든 용어들(기술적 과학적 용어들을 포함함)은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 의하여 일반적으로 이 해되는 바와 동일한 의미를 가진다. 또한, 본 명세서에 사용되는 용어들은 본 명세서의 문맥 및 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 명세서에 명시적으로 정의되지 않는 한 이상적이거나 또는 과도하게 형식적인 의미로 해석되지는 않는다고 이해할 수 있다.
이하에서는, 본 발명은 본 발명의 실시예들에 따른 흐름도들 내지 방법들, 시스템들의 블록도들 및 컴퓨터 프로그램 제품들을 참조하여 상술된다. 상기 흐름도들 내지 블록도들의 일부 블록들 및 상기 흐름도들 및/또는 블록도들의 일부 블록들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 명령들에 의해 구현될 수 있음을 이해할 수 있다. 이러한 컴퓨터 프로그램 명령들은 마이크로컨트롤러, 마이크로 프로세서, 디지털 시그널 프로세서(DSP), FPGA(field programmable gate array), 스테이트 머신(state machine), 프로그램 가능한 로직 컨트롤러(PLC) 또는 다른 처리(processing) 회로, 일반적인 목적의 컴퓨터, 특별한 목적의 컴퓨터, 또는 머신을 생산하기 위한 다른 프로그램 가능한 데이터 처리(data processing) 장치들에 저장되거나 구현될 수 있으므로, 상기 명령들은 상기 컴퓨터의 프로세서 또는 다른 프로그램 가능한 데이터 처리 장치들을 통하여 실행되고, 상기 흐름도 내지 블록 다이어그램 블록 또는 블록들에 특정된 함수들/행위들(acts)을 구현하기 위한 수단을 만들 수 있다.
또한, 이러한 컴퓨터 프로그램 명령들은 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능한 데이터 처리 장치들이 특정 방식으로 기능하도록 명령할 수 있는 컴퓨터로 읽을 수 있는 메모리에도 저장될 수 있으므로, 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 메모리에 저장 된 상기 명령들은 상기 흐름도 내지 블록도 블록 또는 블록들에 특정된 상기 함수/행위를 구현하는 명령 수단들을 포함하는 제조물을 생산한다.
또한, 상기 컴퓨터 프로그램 명령들은 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능한 데이터 처리 장치들에 로딩되어 일련의 동작 단계들이 상기 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능한 장치들에서 수행되게 하여 컴퓨터에 의해 실행되는 처리를 수행함으로써, 상기 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능한 장치들에서 실행되는 상기 명령들은 상기 흐름도 및/또는 블록도의 블록 또는 블록들에 특정된 상기 함수들/행위들을 구현하기 위한 단계들을 제공한다. 상기 블록들에 기록된 상기 함수들/행위들은 동작 예시들에 기록된 순서를 벗어날 수 있음을 이해할 수 있다. 예를 들어, 연관된 상관관계/행위들에 따라 연속적으로 도시된 두 개의 블록들은 사실상 실질적으로 동시에 수행될 수 있거나 상기 블록들은 때때로 반대 순서로 수행될 수 있다. 도면들 중 일부는 통신의 주 방향을 나타내기 위하여 통신 경로들에서 화살표들을 포함하고 있으나, 통신은 도시된 화살표의 반대 방향으로 일어날 수 있음을 이해할 수 있다.
도 1은 고상 백라이트 유닛(200)을 포함하는 액정 디스플레이(110)를 개략적으로 나타낸 것이다. 도 1에 나타난 바와 같이, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 색상 필터들(120)의 매트릭스를 통해 고상 백라이트 유닛(200)에 의해 생성된 백색 광이 전송된다. 특정 색상 필터(120)를 통한 광의 전송은 개별적으로 어드레스할 수 있는(addressable) 액정 셔터(liquid crystal shutter, 130)에 의해 제어된다. 예를 들어, 호스트 컴퓨터, 텔레비전 튜너(tuner), 또는 다른 비디오 소스들에 의 해 제공된 비디오 데이터에 응답하여, 상기 액정 셔터들(130)의 동작은 셔터 컨트롤러(125)에 의해 제어된다.
액정 디스플레이의 많은 구성요소들은 온도-종속적인 광학적 특성들을 가진다. 예를 들어, 투과율(transmissivity) 및 주파수 응답과 같은, 상기 액정 셔터들(130) 및/또는 상기 색상 필터들(120)의 광학적 특성들은 온도에 따라 변화할 수 있다. 백라이트 제어 시스템 내의 광센서의 응답 특성들 또한 온도에 따라 변화할 수 있다. 더욱 문제되는 것으로, 상기 백라이트 유닛(200) 외부의 상기 디스플레이(110)의 부재들의 광학적 특성들의 변화들은, 상기 백라이트 유닛(200) 내 위치한 광센서에 의해 검출되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 백라이트 유닛(150) 내에 위치한 광센서는, 상기 액정 셔터들(130) 및/또는 상기 색상 필터들(120)의 광학적 특성들의 변화들 때문에 발생하는 상기 디스플레이(110)의 출력에서의 색상 점 변화들을 검출하지 못할 수 있다. 조정 온도와 비교해 실제 시스템 온도의 차이가 커질수록, 상기 색상 점 에러가 더욱 증가하게 될 수 있다.
생산 중에서, 상기 디스플레이(110)가 웜-업된(warmed-up) 상태(예를 들어, 약 70 ℃)인 경우에, 상기 디스플레이의 상기 색상 점은 조정될 수 있다. 그러나, 풀사이즈의(full sized) 디스플레이의 큰 열 질량(thermal mass) 때문에, 액정 디스플레이(110)가 스위치된 후 완전히 웜-업된 상태까지 도달하는 것은 상대적으로 긴 시간 주기를 필요로 할 수 있다. 상기 웜-업 기간 동안, 상기 디스플레이의 상기 실제 색상 점은, 상기 백라이트 제어 시스템 내 광센서에 의해 측정된 색상 점과 다를 수 있다. 즉, 상기 백라이트 유닛(200)이 특정 색상 점을 가지는 광을 생 산하도록 조정되고 제어될 수 있다고 하더라도, 상기 디스플레이(110)에 의한 상기 광 출력의 실제 색상 점은 원하는 색상 점으로부터 변화할 수 있다. 가장 큰 색상 점 에러는 초기 파워-업에서 발생할 수 있고, 상기 시스템이 완전히 웜업될 때까지 점차적으로 감소할 수 있으며, 이 경우 1 내지 2 시간이 소요될 수 있다.
액정 디스플레이용 고상 백라이트 유닛은 복수의 고상 조명 부재들을 포함할 수 있다. 상기 고상 조명 부재들은, 2-차원의 조명 패널을 형성하기 위해 배치될 수 있는 하나 또는 그 이상의 고상 조명 타일들 상에 배치될 수 있고, 디스플레이 또는 화면(screen)의 크기의 싱글 보드(single board) 상에 탑재될 수 있다. 이제 도 2A를 참조하면, 고상 조명 타일(10)은, 상부에 규칙적인 및/또는 불규칙적인 2차원의 배열로 배치된 복수의 고상 조명 부재들(12)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 타일(10)은, 상부에 하나 또는 그 이상의 회로 부재들이 탑재될 수 있는 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함할 수 있다. 특히, 타일(10)은, 상부에 패턴화된(patterned) 메탈 트레이스들(metal traces, 미도시)이 형성될 수 있는 폴리머 코팅을 상부에 포함하는 메탈 코어를 포함하는 메탈 코어 인쇄 회로 기판(MCPCB)을 포함할 수 있다. 메탈 코어 인쇄 회로 기판 물질, 및 그와 유사한 물질은, 예를 들어, 베르그퀴스트( Bergquist ) 회사로부터 상업적으로 이용 가능하다. 상기 인쇄 회로 기판은 (4 온즈(oz.)의 구리 또는 이 이상의) 헤비 클래드(heavy clad) 및/또는 방열 비아들(thermal vias)을 가지는 종래의 FR-4 인쇄 회로 기판 물질을 더 포함할 수 있다. 종래의 인쇄 회로 기판 물질과 비교하여 메탈 코어 인쇄 회로 기판 물질은 향상된 발열 성능을 제공할 수 있다. 그러나, 또한, 메탈 코어 인쇄 회로 기판은, 메탈 코어를 포함하지 않을 수 있는 종래의 인쇄 회로 기판보다 더 무거울 수 있다.
도 2A에 도시된 실시예들에서, 상기 조명 부재들(12)은 클러스터 당 4개의 고상 발광 장치들인 다중-칩 클러스터들이다. 상기 타일(10)에서, 4개의 조명 부재들(12)은 제 1 경로(20)에 직렬로 배치되는 반면, 4개의 조명 부재들(12)은 제 2 경로(21)에 직렬로 배치된다. 상기 제 1 경로(20)의 상기 조명 부재들(12)은, 예를 들어 인쇄된 회로들을 통해, 상기 타일(10)의 제 1 단(end)에 배치된 4개의 애노드 컨택들(anode contacts, 22)의 집합, 및 상기 타일(10)의 제 2 단에 배치된 4개의 캐소드 컨택들(cathode contacts, 24)의 집합에 연결된다. 상기 제 2 경로(21)의 상기 조명 부재들(12)은 상기 타일(10)의 제 2 단에 배치된 4개의 애노드 컨택들(26)의 집합, 및 상기 타일(10)의 제 1 단에 배치된 4개의 캐소드 컨택들(28)의 집합에 연결된다.
예를 들어, 도 2B 및 도 3을 참조하면, 상기 고상 조명 부재들(12)은 유기 및/또는 비유기 조명 발광 장치를 포함할 수 있다. 고상 조명 부재(12)는, 상부에 복수의 발광 다이오드 칩들(16A 내지 16D)이 탑재된 캐리어 기판을 포함하는 패키지화된 개별 전자 부품을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 다중-칩 모듈 또는 칩 온 보드 조립품을 형성하도록, 하나 또는 그 이상의 고상 조명 부재들(12)은, 상기 타일(10)의 표면 상의 전기적인 트레이스들의 바로 위로 탑재된 발광 다이오드 칩들(16A 내지 16D)을 포함할 수 있다. 2006년 11월 17일에 출원된 "SOLID STATE BACKLIGHTING UNIT ASSEMBLY AND METHODS"라는 제목의 미국 특허 출원 일련 번호 제 11/601,500호에 적합한 타일들이 개시되어 있으며, 상기 개시 사항의 전체 내용은 참조로서 본 출원에 포함된다.
상기 발광 다이오드 칩들(16A 내지 16D)은, 적어도 적색 발광 다이오드(16A), 녹색 발광 다이오드(16B) 및 청색 발광 다이오드(16C)를 포함할 수 있다. 상기 청색 및/또는 녹색 발광 다이오드들은, 본 발명의 양수인인 크리 인코퍼레이션(Cree, Inc.)로부터 이용할 수 있는 인듐갈륨질소-계(InGaN-based) 청색 및/또는 녹색 발광 다이오드 칩들일 수 있다. 예를 들어, 상기 적색 발광 다이오드들은, 알루미늄인듐갈륨인-계(AlInGaP-based) 발광 다이오드 칩들은, 에피스타 코퍼레이션(Epistar Corporation), 오스람 옵토 세미컨덕터스 GmbH(Osram Opto Semiconductors GmbH) 및 다른 회사들로부터 이용할 수 있다. 녹색 광이 더욱 이용 가능하게 되도록, 상기 조명 장치(12)는 추가적인 녹색 발광 다이오드(16D)를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 발광 다이오드들(16A 내지 16D)은, 900 μm 또는 그보다 큰 모서리 길이를 가지는 정사각형 또는 직사각형의 둘레를 가질 수 있다(즉, 소위 "파워 칩들"이라 불리움). 그러나, 다른 실시예들에서는, 상기 발광 다이오드들(16A 내지 16D)은, 500 μm 또는 그보다 작은 모서리 길이를 가질 수 있다(즉, 소위 "작은 칩들"이라 불리움). 특히, 작은 발광 다이오드 칩들은, 파워 칩들에 비하여 더 좋은 전기적 변환 효율로 작동할 수 있다. 예를 들어, 500 μm 보다 작고 260 μm 만큼 작은 최대의 모서리 차원의 녹색 발광 다이오드 칩들은, 일반적으로 900 μm 칩들보다 더 높은 전기적은 변환 효율을 가지고, 소모된 전력 인 와트 당 90 루멘의 광속만큼 큰, 소모된 전력인 와트 당 55 루멘의 광속을 생산하는 것으로 일반적으로 알려져 있다.
상기 발광 다이오드들(16A 내지 16D)은 봉지재(encapsulant, 14)에 의해 덮일 수 있고, 원하는 방출 패턴을 구현하기 위해, 상기 봉지재는 깨끗하고, 및/또는 광을 산란시키는 입자들, 형광체들, 및/또는 다른 부재들을 포함할 수 있다. 조명 장치(12)는 상기 발광 다이오드들(16A 내지 16D)을 둘러싸는 리플렉터 컵(reflector cup), 상기 발광 다이오드들(16A 내지 16D) 상에 탑재된 렌즈, 상기 조명 장치로부터 열을 제거하기 위한 하나 또는 그 이상의 히트 싱크들, 정전기 방출 보호 칩, 및/또는 다른 부재들을 더 포함할 수 있다.
도 3에서의 개략적인 회로도에서 나타난 바와 같이, 상기 타일(10) 내 상기 조명 부재들(12)의 발광 다이오드 칩들(16A 내지 16D)은 전기적으로 상호연결 될 수 있다. 거기에 나타난 것처럼, 상기 발광 다이오드들은 상호연결 될 수 있으며, 따라서 상기 제 1 경로(20)의 상기 청색 발광 다이오드들은 스트링(20A)을 형성하기 위해 직렬로 연결될 수 있다. 마찬가지로, 상기 제 1 경로(20)의 상기 제 1 녹색 발광 다이오드들(16B)은 스트링(20B)을 형성하기 위해 직렬로 배치될 수 있고, 반면에 상기 제 2 녹색 발광 다이오드들(16D)은 별개의 스트링(20D)을 형성하기 위해 직렬로 배치될 수 있다. 상기 적색 발광 다이오드들(16C)은 스트링(20C)을 형성하기 위해 직렬로 배치될 수 있다. 각각의 스트링(20A 내지 20D)은, 상기 타일(10)의 제 1 단에 배치된 애노드 컨택(22A 내지 22D) 및 상기 타일(10)의 제 2 단에 배치된 캐소드 컨택(24A 내지 24D)과 각각 연결될 수 있다.
스트링(20A 내지 20D)은, 상기 제 1 경로(20) 또는 상기 제 2 경로(21) 내의 상응하는 발광 다이오드들을 모두 또는 모두보다 작게 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 스트링(20A)은, 상기 제 1 경로(20) 내의 상기 조명 부재들(12) 모두에서부터 상기 청색 발광 다이오드들 모두를 포함할 수 있다. 그 대신에, 스트링(20A)은 상기 제 1 경로(20)에서의 상응하는 발광 다이오드들의 부분 집합만을 포함할 수 있다. 따라서 상기 제 1 경로(20)는 상기 타일(10) 상에서 병렬로 배치된 4개의 직렬 스트링들(20A 내지 20D)을 포함할 수 있다.
상기 타일(10) 상의 상기 제 2 경로(21)는 병렬로 배치된 4개의 직렬 스트링들(21A, 21B, 21C, 21D)을 포함할 수 있다. 상기 스트링들(21A 내지 21D)은, 상기 타일(10)의 제 2 단에 배열된 애노드 컨택들(26A 내지 26D), 및 상기 타일(10)의 제 1 단에 배치된 캐소드 컨택들(28A 내지 28D)과 각각 연결된다.
비록 도 2A, 도 2B, 및 도 3에 도시된 상기 실시예들이, 경로(20, 21) 당 발광 다이오드들(16)의 적어도 4개의 스트링들을 형성하도록 전기적으로 연결된, 조명 장치(12) 당 4개의 발광 다이오드 칩들(16)을 포함하고 있지만, 조명 장치(12) 당 4개의 발광 다이오드 칩들(16)보다 더 많은 및/또는 더 적은 발광 다이오드 칩들이 제공될 수 있고, 상기 타일(10) 상의 경로(20, 21) 당 4개의 발광 다이오드 스트링들보다 더 많은 및/또는 더 적은 발광 다이오드 스트링들이 제공될 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들어, 조명 장치(12)는 단 하나의 녹색 발광 다이오드 칩(16B)을 포함할 수 있고, 이 경우 상기 발광 다이오드들은, 경로(21, 21) 당 3개의 스트링들을 형성하도록 연결될 수 있다. 마찬가지로, 일부 실시예들에서, 발광 장치(12) 내 상기 두 녹색 발광 다이오드 칩들은 서로 직렬로 연결될 수 있고, 이 경우 경로(20, 22) 당 단일 녹색 발광 다이오드 칩 스트링만이 있을 수 있다. 나아가, 타일(10)은 복수의 경로들(20, 21) 대신에 단일 경로(20)만을 포함할 수 있고, 및/또는 2개 이상의 경로들(20, 21)이 단일 타일(10) 상에 제공될 수 있다.
도 4A에 도시된 바와 같이 더 큰 조명 바 조립품(bar assembly, 30)을 형성하기 위해, 다수의 타일들(10)이 조립될 수 있다. 그곳에 나타난 바와 같이, 바 조립품(30)은 양단(end-to-end)에 연결된 2개 또는 그 이상의 타일들(10, 10', 10'')을 포함할 수 있다. 따라서, 도 3 및 도 4A를 참조하면, 각각, 좌측 타일(10)의 상기 제 1 경로(20)의 상기 캐소드 컨택들(24)은 중간 타일(10')의 상기 제 1 경로(20)의 상기 애노드 컨택들(22)과 전기적으로 연결될 수 있고, 상기 중간 타일(10')의 상기 제 1 경로(20)의 상기 캐소드 컨택들(24)은 우측 타일(10'')의 상기 제 1 경로(20)의 상기 애노트 컨택들(22)과 전기적으로 연결될 수 있다. 마찬가지로, 각각, 상기 좌측 타일(10)의 상기 제 2 경로(21)의 상기 애노드 컨택들(26)은 상기 중간 타일(10')의 상기 제 2 경로(21)의 상기 캐소드 컨택들(28)과 전기적으로 연결될 수 있고, 상기 중간 타일(10')의 상기 제 2 경로(21)의 상기 애노드 컨택들(26)은 상기 우측 타일(10'')의 상기 제 2 경로(21)의 상기 캐소드 컨택들(28)과 전기적으로 연결될 수 있다.
나아가, 상기 우측 타일(10'')의 상기 제 1 경로(20)의 상기 캐소드 컨택들(24)은, 루프백 커넥터(loopback connector, 35)에 의해, 상기 우측 타일(10'')의 상기 제 2 경로(21)의 상기 애노드 컨택들(26)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 루프백 커넥터(35)는, 상기 우측 타일(10'')의 상기 제 1 경로(21)의 청색 발광 다이오드 칩들(16A)의 상기 스트링(20A)의 상기 캐소드(24A)를, 상기 우측 타일(10'')의 상기 제 2 경로(21)의 청색 발광 다이오드 칩들의 스트링(21A)의 상기 애노드(26A)와 전기적으로 연결시킬 수 있다. 청색 발광 다이오드 칩들(16)의 단일 스트링(23A)을 형성하기 위해, 이 방법으로, 상기 제 1 경로(20)의 상기 스트링(20A)은, 상기 루프백 커넥터(35)의 컨덕터(conductor, 35A)에 의해 상기 제 2 경로(21)의 상기 스트링(21A)와 직렬로 연결될 수 있다. 유사한 방법으로, 타일들(10, 10', 10'')의 경로들(20, 21)의 다른 스트링들이 연결될 수 있다.
상기 루프백 커넥터(35)는 모서리 커넥터(edge connector), 플렉시블 와이어링 보드(flexible wiring board), 또는 다른 적합한 커넥터를 포함할 수 있다. 또한, 상기 루프 커넥터는 상기 타일(10) 상에/내에 형성된 인쇄된 트레이스들을 포함할 수 있다.
도 4A에 나타난 상기 바 조립품(30)은 타일들(10)의 1차원의 배열이지만, 다른 구성들이 가능하다. 예를 들어, 상기 타일들(10)은, 상기 타일들(10)이 모두 동일한 평면에 위치하는 2-차원의 배열, 또는 상기 타일들(10)의 모두가 상기 동일한 평면에 위치하지 않는 3차원의 배열로 연결될 수 있다. 나아가, 상기 타일들(10)은 직사각형 또는 정사각형일 필요는 없으며, 다만, 예를 들어, 육각형, 삼각형 또는 그와 같은 것일 수 있다.
도 4B를 참조하면, 일부 실시예들에서, 예를 들어 액정 디스플레이용 백라이 팅 유닛(BLU, backlighting unit)으로서 사용될 수 있는 조명 패널(40)을 형성하도록, 복수의 바 조립품들(30)이 결합될 수 있다. 도 4B에 나타난 바와 같이, 조명 패널(40)은 4개의 바 조립품들(30)을 포함할 수 있고, 각각의 조립품들은 6개의 타일들(10)을 포함한다. 각각의 바 조립품(30)의 우측 타일(10)은 루프백 커넥터(35)를 포함한다. 따라서, 각각의 바 조립품(30)은, 발광 다이오드들의 4개의 스트링들(즉, 1개의 적색, 2개의 녹색 및 1개의 청색)을 포함한다.
일부 실시예들에서, 바 조립품(30)은 4개의 발광 다이오드 스트링들(23, 1개의 적색, 2개의 녹색 및 1개의 청색)을 포함할 수 있다. 따라서, 9개의 바 조립품들을 포함하는 조명 패널(40)은 36개의 발광 다이오드들의 개별 스트링들을 포함할 수 있다. 나아가, 각각이 8개의 고상 조명 부재들(12)을 포함하는 6개의 타일들(10)을 포함하는 바 조립품(30)에서, 발광 다이오드 스트링(23)은 직렬로 연결된 48개의 발광 다이오드들을 포함할 수 있다.
발광 다이오드들의 일부 타입들의 경우, 특히 청색 및/또는 녹색 발광 다이오드들의 경우, 20 mA의 표준 구동 전류(standard drive current)에서의 순방향 전압(forward voltage, Vf)은, 칩별로 명목 값(nominal value)에서 +/- 0.75 V 만큼 다를 수 있다. 전형적인 청색 또는 녹색 발광 다이오드는 3.2 V의 순방향 전압(Vf)를 가질 수 있다. 따라서, 그러한 칩들의 상기 순방향 전압은 25 % 만큼 다를 수 있다. 48개의 발광 다이오드들을 포함하는 발광 다이오드들의 스트링의 경우, 상기 스트링을 20 mA 에서 동작시키기 위해 필요한 총 Vf는 +/- 36 V 만큼 다를 수 있다.
따라서, 바 조립품 내의 상기 발광 다이오드들의 개별 특성들에 따라서, 하나의 조명 바 조립품의 스트링(예를 들어, 상기 청색 스트링)은, 대응되는 다른 바 조립품의 스트링과 비교하여 상당히 다른 동작 전력을 필요로 할 수 있다. 그러한 Vf가 타일별 및/또는 바(bar)별로 밝기 및/또는 색조의 변동을 일으키므로, 이러한 변동들은, 다수의 타일들(10) 및/또는 바 조립품들(30)을 포함하는 조명 패널의 색상 및/또는 밝기 균일도에 현저하게 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 스트링별 전류 차이들은, 스트링에 의한 유량(flux), 최대 파장(peak wavelength), 및/또는 지배 파장(dominant wavelength) 출력의 큰 변화를 초래할 수 있다. 5 % 차원 또는 그 이상의 발광 다이오드 구동 전류의 변동들은, 스트링별 및 타일별 광 출력에 있어서 받아들일 수 없는 변동들을 초래할 수 있다. 그러한 변동들은 전체 색상 영역(gamut), 또는 조명 패널의 디스플레이될 수 있는 색상들의 범위에 상당히 영향을 미칠 수 있다.
또한, 발광 다이오드 칩들의 조명 출력 특성들은 발광 다이오드 칩들의 동작 수명 동안 변화할 수 있다. 예를 들어, 발광 다이오드에 의한 상기 조명 출력은 시간 및/또는 주변의(ambient) 온도에 따라 변화할 수 있다.
일정하고, 제어 가능한 조명 패널의 광 출력 특성을 제공하기 위하여, 본 발명의 일부 실시예들은 둘 혹은 그 이상의 발광 다이오드 칩들의 직렬 스트링들 포함하는 조명 패널을 제공한다. 발광 다이오드 칩들의 상기 스트링들 각각을 위해, 독립적인 전류 제어 회로가 제공된다. 나아가, 예를 들어 펄스 폭 변조(PWM, pulse width modulation) 및/또는 펄스 주파수 변조(PFM, pulse frequency modulation)에 의해, 상기 스트링들 각각의 전류가 개별적으로 제어될 수 있다. 펄스 폭 변조 구조에서의 특정 스트링에 인가된 펄스들의 폭(또는 펄스 주파수 구조에서의 펄스들의 주파수)은, 예를 들어, 사용자 입력 및/또는 센서 입력에 기초한 동작 동안에 수정될 수 있는, 기-저장된 펄스 폭(주파수) 값에 기초한 것일 수 있다.
따라서, 도 5를 참조하면, 조명 패널 시스템(200)이 나타난다. 액정 디스플레이용 백라이트일 수 있는 상기 조명 패널 시스템(200)은, 조명 패널(40)을 포함한다. 예를 들어, 상기 조명 패널(40)은, 상술한 바와 같이, 복수의 타일들(10)을 포함할 수 있는 복수의 바 조립품들(30)을 포함할 수 있다. 그러나, 다른 구성들로 형성된 조명 패널들과 함께 본 발명의 실시예들이 사용될 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들어, 단일의, 큰 영역 타일을 포함하는 고상 백라이트 패널들과 함께 본 발명의 일부 실시예들이 사용될 수 있다.
그러나, 특정 실시예들에서, 조명 패널(40)은 복수의 바 조립품들(30)을 포함할 수 있고, 바 조립품들 각각은, 각자 동일한 지배 파장을 가지는 발광 다이오드들의 네 개의 독립된 스트링들(23)의 애노드들 및 캐소드들과 상응하는 4개의 캐소드 커넥터들 및 4개의 애노드 커넥터들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각의 바 조립품들(30)은 적색 스트링, 2개의 녹색 스트링들, 및 청색 스트링을 포함할 수 있고, 상응하는 애노드/캐소드 쌍 각각은 상기 바 조립품(30)의 일 면 상에 접촉한다. 특정 실시예에서, 조명 패널(40)은 9개의 바 조립품들(30)을 포함할 수 있다. 따라서, 조명 패널은 36개의 개별 발광 다이오드 스트링들을 포함할 수 있 다.
전류 드라이버(220)는 상기 조명 패널(40)의 상기 발광 다이오드 스트링들(23) 각각의 독립된 전류 제어를 제공한다. 예를 들어, 상기 전류 드라이버(220)는 상기 조명 패널(40) 내 36개의 개별 발광 다이오드 스트링들의 독립된 전류 제어를 제공할 수 있다. 상기 전류 드라이버(220)는, 컨트롤러(20)의 상기 제어 하에서, 상기 조명 패널(40)의 독립된 발광 다이오드 스트링들 각각의 일정한 전류 소스를 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 마이크로칩 테크놀로지 인코퍼레이션(Microchip Technology Inc.)의 PIC18F8722와 같은 8-비트 마이크로컨트롤러를 사용하여, 상기 컨트롤러(230)가 구현될 수 있고, 이는 상기 36개의 발광 다이오드 스트링들(23)을 위한 상기 드라이버(220) 내의 36개의 개별 전류 공급 블록들(current supply block)의 펄스 폭 변조(PWM) 제어를 제공하도록 프로그램될 수 있다.
36개의 발광 다이오드 스트링들(23) 각각의 펄스 폭 정보는 상기 컨트롤러(230)의 색상 관리 유닛(260)으로부터 얻어질 수 있고, 일부 실시예들에서, 상기 색상 관리 유닛(260)은, 어질런트(Agilent) HDJD-J822-SCR00 색상 관리 컨트롤러와 같은 색상 관리 컨트롤러를 포함할 수 있다.
상기 색상 관리 유닛(260)은 인터-집적 회로(I2C, inter-integrated circuit) 통신 링크(235)를 통해 상기 컨트롤러(230)과 연결될 수 있다. 상기 색상 관리 유닛(260)은 인터-집적 회로 통신 링크(235) 상의 슬레이브 장치(slave device)로서 구성될 수 있고, 반면에 상기 컨트롤러(230)는 상기 링크(235) 상의 마스터 장치(master device)로서 구성될 수 있다. 인터-집적 회로 통신 링크들은, 집적 회로 장치들간의 통신을 위한 저속 신호 프로토콜(signaling protocol)을 제공한다. 상기 컨트롤러(230), 상기 색상 관리 유닛(260) 및 상기 통신 링크(235)는 함께, 상기 조명 패널(40)로부터의 광 출력을 제어하도록 구성된 피드백 제어 시스템을 형성할 수 있다. 레지스터들(R1 내지 R9) 등은, 상기 컨트롤러(230) 내 내부 레지스터들과 상응할 수 있고, 및/또는 상기 컨트롤러(230)에 의해 접근 가능한 메모리 장치(미도시) 내 메모리 위치들과 상응할 수 있다.
각각의 발광 다이오드 스트링(23)을 위해. 상기 컨트롤러(230)는, 예를 들어, 레지스터들(R1 내지 R9, G1A 내지 G9A, B1 내지 B9, G1B 내지 G9B)과 같은 레지스터를 포함할 수 있고, 다시 말해, 발광 다이오드 스트링들(23)을 포함하는 조명 유닛을 위해, 상기 색상 관리 유닛(260)은 적어도 36개의 레지스터들을 포함할 수 있다. 상기 레지스터들 각각은, 상기 발광 다이오드 스트링들(23) 중 하나의 펄스 폭 정보를 저장하도록 구성된다. 초기화/조정 프로세스(initialization/calibration process)에 의해, 상기 레지스터들 내의 초기 값들이 결정될 수 있다. 그러나, 사용자 입력(250) 및/또는 상기 조명 패널(40)과 연결된 하나 또는 그 이상의 센서들(240A 내지 240C)의 입력에 기초하여, 상기 레지스터 값들은 시간에 따라 적응적으로 변화할 수 있다.
상기 센서들(240A 내지 240C)은, 예를 들어, 온도 센서(240A), 하나 또는 그 이상의 광센서들(240B), 및/또는 하나 또는 그 이상의 다른 센서들(240C)을 포함할 수 있다. 특정 실시예들에서, 조명 패널(40)은 상기 조명 패널 내의 바 조립 품(30) 각각에 대해 하나의 광센서(240B)를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 상기 조명 패널 내의 발광 다이오드 스트링(30) 각각에 대해 하나의 광센서(240B)가 제공될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 조명 패널(40) 내 각각의 타일(10)은 하나 또는 그 이상의 광센서들(240B)을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 광센서(240B)는, 다른 지배 파장들에 우선하여 반응하도록 구성된 광-감응성(photo-sensitive) 영역들을 포함할 수 있다. 따라서, 예를 들어 적색 발광 다이오드 스트링(23A) 및 청색 발광 다이오드 스트링(23C)과 같은, 다른 발광 다이오드 스트링들(23)에 의해 생성된 광의 파장들은, 상기 광센서(240B)로부터의 개별 출력들을 생성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 광센서(240B)는, 가시 스펙트럼의 적색, 녹색 및 청색 부분들 내 지배 파장들을 가지는 광을 독립적으로 감지하도록 구성될 수 있다. 상기 광센서(240B)는 포토다이오드들과 같은 하나 또는 그 이상의 광감응성 장치들을 포함할 수 있다. 상기 광센서(240B)는, 예를 들어, 어질런트 HDJD-S831-QT333 트리컬러 광센서(tricolor photo sensor)를 포함할 수 있다.
상기 광센서들(240B)으로부터의 센서 출력들은 상기 색상 관리 유닛으로 제공될 수 있고, 스트링별 베이시스(basis) 상의 광 출력의 변동들을 수정하기 위한 상응하는 발광 다이오드 스트링들(23)의 상기 레지스터 값들을 조절하기 위해, 상기 색상 관리 유닛은 그러한 출력들을 샘플링하고 상기 샘플링된 값들을 상기 컨트롤러(230)로 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서 데이터가 상기 색상 관리 유닛(260)에 제공되기 전 센서 데이터를 미리-프로세스(pre-process)하 기 위해, 하나 또는 그 이상의 광센서들(240B)과 함께 각각의 타일(10) 상에 주문형 반도체(ASIC, application specific integrated circuit)가 제공될 수 있다. 나아가, 일부 실시예들에서, 상기 센서 출력 및/또는 주문형 반도체 출력은 상기 컨트롤러(230)에 의해 직접 샘플링될 수 있다.
대표 샘플 데이터를 얻기 위해, 상기 광센서들(240B)은 상기 조명 패널(40) 내 다양한 위치들에 배치될 수 있다. 그 대신에 및/또는 추가적으로, 원하는 위치들로부터 광을 수집하기 위해, 광섬유들과 같은 광 가이드들(light guides)이 상기 조명 패널(40) 내에 제공될 수 있다. 그 경우, 상기 광센서들(240B)은 상기 조명 패널(40)의 광 디스플레이 영역 내에 배치될 필요가 없고, 다만, 예를 들어, 상기 조명 패널(40)의 배면 상에 제공될 수 있다. 나아가, 상기 조명 패널(40)의 다른 영역들로부터의 광을 수집하는 다른 광 가이드들로부터 광센서로 광을 바꾸기 위해, 광 스위치(optical switch)가 제공될 수 있다. 따라서, 상기 조명 패널(40) 상의 다양한 위치들로부터 광을 순차적으로 수집하는 데에 단일 광센서(240B)가 사용될 수 있다.
상기 사용자 입력(250)은, 사용자가 액정 디스플레이 패널 상의 입력 제어들(input controls)과 같은 사용자 제어들에 의해, 색상 온도, 밝기, 색조, 등과 같은 상기 조명 패널(40)의 특성들(attributes)을 선택적으로 조절하는 것을 허용하도록 구성될 수 있다
상기 온도 센서(240A)는 상기 색상 관리 유닛(260) 및/또는 상기 컨트롤러(230)에 온도 정보를 제공할 수 있고, 상기 스트링들(23) 내 상기 발광 다이오드 칩들(16)의 알려진/예상된 밝기 대 온도 동작 특성들에 기초하여, 상기 색상 관리 유닛(260) 및/또는 상기 컨트롤러(230)는, 상기 조명 패널로부터의 광 출력을 스트링별 및/또는 색상별 베이시스에 따라 조절할 수 있다.
따라서, 상기 센서들(240A 내지 240C), 상기 컨트롤러(230), 상기 색상 관리 유닛(260) 및 상기 전류 드라이버(220)는, 상기 조명 패널(40)을 제어하기 위한 폐루프(closed loop) 피드백 제어 시스템을 형성한다. 예를 들어, 상기 조명 패널(40)의 상기 출력을 원하는 휘도 및/또는 색상 점으로 유지하기 위해, 상기 피드백 제어 시스템이 활용될 수 있다. 비록 상기 색상 관리 유닛(260)이 다른 부재로서 도시되었지만, 일부 실시예들에서, 상기 색상 관리 유닛(260)의 기능은, 상기 컨트롤러(230)와 같은 상기 제어 시스템의 다른 부재들에 의해 수행될 수 있음이 이해될 것이다.
다양한 광센서들(240B)의 구성들이 도 6A 내지 도 6D에 나타난다. 예를 들어, 도 6A의 실시예들에서, 상기 조명 패널(40) 내 단일 광센서(240B)가 제공된다. 상기 광센서(240B)는, 상기 조명 패널 내 하나 이상의 타일/스트링으로부터 평균량의 광을 수신할 수 있는 위치에 제공될 수 있다.
상기 조명 패널(40)의 광 출력 특성들과 관련한 더욱 광범위한 데이터를 제공하기 위해, 하나 이상의 광센서(240B)가 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 6B에 나타난 바와 같이, 바 조립품(30) 당 하나의 광센서(240B)가 있을 수 있다. 그 경우, 상기 광센서들(240B)은 상기 바 조립품들(30)의 단부들에 위치할 수 있고, 그들이 조합될 경우 상기 바 조립품(30)으로부터 방출된 광의 평균/조합된 양을 수신 하도록 배치될 수 있다.
도 6C에 나타난 바와 같이, 광센서들(240B)은 상기 조명 패널(40)의 광 방출 영역의 주변 내의, 하나 또는 그 이상의 위치들에 배치될 수 있다. 그러나, 일부 실시예들에서, 상기 광센서들(240B)은 상기 조명 패널(40)의 상기 광 방출 영역으로부터 떨어져 위치할 수 있고, 하나 또는 그 이상의 광 가이드들을 통해, 상기 조명 패널(40)의 상기 광 방출 영역 내의 다양한 위치들로부터의 광이 상기 센서들(240B)로 전달될 수 있다. 예를 들어, 도 6D에 나타난 바와 같이, 상기 타일들(10)을 가로질러 및/또는 통해 확장할 수 있는 광 섬유들일 수 있는 광 가이드들(247)을 통해, 상기 조명 패널(40)의 상기 광 방출 영역 내의 하나 또는 그 이상의 위치들(249)로부터의 광이 상기 광 방출 영역 밖으로 전달된다. 도 6D에 도시된 실시예들에서, 상기 광 가이드들(247)은 광 스위치(245)에서 종결되고, 상기 컨트롤러(230)로부터 및/또는 상기 색상 관리 유닛(260)으로부터의 제어 신호들에 기초하여, 상기 광 스위치(245)는 상기 광센서(240B)와 연결할 특정 가이드(247)를 선택한다. 그러나, 상기 광 스위치(245)는 선택적이고, 상기 광 가이드들(245) 각각은 광센서(240B)에서 종결될 수 있음이 이해될 것이다. 추가적인 실시예에서, 광 스위치(245) 대신에, 상기 광 가이드들(247)은, 상기 광 가이드들(247)로부터 수신된 상기 광을 조합하고, 상기 조합된 광을 광센서(240B)로 제공하는 광 조합기(light combiner)에서 종결될 수 있다. 상기 광 가이드들(247)은 부분적으로 상기 타일들(10)을 가로질러 및/또는 통하여 확장할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 상기 광 가이드(247)는 상기 패널(40)의 뒤에서 다양한 광 수집 위치들 에 도달할 수 있고, 이후 그러한 위치들에서 상기 패널을 가져올 수 있다. 나아가, 상기 패널의 정면에(즉, 그 상부에 상기 조명 장치들(16)이 탑재되는 상기 패널(40)의 면 상에), 또는 상기 패널(40)의 배면 상에 및/또는 타일 상에 및/또는 바 조립품(30) 상에 상기 광센서(240B)가 탑재될 수 있다.
이제 도 7을 참조하면, 상기 전류 드라이버(220)는 복수의 바 드라이버 회로들(320A 내지 320D)을 포함할 수 있다. 하나의 바 드라이버 회로(320A 내지 320D)가 조명 패널(40) 내 각각의 바 조립품(30)으로 제공될 수 있다. 도 7에 나타난 실시예에서, 상기 조명 패널(40)은 4개의 바 조립품들(30)을 포함한다. 그러나, 일부 실시예들에서, 상기 조명 패널(40)은 9개의 바 조립품들(30)을 포함할 수 있고, 이 경우 상기 전류 드라이버(220)는 9개의 바 드라이버 회로들(320)을 포함할 수 있다. 도 8에서 나타난 바와 같이, 일부 실시예들에서, 각각의 바 드라이버 회로(320)는 4개의 전류 공급 회로들(340A 내지 340D), 예를 들어 상응하는 바 조립품(30)의 발광 다이오드 스트링들(23A 내지 23D) 각각 당 하나의 전류 공급 회로(340A 내지 340D)를 포함할 수 있다. 상기 전류 공급 회로들(340A 내지 340B)의 동작은 상기 컨트롤러(230)로부터의 제어 신호들(342)에 의해 제어될 수 있다.
각각의 스트링들(13)을 위한 펄스 폭 변조(PWM) 신호가 로직 하이(logic high)인 동안, 상기 전류 공급 회로들(340A 내지 340B)은 상응하는 발광 다이오드 스트링들(13)에 전류를 공급하도록 구성된다. 따라서, 각각의 타이밍 루프(timing loop)의 경우, 상기 드라이버(220) 내 각각의 전류 공급 회로(340)의 상기 펄스 폭 변조 입력은 상기 타이밍 루프의 제 1 클럭 사이클에서 로직 하이로 설정된다. 상 기 컨트롤러(230) 내 카운터가 상기 발광 다이오드 스트링(23)과 상응하는 상기 컨트롤러(230)의 레지스터에 저장된 값에 도달할 경우, 특정 전류 공급 회로(340)의 상기 펄스 폭 변조 입력은 로직 로우(logic low)로 설정되고, 따라서 상기 상응하는 발광 다이오드 스트링(23)으로의 전류가 턴 오프 된다. 따라서, 상기 조명 패널(40) 내 각각의 발광 다이오드 스트링(23)이 동시에 턴 온 될 수 있는 반면, 상기 스트링들은 특정 타이밍 루트 동안 다른 시간들에서 턴 오프될 수 있고, 따라서 상기 타이밍 루프 내에서 다른 펄스 폭들이 상기 발광 다이오드 스트링들에게 제공될 수 있다. 발광 다이오드 스트링(23)의 외관상의 밝기는, 상기 발광 다이오드 스트링(23)의 듀티 사이클(duty cycle), 즉 전류가 공급되는 상기 발광 다이오드 스트링(23) 내 상기 타이밍 루프의 일부분에 대체로 정비례할 수 있다.
발광 다이오드 스트링(23)이 턴 온 되는 기간 동안, 발광 다이오드 스트링(23)은 실질적으로 일정한 전류를 공급받을 수 있다. 상기 전류 신호의 상기 펄스 폭을 조절함으로써, 실질적으로 일정한 값에서 온-스테이트(on-state) 전류를 유지하는 동안에도, 상기 발광 다이오드 스트링(23)을 통과하는 상기 평균 전류가 변화할 수 있다. 따라서, 비록 상기 발광 다이오드들(16)을 통과하는 상기 평균 전류가 변화하더라도, 인가된 전류에 따라 변화할 수 있는 상기 발광 다이오드 스트링(23) 내 상기 발광 다이오드들(16)의 지배 파장은 실질적으로 안정적으로 유지될 수 있다. 마찬가지로, 다양한 전류 레벨들에서의 상기 발광 다이오드에 의해 소모된 단위 전력 당 광속은, 예를 들어, 상기 발광 다이오드 스트링(23)의 평균 전류가 가변 전류 소스를 사용하여 조절된 경우보다 더욱 일정하게 유지될 수 있 다. 그러나, 다른 실시예들에서, 상기 발광 다이오드 스트링(23)은 이의 활성화(activation) 동안 실질적으로 일정한 전류를 공급받지 못할 수 있다.
특정 발광 다이오드 스트링과 상응하는 상기 컨트롤러(230)의 레지스터 내 저장된 값은 상기 통신 링크(235)를 통해 상기 색상 관리 유닛(260)으로부터 수신한 값에 기초한 것일 수 있다. 그 대신에 및/또는 추가적으로, 상기 레지스터 값은, 상기 컨트롤러(230)에 의해 센서(240)로부터 직접 샘플링된 값 및/또는 전압 레벨에 기초한 것일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 색상 관리 유닛(260)은 듀티 사이클에 상응하는 값(즉, 0 내지 100의 값)을 제공할 수 있고, 이 값은 상기 컨트롤러(230)에 의해, 타이밍 루프 내 사이클들의 개수에 기초하여 레지스터 값으로 옮겨질 수 있다. 예를 들어, 상기 색상 관리 유닛(260)은, 상기 통신 링크(235)를 통해 상기 컨트롤러(230)에게, 특정 발광 다이오드 스트링(23)이 50 % 의 듀티 사이클을 가져야 함을 지시한다. 만일 타이밍 루프가 10,000 클럭 사이클들을 포함할 경우, 각각의 클럭 사이클별로 상기 컨트롤러가 상기 카운터를 증가시킴을 가정하여, 상기 컨트롤러(230)는 문제의 상기 발광 다이오드 스트링에 상응하는 상기 레지스터 내에 값 5000을 저장할 수 있다. 따라서, 특정 타이밍 루프에서, 상기 카운터는 상기 루프의 시작 당시 0으로 리셋되고, 발광 다이오드 스트링(23)을 담당하는 상기 전류 공급 회로(340)에 적절한 펄스 폭 변조 신호를 전송함으로써, 상기 발광 다이오드 스트링(23)이 턴 온 된다. 상기 카운터가 값 5000을 카운트했을 경우, 상기 전류 공급 회로(340)의 상기 펄스 폭 변조 신호는 리셋되고, 따라서 상기 발광 다이오드 스트링은 턴 오프 된다.
일부 실시예들에서, 상기 펄스 폭 변조 신호의 상기 펄스 반복 주파수(즉, 펄스 반복 속도)는 60 Hz를 초과할 수 있다. 특정 실시예들에서, 전체 펄스 폭 변조 펄스 반복 주파수가 200 Hz 또는 그보다 큰 경우에, 상기 펄스 폭 변조 주기(period)는 5 ms 또는 그보다 작을 수 있다. 상기 카운터가 단일 타이밍 루프에서 100 번만 증가하도록, 상기 루프 내에 딜레이(delay)가 포함될 수 있다. 따라서, 특정 발광 다이오드 스트링(23)에서의 상기 레지스터 값은 상기 발광 다이오드 스트링(23)의 듀티 사이클에 직접 상응할 수 있다. 그러나, 상기 발광 다이오드 스트링의 밝기가 적절하게 제어될 경우, 어떤 적합한 카운팅 프로세스(counting process)가 사용될 수 있다.
변화하는 센서 값들을 고려하기 위해, 때때로 상기 컨트롤러(230)의 상기 레지스터 값들이 갱신될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 색상 제어 유닛(260)으로부터, 갱신된 레지스터 값들이 초당 다수 회들로 얻어질 수 있다.
나아가, 상기 컨트롤러(230)에 의해 상기 색상 관리 유닛(260)으로부터 읽어진 데이터는 특정 사이클 내 발생하는 변화의 양을 제한하기 위해 필터링 될 수 있다. 예를 들어, 변화된 값이 상기 색상 관리 유닛(260)에 의해 읽어진 경우, 종래의 비례-적분-미분(PID, proportional-integral-derivative) 피드백 컨트롤러와 마찬가지로, 비례 제어("P")를 제공하기 위해, 에러 값이 계산되고 측정될 수 있다. 나아가, 비례-적분-미분 피드백 루프와 마찬가지로, 상기 에러 신호는 적분 및/또는 미분 방법으로 측정될 수 있다. 상기 변화된 값들의 필터링 및/또는 측정은 상 기 색상 관리 유닛(260) 내 및/또는 상기 컨트롤러(230) 내에서 수행될 수 있다.
일부 실시예들에서, 예를 들어, 광센서들(240B)로부터의 신호들을 사용하여, 디스플레이 시스템 자신에 의해(즉, 자기-조정), 디스플레이 시스템(200)의 조정이 수행될 수 있다. 그러나, 본 발명의 일부 실시예들에서, 디스플레이 시스템(200)의 조정은 외부 조정 시스템에 의해 수행될 수 있다.
상기 디스플레이 시스템(200)의 자기-조정의 일부 모습들이 도 9에 도시된다. 일부 실시예들에서, 주변 광(ambient light, 예를 들어, 암 신호 값(dark signal value))을 측정하기 위해, 상기 조명 패널(40)이 순간적인 암 상태(dark state, 즉, 상기 유닛 내 조명 소스들 모드가 순간적으로 스위치 오프)일 때, 상기 컨트롤러(230)는 상기 색상 관리 유닛(260)으로 하여금 광센서(240B)를 수집하도록 할 수 있다. 또한, 상기 디스플레이 밝기(예를 들어, 광 신호 값)를 측정하기 위해, 구간의 적어도 일부에서 상기 디스플레이가 조명되는 시간 구간 동안, 상기 컨트롤러(230)는 상기 색상 관리 유닛(260)으로 하여금 상기 광센서(240B)를 샘플링하도록 할 수 있다. 예를 들어, 상기 컨트롤러(230)는, 상기 색상 관리 유닛(260)으로 하여금 상기 색상 관리 유닛(260)이 전체 타이밍 루프 동안의 평균을 나타내는, 상기 광센서로부터의 값을 얻게 할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 9를 참조하면, 상기 조명 패널(40) 내 모든 발광 다이오드 스트링들은 턴 오프되고(블록 910), 암 신호 값을 얻기 위해 상기 광센서(240B) 출력이 샘플링된다(블록 920). 이후 상기 발광 다이오드 스트링들에 전압이 가해지고(블록 930), 광 신호 값을 얻기 위해, 전체 펄스 주기 동안 상기 디 스플레이 출력이 통합되고 샘플링된다(블록 940). 이후 상기 암 신호 값 및/또는 상기 광 신호 값에 기초하여 상기 조명 패널(40)의 출력이 조절된다(블록 950). 일부 실시예들에서, 검사 프로세스의 일부로서 및/또는 상기 조명 패널(40)의 통상의 사용 동안, 도 9의 상기 동작들이 수행될 수 있다. 그러한 것으로서, 주변 광의 변화를 검출함에 대응하여 및/또는 상기 패널(40)이 턴 온 될 때, 도 9의 상기 동작들이 주기적으로 수행될 수 있다.
주변 광의 차이들에 대처하도록, 상기 조명 패널(40)의 밝기가 조절될 수 있다. 예를 들어, 주변 광의 레벨이 높은 상황들에서, 실질적으로 일정한 명암 비(contrast ratio)를 유지하기 위해, 상기 조명 패널(40)의 상기 밝기는 양성 피드백 신호를 통해 증가할 수 있다. 주변 광의 레벨이 낮은 다른 상황들에서는, 낮은 밝기와 함께 충분한 명암 비가 유지될 수 있고, 따라서 상기 디스플레이 밝기는 음성 피드백 신호에 의해 감소할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 조명 패널(40) 내 상기 발광 다이오드 스트링들(23) 하나 또는 그 이상(또는 모두)의 전류 펄스들의 펄스 폭들을 조절함으로써, 상기 조명 패널(40)의 상기 밝기가 조절될 수 있다. 일부 실시예들에서, 감지된 디스플레이 밝기와 감지된 주변 밝기 사이의 차이에 기초하여, 상기 펄스 폭들이 조절될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 감지된 주변 밝기(상기 암 신호 값)에 대한 상기 감지된 디스플레이 밝기(상기 광 신호 값)의 비율에 기초하여, 상기 펄스 폭들이 조절될 수 있다.
따라서, 일부 실시예들에서, 상기 조명 패널(40)에 의해 형성된 상기 피드백 루프, 상기 광센서(240B), 상기 색상 관리 유닛(260) 및 상기 컨트롤러(230)는, 주변 조명과 독립적인 상기 조명 패널(40)의 평균 발광성(luminosity)을 유지하는데 전념할 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 피드백 루프는 상기 조명 패널(40)의 상기 평균 발광성과 주변 조명의 레벨 사이의 바람직한 관계를 유지하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 피드백 루프는 디지털 증분 로직(digital incremental logic)을 사용할 수 있다. 상기 피드백 루프의 상기 디지털 증가 로직은 듀티 사이클 값들과 같은 값들의 리스트를 포함하는 룩업 테이블(loopup table)의 인덱스들(indices)을 참조할 수 있다.
조명 패널 내 같은 색상의 발광 다이오드 스트링들은 동일한 펄스 폭으로 구동되지 않아도 된다. 예를 들어, 백라이트 패널(40)은 복수의 적색 발광 다이오드 스트링들(23)을 포함할 수 있고, 각각의 적색 발광 다이오드 스트링(23)은 서로 다른 펄스 폭으로 구동될 수 있어, 서로 다른 평균 전류 레벨이 생긴다. 따라서, 본 발명의 일부 실시예들은, 전압이 가해질 때 제 1 지배 파장을 가지는 협대역 광학 방사(optical radiation)를 방출하는 복수의 발광 다이오드 칩들(16)을 내부에 포함하는 제 1 및 제 2 발광 다이오드 스트링들(23), 및 상기 제 1 지배 파장과 다른 제 2 지배 파장을 가지는 협대역 광학 방사를 방출하는 복수의 발광 다이오드 칩들(16)을 포함하는 제 3 및 제 4 발광 다이오드 스트링들(23)을 포함하는 액정 디스플레이 백라이트와 같은, 조명 패널에 대한 폐루프 디지털 제어 시스템을 제공한다.
일부 실시예들에서, 상기 제 1 및 제 2 발광 다이오드 스트링들(23)은 실질적으로 동일한 온-상태 전류에서 구동되지만, 서로 다른 평균 전류 레벨이 유지된다. 마찬가지로, 상기 제 3 및 제 4 발광 다이오드 스트링들도 실질적으로 동일한 온-상태 전류에서 구동되지만, 서로 다른 평균 전류 레벨들이 유지된다.
상기 제 1 및 제 2 발광 다이오드 스트링들(23)의 온-상태 전류는 상기 제 3 및 제 4 발광 다이오드 스트링들의 온-상태 전류와 다를 수 있다. 예를 들어, 적색 발광 다이오드 스트링들(23)을 구동하기 위해 사용되는 온-상태 전류는 녹색 및/또는 청색 발광 다이오드 스트링들을 구동하기 위해 사용되는 온-상태 전류와 다를 수 있다. 스트링(23)의 평균 전류는 상기 스트링(23)을 통하는 전류의 펄스폭에 비례한다. 상기 제 1 및 제 2 발광 다이오드 스트링들(23) 사이의 평균 전류의 비는 상대적으로 일정하게 유지될 수 있고, 및/또는 상기 제 3 및 제 4 발광 다이오드 스트링들(23) 사이의 평균 전류의 비는 상대적으로 일정하게 유지될 수 있다. 나아가, 바람직한 디스플레이 백색 점을 유지하기 위해, 상기 제 3 및 제 4 발광 다이오 스트링들(23)의 평균 전류에 비한 상기 제 1 및 제 2 발광 다이오드 스트링들(23) 사이의 평균 전류 비는 상기 폐루프 제어의 일부로서 변화될 수 있다.
일부 실시예들에서, 특정 발광 다이오드 스트링(23)에 제공된 온-상태 전류 레벨은 상기 컨트롤러(230)로부터의 명령들(commands)에 응답하여, 전류 공급 회로(340)에 의해 조정될 수 있다. 그 경우, 특정 발광 다이오드 스트링은, 특정 발광 다이오드 스트링(23)의 지배 파장을 조절할 수 있도록 선택된 온-상태 전류 레벨에서 구동될 수 있다. 예를 들어, 지배 파장에서의 칩별 변동들 때문에, 특정 발광 다이오드 스트링(23)은, 조명 패널(40) 내의 동일한 색상의 다른 발광 다이오드 스트링들(23)의 평균 지배 파장보다 더 높은 평균 지배 파장을 가질 수 있다. 그 경우, 다소 더 높은 온-상태 전류에서 상기 더 높은-파장 발광 다이오드 스트링을 구동하는 것이 가능할 수 있고, 이것은 상기 발광 다이오드 스트링(23)의 상기 지배 파장을 감소시키며, 상기 지배 파장을 더 짧은-파장 발광 다이오드 스트링들(23)의 지배 파장과 더욱 잘 일치하도록 할 수 있다.
일부 실시예들에서, 발광 다이오드 스트링들(23) 각각의 초기 온-상태 구동 전류들은 조정 프로세스에 의해 조정될 수 있고, 상기 조정 프로세스 내에서 발광 다이오드 스트링들 각각은 개별적으로 전압을 인가 받고, 각각의 스트링으로부터 광 출력이 검출된다. 각각의 스트링의 지배 파장이 측정될 수 있고, 필요한 경우, 상기 지배 파장을 조절하기 위하여, 각각의 발광 다이오드 스트링에 대한 적절한 구동 전류가 계산될 수 있다. 예를 들어, 특정 색상의 발광 다이오드 스트링들(23) 각각의 지배 파장들이 측정될 수 있고, 특정 색상에 대한 상기 지배 파장들의 변화량(variance)이 계산될 수 있다. 상기 색상에 대한 상기 지배 파장들의 상기 변화량이 소정의 문턱값(threshold)보다 큰 경우, 또는 특정 발광 다이오드 스트링(23)의 지배 파장이 상기 발광 다이오드 스트링들(23)의 평균 지배 파장보다 소정의 값의 표준 편차들(standard deviations)만큼 높거나 낮은 경우, 지배 파장들의 변화량을 감소시키기 위해, 하나 또는 그 이상의 발광 다이오드 스트링들(23)의 온-상태 구동 전류가 조절될 수 있다. 상기 조정 프로세스는 한번, 반복적으로, 주기적으로, 및/또는 일부 측정된 변화에 응답하여 수행될 수 있다. 스트링별 지배 파장에서의 차이를 수정하고 대처하기 위하여, 다른 방법들/알고리즘들이 사용될 수 있다.
도 10을 참조하면, 외부의 조정 시스템(400)은 조명 시스템(200)에 연결될 수 있고, 따라서 상기 조명 시스템(200)을 조정하기 위해, 상기 조정 시스템(400)은 상기 조명 시스템(200)의 특정 동작들을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 조명 시스템(200)의 광 출력을 측정하기 위하여, 상기 조정 시스템(200)은, 상기 조명 시스템(200)으로 하여금 원하는 듀티 사이클에서의 원하는 시간 동안 하나 또는 그 이상의 발광 다이오드 스트링들(23)을 선택적으로 조명하게 할 수 있다.
도 11을 참조하면, 조정 시스템(400)은 조정 컨트롤러(410)를 포함할 수 있고, 상기 조정 컨트롤러(410)는 상기 조명 시스템(200)에 연결되고, 상기 조정 시스템(400)의 다른 부재들뿐만 아니라 상기 조명 시스템(200)의 특정 동작들을 제어하도록 구성된다. 상기 조정 시스템(400)은, 상부에 XY 포지셔너(positioner, 430)가 탑재된 스탠드(420), 및 상기 XY 포지셔너에 탑재된 분광계 또는 측색계(spectrometer or colorimeter, 440)를 더 포함한다. 상기 측색계(440)가 조정되고 있는 조명 패널에 대하여 원하는 위치에 위치하도록, 상기 XY 포지셔너(430)는 상기 측색계(440)를 이차원으로(예를 들어, 수평으로 그리고 수직으로) 이동시키도록 구성될 수 있다. 상기 XY 포지셔닝 시스템(430)은 테크노 사(Techno, Inc.)에 의해 제조된 선형 포지셔닝 시스템을 포함할 수 있다. 상기 측색계(440)는 포토 리서치 사(Photo Research Inc.)의 PR-650 스펙트라스캔(SpectraScan) 측색계를 포함할 수 있다.
도 12를 참조하면, 상기 측색계(440) 및 XY 포지셔닝 시스템(430)은 암실 외장(darkened enclosure, 450) 내에 위치할 수 있고, 상기 암실 외장(450)은 외부의 광이 상기 외장(450)에 들어오는 것을 줄이거나 방지하기 위해 수직의 흑색 천 조각들(cloth strips)에 의해 덮어질 수 있는 입구(455)를 포함한다. 컨베이어(460)는 상기 외장(450)의 외부로부터 상기 입구(455)를 통해 상기 외장(450)의 내부까지 연장된다. 조명 시스템(200)의 조명 패널(210)은 상기 컨베이어(460)에 의해 팔레트(pallet, 470) 상의 상기 외장(450)으로 옮겨지고, 여기서, 상기 조정 컨트롤러(410)로부터의 명령들에 응답하여, 상기 측색계(440)는 상기 조명 패널(210)에 의한 광 출력을 측정할 수 있다. 따라서, 상기 조명 패널(40) 주변의 다양한 위치들에서 상기 측색계(440)가 위치될 수 있고, 상기 측색계(440)는 상기 다양한 위치들에서 상기 조명 패널(40)에 의해 상기 광 출력의 휘도 및/또는 색상을 측정할 수 있다.
도 13, 도 14A 및 14B, 및 도 15는, 바들(30) 및/또는 타일들(10)과 같은 M개의 세그먼트들(segments)을 가지는 조명 패널(40)을 조정하는 것과 관련한 본 발명의 일부 실시예들에 따른 추가적인 동작들을 도시한다. 도 13, 도 14A 및 14B, 및 도 15에 대해 여기서 논의된 바와 같이, 상기 조명 패널(40)의 상기 세그먼트들은 상기 바들(30)을 참조하고, 상기 바들(30) 각각은 타일들(10)의 그룹을 포함할 수 있다. N개의 다른 위치들로부터의 상기 바들(30)의 광 출력을 측정함으로써 상기 조명 패널(40)이 조정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 바들(30)의 개수는 9(즉, M = 9)이고, 및/또는 측정 위치들의 개수 N은 3일 수 있다.
이제 도 13을 참조하면, 조명 패널(40)의 조정은 상기 바들(30)이 동시에 다른 색상들의 광을 방출할 수 있도록, 상기 바들(30) 상의 다른 색상 발광 다이오드 스트링들(23)을 활성화하는 단계(블록 1310)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 바들(30)은 적색, 녹색, 및 청색 광을 동시에 방출하도록 활성화되고, 이들 광들의 조합은 상기 조명 패널(40)에 의한 백상 광 출력을 발생시킨다. 예를 들어, 상기 측색계(440)를 사용하여, 상기 조명 패널에 대한 총 방출 데이터를 얻기 위해 조정되는 상기 조명 패널(40)에 대한 하나 또는 그 이상의 위치들에서 상기 조합된 광 출력이 측정된다(블록 1320). 보다 구체적으로, 상기 다른 색상의 발광 다이오드 스트링들(23)이 활성화될 때, 상기 조합된 광 출력의 측정에 기초하여, 상기 조명 패널(40)에 대한 전체 스펙트럼의 분포(여기에서 "백색" 스펙트럼의 분포로서도 지칭됨)가 얻어질 수 있다. 따라서, 상기 조합된 광 출력에 대한 상기 총 방출 데이터에 기초하여, 예를 들어, 추후 더욱 구체적으로 설명될 외삽법(extrapolation) 기술들을 사용하여, 각각의 색상의 광에 대한 개별적인 방출 데이터가 결정된다(블록 1330).
도 14A는 상기 전체 스펙트럼의 분포(1400)의 예를 도시하는 그래프이고, 상기 다른 색상의 발광 다이오드 스트링들(23)이 적색, 녹색 및 청색 광을 동시에 방출하도록 활성화된 경우, 상기 조명 패널(40)의 조합된 광 출력의 측정에 기초하여, 상기 전체 스펙트럼의 분포(1400)가 얻어질 수 있다. 도 14A에 나타난 바와 같이, 상기 전체 스펙트럼의 분포(1400)는 청색, 녹색, 및 적색 광에 각각 상응하는 파장 범위들 내 국부 피크들(local peaks, B0, G0, R0)을 포함한다. 상기 전체 스펙트럼의 분포(1400)를 구성하는 광의 세 개지 색상들 각각은 상대적으로 협대역이므로, 개별적인 청색, 녹색, 및 적색 방출 데이터는 상기 전체 스펙트럼의 분포(1400)로부터 도출될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 14B에 나타난 바와 같이, 상기 조명 패널(40)에 의한 청색, 녹색, 및 적색 광 출력에 각각 상응하는 3개의 개별 스펙트럼의 분포들(1410, 1420, 1430)을 생성하기 위해, 상기 조정 시스템(400)에 의해 상기 전체 스펙트럼의 분포(1400)가 디지털로 분석될 수 있다. 예를 들어, 폴리노미얼(polynomial) 외삽법(여기에서 "커브 피팅(curve firring)으로서도 지칭됨)과 같은 외삽법 기술들을 사용하여, 상기 전체 스펙트럼의 분포(1400) 및 적색, 녹색, 및 청색 광에 대한 기대되는 스펙트럼의 분포들에 기초하여, 상기 개별적인 분포들(1410, 1420, 1430)이 생성될 수 있다. 이후 측정 위치에서의 (휘도 및/또는 색도와 같은) 상기 개별 색상들에 대한 정보는 개별적인 스펙트럼의 분포들(1410, 1420, 1430)으로부터 계산될 수 있다.
각각의 색상에 대한 개별 방출 데이터를 결정하기 위한 추가적인 동작들이 도 15에 도시된다. 도 15에 나타난 바와 같이, 상기 전체 스펙트럼의 분포(1400)에 기초하여, 청색, 녹색, 및 적색 광에 상응하는 파장 범위들 각각에 대해 국부 피크 파장들(λB0, λG0, λR0)이 결정된다(블록 1510). 여기서 사용된 바와 같이, 국부 피크 파장은 특정 파장 범위 내 상기 전체 스펙트럼의 분포의 피크 방사가 발생하는 파장을 참조한다. 상기 국부 피크 파장 및 상대적인 스펙트럼의 방사(radiation)에 기초하여, 각각의 색상에 대한 개별적인 스펙트럼의 분포들을 외 삽하는데 사용되는 시작 점들이 결정된다(블록 1520). 예를 들어, 상기 시작 점들은, 각각의 국부 피크 파장에 대한 피크 방사 값의 퍼센테이지(percentage)에 상응하는 파장들에 기초한 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 시작 점들은, 상기 피크 방사 값들의 약 30 %에 상응하는 전체 스펙트럼의 분포(1400)를 따른 파장들에 기초한 것일 수 있다. 예를 들어, 도 14A에 나타난 바와 같이, 상기 전체 스펙트럼의 분포(1400)를 따라, 상기 국부 피크 값들(B0, G0, R0)의 약 30% 하부의 점들에, 시작 점들(B1, G1, G2, R1)이 도시된다.
하나 또는 그 이상의 외삽법 알고리즘들을 사용하고, 상기 개별적인 시작 점들에 기초하여, 각각의 색상에 대한 상기 개별 스펙트럼의 분포들이 계산될 수 있다(블록 1530). 예를 들어, 상기 전체 스펙트럼의 분포(1400)의 국부 피크들(B0, G0, R0) 중 인접하는 것들 사이의 파장 범위들에 대하여, 각각의 색상에 대한 상기 개별 스펙트럼의 분포들의 부분들이 외삽될 수 있다 각각의 색상(i = R, G, B)에 대한 개별 스펙트럼의 분포들을 생성하는데 사용되는 상기 외삽법 알고리즘은 3-차원 폴리노미얼 커브 피팅 알고리즘일 수 있다.
Figure 112009078200954-PCT00001
여기서 P는 각각의 색상에 대한 상기 국부 피크 방사 값이고, λ는 파장이며, Δλ는 시작 점들(B1, G1, G2, R1)에 대한 파장의 변화이고, a, b, c, 및 d는 상수 값들이다. 상응하는 시작 점들(j = B1, G1, G2, R1)의 파장(λ)에 대한 각각의 색상(i = R, G, B)별 파장의 변화(Δλ)는 다음과 같이 계산된다.
Figure 112009078200954-PCT00002
따라서, 전체 스펙트럼의 분포(1400)를 사용하여, 상기 청색 광 PBfit(λ)에 대한 상기 스펙트럼의 분포가 도출될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 국부 피크(B0)에 상응하는 파장(λB0) 및 방사(PB0)가 결정되고, 상기 피크 방사(PB0)의 약 30% 아래이지만 상기 피크 파장(λB0)보다 큰 파장(λB1)을 가지는 점(B1)이 상기 외삽법 알고리즘을 위한 시작 점으로 선택된다. 상술한 것처럼, (식들 2a 내지 2f를 사용하여) 상기 시작 점(B1)에 대한 파장(ΔλB)의 변화가 계산되고, 상술한 3 차원 폴리노미얼 커브 피팅 알고리즘(yB)을 사용하여, 380 nm 내지 약 780 nm 의 범위의 파장들(λ)에 대한 PBfit(λ)의 값이 계산된다. 보다 구체적으로, λB1 보다 큰 파장들(λ) 및 0보다 크거나 같은 yB의 값들에 대해, PBfit(λ)의 값은 yB의 값과 상응한다. 그러나, λB1 보다 작은 파장들에 대해서는, 상기 전체 스펙트럼의 분포(1400) 의 이 부분의 광 대부분이 상기 청색 발광 다이오드 스트링들(23)에 의해 방출되므로, PBfit(λ)의 값은 전체 스펙트럼의 분포(1400)의 값과 상응한다.
유사한 방법으로, 상기 전체 스펙트럼의 분포(1400)를 사용하여, 적색 광에 대한 스펙트럼의 분포(PRfit(λ))가 도출될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 국부 피크(R0)에 상응하는 파장(λR0) 및 방사(PR0)가 결정되고, 상기 피크 방사(PR0)의 약 30 % 아래이지만 상기 피크 파장(λR0)보다 작은 파장(λR1)을 가지는 점(R1)이 상기 외삽법 알고리즘을 위한 시작 점으로 선택된다. 상술한 것처럼, (식들 2a 내지 2f를 사용하여) 상기 시작 점(R1)에 대한 파장(ΔλR)의 변화가 계산되고, 상술한 3 차원 폴리노미얼 커브 피팅 알고리즘(yR)을 사용하여, 380 nm 내지 약 780 nm 의 범위의 파장들(λ)에 대한 PRfit(λ)의 값이 계산된다. 보다 구체적으로, λR1 보다 작은 파장들(λ) 및 0보다 크거나 같은 yR의 값들에 대해, PRfit(λ)의 값은 yR의 값과 상응한다. 그러나, λR1 보다 크거나 같은 파장들에 대해서는, 상기 전체 스펙트럼의 분포(1400)의 이 부분의 광의 대부분이 상기 적색 발광 다이오드 스트링들(23)에 의해 방출되므로, PRfit(λ)의 값은 전체 스펙트럼의 분포(1400)의 값과 상응한다.
또한, 상기 전체 스펙트럼의 분포(1400)를 사용하여, 녹색 광에 대한 스펙트럼의 분포(PGfit(λ))가 도출될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 국부 피크(G0)에 상응하는 파장(λG0) 및 방사(PG0)가 결정되고, 상기 피크 방사(PG0)의 약 30 % 아래인 점들(G1, G2)이 상기 외삽법 알고리즘을 위한 시작 점들로 선택된다. 상기 점(G1)은 상기 피크 방사(PG0)의 약 30 % 아래이지만 상기 피크 파장(λG0)보다 작은 파장(λG1)을 가진다. 상기 점(G2)은 또한 상기 피크 방사(PG0)의 약 30 % 아래이지만 상기 피크 파장(λG0)보다 큰 파장(λG2)을 가진다. 따라서, 상술한 것처럼, (식들 2a 내지 2f를 사용하여) 상기 시작 점(G1)에 대한 파장(ΔλG1)의 변화 및 상기 시작 점(G2)에 대한 파장(ΔλG2)의 변화가 계산되고, 상술한 3 차원 폴리노미얼 커브 피팅 알고리즘들(yG1, yG2)을 사용하여, 380 nm 내지 약 780 nm 의 범위의 파장들(λ)에 대한 PGfit(λ)의 값이 계산된다. 보다 구체적으로, λG1 보다 작은 파장들(λ) 및 0보다 크거나 같은 yG1의 값들에 대해, PGfit(λ)의 값은 yG1의 값과 상응한다. 마찬가지로, λG2 보다 큰 파장들(λ) 및 0보다 크거나 같은 yG2의 값들에 대해, PGfit(λ)의 값은 yG2의 값과 상응한다. 그러나, λG1과 λG2 사이의 파장들(λ)에 대해서는, 상기 전체 스펙트럼의 분포(1400)의 이 부분의 광의 대부분이 상기 녹색 발광 다이오드 스트링들(23)에 의해 방출되므로, PRfit(λ)의 값은 점들(G1, G2) 사이의 전체 스펙트럼의 분포(1400)의 값과 상응한다.
따라서, 각각의 측정 위치에서의 조합된 광 출력의 단일 측정으로부터, 조명 의 세 색상들 각각에 대한 개별적인 방출 데이터가 도출될 수 있다. 대조적으로, 조명 패널을 조정하는 다른 방법들은, 상기 적색, 녹색 및 청색 발광 다이오드 스트링들(23)에 순차적으로 전압을 가하고, 각각의 측정 위치에서 3개의 개별적인 측정들을 행하는 것을 포함할 수 있으나, 이는 고-전압 생산에서 극히 시간을 소비하는 것이 될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일부 실시예들은 상기 조정 프로세스에서 현저한 시간 절약을 제공할 수 있다. 나아가, 각각의 색상에 대한 상기 개별적인 방출 데이터는 상기 발광 다이오드 스트링들(23)의 듀티 사이클들을 조절하는데 사용될 수 있으며, 이에 대해서는 이하에서 더욱 자세히 설명하기로 한다.
도 16, 17, 18A 및 18A는 바들(bars, 30)과 같은 M개의 세그먼트들을 가지는 조명 패널(40)을 조정하는 것과 연관된, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 추가적인 동작들을 나타내는 플로우차트들이다. 도 16을 참조하면, 조명 패널(40)의 조정은, 각각의 바(30)에 대한 최대 색상 휘도 변동을 제1 문턱 변동 이하로 줄이기 위해 상기 바들(30) 상의 상기 발광 다이오드 스트링들(23)의 듀티 사이클들을 조정하는 단계(블록 1610) 및 상기 조명 패널의 중심에 대한 최대 휘도 변동을 제 2 문턱값 이하로 줄이기 위해 상기 발광 다이오드 스트링들(23)의 듀티 사이클들을 조절하는 단계(블록 1620)를 포함한다.
각각의 바에 대한 최대 색상 휘도 변동을 줄이기 위해 상기 바들(30)의 듀티 사이클들을 조절하는 단계가 도 17에 도시된다. 거기에 나타난 바와 같이, 모든 바들의 휘도는 최대 듀티 사이클에서 측정된다(블록 1710). 즉, 각각의 바(30)의 적색, 청색, 및 녹색 발광 다이오드들은 100 %의 듀티 사이클에서 동시에 전압을 공급받고, 각각의 바에 대하여 N 번의 측정들이 이루어진다. 상기 측정들은 각각의 바(m 0 [1 .. M]) 및/또는 각각의 측정 위치(n 0 [1 .. N])의 총 휘도(Y)의 측정을 포함할 수 있다. 또한, 각각의 바/색/위치에 대하여 국제 조명 위원회(CIE, Commission Internationale de l'Eclairage) 색도 (x, y)가 측정될 수 있다. 예를 들어, 포토 리서치 사(photo research inc.)의 PR-650 스펙트라스캔(spectrascan) 측색계를 사용하여 측정들이 행해질 수 있고, 이것은 휘도, CIE 색도(1931 xy 및 1976 u'v') 및/또는 상관된 색상 온도의 직접 측정들을 행하는데 사용될 수 있다. 도 13 내지 도 15에서 상술한 바와 같이, 측정된 총 휘도(Y)를 기초로 개별적인 휘도 데이터를 계산함으로써, 각각의 측정 위치에서 측정된 총 휘도(Y)로부터 각각의 색상에 대한 개별적인 휘도가 결정된다.
이후, 각각의 색상에 대하여 명목(nominal) 휘도 비들(luminance ratios)이 계산된다(블록 1720). 명목 휘도 비들을 계산하기 위하여, 각각의 색상에 대한 총 휘도 값들(YR , total, YG , total, YB , total)이 다음과 같이 계산된다.
Figure 112009078200954-PCT00003
그 다음, 명목 RGB 휘도 비들은, 각각의 색상에 대하여, 전체 색상들의 총 휘도에 대한 하나의 색상의 총 휘도의 비로서 다음과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112009078200954-PCT00004
이후, 각각의 바에 대하여, 휘도 비들은 각각의 색상에 대하여 다음과 같이 계산된다(블록 1730). 먼저, 총 휘도가 각각의 바에 대하여 다음과 같이 계산된다.
Figure 112009078200954-PCT00005
그 다음, 각각의 바에 대하여, 각각의 색상에 대한 휘도 비는, 상기 바에 의해 방출되는 모든 색상들의 총 휘도에 대한 상기 바에 의해 방출되는 하나의 색상의 총 휘도의 비로서 다음과 같이 계산된다.
Figure 112009078200954-PCT00006
그 다음, 각각의 색상 및 각각의 바에 대하여 상기 명목 휘도 비로부터의 변 동을 계산함으로써, 각각의 바에 대한 상기 명목 휘도 비로부터의 최대 변동이 다음과 같이 얻어질 수 있다(블록 1740).
Figure 112009078200954-PCT00007
그 다음, 각각의 바에 대하여 상기 명목 휘도 비로부터의 최대 변동이 다음과 같이 얻어질 수 있다.
Figure 112009078200954-PCT00008
만일 블록(1750)에서 바(bar)에 대하여 명목 휘도 비로부터의 최대 변동이 제 1 문턱값(THRESH1)보다 큰 것으로 판단되면, 그 다음, 상기 명목 휘도 비로부터의 상기 최대 변동을 줄이기 위하여 상기 바의 색상들에 대한 듀티 사이클들이 상기 제 1 문턱값(THRESH1) 이하로 조절된다(블록 1760). 상기 제 1 문턱값(THRESH1)은 1 % 미만일 수 있다. 일부 실시예들에서, 예를 들어, 상기 제 1 문턱값(THRESH1)은 0.4 %일 수 있다.
먼저 상기 색상을 최저 상대(relative) 휘도와 같이 선택함으로써, 바의 상기 색상들에 대한 상기 듀티 사이클들은 다음과 같이 조절될 수 있다.
Figure 112009078200954-PCT00009
여기서, K = R, G 또는 B이며, 색 K는 최저 상대 휘도를 갖는다. 그 다음, 색 균일성(uniformity)을 제공하기 위하여, 각각의 색상에 대한 듀티 사이클 계수가 각각의 바에 대하여 다음과 같이 계산된다.
Figure 112009078200954-PCT00010
여기서, K = R, G 또는 B이며, 색 K는 최저 상대 휘도를 갖는다.
색상 조화(balance)를 위하여, 각각의 색상에 대한 듀티 사이클들(DC)은 다음과 같이 조절된다.
Figure 112009078200954-PCT00011
도 18A를 참조하면, 디스플레이의 중심 점들에 대한 휘도 변동을 결정함으로써, 상기 조정 프로세스가 계속된다(블록 1870A). 먼저, 각각의 바/색/측정 점에 대한 색상 조화(듀티 사이클 조절) 이후의 휘도는 다음과 같이 계산된다.
Figure 112009078200954-PCT00012
그 다음, 각각의 위치에 대하여 RGB 혼합된(mixed) 휘도가 다음과 같이 계산돤다.
Figure 112009078200954-PCT00013
이것은 M개의 바들(m 0 [1 .. M]) 및 N개의 측정 위치들(n 0 [1 .. N]) 각각에 대한 것이다.
M = 9 및 N = 3이라고 가정하면, 중심 휘도 평균은 다음과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112009078200954-PCT00014
그 다음, 각각의 바/측정 위치에 대하여, 상기 중심 휘도 평균에 대한 휘도 변동이 다음과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112009078200954-PCT00015
그 다음, 상기 중심 휘도에 대한 최대 변동은 블록(1880A)에서 제 2 문턱값(THRESH2)과 비교되고, 상기 제 2 문턱값(THRESH2)은, 예를 들어, 10 %일 수 있다. 만일 상기 중심 휘도에 대한 상기 최대 변동이 상기 제 2 문턱값(THRESH2)을 초과하는 경우, 그러면, 상기 중심 휘도에 대한 최대 변동을 줄이기 위해, 상기 듀티 사이클들이 다시 조정된다(블록 1890A). 먼저, 각각의 바에 대하여 균일성 계수가 다음과 같이 계산된다.
Figure 112009078200954-PCT00016
그 다음, 듀티 사이클이 다음과 같이 계산된다.
Figure 112009078200954-PCT00017
그 다음, 모든 바들/색상들의 상기 최대 듀티 사이클이 다음과 같이 결정된다.
Figure 112009078200954-PCT00018
여기서 K = R, G or B 이고, m 0 [1 .. M] 이다.
그 다음, 최대 듀티 사이클이 100 %이도록, 상기 듀티 사이클들이 다음과 같이 재-정규화(re-normalized)된다.
Figure 112009078200954-PCT00019
도 18B에 도시된 본 발명의 일부 실시예들에서, 상기 중심 휘도에 대한 상기 휘도 변동을 조절하는 단계에서, 각각의 색상에 대한 최대 듀티 사이클이 결정되고, 바들/색상들의 듀티 사이클들이 각각의 색상에 대한 최대 듀티 사이클로 정규화된다. 즉, 적색 스트링들의 듀티 사이클들은 적색 스트링들의 최대 듀티 사이클로 정규화되고, 청색 스트링들의 듀티 사이클들은 청색 스트링들의 최대 듀티 사이 클로 정규화되는 식이다.
도 18B를 참조하면, 상기 디스플레이의 중심 점들에 대한 휘도 변동이 결정된다(블록 1870B). 먼저, 각각의 바/색/측정 점에 대한 색상 조화(듀티 사이클 조절) 후의 휘도가 다음과 같이 계산된다.
Figure 112009078200954-PCT00020
그 다음, 각각의 위치에 대하여 상기 RGB 혼합 휘도가 다음과 같이 계산된다.
Figure 112009078200954-PCT00021
이것은 M개의 바들(m 0 [1 .. M]) 및 N개의 측정 점들(n 0 [1 .. N]) 각각에 대한 것이다.
M = 9 및 N = 3이라고 가정하면, 중심 휘도 평균은 다음과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112009078200954-PCT00022
그 다음, 각각의 바/측정 점에 대하여 상기 중심 휘도 평균에 대한 휘도 변동이 다음과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112009078200954-PCT00023
그 다음, 상기 중심 휘도에 대한 상기 최대 변화량은 블록(1880B)에서 제 2 문턱값(THRESH2)과 비교되고, 상기 제 2 문턱값(THRESH2)은, 예를 들어, 10 %일 수 있다. 만일 상기 중심 휘도에 대한 상기 최대 변동이 상기 제 2 문턱값(THRESH2)을 초과하는 경우, 그러면, 상기 중심 휘도에 대한 상기 최대 변동을 줄이기 위해, 상기 듀티 사이클들이 다시 조절된다(블록 1890B). 먼저 균일성 계수가 각각의 바에 대하여 다음과 같이 계산된다.
Figure 112009078200954-PCT00024
그 다음, 새로운 듀티 사이클이 다음과 같이 계산된다.
Figure 112009078200954-PCT00025
그 다음, 각각의 색상에 대하여 모든 바들의 최대 듀티 사이클이 다음과 같이 결정된다.
Figure 112009078200954-PCT00026
여기서, m O [1 .. M] 이다.
그 다음, 최대 듀티 사이클이 100% 이도록, 상기 듀티 사이클들이 다음과 같이 재-정규화될 수 있다.
Figure 112009078200954-PCT00027
상기 도면들 및 명세서들에서, 본 발명의 전형적인 실시예들이 개시되었고, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 상기 용어들은 일반적이고 기술적인 의미로 사용된 것일 뿐, 이하의 청구항들에 나타난 본 발명의 범위를 한정하려는 의도는 아니다.

Claims (25)

  1. 각각의 듀티 사이클들을 포함하는 펄스 폭 변조 제어 신호들에 응답하여, 각각의 세그먼트들이 제 1 색상의 광 및 제 2 색상의 광을 방출하도록 구성된 복수의 세그먼트들(segments)을 포함하는 조명 패널의 조정 방법으로서,
    상기 제 1 및 제 2 색상들의 광을 동시에 방출하기 위해 상기 복수의 세그먼트들을 활성화하는 단계;
    총 방출 데이터를 얻기 위해 측정 위치에서 상기 복수의 세그먼트들에 대한 조합된 광 출력을 측정하는 단계; 및
    상기 총 방출 데이터에 기초하여 상기 제 1 및 제 2 색상들의 광에 대한 개별적인 방출 데이터를 결정하는 단계를 포함하는 조명 패널의 조정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 개별적인 방출 데이터를 결정하는 단계는,
    상기 제 1 및 제 2 색상들의 광에 대한 상기 총 방출 데이터 및 기대된 방출 데이터의 외삽법(extrapolation)에 기초하여, 상기 제 1 및 제 2 색상들의 광에 대한 상기 개별 방출 데이터를 도출하는 단계를 포함하는 조명 패널의 조정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 개별적인 방출 데이터를 도출하는 단계는,
    상기 총 방출 데이터에 기초하여 상기 제 1 및 제 2 색상들 각각에 상응하는 각각의 파장 범위들 내의 제 1 및 제 2 국부 피크 파장들(local peak wavelengths)을 결정하는 단계;
    상기 제 1 및 제 2 피크 파장 값들에 기초하여 외삽법 알고리즘을 위한 시작 점들을 결정하는 단계; 및
    상기 개별적인 시작 점들에 기초하고 상기 외삽법 알고리즘을 사용하여 상기 제 1 및 제 2 색상들의 광 각각의 개별적인 스펙트럼의 분포들을 계산하는 단계를 더 포함하는 조명 패널의 조정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 색상들의 광 각각의 개별적인 스펙트럼의 분포들을 계산하는 단계는,
    상기 제 1 및 제 2 국부 피크 파장들 사이의 파장 범위들에 대한 상기 개별적인 스펙트럼의 분포들의 부분들을 외삽하는 단계를 포함하는 조명 패널의 조정 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 개별적인 방출 데이터에 기초하여 상기 측정 위치에서 상기 제 1 및/또는 제 2 색상들의 광에 대한 개별적인 휘도 및/또는 색도 데이터를 결정하는 단계를 더 포함하는 조명 패널의 조정 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 세그먼트들 각각은 상기 펄스 폭 변조 제어 신호들에 응답하여 제 3 색상의 광을 방출하도록 추가적으로 구성되고,
    상기 복수의 세그먼트들을 활성화하는 단계는, 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 색상들의 광을 동시에 방출하도록 상기 복수의 세그먼트들을 활성화하는 단계를 더 포함하며,
    상기 개별적인 방출 데이터를 결정하는 단계는 상기 총 방출 데이터에 기초하여 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 색상들의 광에 대한 개별적인 방출 데이터를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 패널의 조정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 색상의 광은 적색 파장 범위 내의 광을 포함하고, 상기 제 2 색상의 광은 녹색 파장 범위 내의 광을 포함하며, 상기 제 3 색상의 광은 청색 파장 범위 내의 광을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 패널의 조정 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 개별적인 방출 데이터에 기초하여, 상기 세그먼트의 휘도 변동(luminance variation)을 줄이기 위해, 상기 복수의 세그먼트들 중 적어도 하나에 대한 상기 제 1 및 제 2 색상들의 광 중 적어도 하나의 방출에 대한 듀티 사이 클을 조절하는 단계를 더 포함하는 조명 패널의 조정 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 총 방출 데이터에 기초하여 상기 조명 패널에 대한 평균 세그먼트 휘도를 결정하는 단계;
    상기 평균 세그먼트 휘도에 대한 상기 복수의 세그먼트들 중 하나의 휘도 변동을 결정하는 단계
    상기 복수의 세그먼트들 중 하나의 상기 휘도 변동과 문턱값(threshold)을 비교하는 단계; 및
    상기 휘도 변동을 줄이기 위해, 상기 문턱값을 초과하는 상기 복수의 세그먼트들 중 하나의 상기 휘도 변동에 응답하여, 상기 복수의 세그먼트들 중 하나에 대한 상기 제 1 및 제 2 색상들의 광 중 적어도 하나의 방출에 대한 듀티 사이클을 조절하는 단계를 더 포함하는 조명 패널의 조정 방법
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 측정 위치는 상기 조명 패널의 대략 중심인 위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 패널의 조정 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 세그먼트들의 각각의 세그먼트는 타일들의 그룹을 포함하는 조 명 패널의 조정 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 세그먼트들의 각각의 세그먼트는 타일들의 바를 포함하는 조명 패널의 조정 방법.
  13. 각각의 듀티 사이클들을 포함하는 펄스 폭 변조 제어 신호들에 응답하여, 각각의 세그먼트들이 적색, 녹색, 및 청색 광을 방출하도록 구성된 복수의 세그먼트들을 포함하는 조명 패널의 조정 방법으로서,
    상기 적색, 녹색, 및 청색 광을 동시에 방출하기 위해 상기 복수의 세그먼트들을 활성화하는 단계;
    총 방출 데이터를 얻기 위해 측정 위치에서 상기 복수의 세그먼트들에 대한 조합된 적색, 녹색, 및 청색 광 출력을 측정하는 단계; 및
    상기 총 방출 데이터에 기초하여 상기 적색, 녹색, 및 청색 광에 대한 개별적인 방출 데이터를 결정하는 단계를 포함하는 조명 패널의 조정 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 개별적인 방출 데이터를 결정하는 단계는,
    상기 적색, 녹색, 및 청색 광에 대한 상기 총 방출 데이터 및 기대된 방출 데이터의 외삽법에 기초하여, 상기 적색, 녹색, 및 청색 광에 대한 상기 개별 방출 데이터를 계산하는 단계를 포함하는 조명 패널의 조정 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 개별적인 방출 데이터에 기초하여, 상기 세그먼트의 휘도 변동을 줄이기 위해, 상기 복수의 세그먼트들 중 적어도 하나에 대한 상기 적색, 녹색, 및 청색 광 중 적어도 하나의 방출에 대한 듀티 사이클을 조절하는 단계를 더 포함하는 조명 패널의 조정 방법.
  16. 각각의 듀티 사이클들을 포함하는 펄스 폭 변조 제어 신호들에 응답하여, 각각의 세그먼트들이 제 1 색상의 광 및 제 2 색상의 광을 방출하도록 구성된 복수의 세그먼트들(segments)을 포함하는 조명 패널의 조정 시스템으로서,
    상기 조명 패널과 연결되도록 구성된 조정 컨트롤러(calibration controller); 및
    상기 조정 컨트롤러와 연결되고 측색계(colorimeter)를 포함하는 조정 유닛을 포함하고,
    상기 조정 컨트롤러는 상기 제 1 및 제 2 색상들의 광을 동시에 방출하기 위해 상기 복수의 세그먼트들을 활성화시키도록 구성되며,
    상기 조정 유닛은 총 방출 데이터를 얻기 위해 측정 위치에서 상기 복수의 세그먼트들로부터의 조합된 광 출력을 측정하도록 구성되고,
    상기 조정 컨트롤러는 상기 총 방출 데이터에 기초하여 상기 제 1 및 제 2 색상들의 광에 대한 개별적인 방출 데이터를 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 조명 패널의 조정 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 조정 컨트롤러는 상기 제 1 및 제 2 색상들의 광에 대한 상기 총 방출 데이터 및 기대된 방출 데이터의 외삽법에 기초하여, 상기 제 1 및 제 2 색상들의 광에 대한 상기 개별적인 방출 데이터를 도출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 조명 패널의 조정 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 조정 컨트롤러는,
    상기 총 방출 데이터에 기초하여 상기 제 1 및 제 2 색상들 각각에 상응하는 각각의 파장 범위들 내 제 1 및 제 2 국부 피크 파장들을 결정하고,
    상기 제 1 및 제 2 피크 파장 값들에 기초하여 외삽법 알고리즘을 위한 시작 점들을 결정하며,
    상기 개별적인 시작 점들에 기초하고 상기 외삽법 알고리즘을 사용하여 상기 제 1 및 제 2 색상들의 광 각각에 대한 개별적인 스펙트럼의 분포들을 계산하도록 추가적으로 구성된 것을 특징으로 하는 조명 패널의 조정 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 조정 컨트롤러는 상기 제 1 및 제 2 국부 피크 파장들 사이의 파장 범 위들에 대한 상기 개별적인 스펙트럼의 분포들의 부분들을 외삽하도록 구성된 것을 특징으로 하는 조명 패널의 조정 시스템.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 조정 컨트롤러는 상기 개별적인 방출 데이터에 기초하여 상기 측정 위치에서 상기 제 1 및/또는 제 2 색상들의 광에 대한 개별적인 휘도 및/또는 색도 데이터를 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 조명 패널의 조정 시스템.
  21. 제 16 항에 있어서,
    상기 복수의 세그먼트들 각각은 상기 펄스 폭 변조 제어 신호들에 응답하여 제 3 색상의 광을 방출하도록 추가적으로 구성되고,
    상기 조정 컨트롤러는 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 색상들의 광을 동시에 방출하도록 상기 복수의 세그먼트들을 활성화시키며, 상기 총 방출 데이터에 기초하여 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 색상들의 광에 대한 개별적인 방출 데이터를 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 조명 패널의 조정 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 1 색상의 광은 적색 파장 범위 내의 광을 포함하고, 상기 제 2 색상의 광은 녹색 파장 범위 내의 광을 포함하며, 상기 제 3 색상의 광은 청색 파장 범위 내의 광을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 패널의 조정 시스템.
  23. 제 16 항에 있어서,
    상기 조정 컨트롤러는, 상기 개별적인 방출 데이터에 기초하여 상기 세그먼트의 휘도 변동을 줄이기 위해 상기 복수의 세그먼트들 중 적어도 하나에 대한 상기 제 1 및 제 2 색상들의 광 중 적어도 하나의 방출에 대한 듀티 사이클을 조절하도록 구성된 것을 특징으로 하는 조명 패널의 조정 시스템.
  24. 제 16 항에 있어서,
    상기 조정 유닛은, 측색계와 연결되고 상기 측색계를 상기 측정 위치로 2차원 이동시키도록 구성된 XY 포지셔너(XY positioner)를 더 포함하는 조명 패널의 조정 시스템.
  25. 제 16 항에 있어서,
    상기 조정 유닛은,
    입구(entrance)를 포함하는 외장(enclosure);
    상기 외장의 외부로부터 상기 입구를 통해 상기 외장의 내부까지 연장되는 컨베이어(conveyor); 및
    상기 컨베이어 상에 위치하며, 조정 동안 상기 조명 패널을 고정시키도록 구성된 팔레트(pallet)를 포함하고,
    상기 컨베이어 및 상기 팔레트는 상기 조명 패널을 상기 외장으로 이동시키 도록 구성되며,
    상기 조명 패널의 상기 복수의 세그먼트들로부터 방출된 상기 조합된 광 출력을 검출하도록, 상기 측색계는 상기 외장 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 조명 패널의 조정 시스템.
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