(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望な輝度及び色で発光装置を駆動させる駆動値を決定する方法であって、前記発光装置が、少なくとも２つの色の複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含み、
−前記所望な色、及び異なる色の前記ＬＥＤのそれぞれを駆動させるための第１駆動電流に基づき第１光束重み付け比率を決定するステップと、
−前記所望な輝度及び前記第１光束重み付け比率に基づき、前記異なる色のＬＥＤのそれぞれに関する第１光束を決定するステップと、
−前記異なる色のＬＥＤのそれぞれに関して、前記第１光束を複数の異なる駆動電流に関する定格光束と比較するステップと、
−前記異なる色のＬＥＤのそれぞれに関して、前記第１光束を少なくとも生成し得る好ましい駆動電流を前記複数の異なる駆動電流から選択するステップと、
−前記所望な色、及び前記異なる色のＬＥＤのそれぞれに関して選択された前記駆動電流に基づき、第２光束重み付け比率を決定するステップと、
−前記所望な輝度及び前記第２光束重み付け比率に基づき、前記異なる色のＬＥＤのそれぞれに関する第２光束を決定するステップと、
−前記選択された駆動電流において前記異なる色のＬＥＤのそれぞれに関するデューティサイクルを決定するステップと、
を有し、前記決定されたデューティサイクルにおける前記選択される電流が、前記異なる色のＬＥＤのそれぞれに関して前記第２光束を生成する、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、更に、前記決定されたデューティサイクルにおいて前記決定された電流を用いて前記異なる色のＬＥＤのそれぞれを駆動させるステップを有する、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、更に、
−前記異なる色のＬＥＤに近接して装着される温度センサを用いて、測定値を取得するステップと、
−前記測定値に基づき、前記異なる色のＬＥＤのそれぞれに関して光束及び色を決定するステップと、
−前記決定された光束及び色に基づき、前記発光装置に関する輝度及び色を決定するステップと、
−前記所望な輝度及び色と前記決定された輝度及び色との差に基づき、前記異なる色のＬＥＤのそれぞれに関して前記駆動電流及び前記デューティサイクルを、前記発光装置が前記所望な輝度及び色で光を発するように、調整するステップと、
を有する方法。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の方法であって、更に、
−光感知ユニットを用いて測定値を測定するステップと、
−前記測定値に基づき、前記発光装置に関する輝度及び色を決定するステップと、
−前記所望な輝度及び色と前記決定された輝度及び色との差に基づき、前記異なる色のＬＥＤのそれぞれに関して前記駆動電流及び前記デューティサイクルのうちの少なくとも一つを、前記発光装置が前記所望な輝度及び色で光を発するように、調整するステップと、
を有する方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法であって、前記異なる色のＬＥＤのそれぞれを駆動させる前記複数の異なる駆動電流が、
−第１振幅を有する第１駆動信号を生成するために、第１電流源を活性化させるステップと、
−第２振幅を有する第２駆動信号を生成するために、第２電流源を活性化させるステップと、
−前記第１駆動信号を前記第２駆動信号へ加えるステップであって、これにより、合成駆動信号を生成するステップと、
−前記合成駆動信号を前記異なる色のＬＥＤのそれぞれへ供給するステップと、
によって提供され、
前記合成駆動信号が、前記電流源のうちの一つ若しくは両方が活性化される又はどれも活性化されないかに基づき、４つの異なる振幅のうちの１つを仮定し得る、方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、前記第２振幅が、前記第１振幅より低い、方法。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の方法であって、前記第１及び第２電流源が、個別のパルス幅変調信号を用いて活性化される、方法。
【請求項８】
所望な輝度及び色で発光装置を駆動させる駆動値を決定する駆動装置であって、前記発光装置が、少なくとも２つの色の複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含み、
−前記所望な色、及び前記異なる色のＬＥＤのそれぞれを駆動させるための第１駆動電流に基づき、第１光束重み付け比率を決定する手段と、
−前記所望な輝度及び前記第１光束重み付け比率に基づき、前記異なる色のＬＥＤのそれぞれに関する第１光束を決定する手段と、
−前記異なる色のＬＥＤのそれぞれに関して、前記第１光束を複数の異なる駆動電流に関する定格光束と比較する手段と、
−前記異なる色のＬＥＤのそれぞれに関して、前記第１光束を少なくとも生成し得る好ましい駆動電流を前記複数の異なる駆動電流から選択する手段と、
−前記所望な色及び前記異なる色のＬＥＤのそれぞれに関して選択された前記駆動電流に基づき、第２光束重み付け比率を決定する手段と、
−前記所望な輝度及び前記第２光束重み付け比率に基づき、前記異なる色のＬＥＤのそれぞれに関する第２光束を決定する手段と、
−前記選択された駆動電流において前記異なる色のＬＥＤのそれぞれに関するデューティサイクルを決定する手段と、
を備え、前記決定されたデューティサイクルにおける前記選択される電流が、前記異なる色のＬＥＤのそれぞれに関して前記第２光束を生成する、駆動装置。
【請求項９】
請求項８に記載の駆動装置であって、更に、前記決定されたデューティサイクルにおいて前記決定された電流を用いて前記異なる色のＬＥＤのそれぞれを駆動させるステップを有する、駆動装置。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載の駆動装置であって、前記異なる色のＬＥＤのそれぞれを駆動させる前記複数の異なる駆動電流が、
−活性化信号を受け取り、そして第１振幅を有する第１駆動信号を生成するように構成される第１電流源と、
−活性化信号を受け取り、そして第２振幅を有する第２駆動信号を生成するように構成される第２電流源と、
−前記第１駆動信号を前記第２駆動信号へ加える加算器であって、これにより、合成駆動信号を生成する加算器と、
−前記合成駆動信号を前記異なる色のＬＥＤのそれぞれへ供給する手段と、
によって提供され、
前記合成駆動信号が、前記電流源のうちの一つ若しくは両方が活性化される又はどれも活性化されないか否かに基づき、４つの異なる振幅のうちの１つを仮定し得る、駆動装置。
【請求項１１】
発光装置であって、
−少なくとも２つの色の複数のＬＥＤと、
−当該発光装置が所望な輝度及び色で光を発するように、前記異なる色のＬＥＤのそれぞれを駆動させる、請求項８ないし１０のいずれか一項に記載の駆動装置と、
を有する発光装置。  
【請求項１２】
ディスプレイユニットであって、
−ディスプレイパネルと、
−複数の異なる色のＬＥＤを含む発光装置を有するバックライトと、
−当該ディスプレイユニットが所望な輝度及び色で光を発するように、前記異なる色のＬＥＤのそれぞれを駆動させる、請求項８ないし１０のいずれか一項に記載の駆動装置と、
を有するディスプレイユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所望な輝度及び色で発光装置を駆動させる駆動値を決定する方法に関する。本発明は、発光装置を駆動させる駆動値を決定するための、対応する駆動装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）の輝度を増加させることにおいて、かなりの進歩が達成されてきた。その結果として、ＬＥＤは、調整可能な色を有するランプ、直視型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）及び背面投影型ディスプレイなどの照明システムにおける光源として作用するのに十分明るく且つ安価になった。
【０００３】
異なる色のＬＥＤを混合させることによって、例えば、白色などの、いかなる数の色も生成され得る。調整可能な色照明システムは、通常、複数の原色によって構築され、一つの例では、３つの原色である赤、緑及び青が使用される。生成される光の色は、どのＬＥＤが使用されるのか、及び混合比率によって決定される。「白色」を生成するために、全ての３つのＬＥＤ色が正しい混合比率でオンにされる必要がある。
【０００４】
ＬＥＤ照明システムは、一般的に、ＬＥＤへ電力を供給するためのレギュレートされる電源を用いる。ＬＥ駆動装置の分野において、ＬＥＤへの電源としてパルス幅変調（ＰＷＭ）駆動電流を用いてＬＥＤを制御することは知られている。パルス幅変調（ＰＷＭ）は、特定の期間にＬＥＤへほぼ一定の電流を供給することを含む。時間、すなわちパルス幅、が短いほど、少ない輝度を観察者は生じる光において観察する。人間の目はある期間において受け取る光を積分し、ＬＥＤを通ずる電流がパルス持続時間に関わらず同一の光レベルを生成し得るにもかかわらず、目は短いパルスを長いパルスよりも「減光」されていると知覚し得る。
【０００５】
ＰＷＭのみを使用することの不利な点は、ＬＥＤが常に最も効率的な電流レベルでないかもしれないような同一の電流レベルで使用されることであり、このことは、光を生成するのに電力を無駄にされていることを意味する。輝度制御に関してＬＥＤを駆動させるより効率的な手法は、ＬＥＤがＰＷＭを用いて駆動される電流レベルを１つより多くのものを導入することである。一般的なＬＥＤの性能特性は、ＬＥＤによって引かれる電流の量に依存する。最適な効率は、最大輝度が生じるレベルより低い電流において得られ得る。ＬＥＤは、通常、ＬＥＤによって伝達される輝度を増加させる一方で、信頼性の高い寿命の期待を維持するために、最も効率的な動作電流よりも十分に上で駆動される。結果として、ＰＷＭ信号の最大電流値が可変であり得る場合に、効率の増加が与えられ得る。例えば、所望な光出力が最大所望出力よりも少ない場合、電流及び／又はＰＷＭ信号幅は低減され得る。
【０００６】
複数の白色ＬＥＤの輝度を制御するシステムの一例は、米国特許出願書類第2003/0214242A1号において開示されている。この開示されるシステムにおいて、ＬＥＤは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などのディスプレイとして構成される。動作において、バックライトの輝度は、パルス幅変調により、且つ、バックライトを駆動させる参照駆動電圧を、Ｄ／Ａコンバータを用いて多数の個別レベルへ副分割することによって制御される。しかし、このようなシステムは、振幅におけるシフトがかなりの色シフトも生じさせるので、複数の異なる色のＬＥＤを含む発光装置を駆動させるのには適していない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、所望な輝度及び色で発光装置を駆動させる駆動値を決定するための改善された方法、及びより具体的には、多数の電流振幅レベルで少なくとも２つの色の複数のＬＥＤを含む発光装置を駆動させる場合における色シフトを含む課題を克服する又は少なくとも緩和させる改善された方法に関する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的は、請求項１に記載の、所望な輝度及び色で発光装置を駆動させる駆動値を決定する新規な方法、並びに、請求項８に記載の、発光装置を駆動させる駆動値を決定するための、対応する駆動装置によって満たされる。添付の従属項は、本発明に従う有利な実施例を規定する。
【０００９】
本発明の一つの実施例に従うと、所望な輝度及び色で発光装置を駆動させる駆動値を決定する方法であって、前記発光装置が、少なくとも２つの色の複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含み、前記所望な色、及び異なる色のＬＥＤのそれぞれを駆動させるための第１駆動電流に基づき、第１光束重み付け比率を決定するステップと、前記所望な輝度及び前記第１光束重み付け比率に基づき、異なる色のＬＥＤのそれぞれに関する第１光束を決定するステップと、前記異なる色のＬＥＤのそれぞれに関して、前記第１光束を複数の異なる駆動電流に関する定格光束と比較するステップと、前記異なる色のＬＥＤのそれぞれに関して、前記第１光束を少なくとも生成し得る好ましい駆動電流を選択するステップと、前記所望な色及び前記異なる色のＬＥＤのそれぞれに関して選択された前記駆動電流に基づき、第２光束重み付け比率を決定するステップと、前記所望な輝度及び前記第２光束重み付け比率に基づき、前記異なる色のＬＥＤのそれぞれに関する第２光束を決定するステップと、前記選択された駆動電流において前記異なる色のＬＥＤのそれぞれに関するデューティサイクルを決定するステップであって、前記決定されたデューティサイクルにおける前記選択される電流が、前記異なる色のＬＥＤのそれぞれに関して前記第２光束を生成する、ステップと、を有する方法が提供される。
【００１０】
異なる色のＬＥＤは、好ましくは、少なくとも赤色の狭帯域の発光ダイオード、少なくとも緑色の狭帯域の発光ダイオード、及び少なくとも青色の狭帯域の発光ダイオードを含む。しかし、当業者は、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、ポリメトリック発光ダイオード（ＰＬＥＤ）、無機ＬＥＤ、レーザ又はこれらの組み合わせ、並びに広帯域（直接型又は蛍光体変換型）ＬＥＤ及び広帯域（蛍光体変換型）白色ＬＥＤなどの、他の種類の光源も使用することが可能であり得ることを理解する。上述のように発光装置において狭帯域の発光ダイオードを使用することの有利な点は、飽和された色を生成することが可能であることである。しかし、当業者は、広帯域ＬＥＤも、飽和された色を与え得ることを理解する。
【００１１】
更に、本発明は、上述されたような「単色」に対してのみ有益であるだけでなく、例えば、白色ＬＥＤの様々な多数の変更態様（例えば、クールホワイト、ウォームホワイト、及び異なる色温度の白色を有する色点調整可能ランプを作成し得る２つの白色の組み合わせ、並びに、色点調整に関して単色ＬＥＤを使用する白色ＬＥＤの組み合わせも可能である）でも使用され得る。
【００１２】
上述されるように、ＬＥＤによって生成される色（すなわち波長）は、ＬＥＤを駆動させるのに使用される電流レベル／振幅に依存する。したがって、所望な輝度及び色で発光装置を駆動させる駆動値を決定する場合に、本発明に従うと、第１駆動電流、好ましくは、色が知られているＬＥＤのそれぞれに関する最高の特定の駆動電流を選択し、その後、ＬＥＤのそれぞれに関して生成される色に基づき、例えば色空間変換（例えば、ＣＩＥからＲＧＢ色空間変換）などにより、所望な色に対応する光束比率を決定することが好ましい。しかし、最大限の色域を生成する駆動電流を選択することも可能であり得る。
【００１３】
光束重み付け比率及び所望な輝度に基づいて、第１駆動電流レベルでＬＥＤのそれぞれに関する光束を決定することが可能である。ＬＥＤのそれぞれに関するこの光束は、この場合、光束間隔、すなわち所定の限定された数の異なる駆動電流のそれぞれにおいて生成され得る定格レベルと比較される。この限定された数の異なる駆動電流から、少なくとも第１光束を生成し得る所定の駆動電流が選択される。
【００１４】
しかし、所定の駆動電流が第１駆動電流と異なる場合、光束重み付け比率の再計算を実行すること、例えば、ＬＥＤのそれぞれに関する新たに選択された駆動電流及び所望な色に基づき第２光束重み付け比率を決定するなど、が必要である。このことは、第１駆動電流とは異なる駆動電流を選択する場合に発生し得る色シフトが原因である。
【００１５】
この第２光束重み付け比率及び所望な色に基づいて、本発明に従うと、異なる色のＬＥＤのそれぞれに関する第２光束を決定することが可能であり、この第２光束及び所望な輝度に基づき、選択された電流において、異なる色のＬＥＤのそれぞれに関する第２光束を生成する対応するデューティサイクルを決定することが可能である。
【００１６】
従来技術によると、発光装置によって発される光が複数の異なる色のＬＥＤによって生成されるような、所望な色及び輝度で発光装置を駆動させる駆動値を決定する処理は、異なる電流駆動レベル、この場合第１駆動電流レベル、を用いる場合に生成される色シフトを考慮に入れなかった。しかし、本発明は、好ましい駆動電流を決定する必要な計算ステップの数を制限する可能性を提供する。更に、電流レベル及び／又は異なる色のＬＥＤの数の増加は、計算費用をわずかにのみ増加させ得る。本発明の有利な点は、フィードバック制御システムを必要とすることなく、フォワード形式で、適切な駆動電流及びデューティサイクルを選択することが可能であることである。しかし、当然、このようなフィードバック制御システムを含むことも可能である。別の利点は、ＬＥＤを通ずる電流が最小化され、このことは、タイミング及び信号の統合の要件を緩和するだけでなく、より低い基板温度によりＬＥＤの寿命時間が延長されることである（より高い駆動電流振幅は、ＬＥＤのより高い基板温度を与える）。
【００１７】
一般的に、選択された駆動電流及び決定されたデューティサイクルは、異なる色のＬＥＤのそれぞれを駆動させるのに使用され、これにより、発光装置は所望な色及び輝度を生成するようにされる。しかし、当業者に理解されるように、選択される駆動及び決定されたデューティサイクルは、所望な値とはわずかに異なる色及び輝度を生成し得る。この差は、ＬＥＤの経年変化及び／又はＬＥＤの周囲温度に依存し得、色シフトを生じさせ得る。
【００１８】
実施例において、当該方法は、更に、異なる色のＬＥＤに近接して装着される温度センサを用いて測定値を取得するステップと、前記測定値に基づき、前記異なる色のＬＥＤのそれぞれに関して光束及び色を決定するステップと、前記決定された光束及び色に基づき、前記発光装置に関する輝度及び色を決定するステップと、前記所望な輝度及び色と前記決定された輝度及び色との差に基づき、前記異なる色のＬＥＤのそれぞれに関して前記駆動電流及び前記デューティサイクルを、前記発光装置が前記所望な輝度及び色で光を発するように、調整するステップと、を有する。
【００１９】
光感知ユニットを用いて測定値を取得し、前記所望な輝度及び色と前記決定された輝度及び色との差に基づき、前記異なる色のＬＥＤのそれぞれに関して前記駆動電流及び前記デューティサイクルのうちの少なくとも一つを、前記発光装置が前記所望な輝度及び色で光を発するように、調整することも可能であり得る。好ましくは、光感知ユニットは、光束センサ及び／又は色センサのうちの一つを含む。
【００２０】
異なる色のＬＥＤのそれぞれを駆動させる複数の異なる駆動電流は、好ましくは、第１振幅を有する第１駆動信号を生成するために、第１電流源を活性化させるステップと、第２振幅を有する第２駆動信号を生成するために、第２電流源を活性化させるステップと、前記第１駆動信号を前記第２駆動信号へ加えるステップであって、これにより、合成駆動信号を生成するステップと、前記合成駆動信号を前記異なる色のＬＥＤのそれぞれへ供給するステップと、によって提供され、前記合成駆動信号が、前記電流源のうちの一つ若しくは両方が活性化される又はどれも活性化されないか否かに基づき、４つの異なる振幅のうちの１つを仮定し得る。
【００２１】
好ましくは、第２振幅は、第１振幅より低いが、必ずしも、第１振幅が第２振幅の整数倍であるようなＤ／Ａコンバータの通常の実施例と比較して第１振幅の半分ではない。例えば、通常の２ビットＤ／Ａコンバータにおいて、Ｄ／Ａコンバータからの出力は、Ｄ／Ａコンバータからの最大出力の0.0、1/3、2/3及び1.0のステップで提供され得る。２つの電流源を有する上述の実施例は、例えば、最大出力の0.0、0.38、0.62及び1.0などの、任意の出力を有する合成駆動信号を有し得る。しかし、特定の応用例に関して、３つのレベルのみ、0、0.5及び1.0、有することで十分であり得、この場合、2つの電流源間で切り替え得る、又は同一のレベルの２つの供給源（例えば2×0.5）を加え得る。
【００２２】
電流源のそれぞれは、個別のパルス幅変調信号を用いて活性化され得る。このようにして、ＰＷＭ活性化信号は、パルス幅変調（ＰＷＭ）及びパルス振幅変調（ＰＡＭ）に関して同時に使用される。しかし、２つの電流源のみが上記において使用されており、当業者は、実施例が、更に、Ｎ個の電流源が２Ｎ個の電流レベルを生成するように、拡張され得ることを認識する。
【００２３】
別の態様によると、所望な輝度及び色で発光装置を駆動させる駆動値を決定する駆動装置が提供され、前記発光装置が、複数の異なる色の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含み、前記駆動装置が、前記所望な色、及び前記異なる色のＬＥＤのそれぞれを駆動させるための第１駆動電流に基づき、第１光束重み付け比率を決定する手段と、前記所望な輝度及び前記第１光束重み付け比率に基づき、前記異なる色のＬＥＤのそれぞれに関する第１光束を決定する手段と、前記異なる色のＬＥＤのそれぞれに関して、前記第１光束を複数の異なる駆動電流に関する定格光束と比較する手段と、前記異なる色のＬＥＤのそれぞれに関して、前記第１光束を少なくとも生成し得る好ましい駆動電流を選択する手段と、前記所望な色及び前記異なる色のＬＥＤのそれぞれに関して選択された前記駆動電流に基づき、第２光束重み付け比率を決定する手段と、前記所望な輝度及び前記第２光束重み付け比率に基づき、前記異なる色のＬＥＤのそれぞれに関する第２光束を決定する手段と、前記選択された駆動電流において前記異なる色のＬＥＤのそれぞれに関するデューティサイクルを決定する手段と、を備え、前記決定されたデューティサイクルにおける前記選択される電流が、前記異なる色のＬＥＤのそれぞれに関して前記第２光束を生成する。本発明の第２の態様の有利な点は、本質的には、第１態様の有利な点と同一である。
【００２４】
上述の駆動装置は、例えば、複数の異なる色のＬＥＤを含む発光装置を含むバックライトとディスプレイパネルを更に含むディスプレイユニットにおけるコンポーネントとして有利に使用されるが、この実施例に制限されない。ディスプレイパネルは、例えば、テレビ応用例及び／又はモニタ応用例用の直視型ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）又はＬＣＤプロジェクタであり得る。
【００２５】
本発明のこれら及び他の態様は、本発明の現時点において好ましい実施例を示す添付の図面を参照にして以下により詳細に示される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明の実施例に従う調整可能色照明システムを示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明のステップを示すフロー図である。
【図３】図３は、３つの異なる電流レベルで駆動される３つのＬＥＤに関する色点を示すＣＩＥ色空間色度図である。
【図４】図４は、複数の異なる駆動電流を提供するための２つの電流ミラーの好ましい実施例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明は、本発明の現時点において好ましい実施例が示される添付の図面を参照にして以下により完全に示される。しかし、本発明は、多くの異なる形態で実施化され得、本文書で開示される実施例に制限されるように解釈されず、むしろ、これらの実施例は、徹底性及び完全性のために提供され、且つ、本発明の範囲を当業者へ完全に伝達する。同様の参照符号は、文書を通して同様の要素を参照する。
【００２８】
ここで、図面及び特に図１を参照すると、本発明の現時点で好ましい実施例に従い構成される、調整可能色照明システム１００のブロック図が示される。例示的な実施例において、照明システム１００は、赤１０２、緑１０３及び青１０４の色の３つの異なる色の発光ダイオードを含む発光装置１０１を有する。発光装置１０１は、ユーザインターフェイス１０６を介してユーザによって与えられる所望な色及び輝度に基づきＬＥＤ１０２−１０４に関する駆動値を決定するように構成される、例えば、制御器１０５の形態の、駆動装置に接続される。制御器は、更に、所定の駆動値を用いて発光装置１０１を駆動させるように構成される。ユーザインターフェイス１０６は、有線又は無線接続により制御器１０５へ接続され得る。制御器１０５は、決定、校正、及び再計算に関する機能の実行、そしてデータベース問い合わせ（例えばルックアップテーブルを用いて）を実行することが可能である。これらの機能は、更に、図２及び３に対して以下に説明される。
【００２９】
当業者によって理解されるように、当然、３つより多い異なる色の光源を使用することも可能である。更に、ＬＥＤが赤、緑、青、アンバ、白、橙色、紫外線、又は他の色であっても、ＬＥＤの色のいかなる組み合わせも色の色域を生成し得る。本文書において記載される様々な実施例は、発光装置に含まれるＬＥＤの全ての可能な組み合わせを含み、これにより、可変の色、強度、飽和度、及び色温度の光が制御器１０５の制御の下に要求に応じて生成され得る。
【００３０】
調整可能色照明システム１００は、更に、３つのＬＥＤの全てからの光が光感知ユニット１０７に入射するように配置される光感知ユニット１０７と、発光装置の近傍に配置され且つＬＥＤ１０２〜１０４の環境温度及び／又は基板温度を測定するように構成される温度センサ１０８と、を含む。光感知ユニット１０７及び温度センサ１０８からの測定結果は、制御器１０５へ提供される。光感知ユニット１０７は、光束センサ及び／又は色センサを含み得る。光束センサは、担体の光束数を与えるセンサであり、したがって、赤、緑及び青光束を個別に決定することを可能にする駆動・測定スキームを用いて使用される。センサ感受性は、好ましくは、人間の目の感受性に類似している。色センサは、光の色座標（例えば、ＣＩＥ  Ｘ，Ｙ）を与えるセンサであり、したがって、生じる白色又は個別のＲ／Ｇ／Ｂ色の色座標を測定する。
【００３１】
制御機１０５は、マイクロプセッサ、マイクロコントローラ、プログラマブルデジタル信号処理器、又は別のプログラマブル装置を含み得る。制御器１０５は、特定用途集積回路、プログラマブルゲートアレイ、アレイプログラマブルアレイロジック、プログラマブルロジック装置、又はデジタル信号処理器も含む、又は代わりに含む。制御器１０５がマイクロプロセッサ又は上述のマイクロコントローラなどのプログラマブル装置を含む場合、処理器は、更に、プログラマブル装置の動作を制御する計算機実行可能コードを含み得る。
【００３２】
ユーザインターフェイス１０６は、制御器１０５によって読み取られるべき信号又は電圧を生成し得る、ボタンおよび調整可能な制御などの、ユーザ入力装置を含み得る。電圧は、ハイおよびローのデジタル状態に対応するデジタル信号であり得る。電圧がアナログ電圧の形式の場合、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）は、電圧を使用可能なデジタル形式に変換するために使用され得る。Ａ／Ｄからの出力は、その後、制御器１０５にデジタル信号を供給し得る。
【００３３】
本発明の現時点で好ましい実施例の方法のステップは、図２及び図３を参照にして説明され、図２はフローチャートを示し、図３は、３つの異なる電流レベルで駆動される場合に図１とは異なる色のＬＥＤに関する色点、ＣＲ１〜３、ＣＧ１〜３及びＣＢ１〜３を示すＣＩＥ(International  Commission  on  Illumination)を例示する。図３において、外側馬蹄状曲線３００は、可視光スペクトルの色（単色光の色点）に対応する。
【００３４】
本発明のステップは、第１ステップＳ１において初めにユーザがユーザインターフェイス１０６を用いて所望な色及び所望な輝度（すなわち、全体輝度及び全体色を表す設定点）を選択する例を用いて説明される。本発明において、ユーザは、図３において色点によって表わされる白色色点を選択していた。当業者は、別の実施例において所望な色及び所望な輝度が別の電気システムなどを用いて選択され得ることを理解する。このような実施例の１つの例は、本発明に従う方法が、ディスプレイユニットにおけるディスプレイパネルと一緒に含まれるバックライトにおける発光装置を制御するように使用されることであり得る。このような場合、所望な色及び輝度は、ディスプレイユニットに表示されるように意図される画像を用いて提供され得る。
【００３５】
ステップＳ２において、制御器１０５は、所望な色及び輝度を受け取り、所望な色及び異なる色のＬＥＤのそれぞれを駆動させるための第１駆動電流に基づき、第１光束重み付け比率を決定する。図３において、第１駆動電流における異なる色のＬＥＤのそれぞれに関する対応する色点は、ＣＲ１、ＣＧ１及びＣＢ１で記される。図３における図に示され得るように、３つの色点ＣＲ１、ＣＧ１、及びＣＢ１は、ユーザによって選択される色点を取り囲む三角形３０１を形成するので、第１駆動電流を用いて３つの全てのＬＥＤ１０２〜１０４をオンにすることによってユーザ選択色点３０１を生成することが可能であり、第１駆動電流は、一般的に、可能な最大全体駆動電流を生成する駆動電流である。この電流レベルは、通常、ＬＥＤに関する最高許容電流レベルであるが、別の任意の電流レベルを使用することも可能であり得る。たとえば、ディスプレイが最大可能色域を有するために、最大可能「色三角形」を有する電流レベルが、第１電流レベルとして使用され得る。
【００３６】
第１光束重み付け比率は、例えば、ＣＩＥからＲＧＢへの色空間変換などの、色空間変換を実行することによって決定される。この変換は、当業分野においてよく知られている処理である、ルックアップテーブルを使用することによって、又は行列計算を実行することによって完了され得る。
【００３７】
例えば、
光束重み付け比率＝Ａ×赤＋Ｂ×青＋Ｃ×緑
であり、ここでＡ＋Ｂ＋Ｃ＝１であり得る第１光束重み付け比率に基づき、ステップＳ３において、所望な輝度及び第１光束重み付け比率に基づき、異なる色のＬＥＤのそれぞれに関する第１光束を決定することが可能である。
【００３８】
この場合、異なる色のＬＥＤのそれぞれに関する第１光束は、ステップＳ４において、対応する異なる色点を有する複数の異なる駆動電流に関する定格光束と比較される。図３において、２つの異なる駆動電流が、異なる色のＬＥＤのそれぞれ、すなわちＣＲ２〜３、ＣＧ２〜３及びＣＢ２〜３に関する２つの追加的な色点によって表わされる。図３において示されるように、個別のＬＥＤが出力する色は（電流が上昇するとより長い波長へ）変化し、異なる色のＬＥＤの相対的光出力レベルは変化し、たとえば白色などの混合光の色を、同一の混合比率が使用される場合に漂遊させる。
【００３９】
ステップＳ５において、少なくとも第１光束を生成し得る、好ましい駆動電流が選択される。上述されるように、これらの好ましい駆動電流に関する対応する色点がユーザによって選択される色点３０１を取り囲む三角形を形成することが必要である。
【００４０】
選択される駆動電流が、異なる色のＬＥＤのそれぞれに関する第１駆動電流とは異なる場合、ステップＳ６において、所望な色、及び異なる色のＬＥＤのそれぞれに関する選択された駆動電流に基づき、第２光束重み付け比率を決定する必要がある。このことは、異なる駆動電流が色シフトを生成させる、すなわち色点が第１駆動電流においてＬＥＤによって発される色と比較して、ＣＩＥ色空間図において異なって位置される、という事実が原因である。
【００４１】
新しい第２光束重み付け比率及び所望な輝度に基づき、異なる色のＬＥＤのそれぞれに関する第２光束が、ステップＳ７において決定される。このステップは、一般的に、上述のステップＳ３と同様な手法で実行される。
【００４２】
異なる色のＬＥＤのそれぞれに関して決定された第２光束で光を生成することを可能にするために、選択される駆動電流における異なる色のＬＥＤのそれぞれに関するデューティサイクルは、ステップＳ８において決定される。１００％より小さいデューティサイクルは、ＬＥＤに関する減光、すなわちＬＥＤが、より低い知覚輝度で光を発する。決定されたデューティサイクルにおける選択された駆動電流は、異なる色のＬＥＤのそれぞれに関する第２光束を生成する。
【００４３】
最終的に、ステップＳ９において、異なる色のＬＥＤのそれぞれは、発光装置１０１がユーザによって選択された色及び輝度で光を発するように、決定されたデューティサイクルで選択された電流を用いて駆動される。
【００４４】
しかし、当業者によって理解されるように、所定の通常温度と比較した周囲温度及び／または基板温度の差などの、経年変化及び温度変化は、色におけるシフトも生成し得る。したがって、デューティサイクル、更に異なる色のＬＥＤのすくなくとも１つの選択される電流レベルを、更にレギュレートする必要があり得る。
【００４５】
このような制御システムに関するフィードバック信号は、光感知ユニット１０７を用いて提供される。光束センサが使用される場合、測定値は、ＬＥＤのそれぞれに関する対応する色点へ変換され、先立って計算された色点と比較される。しかし、色センサが使用される場合、センサによる読み取りが直接適用され得る。差が第１所定しきい値よりも大きい場合、ＬＥＤ１０２〜１０４へ供給される選択された駆動電流のデューティサイクルは、所望な色及び輝度と「本当の」色及び輝度との間の差を最小化するように適宜調整される。差が第１しきい値よりも高い第２しきい値よりも大きい場合、異なる駆動電流を選択することも必要であり得る。この場合、照明システム１００に関する光束重み付け比率を再計算する必要があり得る。更に、差の最小化に関して、例えば、ＰＩＤ（proportional  integral-derivative）制御器などが使用され得る。当業者によって理解され得るように、光感知ユニット１０７が受動型コンポーネントである場合、常に有効化されてあり得、制御器１０５は、所定の時間間隔で光感知ユニット１０７を「サンプリング」し得る。デューティサイクルの調整、及び、必要な場合、異なる駆動電流の決定は、周囲温度、基板温度及び経年変化における変化を補償するために、適切な時間間隔で（例えば、１分に一度又は１時間に一度）繰り返され得る。周囲及び／又は基板温度は、この場合、温度センサ１０８を用いて提供される。
【００４６】
温度センサは、温度（ヒートシンク温度、環境温度）を測定するのに使用され、この温度は、直接使用される、又は、推定されるＬＥＤジャンクション温度を計算するのに使用される。導出される温度は、この場合、異なる色のＬＥＤの光束出力を推定する、及び／又は色点を推定するのに使用され、この場合、これらは、ＬＥＤ駆動デューティサイクルを補正するためにフィードフォワード色制御システムにおいて使用される。光束センサを存在させることなく、少なくとも光束推定に関して及び任意選択的にＬＥＤ色点推定に関しても使用される。しかし、光束センサも使用される場合、温度センサは、色点シフトを推定するのに使用され得る。温度センサ、光束センサ及び色センサのいかなる組み合わせも使用され得る。
【００４７】
好ましい制御システムの一例は、C.Hoelenらによる、SPIE  conference  2006にて発表された"Color  tunable  LED  spot  lighting"において開示されている。
【００４８】
図４において、複数の異なる駆動電流をＬＥＤ４００へ供給する２つの電流ミラー４０１・４０２を含む回路図が示される。ＬＥＤ４００は、図１におけるＬＥＤ１０２〜１０４のうちの一つであり得る。電流ミラー４０１・４０２のそれぞれは、個別のＰＷＭ入力４０３・４０４をそれぞれ有する。電流ミラー４０１・４０２のそれぞれは、電流Ｉ１及びＩ２を生成し、これらは、ＬＥＤ４００において、ＬＥＤ４００を通ずる電流レベルがＰＷＭ入力４０３・４０４に依存して０、Ｉ１、Ｉ２又はＩ１＋Ｉ２になり得るように合計される。ＰＷＭ入力４０３・４０４は、上述の所定のデューティサイクルにおいて多重電流振幅レベルで発光装置に含まれる複数のＬＥＤを駆動させる上述の方法に従い、パルス幅変調及びパルス振幅変調の両方に関して使用される。
【００４９】
当業者は、決して本発明が上述の好ましい実施例に制限されないことを理解する。一方で、多くの修正態様及び変更態様が添付の請求項の範囲内で可能である。例えば、光に関して、追加的に混合された色の広い色域を生成する能力に起因して、赤、緑及び青の混合が、提案されているが、このようなシステムの一般的な色品質又は演色能力は全ての応用例に関して必ずしも理想的ではない。このことは、原理的には、現在の赤、緑及び青の発光装置の狭い帯域が原因である。しかし、より広い帯域は、例えば、標準ＣＲＩ指数により測定される、良好な演色を可能にする。特定の場合において、このことは、現在入手可能でないＬＥＤスペクトル出力を必要とし得る。しかし、光のより広い帯域の光源が入手可能になり、このようなより広い帯域の光源が本文書で述べられる発光装置に関する光源として含まれることは知られる。
【００５０】
ディスプレイに関するバックライト応用例に関して、重要な性能パラメータは、電力消費、白点値及び変動、並びに色域（三角寸法）であり、高級テレビ及びモニタ応用例に関しては、赤、緑、及び青のＬＥＤが好まれ、より狭い帯域の直視型発光器又は蛍光体変換光源のいずれかである。
【００５１】
一般照明応用例に関して、色三角形の寸法はあまり重要ではないが、演色性が重要である。この場合、広い帯域の（蛍光体変換）白色ＬＥＤが、狭い帯域の赤、緑及び青のＬＥＤとともに使用され、これにより、色点を調整可能にする。演色性能を向上させるために、アンバ（Ａ）ＬＥＤを、赤、緑及び青のＬＥＤに並べて使用することも可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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