(57)【要約】  色バランスの取れた固体バックライト（１５）は、個々の色を光検出器に示す固体ランプに変調パターン（９４、９６、９８）を与えることにより、単一の光検出器（４２）を用いて各色のフィードバック制御を提供する。光検出器信号は、ディスプレイの広い平均輝度範囲より小さい瞬間的輝度の狭い範囲にわたり色バランスを制御するフィードバックを提供して、広い平均輝度範囲にわたる適正な色バランスを提供する。
2009524909.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々異なる色の光を提供する、１組の固体ランプの群（２６、２８、３０）と、
前記群のすべてからの光を受光して、測定信号（６６、６８、７０）を生成するように位置決めされた光検出器（４２）と、
各群と通信して、
（ｉ）前記群が一緒に付勢されて、所定の色および輝度の多スペクトルバックライト光源を提供する第１の期間（９０）中、および
（ｉｉ）前記群が個々に変調されて、各色の相対強度を明示する測定信号を提供する第２の期間（９２）中に、
各群からの光の輝度を変調する変調器（３８）と
を備え、
前記変調器が、前記第２の期間から得られる前記測定信号により判定されるパルスオン時間電流を用いて、前記第１の期間中に前記ランプのパルス幅制御を提供するバックライトシステム（１５）。
【請求項２】
前記第１の期間が前記第２の期間より９倍以上長い請求項１に記載のバックライトシステム。
【請求項３】
前記第２の期間中に、各群のランプが順次付勢される一方で、残りの群のランプは付勢されない請求項１に記載のバックライトシステム。
【請求項４】
前記第２の期間中に複数群のランプが同時に付勢される請求項１に記載のバックライトシステム。
【請求項５】
前記ランプが前記第２の期間中に付勢される時間の一部で、前記測定信号をサンプリングするサンプリング回路（７２、７４、７６）を含む請求項１に記載のバックライトシステム。
【請求項６】
前記変調器が前記各色の相対強度を制御して、前記第１の期間中に前記所定の色を提供する請求項１に記載のバックライトシステム。
【請求項７】
前記変調器が群毎に別々のフィードバック経路（６６、６８、７０）を提供する請求項６に記載のバックライトシステム。
【請求項８】
前記第１の期間中に用いる、前記第２の期間から得られる色毎の前記測定信号を記憶するメモリ回路（５８）をさらに含む請求項１に記載のバックライトシステム。
【請求項９】
前記群のランプの輝度を一緒に制御する第１の変調信号（５０、５１、５３）および第２の変調信号（５２、５４、５６）を前記変調器に提供するコントローラ（４８）をさらに含み、前記第１および第２の変調信号が、前記光検出器からの前記測定信号とは関係なく、所望の輝度信号（４０）から導出される請求項１に記載のバックライトシステム。
【請求項１０】
前記群のランプの輝度を個々に制御する第３の変調信号（３２、３４、３６）を提供する少なくとも１つのフィードバック回路をさらに含み、前記第３の変調信号が前記第２の変調信号および前記光検出器からの前記測定信号から導出される請求項９に記載のバックライトシステム。
【請求項１１】
前記変調器が、前記第１の変調信号に応じた前記ランプのデューティサイクル変調、および前記第２の変調信号に応じた前記ランプの連続電流制御を提供する請求項９に記載のバックライトシステム。
【請求項１２】
前記第１の変調信号が前記所望の輝度信号の高域（８３）中に、前記ランプの輝度を制御するように変化するとともに、前記第２の変調信号が前記所望の輝度信号の低域（８１）中に、前記ランプの輝度を制御するように変化する請求項９に記載のバックライトシステム。
【請求項１３】
各群の複数のランプからの光を前記光検出器に提供する光スプレッダ（２４）をさらに含む請求項１に記載のバックライトシステム。
【請求項１４】
前記所定の色および輝度が白色である請求項１に記載のバックライトシステム。
【請求項１５】
前記１組の固体ランプに隣接して位置決めされた光拡散板（１８）と、前記光拡散板の前記固体ランプと反対側に配置されたＬＣＤ画面（１２）とをさらに含む請求項１に記載のバックライトシステム。
【請求項１６】
各々異なる色の光を提供する、１組の固体ランプの群（２６、２８、３０）と、
前記固体ランプの群からの光を受光して、少なくとも１つの測定信号（６６、６８、７０）を生成するように位置決めされた少なくとも１つの光検出器（４２）と、
各群と通信して、
（ｉ）前記群が、所定の色および輝度の多スペクトルバックライト光源を提供するように制御され、前記輝度が、前記群のパルス幅変調により制御される照明期間（９０）中、および
（ｉｉ）前記群が、各色の相対強度を明示する測定信号を提供するように制御される、前記照明期間とは別の測定期間（９２）中に、
各群からの光の輝度を変調する変調器（３８）と
を備え、
前記変調器が、前記測定期間中に作成された測定信号に応じた前記照明期間中の各ランプへの最大電流の制御により、前記群の輝度を制御するバックライトシステム（１５）。
【請求項１７】
各々異なる色の光を提供する、１組の固体ランプの群（２６、２８、３０）と、
前記固体ランプからの光を受光して、少なくとも１つの測定信号（６６、６８、７０）を生成するように位置決めされた少なくとも１つの光検出器（４２）と、
各群と通信して、
（ｉ）測定信号に関係なく所望の輝度信号に応じて前記固体ランプのデューティサイクルを制御すること、および
（ｉｉ）前記測定信号に応じて前記固体ランプの電流を制御することにより、
前記群からの光の輝度を変調して、輝度範囲にわたりバックライト輝度を変動させる変調器（３８）と
を備えるバックライトシステム（１５）。
【請求項１８】
各々異なる色の光を提供する、１組の固体ランプの群（２６、２８、３０）と、
前記群のすべてからの光を受光して測定信号を生成するように位置決めされた、少なくとも１つの光検出器（４２）と、
各群と通信して、
（ｉ）前記測定信号に関係ない第１の輝度範囲中の前記固体ランプのデューティサイクル変調、
（ｉｉ）前記第１の範囲未満の第２の輝度範囲中の前記固体ランプの電流変調、および
（ｉｉｉ）前記測定信号を用いるフィードバック制御による前記電流変調のさらなる制御を用いて、
前記群からの光の輝度を変調して、輝度範囲にわたりバックライト輝度を変動させる変調器（３８）と
を備える高ダイナミックレンジ固体バックライト（１５）。
【請求項１９】
前記第１の輝度範囲が１０００：１を超えるとともに、前記第２の輝度範囲が１０００：１未満である請求項１８に記載の高ダイナミックレンジ固体バックライト。
【請求項２０】
前記第１の輝度範囲および第２の輝度範囲が、１フィートランバート未満の輝度レベルで分割される請求項１８に記載の高ダイナミックレンジ固体バックライト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
連邦政府の支援による研究または開発に関する記載
関連出願の相互参照
本出願はＰＣＴ出願であるとともに、広い照明範囲を有する色バランスの取れた固体バックライト（Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｃｏｌｏｒ−Ｂａｌａｎｃｅｄ  Ｂａｃｋｌｉｇｈｔ  ｗｉｔｈ  Ｗｉｄｅ  Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  Ｒａｎｇｅ）と題された、２００６年１月２４日に出願された米国特許出願第１１／３３８，３１５号明細書に対する優先権を主張するものであり、その開示を本明細書に引用して援用する。
【０００２】
本発明は、液晶ディスプレイを用いるような機器用バックライト、特に航空電子工学に適し、且つ複数の有色光源からの光の組み合わせにより形成される色バランスの取れた白色出力で広い輝度範囲を提供するバックライトに関する。
【背景技術】
【０００３】
液晶ディスプレイ（「ＬＣＤ」）画面を用いるようなグラフィックディスプレイは、画素素子の領域を提供し、画素素子の各々は、例えば下にあるバックライトからの光を遮断するか、または通過させるように個々に制御され得る。
【０００４】
ＬＣＤ画面と一緒に用いる一般的なバックライトは、１つまたは複数の蛍光管によりエッジ照明または背面照明される透明パネルを提供する。エッジ照明設計では、パネルの反射背面は、パネルの前面に位置決めされたＬＣＤ画面に向けてエッジ照明を指向する。パネルの反射背面はＬＣＤ画面の裏側に均等領域照明を生成するように漸変されて、蛍光管の距離によって固有の輝度減少を補償し得る。
【０００５】
蛍光管はカラーＬＣＤ画面を背面照明するのに適した広域色スペクトル出力を提供する比較的高い効率の光源を提供し、良好な色表現を得るために、赤色、緑色および青色光成分に関連する画素を均等に照明しなければならない。
【０００６】
背面照明ＬＣＤ画面が航空電子工学用途で用いられる場合、明るい太陽光および非常に低い光レベルの両方で且つ幅広い周囲温度の範囲にわたって、アビオニクスディスプレイを容易に読み取り可能にするために幅広い照明出力が望ましい。微光状況では過剰な照明は暗順応および暗視ゴーグルまたは同様の器具を妨げる恐れがある。
【０００７】
蛍光管は航空電子工学用途において、高電圧電源の必要性、ガラス管の易損性、予想外に故障する傾向、低周囲温度での低効率、および輝度レベルを変化させる能力の限界を始めとする多数の欠点を有する。これらの理由のため特に航空電子工学および他の要求の厳しい用途において蛍光管の代わりとして発光ダイオード（「ＬＥＤ」）を用いることが知られている。カラーＬＣＤ画面に必要な多スペクトル出力を提供するために、このようなＬＥＤバックライトは赤色、青色および緑色ＬＥＤのクラスタを提供する。ＬＥＤの各色は輝度が別々に制御され得ることが好ましい。これらの異なる色のＬＥＤが適正な相対輝度で一緒に付勢されると、それらは人間の眼に実質的に白色に見える光を生成する。
【０００８】
ＬＥＤの各々の相対輝度は通常、白色光を提供する適正な色バランスを得るように電子的に調整されなければならない。バックライトの輝度が変動する際にこの色バランスを維持することは、ＬＥＤの異なる色の各々に関する光出力と電流との間の異なるとともに非線形であることが多い関係のため、困難である場合がある。つまり所与の範囲にわたり色毎にＬＥＤに提供される電流の均一な変化は、バックライトの色ずれを生じる傾向がある。輝度を電流に対して関連付ける関数は、ＬＥＤの温度および経年とともに変化する可能性があり、幅広い照明範囲にわたり色バランスを維持しようとする試みをさらに複雑にする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、１色に１つずつの１組のフィードバックループによって広い照明範囲にわたり色バランスを維持する、色バランスの取れたＬＥＤバックライトを提供する。フィードバックループ毎の光出力の検出は、第１の期間中にＬＥＤの「測定変調」により色を識別して各色を分離して示す単一の光検出器しか必要としない。例えばこの第１の期間中に１色のみのＬＥＤが同時に付勢される。測定変調中に判定された各色の輝度は保持されて測定変調後に、第２の期間中にＬＥＤが同時に付勢されるときにＬＥＤを制御するために用いられる。
【００１０】
この短い測定変調期間は、経年劣化または低下し得る多数の光検出器上のカラーフィルタの必要性、あるいは多数の光検出器からの信号のバランスを取る、または異なる光検出器の経年および温度により生じるそれらの信号の変動を補正する必要性をなくす。ＬＥＤのフィードバック制御は、ＬＥＤの開ループパルス幅変調と組み合わせることにより、非常に広い照明範囲を可能にする一方で、かなり狭いフィードバック色制御により強化される正確な色バランスを保持する。より狭いフィードバック範囲は、より狭い範囲であるがより高い精度を有する光検出器の使用を可能にする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
具体的には本発明は、各々異なる色の光を提供する、１組の固体ランプの群を有するバックライトを提供する。光検出器はすべての群からの光を受光するように位置決めされているとともに、各群と通信する変調器が、群が一緒に付勢されて所定の色および輝度の多スペクトルバックライトを提供する第１の期間中、および群が独立して励起されて各色の相対輝度を明示する測定信号を提供する第２の期間中に、各群からの光の輝度を変調する。
【００１２】
そのため本発明の少なくとも１つの実施形態の目的は、各色に関連する分離フィルタまたは多数の光検出器を必要とすることなく各色群から光の測定を提供することである。光源の変調を用いて色を分離することにより、単一の光検出器を用いて設計を単純化するとともに、多数の検出器間の較正または補償する必要性を回避し、さらにはフィルタのコストおよび費用ならびにそれらの時間および温度による劣化の可能性を排除し得る。
【００１３】
第１の期間が第２の期間より９倍を超えて長くてもよい。
【００１４】
そのため本発明の少なくとも１つの実施形態の目的は、各別々の色群毎の光出力を明示するが、例えば各色が合計時間の３分の１で付勢される場合には、バックライトの合計出力には大きく影響しない変調を提供することである。
【００１５】
第２の期間中に、各群のランプが順次付勢される一方で残りの群のランプは付勢されない。
【００１６】
そのため本発明の少なくとも１つの実施形態の目的は、ランプ群毎の光出力の非常に単純な測定を提供することである。
【００１７】
あるいは第２の期間中に複数群のランプが同時に付勢される。
【００１８】
そのため本発明の少なくとも１つの実施形態の目的は、色群に対する分離強度が代数的に導出され得る代替実施形態を提供することである。
【００１９】
本発明は第２の期間中の各ランプの順次照明時間の一部で、測定信号をサンプリングするサンプリング回路を含み得る。
【００２０】
そのため本発明の少なくとも１つの実施形態の目的は、短変調パルスによって第２の期間の長さを最小限に抑える一方で、アーティファクト測定信号立ち上がりおよび立ち下がり時間を排除することである。
【００２１】
本発明は第２の期間中に判定された色の相対強度により変調器を制御して、所定の色を提供するフィードバック回路をさらに含んでもよい。
【００２２】
そのため本発明の少なくとも１つの実施形態の目的は、バックライトの継続的色補正を提供することである。
【００２３】
フィードバック回路は群毎に別々のフィードバックループを提供してもよい。
【００２４】
そのため本発明の少なくとも１つの実施形態の目的は、異なる色のＬＥＤの特性の変化に適応する色補正を可能にすることである。
【００２５】
回路がメモリ回路、例えば第１の期間中に用いる群の相対強度を記憶するサンプリング・保持回路を含んでもよい。
【００２６】
そのため本発明の少なくとも１つの実施形態の目的は、色バランスの測定時間を照明時間から分離して、バックライトの合計輝度の変化から色測定妨害を回避することである。
【００２７】
本システムは、輝度を制御する共有変調信号および色を制御する色特定変調信号を変調器に提供するコントローラを含んでもよい。
【００２８】
そのため本発明の少なくとも１つの実施形態の目的は、広い輝度範囲にわたり色バランスの独立制御を提供することである。
【００２９】
変調器は、第１の信号に応じたランプのデューティサイクル変調、および第２の信号に応じたランプの電流制御を提供する
【００３０】
そのため本発明の少なくとも１つの実施形態の他の目的は、より広い輝度制御範囲（パルス高および幅により決定される）にわたる色制御（パルス高により決定される）において、限定されたフィードバック範囲しか必要としないことである。
【００３１】
コントローラは第１の輝度範囲中にランプのデューティサイクル制御、および第１の範囲より暗い第２の輝度範囲中のランプの電流制御を用いてもよい。
【００３２】
本発明の少なくとも１つの実施形態の他の目的は、低輝度レベルに対してデューティサイクル変調を限定することにより、測定変調期間を保持することである。
【００３３】
これらの具体的な目的と利点とは特許請求の範囲にあるいくつかの実施形態にのみ当てはまり、そのため本発明の範囲を規定しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
ここで図１を参照するとアビオニクスディスプレイ１０は、例えばケーブル１４によってアビオニクス電子機器１６に取り付けられた透過型液晶ディスプレイ（「ＬＣＤ」）１２を含み得る。アビオニクス電子機器１６は例えば、飛行機内のセンサから受信したデータ１７に基づいて、指示計器等のグラフィック表示を生成するアビオニクスディスプレイ１０に信号を提供し得る。
【００３５】
ＬＣＤ画面１２は３色、つまり赤色、緑色および青色毎に複数の電子制御可能な画素を提供し、多スペクトル、好適には白色または白色に近い光により背面照明されるとカラー表示を提供する。
【００３６】
ＬＣＤ画面１２の背後に位置決めされているのは、拡散板１８と、ＬＥＤアレイ２０とで構成されるバックライト１５である。ＬＥＤアレイ２０とＬＣＤ画面１２との間に位置決めされている拡散板１８は、ＬＥＤアレイ２０内の多数の点光源ＬＥＤからの光を広げる役目をする。拡散板１８は例えば、選択的視野角に向けて光を平行にするまたは指向するレンズまたはホログラフィックスクリーンも含み得る。
【００３７】
また図２を参照するとＬＥＤアレイ２０は、例えばＬＣＤ画面１２の領域と同一の大きさの鏡面平面にわたる規則的格子上に配列された１組の多ＬＥＤユニット２２を保持する。多ＬＥＤユニット２２の格子の周囲の直立鏡面側壁２４は拡散板１８に向かって開口する筐体を提供し、拡散板１８は多ＬＥＤユニット２２からの光を筐体内で均一に拡散して、より均等な照明領域を提供する役目をする。
【００３８】
多ＬＥＤユニット２２の各々はそれぞれ、赤色ＬＥＤ２６、緑色ＬＥＤ２８、および青色ＬＥＤ３０を含み得る。一致する色の赤色ＬＥＤ２６、緑色ＬＥＤ２８、および青色ＬＥＤ３０はグループ化されるとともに、直列または好適には並列に共通配線されて単一色の独立群として制御可能である。このため例えば多ＬＥＤユニット２２の各々の赤色ＬＥＤ２６は、赤色制御ライン３２（電源および帰線用の２つの導体を提供する）に配線されて、一群として制御可能である。同様に多ＬＥＤユニット２２の各々の緑色ＬＥＤ２８は、緑色制御ライン３４により制御されるように接続されるとともに、多ＬＥＤユニット２２の各々の青色ＬＥＤ３０は、青色制御ライン３６により制御されるように接続されており、各々他の群と独立して一群として制御可能である。制御ライン３２、３４および３６の各々はコントローラ３８により受容され、コントローラ３８は輝度信号４０も受信するとともに、制御ライン３２、３４および３６に電気信号を提供して、拡散板１８およびＬＥＤアレイ２０で形成されるバックライト１５の輝度および色を制御する。
【００３９】
図２を参照すると光検出器４２、例えばフォトダイオードが直立した反射性且つ好適には鏡面側壁２４により形成された反射室内に位置決めされて、多ＬＥＤユニット２２の複数からの光４４を受光し得る。光検出器４２はリード線４６に取り付けられて、多ＬＥＤユニット２２の多くから供給される筐体内の光の輝度を表わす測定信号を提供する。光検出器４２は一般にＬＥＤ２６、２８および３０からの異なる色の光の各々に対して多スペクトル感応性であり、それに比例する電気信号を提供する。
【００４０】
図３を参照するとコントローラ３８は概してプロセッサ４８を採用し得るが、プロセッサ４８は好適な実施形態において、記憶されたプログラムを実行するマイクロコントローラであるが、場合によっては個々の回路またはプログラム可能なゲートアレイである。プロセッサ４８は輝度信号４０を受信して、２つの別個の組の変調信号を提供する。第１の組は、第１の期間中にバックライト１５の所望の輝度に比例する変動オン時間を有する二値信号を提供するとともに、第２の期間中に後述の測定変調を提供する、赤色、緑色および青色二値制御信号５０、５１および５３である。第２の組の変調信号は、ＬＥＤ２６、２８および３０の各々の所望の相対輝度を表わすアナログまたは連続信号を提供する、赤色、緑色および青色アナログ制御信号５２、５４および５６である。
【００４１】
一般に以下に説明するようにプロセッサは、メモリ５８内、プロセッサ４８内に記憶されている、またはポテンショメータ等を介してその回路に組み込まれている所望の色バランスに従って、アナログ赤色、緑色および青色アナログ制御信号５２、５４および５６の初期相対値を設定する。輝度信号がバックライト１５が高光出力を有さなければならないことを示す高い値を有する場合、アナログ赤色、緑色および青色アナログ制御信号５２、５４および５６の値は基本的に一定を保ち、輝度は赤色、緑色および青色二値制御信号５０、５１および５３のオン時間を変化させることにより変更される。微光レベルの場合、赤色、緑色および青色アナログ制御信号５２、５４および５６を、均等割合調整により変化させて非常に軽微な光制御を提供する。
【００４２】
さらに図３を参照すると赤色、緑色および青色アナログ制御信号５２、５４および５６の各々は、対応する加算接合部６０、６２および６４にコマンド入力を提供し、加算接合部は色毎の別々のフィードバックループを実施するとともに、赤色、緑色および青色アナログ制御信号５２、５４および５６がサンプリングされたフィードバック信号６６、６８および７０と比較された時の誤差信号を生成する。サンプリングされたフィードバック信号６６、６８および７０は、それぞれ対応するサンプリング・保持回路７２、７４および７６から受信され、サンプリング・保持回路７２、７４および７６は以下に説明するように光検出器４２の出力を受信してその光出力信号をサンプリングする。
【００４３】
加算接合部６０、６２および６４からの誤差信号は、ゲート電流増幅器７８、８０および８２により受信されるが、ゲート電流増幅器７８、８０および８２は赤色、緑色および青色デューティサイクル二値制御信号５０、５１および５３も受信し、赤色、緑色および青色デューティサイクル二値制御信号５０、５１および５３はゲート電流増幅器７８、８０および８２をゲート制御して、制御ライン３２、３４および３６への、最終的にはＬＥＤ２６、２８および３０の群への輝度信号を遮断または通過させる。
【００４４】
一般に上述したように形成されるフィードバックループは、経年劣化、温度の影響およびＬＥＤ２６、２８および３０の固有の非線形性に関係なく、ＬＥＤ２６、２８および３０の群へ調整出力を提供するのに役立つ。なお光検出器４２からのサンプリングされたフィードバック信号６６、６８および７０は、局所的フィードバックループ内でのみ用いられるが、プロセッサ４８に提供されず、または二値制御信号５０、５１および５３またはアナログ赤色、緑色および青色アナログ制御信号５２、５４および５６を変調するためにプロセッサ４８により用いられることはない。このことはＬＥＤ２６、２８および３０の所与の群の輝度が、赤色、緑色および青色デューティサイクル二値制御信号５０、５１および５３、ならびに場合によってはゲート電流増幅器７８、８０および８２により一定量増幅されるような加算接合部６０、６２および６４からの誤差電圧の両方に依存するとしても当てはまる。
【００４５】
ここで図４を参照するとバックライト１５の輝度は２０，０００：１の範囲にわたり、好適な実施形態ではおよそ０．０１フィートランバート〜２００フィートランバートまで変動し得る。プロセッサ４８は輝度信号４０に依存する２つの変調レジメ８１および８３の一方を用いることによりこの動作範囲を提供する。変調レジメ８１および８３の境界は変更可能であるが、好適な実施形態では０．０１〜０．２フィートランバートの範囲に対して、赤色、緑色および青色アナログ制御信号５２、５４および５６の振幅８４を均一に調整する（一定パルス幅８６を例えば０に保持する）ことにより、第１の微光レジメ８１において輝度変化が得られる。このため所望の色バランスのために設定されるような赤色、緑色および青色アナログ制御信号５２、５４および５６の異なる値に、共通倍率を乗じる。ＬＥＤ２６、２８および３０間で異なるとともにこの微光レジメ８１の色バランスの僅かなずれを生じ得る非線形性はフィードバックにより制御される。
【００４６】
輝度信号４０が０．２フィートランバートを超える輝度を命令する場合、第２の明光レジメ８３では赤色、緑色および青色アナログ制御信号５２、５４および５６は振幅８４が一定に保持されるとともに、赤色、緑色および青色デューティサイクル二値制御信号５０、５１および５３を用いてデューティサイクルのパルス幅８６、パルス幅、またはパルス密度タイプ変調を変更する。
【００４７】
ここで図３および図５を参照すると、ＬＥＤ２６、２８および３０の群毎に独立フィードバックループを提供するために、光検出器４２からのライン４６上の信号は、ＬＥＤ２６、２８および３０の各群の輝度の別々の測定値を提供するように処理されなければならない。そのため赤色ＬＥＤ２６の群のフィードバック制御は緑色および青色光から分離した赤色光の測定値を必要とし、同様に緑色ＬＥＤ２８の群のフィードバック制御は赤色および青色光から分離した緑色光の測定値を必要とするとともに、青色ＬＥＤ３０の群のフィードバック制御は緑色および赤色光から分離した青色光の測定値を必要とする。
【００４８】
好適な実施形態においてこの光検出器４２からの測定信号の別々の色測定値への分解は、赤色、緑色および青色デューティサイクル二値制御信号５０、５１および５３を用いて、分離輝度変調期間９０および測定変調期間９２を提供することにより行われる。輝度変調期間９０中、二値制御信号５０、５１および５３の各々は、バックライト１５の平均照明を制御するために輝度信号４０に比例するオン時間割合を変更する、ＬＥＤ２６、２８および３０の群の同一デューティサイクル変調を提供する。
【００４９】
これに対して測定変調期間９２中はデューティサイクル変調は提供されないが、順に１つではなくＬＥＤ２６、２８および３０の群のすべてからの光が抑制される。このため測定変調期間９２中、まず赤色ＬＥＤ２６の群のみが二値制御信号５０を用いて短パルス９４に対して作動される。次に二値制御信号５１の短パルス９６が緑色ＬＥＤ２８のみを作動し、その後二値制御信号５３のパルス９８が青色ＬＥＤ３０のみを作動する。
【００５０】
光検出器４２はそのため測定変調期間９２中に３つの対応パルス９４’、９６’および９８’を提供し、各パルス９４’、９６’および９８’は高さが１つに群の光出力に、そのためそれぞれＬＥＤ２６、２８および３０の単一色に比例する。プロセッサ４８は捕獲信号（図示せず）をそれぞれサンプリング・保持回路７２、７４および７６に提供して、パルス９４、９６および９８の各々をサンプリングし、それぞれサンプリングされたフィードバック信号６６、６８および７０を提供する。サンプリングはパルス９４’、９６’および９８’の中心にあるサンプリング間隔１００中に行われ、測定に対する立ち上がり時間および減衰時間の影響を排除する。
【００５１】
ここで図４および図５を参照すると、制御ライン３２、３４および３６上のＬＥＤ２６、２８および３０への信号は、明光レジメ８３中ではなく微光レジメ８１中にのみ振幅が変動するため、光検出器４２が対応しなければならない輝度のダイナミックレンジは実質的に限定される。この例では光検出器４２は、瞬間光出力で２０，０００対１ではなく２０対１の変動に対応すればよい。これによりＬＥＤ２６、２８および３０の群の各々の非常に正確な相対輝度制御を可能にし、安定した色制御を確実にする。１０〜２０パーセント程度のバックライト１５の輝度変動は合計多スペクトル輝度に対して容易に対応され得るが、このような色成分の各々間の変動は望ましくない色ずれを生じることになる。従って２０，０００対１という輝度の合計ダイナミックレンジのフィードバック制御を排除することは、色精度の向上を提供する。この手法は光検出器４２の要件を緩和し、標準的光検出器４２を、前述したようにメモリ５８に記憶された較正率が適応される軽微な色感度変動で使用可能にする。
【００５２】
図６を参照するとプロセッサ４８は、プロセスブロック１０１により示されるように、輝度信号４０を受け取るように動作する。アナログ赤色、緑色および青色アナログ制御信号５２、５４および５６の値は、工場において一定値に事前計算または事前設定される、または代替実施形態では輝度信号４０に応じて変更されて所望の色バランスを保持するように、プロセスブロック１０２により示されるように、所望の色バランスを提供するように設定される。
【００５３】
判断ブロック１０４においてプロセッサ４８は、輝度信号４０が図４に示した制御微光レジメ８１と明光レジメ８３との間の閾値レベルを上回るか下回るかを判断する。微光状態がない場合には明光レジメ８３が示され、プロセスブロック１０６により表わされるように、バックライト１５の所望の輝度を生じるように開ループベースでデューティサイクルが算出される。明光レジメ８３のデューティサイクル変調がＬＥＤ２６、２８および３０を基本的に一定の電流レベルで動作させるため、輝度と電流との間の関係の非線形性が大幅に無視され得る一方で、この開ループ制御を提供する。さらにプロセスブロック１０８により示されるように、デューティサイクルのオンタイム中のＬＥＤ２６、２８および３０の群の各々の相対輝度が、フィードバックループにより維持されるようにプロセスブロック１０２で確立された比率に応じて固定保持される。
【００５４】
判断ブロック１０４で微光レジメ８１が輝度信号４０により示される場合には、プログラムはプロセスブロック１１０に分岐して、アナログ赤色、緑色および青色アナログ制御信号５２、５４および５６に対する値の調整（プロセスブロック１０２によって以前に設定された値から）を提供し、命令輝度値を均等パーセント低減する一方でオフセット、そのためアナログ赤色、緑色および青色アナログ制御信号５２、５４および５６により表わされる輝度値間の比率を維持する。この時、輝度変調期間９０はＬＥＤ２６、２８および３０の僅かなまたは０オンタイム、および単純に図５に示したパルス９４、９６および９８のサンプリング値により提供される照明を提供し得る。この場合測定変調期間９２は電流制御による輝度変調も提供する。
【００５５】
この用途では単一の光検出器４２を用い得るため、光検出器間の光のバランスを取る必要がないとともに、光検出器内の場合によっては不均等な経年劣化、温度の影響が大幅に排除される。正確な輝度フィードバック制御が、光検出器４２における高い整合または動作範囲を必要とせずに色バランスに提供される。測定変調期間９２中に行われる変調は、別体の光検出器またはフィルタ、または他の装置の代用となる役目をする個々のＬＥＤへの個々の光検出器の取り付けの必要性をなくす。しかしフィードバック制御の範囲を限定して色バランス整合を改善する利点は、フィルタまたは多数の光検出器を採用するこれらの他の技術にも役立ち得ることは理解されよう。
【００５６】
ここで図７を参照すると本発明は図５に示した変調に限定されず、他の変調スキームがＬＥＤ２６、２８および３０の群の各々の光強度の独立測定を提供するように光検出器４２または多数の連動光検出器を提供する限り、それら他の変調スキームと共に用い得る。このため図７のタイミング図の左半分により示されるように、測定変調期間９２を輝度変調期間９０間で分散し得るためそれら２つを、ＬＥＤ２６、２８および３０の群からの色の２つを暗くする役目をする立ち下がりパルスと合成して（２色の３つの組み合わせの各々に対して）、個々の色を明示する。このため第１の時刻１２０において立ち下がりパルス１２２および１２４が赤色および緑色デューティサイクル二値制御信号５０および５１に印加されて、時刻１２０中に青色ＬＥＤ３０の輝度のみが測定されることを事実上規定し得る。同様に時刻１２６および１２８において、赤色および青色デューティサイクル二値制御信号５０および５３、その後緑色および青色デューティサイクル変調信号５１および５３が、対応する立ち下がりパルスによって抑制されるため、時刻１２６は緑色ＬＥＤ２８の輝度を明示するとともに、時刻１２８は赤色ＬＥＤ２６の輝度を明示する。
【００５７】
あるいは図７の右側を参照すると、時刻１２０、１２６および１２８毎の単一の立ち下がりパルスが、時間的にずれた赤色、緑色および青色デューティサイクル二値制御信号５０、５１および５３の各々で発生し得る。このため赤色二値制御信号５０の時刻１２０における立ち下がりパルス１３０が、光検出器４２に緑色ＬＥＤ２８および青色ＬＥＤ３０の合成輝度の読み取り値を提供する。信号５１の時刻１２６におけるその後の立ち下がりパルス１３２は、赤色ＬＥＤ２６および青色ＬＥＤ３０の合成輝度の読み取り値を提供するとともに、時刻１２８におけるその後の立ち下がりパルス１３４は、赤色ＬＥＤ２６および緑色ＬＥＤ２８の合成輝度の読み取り値を提供する。これらの３つの値の単純な代数的組み合わせは、赤色、緑色および青色に対する独立値を生じる。
【００５８】
再度図１を参照すると、ＬＥＤのＬＥＤアレイ２０は代替的には、反射背面を有するエッジ照明パネル、または当該技術で周知の点光源を用いる均一な光領域を生成する他の方法を採用し得る。
【００５９】
ここで図８を参照すると、ＬＣＤ背面照明システムの代替実施形態はエッジ照明バックライトシステム２００を含む。エッジ照明バックライトシステム２００は、互いに対向配置されるとともに透明導光板２０６により離間された第１および第２のＬＥＤアセンブリ２０２、２０４を含む。導光板２０６の背面２０８と係合しているのは、ＬＥＤアセンブリ２０２、２０４により注入された光を、導光板２０６の前面２１２に向かって導光板２０６内に反射するように構成された反射フィルムバッキング２１０である。
【００６０】
この装置は図９にさらに図示されており、反射フィルム２１０が導光板２０６の背面２０８に配置されている。また導光板２０６の背面２０８に配置されているのは、反射フィルム２１０と導光板２０６との間に配置されて、導光板２０６から向けられた光を反射フィルム２１０に向けて拡散するとともに、反射フィルム２１０から戻るように向けられた光を導光板２０６の前面２１２に向けて拡散し得る拡散層２１４であり得る。さらに１つまたは複数の輝度増強および／または光指向フィルム２１６を、導光板２０６の前に配置し得ることが考えられる。最後にＬＣＤパネル２１８がエッジ照明バックライトシステム２００の前方に配置されて、ＬＥＤアセンブリ２０２、２０４により生成された光を受光する。光検出器４２（図示せず）を、上述したように制御され得るアセンブリ２０２、２０４のＬＥＤの多数のものからの光を受光するように、導光板２０６の１つの縁部に配置してもよい。
【００６１】
本発明を本明細書に含まれる実施形態および例示に限定せず、以下の特許請求の範囲内にある、実施形態の一部および異なる実施形態の要素の組み合わせを含む実施形態の変更形態を含むことを特に意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】ＬＥＤマトリクスを採用した本発明のＬＣＤ画面およびバックライトおよび輝度信号を受信するコントローラの分解斜視図である。
【図２】一体化光検出器に対する赤色、緑色および青色発光ダイオードの配置を示すＬＥＤマトリクスの部分平面／概略図である。
【図３】赤色、緑色および青色電流制御用の第１のアナログ変調信号、および赤色、緑色および青色の第２の二値変調信号を提供するようなコントローラ内のプロセッサを示すとともに、アナログ変調信号のみに対応する局所フィードバックループを示す図１のコントローラのブロック図である。
【図４】低光出力の電流制御および高光出力のデューティサイクル変調を提供する、図３のプロセッサにより実施される２つの制御レジメを示す図である。
【図５】測定変調期間中の赤色、緑色および青色ＬＥＤの作動を示すとともに、光検出器からの受信信号の１つの色に対するサンプリング点を示す拡大はめ込み図を有する、光検出器からの合成受信信号を示すタイミング図である。
【図６】図４のレジメを実施する際のプロセッサの動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明による代替的な測定変調方法を提供する１組のタイミング図である。
【図８】本発明にも適したエッジ照明パネルを用いた代替的なバックライト実施形態の斜視図である。
【図９】図８のパネルの側面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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