(57)【要約】    【課題】  光源の色を長期間にわたり正確に維持可能とする。    【解決手段】  異なる発光中心波長を有するＬＥＤ３１、３２、３３それぞれの輝度はＬＥＤドライバ１２によって制御され、これらのＬＥＤの輝度の比率を調節することで光源全体としての色（色温度）が調節される。較正時には不図示の基準光源が点灯され、センサ１６、１７、１８によって３つの色に色分解され、基準光源の色成分が検出され、その検出結果が基準としてメモリ３５に記憶される。ＬＥＤ３１、３２、３３の発光中、センサ１６、１７、１８はＬＥＤから発せられる光を検出し、帰還コントローラ２０は、検出された光の色成分とメモリ３５に記憶されている基準との比較結果に基づいてＬＥＤドライバに出力する駆動信号３７、３８、３９を調節し、光源から発せられる色が基準光源の色とほぼ同じになるように制御する。    【選択図】    図２
2006019263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源を較正し、動作させる方法であって、
１）  前記光源の較正期間中に、
１−ａ）  較正光源から較正用の光を供給し、
１−ｂ）  前記較正用の光を検出し、
１−ｃ）  検出された前記較正用の光の表現を記憶することと、
２）  前記光源の動作期間中に、
２−ａ）  前記光源により光を生成し、
２−ｂ）  前記光源が生成する前記光を検出し、
２−ｃ）  前記光源が生成した前記光を、前記検出された較正用の光の記憶された前記表現と比較し、前記光源が生成する前記光の色の制御に用いる情報を生成することと
を有することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
広範囲の色の高輝度発光ダイオード（ＬＥＤ）の出現が、背面照明（バックライト）や照明等の応用向けにＬＥＤの用途を拡張してきた。ＬＥＤは、従来の白熱照明装置よりも高い光変換効率と長い寿命を有する。しかしながら、個別ＬＥＤは比較的狭いスペクトル帯域の光を生成する。従って、所望の混色によって光を生成するのに複数のＬＥＤが用いられる。
【０００２】
赤色と緑色と青色のＬＥＤの組み合わせは、使用するＬＥＤの色が規定する境界内での何百万もの色の組合せを生成するのに用いることができる。例えば、赤色と緑色と青色のＬＥＤの色座標をＣＩＥ１９３１（国際照明委員会１９３１年採択）色空間にプロットした場合、それらは３個の頂点の色三角形を画成するであろう。理論上は、赤色と緑色と青色のＬＥＤからの光の適当な組み合わせにより色三角形の中に全ての色を生成することができる。
【０００３】
光源としてのＬＥＤ用途の一つの限界は、ＬＥＤの光学的性能がＬＥＤの駆動条件や温度や経年変化と共に変化する点にある。それ故、ＬＥＤを母体とする（ＬＥＤベースの）光源は温度変化に顕著な揺れが存在するときやＬＥＤが経年変化したとき等の異なる環境要因の下で生成光にしばしば変動（ドリフト）が見られる。生成された色変動すなわち色変化は、色を一定に保つ必要のある背面照明や照明等の一部の照明用途において有害となり得る。
【０００４】
色を保つのに、帰還システムを採用することができる。例えば、適当なフィルタの付いたフォトダイオードは特定色のＬＥＤから生成された光を測定することができる。フォトダイオードの出力信号を基準値と比較し、それによってＬＥＤの光出力の調整に用いる誤差信号を生成する。例えば、フォトダイオードの出力信号を基準値と比較するためフォトダイオードの出力信号と基準値を共にＣＩＥ１９３１色空間等の標準比色定量分析系へ変換する米国特許（特許文献１）を参照されたい。しかしながら、フォトダイオードの出力信号は通常は電圧であるのに対し、基準値は色条件に対応する任意の数値であり、所定の比色定量分析基準における専門語を有する。さらなる実施の困難さが、この種の系にて生ずる。例えば、各ＬＥＤ色の色値は既知でなければならない。さらにまた、フォトダイオード特性を考慮しなければならない。それ故、物理的測定量を何らかの標準比色定量分析系へ変換するマトリクスを決定すべく、較正処理を実行しなければならない。この種の測定には特定の専門知識が必要であり、複雑である。必要な精度に応じ、この較正を実行する上で高価な器材が必要になることがある。
【特許文献１】米国特許第６，５０７，１５９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
１９３１ＣＩＥ色空間内で、黒体曲線は黒体が発するスペクトル放射線の色を表わす。黒体が発するスペクトル放射線はその温度にのみ依存し、かくして黒体曲線の各点は都合よく色温度に割り当てられる。これらの色温度は、白色光の色温度としても公知である。例えば、真昼の太陽光の色温度は６５００ケルビン（Ｄ６５）である。これは、冷白色蛍光の色でもある。白熱電球は、他方で暖色の白色をもたらし、約２８００Ｋ（Ａ）の色温度を有する。黒体が表わす色温度は一般に、一般照明や陰極線管や背面照明やＴＶ等の家電照明等の応用に向けた照明産業に用いられる。この種の応用は、一般に白以外の色を必要としない。通常、必要とされるのは単一白色又は数個の白色が全てである。しかしながら、生成白色が安定していることが一般に望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態によれば、光源が較正され、動作される。
１）光源の較正期間中に、
１−ａ）較正用光源から較正用の光を供給し、
１−ｂ）較正用の光を、検出し、
１−ｃ）検出された較正用の光の表現を、記憶させる。
２）光源の動作期間中、
２−ａ）光源は光を生成し、
２−ｂ）光源が生成した光を、検出し、
２−ｃ）光源が生成して検出された光を、検出された較正用の光の記憶された表現と比較し、光源が生成する光の色制御に用いる情報を生成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、ＬＥＤ照明システムの較正を示す。白色光源２３は、第１の所望の色温度を有する白色光を生成する。例えば、真昼の太陽は通常６５００ケルビンの色温度を有すると考えられる。標準的なパーソナルコンピュータのモニタ或いはラップトップモニタの白色光の典型的な色温度は、例えば９３００ケルビンである。典型的な白熱電球の色温度は、例えば２８００ケルビンである。
【０００８】
光センサ１６と増幅器（ＡＭＰ）１３が、信号２４を生成する。光センサ１６は、赤色フィルタを含む。信号２４は、白色光源２３が生成する光の赤色比率成分を示す信号である。
【０００９】
光センサ１７と増幅器（ＡＭＰ）１４が、信号２５を生成する。光センサ１７は、緑色フィルタを含む。信号２５は、白色光源２３が生成する光の緑色比率成分を示す信号である。
【００１０】
光センサ１８と増幅器（ＡＭＰ）１５が、信号２６を生成する。光センサ１８は、青色フィルタを含む。信号２６は、白色光源２３が生成する光の青色比率成分を示す信号である。
【００１１】
例えば、光センサ１６と光センサ１７と光センサ１８は、必要な増幅器と信号変換回路を用いて、検出光強度、例えば電圧や周波数信号を示す信号をそれぞれ出力することができる。生成される信号の種別が、必要とされる増幅器や信号変換回路の種別を決める。
【００１２】
帰還コントローラ２０内の変換器３６は信号２４，２５，２６に関する値を受信し、例えば必要に応じて各値ごとにアナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換を実行し、信号２４，信号２５，信号２６ごとに得られたディジタル信号をメモリ３５内に記憶させる。信号２４と信号２５と信号２６に関するディジタル値は、第１の所望色温度の白色に対するＲＧＢ較正用入力を併せ形成する。例えば、メモリ３５は不揮発メモリ技術を用いて実装される。各ＲＧＢ較正用入力には、色相情報と輝度（明度）情報の両方を含む色情報が含まれる。色情報の一つの重要な側面が、色成分の比率、すなわち赤色と緑色と青色の比率（比）である。
【００１３】
この処理を、異なる色温度の白色に対し繰り返す。例えば、白色光源２３（或いは別の白色光源）が、第２の所望の色温度を有する白色光を生成する。光センサ１６と増幅器１３が、第２の所望の色温度を有する白色用の新信号２４を生成する。光センサ１７と増幅器１４が、第２の所望の色温度を有する白色用の新信号２５を生成する。光センサ１８と増幅器１５が、第２の所望の色温度を有する白色用の新信号２６を生成する。変換器３６は、信号２４，信号２５，信号２６ごとに新値を受信し、各新値ごとにアナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換を実行し、信号２４，信号２５，信号２６ごとに得られた新たなディジタル値を第２の所望色温度を有する白色用のＲＧＢ較正用入力としてメモリ３５内に記憶させる。
【００１４】
この処理は、所望数の異なる色や色調或いは色温度について繰り返すことができる。上記では較正を白色の色温度をもって例示したが、同じ処理を光センサ１６，光センサ１７，光センサ１８が検出可能な色が規定する境界内の数百万（又は以上）の色の組み合せのいずれについても実行することができる。どんな色の光も一旦光検出器１６，光検出器１７，光検出器１８上に入射すれば、メモリ３５内にその光に関するＲＧＢ較正を記憶させることができる。ＲＧＢ較正用値は、ルックアップテーブルの形で記憶させるか、或いは数式へ変換することができる。
【００１５】
図２は、図１に示したＬＥＤ照明装置の通常動作を示す。ＬＥＤ３１は、赤色光を生成する。ＬＥＤ３２は、緑色光を生成する。ＬＥＤ３３は、青色光を生成する。各ＬＥＤ３１，３２，３３が生成する光の強度は、ＬＥＤドライバ１２により制御される。光強度は制御され、例えば各ＬＥＤ３１，３２，３３へのデューティサイクルを変調するパルス幅変調（ＰＷＭ；ｐｕｌｓｅ  ｗｉｄｔｈ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）により制御される。さもなくば、光強度は各ＬＥＤ３１，３２，３３を介して駆動する電流量により制御することができる。
【００１６】
帰還コントローラ２０への入力信号２１は、光の生成に使用すべくメモリ３５内に記憶させた被選択ＲＧＢ較正用入力の指示に用いる。ＬＥＤ照明システムで生成されて得られた光は、ＬＥＤ照明システムの較正期間中に、選択されたＲＧＢ較正用入力の生成に用いる光の色と合わせられる。例えば、帰還コントローラ２０が信号２４，２５，２６のディジタル値を選択されたＲＧＢ較正用入力と連続的に比較し、ＬＥＤ照明システムの動作期間中に閉ループ制御シーケンスにて駆動信号３７，３８，３９を生成する。例えば、入力信号２１にはＲＧＢ較正用入力を上方又は下方へ換算する輝度レベル制御を含ませることもできる。
【００１７】
光センサ１６，１７，１８が合成生成光を検出し、そこで算出のための必要成分を濾波する。光センサ１６と増幅器１３が、生成された合成光の赤色成分に対応する信号２４を生成する。光センサ１７と増幅器１４が、生成された合成光の緑色成分に対応する信号２５を生成する。光センサ１８と増幅器１５が、生成された合成光の青色成分に対応する信号２６を生成する。色成分（例えば、赤色成分、緑色成分、青色成分）には色相及び輝度情報が含まれる。変換器３６は信号２４，信号２５，信号２６ごとに値を受信し、Ａ／Ｄ変換を実行し、得られた検出ディジタル値を比較ブロック３４へ転送する。
【００１８】
比較ブロック３４は、信号２４，信号２５，信号２６ごとの検出ディジタル値を選択されたＲＧＢ較正用入力と比較する。比較ブロック３４は、ＬＥＤドライバ１２へ赤色駆動信号３７と緑色駆動信号３８と青色駆動信号３９を転送する。赤色駆動信号３７と緑色駆動信号３８と青色駆動信号３９の値に基づき、信号２４，信号２５，信号２６に関する検出ディジタル値が選択されたＲＧＢ較正入力に等しいか或いは選択されたＲＧＢ較正用入力に対する換算比に等しいことを比較ブロック３４が示すまで、ＬＥＤドライバ１２は各ＬＥＤ３１，３２，３３が生成する光の強度を調整する。この時点で、ＬＥＤ照明システムが生成する生成光はＬＥＤ照明システムの較正期間中に選択されたＲＧＢ較正用入力の生成に用いる光の色に合わせられることになる。
【００１９】
要するに、比較ブロック３４はＬＥＤドライバを介して光を制御し、かくして生成光の色成分が選択されたＲＧＢ較正用入力が表わす色成分でもって較正されるようにする。赤色と緑色と青色の生成光の比率が選択されたＲＧＢ較正用入力が表わす色成分の比と同一である限り、そのときは同一色相が得られたと判定される。
【００２０】
白色光源２３の輝度が各ＬＥＤ３１，３２，３３システムが生成する光の輝度とは異なることがあるため、たとえ同一の色相が達成されてもＬＥＤ３１，３２，３３が生成する光は白色光源２３が生成する光と同一輝度を持たない可能性もある。
【００２１】
入力信号２１は、選択されたＲＧＢ較正用入力用の記憶値の比の変倍に用いることができる。例えば、選択されたＲＧＢ較正用入力用の記憶値がＲＧＢ比３対６対１を有する場合、入力２１上に置かれた変倍比２が選択ＲＧＢ較正入力用の記憶値を増大させ、かくして記憶ＲＧＢ値は６対１２対２へ増大することになる。色成分比は同じであるため同一色相が得られるが、ＬＥＤ３１，３２，３３が生成する光は被選択ＲＧＢ較正入力が表わす光の２倍大きな輝度レベルを有することになる。白色光源２３が生成する光がＬＥＤ３１，３２，３３が生成する光と同一の輝度レベルを有する場合、そのときは変倍比１を入力２１上に置き、変倍は一切行なわない。ＬＥＤ３１，３２，３３は、そこで同一色相だけでなく白色光源２３と同じ輝度レベルを生成することになる。換言すれば、同じ色（すなわち、色相と輝度）に合わせられる。
【００２２】
本発明はＲＧＢ彩色方式を用いて例示してきたが、他の彩色方式も同様に用いることができる。例えば、６色系を用いることもでき、６色とは赤、青、緑、シアン、マゼンタ、黄である。さもなくば、他の方式を用いることもできる。また、説明した実施形態では、ＬＥＤ３１〜３３が生成する色と光センサ１６〜１８が検出する色の間には近似的対応が存在するが、このことは本発明を適切に動作させる上で必要とは限らない。当業者には理解される如く、光の生成に用いる彩色方式を光の検出に用いる彩色方式と異ならしめることができる。較正用入力（任意の彩色方式を用いた較正用入力）は任意の既知の比色標準へ変換させる必要はないので、較正用入力を任意の比色定量分析系に記憶させ、操作し、そして使用することができる。
【００２３】
光センサの信号は、電圧や周波数等の任意の物理的に既知の信号とすることができ、アナログ、ディジタルのいずれでもよい。信号の性質に従い、信号を処理するよう変換器３６を適切に構成する。
【００２４】
本発明はディスプレイ、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用の背面照明として導光ガイドと併せ都合よく使用することができる。さもなくば、本発明は車室内ディスプレイ用背面照明や車室内照明として用いることができる。さらに、レンズ及び／又は反射器及び／又は拡散板と組み合わせると、本発明は室内領域及び室外領域での照明に使用することができる。
【００２５】
前述の考察は、本発明の単に例示的な方法及び実施形態を開示し記述するものである。当業者には理解される如く、本発明はその趣旨或いは必須特徴から逸脱することなく、他の具体的な形態でもって実施することができる。従って、本発明の開示は例示を意図したものであるが、特許請求の範囲に記載した本発明範囲を限定するものではない。
【００２６】
なお、本発明は例として次の態様を含む。（  ）内の数字は添付図面の参照符号に対応する。
［１］  光源（１２，３１〜３３）を較正し、動作させる方法であって、
１）  前記光源（１２，３１〜３３）の較正期間中に、
１−ａ）  較正光源（２３）から較正用の光を供給し、
１−ｂ）  前記較正用の光を検出し、
１−ｃ）  検出された前記較正用の光の表現を記憶することと、
２）  前記光源（１２，３１〜３３）の動作期間中に、
２−ａ）  前記光源（１２，３１〜３３）により光を生成し、
２−ｂ）  前記光源（１２，３１〜３３）が生成する前記光を検出し、
２−ｃ）  前記光源（１２，３１〜３３）が生成した前記光を前記検出較正用の光の記憶された前記表現と比較し、前記光源（１２，３１〜３３）が生成する前記光の色の制御に用いる情報を生成することと
を有することを特徴とする方法。
［２］  前記較正用の光は、色温度が白である色をなすことを特徴とする、上記［１］に記載の方法。
［３］  前記較正用の光の検出は、前記較正用の光の色成分の検出を含み、
検出された前記較正用の光の表現の記憶は、前記較正用の光の前記色成分の表現の記憶を含み、
前記光源（１２，３１〜３３）が生成した前記光と検出された前記較正用の光の記憶表現との比較は、前記光源（１２，３１〜３３）が生成する前記光の色成分と検出された前記較正用の光の色成分の記憶表現との比較を含むことを特徴とする、上記［１］に記載の方法。
［４］  前記光源（１２，３１〜３３）は、赤色発光ダイオード（３１）と緑色発光ダイオード（３２）と青色発光ダイオード（３３）を用いて構成されることを特徴とする、上記［１］記載の方法。
［５］  光源（１２，３１〜３３）と、
光検出器（１３〜１８）と、
前記光検出器（１３〜１８）が検出する較正用の光の表現を記憶するのに用いるメモリ（３５）であって、前記較正用の光が較正用の光源（２３）から供給される、前記メモリ（３５）と、
前記光源（１２，３１〜３３）が生成し、前記光検出器（１３〜１８）が検出した光を記憶された前記較正用の光の表現と比較し、前記光源（１２，３１〜３３）へ情報を供給する比較ブロック（３４）と
を備えることを特徴とする、照明システム。
［６］  前記較正用の光は、色温度が白である色をなすことを特徴とする、上記［５］に記載の照明システム。
［７］  前記光源（１２，３１〜３３）は、複数の異なる色の発光ダイオード（３１〜３３）を用いて構成されることを特徴とする、上記［５］記載の照明システム。
［８］  前記較正用の光の記憶表現は前記較正用の光の色成分を含み、
前記比較ブロック（３４）は、前記光源（１２，３１〜３３）が生成し、前記光検出器（１３〜１８）が検出した光の色成分を、記憶された前記較正用の光の前記色成分の表現と比較し、前記光源（１２，３１〜３３）へ情報を供給することを特徴とする、上記［５］記載の照明システム。
［９］  前記メモリ（３５）は、複数の項目であって、各項目が前記光検出器（１３〜１８）が検出した異なる色の較正用の光に関する色成分を含む、複数の項目を記憶することを特徴とする、上記［８］記載の照明システム。
［１０］  前記メモリ（３５）及び前記比較ブロック（３４）はコントローラ（２０）内にあり、前記コントローラ（２０）は前記メモリ（３５）内に記憶した前記複数の項目のうちの一つをユーザに選択させて前記情報を生成すべく前記比較ブロック（３４）により使用できるようにする選択用入力部（２１）を含むことを特徴とする、上記［９］記載の照明システム。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態になるＬＥＤ照明システムの較正を示す図である。
【図２】図１に示したＬＥＤ照明装置の通常動作を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１２  ＬＥＤドライバ（光源）
１３，１４，１５  増幅器（光検出器）
１６，１７，１８  光センサ（光検出器）
２０  帰還コントローラ
２１  入力
２３  白色光源（較正光源）
２４，２５，２６  信号
３１，３２，３３  ＬＥＤ（光源）
３４  比較ブロック
３５  メモリ
３６  変換器
【図１】
2006019263.tif 000003
【図２】
2006019263.tif 000004