(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレイ用バックライトに用いる発光ダイオード（ＬＥＤ）光源であって、
第１色についての少なくとも１つのＬＥＤと、
第２色についての少なくとも１つのＬＥＤと、
第３色のついての少なくとも１つのＬＥＤと、
前記第１色，前記第２色及び前記第３色についての少なくとも１つのＬＥＤのそれぞれの電流設定値を有するメモリと、
前記第１色についての少なくとも１つのＬＥＤに接続された第１コントローラ、前記第２色についての少なくとも１つのＬＥＤに接続された第２コントローラ及び前記第３色についての少なくとも１つのＬＥＤに接続された第３コントローラを含み、各コントローラが、前記メモリ内の対応する前記電流設定値に基づいて、各色についての前記少なくとも１つのＬＥＤに供給される電流を制御するために個別に制御される複数の電流コントローラと、
を具備し、
前記第１色についての前記少なくとも１つのＬＥＤ、前記第２色についての前記少なくとも１つのＬＥＤ、前記第３色についての前記少なくとも１つのＬＥＤ、前記メモリ、及び、前記複数の電流コントローラが、同一の回路基板の上に搭載されており、
第１色についての前記少なくとも１つのＬＥＤが、前記第１色についての複数のＬＥＤを含み、
第２色についての前記少なくとも１つのＬＥＤが、前記第２色についての複数のＬＥＤを含み、
第３色についての前記少なくとも１つのＬＥＤが、前記第３色についての複数のＬＥＤを含み、
前記第１色についての前記複数のＬＥＤ、前記第２色についての前記複数のＬＥＤ、及び、前記第３色についての前記複数のＬＥＤが、前記第１色についての少なくとも１つのＬＥＤと、前記第２色についての少なくとも１つのＬＥＤと、前記第３色についての少なくとも１つのＬＥＤとを有する複数のクラスタに配置され、
複数のＬＥＤの各クラスタが、前記メモリの対応する電流設定値に基づいて、対応するコントローラにより制御されて、所望の組み合わされた色点及び輝度を達成することを特徴とする光源。
【請求項２】
前記メモリにおける前記値が、前記複数のコントローラを制御して、ターゲット白色点を達成する、請求項１に記載の光源。
【請求項３】
前記メモリに記憶された前記値が、前記複数のコントローラを制御して、前記基板の光特性が、２つの基板上におけるＬＥＤが異なる動作特性を有するにもかかわらず、別の基板の光特性と実質的に同一となるようにされている、請求項１に記載の光源。
【請求項４】
前記第１色が赤色であり、前記第２色が緑色であり、前記第３色が青色であり、
前記メモリにおける前記値が、前記複数のコントローラを制御して、前記赤色、前記緑色、前記青色の相対的な輝度を設定して前記基板から所望の全体的な光出力を達成する、請求項１に記載の光源。
【請求項５】
各コントローラが、直列に接続されたＬＥＤ列のカソード端に接続された、電流源である、請求項１に記載の光源。
【請求項６】
前記第１色についての前記少なくとも１つのＬＥＤのアノード端に接続された第１電圧レギュレータと、前記第２色についての前記少なくとも１つのＬＥＤのアノード端に接続された第２電圧レギュレータと、前記第３色についての前記少なくとも１つのＬＥＤのアノード端に接続された第３電圧レギュレータと、
をさらに具備する請求項５に記載の光源。
【請求項７】
前記第１電圧レギュレータ、前記第２電圧レギュレータ、及び、前記第３レギュレータが、対応する電流源の両端に１ボルト又は１ボルト未満の電圧降下を与えるように調整される、請求項６に記載の光源。
【請求項８】
前記第１色についての前記少なくとも１つのＬＥＤが、直列に接続された前記第１色についての複数のＬＥＤを具備する、請求項１に記載の光源。
【請求項９】
前記第２色についての前記少なくとも１つのＬＥＤが、直列に接続された前記第２色についての複数のＬＥＤを具備する、請求項８に記載の光源。
【請求項１０】
前記第３色についての前記少なくとも１つのＬＥＤが、直列に接続された前記第３色についての複数のＬＥＤを具備する、請求項９に記載の光源。
【請求項１１】
さらに、前記第１色についての前記少なくとも１つのＬＥＤ、前記第２色についての前記少なくとも１つのＬＥＤ、及び、前記第３色についての前記少なくとも１つのＬＥＤを少なくとも部分的に囲んで、前記第１色と前記第２色と前記第３色とを混合する、反射性を有する箱と、
を具備する、請求項１に記載の光源。
【請求項１２】
前記複数のクラスタが、該クラスタを少なくとも部分的に囲む反射性を有する箱に収容され、
前記箱の一端に近接したクラスタが、該箱の前記一端から離れたクラスタの輝度レベルよりも低い輝度レベルを有するように制御される、請求項１１に記載の光源。
【請求項１３】
前記第１色についての前記少なくとも１つのＬＥＤが、並列に接続された前記第１色についての複数のＬＥＤ列を含む、請求項１に記載の光源。
【請求項１４】
前記複数のコントローラが、複数の制御可能な線形電流源を含む、請求項１に記載の光源。
【請求項１５】
さらに、前記メモリからディジタル値を受信し、該ディジタル値を、前記複数の電流コントローラを制御するための信号に変換する、前記回路基板における電流レベルコントローラと、
を具備する請求項１に記載の光源。
【請求項１６】
前記第１色についての前記少なくとも１つのＬＥＤが、直列に接続された前記第１色についての複数のＬＥＤを含み、
前記第１電流コントローラが、
直列に接続された前記第１色についての前記複数のＬＥＤに接続された定電流源と、
直列に接続された前記第１色についての前記複数のＬＥＤにおける少なくとも１つのＬＥＤの両端に並列に接続されたトランジスタスイッチと、
該トランジスタスイッチに接続されたパルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラであって、動作周期によって決定される平均電流の振幅が、直列に接続された前記第１色についての前記複数のＬＥＤにおける前記少なくとも１つのＬＥＤを通過するように、前記メモリ内の対応する電流設定値に基づいて該トランジスタスイッチの前記動作周期を設定する前記パルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラとを備えた、請求項１に記載の光源。
【請求項１７】
前記トランジスタスイッチが、直列に接続された前記第１色についての前記複数のＬＥＤにおける１つのＬＥＤグループの両端に対して並列に接続されている、請求項１６に記載の光源。
【請求項１８】
さらに、１又はそれ以上の付加的なトランジスタスイッチと、
を具備し、
該トランジスタスイッチの各々が、直列に接続された前記第１色についての前記複数のＬＥＤにおける少なくとも１つのＬＥＤの両端に並列に接続され、前記メモリ内の関連する電流設定値に基づいて、結合されたＰＷＭコントローラにより制御される、請求項１６に記載の光源。
【請求項１９】
前記ＰＷＭコントローラが、前記動作周期を制御して、前記第１色についてのターゲット輝度を達成する、請求項１６に記載の光源。
【請求項２０】
さらに、ＰＷＭコントローラであって、動作周期における該ＰＷＭコントローラの出力をブランキングして前記第１色についての全体的な輝度を制御するＰＷＭコントローラと、
を具備する請求項１６に記載の光源。
【請求項２１】
さらに、前記定電流源を制御して、直列に接続された前記第１色についての前記複数のＬＥＤに対して動作周期において全電流を印加するか又は電流を印加せず、前記第１色についての全体的な輝度を制御する、ＰＷＭコントローラと、
を具備する、請求項１６に記載の光源。
【請求項２２】
さらに、前記定電流源の振幅を制御して、前記第１色についての全体的な輝度を制御するコントローラと、
を具備する、請求項１６に記載の光源。
【請求項２３】
前記第２色についての前記少なくとも１つのＬＥＤが、直列に接続された前記第２色についての複数のＬＥＤを含み、
前記第２電流コントローラが、
直列に接続された前記第２色についての前記複数のＬＥＤに接続された定電流源と、
直列に接続された前記第２色についての前記複数のＬＥＤにおける少なくとも１つのＬＥＤの両端に並列に接続されたトランジスタスイッチと、
該トランジスタスイッチに接続されたパルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラであって、動作周期によって決定される平均電流の振幅が、直列に接続された前記第２色についての前記複数のＬＥＤにおける前記少なくとも１つのＬＥＤを通過するように、前記メモリ内の対応する電流設定値に基づいて該トランジスタスイッチの前記動作周期を設定する前記パルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラとを備えた請求項１６に記載の光源。
【請求項２４】
バックライトとして用いるための光源を製造する方法であって、
回路基板の上に、第１色についての少なくとも１つのＬＥＤ、第２色についての少なくとも１つのＬＥＤ、及び、第３色についての少なくとも１つのＬＥＤを設けるステップと、
前記第１色についての前記少なくとも１つのＬＥＤの少なくともカソード端に接続される第１コントローラ、前記第２色についての前記少なくとも１つのＬＥＤの少なくともカソード端に接続される第２コントローラ、前記第３色についての前記少なくとも１つのＬＥＤの少なくともカソード端に接続される第３コントローラを含む、複数の電流コントローラを前記回路基板の上に設けるステップと、
前記回路基板の上にメモリを設けるステップと、
を含み、前記複数の電流コントローラの各々の電流出力を決定する値が前記メモリに記憶され、
さらに、前記複数の電流コントローラを制御して、前記第１色についての前記少なくとも１つのＬＥＤ、前記第２色についての前記少なくとも１つのＬＥＤ、前記第３色についての前記少なくとも１つのＬＥＤの輝度レベルを変化させる一方、前記第１色についての前記少なくとも１つのＬＥＤ、前記第２色についての前記少なくとも１つのＬＥＤ、及び、前記第３色についての前記少なくとも１つのＬＥＤの組み合わされた光出力を検出して、ターゲット光出力を達成するするステップと、
前記ターゲット光出力を得るために、前記複数のコントローラのそれぞれによって供給される電流に対応する電流設定値を決定するステップと、
前記電流設定値を前記メモリに記憶するステップと、
を含み、
第１色についての前記少なくとも１つのＬＥＤが、前記第１色についての複数のＬＥＤを含み、
第２色についての前記少なくとも１つのＬＥＤが、前記第２色についての複数のＬＥＤを含み、
第３色についての前記少なくとも１つのＬＥＤが、前記第３色についての複数のＬＥＤを含み、
前記第１色についての前記複数のＬＥＤ、前記第２色についての前記複数のＬＥＤ、及び、前記第３色についての前記複数のＬＥＤが、前記第１色についての少なくとも１つのＬＥＤと、前記第２色についての少なくとも１つのＬＥＤと、前記第３色についての少なくとも１つのＬＥＤとを有する複数のクラスタに配置され、
複数のＬＥＤの各クラスタが、各色についての対応するコントローラにより制御されて、所望の輝度レベル及び色点を達成し、
さらに、前記複数のクラスタのそれぞれのコントローラのための電流設定値を前記メモリに記憶するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２５】
前記メモリに記憶された前記電流設定値をダウンロードして、前記複数のコントローラを制御するステップと、
第１色についての前記少なくとも１つのＬＥＤ、第２色についての前記少なくとも１つのＬＥＤ、及び、前記第３色についての前記少なくとも１つのＬＥＤのそれぞれに、対応する前記電流設定値に基づいて、電流を供給するステップと、
を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１色が赤色であり、前記第２色が緑色であり、前記第３色が青色であり、
前記メモリに記憶された前記値をダウンロードするステップが、前記複数のコントローラに対して、前記赤色、前記緑色、前記青色の相対的な輝度を制御して前記ターゲット光出力を達成させる、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記第１色についての前記少なくとも１つのＬＥＤが、直列に接続された前記第１色についての複数のＬＥＤを含み、
前記第１電流コントローラが、
直列に接続された前記第１色についての前記複数のＬＥＤに接続された定電流源と、
直列に接続された前記第１色についての前記複数のＬＥＤにおける少なくとも１つのＬＥＤの両端に並列に接続されたトランジスタスイッチと、
該トランジスタスイッチに接続されたパルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラと
を具備し、
前記第１色についての少なくとも１つのＬＥＤに電流を供給するステップが、
動作周期によって決定される平均電流の振幅が、直列に接続された前記第１色についての前記複数のＬＥＤにおける前記少なくとも１つのＬＥＤを通過するように、前記ＰＷＭコントローラを制御して前記スイッチの前記動作周期を設定するステップを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記トランジスタスイッチが、直列に接続された前記第１色についての前記複数のＬＥＤにおける１つのＬＥＤグループの両端に対して並列に接続されている、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
さらに、１又はそれ以上の付加的なトランジスタスイッチを具備し、
該トランジスタスイッチの各々が、直列に接続された前記第１色についての前記複数のＬＥＤにおける少なくとも１つのＬＥＤの両端に並列に接続され、結合されたＰＷＭコントローラにより制御され、
前記複数の電流コントローラを制御するステップが、
動作周期の各々によって決定される平均電流の振幅が、直列に接続された前記第１色についての前記複数のＬＥＤにおける結合した前記少なくとも１つのＬＥＤを通過するように、前記スイッチの前記動作周期を設定するステップを含む、請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）といったようなものに用いるための、白色バックライトを形成する発光ダイオードを制御することに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＣＤはバックライトを必要とする。フルカラーＬＣＤについては、そのバックライトは白色光である。白色光の白色点（white point）は、典型的には、ＬＣＤ製造業者によって設計されるものであり、また、種々のアプリケーションごとに異なるものである。この白色点は温度として特定される。ＬＣＤについてのアプリケーションは、テレビジョン又はコンピュータのモニタである。
【０００３】
通常の白色光バックライトは、蛍光電球（fluorescent bulb）、又は、赤色ＬＥＤと緑色ＬＥＤと青色ＬＥＤとの組み合わせのいずれかによって、形成される。
【０００４】
中型及び大型のバックライトについては、各々の色ごとに多数のＬＥＤが用いられる。プリント回路基板（ＰＣＢ）における１つの色のＬＥＤはすべて、典型的には、直列に接続される。一般的には、バックライトでは、各々が一列の赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ又は青色ＬＥＤを駆動する外部電流ドライバが、用いられる。
【０００５】
１つのＬＥＤを流れる電流の量が、そのＬＥＤの輝度を制御する。図１に示すような１つのＬＥＤドライバの電流を制御する最も直接的な方法は、複数のＬＥＤ８（図１では、１つのＬＥＤとして表現されている）に対して直列に接続された電流センス抵抗６の両端間の電圧を測定し、差動増幅器１０を用いてこの電圧を正確な基準電圧（reference voltage）Ｖrefと比較することである。フィードバックループが、このドライバの出力を自動的に調整して、センス電圧を基準電圧に整合させる。
【０００６】
別の方法は、別々の電圧源を有する線形電流源を用いることであるが、この方法は、通常、バックライトには用いられない。図２は、線形電流源１３によって駆動される、単色についての一列のＬＥＤを示す。線形電流源では、電流は、パストランジスタ１４のコンダクタンスを制御することによって、制御される。この電流源は、電流検出器１６を用いて電流を検出し、検出した電流をフィードバック信号として制御回路１８に適用して、プリセットレベルに電流を維持することによって、プリセット電流を生成するように、制御することができる。
【０００７】
電流検出器は、図３に示すように、低値抵抗２０の両端間の電圧降下を測定する差動増幅器２２を備えた抵抗２０を具備することができる。制御回路１８は、電流フィードバック信号を受信し、設定可能な基準電圧Ｖrefを受信する第２差動増幅器２４とすることができる。増幅器２４は、増幅器２２の出力をＶrefに維持するようにトランジスタ１４を制御する。Ｖrefは、電圧分割器における抵抗を選択することにより、固定電圧と接地電圧との間に設定することができ、又は、他の手段により設定することができる。イネーブル信号（ＥＮ）が増幅器２４（及びトランジスタ１４）をターンオン又はターンオフする。他の多くの実施形態も考えられる。
【０００８】
上述したドライバのいずれを用いても、バックライティングのための通常の動作は、ＬＥＤの複数の列を通って外部にすなわちプリント回路基板上ではない部分に流れる電流を制御することである。さらに、ドライバの数を制限するために、ＬＥＤの多数の基板が直列に配置され、この結果、同じ色についての複数列が多数の基板上に同一の駆動電流を有することになる。このことは、さらなる事前対策をしなければ、個々のＬＥＤの間において本来的に色及び輝度のばらつきがあることに起因して、輝度及び色のばらつきが大きくなることに繋がる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一般的に、色及び輝度の不均一性は、複数のＬＥＤに対して基板上における特定の位置を選択することにより改善される。これは、個々のＬＥＤを試験した後、各ＬＥＤを該ＬＥＤの特性に従って「ビニング」（binning）し、次に、予め計算したビンパターン（bin pattern）に従ってＬＥＤを回路基板上に配置することによりなされる。加えて、回路基板の発光特性は、ＬＥＤの配置後に測定され、この回路基板は、白色点に近接して整合する基板のみが１つのバックライトに用いられるように、組み合わされる。このプロセスは、グレーディング（grading）と称される。均一な発光特性を有する基板を形成し、ターゲット白色点を達成するために、ビンパターン及びグレーディングを用いることは、高価であり時間を消費するものである。さらには、プリント回路基板内のばらつきは、完全には抑えられない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
バックライティングのためのＬＥＤ光源は、複数列のＬＥＤのための最適な電流設定を記憶することができ、バックライトアプリケーションにおける色及び輝度の均一性が確保されるようになっているものとされている。基板における特定の光源基板のための最適な電流設定を記憶することによって、すべての光源基板が均一な光出力特性を有する結果となる。
【００１１】
ＬＥＤの特性に精密に整合し、適切な駆動電圧及び駆動電流を予め決定するために、ビニング及びグレーディングを用いることに代えて、ＬＥＤが、まずプリント回路基板（ＰＣＢ）に搭載され電気的に接続され、この後に試験される。この試験は、典型的には、駆動信号を変化させ、ＬＥＤ全体の輝度を光学的に検出することにより、実行される。次に、電圧値及び電流値は、既に接続された、試験したＬＥＤの全体的な効率に基づいた最適な値に設定することができる。最適な駆動電圧は、電流源の両端間の電圧降下が最小値となるところにある。駆動電流は、基板が予め設定された全体的な光出力特性を満たすように、設定される。これは、すべての基板が均一の特性を有するので、バックライトの形成を著しく簡略化する。
【００１２】
メモリがＬＥＤのプリント回路基板に統合され、このメモリがＬＥＤの各列について最適な電流設定を記憶する。バックライトに電力が供給されると、このメモリからの設定が、ダウンロードされて、所望の光出力特性を達成するように様々なドライバを制御する。このメモリはまた、線形電流源の両端間の電圧降下を最小限にするように、駆動電圧のための最適な値を記憶する。
【００１３】
プリント回路基板におけるＬＥＤの列の長さは、このプリント回路基板上にある同一色についてのＬＥＤの間で変化しうる。最適な列の長さは、コストと性能とのトレードオフによって決定すべきものであり、アプリケーションごとに変化するものである。ＬＥＤのクラスタが、バックライト用の反射箱内に用いられるときには、この箱におけるクラスタの位置が、このＬＥＤによる光出力の均一性に影響を与える。例えば、このＬＥＤの端部の周りの光は、この箱の側壁からの反射に依存して、このＬＥＤの中央部における光よりも、明るくなるか又は暗くなる。この問題を避けるために、側部に沿ったクラスタに与えられる電流が、この箱の中央部におけるクラスタに与えられる電流に対して、小さくされる。上記設定は、基板上のメモリに保存される。各クラスタについてのＬＥＤに対する駆動電流を完全に制御することを可能にすることにより、電流を調整して、所望の白色点を達成しつつ、このＬＥＤ全体において均一な光出力を得ることができる。
【００１４】
一実施形態では、各列が、一端において、電圧を最適な電圧に設定して該電圧のほとんどを上記列の両端間で降下させるようになっている電圧レギュレータに対して接続される。各列の他端は、各列の輝度を調整する制御可能な線形電流源に接続される。この電流源の両端間における電圧降下は、エネルギーが浪費されないように最小限とされる。
【００１５】
各色について１つの列のみを設けることができ、或いは、１つの色について多数の列を並列に設けることができ、或いは、個々のＬＥＤの各々を該ＬＥＤに固有の電圧レギュレータ及び電流源の両端間に接続することができ、或るいは、上述した構成の組み合わせを用いることもできる。
【００１６】
別の実施形態では、ＰＷＭコントローラが、プリント回路基板に搭載された１列における１又はそれ以上のＬＥＤに対して並列に接続されたトランジスタを制御する。上記列における様々なＬＥＤグループに並列に接続された別々のトランジスタを設けることができる。これらトランジスタは、各々、上記プリント回路基板において別々のＰＷＭコントローラを用いて制御されて、実質的に各ＬＥＤグループにおける輝度を等しくし、列全体又はクラスタ全体の全体的な輝度をターゲット値に整合させることができる。別々の組のＰＷＭコントローラが、各ＬＥＤの色について設けられる。各ＰＷＭコントローラについての制御値は、基板に対してターゲット光出力（例えば、予め決定された輝度及び白色点）を持たせるように設定される。これらの制御値は、基板におけるメモリに記憶される。この基板に対して電力が供給されたときには、メモリからの制御値がＰＷＭの動作周期を設定するために用いられて、この基板が、ターゲット光出力特性を満足するようになっている。この方法により、すべての基板は、消費者に販売されたときに、同一の光出力特性を有する。したがって、ＬＥＤの各列の輝度は、外部ＰＷＭ又は（上述したＰＷＭコントローラと協働して動作する）振幅変調コントローラによって別々に制御されて、ユーザが該ユーザの特定の仕様を満足する輝度及び白色点を調整することを可能とするものとすることができる。
【００１７】
一実施形態では、上記バックライトは、大型ＬＣＤテレビジョンに用いられる。各原色は、１色のＬＥＤについての１又はそれ以上の列によって生成される。これらの原色は、赤色、緑色及び青色であるが、２次的な色又は他の色を用いることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図４は、ＬＣＤ用バックライトＰＣＢの電子機器及び光源を示す。一実施形態では、複数のＬＥＤ及び電流源が、１つのプリント回路基板（ＰＣＢ）３０上に搭載される。別の実施形態では、電圧レギュレータもまたＰＣＢ３０上に搭載される。
【００１９】
赤色ＬＥＤ３２、緑色ＬＥＤ３３及び青色ＬＥＤ３４についての列が、示されている。ＲＧＢのＬＥＤを流れる電流を調整することにより、バックライトによって任意の白色点が達成される。
【００２０】
各列のアノードが、その列に固有の電圧レギュレータ３６、３７、３８に接続されており、各列のカソードが、その列に固有の電流源４０、４１、４２に接続されている。
【００２１】
電圧レギュレータは、好ましくは、時にはスイッチモード電源（ＳＭＰＳ）と称されるスイッチングレギュレータである。スイッチングレギュレータは、非常に効率的なものである。１つの好適なタイプは、通常のパルス幅変調（ＰＷＭ）レギュレータである。これらレギュレータは、電圧Ｖoを出力し、基準電圧Ｖref及びフィードバック電圧Ｖfbを受信する差動増幅器４４、４５、４６として表現される。入力電圧Ｖccは、或る範囲内において任意の値とすることができる。電圧レギュレータ３６〜３８の各々は、ＶfbがＶrefに等しくなるようにＶoを維持する。Ｖrefは、およそ、Ｖfbが十分な動作のために電流源（後述する）の両端間における降下に必要とされる最小電圧（例えば、100mV-1V）ととなるように設定される。複数のＬＥＤ列の組み合わさった順電圧よりごくわずかだけ大きなレベルにＶoを維持することにより、電流源の両端間において、過剰に電圧が降下することはなくなる。これにより、電流源によって放散させられる電力（及び熱）が最小となる。電流源の間において降下する電圧は、２ボルト未満とすべきである。
【００２２】
各電圧レギュレータについての最適なＶrefは、経験的に決定することができる。各列のＬＥＤは、該ＬＥＤに固有の順方向電圧を有しているので、電圧レギュレータ３６〜３８の各々についてのＶrefは、異なったものとすることができる。
【００２３】
各電圧レギュレータは、"LTC3453 Synchronous Buck-Boost High Power White LED Driver"において用いられているようなバックブーストＰＷＭスイッチングレギュレータとすることができ、このドライバのデータシートは、引用により本明細書に組み入れられる。このようなバックブーストレギュレータは、周知であるので、本明細書では詳細には説明しない。
【００２４】
電流源４０〜４２の各々は、該電流源に結合したＬＥＤの輝度を制御して所望の白色点を達成するように、制御可能となっている。電流源の各々は、図１、図２又は図３に示すように制御入力がＶref（又はＩset）及びイネーブル（ＥＮ）となっているものとすることができる。図４において、Ｖref又はＩset端子には、ＡＭ（振幅変調）というラベルが付され、ＥＮ端子は、ＰＷＭコントローラに結合されている。ＡＭの振幅又はＥＮの動作周期は、それぞれのＬＥＤの輝度を制御するように用いることができる。ＡＭリードは、電流源がＥＮ信号によってイネーブルとされたときに、パストランジスタ１４の「線形な」導電性を制御するために用いられる。
【００２５】
バックライトでは、白色点は、Ｒ、Ｇ及びＢの強度のバランスによって制御される。ＬＣＤは、Ｒ、Ｇ及びＢのＬＥＤを組み合わせた全体的な輝度（すなわちグレースケール）を制御する、ユーザによって制御される輝度コントロールを有しているが、３色の間におけるバランス（白色点）は依然として保持される。一実施形態では、このバランスは、所望の白色点（又は他のターゲット特性）を与える各々の電流源に対するＡＭ信号を選択し、各々の電流源に対するＡＭ値を固定することにより、実現することができる。光検出は、通常の光検出チャンバにおいて実行することができるものである。図４では、ＡＭ入力は、抵抗、電圧、電流、又は、３原色についてのバランスを設定する他の任意の値とすることができる。
【００２６】
別の実施形態では、各々の電流源に対するＡＭ信号は、必ずしも白色点に限られず他の任意の所望のバランスを達成するように経験的に選択される。例えば、ＡＭ値は、異なる基板における個々のＬＥＤが異なる特性を有していても、同一のＰＷＭ信号を用いて制御されたときに、すべての基板の光出力が同一となるように、選択することができるものである。次に、ＰＷＭ信号が、所望の白色点を達成するようにユーザによって設定される。換言すれば、ＡＭ信号は、すべての基板に対して、同一のＰＷＭ信号を用いて制御されたときに同一の光特性を持つようにする。
【００２７】
電流源４０〜４２の各々についてのＡＭ制御値は、複数のＬＥＤ列の間における所望のバランスを設定するために、基板上メモリ４７にプログラムすることができる。メモリ４７におけるディジタル値は、次に、電流レベルコントローラ４８によって適当な制御信号に変換される。例えば、このディジタル信号は、Ｄ／Ａ変換器によって変換され、基準電圧として用いることができる。メモリ４７のサイズは、ＡＭ信号の必要とされる精度及び制御の対象となるドライバの数によって決定される。そのレベルは、ＡＭ制御ピン４９を介して制御及びプログラムすることができる。電流レベルコントロール４８からの出力は、１つのラインのみしか示されていないが、電流レベルコントロールから電流源４０〜４２の各々に対して１又はそれ以上のラインを設けることができる。
【００２８】
メモリ４７は、集積回路メモリである必要はないが、可変抵抗等を含む任意の形態を取ることができる。
【００２９】
バックライトの全体的な強度（グレースケール）は、比較的高い周波数により電流源の動作周期を制御することにより制御して、フリッカを避けることができる。動作周期は、全時間に対するオン時間の比である。通常のＰＷＭコントローラは、所望の周波数及び動作周期の方形波を出力するために、用いることができる。動作周期における同一の変化が、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤの輝度を、同一の量だけ制御するということはできないが、通常は、各々の色について、別々のＰＷＭ入力が必要とされる。各々の色について動作周期の変化は、白色点を維持するために、経験的に決定されるが、これに従って、ＰＷＭコントローラの出力が調整される。
【００３０】
さらに、図８及び図９を参照して説明するように、バックライトにおける異なる部分を別々に制御するために、ＰＷＭ制御信号を用いることができる。
【００３１】
ＰＷＭ設定は、バックライトが組み込まれるアプリケーションについての特定の要求事項に基づいて、ユーザが決定することができるものである。例えば、ＰＷＭコントローラについての制御信号は、ハードウェアにおいて（抵抗により）ユーザが設定することができるものであり、また、外部装置からのディジタル信号を用いて設定することができるものであり、このディジタル信号は制御電圧に変換される。プログラムされたマイクロプロセッサ、メモリ又は他のコントローラは、ＰＷＭコントローラに対する制御信号を与えることができるものである。基板上メモリ４７に記憶されたＡＭ値は、複数のＬＥＤ列の間における本来的なばらつきをオフセットするために用いられる。
【００３２】
図５は、固定された周波数において動作する発振器の動作周波数を変化させるために制御信号を受信する、図４におけるＰＷＭ制御ラインに接続された複数のＰＷＭコントローラ５０のうちのいずれかを示す。
【００３３】
図６は、白色点（又はターゲット光出力）を設定して効率を最大なものとするためのプロセスの基本的なステップをまとめている。ステップ５１において、複数のＬＥＤが、ＰＣＢ上に搭載され、電圧レギュレータと電流レギュレータとの間に直列に接続される。ステップ５２において、これら複数のＬＥＤの効率（駆動信号対輝度）が、例えば、この駆動信号を調整して、光検出チャンバにおける輝度を監視することにより、試験される。次に、この試験の結果が、ターゲット光出力（色点及び輝度）を満足するのに必要とされる複数のＬＥＤ列についての駆動設定を決定するのに、用いられる。同一のアプリケーションについてのすべての基板は、同一のターゲット光出力を有していなければならない。ステップ５３において、最大効率（すなわち、電流源によって放散される最小エネルギ）のための駆動電圧が設定される。ステップ５３は選択的なものである。ステップ５４において、個々の赤色、緑色及び青色の輝度を制御して、基板３０における所望の目的とする光出力を達成するために、電流コントロール（ＡＭ信号）が設定される。ステップ５５において、均一な光特性がバックライトアプリケーションにおいて生成されるように、選択された駆動値が基板上メモリに記憶される。
【００３４】
図７は、原色の各々について多数の列（直列／並列グループ５６、５７及び５８）が並列に接続される、バックライトの別の実施形態を示す。並列に接続された各列についての順電圧（すなわちオン電圧）は、異なっているので、駆動電圧をそのグループにおける最大の順電圧よりも大きくすることが重要である。各グループについての最小電圧検出器６０、６１、６２が、複数列のカソードにおけるすべての電圧が特定の最小電圧を超えた時を検出する。この時点において、フィードバック電圧Ｖfbが、ＬＥＤの直列／並列グループについて設定される。他のすべての特徴は、図４を参照して説明したものと同様である。
【００３５】
図８は、各々のクラスタが、そのクラスタの色が混合されたときに白色を生成するような、ＲＧＢのＬＥＤのクラスタ６６、６７、６８を示す。このクラスタ例では、直列に接続された２つの赤色ＬＥＤと、直列に接続された２つの緑色ＬＥＤと、１つの青色ＬＥＤと、が存在している。１つのクラスタにおいてＲＧＢのＬＥＤを組み合わせた形態も、好適である。これらのクラスタは、光を混合するために、反射箱７０において分散させられる。ＬＣＤパネル（図示しない）が、バックライト箱７０の前方の開口部の上に搭載される。ＬＣＤのサイズに依存して、１つの箱にもっと多くのクラスタを設けることができる。
【００３６】
ＬＣＤ全体に与えられる光が均一であることが重要である。箱７０の反射性を有する側部に対するクラスタ６６及び６８の近接度に起因して、ＬＣＤの端部が、このＬＣＤの中央部におけるものとは異なる輝度を有することがある。これら端部のクラスタの輝度を調節して均一な照度を達成するために、これらＬＥＤに流れる電流は、箱７０の中央部に配置されるＬＥＤを流れる電流と相違させたものとしなければならない。
【００３７】
図９は、各クラスタにおける各色のＬＥＤを別々に制御するバックライトの一実施形態を示す。このように、任意のクラスタの輝度は、複数のクラスタが基板上に搭載された後にＬＣＤ全体における均一な輝度を実現するために、別々に制御される。図９において、中央のクラスタにおいて直列に接続された複数の赤色ＬＥＤ７２は、端部のクラスタにおける複数の赤色ＬＥＤ７３とは別々に制御される。ＬＥＤ７３の列に接続された電圧レギュレータは、簡略化のために、図示はされていない。他の赤色ＬＥＤの列は、点線により示されており、該列に固有の電圧レギュレータ及び電流源を有する。任意の列の輝度は、白色点は設定してＬＣＤパネルにおける均一な照度を達成するために、ＡＭ制御及び／又はＰＷＭ制御によって、個別に決定することができる。青色ＬＥＤの列７４、７５及び緑色ＬＥＤの列７６、７７に対する別々の制御もまた図９に示されている。
【００３８】
全体の輝度（グレースケール）及び色バランスを制御するために、ＰＷＭ制御を用いることができる。
【００３９】
各クラスタにおける各色のＬＥＤが別々に制御され、図８に示した複数のクラスタが、バックライトに用いられており、また、各クラスタにおいて１つの青色ＬＥＤしか存在しないので、直列に接続された複数の青色ＬＥＤは存在しない。
【００４０】
別の実施形態では、バックライトにおける個別のＬＥＤの各々は、別々に制御される。
【００４１】
図１０は、バックライトを用いるＬＣＤ８０又は他のディスプレイの部分としての本発明のバックライト７８の断面図である。通常の用途は、テレビジョン、モニタ、携帯電話等である。上述したように、１又はそれ以上のＲＧＢのＬＥＤクラスタ８２は、プリント回路基板８４の上に搭載される。クラスタ８２は、２次元アレイを形成することができる。このバックライト箱の底部及び側壁８６は、好ましくは、白色の反射性を有する散乱（diffusing）材料によりコーティングされる。均一な白色光を形成するために、様々な多色のＬＥＤからの光が、この箱において混合される。散乱部８８は、さらにその光を混合する。ＬＣＤパネル９０は、フルカラーのイメージを形成するために、制御可能なＲＧＢピクセル（シャッター）及び偏光器（polarizer）を有している。ＲＧＢフィルタ（図示しない）が、ＲＧＢピクセル領域を適切な光の色により照射するために用いられる。或いはまた、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤが、このＲＧＢフィルタの必要性をなくすために、順番に動作させることができる。
【００４２】
図１１は、バックライトＰＣＢ１００の別の実施形態を示す。１つの色のＬＥＤについての回路のみが示されている。この回路は、この基板上の各ＬＥＤの色について複製される。
【００４３】
１列のＬＥＤ１０２が複数のグループに分割される。３つのグループが示されている。１つのグループを含む、任意のグループを設けることができる。各グループは、そのグループに並列に接続された１つのトランジスタを有する。ＭＯＳＦＥＴ１０４、１０５及び１０６が、一例として示されているが、バイポーラトランジスタ又は他のタイプのスイッチを用いることもできる。各トランジスタのオン／オフ動作周期は、それぞれ、結合したＰＷＭコントローラ１０８、１０９、１１０によって制御される。各ＰＷＭコントローラは、スイッチング周波数において鋸波形を生成する発信器を含むタイプとすることができる。これらＰＷＭコントローラは、その動作周期の最初に、トランジスタをオンに切り替え、上昇する鋸が閾値レベルを超えたときにそのトランジスタをオフにする。この閾値は、ＰＷＭコントローラに適用される制御電圧によって設定される。代わりに、他の多くのタイプのＰＷＭコントローラを用いることもできる。
【００４４】
任意の好適なタイプの定電流源１１２が、ＬＥＤの列に流れる電流、又は、ターンオンされている任意のトランジスタに流れる電流を、供給する。トランジスタがターンオンされると、電流は、そのグループのＬＥＤを迂回して、そのトランジスタを通過する。定電流源１１２は、ターンオンされているトランジスタによって電圧降下が急激に変化したときに、その電流を著しく大きく変化させない程度に十分にロバスト（robust）なものとすべきである。
【００４５】
ＰＷＭコントローラ１０８〜１１０は、各グループの輝度がターゲット輝度レベルを満たすように、基板１００の試験の間に制御される。各グループについての動作周期は、そのグループにおけるＬＥＤに流れる平均電流を決定し、この平均電流が、感知される輝度を決定する。個々のＬＥＤの様々な効率に起因して、各グループは、ターゲット輝度を達成するために、様々な動作周期を有することができる。各グループがターゲット輝度レベルを満足する場合には、列全体の全体的な輝度は、ターゲット輝度を達成する。これが、各色のＬＥＤについて実行された場合には、この基板における全体的な輝度及び白色点は、予め設定されたターゲット輝度及び白色点を満足する。したがって、すべての基板は、個々の基板に対する試験の間において決定された制御値を用いて動作させられたときには、同一の光出力特性を有する。
【００４６】
これらの制御値のディジタル表現値が、基板上メモリ４７に記憶される。基板に電力が供給されると、この記憶されたディジタル値が、適切なＤ／Ａ回路又は他の手段によって制御電圧に変換されて、この基板が基準（baseline）ターゲット光出力を生成するようになっている。
【００４７】
典型的には、ユーザは、バックライトの全体的な輝度及び白色点を制御することを希望する。各列のＬＥＤの輝度を変化させるために、各色のＬＥＤについて、外部ＰＷＭコントローラ１１４が設けられる。この方法により、このバックライトのＲＧＢバランス及び全体的な輝度は、ユーザにより調整することができる。一実施形態では、外部ＰＷＭコントローラ１１４は、ＰＷＭコントローラ１０８〜１１０のスイッチング周波数と同一であるか又は該周波数よりも高い周波数において、各ＰＷＭコントローラ１０８〜１１０についてブランキング信号を生成する。
【００４８】
ＡＮＤゲート１１６〜１１８が、ＰＷＭ信号を消去する（blanking）ために用いられる。外部ＰＷＭコントローラ１１４のスイッチング周波数は、典型的には、コントローラ１０８〜１１０の周波数の１〜１２８倍となる。一実施形態では、外部ＰＷＭコントローラ１１４は、コントローラ１０８〜１１０のすべてを同期させるための共通のクロックを生成する。
【００４９】
図１２は、それぞれラベルＡ、Ｂ、Ｃ及びＤが付されたＰＷＭコントローラ１１４及び１０８〜１１０の各々についてのサンプル波形を示す。
【００５０】
図１３は、各基板１００についてターゲット光出力を達成するための方法を示すフロー図である。ステップ１２０において、複数のＬＥＤがＰＣＢ上において接続される。一実施形態では、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤが存在し、１つの色について複数のＬＥＤが直列に接続される。直列／並列又は色ごとの１つのＬＥＤといったような他の接続も考えられる。スイッチングトランジスタが、ＬＥＤの複数グループの両端に接続される。各色についての定電流源が、これらＬＥＤを駆動する。
【００５１】
ステップ１２１において、ＰＷＭコントローラが、ＬＥＤグループの相対的な輝度を制御して、各グループのターゲット輝度及び特定の色のターゲット輝度を満たすために、各スイッチングトランジスタに接続される。
【００５２】
ステップ１２２において、ターゲット値を満たすために用いられるＰＷＭコントローラの制御値が、基板上メモリに記憶される。或いはまた、発光基板のすべての実施形態において、このメモリは、この基板の外部に設けることもできる。
【００５３】
ステップ１２３において、ユーザが、特定の色の各々について輝度を調整して、ユーザがこの基板における全体的な輝度及び白色点を制御することを可能にするために、外部ＰＷＭコントローラ又は他の適切なコントローラを設けて調整する。
【００５４】
ステップ１２４において、この基板に電力が供給されると、メモリからの制御値が、この基板に対して、基板間において一致したターゲット光出力特性を持たせる。次に、ユーザが、輝度及び白色点に対するこのユーザの特定の仕様を満足するように、これらのターゲット特性を調整することができる。
【００５５】
図１４は、外部ＰＷＭコントローラ１３２が定電流源１１２の動作周期を制御する、１つの色（例えば赤色、緑色又は青色）のみについての回路を示す、基板１２０の一部分の実施形態を示す。これを実現するための１つの方法は、電流源からの電力を間欠的に除去すること、又は、回路からの電力を遮断することである。
【００５６】
図１５は、図１１及び図１４における外部ＰＷＭコントローラ１１４及び１３２に代えて、スイッチングトランジスタ１０４〜１０６についてのゲート駆動電圧の振幅又は定電流源１１２により生成される電流の振幅のいずれかを調整する振幅変調（ＡＭ）コントローラ１３６を用いた別の実施形態を示す。定電流源１１２についての制御ラインが、ゲート駆動電圧を変化させるための代替物としての制御を示すために、点線で示されている。
【００５７】
ＬＥＤの輝度を制御するための他の技術もまた用いることができる。
上述した様々な回路を様々に組み合わせることもできる。
【００５８】
本発明を詳細に説明してきたが、当業者であれば、本明細書及び図面による開示によれば、添付した特許請求の範囲の思想及び範囲から逸脱することなく本発明に様々な変更を施すことができる。したがって、本発明の範囲は、以上のように説明及び例示してきた特定の実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】従来技術に係る電流源により制御される複数のＬＥＤの配置を示す図。
【図２】従来技術に係る線形電流源により制御される複数のＬＥＤの列配置を示す図。
【図３】従来技術に係る線形電流源の一実施形態を示す図。
【図４】複数のＬＥＤの各々の列が該列に固有の電圧レギュレータにより制御され、駆動設定が基板上メモリに記憶される、本発明に係るバックライトＰＣＢの一実施形態を示す図。
【図５】方形波を出力する任意のタイプのＰＷＭコントローラであって、その方形波の動作周波数が１つのＬＥＤ列を流れる電流を制御するために設定されるＰＷＭコントローラ、を示す図。
【図６】バックライトにおける複数のＬＥＤを制御する本発明に係る方法の一実施形態を示すフロー図。
【図７】直列／並列に配置した複数のＬＥＤの各々が、該ＬＥＤに固有の電圧レギュレータ及び電流レギュレータにより制御される、本発明に係るバックライトＰＣＢの別の実施形態を示す図。
【図８】バックライトにおけるＲＧＢのＬＥＤのクラスタを示す図。
【図９】クラスタにおけるＬＥＤの各列が、該列に固有の電圧レギュレータ及び電流レギュレータにより制御される、本発明に係るバックライトＰＣＢの別の実施形態を示す図。
【図１０】本発明のバックライトを用いたＬＣＤを示す図。
【図１１】１つの色についての本発明に係るバックライトＰＣＢの一部分の別の実施形態であり、複数のＬＥＤ列の部分に対して並列に接続されたトランジスタを制御するＰＷＭコントローラを示す図。
【図１２】図１１におけるＰＷＭコントローラの相対的な動作周期を示す図。
【図１３】図１１、１４及び１５のコントローラを動作させるための方法を示すフロー図。
【図１４】図１１のバックライトＰＣＢの一変形例を示す図。
【図１５】図１１のバックライトＰＣＢの別の変形例を示す図。
【符号の説明】
【００６０】
３２  赤色ＬＥＤ
３３  緑色ＬＥＤ
３４  青色ＬＥＤ
３６〜３８  電圧レギュレータ
４０〜４２  電流源
４７  メモリ
４８  電流レベルコントロール
【図１】
0005281236.tif 000002
【図２】
0005281236.tif 000003
【図３】
0005281236.tif 000004
【図４】
0005281236.tif 000005
【図５】
0005281236.tif 000006
【図６】
0005281236.tif 000007
【図７】
0005281236.tif 000008
【図８】
0005281236.tif 000009
【図９】
0005281236.tif 000010
【図１０】
0005281236.tif 000011
【図１１】
0005281236.tif 000012
【図１２】
0005281236.tif 000013
【図１３】
0005281236.tif 000014
【図１４】
0005281236.tif 000015
【図１５】
0005281236.tif 000016