(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレイ状のＬＥＤの駆動電流を制御するためのシステムであり、前記システムが、
ヒートシンクと熱的に接触する前記ＬＥＤの接合温度を推定するための制御装置と、
推定された前記各ＬＥＤの接合温度に基づく前記制御装置からの指令に応じて前記ＬＥＤの駆動電流を変更するために構成されるドライバとを含み、
前記制御装置が、
未来の時点での前記各ＬＥＤに要求される光出力強度を計算し、
計算された前記光出力強度に基づいて、所定の熱分析技術を用いて、前記未来の時点での前記各ＬＥＤにより生成される熱を計算することにより、熱分布のトポグラフを作成し、
前記熱分布のトポグラフに基づいて、前記各ＬＥＤの接合温度を推定する、
システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであり、前記制御装置が、前記計算された熱に基づいて熱流方程式を解いて前記接合温度を推定するために構成される、システム。
【請求項３】
請求項２に記載のシステムであり、前記制御装置が、未来の時点で要求される出力強度を提供するために前記ＬＥＤを駆動するために要求される駆動電流を計算するために構成される、システム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムであり、前記ＬＥＤがヒートシンク上に設けられるＬＥＤのアレイのひとつである、システム。
【請求項５】
請求項１に記載のシステムであり、前記制御装置がマイクロプロセッサ及びルックアップテーブルを含むメモリを含む、システム。
【請求項６】
請求項５に記載のシステムであり、前記ルックアップテーブルが、駆動電流及び前記ＬＥＤのための出力強度データを含む、システム。
【請求項７】
請求項１に記載のシステムであり、前記制御装置がさらに、前記接合温度を推定するために操作可能な読み取り可能媒体を含む、システム。
【請求項８】
請求項１に記載のシステムであり、前記制御装置がさらに、駆動電流を計算し、実質的に同時にビデオストリームを処理するために構成されるグラフィックプログラムユニットを含む、システム。
【請求項９】
アレイ状のＬＥＤのための駆動電流を決定する方法であり、前記方法が、
未来の時点での前記各ＬＥＤに要求される光出力強度を決定する処理と、
決定された前記光出力強度に基づいて、前記未来の時点での前記各ＬＥＤにより生成される熱を推定する処理と、
前記未来の時点での前記アレイに対する熱流方程式の解を得る処理と、
得られた前記熱流方程式の解に基づいて、前記未来の時点での前記各ＬＥＤの接合温度を推定する処理と、
前記接合温度に基づいて、前記各ＬＥＤの前記未来の時点での前記要求される光出力強度に対する駆動電流を決定する処理と、
を含む、
方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であり、前記未来の時点の後の第二の未来の時点につき各前記処理を繰り返す、方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の方法であり、前記接合温度の前記推定がさらに、前記アレイにわたる熱分布に基づく前記接合温度をモデル化することを含む、方法。
【請求項１２】
請求項９に記載の方法であり、前記ＬＥＤがアレイ状でヒートシンク上に設けられる、方法。
【請求項１３】
請求項９に記載の方法であり、前記アレイのための前記熱流方程式を解くことがさらに、前記ヒートシンクのひとつ又はそれ以上の構造に基づく境界条件を決定することを含む、方法。
【請求項１４】
アレイ状のＬＥＤの駆動電流を推定するための、コンピュータ読み取り可能なプログラムコードで変換されたコンピュータ読み取り可能な媒体であり、前記コンピュータ読み取り可能なプログラムコードは、
未来の時点での前記各ＬＥＤに要求される光出力強度を決定し、
決定された前記光出力強度に基づいて、前記未来の時点での前記各ＬＥＤにより生成される熱を推定し、
前記未来の時点での前記アレイに対する熱流方程式の解を得て、
得られた前記熱流方程式の解に基づいて、前記未来の時点での前記各ＬＥＤの接合温度を推定し、
前記接合温度に基づいて、前記各ＬＥＤの前記未来の時点での前記要求される光出力強度に対する駆動電流を決定する、
ための命令を含む、
コンピュータ読み取り可能な媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイに関する。より具体的には、ここで開示される種々の方法及び装置は、発光ダイオードアレイの光強度出力を制御する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル照明技術、即ち例えばＬＥＤなどの半導体光源に基づく照明は、従来の蛍光灯、ＨＩＤ及び白熱灯の代わりに実行可能な代替物として提供される。ＬＥＤの機能的利点及び有利性には、高いエネルギ変換率及び光効率、丈夫さ、より低い使用コストその他多くの点が含まれる。最近のＬＥＤ技術の進展は効率的かつ丈夫なフルスペクトル光源を提供してきた。これにより多くの応用分野において種々の照明効果を可能としてきた。この光源を実施するいくつかの備品には、赤、緑及び青を含む異なる色を生成することができるひとつ又はそれ以上のＬＥＤを含む照明モヂュールと、同じく前記ＬＥＤの出力を独立に制御して、種々の色及び色変更照明効果を生成するためのプロセッサを含む。この構成は米国特許Ｎｏ６０１６０３８及び６２１１６２６に詳細に記載され、これらの内容は参照されて本明細書の一部となる。
【０００３】
高光束ＬＥＤはしばしば、表示装置のためのアレイとして使用される。表示のひとつのタイプは、高ダイナミックレンジ（ＨＤＲ）表示として知られている。ここでＬＥＤアレイは拡散装置の背後に設けられＬＣＤパネルのバックライトを提供するものである。しかし、多くの知られたＬＣＤモニタのＬＥＤが空間的に均一な発光を持つバックライトを提供するように設計される一方で、ＨＤＲ表示装置におけるそれぞれのＬＥＤの強度は個々に調節されている。使用中では、ビデオストリームのそれぞれのフレームはダウンサンプルされて前記ＬＥＤアレイの行及び列と同じ数の解像度を持つイメージを生成する。この低解像度イメージが次に前記ＬＣＤパネル上に表示される高解像度イメージを照明する。そこで、見ている人は前記元の高解像度ビデオイメージをダイナミックレンジが、多くの知られたＬＣＤモニタの通常のダイナミックレンジである５００：１に比べて２０００００：１の高さで感知することとなる。
【０００４】
知れられた（ＨＤＲではない）表示装置においてヒートシンクが熱平衡を実現するために使用されている一方、ＨＤＲ表示装置において熱平衡を達成することは実用的でない。特にＬＥＤは蛍光体コーティングＩｎＧａＮＬＥＤ又は赤−緑−青色ＬＥＤクラスタで共にＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＰＬＥＤである。当業者には理解されるべきであるが、これらのＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＰＬＥＤの強度は共にＬＥＤジャンクション温度に依存する。前記ジャンクション温度はさらに、駆動電流と前記ＬＥＤパッケージと接触する点で前記ヒートシンクの温度に依存する。前記駆動電流は知られているが、前記ヒートシンクの温度分布は知られていない。従ってＬＥＤ強度は推定することができない。
【０００５】
残念ながら、高光束ＬＥＤは駆動エネルギのわずか約１５％から約２５％だけを光に変換し、残りの駆動エネルギが熱になる。赤い波長で発光するＬＥＤは出力強度が５０％まで落ちることがあり、また緑及び青の波長を発光するＬＥＤは約５％から約２０％程度落ちることがある。従って、使用温度の増加による光強度の低下は、前記光束ＬＥＤにより提供される強度（例えばＬＥＤを組み込んだ表示装置の明るさ）を減少させるだけでなく、前記異なるＬＥＤの出力を非均一に変更することによる、赤い光、青い光及び緑の光の特定の部分に基づくイメージを変形させることがあり得る。
【０００６】
多くの共通に使用されるＬＥＤは、蛍光体コーティングＩｎＧａＮＬＥＤ又は赤−緑−青色ＬＥＤクラスタのいずれかであり、共にＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＰＬＥＤを含む。ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＰＬＥＤの強度は共に、ＬＥＤジャンクション温度に依存する。ジャンクション温度はさらに駆動電流及び前記ＬＥＤパッケージと接触する前記ヒートシンクの温度に依存する。前記駆動電流は知られているが前記ヒートシンクの温度分布は知られておらず、従ってＬＥＤ強度は予想できない。
【０００７】
ＬＥＤ強度レベルの予想することの難しさは、黒の背景に白い四角形を１時間程度表示するＨＤＲ表示装置を考えることで理解され得る。この条件で前記ヒートシンクは熱平衡に達する。ＬＥＤパッケージの間の熱抵抗に依存して、照明中及び非照明のＬＥＤの間の温度差は数十℃となり得る。もしもビデオイメージは突然完全な白色となる場合、これまで非照明であったＬＥＤは最初より低いジャンクション温度を持ち、従って高強度を持つであろう。見ている人は、前記ヒートシンクがその新たな熱平衡に到達するに従いゆっくりと薄れていく四角形の低分解能ネガティブイメージを感知するであろう。
【０００８】
従って、ＬＥＤアレイの前記ヒートシンクの温度分布を予想し、それぞれのＬＥＤの強度を１秒間３０から１２０フレームのビデオ速度で予想できる方法及び装置の必要性が存在する。ひとつの解決方法は、それぞれのＬＥＤの順方向電圧をそれぞれのビデオフレームの最初で測定することである。当業者に知られているように、ＬＥＤの順方向電圧は前記ジャンクション温度に依存し、従って前記ジャンクション温度の代替測定として使用され得る。駆動電流と組み合わせて、この測定はＬＥＤ強度の決定を可能とする。
【０００９】
この解決方法の欠点は、この方法が、千又はそれ以上のＬＥＤの順方向電圧を測定するために、高速、かつ高解像度のアナログ−デジタルコンバータを必要とすることである。この解決方法は高価であり従って実用的ではない。
【００１０】
従って当該技術分野において、上記欠点を少なくとも解消する、ＬＥＤアレイの光強度出力を制御する方法及びシステムの必要性が存在する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
発光ダイオードアレイの光強度出力を制御するためのシステム及び装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
ひとつの代表的実施態様において、本発明は、ＬＥＤの駆動電流を制御するためのシステムに関し、前記システムは、ヒートシンクの位置で前記ＬＥＤのジャンクション温度を評価するために構成される制御装置を含む。前記システムはまた、前記ＬＥＤへの駆動電流を前記制御装置からの命令に応じて変更するために構成されるドライバを含む。
【００１３】
ひとつの代表的実施態様において、ＬＥＤアレイのための駆動電流を決定する方法は、それぞれのＬＥＤの最初の要求される光出力強度を決定し；それぞれのＬＥＤの前記最初に生成される熱を推定し；前記最初の前記アレイの熱流方程式を解き；前記最初の前記それぞれのＬＥＤのためのジャンクション温度を推定し；及び前記ジャンクション温度に基づいて前記ＬＥＤのそれぞれのための前記最初の要求される光強度のための駆動電流を決定することを含む。
【００１４】
さらなるひとつの代表的実施態様において、アレイのＬＥＤの駆動電流を推定するための、コンピュータ読み取り可能なプログラムコードで変換されたコンピュータ読み取り可能な媒体は：前記アレイのそれぞれのＬＥＤの最初の要求される出力強度を決定し；それぞれのＬＥＤの前記最初に生成される熱を推定し；前記最初の前記アレイの熱流方程式を解き；前記最初の前記それぞれのＬＥＤのためのジャンクション温度を推定し；及び前記ジャンクション温度に基づいて前記ＬＥＤのそれぞれのための前記最初の要求される光強度のための駆動電流を決定させるために指示を含む。
【００１５】
本発明の開示目的で使用される用語「ＬＥＤ」は、全ての電子発光ダイオード又は他のタイプのキャリア注入／ジャンクション系システムであって、電気シグナルに応じて放射を生成することができるものを意味する。従って用語ＬＥＤには、限定されるものではないが、電流に応じて発光する種々の半導体系構造、発光ポリマ、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、エレクトロルミネッセンスストリップなどが挙げられる。特に、用語ＬＥＤは全てのタイプの発光ダイオード（半導体及び有機発光ダイオードを含む）を意味し、ひとつ又はそれ以上の赤外線スペクトル、紫外線スペクトル及び種々の可視光スペクトル（一般的には約４００ナノメータから約７００ナノメータ）を生成させるために構成される。ＬＥＤのいくつかの例は、限定されるものではないが、種々の赤外線ＬＥＤ、紫外線ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、黄色ＬＥＤ、アンバー色ＬＥＤ、オレンジ色ＬＥＤ及び白色ＬＥＤ（以下さらに説明される）などが含まれる。また理解されるべきは、ＬＥＤは、所与のスペクトルで種々のバンド幅（例えば、半値幅、又はＦＷＨＭ）を持つ（例えば狭バンド幅、広バンド幅）及び所与の一般的色範囲での種々の主要波長を持つ放射を生成するために構成され及び／又は制御されてよいということである。
【００１６】
例えば、本質的に白色光を生成するために構成されるＬＥＤ（例えば白色ＬＥＤ）のひとつの実施態様は、いくつかのダイを含み、それらがそれぞれ異なるスペクトルのエレクトロルミネッセンスを発光し、それらが組み合わされて本質的に白色光を生成する。他の実施態様では、白色ＬＥＤは蛍光材料と組み合わされ第一のスペクトルを持つエレクトロルミネッセンスを異なる第二のスペクトルへ変換する。この実施態様の一例では、相対的に短波長及び狭バンド発明バンド幅のスペクトルを持つエレクトロルミネッセンスが前記蛍光材料を「ポンプ」して、幾分広いスペクトルを持つより長波長の放射へ変換する。
【００１７】
理解されるべきは、用語ＬＥＤはＬＥＤの物理的及び／又は電気的パッケージタイプを限定しないということである。例えば上で説明したように、ＬＥＤは、複数のダイを持つ単一の発光装置であり、それぞれが異なるスペクトルの放射をするために構成される（例えば、個々に制御可能であるか、又は制御可能でない）。また、ＬＥＤは蛍光材料を伴っていてよく、これはＬＥＤの集積部分であると考えられる（例えばあるタイプの白色ＬＥＤ）。一般的に、用語ＬＥＤはパッケージＬＥＤ、非パッケージＬＥＤ、表面実装ＬＥＤ、チップオンボードＬＥＤ、Ｔ−パッケージ実装ＬＥＤ、ラジアルパッケージＬＥＤ、パワーパッケージＬＥＤなどを意味する。ＬＥＤには、いくつかのタイプの被包物及び／又は光学エレメント（例えば拡散レンズなど）を含む。
【００１８】
用語「光源」は、次のように理解されるべきである。即ち、全てのひとつ又はそれ以上の種々の放射源を意味し、限定されるものではないが、ＬＥＤ系光源（上で定義されたひとつ又はそれ以上のＬＥＤを含む）、白熱電球光源（例えばフィラメントランプ、ハロゲンランプなど）、蛍光光源、燐光光源、高輝度放電光源（例えば、ナトリウム蒸気、水銀蒸気、及び金属ハロゲン化物ランプ）、レーザー、他のタイプのエレクトロルミネッセンス光源、熱ルミネッセント源（例えば炎）、キャンドルルミネッセント源（例えばガスマントル、炭素アーク放射源）、フォトルミネッセント源（例えばガス放電光源）、電子飽和を用いるカソードルミネッセンス源、ガルバノルミネッセンス源、クロスタルルミネッセント源、キネルミネッセント源、熱ルミネッセント源、トリボルミネッセント源、ソノルミネッセント源、放射ルミネッセント源及びルミネッセントポリマなどが挙げられる。
【００１９】
所与の光源は、可視光スペクトル内で、可視光の外で、又はこれらの組み合わせで電磁波放射を生成するために構成されてよい。従って、用語「光」及び「放射」はここで相互に交換的に使用される。さらに、光源は、集積部品として、ひとつ又はそれ以上のフィルタ（例えばカラーフィルタ）、レンズ、又は他の光学コンポーネントを含むことができる。また理解されるべきことは、光源は種々の応用のために構成され得るということであり、例えば限定されるものではないが、指示板、表示装置、及び／又は照明が挙げられる。「照明光源」とは、室内空間及び戸外空間を効果的に照明するために十分な強度を持つ放射を生成するために構成される光源を意味する。この文脈で、「十分な強度」とは、可視光スペクトル内の十分な放射パワーを意味し、それは空間又は環境内で生成され（光源から全方向への全光を表すために単位「ルーメン」がしばしば使用され、これは「光束」の放射パワーという用語である。）室内の照明に提供される（即ち、間接的に感知され得る光であり、また例えば全体又は部分的に感知される前にひとつ又はそれ以上の干渉表面に反射されて感知され得る光である）。
【００２０】
用語「制御装置」とはここでは、一般的に、ひとつ又はそれ以上の光源を操作に関する種々の装置を記載するための使用される。制御装置は、種々の方法で実行され（例えばハードウェア専用など）、ここで説明される種々の機能を奏することができる。用語「プロセッサ」は、制御装置のひとつであり、ひとつ又はそれ以上のマイクロプロセッサを用いる。前記マイクロプロセッサはソフトウェア（例えばマイクロコード）を用いてプログラムされ、ここで説明される種々の機能を奏することができる。制御装置は、プロセッサを用いても用いなくても実行され得る。また専用のハードウェアの組み合わせとして、特定に機能を発揮させるために、またプロセッサ（例えばひとつ又はそれ以上のプログラムされたマイクロプロセッサ及びそれに伴い回路）を他の機能を発揮させるために実行され得る。本発明の開示の種々の実施態様において使用される制御装置コンポーネントの例は、限定されるものではないが、従来のマイクロプロセッサ、応用特定集積回路（ＡＳＩＣ）及び現場でプログラム可能なゲートアレイ（ＦＰＧＡ）が挙げられる。
【００２１】
種々の実施態様において、プロセッサ又は制御装置は、ひとつ又はそれ以上の貯蔵媒体を伴ってよい（一般的にここでは「メモリ」として参照し、例えば揮発及び不揮発コンピュータメモリのＲＡＭ，ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、及びＥＥＰＲＯＭ、フロッピィディスク、コンパクトディスク、光学ディスク、磁気テープなどである）。いくつかの実施態様では、前記貯蔵媒体はひとつ又はそれ以上のプログラムで変換される。前記プログラムはひとつ又はそれ以上のプロセッサ及び／又は制御装置で実行されると、ここで説明される少なくともいくつかの機能を発揮する。種々の貯蔵媒体はプロセッサ又は制御装置内に固定されてもよく、又は移動可能とされてもよい。従って、前記ひとつ又はそれ以上のそこに貯蔵されたプログラムがプロセッサ又は制御装置に呼び出され、ここで説明される本発明の種々の機能を奏することができる。用語「プログラム」又は「コンピュータプログラム」はここでは、一般的な意味で用いられ、すべてのタイプのコンピュータコード（例えばソフトウェア又はマイクロコード）を意味し、ひとつ又はそれ以上のプロセッサ又は制御装置で使用され得る。
【００２２】
以下の点が理解されるべきである。上記概念及び以下詳細に説明される追加の概念（ただしかかる概念は相互に不整合となるものではない）はここで開示される本発明の発明主題の一部分として考慮されるものであるということである。特に、この開示の最後に見られる請求される発明主題の全ての組み合わせは、ここで開示される本発明の発明主題の一部分として考慮されるものであるということである。さらに以下の点が理解されるべきである。参照されて本明細書の一部となった開示において見いだされ、ここで明示的に使用される用語は、ここで開示される特定の概念と最も整合する意味に一致するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
図中で、類似の参照符号は、一般的に、他の図面を通じて同じ部品を意味する。図面は寸法を正しく表すものではなく、むしろ本発明の原理を説明するための一般的に誇張されている。
【図１】図１は、代表的実施態様による、ＬＥＤアレイ及びヒートシンクを含む光源を示す。
【図２】図２は、代表的実施態様による、表示装置、ヒートシンク及び駆動電流をモデル化するための電子コンポーネントの簡単化された模式的ブロックダイヤグラムを示す。
【図３】図３は、代表的実施態様による、ＬＥＤの駆動電流を制御するための方法のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
特定の応用においてＬＥＤの光強度の変動に伴う欠点を考慮して、方法及びシステムは、前記駆動電流を制御することが説明される。より一般的には、出願人は以下の点、認識し理解している。即ちＬＥＤのジャンクション温度を推定し、未来のフレームでの要求強度に合わせるために要求される前記駆動電流を調節することは有益であるとことである。以下の詳細な説明では、説明のためであり限定するものではない、詳細を開示する代表的実施態様が、本発明の完全な理解を提供するために設けられている。きられた装置、材料及び製造方法は、本発明の実施態様の説明を曖昧にすることを防止するために省略されている。しかし、かかる装置、材料及び方法はまた、当業者にとっては、本発明の実施態様に従って使用され得るものである。
【００２５】
図１を参照して、本発明の代表的実施態様において、光源１００はＬＥＤアレイ１０１を持ち、それはヒートシンク１０２上に設けられ、ヒートシンクと熱的に接触する。理解されるべきは、光源のＬＥＤ１０１はパッケージ形で提供され、ここでは従ってＬＥＤパッケージとして参照される。
【００２６】
光源１００は、例えばＨＤＲ表示などの表示装置内に配置されてよい。またＬＥＤは高光束ＬＥＤであってよい。これらの応用は説明するためであって、他の応用もまた考えられる。これらの応用には、他の表示装置及び照明応用が含まれ、特にここではＬＥＤ１０１の出力強度について制御することが有用である。かかる応用は、本発明の開示の利益を有する当業者の知識の範囲内のものである。
【００２７】
前記ヒートシンク１０２は、金属／合金であってよく、前記ＬＥＤで生成された熱を受動的に前記環境へ逃がすために構成され得る。他の材料及び構成もまた、本発明の開示の利益を有する当業者の知識の範囲に含まれる。より詳しくはここで説明されるように、前記ヒートシンク１０２は一般的に、ＬＥＤアレイ１０１との熱平衡状態には到達できない。というのは、前記ＬＥＤの熱出力が時間により変動するからである。またヒートシンクも、実用上及びコストの点から、環境温度と異なる一定温度には維持されることはないからである。従って、本発明の説明に従って次の点がより明確になる。代表的実施態様は、時間的に未来の時点でのそれぞれのＬＥＤの温度を予想又は推定し；この予想されるジャンクション温度で望ましい出力強度のための要求される駆動電流を決定し；かつその時点で計算される駆動電流で前記ＬＥＤを駆動する、システム及び方法を含む。予想又は推定は以下説明するモデル化を介して実施される。
【００２８】
当業者であれば、ＬＥＤの前記格子と熱インピーダンスエレメントを多数のヒートソースを持つひとつのプレートに現れる集中インピーダンスとして認識される。その過渡的２次元熱分布は、次の２次元熱拡散方程式（１）で表される：
【００２９】
【数１】
0006087505.tif 000002
ここで、Ｔは温度、ｔは時間、Ｋは熱伝導率、ｃは比熱容量及びρは材料密度を表す。代表的実施態様において、ヒートシンクはアルミニウムであり、前記熱拡散方程式でのパラメータ値はそれぞれ：Ｋ＝２５０ｗａｔｔ／ｍｅｔｅｒ−Ｋｅｌｖｉｎ；ｃ＝０．９０２Ｊｏｕｌｅｓ／ｇｒａｍ−Ｋｅｌｖｉｎ；及びρ＝２．７０ｇｒａｍｓ／ｃｍ３である。
【００３０】
代表的実施態様において、ＬＥＤパッケージ１０１の前記マトリックスは等価に空間配置されたＬＥＤパッケージ１０１を含み、ここで、ｘでのスペースはｙでのスペースと等しい。また図１に示されるように前記スペースは、ヒートシンク１０２上でΔｘ＝Δｙ＝ｈとなる。このマトリックス配置で、前記熱拡散方程式は時間間隔Δｔで定差分方程式（２）を用いて解くことができる。
【００３１】
【数２】
0006087505.tif 000003
ここで（ｉ，ｊ）はＬＥＤアレイのｉｔｈ行、ｊｔｈ列を示し、ここでｒは式（３）で表される。
【００３２】
【数３】
0006087505.tif 000004
説明として、時間間隔Δｔは、前記定差分方程式（式（２））を解く場合に数値安定性を提供するためにｒ≦０．２５として選択される。それぞれのＬＥＤパッケージについて繰り返し計算により前記ヒートシンクに亘る過渡的温度分布が得られる。
【００３３】
特に、特別な場合、即ちΔｘ＝Δｙ＝ｈの場合が代表的実施態様の説明として提供されるが、実施態様の範囲を限定する意図も添付された特許請求の範囲を限定する意図もない。むしろ、ＬＥＤパッケージのマトリックスは、Δｘ≠Δｙとして空間分布され、かつそれぞれの方向でのＬＥＤパターンのスペースは実質的に等しくなるようにされ得る（即ち、Δｘは実質的に均等にヒートシンク１０２を横切り、Δｙが実質的に均等にヒートシンク１０２を横切る）。また、ＬＥＤパッケージ１０１のスペースは不均一マトリックス部分的に均一であり得る。不均一の場合、当業者に理解されるように、前記スペースを近似することで計算を容易にすることができる。部分的に均一の場合には、前記アレイのある部分ではスペースはｘまたはｙのいずれか又は両方に実質的に均一であって、ある部分では均一でないことがあり得る。前記スペースの数学的モデル化は前記光源１００の前記熱拡散を実行するために影響を受ける可能性がある。
【００３４】
本発明の実施態様において、より精細な解法手段、例えばＣｒａｎｋ−Ｎｉｃｈｏｌｓｏｎ及びａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ  ｉｍｐｌｉｃｉｔ  （ＡＤＩ）方法が使用され得る。これらはリアルタイム応用での計算負荷を低減させる。かかる手段の詳細は例えば、Ｐｒｅｓｓ，Ｗ．Ｈ．，Ｂ．Ｐ．Ｆｌａｎｎｅｒｙ，Ｓ．Ａ．Ｔｅｕｋｏｌｓｋｙ及びＷ．Ｔ．Ｖｅｔｔｅｒｌｉｎｇによる「Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ｒｅｃｉｐｅｓ  ｉｎ  Ｃ」、Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｐｒｅｓｓ，Ｃｈａｐｔｅｒ１９（１９９２）に見出すことができる。該等部分章は参照されて本明細書の一部となる。
【００３５】
代表的実施態様において、ヒートシンク１０２は前記ＬＥＤのための設置パッド、冷却フィン、機械的支持、強制空気又は水流及び類似の熱放散に使用可能な構成を含むことができる。当業者には理解されるように、前記ヒートシンク１０２のそれぞれの構成は前記偏微分方程式（前記熱拡散方程式）を前記熱放散をモデル化するために使用するにあたり境界条件に影響を与える。かかる境界条件は考慮に値する。境界条件がより複雑になると前記熱生成、熱放散、ジャンクション温度及び駆動電流のモデル化を実行するための数学的道具の要求が多くなる。これらの計算を実行するために、本発明の教示は熱分析技術を考慮する。これには、有限要素法、モンテカルロシミュレーション、スペクトル法及び変分法が挙げられる。これらの技術の選択は前記ヒートシンクモデルの複雑さ及びリアルタイムに解くために必要な処理力に依存する。
【００３６】
図２は本発明の実施態様によるシステム２００の模式的ブロックダイヤグラムである。前記システム２００はドライバ２０２と電気的に接続される制御装置２０１を含む。前記ドライバ２０２はヒートシンクアセンブリ２０３と電気的に接続され。前記ヒートシンクアセンブリ２０３はヒートシンク及びＬＥＤマトリックスを含み、表示装置２０４と接続してマトリックス一部として使用される。前記ヒートシンクアセンブリ２０３は例えば図１の実施態様と関連させて説明され得る。
代表的実施態様において、前記制御装置２０１はメモリを持つマイクロプロセッサ（例えば  Ｈａｒｖａｒｄ  ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ  マイクロプロセッサ）及びそこに例示されるソフトウェアコアを含む。又は、他のタイプのプログラム可能なロジックが前記制御装置のために使用され得る。例示として、例えば現場でプログラム可能なゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などのプログラム可能な論理装置（ＰＬＤ）が制御装置２０１として使用され得る。また、制御装置２０１は、応用特定集積回路（ＡＳＩＣ）を含むことができる。代表的実施態様において、前記制御装置２０１は、プログラム可能なグラフィックハードウェアで実行されることができる。例えば、ｎＶｉｄｉａ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，  Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ，ＣＡからのｎＶｉｄｉａ  ＧｅＦｏｒｃｅ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ  Ｕｎｉｔ（ＧＰＵ）が挙げられる。代表的なＧＰＵは、１２８程度のプロセッサユニットを含み、通常コンピュータゲームのための合成及びライブアクションビデオストリームを処理するためにしようされている。
【００３７】
有利なことに、ＧＰＵはビデオストリームのパラレル処理のために特別に設計されている。代表的実施態様において、前記ＧＰＵは以下の代表的実施態様の方法と組み合わせ及びマルチプルプロセッサユニットを用いて、以下説明される操作を実行する。例えば、Ａ．Ｅ．Ｌｅｆｏｈｎ等の「Ｇｅｎｅｒｉｃ  Ｄａｔａ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｆｏｒ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｈａｒｄｗａｒｅ」、PｈＤ  ｔｈｅｓｉｓ，  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ  ａｔ  Ｄａｖｉｓ，Ｊａｎｕａｒｙ２００６−Ｃｈａｐｔｅｒ１２，及び「Ａ  Ｈｅａｔ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  Ｍｏｄｅｌ  ｆｏｒ  Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ  Ｄｅｐｔｈ  ｏｆ  Ｆｉｅｌｄ  Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ」に記載されるコンピュータグラフィック技術を用いることで、ＧＰＵコンピュータ資源の小さな部分を用いて２次元熱拡散方程式をリアルタイムに解くことができる。当該刊行物の開示は特にここに参照されて本明細書の一部となる。
【００３８】
従って、ジャンクション温度のモデル化及びそれぞれのＬＥＤの駆動電流の計算は実質的に前記システム２００で同時に実行される。有利なことに、前記グラフィック計算はオリジナルのビデオストリームについて高ダイナミックレンジ表示について実行され得る。本発明の教示によるＧＰＵの仕様の利点は、ビデオストリームをパラレル処理するということである。例示的実施態様において、前記制御装置２０１のＧＰＵは、図３のジャンクション温度と関連してマルチプルプロセッサユニットを用いて上記した操作を実行する。例えば、現在ＧＰＵは１２８プロセッサユニットまで利用可能である。
【００３９】
代表的実施態様において、２次元の熱拡散方程式（式（１））が、ＧＰＵコンピュータ資源の一部を用いてリアルタイムに解かれる。従ってジャンクション温度のモデル化に要求される操作及び前記アレイのＬＥＤのための駆動電流設定が、高ダイナミックレンジ表示のためのオリジナルのビデオストリームでグラフィック計算と同時に実行される。ＧＰＵは、汎用マルチプルコアを持つマイクロプロセッサの発展途上の部分である。以下のことが予測される。スペクトル、現在ＧＰＵで利用可能な平行処理機能が汎用のマイクロプロセッサで利用可能となり、前記ＬＥＤの過渡的温度分布をリアルタイムで解くために必要な計算を実行できるようになる、ということである。
【００４０】
前記アレイの前記ジャンクション温度のモデル化を、上で説明したモデル化を用いて行った後、前記制御装置２０１は、特定のビデオフレームや他の時間につき、それぞれのＬＥＤに要求される光強度を決定する。当業者には理解されるべきであるが、望まれる光強度のための駆動電流は前記ジャンクション温度に依存する。従って、前記制御装置２０１は、モデル化されたジャンクション温度に基づいて前記アレイのそれぞれのＬＥＤの要求される強度に必要な駆動電流を計算する。前記制御装置２０１は前記駆動電流をアルゴリズムを用いて計算することができる。又はメモリ中のルックアップテーブルを含むこともできる。アルゴリズムを用いる場合には、前記アルゴリズムは、モデル化方法及びＬＥＤ出力特性を用いて強度レベルのための要求される駆動電流を計算することができる。また後者の場合には、簡単な関連するルックアップテーブルは、望ましい強度レベルについての駆動電流を含むものである。前記駆動電流を決定する方法に拘わらず、決定された後は前記制御装置はドライバ２０２に指令を送り、前記アレイのそれぞれのＬＥＤに必要な駆動電流を提供する。この工程がそれぞれのＬＥＤ時間間隔で繰り返される（例えばフレーム周波数）。
【００４１】
図３は、代表的実施態様によるＬＥＤの駆動電流を制御する方法３００のフロ−チャートである。前記方法は、上記のシステム２００にソフトウェアの形で組み込むことができる。上記したように制御装置２０１との組み合わせることができる。本実施態様の方法は、例えばＨＤＲなどの表示装置への応用を説明し、ＬＥＤ１０１の前記アレイ（例えば７００ＬＥＤ）のジャンクション温度の前記温度分布をリアルタイム（例えば１秒３０回から１２０回）で決定することを要求する。上で簡単に説明したが、このことは、ヒートシンク１０２上の前記ＬＥＤ１０１間の前記熱流を表す数千の要素についてマトリックス式を解くことを要求する。
【００４２】
操作中は、制御装置２０１は低分解能のビデオフレームを受け取る。３０１で、前記方法は、未来の時間でのそれぞれのＬＥＤについて要求される即時の強度計算を含む。この計算は、ビデオフィード情報に基づき、要求される強度を計算する方法は知られている。
【００４３】
３０２で、前記方法は該未来の時間でそれぞれのＬＥＤにより生成される熱の計算を含む。ヒートシンク１０２上のそれぞれのＬＥＤにより生成される計算された熱は前記３０１での計算から要求される強度レベルに基づく。上記のように、境界条件がより複雑になるに従い、前記熱生成、熱放散、ジャンクション温度及び駆動電流のモデル化を実行するために必要な数学的道具の要求は強くなる。この計算を実行するために、本教示は熱分析技術を考慮する。例えば、有限要素法、モンテカルロシミュレーション、スペクトル法及び変分法が挙げられる。これらの技術の選択は前記ヒートシンクモデルの複雑さ及びリアルタイムに解くために必要な処理力に依存する。
前記熱拡散モデル化が３０２で完了すると、熱分布のトポグラフが提供される。この計算から、それぞれのＬＥＤのジャンクション温度がモデル化され予想される。この予想は３０１から前記ＬＥＤについて要求される強度のためのものである。従って、３０４で、前記ＬＥＤ１０１についての前記ＬＥＤジャンクション温度が推定される。
【００４４】
３０４で予想されるジャンクション温度に基づいて、３０５で前記方法は、未来の時点で要求されるＬＥＤ強度を生成するためにそれぞれのＬＥＤについて必要な駆動電流デューティサイクルの計算を含む。方法３００は、前記ビデオ出力の次の要求のセットのために再び３０１で開始される。方法３００の特に有利な点は、ＬＥＤアレイ及びヒートシンク熱特性は、製品設計及び開発の際にのみ必要となるということである。物理的設計が最終的になされると、同様の熱モデル化が全ての製造された装置に適用され得る。
【００４５】
いくつかの本発明の実施態様につき記載され、説明されてきたが、当業者であれば、前記機能を実行し及び／又は前記結果及び／又はここで記載されたひとつ又はそれ以上の利点を得る種々の他の手段及び／又は構成に容易に想到するであろう。又はかかる変法及び／又は変更のそれぞれがここで記載された本発明の実施態様の範囲に含まれるものである。次の点は、当業者であればより一般的に容易に理解できることである。即ち、ここで記載の全てのパラメータ、寸法、材料及び構成は、例示的なものであるということ、及び実際のパラメータ、寸法、材料及び構成は本発明の教示が適用される特定の応用に依存するということである。当業者であれば次の点を認識するであろう。即ち、通常を超えない試行を用いて、ここで記載された特定の本発明実施態様と多くの均等物を想定することができるということである。従って理解されるべきは、これまで記載の実施態様は例示する方法で与えられたものであり、添付の特許請求の範囲の範囲内において、本発明の実施態様はここで具体的に説明され、特許請求の範囲で請求されているよりも他の方法で実施され得る、ということである。本開示の発明の実施態様は、それぞれの個々の構成、システム、備品、材料、キット及び／又はここで記載の方法に関する。さらに、かかる構成、システム、備品、材料、キット及び／又は方法の２つ又はそれ以上の全ての組み合わせが相互に不整合なものではない場合、本開示の本発明の範囲に含まれる。
【００４６】
ここで定義され使用される全ての定義は、辞書の定義、参照されて一部となった文書での定義及び／又は前記定義された通常の用語の意味を支配する。
【００４７】
ここで使用される「ひとつの」なる非制限用語は、明確に逆であることを示されていない限り、「少なくともひとつ」を意味すると理解されるべきである。
【００４８】
明細書及び特許請求の範囲で使用される用語「及び／又は」は、ここでは、結ばれているこれらの要素の「どちらか又は両方」を意味すると理解されるべきである。即ちある場合には接続的存在し、ある場合には非接続的に存在することを意味する。多数の要素が、「及び／又は」で列記される場合にも同様に解釈されねばならない。即ち、「ひとつ又はそれ以上の」前記要素がそのように接続されるということである。他の要素は場合により、特に「及び／又は」節により同定される要素以外として、前記具体的に同定される要素と関連しても関連しなくても、存在し得る。
【００４９】
明細書及び特許請求の範囲で使用される、「又は」は、上記定義したように、「及び／又は」と同じ意味と解釈されなければならない。例えば、「又は」又は「及び／又は」で列記された別々の事項は、包括するものとして、即ち少なくともひとつを含むとして解釈されるべきである。しかしまた１以上の、又はいくつかの列記された要素、及び、場合により追加の列記されていない事項をも含むものと解釈されるべきである。その逆を明確に示す用語のみ、例えば「唯一の」又は「正確にひとつの」又は特許請求の範囲で使用される「からなる」用語は、列記された、いくつかの要素の正確にひとつを含むことを意味する。ここで使用される用語「又は」は一般的に、排他的用語例えば「いづれか」、「ひとつの」、「唯ひとつの」又は「正確にひとつの」なる排他的用語が先行する場合にのみ、代替として解釈される（即ち、「ひとつ又は他のひとつで両方ではない」）。
【００５０】
明細書同様に特許請求の範囲において、全ての経過的句、例えば「含む」、「持つ」、「有する」、「保持する」、「担持する」、「からなる」などは、非限定的用語であると解釈されるべきである。即ち、含むけれどそれには限定されないということである。「からなる」、「本質的にからなる」という用語のみは、限定的句又は半限定的句であると解釈されるべきである（米国特許庁Ｍａｎｕａｌ  ｏｆ  Ｐａｔｅｎｔ  Ｅｘａｍｉｎｉｎｇ  Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ，  Ｓｅｃｔｉｏｎ  ２１１１．０３参照）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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