JP2006133764A - フィードバック制御を伴うフィールド順次式カラー・ディスプレイ - Google Patents

フィードバック制御を伴うフィールド順次式カラー・ディスプレイ Download PDF

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Abstract

【課題】所望の輝度及びクロミナンス特性を備えた光を確実に生じさせることが可能なLEDベースのフィールド順次式カラー・ディスプレイを提供する。
【解決手段】フィールド順次式カラー照明システム100には、複数の色のLED110と、この複数の色のLEDを駆動して背面照明に用いられる光を生じさせ、複数の色のLEDからの光を検出し、光検出に応答して色順次式駆動信号を調整するように構成されたスペクトル・フィードバック制御システム106が含まれている。放出される光をカラー・センサ120で検出し、その結果に応じてドライバ124から出力される色順次式駆動信号を調整することによって、LEDの性能の経時変化に応じて、フィールド順次式カラー照明システムから放出される光の輝度及びクロミナンス特性を所望のレベルに保つことが可能になる。
【選択図】図1

Description

本発明は、カラー液晶ディスプレイ(LCD)等の用途に適した照明システムに関する。
一般的なカラー液晶ディスプレイ(LCD)は、蛍光源または白色発光ダイオード(LED)からの白色光を利用して、バックライトを生じさせる。バックライトは、カラー画像を作成するため、液晶セル、カラー・フィルタ、及び、偏光フィルタによって処理される。
新しいタイプのカラー・ディスプレイには、光源として複数カラーLEDの利用が必要とされる。カラーLED(例えば、赤色、緑色、及び、青色LED)は、所望の色の光が得られるように、色順次式に駆動される。例えば、赤色、緑色、及び、青色光が、人間の目で識別できるより速く、順次発生するので、順次発生する色が混合して、所望の色が得られる。色順次式に駆動されるカラー・ディスプレイは、フィールド順次式カラー・ディスプレイと呼ばれる。従来のカラーLCDに対するLEDをベースにしたフィールド順次式カラー・ディスプレイの利点は、かなりの量のバックライトを吸収することになりがちな、カラー・フィルタ及び偏光フィルタを必要としないという点にある。光の吸収が減少するので、フィールド順次式ディスプレイは、より少ない電力消費で、より強い光を生じさせることが可能になる。一方、LEDをベースにしたフィールド順次式カラー・ディスプレイの欠点は、カラーLEDの輝度及びクロミナンス特性(色の特性)が、温度、経年、駆動電流、及び、製造のばらつきといった要因によって変動しがちであるという点である。
従って、本発明の目的は、所望の輝度及びクロミナンス特性を備えた光を確実に生じさせることが可能なLEDベースのフィールド順次式カラー・ディスプレイを提供することにある。
フィールド順次式カラー照明システムには、複数の色のLEDと、この複数の色のLEDを駆動して背面照明に用いられる光を生じさせ、複数の色のLEDからの光を検出し、光検出に応答して色順次式駆動信号を調整するように構成されたスペクトル・フィードバック制御システムが含まれている。放出される光を検出し、光検出に応答して色順次式駆動信号を調整することによって、LEDの性能の経時変化に応じて、フィールド順次式カラー照明システムから放出される光の輝度及びクロミナンス特性を所望のレベルに保つことが可能になる。
照明システムの実施態様の1つでは、スペクトル・フィードバック制御システムには、色特定フィードバック信号を生じるように構成されたカラー・センサ、色特定フィードバック信号に応答して色特定制御信号を発生するように構成されたコントローラ、色特定制御信号に応答して色特定駆動信号を発生するように構成されたドライバが含まれている。
本発明によるフィールド順次式カラー照明システムの動作方法には、複数の色のLEDを含む光源に駆動信号を加え、駆動信号に応答して発生する光を検出し、検出光に応答してフィードバック信号を発生し、フィードバック信号に応答して、光源に加えられる色順次式駆動信号を調整することが必要とされる。実施態様の1つでは、検出光に応答して、色特定フィードバック信号を発生する。色特定フィードバック信号を利用して、カラー毎に複数の色のLEDに対する色順次式駆動信号を調整し、放出光の所望の輝度及びクロミナンス特性が保たれるようにする。
本発明の他の態様及び利点については、本発明の原理の例証として示され、添付の図面に関連してなされる下記の詳細な説明から明らかになるであろう。
説明全体にわたって、同様の参照番号を用いて、同様の要素の識別が可能である。
図1には、例えば、液晶ディスプレイ(LCD)・パネル114用のバックライトとして用いることが可能なフィールド順次式カラー(FSC)照明システム100が描かれている。FSC照明システムには、光源102、光混合媒体104、及び、スペクトル・フィードバック制御システム106が含まれている。
光源102は、加えられた駆動信号に応答して、光を発生するように構成されている。光混合媒体104に対する光源の配向は、光源から放出された光が光混合媒体を通過するように施されている。図1に描かれた光源は、特定の色の単色光を放出する複数の発光ダイオード(LED)110(本明細書では「カラーLED」と呼ばれる)から構成されている。図1の実施態様では、カラーLEDには、それぞれの赤色、緑色、及び、青色のスペクトルの単色光を放出する赤色(R)、緑色(G)、及び、青色(B)の混合LEDが含まれている。カラーLEDは、LEDの分野において周知のところである。図1の実施態様例におけるカラーLEDは、赤色、緑色、及び、青色であるが、他のカラーLEDの組み合わせを利用することも可能である。例えば、赤色、緑色、及び、青色LEDの代わりに/に加えて、シアン及び琥珀色(アンバー)LEDを含む混色を用いることも可能である。各画素が赤色、緑色、及び青色LEDを有して、LEDは複数の画素のマトリクスに分類することが可能である。あるいはまた、LEDは、LCDパネルのエッジ照明に用いるような、光ストリップをなすように構成することが可能である。図1の場合、カラーLEDは、赤色、緑色、及び、青色(RGB)の反復パターンをなすように分布している。図1には、特定パターンをなすLED分布が描かれているが、他のパターン及び/または分布のLEDを利用することも可能である。LEDのパターン及び/または分布の詳細は、本出願に固有のものである。
光混合媒体104は、カラーLED110から放出される着色光(各色の光)を混合する。光混合媒体104は、LEDから放出されるさまざまなカラーを均一に分布させるのに役立つ。
スペクトル・フィードバック制御システム106には、カラー・センサ120、コントローラ122、及び、ドライバ124が含まれている。カラー・センサは、LCDパネル114、光混合媒体104、及び、光源102に対して、光源から放射され、光混合媒体及びLCDパネルを通過する光を検出するように位置決めされている。図1の実施態様の場合、カラー・センサは、検出した光の、各色固有の輝度及びクロミナンス特性を表わす色特定フィードバック信号を発生する三色センサである。例えば、カラー・センサは、検出光に関連した三刺激値情報を表わすために利用可能な1組の電気信号を発生する。
コントローラ122は、光源102から発生する光の輝度及びクロミナンス特性を制御する。コントローラは、色特定(各色ごとに固有の)制御信号を用いて、所望の輝度及びクロミナンス特性を備えた光を発生する。照明システムをフィードバック制御モードで動作させる場合、コントローラは、カラー・センサ120から色特定フィードバック信号を受信し、色特定フィードバック信号に応答して、色特定制御信号を発生する。
ドライバ124は、コントローラから受信する色特定制御信号を変換して、色順次式に光源102を駆動する色特定駆動信号にする。例えば、ドライバは、カラー毎にカラーLED110を制御する色特定駆動信号(例えば、赤色LED駆動信号、緑色LED駆動信号、及び、青色LED駆動信号)を発生する。ドライバには、色順次式にLEDを駆動するように構成された色順次式論理回路126が含まれている。色順次式にLEDを駆動するには、一度に一色ずつ、同じカラーのLEDを同時に駆動することが必要になる。例えば、最初に、赤色LEDが駆動され、次に、緑色LEDが駆動され、最後に、青色LEDが駆動される。既知のFSC技法を利用して、異なるカラーLEDが、人間の目で識別できるよりも速い測度で駆動されるので、人間の目には、それらのカラーは混合されたように見える。例えば、異なるカラーLEDの各グループは、60Hzのフレームの間に、個別に駆動される。実施態様の1つでは、3つの異なるカラーLEDグループ(赤色、緑色、及び、青色)のそれぞれが、順次、1/60秒(すなわち、60Hz)の各フレームの間の、1/180秒のサブフレームの間に順次起動される。色順次式に異なるカラーLEDの各グループを個別に駆動することによって、所望の輝度及びクロミナンスを備えた光を生じさせることが可能になる。
図2には、図1からのドライバ124の拡大(詳細)図が描かれている。図2に描かれたドライバには、色順次式論理回路126と、それぞれ、赤色、緑色、及び、青色LED用の色特定ドライバ124−1、124−2、及び、124−3が含まれている。色特定ドライバは、色特定駆動信号(例えば、赤色LED駆動信号、緑色LED駆動信号、及び、青色LED駆動信号)を発生し、これによって、ドライバは色順次式に色毎にカラーLED110を制御することが可能になる。時間変調(パルス幅変調とも呼ばれる)を利用して、LEDから放出される光の強度を制御することも可能である。あるいはまた、カラー光の強度は、駆動信号の電圧及び/または電流を変化させることによって制御可能である。
較正プロセス中、図1のスペクトル・フィードバック制御システム106は、光源102から放出される光の輝度及びクロミナンス特性を測定し、次に、測定結果に応答して、事前に設定された輝度及びクロミナンスが達成されるように放出光に調整を加える。較正プロセスの動作については、図1に関連して詳述する。説明のため、コントローラ122から開始すると、コントローラは、色特定制御信号を発生して、所望の輝度及びクロミナンス特性が得られるようにする。色特定制御信号は、ドライバ124に加えられる。ドライバは、コントローラからの制御信号に応答し、色特定駆動信号を発生して、光源のLED110を駆動する。例えば、LCDパネル背面照明に適した白色光は、赤色、緑色、及び、青色光を組み合わせることによって得られる。較正プロセスにおいて、カラーLEDを同時に駆動して、背面照明(バックライト)用の光を生じさせる。較正プロセスのもう1つの実施態様では、カラーLEDを色順次式に駆動して、背面照明のための光を生じさせる。較正プロセス中、LEDが、同時に駆動されるか、または、色順次式に駆動されるかにかかわらず、ドライバは、赤色、緑色、及び、青色LEDに特定された色特定駆動信号を発生する。光源のLEDは、駆動信号に応答して光を発生し、光は、光混合媒体104及びLCDパネル114を通過する。カラー・センサ120は、光混合媒体及びLCDパネルを通過する光を検出し、その検出に応答してフィードバック信号を発生する。図1の実施態様の場合、カラー・センサは、赤色、緑色、及び、青色スペクトルに関連した色特定フィードバック信号を出力する。カラー・センサからの色特定フィードバック信号は、コントローラによって受信され、所望の輝度及びクロミナンス特性を備える光が得られるようにするため、制御信号、さらに最終的には色順次式駆動信号が調整される。通常の色順次式動作中に、所望の輝度及びクロミナンス特性を備える光を得てこれを維持するため、コントローラは、色特定フィードバック信号に応答して色特定制御信号を発生する。実施態様の1つでは、カラー・センサからの色特定フィードバック信号と基準カラー情報を比較することによって、色特定制御信号を発生する。例えば、色特定制御信号は、カラー・センサからの色特定フィードバック信号と基準カラー情報との差の関数として発生させられる。色特定制御信号を発生するための技法例については、さらに詳細に後述する。
コントローラ122によって発生する色特定制御信号が、ドライバ124に加えられる。ドライバは、色特定制御信号を色特定駆動信号に変換する。次に、色特定駆動信号は、色順次式に光源102のカラーLED110に加えられ、LCDパネルの背面照明に用いられる光を生じさせる。較正プロセスは、放出光が所望の輝度及びクロミナンス特性を示すまで反復することが可能である。放出光の実際の輝度及びクロミナンス特性を測定し、実際の測定結果に応答してLED駆動信号に調整を加えることによって、個別カラーLEDによって放出される光の変化時に、所望の輝度及びクロミナンス特性を保つことが可能になる。
実施態様の1つでは、較正プロセスを選択的に利用して、出射光の輝度及びクロミナンス特性が調整される。例えば、較正プロセスは、事前設定された時間間隔の離散的時間期間(例えば、1時間、1日、1週間、1ヶ月に1回等)に実施することもできるし、あるいは、固定事象時に(例えば、システム起動時)に実施することも可能である。実施態様の1つでは、較正プロセスは、照明システムの起動中に実施される。もう1つの実施態様では、フィードバック制御プロセスは、電源(例えば、モバイル機器のバッテリ)の充電中に実施される。フィードバック制御プロセスを実施する頻度、及び、所望の輝度及びクロミナンス特性を得るのに必要な時間長は、光のドリフトの大きさ、所望の制御レベル、資源(リソース)消費に対する配慮等のようなさまざまな要素の関数である。
較正プロセスを選択的に利用して、放出光の輝度及びクロミナンス特性を調整する実施態様の場合、フィードバック制御プロセスが、通常動作中に実施されることはない。通常動作中にはフィードバック制御プロセスを実施しないことによって、フィードバック制御によって消費される資源(例えば、バッテリの電力及び処理サイクル)を節約することが可能になる。あるいはまた、通常動作中に(例えば、カラーLEDが色順次式に駆動されている間に)較正プロセスを連続して実施し、放出光の輝度及びクロミナンス特性に対する高レベルの制御を行うことも可能である。RGB LEDを同時に作動させる較正プロセスの実施態様では、較正プロセスに悪影響を及ぼす可能性のある望ましくない画像の表示を回避するため、LCDパネルを空白化している間(ブランク中)に較正プロセスを実行するのが望ましい。
例証のため、図1に描かれたシステム100は、三色のRGBをベースにしたシステムである。三色表示系の着色光は、通常は、個別に3つの色を知覚することができないように施される三色での等色化に基づき、三刺激値で表現することが可能である。三刺激値は、ある特定の三色表示系において、所望の色相に合わせるのに必要な3つの等色光の強度(等色するための、3つの光の強度)を表わしている。三刺激値は、下記の方程式を用いて計算することが可能である。
Figure 2006133764
ここで、
Figure 2006133764
相対スペクトル・パワー分布Pλは、スペクトル全体にわたる、一定間隔(範囲)の波長当りの、固定基準値に対するスペクトル・パワーである。CIE等色関数xλ、yλ、及び、zλは、CIE1931標準表色系における関数x(λ)、y(λ)、及び、z(λ)、または、CIE1964補助標準表色系における関数x10(λ)、y10(λ)、及び、z10(λ)である。CIE1931測色標準観測者は、その等色特性が1°〜4°の視野においてCIE等色関数に対応する理想的な観測者であり、CIE1964測色標準観測者は、その等色特性が4°を超える視野サイズについてCIE等色関数に対応する理想的な観測者である。反射率Rλは、その頂点が参酌対象表面上に位置する、ある特定の円錐内で反射される放射束と、照明された完全拡散反射体にから同じ方向に反射される放射束との比である。放射束は、放射物の形態で放出され、伝達され、または、受光されるパワーである。放射束の単位はワット(W)である。完全拡散反射体は、反射率(または透過率)が1に等しい理想的な均等拡散体である。重み関数Wxλ、Wyλ、及び、Wzλはそれぞれ、相対スペクトル・パワー分布Pλと、特定の組をなすCIE等色関数xλ、yλ、zλとの積である。
図1に描くコントローラ122は、色特定制御(色に関する制御)を実現するため、多種多様なやり方で実施することが可能である。図3A及び図3Bには、図1に描かれた光源において、赤色、緑色、及び、青色LEDを色毎に調整するために利用可能なコントローラ122の例が描かれている。図3Aを参照すると、コントローラには、基準値発生器130及び制御モジュール132が含まれている。コントローラは、カラー・センサ120(図1)からRGB空間における実測三刺激値(R、G、及び、B)の形で色特定フィードバック信号を受信する。コントローラは、入力基準三刺激値も受信する。入力基準三刺激値は、ターゲット・カラー・ポイント(X ref及びY ref)及び輝度値(L ref)の形をとることが可能である。基準三刺激値は、ユーザ・インターフェイス(不図示)によって事前に設定し、システムに事前にプログラムしておくこともできるし、あるいは、他の何らかの方法で入力基準三刺激値を受信することも可能である。基準値発生器は、入力基準三刺激値をRGB空間における基準三刺激値(R ref、G ref、及び、B ref)に変換する。制御モジュールは、次に、実測三刺激値と基準三刺激値との差を求めて、所望の輝度及びクロミナンス特性を得るため、色毎に駆動信号に施す必要のある調整を反映した色特定制御信号を発生する。所望の輝度及びクロミナンスの光が放出されるように、必要に応じて、色特定制御信号によってカラーLEDに調整が加えられる。こうして、光源の輝度及びクロミナンス特性は、所望の(すなわち、基準)輝度及びクロミナンス特性に近づく。
図3Bの代替コントローラは、CIE1931三刺激値を利用する点を除けば、図3Aのコントローラと同様である。図3Bのコントローラには、RGB空間における実測三刺激値を実測CIE1931三刺激値に変換するフィードバック信号変換器134が含まれている。さらに、基準値発生器130は、入力基準三刺激値を基準CIE1931三刺激値に変換する。制御モジュール132は、次に、実測CIE1931三刺激値と基準CIE1931三刺激値との差を求め、それに応じて、色特定制御信号を調整する。
図1〜図3Bに関連して上述のFSC照明システム100に施す配向によって、カラー・センサが、光の混合後ではあるが、LCDパネル114の通過前に、光を検出するように構成することも可能である。図4には、LCDの分野において既知のように、LCDパネルの側面またはエッジに光が入射するようにLCDパネル114に対する配向が施された光源102を含む、LEDベースのFSC照明システム200が描かれている。例えば、カラーLED110は、線状に構成され、LCDパネルのエッジに沿って配置されている。LCDパネル用バックライトとして用いられる場合、光源は、一般に、白色光を生じるように駆動される。当該分野において既知のように、白色光は、赤色、緑色、及び、青色光を組み合わせることによって生じさせることが可能である。図4の実施態様の場合、通常動作中に、赤色、緑色、及び、青色LEDを色順次式に駆動して、白色光を生じさせる。白色光の所望の輝度及びクロミナンス特性は事前設定されており、上述のように、較正プロセス中に必要に応じてスペクトル・フィードバック制御システムを用いて駆動信号を調整することにより、放出光の所望の輝度及びクロミナンス特性が実現され、保たれることになる。
カラーLEDが色順次式に駆動される較正プロセスの実施態様の場合、カラー・センサは、個別色特定測定値の和を求めて、完全な色測定値が得られるように構成を施すことが可能である。例えば、カラー・センサは、赤色LEDが駆動されている間に赤色光を測定し、緑色LEDが駆動されている間に緑色光を測定し、青色LEDが駆動されている間に青色光を測定することになる。次に、色特定測定値の和を求めて(例えば、グラスマンの法則に従って)、光全体の輝度及びクロミナンス特性が解明される。
ドライバ内に配置される色順次式論理回路が開示されているが、色順次式論理回路は、コントローラ内、ドライバ内、または、その任意の組み合わせに配置することが可能である。
図5には、本発明によるFSC照明システムを動作させる方法のプロセス流れ図が描かれている。ブロック560において、複数カラーLEDを含む光源に駆動信号が加えられる。ブロック562では、駆動信号に応答して放出される光が検出される。ブロック564では、検出光に応答して、フィードバック信号が発生する。ブロック566では、光源に加えられる色順次式駆動信号が、フィードバック信号に応答して調整される。
照明システム100及び200は、LCDパネル用のバックライトとして解説されているが、LEDベースのFSC照明システムは、他の任意の証明用途に利用することも可能であり、決して上述の用途に制限されることはない。
フィードバック信号を送り出し、フィードバック信号に応答して色毎にカラーLEDを調整する、スペクトル・フィードバック制御システム106の他の実施態様の可能性もある。
本発明の特定の実施態様について解説し、例示したが、本発明は、こうして解説され、例示された部分の特定の形態または構成に制限されるものではない。本発明の範囲は、付属の請求項及びその同等物によって定義されるものとする。
本発明によるスペクトル・フィードバック制御システムを含むフィールド順次式カラー照明システムを示す図である。 赤色、緑色、及び、青色LEDに特定された色順次式論理回路及びドライバを示す、図1のドライバを拡大して示す図である。 図1のコントローラを拡大して示す図である。 CIE1931三刺激値を利用する図1に示すコントローラのもう1つの実施態様に係る拡大図である。 本発明によるLCDパネルの背面照明に用いられるスペクトラル・フィードバック制御システムを含む照明システムを示す図である。 本発明による照明システムを動作させるための方法のプロセスを示す流れ図である。
符号の説明
102 光源
106 スペクトル・フィードバック制御システム
110 カラー発光ダイオード
120 カラー・センサ
122 コントローラ
124 ドライバ

Claims (10)

  1. 複数の色の発光ダイオード(LED)を含む光源と、
    前記複数の色のLEDを駆動して背面照明に用いられる光を生じさせ、前記複数の色のLEDから放出される光を検出し、前記光の検出に応答して色順次式駆動信号を調整するように構成されたスペクトル・フィードバック制御システムと
    を具備することを特徴とするフィールド順次式カラー(FSC)照明システム。
  2. 前記スペクトル・フィードバック制御システムが、色毎に前記複数の色のLEDを制御するように構成されることを特徴とする請求項1に記載のFSC照明システム。
  3. 前記複数の色のLEDに赤色、緑色、及び、青色LEDが含まれることを特徴とする請求項2に記載のFSC照明システム。
  4. 前記スペクトル・フィードバック制御システムに、さらに、各色毎に前記複数の色のLEDを制御するのに用いられる、色特定フィードバック信号を送り出すように構成されたカラー・センサが含まれることを特徴とする請求項2に記載のFSC照明システム。
  5. 前記スペクトル・フィードバック制御システムに、同じ色の複数LEDを同時に駆動するように構成されたドライバが含まれることを特徴とする、請求項4に記載のFSC照明システム。
  6. 前記スペクトル・フィードバック制御システムに、色毎に前記複数の色のLEDを制御して、前記光源から出射される光が事前設定された輝度及びクロミナンス特性を保つように構成されたコントローラが含まれることを特徴とする請求項4に記載のFSC照明システム。
  7. フィールド順次式カラー(FSC)照明システムを動作させるための方法であって、
    複数の色の発光ダイオード(LED)を含む光源に駆動信号を加えることと、
    前記駆動信号に応答して放出される光を検出することと、
    前記検出した光に応答して、フィードバック信号を発生することと、
    前記フィードバック信号に応答して、前記光源に加えられる色順次式駆動信号を調整することと
    を有することを特徴とする方法。
  8. 前記駆動信号を加えることが、
    較正プロセス中、各色のLEDに同時に駆動信号を加えることを含むことを特徴とする請求項7に記載の方法。
  9. 前記光を検出することが、
    各色に固有のフィードバック信号を発生することを含むことを特徴とする請求項7に記載の方法。
  10. 前記色順次式駆動信号を調整することが、前記各色に固有のフィードバック信号に応答して、色毎に前記駆動信号を調整することを含み、
    前記複数の色のLEDの駆動信号が、前記検出した光の事前設定輝度及びクロミナンス特性を保つように調整される
    ことを特徴とする請求項9に記載の方法。
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