CN101551071A - 照明装置和采用该装置的显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种照明装置和采用该装置的显示装置，在各自具有至少1个发光元件的多组发光元件阵列的驱动电路中，对至少1个发光元件阵列以与其他发光元件阵列不同的相位进行脉冲驱动。处理电路，当以不同的相位驱动的至少1个发光元件阵列熄灭时，将熄灭了的至少1个发光元件阵列作为光接收元件，求出正在发光的其他各发光元件阵列的发光量。进一步，控制电路，根据求得的发光量，控制与发光中的发光元件阵列对应的驱动电路的驱动电平。

Description

照明装置和采用该装置的显示装置

本案是申请日为2005年8月18日、申请号为200510090652.X的、发明名称为“照明装置和采用该装置的显示装置”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及使来自光源的光束照射透射型或反射型的液晶板、或微小的反射镜等图像显示元件并进行图像形成的图像显示装置，特别是作为显示装置中采用的光源的照明装置。

背景技术

近年来，随着发光二极管(以下简记为LED(Light Emitting Diode))的发光效率的提高，对高亮度照明装置的应用取得惊人的发展。但是，LED，因性能随时间恶化而引起的发光效率变化、或LED元件间的发光效率偏差很大。因此，提出了保持均匀发光特性的方法等并已付诸实用。

例如，在特开2004-296841号公报所述的投影型显示装置中，提供了测量、检测、判别半导体光源的通电恶化状况并对其进行通报的装置、进一步还提供了测量、判断的方法，并能精确地告知更换光源。

在驱动由多个组成的LED而获得大亮度的照明装置中，当各LED的发光特性不均匀时，最好能够控制各LED的发光量，通过由多个光电变换元件检测每个LED的发光量，可以进行校正。

但是，当要以高精度检测每个LED的发光量时，必需增加光电变换元件的个数。因此，在部件成本的增加、配置方法、散热性方面将产生新的课题。

因此，需要提供一种即使所使用的LED个数增加也能以低的成本而且在配置问题上不存在任何困难地以高精度进行控制从而使每个LED得到均匀的发光特性的照明装置以及采用了该装置的显示装置。

发明内容

本发明是为解决上述课题而开发的，在各自具有至少1个发光元件的多组发光元件阵列的驱动电路中，对至少1个发光元件阵列以与其他发光元件阵列不同的相位进行脉冲驱动。处理电路，当以不同的相位驱动的至少1个发光元件阵列熄灭时，将熄灭了的至少1个发光元件阵列作为光接收元件，求出正在发光的其他各发光元件阵列的发光量。进一步，控制电路，根据求得的发光量，控制与发光中的发光元件阵列对应的驱动电路的驱动电平。

附图说明

附图示出基于本发明的几种实施方式，但仅作为实施例而不应理解为限制。在图中，相同的符号表示相同或类似的元件。

图1是表示实施例1的照明装置的结构图。

图2是实施例1中采用的LED阵列的配置图。

图3是补充实施例1的波形图。

图4是表示实施例2的显示装置的结构图。

图5是表示实施例3的照明装置的结构图。

图6是实施例3中采用的LED阵列的配置图。

图7是实施例3中采用的LED阵列的配置图。

图8是补充实施例3的波形图。

图9是补充实施例3的波形图。

图10是补充实施例3的波形图。

图11是表示实施例4的显示装置的结构图。

图12是实施例2的显示装置的另一种结构图。

具体实施方式

图1是表示本发明一实施例的照明装置的框图。图2是表示本发明的照明装置中由多个组成的发光元件的配置方法的一例的配置图。图3是表示各处理部中的动作时序和动作状态的波形图。

这里，作为本实施例中示出的发光元件，示出LED的情况。此外，在本实施例中，作为LED的发光性能的发光效率、发光量并无任何限定，只要能得到装置所需的发光量，无论怎样的性能都可以。另外，在本实施例中，LED发出的光波长分量并无特别的限定，只要构成为能根据照明装置的用途得到白色分量、红、蓝、绿等确定色分量，无论哪种构成都可以。

另外，在本实施例中，示出当对LED进行发光驱动时对LED进行间断式驱动的脉冲驱动的情况。进行脉冲驱动时的驱动(ON)、停止(OFF)间隔并无特别的限定，只要是与LED的发光开始、熄灭时间性能一致的驱动间隔，无论是哪一种都可以应用。

在图1中，1是发光量控制电路，2是发光量判定电路，3是发光驱动电路，4、5、6、7是LED，8、9、10、11是发光量检测电路。在图2中，12是表示由4～7的LED构成的LED阵列的结构图，示出从发光中的LED到熄灭中的LED的光发射方向。

发光量控制电路1，将从外部指示的目标发光量与由发光量判定电路2判定的实际发光量进行比较，求出照度或色分量的差量，并生成或输出对各LED4～7的驱动、停止及驱动电流量的指示信号，以使该差量减小。在这种情况下，分别由振幅值AMP指示驱动电流量、由驱动周期PWM指示驱动、停止期间。通过定期或不定期地反复执行本处理控制，逐渐地趋近目标发光量。本处理控制，应确定使控制系统稳定响应的控制量和控制间隔，在本实施例中并无特别的限定。

发光驱动电路3，生成将满足使LED稳定地进行发光响应、熄灭响应及充分地得到所需发光量的时间以及检测、运算、校正处理所需要的时间的时间间隔设定为基准周期T的时序信号。进一步，生成将在与LED4～7之间的发光期间对应的脉冲宽度、熄灭期间中由LED中的光电变换得到的发电功率进行采样的采样时序信号S/H和表示采样对象的采样对象信息No。

发光驱动电路3，根据振幅值AMP和驱动周期PWM，生成各LED4～7的驱动信号波形3a～3d，并使LED4～7点亮、熄灭。这里，点亮中的LED的发光量由驱动功率决定。在图3的驱动信号波形3a～3d中，以脉冲量的高低表示驱动功率，以脉冲量的期间表示点亮期间。

另外，作为发光量检测电路8、9、10、11，为检测来自LED4～7的光电变换输出即电流量，并联地设置用于电流检测的电阻，并取得在电阻上产生的电压值8a～11a。当然，只要能检测由LED产生的电流量，也可以是其他检测装置，并无特别的限定。此外，检测结果，可以是由电压值换算的模拟信号，进一步也可以转换为数字信号，只要能表示产生的电流量即可，并无限定。

这里，将熄灭时的LED用作光接收元件，并检测作为光电变换输出的发电功率。具体地说，LED4～7的处在熄灭期间的LED，接受来自其他的发光期间中的LED的光而激励发光，由光电变换作用产生电流，并分别由发光量检测电路8～11将电流量变换输出。

发光量判定电路2，作为LED4～7的特性，事先测量(1)表示施加功率与发光量的关系的发光特性、(2)表示光接收量-产生电流(电压)的关系的光电变换特性、(3)从各LED4～7的距离、位置关系决定的到达光接收比率，并预先将其作为表数据存储。

发光量判定电路2，根据采样时序列信号S/H和表示采样对象的采样对象信息No，在LED4～7中分别确定出点亮期间中和熄灭期间中的各LED。从基于发光量检测电路8、9、10、11的电压值8a～11a取出熄灭期间中的LED的电压值，从来自表数据的光电变换特性确定出光接收量，进一步根据到达光接收比率校正距离、位置关系，即可计算、确定出发光期间中的LED的发光量。通过在LED4～7中依次切换进行本动作，可以得到各自的实际发光量。

例如，如图2所示，当确定了点亮、熄灭期间中的LED的配置关系时，确定光发射方向和到达距离，并依次切换发光LED和熄灭LED的关系，检测各LED的发光状态。

在图2的例中，示出了点亮期间中的LED为1个的情况，但即使是多个LED点亮时也可以从LED的配置位置关系计算发光量。此外，也可以构成为通过任意改变各个LED的PWM间隔、次数、相位以使熄灭、点亮关系多样化而实现LED的配置位置关系的多样化并计算发光量。即，作为LED的点亮、熄灭的组合，使其在时间序列上不同，并检测规定位置的LED的发光状态。LED的光电变换量，由LED的制造方法或材料决定，并无特别的限定。

另外，LED驱动条件、驱动特性和性能随时间恶化特性的大致倾向是已知的，因而在预先具有表数据的情况下也可以提高发光量的换算精度。

按照以上给出的实施例，通过将LED同时用作光电变换元件(光传感器)，可以精确地检测LED阵列中邻接的LED间的发光偏差，并能进行高精度的发光量控制，还可以很容易地使LED阵列的发光量分布的平衡均匀化。此外，与在外部另外设置光传感器时相比，不需要新设的光传感器，因此，即使是配置位置的限制也能减轻，并可以很容易地降低成本。

在以上的例中，示出了限定LED阵列结构的情况，但当然不限于此，只要LED的配置方法、个数或熄灭时的点亮驱动中的LED的位置关系在结构上可以直接或间接地检测LED的相互间的发光状态，无论怎样的结构都可以。因此，即使提高每个LED的发光状态的检测精度，也很容易进行。

另外，各发电量检测电路的采样频度，既可以同时进行，也可以按时分方式交替进行。在这种情况下，检测电路可以兼用，还可以减少电机部件的个数。此外，还示出将LED并联连接的情况，但也可以用串联连接检测阵列整体的发电量。在这种情况下，无需对每个LED设置检测装置，因此可以减少电流检测装置的个数。

用图4说明将图1的例中示出的照明装置应用于具有根据输入图像信号以显示像素为单位控制光的透过量或反射量的图像显示元件的显示装置的光源和光源控制部分的实施方式。

在图4中，13是图像处理部，14是控制光的透过量(或反射量)的图像显示元件。在图像处理部13中，对所输入的图像信号进行各种图像处理或加工并生成图像显示信号。图像显示元件14，直接接受由LED4、5、6、7产生的光束、或接受用图中未示出的光学部件聚光后的光束，并根据图像显示信号以像素为单位控制光束的透过量(或反射量)。由此，生成图像光。

按上述方式得到的图像光，可用于直视，或也可以由图中未示出的光学部件对光进行导向，并由投影透镜15投射在屏幕上，显示光的浓淡程度。进一步，在图像处理部13中，以与输入图像信号的明暗或色分量联动的方式，控制向发光量控制电路1输出的发光量。

按照图4示出的例，可以实现易于保持均匀的发光亮度、色均衡的显示装置。进一步，通过与输入图像信号的画面更新周期同步地对LED的发光量进行校正控制，可以进一步实现消除了与图像信号联动的不谐调感的光量控制。

另外，在LED4、5、6、7产生白色光时、LED4、5、6、7按时间顺序产生红绿蓝光时、或LED4、5、6、7由分别发出红光、蓝光、绿光的各种情况的LED阵列构成时、或由发出不同色分量的LED阵列构成时，无论哪一种情况都可以，根据输入图像信号控制规定色的发光量，即可很容易地以高精度进行基于所需的颜色分配的图像再现。

另外，发光量的增减控制指示，也可以是从显示装置的外部或其他的控制装置进行指示的结构，可以根据明亮度、温度等环境条件或观察者的主观条件进行指示。

如上所述，通过将LED同时用作光电变换元件(光传感器)，可以精确地检测LED阵列中邻接的LED间的发光偏差，并能进行高精度的发光量控制，还可以很容易地使LED阵列的发光量分布均匀化。此外，与在外部另外设置光传感器时相比，可以减少光传感器数、或即使是配置位置的限制也能减轻，并可以很容易地降低成本。此外，在使光源具有图1的照明装置的情况下，可以实现易于保持均匀的发光亮度、色均衡的显示装置。

图5是表示照明装置的另一实施例的框图。图6、7是表示多个发光元件的配置方法的一例的配置图。图8、9、10是表示各处理部中的动作时序和动作状态的波形图。此外，与上述实施例1、2相同的符号，具有同样的功能，因此在本实施例中将重复的说明省略。可是，LED4～7，在说明中改为表示由1个以上的LED元件构成的LED阵列组4～7。

在图5、6、7中，16是LUT(Lock Up Table：查用表)，17是定序器，18是由放大器和开关构成的AMP(放大器)，19是发光驱动时序信号生成电路，20是发光量检测时序信号生成电路，21～24是4～7的各LED阵列组的LED元件，25是发电量检测保持电路，26～30是LED集合体。

图6是表示配置了M组(在本实施例中M＝4)的各自具有N个(在本实施例中N＝5)LED21～24的LED阵列组4～7的结构图。此外，在本实施例中，为简化说明，示出将按直线状配置了串联连接的LED的各LED阵列组4～7按并联方式配置的情况。此外，图中，没有示出从发光中的LED阵列组到熄灭中的LED阵列组的光发射方向，但按照与图2的光发射方向相同的情况进行说明。

图7也示出由串联连接的N个(N＝5)LED形成各LED阵列组4～7(M＝4)的例，但与图6不同的是，由使LED元件21～24的各自1个靠近相接的LED群26～30(N个)实现各LED阵列组4～7(M＝4个)。此外，在本实施例中，各LED群26～30的配置关系，靠近相接、遮光、远距离配置等无论哪种方式都可以，并无特别的限定。另外，N、M值当然也无任何限定，可以根据LED的性能和需要的光量任意决定。

在LUT16中，在取得目标发光量和后文所述的实际发光量后，生成使与实际发光量的差减小的发光校正量。此外，事先测量(1)表示施加功率与发光量的关系的发光特性、(2)表示光接收量-产生电流(电压)的关系的光电变换特性、(3)从各LED阵列组4～7的距离、位置关系决定的到达光接收比率，并预先作为表数据存储，当各LED阵列组4～7以目标发光量和后文所述的另外指定的发光量发光时，生成从熄灭中的LED阵列组4～7根据光电变换效应生成的发电量计算点亮中的LED阵列组4～7的发光量时的、从光电变换特性确定光接收量时的换算校正量、和基于到达光接收比率的距离、位置关系的校正量，作为检测校正量。

本发光校正量和检测校正量，在根据所使用的LED决定特性后，预先测量特性并设定为表数据。

发光量控制电路1，取得目标发光量和来自LUT16的发光校正量，并指示AMP量和PWM量作为各LED阵列组4～7的驱动功率。由发光驱动电路3内的定序器17根据本AMP量和PWM量决定LED阵列组4～7的驱动顺序。在这种情况下，分别指示AMP量AMP_1～4、驱动时序、占空比、发光量检测对象和检测时序的时间分配。

发光驱动时序信号生成电路19，在图8所示的基准周期T内，生成决定各LED阵列组4～7的驱动分配的PWM_1～4的信号。由AMP电路18以PWM_1～4的通/断(ON/OFF)时序和AMP量AMP_1～4的功率对各LED阵列组4～7进行驱动、熄灭。在本实施例中，示出在每个基准周期T内设定1次光量检测期间S/H以并进行光量检测的情况。

发电量检测保持电路25，与图1的实施例一样，由发电量检测电路8、9、10、11取得换算光电变换输出后的电压值8a～11a，并将发光量检测期间S/H的电压值作为发电量检测结果保持和输出。

发光量判定电路2，为检测光量而取得发光中的LED阵列组的序号No.、发光量检测期间S/H和来自LUT16的各LED阵列组4～7的检测校正量，并通过对各LED阵列组4～7的发电量检测结果进行换算而判定实际发光量。

当目标发光量与实际发光量存在差量时，从LUT16向发光控制电路1供给发光校正量，以使差量减小。按照以上的结构和处理，达到目标发光量与实际发光量的一致。

首先，如图6的配置所示，对点亮中的LED阵列组和熄灭中的LED阵列组设置距离差，并说明如图8的时序图所示按每个基准周期T依次切换作为发光量检测对象的LED阵列组的情况。例如，当LED阵列组4为发光量检测对象时，由发电量检测保持电路25取得LED阵列组5、6、7的光电变换输出V4a5、V4a6、V4a7。这里，在Vman中，m表示作为发光量检测对象的LED阵列组的序号，n表示检测的LED阵列组的序号。在这种情况下，根据配置距离，存在着V4a5＞V4a6＞V4a7的关系。同样，当LED阵列组5、6、7分别为发光量检测对象时，存在着

V7a6＞V7a5＞V7a4的关系。由本配置距离决定的发电量大小，由基于LUT16的到达光接收比率的距离、位置关系的校正量进行正规归一化。

然后，如图9的时序图所示，假定在规定数(在本实施例中为3)的基准周期T的期间内作为发光量检测对象的LED阵列组为同一个，并改变LED驱动功率，测量发电量检测结果的变化。当LED阵列组4为发光量检测对象时，得到取决于驱动功率AMP_1、AMP_1x、AMP_1y(AMP_1y＞AMP_1＞AMP_1x)及配置距离的发电量检测结果。由LUT16的表数据和发光量判定电路2对本结果进行驱动功率和发电量检测结果的位置校正，并生成实际发光量。当然，在这种情况下，也可以在1个S/H期间内切换驱动功率。此外，也可以按每个基准周期T同时改变LED阵列组和LED驱动功率。

接着，说明象图7的配置那样配置成使点亮中的LED阵列组和熄灭中的LED阵列组的距离差均等、就是说使发光和光接收的关系为最佳的情况。在这种情况下，如图10的时序图所示，即使依次切换作为发光量检测对象的LED阵列组，光量检测输出，也总是以与V4a5＝V4a6＝V4a7、V5a6＝V5a7＝V5a4、V6a7＝V6a4＝V6a5、V7a4＝V7a5＝V7a6大致相同的值进行输出。

图中虽未示出，但即使是图7的配置也可以按照图9的时序和同样的处理进行光量检测。

在本实施例中，用同一元件进行发光和受光，所以很容易对发光时序、受光时序进行控制，与原来的发光期间不同，设置微小的光量检测期间，因此可以提高光量检测精度。此外，由于能以高的精度检测驱动功率变化和发光量变化的相关性，可以对LED的发光量进行高精度的控制。

进一步，由于在靠近的LED之间进行相互的光量检测，很容易提高光量检测精度并对LED的特性变化进行检测、跟踪，因而可以实现LED发光量的稳定。

图11，与图4的实施例一样，示出将图5所示的照明装置应用于具有根据输入图像信号以显示像素为单位控制光的透过量或反射量的图像显示元件的显示装置中的光源和光源控制部分的实施方式。标有相同符号的部位是同一功能而省略重复说明。

按照图11的实施例，除图4的实施例中示出的效果外，即使当增加了LED阵列组4～7的LED元件数以便能够得到足以在图中未示出的屏幕上进行投影显示的光量时，也可以检测各LED阵列组4～7的发光状态，因此可以实现易于保持均匀的发光亮读、色均衡的显示装置。

另外，在图4或图11的显示装置中，对在屏幕等上进行投影显示的投影装置进行了说明，但本发明并不限于此。例如，如图12中示出的不使用投影透镜15的直视式液晶显示装置的照明装置，只要是可以采用LED的显示装置，本发明都可以适用。

按照以上的各实施例，不需要新的光传感器，因而可以降低价格。进一步，由于根据靠近的LED间的检测结果进行控制，可以实现LED发光量的均匀化。

Claims (10)

1.一种照明装置，其特征在于，包括：

多组发光元件阵列，各自具有至少1个发光元件；

驱动电路，在所述多组发光元件阵列中，对至少1个发光元件阵列以与其他发光元件阵列相位不同的脉冲进行脉冲驱动；

处理电路，当所述至少1个发光元件阵列熄灭时，将所述至少1个发光元件阵列作为光接收元件，求出所述其他各发光元件阵列的发光量；和

控制电路，根据所述其他各发光元件阵列的发光量，控制正在发光的所述其他发光元件阵列的驱动电平。

2.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于：

所述处理电路，包括：

检测电路，检测来自熄灭时的所述发光元件阵列的光电变换输出；

判定电路，从所述光电变换输出判定所述各发光元件阵列的发光量；

该判定电路，根据非点亮时的所述发光元件阵列的光电变换输出量、基于配置位置关系的发光分布及预先已知的所述各发光元件阵列的发光特性，判定发光时的所述发光元件阵列的光量。

3.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于：

由所述驱动电路和所述控制电路进行控制，以得到规定的发光量。

4.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于：

所述控制电路，控制所述发光元件阵列的驱动功率。

5.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于：

所述发光元件阵列，具有M(M≥1)组以N(N≥1的整数)个为单位连接了发光元件的发光元件阵列组。

6.根据权利要求5所述的照明装置，其特征在于：

将M组的所述发光元件阵列组分别并联配置M个。

7.根据权利要求5所述的照明装置，其特征在于：

所述发光元件阵列，配置N个从M组的所述发光元件阵列组中每组各选1个发光元件构成的M个发光元件群。

8.根据权利要求5所述的照明装置，其特征在于：

所述发光元件阵列，以M组的各发光元件阵列组为单位，由所述驱动电路和所述控制电路进行发光驱动，并由求取发光量的处理电路检测光接收量。

9.根据权利要求8所述的照明装置，其特征在于：

M组的所述发光元件阵列组中的1组进行发光驱动，其余的M-1组的发光元件阵列组分别检测到达的光接收量，并按规定的时间间隔依次切换所述发光元件阵列组的各组的发光。

10.一种显示装置，其特征在于，包括：

照明装置；

图像显示元件，根据输入图像信号控制来自所述照明装置的光的透过量或反射量；和

投影装置，显示来自所述图像显示元件的透过光或反射光；

所述照明装置，包括：

多组发光元件阵列，各自具有至少1个发光元件；

驱动电路，在所述多组发光元件阵列中，对至少1个发光元件阵列以与其他发光元件阵列相位不同的脉冲进行脉冲驱动；

处理电路，当所述至少1个发光元件阵列熄灭时，将所述至少1个发光元件阵列作为光接收元件，求出所述其他各发光元件阵列的发光量；和

控制电路，根据所述其他各发光元件阵列的发光量，控制正在发光的所述其他发光元件阵列的驱动电平。

Images