JP2004235611A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 基板上に、複数個の発光素子と1つの光検出素子を備える。特に第1,第2および第3の色を発光する発光素子を各色ごとに1つずつ備え、各発光素子から発せられた光を検出する光検出素子を1つ備えたことを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
白色光源は、携帯電話などの液晶表示装置(LCD)のバックライトとして用いられている。
しかし、3原色のLEDを用いて白色光を放出させるようにした場合には、色ずれが生じないように3原色のLEDの配置や光強度を適切に選択し、3原色の色バランスを適切に調整することが必要であり、3つのLEDの配置や発光方法に種々の提案がなされている(特許文献1,2参照)。
特許文献2には、1つの赤色LEDを四角形の中心に配置し、四角形の4つの角に、それぞれ2つの緑色LEDと青色LEDとを交互に配置した半導体発光装置が開示されている。
R,G,Bの各LED素子は完全に設計値どうりに作成することは困難であり、同じ色のLEDを複数個用いる場合や多数の異なるLEDを用いて同じ色調の発光色を生成する場合は、個々の製品ごとに色バランスにばらつきが発生していた。
特に白色の場合、色合いを変えることで昼光色、電燈色等部屋の雰囲気まで変化するため色調を設計通りに作成することが重要である。
この経年変化に対応するためには、光強度モニター素子を各LEDごとに設け、各LEDの光強度を常に測定しながら、各LEDの発光強度を調整することにより、発光色の品質を維持することが望ましいと考えられる。しかし、各LEDごとに別々に光強度モニター素子を設けていたのでは、光強度をモニターするための部品点数が増加し、回路も複雑化し、さらにパッケージ寸法が大きくなるので、特に小型化を要求される用途には適さない。
ここで、発光素子はn個(n≧2)であればよいが、n個の発光素子は、それぞれ異なる色の光を発光するものとする。
これによれば、光検出素子が各発光素子の近傍にあるので、光検出素子から発せられた光の強度を正確にモニターすることができ、所望の色バランスを持つ発光色を得ることができる。特に、所望の白色光を安定して得ることができる。また、部品点数の削減と装置の小型化ができる。
また、前記第1,第2および第3の色の発光素子をそれぞれ正三角形の各頂点に配置し、前記光検出素子をその正三角形の重心位置に配置してもよい。このような配置とすることにより各素子から光検出素子に入る光の割合をほぼ一定にできるのでどの色に対しても光検出素子の出力がほぼ同じとなるので後段の増幅器の利得を略同じにすることができ装置が簡単になる。更に、各素子の間隔を最も狭くでき、装置の小型化がはかれる。
発光素子としては、種々のものが考えられるが、小型かつ安価なものとしては、たとえばLEDが用いられる。また、白色光を得るために、3つの色として、赤色,緑色,青色の光を発光するLEDが用いられる。光検出素子としては、たとえばフォトトランジスタが用いられる。
発光制御部と発光強度調整部は、論理素子を組合せたハードウェアロジックで形成することもできるが、CPU,ROM,RAM,I/Oコントローラ,タイマー等からなるマイクロコンピュータで形成することもできる。マイクロコンピュータを用いる場合には、調整のための基準となる電流量や発光の制御手順を示すプログラム等が、予めROM、またはRAMに記憶される。
また、絶縁基板上に前記3つの発光素子を配置し、前記光検出素子を、発光された光を遮らないように、配置してもよい。たとえば絶縁基板上に形成された凹部の中に配置してもよい。
さらに、この発明の発光装置は、液晶表示装置等のバックライトに用いてもよい。
この発明によれば、3つの発光素子と1つの光検出素子を備え、これらの配置を工夫しているので、色バランスのばらつきを抑え、3つの発光素子の発光により合成された発光色の色調を維持することができ、特に白色光の色合いを維持することができ、少ない部品点数で装置を構成しているので装置の小型化,低コスト化が可能である。
また、光検出素子によって検出された検出信号を用いて発光素子に与える電流を調整しているので、発光素子の発光特性にばらつきや劣化が生じても、常に所望の色バランスを持つ発光色を得ることができ、特に、所望の白色光を安定して得ることができる。
さらに、光検出素子により外光の検出を行うので、外気光の光強度に対応して白色光の光強度を調整でき、利用者に見やすく高品質な表示を提供することができる。
以下の実施例では、発光素子の数が3つの場合について説明する。
図1に、この発明の発光装置の一実施例の構成図を示す。
図2に、図1の発光装置の配置に対応する回路図を示す。
図3に、図1の断面A−A'の部分の断面図を示す。
3つのLEDチップは、それぞれ赤色を発光するLED2a,緑色を発光するLED2b,青色を発光するLED2cであり、正三角形の各頂点の位置に配置される。
1つのフォトトランジスタ3は、各LEDチップからの距離が、ほぼ等距離となる位置、すなわち、正三角形の重心の位置に配置される。
図1では、各LEDチップ2とフォトトランジスタ3に対して、それぞれ電気的に独立した配線パターン4と、これらの配線パターンと直接接続するためのワイヤ5が形成されている。
各LEDチップに接続された配線パターン(4a,4c,4d)は、図4に示した制御部11に電気的に接続され、制御部11は、この配線パターン4を介して、各LEDに流れる電流のON/OFF制御を行う。
また、チップ保護と光の拡散効果等を目的とし、電極の外部接触部を除いた回路全体を覆うように樹脂保護膜6が形成されている。
また、フォトトランジスタ3は1つであるので、同時に複数のLEDの光を検出させることはなく、時分割で順次LEDを発光させるように制御する。
フォトトランジスタ3に接続された配線パターン(4b)も、前記した制御部11に接続され、配線パターン4bを介して出力された3つのLEDそれぞれの光強度の検出信号を解析することにより、各LEDに流す電流を調整する。
図4において、R,G,B各色の発光は時分割で時間的に重なることなく行われ、検出信号SR,SG,SBは、時間的にずれた信号として、制御部11に入力される。制御部11では、検出信号SR,SG,SBの大きさを解析し、設計どうりの白色光が出力されるようにRGB3つの発光強度を調整し、これに対応した電流(ia,ib,ic)を時間をずらして出力する。
制御部11は、発光のタイミングを制御する発光制御部と、フォトトランジスタから入力される検出信号を解析して光強度に対応する電流の調整量を算出する光強度調整部の機能を備えたものである。
図5において、赤色LED2aの発光は0から時刻T1までの間に行い、その時間内の時刻t1〜t1'のときにフォトトランジスタ3を動作させて検出信号SRを出力させる。
また、緑色LED2bの発光は時刻T1からT2までの間に行い、その時間内の時刻t2からt2'のときにフォトトランジスタ3を動作させて検出信号SGを出力させる。
ここで、たとえば、各LEDの発光時間は5msec程度とし、フォトトランジスタ3の検出時間は3msec程度とすればよい。
このような発光制御をする場合、ある瞬間には、どれか1色しか発光していないが、15msec程度のサイクルで順次発光させても、人間の目には残像効果があるので、R,G,Bの3つの光の合成光により人間の目には白色が発光されているように見える。
制御部11では、基準となる検出信号強度の値(基準強度値)を、各色ごとに予め記憶しておき、この基準強度値と入力された検出信号との差を求め、この差と一対一に対応する電流補正値を算出する。
次の発光のタイミングのときに、この電流補正値を考慮した電流が、各色のLEDにそれぞれ与えられる。
このように光強度をモニターすることにより電流値を制御しているので、常に設計時に定めた白色光を安定して得ることができる。
図7は、図6の断面B−B'の部分の断面図である。
図3に示したように、各LEDチップ2とフォトトランジスタ3とを基板1上の同じ高さに形成した場合は、フォトトランジスタ3の方向に進光した光はフォトトランジスタ3に反射して、視覚に寄与しないものもある。
ところで、バックライトとして使用する場合、得ようとする白色光はできるだけ明るい方が好ましいので、視覚に寄与しない光はできるだけ少ない方がよい。
絶縁基板1上の図6の平面図で見たLED2とフォトトランジスタ3の位置は、図1と同じであるが、図7に示すように、フォトトランジスタ3を配置すべき位置に凹部7を形成し、この中にフォトトランジスタ3を形成する。
たとえば、フォトトランジスタ3の高さを100μm程度とすると、凹部7の深さは110μm程度とすることが好ましい。
この場合のLEDの発光制御および検出信号による強度調整は、前記した図4,図5に示したものと同様に行えばよい。
また、発光強度の調整方法としては上記実施例に限るものでは無く、各発光素子の強度を独立に測定することができるのであればよい。例えば、各発光素子を時間をずらせて順次発光させ、その合計出力から前の時間の出力を引いて、後で発光させた発光素子の強度を算出するようにしても良い。
携帯端末1は、様々な場所で使用され、室内のみならず、屋外で使用される場合もある。
したがって、比較的暗い室内で使用される場合もあり、逆に明るい太陽光の下で使用される場合もあるので、外光の強度に対応させて、バックライトとして使用される白色光の強度を調整できることが好ましい。
そして、この調整量をもとに、LEDの発光制御を行えば、外光の強度に対応させて、白色光の明るさを変更できる。
すなわち、折りたたみ時に、フォトトランジスタ3に光が入らないような構造とすれば、外光の検出なしのときは閉じられた状態であり、外光の検出ありのときは開放された状態であることが検出できる。
たとえば、2つの発光素子を有するものや、4つ以上の発光素子を備えたものであってもよい。
2つの発光素子を有する場合、たとえば、1つの赤色LEDチップと、1つの緑色LEDチップとを有する場合は、2つのLEDの発光制御を行うことによって、少なくとも赤,橙,緑の3色の光を発光できる。また、各LEDの発光量を調整することにより、これら赤と緑とを適当に混合した中間色の光を発光させることができる。
また、4色の発光素子を備える場合、たとえば、赤,青,緑,エメラルド色をそれぞれ発光するLEDチップを有する場合、これら4つのLEDの発光量を調整することによりさまざまな混合色の光を発光させることができる。
図9に、2つの発光素子(LEDチップ)を有する場合の発光装置の一実施例の概略構成図を示す。
図9には、1つの絶縁基板上に、赤色LEDチップ(2a)と、緑色LEDチップ(2b)と、1つのフォトトランジスタ3とを一直線上に配置した構成を示している。
フォトトランジスタ3は、2つのLEDチップ(2a,2b)を結ぶ線分のほぼ中央に配置する。このフォトトランジスタ3は、発光量のモニタ用として用いる。
フォトトランジスタ3は、赤色LED2aから出力された赤色光と、緑色LED2bから出力された緑色光の光量を検出する。
この発光装置を3色(赤,橙,緑)の表示用装置として用いる場合、赤色LEDと緑色LEDとを同時に発光制御する。赤色LED2aの発光量と緑色LED2bの発光量をフォトトランジスタ3で検出し、この検出結果を利用して発光色の色合いを調整できる。また、赤と緑の発光量を制御することにより、赤と緑の間のいろいろな中間色を表示させることができる。
図10に、4つの発光素子(LEDチップ)を有する場合の発光装置の一実施例の概略構成図を示す。ここでは、1つの絶縁基板上に、4つのLEDチップ(赤2a,緑2b,青2c,エメラルド2d)と、フォトトランジスタ3とを備える。フォトトランジスタ3は、各LEDチップから等距離の位置に配置され、各色の発光量のモニタ用として用いる。
これら4色のLEDを同時に発光制御することにより、4色の表示と、これら4色から生成できるさまざまな混合色を表示させることができる。また、フォトトランジスタ3で、各LEDから出力された光の発光量を検出し、この検出結果をもとに発光色の色バランスを調整することができる。
なお、一般にn個(n≧2)のLEDチップを用いる場合、n個のLEDチップは、すべて異なる色を発光するLEDを用いることが好ましいが、n個のうちいくつかは同じ色を発光するLEDを用いてもよい。すなわち、n個のLEDの発光色は、使用用途に応じて任意の組合せとすればよい。
また、LEDチップの個数nが5以上(n≧5)の場合、1つのフォトトランジスタを中心とする正n多角形の各頂点の位置にLEDチップを配置すればよい。
このように複数のLEDチップと、各色の発光量を検出するための1つのフォトトランジスタを絶縁基板上に設けることにより、発光装置として用いた場合の発光色の色バランスを容易に調整することが可能である。
また、基板としてフォトトランジスタを形成したSi基板を用いれば、フォトトランジスタの搭載面積を小さくすることができる。
以上の説明は通常のガラスエポキシ樹脂製の配線基板等にLEDチップを搭載する場合を意識して説明したが、例えば特開平11-087780号公報に記載のリードフレームを樹脂製の枠体で一体化したパッケージや、特開平7-038154号公報に記載の樹脂表面に電極パターンを成型したMID型パッケージ、特開平9-234728号公報に記載のセラミック内部に電極を埋め込んだタイプのパッケージ等にLEDチップおよびフォトトランジスタを搭載しても良いことは言うまでもない。
2a 赤色LED
2b 緑色LED
2c 青色LED
3 フォトトランジスタ
4 配線パターン
5 ワイヤ
6 樹脂保護板
7 凹部
8 導電材料層
11 制御部
Claims (8)
- 基板上に、それぞれ異なる色を発光する複数の発光素子と、各発光素子から発せられた光を検出する1つの光検出素子とを備えたことを特徴とする発光装置。
- 前記複数の発光素子が、それぞれ第1,第2および第3の色を発光する3つの素子からなることを特徴とする請求項1の発光装置。
- 前記光検出素子が、前記3つの発光素子からの距離がほぼ等距離となる位置に配置されたことを特徴とする請求項2の発光装置。
- 前記第1,第2および第3の色の発光素子をそれぞれ正三角形の各頂点に配置し、前記光検出素子をその正三角形の重心位置に配置したことを特徴とする請求項2の発光装置。
- 所定の電流を前記発光素子に与え、3つの発光素子を所定時間間隔で順次発光させる発光制御部と、前記光検出素子が発光された光の強度に対応して出力した検出信号を順次受信し、かつ前記検出信号を解析することにより所定の色が生成されるように、各発光素子に与えられる電流を調整する光強度調整部とを備えたことを特徴とする請求項2,3および4のいずれかに記載した発光装置。
- 基板上に前記3つの発光素子を配置し、前記光検出素子が、発光された光を遮らないように配置されたことを特徴とする請求項2乃至5のいずれかに記載した発光装置。
- 前記発光制御部がいずれの発光素子も発光させていない時間帯に、前記光検出素子に入光される外光を検出させ、前記光強度調整部が外光による検出信号を用いて各発光素子に与えられる電流を調整することを特徴とする請求項5の発光装置。
- 前記1乃至7のいずれかに記載された発光装置を、バックライトに用いた液晶表示装置。
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