JP2005100932A - 発光装置及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 発光の利用効率が高くホワイトバランスが良好な、経時変化の影響が少ない発光装置を提供する。
【解決手段】 発光装置は、赤色波長域に発光ピークを有する第１の光源と青色波長域と緑色波長域に発光ピークを有する第２の光源少なくとも青色波長域に発光ピークを有する第２の光源とを備える。上記第１の光源の発光強度をモニターする第１の光センサと上記第２の光源の発光強度をモニターする第２の光センサとを設け、上記第２の光センサによって得られたモニター値によって上記第１の光源の発光強度を制御する。上記第１の光源の赤色の光強度と、上記第２の光源の青色の光強度との、強度比が一定になるように、上記第１の光源と上記第２の光源の少なくとも一方の光強度を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般照明、あるいは直視型ディスプレイ及び投射型ディスプレイに使用して好適な発光装置、及びそれを用いた表示装置に関し、特に、白色光源として使用される発光装置に関する。

室内で使用される照明や、バックライト式透過型液晶、フロントライト式反射型液晶等を用いた直視型ディスプレイ、及び、液晶プロジェクタ等の投射型ディスプレイでは、光源として白色光源が使用される。

白色光源として、照明には蛍光管が、モニター用の直視型ディスプレイでは、一般に、冷陰極蛍光管が使用される。携帯電話装置に使用される小型の直視型ディスプレイでは、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）も使用される。また投射型ディスプレイでは、高圧水銀ランプ等が使用される。

一般に使われる冷陰極管などの白色光源は、赤色の波長成分が少ないため、赤色の色純度が低く色再現範囲が狭いという問題がある。また、ホワイトバランスをとる場合、赤色の波長成分の強度に合わせて他の緑色や青色の波長成分の強度を抑えるため、全体として光の利用効率が低い。

特開２０００−３０５０４０号公報に記載された「投射型表示装置」は、光の利用効率の向上と色再現範囲の拡大を目的とする。この文献に記載された例では、ダイクロイックミラーを利用し、高圧水銀ランプの光から緑と青色の波長成分を得、発光ダイオードの光から赤色の波長成分を得る。赤色の波長成分として、単一色が容易に得られ且つ色純度の高い発光ダイオードからの光を使用する。また、この文献に記載された他の例では、同様に高圧水銀ランプと赤色発光ダイオードを使用し、緑と青の波長成分として高圧水銀ランプの光を利用するが、赤色の波長成分としては水銀ランプと赤色発光ダイオードの両方の光を利用する。

高圧水銀ランプの光は、赤の波長成分が少ないため、赤色の色再現性が悪いという問題がある。更に、ホワイトバランスを取るためには、赤色の光強度に合わせるために、青と緑の波長成分の光量を抑える必要がある。しかしながら、この例では、発光ダイオードの光を利用することにより、色再現範囲が広く、効率よく光を利用でき、ホワイトバランスが良好な投射型表示装置を実現することができる。

特開２０００−１８２４０４号公報に記載された「光源」は、色再現範囲の拡大を目的とする。蛍光ランプにおいて蛍光体を塗布したガラス容器の一部の蛍光体を除去し、蛍光体の開口部を設け、そこから複数の発光ダイオードの光をガラス容器内部に入射するように配置する。これにより、発光ダイオードを使用することで色純度を高めると共に、発光ダイオードの光をガラス容器内部に入射することにより配光特性の均一な光源とすることを実現する。

特開２０００−３０５０４０号公報 特開２０００−１８２４０４号公報

特開２０００−３０５０４０号公報に記載の投射型表示装置も特開２０００−１８２４０４号公報に記載の光源も、複数の異なる光源を使用する。これらの光源は、温度特性や劣化特性等異なり、発光特性の経時変化が異なる。従って、製造時には良好であったホワイトバランスは、時間の経過と共に崩れる。

本発明の目的は、時間が経過しても、常に、ホワイトバランスが良好な発光装置を提供することにある。

本発明によると、発光装置は、赤色波長域に主波長を有する第１の光源と、少なくとも青色波長域に発光ピークを有する第２の光源を備え、上記第１の光源の赤色の光強度と上記第２の光源の青色の光強度の比が一定になるように上記第１の光源と上記第２の光源の少なくとも一方の光強度を制御する。

更に、本発明によると、上記第２の光源の青色波長域の光強度に応じて上記第１の光源の光強度を制御する。

更に、本発明によると、上記第１の光源の光強度をモニターする赤色にピーク感度を有する第１の光センサと、上記第２の光源の光強度をモニターする青色にピーク感度を有する第２の光センサと、を有する。

本発明によると、上記第２の光センサによってモニターした、上記第２の光源の青色波長域の光強度に応じて上記第１の光源の光強度を制御する。

本発明によると、上記第１の光源と第２の光源の光強度をモニターする青色波長域と赤色波長域にピーク感度を有する光センサを有し、上記第１の光源がＯＦＦの期間の上記光センサによるモニター値によって、上記第２の光源の青色波長域の光強度のモニター値を求め、該青色の光強度のモニター値に基いて上記第１の光源の光強度を制御する。

本発明によると、上記第１の光源がＯＮの期間の上記光センサによって得られたモニター値から上記第１の光源がＯＦＦの期間の上記光センサによって得られたモニター値を減算することによって、上記第１の光源の光強度のモニター値を求める。

本発明によると、温度センサによってモニターした上記光源の温度に基づいて、上記光源の温度特性と光強度の関係から上記光源の光強度を求める。

本発明によると、上記第１の光源は発光ダイオードである。
本発明によると、上記第２の光源は白色の蛍光灯である。

本発明によると、上記第２の光源は青色波長域と緑色波長域に発光ピークを有し、シアンの色を呈する蛍光管である。

本発明によると、上記光源をパルス幅制御する。
本発明によると、表示装置は上記の発光装置を用いる。

本発明によれば、簡単な構成でホワイトバランスが良好な発光装置を実現することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図１を参照して本発明による発光装置の第１の例を説明する。本例の発光装置は、光源を形成する赤色発光ダイオード１０１及び冷陰極蛍光管１０２と、光源からの光を混色する導光板１０３と、導光板１０３の端面に設けられた光センサ１０４、１０５とを有する。

赤色発光ダイオード１０１は、赤色の波長域に主波長を有し、冷陰極蛍光管１０２は、青色と緑色の波長域に発光ピークを有し、シアンの色を発する。光源の主波長に関しては後に図２を参照して説明する。赤色発光ダイオード１０１及び冷陰極蛍光管１０２からの光は導光板１０３によって混色され、白色光が生成される。導光板１０３は白色光を発生する面光源として機能する。

本例では、複数の互いに異なる種類の光源１０１、１０２を使用する。これらの光源は、発光特性、温度特性等が異なり、それらの経時変化も互いに異なる。従って、最初にホワイトバランスが保持されても、時間の経過と共に、崩れる。本例では、以下に説明するように、光源の光強度をフィードバック制御することにより、常に、ホワイトバランスが保持される。

第１の光センサ１０４は赤色波長域にピーク感度を有し、赤色発光ダイオード１０１の発光強度をモニターする。第２の光センサ１０５は青色と緑色の波長域にピーク感度を有し、冷陰極蛍光管１０２の発光強度をモニターする。第１の光センサ１０４によってモニターされた赤色発光ダイオード１０１の発光強度と第２の光センサ１０５によってモニターされた冷陰極蛍光管１０２の発光強度の比が常に一定になるように、赤色発光ダイオード１０１及び冷陰極蛍光管１０２の少なくとも一方の発光強度が制御される。

好ましくは、第２の光センサ１０５によってモニターされた冷陰極蛍光管１０２の青色と緑色の発光強度によって、赤色発光ダイオード１０１の発光強度を制御する。例えば、冷陰極蛍光管１０２の発光強度が下がった場合には、それに応じて赤色発光ダイオード１０１の光強度を下げる。逆に冷陰極蛍光管１０２の発光強度が上がった場合には、発光ダイオード１０１の発光強度を上げる。それによって、赤色発光ダイオード１０１の発光強度と冷陰極蛍光管１０２の発光強度の比が一定に保持され、導光板１０３によって生成される白色光のホワイトバランスを常に保持することができる。

冷陰極蛍光管１０２の発光強度をモニターし、それに応じて赤色発光ダイオード１０１の発光強度を制御する理由は、発光ダイオードの方が応答速度が速く制御しやすいということと、数千時間、数万時間等の長期に亘る経時変化を考慮する場合、冷陰極蛍光管の方が赤色発光ダイオードより劣化が早いためである。

本例の発光装置を白色照明又は白色光源として使用する場合には、色の変化の少ない均一なホワイトバランスを有する照明を得ることができる。本例では、冷陰極蛍光管１０２からの光と赤色発光ダイオード１０１からの光を、導光板１０３で混色することにより白色光を得る。即ち、光源から発光された光をほぼ全て利用する。特許文献１の投射型表示装置のように、ダイクロイックミラーによって赤の波長成分を除去する場合に比べて、光の利用効率が高く、色再現範囲が広い。

なお、図１では、理解を容易にするために各部品の大小関係を誇張して記載しており、各部品の大きさの比は実際とは異なる。また、図１では、冷陰極蛍光管１０２及び赤色発光ダイオード１０１は各１個設けているが、それぞれ複数個設けてもよい。また、第２の光センサ１０５は青色と緑色にピーク感度を有するが、代わりに青色にピーク感度を有する光センサと緑色にピーク感度を有する光センサの２つの光センサを用いてもよい。

また、第１の光センサ１０４と第２の光センサ１０５は別々の物として図示されているが、２つをワンチップ化したものであっても良く、赤色の波長域にピーク感度を有する光センサ、青色に有する光センサ、緑色に有する光センサの３つの光センサをワンチップ化したものでも良い。光源を形成する赤色発光ダイオードの代わりに、赤色冷陰極蛍光管やエレクトロルミネッセンスを使用してもよい。光センサの配置場所は、図に示す導光板端面でなく別の端面であってもよい。

図２を参照して光源の主波長について説明する。図の横軸はＸＹＺ表色系におけるｘ座標、縦軸はｙ座標を示し、太線の曲線はｘｙ色度図上のスペクトル軌跡を表す。スペクトル軌跡上の点は、単色光刺激の波長を示す。主波長とは、ｘｙ色度図上において、ｘ、ｙ座標が（ｘ、ｙ）＝（１／３、１／３）の白色点Ｗと光源からの光の色度点Ｆを結んだ直線が、スペクトル軌跡と交わる点Ｄの単色光刺激の波長である。（ｘ、ｙ）＝（１／３、１／３）の白色点Ｗは、光源に対する主波長を求める際に用いられる。

図３は、一般的に使用される白色冷陰極蛍光管の発光スペクトルを示す。横軸は波長であり、縦軸は光強度である。波長４３７〜４９０ｎｍ（青）、５５０ｎｍ（緑）、５９０ｎｍ（黄）及び６０８ｎｍ（赤）付近にピークを有する。波長６５０〜６７０ｎｍ（赤）の領域にはほとんど発光波長成分を有していない。なお、この発光スペクトルはあくまでも一例であり、ピークの位置や成分量は必ずしも一致するとは限らない。

図４の実線は、図１に使用する冷陰極蛍光管１０２の発光スペクトルを示し、破線は、赤色の波長域に主波長を有する赤色発光ダイオード１０１の発光スペクトルを示す。冷陰極蛍光管１０２の発光スペクトルは、波長４３７〜４９０ｎｍ（青）、５５０ｎｍ（緑）、５９０ｎｍ（黄）付近にピークを有する。波長６５０〜６７０ｎｍ（赤）の領域にはピークを有さない。冷陰極蛍光管１０２は青色と緑色の波長域に発光ピークを有するため、シアンの色を発光する。

赤色発光ダイオード１０１の発光スペクトルは６４５ｎｍ（赤）付近にピークを有する。図３の白色冷陰極蛍光管の発光スペクトルは６０８ｎｍ（赤）付近にピークを有するから、赤色発光ダイオード１０１の発光スペクトルのピークは、白色冷陰極蛍光管の発光スペクトルの赤色のピークより波長が長い。

図１の例では、冷陰極蛍光管１０２からの青色と緑色の成分に、赤色発光ダイオード１０１からの赤色の成分を加えることにより、白色光を得る。従って、白色冷陰極蛍光管を使用する場合よりも、深い赤色の光を得ることができる。

図５は、マンセル表色系におけるマンセル色相が４．５Ｒ、明度が４、彩度が１３の４．５Ｒ４／１３の色の物質に光源からの光を照射した場合の色度を示す。図の横軸はＸＹＺ表色系におけるｘ座標、縦軸はｙ座標を示し、太線の曲線はｘｙ色度図上のスペクトル軌跡を表す。

四角の点５０１は、光源として白色冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ）を使用した場合の色度を表わし、三角の点５０２は、光源として赤色の波長域に主波長を有する発光ダイオード１０１と冷陰極蛍光管１０２からの光を混色した光（ＧＢ＋Ｒ）を使用した場合の色度を表す。赤色発光ダイオード１０１と冷陰極蛍光管１０２からなる光源（ＧＢ＋Ｒ）を使用した場合の色度点５０２は冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ）を使用した場合の色度点５０１より色度図上で右下にあり、より色純度が高いことを示す。

図６は第１及び第２の光センサの受光感度を示す。図の横軸は波長、縦軸は感度を示す。破線で示すように、第１の光センサ１０４は赤色波長域にピーク感度を有し、実線で示すように、第２の光センサ１０５は青色と緑色の波長域にピーク感度を有する。

図７を参照して本発明による発光装置の第２の例を利用した表示装置を説明する。図７では、図１における同一部材には同一符号を付する。本例の表示装置は、光源を形成する赤色発光ダイオード１０１及び白色の冷陰極蛍光管２０１と、光源からの光を混色する導光板１０３と、導光板１０３の端面に設けられた光センサ２０２、２０３と、液晶パネル２０４を有する。液晶パネル２０４は、導光板１０３からの光を利用し、カラーフィルターと液晶によって入射光を制御し、画像のカラー表示を行う。

赤色発光ダイオード１０１は、赤色の波長域に主波長を有し、白色の冷陰極蛍光管２０１は、青色、緑色及び赤色の波長域に発光ピークを有する。赤色発光ダイオード１０１及び白色の冷陰極蛍光管２０１からの光は導光板１０３によって混色され、白色光が生成される。導光板１０３は白色光を発生する面光源として機能する。導光板１０３からの光を、液晶パネル２０４により変調することにより画像を表示する。

なお、図７では、理解を容易にするために各部品の大小関係を誇張して記載しており、各部品の大きさの比は実際とは異なる。また、図７では、白色の冷陰極蛍光管２０１及び赤色発光ダイオード１０１は各１個設けているが、それぞれ複数個であってもよい。また、本例では、白色光源として、一般に広く使われ、安価な冷陰極蛍光管を用いているが、代わりに白色発光ダイオードやエレクトロルミネッセンスを用いても良い。青色、緑色及び赤色の波長域に発光ピークを有する白色の冷陰極蛍光管２０１を用いたが、代わりに、青と緑の波長域に主波長を有する冷陰極蛍光管を使用してもよい。赤色の発光ダイオードの代わりに、赤の冷陰極蛍光管やエレクトロルミネッセンスを使用してもよい。光センサの配置場所は、図に示す導光板端面でなく別の端面であってもよい。

また、第１の光センサ２０２と第２の光センサ２０３は別々の物として図示されているが、２つをワンチップ化したものであっても良く、赤色の波長域にピーク感度を有する光センサ、青色に有する光センサ、緑色に有する光センサの３つの光センサをワンチップ化したものでも良い。光源を形成する赤色発光ダイオードの代わりに、赤色冷陰極蛍光管やエレクトロルミネッセンスを使用してもよい。

本例では、複数の互いに異なる種類の光源を使用する。これらの光源は、発光特性、温度特性等が異なり、それらの経時変化も互いに異なる。従って、最初にホワイトバランスが保持されても、時間の経過と共に、崩れる。本例では、以下に説明するように、光源の光強度をフィードバック制御することにより、常に、ホワイトバランスが保持される。

第１の光センサ２０２は赤色波長域にピーク感度を有し、赤色発光ダイオード１０１の発光強度をモニターする。第２の光センサ２０３は青色波長域にピーク感度を有し、冷陰極蛍光管２０１の青色の発光強度をモニターする。

第１の光センサ２０２によってモニターされた赤色発光ダイオード１０１の発光強度と第２の光センサ２０３によってモニターされた冷陰極蛍光管２０１の青色の発光強度の比が常に一定になるように、赤色発光ダイオード１０１及び冷陰極蛍光管２０１の少なくとも一方の発光強度を制御する。

好ましくは、第２の光センサ２０３によってモニターされた冷陰極蛍光管２０１の青色の発光強度によって、赤色発光ダイオード１０１の発光強度を制御する。例えば、冷陰極蛍光管２０１の青色の発光強度が下がった場合には、それに応じて赤色発光ダイオード１０１の光強度を下げる。逆に冷陰極蛍光管２０１の青色の発光強度が上がった場合には、それに応じて赤色発光ダイオード１０１の発光強度を上げる。それによって、赤色発光ダイオード１０１の発光強度と冷陰極蛍光管２０１の青色の発光強度の比が一定に保持され、導光板１０３によって生成される白色光のホワイトバランスを常に保持することができる。

白色冷陰極蛍光管２０１の青色の発光強度をモニターする理由について説明する。一般に、冷陰極蛍光管２０１等の蛍光管に用いられる蛍光体では、青色を発光する蛍光体が最も劣化しやすく、寿命が短い。

図８は蛍光管の各色の蛍光体の発光効率と経過時間の関係を示す。横軸は時間であり、縦軸は発光効率である。実線にて示す青色の蛍光体の発光効率は、破線にて示す赤色及び緑色の蛍光体の発光効率に比べて、経時変化が大きく、寿命が短い。

通常、白色光の発光強度をモニターする場合には視感度光センサを使用する。視感度光センサは、人間の視感度に近い感度を有するため、緑色にピーク感度を有する。従って、視感度光センサによって冷陰極蛍光管２０１の白色光をモニターすると、青色の発光特性の劣化を正確に検出することはできない。

即ち、視感度光センサによって冷陰極蛍光管２０１の白色光の発光強度をモニターするよりも、青色波長域にピーク感度を有する光センサ２０３によって冷陰極蛍光管２０１の青色の発光強度をモニターするほうが、冷陰極蛍光管２０１の発光性能の劣化をより正確に検出することができる。そこで、本例では冷陰極蛍光管２０１の青色の発光強度をモニターする。

図９及び図１０を参照して、視感度光センサを用いた場合と、青色波長域にピーク感度を有する光センサを用いた場合の色温度の変化について説明する。色温度とは、光の色を表すのに用いられるもので、光源の光色が規準となる黒体の光色と等しい場合、その黒体の温度を色温度といい、光色が黒体軌跡上から外れる場合を相関色温度という。相関色温度は、光色が黒体の温度に完全には一致しないが、良く近似する黒体の温度であり、相関色温度が等しいということは、色合いの変化が少ないことを示す。

図９は相関色温度５５００Ｋ、６５００Ｋ，７５００Ｋの時の色度を色度図上に表示した例を示す。横軸はＸＹＺ表色系におけるｘ座標、縦軸はｙ座標を示す。破線の三角形のグラフｓＲＧＢは国際規格の色空間である。図に示すように、各相関色温度は略縦の曲線によって表される。

図１０は、液晶パネル２０４に白色を表示した際の色温度の経時変化を示す。横軸はｘ座標、縦軸はｙ座標である。実線の三角形状のグラフは、発光装置の色再現範囲、破線の三角形のグラフｓＲＧＢは国際規格の色空間である。図の中央部のＶ字状の曲線は、冷陰極蛍光管２０１と赤色発光ダイオード１０１の発光を混色して得た白色光の色度座標の経時変化を示す。Ｖ字状の曲線において、実線と点線のぶつかる交点部分が、最初のバランスの取れた状態を示している。

Ｖ字の実線部は、冷陰極蛍光管２０１の青色発光強度を第２の光センサ２０３によってモニターし、モニター値に基いて、赤色発光ダイオード１０１の発光強度を制御した場合を示す。略縦の曲線を描き、相関色温度が一定であることが判る。

Ｖ字の破線部は、冷陰極蛍光管２０１の白色発光強度を視感度光センサによってモニターし、そのモニター値に基いて、赤色発光ダイオード１０１の発光強度を制御した場合を示す。略横の曲線を描き、相関色温度が変化することが判る。相関色温度は青と赤のバランスによる影響が大きいが、視感度光センサを使用した場合には、青の強度変化を正確にモニターできないため、このように相関色温度が変化する。

図１１は、本発明による発光装置の第２の例の光源のフィードバック制御のフローチャートを示す。制御が開始すると、まずステップＳ１０１にて、第２の光センサ２０３によって白色の冷陰極蛍光管２０１の青色の発光強度をモニターする。次に、ステップＳ１０２にて、第１の光センサ２０２によって、赤色発光ダイオード１０１の発光強度をモニターする。ステップＳ１０３にて、第２の光センサ２０３によるモニター値から、赤色発光ダイオード１０１の発光強度の目標値を決める。白色の冷陰極蛍光管２０１の青色の発光強度と赤色発光ダイオード１０１の発光強度の対応関係を有するテーブルを参照し、設定した相関色温度が得られるように、赤色発光ダイオード１０１の発光強度の目標値を決める。ステップＳ１０４にて、第１の光センサ２０２によるモニター値と目標値を比較する。両者が同一であればこの処理を終了する。両者が同一でない場合には、ステップＳ１０５に進み、目標値がモニター値より大きいか否かを判定する。目標値がモニター値より大きい場合には、ステップＳ１０６に進み、赤色発光ダイオード１０１の発光強度を大きくする。目標値がモニター値より小さい場合には、ステップＳ１０７に進み、赤色発光ダイオード１０１の発光強度を小さくする。なお、ステップＳ１０１とＳ１２３の順序は逆であっても構わない。

光源のフィードバック制御を行う際、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、及びＢ（青）の光センサを使用し、３色の発光強度をモニターしながら光源を制御する方法も考えられる。しかしながら、本例では、青と赤だけに着目し、白色の冷陰極蛍光管２０１の青色の発光強度と赤色発光ダイオード１０１の発光強度の対応関係を有するテーブルを使用して、目標値を決定するから、色温度を計算する必要も無く、簡単な構成でフィードバック制御を行うことができる。更に、２色の強度だけをモニターすればよいので、光センサの数を減らすことが可能となる。発光装置をワンチップ化する場合でも、光センサの受光面積が少ないから、ＲＧＢの光センサを使用する場合に比べて小型化を実現できる。

図１２を参照して本発明による発光装置の第３の例を利用した表示装置を説明する。図１２では、図１及び図７における同一部材には同一符号を付する。本例の表示装置は、光源を形成する赤色発光ダイオード１０１及び冷陰極蛍光管１０２と、光源からの光を混色する導光板１０３と、導光板１０３の端面に設けられた光センサ３０１と、液晶表示パネル２０４とを有する。赤色発光ダイオード１０１は、赤色の波長域に主波長を有し、冷陰極蛍光管１０２は、青色及び緑色の波長域に発光ピークを有する。赤色発光ダイオード１０１及び冷陰極蛍光管１０２からの光は導光板１０３によって混色され、白色光が生成される。導光板１０３は白色光を発生する面光源として機能する。導光板１０３からの光は、液晶表示パネル２０４に照射される。液晶パネル２０４は、カラーフィルターと液晶によって入射光を制御し、画像のカラー表示を行う。

本例では、複数の互いに異なる種類の光源を使用する。これらの光源は、発光特性、温度特性等が異なり、それらの経時変化も互いに異なる。従って、最初にホワイトバランスが保持されても、時間の経過と共に、崩れる。本例では、以下に説明するように、光源の光強度をフィードバック制御することにより、常に、ホワイトバランスが保持される。

光センサ３０１は青色波長域と赤色波長域にピーク感度を有し、赤色発光ダイオード１０１の発光強度と、冷陰極蛍光管１０２の青色波長域の発光強度をモニターする。即ち、冷陰極蛍光管１０２と赤色発光ダイオード１０１の両方の発光強度を１つの光センサ３０１でモニターする。

光センサ３０１によってモニターされた赤色発光ダイオード１０１の発光強度と冷陰極蛍光管１０２の青色の発光強度の比が常に一定になるように、赤色発光ダイオード１０１及び冷陰極蛍光管１０２の少なくとも一方の発光強度を制御する。

好ましくは、光センサ３０１によってモニターされた冷陰極蛍光管１０２の青色の発光強度によって、赤色発光ダイオード１０１の発光強度を制御する。即ち、冷陰極蛍光管１０２の発光強度は、図示しない制御部を介して赤色発光ダイオード１０１にフィードバックされる。例えば、冷陰極蛍光管１０２の青色の発光強度が下がった場合には、それに応じて赤色発光ダイオード１０１の光強度を下げる。逆に冷陰極蛍光管１０２の青色の発光強度が上がった場合には、それに応じて赤色発光ダイオード１０１の発光強度を上げる。それによって、赤色発光ダイオード１０１の発光強度と冷陰極蛍光管１０２の青色の発光強度の比が一定に保持され、導光板１０３によって生成される白色光のホワイトバランスを常に保持することができる。

なお、図１２において、理解を容易にするために各部品の大小関係を誇張して記載しており、各部品の大きさは実際とは異なる。白色冷陰極蛍光管１０２の青色の発光強度をモニターする理由については既に図７の例にて説明した。

本例では、赤色発光ダイオード１０１の発光強度をパルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）によって制御する。パルス幅変調による制御では、ＯＮの時のパルス幅とＯＦＦの時のパルス幅の比率（デューティー比）を変化させることにより、発光強度を変化させる。ＰＷＭ制御によって発光ダイオードを制御することにより、幅広い範囲で調光することが可能となる。従って、赤色発光ダイオード１０１が点灯する期間と点灯しない期間が周期的に存在する。

発光ダイオードは応答速度が速く、ＰＷＭ制御を行うのに向いている。しかし冷陰極蛍光管は応答速度が遅いため、ＰＷＭ制御には不向きである。

図１３を参照して、一つの光センサ３０１で赤色発光ダイオード１０１と冷陰極蛍光管１０２の発光強度を求める方法を説明する。図１３は、本例の表示装置における光源からの発光強度の時間変化を示す。横軸は時間、縦軸は発光強度である。

上述のように、冷陰極蛍光管は応答速度が遅いため、冷陰極蛍光管の点灯及び消灯を迅速に制御することはできない。従って、冷陰極蛍光管は常に点灯させる。時刻ｔ１〜ｔ２は、赤色発光ダイオード１０１が点灯していない期間であり、光源の発光強度ａは、冷陰極蛍光管１０２の発光強度を表す。発光強度ａは光センサ３０１によってモニターされる。

時刻ｔ２〜ｔ３は、冷陰極蛍光管１０２と赤色発光ダイオード１０１が共に点灯している期間であり、光源の発光強度ｂは、冷陰極蛍光管１０２と赤色発光ダイオード１０１の両者による発光強度である。発光強度ｂは光センサ３０１によってモニターされる。このような２つの期間が繰り返される。

従って、発光強度ａから発光強度ｂを減算することにより、赤色発光ダイオード１０１の発光強度が得られる。尚、冷陰極蛍光管１０２の発光強度は、上述のように時刻ｔ１〜ｔ２における光センサ３０１の出力から得られる。

こうして本例では、１つの光センサ３０１によって、冷陰極蛍光管１０２の発光強度と赤色発光ダイオード１０１の発光強度をそれぞれ別個に求めることができる。

図１４は、本例の表示装置における色再現範囲を示した図である。横軸はＸＹＺ表色系におけるｘ座標、縦軸はｙ座標を示す。図の点線で示す三角形は、国際規格の色空間であるｓＲＧＢの色再現範囲を示しており、三角形内部の色度座標で表される色が表示可能であることを示す。図の実線で示す三角形は、本例の表示装置の色再現範囲を示し、ＲＧＢはそれぞれ赤、緑、青を表示した際の色度座標を示す。赤色の色再現がｓＲＧＢよりも外側にあり、色再現範囲が広く非常に優れていることがわかる。

図１５は、本例の表示装置における色再現範囲と、白色冷陰極管と赤色発光ダイオードを光源として使用した場合の色再現範囲の比較である。図１４同様、横軸はＸＹＺ表色系におけるｘ座標、縦軸はｙ座標を示す。実線の三角形Ｒ−ＬＥＤ＋ＧＢ−ＣＣＦＬは、本例の表示装置、即ち、青色及び緑色の波長域に発光ピークを有する冷陰極管１０２と赤色発光ダイオード１０１を使用した場合の色再現範囲である。破線の三角形Ｒ−ＬＥＤ＋Ｗ−ＣＣＦＬは、白色冷陰極管と赤色発光ダイオードを光源として使用した場合の色再現範囲である。本例の表示装置の色再現範囲は赤色の部分を中心に大幅に拡大していることがわかる。

図１６を参照して本発明による発光装置の第４の例を利用した表示装置を説明する。図１６では、上述の実施例と同一部材には同一符号を付する。本例の表示装置は、複数色の発光ダイオードによって構成される発光ダイオードアレイ４０１と、導光板１０３と、液晶表示パネル２０４と、温度センサ４０２、４０３とを有する。

発光ダイオードアレイ４０１からの光は、導光板１０３によって混色され、白色光が生成される。導光板１０３は白色光を発生する面光源として機能する。導光板１０３からの光は、液晶表示パネル２０４に照射される。液晶パネル２０４は、カラーフィルターと液晶によって入射光を制御し、画像のカラー表示を行う。

図１７に示すように、発光ダイオードアレイ４０１は、赤色発光ダイオード４０１１、緑色発光ダイオード４０１２、及び、青色発光ダイオード４０１３を含む。

本例では、光源として複数の発光ダイオードを使用する。これらの発光ダイオードは、温度特性等が異なり、それらの経時変化も互いに異なる。従って、最初にホワイトバランスが保持されても、時間の経過と共に、崩れる。本例では、以下に説明するように、光源の光強度をフィードバック制御することにより、常に、ホワイトバランスが保持される。

第１の温度センサ４０２は赤色発光ダイオード４０１１の温度をモニターし、第２の温度センサ４０３は青色発光ダイオード４０１３の温度をモニターする。図示しない光源制御部は、赤色発光ダイオード４０１１と青色発光ダイオードの光源温度と発光強度の関係を示すテーブルを備え、温度センサ４０２、４０３によって得られた光源温度のモニター値に基づいて、実際の発光強度を算出する。実際の発光強度の算出方法及びテーブルの例は、後に、説明する。

こうして算出された赤色発光ダイオード４０１１の発光強度と青色発光ダイオード４０１３の発光強度の比が常に一定になるように、赤色発光ダイオード４０１１、緑色発光ダイオード４０１２及び青色発光ダイオード４０１３の少なくとも一つの発光強度を制御する。

好ましくは、赤色発光ダイオード４０１１の発光強度によって、青色発光ダイオード４０１３の発光強度を制御する。例えば、赤色発光ダイオード４０１１の発光強度が下がった場合には、それに応じて緑色発光ダイオード４０１２及び青色発光ダイオード４０１３の発光強度を下げる。逆に、赤色発光ダイオード４０１１の発光強度が上がった場合には、それに応じて緑色発光ダイオード４０１２及び青色発光ダイオード４０１３の発光強度を上げる。それによって、３つの発光ダイオードの発光強度の比が一定に保持され、導光板１０３によって生成される白色光のホワイトバランスを常に保持することができる。

本例では、発光ダイオード４０１１、４０１２、４０１３の発光強度をパルス幅変調（ＰＷＭ）によって制御する。

図１８を参照して、赤色発光ダイオード４０１１の発光強度をモニターする理由について説明する。図１８は、光源温度と発光強度の関係を示すテーブルを表す。横軸は光源温度、縦軸は発光ダイオードからの発光出力を示し、常温２５℃の時の発光強度を１００％とする。破線の曲線Ｒ−ＬＥＤは、赤色発光ダイオード４０１１の光出力特性を示し、実線の曲線Ｂ−ＬＥＤは青色発光ダイオード４０１３の光出力特性を示す。

２つの曲線を比較すると、赤色発光ダイオードの光出力特性は温度による変化が大きいことがわかる。即ち、赤色発光ダイオードの場合、時間が経過し、温度が上昇すると、発光強度は大きく低下する。

従って、光源として発光ダイオードを用いた場合には、経時変化の大きい赤色発光ダイオード４０１１の発光強度に基づいて、他の発光ダイオードの発光強度を制御すればよい。

図１９は図１６の発光装置における光源のフィードバック制御のフローチャートを示す。まず、ステップＳ２０１にて、第１の温度センサ４０２により赤色発光ダイオード４０１１の温度をモニターし、モニター値より、図１８のテーブルより、光出力を参照する。ステップＳ２０２にて、第２の温度センサ４０３により青色発光ダイオード４０１３の温度をモニターし、モニター値より、図１８のテーブルより、光出力を参照する。ステップＳ２０３にて、この光出力に各発光ダイオードのパルス幅変調のデューティー比を乗算することにより、各発光ダイオードの現在の実際の発光強度を算出する。これは、パルス幅変調では、実際に発光ダイオードがＯＮの時は１周期のうちデューティー比の値に相当する期間だけであるからである。

ステップＳ２０４にて、算出された現在の実際の赤色発光ダイオード１０１の発光強度から、目標となる色温度になる時の青色発光ダイオード４０５の発光強度の目標値を参照する。

ステップＳ２０５にて、この目標値と、算出された現在の実際の青色発光ダイオード４０５の発光強度を比較する。両者が同一である場合には、この処理を終了する。両者が同一でない場合には、ステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６にて、目標値が現在の青色発光ダイオード４０５の発光強度より大きいか否かを判定する。目標値が現在の実際の青色発光ダイオード４０５の発光強度より大きいい場合には、ステップＳ２０７にて、青色発光ダイオード４０５の発光強度を大きくする。目標値が現在の実際の青色発光ダイオード４０５の発光強度より小さい場合には、ステップＳ２０８にて、青色発光ダイオード４０５の発光強度を小さくする。

このような光源のフィードバック制御を定期的に繰り返すことにより、光源から発光の色合いの変化を抑えることができる。青色と赤色の発光強度のバランスが、白色光の色温度に大きく影響するので、青色と赤色のバランスを取ることにより白色光の色合いの変化を抑えることができる。赤色発光ダイオード４０１１と青色発光ダイオード４０１３の発光強度をモニターすればよく、緑色発光ダイオード４０１２の発光強度をモニターする必要はない。２色だけを制御するため、簡単な構成が可能となる。

なお、図１６および図１７において、理解を容易にするために各部品の大小関係を誇張して記載しており、各部品の大きさは実際とは異なる。また、ここでは赤色の発光強度から青色発光ダイオードを制御するが、青色の発光強度から赤色の発光ダイオードを制御してもよい。また、実施例１から４に示された各種部材や、発光強度の制御、モニター方法等についてはどのような組み合わせであっても良い。これらの発光装置は液晶ディスプレイなどの光源としても、照明としても利用できる。

以上本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者により理解可能であろう。

本発明の発光装置の第１の例の概略構成を示す説明図である。 光源の主波長についての説明図である。 白色冷陰極蛍光管の発光スペクトルを示す説明図である。 本発明の発光装置の第１の例の冷陰極蛍光管と赤色発光ダイオードの発光スペクトルを示す図である。 本発明の発光装置の第１の例により被写体に光を照射したとき色度座標を示す図である。 本発明の発光装置の第１の例の光センサの波長と感度の関係を示す図である。 本発明の発光装置の第２の例及びそれを使用した表示装置の概略構成を示す図である。 本発明の発光装置の第２の例における光源の経時変化を示す図である。 白色光源における相関色温度の説明図である。 本発明の発光装置の第２の例の経時変化による白色点の変化を示す図である。 本発明の発光装置の第２の例におけるフィードバック制御のフローチャートを示す図である。 本発明の発光装置の第３の例及びそれを使用した表示装置における概略構成を示す図である。 本発明の発光装置の第３の例における発光強度の波形を示す図である。 本発明の発光装置の第３の例における色再現範囲について示す図である。 本発明の発光装置の第３の例における光源の違いによる色再現範囲の違いを示す図である。 本発明の発光装置の第４の例及びそれを使用した表示装置における概略構成を示す説明図である。 本発明の発光装置の第４の例における発光ダイオードアレイの構成例を示す図である。 本発明の発光装置の第４の例における光源の温度と光出力の関係を示す図である。 本発明の発光装置の第４の例におけるフィードバック制御のフローチャートを示す図である。

符号の説明

１０１…赤色発光ダイオード、１０２…冷陰極蛍光管、１０３…導光板、１０４、１０５…光センサ、２０１…冷陰極蛍光管、２０２、２０３…光センサ、２０４…液晶パネル、３０１…光センサ、４０１…発光ダイオードアレイ、４０２、４０３…温度センサ、４０１１…赤色発光ダイオード、４０１２…緑色発光ダイオード、４０１３…青色発光ダイオード

Claims (12)

1. 赤色波長域に主波長を有する第１の光源と、少なくとも青色波長域に発光ピークを有する第２の光源を備え、上記第１の光源の赤色の光強度と上記第２の光源の青色の光強度の比が一定になるように上記第１の光源と上記第２の光源の少なくとも一方の光強度を制御するように構成されていることを特徴とする発光装置。
2. 請求項１に記載の発光装置において、上記第２の光源の青色波長域の光強度に応じて上記第１の光源の光強度を制御することを特徴とする発光装置。
3. 請求項１に記載の発光装置において、上記第１の光源の光強度をモニターする赤色にピーク感度を有する第１の光センサと、上記第２の光源の光強度をモニターする青色にピーク感度を有する第２の光センサと、を有することを特徴とする発光装置。
4. 請求項３に記載の発光装置において、上記第２の光センサによってモニターした、上記第２の光源の青色波長域の光強度に応じて上記第１の光源の光強度を制御することを特徴とする発光装置。
5. 請求項１から２に記載の発光装置において、上記第１の光源と第２の光源の光強度をモニターする青色波長域と赤色波長域にピーク感度を有する光センサを有し、上記第１の光源がＯＦＦの期間の上記光センサによるモニター値によって、上記第２の光源の青色波長域の光強度のモニター値を求め、該青色の光強度のモニター値に基いて上記第１の光源の光強度を制御することを特徴とする発光装置。
6. 請求項５に記載の発光装置において、上記第１の光源がＯＮの期間の上記光センサによって得られたモニター値から上記第１の光源がＯＦＦの期間の上記光センサによって得られたモニター値を減算することによって、上記第１の光源の光強度のモニター値を求めることを特徴とする発光装置。
7. 請求項１に記載の発光装置において、温度センサによってモニターした上記光源の温度に基づいて、上記光源の温度特性と光強度の関係から上記光源の光強度を求めることを特徴とする発光装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の発光装置において、上記第１の光源は発光ダイオードであることを特徴とする発光装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の発光装置において、上記第２の光源は白色の蛍光灯であることを特徴とする発光装置。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の発光装置において、上記第２の光源は青色波長域と緑色波長域に発光ピークを有し、シアンの色を呈する蛍光管であることを特徴とする発光装置。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の発光装置において、上記光源をパルス幅制御することを特徴とする発光装置。
12. 請求項１から１１のいずれか１項に記載の発光装置を用いた表示装置。

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