JP2006278368A - 光源装置および表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＲＧＢ３色のＬＥＤの各々に対応して多数の受光素子が対向配置した構成を採ると、これら受光素子を省スペースにて配置することが難しい。
【解決手段】ＬＥＤ４２を光源とし、表示装置用面光源装置として用いて好適な光源装置において、基板４１上にモノリシックに１つまたは複数の受光素子、例えばフォトダイオード４３を形成するとともに、同じ基板４１上のフォトダイオード４３の受光部近傍に１つまたは複数のＬＥＤ４２をハイブリッドに実装する。
【選択図】図４

Description

本発明は、光源装置および表示装置に関し、特に発光ダイオード（Light Emitting Diode;以下、「ＬＥＤ」と記す）を光源とし、表示装置用面光源装置として用いて好適な光源装置および当該光源装置を面光源装置として用いた表示装置に関する。

近年、ＬＥＤの高出力化により、複数の白色ＬＥＤおよびＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）の３色または他色のＬＥＤを組み合わせて白色光とする白色ＬＥＤ光源の用途が広がっている。

特に、高輝度が要求される照明用やプロジェクタ光源、あるいは非自発光素子を用いた表示装置用、例えば液晶セルを用いた液晶表示装置用バックライトへの応用は、ＬＥＤの特徴である水銀フリーによる環境問題対応、色再現性の良さ、応答性の良さ、輝度の可変性、長寿命、等により従来の蛍光管（熱陰極管及び冷陰極管）に替わる白色光源として期待されている。

上記照明用やプロジェクタ光源あるいは液晶表示装置用バックライトへの応用に際しては、現状では要求輝度を達成し、面光源とするために、点光源であるＬＥＤを多数使用する必要があるが、その際には面光源として光源ユニット全体の輝度を均一にすることが要求される。

面光源の輝度を均一にする手法としては、一般に、ＬＥＤ光源の被照明側に拡散板を用いて点光源からの発光光を拡散させることによって点光源の輝度ムラおよび色ムラを低減する方法が用いられる。かかる方法では、発光光源自体の輝度ムラが大きい場合には拡散板の拡散率を増大する必要が生じる。これは拡散板の透過率の低下による照明効率の低下または拡散距離を増加させることによる光源ユニットの厚さの増加を招く。

上記理由により、複数のＬＥＤを使用した光源装置には、各ＬＥＤの発光輝度および色温度が規定値で安定して発光することが要求される。

色温度に関しては、白色ＬＥＤを複数個使用する場合には各ＬＥＤの発光スペクトルが規定値であることが要求され、ＲＧＢ３色もしくは他色の組み合わせで白色光とする場合には白色光を構成する組み合わせ単位での各構成色毎の発光スペクトルおよび発光輝度が規定値であることが要求される。

ＬＥＤの発光輝度のばらつきを低減するためには、一般的に、定電流駆動や電流モニターによる駆動電流の制御を行う。しかし、ＬＥＤの電流−出力特性は製造ロットにより大きく変化するために、定電流駆動を行うだけでは上記照明用や液晶表示装置用バックライト用途での要求を満足することが出来ない。

したがって、上記照明用や液晶表示装置用バックライト用途では、電流−出力特性の揃ったＬＥＤの個体選別や個々の電流−出力特性に応じた入力電流の調整等が行われるのが現状である。

しかしながら、ＬＥＤは周囲温度や通電時間による発熱に伴うジャンクション温度の変化や、使用時間や経年変化に伴う劣化によっても発光輝度が大きく変化するために、上記のような初期の個体特性選別や個体特性に応じた駆動電流調整方式では、輝度の変化やＲＧＢ等多色の組み合わせによる白色化での色温度の変化を、上記照明用や液晶表示装置用バックライト用途での要求特性に収めることが困難である。

このため、従来は、ＲＧＢ３色のＬＥＤの各々に対向して受光素子を配置し、これら受光素子でＲＧＢの各ＬＥＤが発する単色光の光量を検出し、その検出結果を基にＲＧＢ３色の各ＬＥＤの駆動制御を行うようにしていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２９１４１号公報

しかしながら、上記従来技術では、ＲＧＢ３色のＬＥＤの各々に対応して多数の受光素子が対向配置されることになるため、これら受光素子を省スペースにて配置することが難しいという問題がある。

そこで、本発明は、ＬＥＤの発光量の制御に用いるための受光素子を省スペースにて配置可能とした光源装置および当該光源装置を面光源装置として用いた表示装置を提供することを目的とする。

本発明による光源装置は、基板上にモノリシックに形成された１つまたは複数の受光素子と、前記基板上の前記受光素子の受光部近傍にハイブリッドに実装された１つまたは複数の発光ダイオードとを具備する構成となっている。この光源装置は、液晶セルなどの非自発光素子を用いた表示装置において、当該非自発光素子を照明する面光源装置として用いられる。

上記構成の光源装置またはこれを面光源装置として用いた表示装置において、発光ダイオードは、レーザ発振原理により発光方向が限定され、指向性も強いレーザダイオードとは異なり、活性層からの全方位発光型である。このような全方位発光型の発光ダイオードでは、発光ダイオードに隣接して受光素子を配置した場合でも発光ダイオードの発光光量の検出に支障が無く、受光素子の配置位置の自由度が高い。したがって、同じ基板上に発光ダイオードに隣接して受光素子を実装することが可能であり、また半導体レーザ装置のような集光用プリズム等も不要である。

本発明によれば、同じ基板上に発光ダイオードに隣接して受光素子を実装することができるため、当該受光素子を省スペースにて配置することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明が適用される表示装置、例えば液晶表示装置の構成の概略を示す斜視図である。図１に示すように、本適用例に係る液晶表示装置は、透過型液晶パネル１１、偏光板１２、拡散板１３およびバックライト１４を有し、当該バックライト１４として本発明に係る光源装置を用いた構成となっている。

液晶パネル１１は、非自発光素子である液晶セルを含む単位画素が、透明絶縁基板、例えば第１のガラス基板上に行列状に２次元配置され、この画素の行列状配置に対して行ごとに走査線が、列ごとに信号線がそれぞれ配線されるとともに、第１のガラス基板に対して所定の間隙を持って第２のガラス基板が対向配置され、両基板間の間隙内に液晶材料が封止された構成となっている。

（画素回路）
図２は、単位画素の回路構成の一例を示す回路図である。図２に示すように、単位画素２０は、スイッチング素子である例えばＴＦＴ(Thin Film Transistor；薄膜トランジスタ)２１と、このＴＦＴ２１のドレイン電極に画素電極が接続された液晶セル２２と、ＴＦＴ２１のドレイン電極に一方の電極が接続された保持容量２３とを有する構成となっている。ここで、液晶セル２２は、画素電極とこれに対向して形成される対向電極との間で発生する液晶容量を意味する。

かかる構成の画素回路において、ＴＦＴ２１は、ゲート電極が走査線３１に接続され、ソース電極が信号線３２に接続されている。また、例えば、液晶セル２２の対向電極および保持容量２３の他方の電極がコモン線３３に対して各画素共通に接続されている。そして、液晶セル２２の対向電極には、コモン線３３を介してコモン電圧（対向電極電圧）Ｖｃｏｍが各画素共通に与えられる。

図１に説明を戻す。偏光板１２は、一定の振動方向の光波だけを透過させる性質を持つ一種のフィルターである。拡散板１３は、広い面全体を均一な明るさにするために、バックライト１４から照射される光を散乱・拡散させる。バックライト１４は、非自発光素子である液晶セル２２が行列状に２次元配置されてなる液晶パネル１１を照明する面光源装置である。このバックライト１４として、本発明に係る光源装置が用いられる。

ここで、バックライト１４として用いられる面光源装置には、以下に記すようなことが望まれる。

（１）面光源装置。即ちバックライト１４と液晶パネル１１との間に設けられる拡散板１３に代表される輝度ムラ低減フィルターの透過効率を向上させるためには、発光光源（ＬＥＤ）の実装密度を上げ、各発光光源自体の輝度バラツキを極力低減させることが望ましい。この際に、ＬＥＤの発光量の制御に用いるための受光素子は各ＬＥＤ毎に設けられ、他のＬＥＤからの発光光を受光しないことが望まれる。

さらに、各ＬＥＤ毎に設けられる受光素子はＬＥＤの実装密度の増大に応じて、省スペースかつ低コストにて実装されることが望まれる。また、ＬＥＤ近傍に配置される受光素子は、各ＬＥＤの発光光の吸収および反射による輝度ムラを招かないようにしなければならない。

（２）表示装置用光源装置においては、表示装置に通常装備されるユーザーによる輝度調整や色調選択等の機能に対応した各ＬＥＤの発光輝度および色バランスの調整機能が必要である。その際に、ある白色バランス設定値からＲ（赤）／Ｇ（緑）／Ｂ（青）各色の電流比率を一定にして輝度変更する方式では、各ＬＥＤ毎に電流−出力特性が異なるために白色バランスを維持したまま輝度を調整することが困難である。また、Ｒ／Ｇ／Ｂ各色全体での輝度設定を行う方式では、表示装置用面光源装置においては各ＬＥＤから受光素子までの距離のバラツキや各ＬＥＤ毎の電流−出力特性の相違により、場所による輝度ムラや色ムラを招きやすい。

上述した理由から、各ＬＥＤと受光素子とはできるだけ近傍に省スペースにて実装されることが望ましく、各受光素子は目的とするＬＥＤの発光光の測定時に他のＬＥＤや外光等の外乱光を受光し難い構造および配置で構成されることが望まれる。

（光源装置）
そこで、本発明に係る光源装置は、特に表示装置用面光源装置として輝度ムラおよび色度ムラを低減するために、ＬＥＤの発光輝度を低コスト、省スペースにて高精度に定量制御可能として、複数のＬＥＤ間の輝度および色度バラツキの低減を可能にしている。以下に、本発明に係る光源装置についてより具体的に説明する。

先ず、ＬＥＤは、レーザ発振原理により発光方向が限定され、指向性も強いレーザダイオードとは異なり、活性層からの全方位発光型である。このような全方位発光型のＬＥＤでは、ＬＥＤに隣接して受光素子を配置した場合でもＬＥＤの発光光量の検出に支障が無く、受光素子の配置位置の自由度が高い。

そこで、本発明に係る光源装置では、図３に示すように、同じ半導体基板上にＬＥＤに隣接して受光素子、例えばフォトダイオードＰＤを実装する構成を採る。ＬＥＤの場合には、発光方向が限定され、指向性も強い半導体レーザの場合に必須の集光用プリズム等が不要である。したがって、ＬＥＤの発光量の制御に用いるためのフォトダイオードＰＤを低コスト、省スペースにて実装できる。

また、本発明に係る光源装置では、１つの半導体基板上にモノリシックに形成された１つまたは複数のフォトダイオードＰＤ上に複数のＬＥＤをハイブリッドに実装する構成を採る。これにより、発光点の平面的な集積度を上げ、発光体光源（ＬＥＤ）の輝度ムラを低減できる。

［実施例１］
図４は、本発明の実施例１に係る光源装置の構成を示す平面図である。図４に示すように、本実施例１に係る光源装置では、フォトダイオード基板４１上にＬＥＤ４２を複数実装するとともに、４つのＬＥＤブロック毎に１つのフォトダイオード（ＰＤ）４３を配置して発光輝度を測定し、その測定結果に基づいて４つのＬＥＤブロック毎の発光輝度を調整可能とした構成を採っている。

（発光輝度調整回路）
図５は、フォトダイオードによるＬＥＤの発光輝度調整回路のブロック図である。図５において、ＬＥＤ出力制御回路４４は、ＬＥＤ４２の発光光を受光したフォトダイオード４３の出力（測定結果）に基づいて、ＬＥＤ４２の発光輝度が目的の輝度になるようにＬＥＤ４２の駆動電流を制御する。

もちろん、ＬＥＤ４２とフォトダイオード４３の組み合わせおよび相対位置関係は、要求される単位光源の面積や輝度により変更可能であり、図４の配置関係に限られるものではない。また、使用するＬＥＤ４２は、Ｒ／Ｇ／Ｂ単色の組み合わせでも、白色合成白色ＬＥＤを複数個使用するものでも、ＲとＧとＢの組み合わせにより白色を合成するものでも構わない。また、フォトダイオード基板４１を複数個組み合わせて光源装置となすことも可能である。

（配置例）
図６は、実施例１に係る光源装置でのＬＥＤ４２とフォトダイオード４３の組み合わせにおける配置例を示す図である。

図６（Ａ）の配置例は、図４のＬＥＤ４２とフォトダイオード４３の組み合わせにおいて、ＬＥＤブロック毎に４つのＬＥＤ４２に対してフォトダイオード４３をオーバーラップさせて配置した構成となっている。

図６（Ｂ）の配置例は、Ｒ／Ｇ／Ｂの各ＬＥＤ４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂを列単位で配置し、各列ごとに隣り合う２つのＬＥＤに対してフォトダイオード４３をオーバーラップさせて配置した構成となっている。

図６（Ｃ）の配置例は、ベイヤー配列の４個のＬＥＤ４２Ｒ，４２Ｇ１，４２Ｇ２，４２Ｂを単位とし、ＬＥＤブロック毎にフォトダイオード４３を１つずつ配置し、当該フォトダイオード４３を４個のＬＥＤ４２Ｒ，４２Ｇ１，４２Ｇ２，４２Ｂに対してオーバーラップさせて配置した構成となっている。

図６（Ｄ）の配置例は、フォトダイオード基板４１上に４個のＬＥＤ４２Ｒ，４２Ｇ１，４２Ｇ２，４２Ｂをベイヤー配列にて１組配置するとともに、これら４個のＬＥＤ４２Ｒ，４２Ｇ１，４２Ｇ２，４２Ｂに対してフォトダイオード４３をオーバーラップさせて配置した構成となっている。

図６（Ｅ）の配置例は、フォトダイオード基板４１上にＬＥＤ４２を直線状に配置し、隣り合う２つのＬＥＤ４２を単位として、両ＬＥＤ４２，４２間にフォトダイオード４３を配置した構成となっている。

図６（Ａ）〜（Ｄ）に示したフォトダイオード４３上にＬＥＤ４２をオーバーラップさせて実装する構成は、他のフォトダイオードで制御されるＬＥＤからの発光光の受光を低減することができるため、ＬＥＤ４２の発光輝度を高精度に制御することが可能であり、同時にＬＥＤ４２をより高密度に実装可能とし、面光源装置としての輝度ムラや色ムラを低減することができる。

これにより、表示装置として、図１のバックライト１４から拡散板１３までの距離を短縮することができるため、当該液晶表示装置の薄型化を図ることができる。また、拡散板１３等表示装置側の輝度均一化光学系の透過率を低減することができるため、表示装置全体としての発光効率を改善し省電力化が可能となる。

本実施例１に係る光源装置の構造の利点は、受光素子部がフォトダイオード基板４１上にモノリシックに構成されたものであるために、フォトダイオード４３の使用個数を増やしても同一面積のフォトダイオード基板としての部品コストは上昇しないことである。また、受光素子部のフォトダイオード基板４１上の凸部は微小であるため、フォトダイオードチップを基板上にハイブリッド実装したＬＥＤ発光装置に比較してＬＥＤの発光光の反射および吸収による各ＬＥＤ放射方向の輝度変化を招くことが無いために、輝度ムラや色ムラを低減し光源装置全体の発光効率を改善することができる。

上記構成のように、使用するＬＥＤ４３に対してフォトダイオード４３の数が少ない構成での問題点は、表示装置用光源としてＬＥＤを同時に発光させている使用状態では個々のＬＥＤの発光量を制御することが困難であり、１つのフォトダイオードで制御するＬＥＤ間の輝度ムラおよび色ムラが生じてしまうことである。

［実施例２］
そこで、本発明の実施例２に係る光源装置では、フォトダイオード４３をＬＥＤ４２に夫々１つ組み合わせた構成を採る。このように、フォトダイオード４３をＬＥＤ４２に夫々１つ組み合わせることで、個々のＬＥＤ４２の発光輝度を制御可能になるとともに、他のＬＥＤからの発光による外乱光の受光を低減することができるため、ＬＥＤ４２の発光輝度をさらに高精度に制御することが可能となる。これにより、光源装置を形成する個々のＬＥＤの輝度および色度バラツキを低減することが可能となり、面光源装置全体での輝度および色度のバラツキを低減することができる。

また、面光源装置としての輝度ムラや色ムラを低減できることで、表示装置として、図１のバックライト１４から拡散板１３までの距離を短縮することが可能になるために、表示装置の薄型化を図ることが可能となる。また拡散板１３等表示装置側の輝度均一化光学系の透過率を低減することでかるため、表示装置全体としての発光効率を改善し省電力化が可能となる。

（配置例）
図７は、実施例２に係る光源装置でのＬＥＤ４２とフォトダイオード４３の組み合わせにおける配置例を示す図である。

図７（Ａ）の配置例は、フォトダイオード基板４１上に例えば４個のＬＥＤ４２を直線状に配置し、これら４個のＬＥＤ４２に対して１対１の関係でフォトダイオード４３をオーバーラップさせて配置した構成となっている。

図７（Ｂ）の配置例は、フォトダイオード基板４１上にＲ／Ｇ／Ｂの各ＬＥＤ４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂを直線状に配置するとともに、これら３個の各ＬＥＤ４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂに対して１対１の関係でフォトダイオード４３をオーバーラップさせて配置した構成となっている。

図７（Ｃ）の配置例は、フォトダイオード基板４１上にＲ／Ｇ／Ｂの各ＬＥＤ４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂを三角形状に配置するとともに、これら３個の各ＬＥＤ４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂに対して１対１の関係でフォトダイオード４３をオーバーラップさせて配置した構成となっている。

図７（Ｄ）の配置例は、フォトダイオード基板４１上に例えば４個のＬＥＤ４２を直線状に２列配置するとともに、これら８個のＬＥＤ４２に対して１対１の関係でフォトダイオード４３をオーバーラップさせて配置した構成となっている。

図７（Ｅ）の配置例は、フォトダイオード基板４１上に４個のＬＥＤ４２Ｒ，４２Ｇ１，４２Ｇ２，４２Ｂをベイヤー配列にて配置するとともに、これら４個のＬＥＤ４２Ｒ，４２Ｇ１，４２Ｇ２，４２Ｂに対して１対１の関係でフォトダイオード４３をオーバーラップさせて配置した構成となっている。

［実施例３］
本発明の実施例３に係る光源装置では、赤色ＬＥＤのＧａＰ基板や、緑色／青色ＬＥＤのサファイア基板等の透明基板を用いるＬＥＤに関しては、フォトダイオードをＬＥＤ基板外形よりも小さく形成し、ＬＥＤをフォトダイオードの上部にハイブリッドに実装した構成を採る。

かかる構成を採ることにより、各フォトダイオードのＬＥＤ出力測定時に他のＬＥＤからの発光や、上部拡散板およびディスプレイ表示部（図１の液晶パネルに相当）からの反射光等による外乱光の入射を低減できるために、測定Ｓ／Ｎを大幅に向上することが可能である。これにより、ＬＥＤの発光輝度を高精度に定量制御可能として、複数のＬＥＤの輝度および色度バラツキを大幅に低減する事が可能となる。

（構成例１）
図８は、実施例３に係る光源装置の構成例１を示す図であって、（Ａ）は断面構造図、（Ｂ）は平面図である。

図８（Ａ）において、例えばＮ＋半導体基板５１上のＮ−不純物領域５２の表層部にＰ＋不純物領域５３が形成され、このＰ＋不純物領域５３とＮ−不純物領域５２がＰＮ接合を形成し、フォトダイオードの受光部（光電変換部）として機能する。基板表面上には、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）５４を介して、図８（Ｂ）に示すように、フォトダイオードのＰ電極５６とＮ電極５７が形成されている。Ｐ電極５６はＰ＋不純物領域５３に、Ｎ電極５７はＮ＋層５８を介してＮ＋基板５１にそれぞれ電気的に接続されている。

基板表面上にはさらに、ＬＥＤのアノード端子５９とカソード端子６０が形成されている。そして、上記構造のフォトダイオード基板上にＬＥＤ基板６１が実装され、当該ＬＥＤ基板６１とアノード端子５９およびカソード端子６０がバンプ６２Ａ，６２Ｂによって電気的に接続されている。ここで、図８（Ｂ）から明らかなように、フォトダイオードの受光部（Ｐ＋不純物領域５３）がＬＥＤ基板６１の外形よりも小さいことが重要である。

このように、基板上にモノリシックに実装した各受光素子の上面に、ＬＥＤをハイブリットに実装する、換言すればＬＥＤの外形をフォトダイオード基板上へ鉛直に投影した範囲内に各受光素子を形成することで、各受光素子への外乱光を低減させ、各ＬＥＤの発光量の調整精度を向上させることができるために、面光源の輝度および色度のバラツキを低減させることができるとともに、Ｒ/Ｇ/Ｂ３色のＬＥＤを高密度に実装可能となるために、白色の光源密度を点光源へ近づけることが可能となる。

（変形例）
バンプ接続の場合は、フォトダイオード基板とＬＥＤ基板６１の接合部に隙間が生じ、この隙間を通して他のＬＥＤから発光や、上部拡散板およびディスプレイ表示部からの反射光等による外乱光がフォトダイオードの受光部に入射する懸念がある。このような懸念に対しては、図９に示すように、必要に応じてＬＥＤ基板６１の側端部を例えば遮光樹脂６３によって光学的に封止し、外部からフォトダイオードへの迷光を遮断することも有効である。

（構成例２）
図１０は、実施例３に係る光源装置の構成例２を示す図であり、（Ａ）は断面構造図、（Ｂ）は平面図である。図１０（Ａ），（Ｂ）において、図８（Ａ），（Ｂ）と同等部分には同一符号を付して示している。

本構成例２に係る光源装置では、ＬＥＤ基板６１とアノード端子５９およびカソード端子６０の電気的接続を、ワイヤ６４Ａ，６４Ｂを用いて行う（ワイヤ・ボンディング）構成を採っており、この点においてバンプ６２Ａ，６２Ｂを用いる構成例１に係る光源装置と相違しており、それ以外の構成は同じである。

この構成例２の場合にも、構成例１の場合と同様に、基板上にモノリシックに実装した各受光素子の上面に、ＬＥＤをハイブリットに実装することで、各受光素子への外乱光を低減させ、各ＬＥＤの発光量の調整精度を向上させることができるために、面光源の輝度および色度のバラツキを低減させることができるとともに、Ｒ/Ｇ/Ｂ３色のＬＥＤを高密度に実装可能となるために、白色の光源密度を点光源へ近づけることが可能となる。

（配置例）
図１１は、実施例３に係る光源装置でのＬＥＤ４２とフォトダイオード４３の組み合わせにおける配置例を示す図である。

図１１（Ａ）の配置例は、フォトダイオード基板４１上に例えば４個のフォトダイオード４３をＬＥＤ基板外形よりも小さく形成して直線状に配置し、これら４個のフォトダイオード４３の上に４個のＬＥＤ４２を夫々ハイブリッドに実装した構成となっている。

図１１（Ｂ）の配置例は、フォトダイオード基板４１上に３個のフォトダイオード４３をＬＥＤ基板外形よりも小さく形成して直線状に配置し、これら３個のフォトダイオード４３の上にＲ／Ｇ／Ｂの各ＬＥＤ４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂを夫々ハイブリッドに実装した構成となっている。

図１１（Ｃ）の配置例は、フォトダイオード基板４１上に３個のフォトダイオード４３をＬＥＤ基板外形よりも小さく形成して三角形状に配置するとともに、これら３個のフォトダイオード４３の上にＲ／Ｇ／Ｂの各ＬＥＤ４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂを夫々ハイブリッドに実装した構成となっている。

図１１（Ｄ）の配置例は、フォトダイオード基板４１上に例えば４個のフォトダイオード４３をＬＥＤ基板外形よりも小さく形成して直線状に２列配置するとともに、これら８個のフォトダイオード４３の上に８個のＬＥＤ４２を夫々ハイブリッドに実装した構成となっている。

図１１（Ｅ）の配置例は、フォトダイオード基板４１上に４個のフォトダイオード４３をＬＥＤ基板外形よりも小さく形成して矩形状配置するとともに、これら４個のフォトダイオード４３の上に４個のＬＥＤ４２Ｒ，４２Ｇ１，４２Ｇ２，４２Ｂをベイヤー配列にてハイブリッドに実装した構成となっている。

［実施例４］
図１２は、本発明の実施例４に係る光源装置の構成を示す側断面図である。図１２に示すように、本実施例４に係る光源装置では、ＬＥＤ発光モニター用フォトダイオード４３に加えて、同一のフォトダイオード基板４１上に外部外乱光の測定するためのフォトダイオード４５を形成した構成を採っている。

ここで、外部外乱光とは、例えば図１に示すように、本光源装置を液晶表示装置のバックライト１４として用いた場合においては、屋内と屋外の使用時における液晶パネル１１および拡散板１３を透過してきた外光の変化量であり、この外光の変化によって表示装置の視認性が変化する。そのために、外部外乱光を積極的に検出し、その検出結果に基づいてＬＥＤの輝度制御を行い、明るい外光下ではバックライト１４の輝度を上げることで、ディスプレイ視認性を向上させることができる。

（発光輝度調整回路）
図１３は、実施例４に係る光源装置におけるフォトダイオードによるＬＥＤの発光輝度調整回路のブロック図であり、図５と同等部分には同一符号を付して示している。

本例に係る発光輝度調整回路では、図５の発光輝度調整回路に対して外部外乱光の測定するためのフォトダイオード４５が追加された構成となっている。このフォトダイオード４５の出力電圧は、差分検出器４６において、例えば抵抗Ｒ１，Ｒ２による電源電圧Ｖｄｄの分圧によって設定される基準電圧と比較され、その差分がＬＥＤ出力制御回路４４に与えられる。これにより、明るい外光下ではバックライト１４の輝度を上げる制御が行われることになる。

このように、外乱光受光用の受光素子、例えばフォトダイオード４５を設けることで、外乱光に応じて各ＬＥＤの発光輝度および色度を調整することが可能となるため、面光源全体として光源装置の発光効率を向上させることができる。

ところで、上記のように構成された一つまたは複数のＬＥＤ発光装置を用いて各ＬＥＤの発光輝度を均一に制御するためには、図５に例示した発光輝度調整回路等を備えた制御手段にて、各フォトダイオードの受光出力が一定になるように各ＬＥＤの駆動電流を制御する必要がある。ここで、各フォトダイオードには入射光量および入射波長に対する出力感度のばらつきが存在するために、各フォトダイオードが制御する各ＬＥＤが規定の輝度で発光した際においても各フォトダイオードの出力値は夫々異なる値となる。

また、通常の表示装置には、ユーザーによる輝度および色調の設定変更機能が備えられており、設定された輝度および色調においてディスプレイ画面内が均一に設定変更された輝度となるように各ＬＥＤを制御するためには、複数の輝度設定値に応じて各ＬＥＤが設定の輝度で発光した際の各フォトダイオードの出力値となるように、各ＬＥＤの駆動電流を制御する必要がある。

同様に、Ｒ／Ｇ／Ｂの輝度バランスによって決まる色調に関しても、選択された色調に応じたＲ／Ｇ／Ｂの輝度バランスとなるように、選択された色調での指定輝度となるＲ／Ｇ／Ｂの輝度設定値に応じて、各ＬＥＤが設定の色調となる輝度で発光した際の各フォトダイオードの出力値となるように、各ＬＥＤの駆動電流を制御する必要がある。このような制御を実現するために為されたのが、本発明の実施例５に係る光源装置である。

［実施例５］
図１４は、本発明の実施例５に係る光源装置の制御系の構成を示すブロック図である。図１４に示すように、本実施例５に係る光源装置の制御系は、例えばｎ個のＬＥＤ発光装置７１−１〜７１−ｎに対して、図５のＬＥＤ制御回路４４に相当するＬＥＤ制御回路７２と、本光源装置全体の制御を司る制御部７３と、ユーザーによる輝度および色調の設定変更を行う輝度／色調設定変更部７４とを有する構成となっている。

かかる構成の制御系では、上記の制御を実現するために、ｎ個のＬＥＤ発光装置７１−１〜７１−ｎの各々は、１つまたは複数のＬＥＤと１つまたは複数のフォトダイオードのフォトダイオード基板内での特定または全ての組み合わせにおいて、１つまたは複数のＬＥＤの発光量がそれぞれ規定値となる前記組み合わせのそれぞれのフォトダイオードから出力される出力値を参照テーブルに記憶するメモリ素子７５を有している。

そして、そして、制御部７３による制御の下に、１つまたは複数のフォトダイオードの出力電流がメモリ素子７５内の参照テーブル上で対応する出力電流値となるように、即ち各ＬＥＤが選択された輝度および色調となるように、１つまたは複数の発光ダイオードの発光量を制御するようにする。

このように、各ＬＥＤの複数段階の輝度設定値に応じた各受光素子の出力値を記憶したメモリ素子７５を有し、当該メモリ素子７５に設定された受光素子の出力値を基に、各ＬＥＤが選択された輝度および色調となるように各ＬＥＤの発光量を制御することにより、面光源の輝度および色度のバラツキをより低減させることができる。

ここで、受光素子の出力値を提示するメモリ素子７５が、表示装置で設定される複数段階の輝度および色バランスに対応した設定値を有することで、表示装置で設定される複数段階の輝度および色バランス下においても、面光源の輝度および色度のバラツキを低減させることができる。

メモリ素子７５は、制御部７３内に設けられても良いが、ＬＥＤ発光装置７１−１〜７１−ｎ内に設けられていれば、各発光装置７１−１〜７１−ｎでの設定値の調整が可能となるために、ＬＥＤ発光装置７１−１〜７１−ｎを複数組み合わせて大画面表示装置用面光源装置を構成する際の各発光装置７１−１〜７１−ｎの調整および交換が容易となる。また、複数の画面サイズの表示装置へＬＥＤ発光装置７１−１〜７１−ｎを使用する際にも、これら発光装置用の小型調整装置を使用することができるために、当該調整装置の小型化や調整時間の短縮によるコストダウンを図ることができる。

各ＬＥＤの複数段階の輝度設定値に応じた各フォトダイオードの出力値をメモリ素子７５に記憶する調整工程は、調整装置上の所定の位置に設けられた調整モニター用基準フォトダイオードにて、表示装置の調整機能で必要となる色調および輝度に応じた各色の輝度となるように、Ｒ／Ｇ／Ｂ各々のＬＥＤの輝度を順次調整する。この際、各ＬＥＤに対応する夫々のフォトダイオードの出力値を、各ＬＥＤの各色調での輝度調整ステップ毎のフォトダイオード出力値として、メモリ素子７５に順次記憶する。

上記メモリ素子７５を受光素子基板（フォトダイオード基板）上にモノリシックに形成すれば、ＬＥＤの発光光の反射および吸収による各ＬＥＤ放射方向の輝度変化を招くことが無いために、輝度ムラや色ムラを低減し、表示装置として、図１のバックライト１４から拡散板１３までの距離を短縮することができるため、当該液晶表示装置の薄型化を図ることができる。また、拡散板１３等表示装置側の輝度均一化光学系の透過率を低減することができるため、表示装置全体としての発光効率を改善し省電力化が可能となる。

上述したように、ＬＥＤを光源とし、表示装置用面光源装置として用いて好適な光源装置または当該光源装置を面光源装置として用いた表示装置において、基板上にモノリシックに１つまたは複数の受光素子を形成するとともに、同じ基板上の受光素子の受光部近傍に１つまたは複数のＬＥＤをハイブリッドに実装することで、半導体レーザ装置のような集光用プリズム等が不要になるために、各ＬＥＤの発光量を制御する受光素子を低コスト、省スペースにて設けることができる。

また、各ＬＥＤに対して低コスト、省スペースにて受光素子を設けることにより、各ＬＥＤの発光輝度および色度のバラツキを低減し、面光源全体として拡散板（拡散フィルター）の透過率を下げ、光源装置の発光効率を向上させることができるとともに、拡散板までの距離を短縮し、光源装置を薄型化することができ、さらには各ＬＥＤを高密度に実装可能とすることで、面光源全体として拡散板の透過率を下げ、光源装置の発光効率を向上させることができる。

また、各受光素子を基板上にモノリシックに実装することで、高密度化、低コスト化を図ることができ、併せてＬＥＤの発光光の反射や吸収を低減し、各発光ＬＥＤの輝度ムラを低減することができる。

また、隣接する発光装置との発光輝度比較用の受光素子を設けることで、各発光装置間の発光輝度および色度のバラツキをさらに低減し、面光源全体として拡散板の透過率を下げ光源装置の発光効率を向上させることができる。

なお、上記実施形態では、受光素子としてフォトダイオードを用いた場合を例に挙げて説明したが、これに限られるものではなく、フォトトランジスタ等他の受光素子を用いることも可能である。

本発明が適用される液晶表示装置の構成の概略を示す斜視図である。 単位画素の回路構成の一例を示す回路図である。 ＬＥＤの発光光の範囲を示す図である。 本発明の実施例１に係る光源装置の構成を示す平面図である。 実施例１に係る光源装置におけるフォトダイオードによるＬＥＤの発光輝度調整回路のブロック図である。 実施例１に係る光源装置でのＬＥＤとフォトダイオードの組み合わせにおける配置例を示す図である。 実施例２に係る光源装置でのＬＥＤとフォトダイオードの組み合わせにおける配置例を示す図である。 実施例３に係る光源装置の構成例１を示す図であり、（Ａ）は断面構造図、（Ｂ）は平面図である。 構成例１の変形例を示す断面構造図である。 実施例３に係る光源装置の構成例２を示す図であり、（Ａ）は断面構造図、（Ｂ）は平面図である。 実施例３に係る光源装置でのＬＥＤ４２とフォトダイオード４３の組み合わせにおける配置例を示す図である。 本発明の実施例４に係る光源装置の構成を示す側断面図である。 実施例４に係る光源装置におけるフォトダイオードによるＬＥＤの発光輝度調整回路のブロック図である。 本発明の実施例５に係る光源装置の制御系の構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１１…透過型液晶パネル、１２…偏光板、１３…拡散板、１４…バックライト（面光源装置）、２０…単位画素、２１…ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、２２…液晶セル、２３…保持容量、３１…走査線、３２…信号線、４１…フォトダイオード基板、４２，４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｇ１，４２Ｇ２，４２Ｂ…発光ダイオード（ＬＥＤ）、４３，４５…フォトダイオード（ＰＤ）、４４…ＬＥＤ出力制御回路、５１…Ｎ＋半導体基板、５９…アノード端子、６０…カソード端子、６１…ＬＥＤ基板、６２Ａ，６２Ｂ…バンプ、６３Ａ，６３Ｂ…遮光樹脂、６４Ａ，６４Ｂ…ワイヤ、７１−１〜７１−ｎ…ＬＥＤ発光装置、７２…ＬＥＤ制御回路、７３…制御部、７４…輝度／色調設定変更部、７５…メモリ素子

Claims (10)

1. 基板上にモノリシックに形成された１つまたは複数の受光素子と、
   前記基板上の前記受光素子の受光部近傍にハイブリッドに実装された１つまたは複数の発光ダイオードと
   を具備することを特徴とする光源装置。
2. 前記発光ダイオードは、前記受光素子の受光部上面に実装されている
   ことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
3. 前記受光部は、前記発光ダイオードの外形を前記基板上へ鉛直に投影した範囲内に形成されている
   ことを特徴とする請求項２記載の光源装置。
4. 前記複数の発光ダイオードは、少なくとも２種類の異なる出力波長を有する組み合わせである
   ことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
5. 前記受光素子の個数は、前記発光ダイオードの個数よりも多く、
   前記受光素子の少なくとも１つは、前記発光ダイオードの発光光以外の光を受光する
   ことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
6. 前記１つまたは複数の発光ダイオードが発光した際の前記１つまたは複数の受光素子の出力電流を検出する検出手段と、
   前記検出手段の検出出力に基づいて前記１つまたは複数の受光素子の出力電流が規定の出力電流となるように前記１つまたは複数の発光ダイオードの発光量を制御する制御手段とをさらに具備する
   ことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
7. 前記１つまたは複数の発光ダイオードと前記１つまたは複数の受光素子の前記基板内での特定または全ての組み合わせにおいて、前記１つまたは複数の発光ダイオードの発光量がそれぞれ規定値となる前記組み合わせのそれぞれの受光素子から出力される出力値を参照テーブルに記憶するメモリ素子と、
   前記１つまたは複数の受光素子の出力電流が前記メモリ素子内の参照テーブル上で対応する出力電流値となるように前記１つまたは複数の発光ダイオードの発光量を制御する制御手段とをさらに具備する
   ことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
8. 前記特定または全ての組み合わせにおいて、前記１つまたは複数の発光ダイオードの発光量の規定値が複数段階存在し、
   前記メモリ素子は、前記組み合わせのそれぞれの受光素子から出力される前記複数段階の規定値に対応した出力値を参照テーブルに記憶する
   ことを特徴とする請求項７記載の光源装置。
9. 前記メモリ素子は、前記基板上にモノリシックに形成されている
   ことを特徴とする請求項７記載の光源装置。
10. 非自発光素子を用い、当該非自発光素子を光源装置で照明する表示装置であって、
    前記光源装置は、
    基板上にモノリシックに形成された複数の受光素子と、
    前記基板上の前記受光素子の受光部近傍にハイブリッドに実装された複数の発光ダイオードと、
    前記複数の発光ダイオードが発光した際の前記複数の受光素子の出力電流を検出する検出手段と、
    前記検出手段の検出出力に基づいて前記複数の受光素子の出力電流が規定の出力電流となるように前記複数の発光ダイオードの発光量を制御する制御手段とを具備する
    ことを特徴とする表示装置。
    

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