JP2007149402A - 照明装置及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 十分に混色された各色光の輝度レベルを簡単な構成で正確に検出して、所望の輝度、色度を得ることが可能な照明装置及び液晶表示装置を提供する。
【解決手段】 異なる色を発光する複数種類の光源１２と、前記複数種類の光源による照射光を混合して出射する光学部材１３（拡散板１１５，１２５、或いは導光板１２７）と、前記複数種類の光源１２による発光輝度を検出する光検出部１４とを備え、前記光検出部１４による検出結果に基づいて、前記複数種類の光源１２のうちの少なくとも１つの種類の光源の発光輝度を制御する照明装置であって、前記光学部材１３の端面に、前記光検出部１４を取り囲むように形成された凹部２１，３１，４１を設けたものである。
【選択図】 図２

Description

本発明は、異なる色を発光する複数種の光源を備えた照明装置に関し、より詳細には、照明光の輝度、色度の経時的な変化を抑制することが可能な照明装置及び該照明装置を備えた液晶表示装置に関するものである。

光源からの照射光を表示パネル（ライトバルブ）で変調することにより映像を表示する非発光型映像表示装置において、現在は光源として白色光を発光する冷陰極管が用いられることが一般的である。一方、発光ダイオード（以下、ＬＥＤと称す）は、高輝度の発光が可能であり、色再現範囲を向上させることができる、寿命が長いという利点を有すること、及び従来低かった変換効率が改善されたこと、コストダウンが進んだことから、近年、当該ＬＥＤが上記非発光型映像表示装置の光源として用いられるようになってきた。

光源としてＬＥＤを用いた、非発光型映像表示装置としての液晶表示装置のバックライト装置（直下式）を図５に示す。この直下式のバックライト装置は、反射板１１０上に、赤光源（以下、Ｒ光源と称す）、緑光源（以下、Ｇ光源と称す）、青光源（以下、Ｂ光源と称す）として、ＬＥＤ１１１，１１２，１１３が設けられ、これら光源からの３原色光を混合することにより白色光を作り出し、当該バックライト装置の前面に配される液晶パネル１１４を照射して、所望のカラー映像を表示する。

このバックライト装置は、輝度ムラや色ムラのない適切な白色面光源として、液晶パネル１１４を照射するために、各光源１１１〜１１３と液晶パネル１１４との間には、各光源１１１〜１１３の照射光を拡散・混色した上で液晶パネル１１４側に出射する拡散板１１５が設けられている。尚、この拡散板１１５には切欠部が設けられており、バックライト装置のフレームシャーシに設けられた凸部１１６と拡散板１１５の切欠部との係合により、拡散板１１５がフレームシャーシに対して位置決めされている。

また、従来の液晶表示装置のバックライト装置（サイド照射式）を図６に示す。このサイド照射式のバックライト装置は、導光板１２７の側端面に沿って、赤光源（Ｒ光源）、緑光源（Ｇ光源）、青光源（Ｂ光源）として、ＬＥＤ１２１，１２２，１２３が設けられ、これら光源からの光を混合することにより白色光を作り出し、当該バックライト装置の前面に配される液晶パネル１２４を照射して、所望のカラー映像を表示する。

このバックライト装置は、各光源１２１〜１２３の照射光を反射して導光板１２７の一端面に入射させるリフレクター１２６と、各光源１２１〜１２３の照射光を面全体に導いて、発光面から出射する導光板１２７と、この導光板１２７の発光面と反対側に出射された光を反射して再び導光板１２７に入射する反射板１２０とを備えている。また、輝度ムラや色ムラのない適切な面光源として、液晶パネル１２４を照射するために、導光板１２７と液晶パネル１２４との間には、該導光板１２７の発光面から出射された光を十分に拡散・混色した上で液晶パネル１２４側に出射する拡散板１２５が設けられている。

このように、異なる色を発光する複数種の光源を使用した場合、使用年数や使用している環境、温度などによって各光源の発光強度が変化し、表示特性が劣化するという問題があり、これを防止するために、光源からの光を一定間隔で監視し、輝度、色度の変化を補正することにより、液晶パネルに照射する光を常に一定の輝度、色度（白色点）に保つものが提案されている。

例えば特許文献１（特開平１０−４９０７４号公報）には、直下式のバックライト装置において、それぞれ独立に輝度調整可能なＲ、Ｇ、Ｂの３原色をそれぞれ発光する赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤと、各色ＬＥＤ光源の発光輝度レベルを検出する光センサーと、該光センサーによる検出値に応じて、各色ＬＥＤ光源の発光輝度レベルを調整する光量制御回路とを設け、各色ＬＥＤ光源間の色の輝度バランスを一定に保持するものが記載されている。

ここで、この特許文献１に記載のものにおいて、光センサーは、各色ＬＥＤ光源が搭載された基板と同一基板（反射板）上や、各色ＬＥＤ光源が搭載された基板を取り囲む反射枠に設けられた空洞中、或いは、該反射枠の壁面に配設されている。

また、特許文献２（特開平１１−２６０５６８号公報）、特許文献３（特開２００４−２１１４７号公報）には、サイド照射式のバックライト装置において、Ｒ、Ｇ、Ｂの各々のＬＥＤ光源からの出射光を検出する光センサーを設け、該光センサーが検出した値に基づいて、前記Ｒ、Ｇ、Ｂの各々のＬＥＤ光源の光量を調整することにより、面状光源装置の輝度、色度の経時的な変化を抑制するものが記載されている。

ここで、特許文献２においては、導光板の光源光の入射面と同一面に光センサーを配置することにより、光源と光センサーとの間の光学的な距離を長くとることができ、十分に混合された光を光センサーで受光することが可能となる旨記載されている。

一方、特許文献３においては、光源からの光を遮ることがないよう、導光板の光源光の入光面以外の面に光センサーを配置することが好ましい旨記載されており、さらに、光センサーが設けられている導光板の面の少なくとも一部を粗面化することにより、光センサーへの入光量を増大させることが可能である旨記載されている。
特開平１０−４９０７４号公報 特開平１１−２６０５６８号公報 特開２００４−２１１４７号公報

しかしながら、上述した特許文献１のものの場合、各色ＬＥＤ光源からの出射光が十分に混色されないまま直接光センサーに入射されるため、例えば光センサーの近傍に配設された光源の光を他の光源の光より多く受光してしまうなどして、バックライト装置内で合成（混色）された後の各色光の輝度レベルを正確に検出することが困難であり、所望の輝度、色度（白色点）を得ることができないという問題があった。

また、特許文献２のものの場合、導光板中で反射を繰り返して伝播される過程で十分に混色された光を光センサーで受光することができるため、上記特許文献１のもののような問題はないものの、導光板の光源光の入射面と同一面に光センサーを配置すると、光源の数や配置位置に制限が生じるばかりでなく、導光板中で反射を繰り返した後、導光板の外に出射して光センサーで受光される光の光量が少なくなり、安定した光の検出を行うことが難しく、正確なフィードバック制御を行うことができないという問題があった。

さらに、特許文献３のものにおいては、光センサーと対向する導光板の面を粗面化して、光センサーに入射する光量を上げているが、導光板の出射面（発光面）と反対の面に粗面部を形成した場合、面内輝度ムラが発生する恐れがあり、また、この粗面部で光を拡散して導光板の外へ出射する光を増やすことができても、その導光板から出射した光を効率良く集光して光センサーへの光量を増大させるのは困難であるという問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、十分に混色された各色光の輝度レベルを簡単な構成で正確に検出して、所望の輝度、色度を得ることが可能な照明装置及び液晶表示装置を提供するものである。

本願の第１の発明は、異なる色を発光する複数種類の光源と、前記複数種類の光源による照射光を混合して出射する光学部材と、前記複数種類の光源による発光輝度を検出する光検出部とを備え、前記光検出部による検出結果に基づいて、前記複数種類の光源のうちの少なくとも１つの種類の光源の発光輝度を制御する照明装置であって、前記光学部材の端面に、前記光検出部を取り囲むように形成された凹部を設けたことを特徴とする。

本願の第２の発明は、前記凹部が球面形状を有することを特徴とする。

本願の第３の発明は、前記凹部が断面Ｕ字形状を有することを特徴とする。

本願の第４の発明は、前記光検出部が、前記凹部に係合する凸部に設けられたことを特徴とする
本願の第５の発明は、前記光学部材が拡散板であることを特徴とする。

本願の第６の発明は、前記光学部材が導光板であることを特徴とする。

本願の第７の発明は、前記照明装置と、該照明装置による照射光を変調することにより画像表示を行う液晶パネルとを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、光学部材内で十分に混色されて凹部から出射された光を、この凹部によって取り囲まれるように設置された光検出部に入射させることができるので、該光学部材から出射した光を効率良く集光して光検出部への光量を増大させることが可能になる。従って、複数種類の光源より発光された各色光の輝度レベルを簡単な構成で正確に検出して、所望の輝度、色度を得ることが可能となる。

以下、本発明の照明装置の一実施形態として、液晶表示装置に用いられるバックライト装置について、図１乃至図４とともに説明するが、上記従来例と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。ここで、図１は本実施形態にかかる液晶表示装置の要部概略構成を示す機能ブロック図、図２は本実施形態にかかる液晶表示装置の光学部材の一例を示す説明図、図３は本実施形態にかかる液晶表示装置の光学部材の他の例を示す説明図、図４は本実施形態にかかる液晶表示装置の光学部材の他の例を示す説明図である。

本実施形態の液晶表示装置は、図１に示すように、光を変調して所望の映像を表示する液晶パネル１１と、該液晶パネル１１の背面に設けられ、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色光を出射するバックライト光源１２と、該バックライト光源１２からの出射されたＲ，Ｇ，Ｂ各色光を混合（合成）して、これにより得られた均一な白色光を液晶パネル１１側へ面発光するための光学部材１３（拡散板、導光板など）とを備えている。ここでは、バックライト光源１２として、３原色のそれぞれを独立して発光する赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤを用いた場合について説明する。

また、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤのそれぞれによる発光強度を検出する光センサー１４と、該光センサー１４による検出結果と各発光色の発光強度の基準値とを比較して、バックライト光源１２による照射光が予め決められた所定の輝度、色度（白色点）になるように光源駆動部１６の駆動制御を行う制御マイコン１５とを備えている。

ここで、光センサー１４は、フォトダイオード、フォトトランジスタ等からなる光電変換素子であり、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の光量をそれぞれ検出し、電圧値に変換して制御マイコン１５に出力するものである。また、光源駆動部１６は、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤそれぞれの発光強度を独立に制御することが可能であり、これによって、面状光源装置の輝度、色度の経時的な変化を抑制することが可能となっている。

また、本実施形態では、光学部材１３として設けられた、図５、図６とともに上述した各色光源による照射光を面均一に拡散・混色するための拡散板１１５（１２５、或いは導光板１２７）の端面に、光センサー１４を取り囲むように湾曲状に形成された凹部を設け、拡散板１１５（１２５、或いは導光板１２７）で十分に混色されて凹部から出射された光を、この凹部によって取り囲まれるように設置された光センサー１４に効率良く入射させることができるように構成している。

例えば、本実施形態における光学部材１３としての拡散板には、図２に示すように、その一側面に球面形状を有する凹部２１が設けられている。拡散板の外に出射する光は凹部２１のレンズ効果により効率的に光センサー１４に集光されることとなり、光センサー１４へ入射する光量を増大させることが可能になる。これによって、光センサー１４は、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色光の輝度レベルを正確に検出することができ、適切なフィードバック制御を実現することが可能となる。

尚、上述したような、光センサー１４の全方位を取り囲むように球面形状に形成された凹部３１を、図３に示すように、拡散板の液晶パネル１１側の面（出射面）と反対の面（入射面）に複数設けても良い。この場合、凹部３１は輝度ムラによる画質劣化を抑制するため、液晶パネル１１の画像表示領域の外側に対応する位置に設けられるのが望ましい。

また、図４に示すように、拡散板の複数の側面それぞれに断面Ｕ字形状を有する凹部４１を設け、この凹部４１をそれぞれに対向する位置に光センサー１４を配設する構成としても良い。この場合も、拡散板の凹部４１より外に出射する光を効率的に光センサー１４に入射させることが可能であるばかりでなく、この凹部４１をバックライト装置のフレームシャーシに対する拡散板の位置決めに利用することも可能である。

すなわち、バックライト装置のフレームシャーシに設けられた凸部に光センサー１４を設けることにより、拡散板の外に出射する光を効率的に光センサー１４に入射させることができるとともに、この光センサー１４が設けられた凸部と拡散板の凹部４１とが係合することにより、拡散板のフレームシャーシに対する位置決めを行うことができる。これにより、熱等による拡散板の変形や変動を防止して、確実に光センサー１４でＲ，Ｇ，Ｂ各色光の輝度レベルを検出することが可能になる。ここで、拡散板の変形や変動を効果的に防止するためには、図４のもののように、拡散板の異なる端面のそれぞれに凹部４１を複数設けることが望ましい。

尚、上述のように、拡散板の凹部２１，３１，４１、及びこれらに対応する光センサー１４をそれぞれ複数設けた場合、異なる面内位置での色バランスを検出することができるため、これら検出結果を例えば平均化演算して、バックライト装置全体に対するフィードバック制御を行うようにしても良いし、各光センサー１４の位置に対応するバックライト装置の分割領域毎に独立してフィードバック制御を行うようにしても良い。後者の場合、各分割領域の光源群単位できめ細かな発光制御が可能であるので、面内温度分布やＬＥＤ素子の個体ばらつきがあっても、これらの影響による輝度ムラ、色ムラの発生を抑制して、高品位な画像表示を実現することができる。

また、上記一実施形態においては、複数の色の光源光を混合して白色光とする光学部材として、直下型バックライト装置に用いられる拡散板を例に説明したが、これに限らず、図６とともに上述したサイド照射型のバックライト装置に用いられる導光板１２７又は拡散板１２５の端面に、上記のような凹部を設けても良いことは言うまでもない。ここで、本発明の凹部は、上述したとおり、光センサーの少なくとも２方位を取り囲む形状であれば良い。

さらに、上記一実施形態においては、異なる色を発光する複数種類の光源として、Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色をそれぞれ発光するＬＥＤ光源を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば白色光源としてのＬＥＤ或いはＣＣＦＬ（冷陰極管）と単色光源としてのＬＥＤ（発光ダイオード）とを組み合わせたものや、緑色Ｇ，青色Ｂを発光するＣＣＦＬと赤色Ｒを発光するＬＥＤとを組み合わせたものなど、様々な実施態様に適用することができる。

本発明の一実施形態にかかる液晶表示装置の要部概略構成を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施形態にかかる液晶表示装置の光学部材の一例を示す説明図である。 本発明の一実施形態にかかる液晶表示装置の光学部材の他の例を示す説明図である。 本発明の一実施形態にかかる液晶表示装置の光学部材の他の例を示す説明図である。 液晶表示装置に用いられる直下式のバックライト装置の要部概略構成を示す説明図である。 液晶表示装置に用いられるサイド照射式のバックライト装置の要部概略構成を示す説明図である。

符号の説明

１１，１１４，１２４ 液晶パネル
１２ バックライト光源
１３ 光学部材
１４ 光センサー
１５ 制御マイコン
１６ 光源駆動部
２１，３１，４１ 凹部
１１５,１２５ 拡散板
１２７ 導光板

Claims (7)

1. 異なる色を発光する複数種類の光源と、
   前記複数種類の光源による照射光を混合して出射する光学部材と、
   前記複数種類の光源による発光輝度を検出する光検出部とを備え、
   前記光検出部による検出結果に基づいて、前記複数種類の光源のうちの少なくとも１つの種類の光源の発光輝度を制御する照明装置であって、
   前記光学部材の端面に、前記光検出部を取り囲むように形成された凹部を設けたことを特徴とする照明装置。
2. 前記凹部は、球面形状を有することを特徴とする前記請求項１に記載の照明装置。
3. 前記凹部は、断面Ｕ字形状を有することを特徴とする前記請求項１に記載の照明装置。
4. 前記光検出部は、前記凹部に係合する凸部に設けられたことを特徴とする前記請求項１乃至３のいずれかに記載の照明装置。
5. 前記光学部材は、拡散板であることを特徴とする前記請求項１乃至４のいずれかに記載の照明装置。
6. 前記光学部材は、導光板であることを特徴とする前記請求項１乃至４のいずれかに記載の照明装置。
7. 前記請求項１乃至６のいずれかに記載の照明装置と、
   該照明装置による照射光を変調することにより画像表示を行う液晶パネルとを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
   
   

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