JP2007227389A - 改善された色均一性を有する多色ｌｅｄアレイ - Google Patents

Abstract

【課題】改善された色均一性を有する多色ＬＥＤアレイを提供する。
【解決手段】混合チャンバ内で赤色、緑色、及び青色ＬＥＤのアレイを用いるバックライトが開示される。混合チャンバは、反射表面と、ＬＣＤ層を照明するための上部開口部を有する。ＬＥＤは、赤色、緑色、及び青色ＬＥＤのクラスタ状に配列され、ＬＣＤスクリーン全域の色均一性を改善するために、少なくとも２つの型のクラスタがバックライト内で用いられる。２つのクラスタの組の例には、ＲＧＢＢＧＲとＢＧＲＲＧＢ、及び、ＧＲＢＲＧとＲＧＢＧＲがある。一実施形態においては、１つの型のクラスタは、アレイ内で交互の行を形成し、もう一つの型のクラスタは、挟まれた行を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、多色発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた照明装置に関し、特に、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用バックライトのような照明装置の発光領域全域でより良好な色均一性を得るための技術に関する。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、一般に、携帯電話、携帯情報端末、ラップトップ・コンピュータ、デスクトップ・モニタ、及びテレビジョンの用途に使用されている。本発明の一実施形態は、赤色、緑色、及び青色のＬＥＤを含むことのできるバックライトによるバックライティングを必要とするカラー透過型ＬＣＤを論じる。
図１は、バックライト１２を含むカラー透過型ＬＣＤ１０の断面図である。バックライトは、混合光が白色光を形成する、赤色、緑色、及び青色ＬＥＤ１４のアレイを含む。
バックライト１２は、理想的には、ディスプレイの背面に均一な光を供給する。物理的に間隔をあけられたＬＥＤを用いて均一な白色光を供給することは、浅いバックライト・ボックスにおいては非常に困難である。バックライト・ボックスは、赤色、緑色、及び青色光を混合するために、拡散反射性の底壁及び側壁を有する。内面は白く塗ることができる。ディフューザのような混合光学素子１６は色混合を改善する。

混合光学素子１６の上には、典型的には偏光子、ＲＧＢフィルタ、液晶層、薄膜トランジスタ・アレイ層、及びグランド平面層から構成される通常のＬＣＤ層１８がある。各ピクセル位置で薄膜トランジスタを選択的に励起することによって、各ピクセル位置に生じる電場は、液晶層の各ピクセル位置での白色光の偏りを変化させる。ＲＧＢフィルタは、対応するＲＧＢピクセル位置で放射されるべき白色光の赤色、緑色、又は青色の成分のみを透過させる。ＬＣＤは公知であり、さらに説明される必要はない。

ＬＥＤ技術が発達するにつれ、高出力ＬＥＤの光出力及び効率が増大して、ＬＣＤに必要な光出力を供給するのに、より少数のＬＥＤが必要になっている。一般に、より少数のＬＥＤを使用することは、バックライトのコストを低減する。ＬＥＤのピッチを増加させることは、特に比較的浅いバックライト・ボックスによっては、ＬＥＤスクリーン全域に適切な色均一性をもたらすことをより困難にする。
従って、必要なのは、ＬＣＤの全域で、ＬＥＤを用いたバックライトの色均一性を改善するための新しい方法である。

ＬＣＤのバックライティングのための改善されたバックライトを作成するための様々な技術が本明細書において説明される。一実施形態においては、バックライトには、混合チャンバ内に赤色、緑色、及び青色ＬＥＤのアレイが用いられる。混合チャンバは、反射壁、反射底面、及び混合チャンバの上を覆うＬＣＤ層を照明するための発光上部領域を有する。
バックライト中のＬＥＤは、クラスタ状に配列される。一実施例においては、各クラスタは、２個の赤色ＬＥＤ、２個の緑色ＬＥＤ、及び２個の青色ＬＥＤからなる６個のＬＥＤを有し、３２インチのテレビジョン・スクリーンに対しては、クラスタは６×５のアレイを形成する。クラスタ内のＲＧＢ ＬＥＤの様々なシーケンスが説明される。他のサイズのクラスタ及びアレイも説明される。

一実施形態においては、２つの型のクラスタが使用され、各クラスタは同じ白色点をもつように同数のＲＧＢ ＬＥＤを有する。同じ行内のすべてのクラスタは同一である。色均一性を改善するために、行は第１の型のクラスタと第２の型のクラスタとの間で交互に配置される。一実施形態においては、クラスタ内のシーケンスは対称的である。別の実施形態においては、クラスタ内のシーケンスは非対称的である。四隅のそれぞれが同じクラスタを有するように、行の数は奇数であることが好ましい。
別の実施形態においては、各行に２つの型のクラスタがあり、これらのクラスタが交互に配置される。クラスタは、列に沿っても、クラスタのチェッカーボード・パターンを形成するように交互に配置される。このこともまた、ＬＣＤ全域で色均一性を改善する。
多色ＬＥＤの配列、選択、及び制御は、ディスプレイ製造業者によって指定された任意の所望の白色点を達成するように調整することが可能である。

本発明の実施形態は、大面積にわたって改善された色均一性を提供する。本発明の実施形態の用途は、一般的な照明及びバックライティングを含む。
図２は、ＬＥＤのアレイを含むバックライト２０の一部分の平面図である。図２のバックライト、及び説明される他のバックライトは、図１のバックライト１２の代りに用いることができる。ＬＥＤはクラスタ状に配列される。クラスタ間に示される間隔があるが、単一の行中のすべてのＬＥＤはまた、クラスタ間の追加スペースなしに、等間隔にすることができる。一実施形態においては、クラスタ内のＬＥＤのピッチは、凡そ１０〜１５ｍｍである。ＬＥＤは、バックライト・キャビティの底面に固定されたプリント基板片にマウントすることができる。

バックライトはアルミニウム板から形成することができ、その内壁２１及び底面２２は、白色ペイントのような拡散反射性材料で塗装される。様々な型の反射性材料が市販され、良く知られている。別の実施形態においては、側壁は反射膜で覆われる。一実施形態において、バックライトの深さは２５〜４０ｍｍである。
第１のクラスタの型２４は、６個のＬＥＤシーケンスＲＧＢＢＧＲで形成される。パターンは対称的である。出願人は、同数の各色のＬＥＤをもつ対称的なクラスタが、ＲＧＢＲＧＢなどのような非対称型クラスタよりも良好な色均一性をもたらすことを発見した。

図２においては、同じクラスタ型２４（ＲＧＢＢＧＲ）が第１の行に沿って繰り返されている。一実施例においては、３２インチのＴＶスクリーンに対して、１行に６個のクラスタ２４がある。第２の行には、異なる組のクラスタ２６が端から端まで配列され、各クラスタ２６はシーケンスＢＧＲＲＧＢを有する。全体の白色点がクラスタ２４からクラスタ２６へと変化しないように、クラスタ２４及びクラスタ２６の両方に同数の赤色、緑色、及び青色ＬＥＤが配置される。同色のＬＥＤが列中で一直線に並ばないため、同じクラスタがすべての行に用いられるレイアウトに比べると、より良好な色の混合が生じる。

上述の実施例において、クラスタ内の２及び５の位置のＬＥＤは、２つのクラスタ型の間で位置を変えない。クラスタ型の間で、１と３の位置のＬＥＤは交替し、また４と６の位置のＬＥＤは交替する。この特定のパターン変化は、最上行内で２個の赤色ＬＥＤと２個の青色ＬＥＤとが行に沿ってグループ化され、一方、緑色ＬＥＤは引き離されるので、好都合である。同色の２個のＬＥＤを一緒に配置することは、色混合には不利であるが、同数のＬＥＤ色を有する対称的なクラスタ・パターンにおいては避けることができない。クラスタ２６を有する次の行においては、２個の赤色ＬＥＤ及び２個の青色ＬＥＤは、最上行の２個の赤色ＬＥＤ及び２個の青色ＬＥＤとは並ばず、そのため、赤色と青色の集中を防いでいる。

クラスタ２４とクラスタ２６の行は交互に配置される。３２インチのＴＶスクリーンの実施例においては、５つの行（合計１８０個のＬＥＤ）がある。行の数は、用いられる特定のＬＥＤ、バックライトのサイズ、及びバックライトの光出力仕様に依存する。バックライトの四隅に同じクラスタ型を有することは、各隅における色を同一にするために有益である。これは、行の数を奇数にすることによって達成される。
図２のバックライトに用いることのできる他のクラスタ型には、交互の行におけるクラスタ型としてＲＢＧＧＢＲ及びＧＢＲＲＢＧ、又は交互の行におけるクラスタ型としてＧＲＢＢＲＧ及びＢＲＧＧＲＢが含まれる。付加的な色混合のために、バックライト内に２個を超える数のクラスタ型を用いることができる。６個を超える数のＬＥＤのクラスタもまた、用いることができる。
実施例は、行及び列に配列されたＬＥＤを示すが、他のパターンもまた用いることができる。そのようなパターンには、ジグザグ、波形、円形、及び多角形のパターンが含まれる。各クラスタはまた、円形、多角形などのような直線以外の形状とすることもできる。

図３は、対称型クラスタを用いるバックライトの別の実施形態を示す。色均一性を改善するために、２つのクラスタ型が用いられる。クラスタ型は、色混合性を改善するために、単一行内及び単一列内でチェッカーボード・パターンのように交互に配置される。図３の実施例において、第１のクラスタ型３０はＲＧＢＧＲであり、第２のクラスタ型３２はＧＲＢＲＧであり、両方は同じ白色点を生成する。スクリーンの各隅に同じクラスタ型を有することは有益であるため、奇数個の行及び列があるべきである。一実施形態においては、３２インチのＴＶスクリーンに対して７つの列と５つの行が配置される。
さらに色均一性を改善するために、同じチェッカーボード・パターンは、上述の任意の６個ＬＥＤクラスタによって形成することができる。

同色の２個のＬＥＤをもつ６個のＬＥＤを有するクラスタは、重複するＬＥＤ色をもたない４個又は５個のＬＥＤを有するクラスタよりも高い信頼性を与える。ＲＧＢ成分の１つが、単一のＬＥＤだけによって与えられるクラスタにおいては、輝度の大幅な低下を含むＬＥＤの故障は、クラスタの色出力に顕著な影響を及ぼし、ＬＣＤ全域の色の不均一性をもたらす。６個ＬＥＤのクラスタにおける１個のＬＥＤの故障は、遥かに小さな有害影響を有する。

図４は、非対称型クラスタを用いるバックライトの別の実施形態を示す。非対称型クラスタは、対称型クラスタよりも低い色均一性を与えることが見出されているが、場合によっては、ＬＥＤの数を減らすか、或いは全体の電力効率を改善させるために、非対称型クラスタを用いるためにトレードオフがなされる。図３におけるように、改善された色混合のために、クラスタ型はチェッカーボード・パターンのように、単一行内と単一列内で交互に配置される。図４の実施例においては、第１のクラスタ型３６はＲＧＢＲであり、第２のクラスタ型３８はＲＢＧＲであり、両方とも同じ白色点を生成する。スクリーンの各隅に同じクラスタ型を有するためには、奇数個の行及び列があるべきである。一実施形態においては、３２インチのＴＶスクリーンに対して９つの列及び５つの行がある。

上述の実施形態は、Ｌｕｍｉｌｅｄｓ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ、ＬＬＣに譲渡された米国特許出願公開公報第２００５／０００１５３７Ａ１号に記述されている、行全体を形成する一片のＬＥＤが交互の行で逆向きにされるＬＥＤのレイアウトに対する改善である。その技術は、すべての行に同じＬＥＤクラスタを用いる一方で、ＬＥＤシーケンスを単に逆向きにする。出願人の配置においては、バックライト内で複数のクラスタ型が用いられる。

バックライトの白色点は、各ＬＥＤ色への電流を制御することによって、制御することができる。単一色のＬＥＤは、直列と並列を組み合わせた状態で接続することができ、制御可能な電流源に接続することができる。最良の色均一性のためには、各クラスタの色出力が実質的に同一となるように、同色の全てのＬＥＤは同様の光束とカラー・ポイントを有するべきである。そのうえで、全てのクラスタの白色点は、赤色、緑色、及び青色ＬＥＤへの電流を制御することによって調節することができる。

図５は、テレビジョン、モニタ、又は他のカラー・ディスプレイなどのＬＣＤ５０を示す。ＬＣＤ層５２と混合光学素子５４は、図１におけるものと同じにすることができる。バックライト５６は、本発明によるものである。赤色、緑色、及び青色ＬＥＤ用のドライバ５８は、バックライト５６の全輝度と白色点を制御する。ビデオ信号は、その信号を液晶層のＲＧＢピクセル領域を制御するための薄膜トランジスタ・アレイのＸＹ制御信号に変換する、ＬＣＤコントローラ６０に与えられる。液晶層のＲＧＢピクセル領域は、バックライト５６からの光を選択的にＬＣＤ層５２内のＲＧＢフィルタへ通過させる。ＬＣＤ層５２の上部は、ＲＧＢピクセルを有する、テレビジョン又はモニタのディスプレイ・スクリーンとすることができる。
赤色、緑色、及び青色以外の色のＬＥＤもまた、ＬＣＤ５０内で白色光を生成するために使用することができる。

本発明を詳細に説明したが、当業者は、本開示が与えられれば、本明細書に説明された精神と発明の概念から逸脱することなく、本発明に変更を加えることができることを認識するであろう。従って、本発明の範囲は、図示され説明された特定の実施形態に限定されないことが意図されている。

白色光源を用いた従来技術のカラー透過型ＬＣＤの断面図である。 本発明の一実施形態によるＬＥＤの配列を示すＬＣＤ用バックライトの平面図である。 本発明の一実施形態によるＬＥＤの別の配列を示すＬＣＤ用バックライトの平面図である。 本発明の一実施形態によるＬＥＤの別の配列を示すＬＣＤ用バックライトの平面図である。 本発明のバックライトを用いた、テレビジョン又はモニタなどにおけるＬＣＤの断面図である。

符号の説明

１０：カラー透過型ＬＣＤ
１２：バックライト
１４：赤色、緑色、及び青色ＬＥＤ
１６：混合光学素子
１８：ＬＣＤ層
２０：バックライト
２１：内壁
２２：底面
２４、２６、３０、３２、３６、３８：クラスタ型
５０：ＬＣＤ
５２：ＬＣＤ層
５４：混合光学素子
５６：バックライト
５８：ＲＧＢドライバ
６０：ＬＣＤコントローラ

Claims (23)

1. 側壁及び底面を有する光混合キャビティと、
   前記混合キャビティ内にアレイ状に配列された複数の赤色、緑色、及び青色発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
   を備える発光装置であって、
   前記ＬＥＤはクラスタ状に配列され、前記クラスタは少なくとも第１の型と第２の型を含み、前記第１の型と第２の型は、同数のＬＥＤ、及び同じ割合の赤色、緑色、及び青色ＬＥＤを有することを特徴とする発光装置。
2. 前記アレイ内に２つの型のクラスタだけがあることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記クラスタは、行及び列内に配列されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
4. 前記第１の型のクラスタだけが第１の組の行を形成し、前記第２の型のクラスタだけが第２の組の行を形成することを特徴とする、請求項３に記載の装置。
5. 前記第２の組の行のうちの一つの行が、前記第１組の行のうちの行の間に挟まれることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. 前記アレイの四隅のそれぞれに前記第１のクラスタだけがあるように、奇数個の行があることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
7. 前記第１の型のクラスタと前記第２の型のクラスタは、単一の行内で交互になることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
8. 前記第１の型のクラスタと前記第２の型のクラスタは、同じ型のクラスタが前記アレイ内の単一の行又は列内で互いに隣接しないように、単一の列内で交互になることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
9. 前記第１の型のクラスタ及び前記第２の型のクラスタは、ＲＧＢＢＧＲ及びＢＧＲＲＧＢから成る群から選択されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
10. 前記第１の型のクラスタ及び前記第２の型のクラスタは、ＲＢＧＧＢＲ及びＧＢＲＲＢＧから成る群から選択されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
11. 前記第１の型のクラスタ及び前記第２の型のクラスタは、ＧＲＢＢＲＧ及びＢＲＧＧＲＢから成る群から選択されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
12. 前記第１の型のクラスタ及び前記第２の型のクラスタは、ＧＲＢＲＧ及びＲＧＢＧＲから成る群から選択されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
13. 前記第１の型及び第２の型のクラスタは、偶数個のＬＥＤを有するＬＥＤシーケンスを含み、前記シーケンスは前記クラスタの中心線の周りで対称的であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
14. 前記第１の型及び第２の型のクラスタは、奇数個のＬＥＤを有するＬＥＤシーケンスを含み、前記シーケンスは前記クラスタの中心線の周りで対称的であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
15. 前記第１の型及び第２の型のクラスタは、該クラスタの中心線の周りで非対称的なＬＥＤシーケンスを含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
16. ディスプレイ・スクリーン内の赤色、緑色、及び青色ピクセルを選択的に制御するための、前記混合キャビティの上を覆う液晶層をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
17. 前記ディスプレイ・スクリーンはテレビジョン・スクリーンであることを特徴とする、請求項１６に記載の装置。
18. 前記第１の型のクラスタ及び前記第２の型のクラスタの各々は、２個の赤色ＬＥＤ、２個の緑色ＬＥＤ、及び２個の青色ＬＥＤから成る６個のＬＥＤを有し、前記第１の型は、前記クラスタ内の位置１、２、３、４、５、及び６にＬＥＤを有し、前記第２のクラスタは、位置１、２、３、４、５、及び６を有し、前記第１の型の内の位置１及び３の前記ＬＥＤは、前記第２の型では入れ替わり、前記第１の型の内の位置４及び６の前記ＬＥＤは、第２の型では入れ替わることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
19. ディスプレイをバックライト照明する方法であって、
    光混合キャビティ内にアレイ状に配列される複数の赤色、緑色、及び青色発光ダイオード（ＬＥＤ）を準備するステップを含み、
    前記ＬＥＤは、クラスタ状に配列され、前記クラスタは少なくとも第１の型及び第２の型を含み、前記第１の型及び第２の型は同数のＬＥＤ、及び同じ割合の赤色、緑色、及び青色ＬＥＤを有しており、
    前記ＬＥＤのクラスタに電圧を印加し、
    前記混合キャビティ内で前記クラスタから放射された前記赤色、緑色、及び青色光を混合し、
    前記混合キャビティの上に少なくとも１つの液晶層を準備し、
    前記赤色、緑色、及び青色ディスプレイ・ピクセルの前記輝度を制御するために、前記少なくとも１つの液晶層を制御する、
    ステップを含むことを特徴とする方法。
20. 前記クラスタは行及び列に配列され、前記第１の型のクラスタだけが行の第１の組を形成し、前記第２の型のクラスタだけが行の第２の組を形成し、前記行の第２の組のうちの一つの行が、前記行の第１の組のうちの行の間に挟まれることを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
21. 前記アレイの前記四隅のそれぞれに前記第１のクラスタだけがあるように、奇数個の行があることを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
22. 前記クラスタは行及び列に配列され、前記第１の型のクラスタと前記第２の型のクラスタは単一の行内で交互にあり、前記第１の型のクラスタと前記第２の型のクラスタは、同型のクラスタが前記アレイ内の単一の行又は列内で互いに隣接しないように、単一の列内で交互にあることを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
23. 前記第１の型のクラスタ及び前記第２の型のクラスタは、ＲＧＢＢＧＲとＢＧＲＲＧＢ、ＲＢＧＧＢＲとＧＢＲＲＢＧ、ＧＲＢＢＲＧとＢＲＧＧＲＢ、及びＧＲＢＲＧとＲＧＢＧＲ、から成る群から選択されることを特徴とする、請求項１９に記載の方法。

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