JP2007234261A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光ダイオードを光源として用いて、長期にわたり安定して所期のホワイトバランスを備えた白色光を照射可能な照明装置を提供する
【解決手段】導光板１２を挟んで複数のＬＥＤ１３と受光素子１５とが対向配置され、各ＬＥＤ１３は赤、緑、青の各波長光を射出するＬＥＤチップ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂからなり、各受光素子１５は３個のフォトセンサ１５１と各フォトセンサ１５１の受光面側に配置された赤、緑、青の各色フィルタ１５２ｒ、１５２ｇ、１５２ｂからなり、ＬＥＤドライバ回路２１１とＡ／Ｄ変換回路２１２、演算部２１３及びメモリ２１４からなるＬＥＤ駆動制御回路により、３個のフォトセンサ１５１により検出される各波長光の強度が所期のホワイトバランスを得るための設定範囲内に収まるように各ＬＥＤチップ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂの駆動電流値をフィードバック制御する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、発光ダイオードを光源として用い面状に光を照射する照明装置に関する。

従来、特許文献１に示されるように、液晶表示装置等のフラットパネルディスプレイのバックライトとして、導光板の端面に光源を対向配置し、光源から射出され、対向端面から入射した光を導光板の一方の主面から面状に出射させるサイドライト型面状照明装置が用いられている。

上述のような面状照明装置の光源としては、発光ダイオードが、低消費電力である等の利点から好適に用いられている。
特開２００４−１９８９２９号公報

しかし、表示パネルの照明装置としては白色光が通常必要とされるが、白色光を直接発生させる半導体素子は未だ実用化されていない。従って、発光ダイオードにより白色光を得るには、赤、緑、青の光の３原色の波長光を射出する３種類の発光ダイオードを用い、それらから射出された各色波長光を混色させて白色光を得たり、青色発光ダイオードの発光面にＹＡＧ（イットリウム＋アルミニウム＋ガーネット：Yttrium Aluminum Garnet）蛍光体を配置して青色光とＹＡＧ蛍光体を介した黄色光とを混色させて白色を得るＹＡＧ方式の光源等を用いている。

ところが、発光ダイオードは、種類によって輝度の半減期や寿命が異なるので、時間の経過に伴って各色波長光の強度（輝度）が変化し、その結果、光の混色により得られる白色光の色味つまりホワイトバランスは、所期のホワイトバランスからずれてしまう。

本発明の目的は、発光ダイオードを光源として用いて、長期にわたり安定して所期のホワイトバランスを備えた白色光を照射可能な照明装置を提供することである。

本発明の照明装置は、互いに波長帯域の異なる光を射出する少なくとも２個以上の発光ダイオードを備え、これら各射出光が混色された白色光を出射する白色光源と、前記白色光源が配置され、この白色光源の射出光が入射される入射端面と入射光を面状に出射させる出射面を備えた導光板と、前記導光板の前記入射端面に対向する端面に前記３波長白色光源に対向させて配置され、前記白色光源からの白色射出光を受光して複数の波長光に分離し、各波長光の強度検出信号を出力する受光素子と、前記受光素子からの出力信号に基づき、前記白色光源の各発光ダイオードの駆動電流値を、前記受光素子による各波長光の強度検出値が予め設定されているホワイトバランス値の設定範囲内に収まるように制御する制御手段とを有することを特徴とするものである。

本発明の照明装置によれば、複数の発光ダイオードからなる白色光源から射出された白色光を受ける受光素子とその受光素子による各波長光の強度検出値に応じて各発光ダイオードの駆動電流値を制御する制御手段とを設けたから、所期のホワイトバランスを備えた照射光を長期にわたり安定して出射させることができ、且つ、導光板の対向する一対の端面にそれぞれ前記白色光源とその射出光を導光板を介して受ける受光素子とを対向配置したから、照明装置自体の小型薄型化が促進され、液晶表示モジュール等の適用機器の小型薄型化に極めて有利となる。

本発明の照明装置においては、前記白色光源が、赤、緑、青の各波長帯域光を射出する３個の発光ダイオードからなる３色発光ダイオード型光源であることが好ましく、これにより、光変換効率に優れ色調整が容易でフルカラー表示に好適な照明装置が得られる。

また、本発明の照明装置は、導光板が平面形状が矩形をなし、液晶表示パネルの背面に対向配置されるバックライトとして用いられることが好ましく、これにより、適正なホワイトバランスが長期にわたり安定して確保されるために良好なフルカラー表示が可能であり、且つ、小型薄型化が促進された、液晶表示モジュールが得られる。

図１は本発明の一実施形態としての面状照明装置が搭載された液晶表示モジュールを示す模式的断面図、図２はその面状照明装置を示す平面図、図３はその面状照明装置の駆動部の構成を示すブロック図である。

図１に示されるように、本液晶表示モジュールの筐体は、扁平な直方体をなす箱の天板を除去した形状の収納ケース１に、底板を除去した同形状のカバーケース２が、嵌装されてなる。これら両ケース１、２は、共に金属板を加工して形成されている。カバーケース２の天板２ａには、表示を観察するための表示窓２ｂが穿設されている。

上記筐体内には、メインフレーム３が配置されている。本実施形態のメインフレーム３は、共に扁平な略直方体をなす前室３ａと後室３ｂの２室の空間が２段重ねに形成されてなる。すなわち、四角筒状の枠体をなす側板３ｃの所定高さ位置に、その内面全周にわたって仕切り棚３ｄが突設され、この仕切り棚３ｄを境界として、前室３ａと後室３ｂとが２段に重ねて形成され、これら前室３ａと後室３ｂは、仕切り棚３ｄで囲まれた空間により連通されている。

メインフレーム３の前室３ａには、液晶表示パネル４が収納されている。液晶表示パネル４は、電極（不図示）が形成された一対のガラス基板５、６を、それぞれの電極形成面を対向させて枠状シール材（不図示）により所定の間隙を保って接合し、枠状シール材で囲まれたガラス基板５、６間に液晶（不図示）を封入して、構成されている。ガラス基板５、６の液晶封入側とは反対側の各外面には、一対の前、後偏光板７、８がそれぞれ貼着されている。

本例の液晶表示パネル４における一対のガラス基板５、６の大きさは、表示面側となる前側ガラス基板５よりも後側ガラス基板６の方が大きく、これら大きさの異なるガラス基板５、６は後側ガラス基板６の一縁辺が前側ガラス基板５の対応する縁辺から突出する配置で接合されている。後側ガラス基板６の突出縁辺６ａには、各電極から引き出された配線とその各端部の接続端子（不図示）が配設されて駆動回路部が形成されており、この駆動回路部には駆動回路素子としてのドライバＬＳＩ９がＣＯＧ（Chip On Glass）搭載されている。そして、この駆動回路部の先端縁に設けられている入力端子列には、フレキシブル配線基板 （ＦＰＣ：Flexible Printed Circuit）１０が導通接合されている。

メインフレーム３の後室３ｂ内には、サイドライト型の面状照明装置１１が収容されている。このサイドライト型面状照明装置１１は、外形が照射対象の液晶表示パネル４に大略対応した矩形をなす導光板１２を備えている。導光板１２は、端面を光入射面とし主面の一方を光出射面として、端面から入射させた光をその一方の主面から面状に出射させる透明な板である。本実施形態の導光板１２は、アクリル樹脂等の透明な樹脂材料を用いて型成形により形成され、長手方向の一方の端面１２ａ（図２参照）をそれぞれ光入射面とし、光出射面とする前面１２ｂの反対側の後面１２ｃは、入射した導光板１２内の伝播光を光出射面（前面）１２ｂに向けて反射させるために微細な凹凸面に形成されている。

図２に示されるように、導光板１２の一方の長手方向端面（光入射面）１２ａに沿って、点光源としての発光ダイオード（以下、ＬＥＤ（Light-Emitting Diode）という）１３が、本例では７個が対向配置されている。これら７個のＬＥＤ１３は、それぞれ、ＰＣＢ（Printed-Circuit Board）１４上に等間隔で直接搭載されている。

各ＬＥＤ１３は、それぞれ、図３に示されるように、赤、緑、青の各波長光を射出する赤、緑、青の各色ＬＥＤチップ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂからなり、各色ＬＥＤチップ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂから射出される赤、緑、青の各波長光が混色されて所期のホワイトバランスを備えた白色光が出射されるように、各ＬＥＤチップ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂの駆動電流が設定される。

そして、導光板１２の光入射面１２ａに対向する長手端面１２ｄに沿って、７個のＬＥＤ１３に対応させて、７個の受光素子１５が対向配置されている。これら７個の受光素子１５は、それぞれ、導光板１２を介して対応するＬＥＤ１３対し真正面に対向する配置で、ＰＣＢ１６上に等間隔で直接搭載されている。

各受光素子１５は、それぞれ、図３に示されるように、３個のフォトダイオード１５１を備え、これら３個のフォトダイオード１５１の各受光面側に赤、緑、青の各波長光を選択的に透過させる色フィルタ１５２ｒ、１５２ｇ、１５２ｂが配置されてなり、受光した白色光を各色フィルタ１５２ｒ、１５２ｇ、１５２ｂを介することにより赤、緑、青の各波長成分光に分離して各フォトダイオード１５１に入射させ、赤、緑、青の各波長成分光の強度を光電変換して検出する。

ここで、各受光素子１５は、細破線で示すように、真正面に対向するＬＥＤ１３から出射され導光板１２内を直進して透過した光を選択的に受光する。この場合、ＬＥＤ１３から出射された光のうちの直進する光を除く大部分の他の光は、導光板１２内に入射した後に前面１２ｂか又は後面１２ｃで全反射されて導光板１２内を伝播して光出射面から出射し、対向側端面１２ｄから出射する光は少ない。したがって、各受光素子１５が受ける光は、真正面に配置された対応するＬＥＤ１３から入射端面１２ａに対して直角に出射され直進してくる光（細破線で示した）であり、よって、各受光素子１５により検出される赤、緑、青の各波長光強度は、対応するＬＥＤ１３から出射される白色光のホワイトバランスを正確に示すものである。

図１に戻って、導光板１２の後面１２ｃには光反射シート１７が装着されている。この光反射シート１７は、微小な凹凸面に形成された後面１２ｃで反射されずに外部に出射した光を反射して導光板１２内に再入射させるために設けられており、これにより、各ＬＥＤ１３からの射出光の利用効率が高められている。

そして、図２にも示されるように、上述した複数のＬＥＤ１３と受光素子１５がそれぞれ搭載された一対のＰＣＢ１４、１６と後面１２ｃに光反射シート１７（図１参照）が装着された導光板１２が、ライトフレーム１８内の所定位置に配置されている。

導光板１２の前面１２ｂには、光拡散シート１９とプリズムシート２０の２枚の光学シートが、この順序で重畳設置されている。光拡散シート１９は導光板１２から面状に出射される照射光の輝度分布を均一化するために、プリズムシート２０は照射光の出射方向を正面方向に揃えるために、それぞれ設置されている。

上述のように構成されたサイドライト型面状照明装置１１は、そのライトフレーム１８が後室３ｂの底を閉じる配置でメインフレーム３に嵌合装着され、後室３ｂ内の所定位置に収納保持されている。

このサイドライト型面状照明装置１１においては、７個のＬＥＤ１３から射出された光が、導光板１２内にその対向する端面（光入射端面）１２ａから入射し、この入射光が微小な凹凸が形成された後面１２ｃに入射すると、ここで前面（光出射面）１２ｂに向けて全反射され、前面１２ｂから面状に出射される。前面１２ｂから出射された面状照射光は、光拡散シート１９とプリズムシート２０を透過することにより、輝度分布が略均一で正面方向の輝度が高く且つ所期のホワイトバランスを備えた白色面状光となって液晶表示パネル４に照射される。

ライトフレーム１８の後面側で収納ケース１における底板１ａの内面に、駆動制御回路基板２１が設置されている。この駆動制御回路基板２１は、本液晶表示モジュール全体の駆動を制御するものであり、従って、前述した液晶表示パネル４のガラス基板６端部に導通接合されたフレキシブル配線基板１０やＬＥＤ１３及び受光素子１５が搭載されたＰＣＢ１４、１６に導通接合されたフレキシブル配線基板２２、２３が、コネクタ２４、２５を介してそれぞれ導通接続されている。

そして、駆動制御回路基板２１には、図３に示されるＬＥＤ駆動制御回路が設けられている。本実施形態のＬＥＤ駆動制御回路は、各ＬＥＤ１３を定電流駆動するＬＥＤドライバ回路２１１と、各受光素子１５から出力される各波長成分光の強度に対応したアナログ検出信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路２１２、演算部２１３及びメモリ２１４からなる。メモリ２１４には所期のホワイトバランス値が保存されている。

演算部２１３は、各受光素子１５から出力される赤、緑、青各波長光毎の強度検出値がメモリ２１４に保存されている所期のホワイトバランスが得られる設定範囲内の値となるように、各ＬＥＤ１３の赤、緑、青ＬＥＤチップ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂを駆動する各電流値を、メモリ２１４に保存されている設定値との比較演算により算出し、その算出値に基づきＬＥＤドライバ回路２１１を介して調整する。

すなわち、赤、緑、青各ＬＥＤチップ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂの射出光強度を、それぞれ、対応する赤、緑、青の各色フォトダイオード１５１によりモニターし、所期のホワイトバランスが得られるようにフィードバック調整する。

各ＬＥＤチップ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂは、その種類（赤、緑、青）によって通電時間による輝度の変化率が大きく異なっており、点灯後の時間経過とともに特に赤色ＬＥＤチップ１３ｒは点灯電流による発熱で発光効率が大きく低下する。その結果、ＬＥＤ１３から射出される白色光のホワイトバランスが設定されている所期のホワイトバランスに比較して赤味が不足したホワイトバランスとなる。

しかし、本発明に係わる本実施形態の照明装置１１によれば、前述したように、赤、緑、青各ＬＥＤチップ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂの射出光強度を常にモニターして各駆動電流値をフィードバック調整しているから、演色性が一定に保たれた所期のホワイトバランスを備える照射光が長期にわたり安定して得られる。

以上のように、本実施形態の液晶表示モジュールに用いられている照明装置１１では、赤、緑、青の各波長光を射出するＬＥＤチップ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂからなる白色ＬＥＤ１３と、これから出射された白色光を各波長光毎に分離して受ける３個のフォトダイオード１５１からなる受光素子１５、及びその受光素子１５による各波長光の強度検出値に応じて各ＬＥＤチップ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂの駆動電流値をフィードバック制御する制御手段とを設けたから、照射光のホワイトバランスを長期にわたり安定して所期の設定範囲内に収めることができる。そして、導光板１２の対向する一対の端面に複数個の前記白色ＬＥＤ１３とそれらの射出光を導光板を介して夫々受ける複数個の受光素子を対向配置したから、上述した所期のホワイトバランスを備える照射光を広範囲にわたり均一に照射可能な照明装置の小型薄型化が促進され、延いては、この照明装置が用いられる液晶表示モジュール全体の小型薄型化をも促進することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、白色光を射出させるＬＥＤとしては、上記実施形態に用いられた赤、緑、青の３原色光を射出する３個のＬＥＤチップからなるＬＥＤに限らず、互いに波長帯域の異なる光を射出する少なくとも２個以上のＬＥＤチップからなる他の種々のＬＥＤを用いることができる。

その一例として、赤色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップ、及びＹＡＧ系白色ＬＥＤチップの３種類のＬＥＤチップを用いる場合、まず、赤色ＬＥＤチップから射出された赤色光を受けるフォトセンサによりその強度を検出し、その強度検出値と予め設定されている所期のホワイトバランスを得るための設定値とを比較し、赤色ＬＥＤチップの駆動電流値を調整する。次に、白色ＬＥＤチップの駆動電流値を調整して、青色光を受けるフォトセンサによる強度検出値を所期のホワイトバランスを得るための設定値に一致させる。次いで、白色ＬＥＤチップの駆動電流を調整したために赤色光を受けるフォトセンサの強度検出値が変化しているから、再度、赤色ＬＥＤチップの駆動電流値を調整する。そして、上述した赤色ＬＥＤチップと白色ＬＥＤチップの駆動電流の調整ルーチンを繰り返し実施し、赤色光と青色光の強度を検出する各フォトセンサの検出値が所期のホワイトバランスが得られる値で略一定になった時点で、緑色光のフォトセンサの強度検出値が所期のホワイトバランスを得るための設定値に一致するように、緑色光のＬＥＤチップの駆動電流を調整する。

また、本発明の照明装置は、液晶表示装置のバックライトに限らず、他の種々の表示装置のバックライトにも有効に適用できることは、勿論である。

本発明の一実施形態としての面状照明装置が適用された液晶表示モジュールを示す模式的断面図である。 上記液晶表示モジュールにおける面状照明装置を示す平面図である。 上記面状照明装置の駆動制御回路を示すブロック図である。

符号の説明

１ 収納ケース
２ カバーケース
３ フレーム
４ 液晶表示パネル
５、６ ガラス基板
７、８ 前、後偏光板
９ 駆動回路素子
１０ フレキシブル配線基板
１１ 面状照明装置
１２ 導光板
１３ ＬＥＤ（Light-Emitted Diode）
１３ｒ、１３ｇ、１３ｂ ＬＥＤチップ
１４、１６ ＰＣＢ（Printed-Circuit Board）
１５ 受光素子
１５１ フォトセンサ
１５２ｒ、１５２ｇ、１５２ｂ 色フィルタ
２１ 駆動制御回路基板

Claims (3)

1. 互いに波長帯域の異なる光を射出する少なくとも２個以上の発光ダイオードを備え、これら各射出光が混色された白色光を出射する白色光源と、
   前記白色光源が配置され、この白色光源の射出光が入射される入射端面と、入射光を面状に出射させる出射面を備えた導光板と、
   前記導光板の前記入射端面に対向する端面に前記白色光源に対向させて配置され、前記白色光源からの白色射出光を受光して複数の波長光に分離し、各波長光の強度検出信号を出力する受光素子と、
   前記受光素子からの出力信号に基づき、前記白色光源の各発光ダイオードの駆動電流値を、前記受光素子による各波長光の強度検出値が予め設定されているホワイトバランス値の設定範囲内に制御する制御手段とを有することを特徴とする照明装置。
2. 前記白色光源は、赤、緑、青の各波長帯域光を射出する３個の発光ダイオードからなる３色発光ダイオード型光源であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記導光板は、平面形状が矩形をなし、液晶表示パネルの表示の観察側とは反対側の背面に対向配置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明装置。

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