JP2007299703A

JP2007299703A - 照明装置、表示装置及び照明方法

Info

Publication number: JP2007299703A
Application number: JP2006128636A
Authority: JP
Inventors: Susumu Kimura; 晋木村; Koji Yoshino; 孝二吉野; Hiromasa Suzuki; 弘真鈴木; Eiho You; 映保楊
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2006-05-02
Filing date: 2006-05-02
Publication date: 2007-11-15

Abstract

【課題】表示パネルの照明装置の小型化、低消費電力化、並びにコストダウンを図る。
【解決手段】
三原色光を出射する赤色発光ダイオード２３Ｒ、緑色発光ダイオード２３Ｇ及び青色発光ダイオードＢからなる三原色光源２３と、上記三原色光源２３からの三原色光を混合して白色光を出射するバックライトユニット２６と、上記三原色光源２３から出射される三原色光のうちの赤色の光量を検出する光量検出部３２と、上記光量検出部３２の光量センサ３１Ｒによる検出出力に基づいて、上記三原色光源２３が出射する三原色光のうちの赤色の光量を制御することにより、上記三原色光源２３からの三原色光を混合して得られる白色光を一定の色度範囲に制御する制御部３３とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、表示パネルの照明装置、表示装置及び照明方法に関する。

テレビジョン放送が開始されてから長年使用されてきたＣＲＴ（Cathode Ray Tube）に代わり、液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）や、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ：Plasma Display Panel）といった非常に薄型化されたテレビジョン受像機が考案、実用化されている。特に、液晶表示パネルを用いた液晶表示装置は、低消費電力での駆動が可能であることや、大型の液晶表示パネルの低価格化などに伴い、加速的に普及することが考えられ、今後の更なる発展が期待できる表示装置である。

液晶表示装置では、液晶表示パネルの裏側に配置するバックライトの光を各画素の透過率をコントロールすることで表示する。液晶の色表示は画素に赤色Ｒ，緑色Ｇ，青色Ｂのフィルタを導入し、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの透過率を制御して、Ｒ，Ｇ，Ｂの比率をコントロールしていろいろな色を表示している。

これら色表示するためにバックライトにおけるＲ，Ｇ，Ｂの比率を正確にし、所定の白色の色を実現しなければいけない。このようなバックライトを実現する方法としては面で発光する光源を用いる場合もあるが、現在ほとんどの場合、特に小型液晶モジュールでは導光板方式といわれる方式を採用されている。導光板の側面に点、或いは線状光源を配置し導光板に入射した光を導光板内で全反射しながら所定の場所で反射用のマイクロプリズム、或いは散乱パターンを形成させて、その反射光、或いは散乱光を面で均一に光るように面光源を形成する。さらに面に光を液晶に集光するためにプリズムシートを導光板の上に配置する場合もある。

このような導光板方式のバックライトでは所定の白色光源として白色の冷陰極管（ＣＣＦＬ：Cold Cathode Fluorescent Lamp）、或いは白色発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を用いる場合が多い。また、ＣＣＦＬは、蛍光管内に水銀を封入するため、環境への悪影響が考えられるため、ＣＣＦＬに代わるバックライト装置の光源として発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）が有望視されている（例えば、特許文献１参照）。また、蛍光管の場合は点灯するために高電圧が必要なために、小型のモバイル用液晶ではほとんど使用されなくなった。現在ほとんど白色のＬＥＤ光源が使われている。

しかし、現在の白色ＬＥＤは青色光を発するＬＥＤと、ＬＥＤの前に塗布して青色光を受けると黄色光を発する蛍光体という基本構造である。このようなＬＥＤでは擬似的な白色しかなく、特にＲ，Ｇ，Ｂで見た場合のバランスは極端に悪く、Ｒ成分非常に低いので液晶のフィルタ特性を改善しても、液晶の制御方法を改善して正しい色表示はできない。すなわち、白色ＬＥＤでは、これらの光は波長間バランスが悪く、特にＲの光が不足しており、液晶を通しても正しい色を表示できないので、Ｒ，Ｇ，Ｂ三色ＬＥＤを光源として検討されている。

これらの問題を改善するために、擬似白色ＬＥＤに代わってＲ，Ｇ，Ｂそれぞれの光を発するＬＥＤの採用を検討されている。

近年、青色発光ダイオードの開発により、光の三原色である赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発光する発光ダイオードが揃ったことになり、これらの発光ダイオードから出射される赤色光、緑色光、青色光を混色することで、色純度の高い白色光を得ることができる。したがって、この発光ダイオードをバックライト装置の光源とすることで、液晶表示パネルを介した色光の色純度が高くなるため、色再現範囲をＣＣＦＬと比較して大幅に広げることができる。また、擬似白色ＬＥＤに比べ、Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤは液晶の色表示に必要光の波長をカラーフィルタに最適化することができ、Ｒ，Ｇ，Ｂの波長と輝度を調整することで、液晶表示に理想な光源を作ることができる。

しかし、Ｒ，Ｇ，Ｂ三色ＬＥＤ使用する場合、Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤ輝度の時間変化が異なるために所定のホワイトバランスと色を正確に表示することができない。

そこで、従来のバックライト装置では、例えば図６に示すように、ＬＥＤ駆動部１２１により駆動されるＲ，Ｇ，Ｂ三色ＬＥＤ１２２Ｒ，１２２Ｇ，１２２Ｂからなる光源１２２からの光をバックライトユニット１２５に取り込み、バックライトユニット１２５内で混色した光を例えば図７に示すようにＲ・Ｇ・Ｂそれぞれの波長に合わせた感度を持つカラーセンサ１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂにより検出し、各カラーセンサ１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂにより得られる各色の光りの検出出力を制御部１３３を介して上記ＬＥＤ駆動部１２１にフィードバックして、ＲのＬＥＤ１２２Ｒ、ＧのＬＥＤ１２２Ｇ、ＢのＬＥＤ１２２Ｂに流す駆動電流を制御し、各ＬＥＤ１２２Ｒ，１２２Ｇ，１２２Ｂの出力を調整することにより、白色度を調整するようにしていた。

各カラーセンサ１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂは、フォトトランジスタのような光センサであって、バックライトユニット１２５の導光板１２４の反入光側に配置され、バックライトユニット１２５からの漏洩光を検出する。

特開平７−１９１３１１号公報

上述の如き従来のバックライト装置では、バックライトのもれ光からＲ，Ｇ，Ｂの信号を分離するために、フォトセンサを三系統配し、第一系統のセンサの受光面にはＲの光しか入らないようにＲのカラーフィルタを形成し、同様に第二系統のセンサの上にＧのカラーフィルタ、第三系統のセンサの上にＢのカラーフィルタを形成していた。しかも、上記センサそれぞれ別々に駆動する必要がある。そのためにシステムが複雑の上、消費電力、大きなスペースも必要なために、液晶モジュールの小型化にも不向きである。

そこで、本発明の目的は、上述の如き従来の問題点に鑑み、装置の小型化、低消費電力化、並びにコストダウンを図った表示パネルの照明装置、表示装置及び照明方法を提供することにある。

本発明の更に他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。

ところで、ＬＥＤの温度特性を実測したところ、−２０℃〜＋７０℃間において、白色ＬＥＤはｘｙ色度図上での変化量は小さく、Ｒ・Ｇ・Ｂの三色ＬＥＤで白色を表示した場合は変化量が大きいが、Ｒ・Ｇ・Ｂを単色で表示させた場合、同環境下においてもｘｙ色度図上での変化量は小さいことが判明した。三色ＬＥＤで白色が変化してしまうのは、輝度（この場合、光の出力量）変化によるためであり、このとき、Ｒ・Ｇ・Ｂ単色の変化をみると、Ｒの変化量が著しいが、ＧとＢの単色変化量は、白色ＬＥＤに比べても、変化量が少ないことがわかった。従って、Ｒのみの光出力をコントロールすることにより、従来の白色ＬＥＤと同レベルの白色・色度範囲をコントロールすることが可能である。

そこで、本発明は、表示パネルの照明装置であって、三原色光を出射する赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード及び青色発光ダイオードからなる三原色光源と、上記三原色光源からの三原色光を混合して出射する照明ユニットと、上記三原色光源から出射される三原色光のうちの赤色の光量を検出する光量検出手段と、上記光量検出手段による検出出力に基づいて、上記三原色光源が出射する三原色光のうちの赤色の光量を制御することにより、上記三原色光源からの三原色光の混合光を一定の色度範囲に制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係る表示パネルの照明装置において、上記光量検出手段は、例えば、赤色のみに感度を持つ光量センサにより上記三原色光の混合光から赤色の光量を検出する。

また、本発明は、照明装置により照明される表示パネルを備える表示装置であって、上記照明装置は、三原色光を出射する三原色光源と、上記三原色光源からの三原色光を混合して出射する照明ユニットと、上記三原色光源から出射される三原色光のうちの赤色の光量を検出する光量検出手段と、上記光量検出手段による検出出力に基づいて、上記三原色光源が出射する三原色光のうちの赤色の光量を制御することにより、上記三原色光源からの三原色光の混合光を一定の色度範囲に制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

さらに、本発明に係る表示パネルの照明方法は、三原色光源からの三原色光を混合して出射し、三原色光源から出射される三原色光のうちの赤色の光量を検出し、その検出出力に基づいて、上記三原色光源が出射する三原色光のうちの赤色の光量を制御することにより、上記三原色光源からの三原色光の混合光を一定の色度範囲に制御し、上記三原色光源からの三原色光の混合光により表示パネルを照明することを特徴とする。

本発明では、従来のＲ・Ｇ・Ｂの三色センサ方式に対し、Ｒのみのセンサを使用し、Ｒのみ出力を調整するようにしたので、光量検出手段及び制御手段をＲのみの１系統に簡略化することができ、これによって装置の小型化、低消費電力化並びにコストダウンを図ることができる。

したがって、本発明によれば、装置の小型化、低消費電力化、並びにコストダウンを図った表示パネルの照明装置、表示装置及び照明方法を提供することができる。

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。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。

本発明は、例えば図１に示すような構成の液晶表示装置１００に適用される。

この液晶表示装置１００は、その構造を図１の要部断面図に模式的に示すように、液晶表示パネル１０と、上記液晶表示パネル１０を背面側から白色光で照明するバックライト装置２０とを備える。

液晶表示パネル１０は、マトリクス状に配置された信号線及び走査線、この信号線と走査線の交点に配置されたスイッチング素子としての薄膜トランジスタ、画素電極などが形成された背面側のガラス基板１１と、対向電極やカラーフィルタが内表面に形成された前面側のガラス基板１２を対向させ、これら２枚のガラス基板１１，１２の間に、例えば、ツイステッドネマチック（ＴＮ）液晶を封入した液晶層１３を設けてなる透過型のカラー液晶表示パネルである。

この液晶表示装置１００は、このような構成の液晶表示パネル１０を２枚の偏光板１４，１５で挟み、バックライト装置２０により背面側から白色光を照射した状態で、アクティブマトリクス方式で駆動することによって、所望のフルカラー映像を表示することができる。

バックライト装置２０は、図１及び図２に示すように、ＬＥＤ駆動部２１により駆動されて三原色光を出射する赤色ＬＥＤ２２Ｒ、緑色ＬＥＤ２２Ｇ、青色ＬＥＤ２２Ｂからなる三原色光源２３と、上記三原色光源２３がエッジ部分に設けられた導光板２４を有するバックライトユニット２５を備え、上記三原色光源２３から入射される三原色光を導光板２４により混合して白色光を出射することにより、白色光で上記液晶表示パネル１０を背面側から照明する所謂エッジライト方式のバックライトである。

なお、上記液晶表示パネル１０と導光板２４の間には、互いに直交する方向にプリズムが配列されてなる２枚のプリズムシート２６Ｘ，２６Ｙ及び拡散シート２７が配され、また、上記導光板２５の背面には反射シート２８が配されている。

そして、この液晶表示装置１００におけるバックライト装置２０は、その要部構成を図２のブロック図に模式的に示すように、上記三原色光源２３から三原色光が入射される上記導光板２４の入射面と対向する面に設けられた光量センサ３１Ｒからなる光量検出部３２と、上記光量検出手部３２による検出出力に基づいて、上記三原色光源２３が出射する三原色光の光量バランスを制御する制御部３３を備える。

上記光量検出部３２の光量センサ３１Ｒは、図３に示すように、赤色ＬＥＤ２２Ｒから出射される赤色光の波長に合わせた感度を持ち、上記導光板２４により三原色光が混合された白色光に含まれる赤色光の光量を検出する。

そして、上記制御部３３は、上記光量検出手部３２の光量センサ３１Ｒによる検出出力に基づいて、ＬＥＤ駆動部２１により赤色ＬＥＤ２２Ｒに流す駆動電流を制御する。これにより、上記三原色光源２３が出射する三原色光のうちの赤色の光量を制御することで、三原色光の光量バランスを制御し、上記三原色光を混合して得られる白色光を一定の色度範囲に制御する。

ここで、ＬＥＤの温度特性は、図４に示すように、−２０℃〜＋７０℃間において、白色ＬＥＤはｘｙ色度図上での変化量は小さく、Ｒ・Ｇ・Ｂの三色ＬＥＤで白色を表示した場合は変化量が大きい。しかし、Ｒ・Ｇ・Ｂを単色で表示させた場合、同環境下においてもｘｙ色度図上での変化量は小さい。図５に示すように、三色ＬＥＤで白色が変化してしまうのは、輝度（この場合、光の出力量）変化によるためである。このとき、Ｒ・Ｇ・Ｂ単色の変化をみると、Ｒの変化量が著しいが、ＧとＢの単色変化量は、白色ＬＥＤに比べても、変化量が少ない。従って、Ｒのみの光出力をコントロールすることにより、従来の白色ＬＥＤと同レベルの白色・色度範囲をコントロールすることが可能である。

このように、この液晶表示装置１００におけるバックライト装置２０では、赤色発光ダイオード２３Ｒ、緑色発光ダイオード２３Ｇ及び青色発光ダイオードＢからなる三原色光源２３から出射される三原色光のうちの赤色の光量を光量検出部３２により検出し、上記光量検出部３２の光量センサ３１Ｒによる検出出力に基づいて、制御部３３により、上記三原色光源２３が出射する三原色光のうちの赤色の光量を制御することにより、上記三原色光源２３からの三原色光を混合して得られる白色光を一定の色度範囲に制御することができ、光量検出手段及び制御手段を赤色のみの１系統に簡略化することにより、装置の小型化、低消費電力化並びにコストダウンを図ることができる。

本発明を適用した液晶表示装置の構造を模式的に示す要部断面図である。上記液晶表示装置におけるバックライト装置の構成を模式的に示すブロック図である。上記バックライト装置の光量検出部に備えられた光量センサの感度特性を示す特性図である。白色ＬＥＤとＲ・Ｇ・Ｂの三色ＬＥＤの色度の温度特性をｘｙ色度図上に示した特性図である白色ＬＥＤとＲ・Ｇ・Ｂの三色ＬＥＤの輝度の温度特性を示した特性図である。従来のバックライト装置の構成を模式的に示すブロック図である。上記バックライト装置の光量検出部に備えられた各光量センサの感度特性を示す特性図である。

符号の説明

１０液晶表示パネル、１１，１２ガラス基板、１３液晶層、１４，１５偏光板、２０バックライト装置、２１ＬＥＤ駆動部、２２Ｒ赤色ＬＥＤ、２２Ｇ緑色ＬＥＤ、２２Ｂ青色ＬＥＤ、２３三原色光源、２４導光板、２５バックライトユニット、２６Ｘ，２６Ｙプリズムシート、２７拡散シート、２８反射シート、３１Ｒ光量センサ、３２光量検出手部、３３制御部、１００液晶表示装置

Claims

表示パネルの照明装置であって、
三原色光を出射する赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード及び青色発光ダイオードからなる三原色光源と、
上記三原色光源からの三原色光を混合して出射する照明ユニットと、
上記三原色光源から出射される三原色光のうちの赤色の光量を検出する光量検出手段と、
上記光量検出手段による検出出力に基づいて、上記三原色光源が出射する三原色光のうちの赤色の光量を制御することにより、上記三原色光源からの三原色光の混合光を一定の色度範囲に制御する制御手段と
を備えることを特徴とする照明装置。
上記光量検出手段は、赤色のみに感度を持つ光量センサにより上記三原色光の混合光から赤色の光量を検出することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
照明装置により照明される表示パネルを備える表示装置であって、
上記照明装置は、三原色光を出射する三原色光源と、上記三原色光源からの三原色光を混合して出射する照明ユニットと、上記三原色光源から出射される三原色光のうちの赤色の光量を検出する光量検出手段と、上記光量検出手段による検出出力に基づいて、上記三原色光源が出射する三原色光のうちの赤色の光量を制御することにより、上記三原色光源からの三原色光の混合光を一定の色度範囲に制御する制御手段とを備える
ことを特徴とする表示装置。
三原色光源からの三原色光を混合して出射し、
三原色光源から出射される三原色光のうちの赤色の光量を検出し、
その検出出力に基づいて、上記三原色光源が出射する三原色光のうちの赤色の光量を制御することにより、上記三原色光源からの三原色光の混合光を一定の色度範囲に制御し、
上記三原色光源からの三原色光の混合光により表示パネルを照明する
ことを特徴とする表示パネルの照明方法。