JP2007322457A - 照明装置および液晶表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】照明光の色バランスを保ちつつ発光輝度を変化させることが可能な照明装置を提供する。
【解決手段】ＣＰＵ１８１，１８２が、各色ＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの発光強度および点灯期間ΔＴの両者をそれぞれ変化させ、照明光Ｌout全体の発光量を制御する。具体的には、ゲート回路１６１が所定のゲート期間τ内で赤色受光信号Ｓｒ、緑色受光信号Ｓｇおよび青色受光信号Ｓｂをサンプリングし、積分回路１６３が積分を行う。また、リミット回路１７２が白色の受光信号Ｓｗに対して所定強度のリミット電流Ｉｔ以下に制限し、積分回路１７３が積分を行う。各色ＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの点灯期間ΔＴの長さによらずに、強度依存発光量が各色ごとに求められる。また、各色ＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの発光強度によらずに、期間依存発光量が求められる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の色光を混合して特定の色光を得る加法混色方式の照明装置、およびそのような照明装置を用いた液晶表示装置に関する。
近年、液晶ＴＶやプラズマディスプレイ（ＰＤＰ：Plasma Display Panel）に代表されるようにディスプレイの薄型化が流れとしてあり、なかでもモバイル用ディスプレイの多くは液晶系であり、忠実な色の再現性が望まれている。また、液晶パネルのバックライトは蛍光管を使ったＣＣＦＬ（Cold Cathode Fluorescent Lamp）タイプが主流であるが、環境的に水銀レスが要求されてきており、ＣＣＦＬに変わる光源として発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等が有望視されている。
また、最近ではＬＥＤを用いた照明機器等も実用化されている。
このようなＬＥＤを用いた照明装置では、従来より、ＬＥＤの駆動電流をパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）で制御して発光輝度を調整するようになっている（例えば、特許文献１）。
図２０は、ＰＷＭ制御を行う従来のＬＥＤを用いた照明装置の回路構成を表すものである。この照明装置１０１は、主電源１１０と、定電流電源１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂと、それぞれ直列接続された複数のＬＥＤからなる赤色ＬＥＤ１１１Ｒ、緑色ＬＥＤ１１１Ｇおよび青色ＬＥＤ１１１Ｂを含む光源部１１１と、ＰＷＭドライバ１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂと、スイッチ１１４Ｒ，１１４Ｇ，１１４Ｂと、赤色受光部１１５Ｒ、緑色受光部１１５Ｇおよび青色受光部１１５Ｂからなる受光部１１５と、受光信号処理部１１６と、Ａ／Ｄ変換回路１１７と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１８とから構成されている。この照明装置１０１では、主電源１１０からの電源供給によって、定電流電源１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂからそれぞれ定電流Ｉ１０１，Ｉ１０２，Ｉ１０３が赤色ＬＥＤ１１１Ｒ、緑色ＬＥＤ１１１Ｇおよび青色ＬＥＤ１１１Ｂへ流れ、それぞれ赤色発光、緑色発光および青色発光がなされる。また、このような各色の発光光は受光部１１５で受光され、それらの受光信号は受光信号処理部１１６およびＡ／Ｄ変換回路１１７において所定の信号処理がなされ、その受光信号に基づいて、ＣＰＵ１１８からＰＷＭドライバ１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂへそれぞれ制御信号が供給される。そしてこれらＰＷＭドライバ１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂによってスイッチ１１４Ｒ，１１４Ｇ，１１４Ｂのオン・オフ状態がそれぞれ制御されることで、赤色ＬＥＤ１１１Ｒ、緑色ＬＥＤ１１１Ｇおよび青色ＬＥＤ１１１Ｂの点灯期間が個別に制御されるようになっている。
特開２００５−３１０９９６号公報
ところがこのようなＰＷＭ制御では、各色ＬＥＤの点灯期間の長さ（幅）だけで発光輝度を制御しているため、この点灯期間の幅を変えて発光輝度を調整した場合に、照明光の色バランスがくずれてしまう（色度点が動いてしまう）、すなわち例えば白色光を希望するような場合であっても、色がついた照明光になってしまうという問題があった。
このように、点灯期間の長さ（幅）だけで発光輝度を制御している従来の技術では、照明光の色バランスを保ちつつ発光輝度を変化させるのが困難であり、改善の余地があった。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、照明光の色バランスを保ちつつ発光輝度を変化させることが可能な照明装置、およびそのような照明装置を備えた画像表示装置を提供することにある。
本発明の照明装置は、複数の色光を混合して特定の色光を得る加法混色方式のものであって、互いに異なる色の光を発する複数の光源と、各光源の点灯期間を可変する点灯期間可変手段と、各光源の発光強度を可変する発光強度可変手段と、上記点灯期間可変手段および発光強度可変手段を制御して各光源の発光量をそれぞれ制御する制御手段とを備えたものである。
本発明の画像表示装置は、複数の色光を混合して特定の色光を発する加法混色方式の照明手段と、この照明手段から発せられた光を映像信号に基づいて変調する液晶パネルとを備え、上記照明手段が、互いに異なる色の光を発する複数の光源と、各光源の点灯期間を可変する点灯期間可変手段と、各光源の発光強度を可変する発光強度可変手段と、上記点灯期間可変手段および発光強度可変手段を制御して各光源の発光量をそれぞれ制御する制御手段とを有するようにしたものである。
本発明の照明装置および画像表示装置では、複数の光源から互いに異なる色の光が発する。そして各光源の点灯期間および発光強度がそれぞれ変化するような制御がなされ、これにより、各光源の発光量がそれぞれ制御される。
本発明の照明装置では、各光源の発光量を検出する検出手段を備えると共に、上記制御手段が検出手段の検出結果に基づいて、点灯期間可変手段および発光強度可変手段を制御するように構成可能である。この場合において、上記検出手段が、複数の光源からの各色光が混合してなる混色光の中から各色光成分を抽出してそれぞれ受光する複数の第１の受光素子と、上記混色光をそのまま受光する第２の受光素子と、上記複数の第１の受光素子からの各受光信号を所定のゲート期間内に同時並行的にサンプリングすると共にそのサンプリング結果に基づき複数の光源の各発光強度に依存して定まる強度依存発光量をそれぞれ検出する第１の検出手段と、上記第２の受光素子からの受光信号に基づき複数の光源の各点灯期間に依存して定まる期間依存発光量を検出する第２の検出手段とを有するように構成可能である。また、上記検出手段が、上記複数の第１の受光素子および上記第１の検出手段と、これら複数の第１の受光素子からの各受光信号のうちの少なくとも１つの受光信号に基づき上記期間依存発光量を検出する第３の検出手段とを有するようにも構成可能である。後者のように構成した場合、前者の構成における第２の受光素子が不要となるため、前者と比べて構成が簡単になる。
本発明の照明装置では、上記制御手段によって発光量が制御された各光源からの光を映像信号に基づいて変調する液晶パネルへ発する液晶用バックライトとして構成することが可能である。このように構成した場合、液晶パネルから射出される表示光においても、色バランスを保ちつつ発光輝度が変化できるようになり、表示映像の画質が向上する。
本発明の照明装置または画像表示装置によれば、各光源の点灯期間および発光強度の両者をそれぞれ変化させて各光源の発光量を制御するようにしたので、照明光の色バランスを保ちつつ、発光輝度を変化させることが可能となる。
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。
［第１の実施の形態］
＜照明装置の構成＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る照明装置（照明装置１）の全体構成を表すものである。この照明装置１は、複数の色光（この場合、赤色光、緑色光および青色光）を混合して特定の色光（この場合、白色光）を得る加法混色方式のものであり、光源部１１と、定電流ドライバ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂと、ＰＷＭドライバ１３と、スイッチ部１４と、受光部１５と、強度依存発光量検出部１６と、期間依存発光量検出部１７と、制御部１８とを備えている。
光源部１１は、それぞれ複数のＬＥＤが直列接続されてなる赤色ＬＥＤ１１Ｒと、緑色ＬＥＤ１１Ｇと、青色ＬＥＤ１１Ｂとを有している。
定電流ドライバ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂはそれぞれ、赤色ＬＥＤ１１Ｒ、緑色ＬＥＤ１１Ｇおよび青色ＬＥＤ１１Ｂのアノードに接続され、後述するＣＰＵ１８１からの制御信号にしたがって定電流である駆動電流Ｉｒ，Ｉｇ，Ｉｂをそれぞれ赤色ＬＥＤ１１Ｒ、緑色ＬＥＤ１１Ｇおよび青色ＬＥＤ１１Ｂを供給するものである。なお、詳細は後述するが、駆動電流Ｉｒ，Ｉｇ，Ｉｂの大きさに応じて、これらのＬＥＤの発光強度を個別に調整できるようになっている。
スイッチ部１４は、赤色ＬＥＤ１１Ｒ、緑色ＬＥＤ１１Ｇおよび青色ＬＥＤ１１Ｂのカソードと接地との間にそれぞれ配置されたスイッチ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂを有している。また、ＰＷＭドライバ１３は、後述するＣＰＵ１８２からの制御信号にしたがってこれらスイッチ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂのオン・オフ状態を制御することにより、赤色ＬＥＤ１１Ｒ、緑色ＬＥＤ１１Ｇおよび青色ＬＥＤ１１Ｂの点灯期間を個別に制御するものである。
受光部１５は、光源部１１からの照明光Ｌoutを受光するものであり、混色光である照明光Ｌoutの中から各色成分（赤色光、緑色光および青色光）を抽出してそれぞれ受光する部分であるＲＧＢフォトセンサ１５１と、照明光Ｌoutを各色成分に分離せずにそのまま白色光として受光する部分であるＷフォトセンサ１５２とを有している。ＲＧＢフォトセンサ１５１は、照明光Ｌoutの中から赤色光を選択的に抽出して受光する赤色受光部１５Ｒと、緑色光を選択的に抽出して受光する緑色受光部１５Ｇと、青色光を選択的に抽出して受光する青色受光部１５Ｂとを含んで構成されている。一方、Ｗフォトセンサ１５２は、白色光をそのまま受光する白色受光部１５Ｗを含んで構成されている。このような構成により受光部１５では、ＲＧＢフォトセンサ１５１で受光した各色ごとの受光信号を強度依存発光量検出部１６内のゲート回路１６１へ出力する一方、Ｗフォトセンサ１５２で受光した白色の受光信号を期間依存発光量検出部１７内の増幅回路１７１へ出力するようになっている。
強度依存発光量検出部１６は、ＲＧＢフォトセンサ１５１からの各色ごとの受光信号に対してそれぞれ所定の信号処理を行い、後述する強度依存発光量を検出するものであり、所定のゲート期間でのサンプリング動作を行うゲート回路１６１と、Ｉ−Ｖ（電流−電圧）変換を行うＩ−Ｖ変換回路１６２と、上記ゲート期間での積分値を算出する積分回路１６３と、信号強度を増幅する増幅回路１６４と、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換を行うＡ／Ｄ変換回路１６５とを有している。
また、期間依存発光量検出部１７は、Ｗフォトセンサ１５２からの混色光の受光信号に対して所定の信号処理を行い、後述する期間依存発光量を検出するものであり、信号強度を増幅する増幅回路１７１と、所定のリミッタ処理を行うリミッタ回路１７２と、このリミッタ処理後の積分値を算出する積分回路１７３と、その積分値に対応する信号を増幅する増幅回路１７４と、Ａ／Ｄ変換を行うＡ／Ｄ変換回路１７５とを有している。
制御部１８は、ＣＰＵ１８１と、ＣＰＵ１８２とを有している。ＣＰＵ１８１は、強度依存発光量検出部１６から供給される強度依存発光量に基づいて、照明光Ｌoutの色度点が変化しないで維持されるように（本実施の形態では、後述するようにｘｙ色度図上において白色色度点Ｐｗから変化しないように）定電流ドライバ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂを制御し、駆動電流Ｉｒ，Ｉｇ，Ｉｂの大きさをそれぞれ調整するものである。一方、ＣＰＵ１８２は、期間依存発光量検出部１７から供給される期間依存発光量に基づいて、照明光Ｌoutの発光輝度（発光量Ｂ）が所望の値となるようにＰＷＭドライバ１３を制御し、スイッチ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂのオン期間、すなわち各色ＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの点灯期間ΔＴの幅を調整するものである。
ここで、図２および図３を参照して、ゲート回路１６１によるサンプリング動作について詳細に説明する。図２は、所定のゲート期間でサンプリングするための信号であるサンプリングゲート信号ＳＧ、ならびにＲＧＢフォトセンサ１５１から供給される受光信号である赤色受光信号Ｓｒ、緑色受光信号Ｓｇおよび青色受光信号Ｓｂを、光源部１１に対する駆動周期Ｔにおけるタイミング動作でそれぞれ表したものであり、（Ａ）がサンプリングゲート信号ＳＧを、（Ｂ）が赤色受光信号Ｓｒを、（Ｃ）が緑色受光信号Ｓｇを、（Ｄ）が青色受光信号Ｓｂを、それぞれ表している。また、図３（Ａ）は、各色のＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの駆動電流Ｉｒ，Ｉｇ，ＩｂとこれらＬＥＤの発光量Ｂとの関係を表したものであり、図３（Ｂ）は、赤色光、緑色光、青色光および白色光の色度点Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂ，Ｐｗをそれぞれｘｙ色度図上に表したものであり、図中の符号６０は、色度点Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂによって形成される色再現範囲を表している。
このゲート回路１６１は、例えば図２に示したように、赤色受光信号Ｓｒ、緑色受光信号Ｓｇおよび青色受光信号Ｓｂをそれぞれ、駆動周期Ｔごとの所定のゲート期間τ（例えば、図中のタイミングｔ０〜ｔ１，ｔ３〜ｔ４）内でサンプリングするものである。すなわち、各色ＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの点灯期間ΔＴの長さ（幅）によらず、ゲート期間τ内の受光信号だけをサンプリングして出力するようになっており、これを後段の積分回路１６３で積分することにより、各色ＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの発光強度に依存して定まる強度依存発光量（図中の駆動電流Ｉｒ，Ｉｇ，Ｉｂの大きさにそれぞれ対応する）が算出されるようになっている。
したがって、これら各色の強度依存発光量に基づいて前述のＣＰＵ１８１において、例えば図３（Ａ）に示したように、各色光の発光量Ｂが一致するように駆動電流Ｉｒ，Ｉｇ，Ｉｂの制御がなされる（この場合、それぞれ駆動電流Ｉｒ１，Ｉｇ１，Ｉｂ１に設定する）と共に、各色ＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの点灯期間ΔＴが互いに一致しているため、例えば図３（Ｂ）に示したように、光源部１１からの照明光Ｌoutが白色光（図中の色度点Ｐｗに対応する）となるように制御されるようになっている。
なお、上記した駆動周期Ｔ［ｓ］は、（１／Ｔ）≧２０［ｋＨｚ］を満たすように、後述する制御部１８が設定するのが望ましい。この式を満たすように設定すれば、駆動周波数（１／Ｔ）が可聴帯域外のものとなり、この駆動周波数に起因する音が聞こえなくなるからである。また、駆動周期Ｔとゲート期間τとの間で、（τ／Ｔ）＜０．５（＝１／２）を満たすように設定するのが望ましい。この式を満たすように設定すれば、駆動周期に占めるサンプリング期間が相対的に短くなるため、後述するように従来と比べ、照明光の発光量範囲が広くなる（コントラストが向上する）からである。
次に、図４〜図６を参照して、リミッタ回路１７２によるリミッタ処理について説明する。図４は、Ｗフォトセンサ１５２から供給される受光信号である白色受光信号Ｓｗを、３周期分の駆動周期Ｔにおけるタイミング動作で表したものである。また、図５は、本実施の形態の照明装置１における各色ＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの点灯期間ΔＴと発光量Ｂとの関係を表したものであり、図６は比較例として、例えば図２０に示したような従来の照明装置における各色ＬＥＤの点灯期間ΔＴと発光量Ｂとの関係を表したものである。
このリミッタ回路１７２は、例えば図４に示したように、白色受光信号Ｓｗを、予めその強度Ｉｗよりも低くなるように設定された所定強度のリミット電流Ｉｔによってリミッタをかけて出力するものであり、これを後段の積分回路１７３で積分することにより、各色ＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの点灯期間ΔＴ（本実施の形態では、図２に示したように互いに一致している）に依存して定まる期間依存発光量（図中の点灯期間ΔＴ１，ΔＴ２，ΔＴ３の大きさにそれぞれ対応する）が算出されるようになっている。
したがって、この期間依存発光量に基づいて前述のＣＰＵ１８２において、例えば図５に示したように、照明光Ｌout全体として所望の発光量Ｂとなるように（図中の点Ｐ１の移動によって表される）、各色ＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの点灯期間ΔＴの制御がなされるようになっている。例えば、図４に示した点灯期間ΔＴ１，ΔＴ２，ΔＴ３では、図５に示したような発光量Ｂとなり、点灯期間ΔＴが大きくなるのに応じて発光量Ｂが線形に増加するようになっている。
また、本実施の形態の照明装置１では、各色ＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂからの受光信号は、前述のように同時並行的にサンプリングされていると共に、前述のように（τ／Ｔ）＜０．５を満たすように設定されているため、駆動周期に占めるサンプリング期間が相対的に短くなり、図６に示した比較例における照明光の発光量範囲Ｂｒｇ１０１と比べ、照明光Ｌoutの発光量範囲Ｂｒｇ１が広くなる（コントラストが向上する）ようになっている。
ここで、ＣＰＵ１８１，１８２が本発明における「制御手段」の一具体例に対応し、そのうち、ＣＰＵ１８１が本発明における「発光強度可変手段」の一具体例に対応し、ＣＰＵ１８２が本発明における「点灯期間可変手段」の一具体例に対応する。また、受光部１５、強度依存発光量検出部１６および期間依存発光量検出部１７が本発明における「検出手段」の一具体例に対応し、そのうち、強度依存発光量検出部１６が本発明における「第１の検出手段」の一具体例に対応し、期間依存発光量検出部１７が本発明における「第２の検出手段」の一具体例に対応する。また、受光部１５内のＲＧＢフォトセンサ１５１が本発明における「複数の第１の受光素子」の一具体例に対応し、Ｗフォトセンサ１５２が本発明における「第２の受光素子」の一具体例に対応する。
本実施の形態の照明装置１では、定電流電源ドライバ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂからそれぞれ定電流Ｉｒ，Ｉｇ，Ｉｂが赤色ＬＥＤ１１Ｒ、緑色ＬＥＤ１１Ｇおよび青色ＬＥＤ１１Ｂへ流れることで、それぞれ赤色発光、緑色発光および青色発光がなされ、混色光である照明光Ｌoutが射出される。
このとき、受光部１５では、ＲＧＢフォトセンサ１５１によって各色ごとの受光信号Ｓｒ，Ｓｇ，Ｓｂがそれぞれ受光され、強度依存発光量検出部１６へ出力される一方、Ｗフォトセンサ１５２によって白色の受光信号Ｓｗが受光され、期間依存発光量検出部１７へ出力される。
ここで、強度依存発光量検出部１６では、ＲＧＢフォトセンサ１５１からの各色ごとの受光信号Ｓｒ，Ｓｇ，Ｓｂに対してそれぞれ所定の信号処理が行われ、強度依存発光量が検出される。具体的には、ゲート回路１６１において、例えば図２に示したように、赤色受光信号Ｓｒ、緑色受光信号Ｓｇおよび青色受光信号Ｓｂがそれぞれ、駆動周期Ｔごとのゲート期間τ内でサンプリングされ、各色ＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの点灯期間ΔＴの長さ（幅）によらずにゲート期間τ内の受光信号だけが出力される。次いで、このサンプリングされた受光信号が積分回路１６３において積分され、これにより強度依存発光量が各色ごとに算出される。
一方、期間依存発光量検出部１７では、Ｗフォトセンサ１５２からの白色の受光信号Ｓｗに対してそれぞれ所定の信号処理が行われ、期間依存発光量が検出される。具体的には、リミット回路１７２において、例えば図４に示したように、白色の受光信号Ｓｗが所定強度のリミット電流Ｉｔによって制限される。次いで、この制限された白色の受光信号Ｓｗが積分回路１７３において積分され、これにより各色ＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの点灯期間ΔＴに基づいて期間依存発光量が算出される。
そして制御部１８では、ＣＰＵ１８１において、強度依存発光量に基づいて例えば図３（Ａ）に示したように、各色光の発光量Ｂが一致するように駆動電流Ｉｒ，Ｉｇ，Ｉｂの制御がなされると共に、各色ＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの点灯期間ΔＴが互いに一致するように設定され、例えば図３（Ｂ）に示したように光源部１１からの照明光Ｌoutが白色光（図中の色度点Ｐｗに対応する）となるように定電流ドライバ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂが制御され、駆動電流Ｉｒ，Ｉｇ，Ｉｂの値、すなわち各色ＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの発光強度が調整される。また、ＣＰＵ１８２において、期間依存発光量に基づいて例えば図５に示したように、照明光Ｌout全体として所望の発光輝度となるようにＰＷＭドライバ１３が制御され、スイッチ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂのオン期間、すなわち各色ＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの点灯期間ΔＴが調整される。このようにして本実施の形態の照明装置１では、各色ＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの発光強度と点灯期間ΔＴとが個別に制御され、これにより照明光Ｌout全体の発光量が制御される。
以上のように、本実施の形態の照明装置では、制御部１８内のＣＰＵ１８１，１８２が、各色ＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの発光強度および点灯期間ΔＴの両者をそれぞれ変化させて照明光Ｌout全体の発光量を制御するようにしたので、照明光Ｌoutの色バランスを保ちつつ、発光輝度を変化させることが可能となる。
具体的には、ゲート回路１６１が所定のゲート期間τ内で赤色受光信号Ｓｒ、緑色受光信号Ｓｇおよび青色受光信号Ｓｂをサンプリングすると共に積分回路１６３が積分を行うようにしたので、各色ＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの点灯期間ΔＴの長さによらずにゲート期間τ内の受光信号だけを出力することができ、強度依存発光量を各色ごとに求めることが可能となる。また、リミット回路１７２が白色の受光信号Ｓｗに対して所定強度のリミット電流Ｉｔ以下に制限する（リミッタをかける）と共に、積分回路１７３が積分を行うようにしたので、各色ＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの発光強度によらずに各色ＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの点灯期間ΔＴを求めることができ、期間依存発光量を算出することが可能となる。
また、受光部１５、強度依存発光量検出部１６および期間依存発光量検出部１７によって検出された強度依存発光量および期間依存発光量に基づいて制御するようにしたので、各色ＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂからの照明光Ｌoutを逐次制御することが可能となる。
さらに、各色ＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの点灯期間ΔＴが互いに一致するようにしたので、照明光Ｌoutに色がつかないようにし、白色光を得ることが可能となる。
＜液晶表示装置の構成＞
次に、図１に示した構成の照明装置を使用した液晶表示装置の例について説明する。ここでは、図７に示したように、照明装置を液晶用バックライトライトとして使用した液晶表示装置（液晶表示装置３）の例について説明する。
この液晶表示装置３は、図１に示した構成の照明装置１をバックライトとして用いた透過型のものであり、この照明装置１と透過型の液晶表示パネル２とから構成されている。
液晶表示パネル２は、透過型の液晶層２０と、この液晶層２０を挟む一対の基板、すなわち照明装置１側の基板であるＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）基板２１１およびこれに対向する基板である対向電極基板２２１と、これらＴＦＴ基板２１１および対向電極基板２２１における液晶層２０と反対側にそれぞれ積層された偏光板２１０，２２０とから構成されている。
また、ＴＦＴ基板２１１にはマトリクス状の画素が構成され、各画素にはＴＦＴなどの駆動素子を含む画素電極２１２が形成されている。
図８は、この液晶表示装置３を駆動して映像を表示するための駆動回路の構成を表したものである。このような駆動回路は、液晶表示パネル２内の各画素電極２１２へ映像信号に基づく駆動電圧を供給するＸドライバ（データドライバ）４１と、液用表示パネル２内の各画素電極２１２を図示しない走査線に沿って線順次駆動するＹドライバ（ゲートドライバ）４２と、これらＸドライバ４１およびＹドライバ４２ならびに照明装置１内の制御部１８を制御するコントローラ５１と、外部からの映像信号を処理してＲＧＢ信号を生成するＲＧＢプロセス処理部５０と、このＲＧＢプロセス処理部５０からのＲＧＢ信号を記憶するフレームメモリである映像メモリ５２とから構成されている。
この液晶表示装置３では、映像信号に基づいてＸドライバ４１およびＹドライバ４２から出力される画素電極２１２への駆動電圧によって、照明装置１からの照明光Ｌoutが液晶層２０で変調され、表示光Ｄoutとして液晶パネル２から出力される。このようにして照明装置１が液晶表示装置３のバックライトとして機能し、表示光Ｄoutによる映像表示がなされる。
ここで、本実施の形態の液晶表示装置３では、上記のように照明装置１が液晶表示装置３のバックライトとして機能していることから、液晶パネル２から射出される表示光Ｄoutにおいても、照明光Ｌoutと同様に色バランスを保ちつつ発光輝度が変化できるようになる。
以上のように、本実施の形態の液晶表示装置では、照明装置１を液晶表示装置３のバックライトとして用いるようにしたので、液晶パネル２から射出される表示光Ｄoutにおいても、照明光Ｌoutと同様に色バランスを保ちつつ発光輝度が変化できるようにし、表示映像の画質を向上させることが可能となる。
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態の照明装置は、光源部の照明領域を複数の部分光源に分割するようにしたものである。なお、第１の実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
図９は、本実施の形態に係る照明装置（照明装置１Ａ）の要部構成を斜視図で表したものである。この照明装置１Ａは、複数の部分光源Ｌ１１，Ｌ１２，…，Ｌ２１，…Ｌ３１，…がマトリクス状に配置されてなる光源部１１Ａと、この光源１１Ａからの照明光Ｌoutの一部を受光部１５へ導く導光板１９１と、各部分光源を順次駆動する駆動回路（図示せず）とを含んで構成されている。なお、図１に示した照明装置１に含まれる他の構成要素（定電流ドライバ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ、ＰＷＭドライバ１３、スイッチ部１４、強度依存発光量検出部１６、期間依存発光量検出部１７および制御部１８）については同様の構成であり、図示を省略している。
各部分光源Ｌ１１，…は、光源部１１Ａの照明領域を複数に分割してなる光源であり、例えば図１０に示したように、それぞれが各色ＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂを有すると共に互いに独立して制御可能に構成されている。
導光板１９１には、面内に一様に導光路１９Ｒが形成されると共に、各部分光源に対応して柱状の導光用突起１９Ｔが形成されている。この導光用突起１９Ｔは、図中に示したように、この部分において照明光Ｌoutの全反射をくずし、これにより照明光Ｌoutを取得するためのものである。なお、この導光用突起１９Ｔの配置位置はこれには限られず、照明光Ｌoutの一部を受光部１５へ導くことができるのであれば、任意の位置に配置可能である。
また、図１１（Ａ）〜（Ｃ）は、駆動回路１９２による各部分光源Ｌ１１，…の順次点灯動作を模式的に表したものである。
このように水平方向の行ごとに導光路が分離され、駆動回路１９２は各行の部分光源をそれぞれ並行して光学的に独立して順次点灯させると共に順次消灯させ、各部分光源における照明光Ｌoutを順次受光部１５へ導くようになっている。
なお、例えば図１２（Ａ）〜（Ｃ）に示した光源部１１Ｂのように、駆動回路１９２が部分光源を１つずつ順次点灯および順次消灯させるようにして、各部分光源における照明光Ｌoutを順次受光部へ導くようにしてもよい。このように構成した場合、各部分光源は並行して点灯・消灯していないことから、導光路を分離する必要がなくなると共に、受光部１５内のフォトセンサの数を減らす（１個でよい）ことができる。
以上のように、本実施の形態の照明装置では、光源部１１Ａの照明領域を複数に分割して部分光源を形成するようにしたので、各部分光源ごとに照明光Ｌoutの色バランスおよび発光輝度を個別に制御することができ、局所的に制御することが可能となる。
以上、第１および第２の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態では、受光部１５をＲＧＢフォトセンサ１５１およびＷフォトセンサ１５２から構成するようにした場合で説明したが、例えば図１３に示した照明装置１Ｃのように、ＲＧＢフォトセンサ１５１だけから構成される受光部１５Ｃを用いるようにしてもよい。このように構成した場合、回路構成を簡単にし、装置のコストを削減することが可能となる。なお、この場合期間依存発光量検出部１７では各色の受光信号のうちの少なくとも１つを用いるようにすればよいが、温度変化が小さいことから、青色受光素子１５Ｂからの受光信号を用いるようにするのが望ましい。
また、上記実施の形態では、各色ＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの点灯期間ΔＴが互いに一致する場合について説明したが、例えば図１４に示したタイミング図のように、各色ＬＥＤ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの点灯期間がΔＴｒ，ΔＴｇ，ΔＴｂのように、互いに異なるようにしてもよい。このように構成した場合、例えば図１５に示したｘｙ色度図のように、照明光Ｌoutの色度点をずらしてカラー照明とすることができ、この任意の色度点Ｐｃを維持しつつ、発光輝度を変化することが可能となる。
また、上記実施の形態では、各駆動周期Ｔごとにゲート期間τを設定した場合で説明したが、例えば図１６に示したように、このゲート期間τを間引いて設定するようにしてもよい。このように構成した場合、駆動周期Ｔに占めるサンプリング期間を相対的により短くすることができ、例えば図１７に示した発光量範囲Ｂｒｇ２のように、照明光Ｌoutの発光量範囲をより広くする（コントラストをより向上させる）ことが可能となる。
また、上記実施の形態では、受光部１５からの受光信号に基づく強度依存発光量および期間依存発光量のみによって光源部１１の発光量を制御する場合で説明したが、例えば図１８に示した外部信号ＥＸＴ１，ＥＸＴ２のように、外部から入力される映像信号や映像信号に基づく制御信号を用いて制御するようにしてもよい。具体的には、例えば制御設定値である外部信号ＥＸＴ１を外部からＣＰＵ１８１へ入力して定電流ドライバ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂを制御すると共に、輝度変調値である外部信号ＥＸＴ２を外部からＰＷＭドライバ１３へ直接入力してスイッチ部１４を制御するようにしてもよい。
また、上記実施の形態では、光源部１１が赤色ＬＥＤ１１Ｒ、緑色ＬＥＤ１１Ｇおよび青色ＬＥＤ１１Ｂから構成されている場合で説明したが、これらに加えて他の色のＬＥＤをも含んで構成するようにしてもよい。このように構成した場合、例えば図１９に示した色再現範囲６１のように、色再現範囲を拡大することができ、より多彩な色を表現することが可能となる。
さらに、上記実施の形態では、光源としてＬＥＤを用いた場合で説明したが、例えばＥＬ（ElectroLuminescence）素子やＣＣＦＬなどのＬＥＤ以外の素子を用いて、光源部を構成するようにしてもよい。
本発明の第１の実施の形態に係る照明装置の全体構成を表す回路ブロック図である。 強度依存発光量検出部の動作を説明するためのタイミング図である。 第１の実施の形態に係る制御部による発光強度の制御処理を説明するための特性図である。 期間依存発光量検出部の動作を説明するためのタイミング図である。 第１の実施の形態に係る制御部による発光期間の制御処理を説明するための特性図である。 比較例に係る発光期間と発光量との関係を表す特性図である。 第１の実施の形態に係る液晶表示装置の全体構成を表す斜視図である。 図７に示した液晶表示装置の駆動回路の一例を表す回路ブロック図である。 本発明の第２の実施の形態に係る照明装置の要部構成を表す斜視図である。 図９に示した部分光源の構成例を説明するための模式図である。 部分光源の順次点灯動作の一例を説明するための模式図である。 部分光源の順次点灯動作の他の例を説明するための模式図である。 本発明の変形例に係る照明装置の全体構成を表す回路ブロック図である。 本発明の変形例に係る発光期間の制御処理を説明するための特性図である。 図１４に示した制御処理における基準色度点を説明するための特性図である。 本発明の変形例に係る強度依存発光量検出部の動作を説明するためのタイミング図である。 図１６に示した制御処理による効果を説明するための特性図である。 本発明の変形例に係る照明装置の全体構成を表す回路ブロック図である。 本発明の変形例に係る色再現範囲を説明するための特性図である。 従来の発光ダイオードを用いた照明装置の全体構成を表す回路ブロック図である。
符号の説明
１，１Ａ，１Ｃ，１１Ｄ…照明装置、１１，１１Ａ，１１Ｂ…光源部、１１Ｒ…赤色ＬＥＤ、１１Ｇ…緑色ＬＥＤ、１１Ｂ…青色ＬＥＤ、１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ…定電流ドライバ、１３…ＰＷＭドライバ、１４…スイッチ部、１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ…スイッチ、１５，１５Ｃ…受光部、１５１…ＲＧＢフォトセンサ、１５２…Ｗフォトセンサ、１５Ｒ…赤色受光部、１５Ｇ…緑色受光部、１５Ｂ…青色受光部、１５Ｗ…白色受光部、１６…強度依存発光量検出部、１６１…ゲート回路、１７…期間依存発光量検出部、１７２…リミッタ回路、１８…制御部、１８１，１８２…ＣＰＵ、１９１…導光板、１９Ｒ…導光路、１９Ｔ…導光用突起、１９２…駆動回路、２…液晶表示パネル、２０…液晶層、２１０，２２０…偏光板、２１１…ＴＦＴ基板、２１２…画素電極、２２１…対向電極基板、３…液晶表示装置、、４１…Ｘドライバ、４２…Ｙドライバ、５０…ＲＧＢプロセス制御部、５１…コントローラ、５２…映像メモリ、６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ…特性曲線、６０，６１…色再現範囲、Ｉｒ，Ｉｇ，Ｉｂ…駆動電流、Ｌout…照明光、Ｄout…表示光、Ｔ…駆動周期、ΔＴ，ΔＴ１，ΔＴ２，ΔＴ３，ΔＴｒ，ΔＴｇ，ΔＴｂ…点灯期間、τ，τ１，τ２…ゲート期間、ＳＧ…サンプリングゲート信号、Ｓｒ，Ｓｇ，Ｓｂ、Ｓｗ…受光信号、Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂ，Ｐｗ，Ｐｃ，Ｐｙｇ，Ｐｂｇ，Ｐｐｒ…色度点、Ｉｔ…リミッタ電流、Ｂ…発光量、Ｂmin1，Ｂmin2…最低発光量、Ｂmax…最高発光量、Ｂｒｇ１，Ｂｒｇ２…発光量範囲、Ｌ１１〜Ｌ１５，Ｌ２１〜Ｌ２５，Ｌ３１〜Ｌ３５，Ｌ４１〜Ｌ４５…部分光源、ｔ０〜ｔ４，ｔ１０〜ｔ１８，ｔ２０〜ｔ２６，ｔ３０〜ｔ３９…タイミング、ＥＸＴ１，ＥＸＴ２…外部信号。

Claims (14)

  1. 複数の色光を混合して特定の色光を得る加法混色方式の照明装置であって、
    互いに異なる色の光を発する複数の光源と、
    各光源の点灯期間を可変する点灯期間可変手段と、
    各光源の発光強度を可変する発光強度可変手段と、
    前記点灯期間可変手段および前記発光強度可変手段を制御して各光源の発光量をそれぞれ制御する制御手段と
    を備えたことを特徴とする照明装置。
  2. 各光源の発光量を検出する検出手段を備え、
    前記制御手段は、前記検出手段の検出結果に基づいて前記点灯期間可変手段および前記発光強度可変手段を制御する
    ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
  3. 前記検出手段は、
    前記複数の光源からの各色光が混合してなる混色光の中から各色光成分を抽出してそれぞれ受光する複数の第１の受光素子と、
    前記混色光をそのまま受光する第２の受光素子と、
    前記複数の第１の受光素子からの各受光信号を所定のゲート期間内に同時並行的にサンプリングすると共にそのサンプリング結果に基づき、前記複数の光源の各発光強度に依存して定まる強度依存発光量をそれぞれ検出する第１の検出手段と、
    前記第２の受光素子からの受光信号に基づき、前記複数の光源の各点灯期間に依存して定まる期間依存発光量を検出する第２の検出手段とを有する
    ことを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
  4. 前記第１の検出手段は、前記複数の第１の受光素子からの各受光信号を前記ゲート期間内において積分することにより、前記強度依存発光量を求める
    ことを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
  5. 前記第２の検出手段は、前記第２の受光素子からの受光信号にリミッタをかけたうえで積分することにより、前記期間依存発光量を求める
    ことを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
  6. 前記制御手段は、さらに、（τ／Ｔ）＜０．５を満たすように、前記ゲート期間τおよび前記光源に対する駆動周期Ｔをそれぞれ制御する
    ことを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
  7. 前記制御手段は、さらに、前記サンプリングの頻度が減少するように、前記ゲート期間を制御する
    ことを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
  8. 前記検出手段は、
    前記複数の光源からの各色光が混合してなる混色光の中から各色光成分を抽出してそれぞれ受光する複数の第１の受光素子と、
    前記複数の第１の受光素子からの各受光信号を所定のゲート期間内に同時並行的にサンプリングすると共にそのサンプリング結果に基づき、前記複数の光源の各発光強度に依存して定まる強度依存発光量をそれぞれ検出する第１の検出手段と、
    前記複数の第１の受光素子からの各受光信号のうちの少なくとも１つの受光信号に基づき、前記複数の光源の各点灯期間に依存して定まる期間依存発光量を検出する第３の検出手段とを有する
    ことを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
  9. 前記特定の色光が得られる照明領域が、前記複数の光源をそれぞれ有すると共に互いに独立して制御可能な複数の部分照明領域から構成され、
    前記部分照明領域単位で各光源が順次点灯するように駆動する駆動手段と、
    前記複数の光源からの各色光が混合してなる混合光を、各部分照明領域の順次点灯動作に対応させて前記検出手段へ導く導光手段と
    をさらに備え、
    前記点灯期間可変手段および前記発光強度可変手段は、各部分照明領域ごとに各光源の前記点灯期間および前記発光強度をそれぞれ可変する
    ことを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
  10. 前記制御手段は、各光源の点灯期間が互いに一致するように、前記点灯期間可変手段を制御する
    ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
  11. 前記制御手段は、各光源の点灯期間が互いに異なるように、前記点灯期間可変手段を制御する
    ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
  12. 前記制御手段は、さらに、（１／Ｔ）≧２０［ｋＨｚ］を満たすように、前記光源に対する駆動周期Ｔ［ｓ］を制御する
    ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
  13. 入射光を映像信号に基づいて変調する液晶パネルに適用される照明装置であって、
    前記制御手段によって発光量が制御された各光源からの光を前記入射光として前記液晶パネルへ発する液晶用バックライトとして構成されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
  14. 複数の色光を混合して特定の色光を発する加法混色方式の照明手段と、
    前記照明手段から発せられた光を映像信号に基づいて変調する液晶パネルと
    を備え、
    前記照明手段は、
    互いに異なる色の光を発する複数の光源と、
    各光源の点灯期間を可変する点灯期間可変手段と、
    各光源の発光強度を可変する発光強度可変手段と、
    前記点灯期間可変手段および前記発光強度可変手段を制御して各光源の発光量をそれぞれ制御する制御手段とを有する
    ことを特徴とする液晶表示装置。
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