JP2008097864A - バックライト装置及びバックライト装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バックライト装置の発光面の輝度および色度の変化を防止する。
【解決手段】ＬＥＤ１を用いたバックライト装置に、温度センサー９と、カラーセンサー８とを備える。温度センサー９により測定されたＬＥＤ１の周囲の温度に基づいて印加ピーク電流値を導出し、ＬＥＤ１を駆動する。カラーセンサー８により検出されたＬＥＤ１の発光強度に基づいて駆動パルス幅を導出し、ＬＥＤ１を駆動する。これにより、ＬＥＤ１の発光波長の変化や発光強度の変化が補正されるので、バックライト装置の発光面の輝度および色度の変化を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤを用いたバックライト装置の技術に関する。

従来、液晶表示装置のバックライト光源には、主に冷陰極放電灯が利用されていた。近年では、冷陰極放電灯に替えてＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）を光源として用いたバックライト装置が増えてきた。これは、ＬＥＤの発光効率が著しく向上したことや、冷陰極放電灯と異なり、水銀を含まず環境調和性が良いことによるところが大きい。

ＬＥＤを光源としたバックライトは、携帯電話やモバイル機器などの小型用途が中心であったが、パーソナルコンピュータのモニタなどの中型用途や、大型液晶テレビなどの大型用途にも採用される傾向にある。特に、大型液晶テレビなどの用途において液晶の色再現性向上の長所を生かすためには、赤緑青（ＲＧＢ）の三原色の発光波長を有するＬＥＤが光源として適している。なお、ＬＥＤを光源として用いたバックライト装置として特許文献１に記載のものが知られている。

しかし、ＬＥＤの発光効率は温度によって変化し、温度が上昇するにつれて発光効率は低下する。そのため、ＬＥＤを用いたバックライト装置においては、ＬＥＤが発生する熱により点灯直後と一定時間が経過した後ではＬＥＤの発光効率に変化が生じるので、バックライト装置の発光面の輝度が変化してしまう。

ＬＥＤを光源として用いたバックライト装置の発光面の輝度の変化を抑制する技術として特許文献２に記載のものが知られている。特許文献２に記載のバックライト装置は、バックライト装置内に光量を測定するためのカラーセンサーを設置し、カラーセンサーにより測定した光量に基づいてＬＥＤに供給する電流を制御することで、バックライト装置の発光面の輝度の変化を抑制している。
特開２００４−３３３５８３号公報 特開２００４−２１１４７号公報

しかしながら、バックライト装置の点灯中の発熱によりＬＥＤの発光波長に変化が生じた場合、カラーセンサーの受光感度は波長依存性を有するので正確な光量が測定できず、輝度の制御を精密に行うことが困難であるという問題があった。また、赤緑青の３色のＬＥＤを用いた場合、それぞれのＬＥＤの温度に対する発光効率の変化量が各ＬＥＤで異なるので、色度が変化してしまうという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、ＬＥＤを光源として用いたバックライト装置において、点灯中に装置内に温度変化が生じる場合でも発光面の輝度および色度の変化を防止することにある。

本発明に係るバックライト装置は、発光素子と、発光素子の周囲の温度を測定する温度センサーと、発光素子が発光した光を受光するカラーセンサーと、温度センサーの測定値に基づいて発光素子の駆動電流値を制御する第１の制御手段と、カラーセンサーの出力値に基づいて発光素子の駆動パルス幅を制御する第２の制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明にあっては、発光素子を用いたバックライト装置に、温度センサ−とカラーセンサーを備え、温度センサーの測定値に基づいて発光素子の駆動電流値を制御することで、温度変化によって生じる発光素子の発光波長の変化を補正するとともに、カラーセンサーの出力値に基づいて発光素子の駆動パルス幅を制御することで、発光素子の発光強度の変化を補正することにより、発光面の輝度および色度の変化を防止することを可能とする。

上記バックライト装置において、赤色、緑色、青色の光をそれぞれ単色発光する複数の発光素子を有することを特徴とする。

本発明によれば、ＬＥＤを光源として用いたバックライト装置において、点灯中に装置内に温度変化が生じる場合でも発光面の輝度および色度の変化を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は、本実施の形態におけるバックライト装置の構成を示す分解斜視図である。同図に示すバックライト装置は、ユニットケース７の内部に赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）にそれぞれ単色発光するＬＥＤ１と、複数のＬＥＤ１を直線的に実装した基板２と、ＬＥＤ１の放射光の強度を検出するカラーセンサー８と、ユニットケース７内部の温度を測定する温度センサー９とを備えている。バックライト装置の発光面側は、フロントフレーム３により拡散板６とレンズシート４、拡散シート５ａ，５ｂなどの光学シートが挟持されている。また、ユニットケース７の外部には、制御部１０を備え、制御部１０はＬＥＤ１、カラーセンサー８および温度センサー９と接続されている。

ユニットケース７の内壁は、白色反射シートなどの反射部材で覆われており、ユニットケース７の底部に配置されたＲＧＢの各ＬＥＤ１からの放射光をユニットケース７内で十分混色し、発光面から出射する。赤色のＬＥＤ１として波長６１０〜６５０ｎｍに発光スペクトルピークがあるものを使用し、緑色のＬＥＤ１として波長５１５〜５３５ｎｍに発光スペクトルピークがあるものを使用し、青色のＬＥＤ１として波長４４０〜４７０ｎｍに発光スペクトルピークがあるものを使用する。光源の形態としては、ＲＧＢの発光素子をそれぞれパッケージングして単色発光ランプとしてもよいし、複数の発光素子を１つにパッケージングして多色発光ランプとしてもよい。また、基板２に発光素子を直接実装してもよい。なお、ＲＧＢの各ＬＥＤ１の数量や配置場所は、所望の白色色度が得られるようにあらかじめ決定される。

カラーセンサー８は、シリコンなどのフォトダイオードで構成される。図２に示すようなＲＧＢ波長感度特性を有するＲＧＢの各フォトダイオードを一体化させて組成することができる。あるいは、ＲＧＢの各フォトダイオードのそれぞれを近接させて配置するものでもよい。ＲＧＢのそれぞれに対応するフォトダイオードは、フォトダイオードの受光部にカラーフィルターを形成することで、他色の入光を排除することができる。例えば、赤色光を入光するフォトダイオードの場合は、青色光および緑色光を排除するカラーフィルターをフォトダイオードの受光部に形成する。なお、カラーセンサー８は、フォトダイオードに限定することなく、光電子倍増管やＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）などの受光素子を利用することも可能である。

温度センサー９は、ユニットケース７内部の側面や底面などに配置され、ＬＥＤ１の周囲の温度を測定する。温度センサー９には、検出温度に対する出力のリニアリティに優れ、チップ内にセンサー部、定電流回路、オペアンプが集積されているＩＣタイプを用いるとよい。

図３は、制御部１０の構成を示す機能ブロック図である。同図に示すように、制御部１０は、カラーセンサーデータ処理部１１、比較演算処理部１２およびＬＥＤ駆動部１３を備えている。カラーセンサーデータ処理部１１は、カラーセンサー８が受光したＬＥＤ１の発光強度を入力し、Ａ／Ｄ変換回路によりアナログ値からデジタル値へと変換して、比較演算処理部１２へ出力する。

比較演算処理部１２は、カラーセンサー８の検出値を入力し、あらかじめ設定されている所望の輝度および色度に対応する値と比較して、ＬＥＤ１を駆動する駆動パルス幅を導出し、その結果をＬＥＤ駆動部１３へ出力する。駆動パルス幅を長くすることにより、ＬＥＤ１の発光強度を強くすることができる。

さらに、比較演算処理部１２は、温度センサー９が測定した温度を入力し、温度変化による発光波長の変化を補正するための印加ピーク電流値を導出し、ＬＥＤ駆動部１３へ出力する。ＬＥＤの発光波長は、高温になるほど長波長側にシフトするのに対し、印加するピーク電流値が大きくなるほど短波長側にシフトする。温度センサー９の測定値に対するＬＥＤ１の発光波長の変化量、印加ピーク電流に対するＬＥＤ１の発光波長の変化量をあらかじめ算出しておき、印加ピーク電流値の導出の際に参照して、印加ピーク電流値を変化させることにより、各色のＬＥＤ１の発光波長を保つことができる。

ＬＥＤ駆動部１３は、入力された駆動パルス幅および印加ピーク電流値に基づいてＬＥＤ１を駆動する。なお、カラーセンサーデータ処理部１１、比較演算処理部１２およびＬＥＤ駆動部１３の機能は、マイコンやＩＣなどに複合化することも可能である。以下、ＬＥＤ１を制御する処理について説明する。

図４は、ＬＥＤ１を制御する処理を示すフローチャートであり、図５は、時間経過後のＬＥＤ１の発光スペクトルを補正する様子を示すグラフである。同図（ａ）は、バックライト装置を点灯してから一定時間が経過したときにＬＥＤ１の発光スペクトルが変化した様子を示すグラフであり、同図（ｂ）は、印加ピーク電流値を変化させて、発光波長を補正した後のＬＥＤ１の発光スペクトルを示すグラフであり、同図（ｃ）は、駆動パルス幅を変化させて、発光強度を補正した後のＬＥＤ１の発光スペクトルを示すグラフである。

まず、ステップＳ１０１において、温度センサー９により測定されたユニットケース７内部の温度を取得する。次に、ステップＳ１０２において、取得した温度に対応したＬＥＤ１の発光波長の変化量を求め、発光波長を補正するための印加ピーク電流値を導出する。導出した印加ピーク電流値によりＬＥＤ１を駆動する。印加ピーク電流値を変更することにより、図５（ｂ）に示すように、ＬＥＤ１の発光波長のずれが補正される。

続いて、ステップＳ１０３において、カラーセンサー８によりＬＥＤ１の発光強度を検出する。この時点において、ＬＥＤ１の発光波長は補正されているので、正確な発光強度を得ることができる。次に、ステップＳ１０４において、取得した発光強度に基づいて駆動パルス幅を導出し、導出した駆動パルス幅によりＬＥＤ１を駆動する。駆動パルス幅を変更することにより、図５（ｃ）に示すように、ＬＥＤ１の発光強度が補正されて点灯初期の状態に近づくので、バックライト装置の発光面の輝度の変化を抑えることができる。また、各色のＬＥＤ毎に上記処理を行うことで、各色のＬＥＤの温度に対する発光効率の変化量が異なっていても、各色のＬＥＤ毎に発光強度をより正確に補正することにより、色度の変化を抑えることができる。図４に示す処理は、短時間の内に実行されるので、視感上の色変化としては、ほとんど認識されない。

したがって、本実施の形態によれば、ＬＥＤ１を用いたバックライト装置に、温度センサー９と、カラーセンサー８とを備え、温度センサー９により測定されたＬＥＤ１の周囲の温度に基づいて印加ピーク電流値を導出して、ＬＥＤ１を駆動するとともに、カラーセンサー８により検出されたＬＥＤ１の発光強度に基づいて駆動パルス幅を導出して、ＬＥＤ１を駆動することにより、ＬＥＤ１の発光波長の変化や発光強度の変化が補正されるので、バックライト装置の発光面の輝度および色度の変化を防止することができる。

なお、上記実施の形態においては、ＬＥＤをバックライト装置の全面に配置した直下方式のバックライト装置について説明したが、バックライト装置のエッジ部にＬＥＤを配置し、導光板を介して照明する導光板方式のバックライト装置であってもよい。

一実施の形態におけるバックライト装置の構成を示す分解斜視図である。 カラーセンサーの受光感度を示す波長特性図である。 制御部の構成を示す模式図である。 ＬＥＤを制御する処理の概要を示すフローチャートである。 ＬＥＤの発光スペクトルの変化の様子を示すグラフであり、（ａ）は、時間経過後に発光波長や発光強度が変化したＬＥＤの発光スペクトルの様子を示すグラフであり、（ｂ）は、印加ピーク電流値を変更して発光波長を補正したＬＥＤの発光スペクトルの様子を示すグラフであり、（ｃ）は、駆動パルス幅を変更して発光強度を補正したＬＥＤの発光スペクトルの様子を示すグラフである。

符号の説明

１…ＬＥＤ
２…基板
３…フロントフレーム
４…レンズシート
５ａ，５ｂ…拡散シート
６…拡散板
７…ユニットケース
８…カラーセンサ−
９…温度センサ−
１０…制御部

Claims (3)

1. 発光素子と、
   前記発光素子の周囲の温度を測定する温度センサーと、
   前記発光素子が発光した光を受光するカラーセンサーと、
   前記温度センサーの測定値に基づいて前記発光素子の駆動電流値を制御する第１の制御手段と、
   前記カラーセンサーの出力値に基づいて前記発光素子の駆動パルス幅を制御する第２の制御手段と、
   を有することを特徴とするバックライト装置。
2. 赤色、緑色、青色の光をそれぞれ単色発光する複数の発光素子を有することを特徴とする請求項１記載のバックライト装置。
3. 発光素子と、温度センサーと、カラーセンサーと、を備えたバックライト装置の駆動方法であって、
   前記温度センサーにより、前記発光素子の周囲の温度を測定するステップと、
   前記温度センサーの測定値に基づいて前記発光素子の駆動電流値を制御するステップと、
   前記カラーセンサーにより、前記発光素子が発光した光を受光するステップと、
   前記カラーセンサーの出力値に基づいて前記発光素子の駆動パルス幅を制御するステップと、
   を有することを特徴とするバックライト装置の駆動方法。

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