JP2015141764A - 発光装置、バックライト装置、及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源構成や制御の複雑化を抑制しつつ、広色域でかつ色の感じ方に個人差が生じにくい発光装置を提供する。【解決手段】第１の光源と第２の光源とを備える発光装置であって、第１の光源と第２の光源はともに所定の第１の波長範囲に発光又は励起光のピークがある青色光の分光特性を有し、第１の光源と第２の光源の少なくともいずれかは、更に所定の第２の波長範囲に発光又は励起光のピークがある緑色光と所定の第３の波長範囲に発光又は励起光のピークがある赤色光との少なくともいずれかの分光特性を有し、第１の光源と第２の光源とをともに発光させたときに得られる合成分光特性は、第１の波長範囲、第２の波長範囲、及び第３の波長範囲にピークを有し、かつ、第１の波長範囲のピークの半値幅は他の波長範囲のピークの半値幅より広く、第１の波長範囲のピークは、ピーク波長を中心としてほぼ対称の形状を有することを特徴とする発光装置。【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置、バックライト装置、及び表示装置に関するものである。

発光ダイオード（以下、ＬＥＤ：Light Emitting Diode）のように色純度が高い光源を複数個使用するバックライトでは、各光源の波長バラつきによる影響でバックライトの面内の色ムラが発生する場合もある。

特許文献１には、所定の目標波長以下の波長範囲にピーク波長を有する第１の白色光源と、目標波長よりも高い波長範囲にピーク波長を有する第２の白色光源とを少なくとも１つずつ近接配置したバックライトが記載されている。この白色光源の分光特性では、ピーク波長が目標波長近傍で平均化されるため、バックライトの面内の色ムラを低減することができる。

特許文献２には、発光波長が異なる第１の光源及び第２の光源と、第１の光源からの光の一部を変換する手段と、第２の光源からの光の一部を変換する手段と、画像信号に応じて光強度を変調する光変調手段を備えた表示装置が記載されている。特許文献２では、一つの画像を複数のサブ画像から形成するように制御したとき、サブ画像に対応して第１の光源と第２の光源との発光を切り替える技術が記載されている。

特許文献３には、発光波長が異なる第１の光源と第２の光源と、第１のサブピクセルと、第２のサブピクセルと、を備える表示装置が記載されている。第１のサブピクセルは、第１の光源に照射されると第１色を放射し、第２の光源に照射されると第２色を放射し、第２のサブピクセルは、第２の光源によって照射されると第３色を放射する。特許文献３では、第１の光源と第２の光源とを交互に点灯するとともに、第１の光源によって照射されている第１サブピクセルと第２の光源によって照射されている第２サブピクセルとを独立に制御する技術が記載されている。

特開２０１１−４０６６４号公報 特開２００５−２５８２４８号公報 特開２００９−２６５１３５号公報

特許文献１で開示されている技術は、白色光を発光するＬＥＤ光源に限定されているため、広色域のバックライトには適用できない。また、特許文献１の先行技術を、赤色、緑色、青色の単色ＬＥＤを混色させて白色発光させるバックライトに適用した場合、単色光源を複数使用することによって制御回路が複雑になる。特許文献２や特許文献３で開示されている技術は、光源の発光に合わせ液晶カラーフィルタの状態も同時を切り替える技術であり広色域を実現できるが、制御が複雑になる。

この現象は、ＬＥＤのような色純度の高い光源を用いた場合により顕著となる。一方、白色光の分光特性において、赤色、緑色、青色などの各色成分にピークを有し、色純度が高い場合、色の感じ方に個人差を生じやすいことを発明者らは見出した。そのため、ある規定の白色点を白色ＬＥＤのみで実現したバックライトと、赤色、緑色、青色のＬＥＤで
実現した広色域バックライトとでは、後者の広色域バックライトでは色の感じ方に個人差が生じやすいという課題がある。

これに対し、発明者らは、白色光の分光特性のうち、４４５ｎｍ付近にピークを有する色成分の分光特性をブロードでかつピーク波長に対し称特な形状の分光特性とすることで、色の感じ方の個人差が低減することを見出した。すなわち、広色域バックライトにおいて青色成分の分光特性だけブロードかつ対称形にすることができれば、広色域表示と色の見え方の個人差の低減とを好適に両立できる。

しかし、バックライト光源として１つのＬＥＤを用いる構成では、白色光の分光特性における青色成分だけをブロードにすることは困難である。バックライト光源として赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ等のピーク波長の異なる複数のＬＥＤを用いる構成では、青色成分をブロードにするためには２種類の青色ＬＥＤを備える必要がある。そのため少なくとも赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、第１の青色ＬＥＤ、第２の青色ＬＥＤの光源が必要となり、光源構成や回路構成の複雑化を招きコストの点でも有利ではない。上記特許文献３では、光源数２で色数３を実現する構成を開示しているものの、フレーム分割やサブピクセル制御などの複雑な制御を必要する。

上記の課題に鑑み、本発明は、光源構成や制御の複雑化を抑制しつつ、広色域でかつ色の感じ方に個人差が生じにくい発光装置を提供することを目的とする。

本発明は、第１の光源と第２の光源とを備える発光装置であって、
前記第１の光源と前記第２の光源はともに所定の第１の波長範囲に発光又は励起光のピークがある青色光の分光特性を有し、
前記第１の光源と前記第２の光源の少なくともいずれかは、更に所定の第２の波長範囲に発光又は励起光のピークがある緑色光と所定の第３の波長範囲に発光又は励起光のピークがある赤色光との少なくともいずれかの分光特性を有し、
前記第１の光源と前記第２の光源とをともに発光させたときに得られる合成分光特性は、前記第１の波長範囲、前記第２の波長範囲、及び前記第３の波長範囲にピークを有し、かつ、前記第１の波長範囲のピークの半値幅は他の波長範囲のピークの半値幅より広く、前記第１の波長範囲のピークは、ピーク波長を中心としてほぼ対称の形状を有することを特徴とする発光装置である。

本発明によれば、光源構成や制御の複雑化を抑制しつつ、広色域でかつ色の感じ方に個人差が生じにくい発光装置を提供することができる。

本発明の実施例に係る画像表示装置の概略構成を示すブロック図 本発明の実施例に係るバックライトの光源１１と光源１２の配置例を示す図 実施例１の光源１１と光源１２の分光特性を示す図 実施例１の光源１１と光源１２を同時発光させたときの分光特性を示す図 実施例１の液晶信号補正後の分光特性を示す図 実施例２の光源１１と光源１２の分光特性を示す図 実施例２の光源１１と光源１２を同時発光させたときの分光特性を示す図 実施例３の光源１１と光源１２の分光特性を示す図 実施例３の光源１１と光源１２を同時発光させたときの分光特性を示す図

（実施例１）
本発明の実施例について図面を参照して説明する。実施例１は、２種類のＬＥＤを光源として白色光を発光するバックライトにおいて、白色光の分光特性が赤色、緑色、及び青色にピークを有し、青色の分光特性をブロードかつピーク波長を中心として線対称形状とする点に特徴を有する。以下、具体的な実現方法を説明する。

図１は、実施例１に係る画像表示装置の概略構成を示すブロック図である。画像表示装置１は、バックライト１０及び液晶パネル１５を有する。バックライト１０は、光源１１（第１の光源）、光源１２（第２の光源）、光源駆動回路部１３、及び光源駆動用電源部１４を有する。液晶パネル１５の各画素は、青色、緑色、及び赤色のカラーフィルタを有し、カラーフィルタ毎にバックライト１０からの光の透過率を調節することにより、透過光を白色光としたり画像信号に応じた画像を表示したりする。

次に、図２は光源１１と光源１２の配置例を示す図である。図２に示すように、実施例１のバックライト１０では、光源１１と光源１２を交互に配置して各光源からの光が混色しやすくなるようにしている。なお、２種類の光源１１と光源１２の配置は図２に示す配置例に限られない。

次に、光源１１と光源１２の分光特性を図３に示す。図３の分光特性１６は光源１１の分光特性、分光特性１７は光源１２の分光特性である。図３で示すように、光源１１は主波長が所定の第１の波長範囲（４００ｎｍから４７０ｎｍ）にある青色光を発するＬＥＤとし、このＬＥＤによって、主波長が所定の第２の波長範囲（５２０ｎｍから５５０ｎｍ）にある緑色光を励起するものとする。光源１２は、光源１１と同様、主波長が第１の波長範囲にある青色光を発するＬＥＤであるが、光源１２の発する青色光の主波長は、光源１１の発する青色光の主波長とは異なる。このＬＥＤによって第３の波長範囲（６００ｎｍから６４０ｎｍ）に主波長がある赤色光を励起するものとする。

光源駆動回路部１３は、光源１１と光源１２を駆動する回路である。光源駆動回路部１３は定電流回路及びパルス幅制御回路から構成され、所望の輝度及び白色点を得るように、光源１１及び光源１２に流す電流とパルス幅を調整する。
光源駆動用電源部１４は、光源１１及び光源１２を点灯させるために必要な電力を生成し、光源駆動回路部１３に供給する電源である。光源駆動用電源部１４で生成する電圧は光源１１及び光源１２の順方向降下電圧以上の電圧とする。
液晶パネル１５は、画像出力装置（図示省略）から送信される画像信号に応じた画像を表示する。

次に、実施例１の光源１１と光源１２の特徴を述べる。
実施例１では、光源１１と光源１２の第１の波長範囲における分光特性を足し合わせた合成分光特性の半値幅が、光源１１単体又は光源１２単体の分光特性の半値幅よりも広くなるような構成とする。さらに合成分光特性のピーク波長に対して、合成分光特性の長波長側と短波長側が対称形になるような構成とする。また、合成分光特性のピーク波長は４４５ｎｍ付近（例えば４４５ｎｍ±２ｎｍ）となるような構成とする。４４５ｎｍ付近とする理由は、実験の結果、白色光の分光特性における４４５ｎｍを中心とした青色成分の分光特性をブロードとした場合に、色の感じ方の個人差が最も少なかったからである。

上記のように構成された光源１１と光源１２を同時に発光させたときに得られる分光特性を図４に示す。図４で示すように、同時発光させたときの分光特性１８は、ピーク波長の４４５ｎｍ付近において、ピーク波長より長波長側と短波長側とが対称形となる。このような分光特性することで色の感じ方の個人差を抑制したバックライトとすることができる。
液晶パネル１５へ入力する画像信号に対する信号処理によりカラーフィルタの透過光の分光特性は図５の分光特性１９に示すものとなり、信号処理により所望の白色点を表示できるようになる。

実施例１では、２種類の光源１１と光源１２のみの構成で、第１の波長範囲、第２の波長範囲、第３の波長範囲それぞれに異なるピークを持ち、第１の波長範囲の波長４４５ｎｍのピークのみブロードかつ対称形の形状を持つ分光特性を実現している。この構成により、従来の赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ３種類の光源を用いたバックライトより少ない光源数で、広色域表示と色の見え方の個人差の軽減を好適に両立させたバックライトを実現することができる。また、この白色光の分光特性は２種類の光源１１と光源１２を同時点灯させれば得られるため、従来技術のようなサブフレーム分割による光源の点灯切替制御や複数サブピクセルの切替制御といった複雑な制御が不要である。

なお、実施例１において第１の光源１１と第２の光源１２のいずれも、第１の波長範囲に発光又は励起光のピークがある青色光の分光特性を有し、更に第２の波長範囲と第３の波長範囲との少なくともいずれかに発光又は励起光のピークがある分光特性を有する。具体的には、第１の光源１１は第１の波長範囲に発光のピークを有し、第２の波長範囲に励起光のピークを有し、第２の光源１２は第１の波長範囲に発光のピークを有し、第３の波長範囲に励起光のピークを有する。第１の光源１１の第１の波長範囲のピークと第２の光源１２の第１の波長範囲のピークとはピーク波長が互いに異なり、一方のピークは所定のピーク波長（４４５ｎｍ±２ｎｍ）より長波長側の波長であり、他方のピークは所定のピーク波長より短波長側の波長である。第１の光源１１と第２の光源１２を発光させたときに得られる合成分光特性は、第１の波長範囲、第２の波長範囲、及び第３の波長範囲にピークを有し、第１の波長範囲のピークの半値幅は他の波長範囲のピークの半値幅より広い。さらに、第１の波長範囲のピークは、ピーク波長を中心としてほぼ対称の形状を有する。なお、第１の光源の第１の波長範囲のピークと第２の光源の第１の波長範囲のピークとは、ピーク波長がほぼ等しく半値幅が互いに異なる構成としても、第１の波長範囲の分光特性をブロードにできる。

（実施例２）
図６は、本発明の実施例２に係るバックライトの光源１１の分光特性２０と光源１２の分光特性２１を示す図である。
実施例２は、実施例１に対し、光源の構成は同様だが、各光源の分光特性が異なり、図６で示すように光源１１は主波長が所定の第４の波長範囲にある紫外を発するＬＥＤとし、このＬＥＤによって主波長が第１の波長範囲にある青色光を励起する。また、光源１２は主波長が第１の波長範囲にある青色光を発するＬＥＤとし、このＬＥＤによって主波長が第２の波長範囲にある緑色光と主波長が第３の波長範囲にある赤色光を励起する。

実施例２では、光源１１は主波長が第４の波長範囲にある紫外光を発するＬＥＤであり、このＬＥＤによって励起される青色光の分光特性のピーク波長が４４５ｎｍ付近となるものとする。また、光源１２は主波長が第１の波長範囲にある青色光を発するＬＥＤであり、ピーク波長が４４５ｎｍ付近となるものとする。

このような構成の光源１１と光源１２の分光特性を足し合わせた合成分光特性を図７に示す。図７で示すように光源１１と光源１２の分光特性を足し合わせた合成分光特性２２では、青色の分光特性が、４４５ｎｍをピークとするブロードかつ対称形の分光特性となるため、色の見え方の個人差を抑制したバックライトとすることができる。
実施例２の光源構成とすることにより、実施例１よりも第１の波長範囲の分光特性をブロードな特性とすることができるため、色の感じ方の差をさらに抑制することができる。

なお実施例２において第１の光源１１と第２の光源１２のいずれも、第１の波長範囲に発光又は励起光のピークがある分光特性を有し、第２の光源１２は更に第２の波長範囲と第３の波長範囲の少なくともいずれかに発光又は励起光のピークがある分光特性を有する。具体的には、第１の光源１１は第４の波長範囲に発光のピークを有し、第１の波長範囲に励起光のピークを有し、第２の光源１２は第１の波長範囲に発光のピークを有し、第２の波長範囲及び第３の波長範囲に励起光のピークを有する。第１の光源１１の第１の波長範囲のピークと第２の光源１２の第１の波長範囲のピークとは、ピーク波長が所定のピーク波長（４４５ｎｍ±２ｎｍ）でほぼ等しく半値幅が互いに異なる。第１の光源１１と第２の光源１２を発光させたときに得られる合成分光特性は、第１の波長範囲、第２の波長範囲、及び第３の波長範囲にピークを有し、第１の波長範囲のピークの半値幅は他の波長範囲のピークの半値幅より広い。さらに、第１の波長範囲のピークは、ピーク波長を中心としてほぼ対称の形状を有する。なお、第１の光源１１の第１の波長範囲のピークと第２の光源１２の第１の波長範囲のピークとは、ピーク波長が互いに異なる構成としても、第１の波長範囲の分光特性をブロードにできる。

（実施例３）
図８は、本発明の実施例３に係るバックライトの光源１１の分光特性２３と光源１２の分光特性２４を示す図である。
実施例３では、実施例１に対し、光源の構成は同様だが、各光源の分光特性が異なる。図８で示すように、光源１１は主波長が第１の波長範囲にある青色光を発するＬＥＤとし、このＬＥＤによって主波長が第２の波長範囲にある緑色光及び主波長が第３の波長範囲にある赤色光を励起する。また、光源１２は主波長が第１の波長範囲にある青色光を発するＬＥＤである。

実施例３は、光源１１のＬＥＤの発する青色光の第１の波長範囲におけるピーク波長と、光源１２のＬＥＤの発する青色光の第１の波長範囲におけるピーク波長と、を異なる波長とする。また、光源１１と光源１２の分光特性を足し合わせたときの合成分光特性のピーク波長が４４５ｎｍとなるように構成する。

このように構成された光源１１と光源１２の分光特性を足し合わせたときの合成分光特性を図９に示す。図９で示すように、光源１１と光源１２を足し合わせた合成分光特性２５は４４５ｎｍをピークとするブロードな分光特性となり、色の感じ方の個人差を抑制したバックライトとすることができる。
実施例３では、光源１２の青色光源が長波長側の色の光を励起しないため、青色光源の発光効率が高まる。よって、少ない消費電力で色の感じ方の差を抑制したバックライトとすることができる。

なお、実施例３において第１の光源１１と第２の光源１２のいずれも、第１の波長範囲に発光又は励起光のピークがある青色光の分光特性を有する。第１の光源１１は、更に、第２の波長範囲に発光又は励起光のピークがある緑色光と第３の波長範囲に発光又は励起光のピークがある赤色光との少なくともいずれか分光特性を有する。具体的には、第１の光源１１は第１の波長範囲に発光のピークを有し、第２の波長範囲及び第３の波長範囲に励起光のピークを有し、第２の光源１２は第１の波長範囲に発光のピークを有する。第１の光源１１の第１の波長範囲のピークと第２の光源１２の第１の波長範囲のピークとはピーク波長が互いに異なり、一方のピークは所定のピーク波長（４４５ｎｍ±２ｎｍ）より長波長側の波長であり、他方のピークは所定のピーク波長より短波長側の波長である。第１の光源１１と第２の光源１２を発光させたときに得られる合成分光特性は、第１の波長範囲、第２の波長範囲、及び第３の波長範囲にピークを有し、第１の波長範囲のピークの半値幅は他の波長範囲のピークの半値幅より広い。さらに、第１の波長範囲のピークは、ピーク波長を中心としてほぼ対称の形状を有する。なお、第１の光源の第１の波長範囲の
ピークと第２の光源の第１の波長範囲のピークとは、ピーク波長がほぼ等しく半値幅が互いに異なる構成としても、第１の波長範囲の分光特性をブロードにできる。

本発明は以上説明した実施例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、所定のピーク波長４４５ｎｍを主波長とするピークを有する分光特性が、所望の輝度、温度のときに実現するよう光源の主波長や蛍光体を選択してもよい。また、バックライトの輝度がユーザー調整等によって変化することを想定し、ＬＥＤの点灯輝度が変化した場合でも対応できるよう、使用環境での主波長変化をあらかじめ想定した上で光源の主波長を選択してもよい。さらに、光源１１と光源１２の配置は、拡散構造の仕様に応じて変更してもよいし、導光板を用いた拡散構造のように光源１１と光源１２を画面周囲へ配置してもよい。

なお、本実施例では、表示パネルが透過型の液晶パネルである表示装置に本発明を適用した例を説明したが、これに限らない。表示装置は、独立した光源を有する表示装置であればよい。例えば、表示装置は、液晶素子の代わりにＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）シャッターを用いたＭＥＭＳシャッター方式ディスプレイであってもよい。

１０：バックライト、１１：光源、１２：光源

Claims (13)

1. 第１の光源と第２の光源とを備える発光装置であって、
   前記第１の光源と前記第２の光源はともに所定の第１の波長範囲に発光又は励起光のピークがある青色光の分光特性を有し、
   前記第１の光源と前記第２の光源の少なくともいずれかは、更に所定の第２の波長範囲に発光又は励起光のピークがある緑色光と所定の第３の波長範囲に発光又は励起光のピークがある赤色光との少なくともいずれかの分光特性を有し、
   前記第１の光源と前記第２の光源とをともに発光させたときに得られる合成分光特性は、前記第１の波長範囲、前記第２の波長範囲、及び前記第３の波長範囲にピークを有し、かつ、前記第１の波長範囲のピークの半値幅は他の波長範囲のピークの半値幅より広く、前記第１の波長範囲のピークは、ピーク波長を中心としてほぼ対称の形状を有することを特徴とする発光装置。
2. 合成分光特性の前記第１の波長範囲におけるピークは所定のピーク波長を有する請求項１に記載の発光装置。
3. 前記所定のピーク波長は４４５ｎｍ±２ｎｍである請求項２に記載の発光装置。
4. 前記第１の光源の前記第１の波長範囲のピークと前記第２の光源の前記第１の波長範囲のピークとは、ピーク波長が互いに異なる請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置。
5. 前記第１の光源の前記第１の波長範囲のピークと前記第２の光源の前記第１の波長範囲のピークとは、ピーク波長が互いに異なり、一方のピークは前記所定のピーク波長より長波長側の波長であり、他方のピークは前記所定のピーク波長より短波長側の波長である請求項２又は３に記載の発光装置。
6. 前記第１の光源の前記第１の波長範囲のピークと前記第２の光源の前記第１の波長範囲のピークとは、半値幅が互いに異なる請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光装置。
7. 前記第１の光源の前記第１の波長範囲のピークと前記第２の光源の前記第１の波長範囲のピークとは、ピーク波長がほぼ等しく半値幅が互いに異なる請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光装置。
8. 前記第１の光源は前記第１の波長範囲にピークを有する青色光を発し、当該青色光により前記第２の波長範囲にピークを有する緑色光を励起し、
   前記第２の光源は前記第１の波長範囲にピークを有する青色光を発し、当該青色光により前記第３の波長範囲にピークを有する赤色光を励起する請求項１〜７のいずれか１項に記載の発光装置。
9. 前記第１の光源は所定の第４の波長範囲にピークを有する紫外光を発し、当該紫外光により前記第１の波長範囲にピークを有する青色光を励起し、
   前記第２の光源は前記第１の波長範囲にピークを有する青色光を発し、当該青色光により前記第２の波長範囲にピークを有する緑色光、及び前記第３の波長範囲にピークを有する赤色光を励起する請求項１〜７のいずれか１項に記載の発光装置。
10. 前記第１の光源は前記第１の波長範囲にピークを有する青色光を発し、当該青色光により前記第２の波長範囲にピークを有する緑色光、及び前記第３の波長範囲にピークを有する赤色光を励起し、
    前記第２の光源は前記第１の波長範囲にピークを有する青色光を発する請求項１〜７のいずれか１項に記載の発光装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の発光装置を有するバックライト装置。
12. 請求項１１に記載のバックライト装置と、前記バックライト装置からの光の透過率を調節することで画像を表示する表示パネルと、備える表示装置。
13. 前記表示パネルの各画素は少なくとも青色、緑色、及び赤色のカラーフィルタを有し、カラーフィルタ毎に透過率を調節することにより前記表示パネルの透過光が白色光となる請求項１２に記載の表示装置。

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