JP3733553B2

JP3733553B2 - 表示装置

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Publication number: JP3733553B2
Application number: JP2003573907A
Authority: JP
Inventors: 謙一岩内; 篤山中; 光慶瀬尾; 明美大原
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-03-01
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2006-01-11
Anticipated expiration: 2023-02-27
Also published as: CN100592837C; US7510300B2; EP1482770A4; EP1482770A1; JPWO2003075617A1; WO2003075617A1; AU2003211809A1; CN1650673A; US20050117190A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光色が複数である光源を備えた発光装置、該発光装置を用いた表示装置及び、該発光装置を用いた読み取り装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
サイドライトを含むバックライトを用いた透過型液晶や、フロントライトを用いた反射型液晶の中には、白色の冷陰極管や白色の発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源とする発光装置をバックライト又はフロントライトとして搭載してディスプレイ表示しているものがあることは、従来から公知であり、特に、近年急激な普及を見せた携帯電話には白色ＬＥＤが多く使われている。
【０００３】
しかしながら、白色の冷陰極管や白色ＬＥＤを用いた光源は、温度特性や経時変化により白色点や輝度特性が大きく変化するという問題があり、この問題を解決するために、例えば以下の二つの方法が提案されている。
【０００４】
第１の方法は、発光色の異なる複数種の光源を時間分割により切り換えて白色の光源とするときに有効な方法で、例えば特開平１０−４９０７４号公報（特許文献１）に記載されているように、各色の光源を光センサによりモニタし、光量の変化を各光源にフィードバックして白色が発光されるようにする。
【０００５】
第２の方法は、発光色の異なる複数種の光源を同時に発光させて白色光源とするときに有効な方法で、例えば特開平１１−２９５６８９号公報（特許文献２）に記載されているように、各色の光源を光センサによりモニタし、或る設定値と等しくなるように光量の変化を各光源にフィードバックし、白色が発光されるようにする。
【０００６】
上記第２の方法において、複数種の光源を同時に発光させ、それらの発光色を混合して白色を得るときの各光源の発光動作の一般例が、図１２及び図１３に示されている。複数種の光源は、例えば赤ＬＥＤ、緑ＬＥＤ及び青ＬＥＤである。これら光源の発光動作を制御する方式には、大きく分けて、図１２に示すパルス幅制御方式と図１３に示す電流値制御方式とがあり、これら二つの方式を組み合わせた方式も可能である。
【０００７】
図１２の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ、横軸に時間を、縦軸に電流値を取って赤、緑及び青の光源に流れる電流値をパルス幅制御することを示すグラフであり、光源の発光強度をパルス幅制御することにより、つまり、光源の発光強度を一定としたまま光源の発光時間長を制御することにより、見た目の発光強度を変化させる。例えば、見た目の発光強度を高くするには、光源の発光時間を長くし、見た目の発光強度を低くする場合には、光源の発光時間を短くすればよい。こうして、発光している時間と発光していない時間との長さを調整することで、光源の見た目の発光強度を制御する。
【０００８】
図１２の（ａ）に示す赤光源の発光動作を基準に考えると、図１２の（ｂ）に示す緑光源は、最初の周期では赤光源よりも短い時間発光し、次の周期では更に短い時間発光して見た目の発光強度を下げるようになっている。また、図１２の（ｃ）に示す青光源は、赤光源よりも長い時間発光し、次の周期では更に長い時間発光して見た目の発光強度を上げるようにしている。
【０００９】
このように、パルス幅制御方式においては、光源に流れる電流値は一定としたまま、光源の発光時間を所定の頻度で制御する。このときの頻度は、人の目に感知されない周期、例えば６０Ｈｚ以上に設定する必要があり、一方、余りに頻度を高くすると駆動回路のコストが上がるので、一般的には２００Ｈｚ程度に設定される。
【００１０】
図１３の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）もそれぞれ、図１２と同様に、横軸に時間を取り、縦軸には電流値を取って赤、緑及び青の光源に流れる電流値を連続的に変化させることを示すグラフである。この場合には、各光源に流れる電流の大きさを時間と共に連続的に変化させることで、光源の発光強度を制御しようとするもので、発光強度を高くするには電流値を上げ、発光強度を低くするには電流値を下げるという操作を行えばよい。例えば、図１３の（ａ）に示す赤光源はそこに流れる電流値を増すことで発光強度を上げ、図１３の（ｂ）に示す緑光源は電流値を減らすことによって発光強度を下げている。図１３の（ｃ）に示すように、時間的に一定の電流を流すことで、発光強度を一定に保つ場合もある。
（特許文献１）
特開平１０−４９０７４号公報
（特許文献２）
特開平１１−２９５６８９号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上で説明した第１の方法及び第２の方法には、次のような問題がある。まず、特開平１０−４９０７４号公報に記載されたような時間分割切り換え方式は、１種類の光センサで光源の発光強度をモニタすることが可能であるという利点があるものの、光源を１種類ずつ順次点灯させる時間分割方式にのみ有効な方式であり、時間分割方式以外の方式には適用することができないという致命的な問題がある。
【００１２】
また、特開平１１−２９５６８９号公報に記載されたような同時発光方式においては、赤、緑及び青の光源に対応した３種類の光センサに加えて色分離フィルタを用いる必要があることに起因してコストが高いという問題や、３種類の光センサを全く同一の場所に設置することが不可能であることに起因して光センサ出力にバラツキが生じて発光強度の制御が不正確になるという問題がある。
【００１３】
更に、バックライトは本来その全面が均一に発光することが望ましいが、実際には均一に発光させることは難しいため、輝度ムラが生じるのが普通である。また、白色で発光する光源ではなく、赤光源、緑光源及び青光源という３種類の光源を用いたときには、各光源からの光が完全には混色されないことによる色ムラの発生も懸念される。こうした輝度ムラや色ムラが生じる場合には、表示装置の設置場所によってバラツキが問題になる。
【００１４】
本発明は、上記種々の課題に鑑みて提案されたものであり、本発明の目的は、少ない種類の光センサで複数種の光源の発光強度をモニタし、白色点や輝度特性を制御することが可能な発光装置並びに該発光装置を用いた表示装置及び読み取り装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の表示装置は、発光色が異なる複数種の光源と、前記複数種の光源のうち少なくとも一つの光源の発光強度をモニタする光検出手段と、前記複数種の光源のすべてを所定の発光輝度で同時に発光させる発光期間と、前記複数種の光源のうち少なくとも一つ以上且つ前記光源の種類の数より少ない種類の光源を消灯する、１／６０秒以下の監視期間とを設けるように制御する発光制御手段とを備えた発光装置が、液晶パネルの前方または後方に配置された表示装置において、前記発光制御手段は、前記液晶パネルの入力映像信号に含まれる輝度信号のレベルが所定の閾値以下になったとき、前記監視期間を開始して、該監視期間における前記光検出手段からの発光強度情報を用いて、前記複数種の光源のうち少なくとも一つの光源の発光強度を制御することにより、前記複数種の光源による合成光を所望の輝度又は色度に調整することを特徴とし、これにより上記目的が達成される。
【００１６】
また、本発明の表示装置は、発光色が異なる複数種の光源と、前記複数種の光源のうち少なくとも一つの光源の発光強度をモニタする光検出手段と、前記複数種の光源のすべてを所定の発光輝度で同時に発光させる発光期間と、前記複数種の光源のうち少なくとも一つ以上且つ前記光源の種類の数より少ない種類の光源を消灯する、１／６０秒以下の監視期間とを設けるように制御する発光制御手段とを備えた発光装置が、液晶パネルの前方または後方に配置された表示装置において、前記発光制御手段が、前記監視期間における前記光検出手段からの発光強度情報を用いて、前記複数種の光源のうち少なくとも一つの光源の発光強度を制御することにより、前記複数種の光源による合成光を所望の輝度又は色度に調整するとともに、前記監視期間における前記発光装置の発光強度の低下を相殺するように、前記液晶パネルの駆動信号の大きさを伸長することを特徴とする。
【００１７】
前記発光制御手段は、前記複数種の光源のうち少なくとも一つ以上且つ前記光源の種類の数より少ない種類の光源を点灯するタイミングまたは消灯させるタイミングのいずれか一方を、その他の光源を点灯するタイミングまたは消灯させるタイミングに対してずらすことにより、前記監視期間を設けることを特徴としてもよい。
【００１８】
本発明の表示装置は、発光色が異なる複数種の光源と、前記複数種の光源のうち少なくとも一つの光源の発光強度をモニタする光検出手段と、前記複数種の光源のすべてを所定の発光輝度で同時に発光させる発光期間と、前記複数種の光源のうち少なくとも一つ以上且つ前記光源の種類の数より少ない種類の光源の発光強度を減少させる、１／６０秒以下の監視期間とを設けるように制御する発光制御手段とを備えた発光装置が、液晶パネルの前方または後方に配置された表示装置において、前記発光制御手段は、前記液晶パネルの入力映像信号に含まれる輝度信号のレベルが所定の閾値以下になったとき、前記監視期間を開始して、該監視期間における前記光検出手段からの発光強度情報を用いて、前記複数種の光源のうち少なくとも一つの光源の発光強度を制御することにより、前記複数種の光源による合成光を所望の輝度又は色度に調整することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の表示装置は、発光色が異なる複数種の光源と、前記複数種の光源のうち少なくとも一つの光源の発光強度をモニタする光検出手段と、前記複数種の光源のすべてを所定の発光輝度で同時に発光させる発光期間と、前記複数種の光源のうち少なくとも一つ以上且つ前記光源の種類の数より少ない種類の光源の発光強度を減少させる、１／６０秒以下の監視期間とを設けるように制御する発光制御手段とを備えた発光装置が、液晶パネルの前方または後方に配置された表示装置において、前記発光制御手段が、前記監視期間における前記光検出手段からの発光強度情報を用いて、前記複数種の光源のうち少なくとも一つの光源の発光強度を制御することにより、前記複数種の光源による合成光を所望の輝度又は色度に調整するとともに、前記監視期間における前記発光装置の発光強度の低下を相殺するように、前記液晶パネルの駆動信号の大きさを伸長することを特徴とする。
【００２１】
前記発光制御手段は、前記複数種の光源のうち少なくとも一つ以上且つ前記光源の種類の数より少ない種類の光源を前記所定の発光強度にするタイミングまたは前記発光強度を減少させるタイミングのいずれか一方を、その他の光源を前記所定の発光強度にするタイミングまたは前記発光強度を減少させるタイミングに対してずらすことにより、前記監視期間を設けることを特徴としてもよい。
【００２２】
前記光検出手段は、前記複数種の光源のうち少なくとも一つ以上且つ前記光源の種類の数より少ない種類の光源の発光波長を中心に、その分光感度特性を視感度特性にほぼ一致させていることを特徴としてもよい。
【００２３】
前記光検出手段は、赤外線をカットする視感度フィルタを備えたことを特徴としてもよい。
【００２４】
前記発光制御手段は、前記複数種の光源のすべての光源を消灯する期間を設け、前記光検出手段は、前記複数種の光源のすべての光源を消灯した状態での光量をモニタし、前記複数種の光源のすべての光源を消灯した状態での光量に基づいて、前記監視期間における前記光検出手段からの発光強度情報を補正することを特徴としてもよい。
【００２５】
前記発光装置が、３種類の前記光源を複数設けた光源ユニットと、該光源ユニットからの光を面内に均一に照射するための導光板と、該導光板の近傍位置に設けられた前記光検出手段としての光センサとを備えたことを特徴としてもよい。
【００２６】
前記発光装置が、１または２種類の前記光源を複数設けた第１の光源ユニットと、該第１の光源ユニットからの光を面内に均一に照射するための第１の導光板と、これらの光源とは異なる２または１種類の前記光源を設けた第２の光源ユニットと、該第２の光源ユニットおよび前記第１の導光板からの光を面内に均一に照射するための第２の導光板と、該第１および第２の両導光板の近傍位置に設けられた前記光検出手段としての光センサとを備えたことをを特徴としてもよい。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の若干の第１〜第４実施形態について説明する。
【００３２】
（第１実施形態の第１駆動例）
図１は、本発明に係る発光装置の第１実施形態を概略的に示している。この第１の実施の形態においては、発光装置１０Ａは、基本構成として、３種類の異なる発光色の光源が配置されている光源ユニット１と、光源ユニット１から発せられる３種類の異なる光を色むら無く白色として認識させるための色混合部材２と、色混合部材２において混合された白色光を表示装置（図２参照）のパネル全体に誘導するための導光板３と、導光板３を伝わってきた光の強度をモニタするための光検出手段としての光センサ４と、モニタ期間においてモニタ用に３種類の光源の発光強度を発光制御して得た光源の発光強度情報をモニタ結果として光センサ４から入力し、その発光強度情報に基づいて所定の発光強度になるように３種類の光源を発光制御する発光制御手段１１とを備えている。
【００３３】
図２は、図１に示す発光装置１０Ａをバックライト又はフロントライトとして使用する液晶表示装置２０を示しており、導光板３の前方（または後方）に液晶パネル５が配置される。つまり、液晶パネル５が透過型の場合には、液晶パネル５は導光板３の前方即ちユーザ側に配置され、また、液晶パネル５が反射型の場合には、図示していないが液晶パネル５は導光板３の後方に配置される。
【００３４】
なお、図１及び図２においては、理解し易いように各部品を互いに離して記載しているが、実際には各部品が密着することが望ましい。また、図１は、理解を容易にするために各部品の大小関係を誇張して記載しており、各部品の大きさは実際とは異なる。
【００３５】
図１及び図２に示す発光装置１０Ａにおいては、３色の光源として、光の３原色である赤、緑及び青の各ＬＥＤが光源ユニット１に配置され、光混合部材２を通ることによりミキシングされて白色光になった後、導光板３を通り光センサ４で受光され、光センサ４からは、発光したＬＥＤからの光の強度の和に相当する検出出力が生成される。通常、赤、緑及び青の各ＬＥＤは、同時に点灯した場合、各ＬＥＤの適切な発光強度比により白色光を作るが、各ＬＥＤの発熱による発光効率の温度特性は各色によって異なるため、白色の色バランスが崩れ、白色点が大きくずれてしまう。また、経時変化による白色点のずれも生じ得る。
【００３６】
そこで、本発明の発光制御手段１１においては、光源ユニット１内の赤、緑及び青の各ＬＥＤが同時に動作して白色光が発光されているときに、短時間の監視期間（モニタ期間）を間欠的に設け、その監視期間には、時間をずらせて順に１個又は２個のＬＥＤを独立に点灯させ、残りのＬＥＤを消す。例えば、監視期間には、赤、緑及び青の各ＬＥＤは例えば２００Ｈｚのパルス周波数で順にパルス駆動される。
【００３７】
例えば、上記の監視期間に赤、緑及び青の各ＬＥＤをこの順で１種類ずつ発光させ、一つのＬＥＤが点灯している期間には他の２種類のＬＥＤを消すよう駆動すると、２種類の光源が消灯している時間はＬＥＤをパルス駆動する周波数の１周期である１／２００秒であり、３種類のＬＥＤを順に点灯させる場合には、監視期間はわずかに３／２００秒でしかない。この動作を発光制御手段１１の一例として発光制御手段１１Ａが行い、これを図３に示す。図３において、（ａ）は赤のＬＥＤの発光強度、（ｂ）は緑のＬＥＤの発光強度、（ｃ）は青のＬＥＤの発光強度の時間的変化をそれぞれ示しており、縦軸は発光強度を、横軸は時間を示している。
【００３８】
図３の（ａ）〜（ｃ）において、時間ｔ１〜ｔ２の期間においては、赤、緑及び青のすべてのＬＥＤが点灯している。このため、発光装置１０Ａは白色光を発する。その後、時間ｔ２に監視期間が開始され、赤のＬＥＤのみ発光し、緑と青のＬＥＤは消灯し、結果として発光装置１０Ａは赤色光を発する。時間ｔ２から１／２００秒経過して時間ｔ３になると、緑のＬＥＤが点灯して赤のＬＥＤは消灯し、青のＬＥＤは消灯状態を維持する。更に１／２００秒経過して時間ｔ４になると、青のＬＥＤが点灯し、緑のＬＥＤは消灯し、赤のＬＥＤは消灯状態を維持する。その時点から更に１／２００秒経過した時間ｔ５において監視期間は終了し、３種類のＬＥＤ全部が点灯して発光装置１０Ａは白色光を提供する。
【００３９】
このように、監視期間ｔ２〜ｔ５の間だけ、光源ユニット１内の各ＬＥＤの発光強度を光センサ４でモニタする。この場合、赤、緑、青それぞれのＬＥＤを独立にモニタしているので、特別な演算を行うことなく、各ＬＥＤの発光特性を得ることができる。こうして得た赤、緑及び青の各ＬＥＤの発光強度を基準値と比較し、その差がゼロになるよう、当該ＬＥＤにフィードバックをかけて発光強度を調整することにより、発光装置１０Ａを任意の白色点に安定させることができる。こうした調整の結果、各ＬＥＤの時間ｔ２以前の発光強度と時間ｔ５以降の発光強度とは、各ＬＥＤにフィードバックがかかる前とかかった後の状態であるため、厳密には異なってくる。
【００４０】
なお、監視期間ｔ２〜ｔ５においては、目に入る光の強度が１／３になるが、監視期間は、例えば３／２００秒のように極めて短いため、二つのＬＥＤの消灯による発光装置１０Ａの減光の影響はほとんど気にならないレベルであると言ってよい。
【００４１】
各ＬＥＤの発光特性をモニタする頻度は、例えば１分間に１回程度でよい。つまり、監視期間は１分間隔程度に設定されるのでよい。しかし、いずれかのＬＥＤの発光特性が大きく変化する場合には、それよりも短い時間間隔でＬＥＤをモニタすることが必要であり、逆に、各ＬＥＤの発光特性が小さな変化を示している間は、もっと長い時間間隔でモニタを行うのでもよい。
【００４２】
（第１実施形態の第２駆動例）
上記第１実施形態の第１駆動例の図３においては、発光制御手段１１Ａにより、各監視期間には３種類のＬＥＤが一つづつ順に点灯し、１種類のＬＥＤが点灯している期間には残りの２種類のＬＥＤは消えているので、短時間であるとはいえ、監視期間において２種類のＬＥＤの消灯による減光、すなわち、光源ユニット１からの発光量の減少が生じる。こうした減光の影響を回避するための一つのモニタ方法として、本第１実施形態の第２駆動例では、発光制御手段１１の他の一例として発光制御手段１１Ｂが各監視期間に３種類のＬＥＤが二つづつ順に点灯し、２種類のＬＥＤが点灯している期間には残りの１種類のＬＥＤが消えている場合である。
【００４３】
図４の（ａ）〜（ｃ）は、監視期間に３種類の各ＬＥＤのうちの２種類を組み合わせを変えて順に点灯させる（換言すると、監視期間に順に１個のＬＥＤを消灯する）モニタ方法を示している。図４の（ａ）〜（ｃ）は、赤のＬＥＤの発光強度、緑のＬＥＤの発光強度及び青のＬＥＤの発光強度をそれぞれ示しており、縦軸は発光強度を、横軸は時間を示している。
【００４４】
図４の（ａ）〜（ｃ）においては、時間ｔ１〜ｔ２の期間においては、赤、緑及び青のすべてのＬＥＤが点灯している。このため、発光装置１０Ａは白色光を発する。その後、時間ｔ２に監視期間が開始され、赤のＬＥＤのみ消灯され、緑と青のＬＥＤが点灯状態を維持し、その結果として発光装置１０Ａはシアン光を発する。時間ｔ２から１／２００秒経過して時間ｔ３になると、赤と青のＬＥＤが点灯状態となり、緑のＬＥＤが消灯する。その結果、発光装置１０Ａはマゼンタの光を発する。更に１／２００秒経過して時間ｔ４になると、赤と緑の各ＬＥＤが点灯状態となり、青のＬＥＤは消灯し、結果として発光装置１０Ａはイエローの光を発する。その時点から更に１／２００秒経過した時間ｔ５において監視期間は終了し、３種類のＬＥＤ全部が点灯して発光装置１０Ａは白色光を提供する。
【００４５】
このようにして、図４の（ａ）〜（ｃ）の場合には、各監視期間には順に１種類のＬＥＤを消灯するだけであるから、その間に目に入る光の強度は２／３となり、減光の度合いは図３の場合に比べて改善される。いま、赤のＬＥＤの発光強度をｒ、緑のＬＥＤの発光強度をｇ、青のＬＥＤの発光強度をｂとすると、各監視期間毎にｇ＋ｂ、ｒ＋ｂ及びｒ＋ｇの三つの値が得られるので、これらの値からｒ、ｇ及びｂを求めてそれを基準値と比較し、その差がゼロになるよう、当該ＬＥＤにフィードバックをかけて発光強度を調整することにより、発光装置１０Ａを任意の白色点に安定させることが可能となる。この結果、図４の（ａ）〜（ｃ）における各ＬＥＤの時間ｔ２以前の発光強度と時間ｔ５以降の発光強度は、各ＬＥＤにフィードバックがかかる前とかかった後の状態を示しているため、厳密には異なっている。
【００４６】
なお、監視期間ｔ２〜ｔ５においては、目に入る光の強度が２／３になるが、監視期間は、例えば３／２００秒のように極めて短いため、１種類のＬＥＤの消灯による減光の影響はほとんど気にならないレベルであると言える。
【００４７】
図４の場合に各ＬＥＤの発光特性をモニタする頻度は、例えば１０秒に１回程度でよい。つまり、監視期間は１０秒間隔程度に設定されるのでよい。しかし、いずれかのＬＥＤの発光特性が大きく変化する場合には、それよりも短い時間間隔でＬＥＤをモニタすることが必要であり、逆に、ＬＥＤの発光特性が小さな変化を示している間は、もっと長い時間間隔でモニタを行うのでもよい。
【００４８】
なお、図４の場合、赤、緑及び青の各ＬＥＤのうちの１種類のＬＥＤをどの順序で消灯してもよく、また、一つの監視期間に３種類の各ＬＥＤを１個ずつ順に消灯しなければならない訳ではなく、一つの監視期間には１種類のＬＥＤのみ消灯させて三つの監視期間で全ＬＥＤが順に消灯したことになるようにしてもよい。
【００４９】
監視期間における各ＬＥＤの消灯による減光の影響を、図４について説明した例よりも更に小さくするには、各ＬＥＤの発光強度のモニタを、一定の時間間隔で行うのではなく、表示画面全体が暗くなったときに行うのがよい。これは、一般のテレビ放送ではコマーシャルの切れ目に黒に近い表示状態が現れることが多いという事実を利用すれば実現可能であり、液晶パネル５に入力される映像信号のうちの輝度信号が黒レベルに近いことが検出されたときに監視期間を開始し、１種類又は２種類のＬＥＤの発光強度をモニタする。このＬＥＤのモニタのために１種類又は２種類のＬＥＤを消灯しても、液晶パネル５には暗い画面が表示されているときであるから、ＬＥＤの消灯による減光の影響は無いに等しい。
【００５０】
（第１実施形態の第３駆動例）
上記第１実施形態の第１，２駆動例において、監視期間におけるＬＥＤの消灯による減光の影響を皆無にすることも可能である。これは、黒に近い画像が無い場合に有効な方法である。前記のとおり、上記第１実施形態の第２駆動例の図４に関連して説明した方法においては、３種類のＬＥＤのうち２種類を点灯してシアン、マゼンタ及びイエローの光の発光強度を光センサ４でモニタするので、監視期間における発光装置１０Ａの発光強度は２／３になってしまう。そこで、本第１実施形態の第３駆動例として、発光制御手段１１のさらに他の一例の発光制御手段１１Ｃには、白を表示させるべき画像信号のレベルから決まる所定の値を閾値として設定しておき、映像信号に含まれる輝度信号のレベルが閾値以下になったとき、ＬＥＤの発光強度をモニタする監視期間（モニタ期間）を開始し、その監視期間には液晶パネルの駆動信号の大きさを伸長する。以下、この方法を図５の（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。
【００５１】
図５において、縦軸は輝度信号の階調レベルを、横軸は輝度信号の出現頻度を表す。前記のとおり、白レベルに相当する値２５５の２／３である１７０という値を閾値として設定し、或る時点で、閾値１７０より小さいレベル１５０が或る画像の輝度信号の最大レベルであることが検出されたとすると、その画像の輝度信号のレベルは図５の（ａ）に示すように０から１５０の間に分布する。この時点で監視期間を開始し、ＬＥＤの発光強度をモニタするために１種類のＬＥＤが消されると、発光装置１０Ａの発光強度は残りの２種類のＬＥＤの発光により２／３程度になる。したがって、図５（ｂ）に示すように、このときには輝度信号のレベルは、見た目には１５０から１００へと減少してしまう。これによる発光装置１０Ａの減光を回避するためには、１種類のＬＥＤが消されている期間にわたって監視期間における消されたＬＥＤによる発光強度の低下を相殺するように液晶パネル５の駆動信号の大きさを伸長すればよい。
【００５２】
具体的に説明すると、発光装置１０Ａの減光を回避するため、１種類のＬＥＤが消されている期間にわたって最大レベルが１５０であるよう表示させるべく、図５の（ｃ）に示すように、液晶パネル５の駆動信号の大きさを１５０の３／２倍の値である２２５にする。この操作により、発光装置１０Ａの発光強度が２／３に低減されたことが、液晶パネル５の駆動信号の大きさを３／２倍したことでキャンセルされるので、結果としての発光装置１０Ａの明るさは、図５（ｄ）に示すように、全く変化が無いことになる。このように発光装置１０Ａの減光分を、液晶パネル５の駆動信号の大きさの伸長によって補償することで、減光の影響を皆無にすることができ、実際に実験を行ったところ、見た目にも変化が感じられなかった。
【００５３】
これまでの説明では１種類のＬＥＤを消灯させたが、２種類のＬＥＤを同時に消灯させて赤、緑及び青の光の強度をモニタする場合にも、同様の効果が得られる。しかし、このときには、発光装置１０Ａの発光強度は約１／３になるので、図５の第３駆動例においては、監視期間を開始すべき時期を決める閾値は、白レベルの値２５５の１／３に相当する８５となる。この減光の影響をなくすためには、液晶パネル５の駆動信号の大きさを３倍伸長する必要がある。
【００５４】
実際には、レベルが２３５以上の輝度信号で白が表示されることもあるので、監視期間を開始すべき時期を決める閾値は、ガンマ補正の係数やＬＥＤの消灯による減光分を考慮に入れて決定する必要がある。
【００５５】
（第２実施形態の第１モニタ方式）
本第２実施形態の第１モニタ方式では、モニタ期間において複数種類の光源の発光タイミングを順次ずらす発光・消灯動作を赤、緑及び青の各光源に行わせる場合であって、消灯動作時に光源の発光強度をゼロにする場合である。
【００５６】
図６を用いて、本発明に係る発光装置の第２実施形態を説明する。同図において、発光装置１０Ｂは、複数の光源２ａ、２ｂ、２ｃを一組とする発光源を少なくとも一つ（図では三つ）設けた光源ユニット１Ｂと、この光源ユニット１Ｂからの光を面内に均一に照射するための導光板３と、導光板３を伝搬してきた光の強度をモニタする光検出手段としての光センサ４と、モニタ期間においてモニタ用に３種類の光源の発光強度を発光制御して得た光源の発光強度情報をモニタ結果として光センサ４から入力し、その発光強度情報に基づいて所定の発光強度になるように３種類の光源を発光制御する発光制御手段１２とを備える。光センサ４は、図６に示すように導光板３に関して光源ユニット１Ｂと対向する位置ばかりでなく、導光板３の上部や下部に設置しても、光源ユニット１Ｂに近い側の適宜の位置に設置してもよい。なお、図では、理解を容易にするために、各部品間に距離を開けて示してあり、各部品の大小関係の実際とは異なっている。また、本発明の理解に必要な最低限の部品しか図示していない。例えば、光源２ａ〜２ｃからの光のムラを低減するために、光源ユニット１Ｂと導光板３との間に光混合部材を設けてもよい。
【００５７】
図６に示す第２実施形態においては、各発光源における複数の光源として、光の３原色である赤、緑及び青の各ＬＥＤが用いられる。これら各ＬＥＤから発せられた光は互いに混ざり合って概ね白色の光となり、導光板３を通過して図６に矢印で示す方向に出射する。これにより発光装置１０Ｂが形成される。導光板３から出た光を受け取るように液晶パネル（図示せず）を配置することで、液晶表示装置を構成することができる。なお、図６に矢印で示す光出射方向は導光板３の表面構造によって制御可能である。
【００５８】
導光板３から外部へ光を有効に出射するように、アルミ製のミラーのような反射板を導光板３の側面に設置することが望ましいが、光センサ４には光源ユニット１からの光が導光板３を介して到達しなければならないので、導光板３の光センサ４が対向する部分には反射板を設けないか、その部分だけ僅かに光を通す反射体を設けることが必要である。
【００５９】
図７の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、図６に示す光源ユニット１Ｂの一つの発光源における赤、緑及び青の光源の発光をパルス幅制御する場合の光源の動作をモニタする第１モニタ方式を示しており、これらの図はいずれも、横軸に時間を、縦軸には光源を流れる電流の値（または発光強度）を取ったものである。ここでは、発光制御手段１２の一例として発光制御手段１２Ａが各光源をパルス幅制御するため、例えば、赤光源は図７の（ａ）に示すように時間ｔ１からｔ４まで発光し、緑光源は図７の（ｂ）に示すように時間ｔ２からｔ５まで発光し、青光源は図７の（ｃ）に示すように時間ｔ３からｔ６まで発光するように制御される。その結果、一つの発光源としての発光強度は、図７の（ｄ）に示すように、時間と共にステップ状に変化することになる。すなわち、時間ｔ１からｔ２までの期間は赤光源のみによる発光強度であり、時間ｔ２からｔ３までの期間は赤光源と緑光源との同時動作による発光強度であり、時間ｔ３からｔ４までの期間は赤光源、緑光源及び青光源の同時動作による発光強度、つまり発光源全体の発光強度となる。
【００６０】
このような各光源の発光動作はパルス駆動回路により制御されるので、どの時間にどの光源が発光しているかは既知である。したがって、各光源の発光強度の変化を光センサ４によって微小時間間隔でモニタすると、各光源の見た目の発光強度を一義的に求めることができる。すなわち、時間ｔ１からｔ２までの期間の発光強度は赤光源のものであり、時間ｔ１からｔ２までの期間の発光強度を時間ｔ２からｔ３までの期間の発光強度から差し引くと、緑光源の発光強度が求まる。同様に、時間ｔ２からｔ３までの期間の発光強度を時間ｔ３からｔ４までの期間の発光強度から差し引くと、青光源の発光強度が求められる。これは、見た目の発光強度が発光強度の時間に対する積分で求まるためである。このようにして求めた見た目の発光強度を基にして、いずれかの光源の発光強度が温度変化や経時変化によって変わっても、その光源の発光強度や発光時間を適切に調整することによって、見た目としては安定した発光強度を維持することができる。
【００６１】
光源の発光強度や発光時間の調整は、例えば、光センサ４の出力と予め決められた設定値との比較により得た偏差をゼロにする、つまり、設定値に合わせ込むように各光源の発光動作を制御することによって実現され得る。こうした設定値への合わせ込みは、例えば、次のアルゴリズムによって行い得る。前記のとおり、各光源の見た目の発光強度は当該光源の発光強度を発光時間だけ積分したものに相当する。実際には、発光時間は極めて短いので、この間に発光強度は変化しないと見なしてよい。したがって、見た目の発光強度は発光強度と発光時間との積で求めることができる。そこで、或る光源についての光センサ４からの出力と予め決められた設定値とを比較して両者間の差を求め、求めた差が正のときには、見た目の発光強度が強いことになるので、その光源の発光時間は短くなるよう制御される。一方、求めた差が負のときには、見た目の発光強度が弱いことになるので、光源の発光時間は長くなるよう制御される。こうした制御を引き続く数サイクルにわたって行って、各光源について、その発光強度と設定値との差がゼロになるよう発光時間を調整する。こうして各光源の発光強度を設定値に一致させることにより、輝度や色度を制御することが可能になる。
【００６２】
なお、発光強度を設定値に合わせ込むアルゴリズムは上記のものに限定されるものではなく、その代わりに、光センサ４の出力と設定値との比を取ることで発光強度を調整するようにしてもよい。また、ユーザが輝度調整や色度調整を行った結果決まる発光時間を記憶しておき、記憶した発光時間を設定値として制御を行うことによって、ユーザが調整した輝度や色度を安定に維持することも可能である。
【００６３】
図６に示す第２実施形態おいては、発光制御手段１２Ａによる図７に示す第１モニタ方式の発光動作を赤、緑及び青の各光源に行わせるために、それぞれの光源の発光するタイミングを順次ずらすことによって光源数よりも少ない数の、図６においては１個の光センサ４を用いて発光強度をモニタする。この場合、光源を順に点滅させる監視期間（図６の例えば時間ｔ１からｔ３までの期間）は極めて短くて目では検出することができない。こうしたモニタをどの程度の頻度で行うかは任意であるが、望ましくは、電源投入時のように発光強度の変化が大きいときには頻繁に行うのがよい。
【００６４】
一つの監視期間に複数種の光源をモニタしていく順番は任意であり、上で説明したような赤、緑、青の順に限られる訳ではない。更に、一つの監視期間内に全光源の発光強度をモニタする必要はなく、一つの監視期間に全光源の数より少ない数の光源のモニタを行い、複数の監視期間が経過した時点で複数種の光源それぞれの発光強度の算出を完了するようにしてもよい。
【００６５】
強いて言えば、発光制御手段１２として、スイッチング方式（ＤＣ／ＤＣコンバータやチョッパ）のＬＥＤドライバの場合には、電流制限抵抗や定電流負荷（シリーズレギュレータ）を利用したＬＥＤドライバよりもノイズが多いため、発光時間の長い色（ＰＷＭ波のデューティの大きな色）から優先的に点灯してもよい。そうすれば、消灯後、より長い時間経過して電源ラインのノイズが落ち着いてから、次の測定周期に入ることができる。
【００６６】
また、光源の発光強度のモニタは、各光源の発光開始のタイミングをずらすことで行わなければならないものではなく、その代わりに、図７の（ｄ）に時間ｔ４、ｔ５、ｔ６で示すように、各光源が消灯するタイミングを僅かづつずらすことによっても行うことができる。これは、それぞれの光源が発光している期間は予め設定することができ、また、光センサ４によるモニタの結果によって決まるものであるため、消灯するタイミングをずらすことができるからであり、この僅かなズレを利用して発光強度のモニタを行うことが可能である。
【００６７】
また、すべての光源が消光状態（図７のｔ６からの光源が発光するｔ７までの期間）での光量を更にモニタしてもよい。これは外光などの影響でセンサ値が０にならないときに、この値（モニタ結果）をバックグラウンドとして、この値とそれぞれの測定値との差から発光強度を算出することで、より正確な制御が可能となる。また、外光の影響だけではなく、センサの暗電流（本来は受光量が０でも発生してしまう電流）の影響も抑えることができる。
【００６８】
なお、図６に示す第２実施形態においては、光源ユニット１Ｂを導光板３の側面に配置しているが、光源ユニット１Ｂの配置や形状はこれに限られるものではなく、例えば、導光板３の背面に光源ユニット１Ｂをライン状に配置し、そこからの光を拡大投射することもできる。また、第１実施形態においては、赤、緑及び青の３原色の光源を利用して白色光を合成しているが、青と黄の２色の光源を用いて光源ユニット１Ｂ’を構成し、それら二つの光源の発光強度をモニタするようにしてもよい。更に、光センサ４は、前記のとおり、任意の場所に配置することが可能であるが、同一種の光センサを複数個設けるようにしてもよい。光センサを複数個設けても、同一種であるためコスト的に有利であるばかりでなく、複数の光センサを用いることで輝度や色度のバラツキをもモニタすることが可能となる。
【００６９】
（第２実施形態の第２モニタ方式）
上記第２実施形態においては、モニタ期間において発光タイミングを順次ずらす発光・消灯動作を赤、緑及び青の各光源に行わせる場合であるが、そのうち第２モニタ方式では、消灯動作時に光源の発光強度をゼロとせず、所定の発光強度を有する場合である。この場合、発光制御手段１２の他の一例としての発光制御手段１２Ｂは第１発光強度とこれよりも低い第２発光強度とを切り替え制御するものである。
【００７０】
即ち、これまでの第１実施形態の第１〜第３駆動例および第２実施形態の第１モニタ方式の説明では、発光強度をモニタするモニタ期間において順に光源の発光強度をゼロとしたが、必ずしも発光強度をゼロとしなくともよい。これは、蛍光体を使ったＬＥＤや冷陰極管のように残光がある光源に特に有効である。図８の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、消灯したときに発光強度がゼロとならない光源を用いたときに光源の発光強度をモニタする第２モニタ方式を説明する図で、横軸は時間を、縦軸は光源の発光強度を示している。
【００７４】
このように赤光源、緑光源及び青光源が発光、減光する結果、これらの光源からなる発光源の発光強度は、図８の（ｄ）に示すように、ステップ状の増減を含む変化をなす。図８の（ｄ）に示した第１周期〜第３周期における第１ステップ〜第３ステップでの発光強度の値は、ａ、ｂ、ｃ、α、β、γの６個の変数を含むので、例えば第１周期におけるステップの３個の値、第２周期におけるステップの２個の値及び第３周期におけるステップの１個の値の計６個の値を用いることにより、上記６個の変数の値を求めることができる。こうして求めた各光源の発光時及び減光時の発光強度を使って輝度や色度の調整を行うことができる。
【００７７】
以上、図８の（ａ）〜（ｄ）を用いて説明したモニタ方式においては、第１周期〜第３周期のそれぞれの周期で、異なる強度の発光を光源に行わせ、これら三つの周期を一つの大きな周期として把握することにより、各光源の発光強度を求めるものであり、図７により既に説明したモニタ方式では短時間の連続する三つの区間からなる１監視期間内でモニタを完了するのに対し、複数の監視期間を一つの周期としてモニタを完了する点で異なると言える。しかし、この相違はモニタの開始と終了をどの時点とするかの相違であって、発光強度の制御の効果の点では本質的な相違は無い。
【００７８】
なお、図８のモニタ方式においては、各周期に赤光源、緑光源及び青光源をどの順番且つどのタイミングで発光させるかは任意であって、発光強度ａ、ｂ、ｃになるタイミングが重ならなければよいのであり、図８に示す順番でなければならないものではない。
【００７９】
（第２実施形態の第３モニタ方式）
図６に示す発光装置の複数種の光源を図７（第１モニタ方式）又は図８（第２モニタ方式）に示すようにパルス幅制御により駆動するものであったが、これに代えて、本第３モニタ方式として、発光制御手段１２の更に他の一例としての発光制御手段１２Ｃが複数種類の光源に対して電流値制御による駆動を行ってもよい。この場合には、各光源の発光強度をモニタするために、ごく短い時間だけ、各光源を独立に減光させる。このときの各光源の発光動作を示したのが図９の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）であり、横軸は時間を、縦軸は各光源の発光強度（電流値）を示している。
具体的に説明すると、赤光源は、図９の（ａ）に示すように、時間ｔ１からｔ２までの期間は強度ａで通常の発光を行い、時間ｔ２からｔ３までの期間は減光されて強度αで発光し、時間ｔ３からｔ５までの期間には再び強度ａで発光し、時間ｔ５からｔ７までの期間は強度αで発光し、時間ｔ７以降は強度ａで発光する。
【００８０】
同様に、緑光源は、図９の（ｂ）に示すように、時間ｔ１からｔ３までの期間は強度ｂで通常の発光を行い、時間ｔ３からｔ４までの期間には減光されて強度βで発光し、時間ｔｔ４からｔ５までの期間は強度ｂで発光し、時間ｔ５からｔ６までの期間には強度βで発光し、時間ｔ６からｔ７までの期間は強度ｂで発光し、時間ｔ７からｔ８までの期間には減光されて強度βで発光し、時間ｔ８以降は強度ｂで発光を行う。
【００８１】
青光源は、図９の（ｃ）に示すように、時間ｔ１からｔ４までの期間には強度ｃで通常の発光を行い、時間ｔ４からｔ５までの期間は減光されて強度γで発光し、時間ｔ５からｔ６までの期間には再び強度ｃで発光し、時間ｔ６からｔ８までの期間には減光されて強度γで発光し、時間ｔ８以降は強度ｃで発光を行う。
【００８２】
以上の動作における発光源全体の発光強度は、図９の（ｄ）に示すとおり、時間ｔ１からｔ８まで、下記の表２に示すように変動する。
【００８３】
【表２】

【００８４】
そこで、表２に示された発光強度のうち時間ｔ２からｔ８までの６個の値について連立方程式を解くことにより、６個の変数ａ、ｂ、ｃ、α、β、γの値が求まる。こうして各光源の発光強度を求めて、図７および図８について説明したと同様に、白色点や輝度などの調整を行うことができる。ただし、この電流値制御による発光強度の制御においては、発光強度の発光時間に対する積分を取る必要は無く、発光強度が見た目の発光強度を示すのは前述のとおりである。
【００８５】
なお、図９に示すモニタ方式においては、各光源を発光させる順番は任意であって、一つの光源が減光されている時間と残りの二つの光源が減光されている時間とが存在すればよい。例えば、図９に示すように３種類の光源を用いる場合には、６通りの減光状態が存在していればよく、その順番やタイミングは任意である。また、図９においては、時間ｔ２からｔ８までの期間に各光源を減光させるものとして説明したが、逆に増光させるように制御するものであってもよい。
【００８６】
３個の変数α、β、γの値がゼロである、つまり、３個の光源が消灯される場合には、ａ、ｂ、ｃの３個の変数が存在するから、一つの監視期間に三つの異なる状態を作るようにすればよい。これについては、既に図３および図４について説明したとおりである。
【００８７】
（第３実施形態）
図１０は、本発明に係る第３実施形態の発光装置１０Ｃについて概略的に示している。この第３実施形態において、発光装置１０Ｃには、２種類の光源２ａ，２ｃからなる発光源を複数設けた第１の光源ユニット１Ｃと、この光源ユニット１Ｃからの光を面内に均一に照射するための導光板３と、これらの光源とは異なる種類の１種類の光源２ｂを備えた第２の光源ユニット６と、この第２の光源ユニット６からの光を面内に均一に照射するための導光板７と、光検出手段としての光センサ４と、モニタ期間においてモニタ用に３種類の光源の発光強度を発光制御して得た光源の発光強度情報をモニタ結果として光センサ４から入力し、その発光強度情報に基づいて所定の発光強度になるように３種類の光源を発光制御する発光制御手段１１または１２とが設けられ、二つの導光板３、７を伝播してきた光の強度をモニタするための光センサ４が導光板３、７をまたぐように、それらの上部の中心に設置される。これにより、光センサ４は二つの導光板３、７から同じ割合で光を受け取ることができる。
【００８８】
なお、この第３実施形態においても、各部品は距離を置いて示してあり、各部品の大小関係も実際とは異なる。また、図１０は説明に必要な必要最小限の部品のみを示していることに留意されたい。例えば、複数種の光源２ａ、２ｂ、２ｃからの光の色ムラを低減するために、第１の光源ユニット１Ｃと導光板３との間及び／又は第２の光源ユニット６と導光板７との間に光混合部材を設けるようにしてもよい。
【００８９】
上記のとおり、１個の光センサ４を配置したのはコストの低減のためであって、コスト的に問題が無ければ、それぞれの導光板３，７にそれぞれ各光センサを設けるようにしてもよい。なお、光センサ４を１個設ける場合、光センサ４を導光板３、７の上部の中心に配置する必要は無いのであって、いずれかの導光板３または７の方に片寄っていてもよく、また、光センサ４の配設位置を図１０のように上部ではなく下部であってもよい。要するに、いずれの位置に光センサ４を固定しても、その状態を初期状態として規定して各光源の発光強度を調整することができればよい。
【００９０】
図１０の発光装置１０Ｃにおいて、例えば、光源２ａは赤のＬＥＤ、光源２ｂは緑のＬＥＤ、光源２ｃは青のＬＥＤである。つまり、第１の光源ユニット１Ｃに赤と青の各ＬＥＤが設けられ、第２の光源ユニット６に緑のＬＥＤが設けられる。これらの各ＬＥＤから発せられた光は導光板３、７を通り、例えば図の矢印の方向に出射される。このように２枚の導光板を使うと、両側に光源を配置することができるので、光の強度を強めるのに有効である。
【００９１】
なお、導光板のそれぞれの側に赤、緑及び青の各ＬＥＤからなる発光源を配置してもよい。しかし、現状の発光効率からすると、赤、緑、青の３色によって白色光を再現するには、各色のＬＥＤを個数の比が１：２：１となるよう設けることが発光強度調整のために妥当であることを考慮すると、図１０に示すように、片側に赤と青のＬＥＤを、他側に緑のＬＥＤを配置することに大きなメリットがある。これは、以下の理由による。
【００９２】
導光板の各側に赤、緑及び青の光源を配置した場合、光センサによって検出される発光強度は導光板の各側の光源からの光の和であるので、各色について発光強度の和を求めることはできても、このままでは個々の光源の発光強度を求めることはできない。したがって、各側の光源の発光強度を個別に調整するには、図７〜図９で説明したモニタ方式のいずれかをそれぞれの側の光源について実施する、つまり、２回繰り返すことが必要である。これに対し、導光板の片側に赤と青の光源を、他の側に緑の光源を配したときには、図７〜図９により説明したモニタ方式のいずれかを１回実施するだけで、各光源の発光強度を求めることができる。それぞれの光源に流れる電流の値は或る程度分かるとは言え、それぞれの光源の経時変化や発熱による状態変化等を含む変化を正確に把握することはできない以上、光源毎に発光強度をモニタしてフィードバックするというモニタ方式は、技術的に重要な意味がある。
【００９３】
図６及び図１０に示す発光装置１０Ｂ，１０Ｃの前面に液晶パネルを配置することにより表示装置を構成し、発光強度を調整された光に液晶パネルを通過させて文字や画像の表示を行う。このとき、発光装置を液晶パネルの背面に置いてバックライトとして用いても、反射型液晶パネルの前面に配置してフロントライトとして用いてもよい。
【００９４】
上記発光装置１０Ｂ，１０Ｃを反射型液晶パネルのフロントライトとして用いた場合、前記α、β、γの値がある閾値以上に大きければ、外光（周辺光、周囲環境の照度）が十分明るいものと判定して光源のＬＥＤを完全に消灯してしまってもよい。さらに、ディジタルカメラやカメラ付き携帯電話のディスプレイに採用した場合には、ストロボやフラッシュをたくか否かの判定に、本発明の光センサを流用してもよい。なぜなら、本発明の光センサおよびその周辺回路は、もともと測光に耐え得る高精度な設計になっているため、赤外線リモコン、障害物検知、夕暮れの判定など、閾値と比較するだけの光センサとしても使用できるからである。
【００９５】
また、テレビ番組の収録スタジオや、アミューズメント施設などでは、比較的小型の複数の表示装置を組み合わせて構成された１台の大型表示装置が使われることがある。例えば、３０型ディスプレイを横４行×縦４列＝計１６台使えば、１台の１２０型ディスプレイを実現できる。この場合、小型の表示装置の各々に光センサを設けてもよい。本発明は、いわゆるマルチモニタのシステムで、個々の表示装置間の個体差を吸収するためにも有効である。
【００９６】
また、３０型や４０型クラスの液晶表示装置では、組み立てや保守作業を簡単にするため、小型の複数のバックライトユニットを並べて一つの面光源にすることがある。この場合も、バックライトユニットごとにセンサを設ければよい。地球の重力や空気の対流の影響で、下側に設置されたユニットと、上側に設置されたユニットの放熱条件が一致しなくても、各センサがその違いを吸収する。そのため、熱設計や設置場所に気を使う必要はない。
【００９７】
（第４実施形態）
これまで説明してきた発光装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、読み取り装置にも応用することが可能である。本第４実施形態では前述した発光装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを読み取り装置に応用した場合である。
【００９８】
図１１はその一例を示しており、（ａ）は読み取り装置を、（ｂ）は本発明に係る発光装置をそれぞれ概略的に示している。
【００９９】
図１１の（ａ）に示すように、読み取り装置１１は、スキャナやコピー機として動作する読み取り部８と、読み込む原稿を置くためのステージとしての読み取り原稿台９と、原稿を照明するための発光装置１０とを備える。
【０１００】
発光装置１０は、図１１の（ｂ）に示すように、原稿を均一に照明するように光を出射する光出射部１０ａと、複数種の光源が配置されている光源ユニット１０ｂとからなり、光源ユニット１０ｂは赤、緑及び青の光源と、これらの光源の発光強度をモニタするための光センサ（図示せず）とを内蔵している。光源として赤、緑及び青の各ＬＥＤを用いると、冷陰極管や白色ＬＥＤに比べて色が鮮やかな照明を実現することができる。こうした構成の発光装置１０からの光で照明されて、読み取り原稿台９に載置された原稿は色鮮やかな反射を行い、読み取り部８で読み込まれる。光源ユニット１０ｂにおける光源の発光強度を調整するためには、例えば図７〜図９で説明した各モニタ方式のいずれを使用してもよい。
【０１０１】
光センサのうち、ＬＥＤの輝度と色度を制御するための光センサと、原稿を読み取るラインセンサは、同じものでもよい。また、動作が競合しないように時分割で動作を制御しなければならないのは言うまでもない。
【０１０２】
ところで、現在、測光用途に適した光センサ素子として、光電セル、光電子増倍管、フォトダイオードなどが知られている。以下、これらの素子の特徴について述べる。
【０１０３】
可視光線に感度を持つ光電セルには、ＣｄＳ（硫化カドミウム）が使用されている。これを採用すると、含鉛ガラスを使用したＣＲＴ（陰極線管）や、水銀を使用したＣＣＦＬ（冷陰極蛍光ランプ）に対して、環境負荷の低さを訴求しにくくなる。将来、カドミウムを使用した製品のリサイクルが義務化されれば割高になる。使用自体完全に禁止される可能性もある。
【０１０４】
光電子増倍管は、本用途には、あまりにも大仕掛けであり、コストがかかるだけでなく、メンテナンス性も悪い。
【０１０５】
残る素子は、フォトダイオードである。これは、材質によって何種類かに分類される。アモルファスシリコンフォトダイオードは、人の視感度に近い分光感度特性を示す。しかし、半導体中のキャリアの移動度が小さく、応答速度が遅いため、本発明の目的には使いにくい。一方、単結晶シリコンフォトダイオードには、応答速度の問題はないが、赤外線にも感度を持つ欠点がある。
【０１０６】
本発明では、赤、緑、青各色のランプの出力を一定に制御できさえすればよい。そのため、一般論としては、光センサの分光感度が人の視感度から多少ずれていても何の問題もない。むしろ、分光感度特性がフラットである方が、Ｓ／Ｎ比（ｓｉｇｎａｌｔｏｎｏｉｓｅｒａｔｉｏ）が高くなるので望ましいくらいである。
【０１０７】
しかしながら、光源としてランプにＬＥＤを採用した場合は、光センサの赤色から赤外線にかけての分光感度特性が無視できない。なぜなら、ＡｌＧａＩｎＰ（アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン）系赤色ＬＥＤは、ＧａＩｎＮ（ガリウム・インジウム・窒素）系の緑色や青色ＬＥＤより接合部の温度変化に敏感で、輝度のみならず発光波長も不安定だからである。即ち、温度上昇に伴って発光波長が長くなる。その波長シフトは、本用途には無視できない程大きい。
【０１０８】
赤色ＬＥＤの接合部の温度が上昇しても、輝度に比例する出力を得るには、光センサの分光感度が人の視感度特性に合致していなければならない。そのためには、導光板と光センサの間に視感度フィルタを入れ、赤外線を遮断しなければならない。図１４のように、赤色から赤外線にかけての分光感度を視感度に合わせこむ必要がある。そうすれば、赤色ＬＥＤが自己発熱や雰囲気温度の変化などによって発光波長が変化しても、光センサが追随できる。つまり、たとえ波長が長くなっても、人の視感度に比例してセンサの利得を落とすことができる。
なお、図１４は、理解しやすいように、問題となる箇所を強調して描いた模式図である。実際には、赤色ＬＥＤの発光波長の近傍で、光センサの分光感度が、人の視感度にほぼ一致していればよい。
【０１０９】
また、赤色から赤外線にかけてのセンサの分光感度によって、本発明のフィードバック制御の効果が変わることが判明したので、それに対する上記発光装置（請求の範囲第９，１０，１１，１４）を追加している。ＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤの発光波長を中心に、光センサの分光感度を人の視感度に合わせるのが最適である。図１４はそれを説明するための模式図である。
【０１１０】
視感度フィルタは、その作りこみの精度によって、価格、光の透過率（センサの感度）、耐環境性（炎天下の気温や実装時の半田づけの温度など）その他の性質の点で千差万別である。言うまでもなく、視感度フィルタの温度特性は、ＬＥＤの温度特性より十分小さくなければならない。また、テレビジョン受像機、ワードプロセッサ（ワープロ）、電子メールの端末装置、機械製図などの用途に使用される表示装置には、いたずらに高精度を追求するよりも、安定性がよく保守が不要であることの方が重要である。
【０１１１】
しかし、赤色から赤外線にかけての分光感度特性に注意して部材を選定すれば、本発明によって実用上十分な特性が得られることが実験によって確認された。実際に２種類のセンサを使って測定した結果を図１５に掲載した。
【０１１２】
本発明のフィードバック制御がない場合（フィードバックなし）、バックライトの点灯後の相対輝度が２５％程度高い。これは、容易に知覚でき、許容限度を超えている。視感度フィルタのない、赤外線にも感度を持つセンサを使用すれば、一応１０％程度まで改善される。しかし、視感度フィルタで赤外線をカットすれば、輝度変化を４％にまで抑えられた。このように、光センサの分光感度に注意すれば、ＣＲＴはもちろんＣＣＦＬをも凌駕する速さで輝度を安定させることができる。このように、本発明のフィードバック制御の具体的な効果（図１５）を実験により確認することができた。
【０１１３】
以上、発光装置並びに該発光装置を補助光源として使用した表示装置及び読み取り装置の実施形態４について説明したが、本発明はこうした実施形態１〜４に限定されるものではない。以下、本発明の実施形態１〜４に対する各変形例を挙げる。
【０１１４】
（１）光源としては、ＬＥＤに代えて任意の光源を用いることができる。しかし、本発明では光源を短時間にオン、オフさせるので、ＬＥＤのような高速駆動可能な光源のほうが好ましい。
【０１１５】
（２）図１及び図２に示す発光装置は白色光を発するものであるので、光源ユニット１は赤、緑及び青の発光色の光源を備えているが、発光装置にどの色を発色させるかに応じて、光源ユニット１を構成する光源の数及び種類を決めればよい。例えば、マゼンタの光を発する発光装置であれば、赤と緑のＬＥＤを光源ユニットに設け、監視期間にこれらのＬＥＤを順に１種類ずつ消灯すればよい。
【０１１６】
（３）図１及び図２においては、光センサ４は光源ユニット１と対向するよう導光板３上に配置されているが、光センサ４の位置はこれに限られるものではなく、導光板３のどの位置に配置してもよい。また、光センサ４は光源ユニット１や光混合部材２に配置することも可能である。
【０１１７】
（４）監視期間においてＬＥＤを点灯又は消灯させる期間は、１／２００秒に限定されるものではなく、光源の種類や数に応じて適宜の期間の長さを選定することができる。
【０１１８】
（５）１監視期間毎に光センサ４によるモニタ結果を光源にフィードバックしなければならない訳ではなく、複数個の引き続く監視期間にわたってモニタした結果を適切に処理してからフィードバックすることによって精度を高めるようにしてもよい。
【０１１９】
（６）一つの監視期間において発光色の異なる複数種類の光源をどの順序で駆動するかは任意であって、前記したような赤、緑、青の順に駆動しなければならないものではない。
【０１２０】
（７）一つの監視期間内に全部の光源のモニタを完了する必要はなく、一つの監視期間に１種類の光源のモニタを完了し、複数の引き続く監視期間で全部の光源のモニタを完了するのでもよい。
【０１２１】
（８）この発光装置は表示装置や読取装置の補助光源のみならず、空間を照らし出す照明光源をも意味している。
【０１２２】
【発明の効果】
以上、本発明に係る発光装置及び該発光装置を補助光源として用いた表示装置の一つの実施の形態を説明したところから明らかなように、本発明によれば、発光色が異なる複数種の光源を備えた発光装置であって、発光強度をモニタする所定期間に、複数種の光源のうちの少なくとも一つの光源の発光強度を所定期間外とは異なる強度で発光させる発光制御手段を備えるようにしたので、
（１）光源の種類よりも少ない数の光センサで各光源の発光強度をモニタすることができ、低コストでバラツキのない発光装置を得ることができる、
（２）所定期間にモニタした結果を用いて複数種の光源のうちの少なくとも一つの光源の発光強度を制御するようにしたので、白色点や発光強度を調整することができる発光装置を得ることができる、
（３）光源の動作期間中に、見た目に実質的な影響を与えることなく、光源の発光特性を調整することができる、
（４）どの様な組み合わせの光源を用いた発光装置であっても、発光特性を適切且つ適時に調整することができるので、常に適正な状態で発光装置を動作させることができる、
（５）光源の発光強度を電流値又は発光時間によって制御するものであるから、発光強度の制御を容易に行うことができる発光装置を得ることができる、
（６）光源の発光強度の制御により発光輝度や発光色度を所望の値に制御することで、安定した輝度や色度を提供する発光装置を得ることができる、
（７）複数種に光源として例えばＬＥＤを用いることにより、色純度の高い発光装置を得ることができる、
（８）本発明に係る発光装置を用いることにより、白色点や発光強度の制御可能な表示装置や読み取り装置を得ることができる、
等の格別の効果を奏する。
【０１２３】
発光色が複数である光源を備えた発光装置、この発光装置を用いた表示装置及び、この発光装置を用いた読み取り装置の技術分野において、少ない種類の光センサで複数種の光源の発光強度をモニタし、白色点や輝度特性を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係る発光装置の第１の実施の形態を概略的に示す図である。
【図２】図２は、図１に示す発光装置を補助光源として用いた液晶表示装置の概略図である。
【図３】図３は、図１に示す発光装置の監視期間における第１の駆動例を示す模式図である。
【図４】図４は、図１に示す発光装置の監視期間における第２の駆動例を示す模式図である。
【図５】図５は、図１に示す発光装置の監視期間における第３の駆動例を模式図である。
【図６】図６は、本発明に係る発光装置の第２の実施の形態を概略的に示す図である。
【図７】図７（ａ）〜図７（ｃ）は、図６の発光装置の動作をモニタするための第１のモニタ方式における各光源の発光動作を示す図であり、図７（ｄ）は、それに伴う光源全体の発光動作を示す説明図である。
【図８】図８（ａ）〜図８（ｃ）は、図６の発光装置の動作をモニタするための第２のモニタ方式における各光源の発光動作を示す図であり、図８（ｄ）は、それに伴う光源全体の発光動作を示す説明図である。
【図９】図９（ａ）〜図９（ｃ）は、図６の発光装置の動作をモニタするための第３のモニタ方式における各光源の発光動作を示す図であり、図９（ｄ）は、それに伴う光源全体の発光動作を示す説明図である。
【図１０】図１０は、本発明に係る発光装置の第３の実施の形態を概略的に示す図である。
【図１１】図１１（ａ）は、本発明に係る第４実施形態の発光装置を用いた読み取り装置を、図１１（ｂ）は該読み取り装置に用いる発光装置をそれぞれ概略的示す図である。
【図１２】図１２（ａ）〜図１２（ｃ）は、従来の発光装置において各光源をパルス制御するときの発光動作を示す説明図である。
【図１３】図１３（ａ）〜図１３（ｃ）は、従来の発光装置において各光源を電流制御するときの発光動作を示す説明図である。
【図１４】図１４は、人の視感度特性と、２種類の光センサの分光感度特性と、赤色ＬＥＤの発光波長とその温度変化を表す模式的グラフである。
【図１５】図１５は、光センサの視感度フィルタの特性と、発光輝度の安定性の実験結果のグラフである。

Claims

発光色が異なる複数種の光源と、
前記複数種の光源のうち少なくとも一つの光源の発光強度をモニタする光検出手段と、
前記複数種の光源のすべてを所定の発光輝度で同時に発光させる発光期間と、前記複数種の光源のうち少なくとも一つ以上且つ前記光源の種類の数より少ない種類の光源を消灯する、１／６０秒以下の監視期間とを設けるように制御する発光制御手段とを備えた発光装置が、液晶パネルの前方または後方に配置された表示装置において、
前記発光制御手段は、前記液晶パネルの入力映像信号に含まれる輝度信号のレベルが所定の閾値以下になったとき、前記監視期間を開始して、該監視期間における前記光検出手段からの発光強度情報を用いて、前記複数種の光源のうち少なくとも一つの光源の発光強度を制御することにより、前記複数種の光源による合成光を所望の輝度又は色度に調整することを特徴とする表示装置。
発光色が異なる複数種の光源と、
前記複数種の光源のうち少なくとも一つの光源の発光強度をモニタする光検出手段と、
前記複数種の光源のすべてを所定の発光輝度で同時に発光させる発光期間と、前記複数種の光源のうち少なくとも一つ以上且つ前記光源の種類の数より少ない種類の光源を消灯する、１／６０秒以下の監視期間とを設けるように制御する発光制御手段とを備えた発光装置が、液晶パネルの前方または後方に配置された表示装置において、
前記発光制御手段が、前記監視期間における前記光検出手段からの発光強度情報を用いて、前記複数種の光源のうち少なくとも一つの光源の発光強度を制御することにより、前記複数種の光源による合成光を所望の輝度又は色度に調整するとともに、前記監視期間における前記発光装置の発光強度の低下を相殺するように、前記液晶パネルの駆動信号の大きさを伸長することを特徴とする表示装置。
前記発光制御手段は、前記複数種の光源のうち少なくとも一つ以上且つ前記光源の種類の数より少ない種類の光源を点灯するタイミングまたは消灯させるタイミングのいずれか一方を、その他の光源を点灯するタイミングまたは消灯させるタイミングに対してずらすことにより、前記監視期間を設けることを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
発光色が異なる複数種の光源と、
前記複数種の光源のうち少なくとも一つの光源の発光強度をモニタする光検出手段と、
前記複数種の光源のすべてを所定の発光輝度で同時に発光させる発光期間と、前記複数種の光源のうち少なくとも一つ以上且つ前記光源の種類の数より少ない種類の光源の発光強度を減少させる、１／６０秒以下の監視期間とを設けるように制御する発光制御手段とを備えた発光装置が、液晶パネルの前方または後方に配置された表示装置において、
前記発光制御手段は、前記液晶パネルの入力映像信号に含まれる輝度信号のレベルが所定の閾値以下になったとき、前記監視期間を開始して、該監視期間における前記光検出手段からの発光強度情報を用いて、前記複数種の光源のうち少なくとも一つの光源の発光強度を制御することにより、前記複数種の光源による合成光を所望の輝度又は色度に調整することを特徴とする表示装置。
発光色が異なる複数種の光源と、
前記複数種の光源のうち少なくとも一つの光源の発光強度をモニタする光検出手段と、
前記複数種の光源のすべてを所定の発光輝度で同時に発光させる発光期間と、前記複数種の光源のうち少なくとも一つ以上且つ前記光源の種類の数より少ない種類の光源の発光強度を減少させる、１／６０秒以下の監視期間とを設けるように制御する発光制御手段とを備えた発光装置が、液晶パネルの前方または後方に配置された表示装置において、
前記発光制御手段が、前記監視期間における前記光検出手段からの発光強度情報を用いて、前記複数種の光源のうち少なくとも一つの光源の発光強度を制御することにより、前記複数種の光源による合成光を所望の輝度又は色度に調整するとともに、前記監視期間における前記発光装置の発光強度の低下を相殺するように、前記液晶パネルの駆動信号の大きさを伸長することを特徴とする表示装置。
前記発光制御手段は、前記複数種の光源のうち少なくとも一つ以上且つ前記光源の種類の数より少ない種類の光源を前記所定の発光強度にするタイミングまたは前記発光強度を減少させるタイミングのいずれか一方を、その他の光源を前記所定の発光強度にするタイミングまたは前記発光強度を減少させるタイミングに対してずらすことにより、前記監視期間を設けることを特徴とする請求項４または５に記載の表示装置。
前記光検出手段は、前記複数種の光源のうち少なくとも一つ以上且つ前記光源の種類数より少ない種類の光源の発光波長を中心に、その分光感度特性を視感度特性にほぼ一致させていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の表示装置。
前記光検出手段は、赤外線をカットする視感度フィルタを備えたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の表示装置。
前記発光制御手段は、
前記複数種の光源のすべての光源を消灯する期間を設け、
前記光検出手段は、前記複数種の光源のすべての光源を消灯した状態での光量をモニタし、
前記複数種の光源のすべての光源を消灯した状態での光量に基づいて、前記監視期間における前記光検出手段からの発光強度情報を補正することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の表示装置。
前記発光装置が、
３種類の前記光源を複数設けた光源ユニットと、
該光源ユニットからの光を面内に均一に照射するための導光板と、
該導光板の近傍位置に設けられた前記光検出手段としての光センサとを備えたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の表示装置。
前記発光装置が、
１または２種類の前記光源を複数設けた第１の光源ユニットと、
該第１の光源ユニットからの光を面内に均一に照射するための第１の導光板と、
これらの光源とは異なる２または１種類の前記光源を設けた第２の光源ユニットと、
該第２の光源ユニットおよび前記第１の導光板からの光を面内に均一に照射するための第２の導光板と、
該第１および第２の両導光板の近傍位置に設けられた前記光検出手段としての光センサとを備えたことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の表示装置。