JP4514770B2 - バックライト装置 - Google Patents

Description

本発明はＬＥＤバックライトの技術分野に係り、特に、ＬＥＤの特性の変異に起因する白色光の色ずれを修正する技術に関する。

ＬＥＤは長寿命で低消費電力であることから、液晶表示装置のバックライトとして注目されており、近年では、携帯電話の液晶表示装置ばかりでなく、ＴＶの液晶表示装置にも使用され始めている。ＬＥＤを使用したバックライトパネルには、基板上に赤色、緑色、青色のＬＥＤが設けられており、各色のＬＥＤが一斉に点灯し、三色が合成されて白色光が生成されるようになっている。

各ＬＥＤは点灯している間、一定周波数で高速にＯＮ・ＯＦＦを繰り返しており、ＯＮ・ＯＦＦの比率や点灯中に流れる定電流の値を変えることで、各色毎に発光強度を変更できる。
基板上には、赤色用光センサと、緑色用光センサと、青色用光センサが設けられており、各ＬＥＤが点灯し、生成された白色光が各センサに入射すると、各光センサは、赤、緑、青の光の強度を各色毎に測定し、自然な白色光を得るために、各色毎に発光強度を調節している。

しかし、ＬＥＤは、劣化などによって発光強度が減少する場合の他、使用中の温度変化などによって、発光のピーク強度の波長(ピーク波長)がシフトする場合がある。
波長がシフトすると各色毎に感度が調整された光センサで正確な光の強度を検出できず、各色の発光比率を調整することができなくなり、白色光が得られなくなることから解決が望まれている。

本発明は上記従来技術の課題を解決するために創作されたものであり、ＬＥＤのピーク波長の変化を検出できる技術を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、最大発光強度の波長であるピーク波長が異なる複数のＬＥＤと、前記複数のＬＥＤを駆動するための駆動回路と、前記複数のＬＥＤの発光光の光強度を検出する第一、第二の光センサと、を有するバックライト装置であって、前記第一、第二の光センサの検出範囲は、前記複数のＬＥＤのピーク波長を含み、前記第一の光センサの最大検出感度の波長が最短の前記ピーク波長よりも短波長側に位置し、第二の光センサの最大検出感度の波長が最長の前記ピーク波長よりも長波長側に位置する。
また、本発明は、請求項１記載のバックライト装置であって、前記駆動回路が、バックライトの発光期間に前記複数のＬＥＤを全色発光させ、測定期間に前記複数のＬＥＤを一色ずつ発光させる。
また、本発明は、赤色ＬＥＤと緑色ＬＥＤと青色ＬＥＤとを含む複数のＬＥＤと、上記複数のＬＥＤを発光駆動するための駆動回路と、上記複数のＬＥＤの発光強度を検出するための第一、第二の光センサとを有し、バックライトとしての白色光を出力するバックライト装置であって、赤色ＬＥＤの発光波長と、緑色ＬＥＤの発光波長と、青色ＬＥＤの発光波長と、を含む光波長の範囲において、前記第一の光センサは長波長側の検出感度よりも短波長側の検出感度が高い検出感度特性を有し、前記第二の光センサは短波長側の検出感度よりも長波長側の検出感度が高い検出感度特性を有し、表示装置の垂直帰線期間又は水平帰線期間に赤色、緑色又は青色ＬＥＤの１つが発光駆動され、前記第一、第二の光センサにより赤色、緑色又は青色ＬＥＤの１つの発光強度が測定され、当該測定結果に基づいて各ＬＥＤの発光強度が調整される。
また、本発明は、請求項３に記載のバックライト装置であって、１つの垂直帰線期間又は水平帰線期間に赤色、緑色又は青色ＬＥＤの中の１つの発光強度の測定が行なわれる。
また、本発明は、請求項３に記載のバックライト装置であって、１つの垂直帰線期間又は水平帰線期間に赤色、緑色及び青色ＬＥＤの各ＬＥＤの発光強度の測定が時分割で行なわれる。

簡単な構成で各ＬＥＤの発光強度を検出できるので、各色の発光強度を、白色光を得るための最適な強度に調節することができる。
光センサの個数が減少するのでコストが低下する。
特に、第一、第二の光センサにより、ＬＥＤの発光光のピーク波長のシフトと、ＬＥＤの発光光のピーク強度の増加又は減少とを区別して検出することができる。

図１の符号１は、本発明のバックライトパネル（バックライト装置）を示している。
このバックライトパネル１は、赤色、緑色、又は青色の各一色に発光する赤色ＬＥＤ１０_Rと緑色ＬＥＤ１０_Gと青色ＬＥＤ_Bを複数有している。
赤色、緑色、青色ＬＥＤ１０_R，１０_G，１０_Bは、基板上で規則正しく配置されており、各ＬＥＤ１０_R，１０_G，１０_Bの間に、駆動デバイス（駆動回路）１５が配置されている。

赤色、緑色、青色の各ＬＥＤ１０_R，１０_G，１０_Bは、駆動デバイス１５によって定電流駆動され、発光する。赤色、緑色、青色の各ＬＥＤ１０_R，１０_G，１０_Bが一緒に点灯し、発光光が重なり合うと白色光が生成され、液晶素子の背面が発光光で照射される。
ＬＥＤ１０_R，１０_G，１０_Bの間の位置であって、赤色、緑色、青色の各ＬＥＤ１０_R，１０_G，１０_Bの発光光が照射される位置に、受光光の発光強度を検出する第一、第二の光センサ１１，１２が配置されている。

図２は、このバックライトパネル１の回路ブロック図であり、駆動デバイス１５と第一、第二の光センサ１１，１２は制御装置１４に接続されている。
第一、第二の光センサ１１，１２が測定した受光光の強度は、制御装置１４に入力され、測定結果に基づいて駆動デバイス１５を介して赤色、緑色、青色の各ＬＥＤ１０_R，１０_G，１０_Bの発光が下記のように制御される。

先ず、各ＬＥＤ１０_R，１０_G，１０_Bの動作状態を説明すると、ＬＥＤ駆動デバイス１５には、図３のタイミングチャートに示すような波形の制御信号と測定信号が入力されている。
この制御信号には、複数のＬＥＤ１０_R，１０_G，１０_Bの全色が一緒に点灯して白色光が生成される発光期間TWと、各ＬＥＤ１０_R，１０_G，１０_Bが消灯する消灯期間TBが設定されている。発光期間TWと消灯期間TBとを一周期とする明滅周波数は、人間の目の残像効果を考慮して、６０Hｚ以上であることが好ましく、本例においては、この明滅の周期を液晶表示装置の垂直同期信号と同期させ、消灯期間を垂直帰線期間に割り当てている。また、明滅の周期を液晶表示装置の水平同期信号に同期させ、消灯期間を水平帰線期間に割り当ててもよい。

測定信号には、いずれか一色のＬＥＤ１０_R，１０_G又は１０_Bが点灯する単色点灯期間TUが設定されている。単色点灯期間TUは垂直帰線期間に割り当てられており、測定信号に応答して駆動デバイス１４がいずれか一色のＬＥＤ１０_R，１０_G又は１０_Bを点灯させると、第一、第二の光センサ１１，１２に点灯したＬＥＤ１０_R，１０_G，又は１０_Bの発光光が照射され、第一、第二の光センサ１１，１２が受光光の光強度を測定する。

図３は、各ＬＥＤの発光強度の光の波長に対する特性と、光センサの検出感度の光の波長に対する特性とを示すグラフであり、符号Ｉ_R、Ｉ_G、Ｉ_Bは、それぞれ赤色、緑色、青色ＬＥＤ１０_R，１０_G，１０_Bの発光光の波長と強度との関係を示す曲線であり、符号Ｍ₁、Ｍ₂は、第一、第二の光センサ１１，１２の検出感度と光の波長との関係を示す曲線である。
また、符号Ｐ_R、Ｐ_G、Ｐ_Bは、それぞれ赤色、緑色、青色のＬＥＤ１０_R，１０_G，１０_Bの発光光の強度の最大の点(ピーク強度)を示しており、符号Ｑ₁、Ｑ₂は、第一、第二の光センサ１１，１２の検出感度が最も高い点を示している。

第一、第二の光センサ１１，１２は、検出感度が最も高くなる光波長の値が異なっており、その波長が短波長側の光センサを第一の光センサ１１、長波長側の光センサを第二の光センサ１２とすると、第一の光センサ１１の検出感度のピーク波長は、最短波長のＬＥＤ１０_Bの発光強度のピーク波長よりも短波長側に設定されており、第二の光センサ１２の検出感度のピーク波長は、最長波長のＬＥＤ１０_Rの発光強度のピーク波長よりも長波長側に設定されている。

また、第一、第二の光センサ１１，１２の検出感度の範囲には、最短波長のＬＥＤ(ここでは青色ＬＥＤ１０_B)のピーク波長から最長波長のＬＥＤ(ここでは赤色ＬＥＤ１０_R)のピーク波長まで含まれており、従って、図４に示されるように、単色点灯期間TU毎にＬＥＤ１０_R，１０_G又は１０_Bが一色ずつ点灯すると、第一、第二の光センサ１１，１２の両方で各色毎の発光強度を測定することができる。
第一、第二の光センサ１１，１２の測定結果は、制御装置１４に各色毎に記憶され、記憶内容の変化を算出することで、発光強度の増加又は減少を検出することができる。

各色のＬＥＤ１０_R，１０_G，１０_B(赤色、緑色、青色のＬＥＤ)のうち、いずれのＬＥＤ１０_R，１０_G，１０_Bであっても、発光光のピーク波長が短波長側にシフトした場合には、第一の光センサ１１では、発光強度の増加として検出され、第二の光センサ１２では発光強度の減少として検出される。
逆に、ピーク波長が長波長側にシフトした場合、第一の光センサ１１では、発光強度の減少として検出され、第二の光センサ１２では発光強度の増加として検出される。

このように、ＬＥＤの発光光のピーク波長の値（発光強度）が変化せずに光センサの検出強度が変化した場合、第一の光センサ１１の発光強度が増加した場合にはＬＥＤの発光光の周波数の短波長側へのシフト、減少した場合にはＬＥＤの発光光の周波数の長波長側へのシフトであることが分かる。

他方、ＬＥＤの発光光のピーク波長がシフトせずに発光強度が増加又は減少した場合は、第一、第二の光センサ１１，１２の検出結果の両方の増加又は両方の減少として検出できる。

従って、ＬＥＤの発光光のピーク波長のシフトと、ＬＥＤの発光光のピーク強度の増加又は減少とを区別して検出することができる。この場合、制御装置１４から発光強度の変化及び発光光の周波数偏移を外部に通知する構成とすることもできる。

ＬＥＤ駆動デバイス１５は制御装置１４によって制御されており、上述した検出結果に基づき、制御装置１４がＬＥＤ駆動デバイス１５を制御することで、各色のＬＥＤ１０_R，１０_G，１０_Bの発光強度が調節され、白色光が得られる。

各色のＬＥＤ１０_R，１０_G，１０_Bを発光期間中において明滅周波数の数十倍以上の周波数でオン／オフ制御して発光強度を調整する際には、そのオン期間とオフ期間の比率を変えることで、発光強度を調節することができる。
また、ＬＥＤ１０_R，１０_G，１０_Bが発光する際、ＬＥＤ駆動デバイス１５は各ＬＥＤ１０_R，１０_G，１０_Bに定電流が流れるように制御するが、その定電流の値を変えることで、各ＬＥＤ１０_R，１０_G，１０_Bの発光強度を変化させることができる。

図５は、赤色、緑色、青色ＬＥＤ１０_R，１０_G，１０_Bの発光光の測定時期の他の例を示すタイミングチャートである。この例では、垂直帰線期間に供給される測定信号によって、一色だけ発光開始時期が周期的に早められており、その早められた時間が単色点灯期間TUとして構成されている。単色点灯期間TUの間は他の色は消灯しており、第一、第二の光センサ１１，１２によって各色毎に発光強度が測定され、制御装置１４によって、ピーク波長のシフトやピーク強度の変化が測定される。
なお、この例では、各色のＬＥＤ１０_R，１０_G，１０_Bの発光期間を等しくするために、単色点灯期間TUが設定されたＬＥＤ１０_R，１０_G又は１０_Bは、他のＬＥＤ１０_R，１０_G又は１０_Bよりも単色点灯期間TUの時間分、早く消灯されている。

次に、本発明のその他の実施形態について説明する。上述した例においては２つの光センサを用いて各ＬＥＤの発光強度を測定しているが、赤色、緑色、青色の各色の光に対して感度を有する１つの光センサを用いる構成としてもよい。この場合も、各ＬＥＤは垂直帰線期間においてそれぞれ単独に発光し、このときの発光強度を時分割で測定することで各ＬＥＤの発光強度を検出することができる。発光強度を検出し、検出結果に応じて各ＬＥＤの発光強度を調整することで、所望の白色光を得ることができる。１つの光センサのみを用いる場合、各ＬＥＤの発光光の周波数のシフトを検出することができないが、光センサが１つで済むから経済性に優れている。

本発明においては、赤色、緑色、青色の各ＬＥＤを時分割で１つずつ発光させて各ＬＥＤの発光強度を検出する構成としているから、光センサに特別なカラーフィルタを装着する必要がなく、安価なシステムを提供することができる。

上述した例においては、１つの垂直帰線期間（又は水平帰線期間）に赤色、緑色又は青色の各ＬＥＤのうちの１つが点灯して３つの垂直帰線期間が終了することで各色のＬＥＤの発光強度を検出しているが、１つの垂直帰線期間（又は水平帰線期間）において時分割で３つの各ＬＥＤをそれぞれ単独で発光させ、１つの垂直帰線期間で３つのＬＥＤの発光強度を測定する構成としてもよい。

以上は、三色で白色光を生成するバックライトパネル１の場合について説明したが、三色に限定されるものではなく、四色以上のＬＥＤによって白色光を生成するバックライトパネルも本発明に含まれる。

本発明のバックライトパネルを説明するための平面図 本発明のバックライトパネルの回路ブロック図 光センサの検出波長範囲とＬＥＤのピーク波長の関係を説明するためのグラフ 発光期間と測定期間の時間関係の一例を説明するためのタイミングチャート 発光期間と測定期間の時間関係の他の例を説明するためのタイミングチャート

符号の説明

１……バックライトパネル
１０_R，１０_G，１０_B……ＬＥＤ
１１……第一の光センサ
１２……第二の光センサ
１５……駆動デバイス

Claims (5)

1. 最大発光強度の波長であるピーク波長が異なる複数のＬＥＤと、
   前記複数のＬＥＤを駆動するための駆動回路と、
   前記複数のＬＥＤの発光光の光強度を検出する第一、第二の光センサと、
   を有するバックライト装置であって、
   前記第一、第二の光センサの検出範囲は、前記複数のＬＥＤのピーク波長を含み、
   前記第一の光センサの最大検出感度の波長が最短の前記ピーク波長よりも短波長側に位置し、第二の光センサの最大検出感度の波長が最長の前記ピーク波長よりも長波長側に位置するバックライト装置。
2. 請求項１記載のバックライト装置であって、
   前記駆動回路が、バックライトの発光期間に前記複数のＬＥＤを全色発光させ、測定期間に前記複数のＬＥＤを一色ずつ発光させるバックライト装置。
3. 赤色ＬＥＤと緑色ＬＥＤと青色ＬＥＤとを含む複数のＬＥＤと、上記複数のＬＥＤを発光駆動するための駆動回路と、上記複数のＬＥＤの発光強度を検出するための第一、第二の光センサとを有し、バックライトとしての白色光を出力するバックライト装置であって、
   前記第一の光センサは、赤色ＬＥＤの発光波長と緑色ＬＥＤの発光波長と青色ＬＥＤの発光波長とを含む光波長の範囲において、波長が長くなるにつれて検出感度が低くなる検出感度特性を有し、
   前記第二の光センサは、前記光波長の範囲において、波長が長くなるにつれて検出感度が高くなる検出感度特性を有し、
   表示装置の垂直帰線期間又は水平帰線期間に赤色、緑色又は青色ＬＥＤの１つが発光駆動され、前記第一、第二の光センサにより赤色、緑色又は青色ＬＥＤの１つの発光強度が測定され、当該測定結果に基づいて各ＬＥＤの発光強度が調整される、バックライト装置。
4. １つの垂直帰線期間又は水平帰線期間に赤色、緑色又は青色ＬＥＤの中の１つの発光強度の測定が行なわれる請求項３に記載のバックライト装置。
5. １つの垂直帰線期間又は水平帰線期間に赤色、緑色及び青色ＬＥＤの各ＬＥＤの発光強度の測定が時分割で行なわれる請求項３に記載のバックライト装置。

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