JP5037695B2 - 照明装置およびそれを備えた液晶表示装置 - Google Patents

照明装置およびそれを備えた液晶表示装置 Download PDF

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Description

本発明は、照明装置およびそれを備えた液晶表示装置に関する。
従来、赤色光を発光する赤色発光ダイオード(赤色LED)、緑色光を発光する緑色発光ダイオード(緑色LED)および青色光を発光する青色発光ダイオード(青色LED)を光源とする照明装置が知られており、液晶表示装置の液晶表示パネルを照明するバックライトユニットとして利用されている。このような従来の照明装置では、3種類のLED光(赤色光、緑色光および青色光)を混色して白色光を生成し、その白色光を照明光としている(たとえば、特許文献1参照)。
ところで、上記のような従来の照明装置において、照明光としての白色光の色合いを良好なものにするためには、3種類のLED光の光度比を適切な値にする必要がある。このため、従来では、3種類のLED光の光度比が適切な値になるように、赤色LED、緑色LEDおよび青色LEDの各々への供給電流値が設定されている。
しかしながら、図6に示すように、赤色LED、緑色LEDおよび青色LEDの各々の劣化率には差異があり、その劣化率の差は使用時間が長くなるにつれて徐々に大きくなっていく。すなわち、赤色LED、緑色LEDおよび青色LEDのいずれかの劣化が他の劣化に比べて非常に大きくなってしまう場合がある。なお、図6中の劣化率は、使用初期の状態を100%としている。また、図6中の「R」、「G」および「B」は、それぞれ、赤色LED、緑色LEDおよび青色LEDの各々の劣化率を表している。
そして、赤色LED、緑色LEDおよび青色LEDの各々の劣化率の差が大きくなった場合において、各LEDに対して使用初期と同じ条件で電流を供給し続けると、3種類のLED光の光度比が初期の適切な値から大幅にずれてしまい、照明光の色合いが悪くなるという不都合が発生する。このため、従来の照明装置では、そのような不都合を解消するために、照明光の色合いを補正する色合い補正動作を行うことが可能なように構成されている。
上記した従来の照明装置の構成において、色合い補正動作を行う際には、まず、赤色LED、緑色LEDおよび青色LEDの各々から発光される光の光度を測定することで各LEDの劣化率を求める。そして、赤色LED、緑色LEDおよび青色LEDの各々の劣化率から補正値の算出を行った後、その補正値に基づいて各LEDへの供給電流値を補正することにより、3種類のLED光の光度比を初期の状態に戻す。これにより、3種類のLED光を混色することにより得られる照明光の色合いが初期の状態に補正される。
特開2004−93761号公報
しかしながら、上記した従来の照明装置の構成では、色合い補正動作を行う際に装置内に外光(LED光以外の光)が入り込むと、その外光の影響により、3種類のLED光の光度を正確に測定できなくなってしまう場合がある。すなわち、この場合には、赤色LED、緑色LEDおよび青色LEDの各々から発光される光の光度(劣化率)から算出される補正値が不正確なものとなり、照明光の色合い補正を精度良く行うのが困難になってしまうという問題がある。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、照明光の色合い補正を精度良く行うことが可能な照明装置およびそれを備えた液晶表示装置を提供することである。
上記目的を達成するために、この発明の第1の局面による照明装置は、赤色光、緑色光および青色光を混色して照明光を生成し、その照明光を用いて被照明体を照明する照明装置であって、赤色光を発光する赤色発光ダイオード、緑色光を発光する緑色発光ダイオードおよび青色光を発光する青色発光ダイオードをそれぞれ含む複数の発光素子と、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオードおよび青色発光ダイオードの各々から発光される光を受光し、その受光した光の光度に応じた値を出力する受光素子と、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオードおよび青色発光ダイオードの各々の劣化率を受光素子の出力値から求め、その劣化率に基づいて、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオードおよび青色発光ダイオードの各々への供給電流値を調整して照明光の色合いを補正する色合い補正動作を行う制御部とを備えている。そして、制御部は、色合い補正動作を行う際に、受光素子で受光される外光の光度が色合い補正動作に影響を及ぼす値であるか否かの判断を行い、外光の光度が色合い補正動作に影響を及ぼす値であると判断した場合に色合い補正動作を中止する一方、外光の光度が色合い補正動作に影響を及ぼす値ではないと判断した場合に色合い補正動作を開始するように構成されている。
この第1の局面による照明装置では、上記のように、色合い補正動作を行う際に、受光素子で受光される外光の光度が色合い補正動作に影響を及ぼす値であるか否かの判断を行い、外光の光度が色合い補正動作に影響を及ぼす値であると判断した場合に色合い補正動作を中止する一方、外光の光度が色合い補正動作に影響を及ぼす値ではないと判断した場合に色合い補正動作を開始するように構成された制御部を設けることによって、色合い補正動作に影響を及ぼすほどの光度を持った外光が装置内に入り込んだ場合に、その状態で色合い補正動作が行われないようにすることができる。すなわち、色合い補正動作に影響を及ぼすほどの光度を持った外光が装置内に入り込んでいない場合にのみ色合い補正動作が行われることになる。この場合、色合い補正動作時に基となる受光素子の出力値(赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオードおよび青色発光ダイオードの各々から発光される光の光度に応じた値)が外光の影響を大きく受けた値にはならないので、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオードおよび青色発光ダイオードの各々の劣化率を正確に求めることができる。これにより、その劣化率に基づいて色合い補正動作を行うことにより、照明光の色合い補正の精度を向上させることが可能となる。
なお、色合い補正動作を行う際に、外光の光度が色合い補正動作に影響を及ぼす値であると判断した場合には、ユーザに対してエラーメッセージを発信して周辺環境を暗くするなどの対策を施すように喚起することにより、照明光の色合い補正を精度良く行うことができる。
上記第1の局面による照明装置において、色合い補正動作を行う際に、全ての発光素子をオフ状態にし、全ての発光素子をオフ状態にした時の受光素子の出力値から外光の光度を入手することが好ましい。このように構成すれば、全ての発光素子をオフ状態にした時の受光素子の出力値は外光の光度に対応する値となるので、色合い補正動作を行う際の外光の光度を容易に入手することができる。
この場合、色合い補正動作を行う際に、全ての発光素子をオフ状態にした時の受光素子の出力値に基づいて、色合い補正動作を中止するか開始するかの判断を行うことが好ましい。
また、上記の場合、色合い補正動作を行う際に、全ての発光素子をオフ状態にした時の受光素子の出力値が所定値以上の場合に色合い補正動作を中止する一方、全ての発光素子をオフ状態にした時の受光素子の出力値が所定値よりも小さい場合に色合い補正動作を開始することが好ましい。
この発明の第2の局面による液晶表示装置は、上記第1の局面による照明装置と、その照明装置により照明される液晶表示パネルとを備えている。このように構成すれば、液晶表示パネルを照明するための照明光の色合い補正の精度を向上させることができる。
以上のように、本発明によれば、照明光の色合い補正を精度良く行うことが可能な照明装置およびそれを備えた液晶表示装置を容易に得ることができる。
本発明の一実施形態による照明装置の分解斜視図である。 図1に示した一実施形態による照明装置の光出射部の拡大平面図である。 図2の100−100線に沿った断面図である。 図1に示した一実施形態による照明装置の制御系のブロック図である。 本発明の一実施形態による照明装置の色合い補正動作を説明するためのフローチャートである。 LEDの劣化率を説明するためのグラフである。
以下に、図1〜図4を参照して、本実施形態による照明装置10の全体構成について説明する。
本実施形態の照明装置10は、図1に示すように、液晶表示装置の液晶表示パネル(被照明体)20を照明するバックライトユニットとして用いられるものであって、照明光としての白色光を面状に出射するように構成されている。なお、本実施形態の照明装置10をバックライトユニットとして用いる場合には、それを液晶表示パネル20の表示面側とは反対の裏面側に配置する。
また、本実施形態の照明装置10は、タンデム方式を採用したものであり、基板1上にマトリクス状に配列された複数の光出射部(発光素子3および導光板4からなる部分)2を備えている。そして、その複数の光出射部2の各々において照明光となる白色光を生成し、生成した白色光を液晶表示パネル20側に向かう方向に出射するようになっている。
この複数の光出射部2の各々は、図2に示すように、発光素子3および導光板4からなっている。光出射部2の構成部材である発光素子3は、1つの光出射部2に対して2つずつ設けられており、赤色光を発光する赤色LED(赤色発光ダイオード)3a、緑色光を発光する緑色LED(緑色発光ダイオード)3bおよび青色光を発光する青色LED(青色発光ダイオード)3cを含んでいるとともに、それらが1つのパッケージに装着された構造を有している。そして、赤色LED3a、緑色LED3bおよび青色LED3cの各々から発光される3種類のLED光(赤色光、緑色光および青色光)を混色することによって白色光を得ている。具体的には、赤色LED3a、緑色LED3bおよび青色LED3cの各々に供給する電流値を別個に調整し、3種類のLED光の光度比を適切な値にすることによって、3種類のLED光が混色した時に良好な白色光となるようにしている。なお、赤色LED3a、緑色LED3bおよび青色LED3cは、後述する色合い補正動作の際に互いに独立して発光させることが可能となっている。
光出射部2の構成部材である導光板4は、図2および図3に示すように、発光素子3から発光された光を液晶表示パネル20側に向かう方向に導光するためのものであり、1つの光出射部2に対して1つずつ設けられている。すなわち、2つの発光素子3から発光された光が1つの導光板4によって導光されることになる。
また、導光板4は、発光素子3の発光面が対向配置される光入射面4aと、その光入射面4aに対して垂直な面(液晶表示パネル20側に向く面)からなる光出射面4bと、光出射面4bとは反対側の面である裏面4cとを少なくとも有しており、光入射面4aから離れるにしたがって板厚が徐々に小さくなるように裏面4cが傾斜した楔状に形成されている。さらに、導光板4の所定部分には、導光板4を板厚方向に貫通する貫通孔4dが形成されている。
また、図2に示すように、複数の光出射部2の各々には、導光板4の貫通孔4dに挿入されたフォトダイオード(受光素子)5が1つずつ配置されている。このフォトダイオード5は、導光板4の内部を導光する3種類のLED光を受光し、その受光した光の光度に応じた値を出力するためのものである。なお、フォトダイオード5の出力値は、後述する色合い補正動作の際に使用される。
また、図1に示すように、複数の光出射部2の上方(液晶表示パネル20側)には、光出射部2からの光が入射される光学シート6が設けられている。そして、この光学シート6によって、光出射部2からの光の拡散や集光が行われる。
ところで、照明光としての白色光を生成するための赤色LED3a、緑色LED3bおよび青色LED3cの各々の劣化は使用時間が長くなるにつれて徐々に大きくなっていくが、その劣化率には差異がある。そして、赤色LED3a、緑色LED3bおよび青色LED3cのいずれかの劣化が他の劣化に比べて大きくなると、3種類のLED光の光度比が初期の適切な値からずれてしまい、照明光が良好な白色光にならなくなってしまう。したがって、本実施形態の照明装置10では、照明光の色合いが悪くなった時に、その照明光の色合いを初期の状態に戻すことが可能な制御系(図4参照)が設けられている。
本実施形態の照明装置10に設けられる制御系では、図4に示すように、メインコントローラ11にLEDドライバ12が接続されており、LEDドライバ12から発光素子(LED)3に供給される電流がメインコントローラ11によって制御される。このメインコントローラ11は、本発明の「制御部」の一例である。
また、制御系には、フォトダイオード(PD)5の出力値を増幅して電流信号から電圧信号に変換する機能を有する増幅回路(AMP)13や、増幅回路(AMP)13からの信号をアナログからデジタルに変換する機能を有するA/Dコンバータ(ADC)14なども設けられている。そして、その増幅回路13およびA/Dコンバータ14を介して、フォトダイオード5がメインコントローラ11に接続されている。すなわち、メインコントローラ11には、フォトダイオード5の出力値が増幅回路13およびA/Dコンバータ14を介して入力されることになる。さらに、メインコントローラ11にはメモリ(ROM)15が接続されており、3種類のLED光の光度の初期値が格納された状態となっている。
そして、照明光の色合いを補正する色合い補正動作は、メインコントローラ11により制御される。すなわち、通常モードから補正モードに切り替えられた時に、メインコントローラ11において、赤色LED3a、緑色LED3bおよび青色LED3cの各々の劣化率がフォトダイオード5の出力値から求められ、その劣化率に基づいて、各LEDへの供給電流値が調整される。なお、赤色LED3a、緑色LED3bおよび青色LED3cの各々の劣化率は、メモリ15に格納された初期値と比較することによって求められる。このような制御を行うことによって、3種類のLED光の光度比を初期の状態に戻すことが可能となり、照明光の色合いを良好なものにすることができる。
ここで、本実施形態では、色合い補正動作を行う際に、フォトダイオード5で受光される外光(LED光以外の光)の光度が色合い補正動作に影響を及ぼす値であるか否かの判断を行い、その外光の光度が色合い補正動作に影響を及ぼす値であると判断した場合に色合い補正動作を中止する一方、外光の光度が色合い補正動作に影響を及ぼす値ではないと判断した場合に色合い補正動作を開始するようになっている。この色合い補正動作の制御はメインコントローラ11によって行われるものであり、全ての発光素子3をオフ状態にした時のフォトダイオード5の出力値が所定値以上の場合に、メインコントローラ11により色合い補正動作が中止される。その一方、全ての発光素子3をオフ状態にした時のフォトダイオード5の出力値が所定値よりも小さい場合には、メインコントローラ11により色合い補正動作が開始される。なお、外光の光度が色合い補正動作に影響を及ぼす値であるか否かの判断を行う際に基となる所定値は、色合い補正動作に影響を及ぼす外光の光度に対応する値よりも小さい値である。
以下に、図5を参照して、本実施形態の照明装置10の色合い補正動作について説明する。
まず、ステップS1において、全ての発光素子3への電流の供給を停止することによって、全ての発光素子3をオフ状態(LED光がフォトダイオード5で受光されない状態)にする。これにより、全ての発光素子3をオフ状態にした時のフォトダイオード5の出力値を入手する。
この時、装置内に外光が入り込んでいれば、その外光をフォトダイオード5が受光するため、フォトダイオード5の出力値は「0」にはならず、装置内に入り込んだ外光の光度に応じた値がフォトダイオード5から出力されることになる。すなわち、このステップS1では、装置内に入り込んだ外光がフォトダイオード5によって検出される。そして、フォトダイオード5の出力値は、増幅回路13およびA/Dコンバータ14を介してメインコントローラ11に出力される。
次に、ステップS2において、全ての発光素子3をオフ状態にした時のフォトダイオード5の出力値(装置内に入り込んだ外光の光度に応じた値)に基づいて、装置内に入り込んだ外光の光度が色合い補正動作に影響を及ぼす値であるか否かの判断を行う。この判断はメインコントローラ11によって行われるものであり、全ての発光素子3をオフ状態にした時のフォトダイオード5の出力値が所定値以上の場合に、装置内に入り込んだ外光の光度が色合い補正動作に影響を及ぼす値であると判断される。その一方、全ての発光素子3をオフ状態にした時のフォトダイオード5の出力値が所定値よりも小さい場合には、装置内に入り込んだ外光の光度が色合い補正動作に影響を及ぼす値ではないと判断される。
そして、外光の光度が色合い補正動作に影響を及ぼす値であると判断された場合(全ての発光素子3をオフ状態にした時のフォトダイオード5の出力値が所定値以上の場合)には、ステップS3に進み、色合い補正動作を中止する。なお、色合い補正動作を中止した場合には、たとえば、ユーザに対してエラーメッセージを発信し、周辺環境を暗くするなどの対策を施すように喚起する。
その一方、外光の光度が色合い補正動作に影響を及ぼす値ではないと判断された場合(全ての発光素子3をオフ状態にした時のフォトダイオード5の出力値が所定値よりも小さい場合)には、ステップS4に進み、色合い補正動作を継続する。
次に、ステップS4において、赤色LED3a、緑色LED3bおよび青色LED3cの各々の光度を測定することにより、各LEDの劣化率を求める。具体的には、まず、赤色LED3a、緑色LED3bおよび青色LED3cを1つずつ順番に発光させる。この際、赤色LED3a、緑色LED3bおよび青色LED3cの各々から発光された光がフォトダイオード5で受光され、その受光されたLED光の光度に応じた値がフォトダイオード5の出力値となる。
また、このフォトダイオード5の出力値は、増幅回路13およびA/Dコンバータ14を介してメインコントローラ11に出力される。これにより、メインコントローラ11により、フォトダイオード5の出力値(補正時のLED光の光度に対応する値)とメモリ15に格納された初期値(初期のLED光の光度に対応する値)とが比較され、赤色LED3a、緑色LED3bおよび青色LED3cの各々の劣化率が求められる。
この後、ステップS5において、赤色LED3a、緑色LED3bおよび青色LED3cの各々の劣化率に基づいて、各LEDへの供給電流値を調整する。この供給電流値の調整はメインコントローラ11で制御され、赤色LED3a、緑色LED3bおよび青色LED3cの各々への電流の供給はLEDドライバ12によってなされる。
供給電流値を調整する際には、まず、赤色LED3a、緑色LED3bおよび青色LED3cの各々の劣化率から最も劣化が大きいLEDを特定する。そして、劣化が最も大きいLEDへの供給電流値が固定され、他のLEDへの供給電流値が下がるような制御を行う。すなわち、劣化が最も大きいLEDの光度を固定した状態で、他のLEDの光度を変化させる。このようにして、3種類のLED光の光度比を初期の状態に戻す。その結果、3種類のLED光を混色することにより得られる照明光の色合いが初期の状態に補正される。なお、この供給電流値の調整は、複数の発光素子3の全てに対して素子単位で行う。
本実施形態では、上記のように、色合い補正動作を行う際に、フォトダイオード5で受光される外光の光度が色合い補正動作に影響を及ぼす値であるか否かの判断を行い、外光の光度が色合い補正動作に影響を及ぼす値であると判断した場合に色合い補正動作を中止する一方、外光の光度が色合い補正動作に影響を及ぼす値ではないと判断した場合に色合い補正動作を開始するように構成されたメインコントローラ11を設けることによって、色合い補正動作に影響を及ぼすほどの光度を持った外光が装置内に入り込んだ場合に、その状態で色合い補正動作が行われないようにすることができる。すなわち、色合い補正動作に影響を及ぼすほどの光度を持つ外光が装置内に入り込んでいない場合にのみ色合い補正動作が行われることになる。この場合、色合い補正動作時に基となるフォトダイオード5の出力値(赤色LED3a、緑色LED3bおよび青色LED3cの各々から発光される光の光度に応じた値)が外光の影響を大きく受けた値にはならないので、赤色LED3a、緑色LED3bおよび青色LED3cの各々の劣化率を正確に求めることができる。これにより、その劣化率に基づいて色合い補正動作を行うことにより、照明光の色合い補正の精度を向上させることが可能となる。
また、本実施形態では、上記のように、色合い補正動作を行う際に、全ての発光素子3をオフ状態にすることによって、全ての発光素子3をオフ状態にした時のフォトダイオード5の出力値は外光の光度に対応する値となるので、色合い補正動作を行う際の外光の光度を容易に入手することができる。
今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
たとえば、上記実施形態では、タンデム方式の照明装置に本発明を適用する例について説明したが、本発明はこれに限らず、タンデム方式以外の方式の照明装置に本発明を適用してもよい。
また、上記実施形態では、2つの発光素子に対して1つの受光素子を設けるようにしたが、本発明はこれに限らず、3つ以上の発光素子に対して1つの受光素子を設けるようにしてもよいし、1つの発光素子に対して1つの受光素子を設けるようにしてもよい。
3 発光素子
3a 赤色LED(赤色発光ダイオード)
3b 緑色LED(緑色発光ダイオード)
3c 青色LED(青色発光ダイオード)
5 フォトダイオード(受光素子)
10 照明装置
11 メインコントローラ(制御部)
20 液晶表示パネル(被照明体)

Claims (5)

  1. 赤色光、緑色光および青色光を混色して照明光を生成し、その照明光を用いて被照明体を照明する照明装置であって、
    赤色光を発光する赤色発光ダイオード、緑色光を発光する緑色発光ダイオードおよび青色光を発光する青色発光ダイオードをそれぞれ含む複数の発光素子と、
    前記赤色発光ダイオード、前記緑色発光ダイオードおよび前記青色発光ダイオードの各々から発光される光を受光し、その受光した光の光度に応じた値を出力する受光素子と、
    前記赤色発光ダイオード、前記緑色発光ダイオードおよび前記青色発光ダイオードの各々の劣化率を前記受光素子の出力値から求め、前記劣化率に基づいて、前記赤色発光ダイオード、前記緑色発光ダイオードおよび前記青色発光ダイオードの各々への供給電流値を調整して照明光の色合いを補正する色合い補正動作を行う制御部とを備え、
    前記制御部は、前記色合い補正動作を行う際に、前記受光素子で受光される外光の光度が前記色合い補正動作に影響を及ぼす値であるか否かの判断を行い、前記外光の光度が前記色合い補正動作に影響を及ぼす値であると判断した場合に前記色合い補正動作を中止する一方、前記外光の光度が前記色合い補正動作に影響を及ぼす値ではないと判断した場合に前記色合い補正動作を開始するように構成されていることを特徴とする照明装置。
  2. 前記色合い補正動作を行う際に、全ての前記発光素子をオフ状態にし、前記全ての発光素子をオフ状態にした時の前記受光素子の出力値から前記外光の光度を入手することを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
  3. 前記色合い補正動作を行う際に、前記全ての発光素子をオフ状態にした時の前記受光素子の出力値に基づいて、前記色合い補正動作を中止するか開始するかの判断を行うことを特徴とする請求項2に記載の照明装置。
  4. 前記色合い補正動作を行う際に、前記全ての発光素子をオフ状態にした時の前記受光素子の出力値が所定値以上の場合に前記色合い補正動作を中止する一方、前記全ての発光素子をオフ状態にした時の前記受光素子の出力値が前記所定値よりも小さい場合に前記色合い補正動作を開始することを特徴とする請求項3に記載の照明装置。
  5. 請求項1〜4のいずれかに記載の照明装置と、
    前記照明装置により照明される液晶表示パネルとを備えていることを特徴とする液晶表示装置。
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