KR20090127299A - 중공식 면 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

중공의 유닛 케이스(1)의 저면에 광 반사면 부재(2)가 배치되고, 유닛 케이스의 상면측에 광 반사면 부재와 대향하여 발광면 부재(3)가 배치되고, 광 반사면 부재와 발광면 부재 사이에 끼워지는 중공 도광 영역(10)이 형성된다. 유닛 케이스의 측면에는, 적색, 녹색, 청색 각각을 단색 발광하는 다수개의 LED(7R, 7B, 7G)가 열 형상으로 배열되어 이루어지는 LED 광원(5)이 설치된다. 유닛 케이스(1) 내의 광 반사면 부재 2개에는, LED 광원(5)으로부터 중공 도광 영역으로 입사한 각 색광의 조도를 계측하는 컬러 센서가 설치된다. 이 컬러 센서의 계측 데이터는 LED 제어 회로에 공급되고, LED 제어 회로는 각 색광의 조도에 기초하여, LED 광원에 포함되는 각 LED(7R, 7B, 7G)의 발광 강도를 제어한다.
유닛 케이스, 광 반사면 부재, 발광면 부재, 중공 도광 영역, LED 광원

Description

중공식 면 조명 장치{HOLLOW PLANAR ILLUMINATING APPARATUS}
본 발명은, 예를 들어 액정 표시 장치의 백라이트 유닛과 같이 발광면으로부터 균일한 휘도 분포의 조명광을 출사하는 중공식 면 조명 장치에 관한 것이다.
최근, 액정 표시 장치용 백라이트 유닛의 광원은, 냉음극 방전등으로부터 LED로 대체되는 움직임이 진행되고 있다. 이 이유는, 냉음극 방전등에 비교하여, LED는 유해 물질인 수은이 포함되지 않아, 환경 조화형의 광원으로서 적합한 것, 또한 최근의 대폭적인 발광 효율의 향상에 따라 소비 전력을 대폭 저감시킬 수 있는 것에 의한 부분이 크다. LED를 광원으로서 구비하는 백라이트 유닛은, 지금까지 휴대 전화기나 모바일 단말기와 같이 대략 소형 기기에 대한 용도가 중심이었지만, 최근에는 20인치형 이상의 액정 모니터나 액정 텔레비전 등, 대형의 액정 표시 장치에도 채용하는 움직임이 진행되고 있다.
대형 액정 표시 장치의 경우, 그 백라이트 유닛에는 고휘도인 것이 요구된다. 그로 인해, 소형의 백라이트 유닛에서 일반적으로 채용되고 있는 사이드라이트 방식은 대형 액정 표시 장치의 백라이트로서는 채용되고 있지 않다. 이 사이드라이트 방식은, 도광판의 측부에 광원을 배치하여 발광시켜, 광원으로부터의 광을 도광판에 측면으로부터 도광하여 확산, 반사시키고, 도광판의 표면인 면 발광부로 부터 출사시키는 방식이며, 예를 들어 일본 특허 공개 평8-171806호 공보, 일본 특허 공개 제2006-106212호 공보에 개시되어 있다. 이와 같은 대형 액정 표시 장치용의 백라이트 유닛으로서는, 면 발광부 전체면에 LED 광원을 배치한 소위 직하형의 백라이트 유닛이 일반적으로 되어 있다. 예를 들어, 일본 특허 공개 제2005-316337호 공보에는 이와 같은 직하형의 백라이트 유닛이 개시되어 있다.
그러나 이와 같은 직하형의 백라이트 유닛에서는, 광원이 LED인 경우, 배열한 다수의 LED와 면 발광부(확산판)의 거리가 지나치게 근접하면 휘도 불균일, 색 불균일이 발생하여, 이 결과, 이와 같은 백라이트 유닛을 사용한 액정 화면의 표시 품질을 악화시키게 된다. 이 현상은, 고휘도를 실현하기 위해, 1개당 전력이 1W급 이상의 고출력 LED를 광원으로 한 경우에 한층 더 현저하게 나타난다. 반면, 휘도 불균일 혹은 색 불균일을 저감시키기 위해 LED와 면 발광부의 거리를 크게 하면, 장치 전체의 두께를 증가시키게 되어, 최근의 박형화의 경향에 반하여 바람직하지 않다.
본 발명은, 상기와 같은 종래의 기술적 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 사이드라이트 방식의 면 조명 장치이며, 장치를 대형화하지 않고, 조명광의 고휘도화 및 고균제도화가 가능한 중공식 면 조명 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본원에 있어서,「사이드라이트 방식」이라 함은, 발광면의 배면부 측방의 광원으로부터 발광면에 평행한 방향으로 광을 출사하고, 이 광을 굴절, 반사, 확산시켜 발광면에 도광하는 조명 방식을 말한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 중공식 면 조명 장치는, 중공의 유닛 케이스의 저면측에 배치된 광 반사면 부재와, 이 광 반사면 부재에 대향 배치된 발광면 부재와, 이 발광면 부재 및 상기 광 반사면 부재 사이에 끼워지는 공간인 중공 도광 영역에 인접하여 배치된 배선 기판과, 이 배선 기판 상에 열 형상으로 배열된 적색, 녹색, 청색 각각을 단색 발광하는 다수개의 LED로 이루어지는 LED 광원과, 이 LED 광원으로부터의 광을 그 광축이 상기 발광면 부재에 평행해지도록 집광하는 LED 콜리메이터와, 이 LED 콜리메이터의 근방에 설치되고, 상기 LED 광원으로부터 중공 도광 영역으로 입사한 광에 대해 적색광, 녹색광 및 청색광 각각의 조도를 개별로 계측하는 컬러 센서와, 이 컬러 센서가 출력하는 적색광, 녹색광 및 청색광 각각의 조도 신호에 기초하여, 상기 LED 광원의 적색, 녹색, 청색 각각의 LED의 발광 강도를 제어하는 LED 휘도 제어 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 중공식 면 조명 장치는, 중공의 유닛 케이스의 저면측에 배치된 광 반사면 부재와, 이 광 반사면 부재에 대향 배치된 발광면 부재와, 이 발광면 부재 및 상기 광 반사면 부재 사이에 끼워지는 공간인 중공 도광 영역에 인접하여 배치된 배선 기판과, 이 배선 기판 상에 열 형상으로 배열된 백색 발광하는 다수개의 LED로 이루어지는 LED 광원과, 이 LED 광원으로부터의 광을 그 광축이 상기 발광면 부재에 평행해지도록 집광하는 LED 콜리메이터와, 이 LED 콜리메이터의 근방에 설치되고, 상기 LED 광원으로부터 중공 도광 영역으로 입사한 상기 백색광의 조도를 계측하는 조도 센서와, 이 조도가 출력하는 상기 백색광의 조도 신호에 기초하여, 상기 LED 광원의 각 LED의 발광 강도를 제어하는 LED 휘도 제어 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 본 발명의 일 실시예에 의한 중공식 면 조명 장치에 따르면, 컬러 LED 광원의 3색 LED 각각의 조도를 계측하고, 각 색 LED의 휘도를 개별로 제어함으로써, 동일한 전력을 공급한 경우에 발광 휘도에 차이가 있는 각 색 LED를 그들의 조도가 일정해지도록 각 색 LED의 발광 휘도를 제어할 수 있다. 따라서, 고휘도이며 균제도도 높은 조명광을 출사할 수 있어, 대형 액정 표시 장치의 백라이트 유닛으로서도 채용할 수 있는 사이드라이트 방식을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 조도 센서에 의해 백색 LED 광원으로부터의 광의 조도를 계측하고, 이 계측한 조도에 기초하여 LED 광원의 휘도를 제어함으로써, 고휘도이며, 또한 균제도도 높은 조명광을 출사할 수 있어, 대형 액정 표시 장치의 백라이트 유닛으로서도 채용할 수 있는 사이드라이트 방식의 중공식 면 조명 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예의 백라이트 유닛의 분해 사시도.
도 2는 도 1에 도시한 백라이트 유닛의 단면도.
도 3은 도 1에 도시한 LED 콜리메이터의 일부 파단 사시도.
도 4는 도 1에 도시한 LED 콜리메이터의 집광 특성을 도시하는 단면도.
도 5A는 도 1에 도시한 백라이트 유닛의 휘도 분포 특성을 설명하기 위한 백라이트 유닛의 평면도.
도 5B는 도 1에 도시한 백라이트 유닛의 휘도 분포 특성을 나타내는 그래프.
도 6은 도 1에 도시한 백라이트 유닛에 있어서의 휘도 제어 회로의 블록도.
도 7은 본 발명의 제2 실시예의 백라이트 유닛에 있어서의 휘도 제어 회로의 블록도.
도 8은 본 발명의 제3 실시예의 백라이트 유닛의 분해 사시도.
도 9는 도 8에 도시한 백라이트 유닛의 단면도.
도 10은 온도 센서(12)의 온도와 컬러 센서(11 또는 11B)의 출력치의 관계를 나타내는 그래프.
도 11은 본 발명의 제3 실시예의 백라이트 유닛에 있어서의 휘도 제어 회로의 블록도.
도 12A는 온도 보정 전에 있어서의 백라이트 장치의 점등 시간에 대한 휘도 변화를 나타내는 그래프.
도 12B는 온도 보정 전에 있어서의 백라이트 장치의 점등 시간에 대한 색도 변화를 나타내는 그래프.
도 13A는 온도 보정 후에 있어서의 백라이트 장치의 점등 시간에 대한 휘도 변화를 나타내는 그래프.
도 13B는 온도 보정 후에 있어서의 백라이트 장치의 점등 시간에 대한 색도 변화를 나타내는 그래프.
이하, 본 발명의 실시예를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.
(제1 실시예)
도 1, 도 2는 본 발명의 제1 실시예의 중공식 면 조명 장치인 액정 표시 장치용의 백라이트 유닛을 도시하고 있다. 이 백라이트 유닛은, 알루미늄 합금 등의 고열전도성의 금속으로 형성된, 상면이 개구한 직사각형의 유닛 케이스(1)를 구비하고 있다. 이 유닛 케이스(1) 저면에는 산형의 광 반사면 부재(2)가 배치되어 있다. 이 광 반사면 부재(2)는, 직사각형의 유닛 케이스(1)의 중앙에 있어서, 유닛 케이스(1)의 한 쌍의 대향변에 평행한 능선을 갖고, 그 양측으로 이격됨에 따라서 점차 낮아지는 2개의 경사면에 의해 형성되어 있다. 이 유닛 케이스(1)의 상면의 개구는 발광면 부재(3)에 의해 폐쇄되어 있다. 그리고, 유닛 케이스(1)에는, 발광면 부재(3)측으로부터 전방 프레임(4)을 씌워, 유닛 케이스(1)와 일체화함으로써 백라이트 유닛이 조립되어 있다. 유닛 케이스(1) 내의, 광 반사면 부재(2)와 발광면 부재(3) 사이에 두는 공간 부분은, 중공 도광 영역(10)을 형성하고 있다.
광 반사면 부재(2)는, 금속 혹은 수지제의 판재에 고반사성과 확산 반사성을 갖는 재료로 이루어지는 층, 예를 들어 백색 PET 필름이나 백색 잉크층이 적층되어 형성되어 있다. 광 확산 반사성을 갖는 재료로서는, 상기 외에, 경면 반사성을 갖는 고반사 알루미늄 등에 광 투과성 확산재를 코팅한 것이라도 좋다.
발광면 부재(3)는, 광 투과 확산판(3A) 상에, 2매의 확산 시트(3B, 3C), 그들 확산 시트 사이에 배치된 렌즈 시트(3D) 등의 광학 시트를 겹쳐 구성한 것이다. 이 발광면 부재(3)는, 중공 도광 영역(10) 내에 있어서, 광 반사 부재(2)에 의해 반사되어 하면으로부터 입사한 광을 균일하게 확산하여, 상면의 발광면으로부터 출사시킨다. 이 발광면 부재(3)는, 발광면에서의 휘도 불균일을 없애고, 균제도를 높게 하는 작용을 한다. 또한, 광 반사 부재(2)와 발광면 부재(3)의 거리는, 발광면 부재(3)의 중앙부의 능선 상에서 가장 작고, 그 양측으로 이격됨에 따라서 서서히 커지고 있다. 이로 인해, 후술하는 바와 같이 발광면 부재(3)의 양측부에 배치된 LED 광원으로부터 중공 도광 영역(10) 내로 입사하고, 광 반사 부재(2)에 의해 반사되어 발광면 부재(3)로 입사하는 광의 휘도 분포가 균일해진다.
광 반사면 부재(2)의 양측의 경사면 저부에는, 후술하는 LED 광원(5)으로부터 사출되는 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 광 각각의 조도를 검출하는 컬러 센서(11A, 11B)가 설치되어 있다.
유닛 케이스(1)의 한 쌍의 대향변을 형성하는 양측면에는, 각각 LED 광원(5)이 배치되어 있다.
이들 LED 광원(5)은, 유닛 케이스(1)의 양 측벽면 내에 수용할 수 있는 폭을 갖는 가늘고 긴 배선 기판(6) 상에 복수개의 LED(7)를 일렬 혹은 복수열로 실장한 것이다. 배선 기판(6)은 광열전도성의 알루미늄 혹은 알루미늄 합금 등의 금속이나, 질화알루미늄 등의 세라믹에 의해 형성되어 있고, 고열전도성의 유닛 케이스(1)의 측벽에 나사 고정, 접착 그 밖의 수단으로 고정하고 있다. 또한, 이 배선 기판(6)과 유닛 케이스(1)의 측벽 사이에는 고열전도성의 양면 테이프, 시트 혹은 그리스를 개재시키는 것이 바람직하다. LED 광원(5) 상에 실장되는 LED(7)는, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 3색의 LED 소자를 1세트로 하여, 복수 세트가 반복하여 배열되어 있다. 또한, 이들 3색의 LED 소자는, 원하는 백색 색도로 합성시키기 위한 수량비를 1세트로 하고, 이들을 복수 세트 배열할 수도 있다.
한 쌍의 LED 광원(5)에는 각각 평행하게 가늘고 긴 LED 콜리메이터(9)가 배치되어 있다. LED 콜리메이터(9)에는 LED(7)의 배열에 대향하는 오목 홈(8)이 형성되어 있다. 이 LED 콜리메이터(9)는, LED 광원(5)의 LED(7)로부터 출사되는 광을 유닛 케이스(1)의 두께 방향으로 집광시켜 그 중공 도광 영역(10)으로 입광시키기 위한 렌즈이며, 예를 들어 아크릴이나 폴리카르보네이트와 같은 투명 수지, 혹은 유리 등의 부재로 형성되어 있다.
도 3, 도 4에 도시한 바와 같이, LED 콜리메이터(9)의 오목 홈(8)은, 볼록 형상의 입사면(InA)과 평면 형상의 입사면(InB1, InB2)으로 형성되어 있다. 볼록 형상의 입사면(InA)은 LED(7)의 광축에 가까운 각도의 방사광을 LED 콜리메이터(9) 내로 도광한다. 평면 형상의 입사면(InB1, InB2)은 입사면(InA)의 상하에 배치되고, LED(7)의 광축으로부터 이격된 각도의 방사광을 콜리메이터(9) 내에 도광한다. LED 콜리메이터(9)의 하측과 상측에 위치하는 외표면은, LED 콜리메이터(9) 내로 도광된 광을 전반사하는 전반사면(TIR1,TIR2)을 형성하고 있다. LED 콜리메이터(9)의 출사부는 오목 홈(8)과 반대측에 마련된 볼록 형상의 출사면(ExA)과 이 주위에 마련된 오목 곡면 형상의 출사면(ExB1, ExB2)에 의해 형성되어 있다. 볼록 형상의 출사면(ExA)은 입사면(InA)으로부터의 입사광을 LED(7)의 광축에 대략 평행하게 집광한다. 오목 곡면 형상의 출사면(ExB1, ExB2)은 평면 형상의 입사면(InB1, InB2)으로부터 입사한 후, 전반사면(TIR1,TIR2)에서 전반사한 광을 마찬가지로 LED(7)의 광축에 대략 평행하게 집광한다.
LED(7)의 열(列)로부터 LED 콜리메이터(9)로 들어가고, LED 콜리메이터(9)로 부터 출사하는 광(RYA, RYB1, RYB2)은, 도 2에 도시되는 중공 도광 영역(10)에 도입된다. 이들 광(RYA, RYB1, RYB2)은, 반사면 부재(2)의 반사면에서 발광면 부재(3)의 방향으로 반사되고, 이 발광면 부재(3)의 발광면으로부터 고휘도이며 또한 휘도 불균일이 없는 상태에서 출사된다. 이 LED 콜리메이터(9)의 존재에 의해, LED(7)로부터 광 각도로 방사되는 광은, 80％ 이상의 높은 이용 효율과 끼인 각도로 집광되기 때문에, 중공 도광 영역(10)에 있어서의 반사 손실은 최저한으로 억제되어, LED 콜리메이터를 사용하지 않는 종래의 중공 방식의 백라이트 유닛보다도 휘도가 향상된다. 또한, 광원의 집광성이 높고, 반사면을 경면으로 하지 않아, 확산 반사면으로서도 휘도 균제도도 높고, 또한 국소적인 휘선의 발생도 방지한다.
도 5A 및 도 5B는, 본 실시예의 백라이트 유닛의 발광면에 있어서의 휘도 분포를 나타내는 도면이며, 전자는 백라이트 유닛(30)의 평면도이고, 후자는 도 5A의 휘도 분포 측정 라인(31)을 따른 방향에 있어서의 휘도 분포를 나타내는 도면이다. 도 5A에 도시한 바와 같이, LED 광원(5)은 백라이트 유닛(30)의 상하의 긴 변의 위치에 설치되어 있다. 휘도 분포 측정 라인(31)은, 한 쌍의 LED 광원(5)에 포함되는 대응하는 위치에 배치되는 한 쌍의 LED(7)(도시하지 않음)를 서로 연결하는 직선이다. 도 5A에서는 한 쌍의 LED 광원(5)에 포함되는 LED(7) 중, 중앙에 위치하는 한 쌍의 LED(7)(도시하지 않음)를 대표로 하여 나타내고 있다. 따라서 이 휘도 분포 측정 라인(31)은, 또한 LED 광원(5)에 포함되는 LED(7)의 배열 방향으로 직각 방향 혹은 LED(7)의 광축에 평행한 방향을 나타내는 직선이다. 도 5B에 나타낸 바와 같이, 발광면에 있어서의 휘도 분포 측정 라인(31)을 따르는 휘도 분포는, 발광 면의 종방향의 중앙부에서 휘도가 높고, 상하에 있어서 저하되는 경향이 있지만, 전체적으로 그 변화는 완만하며, 좌우 대칭인 휘도 분포가 얻어진다.
다음에, 도 6을 사용하여, 본 실시예의 백라이트 유닛에 있어서의 LED 광원(5)의 휘도 제어 회로에 대해 설명한다. 휘도 제어 회로는 LED 구동부(21A, 21B)와, 컬러 센서 데이터 처리부(22A, 22B)와, 비교ㆍ연산 처리부(23)를 구비하고 있다. LED 구동부(21A, 21B)는, 백라이트 유닛의 양측면에 배치된 LED 광원(5, 5)에 포함되는 복수의 LED(7)를, 동일한 색광(R, G 또는 B)을 발생하는 소자 LED(7R), LED(7G) 또는 LED(7B)로 그룹화하여 점등 구동한다. 컬러 센서 데이터 처리부(22A, 22B)는, 산형의 반사면 부재(2)의 양측 저부에 각각 설치된 컬러 센서(11A, 11B)로부터의 광 검출 신호를 데이터 처리한다. 비교ㆍ연산 처리부(23)는 컬러 센서 데이터 처리부(22A, 22B)로부터의 RGB 각 색의 조도 데이터에 대해 소정의 비교ㆍ연산 처리를 행하여, LED 구동부(21A, 21B)에 대해 RGB 각 색 LED(7R), LED(7B), LED(7G)에 대한 공급 전력의 증감을 명령한다.
비교ㆍ연산 처리부(23)는, 컬러 센서 데이터 처리부(22A, 22B)로부터의 각 색의 조도 데이터를 이용하여, 각각의 각 색광 조도(LR, LG, LB)의 비율 LR:LG:LB를 구하고, 이것을 참조치와 비교하여, 각 색광간의 휘도 비율 조정치를 구한다. 비교ㆍ연산 처리부(23)는 또한, 컬러 센서 데이터 처리부(22A, 22B)로부터의 각 색의 조도 데이터를 이용하여, 각각의 전체 색광의 합산 조도[R+G+B(A측 : R+G+B, B측 : R+G+B)]를 비교하여 조도를 균제화하기 위해 필요한 LED(7R), LED(7G), LED(7B)의 각 그룹에 공급하는 파워의 증감률을 구한다. 이들에 의해 LED 광원(5, 5)에 있어서의 각각의 단색광 LED(7R), LED(7G), LED(7B) 그룹에 대한 공급 전력을 산출하고, LED 구동부(21A, 21B)로 출력한다. LED 구동부(21A, 21B)에 있어서의 LED(7R), LED(7G), LED(7B) 그룹 각각에 대한 휘도 조정은 LED 전류의 조정 혹은 펄스 폭 조정에 의해 행한다.
전술한 바와 같이, 백라이트 유닛의 마주 대하는 양측에 각각에 설치한 LED 광원(5, 5)으로부터의 광은, LED 콜리메이터(9)를 경유하여 중공 도광 영역(10)으로 들어가고, 산형의 반사면 부재(2)에 의해 반사되어 발광면 부재(3)에 배면측으로부터 도달하고, 발광면 부재(3)에 의해 확산, 집광되어 균제도가 높은 면 광원으로서 출사한다. 여기서, 반사면 부재(2)는 산형이므로, 중앙의 능선보다도 한쪽의 LED 광원(5)에 가까운 한쪽 절반부에서는 그 측의 LED 광원(5)으로부터의 광이 지배적이 된다. 따라서, 양측의 LED 광원(5, 5) 각각의 전체 휘도에 차가 있으면, 발광면으로부터 출사하는 광에 대해서도, 중앙의 능선의 양측에서 명암차가 생긴다. 따라서, 본 실시예의 경우, 양측의 LED 광원(5, 5) 각각으로부터의 광의 조도를 컬러 센서(11A, 11B)에 의해 개별로 계측하고, 그 계측치에 기초하여 비교ㆍ연산부(23)가 소정의 비교ㆍ연산 처리를 행하여, LED 구동부(21A, 21B)에 의해 LED(7R, 7G, 7B)에 대한 공급 전력을 조정한다. 따라서, 발광면 전체에서의 휘도의 균제도를 높일 수 있다. 또한, 컬러 센서(11A, 11B)에 의해 단색광 RGB 각각의 조도를 검출하고, 백색광을 합성하는데 필요한 조도 비율이 되도록 단색광 LED 각각의 휘도 비율을 조정하므로, 컬러 액정에 대해 적절한 백색광을 조사할 수 있는 백라이트 유닛을 제공할 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는 컬러 센서(11A, 11B)를 광 반사면 부재(2)의 양측 저부 각각의 상에 설치하였다. 그러나, 이들 컬러 센서(11A, 11B)의 설치 장소는 특별히 한정되는 것은 아니다. 즉, 광 반사면 부재(2)의 산형의 능선부에서 나누어진 중공 도광 영역(10)에 있어서 LED 광원(5, 5) 각각으로부터의 광의 조도를 개별로 계측할 수 있는 장소이면 어디라도 좋다. 예를 들어, 광 반사면 부재(2)의 다른 위치, 유닛 케이스(1)의 내벽면 상 또는 전방 프레임의 모서리부이며 중공 도광 영역(10)에 면하는 부분에 설치할 수도 있다.
또한, 상기 실시예에서는, 광 반사면 부재(2)는 중앙을 능선으로 하는 산형으로 하고, LED 광원(5, 5)은 유닛 케이스(1)에 있어서의 광 반사면 부재(2)의 양측 저부에 인접하는 측면부 각각에 설치하고, 컬러 센서(11A, 11B)는 광 반사면 부재(2)의 양측 저부 각각의 상에 설치하였다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 한쪽 슬로프의 반사면 부재를 사용하여, 1개의 LED 광원을 유닛 케이스에 있어서의 광 반사면 부재의 저부에 인접하는 측면부에 설치하고, 또한 1개의 컬러 센서를 광 반사면 부재의 저부 혹은 그 밖의 적당한 장소에 설치할 수도 있다. 이 경우, 1개의 컬러 센서에 의해 RGB 각 색광의 조도의 비율과 각 색광의 조도의 전체를 계측하고, 이들을 레퍼런스와 비교하여 백색도와 휘도를 제어하는 제어 회로 구성을 채용하게 된다.
(제2 실시예)
도 7을 사용하여, 본 발명의 제2 실시예의 백라이트 유닛에 대해 설명한다. 본 실시예의 백라이트 유닛의 구조는, 도 1, 도 2에 도시한 제1 실시예와 공통이 다. 본 실시예가 제1 실시예와 상이한 점은 다음과 같다. 첫째로, 광 반사면 부재(2)의 양측의 저부에 설치한 센서(11A, 11B) 대신에, 광 조도를 계측하는 조도 센서가 사용되고 있다. 둘째로, LED 광원(5)에 포함되는 LED(7)로서, 예를 들어 청색 LED와 그 발광에 의해 여기되어 발광하는 형광체를 패키지한 백색 LED를 채용한 것이다. 셋째로, 도 7에 나타낸 바와 같이, 조도 센서(11A, 11B)가 검출하는 조도의 고저에 의해 양측의 LED 광원(5, 5)의 발광 휘도를 조정하는 휘도 제어 회로를 구비한 것에 있다.
본 실시예의 백라이트 유닛에 있어서의 휘도 제어 회로는, LED 구동부(210A, 210B)와, 조도 센서 데이터 처리부(220A, 22B)와, 비교ㆍ연산 처리부(230)를 구비하고 있다. LED 구동부(210A, 210B)는 한 쌍의 LED 광원(5, 5) 각각에 있어서의 백색 LED(7)를 점등 구동한다. 조도 센서 데이터 처리부(220A, 22B)는, 산형의 반사면 부재(2)의 양측 저부 각각에 설치된 조도 센서(110A, 110B)로부터의 광 검출 신호를 데이터 처리한다. 비교ㆍ연산 처리부(230)는 이들 조도 센서 데이터 처리부(220A, 220B)로부터의 조도 데이터에 대해 소정의 비교ㆍ연산 처리를 행하여, LED 구동부(210A, 210B)에 대해 LED(7)에 대한 공급 전력의 증감을 명령한다.
비교ㆍ연산 처리부(230)는, 조도 센서 데이터 처리부(220A, 220B)로부터의 조도 데이터를 이용하여, 양측의 조도를 비교하고, 조도를 균제화하기 위해 필요한 LED(7)에 공급하는 파워의 증감률을 구하여, LED 구동부(210A, 210B)로 출력한다. LED 구동부(210A, 210B)에 있어서의 LED(7)에 대한 휘도 조정은 LED 전류의 조정 혹은 펄스 폭 조정에 의해 행한다.
본 실시예에 있어도, 한 쌍의 LED 광원(5, 5) 각각으로부터의 광의 조도를 한 쌍의 조도 센서(11A, 11B)에 의해 개별로 계측하고, 그 계측치에 기초하여 비교ㆍ연산부(230)가 소정의 비교ㆍ연산 처리를 행하고, LED 구동부(210A, 210B)에 의해 LED(7)에 대한 공급 전력을 조정한다. 따라서 발광면 전체에서의 휘도의 균제도를 높일 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는, 조도 센서(11A, 11B)를 광 반사면 부재(2)의 양측 저부 각각의 상에 설치하였다. 그러나, 이들 컬러 센서(11A, 11B)의 설치 장소는 특별히 한정되는 것은 아니다. 즉, 광 반사면 부재(2)의 산형의 능선부에서 나누어진 중공 도광 영역(10)에 있어서 LED 광원(5, 5) 각각으로부터의 광의 조도를 개별로 계측할 수 있는 장소이면 어디라도 좋다. 예를 들어, 광 반사면 부재(2)의 다른 위치, 유닛 케이스(1)의 내벽면 상 또는 전방 프레임의 모서리부이며 중공 도광 영역(10)에 면하는 부분에 설치할 수도 있다.
또한, 상기 실시예에서는, 광 반사면 부재(2)는 중앙을 능선으로 하는 산형으로 하고, 한 쌍의 LED 광원(5, 5)은 유닛 케이스(1)에 있어서의 광 반사면 부재(2)의 양측에 각각에 설치하고, 조도 센서(11A, 11B)는 광 반사면 부재(2)의 양측 저부에 설치하였다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 한쪽 슬로프의 반사면 부재를 사용하여, 1개의 LED 광원(5)을 유닛 케이스 측면부에 설치하고, 또한 1개의 조도 센서를 광 반사면 부재의 저부 상 혹은 그 밖의 적당한 장소에 설치하는 구성으로 할 수도 있다. 그리고 이 경우, 조도 센서에 의해 조도를 계측하고, 이것을 별도로 설치한 레퍼런스와 비교하여 휘도를 제어하는 제어 회로 구성을 채 용하게 된다.
또한, 상술한 제1 및 제2 실시예의 백라이트 유닛에 있어서는, 광원에 포함되는 다수의 LED(7)로부터의 발열에 의해, LED(7)의 발광 파장이 시프트하는 것이 판명되었다.
(제3 실시예)
도 8 내지 도 11을 사용하여, 본 발명의 제3 실시예의 백라이트 유닛에 대해서 설명한다. 도 8은 본 실시예의 백라이트 유닛의 구조를 도시하는 분해 사시도, 도 9는 그 단면도이다. 본 실시예는, 기본적으로는, 도 1, 도 2에 도시한 제1 실시예와 공통이다. 이로 인해 동일 부분에는 동일한 번호를 부여하여 상세한 설명은 생략한다. 본 실시예가 제1 실시예와 상이한 점은, 유닛 케이스(1) 내에 서미스터와 같은 온도 센서(12A, 12B)를 설치한 것이다.
도 10은 본 실시예의 백라이트 유닛에 있어서, 온도 센서(12A, 12B)에 의해 측정된 온도와 컬러 센서(11A 또는 11B)에 의한 각 색(RGB) 출력치(조도)의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 10은, 휘도 및 색도를 일정하게 한 조건 하에 있어서, 주위 온도를 마이너스 5℃ 내지 플러스 60℃의 범위에서 변화시킨 경우에 있어서의, 컬러 센서(11A 또는 11B)의 출력치의 특성을 나타내는 것이다. (●), (▲), (■)로 작도된 부위의 각각은, 청색, 적색, 녹색광에 대한 센서의 출력치이며, 이들 작도 부위를 각각 선을 그은 경우에, 실선, 점선, 파선으로 나타내는 근사 곡선을 각각 얻을 수 있다.
도 10에 따르면, 각 색광에 대한 컬러 센서의 출력치는, 온도에 대해 항상 일정하지 않고, 직선적으로 변화되고 있는 것을 알 수 있다. 이 이유는, LED 광원(5)은 RGB의 각 색광을 발광하는 LED 소자를 포함하고 있기 때문에, LED 광원(5)으로부터의 광의 강도는 RGB의 각 파장에 있어서 피크를 나타내는 파장 특성을 갖고 있다. LED 광원(5) 자체의 발열 등에 의한 주위 온도가 변화되면 각 색광의 LED(7)로부터의 발광 파장이 시프트하여 그 결과 각 색광의 강도가 증가하거나 혹은 감소한다.
이와 같이, 컬러 센서(11A 또는 11B)의 검출 감도는, 도 10에 나타낸 바와 같은 파장 의존성이 있기 때문에, 온도 변화에 따라 발광 파장이 시프트한 경우에는, 컬러 센서(11A 또는 11B)의 검출치에 차이가 생긴다. 따라서, 이와 같은 컬러 센서(11A 또는 11B)의 검출치에 기초하여 구동 전력이 제어된 백라이트 장치로부터 출력된 휘도 및 색도는, 온도 변화에 따라 변화되어, 원하는 휘도 및 색도가 얻어지지 않는 결과로 된다.
따라서, 본 실시예에 있어서는, 도 8에 도시한 바와 같이, 컬러 센서(11A 또는 11B) 외에 온도를 검출하는 온도 센서(12A, 12B)를 더 갖고, 이 온도 센서(12A, 12B)가 검출한 온도에 기초하여, LED(7)에 공급하는 전류치를 제어하는 것이다. 이 온도 센서(12A, 12B)는, 유닛 케이스(1)의 내부 온도를 검출 가능한 위치에 배치되어 있고, 후술하는 바와 같이, 유닛 케이스(1)의 외부에 있어서 제어 회로(24)에 전기적으로 접속되어 있다.
이 온도 센서(12)는, 예를 들어 서미스터를 이용할 수 있다. 또한, 온도 센서(12, 12B)의 설치 장소는, 백라이트 장치의 내부 온도를 검출 가능한 위치이면, 어느 위치라도 좋지만, 바람직하게는, 광원(5, 5)에 포함되는 배선 기판(6)의 표면에 설치한다. 또한, 광원(5, 5)에 포함되는 LED(7)의 근방에서 LED 콜리메이터(9)로부터의 방사광에 영향을 미치지 않는 장소가 바람직하다. 따라서, 도 8의 전방 프레임(4)과 광원(5)과 LED 콜리메이터(9)로 둘러싸인 공간 내에 설치하는 것이 바람직하다.
온도 센서(12, 12B)가 검출한 온도 출력 신호는, 도 11에 나타낸 바와 같이, 비교 연산부(23)에 컬러 센서 데이터 처리부(23)의 출력과 함께 공급되고, 온도 센서(12, 12B)가 검출한 온도에 기초하여, 컬러 센서(11A 또는 11B)가 검출한 검출치를 보정하는 기능을 갖는다.
구체적으로는, 우선 비교 연산부(23)는, 도 10에서 나타낸 각 색광의 출력으로부터 얻어지는 근사 곡선(실선, 점선, 파선)의 각 계수를 보정 계수(A)로서 메모리 등에 사전에 보유해 둔다.
그리고, 비교 연산부(23)는, 컬러 센서(11A 또는 11B)에 의해 검출된 검출치(Cs)와, 온도 센서(12, 12B)에 의해 검출된 온도(T)가 공급된 경우에, 미리 측정하고 있었던 기준 온도(To)와 메모리로부터 판독된 보정 계수(A)를 수학식 1의 근사식에 대입하고, 검출치(Cs)를 보정한다.
C=A×(T-To)+Cs
단, C는 보정 후의 검출치이다.
컬러 센서(11A 또는 11B)는 각 색광 출력에 대해 같은 보정을 행함으로써, 온도 변화에 따라 파장 시프트가 발생한 경우라도, 원하는 휘도 및 색도를 얻을 수 있다.
도 12A는, 보정 전에 있어서의 백라이트 장치의 점등 시간에 대한 휘도 변화를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 12B는, 보정 전에 있어서의 백라이트 장치의 점등 시간에 대한 X-Y의 색도 변화를 나타내는 그래프이다. 상측의 실선은 보정 전의 X값을 나타내고, 하측의 실선은 보정 전의 Y값을 나타낸다.
도 12A, 도 12B에 따르면, 점등 시간의 경과, 즉 백라이트 장치의 온도 변화에 수반하여, 휘도 및 색도가 점차 변화되고 있는 것을 확인할 수 있다. 예를 들어 온도 변화가 없는 점등 시간 0초의 경우에 있어서의 X값은 약 O.276이지만, 2400초 경과한 경우에는 약 0.269로 저하되고 있다. 이것은, 청색과 녹색의 LED 1보다도 적색의 LED 1에 의한 방사광의 파장 시프트 폭이 길기 때문이다.
도 13A는, 보정 후에 있어서의 백라이트 장치의 점등 시간에 대한 휘도 변화를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 13B는, 보정 후에 있어서의 백라이트 장치의 점등 시간에 대한 X-Y의 색도 변화를 나타내는 그래프이다. 상측의 실선은 보정 전의 X값을 나타내고, 하측의 실선은 보정 전의 Y값을 나타낸다.
도 13A, 도 13B에 따르면, 점등 시간의 경과에 따라, 백라이트 장치의 온도가 변화된 경우라도, 휘도 및 색도의 변화는 보정 전보다도 작은 것을 확인할 수 있다. 예를 들어, 온도 변화가 없는 점등 시간 O초의 경우에 있어서의 X값은 약0.27이지만, 2400초 경과한 경우라도 대략 동등한 값을 유지하고 있다.
도 12A, 도 12B와 도 13A, 도 13A의 비교 결과, 온도 센서(12, 12B)에 의해 검출된 온도에 기초하여, 컬러 센서(11A 또는 11B)에 의해 검출된 검출치를 보정함으로써, 백라이트 장치로부터 방사되는 광의 휘도 및 색도의 경시적인 변화를 확실하게 억제하는 것이 가능하다.
상기 보정 방법(이하,「제1 보정 방법」이라 칭함)에서는, 온도 변화에 대한 컬러 센서(11A 또는 11B)의 출력 결과로부터 근사 곡선을 얻은 후에, 그 근사 곡선의 계수를 보정 계수로 하여 컬러 센서(11A 또는 11B)의 검출치를 보정하는 방법이지만, 작도한 포인트마다 계수를 구하여, 보정 계수를 변화시키는 방법이라도 좋다(이하,「제2 보정 방법」이라 칭함). 예를 들어, 온도 변화에 대한 컬러 센서(11A 또는 11B)의 출력치의 변화를 5℃마다 측정하고, 5℃마다의 보정 계수를 이용하여 근사식을 계산한다. 이에 의해, 5℃ 이외의 온도에서 계수가 극단적으로 변화된 경우라도, 그것에 영향받지 않고, 컬러 센서(11A 또는 11B)에 의해 검출된 검출치를 보정할 수 있다. 물론, 작도한 포인트 간격을 더 작게/크게 하는 것이나, 제1 보정 방법과 제2 보정 방법을 조합하는 것도 가능하다.
또한, 백라이트 장치의 형상 등의 변화에 따라, 점등 시간에 대해 온도 센서(12, 12B)에 의해 얻어지는 온도 변화는 상이하므로, 그때마다, 도 11에서 나타낸 온도 센서(12)의 온도와 컬러 센서(11A 또는 11B) 출력치의 특성치를 측정하여, 보정 계수를 변경할 필요가 있는 것은 말할 것도 없다.
또한, 제1 보정 방법 또는 제2 보정 방법은, 전술한 피크 전류치를 제어하는 방식, 듀티비를 제어하는 방식, 어느 방식에 대해서도 적용 가능하다.
본 실시 형태에 따르면, 온도를 검출하는 온도 센서(12, 12B)를 더 갖고, 비 교 연산 처리부(23)가, 온도 센서(12, 12B)에 의해 검출된 온도에 기초하여, 컬러 센서(11A 또는 11B)가 검출한 검출치를 보정하므로, LED(7)의 방사광의 파장이 온도 변화에 따라 시프트한 경우라도, 백라이트 장치로부터 방사되는 광의 휘도 및 색도의 경시적인 변화를 보다 확실하게 억제할 수 있다.

Claims (11)

  1. 중공의 유닛 케이스와,
    이 유닛 케이스의 저면측에 배치된 광 반사면 부재와,
    이 상기 광 반사면 부재에 대향하여 상기 유닛 케이스의 상면측에 배치된 발광면 부재와,
    이 발광면 부재 및 상기 광 반사면 부재 사이에 끼워지는 중공 도광 영역의 단부에 배치되고, 적색, 녹색, 청색 각각을 단색 발광하는 다수개의 LED가 열 형상으로 배열되어 이루어지는 LED 광원과,
    이 LED 광원의 상기 열 형상의 LED에 대략 평행하게 배치되고, 이 LED 광원으로부터의 광을 상기 유닛 케이스의 발광면 부재의 면에 평행해지도록 집광하는 LED 콜리메이터와,
    이 LED 콜리메이터의 근방의 상기 광 반사면 부재 상에 배치되고, 상기 LED 광원으로부터 중공 도광 영역으로 입사한 광에 대해 적색광, 녹색광, 청색광 각각의 조도를 개별로 계측하는 컬러 센서와,
    이 컬러 센서가 계측하는 적색광, 녹색광, 청색광 각각의 조도에 기초하여, 상기 LED 광원의 적색, 녹색, 청색 각각의 LED의 발광 강도를 제어하는 LED 휘도 제어 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 중공식 면 조명 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광 반사면 부재는, 중앙을 능선으로 하여 양측에 경사면을 갖는 산형으로 하고,
    상기 LED 광원은, 상기 광 반사면 부재의 양측 경사면 저부에 인접하는 유닛 케이스의 측면부의 각각에 설치되고,
    상기 컬러 센서는, 상기 광 반사면 부재의 양측 경사면 저부 상에 각각 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 중공식 면 조명 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 휘도 제어 회로는, 상기 LED 광원 LED에 포함되는 복수의 LED 중, 동일한 색광을 발생하는 LED를 그룹화하여 점등 구동하는 구동부와, 상기 광 반사면 부재의 양측 저부에 각각 설치된 컬러 센서로부터의 광 검출 신호를 데이터 처리하는 컬러 센서 데이터 처리부와, 이 컬러 센서 데이터 처리부로부터의 각 색광의 조도 데이터에 대해 소정의 비교ㆍ연산 처리를 행하여, 상기 LED 구동부에 대해 각 색광을 발생하는 그룹화된 LED에 대한 공급 전력의 증감을 명령하는 비교ㆍ연산 처리부를 구비하는 것을 특징으로 하는 중공식 면 조명 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 비교ㆍ연산 처리부는, 상기 컬러 센서 데이터 처리부로부터의 각 색광의 조도 데이터로부터 각 색광 조도의 비율을 구하고, 이것을 참조치와 비교하여, 각 색광간의 휘도 비율 조정치를 구하고, 이 휘도 비율 조정치를 이용하여 상기 LED 구동부에 대해 각 색광을 발생하는 그룹화된 LED에 대한 공급 전력의 증감을 명령하는 것을 특징으로 하는 중공식 면 조명 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 비교ㆍ연산 처리부는, 상기 컬러 센서 데이터 처리부로부터의 각 색광의 조도 데이터를 이용하여, 전체 색광의 합산 조도를 비교하여 조도를 균제화하기 위해 상기 각 그룹화된 LED에 공급하는 전력의 증감률을 산출하는 것을 특징으로 하는 중공식 면 조명 장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 중공 도광 영역 내에는 또한, 온도 센서가 설치되고, 상기 휘도 제어 회로의 비교ㆍ연산 처리부는, 상기 온도 센서가 검지한 상기 중공 도광 영역 내의 온도 데이터를 참조하여 상기 소정의 비교ㆍ연산 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 중공식 면 조명 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 광 반사면 부재는, 한쪽측의 경사면을 갖는 산형으로 하고,
    상기 LED 광원은, 상기 광 반사면 부재의 한쪽측 경사면 저부에 인접하는 유닛 케이스의 한쪽의 측면부에 설치되고,
    상기 컬러 센서는, 상기 광 반사면 부재의 한쪽측 경사면 저부 상에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 중공식 면 조명 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 휘도 제어 회로는, 상기 LED 광원 LED에 포함되는 복수의 LED 중, 동일한 색광을 발생하는 LED를 그룹화하여 점등 구동하는 구동부와, 상기 광 반사면 부재의 한쪽측 저부에 설치된 컬러 센서로부터의 광 검출 신호를 데이터 처리하는 컬러 센서 데이터 처리부와, 이 컬러 센서 데이터 처리부로부터의 각 색광의 조도 데이터에 대해 소정의 비교ㆍ연산 처리를 행하여, 상기 LED 구동부에 대해 각 색광을 발생하는 그룹화된 LED에 대한 공급 전력의 증감을 명령하는 비교ㆍ연산 처리부를 구비하는 것을 특징으로 하는 중공식 면 조명 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 중공 도광 영역 내에는 또한, 온도 센서가 설치되고, 상기 휘도 제어 회로의 비교ㆍ연산 처리부는, 상기 온도 센서가 검지한 상기 중공 도광 영역 내의 온도 데이터를 참조하여 상기 소정의 비교ㆍ연산 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 중공식 면 조명 장치.
  10. 중공의 유닛 케이스와,
    이 유닛 케이스의 저면측에 배치된 광 반사면 부재와,
    상기 광 반사면 부재에 대향하여 상기 유닛 케이스의 상면측에 배치된 발광면 부재와,
    이 발광면 부재 및 상기 광 반사면 부재 사이에 끼워지는 중공 도광 영역의 단부에 배치되고, 백색 발광하는 다수개의 LED가 열 형상으로 배열되어 이루어지는 LED 광원과,
    이 LED 광원의 상기 열 형상의 LED에 대략 평행하게 배치되고, 이 LED 광원으로부터의 광을 상기 유닛 케이스의 발광면 부재의 면에 평행해지도록 집광하는 LED 콜리메이터와,
    이 LED 콜리메이터의 근방의 상기 광 반사면 부재 상에 배치되고, 상기 LED 광원으로부터 중공 도광 영역으로 입사한 백색광의 조도를 계측하는 조도 센서와,
    이 조도 센서가 계측하는 조도에 기초하여, 상기 LED 광원의 각 LED의 발광 강도를 제어하는 LED 휘도 제어 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 중공식 면 조명 장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 중공 도광 영역 내에는 또한, 온도 센서가 설치되고, 상기 휘도 제어 회로의 비교ㆍ연산 처리부는, 상기 온도 센서가 검지한 상기 중공 도광 영역 내의 온도 데이터를 참조하여 상기 소정의 비교ㆍ연산 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 중공식 면 조명 장치.
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