JP2006303016A

JP2006303016A - 照明装置及びこれを用いた表示装置

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Publication number: JP2006303016A
Application number: JP2005119755A
Authority: JP
Inventors: Shigeharu Nakao; 重治中尾
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2005-04-18
Filing date: 2005-04-18
Publication date: 2006-11-02
Also published as: CN101161036B; US7940013B2; US20090016060A1; TW200644729A; WO2006112459A1; CN101161036A; KR20070121711A

Abstract

【課題】本発明は、複数の発光手段で被照射体を照明する際の光量ムラを低減することが可能な照明装置、並びに、視認性や表示品質の優れた表示装置の提供を目的とする。
【解決手段】本発明に係るバックライトは、パネル３を照明するＬＥＤ列ＬＬ１〜ＬＬｎと、各ＬＥＤ列の発光量を個別に制御する光量制御部１２と、パネル３各部の被照射光量を各々検出する光センサ４ａ〜４ｄと、検出されたパネル３各部の被照射光量についてその相関関係を判定する光量判定部６と、各ＬＥＤ列の発光量変化とパネル３各部の被照射光量変化との関連情報を格納するメモリ部７と、を有して成る照明装置であって、光量制御部１２は、光量判定部６の判定結果を監視し、パネル３各部の被照射光量が均一となるよう、前記関連情報に基づいて各ＬＥＤ列の発光量を個別に制御する構成としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置及びこれを用いた表示装置に関するものであり、特に、液晶ディスプレイ用のＬＥＤ［Light Emitting Diode］バックライトシステムに関する技術である。

近年、テレビジョン受像装置や、ＰＤＡ［Personal Digital/Data Assistant］、或いは、携帯電話機など、各種電気機器の表示手段として、軽薄性や低消費電力性に優れた液晶ディスプレイ、特に、表示パネルを背面から照明することで表示内容の視認性を高めた透過型液晶ディスプレイが広く用いられている。

このような透過型液晶ディスプレイの視認性や表示品質を高めるためには、バックライトの照明光を表示パネルの隅々まで均等に導き、表示パネル全面を均一に面発光させて、その光量ムラを低減する技術が重要となる。

そのため、従来の透過型液晶ディスプレイでは、導光路（反射板や導光板など）の改良が進められているほか、表示パネルの大画面化に伴い、複数のバックライトで表示パネルを均一に照明する技術が一般に採用されている。

なお、本願発明に関連する従来技術としては、表示パネルを所定のエリアに分割し、各エリアの色相及び輝度を検出して自動調整を行う技術が開示・提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

また、本願発明に関連する他の従来技術としては、フォトセンサを用いて発光ダイオードの発光量を一定に調整する発光ダイオード駆動装置や照明装置（例えば、特許文献２、３を参照）が種々開示・提案されている。
特開平８−３１３８７９号公報特開平５−３２７４５０号公報特開２００３−１６３０９０号公報

確かに、特許文献１の従来技術を採用した照明装置であれば、色相ムラや輝度ムラの少ない明るい表示画面を実現することが可能である。

しかしながら、当該従来技術は、あくまで、表示パネルから出力される画像光を監視して、駆動データ（映像信号）に対する補正データを生成し、当該補正データに基づいて、各エリアの色相及び輝度を均一化する技術であって、表示内容に合わせてその画像光が時々刻々と変動する通常視聴時には、補正データを変更することができない構成、より具体的には、通常状態であるノーマルモードに加えて、ＲＧＢセンサの入力データを基に補正データの変更が可能な補正モードを別途有し、ノーマルモード時には、補正モード時に得られた補正データに基づいて、各エリアの駆動データを自動調整する構成とされていた。

そのため、当該従来技術では、通常視聴中に何らかの要因（例えば、表面温度変化や経年変化）でバックライトの発光量が変動した場合には、その補正を行うことができなかった。

特に、複数のバックライトで表示パネルを照明する透過型液晶ディスプレイでは、各バックライトの発光量が不均一になると、表示パネルに光量ムラ（延いては、色相ムラや輝度ムラ）を生じて、その視認性や表示品質が劣化するため、上記課題が顕著に現れるおそれがあった。

なお、上記したように、当該従来技術は、バックライトの発光量制御を念頭に置いたものではないため、バックライトの発光量制御に関する従来技術（例えば、特許文献２、３の従来技術）を単純に組み合わせることはできず、また、仮にこれらの従来技術を組み合わせたとしても、複数のバックライトに対する適切な制御手法が開示されていない以上、表示パネルの光量ムラを低減することは、当業者にとって容易ではなかった。

また、上記では、透過型液晶ディスプレイを例示して従来の課題を説明したが、当該課題は、その他の照明装置や表示装置にも当てはまるものであった。

本発明は、上記の問題点に鑑み、複数の発光手段で被照射体を照明する際の光量ムラを低減することが可能な照明装置を提供すること、並びに、色相ムラや輝度ムラが少なく、視認性や表示品質に優れた表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る照明装置は、被照射体を照明する複数の発光手段と、各発光手段の発光量を個別に制御する光量制御手段と、前記被照射体各部の被照射光量を各々検出する複数の光量検出手段と、検出された前記被照射体各部の被照射光量についてその相関関係を判定する光量判定手段と、各発光手段の発光量変化と前記被照射体各部の被照射光量変化との関連情報を格納する記憶手段と、を有して成る照明装置であって、前記光量制御手段は、前記光量判定手段の判定結果を監視し、前記被照射体各部の被照射光量が均一となるように、前記関連情報に基づいて、各発光手段の発光量を個別に制御する構成（第１の構成）としている。このような構成とすることにより、複数の発光手段で被照射体を照明する際の光量ムラを低減することが可能となる。

なお、上記第１の構成から成る照明装置において、前記発光手段は、発光ダイオード、若しくは、複数の発光ダイオードを直列接続して成る発光ダイオード列である構成（第２の構成）にするとよい。このように、発光ダイオードを光源として用いる構成であれば、蛍光管等を用いる構成に比べて、省電力、長寿命、低発熱、省スペースといった効果を得ることが可能となる。

また、上記第１または第２の構成から成る照明装置は、前記光量制御手段からの指示に基づいて、各発光手段の駆動電圧を一括して調整する電圧調整手段を有して成る構成（第３の構成）にするとよい。このような構成とすることにより、被照射対の全体的な明暗調整を一括的に行うことが可能となる。

また、本発明に係る表示装置は、表示パネルと、該表示パネルを照明する照明装置と、を有して成る表示装置であって、前記照明装置として、上記第１または第２の構成から成る照明装置を有して成る構成にするとよい。このような構成とすることにより、被照射体である表示パネルを複数の発光手段で照明する際の光量ムラ（延いては、表示パネルの色相ムラや輝度ムラ）を常時低減して、良好な視認性や表示品質を得ることが可能となる。

上記したように、本発明に係る照明装置及びこれを用いた表示装置であれば、複数の発光手段で被照射体を照明する際の光量ムラを低減することが可能な照明装置を提供すること、並びに、色相ムラや輝度ムラが少なく、視認性や表示品質に優れた表示装置を提供することが可能となる。

図１は、本発明に係る表示装置の一実施形態を示すブロック図である。本図のように、本実施形態の表示装置は、発光部１と、導光路２と、液晶ディスプレイパネル３（以下、ＬＣＤ［Liquid Crystal Display］パネル３と呼ぶ）と、光センサ４ａ〜４ｄと、アナログ／ディジタル変換器５（以下、ＡＤＣ５［Analog/Digital Converter］と呼ぶ）と、光量判定部６と、メモリ部７と、誤差検出部８と、電流調整部９と、電圧調整部１０と、直流電源部１１と、光量制御部１２と、を有して成る透過型の液晶ディスプレイである。

発光部１は、複数の発光ダイオード（以下、ＬＥＤ［Light Emitting Diode］と呼ぶ）を直列接続して成るｎ列（ｎ≧２）の発光ダイオード列ＬＬ１〜ＬＬｎ(以下、ＬＥＤ列ＬＬ１〜ＬＬｎと呼ぶ）であり、発光部１で生成された照明光は、導光路２を介してＬＣＤパネル３を背面照射するバックライトとして用いられる。このように、ＬＥＤをバックライトとして用いる構成であれば、蛍光管等を用いる構成に比べて、省電力、長寿命、低発熱、省スペースといった効果を得ることが可能となる。

また、ＬＥＤ列ＬＬ１〜ＬＬｎを構成する各ＬＥＤは、赤、緑、青の発光色を有する３つのＬＥＤ素子を一群として成るものであり、各ＬＥＤ素子の出射光を混合することで、所望の発光色（本実施形態では白色）を有する照明光を生成するものである。このような白色ＬＥＤをバックライトとして用いる構成であれば、蛍光管等を用いる構成に比べて、ＬＣＤパネル３の色再現範囲を広げることが可能となる。

導光路２は、発光部１の照射光を均一に面発光させて、ＬＣＤパネル３全体に導く手段であり、反射板や導光板（表面に特殊な加工が施された透明板）から成る。

ＬＣＤパネル３は、２枚のガラス板の間に液晶を封入し、電圧をかけることによって、前記液晶の分子方向を変え、発光部１から導光路２を介して背面照射される光の透過率を増減させることで像を表示する手段である。なお、ＬＣＤパネル３の描画制御は、不図示のＬＣＤコントローラによって行われる。

光センサ４ａ〜４ｄは、被照射体であるＬＣＤパネル３各部の被照射光量を各々検出する光量検出手段である。なお、本実施形態では、赤色光、緑色光、青色光の各被照射光量を合算的に検出可能なフォトダイオードを光センサ４ａ〜４ｄとして用い、かつ、各々をＬＣＤパネル３の四隅に配設して成る構成を例に挙げて説明を行うが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、各色毎の被照射光量を複数の光センサで個別に検出して、その検出光量を事後的に合算する構成としても構わない（図２を参照）。また、光センサの配設位置や配設個数についても、本実施形態の構成に限定されるものではなく、適宜の変更が可能である。さらに述べると、光センサの配設個数は、ＬＥＤ列ＬＬ１〜ＬＬｎの列数と不一致であっても構わない。

ＡＤＣ５は、光センサ４ａ〜４ｄで得られるアナログ光量信号を各々ディジタル光量信号に変換して光量判定部６に送出する手段である。

光量判定部６は、ＡＤＣ５から入力されるディジタル光量信号、すなわち、光センサ４ａ〜４ｄで各々検出されたＬＣＤパネル３各部の被照射光量について、その相関関係（例えば、光センサ４ａで検出された被照射光量がその他の光センサ４ｂ〜４ｄで検出された被照射光量よりも小さい、といった相関関係）を判定し、その判定結果を光量制御部１２に伝達する手段である。なお、判定結果のふらつき回避を重視するのであれば、光量判定部６は、所定回数に亘って同一の相関関係が連続的に得られた場合に限り、その結果を確定した判定結果として、光量制御部１２に伝達する構成とすればよい。

メモリ部７は、ＬＥＤ列ＬＬ１〜ＬＬｎの発光量変化とＬＣＤパネル３各部の被照射光量変化との関連情報を格納する記憶手段であって、ＲＯＭ［Read Only Memory］やＲＡＭ［Random Access Memory］を有して成る。上記の関連情報とは、ＬＥＤ列ＬＬ１〜ＬＬｎの各発光量変化が光センサ４ａ〜４ｄで検出されるＬＣＤパネル３各部の被照射光量変化に対して、どのような影響を与えるかを示した情報であり、事前の測定や経験則等によって導出されるものである。より具体的に述べると、メモリ部７には、上記の関連情報として、例えば、ＬＥＤ列ＬＬ１の発光量（駆動電流値）を所定量Ｉｘだけ増大させると、光センサ４ａ〜４ｄで検出されるＬＣＤパネル３各部の被照射光量（検出電流値）が各々Ｉａ〜Ｉｄだけ増大する、といった情報が予め格納されている。同様に、メモリ部７には、その他のＬＥＤ列に関する関連情報も予め格納されている。

誤差検出部８は、ＬＥＤ列ＬＬ１〜ＬＬｎにつき、目標発光量（電圧Ｖｒｅｆで設定）と実際発光量との誤差を検出し、その検出結果を光量制御部１２に伝達する手段である。

電流調整部９は、光量制御部１２からの指示に基づいて、ＬＥＤ列ＬＬ１〜ＬＬｎの各駆動電流を個別に調整する手段である。

電圧調整部１０は、直流電源部１１の供給電圧からＬＥＤ列ＬＬ１〜ＬＬｎの駆動電圧を生成する直流／直流コンバータであり、光量制御部１２からの指示に基づいて、ＬＥＤ列ＬＬ１〜ＬＬｎの各駆動電圧を一括して調整する手段である。

直流電源部１１は、電圧調整部１０を始めとする装置各部に対して、電力の供給を行う手段である。なお、直流電源部１１としては、商用交流電圧を直流電圧に変換する交流／直流コンバータを用いてもよいし、二次電池などのバッテリを用いてもよい。

光量制御部１２は、電流調整部９を介してＬＥＤ列ＬＬ１〜ＬＬｎの駆動電流値を制御することで、その発光量を個別に制御する手段である。また、光量制御部１２は、電圧調整部１０を介してＬＥＤ列ＬＬ１〜ＬＬｎの駆動電圧値を制御することで、その発光量を一括して制御する手段でもある。

なお、光量制御部１２は、その基本的な動作として、誤差検出部８の検出結果に基づく発光量制御（目標発光量と実際発光量との差違を減ずるための発光量制御）や、図示しないホスト（ＣＰＵ［Central Processing Unit］など）からの制御信号に基づく発光量制御（ＬＣＤパネル３の全体的な明暗調整のための発光量制御）を行う。

また、光量制御部１２は、本発明の特徴的な動作として、光量判定部６の判定結果とメモリ部７の関連情報に基づく光量制御を行う。

当該光量制御に際し、光量制御部１２は、光量判定部６の判定結果を監視し、光センサ４ａ〜４ｄで検出されるＬＣＤパネル３各部の被照射光量（検出電流値）が均一となるように、メモリ部７の関連情報に基づいて、各ＬＥＤ列ＬＬ１〜ＬＬｎの発光量（駆動電流値）を個別に制御する。

例えば、光量判定部６の判定結果に基づいて、光センサ４ａで検出された被照射光量がその他の光センサ４ｂ〜４ｄで検出された被照射光量よりも小さい、と認識された場合、光量制御部１２は、メモリ部７の関連情報に基づき、光センサ４ａで検出される被照射光量が増大するように、或いは、光センサ４ｂ〜４ｄで検出される被照射光量が低下するように、バランスを取りつつ、ＬＥＤ列Ｌ１〜Ｌｎの発光量を適宜制御する。

その際、光センサ４ａで検出される被照射光量変化に対して、ＬＥＤ列ＬＬ１の発光量変化が最も影響を及ぼすものであれば、光量制御部１２は、メモリ部７の関連情報に基づいて、主にＬＥＤ列ＬＬ１の発光量を増減制御することになり、また、その他のＬＥＤ列の発光量変化が最も影響を及ぼすのであれば、その発光量を増減制御することになる。

このように、ＬＣＤパネル３から出力される画像を検出する従来構成と異なり、被照射体であるＬＣＤパネル３各部の被照射光量（言い換えれば、導光路２を介したＬＣＤパネル３各部への照射光量）を各々検出して、その検出データを光量制御部１２にフィードバックする構成であれば、表示内容に合わせてＬＣＤパネル３から出力される画像光が時々刻々と変動する通常視聴中であっても、何らその影響を受けることなく、ＬＥＤ列ＬＬ１〜ＬＬｎの発光量を制御することができる。従って、ＬＣＤパネル３の光量ムラ（延いては、ＬＣＤパネル３の色相ムラや輝度ムラ）を常時低減して、良好な視認性や表示品質を得ることが可能となる。

また、本実施形態のように、光量判定部６の判定結果とメモリ部７の関連情報に基づいて、各ＬＥＤ列ＬＬ１〜ＬＬｎの発光量を個別に制御する構成であれば、容易かつ適切にＬＣＤパネル３各部の被照射光量を均一とすることが可能となる。

また、本実施形態のように、光センサ４ａ〜４ｄを用いて、導光路２を介した照射光を検出する構成であれば、温度変化や経年変化に伴うＬＥＤ自体の発光量変動を補正するだけでなく、導光路２を含むバックライトシステム全体の劣化や不具合に起因する特性変動についても適切な補正を行い、ＬＣＤパネル３の被照射光量を一定に保つことができる。従って、システム全体としての寿命を延ばしたり、信頼性を向上することが可能となる。

なお、上記の実施形態では、本発明を透過型液晶表示装置に適用した場合を例に挙げて説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、その他の照明装置や表示装置にも広く適用することが可能である。

また、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記の実施形態では、赤色光、緑色光、青色光を混合して白色光を生成する発光手段を例示して説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、その他の発色光を混合して所望の発色光を出射する発光手段や、単色光を出射する発光手段を用いた構成についても、当然に本発明を適用することが可能である。

また、発光部１全体の光量を一括して調整する必要がない場合には、光量制御部１２から電圧調整部１０への制御を行わないようにしても構わない。

また、本発明のように、表示パネル３各部の被照射光量を監視してＬＥＤ列ＬＬ１〜ＬＬｎ毎の電流調整を構成であれば、図２に示すように、誤差検出部８を設けずとも、時間をかければ発光部１の実際発光量を目標発光量に調整することが可能となる。

また、図２に示すように、光量判定部６の機能を光量制御部１２に組み込んでもよい。

本発明に係る照明装置は、例えば、液晶ディスプレイのバックライトとして利用可能であり、また、これを備えた表示装置としては、液晶型のテレビジョン受像装置など（特に大画面のもの）や、ＰＤＡの液晶ディスプレイ、或いは、携帯電話機の液晶ディスプレイなどを挙げることができる。

は、本発明に係る表示装置の一実施形態を示すブロック図である。は、本発明に係る表示装置の別の実施形態を示すブロック図である。

符号の説明

１発光部
ＬＬ１〜ＬＬｎＬＥＤ列
２導光路
３液晶ディスプレイパネル（ＬＣＤパネル）
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ光センサ
５アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）
６光量判定部
７メモリ部
８誤差検出部
９電流調整部
１０電圧調整部
１１直流電源部
１２光量制御部

Claims

被照射体を照明する複数の発光手段と、各発光手段の発光量を個別に制御する光量制御手段と、前記被照射体各部の被照射光量を各々検出する複数の光量検出手段と、検出された前記被照射体各部の被照射光量についてその相関関係を判定する光量判定手段と、各発光手段の発光量変化と前記被照射体各部の被照射光量変化との関連情報を格納する記憶手段と、を有して成る照明装置であって、前記光量制御手段は、前記光量判定手段の判定結果を監視し、前記被照射体各部の被照射光量が均一となるように、前記関連情報に基づいて、各発光手段の発光量を個別に制御することを特徴とする照明装置。
前記発光手段は、発光ダイオード、若しくは、複数の発光ダイオードを直列接続して成る発光ダイオード列であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記光量制御手段からの指示に基づいて、各発光手段の駆動電圧を一括して調整する電圧調整手段を有して成ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明装置。
表示パネルと、該表示パネルを照明する照明装置と、を有して成る表示装置であって、前記照明装置として、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の照明装置を有して成ることを特徴とする表示装置。