(57)【要約】【課題】入射光の強度を測定する際のノイズの影響を軽減することができる。【解決手段】トランジスタＴｒ21と、トランジスタＴｒ21，Ｔｒ21及び抵抗Ｒ21，Ｒ22とからなるカレントミラー回路とを備え、トランジスタＴｒ21のエミッタは受光素子Ｄが接続可能な端子に接続され、トランジスタＴｒ21のベースには定電圧が印加される受光増幅回路において、トランジスタＴｒ21のコレクタ電流によってカレントミラー回路のミラー電流を制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を電気信号に変換する受光素子の出力を増幅して出力する受光増幅回路であって、
トランジスタと、カレントミラー回路と、を備え、
前記トランジスタのエミッタは前記受光素子が接続可能な端子に接続されると共に前記トランジスタのベースには定電圧が印加されることによって、前記トランジスタのコレクタ電流によって前記カレントミラー回路のミラー電流を制御することを特徴とする受光増幅回路。
【請求項２】
請求項１に記載の受光増幅回路において、
さらに、差動増幅回路を備え、
前記差動増幅回路において前記カレントミラー回路に流れるミラー電流の直流成分に応じた電圧値と所定の参照電圧とを比較することによって、前記カレントミラー回路に流れるミラー電流の直流成分を補償するフィードバック制御を行うことを特徴とする受光増幅回路。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の受光増幅回路と、
発光素子と、前記発光素子からの光を受けて電気信号に変換する受光素子と、前記発光素子の発光強度を制御する制御回路と、を備え、
前記受光増幅回路の前記トランジスタのエミッタに前記受光素子が接続され、
前記制御回路は、前記受光増幅回路における前記カレントミラー回路のミラー電流に対応する信号に基づいて前記発光素子の発光強度を制御することを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子の光量調整用の受光増幅回路及びそれを備えた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置等の透過制御型の表示装置ではバックライトが必要とされる。そこで、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各色の発光ダイオードを二次元的に配列し、各色の光を混合させて白色のバックライトとして利用する技術が用いられるようになっている（非特許文献１等）。このようにＲ，Ｇ，Ｂの各色の発光ダイオードをマトリックス状に配列して、色毎に発光強度を調節することによって、画像の色味を細かく調整することができる。したがって、白色の蛍光体を用いた表示装置よりも高い色再現性を実現できる利点がある。
【０００３】
一方、発光ダイオードの発光強度には素子毎の個体差があり、発光ダイオードの色毎の発光強度の温度依存性が異なるため、画面内に色むらや色ずれが発生する可能性がある。そこで、色毎の発光強度を測定する受光増幅回路を用いて、その測定値に応じて発光ダイオードの発光強度を調整することによって画面内の色むらや色ずれを抑制するフィードバック制御が行われている。
【０００４】
従来の受光増幅回路１００は、図４に示すように、抵抗Ｒ11，Ｒ13、トランジスタＴｒ11及び積分回路１０を備えたエミッタフォロワ回路により構成される。受光増幅回路１００は、光電変換用の受光素子Ｄ1と組み合わされて用いられる。受光増幅回路１００は、表示装置の発光部を分割した各領域においてＲＧＢ各色に対応付けてそれぞれ１つずつ設けられる。受光素子Ｄ1に入射される光が強くなるにつれて、受光素子Ｄ1に流れる電流が増加する。トランジスタＴｒ11のエミッタは、固定抵抗Ｒ11と受光素子Ｄ1との抵抗で分圧されたベース電圧とほぼ等しい電圧となる。この電圧が積分回路１０で時間的に平均化されて出力される。この出力信号を発光ダイオードの発光強度を調整するフィードバック信号として利用することによって画面内に色むらや色ずれを抑制する。
【０００５】
【非特許文献１】「ＬＥＤバックライトがテレビの色を変える」，日経エレクトロニクス、２００４年１２月２０日、ｐ５７〜６２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
表示装置の発光強度を正確に測定するために、受光素子Ｄ1は発光領域の近傍に設置する必要がある。一方、受光増幅回路１００を受光素子Ｄ1の近傍に設置するためには、受光素子Ｄ1の近傍まで信号線のみならず受光増幅回路１００の電源の配線を引く必要がある。したがって、受光素子Ｄ1は発光領域の近傍に設置し、受光増幅回路１００は受光素子Ｄ1と離れた位置に配置されることが多い。
【０００７】
このとき、受光素子Ｄ1をトランジスタＴｒ11のベースに接続すると入力インピーダンスが高くなり、受光素子Ｄ1から離れた位置に配置された受光増幅回路１００までの配線からノイズが重畳され易くなる。
【０００８】
また、受光増幅回路１００への電源の配線を設けて、受光増幅回路１００を受光素子Ｄ1の近傍に設置するためには、受光増幅回路１００を多数の発光領域の各々に対応付けて配置する必要があるため場合、複数の受光増幅回路１００に含まれるトランジスタＴｒ11や抵抗Ｒ11，Ｒ13を集積化することが困難となる。したがって、受光増幅回路１００の製造コストが増加してしまう問題がある。
【０００９】
本発明は、上記従来技術の問題の少なくとも１つを解決した発光素子の光量調整用の受光増幅回路及びそれを備えた表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、入射光を電気信号に変換する受光素子の出力を増幅して出力する受光増幅回路であって、トランジスタと、カレントミラー回路と、を備え、前記トランジスタのエミッタは前記受光素子が接続可能な端子に接続されると共に前記トランジスタのベースには定電圧が印加されることによって、前記トランジスタのコレクタ電流によって前記カレントミラー回路のミラー電流を制御することを特徴とする。
【００１１】
トランジスタのエミッタは入力インピーダンスが低いので、トランジスタのエミッタに受光素子を接続可能とすることによって、受光素子からの配線へのノイズの重畳を低減することができる。したがって、受光増幅回路を受光素子と離れた位置に配置することができる。また、受光増幅回路をＩＣ化することができ、製造コストを低減することができる。
【００１２】
さらに、差動増幅回路を備え、前記差動増幅回路において前記カレントミラー回路に流れるミラー電流の直流成分に応じた電圧値と所定の参照電圧とを比較することによって、前記カレントミラー回路に流れるミラー電流の直流成分を補償するフィードバック制御を行うことも好適である。
【００１３】
これによって、直流成分のノイズを発生させるホワイトノイズに強い回路を構成することができる。例えば、測定対象となる波長領域以外の波長領域を含む光から測定対象となる波長領域のみを選択的に測定する場合にノイズの影響を軽減することができる。したがって、測定対象とする波長領域における光量を高い精度で測定することができる。
【００１４】
上記本発明の受光増幅回路は、表示装置に適用することができる。上記本発明の受光増幅回路と、発光素子と、前記発光素子からの光を受けて電気信号に変換する受光素子と、前記発光素子の発光強度を制御する制御回路と、を備え、前記受光増幅回路の前記トランジスタのエミッタに前記受光素子が接続され、前記制御回路は、前記受光増幅回路における前記カレントミラー回路のミラー電流に対応する信号に基づいて前記発光素子の発光強度を制御することを特徴とする表示装置が実現できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、入射光の強度を測定する際のノイズの影響を軽減することができる。また、受光素子と受光増幅回路とを離れた位置に配置することが可能となる。さらに、ホワイトノイズによる直流成分を補償し、測定対象とする波長領域の光の強度を正確に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施の形態における表示装置２００は、図１に示すように、発光部２０、受光部２２、駆動部２４及び制御部２１を含んで構成される。
【００１７】
発光部２０は、例えば、複数の画素がマトリックス状に配置された構成を有する。各画素には、それぞれ独立して透過率が制御可能な液晶透過層が設けられる。一般的に、発光部２０は複数の分割領域に分割され、各分割領域には赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の発光ダイオードをそれぞれ３つを含むバックライトが配置される。バックライトを発光させると共に各画素の液晶透過層の透過率を制御することで、発光部２０の画面上に画像が表示可能となる。
【００１８】
なお、説明の煩雑さを避けるために、図１では赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の発光領域をそれぞれ１つだけ含む構成を例示した。
【００１９】
受光部２２は、バックライトを構成する赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の発光ダイオードの発光強度をフィードバック制御するために用いられる。受光部２２は、複数の受光素子Ｄを備える。受光素子Ｄは、発光部２０の各分割領域において赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色毎に対応付けて設けられる。各受光素子Ｄには、対応する色の波長領域のみを透過させる光学フィルタが設けられることが好適である。各受光素子Ｄは、発光部２０の各分割領域における赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の色毎の発光ダイオードの発光強度を検出して制御部２１へ出力する。
【００２０】
制御部２１は、受光部２２の各受光素子Ｄから各分割領域における色毎の発光強度の信号を受けて、それらの信号に基づいて発光部２０の各分割領域におけるバックライトの発光を制御する。駆動部２４は、各分割領域における色毎にそれぞれ発光制御回路３０及び受光増幅回路４０を含んで構成される。制御部２１は、ＩＣ等として集積化することができる。
【００２１】
発光制御回路３０は、パルス幅変調回路（ＰＷＭ回路）３２、スイッチ３４、トランジスタ３６及び定電流回路３８を含んで構成される。ＰＷＭ回路３２は、受光増幅回路４０からの出力信号を受けて、その出力信号の強度に応じたパルス幅の発光制御信号を生成して出力する。具体的には、ＰＷＭ回路３２は制御部２１により、受光増幅回路４０からの出力信号の強度が所定の値より高くなるほど出力する発光制御信号のパルス幅を狭くし、受光増幅回路４０からの出力信号の強度が所定の値より低くなるほど出力する発光制御信号のパルス幅を広くする。スイッチ３４は、発光ダイオードの発光を制御するトランジスタ３６のベースに印加される信号を切り換える。スイッチ３４を切り換えることによって、ＰＷＭ回路３２又は外部端子ＥＸＴのいずれか一方が選択される。トランジスタ３６は、発光部２０の発光ダイオードに流れる電流を駆動する。スイッチ３４によりＰＷＭ回路３２が選択されている場合、トランジスタ３６のベースには受光増幅回路４０からの出力信号に応じたパルス幅の発光制御信号が印加される。そして、発光制御信号がハイレベル（Ｈ）になっている期間だけ発光ダイオードに定電流回路３８で設定する定電流が供給される。なお、発光部２０の各分割領域における色毎に発光強度及び発光波長を初期調整するために、駆動部２４の外部端子ＣＮＴに印加する電圧によって定電流回路３８の電流値を調整可能とすることが好適である。
【００２２】
以上のように、発光制御回路３０によって、発光ダイオードの発光強度が強くなるとそれを弱め、発光ダイオードの発光強度が弱くなるとそれを強め、発光ダイオードの発光強度が所定の値で規定される発光強度を維持するようにフィードバック制御が行われる。
【００２３】
受光増幅回路４０は、増幅回路４２及び積分回路４４を含んで構成される。図２に、本実施の形態における増幅回路４２の基本構成を示す。増幅回路４２は、トランジスタＴｒ21，Ｔｒ22，Ｔｒ23，Ｔｒ24、抵抗Ｒ21，Ｒ22，Ｒ23、定電圧源Ｑ1、定電流源Ｑ2を含んで構成される。
【００２４】
トランジスタＴｒ21のエミッタには受光部２２の受光素子Ｄが接続可能となるように端子が設けられる。この端子に受光素子Ｄが接続される。トランジスタＴｒ21のベースには定電圧源Ｑ1が接続される。定電圧源Ｑ1としては、駆動部２４のＩＣ内部に備わるバイアス電圧を利用することができる。受光素子Ｄには、定電圧源Ｑ1の電圧Ｖ1からトランジスタＴｒ21のベース−エミッタ間電圧ＶBEを引いた（Ｖ1−ＶBE）が逆バイアスとして印加される。
【００２５】
トランジスタＴｒ22，Ｔｒ23及び抵抗Ｒ21，Ｒ22はカレントミラー回路を構成している。受光素子Ｄの受光量に応じて、受光素子Ｄを流れる電流は変化する。受光素子Ｄの電流は、トランジスタＴｒ22を介して、トランジスタＴｒ21からトランジスタＴｒ23のコレクタ電流（ミラー電流）へ伝達される。その結果、受光素子Ｄの電流は、カレントミラー回路に接続される抵抗Ｒ23の端子間の電圧に変換される。抵抗Ｒ23の端子間の電圧は、定電流源Ｑ2及びトランジスタＴｒ24により構成されるバッファ回路を介して、積分回路４４へ出力される。
【００２６】
積分回路４４は、増幅回路４２からの出力電圧を時間的に平均化させて出力する。この出力信号が検出信号として、制御部２１に入力される。制御部２１では、この検出信号を所望のレベルと比較し、制御信号を作成し出力する。この出力された制御信号は、発光制御回路３０のＰＷＭ回路３２に入力される。これによって、発光ダイオードの発光強度を所定の強度に維持するようにフィードバック制御が可能となる。
【００２７】
以上のように、発光ダイオードの発光強度に基づいてフィードバック制御を行うことによって、発光部２０の温度や動作時間による発光効率の変化によって発生する、表示装置２００における画面内の色むらや色ずれを抑制することができる。このとき、トランジスタＴｒ21のエミッタは入力インピーダンスが低いので、トランジスタＴｒ21のエミッタに受光素子Ｄを接続することによって、受光素子Ｄと受光増幅回路４０との間の配線から混入するノイズの影響を低減することができる。したがって、受光増幅回路４０を受光素子Ｄと離れた位置に配置することができる。また、複数の受光増幅回路４０を纏めて集積化することができる。
【００２８】
上記のように、発光部２０の光量の調整はパルス幅変調により行われることが一般的である。このような場合、例えば、赤（Ｒ）の波長領域の光量を検出するための受光素子Ｄには、赤（Ｒ）の波長領域を透過させるための光学フィルタが設けられる。パルス幅変調で制御されることにより、検出すべき赤（Ｒ）の波長領域の光は光パルスとして受光される。しかしながら、光学フィルタで赤（Ｒ）以外の緑（Ｇ）又は青（Ｂ）の波長領域の光を完全に遮断することは不可能である。バックライトの中では赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各波長領域の光が散乱及び屈折を繰り返しており、波長もパルス位相もランダムなホワイトノイズの状態にある。このホワイトノイズは、外部から入射する外乱光と同様に、受光素子Ｄにおいて直流成分のノイズとして影響する。このような状況下において、光学フィルタを用いたとしても不必要な波長領域の影響を受けることになる。
【００２９】
そこで、改良した受光増幅回路を用いることが好適である。図３は、本実施の形態における改良された受光増幅回路５０の構成を示す図である。受光増幅回路５０は、上記受光増幅回路４０の基本構成に加えて、トランジスタＴｒ31，Ｔｒ32，Ｔｒ33，Ｔｒ34，Ｔｒ35，Ｔｒ36、抵抗Ｒ31，Ｒ32，Ｒ33、コンデンサＣ31、定電圧源Ｑ3、定電流源Ｑ4を含んで構成される。
【００３０】
受光素子Ｄでの受光量に比例する電流は、トランジスタＴｒ21，Ｔｒ22，Ｔｒ23を介して、抵抗Ｒ23の端子間の電圧に変換される。受光増幅回路５０では、トランジスタＴｒ31もトランジスタＴｒ22とカレントミラー回路を構成している。したがって、トランジスタＴｒ31には、トランジスタＴｒ22のコレクタ電流、すなわち受光素子Ｄに流れる電流に対応した電流（ミラー電流）が流れる。トランジスタＴｒ31を流れる電流は、抵抗Ｒ32とコンデンサＣ31との直列回路及び抵抗Ｒ31に流れる。ここで、抵抗Ｒ23は抵抗Ｒ31とほぼ等しい抵抗値を有するものとする。トランジスタＴｒ33，Ｔｒ34は差動アンプを構成している。トランジスタＴｒ34のベースには、定電圧源Ｑ3から参照電圧Ｖ2が印加されている。トランジスタＴｒ33のベースには、抵抗Ｒ32とコンデンサＣ31との直列回路の時定数で充電された充電電圧Ｖ3が印加される。
【００３１】
波長もパルス位相もランダムなホワイトノイズによる直流成分が受光され、トランジスタＴｒ34にその直流成分に応じた電流が流れ始めると、その電流がトランジスタＴｒ32を介してフィードバックされる。これによって、ホワイトノイズによる直流成分がキャンセルされた出力信号が積分回路４４へ出力されることとなる。
【００３２】
以上のように、受光におけるノイズの影響を軽減することができる。したがって、測定対象とする波長領域における光量を高い精度で測定することができる。
【００３３】
本発明の適用範囲は、発光ダイオードを利用したバックライトに限定されるものではない。例えば、発光ダイオードを用いた光通信に応用することができる。
【００３４】
光通信の場合、受光感度を非常に高くする必要があるが、特に、太陽光等の光ノイズが極めて大きい影響を及ぼす。光ノイズである直流成分が大きい環境では、必要とする信号パルス成分の検出の妨げとなり、ノイズの影響を軽減することは重要となる。本発明における受光増幅回路を表示装置に適用する場合には、カレントミラー回路のトランジスタＴｒ22とトランジスタＴｒ23，Ｔｒ31及びトランジスタＴｒ35とトランジスタＴｒ36，Ｔｒ32の電流比を決めるミラー比は１対１程度でよく、ノイズを低減する作用を奏することができる。光通信の場合、検出対象となる交流成分の信号よりもノイズとなる直流成分のほうが大きい強度を有する場合が多く、カレントミラー回路のトランジスタＴｒ35よりもトランジスタＴｒ36，Ｔｒ32の電流比を大きくすることが好適である。これにより、ノイズとなる直流成分を補償する量が増大し、ノイズを低減することができる。補償量を大きく設定することにより、光ノイズである直流成分によって受光増幅回路の飽和を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態における表示装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における受光増幅回路の基本構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態における受光増幅回路の変形例を示す図である。
【図４】従来の受光増幅回路の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  積分回路、２０  発光部、２１  制御部、２２  受光部、２４  駆動部、３０  発光制御回路、
３４  スイッチ、３６  トランジスタ、３８  定電流回路、４０  受光増幅回路、４２  増幅回路、４４  積分回路、５０  受光増幅回路、１００  受光増幅回路、２００  表示装置、Ｃ31  コンデンサ、Ｑ1  定電圧源、Ｑ2  定電流源、Ｑ3  定電圧源、Ｑ4  定電流源、Ｒ11，Ｒ12，Ｒ13，Ｒ21，Ｒ22，Ｒ23，Ｒ31，Ｒ32，Ｒ33  抵抗、Ｔｒ11，Ｔｒ21，Ｔｒ22，Ｔｒ23，Ｔｒ24，Ｔｒ31，Ｔｒ32，Ｔｒ33，Ｔｒ34，Ｔｒ35，Ｔｒ36  トランジスタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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