(57)【要約】【課題】バックライト装置の点灯中に、ＬＥＤから放射される光の輝度および色度の変化を防止する。【解決手段】緑色および青色のＬＥＤ発光素子のみではなく、赤色のＬＥＤ発光素子も窒化物半導体により形成することにより、温度変化に伴う発光波長のシフトを低減する。これにより、カラーセンサーの受光感度特性をほぼ一定とすることで、ＬＥＤから発光した光の輝度および色度の検出値の誤差を小さくすることができ、制御回路を用いることで、設定された所望の輝度および色度を保持するようにＬＥＤ発光素子の駆動電流値又は駆動パルス幅を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体により形成された赤色，緑色，青色のＬＥＤ発光素子と、
前記ＬＥＤ発光素子により発光した光を検出するカラーセンサーと、
輝度または色度を調整するために、前記カラーセンサーにより検出した検出値が設定値となるように前記ＬＥＤ発光素子の駆動電流値又は駆動パルス幅を制御する制御回路と、
を有することを特徴とするＬＥＤバックライト装置。
【請求項２】
前記赤色，前記緑色，前記青色のＬＥＤ発光素子は、ＩｎＧａＮの活性層を有することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤバックライト装置。
【請求項３】
前記赤色のＬＥＤ発光素子は、紫外光を放射する窒化物半導体により形成され、該赤色のＬＥＤ発光素子の周辺に該紫外光励起により赤色発光するＥｕ３＋を添加した蛍光体を配置させることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤバックライト装置。
【請求項４】
前記赤色のＬＥＤ発光素子は、ＡｌＩｎＧａＮの活性層を有し、
前記緑色，前記青色のＬＥＤ発光素子は、ＩｎＧａＮの活性層を有することを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤバックライト装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤを用いたバックライト装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置用のバックライト光源に利用されていた冷陰極放電灯が、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）に代替される方向に進んでいる。ＬＥＤを用いるメリットは、冷陰極放電灯と異なり、水銀を利用する必要がなく環境調和性が良いことや、電流を流すとすぐに発光するので応答性が良く、更に、低電圧かつ低電流で発光するので発光効率が良いことである。
【０００３】
ＬＥＤを光源としたバックライトは、これまで携帯電話やモバイル機器などの小型用途が中心であったが、現在では、２０型以上のモニターなどの中型用途や４０型以上の液晶テレビなどの大型用途にも採用される傾向にある。特に、大型液晶表示テレビなどの用途において、液晶の色再現性向上の長所を生かすためには、赤緑青（ＲＧＢ）の三原色の発光波長を有するＬＥＤが光源として適している。なお、本願に関係する技術として、特許文献１および特許文献２が知られている。
【０００４】
ＬＥＤは電流に比例して発光量を増す特性を有するが、発光効率はＬＥＤの温度に依存しており、電流の増加によりＬＥＤの温度が上昇すると急速に発光効率が低下する。そのため、バックライト装置にＬＥＤを組み込んだ場合には、ＬＥＤ自身が発生する熱により、点灯直後と一定時間経過後とにおいて発光効率に変化が発生し、バックライト装置としての輝度変化をもたらすことになる。また、ＬＥＤの素子材料は、主に、青色および緑色のＬＥＤの場合にはＩｎＧａＮ系が用いられ、赤色のＬＥＤの場合にはＡｌＩｎＧａＰ系が用いられている。つまり、ＬＥＤの色により異なる材料系を用いるので、温度に対する発光効率の変化量も各ＬＥＤで異なるものとなり、先に述べた輝度変化に加えて、色度変化にも影響を与えることになる。
【０００５】
そこで、特許文献２に開示された技術を適用することにより、バックライト装置内に設けたカラーセンサーを用いてＲＧＢのＬＥＤから放射した光強度を検出し、その検出値を利用してＬＥＤに流れる電流を制御することで、輝度変化および色度変化を調整して所望の輝度や白色色度を保持することができる。
【特許文献１】特開２００４−３３３５８３号公報
【特許文献２】特開２００４−２１１４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特に、赤色のＬＥＤの素子材料であるＡｌＩｎＧａＰは、上述した特性変化に加えて、温度変化に伴い発光波長のシフトが発生するという問題があった。更に、カラーセンサーの受光感度は波長依存性を有するので、発光波長のシフト前後でカラーセンサーの検出値に差異が生じるという問題があった。そのため、たとえ所望の値を満たした検出値であっても、バックライト装置から得られる実際の輝度および色度とは異なるものとなり、輝度や色度の制御を精密に行うことが困難かつ不正確であるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記を鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、バックライト装置の点灯中に、ＬＥＤから放射される光の輝度および色度の変化を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の本発明に係るＬＥＤバックライト装置は、窒化物半導体により形成された赤色，緑色，青色のＬＥＤ発光素子と、前記ＬＥＤ発光素子により発光した光を検出するカラーセンサーと、輝度または色度を調整するために、前記カラーセンサーにより検出した検出値が設定値となるように前記ＬＥＤ発光素子の駆動電流値又は駆動パルス幅を制御する制御回路と、を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明にあっては、緑色および青色のＬＥＤ発光素子のみではなく、赤色のＬＥＤ発光素子も窒化物半導体により形成することにより、温度変化に伴う発光波長のシフトを低減することができる。また、これにより、カラーセンサーの受光感度特性がほぼ一定となり検出値の誤差を小さくすることができるので、制御回路により設定された所望の輝度および色度を保持するようにＬＥＤ発光素子の駆動電流値又は駆動パルス幅を制御することで、ＬＥＤバックライト装置の輝度および色度の変化を防止することができる。
【００１０】
上記ＬＥＤバックライト装置において、前記赤色，前記緑色，前記青色のＬＥＤ発光素子は、ＩｎＧａＮの活性層を有することを特徴とする。
【００１１】
上記ＬＥＤバックライト装置において、前記赤色のＬＥＤ発光素子は、紫外光を放射する窒化物半導体により形成され、該赤色のＬＥＤ発光素子の周辺に該紫外光励起により赤色発光するＥｕ３＋を添加した蛍光体を配置させることを特徴とする。
【００１２】
本発明にあっては、赤色のＬＥＤ発光素子は紫外光を放射し、この紫外光により励起されて赤色発光するＥｕ３＋を添加した蛍光体を赤色のＬＥＤ発光素子の周辺に配置させることにより、温度変化に伴う蛍光体による発光波長のシフトを低減することができる。また、これにより、カラーセンサーの受光感度特性がほぼ一定となり検出値の誤差を小さくすることができるので、制御回路により設定された所望の輝度および色度を保持するようにＬＥＤ発光素子の駆動電流値又は駆動パルス幅を制御することで、ＬＥＤバックライト装置の輝度および色度の変化を防止することができる。
【００１３】
上記ＬＥＤバックライト装置において、前記赤色のＬＥＤ発光素子は、ＡｌＩｎＧａＮの活性層を有し、前記緑色，前記青色のＬＥＤ発光素子は、ＩｎＧａＮの活性層を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、バックライト装置の点灯中に、ＬＥＤから放射される光の輝度および色度の変化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００１６】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態における直下方式のＬＥＤバックライト装置の分解構成を示す斜視図である。本実施形態の構成は、赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）にそれぞれ単色発光するＬＥＤ１と、ＬＥＤ１を複数かつ直線的に実装したＬＥＤ実装基板２と、フロントフレーム３により固定されレンズシート４を挟んで対向配置される一対の拡散シート５ａ，５ｂと、フロントフレーム３により固定され拡散シート５ｂとＬＥＤ１との間に配置される拡散板６と、ＬＥＤ実装基板２を複数かつ並列に配置しフロントフレーム３とレンズシート４と拡散シート５ａ，５ｂと拡散板６とを収納するユニットケース７と、ユニットケース７の側面または背面に配置されるカラーセンサー８と、ユニットケース７の外部においてカラーセンサー８と全てのＬＥＤ１とに接続される制御回路９と、を備えた構成である。
【００１７】
また、ユニットケース７の底部には、ＬＥＤ１とＬＥＤ実装基板２とを除いて、白色反射シートなどの反射部材が備えられており、この底部は反射領域として利用される。ＲＧＢの各ＬＥＤ１から発光した放射光は、このユニットケース７の内部で白色合成され、面発光部として作用するレンズシート４と拡散シート５ａ，５ｂと拡散板６とを介してユニットケース７の外部に出射される。拡散板６は、光を拡散する光学拡散効果を有しており、拡散板６に積層されたレンズシート４と拡散シート５ａ，５ｂとは、拡散された光の輝度をさらに効果的に増加させる。なお、ＲＧＢの混合比、つまり、ユニットケース７に配置されるＲＧＢの各ＬＥＤ１の数量と配置場所については、面発光部から所望の白色色度が得られるようにあらかじめ決定される。
【００１８】
次に、本実施形態におけるＬＥＤ１とカラーセンサー８と制御回路９との構成および動作について、より具体的に説明する。
【００１９】
ＬＥＤ１は、ＬＥＤバックライト装置としての光源として利用される。青色と緑色のＬＥＤ１の発光素子は、従来から一般的に用いられているＩｎｘＧａ１−ｘＮを活性層（発光層）の組成とする窒化物半導体で構成される。また、赤色のＬＥＤ１の発光素子についても、緑色と青色のＬＥＤ１の発光素子と同様に、ＩｎｘＧａ１−ｘＮを活性層の組成とする窒化物半導体で構成されている。ここで、青色の発光を得るにはｘの値を０．２５〜０．３５とし、緑色の発光を得るにはｘの値を０．４５〜０．５５とし、赤色の発光を得るにはｘの値を０．７５〜０．８５とする。また、青色のＬＥＤ１とは波長４４０〜４７０ｎｍに発光スペクトルピークがあり、緑色のＬＥＤ１とは波長５１５〜５３５ｎｍに発光スペクトルピークがあり、赤色ＬＥＤ１とは波長６１０ｎｍより長い可視域波長に発光スペクトルピークがあるＬＥＤ１を用いるものとする。なお、上述したｘの値および各色におけるＬＥＤ１の発光スペクトルピークの波長は、これらに限られるものではなく、ＬＥＤ１から赤色，緑色，青色のそれぞれの発光を得ることができればよい。また、ＲＧＢの各ＬＥＤ１を全てパッケージングする構成ではなく、各色のＬＥＤ１をそれぞれパッケージングすることにより、単色発光するＬＥＤバックライト装置とすることも可能である。
【００２０】
カラーセンサー８は、シリコンなどのフォトダイオードで構成されており、図２に示すようなＲＧＢ波長感度特性を有するＲＧＢの各フォトダイオードを一体化させて組成することができる。また、これに限られるものではなく、ＲＧＢの各フォトダイオードのそれぞれを近接させて組成することも可能である。ＲＧＢのそれぞれに対応するフォトダイオードは、フォトダイオードの受光部にカラーフィルターを形成することにより、他色の入光を排除することができる。例えば、赤色光を入光するフォトダイオードの場合には、青色光および緑色光を排除するカラーフィルターがフォトダイオードの受光部に形成されている。また、カラーセンサー８は、フォトダイオードに限定することなく、光電子増倍管やＣＣＤ（電荷結合素子）などの受光素子をセンサーとして利用することも可能である。
【００２１】
制御回路９は、図３に示すように、カラーセンサーデータ処理部と比較演算処理部とＬＥＤ駆動部とを備えた構成である。各ＬＥＤ１から発光した光の輝度および色度をカラーセンサー８にて受光し、その検出値は、カラーセンサー８に接続されている制御回路９に送信される。送信された検出値は、カラーセンサーデータ処理部によりアナログ値からデジタル値へと変換され、比較演算処理部に送信される。比較演算処理部は、受信した輝度および色度の検出値とあらかじめ設定されている所望の輝度および色度の値とを比較し、その比較結果をＬＥＤ駆動部に送信する。ＬＥＤ駆動部は、受信した比較結果をもとに各ＬＥＤ１の駆動電流値あるいは駆動パルス幅を制御する。また、比較演算処理部は、必要がある場合には輝度および色度の補正や調光などを行う機能も備えている。なお、これらカラーセンサーデータ処理部と比較演算処理部とＬＥＤ駆動部との機能は、マイコンやＩＣなどに複合化することも可能である。
【００２２】
続いて、赤色のＬＥＤの発光素子としてＡｌＩｎＧａＰを用いた従来の場合（以下、「従来例」と称する）と赤色のＬＥＤ１の発光素子としてＩｎＧａＮを用いた本実施形態の場合（以下、「本実施形態」と称する）との比較について説明する。
【００２３】
図４は、制御回路９による調整を行わない状態において、点灯初期時（実線）と３０分経過後（破線）とにおけるＲＧＢの発光スペクトルの比較を示す比較図である。図４（ａ）は従来例の比較を示す比較図であり、図４（ｂ）は本実施形態の比較を示す比較図である。従来例の場合、図４（ａ）に示されているように、３０分経過後における赤色の発光波長は、青色および緑色の発光波長とは異なり、大きくシフトしていることを把握することができる。一方、本実施形態の場合、図４（ｂ）に示されているように、３０分経過後における赤色の発光波長のシフトは、従来例と比べてほとんど発生していない。すなわち、緑色および青色のＬＥＤ１のみではなく、赤色のＬＥＤ１も窒化物半導体により形成することにより、一定時間経過後の温度変化に伴う発光波長のシフトを低減することができる。つまり、窒化物半導体は一般的に原子間の結合が強く、化学的に安定かつフォノンのエネルギーが高いので熱伝導性が高くなり、ＬＥＤ１に電流を流した場合には、赤色のＬＥＤとして従来から主に利用されているＡｌＩｎＧａＰなどよりも温度上昇を低減することができる。これにより、熱伝導性が良く、電流投入時の温度変化の小さい窒化物半導体を赤色のＬＥＤ１として利用することで、発光波長のシフトを低減することができる。
【００２４】
図５は、制御回路９による調整を行った輝度および色度の変化を示す比較図である。図５（ａ）は従来例の場合を示す図であり、図５（ｂ）は本実施形態の場合を示す図である。従来例の場合、図５（ａ）に示されているように、点灯時間の経過（左側から右側への変位を時間軸とする）に伴い、輝度値および色度値（ｘｙｚ表色系におけるｘ値とｙ値）ともに大きく変化していることを把握することができる。一方、図５（ｂ）に示されているように、点灯時間が経過した場合であっても輝度および色度の変化は、従来例と比べてほとんど発生していない。すなわち、従来例の場合には、図４（ａ）に示されているように、点灯時間の経過に伴い赤色の発光波長のシフトが発生し、更に、カラーセンサー８の受光感度は、図２に示したような波長依存性を有するので、発光波長のシフト前後でカラーセンサー８の検出値に差異が発生する。その結果、カラーセンサー８の検出値を制御回路９により所望の値となるように制御した場合であっても、図５（ａ）に示されているように、時間の経過に伴い輝度および色度の変化が発生することになる。一方、本実施形態の場合、図４（ｂ）に示されているように、赤色の発光波長のシフトを低減することができるので、点灯時間が経過した場合であっても、制御回路９による調整により、所望の輝度および色度を保持することができる。
【００２５】
本実施形態によれば、緑色および青色のＬＥＤのみではなく、赤色のＬＥＤも窒化物半導体により形成することにより、温度変化に伴う発光波長のシフトを低減することができる。また、これにより、カラーセンサーの受光感度特性がほぼ一定となり検出値の誤差を小さくすることができるので、制御回路により所望の値を保持するようにＬＥＤの駆動電流値又は駆動パルス幅を制御することで、輝度および色度の変化を防止することができる。
【００２６】
［第２の実施形態］
第２の実施形態における赤色のＬＥＤ１の構成について説明する。赤色のＬＥＤ１の発光素子は、活性層（発光層）の組成をＡｌｘＩｎｙＧａｚＮとする紫色より短波長（例えば、４３０ｎｍ以下）の紫外光を放射する窒化物半導体で構成されるものを用いる。ここで、ｘの値を０．０１〜０．０６とし、ｙの値を０．０５〜０．１９とし、ｚの値を０．７５〜０．９５とする。なお、上述したｘ，ｙ，ｚの値は、これらに限られるものではなく、赤色のＬＥＤ１から紫外光の発光を得ることができればよい。更に、紫外光による励起により赤色光を放射し、かつ温度変化に対して発光波長を一定とするＥｕ３＋を添加した蛍光体を、赤色のＬＥＤ１の発光素子の周辺に分散あるいは固着させて配置する。この蛍光体の一例として、紫外光による励起で高効率な赤色発光を可能とするＹ２Ｏ３：Ｅｕ３＋またはＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋などを利用することができる。Ｅｕ３＋の発光は、希土類イオン特有の線スペクトルであり、発光波長は温度の変化に対しても一定である。なお、その他の構成については、第１の実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００２７】
次に、赤色のＬＥＤの発光素子としてＡｌＩｎＧａＰを用いた従来の場合（以下、「従来例」と称する）と赤色のＬＥＤ１の発光素子として紫外光を放射するＡｌＩｎＧａＮおよびこの紫外光による励起によって赤色発光するＥｕ３＋を添加した蛍光体を備えた本実施形態の場合（以下、「本実施形態」と称する）との比較について説明する。
【００２８】
図６は、制御回路９による調整を行わない状態において、点灯初期時（実線）と３０分経過後（破線）とにおけるＲＧＢの発光スペクトルの比較を示す比較図である。図６（ａ）は従来例の比較を示す比較図であり、図６（ｂ）は本実施形態の比較を示す比較図である。従来例の場合、図６（ａ）に示されているように、３０分経過後における赤色の発光波長は、青色および緑色の発光波長とは異なり、大きくシフトしていることを把握することができる。一方、本実施形態の場合、図６（ｂ）に示されているように、３０分経過後における赤色の発光波長のシフトは、従来例と比べてほとんど発生していない。すなわち、赤色のＬＥＤ１の発光素子から発光した紫外光により励起されて赤色光を放射し、更に温度変化に対してその赤色光の発光波長を一定とする蛍光体により、一定時間経過後の温度変化に伴う発光波長のシフトを低減することができる。
【００２９】
また、本実施形態において、制御回路９による調整を行った一定時間経過後の輝度および色度の変化については、第１の実施形態において図５を用いて説明した場合と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００３０】
本実施形態によれば、赤色のＬＥＤは紫外光を放射し、この紫外光により励起されて赤色発光するＥｕ３＋を添加した蛍光体を赤色のＬＥＤ発光素子の周辺に配置させることにより、温度変化に伴う蛍光体による発光波長のシフトを低減することができる。また、これにより、カラーセンサーの受光感度特性がほぼ一定となり検出値の誤差を小さくすることができるので、制御回路により設定された所望の輝度および色度を保持するようにＬＥＤ発光素子の駆動電流値又は駆動パルス幅を制御することで、ＬＥＤバックライト装置の輝度および色度の変化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１の実施形態における直下方式のＬＥＤバックライト装置の分解構成を示す斜視図である。
【図２】カラーセンサーの受光感度を示す波長特性図である。
【図３】制御回路の構成を示す模式図である。
【図４】第１の実施形態において、制御回路による制御を行わない場合の点灯初期時と３０分経過後とにおけるＲＧＢの発光スペクトルの比較を示す比較図である。
【図５】制御回路による制御を行った場合における一定時間経過時の輝度および色度の変化を示す比較図である。
【図６】第２の実施形態において、制御回路による制御を行わない場合の点灯初期時と３０分経過後とにおけるＲＧＢの発光スペクトルの比較を示す比較図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…ＬＥＤ
２…ＬＥＤ実装基板
３…フロントフレーム
４…レンズシート
５ａ，５ｂ…拡散シート
６…拡散板
７…ユニットケース
８…カラーセンサー
９…制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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