(57)【要約】【課題】  複数の発光光源の特性からフィードバック期間を広くしシステムの簡略化を図り、単純な一系統のフィードバックで色制御を行い、コストを削減する。【解決手段】  三原色光を出射する赤色発光ダイオード２３Ｒ、緑色発光ダイオード２３Ｇ及び青色発光ダイオードＢからなる三原色光源２３と、上記三原色光源２３からの三原色光を混合して白色光を出射するバックライトユニット２６と、上記三原色光源２３から出射される三原色光の各色の光量を検出する光量検出部３２と、上記光量検出部３２による検出出力に基づいて、上記三原色光源２３が出射する三原色光の光量バランスを制御する制御部３３とを備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示パネルを照明する照明装置であって、
それぞれ異なる発光色をもつ複数の発光光源と、
上記複数の発光光源から出射された複数色の光を混合して表示パネルに出射する照明ユニットと、
上記複数の発光光源から出射される複数色の光の少なくとも一色の光量を検出する光量検出手段と、
一定時間間隔おきに、上記光量検出手段による検出出力に基づいて、上記複数の発光光源が出射する複数色の光の光量バランスを制御する制御手段と
を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
上記光量検出手段は、一種類の光量センサからなり、
上記制御手段は、上記複数の発光光源毎にパルス点灯させ、その点灯に同期して上記光量センサを起動し、上記光量検出手段により各色の光量を検出させる制御を行うことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
照明装置により照明される表示パネルを備える表示装置であって、
上記照明装置は、それぞれ異なる発光色をもつ複数の発光光源と、上記複数の発光光源から出射される複数色の光を混合して表示パネルに出射する照明ユニットと、上記複数の発光光源から出射される複数色の光の各色の光量を検出する光量検出手段と、一定時間間隔おきに、上記光量検出手段による検出出力に基づいて、上記複数の発光光源が出射する複数色の光の光量バランスを制御する制御手段と
を備えることを特徴とする表示装置。
【請求項４】
表示パネルを照明する照明方法であって、
それぞれ異なる発光色をもつ複数の発光光源から出射された複数色の光を混合して表示パネルに出射し、
上記複数の発光光源から出射される複数色の光の少なくとも一色の光量を検出し、
その検出出力に基づいて、一定時間間隔おきに、上記複数の発光光源が出射する複数色の光の光量バランスを制御する
ことを特徴とする照明方法。
【請求項５】
上記複数の発光光源毎にパルス点灯し、その点灯に同期して光量センサを起動し、一種類の上記光量センサにより各色の光量を検出する
ことを特徴とする請求項４記載の照明方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示パネルを照明する照明装置、表示装置及び照明方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
テレビジョン放送が開始されてから長年使用されてきたＣＲＴ（Cathode Ray Tube）に代わり、液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）や、プラズマディスプレイ（PDP：Plasma Display Panel）といった非常に薄型化されたテレビジョン受像機が考案、実用化されている。特に、液晶表示パネルを用いた液晶表示装置は、低消費電力での駆動が可能であることや、大型の液晶表示パネルの低価格化などに伴い、加速的に普及することが考えられ、今後の更なる発展が期待できる表示装置である。
【０００３】
液晶表示装置では、液晶表示パネルの裏側に配置するバックライトの光を各画素の透過率をコントロールすることで表示する。液晶の色表示は画素に赤色Ｒ，緑色Ｇ，青色Ｂのフィルタを導入し、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの透過率を制御して、Ｒ，Ｇ，Ｂの比率をコントロールしていろいろな色を表示している。
【０００４】
これら色表示するためにバックライトにおけるＲ，Ｇ，Ｂの比率を正確にし、所定の白色の色を実現しなければいけない。このようなバックライトを実現する方法としては面で発光する光源を用いる場合もあるが、現在ほとんどの場合、特に小型液晶モジュールでは導光板方式といわれる方式を採用されている。導光板の側面に点、或いは線状光源を配置し導光板に入射した光を導光板内で全反射しながら所定の場所で反射用のマイクロプリズム、或いは散乱パターンを形成させて、その反射光、或いは散乱光を面で均一に光るように面光源を形成する。さらに面に光を液晶に集光するためにプリズムシートを導光板の上に配置する場合もある。
【０００５】
このような導光板方式のバックライトでは所定の白色光源として白色の冷陰極管（ＣＣＦＬ：Cold Cathode Fluorescent Lamp）、或いは白色発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を用いる場合が多い。また、ＣＣＦＬは、蛍光管内に水銀を封入するため、環境への悪影響が考えられるため、ＣＣＦＬに代わるバックライト装置の光源として発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）が有望視されている（例えば、特許文献１参照）。また、蛍光管の場合は点灯するために高電圧が必要なために、小型のモバイル用液晶ではほとんど使用されなくなった。現在ほとんど白色のＬＥＤ光源が使われている。
【０００６】
しかし、現在の白色ＬＥＤは青色光を発するＬＥＤと、ＬＥＤの前に塗布して青色光を受けると黄色光を発する蛍光体という基本構造である。このようなＬＥＤでは擬似的な白色しかなく。特にＲ，Ｇ，Ｂで見た場合のバランスは極端に悪く、Ｒ成分非常に低いので液晶のフィルタ特性を改善しても、液晶の制御方法を改善して正しい色表示はできない。すなわち、白色ＬＥＤでは、これらの光は波長間バランスが悪く、特にＲの光が不足しており、液晶を通しても正しい色を表示できないので、Ｒ，Ｇ，Ｂ三色ＬＥＤを光源として検討されている。
【０００７】
これらの問題を改善するために、擬似白色ＬＥＤに代わってＲ，Ｇ，Ｂそれぞれの光を発するＬＥＤの採用を検討されている。
【０００８】
近年、青色発光ダイオードの開発により、光の三原色である赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発光する発光ダイオードが揃ったことになり、これらの発光ダイオードから出射される赤色光、緑色光、青色光を混色することで、色純度の高い白色光を得ることができる。したがって、この発光ダイオードをバックライト装置の光源とすることで、液晶表示パネルを介した色光の色純度が高くなるため、色再現範囲をＣＣＦＬと比較して大幅に広げることができる。また、擬似白色ＬＥＤに比べ、Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤは液晶の色表示に必要光の波長をカラーフィルタに最適化することができ、Ｒ，Ｇ，Ｂの波長と輝度を調整することで、液晶表示に理想な光源を作ることができる。
【０００９】
しかし、Ｒ，Ｇ，Ｂ三色ＬＥＤ使用する場合、Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤ輝度の時間変化が異なるために所定のホワイトバランスと色を正確に表示することができない。
【００１０】
そこで、従来のバックライト装置では、例えば図７に示すように、ＬＥＤ駆動部１２１により駆動されるＲ，Ｇ，Ｂ三色ＬＥＤ１２２Ｒ，１２２Ｇ，１２２Ｂからなる光源１２２からの光をバックライトユニット１２５に取り込み、バックライトユニット１２５内で混色した光を例えば図８に示すようにＲ・Ｇ・Ｂそれぞれの波長に合わせた感度を持つカラーセンサ１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂにより検出し、各カラーセンサ１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂにより得られる各色の光りの検出出力を制御部１３３を介して上記ＬＥＤ駆動部１２１にフィードバックして、ＲのＬＥＤ１２２Ｒ、ＧのＬＥＤ１２２Ｇ、ＢのＬＥＤ１２２Ｂに流す駆動電流を制御し、各ＬＥＤ１２２Ｒ，１２２Ｇ，１２２Ｂの出力を調整することにより、白色度を調整するようにしていた。
【００１１】
各カラーセンサ１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂは、フォトトランジスタのような光センサであって、バックライトユニット１２５の導光板１２４の反入光側に配置され、バックライトユニット１２５からの漏洩光を検出する。
【００１２】
【特許文献１】特開平７−１９１３１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述の如き従来のバックライト装置では、バックライトのもれ光からＲ，Ｇ，Ｂの信号を分離するために、フォトセンサを三系統配し、第一系統のセンサの受光面にはＲの光しか入らないようにＲのカラーフィルタを形成し、同様に第二系統のセンサの上にＧのカラーフィルタ、第三系統のセンサの上にＢのカラーフィルタを形成していた。しかも、上記センサそれぞれ別々に駆動する必要がある。そのためにシステムが複雑の上、消費電力、大きなスペースも必要なために、液晶モジュールの小型化にも不向きである。
【００１４】
また、上述の如き従来のバックライト装置では、ＬＥＤの輝度を時間変動が激しいものを前提にしており、常に動作する状態にある。
【００１５】
しかし、実際のＬＥＤ光源の輝度変化を測定したところ、非常に緩やかなものであり、必ずしも、フィードバックしつづける必要がないことが明らかになった。
【００１６】
そこで、本発明の目的は、複数の発光光源の特性からフィードバック期間を広くしシステムの簡略化を図り、単純な一系統のフィードバックで色制御を行うことができ、コストを著しく削減した照明装置、表示装置及び照明方法を提供することにある。
【００１７】
本発明の更に他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明では、従来のバックライト装置で３系統必要であったフィーバックを一系統に簡略化する。単純にＲ，Ｇ，Ｂの三系統を一系統にすると、当然のようにＲ，Ｇ，Ｂの一種類の光しか検出できない。例えばＲだけ一系統を採用した場合、Ｒの光の変化を検出してフィードバックシステムを構築することでＲの光を安定化させることができるが、Ｇ，Ｂの変化を検出し、コントロールすることはできない。同様にＧ，Ｂの一系統採用したとしてもＧ，Ｂの光しかコントロールできない。このように一系統だけの単純なシステムでは色の安定化は全くできることがわかる。一系統にして白の光を検出する案も考えられるが、これはＲ，Ｇ，Ｂの足し算した輝度を検出し、フィードバックすることで輝度の安定はある程度実現できるが、色のコントロールはやはりできない。
【００１９】
そこで、本発明では、単純な一系統のフィードバックで色制御するために、光量センサの検出するタイミングを制御する。
【００２０】
従来のシステムではＬＥＤの輝度は常に大きく変化することを前提し、常に各色の輝度を検出し、フィードバックしていたが、発明者は実験結果から、Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤバックライトの中ではＲ，Ｇ，Ｂの輝度は変化するが、常時に激しく変化するのではなく、非常に緩やかに変化していることを見いだした。
【００２１】
そこで、本発明では、この特性を考慮して、常時フィードバックに代わり、ある時間間隔をおいてＲ，Ｇ，Ｂの輝度を検出し、輝度変化した場合にＬＥＤドライバにフィードバックして、Ｒ，Ｇ，Ｂの輝度バランスを調整する。これはＬＥＤの輝度変化を明らかにした上で初めてできることである。
【００２２】
さらに、本発明では、上記ある時間間隔おきに輝度調整することを前提にし、輝度検出するときに、ＬＥＤの点灯タイミングと光量センサの光強度検出タイミングを同期するように、ＬＥＤドライバと光量センサの駆動を同期させる。ＲのＬＥＤを点灯するときに、光量センサから検出する輝度をＲの強度とし、ＧのＬＥＤ点灯するときに光量センサの出力をＧの光強度、ＢのＬＥＤを点灯するときの光出力をＢの光強度とする。この方法採用することによって初めてセンサ一系統だけでＲ，Ｇ，Ｂの光をそれぞれ検出することが可能になる。
【００２３】
すなわち、本発明は、表示パネルを照明する照明装置であって、それぞれ異なる発光色をもつ複数の発光光源と、上記複数の発光光源から出射された複数色の光を混合して表示パネルに出射する照明ユニットと、上記複数の発光光源から出射される複数色の光の少なくとも一色の光量を検出する光量検出手段と、一定時間間隔おきに、上記光量検出手段による検出出力に基づいて、上記複数の発光光源が出射する複数色の光の光量バランスを制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明は、照明装置により照明される表示パネルを備える表示装置であって、上記照明装置は、それぞれ異なる発光色をもつ複数の発光光源と、上記複数の発光光源から出射される複数色の光を混合して表示パネルに出射する照明ユニットと、上記複数の発光光源から出射される複数色の光の各色の光量を検出する光量検出手段と、一定時間間隔おきに、上記光量検出手段による検出出力に基づいて、上記複数の発光光源が出射する複数色の光の光量バランスを制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２５】
さらに、本発明は、表示パネルを照明する照明方法であって、それぞれ異なる発光色をもつ複数の発光光源から出射された複数色の光を混合して表示パネルに出射し、上記複数の発光光源から出射される複数色の光の少なくとも一色の光量を検出し、その検出出力に基づいて、一定時間間隔おきに、上記複数の発光光源が出射する複数色の光の光量バランスを制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
従来のバックライト装置では、Ｒ，Ｇ，Ｂの光を検出するために、光量センサが３個必要であったが、本発明では、光量センサを１個しか必要としない。
【００２７】
また、従来のバックライト装置では、Ｒ，Ｇ，Ｂを検出するために、三個の光量センサの上にそれぞれカラーフィルタをつけていたが、本発明では、これらを必要としないので、光量センサそのものの構造も非常に簡単になる。
【００２８】
さらに、従来のバックライト装置では、フィードバックも三系統での回路が必要であったが、本発明では、単純な一系統のフィードバックで色制御を行うことができる。
【００２９】
従って、本発明によれば、単純な一系統のフィードバックで色制御を行うことができ、コストを著しく削減した照明装置、表示装置及び照明方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。
【００３１】
本発明は、例えば図１に示すような構成の液晶表示装置１００に適用される。
【００３２】
この液晶表示装置１００は、その構造を図１の要部断面図に模式的に示すように、液晶表示パネル１０と、上記液晶表示パネル１０を背面側から白色光で照明するバックライト装置２０とを備える。
【００３３】
液晶表示パネル１０は、マトリクス状に配置された信号線及び走査線、この信号線と走査線の交点に配置されたスイッチング素子としての薄膜トランジスタ、画素電極などが形成された背面側のガラス基板１１と、対向電極やカラーフィルタが内表面に形成された前面側のガラス基板１２を対向させ、これら２枚のガラス基板１１，１２の間に、例えば、ツイステッドネマチック（ＴＮ）液晶を封入した液晶層１３を設けてなる透過型のカラー液晶表示パネルである。
【００３４】
この液晶表示装置１００は、このような構成の液晶表示パネル１０を２枚の偏光板１４，１５で挟み、バックライト装置２０により背面側から白色光を照射した状態で、アクティブマトリクス方式で駆動することによって、所望のフルカラー映像を表示することができる。
【００３５】
バックライト装置２０は、図１及び図２に示すように、ＬＥＤ駆動部２１により駆動されて三原色光を出射する赤色ＬＥＤ２２Ｒ、緑色ＬＥＤ２２Ｇ、青色ＬＥＤ２２Ｂからなる三原色光源２３と、上記三原色光源２３がエッジ部分に設けられた導光板２４を有するバックライトユニット２５を備え、上記三原色光源２３から入射される三原色光を導光板２４により混合して白色光を出射することにより、白色光で上記液晶表示パネル１０を背面側から照明する所謂エッジライト方式のバックライトである。
【００３６】
なお、上記液晶表示パネル１０と導光板２４の間には、互いに直交する方向にプリズムが配列されてなる２枚のプリズムシート２６Ｘ，２６Ｙ及び拡散シート２７が配され、また、上記導光板２５の背面には反射シート２８が配されている。
【００３７】
そして、この液晶表示装置１００におけるバックライト装置２０は、その要部構成を図２のブロック図に模式的に示すように、上記三原色光源２３から三原色光が入射される上記導光板２４の入射面と対向する面に設けられた光量センサ３１からなる光量検出部３２と、上記光量検出手部３２による検出出力に基づいて、上記三原色光源２３が出射する三原色光の光量バランスを制御する制御部３３を備える。
【００３８】
上記制御部３３は、一定時間間隔おきに、上記光量検出部３２による検出出力に基づいて、上記三原色光源が出射する三原色光の光量バランスを制御する。
【００３９】
上記光量検出部３２の光量センサ３１には、可視光の全波長に渡り、感度の差があっても、十分な出力を得られる特性を有しているものが使用される。
【００４０】
上記制御部３３は、図３に示すように、輝度調整時にはＬＥＤ駆動部２１により赤色ＬＥＤ２２Ｒ、緑色ＬＥＤ２２Ｇ、青色ＬＥＤ２２Ｂをパルス駆動し、そのパルスに同期して光量センサ３１を起動させる。そして、上記制御部３３は、Ｒ点灯時に光量センサ３１から得られる出力をＲの輝度とし、Ｇ点灯時に光量センサ３１の出力をＧの輝度とし、Ｂ点灯時に光量センサ３１の出力をＢの輝度として検出し、上記光量検出部３２による検出出力に基づいて、上記三原色光源２３が出射する三原色光の光量バランスを制御する。なお、光量センサ３１の感度は各波長領域で異なるので、しかるべき演算をすることにより赤色ＬＥＤ２２Ｒ、緑色ＬＥＤ２２Ｇ、青色ＬＥＤ２２Ｂの真の出力を算出する。
【００４１】
例えば、上記光量検出部３２により検出された赤色ＬＥＤ２２Ｒ、緑色ＬＥＤ２２Ｇ、青色ＬＥＤ２２Ｂの各出力すなわちＲ，Ｇ，Ｂの輝度レベル（光量）を予め記憶していたＲ，Ｇ，Ｂの最適輝度レベルと比較演算することにより、最適輝度との差を割り出し、その差から最適な輝度を出すための電流調整量を算出する。そして、上記最適電流量をＬＥＤ駆動部に指示し、駆動電流値を修正させる。
【００４２】
これにより、上記三原色光源２３が出射する三原色光の光量を制御することで、三原色光の光量バランスを制御し、上記三原色光を混合して得られる白色光を一定の色度範囲に制御する。
【００４３】
ここで、実際のＬＥＤ光源の輝度変化を測定したところ、図４に示すように、非常に緩やかなものであり、数分乃至数時間か間隔で１回フィードバック制御すれば、上記三原色光を混合して得られる白色光を一定の色度範囲に制御することができる。
【００４４】
このように、この液晶表示装置１００におけるバックライト装置２０では、赤色発光ダイオード２３Ｒ、緑色発光ダイオード２３Ｇ及び青色発光ダイオードＢからなる三原色光源２３から出射される三原色光の光量を光量検出部３２により検出し、上記光量検出部３２による検出出力に基づいて、制御部３３により、一定時間間隔おきに、上記三原色光源２３が出射する三原色光のうちの赤色の光量を制御することにより、上記三原色光源２３からの三原色光を混合して得られる白色光を一定の色度範囲に制御することができる。
【００４５】
さらに、上記光量検出部３２を一種類の光量センサ３１で構成し、上記制御部３３は、上記三原色光源２３を原色光毎にパルス点灯させ、その点灯に同期して上記光量センサ３１を起動し、上記光量検出部３２により各色の光量を検出させることにより、単純な一系統のフィードバックで色制御を行うことができる。
【００４６】
なお、ＬＥＤの温度特性は、図５に示すように、−２０℃〜＋７０℃間において、白色ＬＥＤはｘｙ色度図上での変化量は小さく、Ｒ・Ｇ・Ｂの三色ＬＥＤで白色を表示した場合は変化量が大きい。しかし、Ｒ・Ｇ・Ｂを単色で表示させた場合、同環境下においてもｘｙ色度図上での変化量は小さい。図６に示すように、三色ＬＥＤで白色が変化してしまうのは、輝度（この場合、光の出力量）変化によるためである。このとき、Ｒ・Ｇ・Ｂ単色の変化をみると、Ｒの変化量が著しいが、ＧとＢの単色変化量は、白色ＬＥＤに比べても、変化量が少ない。従って、Ｒのみの光出力をフィードバック制御することにより、従来の白色ＬＥＤと同レベルの白色・色度範囲をコントロールすることも可能である。
【００４７】
三原色光を出射する赤色発光ダイオード２３Ｒ、緑色発光ダイオード２３Ｇ及び青色発光ダイオードＢからなる三原色光源２３と、上記三原色光源２３からの三原色光を混合して白色光を出射するバックライトユニット２６と、上記三原色光源２３から出射される三原色光の各色の光量を検出する光量検出部３２と、上記光量検出部３２による検出出力に基づいて、上記三原色光源２３が出射する三原色光の光量バランスを制御する制御部３３とを備える。
【００４８】
上述の実施の形態では、本発明をバックライト型の液晶表示装置（ＬＣＤ）に適用したが、本発明は、フロントライト型の表示装置やＬＣＤ以外の非自発光型ディスプレイに適用することもできる。また、バックライト装置の光源として、Ｒ・Ｇ・Ｂの三色ＬＥＤ以外にレーザー光源などを用いることもでき、さらに、４つのピーク波長を有する光源を用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明を適用した液晶表示装置の構造を模式的に示す要部断面図である。
【図２】上記液晶表示装置におけるバックライト装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図３】上記バックライト装置における制御部による制御を示すタイムチャートである。
【図４】実際のＬＥＤ光源の輝度変化の測定結果を示す特性図である。
【図５】白色ＬＥＤとＲ・Ｇ・Ｂの三色ＬＥＤの色度の温度特性をｘｙ色度図上に示した特性図である
【図６】白色ＬＥＤとＲ・Ｇ・Ｂの三色ＬＥＤの輝度の温度特性を示した特性図である。
【図７】従来のバックライト装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図８】上記バックライト装置の光量検出部に備えられた各光量センサの感度特性を示す特性図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０  液晶表示パネル、１１，１２  ガラス基板、１３  液晶層、１４，１５  偏光板、２０  バックライト装置、２１  ＬＥＤ駆動部、２２Ｒ  赤色ＬＥＤ、２２Ｇ  緑色ＬＥＤ、２２Ｂ  青色ＬＥＤ、２３  三原色光源、２４  導光板、２５  バックライトユニット、２６Ｘ，２６Ｙ  プリズムシート、２７  拡散シート、２８  反射シート、３１  光量センサ、３２  光量検出手部、３３  制御部、１００  液晶表示装置
【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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【図７】
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【図８】
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