JP2006331659A - 面状光源装置及びこれを用いた表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、専用の光センサを用いることなく、安定した発光ダイオードの発光量を得ることができる面状光源装置及びこれを用いた表示装置を提供する。
【解決手段】 本発明は、複数の発光ダイオード２６を光源とする光源部と、光源部から光を導き、面状に発光させる導光板２３とを備える面状光源装置であって、非点灯時の発光ダイオード２６が、他の発光ダイオード２６からの光量を検出し、当該光量に基づき他の発光ダイオード２６の発光量を調整する。
【選択図】図２

Description

本発明は、面状光源装置及びこれを用いた表示装置に係る発明であって、特に、発光ダイオードを用いた面状光源装置及びこれを用いた表示装置に関するものである。

従来、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を光源とした面状の光源装置としては、パソコン等用いられる液晶表示装置のバックライトがよく知られている。この面光源装置は、光を閉じ込めるための導光板と、光源部とから構成されている。そして、導光板は、ポリカーボネート樹脂やアクリル樹脂等の透明で屈折率の大きな樹脂により形成されている。発光部は、基板上に複数の発光ダイオードを実装したものであって、導光板の側面に対向して配置されている。

しかし、安定した輝度を得るためには、さらにセンサを用いて発光ダイオードからの光量を測定し、当該測定結果を利用して、発光ダイオードの発光量を調節する必要があった。そのため、特許文献１に示す面状光源装置においては、導光板の端面に専用の光センサを配設し、当該センサでの検出結果を利用して、光源である発光ダイオードの発光量を補正していた。

特開平１１−２６０５７２号公報

特許文献１に示す面状光源装置のように、光源として発光ダイオードを用いた場合、発光ダイオードの出力が強い温度依存性を有することになる。そのため、周囲の温度変化により色度及び輝度が変化してしまう問題があった。また、発光ダイオード出力の温度依存性は、赤（以下、Ｒともいう）、緑（以下、Ｇともいう）、青（以下、Ｂともいう）の各色により異なる。そのため、ＲＧＢ３色の発光ダイオードを用いて白色を発光させている場合、周囲の温度変化によりホワイトバランスが変化してしまう問題があった。さらに、発光ダイオードの発光特性のバラツキは、同色の発光ダイオード間においても存在する。また、発光ダイオードの寿命特性も各色で異なっているため、経年変化により発光ダイオードの発光特性のバラツキが各色で大きくなる問題があった。

上述の問題を解決するために、特許文献１では温度変化や経年変化等により生じる発光ダイオードの色度及び輝度の変化を専用の光センサで検出し、検出した結果に基づいて発光ダイオードの発光量を補正していた。そのため、従来の面状光源装置では、専用の光センサを別途設けなければならなかった。

しかし、面状光源装置に別途専用の光センサを設けた場合、面状光源装置の部品点数は増加し、組み立て工数が増加するので製造コストが高くなる問題があった。また、光センサ自体も高額であるため、光センサの追加は面状光源装置自体のコストを上昇させる問題もあった。

そこで、本発明は、専用の光センサを用いることなく、安定した発光ダイオードの発光量を得ることができる面状光源装置及びこれを用いた表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る解決手段は、複数の発光ダイオードを光源とする光源部と、光源部から光を導き、面状に発光させる導光部とを備える面状光源装置であって、非点灯時の発光ダイオードが、他の発光ダイオードからの光量を検出し、当該光量に基づき他の発光ダイオードの発光量を調整する。

本発明に記載の面状光源装置は、非点灯時の発光ダイオードが、他の発光ダイオードからの光量を検出し、当該光量に基づき他の発光ダイオードの発光量を調整するので、専用の光センサを用いることなく、安定した発光ダイオードの発光量を得ることができ、輝度、色度が安定した面状光源装置を実現することができる効果がある。

（実施の形態１）
本実施の形態では、面状光源装置を液晶表示装置のバックライトとして利用した形態に基づいて説明する。しかし、本発明の面状光源装置は、上記の形態に限られない。まず、図１は、本実施の形態に係る液晶表示装置の構成を示す分解斜視図である。図１に示す液晶表示装置には、所望の画像を画素に書き込み表示させる液晶表示パネル１０と、当該液晶表示パネル１０の背面から光を照射するバックライト２０とが設けられている。液晶表示パネル１０は、対向する基板１１の間に液晶を保持し、当該液晶を駆動するために一方の基板１１上にＴＦＴ（Thin Film Transistor）がマトリクス状に形成されている（図示せず）。そして、ＴＦＴと接続された画素もマトリクス状に形成されている（図示せず）。なお、本実施の形態に係る液晶表示パネル１０は、透過型の液晶表示装置である。

液晶表示パネル１０には、画素毎に設けられたＴＦＴをオン・オフさせるための複数のゲート配線駆動用ドライバ１２と、ＴＦＴを介して各画素に画像データを供給するための複数のソース配線駆動用ドライバ１３とが設けられている。ゲート配線駆動用ドライバ１２及びソース配線駆動用ドライバ１３は、例えば半導体チップとして別に形成されたものを、基板１１上に実装する構成である。そして、ゲート配線駆動用ドライバ１２及びソース配線駆動用ドライバ１３は、図示していないコントローラにより制御され、各画素に画像データを書き込んでいる。なお、各画素への画像データの書き込みは、コントローラに入力された画像信号に基づいて行われる。そして、基板１１に設けられたゲート配線（図示せず）には、所定の走査周期でＴＦＴをオンする信号が供給され、当該信号のタイミングに、基板１１に設けられたソース配線（図示せず）から画像データが供給され、画素に画像データが書き込まれる。

次に、バックライト２０は、筐体に形成される開口部から均一な光を出射する面状光源装置であり、図１からも分かるように液晶表示パネル１０の背面側に配置されている。図２は、バックライト２０の構成を示す平面図である。また、図３は、図２に示した平面図のＩＩ−ＩＩ面での断面図である。さらに、図４は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を一列に配列した光源部の一例を示す図である。図５は、光源部の配線を模式的に示した配線図である。

バックライト２０は、図３に示すように筐体２１及び光学シート２２、導光板２３、反射シート２４、リフレクタ２５、発光ダイオード２６等から構成されている。ここで、筐体２１は、バックライト２０の各構成部材を収納保持するためのフレームであり、強度及び加工性が優れた合成樹脂や金属が用いられる。特に、筐体２１は、発光ダイオードの発光に伴って生じる熱に対する放熱性の観点から、熱伝導性に優れたアルミニウムや銅を用いる方が望ましい。なお、筐体２１前面には、光源部（発光ダイオード２６）からの光を出射できるように開口部が設けられている。

光学シート２２は、光を拡散させる拡散シートやプリズム列が形成されたプリズムシート等の透光性を有するシート状の光学部材である。ここで、拡散シートとは、合成樹脂やガラスなどの透明部材の表面を粗面化して、微細な反射部を混ぜ込んだようなシートである。上述の光学シート２２は、出射光の輝度値を調整するために用いられるものであるため、必要に応じて複数の種類を複数の枚数を組み合わせて用いられる。なお、光学シート２２は、導光板２３の前面側に配置される。

導光板２３は、短辺側に配置された光源部から光を導き、液晶表示パネル１０が設けられた前面側に面状の光を出射させる光学部材である。この導光板２３には、有機樹脂材料（アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等）又はガラス等の透光性を有する平板状の部材である。導光板２３の背面側には、拡散パターン（図示せず）が形成されている。この拡散パターンは、導光板２３内を伝搬する光を拡散し、前面側に均一な光を出射させる光学手段である。

具体的に、拡散パターンを導光板２３の背面側に形成する方法には、酸化チタン等を含有する白色顔料を導光板２３の背面上にスクリーン印刷する方法や、導光板２３を形成時に円形状又は円錐状、四角形状等の微細パターンを成形時に形成する方法などが考えられる。拡散パターンを調整することにより、導光板２３の長辺に平行な方向の輝度分布を所望の分布にすることができる。つまり、光源部から出射される光の輝度分布が最適になるように、拡散パターンの濃度や形状、大きさ、深さ等が決定される。

次に、光源部は、発光ダイオード２６やレーザーダイオード（ＬＤ：Laser Diode）等の発光素子で構成されている。そして、これら発光素子は、数ナノ秒（ｎｓ）以下の高速応答が可能である。なお、本実施の形態に係る光源部は、単一色を発光する発光ダイオードを複数組み合わせて、一列に配置している。

また、本実施の形態に係る光源部では、図２に示すように回路基板２７上に複数の発光ダイオード２６を配列して一つの光源ユニット２８を構成し、当該光源ユニット２８を導光板の短辺のそれぞれに配置し、ドライバ２９で駆動を制御している。

光源ユニット２８は、図４に示すように矩形状の回路基板２７上に、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の単一色を発光する発光ダイオード２６が一列に配置されている。但し、発光ダイオード２６のＲＧＢそれぞれの個数は、必ずしも均等である必要が無く、液晶表示パネル１１を通過した際の光が所望の白色色度となるように、それぞれの個数を決定すればよい。このように、単一色の発光ダイオード２６を複数個組み合わせ、それぞれの発光量を調整することにより、バックライト２０から出射する光の色度を容易に変化することができる。

また、ＲＧＢ単一色の発光ダイオード２６は、白色光を発光する発光ダイオード２６に比べ発光効率が高く、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの各色（ＲＧＢ）の透過特性と発光ダイオード２６の発光スペクトルをあわせ込むことで、液晶表示装置の色再現性を向上させることができる。さらに、ＲＧＢ単一色の発光ダイオード２６は、独立して各色を制御できるので、白色光を発光する発光ダイオード２６に比べて出射光の色合いを容易に変化させることができる。なお、図４の発光ダイオード２６を示す丸の中には、ＲＧＢのそれぞれの色を明記している。

図５に示す光源ユニット２８の配線図では、ＲＧＢのそれぞれの発光ダイオード２６は、色毎に直列に接続されている。これは、発光ダイオード２６が定電流で駆動することにより同色の発光ダイオード２６間の発光量を均一化することができるためである。なお、発光ダイオード２６と接続される配線３０は、回路基板２７上に銅パターンで形成されている。また、発光ダイオード２６は、回路基板２７上の配線３０を介してドライバ２９に接続され、駆動制御されている。

次に、図３に示すリフレクタ２５は、導光板２３の端面側を除いて光源部を包含し、光源部からの光を効率よく導光板２３の端面側に反射する。リフレクタ２５は、銀又はアルミニウム等で形成される反射層を有する金属板や、銀又はアルミニウム等を蒸着した樹脂シート、白色の樹脂シート等の材料で構成されている。なお、リフレクタ２５の反射率は、反射面でのロスを抑えるために９０％以上であることが望ましい。

導光板２３の背面側には、導光板２３からの光を前面側に反射する反射シート２４が設けられている。反射シート２４は、銀又はアルミニウム等を蒸着させた平板や、白色の樹脂板からなるシート状の光学部材である。なお、反射シート２４の反射率は、光源部からの光を液晶表示パネル１０に有効に出射するために、９０％以上であることが望ましい。

光源ユニット２８は、導光板２３の短辺側に設けられ、ＲＧＢの発光ダイオード２６が一列に配置されている。そして、ドライバ２９は、光源ユニット２８単位で駆動している。

次に、図３に示すバックライト２０の断面図を用いて、本実施の形態に係る面状光源装置の発光及び光の伝搬、受光（光量検出）について説明する。まず、本実施の形態に係る面状光源装置の発光は、ドライバ２９により駆動された一方の光源ユニット２８の発光ダイオード２６が発光することにより生じる。光源ユニット２８から出射した光は、直接導光板２３に入射されるか、リフレクタ２５で反射された後に入射される。導光板２３に入射された光は、導光板２３の前面と背面とで反射を繰り返すことで、導光板２３内を伝搬する。そして、導光板２３内を伝搬する多くの光は、導光板２３の背面側に形成された拡散パターンによって拡散される。拡散された光は、直接又は反射シート２４で反射して導光体２３の前面から出射し、液晶表示パネル１０の背面に入射する。

拡散パターンで拡散されずに導光板２３内を伝搬した光は、入射した導光板２３の端面と相対する導光板２３の端面より出射される。導光板２３の端面より出射された光は、直接又はリフレクタ２５で反射された後に他方の光源ユニット２８に入射する。そして、入射した光は、ＲＧＢ各色の発光ダイオード２６で受光し光量が検出される。本実施の形態に係る光源ユニット２８では、図４に示すようにＲＧＢ各色の発光ダイオード２６を複数設けているので検出できる光量を増やすことができ、検出感度を高くすることができる特徴がある。また、発光ダイオード２６は、導光板２３の端面に直線状に配置されているので、導光板２３の面全体の光を平均化して検出することができ、部分的な輝度ムラや色ムラの影響を受けにくくなる。

上述したように、本実施の形態に係る面状光源装置では、発光ダイオード２６を発光素子として使用すると共に、非点灯時に受光素子としても用いる。以下に、発光ダイオード２６を発光素子又は受光素子として使用する場合の動作原理について説明する。まず、発光ダイオード２６を発光素子として使用する場合、図６（ａ）に示すように発光ダイオード２６が熱平衡状態のとき、エネルギー障壁が高いためｎ形半導体に偏っている電子がｐ形半導体へ移動し難い。しかし、図６（ｂ）に示すように発光ダイオード２６に順バイアス方向の電圧を印加すると、エネルギー障壁が低くなるためｎ形半導体に偏っている電子がｐ形半導体へ移動しやすくなる。そのため、ｎ形半導体の電子は、エネルギー準位の高い伝導帯からエネルギー準位の低い価電子帯に移動し、価電子帯付近の正孔と再結合する。そして、この再結合の際に失われたエネルギーが、光として放出されることにより発光ダイオード２６が発光することになる。

図示しないが逆に、光が外部より発光ダイオード２６に照射され、この光エネルギーが伝導帯と価電子帯とのエネルギー差（つまり、バンドギャップエネルギー）より大きい場合、価電子帯の電子が伝導帯へ励起され、価電子帯には正孔が残る。この電子−正孔対は、ｎ形半導体、ｐ形半導体、空乏層の至る所で生成される。そして、空乏層中では、電界のため電子がｎ形半導体へ、正孔がｐ形半導体へそれぞれ加速される。ｎ形半導体中に生じた電子−正孔対のうち電子は、ｐ形半導体から移動してきた電子と共にｎ形半導体の伝導帯に残り、ｎ形半導体中に生じた電子−正孔対のうち正孔は、空乏層まで拡散し、加速されｐ形半導体の価電子帯に移動する。

このように、発光ダイオード２６は、入射光量に比例して電子−正孔対が発生し、この電子−正孔対がｎ形半導体及びｐ形半導体のそれぞれに蓄積される。これにより、ｐ形半導体は正、ｎ形半導体は負にそれぞれ帯電するので、ｎ形半導体から電子、ｐ形半導体から正孔がそれぞれ反対側の電極へ向かって流れ電流が発生する。発光ダイオード２６は、この電流を測定することで受光した光量を検出することができる。なお、発光ダイオード２６に逆バイアス方向の電圧を印加すると、入射する光量と出力電流との関係が直線となる上限範囲が改善されるので、測定できる照度の範囲が大きくなる。

以上のことから、発光ダイオード２６は、順バイアス方向の電圧を印加すると、発光素子として機能し、非点灯又は逆バイアス方向の電圧を印加すると、受光素子として機能することが分かる。

受光素子としての発光ダイオード２６は、ｐ形半導体の伝導帯と価電子帯とのエネルギー差（バンドギャップエネルギー）が大きいほど、電子が伝導帯から価電子帯へと落ちるときに発せられる光のエネルギーは大きくなる。また、光の色は波長により変化するため、光のエネルギーが大きいほど短波長の光を放つ。そのため、本実施の形態のように、ＲＧＢ各色の発光ダイオード２６を利用する場合、主波長はＢ，Ｇ，、Ｒの順に大きくなり、バンドギャップエネルギーはＲ，Ｇ，Ｂの順で大きくなる。

受光素子としての発光ダイオード２６は、上述したように吸収した光のエネルギーが受光素子のバンドギャップエネルギーＥｇより大きくないと光起電力は生じない。これについて、受光感度特性の限界波長λｈ［ｎｍ］とバンドギャップエネルギーＥｇ［ｅＶ］との関係が、λｈ＝１２４０／Ｅｇとなることが一般的に知られている。

本実施の形態のように、ＲＧＢ各色の発光ダイオード２６を利用する場合、バンドギャップエネルギーＥｇがＲ，Ｇ，Ｂの順で大きくなるので、限界波長λｈはＢ，Ｇ，Ｒの順で大きくなる。なお、短い波長の入射光は発光ダイオード２６の表面の拡散層内で吸収される割合が急激に増加するため、発光ダイオード２６は、拡散層が薄く、ｐｎ接合が表面に近いものほど感度が高くなる。このように、発光ダイオード２６はＲＧＢの各色で受光感度特性が異なるため、ある波長の光が光源ユニット２８に入射した場合、入射光の輝度のみならず、色度も求めることができる。但し、色度を求めるには、ＲＧＢの発光ダイオード２６に逆バイアス方向の電圧を印加し、電圧変動を演算することが必要である。

次に、光源ユニット２８に接続されたドライバ２９は、受光素子として機能している発光ダイオード２６により検出された光量に基づいて、発光素子として機能している発光ダイオード２６の発光量を調整している。ここで、発光ダイオード２６の点灯・非点灯は、ドライバ２９により光源ユニット２８単位で制御されている。一方の光源ユニット２８が点灯している期間に、他方の光源ユニット２８が非点灯である期間を設け、当該期間に他の光源ユニット２８の発光ダイオード２６に逆バイアス方向の電圧を印加し、当該発光ダイオード２６を受光素子として機能させている。

発光量の調整は、発光ダイオード２６に入力される電流又は電圧、デューティー比を増減することで行うことができる。例えば、受光素子として機能している発光ダイオード２６の検出結果から、赤色（Ｒ）の光量低下であると判断される場合、ドライバ２９は、発光素子として機能している発光ダイオード２６の内、Ｒの発光ダイオード２６の発光量を増加させる。このような、フィードバック制御を行うことで、本実施の形態に係る面状光源装置は、出射する光の輝度及び色度を一定に維持することができる。

図７（ａ）（ｂ）に、本実施の形態に係る面状光源装置の点灯タイミングを示す。図７（ａ）（ｂ）に示すタイミングは、二つの光源ユニット２８を備えた場合の点灯タイミングの一例であり、図７（ａ）に示すタイミングは図３の左側に示す光源ユニット２８（以下、単に光源ユニット２８Ｌともいう）の点灯タイミング、図７（ｂ）に示すタイミングは図３の右側に示す光源ユニット２８（以下、単に光源ユニット２８Ｒともいう）の点灯タイミングをそれぞれ示している。なお、図７（ａ）（ｂ）では、ＲＧＢの発光ダイオード２６が、それぞれ別々にが図示されている。

以下、図７（ａ）（ｂ）を用いて本実施の形態に係る面状光源装置の動作を説明する。まず、図７（ａ）（ｂ）に示すように、光源ユニット２８ＬのみをＴ１期間点灯させる。つまり、光源ユニット２８Ｌが点灯、光源ユニット２８Ｒが非点灯の期間をＴ１期間設ける。その後、光源ユニット２８Ｌを非点灯、光源ユニット２８Ｒを点灯とする期間をＴ２期間設ける。本実施の形態に係るドライバ２９では、Ｔ１期間とＴ２期間とを繰り返して駆動する。ここで、光源ユニット２８の点灯周波数ｆは、ｆ＝１／（Ｔ１＋Ｔ２）となるが、目視によるちらつきをなくすために６０Ｈｚ以上の周波数が必要であり、好ましくは１２０Ｈｚ以上であれば良い。

上述した、Ｔ１期間とＴ２期間の配分は任意に変更することができる。つまり、光源ユニット２８Ｌの総光量より光源ユニット２８Ｒの総光量の方が大きい場合、Ｔ１期間とＴ２期間とが同じであれば光源ユニット２８Ｒの近傍が明るくなり、輝度ムラや色ムラが生じることになる。そのため、Ｔ１期間をＴ２期間より長くして、光源ユニット２８Ｌと光源ユニット２８Ｒとの総光量を等しくして輝度ムラや色ムラの発生を抑えている。

また、光源ユニット２８Ｌと光源ユニット２８Ｒとを交互に点灯させることで、Ｔ１期間は光源ユニット２８Ｌの発光ダイオード２６が発光素子として機能し、光源ユニット２８Ｒの発光ダイオード２６は受光素子として機能する。Ｔ２期間の場合は、Ｔ１期間の場合の逆となる。図７（ａ）（ｂ）のように光源ユニット２８を駆動する場合、発光ダイオード２６を点灯している時間は、常時点灯させている場合に比べ半分以下となる。そのため、本実施の形態では、発光ダイオード２６に通常の２倍程度の電流を流すことで、面状光源装置の出射光の輝度を、発光ダイオード２６を常時点灯させた場合の輝度と同じにしている。このようにすることで、発光ダイオード２６の数を増やすことなく、発光ダイオード２６を常時点灯させた場合と同等の消費電力で駆動することができる。

図８（ａ）（ｂ）に、本実施の形態に係る面状光源装置の別の点灯タイミングを示す。図８（ａ）は、光源ユニット２８Ｌの点灯タイミングを、図８（ｂ）は、光源ユニット２８Ｒの点灯タイミングをそれぞれ示している。そして、図８（ａ）（ｂ）に示す点灯タイミングでは、Ｔ３期間の間に点灯期間と非点灯期間とが設けられ、点灯周波数ｆがｆ＝１／Ｔ３となる。つまり、光源ユニット２８Ｌの場合、図８（ａ）に示すように、Ｔ３期間の始点でＲＧＢ各色の発光ダイオード２６が全て点灯し、最後に非点灯期間をＴ４期間設けるようなタイミングで駆動している。一方、光源ユニット２８Ｒの場合、図８（ｂ）に示すように、最初に非点灯期間をＴ５期間設け、Ｔ３期間の終点でＲＧＢ各色の発光ダイオード２６が全て消灯するようなタイミングで駆動している。なお、図８（ａ）（ｂ）に示す光源ユニット２８も、電流により輝度を調整する構成である。

Ｔ３期間のうち９５％を点灯させる場合、非点灯期間であるＴ４期間及びＴ５期間は、（１−０．９５）×Ｔ３と求めることができる。Ｔ５期間は、光源ユニット２８Ｒの発光ダイオード２６は非点灯であるので、光源ユニット２８Ｌの発光ダイオード２６からの光を検出する。一方、Ｔ４期間は、逆に光源ユニット２８Ｌの発光ダイオード２６は非点灯であるので、光源ユニット２８Ｒの発光ダイオード２６からの光を検出する。

本実施の形態に係る面状光源装置では、導光板２３の左右それぞれに光源ユニット２８を設ける構成を示したが、本発明はこれに限られず、面状光源装置の出射輝度をより大きくするために３つ以上の光源ユニット２８を設ける構成や、１つの光源ユニット２８を設ける構成であっても良い。

また、上述した光源ユニット２８では、１つの単位として駆動制御されていたが、本発明はこれに限られず、光源ユニット２８を複数の光源駆動制御ブロックに分割し、当該光源駆動制御ブロック単位に駆動制御する構成であっても良い。各光源駆動制御ブロックの点灯タイミングは、図７（ａ）（ｂ）及び図８（ａ）（ｂ）に示したタイミングで駆動する。具体的に、１つの光源ユニット２８を設ける構成の場合、光源ユニット２８内を２つの光源駆動制御ブロックに分け、当該光源駆動制御ブロック毎に発光ダイオード２６への電源供給経路を別系統にする構成を取っている。このように構成することで、１つの光源ユニット２８で発光機能と受光機能とを両立させることができる。なお、２つ以上の光源ユニット２８を設ける場合でも、光源ユニット２８内を複数の光源駆動制御ブロックに分け、１つの光源ユニット２８内で発光機能と受光機能とを両立させることができる。

さらに、本発明では、光量を検出するのみで発光させない発光ダイオード２６を実装する構成も考えられる。この場合、光量を検出する専用の発光ダイオード２６は、発光による熱が発生しないため、当該熱により受光感度特性が影響を受けないメリットがある。また、同一の回路基板２７に、発光を担う発光ダイオード２６と、受光を担う発光ダイオード２６とを実装することは、別々の回路基板に発光を担う発光ダイオード２６と、別部品の光センサとを別々に実装する場合に比べ、組み立て作業が簡略化でき製造コストを低減することができる。

なお、本実施の形態に係る面状光源装置は、ＲＧＢ各色の発光ダイオード２６を組み合わせて白色の光源を構成しているが、本発明はこれに限られず白色の発光ダイオード２６を用いても良い。

また、本発明では、受光を担う発光ダイオード２６以外に光センサを別途設けても良い。別途光センサを設けることにより、受光を担う発光ダイオード２６より得た情報と、光センサで得た情報とを組み合わせることで、より正確に発光ダイオード２６の発光状態を制御することが可能になり、より安定した輝度、色度を得ることができる。

以上のように、本実施の形態に係る面状光源装置では、非点灯時の発光ダイオード２６が、他の発光ダイオード２６からの光量を検出し、当該電流に基づき他の発光ダイオード２６の光量を調整することができるため、安定した発光ダイオードの発光量を得ることができ、安定した輝度、色度を得られる面状光源装置を実現することができる。

（実施の形態２）
図９は、本実施の形態に係る面状光源装置の光源ユニット２８の構成を示す図である。図１０は、図９に示す光源ユニット２８の配線図である。本実施の形態に係る光源ユニット２８は、矩形状の回路基板２７上にＲＧＢの発光ダイオード２６が一列に実装され、さらに、Ｒの発光ダイオード２６よりも波長が長い発光ダイオード３１が実装されている。図９では、左から三つ目の発光ダイオード２６の右斜め上と、右から三つ目の発光ダイオード２６の左斜め上とに発光ダイオード３１が設けられている。そして、本実施の形態では、赤外の波長（７８０ｎｍ以上）を主波長とするＩＲ（赤外）の発光ダイオード３１を採用している。なお、図９の発光ダイオード３１を示す丸の中にはＩＲを明記している。

１つの光源ユニット２８に対して、ＩＲの発光ダイオード３１を１つ実装する構成でも良いが、色ムラや輝度ムラの影響がなく平均的な光を検出するには２つ以上実装することが望ましい。さらに、発光ダイオード３１を複数実装する場合は、図１０に示すように発光ダイオード３１を直列接続することで検出精度を上げることができる。なお、ＩＲの発光ダイオード３１は、図９のようにＲＧＢの発光ダイオード２６と異なる列に配列しても、同一の列に配列してもどちらでも良い。また、ＩＲの発光ダイオード３１の形状は、ＲＧＢの発光ダイオード２６の形状と異なっていても良い。

図１０に示すように、ＲＧＢの発光ダイオード２６及びＩＲの発光ダイオード３１は、色毎に直列に配線３０で接続されている。このように直列接続することで、発光ダイオード２６，３１を定電流駆動することができ、それぞれの発光量を均一にすることができる。本実施の形態では、ＲＧＢの発光ダイオード２６は、実施の形態１で説明したように発光と受光とを繰り返しているが、ＩＲの発光ダイオード３１は、受光のみ行っている。なお、ＩＲの発光ダイオード３１が光量を検出するタイミングは、ＲＧＢの発光ダイオード２６が光量を検出するタイミングと同じであっても、異なっていてもどちらでも良い。また、本実施の形態では、ＩＲの発光ダイオード３１は受光のみとしているが、本発明はこれに限られず、ＲＧＢの発光ダイオード２６と同様に発光と受光とを繰り返しても良い。

図９では１つの光源ユニット２８を示したが、面状光源装置には複数の光源ユニット２８を配置することで、各光源ユニット２８間で発光と受光とを繰り返し、互いの発光量を検出することができる。そして、その検出結果に基づいて発光ダイオード２６の発光量を調整している。

図１１に、ＲＧＢ各色の発光スペクトルと、ＲＧＢの発光ダイオード２６及びＩＲの発光ダイオード３１の受光感度特性を示す。発光ダイオード２６を受光素子として利用した場合の限界波長λｈとバンドエネルギーギャップＥｇとの関係は、実施の形態１で述べたようにλｈ＝１２４０／Ｅｇとなる。また、発光ダイオード２６を発光素子として利用した場合、発光ピーク波長λｐとバンドエネルギーギャップＥｇとの関係も、λｐ＝１２４０／Ｅｇとなる。このため、同じ色の発光ダイオード２６は、限界波長λｈと発光ピーク波長λｐとが等しくなる。

そのため、Ｒの発光ダイオード２６からの発光ピーク波長λｐ（図１１では約６３０ｎｍ）を受光することが可能な限界波長λｈを有する発光ダイオード２６は、同色のＲの発光ダイオード２６に限られることになる。図１１からも分かるように、Ｒの発光ダイオード２６の受光感度特性とＲの発光スペクトルとが一部重なっている。

図１１から分かるように、Ｒの発光ダイオード２６の受光感度特性は、Ｇの発光スペクトル及びＢの発光スペクトルの大部分と重なっており、Ｇの発光ダイオード２６の受光感度特性は、Ｂの発光スペクトルの大部分と重なっている。そのため、Ｇの発光スペクトル及びＢの発光スペクトルについては、同色の発光ダイオード２６の受光感度特性が一部しか重なっておらず十分な受光ができなくても、他の色の発光ダイオード２６で補うことが可能である。

しかし、Ｒの発光スペクトルについては、他の色の発光ダイオード２６で受光を補うことができない。そのため、調光して輝度を下げる場合など、Ｒの発光スペクトルの検出バラツキが大きくなり、面状光源の出射輝度及び色度の制御が不安定になる場合があった。

そこで、本実施の形態に係る面状光源装置では、図９に示したようにＩＲの発光ダイオード３１を光源ユニット２８に設けている。ＩＲの発光ダイオード３１は、図１１に示すように受光感度特性の限界波長λｈが１０００ｎｍであるので、Ｒの発光スペクトルと大部分が重なる。そのため、ＲＧＢの発光ダイオード２６のみ設けた場合に比べ、Ｒの発光スペクトルの検出バラツキが小さくなり、面状光源の出射輝度及び色度の制御が安定する。

また、本実施の形態に係る面状光源装置では、４種類の発光ダイオード２６を受光素子として利用しているので、３種類の発光ダイオード２６を受光素子として利用した場合に比べて、受光精度が向上する。特に、発光ダイオード２６の発光ピーク波長λｐは、発光ダイオード２６の温度によりシフトする。面状光源装置が、輝度及び色度を精度良く安定して得るためには、発光ピーク波長λｐのシフト量を正確に知る必要がある。しかし、３種類の発光ダイオード２６を受光素子として利用した場合、発光ピーク波長λｐのシフト量を正確に捉えることが困難であった。そこで、本実施の形態のように４種類の発光ダイオード２６を受光素子として利用する場合、発光素子以外の発光ダイオード３１の検出結果を利用できるので、発光ピーク波長λｐのシフト量を正確に捉えることが可能となる。

なお、本実施の形態では、ＩＲの発光ダイオード３１を利用しいるが、本発明はこれに限られず、光検出のみを行うフォトダイオード等でも良い。但し、このフォトダイオード等は、Ｒの発光ダイオード２６の限界波長λｈより長い波長を検出できる受光感度特性を有している必要がある。また、発光素子として機能する発光ダイオード２６以外に、受光感度特性の異なる２種類以上の発光ダイオード３１を設けても良い。この場合、輝度及び色度の制御を、さらに精度良く行うことが可能な面状光源装置を提供することができる。

以上、実施の形態１又は実施の形態２で説明した面状光源装置をバックライトとして利用し、その上に所望の画像を表示させる表示素子を設けることで、安定した輝度及び色度を得ることがでる表示装置を提供することができる。なお、表示素子としては、例えば液晶表示素子など、非発光表示素子を用いることが考えられる。

本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る面状光源装置の平面図である。 本発明の実施の形態１に係る面状光源装置の断面図である。 本発明の実施の形態１に係る光源ユニットの平面図である。 本発明の実施の形態１に係る光源ユニットの配線図である。 本発明の実施の形態１に係る発光ダイオードの動作を説明する図である。 本発明の実施の形態１に係る光源ユニットの点灯タイミング示す図である。 本発明の実施の形態１に係る光源ユニットの別の点灯タイミング示す図である。 本発明の実施の形態２に係る光源ユニットの平面図である。 本発明の実施の形態２に係る光源ユニットの配線図である。 本発明の実施の形態２に係る発光ダイオードの受光感度特性を説明する図である。

符号の説明

１０ 液晶表示パネル、１１ 基板、１２ ゲート配線駆動用ドライバ、１３ ソース配線駆動用ドライバ、２０ バックライト、２１ 筐体、２２ 光学シート、２３ 導光板、２４ 反射シート、２５ リフレクタ、２６，３１ 発光ダイオード、２７ 回路基板、２８ 光源ユニット、２９ ドライバ、３０ 配線。

Claims (12)

1. 複数の発光ダイオードを光源とする光源部と、
   前記光源部から光を導き、面状に発光させる導光部とを備える面状光源装置であって、
   非点灯時の前記発光ダイオードが、他の前記発光ダイオードからの光量を検出し、当該光量に基づき他の前記発光ダイオードの発光量を調整することを特徴とする面状光源装置。
2. 請求項１に記載の面状光源装置であって、
   前記発光ダイオードは、点灯期間と非点灯期間とを所定のタイミングで繰り返すことを特徴とする面状光源装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の面状光源装置であって、
   前記光源部は、発光する光の波長が異なる前記発光ダイオードを複数備え、前記波長毎に、非点灯時の前記発光ダイオードが、他の前記発光ダイオードからの光量を検出し、当該前記光量に基づき他の前記発光ダイオードの発光量を調整することを特徴とする面状光源装置。
4. 請求項３に記載の面状光源装置であって、
   前記光源部は、赤色、青色及び緑色の単色光の波長を発光する前記発光ダイオードを備えていることを特徴とする面状光源装置。
5. 請求項４に記載の面状光源装置であって、
   前記光源部は、前記赤色の単色光の波長より長波長の光を発光する前記発光ダイオードをさらに備えていることを特徴とする面状光源装置。
6. 請求項５に記載の面状光源装置であって、
   前記長波長の光は、赤外光であることを特徴とする面状光源装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載の面状光源装置であって、
   前記光源部は、２以上の光源駆動制御ブロックに区分され、当該前記光源駆動制御ブロック毎に、前記発光ダイオードの発光又は光量検出を行うことを特徴とする面状光源装置。
8. 請求項７に記載の面状光源装置であって、
   前記光源駆動制御ブロックに実装される前記発光ダイオードが非点灯である場合、当該前記発光ダイオードが光量検出を行い、当該前記光量に基づき他の前記光源駆動制御ブロックに実装される前記発光ダイオードの発光量を調整することを特徴とする面状光源装置。
9. 請求項７又は請求項８に記載の面状光源装置であって、
   前記発光ダイオードは、前記光源駆動制御ブロック単位で、点灯期間と非点灯期間とを所定のタイミングで繰り返すことを特徴とする面状光源装置。
10. 請求項９に記載の面状光源装置であって、
    前記発光ダイオードは、複数の前記光源駆動制御ブロック間で、点灯期間及び非点灯期間が所定の期間重複することを特徴とする面状光源装置。
11. 請求項１乃至請求項１０のいずれか１つに記載の面状光源装置と、
    前記面状光源装置の出射面側に配置され、所望の画像を表示させる表示素子とを備える表示装置。
12. 請求項１１に記載の表示装置であって、
    前記表示素子は、液晶表示素子であることを特徴とする表示装置。
    

Images