JP4757585B2 - 光源ユニット及び照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源ユニット、及び、照明装置に関し、更に詳細には、ＬＥＤ（発光ダイオード）を光源として用いた光源ユニット、及び、そのような光源ユニットを備える照明装置に関する。

バックライト装置等の照明装置の光源には、ＬＥＤや冷陰極管が用いられる。冷陰極管は、専用の点灯回路が必要であり、高電圧を必要とすることから、従来、液晶テレビや液晶モニタといった、比較的大型の表示装置に用いられていた。一方、ＬＥＤは、輝度が比較的低いものの、小型で、大きなスペースを必要としないことから、従来、携帯電話やＰＤＡ等の小型の表示装置に用いられていた。ところが、近年、ＬＥＤの発光効率及び光出力が向上し、ＬＥＤを光源として用いた大型のバックライト装置が開発されている。

ところで、ＬＥＤは、点灯しつづけると、時間の経過に伴って発熱し、温度が上昇することによって、光出力が低下する。従って、ＬＥＤを光源として用いた照明装置では、時間の経過に伴って照明装置の輝度が低下する問題があった。また、温度上昇に伴う光出力の低下の度合いは、ＰＮ接合部を構成する材料の相違により、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、及び、青色（Ｂ）の各光で発光するＬＥＤ間で異なる。従って、ＲＧＢの３色のＬＥＤを備えるカラー表示の照明装置では、時間の経過に伴って照明装置の色調が変化する問題もあった。

非特許文献１は、これらの問題に対して、色調及び輝度の補正が可能な照明装置を記載している。図５に、同文献に記載の照明装置の構成を示す。照明装置４０は、薄い平板状の導光板４１と、導光板４１の１つの長辺４１ａに沿って配設された光源ユニット４２とを備える。光源ユニット４２は、基板４５と、導光板４１に対向する基板４５の表面に配設された、ＲＧＢの各色のＬＥＤ４６とを備え、ＬＥＤ４６から出射されたＲＧＢの各色の光は、導光板の長辺４１ａから入射され、導光板４１の内部で均一に拡散された後、導光板４１の前面から出射される。

照明装置４０は、更に、光源ユニット４２とは反対側の導光板４１の長辺４１ｂに隣接して配設された光センサ４３と、短辺の一方に隣接して配設されたＬＥＤドライバ４４とを備える。光センサ４３は、ＲＧＢの各色毎に光強度を検出する。基板４５上には、温度センサ４７が配設されている。

ＬＥＤドライバ４４は、光センサ４３が検出した、ＲＧＢの各色の光強度を監視し、設定された色調及び輝度の光を照明装置４０が出力するように、ＲＧＢの各色のＬＥＤ４６に供給する電力を変更する。また、温度センサ４７を用いて基板４５の温度を監視し、基板４５の温度変化に伴う、各色のＬＥＤの光出力の変化を打ち消すように、ＲＧＢの各色のＬＥＤ４６に供給する電力を修正する。
ＩＤＷ '０４ p.683-686 RGB-LED Backlighting Monitor/TV for Reproduction of Images in Standard and Extended Color Spaces（Fig.３）

非特許文献１の照明装置４０によれば、ＬＥＤドライバは、光センサ及び温度センサからそれぞれ受信した情報に基づいて計算を行い、ＲＧＢの各色のＬＥＤに供給する電力を決定するため、その制御が複雑になる問題があった。この複雑な制御のため高価な専用ＩＣチップが必要となり、また、光センサが高価なため、照明装置のコストを抑制できない問題があった。更に、光センサの配設に大きな容積を必要とし、照明装置をコンパクトに出来ない問題もあった。ＬＥＤを光源として用いる照明装置を安価に提供するためには、より簡素な構成で、所望の色調及び輝度を有する光を出力できる照明装置が要望される。

本発明は、上記に鑑み、簡素な構成で、照明装置から所望の色調及び輝度の光を出力できる、光源ユニット、及び、照明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、本発明に係る光源ユニットは、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）でそれぞれ発光する発光素子を備える光源ユニットにおいて、
光源ユニットの温度を検出する温度センサを備えており、
前記発光素子が、前記ＲＧＢの光でそれぞれ発光する発光素子であって一定の電力で駆動される定電力発光素子と、前記ＲＧＢの内の１つの光で発光する発光素子であって前記温度センサで検出される温度によって制御される電力で駆動される色調補正用発光素子とを含むことを特徴とする。

本発明に係る照明装置は、上記記載の光源ユニットと、該光源ユニットが発生する光を導き所定方向に出射する導光板とを備えることを特徴とする。

本発明に係る表示装置は、上記記載の照明装置と、該照明装置をバックライト光源として備える表示パネルとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、光源ユニットが、一定の電力で駆動される定電力発光素子とは別に、色調補正用発光素子を含み、色調補正用発光素子を温度センサで検出される温度によって制御される電力で駆動する構成によって、簡素な構成で、照明装置から所望の色調及び輝度の光を出力できる光源ユニットを実現している。光センサや、複雑な制御を行う専用ＩＣチップを必要としないので、低コストで且つコンパクトな光源ユニットを実現できる。

本発明の好適な実施態様では、前記色調補正用発光素子が、Ｒの光で発光する発光素子であり、前記温度センサで検出される温度が上昇すると、光出力が上昇するように制御される。Ｇ及びＢの光で発光する発光素子は、温度上昇に伴う相対光出力の低下の度合いが、Ｒの光で発光する発光素子に比して小さい。従って、Ｒの光で発光する発光素子の光出力を温度上昇に伴って増加させることによって、色調及び輝度を効率的に補正できる。

本発明の好適な実施態様では、前記色調補正用発光素子が、Ｒ及びＧの光で発光する発光素子であり、前記温度センサで検出される温度が上昇すると、光出力が上昇するように制御される。Ｂの光で発光する発光素子は、温度上昇に伴う相対光出力の低下の度合いが、Ｒ及びＧの光で発光する発光素子に比して小さい。従って、Ｒ及びＧの光で発光する発光素子の光出力を温度上昇に伴って増加させることによって、色調及び輝度を効率的に補正できる。

上記に代えて、前記色調補正用発光素子が、Ｂの光で発光する発光素子、又は、Ｂ及びＧの光で発光する発光素子であり、前記温度センサで検出される温度が上昇すると、光出力が下降するように制御されてもよい。色調を効率的に補正できる。

本発明の好適な実施態様では、前記定電力発光素子及び前記色調補正用発光素子の少なくとも一方の電力レベルを調整する調整信号を外部から入力する手段を備えている。調整信号の入力によって、照明装置をユーザの所望の色調及び輝度の光で出力させることが出来る。

以下に、図面を参照し、本発明の実施形態に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る照明装置の構成を示すブロック図である。照明装置１０は、バックライト装置として構成され、薄い平板状の導光板１１と、導光板１１の１つの長辺１１ａに沿って配設された光源ユニット１２とを備える。

光源ユニット１２は、基板上に複数のＬＥＤが作り込まれたＬＥＤアレイ部１３と、ＬＥＤアレイ部１３に接続されたＬＥＤドライバ１４とを備える。ＬＥＤアレイ部１３は、基板１５と、導光板の長辺１１ａに対向する基板１５の面に、一次元に配設されたＬＥＤ１６と、基板１５の一部に配設された温度センサ１７とを有する。ＬＥＤドライバ１４は、ＬＥＤ１６及び温度センサ１７にそれぞれ接続されている。

図２は、図１の光源ユニットの構成を示すブロック図である。ＬＥＤ１６は、一定の電力で駆動される定電力ＬＥＤ２１と、基板１５の温度に応じた大きさの電力で駆動される色調補正用ＬＥＤ２２とから構成されている。定電力ＬＥＤ２１は、ＲＧＢの各色で発光する定電力ＬＥＤ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂを含み、色調補正用ＬＥＤ２２は、Ｒ色で発光するＬＥＤから成る。定電力ＬＥＤ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ、及び、色調補正用ＬＥＤ２２は、基板１５上に所定のピッチで配設され、色調補正用ＬＥＤ２２は、Ｒ色の定電力ＬＥＤ２１Ｒに隣接して配設されている。なお、色調補正用ＬＥＤ２２の配置には特に制約は無く、基板１５とは別の基板に配設されても構わない。

本実施形態では、温度センサ１７は、サーミスタとして構成され、基板１５の温度に依存した抵抗値を有する。サーミスタは、ＬＥＤ１６より外形が小さいため、配設に際して、基板１５上に一定の平面的なスペースを確保すれば良く、照明装置１０の外形寸法には殆ど支障を与えない。

ＬＥＤドライバ１４は、電源回路３１、補正回路３２、及び、電流制御回路３３を備える。電源回路３１は、ＲＧＢの各色の定電力ＬＥＤ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂに接続され、ＲＧＢの各色の定電力ＬＥＤ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂにそれぞれ所定の電力を供給する。

補正回路３２は、温度センサ１７及び電流制御回路３３にそれぞれ接続されている。また、温度センサ１７の抵抗値、又は、抵抗値を端子電圧に換算した電圧値と電流制御回路３３に与える制御信号値との関係を示すルックアップテーブルを内部に備える。補正回路３２は、ルックアップテーブルを参照し、温度センサ１７が有する温度情報としての抵抗値から、電流制御回路３３に与える制御信号値を生成する。

電流制御回路３３は、補正回路３２及び色調補正用ＬＥＤ２２にそれぞれ接続されている。電流制御回路３３は、補正回路３２から制御信号値を入力し、入力した制御信号値に基づいて、色調補正用ＬＥＤ２２に供給する電力を調整する。色調補正用ＬＥＤ２２に供給する電力の調整は、定電流の制御や、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号によるデューティ（duty）制御等によって行うことが出来る。

図１に戻り、導光板１１は、光源ユニット１２が出射した光を長辺１１ａから入射し、内部で均一に拡散した後、導光板１１の前面から出射する。

図３に、ＲＧＢの各色のＬＥＤについて、所定温度における光出力を１００％とする相対光出力と、ＬＥＤのＰＮ接合部（ジャンクション部）の温度との関係を示す。接合部の温度上昇に伴う相対光出力の低下は、Ｒ色、Ｇ色、及び、Ｂ色の順に大きい。補正回路３２が備えるルックアップテーブルは、同図に示した、Ｒ色のＬＥＤの相対光出力と接合部の温度との関係に基づいて作成され、温度上昇に伴ってＲ色の色調補正用ＬＥＤ２２の光出力を増加させることによって、温度上昇に伴うＲ色定電圧ＬＥＤ２１Ｒの全体の光出力の減少分を補うように設計されている。

Ｇ色又はＢ色のＬＥＤは、温度上昇に伴う相対光出力の低下の度合いが、Ｒ色のＬＥＤに比して小さい。従って、Ｒ色の色調補正用ＬＥＤ２２の光出力を温度上昇に伴って増加させることによって、照明装置１０が出力する光の色調及び輝度を効率的に補正し、色調及び輝度を安定化できる。

本実施形態によれば、一定の電力で駆動される定電力ＬＥＤ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂとは別に、色調補正用ＬＥＤ２２を配設し、基板１５の温度によって色調補正用ＬＥＤ２２を駆動する電力を制御する構成によって、簡素な構成で、所望の色調及び輝度の光を出力できる照明装置１０を実現している。本実施形態の照明装置１０では、光センサや、複雑な制御を行う専用ＩＣチップを必要としないので、低コストで且つコンパクトな照明装置を実現できる。

なお、色調補正用ＬＥＤ２２はＲ色の単色に限らず、２色以上で構成しても良い。これによって、照明装置１０の色調及び輝度をより広い温度範囲で補正することが出来る。色調補正用ＬＥＤ２２を２色以上の色で構成する際には、例えば、本実施形態の照明装置１０が、更にＧ色の色調補正用ＬＥＤ２２（Ｇ）と、この色調補正用ＬＥＤ２２（Ｇ）を駆動するための補正回路及び電流制御回路とを備えることが出来る。

また、低温時には、光出力が相対的に小さなＧ色又はＢ色若しくはこれらの双方を、高温時には、光出力が相対的に小さなＲ色のＬＥＤを、それぞれ駆動させることによって、広い温度範囲で色調を補正することが出来る。色調を補正するには、色調補正用ＬＥＤ２２をＢ色のＬＥＤで構成し、温度上昇に伴って、この色調補正用ＬＥＤ２２の光出力を低下させても構わない。

図４は、本発明の第２実施形態に係る照明装置について、光源ユニットの回路を示すブロック図である。照明装置１８は、入力装置３４を更に備えることを除いては、図１、２に示した照明装置１０と同様の構成を有している。入力装置３４は、外部から第２の制御信号値の入力を受け付け、第２の制御信号値を電流制御回路３３に入力する。

電流制御回路３３は、入力装置３４が第２の制御信号値を入力した場合には、第２の制御信号値に基づいて、色調補正用ＬＥＤ２２に供給する電力を調整する。更に、補正回路３２が入力した（第１の）制御信号値によっても、色調補正用ＬＥＤ２２の光出力を制御する。本実施形態の照明装置１８は、上記を除いては、第１実施形態の照明装置１０と同様の構成を有している。

本実施形態の照明装置１８によれば、照明装置１８を利用するユーザが、入力装置３４を用いて所望の制御信号値を入力することにより、照明装置１８を所望の色調及び輝度の光で出力させることができる。なお、入力装置３４と電源回路３１とを接続することによって、入力装置３４を介して、定電力ＬＥＤ２１の光出力を調整可能に構成することも出来る。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明に係る光源ユニット、及び、照明装置は、上記実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施した光源ユニット、及び、照明装置も、本発明の範囲に含まれる。

本発明の第１実施形態に係る照明装置の構成を示すブロック図である。 図１の光源ユニットの構成を示すブロック図である。 ＲＧＢの各色のＬＥＤについて、相対光出力と接合部の温度との関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る照明装置について、光源ユニットの構成を示すブロック図である。 非特許文献に記載の照明装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０，１８：照明装置
１１：導光板
１１ａ：導光板の一つの長辺
１２：光源ユニット
１３：ＬＥＤアレイ部
１４：ＬＥＤドライバ
１５：基板
１６：ＬＥＤ
１７：温度センサ
２１：定電力ＬＥＤ
２１Ｒ：Ｒ色の定電力ＬＥＤ
２１Ｇ：Ｇ色の定電力ＬＥＤ
２１Ｂ：Ｂ色の定電力ＬＥＤ
２２：色調補正用ＬＥＤ
３１：電源回路
３２：補正回路
３３：電流制御回路
３４：入力装置

Claims (7)

1. 赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）でそれぞれ発光する発光素子を備える光源ユニットにおいて、
   光源ユニットの温度を検出する温度センサを備えており、
   前記発光素子が、前記ＲＧＢの光でそれぞれ発光する発光素子であって一定の電力で駆動される定電力発光素子と、前記ＲＧＢの内の１つの光で発光する発光素子であって前記温度センサで検出される温度によって制御される電力で駆動される色調補正用発光素子とを含むことを特徴とする光源ユニット。
2. 前記色調補正用発光素子が、Ｒの光で発光する発光素子であり、前記温度センサで検出される温度が上昇すると、光出力が上昇するように制御される、請求項１に記載の光源ユニット。
3. 前記色調補正用発光素子が、Ｒ及びＧの光で発光する発光素子であり、前記温度センサで検出される温度が上昇すると、光出力が上昇するように制御される、請求項１に記載の光源ユニット。
4. 前記色調補正用発光素子が、Ｂの光で発光する発光素子であり、前記温度センサで検出される温度が上昇すると、光出力が下降するように制御される、請求項１に記載の光源ユニット。
5. 前記定電力発光素子及び前記色調補正用発光素子の少なくとも一方の電力レベルを調整する調整信号を外部から入力する手段を備えている、請求項１〜４の何れか一に記載の光源ユニット。
6. 請求項１〜５の何れか一に記載の光源ユニットと、該光源ユニットが発生する光を導き所定方向に出射する導光板とを備えることを特徴とする照明装置。
7. 請求項６に記載の照明装置と、該照明装置をバックライト光源として備える表示パネルとを備えることを特徴とする表示装置。

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