(57)【要約】【課題】発光素子の発光量のばらつきが小さく、低コストの面状照明装置を提供する。【解決手段】ｎ個のＬＥＤ素子１３を直列に接続してｍ個のＬＥＤ列を形成し、ｍ個のＬＥＤ列を定電流電源１１の電流出力端子と電流入力端子との間に並列に設ける。ＬＥＤアレイ１２に含まれるＬＥＤ素子１３の総数Ｎ、各ＬＥＤ列に含まれるＬＥＤ素子１３の個数ｎ、ＬＥＤ素子１３の抵抗値の平均μ、ＬＥＤ素子１３の抵抗値の標準偏差をμ、０．１以下に定めた閾値をＴとしたときに、√（１／ｎ−１／Ｎ）×σ／μ＜Ｔを満たすようにＮおよびｍの値を決定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示装置のバックライトとして使用される面状照明装置であって、
２次元状に配置されたＮ個の発光素子を含む発光素子アレイと、
前記発光素子アレイに対して一定の電流を供給する定電流電源とを備え、
前記発光素子アレイに含まれるＮ個の発光素子はｎ個ずつｍ群に分けられ、各群に属するｎ個のＬＥＤ素子は直列に接続され、これにより形成されたｍ個の回路は前記定電流電源の１対の端子間に並列に接続されており、
前記発光素子の抵抗値の平均をμ、標準偏差をσ、０．１以下に定めた閾値をＴとしたときに、√（１／ｎ−１／Ｎ）×σ／μ＜Ｔを満たすことを特徴とする、面状照明装置。
【請求項２】
前記発光素子が発光ダイオードであることを特徴とする、請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項３】
前記閾値Ｔが０．０２であることを特徴とする、請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項４】
請求項１に記載の面状照明装置を表示パネルの背面に設けた、表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面状照明装置、および、面状照明装置を備えた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置などの非発光型の表示装置には、表示パネルの背面に光を照射するバックライトを設ける必要がある。例えば、液晶表示装置には、バックライトとして、冷陰極管（ＣＣＦＬ：Cold Cathode Fluorescent Lamp ）や発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）などが設けられる。バックライトの構造には、エッジライト型と直下型とがある。エッジライト型（サイドライト型とも呼ばれる）のバックライトは、表示パネルの周囲部分に設けられた直線状光源と、直線状光源からの出射光を表示パネルの全面に導く導光板とで構成される。直下型のバックライトは、２次元状に配置された発光素子を含み、表示パネルの全面に光を照射する面状照明装置で構成される。
【０００３】
図３は、従来の面状照明装置の構成を示す図である。図３に示す面状照明装置は、定電流電源９１、および、複数のＬＥＤ素子９３を含むＬＥＤアレイ９２を備えている。ＬＥＤ素子９３は複数個ずつ複数の群に分けられ、各群に属する複数のＬＥＤ素子は直列に接続される。定電流電源９１は複数の電流出力端子を有し、各ＬＥＤ列は定電流電源９１の各電流出力端子に接続される。
【０００４】
ＬＥＤ素子９３に所定以上の電流が流れると、ＬＥＤ素子９３は発光する。このときＬＥＤ素子９３は、ＬＥＤ素子９３の消費電力に応じた輝度で発光する。ところが、ＬＥＤ素子９３の電気−光変換効率には非常に大きなばらつきがあり、ＬＥＤ素子９３の電圧−電流特性（Ｖ−Ｉ特性）にもばらつきがある。このため、ＬＥＤ素子９３の発光量には、ＬＥＤ素子９３の接続形態に依存したばらつきが生じる。このような発光量のばらつきは、各ＬＥＤ列を流れる電流のばらつき、１つのＬＥＤ列内でのＬＥＤ素子の消費電力のばらつき、および、ＬＥＤ素子の電気−光変換効率のばらつきなどに起因する。このようにＬＥＤ素子の発光量にばらつきが生じるために、図３に示す面状照明装置を備えた表示装置では、表示画面に輝度むらや色むらが発生する。
【０００５】
なお、本願発明に関連する技術として、特許文献１には、ＬＥＤアレイの全体について定電流制御を行うことが開示されている。また、特許文献２には、複数のＬＥＤ素子を直列に接続し、各ＬＥＤ素子に並列に接続した可変抵抗の抵抗値を調整することにより、ＬＥＤ素子の発光量のばらつきを補正することが開示されている。
【特許文献１】特開平１１−３０５１９８号公報
【特許文献２】特開２００４−２９３７０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、特許文献１に記載されたように、ＬＥＤアレイの全体について定電流制御を行っても、ＬＥＤ素子の発光量のばらつきを抑えることはできない。また、特許文献２に記載されたように、複数の光源の輝度を個別に調整する調整手段を設けると、面状照明装置のコストが増大する。
【０００７】
それ故に、本発明は、発光素子の発光量のばらつきが小さく、かつ低コストの面状照明装置と、表示画面に発生する輝度むらや色むらを低コストで防止する表示装置と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】
【０００８】
第１の発明は、表示装置のバックライトとして使用される面状照明装置であって、
２次元状に配置されたＮ個の発光素子を含む発光素子アレイと、
前記発光素子アレイに対して一定の電流を供給する定電流電源とを備え、
前記発光素子アレイに含まれるＮ個の発光素子はｎ個ずつｍ群に分けられ、各群に属するｎ個のＬＥＤ素子は直列に接続され、これにより形成されたｍ個の回路は前記定電流電源の１対の端子間に並列に接続されており、
前記発光素子の抵抗値の平均をμ、標準偏差をσ、０．１以下に定めた閾値をＴとしたときに、√（１／ｎ−１／Ｎ）×σ／μ＜Ｔを満たすことを特徴とする。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、
前記発光素子が発光ダイオードであることを特徴とする。
【００１０】
第３の発明は、第１の発明において、
前記閾値Ｔが０．０２であることを特徴とする。
【００１１】
第４の発明は、第１の発明の面状照明装置を表示パネルの背面に設けた表示装置である。
【発明の効果】
【００１２】
上記第１の発明によれば、特別な回路を設けることなく発光素子を流れる電流のばらつきを閾値よりも小さく抑え、発光素子の発光量のばらつきを低コストで所定よりも小さく抑えることができる。このような面状照明装置を表示装置のバックライトとして使用することにより、表示画面に発生する輝度むらや色むらを低コストで防止することができる。
【００１３】
上記第２の発明によれば、発光素子として発光ダイオードを備えた面状照明装置について、発光ダイオードを流れる電流のばらつきを閾値よりも小さく抑え、発光ダイオードの発光量のばらつきを所定よりも小さく抑えることができる。
【００１４】
上記第３の発明によれば、発光素子を流れる電流のばらつきを従来の面状照明装置よりも小さく抑え、発光素子の発光量のばらつきを従来の面状照明装置よりも小さく抑えることができる。
【００１５】
上記第４の発明によれば、面状照明装置では、特別な回路を設けることなく発光素子を流れる電流のばらつきを閾値よりも小さく抑え、発光素子の発光量のばらつきを低コストで所定よりも小さく抑えることができる。このような面状照明装置をバックライトとして備えているので、表示画面に発生する輝度むらや色むらを低コストで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】
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係る面状照明装置の構成を示す図である。図１に示す面状照明装置１０は、定電流電源１１およびＬＥＤアレイ１２を備えている。ＬＥＤアレイ１２は、ｎ個ずつｍ群に分けられた全部でＮ個（ただし、Ｎ＝ｍ×ｎ）のＬＥＤ素子１３を含んでいる。各群に属するｎ個のＬＥＤ素子１３は、それぞれ直列に接続される。これにより形成されたｍ個のＬＥＤ列は、定電流電源１１の１対の端子間に並列に接続される。具体的には、各ＬＥＤ列の一端は定電流電源１１の電流出力端子に接続され、各ＬＥＤ列の他端は定電流電源１１の電流入力端子に接続される。
【００１７】
図２は、面状照明装置１０を備えた液晶表示装置の構造を示す断面図である。図２に示す液晶表示装置２０では、面状照明装置１０は、直下型バックライトとして液晶パネル２１の背面に設けられている。面状照明装置１０の液晶パネル２１側の表面には光学シート２２が設けられ、反対側の表面には反射シート２３が設けられている。面状照明装置１０からの出射光は、液晶パネル２１の背面の全体に直接に入射する。
【００１８】
なお、ＬＥＤアレイ１２は、白色に発光するＬＥＤ素子のみを含んでいてもよく、あるいは、赤色に発光するＬＥＤ素子と、緑色に発光するＬＥＤ素子と、青色に発光するＬＥＤ素子とを含んでいてもよい。また、液晶表示装置２０は、面状照明装置１０を１個だけ備えていてもよく、あるいは、複数の面状照明装置１０を備えていてもよい。液晶表示装置２０に複数の面状照明装置１０を設ける場合、複数の面状照明装置１０は、発光面が１枚の平面を形成するように配置される。
【００１９】
以下、本実施形態に係る面状照明装置１０の特徴である、ＬＥＤ素子１３の接続形態について説明する。面状照明装置１０は、ＬＥＤ素子１３の総数Ｎと、各ＬＥＤ列に含まれるＬＥＤ素子１３の個数ｎとが次式（１）を満たすことを特徴とする。
√（１／ｎ−１／Ｎ）×σ／μ＜Ｔ  …（１）
ただし、上式（１）において、μはＬＥＤ素子１３の抵抗値の平均、σはＬＥＤ素子１３の抵抗値の標準偏差（ばらつき）、Ｔは０．１以下に定めた所定の閾値である。
【００２０】
上式（１）を満たす面状照明装置１０によれば、ＬＥＤ素子１３を流れる電流のばらつきを閾値Ｔよりも小さく抑えることができる。以下、その理由を説明する。
【００２１】
ＬＥＤアレイ１２に含まれる１個のＬＥＤ素子（例えば、図１で右上のＬＥＤ素子；以下、ＬＥＤ素子Ｑという）に着目し、ＬＥＤ素子Ｑの抵抗値をｒとする。ＬＥＤ素子Ｑを含むＬＥＤ列には、ＬＥＤ素子Ｑ以外に（ｎ−１）個のＬＥＤ素子１３が含まれている。これら（ｎ−１）個のＬＥＤ素子１３の合成抵抗をＲとする。また、ＬＥＤアレイ１２には、ＬＥＤ素子Ｑを含まないＬＥＤ列が（ｍ−１）個含まれている。これら（ｍ−１）個のＬＥＤ列の合成抵抗をＳとする（図１を参照）。
【００２２】
ここで、面状照明装置１０を所望の輝度で発光させるためには、各ＬＥＤ素子１３に電流Ｊを流す必要があるとする。この場合、ＬＥＤ列を流れる電流の平均がＪとなるように、定電流電源１１からはそのｍ倍の電流ｍＪが出力される。ＬＥＤアレイ１２全体の合成抵抗はｒ、ＲおよびＳを用いて（ｒ＋Ｒ）Ｓ／（ｒ＋Ｒ＋Ｓ）と表されるから、電流ｍＪを出力する定電流電源１１の両端電圧はｍＪ（ｒ＋Ｒ）Ｓ／（ｒ＋Ｒ＋Ｓ）となる。したがって、ＬＥＤ素子Ｑを含むＬＥＤ列を流れる電流Ｉは、次式（２）で与えられる。
Ｉ＝ｍＪＳ／（ｒ＋Ｒ＋Ｓ）  …（２）
【００２３】
電流Ｉの標準偏差をσI 、合成抵抗Ｒの標準偏差をσR 、合成抵抗Ｓの標準偏差をσS としたとき、誤差伝搬の法則から次式（３）が導かれる。
σI2＝(∂Ｉ／∂ｒ)2σ2＋(∂Ｉ／∂Ｒ)2σR2＋(∂Ｉ／∂Ｓ)2σS2  …（３）
【００２４】
Ｎ個のＬＥＤ素子１３の抵抗値は互いに独立であるから、合成抵抗Ｒの標準偏差σR は、１個のＬＥＤ素子１３の抵抗値ｒの標準偏差の√（ｎ−１）倍となる。また、ｎ個のＬＥＤ素子１３の合成抵抗の標準偏差はσ√ｎであり、合成抵抗Ｓの標準偏差σS はその１／√（ｍ−１）3 倍となる。すなわち、次式（４）および（５）が成立する。
σR2＝（ｎ−１）σ2       …（４）
σS2＝（ｍ−１）-3ｎσ2   …（５）
【００２５】
また、式（２）をｒ、ＲおよびＳでそれぞれ偏微分すると、次式（６）および（７）が得られる。
∂Ｉ／∂ｒ＝∂Ｉ／∂Ｒ＝−ｍＪＳ／（ｒ＋Ｒ＋Ｓ）2   …（６）
∂Ｉ／∂Ｓ＝ｍＪ（ｒ＋Ｒ）／（ｒ＋Ｒ＋Ｓ）2         …（７）
【００２６】
式（３）に式（４）〜（７）を代入して整理すると、次式（８）が得られる。
【数１】
2007273204.tif 000003
【００２７】
また、合成抵抗ＲはＬＥＤ素子Ｑの抵抗値ｒの（ｎ−１）倍にほぼ等しく、合成抵抗ＳはＬＥＤ素子Ｑの抵抗値ｒのｎ／（ｍ−１）倍にほぼ等しいから、式（８）の（ｒ＋Ｒ）にｎμ、Ｓにｎμ／（ｍ−１）を代入して整理すると、次式（９）が得られる。
【数２】
2007273204.tif 000004
【００２８】
さらにｍ＝Ｎ／ｎであるから、電流Ｉの標準偏差をσI は次式（１０）で与えられる。
【数３】
2007273204.tif 000005
【００２９】
上式（１０）の右辺は、上式（１）の左辺のＪ倍に等しい。したがって、上式（１）を満たす面状照明装置１０では、ＬＥＤ素子１３を流れる電流Ｉの標準偏差をσI は閾値Ｔよりも小さいと言える。このように上式（１）を満たす面状照明装置１０によれば、ＬＥＤ素子１３の発光量のばらつきを所定よりも小さく抑えることができる。したがって、面状照明装置１０を備えた液晶表示装置２０によれば、表示画面に輝度むらや色むらが発生することを防止することができる。
【００３０】
面状照明装置１０における閾値Ｔは、従来の面状照明装置において各ＬＥＤ素子を流れる電流の標準偏差（ばらつき）を考慮して決定される。上記の効果を奏するためには、閾値Ｔとして０．１以下の値を用いることが望ましい。一例を挙げると、従来の面状照明装置においてＬＥＤ素子を流れる電流には、約２％のばらつきがあることが知られている。そこで、発光素子の発光量のばらつきを従来の面状照明装置よりも小さく抑えるためには、面状照明装置１０では閾値Ｔとして０．０２を使用すればよい。この場合、ＬＥＤ素子１３の総数Ｎと、各ＬＥＤ列に含まれるＬＥＤ素子１３の個数ｎとの間には、次式（１１）が成立する。
√（１／ｎ−１／Ｎ）×σ／μ＜０．０２  …（１１）
【００３１】
また、面状照明装置１０は、特許文献２に記載された面状光源装置とは異なり、発光素子の発光量のばらつきを抑えるために特別な回路などを備えていない。したがって、面状照明装置１０によれば、特別な回路を設けることなく、発光素子の発光量のばらつきを低コストで所定よりも小さく抑えることができる。また、面状照明装置１０を備えた液晶表示装置２０によれば、表示画面に発生する輝度むらや色むらを低コストで防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態に係る面状照明装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す面状照明装置を備えた液晶表示装置の構造を示す断面図である。
【図３】従来の面状照明装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０…面状照明装置
１１…定電流電源
１２…ＬＥＤアレイ
１３…ＬＥＤ素子
２０…液晶表示装置
２１…液晶パネル
２２…光学シート
２３…反射シート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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