(57)【要約】【課題】  多数の発光ダイオードを光源として使用する場合において、一部の発光ダイオードが故障しても、照明装置として支障なく使用できるようにする。【解決手段】  複数個の発光ダイオード２０，２０，２０‥‥を直列に接続した発光ダイオード列２０ａと、その発光ダイオード列内のそれぞれの発光ダイオードと並列に接続された異常時短絡素子１０，１０，１０‥‥とを備えた構成とした。いずれか１つの発光ダイオードが故障した場合には、その故障した発光ダイオードと並列接続された異常時短絡素子に、通常時よりも高電圧が印加されることになり、その高電圧で異常時短絡素子が短絡し、直列接続された他の発光ダイオードについては電源回路３０からの駆動電源が印加され、故障した発光ダイオード以外の発光ダイオードは継続して発光するようになる。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードを光源として使用したＬＥＤ照明装置において、
複数個の発光ダイオードを直列に接続した発光ダイオード列と、
前記発光ダイオード列内のそれぞれの発光ダイオードと並列に接続された異常時短絡素子とを備えたことを特徴とする
ＬＥＤ照明装置。
【請求項２】
請求項１記載のＬＥＤ照明装置において、
前記異常時短絡素子は、当該異常時短絡素子と並列接続された発光ダイオードの故障で不点灯となった際に印加される所定の電圧で短絡する素子であることを特徴とする
ＬＥＤ照明装置。
【請求項３】
請求項２記載のＬＥＤ照明装置において、
前記異常時短絡素子は、所定膜厚の絶縁障壁層を、金属で挟んで構成される素子を、複数個直列に接続させた素子であることを特徴とする
ＬＥＤ照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば液晶表示装置のバックライトに適用して好適なＬＥＤ照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、表示パネルに配置された画素そのものが発光しないため、表示パネルの背面に、バックライトを配置して、そのバックライトで背面を照明させて、画像などを表示させるようにしてある。表示パネルの表示面積は拡大する方向にあり、バックライトそのものも非常に大型化しつつある。
【０００３】
近年、バックライトを構成する照明装置が使用する光源として、発光ダイオードの使用が注目されており、実用化されつつある。特許文献１には、発光ダイオードを光源として使用したバックライトの例についての開示がある。
【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】
【０００４】
ところで、比較的表示面積の大きな表示装置用のバックライトのように、発光面積が大きく必要な場合には、多数の発光ダイオードを縦横にマトリクス状に配置して照明装置を構成させる必要があり、必要な発光ダイオードの数は最低でも数十個になる。数十個の発光ダイオードを同時に発光させる構成の場合、それぞれの発光ダイオードに電源回路から発光用電源を供給する必要がある。比較的大きな光量が必要な発光ダイオードの場合には、１個の発光ダイオードに数Ｖの電圧を印加する必要がある。
【０００５】
ここで、電源回路と各発光ダイオードとを並列に接続した構成とすると、電源回路が出力する電圧値は１個の発光ダイオードに印加する電圧値でよいが、多数の発光ダイオードを並列駆動する必要があるので、電流値が大きくなり、電源回路の負担が大きい問題がある。このため、現在製品化されている発光ダイオードをバックライトに使用したものでは、ある程度の個数の発光ダイオードを直列に接続して、その直列接続された発光ダイオードに電源を印加する構成としてある。このようにすることで、電源電圧としては比較的高い電圧（例えば１００Ｖ程度）が必要であるが、電流値を抑えることができ、電源回路の負担を少なくすることができる。
【０００６】
ところが、直列に複数の発光ダイオードを接続した場合、その直列接続された複数の発光ダイオードのいずれか１つでも故障して不点灯状態となったとき、その不点灯の発光ダイオードと直列接続された他の発光ダイオードについても電源が供給されない状態となり、不点灯状態となってしまう。従って、バックライト（照明装置）を構成する発光ダイオードが１個でも故障すると、多数の発光ダイオードが不点灯状態となり、照明装置としての発光輝度が大幅に落ちてしまう問題がある。もし、全ての発光ダイオードが直列接続されていた場合には、全ての発光ダイオードが不点灯状態になってしまう。
【０００７】
発光ダイオードそのものは、発光手段として非常に信頼性の高い素子であるが、故障が全くない訳ではない。特に発光面積が大きく必要な場合や、発光輝度を高くするために、多数の発光ダイオードを使用するような場合には、その多数使用された発光ダイオードの中の１つが故障する可能性は、発光ダイオードの使用数に比例して相対的に高くなるため、上述した不点灯の問題は、照明装置の信頼性の観点から無視できない問題である。
【０００８】
なお、ここまでの説明では、表示装置用のバックライトとして発光ダイオードを使用した場合の問題について説明したが、多数の発光ダイオードを光源として使用する照明装置の場合には、いずれの目的で使用されるものであっても、基本的に同様の問題を有する。
【０００９】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、多数の発光ダイオードを光源として使用する場合において、発光ダイオードの故障時の問題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、複数個の発光ダイオードを直列に接続した発光ダイオード列と、その発光ダイオード列内のそれぞれの発光ダイオードと並列に接続された異常時短絡素子とを備えた構成としたものである。
【００１１】
このようにしたことで、複数個直列接続された発光ダイオードのいずれか１つが故障した場合に、その故障した発光ダイオードと並列接続された異常時短絡素子に、通常時よりも高電圧が印加されることになり、その高電圧で異常時短絡素子が短絡することで、直列接続された他の発光ダイオードについては電源回路からの駆動電源が印加され、故障した発光ダイオード以外の発光ダイオードは継続して発光するようになる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、複数個直列接続された発光ダイオードのいずれか１つが故障した場合でも、残りの発光ダイオードの発光は継続して行われ、照明装置としての信頼性が向上する。また、照明装置を構成する一部の発光ダイオードが故障しても使用できるので、照明装置として長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施の形態を、図１〜図５を参照して説明する。本例においては、液晶画像表示装置のバックライトとして構成された照明装置に適用したものであり、照明装置の光源として発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を使用してある。
【００１４】
本例の照明装置は、複数の発光ダイオードを光源として使用してあり、それぞれの発光ダイオードには、異常時短絡素子を構成するトンネル接合素子が並列に接続してある。即ち、図１は本例の各発光ダイオード接続部の構成を示した図であり、光源を構成する発光ダイオード２０は、樹脂パッケージなどに収納された発光部２１が、ベース部２２に取付けてある。ベース部２２には、２本のリード線２３，２４が接続してある。
【００１５】
そして、一方及び他方のリード線２３及び２４が、トンネル接合素子１０の一方及び他方の電極１３及び１４に接続してある。トンネル接合素子１０は、電極１３，１４の間に、金属層１１と絶縁障壁層１２とを交互に多数積層させて形成させた素子である。このトンネル接合素子１０は、電極１３と電極１４との間に、一定以上の電圧が印加された場合に、絶縁障壁層１２が破壊されて、電極１３と電極１４との間が導通状態となる素子である。
【００１６】
ここで、異常時短絡素子を構成するトンネル接合素子の原理について、図２及び図３を参照して説明する。トンネル接合素子１０の基本構造は、図２に示すように一対の金属層１１ａ，１１ｂを、非常に薄い絶縁層１２を介して接合してなるものである。具体的には、基板の上にＡｌ2Ｏ3よりなる下地層を形成し、この上に第１の金属層１１ａ、強磁性トンネル接合のための絶縁障壁層１２、第２の金属層１１ｂが順次形成されている（図２では基板と下地層は省略）。第１の金属層１１ａは、例えばAu、Cu、Pt、Ｎｉ、Ｆｅ、Co、或いはこれらの合金により形成されており、その厚さは任意である。第２の金属層１１ｂの材質、厚みは第１の金属層１１ａと同様であるが、必ずしも同一の材料で有る必要は無い。また、絶縁障壁層１２は、例えばAl、Ti、Cu、Mg等の酸化物より形成されており、その厚さは、トンネル電流が流れるに必要な厚さとされる。具体的には、数十Å、本例では２０Åとされる。これらを所望の数だけ直列接続するが、これは積層方向に、例えばAu/Al2O3/Au/Al2O3/Au・・・のように積層してもよく、或いは基本となる素子、例えば複数のAu/Al2O3/Au素子を同一平面上に配し、これを電極で接続してもよい。
【００１７】
図３は、このように構成したトンネル接合素子の電流・電圧特性例を示した図である。トンネル接合素子の電気伝導は絶縁障壁層１２の厚みが十分に薄く、トンネル現象により電流・電圧曲線は三次関数となる。例えば、金属層１１ａ，１１ｂがCoFe、絶縁障壁層１２がAl2O3(20Å)で、接合面積2.3μm×5.3μmの素子を直列に５重に重ねて配置した場合、図３に示した三次関数の電流・電圧特性が得られる。絶縁障壁層１２の厚みと面積で、この特性の値は変化する。
【００１８】
このように構成されるトンネル接合素子を図１に示すように積層して使用することで、そのトンネル接合素子の特性で決まる所定（規定）の電圧以上の電圧が、両電極１３，１４の間に印加された場合、短絡状態となる。従って、図１に示すように、発光ダイオード２０と並列にトンネル接合素子１０が接続されていることで、その発光ダイオード２０の両端間に、規定電圧以上の電圧が印加される異常状態となった場合（即ち発光ダイオード２０が故障した場合）、そのトンネル接合素子１０に電流が流れるようになる。本例の場合には、不点灯の発光ダイオード２０の両端間に印加される電圧値で、短絡状態となるように、各絶縁障壁層１２の厚みと面積や、図１に示した積層構成の積層数を設定してある。
【００１９】
図４は、本例の照明装置の発光ダイオードの接続構成例を示した図である。本例の場合には、図４に示すように複数個の発光ダイオード２０がバックライト用電源回路３０に直列に接続してあり、その直列接続されたそれぞれの発光ダイオード２０に、トンネル接合素子１０が並列接続してある。
【００２０】
本例の照明装置が組み込まれる表示装置全体の構成を、図５に分解して示すと、照明装置を構成するバックライトとしては、基板５１の上に、発光ダイオード２０が縦横マトリクス状に多数配置してある。ここでは、水平方向に並べた複数の発光ダイオード２０で、第１ライン２０ａ，第２ライン２０ｂ，第３ライン２０ｃ‥‥‥を構成させて、垂直方向に各ラインを並べてある。トンネル接合素子１０は、基板５１の裏面などに配置してあり、表面側からは見えていない。各ライン２０ａ，２０ｂ，２０ｃ‥‥‥の発光ダイオード２０は、図４に示した第１ライン２０ａの接続構成と同様に、バックライト用電源回路３０に直列に接続される。なお、水平方向及び垂直方向に発光ダイオードを配置する数（即ちライン数や１ライン内の発光ダイオードの数）は、表示面積（発光面積）に対応して設定され、図５の例は一例を示したものである。
【００２１】
発光ダイオード２０が配置された基板５１の上には、散乱板５２が配置してあり、各発光ダイオード２０からの光を散乱板５２で拡散させて、発光面で均一な光強度となるようにしてある。散乱板５２の上には、液晶表示パネル５３が配置してあり、液晶表示パネル５３の背面を照らすバックライトが構成される。
【００２２】
本例のバックライトは、白色に照明させるバックライトとしてあり、発光ダイオード２０としては原色信号（赤、緑、青）に発光する発光ダイオードを、所定状態で配列させて、これらの色を混色させて白色となるようにしてある。例えば、各ライン２０ａ，２０ｂ，２０ｃ‥‥‥内で、これらの色の発光ダイオードを混ぜて配列させる。或いは、ライン毎に発光色を変えるようにしてもよい。また、図５の例では、バックライトの原理を示すために、１枚の散乱板５２だけを用意した構成としたが、実際には拡散シートなど図示しない他の部材を配置して、より良好に拡散（散乱）させる構成としてもよい。
【００２３】
このように構成したバックライトを用意して、表示装置として組み立てることで、本例の場合、発光ダイオードを電源回路に対して直列接続させた簡単かつ容易に駆動できる構成としてあるが、用意した複数の発光ダイオードの中の何れかの発光ダイオードが故障して不点灯となっても、その不点灯の発光ダイオードと並列に接続されたトンネル接合素子１０が短絡して、その発光ダイオードと直列接続された他の発光ダイオードの点灯が維持される。従って、不点灯となった発光ダイオードの分だけバックライト全体としての発光輝度は僅かに低下するが、１個の発光ダイオードの不点灯が他の発光ダイオードに波及することがなく、照明装置としての信頼性が向上すると共に、長寿命化が図れる。
【００２４】
なお、図４、図５の例では、直列接続される発光ダイオードと、水平ライン上に配置される発光ダイオード列とを一致させる構成としたが、必ずしも１ラインの発光ダイオードを直列させる構成である必要はない。例えば、１つのバックライトを構成する発光ダイオードを全て直列接続させてもよい。或いは、１水平ラインを複数に分割して、その分割した単位毎に直列接続させてもよい。
【００２５】
また、図１に示した構成では、トンネル接合素子１０として一列に積層させた例としたが、例えば図６に示すように、途中で電極板を挟んで折り返す構成のトンネル接合素子１０′としてもよい。即ち、図６に示すように、トンネル接合素子１０′として、電極１３，１４の間に、金属層１１と絶縁障壁層１２とを交互に多数積層させると共に、その途中に所定長の電極板１５を配置して、２分割された構成としてある。各電極１３，１４に発光ダイオード２０のリード線２３，２４を接続する点などは、図１の例と同じである。このようにすることで、トンネル接合素子１０の高さを短くすることができ、照明装置の形状によっては良好に配置できる。図７は、図６の例のトンネル接合素子１０′を使用した場合の、直列接続された発光ダイオード２０の列の電源回路３０への接続状態を示した図である。
【００２６】
なお、ここまで説明した実施の形態では、表示装置の背面を照らすバックライトに適用した例について説明したが、その他の発光ダイオードを使用した照明装置にも適用可能である。例えば、自動車、自転車などの車両の各部に配置される照明装置として、複数個の発光ダイオードを使用する場合に、その複数個の発光ダイオードを直列接続して、それぞれの発光ダイオードにトンネル接合素子を接続する構成としてもよい。
【００２７】
また、上述した実施の形態では、異常時に短絡する素子として、トンネル接合素子を使用したが、同様に異常時に短絡する素子であれば、その他の素子を使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施の形態による構成例を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態による素子の基本構造例を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施の形態による素子の電流・電圧特性例を示す特性図である。
【図４】本発明の一実施の形態による接続例を示す構成図である。
【図５】本発明の一実施の形態による表示装置の構成例を示す斜視図である。
【図６】本発明の他の実施の形態による構成例を示す斜視図である。
【図７】本発明の他の実施の形態による接続例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０，１０′…トンネル接合素子、１１…金属層、１１ａ…第１の金属層、１１ｂ…第２の金属層、１２…絶縁障壁層、１３，１４，１５…電極、２０…発光ダイオード、２０ａ…第１ライン、２０ｂ…第２ライン、２０ｃ…第３ライン、２０ｄ…第４ライン、２１…発光部、２２…ベース部、２３，２４…リード線、２５…接続線、３０…バックライト用電源回路、５１…基板、５２…散乱板、５３…表示パネル
【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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