JP4877552B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子に発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を採用した非発光の透過型の表示装置用の照明装置に関する。

液晶ディスプレイのような非発光の透過型の表示装置用の照明装置の光源は、冷陰極管が主流であるが、広色再現、環境配慮（水銀レス）の観点から発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、以下ＬＥＤと称す）が冷陰極管に変わる光源として有望視されている。特に液晶ディスプレイでは、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤを照明装置の光源に使用すると、色再現域が拡大することから、その利用が盛んに検討されている。

現状のＬＥＤは、一個あたりの発光強度が冷陰極管に比べて小さいため、所望の輝度を得るためには複数のＬＥＤを照明装置内に配置する必要がある。ここで、複数のＬＥＤを照明装置内に配置する際に、各ＬＥＤを均一な配置間隔で、且つすべてのＬＥＤを同一接合部温度および、同一駆動条件（駆動電流の波高値、駆動電流のパネル幅が同一）で点灯させることが考えられる。しかし、この配置だと、照明装置の発光面の輝度は、中央部に比べて端部近傍が暗くなる。これは端部に向う程、加法される光量が減少していくからである。
そこで、照明装置の発光面の輝度を、中央部と端部で均一にするために、特許文献１や特許文献２のように照明装置内の中央部から端部に近づくにつれてＬＥＤの配置間隔を狭くしたものが提案されている。このＬＥＤの配置によれば、照明装置の発光面の中央部と端部の輝度と色度とを均一にできることが挙げられている。

ところで、ＬＥＤは図１に示すように接合部温度に対する発光強度が各色で異なる特性を有している。ここで、接合部温度とは、ｐｎ接合部の温度であり、ジャンクション温度ともいう。
一般に赤色ＬＥＤ（符号ａ）と緑、青色ＬＥＤ（符号ｂ）とで構造が異なるため、接合部温度の上昇に伴う発光強度の低下は、赤色ＬＥＤの方が緑、青色ＬＥＤに比べて大きい。さらに連続点灯による発光強度の低下は、図２に示すように接合部温度が高い程、加速される。
この図２においては、例えば、ＬＥＤ接合部温度が７０℃程度となる照明装置内の上部（符号ａ）、ＬＥＤ接合部温度が６５℃程度となる照明装置内の中央部（符号ｂ）、ＬＥＤ接合部温度が６０℃程度となる照明装置内の下部（符号ｃ）について、点灯時間とＬＥＤ発光強度との関係が示されている。ここで、液晶ディスプレイを略垂直方向に設置した場合における照明装置の上方を上部、下方を下部、上方と下方の間を中央部に相当する。

ここで、照明装置内のＬＥＤの接合部温度について考えてみる。通常、液晶ディスプレイは、水平面に対して垂直方向に設置される。このときＬＥＤから発生した熱により暖められた空気は比重が軽くなり上昇する。これにより上部のベース基材の温度（以下、ベース基材温度という）は中央部に比べて高くなり、下部のベース基材温度は中央部に比べて低くなる。このときＬＥＤの接合部温度は、図３に示すように上部のＬＥＤの接合部温度（符号ａ）が、中央部の接合部温度（符号ｂ）に比べて高くなり、下部のＬＥＤの接合部温度（符号ｃ）が、中央部の接合部温度（符号ｂ）に比べて低くなる。このように、上部、中央部、下部について、点灯時間が経過するにつれてＬＥＤ接合部温度に差が生じることとなる。

このような場合において、ＬＥＤの接合部温度は、以下の計算式（１）式で求めることができる。
ＬＥＤ接合部温度 ＝ Ｒｔｈ×Ｖｆ×Ｉｆ×Ｄ＋Ｔｂ ・・・（１）
ただし、
Ｒｔｈ： ＬＥＤ接合部とベース基材間の熱抵抗
Ｖｆ ： ＬＥＤ順方向電圧
Ｉｆ ： ＬＥＤ駆動電流の波高値
Ｄ ： ＬＥＤ駆動電流のパルス幅
Ｔｂ： ベース基材温度

ここで、図４は、均一な配置間隔でＬＥＤを表示装置に配置した場合における、ＬＥＤの接合部温度について説明する図面である。この図４に示すように、点灯開始直後（例えば、図３符号Ａ）においては、端部のＬＥＤの接合部温度が上昇し、時間が経過するについて（例えば、１００時間後（図３符号Ｂ）、３０００時間後（図２符号ｄ））、上部のLEDの接合部温度が、中央部に比べて高くなり、下部のLEDの接合部温度は中央部に比べて低くなる状況で、さらに連続点灯による発光量の低下が、図２に示すように接合部温度が高い程、加速される場合における照明装置の発光面の輝度と色度は、図２、図３に示すように変化する。ここでは、端部のＬＥＤの接合部温度は中央部に比べて常に高く、時間の経過とともに、端部のＬＥＤの接合部温度は上昇する。

図５は、照明装置内の中央部から端部に近づくにつれてＬＥＤの配置間隔を狭くした構成における表示装置のＬＥＤの接合部温度について説明する図面である。この図に示すように、点灯開始直後（例えば、図３符号Ａ）においては、接合部温度はほぼ均一であるものの、時間が経過するについて（例えば、１００時間後（図３符号Ｂ）、３０００時間後（図２符号ｄ））、上部のLEDの接合部温度が、中央部のＬＥＤの接合部温度に比べて高くなり、下部のLEDの接合部温度は中央部のＬＥＤの接合部温度に比べて低くなる状況で、さらに連続点灯による発光量の低下が、図２に示すようにＬＥＤの接合部温度が高い程、加速される場合における照明装置の発光面の輝度と色度は、図２、図３に示すように変化する。

そこで時間が経過しても照明装置の発光面の輝度と色度を均一にする第一の方法として、LED駆動電流の波高値を、上部は中央部に比べて高くし、下部は中央部に比べて低くする。又は、LED駆動電流のパルス幅を、上部は中央部に比べて広くし、下部は中央部に比べて狭くする、又は、その両方を実施することが考えられる。
例えば、LEDの総発光量を照明装置内の中央部に一致させるために、LED駆動電流のパルス幅を照明装置内の上部は中央部に比べて広くし、下部は中央部に比べて狭くすることが考えられる。

特開２００６−１２０６４４号公報 特開２００６−１８９６６５号公報

しかしながら、上述した第一の方法では、各ＬＥＤに供給されるエネルギー量の相違により、時間の経過に伴って、ＬＥＤ同士の接合部温度差がさらに拡大することになり、連続点灯による発光強度の低下は、上部は中央部に比べて早くなり、下部は中央部に比べて遅くなる。そのため照明装置の発光面の輝度と色度を均一に維持するためには、ＬＥＤ駆動電流の波高値、又は、ＬＥＤ駆動電流のパルス幅、又は、その両方を、常に調整する回路等を設ける必要があり、部材コストの増大、実装スペースの増大などを招くという問題がある。

ここで、第二の方法として、ＬＥＤの接合部温度を均一にする放熱手段を設けることが考えられるが、この第二の方法についても、部材コストの増大、実装スペースの増大などを招くという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、非発光の透過型の表示装置用の照明装置において、照明装置の発光面の輝度と色度の均一化を行うにあたり、コストの増大を抑えるとともに、実装スペースの増大を抑えることができる照明装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、ベース基材と、前記ベース基材の表面に発光素子を直線状に配置し、前記発光素子を駆動する駆動部と、前記発光素子の発光強度を制御する発光強度制御部を備えた、非発光の透過型の表示装置に用いられる照明装置であって、前記発光素子を配置する密度は、前記ベース基材の端部が中央部に比べて高密度とし、且つ前記端部における発光素子を配置する密度は、前記ベース基材の温度の高い領域が前記ベース基材の温度の低い領域に比べて前記ベース基材の温度の高い領域ほど高密度とし、且つ前記中央部における発光素子を配置する密度は、前記ベース基材の温度の高い領域が前記ベース基材の温度の低い領域に比べて前記ベース基材の温度の高い領域ほど高密度としたことを特徴とする。

また、本発明は、ベース基材と、前記ベース基材の表面に発光素子を二次元状に配置し、前記発光素子を駆動する駆動部と、前記発光素子の発光強度を制御する発光強度制御部を備えた、非発光の透過型の表示装置用の照明装置であって、前記発光素子を配置する密度は、前記ベース基材の端部が中央部に比べて高密度とし、且つ前記端部における発光素子を配置する密度は、前記ベース基材の温度の高い領域が前記ベース基材の温度の低い領域に比べて前記ベース基材の温度の高い領域ほど高密度とし、且つ前記中央部における発光素子を配置する密度は、前記ベース基材の温度の高い領域が前記ベース基材の温度の低い領域に比べて前記ベース基材の温度の高い領域ほど高密度としたことを特徴とする。

また、本発明は、上述の照明装置において、前記駆動部は、前記ベース基材の温度の高い領域に配置された発光素子に供給する駆動電流のパルス幅が、前記ベース基材の温度の低い領域に配置された発光素子に供給する駆動電流のパルス幅に比べて短い駆動電流を供給することを特徴とする。
また、本発明は、上述の照明装置において、前記駆動部は、前記ベース基材の温度の高い領域に配置された発光素子に供給する駆動電流の波高値が、前記ベース基材の温度の低い領域に配置された発光素子に供給する駆動電流の波高値に比べて小さい駆動電流を供給することを特徴とする。
また、本発明は、上述の照明装置において、前記ベース基材の温度の高い領域に配置された発光素子からの発熱量が、前記ベース基材の温度の低い領域に配置された発光素子からの発熱量に比べて小さくなっていることを特徴とする。

また、本発明は、ベース基材と、前記ベース基材の表面に発光素子を直線状に配置し、前記発光素子を駆動する駆動部と、前記発光素子の発光強度を制御する発光強度制御部を備えた、非発光の透過型の表示装置に用いられる照明装置であって、前記発光素子を配置する密度は、前記ベース基材の端部が中央部に比べて高密度とし、且つ前記端部における発光素子を配置する密度は、前記端部の上部側が前記端部の中央部に比べて前記端部の上部側になるほど高密度とし、且つ前記中央部における発光素子を配置する密度は、前記端部の下部側が前記端部の中央部に比べて前記端部の下部側になるほど高密度としたことを特徴とする。

また、本発明は、ベース基材と、前記ベース基材の表面に発光素子を二次元状に配置し、前記発光素子を駆動する駆動部と、前記発光素子の発光強度を制御する発光強度制御部を備えた、非発光の透過型の表示装置用の照明装置であって、前記発光素子を配置する密度は、前記ベース基材の端部が中央部に比べて高密度とし、且つ前記端部における発光素子を配置する密度は、前記端部の上部側が前記端部の中央部に比べて前記端部の上部側になるほど高密度とし、且つ前記中央部における発光素子を配置する密度は、前記端部の下部側が前記中央部に比べて前記端部の下部側になるほど高密度としたことを特徴とする。

本発明における非発光の透過型の表示装置用の照明装置は、ベース基材の表面に実装した発光素子の配置を、ベース基材の端部を中央部に比べて高密度とし、且つ端部はベース基材温度が高い領域ほど高密度とし、且つ中央部はベース基材温度が高い領域ほど高密度とすることによって、照明装置の発光面の輝度と色度の均一化と、連続点灯による発光強度の低下を、上部、中央部、下部、で均一にできる効果が得られる。

以下、本発明の一実施形態による照明装置を適用した液晶表示装置を図面を参照して説明する。
図６は、第１の実施形態による非発光の透過型の表示装置用の照明装置を適用した液晶表示装置の概略の断面図である。ここで発光素子として用いられる発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）は、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤが同一パッケージ内に実装されたものを適用している。以下、この赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤが同一パッケージ内に実装されたＬＥＤをＬＥＤ部として説明する。
ベース基材１０上には、ＬＥＤ部２０が二次元状に複数配列されるとともに、ベース基材１０の縁周部に、ＬＥＤ部２０から照射される光を反射する反射材３０が設けられ、ベース基材１０と平行面上にこの反射材３０を介して拡散板４０が設けられている。このベース基材１０は熱伝導率が全面にわたって均一とされているとともに、ＬＥＤ部２０を発光させるための駆動電流を出力する駆動部から供給される駆動電流をＬＥＤ部２０に供給する配線が設けられている。
反射材３０は、ベース基材１０から拡散板４０に向かって漸次拡大するようになっている。このベース基材１０、反射材３０、拡散板４０に囲まれた空間に空気層５０が形成されている。ここでは、ＬＥＤ部２０が設けられたベース基材１０と反射材３０と拡散板４０とによって照明装置が構成される。

拡散板４０上には光学フィルム６０が設けられ、この光学フィルム６０上に液晶パネルが配置される。この構成により、液晶パネルに画像を表示するとともに、液晶パネルの背面からＬＥＤ部２０によって照明を行うことによって、照明装置がバックライトとしての機能を実現する。

なお、図示されていないが、この液晶表示装置には、アレイ状に配置されたＬＥＤ部２０の発光強度を制御する発光強度制御部と、ＬＥＤ部２０を発光させるための駆動電流を出力する駆動部とを有しており、この駆動部は、発光強度制御部からの制御信号により照明装置の発光面の輝度と色度を均一にするように、各ＬＥＤ部２０に供給する駆動電流の波高値を制御する。また、この駆動部は発光強度制御部からの制御信号により照明装置の発光面の輝度と色度を均一にするように、各ＬＥＤ部２０に供給する駆動電流のパルス幅を制御する機能も有する。また、照明装置はＬＥＤ部２０を少なくとも一つ以上備え、ＬＥＤ部２０は少なくとも一つ以上の発光素子を直列または並列接続されていればよい。

図７は、ベース基材１０の表面にＬＥＤ部２０を二次元状に配置した平面図である。
この図において、ＬＥＤ部２０は、ベース基材１０の表面に複数配置されている。ここで、ＬＥＤ部２０が配置されたベース基材１０は、表示装置内に組み込まれ、表示装置として垂直方向に設置されるものである。
ここでは、水平方向をｘ方向、垂直方向をｙ方向とし、ベース基材１０の中央を点Ｏとした場合、ＬＥＤ部２０は、隣接するＬＥＤ部２０との配置間隔が、ｙ方向において位置Ｏから離れるにつれて（端部に近づくにつれて）狭くなるように配置されている。この配置間隔について、位置Ｏを基準として上方側（ｙ軸方向における上方）と下方側（ｙ軸方向における下方）とを比較した場合に、隣接するＬＥＤ部２０との配置間隔は、上方側の方が狭くなるようになっている。

さらに説明すると、端部において、位置Ｏからの距離が同じであっても、ｙ方向の下端側の端部の領域（符号Ｉ）内の配置間隔ｂよりｙ方向の上端側の端部の領域（符号Ｈ）内の配置間隔ａの方が小さくなるようにＬＥＤ部２０が設けられている。ここで端部の領域（符号Ｈ）内のベース基材温度をＴｂ−１、端部の領域（符号Ｉ）内のベース基材温度をＴｂ−４とすると、下端側より上端側の方が温度が上昇するので、Ｔｂ−１＞Ｔｂ−４であるので、端部であっても、上端側の端部の領域（符号Ｈ）内のＬＥＤ部２０の配置間隔が上端側の端部の領域（符号Ｉ）内の配置間隔よりも短く、配置密度も高い。
また、中央領域（符号Ｇ）内において、位置Ｏからの距離が同じであっても、ＬＥＤ部２０は、ｙ方向におけるその配置間隔が、ｙ方向の下端側の配置間隔ｄよりｙ方向の上端側の配置間隔ｃの方が小さくなるようにＬＥＤ部２０が設けられている。
ここで中央領域（符号Ｇ）内の上方のベース基材温度をＴｂ−２、下方のベース基材温度をＴｂ−３とすると、下端側より上端側の方が温度が上昇するので、Ｔｂ−２＞Ｔｂ−３であり、従って、同じ中央領域（符号Ｇ）内であっても、ＬＥＤ部２０は、上方の方が配置間隔が短く、配置密度も高い。このように、配置間隔は、ａ＜ｂであって、ｃ＜ｄとなり、特に、図７の構成においては、ａ＜ｂ＜ｃ＜ｄとなっている。

なお、ここで、ＬＥＤ部２０は、Ｘ軸方向についても、位置Ｏから離れるにつれて、隣接するＬＥＤ部２０までの配置間隔が狭くなるように設けられている。
このように、ＬＥＤ部２０の配置密度は、ベース基材１０の端部を中央部に比べて高密度とし、且つ端部はベース基材温度が高い領域ほど高密度とし、且つ中央部はベース基材温度が高い領域ほど高密度となっている。

なお、ここでは、表示装置１００のｘ方向の幅Ｘは、ｙ方向の幅Ｙに比べて大きくなっており、一例として、中央領域は、表示置１００の中心位置を円の中心としたおよそ半径Ｙ／４から半径Ｙ／３の円内であり、この中央領域以外を端部領域としてもよい。

図８は、照明装置内のＬＥＤの発熱によるＬＥＤの接合部温度の変化状況を示す図である。
ここでは、照明装置内の上部のＬＥＤ接合部温度（符号ａ）、照明装置内の中央部のＬＥＤ接合部温度（符号ｂ）、照明装置内の下部のＬＥＤ接合部温度（符号ｃ）について、点灯時間とＬＥＤ接合部温度との関係が示されている。この図に示すように、ＬＥＤ部２０の配置を例えば上述したような図７のような配置にすることにより、照明装置内の上部、中央部、下部のそれぞれにおけるＬＥＤ接合部温度のバラツキを低減することができ、また、点灯時間が経過するにつれて、そのＬＥＤ接合部温度の差を低減することができる。
図９は、ＬＥＤ部２０を図７に示す配置にした場合における照明装置の点灯時間とＬＥＤの発光強度との関係を示す図である。この図に示すように、照明装置内の上部、中央部、下部のそれぞれについて、接合部温度が６５℃程度となり、各部において均一にすることができる。

ここで、第１の実施形態における接合部温度についてさらに説明する。
上述したように、連続点灯においても照明装置の発光面の輝度と色度を均一にするには、照明装置内の上部、中央部、下部でLEDの接合部温度を均一にする必要がある。すなわち、照明装置の発光面全体の輝度は、連続点灯に伴い、低下する。つまり接合部温度を均一にするとは、照明装置の発光面の輝度ムラと色度ムラの発生を抑制するものである。
通常、液晶ディスプレイは、水平面に対して垂直方向に設置されるので、LEDから発生した熱により暖められた空気は比重が軽くなり上昇し、これにより上部のベース基材温度は中央部に比べて高くなり、下部のベース基材温度は中央部に比べて低くなる。これは、上述した通りである。そのため、従来技術においては、LED駆動電流のパルス幅を、上部は中央部に比べて狭くし、下部は中央部に比べて広くすることが考えられている。この場合、ＬＥＤの配置数を、照明装置内の上部、中央部、下部で同じ数量にしたままでは、照明装置内の上部、中央部、下部で発光面の輝度差が発生してしまう。

例えば、照明装置を上部、中央部、下部に分割し、赤色ＬＥＤに着目して考えてみる。ここでは、照明装置内の上部、中央部、下部において、LEDの接合部温度は、上述の計算式（１）より求めることができる。
ここでは、
点灯してから120分後のベース基材温度を
照明装置内の上部 ：40 ℃
照明装置内の中央部 ：35 ℃
照明装置内の下部 ：30 ℃
とし、
赤色ＬＥＤ単体順電圧 ：2.0 V
赤色ＬＥＤ駆動電流の波高値 ：0.05 A
赤色ＬＥＤ駆動電流のパルス幅 ：50 %
赤色ＬＥＤの熱抵抗（ＬＥＤ接合部とベース基材間）：600 ℃/W
として計算すると、
赤色LEDの接合部温度 （照明装置内の上部）
= 2.0 V × 0.05 A × 0.5 × 600 ℃/W + 40 ℃ = 70 ℃
赤色LEDの接合部温度 （照明装置内の中央部）
= 2.0 V × 0.05 A × 0.5 × 600 ℃/W + 35 ℃ = 65 ℃
赤色LEDの接合部温度 （照明装置内の下部）
= 2.0 V × 0.05 A × 0.5 × 600 ℃/W + 30 ℃ = 60 ℃
として算出することができる。

ここで、LEDは、ＬＥＤ接合部温度の上昇に伴い発光強度が低下するため、ある時間が経過した後における照明装置内の上部、中央部、下部での赤色ＬＥＤの総発光強度は、次のように計算できる。
ここでは、上記のように、照明装置内の上部、中央部、下部について計算したＬＥＤ接合部温度がそれぞれ、７０℃、６５℃、６０℃であるので、ＬＥＤ接合部温度が２５℃のときを１００％とすると、赤色ＬＥＤの相対発光強度は、図１を参照すると、
赤色ＬＥＤの接合部温度 ７０℃ ：６８．５％
赤色ＬＥＤの接合部温度 ６５℃ ：７１．５％
赤色ＬＥＤの接合部温度 ６０℃ ：７４．５％
であり、照明装置内の上部のＬＥＤ配置数を１００pcs、中央部のＬＥＤ配置数を１００pcs、下部のＬＥＤ配置数を１００pcsである場合、
赤色LEDの総発光強度 （照明装置内の上部） = 100pcs × 68.5％ = 68.5
赤色LEDの総発光強度 （照明装置内の中央部） = 100pcs × 71.5％ = 71.5
赤色LEDの総発光強度 （照明装置内の下部） = 100pcs × 74.5％ = 74.5
であり、照明装置内の中央部の赤色LEDの総発光強度を仮に基準と考えると、上部の赤色LEDの総発光強度が小になり、下部の赤色LEDの総発光強度が大になることが算出結果から把握できる。

ここで、例えば、LEDの総発光強度を照明装置内の中央部の総発光強度に一致させるために、LED駆動電流のパルス幅について、照明装置内の上部のＬＥＤに供給する駆動電流のパルス幅を、中央部のＬＥＤに供給する駆動電流のパルス幅に比べて広くし、下部のＬＥＤに供給する駆動電流のパルス幅を、中央部のＬＥＤに供給する駆動電流のパルス幅に比べて狭くする場合を考えると、照明装置内の上部、中央部、下部についてのLEDの接合部温度は、次のように求めることができる。
ここでは、
照明装置内の上部 ：40 ℃
照明装置内の中央部 ：35 ℃
照明装置内の下部 ：30 ℃
赤色ＬＥＤ単体順電圧 ：2.0 V
赤色ＬＥＤ駆動電流の波高値 ：0.05 A
赤色ＬＥＤの熱抵抗（ＬＥＤ接合部とベース基材間）：600 ℃/W
赤色ＬＥＤ駆動電流のパルス幅 ：50 %
とし、
パルス幅については、一例として、上記で得られた相対発光強度
赤色ＬＥＤの接合部温度 ：６８．５％
赤色ＬＥＤの接合部温度 ：７１．５％
赤色ＬＥＤの接合部温度 ：７４．５％
のうち、中央部を基準とし、この相対発光強度に応じてパルス幅を補正して計算すると、
赤色LEDの接合部温度（照明装置内の上部）
= 2.0 V × 0.05 A × 0.5 × 71.5％/68.5％ × 600 ℃/W + 40 ℃ = 71.3 ℃
赤色LEDの接合部温度（照明装置内の中央部）
= 2.0 V × 0.05 A × 0.5 × 71.5％/71.5％ × 600 ℃/W + 35 ℃ = 65.0 ℃
赤色LEDの接合部温度（照明装置内の下部）
= 2.0 V × 0.05 A × 0.5 × 71.5％/74.5％ × 600 ℃/W + 30 ℃ = 58.8 ℃
として計算することができる。この計算結果によれば、照明装置内の上部の赤色LEDの接合部温度は上昇し、照明装置内の下部の赤色LEDの接合部温度は下降する。これにより、照明装置内の上部と下部とについては、接合部温度の温度差がさらに拡大することになる。そうすると、照明装置内の上部の連続点灯による発光強度が、その照明装置内の中央部の連続点灯による発光強度に比べて早くなり、一方、照明装置内の下部の連続点灯による発光強度が、その照明装置内の中央部の連続点灯による発光強度に比べて遅くなる。
そのため照明装置の発光面の輝度と色度を均一に維持するためには、ＬＥＤ駆動電流の波高値、又は、ＬＥＤ駆動電流のパルス幅、又は、その両方を、常に調整する手段を設ける必要があり、部材コストの増大、実装スペースの増大などを招くことになってしまう。

このとき、第二の方法として、LEDの接合部温度を均一にする放熱手段を設けることが考えられる。しかし、この方法も部材コストの増大、実装スペースの増大などを招くことになる。

そこで、本発明を適用する。すなわち、連続点灯においても照明装置の発光面の輝度と色度を均一にするには、照明装置内の上部、中央部、下部でLEDの接合部温度を均一にする必要がある。ここで、照明装置の発光面全体の輝度は、連続点灯に伴い、低下する。つまり均一にするとは、照明装置の発光面の輝度ムラと色度ムラの発生を抑制することが必要となる。
上述したように、通常、液晶表示装置は、水平面に対して垂直方向に設置されるので、LEDから発生した熱により暖められた空気は比重が軽くなり上昇する。これにより照明装置内の上部のベース基材温度は中央部のベース基材温度に比べて高くなり、下部のベース基材温度は、中央部のベース基材温度に比べて低くなる。そのためLED駆動電流のパルス幅について、上部のＬＥＤに供給する駆動電流のパルス幅を中央部のＬＥＤに供給する駆動電流のパルス幅よりも狭くし、下部のＬＥＤに供給する駆動電流のパルス幅について、中央部のＬＥＤに供給する駆動電流のパルス幅よりも広くする必要がある。
しかし、ＬＥＤの配置数を、照明装置内の上部、中央部、下部で同じ数量にしたままでは、上述したように、照明装置内の上部、中央部、下部で発光面の輝度差が発生してしまう。そこで、本発明のように、照明装置内の上部、中央部、下部でＬＥＤの配置数を変更する。

そこで、上述した第１の実施形態に示すように、本発明においては、照明装置内の上部、中央部、下部でＬＥＤの配置数を変更する。ここで、配置数を変更した場合における各ＬＥＤの接合部温度がほぼ同じになれば、照明装置内の上部、中央部、下部において温度差が生じにくくなり、発光面の輝度差を低減することが可能となる。ここでは、照明装置内の上部のＬＥＤの個数を１２２pcs、中央部のＬＥＤの個数を１００pcs、下部のＬＥＤの個数を８６pcsとして構成する場合を一例として説明する。

ここでは、
また、点灯してから120分後のベース基材温度を
照明装置内の上部 ：40 ℃
照明装置内の中央部 ：35 ℃
照明装置内の下部 ：30 ℃
とし、
赤色ＬＥＤ駆動電流のパルス幅（照明装置内の上部） ：41 %
赤色ＬＥＤ駆動電流のパルス幅（照明装置内の中央部） ：50 %
赤色ＬＥＤ駆動電流のパルス幅（照明装置内の下部） ：58 %
赤色ＬＥＤ単体順電圧 ：2.0 V
赤色ＬＥＤ駆動電流の波高値 ：0.05 A
赤色ＬＥＤの熱抵抗（ＬＥＤ接合部とベース基材間）：600 ℃/W
として計算すると、
赤色LEDの接合部温度（照明装置内の上部）＝
約65 ℃ = 2.0 V × 0.05 A × 0.41 × 600 ℃/W + 40 ℃
赤色LEDの接合部温度（照明装置内の中央部）
約65 ℃ = 2.0 V × 0.05 A × 0.50 × 600 ℃/W + 35 ℃
赤色LEDの接合部温度（照明装置内の下部）
約65 ℃ = 2.0 V × 0.05 A × 0.58 × 600 ℃/W + 30 ℃
として計算結果が得られる。ここでは、赤色LEDの駆動電流のパルス幅については、照明装置内の中央部の赤色LEDの接合部温度とほぼ同じ（約６５℃）になるようなLEDの駆動電流のパルス幅が、照明装置内の上部、下部のＬＥＤの駆動電流のパルス幅として予め設定されている。

そして、照明装置内の上部、中央部、下部について計算した赤色ＬＥＤ接合部温度がそれぞれ６５℃であるので、ＬＥＤ接合部温度が２５℃のときを１００％とすると、この場合における赤色ＬＥＤの相対発光強度は、図１を参照すると、
赤色ＬＥＤ接合部温度 ６５℃ ：７１．５％
である。
ここで、照明装置内のLEDの個数について、照明装置内の上部、中央部、下部のそれぞれ異なるように配置した場合は、赤色LEDの総発光量について、以下のように計算することができる。
赤色LEDの総発光強度 （照明装置内の上部）
= 122pcs × 71.5％ × 0.41/0.5 = 約71.5
赤色LEDの総発光強度 （照明装置内の中央部）
= 100pcs × 71.5％ × 0.5/0.5 = 約71.5
赤色LEDの総発光強度 （照明装置内の下部）
= 86pcs × 71.5％ × 0.58/0.5 = 約74.5

このように、第１の実施形態に示す構成を適用し、ベース基材温度が高い領域ほどＬＥＤの配置間隔が短くなるように照明装置内の上部、中央部、下部のＬＥＤの配置数を変更することにより、ＬＥＤの接合部温度について、上部、中央部、下部において、ほぼ均一にすることができ、これにより、照明装置内の上部、中央部、下部のそれぞれにおける総発光量をほぼ同じにすることが可能となる。したがって、照明装置内の発光面の輝度ムラと色度ムラの発生を抑制することが必要となる。

また、ここでは、ＬＥＤの配置個数を変更するだけでなく、さらに下記（１）から（３）の構成を適用することも可能である。
（１）照明装置内の上部、中央部、下部の各領域において、ベース基材の温度が高い領域ほどＬＥＤ駆動電流のパルス幅が短くなるように設定する。例えば、照明装置内の上部のＬＥＤに供給する駆動電流のパルス幅を、中央部のＬＥＤに供給する駆動電流のパルス幅よりも短くなるように設定し、照明装置内の下部のＬＥＤに供給する駆動電流のパルス幅を、中央部のＬＥＤに供給する駆動電流のパルス幅よりも長くなるように設定するようにしてもよい。
ここでは、後述の（２）の構成である波高値については、一定とし、パルス幅を調整するようにしてもよいし、パルス幅と波高値の両方を調整するようにしてもよい。
（２）照明装置内の上部、中央部、下部の各領域において、ベース基材の温度が高い領域ほどＬＥＤ駆動電流の波高値が小さくなるように設定する。例えば、照明装置内の上部のＬＥＤに供給する駆動電流の波高値を、中央部のＬＥＤに供給する駆動電流の波高値よりも小さくなるように設定し、照明装置内の下部のＬＥＤに供給する駆動電流の波高値を、中央部のＬＥＤに供給する駆動電流の波高値よりも大きくなるように設定するようにしてもよい。
ここでは、上述の（１）の構成であるパルス幅については一定とし、波高値を調整するようにしてもよいし、パルス幅と波高値の両方を調整するようにしてもよい。
（３）照明装置内の上部、中央部、下部の各領域において、ベース基材の温度が高い領域ほど、個々のＬＥＤの発熱量が小さくなるように設定する。例えば、照明装置内の上部のＬＥＤの発熱量を、中央部のＬＥＤの発熱量よりも小さくなるように設定し、照明装置内の下部のＬＥＤの発熱量を、中央部のＬＥＤの発熱量よりも大きくなるように設定するようにしてもよい。この発熱量は、例えば、ＬＥＤに供給する電力量を変えることによって調整可能である。例えば、上述のようにＬＥＤの駆動電流のパルス幅を設定したり、波高値を設定することによって可能である。
このような（１）から（３）についていずれか１つ、あるいは複数を組み合わせることが可能である。

図１０は、第２の実施形態による非発光の透過型の表示装置用の照明装置を適用した液晶表示装置の一例である表示装置２００の概略の断面図である。
この表示装置２００は、反射材２３０、導光板２４０、光学フィルム２５０、液晶パネル２６０がこの順に積層され、ベース基材２１０に設けられたＬＥＤ部２２０から光を照射することによって、液晶パネル２６０を照明する。
ベース基材２１０上には、ＬＥＤ部２０が直線状に複数配列される。このベース基材２１０は熱伝導率が全面にわたって均一とされているとともに、ＬＥＤ部２２０を発光させるための駆動電流を出力する駆動部から供給される駆動電流をＬＥＤ部２２０に供給する配線が設けられている。
ＬＥＤ部２２０は、液晶パネル２６０の側方側から光を照射する。このＬＥＤ部２２０から照射された光は、導光板２４０によって均一な面状の光に変換されて光学フィルムに導かれ液晶パネル２６０を照明する。
反射材２３０は、導光板２４０の図示下面側に貼り付けられており、ＬＥＤ部２２０から照射された光を光学フィルム２５０に反射する。

導光板２４０は、その形状が例えば板状であり、側面の４辺のうち、対向する２辺の位置にＬＥＤ部２２０が配置されたベース基材２１０が配置される。この導光板２４０は、ＬＥＤ部２２０から照射された光を光学フィルム２５０に反射する。
光学フィルム２５０は、導光板２４０の図示上面側に積層される。液晶パネル２６０は、光学フィルム２５０の図示上面側に配置される。ここでは、ＬＥＤ部２２０が設けられたベース基材２１０と反射材２３０と導光板２４０とによって照明装置が構成される。この構成により、液晶パネルに画像を表示するとともに、液晶パネル２６０の背面側方からＬＥＤ部２２０によって光を照射することによって、照明装置がバックライトとしての機能を実現する。

なお、図示されていないが、この表示装置には、直線状に配置されたＬＥＤ部２２０の発光強度を制御する発光強度制御部が設けられる他に、第１の実施形態と同様に、ＬＥＤ部２２０を発光させるための駆動電流を出力する駆動部を有しており、この駆動部は、発光強度制御部からの制御信号により照明装置の発光面の輝度と色度を均一にするように、各ＬＥＤ部２２０に供給する駆動電流の波高値を制御する。また、この駆動部は発光強度制御部からの制御信号により照明装置の発光面の輝度と色度を均一にするように、各ＬＥＤ部２２０に供給する駆動電流のパルス幅を制御する機能も有する。また、照明装置はＬＥＤ部２２０を少なくとも一つ以上備え、ＬＥＤ部２２０は少なくとも一つ以上の発光素子を直列または並列接続されていればよい。

図１１は、ベース基材２１０上にＬＥＤ部２２０を配置した平面図である。
この図において、ＬＥＤ部２２０は、ベース基材２１０の表面に複数配置されている。
ここでは、水平方向をｘ方向、垂直方向をｙ方向としたとき、このＬＥＤ部２２０の配置は、第１の実施形態においては平面状に二次元に配置したが、この実施形態においては、ｙ方向に直線上に配置される。このＬＥＤ部２２０の配置間隔および配置密度についても、第１の実施形態と同様に、ベース基材２１０のｙ方向における中央を点Ｏとした場合、ＬＥＤ部２２０は、隣接するＬＥＤ部２２０との配置間隔が、ｙ方向において位置Ｏから離れるにつれて（端部に近づくにつれて）狭くなるように配置されている。この配置間隔について、位置Ｏを基準として上方側と下方側とを比較した場合に、隣接するＬＥＤ部２２０との配置間隔は、上方側の方が狭くなるようになっている。

さらに説明すると、端部において、位置Ｏからの距離が同じであっても、ｙ方向の下端側の端部の領域（符号Ｋ）内の配置間隔ｂよりｙ方向の上端側の端部の領域（符号Ｊ）内の配置間隔ａの方が小さくなるようにＬＥＤ部２２０が設けられている。ここで上端側の端部の領域（符号Ｊ）内のベース基材温度をＴｂ−１、下端側の端部の領域（符号Ｋ）内のベース基材温度をＴｂ−４とすると、下端側より上端側の方が温度が上昇するので、Ｔｂ−１＞Ｔｂ−４であり、端部であっても、上端側の端部の領域（符号Ｊ）内のＬＥＤ部２２０の配置間隔が下端側の端部の領域（符号Ｋ）内の配置間隔よりも短く、配置密度も高い。
また、中央領域（符号Ｌ）内において、位置Ｏからの距離が同じであっても、ＬＥＤ部２２０は、ｙ方向におけるその配置間隔が、ｙ方向の下端側の配置間隔ｄよりｙ方向の上端側の配置間隔ｃの方が小さくなるようにＬＥＤ部２２０が設けられている。
ここで中央領域（符号Ｌ）内の上方のベース基材温度をＴｂ−２、下方のベース基材温度をＴｂ−３とすると、下端側より上端側の方が温度が上昇するので、Ｔｂ−２＞Ｔｂ−３であり、従って、同じ中央領域（符号Ｌ）内であっても、ＬＥＤ部２２０は、上方の方が下方よりも配置間隔が短く、配置密度も高い。このように、配置間隔は、ａ＜ｂであって、ｃ＜ｄとなる。特に、図１１の構成においては、ａ＜ｂ＜ｃ＜ｄとなっている。

このように、ＬＥＤ部２２０の配置密度は、ベース基材２１０の端部を中央部に比べて高密度とし、且つ端部はベース基材温度が高い領域ほど高密度とし、且つ中央部はベース基材温度が高い領域ほど高密度となっている。
なお、ここでは、表示装置１００のｘ方向の幅Ｘは、ｙ方向の幅Ｙに比べて大きくなっており、一例として、中央領域は、ベース基材２１０のｙ方向における中央を点Ｏとした場合、点Ｏからおよそ±Ｙ／４あるいは±Ｙ／３の範囲内であり、この中央領域以外が端部領域である。

図１２は、第２の実施形態における表示装置の変形例の構成を説明する図である。図１０に示す第２の実施形態においては、対向する位置にベース基材２１０をそれぞれ１つずつ設ける場合について説明したが、この図１２においては、いずれか一方のベース基材２１０を設けるようにし、その対向する位置には、反射材２７０を設け、この反射材２７０によって、ＬＥＤ部２２０から照射された光が表示面の輝度向上に有効利用されるようにした。

以上説明した実施形態によれば、ベース基材の表面に実装したＬＥＤの配置を、ベース基材の端部を中央部に比べて高密度とし、且つ端部はベース基材温度が高い領域ほど高密度とし、且つ中央部はベース基材温度が高い領域ほど高密度とした。これにより照明装置の発光面の輝度と色度の均一化と、図９に示すように連続点灯による発光強度の低下を、上部、中央部、下部、で均一にできる効果がある。この場合、放熱手段が不要である。また、このパルス幅の調整については、既存のパルス発振と同様の回路を用い、そのパルス幅と接合部温度の変化に応じて、各ＬＥＤ部２０の配置間隔を決定し、配置するようにしてもよい。なお、この場合においても、接合部温度は、上述の（１）式にて算出可能である。
また、ＬＥＤ部に供給する電源については、それぞれのＬＥＤ部について均一になっていることが発光強度のバラツキをおさえることができる点において望ましいが、以上説明した実施形態によれば、ＬＥＤ部の配置距離、配置密度をＬＥＤ部が設けられる位置に応じて変更するようにしたので、各ＬＥＤ部に供給する電源を均一にすることができ、全体として均一な発光強度にすることが可能となる。

以上述べたように本発明の非発光の透過型の表示装置用の照明装置は、照明装置の発光面の輝度と色度の均一化を安価で、省スペースで、提供できる。
また、ＬＥＤの接合部温度を均一にする放熱手段を設ける必要がなくなり、部材コストの増大、実装スペースの増大を抑えることができる。

ＬＥＤの接合部温度による発光強度の変化の一例を示す図面である。 連続点灯によるＬＥＤの発光強度の変化の一例を示す図面である。 照明装置内のＬＥＤの発熱によるＬＥＤの接合部温度の変化の一例を示す図面である。 均一な配置間隔でＬＥＤを表示装置に配置した場合における、ＬＥＤの接合部温度について説明する図面である。 照明装置内の中央部から端部に近づくにつれてＬＥＤの配置間隔を狭くした構成における表示装置のＬＥＤの接合部温度について説明する図面である。 本実施形態における非発光の透過型の表示装置用の照明装置の断面図である。 ベース基材の表面にＬＥＤを二次元状に配置した平面図である。 照明装置内のＬＥＤの発熱によるＬＥＤの接合部温度の変化の一例を示す図である。 連続点灯によるＬＥＤの発光強度の変化の一例を示す図である。 第２の実施形態による非発光の透過型の表示装置用の照明装置を適用した液晶表示装置の概略の断面図である。 ベース基材２１０上にＬＥＤ部２２０を配置した平面図である。 第２の実施形態における表示装置の変形例の構成を説明する図である。

符号の説明

１０ ベース基材 ２０ ＬＥＤ部
３０ 反射材 ４０ 拡散板
５０ 空気層 ６０ 光学フィルム
７０ 液晶パネル １００ 表示装置

Claims (6)

1. ベース基材と、前記ベース基材に複数の発光素子を配置し、前記発光素子を駆動する駆動部と、前記発光素子の発光強度を制御する発光強度制御部を備えた、非発光の透過型の表示装置に用いられる照明装置であって、
   前記発光素子は上下方向に沿って直線状に配置され、
   前記発光素子を配置する密度は、前記ベース基材の上側の端部、前記ベース基材の下側の端部、前記ベース基材の中央部、の順に高いことを特徴とする照明装置。
2. ベース基材と、前記ベース基材に複数の発光素子を二次元状に配置し、前記発光素子を駆動する駆動部と、前記発光素子の発光強度を制御する発光強度制御部を備えた、非発光の透過型の表示装置用の照明装置であって、
   前記発光素子を配置する密度は、前記ベース基材の上側の端部、前記ベース基材の下側の端部、前記ベース基材の中央部より上側であって前記上側の端部よりは下側に位置する部分、前記ベース基材の中央部より下側であって前記下側の端部よりは上側に位置する部分、の順に高いことを特徴とする照明装置。
3. 隣接する前記発光素子の配置間隔が、前記ベース基材の中央部から前記ベース基材の上側の端部又は前記ベース基材の下側の端部に近づくに連れて狭くなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の照明装置。
4. 前記駆動部は、前記発光素子を配置する密度が高い領域に配置されている発光素子に供給する駆動電流のパルス幅が、前記発光素子を配置する密度が低い領域に配置された発光素子に供給する駆動電流のパルス幅に比べて短い駆動電流を供給することを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の照明装置。
5. 前記駆動部は、前記発光素子を配置する密度が高い領域に配置された発光素子に供給する駆動電流の波高値が、前記発光素子を配置する密度が低い領域に配置された発光素子に供給する駆動電流の波高値に比べて小さい駆動電流を供給することを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の照明装置。
6. 前記発光素子を配置する密度が高い領域に配置された発光素子からの発熱量が、前記発光素子を配置する密度が低い領域に配置された発光素子からの発熱量に比べて小さくなっていることを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載の照明装置。

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