WO2018122997A1 - 発光ユニット、表示装置及びマルチ表示装置 - Google Patents

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翔太 金子
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Definitions

  • the present invention relates to a light emitting unit, and a display device and a multi display device including the light emitting unit.
  • LED display device in which light emitting diodes (hereinafter referred to as “LED”) are arranged in a matrix to display an image is known.
  • LED display device when the brightness and chromaticity of the LED, which is a pixel, are not uniform, there is a problem that the brightness and chromaticity unevenness of the image are visually recognized.
  • the causes of luminance unevenness and chromaticity unevenness include brightness variation and chromaticity variation caused by manufacturing variations of the LED itself, and temperature unevenness in the substrate on which the LEDs are mounted in a matrix (hereinafter referred to as “LED mounting substrate”). There is. Therefore, a technique for suppressing luminance unevenness and chromaticity unevenness has been proposed for each cause of luminance unevenness and chromaticity unevenness.
  • Patent Document 1 As a technique for correcting the luminance variation and chromaticity variation caused by the manufacturing variation of the LED itself and making the luminance and chromaticity uniform, for example, the technology of Patent Document 1 is proposed.
  • a screen is shot with a camera, a correction coefficient for each pixel is calculated based on the luminance characteristics obtained from the shooting result, and the luminance is corrected using the correction coefficient.
  • the brightness can be made uniform.
  • Patent Document 2 As a technique for suppressing luminance unevenness and chromaticity unevenness caused by temperature unevenness in the LED mounting substrate, for example, the technique of Patent Document 2 has been proposed. In this technique, it is possible to suppress uneven temperature and thus uneven brightness by controlling a cooling fan that cools the LED mounting board based on brightness information captured by a camera.
  • the technology for performing cooling control based on luminance information requires a sensor for sensing luminance and a large number of cooling fans. For this reason, there is a problem that the control specifications become complicated as well as being relatively expensive.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a technique capable of improving the image quality of a light emitting unit.
  • a light emitting unit includes a substrate having a first surface, a second surface opposite to the first surface, and a plurality of light emitting elements disposed on the first surface, each of which includes the plurality of light emitting units.
  • a plurality of light emitting element driving units for driving two or more light emitting elements included in the light emitting element.
  • the plurality of light emitting element driving units are disposed on the second surface in a plurality of different aligned states, or are disposed on the second surface in a non-aligned state.
  • the plurality of light emitting element driving units are arranged on the second surface of the substrate in a plurality of different alignment states, or are arranged on the second surface of the substrate in an unaligned state. According to such a configuration, the image quality of the light emitting unit can be improved.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the temperature dependence of the brightness
  • 6 is a diagram showing a temperature distribution in the light emitting unit according to Embodiment 1.
  • FIG. It is a rear view which shows the structure of the LED mounting board with which the light emission unit which concerns on the modification 1 is provided.
  • FIG. 6 is a front view showing a configuration of an LED display device according to Embodiment 2.
  • FIG. 6 is a rear view showing a configuration of an LED display device according to Embodiment 2.
  • 6 is a block diagram showing a configuration of an LED display device according to Embodiment 2.
  • FIG. 6 is a front view illustrating a configuration of a multi-display device according to Embodiment 2.
  • FIG. 6 is a rear view illustrating a configuration of a multi display device according to a second embodiment.
  • 6 is a block diagram illustrating a configuration of a multi-display device according to a second embodiment.
  • Embodiment 1> 1 and 2 are a front view and a side view schematically showing the LED 1 constituting each pixel of the light emitting unit according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the LED 1 is a light emitting element of SMD (Surface Mount Device) type, and is a type of light emitting element called 3in1 in which R, G, B LEDs 1R, 1G, 1B are assembled in one package. 1 and 2, LEDs 1R, 1G, and 1B are disposed on one base 1a, and a sealing material 1b covers the LEDs 1R, 1G, and 1B.
  • SMD Surface Mount Device
  • a display device As a light emitting element of the above-mentioned type, there are products having an outer shape of less than 1 mm square, and a high-definition light emitting unit, and thus an LED, can be mounted by mounting on a LED mounting substrate in a state where the interval between the plurality of light emitting elements is narrow A display device can be configured.
  • the present invention is not limited to this.
  • the effects described below can be obtained to some extent even in a configuration in which a cannonball type LED, an SMD type, and a single color type LED are used for each of the plurality of light emitting elements.
  • the configuration of the first embodiment is preferable.
  • FIG. 3 is a front view showing a configuration of the LED mounting substrate 4 included in the light emitting unit according to the first embodiment.
  • the LED mounting substrate 4 of FIG. 3 includes a plurality of LEDs 1, a substrate 2, and a plurality of light emitting element driving ICs 3 which are a plurality of light emitting element driving units described later.
  • the substrate 2 has a first surface and a second surface opposite to the first surface.
  • first surface is referred to as “front surface”
  • second surface is referred to as “back surface”.
  • the plurality of LEDs 1 are mounted in a matrix on the surface of the substrate 2. Specifically, the LEDs 1 are mounted at the same interval in the X direction that is the row direction and the Y direction that is the column direction. Has been. Thereby, each LED1 functions as each pixel in the video.
  • a total of 324 LEDs 1 are mounted, 18 in the X direction and 18 in the Y direction of the substrate 2.
  • the lower left LED 1 is represented as LED 1.
  • the upper right LED 1 is represented as LEDs 18.
  • the generic name of each LED 1 is denoted as LED 1 as before.
  • the light emitting element drive IC 3 that is an electrical component having a relatively large calorific value is focused on, and a plurality of light emission is performed. The description will be made assuming that the element driving IC 3 is disposed on the back surface of the substrate 2.
  • Each of the plurality of light emitting element driving ICs 3 drives the plurality of LEDs 1. For example, in a state where a common voltage is supplied to each LED, the light emitting element drive IC 3 performs the lighting drive control for switching ON and OFF of each LED in a time division manner by the PWM (Pulse Width Modulation) method as the above drive, The gradation control of the LED is performed.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • Each light emitting element driving IC 3 can perform multi-channel control, and can simultaneously control the lighting driving of two or more LEDs 1. For example, when one light emitting element driving IC 3 can control n (n is a multiple of 3 of 6 or more) channel control, one LED 1 needs three channels of LEDs 1R, 1G, and 1B. / 3 LEDs 1 can be driven to light at the same time. In addition, when each light emitting element driving IC 3 is configured to perform line scan control, lighting driving control can be performed for many LEDs 1 with one light emitting element driving IC 3.
  • the light emitting element driving IC 13 included in the related light emitting unit is different from the light emitting element driving IC 3 included in the light emitting unit according to the first embodiment. Is substantially the same.
  • the light emitting element drive IC 13 of the related light emitting unit in FIG. 4 performs 9 channel control and line scan control with 3 line scans.
  • one light emitting element driving IC 13 simultaneously drives and lights three LEDs 1 arranged horizontally, such as the three LEDs 1 in the first row. This is multi-channel control.
  • the line scan control means control for successively changing the row (line) to be lit and driven over time.
  • the number of line scans for line scan control in one light emitting element driving IC 13 is 3, one light emitting element driving IC 13 drives the first column for lighting, the second column for lighting driving, and the third row for each unit time.
  • the columns (lines) are sequentially driven to be lit up, the columns are lit up, the first column is lit up, and so on.
  • the number of LEDs 1 that the light emitting element driving IC 13 can control to drive is n ⁇ m / 3.
  • the arrangement of the light emitting element driving IC 13 of the related light emitting unit will be described with reference to FIG.
  • a total of 36 light emitting element driving ICs 13 are arranged in a matrix on the back surface of the substrate 2, six in the X direction and six in the Y direction.
  • the light emitting element driving IC 13 that is ath in the X direction and bth in the Y direction with reference to the lower right in FIG.
  • the light emitting element driving ICa ⁇ b is represented.
  • the light emitting element driving IC 13 performs lighting driving control on the LED 1 around the light emitting element driving IC 13.
  • the light emitting element driving ICs 1 and 1 include nine LEDs 1 of LED 1 and 1, LED 2 and 1, LED 3 and 1, LED 2 and 1, LED 2 and 2, LED 2 and 3, LED 3 and 1, LED 3 and 2, and LED 3 and 3.
  • the lighting drive control is included in the light emitting element driving IC 13 .
  • a heat conductive sheet is stuck on the light emitting element driving IC 13 so that the heat of the light emitting element driving IC 13 which is a heat generating component is transmitted to the outside through a housing near the light emitting element driving IC 13. Often attached.
  • a plurality of light emitting element driving ICs 13 arranged in a line along the Y direction are vertically long so that a heat conductive sheet can be efficiently attached to the plurality of light emitting element driving ICs 13.
  • One heat conductive sheet formed in a rectangular shape is attached.
  • the number of channels that one light emitting element driving IC 13 can drive is relatively small (9 in this case), a relatively large number of light emitting element driving ICs 13 are densely arranged on the substrate 2.
  • the number of LEDs 1 that can be driven and controlled simultaneously by one light emitting element driving IC 13 is relatively small (here, nine), the amount of heat generated by one light emitting element driving IC 13 is also relatively small.
  • each light emitting element driving IC 13 generates a relatively small amount of heat
  • the temperature unevenness in the substrate 2 is small. Luminance unevenness and chromaticity unevenness were not a problem.
  • the light emitting element driving IC 13 is integrated and the number of channels of the light emitting element driving IC 13 is increased. It is effective to increase the number of LEDs 1 that can be driven and controlled by one light emitting element driving IC 13.
  • the integrated light emitting element driving IC has already been commercialized.
  • the light emitting unit includes a light emitting element driving IC 3 having a larger number of channels than the light emitting element driving IC 13 instead of the light emitting element driving IC 13.
  • the light emitting element drive IC 3 according to the first embodiment will be described as performing 18 channel control and line scan control in which the number of line scans is 3.
  • FIG. 6 is a rear view showing the configuration of another related light emitting unit.
  • the light emitting element driving IC 3 according to the first embodiment is arranged in the same alignment state as the light emitting element driving IC 13 of the related light emitting unit of FIG.
  • a total of 18 light emitting element driving ICs 3 are arranged in a matrix on the back surface of the substrate 2, three in the X direction and six in the Y direction.
  • the light emitting element driving IC 3 having 18 channels has twice as much heat generation as the light emitting element driving IC 13 having 9 channels.
  • the light emitting element driving ICs 3 are arranged relatively densely in a line along the Y direction. For this reason, when the plurality of light emitting element driving ICs 3 drive the plurality of LEDs 1, the temperature of the area where the plurality of light emitting element driving ICs 3 are densely arranged becomes high, and the plurality of light emitting element driving ICs 3 are arranged sparsely. The temperature of the area becomes lower. As a result, as shown in the hatched area in FIG.
  • temperature unevenness occurs on the back surface of the substrate 2 in the form of vertical stripes along the Y direction. Due to the heat conduction, the heat on the back surface of the substrate 2 is transmitted to the surface of the substrate 2, and the same vertical stripe-like temperature unevenness occurs on the surface of the substrate 2 on the LED 1 side.
  • Such temperature unevenness mainly causes two problems. One is luminance unevenness and chromaticity unevenness due to temperature differences. The other is the difference in brightness aging due to temperature.
  • FIG. 8 shows an example of the temperature dependence of the luminance of the R, G, B LEDs 1R, 1G, 1B.
  • the solid line, the alternate long and short dash line, and the long dashed line indicate the temperature dependence of the luminance of the LEDs 1R, 1G, and 1B of R, G, and B, respectively.
  • the drive conditions such as the current value and PWM duty ratio are the same for R, G, and B, and the luminance at 25 ° C. is set to 100% as shown in FIG.
  • the luminance of R decreases by about 50%, but when the temperature is 100 ° C., the luminance of G and B decreases only by about 10%.
  • the R, G, and B LEDs 1R, 1G, and 1B have the temperature dependency of the luminance, but the temperature dependency of the luminance of R is generally compared with the temperature dependency of the luminance of G and B.
  • the temperature dependence of the G and B brightness is not as significant as the temperature dependence of the R brightness.
  • the temperature of the portion of the surface of the substrate 2 corresponding to the position of the light emitting element driving IC 3 is high, so that the luminance of R of the LED 1 disposed in the portion has a temperature-dependent characteristic. It becomes lower than the brightness of G and B due to the difference. For this reason, for example, when a white image is displayed on the entire screen, a white color close to cyan (a white color having a high color temperature) is displayed in vertical stripes with respect to the target white color. As a result, the luminance unevenness and chromaticity unevenness of the vertical stripes are visually recognized by the user, resulting in a problem that the video quality is deteriorated.
  • FIG. 9 is a rear view illustrating the configuration of the LED mounting substrate 4 included in the light emitting unit according to the first embodiment. As described with reference to FIG. 3, a total of 324 LEDs 1 are mounted, 18 in the X direction and 18 in the Y direction.
  • the number of channels of the light emitting element driving IC 3 according to the first embodiment is 18 channels as in the related light emitting unit of FIG. 6, and 18 light emitting element driving ICs 3 are used. For this reason, if the light emitting element driving IC 3 is arranged as shown in FIG. 6, temperature unevenness occurs.
  • the first embodiment is characterized by the alignment of the light emitting element driving ICs 3 so as to suppress the occurrence of temperature unevenness.
  • a plurality of light emitting element driving ICs 3 are arranged on the back surface of the substrate 2 in a plurality of different alignment states.
  • the plurality of alignment states include a first alignment state and a second alignment state that are different from each other.
  • the interval in the Y direction between the several light emitting element drive ICs 3 in the first alignment state and the interval in the Y direction between the several light emitting element drive ICs 3 in the second alignment state are the same.
  • the plurality of light emitting element driving ICs 3 are arranged so that the position of the light emitting element driving IC 3 in the Y direction is different from the position of the light emitting element driving IC 3 in the second aligned state in the Y direction.
  • the plurality of light emitting element driving ICs 3 are arranged on the back surface in a staggered manner along the row direction or the column direction of the matrix of the LEDs 1.
  • the vertical stripe-like temperature unevenness and other temperature unevenness as shown in FIG. 7 are improved.
  • the temperature distribution on the back surface of the substrate 2 and thus the temperature distribution on the surface of the substrate 2 are made uniform when the plurality of LEDs 1 are driven.
  • the plurality of light emitting element driving ICs 3 are arranged on the back surface of the substrate 2 in a plurality of different alignment states. For this reason, the temperature distribution on the surface of the substrate 2 is made uniform when the plurality of light emitting element driving ICs 3 drive the plurality of LEDs 1. Thereby, even when a mixed color such as white is displayed, an image with good image quality in which uniformity of luminance and chromaticity is maintained can be obtained.
  • the temperature distribution is made uniform, it is possible to suppress the occurrence of a local high heat portion in the substrate 2, and the temperatures of the LED 1 and the light emitting element driving IC 3 are relatively lowered. As a result, high reliability and long life of the LED 1 and the light emitting element driving IC 3 can be expected.
  • FIG. 12 shows a block diagram of the LED mounting board 4 in this case.
  • a solid line arrow indicates an electrical connection
  • a broken line arrow indicates a mechanical connection. The same applies to the following block diagrams.
  • illustration of electrical connection between the light emitting element driving IC 3 and the connector 11 and other electrical components 12 is omitted.
  • ⁇ Modification 2> When a cooling fan is not used to suppress temperature unevenness and the substrate 2 is disposed along a direction other than the horizontal direction, the air flows vertically upward (positive direction of Y) due to natural convection. Arise. In this case, since the air warms up in the vertical upward direction, the temperature on the upper side in the substrate 2 becomes higher than the temperature on the lower side in the vertical direction.
  • the plurality of light emitting element driving ICs 3 are slightly changed from the substantially staggered arrangement to the lower side in the vertical direction with respect to the substrate 2 arranged along the direction other than the horizontal direction. You may arrange
  • the plurality of light emitting element driving ICs 3 are arranged in a zigzag pattern.
  • the light emitting elements are not necessarily arranged in a zigzag pattern, and the heat generated by the plurality of light emitting element driving ICs 3 is dispersed.
  • the plurality of light emitting element driving ICs 3 may be disposed on the back surface of the substrate 2 in a non-aligned state.
  • FIG. 14 as an example of the non-alignment state, each of the plurality of light emitting element driving ICs 3 is randomly selected from the ideal staggered arrangement position (the position of the two-dot chain line) in FIG. 9 at a predetermined distance or less. It may be arranged by moving in any direction. Even in this case, the effects described in the first embodiment can be obtained to some extent.
  • the LED display device that is the display device according to the second embodiment of the present invention and the multi-display device according to the second embodiment of the present invention include the light emitting unit according to the first embodiment.
  • the same or similar constituent elements as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and different constituent elements will be mainly described.
  • FIG. 16, and FIG. 17 are a front view, a rear view, and a block diagram showing a schematic configuration of the LED display device 7 according to the second embodiment.
  • the four LED mounting boards 4 are assembled on the front surface of the housing 5 to which the LED mounting board 4 can be assembled.
  • a power supply circuit 14 and a video signal processing circuit 15 that are shown in FIG. 17 but are not shown in FIG. 16 can be assembled to the rear surface of the housing 5, and these are accommodated by the cover 6. ing.
  • the LED display device is configured by assembling four LED mounting boards 4, that is, four light emitting units into one housing is described, but the present invention is not limited to this.
  • the display device is configured by using one or more LED mounting boards 4, that is, one or more light emitting units, the effect can be similarly obtained.
  • FIGS. 18, 19 and 20 are a front view, a rear view and a block diagram showing a schematic configuration of the multi-display device 8 according to the second embodiment.
  • the multi-display device 8 includes a plurality of LED display devices 7 in the X direction and a plurality of LED display devices 7 in the Y direction.
  • substrate 2 is arrange
  • a multi-large screen is configured by arranging four LED display devices 7 in total, two in the X direction and two in the Y direction.
  • the number of LED display devices 7 is not limited to this.
  • a plurality of LED display devices 7 are mechanically connected to each other by a broken arrow, but of course, the plurality of LED display devices 7 are electrically connected to each other. May be.
  • the LED display device 7 and the multi-display device 8 according to the second embodiment as described above include the light emitting unit according to the first embodiment. For this reason, as in the first embodiment, even if a mixed color such as white is displayed, an image with good image quality in which the uniformity of luminance and chromaticity is maintained can be obtained.
  • the temperature distribution is made uniform, it is possible to suppress the occurrence of a local high heat portion in the substrate 2, and the temperatures of the LED 1 and the light emitting element driving IC 3 are relatively lowered. As a result, high reliability and long life of the LED 1 and the light emitting element driving IC 3 can be expected.
  • the light emitting element has been described as an LED.
  • the present invention is not limited to this.
  • organic EL Electro-Luminescence
  • organic EL also has a difference in temperature dependency of luminance depending on the color. Therefore, the technology described above is effective for a display device including organic EL.
  • the present invention can be freely combined with each embodiment and each modification within the scope of the invention, or can be appropriately modified and omitted with each embodiment and each modification.

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Abstract

発光ユニットの画質を高めることか可能な技術を提供することを目的とする。発光ユニットは、第1面と、当該第1面と逆側の第2面とを有する基板と、第1面に配設された複数の発光素子と、それぞれが、複数の発光素子に含まれる2以上の発光素子を駆動する複数の発光素子駆動部とを備える。複数の発光素子駆動部は、互いに異なる複数の整列状態で第2面に配設されているか、非整列状態で第2面に配設されている。

Description

発光ユニット、表示装置及びマルチ表示装置
 本発明は、発光ユニット、並びに、それを備える表示装置及びマルチ表示装置に関する。
 発光ダイオード(以下、「LED」と表記)をマトリクス状に配設して映像を表示させる表示装置(以下、「LED表示装置」と表記)が知られている。このLED表示装置において、画素であるLEDの輝度及び色度が不均一である場合には、映像の輝度むら及び色度むらとして視認されてしまうという問題がある。
 輝度むら及び色度むらの原因としては、LED自身の製造ばらつきにより生じる輝度ばらつき及び色度ばらつきと、LEDがマトリクス状に実装された基板(以下、「LED実装基板」と表記)内の温度むらとがある。そこで、輝度むら及び色度むらの原因ごとに、輝度むら及び色度むらを抑制する技術が提案されている。
 LED自身の製造ばらつきにより生じる輝度ばらつき及び色度ばらつきを補正して、輝度及び色度を均一化させる技術としては、例えば特許文献1の技術が提案されている。この技術では、画面をカメラで撮影し、その撮影結果から得られた輝度特性に基づいて輝度を均一化するための各画素の補正係数を算出し、当該補正係数を用いて輝度を補正することで輝度の均一化が可能となっている。
 LED実装基板内の温度むらにより生じる輝度むら及び色度むらを抑制する技術としては、例えば特許文献2の技術が提案されている。この技術では、カメラで撮影した輝度情報に基づいてLED実装基板を冷却する冷却ファンの制御を行うことによって、温度むら、ひいては輝度むら等の抑制が可能となっている。
特開平11-85104号公報 特許第5468914号公報
 カメラ等を用いて輝度及び色度を測定し、その測定結果に基づいて各画素を補正する特許文献1及び2の技術では、赤色、緑色、青色の光の3原色(以下、赤色は「R」、緑色は「G」、青色は「B」と表記する)ごとに測定及び補正係数の算出を行うことが一般的である。具体的には、赤色の映像を全面に表示した画面をカメラ等で撮影してR用の補正係数を算出し、これと同様の算出をG及びBでも行う。しかしながら、R、G、Bいずれか1色のみを全画面に表示した際の発熱量よりも、R、G、Bの混色(例えば白色)を全画面に表示させた際の発熱量の方が大きい。このため、各色の表示時に算出された補正係数を用いても、混色表示時に発生する温度むらによる輝度むら及び色度むらを適切に補正することができないという問題があった。
 また、輝度情報に基づいて冷却制御を行う技術では、輝度をセンシングするセンサー及び多数の冷却ファンが必要である。このため、比較的高価になるだけでなく、制御仕様が煩雑になるなどの問題があった。
 さらに、近年、集積化された発光素子駆動IC(Integrated Circuit)を使用することで、発光ユニットを安価に構成することが提案されている。しかしながら、発光素子駆動ICの発熱量が増大してきており、発光素子駆動ICの発熱による温度むらに起因する輝度むら及び色度むらが顕在化しつつあった。
 そこで、本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、発光ユニットの画質を高めることが可能な技術を提供することを目的とする。
 本発明に係る発光ユニットは、第1面と、当該第1面と逆側の第2面とを有する基板と、前記第1面に配設された複数の発光素子と、それぞれが、前記複数の発光素子に含まれる2以上の発光素子を駆動する複数の発光素子駆動部とを備える。前記複数の発光素子駆動部は、互いに異なる複数の整列状態で前記第2面に配設されているか、非整列状態で前記第2面に配設されている。
 本発明によれば、複数の発光素子駆動部は、互いに異なる複数の整列状態で基板の第2面に配設されているか、非整列状態で基板の第2面に配設されている。このような構成によれば、発光ユニットの画質を高めることができる。
 本発明の目的、特徴、態様及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
実施の形態1に係る発光ユニットが備えるLEDの構成を示す正面図である。 実施の形態1に係る発光ユニットが備えるLEDの構成を示す側面図である。 実施の形態1に係る発光ユニットが備えるLED実装基板の構成を示す正面図である。 多チャンネル制御及びラインスキャン制御を説明するためのブロック図である。 関連発光ユニットが備えるLED実装基板の構成を示す背面図である。 別の関連発光ユニットが備えるLED実装基板の構成を示す背面図である。 別の関連発光ユニットにおける温度分布を示す図である。 R,G,Bの輝度の温度依存性を示す図である。 実施の形態1に係る発光ユニットが備えるLED実装基板の構成を示す背面図である。 実施の形態1に係る発光ユニットにおける温度分布を示す図である。 変形例1に係る発光ユニットが備えるLED実装基板の構成を示す背面図である。 変形例1に係る発光ユニットが備えるLED実装基板の構成を示すブロック図である。 変形例2に係る発光ユニットが備えるLED実装基板の構成を示す背面図である。 変形例3に係る発光ユニットが備えるLED実装基板の構成を示す背面図である。 実施の形態2に係るLED表示装置の構成を示す正面図である。 実施の形態2に係るLED表示装置の構成を示す背面図である。 実施の形態2に係るLED表示装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態2に係るマルチ表示装置の構成を示す正面図である。 実施の形態2に係るマルチ表示装置の構成を示す背面図である。 実施の形態2に係るマルチ表示装置の構成を示すブロック図である。
 <実施の形態1>
 図1及び図2は、本発明の実施の形態1に係る発光ユニットの各画素を構成するLED1を模式的に示す正面図及び側面図である。LED1は、SMD(Surface Mount Device)タイプの発光素子であり、且つR,G,BのLED1R,1G,1Bが1つのパッケージ内にアセンブリされた3in1と呼ばれるタイプの発光素子である。図1及び図2のLED1では、1つの基材1a上にLED1R,1G,1Bが配設され、封止材1bがLED1R,1G,1Bを覆っている。上述のタイプの発光素子としては、外形が1mm角未満の製品が存在しており、複数の発光素子の間隔を狭くした状態でLED実装基板に実装することで、高精細な発光ユニット、ひいてはLED表示装置を構成することができる。
 本実施の形態1では、複数の発光素子のそれぞれに、LED1のようなSMDタイプで且つ3in1タイプの発光素子を用いた構成について説明するが、これに限ったものではない。例えば複数の発光素子のそれぞれに、砲丸タイプLED、SMDタイプで且つ単色タイプLEDを用いた構成においても下記で説明する効果が、ある程度得られる。ただし、発光素子を高密度に実装するほど、得られる効果が大きくなるため、本実施の形態1の構成が好ましい。
 図3は、本実施の形態1に係る発光ユニットが備えるLED実装基板4の構成を示す正面図である。図3のLED実装基板4は、複数のLED1と、基板2と、後述する複数の発光素子駆動部である複数の発光素子駆動IC3とを備える。
 基板2は、第1面と、当該第1面と逆側の第2面とを有している。以下、第1面を「表面」と呼び、第2面を「裏面」と呼ぶ。
 図3に示すように、複数のLED1は、基板2の表面にマトリクス状に実装されており、具体的には、行方向であるX方向、及び、列方向であるY方向に同一間隔で実装されている。これにより、各LED1は映像における各画素として機能する。
 図3の構成では、一例として基板2のX方向に18個ずつ、Y方向に18個ずつ、計324個のLED1が実装されている。以下の説明では、マトリクス状に配設されたLED1をその場所を特定する場合には、図3において左下を基準にしてX方向へa番目であり、Y方向にb番目であるLED1をLEDa・bと表記する。例えば図3において最も左下のLED1をLED1・1と表記し、最も右上のLED1をLED18・18と表記する。一方、各LED1の総称は、これまで通りLED1と表記する。
 基板2の裏面には、各LED1を点灯駆動制御させるための電気部品が実装される。実際には、点灯駆動制御を行うために複数の種類の電気部品が使用されるが、本実施の形態1では発熱量の比較的大きい電気部品である発光素子駆動IC3に着目し、複数の発光素子駆動IC3が基板2の裏面に配設されているとして説明する。
 複数の発光素子駆動IC3のそれぞれは、複数のLED1を駆動する。例えば各LEDに共通の電圧が供給された状態で、発光素子駆動IC3が、PWM(Pulse Width Modulation)方式により時分割で各LEDのON及びOFFを切り替える点灯駆動制御を上記駆動として行うことにより、LEDの階調制御が行われる。
 各発光素子駆動IC3は、多チャンネル制御が可能となっており、2以上のLED1の点灯駆動を同時に制御することが可能となっている。例えば1つの発光素子駆動IC3が、n(nは6以上の3の倍数)チャンネル制御が可能である場合、1個のLED1に対してLED1R,1G,1Bの3チャンネルが必要であるため,n/3個のLED1を同時に点灯駆動することが可能である。加えて、各発光素子駆動IC3がラインスキャン制御するように構成されている場合には、1つの発光素子駆動IC3で多くのLED1について点灯駆動制御を行うことができる。
 ここで本実施の形態1に関連する発光ユニットである関連発光ユニットの構成について図4を用いて説明する。なお、関連発光ユニットが備える発光素子駆動IC13が、本実施の形態1に係る発光ユニットが備える発光素子駆動IC3と異なっていることを除けば、関連発光ユニットと本実施の形態1に係る発光ユニットとは実質的に同じである。
 図4の関連発光ユニットの発光素子駆動IC13は、9チャンネル制御と、ラインスキャン数が3であるラインスキャン制御とを行う。この場合、1つの発光素子駆動IC13は、9チャンネルを有しているので、3(=9/3)個のLED1のLED1R,1G,1Bの各色を同時に点灯駆動させることができる。図4の例では、1つの発光素子駆動IC13は、第1列の3個のLED1など、水平に並んだ3個のLED1を同時に点灯駆動する。これが多チャンネル制御である。
 一方、ラインスキャン制御とは、時間経過とともに点灯駆動させる列(ライン)を次々に変更する制御を意味する。1つの発光素子駆動IC13におけるラインスキャン制御のラインスキャン数が3である場合には、1つの発光素子駆動IC13は、単位時間毎に第1列を点灯駆動、第2列を点灯駆動、第3列を点灯駆動、第1列を点灯駆動…、と列(ライン)を順次点灯駆動させていく。このように、ラインスキャン制御によれば、1つの発光素子駆動IC13によって多くのLED1を一定期間内で点灯駆動制御することができる。
 小括すると、発光素子駆動IC13がnチャネルを有し、発光素子駆動IC13のラインスキャン数がmである場合、当該発光素子駆動IC13が点灯駆動制御できるLED1の個数は、n×m/3となる。関連発光ユニットの発光素子駆動IC13では、n=9及びm=3であることから、1つの発光素子駆動IC13が点灯駆動制御できるLED1の個数は、9(=9×3/3)個である。
 次に、関連発光ユニットの発光素子駆動IC13の配設について図5を用いて説明する。上述したように、関連発光ユニットの1つの発光素子駆動IC13が点灯駆動制御できるLED1の個数は9個であることから、324個のLED1を点灯駆動制御するためには、36(=324/9)の発光素子駆動IC13が用いられる。図5の関連発光ユニットでは、基板2のX方向に6個ずつ、Y方向に6個ずつ、計36の発光素子駆動IC13が、基板2の裏面にマトリクス状に配設されている。
 なお、以下の説明では、発光素子駆動IC13をその場所を特定する場合には、図5において右下を基準にしてX方向へa番目であり、Y方向にb番目である発光素子駆動IC13を発光素子駆動ICa・bと表記する。発光素子駆動IC13は、自身周辺のLED1を点灯駆動制御する。例えば、発光素子駆動IC1・1は、LED1・1、LED2・1、LED3・1、LED2・1、LED2・2、LED2・3、LED3・1、LED3・2、LED3・3の9個のLED1を点灯駆動制御する。
 ところで、発光ユニットでは、発熱部品である発光素子駆動IC13の熱が、発光素子駆動IC13の近くに存在する筐体を介して外部に伝えられるように、発光素子駆動IC13上に熱伝導シートが貼り付けられることが多い。このような発光ユニットの製造時には、複数の発光素子駆動IC13に熱伝導シートを効率よく貼り付けることができるように、Y方向に沿って列状に並べたいくつかの発光素子駆動IC13に、縦長の長方形に形成された1枚の熱伝導シートが貼り付けられる。
 このことを反映して図5の関連発光ユニットでは、いくつかの発光素子駆動IC13ごとにY方向に沿って列状に配設されており、全ての発光素子駆動IC13は、同一の整列状態で配設されている。
 ここで、関連発光ユニットでは、1つの発光素子駆動IC13がドライブできるチャンネル数が比較的少ない(ここでは9)ので、比較的多くの発光素子駆動IC13が基板2に密に配設される。しかしながら、1つの発光素子駆動IC13で同時に点灯駆動制御できるLED1の個数は比較的少ない(ここでは9個)ことから、1つの発光素子駆動IC13の発熱量も比較的少ない。
 このように、各発光素子駆動IC13の発熱量が比較的少ない関連発光ユニットでは、比較的多くの発光素子駆動IC13が同一の整列状態で配設されても、基板2内の温度むらは小さく、輝度むら及び色度むらも問題にはならなかった。
 しかしながら、今後、より安価に発光ユニット、並びに当該発光ユニットを備える表示装置及びマルチ表示装置を実現するためは、発光素子駆動IC13を集積化して、発光素子駆動IC13のチャンネル数を増やすことにより、1つの発光素子駆動IC13が点灯駆動制御できるLED1の個数を増やすことが有効である。なお、集積化された発光素子駆動ICはすでに製品化されている。
 このことに鑑みて、本実施の形態1に係る発光ユニットは、発光素子駆動IC13の代わりに、発光素子駆動IC13よりもチャネル数が多い発光素子駆動IC3を備えている。以下、本実施の形態1に係る発光素子駆動IC3は、18チャンネル制御と、ラインスキャン数が3であるラインスキャン制御とを行うものとして説明する。この場合、1つの発光素子駆動IC3が点灯駆動制御できるLED1の個数は、18(=18×3/3)個である。
 次に、別の関連発光ユニットについて説明する。図6は、別の関連発光ユニットの構成を示す背面図である。図6の関連発光ユニットでは、本実施の形態1に係る発光素子駆動IC3が、図5の関連発光ユニットの発光素子駆動IC13と同様に、同一の整列状態で配設されている。図3のような324個のLED1を点灯駆動制御するためには、18(=324/18)の発光素子駆動IC3が用いられる。図6の関連発光ユニットでは、基板2のX方向に3個ずつ、Y方向に6個ずつ、計18の発光素子駆動IC3が、基板2の裏面にマトリクス状に配設されている。
 18チャンネルを有する発光素子駆動IC3は、9チャンネルを有する発光素子駆動IC13に比べて2倍の発熱量を有する。また、図6の関連発光ユニットにおいて発光素子駆動IC3は、Y方向に沿って列状に比較的密に配設されている。このため、複数の発光素子駆動IC3が複数のLED1を駆動する時には、複数の発光素子駆動IC3が密に配設されたエリアの温度が高くなり、複数の発光素子駆動IC3が疎に配設されたエリアの温度が低くなる。この結果として、図7の斜線を付した範囲のように、基板2の裏面において温度むらがY方向に沿った縦筋状に発生する。熱伝導によって、基板2の裏面の熱が基板2の表面にも伝えられ、同様の縦筋状の温度むらが基板2のLED1側の面にも発生してしまう。
 このような温度むらは、主に2つの不具合を引き起こす。1つは温度の違いによる輝度むら及び色度むらである。もう1つは温度の違いによる輝度の経年変化のスピードの違いである。
 温度の違いによって輝度むら及び色度むらが発生する原理は、R,G,BのLED1R,1G,1Bごとに輝度の温度依存性が異なることに起因する。図8に、R,G,BのLED1R,1G,1Bの輝度の温度依存性の一例を示す。なお、図8において実線、一点鎖線、長破線は、それぞれR,G,BのLED1R,1G,1Bの輝度の温度依存性を示す。
 R,G,Bについて電流値及びPWMのデューティー比などの駆動条件を同一にして、図8に示すように25℃時の輝度を100%とする。温度が100℃である時のRの輝度は50%程度下がるが、温度が100℃である時のG,Bの輝度は10%程度しか下がらない。このように、R,G,BのLED1R,1G,1Bは、輝度の温度依存性を有するが、一般的にRの輝度の温度依存性はG,Bの輝度の温度依存性と比較して高く、G,Bの輝度の温度依存性はRの輝度の温度依存性ほど顕著ではない。
 図6の関連発光ユニットでは、基板2の表面のうち、発光素子駆動IC3の位置に対応する部分の温度が高くなるので、当該部分に配設されたLED1のRの輝度が、温度依存特性の違いによってG,Bの輝度よりも低くなる。このため、例えば全面白色の映像を表示したときに、ターゲットの白色に対してシアン寄りの白色(色温度の高い白)が、縦筋状に表示されてしまう。この結果、縦筋の輝度むら及び色度むらがユーザに視認されてしまい、映像品位が低下するという不具合が発生する。
 温度の違いによって輝度の経年変化のスピードの違いが発生する原理は、LEDの寿命の温度依存性に起因する。一般的にはアレニウスの定理や10℃2倍則と呼ばれ、温度が10℃低いと寿命が2倍になるといわれている。このことから、長期間温度むらがある状態で図6の関連発光ユニットを使用した場合、基板2の表面のうち、発光素子駆動IC3の位置に対応する部分に配設されたLED1の劣化が他よりも進み、やがて当該部分だけ暗くなってしまう。この縦筋の輝度むら及び色度むらもユーザに視認されてしまい、映像品位が低下するという不具合が発生する。
 そこで、次に説明する本実施の形態1に係る発光ユニットは、このような不具合及び課題を解決するように構成されている。図9は、本実施の形態1に係る発光ユニットが備えるLED実装基板4の構成を示す背面図である。LED1は、図3を用いて説明したように、X方向に18個、Y方向に18個、計324個のLED1が実装されている。
 また、本実施の形態1に係る発光素子駆動IC3のチャンネル数は、図6の関連発光ユニットと同様に18チャンネルであり、18の発光素子駆動IC3が用いられる。このため、仮に発光素子駆動IC3が、図6のように配設された場合には温度むらが発生する。しかしながら、本実施の形態1では、温度むらの発生が抑制されるように、発光素子駆動IC3の整列に特徴を持っている。
 その特徴として、図9の構成では、複数の発光素子駆動IC3は、互いに異なる複数の整列状態で、基板2の裏面に配設されている。ここではその一例として、複数の整列状態は、互いに異なる第1整列状態及び第2整列状態を含んでいる。第1整列状態のいくつかの発光素子駆動IC3同士のY方向の間隔と、第2整列状態のいくつかの発光素子駆動IC3同士のY方向の間隔とは同じであるが、第1整列状態の発光素子駆動IC3のY方向の位置と、第2整列状態の発光素子駆動IC3のY方向の位置とが異なるように、複数の発光素子駆動IC3が配設されている。そして、その一例として、複数の発光素子駆動IC3は、LED1のマトリクスの行方向または列方向に沿って千鳥状に裏面に配設されている。
 このように複数の発光素子駆動IC3が千鳥配設されることで、図7のような縦筋状の温度むらやその他の温度むらが改善される。その結果、図10の斜線を付した範囲のように、複数のLED1の駆動時において基板2の裏面の温度分布、ひいては基板2の表面の温度分布が均一化される。
 <実施の形態1のまとめ>
 以上のような本実施の形態1に係る発光ユニットによれば、複数の発光素子駆動IC3が、互いに異なる複数の整列状態で、基板2の裏面に配設されている。このため、複数の発光素子駆動IC3が、複数のLED1の駆動時において基板2の表面の温度分布が均一化される。これにより、白色などの混色を表示しても輝度及び色度の均一性が保たれた画質の良い映像が得られる。
 また、集積化した発光素子駆動IC3を使用しても温度むらが抑制される。したがって、輝度及び色度の均一性が保たれた画質の良い映像が得られるため、発光素子駆動IC3の使用数を減らした安価な発光ユニットを提供することができる。また、温度むらが抑制されるので、LED1の輝度における経年劣化のスピードの違いを抑制することができ、その結果、映像品位を長時間保つことができる発光ユニットを提供することができる。また、温度分布が均一化されることで基板2内において局所的な高熱部分が発生することを抑制することができ、LED1及び発光素子駆動IC3の温度が相対的に下がる。その結果、LED1及び発光素子駆動IC3の高信頼性化及び長寿命化が期待できる。
 <変形例1>
 実際には発光素子駆動IC3以外の電気部品及びコネクタが、基板2の裏面に配設されるので、その制約によって複数の発光素子駆動IC3を、理想的な千鳥状に配設することはできない。この場合、図11に示すように、複数の発光素子駆動IC3がコネクタ11等の部品と干渉しないように、いくつかの発光素子駆動IC3を、図9の理想的な千鳥状の配設位置(二点鎖線の位置)から少し移動させて配設してもよい。つまり、上述の千鳥状は、略千鳥状を含んでもよい。この場合であっても、実施の形態1で説明した効果をある程度得ることができる。
 図12に、この場合のLED実装基板4のブロック図を示す。図12において、実線矢印は電気的接続を示し、破線矢印は機械的接続を示す。このことは以降のブロック図においても同様である。なお、図12では、発光素子駆動IC3と、コネクタ11及びその他電気部品12との電気的接続の図示は省略している。
 <変形例2>
 温度むらの抑制に冷却ファンを使用せず、且つ基板2が水平方向以外の方向に沿って配設されている場合には、自然対流による鉛直上向き(Yの正方向)への空気の流れが生じる。この場合、鉛直上方向に行くほど空気が温まるため、基板2内の鉛直上側の温度は鉛直下側の温度よりも高くなる。
 そこで図13に示すように、複数の発光素子駆動IC3は、略千鳥状の配設を少し変更して、水平方向以外の方向に沿って配設された基板2に対する鉛直方向の上側から下側に向かうにつれて密になるように基板2の裏面に配設されてもよい。このような構成によれば、発熱源である発光素子駆動IC3が鉛直上側よりも鉛直下側に多く配設されるので、基板2の表面内の温度を均一化する効果を高めることができる。
 <変形例3>
 なお、実施の形態1では、複数の発光素子駆動IC3は千鳥状に配設されているとしたが、必ずしも千鳥状に配設される必要はなく、複数の発光素子駆動IC3による発熱が分散される配設であればその配設方法は他の配設でも問題ない。例えば、複数の発光素子駆動IC3は、非整列状態で基板2の裏面に配設されてもよい。図14に、非整列状態の一例として、複数の発光素子駆動IC3のそれぞれを、図9の理想的な千鳥状の配設位置(二点鎖線の位置)から、予め定められた距離以下でランダムな方向に移動させて配設してもよい。この場合であっても、実施の形態1で説明した効果をある程度得ることができる。
 また、以上では、正方形の4つの頂点に4つの発光素子駆動IC3が配設され、当該正方形の中心に1つの発光素子駆動IC3が配設された構成について説明した。しかしこれに限ったものではなく、例えば、正六角形の6つの頂点に6つの発光素子駆動IC3が配設され、当該正六角形の中心に1つの発光素子駆動IC3が配設されてもよい。また、以上の変形例は、後述する実施の形態2においても同様に適用可能である。
 <実施の形態2>
 本発明の実施の形態2に係る表示装置であるLED表示装置、及び、本発明の実施の形態2に係るマルチ表示装置は、実施の形態1に係る発光ユニットを備える。以下、本実施の形態2で説明する構成要素のうち、実施の形態1と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
 図15、図16及び図17は、本実施の形態2に係るLED表示装置7の概略構成を示す正面図、背面図及びブロック図である。
 4枚のLED実装基板4が、LED実装基板4を組み付け可能な筐体5の正面に組み付けられている。また、図17には図示されているが図16には図示されていない電源回路14及び映像信号処理回路15などが筐体5の背面に組み付け可能となっており、それらがカバー6によって収容されている。
 本実施の形態2では4枚のLED実装基板4、つまり4つの発光ユニットを1つの筐体へ組み付けてLED表示装置を構成する形態について説明しているが、これに限られるものではない。例えば1枚以上のLED実装基板4、つまり1つ以上の発光ユニットを使用して表示装置を構成しても、効果は同様に得られる。
 図18、図19及び図20は、本実施の形態2に係るマルチ表示装置8の概略構成を示す正面図、背面図及びブロック図である。マルチ表示装置8は、X方向に複数台のLED表示装置7を配設し、Y方向にも複数台のLED表示装置7を配設することによって、これらLED表示装置7のLED実装基板4、ひいては基板2がマトリクス状に配設されている。これにより、継ぎ目が視認され難い大画面を構成することが可能である。
 なお、図18~図20の例では、X方向に2台、Y方向に2台、計4台のLED表示装置7を配設することで、マルチ大画面が構成されているが、もちろん、LED表示装置7の数はこれに限ったものではない。また、図20の例では、複数台のLED表示装置7が互いに機械的に接続されていることが破線矢印によって示されているが、もちろん、複数台のLED表示装置7は互いに電気的に接続されてもよい。
 <実施の形態2のまとめ>
 以上のような本実施の形態2に係るLED表示装置7及びマルチ表示装置8は、実施の形態1に係る発光ユニットを備える。このため、実施の形態1と同様に、白色などの混色を表示しても輝度及び色度の均一性が保たれた画質の良い映像が得られる。
 また、集積化した発光素子駆動IC3を使用しても温度むらが抑制される。したがって、輝度及び色度の均一性が保たれた画質の良い映像が得られるため、発光素子駆動IC3の使用数を減らした安価な表示装置及びマルチ表示装置を提供することができる。また、温度むらが抑制されるので、LED1の輝度における経年劣化のスピードの違いを抑制することができ、その結果、映像品位を長時間保つことができる表示装置及びマルチ表示装置を提供することができる。また、温度分布が均一化されることで基板2内において局所的な高熱部分が発生することを抑制することができ、LED1及び発光素子駆動IC3の温度が相対的に下がる。その結果、LED1及び発光素子駆動IC3の高信頼性化及び長寿命化が期待できる。
 また、映像表示中の輝度情報の取得や冷却ファンの設置が不要となるため、低騒音で安価な表示装置及びマルチ表示装置を提供することができる。
 <変形例>
 以上の説明では、発光素子はLEDであるものとして説明した。しかしこれにかぎったものではなく、例えば有機EL(Electro-Luminescence)などであってもよい。有機ELも、LEDと同様、色によって輝度の温度依存性に差があることから、以上に説明した技術は有機ELを備える表示装置に有効である。
 なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態及び各変形例を自由に組み合わせたり、各実施の形態及び各変形例を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
 本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、本発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
 1 LED、2 基板、3 発光素子駆動IC、7 LED表示装置、8 マルチ表示装置。

Claims (7)

  1.  第1面と、当該第1面と逆側の第2面とを有する基板と、
     前記第1面に配設された複数の発光素子と、
     それぞれが、前記複数の発光素子に含まれる2以上の発光素子を駆動する複数の発光素子駆動部と
    を備え、
     前記複数の発光素子駆動部は、
     互いに異なる複数の整列状態で前記第2面に配設されているか、非整列状態で前記第2面に配設されている、発光ユニット。
  2.  請求項1に記載の発光ユニットであって、
     前記複数の発光素子駆動部は、
     千鳥状に前記第2面に配設されている、発光ユニット。
  3.  請求項1または請求項2に記載の発光ユニットであって、
     前記基板は水平方向以外の方向に沿って配設され、
     前記複数の発光素子駆動部は、
     前記水平方向以外の前記方向に沿って配設された前記基板に対する鉛直方向の上側から下側に向かうにつれて密になるように前記第2面に配設されている、発光ユニット。
  4.  請求項1から請求項3のうちのいずれか1項に記載の発光ユニットであって、
     前記複数の発光素子のそれぞれはLEDを含む、発光ユニット。
  5.  請求項1から請求項3のうちのいずれか1項に記載の発光ユニットであって、
     前記複数の発光素子のそれぞれは、赤色、緑色及び青色のLEDを有する素子を含む、発光ユニット。
  6.  請求項1から請求項5のうちのいずれか1項に記載の発光ユニットを少なくとも1つ備える、表示装置。
  7.  請求項6に記載の表示装置を複数備え、
     前記複数の表示装置の前記基板がマトリクス状に配設された、マルチ表示装置。
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